CN101389387B - 特定气体的浓缩、稀释装置以及特定气体的浓缩、稀释方法 - Google Patents

特定气体的浓缩、稀释装置以及特定气体的浓缩、稀释方法 Download PDF

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Abstract

特定气体的浓缩、稀释装置以及特定气体的浓缩、稀释方法，其中，在1个臭氧浓缩小室内，形成能够从臭氧化氧气中使臭氧选择性地结露或使氧气选择性地透过而被排出的冷却温度范围的部分和能够使结露的臭氧蒸气化的温度范围的部分，使结露的臭氧借助流体的流动或重力作用，移动至能够使上述结露的臭氧蒸气化的部分，使其蒸气化，由此可以使臭氧化氧气更高浓度化。填充于臭氧浓缩小室11、12内的结露、蒸气化粒子材料13为球形且侧面成为具有多个平面的特殊形状或是能够使臭氧气中的氧气选择性地透过的氧透过膜130。

Description

特定气体的浓缩、稀释装置以及特定气体的浓缩、稀释方法
技术领域
本发明涉及一种能够从含有多种气体的气体中选择性地只使特定气体结露或者使特定气体以外的气体选择性地透过，从而对该特定气体进行浓缩或稀释的装置和方法。特别是涉及这样一种特定气体的浓缩、稀释装置及方法，该装置的结构简单，只有1个小室(chamber)，该方法不需要多个浓缩工序、取出工序，只使特定气体选择性地结露或者使特定气体以外的气体选择性地透过，在小室的稀释气体取出部形成稀释气体，同时，使结露的液体借助重力而移动至小室下部的浓缩气体取出部并气化，从而在小室的浓缩气体取出部中形成浓缩气体，从小室的2个气体取出部连续地分开成浓缩的气体和稀释的气体并分别地将其取出。 
背景技术
作为以往的对于含有多种气体的气体，只对特定气体进行气体浓缩、稀释的装置，可列举出臭氧浓缩装置、NOx或者氟利昂(フロン)除去装置、CO2除去装置等。在以往的这种装置的技术中，有这样一种装置，即，只将特定气体冷却，使其迅速液化和吸附到硅胶等吸附剂上，在其后续工序中，将液化的和吸附在吸附剂上的气体物质加热，通过蒸发和脱附作用，使其再次气化，由此使特定气体高浓度化。现在人们正在研究把通过使用这种装置而高浓度化的气体用于半导体制造装置的化学反应气体，适用于制造更高质量的半导体的技术，或者通过热或催化剂反应来使高浓度化后的有毒气体无害化等环境改善技术。 
作为以往的对特定气体进行高浓度化或稀释化的装置的第1例，有这样一种装置，即，通过将约10％(220g/Nm3)以下的用臭氧发生 器发生的臭氧化(氧90％-臭氧10％)气体供给到已冷却至80K(-193℃)～100K(-173℃)的小室中，只让臭氧气液化，在下一个工序中，用排气装置部使小室内的气体部形成真空状态，然后在再下一个工序中用加热器等高温化手段将已液化的臭氧气加热至温度128K(-145℃)～133K(-140℃)附近，由此使原先成为真空的气体部成为相当于臭氧的蒸气压的50Torr(53hPa)～70Torr(100hPa)的100％臭氧气，进而将该蒸气化后的臭氧取出。(例如参照专利文献1)。 
作为以往的对特定气体进行高浓度化或稀释的装置的第2例，有这样一种装置，即，将在臭氧发生器中发生的臭氧化气体供给到填充有吸附剂而且冷却至低温(-60℃)的小室中，吸附剂只吸附臭氧气(吸附工序)，在下一个工序中，利用排气装置部对小室内的气体部进行真空脱气，然后在再下一个工序中，将吸附在吸附剂上的臭氧气用加热器等高温化手段加热至0度附近，由真空状态的吸附剂部将100Torr(53hPa)左右的95％臭氧气按照500cc/min左右的流量进行浓缩并取出(脱附工序)(例如参照专利文献2)。 
另外，该专利文献2中还记载，因为将浓缩的臭氧气连续地取出，将上述填充有吸附剂的小室设置为3个小室，按照时间共变系列将吸附工序和脱附工序交替进行，而且通过设置缓冲罐，可以稳定地供给高浓度的臭氧化气体。另外，通过向上述缓冲罐中供给浓缩的臭氧气和氧气等，可以供给臭氧浓度为30～95％的臭氧化气体。 
另一方面，在半导体制造领域中，为了实现更高集成化的半导体，开发竞争正在剧烈地进行，例如，在硅晶片的氮化膜上形成有硅氧化膜的不挥发性半导体记忆装置(不挥发性记忆)制造工序中，作为在控制门电极和浮动(フロ一テイング)门电极上形成2nm左右非常薄的氧化膜，而且作为能够抑制层间的漏电流的氧化膜形成手段，有人提出了通过使用不含氧和臭氧以外的杂质的20％(440g/Nm3)以上的超高纯度臭氧化气体和利用紫外线照射或等离子体放电所引起的低温氧化化学反应来形成品质优良的氧化膜，从而实现能够满足上述膜厚和抑制漏电流的规定的氧化膜(例如参照专利文献3)。 
在半导体制造领域中，为了达到高集成化，很重要的一点是形成品质优良的氧化膜。因此，能够大量地且经济性良好、安全地连续供给20％(440g/Nm3)以上的超高纯度臭氧化气体，也就是高浓缩臭氧气体的技术就受到人们的重视。另外，作为以往的特定气体的高浓度化或稀释的装置的利用领域，有NOx气体、氟利昂(フロン)气体除去装置和CO2气体除去装置。该NOx、氟利昂、CO2气体除去装置，需要经过下述多个工序才可以达成，所说工序中，作为第1工序处理，将含有NOx、氟利昂、CO2气体的气体在低温状态下、或者通过施加压力，使其吸附在吸附剂上，然后，在第2工序中，通过在高温状态、或者减压状态下使其脱附，在第3工序中，对脱附的NOx、氟利昂、CO2气体用热、化学反应、催化剂化学反应将其分解除去。 
作为这些以往的NOx气体除去装置的例子，有人提出通过使从燃烧废气中出来的NOx气体与氧化金属物质接触来使NOx气体吸附在氧化金属物质上，从而将燃烧废气中所含有的NOx气体除去(NOx气体的稀释装置)的方案(例如参照专利文献4)。进而，作为以往的特定气体的高浓度化或稀释的装置的利用领域，有CO2气体除去装置。关于该CO2气体除去装置，有人提出了通过使含有二氧化碳气的废气吸附在多孔质管上来从废气中除去CO2气体的装置(例如参照专利文献5)或是利用风扇使含有二氧化碳气的室内空气与二氧化碳气吸附薄片接触，以便使二氧化碳气吸附在二氧化碳气吸附薄片上，由此使室内的空气净化(CO2气体的稀释装置)的装置(例如参照专利文献6)。如上所述，被NOx、CO2气体除去装置吸附的NOx、CO2气体，若对氧化金属物质的表面加热或发生放电，则氧化金属物质的表面活化，在氧化金属物质的表面促进催化化学反应等，还原为N2气或者发生氨化、碳化、甲烷化等，上述文献在这些方面贡献了高效的处理技术。 
(专利文献1)特开2001-133141号公报 
(专利文献2)特开平11-335102号公报 
(专利文献3)特开2005-347679号公报 
(专利文献4)特开平6-15174号公报 
(专利文献5)特开2000-262837号公报 
(专利文献6)特开平11-244652号公报 
(专利文献7)特开2004-359537号公报(专利3642572号) 
(专利文献8)特开平9-208202号公报 
(非专利文献1)H2.7.17三秀书房发行《オゾンを中心とした高度净化处理技术》(P.48、49) 
本发明的技术在上述任一篇现有技术文献中均没有公开，因此可以确信，本发明具有新颖性和创造性。特别是关于封入结露、蒸气化用粒子材料的小室、形成气体透过部件(膜)的小室的结构没有公开过。另外，关于通过将该小室的上部侧用冷却器进行低温化，以便使特定气体选择性地在上述粒子材料的表面结露，或是使特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件(膜)，利用在上述小室的下部侧被加温的上述粒子材料来使原先在气体透过部件(膜)表面上结露的气体蒸气化，从而使特定气体浓缩的装置以及浓缩方法，这些浓缩装置和浓缩方法在任何文献中均没有公开过。 
以往，关于将作为特定气体的臭氧化气体浓缩的技术，如专利文献1、2所示，在第1工序中，通过将在臭氧发生器中发生的臭氧气冷却，使其液化或者吸附在吸附剂上，在第2工序中，将不能吸附的气体抽排至达到真空，然后在第3工序中，将液化或吸附的气体加热，获得100％臭氧或者95％的高浓缩臭氧气。在这种浓缩装置中，由于将3个工序的操作处理交替进行，因此使系统复杂化，每个工序中管线切换的压力控制、流量控制或阀门控制都非常复杂，装置总体积变得很大，装置成本也提高等，这些都是存在的问题。 
另外，在由臭氧发生器发生的臭氧气中所含有的杂质气体，通过臭氧的液化和吸附工序而作为杂质液体贮存在液化容器中，必须定期地除去该杂质液体，或者这些杂质气体被吸附剂吸附而残留下来，成为使臭氧吸附的性能劣化的原因。 
在将液化的臭氧液或吸附于吸附剂上的臭氧加热以使其蒸气化时，如果加热过快，则会由于臭氧液或吸附的臭氧急剧地蒸气化或脱附化，导致气体压力急剧提高而有爆炸的危险。
由于要避免急剧蒸发或脱附化，而且必须在低压力状态下进行蒸发、脱附化操作，因此不能提高所获浓缩臭氧气体的流量或是只能供给低压力的浓缩臭氧化气体，这是存在的问题，另外，在半导体制造领域中不能批量生产处理(成批处理)，或是在晶片处理小室中不能均等地将浓缩臭氧化气体分散化等，这些也是存在的问题。进而，当液化到达规定的体积，或者当在吸附剂上吸附的臭氧量一旦接近100％臭氧吸附容量时，在臭氧发生器中发生的臭氧气仍会继续流入液化小室或者吸附小室中，导致不能液化的气体或不能吸附的臭氧气通过排臭氧装置排放，这样就不能有效地浓缩臭氧气，这是存在的问题。 
以往，在通过除去属于特定气体的NOx、CO2气体来使废气或室内空气净化(特定气体的稀释化)的技术中，当吸附剂上的吸附量一旦达到饱和时，就必须进行吸附剂的再生或者将吸附剂更换等，这些是存在的问题。另外，当通过热或放电等在氧化金属物质的表面上进行催化化学反应等，来使吸附的属于特定气体的NOx、CO2气体进行还原为N2气或氨气化或者发生碳化、甲烷化等处理时，存在不能有效进行处理等问题。 
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而研究的，其目的是要提供一种只用1个装置和1个工序处理就可以连续地进行特定气体的浓缩化和稀释化的装置以及方法。另外，本发明的目的还在于，提供一种对于所能供给的浓缩化的气体量、压力、浓缩度均可以容易地控制的，安全性和紧凑性均优良，且价格便宜的装置。 
本发明的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，该装置具备特定气体浓缩系统和气体供给、取出系统，其中，所说的特定气体浓缩系统包括小室和使供给到小室内的气体冷却至规定低温的冷冻机，在所述小室内部封装有能够使特定气体选择性地结露的结露、蒸气化用粒子材料或者装有能够使特定气体以外的气体选择性地透过的气体透过部件，而所说的气体供给、取出系统具有用于向上述小室中供给 含有多种气体的混合气体的供给口、用于将稀释特定气体后的气体取出的稀释气体取出口以及用于将浓缩特定气体的气体取出的浓缩气体取出口；供给到上述小室内的上述气体的上述稀释气体取出部，通过用上述冷冻机进行低温化，使特定气体选择性地在上述粒子材料或者上述气体透过部件的表面上结露，或是使特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件，由此可以实现上述特定气体的稀释化，而供给到上述小室内的上述气体的上述浓缩气体取出部，通过将上述浓缩气体取出部的周围加温，使上述粒子材料或在气体透过部件表面结露的气体蒸气化，由此可以实现上述特定气体的浓缩化，如此可以从上述小室的稀释气体取出部连续地取出上述特定气体的稀释气体，另外，从上述小室的浓缩气体取出部连续地取出上述特定气体的浓缩气体。 
另外，本发明的特定气体的浓缩、稀释方法是从含有多种气体的气体中只将特定气体浓缩化或者稀释化的方法，其特征在于，该方法中，所具备的气体供给、取出系统具有下述功能：将在气体浓缩、稀释用的小室中封入有用于使特定气体结露和蒸气化的粒子材料、或者装入有可让特定气体以外的气体选择性地透过的气体透过部件、冷却上述小室内的气体的功能；向小室内引入含有上述多种气体的特定气体、将特定气体稀释了的气体取出、以及将特定气体浓缩了的气体取出的功能；包括通过向上述小室导入含有上述多种气体种的特定气体的步骤，将上述小室内的气体冷却，在结露、蒸气化用粒子材料或者上述气体透过部件表面，只让上述特定气体选择性地结露、让特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件，由此在上述小室的稀释气体取出部中实现上述特定气体的稀释化的步骤，一边使在上述粒子材料的表面上结露的液体借助重力流入小室的下部，一边通过对小室的上述浓缩气体取出部的周围加温，使上述粒子材料表面上结露的气体蒸气化，从而在上述小室的上述浓缩气体取出部中实现上述特定气体的高浓缩化的步骤，从上述小室的稀释气体取出部连续地取出特定气体的稀释气体，而且从上述小室的浓缩气体取出部连续地取出特定气体的浓缩气体。 
