(57)【要約】本発明は、超純水（UPW）を精製するためのシステム及び方法に関する。本発明のシステムは、超純水（UPW）源と、入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールと、透過液出口を入口と連通させ、再循環ループを形成する再循環導管と、UFモジュールにおける入口の上流側にて再循環導管に沿って配置されると共に、UPW源に流体結合された再循環ポンプと、再循環導管及び需要源に流体結合されると共に、透過液出口の下流側に配置された供給導管と、供給導管の下流側にて再循環導管に沿って配置されると共に、透過液の圧力を所定値に維持するよう構成された圧力制御バルブとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水精製システムであって、
超純水（UPW）源と、
入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールと、
前記透過液出口を前記入口と連通させ、再循環ループを形成する再循環導管と、
前記UFモジュールにおける前記入口の上流側にて前記再循環導管に沿って配置されると共に、前記UPW源に流体結合された再循環ポンプと、
前記再循環導管及び需要源に流体結合されると共に、前記透過液出口の下流側に配置された供給導管と、
前記供給導管の下流側にて前記再循環導管に沿って配置されると共に、前記透過液の圧力を所定値に維持するよう構成された圧力制御バルブと、を備える水精製システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水精製システムであって、前記供給導管と前記圧力制御バルブとの間における前記再循環導管に沿って配置されると共に、前記透過液の圧力を示す圧力信号を生成するよう構成された圧力センサを更に備える水精製システム。
【請求項３】
請求項２に記載の水精製システムであって、前記圧力センサに作動結合されると共に、前記圧力信号に基づいて圧力制御バルブの作動を制御するよう構成されたコントローラを更に備える水精製システム。
【請求項４】
請求項３に記載の水精製システムであって、
UPW源及び再循環導管に流体結合されたUPW補給導管と、
前記UPW補給導管が前記再循環導管に流体接続する混合ポイントと、を更に備え、これにより前記圧力制御バルブが、前記混合ポイントと前記圧力センサとの間に位置し、また前記コントローラが、前記圧力制御バルブを作動させるよう構成され、これにより透過液の圧力が所定の圧力値に維持される水精製システム。
【請求項５】
請求項４に記載の水精製システムであって、再循環ポンプが、前記混合ポイントの下流側に配置されることにより、UPW及び透過液を含む流体が前記再循環ポンプに前記所定の圧力値で搬送される水精製システム。
【請求項６】
請求項５に記載の水精製システムであって、前記再循環ポンプが、所定かつ一定の速度で作動するよう構成されている水精製システム。
【請求項７】
請求項５に記載の水精製システムであって、UFモジュールが、該UFモジュールの保持液用の排出出口、並びに該排出出口に流体結合された排出導管を更に有する水精製システム。
【請求項８】
請求項１に記載の水精製システムであって、前記再循環導管に沿って配置された保持タンクを更に備える水精製システム。
【請求項９】
請求項１に記載の水精製システムであって、前記UFモジュールに結合された振動源を更に備える水精製システム。
【請求項１０】
水を処理する方法であって、
UPW源から再循環ポンプに向けられた超純水（UPW）の流れを受けるステップと、
前記再循環ポンプを所定かつ一定の速度に設定するステップと、
前記UPWを含む流体を、限外濾過（UF）モジュールの入口に向けるステップと、
前記UFモジュールの透過液出口から流出する透過液の少なくとも一部を、前記再循環ポンプ及び再循環導管を使用して前記入口に再循環させるステップと、
透過液の圧力が前記再循環ポンプに及ぶよう、閉鎖状態から開放状態に作動可能なバルブ装置を設けるステップと、
前記バルブ装置の上流側及び前記透過液出口の下流側の位置にて、前記透過液の圧力を測定するステップと、
前記透過液における前記測定圧力を、所定値と比較するステップと、
前記比較に応答して、前記バルブ装置を作動させるステップと、を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記バルブ装置を作動させることにより、前記UFモジュールにおけるUF膜に亘って、膜透過圧力（TMP）が実質的に一定に維持される方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、UPWの前記流れを、前記再循環導管に沿って配置された混合ポイントにて透過液と合流させることにより、前記バルブ装置を前記混合ポイントの上流側に位置させるステップを更に含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、需要源に接続すると共に、前記再循環導管に沿う供給導管を、圧力測定位置の上流側及び透過液出口の下流側に設けるステップを更に含む方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記再循環ポンプが、前記所定値よりも大きな圧力で、前記流体を前記UFモジュールに供給するよう構成されている方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、前記UFモジュールに、振動を加えるステップを更に含む方法。
【請求項１６】
超純水（UPW）の精製を容易にする方法であって、
入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールを設けるステップと、
前記透過液出口を前記入口に接続する指示、前記透過液出口を圧力制御バルブに接続する指示、並びに前記透過液出口を流出する透過液の圧力を、前記圧力制御バルブにより、所定値に維持する指示を提供するステップと、を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、再循環ポンプを前記UFモジュールの前記入口に接続する指示、前記透過液をUPW源と混合して流体を生成する指示、並びに前記流体を前記再循環ポンプに向ける指示を提供するステップを更に含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、透過液出口を需要源に接続する指示、並びに前記UPW源と混合する前に、圧力センサを使用して前記透過液の圧力を測定する指示を提供するステップを更に含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記圧力センサ及び圧力制御バルブに作動結合されるよう構成されたコントローラを設けるステップを更に含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記コントローラに制御指示を提供し、これにより透過液の測定圧力を所定値と比較し、該比較に応じて、前記圧力制御バルブを作動させるステップを更に含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記制御指示により、コントローラが前記圧力制御バルブを作動させ、これによりUFモジュールにおけるUF膜に亘って、膜透過圧力（TMP）が実質的に一定に維持される方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の方法であって、前記再循環ポンプ及び圧力制御バルブの少なくとも一方を設けるステップを更に含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、2016年9月15日付の米国特許仮出願第62/394,788号（発明の名称「VANOXユースポイント、ユースポイント濾過、熱水調整及び全流量精製限外濾過のための精製限外濾過の性能向上」）と、2016年12月16日付の米国特許仮出願第62/435,119号（発明の名称「工業用水処理のための濾過システム」）の優先権を米国特許法119条に基づいて主張するものであり、その開示内容の全体が参照により本願明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、概して水処理に関し、より具体的には超純水（UPW）用の水精製システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体の設計や製造における進歩は、より小型で高性能のデバイスの開発を可能にしてきた。これら構造は、寸法がより小さいため、装置の製造時に使用されるUPW等の処理流体中に存在する微粒子の影響を一層受け易い。20 nm以下の粒子は、特定の半導体デバイスの歩留まりに多大な影響を及ぼす可能性がある。これら微粒子の検出及び除去は、解決が困難な問題であることが判明している。
