超純水製造装置および超純水製造方法
【課題】エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能な超純水製造装置および超純水製造方法を提供する。
【解決手段】この超純水製造装置では、原水が導入される前処理装置１７、一次純水製造装置１８と、この一次純水製造装置１８からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機１４を有する二次純水製造装置１９とを備える。ナノバブル発生機１４には窒素ガスが導入され、二次純水製造装置１９に導入された一次純水中に硝酸イオンとナノバブルを含有させることができる。よって、二次純水製造装置１９から、硝酸イオンとナノバブルを含有した超純水が得られる。上記硝酸イオンとナノバブルを含有した超純水は、各ユースポイント１３へ供給される。
【解決手段】この超純水製造装置では、原水が導入される前処理装置１７、一次純水製造装置１８と、この一次純水製造装置１８からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機１４を有する二次純水製造装置１９とを備える。ナノバブル発生機１４には窒素ガスが導入され、二次純水製造装置１９に導入された一次純水中に硝酸イオンとナノバブルを含有させることができる。よって、二次純水製造装置１９から、硝酸イオンとナノバブルを含有した超純水が得られる。上記硝酸イオンとナノバブルを含有した超純水は、各ユースポイント１３へ供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超純水製造装置および超純水製造方法に関し、一例として、製造した超純水の洗浄能力が、硝酸イオン、オゾンおよびナノバブルを超純水中に含有し、洗浄能力が格段に優れている超純水の超純水製造装置および超純水製造方法に関する。また、洗浄能力が格段に優れている超純水により超純水配管の殺菌作業を激減できる超純水製造装置および超純水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業界では、各種工程における洗浄は各分野,各業界で実施されている。この洗浄としては、薬品による洗浄や、超純水による洗浄など、いくつかの例があり、それらを組み合わせて、洗浄を実施している場合もある。それぞれの工場で目的に応じた洗浄方法が採用されている。
【０００３】
薬品洗浄についても、薬品として、酸、アルカリ、界面活性剤など多くの薬品を組み合わせて使用している例もある。
【０００４】
一方、半導体工場や液晶工場では、大規模な洗浄装置が採用されている。そして、多種類の薬品を使用している。また、薬品洗浄後に多量の超純水で、２次洗浄を実施して薬品を洗い流している。
【０００５】
また、超純水製造に関わる超純水配管等の殺菌方法としては、(1)薬品としての過酸化水素水による方法、(2)熱水殺菌法、(3)オゾン水殺菌法がある。
【０００６】
上記(1)の薬品としての過酸化水素水による殺菌方法は、薬品のコスト代および殺菌後の残留過酸化水素による水質の立ち上げに時間を要する。また、上記(2)の熱水殺菌法では、熱水を利用しての殺菌方法であるためにエネルギーを多量消費する上に、少ないが過酸化水素水も利用するので、ランニングコストの観点からが高コストとなっている。また、上記(3)のオゾン水殺菌法は、多量のオゾンを使用するので、オゾン発生機の準備や設置スペースが必要となっている。また、オゾンは、オゾン水として従来から使用されているが、水中での持続性がない状況であった。
【０００７】
また、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特開２００４−１２１９６２号公報(特許文献１)に示されている。
【０００８】
この技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。
【０００９】
また、従来技術としてのナノ気泡の生成方法が、特開２００３−３３４５４８号公報(特許文献２)に示されている。この技術は、液体中において、(1)液体の一部を分解ガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または(3)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されている。
【００１０】
また、従来技術としてのオゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特開２００４−３２１９５９号公報(特許文献３)に示されている。この技術では、マイクロバブル発生装置に、オゾン発生装置より生成されたオゾンガスと処理槽の下部から抜き出された廃液とを、加圧ポンプを介して供給している。また、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より処理槽内の廃液中に通気することを開示している。
【００１１】
ところで、環境を重視する時代に至って、洗浄薬品を削減することも重要なテーマである。すなわち、洗浄に多量の薬品を使用すれば、薬品を含む排水の処理が新たに必要になるという課題がある。
【００１２】
したがって、使用する薬品を削減し、水等による洗浄が求められているが、水等の洗浄には限界があり、水等の洗浄能力を何らかの工夫により、格段に向上させることが求められている。また、排水処理設備に対しても、当然のことであるが省エネルギーでしかもランニングコストが低いことも求められる。
【００１３】
どちらにしても、超純水を含む単なる水等の一般的な物質で効果的な洗浄方法や洗浄装置が存在していない課題がある。
【００１４】
一方、上述した超純水配管等の殺菌法は、(1)薬品としての過酸化水素水による方法、(2)熱水殺菌法、(3)オゾン水殺菌法があるが、すべて作業性やランニングコストの観点から、合理的かつ短時間に殺菌できる方法ではない。特に、薬品としての過酸化水素水による殺菌方法が一般的であるが、殺菌後に、元の水質まで立ち上げるのに数時間を必要とする課題がある。
【００１５】
これに対して、短時間に殺菌可能でランニングコストも低い殺菌方法が求められている。
【００１６】
また、最近、少量の過酸化水素水を添加した熱水殺菌法も採用されて来ているが、水温を上げることによるエネルギーの消費があり、省エネルギーを達成できないという課題がある。
【００１７】
省エネルギー時代に至って、エネルギーを浪費しないシステムは時代の要請でもあり、殺菌方法についても、地球温暖化の関係から、省エネルギータイプの殺菌方法が求められている。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、この発明の課題は、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能な超純水製造装置および超純水製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の超純水製造装置は、原水が導入される前処理装置と、
上記前処理装置からの処理水が導入される一次純水製造装置と、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機を有する二次純水製造装置とを備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明の超純水製造装置によれば、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された一次純水中にナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置から、ナノバブルを含有した超純水が得られる。このナノバブルを含有する超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この発明によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００２１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給される。
【００２２】
この実施形態によれば、上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給されるので、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された処理水(一次純水)中に窒素ガスとナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置から、窒素ガスとナノバブルを含有した超純水が得られる。そして、上記窒素ガスは、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この実施形態によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００２３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機にはオゾンガスが供給される。
【００２４】
この実施形態によれば、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された一次純水中にオゾンガスとナノバブルを含有させることができる。そして、上記二次純水製造装置から、オゾンおよびナノバブルを含有した超純水が得られ、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水を確保することができる。
【００２５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記二次純水タンクと上記熱交換器との間に、上記ナノバブル発生機が設置されている。
【００２６】
この実施形態によれば、上記熱交換器により二次純水を適温に保つことが可能となり、上記紫外線殺菌器で上記二次純水を殺菌でき、上記イオン交換ポリッシャーで(微量)金属イオンを除去でき、上記限外ろ過膜で微粒子やバクテリアを除去できる。そして、二次純水としての超純水にナノバブルを含有させることができる。そして、上記ナノバブル発生機に窒素ガスが供給される場合は、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水が得られる。これにより、従来の超純水と比較して洗浄能力や殺菌力が向上した超純水を確保することができる。
【００２７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記ナノバブル発生機は、上記熱交換器と上記紫外線殺菌器との間に設置されている。
【００２８】
この実施形態によれば、紫外線殺菌器の前段にナノバブル発生機を設置しているので、このナノバブル発生機で生成されたナノバブル含有超純水は続いて上記紫外線殺菌器に導入される。これにより、殺菌能力の向上を図ることができる。特に、上記ナノバブル発生機に窒素ガスが導入される場合は、このナノバブル発生機で生成された硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水は続いて上記紫外線殺菌器に導入される。よって、この実施形態によれば、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水を確保できる。また、殺菌能力の向上により、紫外線殺菌器のランプの点灯本数を削減することができると同時に、紫外線殺菌器のランニングコストを低減できる。
【００２９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜を有し、
上記限外ろ過膜の後段に設置されたタンクまたは配管に上記ナノバブル発生機を設置した。
【００３０】
この実施形態によれば、上記限外ろ過膜の後段にナノバブル発生機を有するタンクまたは配管を設置しているので、ユースポイントに近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、ナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果を期待できる上に、超純水配管を洗浄し殺菌することができる。特に、上記ナノバブルを含有する超純水が硝酸イオンまたはオゾンガスを有する場合には、特に、洗浄,殺菌効果を向上できる。
【００３１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機は、上記二次純水タンクの後段で順に設置された気液混合循環ポンプ,第１気体せん断部,第２気体せん断部,第３気体せん断部と、上記気液混合循環ポンプに接続されたガス配管と、上記ガス配管に設けた電動ニードルバルブとを有する。
【００３２】
この実施形態によれば、上記ナノバブル発生機は、上記第１〜第３の３段階の気体せん断部を有しているので、上記３段階の気体せん断部により、多量のナノバブルを含有した超純水を効率よく製造できる。特に、上記ナノバブルを含有した超純水が硝酸イオンまたはオゾンガスを有する場合には、特に、洗浄,殺菌効果を向上できる。
【００３３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上である。
【００３４】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上であるので、所定の吐出圧力を維持して、上記３段階の気体せん断部によって、ナノバブルを製造できる。
【００３５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機が有する上記第１気体せん断部は、内部が、楕円形または真円形構造であり、かつ上記内部が鏡面仕上げとなっている。
