CN111788150A - 臭氧产生装置和臭氧产生方法 - Google Patents

Abstract

臭氧产生装置包括：第一流路，设有向氧气赋予水分的加湿部，并且以使通过了加湿部的氧气流出的方式构成；第二流路，以使水分量为10ppb以下的氧气流出的方式构成；合流路，经第一流路流出的氧气和经第二流路流出的氧气在该合流路进行合流；臭氧产生器，以在合流路合流后的混合氧气作为原料产生臭氧气体；和流量比调节部，对从第一流路向合流路流出的氧气的流量与从第二流路向合流路流出的氧气的流量的比率进行调节。

Description

臭氧产生装置和臭氧产生方法

技术领域

本发明涉及臭氧产生装置和臭氧产生方法。

背景技术

以氧气作为原料产生臭氧气体的臭氧产生装置被广泛用于半导体的制造工艺等。

作为这种臭氧产生装置，专利文献1公开了包括向氧气中赋予水分的加湿器的臭氧产生装置。具体而言，在臭氧产生装置中，在氧气源与臭氧发生器之间串联地连接有加湿器。从氧气源2供给的氧气在加湿器4中被赋予极其微量的水分，之后被供给至臭氧发生器9。由此，供给至臭氧发生器9的氧气中的水分量被调整至目标范围(例如0.05～40ppm)。如此，通过向氧气中赋予极其微量的水分，抑制所生成的臭氧气体的臭氧浓度的经时性下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4166928号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

如专利文献1这样，仅是通过加湿部(加湿器)向氧气中赋予水分的结构难以将氧气中的极其微量的水分量调节至目标范围。

特别是通过加湿部赋予至氧的水分量会由于例如水的温度、氧气的温度、流量和压力等的影响而大幅变动。因此，当这种加湿部的工作条件变化时，难以稳定地将氧气中的极其微量的水分量调节至目标范围。

除此之外，在将生成的臭氧气体用于半导体的制造工艺等的情况下，由于臭氧气体中的水分量变多，所以有可能水分成为多余的氧化剂而对处理效果造成不良影响。因此，根据臭氧气体的供给对象，有必要将氧气中的水分量调节至更低的范围。在这样的情况下，需要进一步对极其微量的水分量进行调节，也更难以将该水分量作为目标范围。

本发明着眼于上述技术问题，提出能够稳定地对氧气中的极其微量的水分量进行调整的臭氧产生装置和臭氧产生方法。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，在本发明中，将在加湿部赋予了水分的氧气与10ppb以下的氧气的混合氧气作为臭氧产生器的原料，并且形成能够调节两者的氧气的流量比率的结构。

也就是说，本发明的臭氧产生装置包括：第一流路，设有向氧气赋予水分的加湿部，并且以使通过了该加湿部的氧气流出的方式构成；第二流路，以使水分量为10ppb以下的氧气流出的方式构成；合流路，经所述第一流路流出的氧气与经所述第二流路流出的氧气在该合流部进行合流；臭氧产生器，以在所述合流路合流了的混合氧气作为原料产生臭氧气体；和流量比调节部，对从所述第一流路向所述合流路流出的氧气的流量与从所述第二流路向所述合流路流出的氧气的流量的比率进行调节。

在本发明中，经第一流路流出的氧气与经第二流路流出的氧气在合流路进行合流。经第一流路流出的氧气通过加湿部被赋予水分，由此含有微量的水分。另一方面，经第二流路流出的氧气的水分量为10ppb以下，实质上水分量为零。由此，两者的氧气所含的水分量产生差异。因此，通过流量比调节部，调节两者的氧气的流量之比，由此能够细微地调节流经合流路的混合氧气的水分量。另外，使几乎干燥状态的氧气与通过加湿部赋予了水分的氧气混合，由此能够使氧气的水分下降至极小的水分量。因此，能够将供给至臭氧产生器的氧气的水分量调节至极其微量的所期望的范围。

