JP2023032025A - ガス溶解液製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス溶解液の濃度を高めると共に安定させることを目的とする。
【解決手段】液体供給部から供給された液体にガス供給部から供給されたガスを溶解させて、ガス溶解液を生成する少なくとも１つのガス溶解液生成部と、前記ガス溶解液生成部から出力される前記ガス溶解液を受け入れ、余剰ガスを分離した後の前記ガス溶解液を出力する気液分離タンクと、前記ガス溶解液製造装置の各部を制御する制御装置と、を備え、前記ガス溶解液生成部は、前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズルと、前記第１ノズルと並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第２ノズルと、前記第１ノズルから出力される前記ガス溶解液と、前記第２ノズルから出力される前記ガス溶解液とを合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に出力するＴ字配管と、を有するガス溶解液製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体にガスを溶解させてガス溶解液を製造するガス溶解液製造装置に関する。

近年、半導体デバイス工場や液晶などの電子部品製造工場における製品の洗浄は、製造プロセスの複雑化、回路パターンの微細化に伴ってますます高度化している。例えば、機能水（超純水など）に高純度のガスまたは高純度ガスと薬品とを溶解した特殊な液体（洗浄液と呼ばれる）を使用して、シリコンウエハに付着した微粒子、金属、有機物などを除去している。機能水としては、純水にオゾンガスを溶解したオゾン水が用いられる。オゾン水は、半導体製造装置等の配管の洗浄にも使用される。また、高濃度のオゾン水はレジスト除去に効果がある。

オゾン水製造装置では、純水にオゾンガスを溶解するためのノズル又はエジェクタが使用されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。特許文献１では、ノズルには、オゾン溶解効率（水にオゾンを溶解させる効率）を最適にする流量（最適流量）が存在することに着目し、最適流量の異なる複数のノズルを流路上に配置し、流路を流れる純水の流量に基づいて何れかのノズルにオゾンガスを供給している。これは、ノズルに供給される純水の流量が最適流量を外れると、オゾン溶解効率が低くなり、所望の濃度のオゾン水を生成するためにより多くのオゾンガスが必要になり、純水の流量が最適流量より過度に低いと、ノズルで生成されるオゾン水の濃度の安定性が低くなる問題に対処したものである。特許文献３の装置では、エジェクタとオゾン水タンクとを連結する連結通路に拡張通路部を設けて、拡張通路部においてオゾンガスの溶解を促進し、オゾン水のオゾンガス濃度を向上させている。特許文献４の装置では、貯留タンクとオゾン混合機との間でオゾン水を循環させ、オゾン混合機において、ベンチュリ管よりオゾン水とオゾンガスとを混合させると共に、階段状のブロックが配置された配管拡径部にオゾン水を流すことにより、オゾン水のオゾン濃度を高めている（特許文献４）。

特開２０１９－１４１８１３号公報 特開２０１７－１２７８６１号公報 特開２００２－１１９８３５号公報 特開２００４－３３００５０号公報

特許文献１の構成では、純水の流量に応じてオゾンガスを供給するノズルを選択してオゾン水の濃度を向上させているが、更に溶解効率を向上させる余地がある。また、複数の並列のラインを設ける場合には、ラインごとに異なる最適流量のノズルを設ける必要があり、ノズルの数が増加する可能性がある。特許文献３の構成では、連絡通路に拡張通路部を設ける必要があり、配管構造が複雑になったり、配管の設置スペースが増大する可能性がある。特許文献４の構成でも、配管に拡径部を設けるため、同様の問題がある。

本発明の目的の１つは、簡易な構成でガス溶解効率を向上させることにある。

本発明の一態様によれば、 液体にガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解液製造装置であって、 前記ガス溶解液の原料となる前記ガスを供給するガス供給部と、 前記ガス溶解液の原料となる前記液体を供給する液体供給部と、 前記液体供給部から供給された液体に前記ガス供給部から供給されたガスを溶解させて、ガス溶解液を生成する少なくとも１つのガス溶解液生成部と、 前記ガス溶解液生成部から出力される前記ガス溶解液を受け入れ、余剰ガスを分離した後の前記ガス溶解液を出力する気液分離タンクと、 前記ガス溶解液製造装置の各部を制御する制御装置と、を備え、 前記ガス溶解液生成部は、 前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズルと、 前記第１ノズルと並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第２ノズルと、 前記第１ノズルから出力される前記ガス溶解液と、前記第２ノズルから出力される前記ガス溶解液とを合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に出力するＴ字配管と、を有するガス溶解液製造装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るオゾン水製造装置の構成。 複数のオゾン水生成部を備えるオゾン水製造装置の構成。 Ｔ字配管における流体の流れを示す説明図。 オゾン水濃度の測定例。 比較例に係るオゾン水製造装置の構成。 筐体内温度の制御のフローチャート例。 高圧電源ユニット（放電セル）の稼働台数制御のフローチャート例。 オゾンガス濃度監視のフローチャート例。 Ｔ字配管の変形例。 Ｔ字配管の他の変形例。 Ｔ字配管の他の変形例。 Ｔ字配管の更に他の変形例。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態や実施形態の変形例では、同一又は対応する構成について、同一の符号を付して説明を適宜省略する場合がある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。また、図面は、実施形態や変形例の特徴の理解を容易にするために模式的に図示されており、各構成要素の寸法比率等は実際のものと同じであるとは限らない。

