JP2005288300A - 超純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非再生型のイオン交換装置の負荷を低減し、このイオン交換装置の交換頻度を少なくすることができる超純水製造装置を提供する。
【解決手段】一次純水が供給されるサブタンク１２内の液体の一部を循環させるサブ循環路３０を設ける。サブ循環路３０は、配管３１、３２、および電気脱塩装置７を備え、サブタンク１２内の液体の一部を抜き出して、脱塩処理し、イオンが除去された脱塩処理水をサブタンク１２に返送する。これにより、サブシステム３に供給される一次純水に含まれるイオンを除去し、サブシステム３を構成する非再生型のイオン交換装置５の負荷を低減できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超純水製造装置に関し、特に、非再生型のイオン交換装置を含むサブシステムを備えた超純水製造装置に関する。

従来、超純水製造装置として、前処理システム、一次純水システム、およびサブシステム（または「二次純水システム」）を備えるものが知られている。このような超純水製造装置では、工業用水などの原水を、凝集沈殿装置などを備えた前処理システムで処理したのち、脱塩装置などを備えた一次純水システムで処理して一次純水を得る。一次純水は、サブシステム前段に設けられたタンクに一時的に貯留し、このタンクからサブシステムに供給して、さらに不純物を除去して超純水を製造し、ユースポイントへ供給する。

このような超純水製造装置のサブシステムは、一次純水を被処理水とし、一次純水にわずかに含まれる不純物を除去し、極めて純度が高い超純水を製造する。サブシステムの構成としては、例えば、紫外線酸化装置、脱塩装置、限外濾過膜装置などを備えたものが知られている（特許文献１）。

特許文献１に記載された超純水製造装置は、一次純水システムで製造された一次純水をタンクに一時的に貯留し、ポンプなどの送液手段を用いて、このタンクから一次純水を送出し、サブシステムに導入する。タンクから送出された一次純水は、サブシステムを構成する紫外線酸化装置で処理した後、脱塩装置で炭酸イオンなどを除去し、限外濾過膜装置で微粒子などを除去したのち、ユースポイントへ供給する。

上記の超純水製造装置は、ユースポイントと、一次純水を貯留するタンクとを接続する循環配管を備え、ユースポイントで使用されなかった超純水を回収するように構成されている。このため、この超純水製造装置は、超純水を使用しない場合でも稼動させておくことができ、サブシステム内に液体が滞留することを防止できるため、サブシステムを構成するポンプ、配管、または弁などの部材から溶出する金属などの溶出物質濃度が高くなることを防止できる。

ところで、このようなサブシステムに設けられる脱塩装置としては、非再生型のイオン交換装置が用いられることが多い。サブシステムに非再生型のイオン交換装置を配置する場合、装置自体からの汚染物質の溶出を防止して、高純度の超純水を製造できる一方、イオン交換装置の吸着容量が飽和した場合、イオン交換装置を取り替える必要がある。

イオン交換装置を交換する際、サブシステムの運転は停止され、超純水の製造が停止するばかりでなく、サブシステムの運転再開に際しては、システム内に滞留した液体を排出するために、４〜８時間程度またはそれ以上の運転立ち上げ時間を要する。イオン交換装置を並列に並べて二重化し、サブシステムの運転を継続しながらイオン交換装置を交換できるようにする方法もあるが、サブシステムの構成および操作が煩雑になり、イオン交換装置を交換した後は、１時間以上かけて洗浄を行なう必要がある。このため、イオン交換装置の負荷を低減し、イオン交換装置の寿命を長期化させて、交換頻度を少なくすることが求められている。
特開２００３−１４５１８号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、非再生型のイオン交換装置を含むサブシステムを備えた超純水製造装置において、イオン交換装置の負荷を低減し、長期間、高水質の超純水を連続して製造できる超純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の超純水製造装置は、サブシステムに供給する液体を一時的に貯留するサブタンクに再生型の電気脱塩装置を接続し、サブタンク内の液体の一部をこの電気脱塩装置で脱塩処理してサブタンク内に返送するようにしたことを特徴とする。本発明によれば、サブシステムに供給される一次純水は、電気脱塩装置で脱塩処理されてから、サブシステムに供給される。このため、サブシステムに設けられる非再生型のイオン交換装置の負荷を低減し、このイオン交換装置の寿命を長くして、交換頻度を少なくすることができる。

また、本発明では、サブシステムと電気脱塩装置とを、サブタンクに対して並列に接続することとしており、電気脱塩装置は、サブタンク、サブシステムおよび返送路からなるメイン循環路に組み込まれていない。このため、電気脱塩装置は、サブタンクからサブシステムに供給される液体の全量を処理できる大きさとする必要がなくなり、電気脱塩装置の設置および運転に必要なコストが低減される。

また、電気脱塩装置でイオンが濃縮された濃縮水を排出する配管を二方へ分岐する分岐管とし、一方をサブタンク、他方を原水タンクに接続することにより、濃縮水を適宜、サブタンクに戻すことができる。例えば、サブタンクに一次純水が供給されていない間は、メイン循環路を循環する液体のイオン濃度は極めて低いため、電気脱塩装置から排出される濃縮水のイオン濃度も極めて低い。このため、かかる場合には、濃縮水をサブタンクに返送することにより、電気脱塩装置の回収率を上げることができる。

