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  • 特開-超純水製造装置及び超純水製造方法 図1
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(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】P2024131047
(43)【公開日】2024-09-30
(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 1/44 20230101AFI20240920BHJP
   C02F 1/32 20230101ALI20240920BHJP
   C02F 1/42 20230101ALI20240920BHJP
   C02F 1/469 20230101ALI20240920BHJP
   B01D 61/44 20060101ALI20240920BHJP
   B01D 61/46 20060101ALI20240920BHJP
【FI】
C02F1/44 J
C02F1/32
C02F1/42 A
C02F1/469
B01D61/44 500
B01D61/44 520
B01D61/46
C02F1/44 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023041069
(22)【出願日】2023-03-15
(71)【出願人】
【識別番号】000001063
【氏名又は名称】栗田工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100086911
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100144967
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 隆之
(72)【発明者】
【氏名】後藤 秀樹
【テーマコード(参考)】
4D006
4D025
4D037
4D061
【Fターム(参考)】
4D006GA06
4D006GA17
4D006GA32
4D006JA53Z
4D006JA67Z
4D006KA14
4D006KB04
4D006KB11
4D006KE02P
4D006KE03P
4D006KE06P
4D006KE22Q
4D006KE23Q
4D006PA01
4D006PB02
4D006PB62
4D006PB64
4D006PC02
4D025AA04
4D025BB04
4D025CA05
4D025CA10
4D025DA01
4D025DA04
4D025DA05
4D025DA06
4D037AA03
4D037BA18
4D037BB01
4D037BB02
4D037CA03
4D037CA04
4D037CA15
4D061DA01
4D061EA09
4D061EB01
4D061EB37
4D061EB39
4D061FA07
4D061FA08
4D061FA09
4D061GA19
4D061GC19
4D061GC20
(57)【要約】
【課題】リターン水のエネルギーを回収してブースターポンプの消費電力を低減することができる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供する。
【解決手段】一次純水システムからの一次純水およびユースポイントで使用されなかった水を貯留するサブタンク1と、該サブタンク1からの水を処理して超純水とする水処理装置と、該サブタンク1の水を該水処理装置に送水するためのサブポンプ2と、該水処理装置で処理された超純水をユースポイント12に送水する送水配管11と、ユースポイント12で使用されなかった未使用超純水をリターン水として前記サブタンク1に送水するリターン配管13,14と、該水処理装置に設けられたブースターポンプ8とを有する超純水製造システムにおいて、前記リターン水の圧力を回収し前記ブースターポンプ8に送水される水を昇圧させるエネルギー回収装置7を設置したことを特徴とする超純水製造装置。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一次純水システムからの一次純水およびユースポイントで使用されなかった水を貯留するサブタンクと、
該サブタンクからの水を処理して超純水とする水処理装置と、
該サブタンクの水を該水処理装置に送水するためのサブポンプと、
該水処理装置で処理された超純水をユースポイントに送水する送水配管と、
ユースポイントで使用されなかった未使用超純水をリターン水として前記サブタンクに送水するリターン配管と、
該水処理装置に設けられたブースターポンプと
を有する超純水製造システムにおいて、
前記リターン水の圧力を回収し前記ブースターポンプに送水される水を昇圧させるエネルギー回収装置を設置したことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項2】
前記エネルギー回収装置は、1次側流路及び2次側流路を有し、1次側流路を流れる水の圧力で2次側流路を流れる水を昇圧させる圧力回収装置であり、
