KR20230165878A - 오존수 전달 시스템 및 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 초순수를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 초순수 공급원과 연통하는 적어도 하나의 접촉 디바이스, 상기 초순수 공급원에 결합된 적어도 하나의 초순수 도관, 상기 초순수 도관을 통해 상기 접촉 디바이스 및 상기 초순수 공급원과 연통하는 적어도 하나의 용액, 상기 초순수 공급원, 상기 초순수 도관 및 상기 용액 도관 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 가스를 함유하는 하나 이상의 가스 공급원, 상기 가스 공급원 및 상기 접촉 디바이스와 연통하는 적어도 하나의 혼합 가스 도관, 및 상기 접촉 디바이스와 연통할 수 있는 적어도 하나의 오존수 출력 도관을 포함하는 오존수 전달 시스템을 개시한다.
Description
연관된 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 8월 29일에 출원되고 명칭이 "오존수 전달 시스템 및 사용 방법"인 미국 가특허출원 제62/724,368호의 우선권을 주장하며, 그의 전체 내용들은 본원에 참조로 통합된다.
현재, 오존은 반도체 제조, 솔라 패널 가공(solar panel processing), 위생 시설 응용들(sanitation applications), 식품 가공, 평판 가공 등을 포함하는 다수의 응용들에서 사용된다. 일부 응용들에서, 오존은 탈이온수(deionized water)에 용해될 수 있다. 하지만, 오존은 탈이온화된 초순수(deionized ultrapure water)와 반응성이 높으며, 그로 인해 오존이 초순수 내에서 수초 내에 붕괴되게(decay) 한다. 반도체 제작 응용들, 솔라 패널 및 평판 제작과 같은 여러 응용들은 초순수에 용해된 높은 오존 농도들을 요구한다. 하지만, 탈이온화된 초순수에 용해된 오존의 농도가 증가할 때, 오존 붕괴율(rate of ozone decay)이 증가한다. 예를 들어, 단일 반도체 웨이퍼 가공과 같은 특정한 응용들은 공급 파이프 내에서의 다양한 체류 시간들을 초래할 수 있는 무작위로 변하는 액체 유량들에서 용해된 오존을 필요로 하며, 오존 붕괴의 추가적인 변동으로서 낮은 액체 유량에서 더 많은 양의 오존 붕괴가 있다. 덧붙여, 오존 붕괴는 산업적으로 사용되는 초순수에서 보통 미량(trace amounts)으로 발견되는 수산화-이온들 및 과산화물들(peroxides)의 존재에 의해 촉발될 수 있다. 결과적으로, 오존 붕괴는 상이한 위치들에 공급되는 초순수 내에서 이들 불순물들(impurities)의 농도의 변화에 기인하여 제작 위치들 및/또는 장소들(sites) 사이에서 변할 수 있다.
이에 응답하여, 오존수에서 오존의 붕괴율을 제어하기 위해 다수의 기술이 이용되고 있다. 예를 들어, 도 1은 반도체 제작 응용들에서 현재 사용되는 오존수 전달 시스템의 예시를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오존수 전달 시스템(1)은 초순수 공급원 도관(ultrapure water source conduit, 7)(이하, UPW 공급원 도관(7))을 통해 초순수 공급원(5)(이하, UPW 공급원(5))과 유체 연통하는 접촉 디바이스(3)를 포함한다. 가스 공급원 및/또는 오존 발생기(9)(이하, 가스 공급원(9))는 가스 유입 도관(11)을 통해 접촉 디바이스(3)와 연통한다. 일반적으로, 가스 혼합물은 이산화탄소(CO2), 오존(O3) 및 산소(O2)를 포함한다. 하나 이상의 밸브 디바이스(13) 및/또는 표시기들은 가스 혼합물로부터 물을 안전하게 분리하고, 물, 가스 또는 둘 모두의 가스 공급원(9) 내로의 역류(backflow)를 방지하는 데 사용된다. 사용 중에, 가스 공급원(9)으로부터의 가스 혼합물은 접촉 디바이스(3) 내에서, 역류(countercurrent flow)를 사용하여 UPW 공급원(5)으로부터의 초순수와 접촉되고, 그로 인해 가스 공급원(9)으로부터의 오존의 일부가 초순수에 용해된다. 가스 혼합물 내의 일부 이산화탄소(CO2)는 탄산으로 변환되며, 이는 수산화 이온의 농도를 낮춘다. 탄산염 이온들(carbonate ion)은 하이드록실 라디칼들(hydroxyl radicals)을 제거하며(scavenge), 이는 초순수에 용해된 오존의 붕괴 속도를 효과적으로 낮춘다. 그 후, 용해된 오존은 용해된 오존 도관(19)을 통해 용해된 오존 출력(17)을 형성하기 위해 접촉 디바이스(3)로부터 방출되거나 또는 제거된다. 덧붙여, 이산화탄소(CO2), 산소(O2) 및 오존(O3)과 같은 오프 가스들(off gases, 21)은 오프 가스 도관(23)을 통해 접촉 디바이스(3)로부터 방출될 수 있다. 도 1의 시스템이 유용하다는 것이 입증되었지만, 다수의 단점들이 확인되고 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 오존수 전달 시스템은 약 25ppm과 50ppm 사이의 오존 농도들을 허가한다. 하지만, 도 1에 도시된 오존수 전달 시스템(1)을 사용하여 약 50ppm보다 높은 오존 농도들을 얻는 것은 어렵다는 것이 입증되고 있다. 또한, 질량 전달 효율의 증가들은 접촉 디바이스(3)의 패킹된 컬럼(packed column)이 더 높거나 더 커지도록 요구하며, 그로 인해 더욱 큰 작업 면적을 요구한다. 덧붙여, 멤브레인 모듈들은 이산화탄소와 같은 가스들을 초순수 내로 용해시키거나 또는 초순수로부터 잔류 산소를 제거하는데 보통 사용된다. 불행히도, 대부분의 상업적으로 이용 가능한 멤브레인 모듈들은 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌과 같은 플라스틱들, 또는 과산화물들 및 오존과 같은 산화제들에 매우 민감한 유사한 재료들을 포함한다. 또한, 이산화탄소 및 오존은 상이한 용해성(solubility)을 갖는다. 이와 같이, 접촉 디바이스 내의 이산화탄소의 농도는 일부 유동 배열들에서 크게 변한다. 예를 들어, 패킹된 컬럼 접촉 디바이스 내의 역류 배열들에서는, 이산화탄소가 접촉 디바이스(3) 내의 가스 혼합물 도관(11)의 유입구 근처에서 용해되는 것을 초래할 수 있는 한편, 오존은 UPW 도관(5)의 유입구 근처에서 용해되며, 그로 인해 오존수의 형성 효율을 감소시킨다. 도 2는 역류 아키텍처(counter flow architecture)를 사용하여 패킹된 컬럼 접촉 디바이스(3)에서 이산화탄소의 농도 프로파일을 그래프로 도시한다. 도 2의 가로 좌표는 접촉 디바이스(3)를 형성하는 패킹된 컬럼의 측면 섹션들(이하, 컬럼 섹션들)을 나타낸다. 섹션 1은 UPW 공급원 도관(7)의 유입구 및 오프 가스 도관(off gas conduit, 23)의 배출구에 근접한 컬럼의 상단을 나타낸다. 섹션(20)은 가스 유입 도관(11) 및 용해된 오존 도관(19)에 근접한 컬럼의 바닥을 나타낸다.
