KR101928102B1 - 오존 가스의 농축 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

내부에 비냉각 상태에서 흡착제(1)를 충전해서 이루어지는 적어도 2기의 흡착통(2)을 병렬로 배치하고, 각 흡착통(2)에 수용되어 있는 비냉각 상태의 흡착제 (1)에 오존/산소 혼합 가스를 오존 가스를 선택 흡착시키는 동시에, 오존 가스 탈리 조작시에 각 흡착통(2)을 감압 처리하는 것에 의해 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키는 것으로 오존 가스를 농축 정제하도록 하고, 적어도 2기의 흡착통(2)을 각각 흡착 공정과 탈리 공정을 교대로 반복하는 동시에, 어느 하나의 흡착통(2)이 흡착 공정에 있을 때에 다른 흡착통(2)이 탈리 공정으로 되도록 제어한 오존 가스 농축 방법이다. 오존 가스의 흡착 공정에서 탈리 공정으로 전환될 때에, 흡착 공정에 있던 흡착통(2)과 탈리 완료 단계에 있는 흡착통(2)을 연통시켜, 흡착통 내압의 균일화를 실행한 후, 흡착 단계에 있던 흡착통(2)을 감압 발생 수단(11)에 연통시켜, 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키도록 했다.

Description

오존 가스의 농축 방법 및 그 장치{CONCENTRATING METHOD OF OZONE GAS AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 반도체 제조 설비 등의 오존 소비 설비에, 소정 농도 범위로 농축된 오존 가스를 공급하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 오존 발생기(오존 발생 장치)에서 발생시킨 오존 가스를 정제해서 소정 농도 범위의 농축 오존 가스로서 공급하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 오존 가스는 산소 봄베로부터의 산소 가스나 대기 분리한 산소 가스를 오존 발생기에 공급해서 발생시키고 있지만, 산소 가스 봄베로부터의 산소 가스에서 오존 가스를 발생시켜도, 오존 가스는 산소 가스중에 5∼10vol%정도의 농도로밖에 되지 않는다. 또한, 오존 가스는 자기 분해성이 강한 것으로부터, 오존 가스 공급 경로중에서 자기 분해하고, 오존 가스 소비 설비에 공급된 단계에서는 더욱 낮은 농도로 되고, 또한 그 공급 농도도 안정하지 않다고 하는 성질이 있다. 최근, 반도체의 제조 분야에서는 기판 등에서의 산화막 형성에 오존의 산화력을 이용하는 것이 증가하고 있지만, 이 경우, 짧은 시간 중에 적절한 두께의 산화막을 안정적으로 성막하기 위해서는, 안정한 중간 농도의 오존 가스의 공급이 요구된다.
그래서, 본 출원인은 먼저 오존 발생기로부터의 오존/산소 혼합 가스를 비(非)냉각 상태에 있는 오존 흡착제를 충전해서 이루어지는 흡착통에 공급해서 흡착제에 오존 가스를 선택 흡착시키는 동시에, 오존 가스 탈리 조작시에 흡착통을 진공 흡인하는 것에 의해 흡착제로부터 오존 가스를 탈리시키도록 하는 것을 제안했다(특허문헌 1). 또, 흡착통으로부터의 탈리 오존 가스 도출로에 평활화 용기를 장착하고, 이 평활화 용기보다 하류측에 감압 수단을 배치한 것도 제안되고 있다(특허문헌 2).
특허문헌 1: 국제공개공보 2008-062534호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 소61-72602호
상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 오존 농축 기술에서는, 비냉각 상태에 있는 흡착제에의 오존 가스의 흡착-탈리를 반복하는 것에 의해, 오존 가스를 3배 전후까지 농축할 수 있지만, 그 흡착 압력은 실시예에 의하면, 3.4㎪ㆍG, 7.1㎪ㆍG, 12.3㎪ㆍG이다.
일반적으로, 더욱 고압으로 흡착시키는 것에 의해, 오존 가스의 흡착량은 증가하지만, 고압으로 흡착시킨 경우, 탈리 시작 직후에 농축 오존 추출(꺼냄) 배관에서 급격한 압력 상승이 생긴다. 그것에 수반해서, 배관내 또는 감압 수단(진공 펌프)내에서 오존의 자기 분해가 발생하기 쉬워지는 경향이 보인다. 이 때문에, 단순히 압력을 높여 흡착량을 증가시키는 것은 어려운 것을 알 수 있었다.
