TW202239463A - 電去離子系統及電去離子系統的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電去離子系統及其控制方法，所述電去離子系統包括多個電去離子裝置，抑制因向各電去離子裝置的供水流量的減少而引起的水垢的產生，並且降低生產成本。提供一種電去離子系統1及其控制方法，所述電去離子系統1是包括並列設置的多個電去離子裝置1A的電去離子系統1，且包括：供水流量變動部件，使向多個電去離子裝置1A的供水流量變動；濃縮水流量調整部件，針對每個電去離子裝置1A調整自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4的流量；以及濃縮水流量保持部件，將自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4的流量保持為一定以上，濃縮水流量保持部件僅設置於主流路23以及主路徑25，所述主流路23是供由多個電去離子裝置1A的各個製造的脫鹽水W2流動的多個副流路22統合而成，所述主路徑25是供自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4流動的多個副路徑24統合而成。
Description
本發明是有關於一種設置有多個電去離子裝置的電去離子系統及其控制方法。
半導體等電子產業領域中所使用的超純水是藉由利用超純水製造裝置對原水進行處理而製造，所述超純水製造裝置包含前處理系統、一次純水系統及對一次純水進行處理的子系統。
此種超純水製造裝置中所含的一次純水製造裝置為除了超純水製造裝置的領域以外，亦用於醫藥用或食品用等的各種領域的通用性高的系統。作為一次純水系統的結構，通常包含二段結構的逆滲透膜（Reverse Osmosis film，RO膜）裝置及電去離子裝置，逆滲透膜（RO膜）裝置將二氧化矽或鹽類去除，並且將離子性、膠體性的總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）去除。
此處，電去離子裝置通常具有於陰極及陽極間交替地排列陽離子交換膜與陰離子交換膜而交替地形成脫鹽室與濃縮室，並於脫鹽室填充有離子交換樹脂的結構，進行各種無機或者有機性的陰離子及陽離子的去除。
若向所述電去離子裝置的脫鹽室供給水，則水中的離子因所帶的電荷而向脫鹽室內的陽極、陰極的任一者的離子交換樹脂的方向移動。移動的離子通過離子交換樹脂而進入濃縮室，因此於脫鹽室內製造經高度脫鹽的純水。另一方面，移動至濃縮室的離子停留於濃縮室內，最終作為濃縮水排出。
該電去離子裝置在應處理的水量多的情況等下，大多用作並列設置有多個電去離子裝置的電去離子系統。此種電去離子系統大多追隨其前後組合的系統的條件來變更向電去離子系統的供水條件，例如於超純水製造裝置的一次純水系統中所使用的電去離子系統中，根據組合的子系統中的純水的使用量，增減向電去離子系統的供水流量，藉此控制一次純水的製造量。
[發明所欲解決之課題]
然而，在減少電去離子系統的運轉中所供給的供水流量的情況下，存在由於在多個所設置的電去離子裝置的各裝置內濃縮水過剩地濃縮而產生水垢的問題。
本發明是鑒於所述課題而成，其目的在於提供一種電去離子系統，其抑制因向各電去離子裝置的供水流量的減少而引起的水垢的產生，並且降低生產成本。
[解決課題之手段]
鑒於所述目的，第一，本發明提供一種電去離子系統，是包括並列設置的多個電去離子裝置的電去離子系統，且包括：供水流量變動部件，使向所述多個電去離子裝置的供水流量變動；濃縮水流量調整部件，針對每個所述電去離子裝置調整自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量；以及濃縮水流量保持部件，將自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量保持為一定以上，所述濃縮水流量保持部件僅設置於主流路以及主路徑，所述主流路是供由所述多個電去離子裝置的各個製造的脫鹽水流動的多個副流路統合而成，所述主路徑是供自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水流動的多個副路徑統合而成（發明1）。
根據所述發明（發明1），即便在使向多個電去離子裝置的供水的流量（亦稱為供水流量）變動的情況下，亦可將自各電去離子裝置排出的濃縮水的流量（亦稱為濃縮水流量）保持為一定，藉此可抑制水垢的產生。另外，即便不於各副流路或各副路徑分別設置濃縮水流量保持部件，只要僅於脫鹽水的主流路與濃縮水的主路徑配備有濃縮水流量保持部件，則可將濃縮水的流量保持為一定，因此可降低電去離子系統的生產成本。
