DE69811038T2

DE69811038T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Zuführen von ozoniziertem ulrareinem Wasser

Info

Publication number: DE69811038T2
Application number: DE69811038T
Authority: DE
Inventors: Junichi Ida; Tetsuo Mizuniwa; Hiroshi Morita
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: US6409918B1; JP4108798B2; TW486451B; KR100438356B1; JPH11138181A; DE69811038D1; EP0915060B1; EP0915060A1; KR19990045023A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues System zur Bereitstellung von ultrareinem Wasser mit verhältnismäßig konstanter Ozon-Konzentration an entfernten Verwendungs- bzw. Verbraucherstellen. Die vorliegende Erfindung kann für solche Zwecke verwendet werden, bei denen eine Versorgung mit ozonisiertem ultrareinem Wasser erforderlich ist, beispielsweise für die Verwendung beim Reinigen von Halbleitersubstraten.
Beim Stand der Technik werden Siliciumsubstrate für Halbleiter und Glassubstrate für Flüssigkristalle verwendet unter Anwendung eines so genannten RCA-Reinigungsverfahrens. Ein RCA-Reinigungsverfahren ist ein Hochtemperatur-Reinigungsverfahren, bei dem konzentrierte Chemikalien auf Wasserstoffperoxid-Basis verwendet werden. Zu Beispielen für diese Chemikalien gehören eine Lösung von Chlorwasserstoffsäure in Wasser und wässriges Wasserstoffperoxid oder eine Lösung von wässrigem Ammoniak in Wasser und wässriges Wasserstoffperoxid. Dieses Verfahren ist teuer wegen der Kosten für den Kauf der Chemikalien, für die Herstellung von hochgereinigtem Wasser zum Spülen und für die Abfallbeseitigung. Außerdem sind Luftverschmutzungs-Vorrichtungen erforderlich, um das Abgas und den Wasserdampf, die bei dem Verfahren entstehen, zu dekontaminieren. Dieses Verfahren ist auch kostspielig in bezug auf seinen Einfluss auf die Umwelt. In dem Verfahren wird eine große Menge Wasser verwendet, es werden flüssige chemische Abfälle ausgetragen und Abfallgase werden freigesetzt. In den letzten Jahren sind Nassreinigungsverfahren zur Verminderung dieser Nachteile entwickelt worden.
So sind beispielsweise in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 7-14817 ein Reinigungsverfahren und eine Vorrichtung zum Waschen von Silicium-Wafern beschrieben. Durch das Verfahren werden die Chemikalien- Konzentrationen verringert, die Reinigungszeiten werden verkürzt, die Anzahl der Chemikalien wird vermindert, die Abtrennung bzw. Rückgewinnung von Abfällen wird erleichtert und die Investitionen für die Apparatur werden verringert. Das Verfahren umfasst das horizontale Anordnen des zu waschenden Objekts im Innern eines Reinigungstanks. Eine chemische Reinigungsstufe stellt einen kontinuierlichen Chemikalienstrom von oben zur Verfügung. Das zu reinigende Objekt wird unter dem Strom gedreht. Eine Reinigungsstufe mit gereinigtem Wasser führt gereinigtes Wasser zu. Die chemische Reinigungsstufe und die Reinigungsstufe mit gereinigtem Wasser werden nacheinander in dem gleichen Reinigungstank durchgerührt. Als erste Chemikalien-Lösung wird ozonisiertes ultrareines Wasser vorgeschlagen.
Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 8-316 187 ein Verfahren zur wirksamen Entfernung von Metall-Schadstoffen und organischen Schadstoffen von der Oberseite eines Halbleiter-Substrats vorgeschlagen. Bei dem Verfahren werden keine Chemikalien, wie z. B. hochkonzentrierte Chlorwasserstoffsäure oder Wasserstoffperoxid, verwendet. Stattdessen wird ein Reinigungsverfahren vorgeschlagen, bei dem in der Reinigungsstufe Ozon zu einer sauren wässrigen Lösung, die Chloridverbindungen enthält, zugesetzt wird. Dadurch wird die Behandlung der Abwasser-Lösung, die durch das Reinigungsverfahren entsteht, erleichtert.
