(57)【要約】【課題】比較的単純な構成でありながら、ガス中に付与する水分量を安定して調整できるガスコンディショナを提供する。【解決手段】ガスコンディショナ６０には、ガスが流通するガス流路６１を形成するケース６２と、ガス流路６１に配置されるとともに透水性を有する樹脂部材８０とが設けられる。樹脂部材８０は、水が封入される密閉状の中空体で構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中に水分を付与するガスコンディショナであって、
前記ガスが流通するガス流路を形成するケースと、
前記ガス流路に配置されるとともに透水性を有する樹脂部材とを備え、
前記樹脂部材は、水が封入される密閉状の中空体で構成されることを特徴とするガスコンディショナ。
【請求項２】
請求項１において、
複数の前記樹脂部材を着脱可能に支持する支持部を備えていることを特徴とするガスコンディショナ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記樹脂部材は、筒状の周壁部と、該周壁部の両端をそれぞれ閉塞する閉塞部とを有し、
前記閉塞部は、樹脂材料の融着部によって構成されることを特徴とするガスコンディショナ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
前記樹脂部材は、螺旋状に形成されていることを特徴とするガスコンディショナ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
前記ケースは、金属材料で構成されるとともに、空気の温度が調節される空調空間に配置されることを特徴とするガスコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素ガスを原料としてオゾンガスを発生するオゾン発生装置は、半導体の製造プロセス等に広く用いられている。
【０００３】
この種のオゾン発生装置として、特許文献１には、酸素ガス中に水分を付与する加湿部（ガスコンディショナ）を備えたものが開示されている。具体的に、オゾン発生装置では、酸素ガス源とオゾナイザとの間に加湿部４が直列に接続される。酸素ガス源２から供給された酸素ガスは、加湿部４において極微量な水分が付与され、その後、オゾナイザ９へ供給される。これにより、オゾナイザ９に供給される酸素ガス中の水分量が目標範囲（例えば０．０５〜４０ｐｐｍ）に調整される。このように、酸素ガス中に極微量な水分を付与することで、生成されるオゾンガスのオゾン濃度の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６６９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のようなガスコンディショナでは、ガス中に付与する水をポンプ等によって搬送する必要があった。また、ガスコンディショナによって極微量の水分をガス中に付与する場合、この水温の変化に伴い、ガス中に付与される水分量が大きく変動してしまう。このため、搬送する水の温度管理が必要であった。この結果、ガスコンディショナ、ないしその付帯設備の複雑化を招くという問題あった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目したものであり、比較的単純な構成でありながら、ガス中に付与する水分量を安定して調整できるガスコンディショナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明では、水が封入される密閉状の中空体からなる樹脂部材をガス流路に配置した。
【０００８】
つまり、本発明は、ガス中に水分を付与するガスコンディショナを対象とし、ガスが流通するガス流路を形成するケースと、ガス流路に配置されるとともに透水性を有する樹脂部材とを備え、樹脂部材は、水が封入される密閉状の中空体で構成される。
【０００９】