於所述發明（發明1）中，亦可為：所述供水流量變動部件使供水流量於30%～100%的範圍內增減（發明2）。
於所述發明（發明1或發明2）中，亦可為：所述濃縮水流量保持部件為所述主流路中所配備的第一控制閥及所述主路徑中所配備的第二控制閥（發明3）。
於所述發明（發明1～發明3）中，亦可為：所述濃縮水流量調整部件為所述副路徑中所配備的手動閥（發明4）。
另外，第二，本發明提供一種電去離子系統的控制方法，是包括並列設置的多個電去離子裝置的電去離子系統的控制方法，包括：供水流量變動步驟，使向所述多個電去離子裝置的供水流量變動；濃縮水流量調整步驟，針對每個所述電去離子裝置調整自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量；以及濃縮水流量保持步驟，使用僅設置於主流路的第一控制閥及僅設置於主路徑的第二控制閥將自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量保持為一定以上，所述主流路是供由所述多個電去離子裝置的各個製造的脫鹽水流動的多個副流路統合而成，所述主路徑是供自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水流動的多個副路徑統合而成（發明5）。
根據所述發明（發明5），於包括多個電去離子裝置的電去離子系統中，即便在使向各電去離子裝置的供水流量變動的情況下，亦可將自各電去離子裝置排出的濃縮水的流量保持為一定，藉此可抑制水垢的產生。另外，即便於各副路徑或各副路徑不配備控制閥，亦可使用僅設置於供脫鹽水流動的主流路以及供濃縮水流動的主路徑的控制閥將濃縮水的流量保持為一定，因此可降低電去離子系統的運用成本。
於所述發明（發明5）中，亦可為：所述供水流量變動步驟使供水流量於30%～100%的範圍內增減（發明6）。
[發明的效果]
根據本發明的電去離子系統，可提供一種電去離子系統，其抑制因向各電去離子裝置的供水流量的減少而引起的水垢的產生，並且降低生產成本。
以下，參照隨附圖式對本發明的電去離子系統進行說明。再者，為了進行說明，使用將電去離子系統配備於超純水製造裝置的圖的一部分來進行說明，但本發明的電去離子系統及電去離子系統的控制方法不限於該超純水製造裝置，可用於醫藥或食品等各種領域。
（電去離子系統）
圖1是表示能夠安裝基於本發明一實施形態的電去離子系統1的超純水製造裝置A的圖。如圖1所示，超純水製造裝置A包含前處理裝置2、含有電去離子系統1（圖1中表述為CDI（Capacitive Deionization，電容去離子）系統（system））的一次純水製造裝置3、及二次純水製造裝置（子系統）4等三段的裝置。此種超純水製造裝置A的前處理裝置2中，實施原水W的過濾、凝聚沈澱、利用微濾膜等的前處理，主要將懸浮物質去除。
一次純水製造裝置3具有對前處理水（亦稱為供水）W1進行處理的逆滲透膜裝置5、脫氣膜裝置6、紫外線氧化裝置7、以及電去離子系統1。利用該一次純水製造裝置3來進行前處理水W1中的大半的電解質、微粒子、活菌等的去除，並且將有機物分解。
子系統4包含：作為貯水槽的子槽11，貯留由一次純水製造裝置3製造的一次純水（脫鹽水）W2，配置於所述電去離子系統1的後段；以及紫外線氧化裝置12、非再生型混床式離子交換裝置13及作為膜過濾裝置的超濾（Ultra filter，UF）膜14，對自所述子槽11經由未圖示的泵所送給的一次純水W2進行處理，所述子系統4亦有時進而視需要設置有RO膜分離裝置等。於該子系統4中，藉由紫外線氧化裝置12將一次純水W2中所含的微量的有機物（TOC成分）氧化分解，繼而藉由利用非再生型混床式離子交換裝置13進行處理，而藉由離子交換將殘留的碳酸離子、有機酸類、陰離子性物質、進而金屬離子或陽離子性物質去除。然後，利用超濾（UF）膜14將微粒子去除而製成超純水W3，將其供給至使用點15，未使用的超純水回流至子槽11。
使用圖2對本發明一實施形態的電去離子系統1進行說明。如圖2所示，本發明一實施形態的電去離子系統1包括並列設置的多個電去離子裝置1A。
於電去離子系統1中，首先，藉由能夠使向電去離子裝置1A的供水流量變動的供水用的泵1B，任意流量的供水W1通過流路21並供給至各電去離子裝置1A。供給至各電去離子裝置1A的供水W1由各電去離子裝置1A處理，成為脫鹽水（一次純水）W2以及濃縮水W4。
