KR102107924B1

KR102107924B1 - 초순수 제조 장치

Info

Publication number: KR102107924B1
Application number: KR1020187034316A
Authority: KR
Inventors: 시게키 호리이
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2020-05-07
Also published as: CN109562959B; TW201825842A; TWI691687B; JP2018043190A; WO2018051551A1; JP6149992B1; CN109562959A; KR20190051897A

Abstract

초순수를 가열하여 온초순수로 하기 위한 열교환기의 열원 비용을 저감시킬 수 있는 초순수 제조 장치를 제공한다. 서브 시스템 (4) 으로부터의 2 차 순수를 열교환기 (6) 및 열교환기 (10) 로 가열하여 유즈 포인트로 보낸다. 열교환기 (6) 의 열원은 유즈 포인트로부터의 리턴 온초순수이다. 열교환기 (10) 의 열원 유체는, 히트 펌프 (20) 및 증기식 열교환기 (15) 로 가열된 온수이다. 히트 펌프 (20) 의 열원은 유즈 포인트로부터의 온배수 및 UF 막 분리 장치 (11A) 의 농축수이다.

Description

초순수 제조 장치

본 발명은 초순수 제조 장치에 관한 것으로, 특히 2 차 순수 제조 장치로부터의 초순수를 열교환기로 가열하여 온 (溫) 초순수로 하여 유즈 포인트에 공급하는 초순수 제조 장치에 관한 것이다.

반도체 세정 용수로서 사용되고 있는 초순수는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 전처리 시스템 (50), 1 차 순수 제조 장치 (60), 2 차 순수 제조 장치 (서브 시스템이라 칭해지는 경우도 많다) (70) 로 구성되는 초순수 제조 장치로 원수 (공업 용수, 시수, 우물물 등) 를 처리함으로써 제조된다 (특허문헌 1). 도 7 에 있어서 각 시스템의 역할은 다음과 같다.

응집, 가압 부상 (침전), 여과 (막 여과) 장치 등 (이 종래예에서는 응집 여과 장치) 로 이루어지는 전처리 시스템 (50) 에서는, 원수 중의 현탁 물질이나 콜로이드 물질의 제거를 실시한다. 또, 이 과정에서는 고분자계 유기물, 소수성 유기물 등의 제거도 가능하다.

전처리된 물의 탱크 (61), 열교환기 (65), 역침투막 처리 장치 (RO 장치) (62), 이온 교환 장치 (혼상식 또는 4 상 5 탑식 등) (63), 탱크 (63A), 이온 교환 장치 (63B), 및 탈기 장치 (64) 를 구비하는 1 차 순수 제조 장치 (60) 에서는, 원수 중의 이온이나 유기 성분의 제거를 실시한다. 또한, 물은 온도가 높을수록 점성이 저하되고, RO 막의 투과성이 향상된다. 이 때문에, 도 7 과 같이, 역침투막 처리 장치 (62) 의 전단에 열교환기 (65) 가 설치되고, 역침투막 처리 장치 (62) 로의 공급수의 온도가 소정 온도 이상이 되도록 물을 가열한다. 열교환기 (65) 의 1 차측에는, 열원 유체로서 증기가 공급된다. 역침투막 처리 장치 (62) 에서는, 염류를 제거함과 함께, 이온성, 콜로이드성의 TOC 를 제거한다. 이온 교환 장치 (63, 63B) 에서는, 염류, 무기계 탄소 (IC) 를 제거함과 함께 이온 교환 수지에 의해 흡착 또는 이온 교환되는 TOC 성분의 제거를 실시한다. 탈기 장치 (64) 에서는 무기계 탄소 (IC), 용존 산소의 제거를 실시한다.

1 차 순수 제조 장치 (60) 로 제조된 1 차 순수는, 배관 (69) 을 통하여 온초순수 제조용의 2 차 순수 제조 장치 (70) 에 송수된다. 이 2 차 순수 제조 장치 (70) 는, 서브 탱크 (순수 탱크라 칭해지는 경우도 있다) (71), 펌프 (72), 저압 자외선 산화 장치 (UV 장치) (74), 이온 교환 장치 (75) 를 구비하고 있다. 저압 자외선 산화 장치 (74) 에서는, 저압 자외선 램프로부터 나오는 185 ㎚ 의 자외선에 의해 TOC 를 유기산, 나아가서는 CO₂ 까지 분해한다. 분해에 의해 생성된 유기물 및 CO₂ 는 후단의 이온 교환 장치 (75) 로 제거된다.