本発明では、ガス流路を流れるガスが中空体の周囲を流れると、樹脂部材の内部の水が該樹脂部材を透過しガス中に移動する。これにより、極微量の水分をガス中に付与できる。樹脂部材は、水が封入される密閉状の中空体であり、水が適宜供給される構造ではない。このため、水を搬送するポンプなどは不要であり、水の温度管理も必要ない。従って、ガスコンディショナの構成の簡素化を図ることができる。ガス中に付与する水分量は極めて少ないため、樹脂部材の内部の水分の減少速度も極めて小さい。このため、樹脂部材内の水がなくなってしまうまでの期間は十分に長い。
【００１０】
複数の前記樹脂部材を着脱可能に支持する支持部を備えているのが好ましい。
【００１１】
この構成により、ガス流路に配置する樹脂部材の数を簡単に変更できる。樹脂部材の本数を変更すると、ガス中に付与される水分量を調整できる。よって、ガス流量や、目標の水分濃度に応じて、最適な量の水分をガス中へ付与できる。樹脂部材は、支持部に着脱可能に構成されるため、樹脂部材の数の変更や交換も容易である。
【００１２】
樹脂部材は、筒状の周壁部と、周壁部の両端をそれぞれ閉塞する閉塞部とを有し、閉塞部は、樹脂材料の融着部によって構成されるのが好ましい。
【００１３】
樹脂部材の周壁部の両端をそれぞれ融着することで、周壁部の両端の開口を閉塞部（融着部）によって閉塞できる。これにより、水が封入された密閉状の中空体を簡単に製造できる。
【００１４】
樹脂部材は、螺旋状に形成されていることが好ましい。樹脂部材を螺旋状に形成することで、樹脂部材の容積及び表面積を拡大できる。樹脂部材の容積が大きくなると、樹脂部材内の水がなくなるまでの期間を長期化できる。樹脂部材の表面積が大きくなると、１つの樹脂部材においてガス中に付与できる水分量を増大できる。従って、樹脂部材やケースの小型化を図ることができる。
【００１５】
ケースは、金属材料で構成されるとともに、空気の温度が調節される空調空間に配置されるのが好ましい。
【００１６】
ケースを金属材料とすると、ケースの熱伝導率が比較的大きくなる。このため、ケース内のガス温度は、ケース周囲の温度に近づき易くなる。ケース周囲の温度は、空調によって調節可能であるため、ケース内のガス温度を間接的に調節できる。樹脂部材内の水は温度管理されていないため、この水温は、ガス流路のガス温度、ひいてはケース周囲の温度が支配的となる。よって、空調によって樹脂部材内に水温を管理でき、ガス中に付与する水分量を精度よく調節できる。また、ケースを金属材料とすることで、ガス流路のガスの漏れを抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的単純な構成でありながら、ガス中に付与する水分量を安定して調整できるガスコンディショナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態に係るオゾン発生装置の概略の構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係るガスコンディショナの概略の構成図である。
【図３】図３は、実施形態に係る水分付加ユニットの斜視図である。
【図４】図４は、樹脂チューブの端部が固定された状態の固定具を拡大した斜視図である。
【図５】図５は、変形例に係るガスコンディショナの概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２０】
《発明の実施形態》
実施形態に係るガスコンディショナは、オゾン発生装置１０に適用される。図１に示すように、オゾン発生装置１０は、酸素ガス源５から供給される酸素ガスを原料とし、該原料を用いて生成したオゾンガスを所定の供給対象に供給する。酸素ガス源５は、例えば酸素ガスが充填される酸素ガスボンベで構成される。酸素ガスボンベには、例えば９９．９９９９％の高純度の酸素ガスが充填される。酸素ガス中の水分量は、例えば５０ｐｐｂ〜１０００ｐｐｂの範囲である。オゾンガスの供給対象は、例えば半導体製造設備である。
【００２１】
