JP6149993B1 - Ultrapure water production equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】ユースポイントに送水される超純水を加温して温超純水とするための熱交換器の熱源コストを低減することができると共に、一次純水を冷却するためのコストを低減することができる超純水製造装置を提供する。【解決手段】サブシステム4からの二次純水を熱交換器6、熱交換器10及び熱交換器12で加熱してユースポイントへ送る。熱交換器6の熱源はユースポイントからの戻り温超純水である。この戻り超純水は、熱交換器6及び熱交換器43で降温した後、サブタンク2に導入される。熱交換器10には、ヒートポンプ20で加熱された第1媒体水が循環通水される。ヒートポンプ20の蒸発器21には第2媒体水が循環される。第2媒体水の循環流路には、ユースポイント40からの温排水が通水される熱交換器26が設置され、熱交換器26よりも上流側に熱交換器43が設けられている。【選択図】図1[PROBLEMS] To reduce the heat source cost of a heat exchanger for warming ultrapure water sent to a use point into warm ultrapure water, and to reduce the cost for cooling primary pure water. Provided is an ultrapure water production apparatus capable of Secondary pure water from a subsystem is heated by a heat exchanger, a heat exchanger and a heat exchanger and sent to a use point. The heat source of the heat exchanger 6 is return temperature ultrapure water from the use point. The returned ultrapure water is cooled by the heat exchanger 6 and the heat exchanger 43 and then introduced into the sub tank 2. The first medium water heated by the heat pump 20 is circulated through the heat exchanger 10. The second medium water is circulated in the evaporator 21 of the heat pump 20. In the circulation path of the second medium water, a heat exchanger 26 through which hot waste water from the use point 40 is passed is installed, and a heat exchanger 43 is provided upstream of the heat exchanger 26. [Selection] Figure 1
Description
本発明は超純水製造装置に係り、特に二次純水製造装置からの超純水を熱交換器で加熱して温超純水としてユースポイントへ供給する超純水製造装置に関する。 The present invention relates to an ultrapure water production apparatus, and more particularly to an ultrapure water production apparatus that heats ultrapure water from a secondary pure water production apparatus with a heat exchanger and supplies the ultrapure water as warm ultrapure water to a use point.
半導体洗浄用水として用いられている超純水は、図2に示すように前処理システム50、一次純水製造装置60、二次純水製造装置(サブシステムと称されることも多い。)70から構成される超純水製造装置で原水(工業用水、市水、井水等)を処理することにより製造される(特許文献1)。図2において各システムの役割は次の通りである。
The ultrapure water used as the semiconductor cleaning water is, as shown in FIG. 2, a
凝集、加圧浮上(沈殿)、濾過(膜濾過)装置など(この従来例では凝集濾過装置)よりなる前処理システム50では、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
In the
前処理された水のタンク61、熱交換器65、逆浸透膜処理装置(RO装置)62、イオン交換装置(混床式又は4床5塔式など)63、タンク63A、イオン交換装置63B、及び脱気装置64を備える一次純水製造装置60では、原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、水は温度が高い程、粘性が低下し、RO膜の透過性が向上する。このため、図2の通り、逆浸透膜処理装置62の前段に熱交換器65が設置され、逆浸透膜処理装置62への供給水の温度が所定温度以上となるように水を加熱する。熱交換器65の1次側には、熱源流体として蒸気が供給される。逆浸透膜処理装置62では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のTOCを除去する。イオン交換装置63,63Bでは、塩類、無機系炭素(IC)を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるTOC成分の除去を行う。脱気装置64では無機系炭素(IC)、溶存酸素の除去を行う。
Pre-treated
一次純水製造装置60で製造された一次純水は、配管69を介して二次純水製造装置70へ送水される。この二次純水製造装置70は、サブタンク(純水タンクと称されることもある。)71、ポンプ72、熱交換器73、低圧紫外線酸化装置(UV装置)74、イオン交換装置75及び限外濾過膜(UF膜)分離装置76を備えている。熱交換器73は、二次純水の温度制御のためのものである。一般に二次純水(常温超純水)の供給温度は23〜25℃であり、その温度範囲に制御するため、熱交換器73は冷却器が使用される。冷却器の冷却源として冷水が用いられる。この熱交換器73はイオン交換装置75より前に置く必要がある。高温の純水がイオン交換樹脂と接触するとTOC成分が溶出し、水質が悪化するためである。したがって熱交換器73で水温を23〜25℃まで降温してからイオン交換装置75に送られるようにする必要がある。この冷却用熱交換器73に通水する冷水を電子部品製造工場から供給を受ける場合、そのための配管設備が必要となる。また、超純水製造コストの低減のために、この冷水の使用量の減少が望まれている。
The primary pure water produced by the primary pure water production apparatus 60 is sent to the secondary pure water production apparatus 70 via the
