(57)【要約】【課題】クリーンルーム内への酸素系ガスや水素ガスの漏出をいち早く検出して、これらのガスの生成を停止させるようにした機能水製造装置を提供すること。【解決手段】純水に未溶解の酸素系ガス並びに電気分解装置で生成した水素ガスを導入して化学反応により水を生成する余剰ガス処理手段と、余剰ガス処理手段の温度を測定する温度センサーと、温度センサーが測定した温度が所定の温度より低い場合に直流電源装置から前記電気分解装置への給電を遮断する電源遮断装置を有している。これにって、水素ガスのリークが生じた場合には、電気分解装置への給電が遮断されて、水素ガスの発生が停止されるので、水素ガスのリークによりクリーンルーム内の気体の組成が変化したり、爆発の危険が防止される。【選択図】図１
2005131554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水を電気分解してオゾンを含む酸素系ガスと水素ガスを生成する電気分解装置と、前記電気分解装置に電力を供給する直流電源装置と、前記電気分解装置の酸素系ガス排出口に配管を介して接続され連続的又は断続的に供給される純水中に酸素系ガスを溶解させるガス溶解手段と、前記電気分解装置及び前記酸素系ガス溶解手段に純水を供給する純水供給手段とを備えた機能水製造装置において、
前記ガス溶解手段において純水に未溶解の酸素系ガス並びに前記電気分解装置で生成した水素ガスを導入して化学反応により水を生成する余剰ガス処理手段と、前記余剰ガス処理手段の温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーが測定した温度が所定の温度より低い場合に前記直流電源装置から前記電気分解装置への給電を遮断する電源遮断装置を有することを特徴とする機能水製造装置。
【請求項２】
前記ガス溶解手段と前記余剰ガス処理手段とを接続する配管には、オゾンガスを酸素ガスに還元するオゾン還元手段が介装されていることを特徴とする請求項１記載の機能水製造装置。
【請求項３】
純水を電気分解して酸素系ガスと水素ガスを生成する電気分解装置と、前記電気分解装置に電力を供給する直流電源装置と、前記電気分解装置の水素ガス排出口に配管を介して接続され連続的又は断続的に供給される純水中に水素ガスを溶解させるガス溶解手段と、前記電気分解装置及び前記水素ガス溶解手段に純水を供給する純水供給手段とを備えた機能水製造装置において、
前記ガス溶解手段において純水に未溶解の水素ガスと前記電気分解装置で生成した酸素系ガスを導入して化学反応により水を生成する余剰ガス処理手段と、前記余剰ガス処理手段の温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーが測定した温度が所定の温度より低い場合に前記直流電源装置から前記電気分解装置への給電を遮断する電源遮断装置を有することを特徴とする機能水製造装置。
【請求項４】
前記電気分解装置の酸素系ガス排出口と前記余剰ガス処理手段とを接続する配管には、オゾンガスを酸素ガスに還元するオゾン還元手段が介装されていることを特徴とする請求項３記載の機能水製造装置。
【請求項５】
前記余剰ガス処理手段が燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の機能水製造装置。
【請求項６】
前記燃料電池の出力電圧が所定の電圧より低い場合に前記直流電源装置からの給電を遮断する電源遮断装置を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の機能水製造装置。
【請求項７】
前記電気分解装置とガス溶解手段とを接続する配管に、逆止弁と水分除去装置を順に介挿したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の機能水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用シリコン基板、液晶用ガラス基板などの電子材料を製造する際の洗浄工程において用いられる機能水を製造する装置に係り、特に、クリーンルーム内で用いるのに適した機能水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスのウエハ洗浄工程では、オゾン水や水素水などのガス溶解水や稀薄薬液が用いられているが、特にオゾン水については溶存ガス濃度がｐｐｍオーダーと稀薄であるにもかかわらず強い酸化力を有し洗浄力が大きいことから広く用いられている。
【０００３】
オゾン水は、純水を電気分解装置で電気分解して隔壁で仕切られた別個の貯溜室にオゾンを含む酸素系ガスと水素ガスを生成させ、ここで生成した酸素系ガスを純水中に溶解させて製造されている（以下、特にオゾン又は酸素を指称するとき以外は、オゾン、酸素、およびこれらの混合ガスを酸素系ガスと称する。）。
【０００４】
