特開 2023-115531 超純水製造装置及び超純水製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023115531

(43)【公開日】2023-08-21

(54)【発明の名称】超純水製造装置及び超純水製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20230101AFI20230814BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20230814BHJP

   B01D 19/00 20060101ALI20230814BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20230814BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20230814BHJP

   C02F 9/00 20230101ALI20230814BHJP

【ＦＩ】

C02F1/42 A

C02F1/32

B01D19/00 H

B01D61/00

C02F1/44 J

C02F9/02

C02F9/12

C02F9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022017787

(22)【出願日】2022-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】市原 史貴

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 慶介

(72)【発明者】

【氏名】須藤 史生

【テーマコード（参考）】

4D006

4D011

4D025

4D037

【Ｆターム（参考）】

4D006GA06

4D006GA32

4D006PA01

4D006PB02

4D006PB62

4D006PC01

4D011AA17

4D025AA01

4D025AB02

4D025BA08

4D025BA13

4D025BA24

4D025BB04

4D025DA01

4D025DA04

4D025DA05

4D037AA01

4D037AB01

4D037AB02

4D037BA18

4D037CA03

4D037CA15

(57)【要約】

【課題】超純水製造装置において、リターンラインを流れる超純水の圧力エネルギーを有効に利用して、省エネルギーを実現する。
【解決手段】超純水製造装置１Ａは、超純水を製造するための少なくとも一つの水処理装置と、少なくとも一つの水処理装置が設けられ、ユースポイントP.O.U.に接続され、ユースポイントP.O.U.に超純水を供給する母管Ｌ１と、ユースポイントP.O.U.で使用されない超純水を母管Ｌ１に戻すリターンラインＬ２と、リターンラインＬ２に設けられた少なくとも一つの水力発電装置２１と、少なくとも一つの水力発電装置２１をバイパスするバイパスラインＬ５と、バイパスラインＬ５に設けられた背圧制御弁Ｖ２と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超純水を製造するための少なくとも一つの水処理装置と、
前記少なくとも一つの水処理装置が設けられ、ユースポイントに接続され、前記ユースポイントに前記超純水を供給する母管と、
前記ユースポイントで使用されない超純水を前記母管に戻すリターンラインと、
前記リターンラインに設けられた少なくとも一つの水力発電装置と、
前記少なくとも一つの水力発電装置をバイパスするバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた背圧制御弁と、
を有する超純水製造装置。

【請求項2】

前記母管に設けられたポンプを有し、前記ユースポイントにおける前記超純水の圧力が所定の範囲内に収まるように前記ポンプが制御される、請求項１に記載の超純水製造装置。

【請求項3】

前記少なくとも一つの水力発電装置で発電された電力で作動する電気作動式機械を有する、請求項１または２に記載の超純水製造装置。

【請求項4】

前記電気作動式機械は前記少なくとも一つの水力発電装置から供給された電力で作動し、前記少なくとも一つの水力発電装置からの電源供給異常時に外部電源で作動する、請求項３に記載の超純水製造装置。

【請求項5】

前記電気作動式機械は外部電源で作動し、前記外部電源からの電源供給異常時に、前記少なくとも一つの水力発電装置から供給された電力で作動する、請求項３に記載の超純水製造装置。

【請求項6】

蓄電池を有し、
前記電気作動式機械は前記少なくとも一つの水力発電装置で発電された電力で作動し、前記少なくとも一つの水力発電装置からの電力供給異常時に前記蓄電池で作動する、請求項３に記載の超純水製造装置。

【請求項7】

蓄電池を有し、
前記電気作動式機械は前記蓄電池で作動し、前記蓄電池からの電力供給異常時に、前記少なくとも一つの水力発電装置で発電された電力で作動する、請求項３に記載の超純水製造装置。

【請求項8】

前記リターンラインの、前記バイパスラインの分岐部と前記少なくとも一つの水力発電装置との間に設けられ、前記少なくとも一つの水力発電装置に供給する超純水の流量を制御する流量制御弁を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の超純水製造装置。

