KR101185708B1 - 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법 - Google Patents

고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법 Download PDF

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Abstract

대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도를 가지는 오존화 가스를, 0℃ 이하의 저온 상태, 고기압하로 한 흡착하는 흡착제인 실리카겔(6)을 채워넣은 흡탈착탑(4) 내에 공급하고, 또한 복수의 흡탈착탑(4) 중 3탑 이상의 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)을 직렬 사이클 배치하여 메인 흡탈착탑군(99)을 구성하고, 당해 메인 흡탈착탑군(99)과 병렬로 배치한 흡탈착탑(4-4)을 보조 흡탈착탑(999)으로 하여, 메인 흡탈착탑군(99)의 3탑 중 어느 것도 탈착 공정하고 있지 않는 기간에 보조 흡탈착탑(999)으로 오존을 탈착시키도록 구성함으로써, 연속적으로 고농도 오존을 대유량으로 출력할 수 있도록 했다. 이에 의해, 고농도 오존화 가스를 효율 좋게 생성함으로써, 출력할 수 있는 오존량을 늘리고, 또한 출력할 수 없는 배기 가스량을 적게 하여, 고농도 오존 가스 생성 장치 컴팩트화, 조작성을 좋게 하여 값싸게 할 수 있다.

Description

고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법{APPARATUS FOR PRODUCING HIGH-CONCENTRATION OZONE GAS AND METHOD OF PRODUCING HIGH-CONCENTRATION OZONE GAS}
본 발명은 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법에 관한 것으로서, 특히 오존화 산소 가스를 실리카겔로 선택적으로 농축(오존 흡착)하여, 농축한 오존을 가스화함으로써, 고농도의 오존을 생성하는 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 장치에 이용되는 산화막 형성을 위한 오존 산화, 실리콘 웨이퍼의 오존 세정이나 상하수 처리 등 여러 목적으로 오존이 이용되고 있다. 실리콘 웨이퍼의 오존 산화는 고품질의 산화막이 요구되기 때문에, 고순도이고 또한 고농도의 오존화 가스가 요구되고 있다.
또한, 오존 세정은 오존화 가스를 순수(純水)에 녹인 오존수를 세정액으로 이용하는 것으로서, 희석 플루오르산 수용액 등과 병용함으로써, 실리콘 웨이퍼 상의 유기물이나 중금속을 제거한다.
반도체 제조 분야에서는 보다 고집적화된 반도체를 실현시키기 위해서, 각 메이커의 경쟁적인 개발 연구가 이루어지고 있다. 그 때문에, 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 질화막 상에 실리콘 산화막을 형성시킨 불휘발성 반도체 기억장치(불휘발성 메모리)의 제조 공정에서는, 컨트롤 게이트 전극과 플로팅 게이트 전극을, 2nm 정도의 매우 얇은 산화막을 형성하고 또한 층간의 리크 전류를 억제할 수 있는 산화막 형성 수단으로 하여, 산소와 오존화 가스 이외의 불순물을 포함하지 않는 20체적%(440g/Nm3) 이상의 초고순도 오존화 가스와 자외선 조사나 플라즈마 방전에 의한 저온 산화 화학 반응에 의해, 품질이 좋은 산화막이 생기고, 상기 막 두께나 리크 전류 억제 규정을 만족시키는 산화막을 실현할 수 있다고 기록되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 반도체 제조 분야에서는 고집적화하기 위하여 보다 품질이 높은 산화막 형성이 중요하게 되어 오고 있다. 그 때문에, 20체적%(440g/Nm3) 이상의 초고순도 오존화 가스, 즉 고농축 오존화 가스를 다량으로 또한 경제성이 좋고 안전하게 연속 공급할 수 있는 기술이 중요시되어 오고 있다.
오존화 가스는 자기분해성이 강하기 때문에, 오존화 가스 상태로 저장하기가 어려워서, 오존 이용 설비의 근방에서 오존 발생기에 의해 오존화 가스를 발생시켜서 이용하는 것이 일반적이다.
종래의 20% 이상의 고농도 오존화 가스 생성을 생성하는 장치로는, 오존화 가스를 흡착재에 흡착시키고 흡착한 오존을 탈착시키는 오존 흡착 방식과, 오존화 가스를 액화하여 액화 오존을 기화시키는 오존 액화 방식의 두 가지 방법이 있다.
오존 흡착 방식의 기술에서는 오존 발생기로 발생시킨 오존화 가스를 냉동기에 의해 냉각되어 있는 흡착제에 대기 상태에서 포화 흡착시키는 흡착 공정과, 흡착제를 수용하고 있는 흡탈착탑을 공급 오존화 가스의 분압까지 감압 배기하는 정제 공정과, 흡탈착탑 내의 냉각 상태 및 감압 상태를 유지한 채로, 진공 상태를 유지하고 있는 오존 이용 설비에 연통(連通)시켜서 압력차에 의해서 고농도 오존을 공급하는 탈리 공정으로 이루어지는 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
또한, 다른 오존 흡착 방식의 기술에서는 오존 발생기와, 흡착제를 충전한 흡탈착탑을 3탑 병렬적으로 마련하고, 3탑의 흡탈착탑에 병렬적으로 오존화 가스[약 10체적%(220g/Nm3) 이하]를 공급하는 가스 배관 구성, 흡탈착탑을 냉각(-60℃)하기 위한 냉동기, 흡탈착탑의 온도를 제어하기 위한 히터, 오존 유로를 변경하기 위한 개폐 밸브, 탈착한 오존을 저장하는 오존 저장 용기, 오존 저장 용기로부터 오존 사용 설비로 공급하는 오존 유량을 조절하기 위한 매스 플로우 콘트롤러로 이루어지고, 오존 흡착 공정, 안정화 겸 승압 공정, 오존 탈착 공정, 냉각 공정의 네 공정을, 병렬적으로 마련한 3탑의 흡탈착탑에서 1/3 사이클마다 어긋나게 하여 시계열적으로 반복하도록 하고, 3탑의 흡탈착탑으로부터 연속적으로 28.4체적% 농도의 오존을 발생시키는 방식이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).
또한, 종래의 방전식 오존 발생기에서는 산소 가스에 수%의 질소를 넣어 오존 발생의 안정화를 도모하고 있다(예를 들어, 특허문헌 4 참조).
오존 액화 방식의 기술에서는 냉동기를 오존이 액화하는 온도까지 냉각하여, 냉동기 내에 오존화 가스를 공급하여 냉동기 내에서 오존화 가스를 선택적으로 액화시키고, 그 다음 공정에서 기내에서 액화 오존을 기화시킴으로써 오존화 가스를 고농도화하는 장치가 있다.
오존 액화 방식의 기술을 이용한 종래의 초고농도 오존 가스 생성 장치에서는 약 10체적%(220g/Nm3) 이하의 오존 발생기로부터 발생한 오존화(산소 90% - 오존 10%) 가스를 80K(-193℃) 내지 100K(-173℃)로 냉각한 챔버에 공급함으로써 오존화 가스만을 액화하고, 다음 공정에서 챔버 내의 가스부를 배기 장치부에서 진공 상태로 한 후, 다시 다음 공정에서 액화한 오존화 가스를 히터로 온도 128K(-145℃) 내지 133K(-140℃) 부근으로 가열함으로써 진공으로 한 가스부를 오존의 증기압에 상당하는 50토르(53hPa) 내지 70토르(100hPa)의 100% 오존화 가스로 하여, 그 증기화한 오존을 꺼내도록 하고 있다(예를 들어, 특허문헌 5 참조).
일본공개특허공보 제 2005-347679 호 일본공개특허공보 제 2002-68712 호 일본공개특허공보 제 1999-335102 호 일본공개특허공보 제 2001-180915 호 일본공개특허공보 제 2001-133141 호
도 10에 흡탈착 방식의 흡탈착탑 1탑의 모식 구조도를 도시한다. 도면에서, 도면부호 4는 탑 형상의 흡탈착탑, 도면부호 6은 오존화 가스를 흡착시키기 위한 오존 흡착제, 도면부호 C0는 공급하는 오존의 오존 농도, 도면부호 C는 배출하는 오존의 오존 농도를 나타낸다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 일반적으로 오존 흡착제(6)를 내포하고, 냉각한 흡탈착탑(4)에 소정의 오존 농도(C0)의 오존화 가스를 공급하고, 오존화 가스를 선택적으로 흡착시키는 경우, 흡착탑 내의 흡착제에 포화 흡착시키기까지 매우 시간이 걸리고, 또한 흡착시키는 공정에서 흡착할 수 없었던 오존화 가스를 배출하는 처리가 필요하여, 오존 흡착 효율이 나빠지는 등의 문제점이나 배출 오존화 가스의 처리로 매우 큰 오존 배출 설비가 필요하게 되는 등의 문제점이 있었다.
흡탈착 방식의 고농도 오존 출력 방식에서는 도 10에서 도시한 흡착탑(4)에 오존 농도(C0)의 오존화 가스를 공급하면, 우선 최초로 공급 오존화 가스는 소정 시간 내에서는 흡착제에 완전 흡착하여, 거의 100%의 오존화 가스를 선택적으로 흡착할 수 있다. 이 완전 흡착이 가능한 상태가 유지되는 상기 소정 시간은 도 10에 도시하는 오존 흡착제(6)가 채워진 용적 중 도면부호 6A로 도시한 원추 형상의 체적에 오존이 흡착되는 기간(시간)에 상당한다. 도면부호 6A의 체적은 내포된 흡착제(6)의 체적의 1/3에 상당하고, 나머지 2/3의 오존 흡착제(6)에 오존을 흡착시키고, 탑 내의 오존 흡착제(6)가 거의 100% 능력까지 포화 흡착시키기 위해서는 2/3의 오존 흡착제(6)가 흡착시키는 기간에 탑 밖으로 흡착할 수 없는 오존화 가스를 배출하지 않으면 안된다. 그 때문에, 공급한 오존화 가스량에 대하여, 흡착할 수 있는 오존인 흡착 효율(η1)을 높일 필요가 있다.
또한, 흡착한 오존으로부터 탑 내에 있는 오존화 가스를 뽑아내어 고농도화시키는 공정이 필요하다. 일반적으로는 흡착시킨 오존을 진공 펌프 등으로 감압화함으로써 고농도화가 도모된다. 이 탑 내에 있는 오존화 가스를 뽑아내는 뽑아내기 공정(진공 감압 공정)에서도 오존화 가스를 배출시키지 않으면 안되기 때문에, 고농도의 오존화 가스를 출력시키기 위해서는 진공 감압 공정에서도 감압 효율(η2)를 높일 필요가 있다.
고농도 오존 가스 생성 장치의 오존화 가스 출력 효율(η)은 주로 상기의 흡착 효율(η1)과 감압 효율(η2)에 의해 정해진다.
오존화 가스 출력 효율(η)=[흡착 효율(η1)]·[감압 효율(η2)]
그 때문에, 본 발명이 해결해야 할 과제는 상기의 오존화 가스 출력 효율(η)을 높여 고농도의 오존화 가스를 다량 출력할 수 있고 또한 불순물 가스를 포함하지 않는 고순도 오존화 가스를 연속적으로 제공할 수 있어, 장치(시스템)의 컴팩트화도 도모할 수 있는 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법을 얻는 것이다.
본 발명의 설명에 앞서, 오존화 가스의 흡착 특성을 측정한 예를 도 11에 도시한다. 도 11에서 도면부호 444는 시험 장치에서의 흡탈착탑(4)으로부터 배출하는 오존 농도 특성을 나타낸다. 흡탈착탑(4)에 흡착한 오존의 일부는 약 20분 경과한 시점부터 서서히 배출 농도가 올라가고, 약 120분(도면부호 445)에 공급 오존 농도와 동일한 농도의 오존이 배출되어, 흡탈착탑(4)은 더 이상 흡착할 수 없는 상태가 된다.
즉, 프레임 555의 영역은 오존 공급량을 나타내고, 포화 오존 흡착량은 영역 666이 된다. 배출 오존량은 영역 777이다. 이 영역 666과 영역 777으로부터 흡착 효율(η1)을 구하면 약 30%이다. 또한, 흡착 효율(η1)을 높이기 위해서, 흡착 시간을 50분(도면부호 445A)으로 하면, 흡착 효율(η1)은 약 60%까지 개선할 수 있다.
