JP6382714B2

JP6382714B2 - 純水製造装置

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Publication number: JP6382714B2
Application number: JP2014266623A
Authority: JP
Inventors: 徹天谷; 野口　幸男; 幸男野口; 雅登三阪; 水野　学; 学水野; 司朗西村
Original assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Current assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP2016123930A

Description

本発明は、純水製造装置に関する。

近年、半導体素子（ＬＳＩ）の集積度の向上にともない、シリコン基板等の基板表面上への超純水中の極微量物質による汚染の影響が問題となっており、イオン状物質、微粒子、有機化合物、金属、溶存ガス等の不純物質の極めて少ない超純水が要求されている。特に、半導体製造工程において、洗浄水中の有機化合物は、熱処理工程で炭化して線間短絡や絶縁不良を起こす原因となるため、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）の特に少ない超純水が求められている。

一般に、超純水製造装置は、前処理システムと、一次純水システムと、二次純水システムとから構成されている。前処理システムは、凝集槽や二層濾過器等により原水中の濁質やコロイド物質を凝集・沈澱・瀘過するものである。一次純水システムは、例えば、逆浸透装置（ＲＯ）や２床３塔型イオン交換装置等により、大部分のイオンなどの溶解性物質や微粒子を除去するものである。二次純水システムは、一次純水システムより得られた一次純水の精密仕上げを目的としたものである。有機化合物を有機質分解手段により二酸化炭素や有機酸等に酸化分解する工程を経てイオン吸着手段によって除去し、微粒子や無機イオン類を、逆浸透装置、限外濾過装置、イオン吸着手段等を通過する過程で除去する。

例えば、有機質分解手段としては、紫外線の照射を受けて活性化する光触媒に、発光ダイオードによって紫外線を照射する装置が知られている（例えば、特許文献３。）。また、光触媒を担持させた光透過性ラシヒリングなどを充填材した塔内に、酸化助剤となるガスとともに被処理水を供給し有機物を分解する装置が提案されている（例えば、特許文献４。）。

また、製薬、食品工業において用いられる用水に対しても、微生物や細菌類の数が少ないことが求められる。一般的に、配管や、用水製造用の各ユニット（たとえば、逆浸透膜、限外ろ過膜、イオン交換樹脂等）は、構造上、一部に溜まり水が生じるおそれがある。そして、この部分に生菌が滞留すると、細菌類の増殖が起きる場合がある。この部分を直接殺菌する方法としては、熱殺菌や、薬剤、たとえば、殺菌剤、オゾン、過酸化水素等での殺菌を用いる方法がある（例えば、特許文献１、２。）。ところが、これらの方法は、用水製造中に同時に使用できない場合も多く、必ずしも溜まり水を確実に殺菌できない場合もあり、効果は限定的であった。また、既存の紫外線照射装置は、生菌を直接死滅させる効果があるものの、ランプの形状の問題があり、このような溜まり水に存在する生菌に直接紫外光を照射して殺菌することは不可能であった。

また、半導体製造用途、製薬用途、食品製造用途などに用いられる純水を製造するに際し、被処理水中に発生する微生物や細菌（以下「細菌類」という。）などを酸化殺菌することが行われている。特に、継手に配設されるバルブ等には、被処理水の滞留部が生じやすく、細菌類などが発生し易い。そこで、光触媒を用いた液体浄化装置が提案されている（例えば、特許文献５。）。

特開２００１−０４７０５４号公報特公昭４６−０２１２４０号公報特開２００７−１３６３７２号公報特開２００６−２８１００５号公報特開２０１１−１６７５８６号公報

本発明は、構造が簡易で、効率よく被処理水を殺菌することのできる純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造装置は、被処理水に紫外線を照射して殺菌する紫外線殺菌装置を備えた純水製造装置において、前記紫外線殺菌装置は、被処理水の流路となる被処理水配管と、前記被処理水配管内部に発光面を被処理水側に向けて水密的に設置され、２３０〜２９０ｎｍの波長を含む紫外線を放射する発光ダイオード装置を備えた紫外線照射手段と、前記発光ダイオード装置を駆動させる電源装置とを具備することを特徴とする。

本発明の純水製造装置において、前記紫外線照射手段は、複数の前記発光ダイオード装置と前記発光ダイオード装置と電源装置とを接続する配線を内部に配設した管体とを具備し、前記複数の発光ダイオード装置は、前記管体の外壁面に設置されたことが好ましい。

