JP7647813B2 - Warm ultrapure water production equipment - Google Patents
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Description
本発明は温超純水の製造装置に係り、詳しくは、サブシステムからの超純水を熱交換器で加熱して温超純水としてユースポイントへ供給するように構成された温超純水の製造装置に関する。 The present invention relates to a hot ultrapure water production device, and more specifically, to a hot ultrapure water production device configured to heat ultrapure water from a subsystem using a heat exchanger and supply it to a use point as hot ultrapure water.
半導体洗浄用水として用いられている超純水は、一次純水製造装置及びサブシステム(二次純水製造装置)等から構成される超純水製造装置で製造される。 The ultrapure water used for semiconductor cleaning is produced in an ultrapure water production system that consists of a primary pure water production system and a subsystem (secondary pure water production system).
サブシステムでは、低圧紫外線ランプより出される紫外線により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をイオン交換装置で除去し、限外濾過膜分離装置により微粒子が除去され、超純水となる。 In the subsystem, the TOC is decomposed into organic acids and even CO2 using ultraviolet light emitted from a low-pressure ultraviolet lamp. The organic matter and CO2 produced by the decomposition are removed by an ion exchange device, and fine particles are removed by an ultrafiltration membrane separation device, leaving ultrapure water.
この超純水を熱交換器で加熱して温超純水とし、ユースポイントに送水することがある。この熱交換器の熱源流体として、ヒートポンプで加熱した加熱水を用いることがある(特許文献1)。 This ultrapure water may be heated in a heat exchanger to produce hot ultrapure water, which is then sent to a point of use. Heated water heated by a heat pump may be used as the heat source fluid for this heat exchanger (Patent Document 1).
図4は従来のヒートポンプ式加熱装置を有した温超純水の製造装置の一例を示す系統図である。 Figure 4 is a system diagram showing an example of a hot ultrapure water production system with a conventional heat pump type heating device.
一次純水は、サブタンク1から冷却器2を通り、約23℃に降温した後、配管3を介してサブシステム4に導入され、超純水が製造される。製造された約25℃の超純水は、配管5、第1熱交換器6、配管9及び第2熱交換器10の順に流れ、第1熱交換器6によって約45~70℃に加熱され、第2熱交換器10によって約75℃に加熱され、温超純水として配管11によりユースポイントへ送水される。配管11にはUF膜装置12が設置されている。
The primary pure water passes from
第1熱交換器6の熱源流体流路へは、配管7を介してユースポイントからの70℃程度の戻り温超純水が導入される。この戻り温超純水は、熱交換器6でサブシステム4からの超純水と熱交換して降温した後、配管8によって、サブタンク1に送られる。
Return-temperature ultrapure water of about 70°C from the point of use is introduced via
第2熱交換器10の熱源流体流路には、ヒートポンプ20及び蒸気式加熱器15によって加熱された第1媒体水(伝熱媒体としての水)が循環流通される。即ち、熱交換器10の熱源流体流路を通った第1媒体水を配管13からヒートポンプ20の凝縮器23に通して加熱した後、配管14から蒸気式加熱器15に通してさらに加熱する。そして、配管16を介して第2熱交換器10に流入させる。
The first water medium (water as a heat transfer medium) heated by the
蒸気式加熱器15の熱源流体流路には、ボイラ等からの蒸気(水蒸気)が流通される。
Steam (water vapor) from a boiler or the like flows through the heat source fluid flow path of the
ヒートポンプ20は、蒸発器21からの代替フロン等の熱媒体をポンプ22で圧縮して凝縮器23に導入し、凝縮器23からの熱媒体を膨張弁24を介して蒸発器21に導入するように構成されている。
The
なお、配管13に循環用のポンプ(図示略)が設けられている。蒸発器21に第2媒体水(ヒートポンプ熱源水)を通水するために、配管25,26が設けられている。
A circulation pump (not shown) is provided in the
図4のように、配管13,14,16を循環する第1媒体水を、ヒートポンプ20を用いて加温することにより、蒸気式加熱器15での加熱用の蒸気量が低減される。しかし、一般に、ヒートポンプはその運転条件によって消費電力が大きく異なり、場合によってはヒートポンプの電力消費分により蒸気量低減のメリットが相殺され、ヒートポンプを利用するメリットを得られないことがあった。
As shown in FIG. 4, the amount of steam used for heating in the
この問題に対し、この相殺分を上回る省エネルギー効果を得る目的でヒートポンプの熱源水(第2媒体水)を冷却塔循環水とし、蒸気量低減と同時に冷却塔の電力低減をも図ることがある。 To address this issue, in order to obtain an energy saving effect that exceeds this offset, the heat pump's heat source water (second medium water) can be used as circulating water for the cooling tower, reducing the amount of steam and also reducing the power consumption of the cooling tower.
冷却塔は気化熱を利用して水の温度を下げるように構成されており、消費電力は主に冷却塔循環ポンプと冷却ファンのみであるため、ヒートポンプと比較すると非常に熱交換が効率的で省エネ(省エネルギー)に優れている。しかしながら、冷却塔の消費電力がヒートポンプと比較して小さいところから、ヒートポンプの熱源水として冷却塔循環水を用いても、消費電力の低減効果は少なく、省エネ対策としてヒートポンプを採用する実質的なコストメリットは無いというのが実情であった。 Cooling towers are designed to use the latent heat of vaporization to lower the temperature of water, and because their power consumption is mainly due to the cooling tower circulation pump and cooling fan, they are extremely efficient in heat exchange and are excellent in energy conservation (conservation) compared to heat pumps. However, because cooling towers consume less power than heat pumps, using cooling tower circulating water as the heat source water for a heat pump only slightly reduces power consumption, and the reality is that there is no real cost benefit to adopting a heat pump as an energy conservation measure.