Ozon, das in ultrareinem Wasser gelöst ist, hat selbst bei Konzentrationen von nur einigen wenigen ppm eine sehr starke oxidierende Wirkung. Es ist hochwirksam in bezug auf die Entfernung von organischen Substanzen und Metallen. Es wäre wünschenswert, eine Quelle für ultrareines Wasser bereitzustellen, die eine hohe Konzentration an gelöstem Ozon enthält. Die Löslichkeit von Ozon im Wasser ist jedoch verhältnismäßig gering. Außerdem tritt auch eine Autolyse von Ozon zu Sauerstoff auf. Diese Beschränkungen verhindern die Herstellung einer hohen Konzentration an gelöstem Ozon in Wasser, die dann auf eine geeignete Konzentration verdünnt werden kann.
Die tatsächlichen Verhältnisse in dem Reinigungsverfahren sind so, dass die Nachfrage nach ozonisiertem ultrareinem Wasser nicht immer konstant ist. Es ist schwierig, ozonisiertes gereinigtes Wasser in einer konstanten Konzentration bereitzustellen, die unabhängig von der Nachfrage ist. Wegen dieses Problems wird bei dem Verfahren des Standes der Technik kontinuierlich ozonisiertes ultrareines Wasser in einem konstanten Strom und mit konstanter Konzentration auch dann bereitgestellt, wenn die Nachfrage gering ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bereits früher ein geschlossenes Schleifen- bzw. Kreislaufsystem entwickelt, bei dem das Nachfüll- bzw. Ergänzungswasser aus ultrareinem Wasser und der Überschuss von ozonisiertem ultrareinem Wasser in einem Tank gesammelt werden. Ozon wird in diesem Wasser gelöst, um sowohl die Verdünnungswirkung durch das Ergänzungswasser als auch den Effekt der Autolyse zu kompensieren. Ozon, das in ultrareinem Wasser gelöst ist, neigt selbst bei Normaltemperaturen zur Autolyse. Wenn die Länge der Schleife zu groß ist, wird in diesem System die Menge an ergänzendem Ozon, das erforderlich ist, um die Verdünnung und die Autolyse zu kompensieren, groß. Außerdem entsteht ein Konzentrationsgradient von gelöstem Ozon zwischen dem stromaufwärts gelegenen Abschnitt und dem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Rohrleitungen. Diese uneinheitliche Konzentration von gelöstem Ozon ist nicht wünschenswert. Deshalb ist dieses System, wenn ein langes Rohrleitungssystem verwendet wird, nicht geeignet.
In dem Wasserzuführungssystem für ozonisiertes ultrareines Wasser, das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung bereits früher entwickelt worden ist, werden der Ozon-Auflösungsbereich und das Rohrleitungzuführungssystem für ozonisiertes gereinigtes Wasser getrennt aufgebaut. Das heißt mit anderen Worten, bei der Erhöhung der Konzentration an gelöstem Ozon bis zu einer spezifischen Konzentration wird zuerst eine Gas/Flüssig-Trennung in dem Ozonauflösungsbereich durchgeführt, sodass kein ungelöstes Ozongas in der Zuführungsrohrleitung für ultrareines Wasser zurückbleibt. Alternativ wird Ozon gelöst, während das Gas und die Flüssigkeit unter Verwendung einer für Gas permeablen Membran voneinander getrennt werden. Dann wird das ozonisierte ultragereinigte Wasser in das Zuführungssystem eingeleitet. Dieses Verfähren ist geeignet, wenn der Ozonauflösungsbereich in der Nähe der Verwendungs- bzw. Verbrauchsstelle angeordnet ist. Dieses Verfahren ist auch geeignet, wenn ozonisiertes ultragereinigtes Wasser aus einem Ozonauflösungsbereich über ein kurzes Rohrleitungssystem zu der Verwendungs- bzw. Verbrauchsstelle transportiert wird. Wenn jedoch ein langes Rohrleitungssystem verwendet wird, nimmt die Konzentration an gelöstem Ozon durch Autolyse ständig ab. Es ist daher nicht möglich, dass bei Verwendung dieses Systems die Verbrauchs- bzw. Entnahmestellen fernab von der Ozonauflösungs-Einrichtung angeordnet sind.

