JP5573324B2

JP5573324B2 - 純水製造システム

Info

Publication number: JP5573324B2
Application number: JP2010096597A
Authority: JP
Inventors: 敦行真鍋; 孝文井伊; 修平泉
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: JP2011224465A

Description

この発明は、逆浸透膜装置と電気式脱イオン装置を備え、高純度の純水を供給する純水製造システムに関する。

逆浸透膜装置と電気式脱イオン装置とを備えた純水製造システムでは、特許文献１に示されるように、機器へ供給する処理水量の変動を防止することが行われる。この特許文献１では、水温センサの検出信号に基づきポンプの回転数を制御することにより、処理水量を一定に制御する。

この特許文献１の制御では、水温から透過流束の変化を算出して給水量制御を行うため実際の流量と差が出る可能性がある。

特開２００６−２５５６５０号公報

この発明が解決しようとする主課題は、精度の高い流量制御を行うとともに、逆浸透膜装置および電気式脱イオン装置の運転状態を少ない部品点数で監視することであり、副課題は、電気式脱イオン装置の入口側圧力異常を防止することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、機器への給水ラインに、原水タンク，ポンプ，逆浸透膜装置，電気式脱イオン装置および処理水タンクを上流側からこの順で設けた純水製造システムにおいて、前記ポンプおよび前記逆浸透膜装置の間に設けた第一圧力センサと、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間に設けた第二圧力センサと、前記電気式脱イオン装置の下流側に設けた第三圧力センサと、給水温度を検出する水温センサと、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間または前記電気式脱イオン装置の下流側に設けた流量センサと、処理水の流量が設定値となるように前記流量センサの検出信号に基づき前記ポンプの回転数を制御するとともに、前記第一圧力センサ，前記第二圧力センサ，前記水温センサおよび前記流量センサの検出信号に基づき前記逆浸透膜装置の透過流束を演算して監視し、前記第二圧力センサおよび前記第三圧力センサの検出信号に基づき、前記電気式脱イオン装置の差圧を演算して監視する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記流量センサにより直接流量を検出して処理水量を一定に制御するので、精度の高い流量制御を行うことができるとともに、前記逆浸透膜装置，前記電気式脱イオン装置の運転状態をそれぞれ透過流束，差圧により監視することができる。また、透過流束の算出には、流量制御に用いる流量センサを兼用するとともに、差圧の算出には、透過流束の算出のための第二圧力センサを兼用しているので、少ない部品点数で監視を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間と前記原水タンクおよび前記ポンプの間とを接続し、安全弁を有する還流ラインを備え、前記制御手段は、前記第二圧力センサによる検出値が設定値以上で前記安全
弁を開くことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、前記第二圧力センサの検出信号を用いて前記電気式脱イオン装置の入口側圧力の異常上昇を防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間と前記原水タンクおよび前記ポンプの間とを接続し、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間の圧力が設定値以上で自動的に開く安全弁を有する還流ラインを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、前記電気式脱イオン装置の入口側圧力の異常上昇を防止することができる。

この発明によれば、精度の高い流量制御を行うとともに、逆浸透膜装置および電気式脱イオン装置の運転状態を少ない部品点数で監視することができる。

この発明を実施する純水製造システムの第一実施形態を示す概略的な説明図である。この発明を実施する純水製造システムの第二実施形態を示す概略的な説明図である。

つぎに、この発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（第一実施形態）
まず、この発明の第一実施形態について説明する。図１は、この発明を実施する純水製造システムの第一実施形態を示す概略的な説明図である。

図１において、純水製造システム１は、半導体洗浄装置などの機器（図示省略）への給水ライン２に、原水タンク３，ポンプ４，逆浸透膜装置５，電気式脱イオン装置６および処理水タンク７が上流側からこの順で設けられている。給水ライン２は、原水タンク３の上流側のライン（原水ライン）から電気式脱イオン装置６の下流側のライン（処理水ライン）を総称したものであり、通水ラインと称することができる。

そして、ポンプ４と逆浸透膜装置５との間の給水ライン２には、第一圧力センサ８が、逆浸透膜装置５と電気式脱イオン装置６との間の給水ライン２には、第二圧力センサ９が、電気式脱イオン装置６の下流側の給水ライン２には、第三圧力センサ１０が、それぞれ設けられている。また、逆浸透膜装置５と電気式脱イオン装置６との間の給水ライン２には、流量センサ１１が、電気式脱イオン装置６の下流側の給水ライン２には水温センサ１２がそれぞれ設けられている。流量センサ１１は、電気式脱イオン装置６の下流側の給水ライン２に設けてもよい。また、水温センサ１２は、給水ライン２を流れる水の温度がほとんど変わらないので、設置位置は電気式脱イオン装置６の下流側に限定されるものではない。