전술한 것에 비추어, 높은 오존 농도들을 갖는 초순수를 선택적으로 제공할 수 있는 오존수 전달 시스템에 대한 지속적인 요구가 있다.
본 출원은 종래기술의 시스템보다 그 안에 더 높은 농도들의 용해된 오존을 갖는 더 많은 양들의 초순수를 제공할 수 있는 오존수 전달 시스템의 다양한 실시예들을 개시한다. 일부 실시예들에서, 오존수 전달 시스템은 오존 반응성을 조정하고, 정확한 용해된 오존 측정을 유지하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 일 실시예에서, 본 출원은 초순수를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 초순수 공급원과 연통하는 적어도 하나의 접촉 디바이스를 포함하는 오존수 전달 시스템을 개시한다. 적어도 하나의 초순수 도관이 초순수 공급원에 결합될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 용액이 초순수 도관을 통해 접촉 디바이스 및 초순수 공급원과 연통할 수 있다. 적어도 하나의 가스를 함유하는 하나 이상의 가스 공급원들은 상기 초순수 공급원, 상기 초순수 도관 및 상기 용액 도관 중 적어도 하나와 연통할 수 있다. 사용 중에, 상기 가스는 상기 초순수와 반응될 때 적어도 하나의 용액을 형성하는데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 혼합 가스 도관은 상기 가스 공급원 및 상기 접촉 디바이스와 연통할 수 있다. 상기 혼합 가스 도관은 상기 접촉 디바이스에 적어도 하나의 혼합 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 적어도 하나의 오존수 출력 도관(ozonated water output conduit)은 상기 접촉 디바이스와 연통할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 출원은 오존수 전달 시스템을 개시하며, 상기 오존수 전달 시스템은 상기 오존수 전달 시스템에 의해 생성된 오존수의 다양한 특성들, 농도들, 유량들 등을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 오존수 전달 시스템은 초순수를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 초순수 공급원과 연통하는 적어도 하나의 접촉 디바이스를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 초순수 도관이 상기 초순수 공급원에 결합될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 용액은 상기 초순수 도관을 통해 상기 접촉 디바이스 및 상기 초순수 공급원과 연통할 수 있다. 적어도 하나의 가스를 함유하는 하나 이상의 가스 공급원들은 상기 초순수 공급원, 상기 초순수 도관 및 상기 용액 도관 중 적어도 하나와 연통할 수 있다. 사용 중에, 상기 가스는 상기 초순수와 반응될 때 적어도 하나의 용액을 형성하는데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 혼합 가스 도관이 상기 가스 공급원 및 상기 접촉 디바이스와 연통할 수 있다. 상기 혼합 가스 도관은 상기 접촉 디바이스에 적어도 하나의 혼합 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 적어도 하나의 오존수 출력 도관이 상기 접촉 디바이스와 연통할 수 있다. 하나 이상의 센서들은 상기 오존수 전달 시스템 내에 위치될 수 있고 오존 농도, 유량, 온도 등과 같은 상기 출력 오존수의 다양한 특성들을 측정하는데 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 출원은 그 안에 다수의 접촉 디바이스들을 포함하는 오존수 전달 시스템을 개시한다. 더욱 구체적으로, 본 출원은 그 안에 제1 접촉 디바이스 및 적어도 제2 접촉 디바이스를 갖는 오존수 전달 시스템을 개시한다. 적어도 하나의 초순수 공급원은 상기 제1 접촉 디바이스에 초순수를 제공하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 초순수 도관이 상기 초순수 공급원 및 상기 제1 접촉 디바이스에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 용액 도관은 상기 초순수 도관을 통해 상기 제1 접촉 디바이스 및 상기 초순수 공급원과 연통할 수 있다. 적어도 하나의 가스를 함유하는 적어도 하나의 가스 공급원은 상기 초순수 공급원, 상기 초순수 도관 및 상기 용액 도관 중 적어도 하나와 연통할 수 있다. 사용 중에, 상기 가스는 상기 초순수와 반응될 때 적어도 하나의 용액을 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 제2 접촉 디바이스는 상기 제1 접촉 디바이스로부터 출력된 오존수를 상기 제2 접촉 디바이스로 운반하도록 구성된 적어도 하나의 제1 접촉 디바이스 도관을 통해 상기 제1 접촉 디바이스와 연통한다. 적어도 하나의 혼합 가스 도관은 상기 가스 공급원 및 상기 제2 접촉 디바이스와 연통할 수 있다. 상기 혼합 가스 도관은 상기 제2 접촉 디바이스에 적어도 하나의 혼합 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 오프 가스 도관은 상기 제2 접촉 디바이스 및 상기 제1 접촉 디바이스와 연통하며, 상기 오프 가스 도관은 상기 혼합 가스의 일부를 상기 제2 접촉 디바이스로부터 상기 제1 접촉 디바이스로 지향시키도록 구성된다. 적어도 하나의 오존수 출력 도관은 상기 제2 접촉 디바이스와 연통할 수 있다.
본 출원은 또한 오존수를 제공하는 방법을 개시한다. 더욱 구체적으로, 본 출원은 현재 이용 가능한 것보다 더 많은 양들로 더 높은 농도들의 용해된 오존을 갖는 초순수를 제공하는 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 상기 오존수를 제공하는 방법은 초순수에 용해된 이산화탄소로 구성된 이산화탄소 수용액(aqueous carbon dioxide solution)을 형성하는 것을 포함한다. 상기 이산화탄소 수용액을 적어도 하나의 접촉 디바이스 내로 유동시킨다. 그의 적어도 일부가 오존을 포함하는 적어도 하나의 혼합 가스를 그 안에서 유동하는 상기 이산화탄소 수용액을 갖는 상기 접촉 디바이스 내로 유동시킨다. 상기 접촉 디바이스 내의 상기 초순수 내에 상기 오존 중 적어도 일부를 용해시킨다. 상기 이산화탄소 수용액의 상기 이산화탄소 성분으로 상기 초순수 내의 상기 용해된 오존의 오존 붕괴율을 지연시키고, 상기 접촉 디바이스로부터 오존수를 출력한다.