該1次側流路に前記リターン水が通水され、前記ブースターポンプに送水される水が該2次側流路に通水される請求項1の超純水製造装置。
【請求項3】
前記圧力回収装置は、インペラ式の圧力回収装置である請求項2の超純水製造装置。
【請求項4】
前記ユースポイントからのリターン水を前記1次側流路に送水する配管(13)と、
該配管(13)に設けられた圧力センサ(13a)と、該1次側流路からの水を前記サブタンクに送水する配管(14)と、
該配管(14)に設けられた流量調節バルブ(15)と、
前記UF装置からユースポイントに送水される超純水の流量を検出する流量センサ(11a)と、
該流量センサ(11a)の検出流量が所定値となるように前記ブースターポンプを制御するブースターポンプ制御器と、
前記圧力センサ(13a)の検出圧力が所定値となるように前記流量調節バルブ(15)を制御する流量調節バルブ制御器と
を有する請求項2の超純水製造装置。
【請求項5】
前記水処理装置は、低圧紫外線酸化装置と、該低圧紫外線酸化装置からの流出水が通水される電気脱イオン装置又は混床式イオン交換装置よりなる脱イオン装置と、該脱イオン装置からの水が通水されるUF装置とを有しており、
前記ブースターポンプは、該低圧紫外線酸化装置と脱イオン装置との間、又は該脱イオン装置とUF装置との間に配置されている請求項1の超純水製造装置。
【請求項6】
請求項1~5のいずれかの超純水製造装置によって超純水を製造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、超純水製造装置及び超純水製造方法に関し、特に、ユースポイントからのリターン水の保有エネルギーを回収するようにした超純水製造装置及び超純水製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセス等で用いられている超純水は、前処理システム、一次純水システム及びサブシステムから構成される超純水製造装置で原水(工業用水、市水、井水等)を処理することにより製造されている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
凝集、加圧浮上(沈殿)、濾過装置等よりなる前処理システムでは、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。逆浸透(RO)膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置(混床式、2床3塔式又は4床5塔式)を備える一次純水システムでは原水中のイオンや有機成分の除去を行う。
【0004】
一次純水はサブタンクを経てサブシステムに供給される。
【0005】
サブシステムは、熱交換器、低圧紫外線(UV)酸化装置、混床式イオン交換装置又は電気脱イオン装置、限外濾過(UF)膜分離装置等を備える。低圧UV酸化装置では、低圧UVランプより出される波長185nmの紫外線によりTOCを有機酸さらにはCOまで分解する。分解された有機酸及びCOは後段のデミナ―非再生型イオン交換樹脂塔又は電気脱イオン装置で除去される。UF膜分離装置では、微小粒子が除去されイオン交換樹脂の流出粒子も除去される。
【0006】
サブシステムからの超純水はユースポイントに送水され、ユースポイントで使用されなかった超純水は、リターン配管を介してサブタンクに返送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2010-196591号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
超純水製造装置のサブシステムでは、サブシステム系内の水質維持のためにユースポイントからのリターン配管に下限リターン水量(ミニマムリターン水量)を設定しており、リターン水量が常にミニマムリターン水量以上となるように制御される。そのため、ユースポイントへの送水量は、ユースポイントでの使用水量にミニマムリターン水量を上乗せした水量とされている。
【0009】
電子産業のユースポイントに於ける超純水の使用圧力は0.3~0.6MPaが一般的である。そのため、リターン配管には圧力調整弁を設置し、その1次側圧力が常にこの超純水使用圧範囲内となるように設計されている。圧力調整弁の2次側は、リターン水がそのままサブタンクに戻るため、圧力解放となる。リターン水のエネルギーは、その水量と圧力との積に比例するが、ほとんどが圧力調整弁により失われ、これまで利活用されることなくサブタンクに戻されていた。
【0010】
ユースポイントでの超純水使用量が少なく、これに伴いリターン水量が多い程、リターン水のエネルギーは多くなる。従来は、超純水の水質維持の観点からユースポイントでの超純水使用量の多少に関わらず、ユースポイントへの送水量は常時一定に管理されているため、サブシステム系内のエネルギー(電力)消費量の無駄が多い。
【0011】
本発明は、リターン水のエネルギーを回収してブースターポンプの消費電力を低減することができる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の要旨は次の通りである。
【0013】
[1] 一次純水システムからの一次純水およびユースポイントで使用されなかった水を貯留するサブタンクと、