【発明の概要】
【０００４】
各態様及び各実施形態は、超純水中の粒子制御を可能とする濾過に関する。
【０００５】
一実施形態によれば、本発明のシステムは、超純水（UPW）源と、入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールと、透過液出口を入口と連通させ、再循環ループを形成する再循環導管と、UFモジュールにおける入口の上流側にて再循環導管に沿って配置されると共に、UPW源に流体結合された再循環ポンプと、再循環導管及び需要源に流体結合されると共に、透過液出口の下流側に配置された供給導管と、供給導管の下流側にて再循環導管に沿って配置されると共に、透過液の圧力を所定値に維持するよう構成された圧力制御バルブとを備える。
【０００６】
一例において、水精製システムは、供給導管と圧力制御バルブとの間における再循環導管に沿って配置されると共に、透過液の圧力を示す圧力信号を生成するよう構成された圧力センサを更に備える。一例において、水精製システムは、圧力センサに作動結合されると共に、圧力信号に基づいて圧力制御バルブの作動を制御するよう構成されたコントローラを更に備える。
【０００７】
一例において、水精製システムは、UPW源及び再循環導管に流体結合されたUPW補給導管と、UPW補給導管が再循環導管に流体接続する混合ポイントとを更に備える。これにより圧力制御バルブは、混合ポイントと圧力センサとの間に位置している。また、コントローラは、圧力制御バルブを作動させるよう構成され、これにより透過液の圧力が所定の圧力値に維持される。
【０００８】
一例において、再循環ポンプは、混合ポイントの下流側に配置されることにより、UPW及び透過液を含む流体が再循環ポンプに所定の圧力値で搬送される。
【０００９】
一例において、再循環ポンプは、所定かつ一定の速度で作動するよう構成されている。
【００１０】
一例において、UFモジュールは、その保持液用の排出出口、並びに排出出口に流体結合された排出導管を更に有する。
【００１１】
一例において、水精製システムは、再循環導管に沿って配置された保持タンクを更に備える。
【００１２】
一例において、水精製システムは、UFモジュールに結合された振動源を更に備える。
【００１３】
他の実施形態は、水を処理する方法に関する。この方法は、UPW源から再循環ポンプに向けられた超純水（UPW）の流れを受けるステップと、再循環ポンプを所定かつ一定の速度に設定するステップと、UPWを含む流体を、限外濾過（UF）モジュールの入口に向けるステップと、UFモジュールの透過液出口から流出する透過液の少なくとも一部を、再循環ポンプ及び再循環導管を使用して入口に再循環させるステップと、透過液の圧力が再循環ポンプに及ぶよう、閉鎖状態から開放状態に作動可能なバルブ装置を設けるステップと、
バルブ装置の上流側及び透過液出口の下流側の位置にて、透過液の圧力を測定するステップと、透過液における測定圧力を、所定値と比較するステップと、その比較に応答して、バルブ装置を作動させるステップとを含む。
【００１４】
一例において、バルブ装置を作動させることにより、UFモジュールにおけるUF膜に亘って、膜透過圧力（TMP）が実質的に一定に維持される。
【００１５】
一例において、水を処理する方法は、UPWの流れを、再循環導管に沿って配置された混合ポイントにて透過液と合流させることにより、バルブ装置を混合ポイントの上流側に位置させるステップを更に含む。
【００１６】
他の例において、水を処理する方法は、需要源に接続すると共に、再循環導管に沿う供給導管を、圧力測定位置の上流側及び透過液出口の下流側に設けるステップを更に含む。
【００１７】
他の例において、再循環ポンプは、所定値よりも大きな圧力で、流体をUFモジュールに供給するよう構成されている。
【００１８】
一例において、水を処理する方法は、UFモジュールに、振動を加えるステップを更に含む。
【００１９】
他の実施形態は、超純水（UPW）の精製を容易にする方法に関する。この方法は、入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールを設けるステップと、透過液出口を入口に接続する指示、透過液出口を圧力制御バルブに接続する指示、並びに透過液出口を流出する透過液の圧力を、圧力制御バルブにより、所定値に維持する指示を提供するステップとを含む。
【００２０】
一例において、超純水（UPW）の精製を容易にする方法は、再循環ポンプをUFモジュールの入口に接続する指示、透過液をUPW源と混合して流体を生成する指示、並びに流体を再循環ポンプに向ける指示を提供するステップを更に含む。
【００２１】
一例において、超純水（UPW）の精製を容易にする方法は、透過液出口を需要源に接続する指示、並びにUPW源と混合する前に、圧力センサを使用して透過液の圧力を測定する指示を提供するステップを更に含む。
【００２２】
一例において、超純水（UPW）の精製を容易にする方法は、圧力センサ及び圧力制御バルブに作動結合されるよう構成されたコントローラを設けるステップを更に含む。他の例において、超純水（UPW）の精製を容易にする方法は、コントローラに制御指示を提供し、これにより透過液の測定圧力を所定値と比較し、その比較に応じて、圧力制御バルブを作動させるステップを更に含む。一例において、制御指示により、コントローラが圧力制御バルブを作動させ、これによりUFモジュールにおけるUF膜に亘って、膜透過圧力（TMP）が実質的に一定に維持される。一例において、超純水（UPW）の精製を容易にする方法は、再循環ポンプ及び圧力制御バルブの少なくとも一方を設けるステップを更に含む。
【００２３】
以下においては、これら例示的な態様及び実施形態における更に他の態様、実施形態、並びに利点を詳述する。更に、上述した説明及び以下の詳細な記載は、様々な態様及び実施形態の単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲に記載の態様及び実施形態の本質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供するものである。本明細書に開示された実施形態は、他の実施形態と組み合わせ可能であり、また「一実施形態」、「一例」、「幾つかの実施形態」、「幾つかの例」、「代替的な実施形態」、「様々な実施形態」、「１つの実施形態」、「少なくとも１つの実施形態」、「当実施形態及び他の実施形態」、「特定の実施形態」等の記載は、必ずしも相互に排他的であることを意味せず、記載された特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に包含され得ることを意味する。本明細書におけるそのような用語は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。
【００２４】
以下においては、少なくとも１つの実施形態における様々な態様を（実寸を反映していない）添付図面を参照しつつ説明する。図面は、様々な態様及び実施形態の説明や更なる理解のためのものであり、本明細書に組み込まれてその一部を構成しているが、特定の実施形態を限定することを意図するものではない。図面は、明細書の他の部分と共に、本発明に関して記載された態様及び実施形態の原理及び動作を説明するのに役立つ。各図に示す同一又はほぼ同一の構成要素は、同様の符号で表されている。明瞭性を高める見地から、一部の構成要素は一部の図においては明示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】UPWから様々な大きさの粒子を除去する濾過システムにおける保持効率をパーセントで示すグラフである。
【図２】乱流時において、濾過ユニットからの透過液における粒子濃度を示すグラフである。
【図３】従来技術におけるユースポイント（POU）水処理システムを概略的に示すフローチャートである。