另外，本发明的特定气体的浓缩、稀释方法，其特征在于，在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置中，在上述小室的稀释气体取出部的气体取出口以及浓缩气体取出部的气体取出口中的任一处，设置用于控制上述小室内压力的自动压力调节器(APC)以及用于控制从上述小室中取出的气体流量的流量控制器(MFC)中的任一种，同时，通过上述自动压力调节器(APC)，将上述小室内压力自动控制在规定压力，而且，借助上述那些措施来从上述小室的稀释气体取出部取出上述特定气体的稀释气体，用上述流量控制器(MFC)设定从上述小室取出的流量，以便能够自动地设定当将上述特定气体的浓缩气体连续地取出到外部时的浓缩气体的浓度和流量。 
另外，本发明的特定气体的浓缩、稀释方法，其特征在于，在上述小室内装有上述气体透过部件的特定气体的浓缩、稀释装置中，设置用于控制由于让特定气体以外的气体透过而除去了特定气体的稀释气体在取出部的小室内的压力P1的自动压力调节器I(APCI)或者气体压力调节用阀门I，设置用于控制上述小室的浓缩气体取出部的小室内的压力P2的自动压力调节器II(APCII)或者气体压力调节用阀门II，并且使上述2种稀释气体的取出部和浓缩气体取出部的压力分别为P1、P2，并使上述气体透过部件间的气体压力差为ΔP(＝P2-P1)，为了借助上述那些措施来从上述小室的稀释气体取出部连续地取出上述特定气体的稀释气体，另外，为了从上述小室的浓缩气体取出部连续地取出上述特定气体的浓缩气体，将上述的自动压力调节器I(APCI)和自动压力调节器II(APCII)中至少1个的设定压力为可变，以便能够控制当将上述特定气体的浓缩气体连续地取出到外部时的浓缩气体的浓度。 
根据本发明的第1观点，由于能够在1个工序中连续地只将特定气体分离成稀释气体和浓缩气体，因此，与以往技术相比，本发明具有可以实现处理效率高，而且小型、便宜，而且安全的特定气体的浓缩、稀释装置以及对该特定气体的浓缩、稀释方法的效果。 
根据本发明的第2观点，通过将封入了选择性地使特定气体结露的结露、蒸气化用粒子材料或者装入了能够选择性地让特定气体以外 的气体透过的气体透过部件的小室冷却，可以使供给到小室内的含有多种气体的混合气体冷却，利用气体的冷却效果，可以提高特定气体的吸附率，而且可以提高使特定气体选择性地在上述结露、蒸气化用粒子材料上结露的效果。另外，通过将气体冷却，具有进一步提高让特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件的效果。 
根据本发明的在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置，借助具有能够自动控制上述小室压力的流量调节手段的自动压力调节器(APC)，设置可将特定气体的浓缩气体从气体取出配管连续地取出的手段，以便借助一种具有可以利用设置于上述小室上部的质量流量控制器、流量阀门来进行流量控制的手段的流量控制器，从气体取出配管连续地取出特定气体的稀释气体，因此，通过设定特定气体的稀释气体流量，以便能够控制稀释气体的浓度以及特定气体的浓缩气体的流量和浓度，从而可以取出稳定的浓缩气体。 
根据本发明的在上述小室内装有上述气体透过部件的特定气体的浓缩、稀释装置，设置自动压力调节器I(APCI)或者气体压力调节用阀门I，以便控制由于特定气体以外的气体透过而除去了特定气体的稀释气体的取出部的小室内压力P1，并设置自动压力调节器II(APCII)或者气体压力调节用阀门II，以便控制上述小室的浓缩气体取出部的小室内压力P2，通过使上述2个的稀释气体取出部和浓缩气体取出部之间的压力差为ΔP(＝P2-P1)，可以增加特定气体以外的气体的透过量，可以分离成更高浓度的气体，以及能取出稳定的浓缩气体。 
根据本发明的在上述小室内装有上述气体透过部件的特定气体的浓缩、稀释装置，通过使由于特定气体以外的气体透过而除去了特定气体的稀释气体的取出部的小室内压力P1为大气压(0MPa)以上，并将浓缩气体取出部的压力P2设定在(0.1MPa)～(0.5MPa)的范围，使上述气体透过部件间的气体压力差ΔP(＝P2-P1)为0.1MPa以上，不需要将稀释气体取出部的压力减压至大气以下，就可以放出稀释气体，并可以分离成高浓度气体，以及可以取出稳定的浓缩气体。 
根据本发明的在上述小室内装有上述气体透过部件的特定气体的浓缩、稀释装置，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气体的臭氧化气体，通过用特富龙(注册商标)膜材料或者陶瓷材料构成上述气体透过部件，可以制成耐臭氧性或者耐NOx的气体透过部件，从而具有可制成寿命更长的稳定的浓缩、稀释装置的效果。 
根据本发明的其他观点，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，通过利用能够制冷的冷冻机将上述小室内的气体冷却至-100℃以上的温度，不需要超过-100℃的超低温用冷冻机，便能使上述小室的绝热结构变得容易，可以使浓缩、稀释装置更便宜。 
根据本发明的其他观点，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，用气体压缩机增高从上述小室经由上述稀释气体取出部取出的臭氧气稀释气体(氧气)的压力，以便将其再次作为臭氧气发生装置的原料气加以利用，因此，具有能够有效地将氧气臭氧气化的效果。 
根据本发明的在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置，因为使上述小室内的温度分布成为一种在径向上的温度分布少、而在轴向上形成规定的温度梯度的状态，而且因为将浓缩小室冷却，可以通过改变小室周围的绝热材料的厚度、将上述结露用粒子的配置按照层状进行填充，并使上述结露、蒸气化用粒子材料形状为球形且成为侧面的1部分为平面化的形状，按照使球形的结露、蒸气化用粒子材料的平面部相互接触的方式将其填充到小室中，这样就能使浓缩小室内的冷却分布在径向上是均匀的，而在轴向上的温度分布则可以增大，因此，能够有效地利用冷却来进行特定气体的结露作用和蒸发作用，具有紧凑且廉价地取出浓缩气体的效果。 
根据本发明的在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置，由于使上述结露、蒸气化用粒子材料的材质为玻璃或者陶瓷或者不与含有多种气体的混合气体发生化学反应的金属，因此可以容易地使特定气体结露、蒸气化。 
根据本发明的在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置，由于使上述结露、蒸气化用粒子材料的材质为玻璃、陶瓷或是树脂材料，并用一种不与含有多种气体的混合气体发生化学反应的金属膜将该粒子的表面包覆，因此，能够优先将热导率良好的金属膜冷却、加温，因此，可以使特定气体快速结露或蒸发，从而可以应答性更快地将气体稀释化或浓缩化。 
根据本发明的其他观点，通过按照多段级联的方式设置多个上述液化气体浓缩、稀释装置，可以提高上述特定气体的浓缩气体的浓缩度以及稀释气体的稀释度，因此，具有可以分离成更稀释化或更浓缩化的气体的效果。 
根据本发明的其他观点，作为导入到上述气体浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，通过将上述臭氧化气体的臭氧浓缩，可以实现高浓度臭氧气化，因此，在半导体领域中利用高浓度臭氧气的化学反应，可以在低温状态下制造品质更高的半导体。 
根据本发明的其他观点，作为导入到上述气体浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为一种由发生臭氧气的臭氧发生装置发生的浓度约116629ppm(250g/Nm3)以上的臭氧化气体，通过将上述臭氧化气体的臭氧浓缩，可以实现高浓度臭氧气化，因此，具有能够高效地进行臭氧气浓缩化的效果。 
根据本发明的其他观点，作为导入到上述液化气体浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，是一种由氮气添加量在1ppm以下的高纯度氧气通过发生臭氧气的无氮臭氧发生装置获得的臭氧化气体，通过将上述臭氧化气体的臭氧浓缩，可以实现高浓度臭氧气化，因此，可以进行NOx气体少的臭氧气浓缩，可以减少由NOx气体造成的金属污染物的析出，在半导体领域中，可以制造品质更高的半导体。 
根据本发明的其他观点，作为导入到上述气体浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有二氧化碳(CO2)气体的空气， 通过将含有上述二氧化碳气的空气中的二氧化碳(CO2)气体浓缩，就可以将该空气分成二氧化碳(CO2)浓缩了的空气和二氧化碳(CO2)稀释(净化)了的空气，因此，可以用廉价的系统从大量的大气气体中进行二氧化碳的浓缩和稀释化。另外，还具有能够将浓缩化后的二氧化碳(CO2)进行高效分解处理或固态化处理的效果。 
根据本发明的其他观点，作为导入到上述气体浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有NOx(NO2、N2O、NO、N2O5或HNO3蒸气等)气体或氟利昂(フロン)气体的空气，通过将上述含有NOx的空气中的NOx气体浓缩，就可以将该空气分成NOx浓缩了的空气和NOx稀释(净化)了的空气，因此，可以用廉价的系统从大量的大气气体中进行NOx的浓缩和稀释化。另外，还具有能够高效地将浓缩化了的NOx(NO2、N2O、NO、N2O5或HNO3蒸气等)气体或氟利昂气体进行分解处理的效果。 
(附图说明)
图1为示出本发明的实施方案1(臭氧气选择性地结露)中臭氧气浓缩的构成的臭氧气浓缩系统图。 
图2-a为示出本发明的实施方案1(臭氧气选择性地结露)中供给臭氧化氧气、并分离成臭氧气浓缩化了的氧气和臭氧气稀释了的氧气的臭氧化氧气的浓缩机理的示意图。 
图2-b为示出本发明的实施方案1(臭氧气选择性地结露)中臭氧气浓缩系统相对于所取出的浓缩化氧气和稀释氧气的各流量的臭氧浓度特性的特性图。 
图2-c为示出臭氧气浓缩系统装置的气体控制系统的方块图，其中示出在本发明的实施方案1(臭氧气选择性地结露)的臭氧气浓缩系统中，从供给臭氧化氧气时开始，至输出浓缩化了的氧气、稀释了的氧气时为止的系统中，对各流量的控制和对压力的控制。 
图3-a示出本发明的实施方案2(臭氧气选择性地结露)中臭氧气浓缩系统的臭氧浓缩小室主体。 
图3-b示出本发明的实施方案2(臭氧气选择性地结露)中臭氧 气浓缩系统的臭氧浓缩小室主体的另一个例子。 
图4为示出本发明的实施方案1、2(臭氧气选择性地结露)中臭氧浓缩小室的气体温度、臭氧气的结露特性和蒸发特性的特性图。 
图5为示出本发明的实施方案1、2(臭氧气选择性地结露)中用于使臭氧浓缩小室内的臭氧气结露、分离成稀释了的氧气和液化臭氧的结露、蒸气化粒子材料的结构和构成的图。 
图6为曲线图，其中示出了相对于浓缩臭氧化氧气压力可供利用的臭氧浓度区域以及现有的浓缩臭氧化氧气装置的输出浓度特性与本发明实施方案1、2中的浓缩臭氧化氧气装置的输出浓度特性之间的关系。 
图7为示出本发明的另一个实施方案(氧气选择性地透过)中臭氧气浓缩的构成的臭氧气浓缩系统图。 
图8为示出本发明的另一个实施方案(氧气选择性地透过)中供给臭氧化氧气、分离成臭氧气浓缩化了的氧气和臭氧气稀释了的氧气的臭氧化氧气的浓缩机理的示意图。 
图9为示出臭氧气浓缩系统装置的气体控制系统的方块图，其中示出了在本发明的另一个实施方案(氧气选择性地透过)的臭氧气浓缩系统中，从供给臭氧化氧气时开始，至输出浓缩化了的氧气、稀释了的氧气时为止的氧气的系统中，对各流量的控制和对压力的控制。 
图10为示出本发明中当将臭氧气浓缩系统的浓缩小室冷却时臭氧吸附量相对于氧气吸附量的倍率与温度的依赖关系的特性图。 
图11为示出本发明中当将臭氧气浓缩系统的浓缩小室冷却时氧气的膜透过量相对于臭氧气的膜透过量的倍率与温度的依赖关系的特性图。 
图12为曲线图，其中示出了浓缩臭氧浓度相对于浓缩臭氧化氧气可输出流量的特性与本发明实施方案1、2中的浓缩臭氧的可利用区域之间的关系。 
图13-a为利用本发明中实施方案1、2的臭氧气浓缩系统装置产生的浓缩臭氧化氧的叶片式CVD装置构成图。 
图13-b为利用本发明中实施方案1、2的臭氧气浓缩系统装置产生的浓缩臭氧化氧的间歇式CVD装置构成图。 
图14为曲线图，其中示出了臭氧化氧气中所含有的各种气体的蒸气压以及现有的浓缩臭氧化氧气装置的温度区域与本发明实施方案1、2中的浓缩臭氧化氧气装置的温度区域之间的关系。 
图15为曲线图，其中示出了臭氧发生器的氮添加率与从臭氧发生器中取出的臭氧化氧气中所含有的NOx量的关系。 
图16为示出氧、氮、氟利昂以及二氧化碳气的蒸气压特性的曲线图。 
图17为示出本发明的实施方案3对大气中、废气中所含有的二氧化碳气进行浓缩、稀释的构成的二氧化碳气浓缩分解系统装置图。 
具体实施方式
实施方案1. 
