KR101632252B1

KR101632252B1 - 순수 액체 제조 장치

Info

Publication number: KR101632252B1
Application number: KR1020127005221A
Authority: KR
Inventors: 하루오 우에하라
Original assignee: 하루오 우에하라
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2016-06-21
Also published as: EP2564911B1; JP5150785B2; WO2011135724A1; EP2564911A1; KR20130080421A; JPWO2011135724A1; US20130092522A1; CN102905768B; CN102905768A; EP2564911A4; US8617358B2

Abstract

순수(純水) 등의 순수 액체를 간략한 구조로 효율적으로 제조할 수 있고, 순수 등의 공급에 관한 비용을 억제할 수 있는 순수 액체 제조 장치이며, 가열기(11)로부터 응축기(14)까지의, 증발시킨 증기로부터 순수한 액체를 얻기 위한 일련의 각각의 기기와 함께, 증발기(12)에서 증발되지 않았던 액체나 분리기(13)에서 포집된 액체를 저류하는 드레인 탱크(18)를 설치하고, 드레인 탱크(18)에서 증발기(12)나 분리기(13)를 나온 액체와 신규의 액체를 미리 혼합한 다음, 이 혼합한 액체를 펌프(19)로 가압하여 가열기(11)에 공급함으로써, 드레인 탱크(18)가 압력의 완충부로 되어 증발기(12)나 분리기(13) 등의 각 기기 내의 압력의 유지가 용이하게 되어, 액체의 증발을 위해 감압 상태를 생기게 하는 감압 배기 장치(70)의 부하를 경감할 수 있는 동시에, 압력을 유지하기 위한 밸브 등의 설치도 필요 최소한으로 할 수 있어, 장치 구조를 간략화하여 비용 저감이 도모된다.

Description

순수 액체 제조 장치{PURE LIQUID PRODUCTION DEVICE}

본 발명은, 순수(純水) 등의 순수한 액체를 제조하여 이용할 수 있도록 공급하는 순수 액체 제조 장치에 관한 것이다.

물로부터 불순물을 제거한 순수는, 불순물에 의한 악영향이 생기지 않는 특징이 있어, 검사나 시험 용도뿐 아니라, 반도체를 시작으로 하는 각종 기기의 세정이나 의약품 등의 화학물질의 제조에 널리 이용되고 있었지만, 이 순수의 다른 물질이 수중에 용해되는 성질이 통상의 물의 성질에 비하여 높으므로, 최근에는 천연 유래의 영양 성분이나 풍미 성분을 첨가하여 음용이나 식용의 용도로도 사용하도록 되어 있다.

순수의 제조에는, 여과나 이온 교환, 역침투막을 사용하는 방법 등 다양한 제조 방법이 있지만, 간단하면서도 효율이 양호한 방법으로서 종래부터 증류에 의한 제조 방법이 많이 이용되어 왔다. 이러한 증류의 방법을 이용한 순수 제조 장치의 예로서, 일본공개특허 제1994-63535호나 일본공개특허 제2006-167535호 공보, 일본공개특허 제2002-79237호 공보 등에 개시되는 것이 있다.

