KR20120083488A - 오존 가스 공급 시스템 - Google Patents

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KR20120083488A
KR20120083488A KR1020127012928A KR20127012928A KR20120083488A KR 20120083488 A KR20120083488 A KR 20120083488A KR 1020127012928 A KR1020127012928 A KR 1020127012928A KR 20127012928 A KR20127012928 A KR 20127012928A KR 20120083488 A KR20120083488 A KR 20120083488A
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Abstract

본 발명은, 각 오존 처리 장치에 대해, 오존 가스 유량·농도를 독립적으로 제어하여 오존 가스를 공급함과 함께, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급이 가능한 오존 가스 공급 시스템을 얻는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명은, 복수의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터의 복수의 오존 가스 출력을 받아, 내부에 마련한 복수의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 동작에 의해, 복수의 오존 가스 출력의 하나 또는 복수의 조합을, 복수의 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)중 임의의 오존 처리 장치에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 갖고 있다.

Description

오존 가스 공급 시스템{OZONE GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은, 공급하는 원료 가스의 품질을 높이고, 출력하는 오존 가스의 품질을 높이고, 또한, 가스 유량·농도를 제어하여 복수의 오존 처리 장치에 안정된 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
복수의 오존 처리 장치로 구성되는 오존 처리 장치에 대해 오존 가스를 공급하는 경우, 복수의 오존 처리 장치에 대응하여, 각각이 오존 발생기에 순도가 99.99%이고, 노점이 -70℃ 이하의 고순도 산소 가스 등의 원료 가스를 공급하고, 오존 전원, 유량 컨트롤러(MFC) 등을 포함하는 복수의 오존 발생 기구(수단)를 마련하고, 각 오존 발생 기구가 독립하여 대응하는 오존 처리 장치에 대해 오존 가스 공급하는 오존 가스 공급 시스템을 구축하는 것이 일반적으로 생각된다.
즉, 오존 가스 공급 시스템은, 오존 발생기에 99.99%이며, 노점이 -70℃ 이하의 고순도 산소 가스 등의 원료 가스를 공급하고, 오존 전원, 오존 가스 또는 원료 가스 유량을 컨트롤하는 MFC 등의 유량 조정 수단을 통하여 오존 발생기에 공급하는 원료 가스 배관 계통, 오존 발생기 내의 가스 분위기 압력을 컨트롤하는 오토 프레셔 컨트롤러(APC) 등의 압력 조정하는 수단을 갖고서, 오존 발생기로부터 출력되는 오존 가스에 대해 농도를 검지하는 오존 농도 검지기, 오존 유량계를 갖는 출력 가스 배관 계통 등을, 다(多)오존 처리 장치의 계통수만큼, 마련하고 있다.
복수의 오존 처리 장치로 구성되는 오존 처리 장치에 대해 오존 가스를 공급하는 경우, 복수의 오존 처리 장치에 대응하여, 각각이 오존 발생기, 오존 전원, 유량 컨트롤러(MFC) 등을 포함하는 복수의 오존 발생 기구를 마련하고, 각 오존 발생 기구가 독립하여 대응하는 오존 처리 장치에 대해 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 시스템을 구축하는 것이 일반적으로 생각된다.
즉, 오존 가스 공급 시스템은, 오존 발생기, 오존 전원, 원료 가스 유량을 컨트롤하는 MFC 등을 통하여 오존 발생기에 공급하는 원료 가스 배관 계통, 오존 발생기로부터 출력되는 오존 가스에 대해 오존 농도 검지기, 오존 유량계를 갖는 출력 가스 배관 계통 등을, 다 오존 처리 장치의 계통수만큼, 마련하고 있다.
이와 같은 다 오존 처리 장치에 대응하는 오존 발생 시스템을 구축하는데 매우 큰 스페이스를 필요로 하고, 또한, 다 오존 처리 장치에 대해 통합적인 제어를 행하여, 오존 가스를 공급하는 시스템을 구축하는 경우, 더욱 큰 시스템 구성이 되어, 비용 면이나 배치 스페이스 등의 문제점이 있고 실용상 불리한 점이 많이 있다.
그 때문에, 종래에는, 다 오존 처리 장치에의 오존 공급 방식으로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 1식의 오존 발생기의 용량을 크게 하여, 오존 가스를 출력하는 배관 계통을 복수 배관으로 분리시켜서, 다 오존 처리 장치에 각각에의 소정 유량, 농도의 오존 가스를 단계적으로 출력시키는 방식의 오존 가스 공급 시스템이 채용되어 오고 있다.
도 24는 특허 문헌 1에 개시된 내용으로부터 상정되는 종래의 오존 가스 공급 시스템(70)의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 24에서, 하나의 오존 발생기(71), 오존 전원(72), 원료 가스 유량을 컨트롤하는 유량 컨트롤러(MFC)(73), 발생기의 압력을 감시하는 압력계(62)를 통하여 오존 발생기(71)에 공급하는 원료 가스 배관 계통과 오존 발생기(71)의 압력의 변동에 의해 밸브의 개폐 조정을 하는 밸브 개폐기(61), 오존 농도계(75), 오존 유량계(67)를 갖는 출력 배관의 뒤의 출력 가스 배관 계통을 복수 배관으로 분리하고 있다. 또한, 오존 가스 공급 시스템(70)은, 분리한 출력 가스 배관 계통 각각에 개별 오존 가스 유량 컨트롤러(MFC)(68-1 내지 68-n)를 마련하고, 개별 MFC(68-1 내지 68-n)에 대응하여 마련된 복수의 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 오존 가스를 독립적으로 공급하도록 구성하고 있다. 각 개별 MFC(68-1 내지 68-n)에서 공급하는 오존 가스를 초과하는 양의 오존 가스는, 유량 배출 유닛(69)에서 배출하는 구성으로 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특표2009-500855호 공보(도 2, 도 3, 도 5)
종래의 다 오존 처리 장치에의 오존 공급하는 오존 가스 공급 시스템은 이상과 같이 구성되어 있고, 원료 가스를 오존 발생기에 공급하고, 하나의 오존 발생기(71)로부터 오존 가스를 출력하고, 출력하는 배관 계통을 분배 배관 시키는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 오존 가스 유량이나 오존 농도는 일정한 상태로 다 오존 처리 장치(오존 처리 장치(12-1 내지 12-n))에 공급하여야 하고, 각 오존 처리 장치에의 오존 공급 조건은 1조건 만으로 공통화되고, 오존 가스 유량이나 농도를 복수의 오존 처리 장치 각각을 독립하여 가변 제어하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 하나의 오존 발생기로부터 다 오존 처리 장치에 오존 가스를 공급하고 있기 때문에, 오존 발생기가 고장 나면, 공급 대상의 모든 오존 처리 장치에의 오존 가스가 정지하는 것 등, 오존 가스 공급에 관한 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 각 오존 처리 장치에 대해, 오존 가스 유량·농도를 독립적으로 제어하여 오존 가스를 공급함과 함께, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급이 가능한 오존 가스 공급 시스템을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 오존 가스 공급 시스템은, 가스 유량, 농도를 제어하여 오존 가스를 복수의 오존 처리 장치 각각에 공급하는 오존 가스 공급 시스템으로서, 복수의 오존 발생 유닛을 구비하고, 상기 복수의 오존 발생 유닛은, 오존 가스를 발생하는 오존 발생기와, 상기 오존 발생기에 공급하는 전력을 제어하는 오존 전원과, 상기 오존 발생기에 입력되는 원료 가스 유량을 제어하는 매스 플로 컨트롤러(MFC)와, 상기 오존 발생기 내의 압력인 내부 압력을 자동 제어하는 오토 프레셔 컨트롤러(APC)와, 상기 오존 발생기가 출력하는 오존 가스의 오존 농도치를 검출하는 오존 농도계와, 초기 동작으로서 소정의 설정 전력량으로 상기 오존 전원을 구동시키고, 소정 시간 후에 상기 오존 농도계로 검지한 오존 농도와 설정한 오존 농도와의 비교에 의거하여, 상기 오존 전원이 공급하는 전력을 PID 제어하는 오존 제어부를 구비하고, 상기 오존 가스 공급 시스템은, 상기 복수의 오존 발생 유닛 내의 복수의 상기 오존 발생기로부터의 복수의 오존 가스 출력을 받아, 내부에 마련한 복수의 오존 가스 제어 밸브의 개폐 동작에 의해, 상기 복수의 오존 가스 출력의 하나 또는 복수의 조합을, 상기 복수의 오존 처리 장치중 임의의 오존 처리 장치에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛과, 상기 복수의 오존 처리 장치로부터의 처리 오존 가스 이벤트 신호에 의거하여, 상기 복수의 오존 발생 유닛 각각의 상기 오존 가스의 출력 내용을 제어하고, 상기 오존 가스 출력 유량 관리 유닛에 대해 상기 오존 가스 출력 유량 제어를 행하는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛 제어부를 또한 구비한다.
본 발명에서의 오존 가스 공급 시스템은, 복수의 오존 가스 제어 밸브의 개폐 동작에 의해, 상기 복수의 오존 가스 출력의 1 또는 2 이상의 조합을, 상기 복수의 오존 처리 장치의 어느 하나에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛을 갖고 있다.
따라서 복수의 오존 가스 출력을 각각 복수의 오존 처리 장치중 대응하는 오존 처리 장치에 공급함에 의해, 오존 가스 유량·농도를 복수의 오존 처리 장치 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
더하여, 2 이상의 오존 가스 출력의 조합을 하나의 오존 처리 장치에 공급함에 의해, 다양한 가스 유량 및 농도의 오존 가스를 공급할 수 있다.
또한, 복수의 오존 발생 유닛 중 일부에 이상이 발생하여도, 정상 동작하는 나머지 오존 발생 유닛에 의해, 복수의 오존 처리 장치의 어느 것에도 오존 가스를 공급할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급을 실현할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에서 도시한 오존 가스 공급 시스템에서의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 내부 구성을 도시하는 설명도.
도 3은 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템에서의 메인 조작 패널의 표시 상태를 모식적으로 도시하는 설명도.
도 4는 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛 내의 오존 제어부의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛 내의 데이터 메모리의 기억 내용을 모식적으로 도시하는 설명도.
도 6은 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛에 대해 출력 농도 제어를 행한 출력 농도 제어 파형을 도시하는 그래프.
도 7은 1대의 오존 발생 유닛에서의 오존 전원의 수전 전력과 오존 발생기에서 발생하는 오존 농도 특성을 도시하는 그래프.
도 8은 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛 내에 마련되는 오존 전원의 내부 구성의 상세를 도시하는 회로도.
도 9는 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 10은 도 1에서 도시한 오존 가스 공급 시스템에서의, 실시의 형태 3에 의한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 내부 구성을 도시하는 설명도.
도 11은 실시의 형태 3의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 4인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 5인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 14는 실시의 형태 5의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 16은 실시의 형태 6의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 다른 양태의 구성을 도시하는 블록도.
도 18은 실시의 형태 6의 오존 발생 유닛의 다른 양태의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 7인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 8인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 21은 실시의 형태 8의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 22는 본 발명의 실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 다른 양태의 구성을 도시하는 블록도.
도 23은 실시의 형태 6의 오존 발생 유닛의 다른 양태의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 24는 종래의 오존 가스 공급 시스템(70)의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 25는 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛에 대응하는 종래의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도.
도 26은 원료 가스의 노점과 원료 가스에 포함되는 수분량과의 관계를 도시하는 설명도.
<실시의 형태 1>
이하, 본 발명의 실시의 형태 1을 도 1부터 도 6에 의거하여 설명한다. 이하, 도 1 내지 도 6의 개요는 이하와 같다. 도 1은 본 발명의 실시의 형태 1인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1에서 도시한 오존 가스 공급 시스템에서의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 내부 구성을 도시하는 설명도이다. 도 3은 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템에서의 메인 조작 패널의 표시 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 4는 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛 내의 오존 제어부의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 5는 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛 내의 데이터 메모리의 기억 내용(오존 발생 유닛의 농도, 유량 제어를 행하기 위한 초기 조건 등)을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 6은 도 1에서 도시한 오존 발생 유닛(7)에 대해 출력 농도 제어를 행한 출력 농도 제어 파형을 도시하는 그래프이다.
(전체 구성)
도 1에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(10)은 내부에 n(≥2)개의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 갖고 있다. 이하, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)중 오존 발생 유닛(7-2)을 대표로서 채택하여 그 내부 구성을 도 1 중심에 참조하여 설명한다.
오존 발생기(1)의 내부는 산소 가스를 포함한 가스가 충만되어 있고, 오존 가스 공급 시스템(10) 내의 오존 전원(2)으로부터 고주파 고전압(HV, LV)이 오존 발생기(1) 내의 전극 사이에 인가되고, 이 전극 사이에서 유전체 배리어 방전(무성 방전)을 함에 의해, 방전 공간의 가스가 방전에 의해 오존 가스를 생성하고 있다. 그리고, 오존 전원(2)은 후에 상세히 기술하지만 컨버터(2a), 인버터(2b) 및 고전압 회로부(2c)에 의해 구성된다.
본 실시의 형태는 오존 발생기(1)로서 무성 방전 방식에 의한 오존 발생기 구조의 것을 대표하여 설명하였지만, 오존 발생시키는 기능으로서는, 연면(沿面) 방전이나 글로 방전을 이용한 오존 발생기 구조나 초고주파나 마이크로파 방전을 이용한 오존 발생기 구조도 있고, 또한 전해(電解) 매질을 이용한 오존 발생기도 있고, 이들의 오존 발생기라도 좋다.
오존 가스 공급 시스템(10)의 원료 가스 공급구(14), 오존 발생 유닛(7-2)의 원료 가스 공급구(14-2)로부터 얻어지는 소정의 원료 가스 유량(Q)의 원료 가스가, 가스 유량 컨트롤러(MFC)(3)를 통하여 오존 발생기(1)에 일정 유량으로 원료 가스가 공급된다.
오존 발생기(1) 내의 압력을 일정하게 하는 수단으로서, 발생기 내의 가스 압력을 검출하는 수단과, 이 검출한 발생기에 출력하는 오존 가스량을 미조정함으로써, 오존 발생기(1) 내의 압력을 일정하게 하는 기능을 오존 발생기 시스템에는 보유하고 있다. 이 하나의 방법으로서, 발생기 압력을 자동으로 소정 압력으로 조정하는 자동 압력 조정기(APC)(4)가 있고, 이 자동 압력 조정기(APC)(4)가 오존 발생기의 오존 가스 출력 배관 가스 라인에 마련되어 있다.
오존 가스 출력 배관 가스 라인의 구체적인 구성으로서는, 오존 발생기(1) 내에서 생성한 오존 가스로부터 불순물(가스)이나 이물을 제거하는 가스 필터(51)에 통과시킨 후, 오존 농도계(5), 발생기 압력을 자동으로 소정 압력으로 조정하는 자동 압력 조정기(APC)(4)를 통하여 연속적으로 소정의 오존 농도(C)를 갖는 오존(화 산소) 가스를 오존 가스 출력구(15-2)로부터 오존 발생 유닛(7-2)의 외부에 출력하고 있다.
오존 가스 출력 배관 가스 라인에는, 출력 오존 가스 유량을 일정 출력하기 위한 오존 가스 유량 컨트롤러(MFC)를 마련하는 경우도 있다. 이 실시의 형태에서는, 이 오존 가스 유량 컨트롤러(MFC)는 마련하지 않는다.
따라서 출력한 오존 가스의 유량(Qx)은, 원료 가스 유량(Q)으로부터 오존으로 변환한 오존 유량(Qc)과 변환되지 않은 원료 산소 유량(Qn)의 합으로 된다. 즉, 오존(화 산소) 가스의 유량(Qx)은, 원료(산소) 가스 유량(Q), 오존 농도(C)에 의거한 식(A) {Qx=F(Q, C) … (A)}에 의해 결정한다.
이 가스 유량 컨트롤러(MFC)(3)에서, 오존 발생기에 공급하는 원료 가스 유량을 일정치로 제어하고 있다.
또한, APC(4)는, 오존 발생기(1)의 오존 가스의 출력 배관 경로 내를 흐르는 오존 가스의 압력을 제어함에 의해 오존 발생기(1)의 가스 압력을 자동적으로 일정치로 제어하고 있다.
오존 발생 유닛(7-2)은, 오존 가스를 발생하는 수단을 갖는 오존 발생기(1), 오존 가스에 소정의 전력을 공급하는 수단을 갖는 오존 전원(2), 공급하는 원료 가스 유량을 일정치로 제어하는 수단을 갖는 MFC(3), 오존 발생기(1) 내의 압력치를 일정치로 제어하는 수단을 갖는 APC(4), 출력하는 오존 가스의 불순물 가스를 트랩하는 수단을 갖는 가스 필터(51), 출력하는 오존 농도치를 검출하는 수단을 갖는 오존 농도계(5) 등의 복수개의 기능 수단을 집약하여 1단위의 패키지 유닛으로서 구성되어 있다. 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 구성은 전부 같고(7-2 이외는 도시 생략), 오존 발생 유닛(7-2)을 대표하여 설명한 내부 구성을 나타내고 있다.
각 오존 발생 유닛(7)(오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n))의 저면에 누수 센서(6)를 마련하고, 각 오존 발생 유닛(7)의 누수의 유무를 감시하고 있다. 즉, 누수 센서(6)로부터 얻어지는 정보가 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 EMO 회로(비상 정지 회로)(81)에 의해 얻어지고, 시스템 관리 제어부(84)의 제어하에서 감시된다.
또한, 오존 가스 공급 시스템(10) 내에 마련되는 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 장치 내를 배기 덕트(11)로부터 진공흡인하여 부압 상태로 감시하기 위한 배기 센서(23), 오존 누설 센서(24) 각각의 검출 정보를 받고 있다. 그리고, 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 배기 센서(23)에 의한 배기 이상, 오존 누설 센서(24)에 의한 누설 이상을 받으면, 시스템 관리 제어부(84)로부터 모든 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 정지를 지시하는 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 주어, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 운전을 정지시킨다.