ヒートポンプの熱源水(第2媒体水)として冷凍機循環水(以下、冷水ということがある。)の戻り水(冷水の使用先で暖められた後に冷凍機へ戻る水)を用いることにより、冷却塔よりも消費電力の大きい冷凍機の負荷を低減することがある。 By using return water (water that returns to the chiller after being heated at the point of use) from the chiller circulating water (hereinafter sometimes referred to as cold water) as the heat source water (second medium water) of the heat pump, it is possible to reduce the load on the chiller, which consumes more power than a cooling tower.
一般に、温超純水(75℃程度)を加温する第2熱交換器10に流入する第1媒体水が80℃程度であるので、ヒートポンプの熱源水を冷凍機循環水)の戻り水(12℃程度)とする場合、第1媒体水との温度差が大きい。
In general, the first water medium that flows into the
そのため、冷凍機の電力低減により省エネ効果は増すものの、この温度差拡大によりヒートポンプのCOP(成績係数)が従来法よりも悪化し、消費電力が増す為、ヒートポンプ採用の初期投資を省エネ効果で回収する年数を考慮するとコストメリットの観点では効率的ではない。 Although the energy saving effect increases due to the reduction in the power consumption of the refrigerator, the increased temperature difference causes the heat pump's COP (coefficient of performance) to deteriorate compared to conventional methods, and power consumption increases. Considering the number of years it takes to recover the initial investment in adopting a heat pump through energy saving effects, it is not efficient in terms of cost benefits.
また、温超純水システムでは、ユースポイントの平常時の温超純水使用量と最大ピーク時の温超純水使用量との差が大きいという製造プロセス側の問題がある。 In addition, with hot ultrapure water systems, there is a problem on the manufacturing process side in that there is a large difference between the amount of hot ultrapure water used at the point of use during normal times and the amount used during maximum peak times.
ユースポイントの最大ピーク時に合わせて温超純水を製造してユースポイントに送水するように構成した場合には、平常時の温超純水の使用量が少ないため、平常時にサブタンクへ戻す温超純水量が多くなる。 If the system is configured to produce hot ultrapure water in accordance with the maximum peak of the use point and send it to the use point, the amount of hot ultrapure water used during normal times will be small, and therefore the amount of hot ultrapure water returned to the subtank during normal times will be large.
なお、図4では、ユースポイントから返送される温超純水(戻り)とサブシステムからの超純水とを第1熱交換器6で熱交換させているが、温超純水(戻り)は常温超純水温度までには下がらない為、その分温超純水系内からは熱ロスとなる。
In Figure 4, the warm ultrapure water (return) returned from the use point and the ultrapure water from the subsystem are heat exchanged in the
また、サブシステム側にとっても、この上昇した分の熱を下げる為の冷水使用量(冷凍機消費電力)が増す事になる。 In addition, the subsystem will need to use more cold water (refrigeration power consumption) to reduce the increased heat.
以上の様な状況から、温超純水システムそのものを見直し、ヒートポンプ採用による
効率的な省エネ法を確立する必要があった。
In light of the above, it was necessary to reexamine the hot ultrapure water system itself and establish an efficient energy-saving method by adopting a heat pump.
本発明は、ヒートポンプで加熱された媒体水を用いた熱交換器で超純水を加熱する温超純水の製造装置において、効率的に省エネルギーを図ることができる温超純水の製造装置を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a hot ultrapure water production apparatus that can efficiently save energy in a hot ultrapure water production apparatus that heats ultrapure water in a heat exchanger using a medium water heated by a heat pump.
第1発明の温超純水の製造装置は、超純水製造装置からの超純水を加熱するための熱交換器(A)と、該熱交換器(A)で加熱された超純水とユースポイントからの未使用の戻り温超純水とを貯留する温超純水貯留槽と、該温超純水貯留槽からの超純水をユースポイントで必要な温度まで加熱する最終熱交換器と、該最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路と、該熱交換器(A)の熱源流体流路に熱源媒体としての媒体水を流通させる循環流路と、該循環流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプとを備える。 The hot ultrapure water manufacturing apparatus of the first invention comprises a heat exchanger (A) for heating ultrapure water from an ultrapure water manufacturing apparatus, a hot ultrapure water storage tank for storing the ultrapure water heated by the heat exchanger (A) and unused return hot ultrapure water from a use point, a final heat exchanger for heating the ultrapure water from the hot ultrapure water storage tank to a temperature required at the use point, a hot ultrapure water supply path for supplying the hot ultrapure water heated by the final heat exchanger to the use point, a circulation path for circulating medium water as a heat source medium in the heat source fluid path of the heat exchanger (A), and a heat pump for heating the medium water flowing in the circulation path.
第1発明の一態様では、前記ヒートポンプの熱源水が冷凍機循環水の戻り水である。 In one aspect of the first invention, the heat source water for the heat pump is return water from the refrigeration unit circulating water.
第1発明の一態様では、前記最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路にUF膜装置が設けられている。 In one aspect of the first invention, a UF membrane device is provided in the hot ultrapure water supply path that supplies the hot ultrapure water heated in the final heat exchanger to a use point.
第1発明の一態様では、前記ユースポイントから前記温超純水貯留槽に流れる戻り温超純水と前記UF膜装置からの濃縮水とを熱交換する熱交換器(C)が設けられている。 In one embodiment of the first invention, a heat exchanger (C) is provided to exchange heat between the return warm ultrapure water flowing from the use point to the warm ultrapure water storage tank and the concentrated water from the UF membrane device.
第1発明の一態様では、前記超純水製造装置と前記熱交換器(A)との間に熱交換器(D)が設けられており、前記熱交換器(C)を通った前記濃縮水が該熱交換器(D)を通って該超純水製造装置の前段側に返送される。 In one embodiment of the first invention, a heat exchanger (D) is provided between the ultrapure water production apparatus and the heat exchanger (A), and the concentrated water that has passed through the heat exchanger (C) passes through the heat exchanger (D) and is returned to the upstream side of the ultrapure water production apparatus.
