JPH01258786A

JPH01258786A - 超純水製造装置

Info

Publication number: JPH01258786A
Application number: JP8769588A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Sawada; 澤田　英隆
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-10-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、半導体工業等の電子工業で使用される超純
水の製造装置に関する。

従来技術およびその問題点近年、半導体工業等の電子工業では、極めて高度に精製
された水が必要とされている。そして、その原水として
は、通常、工業用水、上水道水、井戸水等が用いられて
いるが、これら原水中には懸濁物質、電解質、微粒子、
微生物、６機物、溶存ガス等が、要求される水質基準値
に対して多量に含まれているため、これら不純物を除去
しなければならない。しかし、このような多量の不純物
を一度に処理できる処理技術はなく、したがって従来の
超純水製造装置は各不純物を除去するのに適した多数の
処理装置を組合わせたものであった。

たとえば第３図に示される超純水製造システム（５１）
は、１次純水系（５２）と２次純水系（５３）よりなり
、また１次純水系（５２）は、濾過装置（５４）、逆浸
透装置（５５）、脱気装置（５Ｂ）およびイオン交換装
置（５７）よりなり、さらに２次純水系（５３）は、紫
外線殺菌装置（５８）、デミネラライザ−（５９）およ
び逆浸透装置（６０）よりなっている。このように、第
３図の超純水製造システムでは、特性の異なる多数の処
理装置を組合わせるため、装置の構成が複雑になるとと
もに、運転監視が面倒なものとなり、さらにはイオン交
換装置を使用しているため、イオン交換樹脂の再生のた
めの費用が高くつくといった欠点があった。

また、第４図に示される超純水製造システム（６Ｉ）は
、第３図の超純水製造システム（５１）の欠点を解消す
る目的で案出されたものであって、１次純水系（６２）
として機械的蒸気圧縮式蒸留装置（６３）を使用すると
ともに、２次純水系（Ｃ４）として逆浸透装置（６５）
を使用している。このシステム（６１）では組合わされ
る処理装置の数が少ないため、運転監視が容易でありイ
オン交換装置を使用しないため、イオン交換樹脂の再生
および取替えも必要なく、メンテナンス費の節減を果た
すことができる。しかしこのシステム（６１）では機械
的蒸気圧縮式蒸留装置（６３）から出る１次純水は、熱
による逆浸透膜の加水分解による劣化、ないしは逆浸透
膜モジュールを構成する部材の強度劣化、接着剤の接着
強度劣化等を防止するために、熱交換器で通常５０℃以
下に冷却しなければならない。ところで、半導体工業関
係ではこうして冷却された１次純水を逆浸透装置で処理
し、ｉすられた２次純水をエツチング加］二工程で洗浄
液として使用しているが、洗浄効果を上げるために、洗
浄ポイント付近で２次純水を８０℃以上に昇温しでいる
。したがっ−Ｃ１第４図のシステム（６１）では、この
昇温用熱エネルギーが必要となる上に、逆浸透装置内に
おける生菌繁殖防止のため１次純水を殺菌する必要があ
るといった欠点がある。

第５図および第６図はそれぞれ多段フラッシュ蒸留装置
および多重効用蒸留装置を示す。これら装置で得られる
純水の水質は、原水としてたとえば電導度１０００μＳ
　／　ｃ　ｍ　　の水質の水を用いた場合、比抵抗で約
１５ＭΩ・Ｃｍであって、集積度１メガピッド以上の半
導体の洗浄に使用される超純水の比抵抗で１８ＭΩ・Ｃ
ｍ以上という水質の要求を満足しない。

さらに、第７図に示す超純水製造蒸留プロセスは、多重
効用蒸留装置（７１）と多段フラッシュ蒸留装置（７２
）を組合わせたものである。このプロセスでは多重効用
蒸留装置で得られた１次純水を還流式多段フラッシュ蒸
留装置に導入し、１次純水の自己蒸発により発生した水
蒸気を凝縮せしめて、２次純水を得る。この場合、多重
効用蒸留装置から出る１次純水に対する２次純水の回収
率は、１次純水の顕熱から蒸発潜熱をｉＬ７るため、極
めて低いという欠点がある。

