JP2007176730A - オゾンガス移送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内で万一オゾン分解が生じても、装置の破損の虞が無いオゾンガス移送装置を提供する。
【解決手段】配管４に沿って複数のフィルタ５を離間して設けると共に配管４のフィルタ５，５同士間に圧力緩和手段６を設けることで、オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガスが配管４内のフィルタ５，５同士間で万一オゾン分解しても、オゾン分解によって生じる圧力上昇を、圧力緩和手段６の作動により緩和すると共に、オゾン分解によって生じる熱を、多数の細孔を有し（圧力損失が大きく）熱伝達速度が非常に大きいフィルタ５の熱容量により素早く吸収して、高温のガスがフィルタ５，５同士間の隣の配管内領域へ流れることを抑制し連鎖的なオゾン分解を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高濃度オゾンガスを移送するための配管を備えたオゾンガス移送装置に関する。

オゾンを含有するオゾンガスをオゾン濃縮装置で濃縮し、この濃縮により高濃度とされた高濃度オゾンガスを、配管を経由して酸化処理槽に移送し、酸化膜の製造に供する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平５−１７１６４号公報

ここで、高濃度オゾンガス（一般的にはオゾンの体積比率が１０％以上）は、例えば、金属微粒子の触媒作用、高温、衝撃力、オゾンで分解する有機性ガス等のトリガーがあると、自己分解して発熱し（Ｏ_３→１．５Ｏ_２＋１４３ｋJ／mol）、その分解時の発熱で他のオゾンが加熱されて自己分解するという連鎖反応を起こす虞がある。

従って、上記装置にあっては、上記トリガー等が要因となって配管内で万一オゾン分解が生じると、このオゾン分解が連鎖し、温度が急上昇すると共に体積が急膨張して圧力が急上昇し、装置の破損を招く虞がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、配管内で万一オゾン分解が生じても、装置の破損の虞が無いオゾンガス移送装置を提供することを目的とする。

本発明によるオゾンガス移送装置は、オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガスを移送するための配管を備えたオゾンガス移送装置であって、配管に配設され、当該配管に沿って離間する複数のフィルタと、配管のフィルタ同士間に配設され当該フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を緩和する圧力緩和手段と、を具備したことを特徴としている。

このようなオゾンガス移送装置によれば、オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガスとしての高濃度オゾンガスが配管内のフィルタ同士間で万一オゾン分解しても、以下の作用・効果を奏する。すなわち、オゾン分解によって生じる圧力上昇が、配管のフィルタ同士間に設けられている圧力緩和手段の作動により緩和される。同時に、オゾン分解によって生じる熱が、多数の細孔を有し（圧力損失が大きく）熱伝達速度が非常に大きいフィルタの熱容量により素早く吸収されて、高温のガスがフィルタ同士間の隣の配管内領域へ流れることが抑制され連鎖的なオゾン分解が抑制される。このような圧力緩和手段及びフィルタの作用により、装置の破損の虞が無くされる。

ここで、フィルタは、フィルタ同士間の半分の区間で生じる圧力損失の１０倍以上の圧力損失を有していると、当該フィルタ同士間の隣の配管内領域における連鎖的なオゾン分解が確実に防止される。

また、フィルタは、オゾンにより酸化されない表面を有するのが好ましい。このような構成を採用した場合、高濃度オゾンガスがフィルタを酸化して分解し濃度低下を起こすということが防止され、所望の高濃度オゾンガスが移送される。このようなフィルタとしては、例えば、セラミック製フィルタや、ステンレス製やチタン製等の金属製フィルタ等が挙げられる。このステンレス製やチタン製のフィルタは、オゾンガスにより直後は酸化されるが、オゾンガスを継続して流すことにより表面に酸化膜が形成され、オゾンガスにより酸化されなくなる。

また、上記作用を好適に奏する圧力緩和手段としては、具体的には、フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を開放する圧力開放弁が挙げられる。このような圧力開放弁としては、例えば、安全弁や破壊弁等が挙げられる。