第1発明の一態様では、前記最終熱交換器の熱源流体流路に熱源媒体としての媒体水を流通させる最終熱交換器用循環流路と、該最終熱交換器用循環流路を流れる媒体水を加熱する最終熱交換器用ヒートポンプとを備え、該最終熱交換器用ヒートポンプの熱源水が冷凍機循環水の戻り水である。 In one aspect of the first invention, a final heat exchanger circulation flow path is provided that circulates a water medium as a heat source medium through the heat source fluid flow path of the final heat exchanger, and a final heat exchanger heat pump is provided that heats the water medium flowing through the final heat exchanger circulation flow path, and the heat source water for the final heat exchanger heat pump is the return water of the refrigeration unit circulation water.
第2発明の温超純水の製造装置は、超純水製造装置からの超純水を加熱するための熱交換器(A)と、該熱交換器(A)で加熱された超純水を加熱する熱交換器(B)と、該熱交換器(B)で加熱された超純水をユースポイントで必要な温度まで加熱する最終熱交換器と、該最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路と、該熱交換器(A)の熱源流体流路に熱源媒体としての媒体水を流通させる循環流路と、循環流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプと、ユースポイントで使用されなかった未使用の戻り温超純水を該熱交換器(B)の熱源媒体として流通させた後に超純水製造設備のサブタンク又はその上流に返送する返送路とを有する。 The hot ultrapure water manufacturing apparatus of the second invention has a heat exchanger (A) for heating the ultrapure water from the ultrapure water manufacturing apparatus, a heat exchanger (B) for heating the ultrapure water heated by the heat exchanger (A), a final heat exchanger for heating the ultrapure water heated by the heat exchanger (B) to a temperature required at the use point, a hot ultrapure water supply path for supplying the hot ultrapure water heated by the final heat exchanger to the use point, a circulation path for circulating the medium water as a heat source medium in the heat source fluid path of the heat exchanger (A), a heat pump for heating the medium water flowing in the circulation path, and a return path for circulating the unused return hot ultrapure water not used at the use point as a heat source medium for the heat exchanger (B) and then returning it to a subtank of the ultrapure water manufacturing equipment or upstream thereof.
第2発明の一態様では、前記最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路にUF膜装置が設けられている。 In one aspect of the second invention, a UF membrane device is provided in the hot ultrapure water supply path that supplies the hot ultrapure water heated in the final heat exchanger to a use point.
第2発明の一態様では、前記熱交換器(B)の熱源媒体として、前記戻り温超純水と、前記UF膜装置の濃縮水との混合水を流通させる。 In one aspect of the second invention, a mixture of the return warm ultrapure water and concentrated water from the UF membrane device is circulated as the heat source medium for the heat exchanger (B).
第2発明の一態様では、前記超純水製造装置と前記熱交換器(A)との間に熱交換器(D)が設けられており、前記熱交換器(B)を通った前記混合水が該熱交換器(D)を通って該超純水製造装置の前段側に返送される。 In one embodiment of the second invention, a heat exchanger (D) is provided between the ultrapure water production apparatus and the heat exchanger (A), and the mixed water that has passed through the heat exchanger (B) is returned to the upstream side of the ultrapure water production apparatus through the heat exchanger (D).
第1発明の温超純水の製造装置では、未使用の温超純水(70℃程度の戻り温超純水)を温超純水貯留槽に戻すので、温超純水をサブタンクに戻す従来例(図4)に比較して、ヒートポンプ(熱交換器(A)の熱源流体流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプ)を利用した該熱交換器(A)に供給される超純水の温度が低くなる。このため、このヒートポンプの熱源水(冷凍機の戻り水など)と熱交換器(A)の媒体水(該熱交換器(A)の熱源流体)との温度差が小さくなる。これにより、該熱交換器(A)の熱源流体流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプのCOP(成績係数)を向上させることが可能となる。 In the hot ultrapure water manufacturing apparatus of the first invention, unused hot ultrapure water (return hot ultrapure water of about 70°C) is returned to the hot ultrapure water storage tank, so the temperature of the ultrapure water supplied to the heat exchanger (A) using a heat pump (a heat pump that heats the medium water flowing through the heat source fluid flow path of the heat exchanger (A)) is lower than in the conventional example (Figure 4) in which hot ultrapure water is returned to a sub-tank. This reduces the temperature difference between the heat source water of the heat pump (such as the return water of a refrigerator) and the medium water of the heat exchanger (A) (the heat source fluid of the heat exchanger (A)). This makes it possible to improve the COP (coefficient of performance) of the heat pump that heats the medium water flowing through the heat source fluid flow path of the heat exchanger (A).
第2発明の温超純水の製造装置では、ヒートポンプが設置されている熱交換器(A)の後段に熱交換器(B)を設置している。この熱交換器(B)では、ユースポイントからの戻り温超純水(または、戻り温超純水と、UF膜装置の濃縮水との混合水)によって熱交換器(A)からの超純水をさらに加熱する。 In the hot ultrapure water production apparatus of the second invention, a heat exchanger (B) is installed downstream of the heat exchanger (A) in which the heat pump is installed. In this heat exchanger (B), the ultrapure water from the heat exchanger (A) is further heated by the return hot ultrapure water from the point of use (or a mixture of the return hot ultrapure water and the concentrated water from the UF membrane device).
このように、熱交換器(A)の後段で戻り温超純水の熱を回収利用するため、第1発明と同様に、熱交換器(A)に供給される超純水の温度を低くすることができる。これにより、ヒートポンプの熱源水(冷凍機の戻り水など)と媒体水(該熱交換器(A)の熱源流体)との温度差が小さくなる。これにより、ヒートポンプのCOP(成績係数)を向上させることが可能となる。 In this way, the heat of the return hot ultrapure water is recovered and utilized in the rear stage of the heat exchanger (A), so the temperature of the ultrapure water supplied to the heat exchanger (A) can be lowered, as in the first invention. This reduces the temperature difference between the heat pump's heat source water (such as the return water of a refrigerator) and the medium water (the heat source fluid of the heat exchanger (A)). This makes it possible to improve the COP (coefficient of performance) of the heat pump.
