JPH11216329A - Demineralized water manufacturing device - Google Patents

Demineralized water manufacturing device

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JPH11216329A
JPH11216329A JP10017218A JP1721898A JPH11216329A JP H11216329 A JPH11216329 A JP H11216329A JP 10017218 A JP10017218 A JP 10017218A JP 1721898 A JP1721898 A JP 1721898A JP H11216329 A JPH11216329 A JP H11216329A
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JP
Japan
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gas
solid polymer
water
humidifier
module
Prior art date
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Application number
JP10017218A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Moriguchi
哲雄 森口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a demineralized water manufacturing device which is simplified and especially suitable for use in manufacture of semiconductors. SOLUTION: A humidifier 52 which humidifies a gas by bringing warm water in contact with gas, a solid polymer electrolyte module 51 constituted by laminating a plurality of solid polymer electrolytic elements wherein an electrode is provided on both sides of a hydrogen ion electroconductive solid polymer electrolyte film while a vent path is formed, and a water condenser 55 condensing steam by cooling the gas humidified in a saturated state are provided. The humidifier 52 is connected to an anode side vent path 54 of the solid polymer electrolyte module 51 via a gas circulation means 57, and the gas becomes capable of being circulated. Further, the water condenser 55 is connected to a cathode side vent path 56 of the solid polymer electrolyte module 51 via a gas circulation means 58, and the gas becomes capable of being circulated between both.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は水素イオン導電性の
固体高分子電解モジュールを用いて気中の水蒸気を電解
する電解作用によって純水を製造する装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing pure water by the electrolytic action of electrolyzing water vapor in air using a hydrogen ion conductive solid polymer electrolytic module.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の代表的な超純水製造システ
ムを説明するための図である。これは“新しい水の基礎
知識”(久保田昌治著、オーム社出版)に記載されてい
るものを示したものである。図6において、装置は大き
く分けて前処理システム1、純水システム2、超純水シ
ステム3、廃水回収システム4の四つの部分から構成さ
れている。前処理システム1は凝集槽5と濾過器6で構
成され、原水中の濁質やコロイド物質を凝集沈澱・ろ過
する。次いで、この処理水を逆浸透(RO)装置7で処
理し、溶解・分散している塩類、有機物、微粒子、生菌
等を除去する。RO処理7に先立って濁度成分を除去す
るのは処理水中に濁度成分が含まれていると、RO膜の
目詰まり等の原因になり装置のメンテナンスが面倒なば
かりでなく、水質低下の原因にもなるからである。RO
で除去されなかった二酸化炭素や溶存酸素などは脱気塔
8で除去される。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional typical ultrapure water production system. This shows what is described in "Basic knowledge of new water" (by Shoji Kubota, published by Ohmsha). In FIG. 6, the apparatus is roughly divided into four parts: a pretreatment system 1, a pure water system 2, an ultrapure water system 3, and a wastewater recovery system 4. The pretreatment system 1 includes a coagulation tank 5 and a filter 6, and coagulates and precipitates and filters turbid and colloidal substances in raw water. Next, the treated water is treated by a reverse osmosis (RO) device 7 to remove dissolved and dispersed salts, organic substances, fine particles, viable bacteria and the like. The reason for removing the turbidity component prior to the RO treatment 7 is that if the turbidity component is contained in the treated water, it may cause clogging of the RO membrane and the like, which not only makes the maintenance of the apparatus troublesome, but also reduces the water quality. It is also a cause. RO
The carbon dioxide, dissolved oxygen, and the like that have not been removed in step (a) are removed in the deaerator 8.

【0003】さらに透過水中に残留する微量のイオン類
はイオン交換装置9で脱塩され、高純度の純水となり、
超純水システム3に送られる。超純水システム3では、
一次純水をさらに高純度の純水にするため、紫外線殺菌
器10で殺菌と残留イオンおよび微粒子を除去する。紫
外線殺菌器は波長254nm付近の紫外線を利用する。
デミナー11は非再生型のイオン交換樹脂塔である。
[0003] Further, trace amounts of ions remaining in the permeated water are desalted in an ion exchange device 9 to become high-purity pure water.
It is sent to the ultrapure water system 3. In ultrapure water system 3,
In order to make the primary purified water into pure water of higher purity, the ultraviolet sterilizer 10 sterilizes and removes residual ions and fine particles. The ultraviolet sterilizer uses ultraviolet light having a wavelength of about 254 nm.
The deminer 11 is a non-regeneration type ion exchange resin tower.

