(57)【要約】【課題】オゾンキラーを小型にして十分なオゾン分解能力を得る。オゾンキラー内部でのパーティクル発生が少なくする。【解決手段】ヒータ４３で加熱される銅ブロック４２にＳＵＳ管４１を巻回した構造とすることで、装置体積当りのオゾンガス流路長を大きくし、オゾンキラー出口でのオゾン濃度を下げる。ＳＵＳ管の中間部から窒素ガスを導入することで、ＳＵＳ管内の圧力を上げてオゾン分解能力を向上させる構造、注入する窒素ガスを予備加熱することで、窒素ガスによるオゾン含有ガスの局所的な温度低下を抑え、オゾン分解能力を一層高める構造も含む。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入されるオゾン含有ガスをヒータで加熱して酸素に分解するオゾン分解装置であって、
ヒータで加熱される銅ブロックと、
前記銅ブロックに巻回されて該銅ブロックにより加熱され、前記オゾン含有ガスが導入されるステンレススチール管のオゾンキラー本体とを備えたことを特徴とするオゾン分解装置。
【請求項２】
前記ステンレススチール管の中間部に、管内圧力を上げるために窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項３】
前記窒素ガス導入手段は、導入する窒素ガスによるオゾン含有ガスの温度低下を抑えるために窒素ガスを予備加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のオゾン分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾナイザーで発生したオゾンを液体に凝縮させることで高濃度オゾンを生成するオゾン製造装置に係り、特に使用後のオゾンを元の酸素に分解させるための加熱型オゾンキラー（オゾン分解装置）に関する
【０００２】
【従来の技術】
オゾン（元素記号：Ｏ３）は、強い酸化力を持つため、上下水処理や半導体フォトレジストのアッシング処理など様々な分野で利用されている。オゾンの発生には、工業用のオゾン発生器、いわゆるオソナイザーを用いる。この発生器は放電により酸素ガスからオゾンと酸素の混合ガスを発生させるものである。しかし、常温常圧下で一定濃度（約９体積％）以上のオゾンを含有する混合ガスは爆発の危険性を持つために、一般に発生させる混合ガスのオゾン濃度は数％程度以下に抑えられている。
【０００３】
しかし、強力な酸化源としてオゾンを利用するために、オソナイザーで発生したオゾンを液体に凝縮させてオゾン濃度を高めて利用する方法がある。この液体オゾンの製造装置を利用したものとしては、図７および図８に示す構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７に示す液体オゾン製造装置は、オゾンガスの発生／排気装置１とオゾンを液化する液体オゾン生成装置２から構成されている。同図において、酸素ボンベ３から圧力調整バルブ４を介して酸素ガスがオゾナイザー５に送られる。オゾナイザー５では酸素ガスは無声放電により酸素にオゾンガスが混合されたオゾン含有酸素ガスとなり、流量を制御するためのマスフローコントローラ６およびオゾン含有ガス中の微粒子を除去するための微粒子除去フィルター７を通してオゾンガスを液化する液体オゾン生成装置２に導入される。
【０００５】
液体オゾン生成装置２では、その要部構成を図８に示すように、オゾンガス発生／排気装置１のオゾンガス発生部から導入された酸素ガスにオゾンガスが混合されたオゾン含有酸素ガスが、流量調整バルブ８とオゾン含有酸素ガス導入管２５を介してオゾンチャンバー９に導入される。オゾンチャンバー９は、あらかじめコンプレッサー２１で駆動されている冷凍機２０により冷却されたコールドヘッド１９に熱的に結合されており、温度センサー２４とヒーター２３および温度制御装置２２により０．１Ｋ以内の温度精度で精密に温度を制御可能であり、８０Ｋ〜１００Ｋの低温度に保たれている。
【０００６】
液体オゾン生成装置２における、オゾンガスの液化の原理は、オゾンと酸素の蒸気圧の差によってオゾンガスだけを液化するものである。例えば、１気圧のもとではオゾンは１６１Ｋの沸点であるが、酸素は９０Ｋの沸点を有する。したがって９０Ｋ以上１６１Ｋ未満の温度に冷却すれば、オゾンは大部分が液体、酸素は大部分が気体状態となるのでオゾンだけを液体として分離できる。実際には高濃度オゾンの爆発性に対する安全上から減圧条件で取り扱うので、その際の温度と圧力条件下でのオゾンと酸素の蒸気圧の差で分離条件が決まる。例えば、温度９０Ｋで圧力１０ｍｍＨｇの場合を考えると、９０Ｋではオゾンの蒸気圧はほぼ０ｍｍＨｇだが、酸素は約６９０ｍｍＨｇとなりオゾンだけがこの条件下で液化される。
【０００７】
オゾンチャンバー９では、上記の条件の下に冷却された温度でのオゾンと酸素の蒸気圧の差によってオゾンガスだけを液化する。オゾンガスを液化するときは、酸化処理容器１６との間のバルブ１５を閉じ、オゾンキラー１１につながるバルブ１０を開いた状態とする。
【０００８】