本発明の純水製造装置において、前記発光ダイオード装置は、前記被処理水配管の前記被処理水と接触する内壁面に複数設置されていることが好ましい。

本発明の純水製造装置において、前記被処理水配管は、被処理水の流通する本管と前記本管に分岐して接続された分岐管を備え、前記発光ダイオード装置は、前記分岐管の、前記本管との接続部近傍の内壁面に設置されることが好ましい。そして、前記発光ダイオード装置は、前記分岐管内の水が滞留する部分に紫外線を照射することが好ましい。

本発明の純水製造装置は、さらに、被処理水中の細菌類の濃度に応じて、前記電源装置に信号を入力し、前記装置の点灯、消灯を制御する制御装置を備えることが好ましい。

本発明の純水製造装置において、前記発光ダイオード装置は、発光体上に前記紫外線を透過する透明水密樹脂が被覆されていることが好ましい。

本発明によれば、構造が簡易で、効率よく被処理水を殺菌することのできる純水製造装置を提供することができる。

第１の実施形態の純水製造装置の一部を示す図。第１の実施形態の純水製造装置に備えられる紫外線照射手段の構成の一例を示す図。第２の実施形態の純水製造装置の一部を示す図。第３の実施形態の純水製造装置の一部を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的に説明する。

本発明の紫外線殺菌装置は、被処理水を流通させる被処理水配管と、被処理水配管内を流れる被処理水に対し、細菌類を分解，殺菌可能な波長の紫外線を照射する発光ダイオードとを備えていることを特徴とする。以下に、本発明の紫外線殺菌装置の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る紫外線殺菌装置１０の被処理水の流路に沿った断面を概略的に示す図である。紫外線殺菌装置１０は、管体ユニット１１（管体１２と発光ダイオード１４）と、被処理水入口１５と、被処理水出口１６と、仕切り板１７と、ジャケット（被処理水配管）１８と、電源装置（図示せず）とを備えている。

管体ユニット１１は、管体１２と発光ダイオード１４とから構成されている。管体ユニット１１は、発光ダイオード１４からの紫外線によって被処理水中の細菌類を分解、死滅させるものである。本実施形態では、管体ユニット１１の形状は管状であり、その被処理水と接触する壁面（外壁面）に発光ダイオード１４が例えば、３ｃｍ〜４ｃｍ間隔でジャケット１８内の被処理水の流路に沿って配置されている。なお、管体ユニット１１は、任意の本数にすることができる紫外線殺菌装置１０においては、ジャケット１８の、被処理水の流通する内壁面にも、複数の発光ダイオード１４がジャケット１８内の被処理水の流路に沿って配置されている

管体１２は、耐水性の材料であれば特に限定されず、ポリ塩化ビニル等を用いることができる。管体１２の内径は特に限定されず、発光ダイオード１４を外部の電源装置に接続する配線が内部に通る空間があればよい。また、管体１２内部に発光ダイオード１４の電源を設置してもよい。管体１２の内径や長さは、管体ユニット１１を設置する装置の構造に応じて適宜変更することができる。管体１２は、例えば、図２に示すように管体１２の両端部を残してジャケット１８により水密的に覆われた構造にすることができる。

発光ダイオード１４は、電源装置によって電力が供給されて紫外線を照射するものである。発光ダイオード１４は、細菌類を分解、死滅させることのできる２３０〜２９０ｎｍの波長を含む紫外線を放射するものであれば良い。発光ダイオード１４は、好ましくは２６０ｎｍの波長を含む紫外線を放射することが好ましい。また、発光ダイオード１４は、２００ｎｍ付近の波長を含む紫外線を放射してもよい。

発光ダイオード１４は、その発光面を被処理水側に向けて、ジャケット１８を流通する被処理水に紫外線を照射可能な位置に配置される。本実施形態では、図１に示すように、管体１２の外壁面に複数の発光ダイオード１４が円筒状に配置された照明によって、管体１２の外壁面からジャケット１８の内壁面に向かって紫外線を照射している。発光ダイオード１４は、例えば、金属等の基体に発光体が設置され、発光体上に上記波長の紫外線を透過する樹脂が被覆されて構成されている。発光ダイオード１４としては、例えば、Crystal IS社製のOptan UVC LED等を使用することができる。

仕切り板１７は、水の流路に所定の間隔で管体ユニット１１の長手方向に直交するように複数設けられ、管体ユニット１１の近傍のみに被処理水の流れる間隙が設けられている。そのため、ジャケット１８内に流入した被処理水が混合流となるため、被処理水に均等に紫外線が照射され、被処理水中の細菌類を均等に分解できるようにする。仕切り板１７は必要に応じて設置すればよく、設置しなくてもよい。

