JP2007001830A

JP2007001830A - 不爆オゾンガス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007001830A
Application number: JP2005185846A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Koike; 国彦小池; Koichi Izumi; 浩一泉; Goichi Inoue; 吾一井上; Sadanori Nakamura; 貞紀中村
Original assignee: Iwatani International Corp
Current assignee: Iwatani International Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】高濃度オゾンガスを安全に取り扱えるようにするために、取り扱い容易でかつ低コスト品にし得る不爆オゾンガス及びその製造方法の提供。
【解決手段】、純粋酸素中に１０．０vol％以上のオゾンを含んで構成される高濃度オゾンガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む難分解爆発性を備えた不爆オゾンガス。
純粋酸素からオゾン製造装置１により生成した低濃度オゾンガスを冷却下で吸蔵装置２に吸蔵させ、その吸蔵装置２を昇温して高濃度オゾンガスを取り出し、その高濃度オゾンガスを貯蔵容器７に充填する際に窒素酸化物（ＮＯｘ）を０．１vol%以上の割合で混入することで不爆オゾンガスを製造する。
【選択図】図７

Description

本発明はオゾンガスにある種のガスを混入して当該オゾンガスの自己分解爆発を抑制することができる分解爆発しにくいオゾンガス（以下単に「不爆オゾンガス」と定義する）及びその製造方法に関する。

高濃度オゾンガスは、高濃度オゾン水の製造、脱臭処理、滅菌処理、金属等の不動態化処理、半導体集積回路の製造工程等に用いられる。この高濃度オゾンガスは、自己分解性に富み、例えば大気圧下であれば、オゾン濃度が１０vol%を越えると、所定の起爆エネルギーを与えれば自己分解爆発を引き起こすことが知られている（所謂爆発下限界は10vol%と言われている）。
そこで従来では、液体オゾン生成装置において、オゾンチャンバーを液体窒素で冷却して液体オゾンの温度上昇を防ぎ、爆発を防止するように構成したものが知られている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００１−１３３１４０号公報（特に「特許請求の範囲」）。

しかしながら、オゾンチャンバーを液体窒素で冷却する如き低温冷却手段を採る従来のものでは、そのための複雑構造の設備を準備しなければならず、設備費が高価になる。
従って本発明は、このような不都合を解消するとともに、高濃度オゾンガスを安全に取り扱えるようにするために、取り扱い容易でかつ低コスト品にし得る不爆オゾンガス及びその製造方法を提供することを技術課題とする。

本発明はこのような課題を解決するべく鋭意研究の結果成されたものであって、本発明に係る請求項１の発明は、純粋酸素中に１０．０vol％以上のオゾンを含んで構成される高濃度オゾンガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んでなり、難分解爆発性を備えた不爆オゾンガスとしたことを特徴とする。ここで、窒素酸化物（ＮＯｘ）としては、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２Ｏ_３が該当するものである。

また、本発明に係る請求項２の発明は、前記請求項１記載の不爆オゾンガスに関して、高濃度オゾンガス中に０．１vol％以上の窒素酸化物を含んでなることを特徴とする。

更にまた、本発明に係る請求項３の発明は、純粋酸素からオゾン製造装置１により生成した低濃度オゾンガスを冷却下で吸蔵装置２に吸蔵させ、その吸蔵装置２を加熱して高濃度オゾンガスを取り出し、その高濃度オゾンガスを貯蔵容器７に充填する際に窒素酸化物（ＮＯｘ）を０．１vol%以上の割合で混入することを特徴とする不爆オゾンガスの製造方法である。

以上述べる如く、本発明によれば高濃度オゾンガス中に支燃性ガスの一種である窒素酸化物（ＮＯｘ）を適当少量混入するだけの簡単な手段を採ることで、常温・常圧下において分解爆発が起こり難い安定した性質を備える高濃度オゾンガスを提供することが可能である。

本発明によれば、上記のように分解爆発を抑制して爆発しにくいオゾンガス、即ち、不爆オゾンガスを提供することができる。これにより、高濃度オゾン水の製造、脱臭処理、滅菌処理、金属等の不動態化処理、半導体集積回路の製造工程等に用いられる高濃度オゾンガスを安全に取り扱うことができるという優れた効果を奏する。

