JPH0332701A - 堅型管内凝縮器における未凝縮ガス除去方法およびその装置 - Google Patents

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、たとえば半導体工業その他の電子工業で使
用される蒸留性純水製造装置の堅型管内凝縮器における
未凝縮ガス除去方法に関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の凝縮器は、たとえば第４〜６図に示すよ
うに、蒸発器（１）において外部からの加熱蒸気によっ
て原水を加熱蒸発して発生蒸気を得、セパレータ（２〉
で同伴ミストの大半を発生蒸気から除去し、この発生蒸
気を凝縮器（３）に導いて、その複数本の伝熱管（４）
全体の管内を流下させ、シェル（１４〉内を上行する冷
却水に凝縮潜熱を与えて蒸気のほぼ全量を凝縮させ、純
水を得るものであった。そして、一般に、原水の蒸発過
程で発生した発生蒸気は、原水中に含まれる揮発性成分
が蒸発して生じた不純物ガスを含んでいる。

さらに、従来の凝縮器（３〉による凝縮過程を詳述させ
ると、発生蒸気は、蒸気導入管（１２）を通って頂部の
蒸気導入室（１３〉に導かれ、同導入室（１３）と底部
の凝縮液排出室（６）とを連絡しかつ上下固定板（５ａ
）　（５ｂ）に取り付けられた複数本の伝熱管（４）全
体の管内面に沿って管内を流下する。そしてこの管内流
下過程中に同蒸気は伝熱管（４）外面に沿ってシェル（
１４）内を上行する冷却水によって冷却され、第５図に
示すように、はぼ全量の蒸気が管内面で凝縮される。冷
却水は導水管（１０）からシェル（１４）内に入って伝
熱管（４）の外面に沿ってシェル（１４）内を上行し、
排水管（１１）から出る。得られた凝縮液は、管内操作
圧中の水蒸気分圧に対応する未凝縮蒸気と、凝縮液中に
再溶解しなかった不純物ガスと共に、凝縮液排出室（６
）に流入し、凝縮液排出管（８）を通って器外へ純水と
して取り出される。また未凝縮蒸気と不純物ガスとより
成る未凝縮ガスは、凝縮液排出室（６）内の上部に設け
られた邪魔板（９）の下を通り、未凝縮ガス排出管（７
）を経て器外に排出される。この邪魔板（９）は、−部
の凝縮液が未凝縮蒸気に同伴して、未凝縮ガス排出管（
７）より排出される量を最小限にする役割をする。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このように発生蒸気を蒸気流路中の複数
本の伝熱管全体に流通せしめ、蒸気のほぼ全量を凝縮せ
しめる方法の場合、伝熱管下端近傍では未凝縮ガス中の
不純物ガス濃度が高くった。

また、未凝縮ガスの管内流速が伝熱管人口部での蒸気流
速に比べて遅くなって同ガスと凝縮液との接触時間が長
くなり、かつ、不純物ガスと凝縮液が並流で流れている
ため、不純物ガスの一部が凝縮液中に再溶解し純水の純
度を低下させるという問題があった。

また、未凝縮ガスの管内流速を高めようとすれば、伝熱
管本数を少なくし伝熱管長を長くせねばならず、凝縮器
の高さが高くなり、架構の製作費が高くつくという欠点
があった。

さらに、たとえば半導体洗浄用超純水の製造においては
、半導体の歩留まりに影響を与える一因としての全有機
炭素（ＴＯＣ）の超純水中の含有量が、不純物ガスの再
溶解により多くなるという欠点があった。換言すれば、
凝縮液への不純物ガスの再溶解を最大限に防止し、純水
中の全有機炭素量を少なくすれば、半導体製造の歩留ま
りの向上が図られる。

