JP2000159504A - 超純水の比抵抗調整装置及び調整方法 - Google Patents
超純水の比抵抗調整装置及び調整方法Info
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- JP2000159504A JP2000159504A JP33094498A JP33094498A JP2000159504A JP 2000159504 A JP2000159504 A JP 2000159504A JP 33094498 A JP33094498 A JP 33094498A JP 33094498 A JP33094498 A JP 33094498A JP 2000159504 A JP2000159504 A JP 2000159504A
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Abstract
アンモニアガスを付加し、比抵抗値の調整された超純水
を製造する際、従来は生成水の比抵抗値を測定しながら
供給水または供給ガスの流量を調整していたが、生成水
の消費量に変動がある場合に、一定範囲の比抵抗値の超
純水を安定して供給するのが困難で、それを達成するに
は装置の高機能化を要し容易でなく、コスト上も問題で
ある。 【解決手段】 消費量に応じて供給される超純水原水
を、分配装置によって流量に大小のある2流に一定比率
で分流し、一方の流れを気体分離膜モジュールに供給し
て、炭酸ガスまたはアンモニアガスを、そのガス圧と水
温によって決まる平衡濃度の90%以上のほぼ一定濃度
まで溶解させ、その炭酸ガスまたはアンモニアガス付加
水を大流量に分けられた原水へ合流させて均一に混合さ
せる方法により、超純水原水に流量変動が存在しても、
比抵抗値を一定に保つことができる。特別な自動制御装
置を必要としない。装置の小型化、簡略化、運転コスト
の削減が可能。
Description
液晶分野での洗浄用水に用いられる超純水の比抵抗を調
整する装置及び方法に関するものである。
水(比抵抗≧18MΩ・cm)を使用してフォトマスク
基板、シリコンウェハー、ガラス板を洗浄する場合、ダ
イシングマシンによりウェハーを切断する場合に、超純
水の比抵抗が高いために静電気が発生し、そのために絶
縁破壊を起こしたり、或いは微粒子の吸着などが生じる
ことで、基板の製品歩留まりに著しく悪影響を及ぼす事
が広く知られている。そこでこのような悪影響を解消す
るために、超純水流路にマグネシウムのメッシュを装着
して超純水の比抵抗を低下させる方法が知られている。
用いて超純水に炭酸ガスを溶解させ、解離平行により発
生した炭酸イオンにより比抵抗を低下させる方法として
は、超純水の比抵抗調整装置(特公平5−21841号
公報)、超純水の比抵抗調整方法及び装置(特開平7−
60082号公報)が提案されている。
グ等の工程では、超純水の流量変動が激しく、流量が変
動しても比抵抗が変動しないことが要求される。極端な
場合には、数秒単位での流量変動が起こる。超純水の流
量が変動しても比抵抗を一定に制御する方法として、”
超純水の科学”(半導体基盤技術研究会編、株式会社リ
アライズ社発行)に、炭酸ガス溶解後の比抵抗を測定
し、炭酸ガス流量をフィードバック制御を行う方法(3
92ページ)、超純水流量を測定し炭酸ガス流量をマス
フローコントローラーによりフィードフォワード制御す
る方法(401ページ)が記されている。
−21841号公報に記載の炭酸ガスの流量を制御する
方法、”超純水の科学”に記載の方法の炭酸ガスの流量
をフィードバック制御する方法では、短時間の流量変動
には到底追従できない。また、”超純水の科学”に記載
の方法の超純水流量の測定値から炭酸ガスの流量をフィ
ードフォワード制御する方法では、高価なマイコン回
路、高価なマスフローコントローラーを必要とし、その
制御性も満足できるものではない。特開平7−6008
2号公報には超純水流量が変動した際に比抵抗値を一定
値に制御するという考えが含まれていない。また、炭酸
ガス圧力を設定しただけでは超純水流量が変化した場合
の比抵抗値の変動は避けられない。
決し、制御機構の不要な簡便且つ、コンパクトな超純水
の比抵抗値を調整する装置及び方法を提供するところに
ある。
る。
され、それを境界として超純水通過部と炭酸ガスまたは
アンモニアガス通過部が形成されたハウジングを有する
膜モジュールを備え、前記超純水通過部と連絡する超純
水原水入口と、それらを連絡する中間部に設けられた分
配部を備え、前記超純水通過部と連絡する比抵抗調整超
純水出口と、それらを連絡する中間部に設けられた合流
部を備え、前記分配部と前記合流部とを連絡するバイパ
ス流路を備え、前記分配部が前記超純水原水入口から入
れられる超純水原水を前記超純水通過部とバイパス流路
とに定率流量比で分配し、前記気体透過膜が、前記超純
