JP7112226B2 - Exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

Exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in semiconductor manufacturing equipment Download PDF

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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。 The present invention relates to an exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in semiconductor manufacturing facilities, and more particularly to an exhaust heat recovery and reuse system using a heat pump.

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。 A waste heat utilization system using a heat pump is known. Patent Documents 1 and 2 disclose a feed water heating system equipped with a heat pump that absorbs heat from waste hot water in a factory and heats the feed water of a boiler.

特開2017-96569号公報JP 2017-96569 A 特開2017-96570号公報JP 2017-96570 A

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。 2. Description of the Related Art Among semiconductor manufacturing facilities, fluids that require heating are distributed in water treatment facilities such as pure water and ultrapure water production facilities and wastewater treatment facilities. Some of these fluids require heating to 40-50°C. In order to heat the fluid at this temperature, heat exchange between the fluid and a high-temperature fluid such as steam or drain is required. For this reason, a water treatment facility in a conventional semiconductor manufacturing facility is provided with a utility facility for supplying steam and hot water. On the other hand, water treatment equipment in semiconductor manufacturing facilities circulates various fluids, such as warm waste water generated by exhaust gas detoxification treatment (detoxification), and hot water generated by pure water and ultrapure water production equipment. there is Conventionally, the thermal energy possessed by these warm wastewaters has not been effectively utilized.

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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery and reuse system capable of effectively utilizing thermal energy in a water treatment facility in a semiconductor manufacturing facility.

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、水処理設備を非定常的ないし間歇的に流れる第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。水処理設備は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、純水供給設備は、原水を浄化する樹脂塔を有し、第2の流体は、樹脂塔を再生するために樹脂塔に供給される。排熱回収再利用システムは、凝縮器から排出された熱を蓄熱し、蓄熱された熱で第2の流体を加熱する蓄熱部をさらに有している。蓄熱部は、中間循環水を貯蔵する容器であって、容器の一方の端部に位置する第1の水室と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個の水室に容器を区分するN-1個の仕切り壁を有し、中間循環水が互いに隣接する水室の間を流通可能な容器と、第Nの水室の下部と第1の水室の上部との間を延び、途中に凝縮器との熱交換部を有する第1の中間ループ配管と、第1の水室の下部と第Nの水室の上部との間を延び、途中に第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。 An exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in a semiconductor manufacturing facility according to the present invention includes an evaporator that evaporates a refrigerant, a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant, and an expansion valve that expands the refrigerant. It has heat pumps arranged on the closed-loop piping in that order. The evaporator absorbs heat from the first fluid that constantly flows through the water treatment equipment in the semiconductor manufacturing facility, and the second fluid that flows irregularly or intermittently in the water treatment equipment is heated by the heat discharged from the condenser. The water treatment facility has a pure water supply facility that supplies pure water or ultrapure water to the semiconductor manufacturing facility, the pure water supply facility has a resin tower for purifying the raw water, and the second fluid is the resin tower. It is fed to the resin tower for regeneration. The exhaust heat recovery and reuse system further includes a heat storage unit that stores heat discharged from the condenser and heats the second fluid with the stored heat. The heat storage unit is a container for storing intermediate circulating water, and is composed of a first water chamber located at one end of the container and an Nth water chamber (N is 2 or more) located at the other end of the container. a container having N−1 partition walls dividing the container into N water chambers containing at least natural numbers), and allowing intermediate circulating water to flow between adjacent water chambers; a first intermediate loop pipe extending between the lower part of the water chamber and the upper part of the first water chamber and having a heat exchange part with the condenser in the middle; and a second intermediate loop pipe extending between and having a heat exchange section with a second fluid along the way.

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。 According to the present invention, the heat energy possessed by the first fluid can be recovered by the heat pump to heat the second fluid. Since the first fluid constantly flows through the water treatment equipment in the semiconductor manufacturing equipment, it can be used as a stable heat source. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust heat recovery and reuse system capable of effectively utilizing thermal energy in a water treatment facility in a semiconductor manufacturing facility.