また、オゾンガスを移送する配管を内側の配管として当該内側の配管を包囲する外側の配管を備え、外側の配管と内側の配管との間の領域を真空領域とし、真空領域と圧力開放弁の出口とを接続する圧力開放配管を設けるのが好ましい。このような構成を採用した場合、内側の配管内を移送される高濃度オゾンガスが万一オゾン分解した場合でも、分解ガス（酸素）と共に高濃度オゾンガスが、圧力開放弁、圧力開放配管を介して、外側の配管と内側の配管との間の真空領域に導入されるため、高濃度オゾンガスが装置外（外側の配管外）に漏出することが防止される。また、二重配管により、配管としての信頼性が高められる。

また、上記作用を好適に奏する他の圧力緩和手段としては、具体的には、フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると膨張する伸縮ベローズが挙げられる。

この伸縮ベローズは、その最大伸張体積がフィルタ同士間の配管内体積の４倍以上であると、フィルタ同士間の隣の配管内領域における連鎖的なオゾン分解が確実に防止される。

このように本発明によるオゾンガス移送装置によれば、配管内で万一オゾン分解が生じても、装置の破損の虞を無くすことが可能となる。

以下、本発明によるオゾンガス移送装置の好適な実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明の第一実施形態を、図３は、本発明の第二実施形態を、図４は、本発明の第三実施形態を各々示すもので、図１は、本発明の第一実施形態に係るオゾンガス移送装置を備えた高濃度オゾンガス生成・使用装置を示す概略構成図、図２は、図１中のオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。

図１に示すように、高濃度オゾンガス生成・使用装置１００は、高濃度オゾンガス生成装置１と、高濃度オゾンガス使用装置２と、高濃度オゾンガス生成装置１と高濃度オゾンガス使用装置２とを接続するオゾンガス移送装置３と、を備えている。

高濃度オゾンガス生成装置１は、酸素や空気を基にオゾナイザで生成されたオゾンガスを濃縮するオゾン濃縮装置や、酸素や空気を基にオゾンガスを生成するオゾナイザ等であり、高濃度オゾンガス（オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガス）を生成するものである。

高濃度オゾンガス使用装置２は、高濃度オゾンガスを用いて例えば半導体製造装置等の酸化膜の形成等を行うものである。

オゾンガス移送装置３は、高濃度オゾンガス生成装置１と高濃度オゾンガス使用装置２とを接続し高濃度オゾンガス生成装置１から高濃度オゾンガス使用装置２に高濃度オゾンガスを移送する移送配管４と、移送配管４に配設され当該移送配管４に沿って離間する複数のフィルタ５と、図１及び図２に示すように、移送配管４のフィルタ５，５同士間に配設された圧力緩和手段６と、を備えている。

移送配管４は、高濃度オゾンガスにより酸化されない表面を有する構成とされ、ここでは、ステンレス製とされている。このステンレス製の移送配管４は、予め内部に高濃度オゾンガスを所定時間流すことで、ステンレス表面に緻密な酸化膜が形成され、これ以上表面が酸化されないものが用いられている。このような処理が施されたステンレス製の移送配管４を用いることで、高濃度オゾンガスの移送時に、当該高濃度オゾンガスが移送配管４を酸化して分解し濃度低下を起こすということが防止され、所望の高濃度オゾンガスの移送が可能とされる。

フィルタ５は、図１に示すように、移送配管４に沿って多数が並設されることで移送配管４を多数の領域（区間）に分けるものである。このフィルタ５は、高濃度オゾンガスが当該フィルタ５を酸化して分解し濃度低下を起こすということを防止すべく、オゾンにより酸化されない表面を有し、例えば、セラミック製フィルタや、ステンレス製やチタン製等の金属製フィルタ等とされている。このステンレス製やチタン製のフィルタは、オゾンガスにより直後は酸化されるが、オゾンガスを継続して流すことにより表面に酸化膜が形成され、オゾンガスにより酸化されなくなる。そして、このフィルタ５としては、多数の細孔を有し（圧力損失が大きく）熱伝達速度が非常に大きい所定の熱容量を有するものが用いられている。

