JP2012139656A - 窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造するにあたり、効率的に凝縮水の排出を行うことにより、長期間に亘って連続的かつ安定的に運転可能な窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システムを提供する。
【解決手段】ガス透過膜２１によって区画された気相室２２及び液相室２３を備えたガス溶解膜モジュール２を用い、窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造する方法において、気相室２２に生じた凝縮水を、気相室２２に接続された凝縮水排出部４に導入し、凝縮水排出部４と気相室２２との接続を遮断する。気相室２２との接続が遮断された状態で凝縮水排出部４に窒素ガスを供給することにより、凝縮水排出部４に導入された凝縮水を排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造する窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システムに関する。

従来、半導体用のシリコンウェハやフラットパネルディスプレイ用のガラス基板等の電子材料の表面から微粒子や有機物、金属などを除去するためには、ＲＣＡ洗浄法と呼ばれる、過酸化水素をベースとする高濃度の薬液による高温でのウェット洗浄方法が行われていた。ＲＣＡ洗浄法は、電子材料の表面の金属などを除去するために有効な方法であるが、高濃度の酸やアルカリ、過酸化水素を多量に使用する必要がある。そのため、廃液中にこれら多量の薬液が排出され、当該廃液の中和処理や沈殿処理を行うことに多大な負担がかかるとともに、多量の汚泥が発生するという問題があった。また、洗浄後の被洗浄物を濯ぐために多量の純水や超純水が必要となる問題もあった。

そこで、特定のガスを純水に溶解させ、必要に応じて微量の薬剤を添加して調製したガス溶解水が、高濃度薬液に代わって使用されるようになってきている。ガス溶解水による洗浄であれば、廃液処理の負担は軽減され、被洗浄物に対する薬剤残留の問題も少ない一方で洗浄効果も高いため、洗浄用水の使用量を低減することができる。電子材料用洗浄水としてのガス溶解水に用いられる特定のガスとしては、窒素ガス、水素ガス、酸素ガス、オゾンガス、希ガス、炭酸ガスなどがある。

このようなガス溶解水を製造する方法として、ガス透過膜によって区画された気相室及び液相室を備えたガス溶解膜モジュールを用いたものが知られている。ガス透過膜とは、水などの液体は透過させないが、ガス（気体）は透過させる膜である。気相室に窒素ガス等のガスを供給し、液相室に純水又は超純水を供給すると、窒素ガスがガス透過膜を透過して液相室において純水又は超純水に溶解し、ガス溶解水が製造される。例えば、特許文献１には、超純水を脱気して溶存気体の飽和度を低下させた後、この脱気処理された超純水に、ガス溶解膜モジュールを用いて水素ガスを溶解させる技術が記載されている。

前述のように、ガス透過膜は液体を透過させないものであるが、ガス溶解膜モジュールを用いてガスを純水又は超純水に溶解させてガス溶解水を製造する際に、液相室に供給された純水又は超純水の一部が水蒸気となってガス透過膜を透過し、気相室に拡散してくる。このように液相室から透過してきた水蒸気は、気相室で結露して凝縮水となり、気相室に溜まってしまう。

このような凝縮水が少量であるうちは、ガス溶解膜モジュールの性能に及ぼす影響が軽微であるものの、時間が経過して凝縮水が多量になると、この凝縮水によってガス透過膜の気相室側の表面が覆われてしまい、ガス透過膜のうちガスの透過に寄与する有効面積が減少する。その結果、ガスの液相室への透過がスムーズに行われなくなるため、ガス溶解膜モジュールの性能は低下し、液相室に供給された純水又は超純水に対してガスを十分に溶解させることができなくなる。このような状況を回避すべく、ガス溶解膜モジュールの気相室に溜まる凝縮水を、定期的に系外へ排出する必要がある。

特開平１１−０７７０２３号公報

ガス溶解膜モジュールの気相室に溜まる凝縮水を系外へ排出する方法としては、排出用配管を介して真空ポンプやエジェクタを気相室に接続し、気相室に溜まった凝縮水をその真空ポンプ等で吸引して排出することが考えられる。しかしながら、真空ポンプ等で気相室内の凝縮水を吸引すると、気相室の圧力が低下し、気相室からガス透過膜を透過して液相室の純水又は超純水に供給されるガス量が減少してしまうため、ガス溶解水のガス濃度が低下してしまうという問題がある。そのために、凝縮水を排出する際には、凝縮水を排出用配管に導入した後、当該排出用配管のガス溶解膜モジュール側のバルブを閉じ、ガス溶解膜モジュールの気相室への影響が及ばない状態にする必要がある。