図１は、本発明の一実施形態に係る実施の形態のオゾン水製造装置１００の構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係るオゾン水製造装置１００は、オゾン水の原料となるオゾンガスを供給するオゾンガス供給部としての放電セル１３１、１３２と、オゾン水の原料となる純水（例えばＤＩＷ）を供給する純水供給部としてのポンプ１０２と、供給された純水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成部（オゾン水生成ラインとも称す）としてのノズル１１１、１１２と、オゾン水から余剰ガスを分離する気液分離タンク１２４と、を備えている。これらの構成は、筐体１０１に収容されている。なお、これらの構成の全部又は一部を筐体１０１の外部に配置してもよいし、筐体１０１とは別の筐体に収容してもよい。

放電セル１３１、１３２は、放電方式によるオゾンガス製造装置であり、高圧電源ユニット１４１から電力（電圧）の供給を受け、高電圧が印加された電極間に、オゾンガスの原料となる酸素を導入して、オゾンガスを生成する。放電セル１３１、１３２は、オゾンガスの原料である酸素ガスと共に、生成されたオゾンの分解を抑制する炭酸ガス、オゾン濃度を向上させる窒素ガスが導入される。放電セル１３１、１３２で生成されたオゾンガ
スは、ガスライン１３０を通ってノズル１１１、１１２に供給される。なお、以下の説明では、酸素ガス、炭酸ガス、窒素ガスを単に、酸素、炭酸、窒素と称する場合がある。

ポンプ１０２は、オゾン水製造装置１００の外部の液体供給源（純水供給源、図示せず）から導入された純水を昇圧して、ノズル１１１、１１２の入力部に供給する。また、ポンプ１０２の上流側又は下流側には流量計１０８が設けられており、ノズル１１１、１１２（オゾン水生成部）に供給する純水の流量を計測し、制御装置１５０に出力するようになっている。制御装置１５０は、流量計１０８で検出される純水の流量に基づいて、ポンプ１０２を制御して純水の流量を制御する。なお、オゾン水製造装置１００において純水の供給流量の検出を行わない場合には、流量計１０８を省略してもよい。図１の例では、ポンプ１０２が純水供給部を構成するが、オゾン水製造装置１００外部から昇圧された純水が供給され、ポンプ１０２が省略される場合には、ノズル１１１、１１２の入力部側に連絡されている一部又は全部の配管を純水供給部として定義することができる。

オゾン水生成部（オゾン水生成ライン）としてのノズル１１１、１１２は、供給された液体にガスを溶解する機能を備えている。ノズル１１１、１１２は、液体とガスを取り入れ、ノズル内で液体の渦を発生させることにより、液体とガスを混合し、ガスを溶解させるものである。ノズル１１１、１１２は、例えば、特許文献１に記載のノズル、特許文献２から４で言及されているベンチュリー効果を利用するもの（アスピレータ又はエジェクター）を採用することができる。後述のノズル１２１には、ガスを導入しないがノズル１１１、１１２と同様の構造とすることができる。ノズル１１１、１１２及びノズル１２１（後述）には、オゾン溶解効率（水にオゾンを溶解させる効率）を最適にする流量（最適流量）が存在しており、本実施形態では、ノズル１１１、１１２の最適流量は互いに等しいとする。この例では、ノズル１１１、１１２の最適流量は５Ｌ／分とする。ノズル１１１、１１２の出力部は、Ｔ字配管（Ｔ字継手）１０４の２つの端部にそれぞれ接続されており、Ｔ字配管の残りの１つの端部は、他のノズル１２１の入力部に接続されている。言い換えれば、ノズル１１１、１１２の出力（下流）側は、Ｔ字配管１０４を介してノズル１２１に接続されている。ノズル１１１、１１２でオゾンガスが溶解された純水（オゾン水）中には、未溶解のオゾンガスが含まれており、Ｔ字配管１０４においてオゾン水及び未溶解のオゾンガスが乱流となり攪拌され、オゾン水中に更にオゾンガスが溶解する（後述）。Ｔ字配管１０４は、円形、楕円形、多角形等の任意の断面形状を有する配管とすることができる。また、Ｔ字配管１０４の下流のノズル１２１において、オゾン水が更に乱流となり攪拌され、オゾン水中に更にオゾンガスが溶解する。ノズル１２１の最適流量は、ノズル１１１の最適流量とノズル１１２の最適流量の合計の最適流量以上の最適流量とすることが好ましい。このようにすれば、ノズル１２１でのオゾン水の圧損を低減することができ、ノズル１２１においてオゾン水にオゾンガスを更に溶解させることができる。この例では、ノズル１２１の最適流量は２０Ｌ／分とする。

ノズル１２１の出力部は、流量制御バルブ１２３を介して気液分離タンク１２４に接続されている。流量制御バルブ１２３は、制御装置１５０により制御され、気液分離タンク１２４に供給されるオゾン水の流量を制御する。気液分離タンク１２４では、内部に貯留されたオゾン水から余剰ガスを分離し、バルブ（図示せず）介して矢印１２７で示すように気液分離タンク１２４から排気する。余剰ガスは、触媒等により無害化され及び圧力を調整された後に、外部に排出される。気液分離タンク１２４は、出力配管１２５に接続されており、余剰ガスが分離された後のオゾン水が出力配管１２５を介してオゾン水製造装置１００から出力され、ユースポイントに供給される。出力配管１２５には、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度計１２６が配置されている。濃度計１２６の検出値は制御装置１５０に供給される。

オゾン水製造装置１００は、更に、温度調節装置としての空気調和機（エアコン）１０
９を有する。空気調和機（エアコン）１０９は、筐体内に配置される熱交換器と筐体外に配置される熱交換器とを有する装置、水の気化熱を利用する冷風機、その他、温度調整された空気を供給する任意の構成とすることができる。エアコン１０９は、温度検出器１１０で検出される温度に基づいて、筐体１０１内の温度を、筐体１０１の周囲の温度（以下、周温と称す）に一致するように又は近づくように制御する。温度検出器１１０の出力は制御装置１５０に供給される。制御装置１５０は、温度検出器１１０の検出値に基づいてエアコン１０９を制御する。筐体１０１の周温として、筐体１０１の外部の温度検出器（図示せず）で検出された温度を用いてもよいし、筐体１０１の周温が所定温度に制御されることが分かっている場合には、既知の所定温度を用いてもよい。