2 차 순수 제조 장치 (70) 로부터의 초순수를 전단측 열교환기 (85) 와 후단측 열교환기 (86) 로 70 ∼ 80 ℃ 정도로 가열하고, 유즈 포인트 (90) 에 공급한다. 이 유즈 포인트 (90) 로부터의 온리턴수를 배관 (91) 을 통하여 전단측 열교환기 (85) 의 열원측에 유통시킨다. 전단측 열교환기 (85) 의 열원측을 통과한 리턴수는 40 ℃ 정도로 강온되어 있고, 배관 (92) 을 통하여 서브 탱크 (71) 로 되돌려진다. 후단측 열교환기 (86) 는 증기를 열원으로 하는 것이다.

1 차 순수 제조 장치 (60) 로부터의 1 차 순수의 일부는, 상온 초순수 제조용의 2 차 순수 제조 장치 (70') 에 송수된다. 이 2 차 순수 제조 장치 (70') 는, 서브 탱크 (순수 탱크라 칭해지는 경우도 있다) (71'), 펌프 (72'), 열교환기 (73'), 저압 자외선 산화 장치 (UV 장치) (74'), 이온 교환 장치 (75') 및 한외 여과막 (UF 막) 분리 장치 (76') 를 구비하고 있다. 한외 여과막 분리 장치 (76') 로부터 배관 (88') 을 통하여 상온 초순수가 유즈 포인트 (90') 에 보내진다. 이 유즈 포인트 (90') 로부터의 리턴수는, 배관 (92') 을 통하여 서브 탱크 (71') 에 되돌려진다.

도 6 은 참고예에 관련된 초순수 제조 장치를 나타내는 계통도이다. 또한, 이하의 설명에서는 수온을 예시하고 있는데, 각 수온은 일례로, 본 발명을 전혀 한정하지 않는다.

약 25 ℃ 의 1 차 순수는, 배관 (1), 서브 탱크 (2), 배관 (3) 을 통하여 서브 시스템 (4) 에 도입되고, 약 30 ℃ 의 초순수가 제조된다. 제조된 초순수는, 배관 (5), 열교환기 (6), 배관 (9) 및 열교환기 (10) 순으로 흘러, 열교환기 (6) 에 의해 약 42 ℃ 로 가열되고, 열교환기 (10) 에 의해 약 75 ℃ 로 가열되고, 온초순수로서 배관 (11) 에 의해 유즈 포인트에 송수된다. 배관 (11) 에는, 유즈 포인트의 바로 앞에 UF 막 분리 장치 (11A) 가 설치되어 있다.

열교환기 (6) 의 열원 유체 유로에는, 배관 (7) 을 통하여 유즈 포인트로부터의 약 75 ℃ 의 리턴 온초순수 (리턴수) 가 도입된다. 이 리턴 온초순수는, 열교환기 (6) 로 서브 시스템 (4) 으로부터의 초순수와 열교환하여 약 40 ℃ 로 강온된 후, 배관 (8) 에 의해, 서브 탱크 (2) 에 보내진다.

열교환기 (10) 의 열원 유체 유로에는, 열교환기 (13, 15) 에 의해 약 80 ℃ 로 가열된 제 1 매체수 (전열 매체로서의 물) 가 순환 유통된다. 즉, 열교환기 (10) 의 열원 유체 유로 출구로부터 유출된 약 47 ℃ 의 제 1 매체수는, 배관 (12) 으로부터 열교환기 (13) 를 지나 약 49 ℃ 로 가열된 후, 배관 (14), 열교환기 (15), 배관 (16) 을 흘러 열교환기 (10) 의 열원 유체 유로 입구로 되돌아온다.

열교환기 (13) 의 열원 유체 유로에는, 배관 (17) 을 통하여 약 56 ℃ 의 온배수가 도입된다. 열교환기 (13) 로 약 53 ℃ 로 강온된 온배수는, 배관 (18) 을 통하여 유출되고, 회수수로서 회수된다.

열교환기 (15) 의 열원 유체 유로에는, 보일러 등으로부터의 증기 (수증기) 가 유통된다.

도시는 생략하지만, 배관 (12, 14 또는 16) 에 순환용 펌프가 형성되어 있다.

