KR900000906B1 - 탈이온수 제조장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

탈이온수 제조장치

제1도는 본 발명 제조장치의 한 구체예의 개략도.

제2도는 제조장치의 또 다른 구체예의 개략도.

제3도는 사용전에, 재생된 이온 교환탑을 세정하기에 적합한 제조장치의 또 다른 구체예의 개략도.

본 발명은 고도로 탈 이온화된 물을 제조하는 장치에 관한 것이다.

예를 들어서, 반도체와 같은 각종 전자부품의 제조시 세정의 목적으로 다량의 탈이온수가 필요하다. 탈이온수 제조용의 종래의 장치, 특히 고도의 탈이온수를 제조하기 위한 장치들은 일반적으로 구조에 있어 대형이고 고가이다. 그러므로, 구조에 있어 소형이고 저가로 확실하고 안정한 양식으로 탈이온수를 제조할 수 있는 탈이온수 제조장치의 제조에 대한 요구가 존재한다.

종래에, 순수는 증류, 흡착, 역침투, 전기투석, 이온교환 및 이들 기법의 조합과 같은 각종 물 정제기법을 사용하여 적합한 원수(原水)로부터 제조되었다. 만일 고도의 탈이온수를 원한다면 어떤 형태의 이온교환기법의 사용이 불가피하다. 특히, 0.1μs/cm 이하의 비전도도를 갖는 고도의 탈이온수를 제조할 때, 양이온과 음이온 교환 물질의 혼합물을 포함하는 물폴리셔(polisher)로서 통상 일컫는 시중구입되는 카아트리지의 사용이 불가피하다. 이것은 이들 혼합된 배드(bed) 카아트리지는 사용전에 활성화제(재생제)로부터 생기는 유동성 또는 비결합 이온이 없도록 용이하게 세정될 수 있는 한편, 각기 베드에 놓인 양이온 및 음이온 이온 교환물질의 정제는 그로부터 유동성이온을 제거하기 위해 매우 다량의 초순수를 요한다. 그러나, 이러한 혼합된 배드 카아트리지는 그의 이온 교환 능력을 재생시키는 것이 실제적으로 불가능하며 따라서 일단 그의 능력을 소모하면 처분해야만 한다. 다른 이온교환 물질에 대해서는 다른 재생제가 요구되기 때문에 다른 이온교환 물질의 혼합물은 그의 재생을 허용하기 전에 그의 성분들로 분리되어야한다. 이 분리는 단지 불완전하게만 행해질 수 있으며 경제적이지 못하다. 종전 제조장치에서는 수명을 연장하기 위해 물폴리셔에 대한 부담을 감소시키기위해 대형의 전처리 수단과 관련하여 혼합 베드 물폴리셔를 사용하였다.

본 발명을 요약하면 다음과같다.

본 발명자는 일정량의 원수가 HCl로 활성화 또는 재생된 양이온 교환수지와 NaOH로 활성화 또는 재생된 음이온교환수지를 각각 포함하는 적어도 한쌍의 직렬연결 반응기를 통하여 반복순환될 때, 이들 수지는 혼합 베드 물폴리셔를 세정하는 것과 유사한 방법으로 서로의 재생제로부터 생기는 유동성 이온들을 상호 결합시킬 수 있으며 순환수는 이론상의 도달한계인 0.05μs/cm에 가까운 비전도도로 탈이온 될 수 있음을 발견하였다. 이 방법으로 일단 수지가 유동성이온이 없도록 세정되면 혼합베드 물 폴리셔를 사용하지 않고 초순수를 제조하는 데에 사용할 수 있는 한편 반복사용을 위하여 그들의 재생을 허용한다.

본 발명은 이 발견을 기초로한다.