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。1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an exhaust heat recovery and reuse system according to an embodiment of the present invention; 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。It is a schematic diagram showing the overall configuration of a modification of the exhaust heat recovery and reuse system. 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。1 is a schematic diagram showing the configuration of part of a water treatment facility in a semiconductor manufacturing facility to which an exhaust heat recovery and reuse system according to one embodiment of the present invention is applied;

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。 Hereinafter, an exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in semiconductor manufacturing equipment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an exhaust heat recovery and reuse system according to one embodiment of the present invention. In the following description, the “first fluid” is fluid that constantly flows inside the water treatment facility 100 in the semiconductor manufacturing facility 101 and absorbs heat from the evaporator 2 b of the heat pump 2 . That is, the first fluid is a fluid that serves as a heat source. A pipe through which the first fluid flows is called a first pipe L1. A portion where the first fluid exchanges heat with the evaporator 2b of the heat pump 2, that is, a portion where heat is absorbed by the heat pump 2 is referred to as a first heat exchange portion H1. The “second fluid” is a heated fluid that flows through the water treatment facility 100 and is heated by the heat discharged from the condenser 2 d of the heat pump 2 . A pipe through which the second fluid flows is called a second pipe L2. A portion where the second fluid exchanges heat with the condenser 2d of the heat pump 2 via the intermediate circulating water, that is, a portion heated by the heat pump 2 via the intermediate circulating water is called a second heat exchange portion H2. The "second fluid" may be a fluid that always flows through the water treatment facility 100, or may be a fluid that flows unsteadily or intermittently. Also, although the first and second fluids are water in the following embodiments, they may be liquids other than water or gases.

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。 In the following embodiments, the first fluid is one type of fluid that flows through a specific line in the water treatment facility 100, but it may be multiple types of fluid that flow through different lines. Similarly, the second fluid is one type of fluid that flows through a particular line in the water treatment plant 100, but may be multiple types of fluid that flow through different lines.

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。 The first fluid is stored in the receiving tank 5 and supplied to the exhaust heat recovery and reuse system 1 of the water treatment facility 100 through the first pipe L1 equipped with the pump 7 . A third pipe L3 equipped with a pump 8 branches off from the first pipe L1, and part of the first fluid bypasses the exhaust heat recovery and reuse system 1 and is sent to the post-stage equipment 9 by the pump 8. .

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。 The exhaust heat recovery and reuse system 1 of the water treatment facility 100 has a heat pump 2 . The heat pump 2 has an evaporator 2b that evaporates the refrigerant flowing through the closed loop pipe 2a, a compressor 2c that compresses the refrigerant, a condenser 2d that condenses the refrigerant, and an expansion valve 2e that expands the refrigerant. They are arranged in order on the closed loop pipe 2a.

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。 A pump 3 and a heat pump 2 located downstream thereof are provided in the first pipe L1. The first fluid flowing through the first pipe L1 exchanges heat (absorbs heat) with the evaporator 2b of the heat pump 2 in the first heat exchange section H1. The refrigerant circulating in the heat pump 2 absorbs heat from the first fluid and evaporates (supplied with latent heat). The temperature of the first fluid is lowered by heat exchange with the evaporator 2b. This effectively utilizes the thermal energy of the first fluid. In addition, the heat exchange lowers the temperature of the first fluid, so that the temperature of the first fluid supplied to the post-stage equipment 9 becomes a temperature suitable for the performance of the post-stage equipment.