逆浸透膜装置５は、逆浸透膜モジュール（図示省略）により給水を濾過処理し、給水に含まれる不純物を除去するように構成されている。逆浸透膜装置５にあっては、一側から供給された給水が、他側から処理水と濃縮水として流出するようになっている。そして、
処理水は給水ライン２を流れて電気式脱イオン装置６へ供給される。一方、濃縮水は逆浸透膜装置５と接続された第一濃縮水ライン１３へ流出する。この第一濃縮水ライン１３は、排水ライン１４と第一還流ライン１５とに分岐している。第一還流ライン１５は、逆浸透膜装置５の上流側の前記給水ライン２と接続され、この接続点側からの流れを阻止する逆止弁１６備えている。したがって、逆浸透膜装置５から前記第一濃縮水ライン１３へ流出した濃縮水は、一部が排水ライン１４を介して系外へ排水されるとともに、残部が第一還流ライン１５を介して逆浸透膜装置５の上流側の給水ライン２へ還流するようになっている。

電気式脱イオン装置６は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜（それぞれ図示省略）とを交互に配置して脱塩室と濃縮室（それぞれ図示省略）とを形成し、前記脱塩室にイオン交換樹脂を収容した電気透析槽（図示省略）を備えている。そして、この電気透析槽において、逆浸透膜装置５で除去しきれなかった給水中のイオンが除去され、純水が得られるようになっている。

電気式脱イオン装置６にあっては、前記逆浸透膜装置５と同様に、一側から供給された給水が、他側から処理水と濃縮水として流出するようになっている。そして、処理水は給水ライン２を流れて前記機器へ供給される。一方、濃縮水は電気式脱イオン装置６と接続された第二濃縮水ライン１８へ流出する。電気式脱イオン装置６の濃縮水の一部は、第二環流ライン１９を介して原水タンク３へ還流されるように構成されている。

また、逆浸透膜装置５および電気式脱イオン装置６の間と、原水タンク３およびポンプ４の間とを第三還流ライン２０で接続している。この第三還流ライン２０には、第二圧力センサ９による検出値が設定値以上となると開く電気的に開閉する第一安全弁２１を設けている。

また、逆浸透膜装置５および電気式脱イオン装置６の間と、原水タンク３およびポンプ４の間とを第四還流ライン２２で接続している。この第四還流ライン２２には、第一三方弁２３と、圧力が設定値以上となると機械的に開く機械式の第二安全弁２４を設けている。第一三方弁２３は、逆浸透装置５の処理水を第四還流ライン２２を介して原水タンク３およびポンプ４の間への流す流れ（循環運転）と、逆浸透装置５の初期処理水を装置外へ排出する流れ（初期排水運転）とを切換可能とする弁である。

第一三方弁２３は、制御部１７により、処理水タンク７の水位を検出する水位センサ２５の検出水位が高いとき、前記循環運転の流れとし、前記検出水位が低いとき前記初期排水運転の流れとするように構成する。前記初期排水運転を行うと、逆浸透膜装置５の膜の有効圧力が大きく取れるために、逆浸透膜装置５への通水開始後電気伝導度が早く低下するので、前記機器からの給水要求から前記機器への送水までの時間を短縮することができる。

また、電気式脱イオン装置６および処理水タンク７の間の給水ライン２に第二三方弁２６を設けている。そして、電気式脱イオン装置６および処理水タンク７の間を、第二三方弁２６を介して原水タンク３およびポンプ４の間の給水ラン２に第五還流ライン２７で接続している。第二三方弁２６は、制御部１７により制御され、電気式脱イオン装置６の初期処理水をポンプ４の上流側へ戻す機能をなす。

さらに、処理水タンク７と原水タンク３とは、ポンプ２８を設けた第六還流ライン２９で接続されている。このポンプ２８は、制御部１７により、処理水タンク７の水位が所定値以上に上昇すると、運転されて処理水タンク７内の水位を下げるように制御される。

制御部１７は、第一圧力センサ８，第二圧力センサ９，第三圧力センサ１０，流量センサ１１および水温センサ１２等からの信号を入力して、予め記憶した制御手順に基づき、ポンプ４等を制御する。前記制御手順には、処理水の流量が設定値となるように流量センサ１１の検出信号に基づきポンプ４の回転数を制御する流量制御プログラムと、第一圧力センサ８，第二圧力センサ９，流量センサ１１および水温センサ１２の検出信号に基づき逆浸透膜装置５の透過流束を演算して監視する透過流束監視プログラムと、第二圧力センサ９および第三圧力センサ１０の検出信号に基づき、電気式脱イオン装置６の差圧を演算して監視する差圧監視プログラムと、第二圧力センサ９による検出値が設定値以上で第一安全弁２１を開く圧力異常上昇防止プログラムとを含んでいる。

流量制御プログラムは、フィードバック制御により、ポンプ４の回転数が設定値となるようにインバータ（図示省略）を制御することにより、流量センサ１１の検出信号を設定値に制御するものである。