この発明は、上記の如き従来の堅型管内凝縮器における
未凝縮ガス除去方法に起因する諸問題をことごとく解決
することができる未凝縮ガス除去方法およびその装置を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明による堅型管内凝縮器における未凝縮ガス除去
方法は、上記目的達成のために、上部および下部の一対
の室が多数の垂直伝熱管（２４）によって連絡せられて
おり、伝熱管（２４〉内に導入した蒸気をほぼ全量凝縮
する堅型管内凝縮器において、 上室内にこれを２分する仕切板（２９〉が設けられて、
同室内に蒸気導入室（３３）と未凝縮ガス排出室（３４
）とが形成せられると共に、下室に凝縮液排出管が配設
されて、下室が凝縮液排出室（２６）となされ、 蒸気導入室（３３〉に蒸気導入管（３２〉が配設される
と共に、未凝縮ガス排出室（３４）に未凝縮ガス排出管
（２７〉が配設されて、蒸気導入室（３３）から下行伝
熱管（２４ａ）を経て凝縮液排出室（２６）に至りさら
に同室（２６）から上行伝熱管（２４ｂ）を経て未凝縮
ガス排出室（３４）に至る蒸気流路が形成せられ、 凝縮液排出室（２６）と未凝縮ガス排出室（３４）とを
連絡している上行伝熱管（２４ｂ）の本数が伝熱管（２
４）の全本数の１７２より少なくなされ、上行伝熱管（
２４ｂ）内で凝縮した凝縮液を流下せしめると共に、導
入蒸気の残部を上昇せしめて流下凝縮液と向流接触なさ
しめ、前記蒸気流路内に残存する未凝縮ガスを未凝縮ガ
ス排出管（２７）より器外に除去する、 ことを特徴とする。

また、この発明による堅型管内凝縮器における未凝縮ガ
ス除去装置は、 上部および下部の一対の室が多数の垂直伝熱管（２４〉
によって連絡せられている堅型管内凝縮器において、 上室内にこれを２分する仕切板（２９）が設けられて、
同室内に蒸気導入室（３３）と未凝縮ガス排出室（３４
〉とが形成せられると共に、下室に凝縮液排出管が配設
されて、下室が凝縮液排出室（２６）となされ、 蒸気導入室（３３）に蒸気導入管（３２）が配設される
と共に、未凝縮ガス排出室（８４）に未凝縮ガス排出管
（２７）が配設されて、蒸気導入室（３３〉から下行伝
熱管（２４ａ）を経て凝縮液排出室（２６）に至りさら
に同室（２６）から上行伝熱管（２４ｂ）を経て未凝縮
ガス排出室（３４）に至る蒸気流路が形成せられ、 凝縮液排出室（２６）と未凝縮ガス排出室（３４）とを
連絡している上行伝熱管（２４ｂ）の本数が伝熱管（２
４）の全本数の１／２より少なくなされている、 ことを特徴とする。

［実　施　例］ この発明を、以下図面に示す実施例に基づいて具体的に
説明する。

第１〜３図はこの発明による未凝縮ガス除去方法および
装置を示し、た純水装置システムのフローシートである
。

まず、この発明による未凝縮ガス除去装置について説明
する。

堅型管内凝縮器の上部および下部には、多数の垂直伝熱
管（２４）によって連絡せられている上下一対の室が設
けられている。そして、上室内にはこれを２分する仕切
板（２９）が設けられて、同室内に蒸気導入室（３３）
と未凝縮ガス排出室（３４）とが形成せられると共に、
下室に凝縮液排出管が配設されて下室が凝縮液排出室（
２６）となされている。

また、蒸気導入室（３３）には蒸気導入管（３２）が配
設されると共に、未凝縮ガス排出室（３４〉には未凝縮
ガス排出管（２７）が配設されて、蒸気導入室（３３〉
から下行伝熱管（２４ａ）を経て凝縮液排出室（２６）
に至りさらに同室（２６）から上行伝熱管（２４ｂ）を
経て未凝縮ガス排出室（３４〉に至る蒸気流路が形威せ
られている。

そして、凝縮液排出室（２６）と未凝縮ガス排出室（３
４）”とを連絡している上行伝熱管（２４ｂ）の本数は
、伝熱管（２４）の全本数の１７２より少なくなされて
、複数本の伝熱管（２４）が上下固定板（２５ａ）　（
２５ｂ）に取り付けられている。