酸素系ガスを純水中に溶解させる方式としては、中空糸膜などの多孔質フッ素樹脂膜を用いる方式、エゼクタ方式及び充填塔方式等が一般に用いられている。
【０００５】
超純水中に対する酸素系ガスの超純水に対する飽和溶解度は、ヘンリーの法則により、酸素系ガスの濃度、圧力、超純水の温度が一定である。
【０００６】
オゾン水を製造する場合には、酸素系ガスと同時に生成する水素ガスは不要なため、そのまま、または触媒を通して燃焼させた後、配管で外部に放出している。
【０００７】
水素水を製造する場合も同様であって、水素ガスと同時に生成する酸素系ガスは不用であるため、活性炭を通して全部を酸素に還元させた上で外部に放出している。
【０００８】
一方、電気分解装置は、電解電流値などの仕様が決まっているため、運転中は常時一定量の酸素系ガスと水素ガスとを生成している。
【０００９】
ところで、オゾン水は、長い区間を送水するとオゾンが酸素に分解してしまい濃度が低くなってしまうという問題があり、また長い区間を送水すると配管内面からの微粒子物質の剥離等により送水中に汚染されるという問題もある。
【００１０】
このため、最近では、機能水製造装置はクリーンルーム内の洗浄装置に近い位置に設置されることが多くなってきている。
【００１１】
しかしながら、クリーンルームは当然ながら密閉空間であるため、触媒装置が働かなかったり、配管が損傷したりして水素ガスが漏出した場合には非常に危険である。
【００１２】
また、クリーンルーム内は雰囲気のガス組成も管理されているが、水素ガスや酸素系ガスがクリーンルーム内へ漏出すると、雰囲気内のガス組成が変化してしまうという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、機能水製造装置は、最近、クリーンルーム内の洗浄装置に近い位置に設置されることが多くなってきているが、クリーンルームは密閉空間であるため、触媒装置が働かなかったり配管が損傷したりしてクリーンルーム内に水素ガスが漏出した場合には非常に危険であるという問題があった。
【００１４】
また、クリーンルーム内は雰囲気のガス組成も管理されているため、水素ガスや酸素系ガスがクリーンルーム内へ漏出すると雰囲気内のガス組成が変化してしまうという問題もあった。
【００１５】
本発明は、かかる従来の難点を解消すべなされたもので、クリーンルーム内への酸素系ガスや水素ガスの漏出をいち早く検出して、これらのガスの生成を停止させるようにした機能水製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の機能水製造装置は、純水を電気分解してオゾンを含む酸素系ガスと水素ガスを生成する電気分解装置と、前記電気分解装置に電力を供給する直流電源装置と、前記電気分解装置の酸素系ガス排出口に配管を介して接続され連続的又は断続的に供給される純水中に酸素系ガスを溶解させるガス溶解手段と、前記電気分解装置及び前記酸素系ガス溶解手段に純水を供給する純水供給手段とを備えた機能水製造装置において、前記ガス溶解手段において純水に未溶解の酸素系ガス並びに前記電気分解装置で生成した水素ガスを導入して化学反応により水を生成する余剰ガス処理手段と、前記余剰ガス処理手段の温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーが測定した温度が所定の温度より低い場合に前記直流電源装置から前記電気分解装置への給電を遮断する電源遮断装置を有することを特徴としている。
【００１７】
また、本件特許発明の第２の機能水製造装置は、純水を電気分解して酸素系ガスと水素ガスを生成する電気分解装置と、前記電気分解装置に電力を供給する直流電源装置と、前記電気分解装置の水素ガス排出口に配管を介して接続され連続的又は断続的に供給される純水中に水素ガスを溶解させるガス溶解手段と、前記電気分解装置及び前記水素ガス溶解手段に純水を供給する純水供給手段とを備えた機能水製造装置において、前記ガス溶解手段において純水に未溶解の水素ガスと前記電気分解装置で生成した酸素系ガスを導入して化学反応により水を生成する余剰ガス処理手段と、前記余剰ガス処理手段の温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーが測定した温度が所定の温度より低い場合に前記直流電源装置から前記電気分解装置への給電を遮断する電源遮断装置を有することを特徴としている。
【００１８】
なお、本発明における純水には、純度が非常に高い超純水を含むものとする。  
上記の余剰ガス処理手段としては燃料電池がエネルギー効率の点から適しており、この場合、前述した電源遮断装置の温度センサーに代えて燃料電池の出力電圧を用いて、出力電圧が所定の電圧より低い場合に直流電源装置からの給電を遮断するようにしてもよい。また、電流値、燃料電池内の温度、圧力によっても異常を検知することが可能である。
【００１９】
