JP7204597B2 - Ultrapure water production system and ultrapure water production method - Google Patents
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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。 The present invention relates to an ultrapure water production system and an ultrapure water production method that produce ultrapure water while circulating the ultrapure water with a tank that stores ultrapure water and supply the ultrapure water to the tank. .
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。 Ultrapure water is used in various applications, and depending on the application, it is necessary to store ultrapure water in a large tank. An example of such an application is the use of ultrapure water as a medium of physical measurement while stored in a tank. Ultrapure water stored in a tank generally becomes impure gradually. Therefore, the ultrapure water production system, which produces ultrapure water by an ultrapure water production system and stores this ultrapure water in a tank, has the function of recovering and repurifying the ultrapure water from the tank, which is the point of use. is required. Patent Document 1 shows an example of an ultrapure water production system in which ultrapure water collected from a point of use is added to primary pure water, and then subjected to various purification processes to produce ultrapure water and supply the ultrapure water to the point of use. there is
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。 If the top surface of the tank is open to the atmosphere due to reasons such as when the tank is not full, contamination of the ultrapure water stored in the tank with impurities can be caused by the ultrapure water near the liquid surface. becomes particularly noticeable in Therefore, when ultrapure water is recovered from a tank, which is a point of use, and repurified, it is desirable to preferentially recover ultrapure water near the liquid surface. In addition, even when ultrapure water is supplied to a tank that is almost empty and the ultrapure water is stored in the tank, the ultrapure water near the liquid level in the tank is circulated to the ultrapure water production device for repurification. By doing so, the overall water quality of the ultrapure water stored in the tank (for example, water quality represented by specific resistance) can reach the specified value more quickly. When the capacity of the tank is about 100 tons or 200 tons, a pump provided outside the tank can easily circulate ultrapure water from the tank to the ultrapure water production apparatus. However, when the capacity of the tank increases to, for example, several tens of thousands of tons, and the height of the tank increases accordingly, due to limitations such as the suction capacity of the pump, i. Therefore, it becomes difficult to circulate the ultrapure water, especially the ultrapure water near the liquid surface, to the ultrapure water production apparatus side. As a result, it takes a long time for the quality of the ultrapure water stored in the tank to reach the specified value.
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。 An object of the present invention is an ultrapure water production system and method used to store ultrapure water in a large tank while circulating ultrapure water in this tank, wherein the ultrapure water is stored in the tank. An object of the present invention is to provide an ultrapure water production system and method capable of shortening the time required for pure water to reach a specified value.
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。 The ultrapure water production system of the present invention includes an ultrapure water production apparatus for producing ultrapure water and a tank for storing the ultrapure water produced by the ultrapure water production apparatus. In an ultrapure water production system that recovers at least part of water and circulates it to an ultrapure water production device, a pump for recovering ultrapure water from a tank and a suction position of the ultrapure water in the pump are stored in the tank It is characterized by having a variable mechanism that changes according to the position of the liquid surface of the ultrapure water.
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。 In the ultrapure water production method of the present invention, ultrapure water produced by an ultrapure water production apparatus is supplied to a tank for storage, and at least part of the ultrapure water stored in the tank is recovered to obtain ultrapure water. In a method for producing ultrapure water that circulates in a production apparatus, the ultrapure water suction position of a pump for recovering ultrapure water from the tank is changed according to the position of the liquid surface of the ultrapure water stored in the tank. It is characterized by
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。 According to the present invention, ultrapure water is produced using an ultrapure water production apparatus, stored in a large tank, and at least part of the ultrapure water stored in the tank is circulated through the ultrapure water production apparatus. By changing the position of the ultrapure water suction by the pump according to the position of the ultrapure water level in the tank, the time required to reach the specified value for the quality of the ultrapure water stored in the tank is shortened. can do.
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。
Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an ultrapure water production system according to one embodiment of the present invention. The ultrapure water production system shown in FIG. and an ultrapure
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。
The ultrapure
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。
A
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。
FIG. 2 shows the configuration of the
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。
As shown in FIG. 1, the ultrapure water production system of the present embodiment further electrically drives the
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。
The ultrapure
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。
With the configuration described above, a path for circulating ultrapure water is formed between the
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。
In the above description, the ultrapure water from the
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。
The ultrapure water returned from the
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。
A sturdy
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。
The
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。
The procedure for raising or lowering the position of the
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。
According to the present embodiment, the ultrapure water in the
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。
Using the ultrapure water production system shown in FIGS. 1, 2 and 3, for the
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。
On the other hand, without using the pump arranged in the water in the
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
10
Claims (7)
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。 An ultrapure water production apparatus for producing ultrapure water, and a tank for storing the ultrapure water produced by the ultrapure water production apparatus, wherein at least part of the ultrapure water stored in the tank is recovered. In the ultrapure water production system that circulates to the ultrapure water production device,
a pump for recovering ultrapure water from the tank;
An ultrapure water system, comprising: a variable mechanism for varying a suction position of the ultrapure water in the pump according to a position of a liquid surface of the ultrapure water stored in the tank.
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。 The pump is arranged to be submerged in ultrapure water stored in the tank,
2. The ultrapure water production system according to claim 1, wherein said variable mechanism varies a length in said tank of a conduit for supplying ultrapure water from said pump to said ultrapure water production apparatus.
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。 Further comprising a booster pump provided outside the tank,
The pump sends ultrapure water to the booster pump,
5. The ultrapure water production system according to any one of claims 1 to 4, wherein said booster pump supplies ultrapure water sent from said pump to said ultrapure water production apparatus.
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。 Ultrapure water that supplies ultrapure water produced by an ultrapure water production apparatus to a tank and stores it, collects at least part of the ultrapure water stored in the tank, and circulates the ultrapure water in the ultrapure water production apparatus In the manufacturing method,
A method for producing ultrapure water, characterized by changing a suction position of ultrapure water in a pump for recovering ultrapure water from the tank according to the position of the liquid surface of the ultrapure water stored in the tank. .
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