たとえば、第３図の超純水製造システムでは、原水に対
する２次純水の回収率は７０％以上であるが、第７図の
システムでは１０％以下である。この欠点を解消するた
めに、１次純水を循環し、２次純水の回収率を高める方
法があるが、循環に要するポンプの消費電力、および循
環水を所要温度まで昇温するのに必要な外部からの供給
蒸気が必要となり、省エネルギーの点で問題がある。

この発明は、上記従来技術の問題点をすべて解決するこ
とができる超純水の製造装置を提供することを目的とす
る。

問題点の解決手段この発明による純水製造装置は、上記目的の達成のため
に、１次純水系として多重効用蒸留装置を使用するとと
もに、２次純水系として別の多重効用蒸留装置を使用す
ることを特徴とする。

この発明の好ましい実施態様においては、１次純水系の
多重効用蒸留装置の複数の蒸留器のうちの最終段で発生
した蒸気を、２次純水系の多重効用蒸留装置の加熱源と
して使用する。

作　　　　　用不純物を含む原水をまず２次純水系の多重効用蒸留装置
で蒸発・凝縮処理して、１次純水としての蒸留水を得、
ついでこれを２次純水系の多重効用蒸留装置でさらに処
理してその純度を上げ、２次純水として超純水を得る。

実　　施　　例つぎに、この発明の実施例について、図面により具体的
に説明する。

実施例１第１図に示す超純水製造装置は、１次純水系多重効用蒸
留装置（Ａ）と２次純水系多重効用蒸留装置（Ｂ）から
成っている。各多重効用蒸留装置（Ａ）（Ｂ）は、多重
効用蒸留器（１）（１’）、複数の効用ポンプ（５）　
（５°）、１次純水送水ポンプ（９）　、２次純水送水
ポンプ（９°）、真空装ａ　（０）　（６’）等から主
として構成されている。また、多重効用蒸留２２　（１
）（１’）は各々、垂直に配置された複数の伝熱管（７
）（７°）、氷室（８）（８°）、凝縮室（１０）（１
０°）、水溜部（１１）（１１°）、水溜部（１１）（
１１’）の上部に設置されたミストセパレータ（４）（
４’）および凝縮室（１０）（１０’）内に設置された
予熱段（２）（２′）からなる複数の各効用段と、各多
重効用蒸留器（１）（１’）最終部にある純水溜部（１
２）（１２′）と、その上部に配置された復水段（３）
（３’）と、予熱段（２）（２’）とから構成されてい
る。

上記構成の超純水製造装置において、装置外に設置され
た取水部より取水された原水は、１次純水系多重効用蒸
留装置（Ａ）の多重効用蒸留器（１）内の純水溜部（１
２）内の上部の予熱段（２）内の複数の伝熱管内に入り
、最終効用の第ｎ効用段で発生した蒸気の一部の凝縮潜
熱を受けて加熱される。ついで原水は、各効用段凝縮室
（１０）内の予熱段（２）の伝熱管内を順次流れて各効
用段で発生した蒸気の凝縮潜熱の一部を受けて順次加熱
され、第１効用予熱段（２）で装置外に設置されている
ボイラー等から供給された加熱蒸気の凝縮潜熱の一部を
受けて所定温度まで加熱される。

原水は、ついで第１効用段下部の水溜部（１１）に入り
、水溜部（１１）上部の複数の垂直伝熱管（７）内から
薄膜流下した濃縮水と混合し、第１効用段に対応する効
用ポンプ（５）により蒸留器（１）外に引き出され、第
１効用段上部の氷室（８）内に循環流入する。