다른 실시예에서, 본 출원은 또한, 오존 반응성을 조정하거나 또는 조절하기 위한 방법을 개시한다. 더욱 구체적으로, 본 출원은 오존 반응성을 측정하고 이에 응답하여 제1 접촉 디바이스 내로 유동하는 이산화탄소 가스의 양을 제어하는 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 제2 센서는 오존수 전달 시스템 내의 적어도 하나의 밸브를 통해 유동 상태들을 선택적으로 조절하는데 사용될 수 있다.
본원에 개시된 신규 오존수 전달 시스템의 다른 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
본원에 설명된 오존수 전달 시스템 및 사용 방법의 신규 양상들은 다음의 도면들의 검토에 의해 더욱 명백해질 것이다,
도 1은 종래기술의 오존수 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 종래기술의 패킹된 컬럼 접촉 디바이스에서 이산화탄소의 농도 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3은 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 6은 오존 반응성을 측정하기 위한 디바이스를 통합하는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 7은 도 3 및 4에 도시된 접촉 디바이스에서 이산화탄소의 농도 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 8은 다수의 접촉 디바이스들을 포함하는 오존수 전달 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 9는 다수의 접촉 디바이스들을 포함하는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1은 종래기술의 오존수 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 종래기술의 패킹된 컬럼 접촉 디바이스에서 이산화탄소의 농도 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3은 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 접촉 디바이스에서 사용되는 초순수에 가스의 이산화탄소를 제공하는 가스 공급원을 갖는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 6은 오존 반응성을 측정하기 위한 디바이스를 통합하는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 7은 도 3 및 4에 도시된 접촉 디바이스에서 이산화탄소의 농도 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 8은 다수의 접촉 디바이스들을 포함하는 오존수 전달 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 9는 다수의 접촉 디바이스들을 포함하는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
본 출원은 새로운 오존수 전달 시스템의 여러 실시예들을 개시한다. 일 실시예에서, 본원에 개시된 새로운 오존수 전달 시스템은 약 50ppm을 초과하는 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 본원에 개시된 새로운 오존수 전달 시스템은 약 100ppm을 초과하는 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 본원에 개시된 새로운 오존수 전달 시스템은 약 50ppm 이하의 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 통상의 기술자는 본원에 개시된 오존수 전달 시스템이 약 20 LPM 미만의 유량들로 초순수를 제공하도록 구성될 수 있음을 인식할 것이지만, 새로운 오존수 전달 시스템들은 20 리터/분(liter per minute, LPM) 이상의 초순수의 유량들로 약 50ppm을 초과하는 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 오존수 전달 시스템들은 20 LPM 이상의 초순수 유량들에서 약 100ppm을 초과하는 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 오존수 전달 시스템들은 2 LPM 이상의 초순수 유량들에서 임의의 다양한 오존 농도들을 갖는 오존수를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 2 LPM과 20 LPM 초과 사이에서 무작위로 변하는 오존수 유량들에서 일정한 오존 농도를 제공하도록 선택적으로 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 새로운 오존수 전달 시스템의 다양한 실시예들의 개략도들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본원에 개시된 오존수 전달 시스템(30)은 적어도 하나의 접촉 디바이스(32)를 포함한다. 예시된 실시예들에서, 통상의 기술자는 임의의 수의 접촉 디바이스들이 사용될 수 있음을 인식할 것이지만, 단일 접촉 디바이스(32)가 오존수 전달 시스템(30)에서 사용된다. 또한, 일 실시예에서 접촉 디바이스(32)는 패킹된 컬럼 아키텍처를 포함한다. 또한, 일 실시예에서 접촉 디바이스(32)는 타워 패킹(tower packing)으로 채워진 패킹된 컬럼을 포함한다. 다른 실시예에서, 접촉 디바이스(32)는 멤브레인-기반 디바이스 또는 적어도 하나의 멤브레인 모듈을 포함한다. 접촉 디바이스(32)는 적어도 하나의 초순수 도관(36)(이하, UPW 도관(36))을 통해 적어도 하나의 탈이온화된 초순수 공급원(34)(이하, UPW 공급원(34))과 유체 연통할 수 있으며, 상기 UPW 도관(36)은 탈이온화된 초순수를 UPW 공급원(34)으로부터 접촉 디바이스(32)로 운반하도록 구성된다. 예시된 실시예들에서, 적어도 하나의 초순수 및/또는 반응물 유입구(reactant inlet, 40)가 접촉 디바이스(32)의 표면상에 형성될 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 수의 유입구들 또는 배출구들이 접촉 디바이스(32) 상에 형성될 수 있음을 인식할 것이다. 도 3 및 4에 도시되지 않았지만, 통상의 기술자는 하나 이상의 제어기들, 밸브 디바이스들, 유동 제한기들, 센서들, 표시기들, 유동 제어기들 등이 UPW 도관(36) 상에 포함될 수 있음을 인식할 것이다.
다시 도 3 내지 도 6을 참조하면, 하나 이상의 타입들의 가스들, 반응물들 및/또는 유체들 제공하도록 구성된 적어도 하나의 가스 또는 유체 공급원(60)(이하, 가스 공급원(60))은 UPW 공급원(34), UPW 도관(36) 및/또는 접촉 디바이스(32) 중 적어도 하나와 연통할 수 있다. 예시된 실시예에서, 가스 공급원(60)은 적어도 하나의 결합 부재(48)를 통해 UPW 도관(36)에 결합되는 적어도 하나의 가스 도관(42)에 결합된다. 이와 같이, UPW 도관(36)을 통해 유동하는 초순수는 적어도 하나의 반응 용액을 형성하기 위해 가스 도관(42) 내의 적어도 하나의 가스 또는 유체와 반응할 수 있으며, 이는 적어도 하나의 초순수 유입구(40)를 통해 접촉 디바이스(32) 내로 유동할 수 있다. 예를 들어, 탈이온화된 초순수는 이산화탄소 수용액을 생성하기 위해 이산화탄소와 반응될 수 있다. 또한, UPW 도관(36)과 같이, 가스 도관(42)은 하나 이상의 제어기들, 밸브 디바이스들, 제한기들, 질량 유동 제어기들, 센서들, 표시기들, 유량 조절기들 등을 그 위에 포함하거나, 또는 그와 통신(in communication)할 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 다양한 응용들을 위해 임의의 다양한 구성요소들이 가스 도관(42) 상에서 사용될 수 있음을 인식할 것이지만, 예를 들어, 도 3, 4 및 6에 도시된 실시예들에서, 가스 도관(42)은 가스 공급원 내로의 물 및/또는 가스의 역류를 방지하도록 구성된 두(2) 개의 밸브들(44) 및 한(1) 개의 표시기(46)를 포함한다. 선택적으로, 도 5는 오존수 전달 디바이스(30)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 오존수 전달 디바이스(30)는 도 3, 4 및 6에 도시된 오존수 전달 디바이스(30)의 다수의 구성요소들을 포함한다. 하지만, 도 5에 도시된 오존수 전달 디바이스(30)는 UPW 도관(36), 용액 도관(38) 또는 둘 모두 중 적어도 하나에 위치된 밸브(44)를 포함한다. 또한, 적어도 하나(1)의 밸브(44), 적어도 하나(1)의 유동 제한기(50) 및 적어도 하나(1)의 체크 밸브(check valve, 52) 및 적어도 하나의 제어 밸브(54)가 가스 도관(42) 상에 위치될 수 있다. 예시된 실시예에서, 이산화탄소는 제어 밸브(54)의 상류에 있는 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 첨가된다.
