(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のオゾン供給系と該オゾン供給系のオゾンが分流される複数の分岐系と該複数の分岐系のそれぞれに接続された複数のオゾン溶解装置であって該オゾン溶解装置に供給される純水に前記分流されたオゾンの一部分が溶解される複数のオゾン溶解装置と前記一部分の残部を成すオゾンが排出される複数のオゾン排出系とを備えたオゾン水供給装置において、
前記オゾン溶解装置を流れる前記分流されたオゾンの通過抵抗より大きい抵抗を発生させる抵抗発生手段としてオリフィス又は弁を前記複数のオゾン排出系のそれぞれに設けたことを特徴とするオゾン水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、単一のオゾン供給系と該オゾン供給系のオゾンが分流される複数の分岐系と該複数の分岐系のそれぞれに接続された複数のオゾン溶解装置であって該オゾン溶解装置に供給される純水に前記分流されたオゾンの一部分が溶解される複数のオゾン溶解装置と前記一部分の残部を成すオゾンが排出される複数のオゾン排出系とを備えたオゾン水供給装置に関し、特にオゾンの均等分流技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン水供給装置としては、従来、図３に示す如く、単一のオゾン供給系１から供給されるオゾンを例えば２台のオゾン溶解モジュール４、５に分配して供給し、その中を流れる純水にオゾンを溶解させると共に、オゾン排出系６、７から不溶解オゾンを排出するようにした装置が知られている。そして、例えば半導体の洗浄では、圧力１〜２kgf/cm2g程度のオゾン水が必要になるため、オゾン水製造用の純水をその程度の圧力で供給すると共に、この純水にオゾンを溶解させるために、オゾン排出系に背圧弁１２を設け、オゾン溶解モジュール４、５のオゾン側の圧力を０．５〜１kgf/cm2g程度になるようにしていた。
【０００３】
このようなオゾン水供給装置におけるオゾン溶解モジュールでは、オゾンの流れ抵抗は十分小さいものの、その流れ抵抗がアンバランスになると、オゾン供給系から供給されるオゾン量が、それぞれのオゾン溶解モジュール間で不均一に分配されることになった。その結果、純水に対するオゾンの溶解効率が低下し、同じ量のオゾンが供給されても、生成するオゾン水の濃度が低くなったり、濃度維持のために純水供給量を減少させると、オゾン水の供給能力が低下するという問題があった。
【０００４】
なお、オゾン溶解モジュール４、５におけるオゾンの通過抵抗の変動は、それぞれの使用条件が不可避的に異なることによってもたらされるが、その大きな原因の１つは、オゾン溶解モジュールを構成するファイバーのオゾン側空間への水滴の生成・付着であると考えられる。即ち、純水側の圧力を上げるために、オゾンの圧力もある程度上げてバランスを保つようにしているものの、ファイバー内を流れる純水の圧力がオゾンより高いことが多いため、純水のごく微量がファイバー外のオゾン側に透過し、これが水滴となってファイバー外周の各部に付着し、ファイバー間やオゾン排出系を部分的に閉塞させ、オゾンの流れ抵抗になることがある。そして、このような閉塞状態が不規則に生ずるため、並設されたオゾン溶解モジュール毎に、異なったオゾン通過抵抗となって現れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、オゾン水供給系のオゾンを複数のオゾン溶解装置に分流したときのオゾン流量を均等化し、オゾン溶解効率を良好に維持し、オゾン水供給能力の高いオゾン水供給装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、単一のオゾン供給系と該オゾン供給系のオゾンが分流される複数の分岐系と該複数の分岐系のそれぞれに接続された複数のオゾン溶解装置であって該オゾン溶解装置に供給される純水に前記分流されたオゾンの一部分が溶解される複数のオゾン溶解装置と前記一部分の残部を成すオゾンが排出される複数のオゾン排出系とを備えたオゾン水供給装置において、