【００３６】
この実施形態によれば、上記第１気体せん断部によって、導入されたガスに対して、効率の良い高速旋回とせん断を達成することが可能となる。
【００３７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記第２気体せん断部と第３気体せん断部の形状が、楕円形、または真円形であり、かつ小孔が開いており、この小孔の孔径が４ｍｍ以上かつ９ｍｍ以下である。
【００３８】
この実施形態によれば、上記第２,第３気体せん断部によって、導入されたガスに対して、効率の良い高速旋回とせん断を達成することが可能となる。
【００３９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプを構成する材料の厚みが６ｍｍ以上かつ１２ｍｍ以下である。
【００４０】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの材料の厚みが通常の仕様よりも厚いので、振動が発生しても流体運動エネルギーが振動として、外部気体に伝播して逃げることがなく、また、必要な高速旋回とせん断エネルギーを維持することができる。
【００４１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプを構成する材料が、ステンレス、もしくは樹脂である。
【００４２】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプを構成する材料として、目的および用途に合った材料を選定することができる。特に、製薬業界では、材質を樹脂としており、上記気液混合循環ポンプを樹脂製とすれば、医薬品の製造、すなわち製薬に使用することができる。
【００４３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開に制御する制御部を有する。
【００４４】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後(望ましくは例えば６０秒が経過した後)に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開にしているので、気液混合循環ポンプのインペラが損傷することを防止できる。これに対し、気液混合循環ポンプの運転開始と電動ニードルバルブの開とを同時に行う場合は、気液混合循環ポンプのインペラが損傷する。
【００４５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さくした。
【００４６】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さく(望ましくは例えば５０％以上かつ８０％以下)としたことで、吐出圧力を高めて、マイクロバブルを安定的に製造している。
【００４７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記電動ニードルバルブの開度を制御して、上記第１気体せん断部でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を有する。
【００４８】
この実施形態によれば、上記電動ニードルバルブの開度により、上記第１気体せん断部で製造するマイクロバブルの気体量を制御できる。
【００４９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記第１気体せん断部は、内部に、流体の旋回乱流を制御するための２本以上の溝が形成されている。
【００５０】
この実施形態によれば、上記第１気体せん断部の内部に形成された複数本の溝により、流体の旋回乱流を制御できる。
【００５１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出量が、毎分１５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、上記電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下である。
【００５２】
この実施形態によれば、ナノバブルを効率よく発生させることができる。ナノバブルを効率よく発生させるための条件として、電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル〜１.５リットルの条件が有る。
【発明の効果】
【００５３】
この発明の超純水製造装置によれば、一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入される一次純水中にナノバブルを含有させることができ、この二次純水製造装置から、ナノバブルを含有した超純水が得られる。特に、上記ナノバブルを含有した超純水が窒素ガスを含有する場合は、この窒素ガスがナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができるので、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５５】
図７を参照して、超純水製造装置の一般的な構成と処理の流れを説明する。
【００５６】
まず、前処理装置１７に原水が導入される。この原水としては、工業用水、水道水、地下水、河川水等が挙げられる。この前処理装置１７において、上記原水が前処理され、続いて、一次純水製造装置１８に導入されて、一次純水が製造される。続いて、一次純水製造装置１８からの一次純水が二次純水製造装置１９に導入されて、二次純水が製造される。そして、この二次純水製造装置１９で製造された二次純水が超純水として、生産装置２０に供給される。この生産装置２０が、例えば半導体工場である場合、上記超純水はウエハ洗浄等を目的として、供給される。なお、産業界では、各種生産装置が存在しており、図７の一例のように、生産装置２０において超純水のみで洗浄される場合もあれるが、各種薬品を併用する場合も存在しており、多くのケースが存在する。
【００５７】
(第１の実施の形態)
次に、図１を参照して、この発明の超純水製造装置の第１実施形態を説明する。この図１はこの第１実施形態の超純水製造装置が備える二次純水製造装置を模式的に示す図である。なお、この第１実施形態は、上述の図７の前処理装置１７と一次純水製造装置１８を有していると共に、上記生産装置２０(各ユースポイント１３)を半導体工場の内部に設置している。
【００５８】
図１において、符号１は、二次純水タンクであり、この二次純水タンク１には、図７に示す超純水製造装置の一次純水製造装置１８で製造された一次純水が導入される。この二次純水タンク１は、常時窒素ガスが微量であるが封入(すなわちパージ)されている。その理由は、超純水は、水質として溶存酸素の項目があり、ｐｐｂのオーダーが求められている。よって、溶存酸素を可能な限り低減するために、空気が混入して溶存酸素が増加しないように窒素パージをしている。
【００５９】
この二次純水タンク１の外部には、ナノバブル発生機１４が設置されている。
【００６０】
すなわち、より詳しくは、上記ナノバブル発生機１４は、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２と、この第１気体せん断部３と配管で接続されている第２気体せん断部４と、この第２気体せん断部４に配管で接続されている第３気体せん断部６を有している。この第３気体せん断部６は、圧力容器５に収容されている。上記第１気体せん断部３には窒素ガス配管２３が接続され、この窒素ガス配管２３には電動ニードルバルブ８が取付けられている。この電動ニードルバルブ８によって、窒素ガス配管２３から第１気体せん断部３に供給する窒素ガス量を調整可能になっている。
【００６１】
気液混合循環ポンプ２を備えたナノバブル発生機１４では、窒素ナノバブルを発生させて、短時間のうちに、硝酸イオンおよびナノバブル含有水を製造する。すなわち、窒素ガスをナノバブルが有するフリーラジカルに起因する強力な酸化作用で、酸化すると硝酸イオンが形成される。
【００６２】
このナノバブル発生機１４では、硝酸イオンおよびナノバブルを含有した超純水は、気液混合循環ポンプ２により、熱交換器９に圧送される。この熱交換器９は、この二次純水製造装置で超純水が循環することにより、超純水の水温が上昇した場合の対策として設置されている。すなわち、この熱交換器９は、処理に適した水温を確保するためのものである。また、この熱交換器９では、各ユースポイント１３における生産装置で求められている水温に、上記超純水の水温を調節している。
【００６３】
次に、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する水は、上記熱交換器８から続いて紫外線殺菌器１０に送水されて、殺菌される。そして、この紫外線殺菌器１０を出た水は、イオン交換ポリッシャー１１、続いて限外ろ過膜１２を経て、超純水となる。
【００６４】
図１に示すバイパス配管１６は、上記二次純水製造装置の全体を殺菌する場合に、イオン交換ポリッシャー１１のイオン交換樹脂が殺菌剤で損傷を受けることを回避するためのものである。つまり、上記殺菌剤による殺菌時には、バイパス配管１６に設けられたバルブ１５を開とする一方、バルブ２４を閉とすることで、上記殺菌剤がバイパス配管１６を通って限外ろ過膜１２に導入されるようにし、上記殺菌剤がイオン交換ポリッシャー１１を通らないようにしている。なお、上記殺菌剤による殺菌時ではない通常動作時には、バルブ１５を閉とする一方、バルブ２４を開とする。
【００６５】
この実施形態の超純水製造装置によれば、上記一次純水製造装置１８から二次純水製造装置１９に導入された一次純水中に窒素ガスとナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置１９から、窒素ガスとナノバブルを含有した超純水が得られる。そして、上記窒素ガスは、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この実施形態によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００６６】
そして、上記限外ろ過膜１２から得られる超純水は、超純水配管２１を通って各ユースポイント１３に供給される。また、この各ユースポイント１３で使用された超純水は、超純水配管２２を通って二次純水タンク１へ返送される。
【００６７】
また、この実施形態によれば、上記窒素ナノバブル発生機１４は、上記第１〜第３の３段階の気体せん断部３,４,６を有しているので、上記３段階の気体せん断部３,４,６により、多量の硝酸イオンおよびナノバブルを含有した超純水を効率よく製造できる。
【００６８】
次に、上記ナノバブル発生機１４のメカニズムを詳細に説明する。前述の如く、このナノバブル発生機１４は、気液混合循環ポンプ２と、第１気体せん断部３と、第２気体せん断部４と、電動ニードルバルブ８および、圧力容器５に収容された第３気体せん断部６とそれらを連結する配管から構成されている。
【００６９】
このナノバブル発生機１４において、ナノバブルは、大きくは、次に説明する第１段階と第２段階を経て製造される。
【００７０】
先ず、第１段階について簡単に説明する。
【００７１】
上記第１気体せん断部３において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成して、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、水と窒素ガスを効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、窒素ガスマイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００７２】
続いて、第２段階について簡単に説明する。
【００７３】
上記第１気体せん断部３と第２気体せん断部４において、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させて、上記第２気体せん断部４と第３気体せん断部６に水配管を通じて導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
【００７４】
さらに、第１段階と第２段階をより詳細に説明する。
【００７５】
(第１段階)
ナノバブル発生機１４に使用している気液混合循環ポンプ２は、揚程４０ｍ以上(すなわち、４ｋｇ/ｃｍ２の高圧)の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２は、高揚程のポンプであることが望ましい。また、この高揚程のポンプとしては、２ポールと４ポールのうちでトルクが安定している２ポールのポンプを選定することが好ましい。
【００７６】
また、この気液混合循環ポンプ２は圧力の制御が必要であり、この高揚程のポンプの回転数を回転数制御器(例えばインバーター)で目的にあった圧力としている。この目的にあった圧力でもって、気液混合循環ポンプ２において、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造することができる。
【００７７】
ここで、上記第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２でのマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。
【００７８】
