CN109562959A - 超纯水制造装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够使用于将超纯水加热制成温超纯水的热交换器的热源成本降低的超纯水制造装置。将来自副系统(4)的二次纯水通过热交换器(6)及热交换器(10)加热再送往使用点。热交换器(6)的热源是从使用点回流的温超纯水。热交换器(10)的热源流体是通过加热泵(20)及蒸气式热交换器(15)加热过的温水。加热泵(20)的热源是来自使用点的温排水及UF膜分离装置(11A)的浓缩水。

Description

超纯水制造装置
技术领域
本发明涉及超纯水制造装置，特别涉及通过热交换器对来自二次纯水制造装置的超纯水进行加热而作为温超纯水来供应至使用点的超纯水制造装置。
背景技术
作为半导体清洗用水来使用的超纯水，是如图7所示地通过由前处理系统50、一次纯水制造装置60、二次纯水制造装置(多被称为副系统)70所构成的超纯水制造装置对原水(工业用水、民生用水、井水等)进行处理而制造的(专利文献1)。图7中各系统的功能如下所述。
在由凝集、加压浮上(沉淀)、过滤(膜过滤)装置等(该现有例为凝集过滤装置)组成的前处理系统50中，进行原水中的悬浮物质或胶体物质的去除。另外，在该过程中也能去除高分子类有机物、疏水性有机物等。
在具备前处理过的水的槽61、热交换器65、反渗透膜处理装置(RO装置)62、离子交换装置(混合床式或4床5塔式等)63、槽63A、离子交换装置63B及脱气装置64的一次纯水制造装置60中，进行原水中的离子或有机成分的去除。此外，水的温度越高，则黏性越低，RO膜的透过性会提高。因此，如图7所示，在反渗透膜处理装置62的前段设置有热交换器65，将水加热而使向反渗透膜处理装置62的供给水的温度在既定温度以上。在热交换器65的1次侧，供给有作为热源流体的蒸气。在反渗透膜处理装置62中，去除盐类并去除离子性、胶体性的TOC。在离子交换装置63、63B中，去除盐类、无机碳(IC)并通过离子交换树脂对被吸附或被离子交换的TOC成分进行去除。在脱气装置64中进行无机碳(IC)、溶解氧的去除。
通过一次纯水制造装置60制造的一次纯水经由配管69被送往温超纯水制造用的二次纯水制造装置70。该二次纯水制造装置70具备：副槽(有时也被称作纯水槽)71、泵72、低压紫外线氧化装置(UV装置)74、离子交换装置75。在低压紫外线氧化装置74中，通过低压紫外线灯发出的185nm的紫外线将TOC分解成有机酸、甚至是CO2。通过分解而生成的有机物及CO2在后段的离子交换装置75中被去除。
将来自二次纯水制造装置70的超纯水通过前段侧热交换器85和后段侧热交换器86加热至70～80℃左右，并供给至使用点90。使来自该使用点90的温回流水经由配管91流通至前段侧热交换器85的热源侧。流过前段侧热交换器85的热源侧后的回流水降温至40℃左右，经由配管92返回到副槽71。后段侧热交换器86以蒸气为热源。
来自一次纯水制造装置60的一次纯水的一部分被送往常温超纯水制造用的二次纯水制造装置70’。该二次纯水制造装置70’具备：副槽(有时也被称作纯水槽)71’、泵72’、热交换器73’、低压紫外线氧化装置(UV装置)74’、离子交换装置75’及超滤膜(UF膜)分离装置76’。从超滤膜分离装置76’经由配管88’使常温超纯水被送到使用点90’。来自该使用点90’的回流水经由配管92’返回到副槽71’。
图6是表示关于参考例的超纯水制造装置的系统图。需要说明的是，以下的说明中虽列举了水温，但各水温仅为一个示例，并没有对本发明做任何限定。
