TWI805722B - 半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在提供一種廢熱回收再利用系統，可在半導體製造設備中之水處理設備中，有效利用熱能。 依本發明之半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統1包含：熱泵2，其將使冷媒蒸發的蒸發器2b、壓縮冷媒的壓縮機2c、使冷媒冷凝的冷凝器2d及使冷媒膨脹的膨脹閥2e，依此順序配置於閉迴路配管2a上。蒸發器2b係從在半導體製造設備中之水處理設備持續流動的第一流體吸熱，在該水處理設備流動的第二流體係藉由從冷凝器2d排出的熱而受到加熱。

Description

半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統

本發明係關於一種半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統，特別係關於一種使用熱泵之廢熱回收再利用系統。

本案係依據2018年3月28日所申請之日本專利申請案特願2018-062068，並主張依據該申請案之優先權。本申請案係援用該申請案之全部內容作為參考。

使用熱泵之廢熱利用系統乃為吾人所知悉者。在日本特開2017-96569號公報及日本特開2017-96570號公報中，係揭露了一種供水加溫系統，其包含了從工廠之廢溫水吸熱並加熱鍋爐之供水的熱泵。

半導體製造設備中，在純水、超純水的製造裝置或排水處理設備等水處理設備會流通有需要加熱的流體。在該等流體中，具有要求40~50℃之加熱者。為了以此溫度進行流體的加熱，需要利用蒸氣或排水等高溫流體與該流體進行熱交換。因此，在以往的半導體製造設備中的水處理設備中，設有供給蒸氣或溫水的設施設備。另一方面，在半導體製造設備中的水處理設備中，流通有在排氣除害處理(無害化)所產生之溫排水，或在純水、超純水的製造裝置所產生之溫水等各式各樣的流體。以往，該等溫排水等具有的熱能並未被有效利用。

本發明之目的在於提供一種廢熱回收再利用系統，可在半導體製造設備中的水處理設備中，有效利用熱能。

本發明之半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統包含：熱泵，其將使冷媒蒸發的蒸發器、壓縮冷媒的壓縮機、使冷媒冷凝的冷凝器、及使冷媒膨脹的膨脹閥，依此順序配置於閉迴路配管上。蒸發器係從在半導體製造設備中之水處理設備持續流動的第一流體吸熱，在水處理設備流動的第二流體係藉由從冷凝器排出的熱而受到加熱。

依本發明，能以熱泵回收第一流體所具有的熱能，並加熱第二流體。由於第一流體係持續在半導體製造設備中的水處理設備流動，故可作為穩定的熱源而加以利用。因此，依本發明可提供一種廢熱回收再利用系統，可在半導體製造設備中的水處理設備中，有效利用熱能。

上述及其他之本申請案之目的、特徵及優點，藉由參照例示本申請案之附加圖式及下述之詳細說明，應可明瞭。

以下，參照圖式說明本發明之半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統。圖1係依本發明之一實施態樣之廢熱回收再利用系統之全體構成的概略圖。在以下說明中，「第一流體」係持續在半導體製造設備101中之水處理設備100的內部流動，並被熱泵2之蒸發器2b所吸熱的流體。亦即，第一流體係作為熱源的流體。第一流體所流動的配管稱為第一配管L1。第一流體與熱泵2之蒸發器2b之間進行熱交換的部位，亦即被熱泵2所吸熱的部位稱為第一熱交換部H1。「第二流體」係在水處理設備100的內部流動，並且被從熱泵2之冷凝器2d所排出的熱而加熱的被加熱流體。第二流體所流動的配管稱為第二配管L2。第二流體透過中間循環水而與熱泵2之冷凝器2d之間進行熱交換的部位，亦即透過中間循環水而被熱泵2所加熱的部位稱為第二熱交換部H2。「第二流體」可為持續在水處理設備100流動的流體，亦可為非持續或間歇地流動的流體。又，在以下的實施態樣中，第一及第二流體為水，但亦可為水以外的液體或是氣體。

