JPH11258146A - オゾン水中材料曝露試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン水中のオゾン濃度を制御し、且つ試験
水条件を一定に保持しながらオゾン水中での曝露試験や
オゾン水中での各種材料の定量的なオゾン劣化評価を行
うことができるオゾン水中材料曝露試験装置を得る。 【解決手段】 オゾンを発生させるオゾン発生器（１）
と、このオゾン発生器から供給されたオゾンガスを水中
に溶かし込みオゾン水をつくるためのオゾン注入槽
（２）と、被試験材（２１）をオゾン水で曝露するため
の曝露セル（３）と、オゾン水を循環させるポンプ
（４）と、曝露セル内を流れるオゾン水の脈流を抑制す
るバッファ槽（５）とを備える構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水の浄化、パル
プの漂白、半導体の洗浄など、オゾン水の利用分野にお
ける各種装置の構成材料および配管材料の材料選定にあ
たり、各種水質のオゾン水による材料の劣化や腐食速度
を計測し、材料選定を行うためのオゾン水中材料曝露試
験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の各種材料に対する耐オゾン性評価
装置は、気相環境での曝露試験であり（実公昭６１−４
６４４２号公報、特公平２−６２０１２号公報、特公平
５−１２６５９号公報および特開平９−２１７４２号公
報参照）、オゾンが溶け込んでいる水環境に対する曝露
試験法ではないため、水環境での各種材料の耐オゾン性
を評価することが出来ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来装置の場合、以下のような種々の問題点があっ
た。即ち、水環境での曝露試験が行え、且つ、オゾン濃
度が一定の状態で長時間曝露し続けるには、密閉容器中
で曝露を行う装置は使えない。つまり、水中でのオゾン
の自己分解反応が早いため、一定のオゾン濃度に保つこ
とは出来ない。水中にオゾンガスを吹き込みながら曝露
を行うと、オゾンガスの気泡が被試験材料にぶつかる可
能性があり、それによって機械的な劣化が発生するた
め、オゾンの酸化作用のみでの材料表面の劣化を評価す
ることは難しい。また、吹き込みながらの曝露試験で
は、リアルタイムでの水中オゾン濃度を測定することは
難しい。

【０００４】また、オゾン水中での材料の劣化により、
材料構成物質が溶けだし、オゾン水の各種イオン濃度条
件を変化させてしまう。このことにより、オゾン水の各
種条件を一定に保ちながら測定することは難しい。特
に、超純水にオゾンを溶かしたオゾン水については、劣
化生成物による汚染を免れない。

【０００５】この発明は、上述の従来の問題点を解決す
るためになされたもので、オゾン水中のオゾン濃度を制
御し、且つ試験水条件を一定に保持しながらオゾン水中
での曝露試験やオゾン水中での各種材料の定量的なオゾ
ン劣化評価を行うことができるオゾン水中材料曝露試験
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るオ
ゾン水中材料曝露試験装置は、オゾンを発生させるオゾ
ン発生器と、該オゾン発生器から供給されたオゾンガス
を水中に溶かし込みオゾン水をつくるためのオゾン注入
槽と、被試験材をオゾン水で曝露するための曝露セル
と、オゾン水を循環させるポンプと、上記曝露セル内を
流れるオゾン水の脈流を抑制するバッファ槽とを備えた
ものである。

【０００７】請求項２の発明に係るオゾン水中材料曝露
試験装置、請求項１の発明において、上記オゾン発生器
として任意のオゾン濃度ガスを発生させ、且つ任意のオ
ゾン濃度ガスを供給できるものを用い、上記曝露セルに
流れるオゾン水中のオゾン濃度を変化させるようにした
ものである。

【０００８】請求項３の発明に係るオゾン水中材料曝露
試験装置、請求項１または２の発明において、上記オゾ
ン注入槽で作られるオゾン水中の上記曝露セル内でのオ
ゾン濃度をモニタする水中オゾン濃度計と、上記オゾン
注入槽からのオゾン水の流れを上記曝露セルと上記水中
オゾン濃度計へ等しい流量で分流する分流器と、常に上
記曝露セル内の水中オゾン濃度をモニタし、上記水中オ
ゾン濃度計のオゾン濃度モニタ出力を上記オゾン発生器
に制御信号として送り、上記オゾン発生器からのオゾン
ガス供給量を制御する制御手段とを備えたものである。

【０００９】請求項４の発明に係るオゾン水中材料曝露
試験装置、請求項１〜３のいずれかの発明において、上
記バッファ槽に一定流量でオゾン水を排出する排出弁を
取り付け、上記オゾン注入槽もしくは上記ポンプの流入
口近傍に一定流量で流入できる補給水流入口を設置し、
循環するオゾン水を一定速度で入れ替えるようにしたも
のである。