【0004】限外ろ過装置または逆浸透装置12はファ
イナルフィルタとも呼ばれており、超純水の総仕上げの
役割を担っている。ここで、ごく微量のイオン交換樹脂
の破砕物、細菌、微粒子などが除去され、高度の超純水
となりユースポイント13へ供給される。生成した超純
水は常時循環浄化されている。ユースポイント13から
の比較的汚染の少ない廃水は活性炭塔14により有機物
を、イオン交換樹装置15によりイオン類をそれぞれ除
去し、微量の有機物は紫外線酸化装置16で酸化分解
後、前処理システム1へ戻し、再利用する。
[0004] The ultrafiltration device or reverse osmosis device 12 is also called a final filter, and plays a role of finishing the ultrapure water. Here, a very small amount of the crushed product of the ion exchange resin, bacteria, fine particles and the like are removed, and the water is converted into highly purified water and supplied to the use point 13. The generated ultrapure water is constantly circulated and purified. Wastewater from the use point 13 with relatively little contamination is removed of organic matter by the activated carbon tower 14 and ions by the ion-exchange tree device 15, and a trace amount of organic matter is oxidatively decomposed by the ultraviolet oxidizer 16 and then sent to the pretreatment system 1. Return and reuse.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の超純水製造装置
は以上のように構成されており、固体成分除去、溶存ガ
ス成分除去、イオン除去等のため非常に多くの構成要素
でシステムを構成する必要があった。また外部から塩
類、有機物、微粒子、生菌等を除去するため濾過用の多
種類のフィルタを必要とするためメンテナンスが必要で
あった。本発明の目的は、上記のような従来の課題を解
決し、純水系を電気化学的に補給水系統から切り離し、
簡素化された、とくに半導体の製造に適した純水製造装
置の提供にある。
The conventional ultrapure water production apparatus is configured as described above, and the system is constituted by a great number of components for removing solid components, removing dissolved gas components, removing ions, and the like. I needed to. In addition, since various kinds of filters for filtration are required to remove salts, organic substances, fine particles, viable bacteria and the like from the outside, maintenance is required. An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above and to electrochemically separate a pure water system from a makeup water system,
It is an object of the present invention to provide a simplified pure water production apparatus particularly suitable for semiconductor production.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、温水と気体を
接触させて気体を加湿する加湿器と、水素イオン導電性
の固体高分子電解質膜の両面に電極を設けた複数の固体
高分子電解素子を空気の通気路を形成しながら積層して
構成した固体高分子電解モジュールと、飽和状態に加湿
された気体を冷却して水蒸気を凝縮する水凝縮器とを備
え、前記加湿器と前記固体高分子電解モジュールの陽極
側通気路とが気体循環手段を介して連結し両者間で気体
が循環可能になっており、かつ前記水凝縮器と前記固体
高分子電解モジュールの陰極側通気路とが気体循環手段
を介して連結し両者間で気体が循環可能になっているこ
とを特徴とする純水製造装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a humidifier for humidifying a gas by bringing hot water into contact with a gas, and a plurality of solid polymers provided with electrodes on both surfaces of a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane. A solid polymer electrolytic module configured by laminating electrolytic elements while forming an air passage, and a water condenser for cooling a gas humidified to a saturated state and condensing water vapor, the humidifier and the The anode side ventilation path of the solid polymer electrolysis module is connected via gas circulation means so that gas can be circulated between them, and the water condenser and the cathode side ventilation path of the solid polymer electrolysis module are connected to each other. Are connected via gas circulation means so that gas can be circulated between the two.

【0007】また本発明は、飽和状態に加湿された気体
を冷却して水蒸気を凝縮するために使用される、水凝縮
器に設けられた冷却器に冷水を通水し、凝縮熱を回収し
て温水にし、これを加湿器に送り込み、加湿器内を循環
する気体と直接接触させて前記の循環する気体を加湿す
ることを特徴とする前記の純水製造装置を提供するもの
である。
Further, according to the present invention, cold water is passed through a cooler provided in a water condenser, which is used for condensing water vapor by cooling a gas humidified to a saturated state, thereby recovering heat of condensation. The hot water is supplied to a humidifier, and the hot water is fed into the humidifier. The circulating gas is humidified by directly contacting the gas circulating in the humidifier.

【0008】さらに本発明は、固体高分子電解モジュー
ルの電解作用で陽極側に発生する酸素を、固体高分子電
解モジュールの陰極側通気路に導入し、固体高分子電解
モジュールの陰極側で消費する酸素を補給するようにし
た前記の純水製造装置を提供するものである。
Further, according to the present invention, oxygen generated on the anode side by the electrolytic action of the solid polymer electrolytic module is introduced into the cathode side ventilation passage of the solid polymer electrolytic module and consumed on the cathode side of the solid polymer electrolytic module. An object of the present invention is to provide the pure water producing apparatus described above, which replenishes oxygen.