上記第１気体せん断部３において、マイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、この第１気体せん断部３の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成する。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての窒素ガスを、マイナス圧(負圧)を利用して、自動的に供給させる。この発明では、上記気体を硝酸イオンを製造する目的から窒素ガスとしたが、目的によって、他の気体(炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガス)を選定する場合も在る。
【００７９】
さらに、上記窒素ガスを切断,粉砕しながら混相流を回転させる。この切断,粉砕は、第１気体せん断部３の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。
【００８０】
すなわち、第１気体せん断部３において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８１】
なお、気液混合循環ポンプ２の運転は、制御部の一例であるシーケンサ３０が出力する制御信号によって制御している。例えば、この実施形態では、シーケンサ３０からの制御信号によって、上記気液混合循環ポンプ２の運転を開始させた後(例えば６０秒が経過した後)に、上記電動ニードルバルブ８を自動的に閉から開にしているので、気液混合循環ポンプ２のインペラが損傷することを防止できる。また、この実施形態では、上記気液混合循環ポンプ２の吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さく(例えば５０％以上かつ８０％以下)としたことで、吐出圧力を高めて、マイクロバブルを安定的に製造している。また、一例として、上記電動ニードルバルブ８の開度を制御して上記第１気体せん断部３でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を備えてもよい。また、この実施形態では、一例として、上記気液混合循環ポンプ２は、吐出量が、毎分１.５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、上記電動ニードルバルブ８からの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下である。この条件によれば、ナノバブルを効率よく発生させることができる。
【００８２】
上記第１気体せん断部３は、内部形状が楕円形であり、高速旋回とせん断の効率が最大となる形状は真円形であり、更に内部摩擦を小さくするために鏡面仕上げとしている。また、第１気体せん断部３の内部に、流体の旋回乱流を制御するために溝深さ０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅０.８ｍｍ以内の溝を複数本設けている。
【００８３】
(ナノバブル発生機１４での第２段階)
上記第１段階後、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２で発生させたマイクロバブルを水配管を通じて第２気体せん断部４に圧送する際、この第２気体せん断部４と第３気体せん断部６においては、さらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これによって、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。この第２気体せん断部４と第３気体せん断部６を構築している理由は、気体せん断部を１段階で構成するよりも、気体せん断部を２段階で構成する方が、ナノバブル量をより多く発生させることができるからである。すなわち、超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルができ、同時に熱を発生することになる。
【００８４】
なお、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６はステンレス製とするのが一般であり、その形状は、楕円形、好ましくは真円形である。また、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６には小孔が開いているが、その吐出口径は、４ｍｍ〜９ｍｍが最適である。
【００８５】
次に、上述した第１段階での高速流体運動について説明する。第１気体せん断部３において、マイクロバブルを発生させるために、まず、「高速流体運動」として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部３の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この気体空洞部に気体としての窒素ガス(炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガスの場合もある)を自給させる。さらに、この気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。回転速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。
【００８６】
また、第１気体せん断部３を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ２が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。よって、第１気体せん断部３を構成する金属の厚みは、６ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が好ましい。
【００８７】
次に、「流体運動としてせん断すること」について説明する。第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６に水配管を通じて圧送する。ここで、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６においては、第１段階の第１気体せん断部３よりもさらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
【００８８】
次に、「負圧形成部分」について説明する。「負圧形成部分」とは、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。上記したように、回転速度は、５００〜６００回転/秒である。また、次に「負圧部」について説明する。この「負圧部」とは、気体液体混合物中で周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。以上が、ナノバブル発生機１４のメカニズムである。
【００８９】
なお、ナノバブル発生機１４を基本的に構成している気液混合循環ポンプ２、第１気体せん断部３、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６のセットは、市販されているものを採用できるがメーカーを限定するものではなく、具体的一例では、株式会社 協和機設の商品であるバビダスHYK型(商品名)を採用できる。
【００９０】
また、ここで、３種類のバブルについて説明する。
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【００９１】
(2) マイクロバブルは、その発生時において、１０〜数１０μｍの気泡径を有する微細気泡で、水中で縮小していき、ついには消滅(完全溶解)してしまう。マイクロバブルは、発生後に収縮運動により『マイクロナノバブル』に変化する。
【００９２】
(3) ナノバブルは、マイクロバブルよりさらに小さいバブル(直径が数１００ｎｍ以下)でいつまでも水の中に存在することが可能なバブル、と言われている。
【００９３】
マイクロナノバブルとは、マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルと説明でき、１０μｍから数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。
【００９４】
(第２の実施の形態)
次に、図２にこの発明の超純水製造装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態のナノバブル発生機１４に供給する気体を窒素ガスに替えてオゾンガスにした点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００９５】
この第２実施形態では、オゾンガス配管２７からナノバブル発生機１４へ気体としてオゾンガスが供給される。したがって、この第２実施形態では、超純水配管２１から各ユースポイント１３にオゾンおよびナノバブル含有超純水が供給される。このオゾンおよびナノバブル含有超純水によって、各ユースポイント１３における対象物の殺菌や洗浄をより強力に行うことができる。
【００９６】
また、殺菌に関しては、窒素ナノバブル含有超純水に比べて、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、各機器,配管をより強力に殺菌できる。また、各機器,配管の殺菌に関しては、オゾン水よりもオゾンナノバブル含有水の方がオゾンの持続性があることから、少ないオゾン量で殺菌でき、ランニングコストの低減に役立つこととなる。よって、この実施形態の超純水製造装置によれば、 洗浄能力や殺菌作用が強力で持続性があるオゾンおよびナノバブル含有超純水を各ユースポイント１３に供給できる。
【００９７】
(第３の実施の形態)
次に、図３にこの発明の超純水製造装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生機１４を二次純水タンク１と熱交換器９の間に設置するのではなく、熱交換器９と紫外線殺菌器１０との間に設置した点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００９８】
図３に示すように、この第３実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第３実施形態では、図３に示すように、紫外線殺菌器１０の前段に窒素ガスを利用したナノバブル発生機１４を設置している。この第３実施形態では、硝酸イオンとナノバブル含有超純水と紫外線殺菌器１０の両方で二次純水製造装置内の殺菌を行うことができる。これにより、各ユースポイント１３での対象物の洗浄能力や殺菌能力の向上が図れる。また、殺菌能力の向上が図れるので、紫外線殺菌器１０のランプの点灯本数を削減することができ、ランニングコストの低減に役立つ。
【００９９】
以上がこの実施形態における洗浄や殺菌についての説明であるが、上記窒素ガス利用ナノバブル発生機１４では、熱交換器９の後段かつ紫外線殺菌器１０の前段で、イオン交換ポリッシャー１１内のイオン交換樹脂に影響しない量の硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水を製造させている。
【０１００】
(第４の実施の形態)
次に、図４にこの発明の超純水製造装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、前述の第３実施形態のナノバブル発生機１４へ供給する気体を、窒素ガスに替えてオゾンガスにした点だけが、前述の第３実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、前述の第３実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第３実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０１】
図４に示すように、この第４実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第４実施形態では、紫外線殺菌器１０の前段に、オゾンガス配管２７からオゾンガスが導入されるナノバブル発生機１４が設置されている。つまり、ナノバブル発生機１４が発生するオゾンおよびナノバブル含有超純水が続いて紫外線殺菌器１０に導入される。これにより、殺菌能力の向上を図ることができる。よって、この実施形態によれば、各ユースポイント１３における対象物の殺菌や洗浄を、より強力に実施することができる。また、殺菌に関して、窒素ナノバブルより、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、各機器,配管をより強力に殺菌および洗浄できる。
【０１０２】
また、各機器,配管の殺菌に関して、オゾン水よりも、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、オゾン持続性があることより、少ないオゾン量で殺菌でき、ランニングコストの低減に役立つこととなる。よって、この実施形態によれば、オゾンおよびナノバブル含有超純水による作用が強力で持続性がある洗浄,殺菌効果が発揮される。また、上述の殺菌能力の向上により、紫外線殺菌器１０のランプの点灯数を削減することもできる。
【０１０３】
(第５の実施の形態)
次に、図５にこの発明の超純水製造装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、前述の第１実施形態のナノバブル発生機１４を二次純水タンク１と熱交換器９との間ではなく、限外ろ過膜１２の後段に設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。つまり、この第５実施形態では、ナノバブル発生機１４は、限外ろ過膜１２の後段に設置した三次純水タンク２５に取り付けられている。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１０４】