本发明优选包括除湿部，该除湿部将从氧气源供给的氧气中的水分除去至10ppb以下为止，第二流路使通过了除湿部的氧气向合流路流出。

由此，即使氧气源的氧气含有微量的水分，或者该氧气中的水分量发生变动，也能够可靠地从第二流路向合流路供给10ppb以下的氧气。

本发明优选包括供给路，所述供给路流有从氧气源输送的氧气，并且使该氧气分流至所述第一流路和第二流路。

由此，能够使一个氧气源兼用于第一流路和第二流路双方。

本发明优选除湿部设于供给路。

由此，能够向第一流路和第二流路供给通过除湿部使水分除去至10ppb以下为止后的氧气。第一流路中，向加湿部输送实际上不含水分的氧气，因此向加湿部供给的氧气的水分量几乎恒定(零)。因此，能够抑制从第一流路向合流路供给的氧气的水分量的变化。第二流路中，也输送实际上不含水分的氧气，因此也能够抑制从第二流路向合流路供给的氧气的水分量的变化。由此，能够抑制在合流路混合的氧气的水分量的变化，能够以高精度调节混合氧气的水分量。另外，能够使一个除湿部兼用于第一流路和第二流路双方。

本发明优选包括排气流路，该排气流路用于将流经所述合流路的氧气的一部分排出。

由此，即使增加了流经第一流路、第二流路的氧气的流量，也能够将该增加量从排气流路排出至系统外。其结果，能够抑制从合流路供给至臭氧产生器的氧气的流量变得过大。如果能够增加流经第一流路、第二流路的氧气的流量，则能够使在合流路合流的两者的氧气的流量比的变化幅度扩大。其结果，能够使混合氧气的水分量的调整幅度扩大。

本发明优选第一流路包含：设于上述加湿部的上游侧的一次侧配管；和设于上述加湿部的下游侧的二次侧配管，并且，二次侧配管的配管长度长于一次侧配管的配管长度。

第一流路的二次侧配管中流有刚在加湿部赋予了水分的氧气，因此，在二次侧配管中氧气中水分量容易发生分布不均。若二次侧配管的配管长度大于一次侧配管的配管长度，则能够在二次侧配管中扩散氧气中的水分，能够抑制氧气中的水分的分布不均。其结果，能够向臭氧产生器供给水分均匀化的氧气。

本发明优选包括检测部和控制部，该检测部对表示上述混合氧气的水分量的指标进行检测，该控制部控制上述流量比调节部，使得上述检测部检测出的表示水分量的指标接近目标值。

由此，即使流经第一流路、第二流路的氧气中的水分量因外在因素而变化，也能够可靠地将供给至臭氧产生器的氧气中的水分量维持在目标值。

本发明的臭氧产生方法包含如下工序：加湿工序，向氧气赋予水分；混合工序，使在加湿工序得到的氧气与水分量为10ppb以下的氧气在合流路混合；和臭氧产生工序，以在混合工序得到的混合氧气作为原料产生臭氧，在上述混合工序，对在上述加湿工序得到的氧气的流量与上述水分量为10ppb以下的氧气的流量的比率进行调节。

由此，能够稳定地将供给至臭氧产生器的氧气的水分量调节至极其微量的所期望的范围。

本发明优选包括除湿工序，该除湿工序将来自氧气源的氧气中的水分除湿至10ppb以下为止，在上述加湿工序，对在上述除湿工序得到的氧气赋予水分，在上述混合工序，在上述加湿工序得到的氧气与在上述除湿工序得到的氧气在上述合流路进行混合。

由此，能够抑制在混合工序所使用的两者的氧气中的水分量的变化，进而能够抑制混合氧气的水分量的变化。

发明效果

根据本发明，能够提供稳定地对氧气中的极其微量的水分量进行调整的臭氧产生装置和臭氧产生方法。

附图说明

图1是示出实施方式的臭氧产生装置的整体结构的结构简图。

图2是加湿部的结构简图。

图3是示出实施方式的变形例的臭氧产生装置的整体结构的结构简图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。需要说明的是，以下的实施方式是本质上优选的示例，并不旨在限制本发明、其适用物或者其用途的范围。

〈发明的实施方式〉

本发明的实施方式是臭氧产生装置10。如图1所示，臭氧产生装置10以从氧气源5供给的氧气作为原料，并将使用该原料生成的臭氧气体供给至规定的供给对象。氧气源5例如由填充有氧气的氧气瓶构成。在氧气瓶中填充有例如99.9999％的高纯度氧气。氧气中的水分量例如为50ppb～1000ppb的范围。臭氧气体的供给对象例如是半导体制造设备。

臭氧产生装置10具有装置主体20和控制部50。在装置主体20中，作为主要的结构器件，包括加湿部21、除湿部27和臭氧发生器28(臭氧产生器)。在装置主体20中，作为主要的流路，包括供给路30、第一流路31、第二流路32和合流路33。第一流路31和第二流路32并联地连接于供给路30和合流路33之间。