또한, 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 시스템 관리 제어부(84)는, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터, 요구 오존 유량(Qs12) 및 요구 오존 농도(Cs12)를 포함하는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)를 유저 정보 I/F(83)를 통하여 받는다.
그리고, 시스템 관리 제어부(84)는, 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)의 지시 내용에 의거하여, 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 출력함과 함께, 제어 신호(S8)를 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 출력한다.
그 결과, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각으로부터 출력하는 오존 가스의 유량, 농도가 제어됨과 함께, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에서의 오존 가스 제어 밸브(9a) 등의 개폐 제어가 행하여지고, 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)의 지시 내용에 따른 가스 유량, 농도의 오존 가스를 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 공급할 수 있다. 이하, 시스템 통괄 관리 유닛(8)에 관해 더욱 상세히 기술한다.
시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 장치의 비상 정지를 행하는 EMO 회로(81), 유닛 정보 I/F(82), 유저 정보 I/F(83), 시스템 관리 제어부(84) 및 메인 조작 패널(85)을 갖고 있다.
EMO 회로(81)는, 전술한 바와 같이, 각 오존 발생 유닛(7)의 누수 센서(6)로부터 얻어지는 시스템의 이상 신호를 감시하는 회로이다. 구체적으로는, EMO 회로(81)가 누수 센서(6)로부터 누수 이상의 검출 정보를 받으면, 당해 정보를 시스템 관리 제어부(84)에 전달하고, 시스템 관리 제어부(84)로부터, 누수 이상을 검출한 누수 센서(6)에 대응하는 오존 발생 유닛(7)에 오존 발생 유닛 제어 신호(86)(오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)의 어느 하나)를 주어, 당해 오존 발생 유닛(7)을 정지시킨다.
유닛 정보 I/F(82)는, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 유닛 정보 신호(17-1 내지 17-n)의 수수(授受)를 행한다.
유저 정보 I/F(83)는, 전술한 바와 같이, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터의 지령 신호인 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)(요구 오존 유량(Qs12), 요구 오존 농도(Cs12), 운전 정보(Y), 장치 No. 등을 지시)를 수신한다.
시스템 관리 제어부(84)는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9ab, 9bc, 9ca)를 개폐 제어하기 위한 지령인 제어 신호(S8)를 출력하고, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 통괄 제어를 행한다. 시스템 관리 제어부(84)는 메인 조작 패널(85)과의 정보의 수수도 행한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(10)은 냉각수 입구(13A) 및 냉각수 출구(13B)를 가지며, 냉각수 입구(13A)로부터 냉각수 입구(13a-1 내지 13a-n)를 통하여 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 도시하지 않은 외부의 냉각 장치로부터의 냉각수를 받아들이고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 냉각 후의 물을 냉각수 출구(13b-1 내지 13b-n)를 통하여 냉각수 출구(13B)로부터 외부에 출력하고 있다.
오존 가스 공급 시스템(10)은 원료 가스 공급구(14)를 가지며, 원료 가스 공급구(14)로부터 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)를 통하여 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 외부로부터 원료 가스를 받아들이고 있다.
오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 오존 가스 출력구(15-1 내지 15-n)는 내부의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 접속되고, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)으로부터 오존 가스 출력구(25-1 내지 25-n)를 통하여 오존 가스 공급 시스템(10)의 외부에 오존 가스가 출력된다.
n대의 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터 출력되는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)는 유저 정보 I/F(83)를 통하여 시스템 관리 제어부(84)에 받아들여진다. 처리 오존 가스 이벤트 신호(16)(16-1 내지 16-n)는 요구 오존 유량(Qs12), 원료 가스 설정 농도(Cs12) 및 운전 정보(Y) 등을 지시하고 있다. 시스템 관리 제어부(84)는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)에 의거하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 제어하는 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 출력한다.
오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은 오존 발생 유닛용 조작 패널(85-1 내지 85-n)을 갖고 있다. 또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 유닛 정보 신호(17-1 내지 17-n)가 시스템 통괄 관리 유닛(8)의 유닛 정보 I/F(82)를 통하여 시스템 관리 제어부(84)에 전달된다. 유닛 정보 신호(17)(17-1 내지 17-n)는, 각 오존 발생 유닛(7)에서의 오존 발생기(1)의 고장이나 운전/정지 상태를 지시하는 정보 신호이다.
처리 오존 가스 이벤트 신호(16)에 포함되는 운전 정보(Y)는, 각 오존 처리 장치(12)(12-1 내지 12-n)의 고장이나 운전/정지 상태 정보 신호를 나타내는 유저 정보 신호에 상당하고, 전술한 바와 같이, 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 유저 정보 I/F(83)에 받아들여진다.
또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은 각각 오존 제어부(19)를 갖고 있다. 오존 제어부(19)는, 후에 상세히 기술하는 바와 같이, 원료 가스 유량의 설정 유량(Qs), 검출 유량(Q), 오존 발생기(1)의 발생기 압력의 설정 압력(Ps), 검출 압력(P) 및 각 오존 발생 유닛(7)으로부터 출력하는 오존 농도(C)를 수신하고, 오존 전원(2)을 제어하여 오존 발생기(1)로부터 발생하는 오존 가스의 오존 농도, 가스 유량 등을 제어하는 제어부이다. 또한, 오존 제어부(19)는, 오존 농도계(5), MFC(3), APC(4) 및 오존 전원(2)의 사이에서 신호 수수를 행하고 있다.
(오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 제어)
도 2에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)은 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 출력부에 대응하여 오존 가스 입력구(29-1 내지 29-n)를 갖고 있고, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 입력부에 대응하여 오존 가스 출력구(39-1 내지 39-n)를 갖고 있다. 그리고, 오존 가스 출력구(39-1 내지 39-n)(오존 가스 출력구(25-1 내지 25-n))와 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)와의 사이에 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)가 끼여 삽입된다. 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)는 오존 가스 공급시에 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)를 열린 상태로 한다. 본 오존 가스 공급 시스템(10)은 오존 가스 출력구(39-1 내지 39-n)의 n개의 오존 가스 출력구를 마련한 시스템으로 하고 있지만, 유저측의 오존 처리 장치수가 n개보다 적은 경우는 출력하지 않는 오존 가스 출력구(39) 부분의 배관 조인트를 캡 조인트로 하고, 출력 가스를 막음으로써 대응할 수도 있다.
오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)은 내부에 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)를 갖고 있고, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c)는 노멀리 오픈(NO), 오존 가스 제어 밸브(9bc, 9ab, 9ca)는 노멀리 클로즈(NC)이다. 또한, 설명의 사정상, 도 2에서는 n=3인 경우로 구체화하여 나타내고 있다. 또한, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)로서, 전기 또는 에어 압력에 의해 개폐할 수 있는 전동 밸브 또는 공압 밸브가 생각된다.
오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c)는 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 오존 가스 입력구(29-1 내지 29-n)와 오존 가스 출력구(39-1 내지 39-n)의 사이에 끼여 삽입된다. 오존 가스 제어 밸브(9ab)는 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b)의 출력 사이에 마련되고, 오존 가스 제어 밸브(9bc)는 오존 가스 제어 밸브(9b, 9c)의 출력 사이에 마련되고, 오존 가스 제어 밸브(9ca)는 오존 가스 제어 밸브(9c, 9a)의 출력 사이에 마련된다.
그리고, 시스템 통괄 관리 유닛(8)의 시스템 관리 제어부(84)로부터의 제어 신호(S8)에 의거하여, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca) 각각의 열린 상태, 닫힌 상태가 제어된다.
도 2에서는, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)중, 오존 가스 개폐 밸브(22-2)를 열린 상태(속이 검은)로 한 오존 처리 장치(12-2)의 1대만 운전하고 있고, 오존 처리 장치(12-2)에 대한 오존 가스 유량으로서는, 30SLM(ℓ/min)의 오존 가스를 공급한 경우의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)의 상태를 나타내고 있다. 즉, 오존 처리 장치(12-2)는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-2) 내의 요구 오존 유량(Qs12)에 의해 30SLM의 오존 유량을 지시하고 있다.
시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 시스템 관리 제어부(84)는, 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)에 의해, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 10SLM인 오존 가스를 공급하도록 제어한다.
또한, 시스템 관리 제어부(84)는 제어 신호(S8)에 의해, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 상태를 제어한다. 구체적으로는, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab)를 열린 상태(속이 검은), 오존 가스 제어 밸브(9ca)를 닫힌 상태(속이 하얀)로 하는 제어 신호(S8)를 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 출력한다.
한편, 전술한 바와 같이, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)중, 오존 가스 개폐 밸브(22-2)만이 열린 상태이고, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 및 22-n)가 닫힌 상태이다. 여기서는, 사용하지 않는 오존 처리 장치(12)를 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)로 닫힌 상태로 하는 방식으로 설명하였지만, 사용하지 않는 오존 처리 장치에는 오존 가스가 공급되지 않도록 25-1 내지 25-n의 부분에서, 배관 조인트에 의해, 강제적으로 막아도 좋다.
이와 같이, 시스템 관리 제어부(84)는 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)에 의해 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 10SLM의 유량의 오존 가스를 공급시키고, 또한 제어 신호(S8)에 의해 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 제어함에 의해, 오존 처리 장치(12-2)에 대해 가스 유량 30SLM(10SLM×3)의 오존 가스를 공급할 수 있다.
(메인 조작 패널)
도 3에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(10)의 메인 조작 패널(85)의 표시면에서, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 및 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 대응시켜서, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 상태를 나타내고 있다. 또한, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 요구 오존 유량(Qs12)(SLM), 요구 오존 농도(Cs12)(g/㎥)가 나타나 있다.
도 3에 도시하는 예에서는, 오존 처리 장치(12-2)만 요구 오존 유량(Qs12)=30SLM, 요구 오존 농도(Cs12)=280(g/㎥)를 요구하고 있다.
따라서 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 오존 유량 10(SLM), 오존 농도 280(g/㎥)의 오존 가스를 출력시키고, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab)를 열린 상태, 오존 가스 제어 밸브(9ca)를 닫힌 상태로 함에 의해, 오존 처리 장치(12-2)에 대해, 오존 유량 30(SLM), 오존 농도 280(g/㎥)의 오존 가스를 공급할 수 있다.
(오존 제어부)
도 4에 도시하는 바와 같이, 각 오존 발생 유닛(7) 내에 마련되는 오존 제어부(19)는, 오존 전원(2)을 제어함에 의해 오존 발생기(1)의 오존 발생 내용(가스 유량, 오존 가스 농도)를 제어한다.
오존 전원(2)은, 상용 교류 전압(AC1φ 내지 AC3φ)을 정류하는 컨버터(2a), 직류 전압을 오존 발생기(1)에 최적의 고주파로 변환하고, 출력 전압을 제어하여 소정 전력을 오존 발생기(1)에 공급하는 인버터(2b), 인버터(2b)로부터 출력된 전압을, 오존 발생기(1)를 생성하기 위한 방전을 발생시키는 전압까지 고전압으로 승압시키기 위한 고전압 회로부(2c) 및 전류 센서(2d)로 구성되어 있다. 컨버터(2a), 인버터(2b) 및 고전압 회로부(2c)의 순서로 직렬로 접속되고, 컨버터(2a), 인버터(2b) 사이에 전류 센서(2d)가 끼여 삽입된다.
오존 제어부(19)는, 오존 발생기(1)에서 발생하는 오존 가스 내용(가스 유량(Q), 오존 농도(C))를 제어하기 위해, 고전압 회로부(2c)의 출력인 고주파·고전압(HV, LV)을 오존 발생기(1)에 인가시켜서, 원료 가스인 산소 가스로부터 방전 현상에 의해 소정의 오존량의 오존 가스를 생성시키고 있다.
오존 제어부(19)는 원료 가스 유량 설정기(1S1), 셀렉터(1S2), 오존 농도 설정기(1S3), 각각의 제어 신호를 ON-OFF하여 제어하는 아날로그 스위치(1S4-A 내지 1S4-F), 및 각각의 제어 신호를 반전 신호로 하는 반전기(1S5-1, 1S5-2)를 갖고 있다.
또한, 오존 제어부(19)는, 원료 가스 설정 유량(Qs), 설정 농도(Cs) 및 오존 발생기(1)의 설정 압력(Ps)의 신호를 받아서 최적의 오존량을 생성하는데 필요한 설정 전력(Ws)을 기억시킨 데이터 메모리(1S6), 설정 전력(Ws)으로부터 오존 전원에 필요한 전류를 주입하기 위한 전류 신호로 변환하는 전류 신호 변환기(1S7)를 갖고 있다.
더하여, 오존 제어부(19)는, 초기 전류 지령으로 인버터(2b)를 구동시키고, MFC(3) 및 오존 농도계(5)에 의해 실제로 흐르고 있는 원료 가스 유량(Q) 및 생성 오존 농도(C)를 받아서 PID 제어로 전환하는 타이머(1S8), 오존 농도(C)와 가스 설정 농도(Cs)를 비교 결과에 의거하여 PID 제어하는 PID 제어 회로(1S9)를 갖고 있다.
또한, 오존 제어부(19)는, 시스템 관리 제어부(84)로부터 오존 발생 유닛 제어 신호(86)를 받아서, 오존 발생 유닛 제어 신호(86)가 지시하는 요구 오존 유량(Qs8), 요구 오존 농도(Cs8), 및 운전 정보(Y8)에 의거하여, 설정 유량(Qs), 설정 오존 농도(Cs) 신호를 조정하는 이벤트 조정기(1S10)를 갖고 있다.
또한, 오존 제어부(19)는, 압력 설정기(1S11), 전류 신호 변환기(1S7)의 출력 전류에 의거하여 주입 전력을 제어하기 위해 인버터(2b)의 ON하는 초기 펄스 폭을 설정하는 초기 펄스폭 설정기(1S12), 및 오존 농도계(5)에 검출된 오존 농도(C) 및 설정 오존 농도(Cs)를 받아, 오존 농도(C)와 원료 가스 설정 농도(Cs)와의 비교 결과에 의거하여, 인버터(2b)의 주입 전력을 제어하기 위한 전류 신호로 변환시키는 전류 변환기(1S13)를 갖고 있다.
(데이터 메모리(1S6))
오존 발생 유닛(7)의 오존 농도, 오존 유량 제어를 행하기 위한 초기 조건을 기억한 데이터 메모리(1S6)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 오존 발생기(1)의 설정 압력(Ps)을 파라미터로 하여, 복수개의 메모리 뱅크(BK1 내지 BK4)를 갖고 있고(도 5에서는 설명의 사정상, 4개의 경우를 나타내고 있다), 오존 발생기(1)의 설정 압력(Ps)이 결정되면, 설정 압력(Ps)에 대응하는 메모리 뱅크(BKx)(1 내지 4의 어느 하나)가 선택된다.
선택된 하나의 메모리 뱅크(BK)에는, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 횡축(X축)을 오존 가스 유량의 설정 유량(Qs)을 번지로 하고, △Q마다 복수 분할되어 있다. 종축(Y축)을 오존 농도의 설정 농도(Cs)를 번지로 하고, △C마다 복수 분할되어 있다.
데이터 메모리(1S6)는, 이 횡축(X축), 종축(Y축)의 번지로서 기능하는 설정 유량(Qs), 설정 농도(Cs)의 신호를 받아, X축과 Y축의 번지로 결정되는 메모리 번지에 소정의 오존량을 발생시키는데 필요한 설정 전력량(W)(A11 내지 A17, …, A61 내지 A67)이 기록되어 있고, 그 설정 전력량(Ws)을 오존량 제어부(19) 내의 전류 신호 변환기(1S7)에 출력한다. 그 결과, 전류 신호 변환기(1S7)에서 전류 신호로 변환되어, 아날로그 스위치(1S4-E)를 통하여 초기 펄스폭 설정기(1S12)에 전류 신호가 부여되고, 초기 펄스폭 설정기(1S12)에 의해 설정 전력량(Ws)을 실현하기 위한 소정 주파수, 소정 펄스 폭의 펄스 신호(Tw)가 인버터(2b)에 출력된다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 오존 발생 유닛(7)의 출력 농도 제어를 행한 출력 농도 제어 파형은 오존 발생 유닛(7)에의 운전 지령 신호(운전 정보(Y8)에 포함된다)에 대응하여, 설정 시간(To)으로 규정되는 초기 상태시는, 데이터 메모리(1S6)로부터의 설정 전력량(Ws)에 의거하여, 인버터(2b)의 주입 전력을 설정한다.
그리고, 설정 시간(To) 경과 후에 타이머(1S8)에 의한 시간 제어에 의해 PID 제어 회로(1S9)에 의한 PID 제어로 전환된다. PID 제어 회로(1S9)는, 전류 변환기(1S13)의 전류 신호(오존 가스 농도(C)(오존 농도계(5)로부터 검출)와 가스 설정 농도(Cs)와의 비교 결과에 의거하여 결정되는 신호)에 의거하여, 펄스 신호(Tw)의 펄스 폭(△Tw)을 미소 변화시킴에 의해, 인버터(2b)의 주입 전력의 PID 제어가 실행된다. 그 결과, 오존 발생기(1)로부터 발생하는 오존 농도(C)는, 동 도(a)로 도시하는 제어 응답성 파형을 나타낸다.
이하, 도 6에서 도시하는 농도 제어에 관해 상세히 기술한다. 우선, 오존 발생 유닛 제어 신호(86)에 의거하지 않는 오존 발생 유닛(7) 단체(單體)의 동작에 관해 설명한다.
