JP7154708B2 - Ozone gas utilization system - Google Patents
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Description
この発明は、オゾンガスを発生するオゾンガス発生装置とオゾンガス用いて所定の処理を実行するオゾンガス利用装置とを備えるオゾン利用システムに関する。 The present invention relates to an ozone utilization system that includes an ozone gas generator that generates ozone gas and an ozone gas utilization device that performs predetermined processing using ozone gas.
オゾンガスを発生するオゾンガス発生装置と、オゾンガス発生装置で発生したオゾンガスを用いて所定の処理を実行するオゾンガス利用装置を組み合わせたオゾンガス利用システムがある。 There is an ozone gas utilization system that combines an ozone gas generator that generates ozone gas and an ozone gas utilization device that executes a predetermined process using the ozone gas generated by the ozone gas generator.
オゾンガス利用システムは、例えば、酸素ガスを含むガスを減圧雰囲気の処理チャンバーに噴出させ酸化膜形成する半導体製造装置をオゾンガス利用装置として活用する等、多くの用途に適用されている。半導体製造装置として利用する場合、半導体ウェハー面に酸化膜を成膜する等、絶縁膜の成膜用途に多く用いられ、オゾンガス利用用途が拡大してきている。また、酸化膜形成で、絶縁品質を高めた酸化膜を形成することが求められてきている。さらに、オゾンガス発生装置から得られたオゾンガスは、オゾンの化学的性質を利用した用途だけでなく、電気エネルギーをガス分子エネルギーとして効率良く蓄積できる唯一のガス分子でもあり、このガス分子の持つエネルギーを利用したオゾンガス利用装置を有するオゾンガス利用システムも新しい用途として注目される。 The ozone gas utilization system is applied to many uses, such as utilizing a semiconductor manufacturing apparatus for forming an oxide film by ejecting a gas containing oxygen gas into a processing chamber having a reduced pressure atmosphere as an ozone gas utilization apparatus. When used as a semiconductor manufacturing apparatus, it is often used for forming an insulating film such as forming an oxide film on the surface of a semiconductor wafer, and the use of ozone gas is expanding. In addition, there is a demand for forming an oxide film with improved insulation quality in the formation of an oxide film. Furthermore, the ozone gas obtained from the ozone gas generator is not only used for applications that utilize the chemical properties of ozone, but is also the only gas molecule that can efficiently store electrical energy as gas molecule energy. An ozone gas utilization system having an ozone gas utilizing device is also attracting attention as a new application.
一般に半導体製造装置における従来のシリコン酸化膜形成用の半導体製造装置の利用背景は以下に説明する問題点があった。 Background of the use of conventional semiconductor manufacturing equipment for forming a silicon oxide film in semiconductor manufacturing equipment generally has the following problems.
半導体製造装置におけるシリコンウェハーへのシリコン酸化膜の形成には大きく分けて２つあり、シリコンウェハー面自身の直接反応させる熱酸化法と外部から酸化物をシリコンウェハー面に堆積するＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition：化学気相堆積法）とがある。 Silicon oxide films are formed on silicon wafers in semiconductor manufacturing equipment by roughly two methods: thermal oxidation, in which the surface of the silicon wafer itself reacts directly, and chemical vapor deposition (CVD), in which oxide is deposited on the surface of the silicon wafer from the outside. Deposition: chemical vapor deposition method).
オゾンガスを用いた酸化膜形成としては、ＣＶＤ法を利用した半導体処理装置が主に使用され、ＣＶＤ法による絶縁膜の形成は、半導体ウェハーの後工程の絶縁膜の成膜に採用される。ＣＶＤ法を用いる場合、酸化ガスとして、オゾンガスだけでなく、多種な酸化ガスとともに、堆積酸化材を形成するためのプリカーサガスが用いられる。 A semiconductor processing apparatus using the CVD method is mainly used to form an oxide film using ozone gas, and the formation of an insulating film by the CVD method is adopted for forming an insulating film in a post-process of a semiconductor wafer. When the CVD method is used, not only ozone gas but various kinds of oxidizing gases are used as the oxidizing gas, as well as a precursor gas for forming a deposited oxidizing material.