本发明的实施方案1示出一种能够从混合气体(氧气和臭氧气)中选择性地只对特定气体(臭氧气)进行浓缩或者稀释的装置的一例，其中所说的混合气体是在以氧气作为原料气的臭氧发生器中生成的在氧气中含有规定浓度的臭氧气的臭氧化气体。用图1、图2-a、图2-b、图2-c以及图4～图6来说明本发明的实施方案1。图1为示出实施方案1中臭氧浓缩系统全体的臭氧气浓缩器系统方块图，该系统中，使作为特定气体的臭氧气选择性地结露，并使结露的臭氧蒸气化(臭氧气化)。图2-a为示出实施方案1中的臭氧浓缩机理原理的示意图。图2-b为示出实施方案1中将臭氧浓缩了的气体和臭氧稀释了的气体分离并取出的特性图。图2-b示出一个实施例，当将臭氧流量9.2L/min、臭氧浓度350g/Nm3的臭氧气输入到本发明的臭氧浓缩小室1中时，设计浓缩臭氧浓度相对于所取出的浓缩了的臭氧化气体流量的特性(a)以及设计稀释臭氧浓度相对于所取出的稀释了的臭氧化气体流量的特性(b)。 
图2-c为示出本发明的臭氧浓缩系统的用于将所供给的臭氧气浓缩、稀释并分别将浓缩、稀释了的气体取出到外部的气体压力平衡、 气体分配机理的方块图。图4示出本发明的臭氧蒸气压特性图，图4(a)示出相对于所供给的臭氧化氧气，使臭氧结露的温度条件范围，图4(b)示出使结露的臭氧蒸发的温度条件范围。图5示出填充在小室内的结露、蒸气化粒子材料的配置结构图，该粒子材料用于使处于小室内的臭氧气结露、使结露的臭氧流入下部、并使稀释的臭氧化气体向上方分离。 
图6为示出气体压力-臭氧浓缩特性关系的图，其中示出了相对于气体压力的臭氧气浓度的爆炸极限特性、以往的臭氧浓缩特性和本发明的臭氧浓缩特性。 
本发明的一个实施例的臭氧浓缩系统，必须使用一种臭氧浓度约为200000ppm(428g/Nm3)～350000ppm(750g/Nm3)的高浓度的清洁的臭氧气体并抑制NOx等副产物的臭氧气来形成高品质的氧化膜，因此特别有效。 
首先说明作为本发明的一个实施例的臭氧浓缩系统的构成。在图1、图2-a中，从用于生成至少以氧为主体的臭氧气的原料气高压贮气瓶4向臭氧发生系统200供给氧气。在臭氧发生系统200中，可以生成例如约163000ppm(350g/Nm3)的臭氧化氧气。臭氧浓缩系统100由下述部件构成：2个臭氧浓缩小室11、12；在该臭氧浓缩小室11、12的上部设置的用于将该上部包围的金属冷却板15；在该金属冷却板15的外周设置的用于将臭氧浓缩小室11、12冷却至臭氧结露的温度的冷冻机14；按照将上述部件包围起来的方式设置的保温材料16，以便将温度保持为能使结露的臭氧蒸发的温度。 
在臭氧浓缩小室11、12的上、下方，象上述那样，由臭氧的结露温度和臭氧的蒸发温度这2个温度分布构成。在该臭氧浓缩小室11、12内，填充有许多结露、蒸气化用粒子材料13，另外，在臭氧发生器21中发生的臭氧化氧气，供给到臭氧浓缩小室11、12的大致中央部，在上部、下部两端面分别设置气体取出口20、22，以便使所供给的臭氧化氧气能够向臭氧浓缩小室11、12的上部方向和下部方向这2个方向分流。 
在下部的气体取出口22处设置用于将臭氧浓缩小室11、12内的压力经常控制为恒定的自动背压控制器(APC)1B，以便将臭氧化氧(浓缩臭氧气)取出。另一方面，在上部的气体取出口20处设置能够自动控制从臭氧浓缩小室11、12内取出的气体流量的质量流量控制器(MFC)1A，以便取出恒定流量的臭氧化氧(稀释臭氧气)。 
在臭氧浓缩小室11、12内，由于填充在小室内的结露、蒸气化用粒子材料13的表面被冷却至能使臭氧气结露的温度，因此，分流到上方的臭氧化氧气被冷却，在气体温度降低的上部，在结露、蒸气化用粒子材料13的表面上臭氧气选择性地结露，不能在结露、蒸气化用粒子材料13的表面上结露的富含氧的气体(稀释臭氧化氧气)从上部取出。另外，在臭氧浓缩小室11、12内的上部，在液化、蒸气化用粒子材料13的表面上结露的臭氧，一旦成长为表面张力超过结露、蒸气化用粒子材料的表面张力的液体，就会借助重力沿着结露、蒸气化用粒子材料13的表面而流入到下方。关于该流下的液化臭氧，通过将下部的结露、蒸气化用粒子材料的表面温度提高至蒸气化温度，使结露的臭氧蒸气化，该蒸气化了的臭氧与向小室下部分流的臭氧化氧气合流，其结果，从下部取出富含臭氧的气体(浓缩臭氧化氧气)。 
另外，用于将臭氧浓缩小室11、12的周围冷却的冷冻机14以及保温材料16的详细构成和手段简略地示于图中，省略其周围附带的设备。另外，保温材料16在图中象征性地图示为绝热材料，但也可以采用附带有真空绝热方式的保温材料16来构成。17d是在不能使进入臭氧浓缩小室的臭氧化氧气浓缩时用于将其全部放空的紧急阀门，其配管通路为质量流量控制器1A的配管通路的旁路，以便使气体流入排臭氧装置(图中未示出)。另外，71为热电偶，用于测定金属冷却板15的温度。73为用于监测臭氧浓缩小室11、12内的压力的压力计。74A为臭氧浓缩气体的臭氧浓度检测器，74B为由臭氧发生器21供给的臭氧化氧气的臭氧浓度检测器。 
另外，9为臭氧浓缩系统的总控制系统，用于设定臭氧原料气的流量Q1、臭氧发生器的压力P0、稀释臭氧化氧气的流量Q2、臭氧浓 缩小室内的压力P2；监测冷却板15的温度、所供给的臭氧化氧气中的臭氧浓度、浓缩了的臭氧浓度、臭氧浓缩小室内的压力；控制用于向臭氧浓缩小室11、12内输入气体的输入阀门或输出气体的输出阀门的开闭；显示各部位的浓度和流量值以及控制向外部发送信号等。7A、7B为用于使臭氧处理系统300以及臭氧浓缩系统100的气体压力成为负压的真空排气装置；35、36为用于使臭氧浓缩系统100的浓缩气体取出口22与稀释气体取出口20的气体压力相互配合的压力计。 
下面说明上述的本发明实施方案1的臭氧浓缩系统的作用和动作。最初，在位于臭氧浓缩小室11、12中央部的气体供给口10附近设置的阀门17a处于闭合的状态下，利用真空排气装置7A、7B，使臭氧浓缩小室11、12、臭氧处理小室3以及气体配管系统成为真空状态，除去现存的气体，同时除去杂质。为此，臭氧浓缩系统100的阀门17b、17c、17d以及臭氧处理系统300的阀门、流量调节用阀门31、32、33、34成为全开的状态。 
同时也使质量流量控制器(MFC)1A和自动压力调节器(APC)1B成为开启状态。使设置于臭氧浓缩小室11、12的外周部的冷冻机14动作，分别对各小室进行冷冻，以便使其温度达到规定的温度范围。设置于臭氧浓缩小室11、12的外周的金属冷却板15由于被冷却至超低温附近，因此热导率良好，成为能够充分发挥冷冻能力的结构。另外，为了将臭氧浓缩小室11、12的上部保持在能够使臭氧选择性地结露的温度(例如-134℃～-160℃)，应使绝热材料16的厚度厚一些。为了将臭氧浓缩小室11、12的下部保持在比上部的冷却温度高的温度(例如-134℃～-112℃)，应使绝热材料16的厚度薄一些。 
充分地进行真空排气，并且将臭氧浓缩小室11、12冷却至规定的冷却温度范围，用压力计73和热电偶71进行确认后，将臭氧处理系统300的流量调节用阀门32和阀门33关闭，将臭氧处理小室3内保持在真空状态。另外，在使臭氧浓缩系统100的稀释气体取出口20侧的流量调节用阀门17d全闭的状态下，将属于臭氧浓缩系统100的臭氧化氧气供给口10的阀门17a开启，从高压贮氧瓶4经过臭氧发生系统200，将氧气按照10L/min的流量供给到臭氧浓缩系统的臭氧浓缩小室11、12中，并将排气排出到排臭氧处理装置5和处理气体分解小室8中。 
在臭氧发生系统200中，用质量流量控制器2A将氧气流量调节至10L/min，用自动压力调节器2B将臭氧发生器21内的气体压力调节至恒定为0.25MPa。 
另外，在臭氧浓缩系统100中，如果用质量流量控制器1A将稀释气体取出口的气体流量设定为3.6L/min，并且用浓缩气体取出口22的自动压力调节器1B，将臭氧浓缩小室11、12内的气体压力设定为-0.5MPa(约380Torr)的负压状态，则会在浓缩气体取出口22处有6.4L/min流量的氧气流过，经过臭氧处理系统300的旁路配管通路，排出到处理气体分解小室8中。 
这样，在设定为能够连续地供给氧气的状态后，对臭氧发生系统200的臭氧发生器21施加交流电压，进行无声放电，使臭氧发生器21发生流量约为9.185L/min、臭氧浓度为350g/Nm3的臭氧化氧气，并将其供给到臭氧浓缩小室11、12中。这样一来，臭氧化氧气分别以3.6L/min的流量连续地供给到稀释侧，以5.6L/min的流量连续地供给到浓缩侧。使结露、蒸气化用粒子材料13的表面温度成为能够使臭氧选择性地结露的足够低的温度。因此，供给到该稀释侧(浓缩小室11、12的上部侧)的350g/Nm3的臭氧化氧气，只有其中的臭氧气在设置于臭氧浓缩小室11、12内的结露、蒸气化用粒子材料13的表面上结露，从而使得在浓缩小室11、12的上部，形成被稀释了的臭氧化氧气19。 
由于臭氧化氧气被连续地供给到结露、蒸气化用粒子材料13的表面上，因此，结露了的臭氧在上述粒子材料13的表面上成长为液体臭氧。由于结露、蒸气化用粒子材料13的表面成为没有凹凸的光滑表面，因此，该成长了的液体臭氧借助其重力作用而沿着表面向下部流动。流入到下部的液体臭氧与填充于臭氧浓缩小室11、12下部的结露、蒸气化用粒子材料13的表面相接触。为了使液体臭氧蒸发，将处于臭氧 浓缩小室11、12下部的结露、蒸气化用粒子材料13的表面温度设定为足够高的高温，因此，液体臭氧从粒子材料13的表面上蒸发，与从流入到臭氧浓缩小室11、12的下部侧的臭氧化氧气中蒸发出来的臭氧气汇集到一起，其结果，形成了浓缩的臭氧化氧气18。 
气体的结露依赖于气体的温度以及被吸附的物质的温度，从物理学上说，如果气体温度降低到气体的饱和蒸气压温度以下，超过饱和蒸气量的气体就会结露。另外，气体的结露还依赖于被吸附的物质的吸附量，如果将被吸附的物质微细化，增大该物质的表面积，就具有能够在高于气体的饱和蒸气压温度的高温下使该气体结露的效果。例如，对于臭氧气而言，虽然饱和蒸气压特性是在-112℃～-134℃左右结露，但只要将物质微粒化，就可以在0℃～-100℃的高温区域内结露。因此，只要将本发明的实施例1的结露、蒸气化用粒子材料13微粒子化，就可以在高温区域(0℃～-100℃)内结露，从而可以提高冷冻机的冷却温度，可以用通用的冷冻机使臭氧气结露，可以使冷冻机紧凑化，可以使小室的绝热材料等变薄一些，从而使装置整体变得便宜。 
