JP3080859B2 - 高純度酸素の発生方法及びそのための装置 - Google Patents
高純度酸素の発生方法及びそのための装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程の際
の酸化被膜生成処理及び各種熱処理工程、ならびに、原
子力発電装置の冷却水配管の腐食防止用など各種工業分
野において必要とされる高純度の酸素ガス及び水素ガス
を製造するための水素・酸素発生装置に関する。
の酸化被膜生成処理及び各種熱処理工程、ならびに、原
子力発電装置の冷却水配管の腐食防止用など各種工業分
野において必要とされる高純度の酸素ガス及び水素ガス
を製造するための水素・酸素発生装置に関する。
【０００２】より詳細には、前述した水素・酸素発生装
置において、不純物濃度の極めて低い高純度の酸素を得
る方法及びそのための装置に関する。
置において、不純物濃度の極めて低い高純度の酸素を得
る方法及びそのための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】従来より、前述した各種工業分野に使用
する酸素ガス及び水素ガスは、水素ガスについては、食
塩電解や石油精製の際に発生する副成ガスを、触媒燃焼
精製法などを用いてある程度の純度の水素ガスに精製し
た後、ガスボンベに高圧にして充填して、使用者に供給
され使用されている。
する酸素ガス及び水素ガスは、水素ガスについては、食
塩電解や石油精製の際に発生する副成ガスを、触媒燃焼
精製法などを用いてある程度の純度の水素ガスに精製し
た後、ガスボンベに高圧にして充填して、使用者に供給
され使用されている。
【０００４】一方、酸素ガスについては、空気をジュー
ルトムソン法により液化し、深冷分離法により沸点差を
利用して分離し、ある程度の高純度の酸素ガスが作ら
れ、これを液体酸素の状態で工場のコールドエバポレー
タ（酸素ガス発生装置）に供給し、 これを気化してガス
に使用したり、ガスボンベに高圧にして充填して、使用
者に供給され使用されている。
ルトムソン法により液化し、深冷分離法により沸点差を
利用して分離し、ある程度の高純度の酸素ガスが作ら
れ、これを液体酸素の状態で工場のコールドエバポレー
タ（酸素ガス発生装置）に供給し、 これを気化してガス
に使用したり、ガスボンベに高圧にして充填して、使用
者に供給され使用されている。
【０００５】しかしながら、このように供給される酸素
及び水素等のガスには、表１に示すように、窒素、炭酸
ガス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物も含
まれており、これらは完全には除去されず、そのために
さらに不純物を除去・精製するため、吸着剤による吸着
処理やパラジューム膜透過法等のような高度の純化処理
法により、個別に純化処理して精製して使用しているの
が実状である。ところが、このような純化処理法によっ
ても除去が困難な窒素等の不純物があり、例えば、半導
体分野などにおいては、昨今の素子の高純度化において
は、このような残存不純物が問題となっていた。
及び水素等のガスには、表１に示すように、窒素、炭酸
ガス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物も含
まれており、これらは完全には除去されず、そのために
さらに不純物を除去・精製するため、吸着剤による吸着
処理やパラジューム膜透過法等のような高度の純化処理
法により、個別に純化処理して精製して使用しているの
が実状である。ところが、このような純化処理法によっ
ても除去が困難な窒素等の不純物があり、例えば、半導
体分野などにおいては、昨今の素子の高純度化において
は、このような残存不純物が問題となっていた。
【０００６】このような、従来における問題を解決する
ために、本発明者等は、特開平5-287570号において、図
３に示したように、ポーラスな固体電解質120 、例え
ば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオ
ン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）
の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極122 及び陰
極124 を接合した構造の固体高分子電解質膜121 を隔膜
として用い、陽極室112と陰極室114 とに分離した構造
の水電解セルを用いて、陽極室に純水を供給しながら電
気分解して、陽極室から酸素ガスを、陰極室から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成した水電解セルを用い
た水素・酸素発生装置を提案した。
ために、本発明者等は、特開平5-287570号において、図
３に示したように、ポーラスな固体電解質120 、例え
ば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオ
ン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）
の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極122 及び陰