前記オゾン溶解装置を流れる前記分流されたオゾンの通過抵抗より大きい抵抗を発生させる抵抗発生手段としてオリフィス又は弁を前記複数のオゾン排出系のそれぞれに設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用したオゾン水供給装置の全体構成の一例を示す。
本装置は、単一のオゾン供給系である共通系１、この系のオゾンが分流される複数の分岐系として本例では２系統設けられている分岐系２、３、これらのそれぞれが接続された複数のオゾン溶解装置としてのオゾン溶解モジュール４、５、複数のオゾン排出系として本例では上記と同じ２系統の排出系６、７、抵抗発生手段としてのオリフィス８、９、等によって構成されている。オゾン溶解モジュール４、５では、純水供給系１０から供給される純水に分流されたオゾンの一部分が溶解される。オゾン排出系６、７には、前記一部分の残部を成す未溶解オゾンが排出される。符号１１は排出系を合流させたヘッダー管、１２は背圧弁、１３は排オゾン分解器、１４はオゾン水供給系である。
【０００８】
オゾン溶解モジュール４、５は、それぞれ、純水が導入される胴体４１、５１、その両端の水室４２、５２、図では少数を示しているが実際には多本数配設されているＰＴＦＥの多孔質中空状ファイバーから成る細管４３、５３、オゾン入口４４、５４、排オゾン出口４５、５５、純水入口４６、５６、オゾン水出口４７、５７、等によって構成されている。
【０００９】
オリフィス８は、オゾン溶解モジュール４、５を流れるオゾンの抵抗をＲ1 とすると、これより十分大きい抵抗として例えば５０Ｒ1 程度以上の抵抗を発生させるように定められる。背圧弁１２は、オゾンがオゾン溶解モジュール４、５内で純水中に溶解しやすいようにオゾンの圧力を高めるためのものであり、例えばオゾン溶解モジュール４、５へのオゾン入口圧力が１kgf/cm2gになるように、上記合計抵抗５０Ｒ1 を考慮した（１−５０Ｒ1 ）の値に設定される。即ち、背圧弁１２の上流側の圧力が（１−５０Ｒ1 ）になるように設定される。排オゾン分解器１３は、二酸化マンガン等のオゾン分解用触媒を内蔵していて、未溶解オゾンを分解処理する。
【００１０】
以上のようなオゾン水供給装置は次のように使用される。
共通系１には、電解式オゾン発生装置から発生した１５％程度の高濃度オゾン及び残部を成す酸素から成る混合ガスが一定量供給され、並設された２台のオゾン溶解モジュール４、５に分流される。この混合ガスは以後の流れにおいてもほぼ同程度の比率でオゾンを含有するが、本発明はオゾンに関するので、以下では混合ガス中のオゾンについて説明する。それぞれのオゾン溶解モジュール４、５では、一部分のオゾンとして流入したオゾンのうちの約７５％が細管４３及び５３内を流れる純水中に溶解し、残りの約２５％の未溶解オゾンが排オゾン出口４５及び５５から排出され、オリフィス８、９、ヘッダー管１１及び背圧弁１２を経由して排オゾン分解器１３に入り、酸素に分解される。
【００１１】
図２は、オゾン流量とオゾン通過抵抗及び各部の圧力の関係を例示した図である。横軸Ｘは分岐系のオゾン流量を示し、オゾン発生装置が定格条件で運転されたときの共通系１のオゾン流量を１００％とし、正常運転時における分岐系２、３のオゾン流量をそれぞれ５０％としている。なお、オゾン流量はオゾン溶解モジュールを通過するに従って減少するが、オゾン溶解モジュールやオリフィスの抵抗としては、通過前の流量をベースとして示している。
【００１２】
図中の横軸Ｘ、Ｘ1 及びそれらの上の各曲線Ａ〜Ｅについては以下のとおりである：
Ｘ軸；オゾンの流量を示すと共に、背圧弁１２の設定圧力、従ってその上流側の位置Ｐ1 （図１）の圧力を示し、この例では、曲線Ａ〜Ｃに対しては０．５kgf/cm2g、曲線Ｄ及びＥに対しては０．８kgf/cm2g  としている。
Ｘ1 線；Ｘ軸から圧力０．８kgf/cm2gの線であると共に、それ以上の部分の圧力スケールを１０倍にして表示するための基準線である。