在以下的實施態樣中，第一流體係在水處理設備100中之特定管線流動的單一種類的流體，但亦可係在相互不同之管線流動的複數種類的流體。同樣地，第二流體係在水處理設備100中之特定管線流動的單一種類的流體，但亦可係在相互不同之管線流動的複數種類的流體。

第一流體係儲存於接收槽5，並藉由具備泵7之第一配管L1而供給至水處理設備100的廢熱回收再利用系統1。具備泵8之第三配管L3係從第一配管L1分支，第一流體的一部分係旁通繞過廢熱回收再利用系統1而藉由泵8供給至後段設備9。

水處理設備100的廢熱回收再利用系統1具有熱泵2。熱泵2包含：使在閉迴路配管2a流動之冷媒蒸發的蒸發器2b、壓縮冷媒的壓縮機2c、使冷媒冷凝的冷凝器2d及使冷媒膨脹的膨脹閥2e，該等構件係依此順序配置於閉迴路配管2a上。

在第一配管L1設有泵3及位於其下游的熱泵2。在第一配管L1流動的第一流體係藉由第一熱交換部H1而與熱泵2的蒸發器2b進行熱交換(被吸熱)。在熱泵2循環的冷媒係從第一流體吸熱而蒸發(供給潛熱)。第一流體的溫度藉由與蒸發器2b的熱交換而下降。藉此，能有效利用第一流體的熱能。不僅如此，由於第一流體的溫度因熱交換而下降，因而使供給至後段設備9之第一流體的溫度成為適合後段設備9之效能的溫度。

在第一配管L1之泵7的下游設有三通閥4。回流配管LR係在第一配管L1之第一熱交換部H1的下游從第一配管L1分支，並藉由三通閥4而與第一配管L1合流。熱泵2的效能係取決於在蒸發器2b進行熱交換之第一流體的溫度，若第一流體的溫度過高，則會有無法濩得所期望之效能的情形。該情況下，切換三通閥4使藉由與蒸發器2b的熱交換而溫度下降後之第一流體的一部分回流至熱泵2之蒸發器2b的上游側。藉此，可將供給至第一熱交換部H1的第一流體調整成對熱泵2之效能而言較佳的溫度。又，三通閥4可將藉由熱泵2冷卻之第一流體的溫度控制並調整成後段設備9所需要的溫度。在一般的熱泵中，係進行單一路徑，亦即不進行再循環的熱交換，但在單一路徑的熱交換中，就熱泵的特性而言，熱泵之入口溫度與出口溫度的溫度差界限在3~10℃左右。在需要確保超過該界限之溫度差的情況下，一般而言，係使用中間槽、熱交換器、三通閥或控制閥作為附加設備來進行溫度調整。由於在本發明之實施態樣中，係藉由三通閥4而使第一流體再循環，故第一流體的溫度調整範圍較大，並可簡化附加設備。又，可將溫度計T1設於第一配管L1，並基於溫度計T1之測量結果調整三通閥4，藉此適當地控制使第一流體再循環(回流)的比例。溫度計T1的設置位置在熱交換部H1的入口或出口皆可。在由第一流體之溫度與熱泵2之效能之間的關係，而判斷不需要回流配管LR的情況下，可省略回流配管LR及三通閥4。

廢熱回收再利用系統1包含蓄熱部6，其設於熱泵2之冷凝器2d與第二熱交換部H2之間。蓄熱部6係將從冷凝器2d釋放的熱加以貯蓄，並以貯蓄的熱加熱第二流體。蓄熱部6包含儲存中間循環水的容器6a。容器6a具有二個分隔壁6b、6c，並藉由該等分隔壁6b、6c，而將容器6a之內部分隔成第一、第二、第三水室61、62、63。水室的數量並不限定於三個，一般而言，容器6a可包含：串聯配置之N個(N為2以上的自然數)水室、及將容器6a內部區分成該等水室的N-1個分隔壁。在N個水室之中，將位於容器6a一側之端部的水室稱為第一水室61，而將位於容器6a另一側之端部的水室稱為第N水室(在本發明之實施態樣中係第三水室63)。分隔壁6b、6c的下端係與容器6a的下部分離，而分隔壁6b、6c的上端係位於比中間循環水之水位更上方的位置。因此，中間循環水可在彼此鄰接的水室之間，通過分隔壁6b、6c的下端與容器6a的下部之間的間隙而流通。