なお、最近、機能水製造装置が小型化する傾向にあり、電気分解装置とガス溶解手段とを接続する配管も短くなっているので、電気分解装置側からの水分とともに汚染物質が超純水中に混入してくるのを防ぎ、併せて、運転停止時にガス溶解手段側からガスが逆流するのをの防ぐために、電気分解装置とガス溶解手段とを接続する配管に逆止弁と水分除去装置を順に介挿することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、オゾン水や水素水のような機能水の製造装置において、水素ガスのリークが生じた場合には、電気分解装置１への給電が遮断されて、水素ガスの発生が停止されるので、水素ガスのリークによりクリーンルーム内の気体の組成が変化したり、爆発の危険が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に本発明の実施態様について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、この実施例の、クリーンルーム内に設置されたオゾン水製造装置を概略的に示すブロック図である。  
同図に示すように、このオゾン水発生装置は、電気分解装置１、この電気分解装置１に電源スイッチ２を介して給電する直流電源３、電気分解装置１で発生したオゾンガスを含む酸素系ガスを純水に溶解させるオゾンガス溶解装置４、余剰ガス処理手段５、余剰ガス処理手段５の温度を測定する温度センサー６、この温度センサー６の温度が予め設定された設定温度より低くなったとき電源スイッチ２を遮断する電源制御装置７及び配管類から主として構成されている。なお、電気分解装置１とオゾンガス溶解装置４とを接続する配管には、図示を省略した逆止弁と水分除去装置が順に介挿されている。
【００２３】
また、余剰ガス処理手段５は、水素と酸素を反応させる活性炭のような触媒機能を持つ物質を充填した反応装置又は水素を燃料とする燃料電池等からなり、電気分解装置１で発生した水素ガスと、オゾンガス溶解装置４で純水に溶解しなかったオゾンを含む余剰酸素系ガス、化学量論的に足りなくなった酸素を補う空気（酸素ガス）とを化学反応させて水にする装置であり、生成した水（水蒸気）は凝縮装置８の水封用の純水中に吹き込まれてドレンとして放出される。
【００２４】
この実施例においては、電源スイッチ２を閉じると、電気分解装置１は純水供給ライン９によって連続的又は断続的に供給される純水を電気分解してオゾンを含む酸素系ガスを陽極側に、水素ガスを陰極側に生成する。
【００２５】
電気分解装置１で生成したオゾンガスを含む酸素系ガスは、オゾンガス供給配管１０によってオゾンガス溶解装置４に送られ、ここで純水供給ライン９から供給される純水中に、例えば中空糸膜等によって溶解されてオゾン水が生成される。生成したオゾン水は、オゾン水供給ライン１１によって、例えば、図示を省略した半導体製造装置における洗浄装置等に供給される。
【００２６】
一方、電気分解装置１で生成した水素ガスは水素ガス供給配管１２により余剰ガス処理手段５に送られる。また、オゾンガス溶解装置４で純水に溶解しなかった余剰の酸素系ガスも余剰酸素系ガス供給配管１３により余剰ガス処理手段５に送られる。
【００２７】
ここで、送られてきた酸素系ガスと水素ガスとは触媒物質の作用等により反応して水になるのであるが、酸素系ガスは、オゾンガス溶解装置４で純水に溶解しているため、化学量論的に水素が過剰になる。そこで、不足する酸素を補うために、空気が空気取入配管１４から送り込まれ、酸素過剰の状態で水素と、酸素の酸化反応が行われる。反応により生成した水（水蒸気）は、ドレン配管１５により凝縮装置８に送られて凝縮水となり、排水管１６により系外に放出される。
【００２８】
この装置においては、余剰ガス処理手段５では水素と酸素の反応が行われ、かつ電気分解装置１は定格条件で稼働しているため、ほぼ一定の温度が保たれ、この温度は温度センサー６により常時監視されている。
【００２９】
そして、触媒活性の低下、水素ガスのリーク、その他何らかの理由で余剰ガス処理手段５での水素ガスと酸素系ガスの反応が低下し、あるいは反応が停止すると余剰ガス処理手段５の温度が低下し、この温度低下は温度センサー６に検知されて電源制御装置７により電源スイッチ２が遮断されて直流電源３から電気分解装置１への給電が中止され、電気分解装置１における純水の電解が中断されて、水素ガスのクリーンルーム内への漏洩が防止される。
【実施例２】
【００３０】
図２は、この実施例の、クリーンルーム内に設置された水素水製造装置を概略的に示すブロック図である。  
同図において、図１と同一の装置には、共通の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
なお、図を省略したが、この実施例でも電気分解装置１と水素ガス溶解装置４′を接続する配管には、逆止弁と水分除去装置が順に介挿されている。