供给路30的流入端与氧气源5连接。在供给路30的流出端分别连接有第一流路31的流入端和第二流路32的流入端。在供给路30设有除湿部27。除湿部27例如由选择性地吸附氧气中的水分的吸附式除湿器构成。在除湿部27中，除去氧气中的水分使得该氧气中的水分量为10ppb以下。也就是说，通过了除湿部27的氧气中的水分量实际上为零。

在除湿部27除去了水分之后的氧气输送至第一流路31。第一流路31设有向氧气赋予水分的加湿部21，并且以使通过了该加湿部21的氧气流出的方式构成。第一流路31包括设于加湿部21的上游侧的一次侧配管31a、和设于该加湿部21的下游侧的二次侧配管31b。一次侧配管31a的流入端与供给路30连接，一次侧配管31a的流出端与加湿部21连接。二次侧配管31b的流入端与加湿部21连接，二次侧配管31b的流出端与合流路33连接。

如图2示意性地所示，加湿部21是所谓的渗透式加湿器，其包括水浸渍的罐22和配设于该罐22内的树脂管23(中空状的透湿膜)。也就是说，在加湿部21中，氧气在树脂管23的内部流动，由此树脂管23周围的水分子向树脂管23的内部透过。由此，在加湿部21中，向氧气中赋予微量的水分。在加湿部21被赋予了水分的氧气经由二次侧配管31b向合流路33流出。需要说明的是，在加湿部21加湿后的氧气例如含有800ppb～2000ppb范围的水分量。需要说明的是，加湿部21例如也可以是如下方式，即，氧气在罐22内流动，在树脂管23内填充有水，并且将所填充的水的微量水分赋予至氧气中。

在罐22连接有水温调整回路24，该水温调整回路24用于调节罐22内的水的温度。在水温调整回路24中的罐22的上游侧设有加热或冷却水的热交换器25。热交换器25例如设为热泵式的冷却单元(Chiller unit)。另外，为了抑制罐22内的水温的变化，优选将罐22设置于室内。在这样的情况下，优选通过空调机等将室内空气的温度调节至规定温度。

二次侧配管31b的配管长度大于一次侧配管31a的配管长度。在二次侧配管31b中，氧气中的水分量容易发生分布不均。若使二次侧配管31b的配管长度大于一次侧配管的配管长度，则能够在二次侧配管31b扩散氧气中的水分，能够抑制氧气中的水分的分布不均。其结果，能够向臭氧发生器28、检测用流路35供给水分均匀化的氧气。需要说明的是，二次侧配管31b的流路截面积优选小于一次侧配管31a的流路截面积。

在第一流路31中，例如在一次侧配管31a设有第一流量调节阀41。第一流量调节阀41也可设于二次侧配管31b。第一流量调节阀41调节流经第一流路31的氧气的流量。

第二流路32输送在除湿部27除去了水分后的氧气。第二流路32以使水分量为10ppb以下的氧气流出的方式构成。在第二流路32设有第二流量调节阀42。第二流量调节阀42调节流经第二流路32的氧气的流量。第一流量调节阀41和第二流量调节阀42构成流量比调节部(详细后述)。

经第一流路31流出的氧气与经第二流路32流出的氧气混合而成的混合氧气在合流路33中流动。在合流路33的流入端分别连接有第一流路31的流出端和第二流路32的流出端。合流路33的流出端与臭氧发生器28连接。

在合流路33设有第三流量调节阀43。第三流量调节阀43调节流经合流路33的混合氧气(即，供给至臭氧发生器28的原料气体)的流量。

在合流路33，例如在第三流量调节阀43的上游侧连接有排气流路34和检测用流路35。在合流路33中，例如排气流路34的流入端与检测用流路35的流入端相比位于上游侧。排气流路34和检测用流路35的流出端向系统外(大气)开放。需要说明的是，也能够将流量调节阀、开闭阀设于排气流路34、检测用流路35。

在检测用流路35设有水分测定仪44。水分测定仪44对在合流路33合流而成的混合氧气中的水分量进行检测。也就是说，水分测定仪44构成检测部，该检测部对供给至臭氧发生器28的原料气体中的水分量进行检测。水分测定仪44优选水分检测的响应速度快的，例如由激光吸收光谱式的水分测定仪构成。水分测定仪44的检测信号输入至控制部50。

臭氧发生器28以流出合流路33的混合氧气作为原料，生成臭氧。臭氧发生器28例如由通过无声放电来生成臭氧的无声放电式臭氧发生器构成。在臭氧发生器28生成的臭氧气体被供给至规定的供给对象。