圧力緩和手段６は、その入口が気密に移送配管４内に進入し、フィルタ５，５同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を緩和するものであり、ここでは、フィルタ５，５同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を開放する圧力開放弁、具体的には、図２に示すように、安全弁が用いられている。なお、安全弁に代えて、破壊弁を用いることも可能である。

このような高濃度オゾンガス生成・使用装置１００によれば、高濃度オゾンガス生成装置１で、オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガスとしての高濃度オゾンガスが生成され、この高濃度オゾンガスは、移送配管４を通して高濃度オゾンガス使用装置２に移送され、当該高濃度オゾンガス使用装置２で使用に供される。

ここで、高濃度オゾンガスが移送配管４内で万一オゾン分解すると、このオゾン分解が生じた領域（移送配管４のフィルタ５，５同士間）の圧力が上昇し、オゾン分解が生じた領域に設けられている圧力緩和手段である安全弁６の設定圧以上になって当該安全弁６が作動し、これにより、分解ガス（酸素）と共に高濃度オゾンガスが安全弁６を介して開放され、オゾン分解が生じた領域の管内圧力が緩和される。

同時に、オゾン分解が生じた領域の熱が、多数の細孔を有し熱伝達速度が非常に大きいフィルタ５の熱容量により素早く吸収されて、オゾン分解が生じた領域の高温のガスがフィルタ５，５同士間の隣の配管内領域（隣の区間）へ流れることが抑制され連鎖的なオゾン分解が抑制される。

このように、本実施形態においては、圧力緩和手段である安全弁６及びフィルタ５の作用により、オゾン分解が生じた領域の管内圧力が緩和されると共に連鎖的なオゾン分解が抑制されるため、オゾンガス移送装置３の破損の虞が無くされている。

また、多数のフィルタ５により移送配管４を多数の領域に分けて当該領域を短くしているため、連鎖的なオゾン分解が一層抑制されている。

図３は、本発明の第二実施形態に係るオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。この第二実施形態のオゾンガス移送装置１３が第一実施形態のオゾンガス移送装置３と違う点は、高濃度オゾンガスを移送する移送配管４を内側の配管として、当該内側の移送配管４を包囲する外側の配管７を設け、外側の配管７と内側の移送配管４との間の領域を真空領域１４とし、この真空領域１４と圧力開放弁である安全弁６の出口６ａとを接続する圧力開放配管８を設けた点である。

このように構成されたオゾンガス移送装置１３によれば、内側の移送配管４内を移送される高濃度オゾンガスが万一オゾン分解すると、第一実施形態と同様に、このオゾン分解が生じた領域（移送配管４のフィルタ５，５同士間）に設けられている安全弁６が作動する。そして、分解ガス（酸素）と共に高濃度オゾンガスが、安全弁６、圧力開放配管８を介して、外側の配管７と内側の移送配管４との間に設けられた真空領域１４に導入される。このため、第一実施形態の効果に加えて、高濃度オゾンガスの装置１３外（外側の配管７外）への漏出が防止されている。また、内側及び外側の配管４，７で構成される二重配管により、配管としての信頼性が高められている。

なお、安全弁６に代えて破壊弁を用いる場合には、破壊弁における破壊による出口を圧力開放配管８に接続すれば良い。

図４は、本発明の第三実施形態に係るオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。この第三実施形態のオゾンガス移送装置２３が第一実施形態のオゾンガス移送装置３と違う点は、圧力緩和手段を、圧力開放弁（安全弁）６に代えて、伸縮ベローズ９とした点である。この伸縮ベローズ９は、その入口が気密に移送配管４内に進入し、フィルタ５，５同士間の圧力が設定圧以上になると膨張する。

このように構成されたオゾンガス移送装置２３によれば、移送配管４内を移送される高濃度オゾンガスが万一オゾン分解すると、このオゾン分解が生じた領域（移送配管４のフィルタ５，５同士間）の圧力が上昇し、このオゾン分解が生じた領域に設けられている伸縮ベローズ９の設定圧以上になって当該伸縮ベローズ９が膨張し、管内膨張圧力が伸縮ベローズ９に吸収されるため、第一実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、移送配管４内を移送される高濃度オゾンガスが万一オゾン分解した場合の領域（区間）を短くすべく、領域を形成するフィルタ５を移送配管４に沿って多数設けているが、フィルタの個数は二個以上であれば良い。