约25℃的一次纯水经由配管1、副槽2、配管3被导入副系统4，制造成约30℃的超纯水。所制造的超纯水按序流过配管5、热交换器6、配管9及热交换器10，被热交换器6加热至约42℃，再被热交换器10加热至约75℃，作为温超纯水通过配管11送往使用点。在即将抵达使用点之前在配管11上设置有UF膜分离装置11A。
经由配管7向热交换器6的热源流体流路导入来自使用点的约75℃的回流温超纯水(回流水)。该回流温超纯水在热交换器6中与来自副系统4的超纯水进行热交换而降温至约40℃之后，通过配管8被送到副槽2。
在热交换器10的热源流体流路中循环流通有被热交换器13、15加热至约80℃的第一媒介水(作为传热媒介的水)。也就是说，从热交换器10的热源流体流路出口所流出的约47℃的第一媒介水从配管12通过热交换器13被加热至约49℃之后，流过配管14、热交换器15、配管16而返回到热交换器10的热源流体流路入口。
在热交换器13的热源流体流路中经由配管17导入有约56℃的温排水。通过热交换器13降温至约53℃的温排水经由配管18流出，作为回收水被回收。
在热交换器15的热源流体流路中流通有来自锅炉等的蒸气(水蒸气)。
虽然省略了其图示，但在配管12、14或16上设有循环用的泵。
在该图6的超纯水制造装置中，因为在热交换器13中利用温排水所持有的热也可将第一媒介水加热，因此与仅通过蒸气式热交换器对来自热交换器6的超纯水进行加热的情况相比，用于得到既定温度的温超纯水的热源成本会变得更便宜。但是，对回流超纯水的热的回收却不够充分，期望更进一步降低热源成本。
专利文献1：日本特开2013-202581。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使用于对要被送至使用点的超纯水加温制成温超纯水的热交换器的热源成本降低的超纯水制造装置。
本发明的一实施方式的超纯水制造装置，该超纯水制造装置将被加热过的超纯水供给至使用点，其具有：一次纯水制造装置；二次纯水制造装置，对来自该一次纯水制造装置的一次纯水进行处理来制造超纯水；第一热交换器，用于对来自该二次纯水制造装置的超纯水进行加热，并以来自使用点的回流水作为热源；和加热机构，对在该第一热交换器中被加热过的超纯水进一步进行加热；其中，所述加热机构具备：第二热交换器，在所述第一热交换器中被加热过的超纯水被通入该第二热交换器的被加热流体流路中；第一循环流路，使作为传热媒介的第一媒介水在该第二热交换器的热源流体流路中循环流通；第一媒介水加热装置，利用温排水的热对流动在该第一循环流路中的第一媒介水进行加热；和第三热交换器，利用蒸气对在该第一媒介水加热装置中被加热过的第一媒介水进行加热。
本发明的一实施方式中，所述第一媒介水加热装置具有加热泵，该加热泵具备凝缩器、蒸发器、泵及膨胀阀；该凝缩器设置在所述第一循环流路上以便加热该第一媒介水；该蒸发器设置在循环有第二媒介水的第二循环流路上；在该第二循环流路上，设有用于利用所述温排水的热对第二媒介水进行加热的第二媒介水加热装置。
本发明的一实施方式中，所述第二媒介水加热装置是第五热交换器，所述温排水被通入该第五热交换器的热源流体流路中。
本发明的一实施方式，在所述第一热交换器与第二热交换器之间设置有用于加热所述超纯水的第六热交换器；所述超纯水制造装置设有温排水流路，该温排水流路用于使所述温排水通入第六热交换器之后再通入第五热交换器的热源流体流路中。
本发明的一实施方式中，所述超纯水制造装置设有用于对第一选择流路和第二选择流路进行切换的流路切换装置，该第一选择流路使所述温排水途经所述第六热交换器而通入第五热交换器，该第二选择流路使温排水绕过所述第六热交换器而通入第五热交换器。
本发明的一实施方式中，所述超纯水制造装置设有测量所述温排水的水质的水质传感器，并且具备控制机构，所述控制机构在该水质传感器检测出的水质比既定值好的情况下，选择所述第一选择流路，而在检测出的水质比该既定值差的情况下，选择所述第二选择流路。
