(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶液と着目成分の濃度が第１の溶液よりも高い第２の溶液とを多孔質媒体を介して接触させ、拡散により第２の溶液を第１の溶液中へ注入するにあたり、多孔質媒体の一方に第１の溶液を貯留する第１の室を形成し、多孔質媒体の他方に第２の溶液を貯留する第２の室を形成し、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送しその後除圧するに際し、第２の溶液の第１の溶液中への圧注入量と、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送後除圧する際における第２の溶液の第１の溶液への拡散注入量との比を１：１０以上とすることで、第２の溶液を第１の溶液中へ注入することを特徴とする拡散注入法を利用した二液混合方法。
【請求項２】
前記第１の溶液が着目成分を含まない請求項１記載の拡散注入法を利用した二液混合方法。
【請求項３】
前記多孔質媒体の平均孔径が、分画分子量３０００以上で０．２μｍ以下、好ましくは分画分子量１万以上で０．１μｍ以下である請求項１または２記載の拡散注入法を利用した二液混合方法。
【請求項４】
前記多孔質媒体が一端を塞いだ有底円筒形状を有し、有底円筒形状の多孔質媒体の外部に第１の室を形成し、有底円筒形状の多孔質媒体の内部に第２の室を形成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散注入法を利用した二液混合方法。
【請求項５】
前記多孔質媒体が円筒形状を有し、円筒形状の多孔質媒体の外部に第１の室を形成し、円筒形状の多孔質媒体の内部に第２の室を形成するとともに、円筒形状の多孔質媒体の一端を塞いだ請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散注入法を利用した二液混合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着目成分の濃度が異なる二液を混合するための拡散注入法を利用した二液混合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体、液晶等の製造工程で使用する洗浄液として、純水等に微量のアンモニアや硫酸を加えた機能水を使用したいという要望があった。微量のアンモニア水や硫酸溶液等を純水等に加えてアンモニア等を微量含有する混合液すなわち機能水を製造する方法として、通常、純水等と低い濃度のアンモニア水等を準備し、純水等にアンモニア水等を少量加え混合して機能水を得ることが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した二液を混合する方法で、通常は所望の機能水を得ることができる。しかしながら、例えばアンモニア水等に対する純水等の混合比を１／１０００以下と大きくして、アンモニアを微量注入した混合液を得ようとすると、特に全体の液量が少量の場合に、連続式で少量のアンモニアと多量の純水とを混合して混合液を得ることが難しい問題があった。
【０００４】
また、通常二液を混合することで混合液を得ようとする場合、コントロール弁、定量注入ポンプを使用することとなるが、混合比が大きくかつ全体の流量が少量の場合、装置として微小直径の配管を利用しなければならず、そのような配管にはコントロール弁、定量注入ポンプ等を使用できず、二液の混合制御が困難となる問題もあった。
【０００５】
本発明の目的は上述した課題を解消して、特に二液の混合比が大きくかつ全体の液量が少量の場合に有効な拡散注入法を利用した二液混合方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の拡散注入法を利用した二液混合方法は、第１の溶液と着目成分の濃度が第１の溶液よりも高い第２の溶液とを多孔質媒体を介して接触させ、拡散により第２の溶液を第１の溶液中へ注入するにあたり、多孔質媒体の一方に第１の溶液を貯留する第１の室を形成し、多孔質媒体の他方に第２の溶液を貯留する第２の室を形成し、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送しその後除圧するに際し、第２の溶液の第１の溶液中への圧注入量と、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送後除圧する際における第２の溶液の第１の溶液への拡散注入量との比を１：１０以上とすることで、第２の溶液を第１の溶液中へ注入することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、第２の溶液から第１の溶液への注入制御を多孔質媒体を介して拡散で行うことで、混合比が大きくかつ全体の流量が少量の場合でも、連続式で混合液を得ることができる。例えば、第１の溶液の流量が５０００Ｌ／ｈと少量の場合、混合比を１／１０００以下としようとすると第１の溶液の注入量は０．０８３Ｌ／分と微量であり、配管直径は１ｍｍ以下が必要となるので、市販されているコントロール弁、定量注入ポンプ等が使用できない。このような条件で二液を混合させる際、本発明は特に有効となる。