一方、熱酸化法は、酸素ガスの真空（減圧）雰囲気中で、７００℃～１１００℃の高温にウェハーを加熱させることで、酸素自身をシリコンウェハー内に熱拡散させて、拡散した酸素とシリコン面との熱化学反応で、シリコンウェハー表面にシリコン酸化膜を形成している。 On the other hand, in the thermal oxidation method, a wafer is heated to a high temperature of 700° C. to 1100° C. in a vacuum (reduced pressure) atmosphere of oxygen gas, so that oxygen itself is thermally diffused into the silicon wafer, and the diffused oxygen and silicon A silicon oxide film is formed on the silicon wafer surface by a thermochemical reaction with the surface.
熱酸化法により形成された酸化膜は、雰囲気ガスと処理温度で、酸化膜品質が決定される。このため、他の酸化膜法に比べ、緻密性、絶縁性等の電気特性も良好で、膜厚の均一性に優れた酸化膜が主に処理装置内の処理温度管理のみで得られる。このため、半導体ウェハーの前工程の絶縁膜の成膜として、熱酸化法による酸化膜形成が大半を占めて採用されている。熱酸化法においては、酸化ガスとしては、オゾンガスは採用されず、安価なガスとして水蒸気ガスや酸素ガスが主に用いられてきている。 The quality of the oxide film formed by the thermal oxidation method is determined by the atmosphere gas and the processing temperature. Therefore, compared to other oxide film methods, electrical properties such as denseness and insulation are good, and an oxide film with excellent uniformity in film thickness can be obtained mainly by controlling the processing temperature in the processing apparatus. For this reason, the formation of an oxide film by a thermal oxidation method is mostly adopted as the formation of an insulating film in the pre-process of a semiconductor wafer. In the thermal oxidation method, ozone gas is not used as the oxidizing gas, and water vapor gas and oxygen gas are mainly used as inexpensive gases.
熱酸化法による酸化膜に関する先行文献として例えば、特許文献１、特許文献２が挙げられ、小ガス流量の酸化ガスによるＣＶＤ法に関する先行文献として例えば、特許文献３が挙げられる。
For example,
しかし、これら特許文献１、特許文献２に示した水蒸気ガスや酸素ガスを用いた従来の熱酸化法においては、小量の酸素ガス等の供給で、酸素雰囲気中の高温加熱による熱拡散を利用して酸化膜を形成しているため、シリコンウェハー面に小量の酸素ガスを高速度で噴射させる手段がなく、シリコンウェハー面の細く、深い高アスペクト比を有する溝部に酸素供給ができなかった。
However, in the conventional thermal oxidation methods using water vapor gas and oxygen gas shown in
また、特許文献３に示した小ガス流量の酸化ガスによるＣＶＤ法においても、深い溝部（高アスペクト比の溝部）を有するシリコンウェハー面に均一に酸化物を堆積することが困難であった。また、酸化剤としてオゾンガスを用いると、従来のオゾンガス発生装置が高価であることや小ガス流量や減圧状態でオゾンガスを出力することが難しかったため、熱酸化法や小ガス流量のＣＶＤ法では、オゾンガスは利用されてこなかった。 In addition, even in the CVD method using an oxidizing gas with a small gas flow rate described in Patent Document 3, it is difficult to deposit oxide uniformly on the surface of a silicon wafer having deep grooves (high aspect ratio grooves). In addition, when ozone gas is used as an oxidizing agent, conventional ozone gas generators are expensive and it is difficult to output ozone gas at a small gas flow rate or under reduced pressure. has not been used.
上述したように、オゾンガス利用装置として半導体製造装置を考える場合、従来の熱酸化法を採用した酸化膜形成技術や小流量のＣＶＤ装置による酸化膜形成技術では、オゾンガスを有効に利用できないという問題点があった。 As described above, when considering a semiconductor manufacturing apparatus as an apparatus using ozone gas, there is a problem that ozone gas cannot be effectively used by the conventional oxide film forming technology employing the thermal oxidation method or the oxide film forming technology using a small flow rate CVD apparatus. was there.
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、オゾンガスを利用して、酸化膜生成技術を含む多様な分野に活用することができるオゾンガス利用システムを得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ozone gas utilization system that utilizes ozone gas and can be used in various fields including oxide film formation technology.
