JP2017000931A

JP2017000931A - ガス溶解水の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2017000931A
Application number: JP2015115900A
Authority: JP
Inventors: 祐子池田; Yuko Ikeda; 融正岡; Toru Masaoka
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: JP6565347B2

Abstract

【課題】液温が高く、溶存ガス濃度の高いガス溶解水を安全に製造して使用場所に供給する。【解決手段】水中で自己分解しないガスからなる被溶解ガスを供給水に溶解させるガス溶解工程と、得られたガス溶解水を、液温の目標値Ｔ０となるように加熱する加熱工程とを含むガス溶解水の製造方法において、該加熱工程における加熱後の該ガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づいて、該ガス溶解水の溶存ガス濃度が該測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように該ガス溶解工程におけるガス溶解量を制御するガス溶解水の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明はガス溶解水の製造方法及び製造装置に係り、詳しくは、液温が高く、溶存ガス濃度の高いガス溶解水を安全に製造して使用場所に供給する方法と装置に関する。

電子材料などの洗浄液として、水素ガス溶解水や窒素ガス溶解水が用いられており、洗浄力を高めるために、ガス溶解水の溶存ガス濃度を高めること、また、液温を高くすることが行われている。

しかし、液温が高くなるとガス溶解水の溶存ガス濃度が飽和溶解度を上回り、発泡する恐れがあるため、取り扱いに注意する必要がある。例えば、特許文献１には、オゾンガス溶解水の発泡で、被洗浄物の表面に気泡が付着することによる洗浄ムラで洗浄効果が低下する；超音波洗浄を行う場合は、気泡の存在で超音波振動子が空振動することにより振動子の破損を招く；といった問題が発生することが記載されている。また、送液配管内に気泡が残留した場合、これを完全に押し出すことが困難であるという問題もある。

従来、高温のガス溶解水を使用する際の発泡防止の対処法として、ガス溶解水を加圧すること、或いは、溶存ガスの一部を除去した後に使用することが提案されている。
例えば、特許文献２，３には、ガス溶解水の液温として１０〜９０℃の範囲とすることが記載され、また、ガス溶解水の溶解度を上げるために加圧することが記載されている。
特許文献４には、４０〜５０℃程度の温度のガス溶解水を安定的に調整するために、溶解度以上に調製された高濃度ガス溶解水を減圧して溶存ガスの一部を除去することが記載されている。

特開２０１７−９３３５７号公報特開２０１１−１３４８６４号公報特開２０１２−１４３７０８号公報特開２００７−２４３１１３号公報

しかし、洗浄時に用いたガス溶解水が発泡しないよう洗浄機内を加圧状態にするには、そのための設備が複雑になる。
また、溶存ガスを除去する方法は、除去したガスが系外へ放出されることとなるため、排ガス処理の問題がある上に、例えば、爆発性のある水素ガスについては、安全面から好ましい方法とは言えない。
発泡を確実に防止するために、溶存ガス濃度を低めに設定することは、ガス溶解水の洗浄力が低下するため、高い洗浄力が要求される場合には対応し得ない。

このようなことから、加熱ガス溶解水の液温における飽和溶解度を超えることなく、かつ、飽和溶解度になるべく近い溶存ガス濃度のガス溶解水を製造することが望まれる。

本発明は、液温が高く、溶存ガス濃度の高いガス溶解水を安全に製造して使用場所に供給する方法と装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、加熱されたガス溶解水の液温を測定し、この測定値に基づいて、ガス溶解水のガス溶解量を制御することにより、飽和溶解度を超えることなく、かつ飽和溶解度に近い溶存ガス濃度のガス溶解水を製造することができることを見出した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。

［１］水中で自己分解しないガスからなる被溶解ガスを供給水に溶解させるガス溶解工程と、得られたガス溶解水を、液温の目標値Ｔ_０となるように加熱する加熱工程とを含むガス溶解水の製造方法において、該加熱工程における加熱後の該ガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づいて、該ガス溶解水の溶存ガス濃度が該測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように該ガス溶解工程におけるガス溶解量を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［２］［１］において、前記測定値Ｔが目標値Ｔ_０未満のときは、下記（１）〜（４）のうちのいずれかで前記ガス溶解水のガス溶解量を制御し、前記測定値Ｔが目標値Ｔ_０に達した後は、下記（２）〜（４）のいずれかで前記ガス溶解水のガス溶解量を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。
（１）予め求めた目標値Ｔ_０における前記被溶解ガスの飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（２）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との連続的な検量関係を求めておき、該検量関係から求めた前記測定値Ｔにおける飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（３）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、該検量関係に示される液温のうち、前記測定値Ｔよりも高く、かつ該測定値Ｔに最も近い液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（４）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、前記測定値Ｔが該検量関係に示される液温に達したときに、該液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。