【０００８】
本発明の好適な具体例として、第１の溶液が着目成分を含まないと、ガス溶解水と第２の溶液との間で着目成分の濃度差を大きくでき、多孔質媒体を介した着目成分の拡散をより効果的に行うことができる。一例として、第１の溶液として純水、超純水を使用し、着目成分を含む第２の溶液としてアンモニア水、オゾン水、硫酸水、水素水あるいは炭酸水を使用する場合が挙げられる。
【０００９】
本発明の好適な他の具体例としては、多孔質媒体の平均孔径を、分画分子量３０００以上で０．２μｍ以下、さらに好ましくは分画分子量１万以上で０．１μｍ以下とする。ここで、多孔質媒体の平均孔径が分画分子量３０００未満、さらに好ましくは１万未満では、着目成分の拡散速度が小さく有効な移動量を得るには、多孔質媒体の拡散面積がおおきくなりすぎる場合がある。また、多孔質媒体の平均孔径が０．２μｍを超えると、さらに好ましくは０．１μｍを超えると、着目成分を含む第２の溶液の補給時に起きる第１の溶液側への着目成分の圧移動量が増え、制御値に対する偏差が大きくなり制御精度が低下する場合がある。
【００１０】
本発明では、拡散により第２の溶液を第１の溶液中へ注入するに際し、多孔質媒体の一方に第１の溶液を貯留する第１の室を形成し、多孔質媒体の他方に第２の溶液を貯留する第２の室を形成し、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送しその後除圧することで、第２の溶液を第１の溶液中に注入する。
【００１１】
その際に、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送する際における第２の溶液の第１の溶液中への圧注入量と、第２の溶液を第２の室中に圧力で移送後除圧する際における第２の溶液の第１の溶液への拡散注入量との比を１：１０以上とする。圧入量と拡散注入量との比が１：１０未満では、拡散注入による制御性よりも圧注入による制御性が全体の制御性を決めるものとなり、多孔質媒体を利用した拡散注入法の意味が無くなる場合があるためである。さらに、その際に、多孔質媒体が一端を塞いだ有底円筒形状を有し、有底円筒形状の多孔質媒体の外部に第１の室を形成し、有底円筒形状の多孔質媒体の内部に第２の室を形成するよう構成する。または、多孔質媒体が円筒形状を有し、円筒形状の多孔質媒体の外部に第１の室を形成し、円筒形状の多孔質媒体の内部に第２の室を形成するとともに、円筒形状の多孔質媒体の一端を塞いだ構成とする。いずれの場合も本発明をより好適に実施することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の拡散注入法を利用した二液混合方法を実施する装置の一例を示す図である。図１に示す例において、容器１内に、シール２を介して有底円筒形状のセラミック膜フィルター３を設けている。容器１には、例えばアンモニア、硫酸等の着目成分を含まないあるいはごく微量に含む純水の入口４と出口５を設けている。純水の入口４には純水を容器１内に供給するための供給用配管６を接続するとともに、純水の出口５には純水に着目成分を微量注入した混合液を排出するための排出用配管７を接続し、さらに排出用配管７には混合液の比抵抗および／またはｐＨを測定するためのモニター８を設けている。
【００１３】
有底円筒形状のセラミック膜フィルター３の開口端部には入口９を形成する。この入口９には、例えばアンモニア、硫酸等の着目成分を純水よりは高濃度で含む濃厚液を供給するための供給用配管１０を設け、さらに供給用配管１０には遮断弁１１を設けている。図１に示す装置では、容器１の内部でセラミック膜フィルター３の外側に純水を貯留する第１の室１２を形成するとともに、セラミック膜フィルター３の内側に濃厚液を貯留する第２の室１３を形成している。
【００１４】
図１に示す例において、多孔質媒体となるセラミックフィルター３の平均孔径は、分画分子量３０００以上で０．２μｍ以下、好ましくはそれよりも狭い範囲である分画分子量１万以上で０．１μｍ以下とすることが好ましい。なお、ここでは多孔質媒体の例として例えばアルミナからなるセラミック膜フィルター３を例示したが、接触する液に耐性を有するものであれば何でも使用でき、中空糸膜等の有機膜、金属膜も好適に使用することができる。また、着目成分として、アンモニア、硫酸を例示したが、その他オゾン、水素、炭酸等も好適に使用することができる。
【００１５】
図２は本発明の拡散注入法を利用した二液混合方法を実施する装置の他の例を示す図である。図２に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例において、図１に示す例と異なる点は、円筒形状のセラミック膜フィルター３を使用している点である。そのため、セラミック膜フィルター３の入口９を設けた側と反対側の端部に、シール２を介して出口２１を設けるとともに、この出口２１に接続して排出用配管２２、開閉弁２３を設けている。図２に示す例でも、開閉弁２３を閉じた状態では、図２に示す有底円筒形状のセラミック膜フィルター３を全く同じ動作をする。
