JP2011136861A - オゾンガス生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンガスの要求量の変動に対応して、レスポンス良くオゾンガスを供給することができるオゾンガス生成装置を提供する。
【解決手段】オゾンガス生成装置は、分離タンク３４から導入された液体オゾンを内部に貯留すると共に、液体オゾンを気化させてオゾンガスを発生させる気化器３５と、気化器３５内に貯留される液体オゾンの液面Ｈの上方に設けられ液体オゾンに熱を付与するヒータ３５ｃと、溶解部５０からのオゾンガス要求量ｉに基づいて、気化器３５内の液体オゾンの液面Ｈの高さを調整する液面制御部４３及びバルブＶ３，Ｖ３３と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、オゾンガス生成装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として下記特許文献１のオゾンガス発生装置が知られている。このオゾンガス発生装置では、オゾナイザで発生したオゾンを冷却し、分離器で酸素と分離して得た液体オゾンを分離器から気化器に導入し、気化器の下部に設けられた加熱部により加熱し、液体オゾンを気化させ濃縮オゾンガスを得ている。このオゾンガス発生装置で得られた濃縮オゾンガスは、例えば、オゾン水を生成するオゾン溶解装置に送られて高濃度オゾン水の生成に用いられる。

特開２００７−１９７２９９号公報

ここで、当該オゾンガス発生装置の後段の装置（例えば、オゾン溶解装置）において、オゾン使用量を変化させたい要求がある場合、このオゾンガス発生装置においては、要求に応じてオゾンガスの供給量を変化させる必要がある。この種のオゾンガス発生装置では、気化器の下部の加熱部の出力を変更することで、気化器における液体オゾンの気化の速度を変化させてオゾンガス供給量を変化させることが考えられる。

しかしながら、加熱部の出力を変更してから、気化器の筐体部分の温度が変化し、液体オゾンの気化の速度が変化するまでには、ある程度の時間が必要である。すなわち、加熱部の出力の変更によって、気化の速度を変化させることは、レスポンスが悪い。従って、このオゾンガス発生装置では、後段におけるオゾンガスの要求量の変動に対して、レスポンス良いオゾンガス供給が出来なかった。

そこで、本発明は、オゾンガスの要求量の変動に対応して、レスポンス良くオゾンガスを供給することができるオゾンガス生成装置を提供することを目的とする。

本発明のオゾンガス生成装置は、液体オゾンを内部に貯留すると共に、液体オゾンを気化させてオゾンガスを発生させる気化器と、気化器内に貯留される液体オゾンの液面の上方に設けられ液体オゾンに熱を付与する高熱源と、発生すべきオゾンガスの量を示す所望発生量に基づいて、気化器内の液体オゾンの液面の高さを調整する液面調整手段と、を備えたことを特徴とする。

このオゾンガス生成装置では、気化器内に貯留された液体オゾンが、液面の上方に設けられた高熱源からの熱を受け取ることで気化し、オゾンガスが発生される。高熱源が液体オゾンの液面の上方にあるので、液面高さを調整することによって、高熱源と液体オゾン液面との距離を調整することができる。そして、高熱源と液面との距離が近いほど液体オゾンの気化量が多いのでオゾンガスの発生量が多く、高熱源と液面との距離が遠いほど液体オゾンの気化量が少ないのでオゾンの発生量が少ないといった調整が可能になる。そして、このような液体オゾンの液面高さの調整によるオゾンの発生量の調整は、レスポンスが良い。従って、このオゾンガス生成装置では、オゾンガスの要求量の変動に対応して、レスポンス良くオゾンガスを供給することができる。

また、高熱源は、熱を発生するヒータであることが好ましい。気化器内の液体オゾンが高熱源からの熱により気化されると、オゾンの気化熱によって高熱源の熱が奪われるので、液体オゾンに対して熱量を安定的に付与することが難しい。そこで、自身で熱を発するヒータを高熱源とする構成により、オゾンの気化熱として消費される熱量を自身の発熱によって補うことができ、液体オゾンの気化量を安定させることができる。

また、本発明のオゾンガス生成装置は、冷却により凝縮した液体オゾンを非凝縮気体から分離する分離器と、分離器と気化器とを接続し分離器から気化器までを液封可能とすると共に、分離器の液体オゾンを流通させて気化器に導入させるＵ字管と、を更に備え、液面調整手段は、分離器内の圧力と気化器内の圧力との差圧を調整することにより、液面の高さを調整することとしてもよい。