【0009】さらにまた本発明は、固体高分子電解モジ
ュールの陰極側通気路を循環する気体は固体高分子電解
モジュールの陰極側で発生する水素ガスとし、固体高分
子電解モジュールの陽極側通気路および陰極側通気路の
一部を触媒層に連結し、前記固体高分子電解モジュール
の陽極側で発生する酸素と、陰極側で発生する水素とを
前記触媒層内に送り込んで反応処理することを特徴とす
る前記の純水製造装置を提供するものである。
Further, according to the present invention, the gas circulating in the cathode side ventilation passage of the solid polymer electrolysis module is hydrogen gas generated on the cathode side of the solid polymer electrolysis module, A part of the cathode side ventilation path is connected to the catalyst layer, and oxygen generated on the anode side of the solid polymer electrolyte module and hydrogen generated on the cathode side are sent into the catalyst layer for reaction treatment. The pure water producing apparatus described above is provided.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、本発明の
超純水製造装置50のシステム構成図を示したものであ
る。図1において、51は固体高分子電解モジュール
(以下、電解モジュールという)であり、一次側の気流
中の水蒸気を電気化学的に2次側に移動させる機能を有
し、その詳細は後述する。52は加湿器であり、温水5
3と電解モジュールの陽極側通気路54を循環する循環
気体と直接接触させて循環気体を加湿するものである。
55は水凝縮器であり、電解モジュールの陰極側通気路
56を循環する飽和循環気体を冷却して水蒸気を凝縮滴
下させるものである。陽極側通気路54および陰極側通
気路56には、それぞれ気体を循環させるための気体循
環手段57および58(例えば送風機)が配置され、そ
れぞれの通気路内の気体の循環を行っている。加湿器5
2には循環水ポンプ59が連結され、加湿器52の底部
に溜まった水を頂部に汲み上げて滴下させ、陽極側通気
路54を循環する循環気体と直接接触させている。水凝
縮器55の底部には取水管60が連結され、凝縮水61
を取水できるようにしている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 shows a system configuration diagram of an ultrapure water production apparatus 50 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 51 denotes a solid polymer electrolysis module (hereinafter, referred to as an electrolysis module), which has a function of electrochemically moving water vapor in a primary air stream to a secondary side, the details of which will be described later. Reference numeral 52 denotes a humidifier,
The circulating gas is humidified by making direct contact with the circulating gas circulating in the anode side ventilation passage 54 of the electrolytic module 3.
Reference numeral 55 denotes a water condenser, which cools the saturated circulating gas circulating in the cathode side ventilation path 56 of the electrolytic module to condense and drop water vapor. In the anode side ventilation path 54 and the cathode side ventilation path 56, gas circulation means 57 and 58 (for example, a blower) for circulating gas are arranged, respectively, and circulate the gas in the respective ventilation paths. Humidifier 5
A circulating water pump 59 is connected to 2, and the water collected at the bottom of the humidifier 52 is pumped up to the top to be dropped and brought into direct contact with the circulating gas circulating through the anode side ventilation path 54. An intake pipe 60 is connected to the bottom of the water condenser 55, and condensed water 61 is provided.
So that you can take water.

【0011】図2は本発明に使用される電解モジュール
50を構成する固体高分子電解素子62(以下電解素子
という)を説明するための図である。図2において63
a、bは多孔質電極で、例えばエキスパンドメタル等で
構成されている。一対の多孔質電極63a、63bは水
素イオン導電性の固体高分子電解質膜64の両面に例え
ば熱圧接されて設けられている。多孔質電極63a、6
3bの両端には電気的接片65a、65bが取り付けら
れ、給電系統からの電気を電極に給電するようにしてい
る。多孔質電極63a、63bと固体高分子電解質膜6
4の接合面、もしくは電極の外表面には図示はしないが
白金族系金属触媒層が形成され、両電極面での電解反応
の活性度を高めている。
FIG. 2 is a view for explaining a solid polymer electrolytic element 62 (hereinafter referred to as an electrolytic element) constituting the electrolytic module 50 used in the present invention. In FIG. 2, 63
a and b are porous electrodes, for example, made of expanded metal or the like. The pair of porous electrodes 63 a and 63 b are provided, for example, by thermal pressure contact on both surfaces of the proton conductive solid polymer electrolyte membrane 64. Porous electrodes 63a, 6
Electric contact pieces 65a and 65b are attached to both ends of 3b so that electricity from a power supply system is supplied to the electrodes. Porous electrodes 63a and 63b and solid polymer electrolyte membrane 6
Although not shown, a platinum group metal catalyst layer is formed on the bonding surface of No. 4 or the outer surface of the electrode to increase the activity of the electrolytic reaction on both electrode surfaces.

