JP2021010880A - 超純水製造システム及び超純水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のタンクに対して超純水を貯える際に、タンク内に貯えられる超純水の水質を規定値まで到達させるために要する時間を短縮する。【解決手段】超純水製造装置によって製造された超純水をタンクに貯留するとともにタンクから超純水の少なくとも一部を回収して超純水製造装置に循環させる超純水製造システムにおいて、タンクから超純水を回収するためのポンプにおける超純水の吸い込み位置をタンクに貯えられた超純水の液面の位置に応じて可変とする可変機構を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、超純水を貯留するタンクとの間で超純水を循環させながら超純水を製造して当該タンクに超純水を供給する超純水製造システム及び超純水製造方法に関する。

超純水は各種の用途で使用されているが、用途によっては大型のタンクに超純水を貯留させる必要がある。そのような用途の一例としては、タンク内に貯えられた状態の超純水を物理的な測定の媒体とするものがある。タンク内に貯えられた超純水は一般に徐々に不純物を含むようになる。そのため、超純水製造装置によって超純水を製造してこの超純水をタンクに貯留する超純水製造システムには、ユースポイントであるタンク内から超純水を回収して再精製する機能が必要とされる。特許文献１は、ユースポイントから回収した超純水を一次純水に加えた上で各種の精製処理を行って超純水を製造しユースポイントに供給する超純水製造システムの一例を示している。

特開２００９−１０６８３１号公報

タンク内に貯えられた超純水への不純物の混入は、タンクが満水になっていないなどの理由によりタンクの上面が大気に開放している場合には、液面近くに存在する超純水において特に顕著になる。したがって、ユースポイントであるタンクから超純水を回収して再精製する場合には、液面近くの超純水を優先的に回収できるようにすることが望まれる。また、空に近いタンクに対して超純水を供給してタンクに超純水を貯める場合においても、タンク内の液面近傍の超純水を超純水製造装置に循環させて再精製するようにした方が、タンクに貯えられる超純水の全体としての水質（例えば比抵抗で表される水質）をより早く規定値に到達させることができる。タンクの容量が１００ｔあるいは２００ｔ程度である場合には、タンクの外部に設けたポンプによってタンクから超純水を超純水製造装置側に循環させることを容易に行うことができる。しかしながらタンクの容量が例えば数万ｔ程度と大きくなり、それに応じてタンクの高さが高くなる場合には、ポンプの吸い上げ能力すなわち吸い込み揚程などの制限から、タンクが満水に近い状態でない限り、タンクから超純水、特に液面近傍の超純水を超純水製造装置側に循環させることが難しくなる。その結果、タンク内に貯えられる超純水の水質を規定値まで到達させるために長時間を要するようになる。

本発明の目的は、大型のタンクに対して超純水を循環させつつこのタンクに対して超純水を貯えるために用いられる超純水製造システム及び方法であって、タンク内に貯えられる超純水の水質を規定値まで到達させるために要する時間を短縮することができる超純水製造システム及び方法を提供することにある。

本発明の超純水製造システムは、超純水を製造する超純水製造装置と、超純水製造装置によって製造された超純水を貯留するタンクと、を備え、タンクに貯留した超純水の少なくとも一部を回収して超純水製造装置に循環させる超純水製造システムにおいて、タンクから超純水を回収するためのポンプと、ポンプにおける超純水の吸い込み位置をタンクに貯留した超純水の液面の位置に応じて可変とする可変機構を備えることを特徴とする。

本発明の超純水製造方法は、超純水製造装置によって製造された超純水をタンクに供給して貯留するとともにタンクに貯留された超純水の少なくとも一部を回収して超純水製造装置に循環させる超純水製造方法において、タンクに貯留された超純水の液面の位置に応じて、タンクから超純水を回収するためのポンプにおける超純水の吸い込み位置を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、超純水製造装置を用いて超純水を製造して大型のタンクに貯え、タンクに貯えられた超純水の少なくとも一部を超純水製造装置に循環させる際に、タンク内における超純水の液面の位置に応じてポンプによる超純水の吸い込み位置を変えることにより、タンク内に貯えられる超純水の水質を規定値まで到達させるために要する時間を短縮することができる。