このような、分離器と気化器との差圧の調整による気化器の液体オゾンの液面高さの調整は、レスポンスが良いので、更にレスポンス良くオゾンガスを供給することができる。

また、本発明のオゾンガス生成装置は、オゾンガスを発生させ当該オゾンガスを含む混合ガスを得るオゾナイザと、オゾナイザで得られた混合ガスの冷却により凝縮した液体オゾンを非凝縮気体から分離し、気化器に液体オゾンを送出する分離器と、分離器及び気化器から排出されるオゾンの総量に基づいてオゾナイザにおけるオゾンガスの生成量を制御するオゾナイザ制御部と、を更に備えることとしてもよい。

オゾンガスの要求量の変動が特に大きい場合には、気化器から発生するオゾン量が大きく変動することで、分離器内及び気化器内に存在するオゾンが一時的に不足したり過剰になったりする。これに対し、このオゾンガス生成装置は、分離器及び気化器から排出されるオゾンの総量が変動した場合には、オゾナイザにおけるオゾンガスの生成量が直接制御されるので、分離器内及び気化器内に供給されるオゾンが素早く変動に追従する。その結果、分離器内及び気化器内のオゾンの過不足が発生し難い。従って、オゾンガス要求量の比較的大きい変動に対応可能となる。

本発明のオゾンガス生成装置によれば、オゾンガスの要求量の変動に対応して、レスポンス良くオゾンガスを供給することができる。

本発明に係るオゾンガス生成装置の第１実施形態が適用される電子部品洗浄装置を示すブロック図である。 図１の電子部品洗浄装置の濃縮部の詳細を示す図である。 図２の濃縮部の要部を示す図である。 図１のオゾンガス生成装置の要部を示すブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、図３の濃縮部の変形例の要部を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るオゾンガス生成装置の好適な一実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るオゾンガス生成装置７３は、電子部品洗浄装置１に適用される。電子部品洗浄装置１は、オゾンガス生成装置７３を用いて高濃度オゾンガスを生成し、この高濃度オゾンガスから生成した高濃度のオゾン水を半導体ウエハ、液晶、太陽電池、有機EL、プリント基板などの電子部品の表面に向けて噴射して洗浄する装置である。電子部品洗浄装置１のオゾン水生成装置７１は、濃縮オゾンガスを生成するオゾンガス生成装置７３と、この濃縮オゾンガスを超純水に溶解させて高濃度オゾン水を生成する溶解部５０と、を備えている。そして、電子部品洗浄装置１は、このオゾン水生成装置７１と、オゾン水生成装置７１で得られた高濃度オゾン水で電子部品の表面を洗浄する洗浄部７０と、を備えている。

オゾンガス生成装置７３は、オゾンガスを発生させるオゾナイザ１０と、オゾナイザ１０で発生したオゾンガスを濃縮するオゾンガス濃縮部３０とを備えている。更に、オゾンガス生成装置７３は、酸素タンク３と、窒素タンク５とを備えている。オゾナイザ１０には、酸素タンク３からラインＬ１を通じて酸素が供給される。また、ラインＬ１には、窒素タンク５からの窒素ガス供給ラインが合流しており、酸素ガスに微量の窒素ガスが混入されてオゾナイザ１０に導入される。オゾナイザ１０は、酸素ガスを原料として放電方式によりオゾンガスを生成する。このオゾナイザ１０では、１０vol％程度の比較的低濃度のオゾンガス（約９０vol％の酸素ガスと約１０vol％のオゾンガスとの混合気体）が生成する。また、原料の酸素ガスに微量混入された窒素ガスに起因して、オゾナイザ１０で生成されたオゾンガス（以下、「非濃縮オゾンガス」という）には微量の窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスが含まれる。オゾナイザ１０から送出される非濃縮オゾンガスは、ラインＬ２を通じてオゾンガス濃縮部３０に導入される。

オゾンガス濃縮部３０は、オゾナイザ１０で生成される非濃縮オゾンガスを濃縮し、ほぼ１００vol％の高濃度のオゾンガスを生成するものである。図２にも示すように、オゾンガス濃縮部３０は、真空断熱チャンバ３１内に設けられたＮＯｘ除去部３２と、ガス冷却部３３と、分離タンク３４と、気化器３５と、熱交換部３６と、を備えている。チャンバ３１は、排気ポンプ３７によって真空引きされる。