該サブタンクからの水を処理して超純水とする水処理装置と、
該サブタンクの水を該水処理装置に送水するためのサブポンプと、
該水処理装置で処理された超純水をユースポイントに送水する送水配管と、
ユースポイントで使用されなかった未使用超純水をリターン水として前記サブタンクに送水するリターン配管と、
該水処理装置に設けられたブースターポンプと
を有する超純水製造システムにおいて、
前記リターン水の圧力を回収し前記ブースターポンプに送水される水を昇圧させるエネルギー回収装置を設置したことを特徴とする超純水製造装置。
【0014】
[2] 前記エネルギー回収装置は、1次側流路及び2次側流路を有し、1次側流路を流れる水の圧力で2次側流路を流れる水を昇圧させる圧力回収装置であり、
該1次側流路に前記リターン水が通水され、前記ブースターポンプに送水される水が該2次側流路に通水される[1]の超純水製造装置。
【0015】
[3] 前記圧力回収装置は、インペラ式の圧力回収装置である[2]の超純水製造装置。
【0016】
[4] 前記ユースポイントからのリターン水を前記1次側流路に送水する配管(13)と、
該配管(13)に設けられた圧力センサ(13a)と、該1次側流路からの水を前記サブタンクに送水する配管(14)と、
該配管(14)に設けられた流量調節バルブ(15)と、
前記UF装置からユースポイントに送水される超純水の流量を検出する流量センサ(11a)と、
該流量センサ(11a)の検出流量が所定値となるように前記ブースターポンプを制御するブースターポンプ制御器と、
前記圧力センサ(13a)の検出圧力が所定値となるように前記流量調節バルブ(15)を制御する流量調節バルブ制御器と
を有する[2]の超純水製造装置。
【0017】
[5] 前記水処理装置は、低圧紫外線酸化装置と、該低圧紫外線酸化装置からの流出水が通水される電気脱イオン装置又は混床式イオン交換装置よりなる脱イオン装置と、該脱イオン装置からの水が通水されるUF装置とを有しており、
前記ブースターポンプは、該低圧紫外線酸化装置と脱イオン装置との間、又は該脱イオン装置とUF装置との間に配置されている[1]の超純水製造装置。
【0018】
[6] [1]~[5]のいずれかの超純水製造装置によって超純水を製造する超純水製造方法。
【発明の効果】
【0019】
本発明では、リターン配管にエネルギー回収装置を設け、リターン水の保有エネルギーを利用してブースターポンプに送水される水を昇圧させるので、ブースターポンプの消費電力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】実施の形態に係る超純水製造装置のサブシステムの構成図である。
図2】比較例に係る超純水製造装置のサブシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【0022】
本実施の形態の超純水製造装置は、前処理システム、一次純水システム及びサブシステムから構成される。なお、超純水製造装置によっては、一次純水システムとサブシステムとの間に、更に1.5次純水システムなどと称する純水システムを設ける場合があるが、本発明においては、1.5次純水システムを含め、サブシステムの前段の純水システムを一次純水システムとして記載する。
【0023】
前処理システムでは、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。一次純水システムでは原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、一次純水システムのRO膜分離装置では、塩類除去のほかにイオン性、中性、コロイド性のTOCを除去する。
【0024】
このようにして得られた一次純水をサブタンクに導入し、サブシステムで処理して超純水を製造する。図1はこの実施の形態のサブシステムの構成を示している。
【0025】
図1の通り、サブシステム1内の一次純水をサブポンプ2で冷却用熱交換器3、脱気膜装置4、ガス溶解装置5、低圧紫外線(UV)酸化装置6に順次に通す。脱気膜装置4では、水中の酸素やCO等が除去される。ガス溶解装置5では、所望のガス、例えば窒素ガスを溶解させる。
【0026】
低圧紫外線酸化装置6から流出した水をエネルギー回収装置7の2次側流路7bに通して昇圧させた後、ブースターポンプ8でさらに昇圧させ、デミナ―(非再生型イオン交換樹脂塔)9及びUF膜装置10に順次に通水し、得られた超純水を配管11によってユースポイント12に送る。
【0027】
低圧紫外線酸化装置6では、通常、超純水製造装置に用いられる185nm付近の波長を有するUVを照射し、一次純水中のTOCを有機酸に分解する。この有機酸は、その他のイオンと共に、デミナ―9で除去される。なお、デミナ―の代りに電気脱イオン装置を用いてもよい。
【0028】
UF(限外濾過膜)装置10は、水中の微粒子を除去するためのものである。なお、UF膜を透過しなかった水(濃縮水)は、配管10aによって一次純水システムに返送される。
【0029】
UF装置10からユースポイント12へ送水する配管11には流量計11aが設けられており、この流量計11aの検出流量が所定値となるようにブースターポンプ8がブースターポンプ制御器(図示略)によって制御される。