在圖2A、2B中係顯示蓄熱部6的變形例。在圖2A所示之變形例中，分隔壁6b的下端係與容器6a的下部分離，而上端係位於比中間循環水之水位更上方的位置。相對於此，分隔壁6c的下端係與容器6a的下部連接，而上端係位於中間循環水之水位的下方。在圖2B所示之變形例中，分隔壁6b的下端係與容器6a的下部連接，而上端係位於中間循環水之水位的下方。相對於此，分隔壁6c的下端係與容器6a的下部分離，而上端係位於比中間循環水之水位更上方的位置。不論在任一變形例中，中間循環水皆可在彼此鄰接的水室之間透過間隙而流通。由於較容易從第一中間迴路配管LM1取出低溫之中間循環水，而較容易從第二中間迴路配管LM2取出高溫之中間循環水，故可提高熱交換效率。特別是，由於圖2A所示之構成中水的比重差會導致低溫之中間循環水滯留在容器6a之第一中間迴路配管LM1的取出口附近，因此容易更有效地取出低溫之中間循環水。在設置三個以上分隔壁的情況下，可將「下端與容器6a的下部分離且上端位於比中間循環水之水位更上方的位置的分隔壁」，及「下端與容器6a的下部連接且上端位於中間循環水之水位的下方的分隔壁」交互配置。

第一中間迴路配管LM1係在第三水室63的下部與第一水室61的上部之間延伸。在第一中間迴路配管LM1之中段，設有與冷凝器2d之間進行熱交換 (釋放冷媒之潛熱)的中間熱交換部HM。在第一中間迴路配管LM1之中間熱交換部HM的上游，設有第一中間泵P1。第二中間迴路配管LM2係在第一水室61的下部與第三水室63的上部之間延伸。在第二中間迴路配管LM2之中段，設有與第二流體之間進行熱交換的第二熱交換部H2。在第二中間迴路配管LM2之第二熱交換部H2的上游，設有第二中間泵P2。

廢熱回收再利用系統1係如以下所述進行動作，而將第一流體的熱能賦予至第二流體。如前所述，在第一配管L1中通常流有第一流體。熱泵2為持續運轉。第一中間泵P1處於正常運轉中。因此，在第一中間迴路配管LM1通常流有中間循環水。熱泵2係在第一熱交換部H1從第一流體奪取熱能，而在中間熱交換部HM將中間循環水加熱。加熱後的中間循環水係從第一水室61的上部流入第一水室61。中間循環水係通過分隔壁6b、6c之下端與容器6a下部之間的間隙，而從第一水室61流入至第二水室62，再進一步流入至第三水室63。流入至第三水室63的中間循環水係從第三水室63的下部流出，並藉由第一中間泵P1進行加壓，而在中間熱交換部HM再度加熱。如此一來，在蓄熱部6中，會儲存有與蒸發器2b之間進行熱交換的熱。在將第二流體加熱時啟動第二中間泵P2。中間循環水會從第一水室61的下部流入至第二中間迴路配管LM2，並藉由第二中間泵P2進行加壓，而在第二熱交換部H2與在第二配管L2流動之第二流體進行熱交換(加熱第二流體)。

在僅第一中間泵P1啟動時，於容器6a內會產生從第一水室61往第三水室63之中間循環水的流動。因此，第一水室61之中間循環水成為最高溫，而第三水室63之中間循環水成為最低溫。由於若在此狀態下啟動第二泵P2，則成為了最高溫的中間循環水會從第一水室61被供給至第二熱交換部H2，故可有效地加熱第二流體。