ラインＬ２からの非濃縮オゾンガスは、オゾンガス濃縮部３０のＮＯｘ除去部３２に導入される。ＮＯｘ除去部３２は、導入された非濃縮オゾンガスを、ＮＯｘの凝固点以下にまで冷却して、ＮＯｘを固化させて捕捉し、非濃縮オゾンガスから分離除去する。ＮＯｘよりも凝固点が低い酸素及びオゾンは、気体の状態でＮＯｘ除去部３２を通過し、ラインＬ３１を通じてガス冷却部３３に導入される。一方、ＮＯｘ除去部３２で捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ除去部３２の清掃運転時に昇温されて再び気化し、必要に応じてパージガス（例えば、酸素、窒素または非濃縮オゾンガスなど）に追い出されるようにしてラインＬ２１を通じ、排ガスラインＬ２０に排出される。なお、ラインＬ３１とラインＬ２１の流路の切り替えは、運転状態に合わせて適宜に実行される。

ガス冷却部３３では、ＮＯｘ除去後の非濃縮オゾンガスを、オゾンの沸点以下にまで冷却して、オゾンを液化させる。この液体オゾンは、ラインＬ３２を通じて分離タンク３４に導入され、当該分離タンク３４の下部に溜まる。一方、オゾンよりも沸点が低い酸素等は、気体の状態でガス冷却部３３及びラインＬ３２を通過し、分離タンク３４の上部に溜まる。分離タンク３４上部に溜まる気体は、主に酸素であり、ラインＬ３３を通じて分離タンク３４外に送出される。

前述のとおり、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３においては、非濃縮オゾンガスの冷却のための低熱源が必要である。このオゾンガス濃縮部３０では、極低温の低熱源としてクライオポンプ３８を備えている。クライオポンプ３８のクライオヘッド３８ａは、チャンバ３１内部に挿入されており、クライオヘッド３８ａとＮＯｘ除去部３２とが伝熱銅板３９ａで接続されている。また、クライオヘッド３８ａとガス冷却部３３とが伝熱銅板３９ｂで接続されている。この構成により、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３とを、極低温に冷却することが可能となり、前述のＮＯｘ除去及びオゾン液化が実現される。

分離タンク３４の底部には、Ｕ字管４１の一端が接続されている。このＵ字管４１の他端は、気化器３５の底部に接続されている。そして、分離タンク３４内に溜まった液体オゾンは、Ｕ字管４１内にも充填される。Ｕ字管４１は、分離タンク３４内の液体オゾンを気化器３５に導くためのものであると共に、当該液体オゾンによって、分離タンク３４上部に溜まる酸素ガスと気化器３５側とを液封するものである。

このＵ字管４１内には、毛細管力を発現し、Ｕ字管４１内の液体オゾンを気化器３５内に導く充填材４１ａが充填されている。ここでは、充填材４１ａは金網状のものが用いられ、毛細管力を発現すべく密に構成されていると共に、気化器３５の底部の入口３５ａを通して気化器３５内に進入する構成とされている。この構成により、Ｕ字管４１内の液体オゾンは、入口３５ａを通じて気化器３５内に徐々に導入されていく。なお、この充填材４１ａとしては、金網状の充填材に限定されるものではなく、例えば密に配置される細い金属材料やガラス繊維、例えば多数配置される細かいシリカゲルやポーラスシリカ等であっても良く、要は、毛細管力を発現する充填材であればよい。

気化器３５は、Ｕ字管４１を通じて分離タンク３４から供給される液体オゾンを気化するためのもので、円筒状の胴部を有し、下部が下細りの擂り鉢状に閉じられて下端に入口３５ａが設けられていると共に、上端にオゾンガス出口３５ｂが設けられている。この気化器３５の入口３５ａは、分離タンク３４における液体オゾンの液面以上の高さに位置する。この入口３５ａを通して内部に進入する金網状の充填材４１ａは、液体オゾンを毛細管力により気化器３５内に送り込むべく、当該気化器３５の底部内面に沿って広がるように配置されている。

気化器３５内部に進入した充填材４１ａの上方には、加熱用のヒータ３５ｃが設けられている。ヒータ３５ｃは、気化器３５の底部に供される液体オゾンを加熱して気化させる。前述のとおり、気化器３５内には、酸素が分離除去された液体オゾンが導入されるので、気化器３５内で気化されるオゾンは、ほぼ１００vol％の濃度である。また、気化器３５には、ラインＬ１２を介して、酸素タンク３からの酸素が希釈用酸素ガスとして導入される。液体オゾンの気化で得られたほぼ濃度１００vol％のオゾンは、ラインＬ１２からの希釈用酸素ガスによって気化器３５上部で適宜希釈され、オゾンガス出口３５ｂ及びラインＬ３を通じて、濃縮オゾンガスとして送出される。このラインＬ３の濃縮オゾンガスは、溶解部５０に導入される。また、この濃縮オゾンガスの一部の余剰分は、ラインＬ３から分岐したラインＬ２５を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。また、ラインＬ３には、酸素タンク３からのラインＬ１３も合流しており、ラインＬ３の濃縮オゾンガスは、ラインＬ１３からの酸素ガスによっても必要に応じて希釈されて、溶解部５０に導入される。なお、本実施形態では、気化器３５で得られたオゾンをラインＬ１２からの希釈用酸素ガスで主体的に希釈するため、ラインＬ１３を省略することも可能である。