なお、第1発明では、未使用超純水が温超純水タンクとユースポイントとを循環することになるので、配管などによるコンタミが蓄積する恐れがある。これに対し、第2発明では、戻り温超純水が、熱交換後、超純水製造設備に戻るため、コンタミが除去されるので、蓄積することがない。従って、第2発明は、温超純水の要求水質が高い場合に好適である。 In the first invention, unused ultrapure water circulates between the hot ultrapure water tank and the use point, so there is a risk of contamination accumulating due to piping, etc. In contrast, in the second invention, the return hot ultrapure water is returned to the ultrapure water production equipment after heat exchange, so contamination is removed and does not accumulate. Therefore, the second invention is suitable when the required water quality of the hot ultrapure water is high.
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
図1は、第1発明の実施の形態に係る温超純水の製造装置を示す系統図である。 Figure 1 is a system diagram showing a warm ultrapure water production apparatus according to an embodiment of the first invention.
一次純水は、サブタンク1から冷却器2を通り、約23℃に降温した後、配管3を介してサブシステム4に導入され、サブタンク4で超純水が製造される。製造された超純水は、配管5、熱交換器(D)としての第1熱交換器6、配管9、及び熱交換器(A)としての第2熱交換器10の順に流れ、第1熱交換器6によって約25~40℃に加熱され、第2熱交換器10によって約45~60℃に加熱される。
The primary pure water passes from
第2熱交換器10で加熱された超純水は、配管30によって温超純水貯留槽としての温超純水タンク31に導入される。温超純水タンク31にはユースポイント50からの戻り温超純水も、配管51、第4熱交換器52及び配管53を介して導入される。なお、温超純水タンク31内の水位を一定とするために、配管30に流量調整弁(図示略)を設けることが好ましい。
The ultrapure water heated by the
温超純水タンク31内の温超純水は、配管32を介して最終熱交換器としての第3熱交換器33に導入され、約75℃に加熱された後、配管34を介してUF膜装置40に供給される。UF膜装置の透過水よりなる温超純水は、配管41によってユースポイント50に送水される。ユースポイント50からの戻り温超純水は、上記の通り、配管51、熱交換器(C)としての第4熱交換器52、及び配管53を経て温超純水タンク31に送水される。
The hot ultrapure water in the hot
UF膜装置40の濃縮水は、72~78℃程度の温度であり、配管42を介して第4熱交換器52に送水され、配管51からの戻り温超純水と熱交換して68~74℃程度に降温した後、配管43を介して第1熱交換器6に送水される。第1熱交換器6でサブシステム4からの超純水と熱交換して約23~30℃に降温した戻り超純水が配管8を介してサブタンク1に送水される。なお、配管8からの戻り超純水をサブタンク1よりも上流側のタンク(例えば一次純水装置のタンク)に送水するようにしてもよい。
The concentrated water from the
第1熱交換器10の熱源流体流路には、ヒートポンプ20によって加熱された第1媒体水(伝熱媒体としての水)が循環流通される。即ち、熱交換器10の熱源流体流路を通った第1媒体水を、配管13、タンク13a及び循環用ポンプ(図示略)からヒートポンプ20の凝縮器23に通して加熱した後、配管14を介して第1熱交換器10の熱源流体流路に流入させる。
The first water medium (water as a heat transfer medium) heated by the
ヒートポンプ20は、蒸発器21からの代替フロン等の熱媒体をポンプ22で圧縮して凝縮器23に導入し、凝縮器23からの熱媒体を膨張弁24を介して蒸発器21に導入するように構成されている。
The
蒸発器21の熱源流体流路(低温側流路)に第2媒体水(ヒートポンプ熱源水)を通水するために、往送用の配管25及び返送用の配管26よりなる流路が設けられている。
A flow path consisting of a
この実施の形態では、ヒートポンプ熱源水として、蒸発器21に、冷凍機(図示略)からの約8~20℃の冷凍機循環水の戻り水が通水される。蒸発器21を通って昇温した戻り水は、配管26を介して冷凍機に返送される。
In this embodiment, return water from the refrigerator (not shown) that is circulated at about 8 to 20°C is passed through the
第3熱交換器33の熱源流体流路には、循環用の配管35,37,39及び循環水タンク36とポンプ(図示略)を介して媒体水が通水される。この配管37,39間に、蒸気式加熱器38が設けられている。、蒸気式加熱器38で加熱された媒体水が熱交換器33に通水され、配管32からの温超純水が該媒体水でさらに加熱され、配管34からUF膜装置40に送水される。
The medium water is passed through the heat source fluid flow path of the
このように構成された図1の温超純水の製造装置においては、サブシステム4からの超純水が、第1熱交換器6においてUF膜装置40からの濃縮水と熱交換して加熱され、次いでヒートポンプ20を利用して加熱された媒体水を用いる第2熱交換器10でさらに加熱された後、温超純水タンク31に流入する。戻り温超純水及びこの温超純水との混合水が第3熱交換器33でさらに加熱された後、UF膜装置40を経てユースポイント50に送水される。ユースポイント50からの戻り温超純水は、第4熱交換器52でUF膜装置40からの濃縮水と熱交換して若干昇温した後、温超純水タンク31に流入する。
In the warm ultrapure water production apparatus of FIG. 1 configured in this manner, the ultrapure water from the
この実施の形態では、未使用の温超純水(70℃程度)をサブシステム4に戻す従来例(図4)に比較して、第2熱交換器10に供給される超純水の温度を低くすることができるため、第2熱交換器10の加温に利用するヒートポンプ20の熱源水(冷凍機の戻り水など)と第2媒体水(第2熱交換器10の熱源流体)との温度差が小さくなる。これにより、ヒートポンプのCOP(成績係数)を向上させることが可能となる。
In this embodiment, the temperature of the ultrapure water supplied to the
この実施の形態では、ヒートポンプの吸熱源を冷凍機循環水の戻り水としたことにより、その分、冷凍機の消費電力が従来の冷却塔利用システムの電力低減分よりも低減する。 In this embodiment, the heat pump's heat absorption source is the return water of the chiller circulating water, which reduces the power consumption of the chiller by a smaller amount than the power reduction achieved by conventional systems using cooling towers.