이벤트 조정기(1S10)는 도시하지 않은 운전 지령의 입력을 트리거로 하여 타이머(1S8)를 기동한다. 이 때, 이벤트 조정기(1S10)는, 원료 가스 유량 설정기(1S1)의 원료 가스 설정 유량(Qs)을 선택하도록 원료 가스 유량 비교기(1S2)를 제어하고, 아날로그 스위치(1S4-A, 1S4-D)를 온 상태, 아날로그 스위치(1S4-B, 1S4-C)를 오프 상태로 한다. 한편, 기동 직후의 타이머(1S8)는 아날로그 스위치(1S4-E)를 온, 아날로그 스위치(1S4-F)를 오프 상태로 한다.
그러면, 데이터 메모리(1S6)에는, 압력 설정기(1S11)로부터 설정 압력(Ps), 원료 가스 유량 설정기(1S1)로부터 원료 가스 설정 유량(Qs), 오존 농도 설정기(1S3)로부터 원료 가스 설정 농도(Cs)가 얻어지는 결과, 전술한 바와 같이 설정 전력량(Ws)을 전류 신호 변환기(1S7)에 출력한다. 그 결과, 초기 펄스폭 설정기(1S12)에 의해 초기 펄스 폭의 펄스 신호(Tw)가 발생된다. 이 펄스 신호(Tw)의 "H", "L"에 응하여 인버터(2b)의 온, 오프가 제어된다.
이와 같이, 타이머(1S8)가 동작 상태가 되는 설정 시간(To) 내에서, 데이터 메모리(1S6)의 설정 전력량(Ws)에 의거한 초기 제어가 실행된다.
그리고, 타이머(1S8)가 기동 후, 설정 시간(To) 경과하면 초기 상태를 마치고, 아날로그 스위치(1S4-E)를 오프 상태, 아날로그 스위치(1S4-F)를 온 상태로 전환한다.
그러면, PID 제어 회로(1S9)는, 전류 변환기(1S13)로부터의 전류 신호에 의거하여, 오존 농도계(5)로부터 얻어지는 오존 농도(C)와 가스 설정 농도(Cs)와의 비교 결과를 반영하여, 펄스 신호(Tw)의 펄스 폭을 미소 편위(△Tw)시키는 것을 주로 한 PID 제어를 오존 전원(2)에 대해 행한다. 또한, PID 제어 회로(1S9)는 전류 센서(2d)의 검출 전류(I)에 의해서도 미소 편위(△Tw)를 변동시킨다. 이와 같이, 운전 지령으로부터 설정 시간(To) 경과 후는 PID 제어(W)로 전환된다.
다음에, 오존 발생 유닛 제어 신호(86)에 의거한 오존 발생 유닛(7) 단체의 동작에 관해 설명한다.
이벤트 조정기(1S10)는 요구 오존 유량(Qs8), 요구 오존 농도(Cs8) 및 운전 정보(Y8)을 지시하는 오존 발생 유닛 제어 신호(86)의 입력을 트리거로 하여 타이머(1S8)를 기동한다. 이 때, 아날로그 스위치(1S4-A, 1S4-D)를 오프, 아날로그 스위치(1S4-B, 1S4-C)를 온 상태로 한다. 또한, 기동 직후의 타이머(1S8)는 아날로그 스위치(1S4-E)를 온, 아날로그 스위치(1S4-F)를 오프 상태로 한다.
또한, 요구 오존 유량(Qs8) 및 요구 오존 농도(Cs8)는, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터의 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)가 지시하는 요구 오존 유량(Qs12) 및 요구 오존 농도(Cs12)에 의거하여, 시스템 관리 제어부(84)에 의해 결정된다.
그러면, 데이터 메모리(1S6)에는, 압력 설정기(1S11)로부터 설정 압력(Ps), 오존 발생 유닛 제어 신호(86)가 지시하는 요구 오존 유량(Qs8) 및 요구 오존 농도(Cs8)가 설정 유량(Qs) 및 설정 농도(Cs)로서 얻어지는 결과, 전술한 바와 같이 설정 전력량(Ws)을 전류 신호 변환기(1S7)에 출력한다. 그 결과, 초기 펄스폭 설정기(1S12)에 의해 초기 펄스 폭의 펄스 신호(Tw)가 발생한다.
이와 같이, 오존 발생 유닛 제어 신호(86)의 입력에 의해서도, 타이머(1S8)가 동작 상태가 되는 설정 시간(To) 내에서, 데이터 메모리(1S6)의 설정 전력량(Ws)에 의거한 초기 제어가 실행된다.
그리고, 타이머(1S8)가 기동 후, 설정 시간(To) 경과하면 초기 상태를 마치고, 아날로그 스위치(1S4-E)를 오프 상태, 아날로그 스위치(1S4-F)를 온 상태로 전환한다.
그러면, PID 제어 회로(1S9)는, 전류 변환기(1S13)로부터의 전류 신호에 의거하여, 펄스 신호(Tw)의 펄스 폭을 미소 편위(△Tw)시키는 것을 주로 한 PID 제어를 오존 전원(2)에 대해 행한다.
이와 같이, 오존 제어부(19)는 오존 전원(2)에 대한 초기 제어, PID 제어를 행한다. 도 7은, 1대의 오존 발생 유닛(7)의 2.5㎾의 오존 전원(2)의 수전 전력과 오존 발생기(1)에서 발생하는 오존 농도 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7에서, 오존 농도 특성(L11)은, 오존 가스 유량(Q)이 1.25ℓ/min(=1.25SLM)을 공급한 경우의 발생하는 오존 농도 특성을 나타낸다. 이 경우는 수전 전력을 100W 내지 1.0kW로 가변하면, 발생하는 오존 농도는 약 0g/㎥ 내지 360g/㎥까지 가변 설정할 수 있다.
마찬가지로, 오존 농도 특성(L12)은, 오존 가스 유량(Q)이 2.5SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성을 나타낸다. 이 경우는 수전 전력을 100W 내지 2.0kW로 가변하면, 발생하는 오존 농도는 약 0g/㎥ 내지 360g/㎥까지 가변 설정할 수 있다.
오존 농도 특성(L13)은, 오존 가스 유량(Q)이 5.0SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성, 오존 농도 특성(L14)은, 오존 가스 유량(Q)이 7.5SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성, 오존 농도 특성(L15)은, 오존 가스 유량(Q)이 10SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성, 오존 농도 특성(L16)은, 오존 가스 유량(Q)이 20SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성, 오존 농도 특성(L17)은, 오존 가스 유량(Q)이 30SLM을 공급한 경우의 오존 농도 특성을 나타낸다.
오존 가스 유량(Q)이 5SLM인 오존 가스를 1대의 오존 발생 유닛(7)으로부터 공급한 경우는, 수전 전력 2.5kW에서 최대 발생하는 오존 농도는 350g/㎥(오존 농도 특성(L13) 참조), 오존 가스 유량(Q)이 7.5SLM인 오존 가스를 공급한 경우는, 수전 전력 2.5kW에서 최대 발생하는 오존 농도는 300g/㎥(오존 농도 특성(L14) 참조)가 된다.
또한, 오존 가스 유량(Q)이 10SLM인 오존 가스를 공급한 경우는, 수전 전력 2.5kW에서 최대 발생하는 오존 농도는 280g/㎥(오존 농도 특성(L15) 참조), 오존 가스 유량(Q)이 20SLM인 오존 가스를 공급한 경우는, 수전 전력 2.5kW에서 최대 발생하는 오존 농도는 180g/㎥(오존 농도 특성(L16) 참조), 오존 가스 유량(Q)이 30SLM인 오존 가스를 공급한 경우는, 수전 전력 2.5kW에서 최대 발생하는 오존 농도는 140g/㎥(오존 농도 특성(L17) 참조)밖에 얻어지지 않는다.
수전 전력이 2.5㎾의 오존 전원(2)인 오존 발생 유닛(7)에서, 280g/㎥의 오존 농도를 유지하는 경우, 1대의 오존 발생기(1)가 공급 가능한 최대 유량은 10SLM이고, 즉, 1대의 오존 발생기(1)로부터 오존 농도를 280g/㎥를 만족시키는 경우, 오존 가스 유량 10SLM 이상의 가스 유량을 공급할 수는 없다.
한편, 본 실시의 형태의 오존 가스 공급 시스템(10)은, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 의해, n대 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 공급되는 n개의 오존 가스 출력의 하나 또는 복수의 조합을, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)중 임의의 오존 처리 장치(12)에 선택적으로 출력할 수 있는, 출력 오존 가스 출력 제어 방식을 채용하고 있다.
이 때문에, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)에서는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 마련한 각 유닛 사이에 마련한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc, 9ca)의 개폐 제어를, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 행하면, n대의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 발생하는 오존 가스 전부를 1대의 오존 처리 장치(12-2)에 공급할 수 있다. 따라서 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 가스 유량 : 10SLM, 오존 가스 농도 280g/㎥의 오존 가스를 출력시킴에 의해, 오존 처리 장치(12-2)에 대해, 가스 유량 : 30SLM의 오존(A) 가스를 공급할 수 있고, 그 때의 오존 농도는 280g/㎥까지 높게 할 수 있다. 결과로서, 현재상태 오존 발생기의 이용으로 오존 처리 장치의 처리 능력인 처리 속도, 성능 향상 등을 대폭적으로 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 오존 발생 유닛(7)에서 10SLM의 원료 가스로는, 최대 280g/㎥의 오존 농도밖에 출력할 수 없지만, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 마련한 각 유닛 사이에 마련한 오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc, 9ca)의 개폐 제어를 이용하면, 오존 농도를 높일 수도 있다.
예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 제어를 행하여, 3대의 오존 발생 유닛(7)으로부터 각각 공급하는 가스 유량을 3.3SLM으로 하면, 3.3SLM의 오존 농도의 최대치까지 출력 농도가 높아지고, 가상점(P3)으로 도시하는 바와 같이 약 330g/㎥의 오존 농도로 총계 10SLM인 오존 가스가 공급할 수 있고, 오존 가스 공급을 받는 오존 처리 장치(12-2)의 오존 처리 능력을 높게 하는 효과가 있다.
또한, n대의 오존 발생 유닛(7)을 탑재하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)으로 구성한 출력 오존 가스 출력 제어 방식을 채용한 본 실시의 형태의 오존 가스 공급 시스템(10)에서는, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 어느 하나가 고장나서, 그것에 대응하는 오존 처리 장치(12)가 사용할 수 없게 되는 일은 없어지고, 고장나지 않은 오존 발생 유닛(7)으로부터 출력되는 오존 가스를 오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc, 9ca)를 개폐하여 공급할 수가 있어서, 보다 오존 가스 공급의 신뢰성이 높은 오존 가스 공급 시스템을 얻을 수 있다.
예를 들면, 오존 처리 장치(12-2)에 대응하는 오존 발생 유닛(7-2)이 고장나 있는 경우, 오존 발생 유닛(7-1)으로부터 공급되는 오존 가스를, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9ab), 오존 가스 개폐 밸브(22-2)를 열린 상태로 하여 오존 처리 장치(12-2)에 공급할 수 있다.
또한, n대의 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 어느 하나가 고장이나 운전 정지하여도, 처리 오존 가스 이벤트 신호(16)의 운전 정보(Y)를 받아들임으로써, 즉석에서 오존 발생 유닛 제어 신호(86)에 의해, 고장난 오존 처리 장치(12)에 오존 가스를 공급하고 있는 오존 발생 유닛(7)의 동작을 정지시킬 수 있다.
(효과 등)
상술한 실시의 형태 1에서는, 하나의 오존 가스 공급 시스템(10)에 복수의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 구비하고, 각 오존 발생 유닛(7)은, 오존 발생기(1), 오존 발생에 공급하는 전력을 제어하는 오존 전원(2), 오존 가스 유량(Q)을 제어하는 MFC(3), 오존 발생기(1) 내의 압력(P)을 자동 제어하는 APC(4), 및 출력하는 오존 농도치(C)를 검출하는 오존 농도계(5)를 탑재하고 있다.
그리고, 오존 가스 공급 시스템(10)은, 각 오존 발생기(1)로부터 출력 오존 가스 배관에 대응하여 개폐 밸브(오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c))를 마련하고, 또한, 상기 각 오존 발생기(1)의 출력 오존 가스 배관 사이에도 개폐 밸브(9bc, 9ab, 9ca)를 마련한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 마련하고 있다.
실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)은, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 동작에 의해, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 출력되는 복수의 오존 가스의 1 또는 2 이상의 조합을, 오존 처리 장치(12-1)의 어느 하나에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 시스템 통괄 관리 유닛(8)(오존 가스 출력 유량 관리 유닛)을 갖고 있다.
따라서 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c)를 열린 상태, 오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc, 9ca)를 닫힌 상태로 하고, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)를 열린 상태로 함에 의해, 1대1로 대응하는 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 오존 가스를 공급함에 의해, 공급되는 오존의 가스 유량·오존 가스 농도를 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n) 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
더하여, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 2 이상의 오존 가스 출력의 조합을 하나의 오존 처리 장치(오존 처리 장치(12-2))에 공급함에 의해, 다양한 가스 유량 및 농도의 오존 가스를 공급할 수 있다.
또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)중 일부에 이상이 발생하여도, 정상 동작하는 나머지 오존 발생 유닛(7)에 의해, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 어느것에도 오존 가스를 공급할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급을 실현할 수 있다.
이와 같이, 오존 가스 공급 시스템(10)은, 시스템 관리 제어부(84)로부터의 제어 신호(S8)에 의해 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 제어하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 출력되는 오존 가스의 조합·선택 처리를 행하여, 소망하는 가스 유량, 오존 가스 농도의 오존 가스를 오존 처리 장치(12)에 출력할 수 있도록 하고 있다.
또한, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)은, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내에 마련된 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)를 전기 또는 에어 압력에 의해 개폐할 수 있는 전동 밸브 또는 공압 밸브로 하여, 제어 신호(S8)의 제어하에서 각 오존 발생 유닛(7) 내의 오존 발생기(1)로부터 외부에 출력하는 오존 가스의 가스 유량, 오존 가스 농도를 집중 관리할 수 있다.
또한, 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 누수 센서(6), EMO 회로(81), 유닛 정보 I/F(82), 시스템 관리 제어부(84) 등을 구비함에 의해, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 어느 하나에 비상 정지, 누수가 검지된 경우, 대응하는 상기 오존 발생 유닛을 정지시킬 수 있다.
또한, 배기 센서(23), 오존 누설 센서(24), 시스템 관리 제어부(84) 등을 구비함에 의해, 시스템 전체로서 배기 이상, 오존 누설 이상을 검출한 때, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 전부 정지시킬 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)은, 각 오존 발생 유닛(7)의 이상시, 오존 가스 공급 시스템(10) 전체의 이상시 등에서의 안전 정지 기능을 구비함에 의해, 안전성이 높은 시스템을 실현할 수 있다.
<실시의 형태 2>
실시의 형태 2에서는 오존 가스 공급 시스템(10) 내에서의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각에 상당하는, 1단위의 오존 발생 유닛(7)에 주목하여, 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것을 특징으로 하고 있다.
도 8은 오존 전원(2)의 내부 구성의 상세를 도시하는 회로도이다. 도 9는 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
이하, 도 8, 도 9를 참조하여 오존 발생 유닛(7X)의 소형화에 관해 설명한다. 또한, 오존 발생 유닛(7X)은 실시의 형태 1의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각으로서 구성되는, 1단위의 오존 발생 유닛을 의미한다.
도 9에 도시하는 오존 발생 유닛(7X)에서, 오존 전원부(2), 오존 발생기(1) 각각의 소형화를 실현시켜서, 컴팩트화한 오존 전원부(2), 오존 발생기(1)에 더하여, 원료 가스 유량을 제어하는 MFC(3), 오존 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4)를 집약하여 패키지화하여 구조상으로도 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 실현하고 있다.
또한, 원료 가스 배관(원료 가스 공급구(14)) 및 출력 가스 배관계(오존 가스 출력구(15))를 가스 배관 집적 블록(30)에 일체화한 가스 배관 집적 블록 구조로 함에 의해, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), 가스 배관계를 패키지화하여 오존 발생 유닛(7X)을 보다 소형으로 하고 있다.
이 때문에, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)과 같이, 복수대의 오존 발생 유닛(7X)을 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로서 탑재하여도, 장치 전체를 크게 하는 일 없이, 기능 업, 및 신뢰성을 향상시킨 오존 가스 공급 시스템으로 실현할 수 있다.
(오존 전원(2)의 컴팩트화)
도 8은, 오존 발생기(1) 및 오존 전원부(2)의 메인 부품의 일체화를 실현시켜서 컴팩트화한 회로 구성을 도시하고 있다.
오존 발생기(1)는, 소요되는 오존 발생량을 얻기 위해서는, 오존을 생성하기 위한 방전 면적으로서 필요 면적이 필요하다. 그 때문에, 발생기의 점유 면적을 작게 하기 위해, 얇은 전극 셀을 형성하고, 또한 하나의 전극 셀의 단면적을 작게 하여, 다단 적층한 전극 셀 타입으로 하여 오존 발생기(1)를 구성하였기 때문에, 매우 점유 면적이 작은 오존 발생기(1)를 실현하고 있다.
오존 전원(2)은, 상용 교류 전압을 정류하는 컨버터(2a), 직류 전압을 오존 발생기에 최적의 고주파로 변환하고, 출력 전압을 제어하여 소정 전력을 오존 발생기에 공급하는 인버터(2b), 인버터(2b)로부터 출력된 전압을 오존 발생기(1)용으로 생성하기 위한 방전을 발생시키는 전압까지 고전압으로 승압시키기 위한 고전압 회로부(2c)를 갖고 있고, 오존 제어부(19)에 의해 오존 전원의 주입 전력이 제어된다.
컨버터(2a)는, 정류 회로(2a1), 콘덴서 뱅크(2a2), 평활 리액터(2a3), 초퍼 회로부(2a4) 및 초퍼 제어 회로부(2a5)의 직렬 접속으로 구성되고, 인버터(2b)는 인버터 회로(2b1)와 인버터 제어 회로(2b2)로 구성되어 있고, 이 오존 전원(2)의 컨버터(2a)와 인버터(2b)의 각 부품의 분류를 구분하고, 각 부품을 모듈화하여 회로 구성의 소형화를 실현하고 있다.