本发明的一实施方式中，所述第二媒介水加热装置是第五热交换器，第三媒介水被通入该第五热交换器的热源流体流路中；所述超纯水制造装置设有用于使第三媒介水在该第五热交换器的热源流体流路中循环流通的第三循环流路；在该第三循环流路上设置有利用所述温排水对第三媒介水进行加热的第七热交换器。
本发明的一实施方式中，在所述第一热交换器与第二热交换器之间设置有用于加热所述超纯水的第六热交换器，所述第三循环流路被设成：使在所述第七热交换器中被加热过的第三媒介水途径该第六热交换器的热源流体流路而通入第五热交换器的热源流体流路中。
发明的效果
在本发明的超纯水制造装置中，在第一热交换器中，利用使用点回流水所持有的热对超纯水进行加热。且，利用以被温排水的热和蒸气所加热过的第一媒介水作为热源流体的第二热交换器，对该超纯水进一步进行加热。其结果，能够使将要送至使用点的超纯水加温至既定温度而制成温超纯水的热源成本降低。
需要说明的是，使用点回流水的水温，通常为70～80℃例如约75℃。
本发明中，温排水是指在使用点在清洗中被使用过的排水。在即将抵达使用点之前所设置的UF膜分离装置的浓缩水也可包括在温排水中。温排水的温度，通常为50～60℃例如约56℃。
附图说明
图1是关于实施方式的超纯水制造装置的系统图。
图2是关于实施方式的超纯水制造装置的系统图。
图3是关于实施方式的超纯水制造装置的系统图。
图4是关于实施方式的超纯水制造装置的系统图。
图5是关于实施方式的超纯水制造装置的系统图。
图6是关于参考例的超纯水制造装置的系统图。
图7是关于现有例的超纯水制造装置的系统图。
具体实施方式
本发明的超纯水制造装置，具备一次纯水制造装置及二次纯水制造装置以及加热超纯水的加热机构。
通常情况下，在该一次纯水制造装置的前段设有前处理装置。在前处理装置中，对原水实施利用过滤、凝集沉淀、微过滤膜等进行的前处理，主要是去除悬浮物质。通常，通过该前处理，使水中的微粒子数量成为103个/mL以下。
一次纯水制造装置，具备：反渗透(RO)膜分离装置、脱气装置、再生式离子交换装置(混合床式或4床5塔式等)、电去离子装置、紫外线(UV)照射氧化装置等的氧化装置等，其去除前处理水中的大半的电解质、微粒子、生菌等。例如，一次纯水制造装置由热交换器、2台以上的RO膜分离装置、混合床式离子交换装置及脱气装置所构成。
二次纯水制造装置由副槽、供水泵、冷却用热交换器、低压紫外线氧化装置或杀菌装置一类的紫外线照射装置、非再生型混合床式离子交换装置或电去离子装置、超过滤(UF)膜分离装置或微过滤(MF)膜分离装置等膜过滤装置所构成，但有时也还设有膜脱气装置、RO膜分离装置、电去离子装置等脱盐装置。在二次纯水制造装置中，使用低压紫外线氧化装置并在其后段设置混合床式离子交换装置，由此利用紫外线氧化分解水中的TOC，并通过离子交换去除氧化分解生成物。本说明书中，以下，将二次纯水制造装置中的比副槽更靠后段侧的部分称之为副系统。
此外，在二次纯水制造装置的后段设置三次纯水制造装置并对来自该三次纯水制造装置的超纯水进行加热这样的方式也可采用。该三次纯水制造装置具备与二次纯水制造装置相同的构成，制造更高纯度的超纯水。
以下，参照附图，针对本发明的实施方式进行说明。图2是表示关于第一实施方式的超纯水制造装置的系统图。需要说明的是，在以下的说明中虽列举了水温，但各水温仅为一个示例而已，并非对本发明做出任何限定。
约25℃的一次纯水经由配管1、副槽2、配管3被导入副系统4，制造约30℃的超纯水。所制造的超纯水按序流过配管5、热交换器6、配管9及热交换器10，被热交换器6加热至约42℃，再被热交换器10加热至约75℃，作为温超纯水通过配管11被送往使用点。在即将抵达使用点之前在配管11上设置有UF膜分离装置11A。