この実施の形態では、ユースポイント50からの戻り温超純水を温超純水タンク31に戻すため、サブタンク31に温超純水を戻す場合に比べて、冷却器2による冷却のための冷凍機消費電力量が低減する。これにより、温超純水システムへのヒートポンプ導入の実質的なコストメリットを享受することが可能となる。
In this embodiment, the return hot ultrapure water from the point of
この実施の形態では、温超純水タンク31へユースポイント50からの温超純水を戻すようにしており、サブシステム4へ熱が放出されるのはUF膜装置40からの濃縮水(UFブライン)のみとなる。この実施の形態では、第4熱交換器52及び第1熱交換器6によってUFブラインから熱を回収するので、温超純水系内の熱ロス(サブシステムでの冷却熱量)が少ない。このため、従来例では温超純水使用量が少ない程、系内熱ロスが多かったが、使用量によらず熱ロスが少なくなり、温超純水装置への加熱量がその分少なくて済む。
In this embodiment, hot ultrapure water is returned from the point of
また、第4熱交換器52によってUFブラインから戻り温超純水に吸熱される熱量は、UFブライン水量が第4熱交換器52を通過する戻り温超純水量と比較して少ないので、戻り温超純水の温度上昇は少ない。このため、ヒートポンプ20は、従来のように温水温度を80℃程度まで上げる必要がない。これにより、ヒートポンプ20において吸熱源側出口と温水側出口の温度差が小さくなり、COPが改善して消費電力が低減する。
In addition, the amount of heat absorbed by the return warm ultrapure water from the UF brine by the
なお、第2熱交換器10の媒体水ラインにヒートポンプを2基以上設置する場合、冷凍機循環水の戻り水をシリーズ(直列)に通水させることにより吸熱側との温度差を少なくし、消費電力を低減することが望ましい。
When two or more heat pumps are installed in the medium water line of the
なお、図1では、熱交換器10の媒体水の加熱用ヒートポンプ20が1基だけ設けられているが、2基以上設けてもよい。この場合、熱源水としての戻り水は各ヒートポンプの蒸発器に直列に通水されることが好ましい。更に、水量が多い場合にはヒートポンプは複数台を並列に設置することもでき、例えば、6基のヒートポンプを直列に接続したものを2系列設置することも可能である。
In FIG. 1, only one
図2は、第1発明の別の実施の形態を示す系統図である。 Figure 2 is a system diagram showing another embodiment of the first invention.
図1の実施の形態では、第3熱交換器33の熱源媒体水は、、蒸気式加熱器38のみによって加熱されているが、図2の実施の形態では、この熱源媒体水をヒートポンプ20A,20B及び、蒸気式加熱器38によって加熱するようにしている。
In the embodiment of FIG. 1, the heat source medium water of the
ヒートポンプ20A,20Bは、ヒートポンプ20と同一の構成のものであり、それぞれ蒸発器21、ポンプ22、凝縮器23及び膨張弁24を備えている。
第3熱交換器33で超純水を加熱した後の媒体水は、配管35及び循環水タンク36を経て第1ヒートポンプ22Aの凝縮器23に通水されて加熱された後、配管35Aによって第2ヒートポンプ22Bの凝縮器23に通水されて加熱され、その後、配管37を介して、蒸気式加熱器38に送水されてさらに加熱された後、配管39を経て第3熱交換器33に送水される。
After the ultrapure water is heated in the
第1ヒートポンプ20Aの蒸発器21へは、熱源水として、ヒートポンプ用の熱源水配管25から分岐した配管25Aによって冷凍機循環水の戻り水が通水される。
Refrigeration circulating water return water is passed as heat source water to the
第1ヒートポンプ20Aの蒸発器21を通って降温した該戻り水は、配管26Aを通って第2ヒートポンプ20Bの蒸発器21に通水されてさらに降温し、配管26Bを経て冷凍機に返送される。
The return water, which has been cooled through the
図2の温超純水の製造装置のその他の構成は図1と同一であり、同一符号は同一部分を示している。 The rest of the configuration of the warm ultrapure water production apparatus in Figure 2 is the same as in Figure 1, and the same symbols indicate the same parts.
この図2の温超純水の製造装置では、熱交換器33での温水循環ラインにヒートポンプ20A,20Bを設置している。これにより、、蒸気式加熱器38での蒸気使用量を減少(もしくは不要に)することができる。なお、図2では、2台のヒートポンプ20A,20Bが設置されているが、1台でもよい。ヒートポンプを複数台設置する場合、図2のように戻り水を2段シリーズ通水することが好ましい。
In the hot ultrapure water production apparatus of FIG. 2,
シリーズ通水とすることによって、その分ヒートポンプの消費電力が低減する。この実施の形態でも、ヒートポンプの吸熱源(熱源水)を戻り水としたことにより、その分冷凍機の消費電力が従来よりも低減する。 By passing water in series, the power consumption of the heat pump is reduced accordingly. In this embodiment, the heat pump's heat absorption source (heat source water) is the return water, so the power consumption of the refrigerator is reduced accordingly compared to conventional methods.
図3は、第2発明の実施の形態に係る温超純水の製造装置を示す系統図である。 Figure 3 is a system diagram showing a warm ultrapure water production apparatus according to an embodiment of the second invention.
図3では、熱交換器(A)としての第2熱交換器10と最終熱交換器としての第3熱交換器30との間に熱交換器(B)としての第5熱交換器62が設置されている。ユースポイント50からの戻り温超純水用の配管51と、UF膜装置40からの濃縮水(ブライン)用の配管42とが合流配管62に接続されている。
In FIG. 3, a
ユースポイント50からの戻り温超純水及びUF膜装置40からの濃縮水は、配管51,42及び配管61を介して第5熱交換器62の熱源流体流路に通水され、配管30からの超純水と熱交換した後、配管63を介して第1熱交換器6の熱源流体流路に通水され、次いで配管8を経てサブタンク1に送水される。
The return warm ultrapure water from the point of
図3の温超純水の製造装置のその他の構成は図1と同一であり、同一符号は同一部分を示している。 The rest of the configuration of the warm ultrapure water production apparatus in Figure 3 is the same as in Figure 1, and the same symbols indicate the same parts.