この発明に係る請求項１記載のオゾンガス利用システムは、酸素ガスを含んだ原料ガスを受け、オゾンガスを発生するオゾンガス発生装置と、前記オゾンガス発生装置より得たオゾンガスを受け、オゾンガスを用いてオゾンガス分解処理及び整流ガス生成処理を実行するオゾンガス利用装置とを備え、前記オゾンガス利用装置は、収容部を有し、該収容部内にオゾンガスを供給し、前記収容部内でマイクロ波加熱を行うことにより、オゾンガスを分解し、所定の運動エネルギーを有する分解酸素ガスを生成して出力する前記オゾンガス分解処理を実行するマイクロ波共振チャンバーと、内部に少なくとも一つのガス噴出管を有し、前記少なくとも一つのガス噴出管はそれぞれ円状の開口部を有し、前記少なくとも一つのガス噴出管はそれぞれ前記開口部を底面とし、出力方向に沿って細くなる円錐状を呈し、前記分解酸素ガスを受け、前記少なくとも一つのガス噴出管内それぞれに前記分解酸素ガスを通過させることにより、各々が所定方向の速度ベクトルを有する少なくとも一つの整流ガスを生成する前記整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロックとを含む。
An ozone gas utilization system according to
請求項１記載の本願発明のオゾンガス利用システムにおけるオゾンガス利用装置は上記オゾンガス分解処理を行うマイクロ波共振チャンバーと、上記整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロックを有することを特徴としている。
The ozone gas utilization apparatus in the ozone gas utilization system of the present invention according to
請求項１記載の本願発明であるオゾンガス利用システムは上記特徴を有するため、比較的高濃度で比較的大流量なオゾンガスを受けることにより、少なくとも一つの整流ガスを所定方向に沿って外部に噴射する力を発揮させることができる。
Since the ozone gas utilization system according to the present invention of
このため、請求項１記載の本願発明であるオゾンガス利用システムは、各々が所定方向の速度ベクトルとなる、少なくとも一つの整流ガスを多様に活用することができる。 Therefore, the ozone gas utilization system according to the first aspect of the present invention can utilize at least one rectifying gas in a variety of ways, each of which has a velocity vector in a predetermined direction.
＜オゾンガス利用システムの概要＞
オゾンガス利用システムは、酸素ガスを含んだ原料ガスを受け、オゾンガスを発生するオゾンガス発生装置と、上記オゾンガス発生装置より得たオゾンガスを受け、オゾンガスを用いて、後に詳述するオゾンガス分解処理及び整流ガス生成処理を実行するオゾンガス利用装置との組合せにより構成される。以下、オゾンガス利用システムの態様について説明する。
<Overview of ozone gas utilization system>
The ozone gas utilization system receives a raw material gas containing oxygen gas and generates an ozone gas, receives the ozone gas obtained from the ozone gas generator, and uses the ozone gas to perform an ozone gas decomposition process and a rectifying gas, which will be described in detail later. It is composed of a combination with an ozone gas utilization device that executes the generation process. Aspects of the ozone gas utilization system will be described below.
オゾン利用システムとして、具体的には、以下の態様(1)～態様(2)が考えられる。 Specifically, the following aspects (1) to (2) are conceivable for the ozone utilization system.
態様(1)は、小型のオゾンガス発生装置と小ガス流量のオゾンガスを用いた半導体製造装置をオゾンガス利用装置とした態様である。態様(1)の半導体製造装置として、例えば、酸化膜を成膜する製造装置が考えられる。態様(1)を発展させることにより、半導体製造装置は、小流量なオゾンガスを用いて低圧力環境下で酸化膜成膜処理を行うことができる。 Aspect (1) is an aspect in which a semiconductor manufacturing apparatus using a small ozone gas generator and ozone gas with a small gas flow rate is used as an ozone gas utilization apparatus. As the semiconductor manufacturing apparatus of aspect (1), for example, a manufacturing apparatus for forming an oxide film can be considered. By developing the aspect (1), the semiconductor manufacturing apparatus can perform the oxide film forming process in a low-pressure environment using a small flow rate of ozone gas.
