JP2013220363A - 外照式紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線透過率が低い処理対象溶液を中圧水銀ランプを使用して効率よく紫外線処理する際の問題を改良する。
【解決手段】円筒状の外筒容器と、該外筒容器内にフッ素樹脂製のチューブをコイル状に密に巻回してなり処理対象液が流通されるチューブコイルと、該チューブコイルの中心軸に配置された紫外線透過材料で形成されたランプ保護スリーブと、該スリーブ内に挿入された中圧水銀ランプと、前記外筒容器に冷却液を流通する冷却液の入口ノズル及び出口ノズルとを備えて構成した外照式紫外線照射装置を提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外照式紫外線照射装置に係り、特に、紫外線透過率が低い処理対象液を紫外線処理するのに好適な外照式紫外線照射装置に関する。

紫外線透過率が低い処理対象液の例として、半導体ウエハの表面に付着した微粒子を除去する工程で使用したＳＣ１廃液を挙げることができる。ＳＣ１は、アンモニアと過酸化水素と純水の混合溶液であり、その廃液には未分解の過酸化水素が残存する。過酸化水素はＣＯＤ成分であるから、そのまま排出することができないので、分解等の処理が必要である。一方、近年半導体工場においてはウエハーの大型化に伴い従来のバッチ処理から枚葉式洗浄に置き換わる傾向があり、それに伴い高濃度過酸化水素を含有したＳＣ１廃液量が急激に増加している。ＳＣ１廃液の処理法としては、触媒分解法、薬液還元法、紫外線分解法などが知られているが、紫外線分解法の採用が強く望まれている。

しかし、過酸化水素は紫外線透過率が極めて小さいという問題の他に、例えば、ＳＣ１廃液はアルカリ溶液であるから腐食性が強いため、水銀ランプの保護管として一般に用いられる石英ガラスを腐食させる問題がある。したがって、ＳＣ１廃液がランプ保護管の石英ガラスと接触する構造の内照式の紫外線照射装置を適用することはできない。これに対し、ＳＣ１廃液による腐食に強いフッ素樹脂製のチューブを用い、フッ素樹脂チューブ内にＳＣ１廃液を流通し、フッ素樹脂チューブの外側から内部を流通するＳＣ１廃液に紫外線を照射する外照式が好ましい。

特許文献１に記載された外照式紫外線照射装置は、処理対象液を流通するフッ素樹脂チューブをコイル状に密に巻回して円筒状のチューブコイルを形成し、そのチューブコイルの中心軸に沿って紫外線ランプを設置して、全体を外筒で包囲して形成し、外筒内の紫外線ランプの周りに冷却用に周囲空気を流通させるようにしている。

しかし、ＳＣ１廃液の紫外線透過率は限りなく低く、殆ど０％であるため、例えば、特許文献１に記載の外照式紫外線照射装置では、装置内を流通するＳＣ１廃液の全体に紫外線を照射する効率が低く、分解効率が極めて低いという問題がある。例えば、紫外線透過率が低いＳＣ１廃液の処理に低圧水銀ランプを適用すると、ランプ本数が膨大になり、コスト面から実用的でないという問題がある。

そこで、ＳＣ１廃液のように紫外線透過率が低い処理対象液に効率よく紫外線を照射するため、チューブコイルを形成するフッ素樹脂チューブをできるだけ小径にして密に巻回するだけでなく、非特許文献１に記載の中圧水銀ランプを用いることが考えられる。同文献によれば、中圧水銀ランプは発光長あたりの電気入力が５０〜２５０Ｗ／ｃｍの範囲であり、低圧の水銀ランプの電気入力０．５〜１０Ｗ／ｃｍに比べてはるかに大きい。

特開２００４−６６０４５号公報

ＵＶ Disinfection Guidance Manual For the Final LT2ESWTR, US EPA,November 2006, P(2-17), Table2.1

しかし、中圧水銀ランプは発熱量が大きく、動作温度が６００〜９００℃に達することから、耐熱性の低いフッ素樹脂チューブを用いる場合は、チューブコイルの冷却に配慮しなければならない。例えば、特許文献１のように、フッ素樹脂のチューブコイルと水銀ランプの周囲空間に空気等の冷却気体を流通し、さらに冷却気体を循環して冷却することが考えられるが、冷却気体の流量が膨大になり実用的でない。