図3の温超純水の製造装置によると、戻り温超純水を熱交換器(B)としての第5熱交換器62の熱源流体流路に通水し、該戻り温超純水から熱を回収してから(即ち、該戻り温超純水の温度を低下させてから)第1熱交換器6の熱源流体流路に通水し、その後、サブタンク1に返送する。このため、第1熱交換器6で超純水に与えられる熱量が従来(図4)の場合よりも少なくなり、第1熱交換器6から第2熱交換器10に供給される超純水の温度が従来(図4)の場合よりも低くなる。これにより、第2熱交換器10の媒体水の加温に利用するヒートポンプ20の熱源水(この実施の形態では冷凍機循環水の戻り水)と該媒体水との温度差が従来(図4)の場合よりも小さくなるため、ヒートポンプのCOP(成績係数)を向上させることが可能となる。
According to the hot ultrapure water manufacturing apparatus of FIG. 3, the return hot ultrapure water is passed through the heat source fluid flow path of the
なお、図1,2では、未使用超純水が温超純水タンク31とユースポイント50とを循環することになるので、配管などによるコンタミが蓄積する恐れがあるが、図3ではユースポイントからの戻り温超純水がサブタンク1を経てサブシステム4で処理されるため、コンタミが蓄積することなく除去される。従って、図3の温超純水の製造装置は、温超純水の要求水質が高い場合に好適である。
In addition, in Figures 1 and 2, unused ultrapure water circulates between the hot
ただし、図3では、戻り温超純水の熱を第5熱交換器62で十分に回収できないため、電力削減効果が低くなる。
However, in FIG. 3, the
[比較例1]
図4の温超純水の製造装置において、以下の条件で運転を行った。
一次純水温度:23℃
サブタンク1からの水の温度:23.3℃
サブシステム4からの超純水の温度及び流量:23℃、90m3/h
第1熱交換器6からの超純水の温度及び流量:59.8℃、90m3/h
第2熱交換器10からの超純水の温度及び流量:75℃、90m3/h
UF膜装置40からユースポイントへの温超純水の温度及び流量:75℃、85.5m3/h
ユースポイントからの戻り温超純水の温度及び流量:70℃、69m3/h
UF膜装置40からの濃縮水の温度及び流量:75℃、4.5m3/h
第1熱交換器6からサブタンク1へのユースポイントからの戻り温超純水および濃縮水との混合水の温度及び流量:25℃、73.5m3/h
ヒートポンプ20の蒸発器21に冷凍機から配管25を介して送水する戻り水の温度及び流量:12℃、108m3/h
蒸発器21から冷凍機へ返送する戻り水の温度及び流量:7℃、108m3/h
ヒートポンプ20の凝縮器23からの(配管14を介して)蒸気式加熱器15への温水の温度及び流量:72.3℃、108m3/h
蒸気式加熱器15からの(配管14を介して)熱交換器10への温水の温度及び流量:80℃、108m3/h
熱交換器10からの(配管13を介して)ヒートポンプ20の凝縮器23への温水の温度及び流量:67.3℃、108m3/h
[Comparative Example 1]
The warm ultrapure water production apparatus shown in FIG. 4 was operated under the following conditions.
Primary pure water temperature: 23℃
Water temperature from subtank 1: 23.3℃
Temperature and flow rate of ultrapure water from subsystem 4: 23° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the first heat exchanger 6: 59.8° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the second heat exchanger 10: 75° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot ultrapure water from the
Temperature and flow rate of ultrapure water returned from the use point: 70° C., 69 m 3 /h
Temperature and flow rate of concentrated water from the UF membrane device 40: 75° C., 4.5 m 3 /h
Temperature and flow rate of the mixture of ultrapure water and concentrated water returned from the
Temperature and flow rate of return water sent from the refrigerator to the
Temperature and flow rate of return water from the
Temperature and flow rate of hot water from the
Temperature and flow rate of hot water from steam heater 15 (through pipe 14) to heat exchanger 10: 80° C., 108 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot water from the heat exchanger 10 (through the pipe 13) to the
熱計算結果は次の通りであった。
熱交換器6熱量:3308Mcal/h
3846kw
熱交換器10熱量:1373Mcal/h
1596kw
蒸気式加熱器15熱量:832Mcal/h
967kw
ヒートポンプ20交換熱量(加熱):541Mcal/h
629kw
蒸気式加熱器15+ヒートポンプ20加熱量:1,373Mcal/h
1,596kw
ヒートポンプ20のCOP:3.0
ヒートポンプ20の消費電力:210kw
The thermal calculation results were as follows:
3846kw
1596kw
967kw
629kw
1,596kw
Power consumption of heat pump 20: 210 kW
[実施例1]
図1の温超純水の製造装置において、以下の条件で運転を行った。
一次純水温度:23℃
サブタンク1からの水の温度:23℃
サブシステム4からの超純水の温度及び流量:23℃、21m3/h
第1熱交換器6からの超純水の温度及び流量:32.9℃、21m3/h
第2熱交換器10からの超純水の温度及び流量:50℃、21m3/h
温超純水タンク31からの超純水の温度及び流量:65.5℃、90m3/h
第3熱交換器33からの温超純水の温度及び流量:75℃、90m3/h
UF膜装置40からユースポイントへの温超純水の温度及び流量:75℃、85.5m3/h
ユースポイントからの戻り温超純水の温度及び流量:70℃、69m3/h
第4熱交換器52からの温超純水タンク31への戻り温超純水の温度及び流量:70.3℃、69m3/h
UF膜装置40からの濃縮水の温度及び流量:75℃、4.5m3/h
第4熱交換器52から第1熱交換器6への濃縮水の温度及び流量:71℃、4.5m3/h
第1熱交換器6からサブタンク1への濃縮水の温度及び流量:25℃、4.5m3/h
ヒートポンプ20の蒸発器21に冷凍機から配管25を介して送水する戻り水の温度及び流量:12℃、72m3/h
蒸発器21から冷凍機へ返送する戻り水の温度及び流量:7℃、72m3/h
ヒートポンプ20の凝縮器23からの(配管14を介して)熱交換器10への温水の温度及び流量:55℃、108m3/h
熱交換器10からの(配管13を介して)ヒートポンプ20の凝縮器23への温水の温度及び流量:51.7℃、108m3/h
蒸気式加熱器38からの(配管39を介して)熱交換器33への温水の温度及び流量:80℃、108m3/h
熱交換器33からの(配管35及び循環水タンク36を介して)蒸気式加熱器38への温水の温度及び流量:72.1℃、108m3/h
[Example 1]
The warm ultrapure water production apparatus shown in FIG. 1 was operated under the following conditions.