一方、排出用配管のガス溶解膜モジュール側のバルブを閉じ、ガス溶解膜モジュールの気相室への影響が及ばない状態にした場合、排出用配管に接続された真空ポンプやエジェクタによって排出用配管を減圧することにより凝縮水を排出しようとしても、気相室から気体が流れ込んで凝縮水を押し出すことがないため、うまく凝縮水が排出用配管から排出されないという別の問題が生じてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造するにあたり、効率的に凝縮水の排出を行うことにより、長期間に亘って連続的かつ安定的に運転可能な窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第一に、本発明は、ガス透過膜によって区画された気相室及び液相室を備えたガス溶解膜モジュールを用い、窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造する方法であって、前記気相室に生じた凝縮水を、前記気相室に接続された凝縮水排出部に導入するステップと、前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断するステップと、前記気相室との接続が遮断された状態で前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給することにより、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水を排出するステップと、を備えていることを特徴とする、窒素ガス溶解水製造方法を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、凝縮水排出部とガス溶解膜モジュールの気相室との接続を遮断し、ガス溶解膜モジュールの気相室への影響が及ばない状態においても、凝縮水排出部に対して供給された窒素ガスが、凝縮水排出部に導入された凝縮水を系外に押し出すため、効率的に凝縮水の排出を行うことができる。また、その結果として、ガス透過膜の気相室側の表面を覆うほどの凝縮水が気相室内に滞留することはなく、ガス溶解膜モジュールの性能が低下することもないため、長期間に亘って連続的かつ安定的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させた窒素ガス溶解水を製造できる。

上記発明（発明１）において、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量を測定するステップを更に備えており、前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断するステップにおいて、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量が所定の量を超えると、前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断することが好ましい（発明２）。

上記発明（発明２）によれば、凝縮水排出部に導入された凝縮水が凝縮水排出部から溢れ出すことはなく、適切なタイミングを見計らって凝縮水の排出を行うことができる。

上記発明（発明１、２）において、前記凝縮水を排出するステップは、前記気相室との接続が遮断された状態で前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給するとともに、前記凝縮水排出部を減圧することにより、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水を排出することが好ましい（発明３）。

上記発明（発明３）によれば、供給された窒素ガスによって凝縮水排出部内に滞留している凝縮水を押し出しつつ、凝縮水排出部を減圧することによって凝縮水を吸引することができるため、より効率的に凝縮水の排出を行うことができる。

上記発明（発明３）において、真空ポンプによって前記凝縮水排出部を減圧するようにしてもよいし（発明４）、エジェクタによって前記凝縮水排出部を減圧するようにしてもよい（発明５）。

第二に、本発明は、ガス透過膜によって区画された気相室及び液相室を備えたガス溶解膜モジュールと、前記気相室に生じた凝縮水を排出する凝縮水排出装置と、を備えた窒素ガス溶解水製造システムであって、前記凝縮水排出装置は、前記気相室に接続されており、前記気相室に生じた凝縮水が導入される凝縮水排出部と、前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断可能なバルブと、前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置と、を備えていることを特徴とする、窒素ガス溶解水製造システムを提供する（発明６）。

上記発明（発明６）によれば、凝縮水排出部とガス溶解膜モジュールの気相室との接続をバルブによって遮断し、ガス溶解膜モジュールの気相室への影響が及ばない状態においても、窒素ガス供給装置により凝縮水排出部に対して供給された窒素ガスが、凝縮水排出部に導入された凝縮水を系外に押し出すため、効率的に凝縮水の排出を行うことができる。また、その結果として、ガス透過膜の気相室側の表面を覆うほどの凝縮水が気相室内に滞留することはなく、ガス溶解膜モジュールの性能が低下することもないため、長期間に亘って連続的かつ安定的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させた窒素ガス溶解水を製造できる。