일본공개특허 제1994-63535호 공보 일본공개특허 제2000-167535호 공보 일본공개특허 제2002-79237호 공보

종래의 순수 제조 장치는, 상기 각 특허 문헌에 나타낸 바와 같이, 순수의 수량(收量)을 많게 하려고 하면 제조 장치가 복잡화, 대형화되고, 도입이 어렵게 되는 문제점이 있었다. 또한, 물의 증발이 감압 된 장치 내 공간으로 행하도록 하는 경우, 설비가 복잡화, 대형화되는 만큼, 감압 상태를 얻기 위한 진공 펌프 등의 감압 배기 장치의 부하가 커지고, 보다 처리 능력이 높은 대형의 감압 배기 장치를 채용하지 않을 수 없게 되고, 제조 장치 내 각 부에 기밀을 유지하기 위한 밸브도 다수 필요해지므로, 이러한 것이 장치의 비용을 상승시켜, 그대로 순수를 얻기 위한 비용 증대로 연결된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 행해진 것이며, 간략한 구조로 효율적으로 순수 등의 순수 액체를 제조할 수 있고, 순수 등의 공급에 관한 비용을 억제할 수 있는 순수 액체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 순수 액체 제조 장치는, 공급된 액체를 소정의 고온 열원과의 열교환으로 가열하여 소정 온도의 액체 및/또는 증기로 하는 가열기와, 상기 가열기로 얻어진 액체 및/또는 증기를 공급하여, 감압 공간에서 적어도 상기 액체를 증발시켜, 증기를 내보내는 증발기와, 상기 증발기로부터 나온 증기에 섞인 액체를 포집하여 제거하는 분리기와, 상기 분리기를 경유한 증기를 소정의 냉각용 유체와 열교환하여 응축시켜, 순수한 액체를 얻는 응축기와, 상기 증발기에서 증발되지 않았던 나머지의 액체 및 상기 분리기에서 제거된 액체를 모아 일시적으로 저류(貯留)하는 드레인 탱크(drain tank, 배수 탱크)와, 상기 드레인 탱크 내의 액체를 가압하여 상기 가열기에 공급하는 펌프를 적어도 구비하고, 상기 드레인 탱크가, 소정의 액체 공급원으로부터 신규로 액체가 도입되어 도입된 상기 신규의 액체와 상기 증발기 및 분리기로부터의 액체를 혼합 상태로 한 액체가, 드레인 탱크로부터 펌프를 거쳐 상기 가열기에 공급되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 가열기로부터 응축기까지의, 증발시킨 증기로부터 순수한 액체를 얻기 위한 일련의 각각의 기기(機器)와 함께, 증발기에서 증발되지 않았던 액체나 분리기에서 포집된 액체를 저류하는 드레인 탱크를 설치하고, 드레인 탱크에서 증발기나 분리기를 나온 액체와 신규의 액체를 미리 혼합한 다음, 이 혼합한 액체를 펌프로 가압하여 가열기에 공급함으로써, 드레인 탱크가 압력의 완충부로 되어 증발기나 분리기 등의 각 기기 내의 압력의 유지가 쉬워지게 되어, 액체의 증발을 위해 감압 상태를 생기게 하는 감압 배기 장치의 부하를 경감할 수 있는 동시에, 압력을 유지하기 위한 밸브 등의 설치도 필요 최소한으로 할 수 있어 장치 구조를 간략화하여 비용 저감이 도모된다. 또한, 신규의 액체를 드레인 탱크에 도입하고, 이 드레인 탱크에서 혼합된 액체를 가열기에 공급함으로써, 증발기에서 증발되지 않았던 액체나 분리기에서 포집된 액체를 가열기에서 가열되는 액체의 일부로서 사용하게 되고, 가열기에서 발생시킨 열을 적절히 회수(回收)할 수 있어 가열기에 계속하여 대량의 열을 투입하지 않아도 되어, 에너지 소비를 절감할 수 있는 동시에, 가열기에 신규로 외부로부터 공급되는 액체의 양을 억제하여 액체 소비량의 저감도 도모되고, 순수 액체 제조에 관한 비용을 크게 저감 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 관한 순수 액체 제조 장치는 필요에 따라 응축기를 나온 순수한 액체 및 응축되지 않고 남은 증기를 도입시켜, 소정의 냉각용 유체와 열교환 하여 기상분(氣相分)을 응축시켜, 순수한 액체를 후단 측으로 내보내는 보조 응축기를 구비하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 응축기의 후단 측에 보조 응축기를 설치하고, 증발기로부터 응축기에 이르는 각 기기의 내부 공간과 관로 내를 감압하는 외부의 진공 펌프 등의 감압 배기 장치에 대하여, 응축기와 보조 응축기의 2단계로 응축을 진행시킴으로써, 감압 배기 장치를 향해 흐르는 미응축의 증기를 확실하게 응축시켜, 감압 배기 장치의 부하를 경감시키고, 또한 순수 액체의 수량(收量)을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 순수 액체 제조 장치는 필요에 따라 상기 액체 공급원과 드레인 탱크와의 사이에 개재시켜 설치되고, 액체 공급원으로부터 도입되는 신규의 액체를 일시적으로 저류하여 드레인 탱크 측에 내보내는 액체 공급 탱크를 구비하고, 상기 드레인 탱크에, 상기 신규의 액체와 상기 증발기 및 분리기로부터의 액체를 혼합 상태로 한 액체의 전기 전도율을 측정하는 센서를 설치하고, 상기 드레인 탱크에서의 상기 혼합 상태의 액체의 전기 전도율이 미리 설정된 상한값을 초과한 경우에는, 혼합 상태의 액체의 일부를 유출시켜, 상기 액체 공급 탱크에 유입시킨다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 드레인 탱크에서의 신규의 액체의 공급 유로 전단 측에 액체 공급 탱크를 설치하는 한편, 드레인 탱크에 전기 전도율 측정용의 센서를 설치하고, 드레인 탱크에서의 혼합 상태의 액체의 전기 전도율이 너무 높은 경우에는, 혼합 상태의 액체의 일부를 드레인 탱크로부터 액체 공급 탱크를 향해 유출시킴으로써, 장치의 동작 계속에 따라 드레인 탱크 내에서의 혼합 상태의 액체의 전해질 성분이 농축되어, 신규한 액체의 공급만으로는 전해질 농도가 충분히 저하되지 않는 경우에서도, 드레인 탱크의 센서에 의해 혼합수의 전기 전도율이 상한값을 초과한 상태를 검지하여, 전해질 성분이 진한 혼합 상태의 액체를 드레인 탱크로부터 일부 유출시키면, 유출량을 보충하도록, 액체 공급 탱크로부터 드레인 탱크에 전해질 성분이 보다 적은 물이 공급되게 되어, 드레인 탱크 내의 혼합 상태의 액체에서의 전해질 농도를 문제가 없는 값까지 저하시키게 되어, 혼합 상태의 액체가 유입되는 가열기나 증발기 등에 악영향을 미치는 위험성을 배제할 수 있다. 또한, 드레인 탱크로부터 일부 유출된 혼합 상태의 액체는, 액체 공급 탱크에 유입되어, 신규의 액체와 혼합되어 희석됨으로써, 액체를 외부에 쓸데없이 배출하지 않아도 되어, 액체의 손실이나 배출 유로 구축에 따른 비용이 억제된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 순수 제조 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 순수 제조 장치의 블록 구성도이다.

(본 발명의 제1 실시예)

이하, 본 발명의 제1 실시예를 도 1에 기초하여 설명한다. 본 실시형태에서는 순수 액체(pure liquid)로서 순수(pure water)를 제조하는 장치의 예에 대하여 설명한다.

도 1에 있어서 본 실시형태에 관한 순수 제조 장치(1)는, 공급된 상기 액체로서의 물을 가열하여 소정 온도의 따뜻한 액체 즉 온수로 하는 가열기(11)와, 이 가열기(11)로 얻어진 온수가 공급되어, 이 온수를 감압 공간에서 증발시키는 증발기(12)와, 이 증발기(12)에서부터 나온 기상(氣相)의 물(수증기)에 섞인 액상의 물을 제거하는 분리기(13)와, 이 분리기(13)를 경유한 기상의 물을 냉각용 유체와 열교환하여 응축시켜, 순수를 얻는 응축기(14)와, 이 응축기(14)를 나온 순수 및 응축되지 않고 남은 기상의 물이 도입되어 냉각용 유체와 열교환하여 기상분을 응축시키는 보조 응축기(15)와, 상기 증발기(12)에서 증발되지 않았던 나머지의 온수 및 상기 분리기(13)에서 제거된 액상(液相)의 물을 모아 일시적으로 저류하는 드레인 탱크(18)와, 이 드레인 탱크(18) 내의 물을 가압하여 가열기(11)에 공급하는 펌프(19)를 구비하는 구성이다.