또한, 감압 효율(η2)은 장치의 설계상의 개선책으로 향상할 수 있으나, 약 50 내지 70% 정도이다.
그 때문에, 고농도 오존 가스 생성 장치의 오존화 가스 출력 효율(η)은 좋은 조건에서 약 40% 정도이다.
또한, 흡탈착탑(4)이 1탑만 마련되어 있는 경우에는 고농도 오존을 출력시킬 때에는, 상기와 같이 오존을 흡착시키는 공정(흡착 공정), 고농도화시키는 공정(감압 공정) 및 고농도 오존을 출력하는 공정(탈착 공정)의 적어도 세 공정을 필요로 하기 때문에, 고농도 오존을 연속 공급하는 것은 불가능하다(흡착 공정과 감압 공정 동안은 고농도 오존은 출력되지 않음).
고농도 오존화 가스를 생성하는 기술에서는 상기의 특허문헌 3 및 5에서 나타내는 바와 같이, 오존 발생기로 발생한 오존화 가스를 냉각함으로써, 제 1 공정에서 액화시키거나 또는 흡착제에 흡착시키고, 제 2 공정에서 흡착할 수 없는 가스를 진공까지 배기시킨 후, 또한 제 3 공정에서 액화 또는 흡착한 가스를 가열하여, 100% 오존 또는 95% 정도의 고농축 오존화 가스를 얻도록 하고 있기 때문에, 하기와 같은 장치상의 문제점이 있었다.
종래의 오존 흡착 방식의 고농도 오존 가스 생성 장치에서는 꺼낼 수 있는 고농도 오존화 가스량을 보다 많게, 또한 꺼낼 수 있는 시간을 보다 길게 하기 위해서, 각 흡탈착탑 내의 오존 흡착제의 흡착할 수 있는 능력의 100% 가까이까지 흡착시켜, 오존의 농축 효율을 높일 필요가 있다. 오존 흡착제가 흡착할 수 있는 능력을 높이면, 오존 흡착 공정에서, 흡착을 끝내고, 흡탈착탑으로부터 나오는 배기 가스가 흡탈착탑에 공급하는 오존 농도가 될 때까지 흡착하지 않으면 안된다. 즉, 오존 흡착제의 흡착할 수 있는 능력을 높이면, 흡탈착탑으로부터 나오는 배기 가스의 오존 농도도 높아지고, 공급하는 오존화 가스가 커져, 흡착 효율이 나빠진다는 문제점이 있었다.
또한, 흡착 효율이 나빠지면, 오존 발생기로부터 공급하는 오존화 가스량도 크게 할 필요가 생겨, 오존 발생기를 크게 하지 않으면 안되게 되어, 오존 발생기의 비용도 비싸진다는 문제점이 있었다. 또한, 흡탈착탑으로부터 나오는 배기 가스의 오존량이 증가하면, 배기 가스의 오존을 분해시키기 위한 오존화 가스 분해기를 크게 하지 않으면 안되게 되어, 오존화 가스 분해기의 비용도 비싸지는 등의 문제점이 있었다.
또한, 안정화 겸 승온 공정 및 탈착 공정 후에 냉각 공정을 마련하기 때문에, 흡탈착시 이외의 시간적 손실이 있는 동시에 흡탈착탑의 상하의 위치에서 온도차가 발생해 버리기 때문에, 에너지 손실이 커진다는 문제점이 있었다.
또한, 질소가 혼입한 원료 가스로 오존을 발생시키는 것에 의해 질소 산화물이 발생하여, 오존을 고농도화하는 경우에 질소 산화물도 동시에 고농도화(농축)되어 버려, 오존 이용 설비에서 부식을 일으킬 위험성이 있다는 문제점이 있었다.
종래의 오존 액화 방식의 고농도 오존 가스 생성 장치에서는 액화한 오존액이나 오존 흡착제에 흡착한 오존을 가열하여 증기화하기 때문에, 급격하게 가열하면, 오존액이나 흡착한 오존이 액화로부터 급격하게 증기화하기 때문에, 가스 압력이 급격하게 높아짐으로써 폭발의 위험이 있기 때문에 급격한 증발을 피하고, 또한 저압력 상태에서 증발화시키지 않으면 안되기 때문에 얻어지는 농축 오존화 가스 유량을 많게 할 수 없는 것이나, 저압력의 농축 오존화 가스 밖에 공급할 수 없어 반도체 제조 분야에서 양산 처리(배치 처리)를 할 수 없는 것이나, 웨이퍼 처리 챔버에 균등하게 농축 오존화 가스를 분산화할 수 없는 등의 문제점이 있었다.
또한, 소정의 용량까지 액화하거나 오존 흡착제에 일단 100% 가까이까지 흡착시키고, 오존 발생기로 발생한 오존화 가스를 액화 챔버 또는 흡착 챔버에 계속 흐르게 하여, 액화할 수 없는 가스나 흡착할 수 없는 오존화 가스는 배기 오존 장치에 버리는 것이 되어, 효율적인 오존화 가스의 농축이 불가능하다는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 종래의 장치보다 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 오존량을 늘리고 또한 흡탈착탑으로부터 나오는 배기 가스의 오존량을 적게 하며, 또한 불순물 가스를 포함하지 않는 고순도 오존화 가스를 연속적으로 제공할 수 있고, 흡탈착탑 내의 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 능력을 높일 수 있도록 하며, 장치의 흡착 효율을 높임으로써 오존화 가스를 공급하는 오존 발생기 및 오존 분해기를 작고 값싸게 할 수 있도록 한 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 오존 발생기와, 상기 오존 발생기에 의해 발생되는 오존화 가스의 오존을 흡착시키는 오존 흡착제를 내포한 복수의 흡탈착탑과, 상기 오존 발생기에 의해 발생한 상기 오존화 가스를 상기 복수의 흡탈착탑 내에 유입시키는 가스 공급 수단과, 상기 흡탈착탑 내의 상기 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 진공 펌프와, 상기 흡탈착탑 내의 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 당해 흡탈착탑으로부터 유출시키는 출력 수단과, 상기 흡탈착탑에 대해 유입 또는 유출시키는 가스의 유로를 전환 개폐 조작 가능한 복수의 개폐 밸브를 구비하고, 각 상기 흡탈착탑은, 상기 오존 발생기에 의해 발생된 대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도를 가지는 오존화 가스를 0℃ 이하의 저온 상태에서 상기 오존 흡착제에 흡착시키는 오존 흡착 처리와, 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 진공 배기 처리와, 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 진공 탈착 또는 가온(加溫) 탈착에 의해 외부로 출력하는 탈착 처리를 행하는 것이며, 상기 복수의 흡탈착탑 중 3탑 이상의 흡탈착탑은 직렬 사이클 배치되어 메인 흡탈착탑군을 구성하고, 다른 1탑 이상의 흡탈착탑이 상기 메인 흡탈착탑군과 병렬로 배치되어 보조 흡탈착탑을 구성하고 있으며, 상기 메인 흡탈착탑군의 상기 3탑 이상의 흡탈착탑 중 어느 것도 탈착 처리를 행하고 있지 않는 기간에, 상기 보조 흡탈착탑이 탈착 처리를 행하는 고농도 오존 가스 생성 장치이다.
본 발명은 오존 발생기와, 상기 오존 발생기에 의해 발생되는 오존화 가스의 오존을 흡착시키는 오존 흡착제를 내포한 복수의 흡탈착탑과, 상기 오존 발생기에 의해 발생한 상기 오존화 가스를 상기 복수의 흡탈착탑 내에 유입시키는 가스 공급 수단과, 상기 흡탈착탑 내의 상기 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 진공 펌프와, 상기 흡탈착탑 내의 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 당해 흡탈착탑으로부터 유출시키는 출력 수단과, 상기 흡탈착탑에 대해 유입 또는 유출시키는 가스의 유로를 전환 개폐 조작 가능한 복수의 개폐 밸브를 구비하고, 각 상기 흡탈착탑은, 상기 오존 발생기에 의해 발생된 대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도를 가지는 오존화 가스를 0℃ 이하의 저온 상태에서 상기 오존 흡착제에 흡착시키는 오존 흡착 처리와, 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 진공 배기 처리와, 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 진공 탈착 또는 가온 탈착에 의해 외부로 출력하는 탈착 처리를 행하는 것이며, 상기 복수의 흡탈착탑 중 3탑 이상의 흡탈착탑은 직렬 사이클 배치되어 메인 흡탈착탑군을 구성하고, 다른 1탑 이상의 흡탈착탑이 상기 메인 흡탈착탑군과 병렬로 배치되어 보조 흡탈착탑을 구성하고 있으며, 상기 메인 흡탈착탑군의 상기 3탑 이상의 흡탈착탑 중 어느 것도 탈착 처리를 행하고 있지 않는 기간에, 상기 보조 흡탈착탑이 탈착 처리를 행하는 고농도 오존 가스 생성 장치이므로, 종래의 장치보다 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 오존량을 늘리고 또한 흡탈착탑으로부터 나오는 배기 가스의 오존량을 적게 하며, 또한 불순물 가스를 포함하지 않는 고순도 오존화 가스를 연속적으로 제공할 수 있고, 흡탈착탑 내의 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 능력을 높일 수 있도록 하며, 장치의 흡착 효율을 높임으로써 오존화 가스를 공급하는 오존 발생기 및 오존 분해기를 작고 값싸게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치 구성을 나타내는 모식 배관도,
도 1a는 도 1의 메인 흡탈착탑군의 부분을 나타낸 도면이고, 그들 3탑의 경우의 직렬 사이클 배치에서의 흡착시의 오존 가스의 흐름을 나타낸 설명도,
도 1b는 도 1의 메인 흡탈착탑군과 보조 흡탈착탑의 부분을 나타낸 도면이고, 그들 4탑의 경우의 직렬 사이클 배치에서의 흡착시의 오존 가스의 흐름을 나타낸 설명도,
도 1c는 도 1의 메인 흡탈착탑군과 보조 흡탈착탑의 부분을 나타낸 도면이고, 그들 4탑의 경우의 직렬 사이클 배치의 다른 예에서의 흡착시의 오존 가스의 흐름을 나타낸 설명도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 각 탑의 흡착 공정, 감압 공정, 탈착(출력) 공정을 나타낸 제어 공정 차트도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치에 의해서 발생된 오존의 양과 종래의 양을 그래프에 의해 비교한 설명도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 주요부를 나타내는 부분 사시도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 주요부를 나타내는 부분 단면도,
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 주요부를 나타내는 부분 사시도,
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 10은 본 발명에 앞서는 흡탈착 방식의 흡탈착탑 1탑의 구성을 나타내는 모식 구조도,
도 11은 흡탈착탑 1탑의 오존화 가스의 흡착 특성을 나타내는 특성도와 공급 오존량, 흡착 오존량 및 배출 오존량을 나타내는 도면.
본 발명은 1기압을 넘는 오존화 산소 가스가 공급되고, 0℃ 이하의 저온 상태, 고기압 가스하에서의 실리카겔로 오존을 선택적으로 농축(오존 흡착)하여, 0℃ 이하의 저온 상태, 진공하에서, 농축한 오존을 가스화함으로써, 고농도 오존을 생성하는 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법에 관한 것이다. 특히, 본 장치는 공급한 오존화 가스를 효율 좋게 흡착시키고, 연속적으로 고농도 오존화 가스를 생성하고, 꺼낼 수 있는 구조를 갖고 있다. 또한, 여기서 고농도 오존화 가스란, 공급된 오존화 가스의 오존 농도보다 농도가 높은 오존화 가스이다.
제 1 실시형태
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치(또는 오존 농축 장치)의 구성을 나타내는 모식 배관도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 모식 배관도(도 1)를 실현시키도록 한 고농도 오존 가스 생성 장치를 나타낸다. 또한, 도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 각 탑의 흡착 공정, 진공 배기 공정(감압 공정), 탈착 공정(출력 공정)을 나타낸 제어 공정 차트도이다.
도 1에서, 도면부호 4-1, 4-2, 4-3은 3탑의 흡탈착탑을 나타내고, 이들 3탑의 흡탈착탑(4)은 오존화 가스의 공급 배관 및 출구 배관이 가스 필터(30-1, 30-2, 30-3) 및 개폐 밸브(공압 밸브)(9-2, 9-3, 9-1)를 각각 개재하여 사이클적으로 △결선되어 있고, 흡탈착탑군(이하, 메인 흡탈착탑군이라 함)(99)을 형성하고 있다.