低圧紫外線酸化装置74では、低圧紫外線ランプより出される185nmの紫外線によりTOCを有機酸、さらにはCO2まで分解する。分解により生成した有機物及びCO2は後段のイオン交換装置75で除去される。限外濾過膜分離装置76では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂からの流出粒子も除去される。
In the low-pressure
イオン交換装置75の処理水は、限外濾過膜分離装置76から配管81を介してユースポイント90に送られる超純水(常温超純水)と、熱交換器85,86で加熱された後、限外濾過膜分離装置87及び配管88を介してユースポイント90に送られる超純水(温超純水)とに分かれる。
The treated water of the
後者のラインでは、二次純水製造装置70からの超純水を前段側熱交換器85と後段側熱交換器86とで65〜75℃程度に加熱し、ユースポイント90に供給する。このユースポイント90からの温戻り水を配管91を介して前段側熱交換器85の熱源側に流通させる。前段側熱交換器85の熱源側を通過した戻り水は30〜40℃程度に降温しており、配管92を介してサブタンク71に戻される。後段側熱交換器86は蒸気を熱源とするものである。
In the latter line, ultrapure water from the secondary pure water production apparatus 70 is heated to about 65 to 75 ° C. by the front-
本発明は、ユースポイントに送水される超純水を加温して温超純水とするための熱交換器の熱源コストを低減することができると共に、一次純水を冷却するためのコストを低減することができる超純水製造装置を提供することを目的とする。 The present invention can reduce the heat source cost of the heat exchanger for heating the ultrapure water sent to the use point to make the ultrapure water, and the cost for cooling the primary pure water. An object of the present invention is to provide an ultrapure water production apparatus capable of performing the above.
本発明の一態様の超純水製造装置は、一次純水製造装置と、該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、該二次純水製造装置からの超純水を加熱するための、ユースポイントからの戻り水を熱源とする第1熱交換器と、該第1熱交換器を通過した該戻り水を冷却する第2熱交換器を備え、該第2熱交換器で冷却された戻り水を前記一次純水に加える戻り水返送系と、該第1熱交換器で加熱された超純水をさらに加熱する加熱手段とを有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、前記加熱手段は、前記第1熱交換器で加熱された超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されており、該第2循環流路には、温排水の熱によって第2媒体水を加熱するための第4熱交換器が設置されており、該第4熱交換器よりも上流側の第2循環流路に前記第2熱交換器が設置されていることを特徴とするものである。 An ultrapure water production apparatus according to an aspect of the present invention includes a primary pure water production apparatus, a secondary pure water production apparatus that processes primary pure water from the primary pure water production apparatus to produce ultrapure water, A first heat exchanger for heating the ultrapure water from the secondary pure water production apparatus using the return water from the use point as a heat source, and a first heat exchanger for cooling the return water that has passed through the first heat exchanger. A return water return system that includes two heat exchangers and adds the return water cooled by the second heat exchanger to the primary pure water, and heating that further heats the ultrapure water heated by the first heat exchanger An ultrapure water production apparatus that supplies heated ultrapure water to a use point, wherein the heating means is configured to pass the ultrapure water heated by the first heat exchanger into the heated fluid channel. A third heat exchanger through which water is passed, and a first medium water as a heat transfer medium that circulates and circulates through a heat source fluid flow path of the third heat exchanger. A circulation path and a heat pump for heating the first medium water flowing through the first circulation path. The heat pump includes a condenser, an evaporator, a pump, and an expansion valve. The first medium water is installed in the first circulation channel so as to heat the evaporator, and the evaporator is installed in a second circulation channel through which the second medium water is circulated. A fourth heat exchanger for heating the second medium water by the heat of the warm waste water is installed in the path, and the second heat is provided in the second circulation channel upstream of the fourth heat exchanger. It is characterized in that an exchanger is installed.