本発明の実施の一形態の超純水製造システムの構成を示すフローシートである。 給水設備の構成を示すフローシートである。 タンク内でのポンプの位置を変化させるための構成を示す図である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の超純水製造システムを示している。図１に示される超純水製造システムは、ユースポイントであり例えば容量が５万ｔ以上であるタンク１０と、超純水を製造してタンク１０に対して超純水を供給しさらにタンク１０に貯えられた超純水の少なくとも一部が循環されて超純水の再精製を行う超純水製造装置２０と、を備えている。さらにこの超純水製造システムに対しては、超純水製造システム内で不足する超純水を補うために、外部に設けられた給水設備４０から超純水が供給されるようになっている。タンク１０に新規に超純水を張り込むときも、給水設備４０からの超純水が使用される。タンク１０の容量が５万ｔであるとすると、タンク１０の高さは例えば４０ｍにもなり、タンク１０が空である場合と満水である場合とでは液面Ｌのレベルが４０ｍ異なることになる。通常のポンプの吸い込み揚程はせいぜい数ｍであり、タンク１０の上方に設けたポンプによっては、タンク１０が満水かそれに近い状態でないときにはタンク１０内から超純水を汲み上げることは不可能である。なお、タンクの高さとは、タンクの底面からそのタンクの満水時における液面までの距離のことである。

超純水製造装置２０は、循環中の超純水を一時的に貯えるサブタンク２１と、サブタンク２１に貯えられた超純水を送液するポンプ２２と、紫外線を照射することによって水中の有機物を分解し酸化除去する紫外線（ＵＶ）酸化装置２３と、超純水を所望の温度あるいは温度範囲まで冷却する熱交換器３５と、イオン交換樹脂が充填されて水中のイオン成分を除去するイオン交換装置（ＩＥＲ）２４と、フィルタ（Ｆ）２５と、水中に含まれる菌類を殺菌する紫外線（ＵＶ）殺菌装置２６と、限外ろ過膜を備える限外ろ過装置（ＵＦ）２７と、を備えている。ポンプ２２の二次側すなわち出口に対し、紫外線酸化装置２３、熱交換器３５、イオン交換装置２４、フィルタ２５、紫外線殺菌装置２６及び限外ろ過装置２７がこの順で直列に接続している。限外ろ過装置２７の出口からは循環精製された超純水が得られるが、この超純水はサブタンク２８に一時的に貯えられるようになっている。サブタンク２８に貯えられた超純水は、ポンプ２９及び熱交換器３０を経て、配管４１を介して、タンク１０に供給される。熱交換器３０は、配管等を流れる過程で温度が上昇した超純水を所望の温度あるいは温度範囲まで冷却するためのものである。ポンプ２９及び熱交換器３０も超純水製造装置２０を構成している。ここに示す超純水製造装置２０の構成は、循環精製による超純水の製造において一般的に用いられている構成の一つである。

超純水製造装置２０から超純水をタンク１０に供給する配管４１には、超純水製造装置２０の側から弁Ｖ２と膜脱気装置（ＭＤ）４２と超純水を冷却する熱交換器４３とがこの順で直列に設けられており、熱交換器４３の出口には、タンク１０の上方からタンク１０の底部に向けて延びる配管４５が接続している。熱交換器４３から流出した超純水は、配管４５を介して、タンク１０の底部側からタンク１０内に供給される。ここで熱交換器４３が設けられているのは、タンク１０内の超純水を比較的低い温度、例えば１３．５℃から１３．８℃に維持するためである。ここに示す例では、熱交換器４３以外にも上述したように超純水製造装置２０に熱交換器３０，３５を設け、タンク１０に供給される超純水の温度制御の精度を高めるようにしている。給水設備４０から供給される超純水は、弁Ｖ２と膜脱気装置４２との間の位置において、弁Ｖ１を介して配管４１に注入される。したがって給水設備４０からの超純水は、超純水製造装置２０を経ることなく膜脱気装置４２と熱交換器４３とを介してタンク１０に供給されることになる。

図２は、給水設備４０の構成を示している。給水設備４０は、水道水、市水、井水、湧水などの供給水から超純水を製造するものであり、供給水に対して逆浸透処理を行う逆浸透装置（ＲＯ）８１と、逆浸透装置８１によって処理された供給水を一時的に貯えるサブタンク８２と、サブタンク８２内の供給水を送水するポンプ８３とを備えている。なお、逆浸透装置８１の前段には安全フィルター（不図示）が設けられている。ポンプ８３の出口には、熱交換器８４と、水中のイオン成分を除去するイオン交換装置８５と、水中に含まれる菌類を殺菌する紫外線殺菌装置８６とがこの順で直列に接続し、紫外線殺菌装置８６の出口水はサブタンク８７に一時的に貯えられる。サブタンク８７にはポンプ８８が接続し、ポンプ８８の出口に対し、逆浸透装置８９と、熱交換器９０と、溶存気体を除去する真空脱気装置（ＶＤ）９１と、ポンプ９２とがこの順で直列に接続している。ポンプ９２の出口には、水中のイオン成分を除去する非再生型イオン交換装置（ＣＰ；カートリッジポリッシャー）９３及び限外ろ過装置９４がこの順で直列に接続している。限外ろ過装置９４の出口水が、給水設備４０からの超純水として、弁Ｖ１に向けて供給される。熱交換器８４，９０は、タンク１０に対し、水温が所望の範囲で一定である超純水を供給できるように、通過する水を冷却する。