［３］［２］において、前記所定の液温間隔で求めた検量関係は、液温間隔１０℃以下で液温と該液温における飽和溶解度との関係を求めたものであることを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［４］［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記供給水の液温は２０℃以上であり、前記加熱による前記ガス溶解水の上昇温度が１０℃以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［５］［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記目標値Ｔ_０が８０℃未満であり、下記式で算出される飽和溶解度比率が７０％以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。
飽和溶解度比率＝（Ｓ_Ｘ／Ｓ）×１００
（上記式中、Ｓは前記測定値Ｔにおける飽和溶解度、Ｓ_Ｘは前記ガス溶解水の溶存ガス濃度を示す。）

［６］［５］において、前記目標値Ｔ_０が７０℃未満であり、前記飽和溶解度比率が８０％以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［７］［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記測定値Ｔに基づいて前記ガス溶解水の加熱強度を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［８］［７］において、前記ガス溶解水の前記加熱工程への流入量を測定し、該ガス溶解水の流入量の測定値と、前記測定値Ｔとに基づいて、前記ガス溶解水の加熱強度を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。

［９］水中で自己分解しないガスからなる被溶解ガスを供給水に溶解させるガス溶解手段と、得られたガス溶解水を、液温の目標値Ｔ_０となるように加熱する加熱手段とを含むガス溶解水の製造装置において、該加熱手段における加熱後の該ガス溶解水の液温を測定する液温測定手段と、該液温の測定値Ｔに基づいて、該ガス溶解水の溶存ガス濃度が該測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように該ガス溶解手段におけるガス溶解量を制御する制御手段とを有することを特徴とするガス溶解水の製造装置。

本発明によれば、加熱されたガス溶解水の液温の測定値に基づいて、当該液温における飽和溶解度を超えないようにガス溶解水のガス溶解量を制御するため、製造された加熱ガス溶解水は飽和溶解度を超えることはなく、発泡の危険性を回避することができる。また、飽和溶解度に近い溶存ガス濃度とすることができ、溶存ガス濃度が十分に高く、洗浄効果の高い加熱ガス溶解水を使用場所に供給することができる。

本発明においては、製造したガス溶解水を、加熱後に加圧や冷却によって飽和溶解度を上げることなく使用場所に供給することができるため、溶存ガス濃度を高く維持したガス溶解水を使用することができる。また、ガス溶解から使用場所への供給までに余剰ガスの発生・排出がないため、排ガス処理が不要となる上に、被溶解ガスとして水素ガスのような爆発性のガスを用いる場合も安全に処理することができる。

本発明のガス溶解水の製造装置の実施の形態を示す系統図である。ヒーターによる昇温時間とヒーター出口温度との関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［メカニズム］
加熱したガス溶解水を製造する場合、ガス溶解水の加熱温度の目標値Ｔ_０は、この加熱ガス溶解水を洗浄液として使用する使用場所（ユースポイント）側から、必要な洗浄液の液温として設定され、ガス溶解水の加熱後の液温の測定値Ｔが、目標値Ｔ_０に近づくように、ガス溶解水の加熱前温度と流量からヒーター加熱強度が決められる。

しかし、ヒーターの加熱強度を調整するだけでは目標値Ｔ_０に制御することは容易ではない場合があり、ヒーター出口温度Ｔ、即ち、加熱後のガス溶解水の液温の測定値Ｔが変動することがある。例えば、ヒーターの運転開始から加熱強度が上がるにつれて、ヒーター出口温度、即ち、液温の測定値Ｔが徐々に上がり、出口温度（測定値Ｔ）が目標値Ｔ_０に到達する（以下、この目標値Ｔ_０に達するまでの段階を「段階１」と称す場合がある。）。この時点から、ヒーター加熱強度を微調整するが、測定値Ｔは目標値Ｔ_０近傍でしばらく変動した後に安定する（この目標値Ｔ_０に達した後、測定値Ｔが安定するまでの段階を「段階２」と称し、その後、測定値Ｔが安定する段階を「段階３」と称す場合がある。）。ただし、厳密には、段階３においても、供給水（原水）にわずかながら流量変動があるため、その後のヒーター出口温度もわずかに変動する。