水通過部を通過する超純水原水に炭酸ガスまたはアンモ
ニアガスを、そのガス圧と水温によって定まる平衡濃度
の90%以上のほぼ一定の濃度まで溶解させる能力を有
するものである、超純水の比抵抗調整装置。
に、超純水に気体透過膜を介して炭酸ガスまたはアンモ
ニアガスを接触させ、超純水に炭酸ガスまたはアンモニ
アガスを供給して所望の比抵抗値とする、所定比抵抗値
を有する超純水を製造するための装置であって、気体透
過膜を備えた膜モジュールとして、予め想定される変動
流量の超純水に炭酸ガスまたはアンモニアガスを、その
ガス圧と水温によって定まる平衡濃度の90%以上のほ
ぼ一定の濃度まで溶解させる能力を有する膜モジュール
を備え、それによって、供給される超純水の流量が変動
してもほぼ一定の比抵抗値となる如く、炭酸ガスまたは
アンモニアガスが溶解された超純水を生成させる手段を
備え、超純水原水(炭酸ガスまたはアンモニアガス未溶
解超純水)側に分配部とバイパス流路を備え、超純水原
水を膜モジュールとバイパス流路とへ定率流量比で分配
させ、生成した炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純
水とバイパス流路からの超純水原水とを合流させ均一混
合させる手段を備え、混合後の超純水が最終目標の比抵
抗値となる様に希釈する、超純水の比抵抗調整装置。
え、相対的に小流量の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶
解超純水を生成させるための中空糸膜モジュールと、相
対的に大流量の超純水原水を通過させるバイパス管路
と、該膜モジュールとバイパス管路に超純水原水を定率
流量比で分配する分配装置と、生成した炭酸ガスまたは
アンモニアガス溶解超純水とバイパス管路を経た超純水
原水とを合流させ均一に混合させる合流混合装置と、膜
モジュールに供給される炭酸ガスまたはアンモニアガス
の圧力を一定に保持するための調圧弁とからなる前記
(2)記載の装置。
ル内に設けられた前記(3)記載の装置。
外側とハウジングの間の空間部に炭酸ガスまたはアンモ
ニアガスを給気し、中空糸膜の内側に超純水を流す内部
灌流型であって、組み込まれた中空糸膜が複数本収束さ
れた状態でハウジング内に配設されたものである前記
(3)又は(4)記載の装置。 (6) 中空糸膜モジュールが、中空糸膜の内側に炭酸
ガスまたはアンモニアガスを給気し、中空糸膜外側とハ
ウジングの間の空間部に超純水を流す外部灌流型であっ
て、組み込まれた中空糸膜が複数本収束された状態でハ
ウジング内に配設されたものである前記(3)又は
(4)記載の装置。 (7) バイパス管路が中空糸膜モジュール内に設けら
れ、当該バイパス管路が、管壁から炭酸ガスまたはアン
モニアガスを透過させない円筒管からなり、複数本の中
空糸膜と共に収束されハウジング内に配設された、前記
(5)記載の装置。 (8) 中空糸膜モジュールが、炭酸ガス透過速度が1
00×10−6[cm3/cm2・sec・cmHg]以上またはア
ンモニアガス透過速度100×10−6[cm3/cm2・s
ec・cmHg]以上である疎水性の気体透過膜をハウジング
内に組み込んだものである前記(3)〜(7)のいずれ
か1に記載の装置。 (9) 中空糸膜がポリー4メチルペンテンー1を素材
とし、その内径が20〜350μm、外径が50〜10
00μmである前記(8)記載の装置。 (10)炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水と超
純水原水とを合流させる手段と、その下流側に均一混合
手段としてスタティックミキサーを配設させたものであ
る前記(2)又は(3)記載の装置。 (11)生成した比抵抗値調整済み超純水の比抵抗値を
見張るための比抵抗センサーを設け、それと応動する比
抵抗計、比抵抗センサーからの信号で炭酸ガスまたはア
ンモニアガスの供給を遮断する電磁弁を備える、装置に
異常が発生した場合のガス遮断装置が溶解された前記
(3)記載の装置。 (12)超純水原水を2つの流れに定率流量比で分配す
る工程と、超純水の一方の流れに気体透過膜を介して、
供給する炭酸ガス圧またはアンモニアガス圧と水温によ
って定まる平衡濃度の90%以上のほぼ一定の炭酸ガス
濃度またはアンモニアガス濃度まで炭酸ガスまたはアン
モニアガスを溶解して、比抵抗調整超純水を生成する工
程と、前記炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水と
他方の超純水原水の流れとを合流する工程とを備えた、
超純水の比抵抗調整方法。 (13)変動する消費量に応じた量の比抵抗値調整済み
超純水を製造するための、超純水の比抵抗調整方法にお
いて、消費量に応じて供給される超純水原水を、分配装
置によって流量に相対的に大小のある2流に定率流量比
で分流し、膜を隔てて超純水と炭酸ガスまたはアンモニ