在上述的實施態樣中，熱泵2為持續運轉，但亦可因應第二流體所需要之熱量，而間歇地運轉熱泵2。例如，在熱泵2的熱容量為120kW，而第二流體的需要熱量為900kWh的情況下，若忽略蓄熱部6等的放熱損失，則熱泵2只要每天運轉8小時左右即足夠。又，亦可因應第二流體的需要熱量，而將複數熱泵2並列設置。

在上述的實施態樣中，係在單一種類的第一流體與單一種類的第二流體之間進行熱交換，但亦可在單一種類的第一流體與複數第二流體之間進行熱交換，亦可在複數第一流體與單一種類的第二流體之間進行熱交換，亦可在複數第一流體與複數第二流體之間進行熱交換。在以熱泵2從複數第一流體吸熱的情況下，可將複數第一熱交換部H1沿著熱泵2的蒸發器2b串聯或是並聯配置。在以熱泵2加熱複數第二流體的情況下，可將複數第二熱交換部H2沿著熱泵2的冷凝器2d串聯或是並聯配置。

圖3係顯示依本發明之一實施態樣之廢熱回收再利用系統1所適用的半導體製造設備101中的水處理設備100之一部分構成的概略圖。以下，說明第一流體(第一配管L1)與第二流體(第二配管L2)的具體例。

水處理設備100包含純水供給設備11，其供給用於晶圓之清洗等的純水或是超純水。又，在本發明中，純水供給設備11概念上係包含超純水供給裝置，本發明之實施態樣的純水供給設備11意指超純水供給設備。除了藉由後述除害裝置121所處理後的排水之外，外部的工業用水(將該等水總稱為原水)等亦被供給至純水供給設備11。被供給至純水供給設備11的原水係藉由過濾器111去除粒子或微粒子。接著，原水係藉由逆滲透膜裝置(RO：Reverse Osmosis)112去除離子或鹽類等水以外的雜質，藉此進行淨化。再者，原水係藉由UV殺菌裝置113進行UV殺菌且藉由樹脂塔114進一步去除離子成分，藉此進行淨化，以製造純水。純水係儲存於一次純水槽115。從原水的供給部到一次純水槽115的各裝置係串聯配置於第一管線L11上。

一次純水槽115係連接有溫超純水供給管線L12及常溫超純水供給管線L13。其原因在於使用端會要求溫超純水或是常溫超純水。以下，將要求溫超純水的半導體製造設備101之使用端稱為溫超純水使用端UP1，將要求常溫超純水的半導體製造設備101之使用端稱為常溫超純水使用端UP2。通過溫超純水供給管線L12及常溫超純水供給管線L13的純水皆藉由UV氧化裝置116a、116b進行UV殺菌，再藉由筒式高純化器(非再生式之混床離子交換裝置)117a、117b進一步去除離子成分，最後藉由超過濾膜(UF：ultrafiltration)裝置119a、119b去除包含生菌的微粒子，以製造超純水。在筒式高純化器117a的後段設有純水的加熱裝置(熱交換器)118。因此，超過濾膜裝置119a係設於加熱裝置118與溫超純水使用端UP1之間，超過濾膜裝置119b係設於筒式高純化器117b與常溫超純水使用端UP2之間。超過濾膜119a的滲透水係作為溫超純水而被送至各溫超純水使用端UP1，超過濾膜119b的滲透水係作為常溫超純水而被送至各常溫超純水使用端UP2。如此，從一次純水槽115到溫超純水使用端UP1的各裝置，係在溫超純水供給管線L12上串聯配置，從一次純水槽115到常溫超純水使用端UP2的各裝置，係在常溫超純水供給管線L13上串聯配置。

為了再次使用在溫超純水使用端UP1中未使用之溫超純水，係將其作為第一回流水而通過第一回流管線L14送至一次純水槽115。第一回流管線L14係從最下游的溫超純水使用端UP1延伸至一次純水槽115，但只要能使第一回流水至少回到加熱裝置118的上游即可。其原因在於，如後所述，第一回流水係被利用作為熱泵2的熱源，並被冷卻至需要藉由加熱裝置118加熱的溫度。為了亦再次使用在常溫超純水使用端UP2中未使用的常溫超純水，係將其作為第二回流水而通過第二回流管線L15送至一次純水槽115。

