JP2019174050A - 半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造設備における水処理設備において、熱エネルギーの有効利用が可能な排熱回収再利用システム１を提供する。【解決手段】半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システム１は、冷媒を蒸発させる蒸発器２ｂと、冷媒を圧縮するコンプレッサ２ｃと、冷媒を凝縮させる凝縮器２ｄと、冷媒を膨張させる膨張弁２ｅとがこの順で閉ループ配管２ａ上に配置されているヒートポンプ２を有している。蒸発器２ｂは半導体製造設備における水処理設備を常時流れる第１の流体から吸熱し、水処理設備を流れる第２の流体が凝縮器２ｄから排出された熱によって加熱される。【選択図】図１

Description

本発明は半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システムに関し、特にヒートポンプを用いた排熱回収再利用システムに関する。

ヒートポンプを用いた排熱利用システムが知られている。特許文献１，２には、工場の廃温水から吸熱しボイラの給水を加熱するヒートポンプを備えた給水加温システムが開示されている。

特開２０１７−９６５６９号公報 特開２０１７−９６５７０号公報

半導体製造設備のうち純水、超純水の製造装置や排水処理設備などの水処理設備では加熱が必要な流体が流通している。これらの流体の中には４０〜５０℃の加熱が要求されるものがある。この温度で流体の加熱を行うためには、蒸気やドレン等の高温流体と当該流体との熱交換が必要となる。このため、従来の半導体製造設備における水処理設備では、蒸気や温水を供給するユーティリティ設備が設けられている。一方、半導体製造設備における水処理設備では、排ガスの除害処理（無害化）で生成される温排水や、純水、超純水の製造装置で生成される温水など様々な流体が流通している。従来、これらの温排水等の持つ熱エネルギーは有効利用されていない。

本発明は、半導体製造設備における水処理設備において、熱エネルギーの有効利用が可能な排熱回収再利用システムを提供することを目的とする。

本発明の半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システムは、冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を膨張させる膨張弁とがこの順で閉ループ配管上に配置されているヒートポンプを有している。蒸発器は半導体製造設備における水処理設備を常時流れる第１の流体から吸熱し、水処理設備を流れる第２の流体が凝縮器から排出された熱によって加熱される。

本発明によれば、第１の流体が保有する熱エネルギーをヒートポンプで回収し、第２の流体を加熱することができる。第１の流体は半導体製造設備における水処理設備を常時流れているため、安定した熱源として利用することができる。従って、本発明によれば、半導体製造設備における水処理設備において、熱エネルギーの有効利用が可能な排熱回収再利用システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る排熱回収再利用システムの全体構成を示す略図である。 排熱回収再利用システムの変形例の全体構成を示す略図である。 本発明の一実施形態に係る排熱回収再利用システムが適用される半導体製造設備における水処理設備の一部の構成を示す略図である。

以下、図面を参照して本発明の半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システムについて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る排熱回収再利用システムの全体構成を示す略図である。以下の説明において、「第１の流体」は、半導体製造設備１０１における水処理設備１００の内部を常時流れ、ヒートポンプ２の蒸発器２ｂから吸熱される流体である。すなわち、第１の流体は熱源となる流体である。第１の流体が流れる配管を第１の配管Ｌ１という。第１の流体がヒートポンプ２の蒸発器２ｂとの間で熱交換する部位、すなわちヒートポンプ２によって吸熱される部位を第１の熱交換部Ｈ１という。「第２の流体」は、水処理設備１００の内部を流れ、ヒートポンプ２の凝縮器２ｄから排出された熱によって加熱される被加熱流体である。第２の流体が流れる配管を第２の配管Ｌ２という。第２の流体が中間循環水を介してヒートポンプ２の凝縮器２ｄとの間で熱交換する部位、すなわち中間循環水を介してヒートポンプ２によって加熱される部位を第２の熱交換部Ｈ２という。「第２の流体」は水処理設備１００を常時流れる流体でもよいし、非定常的ないし間歇的に流れる流体であってもよい。また、以下の実施形態において、第１及び第２の流体は水であるが、水以外の液体またはガスであってもよい。