極124 を接合した構造の固体高分子電解質膜121 を隔膜
として用い、陽極室112と陰極室114 とに分離した構造
の水電解セルを用いて、陽極室に純水を供給しながら電
気分解して、陽極室から酸素ガスを、陰極室から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成した水電解セルを用い
た水素・酸素発生装置を提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな水素・酸素発生装置においても、陰極室から発生す
る水素ガスは窒素、炭酸ガスなどの不純物ガスは数ppm
以下と高純度であるのに対し、陽極室から発生する酸素
ガスには、窒素ガス、アルゴンガス等の不純物が含まれ
ていたため、完全に不純物を除去するまでには至ってい
なかった。
うな水素・酸素発生装置においても、陰極室から発生す
る水素ガスは窒素、炭酸ガスなどの不純物ガスは数ppm
以下と高純度であるのに対し、陽極室から発生する酸素
ガスには、窒素ガス、アルゴンガス等の不純物が含まれ
ていたため、完全に不純物を除去するまでには至ってい
なかった。
【０００８】なお、水素を製造する方法において、電解
工程へ供給する水を予め脱気する方法が、特公平３−２
２３７号に開示されているが、この方法では、脱気装置
が大きいものが必要となり、また高純度の酸素を製造す
る方法ではなかった。
工程へ供給する水を予め脱気する方法が、特公平３−２
２３７号に開示されているが、この方法では、脱気装置
が大きいものが必要となり、また高純度の酸素を製造す
る方法ではなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような現
状に鑑みて、窒素、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、
アルゴン等の不純物、特に、窒素などの不純物の極めて
低い、半導体分野などにおける素子の高純度化にも十分
適用可能な高純度の酸素を発生する方法、及びそのため
の装置を提供することを目的とする。
状に鑑みて、窒素、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、
アルゴン等の不純物、特に、窒素などの不純物の極めて
低い、半導体分野などにおける素子の高純度化にも十分
適用可能な高純度の酸素を発生する方法、及びそのため
の装置を提供することを目的とする。
【００１０】ところで、水電解セルにおいては、水を陽
極側に供給しながら電気分解することにより、図３に示
したように、陽極側では、2H2 O →O 2 ＋4H+ ＋4e- の
ような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。従って、陽極側の出口水には、水中のガス溶解
量が、ヘンリーの法則によって、周囲の発生酸素ガス中
のそのガスの分圧に比例するために、酸素以外の溶存ガ
スがほとんど含まれていないため、本発明者等は、この
出口水を、水電解セルの陽極室に循環、供給することに
よって、含まれる不純物ガス、特に、窒素ガスの濃度が
極めて低減できる高純度の酸素発生方法及びそのための
装置を提供したものである。
極側に供給しながら電気分解することにより、図３に示
したように、陽極側では、2H2 O →O 2 ＋4H+ ＋4e- の
ような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。従って、陽極側の出口水には、水中のガス溶解
量が、ヘンリーの法則によって、周囲の発生酸素ガス中
のそのガスの分圧に比例するために、酸素以外の溶存ガ
スがほとんど含まれていないため、本発明者等は、この
出口水を、水電解セルの陽極室に循環、供給することに
よって、含まれる不純物ガス、特に、窒素ガスの濃度が
極めて低減できる高純度の酸素発生方法及びそのための
装置を提供したものである。
【００１１】また、この場合、水電解セルの陽極に最初
に供給した純水の約３％程度が水電解に消費されるため
に、電解に際しては、これを補充するために補充水が必
要であるが、この補充水を予め、膜脱気モジュールなど
の脱気装置で脱気することによって、含まれる不純物ガ
ス、特に、窒素ガスの濃度が極めて低減できる高純度の
酸素発生方法及びそのための装置を提供できることを知
見して、本発明を完成するに至ったものである。
に供給した純水の約３％程度が水電解に消費されるため
に、電解に際しては、これを補充するために補充水が必
要であるが、この補充水を予め、膜脱気モジュールなど
の脱気装置で脱気することによって、含まれる不純物ガ
ス、特に、窒素ガスの濃度が極めて低減できる高純度の
酸素発生方法及びそのための装置を提供できることを知
見して、本発明を完成するに至ったものである。
【００１２】すなわち、本発明は、前述したような従来
技術における課題及び目的を達成するためになされたも
のであって、その構成要旨とするところは、下記の
（１）および（２）である。
技術における課題及び目的を達成するためになされたも
のであって、その構成要旨とするところは、下記の
（１）および（２）である。
【００１３】（１）固体電解質膜を隔膜として用いて、
陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しな