なお、ラインＬ１２は、気化器３５よりも上流側で熱交換部３６を通過している。熱交換部３６では、分離タンク３４からラインＬ３３を通じて排出される排酸素ガスとラインＬ１２の希釈用酸素ガスとの熱交換が行われる。これにより、希釈用酸素ガスは、熱交換部３６で冷却され温度調整された後に気化器３５内に導入される。また排酸素ガスは、熱交換部３６から、ラインＬ２３を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。

図１に示すように、溶解部５０は、ラインＬ３から導入される濃縮オゾンガスとラインＬ１１から導入される超純水とを接触させる溶解モジュールを備えている。溶解モジュールとは、高分子膜、エジェクタ、マイクロリアクタなどオゾンガスを水に溶解させる装置をいう。溶解モジュールにおいては、超純水に濃縮オゾンガスが溶解し、高濃度のオゾン水が生成される。なお、超純水に溶解されなかった余剰の濃縮オゾンガスは、ガスラインＬ２７を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。一方、オゾン水は、ラインＬ４を通じて洗浄部７０に導入される。

洗浄部７０は、ラインＬ４から導入したオゾン水を、ノズルから半導体ウエハ、液晶、太陽電池、有機EL、プリント基板などの電子部品の表面に向けて噴射する。このようなオゾン水の噴射によって、電子部品の表面に形成されたレジストが洗浄除去される。すなわち、洗浄部７０は、電子部品のレジスト除去の用途で用いられる。

なお、前述のように、電子部品洗浄装置１の各部で発生する不要なガス（ラインＬ２１の排ＮＯｘガス、ラインＬ２３の排酸素ガス、ラインＬ２５の排オゾンガス、及びＬ２７の排オゾンガス）は、すべて合流して排ガスラインＬ２０を通過する。そして、このラインＬ２０の不要ガスは、触媒分解装置７と排ガス冷却器８とを通過し、排気ポンプ９によって系外に排出される。触媒分解装置７は、不要ガスを例えば活性炭などの触媒と接触させることにより、不要ガス中のオゾンガスを比較的無害な酸素ガスに分解する。排ガス冷却器８は、不要ガスを大気に排出する前に当該不要ガスを常温まで冷却する。

続いて、オゾンガス発生装置７３におけるオゾンガスの発生量を調整する構成について、図３を参照しながら更に詳細に説明する。図３には、濃縮部３０の分離タンク３４、気化器３５、及びＵ字管４１を示している。

電子部品洗浄装置１では、洗浄部７０の洗浄条件の変動により、後段の装置（ここでは、溶解部５０）からオゾンガス発生装置７３に要求されるオゾンガスの量が変動する場合がある。このような場合、溶解部５０からのオゾンガスの要求量に対応して、オゾンガス発生装置７３が、オゾンガスの発生量を増減させる必要がある。そこで、図３に示すように、オゾンガス発生装置７３は、液面制御部４３を備えている。液面制御部４３は、溶解部５０からのオゾンガスの要求量（以下、「オゾンガス要求量」という）に基づいて、気化器３５におけるオゾンの気化量を調整すべく、気化器３５内における液体オゾンの液面Ｈの高さを制御する。なお、前述のとおり、気化器３５内に貯留される液体オゾンは、毛細管現象によって充填材４１ａに染み込んだ状態で存在するが、この場合の、「液体オゾンの液面Ｈ」とは、充填材４１ａ染み込んだ状態の液体オゾンの上端の位置を意味するものとする。

また、オゾンガス要求量は、溶解部５０で単位時間当たりに必要とされるオゾンガスの質量を意味し、例えば、「ｇ／秒」といったような単位で表される。また、気化器３５におけるオゾンの気化量とは、単位時間当たりに気化してオゾンガスに変わる液体オゾンの質量を意味し、例えば、「ｇ／秒」といったような単位で表される。