Primary pure water temperature: 23℃
Water temperature from subtank 1: 23°C
Temperature and flow rate of ultrapure water from subsystem 4: 23° C., 21 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the first heat exchanger 6: 32.9° C., 21 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the second heat exchanger 10: 50° C., 21 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the hot ultrapure water tank 31: 65.5° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot ultrapure water from the third heat exchanger 33: 75° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot ultrapure water from the
Temperature and flow rate of ultrapure water returned from the use point: 70° C., 69 m 3 /h
Temperature and flow rate of the return hot ultrapure water from the
Temperature and flow rate of concentrated water from the UF membrane device 40: 75° C., 4.5 m 3 /h
Temperature and flow rate of concentrated water from the
Temperature and flow rate of concentrated water from the
Temperature and flow rate of return water sent from the refrigerator to the
Temperature and flow rate of return water from the
Temperature and flow rate of hot water from the
Temperature and flow rate of hot water from the heat exchanger 10 (through the pipe 13) to the
Temperature and flow rate of hot water from steam heater 38 (through pipe 39) to heat exchanger 33: 80° C., 108 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot water from the heat exchanger 33 (through the
熱計算結果は次の通りであった。
熱交換器52熱量:18Mcal/h
21kw
熱交換器6熱量:207Mcal/h
241kw
熱交換器10熱量:360Mcal/h
419kw
熱交換器33熱量:852Mcal/h
991kw
蒸気式加熱器38熱量:852Mcal/h
991kw
ヒートポンプ20交換熱量(加熱):360Mcal/h
419kw
蒸気式加熱器38+ヒートポンプ20加熱量:1,212Mcal/h
1,409kw
ヒートポンプ20のCOP:4.1
ヒートポンプ20の電力:102kw
ヒートポンプ20の消費電力低減率:51%(対 比較例1)
The thermal calculation results were as follows:
21kw
241kw
419kw
991kw
991kw
419kw
1,409kw
COP of heat pump 20: 4.1
Power of heat pump 20: 102 kW
Reduction rate of power consumption of heat pump 20: 51% (vs. Comparative Example 1)
[実施例2]
図3の温超純水の製造装置において、以下の条件で運転を行った。
一次純水温度:23℃
サブタンク1からの水の温度:23.3℃
サブシステム4からの超純水の温度及び流量:23℃、90m3/h
第1熱交換器6からの超純水の温度及び流量:45.1℃、90m3/h
第2熱交換器10からの超純水の温度及び流量:50℃、90m3/h
第5熱交換器62からの超純水の温度及び流量:64.7℃、90m3/h
第3熱交換器33からの温超純水の温度及び流量:75℃、90m3/h
UF膜装置40からユースポイントへの温超純水の温度及び流量:75℃、85.5m3/h
ユースポイントからの戻り温超純水の温度及び流量:70℃、69m3/h
UF膜装置40からの濃縮水の温度及び流量:75℃、4.5m3/h
第5熱交換器62から第1熱交換器6への戻り水の温度及び流量:52℃、73.5m3/h
第1熱交換器6からサブタンク1への戻り水の温度及び流量:25℃、73.5m3/h
ヒートポンプ20の蒸発器21に送水する戻り水の温度及び流量:12℃、89m3/h
ヒートポンプ20の蒸発器21からの戻り水の温度及び流量:7℃、89m3/h
ヒートポンプ20の凝縮器23からの(配管14を介して)熱交換器10への温水の温度及び流量:55℃、108m3/h
熱交換器10から(配管13を介して)ヒートポンプ20の凝縮器23への温水の温度及び流量:50.9℃、108m3/h
蒸気式加熱器38からの(配管39を介して)熱交換器33への温水の温度及び流量:80℃、108m3/h
熱交換器33からの(配管35を介して)蒸気式加熱器38への温水の温度及び流量:71.4℃、108m3/h
[Example 2]
The warm ultrapure water production apparatus shown in FIG. 3 was operated under the following conditions.