즉, 정류 회로(2a1), 콘덴서 뱅크(2a2), 및 평활 리액터(2a3)를 일체로 하여 모듈화한 직류·평활 회로부(2ax)로서 회로 구성의 소형화를 도모하고, 부품 품질을 높였다.
또한, 컨버터(2a)를 구성하는 초퍼 회로부(2a4)와 인버터(2b)를 구성하는 인버터 회로(2b1)는 모두 FET 소자나 IGBT 소자 등의 파워 반도체로 구성되어 냉각 핀으로 냉각시킬 필요가 있기 때문에, 초퍼 회로부(2a4)와 인버터 회로(2b1)를 하나의 반도체 모듈로서 모듈화함에 의해 효과적으로 소형화된 파워 소자부(2p)를 실현한다. 컨버터(2a)의 초퍼 제어 회로(2a5)와 인버터(2b)의 인버터 제어 회로(2b2)는, 하나의 기판화 또는 집적 IC화함으로써, 매우 소형화된 전원 제어 기판(2q)을 실현하고 있다.
고전압 회로부(2c)는, 인버터 출력 전류를 한류(限流)하는 직렬 리액터(L0), 고압으로 승압하는 고압 트랜스(Tr) 및 역률 개선용의 병렬 리액터(Lb)로 구성되어 있고, 각 부품이 크고 중량이 무거운 부품이지만, 직렬 리액터(L0)와 병렬 리액터(Lb)를 일체로 고압 트랜스(Tr)에 기능을 조립할 수 있도록 한 특수 트랜스로 하였다. 즉, 직렬 리액터(L0)는 고압 트랜스의 1차 누설 인덕턴스를 이용하여 일체 구성을 형성할 수 있도록 트랜스를 설계하였다. 또한 병렬 리액터(Lb)는, 트랜스의 여자 인덕턴스를 크게 취할 수 있는 트랜스 설계로 하고, 병렬 리액터(Lb)가 트랜스에 기능이 포함되도록 하였다.
또한, 이 고압 트랜스(Tr)를 수십kHz로 고주파화함으로써, 가볍고, 고주파 특성이 좋은 페라이트 코어로 트랜스를 형성하고, 트랜스(Tr)는 설치면적을 작게 하여, 소정 용량을 확보한 트랜스로 하기 위해, 작은 트랜스를 복수대 병렬 접속으로 형성하도록 하여, 복수대(도면중 3대)의 트랜스를 종형(縱型)으로 설치함으로써, 매우 작은 고전압 회로부(2c)를 실현시켰다. 단, 인버터의 출력 전류를 제한하는 직렬 리액터(L0)에 관해서는 트랜스와 일체화하지 않고, 독립한 작은 리액터(L0)로 형성하여도 좋다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
도 9는, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4), 및 가스 배관 집적 블록(30)을 집약한 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 도시하고 있다.
동 도면에서, 앞면(도면 중 좌측)에 조작 패널(85-i)(i=1 내지 n의 어느 하나)이 마련되어 있고, 그 배면에 집적된 오존 제어부(19)(도시 생략)가 존재하고, 이 오존 제어부(19)는, 집약하여 마련된 오존 발생기(1) 및 오존 전원(2)(블록(BL1, BL2)), 및 MFC(3), 오존 농도계(5), 및 APC(4)와의 전기 신호로 이어져 있다. 이후, 조작 패널(85-i)이 존재하는 방향을 오존 발생 유닛(7X)의 앞면으로 하여 설명한다.
오존 발생기(1)와 오존 전원(2)은 도 8에서 도시한 바와 같이 각 부품을 모듈화 등으로 함으로써, 부품 갯수를 줄이고, 각각의 부품을 컴팩트화와 설치면적을 작게 하여, 도 9에 도시하는 바와 같이, 하나의 오존 발생 유닛(7X)에서 오존 발생기(1)를 중심으로 하여, 오존 전원(2)의 직류·평활 회로부(1Ax), 파워 소자부(2p), 전원 제어 기판을 하나의 블록(BL1)으로서 앞면에 배치하고, 수대의 소형 트랜스를 세로로 적층하고 고전압 회로부(2c)를 블록(BL2)으로서 형성하여 분산 배치하여 집적화를 도모하고 있다.
오존 발생기(1)에 대해, 원료 가스를 공급하는 MFC(3)를 포함한 가스 공급 배관계, 생성한 오존 가스를 외부에 출력하는 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4)를 통한 오존 가스 출력 배관계 및 오존 발생기(1)의 전극을 냉각하는 냉각 배관계(냉각수 입구(13A), 냉각수 출구(13B))가 필요해진다. 이들의 배관계는 입체 배치하여야 하기 때문에, 기존의 가스 배관, 냉각 배관 등으로 각 부품을 접속하면, 배관과 부품 사이의 접속 조인트가 많아지고, 그 조인트를 접속하기 위해서는 접속 스페이스를 확보하여야 하고, 이들의 배관계를 접속하는데는 매우 큰 스페이스가 필요해진다.
종래에는, 오존 발생 유닛(오존 발생기)과는 별개의 배관 유닛을 예를 들면 배면에 마련하고, 발생기 유닛과 배관 접속을 배면에서 행하고 있다. 그 때문에, 오존 발생 유닛과 가스 공급 배관계, 오존 가스 출력 배관계 및 냉각 배관계(13A, 13B)를 통합하여 일체화시키는 것은 곤란하였다.
실시의 형태 2에서는, 그들의 배관계를 전부 하나의 가스 배관 집적 블록(30)에 집약하고, 이 가스 배관 집적 블록(30) 내에 가스 공급 배관, 오존 가스 출력 배관, 냉각 배관용의 배관 경로를 조립하고, 이 가스 배관 집적 블록(30)을 입체 구조로 하고, 각각의 면에, 오존 발생기(1), MFC(3), 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4)(이하, 이들을 총칭하여 「오존 발생기(1) 등」이라고 약칭하는 경우가 있다)를 인접 배치한다. 그리고, 오존 발생기(1) 등과 가스 배관 집적 블록(30)과의 접속부 부분에서 O링을 통한 나사 고정 등을 시행함에 의해 기밀을 유지하고 정밀도가 높은 배관 경로를 확보함에 의해, 오존 발생기(1) 등과 가스 배관 집적 블록(30)과의 일체화 배치를 실현시키고 있다. 또한 오존 발생기(1) 등의 각 부품의 부착, 분리가 좋아지고, 유지 보수성도 향상시키고 있다.
이와 같이, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)은, 가스 배관 집적 블록(30)에 오존 발생기(1) 등을 밀접하여 장착하고 있다. 이하, 도 9에서 도시하는 가스 배관 집적 블록(30)을 이용한 오존 발생 유닛(7X)의 배관 경로에 관해 설명한다. 가스 배관 집적 블록(30)은 내부에 배관 경로(R30a 내지 30f)를 갖고 있고, 냉각수 입구(13A), 냉각수 출구(13B), 원료 가스 공급구(14) 및 오존 가스 출력구(15)가 측면에 부착되어 있고, 오존 발생기 장착용 볼트(Bt1 내지 Bt4)를 이용하여 오존 발생기(1)를 부착하는 구조를 나타내고 있다.
또한, MFC 장착용 블록(33, 33)에 의해 MFC(3)를 끼워넣고서 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고, APC 장착용 블록(34, 34)에 의해 APC(4)를 끼워넣고서 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고, 오존 농도계 장착용 블록(35, 35)에 의해 끼워넣고서 오존 농도계(5)를 장착하고 있다. 이들 장착용 블록(33 내지 35) 내에도 배관 경로를 확보하기 위한 블록 내 유로(B3 내지 B5)가 형성되어 있다. 또한, 가스 필터 장착용 블록(31)을 이용하여 가스 필터(51)를 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고 있다.
원료 가스(Gm)가 공급되는 원료 가스 공급구(14)로부터 MFC(3)를 통한 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)에의 원료 가스 입력 배관 경로는, 원료 가스 공급구(14), 배관 경로(R30a), 블록 내 유로(B3), MFC(3), 블록 내 유로(B3), 배관 경로(R30b), 및 오존 발생기 입력부(ET1)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다. 이 때, 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)의 주변에 마련된 부분이 오존 발생기 장착용 볼트(Bt1)에 의해 가스 배관 집적 블록(30)에 부착된다. 이와 같이, 가스 배관 집적 블록(30)을 이용하여 원료 가스(Gm)의 입력 배관 경로가 형성된다.
오존 발생기(1)로부터 출력되는 오존 가스를 받는 오존 발생기 출력부(EX1)로부터, 가스 필터(51), 오존 농도계(5), 및 APC(4)를 통하여 오존 가스 출력구(15)로부터 출력되는 오존 가스 출력 배관은, 오존 발생기 출력부(EX1), 배관 경로(R30c), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 가스 필터(51), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 배관 경로(R30d), 블록 내 유로(B5), 오존 농도계(5), 블록 내 유로(B5), 배관 경로(R30e), 블록 내 유로(B4), APC(4), 블록 내 유로(B4), 배관 경로(R30f), 및 오존 가스 출력구(15)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다. 이 때, 오존 발생기(1)의 오존 발생기 출력부(EX1)의 주변에 마련된 부분이 오존 발생기 장착용 볼트(Bt2)에 의해 가스 배관 집적 블록(30)에 부착된다. 이와 같이, 가스 배관 집적 블록(30)을 이용하여 오존 가스의 출력 배관 경로가 형성된다.
도 25는 오존 발생 유닛(7X)에 대응하는 종래의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 종래에는, 오존 발생 유닛(7X)에 대응하는 구성은, 가스 제어 유닛(400), 인버터 제어 유닛(500), 오존 발생 유닛(600)에 의해 분리 구성되는 것이 일반적이었다.
가스 제어 유닛(400)은 내부에 MFC(73), APC(74), 오존 농도계(75) 및 가스 필터(91)를 갖고 있다. 인버터 제어 유닛(500)은 내부에 컨버터(2a), 인버터(2b), 오존 제어부(79), 조작 패널(85-i), 직렬 리액터(L0) 등을 갖고 있다. 오존 발생 유닛(600)은 오존 발생기(71) 및 고압 트랜스(Tr), 병렬 리액터(Lb)로 구성된다.
또한, 컨버터(2a) 내는 정류 회로(2a1), 콘덴서 뱅크(2a2), 평활 리액터(2a3), 초퍼 회로부(2a4), 초퍼 제어 회로부(2a5)에 의해 구성되고, 인버터(2b)는 인버터 회로(2b1) 및 인버터 제어 회로(2b2)에 의해 구성된다. 그리고, 접속 관계, 동작 내용의 설명은 생략한다.
종래의 오존 가스 공급 시스템이나, 종래의 오존 발생 장치에서는, 도 25에 도시하는 바와 같이, 가스 제어 유닛(400), 오존 전원에 상당하는 인버터 제어 유닛(500), 및 오존 발생 유닛(600)과 3개로 분할한 각 블록 사이에서 전기적 접속이나 가스 배관에 의한 접속을 할 수가 없고, 도 9로 도시하는 구조는 실현 불가능하였다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 오존 발생 유닛(7X)은, 이들 3개의 유닛(400, 500, 600)을 집약하여, 도 25에서 도시한 구성에 비하여, 대폭적으로 소형화를 실현시키고 있다.
이와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은, 각각 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)으로서, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), APC(4), 오존 농도계(5) 및 가스 필터(51)를 하나로 집약하여 1단위로 패키지화한 구조를 나타내고 있다.
그 결과, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)과 같이, 내부에 오존 발생 유닛(7X)을 복수대 탑재할 수 있고, 오존 발생 유닛(7X)의 출력 배관끼리를 가스 제어 밸브(9)로 접속함에 의해, 실시의 형태 1에서 기술한 바와 같이, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 각 오존 처리 장치(12)에 오존 가스를 분산 공급하거나, 하나의 오존 처리 장치(12)에 다량의 오존 가스나 고농도의 오존 가스를 선택적으로 공급하거나 할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)은, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), 가스 필터(51), APC(4), 오존 농도계(5), 원료 가스 공급구(14), 오존 가스 출력구(15), 냉각수 입구(13A) 및 냉각수 출구(13B)를 집약하여 일체화 구조로 형성함에 의해, 종래의 마찬가지 구성에 비하여, 대폭적인 소형화를 도모할 수 있다.
더하여, 오존 발생 유닛(7X)에서의 가스 배관 집적 블록(30)은, 복수의 내부 배관 경로인 배관 경로(R30a 내지 R30f)를 갖고 있기 때문에, 배관 경로(R30a 내지 R30f)와, 오존 발생기(1), MFC(3), 가스 필터(51), APC(4), 오존 농도계(5), 원료 가스 공급구(14), 오존 가스 출력구(15) 및 냉각수 입출구(13A 및 13B) 각각이 이어짐에 의해, 상기 원료 가스(Gm)의 입력 배관 경로 및 상기 오존 가스의 출력 배관 경로가 형성되기 때문에, 이들의 배관 경로를 포함한 소형화를 효과적으로 도모할 수 있다.
이와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은, 각각 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)으로서 소형화를 도모함에 의해, 실시의 형태 1에서 나타낸 오존 가스 공급 시스템(10)을 실용 레벨로 실현 가능하게 할 수 있다.
그 결과, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)과 같이, 내부에 오존 발생 유닛(7X)을 복수대 탑재할 수 있고, 오존 발생 유닛(7X)의 출력 배관끼리를 가스 제어 밸브(9)로 접속함에 의해, 실시의 형태 1에서 기술한 바와 같이, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 각 오존 처리 장치(12)에 오존 가스를 분산 공급하거나, 하나의 오존 처리 장치(12)에 다량의 오존 가스나 고농도의 오존 가스를 선택적으로 공급하거나 할 수 있다.
<실시의 형태 3>
실시의 형태 3에서는 실시의 형태 2와 마찬가지로, 1단위의 오존 발생 유닛(7)에 주목하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)도 조합시킨 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것을 특징으로 하고 있다.
(오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 제어)
도 10은 도 1에서 도시한 오존 가스 공급 시스템(10)에 상당하는, 실시의 형태 3의 오존 가스 공급 시스템(20)에 의한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 내부 구성을 도시하는 설명도이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 실시의 형태 1의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 상당하는 실시의 형태 3의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)은, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각과 대응하는 부분이 일체적으로 형성된다. 이하, 도 10에서는, 설명의 사정상, n=3인 경우를 예로 들어서 설명한다.
오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 대응하여 오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c)가 일체적으로 마련되고, 오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c)에 밀접하여 장착 블록(93a 내지 93c)이 마련된다. 장착 블록(93a, 93b, 및 93c)의 일방 경로측(도면중 상방)에는 오존 가스 제어 밸브(9ab), 오존 가스 제어 밸브(9bc) 및 오존 가스 제어 밸브(9ca)를 마련하고 있다.
그리고, 장착 블록(93a)의 일방 경로측의 오존 가스 제어 밸브(9ab)가 배관 조인트(98u), 유닛 사이 오존 가스 배관(95ab), 배관 조인트(98d)를 통하여 장착 블록(93ab)의 타방 경로(도면중 하방)와 이어진다. 마찬가지로 하여, 장착 블록(93ab)의 일방 경로측의 오존 가스 제어 밸브(9ab)가 배관 조인트(98u), 유닛 사이 오존 가스 배관(95bc), 및 배관 조인트(98d)를 통하여 장착 블록(93ac)의 타방 경로와 이어지고, 장착 블록(93ac)의 일방 경로측의 오존 가스 제어 밸브(9ca)가 배관 조인트(98u), 유닛 사이 오존 가스 배관(95ca) 및 배관 조인트(98d)를 통하여 장착 블록(93a)의 타방 경로와 이어진다.
또한, 장착 블록(93a 내지 93c)의 출력부(도면 중 우측으로부터 오존 가스 출력구(25-1 내지 25-n)를 통하여 실시의 형태 3의 오존 가스 공급 시스템(20)의 외부에 출력된다.
따라서 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)은 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)과 회로 구성으로서 같은 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)를 갖고 있다.
그리고, 오존 가스 출력구(25-1 내지 25-n)와 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)와의 사이에 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)가 끼여 삽입된다.
오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)을 구성하는 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)에서, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c)는 노멀리 오픈 타입(NO), 오존 가스 제어 밸브(9bc, 9ab, 9ca)는 노멀리 클로즈 타입(NC)이다.
그리고, 시스템 통괄 관리 유닛(8)의 시스템 관리 제어부(84)로부터의 제어 신호(S8a)가 오존 가스 제어 밸브(9a) 및 오존 가스 제어 밸브(9ab)에 주어지고, 제어 신호(S8b)가 오존 가스 제어 밸브(9b) 및 오존 가스 제어 밸브(9bc)에 주어지고, 제어 신호(S8c)가 오존 가스 제어 밸브(9c), 및 오존 가스 제어 밸브(9ca)에 주어진다.
이와 같이, 시스템 통괄 관리 유닛(8)의 시스템 관리 제어부(84)로부터의 제어 신호(S8)(S8a 내지 S8c)에 의거하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 열린 상태, 닫힌 상태가 제어된다.
도 10에서는, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)중, 오존 처리 장치(12-2)의 1대만 운전하고 있고(오존 가스 개폐 밸브(22-2)가 열린 상태), 오존 처리 장치(12-2)에 대한 오존 가스 유량으로서는, 30SLM인 오존 가스를 공급한 경우의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)의 상태를 나타내고 있다.
