KR101339494B1 - 오존가스 농축방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

간단한 장치구성이면서, 소정 농도의 오존가스를 효율좋게 꺼낼 수 있도록 한 오존농축방법 및 그 장치를 제공한다. 내부에 흡착제를 충전해서 이루어지는 흡착통에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜, 흡착제에 오존가스를 선택 흡착하고, 이 선택 흡착된 오존가스를 탈리시킴으로써 오존가스를 농축 정제하는 오존가스 농축방법으로서, 비냉각 상태의 흡착제에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜 오존가스를 흡착제에 선택 흡착시키는 동시에, 오존가스 탈리 조작시에 흡착통을 진공흡인함으로써 흡착제로부터 오존가스를 탈리시킨다.

오존가스, 탈리, 흡착제, 실리카겔, 오존 분해기

Description

오존가스 농축방법 및 그 장치{METHOD OF CONCENTRATING OZONE GAS AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 반도체 제조 설비 등의 오존 소비 설비에, 소정 농도범위로 농축된 오존가스를 공급하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 오존 발생기(오조나이저)에서 발생시킨 오존가스를 정제해서 소정 농도범위의 농축 오존가스로서 공급하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오존가스는 산소봄베로부터의 산소가스나 대기 분리한 산소가스를 오존 발생기에 공급해서 발생시키고 있지만. 산소가스 봄베로부터의 산소가스로 오존가스를 발생시켜도, 오존가스는 산소가스중에 5∼10vol% 정도의 농도밖에 되지 않는다. 또한, 오존가스는 자기 분해성이 강하기 때문에, 오존가스 공급경로중에서 자기분해하고, 오존가스 소비 설비에 공급된 단계에서는 더욱 저농도로 되고, 그 공급농도도 안정하지 않다는 성질이 있다. 근래, 반도체의 제조분야에서는 기판 등에서의 산화막 형성에 오존의 산화력을 이용하는 것이 증가하고 있지만, 이 경우, 단시간내에 적절한 두께의 산화막을 안정적으로 제막하기 위해서는 안정된 중간농도의 오존가스의 공급이 요망된다.

그래서, 본 출원인은 먼저, 오존 발생기로부터의 오존/산소 혼합가스를 오존 흡착제를 충전해서 이루어지는 흡착통에 공급해서 오존가스를 농축 정제하도록 한 것을 제안하였다(특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2003-171104호

종래, 오존을 흡착해서 농축하는 경우, 흡착제의 흡착성능을 높이기 위해 냉각하고, 이 저온상태로 유지한 흡착제에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜, 흡착제에 오존가스를 우선적으로 흡착시키고, 흡착통내의 온도를 상승시키거나, 흡착통내 압력을 제어하여, 흡착제로부터 오존가스를 탈리시키도록 하고 있었다. 이 때문에, 오존 농축에 냉각/가열의 사이클이나 가압/감압의 사이클이 필요하게 되고, 여분의 에너지를 필요로 하고 있는 것이며, 장치가 대형화된다는 문제가 있었다. 또한, 흡착제의 온도가 농축성능에 큰 영향을 주기 때문에, 탈리 공정후에 흡착제 온도를 소정온도까지 냉각하는데 시간이 걸리는 동시에, 그 제어가 복잡하게 된다는 문제도 있었다.

본 발명은 이와 같은 점에 착안해서 이루어진 것으로서, 간단한 장치 구성이면서, 소정 온도의 오존가스를 효율좋게 꺼낼 수 있도록 한 오존농축방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 본 발명은 비냉각 상태에 있는 흡착제에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜 오존가스를 흡착제에 선택 흡착시키는 동시에, 오존가스 탈리 조작시에 흡착통을 진공 흡인함으로써 흡착제로부터 오존가스를 탈리시키도록 한 것을 특징으로 하고, 청구항 3에 기재된 본 발명은 내부에 흡착제를 충전해서 이루어지는 흡착통을 적어도 2기 병렬로 배치하고, 각 흡착통에 가스 도입 밸브와 가스 도출 밸브 및 가스 배출 밸브를 각각 장착하며, 상기 가스 도입 밸브에 오존 발생기를 장착해서 이루어지는 가스 도입로를 접속하고, 가스 도출 밸브에 진공펌프를 장착해서 이루어지는 정제 오존가스 도출로를 접속하며, 가스 배출 밸브에 오존 분해기를 장착해서 이루어지는 가스 배출로를 접속하고, 각 흡착통에 장착되어 있는 가스 도입 밸브와 가스 배출 밸브를 동기해서 개폐 작동하도록 구성하는 동시에, 동일한 흡착통에 장착되어 있는 가스 도입 밸브와 가스 도출 밸브를 택일적으로 개방 작동하도록 제어하고, 각 흡착통이 가스 도입로에 연통하는 흡착공정과 정제 오존가스 도출로에 연통하는 탈리공정을 교대로 반복하도록 각 밸브를 전환 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