【図４】本発明における１つ以上の態様に係る水精製システムの例を概略的に示すフローチャートである。
【図５】本発明における１つ以上の態様に係る水精製システムを示す概略図である。
【図６】本発明における１つ以上の態様に係る水精製システムにおける他の例を概略的に示すフローチャートである。
【図７】異なる流量を有する透過液の温度を示すグラフである。
【図８】経時的な粒子濃度を示すグラフである。
【図９】経時的な加速度計データを示す第１グラフである。
【図１０】経時的な加速度計データを示す第２グラフである。
【図１１】本発明の特定の観点に係るUPWから様々な大きさの粒子を除去する限外濾過システムにおける保持効率をパーセントで示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に従って本明細書に開示された態様は、その用途において、以下の説明に記載されるか又は添付図面に示す構成の詳細及び構成要素の配置に限定されることはない。これら態様は、他の実施形態において想定可能であると共に、様々な手法で実施又は実行することができる。本明細書において、特定の実施形態は単なる例示に過ぎず、限定を意図するものではない。特に、１つ以上の任意の実施形態における動作、構成要素、要素、並びに特徴は、他の任意の実施形態における同様の役割から排除されることはない。
【００２７】
また、本明細書において使用されている表現及び用語は、説明を目的としたものに過ぎず、限定と見なされるべきではない。本明細書において単数形で記載されたシステム及び方法における例、実施形態、構成要素、要素、又は動作は、複数を含む実施形態を包含することができ、本明細書において複数形で記載された任意の実施形態、構成要素、要素、又は動作は、単数だけを含む実施形態も包含することができる。単数形又は複数形の記載は、本開示のシステム又は方法、その構成要素、動作、又は要素を限定することを意図しない。本明細書における「含む」、「備える」、「含有する」、「伴う」、並びにその変形の使用は、その後に列記される項目及びその均等物、並びに付加項目を包含することを意味する。「又は」は包括的に解釈可能であり、従って「又は」と共に記載された全ての用語は、１つ、１つを超える、並びに記載された用語の全てを表し得る。更に、本明細書と、参照により本明細書に組み込まれた明細書との間で用語の用法に矛盾がある場合、組み込まれた明細書における用語の用法は、本明細書の補足として解釈される。即ち、用語の用法に矛盾がある場合、本明細書の用法が優先される。
【００２８】
上述したように、UPWを使用する工程を含む半導体デバイス製造工程においては、20 nm以下の直径を有する粒子を除去する能力が必要とされている。現在における特定の用途及び将来の半導体デバイスにおいては、10 nm以下の大きさの粒子を除去する能力が必要とされるであろう。
【００２９】
典型的なUPWデリバリーシステムは、これらの要求を満たす上で多くの欠点を有する。例えば、使用されるフィルタは、20 nm以下の大きさの粒子を完全に除去できない可能性がある。図１のデータは、カートリッジ濾過装置におけるパーセント保持率を粒径に応じて示す。図１に示すように、カートリッジフィルタは、25 nmよりも大きい直径を有する粒子の95％超を除去するのに効果的であったが、10 nm〜20 nmの大きさの粒子に関しては約67〜87％しか除去できなかった。
【００３０】
典型的なUPWデリバリーシステムにおける他の欠点は、異なる流量及び圧力条件下で作動される場合、フィルタが粒子を生成する可能性があることである。図２のグラフは、カートリッジ濾過装置における濾過時の粒子濃度を経時的に示す。この場合、システムは、１ミリリットル当たり5×109の粒子濃度を有するコロイド材料と、乱流、即ち流量及び圧力変動との両方で負荷された。図示の結果は、乱流により、流出液中の粒子濃度が１ミリリットル当たり１×109を超える値に急上昇したことを示す。これは、流れの変動により、粒子がフィルタを通過する可能性があることを示唆している。最後に、典型的なUPWデリバリーシステムにおける更に他の欠点は、UF装置の膜に使用されている繊維が、流れ及び圧力の変動のみならず酸化剤の影響を受け易いことであり、これらは両方とも繊維を損傷させる可能性がある。
【００３１】
図３は、典型的なユースポイント（POU）浄水システム10の例を概略的に示す。システム10は、UPW源105の下流側に配置された濾過ユニット20を備えると共に、UPWが濾過ユニット20を一回通過するように、シングルパスモードで作動するよう構成されている。本明細書において、用語「ユースポイント」とは、半導体製造設備等の需要源150に近接配置されている濾過システムのことを指す。特定の例において、需要源150は、設備の下方におけるサブファブ又はユーティリティレベルと称される場所に位置してもよい。図３に示すPOUシステム10における濾過ユニット20は、デッドエンド濾過用に構成されたカートリッジフィルタである。デッドエンド濾過において、供給液（UPW源105からの超純水）は、固体が捕捉又は保持される膜又は層等のフィルタを通過し、透過液15として濾過ユニット20から流出する。
【００３２】
POUシステム10には、メインUPW処理システムからのUPW105が供給される。水の多くの工業用途においては、半導体製造を含め、極めて僅かな有機炭素含有量、即ち全有機炭素（TOC）レベルを約25 ppb未満、場合によっては約１ppb未満としたUPWの使用が必要とされる。全有機炭素とは、10億分の１の水において、有機化合物における炭素原子の量を示す。UPWは、製造工程の様々なステップにおいて、基板表面から有機堆積物を溶解する等、デバイスから様々な化学物質及び微粒子材料をすすぐのに使用することができる。UPWは、その中の汚染物質が半導体デバイスの歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があるため、厳しい品質要件を満たす必要がある。典型的な汚染物質には、微粒子物質のみならず、有機化合物及び無機化合物が含まれる。
【００３３】
UPW処理システムは、UPWを生成する１個以上の装置を備え、そのUPW処理システムにおいては、例えば、濾過、イオン交換、並びに紫外線放射への曝露を含む工程を行うことができる。UPW処理システムにおいては、例えば、逆浸透及びナノ濾過等の圧力による膜法、電気脱イオン及び再生可能イオン交換等の脱イオン法、並びに限外濾過及びサブミクロン粒子濾過等の微粒子除去法を行うことができる。UPW105の供給源にUPWを供給するのに使用可能なUPW処理システムの他の例としては、促進酸化法（AOP）を使用するシステムを挙げることができる。促進酸化法は通常、有機汚染物質を攻撃し破壊する強力で非選択的なフリーラジカルに基づく酸化法を指す。例示的な酸化剤には、紫外線、オゾン、過酸化水素、並びに加硫酸塩が含まれる。汚染水が、紫外線と組み合わされた過酸化水素等、１つ以上の酸化剤と反応することにより反応性ラジカルが生成される。これにより、有機炭素は二酸化炭素に酸化され、その二酸化炭素が水に溶解する。UPW源105を生成するために使用可能なUPWシステムの例としては、（ペンシルバニア州ピッツバーグ所在の）Evoqua Water Technologies社が提供するVANOX（登録商標）AOPシステムを挙げることができる。
【００３４】
特定の実施形態によれば、UPW処理システムで生成されたUPW105は、5 ppb未満のTOCを有する水を含む。幾つかの例において、UPW源は、１ ppb未満のTOC濃度を有し得る。また、UPW105は、約17〜18.2 MΩ・cmの電気抵抗率を有することができる、場合によっては、約18．2 MΩ・cmの電気抵抗率を有することができる。UPW105の粒子濃度（粒子の大きさは50〜100 nm）は、１リットル当たり200粒子未満であり得る。更に、UPW105は、１つ以上の他の特性、例えば、３ ppb未満の溶存酸素、100 ppt未満のオンライン残留物、１ CFR/mL試料未満の細菌数、並びに１ ppb未満の総シリカ濃度を有することもできる。
【００３５】
UPW源105は、所定の圧力でPOUシステム10に搬送される。この場合、所定の圧力は、需要源150に必要とされる最小圧力を超える値であり得る。幾つかの例において、図３に示すUPW105がPOUシステム10に及ぼす圧力は、UPWが濾過ユニット20を通過する駆動力として機能する。幾つかの例において、UPW105が及ぼす圧力は、３〜５バール（43.5〜72.5 psi）であり得る。幾つかの実施形態において、UPW105は、５バールを超える圧力であってもよい。