즉, 시스템 관리 제어부(84)로부터의 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)에 의해 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 10SLM인 오존 가스를 출력시키고, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab)를 열린 상태(속이 검은)로 하고, 오존 가스 제어 밸브(9ca)를 닫힌 상태(속이 하얀)로 하고 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)중, 오존 가스 개폐 밸브(22-2)만을 열린 상태로 하고, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 및 22-n)를 닫힌 상태로 하고 있다. 오존 처리 장치(12-2)만 사용하고 다른 오존 처리 장치(12)는 사용하지 않는 경우 오존 가스 개폐 밸브(22)를 폐(담힘)로 하도록 하였지만, 전혀 오존 처리 장치가 없는 경우는 사용하지 않는 오존 가스 출구인(25-1, 25-n)의 배관 부분을 강제적으로 배관 캡 조인트로 막아도 좋다. 또한 오존 가스 공급 시스템(10) 내의 각 오존 발생 유닛 사이 접속 배관(95ab, 95bc, 95ca)의 어느 하나를 배관하지 않는 경우는 배관 조인트인(98u, 98d)의 어느 하나를 배관 캡 조인트로 하여 막음으로써, 출력 오존 가스를 차단하는 것은 말할 필요도 없다.
이와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 및 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)을 제어하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 각각 10SLM의 유량의 오존 가스를 출력시킴에 의해, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 통하여 오존 처리 장치(12-2)에 대해 가스 유량 30SLM인 오존 가스를 공급할 수 있다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
도 11은 실시의 형태 2의 1단위의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7Y)은, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), 오존 농도계(5), 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4), 및 가스 배관 집적 블록(30)에 더하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)의 구성 부분도 집약하고 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)의 구성 부분을 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하기 위해, 블록 본체(930a 및 930b)(도 10의 장착 블록(93a 내지 93c)의 어느 하나에 상당)을 중심으로 하여, 오존 가스 제어 밸브 수납부(931, 932), 오존 가스 출력부(933), 오존 가스 분기부(934, 935)를 마련하고 있다.
오존 가스 제어 밸브 수납부(931)는 내부에 오존 가스 제어 밸브(90x)(오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c)의 어느 하나에 상당)를 수납하고 있고, 오존 가스 제어 밸브 수납부(932)는 내부에 오존 가스 제어 밸브(90xy)(오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc 및 9ca)의 어느 하나에 상당)를 수납하고 있다. 오존 가스 출력부(933)는, 도 9에서 도시한 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)의 오존 가스 출력구(15)에 상당하고, 도 10의 오존 가스 출력구(25)에 이어진다. 오존 가스 분기부(934)가 도 10에서 도시한 배관 조인트(98u)에 이어지는 일방 경로측의 분기부(유닛 사이 오존 가스 공압 밸브 배관 접속구)로서 기능하고, 오존 가스 분기부(935)는 도 10에서 도시한 배관 조인트(98d)에 이어지는 타방 경로측의 분기부(유닛 사이 오존 가스 공압 밸브 배관 접속구)로서 기능한다.
실시의 형태 3에서는, 실시의 형태 2와 마찬가지로 가스 공급 배관계, 오존 가스 출력 배관계 및 냉각 배관계(13A, 13B)를 전부 하나의 가스 배관 집적 블록(30)에 집약하고, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y)의 구성 부분을 조합시켜서, 가스 배관 집적 블록(30) 내에 가스 공급 배관, 오존 가스 출력 배관, 냉각 배관 각각의 배관 경로를 조립하고 있다.
원료 가스(Gm)가 공급되는 원료 가스 공급구(14)로부터 MFC(3)를 통한 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)에의 원료 가스 입력 배관은, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)과 거의 마찬가지로, 원료 가스 공급구(14), 배관 경로(R30a), 블록 내 유로(B3), MFC(3), 블록 내 유로(B3), 배관 경로(R30b), 및 오존 발생기 입력부(ET1)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다.
오존 발생기(1)의 오존 발생기 출력부(EX1)로부터, 가스 필터(51), 오존 농도계(5), 및 APC(4)를 통하여 블록 본체(930b)까지의 오존 가스 출력 배관은, 오존 발생기 출력부(EX1), 배관 경로(R30c), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 가스 필터(51), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 배관 경로(R30d), 블록 내 유로(B5), 오존 농도계(5), 블록 내 유로(B5), 배관 경로(R30e), 블록 내 유로(B4), APC(4), 블록 내 유로(B4), 배관 경로(R30f), 블록 본체(930a)(내측 부분), 오존 가스 제어 밸브(90x), 배관 경로(R30g), 블록 본체(930b)(외측 부분)의 순으로 형성되는 경로로 구성된다. 또한, 블록 본체(930a 및 930b)를 일체적으로 구성하고, 가스 배관 집적 블록(30) 내를 관통하여 형성하여도 좋다.
블록 본체(930b) 내에서, 오존 가스 제어 밸브(90xy)를 통하여 오존 가스 분기부(934)에 이어지는 일방 분기 경로와, 오존 가스 분기부(935)에 이어지는 타방 분기 경로와, 상기 일방 및 타방 분기 경로와 상기 오존 가스 출력 배관이 합류한 후, 오존 가스 출력부(933)로부터 출력되는 합류 경로가 형성된다.
그리고, 다른 구성 및 배관 경로 등은, 도 9에서 도시한 오존 발생 유닛(7X)과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
실시의 형태 3의 오존 가스 공급 시스템(20)에서, 각각이 오존 가스 제어 밸브(90x, 90xy)를 수납하는 복수의 오존 가스 제어 밸브 수납부(931, 932)는 각각 대응하는 오존 발생 유닛(7Y)에서의 가스 배관 집적 블록(30)에 밀착하여 장착되고, 상기 오존 가스의 출력 배관 경로상에 끼여 삽입되어 있다.
이 때문에, 오존 가스 공급 시스템(20) 내에서, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9Y) 및 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 조합 구조의 소형화를 도모할 수 있는 효과를 이룬다.
이와 같이, 실시의 형태 3의 오존 발생 유닛(7Y)은, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)의 특징에 더하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)의 구성 부분의 대부분과 가스 배관 집적 블록(30)과의 일체화를 도모함에 의해, 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)과 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 별도 구성하는 경우에 비하여, 보다 한층의 소형화를 도모할 수 있다.
<실시의 형태 4(기본 구성 : 제 1의 양태)>
도 12는 본 발명의 실시의 형태 4(기본 구성 : 제 1의 양태)인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
(전체 구성)
도 12에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(101)은 내부에 n(≥2)개의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 갖고 있고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 사이에서 공통의 수분 제거 필터(59)를 1개 갖고 있다. 수분 제거 필터(59)는, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 미량의 수분을 트랩(제거)할 수 있는 기능을 갖고 있다. 이와 같이, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)은, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스를 수분 제거 필터(59)를 통과시킨 후, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)에 공급하고 있다.
이하, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)중 오존 발생 유닛(7-2)을 대표로서 채택하여 그 내부 구성을 도 12 중심에 참조하여 설명한다.
오존 가스 공급 시스템(101)의 원료 가스 공급구(14)로부터 수분 제거 필터(59)를 통하여, 원료 가스가, 원료 가스 공급구(14-2) 및 MFC(3)를 경유하여 오존 발생 유닛(7-2) 내의 오존 발생기(1)에 공급된다. 오존 발생기(1)의 내부는 산소 가스를 포함한 고순도 가스(원료 가스)가 충만되어 있고, 오존 가스 공급 시스템(101) 내의 오존 전원(2)으로부터 고주파 고전압(HV, LV)이 오존 발생기(1) 내의 전극 사이에 인가되고, 이 전극 사이에서 유전체 배리어 방전(무성 방전)을 함에 의해, 방전 공간의 가스가 방전에 의해 산소 가스가 해리되어, 산소 원자가 되고, 이 산소 원자와 산소 가스(산소 분자)와의 화학 결합으로, 이하의 식(1), 식(2)에 표시하는 바와 같이 오존 가스를 생성된다. 그리고, 오존 전원(2)은 후에 상세히 기술하지만 컨버터(2a), 인버터(2b) 및 고전압 회로부(2c)에 의해 구성된다. 또한, 식(2)의 M은, 3체 충돌의 제 3체를 의미한다.
[화학식 1]
O2 + (무성방전) ⇒ O + O … (1)
[화학식 2]
O + O2 + M ⇒ O3 … (2)
( 3체충돌 )
원료 가스의 산소 가스(O2)와 무성 방전으로, 상기한 바와 같은 식(1), 식(2)으로 표시하는 화학 반응으로 오존 가스(O3)가 생성되는데, 원료 가스에는, 산소 가스 이외에 질소 가스(N2) 등의 불순물이 1 내지 2PPM 정도(1014개/c㎥) 포함된다. 또한, 원료 가스에 포함되는 수분량은, 통상 가스의 노점이 -70℃ 정도로 관리되고 있기 때문에, 도 26에 도시하는 바와 같이, 1PPM(1014개/c㎥) 내지 10PPM(1015개/c㎥) 정도 포함된다. 그리고, 도 26은 원료 가스의 노점과 원료 가스에 포함되는 수분량과의 관계를 도시하는 설명도이다. 이들의 질소 가스나 수분도 무성 방전에 의해, 분자 가스가 해리하여, 질소 산화물이나 수소 산화물이나 질소와 수소 화합물인 히드라진(N2H4) 화합물 등의 가스도 오존 가스 발생기 내에서 생성되고, 오존 가스와 함께 출력된다.
이들의 화합물 가스로, 특히 이하의 식(3) 내지 식(7)에 표시하는 바와 같은 과정을 경유하여 활성 가스가 생성되면, 매우 활성인 가스이기 때문에, 오존 가스를 취출하기 위한 배관 경로나 APC(4)나 MFC(3)나 가스 개폐 밸브(변) 등의 오존 가스와의 접촉 부분에서, 금속 표면에서 부식 화학 반응을 하여, 부품의 발열이나 금속 부식이 생기고, 상기한 부품 등의 고장의 원인이 되어 있다. 또한 출력하는 오존 가스 자신도 금속 부식의 결과 생기는 금속 콘태미네이션이 다량으로 포함되는 가스가 되여, 오존 가스의 품질도 나빠지고 있다.
[화학식 3]
H2O + (무성방전) ⇒ 2H+ + O2 - … (3)
[화학식 4]
2H+ + O2 + NO- + (무성방전) ⇒ HNO3 (질산 클러스터) … (4)
[화학식 5]
O2 + O3 + (무성방전) ⇒ O(1D) + 2O2 … (5)
[화학식 6]
O(1D) + H2O + (무성방전) ⇒ 2OH(OH래디칼) … (6)
[화학식 7]
O3 + H2O + (무성방전)⇒ HO3 + OH-(OH래디칼) … (7)
상기한 바와 같이, 식(3) 및 식(4)의 화학 반응을 경유하여, 수분해(水分解) 반응으로 질산 클러스터 가스(HNO3)가 생성되고, 식(5) 내지 식(7)의 화학 반응을 경유하여, OH 래디칼 가스가 생성된다.
원료 가스 중에 포함되는 수분에 의해, 상기한 화학식(3) 내지 (7)로 표시되는 바와 같은, 질산 클러스터 가스, OH 래디칼, OH 래디칼 이온 등은 매우 활성이고, 비교적 수명이 긴 가스가 오존 발생기(1) 내에서 생성되어, 생성한 오존 가스와 함께 출력된다. 이 때문에, 배관 경로나 APC나 MFC나 가스 개폐 밸브 등의 오존 가스와의 접촉 부분에서, 금속 표면에서 부식 화학 반응을 하여, 부품의 발열이나 금속 부식이 생기고, 상기한 부품 등의 고장의 원인이 되어 있던 것이, 실험 등으로 밝혀졌다. 그 때문에, 이들의 활성 가스의 생성량을 줄이는데는, 오존 가스에 공급되는 원료 가스 중에 포함되는 수분량을 줄이는 것이 중요한 것이 밝혀졌다.
이 원료 가스 중에 포함되는 질소 가스 등의 불순물이나 수분량은, 정상시는, 가스의 성분량으로 정해지지만, 실제의 가동하고 있는 장치에서는, 장치의 운전 시작시나 유지 보수 등의 과도시에서는, 가스 공급부 등의 배관면에도, 질소 가스나 수분이 부착하여 있고, 이들의 부착한 것이, 원료 가스와 함께 방출되면, 1 내지 2PPM을 초과하는 불순물량이나 수분량이 오존 발생기(1)에 들어가고, 상기한 악영향을 미치는 가스가, 오존 가스에 섞여서 출력되게 된다.
상기한 점을 고려하여, 오존 발생기(1)에 공급되는 원료 가스에 포함되는 수분을 제거하기 위해서는, 오존 가스 공급 시스템(101) 내의 원료 가스 공급구(14)의 부근에 공급되는 원료 가스 중의 수분을 흡착 등에 의한 제거하는 수분 제거 필터(59)를 마련하는 것이, 매우 효과적이라는 것을 알았다. 또한, 수분 제거 필터(59)는 흡착용으로 실리카겔을 이용하거나, 히터 가열을 이용하거나 하는 구성에 의해 실현된다.
수분 제거 필터(59)의 성능으로서는, 특히, 원료 가스에 포함되는 수분량을 300PPB 미만으로 할 수 있는 수분 제거 필터(59)가 알맞는 결과로 되었다.
본 실시의 형태는 오존 발생기(1)로서 무성 방전 방식에 의한 오존 발생기 구조의 것을 대표하여 설명하였지만, 오존 발생시키는 기능으로서는, 연면 방전이나 글로 방전을 이용한 오존 발생기 구조나 초고주파나 마이크로파 방전을 이용한 오존 발생기 구조도 있고, 또한 전해 매질을 이용한 오존 발생기도 있고, 이들의 오존 발생기라도 좋다.
오존을 안정 출력하는데는, 오존 발생기(1)에 공급하는 원료 가스의 가스 종(種)의 한정, 특히, 원료 가스에 포함되는 수분량의 억제가 중요함과 함께, 유량치나 오존 발생기 내의 가스 압력이나 전극을 냉각하는 수온, 수량(水量) 등의 환경 조건을 일정하게 조정하는 기능이 중요하다.
즉, 원료 가스에 포함되는 수분량의 억제에 수분 제거 필터(59)를 이용하고, 상기 유량치의 조정에 MFC(3)가 이용되고, 오존 발생기(1) 내의 가스 압력의 조정에 APC(3)가 이용되고, 전극을 냉각하는 수온, 수량(水量) 등의 환경 조건을 일정하게 하기 위해 냉각수 입구(13a-1 내지 13a-n)로부터의 냉각수에 의한 냉각 기능이 이용되고 있다. 이와 같은 기능을 갖는 제어 수단(MFC(3), APC(4), 오존 농도계(5) 및 가스 필터(51))를 하기에 기재한다.
오존 가스 공급 시스템(101)의 원료 가스 공급구(14), 수분 제거 필터(59), 오존 발생 유닛(7-2)의 원료 가스 공급구(14-2)로부터 얻어지는 소정의 원료 가스 유량(Q)의 원료 가스가, 가스 유량 컨트롤러(MFC)(3)를 통하여 오존 발생기(1)에 일정 유량으로 원료 가스가 공급된다.
오존 발생기(1) 내의 압력을 일정하게 하는 수단으로서, 발생기 내의 가스 압력을 검출하는 수단과, 이 검출한 발생기에 출력하는 오존 가스량을 미조정함으로써, 오존 발생기(1) 내의 압력을 일정하게 하는 기능을 오존 발생기 시스템에는 보유하고 있다. 이 하나의 방법으로서, 발생기 압력을 자동으로 소정 압력으로 조정하는 자동 압력 조정기(APC)(4)가 있고, 이 자동 압력 조정기(APC)(4)가 오존 발생기의 오존 가스 출력 배관 가스 라인에 마련되어 있다.
오존 가스 출력 배관 가스 라인의 구체적인 구성으로서는, 오존 발생기(1) 내에서 생성한 오존 가스로부터 불순물이나 이물을 제거하는 가스 필터(51)에 통과시킨 후, 오존 농도계(5), 발생기 압력을 자동으로 소정 압력으로 조정하는 자동 압력 조정기(APC)(4)를 통하여 연속적으로 소정의 오존 농도(C)를 갖는 오존(화산소) 가스를 오존 가스 출력구(15-2)로부터 오존 발생 유닛(7-2)의 외부에 출력하고 있다.
오존 가스 출력 배관 가스 라인에는, 출력 오존 가스 유량을 일정 출력하기 위한 오존 가스 유량 컨트롤러(MFC)를 마련하는 경우도 있다. 이 실시의 형태에서는, 이 오존 가스 유량 컨트롤러(MFC)는 마련하지 않는다.
따라서 출력한 오존 가스의 유량(Qx)은, 원료 가스 유량(Q)으로부터 오존으로 변환한 오존 유량(Qc)과 변환되지 않은 원료 산소 유량(Qn)의 합으로 된다. 즉, 오존(화 산소) 가스의 유량(Qx)은, 원료(산소) 가스 유량(Q), 오존 농도(C)에 의거한 식(A) {Qx=F(Q, C) … (A)}에 의해 결정한다.
이 가스 유량 컨트롤러(MFC)(3)에서, 오존 발생기에 공급하는 원료 가스 유량을 일정치로 제어하고 있다.
또한, APC(4)는, 오존 발생기(1)의 오존 가스의 출력 배관 경로 내를 흐르는 오존 가스의 압력을 제어함에 의해 오존 발생기(1)의 가스 압력을 자동적으로 일정치로 제어하고 있다.
오존 발생 유닛(7-2)은, 오존 가스를 발생하는 수단을 갖는 오존 발생기(1), 오존 가스에 소정의 전력을 공급하는 수단을 갖는 오존 전원(2), 공급하는 원료 가스 유량을 일정치로 제어하는 수단을 갖는 MFC(3), 오존 발생기(1) 내의 압력치를 일정치로 제어하는 수단을 갖는 APC(4), 출력하는 오존 가스의 불순물 가스를 트랩하는 수단을 갖는 가스 필터(51), 출력하는 오존 농도치를 검출하는 수단을 갖는 오존 농도계(5) 등의 복수개의 기능 수단을 집약하여 1단위의 패키지 유닛으로서 구성되어 있다. 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 구성은 전부 같고(7-2 이외는 도시 생략), 오존 발생 유닛(7-2)을 대표하여 설명한 내부 구성을 나타내고 있다.