【００１０】請求項５の発明に係るオゾン水中材料曝露
試験装置、請求項１〜４のいずれかの発明において、上
記バッファ槽に超純水状態を保つための超純水製造装置
を取り付け、オゾン溶解超純水での曝露試験が行えるよ
うにしたものである。

【００１１】請求項６の発明に係るオゾン水中材料曝露
試験装置、請求項１〜５のいずれかの発明において、上
記被試験材にリード線をつなぎ試験電極とし、対極、参
照電極を組み合わせた電解セルを上記曝露セルに代えて
設置し、上記被試験材の腐食特性を電気化学的試験法に
より測定するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図に基づいて説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す構
成図である。図において、１はオゾンを発生させるオゾ
ン発生器、２はオゾン発生器１から供給されたオゾンガ
スを水中に溶かし込みオゾン水をつくるためのオゾン注
入槽、３は被試験材をオゾン水で曝露するための曝露セ
ル、４はオゾン水を循環させるポンプ、５は曝露セル３
内を流れるオゾン水の脈流を抑制するバッファ槽であ
る。また、９はオゾン発生器１に原料ガス（酸素もしく
は空気）を送る酸素ボンベ、１０はオゾン注入槽２に接
続された排オゾン注入槽である。

【００１３】次に、動作について説明する。酸素ボンベ
９からオゾン発生器１に原料ガス（酸素もしくは空気）
を送り、オゾンを発生させる。オゾン発生器１で発生し
たオゾンを原料ガスの圧力で押し出しオゾン注入槽２に
流し込み、水中にバブリングするか、もしくはエジェク
タなどのガス溶解器具により水中にオゾンを注入する。

【００１４】オゾンが注入されたオゾン水は、ポンプ４
によって、オゾン注入槽２、曝露セル３、バッファ槽５
の順番で循環し、オゾン水中のオゾンが分解して減少す
るのを継続してオゾン注入することによって補充し、オ
ゾン水のオゾン濃度低下を防止する。この循環ループに
おけるバッファ槽５は、ポンプ４の駆動に伴う脈流を吸
収し、曝露セル３に流入するみオゾン水が一定流量にな
るようにする。即ち、この循環ループにおいて、ポンプ
４により発生する脈流は、脈流を吸収する気相部やベロ
ーズを持ったバッファ槽５によって抑制し、曝露セル３
へポンプ４の脈流の影響が及ばないようにする。

【００１５】このように、本実施の形態では、オゾン発
生器で発生させたオゾンガスをオゾン注入槽でオゾン水
中に注入し、オゾン水を、常にポンプによって循環さ
せ、一定流量でオゾン注入槽から曝露セルへ流れるよう
にバッファ槽によってポンプによる脈流を抑制して、曝
露セルに流入するオゾン水を一定流量になるようにする
ことができる。

【００１６】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す構成図である。図２において、図１と対応す
る部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
本実施の形態は、曝露セル内のオゾン濃度をモニタし、
オゾン水中オゾン濃度を制御する例である。

【００１７】図において、６は水中オゾン濃度計、７は
オゾン注入槽２からのオゾン水を曝露セル３と水中オゾ
ン濃度計６に分流する分流器、８は水中オゾン濃度計６
からのモニタ信号と予めプログラムされているオゾン水
中のオゾン濃度制御命令に従いオゾン発生器１に対して
発生オゾンガス量の制御信号を出力する制御手段として
のコントローラである。その他の構成は、図１と同様で
ある。

【００１８】本実施の形態では、循環するオゾン水のオ
ゾン濃度を任意の値に制御するにあたっては、オゾン発
生器１にオゾンガス発生量を外部からの信号により制御
できるオゾン発生器１を適用し、曝露セル３に流れ込む
水中オゾン濃度をモニタし、そのモニタ出力信号を受け
てオゾン発生器１にオゾン水中のオゾン濃度が任意の値
になるよう制御信号を送るコントローラ８によって、オ
ゾン注入槽２へのオゾンガス供給量を制御する。上記ル
ープにおいて、曝露セル３に流れ込むオゾン水の流量
と、水中オゾン濃度計６に流れ込むオゾン水の流量が異
なると、水中オゾン濃度計６が示す値と曝露セル３内の
オゾン水のオゾン濃度が異なる場合が出てくる。これを
回避するために、曝露セル３と水中オゾン濃度計６へオ
ゾン水を分流させるに当たって、両者への流量が等しく
なるように分流器７によって流量制御する。