이 도 6 의 초순수 제조 장치에 있어서는, 열교환기 (13) 에 있어서, 온배수가 보유하는 열에 의해서도 제 1 매체수가 가열되므로, 열교환기 (6) 로부터의 초순수를 증기식 열교환기만으로 가열하는 경우에 비해, 소정 온도의 온초순수를 얻기 위한 열원 비용이 저렴해진다. 그러나, 리턴 초순수의 열의 회수가 충분하지 않아, 열원 비용의 추가적인 저하가 요망된다.

일본 공개특허공보 2013-202581호

본 발명은, 유즈 포인트에 송수되는 초순수를 가온하여 온초순수로 하기 위한 열교환기의 열원 비용을 저감시킬 수 있는 초순수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태의 초순수 제조 장치는, 1 차 순수 제조 장치와, 그 1 차 순수 제조 장치로부터의 1 차 순수를 처리하여 초순수를 제조하는 2 차 순수 제조 장치와, 그 2 차 순수 제조 장치로부터의 초순수를 가열하기 위한, 유즈 포인트로부터의 리턴수를 열원으로 하는 제 1 열교환기와, 그 제 1 열교환기로 가열된 초순수를 추가로 가열하는 가열 수단을 갖고, 가열된 초순수를 유즈 포인트에 공급하는 초순수 제조 장치에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 제 1 열교환기로 가열된 초순수가 피가열 유체 유로에 통수되는 제 2 열교환기와, 그 제 2 열교환기의 열원 유체 유로에 전열 매체로서의 제 1 매체수를 순환 유통시키는 제 1 순환 유로와, 그 제 1 순환 유로를 흐르는 제 1 매체수를, 온배수의 열에 의해 가열하는 제 1 매체수 가열 장치와, 그 제 1 매체수 가열 장치로 가열된 제 1 매체수를 증기에 의해 가열하는 제 3 열교환기를 구비한다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 1 매체수 가열 장치는, 응축기, 증발기, 펌프 및 팽창 밸브를 구비한 히트 펌프를 갖고 있으며, 그 응축기는, 그 제 1 매체수를 가열하도록 상기 제 1 순환 유로에 설치되어 있고, 그 증발기는, 제 2 매체수가 순환되는 제 2 순환 유로에 설치되어 있고, 그 제 2 순환 유로에는, 상기 온배수의 열에 의해 제 2 매체수를 가열하기 위한 제 2 매체수 가열 장치가 형성되어 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 2 매체수 가열 장치는, 상기 온배수가 열원 유체 유로에 통수되는 제 5 열교환기이다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에, 상기 초순수를 가열하기 위한 제 6 열교환기가 설치되어 있고, 상기 온배수를, 제 6 열교환기에 통수시키고 나서 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 통수시키기 위한 온배수 유로가 형성되어 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 온배수를 상기 제 6 열교환기를 거쳐 제 5 열교환기에 통수시키는 제 1 유로 선택과, 온배수를 상기 제 6 열교환기를 우회하여 제 5 열교환기에 통수시키는 제 2 유로 선택을 전환하기 위한 유로 전환 수단이 형성되어 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 온배수의 수질을 측정하는 수질 센서를 형성하고, 그 수질 센서의 검출 수질이 소정값보다 양호한 경우에는 상기 제 1 유로 선택으로 하고, 검출 수질이 그 소정값보다 불량인 경우에는 상기 제 2 유로 선택으로 하는 제어 수단을 구비한다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 2 매체수 가열 장치는, 제 3 매체수가 열원 유체 유로에 통수되는 제 5 열교환기이고, 그 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 제 3 매체수를 순환 유통시키기 위한 제 3 순환 유로가 형성되어 있고, 그 제 3 순환 유로에, 상기 온배수에 의해 제 3 매체수를 가열하는 제 7 열교환기가 설치되어 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에, 상기 초순수를 가열하기 위한 제 6 열교환기가 설치되어 있고, 상기 제 3 순환 유로는, 상기 제 7 열교환기로 가열된 제 3 매체수를 그 제 6 열교환기의 열원 유체 유로를 거쳐 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 통수시키도록 형성되어 있다.