本発明の一態様では、前記第3熱交換器で加熱された前記超純水を加熱するための、蒸気を熱源とした第5熱交換器が設置されている。 In one aspect of the present invention, a fifth heat exchanger using steam as a heat source for heating the ultra pure water heated by the third heat exchanger is installed.
本発明の一態様では、前記第1循環流路に、前記凝縮器から第3熱交換器に向う第1媒体水を加熱するための、蒸気を熱源とした第6熱交換器が設けられている。 In one aspect of the present invention, the first circulation flow path is provided with a sixth heat exchanger using steam as a heat source for heating the first medium water from the condenser toward the third heat exchanger. Yes.
本発明の超純水製造装置では、第1熱交換器において、ユースポイント戻り水が保有する熱によって超純水を加熱する。また、ヒートポンプの凝縮器によって加熱された第1媒体水を熱源流体とする第3熱交換器によって、この超純水をさらに加熱する。ヒートポンプの蒸発器には、第2媒体水が循環通水される。第2媒体水は、温排水を熱源とした第4熱交換器と、第1熱交換器を通過した戻り水を熱源とした第2熱交換器が設けられている。この結果、ユースポイントに送水する超純水を所定温度にまで加温して温超純水とする熱源コストを低減することができる。また、第1熱交換器を通過した戻り水を第2熱交換器でさらに降温させた後、一次純水に加えるようにしているので、一次純水を冷却するための冷水を不要としたり、減少させたりすることができる。 In the ultrapure water production apparatus of the present invention, the ultrapure water is heated by the heat held by the use point return water in the first heat exchanger. The ultrapure water is further heated by a third heat exchanger that uses the first medium water heated by the condenser of the heat pump as a heat source fluid. The second medium water is circulated through the evaporator of the heat pump. The second medium water is provided with a fourth heat exchanger that uses hot wastewater as a heat source and a second heat exchanger that uses return water that has passed through the first heat exchanger as a heat source. As a result, it is possible to reduce the heat source cost of heating the ultrapure water to be sent to the use point to a predetermined temperature to obtain the warm ultrapure water. In addition, since the return water that has passed through the first heat exchanger is further cooled by the second heat exchanger and then added to the primary pure water, no cold water is required to cool the primary pure water, It can be reduced.
なお、ユースポイント戻り水の水温は、通常70〜80℃例えば約75℃である。 In addition, the water temperature of a use point return water is 70-80 degreeC normally, for example, about 75 degreeC.
本発明において、温排水とは、ユースポイントで洗浄に使用された排水である。ユースポイント直前に設置されたUF膜分離装置の濃縮水も温排水に含めてもよい。温排水の温度は、通常60〜75℃例えば約65℃である。 In the present invention, warm waste water is waste water used for cleaning at a use point. Concentrated water from a UF membrane separator installed just before the use point may be included in the warm waste water. The temperature of the hot waste water is usually 60 to 75 ° C., for example, about 65 ° C.