Primary pure water temperature: 23℃
Water temperature from subtank 1: 23.3℃
Temperature and flow rate of ultrapure water from subsystem 4: 23° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the first heat exchanger 6: 45.1° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the second heat exchanger 10: 50° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of ultrapure water from the fifth heat exchanger 62: 64.7° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot ultrapure water from the third heat exchanger 33: 75° C., 90 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot ultrapure water from the
Temperature and flow rate of ultrapure water returned from the use point: 70° C., 69 m 3 /h
Temperature and flow rate of concentrated water from the UF membrane device 40: 75° C., 4.5 m 3 /h
Temperature and flow rate of return water from the
Temperature and flow rate of return water from the
Temperature and flow rate of return water sent to the
Temperature and flow rate of return water from the
Temperature and flow rate of hot water from the
Temperature and flow rate of hot water from the heat exchanger 10 (through the pipe 13) to the
Temperature and flow rate of hot water from steam heater 38 (through pipe 39) to heat exchanger 33: 80° C., 108 m 3 /h
Temperature and flow rate of hot water from heat exchanger 33 (through pipe 35) to steam heater 38: 71.4° C., 108 m 3 /h
熱計算結果は次の通りであった。
熱交換器52熱量:1,323Mcal/h
1,538kw
熱交換器6熱量:1,985Mcal/h
2,308kw
熱交換器10熱量:446Mcal/h
518kw
熱交換器33熱量:927Mcal/h
1,078kw
蒸気式加熱器38熱量:927Mcal/h
1,078kw
ヒートポンプ20交換熱量(加熱):446Mcal/h
518kw
蒸気式加熱器38+ヒートポンプ20加熱量:1,373Mcal/h
1,596kw
ヒートポンプ20のCOP:4.1
ヒートポンプ20の消費電力:126kw
ヒートポンプ20の消費電力低減率:40%(対比較例1)
The thermal calculation results were as follows:
1,538kw
2,308kw
518kw
1,078kw
1,078kw
518kw
1,596kw
COP of heat pump 20: 4.1
Power consumption of heat pump 20: 126 kW
Reduction rate of power consumption of heat pump 20: 40% (vs. Comparative Example 1)
1 サブタンク
2 冷却塔
4 サブシステム(超純水製造装置)
6 第1熱交換器(熱交換器(D))
10 第2熱交換器(熱交換器(A))
12,40 UF膜装置
15,38 蒸気式加熱器
20,20A,20B ヒートポンプ
31 温超純水タンク(温超純水貯留槽)
33 第3熱交換器(最終熱交換器)
50 ユースポイント
52 第4熱交換器(熱交換器(C))
62 第5熱交換器(熱交換器(B))
1 Sub-tank 2
6 First heat exchanger (heat exchanger (D))
10 Second heat exchanger (heat exchanger (A))
12, 40
33 Third heat exchanger (final heat exchanger)
50
62 Fifth heat exchanger (heat exchanger (B))
Claims (10)
該熱交換器(A)で加熱された超純水とユースポイントからの未使用の戻り温超純水とを貯留する温超純水貯留槽と、
該温超純水貯留槽からの超純水をユースポイントで必要な温度まで加熱する最終熱交換器と、
該最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路と、
該熱交換器(A)の熱源流体流路に熱源媒体としての媒体水を流通させる循環流路と、
該循環流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプと
を備える温超純水製造装置。 A heat exchanger (A) for heating ultrapure water from an ultrapure water production apparatus;
a warm ultrapure water storage tank for storing the ultrapure water heated by the heat exchanger (A) and unused return warm ultrapure water from a use point;
a final heat exchanger for heating the ultrapure water from the hot ultrapure water storage tank to a required temperature at a point of use;
a hot ultrapure water supply line for supplying the hot ultrapure water heated by the final heat exchanger to a use point;
a circulation flow path for circulating a medium water as a heat source medium through a heat source fluid flow path of the heat exchanger (A);
and a heat pump for heating the medium water flowing through the circulation flow path.
前記熱交換器(C)を通った前記濃縮水が該熱交換器(D)を通って該超純水製造装置の前段側に返送される請求項4の温超純水の製造装置。 a heat exchanger (D) is provided between the ultrapure water production apparatus and the heat exchanger (A);
5. The apparatus for producing warm ultrapure water according to claim 4, wherein the concentrated water having passed through said heat exchanger (C) is returned to the upstream side of said ultrapure water producing apparatus through said heat exchanger (D).
該最終熱交換器用循環流路を流れる媒体水を加熱する最終熱交換器用ヒートポンプと
を備え、
該最終熱交換器用ヒートポンプの熱源水が冷凍機循環水の戻り水であることを特徴とする請求項1の温超純水の製造装置。 a final heat exchanger circulation flow path for circulating a medium water as a heat source medium through a heat source fluid flow path of the final heat exchanger;
a final heat exchanger heat pump that heats the medium water flowing through the final heat exchanger circulation flow path,
2. The apparatus for producing warm ultrapure water according to claim 1, wherein the heat source water for said final heat exchanger heat pump is return water of circulating water from a refrigerator.
該熱交換器(A)で加熱された超純水を加熱する熱交換器(B)と、
該熱交換器(B)で加熱された超純水をユースポイントで必要な温度まで加熱する最終熱交換器と、
該最終熱交換器で加熱された温超純水をユースポイントに供給する温超純水供給路と、
該熱交換器(A)の熱源流体流路に熱源媒体としての媒体水を流通させる循環流路と、 該循環流路を流れる媒体水を加熱するヒートポンプと、
ユースポイントで使用されなかった未使用の戻り温超純水を該熱交換器(B)の熱源媒体として流通させた後に超純水製造装置のサブタンク又はその上流に返送する返送路と
を有し、
前記ヒートポンプの熱源水が冷凍機循環水の戻り水である温超純水製造装置。 A heat exchanger (A) for heating ultrapure water from an ultrapure water production apparatus;
a heat exchanger (B) for heating the ultrapure water heated by the heat exchanger (A);
a final heat exchanger for heating the ultrapure water heated by the heat exchanger (B) to a required temperature at a point of use;
a hot ultrapure water supply line for supplying the hot ultrapure water heated by the final heat exchanger to a use point;
a circulation flow path for circulating a water medium as a heat source medium through a heat source fluid flow path of the heat exchanger (A); and a heat pump for heating the water medium flowing through the circulation flow path;
a return line for circulating unused return-temperature ultrapure water that has not been used at the point of use as a heat source medium for the heat exchanger (B) and then returning the water to a sub-tank of the ultrapure water producing apparatus or to an upstream thereof ;
The hot ultrapure water production apparatus uses return water from the circulating chiller as the heat source water for the heat pump .
前記熱交換器(B)を通った前記混合水が該熱交換器(D)を通って該超純水製造装置の前段側に返送される請求項9の温超純水の製造装置。
a heat exchanger (D) is provided between the ultrapure water production apparatus and the heat exchanger (A);
10. The apparatus for producing warm ultrapure water according to claim 9, wherein the mixed water having passed through the heat exchanger (B) is returned to the upstream side of the ultrapure water producing apparatus through the heat exchanger (D).
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