(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器及び該熱交換器の後段に設けられた逆浸透膜分離手段並びに該逆浸透膜分離手段の後段側に半導体製造工程からの回収水を供給する回収水供給手段を備えた一次純水製造装置に原水を通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造装置において、
二次純水製造装置に供給される一次純水の温度の検出手段と、
該回収水の供給量の検出手段と、
該一次純水の温度の検出手段の検出温度と該回収水の供給量の検出手段の検出流量とに基づいて前記熱交換器の流出水の目標温度を設定する手段と、
この目標温度となるように熱交換器への熱源流体の供給量を制御する手段と
を備えたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項２】
熱交換器及び該熱交換器の後段に設けられた逆浸透膜分離手段並びに該逆浸透膜分離手段の後段側に半導体製造工程からの回収水を供給する回収水供給手段を備えた一次純水製造装置に原水を通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造方法において、
二次純水製造装置に供給される一次純水の温度と、該回収水の供給量を検出し、
この検出温度と回収水供給量とに基づいて前記熱交換器の流出水の目標温度を設定し、
この目標温度となるように熱交換器への熱源流体の供給量を制御することを特徴とする超純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超純水製造方法及び装置に係り、特に一次純水製造装置の熱交換器の制御方法を改良した超純水製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体洗浄用水として用いられている超純水は、図２に示すように前処理システム１、一次純水製造装置１０、二次純水製造装置（サブシステムと称されることも多い。）２０から構成される超純水製造装置で原水（工業用水、市水、井水等）を処理することにより製造される（特許文献１）。図２において各システムの役割は次の通りである。
【０００３】
凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置など（この従来例では凝集濾過装置）よりなる前処理システム１では、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
【０００４】
前処理された水のタンク１１、熱交換器１５、逆浸透膜処理装置（ＲＯ装置）１２、イオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）１３及び脱気装置１４を備える一次純水製造装置１０では、原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、水は温度が高い程、粘性が低下し、ＲＯ膜の透過性が向上する。このため、図２の通り、逆浸透膜処理装置１２の前段に熱交換器１５が設置され、逆浸透膜処理装置１２への供給水の温度が所定温度以上となるように水を加熱する。熱交換器１５の１次側には、熱源流体として蒸気が供給される。逆浸透膜処理装置１２では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。イオン交換装置１３では、塩類を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分の除去を行う。脱気装置１４では無機系炭素（ＩＣ）、溶存酸素の除去を行う。
【０００５】
一次純水製造装置で製造された一次純水は、配管１９を介して二次純水製造装置２０へ送水される。この二次純水製造装置２０は、純水タンク２１、ポンプ２２、熱交換器２３、低圧紫外線酸化装置（ＵＶ装置）２４、イオン交換装置２５及び限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置２６を備えている。低圧紫外線酸化装置２４では、低圧紫外線ランプより出される１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ２は後段のイオン交換装置２５で除去される。限外濾過膜分離装置２６では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂からの流出粒子も除去される。
【０００６】
この二次純水製造装置２０で製造された超純水は、配管３０を介してユースポイント４０に送られ、未使用の超純水は配管５０を介してタンク２１へ戻される。なお、ポンプ２２の圧力が不足する場合は、イオン交換装置２５の上流側（例えばＵＶ酸化装置２４とイオン交換装置２５の間）に昇圧ポンプが設置されることもある。
【０００７】
熱交換器２３は、二次純水製造装置２０からユースポイント４０に送水される超純水の水温を所定温度（例えば約２５℃程度）にするためのものである。
【０００８】