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。 A three-way valve 4 is provided downstream of the pump 3 in the first pipe L1. A reflux pipe LR branches off from the first pipe L1 downstream of the first heat exchange section H1 of the first pipe L1 and joins the first pipe L1 at the three-way valve 4 . The performance of the heat pump 2 depends on the temperature of the first fluid heat-exchanged in the evaporator 2b, and if the temperature of the first fluid is too high, desired performance may not be obtained. In that case, the three-way valve 4 is switched so that part of the first fluid whose temperature has been lowered by heat exchange with the evaporator 2b is returned to the upstream side of the evaporator 2b of the heat pump 2 . As a result, the temperature of the first fluid supplied to the first heat exchange section H1 can be adjusted to a temperature that is preferable for the performance of the heat pump 2 . Also, the three-way valve 4 can control and adjust the temperature of the first fluid cooled by the heat pump 2 to the temperature required by the post-stage equipment 9 . In a general heat pump, heat exchange is performed in one pass, that is, without recirculation, but due to the characteristics of the heat pump, the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the heat pump is about 3 to 10 degrees Celsius. limit. When it is necessary to secure a temperature difference exceeding this, temperature adjustment is generally performed using an intermediate tank, a heat exchanger, and a three-way valve or a control valve as ancillary equipment. In the present embodiment, since the three-way valve 4 recirculates the first fluid, the temperature control range of the first fluid is widened, and incidental equipment can be simplified. By installing a thermometer T1 in the first pipe L1 and adjusting the three-way valve 4 based on the measurement result of the thermometer T1, the ratio of recirculating (refluxing) the first fluid can be appropriately controlled. can be done. The thermometer T1 may be installed at the entrance or the exit of the heat exchange section H1. If the return pipe LR is unnecessary due to the relationship between the temperature of the first fluid and the performance of the heat pump 2, the return pipe LR and the three-way valve 4 can be omitted.

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。 The exhaust heat recovery and reuse system 1 has a heat storage section 6 provided between the condenser 2d of the heat pump 2 and the second heat exchange section H2. The heat storage unit 6 stores the heat radiated from the condenser 2d, and heats the second fluid with the stored heat. The heat storage unit 6 has a container 6a that stores intermediate circulating water. The container 6a has two partition walls 6b, 6c which divide the interior of the container 6a into first, second and third water chambers 61, 62, 63. As shown in FIG. The number of water chambers is not limited to three, and the container 6a generally includes N (N is a natural number of 2 or more) water chambers arranged in series, and the interior of the container 6a is divided into these water chambers. It has N-1 dividing walls. Of the N water chambers, the water chamber located at one end of the container 6a is called the first water chamber 61, and the water chamber located at the other end of the container 6a is called the Nth water chamber (this In the embodiment, this is referred to as a third water chamber 63). The lower ends of the partition walls 6b, 6c are separated from the bottom of the container 6a, and the upper ends of the partition walls 6b, 6c are above the water level of the intermediate circulating water. Therefore, the intermediate circulating water can flow between adjacent water chambers through the gaps between the lower ends of the partition walls 6b and 6c and the bottom of the container 6a.

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。 FIG. 2 shows a modification of the heat storage section 6. As shown in FIG. In the modification shown in FIG. 2(a), the lower end of the partition wall 6b is separated from the bottom of the container 6a, and the upper end is above the water level of the intermediate circulating water. On the other hand, the lower end of the partition wall 6c is connected to the bottom of the container 6a and the upper end is below the level of the intermediate circulating water. In the modification shown in FIG. 2(b), the lower end of the partition wall 6b is connected to the bottom of the container 6a, and the upper end is below the water level of the intermediate circulating water. On the other hand, the lower end of the partition wall 6c is separated from the bottom of the container 6a, and the upper end is above the water level of the intermediate circulating water. In any modification, the intermediate circulating water can flow between adjacent water chambers through gaps. Since low-temperature intermediate circulating water is easily taken out from the first intermediate loop pipe LM1 and high-temperature intermediate circulating water is easily taken out from the second intermediate loop pipe LM2, the heat exchange efficiency is enhanced. In particular, in the configuration shown in FIG. 2A, the low-temperature intermediate circulating water stays in the vicinity of the outlet of the first intermediate loop pipe LM1 of the container 6a due to the difference in the specific gravity of the water. Efficient and easy to remove. When three or more partition walls are provided, there is a partition wall whose lower end is spaced from the bottom of the container 6a and whose upper end is above the water level of the intermediate circulating water, and whose lower end is connected to the bottom of the container 6a and whose upper end is the water level of the intermediate circulating water. can be alternated with the partition wall below.