또한, 도면부호 4-4는 보조용의 흡탈착탑으로서, 메인 흡탈착탑군(99)과 병렬적으로 배관 결선되어 있고, 메인 흡탈착탑군(99)에서의 오존화 가스의 출력을 보조하기 위한 흡탈착탑이다.
도면부호 3은 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치에 농도 300g/Nm3의 오존을 공급하는 오존 가스 발생기(또는 오존 발생기)이다. 오존 가스 발생기(3)로서는, 특히 질소나 질소 산화물을 포함하지 않는 질소가 없는 오존을 공급할 수 있는 장치를 채용하고 있다. 오존 가스 발생기(3)로부터 개폐 밸브(공압 밸브)(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)를 각각 개재하여 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3, 4-4)에 농도 300g/Nm3의 오존을 공급하고 있다.
흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3, 4-4)의 각 오존화 가스 출구는 이들 흡탈착탑(4)에 의해 흡착한 배기 가스(산소 풍부 가스)를 배출하는 배출 가스계와, 흡탈착탑(4)에 의해 흡착한 오존을 감압하여 흡착한 오존의 농도를 높이는 감압 배출계의 2계통에 접속되어 있다.
배출 가스계에서는 각 탑의 개폐 밸브(공압 밸브)(13-1, 13-2, 13-3, 13-4)를 거치고, 흡착 압력 제어용의 압력 제어기(오토 프레셔 레귤레이터, APC)(18) 및 배출 오존 농도계(28)를 거쳐 오존 분해기(19)를 통과시키고 잔류 오존을 산소 가스로 치환하여 대기 방출하고 있다. 당해 대기 방출은 각 탑마다 전환 제어가 가능하도록 하고 있다. 또한, 여기에서는 배출 오존 농도계(28)를 마련했으나, 없어도 되는 것으로 한다.
감압 배출계에서는 각 탑의 개폐 밸브(공압 밸브)(12-1, 12-2, 12-3, 12-4)를 거쳐 오존 분해기(21)를 통과시키고, 잔류 오존을 산소 가스로 치환하고, 진공 펌프(20)로 흡탈착탑(4) 내를 감압할 수 있도록 하고 있다.
흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3, 4-4)의 각 오존화 가스 입구는 오존 가스 발생기(3)로부터의 오존화 가스 공급 뿐만 아니라, 흡탈착탑(4)으로 흡착한 고농도의 오존화 가스를 출력할 수 있는 오존 탈착을 하는 오존화 가스 출력계에 접속되어 있다.
오존화 가스 출력계에서는 각 탑의 개폐 밸브(공압 밸브)(8-1, 8-2, 8-3, 8-4)를 거치고, 가스 필터(30-out), 가스 유량계(MFC)(16), 고농도 오존 검출기(29)를 거쳐 외부로 출력할 수 있는 구성으로 하고 있다. 또한, 오존화 가스 출력계에서는 외부 봄베로부터 개폐 밸브(공압 밸브)(14-1) 및 가스 유량계(MFC)(16-a)를 거쳐 산소 가스를 희석할 수 있는 배관 구성으로 하여, 출력하는 고농도 오존의 가스 유량이나 오존 농도를 임의로 제어할 수 있도록 하고 있다.
또한, 도면부호 17은 오존 반응 장치, 도면부호 24는 오존 분해기, 도면부호 22는 진공 펌프, 도면부호 15-1 및 15-2은 개폐 밸브(공압 밸브)이고, 이들은 오존화 가스를 이용하는 유저의 시스템 예를 기술한 것이다.
또한, 도면부호 23은 냉동기이고, 이 냉동기(23)로부터 -60℃의 냉매(26)를 각 흡탈착탑(4)의 몸체부 외측으로 공급함으로써, 각 흡탈착탑(4)에 내포하고 있는 오존 흡착제를 간접적으로 냉각하고 있다.
상기에서 메인 흡탈착탑군(99)은 사이클적으로 △결선되어 있으나, 4탑 이상의 경우에서도 직렬 사이클 배치함으로써 동등한 효과를 얻는다. 여기서, 직렬 사이클이란 3탑 이상의 흡탈착탑을 직렬로 연통(연결)하고, 연통된 흡탈착탑이 고리 형상이 되는 구성을 의미하고 있다. 오존 흡착시에는 서로 이웃하는 2탑 이상의 흡탈착탑이 연속해 있고, 연속해서 오존 가스를 흐르게 하도록 한 것이다. 도 1a는 도 1에서의 메인 흡착탑군(99)을 뽑아낸 3탑의 경우의 흡착시에서의 오존 가스의 흐름을 나타낸 것이고, 필터(30), 압력계(31)는 도시 생략하고 있다. 오존 발생기(3)로 발생한 오존은 도 1a의 (a)에 도시하는 바와 같이 개폐 밸브(10-1), 흡탈착탑(4-1), 개폐 밸브(9-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(13-2)로 흐름 흡착을 행한다. 이 경우, 흡탈착탑(4-1)과 흡탈착탑(4-2)이 연통하고 있다. 흡탈착탑(4-1)이 흡착 파과(破過)한 후에는 오존 가스의 흐름은 도 1a의 (b)에 도시하는 바와 같이 오존 발생기(3), 개폐 밸브(10-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(9-3), 흡탈착탑(4-3), 개폐 밸브(13-3)로 흐르고, 흡탈착탑(4-2)과 흡탈착탑(4-3)이 연통한다. 또한, 흡탈착탑(4-2)이 흡착 파과한 후에는 도 1a의 (c)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-3)과 흡탈착탑(4-1)이 연통하고, 흡탈착탑(4-3)이 흡착 파과한 후에는 다시 도 1a의 (d)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-1)과 흡탈착탑(4-2)이 연통하게 된다.
다음으로, 4탑의 경우의 직렬 사이클 배치를 나타낸 것을 도 1b에 도시한다. 여기서, 4탑으로 함으로써 새롭게 흡탈착탑(4-4), 개폐 밸브(9-4, 10-4, 13-5)를 부가하고 있다. 또한, 여기에서도 필터(30), 압력계(31)는 도시 생략하고 있다. 오존 발생기(3)로 발생한 오존은 도 1b의 (a)에 도시하는 바와 같이 개폐 밸브(10-1), 흡탈착탑(4-1), 개폐 밸브(9-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(13-2)로 흐름 흡착을 행한다. 이 경우, 흡탈착탑(4-1)과 흡탈착탑(4-2)이 연통하고 있다. 흡탈착탑(4-1)이 흡착 파과한 후에는 오존 가스의 흐름은 도 1b의 (b)에 도시하는 바와 같이 오존 발생기(3), 개폐 밸브(10-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(9-3), 흡탈착탑(4-3), 개폐 밸브(13-5)로 흐르고, 흡탈착탑(4-2)과 흡탈착탑(4-3)이 연통한다. 또한, 흡탈착탑(4-2)이 흡착 파과한 후에는 도 1b의 (c)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-3)과 흡탈착탑(4-4)이 연통하고, 흡탈착탑(4-3)이 흡착 파과한 후에는 도 1b의 (d)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-4)과 흡탈착탑(4-1)이 연통하게 된다.
또한, 4탑을 직렬 사이클 배치했을 경우에는 도 1c에 도시하는 바와 같이 서로 이웃하는 3탑이 연통해도 된다. 이 경우, 오존 발생기(3)로 발생한 오존은 도 1c의 (a)에 도시하는 바와 같이 개폐 밸브(10-1), 흡탈착탑(4-1), 개폐 밸브(9-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(9-3), 흡탈착탑(4-3), 개폐 밸브(13-5)로 흐름 흡착을 행한다. 이 경우, 흡탈착탑(4-1), 흡탈착탑(4-2), 흡탈착탑(4-3)이 연통하고 있다. 흡탈착탑(4-1)이 흡착 파과한 후에는 도 1c의 (b)에 도시하는 바와 같이 오존 가스의 흐름은 오존 발생기(3), 개폐 밸브(10-2), 흡탈착탑(4-2), 개폐 밸브(9-3), 흡탈착탑(4-3), 개폐 밸브(9-4), 흡탈착탑(4-4), 개폐 밸브(13-3)로 흐르고, 흡탈착탑(4-2), 흡탈착탑(4-3), 흡탈착탑(4-4)이 연통한다. 또한, 흡탈착탑(4-2)이 흡착 파과한 후에는 도 1c의 (c)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-3), 흡탈착탑(4-4), 흡탈착탑(4-1)이 연통하고, 흡탈착탑(4-3)이 흡착 파과한 후에는 도 1c의 (d)에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-4), 흡탈착탑(4-1), 흡탈착탑(4-2)이 연통하게 된다.
도 2는 도 1의 장치 구성을 일체화 구성으로 정리하여, 배관 레이아웃을 실제 장치 구성화한 것이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치에는 3탑의 흡탈착탑으로 구성된 메인 흡탈착탑군(99)과 보조 흡탈착탑(999)이 일체화되고, -60℃의 저온으로 하기 위한 냉매 탱크(이하, 냉각조라 함)(24) 내에 일체화하도록 고안되어 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 가스의 출입구 배관을 모두 상부에 배치하여 복수의 개폐 밸브(공압 밸브, 개폐 밸브)의 집적화 배관이 가능해지도록 흡탈착탑(4)의 구조를 고안하고 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 각각 도면부호 4-1, 4-2, 4-3, 4-4로 각 흡탈착탑(4)을 도시하고 있으나, 이하의 설명에서는 이들을 합쳤을 경우에 도면부호 4로 설명하기로 한다. 다른 구성에 대해서도 마찬가지로 도면부호 Ⅹ-1은 흡탈착탑(4-1)에 대응시켜서 마련된 부재, 도면부호 Ⅹ-2는 흡탈착탑(4-2)에 대응시켜서 마련된 부재, 도면부호 Ⅹ-3은 흡탈착탑(4-3)에 대응시켜서 마련된 부재이고, 이들을 합쳤을 경우에는 단순히 도면부호 Ⅹ로 도시하기로 한다(또한, 여기서 Ⅹ는 5 내지 13까지의 숫자).
이들 4탑의 흡탈착탑(4)은 단열재(26)에 외측을 덮인 냉각조(24) 내에 수용되어 있다. 각 흡탈착탑(4) 내에는 오존 흡착제로서 소정 순도 이상의 고순도 실리카겔(6)이 들어 있다. 실리카겔(6)은 도 1에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4) 내의 상부와 하부에 공간이 생기도록 높이 방향의 중앙 부분에만 배치되어 있다. 실리카겔(6)은 직경 1 내지 5mm의 알갱이 형상을 하고 있고, 흡탈착탑(4)의 내벽에 대해 상보 형상을 이루도록 충전되어[내벽이 원통형이라면 실리카겔(6)은 원주형], 흡탈착탑(4)의 내벽에 밀착하도록 마련되어 있다. 냉각조(24)에는 냉동기(23)가 접속되고, 냉각조(24) 내에는 냉동기(23)에 의해 일정 온도로 냉각된 냉매(25)가 순환하고 있다. 이 냉매(25)에 의해 실리카겔(6)은 항상 냉각되어 있다. 또한, 냉각조(24)의 바닥부에는 단열재(26)를 관통하도록 하여 드레인 밸브(27)가 마련되어 있고, 유지 보수시 등의 필요시에 따라 드레인 밸브(27)를 개방하여 냉각조(24) 내의 냉매(25)를 그곳으로부터 외부로 배출한다. 또한, 각 흡탈착탑(4)에는 대략 L자형의 입구 가스 연통관(5)과 대략 Ⅰ자형의 출구 가스 연통관(7)이 수직 방향으로 상부로부터 삽입되어 있다. 입구 가스 연통관(5)은 실리카겔(6)의 하부까지 관통하고, 출구 가스 연통관(7)은 실리카겔(6)의 상방까지이고, 실리카겔(6)까지 도달하고 있지 않다. 따라서, 입구 가스 연통관(5)인 L자형의 하단의 가스 도입구와 출구 가스 연통관(7)의 하단의 배출구는 실리카겔(6)을 사이에 두도록 배치되어 있다. 또한, 각 입구 가스 연통관(5)에는 3개의 입구 개폐 밸브(8, 9, 10)가 마련되어 있다. 또한, 각 출구 가스 연통관(7)에는 3개의 출구 개폐 밸브(11, 12, 13)가 마련되어 있다.
