JPS63162092A

JPS63162092A - 液体の清浄方法及びその装置

Info

Publication number: JPS63162092A
Application number: JP30776186A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fujii; 敏昭藤井
Original assignee: Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1988-07-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子工業、薬品工業、食品工業、農林所業、
医療、精密１幾械工業等におけるクリーンルーム、クリ
ーンブース、クリーントンネル、クリーンベンチ、安全
キャビネット、無菌室、パスボックス、無菌エアカーテ
ン、クリーンチューブ等において使用される高清浄な液
体、［（ＩＪえは超純水、高純度の薬品類を得る方法及
びその装置澄に関する。

〔技術的背景〕

従来の液体の清浄化方法を′べ子工業における超純水の
製造方法を例に説明する。

電子工業は技術の進歩が著るしく回路等においても高集
積化が加速されている。こうした中で電子工業において
は製品の高品質化、コストダウンにしのき゛を削ってお
り、歩留まりの向上が切実な間；題である。

この歩留まりを左右する大きな因子は、クリーンルーム
内で使用する超純水や薬液中に含まれる微粒子であり、
超純水の水質や薬液の純度が今後の電子工業の発展のキ
ーポイントとなっている。

表−１にＩＣメーカーが純水製造メーカーに出している
純水の仕用の列を、また表２Ｖｒ−ＩＣ製造におけるク
リーンルーム内における各種発塵源における発唱量の列
を示す。

表１表２表−１及び表２から、今後の方向としてＩＣ工業で用い
る液体、即ち、洗浄水又＆ｉ薬液中の微粒子や微生物の
含有量を低ａ度にまで１′氏減する必要のあることがわ
かる。

なお、ＩＣ工業で使用される薬液の例としては次のもの
が・らる。

（１）有機溶剤ニトリクロルエチレン、アセトン、メタ
ノール、ΦシＶン（２）酸　二　弗酸、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、酢酸
、混酸（３）　７　ルカリ：アンモニア水等（４）その他　現像液（レジスト）、過酸化水素等現在
、超、純水を製造する方法としては、一般に原水を濾過
、凝集沈殿法等により前処理した後イオン交換法や膜処
理法（ＲＯ％ＵＦを使用する）により微粒子やイオンを
除去した後、Ｕ’Ｖ殺菌等により微生物を殺菌する方法
が採用されている。

この従来法には、次のよう々欠点がある。

（１）　　微細な粒子例えば１１μｍ又はそれ以下の粒
子の除去が困難である。

（２）膜による微粒子の除去と紫外線による殺菌を別個
に行っている等、システムが複雑で、保守や操作が面倒
でコスト高である。

（３）膜法を併用するので、系内を高圧ポンプで比較的
高圧とするためコスト高となる。

（４）　高圧ポンプを必要とするなめ、振動や憑音があ
り、設置場所が制約を受ける。

（５）　　システム（構成）が複雑かことから、系内か
ら汚染物が流出しやすく、微細な微粒子（例、ＩＩＬ１
μｍ以下）や微生物を低濃度に維持することが困帷であ
る。

（６）現状の方式は、将来の各種産業や工業の発展に必
須である微細な微粒子や微生物を極低ｌｌ！Ｉ度まで除
去した超超純水（現状の超純水を更に清浄にし之超純水
）や薬液類（高清浄な液体）更には洗浄力の強いかつ殺
菌され念該液体類を得ることが困帷と考えられ、改善の
必要がめる。

〔発明の構成〕

本発明者は、これらの問題点と解決するため紫外線及び
／又は放射線を光電子放出材に照射することにより放出
される光ば子で液中の微粒子を荷電させ、該荷電した微
粒子を液体中より除去する液体の清浄化方法及びその装
置を提案し念。

この方法及び装ｅは、高清浄な液体を得るのに効果的で
あるが、特定の分野、用途によっては改善の余地があつ
念。改善に際しては、実用性が一層向上し、実用的によ
り有利な方式となる様に行々う必要がある。

実用性を増すためには、光電子放出材からの光電子の放
出を一層効果的に行なうことや微生物類の殺菌を完全に
行なうこと、一層洗浄力の強い液体を得ることが必要で
ある。

本発明は、本発明者が提案した紫外線及び／又は放射線
照射による液体の清浄化において加熱部を設置して、光
゛電子放出材及び／又はその近傍？加熱し、光電子放出
材からの光電子の放出を促進し、及び／又は加熱された
液体を得る（温度の高い液体の方が洗浄力は強い、又加
熱することで紫外線エネルギーに加え熱エネルギーによ
り殺菌が行なわれ殺菌が完全になる）ものである。