透過流束監視プログラムの透過流束は、逆浸透膜装置５の膜の詰まり状態を示す指標で、単位時間当たり、単位膜面積を透過する水の量を単位膜差圧当たりとして標準温度条件下に換算したものである。これを数式にて表現すると、特開２００８−５５３３６号公報に記載のように、次式１にて表現できる。
透過流束（L／m²・ｈ・MPa）＝処理水瞬間流量／［{入口運転圧力−（装置差圧÷２）−出口背圧−浸透圧}×温度補正係数×膜面積］………………式１

この第一実施形態では、透過流束は、処理水瞬間流量：流量センサ１１での検出値（単位：L／h）に基づき求め、入口運転圧力は、第一圧力センサ８での検出値（単位：MPa）に基づき求める。また、装置差圧は、設定値（単位：MPa）とし、出口背圧は、第二圧力センサ９での検出値（単位：MPa）に基づき求め、浸透圧は、設定値（単位：MPa）とし，温度補正係数は、Ａ（温度センサ１２で検出される給水温度の関数）とし，膜面積は、設定値（単位：ｍ²）に基づき求める。

透過流束監視プログラムおよび差圧監視プログラムによる監視データは、制御部１７のメモリ（図示省略）に蓄積され、表示器（図示省略）に表示させたり、管理データとして監視装置（図示省略）へ送信して活用する。

以上説明した第一実施形態の純水製造システム１によれば、流量センサ１１により直接流量を検出して処理水量を一定に制御するので、特許文献１と比較して、精度の高い流量制御を行うことができる。

また、逆浸透膜装置５および電気式脱イオン装置６の運転状態をそれぞれ透過流束，差圧により監視することができる。そして、透過流束の算出には、流量制御プログラムに用いる流量センサ１１を兼用するとともに、差圧の算出には、透過流束の算出のための第二圧力センサ９を兼用しているので、少ない部品点数で監視を行うことができる。

さらに、第二圧力センサ９による検出値が設定値以上で第一安全弁２１を開くので、第二圧力センサ９の検出信号を用いて電気式脱イオン装置６の入口側圧力の異常上昇を防止することができる。

（第二実施形態）
つぎに、この発明の第二実施形態を図２に基づき説明する。この第二実施形態は、前記第一実施形態の第一安全弁２１を電気式作動弁から機械式作動弁に代えたもので、その他の構成は、第一実施形態と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。

この第二実施形態によれば、第一安全弁２１は、制御部１７の制御を受けることなく、逆浸透膜装置５および電気式脱イオン装置６の間の圧力が設定値以上で自動的に開く。その結果、逆浸透膜装置５および電気式脱イオン装置６の間の処理水が第三還流ライン２０を介してポンプ４の上流側へ還流される。これにより、電気式脱イオン装置６の入口側圧力の異常上昇を防止することができる。

以上、この発明を実施形態により説明したが、この発明は、その主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

１純水製造システム
２給水ライン
３原水タンク
４ポンプ
５逆浸透膜装置
６電気式脱イオン装置
７処理水タンク
８第一圧力センサ
９第二圧力センサ
１０第三圧力センサ
１１流量センサ
１２水温センサ
１７制御部（制御手段）
２０還流ライン（第三還流ライン）
２１安全弁（第一安全弁）

Claims

機器への給水ラインに、原水タンク，ポンプ，逆浸透膜装置，電気式脱イオン装置および処理水タンクを上流側からこの順で設けた純水製造システムにおいて、
前記ポンプおよび前記逆浸透膜装置の間に設けた第一圧力センサと、
前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間に設けた第二圧力センサと、
前記電気式脱イオン装置の下流側に設けた第三圧力センサと、
給水温度を検出する水温センサと、
前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間または前記電気式脱イオン装置の下流側に設けた流量センサと、
処理水の流量が設定値となるように前記流量センサの検出信号に基づき前記ポンプの回転数を制御するとともに、
前記第一圧力センサ，前記第二圧力センサ，前記水温センサおよび前記流量センサの検出信号に基づき前記逆浸透膜装置の透過流束を演算して監視し、
前記第二圧力センサおよび前記第三圧力センサの検出信号に基づき、前記電気式脱イオン装置の差圧を演算して監視する制御手段とを備えることを特徴とする純水製造システム。
前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間と前記原水タンクおよび前記ポンプの間とを接続し、安全弁を有する還流ラインを備え、
前記制御手段は、前記第二圧力センサによる検出値が設定値以上で前記安全弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の純水製造システム。
前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間と前記原水タンクおよび前記ポンプの間とを接続し、前記逆浸透膜装置および前記電気式脱イオン装置の間の圧力が設定値以上で自動的に開く安全弁を有する還流ラインを備えたことを特徴とする請求項１に記載の純水製造システム。