例えば、約３６ｍｇ／Ｌの酸素ガスを溶解させたガス溶解水を、流量５．８Ｌ／ｍｉｎでオメガセミコン電子（株）製ヒーター「ＤＩＷＡＴＥＲＨＥＡＴＥＲ、ＨＤＷII−１２Ｎ」に供給し、液温の目標値Ｔ_０を６６℃に設定して加熱する加熱実験を行うと、原水供給側からの流量変動のためにヒーターへの流入水量も変動し、昇温時間と、ヒーター出口温度（加熱後のガス溶解水の液温の測定値に該当する。）との関係は表１及び図２の通りとなり、目標値Ｔ_０に達した後もヒーター出口温度はわずかに変動する。

従来法では、後掲の比較例１に示すように、目標値Ｔ_０における飽和溶解度を、ガス溶解水の溶存ガス濃度の調整値として設定してガス溶解水を製造するため、目標値Ｔ_０に達した後は、実際の加熱温度の変動のために、飽和溶解度を超えてしまう場合があり、発泡の恐れがある。

本発明では、加熱されたガス溶解水の液温を測定し、この測定値Ｔが目標値Ｔ_０に達した後もガス溶解水の溶存ガス濃度が測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないようにガス溶解量を制御するため、このような発泡の問題は回避される。
しかも、液温の測定値Ｔに基づいて、当該液温における飽和溶解度に近い溶存ガス濃度に制御することにより、高い溶存ガス濃度のガス溶解水を製造することができる。

［被溶解ガス］
本発明では、ガス溶解水を加熱するため、加熱により自己分解するオゾンガスなどは、被溶解ガスとして適用できない。水中で自己分解しない被溶解ガスとしては、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガスが挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。

［供給水］
被溶解ガスを溶解させる供給水としては、通常超純水が用いられる。
特に、製造したガス溶解水を電子材料の洗浄液として用いる場合、供給水として使用する超純水は、温度２５℃における電気抵抗率が１８ＭΩ・ｃｍ以上であり、有機体炭素濃度が１０μｇ／Ｌ以下であり、金属分の含有量が２０ｎｇ／Ｌ以下であり、微粒子量が１０,０００個／Ｌ以下であることが好ましい。

なお、超純水を使用する場合、脱気後に窒素パージして窒素ガス溶解水と同等の水質の水溶液として使用する場合があり、特に温超純水として使用する場合、パージ窒素が発泡しないようにパージ量を制御することが好ましいので、本発明では、窒素ガスパージした超純水も窒素ガス溶解水に含める。

［被溶解ガスの溶解及び加熱］
供給水への被溶解ガスの溶解は、常法に従って行うことができる。

例えば、供給水を必要に応じて脱気膜モジュールで脱気処理した後、ガス透過膜を介して気相室と液相室とが仕切られたガス透過膜モジュールの気相室に供給した被溶解ガスをガス透過膜を介して液相室に供給した供給水に移行させて溶解させるガス溶解膜モジュールを用いて、被溶解ガスを溶解させる方法が挙げられる。

また、脱気処理された供給水に過剰量の被溶解ガスを常圧下でバブリングすることで被溶解ガスを溶解させることもできる。

ガス溶解水の加熱についても常法に従ってヒーターを用いて行うことができるが、加熱処理によってガス溶解水の水質が悪化することを避けるべく、加熱手段の接液部材は、フッ素樹脂などの水質悪化を招くおそれのない部材とすることが好ましい。
例えば、フッ素樹脂製のチューブを複数本束ねて容器に入れ、チューブの内側又は外側にガス溶解水を流し、チューブ壁面を介して逆の側に加温媒体を通水あるいは保持する構造を有する熱交換器を用いることができる。この場合は加温媒体の温度や流量の調整によって加熱強度を調整することができる。
或いは、透光性の石英製の通水管にガス溶解水を通水しつつ通水管の外側の空間内に設置されたハロゲンランプ等の放射加熱体により加熱する加熱器を用いることもできる。この場合は放射加熱体の出力の調整によって加熱強度を調整することができる。