アガスを流すための中空糸膜モジュールに一方の流れを
供給して小流量の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超
純水を、予め想定された変動流量の範囲内で生成させ、
且つ該炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水をその
際の炭酸ガス圧またはアンモニアガス圧と水温によって
定まる平衡濃度の90%以上のほぼ一定の炭酸ガス濃度
またはアンモニアガス濃度とさせ、その炭酸ガスまたは
アンモニアガス溶解超純水を大流量に分けられた超純水
原水と合流させて均一に混合し、所定の比抵抗値に調整
した超純水とする、超純水の比抵抗調整方法。
を、中空糸膜モジュール内に設けられたバイパス管路を
通じて流す前記(13)記載の超純水の比抵抗調整方
法。 (15)小流量流の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解
超純水の大流量流の超純水に対する流量の比率が1/5
0より小である前記(13)又は(14)記載の方法。
解超純水の炭酸ガス濃度またはアンモニアガス濃度を維
持するため、調圧弁により中空糸膜に接する炭酸ガス圧
またはアンモニアガス圧を一定に保持させ、中空糸膜モ
ジュールに分流して流入する超純水原水の流量の変動に
応じて炭酸ガスまたはアンモニアガスの供給量を相対的
に変化させる前記(13)記載の方法。
の及び最良の状態は後記の実施例に具体的に示される
が、その概要を示すと以下の通りである。
且つコンパクトな超純水の比抵抗調整装置及び調整方法
を提案するものであり、具体的な方法としては比抵抗を
調整するべき超純水原水を2流に分け、その一方の流れ
にガスを付加して小流量の炭酸ガスまたはアンモニアガ
スが溶解された超純水を生成させ、それと大流量の超純
水原水とを合流させ、均一混合、希釈する事により比抵
抗調整を行う装置及び方法である。
率を高めるために当該装置の中に膜モジュールを配設さ
せ、この膜を介して炭酸ガスまたはアンモニアガスを超
純水中へ供給溶解させる事を更なる提案としている。
またはアンモニアガス透過速度の大きなものであれば素
材及び構造及び形態等特に制限は無いが、膜素材は疎水
性の高い素材が好ましい。例えばポリエチレン系樹脂、
ポリプロピレン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、
パーフルオロアルコキシフッ素樹脂、ポリヘキサフルオ
ロプロピレン等の各種フッ素樹脂、ポリブテン系樹脂、
シリコーン系樹脂、ポリ(4−メチルペンテン−1)系
樹脂等の素材が好適に挙げられる。また膜構造も、微多
孔膜、均質膜、不均質膜、複合膜、ポリプロピレン微多
孔膜等層でウレタン等の薄膜をサンドイッチ膜いわゆる
サンドイッチ膜等いずれも使用できる。膜の形態として
は平膜、中空糸膜が挙げられるが、ガスの溶解効率の面
では中空糸膜が好ましい。中空糸膜の炭酸ガス透過速度
またはアンモニアガス透過速度は、1×10−6[cm3
/cm2・sec・cmHg]以上10[cm3/cm2・sec・cmHg]
以下であることが好ましい。1×10−6[cm3/cm2
・sec・cmHg]未満であると中空糸膜を透過する炭酸ガ
スまたはアンモニアガスの透過速度が遅く、目標とする
比抵抗値に到達しなかったり、超純水流量が変動した際
に比抵抗値が変動する。また、10[cm3/cm2・sec・
cmHg]を越えるとゲージ圧で0.1kg/cm2以上で
炭酸ガスまたはアンモニアガスを供給すると炭酸ガスま
たはアンモニアガスが気泡となって超純水に混入した
り、逆に超純水が炭酸ガスまたはアンモニアガス側に透
過するという問題点がある。炭酸ガスまたはアンモニア
ガスが気泡となると比抵抗値を一定に調整することが困
難となる。
脂を素材とする中空糸不均質膜は炭酸ガスまたはアンモ
ニアガスの透過性に優れ且つ水蒸気バリヤー性が高く最
も好ましい。本不均質膜については、例えば特公平2−
38250号公報、特公平2−54377号公報、特公
平4−15014号公報、特公平4−50053号公報
及び特開平5−6656号公報等に詳しく述べてある。
脂及びポリフッ化ビニリデン系樹脂等のごとく素材のガ
ス透過性が低く、従って炭酸ガスまたはアンモニアガス
の溶解用途に適用するためには微多孔構造を取り、その
多孔部分により炭酸ガスまたはアンモニアガスを透過さ
せざる得ないこれら膜と比較し、ポリ(4−メチルペン
テン−1)系樹脂を素材とする本不均質膜は、素材自体
気体透過性が十分高く、また緻密層部の膜厚が十分に薄
く、膜表面全体が炭酸ガスまたはアンモニアガス透過に
寄与する事ができ、結果として実質的な膜面積が大きく
なり極めて好ましい。
1)系樹脂からなる不均質膜は、高い気体透過性能を有
しつつ膜壁を貫く連通細孔の孔径及びその開孔面積が極