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。 A first intermediate loop pipe LM1 extends between the upper portion of the first water chamber 61 and the lower portion of the third water chamber 63 . An intermediate heat exchange section HM that exchanges heat (releases latent heat of the refrigerant) with the condenser 2d is provided in the middle of the first intermediate loop pipe LM1. A first intermediate pump P1 is provided upstream of the intermediate heat exchange section HM of the first intermediate loop pipe LM1. A second intermediate loop pipe LM2 extends between the lower portion of the first water chamber 61 and the upper portion of the third water chamber 63 . A second heat exchange section H2 that exchanges heat with a second fluid is provided in the middle of the second intermediate loop pipe LM2. A second intermediate pump P2 is provided upstream of the second heat exchange section H2 of the second intermediate loop pipe LM2.

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)。 The exhaust heat recovery and reuse system 1 operates as follows to impart the thermal energy of the first fluid to the second fluid. As described above, the first fluid normally flows through the first pipe L1. The heat pump 2 is always operated. The first intermediate pump P1 is in normal operation. Therefore, intermediate circulating water normally flows through the first intermediate loop pipe LM1. The heat pump 2 deprives the first fluid of heat energy in the first heat exchange section H1 and heats the intermediate circulating water in the intermediate heat exchange section HM. The heated intermediate circulating water flows into the first water chamber 61 from the upper portion of the first water chamber 61 . The intermediate circulating water flows from the first water chamber 61 into the second water chamber 62 through the gap between the lower ends of the partition walls 6b and 6c and the bottom of the container 6a, and then into the third water chamber 63. influx. The intermediate circulating water that has flowed into the third water chamber 63 is drawn out from the lower portion of the third water chamber 63, pressurized by the first intermediate pump P1, and heated again in the intermediate heat exchange section HM. In this manner, the heat exchanged with the evaporator 2b is accumulated in the heat storage unit 6. As shown in FIG. A second intermediate pump P2 is activated when heating the second fluid. The intermediate circulating water flows into the second intermediate loop pipe LM2 from the lower portion of the first water chamber 61, is pressurized by the second intermediate pump P2, and flows through the second pipe L2 in the second heat exchange section H2. Exchanging heat with the second fluid (heating the second fluid).

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。 When only the first intermediate pump P1 is activated, intermediate circulating water flows from the first water chamber 61 to the third water chamber 63 in the container 6a. Therefore, the intermediate circulating water in the first water chamber 61 has the highest temperature, and the intermediate circulating water in the third water chamber 63 has the lowest temperature. When the second pump P2 is started in this state, the intermediate circulating water is supplied from the first water chamber 61, which has the highest temperature, to the second heat exchanging part H2. Can be heated.

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。 Although the heat pump 2 is constantly operated in the above-described embodiment, the heat pump 2 can be intermittently operated according to the amount of heat required by the second fluid. For example, when the heating capacity of the heat pump 2 is 120 kW and the required amount of heat of the second fluid is 900 kWh, the heat pump 2 can be operated for about 8 hours per day, ignoring the heat radiation loss of the heat storage unit 6 and the like. Also, a plurality of heat pumps 2 can be installed in parallel according to the required amount of heat of the second fluid.

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。 Although heat exchange is performed between one type of first fluid and one type of second fluid in the above-described embodiments, heat exchange is performed between one type of first fluid and a plurality of second fluids. The exchange may take place, the heat exchange may take place between a plurality of first fluids and one type of second fluid, or the plurality of first fluids and a plurality of second fluids may be exchanged. heat exchange may take place between When the heat pump 2 absorbs heat from a plurality of first fluids, a plurality of first heat exchange units H1 can be arranged in series along the evaporator 2b of the heat pump 2 . When a plurality of second fluids are heated by the heat pump 2, a plurality of second heat exchange units H2 can be arranged in series or parallel along the condenser 2d of the heat pump 2.

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。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a partial configuration of a water treatment facility 100 in a semiconductor manufacturing facility 101 to which the exhaust heat recovery and reuse system 1 according to one embodiment of the present invention is applied. Specific examples of the first fluid (first pipe L1) and the second fluid (second pipe L2) will be described below.