【請求項9】

前記母管に設けられた限外ろ過膜装置を有し、前記少なくとも一つの水力発電装置は前記限外ろ過膜装置の濃縮水で駆動される、請求項１から８のいずれか１項に記載の超純水製造装置。

【請求項10】

母管に設けられた少なくとも一つの水処理装置によって超純水を製造することと、
前記少なくとも一つの水処理装置で製造された前記超純水を、前記母管からユースポイントに供給することと、
前記ユースポイントで使用されない超純水を、少なくとも一つの水力発電装置が設けられ、前記母管に接続されたリターンラインを通して、前記母管に戻すことと、
前記少なくとも一つの水力発電装置をバイパスし背圧制御弁が設けられたバイパスラインに超純水の一部を供給しながら、前記少なくとも一つの水力発電装置で発電することと、を有する超純水製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超純水製造装置と超純水製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスでは、洗浄工程など様々な用途に、不純物が高度に除去された超純水が使用されている。超純水は、一般的には、原水（河川水、地下水、工業用水など）を、前処理システム、１次純水システム及び２次純水システム（サブシステム）で順次処理することにより製造される。サブシステムの母管に沿って、超純水を製造するための水処理装置が設けられている。水処理装置で製造された超純水は母管からユースポイント（P.O.U.）に供給される。ユースポイントで使用されなかった超純水は、リターンラインを通って母管に戻される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－０３００８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、ユースポイントにおける超純水の圧力は所定の範囲内に収めることが要求されている。通常、ユースポイントの圧力は母管とリターンラインの合流部の圧力より高いため、リターンラインを流れる超純水は、母管との合流部の上流側で減圧される。しかし、リターンラインを流れる超純水の圧力エネルギーは有効利用されていない。

【0005】

本発明は、リターンラインを流れる超純水の圧力エネルギーを有効に利用して、省エネルギーを実現する超純水製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の超純水製造装置は、超純水を製造するための少なくとも一つの水処理装置と、少なくとも一つの水処理装置が設けられ、ユースポイントに接続され、ユースポイントに超純水を供給する母管と、ユースポイントで使用されない超純水を母管に戻すリターンラインと、リターンラインに設けられた少なくとも一つの水力発電装置と、少なくとも一つの水力発電装置をバイパスするバイパスラインと、バイパスラインに設けられた背圧制御弁と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、リターンラインを流れる超純水の圧力エネルギーを有効に利用して、省エネルギーを実現する超純水製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る超純水製造装置の概略構成図である。

【図2】背圧弁の概略構成図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る超純水製造装置の概略構成図である。

【図4】実施例の超純水製造装置の概略構成図である。

【図5】実施例における水力発電装置の運転データである。

【図6】実施例におけるイオン交換装置の運転データである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態は、リターンラインに設けられた水力発電装置で発電を行い、得られた電力で様々な機器を作動させるものである。水力発電装置で得られた電力の使用方法や蓄電池の使用方法等についての考えられるパターンを表１に示す。

【0010】

【表1】

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超純水製造装置１Ａのサブシステムの概要を示している。サブシステムは、１次純水システム（図示せず）で製造された純水から、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水を製造するためのシステムで、２次純水システムとも呼ばれる。本発明は超純水製造装置に関するものであるが、サブシステムの構成に特徴がある。このため、以下の超純水製造装置１Ａについての説明は、特記ない限りサブシステムを対象とし、サブシステムを超純水製造装置１Ａと称することがある。