이들 MFC(3), APC(4), 오존 농도계(5) 및 가스 필터(51)에 의해 오존 발생기(1)에 관련된 제어 수단을 구성한다. 제어 수단으로서는 MFC(3), APC(4), 오존 농도계(5) 및 가스 필터(51)중, 적어도 2개의 수단을 갖는 것이 안정된 오존 가스를 공급하는 점에서 바람직하다.
각 오존 발생 유닛(7)(오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n))의 저면에 누수 센서(6)를 마련하고, 각 오존 발생 유닛(7)의 누수의 유무를 감시하고 있다. 즉, 누수 센서(6)로부터 얻어지는 정보가 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 EMO 회로(비상 정지 회로)(81)에 의해 얻어지고, 시스템 관리 제어부(84)의 제어하에서 감시된다.
또한, 오존 가스 공급 시스템(101) 내에 마련되는 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 장치 내를 배기 덕트(11)로부터 진공흡인하여 부압 상태로 감시하기 위한 배기 센서(23), 오존 누설 센서(24) 각각의 검출 정보를 받고 있다. 그리고, 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 배기 센서(23)에 의한 배기 이상, 오존 누설 센서(24)에 의한 누설 이상을 받으면, 시스템 관리 제어부(84)로부터 모든 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 정지를 지시하는 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 주어, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 운전을 정지시킨다.
또한, 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 시스템 관리 제어부(84)는, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터, 요구 오존 유량(Qs12) 및 요구 오존 농도(Cs12)를 포함하는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)를 유저 정보 I/F(83)를 통하여 받는다.
그리고, 시스템 관리 제어부(84)는, 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)의 지시 내용에 의거하여, 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 출력함과 함께, 제어 신호(S8)를 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 출력한다.
그 결과, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각으로부터 출력하는 오존 가스의 유량, 농도가 제어됨과 함께, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에서의 오존 가스 제어 밸브(9a) 등의 개폐 제어가 행하여지고, 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)의 지시 내용에 따른 가스 유량, 농도의 오존 가스를 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 공급할 수 있다. 이하, 시스템 통괄 관리 유닛(8)에 관해 더욱 상세히 기술한다.
시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 장치의 비상 정지를 행하는 EMO 회로(81), 유닛 정보 I/F(82), 유저 정보 I/F(83), 시스템 관리 제어부(84) 및 메인 조작 패널(85)을 갖고 있다.
EMO 회로(81)는, 전술한 바와 같이, 각 오존 발생 유닛(7)의 누수 센서(6)로부터 얻어지는 시스템의 이상 신호를 감시하는 회로이다. 구체적으로는, EMO 회로(81)가 누수 센서(6)로부터 누수 이상의 검출 정보를 받으면, 당해 정보를 시스템 관리 제어부(84)에 전달하고, 시스템 관리 제어부(84)로부터, 누수 이상을 검출한 누수 센서(6)에 대응하는 오존 발생 유닛(7)에 오존 발생 유닛 제어 신호(86)(오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)의 어느 하나)를 주어, 당해 오존 발생 유닛(7)을 정지시킨다.
유닛 정보 I/F(82)는, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 유닛 정보 신호(17-1 내지 17-n)의 수수를 행하는 기능을 갖고 있다.
유저 정보 I/F(83)는, 전술한 바와 같이, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터의 지령 신호인 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)(요구 오존 유량(Qs12), 요구 오존 농도(Cs12), 운전 정보(Y), 장치 No. 등을 지시)를 수신하는 기능을 갖고 있다.
시스템 관리 제어부(84)는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9ab, 9bc, 9ca)를 개폐 제어하기 위한 지령인 제어 신호(S8)를 출력하고, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 통괄 제어를 행한다. 시스템 관리 제어부(84)는 메인 조작 패널(85)과의 정보의 수수도 행하는 기능을 갖고 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(101)은 냉각수 입구(13A) 및 냉각수 출구(13B)를 가지며, 냉각수 입구(13A)로부터 냉각수 입구(13a-1 내지 13a-n)를 통하여 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 도시하지 않은 외부의 냉각 장치로부터의 냉각수를 받아들이고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 냉각 후의 물을 냉각수 출구(13b-1 내지 13b-n)를 통하여 냉각수 출구(13B)로부터 외부에 출력하고 있다.
여기서는, 상세를 기재하지 않지만, 외부의 냉각 장치로부터의 냉각수의 수량 및 수온은, 일정치의 것을 공급되도록 제어되어 있다.
오존 가스 공급 시스템(101)은 원료 가스 공급구(14)를 가지며, 원료 가스 공급구(14)로부터 수분 제거 필터(59)를 통과시키고, 또한, 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)를 통하여 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 외부로부터 원료 가스를 받아들이고 있다.
오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 오존 가스 출력구(15-1 내지 15-n)는 내부의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)에 접속되고, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)으로부터 오존 가스 출력구(25-1 내지 25-n)를 통하여 오존 가스 공급 시스템(101)의 외부에 오존 가스가 출력된다.
n대의 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)로부터 출력되는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)는 유저 정보 I/F(83)를 통하여 시스템 관리 제어부(84)에 받아들여진다. 처리 오존 가스 이벤트 신호(16)(16-1 내지 16-n)는 요구 오존 유량(Qs12), 원료 가스 설정 농도(Cs12) 및 운전 정보(Y) 등을 지시하고 있다. 시스템 관리 제어부(84)는 처리 오존 가스 이벤트 신호(16-1 내지 16-n)에 의거하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 제어하는 오존 발생 유닛 제어 신호(86-1 내지 86-n)를 출력하는 기능을 갖고 있다.
오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은 오존 발생 유닛용 조작 패널(85-1 내지 85-n)을 갖고 있다. 또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 유닛 정보 신호(17-1 내지 17-n)가 시스템 통괄 관리 유닛(8)의 유닛 정보 I/F(82)를 통하여 시스템 관리 제어부(84)에 전달된다. 유닛 정보 신호(17)(17-1 내지 17-n)는, 각 오존 발생 유닛(7)에서의 오존 발생기(1)의 고장이나 운전/정지 상태를 지시하는 정보 신호이다.
처리 오존 가스 이벤트 신호(16)에 포함되는 운전 정보(Y)는, 각 오존 처리 장치(12)(12-1 내지 12-n)의 고장이나 운전/정지 상태 정보 신호를 나타내는 유저 정보 신호에 상당하고, 전술한 바와 같이, 시스템 통괄 관리 유닛(8) 내의 유저 정보 I/F(83)에 받아들여진다.
또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은 각각 오존 제어부(19)를 갖고 있다. 오존 제어부(19)는, 후에 상세히 기술하는 바와 같이, 원료 가스 유량의 설정 유량(Qs), 검출 유량(Q), 오존 발생기(1)의 발생기 압력의 설정 압력(Ps), 검출 압력(P) 및 각 오존 발생 유닛(7)으로부터 출력하는 오존 농도(C)를 수신하고, 오존 전원(2)을 제어하여 오존 발생기(1)로부터 발생하는 오존 가스의 오존 농도, 가스 유량 등을 제어하는 제어부이다. 또한, 오존 제어부(19)는, 오존 농도계(5), MFC(3), APC(4) 및 오존 전원(2)의 사이에서 신호 수수를 행하고 있다.
(오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 제어)
오존 가스 공급 시스템(101)의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)의 구성 및 동작은, 도 2에서 도시한 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)에서의 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
(메인 조작 패널)
오존 가스 공급 시스템(101)의 메인 조작 패널(85)은, 도 3에서 도시한 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)에서의 메인 조작 패널(85)과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
(오존 제어부(데이터 메모리(1S6)))
오존 가스 공급 시스템(101)에서의 오존 제어부(19)의 구성 및 동작은 내부의 데이터 메모리(1S6)를 포함하고, 도 4 내지 도 7에서 도시한 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)에서의 오존 제어부(19) 및 데이터 메모리(1S6)의 경우와 마찬가지이기 때문에, 설명을 적절히 생략한다.
(효과 등)
상술한 실시의 형태 4에서는, 원료 가스 공급구(14)에 수분 제거 필터(59)를 장착하고, 하나의 오존 가스 공급 시스템(101)에 복수의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 구비하고, 각 오존 발생 유닛(7)은, 오존 가스를 발생시키는 수단을 갖는 오존 발생기(1), 오존 발생에 공급하는 전력을 공급과 제어하는 수단을 갖는 오존 전원(2), 원료 가스 또는 오존 가스 유량(Q)을 일정치로 제어하는 수단을 갖는 MFC(3), 오존 발생기(1) 내의 압력(P)을 일정하게 제어하는 수단을 갖는 자동 제어하는 APC(4), 및 출력하는 오존 가스의 농도치(C)를 검출하는 수단을 갖는 오존 농도계(5)를 탑재하고 있다.
그리고, 오존 가스 공급 시스템(101)은, 각 오존 발생기(1)로부터 출력 오존 가스 배관에 대응하여 개폐 밸브(오존 가스 제어 밸브(9a 내지 9c))를 마련하고, 또한, 상기 각 오존 발생기(1)의 출력 오존 가스 배관 사이에도 개폐 밸브(9bc, 9ab, 9ca)를 마련한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 마련하고 있다.
실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)은, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 동작에 의해, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 출력되는 복수의 오존 가스의 1 또는 2 이상의 조합을, 오존 처리 장치(12-1)의 어느 하나에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 시스템 통괄 관리 유닛(8)(오존 가스 출력 유량 관리 유닛)을 갖고 있다.
따라서 오존 가스 공급 시스템(101) 내에 마련한 수분 제거 필터(59)에 의해, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스를 원료 가스 중에 포함되는 수분량이 1 내지 10PPM 정도의 것이, 10 내지 100PPB 정도까지 내려졌기 때문에, 오존 생성과 함께, 수분과 불순물과 무성 방전에 의해 생성된 질산 클러스터(HNO3)나 OH 래디칼 가스나 OH 래디칼 이온 가스나 HO3 + 이온 등의 활성 가스를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 오존 발생기(1)의 오존 가스 출력부에 마련한 APC(4), MFC(3), 오존 농도계(5)(오존 모니터)나 가스 개폐 밸브(변)나 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)가 질산 이온 클러스터(HNO3)나 OH 래디칼 가스나 HO3 + 이온 등의 활성 가스에 의한 소모나 고장을 억제할 수 있다.
또한, 출력하는 오존 가스로서, 질산 클러스터(HNO3)나 OH 래디칼 가스나 금속 콘태미네이션이 적은 품질이 높은 오존 가스를 제공할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 4에서의 오존 가스 공급 시스템(101)에서는, 원료 가스 공급구(14)에 공급하는 원료 가스에 포함되는 미량의 수분을 트랩할 수 있는 기능을 갖는 수분 제거 필터(59)를 마련함으로써, 오존 발생기(1)에 공급하는 원료 가스는, 수분 제거 필터(59)에 의해, 원료 가스에 포함되는 수분량을 300PPB 이하로 하여 품질이 높은 오존 가스를 공급할 수 있는 효과를 이룬다.
상술한 바와 같이, 실시의 형태 5의 오존 가스 공급 시스템(101)에서는, 수분 제거 필터(59)를 장착하도록 하고 있다. 그 결과, 보다 노점이 높은 오존 가스를 제공할 뿐만 아니라, 장착한 수분 제거 필터(59)에서, 수분량을 제거할 수 있기 때문에, 오존 가스를 발생시키기 전의 퍼지 가스를 흘리는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있고, 장치의 작동시간을 대폭적으로 단축할 수 있는 효과를 이룬다.
더하여, 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c)를 열린 상태, 오존 가스 제어 밸브(9ab, 9bc, 9ca)를 닫힌 상태로 하고, 오존 가스 개폐 밸브(22-1 내지 22-n)를 열린 상태로 함에 의해, 1대1로 대응하는 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)에 오존 가스를 공급함에 의해, 공급되는 오존의 가스 유량·오존 가스 농도를 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n) 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
그리고, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)은, 실시의 형태 1과 마찬가지로 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 2 이상의 오존 가스 출력의 조합을 하나의 오존 처리 장치(오존 처리 장치(12-2))에 공급함에 의해, 다양한 가스 유량 및 농도의 오존 가스를 공급할 수 있다.
또한, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)중 일부에 이상이 발생하여도, 정상 동작하는 나머지 오존 발생 유닛(7)에 의해, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 어느것에도 오존 가스를 공급할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급을 실현할 수 있음과 함께 출력 오존 가스에 포함되는 활성 가스가 적은 품질이 높은 오존 가스를 제공할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)은, 실시의 형태 1의 오존 가스 공급 시스템(10)과 마찬가지로 시스템 관리 제어부(84)로부터의 제어 신호(S8)에 의해 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)을 제어하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)으로부터 출력되는 오존 가스의 조합·선택 처리를 행하여, 소망하는 가스 유량, 오존 가스 농도의 오존 가스를 오존 처리 장치(12)에 출력할 수 있도록 하고 있다.
또한, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)은, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9) 내에 마련된 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)를 전기 또는 에어 압력에 의해 개폐할 수 있는 전동 밸브 또는 공압 밸브로 하여, 제어 신호(S8)의 제어하에서 각 오존 발생 유닛(7) 내의 오존 발생기(1)로부터 외부에 출력하는 오존 가스의 가스 유량, 오존 가스 농도를 집중 관리할 수 있다.
또한, 시스템 통괄 관리 유닛(8)은, 누수 센서(6), EMO 회로(81), 유닛 정보 I/F(82), 시스템 관리 제어부(84) 등을 구비함에 의해, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 어느 하나에 비상 정지, 누수가 검지된 경우, 대응하는 상기 오존 발생 유닛을 정지시킬 수 있다.
또한, 배기 센서(23), 오존 누설 센서(24), 시스템 관리 제어부(84) 등을 구비함에 의해, 시스템 전체로서 배기 이상, 오존 누설 이상을 검출한 때, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 전부 정지시킬 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)(제 1의 양태)은, 각 오존 발생 유닛(7)의 이상시, 오존 가스 공급 시스템(101) 전체의 이상시 등에서의 안전 정지 기능을 구비함에 의해, 안전성이 높은 시스템을 실현할 수 있다.
<실시의 형태 4의 제 2의 양태>
실시의 형태 4의 제 2의 양태는, 도 8 및 도 9에서 도시한 실시의 형태 2와 마찬가지로, 오존 전원부(2), 오존 발생기(1) 각각의 소형화를 실현시켜서, 컴팩트화한 전력을 공급하고, 전력량을 제어하는 수단을 갖는 오존 전원부(2), 오존 가스를 발생하는 수단을 갖는 오존 발생기(1)에 더하여, 원료 가스 유량을 제어하는 수단을 갖는 MFC(3), 오존 가스의 불순물을 제거하는 수단을 갖는 가스 필터(51), 출력하는 오존 가스 농도를 검지하는 수단을 갖는 오존 농도계(5), 오존 발생기 내의 가스 압력을 일정치로 제어하는 수단을 갖는 APC(4)를 집약하여 패키지화하여 구조상으로도 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 실현할 수 있다.
(오존 전원(2)의 컴팩트화)
실시의 형태 4에서도, 실시의 형태 1의 도 8에서 도시한 회로 구성을 채용함에 의해, 오존 발생기(1) 및 오존 전원부(2)의 메인 부품의 일체화를 실현시켜서 컴팩트화한 회로 구성을 실현할 수 있다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
실시의 형태 4에서도, 도 9에서 도시한 실시의 형태 1과 마찬가지로 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4), 및 가스 배관 집적 블록(30)을 집약한 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 실현할 수 있다.
종래의 오존 가스 공급 시스템이나, 종래의 오존 발생 장치에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 도 25에 도시하는 바와 같이, 가스 제어 유닛(400), 오존 전원에 상당하는 인버터 제어 유닛(500), 및 오존 발생 유닛(600)과 3개로 분할한 각 블록 사이에서 전기적 접속이나 가스 배관에 의한 접속을 할 수가 없고, 도 9로 도시하는 구조는 실현 불가능하였다.
또한, 원료 가스는,설치된 유틸리티에 있는 원료 가스를 직접 오존 가스 공급 시스템에 공급하도록 하고 있기 때문에, 오존 발생기에 공급하는 원료 가스 중에 포함되는 수분량을 억제하는 수단을 갖지 않아, 오존 가스 출력부에 마련한 가스 제어 기기의 고장율이 높았다.
실시의 형태 4의 제 2의 양태에서도, 실시의 형태 1과 마찬가지로 도 9에 도시하는 바와 같이, 오존 발생 유닛(7X)은, 이들 3개의 유닛(400, 500, 600)을 집약하여, 도 25에서 도시한 구성에 비하여, 대폭적으로 소형화를 실현시키고, 또한, 도 12로 도시하는 오존 가스 공급 시스템(101)의 원료 가스 공급구(14)에 수분 제거 필터(59)를 장착하였기 때문에, 오존 가스 출력부에 마련한 가스 제어 기기의 고장율이 저감할 수 있고, 품질이 높은 오존 가스를 제공할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 4의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)은, 실시의 형태 1과 마찬가지로 오존 발생 유닛(7X)으로서, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), APC(4) 및 오존 농도계(5)를 하나로 집약하여 1단위로 패키지화한 구조를 나타내고 있다.
그 결과, 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)과 같이, 내부에 오존 발생 유닛(7X)을 복수대 탑재할 수 있고, 오존 발생 유닛(7X)의 출력 배관끼리를 가스 제어 밸브(9)로 접속함에 의해, 실시의 형태 4에서 기술한 바와 같이, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 각 오존 처리 장치(12)에 오존 가스를 분산 공급하거나, 하나의 오존 처리 장치(12)에 다량의 오존 가스나 고농도의 오존 가스를 선택적으로 공급하거나 할 수 있다.