【0012】図3は、本発明に使用される電解モジュー
ル51を説明するための図である。図3において、62
は電解素子で図2に示すものである。66はスペーサで
上記電解素子62を一定の間隔を保って積層すると共に
空気流路67を形成している。相隣る空気流路67は直
交するようにスペーサ66が電解素子62の両端で互い
違いに配置されている。上記電解素子62を一定の間隔
を保って積層するため第2のスペーサ68を配置する場
合もある。スペーサ66は炭素棒のような電気的良導
体、もしくはプラスチックなどの絶縁ブロックの表面に
導電性金属板を添わせたもので、電解素子62がスペー
サ66を介して積層されたとき、上下の素子62間が電
気的に連結できるようになっている。
FIG. 3 is a diagram for explaining an electrolysis module 51 used in the present invention. In FIG.
Is an electrolytic element shown in FIG. Reference numeral 66 denotes a spacer for stacking the electrolytic elements 62 at a constant interval and forming an air passage 67. Spacers 66 are alternately arranged at both ends of the electrolytic element 62 so that adjacent air flow paths 67 are orthogonal to each other. In some cases, a second spacer 68 is provided to stack the electrolytic elements 62 at a constant interval. The spacer 66 is formed by attaching a conductive metal plate to the surface of an electrically good conductor such as a carbon rod or an insulating block of plastic or the like. When the electrolytic element 62 is stacked via the spacer 66, the upper and lower elements 62 The space can be electrically connected.

【0013】次に電解モジュール51の作用について述
べる。電解モジュール51を構成する電解素子62は図
2に示すように、水素イオン(プロトン)を選択的に通
過させる固体高分子電解質膜64を挟持して電解反応を
促進する触媒層を介して電極63a、63bを例えば熱
圧接して設けて複合膜状に構成している。固体高分子電
解質膜64は、例えばナフィオン(Du Pont社登録商
標)膜などが用いられる。また、電極63a、63bと
しては白金鍍金が施されたエキスパンドチタン、あるい
は陰極63bとしては炭素繊維の不織布などが用いられ
る。電解素子62は被除湿側が陽極側、加湿側が陰極側
になように直流電源69が接続されている。そこで、直
流電源69から陽極63aと陰極63bの間に電力が供
給されると、陽極側の空気中の水蒸気が電気分解されて
下記式(1)の反応により水分子を分解し、酸素を発生
して湿度が低下する。
Next, the operation of the electrolysis module 51 will be described. As shown in FIG. 2, the electrolytic element 62 constituting the electrolytic module 51 sandwiches a solid polymer electrolyte membrane 64 that selectively allows hydrogen ions (protons) to pass therethrough. , 63b are provided, for example, by hot pressing to form a composite film. As the solid polymer electrolyte membrane 64, for example, a Nafion (registered trademark of DuPont) membrane or the like is used. The electrodes 63a and 63b are made of expanded titanium plated with platinum, and the cathode 63b is made of a nonwoven fabric of carbon fiber. The DC power supply 69 is connected to the electrolytic element 62 such that the dehumidified side is on the anode side and the humidified side is on the cathode side. Then, when power is supplied between the anode 63a and the cathode 63b from the DC power supply 69, water vapor in the air on the anode side is electrolyzed, and water molecules are decomposed by the reaction of the following formula (1) to generate oxygen. And the humidity decreases.

【0014】 陽極側:2H2O → O2 + 4H+ + 4e- (1)[0014] anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - (1)

【0015】さらに水素イオンに同伴して複数の水分子
が陽極側から陰極側に移動する。従って陽極側では水分
子が消費されるため湿度が低下して乾燥空気が得られ
る。また上記電解反応時に陽極側で生成した水素イオン
(H+)は固体高分子電解質膜64中を通って陰極に達
する。一方、電子(e-)は外部回路を通って陰極に達
する。そして、下記式(2)の反応により陰極側で酸素
を消費して水を生成する。
Further, a plurality of water molecules move from the anode side to the cathode side accompanying the hydrogen ions. Accordingly, since water molecules are consumed on the anode side, the humidity is reduced and dry air is obtained. Hydrogen ions (H + ) generated on the anode side during the electrolytic reaction pass through the solid polymer electrolyte membrane 64 and reach the cathode. On the other hand, the electrons (e ) reach the cathode through an external circuit. Then, oxygen is consumed on the cathode side by the reaction of the following formula (2) to generate water.

【0016】 陰極側:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (2)Cathode side: O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)

【0017】これによって陰極側を流れる空気は加湿さ
れ湿潤空気となる。以上の作用によってモジュール51
の陽極が相対する通気路67aを流れる矢印Aで示す空
気流は空気中に含まれる水蒸気が電気分解されて消費さ
れるため減湿され乾燥空気体となる。一方、陰極が相対
する通気路67bを流れる矢印Bで示す空気流は、酸素
が消費されて水蒸気が生成されるため加湿されて湿潤空
気流となる。また矢印A、Bで示す空気流は直交流で構
成して、それぞれ別の方向からそれぞれの空気流を取り
出すようにしている。前式(1)、(2)で示す電解反
応に必要な電力は直流電源69から給電している。
As a result, the air flowing on the cathode side is humidified and becomes humid air. With the above operation, the module 51
The air flow indicated by the arrow A flowing through the air passage 67a opposed to the anode is dehumidified and becomes a dry air body because the water vapor contained in the air is electrolyzed and consumed. On the other hand, the air flow indicated by the arrow B flowing through the ventilation passage 67b facing the cathode is humidified because the oxygen is consumed to generate water vapor, and becomes a humid air flow. Further, the air flows indicated by arrows A and B are formed by cross flow, and the respective air flows are taken out from different directions. The power required for the electrolytic reaction represented by the above equations (1) and (2) is supplied from the DC power supply 69.