【００３６】
図３に示すPOUシステム10は、需要源150の消費要件に従ってバルブ30を使用しつつ、オン・オフ状態で作動するよう構成されている。従って、濾過ユニット20がUPW105を処理するのは、需要源150が実際に透過液15を消費するときだけである。更に、濾過ユニット20は、需要源150が消費する流量でのみ透過液15を処理する。濾過ユニットを通過するこの種の断続的な流れにおいては、粒子がフィルタから放出されるリスクがある。なぜなら、流体の流量が急激に増加することで生じるパルスにより、フィルタ孔よりも小さい粒子がフィルタから脱出するための付加駆動力、即ち突破力が発生するからだけでなく、フィルタ材料自体に由来する粒子も発生する可能性があるからである。
【００３７】
上述したように、UPW処理システムは、UPW105を、需要源150が必要とする最小圧力を超える所定の圧力で供給することができる。しかしながら、濾過ユニット20内のヘッドロスが需要源150に必要とされる最小圧力よりも大きい場合、濾過ユニット20をもはや使用することはできない。更に、フィルタの機械的強度が増加し、孔径が低下するに伴い、ヘッドロスは更に増加する。これらの制約があるが故に、現在又は将来における微粒子要件を満たす超純水を提供するPOUシステム10の使用が一層困難になっている。
【００３８】
少なくとも一実施形態によれば、POU超純水を半導体工程に供給できる水処理システムが提供される。水処理システムは、水精製システムとして機能することが可能であり、UPW源の下流側に配置されると共に、粒径が20 nmの粒子、場合によっては10 nm未満の粒子を、半導体設備等の需要源に搬送される超純水から除去するか又は実質的に減少させる。
【００３９】
図４は、水精製システム100（本明細書において単に「システム100」とも称される）の一実施形態のフローチャートを示す。システム100は、UPW源105、UFモジュール110、再循環導管120、供給導管145、並びに圧力制御バルブ125を備える。水精製システム100は、メインUPW処理システムからのUPWを精製し、精製されたUPWを透過液として需要源150に搬送するよう機能する。
【００４０】
図示のUPW源105は、上述したPOUシステム10における源と同じであってもよい。UPW源105は、例えば、AOP処理システム等のメインUPW処理システムにより構成することができる。このようなメインUPW処理システムは、水精製システム100の上流側に配置されている。UPW源105には、特定の圧力を供給することができる。UPW源105によるUPWの圧力は、需要源150の圧力要件に応じて異なる。UPW105源における圧力は、例えば、約20 psi〜約100 psiであり得る。一実施形態において、UPW105における圧力は、約３〜５バールである。他の実施形態において、UPW105における圧力は、５バールを超える。UPW源105には、特定の流量を供給することができる。例えば幾つかの例において、UPW源における流量は、約０〜約50 gpmであり得る。一実施形態によれば、UPW源は、20〜30 gpmの流量を有することができる。
【００４１】
UFモジュール110は、不所望の汚染物質、例えば、高分子量を有する微粒子及び特定の大きさを有する微粒子を除去するための濾過装置として機能する。UFモジュール110は、流体170を受けるための入口114、並びに透過液126用の透過液出口116（図６において116a，116bで示す）を有する。図４に明示されていないが、UFモジュール110は、濾過機能を発揮する少なくとも１つのUF膜も含む。UF膜は、当技術分野で知られているように、中空繊維構成に従って配置可能であり、特定の用途及び／又は使用者の好みに応じて使用される。一実施形態によれば、UF膜は、少なくとも4000の分画分子量（MWCO）を有する。幾つかの実施形態によれば、UF膜は、6000〜10.0000のMWCOを有する。UF膜技術が将来的に進歩及び発展し、本開示における方法及びシステムに適用されることは自明であろう。図４に示すUFモジュール110は、２つの透過液出口を有するが、単一の透過液出口を有するUF膜も本開示の範囲内にある。
【００４２】
図３のPOUシステム10に例示されたデッドエンド濾過においては、供給液の流れが膜表面に対して垂直であるのとは対照的に、図４の精製システム100におけるUFモジュール110は、クロスフロー濾過装置として構成することができる。この場合、供給液の流れの大部分は、（透過側に対して正圧で）UF膜に亘り接線方向、即ち膜表面に対して平行に移動し、従って、分離工程はUF膜に亘って圧力勾配で生じる。更に、UFモジュール110のクロスフロー構成により、流れが連続的に生じるため、膜表面から固体が連続的に洗い流される。膜の設計保持寸法よりも小さな材料の一部は、透過液として膜を通過するが、残部は保持液128（本明細書では廃水とも称される）として排出され、UFモジュール110の排出出口122から流出する。排出導管124は、排出出口122に流体結合されている。使用可能なUFモジュールの非限定的な例には、旭化成株式会社が提供しているマイクローザ（登録商標）OLT-6036限外濾過システム、並びにEvoqua Water Technologies社が提供しているVANOX（登録商標）POU-Fシステムが含まれる。
【００４３】
本明細書で記載された例には、水精製システム100内における濾過機構として限外濾過装置が含まれるが、他の種類のフィルタも本開示の範囲内にある。例えば、マイクロフィルタ、ナノフィルタ、又は逆浸透装置も、特定の態様に従って使用することができる。
【００４４】
水精製システム100は、UFモジュール110の透過液出口116を入口114と連通させるよう構成された再循環導管120も備え、再循環導管120により、再循環ループが形成されるため、透過液がUFモジュール110を通過して連続的に再循環される。図３のシステム10とは異なり、（例えばUFモジュール110）を通過する流れは一定であり、需要源150の消費量に依存することがない。水精製システム100は、UFモジュール110における入口114の上流側の再循環導管120に沿って配置された再循環ポンプ115も備える。再循環ポンプ115は、UPW105源に流体結合されている。再循環ポンプ115は、UPW105及び透過液126の両方の混合物を含む流体170をUFモジュール110の入口114にポンピングする。再循環ポンプ115は、流体170に付加圧力を加えることにより、流体が再循環導管120を通過する駆動力を得られるのを補助するよう構成されている。この付加圧力は、透過液126が透過液126の圧力を低下させ得るUFモジュール110及びシステムにおける他の構成要素を通過した後に、需要源150に必要な最小圧力で需要源150に搬送されるのに使用される。幾つかの実施形態によれば、再循環ポンプ115は、流体170に圧力エネルギーを加え、これによりポンプを通過する流体170の圧力及び流量を増加させる。従って、機械的強度が大きなフィルタ及び／又はより小さな孔径を有するフィルタを精製システム100に使用することができる。なぜなら、再循環ポンプ115を使用すれば、図示の種類の膜に生じるより大きなヘッドロスを克服できるからである。再循環ポンプ115は、UFモジュール110を通過する流体の流量を一定に維持するのに寄与することもできる。例えば以下に記載するように、再循環ポンプ115は、濾過工程全体に亘って一定に維持される所定速度に設定することができる。再循環ポンプ115から流出する流体の圧力は、ポンプの特性、並びにポンプの下流側に配置された１個以上の構成要素（例えばバルブ）によって決定することができる。幾つかの実施形態において、再循環ポンプ115は、当技術分野で知られている遠心タイプのポンプとして構成されている。これらのタイプのポンプにおいて、吐出圧力は、ポンプ速度の２乗に比例して増加する。このように、システム100内における再循環ポンプ115の使用により、図３のシステム10において生じる断続的な流れに関連する問題（例えば粒子の生成）を排除又は実質的に低減することが可能になる。
【００４５】
一実施形態によれば、排出導管124上に配置された排出バルブ142は、背圧を生成するよう使用可能であり、その背圧により透過液がUFモジュール110を通って流れる駆動力が得られる。