以下の実施形態では、第１の流体は水処理設備１００中の特定のラインを流れる１種類の流体であるが、互いに異なるラインを流れる複数種類の流体であってもよい。同様に、第２の流体は水処理設備１００中の特定のラインを流れる１種類の流体であるが、互いに異なるラインを流れる複数種類の流体であってもよい。

第１の流体は受けタンク５に貯留され、ポンプ７を備えた第１の配管Ｌ１によって水処理設備１００の排熱回収再利用システム１に供給される。ポンプ８を備えた第３の配管Ｌ３が第１の配管Ｌ１から分岐しており、第１の流体の一部は排熱回収再利用システム１をバイパスしてポンプ８により後段設備９に送られる。

水処理設備１００の排熱回収再利用システム１はヒートポンプ２を有している。ヒートポンプ２は、閉ループ配管２ａを流れる冷媒を蒸発させる蒸発器２ｂと、冷媒を圧縮するコンプレッサ２ｃと、冷媒を凝縮させる凝縮器２ｄと、冷媒を膨張させる膨張弁２ｅとを有し、これらがこの順で閉ループ配管２ａ上に配置されている。

第１の配管Ｌ１にはポンプ３と、その下流に位置するヒートポンプ２と、が設けられている。第１の配管Ｌ１を流れる第１の流体は第１の熱交換部Ｈ１でヒートポンプ２の蒸発器２ｂと熱交換する（吸熱される）。ヒートポンプ２を循環する冷媒は第１の流体から吸熱して蒸発する（潜熱が供給される）。第１の流体の温度は蒸発器２ｂとの熱交換によって低下する。これによって、第１の流体の熱エネルギーが有効利用される。それだけでなく、熱交換により第１の流体の温度が下がることで、後段設備９に供給される第１の流体の温度は後段設備の性能に適した温度となる。

第１の配管Ｌ１のポンプ３の下流には三方弁４が設けられている。還流配管ＬＲが第１の配管Ｌ１の第１の熱交換部Ｈ１の下流で第１の配管Ｌ１から分岐し、三方弁４で第１の配管Ｌ１と合流している。ヒートポンプ２の性能は蒸発器２ｂで熱交換される第１の流体の温度に依存し、第１の流体の温度が高すぎると所望の性能が得られないことがある。その場合、蒸発器２ｂとの熱交換によって温度の低下した第１の流体の一部をヒートポンプ２の蒸発器２ｂの上流側に還流させるように三方弁４を切り替える。これによって、第１の熱交換部Ｈ１に供給される第１の流体をヒートポンプ２の性能上好ましい温度に調整することができる。また、三方弁４は、ヒートポンプ２で冷却される第１の流体の温度を、後段設備９で必要とされる温度に制御、調整することができる。一般的なヒートポンプでは、１パス、すなわち再循環を行わない熱交換を行うが、１パスでの熱交換ではヒートポンプの特性上、ヒートポンプの入口温度と出口温度の温度差は３〜１０℃程度が限界となる。これを超える温度差を確保する必要がある場合は、一般的に付帯設備として中間タンク、熱交換器及び三方弁またはコントロール弁を用いた温度調整を行うことが多い。本実施形態では三方弁４によって第１の流体を再循環させるため、第１の流体の温度調整範囲が広がり、付帯設備を簡素化することができる。なお、温度計Ｔ１を第１の配管Ｌ１に設置し、温度計Ｔ１の測定結果に基づき三方弁４を調整することで、第１の流体を再循環（還流）させる割合を適切に制御することができる。温度計Ｔ１の設置場所は熱交換部Ｈ１の入口でも出口でもよい。第１の流体の温度とヒートポンプ２の性能の関係から還流配管ＬＲが不要な場合、還流配管ＬＲと三方弁４を省略することができる。