냉각조(24)의 외부에는 오존 발생기(3)와 산소 봄베(1)가 마련되고, 산소 봄베(1)는 감압 밸브(2)를 개재하여 오존 발생기(3)에 접속되어 있다. 산소 봄베(1)로부터 오존 발생기(3)에 산소를 넣는 것에 의해 소정 농도의 오존이 발생되고, 흡탈착탑(4)에 공급된다. 또한, 오존 발생기(3)는 오존 발생 장치로서 일반적으로 현재 이용되고 있는 것이면 된다. 또한, 냉각조(24)의 외부에는 오존 이용 설비(17)가 마련되고, 흡탈착탑(4)에 의해 생성된 고농도 오존이 공급되도록 되어 있다. 오존 이용 설비(17)에는 그것을 감압 상태로 하기 위한 진공 펌프(22)가 마련되어 있다.
이상 설명한 것과 같이 본 제 1 실시형태에 관련된 고농도 오존 가스 생성 장치는 산소로부터 오존을 발생하는 오존 발생기(3)와, 오존 발생기(3)에 의해 발생한 오존을 농축하기 위해서 일정 온도의 냉매(25)로 냉각된 오존 흡착제인 실리카겔(6)을 내포한 복수의 흡탈착탑(4)과, 냉매(25)를 냉각하기 위한 냉각 수단인 냉동기(23)와, 흡탈착탑(4)에 접속되어, 오존을 흡착한 실리카겔(6)로부터 주로 산소를 배기함으로써 흡탈착탑(4) 내의 오존을 농축하기 위한 진공 펌프(20)와, 흡탈착탑(4)에 접속되어, 흡탈착탑(4)에 대해 유입 또는 유출시키는 가스의 유로를 전환하기 위해서 공기압 조작의 복수의 개폐 밸브(8 내지 13)와, 진공 펌프(20)에 의해 농축된 오존의 농도를 측정하기 위한 오존 농도계(28, 29)를 구비하고, 실리카겔(6)을 내포한 흡탈착탑(4)의 오존을 농축하는 진공 펌프(20)의 배기 라인을 다른 흡탈착탑(4)에 다시 통과시키는 구조를 갖고 있다. 당해 구성에서 3개의 흡탈착탑(4)은 오존을 흡착하는 흡착 공정, 흡착한 오존을 진공 배기하여 오존화 가스 농도를 높이는 진공 배기 공정(진공 흡인 공정 또는 감압 공정) 및 농축한 오존을 송출하는 탈착 공정(출력 공정)을 반복해서 행하여, 종래에는 버리고 있던 소정의 농도에 도달하지 않은 오존을 다시 흡착함으로써, 30 내지 100체적%의 범위에 있는 오존 이용 설비가 필요로 하는 소정의 오존 농도까지 농축하여 이용할 수 있도록 하고 있다.
도 3은 3탑의 흡탈착탑을 갖는 메인 흡탈착탑군(99)과 보조 흡탈착탑(999)의 각 탑의 흡착 공정, 감압 공정, 고농도 오존 출력 공정(탈착 공정)의 전환 타이밍을 나타낸 차트도이다. 메인 흡탈착탑군(99)에서는 3탑 중 2탑마다 흡착 공정을 반복하고, 1탑마다 감압 공정과 탈착 공정을 반복하며, 메인 흡탈착탑군(99)의 3탑을 캐스케이드 배치 배관한 것으로부터 고농도 오존화 가스를 출력하고 있다. 보조 흡탈착탑(999)은 메인 흡탈착탑군(99)과 병렬 결합하여, 메인 흡탈착탑군(99)으로 출력할 수 없는 기간[메인 흡탈착탑군(99)의 어느 흡탈착탑에서도 탈착 공정을 실시하고 있지 않는 기간]에 탈착 공정이 가능하도록 제어하고, 그 기간 이외에서는 흡착 공정과 감압 공정을 반복하도록 하고 있다. 이 발명의 보조 흡탈착탑(999)은 1탑만으로 구성하고 있으나, 다른 실시형태로서 보조 흡탈착탑을 복수 배치하거나 탑의 용량을 크게 함으로써, 메인 흡탈착탑군(99)으로 출력할 수 없는 기간을 보간(補間)하는 타이밍을 일괄로 하는 방법도 본 발명의 범주에 있다.
다음으로, 본 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 동작에 대하여 도 1의 모식도와 도 3의 차트도로 설명한다. 산소를 산소 봄베(1)로부터 오존 발생기(3)에 넣어 오존을 발생시킨다. 이 오존을 우선 시점 a0에서 입구 개폐 밸브(10-1)를 개방으로 하여 흡탈착탑(4-1) 내에 넣고, 냉동기(23)로 냉각한 냉매(25)를 거쳐 냉각한 흡탈착탑(4-1) 내의 실리카겔(6-1)에 거의 포화 흡착 상태(시점 a1)까지 흡착시킨다. 흡탈착탑(4-1)에서 흡착할 수 없었던 배출한 오존화 산소 가스는 가스 필터(30-1)를 거쳐 개폐 밸브(9-2)를 개방으로 하여 다음의 흡탈착탑(4-2) 내에 넣고, 흡탈착탑(4-1)에서 흡착할 수 없었던 엷은 오존화 산소 가스를 흡탈착탑(4-2)에서 예비 흡착시키며, 흡탈착탑(4-2)으로부터 출구 개폐 밸브(13-2)를 개방으로 하여, 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해 촉매를 구비한 오존 분해기(19)를 통과시켜 대기에 개방시키도록 하고 있다. 그 때문에, 흡탈착탑(4-2)으로부터 배출되는 가스는 거의 산소 가스만으로 되어 있다.
다음으로 시점 a1 내지 시점 a2에서 개폐 밸브(12-1)를 개방하고, 포화 흡착 상태까지 흡착한 흡탈착탑(4-1) 내의 가스를, 오존 분해기(21)를 통과시켜 진공 펌프(20)로 감압(진공 배기)하여, 탑 내에 체재하고 있는 가스(주로 산소 가스)를 뽑아냄으로써, 탑 내의 오존 농도를 높여 오존 흡착 상태만으로 한다.
그 후, 시점 a2 내지 시점 a3에서 개폐 밸브(8-1)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-1)에 흡착한 오존을 가스 필터(30-out), 가스 유량계(MFC)(16), 오존 농도계(29)를 거쳐, 소정 유량으로 소정 농도 이상의 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하고 있다. 소정 오존 유량은 MFC(16)로 유량 제어하여 출력할 수 있도록 하고 있다. 또한, 고농도 오존화 가스의 농도 제어는 흡탈착탑(4-1)으로부터 출력되는 약 2035g/Nm3(95체적%) 오존화 가스와 산소 공급구(30-in)로부터 감압 밸브, 개폐 밸브(14-1), MFC(16-a)를 거쳐 산소 가스를 혼합 희석하여 소정 오존화 가스 농도가 되도록 제어하고 있다. 즉, 외부로부터의 출력하는 오존 농도 지령에 의해서, 혼합 희석하는 산소 유량을 MFC(16-a)로 제어하고 있다.
흡탈착탑(4-2)은 시점 a1에서 입구 개폐 밸브(10-2)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-2) 내의 실리카겔(6-2)에 거의 포화 흡착 상태(시점 a3)까지 흡착시킨다. 흡탈착탑(4-2)에서 흡착할 수 없었던 배출한 오존화 산소 가스는 가스 필터(30-2)를 거쳐 개폐 밸브(9-3)를 개방으로 하여 다음의 흡탈착탑(4-3) 내에 넣고, 흡탈착탑(4-2)에서 흡착할 수 없었던 엷은 오존화 산소 가스를 흡탈착탑(4-3)에서 예비 흡착시키며, 흡탈착탑(4-3)으로부터 출구 개폐 밸브(13-3)를 개방으로 하여, 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해 촉매(19)를 통과시켜 대기에 개방시키도록 하고 있다. 그 때문에, 흡탈착탑(4-3)으로부터 배출되는 가스는 거의 산소 가스만으로 되어 있다.
다음으로 시점 a3 내지 시점 a4에서 포화 흡착 상태까지 흡착한 흡탈착탑(4-2)을, 개폐 밸브(12-2)를 개방하고, 오존 분해기(21)를 거쳐 진공 펌프(20)로 감압(진공 배기)하여, 탑 내에 체재하고 있는 가스를 뽑아냄으로써 오존 흡착 상태만으로 한다.
그 후, 시점 a4 내지 시점 a5에서 개폐 밸브(8-2)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-2)에 흡착한 오존을 가스 필터(30-out), 가스 유량계(MFC)(16), 오존 농도계(29)를 거쳐, 소정 유량으로 소정 농도 이상의 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하고 있다.
마찬가지로, 흡탈착탑(4-3)은 시점 a3에서 입구 개폐 밸브(10-3)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-3) 내의 실리카겔(6-3)에 거의 포화 흡착 상태(시점 a5)까지 흡착시키고, 흡탈착탑(4-3)에서 흡착할 수 없었던 배출한 오존화 산소 가스는 가스 필터(30-3)를 거쳐 개폐 밸브(9-1)를 개방으로 하여 다음의 흡탈착탑(4-1) 내에 넣고, 흡탈착탑(4-3)에서 흡착할 수 없었던 엷은 오존화 산소 가스를 흡탈착탑(4-1)에서 예비 흡착시키며, 흡탈착탑(4-1)으로부터 출구 개폐 밸브(13-1)를 개방으로 하여, 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해기(19)를 통과시켜 대기에 개방시키도록 하고 있다.
다음으로 시점 a5 내지 시점 a6에서 포화 흡착 상태까지 흡착한 흡탈착탑(4-3)을, 개폐 밸브(12-3)를 개방하고, 오존 분해기(21)를 거쳐 진공 펌프로 감압(진공 배기)하고 있다.
시점 a6 내지 시점 a7에서 개폐 밸브(8-3)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-3)에 흡착한 오존을 가스 필터(30-out), 가스 유량계(MFC)(16), 오존 농도계(29)를 거쳐 소정 농도 이상의 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하고 있다.
이상과 같이 도 3의 차트도로 도시하는 바와 같이 메인 흡탈착탑군(99)의 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)의 3탑에서는 기간 a2-a3, 기간 a4-a5, 기간 a6-a7에서 고농도 오존화 가스를 외부로 출력할 수 있으나, 각 탑에서의 감압 공정 기간인 기간 a1-a2, 기간 a3-a4, 기간 a5-a6에서는 고농도 오존화 가스를 출력할 수 없다. 이 출력할 수 없는 기간을 보조하기 위해서 메인 흡탈착탑군(99) 이외에 또 하나의 보조 흡탈착탑(999)을 마련하여, 당해 기간 a1-a2, 기간 a3-a4, 기간 a5-a6에 보조 흡탈착탑(999)으로부터 소정 농도 이상의 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하도록 하여, 고농도 오존화 가스의 연속 출력이 실현 가능하도록 하고 있다.
즉, 보조 흡탈착탑(999)의 동작으로서는 오존 가스 발생기(3)로부터 발생한 오존화 산소의 일부를 시점 b1에서 입구 개폐 밸브(10-4)를 개방으로 하여 니들 밸브(N1)로 오존화 산소 가스 유량을 조정하여 흡탈착탑(4-4) 내의 실리카겔(6-4)에 시점 b2까지 흡착시킨다. 기간 b1 내지 b2에서 출구 개폐 밸브(13-4)를 개방으로 하여 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해 촉매(19)를 통과시켜 대기에 개방시키도록 하고 있다.
다음으로 시점 b2 내지 시점 b3에서 개폐 밸브(12-4)를 개방하고, 흡착한 흡탈착탑(4-4)을, 오존 분해기(21)를 거쳐 진공 펌프(20)로 감압(진공 배기)하여, 탑 내에 체재하고 있는 가스를 뽑아냄으로써 오존 흡착 상태만으로 한다.
그 후, 시점 a1 내지 시점 a2와 동일한 시간대인 시점 b3 내지 시점 b4에서 개폐 밸브(8-4)를 개방으로 하여, 흡탈착탑(4-4)에 흡착한 오존을 가스 필터(30-out), 가스 유량계(MFC)(16), 오존 농도계(29)를 거쳐 소정 유량으로 소정 농도 이상의 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하고 있다.