氷室（８）内に流入した循環水は、垂直に配置された伝
熱管（７）内に入り、薄膜流下しながら伝熱管（７）外
面で凝縮した加熱蒸気の凝縮潜熱を受けて一部蒸発する
。この発生蒸気即ち水蒸気と残余の循環水は水溜部（１
１）に流下する。

循環水の一部は第１効用段と第２効用段の隔壁（１４）
下部に設けられたオリフィス（１３）を通過して、第２
効用段の水溜部（１１）に流入し、第２効用段の垂直伝
熱管（７）内から流下した循環水と混合する。ついでこ
の混合循環水は、第２効用段に対応する効用ポンプ（５
）で蒸留器（１）外に引き出され、第２効用段上部の氷
室（８）内に循環装入し、第２効用段凝縮室（ｌＯ）内
の垂直伝熱管（７）内を薄膜流下し、第１効用段で発生
した蒸気即ち水蒸気の凝縮潜熱の大半を受けて一部蒸発
する。このように、各効用段で循環水より蒸気が発生す
る。

第１効用段水溜部（１１）に流下した発生蒸気は、ミス
トセパレータ（４）を通過することにより発生蒸気に同
伴する不純物を含むミストの大半が除去され、はぼ純粋
な水蒸気となる。この水蒸気は、前述のとおり、第２効
用段内の垂直伝熱管（７）外面で大部分凝縮して、その
凝縮潜熱を循環水に与えて循環水の一部を蒸発せしめる
。

第１効用段で発生した蒸気の残余の部分は、第２効用段
の凝縮室（１０）内の予熱段（２）内の伝熱管外面で凝
縮し、その凝縮潜熱を伝熱管内を流れる原水に与えて原
水を加熱する。

発生蒸気が各々伝熱管外面で凝縮してできた凝縮液は、
第２効用段凝縮室（１０）の底部に集められ、凝縮室隔
壁（１４）の下端に設けられたオリフィス（１３）を通
って第３効用段の凝縮室（１０）の底部に入り、一部自
己蒸発するとともに、第３効用段凝縮室（１０）ででき
た凝縮液と混合する。

各効用段で前述のプロセスが繰り返されてできた凝縮液
は第ｎ効用段凝縮室（１０）の隔壁（１４）のオリフィ
ス（１３）を通って純水溜部（１２）の底部に流下し、
純水溜部（１２）の上部に設けられた復水段（３）およ
び予熱段（２）でできた凝縮液と混合する。

最終効用の第ｎ効用段凝縮室（ｌＯ）内の垂直伝熱管（
７）内で発生した蒸気は、同伴する不純物を含むミスト
の大半がミストセパレータ（４）で除去されることによ
って、はぼ純水の水蒸気となって純水溜部（１２）に流
入し、前述の如く、予熱段（２）の伝熱管外面で凝縮し
、残余の水蒸気は復水段（３）の伝熱管外面で凝縮し、
純水溜部（■２）の底部に落下する。また原水中に溶存
する空気管のガスは、循環水の加熱・蒸発工程でその大
部分脱気され、真空装置（６）で蒸留器（１）外に排出
される。

この１次純水系多重効用蒸留装置（Ａ）で得られた凝縮
水即ち１次純水の純度を更に上げるため、１次純水系多
重効用蒸留装置（Ａ）の蒸留器（１）の純水溜部（１２
）の凝縮液は、１次純水送水ポンプ（９）により２次純
水系多重効用蒸留装置（Ｂ）内の多重効用蒸留器（１゛
）内の純水溜部（１２’）向上部に配置された予熱段（
２′）内の複数の伝熱管内に送られる。そして、１次純
粋は、最終効用の第ｎ゛効用段で発生した水蒸気の一部
の凝縮潜熱を受けて加熱された後、各効用段凝縮室（１
０’）内の予熱段（２゛）の伝熱管内を順次流れ第１°
効用段の予熱段（２°）で装置外に設置されているボイ
ラー等から供給された加熱蒸気の凝縮潜熱を受けて所定
温度まで加熱される。