以下、図面に基いて本発明を説明する。

第２図は、半導体工場における超純水供給システムを示
す概略図である。

第１図は、本発明の特徴である、光電子放出材に紫外ｌ
１１！を照射することにより放出される光電子によって
水中微粒子が荷電され、かつ超純水の加熱が行なわれる
、加熱され次光電子放出部（紫外線照射部と光電子放出
部）、及び荷電微粒子の捕集が行なわれる荷電微粒子捕
集部４を示す概略図である。

第２図に基いて説明すると、源水１中の不縄物は、先ず
前処理装置２における凝集や濾過で比較的粗い粒子類が
除去される。次いで、イオン交換塔３でイオン性の比較
的大きい微粒子等が除去される。

次に、第１図に概略図？示す加熱された光電子放出部及
び荷電微粒子捕集部４にて微粒子は荷電され捕集フィル
ターにて微粒子の捕集、除去が行なわれ、加熱超純水５
が得られる。

得られた加熱超純水５は、半導体工場における各々のユ
ースポイント（作業台）６にて使用され、使用後の超純
水の一部は前処理装置２の前部にリサイクルされ、繰り
返し使用される。

加熱され次光電子放出部及び荷電微粒子捕集部４では、
紫外線を照射することにより、水中の微粒子が荷電され
ると共に、ウィルス、バクテリヤ、酵母、カビ等の微生
物類が紫外線エネルギー及び熱エネルギーにより殺菌さ
れ、捕集フィルターにて荷電微粒子（微生物類社、死滅
し、通常の微粒子と同様荷電微粒子となる）を捕集、除
去することにより、殺菌されかつ清浄な加熱超純水５が
得られる。

次に、本発明の特徴である加熱さｎ７ｊ光電子放出部及
び荷電微粒子捕集部４を第１図に基いて説明する。

加熱され次光電子放出部及び荷電微粒子捕集部４は、主
として入口で超純水５ｏを加熱するための加熱ヒータ１
０、紫外線ランプ２ｏ、加熱ヒータが一体化され次光電
子放出材３ｏ及び荷電微粒子捕集用フィルター４ｏから
成る。光電子放出材３０は、加熱ヒータ１０により加熱
された超純水５０により外部から加熱さね、ると同時に
、光電子放出材の内部に一体化さ４念加熱ヒータにより
内部からも加熱され、かつ紫外線ランプ２０により紫外
線照射することにより光電子放出材３０からの光電子の
放出が促進され、超純水５０中の微粒子が効率良く荷電
され、荷電微粒子捕集フィルター４０にて捕集、除去さ
れる。また、同時に前述のように微生物類の殺菌が行な
われ、殺菌クリーンな超純水５が得られる。

入口における超純水５０の加熱は、超純水５０を加熱で
きるものであれば何れでも良く、周知の手段で行なうこ
とができる。′？Ａ１えば、本実施例のような加熱ヒー
タの設置、あるいは外部の加熱源との熱交換により加Ｐ
Ａを行をう手段等を適宜用いることができる。

加熱ヒータが一体化された光１子放出材３０は、光、を
子放出材と加熱ヒータからなる。加熱ヒータは、後述の
光電子放出材又はその近傍を加熱できるものであれば何
れでも良く、周知のものから、装置の構造、使用分野、
光電子放出材の種類、形状等に基いて適宜選択して使用
できる。例えば、平板状、曲面状、棒状、糸状、コイル
状の加熱ヒータを光電子放出材に内蔵させたり、光１子
放出材の表面あるいは表面近傍に設置することにより実
施される。又、加熱ヒータを４の外部に設置し反射面を
利用して、光電子放出材又はその近傍を加熱しても良い
。

このような加熱ヒータは、上記入口の超純水５０の加熱
にも同様に使用できることは言うまでもない。

光電子放出材は、紫外線照射により光電子を放出するも
のであれば何れでも良く、光電的な仕事関数の小さいも
の程好ましい。

効果や経済性の面から、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｙ。

Ｇｄ、　　Ｌａ、　　Ｃ！ｅ、　　Ｎｄ、　　Ｔｈ、　
　Ｐｒ、　　Ｂｅ、　　Ｚｒ。

Ｆｅ、　　Ｎｉ、　　Ｚｎ、　　Ｏｕ、　　Ａｇ、　　
Ｐｔ、　　Ｃ！ｄ、　　Ｐｂ。

Ａｔ、　　Ｃ！、　　Ｍ（ｇ、　　Ａｕ、　　Ｉｎ、　
　Ｂｉ、　　Ｎｂ、　　Ｓｉ。

Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｓｎ、　Ｐ　　のいずれか又はこれら
の化合物又は合金又は混合物が好ましく、これらは単独
で又は二種以上を複合して用いられる。複合材としては
、アマルガムの如く物理的な複合材も用いうる。