经由配管7向热交换器6的热源流体流路导入来自使用点的约75℃的回流温超纯水(回流水)。该回流温超纯水在热交换器6中与来自副系统4的超纯水进行热交换而降温至约40℃之后，通过配管8被送到副槽2。
在热交换器10的热源流体流路中循环流通有由加热泵20及蒸气式热交换器15所加热过的第一媒介水(作为传热媒介的水)。也就是说，通过第一循环流路的加热泵20的凝缩器23将从热交换器10流出的约60℃的第一媒介水加热至约70℃之后，再通过蒸气式热交换器15加热至约85℃，使其流入热交换器10。
在热交换器15的热源流体流路中流通有来自锅炉等的蒸气(水蒸气)。
加热泵20的构成为：将来自蒸发器21的氟利昂替代品等的热媒介用泵22压缩而导入凝缩器23，并将来自凝缩器23的热媒介经由膨胀阀24导入蒸发器21。
来自热交换器10的第一媒介水经由配管12被导入第一循环流路(高温侧流路)的凝缩器23，在凝缩器23中被加热过的第一媒介水经由配管14被送至热交换器15。此外，来自凝缩器23的第一媒介水的一部分经由旁通配管19被送回配管12。由此，导入凝缩器23的第一媒介水的水温成为约65℃。在旁通配管19上设有流量调节阀(图示省略)。
虽然省略了其图示，但在配管12、14或16上设有循环用的泵。后述的图2～5的超纯水制造装置也相同。
为了将第二媒介水通入蒸发器21的热源流体流路(低温侧流路)并循环，设有由配管25、热交换器26及配管27所形成的循环流路。此外，在配管25、27之间设有旁通配管28。
在热交换器26的热源流体流路中经由配管29导入有约56℃的温排水。与第二媒介水热交换而降温至约25℃的温排水，从配管30流出而作为回收水被回收。
在热交换器26被加热至约30℃的第二媒介水被导入蒸发器21的热源流体流路中，与加热泵20的热媒介进行热交换而降温至约20℃之后，经由配管25被送往热交换器26。一部分的第二媒介水经由旁通配管28从配管25流向配管27。由此，流入蒸发器21的第二媒介水的水温成为约25℃。在旁通配管28上设有流量调节阀(图示省略)。
作为加热泵20的运转方法，例如，调整加热泵压缩机的输入功率及循环水流量，来使第一媒介水及第二媒介水的出口温度各自成为一定的温度。也可使加热泵为多个系列，根据热负荷进行台数控制。另外，也可进行如下运转，即如图示所示地在高温侧及(或)低温侧的循环系统中设置对热交换器旁通的配管与流量控制阀，来控制加热泵入口温度。
图2是表示关于第二实施方式的超纯水制造装置。该超纯水制造装置，是在图1的超纯水制造装置的基础上，在连结热交换器6、10的超纯水配管9的途中设置热交换器31，使超纯水流入热交换器31的被加热流路，并将约56℃的温排水经由配管32导入热交换器31的热源流体流路中。
约56℃的温排水基于在热交换器31对配管9的超纯水进行加热而降温至约47℃之后，通过配管29供给至热交换器26。
图2的其它构造与图1相同。
根据图2的超纯水制造装置，相比与图1的情况，能够减少蒸气使用量。但是，一般认为，根据温排水的水质的不同，补加的热交换器31的传热面会受到污染，传热性能降低。由于在温超纯水的制造工艺中为了维持温超纯水的品质不能进行热交换器31的拆解清洗，所以图2的流程能适用于温排水没有污染(或者热交换器的清洗、污染去除很容易)的情况。作为热交换器31而言，为了完全防止杂质的泄漏或溶出，优选使用全焊接或单侧焊接式的钛制板热交换器。
图3的构成是，在图2的基础上，能够对使温排水直接通入热交换器26的选择流路、和使温排水经由热交换器31通入热交换器26的选择流路进行切换。
也就是说，温排水用配管33经由阀34、配管35而连接于配管29。且，配管33经由从该配管33分叉出的配管36、阀37及配管38而连接至热交换器31。通过打开阀34并关闭阀37，使来自配管33的温排水直接流通至热交换器26。
