(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】P2023063876
(43)【公開日】2023-05-10
(54)【発明の名称】超純水製造装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/469 20230101AFI20230428BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20230428BHJP
B01D 61/12 20060101ALI20230428BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20230428BHJP
【ＦＩ】
C02F1/469
C02F1/44 J
B01D61/12
B01D61/58
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021173932
(22)【出願日】2021-10-25
(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】佐々木 慶介
(72)【発明者】
【氏名】中村 勇規
(72)【発明者】
【氏名】寺師 亮輔
(72)【発明者】
【氏名】須藤 史生
【テーマコード（参考）】
4D006
4D061
【Ｆターム（参考）】
4D006GA03
4D006GA06
4D006GA17
4D006KA02
4D006KA52
4D006KA53
4D006KA55
4D006KA57
4D006KA72
4D006KB04
4D006KB11
4D006KB17
4D006KE16P
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4D061FA07
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4D061FA09
4D061GA05
4D061GA09
4D061GA20
4D061GA21
4D061GC12
(57)【要約】
【課題】超純水の水質を確保ししつつ、エネルギー使用効率の低下を抑制する。
【解決手段】超純水製造装置１Ａは１次システムＳ１と、１次システムＳ１の下流且つユースポイント２の上流に位置する２次システムＳ２と、を有する。超純水製造装置１Ａは、少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置１８と、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却する冷却器１７と、電気再生式脱イオン装置１８で処理され、電気再生式脱イオン装置１８の下流を流通する水の水温を測定する第１の温度計２８と、を有している。第１の温度計２８で測定された水温が、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。
【選択図】図１
【解決手段】超純水製造装置１Ａは１次システムＳ１と、１次システムＳ１の下流且つユースポイント２の上流に位置する２次システムＳ２と、を有する。超純水製造装置１Ａは、少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置１８と、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却する冷却器１７と、電気再生式脱イオン装置１８で処理され、電気再生式脱イオン装置１８の下流を流通する水の水温を測定する第１の温度計２８と、を有している。第１の温度計２８で測定された水温が、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１次システムと、前記１次システムの下流且つユースポイントの上流に位置する２次システムと、を有する超純水製造装置であって、
少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置と、
前記電気再生式脱イオン装置への供給水を冷却する冷却器と、
前記電気再生式脱イオン装置で処理され、前記電気再生式脱イオン装置の下流を流通する水の水温を測定する第１の温度計と、を有し、
前記第１の温度計で測定された前記水温が、前記第１の温度計の設置位置において前記ユースポイントの要求水温に対応する値を上回ったときに、前記冷却器が作動する、超純水製造装置。
少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置と、
前記電気再生式脱イオン装置への供給水を冷却する冷却器と、
前記電気再生式脱イオン装置で処理され、前記電気再生式脱イオン装置の下流を流通する水の水温を測定する第１の温度計と、を有し、
前記第１の温度計で測定された前記水温が、前記第１の温度計の設置位置において前記ユースポイントの要求水温に対応する値を上回ったときに、前記冷却器が作動する、超純水製造装置。
【請求項2】
前記第１の温度計は前記２次システムを構成するいずれかの水処理装置の処理水の水温を測定する、請求項１に記載の超純水製造装置。
【請求項3】
前記電気再生式脱イオン装置に出入りするいずれかの水の温度を測定する第２の温度計を有し、
前記冷却器は、前記第１の温度計で測定した温度Ｔ１と前記第２の温度計で測定した温度Ｔ２の差分Ｔ１―Ｔ２が－１度以上５度以下となるように作動する、請求項２に記載の超純水製造装置。
前記冷却器は、前記第１の温度計で測定した温度Ｔ１と前記第２の温度計で測定した温度Ｔ２の差分Ｔ１―Ｔ２が－１度以上５度以下となるように作動する、請求項２に記載の超純水製造装置。