例えば、化合物としては酸化物、はう化物、炭化物があ
り、酸化物にはＢａ０　、　８ｒＯ、Ｃ！ａｏ。

ＹＩＯ＠、　　　　Ｇｄ１０３．　　　　Ｎｄ１Ｏ１，
Ｔｈ０１．　　　　Ｚｒ０１．　　　　Ｆｅ２Ｏ２゜Ｚ
ｎＯ、ＣｕＯ、Ａｇ２Ｏ、ＰｔＯ、ＰｂＯ、Ａ４０ｇ。

ＭｇＯ、工ｎｇ０３．　　ＢｉＯ、Ｉｔ）Ｏ、Ｂｏｏな
どがあり、またほう化物にはＹ％　、　　ＧｄＥ＠　、
　　ＬａＢ５　、　　ＣａＢ６　。

ＰｒＥ＠　、　　ＺｒＢ１などがあり、さらに炭化物と
してはＺｒＯ、ＴａＣ、Ｔｉｅ　、　ＮｂＯなどがある
。

また、合金としては黄銅、青銅、リン背銅。

ＡｇとＭｇとの合金（Ｍｇが２〜２０　ｖｒｔ％　）、
ＯｕとＢｅとの合金（Ｅｅ　が１〜１ＯＷｔ係）及びＢ
ａとＡｔとの合金を用いることができ、上記へｇとＭｇ
との合金、ＣｕとＢｅとの合金及びＢａとＡｔ　との合
金が好ましい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱し
なり、或いは薬品で酸化することによっても得ることが
できる。

さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸化層
を形成して長期にわたって安定な酸化層を得ることもで
きる。この例としてはＭｇとＡｇ　との合金を水蒸気中
で３００〜４００℃の温度の条件下でその表面に酸化薄
膜を形成させることができ、この酸化薄膜は長期間にわ
たって安定なものである。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、曲面状
、網状等測れの形状でもよいが、紫外線の照射面積及び
空気との接触面積の大きな形状のものが好ましく、この
ような観点からは網状のものが好ましい。

入口の超純水５０及び加熱ヒータが一体化された光電子
放出材３０又はその近傍の加熱温度は、液体の種類、適
用分野、装置の構造、光電子放出材の材質、期待する効
果、経済性等により適宜選択することが出来る。加熱温
Ｖは、一般に、主に液体の洗浄力を強めるため加熱する
のみであれば、例えば４０〜６０℃でよく高い温ｉｈ必
要とし々い。一方、光電子放出材からの光電子放出を促
進し、洗浄力を更に強め、かつ微生物類の殺菌を完全に
する場合は、比較的高い温度に加熱する必要がある。

図示列における加熱方法は、入口の超純水５０を加熱ヒ
ータ１０により加熱し、また光電子放出材３０内部の加
熱ヒータによる加熱も行なう場合である。加熱方法は、
液体の種類、適用分野、装置の構造、規模、期待する効
果、経済性等により、加熱ヒータ等の周知の加熱手段を
用い、入口の超純水あるいは光電子放出材の加熱のどち
らか一方か、又は両方を適宜選択し、実施できる。

加熱ヒータは、液体流路の外側に（装置の外側）設置し
、反射面を利用して加熱しても良い。

加熱は、本図示例のように両方で行なう形、岬が好まし
い。一般に、液体の加熱温度が比較的低い場合や小規模
の場合はどちらか一方で行ない、液体の加熱温度が高く
、規模が大きく又、光電子放出材から更に光電子の放出
の促進２図る場合は両方で行なう。

加熱温度や加熱方法は、液体の種類等の上記の要素によ
り適宜予備試験等で決めることができる。例えば、図示
例の形態で超純水の場合、入口の超純水を５０℃に加熱
し、光電子放出材を内部の加熱ヒータにより２００℃と
することで、７０〜８０℃の殺菌クリーンな、強い洗浄
力の超純水が得られる。

洗浄力の強い超純水は、ユースポイント６、における超
純水の使用量を低減できる。

紫外線の種類は、その照射により光電子放出材が光電子
を放出しうるものであれば何れでもよいが、殺菌作用を
併せてもつものが好ましい。

適用分野、作業内容、用途、経済性などによシ適宜決め
ることができる。例えば、バイオロジカル分野において
は、殺菌作用、効率の面から遠紫外線を併用するのが好
ましい。