図５に示すように、この第５実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第５実施形態では、限外ろ過膜１２からの超純水が三次純水タンク２５に導入される。この三次純水タンク２５には、窒素ガス配管２３Ｂから窒素ガスが導入され、二次純水タンク１と同様、窒素ガスが常時封入されている。そして、この三次純水タンク２５に取り付けられたナノバブル発生機１４には窒素ガス配管２３Ａから窒素ガスが供給され、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水が生成される。なお、このナノバブル発生機１４の第１気体せん断部３,第２気体せん断部４は三次純水タンク２５外に配置され、第３気体せん断部６は三次純水タンク２５内に配置されている。そして、この三次純水タンク２５内で生成された硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水は、ナノバブル洗浄水送水ポンプ２６によって、各ユースポイント１３に供給される。
【０１０５】
この第５実施形態によれば、上記限外ろ過膜１２の後段にナノバブル発生機１４を有するタンク２５設置して、ユースポイント１３に近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果の向上を期待できる上に、超純水配管２１,２２を洗浄し殺菌する効果の向上も期待できる。
【０１０６】
また、この第５実施形態によれば、三次純水タンク２５およびナノバブル発生機１４を、既存の二次純水製造装置や、新規の市販されている二次純水製造装置に追加設置することが容易である。
【０１０７】
なお、この第５実施形態において、上記三次純水タンク２５を取り去り、上記限外ろ過膜１２と超純水配管２１との間に配管を介してナノバブル発生機１４を接続してもよい。
【０１０８】
(第６の実施の形態)
次に、図６にこの発明の超純水製造装置の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、前述の第２実施形態ではナノバブル発生機１４が二次純水タンク１と熱交換器９との間に設置されているのではなく、限外ろ過膜１２の後段に設置された三次純水タンク２５に取り付けた点が、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第６実施形態では、前述の第２実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、前述の第２実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０９】
図６に示すように、この第６実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第６実施形態では、限外ろ過膜１２からの超純水が三次純水タンク２５に導入される。この三次純水タンク２５には、窒素ガス配管２３Ｂから窒素ガスが導入され、二次純水タンク１と同様、窒素ガスが常時封入されている。そして、この三次純水タンク２５に取り付けられたナノバブル発生機１４にはオゾンガス配管２７Ｂからオゾンガスが供給され、オゾンおよびナノバブルを含有する超純水が生成される。なお、このナノバブル発生機１４の第１気体せん断部３,第２気体せん断部４は三次純水タンク２５外に配置され、第３気体せん断部６は三次純水タンク２５内に配置されている。そして、この三次純水タンク２５内で生成されたオゾンおよびナノバブルを含有する超純水は、ナノバブル洗浄水送水ポンプ２６によって、各ユースポイント１３に供給される。
【０１１０】
この第６実施形態によれば、上記限外ろ過膜１２の後段にナノバブル発生機１４を有するタンク２５設置して、ユースポイント１３に近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、オゾンおよびナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果の向上を期待できる上に、超純水配管２１,２２を洗浄し殺菌する効果の向上も期待できる。
【０１１１】
また、この第６実施形態によれば、三次純水タンク２５およびナノバブル発生機１４を、既存の二次純水製造装置や、新規の市販されている二次純水製造装置に追加設置することが容易である。
【０１１２】
なお、この第６実施形態において、上記三次純水タンク２５を取り去り、上記限外ろ過膜１２と超純水配管２１との間に配管を介してナノバブル発生機１４を接続してもよい。
【０１１３】
(実験例)
図１に示す第１実施形態に基づいて実験装置を製作した。この実験装置における二次純水タンク１の容量は１０００リットル(市販のポリエチレン製で装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社)とした。また、熱交換器９の寸法は、０.５ｍ×０.５ｍ×０.２ｍとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社で、単品のメーカーは日阪製作所とした。また、紫外線殺菌器１０の寸法は、０.６ｍ×０.６ｍ×０.２ｍとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンスとした。また、イオン交換ポリッシャー１１は、１００リットルとし装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社とした。また、限外ろ過膜１２は６０リットルとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社とした。また、ナノバブル発生機１４としては、株式会社協和機設のバビダスＨＹＫ―３２型を採用した。
【０１１４】
そして、この実験装置で製造した硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水を洗浄水の供試体１とし、一般的な従来の二次純水製造装置からの超純水とを洗浄水の供試体２として、ダストを付着させシリコンウエハを洗浄する洗浄比較試験を実施した。この洗浄比較試験の結果、硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水である供試体１の方が，一般の超純水である供試体２よりも、３２％だけ洗浄効果が向上していた。
【０１１５】
尚、洗浄比較試験は、次の内容で実施した。すなわち、最初にシリコンウエハをエチルアルコールで洗浄し、超純水でさらに洗浄した。１００ｃｃの超純水に０.１ｃｃのアルミナ微粒子(アルミナ粒径７０ｎｍ以下)を添加して撹拌し、この中に前記シリコンウエハを１０秒間漬けた。そして、前記第１実施形態による実験装置におけるユースポイント１３用に密閉容器(洗浄水の供試体１入り)を予め準備しておいて、この密閉容器の中に前記アルミナ微粒子が付着したシリコンウエハを投入して、約１時間洗浄した。また、同様の作業を一般の超純水製造装置での超純水(供試体２)による洗浄実験を行った。そして、光学顕微鏡でシリコンウエハ表面のダスト(アルミナ微粒子)数を計測し、供試体１で洗浄したシリコンウエハ表面のダスト数と供試体２で洗浄したシリコンウエハ表面のダスト数とを比較したところ、供試体１で洗浄した場合の方が供試体２で洗浄した場合よりも、３２％だけ洗浄効果が向上していた。
【０１１６】
また、上記実験装置による約２ヶ月間の試運転の後、バイパス配管１６を使用した殺菌作業を実施し、二次純水の立ち上がり時間を測定した。その結果、約１時間後に抵抗率、全有機炭素、微粒子、溶存酸素、微生物等の項目が全て元の水質になった。これは、通常の立ち上がり時間と比較して、約１/３であり、約１/３の立上り時間にて殺菌効果を確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】この発明の超純水製造装置の第１実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図２】この発明の超純水製造装置の第２実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図３】この発明の超純水製造装置の第３実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図４】この発明の超純水製造装置の第４実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図５】この発明の超純水製造装置の第５実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図６】この発明の超純水製造装置の第６実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図７】一般的な超純水製造装置のブロックフロー図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 二次純水タンク
２ 気液混合循環ポンプ
３ 第１気体せん断部
４ 第２気体せん断部
５ 圧力容器
６ 第３気体せん断部
７ ナノバブル流
８ 電動ニードルバルブ
９ 熱交換器
１０ 紫外線殺菌器
１１ イオン交換ポリッシャー
１２ 限外ろ過膜
１３ 各ユースポイント
１４ ナノバブル発生機
１５、２４ バルブ
１６ バイパス配管
１７ 前処理装置
１８ 一次純水製造装置
１９ 二次純水製造装置
２０ 生産装置
２１、２２ 超純水配管
２３、２３Ａ、２３Ｂ 窒素ガス配管
２４ 循環ポンプ
２５ 三次純水タンク
２６ ナノバブル洗浄水送水ポンプ
２７、２７Ｂ オゾンガス配管
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超純水製造装置および超純水製造方法に関し、一例として、製造した超純水の洗浄能力が、硝酸イオン、オゾンおよびナノバブルを超純水中に含有し、洗浄能力が格段に優れている超純水の超純水製造装置および超純水製造方法に関する。また、洗浄能力が格段に優れている超純水により超純水配管の殺菌作業を激減できる超純水製造装置および超純水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業界では、各種工程における洗浄は各分野,各業界で実施されている。この洗浄としては、薬品による洗浄や、超純水による洗浄など、いくつかの例があり、それらを組み合わせて、洗浄を実施している場合もある。それぞれの工場で目的に応じた洗浄方法が採用されている。
【０００３】
薬品洗浄についても、薬品として、酸、アルカリ、界面活性剤など多くの薬品を組み合わせて使用している例もある。
【０００４】
一方、半導体工場や液晶工場では、大規模な洗浄装置が採用されている。そして、多種類の薬品を使用している。また、薬品洗浄後に多量の超純水で、２次洗浄を実施して薬品を洗い流している。
【０００５】
また、超純水製造に関わる超純水配管等の殺菌方法としては、(1)薬品としての過酸化水素水による方法、(2)熱水殺菌法、(3)オゾン水殺菌法がある。
【０００６】
上記(1)の薬品としての過酸化水素水による殺菌方法は、薬品のコスト代および殺菌後の残留過酸化水素による水質の立ち上げに時間を要する。また、上記(2)の熱水殺菌法では、熱水を利用しての殺菌方法であるためにエネルギーを多量消費する上に、少ないが過酸化水素水も利用するので、ランニングコストの観点からが高コストとなっている。また、上記(3)のオゾン水殺菌法は、多量のオゾンを使用するので、オゾン発生機の準備や設置スペースが必要となっている。また、オゾンは、オゾン水として従来から使用されているが、水中での持続性がない状況であった。
【０００７】
また、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特開２００４−１２１９６２号公報(特許文献１)に示されている。
【０００８】
この技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。
【０００９】
また、従来技術としてのナノ気泡の生成方法が、特開２００３−３３４５４８号公報(特許文献２)に示されている。この技術は、液体中において、(1)液体の一部を分解ガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または(3)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されている。
【００１０】
また、従来技術としてのオゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特開２００４−３２１９５９号公報(特許文献３)に示されている。この技術では、マイクロバブル発生装置に、オゾン発生装置より生成されたオゾンガスと処理槽の下部から抜き出された廃液とを、加圧ポンプを介して供給している。また、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より処理槽内の廃液中に通気することを開示している。
【００１１】
ところで、環境を重視する時代に至って、洗浄薬品を削減することも重要なテーマである。すなわち、洗浄に多量の薬品を使用すれば、薬品を含む排水の処理が新たに必要になるという課題がある。
【００１２】
したがって、使用する薬品を削減し、水等による洗浄が求められているが、水等の洗浄には限界があり、水等の洗浄能力を何らかの工夫により、格段に向上させることが求められている。また、排水処理設備に対しても、当然のことであるが省エネルギーでしかもランニングコストが低いことも求められる。
【００１３】
どちらにしても、超純水を含む単なる水等の一般的な物質で効果的な洗浄方法や洗浄装置が存在していない課題がある。