一般に、二次純水製造装置２０で製造された超純水はユースポイントへ供給され、余剰の超純水（未使用）はユースポイント４０から二次純水製造装置２０へ返送され、再度該二次純水製造装置２０で処理されて一定の超純水水質を維持しながら循環する。そして、常時循環することで水が滞留せず、微生物の繁殖が抑制されている。この循環途中において、ポンプ２２や低圧紫外線酸化装置２４の紫外線照射のランプの熱などにより循環超純水の水温が上昇するのを熱交換器２３によって奪熱し、循環する超純水の水温を所定温度に維持する。
【０００９】
なお、この二次純水製造装置からの超純水をさらに三次純水製造装置で処理して不純物濃度をさらに低下させることもある。三次純水製造装置としては、二次純水製造装置と同様の構成のものが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２１４３００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、熱交換器１５への蒸気供給量は、熱交換器１５の出口水温が所定温度となるように制御されているが、季節によって気温が変動することにより、配管１９から二次純水製造装置２０（サブシステム）のタンク２１（以下、サブタンク２１ということがある。）へ送られる水の温度が変化する。そして、夏季などにおいて、サブタンク２１への流入水温が無用に高くなることがある。
【００１２】
本発明は、二次純水製造装置に供給される一次純水の温度が無用に高くなることを防止し、一次純水製造装置の熱交換器の加熱コストを低減することができる超純水製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、図２に図示はされていないが、一次純水製造装置１０の逆浸透膜処理装置１２とイオン交換装置１３との間に中継タンクを設置し、半導体製造工程からの回収水を該中継タンクに導入し、ＲＯ処理水と回収水とを混合してイオン交換装置１３に供給することもある。この回収水の温度は通常２５〜３０℃と高いので、この回収水の流量が変動することにより、サブタンク２１への流入水の温度が変動することがある。
【００１４】
本発明は、その一態様において、回収水の流量変動があっても、サブタンク流入水の温度変動を小さくすることができる超純水製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１発明の超純水製造装置は、熱交換器及び該熱交換器の後段に設けられた逆浸透膜分離手段並びに該逆浸透膜分離手段の後段側に半導体製造工程からの回収水を供給する回収水供給手段を備えた一次純水製造装置に原水を通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造装置において、二次純水製造装置に供給される一次純水の温度の検出手段と、該回収水の供給量の検出手段と、該一次純水の温度の検出手段の検出温度と該回収水の供給量の検出手段の検出流量とに基づいて前記熱交換器の流出水の目標温度を設定する手段と、この目標温度となるように熱交換器への熱源流体の供給量を制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
第２発明の超純水製造方法は、熱交換器及び該熱交換器の後段に設けられた逆浸透膜分離手段並びに該逆浸透膜分離手段の後段側に半導体製造工程からの回収水を供給する回収水供給手段を備えた一次純水製造装置に原水を通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造方法において、二次純水製造装置に供給される一次純水の温度と、該回収水の供給量を検出し、この検出温度と回収水供給量とに基づいて前記熱交換器の流出水の目標温度を設定し、この目標温度となるように熱交換器への熱源流体の供給量を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
第１，第２発明の超純水製造装置及び方法によると、二次純水製造装置に供給される一次純水の温度と、一次純水製造装置に導入される回収水の流量とに基づいて一次純水製造装置の熱交換器の流出水の目標温度を設定し、この目標温度となるように熱交換器への熱源流体の供給量を制御するので、二次純水製造装置に供給される一次純水の温度が無用に高くなったり、過度に低くなったりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係る超純水製造装置の系統図である。
【図２】従来例に係る超純水製造装置の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の超純水製造装置は、一次純水製造装置及び二次純水製造装置あるいはさらに三次純水製造装置を備えたものにおいて、二次純水製造装置のサブタンクの流入水温に基づいて一次純水製造装置の熱交換器の設定温度を制御する。
【００２３】
この一次純水製造装置の前段には、通常の場合、前処理装置が設けられる。前処理装置では、原水の濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。この前処理によって通常、水中の微粒子数は１０３個／ｍＬ以下となる。
