(57)【要約】【課題】ポンプ及び流量調整弁を有した液体供給系における振動を抑制する。【解決手段】液体は、給液配管１、膜脱気装置などの脱気装置２、配管３、ポンプ４、配管５、流量計６、配管７、開閉弁８、配管９、流量調整弁１０及び配管１１の順に流れて供給される。液中の溶存気体を脱気し、大気圧下での飽和溶解度より低い濃度にまで溶存気体を除去しておく。流量調整弁として比較的振動が小さいダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁を用いる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給用のポンプと、該ポンプよりも下流側に配置された流量調整弁とを有する液体供給装置において、
液体中に溶解している気体濃度を大気圧下での飽和溶解度未満に調整する脱気装置を該ポンプの上流側に設置すると共に、
該流量調整弁としてダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁を設置したことを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】
液体をポンプと、該ポンプよりも下流側に配置された流量調整弁とを介して供給する方法において、
液体を脱気して液体中に溶解している気体濃度を大気圧下での飽和溶解度未満に調整した後、該ポンプと、ダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁よりなる流量調整弁とを介して供給することを特徴とする液体供給方法。
【請求項３】
請求項２において、該液体中に溶解している気体は窒素及び／又は酸素であることを特徴とする液体供給方法。
【請求項４】
請求項２において、該液体中に溶解している気体は窒素及び／又は酸素と水素とであることを特徴とする液体供給方法。
【請求項５】
請求項２において、該液体中に溶解している気体は窒素及び／又は酸素とオゾンとであることを特徴とする液体供給方法。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項において、送液用の配管内の液体の流速を５ｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする液体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を供給するための液体供給装置及び液体供給方法に関するものであり、特に液体供給系における振動の発生を抑制することができる液体供給装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプと、該ポンプの下流側に配置された流量調整弁とを介して液体を供給する系においては、ポンプそれ自体の振動によって配管に振動が生じるほか、ポンプあるいは流量調整弁において液体中に気泡が生じることに起因して振動が発生する。例えば、ポンプを駆動し、ポンプの下流側の弁を開くと、通常の場合、ポンプサクション側の加圧状態がデリバリ側で減圧状態になり、サクション側では液体中に溶解していた気体がデリバリ側では溶解度を超え、気泡を発生させる。液体中で発生した気泡は、配管内表面で吸脱着を繰り返しながら液体と共に移動する際に振動を発生させる。場合によっては、配管内表面に吸着した気泡の脱着時に発生する振動が液体供給ポンプからの振動以上になることもある。
【０００３】
また、流量調整弁は液体が流れる流路の開度を調整して流量を制御するので、流路断面積が液流方向において急激に変化する構造の弁では、液流の衝撃やキャビテーションにより振動が生じ、特に、気泡が混在した液流では振動が生じ易くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、液体中に気泡が発生することに起因した振動及び流量調整弁に起因した振動を抑制することができる液体供給装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体供給装置は、液体供給用のポンプと、該ポンプよりも下流側に配置された流量調整弁とを有する液体供給装置において、液体中に溶解している気体濃度を大気圧下での飽和溶解度未満に調整する脱気装置を該ポンプの上流側に設置すると共に、流量調整弁としてダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁を設置したことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、ポンプの上流側で液中の溶存気体を脱気し、大気圧下での飽和溶解度より低い濃度にまで溶存気体を除去しておく。このように脱気することにより、デリバリ側や配管の曲り部などにおいて液体の圧力が低くなっても、気体の飽和溶解度を超えることはなく、液体中に気泡が発生しない。このように気泡の発生が防止されることにより、液体供給系の振動が抑制される。