여기서, 비냉각상태에 있는 흡착제는 흡착제의 흡착성능을 높이기 위해 외부로부터 열에너지를 공급하는 것을 중지하는 상태를 가리키고 있다. 이 때문에, 흡착제가 오존과 반응해서 발생하는 반응열로 승온하는 것을 방지하기 위한 약간의 냉각은 비냉각의 범주에 있다.

[발명의 효과]

본 발명은 흡착제의 흡착성능을 높이기 위해 냉각을 하는 일 없이 소위 상온상태로 유지한 흡착제에, 오존 발생기에서 발생한 오존/산소 혼합가스를 작용시켜, 흡착제에 오존가스를 우선적으로 흡착시키고, 탈리시에는 가스 도출로에 장착된 진공펌프의 작용으로 진공 탈리시키도록 하고 있기 때문에, 흡착제를 냉각해서 오존가스를 흡착하는 것에 비해 흡착량은 적지만, 큰 탈리속도를 유지할 수 있어, 공급 오존 가스 농도의 3∼4배로 농축된 오존가스를 소정의 유량으로 안정 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도,

도 2는 오존가스 정제상태를 나타내는 표,

도 3은 흡착/탈리 사이클과 농축률의 관계를 나타내는 도면,

도 4는 흡착/탈리 사이클과 연속발생 가능 유량의 관계를 나타내는 도면.

[부호의 설명]

1; 흡착제 2; 흡착통

4; 가스 도입로 5; 정제 오존가스 도출로

6; 가스 배출로 7; 가스 도입 밸브

8; 오존 발생기 10; 가스 도출 밸브

11; 진공 펌프 15; 가스 배출 밸브

16; 오존 분해기

도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도이다. 이 오존가스 농축장치는 내부에 오존가스를 선택 흡착하는 실리카겔 등의 흡착제(1)를 충전한 흡착통(2)과, 산소가스 저장용기 등의 오존원료 가스원(3)과 흡착통(2)을 연통 접속하는 가스 도입로(4)와, 흡착통(2)으로부터 도출된 정제 오존가스 도출로(5)와, 흡착통(2)으로부터 도출된 스루 가스의 가스 배출로(6)를 갖고 있다. 또, 본 실시형 태에서는 흡착통(2)은 2기 병렬해서 배치되어 있고, 한쪽의 흡착통이 흡착공정일 때에는 다른쪽의 흡착통이 탈리공정이 되도록 구성되어 있다.

가스 도입로(4)는 각 흡착통(2)에 각각 가스 도입 밸브(7)를 거쳐서 접속되어 있고, 이 가스 도입로(4)에는 상류측부터 차례로, 오존 발생기(8)와 매스플로 컨트롤러(9)가 배치되어 있다. 그리고, 오존 발생기(8)에서 발생한 오존/산소 혼합가스를 일정한 유량으로 각 흡착통(2)에 가스 도입 밸브(7)의 전환 제어에 의해 택일적으로 공급하도록 하고 있다.

한편, 정제 오존가스 도출로(5)는 각 흡착통(2)에 가스 도출 밸브(10)를 거쳐서 접속되어 있고, 이 정제 오존가스 도출로(5)에는 다이어프램형 진공펌프(11), 버퍼탱크(12), 매스플로 컨트롤러(13), 유로 개폐 밸브(14)가 흡착통측부터 차례로 배치되어 있다. 그리고, 흡착통(2)과 다이어프램형 진공펌프(11)가, 가스 도출 밸브(10)의 전환제어에 의해 택일적으로 연통하도록 되어 있다.