这样，在臭氧浓缩小室11、12的上、下部，被分离成浓缩了的臭氧化氧气18和稀释了的臭氧化氧气19的气体从各自的取出口，经过臭氧浓度计74A、自动压力调节器1B和质量流量控制器1A，而被取出到外部。浓缩了的臭氧化氧气18在用臭氧浓度计74A确认被稳定地浓缩至规定的臭氧浓度后，将臭氧处理系统300的旁路配管通路的调节阀门32、阀门34完全关闭，同时，开启用于供给到臭氧处理小室3的调节阀门31、阀门33，在臭氧处理小室3内，浓缩了的臭氧气就会在绝热膨胀作用下扩散至小室全体。 
用压力计35和阀门33来调节臭氧处理小室3内的压力控制，虽然图中未示出，但只要使设置于臭氧处理小室3内的被处理材料(晶片等)的温度达到处理温度来进行臭氧处理，就会在被处理材料(晶片等)表面上获得优质的氧化薄膜。 
此处，虽然臭氧浓缩系统的各装置、设备、阀门操作、各传感器 的详细的信号线没有明确标示出来，但可以用控制系统9来对上述操作进行总的控制和监测。 
图2-b示出本发明实施方案1的臭氧气浓缩系统的臭氧浓度相对于所取出的浓缩化氧气和稀释氧气的各流量的特性。在该图中，特性2001表示从臭氧发生系统200向臭氧浓缩系统100供给的臭氧浓度。特性2003表示对于从臭氧浓缩小室的下部取出的臭氧化氧气，其浓缩臭氧浓度相对于取出流量的特性，特性2004表示对于从臭氧浓缩小室的上部取出的臭氧化氧气，其稀释臭氧浓度相对于取出流量的特性。 
作为该实施方案中的设计值，使供给原料流量为10L/min，作为由臭氧发生系统200发生的臭氧化氧气，向臭氧浓缩系统100中输入臭氧浓度为350g/Nm3、流量约为9.2L/min的气体，从臭氧浓缩系统100的上部，以3.6L/min的流量取出稀释至70g/Nm3的臭氧化氧气，从臭氧浓缩系统的下部，以5.6L/min的流量取出浓缩至500g/Nm3的臭氧化氧气。 
图2-c为示出上述的本发明臭氧浓缩系统的气体压力平衡、气体分配机理的方块图。 
在该图中，2A为用于控制向臭氧发生器21供给的原料气流量的质量流量控制器MFC1；2B为用于控制使臭氧发生器21内的压力经常保持为恒定压力(例如，0.25MPa)并输出控制臭氧化氧气的自动背压调节器APC1；1A为能控制从臭氧浓缩系统100中取出的稀释气体流量Q2的质量流量控制器MFC2；另外，1B为用于将臭氧浓缩系统100内的气体压力经常恒定地控制为设定压力的自动背压调节器APC2。 
例如，如果用APC2(1B)将设定压力P2设定为-0.05MPa(约380Torr)，则可使臭氧浓缩小室内的气体压力大致恒定地保持为-0.05MPa(约380Torr)。如果用质量流量控制器(MFC2)将稀释臭氧化氧气流量设定为3.6L/min，则可以使稀释臭氧化氧气的臭氧浓度从350g/Nm3稀释至70g/Nm3，该被稀释的臭氧化氧气用排臭氧处理装置5进行臭氧处理后，被排放到外部。另外，从臭氧浓缩系统100的下部由APC2(1B)输出的浓缩臭氧化氧，按照5.6L/min的流量，将浓度 从350g/Nm3浓缩至500g/Nm3的臭氧化氧气连续地取出。 
如图2-b(b)中所示，一旦用MFC2(1A)增大所取出的稀释臭氧化气体的流量，则在臭氧浓缩系统中臭氧气所结露的臭氧量增大，APC2(1B)进行自动控制以便将臭氧浓缩系统内的压力维持恒定，从臭氧浓缩小室的下部输出的浓缩臭氧化氧的流量就会减少，而且结露的臭氧量在臭氧浓缩小室的下部蒸发而被臭氧气化，因此，作为其结果，起到一种可以从下部取出浓缩至更高浓度的臭氧化气体的作用。 
为了将从臭氧发生系统200制得的臭氧浓度为350g/Nm3的臭氧化氧气冷却，并使臭氧在填充于臭氧浓缩小室11、12内的结露、蒸气化用粒子材料13的表面上结露，必须使温度降低到臭氧浓度为350g/Nm3(163333PPM)的气体的饱和蒸气压以下的温度。如图4(a)的箭头所示，只要使臭氧结露的温度降低至-134℃～-160℃范围的低温，就可以使臭氧浓度为350g/Nm3的臭氧化氧气充分结露。另外，如果将结露、蒸气化用粒子材料13微粒子化，就可以在高温区域(0℃～-100℃)内结露，从而可以提高冷冻机的冷却温度。 
另外，当流入臭氧浓度为350g/Nm3的臭氧化氧气时，为了使结露的臭氧气蒸气化，如图4(b)的箭头所示，只要使温度高于-112℃～-134℃的结露温度即可。 
如果使结露的臭氧快速地达到高温，则可使液化了的臭氧几乎在一瞬间实现蒸气化，因此，臭氧浓缩小室的压力会急剧增加，在随之而来的臭氧分解作用下产生放热作用，因此，希望缓慢地达到高温，以便使臭氧蒸气化。 
如上所述，在1个臭氧浓缩小室内，形成能够使臭氧从臭氧化氧气中选择性地结露的温度范围(例如-134℃～-160℃)的部分以及能够使结露的臭氧蒸气化的温度范围(例如-134℃～-112℃)的部分，利用流体的流动和重力作用，可使结露的臭氧转移到能够使结露的臭氧发生蒸气化的部分来使其蒸气化，由此可以使臭氧浓度为350g/m3的臭氧化氧气达到更高的浓度。另外，如果将结露、蒸气化用粒子材料13微粒子化，则可以在高温区域(0℃～-100℃)结露，从而 可以提高冷冻机的冷却温度。 
填充于臭氧浓缩小室11、12内的结露、蒸气化粒子材料13，如图5所示，为球形，而且侧面为具有多个平面的特殊形状。一旦将该结露、蒸气化粒子材料13填充于臭氧浓缩小室11、12的小室中，则在小室的直径方向上由于结露、蒸气化粒子材料13之间发生表面接触而成为热传导增大的结构。另外，在轴方向上由于结露、蒸气化粒子材料13之间为点接触或者通过设置空隙来进行配置，由此使得沿轴向的热传导变得非常小。 
这样，通过将结露、蒸气化粒子材料13填充于臭氧浓缩小室11、12内，一旦用冷冻机14将臭氧浓缩小室11、12的周围冷却，就可以使臭氧浓缩小室11、12内沿直径方向的温度分布变得极端扁平，可以冷却。因此，从填充的结露、蒸气化粒子材料13之间通过的臭氧化氧气被均匀地冷却，因此可以高效地使臭氧气在结露、蒸气化粒子材料的表面上选择性地结露。如果结露的臭氧长大，则由于结露、蒸气化粒子材料为球面，因此，作为液体的臭氧就会借助重力而沿着球面向下方流动。由于填充在下部的结露、蒸气化粒子材料13的表面温度被设定为高温，因此，流入下方的液体臭氧，沿着结露、蒸气化粒子材料13表面的那部分液体臭氧蒸气化，从而实现臭氧化氧气的高浓度化(臭氧浓缩)，可以从下部取出浓缩了的臭氧化氧气。 
如上所述，结露、蒸气化粒子材料13为特定形状，不仅增大了直径方向的热传导，而且，虽然图中未示出，但由于结露、蒸气化粒子材料13用属于热导率小的物质的玻璃、陶瓷或者树脂材料来形成，而其表面则通过蒸镀1mm以下厚度的热导率高的金属来形成。这样就使得只有蒸镀在热容量小的结露、蒸气化粒子材料表面上的金属部位优先冷却，因此，可以高效地进行气体的结露和蒸发作用。 
特别地，在本发明的臭氧化氧气的浓缩装置中，希望用于蒸镀的金属材质为具有耐臭氧性的金属，优选用金或白金等进行蒸镀。 
另外，作为使特定形状的结露、蒸气化粒子材料13的热容量减小的方法，使结露、蒸气化粒子材料的中央部成为空洞，在功能上也是 有效果的。 
关于臭氧化氧气相对于气体压力的爆炸极限，记述于专利文献1和非专利文献1中。根据这些文献，可以说，关于爆炸极限，当气体压力的绝对压力在0.5MPa(386Torr)以下，即使是100％的臭氧气，也不会爆炸。当气体压力的绝对压力达到0.5MPa(386Torr)以上，以及臭氧浓度超过按大气换算的浓度1104g/Nm3时，一般就可以说达到了臭氧气的爆炸极限。相对于该气体压力的爆炸极限特性用图6的特性2000来表示。 
超过该爆炸极限当然是不允许的，但是，该特性可随着臭氧化氧气中所含有的NOx气体、SOx、碳化物质气体、金属杂质量以及气体温度的不同而有所变化，不过还是希望在大致该极限特性范围的臭氧浓度区域内使用。 
在图6中，特性1000、特性1001表示通过采用以往的液体臭氧装置或吸附装置进行臭氧浓缩的方法而获得的臭氧的浓度特性。特性2003表示采用本发明的结露-蒸发方式而获得的臭氧的浓缩特性。 
关于使用以往的液体臭氧装置和吸附装置的臭氧浓缩方法，如图6所示，所取出的臭氧气全部在以①表示的臭氧的吸附、液化工序中一旦被液化或者被吸附后，在以②表示的真空工序中将装置内抽真空，然后，如③所示，通过对抽真空的装置加温来使其气化，使接近100％的臭氧发生气化，然后用载气进行如④所示的臭氧的稀释化，将规定的浓缩臭氧化气体取出。因此，必须采用排臭氧处理对上述工序①～③中不需要的臭氧进行处理，这样就使得臭氧浓缩效率非常低，最高为40％左右。另外，由于在上述工序②中，必须制备浓度接近100％的高浓度的臭氧，因此，在生产该液体的阶段或者通过对吸附的臭氧进行脱附来生产高浓度臭氧的阶段，经常发生爆炸，为了避免这种爆炸，必须对温度和压力进行十分严格的控制，从而使得保护装置变得庞大，这是存在的问题。 
与此相反，采用本发明的结露-蒸发方式的臭氧浓缩，以臭氧发生器21所发生的臭氧浓度为基础，在臭氧浓缩小室11、12内使臭氧 气结露，在大致同时，使结露的臭氧气化，为了谋求高浓度化，在由臭氧发生器所发生的臭氧中不能浓缩的气体，仅仅是那些在臭氧浓缩小室11、12中不能结露的臭氧气，从而可以非常高效地进行臭氧浓缩。 
另外，在本装置中，由于以臭氧发生器21所发生的臭氧浓度为基础来进行高浓度化，因此，爆炸的危险性就要小的多，这是其优点。 
总之，结露的臭氧是结露、蒸气化粒子材料表面上的微量液体，在蒸发时，这些微量液体在结露、蒸气化粒子材料表面的温度下缓慢蒸发，同时液化、蒸气化粒子材料之间的空间体积也小，因此，臭氧只在局部发生分解和发热，从而没有进一步促进气化的危险性。 
虽然臭氧浓缩小室11、12由1个小室构成，但也可以由分离成上部和下部的2个不锈钢金属制的凸缘结构来构成。在该场合，也可以分别对上部结露促进区间温度和下部蒸发促进区间温度进行严格的控制，使其处于设定温度的范围内，也可以是一种在2个不锈钢金属制的凸缘之间夹入由陶瓷、玻璃等构成的绝热凸缘的构成。进而，冷冻机也可以由2个构成，独立地进行温度控制。 
实施方案2. 