【００１９】次に、動作について説明する。原料ガスを
ボンベ等９からオゾンガス発生量を外部からの入力信号
により制御できるオゾン発生器１に送る。外部からの制
御信号により発生した量のオゾンガスを原料ガスの流れ
でオゾン注入槽２に送り、バブリングもしくは、エジェ
クターなどのガス溶解器具で水に注入する。オゾンを注
入してできたオゾン水は、オゾン注入槽２から分流器７
にポンプ４によって送り出す。分流器７で曝露セル３と
水中オゾン濃度計６に分流する際、両者に流入するオゾ
ン水量が等しくなるように制御し、水中オゾン濃度計６
が示すオゾン濃度と曝露セル３内のオゾン濃度が等しく
なるようにする。曝露セル３と水中オゾン濃度計６から
流出するオゾン水は、バッファ槽５に流入した後、ポン
プ４によってオゾン注入槽２へ送られる。この循環ルー
プにおいてポンプ４で発生する脈流は、バッファ槽５で
吸収される。

【００２０】水中オゾン濃度計６により測定されたオゾ
ン水中のオゾン濃度は、水中オゾン濃度計６のモニタ信
号としてコントローラ８へ出力し、その信号と予めコン
トローラ８にプログラムされているオゾン水中のオゾン
濃度制御命令に従い、オゾン発生器１に発生オゾンガス
量の制御信号を出力する。それによってオゾンガス注入
量が決定する。図５は、オゾン水のオゾン濃度を一定に
保つために制御したオゾン注入量の時間変化である。

【００２１】このように、本実施の形態では、分流器に
より、オゾン水が等しい流量で曝露セルと水中オゾン濃
度計に流れるよう分流することで、水中オゾン濃度計で
の測定値と曝露セル内のオゾン濃度が等しくなり、曝露
セル内オゾン濃度が正しくモニタすることを可能とす
る。また、このモニタ出力を外部出力によってオゾンガ
ス発生量が制御できるオゾン発生器の制御信号入力端子
につなぎ、発生させるオゾンガス量を制御することで注
入オゾン量が決まり、オゾン水中のオゾン濃度が制御で
きる。

【００２２】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す構成図である。図３において、図１および図
２と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を
省略する。本実施の形態は、オゾン水溶液の入れ替えを
行う例である。図において、１１は電気伝導度計、１２
は排出弁、１３は新水供給三方弁、１４は新水を蓄えて
いるリザーブタンクである。その他の構成は、図１およ
び図２と同様である。本実施の形態では、オゾン水によ
る劣化や腐食が激しい材料を長時間曝露する場合、劣化
生成物や腐食生成物の増加によってオゾン水の条件が著
しく変化することを避けるために、汚染オゾン水の排出
と新水補給の設備を設置する。

【００２３】次に、動作について説明する。電気伝導度
計１１をバッファ槽５の出口に取り付け、循環している
オゾン水の伝導度が曝露試験開始時よりも１０％上昇し
た場合に排出弁１２が作動し循環しているオゾン水の一
部を排出すると同時に、新水供給三方弁１３のバッファ
槽５側が閉じリザーブタンク１４側が開くことで、ポン
プ４によって新水を蓄えているリザーブタンク１４から
新水を排出量と同量吸い上げ、オゾン注入槽２に新水を
流し込むことにより循環するオゾン水を入れ替えること
で、オゾン水の溶液条件を保つ。

【００２４】このように、本実施の形態では、オゾン水
の材料劣化生成物による汚染を検知し、廃水および新水
の補充を行うことで、被試験材曝露条件の劣化生成物に
よる変化を抑制することができる。

【００２５】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す構成図である。図４において、図１および図
２と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を
省略する。本実施の形態は、オゾン溶解超純水の純度を
保つための例である。図において、１５は超純水製造装
置、１６は超純水を蓄えておく補助タンク、１７はサブ
ループの超純水を循環させるサブループポンプである。
その他の構成は、図１および図２と同様である。

【００２６】本実施の形態では、オゾン水による劣化や
腐食が激しい材料を長時間曝露する場合、劣化生成物や
腐食生成物の増加によってオゾン水の条件が著しく変化
することを避けるために、オゾン水の浄化装置を含んだ
オゾン水浄化サブループの設置を実施する。特に、超純
水にオゾンガスを注入したオゾン水で曝露試験を実施す
る場合にはオゾン水浄化サブループに超純水製造装置を
組み込む。