態様(2)は、高濃度オゾンガスを発生するオゾンガス発生装置と、態様(1)よりもさらに小ガス流量、低圧力下でのオゾンガスを利用したガス噴出機能を備えたオゾンガス利用装置との組合せからなる態様である。態様(2)を発展させて、宇宙等の特殊環境下におけるオゾンガスによる推進力を得る推進装置としてオゾンガス利用装置を用いることができる。すなわち、宇宙衛星用の推進力を得るエンジンとしてオゾンガス利用装置を用いることができる。 Aspect (2) is a combination of an ozone gas generator that generates high-concentration ozone gas and an ozone gas utilization device that has a gas ejection function that uses ozone gas at a lower gas flow rate and pressure than in embodiment (1). It is an aspect. By developing the aspect (2), an ozone gas utilization device can be used as a propulsion device that obtains propulsion force from ozone gas in a special environment such as space. That is, the ozone gas utilization device can be used as an engine for obtaining propulsive force for space satellites.
態様(1)に該当するのが以下で述べる実施の形態１のオゾンガス利用システム１であり、態様(2)に該当するのが以下で述べる実施の形態２のオゾンガス利用システム２である。
Aspect (1) corresponds to the ozone
＜実施の形態１＞
（概要）
実施の形態１のオゾンガス利用システム１におけるオゾンガス発生装置は、光源式オゾン発生セルを内部に有し、この光源式オゾン発生セルは、点灯時に、所定範囲の波長を有する照射光を照射する光源部であるＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源と対向して設けられ、ＬＥＤ光源からの照射光を受け、吸収する光触媒膜とを含み、光触媒膜とＬＥＤ光源との間に形成される空間は原料ガスが通過するオゾン生成空間として規定されている。オゾン生成空間において、光を吸収した光触媒膜と通過する原料ガスとの触媒化学反応が生じる。
<
(Overview)
The ozone gas generator in the ozone
ＬＥＤ光源は、減圧下においてもオゾン発生ができる特定波長の光を発することができる。光触媒膜はこの特定波長の光を吸収することができる。 The LED light source can emit light of a specific wavelength that can generate ozone even under reduced pressure. The photocatalyst film can absorb light of this specific wavelength.
以下で述べる実施の形態１のオゾンガス利用システム１は、オゾンガスの分解熱を利用して酸素ガスを噴出する酸素ガス噴出装置をオゾンガス利用装置に用いている。
The ozone
上述した酸素ガス噴出装置は、内部において、減圧下で供給したオゾンガスを分解させ、高温酸素ガスもしくは、オゾン、活性酸素、酸素原子が含まれる高温酸素ガスにして、その高温酸素ガスを処理チャンバーに噴出させている。処理チャンバーは酸素ガス噴出装置内の圧力よりも減圧雰囲気に設定されている。このため、上述した酸素ガス噴出装置は、熱酸化法あるいはＣＶＤ法を用いて被対象物である半導体ウェハーへの酸化膜の形成に適用することができる。 The oxygen gas ejection device described above decomposes the supplied ozone gas under reduced pressure to produce high-temperature oxygen gas or high-temperature oxygen gas containing ozone, active oxygen, and oxygen atoms, and the high-temperature oxygen gas is delivered to the processing chamber. I am making it erupt. The processing chamber is set to a reduced pressure atmosphere, which is lower than the pressure inside the oxygen gas ejection device. Therefore, the above-described oxygen gas ejection apparatus can be applied to form an oxide film on a semiconductor wafer, which is an object to be processed, by using the thermal oxidation method or the CVD method.