上記構造の凝縮器（２３）を備えた純水装置システムに
おいて、蒸発器（２１）において外部からの加熱蒸気に
よって原水を加熱蒸発して発生蒸気を得、セパレータ（
２２）で同伴ミストの大半を発生蒸気から除去する。つ
いで、この発生蒸気を蒸気導入管（３２〉を経て凝縮器
（２３〉の蒸気導入室（３３〉へ導き、複数本の下行伝
熱管（２４ａ）の管内を流下させる。そして、同蒸気は
、この管内流下過程中に、下行伝熱管（２４ａ）の外面
に沿ってシェル（３５〉内を上行する冷却水に凝縮潜熱
を与えることによって冷却され、下行伝熱管（２４ａ）
によって与えられる伝熱面積にほぼ対応した量の蒸気が
凝縮される。得られた凝縮液は凝縮液排出室（２６〉に
溜められ、必要に応じて同室（２６）から凝縮液排出管
（２８）によって器外へ抜き出される。

また、上記凝縮過程で凝縮しなかった残存蒸気は、凝縮
液排出室（２６〉内で蒸気流路の方向を変え、複数本の
上行伝熱管（２４ｂ）の管内を未凝縮ガス排出室（３４
）へ向かって上昇する。この蒸気は管内上昇過程中にや
はリシエル（３５〉内の冷却水によって冷却され、その
ほぼ全量が凝縮される。こうして生じた凝縮液は複数本
の上行伝熱管（２４ｂ）の管内を流下する。

また、この上行伝熱管（２４ｂ）における凝縮過程でも
凝縮しなかった少量の未凝縮蒸気と不純物ガスは、未凝
縮ガスとして未凝縮ガス排出室（３４）から未凝縮ガス
排出管（２７）によって器外へ排出される。

このように、上行伝熱管（２４ｂ）内では、上昇する蒸
気と流下する凝縮液とが向流で接触する。

そのため、上行伝熱管（２４ｂ）の上端部近傍で不純物
濃度が最も高くなった気相から凝縮液の液相へ不純物ガ
スが再溶解しても、この凝縮液はその流下過程で低濃度
の不純物ガスを含む上昇蒸気と向流接触し、縮液中の再
溶解不純物ガスは気相と液相での不純物ガス濃度の濃淡
差によって蒸気中に脱気されて、凝縮液排出管（２８〉
によって器外へ抜き出される。

また、上行伝熱管（２４ｂ）の本数は伝熱管（２４）の
全本数の１／２より少なくなされているので、蒸気の管
内流速は従来の構造の凝縮器における管内流速に比べて
２倍以上となり、上昇蒸気中の不純物ガスと流下凝縮液
との接触時間は短縮され、極端な場合には不純物ガスは
凝縮液に再溶解する前に未凝縮ガス排出室（３４）に導
かれ、凝縮液排出管（２８）によって器外へ抜き出され
る。

ただし、上行伝熱管（２４ｂ）の本数を伝熱管（２４〉
の全本数に対して著しく少なくした場合には、上行伝熱
管（２４ｂ）の入口部の蒸気速度が高まり、この高速蒸
気の上昇力によって自重で流下すべき凝縮液は上行伝熱
管（２４ｂ）内にホールドされる、そして、極端な場合
には凝縮液は蒸気と共に上向きに流れ、凝縮液への不純
物ガスの再溶解量が増大したり、凝縮液が未凝縮ガス排
出室（３４）から未凝縮ガス排出管（２７）を経て器外
へ排出されて、凝縮器で得る。べき純水の量が少なくな
ったりする。したがって、上行伝熱管（２４ｂ）の最低
本数は、凝縮液が管内蒸気速度に抗して上行伝熱管（２
４ｂ）の内面を自重で流下できるように、設定されなけ
ればならない。こうして、本凝縮器では、凝縮液への不
純物ガスの再溶解が最大限に防止せられて、不純物ガス
を含む未来凝縮ガスが器外へ除去される。

［発明の効果］ この発明によれば、堅型管内凝縮器において多数の伝熱
管（２４〉によって連絡されている上下一対の室のうち
上室内に、これを２分する仕切板を設け、当該下室を蒸
気導入室（３３）と未凝縮ガス排出室（ｊ４）の２つの
小室に区分し、かつ同排出室（３４）に連絡している上
行伝熱管（２４ｂ）の本数を伝熱管（２４）の全本数の
１／２より少なくしたので、上行伝熱管（２４ｂ）内に
おける未凝縮ガスの流速を大幅に高めることができる。