本発明の超純水製造装置は、一次純水製造装置及び二次純水製造装置並びに超純水を加熱する加熱手段を備える。 The ultrapure water production apparatus of the present invention includes a primary pure water production apparatus, a secondary pure water production apparatus, and heating means for heating the ultrapure water.
この一次純水製造装置の前段には、通常の場合、前処理装置が設けられる。前処理装置では、原水の濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。この前処理によって通常、水中の微粒子数は103個/mL以下となる。 In the normal stage of the primary pure water production apparatus, a pretreatment apparatus is usually provided. In the pretreatment device, pretreatment by raw water filtration, coagulation sedimentation, microfiltration membrane or the like is performed, and suspended substances are mainly removed. By this pretreatment, the number of fine particles in water is usually 10 3 / mL or less.
一次純水製造装置は、逆浸透(RO)膜分離装置、脱気装置、再生型イオン交換装置(混床式又は4床5塔式など)、電気脱イオン装置、紫外線(UV)照射酸化装置等の酸化装置などを備え、前処理水中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うものである。一次純水製造装置は、例えば、熱交換器、2基以上のRO膜分離装置、混床式イオン交換装置、及び脱気装置で構成される。
Primary pure water production equipment includes reverse osmosis (RO) membrane separators, deaerators, regenerative ion exchangers (such as mixed bed or 4
二次純水製造装置は、サブタンク、給水ポンプ、冷却用熱交換器、低圧紫外線酸化装置又は殺菌装置といった紫外線照射装置、非再生型混床式イオン交換装置あるいは電気脱イオン装置、限外濾過(UF)膜分離装置又は精密濾過(MF)膜分離装置等の膜濾過装置で構成されるが、更に膜脱気装置、RO膜分離装置、電気脱イオン装置等の脱塩装置が設けられている場合もある。二次純水製造装置では、低圧紫外線酸化装置を適用し、その後段に混床式イオン交換装置を設け、これによって水中のTOCを紫外線により酸化分解し、酸化分解生成物をイオン交換によって除去する。本明細書では、以下、二次純水製造装置のうち、サブタンクよりも後段側をサブシステムと称する。 Secondary pure water production equipment includes subtanks, feed water pumps, cooling heat exchangers, low-pressure ultraviolet oxidizers or sterilizers, UV irradiation equipment, non-regenerative mixed bed ion exchange equipment or electrodeionization equipment, ultrafiltration ( (UF) Membrane filtration device such as membrane separation device or microfiltration (MF) membrane separation device, but also equipped with demineralization devices such as membrane deaeration device, RO membrane separation device, and electro-deionization device In some cases. In the secondary pure water production apparatus, a low-pressure ultraviolet oxidation apparatus is applied, and a mixed bed type ion exchange apparatus is provided at the subsequent stage, whereby TOC in water is oxidized and decomposed by ultraviolet rays, and oxidation decomposition products are removed by ion exchange. . Hereinafter, in the secondary pure water production apparatus, the downstream side of the sub tank is referred to as a subsystem.
なお、二次純水製造装置の後段に三次純水製造装置を設け、この三次純水製造装置からの超純水を加熱するようにしてもよい。この三次純水製造装置は、二次純水製造装置と同様の構成を備えるものであり、更に高純度の超純水を製造するものである。 A tertiary pure water production apparatus may be provided after the secondary pure water production apparatus, and the ultrapure water from the tertiary pure water production apparatus may be heated. This tertiary pure water production apparatus has the same configuration as that of the secondary pure water production apparatus, and produces higher purity ultrapure water.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は実施の形態に係る超純水製造装置を示す系統図である。なお、以下の説明では水温を例示しているが、各水温は一例であり、本発明を何ら限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram showing an ultrapure water production apparatus according to an embodiment. In addition, although the water temperature is illustrated in the following description, each water temperature is an example and does not limit this invention at all.