為了也再次使用溫超純水供給管線L12之超過濾膜裝置119a的非滲透水(廢水：reject water)，係將其作為第一UF廢水而通過第三回流管線L16送至一次純水槽115。第三回流管線L16係從溫超純水之被滲透側之部分延伸至一次純水槽115，但只要能使第三回流水至少回到加熱裝置118的上游即可。其原因在於，如後所述第三回流水係被利用作為熱泵2的熱源，並被冷卻至需要藉由加熱裝置118加熱的溫度。為了亦再次使用常溫超純水供給管線L13之超過濾膜裝置119b的非滲透水(廢水)，係將其作為第二UF廢水而通過第四回流管線L17送至一次純水槽115。

如上所述，純水供給設備11中的第一流體亦即第二流體的加熱源，係在第一回流管線L14流動的純水或是超純水，或是在第三回流管線L16流動的超過濾膜裝置119a之非滲透水(第一UF廢水)。該等流體的溫度係在30℃以上且40℃以下，為適合作為熱源的溫度。

水處理設備100包含排水回收設備12。在半導體製造設備101中，係產生具有毒性或腐蝕性的各種有害氣體作為排氣。該等排氣係在進行有害成分之除害(無害化)處理後，排出至系統外。就將排氣中之有害成分進行除害之目的而言，例如使用燃燒式除害裝置121。在燃燒式除害裝置121中，係以燃燒器將導入至燃燒筒的排氣加以燃燒或熱分解，藉此將排氣中的有害成分進行除害。由於被高溫燃燒後之排氣係藉由冷卻水加以冷卻，故在其過程中，會產生較高溫度的排水。此排水係藉由除濁膜122去除濁質成分，再進一步藉由逆滲透膜裝置123去除粒子或微粒子，再儲存至補給水槽124。來自外部的補給水亦補給至補給水槽124。儲存於補給水槽124的水係被除害裝置121再次利用。在本發明之實施態樣中，較高溫亦即無害化設備之排水係作為第一流體而加以利用。第一流體期望係在逆滲透膜裝置123之前段，亦即在除濁膜122與逆滲透膜裝置123之間的區間流動的流體。其原因在於，為了獲得良好的微粒子去除效能，期望供給5~30℃，較佳為20~30℃的溫水至逆滲透膜裝置123。由於除害裝置121的排水比較高溫，故可在逆滲透膜裝置123的上游側進行除熱，藉此使排水的溫度下降至對於逆滲透膜裝置123的運作而言較佳之溫度。除害裝置121的排水其排出量較多，溫度一般而言在33~40℃左右，係從水處理設備100排出之排水之中，具有最大熱量的排水之一。又，此排水基本上一天24小時以穩定的量排出。

在水處理設備100中包含排水處理設備13。從水處理設備100之各種裝置所排出之排水係接受以下處理：在排水蒸發裝置131所進行的蒸發處理、在排水蒸餾裝置132所進行的蒸餾處理、及在凝聚沉澱裝置133所進行的凝聚沉澱處理等。排水係進一步藉由生物處理裝置134將有機污染物利用微生物活性而分解去除，再藉由最終處理裝置135進行最終處理，而排放至系統外。最終處理裝置135例如由凝聚加壓浮動分離裝置、過濾器、活性炭塔及pH調整裝置等中之任一或是組合而構成。排水蒸發裝置131及排水蒸餾裝置132只要設置至少任一者即可。排放水的溫度通常在30℃以上且40℃以下，為適合加熱第二流體的溫度。又，由排放水係持續流動，故可作為穩定的熱源而加以利用。因此，從水處理設備100釋放至外部的排放水可作為第一流體而加以利用。