한편, 흡착통으로부터의 탈리 오존 가스 도출로에 평활화 용기를 장착하고, 이 평활화 용기보다 하류측에 감압 수단을 배치한 특허문헌 2의 것에서는, 탈리 시작 직후에서의 탈리 오존 가스 도출로에서의 급격한 압력 상승은 억제할 수 있지만, 흡착통에서의 오존 가스 탈리 조작에 감압 발생 수단의 성능을 발휘할 수 없고, 탈리 압력이 충분히 낮아지지 않는 것으로부터, 오존 가스의 고농도화를 충분히 실행할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 점에 주목해서 이루어진 것으로, 간이한 배관 및 배관 기기의 추가에 의해서, 탈리 시작 직후의 장치내에서의 급격한 압력 상승을 예방하고, 흡착 압력의 고압화를 가능하게 하는 것으로, 더욱 높은 농축률로 농축 오존 가스를 추출할 수 있도록 한 오존 농축 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술의 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 본 발명은 내부에 비냉각 상태에서 흡착제를 충전해서 이루어지는 적어도 2기의 흡착통을 병렬로 배치하고, 각 흡착통에 수용되어 있는 비냉각 상태의 흡착제에 오존/산소 혼합을 작용시켜 오존 가스를 선택 흡착시키는 동시에, 오존 가스 탈리 조작시에 각 흡착통을 감압 처리하는 것에 의해 흡착제로부터 오존 가스를 탈리시키는 것으로 오존 가스를 농축 정제하도록 하고, 적어도 2기의 흡착통을 각각 흡착 공정과 탈리 공정을 교대로 반복하는 동시에, 어느 하나의 흡착통이 흡착 공정에 있을 때에 다른 흡착통이 탈리 공정으로 되도록 제어하고 있는 오존 가스 농축 방법으로서, 오존 가스의 흡착 공정에서 탈리 공정으로 전환될 때에, 흡착 공정에 있던 흡착통과 탈리 공정에 있던 흡착통을 연통시켜, 내압(內壓)의 균일화를 실행한 후, 흡착 공정에 있던 흡착통을 감압 발생 수단에 연통시켜, 흡착제로부터 오존 가스를 탈리시키도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 2에 기재된 본 발명은 압력 균일화 공정의 종료 타이밍을, 고압측 흡착통의 내압과 저압측 흡착통의 내압의 차압(差壓)이 압력 균일화 공정의 시작시에서의 차압에 비해, 40%이하의 압력에 도달한 단계에서 종료하도록 제어한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 3에 기재된 본 발명은 압력 균일화 공정의 시작 직전에, 흡착 공정에 있는 흡착통의 오존 가스 입구측의 밸브를 폐쇄하는 동시에, 출구측의 밸브를 개방하는 것에 의해 흡착통 내압을 저감시키는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 4에 기재된 본 발명은 내부에 흡착제를 충전해서 이루어지는 흡착통을 적어도 2기 병렬로 배치하고, 각 흡착통에 가스 도입 밸브와 가스 도출 밸브 및 가스 배출 밸브를 각각 장착하며, 상기 가스 도입 밸브에 오존 발생기를 장착해서 이루어지는 가스 도입로(路)를 접속하고, 가스 도출 밸브에 진공 펌프를 장착해서 이루어지는 농축 오존 가스 도출로를 접속하며, 가스 배출 밸브에 오존 분해기를 장착해서 이루어지는 가스 배출로(路)를 접속하고, 각 흡착통에 장착되어 있는 가스 도입 밸브와 가스 배출 밸브를 동기(同期)해서 개폐 작동하도록 구성하는 동시에, 동일한 흡착통에 장착되어 있는 가스 도입 밸브와 가스 도출 밸브를 택일적으로 개방 작동하도록 제어하고, 각 흡착통이 가스 도입로에 연통하는 흡착 공정과 농축 오존 가스 도출로에 연통하는 탈리 공정을 교대로 반복하는 동시에, 적어도 2기의 흡착통의 어느 하나가 흡착 공정에 다른 흡착통이 탈리 공정으로 되도록 각 밸브를 전환 제어하고, 각 밸브보다 흡착통측에 흡착통의 내부끼리를 연통하는 적어도 1계통의 연통로(路)를 배치하는 동시에, 이 연통로에 유로 개폐 밸브를 장착하고, 이 유로 개폐 밸브를 상기 가스 도입 밸브와 가스 도출 밸브의 개폐 작동에 동기시켜 개폐 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에서는 압력 균일화에 의해, 흡착 후의 고압의 흡착통 내압은 대기압 정도까지 감압되기 때문에, 탈리 시작 직후의 배관 및 감압 발생 수단에서의 급격한 압력 상승을 막을 수 있고, 오존 가스의 자기 분해나 그것에 수반하는 기기의 파손을 예방할 수 있다. 그 결과, 흡착통내에서의 흡착 압력을 고압화할 수 있고, 오존 농축률을 높일 수 있고, 또한 흡착통내에 감압 발생 수단에서의 흡인력을 직접 작용시킬 수 있고, 흡착통내를 더욱 감압할 수 있으므로, 오존의 추출량을 증가시킬 수 있다.