【００４６】
特定の実施形態によれば、再循環ポンプ115には、（以下に説明する）コントローラで制御できる調整可能な速度駆動システムを設けることができる。再循環ポンプ115の速度は、例えば、０〜8000 rpmの間で調整可能である。他の速度範囲も本開示の範囲内にあり、特定の用途及びシステム構成に依存する。再循環ポンプ115を駆動する可変速モータは、UFモジュール110内で使用されるUF膜に必要な流れ特性に基づいて、（以下に説明する）コントローラか又は使用者により、所定かつ一定の速度に設定することができる。即ち、コントローラ又は使用者は、ポンプにおける調整可能な速度駆動部を使用して再循環ポンプ110の速度を設定することができる。再循環ポンプ115を駆動するモータの速度を上げれば再循環ポンプ115の出力量が増加するのに対して、モータの速度を下げれば出力量が低下する。
【００４７】
他の実施形態によれば、再循環ポンプ115を駆動する可変速モータは、水精製システム100内における流量、温度、及び／又は、圧力を含む１つ以上の作動パラメータに応じて制御することができる。コントローラは、例えば、流量信号を使用して再循環ポンプ115の速度を制御することができる。他の例によれば、コントローラは、圧力センサ140からの圧力信号を使用して再循環ポンプ115の速度を制御することができる。
【００４８】
幾つかの実施形態において、再循環ポンプ115は、流体170内での粒子の発生を最小化するよう構成及び配置することができる。再循環ポンプ115は、例えば、流体170に対するせん断力を最小にするか又は流体170に加えるせん断力を小さくするよう構成できる。一実施形態によれば、再循環ポンプは、磁気浮上型ベアリングレス遠心ポンプとして構成される。このタイプの構成であれば、駆動モータの可動部品から摩耗し得る粒子の発生が最小化される。磁気浮上により、例えば、ポンプのインペラが密閉ケーシング内にて非接触状態で配置可能であり、その密閉ケーシング内でインペラがモータの磁界で駆動される。再循環ポンプ115は更に、粒子の放出を最小化する材料、例えば、フルオロカーボン樹脂及びステンレス鋼で構成することもできる。本開示のシステムに含まれ得る再循環ポンプの適切な例としては、（マサチューセッツ州ウォルサム所在の）レビトロニクス社が提供しているBPSシリーズ等の遠心ポンプを挙げることができる。
【００４９】
図４に示すように、供給導管145が再循環導管120及び需要源150に流体結合されている。供給導管145は、UFモジュール110の透過液出口116の下流側に配置され、透過液126を需要源150に供給する。流量センサ130は、再循環導管120に沿って透過液出口116の下流側に配置することができる。流量センサ130は、透過液126の流量を示す流量信号を生成するよう構成することができる。
【００５０】
水精製システム100は更に、再循環導管120に沿って供給導管145の下流側に配置された圧力制御バルブ125を備える。本明細書においてバルブ装置とも称される圧力制御バルブ125は、当技術分野で知られているようにダイヤフラム型圧力制御バルブとして構成することができる。圧力制御バルブ125は、透過液126の圧力を再循環ポンプ115に作用させるよう閉鎖状態から開放状態に作動可能である。以下においてより詳細に説明するように、圧力制御バルブ125は、その上流側に配置された圧力センサ140の測定値に基づいて、透過液126の圧力を調整又は制御するよう構成されている。この場合、圧力センサ140の測定値に基づいて透過液126の圧力を所定値に維持するよう、コントローラを使用して圧力制御バルブ125の動作を制御することができる。
【００５１】
圧力センサ140は、供給導管145の下流側及び圧力制御バルブ125の上流側に配置されている。即ち、圧力センサ140は、再循環導管120に沿って供給導管145と圧力制御バルブ125との間に配置されている。圧力センサ140は、以下においてより詳細に説明するように、透過液126の圧力を示す圧力信号を生成すると共に、その圧力信号をコントローラに送信又は伝達するよう構成されている。
【００５２】
UFモジュール110を通過する一定の流束は、需要源150による透過液126の消費量に依存することはなく、再循環導管120を通る透過液126を再循環させることにより達成され、再循環ポンプ115及び圧力制御バルブ125で維持することができる。一実施形態によれば、UFモジュール110を通過する流れは一定であり、需要源150に必要な最大流と実質的に同じか又はそれよりも大きい。需要源150の消費量が（例えば設備が使用されていないことが原因で）最大流よりも小さい場合、需要源150による実際の消費量を超える流れについては、再循環ポンプ115の吸い込み側に絶えず再循環される。圧力制御バルブ125を使用すれば一定の圧力が維持可能であり、その圧力制御バルブ125は、圧力センサ140で得られた圧力測定値に基づいてコントローラで制御される。圧力及び流れの両方が一定であれば、UFモジュール110における粒子の放出のリスクが低減されるのみならず、フィルタ材料が潜在的な損傷から保護される。
【００５３】
水精製システム100は更に、UPW源105及び再循環導管120に流体結合されたUPW補給導管107を備える。UPW補給導管107は、メインUPW処理システムから水精製システム100にUPWを供給し、これにより需要源150に供給される前に最終的な精製をするために使用される。補給導管107は、再循環導管120へのUPWの流れを遮断するため、１個以上のバルブ、例えばバルブ118を含むことができる。例えばメンテナンス期間中は、バルブ118を使用してUPW源105を遮断し、システムの残部を隔離することができる。補給導管107及び再循環導管120は、図４に示すように、UPWを再循環ポンプ115の入口側又は吸い込み側に向けるよう構成されている。
【００５４】
水精製システムは更に、UPW補給導管107が再循環導管120に流体接続する混合ポイント147を備える。混合ポイント147により、UFモジュール110からの透過液126は、UPW源105からのUPWと混合又は組み合わさることで流体170、即ち再循環ポンプ115及び入口114に搬送される混合供給流を得ることが可能である。混合ポイント147は、圧力制御バルブ125が混合ポイント147と圧力センサ140との間に位置するようシステム内に配置されている。以下においてより詳細に説明するように、コントローラは、圧力制御バルブ125を作動させることにより、透過液126の圧力が所定値に維持されるよう構成されている。再循環ポンプ115は、混合ポイント147の下流側に配置されているため、UPW105及び透過液126を含む流体170が再循環ポンプ115に搬送される。
【００５５】
水精製システム100は更に、少なくとも１個の温度センサ135を備えることができる。場合により、透過液の流量は、水温に正比例する。従って、（排出流量が一定であると仮定すれば）水温の上昇に伴い、透過液の流量も上昇する。需要源150による需要がない期間中、透過液の温度は、（排出流量が一定であると仮定すれば）、流入するUPW105の温度に比べて所定値（例えば1.2〜2.0℃又は0.9〜1.6℃）だけ上昇する。流量がより大きい場合、温度上昇はより小さい。膜透過圧力（TMP）が一定であると仮定すれば（以下において説明するように、膜透過圧力は圧力センサ140及び圧力制御バルブ126の使用により実質的に一定の値に維持される）、温度上昇は、透過液の流量の増加をもたらし得る。例えば幾つかの例において、温度が上昇すれば、透過液の流量が３〜６％上昇する。
【００５６】
図４の実施形態において、温度センサ135は、排出導管124に結合されると共に、保持液128の温度を示す温度信号を生成するよう構成されている。温度センサ135が排出導管124上に配置されていれば、再循環導管120内における取り付け具や障害物の個数が減少するため、粒子の発生が回避される。更に、透過液126の温度は、保持液128の温度と同じである。以下において更に説明するように、コントローラは、温度信号に基づいて、システムにおける１個以上の構成要素を制御するよう構成することができる。コントローラは、例えば、温度信号に基づいて、再循環ポンプ115の速度を変更し及び／又は圧力制御バルブ125を調整するよう構成することができる。この場合、温度センサ135により、保持液128の温度を示す温度信号がコントローラ160に送信される。その後、コントローラ160は、温度信号に基づいて、再循環ポンプ115の速度を変更し及び／又は圧力制御バルブ125を調整することができる。需要源150は、例えば、透過液126が所定の温度範囲内にあることを必要とする場合がある。従って、コントローラ160は、温度センサから送信された温度測定値に応答して圧力制御バルブ125及び／又は再循環ポンプ115又はシステムにおける他の構成要素を制御し、これにより透過液の温度を所定温度値に対応させることができる。