本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明に係る不爆オゾンガスを含むオゾンガスに対するオゾン爆発試験装置の概要構成図である。この装置は、爆発試験用容器１１、オゾンボンベ１２、酸素ボンベ１３、NOxボンベ１４、真空ポンプ１５、オゾン分解処理装置１６、起爆エネルギー供給装置１７、測定用のオシロスコープ１８及び制御・記録用のパソコン１９を備えて、予め真空引きされた爆発試験用容器１１内へオゾンボンベ１２から高濃度オゾンを、ＮＯｘボンベ１４から適当濃度のNO_Xを、最後に酸素ボンベ１３から純粋酸素をそれぞれ導入して当該爆発試験用容器１１内に所要濃度の混合ガスを充填し、起爆エネルギー供給装置１７により制御された放電エネルギーを爆発試験用容器１１内の放電電極に供給することにより放電起爆するように構成されている。

上記オゾン爆発試験装置により室温下において爆発試験用容器１１内にオゾンを封入した後、放電エネルギーを与えた場合におけるオゾン爆発の濃度・圧力依存性について調査したところ、その結果は図２に示される通りであった。なお、同図において縦軸は全圧（Total pressure [torr]）、横軸はオゾン濃度（Ozone
concentration [vol%]）をそれぞれ示し，また、黒塗り菱マークは爆発を起こした状態（Explosion）、白抜き四角マークは爆発を起こさなかった状態（No explosion）をそれぞれ示している。

図２の結果から明らかなように、オゾン濃度が１０vol%以下の場合には、全圧が大気圧以上になっても爆発を起こすことはない。このことから、オゾンの爆発下限界が１０〜１１vol%にあること、そして自己分解反応であるオゾンの分解爆発反応には爆発上限界が存在しないことが示唆される。そして圧力が低くなると爆発しにくくなる。つまり、圧力の低下とともに爆発下限界は高濃度側にシフトする。例えば大気圧（760Torr）ではオゾン濃度１０〜１１vol%以上で爆発するのに対して、減圧し50Torr程度とするとオゾン濃度を20vol%以上に高めなければ爆発しない。また、オゾンの爆発下限圧力（最も爆発しやすい濃度条件でどのくらいの圧力で爆発するか）という観点では８〜１０Torrにあると推定される。

次に、種々のオゾン濃度、圧力におけるオゾン爆発に対する最小起爆エネルギーとして上記オゾン爆発試験装置により評価したが、その結果は図３に示される通りであった。なお、同図において縦軸は最小起爆エネルギー（Minimum
Ignition Energy [mＪ]）、横軸はオゾン濃度（Ozone concentration [vol%]）をそれぞれ示している。この図３によれば、一定圧力下においてオゾンガス濃度が低くなるほど爆発に至る最小起爆エネルギーが大きくなることが分かる。

一方、所定のオゾン濃度・圧力下でオゾンガス中に二酸化窒素（ＮＯ₂）を混入した場合のオゾン爆発に対する起爆エネルギーとして上記オゾン爆発試験装置により評価したが、その結果は図４に示される通りであった。なお、同図において縦軸は起爆エネルギー（Trigger
energy [mＪ]）、横軸はオゾンガス中の二酸化窒素（ＮＯ₂）濃度（NO₂ concentration [vol%]）をそれぞれ示している。この図４によれば、全圧２００Torr、オゾン濃度２５vol%のオゾンガスに対して二酸化窒素（ＮＯ₂）を１．０vol%以上混入することにより最小起爆エネルギーが上昇し爆発し難くなることが分かる。３vol%以上の添加では、3Ｊという極めて強い起爆エネルギーを与えても爆発しない結果が示されている。

また、種々のオゾン濃度・圧力下でオゾンガス中に二酸化窒素（ＮＯ₂）を混入し、所定起爆エネルギー（１２〜１６ｍＪ）を付与した場合における爆発と不爆の態様を上記オゾン爆発試験装置により評価したが、その結果は図５に示される通りであった。この図５によれば、300Torrでの二酸化窒素（ＮＯ₂）不混入（No impurities）の純粋オゾンの爆発下限界は１２〜１３vol%と見積もられるが、二酸化窒素（ＮＯ₂）を０．１vol%混入させると、爆発下限界が１４〜１５vol%にシフトし、オゾンが爆発し難くなることを示している。