<실시의 형태 4의 제 3의 양태>
실시의 형태 4의 제 3의 양태로서, 도 10 및 도 11에서 도시한 실시의 형태 3과 마찬가지로 1단위의 오존 발생 유닛(7)에 주목하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)도 조합시킨 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모할 수도 있다.
(오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 제어)
실시의 형태 3에서 도시한 도 10의 오존 가스 공급 시스템(20)을, 도 12에서 도시한 오존 가스 공급 시스템(101)에 상당하는 구성으로 하여, 실시의 형태 4의 제 3의 양태로서 실현할 수 있다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
실시의 형태 3에서 도시한 도 11의 오존 발생 유닛(7Y)과 같이, 오존 가스 공급 시스템(101)의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각을 구성하여, 실시의 형태 4의 제 3의 양태로서 실현할 수 있다.
<실시의 형태 5>
도 13은 본 발명의 실시의 형태 5인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
실시의 형태 5의 오존 가스 공급 시스템(102)에서는 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)과 마찬가지로 오존 가스 공급 시스템(102) 구성 내에 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 수분을 트랩하는 목적의 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 마련하고 있다. 단, 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)는, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 1대1로 대응하여 마련되어 있고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 공급부 입구 부근에 마련된다. 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)는 각각 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 공급하는 원료 가스의 수분량을 억제함으로써, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각 내에서 생성하는 오존 가스의 품질을 높이는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이, 실시의 형태 5의 오존 가스 공급 시스템(102)은, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스를 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 통과시킨 후, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)에 공급하고 있다.
특히, 실시의 형태 5의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각은, 1단위의 오존 발생 유닛(7)의 원료 가스 입구부에, 가스 중에 포함되는 수분을 트랩하는 수분 제거 필터(59)(수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)의 어느 하나)를 장착하도록 하여, 실시의 형태 2와 같게 조합시킨 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것을 특징으로 하고 있다.
(원료 가스의 가스 순도 관리)
도 14는 실시의 형태 5의 1단위의 오존 발생 유닛(7X2)의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 입구(14-1 내지 14-n)에, 교환이 용이한 위치에 수분 제거 필터(59)(59-1 내지 59-n)를 장착하여, 일체적으로 형성된다. 이하, 도 13에서는, 설명의 사정상, n=3인 경우를 예로 들어서 설명한다.
또한, 이 수분은 공기 중에도 포함되는 가스이기 때문에, 원료 가스 배관 경로의 일부의 배관을 대기에 개방하면, 곧바로, 배관면에 수분이 흡착된다. 그 때문에, 이 물이 흡착된 원료 가스 배관에 원료 가스를 흘리면, 고순도 원료 가스에 포함되는 수분량뿐만 아니라, 배관에 부착한 수분도, 가스를 흘림에 의해, 이탈하여, 공급하는 원료 가스의 노점이, 도 26에 도시하는 바와 같이, 높아지고, 원료 가스 중에 포함되는 수분량이 예를 들면, 10PPM 이상으로 높아지는 경우가 있다.
원료 가스에, 질소계 가스, 탄소계 가스, 황화 가스 등의 불순물 가스나 수분이 포함되면 오존 가스의 생성뿐만 아니라, 방전에 의해 N 래디칼이나 OH 래디칼 가스도 생성되기 때문에, 이들의 래디칼 가스와 수분이 결합함으로써, 질산 가스나 OH 래디칼로서 클러스터상태의 분자상의 가스도 오존 가스에 포함하여 출력된다.
그 때문에, 이들의 질산이나 OH 래디칼의 클러스터 분자 가스 등은 매우 활성이 강한 가스이기 때문에, 오존 가스를 출력하는 가스 배관이나 밸브 등의 금속 표면과 화학 반응을 하여, 배관면이 부식되여, 출력하는 오존 가스에 부식된 금속 불순물(금속 콘태미네이션)을 발생시키는 원인이 된다.
출력하는 오존 가스에 포함되는 금속 불순물(금속 콘태미네이션)양이 높아지면, 오존 가스를 이용하여 반도체의 산화막 처리를 하고 있는 산화막의 성능 열화의 원인이 된다.
상기한 것으로부터, 원료 가스에 수분이 많이 포함되면, 출력하는 오존 가스의 품질이 나빠지는 것이, 시험으로 확인되었다. 그 때문에, 원료 가스의 공급부에 수분 제거를 목적으로 한 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 장착하도록 하였다. 특히, 실시의 형태 5에서는 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 입구(14-1 내지 14-n)에, 교환이 용이한 위치에 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 마련하고, 수분을 제거하여 오존 발생기(1)에 원료 가스를 공급하도록 하였다.
또한, 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)중 일부에 이상이 발생하여도, 정상 동작하는 나머지 수분 제거 필터(59)를 장착한 오존 발생 유닛(7)에 의해, 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)의 어느것에도 오존 가스를 공급할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 오존 가스 공급을 실현할 수 있음과 함께 출력 오존 가스에 포함되는 활성 가스가 적은 품질이 높은 오존 가스를 제공할 수 있다.
여기서는, 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 대응하여 하나 마련한 구성으로 하였지만, 불순물 가스 종에 의해, 가스 필터를 복수개 직렬 다단으로 마련하거나, 불순물 가스용의 가스 필터와 수분 트랩용의 가스 필터 직렬 다단 구성으로 하거나 하여도 좋다.
그리고, 다른 구성 및 배관 경로 등은, 도 9에서 도시한 실시의 형태 2의 오존 발생 유닛(7X)과 거의 마찬가지이기 때문에, 설명을 적절히 생략하고, 오존 발생 유닛(7X)과 다른 점을 중심으로 간단히 설명한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 배관(원료 가스 공급구(14)+수분 제거 필터(59)) 및 출력 가스 배관계(오존 가스 출력구(15))를 가스 배관 집적 블록(30)에 일체화한 가스 배관 집적 블록 구조로 함에 의해, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), 가스 배관계를 패키지화하여 오존 발생 유닛(7X2)을 보다 소형으로 하고 있다. 또한, 원료 가스 공급구(14) 및 수분 제거 필터(59)는 서로 연결하여 구성된다.
원료 가스(Gm)가 공급되는 원료 가스 공급구(14)로부터 MFC(3)를 통한 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)에의 원료 가스 입력 배관 경로는, 원료 가스 공급구(14), 수분 제거 필터(59), 배관 경로(R30a), 블록 내 유로(B3), MFC(3), 블록 내 유로(B3), 배관 경로(R30b), 및 오존 발생기 입력부(ET1)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다. 이 때, 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)의 주변에 마련된 부분이 오존 발생기 장착용 볼트(Bt1)에 의해 가스 배관 집적 블록(30)에 부착된다. 이와 같이, 가스 배관 집적 블록(30)을 이용하여 원료 가스(Gm)의 입력 배관 경로가 형성된다.
실시의 형태 5와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 배면의 원료 가스 공급구(14)에 연결하여, 교환이 용이한 부분에 수분 제거 필터(59)(수분 제거 필터(59-1 내지 59-n))를 장착하도록 하고 있다. 그 결과, 보다 노점이 높은 오존 가스를 제공할 뿐만 아니라, 장착한 수분 제거 필터(59)에서, 수분량을 제거할 수 있기 때문에, 오존 가스를 발생시키기 전의 퍼지 가스를 흘리는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있고, 장치의 작동시간을 대폭적으로 단축할 수 있는 효과를 이룬다.
<실시의 형태 6>
도 15는 본 발명의 실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
실시의 형태 6에서는, 실시의 형태 2의 「오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각에 상당하는, 1단위의 오존 발생 유닛(7)에 주목하여, 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것」이다.특히, 실시의 형태 5의 오존 발생기(1)의 원료 가스의 입력부에 마련한 MFC(3)를 제거하고, 그 대신에, 오존 발생기(1)에서 발생시킨 오존 가스의 출력부에 유량 컨트롤 수단인 MFC(53)를 배치하고, 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것이다.
(오존 가스 유량 컨트롤)
도 15에서 도시하는 실시의 형태 6의 오존 가스 공급 시스템(103)은 도 12에서 도시한 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)에 상당한다. 도 16은 실시의 형태 6의 1단위의 오존 발생 유닛의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 15, 도 16에 도시하는 바와 같이, 실시의 형태 6은, 기능적으로는, 실시의 형태 1, 실시의 형태 4 및 실시의 형태 5에서 나타낸 가스 유량을 제어하는 수단인 MFC(3)를 원료 가스 공급부에 마련하고 있던 것을, 발생한 오존 가스 배관계에 MFC(53)로서 이동한 실시의 형태이다. 즉, 실시의 형태 6의 오존 가스 공급 시스템(103)과 도 12에서 도시한 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)을 비교한 경우, MFC(3)를 제외하고, 새롭게 MFC(53)를 오존 농도계(5)와 APC(4)의 사이에 끼여 삽입하고, 또한, 수분 제거 필터(59)를 마련하지 않는 점이 다르다. 또한, 장치의 동작 등에 관해서는, 실시의 형태 1, 실시의 형태 4 및 실시의 형태 5와 거의 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
이와 같이, 실시의 형태 6의 오존 발생 유닛(7X3)은, 가스 배관 집적 블록(30)에 오존 발생기(1) 등을 밀접하여 장착하고 있다. 이하, 도 16에서 도시하는 가스 배관 집적 블록(30)을 이용한 오존 발생 유닛(7X3)의 배관 경로에 관해 설명한다. 가스 배관 집적 블록(30)은 내부에 배관 경로(R30c 내지 30f)를 갖고 있고, 냉각수 입구(13A), 냉각수 출구(13B), 원료 가스 공급구(14) 및 오존 가스 출력구(15)가 측면에 부착되어 있고, 오존 발생기 장착용 볼트(Bt1 내지 Bt4)를 이용하여 오존 발생기(1)를 부착하는 구조를 나타내고 있다.
또한, APC 장착용 블록(34, 34)에 의해 APC(4)를 끼워넣고서 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고, APC 장착용 블록(34), MFC 장착용 블록(153)에 의해 MFC(53)를 끼워넣고서 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고, 오존 농도계 장착용 블록(35, 35)에 의해 끼워넣고서 오존 농도계(5)를 장착하고 있다. 이들 장착용 블록(33 내지 34, 153, 및 35) 내에도 배관 경로를 확보하기 위한 블록 내 유로(B3, B4, B153 및 B5)가 형성되어 있다. 또한, 가스 필터 장착용 블록(31)을 이용하여 가스 필터(51)를 가스 배관 집적 블록(30)에 장착하고 있다.
원료 가스(Gm)가 공급되는 원료 가스 공급구(14)가 직접 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)에 마련되고, 입력 배관 경로는, 원료 가스 공급구(14) 및 오존 발생기 입력부(ET1)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다. 이 때, 오존 발생기(1)의 오존 발생기 입력부(ET1)의 주변에 마련된 부분이 오존 발생기 장착용 볼트(Bt1)에 의해 가스 배관 집적 블록(30)에 부착된다. 이와 같이, 가스 배관 집적 블록(30)을 이용하여 원료 가스(Gm)의 입력 배관 경로가 형성된다.
오존 발생기(1)로부터 출력되는 오존 가스를 받는 오존 발생기 출력부(EX1)로부터, 가스 필터(51), 오존 농도계(5), MFC(53) 및 APC(4)를 통하여 오존 가스 출력구(15)로부터 출력되는 오존 가스 출력 배관은, 오존 발생기 출력부(EX1), 배관 경로(R30c), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 가스 필터(51), 가스 필터 장착용 블록(31) 내, 배관 경로(R30d), 블록 내 유로(B5), 오존 농도계(5), 블록 내 유로(B5), 배관 경로(R30e), 블록 내 유로(B53), MFC(53), 블록 내 유로(B4), APC(4), 블록 내 유로(B4), 배관 경로(R30f), 및 오존 가스 출력구(15)의 순서로 형성되는 경로로 구성된다. 이 때, 오존 발생기(1)의 오존 발생기 출력부(EX1)의 주변에 마련된 부분이 오존 발생기 장착용 볼트(Bt2)에 의해 가스 배관 집적 블록(30)에 부착된다. 이와 같이, 가스 배관 집적 블록(30)을 이용하여 오존 가스의 출력 배관 경로가 형성된다.
실시의 형태 6에서는, 발생한 오존 가스 자신의 출력 오존량을 MFC(53)에 의해 제어하기 때문에, 정확한 출력하는 오존 가스 유량을 제어가 할 수 있고, 출력하는 오존량을 정확하게 제어하고 있는 효과를 이룬다.
또한, 원료 가스(입력) 배관계에는, 배관 주변 부품은 붙이지 않고 직접 원료 가스 공급구(14)를 배관하는 것만으로 끝나고, 오존 가스 출력 배관부에 가스 필터(51), MFC(53), 오존 농도계(5), APC(4)에 가스 배관 부품을 일괄 장착한 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 출력 가스 배관계만, 배관의 집적 배관 구성을 할 수 있는 결과, 배관이 보다 컴팩트화할 수 있고, 일체화한 집적 배관 구성의 부품수를 줄일 수 있고, 부품의 교환이 보다 용이해진다.
(다른 양태)
실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 다른 양태로서, 도 17에 도시하는 바와 같이 실시의 형태 4와 마찬가지로 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 미량의 수분을 트랩할 수 있는 기능을 갖는 수분 제거 필터(59)를 추가하여도 좋다.
또한, 도 13에서 도시한 실시의 형태 5와 마찬가지로, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)의 부근에 수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)를 마련한 구성(도시 생략)을 채용하여도 좋다.
이 경우, 도 18에 도시하는 바와 같이, 오존 발생기 입력부(ET1)에 원료 가스 공급구(14) 및 수분 제거 필터(59)(수분 제거 필터(59-1 내지 59-n)의 어느 하나)가 직렬로 마련된다. 즉, 도 18에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 배관(원료 가스 공급구(14)+수분 제거 필터(59)) 및 출력 가스 배관계(오존 가스 출력구(15))를 가스 배관 집적 블록(30)에 일체화한 가스 배관 집적 블록 구조의 오존 발생 유닛(7X4)을 얻을 수 있다.
<실시의 형태 7(기본 구성 : 제 1의 양태)>
도 19는 본 발명의 실시의 형태 7(제 1의 양태)인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
(전체 구성)
도 19에 도시하는 바와 같이, 오존 가스 공급 시스템(104)은 내부에 n(≥2)개의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 갖고 있고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 사이에서 공통의 가스 필터(52)(원료 가스용 가스 필터)를 1개 갖고 있다. 가스 필터(52)는, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 미량의 불순물이나 불순물 가스를 제거하고, 가스 필터(52)에 의해 원료 가스의 순도를 안정되도록 제어되어 있다. 또한, 수분 제거 필터(59)가 가스 필터(52)로 치환된 점을 제외하고, 도 12에서 도시한 실시의 형태 4의 오존 가스 공급 시스템(101)과 마찬가지이기 때문에, 구성 및 동작의 설명을 적절히, 생략한다.
오존 가스 공급 시스템(104)은 원료 가스 공급구(14)를 가지며, 원료 가스 공급구(14)로부터 가스 필터(52)를 통과시키고, 또한, 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)를 통하여 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 외부로부터 원료 가스를 받아들이고 있다. 즉, 외부의 원료 가스의 입구인 원료 가스 공급구(14)에, 원료 가스 중의 미량의 불순물이나 불순물 가스를 제거하기 위한 가스 필터(52)가 마련되고, 원료 가스의 순도를 안정되도록 제어되어 있다.
(효과 등)
따라서 실시의 형태 7의 오존 가스 공급 시스템(104) 내에 마련한 가스 필터(52)에 의해, 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스를 원료 가스 중에 포함되는 불순물이나 불순물 가스를 저감할 수 있기 때문에, 오존 생성과 함께, 수분과 불순물과 무성 방전에 의해 생성된 질산 클러스터(HNO3)나 OH 래디칼 가스나 OH 래디칼 이온 가스나 HO3 + 이온 등의 활성 가스를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 오존 발생기(1)의 오존 가스 출력부에 마련한 APC(4), MFC(3), 오존 농도계(5)나 가스 개폐 밸브나 오존 처리 장치(12-1 내지 12-n)가 질산 이온 클러스터(HNO3>)나 OH 래디칼 가스나 HO3 + 이온 등의 활성 가스에 의한 소모나 고장을 억제할 수 있다.
또한, 출력하는 오존 가스로서, 질산 클러스터(HNO3)나 OH 래디칼 가스나 금속 콘태미네이션이 적은 품질이 높은 오존 가스를 제공할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 7에서의 오존 가스 공급 시스템(104)에서는, 원료 가스 공급구(14)에 공급하는 원료 가스에 포함되는 불순물 및 불순물 가스를 트랩할 수 있는 기능을 갖는 가스 필터(52)를 마련함으로써, 오존 발생기(1)에 공급하는 원료 가스는, 가스 필터(52)에 의해, 원료 가스에 포함되는 불순물 가스 등을 저감화하여 품질이 높은 오존 가스를 공급할 수 있는 효과를 이룬다.
<실시의 형태 7의 제 2의 양태>
실시의 형태 7의 제 2의 양태는, 도 8 및 도 9에서 도시한 실시의 형태 2와 마찬가지로, 오존 전원부(2), 오존 발생기(1) 각각의 소형화를 실현시켜서, 컴팩트화한 전력을 공급하고, 전력량을 제어하는 수단을 갖는 오존 전원부(2), 오존 가스를 발생하는 수단을 갖는 오존 발생기(1)에 더하여, 원료 가스 유량을 제어하는 수단을 갖는 MFC(3), 오존 가스의 불순물을 제거하는 수단을 갖는 가스 필터(51), 출력하는 오존 가스 농도를 검지하는 수단을 갖는 오존 농도계(5), 오존 발생기 내의 가스 압력을 일정치로 제어하는 수단을 갖는 APC(4)를 집약하여 패키지화하여 구조상으로도 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 실현할 수 있다.