【請求項4】
前記電気再生式脱イオン装置は前記１次システムに設けられ、前記差分Ｔ１―Ｔ２は－１．０度以上１．０度以下であり、前記２次システムに水温調整手段が設けられていない、請求項３に記載の超純水製造装置。
【請求項5】
前記電気再生式脱イオン装置は前記２次システムに設けられ、前記差分Ｔ１―Ｔ２が－１．０度以上１．０度以下であり、前記２次システムに前記冷却器以外の水温調整手段が設けられていない、請求項３に記載の超純水製造装置。
【請求項6】
前記電気再生式脱イオン装置の上流に設けられた少なくとも一つの逆浸透膜装置と、
前記少なくとも一つの逆浸透膜装置の上流に設けられた温度調整装置と、を有し、
前記温度調整装置は前記逆浸透膜装置への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下に調整する、請求項１から５のいずれか１項に記載の超純水製造装置。
前記少なくとも一つの逆浸透膜装置の上流に設けられた温度調整装置と、を有し、
前記温度調整装置は前記逆浸透膜装置への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下に調整する、請求項１から５のいずれか１項に記載の超純水製造装置。
【請求項7】
前記少なくとも一つの前記逆浸透膜装置の処理水から熱を回収し前記逆浸透膜装置への供給水を加温または冷却する第１の熱交換器を有している、請求項６に記載の超純水製造装置。
【請求項8】
前記少なくとも一つの前記逆浸透膜装置の処理水から熱を回収し前記電気再生式脱イオン装置の処理水を加温する第２の熱交換器を有している、請求項６に記載の超純水製造装置。
【請求項9】
前記電気再生式脱イオン装置の処理水のホウ素濃度を測定するホウ素濃度測定器と、制御装置と、を有し、
前記冷却器は、前記電気再生式脱イオン装置への供給水を冷却する第１の運転が可能であり、
前記電気再生式脱イオン装置は、印加する電流を増やす第２の運転が可能であり、
前記制御装置は、前記ホウ素濃度測定器で測定された前記ホウ素濃度が所定の値より高いときに、前記第１の運転と前記第２の運転のいずれか一方のみを実行するように、前記冷却器と前記電気再生式脱イオン装置を制御する、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。
前記冷却器は、前記電気再生式脱イオン装置への供給水を冷却する第１の運転が可能であり、
前記電気再生式脱イオン装置は、印加する電流を増やす第２の運転が可能であり、
前記制御装置は、前記ホウ素濃度測定器で測定された前記ホウ素濃度が所定の値より高いときに、前記第１の運転と前記第２の運転のいずれか一方のみを実行するように、前記冷却器と前記電気再生式脱イオン装置を制御する、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】
前記制御装置は、前記第１の運転と前記第２の運転のいずれか一方のみで前記ホウ素濃度が前記所定の値以下とならない場合に、前記第１の運転と前記第２の運転の他方を実行するように、前記冷却器と前記電気再生式脱イオン装置を制御する、請求項９に記載の超純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は超純水製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超純水製造装置では、電気再生式脱イオン装置等のいくつかの水処理装置が直列に配置されている。それぞれの水処理装置には好適な水温条件があり、各水処理装置への供給水の温度は、加熱器や冷却器によって適切な温度に調整される。例えば、特許文献１には、電気再生式脱イオン装置の処理水の温度に基づき、電気再生式脱イオン装置への供給水の温度を所定の範囲に調整する水処理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－６５８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超純水製造装置では、各水処理装置への供給水の水温を所定の範囲に収めるだけでなく、超純水の最終的な供給先であるユースポイントの水温を所定の要求水温に収めることも要求される。しかし、各水処理装置への供給水の温度とユースポイントの要求水温とを所定の範囲に収めるためには、水の加熱と冷却を繰り返すことが必要となり、超純水製造装置におけるエネルギー使用効率が低下する。エネルギー使用効率の低下は運転コストに影響する。
【0005】
本発明は、超純水の水質を確保ししつつ、エネルギー使用効率の低下を抑制することのでき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１次システムと、１次システムの下流且つユースポイントの上流に位置する２次システムと、を有する。超純水製造装置は、少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置と、電気再生式脱イオン装置への供給水を冷却する冷却器と、電気再生式脱イオン装置で処理され、電気再生式脱イオン装置の下流を流通する水の水温を測定する第１の温度計と、を有している。第１の温度計で測定された水温が、第１の温度計の設置位置においてユースポイントの要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器が作動する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、超純水の水質を確保ししつつ、エネルギー使用効率の低下を抑制することのでき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】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】電気再生式脱イオン装置の水温とホウ素除去効率との関係を示す図である。