【０００７】
また、本発明では、流量調整弁として、流路断面積の変化が小さく、振動を発生させにくいダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁を用いる。これにより、液体供給系での振動がさらに小さいものとなる。
【０００８】
なお、本発明においては、流量調整弁と共にその上流側又は下流側に開閉弁を設けてもよい。開閉弁は液体供給時には全開とされるので、特に振動発生の原因にはならない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の液体供給装置及び方法においては、液体を脱気装置で脱気してからポンプで送液し、且つ流量調整弁で流量調整する。
【００１０】
この液体としては、水などの無機溶媒、アルコールその他の有機溶媒、溶質が溶け込んでいる水溶液や有機溶液、これらの混合物などが例示されるが、これらに限定されない。
【００１１】
液体中に溶解している気体としては、大気に由来する窒素及び／又は酸素が例示される。通常の液体供給系では大気と接触した液体が供給されるので、液体中には大気と接触して溶解した窒素と酸素が、大気圧下での飽和濃度まで溶解している。即ち、大気圧下での水への飽和溶解度は窒素では約１４ｐｐｍであり、酸素では約８ｐｐｍであるので、送給される水に窒素及び酸素が飽和状態で溶解しているときには、この水の溶存窒素濃度は約１４ｐｐｍ、溶存酸素濃度は約８ｐｐｍとなっている。
【００１２】
また、窒素及び／又は酸素に加え、さらに水素又はオゾンが溶解していてもよい。もちろん、これら以外の気体が溶解していてもよい。この気体は、意図せずに溶け込んだものであってもよく、意図的に溶け込ませたものであってもよい。
【００１３】
例えば、半導体製品などの電子デバイス製造工程で行われる洗浄工程では、超純水にオゾンガス又は水素ガスを溶解させ、生成したオゾン水又は水素水を物品の洗浄水として使用することがある。本発明方法及び装置によってかかるオゾン水又は水素水を供給するに際しては、超純水を脱気処理して溶存する窒素及び酸素を所定濃度以下まで除去した後、オゾンガス又は水素ガスを、大気圧下でのオゾン飽和溶解度又は水素飽和溶解度に達しない量で超純水に溶解させ、その後、ポンプ及び流量調整弁を介して供給することが好ましい。
【００１４】
脱気装置は、加熱脱気装置、真空脱気装置、膜脱気装置が好適である。ガス成分置換型の特定ガス除去装置、例えば窒素脱気装置、脱炭酸装置は不適である。
【００１５】
本発明では、送給する液体の溶存ガス量を大気圧下での気体飽和溶解度未満にまで脱気するが、脱気の程度は測定計器を使用して確認することができる。溶存ガス量の測定には、溶存窒素濃度計、溶存酸素濃度計、溶存オゾン濃度計、溶存水素濃度計などを使用できる。溶存気体が大気からの溶解のみであれば、窒素か酸素のどちらかのみが飽和溶解度未満になっていることが確認できれば他の気体も飽和溶解度未満になっているので、一方のみを確認すればよい。また、溶存気体濃度は必ずしも計器で測定しなくてもよく、脱気装置の性能が確実に飽和溶解度未満まで脱気するものであれば計器による測定を省略できる。
【００１６】
本発明では、脱気して溶存気体濃度を飽和溶解度未満、好ましくは、飽和溶解度の６０％以下、より好ましくは５０％以下、さらに好ましくは４０％以下にしてからポンプへ導く。例えば、溶存窒素濃度を５ｐｐｍ以下、溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以下にすることにより確実に気泡の発生を防止することができる。
【００１７】
ポンプの下流側に設置される流量調整弁は、ダイヤフラム弁、グローブ弁又はニードル弁である。これらの弁は、前記の通り、発生する振動が小さいものである。