ジャケット１８は、被処理水が被処理水入口１５から給水され被処理水出口１６から排水されるまでの間、管体ユニット１１によって細菌類を分解させるための被処理水の流路となるものであり、形状は例えば円筒状である。

また、紫外線殺菌装置１０は、従来の低圧水銀ランプ等の、水銀ランプの挿入される内に、水銀ランプの代わりに管体ユニット１１を設置して構成してもよい。

また、紫外線殺菌装置１０では、ジャケット１８の内壁面、管体ユニット１１の該壁面の両者に発光ダイオード１４を複数配置しているが、ジャケット１８の内壁面、管体ユニット１１の該壁面のいずれかのみに発光ダイオード１４を設置した構造としてもよい。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０によれば、光源に消費電力が小さい発光ダイオード１４を用いることによって、電力コストを安価に抑えることができる。また、光源の交換が半永久的に不要で維持管理負担が小さくすることができる。また、発光ダイオード１４の点灯、消灯の管理が簡易であり、発光ダイオード１４の設置数を多くすれば、紫外線照射量をより綿密に制御可能である。さらに、設置数を増やすことで、単位面積当たりの光量を増大させることができ、例えば、低圧水銀ランプの数百倍の照射光量を実現可能である。さらに、発光ダイオード１４は小型であるため、複数を、紫外線殺菌装置１０内の被処理水の任意の位置に紫外線が照射されるように配置することができる。そのため、被処理水にまんべんなく紫外線を照射することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は、第２の実施形態に係る紫外線殺菌装置２０の被処理水の流路に沿った断面を概略的に示す図である。紫外線殺菌装置２０において、被処理水配管は、被処理水の通流する本管２１と、本管２１に分岐して設けられた分岐管２２を備えている。分岐管２２には、被処理水配管２１内の被処理水の流水圧を測定する圧力計２３が設置されている。

また、分岐管２２の内壁面の一部には、発光ダイオード２４が設置されている。発光ダイオード２４は、分岐管２２内の被処理水に、紫外線を照射できる位置に設置されている。発光ダイオード２４は、配線などによって外部の電源装置（図示せず）に接続されている。

本管２１、分岐管２２の材質は特に限定されず、ポリフッ化ビニリデン、ＳＵＳ等のステンレス鋼、ガラス管を用いることができる。

本実施形態の紫外線殺菌装置２０では、分岐管２２内に滞留した被処理水に対して、発光ダイオード２４により紫外線が照射されるように、電源装置によって発光ダイオード２４の点灯、消灯を制御する。これにより、分岐管２２内に滞留した被処理水中の細菌類が分解、死滅される。このように、分岐管２２内に滞留した被処理水が殺菌されるため、被処理水中の細菌類の増殖を防ぐことができる。

なお、紫外線殺菌装置２０では、分岐管２２には、圧力計２３が接続されているが、発光ダイオード２４の設置される配管は、分岐構造の配管であれば特に限定されず、継手、バルブ等であってもよい。

本実施形態の紫外線殺菌装置２０によれば、光源に発光ダイオード２４を用いることによって、消費電力が小さいため電力コストが安価で、光源の交換が半永久的に不要で維持管理負担が小さくすることができる。また、発光ダイオード２４の点灯、消灯の管理が簡易である。さらに、発光ダイオード２４は、極めて小型であるため、配管の分岐構造に簡易に設置することができ、細菌類の増殖し易い分岐管などに直接設置することができる。内径の大きな配管などでは、発光ダイオード２４の設置数を増やすことで、単位面積当たりの光量を増大させることができ、例えば、低圧水銀ランプの数百倍の照射光量を実現可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図４は、第３の実施形態に係る紫外線殺菌装置３０の被処理水の流路に沿った断面を概略的に示す図である。紫外線殺菌装置３０は、外圧式のフィルタユニットを用いた装置である。フィルタユニットは、円筒状のケース３１と、ケース３１の内部に設置されたフィルタ３２とを備えている。フィルタ３２の中心部３６には、被処理水と接する外壁面に発光ダイオード３４を複数配設した管体ユニット３３が挿入されている。フィルタ３２としては、特に限定されず、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜等を用いることができる。

また、ケース３１の、被処理水と接する内壁面には、複数の発光ダイオード３７が設置されている。この発光ダイオード３７は、ケース３１の被処理水に、紫外線を照射できる位置に設置されている。