상기 동작과 마찬가지로 하여, 흡탈착탑(4-4)은 기간 b4 내지 b5 및 기간 b7 내지 b8에서 오존화 가스를 흡착(흡착 공정)시키고, 기간 b5 내지 b6 및 기간 b8 내지 b9에서 감압 공정을 행하고, 시점 a3 내지 시점 a4와 동일한 시간대인 기간 b6 내지 b7 및 시점 a5 내지 시점 a6와 동일한 시간대인 기간 b9 내지 b10에서 보조 흡탈착탑(999)인 흡탈착탑(4-4)으로부터 고농도 오존화 가스를 외부로 출력하고 있다.
이와 같이 메인 흡탈착탑군(99) 이외에 또 하나의 보조 흡탈착탑(999)을 마련함으로써, 시점 a1 내지 a9까지의 동안에 쭉 고농도 오존화 가스를 연속 출력할 수 있도록 하고 있다.
이상, 각 개폐 밸브(9, 10, 11, 12, 13)의 개폐 상황은 개폐시에 대해서만 설명했으나, 도 3의 차트도에 따라서 시계열적으로 각 개폐 밸브(9, 10, 11, 12, 13)는 개폐 조작을 하고 있다(여기에서는 각각의 개폐 밸브의 개폐 동작을 명기하기는 복잡해지므로 생략함).
또한, 본 장치에서는 오존 분압이 높을수록 잘 흡착하기 때문에, 오존 흡착시에는 압력 제어기(APC)(18)로 대기압을 넘는 게이지 압력 0.1MPa 이상으로 조정하여 흡착시키고 있다.
이상과 같이, 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치에서는 메인 흡탈착탑군(99)의 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)을 도 1과 같이 △결선을 한 배관 구성으로 함으로써 효율 좋게 흡착할 수 있다. 그 때문에, 공급하는 오존 가스 발생기로부터 공급하는 오존량을 절약할 수 있고, 또한 오존 처리 장치(19)를 작게 할 수 있는 동시에, 장치의 컴팩트화 및 대용량의 고농도의 오존을 출력할 수 있는 장치를 값싸게 제공할 수 있게 되었다.
또한, 본 발명에서는 대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도(C)를 가지는 오존화 가스를, 0℃ 이하의 저온 상태, 고기압하로 한 오존을 흡착하는 오존 흡착제를 채운 흡탈착탑 내로 공급하고 또한 오존 흡착제를 채운 흡탈착탑의 3탑의 흡탈착탑을 직렬 사이클 배치한 메인 흡탈착탑군과 그 메인 흡탈착탑군과 병렬로 배치한 1탑의 흡탈착탑으로 이루어지는 보조 흡탈착탑을 마련하여, 상기 메인 흡탈착탑군의 3탑 중 어느 것도 탈착 공정하고 있지 않는 기간에 보조 흡탈착탑에서 흡착한 오존을 탈착시키도록 했으므로, 연속적으로 고농도 오존을 대유량으로 출력할 수 있다. 또한, 상기의 설명에서는 메인 흡탈착탑군을 3탑의 흡탈착탑으로 구성하는 예에 대해서 설명했으나, 그 경우에 한정하지 않고 3탑 이상으로 구성해도 되는 것으로 한다. 또한, 보조 흡탈착탑을 1탑의 흡탈착탑으로 구성하는 예에 관해서 설명했으나, 이것도 이 경우에 한정하지 않고 1탑 이상 마련해도 되는 것으로 한다.
또한, 본 발명에서는 사전결정된 농도(C)의 오존화 가스를, 0℃ 이하의 저온 상태, 고기압하로 한 흡착하는 고순도 실리카겔(6)로 이루어지는 오존 흡착제를 채운 흡탈착탑(4) 내에 공급함으로써, 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 오존 능력을 높이고 또한 오존 흡착제를 채운 흡탈착탑(4)을 3탑 배치한 메인 흡탈착탑군과 1탑으로 이루어지는 보조 흡탈착탑을 마련하여, 메인 흡탈착탑군의 3탑 중 어느 것도 탈착 공정하고 있지 않는 기간에 보조 흡탈착탑에서 흡착한 오존을 탈착시키도록 하여, 연속적으로 고농도 오존을 출력할 수 있도록 한 고농도 오존 가스 생성 장치로 하고, 메인 흡탈착탑군의 각 흡탈착탑(4)을, 개폐 밸브(A)(9-1, 9-2, 9-3)를 개재하여 △배관 구성으로 하고 또한 3탑의 각 흡탈착탑(4)의 오존 공급구에는, 오존 가스 발생기(3)로부터 오존화 가스를 공급하는 배관계로서, 개폐 밸브(B)(10-1, 10-2, 10-3)를 거쳐 각 흡탈착탑(4)에 병렬 배관 구성으로 하고 또한 3탑의 각 흡탈착탑(4)의 오존 출력구에는, 흡착 공정 기간 중에 오존화 가스의 흡착후의 배기 가스(산소 가스)를 배출시키는 배관계로서, 개폐 밸브(C)(13-1, 13-2, 13-3), 흡탈착탑 내의 압력을 조정하는 압력 제어기(APC)(28)를 거쳐 오존 분해기(19)에 병렬 배관 구성을 마련하고 또한 거친 진공 배기 공정 중에, 흡탈착탑(4)을 거칠게 진공 배기하기 위한 배관계로서, 개폐 밸브(D)(12-1, 12-2, 12-3)를 거쳐 진공 펌프(20)에 병렬 배관 구성을 마련하고, 또한 탈착 공정 중에, 고농축 오존을 꺼내기 위한 배관계로서, 개폐 밸브(E)(8-1, 8-2, 8-3)를 거쳐 농축 오존화 가스를 출력하는 병렬 배관 구성으로 하고, △배관한 3탑 중 2탑마다 오존화 가스를 공급하고, 흡착한 오존화 가스를 배출하는 오존 흡착 공정, 오존 흡착 공정에서 흡착한 전단의 흡탈착탑만을 진공 배기하는 오존화 가스 거친 진공 배기 공정, 거칠게 진공 배기한 흡탈착탑으로부터 고농도 오존을 꺼내는 탈착 공정을 시계열적으로 반복하도록, 각 흡탈착탑(4)마다 개폐 밸브(A, B, C, D)를 개폐 제어시키도록 했으므로, 효율 좋게 오존의 흡착, 탈착을 행할 수 있고 또한 흡착 공정에서 흡탈착탑으로부터 배출하는 오존량을 적게 할 수 있고, 배출하는 오존 농도를 낮게 할 수 있어, 장치의 컴팩트화나 값싼 장치를 실현시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에서는 실리카겔(6)을 내포한 흡탈착탑(4)의 오존을 농축하는 진공 펌프(20)의 배기 라인을 다른 흡탈착탑(4)에 다시 통과시키는 구조를 갖고 있다. 당해 구성에 의해, 종래에는 버리고 있던 소정의 농도에 도달하지 않은 오존을 다시 흡착함으로써, 30 내지 100체적%의 범위에 있는 오존 이용 설비가 필요로 하는 소정의 오존 농도까지 농축하여 이용할 수 있게 되었기 때문에 경제성이 좋다.
또한, 본 발명에서 흡탈착탑(4) 내에 공급하는 소정 농도의 오존화 가스의 오존 농도를 300g/Nm3 이상으로 하고, 흡탈착탑 내의 흡착 압력을 0.15MPa(G) 내지 0.5MPa(G)의 범위 내로 함으로써, 흡탈착탑(4) 내의 흡착 온도를 -70℃ 이상으로 한 경우에는 각 흡탈착탑(4) 내의 오존 흡착제에 흡착할 수 있는 흡착 능력을 보다 높이는 동시에 장치를 더 값싸고 더 컴팩트하게 하는 것을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치에서, 꺼내는 고농도 오존 농축 가스에, 오존 발생기(3)로 얻어진 오존화 가스량 또는 산소 가스량을 희석 첨가 제어하도록 함으로써, 꺼내는 고농도 오존화 가스의 농도를 광범위하게 컨트롤 가능하다.
또한, 본 발명의 고농도 오존 생성 장치에서, 흡탈착탑(4)에 흡착시키는 오존화 가스로서, 질소 또는 질소 산화물 가스의 첨가량이 0.01% 이하의 질소계 가스 첨가가 없는 오존화 가스를 농축시키도록 하면, 꺼내는 고농도 오존화 가스를 반도체 제조 장치 분야의 화학 반응 프로세스에 이용할 수 있는 고품질의 오존화 가스로 하여 값싸게 제공할 수 있다.
또한, 흡착한 오존에 질소계 가스도 흡착시키면 오존의 증기압 특성과 질소계 가스의 증기압 특성이 다르기 때문에, 오존 가스의 탈착시에 흡착한 질소계 가스가 급격하게 증기화하기 때문에 폭발의 위험성이 있었으나, 질소계 가스를 포함하지 않는 가스로 함으로써 폭발의 위험성이 없는 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 흡착제를 내포한 흡탈착탑(4)의 오존 농도를 높이는 진공 펌프(20)의 배기 라인을 다른 흡탈착탑(4)에 접속하고, 당해 다른 흡탈착탑(4)에 다시 통과시키는 구조를 갖고 있으므로, 안정된 농축 오존을 흡탈착탑(4)의 상하의 온도차 없이 에너지 효율 좋게 발생시킬 수 있다.
또한, 질소 가스나 질소 산화물 가스를 포함한 오존화 가스를 이용하여 농축하는 고농도 오존 가스 생성 장치에서는, 장치 내에서 NOx 가스가 생성되어, NOx 가스에 의한 장치 내의 금속 부식이나 NOx가 흡착제에 인입하여 오존화 가스의 흡착 능력을 저하시켜, 장치의 수명을 짧게 하는 일이 있었다. 또한, NOx 가스와 장치 내의 금속면과의 화학 반응으로, 출력하는 고농도 오존화 가스에 금속 불순물(금속 오염)을 포함하는 결과가 되어, 고농도 오존화 가스를 이용하는 반도체 제조 장치의 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되고 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 본 오존 가스 발생기에서는 질소나 질소 산화물 가스를 포함하지 않는 오존화 가스를 이용함으로써, 반도체 제조 분야에서 불순물을 포함하지 않고 고농도, 고순도의 오존화 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어, 보다 고품질의 성막 기술 향상에 공헌할 수 있게 되었다.
제 2 실시형태
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이 본 제 1 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치에는 3탑의 흡탈착탑(4)이 마련되어 있다. 또한, 도 4에서는 각각 도면부호 4-1, 4-2, 4-3로 도시하고 있으나, 이하의 설명에서는 이들을 합쳤을 경우에 도면부호 4로 설명하기로 한다. 다른 구성에 대해서도 마찬가지로, 도면부호 Ⅹ-1은 흡탈착탑(4-1)에 대응시켜서 마련된 부재, 도면부호 Ⅹ-2는 흡탈착탑(4-2)에 대응시켜서 마련된 부재, 도면부호 Ⅹ-3은 흡탈착탑(4-3)에 대응시켜서 마련된 부재이고, 이들을 합쳤을 경우에는 단순히 도면부호 Ⅹ로 도시하기로 한다(또한, 여기서 Ⅹ는 5 내지 13까지의 숫자).
도 4의 설명으로 돌아온다. 이들 3탑의 흡탈착탑(4)은 단열재(26)에 외측을 덮인 냉각조(24) 내에 수용되고 있다. 각 흡탈착탑(4) 내에는 오존 흡착제로서 실리카겔(6)이 들어 있다. 실리카겔(6)은 도 4에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4) 내의 상부와 하부에 공간이 생기도록 높이 방향의 중앙 부분에만 배치되어 있다. 실리카겔(6)은 직경 1 내지 5mm의 알갱이 형상을 하고 있고, 흡탈착탑(4)의 내벽에 대해 상보 형상을 이루도록 충전되고[내벽이 원통형이면 실리카겔(6)은 원주형], 흡탈착탑(4)의 내벽에 밀착하도록 마련되어 있다. 냉각조(24)에는 냉동기(23)가 접속되고, 냉각조(24) 내에는 냉동기(23)에 의해 일정 온도로 냉각된 냉매(25)가 순환하고 있다. 이 냉매(25)에 의해 실리카겔(6)은 항상 냉각되어 있다. 또한, 냉각조(24)의 바닥부에는 단열재(26)를 관통하도록 하여, 드레인 개폐 밸브(27)가 마련되어 있고, 유지 보수시 등의 필요에 따라서 드레인 개폐 밸브(27)를 개방하여, 냉각조(24) 내의 냉매(25)를 그곳으로부터 외부로 배출한다. 또한, 각 흡탈착탑(4)에는 대략 L자형의 입구 가스 연통관(5)과 대략 I자형의 출구 가스 연통관(7)이 수직 방향으로 상부로부터 삽입되어 있다. 입구 가스 연통관(5)은 실리카겔(6)의 하부까지 관통하고, 출구 가스 연통관(7)은 실리카겔(6)의 상방까지이고, 고순도 실리카겔(6)까지 도달하고 있지 않다. 따라서, 입구 가스 연통관(5)의 L자형의 하단의 가스 도입구와 출구 가스 연통관(7)의 하단의 배출구는 실리카겔(6)을 사이에 두도록 배치되어 있다. 또한, 각 입구 가스 연통관(5)에는 3개의 입구 개폐 밸브(8, 9, 10)가 마련되어 있다. 또한, 각 출구 가스 연통관(7)에는 3개의 출구 개폐 밸브(11, 12, 13)가 마련되어 있다.