【0012】

超純水製造装置１Ａのサブシステムは、ユースポイントP.O.U.に接続された母管Ｌ１と、母管Ｌ１上に設けられ、超純水を製造するための少なくとも一つの水処理装置と、ユースポイントP.O.U.で使用されない（より正確には、使用されなかった）超純水を母管Ｌ１に戻すリターンラインＬ２と、を有している。母管Ｌ１上には、純水タンク１１、純水供給ポンプ１２、熱交換器１３、紫外線酸化装置１４、イオン交換装置１５、膜脱気装置１６、ブースターポンプ１７、限外ろ過膜装置１８が、記載された順序で、純水の流通方向Ｄに沿って直列に配置されている。紫外線酸化装置１４、イオン交換装置１５、膜脱気装置１６、限外ろ過膜装置１８は上述の水処理装置の例である。各ユースポイントP.O.U.に超純水を供給する複数の供給ラインＬ３が、母管Ｌ１から分岐している。各ユースポイントP.O.U.で使用されなかった超純水を回収する複数の回収ラインＬ４が、リターンラインＬ２に合流している。リターンラインＬ２は純水タンク１１に接続されている。回収ラインＬ４からリターンラインＬ２に流入した超純水は、リターンラインＬ２と純水タンク１１を通って、母管Ｌ１に戻される。

【0013】

純水タンク１１には、１次純水システムで製造された純水が貯蔵されている。純水供給ポンプ１２は、純水タンク１１に貯留された純水を熱交換器１３に供給する。紫外線酸化装置１４は、熱交換器１３で温度調整された純水に紫外線を照射し、純水に含まれる有機物を分解する。イオン交換装置１５は、純水中のイオン成分を除去する。イオン交換装置１５は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混床充填された非再生型のカートリッジポリッシャーである。膜脱気装置１６は純水の脱気、すなわち純水に含まれる溶存酸素や二酸化炭素の除去を行う。ブースターポンプ１７は、例えばユースポイントP.O.U.が高い場所に設けられている場合に、純水を加圧するために設けられている。ブースターポンプ１７は、ユースポイントP.O.U.の位置によっては省略することができる。ブースターポンプ１７の下流に、主にブースターポンプ１７で発生した微粒子や粒子状成分を除去するためのイオン交換装置（図示せず）を設けてもよい。限外ろ過膜装置１８は、純水中に含まれる微粒子を最終的に除去する。限外ろ過膜装置１８としては、分画分子量が４０００～６０００程度の膜を用いたものが挙げられ、これによって微小な微粒子を効率的に除去することができる。紫外線酸化装置１４とイオン交換装置１５との間に、紫外線照射によって発生した過酸化水素を分解する過酸化水素除去装置（図示せず）を設けてもよい。過酸化水素を除去することで、後段のイオン交換装置１５が酸化性物質によってダメージを受けることが防止される。

【0014】

母管Ｌ１の、限外ろ過膜装置１８とユースポイントP.O.U.との間には、第１の流量計Ｆ１が配置されている。リターンラインＬ２の、母管Ｌ１との接続部Ｓ１と純水タンク１１との間には、第２の流量計Ｆ２が配置されている。第１の流量計Ｆ１はユースポイントP.O.U.に供給される超純水の流量を測定する。第２の流量計Ｆ２はリターンラインＬ２を流れる超純水の流量を測定する。母管Ｌ１の、限外ろ過膜装置１８とユースポイントP.O.U.との間には、第１の圧力計Ｐ１が配置されている。母管Ｌ１の、最下流の供給ラインＬ３の分岐部Ｓ２とリターンラインＬ２との接続部Ｓ１との間には、第２の圧力計Ｐ２が配置されている。第１の圧力計Ｐ１はユースポイントP.O.U.に供給される超純水の圧力を測定する。第２の圧力計Ｐ２はユースポイントP.O.U.の下流側における超純水の圧力を測定する。イオン交換装置１５の入口と出口にはそれぞれ、純水の比抵抗を測定する第１の比抵抗計Ｃ１と第２の比抵抗計Ｃ２が設けられている。第１の比抵抗計Ｃ１と第２の比抵抗計Ｃ２の測定結果から、イオン交換装置１５のイオン除去性能を監視することができる。比抵抗計の代わりに実施例で述べる導電率計を用いることもできる。