Ziele und und Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Angaben ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben durch intensive Studien gefunden, dass es durch Verwendung der Zuführungsleitung für ultrareines Wasser als Ozonauflösungsbereich möglich ist, die Konzentration von gelöstem Ozon bei einem ziemlich konstanten Wert zu halten. Die ziemlich konstante Konzentration kann selbst dann aufrechterhalten werden, wenn eine Autolyse auftritt. Auf dieser Erkenntnis beruht die vorliegende Erfindung.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser zur Verfügung zu stellen, bei der die Abnahme der Konzentration an gelöstem Ozon innerhalb eines Zuführungs-Rohrleitungssystems unterdrückt werden kann und die eine verhältnismäßig konstante Ozon- Konzentration innerhalb des Zuführungssystems aufrechterhalten kann. Diese Vorrichtung kann angewendet werden auf ultrareine Wasserzuführungs/Zirkulations-Systeme mit jeder beliebigen Länge der Rohrleitungen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser zur Verfügung zu stellen, die nacheinander umfasst eine Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser für die Bereitstellung von ultrareinem Wasser, eine Zuführungseinrichtung für ozonisiertes Gas, eine Rohrleitung, die von der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser abzweigt und eine Gas/Flüssig- Separator-Einrichtung, die unmittelbar vor der Endverbruachs- bzw. Entnahmestelle angeordnet ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht dann, ozonisiertes ultrareines Wasser an einer Vielzahl von Verbrauchs- bzw. Entnahmestellen bereitzustellen durch Verwendung nur einer einzigen Zuführungs- Einrichtung für ozonisiertes Gas.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen wirtschaftlichen Weg anzugeben, um eine Reihe von Verbrauchs- bzw. Entnahmestellen mit ozonisiertem ultrareinem Wasser zu versorgen durch Verwendung nur einer einzigen Ozon-Zuführungseinrichtung.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein geschlossenes Schleifensystem für die Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser zur Verfügung zu stellen, das unverbrauchtes ozonisiertes ultrareines Wasser speichert.
Kurz zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung eine Versorgungs-Vorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser, welche die Abnahme der Konzentration an gelöstem Ozon in dem Vorsorgungsrohrleitungssystem verhindert und die Aufrechterhaltung von gelöstem Ozon an den Entnahmestellen entlang des Vorsorgungsrohrleitungssystems in den gewünschten Konzentrationen ermöglicht. Dies ermöglicht die Verwendung eines Systems, das in langen Rohrleitungen ozonisiertes Wasser transportiert. Eine Vorrichtung zur Versorgung mit ozonisiertem ultrareinem Wasser umfasst die aufeinanderfolgende Anordnung einer Zuführungsrohrleitung für ultrareines Wasser für die Bereitstellung von ultrareinem Wasser, eine Einrichtung zur Zuführung von ozonisiertem Gas, eine Verzweigungs-Rohrleitung, die in eine Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung führt und eine Endverwendungs- bzw. Entnahmestelle. Die Fließstrecke entlang der Hauptrohrleitung von der Zuführungseinrichtung für ozonisiertes Gas bis zu der Verzweigungsrohrleitung wird so gewählt, dass der gewünschte Grad der Ozonisierung erreicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Zuführungsvorrichtung für ultrareines ozonisiertes Wasser, die umfasst:
eine Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser zum Transport von ultrareinem Wasser in eine Schleife (Kreislauf), die von einer Speicher-Einrichtung für ultrareines Wasser abgeht und in diese zurückkehrt;
eine Ozongas-Zuführungseinrichtung zur Einführung von Ozon in das ultrareine Wasser;
mindestens eine Gas/Flüssig-Separator-Einrichtung zur Abtrennung von nicht gelöstem Ozongas von dem ultrareinen Wasser; und
die dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Ozongas-Zuführungseinrichtung durch mindestens eine Ozon-Zuführungsleitung mit mindestens einem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt in die Hauptversorgungsleitung verbunden ist;
dass die oder jede Separator-Einrichtung verbunden ist mit der Rohrleitung für ultrareines Wasser stromabwärts von dem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt an dem jeweiligen Abschnitt der Rohrleitung für ultrareines Wasser, in dem sich bei der Verwendung ein Gleichgewicht einstellt zwischen dem Verlust an Ozon aus dem ultrareinen Wasser als Folge einer Autolyse und an Ozongas, das sich in dem ultrareinen Wasser auflöst, sodass die Konzentration von in ultrareinem Wasser gelöstem Ozon in diesem Abschnitt im wesentlichen konstant ist; und