또한, 흡착통에 연통하고 있는 가스 통로에 장착되어 있는 각 밸브보다 흡착통측에 흡착통의 내부끼리를 연통하는 연통로를 배치하는 동시에, 이 연통로에 유로 개폐 밸브를 장착하는 것 뿐이기 때문에, 기기 증설이 적고, 접지 공간도 크게 확충할 필요가 없고, 간이한 배관 및 배관 기기의 추가로, 오존 가스의 가일층 고농도화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도이다.
도 2는 압력 균일화 시간과 오존 농도, 오존량, 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 흡착통내 압력 변화와 경과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 흡착통내 압력 변화와 경과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 압력 빼기 시간과 오존 농도, 오존량, 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도이다. 이 오존 가스 농축 장치는 내부에 오존 가스를 선택 흡착하는 실리카겔 등의 흡착제(1)를 충전한 흡착통(2)과, 산소 가스 저장 용기 등의 오존 원료 가스원(源)(3)과 흡착통(2)을 연통 접속하는 가스 도입로(4)와, 흡착통(2)으로부터 도출된 농축 오존 가스 도출로(5)와, 흡착통(2)으로부터 도출된 스루 가스의 가스 배출로(6)를 갖고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 흡착통(2)은 2기 병렬해서 배치하고 있고, 한쪽의 흡착통이 흡착 공정시에는 다른쪽의 흡착통이 탈리 공정이 되도록 구성하고 있다.
가스 도입로(4)는 각 흡착통(2)에 각각 가스 도입 밸브(7)를 통해 접속되어 있고, 이 가스 도입로(4)에는 상류측으로부터 차례로, 오존 발생기(8)와 질량 유량 제어기(9)가 배치되어 있다. 그리고, 오존 발생기(8)에서 발생한 오존/산소 혼합 가스를 일정한 유량으로 각 흡착통(2)에 가스 도입 밸브(7)의 전환 제어에 의해 택일적으로 공급하도록 하고 있다.
한편, 농축 오존 가스 도출로(5)는 각 흡착통(2)에 가스 도출 밸브(10)를 통해 접속되어 있고, 이 농축 오존 가스 도출로(5)에는 감압 발생 수단으로서의 다이어프램(diaphragm)형 진공 펌프(11), 버퍼 탱크(13), 질량 유량 제어기(14), 유로 개폐 밸브(15)가 흡착통측으로부터 차례로 배치되어 있다. 그리고, 흡착통(2)과 다이어프램형 진공 펌프(11)가 가스 도출 밸브(10)의 전환 제어에 의해 택일적으로 연통하도록 되어 있다. 또, 유로 전환 밸브(12)의 전환으로, 진공 펌프(11)의 토출구(11b)와 버퍼 탱크(13)가 연통하는 상태와 진공 펌프(11)의 토출구(11b)가 상기 배출로(6)에 접속로(路)(16)를 통해 연통하는 상태로 택일적으로 전환되도록 하고 있다. 또한, 상기 가스 도입로(4)와 농축 오존 가스 도출로(5)는 가스 도입 밸브(7) 및 가스 도출 밸브(10)를 장착하고 있는 개소보다 흡착통측의 부분에서 합류하고, 그 합류로(路)(17)가 흡착통(2)에 접속되어 있다.
또한, 가스 배출로(6)는 각 흡착통(2)에 가스 배출 밸브(18)를 통해 접속되어 있고, 이 가스 배출로(6)에는 오존 분해기(19)가 배치되어 있고, 이 오존 분해기(19)의 출구는 가스 도입로(4)에서의 오존 발생기(8)의 상류측에 연통 접속하고 있다. 그리고, 이 각 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 배출 밸브(18)는 동일한 흡착통(2)에 장착되어 있는 가스 도입 밸브(7)의 개폐 작동에 연동해서 개폐하도록 하고 있으며, 흡착통(2)내에 오존/산소 혼합 가스를 공급하고 있을 때에 밸브 개방해서, 흡착제(1)에 흡착되지 않았던 산소 가스와, 일부 흡착되고 남은 오존 가스를 오존 분해기(19)에 공급하도록 하고 있다.