【0015】

一般に、ユースポイントP.O.U.における超純水の圧力は第１の所定の範囲内に収めることが要求されている。ユースポイントP.O.U.における超純水の圧力が第１の所定の範囲内に収まっているかは、第２の圧力計Ｐ２の測定値が第１の所定の範囲に対応した第２の所定の範囲内（０．１～０．７ＭＰａ（好ましくは０．２～０．６ＭＰａ））にあるかどうかで判断される。そして、第２の圧力計Ｐ２の測定値が第２の所定の範囲内となるように、ブースターポンプ１７（ブースターポンプ１７がない場合は純水供給ポンプ１２）の流量が、第１の圧力計Ｐ１の測定値に基づき制御される。制御は第１の圧力計Ｐ１とブースターポンプ１７または純水供給ポンプ１２とに接続された制御装置（図示せず）によって行われる。

【0016】

上記の通り、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水はブースターポンプ１７または純水供給ポンプ１２で加圧されることから、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水の圧力はリターンラインＬ２の母管Ｌ１との合流部（本実施形態では純水タンク１１）の圧力より一般的に高くなる。従って、ユースポイントP.O.U.における超純水の圧力は、合流部の圧力より高い一定の圧力（第１の所定の圧力）に維持する必要がある。この目的で、リターンラインＬ２から分岐するバイパスラインＬ５に、背圧制御弁Ｖ２が設けられている。すなわち、通常は、ユースポイントP.O.U.に送られる超純水がブースターポンプ１７または純水供給ポンプ１２で昇圧され、昇圧された超純水の圧力（背圧制御弁Ｖ２の１次側圧力）が背圧制御弁Ｖ２で一定の値に維持される。背圧制御弁Ｖ２に供給される超純水の流量に対する水力発電装置２１に供給される超純水の流量の比は、ユースポイントP.O.U.での使用量と後述する水力発電装置２１の仕様によって選択することが好ましい。なお、母管Ｌ１の、最下流の供給ラインＬ３の分岐部Ｓ２とリターンラインＬ２との接続部Ｓ１との間に、第１の弁Ｖ１が配置されている。第１の弁Ｖ１の開度を調整することで母管Ｌ１を流れる超純水の流量を調整し、それによってユースポイントP.O.U.の圧力を制御することも可能である。

【0017】

本実施形態では、背圧制御弁Ｖ２は背圧弁３０とされている。図２に背圧弁３０の概略構成を示す。背圧弁３０は、弁箱３１と、弁箱３１の内部に収容された内部箱体３２と、内部箱体３２の開口３８を開閉可能に設けられた弁体３３と、弁箱３１の内部に設けられ、弁体３３を保持する可撓性の隔壁３４と、隔壁３４の外側で隔壁３４に固定された第１のばね３５と、弁体３３の先端と内部箱体３２の底部とに固定された第２のばね３６と、を有する。弁箱３１は上流側（１次側）と連通しており、内部箱体３２は下流側（２次側）と連通している。上流側（１次側）の超純水は弁箱３１の入口開口３７から弁箱３１に流入する。図２（ａ）に示すように、第１のばね３５と第２のばね３６の合計付勢力によって弁体３３が内部箱体３２の開口３８を閉じているため、超純水が内部箱体３２に流入することが防止される。上流側（１次側）の圧力が上昇すると、図２（ｂ）に示すように、弁箱３１の内部の圧力が第１のばね３５と第２のばね３６の合計付勢力に打ち勝ち、弁体３３が内部箱体３２の開口３８を開き、超純水が内部箱体３２に流入する。これによって、上流側（１次側）の超純水の圧力が下流側（２次側）に伝えられる。このように、背圧弁３０は上流側の圧力が所定の設定値を超えると、その圧力を下流側に逃がす。しかし、上流側の圧力が所定の設定値以下であるときは、背圧弁３０は閉じたままであるため、上流側（１次側）の超純水の圧力が設定値を下回ることが防止される。