オゾン発生装置１０は、除湿部２７と、装置本体２０を有している。装置本体２０は、主な構成機器として、加湿部６０、放電セル２８、制御部５０、及び電源５１を備えている。なお、除湿部２７を省略した構成としてもよい。装置本体２０は、主なガス流路として、供給路３０を備えている。供給路３０は、装置本体２０の外部から加湿部６０へ至る第１流路３１、及び加湿部６０から放電セル２８へ至る第２流路３２を備えている。
【００２２】
供給路３０の流入端は、酸素ガス源５に接続された除湿部２７に接続される。供給路３０の流出端は、放電セル２８に接続される。除湿部２７は、例えば酸素ガス中の水分を選択的に吸着する吸着式の除湿器で構成される。除湿部２７では、酸素ガス中の水分量が１０ｐｐｂ以下となるように該水分が除去される。つまり、除湿部２７を通過した酸素ガス中の水分量は、実質的にゼロとなる。
【００２３】
第１流路３１には、除湿部２７で水分が除去された後の酸素ガスが送られる。第１流路３１の流出端には、酸素ガスに水分を付与する加湿部６０が接続される。加湿部６０の下流側に位置する第２流路３２は、加湿部６０を通過した酸素ガスを流出させるように構成される。つまり、第１流路３１は、その流入端が除湿部２７に接続し、その流出端が加湿部６０に接続する。第２流路３２は、その流入端が加湿部６０に接続し、その流出端が放電セル２８に接続する。
【００２４】
加湿部６０は、酸素ガス中に水分を付与するガスコンディショナを構成する。加湿部６０は、透水性を有する樹脂チューブ８０内の水をガス中に付与する。加湿部６０で水分が付与された酸素ガスは、第２流路３２へ流出する。なお、加湿部６０で加湿された後の酸素ガスは、例えば３００ｐｐｂ〜２０００ｐｐｂの範囲の水分量を含んでいる。
【００２５】
第１流路３１には、流量調節弁４３が設けられる。流量調節弁４３は、除湿部２７を流出した酸素ガス（即ち、装置本体２０に供給される原料ガス）の流量を調節する。
【００２６】
放電セル２８は、第２流路３２を流出した酸素ガスを原料として、オゾンガスを生成する。放電セル２８は、例えば無声放電によってオゾンガスを生成する無声放電式のオゾン発生器で構成される。放電セル２８で生成したオゾンガスは、所定の供給対象へ供給される。
【００２７】
制御部５０は、電源５１及び流量調節弁４３をそれぞれ制御するように構成される。制御部５０は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス（具体的には半導体メモリ）とを用いて構成されている。なお、流量調節弁４３は、装置本体２０の外部の別の制御部によって制御されてもよい。
【００２８】
例えば制御部５０は、装置本体２０に供給される原料ガスの流量が、目標流量に近づくように、流量調節弁４３の開度を調節する。また、制御部５０は、放電セル２８に交流電圧を印加するように、電源５１を制御する。
【００２９】
〈ガスコンディショナの詳細な構成〉
ガスコンディショナ（加湿部６０）の構成について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。加湿部６０は、ガスが流れるガス流路６１が形成されるケース６２と、該ガス流路６１に設けられる水分付加ユニット７０とを備えている。
【００３０】
ケース６２は、金属材料で構成される。ケース６２は、熱伝導率の高い材料であり、例えばステンレス材料で構成される。ケース６２は、ケース本体６３、フランジ６４、及び閉塞板６５を備える。ケース本体６３は、両端が開口する筒状（厳密には円筒状）に形成される。フランジ６４は、ケース本体６３の軸方向の一端（左端）部に取り付けられ、該一端側の開口を閉塞する。閉塞板６５は、ケース本体６３の軸方向の他端（右端）部に取り付けられ、該他端側の開口を閉塞する。フランジ６４の中央部分には、第１ガス管６６が接続される。閉塞板６５の中央部分には、第２ガス管６７が接続される。例えば第１ガス管６６は、第１流路３１のガスをガス流路６１に流入させるガス流入管を構成し、第２ガス管６７は、ガス流路６１のガスを第２流路３２に流出させるガス流出管を構成する。第２ガス管６７をガス流入管とし、第１ガス管６６をガス流出管としてもよい。
【００３１】