【図3】電気再生式脱イオン装置の電流倍率とホウ素除去効率との関係を示す図である。
【図4】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5】第３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6】第４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7】第５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8】第６の実施形態に係る超純水製造装置の概略構成図である。
【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いくつかの実施形態について説明する。各実施形態の超純水製造装置１Ａ～１Ｆは、１次システムＳ１と２次システムＳ２とを有している。２次システムＳ２は、１次システムＳ１の下流且つユースポイント２の上流に位置している。１次システムＳ１は原水から純水を製造し、２次システムＳ２は純水から超純水を製造する。２次システムＳ２で製造された超純水はユースポイント２に送られる。２次システムＳ２で製造された超純水のうち、ユースポイント２で使用されなかった超純水は、２次システムＳ２の母管Ｌ２に接続された再循環ラインＬ３によって上流側に戻される。２次システムＳ２内では純水または超純水が常時循環している。２次システムＳ２は、純水または超純水が循環する範囲であり、母管Ｌ２及び再循環ラインＬ３と、母管Ｌ２及び再循環ラインＬ３上に設置されたすべての設備を含む。ユースポイント２は母管Ｌ２から分岐するラインＬ４によって超純水製造装置１と接続されている。
【0010】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る超純水製造装置１Ａの概略構成を示す。上述のように、超純水製造装置１Ａは１次システムＳ１と２次システムＳ２とに区分されるため、まず１次システムＳ１について説明し、次に２次システムＳ２について説明する。１次システムＳ１と２次システムＳ２の各装置は超純水製造装置１Ａの制御装置３によって監視制御される。なお、１次システムＳ１と２次システムＳ２を構成する装置は以下に説明するものに限らず、他のタンク、ポンプ等が必要に応じて設置されることがある。
図１に、本発明の第１の実施形態に係る超純水製造装置１Ａの概略構成を示す。上述のように、超純水製造装置１Ａは１次システムＳ１と２次システムＳ２とに区分されるため、まず１次システムＳ１について説明し、次に２次システムＳ２について説明する。１次システムＳ１と２次システムＳ２の各装置は超純水製造装置１Ａの制御装置３によって監視制御される。なお、１次システムＳ１と２次システムＳ２を構成する装置は以下に説明するものに限らず、他のタンク、ポンプ等が必要に応じて設置されることがある。
【0011】
１次システムＳ１には、被処理水の流通する母管Ｌ１に沿って、被処理水の流通する方向に、上流から下流に、原水タンク１１と、原水ポンプ１２と、温度調整装置１３と、少なくとも一つの逆浸透膜装置１４と、ろ過水タンク１５と、ろ過水ポンプ１６と、冷却器１７と、少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置１８（ＥＤＩ）と、が直列に配置されている。少なくとも一つの逆浸透膜装置１４は、単段の逆浸透膜装置と、直列に接続された複数段の逆浸透膜装置の両者を含み、以下の説明では単に逆浸透膜装置１４という。少なくとも一つの電気再生式脱イオン装置１８は、単段の電気再生式脱イオン装置と、直列に接続された複数段の電気再生式脱イオン装置の両者を含み、以下の説明では単に電気再生式脱イオン装置１８という。逆浸透膜装置１４と電気再生式脱イオン装置１８の少なくともいずれかを複数段直列配置することで、水質の一層の向上が可能となる。図示は省略するが、逆浸透膜装置１４と電気再生式脱イオン装置１８との間に、炭酸や溶存酸素を除去するための膜脱気装置、イオン交換樹脂装置、紫外線照射装置、ホウ素選択性樹脂装置の少なくともいずれかを設けてもよい。
【0012】
原水タンク１１は、１次システムＳ１の上流に設けられた前処理システム（図示せず）で製造された原水や、後段設備で発生した後に回収される水（純水、超純水、電気再生式脱イオン装置１８の濃縮水、電極水等）を貯蔵する。原水はホウ素を含んでいる。原水ポンプ１２は、原水タンク１１に貯蔵された原水を送出し、温度調整装置１３に供給する。温度調整装置１３は、逆浸透膜装置１４への供給水を所定の温度まで加熱または冷却する。逆浸透膜装置１４への供給水の水温が低すぎると、供給水の粘性が上がり、供給水が逆浸透膜装置１４を透過しにくくなる。これによって、逆浸透膜装置１４の圧力損失が増加し、原水ポンプ１２の動力費やポンプ容量が増える可能性がある。また、圧力損失の低減のために逆浸透膜装置１４のエレメントあたりの流量を減らすと、エレメントの個数が増える。一方、逆浸透膜装置１４への供給水の水温が高すぎると、膜材料の溶出、供給水中の溶解成分の析出、生物由来のスライム生成といった問題が生じやすくなる。温度調整装置１３は、逆浸透膜装置１４への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下、好ましくは２０～３０℃程度に調整する。本実施形態では、逆浸透膜装置１４への供給水の水温が所定の温度範囲（例えば、上述の１５～４０℃または２０～３０℃）より低いため、温度調整装置１３は加熱器として作動する。しかし、逆浸透膜装置１４への供給水の水温が上記所定の温度範囲内で変動する場合や、上記所定の温度の内外を変動する場合は、加熱冷却機能を有する温調器であってもよい。逆浸透膜装置１４への供給水の水温が上記所定の温度範囲内で変動する場合は、温度調整装置１３を省略することもできる。逆に、逆浸透膜装置１４への供給水の水温が上記所定の温度範囲より高い場合は、温度調整装置１３は冷却器とすることができる。