그리고, 각 흡착통(2)에 접속되어 있는 가스 배출로(6)에서의 가스 배출 밸브(18)보다 상류측(흡착통측) 부분을 유로 개폐 밸브(20)를 개제한 연통로(21)에서 연통 접속하고 있다. 또, 흡착통(2)에 접속되어 있는 상기 합류로(17)끼리도 유로 개폐 밸브(20)를 개제한 연통로(21)에서 연통 접속하고 있다. 이 연통로(21)는 그 전체 통로 단면적을 오존/산소 혼합 가스의 공급 유량에 비해, 큰 유량을 흘릴 수 있는 단면적으로 구성하고 있다. 이 경우, 연통로(21)를 흡착통(2)의 배출측, 혹은 합류로(17)측의 한쪽에 설치한 경우에는, 그 한쪽의 연통로(21)의 통로 단면적만을 대상으로 하게 된다.
도 1중, 부호 22는 가스 배출로(6)에서의 오존 분해기(19)의 입구 부분에 장착한 오존 농도 검출기, 23은 농축 오존 가스 도출로(5)에서의 질량 유량 제어기 (14)의 출구측에 장착한 오존 농도 검출기, 24는 흡착통(2)이나 버퍼 탱크(13)의 내압을 표시하는 압력계, 25는 가스 도입로(4)에 배치한 질량 유량 제어기(9)의 하류측과 가스 배출로(6)에서의 오존 농도 검출기(22)의 입구 부분을 연통 접속하는 바이패스로, 26은 해당 바이패스로(25)에 장착한 유로 차단 밸브이다.
이와 같이 구성한 오존 농축 장치에서는 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(18)를 개방하는 동시에, 가스 도출 밸브(10)를 폐쇄한 상태에서, 오존 발생기 (8)에서 발생한 오존/산소 혼합 가스를 한쪽의 흡착통(2)에 공급해서, 흡착통(2)내를 유통시킨다. 이때, 흡착제(1)는 외부로부터 가열이나 냉각의 열 에너지가 부여되는 일 없이, 소위 상온 상태(자연 방치 상태)를 유지하고 있다. 흡착통(2)에 공급된 오존/산소 혼합 가스는 그 중의 오존 가스 성분이 흡착제(1)에 흡착되고, 흡착되고 남은 일부의 오존 가스와 캐리어 가스로서의 산소 가스가 가스 배출로(6)로부터 오존 분해기(19)로 들여 보내진다.
오존/산소 혼합 가스를 흡착통(2)에 소정 시간 흘리고, 흡착제(1)에서의 흡착량이 소정량이 되면, 지금까지 오존/산소 혼합 가스를 흘리고 있던 흡착통(2)에서의 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(18)를 폐쇄하는 동시에, 탈리 공정에 있던 흡착통(2)에서의 가스 도출 밸브(10)를 폐쇄하고, 가스 배출로(6)끼리를 접속하고 있는 연통로(21)와 합류로(17)끼리를 접속하고 있는 연통로(21)의 어느 한쪽 혹은 양쪽의 유로 개폐 밸브(20)를 개방 작동하고, 흡착 공정이 완료된 고압측의 흡착통(2)과 탈리 공정이 완료된 저압측의 흡착통(2)을 연통시켜, 양쪽 흡착통(2, 2)의 내압을 균일화시킨다. 이 압력 균일화 작업 중에는 오존 발생기(8)로부터 흡착통(2)에의 가스 도입로(4)가 폐색되지만, 그 경우에는, 바이패스로(25)의 유로 차단 밸브(26)를 개방하는 것에 의해, 오존/산소 혼합 가스가 바이패스로(25)로부터 가스 배출로(6)측으로 흐르므로, 가스 도입로(4)의 봉쇄를 방지할 수 있다.
유로 개폐 밸브(20)를 개방 작동하고, 계속해서, 흡착 공정에 있던 흡착통 (2)의 가스 도출 밸브(10)를 개방하며, 흡착통(2)내를 진공 펌프(11)에 연통시켜, 흡착통(2)내를 감압시키는 것에 의해, 흡착제(1)로부터 오존 성분을 진공 탈리시킨다. 이때, 이제까지 탈리 공정에 있던 흡착통(2)의 가스 도입 밸브(7)와 가스 배출 밸브(18)를 개방하고, 오존 발생기(8)에서 발생한 오존/산소 혼합 가스를 한쪽의 흡착통(2)에 공급하고, 흡착통(2)내를 유통시켜 오존 가스를 흡착제(1)에 흡착시킨다.