本発明は、中圧水銀ランプを使用して紫外線透過率が低い処理対象溶液を効率よく紫外線処理する際の問題を改良した外照式紫外線照射装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の外照式紫外線照射装置は、円筒状の外筒容器と、該外筒容器内にフッ素樹脂チューブをコイル状に密に巻回してなり処理対象液が流通されるチューブコイルと、該チューブコイルの中心軸に配置された紫外線透過材料で形成されたランプ保護スリーブと、該スリーブ内に挿入された中圧水銀ランプと、前記外筒容器に冷却液を流通する冷却液の入口ノズル及び出口ノズルとを備えて構成したことを特徴とする。

このように、処理対象液が流通されるフッ素樹脂製のチューブコイルと中圧水銀ランプが収容された外筒容器内に、気体よりも比熱が十分に高いを冷却液を流通するようにしたことから、冷却液の流量及び温度を制御することで、チューブコイルの温度をフッ素樹脂チューブの耐熱温度以下に容易に制御できる。その結果、電力入力（延いては、紫外線出力）が大きい中圧水銀ランプを適用できるので、紫外線透過率が低い処理対象溶液を効率よく紫外線処理することができる。

しかも、フッ素樹脂チューブに接触させて冷却液を流通しているから、フッ素樹脂チューブのチューブ壁に加わる外力は、チューブ内圧と外圧との差、つまり処理対象液の圧力と冷却液の圧力との差に関係する。したがって、処理対象液の圧力を冷却液の圧力よりも若干高く保持制御することにより、フッ素樹脂チューブコイルのチューブ壁に加わる外力を限りなく小さくできるから、チューブの剛性や耐圧性を問題にすることなく、損傷を防止することができる。しかも、フッ素樹脂チューブの肉厚を薄く形成できるから、チューブ壁における紫外線の吸収量を少なくして、処理対象液に照射される紫外線量を増大して、効率よく処理することができる。その結果、紫外線の照効率が向上して装置を小型化できる。

上記の場合において、前記チューブコイルは、前記外筒容器の両端を封止するフランジに形成された貫通穴から引き出され、それぞれ前記処理対象液の供給管と排出管に連通された構成とすることができる。また、前記チューブコイルは、複数本の前記フッ素樹脂チューブを並列にしてコイル状に巻回して形成された構成とすることができる。これによれば、複数のチューブコイルを並列に接続したことになるから、各チューブコイルの圧力損失と流通（滞留）時間、及びチューブコイルの軸方向長、フッ素樹脂チューブの径、チューブコイルのコイル径を総合的に勘案して、最適設計をすることができる。

また、上記の場合において、チューブコイルの外周を熱収縮チューブで包囲してなる構成とすることができる。これによれば、チューブコイルを外筒容器に組付け時の作業を容易にすることができるとともに、チューブコイルを振動などによる損傷から保護することができる。

本発明によれば、中圧水銀ランプを使用して紫外線透過率が低い処理対象溶液を効率よく紫外線処理する際の問題を改良した外照式紫外線照射装置を提供することができる。

本発明の外照式紫外線照射装置の一実施形態を一部破断して示す正面図である。 図１の線II−IIにおける断面図である。 本発明の外照式紫外線照射装置の他の実施形態の要部断面図である。

以下、本発明の外照式紫外線照射装置を図示実施形態に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の外照式紫外線照射装置は、円筒状の例えばステンレス製の外筒容器１０と、外筒容器１０内に収容された処理対象液が流通されるチューブコイル２０と、チューブコイル２０の中心軸に配置された紫外線透過材料で形成されたランプ保護スリーブ３３と、ランプ保護スリーブ３３内に挿入された中圧水銀ランプ３０とを備えて構成されている。外筒容器１０には、冷却液である水を流通する入口ノズル１１及び出口ノズル１２を備え、外筒容器１０の両端はそれぞれフランジ１３、１４、１５、１６から構成されるフランジ部によって閉止されている。

チューブコイル２０は、本実施形態では４本のＦＥＰから形成されたフッ素樹脂チューブ２１（ａ〜ｄ）を並列にして、コイル状に一重巻きに、密に巻回して形成されている。フッ素樹脂チューブ２１の外径、内径、肉厚、コイルの巻き数、並列本数は、処理対象液の紫外線透過度などの性状及び処理流量、処理目標性状などの諸元によって大きく異なる。チューブコイル２０の外径は、外筒容器１０の内径よりも若干小さく巻回され、外筒容器１０内に自由状態で設置されている。