図２は、複数のオゾン水生成部を備えるオゾン水製造装置１００の構成を示す。図１では、一系統のオゾン水生成ライン１０３（一組のノズル１１１、１１２、１２１）によりオゾン水を生成する構成例を挙げたが、図２に示すように、二系統のオゾン水生成ライン１０３Ａ、１０３Ｂ（２組のノズル１１１、１１２、１２１）によりオゾン水を生成するようにしてもよい。図２では、説明の便宜上、ノズルの符号に「Ａ」、「Ｂ」を付して各系統のノズルを区別している。また、図２では、放電セル１３１、１３２、高電圧源１４１、濃度計１４２も、系統ごとに設けられており、系統に対応して放電セル１３１、１３２、高電圧源１４１、濃度計１４２の符号に「Ａ」、「Ｂ」を付して各組の構成を区別している。二系統のオゾン水生成ラインを設けることにより、オゾン水製造装置１００のオゾン水の出力量を増大することができる。なお、図２では、オゾン製造装置１００が二系統のオゾン水生成ラインを備える場合を例示するが、オゾン水製造装置１００に要求されるオゾン水の出力量に応じて、三系統以上のオゾン水生成ラインを設けてもよい。

図３は、Ｔ字配管１０４における流体の流れを示す説明図である。Ｔ字配管１０４は、配管部分１０４－１、１０４－２、１０４－３を備えている。配管部分１０４－１は、ノズル１１１の出力部に直接又は他の配管を介して接続されている。配管部分１０４－２は、ノズル１１２の出力部に直接又は他の配管を介して接続されている。配管部分１０４－３は、ノズル１２１の入力部に直接又は他の配管を介して接続されている。入力側の配管部分１０４－１、１０４－２は、出力側の配管部分１０４－３に対して略９０°の角度をなす。この構成では、矢印１０６－１で示すノズル１１１からのオゾン水と、矢印１０６－２で示すノズル１１２からのオゾン水が、配管部分１０４－１、１０４－２の合流箇所１０５でぶつかり合い、乱流１０７を発生させ、その後、オゾン水が矢印１０６で示すようにノズル１２１に向かって出力される。ノズル１１１、１１２からのオゾン水がぶつかり合うことにより生成される乱流１０７により、オゾン水と、オゾン水中の未溶解のオゾンガスが攪拌され、オゾン水の中にオゾンガスが更に溶解する。これにより、オゾン水の濃度が更に向上され、下流のノズル１２１に供給される。

図４は、本実施形態に係るオゾン水製造装置１００と、比較例に係るオゾン水製造装置１００Ａとで生成されるオゾン水の濃度の測定例である。この測定では、本実施形態に係るオゾン水製造装置１００として、図２に示す二系統のオゾン水生成ライン１０３Ａ、１０３Ｂを有するオゾン水製造装置を使用した。図５は、比較例に係るオゾン水製造装置１００Ａの構成を示す。比較例に係るオゾン水製造装置１００Ａは、図５に示すように、ノズル１１１（最適流量５Ｌ／分）とノズル１２１（最適流量２０Ｌ／分）とが直列に接続されたオゾン水生成ラインが二系統設けられた構成を有する。言い換えれば、ノズル１２１の入力（上流）側にノズル１１１のみが接続されており、本実施形態のようにノズル１２１（最適流量２０Ｌ／分）の入力側にノズル１１１、１２１（各々、最適流量５Ｌ／分）が並列に接続された構成と区別される。なお、本実施形態と比較例のオゾン水製造装置は、この点でのみ異なり、他の構成は共通するものとする。このような２つのオゾン水製造装置でオゾン水を生成した結果が、図４のグラフである。

図４中、横軸は、放電セル１３１、１３２（オゾンガス製造装置）に供給される酸素ガスの流量を示し、縦軸は、気液分離タンク１２４から出力されるオゾン水のオゾン濃度を示す。比較例のオゾン水製造装置１００Ａで生成されるオゾン水の濃度の測定値を三角形の点で示し、本実施形態のオゾン水製造装置１００で生成されるオゾン水の濃度の測定値を丸点で示す。グラフから明らかであるように、同じ供給流量の酸素ガスに対して、本実施形態の装置で生成されるオゾン水の濃度は、比較例に比べて高くなることが分かる。また、酸素ガスの供給流量が増加するほど、オゾン濃度の差が大きくなり、本実施形態の装置１００で生成されるオゾン水のオゾン濃度は、比較例に比べて大幅に高くなることが分かる。これは、比較例では、各系統でノズル１１１とノズル１２１とを直列に配置する構成であるのに対して、本実施形態では、本実施形態では、ノズル１１１に並列にノズル１１２を配置し、ノズル１１１及びノズル１１２でオゾンガスを純水に溶解させた後に、Ｔ字配管１０４でノズル１１１、１１２からのオゾン水をぶつけ合い乱流１０７を発生させて攪拌することにより、オゾン水中の未溶解のオゾンガスを更にオゾン水中に溶解させることができるためと考えられる。

図４の測定例では、２系統のオゾン水生成ラインを備える装置について検証したが、１系統、３系統以上のオゾン水生成ラインを備える装置についても同様の結果が得られると推測される。