（具体的構成）
図１は、この発明の実施の形態１であるオゾンガス利用システムの構成を示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を示している。オゾンガス発生装置として、上述した光源式オゾン発生セルを有する光源式オゾンガス発生装置を採用し、オゾンガス利用装置として酸素ガス噴出装置を採用している。以下、図１を参照して、実施の形態１の基本構成について説明する。
(Specific composition)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an ozone gas utilization system according to
図１において、オゾンガス利用装置である酸素ガス噴射装置８００１は、後述する整流ガス利用部を含む酸化処理チャンバー８２００の一部に組み込まれる態様で、酸化処理チャンバー８２００と一体的に構成されている。
In FIG. 1, an oxygen
酸素ガス噴射装置８００１はマイクロ波共振チャンバー８１００と整流ガス噴出ブロック８０１０とを主要構成部として含んでいる。
The oxygen
マイクロ波共振チャンバー８１００は、噴出ガス反射板８１２０と共振チャンバー筒管８１４０とを主要構成として含み、噴出ガス反射板８１２０と共振チャンバー筒管８１４０との組合せにより、内部にオゾンガスを収容する収容部８１０を実現している。後に詳述するように、マイクロ波共振チャンバー８１００は、収容部８１０内でマイクロ波加熱を実行することにより、オゾンガスを分解して、所定の運動エネルギーを有する分解酸素ガスを生成し、この分解酸素ガスを整流ガス噴出ブロック８０１０に向けて出力するオゾンガス分解処理を実行する。
The
整流ガス噴出ブロック８０１０は、内部に複数のガス噴出管８０１１（少なくとも一つのガス噴出管）を有し、複数のガス噴出管８０１１はそれぞれ出力方向（図中＋Ｚ方向）に従い細くなる円錐状を呈している。整流ガス噴出ブロック８０１０は、マイクロ波共振チャンバー８１００より分解酸素ガスを受け、複数のガス噴出管８０１１それぞれ内に分解酸素ガスを通過させることにより、複数のガス噴出管８０１１から複数の整流ガス（少なくとも一つの整流ガス）を複数の噴射酸素ガス８０９として得る整流ガス生成処理を実行する。なお、複数の噴射酸素ガス８０９はそれぞれ＋Ｚ方向（所定方向）の速度ベクトルを有している。
The rectifying
マグネトロン発振器８００２は、導波路管８００３を介して酸素ガス噴射装置８００１の収容部８１０内にマイクロ波エネルギーを発している。導波路管８００３はマグネトロン発振器８００２から発するマイクロ波エネルギーを送るために設けられる。
A
オゾンガス発生装置８００４はオゾン発生器８００５ａ及びオゾン用電源８００５ｂから構成され、オゾン発生器８００５ａは上述した光源式オゾン発生セルを有しており、オゾン用電源８００５ｂは、オゾン発生器８００５ａ内の光源式オゾン発生セルに駆動電圧を供給するＬＥＤ光源用の電源（オゾン電源）である。
The
高濃度オゾンガス供給配管８０８に設けられる圧力調整用バルブ８０８ａはオゾン発生器９００５ａ内の圧力調整用バルブである。
A
オゾン発生器８００５ａは、酸素ガス供給配管８０７を介して酸素ガス推進器（酸素ガスボンベ）８００６から酸素ガスを原料ガスとして供給している。
The
オゾン発生器８００５ａ内の光源式オゾン発生セルを構成する光触媒膜は、光源部（ＬＥＤ光源）と対向して設けられ、光源部との間にオゾン生成空間を形成し、原料ガスが通過する流路面となる。そして、光触媒膜は、所定範囲の波長を有する照射光を光源部から受けることにより、光を吸収することにより光触媒状態に活性化される。
The photocatalyst film that constitutes the light source type ozone generating cell in the
その結果、活性化された光触媒膜によって、原料ガスに含まれる酸素分子が効率良く酸素原子に解離され、解離した酸素原子と酸素分子との衝突結合作用でほぼ同時にオゾンが生成される。この光触媒膜によるオゾン生成能力が高いため、このオゾン発生器８００５ａは、放電を伴わないオゾン発生器であるが、高濃度なオゾンガスが取り出せ、かつ、従来の光源式オゾン発生器に比べ比較的大容量で出力することができる効果を奏する。また、放電を伴わないオゾン発生のため、オゾン発生器８００５ａ内のガス圧力やギャップ空間の制約条件を比較的緩い制約で製作することができる効果を奏する。