排熱回収再利用システム１は、ヒートポンプ２の凝縮器２ｄと第２の熱交換部Ｈ２との間に設けられた蓄熱部６を有する。蓄熱部６は凝縮器２ｄから放熱された熱を蓄熱し、蓄熱された熱で第２の流体を加熱する。蓄熱部６は、中間循環水を貯蔵する容器６ａを有している。容器６ａは２つの仕切り壁６ｂ，６ｃを有し、これらの仕切り壁６ｂ，６ｃによって、容器６ａの内部が第１、第２、第３の水室６１，６２，６３に分離されている。水室の数は３つに限定されず、容器６ａは一般的には、直列に配列されたＮ個（Ｎは２以上の自然数）の水室と、容器６ａの内部をこれらの水室に区分するＮ−１個の仕切り壁を有している。Ｎ個の水室のうち、容器６ａの一方の端部に位置する水室を第１の水室６１といい、容器６ａの他方の端部に位置する水室を第Ｎの水室（本実施形態では第３の水室６３）という。仕切り壁６ｂ，６ｃの下端は容器６ａの底部から離間しており、仕切り壁６ｂ，６ｃの上端は中間循環水の水位より上方にある。従って、中間循環水は、互いに隣接する水室の間を、仕切り壁６ｂ，６ｃの下端と容器６ａの底部との間の隙間を通って、流通することができる。

図２には蓄熱部６の変形例を示す。図２（ａ）に示す変形例では仕切り壁６ｂの下端は容器６ａの底部から離間しており、上端は中間循環水の水位より上方にある。これに対し、仕切り壁６ｃの下端は容器６ａの底部に接続されており、上端は中間循環水の水位の下方にある。図２（ｂ）に示す変形例では仕切り壁６ｂの下端は容器６ａの底部に接続されており、上端は中間循環水の水位の下方にある。これに対し、仕切り壁６ｃの下端は容器６ａの底部から離間しており、上端は中間循環水の水位より上方にある。いずれの変形例でも中間循環水は、互いに隣接する水室の間を、隙間を介して流通することができる。第１の中間ループ配管ＬＭ１から低温の中間循環水を取り出しやすく、第２の中間ループ配管ＬＭ２から高温の中間循環水を取り出しやすいため、熱交換効率が高められる。特に、図２（ａ）に示す構成は、水の比重差により、低温の中間循環水が容器６ａの第１の中間ループ配管ＬＭ１の取り出し口近傍に滞留するため、低温の中間循環水をより効率的に取り出しやすい。３つ以上の仕切り壁を設ける場合、下端が容器６ａの底部から離間し上端が中間循環水の水位より上方にある仕切り壁と、下端が容器６ａの底部に接続され上端が中間循環水の水位の下方にある仕切り壁とを交互に配置することができる。

第１の水室６１の上部と第３の水室６３の下部との間を第１の中間ループ配管ＬＭ１が延びている。第１の中間ループ配管ＬＭ１の途中には凝縮器２ｄとの間で熱交換を行う（冷媒の潜熱が放出される）中間熱交換部ＨＭが設けられている。第１の中間ループ配管ＬＭ１の中間熱交換部ＨＭの上流には第１の中間ポンプＰ１が設けられている。第１の水室６１の下部と第３の水室６３の上部との間を第２の中間ループ配管ＬＭ２が延びている。第２の中間ループ配管ＬＭ２の途中には第２の流体との間で熱交換を行う第２の熱交換部Ｈ２が設けられている。第２の中間ループ配管ＬＭ２の第２の熱交換部Ｈ２の上流には第２の中間ポンプＰ２が設けられている。