在半導體製造設備101中，係藉由空調設備(空氣調節器)而將無塵室等進行除熱，並將被移除的熱釋放至系統外。具體而言，藉由空氣調節器所移除的熱係傳遞至在中間迴路141流動的冷卻水，並藉由冷卻塔142將冷卻水加以冷卻。在中間迴路141設有冷卻塔142、過濾冷卻水的過濾器143、及將過濾後之冷卻水加以儲存的補給水槽144，並且冷卻水在該中間迴路141中循環。來自外部的補給水亦補給至補給水槽144。冷卻塔142之下游側區間的冷卻水之溫度通常在30~40℃，為適合作為熱源之溫度。因此，冷卻塔142之出口水、較佳係過濾器143之出口水可作為第一流體而加以利用。

作為水處理設備100中的被加熱流體亦即第二流體可列舉以下者。首先，第二流體係為了將樹脂塔114再生而被供給至樹脂塔114的水(再生水)。再生水的溫度期望在40℃以上且50℃以下。樹脂塔114的再生處理例如以一天一次左右的頻率定期進行，故僅在此時間點需要再生水。

另一第二流體係逆滲透膜裝置112的入口水。如上所述，為了獲得良好的微粒子去除效能，期望將5~30℃，較佳係20~30℃的溫水供給至逆滲透膜裝置112。因此，在逆滲透膜裝置112的入口水之溫度低於此溫度的情況下，期望藉由儲存於蓄熱部6的溫水將逆滲透膜裝置112的入口水，較佳係過濾器111的入口水加熱。

再者，作為另一第二流體可列舉供給至排水處理設備13之排水蒸發裝置131與排水蒸餾裝置132中之至少任一者的供給水。供給水會被加熱至適合進行來自裝置之排水的蒸發處理或是蒸餾處理的溫度，藉由以儲存於蓄熱部6之溫水預先預熱供給水，可節約用於加熱的能量。

如以上所述，在本發明之實施態樣中，係在複數第一流體與複數第二流體之間進行熱交換。因此，儲存於蓄熱部6之中間循環水的溫度，較佳係配合作為第二流體而要求之最高溫度，或是配合最大量需要的第二流體的溫度，而進行設定。在本發明之實施態樣中，主要係從由除害裝置121所排出之30~40℃的溫水進行吸熱，此熱係被供給至蓄熱部6，並主要被利用於樹脂塔114之再生水(需要溫度為40~50℃)。因此，熱泵2係將中間循環水升溫至55℃左右。因此，例如，為了將逆滲透膜裝置112的入口水加熱至20~30℃的範圍，期望設置溫度控制手段。作為溫度調整手段可列舉設於第二中間迴路配管LM2的流量調整閥7。藉由將流量調整閥7的開度縮窄，可抑制在第二中間迴路配管LM2流動之中間循環水的流量，而防止逆滲透膜裝置112之入口水的溫度過度上升。此時，可設置測量逆滲透膜裝置112之入口水溫度的溫度計，並根據測得之溫度而調整流量調整閥7的開度。又，由於回流配管LR及三通閥4可調整被供給至第一熱交換部H1之第一流體的溫度及流量，故可作為用於將第二流體之溫度加熱至40℃以上且50℃以下之範圍的溫度控制手段而發揮功能。

如以上所說明，由於依本發明之實施態樣，可有效利用第一流體的熱能而減少第二流體之加熱所需要的熱能，故可減少為了運轉水處理設備100所需要之能量的總量。熱泵2可將等同於從第一流體吸熱的熱能與壓縮機2c所作的功之總合的熱量進行放熱，又，與蒸氣等不同，亦可適用於被加熱流體的加熱溫度不用太高的情況。關於可減少的能量，若忽略放熱損失或熱傳遞損失，則為從藉由熱泵2而產生之能量(熱泵2的吸熱量與壓縮機2c所作的功之總合)減去熱泵2之驅動動力後的値，就一例而言為270000kWh/年。