dass die oder jede Gas/Flüssig-Separator-Einrichtung einen Auslass für den Transport von ozonisiertem ultrareinem Wasser zu der jeweiligen Verbrauchs- bzw. Entnahmestelle umfasst.
Die Vorrichtung kann ferner umfassen eine Einrichtung zur Auflösung von Ozon, die mit der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser an einem Punkt stromabwärts von jeder Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung verbunden ist. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung außerdem eine Inline-Mischeinrichtung aufweisen, die stromabwärts von der Zuführungseinrichtung für ozonisiertes Gas angeordnet ist. Die Einrichtung kann beispielsweise ein statischer Mischer, ein Leitungsmischer, ein Füllkörper oder ein gewendelter Rohrleitungsabschnitt sein.
Bei einer Ausführungsform wird das ozonisierte Gas mittels Gasdruck, durch Ansaugen mittels eines Injektors oder durch Ansaugen mittels der Aufnahmeseite einer Pumpe in die Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser eingeführt.
Die Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser kann eine geschlossene Schleife (Kreislauf) sein, die von einem Tank für ultrareines Wasser ausgeht und an einem anderen Punkt des Wassertanks endet.
Eine Ozongas-Zuführungsrohrleitung, die von der Ozon enthaltenden Gaszuführungseinrichtung ausgeht, kann ozonisiertes Gas an mehreren Stellen entlang der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser mittels einer Verzweigungsleitung, die von der Zuführungsrohrleitung für ozonisiertes Gas ausgeht, zur Verfügung stellen. Es kann daher eine Vielzahl von Ozonzuführungsrohrleitungen bereitgestellt werden, die jeweils mindestens eine Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung aufweisen, die ozonisiertes ultrareines Wasser zu den jeweiligen Verbrauchsstellen transportieren.
Ein Verfahren zur Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser umfasst die folgenden Stufen:
Einführen von ultrareinem Wasser in eine Hauptversorgungsleitung (3) für ultrareines Wasser in eine Schleife, die von einer Speichereinrichtung (1) für ultrareines Wasser ausgeht und zu dieser zurückkehrt;
Einleiten von Ozongas in das ultrareine Wasser;
Abtrennen des ungelösten Ozongases von dem ultrareinen Wasser vor dem Transport des ozonisierten ultrareinen Wassers zu einer Verbrauchsstelle (7);
wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ozongas an einem oder mehreren Ozongas- Einleitungspunkten entlang der Schleife in das ultrareine Wasser eingeleitet wird, und das ungelöste Gas durch mindestens einen Separator (9) abgetrennt wird stromabwärts von dem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt in einem Abschnitt der Rohrleitung (3), in dem sich ein Gleichgewicht einstellt zwischen dem Verlust an Ozon aus dem ultrareine Wasser als Folge einer Autolyse und der Auflösung von Ozongas in dem ultrareinen Wasser, um dadurch die Konzentration des gelösten Ozons in dem ultrareinen Wasser in diesem oder in jedem Abschnitt im wesentlichen konstant zu halten.
Das Verfahren kann ferner eine Stufe umfassen, bei der das Ozongas und das ultrareine Wasser in der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser gemischt werden, wodurch die Auflösung von Ozon erhöht wird.
Das ozonisierte Gas kann an einer Vielzahl von Punkten in die Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser eingeleitet werden, um jeweils mindestens eine Verbrauchsstelle zu versorgen. Die Konzentrationen an gelöstem Ozon innerhalb des Abschnitts, der die jeweilige Verbrauchsstelle versorgt, können im wesentlichen gleich sein. Alternativ können an den jeweiligen Verbrauchsstellen unterschiedliche Konzentrationen bereitgestellt werden.
Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugsziffern und gleiche Buchstaben für die gleichen Elemente verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Versorgungsvorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2(a) stellt ein schematisches Diagramm dar, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung zeigt;
Fig. 2(b) stellt ein schematisches Diagramm dar, das eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung zeigt;
Fig. 3 stellt eine Kurve dar, welche die Beziehung zwischen der Länge der Rohrleitung und der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser erläutert; und