본 발명의 초순수 제조 장치에서는, 제 1 열교관기에 있어서, 유즈 포인트 리턴수가 보유하는 열에 의해 초순수를 가열한다. 또, 온배수의 열과 증기에 의해 가열된 제 1 매체수를 열원 유체로 하는 제 2 열교환기에 의해, 이 초순수를 추가로 가열한다. 이 결과, 유즈 포인트에 송수되는 초순수를 소정 온도로까지 가온하여 온초순수로 하는 열원 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 유즈 포인트 리턴수의 수온은, 통상적으로 70 ∼ 80 ℃ 예를 들어 약 75 ℃ 이다.

본 발명에 있어서, 온배수란, 유즈 포인트에서 세정에 사용된 배수이다. 유즈 포인트 바로 앞에 설치된 UF 막 분리 장치의 농축수도 온배수에 포함시켜도 된다. 온배수의 온도는, 통상적으로 50 ∼ 60 ℃ 예를 들어 약 56 ℃ 이다.

도 1 은 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 2 는 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 3 은 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 4 는 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 5 는 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 6 은 참고예에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.
도 7 은 종래예에 관련된 초순수 제조 장치의 계통도이다.

본 발명의 초순수 제조 장치는, 1 차 순수 제조 장치 및 2 차 순수 제조 장치 그리고 초순수를 가열하는 가열 수단을 구비한다.

이 1 차 순수 제조 장치의 전단에는, 통상적인 경우, 전처리 장치가 형성된다. 전처리 장치에서는, 원수의 여과, 응집 침전, 정밀 여과막 등에 의한 전처리가 실시되고, 주로 현탁 물질이 제거된다. 이 전처리에 의해 통상적으로 수중의 미립자수는 10³ 개/㎖ 이하가 된다.

1 차 순수 제조 장치는, 역침투 (RO) 막 분리 장치, 탈기 장치, 재생형 이온 교환 장치 (혼상식 또는 4 상 5 탑식 등), 전기 탈이온 장치, 자외선 (UV) 조사 산화 장치 등의 산화 장치 등을 구비하고, 전처리수 중의 대부분의 전해질, 미립자, 생균 등의 제거를 실시하는 것이다. 1 차 순수 제조 장치는, 예를 들어, 열교환기, 2 기 이상의 RO 막 분리 장치, 혼상식 이온 교환 장치, 및 탈기 장치로 구성된다.

2 차 순수 제조 장치는, 서브 탱크, 급수 펌프, 냉각용 열교환기, 저압 자외선 산화 장치 또는 살균 장치와 같은 자외선 조사 장치, 비재생형 혼상식 이온 교환 장치 혹은 전기 탈이온 장치, 한외 여과 (UF) 막 분리 장치 또는 정밀 여과 (MF) 막 분리 장치 등의 막 여과 장치로 구성되는데, 추가로 막 탈기 장치, RO 막 분리 장치, 전기 탈이온 장치 등의 탈염 장치가 형성되어 있는 경우도 있다. 2 차 순수 제조 장치에서는, 저압 자외선 산화 장치를 적용하고, 그 후단에 혼상식 이온 교환 장치를 형성하고, 이로써 수중의 TOC 를 자외선에 의해 산화 분해하고, 산화 분해 생성물을 이온 교환에 의해 제거한다. 본 명세서에서는, 이하, 2 차 순수 제조 장치 중, 서브 탱크보다 후단측을 서브 시스템이라 칭한다.

또한, 2 차 순수 제조 장치의 후단에 3 차 순수 제조 장치를 형성하고, 이 3 차 순수 제조 장치로부터의 초순수를 가열하도록 해도 된다. 이 3 차 순수 제조 장치는, 2 차 순수 제조 장치와 동일한 구성을 구비하는 것으로, 더욱 고순도의 초순수를 제조하는 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1 는 제 1 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치를 나타내는 계통도이다. 또한, 이하의 설명에서는 수온을 예시하고 있지만, 각 수온은 일례로, 본 발명을 전혀 한정하지 않는다.

약 25 ℃ 의 1 차 순수는, 배관 (1), 서브 탱크 (2), 배관 (3) 을 통하여 서브 시스템 (4) 에 도입되고, 약 30 ℃ 의 초순수가 제조된다. 제조된 초순수는, 배관 (5), 열교환기 (6), 배관 (9) 및 열교환기 (10) 순으로 흘러, 열교환기 (6) 에 의해 약 42 ℃ 로 가열되고, 열교환기 (10) 에 의해 약 75 ℃ 로 가열되어, 온초순수로서 배관 (11) 에 의해 유즈 포인트에 송수된다. 배관 (11) 에는, 유즈 포인트의 바로 앞에 UF 막 분리 장치 (11A) 가 설치되어 있다.