上記発明（発明６）において、前記凝縮水排出装置は、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量を測定する測定装置を更に備えており、前記測定装置が測定した前記凝縮水の量が所定の量を超えると、前記バルブが前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断することが好ましい（発明７）。

上記発明（発明７）によれば、凝縮水排出部に導入された凝縮水が凝縮水排出部から溢れ出すことはなく、適切なタイミングを見計らって凝縮水の排出を行うことができる。

上記発明（発明６、７）において、前記凝縮水排出装置は、前記凝縮水排出部を減圧する減圧手段を更に備えていることが好ましい（発明８）。

上記発明（発明８）によれば、供給された窒素ガスによって凝縮水排出部内に滞留している凝縮水を押し出しつつ、凝縮水排出部を減圧することによって凝縮水を吸引することができるため、より効率的に凝縮水の排出を行うことができる。

上記発明（発明８）において、前記減圧手段は真空ポンプであってもよいし（発明９）、エジェクタであってもよい（発明１０）。

本発明の窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システムによれば、効率的に凝縮水の排出を行うことができ、長期間に亘って連続的かつ安定的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させた窒素ガス溶解水を製造できる。

本発明の一の実施形態に係る窒素ガス溶解水製造システムを示す概略図である。 本発明の他の実施形態に係る窒素ガス溶解水製造システムを示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る窒素ガス溶解水製造システム１は、ガス溶解膜モジュール２、窒素ガス供給装置３、凝縮水排出部４、排出ガス供給装置５、および真空ポンプ６から構成されている。

ガス溶解膜モジュール２内は、ガス透過膜２１によって気相室２２と液相室２３とに区画されている。液相室２３には原水供給管２４とガス溶解水供給管２５とが接続されており、純水製造装置（図示せず）により製造された原水Ｗが、原水供給管２４を介してガス溶解膜モジュール２に対して供給され、ガス溶解膜モジュール２において製造されたガス溶解水が、ガス溶解水供給管２５を介して洗浄装置（図示せず）に対して供給される。また、気相室２２には、ガス供給管３１を介して窒素ガス供給装置３が接続されている。ガス供給管３１の途中には窒素ガス供給装置３から気相室２２に対して供給される窒素ガスの流量を調節するための窒素ガス供給制御弁３２が設けられている。さらに、気相室２２は、気相室２２内に生じた凝縮水を排出するための凝縮水排出部４に接続されている。

ガス透過膜２１は、水を透過させず、かつガスを透過させるものであれば特に制限はなく、例えば、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリカーボネート―ポリジメチルシロキサンブロック共重合体、ポリビニルフェノール―ポリジメチルシロキサン―ポリスルホンブロック共重合体、ポリ（４―メチルペンテン―１）、ポリ（２，６―ジメチルフェニレンオキシド）、ポリテトラフルオロエチレンなどの高分子膜などを挙げることができる。

原水Ｗとしては、一般に、被洗浄物を要求された清浄度に洗浄することができる程度に精製された純水又は超純水が用いられるが、これに限られるものではなく、ユースポイントで使用する用途を満足する清浄度があり、ガス透過膜を徒に劣化ないし変質させる物質が含まれていない水であればよい。また、脱気処理を施した脱気水を用いてもよい。

凝縮水排出部４は、管状の凝縮水排出管４０と、凝縮水排出管４０の途中上流寄りに設けられた第1バルブ４１と、凝縮水排出管４０の途中下流寄りに設けられた第２バルブ４２と、凝縮水排出管４０の途中かつ第1バルブ４１の一次側に設けられた測定器４３とから構成されている。凝縮水排出管４０の上流側の端部は、ガス溶解膜モジュール２の気相室２２に接続されている。また、凝縮水排出管４０には、第1バルブ４１と第２バルブ４２との間において、第1バルブ４１寄りの位置に排出ガス供給装置５が排出ガス供給管５１を介して接続されている。排出ガス供給管５１の途中には排出ガス供給装置５から排出ガス供給管５１に対して供給される窒素ガスの流量を調節するための排出ガス供給制御弁５２が設けられている。さらに、凝縮水排出管４０の下流側の端部には真空ポンプ６が接続されている。