めて小さく、従ってPPやPEの微多孔膜に比べ水蒸気
のバリヤー性に極めて優れた性能を有する。
は、上述の超純水への不純物の溶出の無いものであれ
ば、何ら材質は一切問わない。
プロピレン、ポリ4−メチルペンテン1などのポリオレ
フィン系、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロ
エチレンなどのフッ素系、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポ
リサルフォンなどのエンジニアリングプラスチック、或
いは低溶出の為超純水の配管素材として使用されてい
る、クリーン塩化ビニル系などが挙げられる。
膜を複数本収束しハウジング内に配設し、中空糸膜外側
とハウジングの間の空間部に炭酸ガスまたはアンモニア
ガスを給気し中空糸膜の内側に超純水を流す内部灌流型
のみならず、それ以外にも特公平5−21841号公報
にある中空糸の外側に超純水を流し、内側に炭酸ガスま
たはアンモニアガスを流す外部灌流型も考えられる。
中空糸の充填むらなどの原因による水の偏流(チャンネ
リング)が生じるのを防ぐために、中空糸を、中空糸同
士又は他の糸条とによってシート状、例えば簾状に組織
されたシート状物とし、それから得られる重畳体、捲回
体、収束体の状態でハウジング内に組み込むことが効果
的である。また中空糸を筒状芯に綾巻きするなどした三
次元組織を組み込む等適宜の形状を採ることもできる。
純水に炭酸ガスまたはアンモニアガスを溶解する事によ
り比抵抗値を下げるという目的からすればどちらの構造
でも構わないが、製造する炭酸ガスまたはアンモニアガ
ス溶解水の流量の大幅な変動に追随させねばならない場
合に、設定比抵抗値への高速応答性・精度や再現性・安
定性などを考慮して超純水へ効率的に均等且つ均一に炭
酸ガスまたはアンモニアガスを溶解させる必要があり、
こういった点から内部灌流型の中空糸膜モジュールの方
が好ましい。
ス管路に分配する分配装置としては、分流される2流の
合計流量が変動しても2流の流量比率が常に一定性を保
った状態で2流に分流できるものであれば何ら規定する
べきものはなく、簡便的に配管用ティーズや分岐バルブ
などが使用できる。しかし、更にそれらの分配比率を精
密バルブ付き流量計や、規定水量しか流せないようなオ
リフィスによって制御する様にしたものでも良い。
出を考慮する必要があり、フッ素系ポリマーやクリーン
塩化ビニル、超純水対応のオーステナイト系ステンレ
ス、無機ガラスなどを使用しなくてはならない。
解超純水とバイパス管路を経た原水を合流させる合流装
置としては2流を合流させる流入口があれば何ら規定す
るべきものはなく、簡便的には配管用ティーズで良い。
一に混合させる目的で、スタティックミキサーを配設さ
せればより一層好ましいが、適当な長さの屈曲管路を設
ける事によって、均一混合され希釈された超純水が得ら
れる。合流装置及びスタティックミキサーの材質も超純
水への不純物溶出には十分考慮し、フッ素系ポリマーや
クリーン塩化ビニル、超純水対応のオーステナイト系ス
テンレス、無機ガラスなどを使用しなくてはならない。
について精密な自動制御を行っていたが、本発明では炭
酸ガス濃度またはアンモニアガス濃度がある程度の一定
値に保たれれば良いので、バルブの高度な自動制御を必
要としない。必要とされる炭酸ガス濃度またはアンモニ
アガス濃度は、炭酸ガスまたはアンモニアガスが溶解さ
れる超純水の水温と、ヘンリーの法則によって供給炭酸
ガスまたはアンモニアガスの圧力に比例して定まる平衡
濃度の90%以上の値で、ほぼ一定した値である。本発
明において適当な炭酸ガスまたはアンモニアガスの圧力
は0.15〜1.5kgf/cm2・Gである。
よって定圧的に供給する事により、膜モジュール内の超
純水の流量変動に応じた供給量が保持され、炭酸ガスま
たはアンモニアガスの定濃度性がが保たれる。
については、供給元側(一時側)のガス中コンタミネー
ションが中空糸膜に付着しない様、事前にフィルタレー
ションを行ってさえおけば、何ら構造,材質,型式を規
定する必要はなく、半導体や液晶分野で一般的に使用さ
れているもので差し支えない。
ングバルブ、ベローズプレッシャーバルブ、プレッシャ
ーレギュレータ、バックプレッシャーバルブ等の圧力制
御バルブ(レギュレータ)が挙げられる。
その管壁が炭酸ガスまたはアンモニアガスを透過させな
い管であれば良く、2分流された超純水が所定比率で一
定に保たれておればその形状は問題とはならない。
されるものではない。
その管の材質は、前期同様の観点から、プラスチック
製、樹脂製よりも超純水対応のオーステナイト系ステン
レスや無機ガラスが好ましい。
ンモニアガスの超純水への溶解メカニズム、超純水へ炭
酸ガスまたはアンモニアガスを直接溶解させる場合の炭
酸ガス濃度またはアンモニアガス濃度と比抵抗値の関係
は公知となっている。