【0013】
逆浸透膜装置１４の処理水はろ過水タンク１５に貯蔵される。ろ過水ポンプ１６は、ろ過水タンク１５に貯蔵されたろ過水を送出し、冷却器１７に供給する。電気再生式脱イオン装置１８の上流に設けられた冷却器１７は、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を所定の温度まで冷却する。後述するように、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度が低いとホウ素の除去率が向上する。所定の温度は１０～３0℃程度、好ましくは１５～２４℃程度である。電気再生式脱イオン装置１８は被処理水に含まれるイオン成分を除去する。電気再生式脱イオン装置１８は被処理水に含まれるホウ素も除去する。電気再生式脱イオン装置１８の処理水は２次システムＳ２のサブタンク１９に貯蔵される。電気再生式脱イオン装置１８の下流、具体的には電気再生式脱イオン装置１８とサブタンク１９との間には、電気再生式脱イオン装置１８の処理水のホウ素濃度を測定するホウ素濃度測定器２７が設けられている。
【0014】
２次システムＳ２には、被処理水の流通する母管Ｌ２に沿って、被処理水の流通する方向に、上流から下流に、サブタンク（純水タンク）１９と、純水ポンプ２０と、熱交換器２１と、紫外線照射装置２２と、イオン交換装置２３と、膜脱気装置２４と、限外ろ過膜装置２５と、が直列に配置されている。純水ポンプ２０はサブタンク１９に貯蔵された純水を送出し、熱交換器２１に供給する。ユースポイント２に供給される超純水は一般に、要求水温（例えば２４～２６℃程度）が定められている。熱交換器２１は、ユースポイント２に供給される超純水の温度を調整するために設けられている。冷却器１７にて電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却した場合、熱交換器２１は被処理水を加熱することが一般的であるため、加熱器とすることができる。しかし、電気再生式脱イオン装置１８からの入熱や、純水ポンプ２０からの排熱、再循環ラインＬ３を流れる循環水量の増加などで被処理水の水温が上昇する場合、熱交換器２１は被処理水を冷却することもあり得る。従って、被処理水を冷却する可能性のある場合（特に、後述のＴ１―Ｔ２が負となる場合）、熱交換器２１は冷却加熱の両方が可能なものであることが好ましい。紫外線照射装置２２は被処理水に紫外線を照射し、被処理水に含まれる有機物を分解する。イオン交換装置２３は紫外線照射装置２２で発生した分解生成物を除去する。膜脱気装置２４は被処理水に含まれる溶存酸素を除去する。限外ろ過膜装置２５は被処理水に含まれる微粒子を除去する。このようにして製造された超純水はユースポイント２に送られ、ユースポイント２で使用されなかった水は再循環ラインＬ３を通って、サブタンク１９に戻される。
【0015】
超純水製造装置１Ａは第１の温度計２８と第２の温度計２６とを有している。第１の温度計２８は２次システムＳ２内の限外ろ過膜装置２５の出口側に設けられている。第１の温度計２８は、２次システムＳ２からユースポイント２に送られる、２次システムＳ２の処理水（超純水）の水温を測定する。第２の温度計２６は、冷却器１７と電気再生式脱イオン装置１８との間に設けられ、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度を測定する。電気再生式脱イオン装置１８は、被処理水が流通する脱塩室と、イオン成分が濃縮された濃縮水が流れる濃縮室と、電極を収容し、電極水が流れる電極室と、を有しており、これらの部屋を流れる水の温度に大差はない。従って、本実施形態では、第２の温度計２６は脱塩室の入口水の温度を測定しているが、第２の温度計２６は、脱塩室の出口水、濃縮室の入口水または出口水、電極室の入口水または出口水の温度を測定してもよい。つまり、第２の温度計２６は、電気再生式脱イオン装置１８に出入りするいずれかの水の温度を測定すればよい。
【0016】
本実施形態では、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却する冷却器１７の制御に、第１の温度計２８の測定値を利用している。第１の温度計２８は本来、ユースポイント２における水温管理の目的で設置されている。このため、従来は、第１の温度計２８の測定値がユースポイント２での要求水温から離れているときに、２次システムＳ２内の熱交換器２１を作動させて水温調整を行っていた（以下、従来例という）。一方、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度調整は、電気再生式脱イオン装置１８の入口に設けられた温度計に基づき行うのが一般的であった。つまり、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の水温管理は、電気再生式脱イオン装置１８の入口で測定された水温に基づいて、電気再生式脱イオン装置１８の上流に設けられた冷却器１７で行うのが一般的なやりかたである。これに対して、本実施形態では、電気再生式脱イオン装置１８から離れた第１の温度計２８の測定値に基づき、冷却器１７を制御している。何らかの原因により第１の温度計２８の測定値がユースポイント２での要求水温よりも上がったときは、熱交換器２１で２次システムＳ２を流れる水を冷却するのではなく、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却器１７で冷却する。これによっても、ユースポイント２での水温を要求水温に収めることは可能であるし、被処理水を冷却する位置が従来例と変わるだけであるので、超純水製造装置１Ａ全体としての熱効率は変わらない。しかも、電気再生式脱イオン装置１８のホウ素除去効率が向上する。