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Vorrichtung zur Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser besteht aus einer Hauptleitung für die Zuführung von ultrareinem Wasser und einer Einrichtung für die Zurührung von ozonisiertem Gas, die mit der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser in Verbindung steht. Eine oder mehrere Zweigleitungen gehen von der Hauptleitung ab. Die Zweigleitung(en) stehen mit der oder den Endverbrauchsstellen in Verbindung. Jede Zweigleitung ist mit einer Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung ausgestattet, die vor der Endverbrauchsstelle angeordnet ist.
In der Fig. 1 wird ultrareines Nachfüllwasser aus einer Erzeugungseinrichtung für ultrareines Wasser (nicht dargestellt) in einen Sammeltank 1 für ultrareines Wasser eingeführt. Das ultrareine Wasser wird aus dem Wassertank 1 für ultrareines Wasser mittels einer Pumpe 2 in eine Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser transportiert. Bei dieser Ausführungsform kann die Vorratsquelle für das ultrareine Wasser der ultrareines Wasser enthaltende Tank sein. Alternativ kann ein Untersystem, das ultrareines Wasser liefert, als Quelle für das ultrareine Wasser verwendet werden.
Eine Einrichtung 4 zur Einleitung von Sauerstoff enthaltendem Gas steht über eine Gaszuführungs- Rohrleitung 5 mit der Hauptversorgungsrohrleitung 3 für ultrareines Wasser in Verbindung. Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf die Einrichtung zur Zuführung des Ozon enthaltenden Gases. Beispielsweise können Ozongeneratoren, die Ozon bilden durch Elektrolyse von Wasser oder durch eine stille Entladung in der Luft oder in Sauerstoff verwendet werden. Die Verfahren zur Einleitung von ozonisiertem Gas in die Hauptversor gungsleitung für ultrareines Wasser können umfassen einen Gasdruck, eine Ansaugung durch einen Ejektor und eine Ansaugung mittels einer Pumpe.
Wenn der Abstand zwischen dem Einleitungspunkt für ozonisiertes Gas und der Verbrauchsstelle verhältnismäßig groß ist, löst sich das zugeführte Ozon in dem ultrareinen Wasser, wenn das Wasser durch die Hauptrohrleitung fließt. Wenn jedoch der Abstand zwischen dem Einleitungspunkt für das ozonisierte Gas und der Verbrauchsstelle verhältnismäßig kurz ist, ist ein Inline-Durchmischungsmechanismus bevorzugt, um die Auflösung des Ozons wirksam zu beschleunigen. Ein Inline-Durchmischungsmechanismus 6 kann bei Bedarf stromabwärts von dem Einleitungspunkt für ozonisiertes Gas in der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser angeordnet werden. Es gibt keine spezielle Beschränkung in bezug auf den Inline-Durchmischungsmechanismus, Beispielsweise können statische Mischer oder Leitungsmischer verwendet werden. Alternativ kann ein Füllmaterial in der Hauptleitung angeordnet werden, um den Gas/Flüssig-Kontakt zu beschleunigen, oder die Rohrleitung kann gekrümmt oder gewendelt sein, wie dargestellt, um die Verweilzeit zu verlängern.
Die Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser erstreckt sich bis zu einer oder mehreren Verbrauchsstellen 7, um diesen Stellen ozonisiertes ultrareines Wasser zuzuführen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform hat die Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser die Form einer Schleife (geschlossener Kreislauf). Das ultrareine Wasser, das an den Verbrauchsstellen 7 nicht entnommen worden ist, wird in den Tank 1 für das ultrareine Wasser zurückgeführt. Alternativ kann das Ende der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser über eine restliches Ozon entfernende Einrichtung (nicht dargestellt) mit der Einrichtung für die Erzeugung von ultrareinem Wasser verbunden sein. Das ultrareine Wasser, das an den Verbrauchsstellen nicht entnommen worden ist, wird in die Einrichtung zur Herstellung von ultrareinem Wasser zurückgeführt, nachdem eventuelles restliches Ozon daraus entfernt worden ist.
Zusätzlich zu gelöstem Ozon enthält das ozonisierte ultrareine Wasser außerdem nicht-gelöstes Ozon in einem Trägergas. Dieses ungelöste Gas strömt auf seinem Weg zu den Verbrauchsstellen 7 durch eine Verzweigungsleitung 8, die von der Versorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser abzweigt. Für eine genaue und gleichförmige Reinigung ist das ungelöste Gas unerwünscht. Dieses ungelöste Gas wird aus dem ultrareinen Wasser entfernt mittels einer Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 9 in der Verzweigungsleitung 8. Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf die Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 9, so lange sie in der Lage ist, die ungelöste Gaskomponente von dem ultrareinen Wasserstrom abzutrennen. Danach wird das ultrareine Wasser der (den) Verbrauchsstelle(n) 7 zugeführt.