【0018】

背圧制御弁Ｖ２として調節弁（コントロールバルブ）を用いることもできる。具体的には、リターンラインＬ２に第３の圧力計Ｐ３（図１に破線で示す）を設け、第３の圧力計Ｐ３と調節弁Ｖ２を調節器（図示せず）で接続する。第３の圧力計Ｐ３は、調節弁Ｖ２とユースポイントP.O.U.との間の圧力を測定する。調節器は第３の圧力計Ｐ３からの圧力信号を受信し、第３の圧力計Ｐ３で測定した圧力が所定の範囲に維持されるように、調節弁Ｖ２の開度を制御する。

【0019】

背圧制御弁Ｖ２を設ける結果、リターンラインＬ２を流れる超純水は、母管Ｌ１との合流部（純水タンク１１）の上流側で減圧される。合流部の圧力は純水タンク１１の耐圧性能を下回る値に設定される。しかしながら、リターンラインＬ２を流れる超純水の圧力エネルギーは有効利用されているとはいえない。一例では、超純水は背圧制御弁Ｖ２で約０．５ＭＰａ減圧される。すなわち、約０．５ＭＰａに相当する圧力エネルギーが消失している。この値はユースポイントP.O.U.と純水タンク１１の設置レベルの差や配管の圧損によって変わり得るが、一般的に言えば、超純水がユースポイントP.O.U.から純水タンク１１に戻る過程で、数十ｍの水頭に相当する圧力エネルギーが仕事をすることなく消失していることになる。

【0020】

そこで、本実施形態の超純水製造装置１Ａは、リターンラインＬ２を流れる超純水の圧力エネルギーを電力として回収するための、少なくとも一つの水力発電装置２１（以下、単に水力発電装置２１という場合がある）を有している。水力発電装置２１はリターンラインＬ２に設けられ、リターンラインＬ２を流れる超純水を利用して発電を行う。発電された電力は以下に述べるように、様々な用途に利用される。このような水力発電装置２１により、リターンラインＬ２を流れる超純水の圧力エネルギーを超純水製造装置１Ａの他の設備のために利用することができ、超純水製造装置１Ａ全体としてエネルギー効率を向上させることができる。

【0021】

水力発電装置２１は、水車２２と、水車２２に接続された発電機２３と、を有する。超純水の圧力エネルギー（位置エネルギーや運動エネルギー）を電気エネルギーに変換できるものであれば、水車２２の構成に特に制限はなく、超純水の流量や要求される発電量に応じて公知の適切な水車２２を用いることができる。中でも、超純水製造装置１Ａにおける一般的なリターンラインＬ２の流量や水車２２の有効落差を踏まえると、リターンラインＬ２を流れる超純水の流れを受けて羽根車が回転する羽根車式水車が好ましい。羽根車式水車の例として、フランシス水車が挙げられる。特に、羽根車の回転数から超純水の流量を検出するように構成されたものが好ましい。このような水車２２を用いることで、水車２２の近傍に流量計を設置することが不要になる。また、発電機２３の種類にも特に制限はなく、直流発電機と交流発電機のいずれも用いることができる。ただし、実施例で述べるように、発電機２３の出力を変換するパワーコンディショナー（図示せず）を必要に応じて設ける場合がある。

【0022】

水力発電装置２１と背圧制御弁Ｖ２は並列に設けられている。具体的には、水力発電装置２１の上流でリターンラインＬ２から分岐し、水力発電装置２１の下流でリターンラインＬ２に合流し、水力発電装置２１をバイパスするバイパスラインＬ５が設けられ、バイパスラインＬ５上に背圧制御弁Ｖ２が設けられている。背圧制御弁Ｖ２は上述のように背圧制御弁Ｖ２の上流側の圧力を維持する。これによって、水力発電装置２１を設置した場合でも、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水の圧力の変動を無視できるレベルに収められる。