【００２７】次に、動作について説明する。超純水にオ
ゾンを溶解させたオゾン水の場合には、超純水の純度を
保ちながら曝露試験を行うために、例えば図４のよう
に、バッファ槽５を介して超純水製造装置１５と超純水
を蓄えておく補助タンク１６とをサブループ配管でつな
ぎ、サブループの超純水を循環させるサブループポンプ
１７によって絶えず製造された超純水をサブループで循
環することにより、オゾン水中材料曝露試験装置を循環
するオゾン溶解超純水の純度を一定に保つ。このよう
に、本実施の形態では、超純水製造装置を含んだサブル
ープを設置することで、超純水の純度を損ねることなく
超純水オゾン水中での曝露試験を行うことができる。

【００２８】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５を示す構成図である。本実施の形態は、電界セルお
よび電気化学的評価試験法の実施の例である。材料が金
属である場合、金属表面の酸化反応は、電気化学的測定
法によって反応速度や反応の状態を評価することが出来
る。この技術をオゾン水中のオゾン濃度に対する金属表
面の耐酸化（腐食）性評価に応用できるようにする。図
において、１８は電解セル、１９は対極、２０は参照電
極、２１は被試験材であって、電解セル１８は、対極１
９、参照電極２０および被試験材２１の３極で構成され
る。被試験材２１はリード線をつなぎ試験電極としたも
のである。

【００２９】また、２２はポテンシオスタット、２３は
記録計、２４はシールドボックス、２５は塩橋である。
それぞれの電極はリード線によってポテンシオスタット
２２に接続し、ポテンシオスタット２２により被試験材
２１の電位と、対極１９−被試験材２１間に流れる電流
の関係を測定することで、被試験材２１の電気化学的特
性を評価することができる。

【００３０】即ち、オゾン水に対する金属の耐腐食性を
電気化学的に評価するため、対極１９と参照電極２０と
リード線を取り付けた被試験材２１をセットした電解セ
ル１８を、曝露セル３に替えて取り付ける。図６におい
て、ＩＮは各実施の形態におけるオゾン発生器１からの
オゾンガス相当の入力を表し、ＯＵＴは各実施の形態に
おけるバッフア槽５からのオゾン水相当の出力を表す。
曝露セル３を電解セル１８に代えることにより、オゾン
水環境での腐食速度を測定することが出来る。また、ス
テンレス鋼などの不働態化金属については、その不働態
特性を電気化学的手法によって評価できる。図７は、1p
pmのオゾン濃度に保持した塩化物イオン濃度300ppm水溶
液中でのＳＵＳ３０４ステンレス鋼のカソードおよびア
ノード分極曲線である。

【００３１】このように、本実施の形態では、曝露セル
を電気化学的測定が可能な電解セルに置き換えること
で、金属を被試験材としたときに、その被試験材の腐食
速度、分極挙動、腐食電位挙動などの電気化学的挙動を
測定することができる。

【００３２】実施の形態６．なお、上述した実施の形態
３のオゾン水溶液の入れ替えを行う例、実施の形態４の
オゾン溶解超純水の純度を保つための例、および実施の
形態５の電界セルおよび電気化学的評価試験法の実施の
例は、その他の実施の形態にも適用でき、同様の効果を
奏する。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、オゾンを発生
させるオゾン発生器と、該オゾン発生器から供給された
オゾンガスを水中に溶かし込みオゾン水をつくるための
オゾン注入槽と、被試験材をオゾン水で曝露するための
曝露セルと、オゾン水を循環させるポンプと、曝露セル
内を流れるオゾン水の脈流を抑制するバッファ槽とを備
えたので、曝露セルに流入するオゾン水を一定流量にな
るようにして、オゾン水中での曝露試験を行うことが可
能になり、オゾンの酸化作用のみでの材料表面の劣化を
容易に評価することができるという効果がある。

【００３４】請求項２の発明によれば、オゾン発生器と
して任意のオゾン濃度ガスを発生させ、且つ任意のオゾ
ン濃度ガスを供給できるものを用い、曝露セルに流れる
オゾン水中のオゾン濃度を変化させるようにしたので、
リアルタイムでの水中オゾン濃度を測定することが容易
となり、オゾン劣化を正確に試験することができるとい
う効果がある。

【００３５】請求項３の発明によれば、オゾン注入槽で
作られるオゾン水中の曝露セル内でのオゾン濃度をモニ
タする水中オゾン濃度計と、オゾン注入槽からのオゾン
水の流れを曝露セルと水中オゾン濃度計へ等しい流量で
分流する分流器と、常に曝露セル内の水中オゾン濃度を
モニタし、水中オゾン濃度計のオゾン濃度モニタ出力を
オゾン発生器に制御信号として送り、オゾン発生器から
のオゾンガス供給量を制御する制御手段とを備えたの
で、水中オゾン濃度計での測定値と曝露セル内のオゾン
濃度が等しくなり、曝露セル内オゾン濃度を正しくモニ
タすることができるという効果がある。