がら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極
側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電
解セルからなる水素・酸素発生装置において高純度の酸
素を発生させる方法であって、該水素・酸素発生装置の
起動時に、予め膜脱気モジュールによって脱気した純水
を水電解セルの陽極室に供給し、 水電解操作中に、水電
解セルの陽極室で生じた溶存不純物ガス濃度の極めて低
い出口水を水電解セルの陽極室に循環して供給し、且
つ、予め膜脱気モジュールによって脱気した純水を補充
水として水電解セルの陽極室に供給することによって、
不純物濃度の極めて低い高純度の酸素を得ることを特徴
とする高純度酸素の発生方法。
陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しな
がら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極
側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電
解セルからなる水素・酸素発生装置において高純度の酸
素を発生させる方法であって、該水素・酸素発生装置の
起動時に、予め膜脱気モジュールによって脱気した純水
を水電解セルの陽極室に供給し、 水電解操作中に、水電
解セルの陽極室で生じた溶存不純物ガス濃度の極めて低
い出口水を水電解セルの陽極室に循環して供給し、且
つ、予め膜脱気モジュールによって脱気した純水を補充
水として水電解セルの陽極室に供給することによって、
不純物濃度の極めて低い高純度の酸素を得ることを特徴
とする高純度酸素の発生方法。
【００１４】
【００１５】（２）固体電解質膜を隔膜として用いて、
陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しな
がら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極
側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電
解セルからなる水素・酸素発生装置において、純水を脱
気して溶存不純物ガス濃度の極めて低い純水を得るため
の膜脱気モジュールを備えた脱気装置と、 予め該脱気装
置によって脱気した純水を水電解セルの陽極室に供給す
る純水供給経路と、水電解セルの陽極室で生じた溶存不
純物ガス濃度の極めて低い出口水を、水電解セルの陽極
室に循環する循環経路とを設けたことを特徴とする高純
度酸素の発生装置。
陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しな
がら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極
側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電
解セルからなる水素・酸素発生装置において、純水を脱
気して溶存不純物ガス濃度の極めて低い純水を得るため
の膜脱気モジュールを備えた脱気装置と、 予め該脱気装
置によって脱気した純水を水電解セルの陽極室に供給す
る純水供給経路と、水電解セルの陽極室で生じた溶存不
純物ガス濃度の極めて低い出口水を、水電解セルの陽極
室に循環する循環経路とを設けたことを特徴とする高純
度酸素の発生装置。
【００１６】
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の高純度酸素の発生装置の
一実施例の全体構成を示す図であり、１は全体で、本発
明の高純度酸素の発生装置を示している。図２は、その
水電解セルの部分を拡大した状態を示す概略図である。
一実施例の全体構成を示す図であり、１は全体で、本発
明の高純度酸素の発生装置を示している。図２は、その
水電解セルの部分を拡大した状態を示す概略図である。
【００１９】本高純度酸素の発生装置１では、純水供給
系（図示せず）から純水が、気体分離膜を用いて透過側
を真空にすることにより液中の溶存ガスを除去する膜脱
気方式の膜脱気モジュールから構成される脱気装置２に
供給される。前記膜脱気モジュールとしては、テトラフ
ルオロエチレン系の疎水性の高分子膜やフッ素樹脂ある
いはポリオレフィン等の平膜または中空糸膜を用いた、
旭硝子、宇部興産社製のものを使用することが望まし
い。それは、簡便で、連続型で、コンパクトであるから
である。この脱気装置２においては、窒素ガス、炭酸ガ
ス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物が、ほ
とんど除去されるようになっている。このように、不純
物をほとんど含まない純水は、純水供給経路４を介し
て、水電解セル10の陽極室12側に供給されるようになっ
ている。
系（図示せず）から純水が、気体分離膜を用いて透過側
を真空にすることにより液中の溶存ガスを除去する膜脱
気方式の膜脱気モジュールから構成される脱気装置２に
供給される。前記膜脱気モジュールとしては、テトラフ
ルオロエチレン系の疎水性の高分子膜やフッ素樹脂ある
いはポリオレフィン等の平膜または中空糸膜を用いた、
旭硝子、宇部興産社製のものを使用することが望まし