本実施形態に係るオゾン水製造装置１００は、更に、以下の機能の１又は複数を備えることができる。
（１）オゾン水製造装置１００では、制御装置１５０は、温度検出器１１０による筐体１０１内の温度の検出値に基づき、エアコン１０９を制御することにより、筐体１０１内の温度を筐体１０１の周囲の温度（周温）に一致する（近づける）ように制御する。図示しない温度検出器により周温を検出し、その検出値を制御装置１５０が取得する構成であってもよいし、周温が一定温度に制御されている環境で装置を使用する場合には、周温の設定値を予め制御装置１５０に入力しておいてもよい。筐体１０１内の温度を筐体１０１の周温に一致させる又は近づけるように制御することにより、温度依存性を有するオゾンの溶解度を安定させることができる。この結果、生成されるオゾン水の濃度を安定させることができる。オゾンガスは、環境温度（筐体１０１内の温度）が上昇すると分解が進む特性を有し、環境温度が上がると、オゾンガスの分解によりオゾン水のオゾン濃度が低下する。そこで、エアコン１０９により筐体１０１内の温度を周温に一致させる（近づける）ように制御することで、オゾンガスの分解を抑制し、オゾン水の濃度を安定させる。なお、筐体内の温度を周温よりも低い温度に制御するようにしてもよい。

図６は、筐体内温度の制御のフローチャートの例である。ステップＳ１０では、筐体１０１外に設置された温度検出器で筐体周温（筐体１０１の周囲の温度）を検出し、又は、予め記憶された筐体周温をメモリから読み出して、筐体周温を取得する。そして、取得した筐体周温に基づいて目標温度範囲（上限値、下限値）を設定する。目標温度範囲は、取得した筐体周温に基づいて目標温度に幅を持たせた温度範囲である。なお、目標温度範囲に代えて、筐体温度を目標温度（周温）に一致するように又は近づけるように制御してもよい。また、ステップＳ１０では、筐体１０１内の温度を温度検出器１１０から取得する。

ステップＳ１１では、筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の上限値より高いか否かを判別する。筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の上限値より高い場合には、ステップＳ１２に移行し、エアコン１０９の設定温度を低下させた後に、ステップＳ１０に戻り、上記ステップを繰り返す。一方、筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の上限値以下の場合には、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の下限値より低いか否かを判別する。筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の下限値より低い場合には、ステップＳ１４に移行し、エアコン１０９の設定温度を上昇させた後に、ステップＳ１０に戻り、上記ステップを繰り返す。一方、筐体内の温度が、周温に基づく目標温度範囲の下限値以上である場合には、ステップＳ１０に戻り、上記ステップを繰り返す。

なお、予め記憶された筐体周温をメモリから読み出す場合には、制御開始時にステップＳ１０で筐体周温をメモリから読み出し、２回目以降のステップＳ１０では筐体周温の取得を省略してもよい。

（２）本実施形態に係るオゾン水製造装置１００では、複数台の高圧電源ユニット１４１を備える場合、オゾン水の目標濃度に応じて高圧電源ユニット１４１の稼働台数（オゾンガス製造装置の出力、オゾンガスの生成量）を増減することができる。例えば、オゾン水の目標濃度に応じて高電圧電源ユニット１４１の稼働台数を決定し、決定した稼働台数の高電圧電源ユニット１４１を稼働する。制御装置１５０が目標濃度を取得し、自動的に高電圧電源ユニット１４１の稼働台数を決定するようにしてもよい。このようにすれば、オゾン水の目標濃度が低い場合には、複数の高電圧電源ユニット１４１の稼働台数を減少させ、高電圧電源ユニットにおける消費電力を低減することができる。また、制御装置１５０は、濃度計１２６によるオゾン水のオゾン濃度の検出値に基づいて、高圧電源ユニット１４１の稼働台数（オゾンガス製造装置の出力、オゾンガスの生成量）を制御することができる。例えば、図２の構成において、オゾン水のオゾン濃度の目標値が低く、濃度計１２６で検出されるオゾン濃度（検出値）が目標濃度よりも高い場合には、高圧電源ユニット１４１のうち何れか１台を停止させ、停止された高圧電源ユニット１４１から電圧の供給を受ける放電セル１３１、１３２を停止させる。一方、オゾン濃度（検出値）が目標濃度よりも低くなった場合には、停止させていた高圧電源ユニット１４１、放電セル１３１、１３２を再稼働させる。出力されるオゾン水の濃度に基づいて高圧電源ユニット（放電セル）の稼働台数を調整することにより、高圧電源ユニット１４１の消費電力を低減し、省エネルギー化を図ることができる。なお、高圧電源ユニット１４１が３台以上ある場合には、複数の高圧電源ユニットのうち２台以上を停止又は再稼働させてもよい。

図７は、高圧電源ユニット（放電セル）の稼働台数制御のフローチャートの例である。ステップＳ２０では、オゾン水製造装置１００から出力するオゾン水のオゾン水濃度の目標濃度に基づいて目標濃度範囲（上限値、下限値）を設定する。オゾン水の目標濃度は、装置の仕様により決まっている濃度であってもよいし、ユーザから受け付けるようにしてもよい。目標濃度範囲は、目標濃度に幅を持たせた濃度範囲である。なお、目標濃度範囲の設定に代えて、オゾン水の濃度を目標濃度に一致するように又は近づけるように制御してもよい。また、ステップＳ２０では、オゾン水製造装置１００から出力するオゾン水のオゾン濃度を濃度計１２６から取得する。