排熱回収再利用システム１は以下のように作動して、第１の流体の熱エネルギーを第２の流体に与える。前述のように、第１の配管Ｌ１には通常第１の流体が流れている。ヒートポンプ２は常時運転されている。第１の中間ポンプＰ１は通常運転されている。このため、第１の中間ループ配管ＬＭ１には通常中間循環水が流れている。ヒートポンプ２は第１の熱交換部Ｈ１で第１の流体から熱エネルギーを奪い、中間熱交換部ＨＭで中間循環水を加熱する。加熱された中間循環水は、第１の水室６１の上部から第１の水室６１に流入する。中間循環水は仕切り壁６ｂ，６ｃの下端と容器６ａの底部との間の隙間を通って、第１の水室６１から第２の水室６２に流入し、さらに第３の水室６３に流入する。第３の水室６３に流入した中間循環水は、第３の水室６３の下部から引き出され、第１の中間ポンプＰ１で加圧され、中間熱交換部ＨＭで再び加熱される。このようにして、蓄熱部６には蒸発器２ｂとの間で熱交換された熱が蓄積されていく。第２の流体を加熱するときは第２の中間ポンプＰ２が起動される。中間循環水は第１の水室６１の下部から第２の中間ループ配管ＬＭ２に流入し、第２の中間ポンプＰ２で加圧され、第２の熱交換部Ｈ２で第２の配管Ｌ２を流れる第２の流体と熱交換する（第２の流体を加熱する）。

第１の中間ポンプＰ1だけが起動しているときは、容器６ａ内には第１の水室６１から第３の水室６３に向かう中間循環水の流れが生じている。このため、第１の水室６１の中間循環水が最も高温となり、第３の水室６３の中間循環水が最も低温となっている。この状態で第２のポンプＰ２を起動すると、最も高温となっている第１の水室６１から中間循環水が第２の熱交換部Ｈ２に供給されるため、第２の流体を効率的に加熱することができる。

上述の実施形態ではヒートポンプ２は常時運転しているが、第２の流体が必要とする熱量に応じて、ヒートポンプ２を間歇運転することもできる。例えば、ヒートポンプ２の加熱能力が１２０ｋＷで、第２の流体の必要熱量が９００ｋＷｈである場合、蓄熱部６等の放熱ロスを無視すると、ヒートポンプ２は１日当り８時間程度運転すれば十分である。また、第２の流体の必要熱量に応じて、複数のヒートポンプ２を並列設置することもできる。

上述の実施形態では１種類の第１の流体と１種類の第２の流体との間で熱交換が行われるが、１種類の第１の流体と複数の第２の流体との間で熱交換が行われてもよいし、複数の第１の流体と１種類の第２の流体との間で熱交換が行われてもよいし、複数の第１の流体と複数の第２の流体との間で熱交換が行われてもよい。複数の第１の流体からヒートポンプ２で吸熱する場合、複数の第１の熱交換部Ｈ１をヒートポンプ２の蒸発器２ｂに沿って直列に配置することができる。複数の第２の流体をヒートポンプ２で加熱する場合、複数の第２の熱交換部Ｈ２をヒートポンプ２の凝縮器２ｄに沿って直列または並列に配置することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る排熱回収再利用システム１が適用される半導体製造設備１０１における水処理設備１００の一部の構成を示す略図である。以下、第１の流体（第１の配管Ｌ１）と第２の流体（第２の配管Ｌ２）の具体例について説明する。

水処理設備１００は、ウエハの洗浄などに用いられる純水または超純水を供給する純水供給設備１１を有している。なお、本発明において純水供給設備１１は超純水供給装置を含む概念であり、本実施形態の純水供給設備１１は超純水供給設備の意味で用いられる。純水供給設備１１には後述する除害装置１２１で処理された排水の他、外部の工業用水（これらを総称して原水という）などが供給される。純水供給設備１１に供給された原水はろ過器１１１で粒子や微粒子が除去される。原水は次に、逆浸透膜装置（ＲＯ）１１２でイオンや塩類など水以外の不純物が除去されることで浄化される。原水はさらにＵＶ殺菌装置１１３でＵＶ殺菌され、樹脂塔１１４でイオン成分がさらに除去されることで浄化され、純水が製造される。純水は１次純水タンク１１５に貯蔵される。原水の供給部から１次純水タンク１１５までの各装置は第１のラインＬ１１上に直列に配置されている。