【0018】次に図1に示すシステムの動作について述
べる。加湿器52と電解モジュール51の陽極側の通気
路54に、送風機のような気体循環手段57を設け、こ
れによって通気路54内の気体を循環させる。このと
き、電解モジュール51の陽極面を気体が通過すると前
式(1)に示す電解反応によって気体中の水蒸気は消費
され乾燥気体となって排出され、加湿器52の底部に送
気される。加湿器52の底部に送りこまれた気体は頂部
から滴下してくる温水53と直接接触することによって
加湿され、再び電解モジュール51の陽極側に送り込ま
れ、循環を繰り返す。加湿器の頂部から滴下してきた温
水53は加湿器52の底部に送りこまれた低湿度の気体
と直接接触するとき一部蒸発して気体を加湿するが、そ
の時蒸発潜熱を奪われることによって低温になり加湿器
52の底部に貯水されたのち循環ポンプ59によって水
加熱器70に送られ、ここで水が加温されて加湿器52
の頂部に送り込まれる循環を繰り返す。循環気体は陽極
側で発生する酸素ガスを循環するか、あるいは外気を一
部取り入れて循環させる。
Next, the operation of the system shown in FIG. 1 will be described. Gas circulation means 57 such as a blower is provided in the humidifier 52 and the ventilation passage 54 on the anode side of the electrolytic module 51, thereby circulating the gas in the ventilation passage 54. At this time, when the gas passes through the anode surface of the electrolytic module 51, the water vapor in the gas is consumed by the electrolytic reaction shown in the above formula (1), is dried and discharged, and is sent to the bottom of the humidifier 52. The gas sent to the bottom of the humidifier 52 is humidified by coming into direct contact with the hot water 53 dropped from the top, sent again to the anode side of the electrolytic module 51, and repeats circulation. The hot water 53 dropped from the top of the humidifier partially evaporates and humidifies the gas when it comes into direct contact with the low-humidity gas sent to the bottom of the humidifier 52. After being stored at the bottom of the humidifier 52, it is sent to a water heater 70 by a circulation pump 59, where the water is heated and the humidifier 52
The circulation sent to the top of the is repeated. The circulating gas circulates oxygen gas generated on the anode side or circulates by partially taking in outside air.

【0019】つぎに水凝縮器55と電解モジュール51
の陰極側の通気路56に、送風機のような気体循環手段
58を設け、これによって通気路56内の気体を循環さ
せる。このとき、電解モジュール51の陰極面を気体が
通過し、前式(2)に示す電解反応によって気流中の酸
素を消費して水蒸気を生成することによって循環気体は
加湿され飽和状態になる。水凝縮器55に送りこまれた
気体は冷却される過程で気体中の水蒸気が凝縮され凝縮
水61となって分離されると共に、気体は再び電解モジ
ュール51の陰極側に送り込まれる循環を繰り返す。ま
た凝縮水61は純水として取水管60から外部に取り出
されて使用される。
Next, the water condenser 55 and the electrolysis module 51
A gas circulating means 58 such as a blower is provided in the ventilation path 56 on the cathode side of the above, whereby the gas in the ventilation path 56 is circulated. At this time, the gas passes through the cathode surface of the electrolytic module 51, and the circulating gas is humidified and saturated by consuming oxygen in the gas stream and generating water vapor by the electrolytic reaction shown in the above formula (2). In the course of cooling, the gas sent to the water condenser 55 is condensed with water vapor in the gas to be separated as condensed water 61, and the gas repeats the circulation sent to the cathode side of the electrolytic module 51 again. The condensed water 61 is taken out of the water intake pipe 60 as pure water and used.

【0020】水凝縮器55と電解モジュール51の陰極
側通気路56を循環する気体中の酸素は前式(2)に示
すように消費されるため、減った分の酸素を補給する必
要がある。そのため陽極側通気路54と陰極側通気路5
6を図1に示すように分岐回路71で連結し、陽極側で
発生する酸素を陰極側通気路56に送気するか、あるい
は外気を一部取り入れて循環させるようにしている。
Since oxygen in the gas circulating in the water condenser 55 and the cathode side ventilation passage 56 of the electrolysis module 51 is consumed as shown in the above equation (2), it is necessary to supply a reduced amount of oxygen. . Therefore, the anode side ventilation path 54 and the cathode side ventilation path 5
1 are connected by a branch circuit 71 as shown in FIG. 1 so that oxygen generated on the anode side is supplied to the cathode side ventilation path 56 or is circulated by partially taking in outside air.