또, 가스 배출로(6)는 각 흡착통(2)에 가스 배출 밸브(15)를 거쳐서 접속되어 있고, 이 가스 배출로(6)에는 오존 분해기(16)가 배치되어 있으며, 이 오존 분해기(16)의 출구는 가스 도입로(4)에서의 오존 발생기(8)의 상류측에 연통 접속되어 있다. 그리고, 이 각 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 배출 밸브(15)는 동일한 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 도입 밸브(7)의 개폐작동에 연동해서 개폐하도록 되어 있고, 흡착통(2)내에 오존/산소 혼합가스를 공급하고 있을 때에 밸브가 열려, 흡착제(1)에 흡착되지 않았던 산소가스와, 일부 흡착되고 남은 오존가스를 오존 분해기(16)에 공급하도록 하고 있다.

도 1 중, ‘17’은 가스 배출로(6)에서의 오존 분해기(16)의 입구부분에 장착된 오존농도 검출기, ‘18’은 정제 오존가스 도출로(5)에서의 매스플로 컨트롤러(13)의 출구측에 장착된 오존농도 검출기, ‘19’는 흡착통(2)이나 버퍼탱크(12)의 내압을 표시하는 압력계, ‘20’은 가스 도입로(4)에 배치한 매스플로 컨트롤러(9)의 하류측과 가스 배출로(6)에서의 오존농도 검출기(17)의 입구부분을 연통 접속하는 바이패스로, ‘21’은 해당 바이패스로(20)에 장착된 유로 차단 밸브이다.

이와 같이 구성한 오존농축장치에서는 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(15)를 여는 동시에, 가스 도출 밸브(10)를 닫은 상태에서, 오존 발생기(8)에서 발생한 오존/산소 혼합가스를 한쪽의 흡착통(2)에 공급해서, 흡착통(2)내를 유통시킨다. 이 때, 흡착제(1)는 외부로부터 가열이나 냉각의 열에너지를 부여받는 일 없이, 소위 상온상태(자연방치상태)를 유지하고 있다. 흡착통(2)에 공급된 오존/산소 혼합가스는 그 중의 오존가스성분이 흡착제(1)에 흡착되고, 흡착되고 남은 일부의 오존가스와 캐리어가스로서의 산소가스가 가스 배출로(6)로부터 오존 분해기(16)에 보내진다.

오존/산소 혼합가스를 흡착통(2)에 소정시간 흘려, 흡착제(1)에서의 흡착량이 소정량이 되면, 지금까지 오존/산소 혼합가스를 흘리고 있던 흡착통(2)에서의 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(15)를 닫는 동시에, 가스 도출 밸브(10)를 열고, 흡착통(2)내를 진공펌프(11)에 연통시켜, 진공 탈리에 의해 흡착제(1)로부터 오존성분을 탈리하고, 그 탈리한 정제 오존 가스를 버퍼 탱크(12)에 송급한다.

버퍼탱크(12)에 일단 저장함으로써, 흡착통(2)으로부터의 탈리 오존가스 농도에 농도변화가 있어도, 버퍼탱크내에서 평균화시킬 수 있고, 일정범위의 농도를 유지한 상태에서 오존소비설비 등에 공급할 수 있다.

이 한쪽의 흡착통(2)이 탈리조작을 실행하고 있는 동안에 다른쪽의 흡착통(2)은 흡착조작을 실행하고, 2기의 흡착통(2,2)에서 흡착-탈리를 교대로 실행하고, 연속해서 정제 오존가스를 꺼내도록 하고 있다. 또한, 이 흡착통(2)은 3기 이상이어도 좋고, 3기 이상의 흡착통(2)에서의 각 밸브 전환 타이밍을 제어함으로써, 연속적으로 정제 오존가스를 꺼낼 수 있다.

또, 이 경우의 흡착제로서는 금속성분이 적은 고순도 실리카겔이 바람직하지만, 일반적인 실리카겔이나 제오라이트 등의 흡착제라도 좋다.