【0030】
ユースポイント12で使用されなかった未使用超純水は、リターン配管13によってエネルギー回収装置7の1次側流路7aに通水される。このリターン水の保有エネルギーによって2次側流路7bを流れる水が昇圧される。リターン配管13には圧力センサ13aが設けられている。1次側流路7aを通ったリターン水は、配管14及び流量調節バルブ15を経てサブシステム1に返送される。流量調節バルブ15は、圧力センサ13aで検出されるリターン配管13内の圧力が所定値となるようにバルブ制御器(図示略)によって制御される。なお、この実施の形態では、圧力センサ13aの検出圧力が0.3~0.6MPaとなるように制御されることが好ましい。
【0031】
エネルギー回収装置7は、1次側流路7aを流れる水の圧力によって2次側流路7bを流れる水を加圧するように構成された圧力回収装置である。
【0032】
圧力回収装置としては、インペラ型の圧力回収装置(米国Energy Recovery社)や、容積形動力回収型の圧力回収装置(米国Fedco社)など各種のものが市販されているが、リターン水の流量は常時変動することが一般的であるので、本発明ではエネルギー回収装置7としてはインペラ型の圧力回収装置が好適である。
【0033】
すなわち、一般にエネルギー回収装置7の1次側流路(エネルギーを与える側)のリターン水流量は変動するが、それを受け取り有効活用する側(2次側流路)の流量は一定となる。
【0034】
容積形動力回収型の圧力回収装置はエネルギー回収効率が高く、それを採用する場合の経済的メリットは大きなものとなるが、両側の流量が常に同じとなる機構となるため、この場合の適用は困難である。そのため、圧力回収装置としては、インペラ式のエネルギー回収装置が好ましい。高水質維持のため、シールはグランドパッキンではなくメカニカルシールが望ましい。エネルギー回収装置内のシール部より数%程度の水がリークしてしまうが、1次側流路7aと2次側流路7bの水質がほぼ同等であるので問題はない。
【0035】
この超純水製造装置にあっては、エネルギー回収装置7によってブースターポンプ8への給水を昇圧させるので、ブースターポンプ8の消費電力を低減することができる。また、上述の通り、エネルギー回収装置7の1次側流路7aを流れるリターン水と2次側流路7bを流れる水(低圧紫外線酸化装置流出水)の水質は、ほぼ同一であるため、両者が混合してもトラブルとはならない。
【0036】
また、この超純水製造装置にあっては、サブシステムの流量を一定にするようにサブポンプ2の送水量を制御する運転が行われるので、ユースポイントに送水される超純水の水質が安定したものとなる。
【0037】
上記のサブシステムは、一例であり、一部の機器を省略したり、一部の機器を他の同種の機器に置き換えたり、さらに別の機能を有する機器を設置してもよい。例えば低圧紫外線酸化装置6の後段に触媒式酸化性物質分解装置を設置してもよい。また、ガス溶解装置5を省略してもよい。この場合、低圧紫外線酸化装置の後段に脱気膜装置を設置してもよい。
【0038】
また、エネルギー回収装置7とブースターポンプ8とは、他の箇所、例えばデミナ―(又はそれの代りに設置された電気脱イオン装置)とUF装置10との間に配置されてもよい。
【実施例0039】
図1に示す超純水製造装置と、図2に示す比較例の超純水製造装置とについて運転実績を比較した。
【0040】
図2の超純水製造装置は、エネルギー回収装置7を省略し、低圧紫外線酸化装置6の流出側とブースターポンプ8とを直接的に接続すると共に、ユースポイント12からのリターン水を配管13のみを介して直接的にサブタンク1に返送するようにしたものであり、それ以外は図1と同一である。
【0041】
主な運転条件を次の通りとした。
【0042】
サブポンプ送水量 132m/h
脱気膜装置差圧 0.3MPa
低圧紫外線酸化装置流出圧 0.2MPa
デミナ―流入圧 0.7MPa
UF装置差圧 0.2MPa
超純水送水量 125m/h
サブシステム出口圧 0.5MPa
リターン水量(実施例1:55m/h)
リターン水量(比較例1:25m/h)
配管13 圧力(実施例1):0.4MPa
配管14 圧力(実施例1):0.05MPa
配管13 圧力(比較例1):0.4MPa
ユースポイント超純水使用量:70m/h
【0043】
<ブースタ―ポンプ条件>
流量 :実施例1及び比較例1ともに132m/h
揚程 :実施例1では32.5m、比較例1では50m
軸動力 :実施例1では12kW、比較例1では18kW
定格電力:実施例1及び比較例1ともに30kW(50Hz)
【0044】
<エネルギー回収装置>
インペラ型
有効揚程 :35m
効率 :50%
補助揚程 :17.5m
補助軸動力:6.3kW
【0045】
[結果]
ブースターポンプの消費電力は、実施例1では19.5kWであり、比較例1では30kWであり、実施例1によると、比較例1よりも10.5kW低減された。
【符号の説明】
【0046】
1 サブタンク
2 サブポンプ
3 熱交換器
4 脱気膜装置
5 ガス溶解装置
6 低圧紫外線酸化装置
7 エネルギー回収装置
7a 1次側流路
7b 2次側流路
8 ブースターポンプ
9 デミナー
10 UF装置
11a 流量センサ
13a 圧力センサ
15 流量調節バルブ
図1
図2