由各電去離子裝置1A製造的脫鹽水W2通過副流路22，並於主流路23合流。於副流路22配備有手動閥1C與流量計1D，於主流路23配備有第一控制閥1E與流量計1F。另一方面，自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4通過副路徑24，其後於主路徑25合流。於各副路徑24配備有手動閥1G與流量計1H，於主路徑25配備有第二控制閥1I與流量計1J。
另外，於電去離子系統1亦可配備有控制裝置（未圖示），所述控制裝置能夠根據來自泵1B的供水W1的流量變化，對主流路23中所配備的第一控制閥1E及主路徑25中所配備的第二控制閥1I進行控制。
與圖2中的泵1B相當的供水流量變動部件是使向多個電去離子裝置1A的供水W1的流量變動的部件。供水流量變動部件可採用在將變動前的供水W1的流量設為100%的情況下，使供水W1的流量於30%至100%的範圍內變動的部件。此處，所謂變動前的供水W1的流量，是將各電去離子裝置1A的型錄中所記載的最大通水流量的總和設為最大值的流量。藉由使供水W1的流量的變動處於所述範圍內，如後述的驗證實驗所示，由各電去離子裝置1A製造的脫鹽水W2與自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量與供水W1的流量變化大致成比例地發生變化，因此更容易將濃縮水W4的流量保持為一定。
另外，供水流量變動部件於圖2中以泵1B為例示出，但只要可使向電去離子裝置1A的供水W1的流量變動，則不限於泵1B，例如，亦可使用向圖1中的RO（逆滲透膜裝置）5的送水泵或高壓泵（均未圖示）。
與圖2中的手動閥1G相當的濃縮水流量調整部件是用於針對每個電去離子裝置1A調整所排出的濃縮水W4的流量的部件。濃縮水流量調整部件設置於供自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4流動的各副路徑24。於電去離子系統1的啟動時或運轉開始的初期階段，使用濃縮水流量調整部件針對各電去離子裝置1A將所排出的濃縮水W4的流量調整為規定的值，進而使用後述的濃縮水流量保持部件調整脫鹽水W2及濃縮水W4的流量，藉此即便使供水W1的流量變化，亦能夠將濃縮水W4的流量保持為一定的值。
另外，濃縮水流量調整部件於圖2中以手動閥1G為例示出，但只要能夠調節自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量，則無特別限制，例如亦可使用定流量閥。
與圖2中的主流路23中所配備的第一控制閥1E及主路徑25中所配備的第二控制閥1I相當的濃縮水流量保持部件是將自各個電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量保持為一定以上的部件。另外，如圖2所示般，該濃縮水流量保持部件僅設置於主流路23以及主路徑25，所述主流路23是供由多個電去離子裝置1A的各個製造的供脫鹽水W2流動的多個副流路22統合而成，所述主路徑25是供自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4流動的多個副路徑24統合而成。
於該濃縮水流量保持部件中，例如，根據來自泵1B的供水W1的流量變化，對主流路23中所配備的第一控制閥1E及主路徑25中所配備的第二控制閥1I進行控制，藉此能夠控制電去離子裝置1A的脫鹽水W2與濃縮水W4的流量。即，在供水W1的流量減少的情況下，藉由減少脫鹽水W2的流量，能夠使濃縮水W4的流量為一定以上。
藉由該濃縮水流量保持部件與所述濃縮水流量調整部件，能夠將自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4的流量針對每個電去離子裝置1A保持為一定的值，因此可抑制水垢的產生。另外，藉由僅於主流路23以及主路徑25設置該濃縮水流量保持部件，與於多個副流路22或多個副路徑24設置該濃縮水流量保持部件的情況相比，可減少濃縮水流量保持部件的設置數量，因此可抑制電去離子系統1的製造成本。
另外，濃縮水流量保持部件於圖2中以第一控制閥1E及第二控制閥1I為例示出，但只要能夠將濃縮水W4的流量保持為一定以上，則無特別限制，例如，亦可使用主路徑25中所配備的定流量閥。
（電去離子系統的控制方法）
接著，以下對本實施形態的電去離子系統1的控制方法進行說明。
本發明一實施形態的電去離子系統1的控制方法是包括並列設置的多個電去離子裝置1A的電去離子系統1的控制方法，且包括供水流量變動步驟、濃縮水流量調整步驟、以及濃縮水流量保持步驟。以下，使用圖2對各步驟進行說明。