상기 가열기(11)는, 내부의 전열부를 통하여 이격된 유로의 한쪽에 공지의 보일러(50) 등으로 얻어진 상기 고온 열원으로서의 고온의 물이나 증기를 유통시키고, 다른 쪽의 유로에 공급된 가열 대상의 물을 유통시켜, 전열부를 통한 고온의 물이나 증기와의 열교환에 의해, 공급된 물을 가열하는 일종의 열교환기이며, 열교환기로서의 구조 자체는 공지의 구성이다. 이 가열기(11)에서, 공급된 물을 가열하고, 후단의 증발기(12)에서 증발 가능한 소정 온도에 도달한 온수로서, 증발기(12)에서 내보내게 된다.

상기 증발기(12)는, 가열된 물을 이것과 같은 온도에서의 물의 포화 증기압 이하의 압력으로 감압한 내부 공간에 도입함으로써 효율적으로 증발시켜 수증기를 얻는 공지의 장치이며, 전단의 가열기(11)로 소정 온도까지 가열된 온수가 직접 공급되고, 이 온수를 증발시켜, 불순물을 거의 포함하지 않는 기상의 물(수증기)을 얻는 것으로 되어 있다. 이 증발기(12)는, 다단 플래시 식이나 스프레이 플래시 식 등, 어느 플래시 증발 기구로도 할 수도 있다. 이 증발기(12)에서 얻어진 수증기는 분리기(13)에 도달하는 한편, 증발되지 않고 남은 액상의 물은, 증발기(12) 밖으로 배출되어 드레인 탱크(18)에 도입되는 구성이다. 이 액상의 물은, 기상 분의 기상으로의 변화 시에 열을 빼앗기는 것으로 온도를 저하시키고 있다.

이 증발기(12)에 도입되는 온수의 온도를 가능한 한 낮은 온도, 예를 들면, 50℃ 이하로 하고, 또한 이러한 낮은 온도의 온수를 증발시키게 되는 압력으로 내부 공간을 감압한 상태에서는, 온수의 일부의 증발 당(當) 불순물이 수증기에 섞이는 비율을 억제할 수 있고, 얻어지는 수증기는 전기 전도율 σ= 0.1 ~ 1μS/cm의 레벨의 순수(純水)가 된다.

상기 분리기(13)는, 증발기(12)에서부터 응축기(14)로 향하는 수증기 중에 섞인 액상의 물의 미세 물방울(미스트, 水滴)을 포착해 제거하여, 수증기만을 응축기(14)로 내보내는 것이다. 이 분리기(13)에서 포집된 액상의 물은, 분리기(13) 밖으로 배출되고, 드레인 탱크(18)에 도입된다.

상기 응축기(14)는, 내부의 전열부를 통하여 이격된 유로의 한쪽에, 증발기(12)에서 증발하여 분리기(13)를 경유한 수증기를 유통시키고, 다른 쪽의 유로에 소정의 냉각용 유체를 유통시켜, 전열부를 통하여 수증기와 냉각용 유체를 열교환 시켜 수증기를 응축시키는 것이며, 열교환기로서의 구조 자체는 공지의 구성이다. 이 응축기(14)에서 수증기를 응축시킴으로써, 불순물을 거의 포함하지 않는 순수를 얻을 수 있게 된다.

이 응축기(14)에서의 냉각용 유체의 유로에는, 냉각용 유체를 냉각시키기 위한 외부의 냉각 장치(60)가 접속되어 있고, 냉각 장치(60)는, 응축기(14)에서의 수증기와의 열교환에 의해 온도를 상승시킨 냉각용 유체를 도입시켜, 이 냉각용 유체를 외기 등 다른 냉각용 매체와의 열교환으로 냉각시키고, 온도를 저하시킨 상태로 재차 응축기(14)에 유입시킨 것이다.

상기 보조 응축기(15)는, 응축기(14)에서 응축된 액상의 순수와 응축기(14)에서는 응축을 다 할 수 없었던 수증기를 도입하여 수증기와 냉각용 유체를 열교환 시켜 수증기를 응축시켜, 모두 액상의 순수로 한 상태로 후단 측으로 내보내는 것이다.

보조 응축기(15)에서의 냉각용 유체의 유로는, 응축기(14)와 마찬가지로 냉각 장치(60)에 접속되어 있고, 보조 응축기(15)에는, 냉각 장치(60)로부터 냉각용 유체의 일부가 유입되고, 보조 응축기(15)에서의 열교환에 의해 온도를 상승시킨 냉각용 유체가, 응축기(14)를 흐른 만큼과 함께 냉각 장치(60)에 도입되어 냉각되어 온도가 저하된 냉각용 유체가 재차 응축기(14) 및 보조 응축기(15)에 유입되게 된다.

이 보조 응축기(15)에서의 수(水) 측 유로, 및 보조 응축기의 후단 측의 관로에는, 증발기(12)에 이르는 각 기기의 내부 공간과 관로 내를 감압하는 외부의 진공 펌프 등의 감압 배기 장치(70)가 접속된다. 이 감압 배기 장치(70)에 대하여, 응축기(14)와 보조 응축기(15)의 2단계로 응축을 진행시키는 구성으로 함으로써, 감압 배기 장치(70)를 향해 흐르는 미응축의 수증기를 확실하게 응축시켜, 감압 배기 장치(70)의 부하를 경감시키고, 더욱 순수의 수량을 높일 수 있는 구성이다.

이 보조 응축기(15)에서부터 나온 순수는, 외부의 순수 탱크(80)로 내보내진다. 외부의 순수 탱크(80)는, 저장한 순수를 어느 정도 연속하여 또한, 후단 측으로 공급할 수 있도록 되어 있다.

상기 드레인 탱크(18)는, 증발기(12)에서 증발되지 않았던 나머지의 온수 및 분리기(13)에서 제거된 액상의 물을 모아 일시적으로 저류하는 것이다. 이 드레인 탱크(18)는, 이러한 온수나 물의 저류와 함께, 소정의 물 공급원으로부터 신규로 물을 도입시켜, 장치 내부에서 신규의 물과 증발기(12)에서부터의 온수 및 분리기(13)에서부터의 액상의 물을 혼합 상태로 하고, 얻어진 혼합수를 가열기(11)에 공급하는 역할도 있다.