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。 The water treatment facility 100 has a pure water supply facility 11 that supplies pure water or ultrapure water used for cleaning wafers and the like. In the present invention, the pure water supply facility 11 is a concept including an ultrapure water supply device, and the pure water supply facility 11 of the present embodiment is used in the sense of an ultrapure water supply facility. The pure water supply facility 11 is supplied with waste water treated by a detoxification device 121, which will be described later, as well as external industrial water (collectively referred to as raw water). Particles and microparticles are removed from the raw water supplied to the pure water supply facility 11 by the filter 111 . The raw water is then purified by removing impurities other than water such as ions and salts in a reverse osmosis membrane device (RO) 112 . The raw water is further UV sterilized by the UV sterilizer 113 and purified by further removing ion components in the resin tower 114 to produce pure water. Pure water is stored in a primary pure water tank 115 . Each device from the raw water supply unit to the primary pure water tank 115 is arranged in series on the first line L11.

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。 The primary pure water tank 115 is connected to a warm ultrapure water supply line L12 and a normal temperature ultrapure water supply line L13. This is because hot ultrapure water or normal temperature ultrapure water is required depending on the point of use. Hereinafter, the point of use of the semiconductor manufacturing facility 101 requiring warm ultrapure water is referred to as the warm ultrapure water point of use UP1, and the point of use of the semiconductor manufacturing facility 101 requiring room temperature ultrapure water is referred to as the normal temperature ultrapure water point of use UP2. The pure water passing through the hot ultrapure water supply line L12 and the normal temperature ultrapure water supply line L13 are both UV sterilized by UV oxidizers 116a and 116b, and ionized by cartridge polishers (non-regenerative mixed-bed ion exchangers) 117a and 117b. The components are further removed, and ultrafiltration membranes (UF) 119a and 119b remove microparticles containing viable bacteria to produce ultrapure water. A pure water heater (heat exchanger) 118 is provided downstream of the cartridge polisher 117a. Therefore, the ultrafiltration membrane device 119a is provided between the heating device 118 and the warm ultrapure water use point UP1, and the ultrafiltration membrane device 119b is provided between the cartridge polisher 117b and the normal temperature ultrapure water use point UP2. The permeated water of the ultrafiltration membrane 119a is sent as warm ultrapure water to each warm ultrapure water use point UP1, and the permeated water of the ultrafiltration membrane 119b is sent as room temperature ultrapure water to each room temperature ultrapure water use point UP2. In this way, the devices from the primary pure water tank 115 to the warm ultrapure water use point UP1 are arranged in series on the warm ultrapure water supply line L12, and the devices from the primary pure water tank 115 to the normal temperature ultrapure water use point UP2 are arranged in series. The devices are arranged in series on the room-temperature ultrapure water supply line L13.

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。 The warm ultrapure water not used at the warm ultrapure water use point UP1 is sent to the primary pure water tank 115 as first return water through the first return line L14 for reuse. The first return line L14 extends from the most downstream warm ultrapure water use point UP1 to the primary pure water tank 115, but the first return water may be returned to the upstream of the heating device 118 at least. This is because the first return water is used as a heat source for the heat pump 2 and cooled to a temperature that requires heating by the heating device 118, as will be described later. Room-temperature ultra-pure water not used at the normal-temperature ultra-pure water use point UP2 is also reused, so it passes through the second return line L15 and is sent to the primary pure water tank 115 as second return water.

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。 The non-permeated water (reject water) of the ultrafiltration membrane device 119a of the warm ultrapure water supply line L12 is also reused, so it passes through the third return line L16 and is sent to the primary pure water tank 115 as the first UF reject water. be done. The third return line L16 extends from the permeated side of the warm ultrapure water to the primary pure water tank 115, but the third return water may be returned to the upstream of the heating device 118 at least. This is because the third return water is used as a heat source for the heat pump 2 and cooled to a temperature that requires heating by the heating device 118, as will be described later. The non-permeated water (reject water) of the ultrafiltration membrane device 119b of the normal temperature ultrapure water supply line L13 is also reused, so it passes through the fourth return line L17 and flows into the primary pure water tank 115 as the second UF reject water. sent to

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。 The first fluid in the pure water supply facility 11, that is, the heat source of the second fluid is the pure water or ultrapure water flowing through the first return line L14 as described above, or the pure water flowing through the third return line L16. This is non-permeate water (first UF reject water) of the outer filtration membrane device 119a. The temperature of these fluids is 30° C. or higher and 40° C. or lower, which is suitable as the temperature of the heat source.