図１に示すように本実施形態の超純水製造システムは、さらに、タンク１０内の超純水を超純水製造装置２０に戻すために、ポンプ５０と、ポンプ５０を電気的に駆動し制御するインバーターユニット（ＩＮＶ）５１と、配管５２と、配管５２に接続するブースターポンプ５３と、ブースターポンプ５３の二次側と超純水製造装置２０とを接続する配管５４と、を備えている。本実施形態ではポンプ５０はタンク１０の内部に配置し、かつ、ポンプ５０の稼働時にはポンプ５０がタンク１０に貯えられた超純水の中に位置するように設けられている。ポンプ５０によって吸い込まれた超純水は、配管５２を介してブースターポンプ５３に供給される。ポンプ５０はタンク１０に貯えられた超純水中に配置されるが、ブースターポンプ５３はタンク１０の外部に設けられる。インバーターユニット５１とポンプ５０とは配線ケーブル５５によって電気的に接続しており、ポンプ５０は、インバーターユニット５１によって定圧で送水するように構成されている。ポンプ５０が水中に設けられる以上、配線ケーブル５５の一部も水に浸されることになるので、配線ケーブル５５としては耐水性を有するものが使用される。本実施形態においてブースターポンプ５３を設けるのは、タンク１０内の水中に設けられるポンプ５０だけではタンク１０から超純水を超純水製造装置２０に送水することについて圧力が不足し、それによりタンク１０から超純水製造装置２０に送水される超純水の流量が低下して超純水製造装置２０に対する循環流量の規定値を満たさなくなる場合があり、そのような場合に超純水を加圧して超純水製造装置２０に送水するためである。

超純水製造装置２０には、そのサブタンク２１に対して超純水を循環させるための循環配管３２が設けられており、タンク１０側からの配管５４は、弁Ｖ３を介して循環配管３２に接続している。循環配管３２では、サブタンク２１への超純水の導入位置の直前に、循環する超純水中に含まれる微粒子などを除去するためのフィルタ（Ｆ）３３が設けられている。さらに、超純水製造装置２０の内部での超純水の循環を可能にするために、熱交換器３０の出口から分岐する配管３１が設けられており、この配管３１は、弁Ｖ４を介して、循環配管３２に対し、循環配管３２での弁Ｖ３とフィルタ３３との間の位置において接続している。

以上説明した構成により、タンク１０と超純水製造装置２０との間で超純水を循環させる経路が形成されたことになり、弁Ｖ２，Ｖ３を開け、弁Ｖ４を閉じることによって、タンク１０と超純水製造装置２０との間で超純水が循環し、循環する超純水は超純水製造装置２０によって再精製されるので、タンク１０に貯えられる超純水の水質が徐々に向上することになる。また、タンク１０のメンテナンスなどのためにタンク１０に超純水を供給しないときには、弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を閉じ、弁Ｖ４を開けることによって、超純水製造装置２０の内部で超純水を循環させることができ、超純水製造装置２０が製造する超純水の水質を保つことが可能になる。

上述の説明では、給水設備４０からの超純水が弁Ｖ１や配管４１を介してタンク１０に直接供給されることとしているが、給水設備４０からの超純水を超純水製造装置２０に、例えばサブタンク２１またはサブタンク２８に供給するようにしてもよい。

タンク１０から超純水製造装置２０に戻される超純水は、タンク１０において液面Ｌの近傍の超純水であることが好ましい。一方、タンク１０に対して給水設備４０から超純水を供給しているときは、タンク１０における超純水の液面Ｌが徐々に上昇する。何らかの理由によりタンク１０から超純水を排水しているときは、液面Ｌは徐々に下降する。そこで本実施形態では、タンク１０での液面Ｌの上昇及び下降に伴ってタンク１０におけるポンプ５０の位置を上昇及び下降できるようにし、これにより液面Ｌに応じてポンプ５０における超純水の吸い込み位置を可変としている。図３は、タンク１０において水中に設けられるポンプ５０の位置を上昇及び下降させるための構成の一例を示している。