すなわち、フッ素樹脂チューブ２１からなるチューブコイル２０は強度が低いので支持方法が問題になる。本実施形態では、外筒容器１０をステンレス製として円筒内壁で支持するようにしている。つまり、チューブコイル２０の撓み、あるいは揺れを防止するため、外筒容器１０の内面全体で包み込んで支持するようにしている。これに対して、支持ロッド等によりチューブコイル２０を支持すると、チューブコイル２０に局所的に圧力が加わること、あるいは支持ロッドが中圧水銀ランプからの輻射熱によって高温になり、チューブコイル２０に熱的ストレスが加わることから問題がある。この点、本実施形態によれば、ステンレス製の外筒容器１０であれば、肉厚２ｍｍ程度であり、かつ外筒容器１０の内部は冷却液（例えば、超純水）で満たされ、かつ循環されているから、中圧水銀ランプ３０の輻射熱による温度上昇を抑えることができる。

チューブコイル２０を構成する各フッ素樹脂チューブ２１の両端は、それぞれフランジ１４，１５に穿設された貫通穴１５ａ，１４ｃから外部に引き出され、貫通穴１５ａの縁部に形成された傾斜面とフランジ１４に挟まれる隙間に装着されたパッキン１５ｂにより、水密にシールされている。

中圧水銀ランプ３０は、直状のランプであり、両端に形成された口金部３１から外部に電源線３２が引き出されている。また、図２に示すように、中圧水銀ランプ３０を保護する石英ガラス製のランプ保護スリーブ３３が、チューブコイル２０の内側に挿入されている。ランプ保護スリーブ３３の両端は、フランジ１４、１５に穿設された貫通穴１４ａ、１５ａにて支持され、かつ、フランジ１４の貫通穴１４ａの縁部に形成された傾斜面とフランジ１５に挟まれる隙間に装着されたパッキン１４ｂにより、水密にシールされている。なお、フランジ１３とフランジ１４との間は、Ｏリングパッキン１６により水密にシールされている。

また、図１に示すように、外筒容器１０の中央部の管壁に紫外線強度測定部４０が設けられている。紫外線強度測定部４０は、図２に示すように、外筒容器１０の管壁に開口した計測窓４１が設けられている。計測窓４１は、開口４２が穿設された座板４３のパッキン４４を介して石英ガラス窓４５が載置され、石英ガラス窓４５の上面をパッキン４６を介して金具４７で押圧してシールするようになっている。計測窓４１の上部空間に紫外線強度センサ４８がフランジ４９に支持されて設置されている。

このように構成される紫外線強度測定部４０により、中圧水銀ランプ３０から放射された紫外線は、ランプ保護スリーブ３３→冷却液（超純水）→フッ素樹脂チューブ壁→チューブ内ＳＣ１廃液→フッ素樹脂チューブ壁→冷却液（超純水）→石英ガラス窓４５の順に透過して、紫外線強度センサ４８に受光され、紫外線強度が計測されるようになっている。

次に、本実施形態の動作を説明する。まず、図示していない冷却液供給装置から冷却液としての超純水が入口ノズル１１から外筒容器１０内に流入される。外筒容器１０内に流入される超純水は出口ノズル１２から排出されて冷却液供給装置に戻される。冷却水として超純水を用いる理由は、冷却液によって紫外線が吸収される紫外線透過率の低下による効率低下を防ぐためである。次いで、処理対象液であるＳＣ１廃液を、図示していない処理対象液供給ポンプを介してチューブコイル２０の一方の端部（図において、左端）から供給し、他方の端部（図において、右端）から排出するとともに、中圧水銀ランプ３０を点灯して紫外線処理を可能な状態にする。このとき、入口ノズル１１における超純水の温度を例えば１００℃に制御して、チューブコイル２０内のＳＣ１廃液及び中圧水銀ランプ３０を冷却する。なお、フッ素樹脂チューブ２１が温度１００℃において耐圧が低下して径が拡大する傾向があるが、これはＳＣ１廃液と冷却水の差圧を調整して抑えることができる。例えば、通常時は、チューブ内圧が０．３０ＭＰａ、冷却水圧力（チューブ外圧）が０．１ＭＰａの場合、チューブ外圧を０．２５ＭＰａに上げて、差圧としてチューブ内圧０．０５ＭＰａとなるようにコントロールする。このようにして、本実施形態によれば、フッ素樹脂チューブ２１に流通されるＳＣ１廃水の温度を１００℃に保持制御するとともに、フッ素樹脂チューブ２１に作用する内圧と外圧の差を制御しているから、チューブコイル２０の損傷を防止して、ＳＣ１廃液を効率よく処理することができる。