供給水やガス溶解水を送液する給水配管の材質は、水質を悪化させるものでなければ制限はなく、ガス透過性が低いＣＶＰ（塩化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの材質が望ましいが、高い脱気レベル（例えば溶存酸素ガス濃度５０ｐｐｂ以下）が必要でない場合はこの限りではない。

［ガス溶解量の制御］
本発明においては、加熱後のガス溶解水の液温を測定し、この測定値Ｔに基づいて、ガス溶解水の溶存ガス濃度が測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように供給水に溶解させる被溶解ガスのガス溶解量を制御する。

具体的には、予めガス溶解水の液温とこの液温における被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を求めておき、この検量関係から測定値Ｔに対応する飽和溶解度を求め、ガス溶解水の溶存ガス濃度がこの飽和溶解度以下となるようにガス溶解水のガス溶解量を制御する方法が挙げられる。

このガス溶解量の制御は、例えば、ヒーター又はヒーターからの加熱ガス溶解水の送液配管に設けられた温度計で測定した液温の温度信号を制御手段に送信し、制御手段にて予め作製した検量関係に基づいて、目的とする溶存ガス濃度になるようにガス溶解手段の出力を自動調整することで行うことが好ましい。

例えば、脱気処理された供給水に対して、ガス溶解膜モジュールを用いて、ガス溶解膜モジュールの気相室に被溶解ガスを加圧供給して液相室内の供給水に溶解させる場合は、被溶解ガスを加圧供給するポンプの出力を調整することで、ガス溶解量を調整することができる。あるいは、脱気処理された供給水に過剰量の被溶解ガスを常圧下でバブリングすることで被溶解ガスを溶解させる場合は、曝気のブロワーの出力を調整することでガス溶解量を調整することができる。

ガス溶解量の制御は、常に液温の測定値Ｔから当該液温における飽和溶解度に基づいて行ってもよく、液温の測定値Ｔが目標値Ｔ_０未満のとき（即ち、段階１）は、下記（１）〜（４）のうちのいずれかでガス溶解水のガス溶解量を制御し、前記測定値Ｔが目標値Ｔ_０に達した後（即ち、前記段階２と段階３）は、下記（２）〜（４）のいずれかで前記ガス溶解水のガス溶解量を制御するようにしてもよい。
（１）予め求めた目標値Ｔ_０における前記被溶解ガスの飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（２）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との連続的な検量関係を求めておき、該検量関係から求めた前記測定値Ｔにおける飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（３）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、該検量関係に示される液温のうち、前記測定値Ｔよりも高く、かつ該測定値Ｔに最も近い液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（４）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、前記測定値Ｔが該検量関係に示される液温に達したときに、該液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。

ここで、「飽和溶解度に基づいてガス溶解量を制御する」とは、その飽和溶解度を、得られるガス溶解水の溶存ガス濃度の調整値（目標値）としてガス溶解量を制御することを言う。

液温と飽和溶解度との検量関係は、連続的に求めたものであってもよく、所定の液温間隔で求めたものであってもよい。例えば、液温間隔１０℃以下で液温と当該液温における飽和溶解度との関係を求めたものであっても構わない。この液温間隔が１０℃よりも大きいと、精度のよい制御を行うことができず、発泡を確実に防止し得ない場合がある。また、飽和溶解度に近い溶存ガス濃度のガス溶解水を製造することができない場合がある。

高精度の制御が行える観点から、この液温間隔は小さい程好ましいが、検量関係を測定するための作業と制御精度を勘案して、液温間隔は１〜１０℃程度とすることが好ましい。

検量関係に基づくガス溶解量の制御法としてはまた、例えば、後掲の実施例１のように、適度な液温間隔（例えば１０℃以下）刻みで液温と該液温における飽和溶解度との検量関係を事前に求めておき、また一定時間毎にヒーター出口の加熱ガス溶解水の液温を測定し、検量関係の液温の中で測定値Ｔより高くかつ最も近い液温における飽和溶解度を、ガス溶解水の溶存ガス濃度の調整値としてガス溶解量を制御する方法が挙げられる（上記（３））。
また、連続的にヒーター出口の加熱ガス溶解水の液温を測定し、検量関係の液温に達した時点で昇温中継点となる当該液温の飽和溶解度を溶存ガス濃度の調整値としてガス溶解量を制御するようにしてもよい（上記（４））。