【0023】

リターンラインＬ２の、バイパスラインＬ５の分岐部Ｓ３と水力発電装置２１の水車２２との間に、流量制御弁Ｖ３が設けられている。流量制御弁Ｖ３は水力発電装置２１の水車２２に供給する超純水の流量を制御する。リターンラインＬ２を流れる超純水の流量はユースポイントP.O.U.での超純水の使用量によって変動する。リターンラインＬ２を流れる超純水の流量が増えた場合は流量制御弁Ｖ３の開度を絞り、超純水の流量が減った場合は流量制御弁Ｖ３の開度を増加する。これによって、水力発電装置２１の水車２２に供給される超純水の流量を適正な範囲に制御することができる。

【0024】

水力発電装置２１は複数基設けることができる。複数の水力発電装置２１は直列に接続してもよく、並列に接続してもよい。直列接続する場合、複数の水車２２に供給される超純水の流量は同じであるが、水車２２によって有効落差が異なり、複数の仕様の水車２２を準備しなければならない可能性がある。並列接続する場合、流量も有効落差も同じであるため、同じ仕様の水車２２が使用できる。一方、同じ発電量を得るための超純水の流量は、直列接続が並列接続より少なくて済む。一般的には、並列接続は、大流量・低落差に向いており、直列接続は、小流量・高落差に向いている。従って、水力発電装置２１に供給される超純水の総流量と圧力に応じて、直列接続と並列接続から適切な構成を選択することが好ましく、直列接続と並列接続を組み合わせることもできる。

【0025】

水力発電装置２１で発電された電力は、電気で作動する機械（以下、電気作動式機械Ｍという）の作動に用いられる。超純水製造装置１Ａには、水力発電装置２１で発電された電力で作動可能な様々な電気作動式機械Ｍが設けられている。電気作動式機械Ｍは水力発電装置２１の発電機２３に（場合によりパワーコンディショナーを介して）電気的に接続されている。電気作動式機械Ｍは外部電源２５とも接続されている。電気作動式機械Ｍの一例は、膜脱気装置１６の真空ポンプである。一般的に膜脱気装置１６では、水の表面積を増大させるための気液接触材を脱気塔に充填し、脱気塔内の気体を真空ポンプで減圧し、純水を真空状態におき、溶存酸素等を除去する。電気作動式機械Ｍの他の例は、純水に紫外線を照射する紫外線酸化装置１４の紫外線ランプである。紫外線酸化装置１４は例えば３６５ｎｍ、２５４ｎｍ、１８５ｎｍ、１７２ｎｍの少なくともいずれかの波長を含む紫外線ランプを用いる。膜脱気装置１６の真空ポンプと紫外線酸化装置１４の紫外線ランプの少なくとも一つを水力発電装置２１で発電された電力で作動させることができる。電気作動式機械Ｍはサブシステムの装置に限らず、前処理システムや１次純水システムの装置であってもよい。

【0026】

電気作動式機械Ｍの他の例は超純水の計測機器である。計測機器は電気で作動する限り限定されないが、例えば、上述の第１の流量計Ｆ１、第２の流量計Ｆ２、第１の圧力計Ｐ１、第２の圧力計Ｐ２、第１の比抵抗計Ｃ１、第２の比抵抗計Ｃ２が挙げられる。図示はしていないが、全有機炭素（ＴＯＣ）計、微粒子計なども電気作動式機械Ｍの例に含まれる。計測機器の必要電力は真空ポンプや紫外線ランプの必要電力と比べて小さいので、発電量が少ない場合は計測機器を選択することが好ましい。水力発電装置２１の発電量に余裕がある場合、真空ポンプや紫外線ランプを作動させることができ、場合によっては、水力発電装置２１で計測機器を作動させることもできる。