液面制御部４３には、溶解部５０から送信されたオゾンガス要求量ｉの情報が、電気信号として入力される。このオゾンガス要求量ｉが、オゾンガス発生装置７３が単位時間当たりに発生すべきオゾンガスの量（所望発生量）となる。気化器３５からの濃縮オゾンガスが流通するラインＬ３上には、バルブＶ３が設けられており、バルブＶ３の開度によって気化器３５内の圧力を調整することができる。また、分離タンク３４で分離された気体（主に酸素）を排出させるラインＬ３３上には、バルブＶ３３が設けられており、バルブＶ３３の開度によって分離タンク３４内の圧力を調整することができる。そして、液面制御部４３は、バルブＶ３，Ｖ３３を操作して開度を調整することで、分離タンク３４内の圧力から気化器３５内の圧力を減じた差圧（以下、「タンク間差圧」という）を調整することができる。

ここで、分離タンク３４と気化器３５とは、底部同士がＵ字管４１で接続されていることから、気化器３５における液体オゾンの液面Ｈの高さは、タンク間差圧に依存する。すなわち、タンク間差圧が大きいほど液面Ｈ位置は高くなり、タンク間差圧が小さいほど液面Ｈ位置は低くなる。以上のように、バルブＶ３，Ｖ３３及び液面制御部４３は、液面Ｈの高さを調整する液面調整手段として機能する。

また、ヒータ３５ｃは位置を変えないことから、液面Ｈ位置が高いほど、ヒータ３５ｃと液面Ｈとが近くなるので、ヒータ３５ｃから液面Ｈに付与される単位時間当たりの熱量が大きくなり、気化器３５内で単位時間当たりに気化するオゾンが多くなる。また、液面Ｈ位置が低いほど、ヒータ３５ｃと液面Ｈとが遠くなるので、ヒータ３５ｃから液面Ｈに付与される単位時間当たりの熱量が小さくなり、気化器３５内で単位時間当たりに気化するオゾンが少なくなる。ここで、ヒータ３５ｃと液面Ｈとが近づきすぎると、ヒータ３５ｃから急激な熱の進入によりオゾンの自己分解を引き起こす可能性があるため、液面Ｈ高さ又はタンク間差圧に上限を設けておくと好ましい。

以上のとおり、オゾンガス生成装置７３では、バルブＶ３，Ｖ３３の開度の調整により、タンク間差圧を調整し、その結果、気化器３５における単位時間当たりのオゾンの気化量を調整することができ、すなわち、オゾンガス発生装置７３における単位時間当たりのオゾンガスの発生量を調整することができる。

液面制御部４３は、入力されたオゾンガス要求量ｉに対応するタンク間差圧を実現するように、バルブＶ３，Ｖ３３の開度調整の操作を行う。これにより、液面Ｈの高さが調整され、その結果、上記オゾンガス要求量ｉに対応するオゾンガスの気化量が、気化器３５で達成される。具体的には、ラインＬ３上に、濃縮オゾンガスのオゾン濃度を測定するオゾン濃度計、及び濃縮オゾンガスの流量を測定する流量計を設けることで、オゾンガス発生装置７３における単位時間当たりのオゾンガスの発生量の実際の値を検知することができる。従って、液面制御部４３は、上記オゾン濃度計及び流量計の測定値を取得し、オゾンガスの発生量の実際の値を用いてバルブＶ３，Ｖ３３の開度をフィードバック制御してもよい。

オゾンガス要求量ｉに応じてタンク間差圧を調整し、オゾンの気化量を調整するといった上記の制御は、例えばヒータ３５ｃの出力を調整して気化量を調整する制御に比べてレスポンスが速い。従って、オゾンガス生成装置７３によれば、溶解部５０からのオゾンガス要求量の変動に対応して、レスポンス良く溶解部５０にオゾンガスを供給することができる。

また、オゾンガス生成装置７３は、気化器３５の液体オゾンを気化させるための高熱源として、自身で熱を発生するヒータ３５ｃを採用している。この構成により、オゾンの気化熱として消費される熱量を、ヒータ３５ｃの発熱によって補うことができるので、液体オゾンの気化量を安定させることができる。

なお、気化器３５のオゾンの気化量を調整することにより、気化器３５における液体オゾンの消費速度が変動する。そして、気化器３５における液体オゾンの消費速度が変動すれば、分離タンク３４における液体オゾンの減少速度も変動する。従って、このオゾンガス生成装置７３では、分離タンク３４に液面計を設け、分離タンク３４における液体オゾンの液面高さを一定化するように、オゾナイザ１０の放電電圧を制御する。すなわち、分離タンク３４の液体オゾンの液面が低下すれば、オゾナイザ１０の放電電圧を大きくすることにより、オゾナイザ１０で生成される単位時間当たりのオゾン量が増加し、分離タンク３４の液体オゾンの減少が素早く補われる。また、分離タンク３４の液体オゾンの液面が上昇すれば、オゾナイザ１０の放電電圧を小さくすることにより、オゾナイザ１０で生成される単位時間当たりのオゾン量が減少し、分離タンク３４の液体オゾンが過剰になることを防止する。