例えば、液温５℃の水素ガス溶解水を昇温する場合、始めは１０℃における飽和溶解度１．７２ｍｇ／Ｌを溶存ガス濃度の調整値として被溶解ガスの加圧ポンプの出力を調整して加熱開始し、ヒーター出力が徐々に上がりヒーター出口温度が１０℃に達した時点で、溶存ガス濃度の調整値を２０℃における飽和溶解度１．５９ｍｇ／Ｌに変更するといった操作を繰り返し、１０℃刻みでガス溶解量の制御を行うことができる。
上記は１０℃刻みの例を示したが、前述の通り、検量関係の液温間隔が小さいほど高精度の制御が可能となる。

加熱ガス溶解水の液温を間欠的に測定してガス溶解量を制御する場合、その頻度には特に制限はなく、加熱時のガス溶解水の昇温速度や液温の変動の程度によっても異なるが、例えば、液温の測定・制御間隔は１〜６０秒で一定としてもよく、目標値Ｔ_０に達するまでの昇温過程（段階１）と、目標値Ｔ_０に達し、液温の大きな変動がなくなった時点以降（段階２及び段階３）とで、液温の測定・制御間隔を異なる条件に設定してもよい。

［加熱強度の制御］
ガス溶解水の加熱強度は、加熱ガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づいて制御することが好ましく、特に、供給水の流量又は加熱手段へのガス溶解水の流入量を測定し、流量の測定値と液温の測定値Ｔに基づいて制御することが好ましい。即ち、液温の測定値Ｔが目標値Ｔ_０に近づくか、または液温の測定値が目標値Ｔ_０を超えたら、加熱強度を小さくする。

［加熱温度と飽和溶解度比率］
本発明は、特に、供給水の液温が２０℃以上、例えば２０〜３０℃であり、加熱によるガス溶解水の上昇温度が１０℃以上、特に１０〜７０℃程度で、液温４０〜９０℃程度の加熱ガス溶解水を製造する場合のように、加熱による被溶解ガスの飽和溶解度の変化が大きい加熱ガス溶解水の製造に有効である。

このような加熱ガス溶解水の製造に当たり、本発明によれば、加熱ガス溶解水の液温の目標値Ｔ_０が８０℃未満の場合、下記式で算出される飽和溶解度比率が７０％以上のガス溶解水を製造することができ、特に、目標値Ｔ_０が７０℃未満の場合には、飽和溶解度比率が８０％以上のガス溶解水を製造することができる。
飽和溶解度比率＝（Ｓ_Ｘ／Ｓ）×１００
（上記式中、Ｓは測定値Ｔにおける飽和溶解度、Ｓ_Ｘはガス溶解水の溶存ガス濃度を示す。）

［ガス溶解水の製造装置］
以下に、図１を参照して本発明のガス溶解水の製造装置の実施の形態を説明するが、図１は本発明のガス溶解水の製造装置の実施の形態の一例を示すものであり、本発明のガス溶解水の製造装置は何ら図１に示すものに限定されるものではない。

図１において、１は脱気膜モジュール、２はガス溶解膜モジュール、３はヒーター、４は制御器である。Ｖ_１，Ｖ_２は開閉バルブである。

脱気膜モジュール１内は、ガス透過膜１Ｍによって液相室１ａと気相室１ｂに区画されている。同様に、ガス溶解膜モジュール２内も、ガス透過膜２Ｍによって液相室２ａと気相室２ｂに区画されている。

これらガス透過膜１Ｍ，２Ｍとしては、水を透過させず、かつガスを透過させるものであれば特に制限はなく、例えば、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリカーボネート−ポリジメチルシロキサンブロック共重合体、ポリビニルフェノール−ポリジメチルシロキサン−ポリスルホンブロック共重合体、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリ（２,６−ジメチルフェニレンオキシド）、ポリテトラフルオロエチレンなどの高分子膜などを挙げることができる。

供給水（原水）は原水配管１１より、脱気膜モジュール１の液相室１ａに導入され、脱気膜モジュール１の気相室１ｂが、排気配管１３を介して真空ポンプＰ_１で吸引されることで脱気される。