ステップ２１では、オゾン水の濃度が目標濃度範囲の上限値より高いか否かを判別する。オゾン水の濃度が目標濃度の上限値より高い場合には、ステップＳ２２に移行し、高圧電源ユニット（放電セル）の稼働台数を減少させた後、ステップＳ２０に戻り、上記ステップを繰り返す。一方、オゾン水の濃度が目標濃度範囲の上限値以下の場合には、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３では、オゾン水の濃度が目標濃度範囲の下限値より低いか否かを判別する。オゾン水の濃度が目標濃度範囲の下限値より低い場合には、ステップＳ２４に移行し、高圧電源ユニット（放電セル）の稼働台数を増加させた後に、ステップＳ２０に戻り、上記ステップを繰り返す。一方、オゾン水の濃度が目標濃度範囲の下限値以上である場合には、ステップＳ２０に戻り、上記ステップを繰り返す。

なお、２回目以降のステップＳ２０では、目標濃度範囲／目標濃度の設定を省略してもよい。

（３）本実施形態に係るオゾン水製造装置１００では、制御装置１５０は、濃度計１４２によりオゾンガスの濃度を検出し、オゾンガスの濃度が所定範囲の範囲を外れた場合には、高圧電源ユニット１４１の出力電圧を調節して、オゾンガス濃度が所定範囲内になるようにする。オゾンガス製造装置としての放電セル１３１、１３２から出力されるオゾンガスには、オゾンガスの原料である酸素ガスが未反応のまま含まれている場合があり、また、分解抑制、濃度向上のための添加ガス（炭酸ガス、窒素ガス）も含まれる場合がある。従って、オゾンガスの濃度とは、放電セル１３１、１３２から出力されるガスに含まれるオゾンガスの割合を示す。オゾンガスの濃度の所定の範囲とは、所定の下限値以上から所定の上限値以下の範囲として定義される。このような制御によれば、濃度計１２６によるオゾン水の濃度に基づいてオゾン水の濃度の異常を検出する前に、オゾンガスの濃度の異常を検出することができる。この結果、オゾン水製造装置１００の異常を早期に検出することができる。オゾンガスの濃度の異常を検出した場合には、光、音、画像などによりアラームを出力するようにしてもよい。この機能は、オゾンガス濃度を監視してオゾン水製造装置１００の安全性を担保する安全機能ということができる。

図８は、オゾンガス濃度監視のフローチャート例である。ステップＳ３０では、放電セルから出力されるオゾンガスのオゾン濃度の目標濃度に基づいて目標濃度範囲（上限値、下限値）を設定する。オゾンガスの目標濃度は、装置の仕様により決まっている濃度であってもよいし、ユーザから受け付けるようにしてもよい。目標濃度範囲は、目標濃度に幅を持たせた濃度範囲である。なお、目標濃度範囲の設定に代えて、オゾンガスの濃度を目標濃度に一致するように又は近づけるように制御してもよい。また、ステップＳ３０では、放電セル１３１、１３２から出力するオゾンガスのオゾン濃度を濃度計１４２（１４２Ａ、１４２Ｂ）から取得する。

ステップ３１では、オゾンガスの濃度が目標濃度範囲の上限値より高いか否かを判別する。オゾンガスの濃度が目標濃度の上限値より高い場合には、ステップＳ３２に移行し、高圧電源ユニットの出力電圧を低下させ、アラームを出力する。その後、ステップＳ３０に戻り、上記処理を繰り返しても良い。なお、オゾンガス製造装置（ライン）が複数ある場合には、オゾンガスの濃度が上限値より高いオゾンガス製造装置（ライン）の高圧電源ユニットのみ出力電圧を低下させる。例えば、図２の構成で、濃度計１４２Ａのオゾンガス濃度のみ上限値より高い場合には、対応する高圧電源ユニット１４１Ａの出力電圧を低下させる。一方、オゾンガスの濃度が目標濃度範囲の上限値以下の場合には、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３３では、オゾンガスの濃度が目標濃度範囲の下限値より低いか否かを判別する。オゾンガスの濃度が目標濃度範囲の下限値より低い場合には、ステップＳ３４に移行し、高圧電源ユニットの出力電圧を増加させ、アラームを出力する。その後、ステップＳ３０に戻り、上記処理を繰り返しても良い。なお、オゾンガス製造装置（ライン）が複数ある場合には、オゾンガスの濃度が下限値より低いオゾンガス製造装置（ライン）の高圧電源ユニットのみ出力電圧を増加させる。例えば、図２の構成で、濃度計１４２Ａのオゾンガス濃度のみ下限値より低い場合には、対応する高圧電源ユニット１４１Ａの出力電圧を増加させる。一方、オゾンガスの濃度が目標濃度範囲の下限値以上である場合には、ステップＳ３０に戻り、上記ステップを繰り返す。

なお、２回目以降のステップＳ２０では、目標濃度範囲／目標濃度の設定を省略してもよい。

（他の実施形態）
（１）図９は、Ｔ字配管の変形例を示す。同図に示すように、Ｔ字配管１０４の配管部分１０４－１、１０４－２、１０４－３が合流する合流箇所１０５に、オゾン水の流れと衝突する１又は複数の障害物１６０を配置してもよい。障害物１６０は、配管部分１０４－３に対向する位置で、配管部分１０４－１、１０４－２に対して対称な位置に設けることが好ましい。また、障害物１６０は、配管部分１０４－１、１０４－２に対して対称な形状に設けることができる。障害物１６０は、Ｔ字配管１０４の内壁において周方向に沿う方向に一定の長さに亘って連続的又は離散的に設けることができる。障害物１６０は、図９に示すような傾斜を有する形状であってもよいし、階段状の傾斜を有する形状であってもよい。