発光ダイオード３４、３７は、配線などによって外部の電源装置（図示せず）に接続されている。発光ダイオード３４、３７としては第１の実施形態と同様のものを用いる。

本実施形態の紫外線殺菌装置３０では、ケース３１の上部に被処理水を供給する被処理水供給口３５が開口している。被処理水供給口３５からケース３１に供給された被処理水に対して、発光ダイオード３７により紫外線が照射されることで、被処理水中の細菌類が分解、死滅され、被処理水が殺菌される。殺菌された被処理水が、フィルタ３２を通流する過程で、ろ過されて、フィルタ３２の中心部３６に接続された排出管（図示せず。）からろ過水が取り出される。この際、フィルタ３２の中心部３６に設置された発光ダイオード３４によって、被処理水に紫外線が照射され、被処理水中の細菌類の増殖を防ぐことができる。

本実施形態の紫外線殺菌装置３０によれば、光源に発光ダイオード３４、３７を用いることによって、消費電力が小さいため電力コストが安価で、光源の交換が半永久的に不要で維持管理負担が小さくすることができる。また、発光ダイオード３４、３７の点灯、消灯の管理が簡易であり、発光ダイオード３４、３７の設置数を多くすれば、紫外線照射量をより綿密に制御可能である。また、発光ダイオード３４、３７は小型であるため、細菌類の増殖し易い膜などに直接紫外線を照射するように設置することができる。さらに、設置数を増やすことで、単位面積当たりの光量を増大させることができ、例えば、低圧水銀ランプの数百倍の照射光量を実現可能である。

上記で説明した第１乃至第３の紫外線殺菌装置１０、２０、３０は、例えば、前処理装置、カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔およびアニオン交換樹脂塔からなる２床３塔型イオン交換装置、逆浸透装置等で構成される純水製造装置内に組み込むことができる。

また、上記の実施形態の紫外線殺菌装置１０、２０、３０を用いて得られる処理水は、極めて高度に殺菌されているため、微生物や細菌の増殖がなく、半導体製造用途、製薬用途、食品製造用途などに好適である。

１０，２０，３０…紫外線殺菌装置、１１…管体ユニット、１２…管体、１４，２４，３４，３７…発光ダイオード、１５…被処理水入口、１６…被処理水出口，１７…仕切り板、１８…ジャケット、２１…本管、２２…分岐管、２３…圧力計、３１…ケース、３２…フィルタ、３３…管体ユニット、３５…被処理水供給口、３６…中心部。

Claims

被処理水に紫外線を照射して殺菌する紫外線殺菌装置を備えた純水製造装置において、
前記紫外線殺菌装置は、被処理水の流路となる被処理水配管と、
前記被処理水配管内部に発光面を被処理水側に向けて水密的に設置され、２３０〜２９０ｎｍの波長を含む紫外線を放射する発光ダイオード装置を備えた紫外線照射手段と、
前記発光ダイオード装置を駆動させる電源装置と
を具備し、
前記被処理水配管は、被処理水の流通する本管と前記本管に分岐して接続された分岐管を備え、前記発光ダイオード装置は、前記分岐管内の水が滞留する部分に紫外線を照射することを特徴とする純水製造装置。
前記紫外線照射手段は、複数の前記発光ダイオード装置と、
前記発光ダイオード装置と電源装置とを接続する配線を内部に配設した管体とを具備し、
前記複数の発光ダイオード装置は、前記管体の外壁面に設置されたことを特徴とする請求項１記載の純水製造装置。
前記発光ダイオード装置は、前記被処理水配管の前記被処理水と接触する内壁面に複数設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の純水製造装置。
被処理水に紫外線を照射して殺菌する紫外線殺菌装置を備えた純水製造装置において、
前記紫外線殺菌装置は、被処理水の流路となる被処理水配管と、
前記被処理水配管内部に発光面を被処理水側に向けて水密的に設置され、２３０〜２９０ｎｍの波長を含む紫外線を放射する発光ダイオード装置を備えた紫外線照射手段と、
前記発光ダイオード装置を駆動させる電源装置と
を具備し、
前記被処理水配管は、被処理水の流通する本管と前記本管に分岐して接続された分岐管を備え、
前記発光ダイオード装置は、前記分岐管の、前記本管との接続部近傍の内壁面に設置され、前記分岐管内の水が滞留する部分に紫外線を照射することを特徴とする純水製造装置。
さらに、被処理水中の細菌類の濃度に応じて、前記電源装置に信号を入力し、前記装置の点灯、消灯を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の純水製造装置。
前記発光ダイオード装置は、発光体上に前記紫外線を透過する透明水密樹脂が被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の純水製造装置。