以上では、オゾンガス生成装置７３が、溶解部５０からのオゾンガス要求量の変動に対応して、レスポンス良くオゾンガスを供給することができる旨を説明したが、続いて、溶解部５０からのオゾンガス要求量が、特に大きく変動した場合について考える。

オゾンガス生成装置７３が、溶解部５０のオゾンガス要求量の大きな変動に対応して、気化器３５におけるオゾンの気化量を特に大きく変化させた場合には、前述のような分離タンク３４の液面高さを一定化する制御が間に合わず、濃縮部３０内（主に、分離タンク３４内及び気化器３５内）のオゾンが一時的に不足したり過剰になったりする可能性もある。濃縮部３０内のオゾンが一時的に不足すれば、濃縮部３０から溶解部５０へのオゾンガス供給が一時的に途切れてしまう。また、濃縮部３０内のオゾンが一時的に過剰になれば、ラインＬ２５を通じて廃棄される排オゾンガスが多くなり、無駄が多い。このようなオゾンの過不足を吸収するために、分離タンク３４等の容量を大きくすることも考えられる。しかしながら、オゾンの自己分解反応が連続的に起きることを抑制する観点からは、装置内に保有されるオゾンの量は可能な限り小さくしておくことが必要であり、分離タンク３４等の容量を大きくすることは好ましくない。

そこで、オゾンガス生成装置７３は、オゾンガス濃縮部３０から排出されているオゾンの総量に基づいて、オゾナイザ１０の放電電圧を直接制御する制御手段を更に備えている。なお、この場合のオゾンの総量とは、オゾンの総質量であり、例えば「グラム」の単位で表される。また同様に、以下の説明で「オゾン量」というときには、オゾンの質量を意味するものとする。

具体的には、図４に示すように、オゾンガス生成装置７３は、オゾナイザの出力を制御するオゾナイザ出力制御部１１を備えている。また、オゾンガス生成装置７３は、ラインＬ２５の分岐点よりも下流側において、ラインＬ３上に設けられたオゾン濃度計Ｎ３及び流量制御装置Ｒ３を備えている。流量制御装置Ｒ３は、ラインＬ３を通じて溶解部５０に供給する濃縮オゾンガス（以下「供給オゾンガス」という）の流量を制御しており、制御目標として設定された流量設定値を電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。オゾン濃度計Ｎ３は、ラインＬ３の供給オゾンガスのオゾン濃度を測定し電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。

また、オゾンガス生成装置７３は、ラインＬ２５上に設けられたオゾン濃度計Ｎ２５及び流量計Ｒ２５を備えている。前述のとおり、ラインＬ２５は、濃縮部３０で生成された濃縮オゾンガスのうち、溶解部５０に送られる前に余剰分として廃棄される濃縮オゾンガス（以下「余剰オゾンガス」という）を流通させる。流量計Ｒ２５は、ラインＬ２５における余剰オゾンガスの流量を測定し電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。オゾン濃度計Ｎ２５は、ラインＬ２５の余剰オゾンガスのオゾン濃度を測定し電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。また、このラインＬ２５における余剰オゾンガスの圧力は、ラインＬ２５上に設けられた圧力制御部Ｐ２５で制御されている。

また、オゾンガス生成装置７３は、ラインＬ２３上に設けられたオゾン濃度計Ｎ２３及び流量計Ｒ２３を備えている。前述のとおり、濃縮部３０では、ガス冷却部３３で凝縮しなかった酸素等のガス（非凝縮ガス）が、分離タンク３４で分離除去され、ラインＬ２３を通じて不要なガス（以下「分離排出ガス」という）として排出される。流量計Ｒ２３は、ラインＬ２３における分離排出ガスの流量を測定し電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。オゾン濃度計Ｎ２３は、ラインＬ２３の分離排出ガスのオゾン濃度を測定し電気信号としてオゾナイザ出力制御部１１に送信する。また、このラインＬ２３における分離排出ガスの圧力は、ラインＬ２３上に設けられた圧力制御部Ｐ２３で制御されている。