이 드레인 탱크(18)에서는, 비교적 온도가 높아져 있는, 증발기(12)에서 증발되지 않았던 나머지의 온수 및 분리기(13)에서 제거된 액상의 물을, 물 공급원으로부터 도입된 온도가 낮은 신규의 물과 혼합함으로써, 한 번 가열기(11)를 거친 물이 보유하는 열을 회수(回收)하고, 가열기(11)에 새롭게 공급되는 물의 온도를 미리 높여, 가열기(11)에서의 투입 열량의 경감을 도모하고 있다.

그리고, 제조 장치 기동 직후는, 장치 각 기기를 통과한 물이 드레인 탱크(18)에 도달하고 있지 않으므로, 가열기(11)에 도입되는 물로서는, 모두 신규의 물이 사용되고, 신규의 물은 드레인 탱크(18)를 거쳐 공급된다. 장치가 기동하여 일정 기간이 경과하면, 장치 각 기기를 통과한 물이 드레인 탱크(18)에 도달하므로, 드레인 탱크(18)로의 신규의 물의 도입량을 저하시키게 된다. 이 신규의 물로서는 수도물(水道水) 외에, 연속적으로 취수되어 있는 지하수 등을 이용할 수도 있다.

상기 각 기기의 제조 장치에서의 배치는, 증발기(12)와 분리기(13), 응축기(14)를 가장 높은 위치에 배치하고, 증발기(12)보다 아래쪽에 가열기(11) 및 드레인 탱크(18)를 배치하는 것이 된다. 또한, 응축기(14)보다 아래쪽에 보조 응축기(15)를 배치하고 있다. 그러므로, 증발기(12) 및 분리기(13)에서부터의 물의 드레인 탱크(18)로의 유입, 및 응축기(14)와 보조 응축기(15)에서의 순수의 흐름은, 물의 자연 유하를 이용할 수 있어, 펌프 등을 사용하지 않아도 된다.

다음에, 본 실시형태에 관한 순수 제조 장치의 동작에 대하여 설명한다. 전제로서, 물 공급원으로부터 신규의 물로서 수도물이 공급되는 것으로 한다. 먼저, 본 제조 장치가 기동한 직후는, 물 공급원으로부터 공급된 신규의 물로서의 수도물만이, 드레인 탱크(18)에 도입되어, 이 신규의 물이 드레인 탱크(18)를 거쳐 펌프(19)로 가압되어 가열기(11)에 공급된다.

가열기(11)에서는 보일러(50)로부터의 고온 열원으로서의 고온수도 공급되어 있어, 이 고온수의 열로 공급된 물을 가열하여 온수를 얻게 된다. 온수는, 가열기(11)를 나와, 증발기(12)로 향한다.

온수가 증발기(12)에 도달하면, 감압된 증발기(12) 내에서 일부의 온수가 플래시 증발에 의해 기상으로 변화한다. 기상의 물, 즉 수증기는, 드레인 탱크(18) 내의 물에 포함되는 가스와 함께 증발기(12)를 나와 분리기(13)에 이르러, 부유하는 액상의 물(미스트) 등을 분리기(13)에서 적절히 분리시킨 후, 응축기(14)의 한쪽의 유로에 도입된다. 또한, 증발기(12)에서 증발되지 않고 액상인 채 남은 물이나, 분리기(13)에서 수증기로부터 분리된 액상의 물은, 각각 각 기기로부터 배출되고, 드레인 탱크(18)로 향하게 된다.

응축기(14)에서는, 수증기가 도입되는 한쪽의 유로에 대하여, 전열부를 이격시킨 다른 쪽의 유로에 온도가 낮은 냉각용 유체가 도입되어 있으므로, 수증기가 냉각용 유체와 열교환하여 응축되어, 불순물을 거의 포함하지 않는 순수가 된다. 이 순수 및 미응축의 기상의 물은, 응축기(14)를 나와 보조 응축기(15)에 이르러, 다시 온도가 낮은 냉각용 유체와 열교환하여, 수증기가 더한층 응축이 생기게 된다. 그리고, 순수나 미응축의 수증기와 함께 보조 응축기(15)에 도달한 가스는, 보조 응축기(15) 내 및 그 후단의 관로로부터 감압 배기 장치(70)를 향해 외부로 배출되게 된다.

이와 같이 하여, 응축기(14) 및 보조 응축기(15)에서의 응축에 의해 얻어진 순수는, 보조 응축기(15)를 나온 후, 외부의 순수(純水) 탱크(80)에 보내진다. 또한, 응축기(14)나 보조 응축기(15)에서 응축되는 순수 측으로부터의 열을 수취하여 온도 상승한 냉각용 유체는, 응축기(14)나 보조 응축기(15)를 나와 냉각 장치(60)입구 측으로 향한다.

드레인 탱크(18)에서는, 도입된 신규의 물이, 증발기(12)나 분리기(13)를 나온 물과 혼합 상태로 되어, 이 혼합되는 과정에서 신규의 물은 온도를 상승시킨다. 이 혼합되어 온도 상승한 신규의 물 만큼을 포함하는 혼합수가 드레인 탱크(18)를 나와, 펌프(19)로 가압된 다음 가열기(11)로 안내되고, 가열기(11)에서 더욱 높은 온도까지 따뜻하게 할 수 있게 된다. 이와 같이, 증발기(12)를 나온 물, 분리기(13)를 나온 물, 및 물 공급원으로부터의 신규의 물이 합류하여, 가열기(11)에 공급되는 물로 됨으로써, 한 번 가열기(11)로부터 나온 물이 환류한 만큼, 가열기(11)에 공급되는 신규의 물의 양을 저감 할 수 있다. 또한, 증발기(12)나 분리기(13)를 나온 물과 신규의 물을 미리 혼합한 다음, 이 혼합수를 펌프(19)로 가압하여 가열기(11)에 공급함으로써, 각 기기 내의 압력의 유지가 용이하게 되어, 감압 배기 장치(70)의 부하를 경감시킬 수 있는 동시에, 증발기(12)에서부터 증발되지 않았던 물을, 또한 분리기(13)에서부터 포집된 액상의 물을, 각각 원활하게 배출시켜, 재차 가열기(11)에 효율적으로 도입할 수 있게 된다.