オゾン発生／排気装置１の排気装置は、使用後のオゾンを分解して外部へ排出する。オゾンを分解する方法には活性炭吸着分解法、接触分解法、加熱分解法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図７では、加熱分解法による構成を示し、オゾンチャンバー９に接続されたオゾン排出管２６とバルブ１０を通った液化されない酸素ガスは、若干残留するオゾンガスを外部へ排出させないよう加熱して酸素に変えるオゾンキラー１１に導入され、オゾンキラー１１で加熱された酸素ガスを冷却するためのガス冷却器１２と、真空ポンプ１４からの炭化物などによるオゾンチャンバー９への汚染や混入を防ぐための液体窒素トラップ１３を経て真空ポンプ１４により外部へ排出される。
【００１０】
液化された液体オゾン２７を酸化処理容器１６内で酸化等の使用目的に利用するときは、流量調整バルブ８およびバルブ１０を閉じ、バルブ１５を開く。温度センサー２４とヒーター２３および温度制御装置２２によりコールドヘッド１９に熱的に結合されたオゾンチャンバー９の温度を上昇させることにより、液体オゾンを気化しオゾンガスとしてオゾン排出管２６とバルブ１５を介して酸化処理容器１６内に導入される。
【００１１】
また、安全弁１８は液体オゾンもしくは高濃度のオゾンガスが爆発性を有するので、万一の場合破壊してガスを排出するためのものである。
【００１２】
【特許文献１】
特公平５−１７１６４号公報
【００１３】
【特許文献２】
特公平８−１５５３４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
オゾンは強い酸化能力を持つため、その濃度が増すと人に対して有害なガスとなる。このため、液体オゾン生成装置２で生成したオゾンは、使用後は元の酸素に分解させる必要がある。オゾン自体は熱や分解材により容易に分解する性質があるため、製作の容易な加熱型のオゾンキラー（オゾン分解装置）が一般に用いられている。
【００１５】
従来型オゾンキラーの構造を図９に示す。液体オゾン生成装置より排気されてきたオゾンガスはＳＵＳ（ステンレススチール）製のオゾンキラー本体３１と内部ブロック３２の間の隙間を通って排気ボンプへと流れる。ここで、オゾンキラー本体３１には、温度センサ３３と温度調整器３４とヒータコントローラ３５および加熱ヒータ３６からなる温度制御装置が設けられ、この装置により加熱ヒータ３６が約４００℃程度に温度制御され、上記の隙間を流れている間にオゾンガスを加熱することで、無害な酸素ガスに分解するようになっている。
【００１６】
この構造は、大気圧程度の圧力を持つオゾンを含んだガス内のオゾンを分解するには問題ないが、真空装置に設置した場合は問題が生じる。その理由は、圧力の低下により図１０に示すような分解率の低下が生じるためであり、その結果図１１に示すように出口付近でのオゾン濃度を十分に減少させるのが難しくなる。これに対する方法として、オゾンキラーの本体長を長くする方法や本体−内部ブロック間の隙間を調整する方法があるが、装置が大型化することや加工精度による性能のばらつきが大きい等の問題がある。
【００１７】
また、図１２に示すように、オゾンキラー本体３１の出口側にＳＵＳメッシュ３７を入れる方法もある。この方法では、図１３に示すように装置を大型化することなくオゾン分解能力を高めることができる。しかし、ＳＵＳメッシュ３７部分の劣化が早いことやＳＵＳメッシュからパーティクルが発生し、ポンプを劣化させたり、オゾン生成装置側に逆流して爆発を引き起こす等の問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、上記の課題を解決したオゾン分解装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オゾンキラーとして、加熱される銅ブロックにステンレススチール管を巻回した構造とすることで、装置体積当りのオゾンガス流路長を大きくし、オゾンキラー出口でのオゾン濃度を下げるものである。また、本発明は、ステンレススチール管の中間部から窒素ガスを導入することで、ステンレススチール管内の圧力を上げてオゾン分解能力を向上させる。さらに、本発明は、注入する窒素ガスを予備加熱することで、窒素ガスによるオゾン含有ガスの局所的な温度低下を抑え、オゾン分解能力を一層高める。
【００２０】
以上のことから、本発明は、以下の構成を特徴とする。
【００２１】
（１）導入されるオゾン含有ガスをヒータで加熱して酸素に分解するオゾン分解装置であって、
ヒータで加熱される銅ブロックと、
前記銅ブロックに巻回されて該銅ブロックにより加熱され、前記オゾン含有ガスが導入されるステンレススチール管のオゾンキラー本体とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
（２）前記ステンレススチール管の中間部に、管内圧力を上げるために窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段を設けたことを特徴とする。
【００２３】