本发明的实施方案2示出一种能够从混合气体(氧气和臭氧气)中选择性地只对特定气体(臭氧气)进行浓缩或者稀释的装置的一例，其中所说的混合气体是在以氧气作为原料气的臭氧发生器200中生成的在氧气中含有规定浓度的臭氧气的臭氧化气体。 
用图7、图8、图9、图10乃至图11来说明本发明的实施方案2。图7为示出臭氧浓缩系统全体的臭氧气浓缩器系统的方块图，该系统中，通过使臭氧气以外的氧气选择性地透过薄膜状的膜片来增加臭氧化气体中所含臭氧的浓度，使臭氧化气体达到高浓度。图8为示出实施方案2中的臭氧浓缩机理的原理的示意图。图9作为一个实施例示出臭氧浓缩系统的示意图，其中示出了在将臭氧流量9.2L/min、臭氧浓度350g/Nm3(160000ppm)的臭氧化气体输入到本发明的臭氧浓缩小室100中的场合，气体配管和各设备的配置构成。为了说明本发明的浓缩机理，将实验中求出的臭氧化气体中所含的臭氧和氧的吸附量和透过量的差别以倍率来表示，图10、图11为示出该倍率对冷却温度的依赖关系的特性图。 
图9为示出本发明的臭氧浓缩系统的用于将所供给的臭氧气浓缩、稀释并分别将浓缩、稀释了的气体取出到外部的气体压力平衡、气体分配机理的方块图。 
在该实施例中，将臭氧发生器发生的压力为0.25MPa(P0)的臭氧化气体供给到臭氧浓缩小室中，在臭氧浓缩小室中，作为浓缩侧的压力，设定为例如0.2MPa(P2)，作为稀释侧的压力，设定为例如大气压附近的0.02MPa附近(P1)，将浓缩臭氧化气体和稀释化气体取出到外部。对于取出的大气压附近的稀释化气体，用氧压缩机79将其升压至例如压力0.3～0.5MPa左右。另外，在臭氧浓缩系统中透过的氧气经过氧压缩机返回，作为臭氧发生器前段的原料气。 
本发明的实施方案2中，臭氧浓缩系统是一种只让氧气选择性地透过薄膜的系统，因此，能够促进膜劣化的要因很少，对于臭氧化气体的浓缩特别有效。也就是说，通过使用不添加氮的无氮臭氧发生器作为臭氧发生器而从臭氧发生器出来的臭氧化气体，其中的NOx等副产物极少，因此特别有效。 
本发明的实施方案2中的臭氧浓缩系统，必须使用一种臭氧浓度约为200000ppm(428g/Nm3)～350000ppm(750g/Nm3)并抑制NOx等副产物的清洁的高浓度臭氧气来形成高品质的氧化膜，因此特别有效。 
首先说明臭氧浓缩系统的构成。在图7、图8中，从用于生成至少以氧为主体的臭氧气的原料气高压贮气瓶4向臭氧发生系统200供给氧气。在臭氧发生系统200中，生成例如约163000ppm(350g/Nm3)的臭氧化氧。臭氧浓缩系统100由下述部件构成：1个浓缩小室11；在该臭氧浓缩小室11周围设置的用于将该小室包围的金属冷却板15；从设置于外部的冷冻器供给冷源进行冷却的冷冻机14；按照将上述部件包围起来的方式设置的用于保持足以使结露的臭氧蒸发的温度的保温材料16。 
在臭氧浓缩小室11中，用薄膜状的氧透过膜(130)，将上下的气体空间分隔开。从该分隔开的2个气体空间的下侧，供给在臭氧发生器200中生成的臭氧化气体，用自动压力调节器APC(1B)将下侧空间中的气体压力设定为0.2MPa(P2)。对于另一方的气体空间的压力，用自动压力调节器APC(3B)将其调节至比下侧空间的气体压力低的压力。在该实施例中，将该压力设定为大气压附近0.02MPa(P1)。该臭氧浓缩小室11内的薄膜状的氧透过膜(130)，为由非常微细的小孔构成的膜片，将该膜片如图7所示，通过折叠几十次而制得的1个组件构成，这是一种可以使臭氧化气体的接触面积增大的办法。另外，氧透过膜(130)成为一种垂直空间的构成，以便使得，在臭氧化气体中，臭氧气之间相互吸附或是臭氧吸附在器壁等物体上，如果是重量大的臭氧簇(クラスタ)(蒸气)，则会借助重力而向下部侧下降，而重量轻的氧气和1分子状的臭氧气可以向上部侧上升。另外，关于供给到臭氧浓缩小室11中的臭氧化气体，在小室内高浓度化了的臭氧化气体从下部经过自动压力调节器APC(1B)取出，然后被供给到臭氧处理系统300中。另外，稀释了的稀释气体，从上部经过自动压力调节器APC(3B)取出，该气体用排臭氧装置5进行处理后排放到大气中或者进行再利用。 
在臭氧浓缩小室11内，被小室内配置的氧透过膜(130)分隔成2个空间。在该2个被分隔开的空间中，一方空间中的臭氧化气体具有规定压力P2，另一方空间在大气压附近的压力P1下进行排气。由此，在起分隔作用的氧透过膜(130)处，形成了气体的密度梯度。进而，由于对氧透过膜(130)的全体进行冷却，因此，促进臭氧化气体中的臭氧气分子变得比氧气分子更容易被氧透过膜(130)吸附或是更容易发生臭氧气分子之间的吸附，从而使臭氧在膜表面上结露化(选择性地结露)，或是臭氧气本身成为大的附着分子状的臭氧蒸气状态化(臭氧簇化)。一旦成为这样的气体，在膜上结露的臭氧或臭氧簇化的气体就会受到重力的作用而下降到下方，并使臭氧分子的热运动速度全体变小。在处于这种臭氧化气体中的氧透过膜(130)的表面上， 氧气这方变得更容易透过膜，使氧气选择性地透过，透过的富含氧的气体(稀释臭氧化氧气)从上方排出。没有透过氧透过膜(130)的臭氧气就残留在臭氧浓缩小室11的下部空间中，结果使得，富含臭氧的气体(浓缩臭氧化氧气)可以从下部取出。 
另外，用于将臭氧浓缩小室11的周围冷却的冷冻机14以及保温材料16的详细构成和手段简略地示于图中，省略其周围附带的设备。另外，保温材料16在图中象征性地图示为绝热材料，但也可以采用附带有真空绝热方式的保温材料16来构成。17d是在不能使进入臭氧浓缩小室的臭氧化氧气浓缩时用于将其全部放空的紧急阀门，其配管通路为自动压力调节器3B的配管通路的旁路，以便使气体流入排臭氧装置(图中未示出)。另外，71为热电偶，用于测定金属冷却板15的温度。73为用于监测臭氧浓缩小室11内的压力的压力计。74A为臭氧浓缩气体的臭氧浓度检测器、74B为由臭氧发生器21供给的臭氧化氧气的臭氧浓度检测器。 
另外，9为臭氧浓缩系统的总控制系统，用于设定臭氧原料气的流量Q1、臭氧发生器的压力P0、稀释臭氧化氧气的流量Q2、稀释气体排出的压力P1、臭氧浓缩小室内的压力P2；监测冷却板15的温度、所供给的臭氧化气体中的臭氧浓度、浓缩了的臭氧浓度、臭氧浓缩小室内的压力；控制用于向臭氧浓缩小室11内输入气体的输入阀门或输出气体的输出阀门的开闭；显示各部位的浓度和流量值以及向外部发送信号等。7A为用于使臭氧处理系统300以及臭氧浓缩系统100的气体压力成为负压的真空排气装置；35、36为用于使臭氧浓缩系统100的浓缩气体取出口22与稀释气体取出口20的气体压力相互配合的压力计。 
下面说明上述的实施方案2的臭氧浓缩系统的作用和动作。最初，在位于臭氧浓缩小室11的下部的气体供给口10附近设置的阀门17a处于闭合的状态下，利用真空排气装置7A，使臭氧浓缩小室11、臭氧处理小室3以及气体配管系统成为真空状态，除去现存的气体，同时除去杂质。为此，臭氧浓缩系统100的阀门17b、17c、17d以及臭氧 处理系统300的阀门、流量调节用阀门31、32、33、34成为全开的状态。 
同时也使自动压力调节器(APC)1B成为开启状态。使设置于臭氧浓缩小室11的外周部的冷冻机动作，分别对各小室进行冷冻，以便使其达到规定的温度范围。设置于臭氧浓缩小室11的外周的金属冷却板15由于被冷却，因此热导率良好，成为能够充分发挥冷冻能力的结构。另外，为了将臭氧浓缩小室11的上部保持在能够促进臭氧吸附和氧气透过的温度(例如-65℃)，应使绝热材料16的厚度厚一些。为了将臭氧浓缩小室11的下部保持在比上部的冷却温度高的温度(例如0℃)，应使绝热材料16的厚度薄一些。 
充分地进行真空排气，并且将臭氧浓缩小室11冷却至规定的冷却温度范围，用压力计73和热电偶71进行确认后，将臭氧处理系统300的流量调节用阀门32和阀门33关闭，将臭氧处理小室3内保持在真空状态。另外，在使臭氧浓缩系统100的稀释气体取出口20侧的流量调节用阀门17d全闭的状态下，将属于臭氧浓缩系统100的臭氧化氧气供给口10的阀门17a开启，从高压贮氧瓶4经过臭氧发生系统200，将氧气按照10L/min的流量供给到臭氧浓缩系统的臭氧浓缩小室11中，并将排气排出到排臭氧处理装置5和处理气体分解小室8中。 
在臭氧发生系统200中，用质量流量控制器2A将氧气流量调节至10L/min，用自动压力调节器2B将臭氧发生器21内的气体压力调节至恒定为0.25MPa。 
另外，在臭氧浓缩系统100中，如果用自动压力调节器3B将稀释气体取出口的气体压力设定为大气附近的压力P1，并且用浓缩气体取出口的自动压力调节器1B，将臭氧浓缩小室11内的气体压力设定为0.2MPa，则会在浓缩气体取出口20处有氧气流过，经过臭氧处理系统300的旁路配管通路，排出到处理气体分解小室8中。 
这样，在设定为能够连续地供给氧气的状态后，对臭氧发生系统200的臭氧发生器21施加交流电压，进行无声放电，使臭氧发生器21发生流量约为9.185L/min、臭氧浓度为350g/Nm3的臭氧化氧气，并将其供给到臭氧浓缩小室11中。这样一来，关于臭氧化氧气，通过将臭氧浓缩小室11的压力调节至0.2MPa，并将上方稀释侧的排出压力调节至0.02MPa，可以连续地供给浓缩的臭氧化气体。在该稀释侧(浓缩小室11的上部侧)，由臭氧发生器21供给的350g/Nm3的臭氧化气体中的氧气的一部分选择性地透过氧透过膜(130)而被排出。