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。 The water treatment facility 100 has a wastewater recovery facility 12 . In the semiconductor manufacturing equipment 101, various harmful gases having toxicity and corrosiveness are generated as exhaust gas. These exhaust gases are discharged out of the system after undergoing a treatment to remove (detoxify) harmful components. For the purpose of removing harmful components in the exhaust gas, for example, a combustion type removal device 121 is used. In the combustion type detoxification device 121, the exhaust gas introduced into the combustion cylinder is combusted or thermally decomposed by the burner, thereby detoxifying harmful components in the exhaust gas. Since exhaust gas that has been burned at high temperature is cooled by cooling water, waste water with a relatively high temperature is generated in the process. The turbidity components are removed from this waste water by the turbidity removal membrane 122 , particles and fine particles are further removed by the reverse osmosis membrane device 123 , and the waste water is stored in the make-up water tank 124 . The make-up water tank 124 is also replenished with make-up water from the outside. The water stored in the make-up water tank 124 is reused by the abatement device 121 . In the present embodiment, relatively hot waste water from the abatement facility is used as the first fluid. The first fluid is desirably the fluid that flows in the preceding stage of the reverse osmosis membrane device 123 , that is, the section between the turbidity removal membrane 122 and the reverse osmosis membrane device 123 . This is because the reverse osmosis membrane device 123 is desirably supplied with warm water of 5 to 30° C., more preferably 20 to 30° C., in order to obtain good particulate removal performance. Since the water discharged from the abatement device 121 has a relatively high temperature, the temperature of the discharged water can be lowered to a temperature preferable for the operation of the reverse osmosis membrane device 123 by removing heat on the upstream side of the reverse osmosis membrane device 123. can. The discharged water from the abatement device 121 has a large amount of discharge, and generally has a temperature of about 33 to 40° C., and is one of the discharged water with the largest heat quantity among the discharged water discharged from the water treatment facility 100 . In addition, this waste water is basically discharged in a stable amount 24 hours a day.

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。 The water treatment facility 100 has a waste water treatment facility 13 . Wastewater discharged from various machines of the water treatment facility 100 undergoes evaporation treatment in the wastewater evaporation device 131, distillation treatment in the wastewater distillation device 132, coagulation sedimentation treatment in the coagulation sedimentation device 133, and the like. Further, organic contaminants in the waste water are decomposed and removed in the biological treatment device 134 using microbial activity, and finally treated in the final treatment device 135 and discharged out of the system. The final treatment device 135 is composed of, for example, one or a combination of a coagulation pressurized flotation separation device, a filter, an activated carbon tower/ph adjustment device, and the like. At least one of the waste water evaporation device 131 and the waste water distillation device 132 may be provided. The temperature of the discharged water is usually 30° C. or higher and 40° C. or lower, which is preferable as the temperature for heating the second fluid. In addition, since the discharged water is constantly flowing, it can be used as a stable heat source. Therefore, the discharged water discharged from the water treatment facility 100 is used as the first fluid.

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。 In the semiconductor manufacturing equipment 101, heat is removed from a clean room or the like by an air conditioner, and the removed heat is released outside the system. Specifically, the heat removed by the air conditioner is transferred to the cooling water flowing through the intermediate loop 141 , and the cooling water is cooled by the cooling tower 142 . The intermediate loop 141 is provided with a cooling tower 142, a filter 143 for filtering cooling water, and a make-up water tank 144 for storing filtered cooling water, so that the cooling water is circulated. The make-up water tank 144 is also replenished with make-up water from the outside. The temperature of the cooling water in the downstream section of the cooling tower 142 is usually 30 to 40° C., which is a preferable temperature as a heat source. Therefore, the outlet water of the cooling tower 142, preferably the outlet water of the filter 143, is used as the first fluid.