真空ポンプＰ_１には特に制限はないが、例えば、水封式真空ポンプや水蒸気除去機能を備えたスクロールポンプなどのように、水蒸気を吸気できるものが好ましい。

脱気膜モジュール１からの脱気水は、脱気水配管１２よりガス溶解膜モジュール２の液相室２ａに導入される。ガス溶解膜モジュール２の気相室２ｂには、加圧ポンプＰ_２により被溶解ガス配管１４を経て被溶解ガスが供給され、ガス透過膜２Ｍを透過して脱気水に被溶解ガスが溶解される。

ガス溶解膜モジュール２からのガス溶解水は、配管１５よりヒーター３に送給されて加熱され、加熱ガス溶解水は配管１６より使用場所の洗浄機等に送給される。

この配管１６には温度計Ｔ_ｍが設けられており、加熱ガス溶解水の液温が測定され、測定値Ｔは制御器４に入力される。制御器４では、入力された測定値Ｔに基づき、予め設定された液温と飽和溶解度の検量関係から、目標とする溶存ガス濃度の調整値を設定し、その調整値に対応するガス溶解量となるように、被溶解ガス配管１４の加圧ポンプＰ_２の出力を制御する。

また、この制御器４は、更に、温度計Ｔ_ｍの測定値Ｔに基づいて、ヒーター３の加熱強度を制御するものであってもよい。更に、配管１５又は１６に流量計を設け、この流量計の測定値と、温度計Ｔ_ｍの測定値Ｔに基づいて、ヒーター３の加熱強度を制御するものであってもよい。

なお、図１において、１７は、ヒーターの昇温過程やトラブル時の加熱ガス溶解水を系外へ排出するためのブロー配管であり、バルブＶ_１，Ｖ_２の開閉操作で、適宜加熱ガス溶解水の送液先が制御される。

［被洗浄物］
本発明により製造される加熱ガス溶解水は、高温かつ高溶存ガス濃度で、洗浄効果に優れることから、各種部品の洗浄液として有用である。その洗浄対象となる被洗浄物としては特に制限はないが、その優れた洗浄効果から、半導体用のシリコンウェハ、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板、フォトマスク用石英基板等、高度な清浄度が要求される電子材料（電子部品や電子部材等）の洗浄に好適である。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

以下の実施例及び比較例では、超純水を供給水とし、脱気膜モジュール：ミリポア社製「リキセルＧ２４８」で脱気処理した後、ガス溶解膜モジュール：ジャパンゴアテックス社製「ＧＮＨ−０１Ｒ」で被溶解ガスを溶解させて、ガス溶解水を製造し、このガス溶解水を、ヒーター：オメガセミコン電子（株）製「ＤＩＷＡＴＥＲＨＥＡＴＥＲ、ＨＤＷII−１２Ｎ」で加熱した。
溶存ガス濃度はＯＲＢＩＳＰＨＥＲＥ社製「５１０ＳｅｒｉｅｓＧａｓＡｎａｌｙｚｅｒ」により測定した。

［比較例１］
目標値Ｔ_０＝６６℃に設定し、加熱後のガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づくガス溶解量の制御を行わずに昇温を行い、飽和溶解度比率（測定値Ｔにおける溶存ガス濃度と飽和溶解度Ｓの比）を求めた。なお、溶存ガス濃度の調整値は、目標値Ｔ_０：６６℃における飽和溶解度Ｓo：１.０７ｍｇ／Ｌとして条件固定で行ったので、飽和溶解度比率は（Ｓo／Ｓ）×１００（％）となる。
その結果、後掲の表３に示す通り、ガス溶解量の制御を行わなかったため、加熱開始後３０秒近くまでは飽和溶解度比率が８０％を下回り、また、昇温時間７０秒経過後は飽和溶解度比率が１００％を超過する時間帯があり、発泡の可能性があるという結果になった。

［実施例１］
目標値Ｔ_０＝６６℃に設定し、加熱後のガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づくガス溶解量の制御を行いつつ昇温を行った。
本制御では、予め温度５℃又は１０℃間隔で各液温における飽和溶解度を求めておき、下記表２に示すように、例えば測定値Ｔが２５℃以上３０℃未満の場合は、溶存ガス濃度の調整値を３０℃における飽和溶解度Ｓ_Ｘに設定してガス溶解量を調整する、という要領で制御を行った。