따라서, 본 발명은 직렬로 연결된 한쌍의 양이온 교환탑과 음이온 교한탑; 상기 이온교환탑을 통해 제조장치내에 일정량의 물을 순환시키기 위한 폐환 유동통로수단; 장치내에 상기량의 물을 소정의 방향으로 반복순환시키기 위한 상기 유동통로수단과 결합된 펌프수단; 상기 이온교환탑 바로 하류위치에 상기 유동통로수단을 통해 흐르는 물의 전기비전도도를 감지하는 감지수단; 상기 감지수단과 상기 이온교환탑 사이의 위치에 상기 유동통로수단을 통해 물의 흐름을 선택적으로 차단하는 제1밸브수단; 장치에 원수를 단속적으로 도입하기위해 상기 제1밸브수단과 상기 이온교환탑 사이의 위치에 상기 유동통로수단과 합해지는 입구수단; 장치에 생성수를 단속적으로 방출시키기위해 제1감지수단과 제2밸브수단 사이의 위치에 상기 유동통로수단으로부터 분기하는 출구수단; 상기 출구수단과 결합된 제2밸브수단; 그리고 (a) 상기 감지수단에 의해 감지된 상기 비전도도가 소정의 제1레벨 이하에 달할때까지 상기 제1밸브수단은 열려있는 한편 상기 제2밸브수단은 닫혀 있으면서 상기 량의 물이 장치내에 반복순환되는 제1모우드와 (b) 상기 감지수단에 의해 감지된 비전도도가 소정의 제1레벨보다 더 높은 소정의 제2레벨 이상에 달할 때까지 상기 제1밸브수단은 닫혀 있는 한편, 상기 제2밸브수단은 열려 있으면서 상기 일정량의 물이 상기 출구수단을 통해 장치로부터 방출되고 동시에 다른 일정량의 원수를 상기 입구수단을 통해 장치에 도입시키는 제2모우드 사이에 장치의 작동을 조절하기위한 상기 감지수단에 의해 감지된 비전도도의 레벨에 반응하는 제어수단으로 이루어지는 탈이온수의 제조장치를 제공한다.

바람직하게는 장치는 직렬로 교대로 연결된 상기 양이온 교환탑과 상기 음이온교환탑의 복수의 쌍으로 이루어진다.

바람직하게는 장치는 또한 이온성 불순물 이외의 오염물질을 제거하기 위한 탄소필터 및 막필터로 이루어질 수 있다.

본 발명 장치는 또한 궁극적으로 혼합 이온교환 베드로 처리되는 원수를 전처리하기 위해 사용할 수 있으며, 또는 장치 자체는 그의 유동회로내에 혼합이온교환 베드를 포함할 수 있다.

발명의 바람직한 구체예는 다음과같다.

제1도를 참조하면, 본 발명의 제1구체예에 따른 탈이온수 제조장치를 개략적으로 예시한다. 장치는 두 쌍의 양이온 교환탑과 음이온 교환탑(K₁,A₁및 K₂, A₂) 각각을 포함한다. 이들 탑은 순수가 양이온 교환탑을 통과한 다음 음이온 교환탑을 교대로 통과하도록 또는 그 역으로 되도록 직렬로 연결된다. 이러한 쌍들의 이온교환탑을 복수 사용하는것이 바람직하다. 이것은 장치의 효율을 증가시키고 또한 생성수의 질을 개선시킨다. 또한, 단일 이온교환탑은 같은 전하의 복수의 이온교환 베드로 이루어질 수 있다.

장치는 유기오염물질, 염소, 철 녹, 등과 같은 불순물을 흡착하기 위한 제1쌍의 이온교환탑(K₁, A₁) 상류에 탄소필터(CF)를 포함하고 입자물질을 제거하기 위해 제2쌍의 이온교환탑(K₂, A₂)하류에 막필터(MF)를 포함한다.

탄소필터(CF) 상류에는 펌프(P)가 위치한다. 센서(M)는 장치내에 순환하는 공정수의 비전도도를 감지하기 위하여 막필터(MF) 하류에 위치한다. 제1자동밸브(MV₁)는 생성수가 제2작동모우드의 동안에 장치로부터 방출될 때 장치에 물의 순환을 선택적으로 종결시키기 위하여 센서(M)와 펌프(P)의 사이에 제공된다. 펌프(P), 탄소필터(CF), 제1쌍의 이온교환탑(K₁및 A₁), 제2쌍의 이온교환탑(K₂및 A₂), 막필터(MF), 센서(M) 및 자동밸브(MV₁)를 폐환 유동회로로 연결하는 라인 또는 도관(10)은 도면에서 보는 바와 같이 구비되어 있다.