い。それは、簡便で、連続型で、コンパクトであるから
である。この脱気装置２においては、窒素ガス、炭酸ガ
ス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物が、ほ
とんど除去されるようになっている。このように、不純
物をほとんど含まない純水は、純水供給経路４を介し
て、水電解セル10の陽極室12側に供給されるようになっ
ている。
【００２０】そして、この水電解セル10では、その陽極
側に供給された純水Ａを電気分解して、陽極室12から酸
素ガスを、陰極室14から水素ガスをそれぞれ発生するよ
うに、例えば、図２に示したような構造を有するもので
ある。具体的には、ポーラスな固体電解質20、例えば、
カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交
換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）の両
面に白金族金属等からなる多孔質の陽極22及び陰極24を
化学的に無電解メッキで接合した構造の固体高分子電解
質膜21を隔膜として用いた陽極室12と陰極室14とに分離
した構造の水電解セル10によって、陽極室12に純水を供
給しながら電気分解して、陽極室12から酸素ガスを、陰
極室14から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した
ものである。
側に供給された純水Ａを電気分解して、陽極室12から酸
素ガスを、陰極室14から水素ガスをそれぞれ発生するよ
うに、例えば、図２に示したような構造を有するもので
ある。具体的には、ポーラスな固体電解質20、例えば、
カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交
換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）の両
面に白金族金属等からなる多孔質の陽極22及び陰極24を
化学的に無電解メッキで接合した構造の固体高分子電解
質膜21を隔膜として用いた陽極室12と陰極室14とに分離
した構造の水電解セル10によって、陽極室12に純水を供
給しながら電気分解して、陽極室12から酸素ガスを、陰
極室14から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した
ものである。
【００２１】さらに、この水電解セル10の陽極室12で生
じた出口水Ｂは、出口水循環経路５を介して、純水供給
経路４に導入されて、水電解セル10の陽極室12側に循
環、供給されるようになっている。
じた出口水Ｂは、出口水循環経路５を介して、純水供給
経路４に導入されて、水電解セル10の陽極室12側に循
環、供給されるようになっている。
【００２２】この場合、本装置の始動時には、純水供給
経路４に設けられたバルブ６を開けて、脱気装置２にお
いて窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、アル
ゴン等の不純物がほとんど除去された純水が、水電解セ
ル10の陽極室12に供給され、電気分解が行われるが、電
解操作時には、バルブ６を閉じて、水電解セル10の陽極
室12で生じた出口水Ｂが、出口水循環経路５を介して、
純水供給経路４に導入されて、水電解セル10の陽極室12
側に循環、供給され、電気分解が継続される。
経路４に設けられたバルブ６を開けて、脱気装置２にお
いて窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、アル
ゴン等の不純物がほとんど除去された純水が、水電解セ
ル10の陽極室12に供給され、電気分解が行われるが、電
解操作時には、バルブ６を閉じて、水電解セル10の陽極
室12で生じた出口水Ｂが、出口水循環経路５を介して、
純水供給経路４に導入されて、水電解セル10の陽極室12
側に循環、供給され、電気分解が継続される。
【００２３】ところで、水電解セルの陽極に最初に供給
した純水の約３％程度が水電解に消費されるために、電
解に際しては、これを補充するために補充水が必要であ
るが、この補充水は、出口水循環経路５に設けられた水
量センサー７の検知結果に基づいて、予め定められた一
定値より低下した場合に、バルブ６を開けるように構成
して、脱気装置２において窒素ガス、炭酸ガス、一酸化
炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物がほとんど除去さ
れた純水が、補充水として再び純水供給経路４を介して
水電解セル10の陽極室12に供給されるようになってい
る。
した純水の約３％程度が水電解に消費されるために、電
解に際しては、これを補充するために補充水が必要であ
るが、この補充水は、出口水循環経路５に設けられた水
量センサー７の検知結果に基づいて、予め定められた一
定値より低下した場合に、バルブ６を開けるように構成
して、脱気装置２において窒素ガス、炭酸ガス、一酸化
炭素、炭化水素、アルゴン等の不純物がほとんど除去さ
れた純水が、補充水として再び純水供給経路４を介して
水電解セル10の陽極室12に供給されるようになってい
る。
【００２４】なお、この水電解セル10の陽極側には、水
電解セル10の陽極室で発生した酸素を気液分離するため