【００５７】
一実施形態によれば、水精製システム100は、振動源165を更に備える。振動源165は、UFモジュール110に結合することができる。振動源165は、例えば、UFモジュール110の外壁又は他の外部要素に取り付け可能であり、その箇所で振動エネルギーをUF膜に伝達可能である。振動源165は、低レベルの振動をUFモジュール110に伝達するよう構成され、これにより濾過中のUPWから微粒子が除去される。振動源165は、例えば、濾過中のUPWから30 nm以下、20 nm以下、場合により10 nm以下の大きさの粒子を除去することができる。振動源をUFモジュールに適用すれば、UF膜がこれらより小さな粒子を保持可能である。幾つかの実施形態によれば、振動源は、濾過工程時に、所定の間隔で間欠的に適用することができる。振動源の適用は、膜ファウリングを回避するための機能でもあり得る。振動源は、例えば、濾過工程の開始時（即ち、膜が洗浄された後又は設置直後）か、又は濾過工程の途上或いは終了時（即ち、一定時間に亘って使用された後ではあるが、膜が洗浄される前）に適用することができる。
【００５８】
振動源165は、低レベルの機械的振動を伝達可能な任意の装置として構成することができる。振動源165としては、UFモジュール110のUF膜に、機械的エネルギーを振動として伝達可能な機械的オシレータを使用することができる。振動源165によって加えられる振動の周波数及び／又は振幅は、膜の表面積に依存する場合がある。更に、振動源165によって加えられる振動は、調整可能であってもよい。幾つかの実施形態によれば、振動の周波数範囲は、約20 Hz〜約1000 Hzの範囲とすることができる。幾つかの実施形態において、振動の周波数は、少なくとも60 Hzとすることができる。特定の実施形態によれば、振動の周波数範囲は、約１ m/s2〜約50 m/s2とすることができる。
【００５９】
様々な態様によれば、振動源165は、水精製システム100における他の種類の濾過ユニットか又は水精製システム100と共に使用可能な他の種類の濾過ユニットと一緒に使用することができる。この場合、例えば、UFモジュール110を使用可能に準備するのに調整システムを使用することができる。即ち、振動源を調整システム、例えば濾過ユニット又はプラットフォームにおける１個以上の構成要素に取り付け、調整工程の少なくとも一部に亘って振動を加えることができる。このような調整システムの例として、Evoqua Water Technologies社が提供しているVANOX（登録商標）システム熱水調整（HWC）カートを挙げることができる。
【００６０】
図５に示すように、１つ以上の実施形態において、水精製システム100は、システム100内における１個以上の構成要素と作動結合されたコントローラ160を備えることができる。一実施形態によれば、コントローラ160は、圧力センサ140及び圧力制御バルブ125に作動結合されている。幾つかの実施形態によれば、コントローラ160は、流量センサ130及び温度センサ135に作動結合されていてもよい。上述したように、各センサは、システムの特性を測定すると共に、これら測定値をコントローラ160に伝達又は送信するよう構成することができる。コントローラ160は更に、システム100における他の構成要素、例えば、再循環ポンプ115のみならず、場合によりUFモジュール110に作動結合可能であり、これら構成要素を制御するよう使用することができる。コントローラ160は、少なくとも１個以上のセンサの測定値に基づいて、これら構成要素の１個以上を制御することができる。
【００６１】
一実施形態によれば、水精製システム100は、透過液126をオンデマンドで需要源150に供給するよう構成されている。幾つかの例において、水精製システム100は、透過液126を所定の流量、例えば、０〜25 gpmの値で需要源150に供給するよう構成することができる。水精製システム100は、再循環ポンプ115を使用しつつ、UFモジュール110及び再循環導管120を介して、流体を再循環させることにより、透過液が需要源150に供給される前に透過液がUFモジュール110を複数回通過するよう構成されている。水精製システム100は更に、流量の変動を最小化し、粒子の発生、即ち粒子の放出を最小化するよう構成されている。上述したように、システム内における１つ以上の箇所で圧力及び流量を一定に維持することにより、粒子の放出のリスクが低減される。一実施形態において、圧力及び流量を一定に維持することは、コントローラ160を、システムにおける１個以上の構成要素、例えば、圧力センサ及び圧力制御バルブ125と組み合わせることにより達成可能である。他の実施形態において、流量センサ130及び／又は再循環ポンプ115も、圧力及び流量を一定に維持するのに使用することができる。
【００６２】
一実施形態において、UPW源は、第１圧力（本明細書においてUPW供給圧力とも称される）で供給される。システム100は、透過液126を、特定の誤差範囲内、例えば約±2 psiの誤差範囲内にて第１圧力で需要源150に供給するよう構成され、幾つかの用途においては、±2 psi未満で供給するよう構成されている（第１圧力は、本明細書において所定圧力値と称される）。特定の例において、所定圧力は、需要源150に必要とされる最小圧力であってもよく、従って需要源150の要件に規定される。
【００６３】
透過液126を所定圧力で需要源150に供給することは、システムにおける構成要素による機構を使用することで達成される。例えば再循環ポンプ115は、流体170が再循環ポンプ115を通過する際に流体170の圧力を増加させれば、水精製システム100内において使用されるUFモジュール110（例えばTMP）、配管（導管）、並びにバルブを通過する際に生じる圧力損失の少なくとも一部を克服するよう構成することができる。一実施形態において、再循環ポンプ115は、システム内における圧力損失の少なくとも一部が克服され、透過液126が所定圧力で需要源150に供給されるよう固定速度、即ち一定の速度で作動される。
【００６４】
上述したように、システム100は、透過液126を所定の流量値（又は範囲値）で需要源150に供給するよう構成することができる。この場合、所定の流量値は、需要源150が必要とする最小流量であってもよい。透過液126の流量は、UFモジュール110の膜透過圧力（TMP）に比例する。以下においてより詳細に説明するように、TMPは、流量を一定に維持するために制御することができる。
【００６５】
一実施形態によれば、再循環ポンプ115の速度は、濾過工程の開始時に所定値に設定され、その所定値で維持される。これにより、UFモジュール110の入口114に流入する流体170の流量を実質的に一定にすることが可能である。再循環ポンプ115の速度は、１つ以上の要因、例えばUFモジュール110の流れ特性に基づく。再循環ポンプ115の速度は、例えば、UFモジュール110における最大流量と相関するよう設定することができる。この場合、UFモジュール110に導入される流体170の最大流量は、UFモジュール110が許容可能か又は処理可能な最大流量であり得る。他の例において、再循環ポンプ115の速度は、UFモジュール110の最小流量と相関するよう設定してもよい。この場合、UFモジュール110に導入される流体170の最小流量は、UFモジュール110が許容可能か又は処理可能な最小流量であり得る。最小流量は、（不所望の粒子を更に生じさせる）停滞水の発生を回避するか又は最小限に抑える流量に対応し得る。他の例によれば、再循環ポンプ115の速度は、UFモジュールにおける最大流量と最小流量との間の速度に設定してもよい。上述したように、再循環ポンプ115を一定の速度で作動させれば、ポンプ内での粒子発生のリスクが低減される。
【００６６】
