JP2019162569A - 液体供給装置および圧力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユースポイントにおける圧力の変動を抑制することが可能な液体供給装置を提供する。【解決手段】タンク２１は、液体である一次純水を収容するタンク。送水ポンプ２２は、タンク２１内の超純水をユースポイント２００に供給する。配管５２は、ユースポイント２００から返送される超純水をタンク２１に戻す。圧力計２９は、配管５２内の圧力である戻り圧力を測定する。流量計２８は、配管５２内の流量である戻り流量を測定する。圧力調整弁３０は、戻り圧力を調整する。制御装置３１は、戻り圧力および戻り流量に基づいて、圧力調整弁３０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を供給する液体供給装置および圧力制御方法に関し、特には、超純水を製造して供給する超純水製造装置および圧力制御方法に関する。

超純水を製造してユースポイントに供給する超純水製造装置には、ユースポイントで使用されなかった純水をタンクに還流させるものがある（特許文献１参照）。この種の超純水製造装置では、通常、超純水をユースポイントからタンクに還流させる戻り配管内の圧力である戻り圧力が一定になるように制御することで、超純水をタンクとユースポイントとの間で循環させている。

特開２００４−５７９３５号公報

しかしながら、戻り圧力とユースポイントにおける圧力との差圧は、配管内での圧力損失などのために配管内の流量に応じて変動するため、上記のような戻り圧力が一定になるように制御する超純水製造装置では、ユースポイントにおける圧力が大きく変動してしまうことがある。この場合、ユースポイントにおける圧力が所望の範囲からずれるなどの問題が生じる。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ユースポイントにおける圧力の変動を抑制することが可能な液体供給装置および圧力制御方法を提供することを目的とする。

本発明による液体供給装置は、液体を収容するタンクと、前記タンク内の液体をユースポイントに供給するポンプと、前記ユースポイントから返送される液体を前記タンクに戻す配管と、前記配管内の圧力である戻り圧力を測定する圧力計と、前記配管内の流量である戻り流量を測定する流量計と、前記戻り圧力を調整するための圧力調整手段と、前記戻り圧力および前記戻り流量に基づいて、前記圧力調整手段を制御する制御部と、を有する。

本発明による圧力制御方法は、液体をタンクとユースポイントとの間で循環させる液体供給装置における圧力制御方法であって、前記ユースポイントから前記タンクに液体を戻す配管内の圧力である戻り圧力を測定するステップと、前記配管内の流量である戻り流量を測定するステップと、前記戻り圧力および前記戻り流量に基づいて、前記戻り圧力を調整するステップと、を有する。

本発明によれば、ユースポイントから返送される液体をタンクに戻す配管内の圧力である戻り圧力が、戻り圧力と配管内の流量である戻り流量とに基づいて制御される。したがって、戻り流量によって戻り圧力とユースポイントにおける圧力との差圧が変動しても、戻り流量と戻り圧力に応じて戻り圧力を調整することが可能になるため、ユースポイントにおける圧力の変動を抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の超純水製造装置の構成を示す図である。 制御装置の構成の一例を示す図である。 戻り流量と戻り圧力の目標値との対応関係の一例を示す図である。 戻り流量、戻り圧力および対象圧力の変動の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の超純水製造装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の超純水製造装置の構成を示す図である。図１に示す超純水製造装置１００は、液体として超純水をユースポイント２００に供給する液体供給装置であり、１次純水製造装置１と、２次純水製造装置（サブシステム）２とを有する。

１次純水製造装置１は、超純水製造装置１００の外部から供給される原水（被処理水）に対して電解質や微粒子などを除去する処理を行うことで１次純水を製造し、その１次純水を２次純水製造装置２に送水する。１次純水製造装置１は、例えば、原水の温度を調整する熱交換器や、電解質や微粒子などを除去するための除濁膜、活性炭、ＵＶ（Ultraviolet:紫外線）殺菌装置、ＲＯ（Reverse Osmosis Membrane：逆浸透膜）装置、脱気装置、および、イオン交換装置などから構成される。

２次純水製造装置２は、１次純水製造装置１から送水されてきた１次純水を処理して超純水を製造してユースポイント２００に供給する。

２次純水製造装置２は、タンク２１と、送水ポンプ２２と、熱交換器２３と、ＵＶ酸化装置２４と、脱気装置２５と、イオン交換装置２６と、ＵＦ（Ultrafiltration Membrane：限外濾過）膜装置２７と、流量計２８と、圧力計２９と、圧力調整弁３０と、制御装置３１とを有する。