約25℃の一次純水は、配管1、サブタンク2、配管3を介してサブシステム4に導入され、超純水が製造される。製造された約25℃の超純水は、配管5、熱交換器6、配管7、熱交換器10、配管11、蒸気式熱交換器12、UF膜分離装置13及び配管14の順に流れ、これらの熱交換器6,10,12によって約75℃に加熱され、温超純水として配管14によりユースポイント40へ送水される。UF膜分離装置13はユースポイント40の直前に設置されている。
Primary pure water at about 25 ° C. is introduced into the subsystem 4 via the pipe 1, the sub tank 2, and the pipe 3 to produce ultrapure water. The produced ultrapure water of about 25 ° C. flows in the order of the
配管5からは配管5Aが分岐しており、UF膜分離装置5B及び配管5Cを介して常温超純水がユースポイントへ送水される。
A
熱交換器6の熱源流体流路へは、配管41を介してユースポイント40からの戻り温超純水(戻り水)が導入される。この熱交換器6を通過した戻り温超純水は、熱交換器43でヒートポンプ20の第2媒体水と熱交換して降温した後、配管44によって、サブタンク2に送られる。
Return temperature ultrapure water (return water) from the
熱交換器10の熱源流体流路には、ヒートポンプ20の凝縮器23によって加熱された第1媒体水(伝熱媒体としての水)が循環流通される。
The first medium water (water as the heat transfer medium) heated by the
ヒートポンプ20は、蒸発器21からの代替フロン等の熱媒体をポンプ22で圧縮して凝縮器23に導入し、凝縮器23からの熱媒体を膨張弁24を介して蒸発器21に導入するように構成されている。
The
凝縮器23に熱交換器10からの約75℃の第1媒体水が配管15を介して導入され、凝縮器23で約80℃に加熱された第1媒体水が配管16を介して熱交換器10に送水される。なお、凝縮器23からの第1媒体水の一部は、バイパス配管17を介して配管15に返送される。熱交換器10、配管15、凝縮器23及び配管16によって第1循環流路が構成されている。バイパス配管17には、流量調節弁(図示略)が設けられている。
About 75 degreeC 1st medium water from the
蒸発器21の熱源流体流路に第2媒体水を循環通水するために、配管25、熱交換器43、熱交換器26及び配管27よりなる第2循環流路が設けられている。なお、配管25,27間にバイパス配管28が設けられている。バイパス配管28には、流量調節弁(図示略)が設けられている。
In order to circulate the second medium water through the heat source fluid flow path of the
熱交換器26の熱源流体流路には、配管29を介してユースポイント40の約65℃の温排水が導入される。第2媒体水と熱交換して約30〜40℃に降温した温排水は、配管30から流出し、回収水として回収される。
A hot waste water of about 65 ° C. at the
熱交換器43,26で加熱された約25℃の第2媒体水が蒸発器21の熱源流体流路に導入され、ヒートポンプ20の熱媒体と熱交換して約20℃に降温した後、配管25を介して熱交換器43へ送水される。一部の第2媒体水は、バイパス配管28を介して配管25から配管27へ流れる。バイパス配管28には流量調節弁(図示略)が設けられている。
The second medium water having a temperature of about 25 ° C. heated by the
第2循環流路には、熱交換器26よりも上流側すなわち蒸発器21の第2媒体水出口側に前記熱交換器43が設置されている。前記熱交換器6を通過した戻り水(戻り超純水)の温度(例えば約32℃)は、蒸発器21で降温して配管25へ流出した第2媒体水の温度(例えば約20℃)よりも高い。そのため、熱交換器6からの戻り水は熱交換器43で常温超純水とほぼ同じ温度(約23〜25℃)まで降温した後、サブタンク2に流入する。
In the second circulation channel, the
この結果、サブタンク2からサブシステム4に供給される一次純水を冷却するための熱交換器(前記図2の熱交換器73)が不要となる。また、この熱交換器を設置する場合であっても、冷水の使用量が減少する。
As a result, a heat exchanger (
ヒートポンプ20の運転方法としては、例えば、第1媒体水および第2媒体水の出口温度がそれぞれ一定温度になるように、ヒートポンプ圧縮機の入力電力および循環水流量を調整する。ヒートポンプを複数系列とし、熱負荷に応じて台数制御を行ってもよい。また、図示のように、高温側および(または)低温側の循環系に熱交換器をバイパスする配管と流量制御バルブを設け、ヒートポンプ入口温度を制御するような運転を行ってもよい。
As an operation method of the
図1では、ユースポイント40の温排水のみを熱交換器26に供給しているが、ユースポイント直前に設置されたUF膜分離装置13の濃縮水も温排水として利用するようにしてもよい。
In FIG. 1, only the hot waste water at the
上記実施の形態では、蒸気式熱交換器15は熱交換器10で加熱された超純水を加熱するように設けられているが、凝縮器23から熱交換器10に向って流れる第1媒体水を加熱するように第1循環流路に設置されてもよい。蒸気式熱交換器15や第1循環流路の蒸気式熱交換器は、省略されてもよい。ただし、工場での温超純水使用量が急に増加した場合、ヒートポンプ20の熱源が不足し、温超純水温度が所定温度に達しないことが想定される。このような場合に備えて、蒸気式熱交換器を設置し、必要に応じて蒸気加熱できるようにしておくのが好ましい。
In the above embodiment, the