なお、上記のオゾン濃度計Ｎ３，Ｎ２３，Ｎ２５で測定されるオゾン濃度は、例えば、g/Nm³（２５℃、１atmにおけるg/m³）等の単位で表される。また、流量制御装置Ｒ３の流量設定値、及び流量計Ｒ２３，Ｒ２５で測定される流量は、例えば、SLM（０℃、1atmにおける１分間当たりの流量）等の単位で表される。

オゾナイザ出力制御部１１は、オゾン濃度計Ｎ３の濃度測定値と流量制御装置Ｒ３の流量設定値との乗算に基づいて、供給オゾンガスに含まれるオゾン量を算出することができる。また、オゾナイザ出力制御部１１は、オゾン濃度計Ｎ２５の濃度測定値と流量計Ｒ２５の流量測定値との乗算に基づいて、余剰オゾンガスに含まれるオゾン量を算出することができる。更に、オゾナイザ出力制御部１１は、オゾン濃度計Ｎ２３の濃度測定値と流量計Ｒ２３の流量測定値との乗算に基づいて、分離排出ガスに含まれるオゾン量を算出することができる。そして、オゾナイザ出力制御部１１は、供給オゾンガス、余剰オゾンガス、及び分離排出ガスにそれぞれに含まれるオゾン量の合計を算出することで、濃縮部３０から排出されるオゾンの総量を検知することができる。このように、溶解部５０で使用される供給オゾンガス中のオゾン量だけでなく、不要排出物（余剰オゾンガス及び分離排出ガス）中のオゾン量を算入することで、濃縮部３０から排出されるオゾンの総量を正確に算出することができる。

そして、オゾナイザ出力制御部１１は、オゾナイザ１０で単位時間当たりに生成されるオゾン量が、濃縮部３０から単位時間当たりに排出されるオゾンの総量と等しくなるように、オゾナイザ１０の放電の電圧を制御する。ここで、オゾナイザ１０の放電電圧を大きくすれば、オゾナイザ１０で生成される単位時間当たりのオゾン量が増加し、オゾナイザ１０の放電電圧を小さくすれば、オゾナイザ１０で生成される単位時間当たりのオゾン量が減少する。このような制御により、オゾナイザ１０で生成される単位時間当たりのオゾン量が、濃縮部３０から単位時間当たりに排出されるオゾンの総量と等しくなるようにオゾナイザ１０の放電電圧が調整され、濃縮部３０におけるオゾン量の収支が、ほぼプラスマイナスゼロとされる。なお、オゾナイザ１０の放電電圧の制御によれば、酸素タンク３からの酸素ガスの流量を変更することなく、オゾンの生成量を調整することができる。このようなオゾナイザ１０の放電電圧の制御は、前述したような分離タンク３４の液面に基づくオゾナイザ１０の制御よりも早く行われる。

このように、オゾナイザ出力制御部１１は、濃縮部３０から単位時間当たりに排出されるオゾンの総量に基づいて、直接的にオゾナイザ１０を制御する。これにより、例えば、溶解部５０で単位時間当たりのオゾンの使用量が変動したとしても、この変動に応じて、直接的にオゾナイザ１０が制御され濃縮部３０に供給されるオゾン量が素早く追従される。従って、溶解部５０におけるオゾン使用量がある程度大きく変動した場合にも、濃縮部３０内（主に、分離タンク３４や気化器３５）に蓄積されているオゾンには過不足が生じ難い。よって、このオゾンガス生成装置７３によれば、溶解部５０におけるオゾン使用量のある程度大きい変動に対しても、濃縮部３０からのオゾン供給量を素早く追従させて柔軟に変動させることができる。

なお、ここでは、ラインＬ２３，Ｌ２５上に、それぞれ、オゾン濃度計Ｎ２３，Ｎ２５及び流量計Ｒ２３，Ｒ２５を設けているが、この構成に代えて、ラインＬ２３，Ｌ２５の合流点の直ぐ下流の位置に、オゾン濃度計及び流量計を１つずつ設けてもよい。このようなオゾン濃度計及び流量計の測定値に基づいて、分離排出ガスに含まれるオゾン量と余剰オゾンガスに含まれるオゾン量との合計のオゾン量を検知することができる。そして、この場合、オゾン濃度計と流量計との設置個数を少なくすることができるという利点がある。