タンク２１は、１次純水製造装置１からの１次純水を収容する容器である。送水ポンプ２２は、タンク２１に収容されている１次純水を、熱交換器２３、ＵＶ酸化装置２４、脱気装置２５、イオン交換装置２６およびＵＦ膜装置２７を介してユースポイント２００に供給するポンプである。

熱交換器２３は、送水ポンプ２２の後段に設けられ、ユースポイント２００に供給される１次純水を加熱して、１次純水の温度を調整する温度調整部である。熱交換器２３は、例えば、ボイラーのような熱源（図示せず）からの熱を１次純水に伝えることで１次純水を加熱する。

ＵＶ酸化装置２４は、タンク２１から送水ポンプ２２にて送水されてきた１次純水に対して、紫外線を照射することで１次純水内の有機物を分解および除去するＵＶ酸化処理を行う。脱気装置２５は、ＵＶ酸化装置２４にてＵＶ酸化処理が行われた１次純水に対して、脱気膜（不図示）を通水させることで脱気する脱気処理を行う。

イオン交換装置２６は、脱気装置２５にて脱気処理が行われた１次純水に対して、イオン成分を除去するイオン交換処理を行う。ＵＦ膜装置２７は、イオン交換装置２６にてイオン交換処理が行われた１次純水に対して、ＵＦ膜（不図示）を通水させることで濾過する濾過処理を行って超純水を製造し、その超純水を配管５１を介してユースポイント２００に送水する。

ユースポイント２００は、図の例では、配管５１上の複数の個所から超純水を引き出す構成を有しているが、単一の箇所から超純水を引き出す構成でもよい。

ユースポイント２００に送水した超純水のうちユースポイント２００で使用されなかった超純水は、超純水製造装置１００に返送される。返送された超純水は、戻り配管５２を介してタンク２１に還流される。流量計２８、圧力計２９および圧力調整弁３０は、戻り配管５２上に配置される。

流量計２８は、戻り配管５２を流れる超純水の流量である戻り流量Ｘを測定して、その戻り流量Ｘを示す流量信号を出力する。圧力計２９は、戻り配管５２内の圧力である戻り圧力Ｐｒを測定して、その戻り圧力Ｐｒを示す圧力信号を出力する。圧力調整弁３０は、戻り配管５２内の戻り圧力Ｐｒを調整するための圧力調整手段であり、開度を調節することで戻り圧力Ｐｒを調整することができる。

制御装置３１は、流量計２８および圧力計２９から出力される流量信号および圧力信号に基づいて、圧力調整弁３０を制御する。

図２は、制御装置３１の構成を示す図である。図２に示す制御装置３１は、記録部３１１と、制御部３１２とを有する。記録部３１１は、制御部３１２が行う処理に必要なデータを記録する。本実施形態では、記録部３１１は、戻り流量Ｘと戻り圧力Ｐｒの目標値Ｙとの対応関係を表す関係情報を記録する。関係情報は、具体的には、戻り流量Ｘと戻り圧力Ｐｒの目標値Ｙとの対応関係を示す関係式を用いて表す。目標値Ｙおよび関係式の具体的な説明は後述する。

制御部３１２は、流量信号および圧力信号が示す戻り流量Ｘおよび戻り圧力Ｐｒに基づいて、圧力調整弁３０を制御する。具体的には、制御部３１２は、戻り流量Ｘおよび戻り圧力Ｐｒに基づいて、圧力調整弁３０の開度を調節して、戻り配管５２内の戻り圧力Ｐｒを調整する。

例えば、制御部３１２は、先ず、戻り流量Ｘに基づいて、戻り圧力の目標値Ｙを設定値として決定する。具体的には、制御部３１２は、記録部３１１に記録された関係情報において戻り流量Ｘに対応する目標値Ｙを設定値として決定する。続いて、制御部３１２は、圧力信号が示す戻り圧力Ｐｒが設定値となるように、圧力調整弁３０の開度を調節するための制御信号を圧力調整弁３０に入力して、圧力調整弁３０の開度を調節する。

戻り流量Ｘは、ユースポイント２００で使用される超純水の水量などに応じて変化するため、制御部３１２は、戻り流量Ｘを繰り返し確認し、戻り流量Ｘを確認するたびに設定値を決定することが望ましい。この場合、制御部３１２は、設定値を決定するたびに、戻り圧力Ｐｒが設定値になるように圧力調整弁３０の開度を調節する。

以上説明した超純水製造装置１００の構成は、単なる一例であって、これに限定されるものではない。例えば、超純水製造装置１００は、１次純水製造装置１の前段に、凝集沈殿や濾過などの前処理を行う構成を有していてもよい。また、２次純水製造装置２内の各構成の流路上の位置関係（順序）は図の例とは異なっていてもよい。また、２次純水製造装置２における各構成の少なくとも一部が他の構成に変更されてもよいし、各構成の一部が取り除かれてもよいし、他の構成が追加されてもよい。