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。 The above-described embodiment is an example of the present invention, and the present invention may be configured other than illustrated.
2 サブタンク
4 サブシステム
6,10,12,26,43 熱交換器
20 ヒートポンプ
21 蒸発器
22 ポンプ
23 凝縮器
24 膨張弁
2 Sub tank 4
Claims (3)
該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、
該二次純水製造装置からの超純水を加熱するための、ユースポイントからの戻り水を熱源とする第1熱交換器と、
該第1熱交換器を通過した該戻り水を冷却する第2熱交換器を備え、該第2熱交換器で冷却された戻り水を前記一次純水に加える戻り水返送系と、
該第1熱交換器で加熱された超純水をさらに加熱する加熱手段と
を有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、
前記加熱手段は、
前記第1熱交換器で加熱された超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、
該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、
該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、
該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、
該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、
該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されており、
該第2循環流路には、温排水の熱によって第2媒体水を加熱するための第4熱交換器が設置されており、
該第4熱交換器よりも上流側の第2循環流路に前記第2熱交換器が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。 Primary pure water production equipment,
A secondary pure water production apparatus for producing ultrapure water by treating primary pure water from the primary pure water production apparatus;
A first heat exchanger for heating the ultrapure water from the secondary pure water production apparatus using the return water from the use point as a heat source;
A return water return system that includes a second heat exchanger that cools the return water that has passed through the first heat exchanger, and that adds the return water cooled by the second heat exchanger to the primary pure water;
In the ultrapure water production apparatus that has heating means for further heating the ultrapure water heated by the first heat exchanger and supplies the heated ultrapure water to the use point,
The heating means includes
A third heat exchanger in which ultrapure water heated in the first heat exchanger is passed through the heated fluid flow path;
A first circulation passage for circulating and circulating a first medium water as a heat transfer medium in a heat source fluid passage of the third heat exchanger;
A heat pump for heating the first medium water flowing through the first circulation flow path,
The heat pump comprises a condenser, an evaporator, a pump and an expansion valve,
The condenser is installed in the first circulation channel so as to heat the first medium water,
The evaporator is installed in a second circulation channel through which the second medium water is circulated,
The second circulation channel is provided with a fourth heat exchanger for heating the second medium water by the heat of the warm waste water,
The ultrapure water production apparatus, wherein the second heat exchanger is installed in a second circulation channel upstream of the fourth heat exchanger.
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