图8为示出本发明的实施方案2的臭氧浓缩机理的示意图，如该图所示，在氧透过膜(130)的表面，由于压力差(P2-P1)的作用，使得氧气经常地透过该氧透过膜。另外，关于臭氧气的情况，由于对氧透过膜(130)的全体进行冷却，因此，促进臭氧化气体中的臭氧气分子变得比氧气分子更容易被氧透过膜(130)吸附或是更容易发生臭氧气分子之间的吸附，从而使臭氧在膜表面上结露化(选择性地结露)，或是臭氧气本身成为大的附着分子状的臭氧蒸气状态化(臭氧簇化)。一旦成为这样的气体，在膜上结露的臭氧或臭氧簇化的气体就会受到重力的作用而下降到下方，并使臭氧分子的热运动速度全体变小。没有透过氧透过膜(130)的臭氧气就残留在臭氧浓缩小室11的下部空间中，结果使得，富含臭氧的气体(浓缩臭氧化氧气)可以从下部取出。 
气体的结露依赖于气体的温度以及起吸附作用的物质的温度，从物理学上说，如果气体温度降低到气体的饱和蒸气压温度以下，超过饱和蒸气量的气体就会结露。另外，气体的结露还依赖于所吸附的物质(即、此处是氧透过膜130)的吸附量，如果下工夫增大氧透过膜130的表面积，就会具有能够在高于气体的饱和蒸气压温度的高温下使特定气体选择性结露的效果。例如，对于臭氧气而言，虽然饱和蒸气压特性是在-112℃～-134℃左右结露，但只要将氧透过膜130的表面积增大，就可以在0℃～-100℃的高温区域内结露。因此，只要将本发明的实施例2的氧透过膜(130)增大，就可以在高温区域(0℃～-100℃)内结露，从而使透过氧透过膜(130)的氧变得更容易选择性地透过，并可以在提高冷冻机的冷却温度的条件下，也就是可以用通用的冷冻机来使臭氧气结露，从而可以使冷冻机紧凑化，并可以使小室的绝热材料等变薄一些， 从而使装置整体变得便宜。 
在图7中，在臭氧浓缩小室11的上、下部，被分离成浓缩了的臭氧化氧气18和稀释了的臭氧化氧气19的气体从各自的取出口，经过臭氧浓度计74A、自动压力调节器1B和自动压力调节器3B，而被取出到外部。浓缩了的臭氧化气体18在用臭氧浓度计74A确认被稳定地浓缩至规定的臭氧浓度后，将臭氧处理系统300的旁路配管通路的调节阀门32、阀门34完全关闭，同时，开启用于供给到臭氧处理小室3的调节阀门31、阀门33，在臭氧处理小室3内，浓缩了的臭氧气就会在绝热膨胀作用下扩散至小室全体。 
用压力计35和阀门33来调节臭氧处理小室3内的压力控制，虽然图中未示出，但只要使设置于臭氧处理小室3内的被处理材料(晶片等)的温度达到处理温度来进行臭氧处理，就会在被处理材料(晶片等)表面上获得优质的氧化薄膜。 
此处，虽然臭氧浓缩系统的各装置、设备、阀门操作、各传感器的详细的信号线没有明确标示出来，但可以用控制系统9来对上述操作进行总的控制和监测。 
图9为示出上述的实施方案2中的臭氧浓缩系统的气体压力平衡、气体分配机理的方块图。 
在该图中，2A为用于控制向臭氧发生器21供给的原料气流量的质量流量控制器MFC1，2B为用于使臭氧发生器21内的压力经常保持为恒定压力(例如，0.25MPa)并控制臭氧化氧气输出的自动背压调节器APC1，1A为可以控制从臭氧浓缩系统100中排出的稀释气体压力P1的自动背压调节器APC3，另外，1B为用于将臭氧浓缩系统100内的气体压力P2经常恒定地控制为设定压力的自动背压调节器APC2。另外，79为用于使从臭氧浓缩系统100排出的稀释气体高压化的氧压缩机。 
例如，只要用APC2(1B)将设定压力P2设定为0.2MPa，自动调整APC2(1B)内的针阀的开闭度，以便使臭氧浓缩小室内的浓缩空间侧的臭氧化气体压力经常恒定为0.2MPa(P2)。在该压力恒定的状态 下，只要将稀释气体取出侧的APC3(3B)设定为大气附近的0.05MPa，自动调整APC3(3B)内的针阀的开闭度，以便使臭氧浓缩小室内的上部的稀释空间侧的压力恒定为0.05MPa(P1)。这样，如果分别用各自的APC，使借助氧透过膜(130)分隔成的臭氧浓缩小室内的两个空间保持0.15MPa(＝P2-P1)的压力差，则可使浓缩空间侧的臭氧化气体中的氧气选择性地透过氧透过膜(130)而流向稀释空间侧，通过保持0.05MPa(P1)的压力平衡，就能借助APC3(3B)将稀释臭氧化气体(氧气)取出。如果将该取出的稀释臭氧化气体用氧气压缩机79压缩，将该压缩了的气体与向臭氧发生器供给原料气的高压贮气瓶侧的配管合流，则可以谋求氧气的有效利用。另外，借助氧透过膜(130)使氧气选择性地透过，可以提高浓缩空间侧的臭氧化气体的臭氧浓度而达到高浓度化，其结果，经过APC2(1B)，将浓缩臭氧化气体连续地取出。为了提高臭氧浓缩小室内的浓缩空间侧的臭氧化气体的浓缩度，必须提高氧透过膜(130)的氧气透过量，为此，增加稀释空间与浓缩空间之间的压力差(P2-P1)，增加氧透过膜(130)的表面积，以及通过将臭氧浓缩小室冷却来使臭氧化气体冷却，增加氧透过膜(130)的氧气选择性地透过的量均是有效的。 
通过使臭氧发生器所供给的臭氧化气体压力为0.1MPa～0.5MPa，可以使臭氧浓缩小室内的浓缩侧的压力P2为0.1MPa～0.5MPa，使稀释侧的压力P1为大气压以上的压力，可以充分确保稀释空间与浓缩空间之间的压力差(P2-P1)，从而发挥能够使氧气选择性地透过氧透过膜(130)的作用。但是，如果使臭氧发生器所供给的臭氧化气体压力为0.5MPa以上，则由于臭氧发生器中发生的臭氧浓度极低，使所取出的浓缩臭氧浓度降低，因此不是有效的。 
另外，如果调节APC2(1B)、APC3(3B)中任一个的压力P2、P1，则稀释空间与浓缩空间之间的压力差(P2-P1)随之改变，可以起到调节所取出的浓缩了的臭氧化气体的臭氧浓度的作用。 
另外，本装置具有一种可根据臭氧发生器所供给的臭氧化气体流量和浓度来调节所取出的浓缩了的臭氧化气体的臭氧浓度和流量的作 用。 
如图10所示，如果将臭氧化气体冷却，就可以起到一种促使臭氧气比氧气在更大程度上增加其本身在吸附物质上的吸附量或是臭氧气之间的相互吸附量的作用(由于冷却带来的臭氧气选择性地吸附的效果)。另外，从氧透过膜(130)透过的氧气量，与臭氧气相比，氧气的质量为2/3，并且每1个氧分子的大小也比臭氧分子小。进而，如果将臭氧化气体冷却，则如上述所示，臭氧这一方与上述物质间的吸附或臭氧气之间的吸附变得更容易，其结果，氧气相对于臭氧气的透过量增加，因此，冷却措施具有使氧气选择性地透过的量增加的作用。图11为示出当考虑图10的臭氧吸附效果和氧与臭氧的质量差时算出的透过氧透过膜(130)的氧气量相对于透过的臭氧气量的透过倍率的特性图。从以上的图10、图11可以看出，对臭氧浓缩小室内的冷却，特别是如果在0～-100℃以上进行冷却，则具有氧气能够有效地透过的作用。另外，如果使其为-100℃以上，就会出现冷却机的市售品变少、价格也提高、必须使臭氧浓缩小室的绝热材料加厚等问题。 
在本实施方案的臭氧化氧气的浓缩装置中，虽然示出的是氧透过膜(130)，但也可以是能够使氧气透过的烧结材料，希望是其材质具有耐臭氧性的陶瓷材料或是特富龙(注册商标)膜。 
如果在供给到臭氧气发生器的气体中含有大量(数100ppm以上)的氮气，则发生器除了生成臭氧气以外，还生成NOx气体或硝酸(HNO3)，该NOx气体或硝酸(HNO3)具有促进氧透过膜(130)劣化的作用。因此，使臭氧浓缩小室的寿命变短。 
关于使用以往的液体臭氧装置和吸附装置的臭氧浓缩方法，如图6所示，所取出的臭氧气全部在以①表示的臭氧的吸附、液化工序中一旦被液化或者被吸附后，在以②表示的真空工序中将装置内抽真空，然后，如③所示，通过对抽真空的装置加温来使其气化，使接近100％的臭氧发生气化，然后，用载气进行如④所示的臭氧的稀释化，将规定的浓缩臭氧化气体取出。因此，必须采用排臭氧处理对上述工序①～③中不需要的臭氧进行处理，这样就使得臭氧浓缩效率非常低， 最高为40％左右。另外，由于在上述工序②中，必须制备浓度接近100％的高浓度的臭氧，因此，在生产该液体的阶段或者通过对臭氧进行吸附和脱附来生产高浓度臭氧的阶段，经常发生爆炸，为了避免这种爆炸，必须对温度和压力进行十分严格的控制，从而使得保护装置变得庞大，这是存在的问题。 
与此相反，在采用本发明的实施方案2的臭氧浓缩中，以臭氧发生器21所发生的臭氧浓度为基础，在臭氧浓缩小室11内使臭氧气选择性地结露，而且，通过用能使其具有压力差的氧透过膜(130)将其分隔开，使氧气选择性地透过氧透过膜(130)，并将该透过的气体连续地排出，这样可以谋求高浓度化，因此，可以非常高效地进行臭氧浓缩。 
另外，在本装置中，由于以臭氧发生器21所发生的臭氧浓度为基础来进行高浓度化，因此，爆炸的危险性就要小的多，这是其优点。 
作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，通过将上述稀释气体取出部的压力P1设定为大气压(0MPa)以上，将浓缩气体取出部的压力P2设定在(0.1MPa)～(0.5MPa)的范围，可以充分确保稀释空间与浓缩空间之间的压力差(P2-P1)(0.1MPa以上)，具有可以使氧气选择性地透过氧透过膜(130)的效果，同时，由于使取出部的压力P1为大气压(0MPa)以上，因此还具有不需要真空设备的效果。 
作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，用气体压缩机增高从上述小室经由上述稀释气体取出部取出的臭氧气稀释气体(氧气)的压力，以便将其再次作为臭氧气发生装置的原料气加以利用，因此，可以有效地利用氧气。 
作为供给到上述臭氧浓缩系统中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，作为发生上述臭氧化氧气的臭氧发生器，使用一种由氮气添加量在1PPM以下的高纯度氧气来制造臭氧气的无氮臭氧发生装置，可以长时间稳定地供给一种从臭氧浓缩小室取 出的浓缩臭氧化气体，具有提高使用半导体制造装置的臭氧来形成氧化膜的可靠性的效果。 
通过按照多段级联的方式设置多个实施方案2的臭氧浓缩装置等的特定气体的浓缩、稀释装置，可以谋求更高浓度化。 
实施方案3. 