【００１４】
一方、上述した超純水配管等の殺菌法は、(1)薬品としての過酸化水素水による方法、(2)熱水殺菌法、(3)オゾン水殺菌法があるが、すべて作業性やランニングコストの観点から、合理的かつ短時間に殺菌できる方法ではない。特に、薬品としての過酸化水素水による殺菌方法が一般的であるが、殺菌後に、元の水質まで立ち上げるのに数時間を必要とする課題がある。
【００１５】
これに対して、短時間に殺菌可能でランニングコストも低い殺菌方法が求められている。
【００１６】
また、最近、少量の過酸化水素水を添加した熱水殺菌法も採用されて来ているが、水温を上げることによるエネルギーの消費があり、省エネルギーを達成できないという課題がある。
【００１７】
省エネルギー時代に至って、エネルギーを浪費しないシステムは時代の要請でもあり、殺菌方法についても、地球温暖化の関係から、省エネルギータイプの殺菌方法が求められている。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、この発明の課題は、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能な超純水製造装置および超純水製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の超純水製造装置は、原水が導入される前処理装置と、
上記前処理装置からの処理水が導入される一次純水製造装置と、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機を有する二次純水製造装置とを備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明の超純水製造装置によれば、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された一次純水中にナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置から、ナノバブルを含有した超純水が得られる。このナノバブルを含有する超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この発明によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００２１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給される。
【００２２】
この実施形態によれば、上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給されるので、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された処理水(一次純水)中に窒素ガスとナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置から、窒素ガスとナノバブルを含有した超純水が得られる。そして、上記窒素ガスは、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この実施形態によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００２３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機にはオゾンガスが供給される。
【００２４】
この実施形態によれば、上記一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入された一次純水中にオゾンガスとナノバブルを含有させることができる。そして、上記二次純水製造装置から、オゾンおよびナノバブルを含有した超純水が得られ、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水を確保することができる。
【００２５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記二次純水タンクと上記熱交換器との間に、上記ナノバブル発生機が設置されている。
【００２６】
この実施形態によれば、上記熱交換器により二次純水を適温に保つことが可能となり、上記紫外線殺菌器で上記二次純水を殺菌でき、上記イオン交換ポリッシャーで(微量)金属イオンを除去でき、上記限外ろ過膜で微粒子やバクテリアを除去できる。そして、二次純水としての超純水にナノバブルを含有させることができる。そして、上記ナノバブル発生機に窒素ガスが供給される場合は、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水が得られる。これにより、従来の超純水と比較して洗浄能力や殺菌力が向上した超純水を確保することができる。
【００２７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記ナノバブル発生機は、上記熱交換器と上記紫外線殺菌器との間に設置されている。
【００２８】
この実施形態によれば、紫外線殺菌器の前段にナノバブル発生機を設置しているので、このナノバブル発生機で生成されたナノバブル含有超純水は続いて上記紫外線殺菌器に導入される。これにより、殺菌能力の向上を図ることができる。特に、上記ナノバブル発生機に窒素ガスが導入される場合は、このナノバブル発生機で生成された硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水は続いて上記紫外線殺菌器に導入される。よって、この実施形態によれば、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水を確保できる。また、殺菌能力の向上により、紫外線殺菌器のランプの点灯本数を削減することができると同時に、紫外線殺菌器のランニングコストを低減できる。
【００２９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜を有し、
上記限外ろ過膜の後段に設置されたタンクまたは配管に上記ナノバブル発生機を設置した。
【００３０】
この実施形態によれば、上記限外ろ過膜の後段にナノバブル発生機を有するタンクまたは配管を設置しているので、ユースポイントに近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、ナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果を期待できる上に、超純水配管を洗浄し殺菌することができる。特に、上記ナノバブルを含有する超純水が硝酸イオンまたはオゾンガスを有する場合には、特に、洗浄,殺菌効果を向上できる。
【００３１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機は、上記二次純水タンクの後段で順に設置された気液混合循環ポンプ,第１気体せん断部,第２気体せん断部,第３気体せん断部と、上記気液混合循環ポンプに接続されたガス配管と、上記ガス配管に設けた電動ニードルバルブとを有する。
【００３２】
この実施形態によれば、上記ナノバブル発生機は、上記第１〜第３の３段階の気体せん断部を有しているので、上記３段階の気体せん断部により、多量のナノバブルを含有した超純水を効率よく製造できる。特に、上記ナノバブルを含有した超純水が硝酸イオンまたはオゾンガスを有する場合には、特に、洗浄,殺菌効果を向上できる。
【００３３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上である。
【００３４】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上であるので、所定の吐出圧力を維持して、上記３段階の気体せん断部によって、ナノバブルを製造できる。
【００３５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記ナノバブル発生機が有する上記第１気体せん断部は、内部が、楕円形または真円形構造であり、かつ上記内部が鏡面仕上げとなっている。
【００３６】
この実施形態によれば、上記第１気体せん断部によって、導入されたガスに対して、効率の良い高速旋回とせん断を達成することが可能となる。
【００３７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記第２気体せん断部と第３気体せん断部の形状が、楕円形、または真円形であり、かつ小孔が開いており、この小孔の孔径が４ｍｍ以上かつ９ｍｍ以下である。
【００３８】
この実施形態によれば、上記第２,第３気体せん断部によって、導入されたガスに対して、効率の良い高速旋回とせん断を達成することが可能となる。
【００３９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプを構成する材料の厚みが６ｍｍ以上かつ１２ｍｍ以下である。
【００４０】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの材料の厚みが通常の仕様よりも厚いので、振動が発生しても流体運動エネルギーが振動として、外部気体に伝播して逃げることがなく、また、必要な高速旋回とせん断エネルギーを維持することができる。
【００４１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプを構成する材料が、ステンレス、もしくは樹脂である。
【００４２】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプを構成する材料として、目的および用途に合った材料を選定することができる。特に、製薬業界では、材質を樹脂としており、上記気液混合循環ポンプを樹脂製とすれば、医薬品の製造、すなわち製薬に使用することができる。
【００４３】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開に制御する制御部を有する。
【００４４】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後(望ましくは例えば６０秒が経過した後)に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開にしているので、気液混合循環ポンプのインペラが損傷することを防止できる。これに対し、気液混合循環ポンプの運転開始と電動ニードルバルブの開とを同時に行う場合は、気液混合循環ポンプのインペラが損傷する。
【００４５】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さくした。
【００４６】
この実施形態によれば、上記気液混合循環ポンプの吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さく(望ましくは例えば５０％以上かつ８０％以下)としたことで、吐出圧力を高めて、マイクロバブルを安定的に製造している。
【００４７】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記電動ニードルバルブの開度を制御して、上記第１気体せん断部でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を有する。
【００４８】
この実施形態によれば、上記電動ニードルバルブの開度により、上記第１気体せん断部で製造するマイクロバブルの気体量を制御できる。
【００４９】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記第１気体せん断部は、内部に、流体の旋回乱流を制御するための２本以上の溝が形成されている。
【００５０】
この実施形態によれば、上記第１気体せん断部の内部に形成された複数本の溝により、流体の旋回乱流を制御できる。
【００５１】
また、一実施形態の超純水製造装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出量が、毎分１５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、上記電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下である。
【００５２】
この実施形態によれば、ナノバブルを効率よく発生させることができる。ナノバブルを効率よく発生させるための条件として、電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル〜１.５リットルの条件が有る。
【発明の効果】
【００５３】
この発明の超純水製造装置によれば、一次純水製造装置から二次純水製造装置に導入される一次純水中にナノバブルを含有させることができ、この二次純水製造装置から、ナノバブルを含有した超純水が得られる。特に、上記ナノバブルを含有した超純水が窒素ガスを含有する場合は、この窒素ガスがナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができるので、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５５】
図７を参照して、超純水製造装置の一般的な構成と処理の流れを説明する。
【００５６】