이 후, 가열기(11) 입구 측에 드레인 탱크(18)를 나온 물을 공급하면서, 상기와 마찬가지로 순수의 생성에 관한 각 과정이 반복되게 된다. 동작의 계속에 따라 가열기(11)에서는 공급되는 물에서의 증발기(12)나 분리기(13)를 나온 물의 비율이 증가해, 공급되는 물의 온도가 높아지게 되어, 가열기(11)에서 물을 소정 온도까지 상승시키기에 필요로 하는 고온 열원으로서의 온수의 양을 저감시킬 수 있고, 외부의 보일러(50) 등에서 사용하는 연료의 소비도 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 순수 제조 장치에 있어서는, 가열기(11)로부터 보조 응축기(15)까지의, 증발시킨 수증기로부터 순수를 얻기 위한 일련의 각각 의 기기와 함께, 증발기(12)에서 증발되지 않았던 물이나 분리기(13)에서 포집된 액상의 물을 저류하는 드레인 탱크(18)를 설치하고, 드레인 탱크(18)에서 증발기(12)나 분리기(13)를 나온 물과 신규의 물을 미리 혼합한 다음, 이 혼합한 물을 펌프(19)로 가압하여 가열기(11)에 공급함으로써, 드레인 탱크(18)가 압력의 완충부로 되어 증발기(12)나 분리기(13) 등의 각 기기 내의 압력의 유지가 용이해져, 물의 증발을 위해 감압 상태를 생기게 하는 감압 배기 장치(70)의 부하를 경감시킬 수 있는 동시에, 압력을 유지하기 위한 밸브 등의 설치도 필요 최소한으로 할 수 있고, 장치 구조를 간략화하여 비용 저감이 도모된다. 또한, 신규의 물이 드레인 탱크(18)에 도입되어, 이 드레인 탱크(18)로 혼합된 물을 가열기(11)에 공급함으로써, 증발기(12)에서 증발되지 않았던 물이나 분리기(13)에서 포집된 액상의 물을 가열기(11)에서 가열되는 물의 일부로서 이용할 수 있게 되고, 가열기(11)에서 발생시킨 열을 적절히 회수할 수 있어, 가열기(11)에 계속하여 대량의 열을 투입하지 않아도 되며, 에너지 소비를 절감할 수 있는 동시에, 가열기(11)에 신규로 외부로부터 공급하는 물의 양을 억제하여 물 소비량의 저감도 도모되고, 순수 제조에 관한 비용을 크게 저감 할 수 있다.

그리고, 상기 실시형태에 관한 순수 제조 장치에 있어서, 가열기(11)에 도입하는 고온 열원으로서, 보일러(50) 등에서 얻어진 고온의 물이나 증기를 이용하는 구성으로 하고 있지만, 이 외에, 후단의 증발기로 증발 가능한 온수의 온도 조건에 의해 가열기로 가열한 결과 얻어지는 온수의 온도가 낮은 온도, 예를 들면, 50℃ 이하로 바람직한 경우에는, 상기 고온 열원으로서, 공장 배열이나 온난 지역의 표층 해수 등을 사용하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 증발기로 증발시킨 수증기를 응축기로 적절히 응축시키려면, 적어도 고온 열원의 온도와 응축기에서의 냉각용 유체의 온도와의 차(差)가 5℃ 이상이면 바람직하며, 상기 냉각 장치에서 계속적으로 냉각되는 냉각용 유체를 이용하는 구성 이외에, 고온 열원이 공장 배열의 경우에는 냉각용 유체로서 표층 해수 등을 사용할 수 있고, 또한 고온 열원이 온난 지역의 표층 해수의 경우에는 냉각용 유체로서 심층 해수 등을 사용할 수 있다.

(본 발명의 제2 실시형태)

본 발명의 제2 실시형태를 도 2에 기초하여 설명한다. 본 실시형태에서도, 상기 제1 실시예 마찬가지로, 순수 액체로서 순수를 제조하는 장치의 예에 대하여 설명한다.

도 2에 있어서 본 실시형태에 관한 순수 제조 장치(2)는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 가열기(21), 증발기(22), 분리기(23), 응축기(24), 보조 응축기(25), 드레인 탱크(28), 및 펌프(29)를 구비하는 한편, 상이한 점으로서, 보조 응축기(25)를 나온 순수를 일시 저류하는 2개의 순수 탱크(26, 27), 드레인 탱크(28)와 접속되는 물 공급 탱크(28a)를 구비하는 구성을 가지는 것이다.

상기 순수 탱크(26, 27)는, 보조 응축기(25)에서의 수측 유로의 후단 측에 설치되고, 응축기(24) 및 보조 응축기(25)로 응축된 순수를 각각 소정량 저류하여, 이 저류된 물을 연속적으로 후단 측으로 내보내도록 하는 것이다. 각각의 순수 탱크(26, 27)는, 보조 응축기(25)에 대해 2 계통으로 나누어진 상태로 접속, 설치되는 구성이며, 이와 같이 하여 2 계통의 순수 탱크(26, 27)를 설치함으로써, 응축된 순수를 한쪽의 순수 탱크에 도입하여 저류하는 사이, 다른 쪽의 순수 탱크는 순수의 유로로부터 절리(切離)하여 순수의 도입을 정지시키고, 이미 저장한 순수를 후단 측으로 흐르게 할 수 있어, 유로의 압력을 유지하면서 순수의 저류와 후단 측으로의 순수의 배출을 동시에 행할 수 있게 된다. 이들 순수 탱크(26, 27)로부터 나온 순수는, 후단 측에 설치된 펌프(20)에 의해 소정의 송급 압력으로 외부의 순수 탱크(81)로 내보내진다.

그리고, 외부의 순수 탱크(81)는, 2개의 순수 탱크(26, 27)보다 대용량으로 되어 있고, 저장한 순수를 어느 정도 연속적으로 더 한층 후단 측으로 공급할 수 있도록 되어 있다.