中空糸膜を介して超純水に所定量の炭酸ガスを溶解する
事は特公平5−21841、”超純水の科学”に記載の
フィードフォワード法、フィードバック法などでも提案
されてきた。しかしながら超純水量が瞬時に変動する場
合、それに応答させ所定の比抵抗値に追従、制御させる
事は実際には難しい。然るに本発明者らは超純水原水を
2流に分け、比抵抗所定値を与える炭酸ガス濃度または
アンモニアガス濃度より高い濃度で炭酸ガスまたはアン
モニアガスを溶解した超純水を、超純水原水で希釈し、
その一定比率を保持させ均一に混合させる方法により比
抵抗調整できる事を見いだした。
される超純水原水を、分配装置によって流量に大小のあ
る2流に一定比率で分流し、膜を隔てて超純水と炭酸ガ
スまたはアンモニアガスを流すための中空糸膜モジュー
ルに一方の流れを供給して小流量の炭酸ガスまたはアン
モニアガス溶解水を高い炭酸ガス濃度またはアンモニア
ガス濃度で生成させ、その炭酸ガスまたはアンモニアガ
ス溶解水を大流量に分けられた原水へ合流させて均一に
混合させる方法により、容易に比抵抗調整超純水を得る
事にあるが、更には分流を当該装置内の配管系で実施す
るか、バイパス管路を中空糸膜モジュール内に設けて実
施するか、いくつかの方法で考えられる。尚炭酸ガスま
たはアンモニアガス溶解は常温水温下の前記好ましい炭
酸ガス圧力またはアンモニアガス圧下で行えば、その条
件における平衡濃度の炭酸ガスまたはアンモニアガスが
溶解してほぼ一定値となり、比抵抗調整は行いやすくな
る。
を生成させる為の超純水原水とバイパス管路に流す超純
水原水の分流比率は、所望とする比抵抗値により大きく
変わり、又比抵抗値をどの程度の範囲内にコントロール
すればよいのかは、超純水使用対象の半導体或いは液晶
分野でのデバイスの種類や使用する洗浄工程によって大
きく変わる。
て、前記流量比の大小関係は適宜変更して対応すること
が極めて効果的である。
程では、比抵抗値0.1[MΩ・cm]以上が特に望ま
れており、この場合小流量側の炭酸ガスまたはアンモニ
アガス溶解水の大流量側の超純水に対する比率が1/5
0より小さければ良い。
に具体的に説明をする。 ただし、本発明はこれに限定
され制約されるものではない。
販の比抵抗測定器(THORNTON社製200CR及
び、COS社製CE−480R)を用いて測定した。
Ω・cm]の比抵抗を持つ超純水を用い、超純水の流量
は2〜8[リットル/min.]の間で変動させた。そ
の流量維持時間は30秒で段階的に変動させた。その供給
水圧は2[kgf/cm2・G] とした。
3] の炭酸ガスボンベ及びアンモニアガスボンベを用
意し、二段式圧力調整器及びプレッシャーレギュレーテ
ィングバルブにて、膜モジュールへ給気すべき炭酸ガス
またはアンモニアガスの圧力を1[kgf/cm2・
G]とした。
ー1を素材とし、内径200[μm],外径250[μ
m]の糸を収束させ、クリーン塩化ビニル樹脂製のハウ
ジング内に糸の両端を樹脂で固めることにより、0.5
[m2]の膜面積を持つ内部灌流型の気体給気用中空糸
モジュール1(大日本インキ化学工業(株)製SEPA
REL PF−001)を得た。中空糸膜の炭酸ガス透
過速度は3.5×10−5[cm3/cm2・sec・cmHg]で
あった。これは以下の実施例及び比較例において共通す
る。
んだ実施例1の装置の模式図である。
が炭酸ガス溶解流路2の途中に設けられている。中空糸
膜モジュール1の上流側では、バイパス管路3の一端が
分配装置5を介して炭酸ガス溶解流路2に接続してい
る。バイパス管路3の他端は、中空糸膜モジュール1の
下流側で合流装置6を介して炭酸ガス溶解回路2に接続
している。分配装置5の上流側には超純水原水入口7が
設けられている。合流装置6の下流側には比抵抗調整処
理を行った超純水の出口8が設けられている。中空糸膜
モジュール1と分配装置5との間の炭酸ガス溶解流路2
およびバイパス管路3にはそれぞれ流量計FI1、FI
2が設けられている。中空糸膜モジュール1の中央部に
は炭酸ガス給気口9が設けられ、ここに炭酸ガス流路4
が接続される。炭酸ガス流路4の途中には調圧弁10が
設けられている。炭酸ガス給気口9と調圧弁14との間
の炭酸ガス流路4には炭酸ガス圧力計PIが設けられて
いる。
純水原水は超純水原水入口7から装置内に入れられる。
超純水原水は、分配装置5で比較的小流量の流れと比較
的大流量の流れとに分配される。比較的小流量の流れは
炭酸ガス溶解流路2に導かれ、さらに中空糸膜モジュー
ル1内の中空糸膜の内部に導かれる。比較的大流量の流
れはバイパス管路3に導かれる。炭酸ガスは炭酸ガス流
路4に導入される。この炭酸ガスは調圧弁14で一定圧
力に調整された後に、炭酸ガス給気口9から中空糸膜モ
ジュール内に導かれ、中空糸膜を透過し、中空糸内の超
純水原水に溶解される。ここで中空糸膜内の超純水原水
は炭酸ガス付加超純水となる。この炭酸ガス溶解超純水