Gemäß der Fig. 2(a) weist eine Ausführungsform der Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 9 im oberen Abschnitt einen Gasphasenbereich 10 und im unteren Abschnitt einen Wasserphasenbereich 11 auf. Die Geschwindigkeit des ozonisierten ultrareinen Wassers nimmt ab, wenn es in die Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 9 mit dem größeren Querschnitt eintritt. Das nicht gelöste Ozongas wird in Form von Blasen freigesetzt, die an die Oberfläche des Wassers aufsteigen und in den Gasphasenbereich 10 gelangen. Das ozonisierte ultrareine Wasser, aus dem das nicht gelöste Ozon entfernt worden ist, wird aus dem unteren Wasserphasenbereich 11 der Gas/Flüssig- Separatoreinrichtung 9 der Verbrauchsstelle 7 zugeführt. Das nicht gelöste Gas in dem Gasphasenbereich 10 wird durch ein Ventil 12 freigesetzt.
In der Fig. 2(b) ist die Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 9 der Fig. 2(a) in dem Wasserphasenbereich 11 der Einrichtung mit einer Multiporen-Platte 13 ausgestattet. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Was sers weiter herabgesetzt. Durch Verwendung einer Multiporen-Platte 13 oder von Füllkörpern in dem Wasserphasenbereich 11 wird die Abtrennung des nicht gelösten Gases von dem Wasserstrom verbessert.
In der Fig. 3 ist ein Konzentrationsgradienten-Diagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung mit ultrareinem Wasser darstellt, wobei auf der horizontalen Achse die Länge der Rohrleitung aufgetragen ist. Auf der vertikalen Achse ist die Konzentration des gelösten Ozons aufgetragen. Wenn ozonisiertes Gas an dem Einleitungspunkt "A" für ozonisiertes Gas in die Hauptleitung dem ultrareinen Wasser zugeführt wird (vgl. auch Fig. 1), löst sich das Ozon in dem ultrareinen Wasser und die Konzentration an gelöstem Ozon steigt schnell an. Wenn die Konzentration an gelöstem Ozon in dem ultrareinen Wasser ansteigt, wird jedoch der Verlust an Ozon durch Autolyse ausgeprägter. Dieser Effekt wird aufgewogen durch den Umstand, dass gasförmiges Ozon stabiler ist als das in Wasser gelöste Ozon. Das nicht gelöste Ozongas, das in dem ultrareinen Wasser verfügbar ist, löst sich dann in dem ultrareinen Wasser. Als Folge davon entsteht an dem Punkt "B" ein Gleichgewicht, in dem der Ozonverlust in dem ultrareinen Wasser als Folge der Autolyse im Gleichgewicht steht mit der Ozongasmenge, die sich in dem ultrareinen Wasser löst. Die Konzentration des gelösten Ozons in dem ultrareinen Wasser wird somit bei einer etwa konstanten Konzentration gehalten. Wenn das ozonisierte ultrareine Wasser weiter stromabwärts entlang der Hauptleitung fließt, nimmt die Menge des nicht gelösten Ozons, das in dem begleitenden Gas verfügbar ist, ab. An dem Punkt "C" wird es schwierig, das Gleichgewicht zwischen der Menge der Ozonverluste als Folge einer Autolyse und der Menge an verfügbarem Ozon für die Auflösung in dem ultrareinen Wasser aufrechtzuerhalten. An diesem Punkt nimmt die Konzentration des gelösten Ozons ab.
Die Zone I ist definiert als die Zone zwischen den Punkten "A" und "B". Die Zone II ist definiert als die Zone zwischen den Punkten "B" und "C". Die Zone III ist definiert als die Zone stromabwärts von dem Punkt "C". In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird das ultrareine Wasser in der Zone II verwendet, in der die Konzentration an gelöstem Ozon verhältnismäßig konstant bleibt. Das heißt mit anderen Worten, die Verzweigungsleitungen 8, die mit den Verbrauchsstellen 7 verbunden sind, sind in dem Abschnitt der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser angeordnet, welcher der Zone II entspricht. Das ozonisierte ultrareine Wasser, das mit einem ungelöstes Ozon enthaltenden Gas behandelt worden ist, wird über die Verzweigungsleitungen 8 zu einer oder mehreren Verbrauchsstellen 7 transportiert. Das nicht gelöste Ozon wird durch Gas/Flüssig-Separator-Einrichtungen 9 aus dem Wasserstrom abgetrennt. Auf diese Weise wird ultrareines Wasser, das eine verhältnismäßig konstante Konzentration an gelöstem Ozon enthält, bereitgestellt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit die Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser als Ozonauflösungsbereich verwendet. Selbst wenn das Rohrleitungssystem lang ist, wird eine Zuführung von ozonisiertem ultrareinem Wasser mit einer verhältnismäßig konstanten Konzentration an gelöstem Ozon bereitgestellt.