加熱された１次純水は、第１゛効用段下部の水溜部（＋
ｉ’）に入り、１次純水系多重効用蒸留装置（Ａ）と同
じプロセスで各効用段の垂直伝熱管（７°）内で蒸発し
て水蒸気を発生し、ミストセパレータ（４゛）により微
量の不純物を含むミストが除去され、ミストが除去され
た水蒸気が凝縮して１次純水より更に純度の高い凝縮液
となる。

こうして得られた凝縮水は、多重用蒸留器（ｌｏ）の純
水溜部（１２’）より２次純水送水ポンプ（９°）によ
り引き出されて、１次純水より純度の極めて高い２次純
水として使用点に送られる。

実施例２第２図は、上記実施例１での１次純水系多重効用蒸発器
（Ａ）内の復水段（３）をなくし、かつ、原水を１次純
水系および２次純水系の各多重効用蒸発器内の予熱段（
２）（２’）に通して、上記実施例１より経済性を高め
た第２の実施例を示す。

第２図に示す超純水製造装置を構成する１次純水系多重
効用蒸留装置（Ａ）および２次純水系多重効用蒸留装置
（Ｂ）は、いずれも実施例１のものと同じ構造をなすの
で、説明を省略する。

第２図に示す装置において、装置外に設置された取水部
より取水された原水は、１次純水濃縮水と混合し、２次
純水系多重効用蒸留装置（Ｂ）内の多重効用蒸留器（ｌ
ｏ）内の純水溜部（１２′）内の上部に配置された予熱
段（２°）内の複数の伝熱管内に入る。ここで原水は、
最終効用の第ｎ°効用段で発生した蒸気の一部の凝縮潜
熱を受けて加熱され、各効用段凝縮室（■０）内の予熱
段（２゛）の伝熱管内を順次流れて各効用段で発生した
蒸気の一部の凝縮潜熱を受けて順次加熱され、第１°効
用段内の予熱段（２°）で、１次純水系多重効用蒸留装
置（Ａ）内の多重効用蒸留器（１）内の最終効用の第ｎ
効用段で発生した蒸気の一部の凝縮潜熱を受けて所定温
度まで加熱される。

ついで原水は、１次純水系多重効用蒸留装置（Ａ）の蒸
留器（１）の第ｎ段凝縮室（ｌＯ）内の予熱段（２〉の
複数の伝熱管内に流入する。ここで原水は第（ｎ−１）
効用段で発生した蒸気の一部の凝縮潜熱を受けて更に加
熱され、順次各効用凝縮室（１０）内の予熱段（２）の
伝熱管内を流れて、最終的に第１効用段凝縮室（１０）
内の予熱段（２）で所定温度まで加熱される。

ついで原水は、第１効用段水溜部（１１）に入り、ここ
で水溜部（１１）で上部の複数の垂直伝熱管（７）内か
ら薄膜流下した循環水の濃縮水と混合する。混合水は、
第１効用段に対応する効用ポンプ（５）により蒸留器（
１）外に引き出され、第１効用段上部の水室（８）内に
入り、薄膜流下しながら伝熱管（７）外面で凝縮したボ
イラー等の外部熱源より供給された加熱蒸気の凝縮潜熱
の大半（一部は予熱段（２）の原水加熱に使用される）
を受けて一部蒸発する。この発生蒸気即ち水蒸気と残余
の循環水は水溜部（１１）に流下する。

循環水の一部は第１効用段と第２効用段の隔壁（１４）
下部に設けられたオリフィス（１３）を通過して、第２
効用段の水溜部（１１）に流入し、第２効用段の垂直伝
熱管（７）内から流下した循環水と混合する。ついでこ
の混合循環水は、第２効用段に対応する効用ポンプ（５
）で蒸留器（１）外に引き出され、第２効用段上部の氷
室（８）内に循環装入し、第２効用段凝縮室（１０）内
の垂直伝熱管（７）内を薄膜流下し、第１効用段で発生
した蒸気即ち水蒸気の凝縮潜熱の大半を受けて一部蒸発
する。このように、各効用段で循環水より蒸気が発生す
る。