１次純水タンク１１５には温超純水供給ラインＬ１２と常温超純水供給ラインＬ１３が接続されている。これは、ユースポイントによって温超純水または常温超純水が要求されるためである。以下、温超純水が要求される半導体製造設備１０１のユースポイントを温超純水ユースポイントＵＰ１、常温超純水が要求される半導体製造設備１０１のユースポイントを常温超純水ユースポイントＵＰ２という。温超純水供給ラインＬ１２と常温超純水供給ラインＬ１３を通る純水はいずれもＵＶ酸化装置１１６ａ，１１６ｂでＵＶ殺菌され、カートリッジポリッシャー（非再生式の混床式イオン交換装置）１１７ａ，１１７ｂでイオン成分がさらに除去され、限外ろ過膜（ＵＦ）１１９ａ，１１９ｂで生菌を含む微粒子が除去され、超純水が製造される。カートリッジポリッシャー１１７ａの後段には純水の加熱装置（熱交換器）１１８が設けられている。従って、限外ろ過膜装置１１９ａは加熱装置１１８と温超純水ユースポイントＵＰ１との間に設けられ、限外ろ過膜装置１１９ｂはカートリッジポリッシャー１１７ｂと常温超純水ユースポイントＵＰ２との間に設けられる。限外ろ過膜１１９ａの透過水は温超純水として各温超純水ユースポイントＵＰ１に送られ、限外ろ過膜１１９ｂの透過水は常温超純水として各常温超純水ユースポイントＵＰ２に送られる。このように、１次純水タンク１１５から温超純水ユースポイントＵＰ１までの各装置は温超純水供給ラインＬ１２上に直列に配置され、１次純水タンク１１５から常温超純水ユースポイントＵＰ２までの各装置は常温超純水供給ラインＬ１３上に直列に配置されている。

温超純水ユースポイントＵＰ１で使用されなかった温超純水は再使用のため、第１のリターンラインＬ１４を通り、第１のリターン水として１次純水タンク１１５に送られる。第１のリターンラインＬ１４は、最下流の温超純水ユースポイントＵＰ１から１次純水タンク１１５まで延びているが、第１のリターン水は少なくとも加熱装置１１８の上流に戻されればよい。これは、後述するように第１のリターン水はヒートポンプ２の熱源として利用され、加熱装置１１８による加熱が必要な温度まで冷却されるためである。常温超純水ユースポイントＵＰ２で使用されなかった常温超純水も再使用のため、第２のリターンラインＬ１５を通り、第２のリターン水として１次純水タンク１１５に送られる。

温超純水供給ラインＬ１２の限外ろ過膜装置１１９ａの非透過水（リジェクト水）も再使用のため、第３のリターンラインＬ１６を通り、第１のＵＦリジェクト水として１次純水タンク１１５に送られる。第３のリターンラインＬ１６は、温超純水の被透過側の部分から１次純水タンク１１５まで延びているが、第３のリターン水は少なくとも加熱装置１１８の上流に戻されればよい。これは、後述するように第３のリターン水はヒートポンプ２の熱源として利用され、加熱装置１１８による加熱が必要な温度まで冷却されるためである。常温超純水供給ラインＬ１３の限外ろ過膜装置１１９ｂの非透過水（リジェクト水）も再使用のため、第４のリターンラインＬ１７を通り、第２のＵＦリジェクト水として１次純水タンク１１５に送られる。

純水供給設備１１における第１の流体、すなわち第２の流体の加熱源は、上述のように第１のリターンラインＬ１４を流れる純水若しくは超純水、または第３のリターンラインＬ１６を流れる限外ろ過膜装置１１９ａの非透過水（第１のＵＦリジェクト水）である。これらの流体の温度は３０℃以上、４０℃以下であり、熱源の温度として好適である。