열교환기 (10) 의 열원 유체 유로에는, 히트 펌프 (20) 및 증기식 열교환기 (15) 에 의해 가열된 제 1 매체수 (전열 매체로서의 물) 가 순환 유통된다. 즉, 열교환기 (10) 로부터 유출된 약 60 ℃ 의 제 1 매체수를 제 1 순환 유로의 히트 펌프 (20) 의 응축기 (23) 로 약 70 ℃ 로 가열한 후, 증기식 열교환기 (15) 로 약 85 ℃ 로 가열하여 열교환기 (10) 에 유입시킨다.

히트 펌프 (20) 는, 증발기 (21) 로부터의 대체 플론 등의 열매체를 펌프 (22) 로 압축하여 응축기 (23) 에 도입하고, 응축기 (23) 로부터의 열매체를 팽창 밸브 (24) 를 통하여 증발기 (21) 에 도입하도록 구성되어 있다.

제 1 순환 유로 (고온측 유로) 의 응축기 (23) 에 열교환기 (10) 로부터의 제 1 매체수가 배관 (12) 을 통하여 도입되고, 응축기 (23) 로 가열된 제 1 매체수가 배관 (14) 을 통하여 열교환기 (15) 에 송수된다. 또한, 응축기 (23) 로부터의 제 1 매체수의 일부는, 바이패스 배관 (19) 을 통하여 배관 (12) 으로 반송된다. 이로써, 응축기 (23) 에 도입되는 제 1 매체수의 수온은 약 65 ℃ 가 된다. 바이패스 배관 (19) 에는, 유량 조절 밸브 (도시 생략) 가 형성되어 있다.

도시는 생략하지만, 배관 (12, 14 또는 16) 에 순환용의 펌프가 형성되어 있다. 후술하는 도 2 ∼ 5 의 초순수 제조 장치도 동일하다.

증발기 (21) 의 열원 유체 유로 (저온측 유로) 에 제 2 매체수를 순환 통수시키기 위해, 배관 (25), 열교환기 (26) 및 배관 (27) 으로 이루어지는 순환 유로가 형성되어 있다. 또한, 배관 (25, 27) 사이에 바이패스 배관 (28) 이 형성되어 있다.

열교환기 (26) 의 열원 유체 유로에는, 배관 (29) 을 통하여 약 56 ℃ 의 온배수가 도입된다. 제 2 매체수와 열교환하여 약 25 ℃ 로 강온된 온배수는, 배관 (30) 으로부터 유출되고, 회수수로서 회수된다.

열교환기 (26) 로 약 30 ℃ 로 가열된 제 2 매체수가 증발기 (21) 의 열원 유체 유로에 도입되고, 히트 펌프 (20) 의 열매체와 열교환하여 약 20 ℃ 로 강온된 후, 배관 (25) 을 통하여 열교환기 (26) 에 송수된다. 일부의 제 2 매체수는, 바이패스 배관 (28) 을 통하여 배관 (25) 으로부터 배관 (27) 으로 흐른다. 이로써, 증발기 (21) 에 유입되는 제 2 매체수의 수온은 약 25 ℃ 가 된다. 바이패스 배관 (28) 에는 유량 조절 밸브 (도시 생략) 가 형성되어 있다.

히트 펌프 (20) 의 운전 방법으로는, 예를 들어, 제 1 매체수 및 제 2 매체수의 출구 온도가 각각 일정 온도가 되도록, 히트 펌프 압축기의 입력 전력 및 순환수 유량을 조정한다. 히트 펌프를 복수 계열로 하고, 열부하에 따라 대 수 제어를 실시해도 된다. 또, 도시하는 바와 같이, 고온측 및 (또는) 저온측의 순환계에 열교환기를 바이패스하는 배관과 유량 제어 밸브를 형성하고, 히트 펌프 입구 온도를 제어하는 운전을 실시해도 된다.

도 2 는, 제 2 실시형태에 관련된 초순수 제조 장치를 나타내고 있다. 이 초순수 제조 장치는, 도 1 의 초순수 제조 장치에 있어서, 열교환기 (6, 10) 를 연결하는 초순수 배관 (9) 의 도중에 열교환기 (31) 를 형성하고, 초순수를 열교환기 (31) 의 피가열 유로에 흘려, 열교환기 (31) 의 열원 유체 유로에 약 56 ℃ 의 온배수를 배관 (32) 을 통하여 도입하도록 한 것이다.