控制部50构成为分别对第一流量调节阀41、第二流量调节阀42和第三流量调节阀43进行控制。控制部50使用微计算机和存储设备(具体而言是半导体存储器)构成，上述存储设备保存用于使该微计算机工作的软件。

例如控制部50至少调节第三流量调节阀43的开度，使得供给至臭氧发生器28的原料气体的流量接近目标流量。

控制部50调节流量比R，使得在水分测定仪44检测出的水分量接近供给至臭氧发生器的原料气体中的目标水分量。此处，若将从第一流路31向合流路33流出的氧气的流量设为Q1，将从第二流路32向合流路33流出的氧气的流量设为Q2，则流量比R为R＝Q1/(Q1+Q2)。通过调节该流量比R而能够将供给至臭氧发生器的水分量调节至目标的水分量(详细后述)。需要说明的是，流量比R例如在0.0625～1.0的范围内调节。

－运转工作－

针对用于在臭氧产生装置10中产生臭氧的运转工作(臭氧产生方法)，进行详细的说明。

当臭氧产生装置10运转时，氧气源5的氧气流经供给路30并通过除湿部27。在除湿部27中，进行除湿工序，即，将来自氧气源5的氧气中的水分除去直至10ppb以下。因此，即使氧气源5的氧气中含有一定程度的水分、或者该氧气的水分量变化，在除去工序得到的氧气中的水分量实际上也为零。

通过除去工序，水分量为10ppb以下的氧气分流至第一流路31和第二流路32。

分流至第一流路31的氧气通过加湿部21。在加湿部21中，进行向氧气赋予水分的加湿工序。此处，向加湿部21供给通过除湿部27使水分实际上成为零的氧气。因此，即使例如从氧气源5供给的氧气的水分量稍微产生变化，供给至加湿部21的氧气中的水分量也几乎不变(保持为零)。如上所述，加湿部21的罐22内的水温、罐22周围的温度被控制为恒定。因此，由于对加湿部21的加湿能力造成影响的外在因素减少，所以能够抑制从第一流路31供给至合流路33的氧气中的水分量的变化。

分流至第二流路32的氧气既未被除湿也未被加湿，而向合流路33供给。此处，向第二流路32供给通过除湿部27使水分实际上成为零的氧气。因此，从第二流路32向合流路33供给的氧气中的水分量也几乎不产生变化。

在合流路33中，进行混合工序，在该混合工序中，经第一流路31流出的氧气(以下，为了方便，也称为第一氧气)和经第二流路32流出的氧气(以下，为了方便，也称为第二氧气)混合。此处，第一氧气的水分量大于第二氧气的水分量。因此，在混合工序中，通过调节第一氧气的流量Q1与第二氧气的流量Q2的流量比R，能够细微地调节混合氧气的水分量。

具体而言，控制部50控制第一流量调节阀41和第二流量调节阀42的开度，使得在水分测定仪44检测出的水分量接近目标水分量。由此，能够使臭氧发生器28的原料气体的水分量接近目标的范围。

如上所述，第一氧气的水分量和第二氧气的水分量几乎不因外在因素而变化，因此，对于原料气体的水分量而言，流量比R成为主导地位。因此，通过控制这种流量比R，能够稳定地对原料气体中的极其微量的水分量进行调整。

另外，通过用水分量几乎为零的第二氧气稀释稍含水分的第一氧气，能够容易地得到含有极其微量的水分(例如0.05ppm～2.6ppm)的原料气体。

进一步，通过使第一氧气的流量Q1和第二氧气的流量Q2中的一方相较于另一方增大，能够扩大流量比R的变化幅度，进而还能够扩大原料气体的水分量的调整幅度。另一方面，当如上所述增大Q1、Q2时，合流路33的混合氧气的流量(Q1+Q2)增大，且该流量有可能超过臭氧发生器28的目标流量。在这种条件下，过剩的混合氧气经由排气流路34向系统外排出。因此，能够一边维持臭氧发生器28的目标流量一边扩大原料气体的水分量的调节幅度。

水分测定仪44是响应速度快的激光吸收光谱式。因此，基于水分测定仪44的检测水分量，能够迅速地对流量比R进行反馈控制。其结果，即使因某种外在因素导致原料气体的水分量变化，也能够迅速地使该水分量收敛至目标值。