【００１８】
本発明では、脱気装置、ポンプ、流量調整弁は直接的に接続されても良く、配管を介して接続されてもよい。脱気装置よりも上流側及び流量調整弁よりも下流側には、通常、配管が接続される。
【００１９】
図１は配管を介して各機器を接続した液体供給装置の一例を示す系統図であり、液体は、給液配管１、膜脱気装置などの脱気装置２、配管３、ポンプ４、配管５、流量計６、配管７、開閉弁８、配管９、流量調整弁１０及び配管１１の順に流れて供給される。
【００２０】
本発明では液体を予め脱気するので、その後液体に気体が溶解することをできるだけ回避するのが好ましい。そのためには、液体供給配管を流れる液体が大気など気相に開放されるのを避け、密閉系とする必要がある。また、脱気装置の下流側の液体供給配管は気体透過性の低い材質の配管を使用するのが好ましい。配管材質によっては配管周囲の外気が配管を透過し、配管内の液体に気体が溶解するおそれがある。特に、脱気装置以後液体供給地点まで長距離である場合には、配管を透過した気体の溶解によって脱気液体の溶存気体量が大気圧下の飽和濃度に達することがあり得る。従って、長距離移送する場合の配管材質は酸素透過係数又は／及び窒素透過係数が１００ｃｃ・ｍｍ／ｍ２・２４ｈｒ・ａｔｍ以下であることが望ましい。例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンジフロライド）、ＰＶＦ（フッ化ポリビニリデン）、ＥＴＦＥ（エチレン四フッ化エチレン共重合体）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）などが好適である。流量調整弁としても、これらの材質よりなるものが好ましい。
【００２１】
配管を流れる液体の流速は、小さい方が、振動を小さくすることができ好ましい。流速の２乗に比例して運動エネルギーが増大し、流量調整弁において振動が発生することがあるので、流速は５ｍ／ｓｅｃ以下、特に２ｍ／ｓｅｃとするのが好ましい。流速を小さくしても流量を確保するためには、配管の径を大きいものとすればよい。
【００２２】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本実施例において、振動評価はポータブルＦＦＴアナライザＣＦ２５０（（株）小野測器製）を用いて測定し、液中の酸素濃度及び水素濃度はＯ２，Ｈ２分析計ＭＯＣＡ３６００シリーズ（オービスフェア　ラボラトリ製）を用いて測定した。
【００２３】
図２（ａ）に振動評価試験装置の概略フローを示す。この評価試験装置は、膜モジュール２０、ポンプ２１、流量計２２、圧力計２３、軟質なブレードホース２４、硬質フッ素樹脂製の配管２５、ＦＦＴアナライザ２６及び流量制御弁２７からなる。ポンプ２１とフッ素樹脂配管２５の間には、１ｍのブレードホース２４を設置している。このブレードホース２４は床３０に接するように配置されているので、ポンプ２１の振動は配管２５へ伝播しない。
【００２４】
液体として、２５℃における比抵抗率が１８．０ＭΩ・ｃｍ以上、全有機体炭素量が１０μｇ／Ｌ以下、銅及び鉄などの金属成分がそれぞれ０．０２μｇ／Ｌ以下、及び０．０５μｍ以上の微粒子が１０個／Ｌ以下の超純水を使用した。
【００２５】
膜モジュール２０は４×２８タイプＧ３２４（セルガード（株）製）、ポンプ２１はＦ４１−３１７Ｃ２Ｌ（（株）帝国電機製作所製）である。配管は１インチ（２５．４ｍｍ）の硬質フッ素樹脂製チューブを用いた。なお、各種部材はねじ込みもしくはフランジで接続されている。
【００２６】
［実験例１］
流量制御弁２７としてダイヤフラム弁を用い、流量を０．８ｍ３／ｈ、配管出口圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。また、配管内を流れる超純水中の酸素濃度を、１０μｇ／Ｌ以下、飽和（大気圧下で）及び過飽和（気泡が発生する状態）の３レベルに制御した。図３に振動測定結果を示す。
【００２７】
図３の通り、超純水中の酸素濃度を飽和溶解度未満に制御し、ダイヤフラム弁で流量及び圧力を制御することにより、液体供給配管の振動を振動評価試験運転停止時の液体供給配管の振動まで抑制することが可能である。
【００２８】
［実験例２］