实施方案3示出采用上述实施方案1、2的臭氧浓缩系统的用途例。图12为示出以往的浓缩臭氧装置中浓缩臭氧浓度相对于臭氧化氧流量的特性与本发明的一个实施例的浓缩臭氧浓度特性进行对比的图，图13-a、图13-b示出将本发明的浓缩臭氧用于半导体制造装置的氧化膜形成中的叶片式以及间歇式的装置的一个实施例。另外，图14示出臭氧气中所含有的各种气体的饱和蒸气压特性。 
图12示出浓缩臭氧浓度相对于臭氧化氧流量(SCCM)的特性，特性2005表示以往的液体臭氧装置的臭氧浓度特性，特性2006表示以往的吸附臭氧装置的臭氧浓度特性。特性2007表示本发明的臭氧浓度特性的一例，另外，区域2008表示在半导体制造业界中、未来间歇式臭氧CVD装置所要求的高浓度臭氧的目标区域。 
如果使用在本发明的实施方案1、2中说明的臭氧浓缩系统，则不大会使装置的体积增大，由于可以得到高浓度的臭氧化氧气，并且能够高效地进行浓缩，因此，允许压低臭氧发生器的臭氧发生量，从而可以缩小整个系统，这是其优点。 
对于利用臭氧的半导体制造装置而言，在集成电路元件(IC)的制作过程中，在形成层间绝缘膜的CVD工序等中可以利用臭氧化氧气。 
特别地，如果成为浓缩了的高浓度臭氧化氧气，则可以形成一种优质的氧化膜，该氧化膜可以减少由于与臭氧气以外的气体(氧气)等碰撞而引起的还原为氧气等的氧化反应所造成的损失，能有效地抑制臭氧转变为活性氧的反应，而且能够抑制与被氧化物质发生氧化反应，并能抑制高速的漏电流，这些特性被评价为其优点，并且人们正在研究将来采用由批量生产线生产的高浓度臭氧化氧气。另外，为了用高浓度臭氧促进氧化反应，从能够减小由于臭氧离解为活性氧所需要的热能的观点考虑，作为在低温氧化成膜用途中不可缺少的气体非常引人注目。目前的现状是，虽然浓缩获得的浓缩臭氧化氧气为接近100％的高浓度臭氧，但所供给的臭氧流量和供给压力均低，在连续供给方面和以稳定的浓度供给浓缩臭氧化氧气的方面上仍存在问题。因此，应想办法通过用尽可能短的配管将臭氧浓缩装置和半导体处理装置(CVD装置等)连接形成一体来克服上述的问题。
使用本发明的实施方案1、2的臭氧浓缩装置，可以获得成为上述问题点的所供给的臭氧流量，也就是如图12所示，以3000SCCM(3L/min)的流量获得高浓度臭氧化氧。另外，关于臭氧气的供给压力，从图6所示的爆炸极限考虑，传统的装置是将设定压力控制在较低水平，而在本发明的臭氧浓缩装置中，由于是采用以臭氧发生器21获得的浓度为基础来谋求臭氧气的高浓度化的方式，因此，与传统装置相比，可以减小由于压力急剧上升所带来的危险性，供给压力也可以比传统装置高。 
利用以上的本发明的实施方案1、2的浓缩臭氧装置的优点，如果是图13-a那样的叶片式CVD装置或是图13-b那样的间歇式CVD装置，就可以使浓缩臭氧气均匀地充满CVD小室3内全体，可以形成一种材料利用率好的层间绝缘膜。在图13-a、图13-b中，31为臭氧供给阀门，33为处理气体排出阀门，36为用于使臭氧化氧气18扩散的喷嘴管。在喷嘴管36中，设有多个直径为1mm以下的喷孔36a。37为属于被处理材料的晶片，图13-a中的38为基台，在其上安装加热器(图中未示出)。图13-b中的39为加热器，从小室3的外部对晶片37进行加热。 
该装置中，开启处理气体排出阀门33，使CVD小室3内成为真空状态，在这种状态下，关闭处理气体排出阀门33，使臭氧供给阀门31全开，一旦在喷嘴管36中贮存了供给压力P1的臭氧气后，由于真空形成的与小室压力P1之间的差压，使得臭氧化氧气18按绝热膨胀的方式从喷嘴部36扩散入小室3内，从而使其充满小室3全体。 
由于从喷嘴部36出来的臭氧气发生绝热膨胀，因此，使气体冷却至低温，因此具有避免臭氧气分解的效果。 
在臭氧浓缩过程中，根据进行浓缩的工作温度的不同，浓缩了的臭氧化气体中除了氧以外，还可以包含其他的杂质气体。 
一般来说，关于臭氧发生器21，如专利文献7所示，原料气为氧气中含有百分之几以下的氮气的气体，在该氮气的放电化学反应中生成的NO2等NOx簇能够促进氧原子离解，由此生成臭氧。 
表1用于说明由原料气、氧、氮生成臭氧的机理，对于通常的臭氧发生器，通过使用在氧气中加入微量氮气的原料气和利用高电场无声放电所发出的光、电子离解、化学催化剂反应，使其生成臭氧气。在光、电子离解、化学催化剂反应中生成臭氧气的机理，按照下述反应式生成臭氧。 
电离电压低的氮气受到0.1mm的短间隙无声放电的作用而生成具有7～10eV左右高能量的电子。通过该高能电子与基态的氮气N2之间的碰撞，氮气由于被激发而生成负离子化N2 -B2，该激发的离子N2 -B2发生朝向第1负电带(1stNegativeバンド)的脱激发。在该脱激发时，发出具有360nm～430nm放射光谱的紫外线(放电光hv)。 
另外，当发生氮N2与高能电子的碰撞或是向氮N2照射放电光hv时，氮就离解成氮原子，离解的氮原子在与氧气的化学反应中，生成微量的NO2气体。(步骤1)。 
当向生成的微量NO2气体照射特定波长的放电光hv(360～430nm)时，在光化学反应中生成NO气体和O原子。另外，在NO气体与O2气体的化学反应中，生成NO2气体和O原子(步骤2)。在步骤2中，微量NO2气体在受到催化剂作用时，生成大量的O原子。 
在放电场中，一旦生成大量的O原子，生成臭氧的放电场的压力约为0.25MPa的高气压等离子体，因此，分子、原子间之间的碰撞大部分为三体碰撞。该O原子与O2分子与壁(M)等在三体碰撞化学反应中交换能量，可以生成与所生成的O原子量相当的O3(臭氧)气体(步骤3)。这样，O原子在NO2的催化剂作用下而大量生成，因此，可以高效地生成高浓度臭氧。 
除了发生该臭氧以外，还生成副产物，主要是在步骤4所示的化学反应中，在NO2气体与O3(臭氧)气体的化学反应中，在N2O5气体、氮离子与O离子的反应中，N2O以及高压贮气瓶中所含有的微量水分与NO离子发生作用而生成微量的硝酸簇，取出的臭氧化氧气中也生成它们的副产物。 
  臭氧的生成条件
  O2+百分之几的N2+微量的H2O+高电场无声放电
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表1原料气体、氧和氮导致的臭氧生成机理 
总之，在放电中，在NO2等NOx簇的催化剂作用下，大量生成O原子，从而生成臭氧。就是说，可以认为，在数10ppm的NO2量的催化剂作用和放电光的光化学反应作用下，生成相当于NO2量10000倍左右浓度的臭氧(数vol％～20vol％左右)，物理学上可以适当地说明，能够充分地生成臭氧。迄今为止，虽然可以解释为，通过0.1mm间隙的短间隙无声放电，使所生成的高能电子与氧气碰撞，从而生成O原子，但能够使O原子离解所需的高能电子可以通过无声放电来产生，能够使放电中的O原子离解所需的高能电子密度，在放电的情况下，每单位体积为109～1010(个/m3)左右，以该非常少的电子密度，完全不能令人信服地说明生成数vol％～20vol％(0.3×1019个/cm3)左右的臭氧的机理。 
另外，最近，根据对上述原理的假定，通过选择一种可用来代替NO2等NOx簇催化剂作用的光催化剂物质，也可以开发臭氧发生器，从而使无氮臭氧发生器达到制品化。 
但是，一般的臭氧发生器由于原料气中含有氮，因此，从臭氧发生器出来的臭氧气中含有NOx。从臭氧发生器出来的NOx气体的大部分为N2O5和N2O以及硝酸簇HNO3。当N2O5一旦处于0℃以下时，就会发生液化，在臭氧气中作为N2O5簇而存在。另外，N2O的熔点在-90℃附近。 
如果考察臭氧发生器中所含有的各种气体的蒸气压特性，则如图14所示。因此，对于通过使臭氧液化来进行浓缩的臭氧浓缩装置而言，由于在80K(-193℃)下进行液化，因此，由臭氧发生器发生的臭氧化氧气中，不仅将臭氧液化，而且也将N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇液化，由于在100K(-173℃)下进行蒸气化，因此，可以获得几乎不含NOx的浓缩臭氧气。但是，采用该方式，在液化时，N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇被液化而残留在装置内，因此必须定期地除去残留下来的N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇(NOx除外)。 
对于通过吸附臭氧气来进行浓缩的吸附式臭氧浓缩装置而言，由于在-60℃左右的温度下进行吸附，因此在由臭氧发生器发生的臭氧化氧气中，不仅吸附臭氧，而且也吸附N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5 簇。由于在0℃下使吸附的臭氧脱附，因此，蒸气压特性的温度比臭氧气高的N2O气体与臭氧气混杂在一起，作为浓缩臭氧气而被输出。另外，硝酸簇HNO3、N2O5簇的一部分发生蒸气化，作为硝酸簇HNO3、N2O5簇而输出到浓缩臭氧气中，而大部分的硝酸簇HNO3、N2O5簇被吸附剂吸附而残留下来。因此，HNO3、N2O5积蓄在吸附剂上，成为吸附剂性能劣化的原因。 
对于使用能够使臭氧选择性地结露、然后使结露的臭氧在同一空间内蒸发的系统或是使用能够让臭氧气以外的氧气选择性地透过的氧透过膜(130)来除去臭氧化气体中的氧气的系统的臭氧浓缩装置而言，由于在例如低温-60℃下选择性地吸附臭氧而使其结露，并在-0℃下使结露的臭氧蒸发，当然，虽然浓缩的臭氧气中也含有在臭氧发生器中生成的N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇，但在臭氧浓缩装置内不会积蓄N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇，不存在必须定期对液体式臭氧浓缩装置进行NOx除去的问题或是在吸附式臭氧浓缩装置中的吸附剂性能劣化的问题，因此，可以提供更加实用的装置。 
在半导体制造装置中，对于形成层间绝缘膜的臭氧CVD装置而言，如果臭氧化氧气中含有N2O气体、硝酸簇HNO3、N2O5簇，则会成为在气体中的配管或装置部与臭氧化氧气接触的部分析出铬或锰金属等金属污染物质的原因，该金属污染物进入氧化膜内，就会使氧化膜的绝缘性变差，从而使漏电流增大。因此，存在不能形成优质氧化膜的问题。希望使用成为金属污染物质析出原因的NOx量尽可能少的臭氧气。因此，对于本发明的臭氧浓缩装置而言，优选将其与臭氧发生器组合使用，例如与一种供入不含氮的、氧浓度在99.999％以上的高纯度氧气的原料气并使用能够生成臭氧的光催化剂物质、不添加氮的臭氧发生器组合使用，这样可以供给一种NOx含量极少的浓缩臭氧化氧气。 
图15为示出臭氧发生器的原料气中含有的氮添加率与臭氧发生器中生成的NO2气体量(换算值)的曲线图。作为测定发生臭氧的臭氧化氧气中所含的NOx的手段，如果向发生的臭氧化氧气中通入纯水，NOx就会作为硝酸(HNO3)而溶入纯水中，这样，只要测定溶入纯水中 的NO3 -离子量，就可以测定臭氧发生器中生成的NOx。从而可以从该NO3 -离子量计算出臭氧发生器中生成的NO2气体量。 
在图15中，特性2009是按照专利文献8的表3计算出来的。另外，特性2010是采用本发明的装置测得的特性。在该图中，在氮添加率为1％左右的条件下，生成的NO2量为100000vol/ppb，显示出氮添加率越少，NO2量就越低。关于臭氧发生器，对于只用99.999％以上的高纯度氧气的而不添加臭氧氮的臭氧发生器而言，氮含有量在0.005％以下，该场合生成的NO2量低于0.001vol/ppb(区域2011)，由于所供给的臭氧化氧本身含有非常少的NOx量，因此可以提供即使在浓缩的臭氧气中也几乎不含NOx的高浓度臭氧化氧气。 
实施方案4. 
图3-a、图3-b示出本发明的实施方案4的臭氧浓缩系统100。与图1中说明的实施方案1相比，图3-a、图3-b示出了对其中的冷冻机14的构成以及浓缩小室11、12内的结露、蒸气化用粒子材料13的配置等进行了变更的例子。在图3-a中，冷冻机分为14a、14b2个，在浓缩小室11、12的上部配置冷冻机14a，在其下部配置冷冻机14b，对于上部而言，将冷却温度设定为能够使臭氧气选择性地结露的最佳温度，作为臭氧结露区间。对于下部而言，将冷却温度设定为能够使臭氧缓慢蒸发的温度范围，作为臭氧蒸发区间。 
另一方面，在图3-b中，冷冻机分为14a、14b、14c3个，在浓缩小室11、12的上部配置冷冻机14a，在其下部配置冷冻机14b，在浓缩小室11、12的底部配置冷冻机14c，对于上部而言，将设定能够使臭氧气选择性地结露的冷却温度的区间作为臭氧结露区间，对于下部而言，将设定用于使结露的臭氧缓慢蒸发的冷却温度的区间作为臭氧蒸发区间，同时，对于在浓缩小室11、12的底部而言，将冷却温度设定在-112℃以上(-60℃～0℃)左右。另外，在浓缩小室11、12内的底部填充结露、蒸气化用粒子材料。通过采用这种构成，可以使结露的臭氧在蒸发区间蒸发，在该区间不能充分蒸发的液化臭氧进一步流到下面的底部，使其在该部分确实地蒸发。 
另外，为了使在底部贮存的液化臭氧急剧蒸发，在底部填充结露、蒸气化用粒子材料，通过增大在低温下进行结露、蒸气化用的粒子材料的表面积，可以避免发生急剧气化。 
另外，本发明中示出了基本上在1段结露-蒸发区间将臭氧气浓缩的系统，但是对于稀释臭氧气，优选另外再设置数段浓缩小室，以便使由臭氧发生器发生的臭氧气接近100％地结露，这样便能获得高浓度臭氧化氧。 
实施方案5. 