電去離子系統1的控制方法的一實施形態中的供水流量變動步驟是藉由供水用的泵1B使向各電去離子裝置1A的供水流量變動為任意量的步驟。另外，濃縮水流量調整步驟是使用各副路徑24中所配備的手動閥1G針對每個所述電去離子裝置1A將自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量調整為規定的值的步驟。
另外，濃縮水流量保持步驟是如下濃縮水流量保持步驟：使用僅設置於主流路23的第一控制閥1E及僅設置於主路徑25的第二控制閥1I將自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4的流量保持為一定以上，所述主流路23是供由多個電去離子裝置1A的各個製造的脫鹽水W2流動的多個副流路22統合而成，所述主路徑25是供自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4流動的多個副路徑24統合而成。作為濃縮水流量保持步驟的一例，在供水W1的流量減少的情況下，藉由使用第一控制閥1E減少脫鹽水W2的流量，能夠使濃縮水W4的流量為一定以上。
藉由電去離子系統1的控制方法具有濃縮水流量調整步驟以及濃縮水流量保持步驟，即便於供水流量變動步驟中使供水流量變動，亦可將濃縮水W4的流量保持為一定，可抑制水垢的產生。另外，藉由使用並非於各副流路22或各副路徑24，而是僅於主流路23以及主路徑25中所配備的控制閥進行濃縮水流量保持步驟，可抑制電去離子系統1的運用成本。
供水流量變動步驟亦可在將變動前的供水流量設為100%的情況下，使供水流量於30%至100%的範圍內變動。藉由供水流量處於所述範圍內，如處於後述的驗證實驗般，自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4與供水流量的變化大致成比例地發生變化，因此容易將濃縮水W4保持為一定。另外，於所述供水流量變動步驟中，為了使供給水流量變動而使用了泵1B，但不限於此，亦可使用高壓泵等各種泵。
另外，於供水流量變動步驟中，自開始供水流量的變動至結束為止（例如，供水流量自100%到達30%為止）的時間較佳為1分鐘～30分鐘。藉由使其變動的時間處於所述範圍內，自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的量相對於供水流量的變化成為更充分的比例關係，從而更容易將濃縮水W4的流量保持為一定。
於所述濃縮水流量調整步驟中，示出了使用副路徑24中所配備的手動閥1G，以使自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量針對每個電去離子裝置1A成為規定值的方法，但不限於此，亦可為使用定流量閥的方法。
另外，於所述濃縮水流量保持步驟中，使用如下方法：使用設置於主流路23的第一控制閥1E以及設置於主路徑25的第二控制閥1I使濃縮水W4的流量為一定以上，所述主流路23是供脫鹽水W2流動的副流路22統合而成，所述主路徑25是供自多個電去離子裝置1A的各個排出的濃縮水W4流動的副路徑24統合而成，但不限於此，亦可為使用主路徑25中所配備的定流量閥的方法。
（驗證實驗）
接著，使用圖3所示的電去離子裝置1A的控制用的試驗裝置31，進行了用於確認本發明的效果的驗證實驗。該試驗裝置31除了具有電去離子裝置1A以外，亦具有供水槽32、供水流路33、泵1B、脫鹽水（一次純水）流路34、以及濃縮水流路35。由電去離子裝置1A製造的脫鹽水W2與自電去離子裝置1A排出的濃縮水W4分別通過脫鹽水流路34與濃縮水流路35，並再次流入至供水槽32。再者，作為電去離子裝置1A，使用採用了逆流方式的裝置，於脫鹽水流路34以及濃縮水流路35分別配備有流量計與壓力計（均未圖示）。
於試驗裝置31中，在將減少前的供水W1的流量設為100%的情況下，使用泵1B，使向電去離子裝置1A的供水流量於20分鐘內自100%減少至30%，測定相對於此時的供水流量變化而言的、一次純水W2及濃縮水W4的流量變化及壓力損失的變化。接著，使向電去離子裝置1A的供水流量於20分鐘內自30%返回至100%，測定相對於此時的供水流量變化而言的、一次純水W2及濃縮水W4的流量變化及壓力損失的變化。將重覆兩次該作業的結果示於圖4與圖5中。再者，於測定中使用了分別設置於脫鹽水流路34以及濃縮水流路35的流量計與壓力計。