水処理設備１００は排水回収設備１２を有している。半導体製造設備１０１では毒性や腐食性をもった様々な有害ガスが排ガスとして生成される。これらの排ガスは有害成分の除害（無害化）処理を行ってから系外に排出される。排ガス中の有害成分を除害する目的で、例えば燃焼式除害装置１２１が用いられる。燃焼式除害装置１２１では、燃焼筒に導入された排ガスをバーナーで燃焼ないし熱分解させることで、排ガス中の有害成分が除害される。高温で燃焼された排ガスは冷却水で冷却されるため、その過程で比較的温度の高い排水が生成される。この排水は除濁膜１２２で濁質成分が除去され、さらに逆浸透膜装置１２３で粒子や微粒子が除去されて補給水タンク１２４に貯蔵される。補給水タンク１２４には外部からの補給水も補給される。補給水タンク１２４に貯蔵された水は除害装置１２１で再利用される。本実施形態では、比較的高温である除害設備の排水が第１の流体として利用される。第１の流体は逆浸透膜装置１２３の前段、すなわち、除濁膜１２２と逆浸透膜装置１２３との間の区間を流れる流体であることが望ましい。これは、逆浸透膜装置１２３には、良好な微粒子除去性能を得るために、５〜３０℃、より好ましくは２０〜３０℃の温水が供給されることが望ましいためである。除害装置１２１の排出水は比較的高温であるため、逆浸透膜装置１２３の上流側で除熱されることで、排出水の温度を逆浸透膜装置１２３の作動上好ましい温度まで低下させることができる。除害装置１２１の排出水は排出量が多く、温度が一般的に３３〜４０℃程度であり、水処理設備１００から排出される排水のうち、最も大きな熱量をもつ排水の一つである。また、この排水は基本的に１日２４時間安定した量で排出される。

水処理設備１００には排水処理設備１３を有している。水処理設備１００の様々なマシンから排出される排水は、排水蒸発装置１３１での蒸発処理、排水蒸留装置１３２での蒸留処理、凝集沈殿装置１３３での凝集沈殿処理などを受ける。排水はさらに生物処理装置１３４で有機性の汚濁物質が微生物活動を利用して分解、除去され、最終処理装置１３５で最終処理され、系外に放流される。最終処理装置１３５は例えば、凝集加圧浮上分離装置、ろ過器、活性炭塔・ph調整装置などのいずれかもしくは組み合わせにより構成される。排水蒸発装置１３１と排水蒸留装置１３２は少なくともいずれかが設けられていればよい。放流水の温度は通常３０℃以上、４０℃以下であり、第２の流体を加熱する温度として好ましい。また、放流水は常時流れているため、安定した熱源として利用することができる。このため、水処理設備１００から外部に放出される放流水は第１の流体として利用される。

半導体製造設備１０１では、空調設備（エアコンディショナ）によってクリーンルームなどが除熱され、除熱された熱が系外に放出される。具体的には、エアコンディショナで除熱された熱は中間ループ１４１を流れる冷却水に伝達され、冷却水は冷却塔１４２で冷却される。中間ループ１４１には冷却塔１４２と、冷却水をろ過するろ過器１４３と、ろ過された冷却水を貯蔵する補給水タンク１４４とが設けられ、冷却水が循環するようにされている。補給水タンク１４４には外部からの補給水も補給される。冷却塔１４２の下流側の区間の冷却水の温度は通常３０〜４０℃であり、熱源として好ましい温度である。このため、冷却塔１４２の出口水、好ましくはろ過器１４３の出口水が第１の流体として利用される。

水処理設備１００中の被加熱流体、すなわち第２の流体としては以下のものが挙げられる。まず、第２の流体は、樹脂塔１１４を再生するために樹脂塔１１４に供給される水（再生水）である。再生水の温度は４０℃以上、５０℃以下であることが望ましい。樹脂塔１１４の再生処理は例えば１日に１回程度の頻度で定期的に行われるが、再生水が必要となるのはこのタイミングだけである。

他の第２の流体は、逆浸透膜装置１１２の入口水である。上述のように、逆浸透膜装置１１２には、良好な微粒子除去性能を得るために５〜３０℃、より好ましくは２０〜３０℃の温水が供給されることが望ましい。従って、逆浸透膜装置１１２の入口水の温度がこれを下回る場合、蓄熱部６に貯蔵された温水で逆浸透膜装置１１２の入口水、より好ましくはろ過器１１１の入口水を加熱することが望ましい。