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。 The heated fluid in the water treatment facility 100, ie, the second fluid, includes the following. First, the second fluid is water (regenerated water) supplied to the resin tower 114 to regenerate the resin tower 114 . The temperature of the reclaimed water is desirably 40°C or higher and 50°C or lower. The regeneration treatment of the resin tower 114 is periodically performed, for example, once a day, but the regeneration water is required only at this timing.

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。 Another second fluid is the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112 . As described above, the reverse osmosis membrane device 112 is desirably supplied with warm water of 5 to 30° C., more preferably 20 to 30° C., in order to obtain good particulate removal performance. Therefore, when the temperature of the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112 is below this, it is possible to heat the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112, more preferably the inlet water of the filter 111 with hot water stored in the heat storage unit 6. desirable.

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。 Still another second fluid includes feed water supplied to at least one of the waste water evaporation device 131 and the waste water distillation device 132 of the waste water treatment facility 13 . The feed water is heated to a temperature suitable for evaporating or distilling the waste water from the machine, but by preheating the feed water with hot water stored in the heat store 6, energy for the heating can be saved.

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。 As described above, in this embodiment, heat exchange is performed between the plurality of first fluids and the plurality of second fluids. Therefore, the temperature of the intermediate circulating water stored in the heat storage unit 6 can be set according to the highest temperature required as the second fluid or the temperature of the second fluid required in the largest amount. preferable. In this embodiment, heat is absorbed mainly from hot water of 30 to 40° C. discharged from the abatement device 121, and the heat is supplied to the heat unit 6, mainly as reclaimed water (required temperature 40 to 50° C.) of the resin tower 114. used. Therefore, the heat pump 2 raises the temperature of the intermediate circulating water to about 55°C. Therefore, it is desirable to provide temperature control means, for example, to heat the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112 to a range of 20-30°C. A flow control valve 7 provided in the second intermediate loop pipe LM2 can be used as the temperature control means. By narrowing the opening of the flow control valve 7, the flow rate of the intermediate circulating water flowing through the second intermediate loop pipe LM2 can be suppressed, and the temperature of the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112 can be prevented from rising excessively. . At this time, a thermometer for measuring the temperature of the inlet water of the reverse osmosis membrane device 112 can be provided, and the degree of opening of the flow control valve 7 can be adjusted according to the measured temperature. In addition, since the reflux pipe LR and the three-way valve 4 can adjust the temperature and flow rate of the first fluid supplied to the first heat exchange section H1, the temperature of the second fluid can be adjusted to 40° C. or more and 50° C. or less. It functions as a temperature control means for heating to the range of

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。 As described above, according to the present embodiment, the thermal energy of the first fluid can be effectively used to reduce the thermal energy required for heating the second fluid. The total amount of energy required can be reduced. The heat pump 2 can dissipate a quantity of heat equal to the sum of the heat energy absorbed from the first fluid and the work of the compressor 2c. can do. Ignoring heat radiation loss and heat transfer loss, the energy that can be reduced is the value obtained by subtracting the driving power of the heat pump 2 from the energy generated by the heat pump 2 (the sum of the amount of heat absorbed by the heat pump 2 and the work of the compressor 2c). / year.

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。 Also, when cooling the effluent discharged to the outside of the system, the cooling load can be reduced by removing heat from the effluent, and the capacity of the cooling equipment and the amount of cooling water can be reduced.

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。 Furthermore, since the exhaust heat recovery and reuse system 1 of the present embodiment has the heat storage section 6, the exhaust heat recovery and reuse system 1 can be configured more rationally. When the exhaust heat of the first fluid is directly transferred to the second fluid, it is necessary to provide the heat pump 2 with a capacity capable of covering the required thermal energy of the second fluid. However, since heating of the second fluid is basically performed intermittently, the capacity of the heat pump 2 can be suppressed by providing the heat storage unit 6 .