の酸素ガス用気液分離装置（図示せず）が接続される一
方、水電解セル10の陰極側には、水電解セル10の陰極室
で発生した水素を気液分離するための水素ガス用気液分
離装置（図示せず）が接続されている。
電解セル10の陽極室で発生した酸素を気液分離するため
の酸素ガス用気液分離装置（図示せず）が接続される一
方、水電解セル10の陰極側には、水電解セル10の陰極室
で発生した水素を気液分離するための水素ガス用気液分
離装置（図示せず）が接続されている。
【００２５】そして、この両気液分離装置において気液
分離された酸素ガス及び水素ガスはそれぞれ、例えば、
モレキュラーシーブなどから構成される除湿装置（図示
せず）に導入され、ガスに含まれる水分がそれぞれ除去
された後、酸素ガス及び水素ガス利用施設（図示せず）
に適宜供給されるようになっている。
分離された酸素ガス及び水素ガスはそれぞれ、例えば、
モレキュラーシーブなどから構成される除湿装置（図示
せず）に導入され、ガスに含まれる水分がそれぞれ除去
された後、酸素ガス及び水素ガス利用施設（図示せず）
に適宜供給されるようになっている。
【００２６】（実施例1 ）従来例として、フッ素樹脂系
スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製「ナフィオ
ン117 」）厚さ180 μm の両面に、白金からなる多孔質
の陽極及び陰極を化学的に無電解メッキで接合（厚さ数
μm ）した構造の固体高分子電解質膜を用いた水電解セ
ルを具備した装置を用いて、純水（水温35.6℃）を1.0
l/min の流量で水電解セルの陽極側に供給して、5V、30
0Aで数時間通電し、水電解セルの陽極側から発生した酸
素ガスを、ガスクロマトグラフあるいはガスクロマトグ
ラフ質量分析計にかけ分析した。なお、従来例では、純
水を脱気装置を介さずに用いた。すなわち、多くの溶存
ガス（主に窒素ガス）を含んだ状態の純水を用いてい
る。
スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製「ナフィオ
ン117 」）厚さ180 μm の両面に、白金からなる多孔質
の陽極及び陰極を化学的に無電解メッキで接合（厚さ数
μm ）した構造の固体高分子電解質膜を用いた水電解セ
ルを具備した装置を用いて、純水（水温35.6℃）を1.0
l/min の流量で水電解セルの陽極側に供給して、5V、30
0Aで数時間通電し、水電解セルの陽極側から発生した酸
素ガスを、ガスクロマトグラフあるいはガスクロマトグ
ラフ質量分析計にかけ分析した。なお、従来例では、純
水を脱気装置を介さずに用いた。すなわち、多くの溶存
ガス（主に窒素ガス）を含んだ状態の純水を用いてい
る。
【００２７】また、本発明の実施例として、フッ素樹脂
系スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製「ナフィ
オン117 」）厚さ180 μm の両面に、白金からなる多孔
質の陽極及び陰極を化学的に無電解メッキで接合（厚さ
数μm ）した構造の固体高分子電解質膜２枚を組み込ん
だ水電解セルを具備した本発明の装置を用いて、中空糸
状の膜モジュールと真空ポンプからなる脱気装置に純水
（水温35.6℃）を1.0l/min の流量で供給して予め脱気
した純水を、水電解セルの陽極側に供給した後、供給を
停止して、5V、300Aで数時間通電した。その際、水電解
セルの陽極側出口水を水電解セルの陽極側に循環して供
給し続けた。なお、この場合、補充水として、上記脱気
装置で脱気した純水を1.0 l/min の3 ％にあたる30 ml/
min の量供給した。その結果、水電解セルの陽極側から
発生した酸素ガスを、ガスクロマトグラフあるいはガス
クロマトグラフ質量分析計にかけ分析した。
系スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製「ナフィ
オン117 」）厚さ180 μm の両面に、白金からなる多孔
質の陽極及び陰極を化学的に無電解メッキで接合（厚さ
数μm ）した構造の固体高分子電解質膜２枚を組み込ん
だ水電解セルを具備した本発明の装置を用いて、中空糸
状の膜モジュールと真空ポンプからなる脱気装置に純水
（水温35.6℃）を1.0l/min の流量で供給して予め脱気
した純水を、水電解セルの陽極側に供給した後、供給を
停止して、5V、300Aで数時間通電した。その際、水電解
セルの陽極側出口水を水電解セルの陽極側に循環して供
給し続けた。なお、この場合、補充水として、上記脱気
装置で脱気した純水を1.0 l/min の3 ％にあたる30 ml/
min の量供給した。その結果、水電解セルの陽極側から
発生した酸素ガスを、ガスクロマトグラフあるいはガス
クロマトグラフ質量分析計にかけ分析した。
【００２８】尚、空気をジュールトムソン法により液化
し、深冷分離法により沸点差を利用して分離して得られ
た液体酸素ガスについても同様にして分析した。
し、深冷分離法により沸点差を利用して分離して得られ
た液体酸素ガスについても同様にして分析した。
【００２９】これらの結果を下記の表１に示した。
【００３０】表１から明らかなように、本発明のよう
に、水電解セルの陽極側の出口水を循環し、予め脱気し
た純水を補充水として、前記陽極室側出口水とともに水
電解セルの陽極室に供給する方法の方が、発生する酸素