測定器４３は、凝縮水排出管４０に溜まった凝縮水の液面を検知する液面計（レベルセンサ）である。本実施形態においては、凝縮水排出管４０に溜まった凝縮水の量を測定する測定器４３として液面計を採用したが、例えば、溜まった凝縮水の重量を測定する重量測定計などを用いてもよい。測定器４３は、光を利用する液面計であってもよいし、超音波や静電容量などを利用する液面計であってもよい。また、本実施形態においては測定器４３を第1バルブ４１の一次側に設けている。すなわち、測定器４３が凝縮水の液面を検知するときは、凝縮水の液面が第1バルブ４１の一次側に位置している状態である。そのため、凝縮水の排出工程において第1バルブ４１を閉じた際に、一部の凝縮水が第1バルブ４１の一次側に取り残されることとなり、第１バルブ４１を開弁して凝縮水の排出工程を完了させる際には、取り残されていた凝縮水が第1バルブ４１の二次側に流れ込むため、排出ガスが第1バルブ４１の一次側に流れ込むことが抑えられる。その結果、排出ガスによりガス溶解水が汚染されにくくなるという効果が生じる。

排出ガス供給装置５は、凝縮水排出管４０に窒素ガスを供給する装置であり、凝縮水排出管４０の、第1バルブ４１と第２バルブ４２との間であって第1バルブ４１寄りの位置に、排出ガス供給管５１を介して接続されている。このような位置に排出ガス供給装置５が接続されていることにより、第１バルブ４１を閉じた状態において、排出ガス供給装置５から窒素ガスが凝縮水排出管４０に供給されると、供給された窒素ガスが凝縮水排出管４０内に滞留している凝縮水を第２バルブ４２方向へ押し出し、効率的に凝縮水の排出を行うことができる。

真空ポンプ６には特に制限はないが、例えば、水封式真空ポンプや水蒸気除去機能を備えたスクロールポンプなどのように水蒸気を吸気できるものが好ましい。排出ガス供給装置５を作動させて凝縮水排出管４０に窒素ガスを供給するともに、真空ポンプ６を作動させることにより、供給された窒素ガスによって凝縮水排出管４０内に滞留している凝縮水を押し出しつつ、真空ポンプ６が凝縮水排出管４０内を減圧し、凝縮水を吸引するため、より効率的に凝縮水の排出を行うことができる。

また、本実施形態においては、凝縮水排出管４０内を減圧するための減圧装置として真空ポンプ６を備えたが、これに限られるものではなく、例えば、図２に示すように、真空ポンプ６の代わりにエジェクタ７を設けてもよいし、そのような減圧装置を設けなくてもよい。なお、図２に示した窒素ガス溶解水製造システム１Ａは、真空ポンプ６の代わりにエジェクタ７を設けたことを除いて、図１に示した窒素ガス溶解水製造システム１と同様の構成を有するものであるため、その詳細の説明については省略する。

このように構成された窒素ガス溶解水製造システム１を用いて窒素ガス溶解水を製造するには、まず純水製造装置（図示せず）により製造された原水Ｗを、原水供給管２４よりガス溶解膜モジュール２の液相室２３に供給開始する。また、窒素ガス供給制御弁３２を開弁し、窒素ガス供給装置３からガス溶解膜モジュール２の気相室２２に対して窒素ガスの供給を開始する。このとき、凝縮水排出部４の第１バルブ４１は閉弁しておく。凝縮水排出部４の第２バルブ４２は閉弁しておくことが好ましいが、開弁していてもよい。

ガス溶解膜モジュール２の液相室２３に原水Ｗを、気相室２２に窒素ガスを供給すると、窒素ガスが、気相室２２側から液相室２３側へとガス透過膜２１を透過し、液相室２３内の原水Ｗに溶解する。このようにして得られた窒素ガス溶解水は、ガス溶解水供給管２５を経由してユースポイントに供給される。

このように窒素ガス溶解水を製造する過程において、ガス溶解膜モジュール２の液相室２３に供給された原水Ｗの一部が水蒸気となり、ガス透過膜２１を透過して気相室２２に拡散してくる。このように液相室２３から透過してきた水蒸気は、気相室２２で結露して凝縮水となり、気相室２２内に滞留し始める。