ケース６２は、空調空間Ｓに配置される。空調空間Ｓは、空気調和装置が導入される半導体製造設備に設けられる。従って、この空気調和装置により、空調空間Ｓの空気温度が目標温度に維持される。
【００３２】
図２に示すように、水分付加ユニット７０は、ケース本体６３の内部に配置される。図２及び図３に示すように、水分付加ユニット７０は、第１仕切板７１と、第２仕切板７２と、１本の支柱７３と、複数の樹脂チューブ８０（樹脂部材）とを備えている。
【００３３】
第１仕切板７１及び第２仕切板７２は、円形板状に形成されている。第１仕切板７１及び第２仕切板７２の外径は、ケース本体６３の内径よりも僅かに小さい。従って、第１仕切板７１及び第２仕切板７２は、ケース本体６３に内側に嵌合される。第１仕切板７１は、第１ガス管６６寄りに配置され、第２仕切板７２は、第２ガス管６７寄りに配置される。第１仕切板７１及び第２仕切板７２には、複数の円形の孔７４が軸方向に貫通している。
【００３４】
支柱７３は、第１仕切板７１と第２仕切板７２の間に介設される。支柱７３は、円柱状の長尺の部材である。支柱７３の長手方向の一端は、第１仕切板７１の軸心部に締結される。支柱７３の長手方向の他端は、第２仕切板７２の軸心部に締結される。
【００３５】
フランジ６４と第１仕切板７１との間には、第１ヘッダ空間７５が形成される。閉塞板６５と第２仕切板７２との間には、第２ヘッダ空間７６が形成される。第１仕切板７１と第２仕切板７２との間には、加湿流路７７が形成される。加湿流路７７は、ガス流路６１の一部であり、且つ樹脂チューブ８０を収容する収容室を構成している。
【００３６】
図３に示すように、水分付加ユニット７０は、３つの樹脂チューブ８０を備えている。樹脂チューブ８０の数量は単なる一例である。樹脂チューブ８０は、１つ又は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００３７】
本実施形態の樹脂チューブ８０は、水分を透過する透水性を有する樹脂材料で構成される。例えば樹脂チューブ８０は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素系の樹脂材料で構成される。樹脂チューブ８０は、水が封入される密閉状の中空体で構成される。
【００３８】
本実施形態の樹脂チューブ８０は、螺旋状に形成されている。より詳細には、各樹脂チューブ８０は、螺旋状の周壁部８１と、該周壁部８１の両端を閉塞する一対の閉塞部８２，８２とを備えている。周壁部８１は、第１ガス管６６及び第２ガス管６７の延在方向に沿った軸心を中心として旋回する螺旋状に形成される。換言すると、周壁部８１は、ケース６２の内周面に沿うように旋回する螺旋状に形成される。一対の閉塞部８２，８２は、周壁部８１の長手方向の両端の開口をそれぞれ閉塞している。一対の閉塞部８２，８２は、周壁部８１の両端の開口縁部を熱によって溶融させた後、閉塞させることで成形される。つまり、閉塞部８２は、周壁部８１の両端の開口縁部を融着させた融着部を構成している。これにより、水分が封入された樹脂チューブ８０を容易に製造できる。
【００３９】
図４に模式的に示すように、第１仕切板７１及び第２仕切板７２には、複数の樹脂チューブ８０が着脱可能となっている。つまり、第１仕切板７１及び第２仕切板７２は、複数の樹脂チューブ８０を着脱可能に支持する支持部を構成している。
【００４０】
具体的に、第１仕切板７１及び第２仕切板７２には、樹脂チューブ８０を固定するための固定具９０が設けられる。固定具９０は、径方向に延びる複数の貫通穴９１が形成された円柱状に形成される。固定具９０の基端側には雄ねじ部（図示省略）が形成される。固定具９０の雄ねじ部が、第１仕切板７１や第２仕切板７２に形成したねじ穴（図示省略）に締結されることで、固定具９０が各仕切板７１，７２に固定される。
【００４１】