【0027】

水力発電装置２１から供給された電力は通常時に使用することもできるし（表１のパターンＡ１）、非常時のバックアップとして使用することもできる（表１のパターンＡ２）。パターンＡ１では、電気作動式機械Ｍは通常時に、水力発電装置２１から供給された電力で作動し、水力発電装置２１からの電源供給異常時に、外部電源２５で作動する。パターンＡ２では、電気作動式機械Ｍは通常時に外部電源２５で作動し、外部電源２５からの電源供給異常時に、水力発電装置２１から供給された電力で作動する。パターンＡ１は通常時に水力発電装置２１から供給された電力を用いるため、省エネルギーの観点からパターンＡ２より有利である。パターンＡ２は通常時に、水力発電装置２１から供給された電力ではなく外部電源２５を用いるため、水力発電装置２１の発電量の変動が大きい場合には好ましい選択となる可能性がある。万が一、外部電源２５からの電源供給が異常となった場合も、外部電源２５が復旧するまでの間、一時的に電源を水力発電装置２１に切り替えることで、超純水製造装置１Ａの運転を継続することができる。

【0028】

以上説明した超純水製造装置１Ａは以下のように作動する。母管Ｌ１に設けられた少なくとも一つの水処理装置によって超純水が製造される。少なくとも一つの水処理装置によって製造された超純水が、母管Ｌ１からユースポイントP.O.U.に供給される。ユースポイントP.O.U.で使用されない超純水は、母管Ｌ１に接続されたリターンラインＬ２を通して、母管Ｌ１に戻される。リターンラインＬ２には少なくとも一つの水力発電装置２１が設けられている。バイパスラインＬ５に超純水の一部を供給しながら、超純水の残りが少なくとも一つの水力発電装置２１に供給され、少なくとも一つの水力発電装置２１で発電が行われる。電気作動式機械Ｍは水力発電装置２１で発電された電力で作動する。

【0029】

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る超純水製造装置１Ｂのサブシステムの概要を示している。以下の説明では第１の実施形態との差異を中心に説明する。説明を省略した構成や効果は第１の実施形態と同様である。本実施形態の超純水製造装置１Ｂは蓄電池２４を有している。蓄電池２４は水力発電装置２１の発電機２３に電気的に接続されており、水力発電装置２１で発電された電力を蓄電することができる。蓄電池２４は外部電源２５にも電気的に接続されており、外部電源２５から供給された電力を蓄電することができる。電気作動式機械Ｍは、水力発電装置２１の発電機２３と蓄電池２４と外部電源２５に電気的に接続されており、これらから供給される電力で作動することができる。蓄電池２４は複数台設けることが好ましい。本実施形態では、電気作動式機械Ｍの通常時の駆動電源、通常電源異常時のバックアップ電源、蓄電池２４の充電方法によって、表１に示すパターンＢ１～Ｂ６が可能である。

【0030】

パターンＢ１～Ｂ３では、通常時、電気作動式機械Ｍは水力発電装置２１で発電された電力で作動する。そして、水力発電装置２１からの電力供給異常時に、電気作動式機械Ｍは蓄電池２４で作動する。水力発電装置２１からの電力供給異常時には、蓄電池２４と外部電源２５を併用してもよい。蓄電池２４からの電力供給異常が発生した場合、電源を外部電源２５に切り替えることもできる。パターンＢ４～Ｂ６では、通常時、電気作動式機械Ｍは蓄電池２４で作動する。そして、蓄電池２４からの電力供給異常時に、電気作動式機械Ｍは水力発電装置２１で発電された電力で作動する。蓄電池２４からの電力供給異常時には、水力発電装置２１と外部電源２５を併用してもよい。水力発電装置２１からの電力供給異常が発生した場合、電源を外部電源２５に切り替えることもできる。

【0031】

パターンＢ１～Ｂ３では、電気作動式機械Ｍは水力発電装置２１で発電された電力で直接作動するが、パターンＢ４～Ｂ６では、水力発電装置２１で発電された電力が一旦蓄電池２４に蓄電され、蓄電池２４に蓄電された電力で電気作動式機械Ｍが作動する。パターンＢ４～Ｂ６は、電気作動式機械Ｍが蓄電池２４に蓄電された安定した電力で駆動されるので、水力発電装置２１の発電量の変動を受けにくい。パターンＢ１～Ｂ３は、通常時に蓄電池２４のエネルギー損失（充電エネルギー量と放電エネルギー量の差に基づくエネルギーロス）が発生しないため、電力の使用効率の点でパターンＢ４～Ｂ６と比べて有利である。また、頻繁に充放電を繰り返すことがないので、蓄電池２４の寿命の点でもパターンＢ１～Ｂ３は有利である。