この構成によれば、ノズル１１１、１１２からのオゾン水が、互いにぶつかり合いながら、障害物１６０にも衝突することにより、より複雑な乱流を発生させることができ、オゾン水とオゾン水中の未溶解のオゾンガスとの混合を更に促進することができる。これにより、液体へのガスの溶解を更に促進し、ガス溶解液の濃度を更に向上させることができる。なお、障害物１６０がオゾン水に対して過度な圧損とならないように、Ｔ字配管１０４の合流部（合流箇所）において配管の径を調整してもよい。

（２）図１０Ａ及び図１０Ｂは、Ｔ字配管の他の変形例を示す。図１０Ａの例では、Ｔ字配管１０４の合流箇所１０５の内壁面に粗面部１６１Ａを設ける。図１０Ｂの例では、Ｔ字配管１０４の合流箇所１０５の内壁面に凹凸部１６１Ｂを設ける。これにより、Ｔ字配管１０４に流入したオゾン水が内壁面に接触する水流部分に攪拌状態が発生し、合流箇所１０５内の乱流がより複雑になり、オゾンガスの溶解が促進される。なお、Ｔ字配管１０４の合流箇所１０５の内壁面全体に粗面部１６１Ａ又は凹凸部１６１Ｂを設けてもよい。また、粗面部１６１Ａ及び凹凸部１６１Ｂを組み合わせて設けてもよい。

（３）図１１は、Ｔ字配管の更に他の変形例を示す。Ｔ字配管１０４の入力側の２つの配管部分１０４－１、１０４－２の軸線と、出力側の配管部分１０４－３の軸線とが。９０°未満の角度θをなすように、Ｔ字配管１０４を構成してもよい。この構成によれば、Ｔ字配管１０４の入力側の２つの配管部分１０４－１、１０４－２のガス溶解液の流れが、出力側の配管部分に対して逆流する成分を有するので、合流箇所の乱流がより複雑になり、液体へのガスの溶解を更に促進し、ガス溶解液の濃度を更に向上させることができる。

（４）図９、図１０Ａ及び図１０Ｂ、並びに図１１の構成のうち１又は複数を組み合わせても良い。

以上説明した本実施形態によれば、少なくとも以下の作用効果を奏する。
並列に接続された２つのノズルで純水にオゾンガスを溶解させ、２つのノズルからのオゾン水をＴ字配管内で互いにぶつけ合い乱流を発生させることで、オゾン水へのオゾンガスの溶解を促進することができ、オゾン水のオゾン濃度を向上させることができる。これは、乱流によりオゾン水が攪拌され、オゾン水中に含まれる未溶解のオゾンガスを更にオゾン水に溶解させることができるからである。

また、本実施形態によれば、オゾン水製造装置１００の筐体１０１内の温度を筐体１０１の周温に一致するように又は近づけるように制御することにより、筐体１０１内の温度変化を抑制し、オゾンガスの溶解度を安定させ、オゾン水の濃度を安定させることができる。

また、本実施形態によれば、目標濃度が低い場合に、高圧電源ユニットの稼働台数を減少させることにより、省エネルギーを図ることができる。

また、本実施形態によれば、オゾンガス濃度が所定範囲から外れる場合に、高圧電源ユニットの出力電圧を制御して、オゾンガス濃度が所定範囲内になるように制御する。オゾン水の濃度の異常を検出する前に、オゾンガスの濃度の異常を検出することにより、オゾン水製造装置の異常をより早期に検出することができると共に、高圧電源ユニットを制御してオゾンガス濃度を正常な範囲に戻すことができる。

本発明は、以下の形態としても記載することができる。
形態１によれば、 液体にガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解液製造装置であって、 前記ガス溶解液の原料となる前記ガスを供給するガス供給部と、 前記ガス溶解液の原料となる前記液体を供給する液体供給部と、 前記液体供給部から供給された液体に前記ガス供給部から供給されたガスを溶解させて、ガス溶解液を生成する少なくとも１つのガス溶解液生成部と、 前記ガス溶解液生成部から出力される前記ガス溶解液を受け入れ、余剰ガスを分離した後の前記ガス溶解液を出力する気液分離タンクと、 前記ガス溶解液製造装置の各部を制御する制御装置と、を備え、 前記ガス溶解液生成部は、
前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズルと、 前記第１ノズルと並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第２ノズルと、 前記第１ノズルから出力される前記ガス溶解液と、前記第２ノズルから出力される前記ガス溶解液とを合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に出力するＴ字配管と、を有するガス溶解液製造装置が提供される。ガス供給部は、ガス溶解液製造装置外の供給源からガス溶解液の原料となるガスを供給する配管、及び／又は、ガス溶解液の原料となるガスを製造する製造ユニットを含むことができる。液体供給部は、ガス溶解液製造装置外の供給源からガス溶解液の原料となる液体を供給する配管とすることができる。第１及び第２ノズルは、ノズル内で液体の渦を発生させることにより、液体とガスを混合し、ガスを溶解させるものである。Ｔ字配管は、Ｔ字形手配管、その他のＴ字形の配管であってもよい。

この形態によれば、第１及び第２ノズルで液体にガスが溶解されたガス溶解液をＴ字配管で互いにぶつけ合い乱流を発生させることで、液体へのガスの溶解を促進することができ、ガス溶解液の濃度を向上させることができる。

形態２によれば、形態１のガス溶解液製造装置において、 前記ガス溶解液生成部は、前記Ｔ字配管から出力される前記ガス溶解液に乱流を発生させ、前記液体への前記ガスの溶解度を向上させる第３ノズルを更に備える。