は、中空糸膜モジュール1の出口側の流路に導かれ、合
流装置6でバイパス管路3からの比較的大流量の流れと
合流し、目的とする比抵抗調整超純水が得られる。
変動させて比抵抗調整超純水の比抵抗値を測定した。表
1に本装置による比抵抗値変化の結果を示す。流量変動
に対する追従のずれはほとんど認められなかった。 実施例2 本実施例では、バイパス管路を付加した内部潅流中空糸
膜モジュール11(大日本インキ化学工業(株)製SE
PAREL PF−001R5)を用いた。図2にこの
中空糸膜モジュール11の断面図を示す。
管路19となる円筒部分と中空糸膜部分20とをクリー
ン塩化ビニル樹脂製のハウジング内に組み込んだ、内部
潅流型のモジュールである。中空糸膜部分20は、ポリ
−4−メチルペンテン−1を素材とし、内径200[μ
m]、外径250[μm]の中空糸膜を収束させて構成
され、0.5[m2]の膜面積を有する。この中空糸膜
部分20の両端は樹脂で固められ、中空糸膜とハウジン
グとを接着封止する接着封止部23を形成している。バ
イパス管路19は、超純水対応のSUS316製円筒で
ある。実施例2の装置において、中空糸膜部分20に対
するバイパス管路19への超純水原水の供給比率は50
倍である。中空糸膜モジュール11のハウジング中央部
には炭酸ガス給気口22が設けられている。
グの両端で中空糸膜部分20の膜端開口部とバイパス管
路19の開口とが並んで配置されている。ハウジングの
両端はそれぞれエンドキャップ21で覆われている。こ
れによって、それぞれのエンドキャップ21の内部に超
純水の分配部15及び合流部16が形成される。合流部
16を形成するエンドキャップ21には比抵抗調整処理
を行った超純水の出口18が形成されている。従って、
本実施例の中空糸膜モジュール11は、分配装置、中空
糸膜モジュール、バイパス管路及び合流装置等の全体が
一体化されたものとされている。超純水原水の中空膜部
分20及びバイパス管路への前記供給比率は、分配部1
5側の中空糸膜部分20の開口の総面積と、バイパス管
路19の開口面積との比率に反映される。
純水原水は超純水原水入口17から装置内の分配部15
に入れられる。超純水原水は、1:50の割合で中空糸
膜部分20の中空糸膜内とバイパス管路内とにそれぞれ
導入される。炭酸ガスは、炭酸ガス給気口22から中空
糸膜モジュール1内に導かれ、中空糸膜の外表面に接す
る。炭酸ガスはさらに中空糸膜を透過し、中空糸膜内の
超純水原水に溶解される。ここで超純水原水は炭酸ガス
溶解水となる。この炭酸ガス溶解水は、合流部16に導
かれ、ここでバイパス管路19からの超純水原水と合流
する。こうして得られた目的とする比抵抗調整超純水
は、出口18から取り出される。
変動させて比抵抗値調整超純水の比抵抗値を測定した。
表1に本装置による比抵抗値変化の結果を示す。流量変
動に対する追従のずれはほとんど認められなかった。 実施例3 実施例3の中空糸膜モジュールは、中空糸膜部分に対す
るバイパス管路への超純水原水の供給比率を150倍と
した以外は、実施例2の中空糸膜モジュールと同様の構
成を有する内部潅流型モジュール(大日本インキ化学工
業(株)製SEPAREL PF−001R15)とし
た。
動させて比抵抗調整超純水の比抵抗値を測定した。表1
に本装置による比抵抗値変化を示す。流量変動に対する
追従のずれはほとんど認められなかった。 実施例4 実施例1の装置と同じ中空糸膜モジュールを用いて、こ
の中空糸膜モジュールへの炭酸ガスと超純水の流れる側
を実施例1とは反対にし、中空糸膜の中に炭酸ガスを又
中空糸膜の外側に超純水を流すようにして実施例4の装
置とした。この実施例4の装置を用いて、超純水全体の
流量を変動させて比抵抗調整超純水の比抵抗値を測定し
た。その結果を表1に示す。流量変動に対する追従のず
れはほとんど認められなかった。 実施例5 炭酸ガスの代わりにアンモニアガスを用いること以外は
実施例1と同一にして実施例5の装置とした。実施例5
の装置を用いて、超純水全体の流量を変動させて比抵抗
調整超純水の比抵抗値を測定した。その結果を表1に示
す。流量変動に対する追従のずれはほとんど認められな
かった。 比較例 比較例として、実施例1の装置からバイパス管路を取り
外したものを装置として用いた。超純水原水が2[リッ
トル/min]の時、設定比抵抗値が0.1[MΩ・c
m]となるように炭酸ガス圧力を調整しようとしたが、
炭酸ガス圧力を0.01[kgf/cm2・G]にして
も比抵抗値が0.03[MΩ・cm]となってしまい、
比抵抗値の調整が不可能であった。そこで、炭酸ガスの
供給流路にニードルバルブを設け、ニードルバルブの開
度を変化させる事により比抵抗値を0.1[MΩ・c
m]に調整した。次いでニードルバルブの開度をそのま
まに維持し、超純水流量を2〜8[リットル/min]
の間で変化させて比抵抗調整超純水の比抵抗値を測定し
た。その時の比抵抗値変化を表1に示す。