樹脂チューブ８０の端部の外径は、固定具９０の貫通穴９１の口径よりも僅かに小さい。樹脂チューブ８０の端部を固定具９０の貫通穴９１に差し込むことで、樹脂チューブ８０の端部が固定具９０に固定される。このようにして樹脂チューブ８０の両端をそれぞれ固定具９０に固定することで、樹脂チューブ８０が各仕切板７１，７２の間に保持される。一方、樹脂チューブ８０の両端を貫通穴９１からそれぞれ引き抜くことで、樹脂チューブ８０が各仕切板７１，７２から取り外される。
【００４２】
−運転動作−
オゾン発生装置１０においてオゾンを発生するための運転動作（オゾン発生方法）について詳細に説明する。
【００４３】
オゾン発生装置１０が運転されると、酸素ガス源５の酸素ガスは、除湿部２７を通過する。除湿部２７では、酸素ガス源５からの酸素ガス中の水分を１０ｐｐｂ以下にまで除去する除湿工程が行われる。このため、酸素ガス源５の酸素ガス中に水分がある程度の水分が含まれていたり、この酸素ガスの水分量が変化したりしても、除去工程を得た酸素ガス中の水分量は実質的にゼロとなる。
【００４４】
除湿工程により、水分量が１０ｐｐｂ以下となった酸素ガスは、第１流路３１より、加湿部６０に流入する。加湿部６０では、酸素ガスに水分を付与する加湿工程が行われる（詳細は後述する）。ここで、加湿部６０には、除湿部２７によって水分が実質的にゼロとなった酸素ガスが供給される。このため、例えば酸素ガス源５から供給される酸素ガスの水分量が僅かに変化したとしても、加湿部６０に供給される酸素ガス中の水分量はほぼ変化しない（ゼロのまま）である。このため、加湿部６０の加湿能力に影響を与える外的要因が減るため、第１流路３１から第２流路３２へ供給される酸素ガス中の水分量の変化を抑制できる。
【００４５】
〈加湿工程の詳細〉
上述した加湿工程では、酸素ガスが第１ガス管６６を流れた後、第１ヘッダ空間７５に流入する。第１ヘッダ空間７５の酸素ガスは、第１仕切板７１の複数の孔７４に分流した後、加湿流路７７に流入する。
【００４６】
加湿流路７７では、酸素ガスが複数の樹脂チューブ８０の周囲を流れる。この際、樹脂チューブ８０内の水は樹脂チューブ８０を透過し、酸素ガス中へ移動する。これにより、酸素ガス中に極微量の水分が付与される。水分が付与された酸素ガスは、第２仕切板７２の複数の孔７４に分流した後、第２ヘッダ空間７６で合流する。第２ヘッダ空間７６の酸素ガスは、第２ガス管６７を流れた後、第２流路３２へ送られる。
【００４７】
このような加湿工程では、ケース６２の周囲の空調空間Ｓの空気の温度が空気調和装置によって調節される。ケース６２は、熱伝導率の高いステンレス材料で構成されるため、ガス流路６１を流れるガス温度は、空調空間Ｓの空気の温度に近づく。樹脂チューブ８０は、ガス流路６１に配置されるため、樹脂チューブ８０内の水温は、ガス流路６１を流れるガス温度に近づく。よって、樹脂チューブ８０内の水温が、空調空間Ｓの空気の温度に近づくため、この水温を空気調和装置によって管理できる。従って、樹脂チューブ８０内の水温が大きく変動することがないため、このような水温の変化に起因してガス中に放出される水分量が変化してしまうことを抑制できる。
【００４８】
加湿工程では、樹脂チューブ８０内の水がガス中に付与される際、酸素ガスが樹脂チューブ８０内に透過する。このため、樹脂チューブ８０から水分が放出されても、樹脂チューブ８０の内圧が大きく低下することがない。従って、樹脂チューブ８０の内圧の変化に起因してガス中に放出される水分量が変化してしまうことを抑制できる。
【００４９】
加湿工程では、樹脂チューブ８０から極めて微量の水分がガス中に付与される。このため、樹脂チューブ８０内の水の減少速度は極めて遅く、樹脂チューブ８０内の水がなくなってしまうまでの期間は十分に長い。従って、樹脂チューブ８０を頻繁に交換する必要はない。
【００５０】
〈水分量の調整〉
本実施形態の加湿部６０では、樹脂チューブ８０の数量を変更することで、ガス中に放出される水分量を調整できる。具体的には、水分付加ユニット７０に取り付ける樹脂チューブ８０の数を増やすことで、ガス中に付与される水分量も増大する。例えば処理するガス流量が２倍になったり、目標の水分濃度が２倍になったりした場合であれば、樹脂チューブ８０の数を２倍とする。これにより、単純に樹脂チューブ８０の数を変更するだけで、ガス流量や目標の水分濃度に応じた量の水分をガス中に付与できる。