このときの飽和溶解度比率（測定値Ｔにおける溶存ガス濃度Ｓ_ｘと測定値Ｔにおける飽和溶解度Ｓの比Ｓｘ／Ｓ×１００（％））を求めた。
結果は下記表３に示す通り、液温の測定値Ｔに基づいてガス溶解量の制御を行ったため、昇温による飽和溶解度の変化によらず安定して飽和溶解度比率を９０％以上に維持することができ、また飽和溶解度比率１００％を超えることがないため発泡も防止することができた。

［実施例２〜４］
ガス種として酸素ガス（実施例２）、水素ガス（実施例３）、窒素ガス（実施例４）を用い、それぞれ、実施例１におけると同様に脱気、ガス溶解、及び加熱を行ってガス溶解水を製造する際に、液温１０℃間隔でガス溶解量の制御を行ったときの飽和溶解度比率を求めた。
条件と結果を下記表４〜６に示す。
いずれのガス種でも、加熱温度が８０℃未満であれば１０℃刻みの制御で飽和溶解度比率７０％以上を維持することができ、加熱温度が７０℃未満であれば１０℃刻みの制御で飽和溶解度比率８０％以上を維持することができ、また、飽和溶解度比率１００％を超えることはないことが示された。

１脱気膜モジュール
２ガス溶解膜モジュール
３ヒーター
４制御器

Claims

水中で自己分解しないガスからなる被溶解ガスを供給水に溶解させるガス溶解工程と、得られたガス溶解水を、液温の目標値Ｔ_０となるように加熱する加熱工程とを含むガス溶解水の製造方法において、該加熱工程における加熱後の該ガス溶解水の液温の測定値Ｔに基づいて、該ガス溶解水の溶存ガス濃度が該測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように該ガス溶解工程におけるガス溶解量を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。
請求項１において、前記測定値Ｔが目標値Ｔ_０未満のときは、下記（１）〜（４）のうちのいずれかで前記ガス溶解水のガス溶解量を制御し、前記測定値Ｔが目標値Ｔ_０に達した後は、下記（２）〜（４）のいずれかで前記ガス溶解水のガス溶解量を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。
（１）予め求めた目標値Ｔ_０における前記被溶解ガスの飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（２）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との連続的な検量関係を求めておき、該検量関係から求めた前記測定値Ｔにおける飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（３）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、該検量関係に示される液温のうち、前記測定値Ｔよりも高く、かつ該測定値Ｔに最も近い液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
（４）予め前記ガス溶解水の液温と前記被溶解ガスの飽和溶解度との検量関係を所定の液温間隔で求めておき、前記測定値Ｔが該検量関係に示される液温に達したときに、該液温における飽和溶解度を前記溶存ガス濃度の調整値として前記ガス溶解水のガス溶解量を制御する。
請求項２において、前記所定の液温間隔で求めた検量関係は、液温間隔１０℃以下で液温と該液温における飽和溶解度との関係を求めたものであることを特徴とするガス溶解水の製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記供給水の液温は２０℃以上であり、前記加熱による前記ガス溶解水の上昇温度が１０℃以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記目標値Ｔ_０が８０℃未満であり、下記式で算出される飽和溶解度比率が７０％以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。
飽和溶解度比率＝（Ｓ_Ｘ／Ｓ）×１００
（上記式中、Ｓは前記測定値Ｔにおける飽和溶解度、Ｓ_Ｘは前記ガス溶解水の溶存ガス濃度を示す。）
請求項５において、前記目標値Ｔ_０が７０℃未満であり、前記飽和溶解度比率が８０％以上であることを特徴とするガス溶解水の製造方法。
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記測定値Ｔに基づいて前記ガス溶解水の加熱強度を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。
請求項７において、前記ガス溶解水の前記加熱工程への流入量を測定し、該ガス溶解水の流入量の測定値と、前記測定値Ｔとに基づいて、前記ガス溶解水の加熱強度を制御することを特徴とするガス溶解水の製造方法。
水中で自己分解しないガスからなる被溶解ガスを供給水に溶解させるガス溶解手段と、得られたガス溶解水を、液温の目標値Ｔ_０となるように加熱する加熱手段とを含むガス溶解水の製造装置において、該加熱手段における加熱後の該ガス溶解水の液温を測定する液温測定手段と、該液温の測定値Ｔに基づいて、該ガス溶解水の溶存ガス濃度が該測定値Ｔにおける飽和溶解度を超えないように該ガス溶解手段におけるガス溶解量を制御する制御手段とを有することを特徴とするガス溶解水の製造装置。