【００１３】
Ａ（実線）；オリフィス８、９の上流側の位置Ｐ2a及びＰ2bの圧力を示し、共通系の１００％流量に対する分岐系２、３の等分流量である５０％流量では、０．８kgf/cm2gである。従って、この流量におけるオリフィスの抵抗としては、Ｘ軸のベース圧力を引いて０．３kgf/cm2 である。なお、上記の如くＸ1 線より上では圧力スケールを１０倍にしている。従って、Ｘ1 線が変曲点になっている。次のＢ、Ｃ線についても同じである。圧力スケールを１０倍にしたのは、線Ａ、Ｂ、Ｃの差を明瞭に表すためである。
【００１４】
Ｂ（鎖線）；オゾン溶解モジュール４が上記５０％流量時に例えば０．００５kgf/cm2 （５ｍｍＡｑ）の正常な抵抗値を持つとしたときのオゾン溶解モジュール４の上流側位置Ｐ3aの圧力を示す。従って、この点Ｂ1 の圧力は、５０％流量では０．８０５kgf/cm2gである。
【００１５】
Ｃ（一点鎖線）；オゾン溶解モジュール５が上記５０％流量時に例えば０．０１kgf/cm2 という通常時の２倍に大きくなった抵抗値を持つとしたときのオゾン溶解モジュール５の上流側位置Ｐ3bの圧力を示す。従って、この点Ｃ1 の圧力は、５０％流量では０．８１０kgf/cm2gである。
【００１６】
Ｄ（二点鎖線）；参考として、オリフィスを備えていない従来のオゾン水供給装置において、オゾン溶解モジュール４が正常な抵抗０．００５kgf/cm2 を持つときの点Ｐ3aの圧力を示す。なお、この条件では、Ｘの基準圧力即ち背圧弁１２の圧力が図において（  ）で示すように０．８kgf/cm2g程度に設定される。従って、５０％流量時には、この点Ｄ1 の圧力は０．８０５kgf/cm2gになっている。なお、この線Ｄ及び次のＥは、Ｘ1 線上の線Ａ〜Ｃと同様にＸ軸から上で１０倍の圧力スケールで示されている。
【００１７】
Ｅ（二点鎖線）；上記条件でオゾン溶解モジュール５が大きい抵抗０．０１kgf/cm2 を持つときの点Ｐ3bの圧力を示す。この場合にも背圧弁１２は０．８kgf/cm2g程度に高く設定されている。従って、５０％流量時には、この点Ｅ1 の圧力は０．８１kgf/cm2gになる。
【００１８】
オゾン系の上記圧力特性において、オゾン溶解モジュール４、５の抵抗が相互に異なっていても、上流側位置Ｐ3aとＰ3bとは同じ共通系１から分岐した分岐系２、３の位置になるので、これらの圧力は同じになる。その結果、オゾン溶解モジュール４側の線Ｂでは、最初の５０％の流量が増加し、点Ｂ1 が圧力上昇した点Ｂ2 位置になり、一方、オゾン溶解モジュール５側の線Ｃでは、最初の５０％流量が減少し、点Ｃ1 が圧力の減少した点Ｃ2 になる。そして、計算によれば、これらの点Ｂ2 、Ｃ2 の圧力は共に圧力０．８０７kgf/cm2g程度になり、それぞれの流量は４９．５％及び５０．５％程度になる。この結果によれば、本発明の適用により、オゾン溶解モジュール４、５に２倍の抵抗差が生じても、各分岐系では±０．５％程度という僅かな流量差が生ずるのみである。
【００１９】
これに対してオリフィスを設けないときの線Ｄ、Ｅでは、上記の場合と同様に、Ｄ1 の点がＤ2 になってＥ1 の点がＥ2 になり、これらの間では、計算上同一圧力約０．８０７kgf/cm2gでそれぞれの流量が５８．６％及び４１．４％になり、それぞれ分岐系２、３の間では、±８．６％という大きな流量差が生ずる。
【００２０】
以上の如く、本発明を適用すれば、オゾン溶解モジュール４、５のオゾンの流れ抵抗に大きなアンバランスが生じても、オゾン流量の差を十分小さくすることができる。即ち、本発明では、背圧弁で圧力を上げて使用するオゾン供給系の特性を巧みに利用し、背圧弁で無駄に昇圧する圧力を小さくし、これによって得られた圧力をそれぞれの分岐系に設けたオリフィスの抵抗として利用することにより、分岐系間のオゾン溶解モジュールの抵抗差に基づく流量差を大幅に均一化することができる。
【００２１】