通过关闭阀34并打开阀37，使来自配管33的温排水通入热交换器31之后，再通入热交换器26。
此外，优选在配管33上设置TOC计或电阻率计等的水质传感器39，将该检测出的值输入阀控制装置(图标省略)，从而以如下方式控制阀34、37：当温排水的水质为良好(例如TOC比既定浓度还低)时，按序将温排水通入热交换器31、26；当水质不好(例如TOC浓度比既定值还高)时，直接将温排水通入热交换器26。
另外，也可以采用如下方式：将清洗水用配管40经由阀41连接于配管33，根据需要用药品或水来清洗热交换器31、26或配管。
图3的其它构造与图2相同。
根据图3的超纯水制造装置，能够达到有效率加热超纯水和防止(抑制)热交换器的污染的目的。
在图4中，为了使第三媒介水通入热交换器26的热源流体流路中并循环，而设置由热交换器44、配管45、热交换器31、配管29、热交换器26、配管46所形成的循环流路，经由配管47将约56℃的温排水通入热交换器44的热源流体流路中，并将该约25℃的流出水通过配管48而作为回收水回收。
通过在热交换器44的被加热流体流路中流动而被加热至约51℃的第三媒介水，经由配管45被通入热交换器31的热源流体流路中，从而对配管9中流动的超纯水进行加热。通过热交换器31而降温至约47℃的温排水，经由配管29被通入热交换器26的热源流体流路中，降温至约20℃，接着经由配管46返回到热交换器44的被加热流体流路。在热交换器26将约15℃的第二媒介水加热至约25℃。
该图4的超纯水制造装置，因为超纯水的加热效率好而且在超纯水用配管9的热交换器31中通入有洁净的第三媒介水，所以能够抑制该热交换器31附着污染的风险。
图5示出的实施方式的构成是：在图1的基础上，通过多台的加热泵来加热第一媒介水，同时将在即将到达使用点之前设置的UF膜分离装置11A的浓缩水也作为温排水来利用。
在该实施方式中，从热交换器10的热源流体流路出口流出的约51℃的第一媒介水，经由配管12被导入中继槽12a。在中继槽12a中也导入来自UF膜分离装置11A的浓缩水。该浓缩水的洁净度较高。中继槽12a内的第一媒介水经由配管12b被通入第一加热泵20A的凝缩器23而被加热至约60℃之后，经由配管12c被通入第二加热泵20B的凝缩器23而被加热至约67℃，接着，经由配管14被通入蒸气式热交换器15而被加热至约75～76℃之后，经由配管16循环至热交换器10的热源流体流路入口。
加热泵20A、20B的构成与加热泵20相同。在各加热泵20A、20B的蒸发器21中流通有在热交换器26中被加热过的第二媒介水。以穿过热交换器26的被加热流体流路的方式而被加热至约40℃的第二媒介水，通过配管27及从其分支出的配管27a、27b流通至各凝缩器21，与加热泵20A、20B的热媒介进行热交换从而降温。从各凝缩器21流出的约30℃的第二媒介水经由配管25a、25b被导入合流槽25c。合流槽25c内的第二媒介水经由泵25d及配管25e返回到热交换器26的被加热流体流路中。
在热交换器26的热源流体流路中经由配管29导入来自温排水槽95的约56℃的温排水。在热交换器26中进行热交换而降温至约32℃的排水，经由配管30作为回收水被回收。
从使用点90排出的温排水被导入至温排水槽95。且，在该实施方式中，来自所述中继槽12a的溢流水也被导入至温排水槽95。
图5的其它构造与图1相同，相同的符号表示相同的部分。
此外，在图1～6的各超纯水制造装置中，以一次纯水温度25℃、来自副系统4的超纯水温度30℃、温超纯水温度60℃、温排水温度56℃、回收水温度25℃、来自蒸气式热交换器15的第一媒介水温度85℃这样的温度条件，在各种流量条件下进行了模拟。其结果，当图6的超纯水制造装置的热源成本为100％的情况，图1的超纯水制造装置的热源成本为75％、图2的超纯水制造装置的热源成本为63％、图4的热源成本为65％。