まず、前処理装置１７に原水が導入される。この原水としては、工業用水、水道水、地下水、河川水等が挙げられる。この前処理装置１７において、上記原水が前処理され、続いて、一次純水製造装置１８に導入されて、一次純水が製造される。続いて、一次純水製造装置１８からの一次純水が二次純水製造装置１９に導入されて、二次純水が製造される。そして、この二次純水製造装置１９で製造された二次純水が超純水として、生産装置２０に供給される。この生産装置２０が、例えば半導体工場である場合、上記超純水はウエハ洗浄等を目的として、供給される。なお、産業界では、各種生産装置が存在しており、図７の一例のように、生産装置２０において超純水のみで洗浄される場合もあれるが、各種薬品を併用する場合も存在しており、多くのケースが存在する。
【００５７】
(第１の実施の形態)
次に、図１を参照して、この発明の超純水製造装置の第１実施形態を説明する。この図１はこの第１実施形態の超純水製造装置が備える二次純水製造装置を模式的に示す図である。なお、この第１実施形態は、上述の図７の前処理装置１７と一次純水製造装置１８を有していると共に、上記生産装置２０(各ユースポイント１３)を半導体工場の内部に設置している。
【００５８】
図１において、符号１は、二次純水タンクであり、この二次純水タンク１には、図７に示す超純水製造装置の一次純水製造装置１８で製造された一次純水が導入される。この二次純水タンク１は、常時窒素ガスが微量であるが封入(すなわちパージ)されている。その理由は、超純水は、水質として溶存酸素の項目があり、ｐｐｂのオーダーが求められている。よって、溶存酸素を可能な限り低減するために、空気が混入して溶存酸素が増加しないように窒素パージをしている。
【００５９】
この二次純水タンク１の外部には、ナノバブル発生機１４が設置されている。
【００６０】
すなわち、より詳しくは、上記ナノバブル発生機１４は、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２と、この第１気体せん断部３と配管で接続されている第２気体せん断部４と、この第２気体せん断部４に配管で接続されている第３気体せん断部６を有している。この第３気体せん断部６は、圧力容器５に収容されている。上記第１気体せん断部３には窒素ガス配管２３が接続され、この窒素ガス配管２３には電動ニードルバルブ８が取付けられている。この電動ニードルバルブ８によって、窒素ガス配管２３から第１気体せん断部３に供給する窒素ガス量を調整可能になっている。
【００６１】
気液混合循環ポンプ２を備えたナノバブル発生機１４では、窒素ナノバブルを発生させて、短時間のうちに、硝酸イオンおよびナノバブル含有水を製造する。すなわち、窒素ガスをナノバブルが有するフリーラジカルに起因する強力な酸化作用で、酸化すると硝酸イオンが形成される。
【００６２】
このナノバブル発生機１４では、硝酸イオンおよびナノバブルを含有した超純水は、気液混合循環ポンプ２により、熱交換器９に圧送される。この熱交換器９は、この二次純水製造装置で超純水が循環することにより、超純水の水温が上昇した場合の対策として設置されている。すなわち、この熱交換器９は、処理に適した水温を確保するためのものである。また、この熱交換器９では、各ユースポイント１３における生産装置で求められている水温に、上記超純水の水温を調節している。
【００６３】
次に、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する水は、上記熱交換器８から続いて紫外線殺菌器１０に送水されて、殺菌される。そして、この紫外線殺菌器１０を出た水は、イオン交換ポリッシャー１１、続いて限外ろ過膜１２を経て、超純水となる。
【００６４】
図１に示すバイパス配管１６は、上記二次純水製造装置の全体を殺菌する場合に、イオン交換ポリッシャー１１のイオン交換樹脂が殺菌剤で損傷を受けることを回避するためのものである。つまり、上記殺菌剤による殺菌時には、バイパス配管１６に設けられたバルブ１５を開とする一方、バルブ２４を閉とすることで、上記殺菌剤がバイパス配管１６を通って限外ろ過膜１２に導入されるようにし、上記殺菌剤がイオン交換ポリッシャー１１を通らないようにしている。なお、上記殺菌剤による殺菌時ではない通常動作時には、バルブ１５を閉とする一方、バルブ２４を開とする。
【００６５】
この実施形態の超純水製造装置によれば、上記一次純水製造装置１８から二次純水製造装置１９に導入された一次純水中に窒素ガスとナノバブルを含有させることができる。よって、この二次純水製造装置１９から、窒素ガスとナノバブルを含有した超純水が得られる。そして、上記窒素ガスは、ナノバブルによって酸化されて硝酸イオンとなり、上記超純水は、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水となる。この超純水は、洗浄能力や殺菌力が従来の超純水と比較して向上した超純水にすることができる。よって、この実施形態によれば、エネルギーおよび薬品の消費量を低減できると共に洗浄能力の優れた超純水を製造可能である。
【００６６】
そして、上記限外ろ過膜１２から得られる超純水は、超純水配管２１を通って各ユースポイント１３に供給される。また、この各ユースポイント１３で使用された超純水は、超純水配管２２を通って二次純水タンク１へ返送される。
【００６７】
また、この実施形態によれば、上記窒素ナノバブル発生機１４は、上記第１〜第３の３段階の気体せん断部３,４,６を有しているので、上記３段階の気体せん断部３,４,６により、多量の硝酸イオンおよびナノバブルを含有した超純水を効率よく製造できる。
【００６８】
次に、上記ナノバブル発生機１４のメカニズムを詳細に説明する。前述の如く、このナノバブル発生機１４は、気液混合循環ポンプ２と、第１気体せん断部３と、第２気体せん断部４と、電動ニードルバルブ８および、圧力容器５に収容された第３気体せん断部６とそれらを連結する配管から構成されている。
【００６９】
このナノバブル発生機１４において、ナノバブルは、大きくは、次に説明する第１段階と第２段階を経て製造される。
【００７０】
先ず、第１段階について簡単に説明する。
【００７１】
上記第１気体せん断部３において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成して、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、水と窒素ガスを効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、窒素ガスマイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００７２】
続いて、第２段階について簡単に説明する。
【００７３】
上記第１気体せん断部３と第２気体せん断部４において、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させて、上記第２気体せん断部４と第３気体せん断部６に水配管を通じて導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
【００７４】
さらに、第１段階と第２段階をより詳細に説明する。
【００７５】
(第１段階)
ナノバブル発生機１４に使用している気液混合循環ポンプ２は、揚程４０ｍ以上(すなわち、４ｋｇ/ｃｍ２の高圧)の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２は、高揚程のポンプであることが望ましい。また、この高揚程のポンプとしては、２ポールと４ポールのうちでトルクが安定している２ポールのポンプを選定することが好ましい。
【００７６】
また、この気液混合循環ポンプ２は圧力の制御が必要であり、この高揚程のポンプの回転数を回転数制御器(例えばインバーター)で目的にあった圧力としている。この目的にあった圧力でもって、気液混合循環ポンプ２において、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造することができる。
【００７７】
ここで、上記第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２でのマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。
【００７８】
上記第１気体せん断部３において、マイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、この第１気体せん断部３の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成する。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての窒素ガスを、マイナス圧(負圧)を利用して、自動的に供給させる。この発明では、上記気体を硝酸イオンを製造する目的から窒素ガスとしたが、目的によって、他の気体(炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガス)を選定する場合も在る。
【００７９】
さらに、上記窒素ガスを切断,粉砕しながら混相流を回転させる。この切断,粉砕は、第１気体せん断部３の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。
【００８０】
すなわち、第１気体せん断部３において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８１】
なお、気液混合循環ポンプ２の運転は、制御部の一例であるシーケンサ３０が出力する制御信号によって制御している。例えば、この実施形態では、シーケンサ３０からの制御信号によって、上記気液混合循環ポンプ２の運転を開始させた後(例えば６０秒が経過した後)に、上記電動ニードルバルブ８を自動的に閉から開にしているので、気液混合循環ポンプ２のインペラが損傷することを防止できる。また、この実施形態では、上記気液混合循環ポンプ２の吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さく(例えば５０％以上かつ８０％以下)としたことで、吐出圧力を高めて、マイクロバブルを安定的に製造している。また、一例として、上記電動ニードルバルブ８の開度を制御して上記第１気体せん断部３でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を備えてもよい。また、この実施形態では、一例として、上記気液混合循環ポンプ２は、吐出量が、毎分１.５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、上記電動ニードルバルブ８からの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下である。この条件によれば、ナノバブルを効率よく発生させることができる。
【００８２】
上記第１気体せん断部３は、内部形状が楕円形であり、高速旋回とせん断の効率が最大となる形状は真円形であり、更に内部摩擦を小さくするために鏡面仕上げとしている。また、第１気体せん断部３の内部に、流体の旋回乱流を制御するために溝深さ０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅０.８ｍｍ以内の溝を複数本設けている。
【００８３】
(ナノバブル発生機１４での第２段階)
上記第１段階後、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２で発生させたマイクロバブルを水配管を通じて第２気体せん断部４に圧送する際、この第２気体せん断部４と第３気体せん断部６においては、さらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これによって、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。この第２気体せん断部４と第３気体せん断部６を構築している理由は、気体せん断部を１段階で構成するよりも、気体せん断部を２段階で構成する方が、ナノバブル量をより多く発生させることができるからである。すなわち、超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルができ、同時に熱を発生することになる。
【００８４】
なお、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６はステンレス製とするのが一般であり、その形状は、楕円形、好ましくは真円形である。また、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６には小孔が開いているが、その吐出口径は、４ｍｍ〜９ｍｍが最適である。
【００８５】
次に、上述した第１段階での高速流体運動について説明する。第１気体せん断部３において、マイクロバブルを発生させるために、まず、「高速流体運動」として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部３の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この気体空洞部に気体としての窒素ガス(炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガスの場合もある)を自給させる。さらに、この気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。回転速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。
【００８６】
また、第１気体せん断部３を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ２が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。よって、第１気体せん断部３を構成する金属の厚みは、６ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が好ましい。