냉각조(24)의 외부에는 오존 발생기(3)와 산소 봄베(1)가 마련되고, 산소 봄베(1)는 감압 밸브(2)를 거쳐 오존 발생기(3)에 접속되어 있다. 산소 봄베(1)로부터 오존 발생기(3)에 산소를 넣음으로써 오존이 발생되고, 흡탈착탑(4)에 공급된다. 또한, 오존 발생기(3)는 오존 발생 장치로서 일반적으로 현재 이용되고 있는 것이면 된다. 또한, 냉각조(24)의 외부에는 오존 이용 설비(17)가 마련되고, 흡탈착탑(4)에 의해 생성된 고농도 오존이 공급된다. 오존 이용 설비(17)에는 그것을 감압 상태로 하기 위한 진공 펌프(22)가 마련되어 있다.
오존 발생기(3)는 입구 개폐 밸브(10) 및 입구 가스 연통관(5)을 거쳐 흡탈착탑(4) 내의 고순도 실리카겔(6)에 연통하고 있고, 또한 당해 고순도 실리카겔(6)은 출구 가스 연통관(7), 출구 개폐 밸브(13), 압력 제어기(APC)(18) 및 오존 농도계(28)를 거쳐 오존 분해 촉매(19)에 연통하고 있어, 이들은 일련으로 오존을 흡착하기 위해서 연결되어 있다.
또한, 각 흡탈착탑(4)은 출구 가스 연통관(7), 출구 개폐 밸브(12) 및 진공 펌프(20)를 경유하고, 다른 흡탈착탑(4)의 입구 가스 연통관(5)에 마련된 입구 개폐 밸브(9)를 거쳐 당해 다른 흡탈착탑(4) 내를 통과하여, 그것에 마련된 출구 가스 연통관(7) 및 출구 개폐 밸브(11)를 거쳐 오존 분해 촉매(21)에 연결되어 있다.
또한, 각 흡탈착탑(4)은 입구 가스 연통관(5), 입구 개폐 밸브(8), 진공 펌프(15), 유량 조정기(16), 오존 농도계(29)를 통과하여 오존 이용 설비(17) 및 진공 펌프(22)로 연결되어 있다.
이상 설명한 것과 같이 제 2 실시형태에 관련된 고농도 오존 가스 생성 장치는 산소로부터 오존을 발생하는 오존 발생기(3)와, 오존 발생기(3)에 의해 발생한 오존을 농축하기 위해서 일정 온도의 냉매(25)로 냉각된 오존 흡착제인 실리카겔(6)을 내포한 복수의 흡탈착탑(4)과, 냉매(25)를 냉각하기 위한 냉각 수단인 냉동기(23)와, 흡탈착탑(4)에 접속되어, 오존을 흡착한 실리카겔(6)로부터 주로 산소를 배기함으로써 흡탈착탑(4) 내의 오존을 농축하기 위한 진공 펌프(20)와, 흡탈착탑(4)에 접속되어, 흡탈착탑(4)에 대해 유입 또는 유출시키는 가스의 유로를 전환하기 위한 공기압 조작의 복수의 개폐 밸브(8 내지 13)와, 진공 펌프(20)에 의해 농축된 오존의 농도를 측정하기 위한 오존 농도계(28, 29)를 구비하고, 실리카겔(6)을 내포한 흡탈착탑(4)의 오존을 농축하는 진공 펌프(20)의 배기 라인을 다른 흡탈착탑(4)에 다시 통과시키는 구조를 갖고 있다. 당해 구성에서 3개의 흡탈착탑(4)은 오존을 흡착하는 흡착 공정, 흡착한 오존을 진공 배기하여 오존화 가스 농도를 높이는 진공 배기 공정, 및 농축한 오존을 송출하는 오존 탈착 공정을 반복해서 행하여, 종래에는 버리고 있던 소정의 농도에 도달해 있지 않은 오존을 다시 흡착함으로써, 30 내지 100체적%의 범위에 있는 오존 이용 설비가 필요로 하는 소정의 오존 농도까지 농축하여 이용할 수 있도록 하고 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치의 동작에 대해 설명한다. 산소를 산소 봄베(1)로부터 오존 발생기(3)에 넣어 오존을 발생시킨다. 이 오존을 우선 처음에 입구 개폐 밸브(10-1) 및 입구 가스 연통관(5-1)을 통과시켜 흡탈착탑(4-1) 내에 넣고, 냉동기(23)로 냉각한 냉매(25)를 거쳐 냉각한 흡탈착탑(4-1) 내의 실리카겔(6-1)에 흡착시킨다. 오존과 일부의 산소를 흡착한 후의 가스는 출구 가스 연통관(7-1), 출구 개폐 밸브(13-1), 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해 촉매(19)를 통과시켜 대기에 개방된다. 오존 분압이 높을수록 잘 흡착하기 때문에, 오존 흡착시에는 압력 제어기(APC)(18)에 의해 게이지 압력 0.1MPa 이상으로 조정하고 있다. 흡착 종료후, 입구 개폐 밸브(10-1) 및 출구 개폐 밸브(13-1)를 폐쇄하고, 다음으로 흡탈착탑(4-2)에 대해 마련된 입구 개폐 밸브(10-2) 및 출구 개폐 밸브(13-2)를 개방하여 흡탈착탑(4-2) 내의 실리카겔(6-2)에 오존을 흡착시킨다.
실리카겔(6-1)은 오존과 동시에 산소도 흡착하고 있다. 실리카겔(6-1)로부터, 흡착한 산소를, 출구 개폐 밸브(12-1)를 거쳐 진공 펌프(20)로 배기하여, 오존을 농축한다. 또한, 산소를 배기할 때에는 오존도 동시에 배기되기 때문에, 출구 개폐 밸브(12-1), 진공 펌프(20), 입구 개폐 밸브(9-2) 및 입구 가스 연통관(5-2)을 통하여, 흡탈착탑(4-1)으로부터 배출되는 오존을 흡탈착탑(4-2)에 흡착한다. 이와 같이 진공 펌프(20)에는 오존이 흐르기 때문에 진공 펌프(20)는 오존에 대한 내부식성이 높을 필요가 있으므로, 테플론(등록상표)제의 다이아프램을 이용한 것을 사용한다. 또한, 오존 농도계(28)로 흡탈착탑(4-1)으로부터 누출되어 오는 오존 농도를 모니터하여, 미리, 계측한 흡탈착탑(4-2) 내의 고순도 실리카겔(6-2)의 파과와, 흡탈착탑(4-1)이 소정의 농도에 도달하는 시간이 동시에 종료하도록 흡탈착탑(4-1)의 진공 배기 개시 시간을 설정한다. 흡탈착탑(4-1)이 소정의 농도에 도달하면 입구 개폐 밸브(8-1)를 개방하고, 진공 펌프(15)를 통하여 유량 조정기(16)로 유량을 일정하게 제어하여 오존 농도계(29)를 통과시켜, 진공 펌프(22)로 감압 상태에 있는 오존 이용 설비(17)에 30 내지 100체적%의 범위에 있는 오존 이용 설비가 필요로 하는 미리 설정한 소정 농도의 오존이 보내진다. 이러한 일련의 흡착, 감압, 탈착과 각 개폐 밸브의 동작을 나타낸 것이 표 1이 된다.
Figure 112010033036246-pct00001
도 5는 일례로서 냉매(25)의 온도를 -60℃로 일정하게 했을 때의 오존 흡착량, 탈착한 오존량 및 탈착한 오존 중 농도가 90체적% 이상인 오존의 양을 그래프로 나타낸 것이다. 도면 중, 좌측의 3개의 막대 그래프가 재흡착이 없는 경우이고, 우측의 3개가 본 제 1 실시형태에 의한 재흡착이 있는 경우이다. 각각의 경우에서 좌단의 막대 그래프가 오존 흡착량, 중앙이 오존 탈착량, 우측이 농도 90체적% 이상의 농축 오존의 탈착량의 값을 각각 나타내고 있다.
이와 같이 실시형태에서는 종래에 배기하고 있던 제품 가스 농도에 도달하지 않는 농도의 오존을 다시 흡탈착탑(4)에 넣어 흡착함으로써, 오존의 흡착량이 증가하여, 오존의 이용 효율의 증가에 의한 오존 발생용 전력이 저감하는 동시에, 오존 분압의 높은 가스를 흡착할 수 있기 때문에, 실리카겔에 오존을 고밀도 흡착하는 것이 가능하게 되어 오존의 농축이 용이해진다. 또한, 제 2 실시형태에서 진공 펌프(22)의 배기량, 진공 달성도에 충분히 여유가 있는 경우에는 진공 펌프(15)를 없애고, 오존 이용 설비(17)의 부속 진공 펌프(22)를 이용하여, 흡탈착탑(4)의 흡탈착을 행하더라도 동일한 효과를 나타내는 것은 가능하다. 또한, 이번에 3탑으로의 구성에 대하여 설명을 행하였으나, 복수의 탑을 1유닛으로 하여 3유닛으로 전환함으로써 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 다른 동작에 대해서는 상기의 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 여기에서는 그 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 실시형태와 관련된 고농도 오존 가스 생성 장치에서는 오존 발생기로 발생시킨 오존을, 냉동기(23)로 냉각한 흡탈착탑(4-1)에 내포되는 실리카겔(6-1)에 흡착시킨 후에 진공 펌프(20)로 배기하고, 이미 오존화 가스로 파과한 연통하는 오존 흡탈착탑(4-2)에 상기 진공 펌프(20)로 배기한 가스를 유통시키도록 했으므로, 이하의 효과가 얻어진다.
우선 첫번째로, 일정 온도에서 진공 펌프로 농축된 오존화 가스를 꺼내는 것에 의해 실리카겔을 가온할 필요가 없기 때문에, 가온하기 위한 에너지 및 시간을 절약할 수 있다. 두번째로, 오존으로 파과한 후의 흡탈착탑에, 다시 흡탈착탑으로부터 진공 배기한 고농도의 오존화 가스를 흡착시키기 때문에, 오존의 이용 효율이 높아지고 또한 농축율이 증가하기 때문에, 오존의 발생량을 절약할 수 있어, 따라서 오존을 발생하기 위한 에너지를 저감할 수 있다. 세번째로, 진공 펌프의 배기 라인을 흡착 과정에 있는 다른 흡탈착탑에 접속하도록 했으므로, 흡착 속도나 흡착량은 오존 농도에 비례하기 때문에, 진공 펌프의 배기 라인으로부터 나오는 고농도의 오존을 흡착함으로써 흡착이 빠르고, 또한 오존 발생기로부터 발생하는 오존보다 고농도의 오존을 흡착시킬 수 있으므로, 흡착량을 많게 할 수 있다.
또한, 도 4의 구성에서 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)으로 메인 흡탈착탑군을 구성하는 동시에, 상기의 제 1 실시형태에서 나타낸 보조 흡탈착탑(999)을 더 마련하도록 해도 되며, 그 경우에는 상기 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있음은 말할 필요도 없다.