【００３６】請求項４の発明によれば、上記バッファ槽
に一定流量でオゾン水を排出する排出弁を取り付け、上
記オゾン注入槽もしくは上記ポンプの流入口近傍に一定
流量で流入できる補給水流入口を設置し、循環するオゾ
ン水を一定速度で入れ替えるようにしたので、オゾン水
の各種条件を一定に保ちながら測定でき、しかも被試験
材曝露条件の劣化生成物による変化を抑制することがで
きるという効果がある。

【００３７】請求項５の発明によれば、バッファ槽に超
純水状態を保つための超純水製造装置を取り付け、オゾ
ン溶解超純水での曝露試験が行えるようにしたので、超
純水の純度を損ねることなく超純水オゾン水中での曝露
試験を行うことができるという効果がある。

【００３８】請求項６の発明によれば、被試験材にリー
ド線をつなぎ試験電極とし、対極、参照電極を組み合わ
せた電解セルを曝露セルに代えて設置し、被試験材の腐
食特性を電気化学的試験法により測定するようにしたの
で、金属を被試験材としたときに、その被試験材の腐食
速度、分極挙動、腐食電位挙動などの電気化学的挙動を
測定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す構成図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態３を示す構成図であ
る。

【図４】 この発明の実施の形態４を示す構成図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態２におけるオゾン注入
量制御の説明に供するための図である。

【図６】 この発明の実施の形態５を示す構成図であ
る。

【図７】 この発明の実施の形態５におけるＳＵＳ３０
４の分極曲線を示す図である。

【符号の説明】

１ オゾン発生器、２ オゾン注入棺、３ 曝露セル、
４ ポンプ、５ バッファ槽、６ 液中オゾン濃度計、
７ 分流器、８ コントローラ、９ 酸素ボンベ、１０
排オゾン分解槽、１１ 電気伝導度計、１２ 排出
弁、１３ 新水溶液供給三方弁、１４ リザーブタン
ク、１５ 超純水製造装置、１６ 補助タンク、１７
サブループポンプ、１８ 電解セル、１９ 対極、２０
参照電極、２１ 被試験材。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾンを発生させるオゾン発生器と、 該オゾン発生器から供給されたオゾンガスを水中に溶か
   し込みオゾン水をつくるためのオゾン注入槽と、 被試験材をオゾン水で曝露するための曝露セルと、 オゾン水を循環させるポンプと、 上記曝露セル内を流れるオゾン水の脈流を抑制するバッ
   ファ槽とを備えたことを特徴とするオゾン水中材料曝露
   試験装置。
2. 【請求項２】 上記オゾン発生器として任意のオゾン濃
   度ガスを発生させ、且つ任意のオゾン濃度ガスを供給で
   きるものを用い、上記曝露セルに流れるオゾン水中のオ
   ゾン濃度を変化させるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のオゾン水中材料曝露試験装置。
3. 【請求項３】 上記オゾン注入槽で作られるオゾン水中
   の上記曝露セル内でのオゾン濃度をモニタする水中オゾ
   ン濃度計と、上記オゾン注入槽からのオゾン水の流れを
   上記曝露セルと上記水中オゾン濃度計へ等しい流量で分
   流する分流器と、常に上記曝露セル内の水中オゾン濃度
   をモニタし、上記水中オゾン濃度計のオゾン濃度モニタ
   出力を上記オゾン発生器に制御信号として送り、上記オ
   ゾン発生器からのオゾンガス供給量を制御する制御手段
   とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載のオ
   ゾン水中材料曝露試験装置
4. 【請求項４】 上記バッファ槽に一定流量でオゾン水を
   排出する排出弁を取り付け、上記オゾン注入槽もしくは
   上記ポンプの流入口近傍に一定流量で流入できる補給水
   流入口を設置し、循環するオゾン水を一定速度で入れ替
   えるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
   かに記載のオゾン水中材料曝露試験装置。
5. 【請求項５】 上記バッファ槽に超純水状態を保つため
   の超純水製造装置を取り付け、オゾン溶解超純水での曝
   露試験が行えるようにしたことを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載のオゾン水中材料曝露試験装置。
6. 【請求項６】 上記被試験材にリード線をつなぎ試験電
   極とし、対極、参照電極を組み合わせた電解セルを上記
   曝露セルに代えて設置し、上記被試験材の腐食特性を電
   気化学的試験法により測定するようにしたことを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン水中材料曝
   露試験装置。