일 실시예에서, 가스 공급원(60)은 초순수가 적어도 하나의 용액 도관(38)을 통해 접촉 디바이스(32)로 들어가기 전에, 이산화탄소 수용액을 형성하기 위해 초순수 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소(CO2)를 전달하도록 구성될 수 있다. 사용 중에, 이산화탄소 수용액의 이산화탄소 성분은 사용 중에 접촉 디바이스(32) 내에서 용해된 오존의 붕괴율을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 가스 공급원(60) 및 가스 도관(42)은 약 0.01 표준 리터/분(이하, standard liters per minute, SLPM) 내지 약 0.5 SLPM의 유량으로 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성된다. 선택적으로, 가스 공급원(60) 및 가스 도관(42)은 약 0.005 표준 리터/분(이하, SLPM) 내지 3.0 SLPM 이상의 유량으로 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 가스 공급원(60)은 접촉 디바이스(32) 내로 유동하는 초순수의 유속에 관계없이, 고정된 유량으로 UPW 도관(36)에 일정한 유동의 가스(예를 들어, 이산화탄소 등)를 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 초순수의 이산화탄소의 유효 함량은 초순수의 유량들이 낮을수록 높아질 수 있으며, 그로 인해, 초순수의 용해된 오존 농도가 높아진다. 다른 실시예에서, 가스 공급원(60)은 초순수 대 가스의 고정된 비율로 UPW 도관(36)에 가스(예를 들어, 이산화탄소 등)의 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 공급원(60) 및 가스 도관(42)은 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 약 0.05 SLPM 내지 약 0.3 SLPM의 유량으로 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성된다. 통상의 기술자는 가스 공급원(60) 및 가스 도관(42)은 임의의 원하는 유량으로 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성될 수 있음을 인식할 것이지만, 선택적으로, 가스 공급원(60) 및 가스 도관(42)은 UPW 도관(36) 내에서 유동하는 초순수에 약 0.1 SLPM 내지 약 0.2 SLPM의 유량으로 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성된다. 이와 같이, 하나 이상의 질량 유동 제어기들(44) 및 밸브들(46)은 UPW 도관(36)으로의 이산화탄소의 도입 속도를 선택적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 가스 공급원(60)은 가스 도관(42)에 질소를 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 가스 공급원(60)은 가스 도관(42), UPW 공급원(34), 접촉 디바이스(32) 등 중 적어도 하나에 임의의 다양한 가스들 또는 유체들을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 공급원(60)은 적어도 하나의 혼합 가스 도관(62) 및 적어도 하나의 혼합 가스 유입구(68)를 통해 접촉 디바이스(32)와 연통할 수 있다. 예시된 실시예들에서, 단일 가스 공급원(60)은 접촉 디바이스(32)와 유체 연통한다. 예를 들어, 도 3 내지 도 6에 도시된 단일 가스 공급원(60)은 산소(O2), 오존(O3) 및 이산화탄소(CO2)로 구성된 혼합 가스를 접촉 디바이스(32)에 제공하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 약 2ppm을 초과하는 질소(N2)가 사용될 수 있음을 인식할 것이지만, 다른 실시예에서, 혼합 가스는 산소(O2), 오존(O3) 및 이산화탄소(CO2) 및 약 2ppm 미만의 질소(N2)로 구성된다. 다른 가스들은 제한들 없이, 질소, 이산화질소, 이질소 산화물을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 다수의 가스 공급원들(60)은 접촉 디바이스(32)에 결합되거나 또는 그렇지 않은 경우 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 오존(O3)/산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)의 개별적인 공급원들은 혼합 가스 도관(62)이 혼합하고, 혼합 가스를 개별 공급원들로부터 접촉 디바이스(32)로 운반하도록, 각각 가스 도관(62)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급원(60)은 혼합 가스 도관(62)에 오존을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 오존 발생기와 연통될 수 있거나 및/또는 이를 포함할 수 있다. 사용 중에, 혼합 가스 도관(62)을 통해 혼합 가스 내의 접촉 디바이스(32) 내로 도입된 이산화탄소는 혼합 가스 공급원(60)의 일부로서 오존 발생기에서 오존 발생 효율을 증가시키기 위한 기능을 갖고 접촉 디바이스(32) 내의 혼합 가스 입력 영역에서 물 내에 용해된 오존의 오존 붕괴를 억제하는 한편, 이산화탄소 수용액의 이산화탄소 성분은 접촉 디바이스(32)의 가스 배출구 측에서 용해된 오존의 붕괴 속도를 감소시킨다. 이와 같이, 임의의 다양한 추가적인 가스들(예를 들어, 이산화탄소, 질소, 이산화질소, 산화이질소(dinitrogen oxide) 등)이 오존 발생기 내에서 산소를 오존으로 변환하는 프로세스의 효율을 개선하거나 및/또는 선택적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 밸브, 질량 유동 제어기, 표시기, 센서 등은 가스 공급원(60), 혼합 가스 도관(62) 또는 둘 모두 중 적어도 하나 상에 위치되거나 또는 그와 통신할 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 개수의 밸브들, 질량 유동 제어기들, 표시기들, 센서들 등이 혼합 가스 도관(62)에 결합되거나 그와 통신할 수 있다는 것을 인식할 것이지만, 예를 들어, 두(2) 개의 밸브(64) 및 한(1) 개의 표시기(66)가 도 3 내지 도 6에 도시된 오존수 전달 시스템(30)의 실시예들에 포함된다.