흡착통(2)으로부터 탈리된 농축 오존 가스를, 버퍼 탱크(13)에 일단 저류하는 것에 의해, 흡착통(2)으로부터 탈리한 오존 가스 농도에 농도 변화가 있어도, 버퍼 탱크(13)내에서 평균화시킬 수 있고, 일정 범위의 농도를 유지한 상태에서 오존 소비 설비 등에 공급할 수 있다. 이 경우, 버퍼 탱크(13)에 공급되는 농축 오존 가스는 흡착제(1)에 흡착되어 있던 산소 가스 성분이 압력 균일화 처리에서 우선적으로 탈리하여 다른 흡착통으로 이송된 후에 탈리한 오존 가스 성분이기 때문에, 순도가 높은 오존 가스로 된다. 따라서, 버퍼 탱크(13)내에 저류되는 오존 가스의 농도를, 20에서 90vol%의 중/고순도 가스로 할 수 있다.
이 한쪽의 흡착통(2)이 탈리 조작을 실행하고 있는 동안에 다른쪽의 흡착통 (2)은 흡착 조작을 실행하고, 2기의 흡착통(2, 2)에서 흡착-탈리를 교대로 실행하여, 연속해서 농축 오존 가스를 추출하도록 하고 있다. 또한, 이 흡착통(2)은 복수 쌍이라도 좋고, 복수 쌍의 흡착통(2)에서의 각 밸브 전환 타이밍을 제어하는 것에 의해, 연속적으로 농축 오존 가스를 추출할 수 있다.
또, 이 경우의 흡착제로서는 금속 성분이 적은 고순도 실리카겔이 바람직하지만, 일반적인 실리카겔이나 제올라이트 등의 흡착제라도 좋다.
또한, 오존 사용 설비측이 일정 농도 범위내에서의 오존 가스 농도 변동을 허용할 경우에는, 상기 버퍼 탱크(13)를 생략하고, 진공 펌프(11)에 의해 흡인 배출된 농축 오존 가스를 직접적으로 오존 사용 설비에 공급하도록 해도 좋다.
[실시예 1]
오존 가스 흡착제(1)로서의 고순도 실리카겔을 650g 충전한 내부 용적 1L의 흡착통(2)을 2개 병렬로 배치하고, 양쪽 흡착통(2)의 가스 배출로(6)끼리 및 합류로(17)끼리를 구경(口徑) 3/8인치의 연통로(21)에서 연통시키고, 가스 도입로(4)로부터 흡착통(2)에 오존/산소 혼합 가스를 공급량 14.71slm으로 공급하고, 흡착통 (2)에서의 흡착 압력을 100㎪ㆍG, 탈리시의 도달 압력 -90㎪·G로 운전했다. 흡착-탈리를 40초 사이클로 전환, 압력 균일화 공정 없음(0초), 압력 균일화 공정 0.5초, 1초, 1.5초로 해서 오존 농축을 실행한 결과를 표 1 및 도 2, 도 3에 나타낸다.
Figure 112012050194253-pat00001
이 표 1 및 도 2로부터, 압력 균일화 처리를 실시하지 않는 경우(처리 1)와 비교해서, 1.5초의 압력 균일화 처리를 실시한 경우(처리 4)에서는 오존 농도가 405g/㎥에서 534g/㎥(농축률 3.12에서 4.11)로 크게 변화가 있는 것을 알 수 있다.
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 탈리 시작시의 압력은 압력 균일화 처리를 실시하지 않는 경우(처리 1)에는 100㎪ㆍG인 것에 대해, 1.5초의 압력 균일화 처리를 실시한 경우(처리 4)에는 약 10㎪ㆍG까지 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예의 구성에서는 탈리 시작시의 압력이 30㎪ㆍG를 상회한 경우에, 진공 펌프(11)에서 탈리 시작 직후의 급격한 압력 상승에 기인하는 오존 가스의 자기 분해가 비교적 발생하기 쉬워지는 경향이 보인 것으로부터, 압력 균일화 공정에 의해, 농축 오존 가스 도출로(5)에 작용하는 압력을 저감시킨 것에 의해, 진공 펌프(감압 발생 수단)(11)에서의 급격한 압력 상승을 막을 수 있는 동시에, 자기 분해의 발생을 예방할 수 있다고 고려된다. 이것에 의해, 흡착 압력 30㎪ㆍG이상에서 오존 가스의 농축이 안전하게 실시 가능해진다.