（３）前記窒素ガス導入手段は、導入する窒素ガスによるオゾン含有ガスの温度低下を抑えるために窒素ガスを予備加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本実施形態を示すオゾンキラーの構造である。オゾンキラー本体４１は、ＳＵＳ製のパイプを銅ブロック４２に熱伝導性を良好にして巻回した構造とする。銅ブロック４２には、加熱ヒータ４３が埋め込まれ、銅ブロック４２およびオゾンキラー本体４１のＳＵＳ管を設定温度に加熱する。この加熱制御には、銅ブロック４２の温度を検出する温度センサ４４と、この検出温度をフィードバック信号として設定温度と比較する温度調整器４５と、この調整器４５からのヒータ電流制御指令で加熱ヒータ４３の電流を制御するヒータコントローラ４６とを設ける。
【００２５】
以上の構造になるオゾンキラーには、液体オゾン生成装置より入ってきたオゾンガスは加熱されたオゾンキラー本体４１のＳＵＳ管内部で加熱・分解されることにより濃度を減少させて排気ポンプ側に排出する。
【００２６】
図２は、オゾンキラーの大きさを同程度としたときの従来型と本実施形態とのオゾン濃度変化の比較結果を示す。同図で明らかなように、本実施形態では、オゾンキラー本体４１をＳＵＳ製のパイプをリング状に巻回した構造とするため、装置体積当りのオゾンガス流路長を従来型に比べて数倍以上取れるため、オゾンキラー出口でのオゾン濃度を従来型に比べて十分低くすることが可能となる。また、メッシュを用いた従来タイプに比べて、メッシュが不要になるため、多くのパーティクルが発生することが無く、排気配管内をクリーンに保つことができる。
【００２７】
（実施形態２）
図３に本実施形態のオゾンキラー構造を示す。本実施形態では、実施形態１の構造に加えて、オゾンキラー本体４１を構成するパイプ中間に分岐部を設け、この分岐部には流量調整バルブ４７で流量を制御しながら窒素ガスを注入できる構造としている。
【００２８】
図４に本実施形態での圧力分布とオゾン濃度変化を示す。同図から明らかなように、本実施形態では、注入した窒素ガスにより中間部分の圧力のみを上げることにより、ＳＵＳ管内のオゾン含有ガスの圧力を高め、中間部分から出口付近までのオゾン分解能力を向上させ、実施形態１に比べてＳＵＳ管をより短い長さに（オゾンキラーを小型化）して同等のオゾン分解能力を持たせることができる。
【００２９】
なお、分岐部は１箇所に限らず、複数箇所に設けてそれぞれ窒素ガスを注入することで、オゾンキラーの一層の小型化またはオゾン分解能力を一層高めることができる。
【００３０】
（実施形態３）
図５に本実施形態の構造を示す。本実施形態では、実施形態２の窒素ガス注入管の途中に予備加熱ヒータ４８を設け、このヒータ４８の加熱温度をヒータコントローラ４９で調節することで、窒素ガスを所定温度に加熱してからオゾンキラー本体４１に注入できる構造としている。
【００３１】
これにより、窒素ガス注入点付近でのオゾン含有ガスの局所的な温度低下を抑えることができ、図６に示すように、オゾン分解能力を一層高めることができる。換言すれば、同じ分解能力を得るのに、オゾンキラー本体を小型化することができる。
【００３２】
なお、分岐部を複数箇所に設ける場合は、それぞれの箇所での窒素ガス注入点付近の温度を調節する。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、加熱される銅ブロックにステンレススチール管を巻回したオゾンキラーとするため、以下の効果がある。
【００３４】
（１）従来型と同程度、もしくはそれ以下の大きさで十分なオゾン分解能力を得ることができる。
【００３５】
（２）オゾンキラー内部でのパーティクル発生が少なく、排気ラインをクリーンに保つことができる。その結果、高純度液体オゾン生成装置へのパーティクル逆流による爆発が生じにくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すオゾンキラーの構造。
【図２】従来型と実施形態１におけるオゾン濃度変化の比較結果を示す図。
【図３】本発明の実施形態２を示すオゾンキラーの構造。
【図４】実施形態２における圧力分布とオゾン濃度変化を示す図。
【図５】本発明の実施形態３を示すオゾンキラーの構造。
【図６】実施形態３における圧力分布とオゾン濃度変化を示す図。
【図７】液体オゾン製造装置の構成例。
【図８】図７における液体オゾン生成装置の要部構成図。
【図９】従来型オゾンキラーの構造例。
【図１０】オゾンガス圧力によるオゾン分解率の変化特性。
【図１１】従来型オゾンキラー内の圧力分布とオゾン濃度変化特性。
【図１２】従来型オゾンキラー（メッシュ付き）の構造例。
【図１３】従来型オゾンキラー（メッシュ付き）内の圧力分布とオゾン濃度変化特性。
【符号の説明】
４１…オゾンキラー本体
４２…銅ブロック
４３…加熱ヒータ
４４…温度センサ
４５…温度調整器
４６、４９…ヒーターコントローラ
４７…流量調整バルブ
４８…予備加熱ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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