以下、本発明者らが実施した実施例１〜３について述べる。

（実施例１）
試験に用いたオゾンガス移送装置を図５に示す。移送配管４は、内径８ｍｍ、外径９ｍｍとし、両側にバルブ１０ａ，１０ｂを設けて移送配管４を開閉可能とした。移送配管４のバルブ１０ａ，１０ｂより内側に、圧力損失が１ＫＰａのフィルタ５を三個離間して並設し、移送配管４内における図示左側の一対のフィルタ５，５間に第一領域Ａを設定し、移送配管４内における図示右側の一対のフィルタ５，５間に、第一領域Ａの隣の領域である第二領域Ｂを設定した。第一領域Ａを形成するフィルタ５，５同士間の距離は４ｍとした。また、移送配管４のフィルタ５，５同士間の第一領域Ａに、作動圧力が０．２ＭＰａの安全弁６を設置した。

オゾン分解部１１は、第一領域Ａを形成するフィルタ５，５同士の中央に設置し、内径２３ｍｍ、外径２５ｍｍ、軸線方向長２０ｍｍの円筒形状とした。このオゾン分解部１１に一対のニクロム線１２，１２を入れ当該ニクロム線１２，１２間に高電圧を印加可能とした。このオゾン分解部１１及び移送配管４は、予め内部に高濃度オゾンガスを十分に流すことで表面に緻密な酸化膜が形成され、これ以上表面が酸化されないものとした。また、第一領域Ａには温度計Ｔ１、圧力計Ｐ１を設置し、第二領域Ｂには温度計Ｔ２、圧力計Ｐ２を設置した。

そして、バルブ１０ａ，１０ｂを開にした状態で、１００％高濃度オゾンガス（大気圧；２５°Ｃ）を流速５ｍ／ｓでバルブ１０ａ側から流し、移送配管４内に高濃度オゾンガスが充満した状態でバルブ１０ａ，１０ｂを閉とし、この状態で、ニクロム線１２，１２間に高電圧を印加してスパークさせ、意図的にオゾン分解部１１で高濃度オゾンガスを爆発させることでオゾン分解を生じさせた。その結果を、図６及び図７に示す。

図６は、実施例１における時間−圧力の関係を示す線図であり、実線は第一領域Ａの圧力計Ｐ１の値を示し、点線は第二領域Ｂの圧力計Ｐ２の値を示している。また、図７は、実施例１における時間−温度の関係を示す線図であり、実線は第一領域Ａの温度計Ｔ１の値を示し、点線は第二領域Ｂの温度計Ｔ２の値を示している。

図６に示すように、第一領域Ａでのオゾン分解により当該第一領域Ａの圧力は、実線で示すように、オゾン分解後、約１．５ｍｓ後に最高圧力０．３５ＭＰａに達し、このとき安全弁６が作動して低下し、約４ｍｓ後には安全弁６が閉となって多少上昇したが、その後は徐々に低下した。一方、隣の第二領域Ｂの圧力は、点線で示すように、オゾン分解の初期に多少上昇したが、然程変化は無く、安全弁６が閉となった約４ｍｓ後以降は、ほぼ０．１ＭＰａ程度であった。

また、図７に示すように、第一領域Ａでのオゾン分解により当該第一領域Ａの温度は、実線で示すように、圧力変化（図７の実線参照）に少し遅れて上昇し、最高圧力となった約２ｍｓ後に測定範囲以上に上昇し、約３ｍｓ後に測定範囲内に戻り、その後は徐々に低下した。一方、隣の第二領域Ｂの温度は、点線で示すように、第一領域Ａでのオゾン分解の影響を殆ど受けず、温度変化が認められなかった。

このように実施例１によれば、フィルタ５及び安全弁６の効果、すなわち、オゾン分解が生じた領域の圧力が緩和されると共に連鎖的なオゾン分解が抑制されることが確認された。