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit der Bereich der Zone II als Versorgungsrohrleitungssystem für ozonisiertes ultrareines Wasser verwendet. In der Zone II gibt es nach dem Punkt "B" einen Abschnitt, in dem die Konzentration an gelöstem Ozon langsam ansteigt und nach dem Passieren eines Maximalwertes der Ozon- Konzentration die Konzentration an gelöstem Ozon langsam abnimmt. Dadurch ist es möglich, die Zone II an der Herstellungsstelle anzugeben auf der Basis der zulässigen unteren Grenze und der oberen Grenze für die Konzentration an gelöstem Ozon für den speziellen Verwendungszweck. Wenn beispielsweise eine gewisse Variation in bezug auf die Konzentration zulässig ist, z. B. in bezug auf die Konzentration an gelöstem Ozon in Höhe von 2 ppm oder mehr, können alle Verzweigungsleitungen 8 einfach mit der Zone II verbunden werden.
Wenn andererseits die Konzentration an gelöstem Ozon streng aufrechterhalten werden muss, wird das Ozon im Überschuss gegenüber der angegeben Ozon-Konzentration in dem ultrareinen Wasser gelöst, das in der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser fließt. Jede Verzweigungsleitung 8 ist mit einem Mechanismus zur Überwachung der Ozon-Konzentration sowie mit einem Kontrollmechanismus zur Einstellung der Ozon- Konzentration (nicht dargestellt) ausgestattet. Die Ozon-Konzentration wird an dieser Stelle eingestellt durch Zugabe von ultrareinem Wasser, das kein Ozon enthält, sodass die angegebene Ozon-Konzentration bereitgestellt wird.
In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser dargestellt, die Verzweigungen in der Zuführungsleitung 5 für ozonisiertes Gas enthält. Die erläuterte Ausführungsform umfasst fünf Ozon enthaltende Gaszuführungsleitungen 5, die an räumlich voneinander getrennten Stellen mit der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser in Verbindung stehen. Bei dieser Gestaltung wird neues ozonisiertes Gas dem ultrareinen Wasserstrom zugeführt, bevor die Menge des für die Auflösung in dem ultrareinen Wasser zur Verfügung stehenden Ozongases geringer wird als die Menge des autolysierten Ozons. Auf diese Weise wird die Konzentration an gelöstem Ozongas in der Zone II konstant gehalten entlang der Länge der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser. Die Zone II, in der die Konzentration an gelöstem Ozon in dem ultrareinen Wasser etwa konstant ist, wird somit verlängert. Dadurch wird es möglich, ozonisiertes ultrareines Wasser zu mehreren Verbrauchsstellen zu transportieren. Da gasförmiges Ozon stabiler ist als in Wasser gelöstes Ozon, ist es leichter, ozonisiertes Gas mit einer spezifischen Konzentration aus einer Reihe von Einleitungspunkten für ozonisiertes Gas der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser zuzuführen. Bei diesem System ist eine Vielzahl von Zuführungseinrichtungen für ozonisiertes Gas nicht erforderlich. Durch Anwendung dieser Methode der Zurührung von ozonisiertem Gas entlang des Weges wird die Beschränkung in bezug auf die Länge der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser eliminiert. Außerdem kann eine Gas/Flüssig- Separatoreinrichtung 9 an der einzelnen Verzweigungsleitung angeordnet sein, die zu jeder Verbrauchsstelle 7 führt. Alternativ kann eine Reihe von Verbrauchsstellen 7 eine verzweigte Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 14 gemeinsam haben. Die Verzweigungsleitungen 8 können somit nach der Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 14 angeordnet sein, um ozonisiertes ultrareines Wasser einer Vielzahl von Verbrauchsstellen 7 aus einer einzigen Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung 14 zuzuführen.
Bei der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung für ozonisiertes ultrareines Wasser wird gelöstes Ozon bei einer verhältnismäßig konstanten Konzentration gehalten. Die Länge der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser ist nicht mehr ein beschränkender Faktor, wie dies bei dem Stand der Technik der Fall war. Außerdem kann ozonisiertes ultrareines Wasser zu zahlreichen Verbrauchsstellen 7 transportiert werden. Ferner besteht durch die Methode des Transports von ozonisiertem Gas zu zahlreichen Einleitungspunkten in der Hauptleitung keine Beschränkung mehr in bezug auf die Länge der Hauptversorgungsleitung 3 für ultrareines Wasser. Als Folge davon ist die Verwendung von ozonisiertem ultrareinem Wasser für Nassreinigungsverfahren wirtschaftlicher.