【００８７】
次に、「流体運動としてせん断すること」について説明する。第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６に水配管を通じて圧送する。ここで、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６においては、第１段階の第１気体せん断部３よりもさらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
【００８８】
次に、「負圧形成部分」について説明する。「負圧形成部分」とは、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。上記したように、回転速度は、５００〜６００回転/秒である。また、次に「負圧部」について説明する。この「負圧部」とは、気体液体混合物中で周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。以上が、ナノバブル発生機１４のメカニズムである。
【００８９】
なお、ナノバブル発生機１４を基本的に構成している気液混合循環ポンプ２、第１気体せん断部３、第２気体せん断部４と第３気体せん断部６のセットは、市販されているものを採用できるがメーカーを限定するものではなく、具体的一例では、株式会社 協和機設の商品であるバビダスHYK型(商品名)を採用できる。
【００９０】
また、ここで、３種類のバブルについて説明する。
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【００９１】
(2) マイクロバブルは、その発生時において、１０〜数１０μｍの気泡径を有する微細気泡で、水中で縮小していき、ついには消滅(完全溶解)してしまう。マイクロバブルは、発生後に収縮運動により『マイクロナノバブル』に変化する。
【００９２】
(3) ナノバブルは、マイクロバブルよりさらに小さいバブル(直径が数１００ｎｍ以下)でいつまでも水の中に存在することが可能なバブル、と言われている。
【００９３】
マイクロナノバブルとは、マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルと説明でき、１０μｍから数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。
【００９４】
(第２の実施の形態)
次に、図２にこの発明の超純水製造装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態のナノバブル発生機１４に供給する気体を窒素ガスに替えてオゾンガスにした点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００９５】
この第２実施形態では、オゾンガス配管２７からナノバブル発生機１４へ気体としてオゾンガスが供給される。したがって、この第２実施形態では、超純水配管２１から各ユースポイント１３にオゾンおよびナノバブル含有超純水が供給される。このオゾンおよびナノバブル含有超純水によって、各ユースポイント１３における対象物の殺菌や洗浄をより強力に行うことができる。
【００９６】
また、殺菌に関しては、窒素ナノバブル含有超純水に比べて、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、各機器,配管をより強力に殺菌できる。また、各機器,配管の殺菌に関しては、オゾン水よりもオゾンナノバブル含有水の方がオゾンの持続性があることから、少ないオゾン量で殺菌でき、ランニングコストの低減に役立つこととなる。よって、この実施形態の超純水製造装置によれば、 洗浄能力や殺菌作用が強力で持続性があるオゾンおよびナノバブル含有超純水を各ユースポイント１３に供給できる。
【００９７】
(第３の実施の形態)
次に、図３にこの発明の超純水製造装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生機１４を二次純水タンク１と熱交換器９の間に設置するのではなく、熱交換器９と紫外線殺菌器１０との間に設置した点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００９８】
図３に示すように、この第３実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第３実施形態では、図３に示すように、紫外線殺菌器１０の前段に窒素ガスを利用したナノバブル発生機１４を設置している。この第３実施形態では、硝酸イオンとナノバブル含有超純水と紫外線殺菌器１０の両方で二次純水製造装置内の殺菌を行うことができる。これにより、各ユースポイント１３での対象物の洗浄能力や殺菌能力の向上が図れる。また、殺菌能力の向上が図れるので、紫外線殺菌器１０のランプの点灯本数を削減することができ、ランニングコストの低減に役立つ。
【００９９】
以上がこの実施形態における洗浄や殺菌についての説明であるが、上記窒素ガス利用ナノバブル発生機１４では、熱交換器９の後段かつ紫外線殺菌器１０の前段で、イオン交換ポリッシャー１１内のイオン交換樹脂に影響しない量の硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水を製造させている。
【０１００】
(第４の実施の形態)
次に、図４にこの発明の超純水製造装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、前述の第３実施形態のナノバブル発生機１４へ供給する気体を、窒素ガスに替えてオゾンガスにした点だけが、前述の第３実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、前述の第３実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第３実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０１】
図４に示すように、この第４実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第４実施形態では、紫外線殺菌器１０の前段に、オゾンガス配管２７からオゾンガスが導入されるナノバブル発生機１４が設置されている。つまり、ナノバブル発生機１４が発生するオゾンおよびナノバブル含有超純水が続いて紫外線殺菌器１０に導入される。これにより、殺菌能力の向上を図ることができる。よって、この実施形態によれば、各ユースポイント１３における対象物の殺菌や洗浄を、より強力に実施することができる。また、殺菌に関して、窒素ナノバブルより、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、各機器,配管をより強力に殺菌および洗浄できる。
【０１０２】
また、各機器,配管の殺菌に関して、オゾン水よりも、オゾンおよびナノバブル含有超純水の方が、オゾン持続性があることより、少ないオゾン量で殺菌でき、ランニングコストの低減に役立つこととなる。よって、この実施形態によれば、オゾンおよびナノバブル含有超純水による作用が強力で持続性がある洗浄,殺菌効果が発揮される。また、上述の殺菌能力の向上により、紫外線殺菌器１０のランプの点灯数を削減することもできる。
【０１０３】
(第５の実施の形態)
次に、図５にこの発明の超純水製造装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、前述の第１実施形態のナノバブル発生機１４を二次純水タンク１と熱交換器９との間ではなく、限外ろ過膜１２の後段に設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。つまり、この第５実施形態では、ナノバブル発生機１４は、限外ろ過膜１２の後段に設置した三次純水タンク２５に取り付けられている。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１０４】
図５に示すように、この第５実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第５実施形態では、限外ろ過膜１２からの超純水が三次純水タンク２５に導入される。この三次純水タンク２５には、窒素ガス配管２３Ｂから窒素ガスが導入され、二次純水タンク１と同様、窒素ガスが常時封入されている。そして、この三次純水タンク２５に取り付けられたナノバブル発生機１４には窒素ガス配管２３Ａから窒素ガスが供給され、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水が生成される。なお、このナノバブル発生機１４の第１気体せん断部３,第２気体せん断部４は三次純水タンク２５外に配置され、第３気体せん断部６は三次純水タンク２５内に配置されている。そして、この三次純水タンク２５内で生成された硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水は、ナノバブル洗浄水送水ポンプ２６によって、各ユースポイント１３に供給される。
【０１０５】
この第５実施形態によれば、上記限外ろ過膜１２の後段にナノバブル発生機１４を有するタンク２５設置して、ユースポイント１３に近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、硝酸イオンおよびナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果の向上を期待できる上に、超純水配管２１,２２を洗浄し殺菌する効果の向上も期待できる。
【０１０６】
また、この第５実施形態によれば、三次純水タンク２５およびナノバブル発生機１４を、既存の二次純水製造装置や、新規の市販されている二次純水製造装置に追加設置することが容易である。
【０１０７】
なお、この第５実施形態において、上記三次純水タンク２５を取り去り、上記限外ろ過膜１２と超純水配管２１との間に配管を介してナノバブル発生機１４を接続してもよい。
【０１０８】
(第６の実施の形態)
次に、図６にこの発明の超純水製造装置の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、前述の第２実施形態ではナノバブル発生機１４が二次純水タンク１と熱交換器９との間に設置されているのではなく、限外ろ過膜１２の後段に設置された三次純水タンク２５に取り付けた点が、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第６実施形態では、前述の第２実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、前述の第２実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０９】
図６に示すように、この第６実施形態では、二次純水タンク１は循環ポンプ２４を介して熱交換器９に接続されている。また、この第６実施形態では、限外ろ過膜１２からの超純水が三次純水タンク２５に導入される。この三次純水タンク２５には、窒素ガス配管２３Ｂから窒素ガスが導入され、二次純水タンク１と同様、窒素ガスが常時封入されている。そして、この三次純水タンク２５に取り付けられたナノバブル発生機１４にはオゾンガス配管２７Ｂからオゾンガスが供給され、オゾンおよびナノバブルを含有する超純水が生成される。なお、このナノバブル発生機１４の第１気体せん断部３,第２気体せん断部４は三次純水タンク２５外に配置され、第３気体せん断部６は三次純水タンク２５内に配置されている。そして、この三次純水タンク２５内で生成されたオゾンおよびナノバブルを含有する超純水は、ナノバブル洗浄水送水ポンプ２６によって、各ユースポイント１３に供給される。
【０１１０】
この第６実施形態によれば、上記限外ろ過膜１２の後段にナノバブル発生機１４を有するタンク２５設置して、ユースポイント１３に近い位置で、水質を殆ど悪化させることなく、オゾンおよびナノバブルを含有する超純水を製造している。したがって、ユースポイントでの生産装置や目的対象物に対する洗浄効果と殺菌効果の向上を期待できる上に、超純水配管２１,２２を洗浄し殺菌する効果の向上も期待できる。
【０１１１】
また、この第６実施形態によれば、三次純水タンク２５およびナノバブル発生機１４を、既存の二次純水製造装置や、新規の市販されている二次純水製造装置に追加設置することが容易である。
【０１１２】
なお、この第６実施形態において、上記三次純水タンク２５を取り去り、上記限外ろ過膜１２と超純水配管２１との間に配管を介してナノバブル発生機１４を接続してもよい。
【０１１３】
(実験例)
図１に示す第１実施形態に基づいて実験装置を製作した。この実験装置における二次純水タンク１の容量は１０００リットル(市販のポリエチレン製で装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社)とした。また、熱交換器９の寸法は、０.５ｍ×０.５ｍ×０.２ｍとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社で、単品のメーカーは日阪製作所とした。また、紫外線殺菌器１０の寸法は、０.６ｍ×０.６ｍ×０.２ｍとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンスとした。また、イオン交換ポリッシャー１１は、１００リットルとし装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社とした。また、限外ろ過膜１２は６０リットルとし、装置メーカーは野村マイクロサイエンス株式会社とした。また、ナノバブル発生機１４としては、株式会社協和機設のバビダスＨＹＫ―３２型を採用した。