また、例えば、ラインＬ３の供給オゾンガスの濃度とラインＬ２５の余剰オゾンガス濃度とは、ほぼ同じであると考えられる。従って、オゾン濃度計Ｎ３，Ｎ２５の何れか一方のみを設置し、その一方のオゾン濃度計に供給オゾンガス濃度検知手段の機能と余剰オゾンガス濃度検知装置の機能とを併せ持たせてもよい。また、例えば、流量計Ｒ２５の設置に代えて、ラインＬ３上におけるラインＬ２５との分岐点の直ぐ上流側に流量計を設置し、当該流量計による流量測定値と流量制御装置Ｒ３の流量設定値との差分から余剰オゾンガスの流量を求めてもよい。すなわち、要するに、各ラインＬ３，Ｌ２３，Ｌ２５の流量検知手段又はオゾン濃度検知手段は、当該ラインにおける流量又はオゾン濃度を検知できればよく、必ずしも流量計やオゾン濃度計の当該ライン上への設置を必要とするものではない。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、オゾンガス発生装置７３のヒータ３５ｃを省略し、気化器３５の筐体の上部から液体オゾンの液面Ｈに移動する熱により、気化器３５の下部に溜まる液体オゾンを気化させるようにしてもよい。この場合には、気化器３５の筐体の上部が、気化器３５内の液体オゾンに熱を付与するための高熱源となる。

また、気化器３５の液面Ｈの高さの調整手段として、実施形態では、タンク間差圧を調整するバルブＶ３，Ｖ３３を用いているが、これに代えて、図５（ａ），（ｂ）に示すような以下の構成としてもよい。図５（ａ）では、Ｕ字管４１上にポンプ４１ｂを設け、ポンプ４１ｂによって分離タンク３４から気化器３５に液体オゾンを送り込むこととしている。そして、液面制御手段４３が、ポンプ４１ｂの出力を調整することにより、気化器３５に液体オゾンを送り込む速度を調整し、液面Ｈの高さを調整することができる。

また、図５（ｂ）では、Ｕ字管４１上にバルブ４１ｃを設けることとしている。そして、液面制御手段４３が、バルブ４１ｃの出力を調整することにより、気化器３５に液体オゾンを送り込む速度を調整し、液面Ｈの高さを調整することができる。なお、この図５（ｂ）の構成の場合、分離タンク３４の液面を、気化器３５の液面よりも高く維持するように分離タンク３４の貯液量を制御してもよく、分離タンク３４内の圧力を気化器３５内の圧力よりも高くするようにしてもよい。なお、図５（ａ），（ｂ）の構成では、充填材４１ａを省略してもよく、この場合、気化器３５内には水平な液面Ｈが現れる。また、実施形態では、オゾンガス要求量ｉの情報は溶解部５０から液面制御部４３に入力されるが、オゾンガス要求量ｉの情報は、例えば、手入力等で液面制御部４３に入力されてもよい。

３４…分離タンク（分離器）、３５…気化器、３５ｃ…ヒータ（高熱源）、４１…Ｕ字管、４３…液面制御部（液面調整手段）、７３…オゾンガス生成装置、Ｈ…液体オゾンの液面、Ｖ３，Ｖ３３…バルブ（液面調整手段）。

Claims (4)

1. 液体オゾンを内部に貯留すると共に、前記液体オゾンを気化させてオゾンガスを発生させる気化器と、
   前記気化器内に貯留される前記液体オゾンの液面の上方に設けられ前記液体オゾンに熱を付与する高熱源と、
   発生すべき前記オゾンガスの量を示す所望発生量に基づいて、前記気化器内の前記液体オゾンの前記液面の高さを調整する液面調整手段と、
   を備えたことを特徴とするオゾンガス生成装置。
2. 前記高熱源は、熱を発生するヒータであることを特徴とする請求項１に記載のオゾンガス生成装置。
3. 冷却により凝縮した前記液体オゾンを非凝縮気体から分離する分離器と、
   前記分離器と前記気化器とを接続し前記分離器から前記気化器までを液封可能とすると共に、前記分離器の前記液体オゾンを流通させて前記気化器に導入させるＵ字管と、
   を更に備え、
   前記液面調整手段は、
   前記分離器内の圧力と前記気化器内の圧力との差圧を調整することにより、前記液面の高さを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾンガス生成装置。
4. オゾンガスを発生させ当該オゾンガスを含む混合ガスを得るオゾナイザと、
   前記オゾナイザで得られた前記混合ガスの冷却により凝縮した前記液体オゾンを非凝縮気体から分離し、前記気化器に前記液体オゾンを送出する分離器と、
   前記分離器及び前記気化器から排出されるオゾンの総量に基づいて前記オゾナイザにおける前記オゾンガスの生成量を制御するオゾナイザ制御部と、を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のオゾンガス生成装置。
   

Images