本発明では、サブシステムに供給する一次純水の一部を脱塩処理することとしているため、サブシステムに設けられた非再生型のイオン交換装置の負荷が低減され、イオン交換装置の交換頻度を少なくすることができる。

次に、図面を用いて本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超純水製造装置１の模式図である。超純水製造装置１は、一次純水システム２、およびサブシステム３を備えている。一次純水システム２は、逆浸透膜装置、イオン交換装置、および膜脱気装置などを備え、イオンや有機物などを含む原水を被処理液として導入し、原水中の不純物を除去して一次純水を製造する。

一次純水システム２に供給される原水は、市水、工業用水および河川水などである。原水は、必要に応じて凝集沈殿装置などを備えた前処理システムで処理されていてよく、サブタンク１０に一時的に貯留されたのち、ポンプなどの送液手段（図示せず）を介して一次純水システム２に導入される。

一次純水システム２で製造される一次純水は、比抵抗５〜１８ＭΩ・ｃｍ程度であり、本実施形態では、純水タンク１１に貯留され、送液手段（図示せず）を介して、純水タンク１１からサブタンク１２へと供給される。サブタンク１２に一時的に貯留された一次純水は、送液手段（図示せず）により、サブシステム３に導入される。

サブシステム３は、非再生型のイオン交換装置５を備えている。イオン交換装置５の前段には、紫外線酸化装置４が配置され、サブタンク１２から供給される被処理液に含まれる有機物を酸化するとともに、この被処理液を殺菌処理する。

イオン交換装置５には、強塩基性アニオン交換樹脂および強酸性カチオン交換樹脂が混合された混合床が充填されており、有機物の酸化により生じた炭酸イオンや、一次純水に含まれる微量のイオン、およびポンプなどの装置構成部材から溶出したイオンなどを除去する。イオン交換装置５の後段には、限外濾過膜装置６が設けられており、微粒子などを除去する。限外濾過膜装置６で濾過処理されて得られる透過水は、不純物濃度が極めて低い超純水であり、配管２２を介してユースポイント８に供給される。

ユースポイント８で使用されなかった超純水は、返送管２１を介してサブタンク１２に循環される。サブタンク１２、サブシステム３および返送管２１はメイン循環路２０を構成しており、サブシステム３は、超純水を使用しない場合も含め、常時運転される。サブシステム３が常時稼動されることにより、サブシステム３内での液体の滞留を防止して、サブシステム３を構成する部材から、金属イオンなどの汚染物質が溶出することを防止している。

本発明に係る超純水製造装置１は、上述したメイン循環路２０とは別に、サブタンク１２に接続され、このサブタンク１２内の液体の一部を循環するサブ循環路３０を備える。このサブ循環路３０は、電気脱塩装置７を含み、この電気脱塩装置７とサブタンク１２とは、配管３１と配管３２とで接続されている。そして、サブタンク１２内の液体は、配管３１を介して電気脱塩装置７に供給され、電気脱塩装置７でイオンが除去されて脱塩処理水となり、配管３２を介してサブタンク１２に返送される。

本実施形態においては、このようにして形成されたサブ循環路３０により、サブタンク１２内の液体の一部が抜き出され、脱塩処理されて再びサブタンク１２に戻される。

ここで、電気脱塩装置７には、イオンが濃縮された濃縮水を排出するための配管３３が接続されている。本実施形態では、この配管３３は、二方向に分岐している分岐配管であり、分岐した一方の配管３３ａの一端はサブタンク１２に接続され、他方の配管３３ｂの一端は、原水タンク１０に接続されている。配管３３の分岐点には、電気脱塩装置７から排出された濃縮水の流路を、配管３３ａと配管３３ｂのどちらかに切換える切換え手段である三方弁３４が設けられている。

また、純水タンク１１とサブタンク１２とを接続する配管２３にも、三方弁２４を設けており、純水タンク１１内の液体を、サブタンク１２に送給、または純水タンク１１に返送する、どちらかの流路に切換えられるように構成している。さらに、サブタンク１２内には液面計（図示せず）を設けており、サブタンク１２内の液体の貯留量が所定量を下回った場合には、三方弁２４により流路を変更し、純水タンク１１から一次純水をサブタンク１２に供給することとしている。

本実施形態に係る超純水製造装置１では、一定量の液体が貯留されているサブタンク１２内の液体を、サブシステム３に供給して超純水を製造し、製造された超純水をユースポイント８に供給する。ユースポイント８を通過した未使用の超純水は、返送管２１を通じてサブタンク１２に供給され、メイン循環路２０内を循環する。