제 3 실시형태
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치를 도시하는 도면이다. 흡탈착탑(4-1 내지 4-3)에는 입구 가스 연통관(5) 및 출구 가스 연통관(7)이 상부로부터 삽입되어 있고, 입구 가스 연통관(5)은 고순도 실리카겔(6)의 하부까지 관통하고, 연통관(5, 7)의 가스 도입구 및 배출구가 고순도 실리카겔(6)을 사이에 두고 배치되도록 구성되어 있다. 흡탈착탑(4-1 내지 4-3)은 냉각조(24)에 복수의 볼트(40)로 설치되어 있다. 또한, 도시 생략하고 있으나, 실제로는 상기 제 1 실시형태의 도 2에 도시한 흡탈착탑(4-4)도 마련되어 있다. 또한, 입구 가스 연통관(5)과 출구 가스 연통관(7)의 흡탈착탑(4)의 외부에 있는 각각의 상단이 흡탈착탑(4)과 동일한 쪽에 있고, 흡탈착탑(4) 내부에 있는 하단이 실리카겔(6)을 끼워넣도록 되어 있기 때문에, 오존화 가스의 흡착을 하기 쉽고 또한 흡탈착탑(4)과 냉각조(24)를 분리할 수 있기 때문에, 냉매(25)를 냉각조(24)로부터 배출하지 않고 흡탈착탑(4)의 교환을 행할 수 있다. 이에 의해, 초고농도 오존 발생 장치 전체의 중량이 적어져서 흡탈착탑(4)만의 착탈이 가능하게 되기 때문에 유지 보수가 용이해진다. 또한, 다른 구성에 대해서는 상술한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 여기서는 그들의 도시 및 설명은 생략한다.
또한, 본 제 3 실시형태에서는 입구 가스 연통관(5)이 실리카겔(6) 내를 관통하고 있는 예에 대해 설명하였으나, 그 경우에 한정하지 않고, 도 7에 도시하는 바와 같이 입구 가스 연통관(5)이 흡탈착탑(4)의 외부를 통과하여 출구 가스 연통관(7)과 실리카겔(6)을 사이에 두어도 되며, 그 경우에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 제 3 실시형태에 의하면 흡탈착탑(4-1 내지 4-3)을 냉각조(24)에 볼트(40)로 설치하도록 했으므로, 흡탈착탑(4)과 냉각조(24)를 분리할 수 있게 되었기 때문에, 냉매(25)를 냉각조(24)로부터 빼지 않고 흡탈착탑(4)의 교환을 행할 수 있어, 흡탈착탑(4)만의 착탈이 가능하게 되기 때문에, 유지 보수가 용이해진다.
제 4 실시형태
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치를 도시하는 도면이다. 흡탈착탑(4)을 도 8에 도시하는 바와 같이 횡방향으로 하여 냉각조(24)의 측면으로부터 내부에 삽입하고, 냉각조(24)의 측면에 볼트(40)로 설치하고 있다. 흡탈착탑(4) 자체의 구성은 상술한 제 1 내지 제 3 실시형태에서 나타낸 것과 기본적으로 동일하다. 또한, 도시 생략하고 있으나, 실제로는 본 실시형태에서도 도 2에 도시한 흡탈착탑(4-4)도 마련되어 있는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에서는 흡탈착탑(4)이 횡방향으로 되어 있기 때문에, 실리카겔(6)이 흡탈착탑(4) 내의 (수평 방향의 직경을 포함하는) 높이 방향의 중앙 부분에 위치하고 있고, 흡탈착탑(4) 내의 상방과 하방에만 간극이 있는 상태로 넣어져 있다. 또한, (당해 간극 부분을 제외하는) 당해 중앙 부분에서는 실리카겔(6)은 흡탈착탑(4)의 내벽에 밀착하고 있다. 또한, 출구 가스 연통관(7)이 그 흡탈착탑(4) 내의 상부의 간극에 삽입되어 있고, 입구 가스 연통관(5)은 흡탈착탑(4) 내의 하부의 간극으로부터 넣고, 그 선단이 안 깊이 방향의 중심부에 오도록 설치되어 있고, 실리카겔(6)에 오존을 흡탈착시키고 있다. 다른 구성에 대해서는 상술한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 여기서는 그들의 도시 및 설명을 생략한다.
이와 같이 흡탈착탑(4)은 횡방향으로 마련하더라도 상기의 제 1 실시형태와 마찬가지로 기능할 수 있다. 단, 본 실시형태에서는 흡탈착탑(4)을 횡방향으로 하여 냉각조(24)의 측면에 삽입한 구성이기 때문에, 유지 보수시에는 냉매(25)가 흘러넘쳐 버리기 때문에, 미리, 냉각조(24)에 설치되어 있는 드레인 개폐 밸브(27)로 냉각조(24)로부터 냉매(25)를 배출하여, 흡탈착탑(4)을 교환하도록 한다. 또한, 다른 동작에 대해서는 상술한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 여기서는 그 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 제 4 실시형태에서는 냉각조(24)의 측면으로부터 흡탈착탑(4)을 설치하고 있기 때문에, 흡탈착탑(4) 상부에 유지 보수 공간을 취할 필요가 없어, 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.
제 5 실시형태
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 고농도 오존 가스 생성 장치를 도시하는 도면이다. 크기가 같은 3탑의 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)에 부가하여, 그들 3탑의 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)보다 작은 네 개째의 흡탈착탑(4-4)을 구비하고 있다. 흡탈착탑(4-4)에는 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)과 마찬가지로 입구 가스 연통관(5-4)과 출구 가스 연통관(7-4)이 삽입되어 있다. 또한, 입구 가스 연통관(5-4)에는 2개의 입구 개폐 밸브(8-4, 10-4)가 마련되어 있고, 출구 가스 연통관(7-4)에는 2개의 출구 개폐 밸브(12-4, 13-4)가 마련되어 있다.
이들 4탑의 흡탈착탑(4)이 단열재(26)에 덮인 냉각조(24) 내에 구비되어 있다. 또한, 이들 4탑의 흡탈착탑(4) 내에는 실리카겔(6)이 들어 있고, 오존 발생기(3)와, 입구 개폐 밸브(10), 출구 개폐 밸브(13), 압력 제어기(APC)(18), 오존 농도계(28), 오존 분해 촉매제(19)로, 일련으로 오존을 흡착하기 위해서 연결되어 있다. 흡탈착탑(4-1)은 출구 개폐 밸브(11-1) 및 입구 개폐 밸브(9-2)를 통과시켜 흡탈착탑(4-2)에 연결되고, 개폐 밸브(12-2) 및 오존 분해 촉매(21)를 통과시켜 진공 펌프(20)에 연결되어 있다. 마찬가지로, 흡탈착탑(4-2)은 출구 개폐 밸브(11-2) 및 입구 개폐 밸브(9-3)를 통과시켜 흡탈착탑(4-3)에 연결되고, 출구 개폐 밸브(12-3) 및 오존 분해 촉매(21)를 통과시켜 진공 펌프(20)에 연결되어 있다. 흡탈착탑(4-3)은 출구 개폐 밸브(11-3) 및 입구 개폐 밸브(9-1)를 통과시켜 흡탈착탑(4-1)에 연결되고, 개폐 밸브(12-1), 오존 분해 촉매(21)를 통과시켜 진공 펌프(20)에 연결되어 있다. 흡탈착탑(4-4)은 출구 개폐 밸브(12-4) 및 오존 분해 촉매(21)를 통과시켜 진공 펌프(20)에 연결되어 있다. 또한, 이들 흡탈착탑(4)으로부터 입구 개폐 밸브(8), 진공 펌프(15), 매스 플로우 컨트롤러(16), 오존 농도계(29)를 통과시켜 오존 이용 설비(17) 및 진공 펌프(22)에 연결되어 있다. 또한, 냉각조(24)에는 냉동기(23)로 냉각한 냉매(25)가 순환하고 있다. 다른 구성에 대해서는 상술한 제 1 내지 제 4 실시형태와 동일하다.
다음으로 동작에 대해서 설명한다. 산소 봄베(1)로부터 오존 발생기(3)에 넣어 오존을 발생시킨다. 이 오존을 개폐 밸브(10-1), 연통관(5-1)을 통과시켜, 냉동기(23)로 냉각한 냉매(25)를 거쳐 냉각한 실리카겔(6-1)에 흡착시킨다. 오존과 일부의 산소를 흡착한 후의 가스는 출구 가스 연통관(7-1), 출구 개폐 밸브(13-1), 압력 제어기(APC)(18), 자동 농도계(28), 오존 분해 촉매(19)를 통과시켜 대기에 개방된다. 오존은 오존 분압이 높을수록 잘 흡착하기 때문에, 오존 흡착시에는 압력 제어기(APC)(18)에 의해 게이지 압력 0.1MPa 이상으로 조정하고 있다. 흡착이 종료한 후, 입구 개폐 밸브(10-1), 출구 개폐 밸브(13-1)를 폐쇄하고, 입구 개폐 밸브(10-4) 및 출구 개폐 밸브(13-4)를 개방하고, 흡탈착탑(4-4)에 오존을 흡착시키는 동시에, 출구 개폐 밸브(11-1), 입구 개폐 밸브(9-2), 출구 개폐 밸브(12-2)를 개방하여 진공 펌프(20)로 진공 배기하여 흡탈착탑(4-1) 내부의 오존 농도를 농축한다. 이 때, 산소와 동시에 배기되는 오존을 흡탈착탑(4-2)에서 흡착하고, 출구 개폐 밸브(12-2)로부터 산소만을 배기한다. 이 일련의 동작으로, 흡탈착탑(4-1) 내의 오존 농도가 소정의 농도에 도달한 시점에서 출구 개폐 밸브(11-1), 입구 개폐 밸브(9-2), 출구 개폐 밸브(12-2)를 폐쇄하고 입구 개폐 밸브(8-1)를 개방하여, 진공 펌프(15)를 통과시켜, 매스 플로우 컨트롤러(16)로 유량 제어한 오존화 가스를 오존 이용 설비(17)에 보낸다. 이 때, 입구 개폐 밸브(9-2) 및 출구 개폐 밸브(13-2)를 개방하고 입구 개폐 밸브(9-4) 및 출구 개폐 밸브(13-4)를 폐쇄하여, 오존 발생기(3)로 발생한 오존화 가스를 흡탈착탑(4-2)에 흡착시킨다. 흡탈착탑(4-4)에 흡착한 오존화 가스는 개폐 밸브(12-4)를 개방하고 오존 분해 촉매(21)를 통과시켜, 진공 펌프(20)로 산소가 배기되어 농도가 올라간다. 30 내지 100체적%의 범위에 있는 오존 이용 설비가 필요로 하는 미리 설정한 소정의 농도가 된 즈음에 입구 개폐 밸브(8-4)를 개방하고, 흡탈착탑(4-1)으로부터 나오는 초고농도 오존화 가스와 동시에 오존 이용 설비(17)에 보내어진다. 이들 일련의 흡착, 감압, 초고농도 오존의 발생과 각 개폐 밸브의 동작을 나타낸 것이 표 2가 된다.
Figure 112010033036246-pct00002
상기의 제 2 실시형태에서는 감압 배기한 오존화 가스와 오존 발생기(3)로부터 발생한 가스를 동시에 흡착했기 때문에, 감압 배기한 오존화 가스가 약간 희석된다. 한편, 본 제 4 실시형태와 같이 보조적인 흡탈착탑(4-4)을 구비하여, 감압 배기한 오존화 가스와 오존 발생기(3)로부터 발생되는 오존화 가스를 흡탈착탑(4-4)에 흡착시킴으로써, 감압 배기한 오존화 가스를 재흡착할 때의 오존 분압이 올라가기 때문에 흡착량이 증가한다. 또한, 보조적으로 부가한 흡탈착탑(4-4)은 다른 3탑이 흡착, 감압, 초고농도 오존 발생의 공정을 반복하고 있는 1공정 동안에 흡착, 감압, 초고농도 오존 발생의 공정을 1탑에서 행하기 때문에, 흡탈착탑의 용량, 즉 실리카겔의 양이 1/3이면 된다. 또한, 다른 동작에 대해서는 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.