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
1 Exhaust heat recovery and reuse system 2b Evaporator 2c Compressor 2d Condenser 2e Expansion valve 2a Closed loop piping 2 Heat pump 6 Heat storage unit 6a Container 6b, 6c Partition wall 61-63 First to third water chambers 11 Pure water supply equipment 12 Drainage Recovery equipment 13 Wastewater treatment equipment 100 Water treatment equipment in semiconductor manufacturing equipment 101 Semiconductor manufacturing equipment 113 Reverse osmosis membrane device 114 Resin tower 118 Heating device 119a, 119b Ultrafiltration membrane device 121 Harm removal equipment 131 Waste water evaporation device 132 Waste water distillation device 142 Cooling tower H1 First heat exchange section H2 Second heat exchange section HM Intermediate heat exchange section L1 First pipe L2 Second pipe L14 First return line LM1 First intermediate loop pipe LM2 Second intermediate loop Pipe LR Reflux pipe UP1 Hot ultrapure water use point UP2 Room temperature ultrapure water use point

Claims (7)

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、前記水処理設備を非定常的ないし間歇的に流れる第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、
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、
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さらに有し、
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、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。
A heat pump in which an evaporator that evaporates a refrigerant, a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant, and an expansion valve that expands the refrigerant are arranged in this order on a closed loop pipe,
The evaporator absorbs heat from the first fluid that constantly flows through the water treatment equipment in the semiconductor manufacturing facility, and the second fluid that flows irregularly or intermittently in the water treatment equipment is heated by the heat discharged from the condenser. is,
The water treatment facility has a pure water supply facility for supplying pure water or ultrapure water to the semiconductor manufacturing facility, the pure water supply facility has a resin tower for purifying raw water, and the second fluid is , supplied to said resin tower to regenerate said resin tower;
further comprising a heat storage unit that stores heat discharged from the condenser and heats the second fluid with the stored heat;
The heat storage unit is
A container for storing intermediate circulating water, comprising a first water chamber positioned at one end of the container and an Nth water chamber positioned at the other end of the container (N is a natural number of 2 or more) a container having N−1 partition walls dividing the container into N water chambers containing at least a and allowing the intermediate circulating water to flow between the adjacent water chambers;
a first intermediate loop pipe extending between the lower portion of the Nth water chamber and the upper portion of the first water chamber and having a heat exchange section with the condenser along the way;
a second intermediate loop pipe extending between the lower portion of the first water chamber and the upper portion of the Nth water chamber and having a heat exchange section with the second fluid along the way;
An exhaust heat recovery and reuse system for water treatment equipment in a semiconductor manufacturing facility.
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1に記載の排熱回収再利用システム。 2. The exhaust heat recovery and reuse system according to claim 1, further comprising temperature control means for heating the second fluid to a range of 40[deg.] C. or more and 50[deg.] C. or less. 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または2に記載の排熱回収再利用システム。 3. The exhaust heat recovery and reuse system according to claim 1, wherein said first fluid is waste water from a gas abatement facility provided in said water treatment facility. 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または2に記載の排熱回収再利用システム。 3. The exhaust heat recovery and reuse system according to claim 1, wherein said first fluid is discharged water discharged outside from said water treatment facility. 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または2に記載の排熱回収再利用システム。
The pure water supply equipment includes a pure water or ultrapure water heating device, an ultrafiltration membrane device provided between the heating device and a use point of the semiconductor manufacturing facility, and the ultrafiltration membrane device and the ultrafiltration membrane device. a pipe connecting a point of use and a return line branching from the pipe and returning pure water or ultrapure water not used at the point of use to the upstream of the heating device;
3. The exhaust heat recovery and reuse system according to claim 1, wherein said first fluid is non-permeated water of said ultrafiltration membrane device, or pure water or ultrapure water flowing through said return line.
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または2に記載の排熱回収再利用システム。 3. The exhaust heat recovery and reuse system according to claim 1, wherein said first fluid is outlet water of a cooling tower of an air conditioner of said semiconductor manufacturing facility. 前記第1の流体の温度は30℃以上、40℃以下である、請求項1からのいずれか1項に記載の排熱回収再利用システム。 The exhaust heat recovery and reuse system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the first fluid has a temperature of 30°C or higher and 40°C or lower.
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