약 56 ℃ 의 온배수는, 열교환기 (31) 로 배관 (9) 의 초순수를 가열함으로써 약 47 ℃ 로 강온된 후, 배관 (29) 에 의해 열교환기 (26) 에 공급된다.

도 2 의 그 밖의 구성은 도 1 과 동일하다.

도 2 의 초순수 제조 장치에 의하면, 도 1 의 경우보다 증기 사용량을 삭감시킬 수 있다. 단, 온배수의 수질에 따라서는, 추가한 열교환기 (31) 의 전열면이 오염되어, 전열 성능이 저하되는 것을 생각할 수 있다. 온초순수의 제조 프로세스에서는, 온초순수의 품질 유지를 위해 열교환기 (31) 의 분해 세정은 불가능하기 때문에, 도 2 의 플로는, 온배수에 오염이 없는 (또는 열교환기의 세정·오염 제거가 용이한) 경우에 적용할 수 있다. 열교환기 (31) 로는, 불순물의 리크 또는 용출을 완전히 방지하기 위해, 전체 용접 또는 편측 용접 타입의 티탄제 플레이트 열교환기를 사용하는 것이 바람직하다.

도 3 은, 도 2 에 있어서, 온배수를 직접 열교환기 (26) 에 통수시키는 유로 선택과, 온배수를 열교환기 (31) 를 통하여 열교환기 (26) 에 통수시키는 유로 선택을 전환할 수 있도록 구성한 것이다.

즉, 온배수용 배관 (33) 은, 밸브 (34), 배관 (35) 을 통하여 배관 (29) 에 접속되어 있다. 또, 배관 (33) 은, 그 배관 (33) 으로부터 분기된 배관 (36), 밸브 (37) 및 배관 (38) 을 통하여 열교환기 (31) 에 접속되어 있다. 밸브 (34) 를 열고, 밸브 (37) 를 닫음으로써, 배관 (33) 으로부터의 온배수는 열교환기 (26) 에 직접 통수된다.

밸브 (34) 를 닫고, 밸브 (37) 을 엶으로써, 배관 (33) 으로부터의 온배수는, 열교환기 (31) 에 통수된 후, 열교환기 (26) 에 통수된다.

또한, 배관 (33) 에 TOC 계나 비저항계 등의 수질 센서 (39) 를 형성하고, 이 검출값을 밸브 제어 장치 (도시 생략) 에 입력하고, 온배수의 수질이 양호할 (예를 들어 TOC 가 소정 농도보다 낮을) 때에는, 온배수를 열교환기 (31, 26) 순으로 통수시키고, 수질이 양호하지 않을 (예를 들어 TOC 농도가 소정값보다 높을) 때에는, 온배수가 열교환기 (26) 에 직접 통수되도록 밸브 (34, 37) 를 제어하는 것이 바람직하다.

또, 배관 (33) 에 세정수용 배관 (40) 을 밸브 (41) 를 통하여 접속하고, 필요에 따라 열교환기 (31, 26) 나 배관을 약품이나 물로 세정하도록 해도 된다.

도 3 의 그 밖의 구성은 도 2 와 동일하다.

도 3 의 초순수 제조 장치에 의하면, 초순수의 효율적인 가열과, 열교환기의 오염 방지 (억제) 를 도모할 수 있다.

도 4 는, 열교환기 (26) 의 열원 유체 유로에 제 3 매체수가 순환 통수되도록, 열교환기 (44), 배관 (45), 열교환기 (31), 배관 (29), 열교환기 (26), 배관 (46) 으로 이루어지는 순환 유로를 형성하고, 열교환기 (44) 의 열원 유체 유로에 배관 (47) 을 통하여 약 56 ℃ 의 온배수를 통수시키고, 그 약 25 ℃ 의 유출수를 배관 (48) 에 의해 회수수로서 회수하도록 한 것이다.