다시 도 3 내지 도 6을 참조하면, 사용 중에, 이산화탄소 수용액이 용액 도관(38)을 통해 접촉 디바이스(32) 내로 도입된다. 전술한 바와 같이, 혼합 가스 도관(62)으로부터의 혼합 가스는 접촉 디바이스(32) 내로 도입된다. 혼합 가스 내의 오존은 용해된 오존(DIO3)을 형성하기 위해 초순수와 반응하고, 상기 초순수 내에서 용해된다. 용액 도관(38)을 통해 접촉 디바이스(32) 내로 도입된 초순수 내의 이산화탄소는 새롭게 형성된 용해된 오존의 붕괴 속도를 억제하는데 사용될 수 있다. 그 후, 오존수는 적어도 하나의 오존수 도관(72)을 통해 접촉 디바이스(32)로부터 오존수 출력(ozonated water output, 70)에서 방출된다. 일 실시예에서, 오존수 출력(70)으로부터의 오존수의 유량은 약 0.2 LPM 내지 약 70 LPM이다. 다른 실시예에서, 오존수 출력(70)으로부터의 오존수의 유량은 약 3 LPM 내지 약 40 LPM이다. 선택적으로, 도 3 및 4에 도시된 오존수 전달 시스템(30)은 오존수 출력(70)으로부터 약 2 LPM 내지 약 20 LPM의 오존수를 출력하도록 구성될 수 있다. 또한, 산소(O2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 및 다른 가스들과 같은 오프 가스들(80)은 적어도 하나의 오프 가스 도관(82)을 통해 접촉 디바이스(32)로부터 제거될 수 있다.
도 4 및 6은 적어도 그 안에 프로세서를 갖는 도 3에 도시된 오존수 전달 시스템(30)의 대안적인 실시예들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서, 표시기, 밸브 등이 오존수 도관(72) 상에 위치될 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 다양한 다른 구성요소들이 유사하게 포함될 수 있음을 인식할 것이지만, 예를 들어, 예시된 실시예에서, 센서(74)는 오존수 도관(72)에 결합된다. 통상의 기술자는 본원에 개시된 다양한 오존수 전달 시스템이 오존수 전달 시스템 내의 다양한 위치들에 위치된 하나 이상의 센서들(74)을 포함할 수 있음을 인식할 것이지만, 예를 들어, 일 실시예에서, 센서(74)는 오존수 도관(72)에 근접한 오존 농도를 측정하도록 구성될 수 있고, 상기 센서(74)는 오존 농도, 이산화탄소 농도, 유량들, 온도 등을 측정하도록 구성된다. 상기 센서(74)는 적어도 하나의 프로세서 도관(76)을 통해 적어도 하나의 프로세서(78)와 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(78)는 프로세서 도관(76)을 통해 UPW 공급원(34), 밸브(44), 표시기(46), 가스 공급원(60), 밸브(64) 및 표시기(66) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 이와 같이, 프로세서(78)는 UPW 공급원(34), 밸브(44), 표시기(46), 가스 공급원(60), 질량 유동 제어기(64), 표시기(66) 및 센서(74) 중 적어도 하나로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 이에 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 프로세서(78)는 시스템 전체에 걸쳐 사용되는 센서들, UPW 공급원들, 밸브들, 질량 유동 제어기들, 가스 공급원들 등을 통해 시스템 내에서 초순수, 혼합 가스 및/또는 오존수의 유동을 허용하거나, 제한하거나 및/또는 다른 방식으로 제어하도록 구성될 수 있다. 사용 중에, 프로세서(78)는 오존 농도, 물 유량 및 오존수의 유사한 특성들 및 접촉 디바이스(32) 내의 압력, UPW 공급원(34) 내의 압력 등과 같은 작동 특성들을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(78)는 그에 따라, UPW 공급원(34), 질량 밸브(44), 표시기(46), 가스 공급원(60), 밸브(64), 표시기(66) 및 센서(74)의 성능을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 접촉 디바이스(32)에서의 압력은 프로세서(78)에 의해 효과적으로 일정한 값으로 제어될 수 있다. 통상의 기술자는 접촉 디바이스(32) 내의 압력이 응용에 의존하여 더 높거나 더 낮을 수 있음을 인식할 것이지만, 접촉 디바이스(32)의 압력은 1 bar와 4 bar 사이 가령, 1.8 bar와 2.5 bar 사이로 구성될 수 있다. 도 7은 도 3 및 4에 도시된 아키텍처를 사용하여 CO2 액체 농도 및 CO2 가스 농도 프로필을 그래픽으로 도시한다. 통상의 기술자는 도 5 및 6에 도시된 실시예가 CO2 액체 농도 및 CO2 가스 농도의 유사한 그래픽 표현을 생성할 것임을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 접촉 디바이스(32) 내의 CO2의 분포는 도 1에 도시된 종래기술의 역류 아키텍처를 사용하는 패킹된 컬럼 접촉 디바이스(3)에서의 이산화탄소의 농도 프로파일보다 더 균일하다. 또한, 통상의 기술자는 멤브레인 접촉 디바이스를 포함하는 아키텍처들이 운반 프로세스들의 원리의 유사성에 기인하여, 도 1에 도시된 종래기술의 역류 아키텍처를 사용하는 패킹된 컬럼 접촉 디바이스(3)에서 이산화탄소의 농도 프로파일과 같이 이산화탄소의 농도 프로파일에서 유사한 불균일성을 겪는다는 것을 인식할 것이다.
통상의 기술자는 임의의 수의 센서들이 사용될 수 있음을 인식할 것이지만, 도 6은 두 개의 오존 센서들을 포함하는 오존수 전달 시스템의 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 제1 센서(74)는 연속적으로 작동하도록 구성될 수 있고, 제어 가능한 밸브(212) 및 프로세서(78)와 협력하여 출력된 오존수(72)의 오존 농도를 제어할 수 있다. 선택적으로, 예시된 실시예에서, 오존수 전달 시스템(30)은 적어도 제2 센서(204)(예를 들어, 오존 측정 디바이스)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 센서(204)는 측정 디바이스(74)의 정확도를 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 센서(204)는 오존수 전달 시스템(30)의 출력의 임의의 다양한 특성들을 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 센서(204)는 도관(72) 내의 용해된 오존 농도를 측정하고, 프로세서(78)와 협력하여, 제1 센서(74)에 의해 측정된 오존 농도 측정치를 제2 센서(204)에 의해 측정된 오존 농도에 비교하며, 편차가 있을 때, 그에 따라 제1 센서(74)의 영점을 조정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 밸브(213)는 예를 들어, 신선한 오존수로 오존 센서(204)를 채운 이후에, 시스템 내의 유동 상태를 선택적으로 제어하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 센서(204)에서 정체된 상태로 있는 물의 오존 농도는 제어기(78)에 의해 시간에 걸쳐 뒤따를 것이다. 붕괴율은 시간에 따른 오존 농도 곡선으로부터 계산될 수 있다. 그 후, 공급된 이산화탄소의 양은 처리된 표적 표면에서 원하는 오존 반응성을 달성하기 위해, 측정된 오존 붕괴율에 기초하여 제어기(78)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 오존 센서들(204)(광 센서들, 가시광 센서들, IR 센서들, UV 센서들 등)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 오존 센서(204)는 가시광 흡수에 기초하여 오존을 측정하도록 구성될 수 있다. 제2 센서(204)는 공급된 물에서 주어진 시간에 오존 농도를 측정하도록 구성된 기준 센서로서 작동하도록 구성될 수 있다. 그 후, 두 센서들의 측정 값들이 비교될 수 있다. 이와 같이, 상기 배열은 더 많은 양의 가동 시간에 기인하여, 전체 시스템에 대해 경제적으로 유리한 영점의 재교정을 위한 용해된 오존 없이 센서를 물로 채우는 것에 기인하여, 중단 없이 제1 센서(74)의 연속적인 작동을 허용한다.