또, 압력 균일화 공정 종료시에서의 흡기통 내압의 차압은 이 실시예에 있어서는, 압력 균일화 시간을 취하지 않은 처리 1에서는 190㎪, 압력 균일화 시간 0.5초의 처리 2에서는 130㎪, 압력 균일화 시간 1.0초의 처리 3에서는 70㎪, 압력 균일화 시간 1.5초의 처리 4에서는 10㎪로 작아지고 있지만, 압력 균일화 시간 2.0초에서 실시한 경우에는 차압 0으로 되고, 2.0초보다 처리 시간을 길게 해도 그 이상의 농축률의 향상은 보이지 않았다. 차압이 0㎪가 되기 이전에, 바람직하게는 초기 차압의 10% 정도가 된 시점에서 압력 균일화 공정을 종료하고, 흡착-탈리 공정을 전환하는 것이 바람직하다. 차압이 0㎪가 되기 이전이라도, 도 2에 나타내는 바와 같이 오존 농도의 상승 정도는 처리 공정 시간을 길게 하면 완만해져 가는 경향이 있는 것으로부터, 차압이 초기 차압의 40%이하가 된 시점을 압력 균일화 공정의 종료 타이밍으로 해서 흡착-탈리 공정의 전환을 실행하는 것이 더욱 바람직하다. 덧붙여서, 압력 균일화 시간을 1.0초로 설정하고 있는 처리 3에서는 압력 균일화 공정 종료시에서의 차압은 초기 차압의 약 37%이다.
또한, 흡착통에 원료 오존 가스를 14.71slm으로 공급하는 통상 승압(昇壓)의 경우, 승압 속도는 약 20㎪/sec이었다. 한편, 구경 3/8인치의 연통로(21)를 2개 사용한 본 실시예에서는 압력 균일화 공정에 의한 승압 속도는 60㎪/sec이었다.
압력 균일화 공정을 실시하는 것에 의해, 흡착 후의 흡착통측에서의 일부의 오존 가스는 탈리 후의 흡착통측으로 누출하게 되지만, 본 실시예에 있어서는 오존량의 급격한 감소는 보이지 않는다. 이것은 초기 승압 속도가 처리 4에서 크고, 소정의 흡착 압력(100㎪ㆍG) 이상의 홀딩 시간이 40초의 사이클중에서, 압력 균일화 처리를 실시하고 있지 않은 처리 1이 30초인 것에 대해, 처리 4에서는 33초로 길어져 있는 것으로부터, 흡착량이 증대하고, 이 증대한 흡착량으로 상쇄되고 있기 때문이라고 고려된다. 또, 탈리시에 있어서는, 압력 균일화 처리를 실시하고 있지 않은 처리 1보다 압력 균일화 처리를 1.5초 실행하고 있는 처리 4의 쪽이 저압으로 추이하고 있고, 처리 4의 쪽이 더욱 고농도의 오존을 추출할 수 있는 것으로부터, 흡착시 및 탈리시의 이들 효과가 오존 고농도화에 기여하고 있다고 고려된다.
이와 같이, 압력 균일화를 도모하는 연통로(21)의 가스 유로 단면적을 흡착 원료 가스인 오존/산소 혼합 가스의 공급량보다 큰 유량을 흘릴 수 있는 단면적으로 설정하는 것에 의해, 오존량을 대폭으로 줄이는 일 없이 오존의 고농도화를 달성할 수 있다. 또한, 이 연통로(21)는 1개의 배관이라도 좋고, 복수의 배관으로서 그 합계 단면적으로 설계하도록 해도 좋다.
[실시예 2]
상술의 실시예 1과 마찬가지로, 오존 가스 흡착제(1)로서의 고순도 실리카겔을 650g 충전한 내부 용적 1L의 흡착통(2)을 2개 병렬로 배치하고, 양쪽 흡착통(2)의 가스 배출로(6)끼리 및 합류로(17)끼리를 구경 3/8인치의 연통로(21)에서 연통시키고, 가스 도입로(4)로부터 흡착통(2)에 오존/산소 혼합 가스를 공급량 14.71slm으로 공급하고, 흡착통(2)에서의 흡착 압력을 100㎪ㆍG, 탈리시의 도달 압력 -90㎪ㆍG로 운전했다. 흡착-탈리의 전환 사이클을 40초로 설정, 흡착 후의 흡착통에서의 가스 도입 밸브(7) 및 가스 도출 밸브(10)를 폐쇄하고, 가스 배출 밸브 (17)를 일정 시간 개방하는 압력 빼기 공정을 추가하고, 이 압력 빼기 공정 후에 압력 균일화 공정을 실행하도록 한 것이다. 또한, 이 압력 빼기 공정중은 탈리측의 흡착통에서는 탈리 공정을 계속하고 있다.
압력 빼기 공정의 계속 시간과 압력 균일화 공정의 계속 시간을 바꿔 실행한 결과를 표 2 및 도 5에 나타낸다.