(오존 전원(2)의 컴팩트화)
실시의 형태 7에서도, 실시의 형태 1의 도 8에서 도시한 회로 구성을 채용함에 의해, 오존 발생기(1) 및 오존 전원부(2)의 메인 부품의 일체화를 실현시켜서 컴팩트화한 회로 구성을 실현할 수 있다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
실시의 형태 7에서도, 도 9에서 도시한 실시의 형태 1과 마찬가지로 오존 발생기(1), 오존 전원(2), MFC(3), 가스 필터(51), 오존 농도계(5), APC(4), 및 가스 배관 집적 블록(30)을 집약한 1단위의 오존 발생 유닛(7X)을 실현할 수 있다.
<실시의 형태 7의 제 3의 양태>
실시의 형태 7의 제 3의 양태로서, 도 10 및 도 11에서 도시한 실시의 형태 3과 마찬가지로 1단위의 오존 발생 유닛(7)에 주목하여, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)도 조합시킨 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모할 수도 있다.
(오존 가스 출력 유량 관리 유닛의 제어)
실시의 형태 3에서 도시한 도 10의 오존 가스 공급 시스템(20)을, 도 19에서 도시한 오존 가스 공급 시스템(104)에 상당하는 구성으로 하여, 실시의 형태 7의 제 3의 양태로서 실현할 수 있다.
(오존 발생 유닛의 조합 구조)
실시의 형태 3에서 도시한 도 11의 오존 발생 유닛(7Y)과 같이, 오존 가스 공급 시스템(104)의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각을 구성하여, 실시의 형태 7의 제 3의 양태로서 실현할 수 있다.
<실시의 형태 8>
도 20은 본 발명의 실시의 형태 8인 오존 가스 공급 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
실시의 형태 8의 오존 가스 공급 시스템(105)에서는 실시의 형태 7의 오존 가스 공급 시스템(104)과 마찬가지로 오존 가스 공급 시스템(105) 구성 내에 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 불순물이나 불순물 가스를 트랩하는 목적의 (원료 가스용) 가스 필터(52-1 내지 52-n)를 마련하고 있다. 단, 가스 필터(52-1 내지 52-n)는, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)에 1대1로 대응하여 마련되어 있고, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 공급부 입구 부근에 마련된다. 가스 필터(52-1 내지 52-n)는 각각 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 내에 공급하는 원료 가스의 순도를 늘림으로써, 오존 가스 공급 시스템(105) 내에서 생성하는 오존 가스의 순도를 높이는 것을 특징으로 하고 있다.
특히, 실시의 형태 8의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각은, 실시의 형태 2와 마찬가지로 1단위의 오존 발생 유닛(7)의 원료 가스 입구부에, 가스 중에 포함되는 불순물이나 불순물 가스를 트랩하는 가스 필터(52)를 장착하도록 하여, 조합시킨 오존 발생 유닛(7)의 소형화를 도모한 것을 특징으로 하고 있다.
(원료 가스의 가스 순도 관리)
도 21은 실시의 형태 8의 1단위의 오존 발생 유닛(7X5)의 조합 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 20, 도 21에 도시하는 바와 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 입구(14-1 내지 14-n)에 연결하여, 교환이 용이한 위치에 가스 필터(52)(52-1 내지 52-n)를 장착하여, 일체적으로 형성된다. 이하, 도 20에서는, 설명의 사정상, n=3인 경우를 예로 들어서 설명한다.
도 26은 원료 가스의 노점과 원료 가스에 포함되는 수분량과의 관계를 도시하는 설명도이다. 오존 가스 공급 시스템(104)에 공급되는 원료 가스는, 일반적으로 99.99% 이상의 고순도 원료 가스를 사용하고 있지만, 이 고순도 원료 가스에는, 원료 가스 이외의 가스로서, 질소계 가스, 탄소계 가스, 황화 가스 등의 불순물 가스가 0.1 내지 수PPM 정도 포함되어 있고, 또한, 가스 중에 포함되는 수분량도 1 내지 수PPM 포함하고 있다(도 26 참조).
오존 가스 공급 시스템(105)에 공급되는 원료 가스는, 일반적으로 99.99% 이상의 고순도 원료 가스를 사용하고 있지만, 이 고순도 원료 가스에는, 원료 가스 이외의 가스로서, 질소계 가스, 탄소계 가스, 황화 가스 등의 불순물 가스가 0.1 내지 수PPM 정도 포함되어 있고, 또한, 가스 중에 포함되는 수분량도 1 내지 수PPM 포함하고 있다. 또한, 이들의 불순물 가스나 수분은 공기 중에도 포함되는 가스이기 때문에, 원료 가스 배관 경로의 일부의 배관을 대기에 개방하면, 곧바로, 배관면에 수분이나 질소 가스 등의 불순물 가스가 흡착된다. 그 때문에, 이 불순물 가스가 흡착된 원료 가스 배관에 원료 가스를 흘리면, 고순도 원료 가스에 포함되는 불순물 가스나 수분량뿐만 아니라, 배관에 부착한 불순물 가스도, 가스를 흘림에 의해, 이탈하여, 공급하는 원료 가스의 순도가 나빠지는 경우가 있다.
원료 가스에, 질소계 가스, 탄소계 가스, 황화 가스 등의 불순물 가스나 수분이 포함되면 오존 가스의 생성뿐만 아니라, 방전에 의해 N 래디칼이나 OH 래디칼 가스도 생성되기 때문에, 이들의 래디칼 가스와 수분이 결합함으로써, 질산이나 과산화 수소수로서 클러스터상의 분자상의 가스도 오존 가스에 포함하여 출력된다.
그 때문에, 이들의 질산이나 과산화 수소수의 클러스터 분자 가스 등은 매우 활성이 강한 가스이기 때문에, 오존 가스를 출력하는 가스 배관이나 밸브 등의 금속 표면과 화학 반응을 하여, 배관면이 부식되여, 출력하는 오존 가스에 부식된 금속 불순물(금속 콘태미네이션)을 발생시키는 원인이 된다.
출력하는 오존 가스에 포함되는 금속 불순물(금속 콘태미네이션)양이 높아지면, 오존 가스를 이용하여 반도체의 산화막 처리를 하고 있는 산화막의 성능 열화의 원인이 된다.
상기한 것으로부터, 원료 가스에 불순물 가스나 수분이 포함되면, 출력하는 오존 가스의 품질이 나빠지는 것이, 시험으로 확인되었다. 그 때문에, 원료 가스의 공급부에 불순물 가스의 트랩을 목적으로 한 가스 필터를 장착하도록 하였다. 특히, 실시의 형태 8에서는 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 각각의 원료 가스 입구(14-1 내지 14-n)에, 교환이 용이한 위치에 가스 필터(52-1 내지 52-n)를 마련하고, 불순물 가스를 제거하였다.
여기서는, 가스 필터(52-1 내지 52-n)를 1개 마련하는 구성으로 하였지만, 불순물 가스 종에 의해, 가스 필터를 복수개 직렬 다단으로 마련하거나, 불순물 가스용의 가스 필터와 수분 트랩용의 가스 필터를 직렬 다단 구성으로 하거나 하여도 좋다.
그리고, 다른 구성 및 배관 경로 등은, 수분 제거 필터(59)가 가스 필터(52)로 치환된 점을 제외하고는, 도 14에서 도시한 오존 발생 유닛(7X2)과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 배관(원료 가스 공급구(14)+가스 필터(52)) 및 출력 가스 배관계(오존 가스 출력구(15))를 가스 배관 집적 블록(30)에 일체화한 가스 배관 집적 블록 구조로 함에 의해, 오존 발생기(1), 오존 전원(2), 가스 배관계를 패키지화하여 오존 발생 유닛(7X5)을 보다 소형으로 하고 있다. 또한, 원료 가스 공급구(14) 및 가스 필터(52)는 서로 연결하여 구성된다.
실시의 형태 8과 같이, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 배면의 원료 가스 공급구(14)에 교환이 용이한 부분에 가스 필터(52)(가스 필터(52-1 내지 52-n))를 장착하도록 하였기 때문에, 보다 고순도가 높은 오존 가스를 제공할 뿐만 아니라, 장착한 가스 필터(52)에 의해, 불순물 가스를 제거할 수 있기 때문에, 오존 가스를 발생시키기 전의 퍼지 가스를 흘리는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있는 효과를 이룬다.
<실시의 형태 6의 다른 양태(실시의 형태 7, 실시의 형태 8 관련)>
실시의 형태 6인 오존 가스 공급 시스템의 다른 양태로서, 도 22에 도시하는 바와 같이 실시의 형태 7과 마찬가지로 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 원료 가스에 포함되는 불순물을 트랩할 수 있는 기능을 갖는 가스 필터(52)를 추가하여도 좋다.
또한, 도 20에서 도시한 실시의 형태 8과 마찬가지로, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)의 원료 가스 공급구(14-1 내지 14-n)의 부근에 가스 필터(52-1 내지 52-n)를 마련한 구성(도시 생략)으로 실현하여도 좋다.
이 경우, 도 23에 도시하는 바와 같이, 오존 발생기 입력부(ET1)에 원료 가스 공급구(14) 및 가스 필터(52)(가스 필터(52-1 내지 52-n)의 어느 하나)가 직렬로 마련된다. 즉, 도 23에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 배관(원료 가스 공급구(14)+가스 필터(52)) 및 출력 가스 배관계(오존 가스 출력구(15))를 가스 배관 집적 블록(30)에 일체화한 가스 배관 집적 블록 구조의 오존 발생 닛(7X6)을 얻을 수 있다.
<기타>
이상, 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 8에서는, 오존 처리 장치로서, 주로, 오존 발생량이 수십g/h 내지 500g/h 정도의 오존을 필요로 하는 반도체 제조 장치에서 이용되는 오존 가스의 다처리 장치에서의 소정의 오존 유량, 오존 농도의 오존 가스를 공급하는 시스템에 관해 기술하여 왔다.
상술한 오존 처리 장치(12)에 대신하여, 필요로 하는 오존 가스량이, 좀더 큰, 펄프의 오존 표백 장치나 풀의 물의 오존 처리 장치, 상하수의 오존 처리 장치, 화학 플랜트의 오존 처리 장치라도 좋다. 예를 들면, 1㎏/h 내지 수㎏/h의 오존 가스를 필요로 하는 처리 장치라면, 상술한 오존 가스 공급 시스템(10)(20, 101 내지 105) 내에 복수대의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 탑재하여, 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n) 사이에서 출력 오존 가스를 통합하여 하나의 오존 처리 장치에 공급하는 것이, 비교적 값이 싸고, 또한 용이하게 행할 수 있고, 유지 보수성이 매우 좋은 오존 가스 공급 시스템의 이용 분야가 높아지는 효과를 이룬다.
본 발명은 상세히 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에서, 예시이고, 본 발명이 그것으로 한정되는 것이 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형례가, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 해석된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은, 오존 가스를 공급하기 위한 복수의 수단을 갖는 기능을 부가시킨 오존 발생 유닛 및 오존 가스를 복수의 오존 처리 장치에 오존 가스 공급 시스템에 관한 본 발명이고, 오존 가스를 출력하기 위한 복수의 수단을 갖는 기능을 부가시킨 오존 발생기 유닛의 소형화를 도모한 오존 발생 유닛 및 상기 오존 발생 유닛을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
그러나, 오존 가스 이외의 가스 발생 유닛 및 발생 가스를 복수의 가스 처리 장치에 가스 공급 시스템에서도, 원료 가스 중에 포함되는 수분을 제거하는 수분 제거 필터(59)나 원료 가스 중에 포함되는 불순물 가스를 제거하는 가스 필터(52)를 장착함으로써, 발생기에서 생성한 가스를 출력할 때의 가스 품질을 높이는 것은 가능하다.
또한, 가스를 출력하기 위한 복수의 수단을 갖는 기능을 부가시킨 가스 발생기 유닛을 일체화하고, 소형화하여, 가스 발생 유닛을 복수대 탑재하여 가스 발생 시스템을 구축하는 것은 알맞는 것은 분명한 것이다.

Claims (8)

  1. 가스 유량, 농도를 제어하여 오존 가스를 복수의 오존 처리 장치 각각에 공급하는 오존 가스 공급 시스템(10)으로서,
    복수의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 구비하고,
    상기 복수의 오존 발생 유닛은,
    오존 가스를 발생하는 오존 발생기(1)와,
    상기 오존 발생기에 공급하는 전력을 제어하는 오존 전원(2)과,
    상기 오존 발생기에 입력되는 원료 가스 유량(Q)을 제어하는 매스 플로 컨트롤러(MFC)(3)와,
    상기 오존 발생기 내의 압력인 내부 압력을 자동 제어하는 오토 프레셔 컨트롤러(APC)(4)와,
    상기 오존 발생기가 출력하는 오존 가스의 오존 농도치를 검출하는 오존 농도계(5)와,
    초기 동작으로서 소정의 설정 전력량(Ws)으로 상기 오존 전원을 구동시키고, 소정 시간 후에 상기 오존 농도계로 검지한 오존 농도(C)와 설정한 오존 농도(Cs)와의 비교에 의거하여, 상기 오존 전원이 공급하는 전력을 PID 제어하는 오존 제어부(19)를 구비하고,
    상기 오존 가스 공급 시스템은,
    상기 복수의 오존 발생 유닛 내의 복수의 상기 오존 발생기로부터의 복수의 오존 가스 출력을 받아, 내부에 마련한 복수의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 동작에 의해, 상기 복수의 오존 가스 출력의 하나 또는 복수의 조합을, 상기 복수의 오존 처리 장치중 임의의 오존 처리 장치에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)과,
    상기 복수의 오존 처리 장치로부터의 처리 오존 가스 이벤트 신호(16)에 의거하여, 상기 복수의 오존 발생 유닛 각각의 상기 오존 가스의 출력 내용을 제어하고, 상기 오존 가스 출력 유량 관리 유닛에 대해 상기 오존 가스 출력 유량 제어를 행하는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛 제어부(8)를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    소정의 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 상기 원료 가스에 포함되는 수분을 제거하여, 상기 복수의 오존 발생 유닛 각각에 공급하는 적어도 하나의 수분 제거 필터(59(59-1 내지 59-n))를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수분 제거 필터 통과 전의 상기 원료 가스는 1000PPB 이상의 수분을 갖는 원료 가스를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 수분 제거 필터는 상기 원료 가스 내의 수분을 300PPB 이하로 저감하는 수분 제거 능력을 갖는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    소정의 원료 가스 공급구(14)로부터 공급되는 상기 원료 가스에 포함되는 불순물 가스를 제거하여, 상기 복수의 오존 발생 유닛 각각에 공급하는 적어도 하나의 원료 가스용 가스 필터(52(52-1 내지 52-n))를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 오존 가스 제어 밸브는, 전기 또는 에어 압력에 의해 개폐할 수 있는 전동 밸브 또는 공압 밸브을 포함하고,
    상기 오존 가스 출력 유량 관리 유닛 제어부는, 상기 복수의 오존 처리 장치 각각에 공급하는 오존 유량, 오존 농도를 소망하는 값이 되도록, 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 오존 발생 유닛은, 각각
    상기 오존 발생기, 상기 오존 전원, 상기 MFC, 상기 APC, 상기 오존 농도계를 하나로 집약하여 1단위로 패키지화한 구조를 나타내는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 출력 유량 관리 유닛 제어부는,
    상기 복수의 오존 발생 유닛의 어느 하나에 비상 정지, 누수가 검지된 경우, 대응하는 상기 오존 발생 유닛을 정지시키고,
    시스템 전체로서 배기 이상, 오존 누설 이상을 검출한 때, 복수의 오존 발생 유닛을 전부 정지시키는 안전 정지 기능(6, 23, 24, 81, 82, 84)을 구비하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
  8. 가스 유량, 농도를 제어하여 오존 가스를 복수의 오존 처리 장치 각각에 공급하는 오존 가스 공급 시스템(10)으로서,
    복수의 오존 발생 유닛(7-1 내지 7-n)을 구비하고,
    상기 복수의 오존 발생 유닛은,
    오존 가스를 발생하는 오존 발생기(1)와,
    상기 오존 발생기에 공급하는 전력을 제어하는 오존 전원(2)과,
    상기 오존 발생기로부터 출력되는 원료 가스 유량(Q)을 제어하는 매스 플로 컨트롤러(MFC)(3)와,
    상기 오존 발생기 내의 압력인 내부 압력을 자동 제어하는 오토 프레셔 컨트롤러(APC)(4)와,
    상기 오존 발생기가 출력하는 오존 가스의 오존 농도치를 검출하는 오존 농도계(5)와,
    초기 동작으로서 소정의 설정 전력량(Ws)으로 상기 오존 전원을 구동시키고, 소정 시간 후에 상기 오존 농도계로 검지한 오존 농도(C)와 설정한 오존 농도(Cs)와의 비교에 의거하여, 상기 오존 전원이 공급하는 전력을 PID 제어하는 오존 제어부(19)를 구비하고,
    상기 오존 가스 공급 시스템은,
    상기 복수의 오존 발생 유닛 내의 복수의 상기 오존 발생기로부터의 복수의 오존 가스 출력을 받아, 내부에 마련한 복수의 오존 가스 제어 밸브(9a, 9b, 9c, 9bc, 9ab, 9ca)의 개폐 동작에 의해, 상기 복수의 오존 가스 출력의 하나 또는 복수의 조합을, 상기 복수의 오존 처리 장치중 임의의 오존 처리 장치에 선택적으로 출력하는 오존 가스 출력 유량 제어가 실행 가능한 오존 가스 출력 유량 관리 유닛(9)과,
    상기 복수의 오존 처리 장치로부터의 처리 오존 가스 이벤트 신호(16)에 의거하여, 상기 복수의 오존 발생 유닛 각각의 상기 오존 가스의 출력 내용을 제어하고, 상기 오존 가스 출력 유량 관리 유닛에 대해 상기 오존 가스 출력 유량 제어를 행하는, 오존 가스 출력 유량 관리 유닛 제어부(8)를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 공급 시스템.
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