ここで、凝縮水排出部４の第２バルブ４２を閉弁した状態で、第１バルブ４１を開弁する。これにより、気相室２２内に生じた凝縮水が凝縮水排出部４の凝縮水排出管４０内に貯留される。第２バルブ４２が閉弁されているため、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水の量は徐々に増えていくが、この凝縮水の量は凝縮水排出管４０に設けられた測定器４３によって測定される。なお、このように気相室２２内に生じた凝縮水が凝縮水排出部４の凝縮水排出管４０内に貯留される過程において、第２バルブ４２が閉弁されていることにより、系外から気体や不純物が凝縮水排出管４０を介してガス溶解膜モジュール２に流入することが防止される。

測定器４３によって測定された凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水の量が所定量を超えると、第１バルブ４１を閉弁し、第２バルブ４２を開弁する。そして、排出ガス供給制御弁５２も開弁し、排出ガス供給装置５から凝縮水排出管４０に対して窒素ガスの供給を開始する。これにより、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水は、この窒素ガスに押圧されて第２バルブ４２方向に押し流され、凝縮水排出管４０から系外へと排出される。なお、このように、排出ガス供給装置５から窒素ガスが凝縮水排出管４０に対して供給されるが、このときに第１バルブ４１が閉弁されていることにより、第１バルブ４１よりも上流側に窒素ガスが流入したり、ガス溶解膜モジュール２に凝縮水が逆流したりすることはない。また、ガス溶解膜モジュール２の気相室２２内の圧力が高くなることもないため、窒素ガス溶解水の製造は安定的に継続される。

排出ガス供給装置５から凝縮水排出管４０に対して供給するガスを窒素ガスとすることにより、凝縮水排出後に再び第１バルブ４１を開弁し、凝縮水排出管４０とガス溶解膜モジュール２の気相室２２との接続を回復させる際、ガス溶解膜モジュール２における窒素ガス溶解水の製造に対する影響を最小限に留めることができるという利点がある。すなわち、凝縮水排出後、凝縮水排出管４０内には排出ガス供給装置５から供給されたガスが充満しており、この状態で凝縮水排出管４０とガス溶解膜モジュール２の気相室２２との接続を回復させると、気相室２２側にも当該ガスが流れ込む。ここで当該ガスが空気であったり、水素ガスであったりすると、気相室２２側から液相室２３側へとガス透過膜２１を透過する窒素ガス量に影響が出てしまう。しかしながら、当該ガスが窒素ガスであれば、気相室２２側から液相室２３側へとガス透過膜２１を透過する窒素ガス量にはほとんど影響がなく、液相室２３において安定的に窒素ガス溶解水を製造することができる。

このように、窒素ガスを凝縮水排出管４０に対して供給することにより、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水を系外へと排出するが、このときに、真空ポンプ６を作動させて凝縮水排出管４０内を減圧すると、供給された窒素ガスによって凝縮水排出管４０内に滞留している凝縮水を押し出しつつ、真空ポンプ６が凝縮水排出管４０内を減圧し、凝縮水を吸引するため、より効率的に凝縮水の排出を行うことができる。

凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水が排出された後は、第２バルブ４２及び排出ガス供給制御弁５２を閉弁するとともに、第１バルブ４１を開弁し、凝縮水の排出工程が完了する。この排出工程は所定時間毎に所定の回数繰り返すようにしてもよいし、窒素ガス溶解水の製造状況をみながら適宜行うようにしてもよい。

以上のような凝縮水の排出工程を行うことにより、凝縮水排出管４０に設けられた第１バルブ４１を閉弁し、ガス溶解膜モジュール２の気相室２２への影響が及ばない状態として、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水を排出する場合であっても、排出ガス供給装置５から凝縮水排出管４０に対して供給された窒素ガスが、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水を系外に押し出すため、効率的に凝縮水の排出を行うことができる。また、その結果として、ガス透過膜２１の気相室２２側の表面を覆うほどの凝縮水が気相室２２内に滞留することはなく、ガス溶解膜モジュール２の性能が低下することもないため、長期間に亘って連続的かつ安定的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させた窒素ガス溶解水を製造できる。さらに、排出ガス供給装置５から凝縮水排出管４０に対して供給するガスを窒素ガスとすることにより、凝縮水排出後に再び第１バルブ４１を開弁する際にも、ガス溶解膜モジュール２における窒素ガス溶解水の製造に対する影響を最小限に留め、安定的に窒素ガス溶解水を製造することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
図２に示す窒素ガス溶解水製造システムにおいて、ガス溶解膜モジュール２の液相室２３に通水する原水Ｗとして超純水を用い、気相室２２に窒素ガス供給装置３より窒素ガスを供給して、凝縮水排出部４の第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁とした状態で、窒素ガス溶解水を製造した。製造された窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を測定したところ、溶存酸素濃度は５μｇ／Ｌ前後であった。