次に戻り流量Ｘと戻り圧力Ｐｒの目標値Ｙとの対応関係を示す関係式についてより詳細に説明する。

本実施形態では、戻り圧力Ｐｒの目標値Ｙは、ユースポイント２００における圧力である対象圧力Ｐｔが所望値Ｐｄとなるときの戻り圧力Ｐｒの値である。このような目標値Ｙは、超純水製造装置１００の戻り圧力Ｐｒおよび対象圧力Ｐｔから算出することができる。具体的には、目標値Ｙは、計算式「Ｙ＝Ｐｄ−（Ｐｔ−Ｐｒ）」から算出することができる。しかしながら、戻り圧力Ｐｒと対象圧力Ｐｔの差圧（Ｐｔ−Ｐｒ）は、戻り流量Ｘに応じて変化するため、目標値Ｙも戻り流量Ｘに応じて変化する。

図３は、戻り流量Ｘと目標値Ｙとの対応関係の一例を示す図である。図３では、横軸は戻り流量の目標値[ｍ^３／ｈ]、縦軸は戻り圧力[ＭＰａ]である。図３の各点３００は、実測した戻り圧力Ｐｒおよび対象圧力Ｐｔから上記の計算式を用いて算出した目標値Ｙを示す。なお、所望値Ｐｄは、０．４０ＭＰａである。

図３に示されたように目標値Ｙは、戻り流量Ｘに応じて変化し、その対応関係を示す関係式は、１次式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）である関係式３０１で近似することができる。したがって、関係情報が表す関係式を１次式とすることで、制御部３１２が対象圧力Ｐｔを所望値Ｐｄにすることができる。関係式３０１の傾きａおよび切片ｂは、超純水製造装置１００やユースポイント２００の構成などに応じて定まる定数である。図の例では、傾きａは−０．００３６、切片ｂは０．４である。

また、超純水製造装置１００やユースポイント２００が正常に駆動する戻り圧力Ｐｒや対象圧力Ｐｔの範囲などに応じて、目標値Ｙの上限値および下限値が定められてもよい。この場合、関係式３０１は、目標値Ｙが上限値から下限値までの範囲で１次式となる。図の例では、上限値を０．３００、下限値を０．０５０である。

なお、超純水製造装置１００の構造などによって、戻り流量Ｘと目標値Ｙの関係が一次式以外の式で近似できる場合には、関係式を、一次式以外の式で示してもよい。

図４は、上記の関係式３０１を用いて設定値を決定した場合における、対象圧力Ｐｔと戻り圧力Ｐｒの変動を示す図である。図４では、戻り圧力Ｐｒの変動を示す波形４０１と、対象圧力Ｐｔの変動を示す波形４０２とが示されている。また、参考のために、戻り流量Ｘの変動を示す波形４０３が示されている。図４に示されたように戻り流量Ｘの変動に応じて目標値Ｙが変動することにより戻り流量Ｘに応じて戻り圧力Ｐｒが変動し、その結果、対象圧力Ｐｔの変動が戻り流量Ｘに依らずに概ね一定となっていることが分かる。

以上説明したように本実施形態によれば、制御部３１２は、戻り圧力Ｐｒおよび戻り流量Ｘに基づいて、圧力調整弁３０を制御する。したがって、戻り流量Ｘによって戻り圧力Ｐｒとユースポイント２００における圧力との差圧が変動しても、戻り流量Ｘと戻り圧力Ｐｒに応じて戻り圧力Ｐｒを調整することが可能になるため、ユースポイント２００における圧力の変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、制御部３１２は、戻り流量Ｘに基づいて戻り圧力Ｐｒの目標値Ｙを決定し、戻り圧力Ｐｒが目標値Ｙとなるように圧力調整弁３０を制御する。このため、ユースポイントにおける圧力との差圧の変動をより適切に抑制することが可能になるため、ユースポイント２００における圧力の変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、戻り流量Ｘと目標値Ｙとの対応関係を示す関係式が一次式である。このため、ユースポイントにおける圧力との差圧の変動をより適切に抑制することが可能になるため、ユースポイント２００における圧力の変動を抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の超純水製造装置の構成を示す図である。図５に示す超純水製造装置１００ａは、図１に示した第１の実施形態の超純水製造装置１００と比べて、圧力計３２をさらに有する点で異なる。

圧力計３２は、ユースポイント２００における圧力である対象圧力Ｐｔを測定して、その対象圧力Ｐｔを示す対象圧力信号を出力する対象圧力計である。本実施形態では、ユースポイント２００は超純水製造装置１００の末端付近に設けられ、圧力計３２は、超純水製造装置１００の末端または末端付近の圧力である末端圧力を対象圧力Ｐｔとして測定する。しかしながら、圧力計３２は、対象圧力Ｐｔを直接測定してもよい。