次に、種々のオゾン濃度・圧力下でオゾンガス中に一酸化窒素（ＮＯ）を混入し、所定起爆エネルギー（１２〜１６ｍＪ）を付与した場合の爆発と不爆の態様を上記オゾン爆発試験装置により評価したが、その結果は図６に示される通りであった。この図６によれば、二酸化窒素（ＮＯ₂）と同様に、一酸化窒素（ＮＯ）を０．１vol%混入させると、オゾンの爆発下限界が３vol%程度高濃度側にシフトし爆発し難くなることを示している。

以上述べた評価結果から明らかなように、本発明によれば高濃度オゾンガス中に支燃性ガスの一種である窒素酸化物（ＮＯｘ）を適当少量混入するだけの簡単な手段を採用することで、分解爆発が起こり難い安定した性質を備える高濃度オゾンガスを提供することができる。なお、上述の評価試験では高濃度オゾンガス中に二酸化窒素（ＮＯ₂）と一酸化窒素（ＮＯ）を混入した場合について例示したが、本発明はこれに限るものではなく、広く酸化窒素（ＮＯx）を混入することにより本発明の目的を達成することができる。

図７は本発明に係る不爆オゾンガスの製造方法を実施する装置の概要構成図である。即ち、この装置は、放電型オゾン発生器で実現されるオゾン製造装置１、オゾン吸蔵槽３及びこれを熱交換的に取囲むドライアイスバス４により形成される吸蔵装置２、酸素ボンベ５、真空ポンプ６、オゾン貯蔵容器７、酸化窒素ボンベ８、オゾン分解処理装置９並びに各バルブV1〜V7の各要素部材を備える。

上記装置を用いての不爆オゾンガスの製造は以下のようにして行われる。即ち、酸素ボンベ５より抽出した純粋酸素からオゾン製造装置１により生成した低濃度オゾンガスをドライアイスによる冷却下で吸蔵装置２に吸蔵させ、その吸蔵装置２をドライアイス除去の下で昇温して高濃度オゾンガスを取り出し、その高濃度オゾンガスをオゾン貯蔵容器７に充填する際に酸化窒素ボンベ８中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を所定の割合で混入することにより、不爆オゾンガスを簡単に製造することができる。

上記方法にて製造後オゾン貯蔵容器７に充填してなる不爆オゾンガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を適当少量混入させているので、前述した通り、分解爆発が起こり難い安定した性質を備え、しかも低コスト製品であることは言うまでも無い。

オゾン爆発試験装置の概要構成図。オゾン爆発の濃度・圧力依存性を示すグラフ。オゾンの最小起爆エネルギーとオゾン濃度・圧力との関係を示すグラフ。所定濃度・圧力のオゾンガス中に二酸化窒素（ＮＯ₂）を混入した場合の起爆エネルギーを示すグラフ。種々のオゾン濃度・圧力下で二酸化窒素（ＮＯ₂）を混入した場合の爆発下限界の変化を示すグラフ。種々のオゾン濃度・圧力下で一酸化窒素（ＮＯ）を混入した場合の爆発下限界の変化を示すグラフ。本発明に係る不爆オゾンガスの製造方法を示す概要構成図。

符号の説明

１…オゾン製造装置、２…吸蔵装置、７…オゾン貯蔵容器。

Claims

純粋酸素中に１０．０vol％以上のオゾンを含んで構成される高濃度オゾンガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んでなり、難分解爆発性を備えることを特徴とする不爆オゾンガス。
高濃度オゾンガス中に０．１vol％以上の窒素酸化物を含んでなる請求項１記載の不爆オゾンガス。
純粋酸素からオゾン製造装置（１）により生成した低濃度オゾンガスを冷却下で吸蔵装置（２）に吸蔵させ、その吸蔵装置（２）を加熱して高濃度オゾンガスを取り出し、その高濃度オゾンガスを貯蔵容器（７）に充填する際に窒素酸化物（ＮＯｘ）を０．１vol%以上の割合で混入することを特徴とする不爆オゾンガスの製造方法。