Figure 112012050194253-pat00002
표 2 및 도 5에 따르면, 압력 빼기 공정을 실시하는 것에 의해, 흡착 후 압력을 저감할 수 있다. 이 실시예에서는 압력 빼기 시간을 길게 함에 따라 흡착측 흡착통의 압력 빼기 후의 압력이 저감하고 있는 것을 알 수 있다.
압력 균일화 공정만으로는 흡착 압력에 상한이 생긴다. 예를 들면, 실시예 1에서는 탈리 후 압력 -90㎪ㆍG와의 압력 균일화 후에 30㎪ㆍG이하로 되는 흡착 후 압력, 즉 흡착 압력 150㎪ㆍG 정도가 상한으로 고려된다. 그런데, 압력 빼기 공정을 도입하는 것에 의해, 흡착 압력 150㎪ㆍG를 초과하는 압력(또한 오존 발생기의 내압(耐壓) 미만)에서의 흡착 공정을 실시할 수 있고, 또한 오존 가스의 고농도화, 오존량 증대, 농축률의 향상을 도모할 수 있다.
본 실시예에서는 농축 오존 가스 농도 550g/㎥까지의 실험예밖에 나타내고 있지 않지만, 이대로의 구성에서, 700g/㎥ 정도의 농축 오존 가스를 발생시킬 수도 있다. 또한, 감압 발생 수단의 후단을 부압(負壓)으로 하는 것에 의해, 1710g/㎥ (80vol%), 1930g/㎥(90vol%)라고 하는 초(超)고농도 오존 가스도 용이하게 발생시킬 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 안정된 고농도 오존 가스의 공급이 요구되는 반도체 제조 분야를 비롯한 각종 오존 가스 사용 분야에 사용할 수 있다.
1; 흡착제 2; 흡착통
4; 가스 도입로 5; 농축 오존 가스 도출로
6; 가스 배출로 7; 가스 도입 밸브
8; 오존 발생기 10; 가스 도출 밸브
11; 감압 발생 수단(진공 펌프) 18; 가스 배출 밸브
19; 오존 분해기 20; 유로 개폐 밸브
21; 연통로

Claims (4)

  1. 내부에 비냉각 상태에서 흡착제(1)를 충전해서 이루어지는 적어도 2기의 흡착통(2)을 병렬로 배치하고, 각 흡착통(2)에 수용되어 있는 비냉각 상태의 흡착제 (1)에 오존/산소 혼합 가스를 작용시켜 오존 가스를 선택 흡착시키는 동시에, 오존 가스 탈리 조작시에 각 흡착통(2)을 감압 처리하는 것에 의해 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키는 것으로 오존 가스를 농축 정제하도록 하고, 적어도 2기의 흡착통(2)을 각각 흡착 공정과 탈리 공정을 교대로 반복하는 동시에, 어느 하나의 흡착통(2)이 흡착 공정에 있을 때에 다른 흡착통(2)이 탈리 공정으로 되도록 제어한 오존 가스 농축 방법에 있어서,
    오존 가스의 흡착 공정에서 탈리 공정으로 전환될 때에, 흡착 공정에 있던 흡착통(2)과 탈리 완료 단계에 있는 흡착통(2)을 연통시켜, 흡착통 내압의 균일화를 실행한 후, 흡착 단계에 있던 흡착통(2)을 감압 발생 수단(11)에 연통시켜, 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키도록 하고, 압력 균일화 공정의 종료 타이밍을, 고압측 흡착통의 내압과 저압측 흡착통의 내압의 차압이 압력 균일화 공정의 시작시에서의 차압에 비해, 40%이하의 압력에 도달한 단계에서 종료하도록 제어한 것을 특징으로 하는 오존 가스 농축 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압력 균일화 공정의 시작 직전에, 흡착 공정에 있던 흡착통의 오존 가스 입구측의 밸브(7)를 폐쇄하는 동시에, 출구측의 밸브(18)를 개방하는 것에 의해 흡착통 내압을 저감시키는 것을 특징으로 하는 오존 가스 농축 방법.