【0021】実施の形態2.実施の形態1.では加湿器
52の底部に送りこまれた気体を加湿するため加湿器の
頂部から温水53を滴下させて直接接触することによっ
て加湿している。加湿器52の底部に貯水された水は低
湿度の空気と接触した後の水であるため蒸発潜熱を奪わ
れて温度が低くなっている。従って水加熱器70によっ
て加温して加湿器52の頂部に送り込んでいるが、図4
に示すように水加熱器70の機能を水凝縮器55に兼ね
させ、水凝縮器を構成する冷却器55aに循環ポンプ5
9で加湿器52の底部に貯水された水を送り込んで水凝
縮器内で飽和状態に加湿された気体から凝縮熱を回収し
て温水にするようにしてもよい。
Embodiment 2 FIG. Embodiment 1 FIG. In the humidifier, warm water 53 is dropped from the top of the humidifier to humidify the gas sent to the bottom of the humidifier 52, and humidified by direct contact. The water stored at the bottom of the humidifier 52 is water after contacting with low-humidity air, so the latent heat of evaporation is deprived and the temperature is lowered. Therefore, the water is heated by the water heater 70 and sent to the top of the humidifier 52.
As shown in the figure, the function of the water heater 70 is also used by the water condenser 55, and the circulation pump 5 is provided to the cooler 55a constituting the water condenser.
At 9, the water stored in the bottom of the humidifier 52 may be sent to recover the heat of condensation from the gas humidified to a saturated state in the water condenser to make it hot water.

【0022】実施の形態3.実施の形態1.および2.
では電解モジュール51の陰極側で消費する酸素を補給
するため陽極側で発生する酸素を陰極側に送気するか、
あるいは外気を一部取り入れて循環させるようにしてい
る。この場合飽和気体を冷却して凝縮水を得る過程では
有酸素状態で行われるため酸素が凝縮水の中に若干溶け
込むことになる。半導体製造ラインでは超純水を多量に
使用するが、多くの場合超純水中の溶存酸素が無いこと
を要求する。この場合は図5に示すように陰極側通気路
56を循環する気体として下記式(3)で示される化学
反応によって発生する水素を採用し、これを循環させる
ことにより無酸素状態の純水を得ることが出来る。
Embodiment 3 FIG. Embodiment 1 FIG. And 2.
In order to supply oxygen consumed on the cathode side of the electrolytic module 51, oxygen generated on the anode side is supplied to the cathode side,
Alternatively, it circulates by taking in some outside air. In this case, since the process of cooling the saturated gas to obtain condensed water is performed in an aerobic state, oxygen slightly dissolves in the condensed water. Although a large amount of ultrapure water is used in a semiconductor production line, it is often required that there is no dissolved oxygen in the ultrapure water. In this case, as shown in FIG. 5, hydrogen generated by a chemical reaction represented by the following formula (3) is adopted as a gas circulating in the cathode side ventilation passage 56, and oxygen-free pure water is circulated to circulate the hydrogen. Can be obtained.

【0023】 陰極側:2H+ + 2e- → H2 (3)Cathode side: 2H + + 2e → H 2 (3)

【0024】前式(3)では水の発生は無いが、陽極側
から陰極側に水素イオン(H+)が移動してくるとき、
複数の水分子(3分子程度)を同伴して移動して陰極側
を循環する気体を加湿する。この加湿気体を冷却するこ
とによって同伴水分子を無酸素状態の環境下で凝縮し、
溶存酸素の無い凝縮水として取り出すことが出来る。こ
の場合陽極側からは酸素、陰極側からは水素が継続的に
生成されるため分岐路72からそれぞれ余剰ガスを取り
出して、例えば白金系金属からなる触媒層73に送り込
んで反応処理している。
In the above formula (3), no water is generated, but when hydrogen ions (H + ) move from the anode side to the cathode side,
A plurality of water molecules (about three molecules) move together and humidify the gas circulating on the cathode side. By cooling this humidified gas, the entrained water molecules are condensed in an oxygen-free environment,
It can be taken out as condensed water without dissolved oxygen. In this case, since oxygen is continuously generated from the anode side and hydrogen is continuously generated from the cathode side, surplus gas is taken out from each of the branch passages 72 and sent to a catalyst layer 73 made of, for example, a platinum-based metal for reaction treatment.