この形態によれば、第３ノズルおいて、Ｔ字配管で濃度が向上されたガス溶解液に更にガスを溶解させて、ガス溶解液の濃度を向上させることができる。

形態３によれば、形態１又は２のガス溶解液製造装置において、 前記第１ノズル及び前記第２ノズルは、等しい最適流量を有する。

この形態によれば、第１及び第２ノズルに等しい最適流量の液体を流して、第１及び第２ノズルにおいて効率よく液体にガスを溶解させることができる。

形態４によれば、形態２のガス溶解液製造装置において、前記第１ノズル及び前記第２ノズルは、等しい最適流量を有し、前記第３ノズルは、前記第１ノズルの最適流量と前記第２ノズルの最適流量の合計の最適流量以上の最適流量を有する。

この形態によれば、第１及び第２ノズルに等しい流量の液体を流して、第１及び第２ノ
ズルにおいて効率よく液体にガスを溶解させることができると共に、第３ノズルにおいて圧損を低減しつつ、効率よく液体にガスを溶解させることができる。

形態５によれば、形態１から４の何れかのガス溶解液製造装置において、 前記ガス供給部、前記液体供給部、前記ガス溶解液生成部、及び気液分離タンクを収容する筐体と、
前記筐体内の温度を調節する温度調節装置と、を更に備え、 前記制御装置は、前記筐体の周囲温度に近づくように前記筐体内の温度を制御する。

この形態によれば、ガスの生成及び／又はガスの溶解の効率が温度に依存する場合に、筐体内の温度を筐体の周囲温度に近づけることにより筐体内の温度を安定させて、ガスの生成及び／又はガスの溶解を安定させ、ガス溶解液の濃度を安定させることができる。

形態６によれば、形態５のガス溶解液製造装置において、 前記温度調節装置は、温度調整された空気を前記筐体内に供給する空気調和機を有する。空気調和機（エアコン）は、筐体内に配置される熱交換器と筐体外に配置される熱交換器とを有する装置、水の気化熱を利用する冷風機、その他、温度調整された空気を供給する任意の構成とすることができる。

この形態によれば、空気調和機を用いることにより簡易な構成で筐体内の温度を調節することができる。

形態７によれば、形態１から６の何れかのガス溶解液製造装置において、 前記気液分離タンクから出力される前記ガス溶解液の濃度を検出する第１濃度計を更に備え、 前記制御装置は、前記第１濃度計で検出される前記ガス溶解液の濃度に基づいて、前記ガス供給部の出力を制御する。

この形態によれば、生成されるガス溶解液の濃度に基づいて、ガスの供給量を所望の濃度に必要十分なガスの供給量に制御することができる。これにより、ガス溶解液の濃度を安定させることができると共に、ガスの消費量を低減することができる。また、ガス供給部でガスを製造する場合には、生成されるガス溶解液の濃度に基づいてガスの生成量を調節することにより、省エネルギーを図ることができる。

形態８によれば、形態７のガス溶解液製造装置において、 前記ガス供給部は、 前記ガスの原料である他のガスから前記ガスを製造する複数のガス製造ユニットを有し、 前記制御装置は、前記第１濃度計で検出される前記ガス溶解液の濃度に基づいて、前記複数のガス製造ユニットの稼働台数を調節する。

この形態によれば、生成されるガス溶解液の濃度に基づいて、ガス製造ユニットの稼働台数を調節することにより、省エネルギーを図ることができる。

形態９によれば、形態１から８の何れかのガス溶解液製造装置において、 前記ガス供給部は、前記ガスの原料である他のガスから前記ガスを製造するガス製造ユニットを有し、 前記ガス溶解液製造装置は、 前記ガス製造ユニットに電力を供給する高圧電源と、
前記ガス製造ユニットから出力される前記ガスの濃度を検出する第２濃度計と、を更に備え、 前記制御装置は、前記第２濃度計で検出される前記ガスの濃度に基づいて前記高圧電源の出力電圧を調整する。

この形態によれば、ガス濃度が所定の範囲から外れるようなガス製造ユニットの異常を検知して、高電圧源の出力電圧を調節することにより、所定範囲のガス濃度のガスを供給することができる。例えば、酸素からオゾンガスを製造する場合には、製造ユニットから
出力される流体に含まれる酸素等（オゾンガス以外のガス）の量が増えてオゾンガスの濃度が低くなる場合や、反対にオゾンガスの濃度が高くなり過ぎる場合に、製造ユニットに電力を供給する高圧電源の出力電圧を調整して、オゾンガスの濃度を所定の範囲内に調節することができる。

形態１０によれば、形態１から９の何れかのガス溶解液製造装置において、 前記Ｔ字配管の壁面に設けられた粗面部及び／又は凹凸部を有する。

この形態によれば、Ｔ字配管に流入したオゾン水が内壁面に接触する水流部分に攪拌状態が発生し、合流箇所の乱流がより複雑になり、液体へのガスの溶解を更に促進し、ガス溶解液の濃度を更に向上させることができる。

形態１１によれば、形態１から１０の何れかのガス溶解液製造装置において、前記Ｔ字配管は、該Ｔ字配管の合流部に設けられ、前記第１及び第２ノズルから出力される前記ガス溶解液の流れに衝突する１又は複数の障害物を更に備える。

この形態によれば、Ｔ字配管内の障害物によって、第１及び第２ノズルからのガス溶解液の合流による乱流を更に複雑にすることができ、オゾン水と未溶解のオゾンガスとの混合を更に促進することができる。これにより、液体へのガスの溶解を更に促進し、ガス溶解液の濃度を更に向上させることができる。

形態１２によれば、形態１から１１の何れかのガス溶解液製造装置において、 前記Ｔ字配管の入力側の２つの配管部分の軸線と、出力側の配管部分の軸線とは、９０°未満の角度をなす。

この形態によれば、Ｔ字配管の入力側の２つの配管部分のガス溶解液の流れが、出力側の配管部分に対して逆流する成分を有するので、合流箇所の乱流がより複雑になり、液体へのガスの溶解を更に促進し、ガス溶解液の濃度を更に向上させることができる。