상기 물 공급 탱크(28a)는, 드레인 탱크(28)에 신규의 물을 도입하는 경로의 전단 측에 설치되고, 신규의 물을 일시적으로 저류하고, 또한 드레인 탱크(28) 내에서 신규의 물과 증발기(12)에서부터의 온수, 및 분리기(13)로부터의 액상의 물이 혼합된 혼합수의 전기 전도율이 한계값을 초과한 경우에, 드레인 탱크(28)로부터 유출하는 이 혼합수를 유입시켜, 이것을 신규의 물과 혼합하여 더 한층 엷게, 전기 전도율을 내린 다음 재차 드레인 탱크(28)로 향하게 하는 것이다.

이 물 공급 탱크(28a)와 드레인 탱크(28)와의 사이의 물 유로에는, 신규의 물에 불순물이 포함되는 경우에 이것을 제거하는 필터(28b)와, 통상 상태에서는 물 공급 탱크(28a) 측으로부터 드레인 탱크(28)로의 물의 유입만 허용하는 한편, 필요에 따라 물 공급 탱크(28a) 측으로부터 드레인 탱크(28)로의 물의 유입을 멈추는 동시에, 드레인 탱크(28) 측으로부터 물 공급 탱크(28a)로의 혼합수의 유입을 허용하는 전환 밸브(28c)가, 각각 설치되는 구성이다.

그리고, 제조 장치 기동 직후는, 장치 각 기기를 통과한 물이 드레인 탱크(28)에 도달하고 있지 않으므로, 드레인 탱크(28)로부터 물 공급 탱크(28a)로의혼합수의 유입도 없고, 물 공급 탱크(28a) 내의 물은, 모두 신규의 물로 되어 있다. 이 신규의 물로서는 수도물이나, 연속적으로 취수되어 있는 지하수와 같은 깨끗한 물 외에, 해수나 공장 폐수 등을 이용할 수 있다.

상기 드레인 탱크(28)는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 증발기(22)에서 증발되지 않았던 나머지의 온수 및 분리기(23)에서 제거된 액상의 물을 모아 일시적으로 저류하고, 또한 물 공급 탱크(28a)로부터 신규의 물을 도입시켜 장치 내부에서 신규의 물과 증발기(12)에서부터의 온수, 및 분리기(13)에서부터의 액상의 물을 혼합 상태로 하여, 얻어진 혼합수를 가열기(11)에 공급하는 외에, 상이한 점로서, 드레인 탱크(28) 내의 혼합수의 전기 전도율이 너무 높은 경우에는, 상기 전환 밸브(28c)를 작동시켜 혼합수를 물 공급 탱크(28a)를 향해 유출시키는 것이다. 이 드레인 탱크(28)에는, 혼합수의 전기 전도율을 측정하는 센서(28d)가 설치된다.

이 드레인 탱크(28)에서는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 증발기(22)에서 증발되지 않았던 나머지의 온수 및 분리기(23)에서 제거된 액상의 물을, 물 공급원으로부터 물 공급 탱크(28a)를 거쳐 도입되는 온도가 낮은 신규의 물과 혼합함으로써, 한 번 가열기(21)를 거친 물이 보유하는 열을 회수하고, 가열기(21)에 새롭게 공급되는 물의 온도를 미리 높여, 가열기(21)에서의 투입 열량의 경감을 도모하고 있다.

본 실시형태에 관한 순수 제조 장치(2)에서의 각 기기의 배치는, 증발기(22)와 분리기(23), 응축기(24)를 가장 높은 위치에 배치하고, 증발기(22)보다 아래쪽에 가열기(21) 및 드레인 탱크(28)를 배치한다. 또한, 응축기(24)보다 아래쪽에 보조 응축기(25)를 배치하고, 또한 보조 응축기(25)보다 아래쪽에 순수 탱크(26, 27)를 배치하고 있다. 그러므로, 증발기(22) 및 분리기(23)로부터의 물의 드레인 탱크(28)로의 유입, 및 보조 응축기(25)를 나온 순수(純水)의 각각의 순수 탱크(26, 27)로의 유입은, 물의 자연 유하를 이용할 수 있어 펌프 등을 사용하지 않아도 된다.

다음에, 본 실시형태에 관한 순수 제조 장치의 동작에 대하여 설명한다. 전제로서, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 물 공급원으로부터 신규의 물로서 수도물이 공급되는 것으로 한다. 먼저, 본 제조 장치가 기동한 직후는, 물 공급원으로부터 공급된 신규의 물로서의 수도물만이, 물 공급 탱크(28a)를 거쳐 드레인 탱크(28)에 도입되어 이 신규의 물이 드레인 탱크(28)를 거쳐 펌프(29)로 가압되어 가열기(21)에 공급된다.

가열기(21)에서는 보일러(50)로부터의 고온 열원으로서의 고온수도 공급되어 있으므로, 이 고온수의 열로 공급된 물을 가열하고, 온수를 얻게 된다. 온수는, 가열기(21)를 나와, 증발기(22)로 향한다.

온수가 증발기(22)에 도달하면, 감압된 증발기(22) 내에서 일부의 온수가 플래시 증발에 의해 수증기로 변화한다. 수증기는, 드레인 탱크(18) 내의 물에 포함되는 가스와 함께 증발기(22)를 나와 분리기(23)에 이르고, 액상의 물(미스트) 등을 분리기(23)에서 적절히 분리시킨 다음, 응축기(24)의 한쪽의 유로로 도입시킨다. 또한, 증발기(22)에서 증발하지 않고 액상인 채 남은 물이나, 분리기에서 수증기로부터 분리된 액상의 물은, 각각 각 기기로부터 배출되고, 드레인 탱크(28)로 향하게 된다.