【0025】[0025]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、温水と気
体を接触させて気体を加湿する加湿器と、水素イオン導
電性の固体高分子電解質膜の両面に電極を設けた複数の
固体高分子電解素子を空気の通気路を形成しながら積層
して構成した固体高分子電解モジュールと、飽和状態に
加湿された気体を冷却して水蒸気を凝縮する水凝縮器と
を備え、前記加湿器と前記固体高分子電解モジュールの
陽極側通気路とが気体循環手段を介して連結し両者間で
気体が循環可能になっており、かつ前記水凝縮器と前記
固体高分子電解モジュールの陰極側通気路とが気体循環
手段を介して連結し両者間で気体が循環可能になってい
るため、構成要素の少ない簡素化された純水製造装置が
得られる。
According to the first aspect of the invention, a humidifier for humidifying a gas by bringing hot water into contact with a gas, and a plurality of solids having electrodes provided on both surfaces of a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane. A humidifier comprising: a solid polymer electrolytic module configured by stacking polymer electrolytic elements while forming an air ventilation path; and a water condenser for cooling a gas humidified to a saturated state and condensing water vapor. And the anode-side ventilation path of the solid polymer electrolyte module are connected via gas circulation means so that gas can be circulated therebetween, and the water condenser and the cathode-side ventilation of the polymer electrolyte module are connected. Since the path is connected to the path via the gas circulating means and the gas can be circulated between the two, a simplified pure water production apparatus with few components can be obtained.

【0026】請求項2に係る発明によれば、飽和状態に
加湿された気体を冷却して水蒸気を凝縮するために使用
される、水凝縮器に設けられた冷却器に冷水を通水し、
凝縮熱を回収して温水にし、これを加湿器に送り込み、
加湿器内を循環する気体と直接接触させて前記の循環す
る気体を加湿するため、省エネルギー化された純水製造
装置が得られる。
According to the second aspect of the present invention, cold water is passed through a cooler provided in the water condenser, which is used for cooling the humidified gas to a saturated state and condensing water vapor.
Collect the heat of condensation to make it hot water, send it to the humidifier,
Since the circulating gas is humidified by being brought into direct contact with the gas circulating in the humidifier, an energy-saving pure water producing apparatus can be obtained.

【0027】請求項3に係る発明によれば、固体高分子
電解モジュールの電解作用で陽極側に発生する酸素を、
固体高分子電解モジュールの陰極側通気路に導入し、固
体高分子電解モジュールの陰極側で消費する酸素を補給
するようにしたので、外気を取り込む必要が無く、閉空
間内で外部からの汚損等の影響を受けることなく純水を
生成する超純水製造装置が得られる。
According to the third aspect of the present invention, oxygen generated on the anode side by the electrolytic action of the polymer electrolyte module is
Introduced into the cathode side ventilation path of the polymer electrolyte module to supply oxygen consumed on the cathode side of the polymer electrolyte module, so there is no need to take in outside air, and external contamination in a closed space. An ultrapure water production apparatus that produces pure water without being affected by the above is obtained.

【0028】請求項4に係る発明によれば、固体高分子
電解モジュールの陰極側通気路を循環する気体は固体高
分子電解モジュールの陰極側で発生する水素ガスとし、
固体高分子電解モジュールの陽極側通気路および陰極側
通気路の一部を触媒層に連結し、前記固体高分子電解モ
ジュールの陽極側で発生する酸素と、陰極側で発生する
水素とを前記触媒層内に送り込んで反応処理するため、
溶存酸素の無い純水を生成する超純水製造装置が得られ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, the gas circulating in the cathode side ventilation path of the solid polymer electrolytic module is hydrogen gas generated on the cathode side of the solid polymer electrolytic module,
A part of the anode-side ventilation path and the cathode-side ventilation path of the solid polymer electrolysis module are connected to a catalyst layer, and oxygen generated on the anode side of the solid polymer electrolysis module and hydrogen generated on the cathode side are converted into the catalyst. In order to send it into the layer for reaction processing,
An ultrapure water production device that produces pure water without dissolved oxygen is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の純水製造装置のシステム構成図であ
る。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a pure water production apparatus of the present invention.

【図2】 本発明に使用される固体高分子電解素子を説
明するための図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a solid polymer electrolyte device used in the present invention.

【図3】 本発明に使用される固体高分子電解モジュー
ルを説明するための図例である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a solid polymer electrolytic module used in the present invention.

【図4】 本発明の純水製造装置の別のシステム構成図
である。
FIG. 4 is another system configuration diagram of the pure water production apparatus of the present invention.

【図5】 本発明の純水製造装置のさらに別のシステム
構成図である。
FIG. 5 is still another system configuration diagram of the pure water production apparatus of the present invention.