원수 입구라인(16)은 제1자동밸브(MV₁)와 펌프(P) 사이의 위치에 폐환 유동회로와 합해진다.

생성수 출구라인(18)은 또한 센서(M)와 제1자동밸브(MV₁) 사이의 위치에 폐환 유동회로로부터 분기하여 제공되어 있다. 제2자동밸브(MV₂)는 출구라인(18)에 제공된다.

제어장치는 센서(M)에 의해 감지된 비전도도의 레벨에 반응하여 열린 위치와 닫힌 위치 사이의 제1 및 제2자동밸브(MV₁및 MV₂)를 선택적으로 및 교대로 이동시키기 위하여 신호를 내도록 제공된다.

환언하면 제어장치는 비전도도가 소정의 제1레벨 이하일 때 제1밸브(MV₁)는 닫히고 제2밸브 (MV₂)는 열리게 한다. 전도도가 소정의 제1레벨보다 더 높은 소정의 제2레벨 이상일 때, 제어장치는 제1밸브(MV₁)는 열리고 제2밸브(MV₂)는 닫히게 한다.

작동시, 적합한 공급원으로부터의 일정량의 원수는 장치가 준비될때까지 자동밸브(MV₁)는 닫히고 자동밸브(MV₂)는 열리면서 입구라인(16)을 거쳐 장치에 도입된다. 입구라인(16)은 장치의 액체 압력이 장치가 준비되었음을 가리키면서 소정의 레벨에 도달할 때 자동적으로 폐쇄되는 역지판(보이지 않음)을 포함할 수 있다.

센서(M)는 이제 소정의 제2레벨 이상의 전기 비전도도를 감지하며 제어장치는 밸브(MV₁)를 열리게 하고 밸브(MV₂)는 닫히게 한다. 장치는 이제 탄소필터(CF), 이온교환탑(K₁, A₁및 K₂, A₂)쌍들, 그리고 막필터(MF)를 통하여 장치에 일정량의 물을 순환시키기위해 펌프(P)가 작동되는 제1모우드로 작동할 준비가 되어 있다. 물은 이온교환탑(K₁, A₁및 K₂, A₂)쌍들을 반복하여 통과함에 따라 점진적으로 탈이온화된다. 유기오염물질, 염소, 철녹 등과 같은 불순물은 탄소필터(CF)에 의해 흡착되고 입자성 물질은 필터(MF)에 의해 여과제거된다.

순환수의 비전도도가 소정의 제1레벨이하, 예를 들면 0.8μS/cm 이하로 감소할 때, 제어장치는 밸브(MV₁)는 닫히고 밸브(MV₂)는 열리게 한다. 장치는 이제 생성수가 출구라인(18)을 통해 장치로부터 방출되는 제2모우드로 작동할 준비가 되어 있다. 동시에, 원수입구(16)와 결합된 역지판(보이지 않음)은 장치를 다른 일정량의 원수로 충전시키기 위한 장치내의 액체 압력의 감소에 반응하여 열린다. 장치를 다른 일정량의 원수로 충전시켰을 때, 센서(M)는 소정의 제2레벨이상, 예를 들면, 1,0μS/cm 이상의 비전도도를 검출하여, 이 장치의 작동을 제1모우드로 변경시킨다.

이와 같이, 장치는 위의 단계들을 반복함으로써 탈이온수를 단속적으로 생성시킬 수 있다.