응축기(24)에서는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 수증기가 냉각용 유체와 열교환 하여 응축하고, 불순물을 거의 포함하지 않는 순수가 된다. 이 순수 및 미응축의 수증기는, 응축기(24)를 나와 보조 응축기(25)에 이르고, 다시 온도가 낮은 냉각용 유체와 열교환하여, 수증기는 더 한층 새로운 응축이 생기게 된다. 그리고, 순수나 미응축의 수증기와 함께 보조 응축기(25)에 도달한 가스는, 보조 응축기(25) 내 및 그 후단의 관로로부터 감압 배기 장치(70)를 향해 외부로 배출된다.

이와 같이 하여 응축기(24) 및 보조 응축기(25)에서의 응축에 의해 얻어진 순수는, 보조 응축기(25)를 나와 후단 측의 순수 탱크(26, 27)에 각각 배분되어 일시적으로 저류된 후, 모인 소정량의 순수로서 펌프(20)를 경유하여 외부의 순수 탱크(81)로 보내진다. 또한, 응축기(24)나 보조 응축기(25)에서 응축하는 순수 측으로부터의 열을 수취하여 온도 상승한 냉각용 유체는, 응축기(24)나 보조 응축기(25)를 나와 냉각 장치(60) 입구 측을 향한다.

드레인 탱크(28)에서는, 도입된 신규의 물이, 증발기(22)나 분리기(23)를 나온 물과 혼합 상태로 되어, 이 혼합되는 과정에서 신규의 물은 온도를 상승시킨다. 이 혼합되어 온도 상승한 신규의 물 만큼을 포함하는 혼합수가 드레인 탱크(28)를 나와, 펌프(29)로 가압된 다음 가열기(21)로 안내되고, 가열기(21)에서 더욱 높은 온도까지 따뜻하게 하게 된다. 이와 같이, 증발기(22)를 나온 물, 분리기(23)를 나온 물, 및 물 공급원으로부터의 신규의 물이 합류하여, 가열기(21)에 공급되는 물이 됨으로써, 한 번 가열기(21)로부터 나온 물이 환류한 만큼, 가열기(21)에 공급되는 신규의 물의 양을 저감 시킬 수 있다. 또한, 증발기(22)나 분리기(23)를 나온 물과 신규의 물을 미리 혼합한 다음, 이 혼합수를 펌프(29)로 가압하여 가열기(21)에 공급함으로써, 각 기기 내의 압력의 유지가 용이하게 되어. 감압 배기 장치(70)의 부하를 경감할 수 있는 동시에, 증발기(22)로부터 증발되지 않았던 물을, 또한 분리기(23)로부터 포집된 액상의 물을, 각각 원활하게 배출시켜, 재차 가열기(21)에 효율적으로 도입할 수 있게 된다.

이 후, 가열기(21) 입구 측에 드레인 탱크(28)를 나온 물을 공급하면서, 상기와 마찬가지로 순수의 생성에 관한 각 과정이 반복되게 된다. 동작의 계속에 따라 가열기(21)에서는 공급되는 물에서의 증발기(22)나 분리기(23)를 나온 물의 비율이 증가해 공급되는 물의 온도가 높아지므로, 가열기(21)에서 물을 소정 온도까지 상승시키는데 필요로 하는 고온 열원으로서의 온수의 양을 저감 할 수 있고, 외부의 보일러(50) 등에서 사용하는 연료의 소비도 억제할 수 있다.

그리고, 신규한 물의 수질에 따라서는, 장치의 동작 계속에 따라 드레인 탱크(28) 내에서의 혼합수의 전해질 성분이 농축되어 가고, 신규한 물의 공급에 의해서도 전해질 농도가 충분히 저하하지 않고, 혼합수가 유입되는 가열기(21)나 증발기(22) 등에 악영향을 미칠 위험성이 높아진다. 그러므로, 드레인 탱크(28)의 센서(28d)로 혼합수의 전기 전도율을 측정하고, 혼합수 중에서의 전해질 성분이 어느 정도 증가함으로써, 혼합수의 전기 전도율이 미리 설정된 상한값을 초과한 경우에는, 물 공급 탱크(28a)와 드레인 탱크(28)와의 사이에 있는 전환 밸브(28c)를 작동시켜, 전해질 성분이 진한 혼합수를 드레인 탱크(28)로부터 일부 유출시킨다. 이 유출 후, 유출량을 보충하도록, 물 공급 탱크(28a)로부터 드레인 탱크(28)에 전해질 성분이 보다 적은 물이 공급되므로, 드레인 탱크(28) 내의 혼합수 중에서의 전해질 농도를 문제가 없는 값까지 저하시킬 수 있다. 드레인 탱크(28)로부터 유출된 일부의 혼합수는, 물 공급 탱크(28a)에 유입되어, 신규의 물과 혼합되어 희석 되게 되어, 물을 외부로 쓸데없이 배출하지 않아도 된다.

그리고, 상기 각각의 실시형태에 있어서는, 순수 액체 제조 장치에서 제조하는 순수한 액체를 순수로 하고, 신규의 물로서 도입되는 수도물이나 우물물, 해수 등을 사용하여 순수를 얻고 있지만, 이에 한정되지 않고, 순수 액체로서, 순수한 염산이나 황산, 알코올, 아세톤, 헥산 등의 액체를, 불순물을 포함한 이들의 액체로부터 제조하는 장치로 할 수도 있다.

실시예

본 발명의 순수 액체 제조 장치를 순수 제조 장치로서 사용한 경우에서의, 증발기에 도입되는 물의 온도와 최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율과의 관계, 및 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율과 최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율과의 관계를, 각각 검증한 결과에 대하여 설명한다.

상기 제2 실시형태에 나타낸 순수 제조 장치에서, 증발기에 도입되는 물을 가열하는 보일러로부터의 온수의 온도를 복수 개로 바꾸어, 각각의 온도로 장치를 연속 운전한 경우에 최종적으로 얻어진 순수의 전기 전도율을 측정하였다. 상기 순수 제조 장치에서 보일러로부터의 온수 온도를 55℃, 60℃, 65℃로 한 각각의 경우에서의 순수의 전기 전도율 측정값을, 표 1에 나타낸다.