n]の時、設定比抵抗値が0.2[MΩ・cm]となる
ようにニードルバルブの開度を調整し、超純水原水流量
を2〜8[リットル/min]の間で変動させて比抵抗
調整超純水の比抵抗値を測定した。この結果も表1に示
す。
いても、流量変動に対する追従のずれが顕著に認められ
た。
超純水原水を、分配装置によって流量に大小のある2流
に一定比率で分流し、中空糸モジュールに一方の流れを
供給して小流量の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解水
を生成させ、その炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解水
を大流量に分けられていた原水へ合流させて均一に混合
させる事により、容易に比抵抗調整が可能となる。
機で使用の際には、超純水使用量が瞬時に変動しても、
何ら制御機器を用いる事なく容易且つ安定して、所望の
比抵抗値を有する超純水を得ることができる。
の比抵抗調整装置の一例を示す模式図である。
0と共に収束、配設させた内部灌流型中空糸膜モジュー
ルの縦断面図である。
アガス溶解水流量計 FI2 超純水大流量側のバイパス流量計 1 炭酸ガスまたはアンモニアガス給気用の中空
糸膜モジュール 2 炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解流路 3 バイパス管路 4 炭酸ガスまたはアンモニアガス流路 5 分配装置 6 合流装置 7 超純水原水入口 8 比抵抗調整超純水出口 9 炭酸ガスまたはアンモニアガス給気口 10 調圧弁 11 中空糸膜モジュール 12 炭酸ガスまたはアンモニアガス給気口 13 中空糸膜とモジュールハウジングの接着封止
部 14 調圧弁 15 分配部 16 合流部 17 超純水原水入口 18 比抵抗調整超純水出口 19 バイパス管路 20 中空糸膜部分 21 エンドキャップ 22 炭酸ガスまたはアンモニアガス給気部 23 接着封止部
Claims (16)
- 【請求項1】 ハウジング内に気体透過膜が配設され、
それを境界として超純水通過部と炭酸ガスまたはアンモ
ニアガス通過部が形成されたハウジングを有する膜モジ
ュールを備え、前記超純水通過部と連絡する超純水原水
入口と、それらを連絡する中間部に設けられた分配部を
備え、前記超純水通過部と連絡する比抵抗調整超純水出
口と、それらを連絡する中間部に設けられた合流部を備
え、前記分配部と前記合流部とを連絡するバイパス流路
を備え、 前記分配部が前記超純水原水入口から入れられる超純水
原水を前記超純水通過部とバイパス流路とに定率流量比
で分配し、 前記気体透過膜が、前記超純水通過部を通過する超純水
原水に炭酸ガスまたはアンモニアガスを、そのガス圧と
水温によって定まる平衡濃度の90%以上のほぼ一定の
濃度まで溶解させる能力を有するものである、超純水の
比抵抗調整装置。 - 【請求項2】 超純水の比抵抗を調整するために、超純
水に気体透過膜を介して炭酸ガスまたはアンモニアガス
を接触させ、超純水に炭酸ガスまたはアンモニアガスを
供給して所望の比抵抗値とする、所定比抵抗値を有する
超純水を製造するための装置であって、 気体透過膜を備えた膜モジュールとして、予め想定され
る変動流量の超純水に炭酸ガスまたはアンモニアガス
を、そのガス圧と水温によって定まる平衡濃度の90%
以上のほぼ一定の濃度まで溶解させる能力を有する膜モ
ジュールを備え、それによって、供給される超純水の流
量が変動してもほぼ一定の比抵抗値となる如く、炭酸ガ
スまたはアンモニアガスが溶解された超純水を生成させ
る手段を備え、 超純水原水(炭酸ガスまたはアンモニアガス未溶解超純
水)側に分配部とバイパス流路を備え、超純水原水を膜
モジュールとバイパス流路とへ定率流量比で分配させ、 生成した炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水とバ
イパス流路からの超純水原水とを合流させ均一混合させ
る手段を備え、 混合後の超純水が最終目標の比抵抗値となる様に希釈す
る、超純水の比抵抗調整装置。 - 【請求項3】 気体透過膜として中空糸膜を備え、相対
的に小流量の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水
を生成させるための中空糸膜モジュールと、相対的に大
流量の超純水原水を通過させるバイパス管路と、該膜モ
ジュールとバイパス管路に超純水原水を定率流量比で分
配する分配装置と、生成した炭酸ガスまたはアンモニア
ガス溶解超純水とバイパス管路を経た超純水原水とを合
流させ均一に混合させる合流混合装置と、膜モジュール
に供給される炭酸ガスまたはアンモニアガスの圧力を一
定に保持するための調圧弁とからなる請求項2記載の装
置。 - 【請求項4】 バイパス管路が中空糸膜モジュール内に