【0017】
第１の温度計２８は２次システムＳ２の下流側、すなわち母管Ｌ２上における限外ろ過膜装置２５の下流に設置されているが、母管Ｌ２上での位置はこれに限定されない。第１の温度計２８は２次システムＳ２を構成するいずれかの水処理装置の処理水の温度を測定するものであってよい。あるいは、第１の温度計２８は、再循環ラインＬ３に設けてもよい。すなわち、第１の温度計２８は、１次システムＳ１の下流の任意の位置を流通する水の水温、より一般的には、電気再生式脱イオン装置１８で処理され、電気再生式脱イオン装置１８の下流の任意の位置を流通する水の水温を測定する。一般に２次システムＳ２内の水温は一定ではなく、被処理水は例えば、紫外線照射装置２２での紫外線照射や純水ポンプ２０からの排熱によって加熱されるので、水温は２次システムＳ２内の場所によって異なる。配管からの排熱や配管への入熱によっても、水温は変わりうる。本実施形態では、第１の温度計２８は限外ろ過膜装置２５の下流に設置されている。このため、第１の温度計２８で測定した水温はほぼユースポイント２における水温と一致するが、第１の温度計２８からユースポイント２までの距離が長く、両者の間での温度差が無視できない場合もある。しかし、このような温度変化や温度差は事前に予測または測定可能であり、第１の温度計２８の設置位置での水温と、ユースポイント２での水温とは、所定の対応関係にある。従って、第１の温度計２８の測定値を用いて冷却器１７を制御することが可能である。具体的には、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。例えば、ユースポイント２の要求水温の上限値が２５．５℃であり、第１の温度計２８で測定した水温がユースポイント２における水温より０．５℃低いことが測定で判明している場合、第１の温度計２８の測定位置においてユースポイント２の２５．５℃に対応する水温は２５℃となる。従って、第１の温度計２８の測定値が２５℃を上回った時に冷却器１７が作動する。なお、第１の温度計２８を熱交換器２１の上流（例えば、純水ポンプ２０と熱交換器２１の間）に設置する場合、第１の温度計２８の測定値とユースポイント２での水温との対応関係を確立するため、熱交換器２１での温度上昇値または温度低下値は固定することが望ましい。
【0018】
冷却器１７の作動する温度は、ユースポイント２の要求水温の上限値に対応した温度に限定されない。ユースポイント２の要求水温は、要求水温の範囲内の任意の温度であり、ユースポイント２の要求水温の下限値または中央値であってもよい。例えば、ユースポイント２の要求水温の下限値が２４．５℃である場合、第１の温度計２８の測定位置においてユースポイント２の２４．５℃に対応する水温は２４℃となる。従って、第１の温度計２８の測定値が２４℃を上回った時に冷却器１７を作動させることで、ユースポイント２の水温がユースポイント２の要求水温の上限値に達する前に、電気再生式脱イオン装置１８への供給水を事前に冷却することができる。
【0019】
上述のように、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の水温が低いとホウ素除去率は向上する。しかし、ホウ素濃度が十分に低下している場合、水温を極端に下げる必要はなく、水温がユースポイント２の要求水温から低下しすぎると熱交換器２１での加熱負荷が増加する。従って、ホウ素濃度の要求値にもよるが、電気再生式脱イオン装置１８の前段で温度を下げすぎることは一般に好ましくなく、冷却器１７は、第１の温度計２８で測定した温度Ｔ１と第２の温度計２６で測定した温度Ｔ２の差分Ｔ１―Ｔ２が－１度以上５度以下となるように作動することが好ましい。第１の温度計２８の測定値が所定の範囲に制御され、ホウ素濃度が十分に低下していればＴ１―Ｔ２が負であってもよい。
【0020】
ホウ素濃度を下げるための方策としては、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の水温を下げることのほかに、電気再生式脱イオン装置１８に印加する電流の電流密度を上げることがある。本実施形態ではこの２つの方法を選択的に実行することができる。以下、冷却器１７が電気再生式脱イオン装置１８への供給水を冷却する運転を第１の運転といい、電気再生式脱イオン装置１８が印加する電流を増加する運転を第２の運転という。制御装置３は、ホウ素濃度測定器２７で測定されたホウ素濃度が所定の値より高いときに、第１の運転と第２の運転のいずれか一方のみを実行するように、冷却器１７と電気再生式脱イオン装置１８を制御する。制御装置３は、第１の運転と第２の運転のいずれか一方のみでホウ素濃度が所定の値以下とならない場合に、第１の運転と第２の運転の他方を実行するように、冷却器１７と電気再生式脱イオン装置１８を制御する。どちらの運転を優先するかは、運転コストなどを勘案して適宜決定することができる。電気再生式脱イオン装置１８に印加する電流の電流密度が大きすぎると、電極の焼き付きや、イオン交換膜やイオン交換体の電気的な損傷や劣化などの不具合が生じやすくなる。従って、第２の方法を採用する場合、上記電流密度は０．３Ａ／ｄｍ2以上１Ａ／ｄｍ2以下の範囲で調整することが好ましい。