透過液126の流量は、UFモジュール110内におけるUF膜の膜透過圧力（TMP）に正比例する。幾つかの実施形態によれば、UFモジュール110を通過する流れは、TMPと線形関係にあるため、透過液126の流量を一定に維持することは、TMPを制御することで達成可能である。TMPとは、供給圧力（入口114に流入する流体170の圧力）と透過液圧力（透過液出口116を流出する透過液126の圧力）との圧力差のことを指す。UFモジュール110に流入する流体170の圧力は、再循環ポンプ115の速度を一定に維持することで一定の値に維持されるから、需要源150が透過液126を消費する場合、透過液の圧力が低下し（従ってTMPが増加し）、これによりUFモジュール110を通過する流量はより大きくなる。一実施形態において、透過液126の流量は、TMPを所定値に維持すれば一定の値に維持することができる。
【００６７】
このことは、UFモジュール110に流入する流体170の流量及び圧力が再循環ポンプで一定であるため、透過液126の背圧を制御することで達成することができる。一実施形態によれば、圧力制御バルブ125は、例えばUFモジュール110におけるUF膜に亘って実質的に一定のTMPを維持するよう作動される。このことは、圧力センサ140による測定値を使用しつつ、圧力制御バルブ125を制御することで達成可能である。図４に示すように、圧力制御バルブ125は、再循環導管120上において、（透過液を需要源150に供給する）供給導管145の下流側及び（透過液126が補給導管107からのUPW105と合流する）混合ポイント147の上流側に配置されている。圧力センサ140は、圧力制御バルブ125のすぐ上流側に配置されているが、供給導管145の下流側に配置されている。圧力センサ140は、透過液126の圧力を測定し、コントローラ160に信号を送信する。この場合、コントローラ160は、測定値を所定値と比較し、その比較に応じて、圧力制御バルブ125を作動させるか又は調整する。例えば透過液126の圧力が所定値を下回った場合、コントローラ160は、圧力制御バルブ125を作動させて特定量だけ閉鎖し、これにより透過液126の圧力を増加させることができる。透過液126の圧力が所定値を上回った場合、コントローラ160は、圧力制御バルブ126を作動させて特定の量だけ開放し、これにより透過液126の圧力を低下させることができる。透過液126の圧力が所定値にある場合（又は誤差範囲内にある場合）、コントローラ160による作動は行われない。上述したように、この場合の所定値は、需要源150の要件に関連付けられた値であってもよく、幾つかの例においては、システムに供給されるUPWの圧力に等しくてもよく、他の例においては、一定の誤差範囲内、例えば±2 psiの誤差範囲内のUPW圧力に等しくてもよい。
【００６８】
幾つかの実施形態において、水精製システムは、保持タンクを更に備える。図６は、再循環導管120に沿って配置された保持タンク655を備える水精製システム600における一実施形態のフローチャートを示す。水精製システム600は、図４を参照して上述した水精製システム100に類似しているが、保持タンク655を備える。この保持タンクは、一実施形態によれば、再循環導管120に沿う箇所、即ち再循環ポンプ115の上流側、換言すれば再循環ポンプ115の吸い込み側及び混合ポイント147の下流側に配置することができる。保持タンク655が配置される目的は、需要源150による消費需要がほぼないか又は全くない期間中に、再循環導管内における流体の蓄積を可能とするためである。流体170は、保持タンク655内に蓄積することができる。再循環導管120を通る連続的な流れは、これらの期間中に亘って維持され、また保持タンク655により、過剰量の流体を再循環ループ内の一箇所に蓄積することが可能である。
【００６９】
保持タンク655は、需要源150の体積又は定期的な消費体積に匹敵するか又はより大きなタンク又は配管として構成することができる。一態様によれば、保持タンク655が一杯になると、タンク内の水の大部分は、需要源150がアイドル状態にある全期間中に亘って、UFモジュールを連続的に通過する。
【００７０】
代替的な実施形態によれば、保持タンク655は、混合ポイント147の機能を発揮するよう混合ポイント147に配置してもよい。この構成によれば、システム600は、保持タンク655内に一定の流体レベルを維持するレベル制御装置を更に備えることができる。これにより、補給導管107からのUPWは、需要源150の消費量と、排出導管124を介して流出する保持液128との合計量に対応させることが可能である。
【００７１】
保持タンク655は、透過液126の温度を低下させるか又は温度をより低温に維持するよう機能することもできる。上述したように、需要源150が透過液126を使用しない期間中は、透過液の温度が上昇する場合がある。更に、再循環ポンプ115は、流体170の温度を上昇させる場合がある。UPW源105からより低温のUPWを、保持液128を一定の流量で排出することによって連続的に導入可能とする能力は、温度をより低温に維持するのに役立ち、またシステム100から流出する保持液128によって熱を放出することもできる。
【００７２】
添付図面に明示されていないが、一実施形態によれば、水精製システムは、触媒材料を更に備えることができる。触媒材料は、UFモジュールに導入されたUPW中に存在する過酸化水素等の酸化剤を分解することにより、酸化剤濾過ユニット内の膜、例えばUFモジュール内のUF膜を保護するよう機能する任意の材料であってよい。酸化剤は、UF膜を損傷させるか又は劣化させる可能性があるため、膜に接触する流体からこれら材料を除去すれば、モジュールの作動寿命を延ばすことができる。触媒材料は、再循環ポンプ115とUFモジュール110の入口114との間に配置可能であり、これによりUPWをUF膜と接触する前に処理することができる。適切な触媒の例には、白金、パラジウム、又は酵素（例えばカタラーゼ）が含まれる。
【００７３】
本明細書に開示された水精製システムは、他の流れ制御装置、例えば、バルブ、減速機、膨張機を備えることができる。本明細書に記載のセンサ以外に、他の圧力センサ、温度センサ、並びに流量センサをシステム全体の１つ以上の箇所に配置することができる。水精製システム内には、他の処理装置、例えば熱交換器を含めることもできる。この場合、例えば、再循環ポンプ115とUFモジュール110の入口114との間における再循環導管120内に配置することができる。熱交換器は、需要源150による需要がなく、透過液の温度が上昇する期間中に有用であり得る。
【００７４】
本明細書に記載した水精製システムは、幾つかの例において、現在のPOU濾過システムの付加として使用するか又は代替するために使用することができる。既存の設備は、水精製システムにおける１つ以上の任意の態様を利用するために修正可能であり、場合により、既存の設備を接続又は構成することにより、本明細書に記載した水精製システムを備えることができる。
【００７５】
特定の態様によれば、UPWの精製を容易にする方法が提供される。この方法は、既存の処理システム又は新しい処理システムにおける１つ以上の部分の精製を容易にすることができる。特定の実施形態において、UPWの精製を容易にする方法は、入口及び透過液出口を有する限外濾過（UF）モジュールを提供すること、透過液出口を入口に接続する指示、透過液出口を圧力制御バルブに接続する指示、並びに透過液出口から流出する透過液の圧力を圧力制御バルブで所定値に維持する指示を提供することを含む。幾つかの実施形態において、UPWの精製を容易にする方法は、再循環ポンプをUFモジュールの入口に接続する指示、透過液をUPW源と混合して流体を生成する指示、並びに流体を再循環ポンプの入口に向ける指示を提供することを更に含む。一実施形態において、UPWの精製を容易にする方法は、透過液出口を需要源に接続する指示、並びにUPW源と混合する前に、圧力センサを使用して透過液の圧力を測定する指示を提供することを更に含む。他の実施形態において、UPWの精製を容易にする方法は、圧力センサ及び圧力制御バルブに作動結合されるよう構成されたコントローラを設けることを更に含む。更なる実施形態によれば、UPWの精製を容易にする方法は、コントローラに制御指示を提供し、これにより透過液の測定圧力を所定値と比較し、その比較に応じて、圧力制御バルブを作動させることを更に含む。他の少なくとも１つの実施形態によれば、制御指示により、コントローラが圧力制御バルブを作動させ、これによりUFモジュールにおけるUF膜に亘って、膜透過圧力（TMP）が実質的に一定に維持される。更に他の実施形態において、精製を容易にする方法は、再循環ポンプ及び圧力制御バルブの少なくとも一方を設けることを含む。