さらに他の第２の流体として、排水処理設備１３の排水蒸発装置１３１と排水蒸留装置１３２の少なくともいずれかに供給される供給水が挙げられる。供給水はマシンからの排水の蒸発処理または蒸留処理に適した温度まで加熱されるが、蓄熱部６に貯蔵された温水で供給水を予め予熱することで加熱のためのエネルギーを節約できる。

以上のように、本実施形態では複数の第１の流体と複数の第２の流体との間で熱交換が行われる。このため、蓄熱部６に貯蔵される中間循環水の温度は、第２の流体として要求される最も高い温度、または最も大量に必要とされる第２の流体に温度に合わせて設定することが好ましい。本実施形態では主に除害装置１２１から排出される３０〜４０℃の温水から吸熱され、その熱が熱部６に供給され、主に樹脂塔１１４の再生水（必要温度４０〜５０℃）として利用される。このため、ヒートポンプ２は中間循環水を５５℃程度まで昇温する。従って、例えば逆浸透膜装置１１２の入口水を２０〜３０℃の範囲に加熱するためには温度制御手段を設けることが望ましい。温度調整手段としては、第２の中間ループ配管ＬＭ２に設けられる流量調整弁７が挙げられる。流量調整弁７の開度を絞ることで、第２の中間ループ配管ＬＭ２を流れる中間循環水の流量を抑え、逆浸透膜装置１１２の入口水の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。この際、逆浸透膜装置１１２の入口水の温度を測定する温度計を設け、測定された温度に応じて流量調整弁７の開度を調整することができる。また、還流配管ＬＲと三方弁４は第１の熱交換部Ｈ１に供給される第１の流体の温度と流量を調整可能であるため、第２の流体の温度を４０℃以上、５０℃以下の範囲に加熱するための温度制御手段として機能する。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の流体の熱エネルギーを有効利用して第２の流体の加熱に必要な熱エネルギーを削減できるため、水処理設備１００の稼動のために必要なエネルギーの総量を削減できる。ヒートポンプ２は第１の流体から吸熱した熱エネルギーとコンプレッサ２ｃの仕事の合計に等しい熱量を放熱することができ、また、蒸気などと異なり、被加熱流体の加熱温度があまり高くない場合にも適用することができる。削減可能なエネルギーは放熱ロスや熱伝達ロスを無視すると、ヒートポンプ２による発生エネルギー（ヒートポンプ２の吸熱量とコンプレッサ２ｃの仕事の合計）からヒートポンプ２の駆動動力を引いた値であり、一例では２７００００ｋＷｈ／年である。

また、系外に放出される放流水を冷却する場合、放流水から除熱することで、冷却負荷が減少し、冷却設備の容量、冷却水の水量を削減することができる。

さらに、本実施形態の排熱回収再利用システム１は蓄熱部６を有しているため、排熱回収再利用システム１をより合理的に構成できる。第１の流体の排熱を第２の流体に直接伝達する場合、第２の流体の必要熱エネルギーをまかなえる容量のヒートポンプ２を設ける必要がある。しかしながら、第２の流体の加熱は基本的に間歇的に行われるため、蓄熱部６を設けることで、ヒートポンプ２の容量を抑制することができる。

１ 排熱回収再利用システム
２ｂ 蒸発器
２ｃ コンプレッサ
２ｄ 凝縮器
２ｅ 膨張弁
２ａ 閉ループ配管
２ ヒートポンプ
６ 蓄熱部
６ａ 容器
６ｂ，６ｃ 仕切り壁
６１〜６３ 第１〜３の水室
１１ 純水供給設備
１２ 排水回収設備
１３ 排水処理設備
１００ 半導体製造設備における水処理設備
１０１ 半導体製造設備
１１３ 逆浸透膜装置
１１４ 樹脂塔
１１８ 加熱装置
１１９ａ，１１９ｂ 限外ろ過膜装置
１２１ 除害設備
１３１ 排水蒸発装置
１３２ 排水蒸留装置
１４２ 冷却塔
Ｈ１ 第１の熱交換部
Ｈ２ 第２の熱交換部
ＨＭ 中間熱交換部
Ｌ１ 第１の配管
Ｌ２ 第２の配管
Ｌ１４ 第１のリターンライン
ＬＭ１ 第１の中間ループ配管
ＬＭ２ 第２の中間ループ配管
ＬＲ 還流配管
ＵＰ１ 温超純水ユースポイント
ＵＰ２ 常温超純水ユースポイント