【図6】 従来の純水製造装置のシステム構成図であ
る。
FIG. 6 is a system configuration diagram of a conventional pure water production apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 前処理システム、3 超純水システム、4 廃水回
収システム、5 凝集槽、6 濾過器、7 逆浸透(R
O)装置、8 脱気塔、9 イオン交換装置、10 紫
外線殺菌器、11 デミナー、12 限外ろ過装置また
は逆浸透装置、13 ユースポイント、14 活性炭
塔、15 イオン交換樹装置、50 純水製造装置、5
1 電解モジュール、52 加湿器、54 陽極側通気
路、55 水凝縮器、56 陰極側通気路、57,58
気体循環手段、59 循環水ポンプ、60 取水管、
61 凝縮水、62 固体高分子電解素子、66 スペ
ーサ、70 水加熱器、71 分岐回路。
1 Pretreatment system, 3 Ultrapure water system, 4 Wastewater recovery system, 5 Coagulation tank, 6 Filter, 7 Reverse osmosis (R
O) device, 8 degassing tower, 9 ion exchange device, 10 ultraviolet sterilizer, 11 deminer, 12 ultrafiltration device or reverse osmosis device, 13 use point, 14 activated carbon tower, 15 ion exchange tree device, 50 pure water production Equipment, 5
1 electrolysis module, 52 humidifier, 54 anode side ventilation path, 55 water condenser, 56 cathode side ventilation path, 57, 58
Gas circulation means, 59 circulating water pump, 60 intake pipe,
61 condensed water, 62 solid polymer electrolyte element, 66 spacer, 70 water heater, 71 branch circuit.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温水と気体を接触させて気体を加湿する
加湿器と、水素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両
面に電極を設けた複数の固体高分子電解素子を空気の通
気路を形成しながら積層して構成した固体高分子電解モ
ジュールと、飽和状態に加湿された気体を冷却して水蒸
気を凝縮する水凝縮器とを備え、 前記加湿器と前記固体高分子電解モジュールの陽極側通
気路とが気体循環手段を介して連結し両者間で気体が循
環可能になっており、かつ前記水凝縮器と前記固体高分
子電解モジュールの陰極側通気路とが気体循環手段を介
して連結し両者間で気体が循環可能になっていることを
特徴とする純水製造装置。
1. A humidifier for humidifying a gas by bringing hot water and a gas into contact with each other, and a plurality of solid polymer electrolyte elements provided with electrodes on both surfaces of a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane through an air passage. A solid polymer electrolysis module formed by stacking while forming, and a water condenser for cooling gas humidified to a saturated state and condensing water vapor, wherein the humidifier and the anode side of the solid polymer electrolysis module An air passage is connected via gas circulation means so that gas can be circulated therebetween, and the water condenser and the cathode air passage of the polymer electrolyte module are connected via gas circulation means. And a gas circulator between the two.
【請求項2】 飽和状態に加湿された気体を冷却して水
蒸気を凝縮するために使用される、水凝縮器に設けられ
た冷却器に冷水を通水し、凝縮熱を回収して温水にし、
これを加湿器に送り込み、加湿器内を循環する気体と直
接接触させて前記の循環する気体を加湿することを特徴
とする請求項1に記載の純水製造装置。
2. Cooling water is passed through a cooler provided in a water condenser, which is used for condensing water vapor by cooling a gas humidified to a saturated state, and recovering heat of condensation to make hot water. ,
2. The pure water production apparatus according to claim 1, wherein the circulating gas is fed into a humidifier and brought into direct contact with a gas circulating in the humidifier to humidify the circulating gas.
【請求項3】 固体高分子電解モジュールの電解作用で
陽極側に発生する酸素を、固体高分子電解モジュールの
陰極側通気路に導入し、固体高分子電解モジュールの陰
極側で消費する酸素を補給するようにした請求項1また
は2に記載の純水製造装置。
3. The oxygen generated on the anode side by the electrolytic action of the solid polymer electrolysis module is introduced into the cathode side ventilation path of the solid polymer electrolysis module to supply oxygen consumed on the cathode side of the solid polymer electrolysis module. The pure water production apparatus according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 固体高分子電解モジュールの陰極側通気
路を循環する気体は固体高分子電解モジュールの陰極側
で発生する水素ガスとし、固体高分子電解モジュールの
陽極側通気路および陰極側通気路の一部を触媒層に連結
し、前記固体高分子電解モジュールの陽極側で発生する
酸素と、陰極側で発生する水素とを前記触媒層内に送り
込んで反応処理することを特徴とする請求項1または2
に記載の純水製造装置。
4. The gas circulating in the cathode side ventilation passage of the solid polymer electrolysis module is hydrogen gas generated on the cathode side of the solid polymer electrolysis module, and the anode side ventilation passage and the cathode side ventilation passage of the solid polymer electrolysis module are used. Is connected to the catalyst layer, and oxygen generated on the anode side of the solid polymer electrolyte module and hydrogen generated on the cathode side are sent into the catalyst layer for reaction treatment. 1 or 2
2. The pure water production apparatus according to 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013234357A (en) * 2012-05-09 2013-11-21 Sharp Corp Water purifier

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