タンク１０の上面には頑強な天板１１が設けられている。インバーターユニット５１は例えば天板１１上に設けられる。ブースターポンプ５３に接続する配管５２の端部は、天板１１の上方の位置にまで延びている。本実施形態では、１本または複数本の管部材６１を直列に接続することによりポンプ５０と配管５２の端部とを接続し、ポンプ５０の吸い込み口５６から吸い込まれた超純水が管部材６１を介して配管５２に送られるようにしている。直列接続された管部材６１は、管部材６１の連結体として、垂直方向に延びている。ポンプ５０はタンク１０に貯えられた超純水中に配置されるが、その位置はタンク１０の液面Ｌの近傍であることが好ましい。なお、タンク１０における超純水の液面Ｌの近傍とは、例えば、ポンプ５０の吸い込み口５６のみがタンク１０内の超純水中に没している位置を第１の位置とし、ポンプ５０の上端位置がタンク１０での超純水の液面Ｌと同一水平面上となるようにポンプ１０が超純水中に没している位置を第２の位置として、第１の位置から第２の位置までの範囲をいう。タンク１０での超純水の貯水量に応じて液面Ｌの高さが変化し、天板１１から液面Ｌまでの距離も変化する。そこで、本実施形態では、ポンプ５０と配管５２の端部とを接続する管部材６１の本数を増減することにより、ポンプ５０と天板１１との距離を変化させることができるようにしている。

管部材６１は、例えば両端にフランジが設けられている一定の長さ、例えば数十ｃｍから２ｍの管であり、相互に取り外し可能に直列接続できるように構成されている。天板１１から管部材６１がタンク１０内に落下しないように、天板１１の上面には管部材６１を固定する固定装置６２が設けられている。天板１１とポンプ５０との距離が変化すれば、配線ケーブル５５のうちタンク１０内に位置する部分の長さも変化する。そこで配線ケーブル５５を収納する収納装置６３も天板１１の上面に設けられている。図では、天板１１の上に予備の管部材６１も描かれている。

タンク１０内においてポンプ５０の位置を上昇あるいは下降させる工程の手順は以下のとおりである。まず、ポンプ５０が動作しているのであればポンプ５０を停止させる。液面Ｌの上昇に伴ってポンプ５０の位置を上昇させるのであれば、管部材６１の連結体を固定装置６２から上方に引き上げ、連結体を配管５２の端部から取り外したうえで、ポンプ５０を上昇させるべき距離に応じた本数の管部材６１を連結体の上端側から取り外す。そして連結体の新たな上端に対して配管５２の端部を取り付け、連結体の上端を固定装置６２に固定する。これに合わせて弛んだ部分の配線ケーブルを収納装置６３に収納する。その後、ポンプ５０を再稼働させる。タンク１０内の超純水を排水するなどの理由によりタンク１０内の液面Ｌが下降する場合には、上記の手順において管部材６１を連結体から取り外す代わりに必要な本数の管部材６１を連結体の上端にさらに連結し、収納装置６３から必要な長さの配線ケーブル５５を出せばよい。

本実施形態によれば、液面Ｌまでの距離が遠くてタンク１０外に設けられた通常のポンプによる吸い上げ能力の限界からタンク１０内の超純水を超純水製造装置２０側に送ることができない場合であっても、タンク１０内の超純水の内部に没するようにポンプ５０を配置することによって、液面Ｌの変動にかかわらず、タンク１０内の超純水、特に、液面Ｌの近傍の超純水を趙純水製造装置２０側に送ることができるようになる。タンク外に配置される一般的なポンプの場合、実用的な吸い込み揚程は２ｍ程度であるので、本実施形態の超純水製造システムは、タンク１０の高さが底面から２ｍ以上である場合に特に有効である。液面Ｌの近傍の超純水は不純物を含みやすいので、本実施形態によれば、不純物を多く含んでいると思われる超純水を優先的に超純水製造装置２０に送ることができ、タンク１０内の超純水の水質立ち上げを迅速に行うことができるようになる。