【００２４】
一次純水製造装置は、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、脱気装置、再生型イオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）、電気脱イオン装置、紫外線（ＵＶ）照射酸化装置等の酸化装置などを備え、前処理水中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うものである。一次純水製造装置は、例えば、熱交換器、２基以上のＲＯ膜分離装置、混床式イオン交換装置、及び脱気装置で構成される。
【００２５】
二次純水製造装置は、給水ポンプ、熱交換器、低圧紫外線酸化装置又は殺菌装置といった紫外線照射装置、非再生型混床式イオン交換装置あるいは電気脱イオン装置、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置又は精密濾過（ＭＦ）膜分離装置等の膜濾過装置で構成されるが、更に膜脱気装置、ＲＯ膜分離装置、電気脱イオン装置等の脱塩装置が設けられている場合もある。二次純水製造装置では、低圧紫外線酸化装置を適用し、その後段に混床式イオン交換装置を設け、これによって水中のＴＯＣを紫外線により酸化分解し、酸化分解生成物をイオン交換によって除去する。
【００２６】
三次純水製造装置は、装置構成としては二次純水製造装置と同様の構成を備えるものであり、これにより二次純水を更に精製して高純度の超純水を製造するものである。
【００２７】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係る超純水製造方法及び装置を示すフロー図であり、図２と同一部材については同一符号が付されている。
【００２８】
この実施の形態にあっては、一次純水製造装置の熱交換器１５で加熱されてＲＯ装置１２に供給される水の温度を検知する温度センサ１６が設けられている。熱交換器１５には、熱源流体として蒸気が蒸気ライン１５ａを介して供給される。この蒸気ライン１５ａに蒸気流量制御弁１５ｂが設けられている。また、ＲＯ装置１２とイオン交換装置１３との間に中継タンク１７が設けられており、半導体製造工程からの回収水がライン１８を介して流入する。この回収水ライン１８に流量計１８ａが設けられている。
【００２９】
また、この実施の形態では、配管１９を介して二次純水製造装置２０のサブタンク２１に流入する一次純水の温度を検知するように、温度センサ２１ａが設けられている。
【００３０】
これらの温度センサ１６，２１ａ及び流量計１８ａの検出データが制御装置６０に入力される。この制御装置６０は、これらの入力データに基づいて蒸気流量制御弁１５ｂに制御信号を送るように構成されている。
【００３１】
［第１の制御例］
第１の制御例においては、制御装置６０は、温度センサ２１ａの検出温度に基づいて、温度センサ１６の検出温度の目標温度を設定し、温度センサ１６の検出温度がこの目標温度となるように、蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。
【００３２】
一般に、熱交換器１５に流入してからサブタンク２１に到達するまでの時間は約２〜３時間、例えば約３時間程度と長いため、単にサブタンク２１への流入水温の変動に追従して熱交換器１５への蒸気流量を制御しても的確な制御が行われない。
【００３３】
そこで、この第１の制御例では、温度センサ２１ａの検出温度に基づいて、温度センサ１６の検出温度の目標温度を設定し、温度センサ１６の検出温度がこの目標温度となるように、蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。
【００３４】
具体的には、サブタンク２１への流入水温の許容範囲の下限値Ｔ２０と上限値Ｔ２１とを定めておく。また、運転実績データに基づいて、サブタンク２１の流入水温がこの下限値と上限値との間の温度となる熱交換器１５の出口水の温度を目標温度Ｔ１として設定しておく。そして、温度センサ１６の検出温度がこの目標温度Ｔ１となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。
【００３５】
このように温度センサ１６の検出温度が目標温度Ｔ１となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御して超純水製造装置を運転している間に、温度センサ２１ａの検出温度が低下してきて下限値Ｔ２０又はそれ以下になったときには、目標温度を所定値ΔＴ１だけ高くし、Ｔ１＋ΔＴ１を新たな目標温度とし、温度センサ１６の検出温度がＴ１＋ΔＴ１となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。温度センサ２１ａの検出温度が回復（上昇）してきてＴ２０よりも高くなったならば、目標温度をＴ１に戻す。
【００３６】