設けられた請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 中空糸膜モジュールが、中空糸膜外側と
ハウジングの間の空間部に炭酸ガスまたはアンモニアガ
スを給気し、中空糸膜の内側に超純水を流す内部灌流型
であって、組み込まれた中空糸膜が複数本収束された状
態でハウジング内に配設されたものである請求項3又は
4記載の装置。 - 【請求項6】 中空糸膜モジュールが、中空糸膜の内側
に炭酸ガスまたはアンモニアガスを給気し、中空糸膜外
側とハウジングの間の空間部に超純水を流す外部灌流型
であって、組み込まれた中空糸膜が複数本収束された状
態でハウジング内に配設されたものである請求項3又は
4記載の装置。 - 【請求項7】 バイパス管路が中空糸膜モジュール内に
設けられ、当該バイパス管路が、管壁から炭酸ガスまた
はアンモニアガスを透過させない円筒管からなり、複数
本の中空糸膜と共に収束されハウジング内に配設され
た、請求項5記載の装置。 - 【請求項8】 中空糸膜モジュールが、炭酸ガス透過速
度が1×10−6[cm3/cm2・sec・cmHg]以上10
[cm3/cm2・sec・cmHg]以下またはアンモニアガス透
過速度が1×10−6[cm3/cm2・sec・cmHg]以上1
0[cm3/cm2・sec・cmHg]以下である疎水性の気体透
過膜をハウジング内に組み込んだものである請求項3〜
7のいずれか1に記載の装置。 - 【請求項9】 中空糸膜がポリー4メチルペンテンー1
を素材とし、その内径が20〜350μm、外径が50
〜1000μmである請求項8記載の装置。 - 【請求項10】 炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超
純水と超純水原水とを合流させる手段と、その下流側に
均一混合手段としてスタティックミキサーを配設させた
ものである請求項2又は3記載の装置。 - 【請求項11】 生成した比抵抗値調整済み超純水の比
抵抗値を見張るための比抵抗センサーを設け、それと応
動する比抵抗計、比抵抗センサーからの信号で炭酸ガス
またはアンモニアガスの供給を遮断する電磁弁を備え
る、装置に異常が発生した場合のガス遮断装置が付加さ
れた請求項3記載の装置。 - 【請求項12】 超純水原水を2つの流れに定率流量比
で分配する工程と、 超純水の一方の流れに気体透過膜を介して、供給する炭
酸ガス圧またはアンモニアガス圧と水温によって定まる
平衡濃度の90%以上のほぼ一定の炭酸ガス濃度または
アンモニアガス濃度まで炭酸ガスまたはアンモニアガス
を溶解して、比抵抗調整超純水を生成する工程と、 前記炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水と他方の
超純水原水の流れとを合流する工程とを備えた、超純水
の比抵抗調整方法。 - 【請求項13】 変動する消費量に応じた量の比抵抗値
調整済み超純水を製造するための、超純水の比抵抗調整
方法において、 消費量に応じて供給される超純水原水を、分配装置によ
って流量に相対的に大小のある2流に定率流量比で分流
し、 膜を隔てて超純水と炭酸ガスまたはアンモニアガスを流
すための中空糸膜モジュールに一方の流れを供給して小
流量の炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水を、予
め想定された変動流量の範囲内で生成させ、 且つ該炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水をその
際の炭酸ガス圧またはアンモニアガス圧と水温によって
定まる平衡濃度の90%以上のほぼ一定の炭酸ガス濃度
またはアンモニアガス濃度とさせ、 その炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超純水を大流量
に分けられた超純水原水と合流させて均一に混合し、所
定の比抵抗値に調整した超純水とする、超純水の比抵抗
調整方法。 - 【請求項14】 大流量流に分けられた超純水原水を、
中空糸膜モジュール内に設けられたバイパス管路を通じ
て流す請求項13記載の超純水の比抵抗調整方法。 - 【請求項15】 小流量流の炭酸ガスまたはアンモニア
ガス溶解超純水の大流量流の超純水に対する流量の比率
が1/50より小である請求項13又は14記載の方
法。 - 【請求項16】 炭酸ガスまたはアンモニアガス溶解超
純水の炭酸ガス濃度またはアンモニアガス濃度を維持す
るため、調圧弁により中空糸膜に接する炭酸ガス圧また
はアンモニアガス圧を一定に保持させ、中空糸膜モジュ
ールに分流して流入する超純水原水の流量の変動に応じ
て炭酸ガスまたはアンモニアガスの供給量を相対的に変
化させる請求項13記載の方法。
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