【0021】
図２は電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度とホウ素除去率との関係の測定例を示している。水温範囲によって異なる電気再生式脱イオン装置を用いているため、便宜上、結果を図２（ａ）と２（ｂ）に分けて示している。供給水はホウ素（５～２０ｐｐｂ）、シリカ（５～１０ｐｐｂ）、炭酸（１ｐｐｍ）を含んでいる。ここで、炭酸濃度は、Ｈ2ＣＯ3、ＨＣＯ3
-、ＣＯ3
2-などの炭酸成分の総量の濃度をＣＯ2換算濃度として表したものである。供給水の温度が低いとホウ素の除去率が向上する。例えば、供給水のホウ素濃度が１０ｐｐｂ、電気再生式脱イオン装置１８の処理水のホウ素濃度が６０ｐｐｔ（除去率９９.４％）、目標値が５０ｐｐｔであったとする。この場合、水温を１℃程度低下させることで除去率が０.０５％程度向上することが見込まれるので、水温を２℃程度低下させると目標値の５０ｐｐｔ（除去率９９.５％）に到達する。
【0022】
図３は、電気再生式脱イオン装置１８の電流倍率とホウ素除去効率との関係の一例を示している。電流倍率は設定電流倍率／設定流量倍率であり、設定電流倍率は設定電流／標準電流、設定流量倍率は処理水流量／標準流量である。すなわち、電流倍率は基準化流量に対する基準化電流の比率であり、電流倍率を用いることで、ホウ素除去効率への流量の影響を排除することができる。電流倍率を上げるに従いホウ素除去効率が向上する。例えば、供給水のホウ素濃度が１０ｐｐｂとした場合、電流倍率を１.２倍程度まで引き上げることでホウ素濃度は５０ｐｐｔ以下（除去率９９．５％以上）まで低減する。しかし、電流倍率の増加に伴いホウ素除去効率は向上しにくくなり、ホウ素濃度を２０ｐｐｔ以下（除去率９９.８％）まで下げるには、電気再生式脱イオン装置１８の多段化や性能向上が必要となる。以上から理解できるように、第１の運転と第２の運転のどちらを優先するかは、ホウ素除去効率のために要する運転コストや設備コストを勘案する必要がある。
【0023】
（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係る超純水製造装置１Ｂの概略構成を示す。本実施形態は、２次システムＳ２に熱交換器２１その他の水温調整手段が設けられていない点を除き、第１の実施形態と同様である。上述のように、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度調整と、ユースポイント２の温度調整は冷却器１７で行われる。水温調整手段とは、熱交換器、加熱器などのように水温調整を目的とした装置を意味し、ポンプなどのように、運転に伴い水温の変化を引き起こす可能性はあるが、水温調整を目的としない装置は含まない。２次システムＳ２に水温調整手段が設けられていないため、差分Ｔ１―Ｔ２は、構成機器の排熱や、循環流量、室温の影響を受けるだけであり、－１．０度以上１．０度以下の範囲に収められる。このため、本実施形態は、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度がユースポイント２の要求水温と近接する場合に適用することが好ましい。ユースポイント２の要求水温は２４～２６℃前後であることが多いため、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度もその近傍となる。本実施形態は、ユースポイント２の要求水温の近傍の水温で十分なホウ素除去性能が得られる場合、ホウ素除去が主に上述の第２の運転で行われる場合、あるいは第２の運転と組み合わせた運転が行われる場合に好適に適用できる。
図４に、本発明の第２の実施形態に係る超純水製造装置１Ｂの概略構成を示す。本実施形態は、２次システムＳ２に熱交換器２１その他の水温調整手段が設けられていない点を除き、第１の実施形態と同様である。上述のように、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度調整と、ユースポイント２の温度調整は冷却器１７で行われる。水温調整手段とは、熱交換器、加熱器などのように水温調整を目的とした装置を意味し、ポンプなどのように、運転に伴い水温の変化を引き起こす可能性はあるが、水温調整を目的としない装置は含まない。２次システムＳ２に水温調整手段が設けられていないため、差分Ｔ１―Ｔ２は、構成機器の排熱や、循環流量、室温の影響を受けるだけであり、－１．０度以上１．０度以下の範囲に収められる。このため、本実施形態は、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度がユースポイント２の要求水温と近接する場合に適用することが好ましい。ユースポイント２の要求水温は２４～２６℃前後であることが多いため、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度もその近傍となる。本実施形態は、ユースポイント２の要求水温の近傍の水温で十分なホウ素除去性能が得られる場合、ホウ素除去が主に上述の第２の運転で行われる場合、あるいは第２の運転と組み合わせた運転が行われる場合に好適に適用できる。
【0024】