【００１６】
次に、上述した装置を使用した二液混合方法について説明する。まず、第１の室１２内に、入口４から出口５に向かって一定の流量（途中で流量を変化させることもできる）で純水を流通させる。この純水の流通は必須ではなく、流通させなくても良いが、流通させた方がより微量の着目成分を含む混合液を得ることができる。この状態で、第２の室１３内に、遮断弁１１の開度をコントロールすることで濃厚液を圧力で移送させる。この時に、セラミック膜フィルター３を透過して濃厚液の一部が圧入により純水側へ注入される。その後、加圧を遮断すると、今度は第２の室１３内の濃厚液はセラミック膜フィルター３を介して拡散により第１の室１２内の純水側へ移動する。
【００１７】
拡散注入される濃厚液の量は、第２の室１３内に供給する濃厚液の濃度および多孔質媒体の拡散面積で制限される。この際、濃厚液を第２の室１３中に圧力で移送する際における濃厚液の純水中への圧注入量と、濃厚液を第２の室１３中に圧力で移送後除圧する際における濃厚液の純水への拡散注入量との比を１：１０以上とすることが好ましい。つまり、拡散面積を充分に取って置き、濃厚液の供給頻度を調節した拡散注入することが好ましい。その注入の１サイクルの状態を図３に示す。
【００１８】
第２の室１３内の濃厚液濃度が拡散で減少したときは濃厚液を補給する。この濃厚液の補給では、第２の室１３内にある着目成分の濃度が低下した濃厚液をセラミック膜フィルター３を介して第１の室１２内の純水側へ圧入する（図１の装置の場合）か、開閉弁２２を開けてセラミック膜フィルター３に接続した排出用配管２３から排出する（図２の装置の場合）。セラミック膜フィルター３への濃厚液の補給は、開閉速度０．１秒以下の開閉弁２２を使用して間欠的に行う。弁の開閉速度は、濃厚液が圧注入される場合に制御値からのズレに影響し、開閉速度０．１秒以上の弁を使用すると制御精度が低下するので、電磁弁のような開閉速度の短いものを用いることが好ましい。この開閉制御は、排出用配管７に設けたセンサにより混合液の濃度を検知し、連結した制御装置からの開閉信号によって行うよう構成することが好ましい。
【００１９】
実際に、図１に示す構成の装置を用いて本発明の拡散注入法を用いた二液混合方法に従い、アンモニアを微量含むアンモニア水（目標とするアンモニア水の比抵抗値：０．１５±０．０５ＭΩ・ｃｍ）を製造した。その際、二液のうちの一方の液体として濃度５％のアンモニア水を使用するとともに、他方の液体として超純水を使用した。アンモニア水の圧入時の圧力は０．２５ＭＰａとするとともに、超純水の供給は流量を１０→５→１→５→１０Ｌ／分の間で変化させ、圧力を０．２ＭＰａとして供給した。アンモニア水供給のサイクルの制御は、処理水として得られたアンモニアを微量含むアンモニア水の比抵抗値をモニターで観察し、０．２０ＭΩ・ｃｍになったらアンモニア水を供給し、０．１９ＭΩ・ｃｍ以下で供給を停止する方法でＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、圧注入を起こし、その後は拡散注入させた。セラミック膜フィルターとしては分画分子量１万の平均孔径のものを使用した。以上の条件でアンモニアを微量含むアンモニア水を製造したところ、目標とする低濃度のアンモニア水を連続して得ることができた。その結果を図４に示す。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第２の溶液から第１の溶液への注入制御を多孔質媒体を介して拡散で行っているため、混合比が大きくかつ全体の流量が少量の場合でも、連続式で混合液を得ることができる。例えば、第１の溶液の流量が５０００Ｌ／ｈと少量の場合混合比を１／１０００以下としようとすると第１の溶液の注入量は０．０８３(Ｌ/分)と微量であり、配管直径は１ｍｍ以下が必要となるので、市販されているコントロール弁、定量注入ポンプ等が使用できない。このような条件で二液を混合させる際、本発明は特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡散注入法を利用した二液混合方法を実施する装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の拡散注入法を利用した二液混合方法を実施する装置の他の例を示す図である。
【図３】本発明における注入の１サイクルを示す図である。
【図４】本発明において超純水へアンモニア水を拡散注入した場合の実験結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  容器、２  シール、３  セラミック膜フィルター、４  入口、５  出口、６供給用配管、７  排出用配管、８  モニター、９  入口、１０  供給用配管、１１  遮断弁、１２  第１の室、１３  第２の室、２１  出口、２２  排出用配管、２３  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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