一方、オゾン溶解モジュールにおけるオゾンの溶解効率は、オゾンの定格流量時の効率を１００％とすると、流量が少なくなっても余り大きくならず、流量が多くなるとそれに対応して低下する傾向になる。その結果、本発明を適用したときの上記オゾン流量５０％±０．５％では、共に５０％のときに較べて合計オゾン溶解量が９９．５％程度以上になるが、本発明を適用しないときのオゾン流量５０％±８．７％では、合計オゾン溶解量が９５％程度まで低下する。従って、本発明の適用により、それぞれの分岐系でオゾン溶解モジュールの抵抗が相当大きくアンバランスになっても、オゾン溶解量を維持し、オゾン水の濃度を常に満足できる範囲内の値に維持することができる。
【００２２】
なお以上では、抵抗発生手段がオリフィスである例について説明したが、抵抗発生手段としては、十分な抵抗を持たせられる各種弁等を使用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、単一のオゾン供給系と複数の分岐系と複数のオゾン溶解装置と複数のオゾン排出系とを備えたオゾン水供給装置において、オゾン溶解装置を流れるオゾンの抵抗より十分大きい抵抗を発生させる抵抗発生手段を複数のオゾン排出系のそれぞれに設けたので、複数のオゾン溶解装置のそれぞれの避け難い運転条件の相違等により、それらの間でオゾンの通過抵抗に大きな差が生じても、排出系においてこれらの抵抗より更に十分大きい抵抗が追加されることになる。その結果、オゾン溶解装置の抵抗と抵抗発生手段の抵抗との合計抵抗としては、それぞれの分岐系間における差の比率が大幅に低下する。
【００２４】
一方、それぞれの分岐系の合流部であり始点である単一のオゾン供給系の圧力は同じであるから、実際には、各分岐系の抵抗差が同じになるように各分岐系に分配されるオゾン流量が変化することになる。そしてこの場合、このような抵抗は通常オゾン流量の二乗に比例するから、各分岐系ごとの合計抵抗を同じにするべく、抵抗差の比率の１／２乗に対応する流量差が発生することになる。そして、本発明により、前記の如く抵抗差の比率が小さくなるようにしているので、流量差の比率は更に小さい値になる。その結果、単一の供給系から分岐系へ流れるオゾン量が十分均等化されることになる。
【００２５】
例えば、分岐系が２系統で単一の供給系を流れるオゾン流量Ｑの半分のＱ／２がそれぞれの分岐系に流れ、そのときの２分岐系のオゾン溶解モジュールの抵抗がそれぞれｒと２ｒであるとし、抵抗発生手段で発生させる抵抗Ｒが５０ｒであるとすれば、それぞれの分岐系の合計抵抗は５１ｒと５２ｒになり、それぞれの分岐系のオゾン流量が変わることによって両分岐系の合計抵抗が同じ値で５１．５ｒになるとすれば、それぞれの抵抗値の変動は約±１％になり、５０％流量に対してはその半分の±０．５％になり、従って流量変動はそのルートで±０．７％になり、ｒ側の流量が５０．７％で２ｒ側の流量が４９．３％になる。
【００２６】
このように、オゾン量が少ない流量差に均等化されると、純水に対するオゾンの溶解量も均等化され、オゾン水濃度を目的とする高濃度に維持することができる。そして、供給能力の高いオゾン水供給装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオゾン水供給装置の全体構成の１例を示す説明図である。
【図２】上記装置におけるオゾン圧力と流量との関係を示す曲線図である。
【図３】従来のオゾン水供給装置の全体構成の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
１              共通系（単一のオゾン供給系）
２、３          分岐系
４、５          オゾン溶解モジュール（複数のオゾン溶解装置）
６、７          オゾン排出系
８、９          オリフィス（抵抗発生手段）
【図１】
0004228164.tif 000002
【図２】
0004228164.tif 000003
【図３】
0004228164.tif 000004