도 8 및 9는 오존수 전달 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오존수 전달 시스템(100)은 제1 접촉 디바이스(102a) 및 적어도 제2 접촉 디바이스(102b)를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 접촉 디바이스(102a), 제2 접촉 디바이스(102b) 또는 둘 모두는 패킹된 컬럼 아키텍처를 포함한다. 선택적으로, 제1 접촉 디바이스(102a) 및/또는 제2 접촉 디바이스(102b) 중 적어도 하나는 패킹된 컬럼 구조를 포함하지 않아도 된다. 예를 들어, 적어도 하나의 제1 접촉 디바이스(102a) 및/또는 제2 접촉 디바이스(102b)는 멤브레인-기반 디바이스 또는 적어도 하나의 멤브레인 모듈을 포함할 수 있다. 제1 접촉 디바이스(102a)는 적어도 하나의 초순수 도관(106)(이하, UPW 도관(106))을 통해 적어도 하나의 초순수 공급원(104)(이하, UPW(104))과 유체 연통할 수 있다. 다시, 도 8 및 9에 도시되지 않았지만, 통상의 기술자는 하나 이상의 제어기들, 밸브 디바이스들, 센서들, 표시기들 등이 결합 부재(106) 상에 포함될 수 있음을 인식할 것이다.
다시 도 8 및 9를 참조하면, 적어도 하나의 가스 공급원(130)은 적어도 하나의 가스 도관(112)을 통해 UPW 공급원(104), UPW 도관(106) 및/또는 접촉 디바이스(102a) 중 적어도 하나와 연통할 수 있다. 예시된 실시예에서, 가스 공급원(130)는 적어도 하나의 결합 부재(118)를 통해 UPW 도관(106)에 결합되는 적어도 하나의 가스 도관(112)에 결합된다. 이전 실시예와 같이, UPW 도관(106)을 통해 유동하는 초순수는 적어도 하나의 반응 용액을 형성하기 위해 가스 도관(112) 내의 가스와 반응한다. 또한, UPW 도관(106)과 같이, 가스 도관(112)은 그 위에 하나 이상의 제어기들, 밸브 디바이스들, 질량 유동 제어기들, 센서들, 표시기들 등을 포함하거나 또는 그와 통신할 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 다양한 응용들을 위해 임의의 수의 밸브들, 표시기들, 제어기들 등이 가스 도관(112) 상에 또는 그와 통신하여 포함될 수 있음을 인식할 것이지만, 예를 들어, 예시된 실시예에서 가스 도관(112)은 가스 공급원(130) 내로의 물 및/또는 가스의 역류를 방지하도록 구성된 두(2) 개의 밸브들(114) 및 한(1) 개의 표시기(116)를 그 위에 포함한다.
선택적으로, 가스 공급원(130)은 초순수가 적어도 하나의 용액 도관(120)을 통해 제1 접촉 디바이스(102a)로 들어가기 전에 이산화탄소 수용액을 형성하기 위해 이산화탄소(CO2)를 초순수 도관(106) 내에서 유동하는 초순수로 전달하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 가스 공급원(130) 및 가스 도관(112)이 임의의 원하는 유량으로 UPW 도관(106) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 가스 공급원(130) 및 가스 도관(112)은 초순수의 유량에 독립적으로, 일정한 유량으로 UPW 도관(106) 내에서 유동하는 초순수에 이산화탄소의 유동을 제공하도록 구성될 수 있다.
다시 도 8 및 9를 참조하면, 가스 공급원(130)는 적어도 하나의 혼합 가스 도관(132)을 통해 제2 접촉 디바이스(102b)와 연통할 수 있다. 이전 실시예와 같이, 가스 공급원(130)은 적어도 하나의 오존 발생기에 결합되거나, 그와 연통되거나, 내부에 이를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 단일 가스 공급원(130)는 제2 접촉 디바이스(102b)와 유체 연통하지만, 임의의 수의 가스 공급원(130)들이 사용될 수 있다. 이전 실시예와 같이, 도 7 및 8에 도시된 가스 공급원(130)는 산소(O2), 오존(O3) 및 이산화탄소(CO2)로 구성된 혼합 가스를 접촉 디바이스(32)에 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 다수의 가스 공급원들(130)은 제2 접촉 디바이스(102b)에 결합되거나, 또는 이와 다른 방식으로 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 산소(O2), 오존(O3) 및 이산화탄소(CO2)의 개별적인 공급원들은 혼합 가스 도관(132)이 혼합하고, 혼합 가스를 개별 공급원들로부터 제2 접촉 디바이스(102b)로 운반하도록, 각각 혼합 가스 도관(132)에 결합될 수 있다. 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 밸브, 질량 유동 제어기, 표시기, 센서 등이 혼합 가스 도관(132) 상에 위치되거나 또는 그와 통신할 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 수의 밸브들, 질량 유동 제어기들, 표시기들, 센서들 등이 혼합 가스 도관(132)에 결합되거나 또는 그와 통신할 수 있음을 인식할 것이지만, 예를 들어, 두(2) 개의 밸브들(134) 및 한(1) 개의 표시기(136)가 물 및/또는 가스의 가스 공급원(130) 내로의 역류를 방지하도록 구성된 도 7 및 8에 도시된 오존수 전달 시스템(100)의 실시예에 포함된다.
사용 중에, 이산화탄소 수용액이 용액 도관(120)을 통해 제1 접촉 디바이스(102a) 내로 도입된다. 덧붙여, 혼합 가스 도관(132)으로부터의 혼합 가스는 제2 접촉 디바이스(102b) 내로 도입된다. 일부 혼합 가스는 제1 접촉 디바이스(102a) 및 제2 접촉 디바이스(102b)와 유체 연통하는 적어도 하나의 오프 가스 결합 도관(164)을 통해 제2 접촉 디바이스(102b)로부터 제1 접촉 디바이스(102a)로 지향된다. 제2 접촉 디바이스(102b)로부터의 혼합 가스는 제1 접촉 디바이스(102a) 내로 도입될 수 있고, 제1 접촉 디바이스(102a) 내의 수용성의(aqueous) 이산화탄소 액상과 반응하며, 그로 인해 용해된 오존/UPW 용액을 제공하기 위해 이산화탄소 수용액에서의 혼합 가스 내의 오존을 용해시킨다. 제1 접촉 디바이스(102a) 내의 용해된 오존/UPW 용액은 적어도 하나의 제1 접촉 디바이스 도관(152)을 통해 제1 접촉 디바이스(102a)로부터 제거되고 제2 접촉 디바이스(102b) 내로 유동할 수 있는 한편, 오프 가스(166)는 적어도 하나의 제1 접촉 디바이스 오프 가스 도관(168)을 통해 제1 접촉 디바이스(102a)로부터 제거된다. 예시된 실시예에서, 적어도 하나의 펌프(150)는 용해된 오존/UPW 용액을 제1 접촉 디바이스(102a)로부터 제1 접촉 디바이스 도관(152)을 통해 제2 접촉 디바이스(102b)로 지향시키는데 사용될 수 있다.