Claims (13)

1. 冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記冷媒を膨張させる膨張弁とがこの順で閉ループ配管上に配置されているヒートポンプを有し、
   前記蒸発器は半導体製造設備における水処理設備を常時流れる第１の流体から吸熱し、前記水処理設備を流れる第２の流体が前記凝縮器から排出された熱によって加熱される、半導体製造設備における水処理設備の排熱回収再利用システム。
2. 前記凝縮器から排出された熱を蓄熱し、蓄熱された熱で前記第２の流体を加熱する蓄熱部を有する、請求項１に記載の排熱回収再利用システム。
3. 前記蓄熱部は、
   中間循環水を貯蔵する容器であって、前記容器の一方の端部に位置する第１の水室と前記容器の他方の端部に位置する第Ｎの水室（Ｎは２以上の自然数）とを少なくとも含むＮ個の水室に前記容器を区分するＮ−１個の仕切り壁を有し、前記中間循環水が互いに隣接する前記水室の間を流通可能な容器と、
   前記第Ｎの水室の下部と前記第１の水室の上部との間を延び、途中に前記凝縮器との熱交換部を有する第１の中間ループ配管と、
   前記第１の水室の下部と前記第Ｎの水室の上部との間を延び、途中に前記第２の流体との熱交換部を有する第２の中間ループ配管と、
   を有する、請求項２に記載の排熱回収再利用システム。
4. 前記第１の流体は、前記水処理設備に設けられたガスの除害設備の排水である、請求項１から３のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
5. 前記第１の流体は、前記水処理設備から外部に放出される放流水である、請求項１から３のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
6. 前記水処理設備は前記半導体製造設備に純水または超純水を供給する純水供給設備を有し、
   前記純水供給設備は、純水または超純水の加熱装置と、前記加熱装置と前記半導体製造設備のユースポイントとの間に設けられる限外ろ過膜装置と、前記限外ろ過膜装置と前記ユースポイントとを接続する配管と、前記配管から分岐し、前記ユースポイントで使用されない純水または超純水を前記加熱装置の上流に戻すリターンラインと、を有し、
   前記第１の流体は、前記限外ろ過膜装置の非透過水、または前記リターンラインを流れる純水若しくは超純水である、請求項１から３のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
7. 前記第１の流体は、前記半導体製造設備の空調機の冷却塔の出口水である、請求項１から３のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
8. 前記第１の流体の温度は３０℃以上、４０℃以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
9. 前記水処理設備は前記半導体製造設備に純水または超純水を供給する純水供給設備を有し、
   前記純水供給設備は、原水を浄化する樹脂塔を有し、
   前記第２の流体は、前記樹脂塔を再生するために前記樹脂塔に供給される水である、請求項１から８のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
10. 前記第２の流体を４０℃以上、５０℃以下の範囲に加熱するための温度制御手段を有する、請求項９に記載の排熱回収再利用システム。
11. 前記水処理設備は前記半導体製造設備に純水または超純水を供給する純水供給設備を有し、
    前記純水供給設備は、原水を浄化する逆浸透膜装置を有し、
    前記第２の流体は、前記逆浸透膜装置の入口水である、請求項１から８のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。
12. 前記第２の流体を５℃以上、３０℃以下の範囲に加熱するための温度制御手段を有する、請求項１１に記載の排熱回収再利用システム。
13. 前記水処理設備は排水処理設備を有し、
    前記排水処理設備は、排水を蒸発させる排水蒸発装置と排水を蒸留する排水蒸留装置の少なくともいずれかを有し、
    前記第２の流体は、前記排水蒸発装置と前記排水蒸留装置の少なくともいずれかの供水である、請求項１から８のいずれか１項に記載の排熱回収再利用システム。

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