표 1로부터, 전기 전도율은, 보일러로부터의 온수의 온도가 높아질수록 커지는, 즉 악화되어 있고, 증발기에 도입되는 물의 온도가 낮을수록, 최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율이 작아지는 것을 알 수 있다. 상기 보일러로부터의 온수의 온도와 순수의 전기 전도율과의 관계로부터, 근사 곡선을 구하여 복수 개의 온도에서의 전기 전도율의 값을 각각 계산하면, 표 2에 나타낸 바와 같은 관계를 얻을 수 있어 보일러로부터의 온수의 온도가 50℃를 하회하면, 전기 전도율이 1.0μS/cm 이하로 된다.

이와 같이, 증발기에 도입되는 물의 온도를 가능한 한 내리는, 특히 50℃ 이하로 억제함으로써, 순수로서 더할 나위 없는 전기 전도율의 값이 된 순수를 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 상기 제2 실시형태에 나타낸 순수 제조 장치에서, 증발기에 도입되는 물을 가열하는 보일러로부터의 온수의 온도를 55℃로 고정하여 장치를 연속 운전한 경우에, 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율과, 최종적으로 얻어진 순수의 전기 전도율을, 소정 경과 시간마다 각각 측정하였다. 상기 순수 제조 장치의 운전시에서의 소정 경과 시간에서의, 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율과 최종적으로 얻어진 순수의 전기 전도율의 각각의 측정값을 표 3에 나타낸다.

표 3으로부터, 모든 전기 전도율이 시간의 경과와 함께 커져 있다. 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율이, 시간 경과와 함께 커지는 원인으로서는, 증발기에서의 증발에 의해 물만이 증발하여 드레인 탱크에 환류하지 않는 상태로 됨으로써, 드레인 탱크 내의 물에 포함되는 전해질 성분이 농축되어 가는 것에 의한 것으로 생각된다. 또한, 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율과 최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율과의 관계를 곡선 근사시켜 고찰하면, 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율의 값이 커지면, 최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율의 값이 지수 함수적으로 커져 가는 것을 알 수 있다.

최종적으로 얻어지는 순수의 전기 전도율의 값을 작게, 예를 들면, 1.0μS/cm 이하로 억제하기 위해서는, 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율도 작게 억제하여 둘 필요가 있고, 상기 제2 실시형태에 나타낸 순수 제조 장치와 같이, 드레인 탱크의 센서에 의해 전기 전도율을 측정하고, 이 드레인 탱크 내의 물의 전기 전도율이 상한값, 예를 들면, 약 500μS/cm를 초과한 경우에, 전해질 성분이 진한 혼합수를 드레인 탱크로부터 일부 유출시키는 한편, 물 공급 탱크로부터 드레인 탱크에 전해질 성분이 보다 적은 물을 공급시켜, 드레인 탱크 내의 물의 전해질 농도를 저하시키는 구성이 유효하다 것이 분명하다.

1, 2: 순수 제조 장치
11, 21: 가열기
12, 22: 증발기
13, 23: 분리기
14, 24: 응축기
15, 25: 보조 응축기
18, 28: 드레인 탱크
19, 29: 펌프
20: 펌프
26, 27: 순수 탱크
28a: 물 공급 탱크
28b: 필터
28c: 전환 밸브
28d: 센서
50: 보일러
60: 냉각 장치
70: 감압 배기 장치
80, 81: 순수 탱크

Claims

공급된 액체를 소정의 고온 열원과의 열교환으로 가열하여 소정 온도의 액체 및/또는 증기로 하는 가열기와,
상기 가열기에서 얻어진 액체 및/또는 증기를 공급하여, 감압 공간에서 적어도 상기 액체를 증발시켜 증기를 내보내는 증발기와,
상기 증발기로부터 나온 증기에 섞인 액체를 포집하여 제거하는 분리기와,
상기 분리기를 경유한 증기를 소정의 냉각용 유체와 열교환하여 응축시켜, 순수한 액체를 얻는 응축기와,
소정의 액체 공급원으로부터 신규로 액체가 도입되는 동시에, 상기 증발기에서 증발되지 않았던 나머지의 액체 및 상기 분리기에서 제거된 액체를 모아 일시적으로 저류하는 드레인 탱크와,
상기 드레인 탱크 내의 액체를 가압하여 상기 가열기에 공급하는 펌프와,
상기 액체 공급원과 상기 드레인 탱크와의 사이에 개재되어 설치되고, 상기 액체 공급원으로부터 도입되는 신규의 액체를 일시적으로 저류하여 상기 드레인 탱크 측으로 내보내는 액체 공급 탱크와,
상기 드레인 탱크에 설치되고, 상기 신규의 액체와 상기 증발기 및 분리기로부터의 액체를 혼합 상태로 한 액체의 전기 전도율을 측정하는 센서와,
상기 액체 공급 탱크와 상기 드레인 탱크 사이의 유로에 설치되어, 상기 액체 공급 탱크 측으로부터 상기 드레인 탱크로의 액체의 유입만을 허용하는 상태와, 상기 액체 공급 탱크 측으로부터 상기 드레인 탱크로의 액체의 유입을 저지하면서, 상기 드레인 탱크 측으로부터 상기 액체 공급 탱크로의 액체의 유입을 허용하는 상태로 전환하는 전환 밸브
를 구비하고,
상기 액체 공급원으로부터 도입된 신규의 액체와 상기 증발기 및 분리기로부터의 액체를 혼합 상태로 한 액체가, 상기 드레인 탱크로부터 상기 펌프를 거쳐 상기 가열기에 공급되고,
상기 드레인 탱크에서의 상기 혼합 상태의 액체의 전기 전도율이 미리 설정된 상한값을 초과한 상태를 상기 센서가 측정하였다면, 상기 전환 밸브가 상기 드레인 탱크의 상기 혼합 상태의 액체의 일부를 상기 액체 공급 탱크에 유입시키는 상태로 전환하는,
순수 액체 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 응축기를 나온 순수한 액체 및 응축되지 않고 남은 증기를 도입시켜 소정의 냉각용 유체와 열교환하여 기상분(氣相分)을 응축시키고, 순수한 액체를 후단 측으로 내보내는 보조 응축기를 구비하는, 순수 액체 제조 장치.
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