その後、測定器４３（レベルセンサ）が凝縮水排出部４に貯留される凝縮水を感知したところで、第１バルブ４１を閉弁、第２バルブ４２を開弁、排出ガス供給制御弁５２を開弁とし、凝縮水排出管４０に対して窒素ガスを１ＮＬ／分で１０秒間供給したところ、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間における凝縮水の残留量は、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間の容積の１０％程度であった。

凝縮水排出管４０から凝縮水を排出した後、第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁、排出ガス供給制御弁５２を閉弁とし、直後の窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を計測したところ、溶存酸素濃度は５μｇ／Ｌ前後であった。すなわち、凝縮水排出工程を行った後にガス溶解膜モジュール２で製造される窒素ガス溶解水の溶存酸素濃度が、凝縮水排出工程を行う前よりも上昇することはなかった。

〔実施例２〕
図２に示す窒素ガス溶解水製造システムにおいて、凝縮水排出管４０に対して窒素ガスを供給するとともにエジェクタ７を作動させること以外、実施例１と同様にして凝縮水排出管４０から凝縮水を排出したところ、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間における凝縮水の残留量は、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間の容積の５％未満でとなった。

凝縮水排出管４０から凝縮水を排出した後、第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁、排出ガス供給制御弁５２を閉弁とし、直後の窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を計測したところ、溶存酸素濃度は５μｇ／Ｌ前後であった。

〔実施例３〕
図１に示す窒素ガス溶解水製造システムにおいて、凝縮水排出管４０に対して窒素ガスを供給するとともに真空ポンプ６を作動させること以外、実施例１と同様にして凝縮水排出管４０から凝縮水を排出したところ、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間における凝縮水の残留量は、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間の容積の５％未満でとなった。

凝縮水排出管４０から凝縮水を排出した後、第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁、排出ガス供給制御弁５２を閉弁とし、直後の窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を計測したところ、溶存酸素濃度は５μｇ／Ｌ前後であった。

〔比較例１〕
図２に示す窒素ガス溶解水製造システムにおいて、ガス溶解膜モジュール２の液相室２３に通水する原水Ｗとして超純水を用い、気相室２２に窒素ガス供給装置３より窒素ガスを供給して、凝縮水排出部４の第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁とした状態で、窒素ガス溶解水を製造した。製造された窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を測定したところ、溶存酸素濃度は５μｇ／Ｌ前後であった。

その後、測定器４３（レベルセンサ）が凝縮水排出部４に貯留される凝縮水を感知したところで、第１バルブ４１を閉弁、第２バルブ４２を開弁、排出ガス供給制御弁５２を開弁とし、凝縮水排出管４０に対して窒素ガスではなく空気を１ＮＬ／分で１分間供給したところ、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間における凝縮水の残留量は、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間の容積の１０％程度であった。

凝縮水排出管４０から凝縮水を排出した後、第１バルブ４１を開弁、第２バルブ４２を閉弁、排出ガス供給制御弁５２を閉弁とし、直後の窒素ガス溶解水における溶存酸素濃度を計測したところ、溶存酸素濃度は３０μｇ／Ｌ前後であった。すなわち、凝縮水排出工程を行った後にガス溶解膜モジュール２で製造される窒素ガス溶解水の溶存酸素濃度が、凝縮水排出工程を行う前よりも上昇した。

〔比較例２〕
図２に示す窒素ガス溶解水製造システムにおいて、比較例１と同様の方法で窒素ガス溶解水を製造し、その後、測定器４３（レベルセンサ）が凝縮水排出部４に貯留される凝縮水を感知したところで、第１バルブ４１を閉弁、第２バルブ４２を開弁、排出ガス供給制御弁５２を閉弁とし、凝縮水排出管４０に対してガスを供給することなく、エジェクタ７を作動させたところ、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間における凝縮水の残留量は、凝縮水排出管４０の第１バルブ４１から第２バルブ４２までの区間の容積の２０％程度であった。