열교환기 (44) 의 피가열 유체 유로를 흐름으로써 약 51 ℃ 로 가열된 제 3 매체수는, 배관 (45) 을 통하여 열교환기 (31) 의 열원 유체 유로에 통수되어, 배관 (9) 을 흐르는 초순수를 가열한다. 열교환기 (31) 를 통과하여 약 47 ℃ 로 강온된 온배수는, 배관 (29) 을 통하여 열교환기 (26) 의 열원 유체 유로에 통수되어, 약 20 ℃ 로 강온되고, 이어서 배관 (46) 을 통하여 열교환기 (44) 의 피가열 유체 유로로 되돌아온다. 열교환기 (26) 에서는 약 15 ℃ 의 제 2 매체수를 약 25 ℃ 로 가열한다.

이 도 4 의 초순수 제조 장치는, 초순수의 가열 효율이 양호하고, 또 초순수 용 배관 (9) 의 열교환기 (31) 에 청정한 제 3 매체수가 통수되므로, 그 열교환기 (31) 의 오염 부착 리스크가 억제된다.

도 5 는, 도 1 에 있어서, 복수 대의 히트 펌프에 의해 제 1 매체수를 가열하도록 구성함과 함께, 유즈 포인트 바로 앞에 설치된 UF 막 분리 장치 (11A) 의 농축수도 온배수로서 이용하도록 구성한 실시형태를 나타내고 있다.

이 실시형태에서는, 열교환기 (10) 의 열원 유체 유로 출구로부터 유출된 약 51 ℃ 의 제 1 매체수는, 배관 (12) 을 통하여 중계 탱크 (12a) 에 도입된다. 중계 탱크 (12a) 에는, UF 막 분리 장치 (11A) 로부터의 농축수도 도입된다. 이 농축수는 청정도가 높다. 중계 탱크 (12a) 내의 제 1 매체수는, 배관 (12b) 을 통하여 제 1 히트 펌프 (20A) 의 응축기 (23) 에 유통되어 약 60 ℃ 로 가열된 후, 배관 (12c) 을 통하여 제 2 히트 펌프 (20B) 의 응축기 (23) 에 유통되어 약 67 ℃ 로 가열되고, 이어서, 배관 (14) 을 통하여 증기식 열교환기 (15) 에 유통되어 약 75 ∼ 76 ℃ 로 가열된 후, 배관 (16) 을 통하여 열교환기 (10) 의 열원 유체 유로 입구로 순환된다.

히트 펌프 (20A, 20B) 의 구성은, 히트 펌프 (20) 와 동일하다. 각 히트 펌프 (20A, 20B) 의 증발기 (21) 에는, 열교환기 (26) 로 가열된 제 2 매체수가 유통된다. 열교환기 (26) 의 피가열 유체 유로를 통과함으로써 약 40 ℃ 로 가열된 제 2 매체수는, 배관 (27) 및 그것으로부터 분기된 배관 (27a, 27b) 에 의해 각 증발기 (21) 에 유통되고, 히트 펌프 (20A, 20B) 의 열매체와 열교환되어 강온된다. 각 증발기 (21) 로부터 유출된 약 30 ℃ 의 제 2 매체수는, 배관 (25a, 25b) 을 통하여 합류 탱크 (25c) 에 도입된다. 합류 탱크 (25c) 내의 제 2 매체수는, 펌프 (25d) 및 배관 (25e) 을 통하여 열교환기 (26) 의 피가열 유체 유로로 되돌아온다.

열교환기 (26) 의 열원 유체 유로에는, 온배수 탱크 (95) 로부터의 약 56 ℃ 의 온배수가 배관 (29) 을 통하여 도입된다. 열교환기 (26) 로 열교환하여 약 32 ℃ 로 강온된 배수는, 배관 (30) 을 통하여 회수수로서 회수된다.

온배수 탱크 (95) 에는, 유즈 포인트 (90) 로부터 배출되는 온배수가 도입된다. 또, 이 실시형태에서는, 상기 중계 탱크 (12a) 로부터의 오버 플로수도 온배수 탱크 (95) 에 도입된다.

도 5 의 그 밖의 구성은 도 1 과 동일하고, 동일 부호는 동일 부분을 나타내고 있다.

또한, 도 1 ∼ 6 의 각 초순수 제조 장치에 있어서, 1 차 순수 온도 25 ℃, 서브 시스템 (4) 으로부터의 초순수 온도 30 ℃, 온초순수 온도 60 ℃, 온배수 온도 56 ℃, 회수수 온도 25 ℃, 증기식 열교환기 (15) 로부터의 제 1 매체수 온도 85 ℃ 의 온도 조건으로 하고, 여러 가지 유량 조건에서 시뮬레이션을 실시하였다. 그 결과, 도 6 의 초순수 제조 장치의 열원 비용을 100 ％ 로 한 경우, 도 1 의 초순수 제조 장치의 열원 비용은 75 ％, 도 2 의 초순수 제조 장치의 열원 비용은 63 ％, 도 4 의 열원 비용은 65 ％ 였다.