如圖4及圖5所示，可確認到，即便使供水W1的流量於100%至30%之間變化，一次純水W2及濃縮水W4的流量及壓力亦相對於供水W1的流量變化而處於大致比例關係。根據該些的結果認為，即便是如本發明般包括多個電去離子裝置1A的電去離子系統1，只要可針對每個電去離子裝置1A將所排出的濃縮水W4的量調整為規定的值，則僅藉由主流路23中所配備的第一控制閥1E及主路徑25中所配備的第二控制閥1I，能夠以一定的值控制自各電去離子裝置1A排出的濃縮水W4的流量。
以上說明的實施形態是為了使本發明的理解容易而記載，並非為了限定本發明而記載。因此，所述實施形態所揭示的各要素為亦包含屬於本發明的技術範圍的所有設計變更或均等物的主旨。
1:電去離子系統
1A:電去離子裝置
1B:泵
1C、1G:手動閥
1D、1F、1H、1J:流量計
1E:第一控制閥
1I:第二控制閥
2:前處理裝置
3:一次純水製造裝置
4:二次純水製造裝置（子系統）
5:逆滲透膜裝置（RO）
6:脫氣膜裝置
7、12:紫外線氧化裝置
11:子槽
13:非再生型混床式離子交換裝置
14:超濾（UF）膜
15:使用點
21:供水的流路
22:脫鹽水的副流路
23:脫鹽水的主流路
24:濃縮水的副路徑
25:濃縮水的主路徑
31:試驗裝置
32:供水槽
33:供水流路
34:脫鹽水（一次純水）流路
35:濃縮水流路
A:超純水製造裝置
W:原水
W1:前處理水（供水）
W2:一次純水（脫鹽水）
W3:超純水（二次純水）
W4:濃縮水
圖1是表示能夠應用本發明的電去離子系統的超純水製造裝置的流程圖。
圖2是表示本發明的電去離子系統的概略圖。
圖3是表示驗證實驗中所使用的試驗裝置的控制結構的概略圖。
圖4是表示驗證實驗中的相對於供水流量變化而言的、脫鹽水及濃縮水的流量（水量）變化的圖表。
圖5是表示驗證實驗中的相對於供水流量變化而言的、脫鹽水及濃縮水的壓力損失的變化的圖表。
1:電去離子系統
1A:電去離子裝置
1B:泵
1C、1G:手動閥
1D、1F、1H、1J:流量計
1E:第一控制閥
1I:第二控制閥
21:供水的流路
22:脫鹽水的副流路
23:脫鹽水的主流路
24:濃縮水的副路徑
25:濃縮水的主路徑
W1:前處理水(供水)
W2:一次純水(脫鹽水)
W4:濃縮水
Claims (6)
- 一種電去離子系統，是包括並列設置的多個電去離子裝置的電去離子系統，且包括： 供水流量變動部件，使向所述多個電去離子裝置的供水流量變動； 濃縮水流量調整部件，針對每個所述電去離子裝置調整自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量；以及 濃縮水流量保持部件，將自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量保持為一定以上， 所述濃縮水流量保持部件僅設置於主流路以及主路徑，所述主流路是供由所述多個電去離子裝置的各個製造的脫鹽水流動的多個副流路統合而成，所述主路徑是供自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水流動的多個副路徑統合而成。
- 如請求項1所述的電去離子系統，其中，所述供水流量變動部件使供水流量於30%～100%的範圍內增減。
- 如請求項1或請求項2所述的電去離子系統，其中，所述濃縮水流量保持部件為所述主流路中所配備的第一控制閥及所述主路徑中所配備的第二控制閥。
- 如請求項1至請求項3中任一項所述的電去離子系統，其中，所述濃縮水流量調整部件為所述副路徑中所配備的手動閥。
- 一種電去離子系統的控制方法，是包括並列設置的多個電去離子裝置的電去離子系統的控制方法，包括： 供水流量變動步驟，使向所述多個電去離子裝置的供水流量變動； 濃縮水流量調整步驟，針對每個所述電去離子裝置調整自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量；以及 濃縮水流量保持步驟，使用僅設置於主流路的第一控制閥及僅設置於主路徑的第二控制閥將自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水的流量保持為一定以上，所述主流路是供由所述多個電去離子裝置的各個製造的脫鹽水流動的多個副流路統合而成，所述主路徑是供自所述多個電去離子裝置的各個排出的濃縮水流動的多個副路徑統合而成。
- 如請求項5所述的電去離子系統的控制方法，其中，所述供水流量變動步驟使供水流量於30%～100%的範圍內增減。
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