以上の実施例及び比較例により、排出ガス供給装置５から凝縮水排出管４０に対して供給された窒素ガスが、凝縮水排出管４０内に貯留された凝縮水を系外に押し出すため、効率的に凝縮水の排出を行うことができることが確認された。また、窒素ガスを凝縮水排出管４０に対して供給するとともに、真空ポンプ６やエジェクタ７を作動させることにより、より効率的に凝縮水の排出を行うことができることが確認された。その結果として、溶解膜モジュール２の性能が低下することもないため、長期間に亘って連続的かつ安定的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させた窒素ガス溶解水を製造できることが確認された。さらに、窒素ガスを凝縮水排出管４０に対して供給することにより、凝縮水排出工程を行った後においても窒素ガス溶解水の溶存酸素濃度ガスには影響を与えることがなく、安定的に窒素ガス溶解水を製造することができることが確認された。

本発明は、効率的に窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造するために有用である。

１，１Ａ…窒素ガス溶解水製造システム
２…ガス溶解膜モジュール
２１…ガス透過膜
２２…気相室
２３…液相室
２４…原水供給管
２５…ガス溶解水供給管
３…窒素ガス供給装置
３１…窒素ガス供給管
３２…窒素ガス供給制御弁
４…凝縮水排出部
４０…凝縮水排出管
４１…第1バルブ
４２…第２バルブ
４３…測定器
５…排出ガス供給装置
５１…排出ガス供給管
５２…排出ガス供給制御弁
６…真空ポンプ
７…エジェクタ

Claims (10)

1. ガス透過膜によって区画された気相室及び液相室を備えたガス溶解膜モジュールを用い、窒素ガスを純水又は超純水に溶解させて窒素ガス溶解水を製造する方法であって、
   前記気相室に生じた凝縮水を、前記気相室に接続された凝縮水排出部に導入するステップと、
   前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断するステップと、
   前記気相室との接続が遮断された状態で前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給することにより、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水を排出するステップと、
   を備えていることを特徴とする、窒素ガス溶解水製造方法。
2. 前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量を測定するステップを更に備えており、
   前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断するステップにおいて、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量が所定の量を超えると、前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断することを特徴とする、請求項１に記載の窒素ガス溶解水製造方法。
3. 前記凝縮水を排出するステップは、前記気相室との接続が遮断された状態で前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給するとともに、前記凝縮水排出部を減圧することにより、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水を排出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の窒素ガス溶解水製造方法。
4. 真空ポンプによって前記凝縮水排出部を減圧することを特徴とする、請求項３に記載の窒素ガス溶解水製造方法。
5. エジェクタによって前記凝縮水排出部を減圧することを特徴とする、請求項３に記載の窒素ガス溶解水製造方法。
6. ガス透過膜によって区画された気相室及び液相室を備えたガス溶解膜モジュールと、前記気相室に生じた凝縮水を排出する凝縮水排出装置と、を備えた窒素ガス溶解水製造システムであって、
   前記凝縮水排出装置は、
   前記気相室に接続されており、前記気相室に生じた凝縮水が導入される凝縮水排出部と、
   前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断可能なバルブと、
   前記凝縮水排出部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置と、
   を備えていることを特徴とする、窒素ガス溶解水製造システム。
7. 前記凝縮水排出装置は、前記凝縮水排出部に導入された前記凝縮水の量を測定する測定装置を更に備えており、
   前記測定装置が測定した前記凝縮水の量が所定の量を超えると、前記バルブが前記凝縮水排出部と前記気相室との接続を遮断することを特徴とする、請求項６に記載の窒素ガス溶解水製造システム。
8. 前記凝縮水排出装置は、前記凝縮水排出部を減圧する減圧手段を更に備えていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の窒素ガス溶解水製造システム。
9. 前記減圧手段は真空ポンプであることを特徴とする、請求項８に記載の窒素ガス溶解水製造システム。
10. 前記減圧手段はエジェクタであることを特徴とする、請求項８に記載の窒素ガス溶解水製造システム。

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