상기 실시형태는 본 발명의 일례로, 본 발명은 도시 이외의 형태가 되어도 된다. 예를 들어, 열교환기 (10) 로 가열된 초순수를 가열하도록 배관 (11) 에 증기식 열교환기가 형성되어도 된다.

본 발명을 특정한 양태를 사용하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.

본 출원은, 2016년 9월 14일자로 출원된 일본 특허출원 2016-179640호에 기초하고 있으며, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims

1 차 순수 제조 장치와,
그 1 차 순수 제조 장치로부터의 1 차 순수를 처리하여 초순수를 제조하는 2 차 순수 제조 장치와,
그 2 차 순수 제조 장치로부터의 초순수를 가열하는 가열 수단을 갖고, 가열된 초순수를 유즈 포인트에 공급하는 초순수 제조 장치에 있어서,
상기 가열 수단은,
상기 2 차 순수 제조 장치로부터의 초순수가 피가열 유체 유로에 통수되는 제 2 열교환기와,
그 제 2 열교환기의 열원 유체 유로에 전열 매체로서의 제 1 매체수를 순환 유통시키는 제 1 순환 유로와,
그 제 1 순환 유로를 흐르는 제 1 매체수를, 온배수의 열에 의해 가열하는 제 1 매체수 가열 장치와,
그 제 1 매체수 가열 장치로 가열된 제 1 매체수를 증기에 의해 가열하는 제 3 열교환기를 구비한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항에 있어서,
상기 제 1 매체수 가열 장치는, 응축기, 증발기, 펌프 및 팽창 밸브를 구비한 히트 펌프를 갖고 있고,
그 응축기는, 그 제 1 매체수를 가열하도록 상기 제 1 순환 유로에 설치되어 있고,
그 증발기는, 제 2 매체수가 순환되는 제 2 순환 유로에 설치되어 있고,
그 제 2 순환 유로에는, 상기 온배수의 열에 의해 제 2 매체수를 가열하기 위한 제 2 매체수 가열 장치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 2 항에 있어서,
상기 제 2 매체수 가열 장치는, 상기 온배수가 열원 유체 유로에 통수되는 제 5 열교환기인 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 3 항에 있어서,
상기 2 차 순수 제조 장치와 제 2 열교환기 사이에, 상기 초순수를 가열하기 위한 제 6 열교환기가 설치되어 있고,
상기 온배수를, 제 6 열교환기의 열원 유체 유로에 통수시키고 나서 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 통수시키기 위한 온배수 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 4 항에 있어서,
상기 온배수를 상기 제 6 열교환기를 거쳐 제 5 열교환기에 통수시키는 제 1 유로 선택과, 온배수를 상기 제 6 열교환기를 우회하여 제 5 열교환기에 통수시키는 제 2 유로 선택을 전환하기 위한 유로 전환 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 5 항에 있어서,
상기 온배수의 수질을 측정하는 수질 센서를 형성하고, 그 수질 센서의 검출 수질이 소정값보다 양호한 경우에는 상기 제 1 유로 선택으로 하고, 검출 수질이 그 소정값보다 불량인 경우에는 상기 제 2 유로 선택으로 하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 2 항에 있어서,
상기 제 2 매체수 가열 장치는, 제 3 매체수가 열원 유체 유로에 통수되는 제 5 열교환기이고,
그 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 제 3 매체수를 순환 유통시키기 위한 제 3 순환 유로가 형성되어 있고,
그 제 3 순환 유로에, 상기 온배수에 의해 제 3 매체수를 가열하는 제 7 열교환기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 7 항에 있어서,
상기 2 차 순수 제조 장치와 제 2 열교환기 사이에, 상기 초순수를 가열하기 위한 제 6 열교환기가 설치되어 있고,
상기 제 3 순환 유로는, 상기 제 7 열교환기로 가열된 제 3 매체수를 그 제 6 열교환기의 열원 유체 유로를 거쳐 제 5 열교환기의 열원 유체 유로에 통수시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.