（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態に係る超純水製造装置１Ｃの概略構成を示す。本実施形態では、電気再生式脱イオン装置１８が２次システムＳ２に設けられている。本実施形態でも、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度調整と、ユースポイント２の温度調整は冷却器１７で行われる。純水タンク１９と純水ポンプ２０が省略され、再循環ラインＬ３がろ過水タンク１５に接続されている。従って、本実施形態では、被処理水は２次システムＳ２を循環するときに、常に電気再生式脱イオン装置１８の処理を受ける。２次システムＳ２には熱交換器２１その他の水温調整手段が設けられていないため、差分Ｔ１―Ｔ２は－１．０度以上１．０度以下の範囲に収められている。本実施形態も第２の実施形態と同様の条件下で好適に適用できる。
図５に、本発明の第３の実施形態に係る超純水製造装置１Ｃの概略構成を示す。本実施形態では、電気再生式脱イオン装置１８が２次システムＳ２に設けられている。本実施形態でも、電気再生式脱イオン装置１８への供給水の温度調整と、ユースポイント２の温度調整は冷却器１７で行われる。純水タンク１９と純水ポンプ２０が省略され、再循環ラインＬ３がろ過水タンク１５に接続されている。従って、本実施形態では、被処理水は２次システムＳ２を循環するときに、常に電気再生式脱イオン装置１８の処理を受ける。２次システムＳ２には熱交換器２１その他の水温調整手段が設けられていないため、差分Ｔ１―Ｔ２は－１．０度以上１．０度以下の範囲に収められている。本実施形態も第２の実施形態と同様の条件下で好適に適用できる。
【0025】
（第４の実施形態）
上述のように、逆浸透膜装置１４への供給水の好適温度は電気再生式脱イオン装置１８への供給水の好適温度より一般に高い。ユースポイント２における水温は一定の範囲に保つことが要求されるが、通常は電気再生式脱イオン装置１８への供給水の好適温度より高い。従って、被処理水は、逆浸透膜装置１４の入口で加熱され、電気再生式脱イオン装置１８の入口で冷却され、２次システムＳ２内で再度加熱されることが一般的である。しかし、従来は、相互に独立した熱交換器で、被処理水を加熱し、冷却し、再度加熱しており、これらのそれぞれの工程でエネルギーを消費していた。第４～第６の実施形態では、逆浸透膜装置１４の処理水の排熱が逆浸透膜装置１４への供給水の加熱及び／または電気再生式脱イオン装置１８の処理水の加熱に利用され、これによって、超純水製造装置１Ｄ～１Ｆ全体のエネルギー使用効率が改善される。
上述のように、逆浸透膜装置１４への供給水の好適温度は電気再生式脱イオン装置１８への供給水の好適温度より一般に高い。ユースポイント２における水温は一定の範囲に保つことが要求されるが、通常は電気再生式脱イオン装置１８への供給水の好適温度より高い。従って、被処理水は、逆浸透膜装置１４の入口で加熱され、電気再生式脱イオン装置１８の入口で冷却され、２次システムＳ２内で再度加熱されることが一般的である。しかし、従来は、相互に独立した熱交換器で、被処理水を加熱し、冷却し、再度加熱しており、これらのそれぞれの工程でエネルギーを消費していた。第４～第６の実施形態では、逆浸透膜装置１４の処理水の排熱が逆浸透膜装置１４への供給水の加熱及び／または電気再生式脱イオン装置１８の処理水の加熱に利用され、これによって、超純水製造装置１Ｄ～１Ｆ全体のエネルギー使用効率が改善される。
【0026】
図６に、本発明の第４の実施形態に係る超純水製造装置１Ｄの概略構成を示す。本実施形態では、第１～第３の実施形態と同様、逆浸透膜装置１４が電気再生式脱イオン装置１８の上流に設けられ、温度調整装置１３が、逆浸透膜装置１４の上流に設けられている。本実施形態においても、温度調整装置１３は、逆浸透膜装置１４への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下、好ましくは２０～３０℃程度に調整する。第１の温度計２８で測定された水温が、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。本実施形態では、これに加えて、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し逆浸透膜装置１４への供給水を加温する第１の熱交換器２９が設けられている。矢印は熱の移動方向を示す。逆浸透膜装置１４への供給水は、温度調整装置１３で加温される前に第１の熱交換器２９で加温される。このため、温度調整装置１３で必要とする熱エネルギーが節約される。一方、逆浸透膜装置１４の処理水は、逆浸透膜装置１４への供給水に熱エネルギーを伝えた後に、冷却器１７で冷却される。このため、冷却器１７に供給される処理水の温度が下がり、冷却器１７の冷却負荷が減少する。本実施形態では、熱エネルギーが不要な部位から熱エネルギーが必要な部位に、熱交換によって熱エネルギーを移動しているため、超純水製造装置１Ｄのエネルギー使用効率が向上する。
【0027】
（第５の実施形態）