다시 도 8 및 9를 참조하면, 제1 접촉 디바이스(102a)로부터 용해된 오존/UPW 용액은 가스 공급원(130)으로부터 혼합 가스의 존재 하에 제2 접촉 디바이스(102b) 내로 지향된다. 결과적으로, 제2 접촉 디바이스(102b) 내의 혼합 가스는 용해된 오존/UPW 용액에 오존을 용해시키며, 그로 인해, 적어도 하나의 제2 접촉 디바이스 출력 도관(162)을 통해 제2 접촉 디바이스(102b)로부터 출력될 수 있는 더 높은 농도의 용해된 오존(160)을 초래한다. 통상의 기술자는 도 7 및 8이 직렬로 결합된 제1 및 제2 접촉 디바이스를 도시하지만, 상기 제1 및 제2 접촉 디바이스는 임의의 원하는 구성으로 결합될 수 있음을 인식할 것이다.
선택적으로, 도 9는 그 안에 적어도 하나의 프로세서를 갖는 도 8에 도시된 오존수 전달 시스템(100)의 대안적인 실시예를 도시한다. 상술한 이전 실시예들과 같이, 적어도 하나의 센서, 표시기, 밸브 등이 제2 접촉 디바이스 출력 도관(162) 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 센서(170)가 제2 접촉 디바이스 출력 도관(162)에 결합되지만, 통상의 기술자에게는 압력 센서들 또는 레벨 센서들과 같은 임의의 다양한 다른 구성요소들이 유사하게 포함될 수 있다. 센서(170)는 적어도 하나의 프로세서 도관(172)을 통해 적어도 하나의 프로세서(174)와 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(174)는 프로세서 도관(172)을 통해 UPW 공급원(104), 질량 유동 제어기(114), 표시기(116), 가스 공급원(130), 질량 유동 제어기(134), 펌프(150) 및 표시기(136) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 이와 같이, 프로세서(174)는 UPW 공급원(104), 질량 유동 제어기(114), 표시기(116), 가스 공급원(130), 질량 유동 제어기(134), 표시기(136) 및 센서(170) 중 적어도 하나로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 이에 제공하도록 구성될 수 있다. 사용 중에, 프로세서(174)는 용해된 오존 농도 및 오존수의 유사한 특성들을 모니터링하고, 그에 따라, UPW 공급원(104), 질량 유동 제어기(114), 표시기(116), 가스 공급원(130), 질량 유동 제어기(134), 펌프(150) 및 센서(170)의 성능을 선택적으로 변경하도록 구성될 수 있다. 펌프(150)는 접촉 디바이스(102b)의 압력을 접촉 디바이스(102a)보다 0.1 bar 내지 1 bar 더 높게, 가령 0.2 bar 내지 0.7 bar 더 높게 설정하도록 제어될 수 있지만, 통상의 기술자는 접촉 디바이스(102b)가 임의의 원하는 압력에서 작동할 수 있음을 인식할 것이다. 이와 같이, 도 9에 도시되지 않았지만, 통상의 기술자는 펌프(150)가 프로세서(174)와 통신할 수 있음을 인식할 것이다. 제2 접촉 디바이스(102b)의 압력은 프로세서(174)에 의해 효과적으로 일정한 값으로 제어될 것이다. 제2 접촉 디바이스(102b)의 압력은 1 bar와 4 bar 사이 가령, 1.8 bar와 2.5 bar 사이로 구성될 수 있다.
본원에 개시된 실시예들은 본 발명의 원리들 예시한 것이다. 본 발명의 범주 내에 있는 다른 수정이 이용될 수 있다. 따라서, 본 출원에 개시된 디바이스들은 본원에 도시되고 설명된 것으로 정확하게 제한되지 않는다.
Claims (31)
- 오존수(ozonated water) 전달 시스템으로서,
적어도 하나의 접촉 디바이스(contacting device);
초순수(ultrapure water)를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 초순수 공급원;
상기 적어도 하나의 초순수 공급원에 결합된 적어도 하나의 초순수 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관에 결합된 적어도 하나의 가스 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 가스 도관을 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스의 제1 측에 연결하는 적어도 하나의 용액 도관;
상기 적어도 하나의 접촉 디바이스의 제2 측에 연결되는 적어도 하나의 혼합 가스 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관으로부터 상기 초순수와 반응될 때 적어도 하나의 반응 용액을 형성하는 적어도 하나의 가스를 상기 적어도 하나의 가스 도관을 통해 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스의 상기 제1 측으로 제공하도록 구성되고, 적어도 하나의 혼합 가스를 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스의 상기 제2 측으로 제공하도록 구성되는 단일의 가스 공급원; 및
상기 적어도 하나의 접촉 디바이스와 연통하는 적어도 하나의 오존수 출력 도관(ozonated water output conduit)을 포함하는, 오존수 전달 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 접촉 디바이스는 적어도 하나의 패킹된 컬럼 접촉 디바이스(packed column contacting device)를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 접촉 디바이스는 그 안에 타워 패킹(tower packing)을 포함하는 적어도 하나의 팩 컬럼 접촉 디바이스를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 접촉 디바이스는 그 안에 멤브레인 모듈을 갖는 적어도 하나의 멤브레인-기반 접촉 디바이스를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 상기 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관 중 적어도 하나에 이산화탄소를 제공하도록 구성되고, 그로 인해 이산화탄소 수용액(aqueous carbon dioxide solution)을 형성하는, 오존수 전달 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 0.01 SLPM 내지 0.5 SLPM의 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 0.05 SLPM 내지 0.3 SLPM의 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 0.1 SLPM 내지 0.2 SLPM의 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 고정된 가스 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 가변 가스 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원으로부터 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스로 유동하는 적어도 하나의 혼합 가스는 산소, 오존 및 이산화탄소로 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원으로부터 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스로 유동하는 적어도 하나의 혼합 가스는 질소, 이산화질소, 이질소 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원, 적어도 하나의 초순수 공급원, 적어도 하나의 초순수 도관, 적어도 하나의 용액 도관, 적어도 하나의 혼합 가스 도관, 적어도 오존수 출력 도관 중 적어도 하나 상에 위치된 프로세서, 밸브, 질량 유동 제어기, 유동 센서, 게이지(gauge), 표시기, 유동 제한기 및 센서 중 적어도 하나를 더 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 접촉 디바이스 상에 형성되고, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 적어도 하나의 용액 도관 중 적어도 하나를 통해 상기 적어도 하나의 초순수 공급원과 연통하는 적어도 하나의 초순수 유입구; 및