【００５１】
水分量を調節する手段として、樹脂チューブ８０の数量以外の要因を変更させることもできる。この要因としては、例えば樹脂チューブ８０の厚さ、長さ、大きさ、形状、材質、透水性能などが挙げられる。
【００５２】
−実施形態の効果−
上記実施形態の樹脂チューブ８０は、水が封入される密閉状の中空体で構成される。このため、従来例のように、水を搬送するポンプや、搬送する水の温度を調節するチラーユニットなどが不要となる。この結果、加湿部６０の構成の簡素化を図りつつ、ガス中に付与する水分量を安定して調整できる。
【００５３】
第１仕切板７１及び第２仕切板７２は、複数の樹脂チューブ８０を着脱可能に支持する。このため、加湿部６０では、樹脂チューブ８０の本数を簡単に変更でき、放出される水分量を簡単に調整できる。また、樹脂チューブ８０の交換も簡単である。
【００５４】
樹脂チューブ８０の両端は、樹脂を融着することにより閉塞部８２，８２が構成されている。従って、水が封入された樹脂チューブ８０を簡単に製造できる。
【００５５】
樹脂チューブ８０は、螺旋状に形成されるため、樹脂チューブ８０の容積や表面積を拡大できる。樹脂チューブ８０の容積が大きくなると、樹脂チューブ８０内の水がなくなるまでの期間を長期化でき、樹脂チューブ８０の交換頻度を減らせる。樹脂チューブ８０の
表面積が大きくなると、ガス中に付与できる水分量を増大できる。従って、樹脂チューブ８０、ひいてはケース６２の小型化を図ることができる。
【００５６】
ケース６２は、金属材料で構成されるとともに空調空間Ｓに配置される。このため、樹脂チューブ８０内の水温は、空調空間Ｓの温度が支配的となるので、水温管理を確実に行うことができる。
【００５７】
《実施形態の変形例》
図５に示すように、ケース６２の周囲（一部又は全部）を断熱材９５で覆うようにしてもよい。このようにすると、ガス流路６１のガス温度が、ケース６２の周囲の温度の影響により変化することを抑制できる。これにより、樹脂チューブ８０の水温は、ガス流路６１のガス温度が支配的となる。従って、樹脂チューブ８０内の水温を、ガス流路６１を流れるガス温度によって一定に管理できる。
【００５８】
《その他の実施形態》
上記実施形態では、樹脂部材８０が螺旋状の樹脂チューブで構成されている。しかし、樹脂部材８０は、水が封入される密閉状の中空体であれば、如何なる構造であってもよい。例えば樹脂部材８０は、環状であってもよい。この場合、大径の環状の樹脂部材８０の内側に、小径の環状の樹脂部材８０を配置することもできる。また、樹脂部材８０は、棒状、平板状、円弧状、直方体状などであってもよい。
【００５９】
上記実施形態のガスコンディショナ６０は、対象ガスを酸素ガスとしている。しかし、対象ガスは、これに限られず、例えば窒素ガス、二酸化炭素ガス、空気などの他のガスであってもよい。また、ガスコンディショナ６０がガス中に付与する水は、純水でなくてもよく、他の成分を含んだ水（例えば真水や水道水）であってもよい。
【００６０】
上記実施形態の加湿部６０は、装置本体２０内に設けられているが、加湿部６０を装置本体２０の外部に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明は、ガスコンディショナに関し有用である。
【符号の説明】
【００６２】
６０    加湿部（ガスコンディショナ）
６１    ガス流路
６２    ケース
７１    第１仕切板（支持部）
７２    第２仕切板（支持部）
８０    樹脂チューブ（樹脂部材）
８１    周壁部
８２    閉塞部（融着部）
Ｓ      空調空間
【図１】
2020044514.tif 000003
【図２】
2020044514.tif 000004
【図３】
2020044514.tif 000005
【図４】
2020044514.tif 000006
【図５】
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