【０１１４】
そして、この実験装置で製造した硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水を洗浄水の供試体１とし、一般的な従来の二次純水製造装置からの超純水とを洗浄水の供試体２として、ダストを付着させシリコンウエハを洗浄する洗浄比較試験を実施した。この洗浄比較試験の結果、硝酸イオンおよびナノバブル含有超純水である供試体１の方が，一般の超純水である供試体２よりも、３２％だけ洗浄効果が向上していた。
【０１１５】
尚、洗浄比較試験は、次の内容で実施した。すなわち、最初にシリコンウエハをエチルアルコールで洗浄し、超純水でさらに洗浄した。１００ｃｃの超純水に０.１ｃｃのアルミナ微粒子(アルミナ粒径７０ｎｍ以下)を添加して撹拌し、この中に前記シリコンウエハを１０秒間漬けた。そして、前記第１実施形態による実験装置におけるユースポイント１３用に密閉容器(洗浄水の供試体１入り)を予め準備しておいて、この密閉容器の中に前記アルミナ微粒子が付着したシリコンウエハを投入して、約１時間洗浄した。また、同様の作業を一般の超純水製造装置での超純水(供試体２)による洗浄実験を行った。そして、光学顕微鏡でシリコンウエハ表面のダスト(アルミナ微粒子)数を計測し、供試体１で洗浄したシリコンウエハ表面のダスト数と供試体２で洗浄したシリコンウエハ表面のダスト数とを比較したところ、供試体１で洗浄した場合の方が供試体２で洗浄した場合よりも、３２％だけ洗浄効果が向上していた。
【０１１６】
また、上記実験装置による約２ヶ月間の試運転の後、バイパス配管１６を使用した殺菌作業を実施し、二次純水の立ち上がり時間を測定した。その結果、約１時間後に抵抗率、全有機炭素、微粒子、溶存酸素、微生物等の項目が全て元の水質になった。これは、通常の立ち上がり時間と比較して、約１/３であり、約１/３の立上り時間にて殺菌効果を確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】この発明の超純水製造装置の第１実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図２】この発明の超純水製造装置の第２実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図３】この発明の超純水製造装置の第３実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図４】この発明の超純水製造装置の第４実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図５】この発明の超純水製造装置の第５実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図６】この発明の超純水製造装置の第６実施形態の二次純水製造装置を模式的に示す図である。
【図７】一般的な超純水製造装置のブロックフロー図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 二次純水タンク
２ 気液混合循環ポンプ
３ 第１気体せん断部
４ 第２気体せん断部
５ 圧力容器
６ 第３気体せん断部
７ ナノバブル流
８ 電動ニードルバルブ
９ 熱交換器
１０ 紫外線殺菌器
１１ イオン交換ポリッシャー
１２ 限外ろ過膜
１３ 各ユースポイント
１４ ナノバブル発生機
１５、２４ バルブ
１６ バイパス配管
１７ 前処理装置
１８ 一次純水製造装置
１９ 二次純水製造装置
２０ 生産装置
２１、２２ 超純水配管
２３、２３Ａ、２３Ｂ 窒素ガス配管
２４ 循環ポンプ
２５ 三次純水タンク
２６ ナノバブル洗浄水送水ポンプ
２７、２７Ｂ オゾンガス配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が導入される前処理装置と、
上記前処理装置からの処理水が導入される一次純水製造装置と、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機を有する二次純水製造装置とを備えることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給されることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機にはオゾンガスが供給されることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記二次純水タンクと上記熱交換器との間に、上記ナノバブル発生機が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記ナノバブル発生機は、上記熱交換器と上記紫外線殺菌器との間に設置されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜を有し、
上記限外ろ過膜の後段に設置されたタンクまたは配管に上記ナノバブル発生機を設置したことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機は、
上記二次純水タンクの後段で順に設置された気液混合循環ポンプ,第１気体せん断部,第２気体せん断部,第３気体せん断部と、
上記気液混合循環ポンプに接続されたガス配管と、
上記ガス配管に設けた電動ニードルバルブとを有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機が有する上記第１気体せん断部は、内部が、楕円形または真円形構造であり、かつ上記内部が鏡面仕上げとなっていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記第２気体せん断部と第３気体せん断部の形状が、楕円形、または真円形であり、かつ小孔が開いており、この小孔の孔径が４ｍｍ以上かつ９ｍｍ以下であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプを構成する材料の厚みが６ｍｍ以上かつ１２ｍｍ以下であることを特徴とする超純水製造装置
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプを構成する材料が、ステンレス、もしくは樹脂であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開に制御する制御部を有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプは、吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さくしたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１５】
請求項７から１４のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記電動ニードルバルブの開度を制御して、上記第１気体せん断部でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１６】
請求項７から１５のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記第１気体せん断部は、内部に、流体の旋回乱流を制御するための２本以上の溝が形成されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１７】
請求項７から１６のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプは、吐出量が、毎分１５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、
上記電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１８】
原水を順に前処理装置,一次純水製造装置に導入し、
上記一次純水製造装置からの一次純水を、ナノバブル発生機を有する二次純水製造装置に導入することを特徴とする超純水製造方法。
【請求項１】
原水が導入される前処理装置と、
上記前処理装置からの処理水が導入される一次純水製造装置と、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入されると共にナノバブル発生機を有する二次純水製造装置とを備えることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機には窒素ガスが供給されることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機にはオゾンガスが供給されることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記二次純水タンクと上記熱交換器との間に、上記ナノバブル発生機が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜とを有し、
上記ナノバブル発生機は、上記熱交換器と上記紫外線殺菌器との間に設置されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記二次純水製造装置は、
上記一次純水製造装置からの一次純水が導入される二次純水タンクと、
上記二次純水タンクの後段に順に設置された熱交換器,紫外線殺菌器,イオン交換ポリッシャー,限外ろ過膜を有し、
上記限外ろ過膜の後段に設置されたタンクまたは配管に上記ナノバブル発生機を設置したことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機は、
上記二次純水タンクの後段で順に設置された気液混合循環ポンプ,第１気体せん断部,第２気体せん断部,第３気体せん断部と、
上記気液混合循環ポンプに接続されたガス配管と、
上記ガス配管に設けた電動ニードルバルブとを有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプの揚程が４０ｍ以上であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の超純水製造装置において、
上記ナノバブル発生機が有する上記第１気体せん断部は、内部が、楕円形または真円形構造であり、かつ上記内部が鏡面仕上げとなっていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記第２気体せん断部と第３気体せん断部の形状が、楕円形、または真円形であり、かつ小孔が開いており、この小孔の孔径が４ｍｍ以上かつ９ｍｍ以下であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプを構成する材料の厚みが６ｍｍ以上かつ１２ｍｍ以下であることを特徴とする超純水製造装置
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプを構成する材料が、ステンレス、もしくは樹脂であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプの運転を開始させた後に、上記電動ニードルバルブを自動的に閉から開に制御する制御部を有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプは、吐出口の口径サイズを、吸い込み口の口径サイズよりも小さくしたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１５】
請求項７から１４のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記電動ニードルバルブの開度を制御して、上記第１気体せん断部でのマイクロバブルの製造性能を制御する制御部を有することを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１６】
請求項７から１５のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記第１気体せん断部は、内部に、流体の旋回乱流を制御するための２本以上の溝が形成されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１７】
請求項７から１６のいずれか１つに記載の超純水製造装置において、
上記気液混合循環ポンプは、吐出量が、毎分１５リットル以上かつ毎分１２０リットル以下であり、
上記電動ニードルバルブからの吸い込み気体量が、毎分０.３リットル以上かつ毎分１.５リットル以下であることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項１８】
原水を順に前処理装置,一次純水製造装置に導入し、
上記一次純水製造装置からの一次純水を、ナノバブル発生機を有する二次純水製造装置に導入することを特徴とする超純水製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０６８３１（Ｐ２００９−１０６８３１Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０１２７（Ｐ２００７−２８０１２７）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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