図１、図２及び図３に示す超純水製造システムを使用し、容量が５万ｔであるタンク１０に対し、タンク１０内の超純水の目標水質を比抵抗で表して５ＭΩ・ｃｍ以上とし、タンク１０が空である状態から満水となるように給水設備４０から超純水を供給しながらタンク１０と超純水製造装置２０との間で超純水を循環させ、タンク１０内の超純水の水質向上を図った。超純水製造装置２０への循環量は６０ｍ³／ｈであり、超純水製造装置２０の出口での超純水の水質は１７．５ＭΩ・ｃｍ以上であり、平均水温は１３．５℃であった。タンク１０への超純水の張り込みを行っているときはタンク１０内は大気に開放しているので、タンク１０内において液面Ｌの近傍の超純水の水質は１ＭΩ・ｃｍから３ＭΩ・ｃｍ程度であった。上述したように液面Ｌの上昇とともにタンク１０内におけるポンプ５０の位置も上昇させ、ポンプ１０によって液面Ｌの近傍の超純水を優先して超純水製造装置２０に送水したところ、タンク１０内が満水になった時点で、タンク１０内の超純水の水質は７ＭΩ・ｃｍであり、目標水質を超えるものとなっていた。

一方、タンク１０内の水中に配置されるポンプを使用せず、タンク１０の外部に設けられてタンク１０から超純水を吸い上げるポンプを使用してタンク１０内の超純水を超純水製造装置２０に送水する構成とした場合、液面Ｌが満水に近い状態になるまで超純水を超純水製造装置２０に送水できないこととなる。このような構成で同じタンク１０に対して同じ超純水製造装置２０を使用してタンク１０に超純水を張り込んだところ、タンク１０が満水になった時点でのタンク１０内の超純水の水質は２．５ＭΩ・ｃｍであった。そして、満水後にポンプを稼働して液面Ｌの近傍の超純水を超純水製造装置２０に循環させることを行ったら、満水から２か月後にタンク１０内の超純水の水質がようやく７ＭΩ・ｃｍに到達した。

１０ タンク
１１ 天板
２０ 超純水製造装置
２１，２８，８２，８７ サブタンク
２２，２９，５０，８３，８８，９２ ポンプ
２３ 紫外線酸化装置
２４，８５ イオン交換装置
２５，３３ フィルタ
２６，８６ 紫外線殺菌装置
２７，９４ 限外ろ過装置
３１，４１，４５，５２，５４ 配管
３２ 循環配管
４０ 給水設備
３０，３５，４３，８４，９０ 熱交換器
４２ 膜脱気装置
５１ インバーターユニット
５３ ブースターポンプ
５５ 配線ケーブル
５６ 吸い込み口
６１ 管部材
６２ 固定装置
６３ 収納装置
８１，８９ 逆浸透装置
９１ 真空脱気装置
９３ 非再生型イオン交換装置
Ｌ 液面
Ｖ１〜Ｖ４ 弁

Claims (7)

1. 超純水を製造する超純水製造装置と、前記超純水製造装置によって製造された超純水を貯留するタンクと、を備え、前記タンクに貯留された超純水の少なくとも一部を回収して前記超純水製造装置に循環させる超純水製造システムにおいて、
   前記タンクから超純水を回収するためのポンプと、
   前記ポンプにおける超純水の吸い込み位置を前記タンクに貯留された超純水の液面の位置に応じて可変とする可変機構を備えることを特徴とする超純水システム。
2. 前記ポンプは、前記タンクに貯えられた超純水に没するように配置され、
   前記可変機構は、前記ポンプから前記超純水製造装置へ超純水を送水する管路の前記タンク内における長さを可変とする、請求項１に記載の超純水製造システム。
3. 前記タンク内における前記管路は、相互に直列に連結されかつ取り外し可能な１または２以上の管部材の連結体によって構成される、請求項２に記載の超純水製造システム。
4. 前記タンクの高さは２ｍ以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超純水製造システム。
5. 前記タンクの外部に設けられたブースターポンプをさらに備え、
   前記ポンプは前記ブースターポンプに超純水を送水し、
   前記ブースターポンプは、前記ポンプから送水された超純水を前記超純水製造装置に供給する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超純水製造システム。
6. 超純水製造装置によって製造された超純水をタンクに供給して貯留するとともに前記タンクに貯留された超純水の少なくとも一部を回収して前記超純水製造装置に循環させる超純水製造方法において、
   前記タンクに貯留された超純水の液面の位置に応じて、前記タンクから超純水を回収するためのポンプにおける超純水の吸い込み位置を変化させることを特徴とする超純水製造方法。
7. 前記ポンプは、前記タンクに貯えられた超純水に没するように配置される、請求項６に記載の超純水製造方法。

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