발명장치에 모든 이온교환탑은 바꿔 끼울 수 있는 카아트리지의 형태를 취하는 것이 바람직하다. 이것은 소비된 탑을 단시간내에 새롭게 재생된 탑과 대치시킬 수 있기 때문에 소비된 이온교환탑의 적소 재생과 관련된 비작동시간을 크게 감소시킨다. 이온교환 능력에 있어서의 감소는 원수라인(16)에 가장 가까운 곳에 위치하는 이온교환탑 쌍으로부터 먼저 일어난다. 이 때문에, 재생을 위하여 이 쌍을 제거한 다음 남은 쌍 또는 쌍들을 역유동 방식으로 계속해서 대치시키는 것이 바람직하다. 다음에 새롭게 재생된 쌍의 이온교환탑은 입구라인(16)으로부터 가장 먼 위치에 놓일 수 있다. 이것은 각 쌍의 이온교환탑을 최대한으로 사용할 수 있게 한다.

제2도를 참조하여 장치의 또 다른 구체예를 예시한다. 이 도면에서, 같은 참고번호 및 설명은 제1도에서와 같은 부재를 나타내며, 전체장치가 이하에 논의되는 바를 제외하고는 제1도의 구체예와 같은 방법으로 작동한다.

제2도에 나타낸 장치는 제1쌍의 이온교환탑(K₁, A₁)과 제2쌍의 이온교환탑(K₂, A₂)를 각각 우회하는 우회라인(20과 30)으로 이루어진다. 상호 작동 가능한 밸브(V₁과 V₄)는 이온교환탑(K₁, A₁과 K₂, A₂) 각 쌍 바로 상류에 주 라인(10)에 배치되며 유사한 밸브(V₂와 V₃)는 각각 우회라인(20과 30)에 제공된다. 보통 밸브(V₁과 V₄)가 열려있을 때 밸브(V₂와 V₃)는 닫혀있다. 제1쌍의 탑(K₁, A₂)의 대치가 요망될때는 밸브(V₄)를 닫고 밸브(V₃)를 연다. 다음에 탑(K₂, A₃)를 새롭게 재생된 탑(K₃, A₃)(보이지 않음)과 대치한다. 다음에 밸브(V₄)를 열고 밸브(V₃)를 닫는다. 그후, 소모된 탑쌍(K₁, A₁)을 탑(K₂, A₂)으로 대치하기 위하여 밸브(V₂)를 열고 밸브(V₁)을 닫는다.

제2도의 구체예는 비작동시간을 완전히 제거할 수 있다. 이러한 고안은 또한 장치에 물의 순환을 종결시키지 않고 원하는 바 이온교환탑의 적소재생을 하게 한다.

제1도 또는 제2도에 나타낸 바와 같은 장치에 의한 고도의 탈이온수를 제조하기 위해서는, 모든 재생이온 교환탑을 장치에 설치전에 각각의 재생제로부터 생기는 유동이온이 실질적으로 없도록 세정되는 것이 바람직하다. 제3도는 이 목적을 위해 재생된 이온교환탑을 세정하는 장치를 나타낸다. 제3도에 나타낸 장치는 단지 한 쌍의 양이온 교환탑과 음이온 교환탑만 장치에 포함되는 것과 순환수가 음이온 교환탑 위로 통과하는 것을 제외하고는 제1도에 나타낸 장치와 실질적으로 같다.

상류 유동은 탑 하우징내의 이온교환 입자의 자유이동을 더 효과적으로 촉진시킬 수 있기 때문에, 역유동방향으로 보다 더 빠르게 세정을 완결하게 된다. 이 경우에, 음이온 교환탑(A)은 세정되고 따라서 물은 탑(A)를 통하여 상부방향으로 통과하는 한편 탑(A)에 상류에 연결된 양이온 교환탑(A)을 통하여 하부방향으로 통과한다. 순환수의 비전도도가 소정의 제1레벨 이하로 감소할 때 탑(A)은 세정되고 소모된 이온교환탑의 대신에 제1도 또는 제2도에 나타낸 장치에서 사용할 준비가 된다. 특정한 이온교환 물질을 세정하는 데에만 독점 사용하기 위해서는 각각 적어도 두 개의 따로된 이러한 장치를 갖는 것이 바람직하다. 제3도에 나타낸 장치는 고순도 및 고도의 이온교환 능력을 갖는 이온교환탑 또는 카아트리지를 제공할 수 있다. 그것은 세정의 목적을 위해 초순수에 대한 필요를 제거 또는 최소화시킨다.