また、蒸気の凝縮に伴ない不純物ガス濃度が高くなる状
態では、不純物ガスと凝縮液は向流状態で流れ、不純物
ガスと凝縮液の接触時間を短縮することができる。

さらに、上行伝熱管（２４ｂ）の上端部近傍で不鈍物濃
度が最も高くなった気相から凝縮液の液相へ不純物ガス
が再溶解しても、この凝縮液はその流下過程で低濃度の
不純物ガスを含む上昇蒸気と向流接触し、縮液中の再溶
解不純物ガスは気相と液相での不純物ガス濃度の濃淡差
によって蒸気中に脱気されて、凝縮液排出管（２８〉に
よって器外へ抜き出される。

これらの結果として、凝縮液中への不純物ガスの再溶解
が最大限に防止される。したがってこの発明によれば、
純水の純度が向上され、例えば半導体製造における歩留
まりの向上を図ることのできる高純度の純水を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法および装置を示すフローシート
、第２図は第１図中のＡ部の拡大図、第３図は第１図中
の■−■線に沿う断面図、第４図は従来の方法および装
置を示すフローシート、第５図は第４図中のＢ部の拡大
図、第６図は第４図中のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面図であ
る。 （３）　（２３）・・・凝縮器、（４）　（２４）伝熱
管、（２４ａ）・・・下行伝熱管、（２４ｂ）・・・上
行伝熱管、（６）　（２６）・・・凝縮液排出室、（７
）（２７）・・・未凝縮ガス排出管、（８）（２８）・
・・凝縮液排出管、（９）・・・邪魔板、（１２）（３
２）・・・蒸気導入管、（１３）　（３３）・・・蒸気
導入室、（２９〉・・・仕切板、（３４）・・・未凝縮
ガス排出室。 以上 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部および下部の一対の室が多数の垂直伝熱管（
   ２４）によって連絡せられており、伝熱管（２４）内に
   導入した蒸気をほぼ全量凝縮する堅型管内凝縮器におい
   て、 上室内にこれを２分する仕切板（２９）が設けられて、
   同室内に蒸気導入室（３３）と未凝縮ガス排出室（３４
   ）とが形成せられると共に、下室に凝縮液排出管が配設
   されて、下室が凝縮液排出室（２６）となされ、 蒸気導入室（３３）に蒸気導入管（３２）が配設される
   と共に、未凝縮ガス排出室（３４）に未凝縮ガス排出管
   （２７）が配設されて、蒸気導入室（３３）から下行伝
   熱管（２４ａ）を経て凝縮液排出室（２６）に至りさら
   に同室（２６）から上行伝熱管（２４ｂ）を経て未凝縮
   ガス排出室（３４）に至る蒸気流路が形成せられ、 凝縮液排出室（２６）と未凝縮ガス排出室（３４）とを
   連絡している上行伝熱管（２４ｂ）の本数が伝熱管（２
   ４）の全本数の１／２より少なくなされ、 上行伝熱管（２４ｂ）内において、凝縮した凝縮液を流
   下せしめると共に、導入蒸気の残部を上昇せしめて流下
   凝縮液と向流接触なさしめ、前記蒸気流路内に残存する
   未凝縮ガスを未凝縮ガス排出管（２７）より器外に除去
   する、ことを特徴とする未凝縮ガス除去方法。
2. （２）上部および下部の一対の室が多数の垂直伝熱管（
   ２４）によって連絡せられている堅型管内凝縮器におい
   て、 上室内にこれを２分する仕切板（２９）が設けられて、
   同室内に蒸気導入室（３３）と未凝縮ガス排出室（３４
   ）とが形成せられると共に、下室に凝縮液排出管が配設
   されて、下室が凝縮液排出室（２６）となされ、 蒸気導入室（３３）に蒸気導入管（３２）が配設される
   と共に、未凝縮ガス排出室（３４）に未凝縮ガス排出管
   （２７）が配設されて、蒸気導入室（３３）から下行伝
   熱管（２４ａ）を経て凝縮液排出室（２６）に至りさら
   に同室（２６）から上行伝熱管（２４ｂ）を経て未凝縮
   ガス排出室（３４）に至る蒸気流路が形成せられ、 凝縮液排出室（２６）と未凝縮ガス排出室（３４）とを
   連絡している上行伝熱管（２４ｂ）の本数が伝熱管（２
   ４）の全本数の１／２より少なくなされている、 ことを特徴とする未凝縮ガス除去装置。