ガスに含まれる不純物ガス、特に窒素ガスの濃度が極め
て低いことがわかる。
に、水電解セルの陽極側の出口水を循環し、予め脱気し
た純水を補充水として、前記陽極室側出口水とともに水
電解セルの陽極室に供給する方法の方が、発生する酸素
ガスに含まれる不純物ガス、特に窒素ガスの濃度が極め
て低いことがわかる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の作用効果】本発明の高純度酸素の発生方法及び
そのための装置によれば、水電解セルの陽極室で生じた
溶存不純物ガス濃度の極めて低い出口水を、水電解セル
の陽極室に循環して供給することによって、不純物濃度
の極めて低い高純度の酸素を得るようにし、さらに、純
水を予め脱気装置によって脱気した溶存不純物ガス濃度
の極めて低い純水を補充水として、前記水電解セルの陽
極室に、前記陽極室側出口水とともに水電解セルの陽極
室に供給するようにしたので、下記に示したような顕著
で特有な作用効果を奏する極めて優れた発明である。
そのための装置によれば、水電解セルの陽極室で生じた
溶存不純物ガス濃度の極めて低い出口水を、水電解セル
の陽極室に循環して供給することによって、不純物濃度
の極めて低い高純度の酸素を得るようにし、さらに、純
水を予め脱気装置によって脱気した溶存不純物ガス濃度
の極めて低い純水を補充水として、前記水電解セルの陽
極室に、前記陽極室側出口水とともに水電解セルの陽極
室に供給するようにしたので、下記に示したような顕著
で特有な作用効果を奏する極めて優れた発明である。
【００３３】（１）このように構成することによって、
水電解セル10の陽極室12で生じた出口水Ｂは、水中のガ
ス溶解量が、ヘンリーの法則によって、周囲の発生酸素
ガス中のそのガスの分圧に比例するために、酸素以外の
溶存ガスがほとんど含まれていないため、この出口水Ｂ
が、出口水循環経路５を介して、純水供給経路４に導入
して、水電解セル10の陽極室12側に循環、供給され電気
分解が継続されるため、陽極室12において発生する酸素
ガスに含まれる不純物ガス、特に、窒素ガス、アルゴン
ガスの濃度が極めて低減できる。
水電解セル10の陽極室12で生じた出口水Ｂは、水中のガ
ス溶解量が、ヘンリーの法則によって、周囲の発生酸素
ガス中のそのガスの分圧に比例するために、酸素以外の
溶存ガスがほとんど含まれていないため、この出口水Ｂ
が、出口水循環経路５を介して、純水供給経路４に導入
して、水電解セル10の陽極室12側に循環、供給され電気
分解が継続されるため、陽極室12において発生する酸素
ガスに含まれる不純物ガス、特に、窒素ガス、アルゴン
ガスの濃度が極めて低減できる。
【００３４】（２）また、装置始動時の供給水及び補充
が必要になった際の補充水として、水電解セル10の陽極
室12に供給される純水が、脱気装置２において窒素ガ
ス、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不
純物がほとんど除去された純水であるので、水電解セル
10の陽極室12において発生する酸素ガスには、これらの
成分がほとんど含まれない極めて高純度の酸素ガスを得
ることが可能である。
が必要になった際の補充水として、水電解セル10の陽極
室12に供給される純水が、脱気装置２において窒素ガ
ス、炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素、アルゴン等の不
純物がほとんど除去された純水であるので、水電解セル
10の陽極室12において発生する酸素ガスには、これらの
成分がほとんど含まれない極めて高純度の酸素ガスを得
ることが可能である。
【００３５】（３）さらに、水電解セル10の陽極室12で
生じた出口水Ｂを出口水循環経路５を介して、純水供給
経路４に導入して、水電解セル10の陽極室12側に循環、
供給され電気分解が継続されるため、脱気装置２が小型
でコンパクトなものでよく、設置施設のスペースが少な
くてすむ。
生じた出口水Ｂを出口水循環経路５を介して、純水供給
経路４に導入して、水電解セル10の陽極室12側に循環、
供給され電気分解が継続されるため、脱気装置２が小型
でコンパクトなものでよく、設置施設のスペースが少な
くてすむ。
【００３６】従って、素子の高集積化が要求されている
半導体製造におけるウェハの酸化、CVD 、エッチングな
どにおいても、製品性能に及ぼす影響が少なく、また、
その他の高純度の酸素が要求されている様々な産業分野
に使用することができ、その産業び貢献するところが非
常に大きい極めて優れた発明である。
半導体製造におけるウェハの酸化、CVD 、エッチングな
どにおいても、製品性能に及ぼす影響が少なく、また、
その他の高純度の酸素が要求されている様々な産業分野
に使用することができ、その産業び貢献するところが非
常に大きい極めて優れた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の高純度酸素の発生装置の一
実施例の全体構成を示す概略図である。
実施例の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図３は、図１の水電解セルの部分を拡大した
状態を示す概略図である。
状態を示す概略図である。
【図３】 図３は、従来の水電解セルの概略図である。