Claims

1. Vorrichtung zur Bereitstellung von ultrareinem ozonisiertem Wasser, die umfasst:

eine Hauptversorgungsleitung (3) für ultrareines Wasser zum Transport von ultrareinem Wasser in eine Schleife, die von einer Speichereinrichtungen (1) für ultrareines Wasser abgeht und in diese zurückkehrt;

eine Ozongas-Zuführungseinrichtung (4) zur Einführung von Ozon in das ultrareine Wasser;

mindestens eine Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung (9) zur Abtrennung von nicht gelöstem Ozongas von dem ultrareinen Wasser;

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ozongas-Zuführungsemrichtung durch mindestens eine Ozon-Zuführungsleitung (5) mit mindestens einem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt in die Hauptversorgungsleitung (3) verbunden ist;

dass die oder jede Separatoreinrichtung (9) verbunden ist mit der Rohrleitung (3) für ultrareines Wasser stromabwärts von dem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt an dem jeweiligen Abschnitt der Rohrleitung für ultrareines Wasser, in dem sich bei der Verwendung ein Gleichgewicht einstellt zwischen dem Verlust an Ozon aus dem ultrareinen Wasser als Folge einer Autolyse und Ozongas, das sich in dem ultrareinen Wasser auflöst, sodass die Konzentration von in dem ultrareinen Wasser gelöstem Ozon in diesem Abschnitt im wesentlichen konstant ist; und dass die oder jede Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung (9) einen Auslass zur Entnahme von ozonisiertem ultrareinem Wasser an einer jeweiligen Verbrauchsstelle (7) umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem umfasst eine Einrichtung (6) zur Erhöhung der Konzentration an gelöstem Ozon, die mit der Hauptversorgungsleitung für ultrareines Wasser verbunden ist, an einem Punkt stromabwärts von der Ozongaseinleitungsleitung und stromabwärts von der oder jeder Gas/Flüssig-Separatoreinrichtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Einrichtung (6) zur Erhöhung der Konzentration an gelöstem Ozon eine Misch-Einrichtung innerhalb der Leitung umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der die Leitungs-Mischeinrichtung (6) ein statischer Mischer, ein Leitungsmischer, eine Fülleinrichtung oder ein gewundener (convoluted) Rohrleitungsabschnitt ist.

5. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in der die Hauptversorgungsleitung (3) für ultrareines Wasser in einem geschlossenen Kreis angeordnet ist, der von der Speichereinrichtung (1) ausgeht und an einem anderen Punkt der Speichereinrichtung (1) endet.

6. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in der die Speichereinrichtung (1) ein Tank für ultrareines Wasser für die Speicherung von ultrareinem Wasser ist, der zwischen einer Quelle für ultrareines Wasser und der Hauptrohrleitung (3) für ultrareines Wasser angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in der eine Vielzahl von Ozon-Zuführungsleitungen (5) vorgesehen ist, von denen jede mindestens eine jeweilige Gas/Flüssig-Trenneinrichtung (9) aufweist, die ozonisiertes ultrareines Wasser zu den jeweiligen Verbrauchsstellen (7) führt.

8. Verfahren zur Bereitstellung von ozonisiertem ultrareinem Wasser, das die Stufen umfasst:

Einrühren von ultrareinem Wasser in einer Hauptversorgungsrohrleitung (3) für ultrareines Wasser in eine Schleife, die von einer Speicherenrichtung (1) für ultrareines Wasser ausgeht und zu dieser zurückkehrt;

Einleiten von Ozongas in das ultrareine Wasser;

Abtrennen des ungelösten Ozongases von dem ultrareinen Wasser vor dem Transport des ozonisierten ultrareinen Wassers zu der Verbrauchsstelle (7);

dadurch gekennzeichnet, dass das Ozongas an einem oder mehreren Ozongas-Einleitungspunkten entlang der Schleife in das ultrareine Wasser eingeleitet wird, und dass das ungelöste Gas durch mindestens einen Separator (9) abgetrennt wird stromabwärts von dem jeweiligen Ozongas-Einleitungspunkt in einem Abschnitt der Rohrleitung (3), in dem sich ein Gleichgewicht einstellt zwischen dem Verlust an Ozon aus dem ultrareinen Wasser als Folge einer Autolyse und der Auflösung von Ozongas in dem ultrareinen Wasser, um dadurch die Konzentration des gelösten Ozons in dem ultrareinen Wasser in dem oder in jedem Abschnitt im wesentlichen konstant zu halten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das außerdem umfasst das Mischen des Ozongases mit dem ultrareinen Wasser in einer Hauptversorgungsrohrleitung für ultrareines Wasser, um dadurch die Konzentration an gelöstem Ozon zu erhöhen.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem Ozongas an einer Vielzahl von Punkten in die Hauptversorgungsleitung (3) für ultrareines Wasser eingeleitet wird für die Bereitstellung an mindestens einer der jeweiligen Verbrauchsstellen (7).

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die konstanten Konzentrationen von gelöstem Ozon, die jeder der jeweiligen Verbrauchsstellen (7) zugeführt werden, im wesentlichen gleich sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die konstanten Konzentrationen von gelöstem Ozon, die jeder der jeweiligen Verbrauchsstellen (7) zugeführt werden, im wesentlichen verschieden sind.