ここで、メイン循環路２０を循環する液体は、サブシステム３により処理されており、不純物濃度が極めて低いが、サブタンク１２内に貯留される液体量が少なくなった場合には、純水タンク１１を介して一次純水がサブタンク１２に供給される。一次純水は、メイン循環路２０を循環している液体より不純物濃度が高いため、一次純水がサブタンク１２を介してサブシステム３に導入されると、サブシステム３内のイオン交換装置５の負荷が増大する。

そこで、本発明では、次のような構成により、イオン交換装置５の負荷の増大を軽減されるようにしている。すなわち、純水タンク１１とサブタンク１２とを接続する配管２３の途中に流量計２５を設けている。この流量計２５は、サブタンク１２に一次純水が供給されると、それを検知して制御装置４０に信号を出力する。流量計２５からの信号を受けた制御装置４０は、三方弁３４を操作し、電気脱塩装置７から排出される濃縮水の流路を変更する。具体的には、一次純水がサブタンク１２に供給されることにより、サブタンク１２内の液体のイオン濃度が上昇するため、濃縮水を配管３３ｂから、一次純水システム２の前段、すなわち原水タンク１０に戻す。

ところで、本実施形態に係る超純水製造装置１では、サブシステム１２内に保持される液体の量が所定値に達すると、図示しない液面計から信号を制御装置４０に出力し、この信号に応じて制御装置４０から三方弁２４に流路変更の信号を出力する。具体的には、純水タンク１１から送出される一次純水を、純水タンク１１に返送するように流路を変更する。

このように、一次純水をサブタンク１２に供給しない場合に、純水タンク１１内の液体を流動させておくことにより、純水タンク１１や配管２３などでの一次純水の滞留を防止し、細菌の繁殖や金属イオンの溶出などを防止できる。なお、純水タンク１１は必ずしも設ける必要はないが、サブシステム１２前段に純水タンク１１を設けることで、サブタンク１２への一次純水の供給量や供給時期の調整が容易にできる。

また、純水タンク１１からサブタンク１２への一次純水の供給停止から所定時間、例えば１〜１０分経過後に、制御装置４０から三方弁３４の流路を切換える信号を出力し、濃縮水を配管３３ａからサブタンク１２へ返送するようにすることが好ましい。サブタンク１２への一次純水の供給が停止した後は、メイン循環路２０内の液体のイオン濃度の上昇はないため、電気脱塩装置７は運転を停止してもよいが、濃縮水の流路を切換えた状態で稼動させることにより、電気脱塩装置７内での液体の滞留を防止し、細菌の繁殖や金属イオンの溶出などを防止できる。

本発明では、サブタンク１２に接続されたサブ循環路３０の途中に設けた電気脱塩装置７で、一次純水に含まれて、サブシステム３に持ち込まれるイオンを除去できるため、サブシステム３内の非再生型のイオン交換装置５の負荷を低減できる。このため、イオン交換装置５の寿命を長期化し、取替え頻度を少なくできる。

また、本発明の電気脱塩装置７は、メイン循環路２０に設けず、サブ循環路３０に設けてられていることから、サブシステム３の運転とは独立して稼動または停止させることができる。さらに、電気脱塩装置７で処理する被処理液の流量は、メイン循環路２０を流れる液体の流量の１／３程度であり、小型の電気脱塩装置７で、サブシステム３に持ち込まれるイオン負荷を低減できる。

本発明は、ＬＳＩやウェハなどの半導体製品の製造や、医薬品製造などに用いられる超純水製造装置に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る超純水製造装置の模式図である。

符号の説明

１ 超純水製造装置
２ 一次純水システム
３ サブシステム
５ イオン交換装置（非再生型）
７ 電気脱塩装置
１２ サブタンク
２０ メイン循環路
２１ 返送管
３０ サブ循環路
３３ 配管（分岐管）
３４ 三方弁（流路切換え手段）
４０ 制御装置（制御手段）

Claims (2)

1. 一次純水システムで製造された一次純水を処理して超純水を製造する超純水製造装置であって、
   前記一次純水が供給されるサブタンクと、非再生型のイオン交換装置を含み、前記サブタンク内の液体を被処理液として導入して超純水を製造するサブシステムと、前記サブシステムで製造された超純水の一部を前記サブタンクに返送する返送管と、を含むメイン循環路と、
   前記サブタンク内の液体の一部を循環させるサブ循環路と、
   このサブ循環路に設けられ、前記サブタンク内から抜き出されて前記サブ循環路を流通する液体を脱塩処理し、イオンが除去された脱塩処理水と、イオンが濃縮された濃縮水と、に分離し、前記脱塩処理水を、前記サブ循環路を介して前記サブタンクに返送する電気脱塩装置と、を備えることを特徴とする超純水製造装置。
2. 前記超純水製造装置は、原水を貯留する原水タンクと、
   この原水を処理して一次純水を製造する一次純水システムと、
   この一次純水システムから前記サブタンクに供給される一次純水の供給量を計測する計測手段と、
   前記濃縮水を前記原水タンクまたは前記サブタンクに供給する流路切換え手段を備えた分岐管と、
   前記サブタンクに供給される一次純水の供給量に応じて、前記分岐管の流路切換え手段の切換えを行う制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超純水製造装置。

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