【００７６】
本明細書に記載された本発明のシステム及び方法の態様は、以下に単なる例示として記載され、かつ本発明における範囲を限定することのない例に基づいて更に説明する。
【００７７】
（例１−透過液計算における平衡温度）
異なる供給流量下で、透過液の温度を判定するために計算が行われた。構成については、図４のシステム100と実質的に対応するものと仮定された。この場合、UFモジュール110としては、Evoqua Water Technologies社のVANOX（商標登録）POU-Fシステムが使用された。排出流量は、1.5 gpmで一定に維持されたのに対して、搬送流量、即ちフィルタから流出する透過液流量（又は供給導管145内における需要源150への透過液流量）は、０〜25 gpmの間で変化させた。透過液の温度を判定するために、２つの異なるTMP圧力が使用された。第１のものでは、15 psiのTMP圧力（図７において「通常」と記載）が使用され、第２のものでは、20 psiのTMP圧力（図７において「最大」と記載）が使用された。結果は、図７のグラフに示されており、20℃のUPW供給温度に対してプロットされている。
【００７８】
図７の結果は、透過液の搬送流量が０ gpmだった場合、即ち図４の需要源150が透過液を消費していない状況が示唆される場合、透過液の温度は、流入するUPW供給温度よりも高く1.2〜2.0℃だけ上昇したことを示す。この差は、より大きな搬送流量において（即ち、需要源150が透過液を消費する状況において）低下した。５ gpmの流量において、透過液の温度は、0.5℃未満だけ上昇し、10 gpmの流量において、温度上昇は、0.25℃未満だった。更に、排出流量がより大きければ、引き起こされる温度上昇はより小さい。即ち、より大きな排出流量において、温度上昇はより小さい。例えば、排出流量が２ gpmに増加した場合、温度上昇は、０ gpmの供給流量で0.9〜1.6℃だった。
【００７９】
（例２−制御原理）
上述した制御機構の幾つかをより正確に理解するため、図４に示す水精製システム100に関連して３つの異なる条件下での作動ケースを以下に概説する。概説においては、以下を仮定する。
１．システムへのUPW105の供給圧力は80 psiとする
２．TMPは15 psiとする
３．説明を簡単にするため、システムで生じる損失はTMPに含まれるものとする
４．保持液128の排出流量は1.5 gpmとする
【００８０】
（条件１−需要源150による需要がないケース）
再循環ポンプ115は、（TMPを克服するために）流体を95 psiかつ31.5 gpmの流量でUFモジュール110に搬送する。この場合、透過液126は、80 psiの圧力及び30 gpmの流量を有する。このケースでは需要源150による消費がないため、30 gpmの透過液126全体は、圧力制御バルブ125を通過し、補給導管107から1.5 gpmの流量のUPWと混合することで混合ポイント147にて流体170が得られ、再循環ポンプ115及びUFモジュール110に再び搬送される。
【００８１】
（条件２−需要源により需要が０ gpmからＸgpmに増加するケース）
再循環ポンプ115は、流体を31.5 gpmかつ95 psiで引き続き搬送するが、このケースにおいては、需要源150による需要があるため、供給導管145を介して再循環導管120から流出する透過液126が存在する。従って、圧力センサ140の位置における透過液126の圧力は80 psi未満である。この測定に基づいて、圧力制御バルブ125は、コントローラ160によって作動されることで一定量だけ閉鎖可能である。これにより、混合ポイント147の上流側における透過液126の圧力が再び80 psiに増加するため、流体170が再循環ポンプ115に到達するときの圧力は80 psiである。
【００８２】
（条件３−需要源により需要がＸ gpmから０gpmに低下するケース）
再循環ポンプ115は、流体を31.5 gpmかつ95 psiの圧力で引き続き搬送するが、このケースにおいては、需要源150による消費は低下している。この場合、供給導管145からの透過液126の流出量は低下し、従って圧力センサ140の位置における透過液126の圧力は、80 psiよりも大きい。従って、圧力制御バルブ125は、測定された圧力値に基づいて、コントローラによって作動されることで一定量だけ開放可能である。これにより、混合ポイント147の上流側における透過液126の圧力が再び80 psiまで低下する。従って、再循環ポンプ115に到達する流体170は、80 psiの圧力を有する。
【００８３】
（例３−振動実験）
濾過ユニットに結合された調整可能かつ低レベルの振動源により、例えば20 nm以下の直径を有する微粒子の保持にどのような影響を及ぼすかを試験するために実験が行われた。
【００８４】
実験における濾過ユニットとしては、UF POU濾過ユニットが使用された。流出液における粒子数測定は、振動源が濾過ユニットの外側に適用される前及び適用された後の両方で粒子アナライザを使用して行われた。振動源は、POU濾過ユニットに近接配置された真空ポンプに由来するものだった。
【００８５】
図８は、左側に制御データを表しており、約22時間の期間に亘って得られた10 nm及び20 nmの大きさの粒子の濃度測定を示す。図示のデータは、20 nmの粒子に関しては約800.000 cts/ml濃度を、また10 nmの粒子に関しては約1.000.000 cts/mlの濃度を示す。
【００８６】
図８の右側は、POU濾過ユニットに振動を加えて得られた粒子測定濃度のデータを示す。この場合、測定は、約32時間に亘って行われた。粒子濃度は３倍から５倍に減少し、20 nmの粒子は約800.000 cts/mlから約200.000に減少し、10 nmの粒子濃度は、約1.000.000 cts/mlから約300.000 cts/mlに減少した。この結果は、直観な想定に反するものであった。なぜなら、振動は通常、濾過システムにおける構成要素、例えば、濾過膜やハウジング、配管、並びにUPWに晒される他の構成要素における粒子を解放するからである。なお、図８に明示されていないが、試験においては、振動により、50 nmを超える大きさの粒子の保持は大幅に改善されなかった。このように、濾過ユニットに振動源を適用することは、20 nm以下の大きさの粒子の除去を改善する必要がある場合に有用であり得る。
【００８７】
図９は、振動が加えられた状態において、濾過ユニット上に配置された加速度計から得られた振動データを経時的に示すグラフである。図示の振動データは、ｘ、ｙ、ｚ方向データを含む。図10は、上述したのと同じ振動源が同様に適用された状態において、異なる種類の濾過ユニットから得られた振動データを示すグラフである。このデータを得るのに使用された濾過ユニットは、Evoqua Water Technologies社が提供しているVANOX（登録商標）システム熱水調整（HWC）カートであり、UF膜を含んでいた。図10のグラフの左側は、振動が加えられた期間の振動データを示し、グラフの右側は、振動が加えられなかった期間を示す。
【００８８】
（例４−一定の流束における保持効率）
図１に示すデッドエンドのカートリッジフィルタにおける保持データとの比較において、6000のMWCOを有する膜を含むUFモジュールを粒子保持に関して試験した。この場合、UF装置は、一定の流束下で作動させ、その結果は図11に示すとおりである。図11のグラフにおけるデータは、一定の流束下であれば、UF膜は、15 nmを超える粒径を有する粒子を除去するのに効果的であり、10 nmの粒子の約85〜95％を除去できたことを示す。
【００８９】
このように、少なくとも１つの例における幾つかの態様を記載してきたが、当業者であれば、様々な変更、修正、並びに改良が容易に想到可能であろう。例えば、本明細書に開示された例は、他の文脈でも適用することができる。そのような変更、修正、並びに改良は、本開示の一部であると共に、本明細書で記載された例の範囲内にあるものと理解される。従って、上述した記載及び各図は単なる例示に過ぎない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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