１…高純度酸素の発生装置 ２…脱気装置 ４…純水供給経路 ５…出口水循環経路 ６…バルブ 10…水電解セル 12…陽極室 14…陰極室 20…固体電解質 21…固体高分子電解質膜 22…陽極 24…陰極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タ ウニーＳ Ａ−202号 (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11 号 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (56)参考文献 特開 昭61−199087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−127781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−69574（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−126883（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−64569（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルからなる水素・酸素発生装置において高純度の酸素を
発生させる方法であって、該水素・酸素発生装置の起動時に、予め膜脱気モジュー
ルによって脱気した純水を水電解セルの陽極室に供給
し、 水電解操作中に、 水電解セルの陽極室で生じた溶存不純
物ガス濃度の極めて低い出口水を水電解セルの陽極室に
循環して供給し、且つ、予め膜脱気モジュールによって
脱気した純水を補充水として水電解セルの陽極室に供給
することによって、不純物濃度の極めて低い高純度の酸
素を得ることを特徴とする高純度酸素の発生方法。 - 【請求項２】 固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルからなる水素・酸素発生装置において、純水を脱気して溶存不純物ガス濃度の極めて低い純水を
得るための膜脱気モジュールを備えた脱気装置と、 予め該脱気装置によって脱気した純水を水電解セルの陽
極室に供給する純水供給経路と、 水電解セルの陽極室で生じた溶存不純物ガス濃度の極め
て低い出口水を、水電解セルの陽極室に循環する循環経
路とを設けたことを特徴とする高純度酸素の発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07128130A JP3080859B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高純度酸素の発生方法及びそのための装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07128130A JP3080859B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高純度酸素の発生方法及びそのための装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08325771A JPH08325771A (ja) | 1996-12-10 |
| JP3080859B2 true JP3080859B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=14977144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07128130A Expired - Lifetime JP3080859B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高純度酸素の発生方法及びそのための装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3080859B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4537547B2 (ja) * | 2000-07-26 | 2010-09-01 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素・酸素供給システム |
| JP6734621B2 (ja) * | 2014-02-20 | 2020-08-05 | オルガノ株式会社 | オゾン水供給方法及びオゾン水供給装置 |
| CN110965069B (zh) * | 2019-12-25 | 2022-07-12 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 电解水生产高纯氢气和/或氧气的装置和方法 |
-
1995
- 1995-05-26 JP JP07128130A patent/JP3080859B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08325771A (ja) | 1996-12-10 |
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