制御装置３１の制御部３１２は、圧力計２９からの圧力信号が示す戻り圧力Ｐｒと、圧力計３２からの対象圧力信号が示す対象圧力Ｐｔと、流量計２８からの流量信号が示す戻り流量Ｘとを対応づけて測定データとして記録部３１１に記録する。

制御部３１２は、所定のタイミングで、記録部３１１に記録した測定データに基づいて、戻り流量Ｘごとに、計算式「Ｙ＝Ｐｄ−（Ｐｔ−Ｐｒ）」から算出した目標値Ｙ、つまり、対象圧力Ｐｔと戻り圧力Ｐｒの差分を対象圧力Ｐｔの所望値Ｐｄから引いた値を示す処理用データを作成し、その処理用データに基づいて、戻り流量Ｘと目標値Ｙとの対応関係を示す関係式を算出する。具体的には、制御部３１２は、処理用データに基づいて、戻り流量Ｘと目標値Ｙとの対応関係を１次式で近似した近似式を関係式として算出する。

関係式を算出すると、制御部３１２は、その関係式を示す関係情報を記録部３１１に記録する。その後、制御部３１２の処理は第１の実施形態と同様である。

以上説明したように本実施形態によれば、制御部３１２は、記録部３１１に記録した測定データに基づいて、戻り流量Ｘごとに対象圧力Ｐｔと戻り圧力Ｐｒの差分を対象圧力Ｐｔの所望値Ｐｄから引いた値を示す処理用データを作成し、その処理用データに基づいて、戻り流量Ｘと目標値Ｙとの対応関係を示す関係式を算出する。このため、関係式を自動的に算出することが可能になるため、関係式を算出する手間を省くことが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

例えば、ユースポイント２００に供給する液体を超純水としたが、超純水に限らず、通常の純水や、オゾンのような特定の物質を溶解させた、いわゆる機能水などの他の液体でもよい。

１ １次純水製造装置
２ ２次純水製造装置
２１ タンク
２２ 送水ポンプ
２３ 熱交換器
２４ ＵＶ酸化装置
２５ 脱気装置
２６ イオン交換装置
２７ ＵＦ膜装置
２８ 流量計
２９、３２ 圧力計
３０ 圧力調整弁
３１ 制御装置
５１、５２ 配管
１００ 超純水製造装置
３１１ 記録部
３１２ 制御部

Claims (8)

1. 液体を収容するタンクと、
   前記タンク内の液体をユースポイントに供給するポンプと、
   前記ユースポイントから返送される液体を前記タンクに戻す配管と、
   前記配管内の圧力である戻り圧力を測定する圧力計と、
   前記配管内の流量である戻り流量を測定する流量計と、
   前記戻り圧力を調整するための圧力調整手段と、
   前記戻り圧力および前記戻り流量に基づいて、前記圧力調整手段を制御する制御部と、を有する液体供給装置。
2. 前記制御部は、前記戻り流量に基づいて前記戻り圧力の目標値を決定し、前記戻り圧力が前記目標値となるように前記圧力調整手段を制御する、請求項１に記載の液体供給装置。
3. 前記制御部は、前記戻り流量と前記目標値との対応関係を示す関係式を用いて、前記目標値を決定する、請求項２に記載の液体供給装置。
4. 前記関係式は、一次式である、請求項３に記載の液体供給装置。
5. 前記ユースポイントにおける圧力である対象圧力を測定する対象圧力計をさらに有し、
   前記制御部は、前記対象圧力と前記戻り圧力の差分を前記対象圧力の所望値から引いた値を前記戻り流量ごとに示す処理用データを作成し、前記データに基づいて、前記関係式を算出する、請求項３または４に記載の液体供給装置。
6. 液体をタンクとユースポイントとの間で循環させる液体供給装置における圧力制御方法であって、
   前記ユースポイントから前記タンクに液体を戻す配管内の圧力である戻り圧力を測定するステップと、
   前記配管内の流量である戻り流量を測定するステップと、
   前記戻り圧力および前記戻り流量に基づいて、前記戻り圧力を調整するステップと、を有する圧力制御方法。
7. 前記調整するステップでは、前記戻り流量と前記戻り圧力の目標値との対応関係を示す関係式を用いて、前記目標値を決定し、前記戻り圧力が前記決定した目標値となるように前記戻り圧力を調整する、請求項６に記載の圧力制御方法。
8. 前記関係式は、一次式である、請求項７に記載の圧力制御方法。

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