又，在將釋放至系統外的排放水加以冷卻時，可藉由從排放水除熱，而降低冷卻負載，並減少冷卻設備的容量及冷卻水的水量。

再者，由於本發明之實施態樣之廢熱回收再利用系統1具有蓄熱部6，故可更合理地構成廢熱回收再利用系統1。在將第一流體之廢熱直接傳遞至第二流體的情況下，需要設置能提供第二流體之所需熱能之容量的熱泵2。然而，由於第二流體的加熱基本上係間歇性地進行，故藉由設置蓄熱部6，可降低熱泵2的容量。

本發明雖然詳細地例示及說明幾個較佳之實施態樣，但應瞭解到，在未脫離附加之請求項的主旨或是範圍的情況下，可進行各式各樣的變更及修正。

1‧‧‧廢熱回收再利用系統 2‧‧‧熱泵 2a‧‧‧閉迴路配管 2b‧‧‧蒸發器 2c‧‧‧壓縮機 2d‧‧‧冷凝器 2e‧‧‧膨脹閥 3、7、8‧‧‧泵 4‧‧‧三通閥 5‧‧‧接收槽 6‧‧‧蓄熱部 6a‧‧‧容器 6b、6c‧‧‧分隔壁 9‧‧‧後段設備 11‧‧‧純水供給設備 12‧‧‧排水回收設備 13‧‧‧排水處理設備 61‧‧‧第一水室 62‧‧‧第二水室 63‧‧‧第三水室 100‧‧‧半導體製造設備中的水處理設備 101‧‧‧半導體製造設備 111、143‧‧‧過濾器 112、123‧‧‧逆滲透膜裝置 113‧‧‧UV殺菌裝置 114‧‧‧樹脂塔 115‧‧‧一次純水槽 116a、116b‧‧‧UV氧化裝置 117a、117b‧‧‧筒式高純化器 118‧‧‧加熱裝置 119a、119b‧‧‧超過濾膜裝置 121‧‧‧除害裝置 122‧‧‧除濁膜 124、144‧‧‧補給水槽 131‧‧‧排水蒸發裝置 132‧‧‧排水蒸餾裝置 133‧‧‧凝聚沉澱裝置 134‧‧‧生物處理裝置 135‧‧‧最終處理裝置 141‧‧‧中間迴路 142‧‧‧冷卻塔 H1‧‧‧第一熱交換部 H2‧‧‧第二熱交換部 HM‧‧‧中間熱交換部 L1‧‧‧第一配管 L2‧‧‧第二配管 L3‧‧‧第三配管 L11‧‧‧第一管線 L12‧‧‧溫超純水供給管線 L13‧‧‧常溫超純水供給管線 L14‧‧‧第一回流管線 L15‧‧‧第二回流管線 L16‧‧‧第三回流管線 L17‧‧‧第四回流管線 LM1‧‧‧第一中間迴路配管 LM2‧‧‧第二中間迴路配管 LR‧‧‧回流配管 P1‧‧‧第一中間泵 P2‧‧‧第二中間泵 T1‧‧‧溫度計 UP1‧‧‧溫超純水使用端 UP2‧‧‧常溫超純水使用端

圖1係顯示依本發明之一實施態樣之廢熱回收再利用系統之全體構成的概略圖。 圖2A係顯示廢熱回收再利用系統之變形例之全體構成的概略圖。 圖2B係顯示廢熱回收再利用系統之其他變形例之全體構成的概略圖。 圖3係顯示依本發明之一實施態樣之廢熱回收再利用系統所適用之半導體製造設備中的水處理設備之一部分之構成的概略圖。

1‧‧‧廢熱回收再利用系統

2‧‧‧熱泵

2a‧‧‧閉迴路配管

2b‧‧‧蒸發器

2c‧‧‧壓縮機

2d‧‧‧冷凝器

2e‧‧‧膨脹閥

3、7、8‧‧‧泵

4‧‧‧三通閥

5‧‧‧接收槽

6‧‧‧蓄熱部

6a‧‧‧容器

6b、6c‧‧‧分隔壁

9‧‧‧後段設備

61‧‧‧第一水室

62‧‧‧第二水室

63‧‧‧第三水室

H1‧‧‧第一熱交換部

H2‧‧‧第二熱交換部

HM‧‧‧中間熱交換部

L1‧‧‧第一配管

L2‧‧‧第二配管

L3‧‧‧第三配管

LM1‧‧‧第一中間迴路配管

LM2‧‧‧第二中間迴路配管

LR‧‧‧回流配管

P1‧‧‧第一中間泵

P2‧‧‧第二中間泵

T1‧‧‧溫度計

Claims (11)