図７に、本発明の第５の実施形態に係る超純水製造装置１Ｅの概略構成を示す。本実施形態では、第１～第３の実施形態と同様、逆浸透膜装置１４が電気再生式脱イオン装置１８の上流に設けられ、温度調整装置１３が、逆浸透膜装置１４の上流に設けられている。本実施形態においても、温度調整装置１３は、逆浸透膜装置１４への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下、好ましくは２０～３０℃程度に調整する。第１の温度計２８で測定された水温が、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。本実施形態では、これに加えて、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し電気再生式脱イオン装置１８の処理水を加温する第２の熱交換器３０を有している。電気再生式脱イオン装置１８の処理水は、第２の熱交換器３０で加温された後に熱交換器２１でさらに加温される。このため、熱交換器２１で必要とする熱エネルギーが節約される。変形例では、熱交換器２１は削除することもできる。第４の実施形態と同様、逆浸透膜装置１４の処理水は、逆浸透膜装置１４への供給水に熱エネルギーを伝えた後に、冷却器１７で冷却される。このため、冷却器１７に供給される処理水の温度が下がり、冷却器１７の冷却負荷が減少する。本実施形態でも、熱エネルギーが不要な部位から熱エネルギーが必要な部位に、熱交換によって熱エネルギーを移動しているため、超純水製造装置１Ｅのエネルギー使用効率が向上する。また、前述したとおり、温度調整装置１３は逆浸透膜装置１４への供給水の水温に応じて、加熱器、冷却器、温調器のいずれかとすることができ、省略することもできる。
図７に、本発明の第５の実施形態に係る超純水製造装置１Ｅの概略構成を示す。本実施形態では、第１～第３の実施形態と同様、逆浸透膜装置１４が電気再生式脱イオン装置１８の上流に設けられ、温度調整装置１３が、逆浸透膜装置１４の上流に設けられている。本実施形態においても、温度調整装置１３は、逆浸透膜装置１４への供給水の水温を１５℃以上４０℃以下、好ましくは２０～３０℃程度に調整する。第１の温度計２８で測定された水温が、第１の温度計２８の設置位置においてユースポイント２の要求水温に対応する値を上回ったときに、冷却器１７が作動する。本実施形態では、これに加えて、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し電気再生式脱イオン装置１８の処理水を加温する第２の熱交換器３０を有している。電気再生式脱イオン装置１８の処理水は、第２の熱交換器３０で加温された後に熱交換器２１でさらに加温される。このため、熱交換器２１で必要とする熱エネルギーが節約される。変形例では、熱交換器２１は削除することもできる。第４の実施形態と同様、逆浸透膜装置１４の処理水は、逆浸透膜装置１４への供給水に熱エネルギーを伝えた後に、冷却器１７で冷却される。このため、冷却器１７に供給される処理水の温度が下がり、冷却器１７の冷却負荷が減少する。本実施形態でも、熱エネルギーが不要な部位から熱エネルギーが必要な部位に、熱交換によって熱エネルギーを移動しているため、超純水製造装置１Ｅのエネルギー使用効率が向上する。また、前述したとおり、温度調整装置１３は逆浸透膜装置１４への供給水の水温に応じて、加熱器、冷却器、温調器のいずれかとすることができ、省略することもできる。
【0028】
（第８の実施形態）
図８に、本発明の第６の実施形態に係る超純水製造装置１Ｆの概略構成を示す。本実施形態は第４の実施形態と第５の実施形態を組み合わせたものである。本実施形態の超純水製造装置１Ｆは、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し逆浸透膜装置１４への供給水を加温する第１の熱交換器２９と、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し電気再生式脱イオン装置１８の処理水を加温する第２の熱交換器３０と、を有している。第１の熱交換器２９は、供給水（原水）からの熱を回収し逆浸透膜装置１４の透過水を加温する加熱器であってもよい。逆浸透膜装置１４の処理水は、第１の熱交換器２９で熱を回収された後に、さらに熱交換器３０で熱を回収される。本実施形態は、第４の実施形態と第５の実施形態の効果を同時に奏することができる。すなわち、温度調整装置１３と熱交換器２１で必要とされる熱エネルギーが節約されるともに、冷却器１７の冷却負荷が減少するので、超純水製造装置１Ｆのエネルギー使用効率が一層向上する。
図８に、本発明の第６の実施形態に係る超純水製造装置１Ｆの概略構成を示す。本実施形態は第４の実施形態と第５の実施形態を組み合わせたものである。本実施形態の超純水製造装置１Ｆは、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し逆浸透膜装置１４への供給水を加温する第１の熱交換器２９と、逆浸透膜装置１４の処理水から熱を回収し電気再生式脱イオン装置１８の処理水を加温する第２の熱交換器３０と、を有している。第１の熱交換器２９は、供給水（原水）からの熱を回収し逆浸透膜装置１４の透過水を加温する加熱器であってもよい。逆浸透膜装置１４の処理水は、第１の熱交換器２９で熱を回収された後に、さらに熱交換器３０で熱を回収される。本実施形態は、第４の実施形態と第５の実施形態の効果を同時に奏することができる。すなわち、温度調整装置１３と熱交換器２１で必要とされる熱エネルギーが節約されるともに、冷却器１７の冷却負荷が減少するので、超純水製造装置１Ｆのエネルギー使用効率が一層向上する。
【符号の説明】
【0029】
１Ａ～１Ｆ 超純水製造装置
２ ユースポイント
３ 制御装置
１３ 温度調整装置
１４ 逆浸透膜装置
１７ 冷却器
１８ 電気再生式脱イオン装置
２６ 第２の温度計
２７ ホウ素濃度測定器
２８ 第１の温度計
２９ 第１の熱交換器
３０ 第２の熱交換器
Ｓ１ １次システム
Ｓ２ ２次システム
２ ユースポイント
３ 制御装置
１３ 温度調整装置
１４ 逆浸透膜装置
１７ 冷却器
１８ 電気再生式脱イオン装置
２６ 第２の温度計
２７ ホウ素濃度測定器
２８ 第１の温度計
２９ 第１の熱交換器
３０ 第２の熱交換器
Ｓ１ １次システム
Ｓ２ ２次システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】