さらに、本実施形態では、紫外線強度測定部４０を設けていることから、チューブコイル２０を透過した紫外線の強度が紫外線強度センサ４８で計測される。したがって、紫外線照射によってＳＣ１廃液中の過酸化水素濃度が低下すると、ＳＣ１廃液の紫外線透過率が高まり、紫外線強度センサ４８で計測される紫外線強度が増加するので、ＳＣ１廃液の過酸化水素濃度を管理することができる。

以上説明したように、本発明によれば、チューブコイル２０と中圧水銀ランプ３０が収容された外筒容器１０内に冷却液を流通するようにしたことから、冷却液は十分な比熱を有するので、流量及び温度を制御することで、チューブコイル２０内のＳＣ１廃液の温度を設定温度（例えば、１００℃）に制御するとともに、チューブコイル２０の温度をフッ素樹脂チューブの耐熱温度以下に容易に制御できる。その結果、電力入力（延いては、紫外線出力）が大きい中圧水銀ランプ３０を適用できるので、紫外線透過率が低い処理対象溶液を効率よく紫外線処理することができる。また、本発明は、ＳＣ１廃水に限らず、畜産廃水、糖液、果汁液など、低透過率溶液を大量に紫外線処理する場合に有効である。

しかも、フッ素樹脂チューブ２１に接触させて冷却液を流通しているから、フッ素樹脂チューブ２１のチューブ壁に加わる外力は、チューブ内圧と外圧との差、つまり処理対象液の圧力と冷却液の圧力との差に関係する。そこで、処理対象液の圧力を冷却液の圧力よりも若干高く保持制御することにより、フッ素樹脂製のチューブコイルのチューブ壁に加わる外力を限りなく小さくできるから、チューブの剛性や耐圧性を問題にすることなく、損傷を防止することができる。しかも、フッ素樹脂チューブ２１の肉厚を薄く形成できるから、チューブ壁における紫外線の吸収量を少なくして、処理対象液に照射される紫外線量を増大して、効率よく処理することができる。その結果、紫外線の照効率が向上して装置を小型化できる。

なお、本発明は、複数のチューブコイル２０を並列に接続したことから、各チューブコイル２０の圧力損失と流通（滞留）時間、及びチューブコイル２０の軸方向長、フッ素樹脂チューブ２１の外径と内径、チューブコイル２０のコイル径を総合的に勘案して、最適設計をすることができる。

また、図３に示すように、本発明において、チューブコイル２０の外周をＦＥＰから形成された熱収縮チューブ２２で包囲してなる構成とすることができる。これによれば、チューブコイル２０を外筒容器１０に組付ける時の作業を容易にすることができるとともに、チューブコイルを振動などによる損傷から保護することができる。

１０ 外筒容器
１１ 入口ノズル
１２ 出口ノズル
２０ チューブコイル
２１ フッ素樹脂チューブ
２２ 熱収縮チューブ
３０ 中圧水銀ランプ
３３ ランプ保護スリーブ
４０ 紫外線強度測定部

Claims (4)

1. 円筒状の外筒容器と、該外筒容器内にフッ素樹脂製のチューブをコイル状に密に巻回してなり処理対象液が流通されるチューブコイルと、該チューブコイルの中心軸に配置された紫外線透過材料で形成されたランプ保護スリーブと、該スリーブ内に挿入された中圧水銀ランプと、前記外筒容器に冷却液を流通する冷却液の入口ノズル及び出口ノズルとを備えてなる外照式紫外線照射装置。
2. 前記チューブコイルは、前記外筒容器の両端を封止するフランジに形成された貫通穴から引き出され、それぞれ前記処理対象液の供給管と排出管に連通されてなることを特徴とする請求項１に記載の外照式紫外線照射装置。
3. 前記チューブコイルは、複数本の前記チューブを並列にしてコイル状に巻回して形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の外照式紫外線照射装置。
4. 前記チューブコイルは、外周が熱収縮チューブで包囲されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の外照式紫外線照射装置。
   

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