1. 一種半導體製造設備中之水處理設備的廢熱回收再利用系統，包含：熱泵，於閉迴路配管上依序配置：使冷媒蒸發的蒸發器、壓縮該冷媒的壓縮機、使該冷媒冷凝的冷凝器、及使該冷媒膨脹的膨脹閥；該蒸發器係從在半導體製造設備中之水處理設備持續流動的第一流體吸熱，在該水處理設備非持續或間歇地流動的第二流體係藉由從該冷凝器排出的熱而受到加熱；該廢熱回收再利用系統，更包含：蓄熱部，將從該冷凝器釋放的熱加以貯蓄，並藉由貯蓄的熱加熱該第二流體；該蓄熱部包含：容器，用以儲存中間循環水，其具有將該容器分隔成至少包含位於該容器之一側之端部的第一水室與位於該容器之另一側之端部的第N水室(N為2以上的自然數)之N個水室的N-1個分隔壁，並且該中間循環水可在彼此鄰接之該水室之間流通；第一中間迴路配管，在該第N水室的下部與該第一水室的上部之間延伸，並於中段具有與該冷凝器進行熱交換的熱交換部；及第二中間迴路配管，在該第一水室的下部與該第N水室的上部之間延伸，並於中段具有與該第二流體進行熱交換的熱交換部。
2. 如請求項第1項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該第一流體為設於該水處理設備之氣體無害化設備的排水。
3. 如請求項第1項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該第一流體為從該水處理設備釋放至外部的排放水。
4. 如請求項第1項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該水處理設備包含：純水供給設備，將純水或超純水供給至該半導體製造設備；該純水供給設備包含：純水或超純水的加熱裝置；超過濾膜裝置，設於該加熱裝置與該半導體製造設備的使用端之間；配管，連接該超過濾膜裝置與該使用端；及回流管線，從該配管分支，並將在該使用端未使用的純水或超純水回送至該加熱裝置的上游；該第一流體為該超過濾膜裝置的非滲透水，或是在該回流管線流動的純水或超純水。
5. 如請求項第1項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該第一流體為該半導體製造設備之空調機之冷卻塔的出口水。
6. 如請求項第1至5項中任一項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該第一流體的溫度在30℃以上且在40℃以下。
7. 如請求項第1至5項中任一項所述之廢熱回收再利用系統，其中， 該水處理設備包含：純水供給設備，將純水或超純水供給至該半導體製造設備；該純水供給設備包含：樹脂塔，將原水加以淨化；該第二流體係為了將該樹脂塔再生而被供給至該樹脂塔的水。
8. 如請求項第7項所述之廢熱回收再利用系統，更包含：溫度控制手段，用於將該第二流體加熱至40℃以上且50℃以下之範圍。
9. 如請求項第1至5項中任一項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該水處理設備包含：純水供給設備，將純水或超純水供給至該半導體製造設備；該純水供給設備包含：逆滲透膜裝置，將原水加以淨化；該第二流體為該逆滲透膜裝置的入口水。
10. 如請求項第9項所述之廢熱回收再利用系統，更包含：溫度控制手段，用於將該第二流體加熱至5℃以上且30℃以下之範圍。
11. 如請求項第1至5項中任一項所述之廢熱回收再利用系統，其中，該水處理設備包含排水處理設備；該排水處理設備包含：使排水蒸發之排水蒸發裝置、及將排水蒸餾之排水蒸餾裝置中的至少任一者；該第二流體為該排水蒸發裝置及該排水蒸餾裝置中之至少任一者的供水。

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