（実施例２）
図５に示すオゾンガス移送装置を用い、フィルタ５の圧力損失を変化させた。その他の条件は実施例１と同様にしてオゾン分解を生じさせた。その結果を、図８に示す。

図８は、実施例２におけるフィルタの圧力損失の倍率−温度の関係を示す線図であり、フィルタ５の圧力損失の倍率は、フィルタ５，５同士間の半分の区間で生じる圧力損失に対する比とし、隣の第二領域Ｂの温度を測定して関係を求めた。

図８に示すように、フィルタ５が、フィルタ５，５同士間の半分の区間で生じる圧力損失の５倍以上の圧力損失を有していれば、隣の第二領域Ｂにおける連鎖的なオゾン分解の可能性が低く抑えられ、１０倍以上の圧力損失を有していれば、隣の第二領域Ｂにおける連鎖的なオゾン分解が確実に防止されることが分かる。

（実施例３）
図５に示すオゾンガス移送装置を用い、安全弁６に代えて伸縮ベローズを用いた。その他の条件は実施例１と同様にしてオゾン分解を生じさせた。その結果を、図９に示す。

図９は、実施例３における伸縮ベローズの最大伸張体積／フィルタ同士間の配管内体積の比−温度の関係を示す線図であり、隣の第二領域Ｂの温度を測定して関係を求めた。

図９に示すように、伸縮ベローズは、その最大伸張体積（０．５ＭＰａの時の値；１ＭＰａで破裂）がフィルタ５，５同士間の配管内体積（一定）の４倍以上であれば、隣の第二領域Ｂにおける連鎖的なオゾン分解が確実に防止されることが分かる。

本発明の第一実施形態に係るオゾンガス移送装置を備えた高濃度オゾンガス生成・使用装置を示す概略構成図である。 図１中のオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。 本発明の第二実施形態に係るオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。 本発明の第三実施形態に係るオゾンガス移送装置の要部を示す概略構成図である。 実施例に用いられるオゾンガス移送装置を示す概略構成図である。 実施例１における時間−圧力の関係を示す線図である。 実施例１における時間−温度の関係を示す線図である。 実施例２におけるフィルタの圧力損失の倍率−温度の関係を示す線図である。 実施例３における伸縮ベローズの最大伸張体積／フィルタ同士間の配管内体積比−温度の関係を示す線図である。

符号の説明

３，１３，２３…オゾンガス移送装置、４…移送配管（配管；内側の配管）、５…フィルタ、６…安全弁（圧力緩和手段；圧力開放弁）、６ａ…出口、７…外側の配管、８…圧力開放配管、９…伸縮ベローズ（圧力緩和手段）、１４…真空領域。

Claims (7)

1. オゾンを体積比率で１０％以上含むオゾンガスを移送するための配管を備えたオゾンガス移送装置であって、
   前記配管に配設され、当該配管に沿って離間する複数のフィルタと、
   前記配管の前記フィルタ同士間に配設され当該フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を緩和する圧力緩和手段と、を具備したオゾンガス移送装置。
2. 前記フィルタは、前記フィルタ同士間の半分の区間で生じる圧力損失の１０倍以上の圧力損失を有することを特徴とする請求項１記載のオゾンガス移送装置。
3. 前記フィルタは、オゾンにより酸化されない表面を有することを特徴とする請求項１又は２記載のオゾンガス移送装置。
4. 前記圧力緩和手段は、前記フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると作動し圧力を開放する圧力開放弁であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のオゾンガス移送装置。
5. 前記オゾンガスを移送する配管を内側の配管として当該内側の配管を包囲する外側の配管を備え、
   前記外側の配管と前記内側の配管との間の領域を真空領域とし、
   前記真空領域と前記圧力開放弁の出口とを接続する圧力開放配管を設けたことを特徴とする請求項４記載のオゾンガス移送装置。
6. 前記圧力緩和手段は、前記フィルタ同士間の圧力が設定圧以上になると膨張する伸縮ベローズであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のオゾンガス移送装置。
7. 前記伸縮ベローズは、その最大伸張体積が前記フィルタ同士間の配管内体積の４倍以上であることを特徴とする請求項６記載のオゾンガス移送装置。

Images