상기 접촉 디바이스 상에서 그 위에 형성되고, 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 단일의 가스 공급원과 연통하는 적어도 하나의 혼합 가스 유입구를 더 포함하는, 오존수 전달 시스템. - 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 혼합 가스 유입구는 상기 적어도 하나의 초순수 유입구로부터 멀리 떨어져서 위치되는, 오존수 전달 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 혼합 가스 유입구는 상기 적어도 하나의 초순수 유입구에 근접하게 위치되는, 오존수 전달 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 오존수 출력 도관은 오존수를 출력하도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 오존수 출력 도관은 0.2 리터/분 내지 70 리터/분의 속도로 오존수를 출력하도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 오존수 출력 도관은 3 리터/분 내지 40 리터/분의 속도로 오존수를 출력하도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 오존수 출력 도관은 2 리터/분 내지 20 리터/분의 속도로 오존수를 출력하도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 오존수 전달 시스템으로서,
제1 접촉 디바이스;
상기 제1 접촉 디바이스에 초순수를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 초순수 공급원;
상기 적어도 하나의 초순수 공급원 및 상기 제1 접촉 디바이스에 결합된 적어도 하나의 초순수 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관에 결합된 적어도 하나의 가스 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 가스 도관을 상기 제1 접촉 디바이스의 제1 측에 연결하는 적어도 하나의 용액 도관;
적어도 제2 접촉 디바이스의 제2 측에 연결되는 적어도 하나의 혼합 가스 도관;
상기 적어도 하나의 초순수 도관으로부터 상기 초순수와 반응될 때 적어도 하나의 반응 용액을 형성하는 적어도 하나의 가스를 상기 적어도 하나의 가스 도관을 통해 상기 제1 접촉 디바이스의 상기 제1 측으로 제공하도록 구성되고, 적어도 하나의 혼합 가스를 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 제2 접촉 디바이스의 상기 제2 측으로 제공하도록 구성되는 단일의 가스 공급원;
적어도 하나의 제1 접촉 디바이스 도관을 통해 상기 제1 접촉 디바이스와 연통하는 상기 적어도 제2 접촉 디바이스 - 상기 제1 접촉 디바이스 도관은 상기 제1 접촉 디바이스로부터 출력된 오존수를 상기 적어도 제2 접촉 디바이스로 운반하도록 구성됨 -;
상기 적어도 제2 접촉 디바이스 및 상기 제1 접촉 디바이스와 연통하는 적어도 하나의 오프 가스 도관(off gas conduit) - 상기 적어도 하나의 오프 가스 도관은 상기 적어도 하나의 혼합 가스의 일부를 상기 적어도 제2 접촉 디바이스로부터 상기 제1 접촉 디바이스로 지향시키도록 구성됨 -; 및
상기 적어도 제2 접촉 디바이스와 연통하는 적어도 하나의 오존수 출력 도관을 포함하는, 오존수 전달 시스템. - 제21항에 있어서, 상기 제1 접촉 디바이스 및 상기 적어도 제2 접촉 디바이스 중 적어도 하나는 적어도 하나의 패킹된 컬럼 접촉 디바이스를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 접촉 디바이스 및 상기 적어도 제2 접촉 디바이스 중 적어도 하나는 그 안에 타워 패킹을 포함하는 적어도 하나의 팩 컬럼 접촉 디바이스를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 접촉 디바이스 및 상기 적어도 제2 접촉 디바이스 중 적어도 하나는 그 안에 적어도 하나의 멤브레인 모듈을 갖는 적어도 하나의 멤브레인-기반 접촉 디바이스를 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 접촉 디바이스 및 상기 적어도 제2 접촉 디바이스와 연통하는 적어도 하나의 펌프를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 펌프는 상기 제1 접촉 디바이스로부터 출력된 오존수를 상기 적어도 제2 접촉 디바이스로 펌핑하도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 상기 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관 중 적어도 하나에 이산화탄소를 제공하도록 구성되고, 그로 인해 이산화탄소 수용액을 형성하는, 오존수 전달 시스템.
- 제26항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원은 0.01 SLPM 내지 0.5 SLPM의 유량으로 적어도 하나의 초순수 공급원, 상기 적어도 하나의 초순수 도관 및 상기 적어도 하나의 용액 도관에 이산화탄소를 유동시키도록 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원으로부터 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 제2 접촉 디바이스로 유동하는 적어도 하나의 혼합 가스는 산소, 오존 및 이산화탄소로 구성되는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원으로부터 상기 적어도 하나의 혼합 가스 도관을 통해 상기 적어도 제2 접촉 디바이스로 유동하는 적어도 하나의 혼합 가스는 질소, 이산화질소, 이질소 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있는, 오존수 전달 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 단일의 가스 공급원, 적어도 하나의 초순수 공급원, 적어도 하나의 초순수 도관, 적어도 하나의 용액 도관, 적어도 하나의 제1 접촉 디바이스 도관, 적어도 하나의 혼합 가스 도관, 적어도 하나의 오프 가스 도관 및 적어도 오존수 출력 도관 중 적어도 하나 상에 위치된 프로세서, 밸브, 질량 유동 제어기, 유동 센서, 게이지, 표시기, 유동 제한기, 펌프 및 센서 중 적어도 하나를 더 포함하는, 오존수 전달 시스템.
- 제1항에 따른 오존수 전달 시스템을 통해 오존수를 제공하는 방법으로서,
단일의 가스 공급원으로부터 이산화탄소를 포함하는 적어도 하나의 가스를 초순수에 제공함으로써 그리고 상기 이산화탄소를 상기 초순수와 반응시킴으로써, 초순수 내에 용해된 이산화탄소로 구성된 이산화탄소 수용액(aqueous carbon dioxide solution)을 형성하는 단계;
상기 이산화탄소 수용액을 적어도 하나의 접촉 디바이스 내로 유동시키는 단계;
상기 단일의 가스 공급원으로부터 적어도 일부가 오존을 포함하는 적어도 하나의 혼합 가스를 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스 내로 유동시키는 단계 - 상기 적어도 하나의 접촉 디바이스는 그 안에서 유동하는 상기 이산화탄소 수용액을 갖음 - ;
상기 적어도 하나의 접촉 디바이스 내의 상기 초순수 내에 상기 오존 중 적어도 일부를 용해시키는 단계;
상기 이산화탄소 수용액의 이산화탄소 성분으로 상기 초순수 내의 상기 용해된 오존의 오존 붕괴율을 지연시키는 단계; 및
상기 적어도 하나의 접촉 디바이스로부터 오존수를 출력하는 단계를 포함하는, 오존수를 제공하는 방법.
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