〈实施方式的变形例〉

在上述的实施方式(图1)的结构中，也可以是省略了第二流路32的结构。也就是说，臭氧产生装置10也可以是如下结构，即包括：除湿部27，将从氧气源供给的氧气中的水分除去至10ppb以下为止；加湿部21，向通过了除湿部27的氧气赋予水分；和臭氧发生器28，以通过了加湿部21的氧气作为原料产生臭氧气体。在该结构中，由于在第一流路31中向加湿部21输送实质上不含水分的氧气，所以向加湿部21供给的氧气的水分量也几乎恒定(零)。因此，能够抑制从第一流路31向臭氧发生器28供给的氧气的水分量的变化。

〈其他实施方式〉

在上述实施方式中，将除湿部27设于供给路30。但是，例如如图3所示，也可以将除湿部27设于第二流路32。在这样的情况下，通过对在第一流路31加湿了的氧气的流量Q1和在第二流路32除湿了的氧气的流量Q2的比率进行调节，也能够调节混合氧气的水分量。

例如也可以设有2个氧气源，一个氧气源与第一流路31连接，另一个氧气源与第二流路32连接。

上述实施方式的加湿部21不一定是渗透式，也可以是例如使用扩散管法、霜点发生法的加湿器。

产业上的利用可能性

如上所述，本发明对于臭氧产生装置和臭氧产生方法有用。

附图标记说明

10 臭氧产生装置

21 加湿部

27 除湿部

28 臭氧发生器(臭氧产生器)

30 供给路

31 第一流路

31a 一次侧配管

31b 二次侧配管

32 第二流路

33 合流路

34 排气流路

41 第一流量调节阀(流量比调节部)

42 第二流量调节阀(流量比调节部)

44 水分测定仪(检测部)

50 控制部

Claims (10)

1.一种臭氧产生装置，其特征在于，包括：

第一流路，设有向氧气赋予水分的加湿部，并且以使通过了所述加湿部的氧气流出的方式构成；

第二流路，以使水分量为10ppb以下的氧气流出的方式构成；

合流路，经所述第一流路流出的氧气与经所述第二流路流出的氧气在该合流路进行合流；

臭氧产生器，以在所述合流路合流了的混合氧气作为原料产生臭氧气体；和

流量比调节部，对从所述第一流路向所述合流路流出的氧气的流量与从所述第二流路向所述合流路流出的氧气的流量的比率进行调节。

2.根据权利要求1所述的臭氧产生装置，其特征在于，

包括除湿部，所述除湿部将从氧气源供给的氧气中的水分除去直至10ppb以下，

所述第二流路以使通过了所述除湿部的氧气向所述合流路流出的方式构成。

3.根据权利要求2所述的臭氧产生装置，其特征在于，

包括供给路，所述供给路流有从所述氧气源输送的氧气，并且使所述氧气分流至所述第一流路和所述第二流路。

4.根据权利要求3所述的臭氧产生装置，其特征在于，

所述除湿部设于所述供给路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，

包括排气流路，所述排气流路用于将流经所述合流路的氧气的一部分排出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，

所述第一流路包含：

一次侧配管，设于所述加湿部的上游侧；和

二次侧配管，设于所述加湿部的下游侧，

并且，所述二次侧配管的配管长度长于所述一次侧配管的配管长度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，包括：

检测部，对表示所述混合氧气的水分量的指标进行检测；和

控制部，控制所述流量比调节部，使得所述检测部检测出的表示水分量的指标接近目标值。

8.一种臭氧产生方法，其特征在于，包含：

加湿工序，向氧气赋予水分；

混合工序，使在加湿工序得到的氧气与水分量为10ppb以下的氧气在合流路混合；和

臭氧产生工序，以在混合工序得到的混合氧气作为原料产生臭氧，

在所述混合工序，对在所述加湿工序得到的氧气的流量与所述水分量为10ppb以下的氧气的流量的比率进行调节。

9.根据权利要求8所述的臭氧产生方法，其特征在于，

包括除湿工序，将来自氧气源的氧气中的水分除湿至10ppb以下为止，

在所述加湿工序，向在所述除湿工序得到的氧气赋予水分，

在所述混合工序，在所述加湿工序得到的氧气和在所述除湿工序得到的氧气在所述合流路进行混合。

10.一种臭氧产生装置，其特征在于，包括：

除湿部，将从氧气源供给的氧气中的水分除去至10ppb以下为止；

加湿部，向通过了所述除湿部的氧气赋予水分；和

臭氧产生器，以通过了所述加湿部的氧气作为原料产生臭氧气体。

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