第１効用段水溜部（１１）に流下した発生蒸気は、ミス
トセパレータ（４）を通過することにより発生蒸気に同
伴する不純物を含むミストの大半が除去され、はぼ純粋
な水蒸気となる。この水蒸気は、前述のとおり、第２効
用段内の垂直伝熱管（７）外面で大部分凝縮して、その
凝縮潜熱を循環水に与えて′ｆｉ環水の一部を蒸発せし
める。

発生蒸気が各々伝熱管外面で凝縮してできた凝縮液は、
第２効用段凝縮室（１０）の底部に集められ、凝縮室隔
壁（Ｉ４）の下端に設けられたオリフィス（１３）を通
って第３効用段の凝縮室（１０）の底部に入り、一部自
己蒸発するとともに、第３効用段凝縮室（１０）ででき
た凝縮液と混合する。

このようにして各効用段でできた凝縮液は、１次純水系
多重効用蒸発器（１）の純水溜部（１２）に流入し、１
次純水として純水溜部（１２）より２次純水系多重効用
蒸留装置（Ｂ）の蒸留器（ｌｏ）の第１゛効用段の水溜
部（１１’）に流入する。

第ｎ効用段の垂直伝熱管（７）で発生した蒸気は、ミス
トセパレータ（４）でミストが除去された後、２次純水
系多重効用蒸留器（ｌｏ）の第１゜効用段凝縮室（１０
°）に入り、複数の伝熱管（７゛）外面でその大半が凝
縮し、その凝縮潜熱を管内を薄膜流下する１次純水循環
水に与えて、その一部を蒸発せしめる。残余の発生蒸気
の凝縮潜熱は凝縮室（１０°）内の予熱段（２゛）の伝
熱管内を流れる原水の混合液に与えて、この混合液を加
熱する。

第１゛効用段凝縮室（１０°）内の各伝熱管で凝縮して
できた凝縮液はまだ１次純水であり、１次純水系蒸留器
（１）の純水溜部（１２）に戻され、第ｎ効用段凝縮室
（ｌＯ）の底部より流入した凝縮液と混合し、前述のと
おり、第１″効用段の水溜部（１１’）に１次純水とし
て流入する。

２次純水系多重効用蒸留器（１°）の水溜部（１１’）
に流入した１次純水は、水溜部（１１’）上部の垂直伝
熱管（７°）を薄膜流下した１次純水循環水と混合し、
その一部は隔壁（１４’）のオリフィス（１３°）を通
って第２°効用段の水溜部（１１°）に流入する。残余
の混合液は循環水として第１゜効用段に対応する効用ポ
ンプ（５°）で引き出され、第１゛効用段上部の氷室（
８°）に入り、垂直伝熱管（７°）内を薄膜流下し、前
述の第ｎ効用段で発生した蒸気の凝縮潜熱を受けて、そ
の一部が蒸発し、この発生水蒸気とともに水溜＃（ＩＩ
’）に流下する。

第１′効用段の垂直伝熱管（７′）内で発生した水蒸気
は、水溜部（１１”）の上部配置されたミストセパレー
タ（４゛）で、水蒸気に同伴する不純物を含む１次純水
濃縮水のミストを除去される。

これは、極めて純粋な水蒸気として第２°効用段凝縮室
（１０°）内に入り、垂直伝熱管（７°）の外面で凝縮
するとともに、伝熱管（７°）内面を薄膜流下する１次
純水循環水を加熱し、蒸気を発生せしめ、また凝縮室（
１０″）内の予熱段（２°）の伝熱管外面で凝縮し、伝
熱管内を流れる原水の混合液を加熱する。