도 2는 1통당 통 용적 1리터, 1통당 흡착제 충전량을 730g으로 한 흡착통(2)에 공급하는 오존가스농도를 약 50g/㎥(2.3vol%)로 고정시키고, 흡착유량을 10slm, 15slm, 20slm으로 변화시킨 경우의 오존가스 정제상태를 나타내는 표이고, 도 3은 도 2에 나타내는 표에 의거하여 작성한 흡착/탈리 사이클과 농축률의 관계를 나타내는 도면, 도 4는 도 2에 나타내는 표에 의거하여 작성한 흡착/탈리 사이클과 연속발생 가능 유량의 관계를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3 혹은 도 4로부터, 흡착제에 외부로부터 열에너지를 부여하는 일 없이, 흡착/탈리 사이클을 반복하도록 해도, 흡착통에 공급한 오존가스를 3∼4배 정도로 농축할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또, 단시간의 사이클에서 흡착-탈리를 반복하는 경우보다 어느 정도의 사이 클에서 흡착-탈리를 반복하는 쪽이 농축률은 상승하고, 흡착-탈리의 전환사이클이 짧을수록 1통당에서의 오존을 연속적으로 공급할 수 있는 유량이 저하한다.

상기의 실시형태에서는 흡착제(1)는 외부로부터 가열이나 냉각의 열에너지를 부여받는 일 없이, 소위 상온상태(자연방치상태)를 유지하고 있는 것에 대해 설명하였지만, 오존 발생기(8)를 냉각하기 위해 공급되어 있는 냉각칠러의 일부를 흡착통에 공급하도록 해서, 오존가스와 흡착제의 반응열을 제거하도록 해도 좋다.

본 발명은 반도체 제조 기술은 물론, 오존가스 공급원으로서, 30∼40vol% 정도의 중간농도의 오존가스를 대량으로 필요로 하는 경우에 유효하다.

Claims (3)

1. 내부에 흡착제(1)를 충전해서 이루어지는 흡착통(2)에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜, 흡착제(1)에 오존가스를 선택 흡착시키고, 이 선택 흡착된 오존가스를 탈리시킴으로써 오존가스를 농축 정제하는 오존가스 농축방법에 있어서,

   비냉각 상태의 흡착제(1)에 오존/산소 혼합가스를 작용시켜 오존가스를 흡착제(1)에 선택 흡착시키는 동시에, 오존가스 탈리 조작시에 흡착통(2)을 진공 펌프(11)에 의해 진공 흡인함으로써 흡착제(1)로부터 오존가스를 진공 탈리시키도록 하고, 이 탈리한 정제 오존가스를 진공 펌프(11)의 하류측에 배치되어 있는 버퍼 탱크(12)에 송급해서 오존 농도를 일정 농도 범위로 유지하는 평균화하는 것을 특징으로 하는 오존가스 농축방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   흡착제(1)를 실리카겔로 구성한 것을 특징으로 하는 오존가스 농축방법.
3. 내부에 비냉각 상태에서 오존가스를 선택 흡착하는 흡착제(1)를 충전해서 이루어지는 흡착통(2)을 적어도 2기 병렬로 배치하고, 각 흡착통(2)에 가스 도입 밸브(7)와 가스 도출 밸브(10) 및 가스 배출 밸브(15)를 각각 장착하며, 상기 가스 도입 밸브(7)에 오존 발생기(8)를 장착해서 이루어지는 가스 도입로(4)를 접속하고, 진공 펌프(11)와 버퍼 탱크(12)를 상기 흡착통(2)측부터 차례로 장착해서 이루어지는 정제 오존가스 도출로(5)를 상기 가스 도출 밸브(10)에 접속하고, 가스 배출 밸브(15)에 오존 분해기(16)를 장착해서 이루어지는 가스 배출로(6)를 접속하고, 각 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(15)를 동기해서 개폐 작동하도록 구성하는 동시에, 동일한 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 도입 밸브(7)와 가스 도출 밸브(10)를 택일적으로 개방 작동하도록 제어하고, 각 흡착통(2)이 가스 도입로(4)에 연통하는 흡착공정과 정제 오존가스 도출로(5)에 연통해서 흡착제(1)로부터 오존가스를 진공 탈리하는 탈리공정을 교대로 반복하도록 각 밸브(7, 10, 15)를 전환 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 오존가스 농축장치.

Images