死故し念微生物類を含む荷電されな微粒子は。

荷電微粒子捕集用フィルター４０で捕集、除去される。

該荷電微粒子捕集フィルター４０は、荷電された微粒子
等を水中で捕集、除去出来るものであれば何れでも良ｈ
０通常、イオン交換膜（イオン交換フィルター）、荷電
膜、荷電型限外−過膜が適宜用いられる。

これらの捕集フィルター（膜）の選択は、捕集物質の荷
電状態、濃度、種類、液温や本装置の適用分野構造、効
果、経済性等で適宜法めることが出来る。

捕集フィルター（膜）Ｆｉ、捕集物質の荷電状態、＃度
、種類等に対応して、これらに見合う捕集フィルター（
膜）ｔ−設置すれば良い。

又、一定期間使用すると目詰まりｆｒ、生ずるので、必
要に応じカートリッジ構造とし、圧力損失の検出により
交換するようにすることにより長期間にわたって安定し
た運転が可能となる。

液中の微粒子の荷電方式として、光電子放出材に紫外線
を照射し光電子を放出させて行々う方式について説明し
たが、光電子放出材又はその近傍に電場を形成して光電
子放出材に紫外線を照射することにより、液中の微粒子
をより効率的に荷電させることも出来る。

該電場の強さは、光電子による微粒子の荷電が効果的に
なるように電場を形成すれば良く、装置の形状、規模、
利用分野、光電子放出材料の材質、構造、効果等により
異なる。

該電場は、周知の方法で形成出来る。例えば。

タングステン等の電極と光電子放出材との間に１０ＫＶ
以下、好ましくは５Ｋｖ以下、より好ましくはα５■〜
３ＫＶの電圧を印加することで得られる。

又、本例では、光電子放出材へ紫外線を照射する場合に
ついて説明したが、放射線を照射しても同様に実施し得
る。

放射線を用いる場合の線源も照射により光電子を放出す
るものであれば良く、α線、β線、γ線などが用いられ
、照射手段としてコバルト６０、セシウム１３７、スト
ロンチウム９０などの放射性同位元素、又は原子炉内で
生成する放射性′廃棄物及びこれに適当な処理加工を施
こした放射性物質など適宜利用出来る。

図示例においては、本発明の方式による微粒子等の捕集
、除去にあ之り、前処理装置２において凝集や濾過処理
、イオン交換塔３において比較的大きい微粒子等の除去
を行なっているが、これらの従来の処理法は何ら制限な
く周知の適宜彦方法を選択して用いることが出来る。

又、本方式の実施においては、前述第１図、第２図の電
場無しの形態の他に、電場無しの方式と電場有りの方式
をシリーズ（直列）にして実施することが出来、例えば
電場無しの方式で微細な微粒子の捕集、除去を行ない、
電場有りの方式で極微細な微粒子の捕集、除去を行なう
ように構成し、超微細な微粒子等をかなシ高効率で捕集
、除去を行なうようにしても良い。

本方式の紫外線ランプや光電子放出材の位置は、前述の
第１図、第２図に示す形態の他種々の形態で実施し得る
。

例えば、紫外線ランプ２０は、光電子放出部及び荷電微
粒子捕集部４の装置の外部に設置し、内部の光電子放出
材に照射窓を通して照射を行なっても良い。又、光電子
放出材３０は、液流と同じ方向に４（そ面に活って設置
しても良い。又紫外線ランプ２０ｆｔ荷電微粒子捕集部
４の装置の外部に設置し、反射面や反射板を利用して、
内部の光電子放出材に紫外線を集光しても良い。

従来の処理法の４択や本方式の実施形態は、適用分野、
規模、構造、効果、経済性等で適宜決めることが出来る
。

つぎに実施例を示す。

実施例−１Ｐｇ１図で示した超純水製造器（加熱ヒータ１０ばなし
）を用いて光電子放出材の加熱の有無による効果につい
て調べた。

結果を表３に示す。

ただし、紫外線光源：水銀−キセノンランプ光電子放出
材：黄銅（ヒータを内蔵し、５００℃に加熱が可能）入口液体；通常の方法で得られた純水α５ｔ／分捕集フィルター；イオン交換フィルター萌類：枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　８ｕｂｔｉｌｉｓＡ
ＴＣＣｑｓ７２）大腸菌（Ｆｉｓ、ｈｅｒｉｃｈｉａ　Ｃ！ｏｌｉＡＴＣ
Ｃ１１１０５）の菌液を滅菌蒸留水で適−宜調整して入口液体に添加した。