  3. 내부에 비냉각 상태에서 흡착제(1)를 충전해서 이루어지는 적어도 2기의 흡착통(2)을 병렬로 배치하고, 각 흡착통(2)에 수용되어 있는 비냉각 상태의 흡착제 (1)에 오존/산소 혼합 가스를 작용시켜 오존 가스를 선택 흡착시키는 동시에, 오존 가스 탈리 조작시에 각 흡착통(2)을 감압 처리하는 것에 의해 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키는 것으로 오존 가스를 농축 정제하도록 하고, 적어도 2기의 흡착통(2)을 각각 흡착 공정과 탈리 공정을 교대로 반복하는 동시에, 어느 하나의 흡착통(2)이 흡착 공정에 있을 때에 다른 흡착통(2)이 탈리 공정으로 되도록 제어한 오존 가스 농축 방법에 있어서,
    오존 가스의 흡착 공정에서 탈리 공정으로 전환될 때에, 흡착 공정에 있던 흡착통(2)과 탈리 완료 단계에 있는 흡착통(2)을 연통시켜, 흡착통 내압의 균일화를 실행함에 있어서, 압력 균일화 공정의 시작 직전에, 흡착 공정에 있던 흡착통의 오존 가스 입구측의 밸브(7)를 폐쇄하는 동시에, 출구측의 밸브(18)를 개방하는 것에 의해 흡착통 내압을 저감시키도록 제어하고, 흡착통 내압의 균일화를 실행한 후, 흡착 단계에 있던 흡착통(2)을 감압 발생 수단(11)에 연통시켜, 흡착제(1)로부터 오존 가스를 탈리시키도록 한 것을 특징으로 하는 오존 가스 농축 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2545759A (en) * 2015-12-21 2017-06-28 Linde Ag Methods for producing ozone
WO2017130523A1 (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 三菱電機株式会社 オゾン供給装置およびオゾン供給方法
JP6632463B2 (ja) * 2016-04-28 2020-01-22 岩谷産業株式会社 オゾンガスの濃縮方法、およびオゾンガスの濃縮装置
JP6632464B2 (ja) * 2016-04-28 2020-01-22 岩谷産業株式会社 オゾンガスの濃縮方法、およびオゾンガスの濃縮装置
JP6664287B2 (ja) * 2016-07-15 2020-03-13 三菱電機株式会社 廃水処理システム
EP3554673B1 (en) * 2016-12-13 2022-11-09 Linde GmbH Methods for separating ozone
CN107754555B (zh) * 2017-12-04 2023-05-12 北京北大先锋科技股份有限公司 一种变压吸附分离臭氧与氧气的方法及装置
CN112203974B (zh) * 2018-06-07 2023-08-04 三菱电机株式会社 臭氧供给装置及臭氧供给方法
CN108704498A (zh) * 2018-06-29 2018-10-26 薛敏强 一种医用高效臭氧水制备装置
US11607519B2 (en) * 2019-05-22 2023-03-21 Breathe Technologies, Inc. O2 concentrator with sieve bed bypass and control method thereof
WO2020245885A1 (ja) * 2019-06-03 2020-12-10 三菱電機株式会社 オゾン供給装置およびオゾン供給方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2042365B (en) * 1979-03-05 1983-02-16 Boc Ltd Gas separation
DE3434169A1 (de) * 1984-09-18 1986-04-24 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zur gewinnung von ozon
GB9203827D0 (en) * 1992-02-22 1992-04-08 Boc Group Plc Treating liquids
GB9207298D0 (en) * 1992-03-31 1992-05-13 Boc Group Plc Treating materials with ozone
US5503808A (en) * 1993-12-27 1996-04-02 Ozact, Inc. Portable integrated ozone generator
JP3309197B2 (ja) * 1995-03-02 2002-07-29 住友精化株式会社 濃縮酸素の回収方法
US5529607A (en) * 1995-03-15 1996-06-25 The Boc Group, Inc. PSA process with dynamic purge control
JPH08294613A (ja) * 1995-04-26 1996-11-12 Kanebo Ltd 酸素ガスの分離法
US5810910A (en) * 1995-10-06 1998-09-22 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorbents for ozone recovery from gas mixtures
US5846298A (en) * 1997-05-09 1998-12-08 Air Products And Chemicals, Inc. Ozone recovery by zeolite adsorbents
JP3727461B2 (ja) * 1997-12-19 2005-12-14 昭和エンジニアリング株式会社 ガス分離方法及び装置
US6916359B2 (en) * 2002-04-25 2005-07-12 The Boc Group, Inc. Ozone production processes
US20070062372A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-22 Ravi Jain Method of producing a mixture of ozone and high pressure carbon dioxide
US8012241B2 (en) * 2006-11-24 2011-09-06 Iwatani Corporation Method and apparatus for condensing ozone gas
KR101525505B1 (ko) * 2008-07-23 2015-06-03 이와다니산교가부시기가이샤 오존가스 농축 방법 및 그 장치
CN102091498B (zh) * 2009-12-14 2015-07-01 琳德股份公司 对苯二甲酸生产的尾气的处理方法

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KR20130028635A (ko) 2013-03-19

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