各伝熱管外面で凝縮してできた凝縮液は、凝縮室（１０
’）の底部に集められ、隔壁（１４’）の下端に設けら
れたオリフィス（１３°）を通って第３効用段凝縮室（
１０’）に流入する。こうして各効用段でできた凝縮液
は各凝縮室（ｔｏ’）を通って最終的に純水溜部（１２
°）に流入する。

純水溜部（１２°）に流入した凝縮液は、１次純水に含
まれる不純物を、蒸発作用およびミストセパレータ（４
°）での除去作用により除去したものであるから、１次
純水より極めて純度の高い超純水であり、２次純水とし
て２次純水送水ポンプ（９゛）により使用点へ送水され
る。

以上２つの実施例に示される超純水製造システムでは原
水あるいは１次純水を垂直伝熱管の管内に膜状に流−ド
させて蒸発せしめているが、この発明はこれに限定され
ることなく、垂直伝熱管の管内を上昇させて蒸発せしめ
てもよい。

また、原水あるいは１次純水を水平伝熱管の管外面に流
し蒸発せしめる蒸留器を用いてもよい。

また各多重効用蒸留装置に蒸気圧縮式多重効用蒸留装置
を採用してもよい。また実施例２においては、１次純水
系多重効用蒸発器の最終効用の発生蒸気を蒸気圧縮装置
を使用して加圧せしめて２次純水系多重効用蒸発器に供
給せしめてもよい。

発明の効果この発明によれば、１次純水系として多重効用蒸留装置
を使用するとともに、２次純水系として別の多重効用蒸
留装置を使用するため、不純物を含む原水をまず２次純
水系の多重効用蒸留装置で蒸発・凝縮処理して、１次純
水としての蒸留水を得、ついでこれを２次純水系の多重
効用蒸留装置でさらに処理してその純度を上げ、２次純
水として超純水を得ることができる。

したがって、この発明の純水製造システムによれば、特
性の異なる多数の処理技術を組合せた従来のシステムの
ように、原水を前処理する必要がなく、その運転監視が
大巾に簡略化せられる。またこの発明の純水製造システ
ムでは、原水をイオン交換しなくとも所定の水質が得ら
れ、イオン交換樹脂の再生、取替えの費用が不要となる
。更には原水および１次純水の水温が蒸発温度まで上昇
されるため、微生物も殺菌され、２次純水系での蒸発作
用およびミスト除去作用により限外濾過装置、ミクロフ
ィルター、紫外線滅菌装置等が不要になり、その分運転
監視、維持管理が楽になる。

また１次系、２次系ともに蒸留作用を採用しているため
、１段の蒸留作用より更に純度の高い超純水が得られ、
また、蒸発エネルギーとして潜熱を利用しているため、
顕熱を利用する多段フラッシュ蒸留法よりも１次純水を
循環するポンプ動力が不要となり、ランラニングコスト
も安くなる。また１次純水系からの発生蒸気を２次純水
系の蒸発エネルギーに使用する場合は、更にエネルギー
費が安くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれこの発明の実施例のシス
テムを示すフローシート、第３図、第４図、第５図、第
６図および第７図はいずれも従来のシステムを示すフロ
ーシートである。以上手続補正書昭和６３年　６月１３日１、事件の表示昭和６３年特許願第８７６９５号２、発明の名称超純水製造装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人４、代理人氏名　　（６０８７）弁理士　岸　本　瑛　之　助５　
補正命令。Ｂ（寸　　　　　　　　　　　　　外４名昭
和　年　月　日８、補正の内容別　　　添補正の内容（１）明細書中の誤記を下記正誤表のとおりに訂正する
。（２）図面中の第１図および第２図を別紙のとおりに訂
正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

１次純水系として多重効用蒸留装置を使用するとともに
、２次純水系として別の多重効用蒸留装置を使用するこ
とを特徴とする超純水製造装置。