一方、温度センサ１６の検出温度が目標温度Ｔ１となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御して超純水製造装置を運転している間に、温度センサ２１ａの検出温度が上昇してきて上限値Ｔ２１又はそれ以上となったときには、目標温度をΔＴ２だけ低くし、Ｔ１−ΔＴ２を新たな目標温度とし、温度センサ１６の検出温度がＴ１−ΔＴ２となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。温度センサ２１ａの検出温度が低下してきてＴ２１よりも低くなったならば、目標温度をＴ１に戻す。
【００３７】
このΔＴ１，ΔＴ２は０．１〜０．４℃の間から選定されることが好ましく、例えば、ΔＴ１＝ΔＴ２＝０．２℃とされる。Ｔ２１−Ｔ２０も０．１〜０．４℃の間から選定されることが好ましく、例えば、Ｔ２１−Ｔ２０＝０．２℃とされる。Ｔ２０，Ｔ２１は超純水製造装置に応じて設定される。通常は２０〜２５℃の間から選定され、例えば、Ｔ２０＝２３．１℃とされる。
【００３８】
このように、サブタンク２１への流入水温に応じて、熱交換器１５流出水の目標温度を変更し、温度センサ１６の検出温度が変更後の目標温度となるように、蒸気流量制御弁１５ｂを制御することにより、サブタンク２１への流入水温が過度に低下したり、無用に上昇したりすることが防止される。
【００３９】
この第１の制御例では、目標温度をＴ１＋ΔＴ１に切り替えてから所定時間（例えば熱交換器１５を出てからサブタンク２１に到達するまでの時間Ｔｒの１．５〜２倍の範囲から選択された時間。）が経過しても温度センサ２１ａの検出温度が下限値Ｔ２０にまで回復（上昇）しないときには、目標温度をＴ１＋２・ΔＴ１に切り替えてもよい。
【００４０】
さらに、目標温度をＴ１＋ｋ・ΔＴ１（ｋ＝２，３，………）に切り替えてから前記所定時間が経過しても温度センサ２１ａの検出温度が下限値Ｔ２０にまで回復（上昇）しないときには、目標温度をＴ１＋（ｋ＋１）・ΔＴ１に切り替えてもよい。
【００４１】
この第１の制御例では、目標温度をＴ１−ΔＴ２に切り替えてから前記所定時間が経過しても温度センサ２１ａの検出温度が上限値Ｔ２１にまで低下しないときには、目標温度をＴ１−２・ΔＴ２に切り替えてもよい。
【００４２】
さらに、目標温度をＴ１−ｎ・ΔＴ２（ｎ＝２，３，………）に切り替えてから前記所定時間が経過しても温度センサ２１ａの検出温度が上限値Ｔ２１にまで低下しないときには、目標温度をＴ１−（ｎ＋１）・ΔＴ２に切り替えてもよい。
【００４３】
なお、超純水製造能力５，０００ｍ３／ｄａｙの超純水製造装置において、Ｔ１＝２４．５℃、Ｔ２０＝２３．１℃、Ｔ２１＝２３．３℃、ΔＴ１＝ΔＴ２＝０．２℃として運転を行った場合、Ｔ１を常に２４．５℃とした従来例に比べて熱交換器１５の蒸気消費量を約３０％削減することができた。
【００４４】
［第２の制御例］
次に、回収水流量を考慮した第２の制御例について説明する。
【００４５】
一般に、半導体製造工程排水は、オゾン酸化→活性炭塔→混床式イオン交換塔、活性炭塔→ＵＶ酸化装置→混床式イオン交換塔、ＵＶ酸化装置→脱酸素装置→活性炭塔→混床式イオン交換塔、活性炭塔→イオン交換塔等の処理が施されて回収水とされ、中継タンク１７に導入される。
【００４６】
この回収水の温度は、大概、２５〜３０℃の範囲で安定している。この回収水の温度は熱交換器１５の出口水温よりも高いので、回収水の流量が変動すると、サブタンク２１の流入水温が変動する。そこで、回収水流量が基準流量よりも減少したときには、それに対応して熱交換器１５の出口水温の目標温度を高目に設定し直す。例えば、一次純水製造装置１０からの一次純水中に占める回収水の割合が３０〜５０％程度の場合、回収水流量が基準流量の２０〜４０％又はそれ以下となったときには、目標温度Ｔ１をＴ１＋ΔＴ３とし、温度センサ１６の検出温度がＴ１＋ΔＴ３となるように蒸気流量制御弁１５ｂを制御する。これにより、サブタンク流入水温が過度に低下することが防止される。
【００４７】
このΔＴ３は、１〜２℃の間から選定されることが好ましく、例えば、ΔＴ３＝１．４℃とされる。
【００４８】
この第２の制御例では、回収水流量の減少幅に応じて目標温度を多段階に変えてもよい。例えば、
回収水流量が基準流量の２０〜４０％のときには目標温度をＴ１＋ΔＴ４とし、
回収水流量が基準流量の４０％以下のときには目標温度をＴ１＋２・ΔＴ４とする
ように基準値を３段階に切り替えるようにしてもよく、４段階以上に切り替えるようにしてもよい。また、回収水流量に比例して目標温度を切り替えるようにしてもよい。
【００４９】
回収水流量が基準流量よりも増加したときには、目標温度をＴ１よりも所定値ΔＴ５だけ減少させてもよい。
【００５０】
この場合も、回収水流量の増大幅に応じて、温度基準値を多段階に変えてもよい。なお、回収水流量が基準流量よりも増加しても基準値を切り替えず、Ｔ１のままとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０  一次純水製造装置
１５  熱交換器
２０  二次純水製造装置
２１  サブタンク
４０  ユースポイント
５０  超純水返送用配管
６０  制御装置
【図１】
0005953726.tif 000002
【図２】
0005953726.tif 000003