在上述实施方案1～4中说明了臭氧化氧气的浓缩系统，作为另一个实施例，通过将含有NOx气体、氟利昂气体或二氧化碳气的大气净化(稀释化)和浓缩化，也可以提高对NOx气体、氟利昂气体和二氧化碳气的分解处理的效率，可以将其作为提高处理效率的策略加以利用。在大气所含的NOx气体中，主要有NO2、N2O5、N2O、NO、HNO3。N2O5、HNO3的熔点高，在0℃左右不是气体状而是以簇状(蒸气状)的形式存在。NO2、N2O、NO的熔点，如图14的蒸气压特性所示，为-60℃、-140℃、-180℃左右。 
另外，释放到大气中的氟利昂气体的熔点为-70℃～-30℃左右。 
二氧化碳气(CO2)的熔点，如图16的蒸气压特性所示，为-140℃左右。因此，为了将这些气体转变成稀释化(净化)的或浓缩化的气体，必须根据作为对象的气体而改变浓缩小室的冷却温度来进行稀释化和浓缩化。另外，由于浓缩了的气体为腐蚀性气体，因此，浓缩气体的配管和阀门等部件需要选择具有足够耐蚀性的部件。 
图17示出本发明的实施方案5的对含有NOx气体、氟利昂气体和二氧化碳气的大气进行净化和浓缩化的装置的构成。 
在该图中，6为用于将大气气体压缩的压缩机；171为对压缩的大气气体进行流量调节并将其供给的调节阀门；172、173、174和176为用于调整多段气体浓缩系统100A、100B、100C内的压力并按流量取出浓缩的大气中所含的气体的阀门；175为用于取出稀释化(净化)了的气体的调节阀门。另外，182、183、184和185为气体流量计。 
该气体浓缩器100A、100B、100C为与图1所示的臭氧浓缩系统100相同的构成，关于气体浓缩器100A、100B、100C内的小室，其上部作为气体的结露区间，下部作为用于将上部结露的液体进行气化的蒸气区间，分别将各区间冷却。含有NOx气体、氟利昂气体或二氧化碳气的大气，通常含有1PPM～数百PPM左右的NOx气体、氟利昂气体或二氧化碳气，为了高效地将该大气浓缩，首先，用压缩机6将其压缩至0.3～1MPa左右，然后用调节阀门171将其连续供给(Q1)到气体浓缩器中。 
在这种状态下，用阀门175调节从上部取出的稀释气体的流量，接着，为了分别调节各个气体浓缩器I、II、III的压力而调节阀门172、173、174和176，将浓缩气体流量Q3取出。取出的浓缩气体流量Q3在气体分解装置81中进行分解。此处，相对于供给的流量Q1，稀释化(净化)了的流量Q2和Q3可通过下述方法来调节，例如，为了达到下述的流量平衡，一边观察流量计185、182、183和184显示的流量，一边调节阀门175、172、173、174和176。 
(例) 
Q1：40L/min 
Q2：30L/min 
QA：6L/min、QB：3L/min、Qc：1L/min 
Q1＝Q2+Q3＝Q2+(QA+QB+QC) 
这样，对于将含有NOx气体、氟利昂气体或二氧化碳气的大气进行净化和浓缩化的装置而言，与臭氧浓缩系统装置相比，在控制性和稳定性等品质方面的性能较差，虽然不需要防止爆炸的对策等，但是要求以非常大的流量进行浓缩化或稀释化，而且必须制成低价格的装置，为了实现这些要求，其对策是不使用在臭氧浓缩系统中使用的质量流量控制器(MFC)和自动压力调节器(APC)，因此，如图17所示，各部的流量调节中全部的调节阀门和流量计均以手动来调节。 
另外，为了提高稀释化(净化)气体的清洁度，气体浓缩器采用第2、第3段的气体浓缩器将第1段的稀释气体做进一步稀释的多段 构成。 
关于本发明的臭氧浓缩装置，在稀释臭氧取出侧设置质量流量控制器(MFC)，并在浓缩臭氧取出侧设置自动压力控制器(APC)，将臭氧浓缩小室内的压力保持恒定，而且通过调节稀释臭氧的流量来分配浓缩臭氧的流量，但将质量流量控制器(MFC)设置在浓缩臭氧取出侧，并将APC设置在稀释臭氧取出侧，也可以获得与本发明同样的效果。 
另外，虽然是用MFC对稀释臭氧取出侧进行流量控制，但是利用阀门代替MFC来进行流量调节，也可以获得与本发明同样的效果。 
在浓缩臭氧取出侧设置APC来对取出的流量进行自动控制，以便将臭氧浓缩小室内的压力控制为恒定，但是采用MFC与压力计的组合或是流量调节用阀门与压力计的组合来代替APC，使臭氧浓缩小室内的压力恒定，将浓缩臭氧气流量取出，也可以获得与本发明同样的效果。 
进而，在具有臭氧浓缩小室的发明构成和功能的基础上，通过设计冷冻机，或者根据臭氧浓缩小室的结露-蒸发材料的大小、填充量和臭氧浓缩小室的直径、材质、长度、所填充的结露-蒸发材料的长度，影响臭氧化氧气流动的温度交界层或粘性、比热、热导率或臭氧浓缩小室的热导率或比热等来进行本发明的最佳设计，可以进一步改善本发明的臭氧浓缩的效率、装置的紧凑性、廉价、轻量化等性能。 
本发明适用于半导体制造技术领域，此外，通过将本发明用于臭氧气供给领域以及除去大气中的CO2的领域或是除去废气气体中所含有的NOx、氟利昂的领域等工业领域中，有助于提高生产效率。 

Claims (21)

1.特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，该装置具备特定气体浓缩系统和气体供给-取出系统，其中，所述特定气体浓缩系统包括在内部封装有能够使特定气体选择性地结露的结露、蒸气化用粒子材料或装有使特定气体以外的气体选择性地透过的气体透过部件的小室，以及将上述小室内的气体冷却至规定低温的冷冻机，而所述气体供给-取出系统具有用于向上述小室中供给含有多种气体的混合气体的供给口、用于将上述特定气体被稀释后的气体取出的稀释气体取出口以及用于将上述特定气体已经浓缩了的气体取出的浓缩气体取出口；供给到上述小室内的上述含有多种气体的混合气体的上述稀释气体取出口，通过用上述冷冻机进行冷温化，使上述特定气体选择性地在上述粒子材料或上述气体透过部件的表面上结露，使上述特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件，由此实现上述特定气体的稀释化，而供给到上述小室内的上述含有多种气体的混合气体的上述浓缩气体取出口，通过将上述浓缩气体取出口的周围保持在比上述冷冻机导致的冷却温度高的温度，使在上述粒子材料或上述气体透过部件表面结露的上述特定气体蒸气化，由此实现上述特定气体的浓缩化，从上述小室的稀释气体取出口连续地取出上述特定气体的稀释气体，而且从上述小室的浓缩气体取出口连续地取出上述特定气体的浓缩气体。
2.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，上述冷冻机设置在上述小室的稀释气体取出口侧，利用上述粒子材料或上述气体透过部件的表面，将上述含有多种气体的混合气体冷却到上述特定气体结露或者促进特定气体以外的气体透过的温度。
3.权利要求1或2所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置中，在上述小室的稀释气体取出口以及浓缩气体取出口，设置用于控制上述小室内压力的自动压力调节器APC以及用于控制从上述小室取出的气体流量的流量控制器MFC中的任一个，同时，借助上述自动压力调节器APC以及流量控制器MFC中的任一个，从上述小室的稀释气体取出口连续地取出上述特定气体的稀释气体，而且从上述小室的浓缩气体取出口连续地取出上述特定气体的浓缩气体。
4.权利要求1或2所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，在上述小室内装有上述气体透过部件的特定气体的浓缩、稀释装置中，设置用于控制由于让上述特定气体以外的气体透过而除去了上述特定气体的稀释气体取出口侧的小室内的压力P1的第1自动压力调节器，和设置用于控制上述小室的浓缩气体取出口侧的小室内的压力P2的第2自动压力调节器，通过上述第1和第2自动压力调节器设定上述压力P2和P1的压力差为ΔP，由此借助上述第1和第2自动压力调节器来从上述小室的稀释气体取出口连续地取出上述特定气体的稀释气体，而且从上述小室的浓缩气体取出口连续地取出上述特定气体的浓缩气体。
5.权利要求1或2所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，借助在上述小室的周围形成的用于提高朝向上方的绝热能力的结构，使得在上述小室的上下方向上具有温度分布。
6.权利要求1或2所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，封入到上述小室内的结露、蒸气化用粒子材料为球形且成为侧面的1部分平面化的形状，按照使其平面部相互接触的方式填充成层状。
7.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，上述结露、蒸气化用粒子材料的材质为玻璃、陶瓷、或者不与含有多种气体的混合气体发生化学反应的金属。
8.权利要求6所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，上述结露、蒸气化用粒子材料由不与上述含有多种气体的混合气体发生化学反应的热导率高的金属膜包覆在热导率低的材质的表面而构成，所述热导率低的材质是玻璃、陶瓷或是树脂材料。
9.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，以上述供给的臭氧化气体浓度为基础，通过将臭氧气体浓缩来进行高浓度臭氧气化。
10.权利要求4所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，将上述稀释气体取出口侧的小室内的压力P1设定为大气压0MPa以上，将浓缩气体取出口侧的小室内的压力P2设定为0.1MPa～0.5MPa的范围，并将上述气体压力差ΔP设定为0.1MPa以上。
11.权利要求4所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，上述气体透过部件由特富龙膜材或者陶瓷材料构成，利用上述气体透过部件只让臭氧化气体中所含有的氧气选择性地透过。
12.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，借助在上述小室的附近设置的上述冷冻机来将上述小室冷却至-100℃以上的温度。
13.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述浓缩、稀释装置中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，用气体压缩机增高由上述稀释气体取出口取出的臭氧气稀释气体的压力，以便将其再次作为臭氧气发生装置的原料气加以利用。
14.权利要求9所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，具备用于发生臭氧化氧气的臭氧发生器，以从该臭氧发生器发生的臭氧化氧气作为上述含有多种气体的混合气体，供给到上述气体供给-取出系统的中央部。
15.权利要求1所述的特定气体浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述气体供给-取出系统中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，作为发生上述臭氧化气体的臭氧发生器，使用由氮气添加量在1PPM以下的高纯度氧气来制造臭氧气的无氮臭氧发生装置。
16.权利要求1所述的特定气体的浓缩、稀释装置，其特征在于，作为供给到上述特定气体的浓缩、稀释装置的上述含有多种气体的混合气体，为含有二氧化碳气、NOx气体、氟利昂气体中的至少一种的空气，将上述空气中所含有的气体浓缩，并使上述空气分流成上述至少一种气体浓缩了的空气和上述至少一种气体稀释了的空气。
17.特定气体的浓缩、稀释方法，该方法是从含有多种气体的混合气体中只将特定气体浓缩化或者稀释化的方法，其特征在于，该方法中，所用的气体供给-取出系统具有下述功能：将在气体浓缩、稀释用的小室中封装有用于使特定气体结露和蒸气化的粒子材料或装入有可让特定气体以外的气体选择性地透过的气体透过部件、冷却上述小室内的气体的功能；将特定气体稀释了的气体取出、以及将特定气体浓缩了的气体取出的功能；包括向上述小室导入上述含有多种气体的混合气体的步骤，通过将上述小室内的气体冷却，在结露、蒸气化用粒子材料表面只让上述特定气体选择性地结露，或在上述气体透过部件表面只让上述特定气体选择性地结露、让特定气体以外的气体选择性地透过上述气体透过部件，由此在上述小室的稀释气体取出口中实现上述特定气体的稀释化的步骤，一边使在上述粒子材料的表面上或上述气体透过部件表面上结露的液体借助重力流入到小室的下部，一边使小室的上述浓缩气体取出口的周围保持在比将小室内的气体冷却至规定低温的冷冻机导致的冷却温度高的温度，使在上述粒子材料或上述气体透过部件表面上结露的气体蒸气化，从而在上述小室的上述浓缩气体取出口中实现上述特定气体的高浓缩化的步骤，从上述小室的稀释气体取出口连续地取出上述特定气体的稀释气体，而且从上述小室的浓缩气体取出口连续地取出上述特定气体的浓缩气体。
18.权利要求17所述的特定气体的浓缩、稀释方法，其特征在于，在上述小室内装有上述粒子材料的特定气体的浓缩、稀释装置中，在上述小室的稀释气体取出口以及浓缩气体取出口，设置用于控制上述小室内压力的自动压力调节器APC以及用于控制从上述小室中取出的气体流量的流量控制器MFC中的任一个，同时，通过上述自动压力调节器APC，将上述小室内的压力自动控制为规定压力，而且，借助上述自动压力调节器APC和流量控制器MFC中的任一个来从上述小室的稀释气体取出口取出上述特定气体的稀释气体，用上述流量控制器MFC设定从小室内取出的流量，由此能够自动地设定当将上述特定气体的浓缩气体连续地取出到外部时的浓缩气体的浓度和流量。
19.权利要求17所述的特定气体的浓缩、稀释方法，其特征在于，在上述小室内装有上述气体透过部件的上述特定气体的浓缩、稀释装置中，设置用于控制由于让特定气体以外的气体透过而除去了特定气体的稀释气体取出口侧的小室内的压力P1的第1自动压力调节器，设置用于控制上述小室的浓缩气体取出口侧的小室内的压力P2的第2自动压力调节器，并使上述P2与P1的气体压力差设定为ΔP，借助上述第1和第2自动压力调节器来从上述小室的稀释气体取出口连续地取出上述特定气体的稀释气体，另外，从上述小室的浓缩气体取出口连续地取出上述特定气体的浓缩气体，使上述的第1自动压力调节器和第2自动压力调节器中至少1个的设定压力可变，以便能够控制当将上述特定气体的浓缩气体连续地取出到外部时的浓缩气体的浓度。
20.权利要求17所述的特定气体浓缩、稀释方法，其特征在于，作为导入到上述气体浓缩、稀释用的小室中的上述含有多种气体的混合气体，为含有臭氧气的臭氧化气体，将上述臭氧化气体的臭氧浓缩，进行高浓度臭氧气化。
21.权利要求17所述的特定气体的浓缩、稀释方法，其特征在于，作为导入到上述气体浓缩、稀释用的小室中的上述含有多种气体的混合气体，为含有二氧化碳气、NOx气体、氟利昂气体中的至少一种的空气，将上述空气中所含有的气体浓缩，分流成上述至少一种气体浓缩了的空气和上述至少一种气体稀释了的空气。
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