【００３２】
この実施例においては、電源スイッチ２を閉じると、電気分解装置１は純水供給ライン９によって供給される純水を電気分解してオゾンを含む酸素系ガスを陽極側に、水素ガスを陰極側に生成する。
【００３３】
電気分解装置１で生成した水素ガスは、水素ガス供給配管１２によって水素ガス溶解装置４′に送られ、ここで純水供給ライン９から供給される純水中に溶解されて水素水が生成される。生成した水素水は、水素水供給ライン１１′によって、例えば、図示を省略した半導体製造装置における洗浄装置等に供給される。
【００３４】
一方、電気分解装置１で生成した酸素系ガスは酸素系ガス供給配管１２により余剰ガス処理手段５に送られる。また、水素ガス溶解装置４で純水に溶解しなかった余剰の水素ガスも余剰水素ガス供給配管１２′により余剰ガス処理手段５に送られる。
【００３５】
ここで、送られてきた酸素系ガスと水素ガスとは反応して水になるのであるが、水素ガスの一部は、水素ガス溶解装置４′で純水に溶解しているので、化学量論的に酸素系ガスが過剰になる。この過剰の酸素系ガスは、酸素放出配管１７から酸素ガスとして放出される。反応により生成した水（水蒸気）は、ドレン配管１５により凝縮装置８に送られて凝縮水となり、排水管１６にり系外に放出される。
【００３６】
この装置においても、余剰ガス処理手段５の温度は温度センサー６により常時監視されている。
【００３７】
そして、触媒活性の低下、水素ガスのリーク、その他何らかの理由で余剰ガス処理手段５での水素ガスと酸素系ガスの反応が低下し、あるいは反応が停止すると余剰ガス処理手段５の温度が低下し、この温度低下は温度センサー６に検知されて電源制御装置７により電源スイッチ２が遮断されて直流電源３から電気分解装置１への給電が中止され、電気分解装置１における純水の電解が中断されて、水素ガスのクリーンルーム内への漏洩が防止される。
【実施例３】
【００３８】
この実施例は、余剰ガス処理手段５として燃料電池を使用したものであり、図３はその要部を概略的に示したブロック図である。
【００３９】
この実施例は、実施例１及び実施例２にも適用可能であり、余剰ガス処理手段５の部分を除く他の部分は他の実施例と共通の構成、動作であるので、余剰ガス処理手段５の部分についてのみ説明する。
【００４０】
燃料電池２０には、水素ガス導入管２１、酸素系ガス導入管２２により、それぞれ燃料としての水素と酸素が供給される。酸素系ガス導入管２２には、活性炭処理装置２３が介挿されており、未反応のオゾンガスはここで酸素ガスに還元される。燃料電池２０内の気相の温度、圧力は、それぞれ温度センサー２４、圧力センサー２５により測定され、水素ガスと酸素ガスは反応等量となる量又は酸素ガスがやや過剰となる量だけ、流量調整弁２６、２７で調整されて供給される。
【００４１】
燃料電池２０から出力される電流は、電気ケーブル２８により出力されてシステムの電源の一部として用いられる。
【００４２】
符号２９は、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧計、３０は電流計である。  
この実施例においては、水素水製造システムに適用する場合には、水素水を製造した余剰の水素が、オゾン水製造システムに適用する場合には、電気分解装置１で生成された水素が燃料として燃料電池２０に供給されて発電が行われる。
【００４３】
そして、燃料電池２０の出力電圧、電流値、水素ガスや酸素ガスの流量、燃料電池２０内の気相の温度、圧力等が正規の運転状態のそれと異なる値を示したときには、水素ガスのリークが疑われるため、電解槽１への給電が遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１の構成を概略的に示すブロック図。
【図２】本発明の実施例２の構成を概略的に示すブロック図。
【図３】本発明の実施例３の構成を概略的に示すブロック図。
【符号の説明】
【００４５】
１……電気分解装置、２……電源スイッチ、３……直流電源、４……オゾンガス溶解装置、４′……水素ガス溶解装置、５……余剰ガス処理手段、６……温度センサー、７……電源制御装置、８……凝縮装置、９……純水供給ライン、１０……オゾンガス供給配管、１１……オゾン水供給ライン、１１……水素水供給ライン、１２……水素ガス供給配管、１２′……余剰水素ガス供給配管、１３……余剰酸素系ガス供給配管、１４……空気が空気取入配管、１５……ドレン配管、１６……排水管、１７……酸素放出配管、２０……燃料電池、２１……水素ガス導入管、２２……酸素系ガス導入管、２３……活性炭処理装置、２４……温度センサー、２５……圧力センサー、２６，２７……流量調整弁、２８……電気ケーブル、２９……電圧計、３０……電流計。
【図１】
2005131554.tif 000003
【図２】
2005131554.tif 000004
【図３】
2005131554.tif 000005