실험결과 약 0.5μS/cm 오다의 비전도도가 제시한 장치에 의해 달성될 수 있음을 나타내었다. 그러나, 만일 0.1μS/cm의 오다 또는 그 이하의 비전도도를 갖는 더 순수한 물을 원한다면, 종래의 물폴리셔 또는 혼합된 베드 이온교환 카아트리지를 제1도 또는 제2도에 나타낸 장치의 막필터(MF) 바로 상류에 개입시킬 수 있다. 또 다르게는, 출구라인(18)을 나가는 생성수는 혼합된 베드 이온교환 카아트리지를 통과할 수 있다. 이러한 혼합된 베드 카아트리지는 앞서 논의한 바와 같이 재생 및 세정된 다른 이온교환수지의 혼합물과 적합한 하우징을 충전시킴으로써 현장에서 제조될 수 있다.

발명의 특정한 구체예를 기술하였으나, 첨부된 청구범위에 규정되는 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 수정을 가할 수 있다.

Claims (8)

1. 직렬로 연결된 적어도 한쌍의 양이온 교환탑과 음이온 교환탑; 상기 이온교환탑을 통해 제조장치내에 일정량의 물을 순환시키기 위한 폐환 유동통로수단; 장치내에 상기량의 물을 소정의 방향으로 반복 순환시기 위한 상기 유동통로수단과 결합된 펌프수단; 상기 이온교환탑 바로 하류위치에 상기 유동통로수단을 통해 흐르는 물의 비전도도를 감지하는 감지수단; 상기 감지수단과 상기 이온교환탑 사이의 위치에 상기 유동통로수단을 통해 물의 흐름을 선택적으로 차단하는 제1밸브수단; 장치에 원수를 단속적으로 도입하기 위해 상기 제1밸브수단과 상기 이온교환탑 사이의 위치에 상기 유동통로수단과 합해지는 입구수단; 장치로부터 생성수를 단속적으로 방출시키기위해 상기 감지수단과 상기 제1밸브수단 사이의 위치에 상기 유동통로수단으로부터 분기하는 출구수단; 상기 출구수단과 결합된 제2밸브수단; 그리고 (a) 상기 감지수단에 의해 감지된 상기 비전도도가 소정의 제1레벨 이하일때까지 상기 제1밸브수단은 열려있는 한편 상기 제2밸브수단은 닫혀 있으면서 장치내에 상기 일정량의 물이 반복 순환되는 제1모우드와, (b) 상기 감지수단에 의해 감지된 비전도도가 소정의 제1레벨보다 더 높은 소정의 제2레벨 이상일때까지 상기 제1밸브수단은 닫혀있는 한편 상기 제2밸브수단은 열려 있으면서 상기 일정량의 물이 상기 출구수단을 통해 장치로부터 방출되고 동시에 또 다른 일정량의 원수를 상기 입구수단을 통해 장치에 도입시키는 제2모우드, 사이에 장치의 작동을 조절하기위한 상기 감지수단에 의해 감지된 비전도도의 레벨에 반응하는 제어수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 입구수단은 상기 제1모우드로 장치를 작동시킬 때 역지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 이온교환탑은 모두 재생을 위해 바꿔끼울 수 있는 구조의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
4. 제3항에 있어서, 물이 다른 이온교환 베드를 교대로 통과하도록 직렬로 연결된 복수의 상기 쌍들의 이온교환탑으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 펌프수단과 상기 이온교환탑 사이의 상기 유동통로수단에 탄소필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 이온교환탑과 상기 감지수단 사이의 상기 유동통로수단에 막필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 이온교환탑 각 쌍을 선택적으로 우회하는 유동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.
8. 제6항에 있어서, 반대로 하전된 이온교환 물질의 혼합물로 이루어지는 이온교환탑을 상기 막필터 바로 상류에 상기 유동통로수단에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈이온수 제조장치.

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