形態１３によれば、液体にガスを溶解させてガス溶解液を生成する方法であって、 互いに並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズル及び第２ノズルから出力されるガス溶解液をＴ字配管で合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に、前記ガス溶解液を出力する、方法が提供される。

この形態によれば、第１及び第２ノズルで液体にガスが溶解されたガス溶解液をＴ字配管で互いにぶつけ合い乱流を発生させることで、液体へのガスの溶解を促進することができ、ガス溶解液の濃度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１００、１００Ａ オゾン水製造装置
１０１ 筐体
１０２ ポンプ
１０３ オゾン水生成部（オゾン水生成ライン）
１０４ Ｔ字配管
１０５ 合流箇所（合流部）
１０７ 乱流
１０８ 流量計
１０９ エアコン
１１０ 温度検出器
１１１ ノズル
１１２ ノズル
１６０ 障害物
１６１Ａ 粗面部
１６１Ｂ 凹凸部
１２１ ノズル
１２３ 流量制御バルブ
１２４ 気液分離タンク
１２５ 出力配管
１２６ 濃度計
１３０ ガスライン
１３１ 放電セル
１３２ 放電セル
１４１ 高圧電源
１４２ 濃度計
１５０ 制御装置

Claims (13)

1. 液体にガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解液製造装置であって、
   前記ガス溶解液の原料となる前記ガスを供給するガス供給部と、
   前記ガス溶解液の原料となる前記液体を供給する液体供給部と、
   前記液体供給部から供給された液体に前記ガス供給部から供給されたガスを溶解させて、ガス溶解液を生成する少なくとも１つのガス溶解液生成部と、
   前記ガス溶解液生成部から出力される前記ガス溶解液を受け入れ、余剰ガスを分離した後の前記ガス溶解液を出力する気液分離タンクと、
   前記ガス溶解液製造装置の各部を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記ガス溶解液生成部は、
   前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズルと、
   前記第１ノズルと並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第２ノズルと、
   前記第１ノズルから出力される前記ガス溶解液と、前記第２ノズルから出力される前記ガス溶解液とを合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に出力するＴ字配管と、を有するガス溶解液製造装置。
2. 請求項１に記載のガス溶解液製造装置において、
   前記ガス溶解液生成部は、前記Ｔ字配管から出力される前記ガス溶解液に乱流を発生させ、前記液体への前記ガスの溶解度を向上させる第３ノズルを更に備える、ガス溶解液製造装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス溶解液製造装置において、
   前記第１ノズル及び前記第２ノズルは、等しい最適流量を有する、ガス溶解液製造装置。
4. 請求項２に記載のガス溶解液製造装置において、
   前記第１ノズル及び前記第２ノズルは、等しい最適流量を有し、前記第３ノズルは、前記第１ノズルの最適流量と前記第２ノズルの最適流量の合計の最適流量以上の最適流量を有する、ガス溶解液製造装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
   前記ガス供給部、前記液体供給部、前記ガス溶解液生成部、及び気液分離タンクを収容する筐体と、
   前記筐体内の温度を調節する温度調節装置と、を更に備え、
   前記制御装置は、前記筐体の周囲温度に近づくように前記筐体内の温度を制御する、ガス溶解液製造装置。
6. 請求項５に記載のガス溶解液製造装置において、
   前記温度調節装置は、温度調整された空気を前記筐体内に供給する空気調和機を有する、ガス溶解液製造装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
   前記気液分離タンクから出力される前記ガス溶解液の濃度を検出する第１濃度計を更に備え、
   前記制御装置は、前記第１濃度計で検出される前記ガス溶解液の濃度に基づいて、前記ガス供給部の出力を制御する、ガス溶解液製造装置。
8. 請求項７に記載のガス溶解液製造装置において、
   前記ガス供給部は、
   前記ガスの原料である他のガスから前記ガスを製造する複数のガス製造ユニットを有し、
   前記制御装置は、前記第１濃度計で検出される前記ガス溶解液の濃度に基づいて、前記複数のガス製造ユニットの稼働台数を調節する、ガス溶解液製造装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
   前記ガス供給部は、前記ガスの原料である他のガスから前記ガスを製造するガス製造ユニットを有し、
   前記ガス溶解液製造装置は、
   前記ガス製造ユニットに電力を供給する高圧電源と、
   前記ガス製造ユニットから出力される前記ガスの濃度を検出する第２濃度計と、
   を更に備え、
   前記制御装置は、前記第２濃度計で検出される前記ガスの濃度に基づいて前記高圧電源の出力電圧を調整する、ガス溶解液製造装置。
10. 請求項１から９の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
    前記Ｔ字配管の壁面に設けられた粗面部及び／又は凹凸部を有する、ガス溶解液製造装置。
11. 請求項１から１０の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
    前記Ｔ字配管は、該Ｔ字配管の合流部に設けられ、前記第１及び第２ノズルから出力される前記ガス溶解液の流れに衝突する１又は複数の障害物を更に備える、ガス溶解液製造装置。
12. 請求項１から１１の何れかに記載のガス溶解液製造装置において、
    前記Ｔ字配管の入力側の２つの配管部分の軸線と、出力側の配管部分の軸線とは、９０°未満の角度をなす、ガス溶解液製造装置。
13. 液体にガスを溶解させてガス溶解液を生成する方法であって、
    互いに並列に接続され、前記液体に前記ガスを溶解させる第１ノズル及び第２ノズルから出力されるガス溶解液をＴ字配管で合流させて互いにぶつけ合い乱流を発生させた後に、前記ガス溶解液を出力する、方法。

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