流量制御弁２７としてダイヤフラム弁を用い、流量を０．８ｍ３／ｈ、配管出口圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。また、配管内を流れる超純水中の酸素濃度を１０μｇ／Ｌ以下にすると共に、水素濃度を、０．６ｍｇ／Ｌ、飽和（大気圧下で）及び過飽和（気泡が発生する状態）の３レベルに制御した。図４に振動測定結果を示す。
【００２９】
図４の通り、超純水中の水素濃度を飽和溶解度未満に制御し、ダイヤフラム弁で流量及び圧力を制御することにより、液体供給配管の振動を振動評価試験運転停止時の液体供給配管の振動まで抑制することが可能である。
【００３０】
［実験例３，４，５］
流量制御弁２７としてグローブ弁（実験例３）、ニードル弁（実験例４）及びボール弁（実験例５）を用い、流量を０．８ｍ３／ｈ、配管出口圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。また、配管内を流れる超純水中の酸素濃度を１０μｇ／Ｌ以下、水素濃度を０．６ｍｇ／Ｌとした。図５に振動測定結果を示す。
【００３１】
図５より、ボール弁以外のバルブで制御することにより、ダイヤフラム弁と同様に液体供給配管の振動を抑制することが可能である。
【００３２】
［実験例６］
流量制御弁２７としてダイヤフラム弁を用い、流量を１．２ｍ３／ｈ、配管出口圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。また、配管内を流れる超純水中の酸素濃度を１０μｇ／Ｌ以下にすると共に、水素濃度を、０．６ｍｇ／Ｌ、飽和（大気圧下で）及び過飽和（微細気泡が発生する状態）の３レベルに制御した。
【００３３】
図６に振動測定結果を示す。流量１．２ｍ３／ｈであるこの図６の場合と、流量０．８ｍ３／Ｌである前記図４との対比から明らかな通り、異なる流量でもダイヤフラム弁で流量制御することにより、液体供給配管の振動を振動評価試験運転停止時の液体供給配管の振動まで抑制することが可能である。
【００３４】
［参考例］
図２（ｂ）に示すように、ブレードホースを用いず、ポンプ２１の吐出側を流量計２２を介してフッ素樹脂配管２５に直結したこと以外は図２（ａ）と同一の振動評価試験装置を用いて試験を行った。
【００３５】
この参考例では、ブレードホースが無く、また配管２５が床から離隔して設置されているので、ポンプの振動が直接に配管２５に伝播する。
【００３６】
通水した水は酸素濃度１０μｇ／Ｌ以下の実験例１のものと同一であり、通水条件も実験例１と同一とした。
【００３７】
ＦＦＴアナライザ２６による振動波形測定結果を図７に示す。図７にはブレードホースを用いた実験例１における酸素濃度１０μｇ／Ｌ以下の場合の測定結果を併せて示す。この参考例の通り、超純水中の酸素濃度が１０μｇ／Ｌ以下であっても、ポンプ自身から発生する振動が配管２５に伝播している。ただし、図３の過飽和の場合と比べると、図８の振動の方が小さいことが認められる。即ち、この一連の実験では、酸素過飽和の水を通水することにより生じる気泡に起因した振動の方がポンプの振動よりも大きい。
【００３８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、ポンプ及び流量調整弁を有した液体供給系における振動を抑制することができる。また、これにより、応力ひずみ及び酸化劣化による水漏れなどの不具合を抑制することができ、安全面の向上と、運転管理の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例及び参考例を示す系統図である。
【図３】実験例の測定結果を示すグラフである。
【図４】実験例の測定結果を示すグラフである。
【図５】実験例の測定結果を示すグラフである。
【図６】実験例の測定結果を示すグラフである。
【図７】実験例の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２　脱気装置
４　ポンプ
８　開閉弁
１０　流量調整弁
２０　膜モジュール
２１　ポンプ
２４　軟質なホース
２５　硬質の配管
２７　流量調整弁
【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】
2004049945.tif 000008
【図７】
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