微粒子の測定は、レーザ型測定器で、又菌類の測定は、
寒天平板？ふ卵器で培養し、発育数を計測することによ
った。

表３悴　；光゛４子放出材を内観ヒータにより５００℃に加
熱。

〔発明の効果〕

１、　光電子放出材又はその近傍を加熱しながら紫外線
又は放射：＠を照射することにより、或いは更に電場に
おいて、該光電子放出材に紫外線又は放射、１５！を照
射することにより、（１］　　光電子放出材からの光電
子放出が促進され液体中の微粒子への荷ｉ！？効率良く
行うことができる。

（２）微粒子への荷ｔを高効率で行いうるので、後流側
に適当な荷ｉｓ子の捕集部列えば荷′ｍ＠を設置するの
みで、高清浄の液体を得ることかできる。

（３）超微細粒子も荷電することにより捕集できるので
、超高清浄空気室（スーパークリーンルーム）で用いる
液体（例、超純水、薬液）が供給出来る。

Ｚ　光電子放出材又はその近傍を加熱することにより、（１）　　液体が加熱され、洗浄力の強い液体とが得ら
れる。

（２）洗浄力が強まるので、洗浄水の使用量が低減出来
る。

（３）洗浄水量が低減出来るので、装置が小型化出来る
。

五　加熱による殺菌作用と、紫外線による殺菌作用によ
り、（１）殺菌が完全に行なわれる。

（２）　　殺菌クリーン々液体が得られる。

（３）　バイオテクノロジー分野の如く微生物の存在が
特に影・響を及ぼす分野において特に有効である。

４、　洗浄力の強い液体が得られ（洗浄水が少量で良い
ので、装置が小型化出来る）、又微粒子の捕集と殺菌が
同一の装置で出来るので、（１）　　システム（構成）
が簡素化され、保守や操作性が良い。

（２）　　コストが低減する。

＆　洗浄力の強い液体が得られること、超微細な微粒子
や微生物を低濃度まで除去出来ること、又システム（構
成）が簡素で系内からの汚染物の流出がないこと等から
将来の各種産業や工業の発展に必要な超超純水のような
高清浄な液体の供給方式として有効な方式である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の加熱された光電子放出部及び荷電微
粒子捕集部を説明するための図面、第２図は本発明を利
用した超純水供給システムを説明するための図面である
。１・・・原水、２・・・前処理装置、３・・・イオン交
換塔、４・・・加熱され九光電子放出部及び荷電微粒子
捕集部、６・・・ユースボイ／ト、１０・・・力ａ熱ヒ
ータ、２０・・・紫外線ランプ、３０・・・加熱ヒータ
内蔵光電子放出材、４０・・・荷電微粒子捕集フィルタ
ー

Claims

【特許請求の範囲】１、紫外線及び／又は放射線を光電子放出材に照射する
ことによつて放出された光電子により液体中の微粒子を
荷電させ、該荷電した微粒子を液体中より除去する液体
の清浄方法において、光電子放出材又はその近傍を加熱
することを特徴とする液体の清浄方法。２、加熱用ヒータにより光電子放出材又はその近傍を加
熱する特許請求の範囲第１項記載の液体の清浄方法。３、電場において、前記光電子放出材に紫外線及び／又
は放射線を照射することにより発生する光電子により、
前記液体中の微粒子を荷電させる、請求の範囲第１項又
は第２項記載の液体の清浄方法。４、前記光電子放出材が、光電的な仕事関数の小さい物
質より成る、請求の範囲第１項乃至第３項記載の液体の
清浄方法。５、前記光電子放出材が網状である、請求の範囲第１項
乃至第４項の何れか１項記載の液体の清浄方法。６、前記電場電圧が、１０ＫＶ以下、好ましくは５ＫＶ
以下、より好ましくは０．５Ｖ〜３ＫＶである、請求の
範囲第３項乃至第６項の何れか１項記載の液体の清浄方
法。７、液体吸入口から液体排出口までの液体流路上に、紫
外線又は放射線照射部、光電子放出部、その加熱部及び
荷電微粒子捕集部を設けてなる液体の清浄装置。８、液体吸入口から液体排出口までの液体流路上に、紫
外線又は放射線照射部、電場、光電子放出部、その加熱
部及び荷電微粒子捕集部を設けてなる特許請求の範囲第
７項記載の液体の清浄装置。