【0032】

蓄電池２４の充電方法としていくつかの構成が可能である。パターンＢ１，Ｂ４では、蓄電池２４は外部電源２５で充電される。パターンＢ２，Ｂ５では、蓄電池２４は水力発電装置２１で発電された電力で充電される。パターンＢ３，Ｂ６では、蓄電池２４は外部電源２５及び水力発電装置２１で発電された電力で充電される。

【0033】

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、水力発電装置２１の追加的な駆動源として、限外ろ過膜装置１８の濃縮水を利用することができる。濃縮水の圧力は一般に高いので、水力発電装置２１の駆動源として好適に利用できる。限外ろ過膜装置１８ではほとんどの水がろ過されて、限外ろ過膜装置１８を透過するが、一部の水は濃縮水として限外ろ過膜装置１８から排出される。図示は省略するが、濃縮水の排出ラインをリターンラインＬ２に合流させることで、限外ろ過膜装置１８から排出される濃縮水の圧力エネルギーを利用することができる。

【0034】

また、本実施形態では水力発電装置２１で発電した電力で超純水製造装置１Ａ，１Ｂの様々な電気作動式機械を作動させているが、水力発電装置２１で発電した電力の使用用途はこれに限定されない。水力発電装置２１で発電した電力は、超純水製造装置１Ａ，１Ｂ以外の装置や設備の電源としても利用できる。

【0035】

（実施例）
実施例により、水力発電装置で安定した発電が可能であること、水力発電装置で発電した電力によって計測機器が正常に動作することを確認した。図４には実施例のサブシステムの概要を示している。タンク４１とポンプ４２と水力発電装置４３とを有する循環ラインＬ６で水を循環させながら、水力発電装置４３で発電を行った。循環ラインＬ６に圧力計Ｐ１１，Ｐ１２と流量計Ｆ１１とを設け、それぞれで水力発電装置４３の入口圧力と出口圧力と供給水流量を測定した。水力発電装置４３で発電された電力（三相交流）をパワーコンディショナー４４によって単相交流に変換し、イオン交換装置４５の入口に設けられた第１の導電率計Ｃ１１’と、出口に設けられた第２の導電率計Ｃ１２’とを作動させた。イオン交換装置４５にイオン成分を含む被処理水を供給し、第１の導電率計Ｃ１１’と第２の導電率計Ｃ１２’によって、イオン交換装置４５のイオン除去性能を測定した。

【0036】

図５に水力発電装置４３の運転データを示す。運転開始直後を除き、水力発電装置４３の入口圧力、出口圧力、供給水流量、水車の有効落差、発電量とも安定しており、安定した発電が可能であることが確認された。図６にイオン交換装置４５の運転データを示す。運転開始直後を除き、イオン交換装置４５の供給水流量は安定している。脱塩率（％）は（１－イオン交換装置４５の出口水導電率／イオン交換装置４５の入口水導電率）×１００で求めた。イオン交換装置４５の入口水と出口水の導電率及び脱塩率は予想された範囲内にあり、第１の導電率計Ｃ１１’と第２の導電率計Ｃ１２’が正常に動作することが確認された。

【符号の説明】

【0037】

１Ａ，１Ｂ 超純水製造装置
１４ 紫外線酸化装置
１６ 膜脱気装置
１８ 限外ろ過膜装置
２１ 水力発電装置
２２ 水車
２３ 発電機
２４ 蓄電池
２５ 外部電源
Ｌ１ 母管
Ｌ２ リターンライン
Ｌ５ バイパスライン
Ｍ 電気作動式機械
P.O.U. ユースポイント
Ｖ２ 背圧制御弁
Ｖ３ 流量制御弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】