上述实施方式为本发明的一个示例，本发明也可采用图示以外的方式。例如，也可在配管11上设置蒸气式热交换器，以便对在热交换器10中被加热过的超纯水进行加热。
虽使用了特定的实施方式详细说明了本发明，但本领域技术人员很清楚在不脱离本发明的主旨和范围内能进行各种变更。
本申请基于2016年9月14日所申请的日本专利申请2016-179640，通过引用将其全文援用至此。

Claims (8)

1.一种超纯水制造装置，该超纯水制造装置将被加热过的超纯水供给至使用点，其具有：
一次纯水制造装置；
二次纯水制造装置，对来自该一次纯水制造装置的一次纯水进行处理来制造超纯水；
第一热交换器，用于对来自该二次纯水制造装置的超纯水进行加热，并以来自使用点的回流水作为热源；和
加热机构，对在该第一热交换器中被加热过的超纯水进一步进行加热；
其特征在于，
所述加热机构具备：
第二热交换器，在所述第一热交换器中被加热过的超纯水被通入该第二热交换器的被加热流体流路中；
第一循环流路，使作为传热媒介的第一媒介水在该第二热交换器的热源流体流路中循环流通；
第一媒介水加热装置，利用温排水的热对流动在该第一循环流路中的第一媒介水进行加热；和
第三热交换器，利用蒸气对在该第一媒介水加热装置中被加热过的第一媒介水进行加热。
2.如权利要求1所述的超纯水制造装置，其特征在于，
所述第一媒介水加热装置具有加热泵，该加热泵具备凝缩器、蒸发器、泵及膨胀阀；
该凝缩器设置在所述第一循环流路上以便加热该第一媒介水；
该蒸发器设置在循环有第二媒介水的第二循环流路上；
在该第二循环流路上，设有用于利用所述温排水的热对第二媒介水进行加热的第二媒介水加热装置。
3.如权利要求2所述的超纯水制造装置，其特征在于，
所述第二媒介水加热装置是第五热交换器，所述温排水被通入该第五热交换器的热源流体流路中。
4.如权利要求3所述的超纯水制造装置，其特征在于，
在所述第一热交换器与第二热交换器之间设置有用于加热所述超纯水的第六热交换器；
所述超纯水制造装置设有温排水流路，该温排水流路用于使所述温排水通入第六热交换器的热源流体流路中之后再通入第五热交换器的热源流体流路中。
5.如权利要求4所述的超纯水制造装置，其特征在于，
所述超纯水制造装置设有用于对第一选择流路和第二选择流路进行切换的流路切换装置，该第一选择流路使所述温排水途经所述第六热交换器而通入第五热交换器，该第二选择流路使温排水绕过所述第六热交换器而通入第五热交换器。
6.如权利要求5所述的超纯水制造装置，其特征在于，
所述超纯水制造装置设有测量所述温排水的水质的水质传感器，并且，具备控制机构，所述控制机构在该水质传感器检测出的水质比既定值好的情况下，选择所述第一选择流路，而在检测出的水质比该既定值差的情况下，选择所述第二选择流路。
7.如权利要求2所述的超纯水制造装置，其特征在于，
所述第二媒介水加热装置是第五热交换器，第三媒介水被通入该第五热交换器的热源流体流路中；
所述超纯水制造装置设有用于使第三媒介水在该第五热交换器的热源流体流路中循环流通的第三循环流路；
在该第三循环流路上设置有利用所述温排水对第三媒介水进行加热的第七热交换器。
8.如权利要求7所述的超纯水制造装置，其特征在于，
在所述第一热交换器与第二热交换器之间设置有用于加热所述超纯水的第六热交换器，
所述第三循环流路被设成：使在所述第七热交换器中被加热过的第三媒介水途径该第六热交换器的热源流体流路而通入第五热交换器的热源流体流路中。
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