이상과 같이 본 제 5 실시형태에 의하면, 종래에 배기하고 있던 제품 가스 농도에 도달하지 않은 오존을 다시 흡탈착탑에 넣어 흡착함으로써, 오존의 이용 효율이 증가한다. 또한, 배기 가스 중에 포함되어 있던 오존이 실리카겔(6)에 흡착하기 때문에, 진공 펌프(20)가 오존에 닿지 않고, 또한 오존 분해 촉매(21)의 성능도 낮은 것을 이용할 수 있어, 안전하고 신뢰성이 높은 고농도 오존 가스 생성 장치를 실현할 수 있다. 또한, 오존을 흡착하는 흡착 공정, 흡착한 오존을 진공 배기하여 오존화 가스 농도를 높이는 진공 배기 공정, 발생한 오존을 송출하는 오존 발생 공정을 반복해서 행하는 3개의 흡탈착탑과, 이들 흡탈착탑과는 독립적으로 흡착 공정, 진공 배기 공정 및 오존 탈착 공정을 행하는 1개의 흡탈착탑의 합계 네 개를 구비하도록 했으므로, 진공 배기된 오존화 가스가 희석되지 않기 때문에, 보다 고밀도로 흡착제에 오존을 흡착할 수 있어, 오존의 이용 효율, 나아가서는 오존 발생을 위한 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도 제 1 실시형태와 마찬가지로 도 3의 타이밍 차트에 도시하는 바와 같이 흡탈착탑(4-1, 4-2, 4-3)의 어느 것에서도 탈착 공정을 행하고 있지 않는 기간에 흡탈착탑(4-4)으로부터 고농도 오존을 외부로 출력하도록 제어하면, 상기의 제 1 실시형태와 마찬가지로 고농도 오존 가스의 출력을 연속해서 행할 수 있다고 하는 효과가 더 얻어진다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 제 5 실시형태에서는 4개의 흡탈착탑을 마련하는 구성에 대해 서술했으나, 그 경우에 한정하지 않고, 복수의 탑을 1유닛으로 하여 3개의 유닛과 탑수가 적은 제 4 유닛으로 구성하도록 해도 되며, 그 경우에서도 상기와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 장치는 고농도의 오존 가스를 연속적으로 출력할 수 있는 것을 주안점으로 하여 발명이 이루어졌으나, 간헐적으로 오존 가스를 출력하는 경우에도 대유량의 고농도의 오존 가스를 출력할 수 있는 효과도 있어, 본 방식은 유효하다.
또한, 지금까지 제 1 내지 제 5 실시형태에서 설명한 오존 발생기(3)에 사용하는 산소 봄베(1)로부터의 가스는 순도 99.99% 이상의 순산소인 것이 바람직하다.
질소를 포함하지 않는 산소를 오존 발생용의 원료 가스에 이용한 경우에는 발생 오존 중에 질소 산화물을 포함하지 않기 때문에 오존 이용 설비에서의 부식을 일으키는 일이 없다.
더 바람직하게는, 오존 흡착에 이용하는 실리카겔에는 실리카(화학기호 SiO2)의 순도가 99.9% 이상인 것을 이용한다. 이에 의해, 실리카겔 중에 포함되는 불순물(특히 금속 성분)과의 반응에 의해 오존이 분해되어 소실되는 것을 막는 동시에, 발생 오존 중에 실리카겔이 발원이 되는 불순물의 혼입을 막을 수 있다.
본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법은, 반도체 제조 분야에서의 산화 성막 공정이나 세정 공정에 오존화 가스를 고농도화시키는 장치로서 주로 이용되나, 그 경우에 한정하지 않고, 오존을 흡착하고 흡착한 오존화 가스를 탈착시키고 재이용하는 분야에서의 오존 저장법으로서도 중요하다. 오존 저장법으로서 이용하는 경우에는, 심야의 전력 요금이 싼 시간대에 오존 발생기로 오존을 발생시키고, 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치에 저장시켜, 저장시킨 오존을 하수처리장이나 화학 플랜트에서 이용하는 것이다.
종래의 오존 저장법에서는 오존 발생기로 생성한 오존을 흡착시키고 오존을 저장시킬 때, 오존 흡착 효율이 매우 나빠지는 문제점이 있었으나, 본 발명의 오존 흡착 방법을 이용하면 효율 좋고 오존 저장이 가능하며, 심야의 전력을 유효하게 이용할 수 있다는 메리트가 생긴다. 또한, 본 발명에서는 고농도의 오존화 가스를 출력할 필요가 있어, 진공 감압 공정을 필요로 했으나, 오존 저장한 것을 재이용하는 경우는 흡착 공정(오존 저장 공정)과 탈착 공정(오존 출력 공정)의 2공정만으로 되므로, 오존 저장 장치에 이용하는 경우는 보다 오존 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명의 고농도 오존 가스 생성 장치 및 고농도 오존 가스 생성 방법을 오존 저장 장치로서 이용하더라도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.

Claims (12)

  1. 고농도 오존 가스 생성 장치에 있어서,
    오존 발생기와,
    상기 오존 발생기에 의해 발생되는 오존화 가스의 오존을 흡착시키는 오존 흡착제를 내포한 복수의 흡탈착탑과,
    상기 오존 발생기에 의해 발생한 상기 오존화 가스를 상기 복수의 흡탈착탑 내에 유입시키는 가스 공급 수단과,
    상기 흡탈착탑 내의 상기 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 배기 수단과,
    상기 흡탈착탑 내의 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 당해 흡탈착탑으로부터 유출시키는 출력 수단과,
    상기 흡탈착탑에 대해 유입 또는 유출시키는 가스의 유로를 전환 개폐 조작 가능한 복수의 밸브를 구비하고,
    각 상기 흡탈착탑은, 상기 오존 발생기에 의해 발생된, 대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도를 가지는 오존화 가스를 상기 오존 흡착제에 흡착시키는 오존 흡착 처리와, 오존을 흡착한 상기 오존 흡착제로부터 산소를 배기하는 진공 배기 처리와, 산소가 배기되어 고농도가 된 상기 오존화 가스를 진공 탈착 또는 가온(加溫) 탈착에 의해 외부로 출력하는 탈착 처리를 행하는 것이며,
    상기 복수의 흡탈착탑 중 2탑 이상의 흡탈착탑이 메인 흡탈착탑군을 구성하고,
    다른 1탑 이상의 흡탈착탑이 상기 메인 흡탈착탑군과 병렬로 배치되어 보조 흡탈착탑을 구성하고 있으며,
    상기 메인 흡탈착탑군의 상기 2탑 이상의 흡탈착탑 중 어느 것도 탈착 처리를 행하고 있지 않는 기간에, 상기 보조 흡탈착탑이 탈착 처리를 행하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 흡탈착탑 중 3탑 이상의 흡탈착탑은, 직렬 사이클 배치되어 메인 흡탈착탑군을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직렬 사이클 배치한 상기 메인 흡탈착탑군의 상기 흡탈착탑 중 적어도 2탑마다 상기 오존 흡착 처리를 행하고, 상기 메인 흡탈착탑군의 흡탈착탑의 1탑마다 상기 진공 배기 처리 및 상기 탈착 처리를 행하고, 또한 상기 오존 흡착 처리, 상기 진공 배기 처리 및 상기 탈착 처리를 사이클적으로 반복하여 고농도의 오존화 가스를 출력하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡탈착탑에 마련된 상기 배기 수단의 배기 라인을 상기 복수의 흡탈착탑 중 다른 흡탈착탑에 접속하고, 상기 배기 수단에 의해 배기되는 배기 가스를 당해 다른 흡탈착탑에 다시 통과시키는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡탈착탑에 마련된 상기 배기 수단의 배기 라인은, 상기 복수의 흡탈착탑 중 상기 오존 흡착 처리를 행하고 있는 다른 흡탈착탑에 상기 밸브를 거쳐 접속되는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡탈착탑은,
    오존을 흡착하는 오존 흡착 처리, 흡착된 상기 오존을 진공 배기하여 오존화 가스 농도를 높이는 진공 배기 처리, 및 농축한 오존을 송출하는 탈착 처리를 행하는 3탑 이상의 흡탈착탑과,
    그들 3개의 흡탈착탑과는 독립적으로, 상기 오존 흡착 처리, 상기 진공 배기 처리 및 상기 탈착 처리를 행하는 하나 이상의 흡탈착탑을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 흡탈착탑군의 각 흡탈착탑을, 상기 밸브 중 소정의 밸브(A)를 거쳐 고리 형상이 되도록 직렬 사이클로 배치하고, 또한 상기 3탑의 각 흡탈착탑의 오존 공급구에는, 오존화 가스 발생기로부터 오존화 가스를 공급하는 배관계로서, 상기 밸브 중 소정의 밸브(B)를 거쳐, 각 흡탈착탑에 병렬 배관 구성으로 하고, 또한 상기 3탑의 각 흡탈착탑의 오존 출구에는, 흡착 공정 기간중에, 오존화 가스의 흡착후의 배기 가스(산소 가스)를 배출시키는 배관계로서, 상기 밸브 중 소정의 밸브(C) 및 흡탈착탑 내의 압력을 조정하는 압력 제어기를 거쳐, 오존 분해탑에 병렬 배관 구성을 마련하고, 또한 진공 배기 공정 중에 흡탈착탑을 진공 배기하기 위한 배관계로서, 상기 밸브 중 소정의 밸브(D)를 거쳐, 배기 수단에 병렬 배관 구성을 마련하고, 또한 탈착 공정중에 고농축 오존을 꺼내기 위한 배관계로서, 상기 밸브 중 소정의 밸브(E)를 거쳐, 농축 오존화 가스를 출력하는 병렬 배관 구성으로 하고, 직렬 사이클로 배치된 상기 3탑 중 2탑마다, 오존화 가스를 공급하고, 흡착한 오존화 가스를 배출하는 오존 흡착 처리, 상기 오존 흡착 처리에서 흡착한 전단(前段)의 흡탈착탑만을 진공 배기하는 오존화 가스 진공 배기 처리, 진공 배기한 흡탈착탑으로부터 고농도 오존을 꺼내는 탈착 처리를 시계열적으로 반복하도록, 각 오존 흡탈착탑마다 상기 밸브(A, B, C, D)를 개폐 제어시킴으로써, 각 흡탈착탑으로부터 고농도의 오존 농축 가스를 출력하도록 한 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡탈착탑 내에 공급하는 사전결정된 농도의 오존화 가스의 오존 농도를 300g/Nm3 이상으로 하고, 흡탈착탑 내의 흡착 압력을 0.15MPa(G) 내지 0.5MPa(G)의 범위 내로 함으로써, 흡탈착탑 내의 흡착 온도를 -70℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오존 발생기로부터 얻어지는 오존화 가스의 오존화 가스량 또는 산소 가스량을 희석 첨가 제어하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡탈착탑에 흡착시키는 오존화 가스로서, 질소 또는 질소 산화물 가스의 첨가량이 0.01% 이하의 질소계 가스 첨가가 없는 오존화 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 장치.
  11. 고농도 오존 가스 생성 방법에 있어서,
    대기압을 넘는 압력 및 사전결정된 농도(C)를 가지는 오존화 가스를 오존 발생기로부터 발생시키는 공정과,
    상기 오존 발생기에 의해 발생한 사전결정된 농도(C)의 오존화 가스를, 저온으로 한 오존 흡착제를 내포한 4탑 이상의 복수의 흡탈착탑 내에 공급하고, 상기 오존화 가스의 오존을 선택적으로 상기 오존 흡착제에 흡착시키는 오존 흡착 공정과,
    상기 흡탈착탑 내의 오존 농도를 높이기 위해서, 상기 흡탈착탑 내의 오존화 가스로부터 산소를 배기 수단에 의해 배기하는 진공 배기 공정과,
    상기 흡탈착탑 내의 흡착된 오존을 진공 탈착 또는 가온 탈착에 의해 꺼내는 탈착 공정을 구비하고,
    상기 흡탈착탑은, 상기 복수의 흡탈착탑 중 3탑 이상의 흡탈착탑을 직렬 사이클 배치한 메인 흡탈착탑군과, 상기 메인 흡탈착탑군과 병렬로 배치한 보조 흡탈착탑으로 구성되며,
    상기 메인 흡탈착탑군의 3탑 중 어느 것도 상기 탈착 공정이 아닌 기간에, 상기 보조 흡탈착탑에서 탈착 공정을 행함으로써, 고농도 오존을 출력하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 메인 흡탈착탑군의 적어도 2탑마다 상기 오존 흡착 공정을 행하고, 상기 메인 흡탈착탑군 중 1탑마다 상기 진공 배기 공정 및 상기 탈착 공정을 행하며, 또한 상기 오존 흡착 공정, 상기 진공 배기 공정 및 상기 탈착 공정을 사이클적으로 반복함으로써, 고농도 오존을 출력하는 것을 특징으로 하는
    고농도 오존 가스 생성 방법.
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