As a result, oxygen molecules contained in the source gas are efficiently dissociated into oxygen atoms by the activated photocatalyst film, and ozone is generated almost simultaneously by the collision bonding action of the dissociated oxygen atoms and oxygen molecules. Since the photocatalyst film has a high ozone generation capacity, the
圧力調整用バルブ８０８ａは、オゾン発生器８００５ａのガス出力部に設けられたオゾン発生器８００５ａ用の圧力調整用バルブである。オゾン発生器８００５ａで発生したオゾンガスは、圧力調整用バルブ８０８ａから高濃度オゾンガス供給配管８０８を介して酸素ガス噴射装置８００１に所定流量のオゾンガスが供給されるように、原料ガス流量調整器８０７ａにて制御されている。
The
断熱材８００７は、酸素ガス噴射装置８００１のマイクロ波共振チャンバー８１００部分を断熱させるための断熱材である。したがって、断熱材８００７は、収容部８１０、導波路管８００３、及び後述する中継部材（接続フランジ）８１６０を含むように全体に亘って形成されている。
A
断熱材８００７は、酸素ガス噴射装置８００１の収容部８１０内をマイクロ波加熱した熱エネルギーが、熱として酸素ガス噴射装置８００１の外壁から熱が伝導や放射熱として逃げることを防ぐために施されている。図１では、主としてマイクロ波共振チャンバー８１００部分に断熱材を設ける構造を示しているが、整流ガス噴出ブロック８０１０にも断熱材を設けて、酸素ガス噴射装置８００１の下方の酸素ガス噴出口以外の全面を断熱材で覆う構成にしている。なお、整流ガス噴出ブロック８０１０に設ける断熱材は、真空の酸化処理チャンバー８２００内に設ける断熱材であるため、断熱材８００７とは異なる材質を用いることが望ましい。整流ガス噴出ブロック８０１０側に設ける断熱材の図示は、図１では省略する。
The
このように、酸素ガス噴射装置８００１は全面が断熱材８００７等を含む断熱材により覆われている。
In this manner, the oxygen
マイクロ波共振チャンバー８１００には、オゾン発生器８００５ａから発生したオゾンガスを受けるオゾンガス供給口８１１とマグネトロン発振器８００２から発せられるマイクロ波エネルギーを受けるマイクロ波エネルギー供給口８１２が設けられている。
The
さらに、マイクロ波共振チャンバー８１００の収容部８１０は前述したように噴出ガス反射板８１２０と共振チャンバー筒管８１４０との組合せにより構成される。
Further, the
噴出ガス反射板８１２０の内部壁面のうち、複数の噴射酸素ガス８０９の噴射方向（図中＋Ｚ方向）と反対方向側となる－Ｚ方向側に形成される背面側壁面形状を凹面形状（凹レンズ形状）にしている。さらに、噴出ガス反射板８１２０の背面側壁面は鏡面仕上げされている。また、共振チャンバー筒管８１４０と酸化処理チャンバー８２００との境界領域に、中央に開口部を有する中継部材（接続フランジ）８１６０が配置される。
Among the inner wall surfaces of the ejected
さらに、マイクロ波共振チャンバー８１００の噴出ガス反射板８１２０及び共振チャンバー筒管８１４０の前面（＋Ｚ側の面）、すなわち、収容部８１０の開口部側に設けられた中継部材（接続フランジ）８１６０の開口領域において、マイクロ波を閉じ込めるために網状のマイクロ波防止板８１５０が設けられる。マイクロ波防止板８１５０は、共振チャンバー８１００内のマイクロ波が漏れるのを防ぐ。そのため、噴出ガス反射板８１２０、共振チャンバー筒管８１４０、中継部材（接続フランジ）８１６０及びマイクロ波防止板８１５０で囲まれた空間がマイクロ波共振ガス加熱空間（マイクロ波キャビーティ）となる。収容部８１０内のこのマイクロ波共振ガス加熱空間でマイクロ波ガス加熱が成される。
Furthermore, the opening of the relay member (connection flange) 8160 provided on the front surface (the surface on the +Z side) of the ejected
ここで、導波路管８００３から送られたマイクロ波エネルギーによるマイクロ波加熱は、初期のガスを加熱してオゾンを分解させるまでの初期時間の供給だけで十分である。つまり、マイクロ波エネルギーを供給し、一旦オゾンガス分解処理工程に達すると、オゾンガスの分解熱で、エンジン内は高温状態を保つため、所定量のオゾンガスを供給しておれば、エンジン内の高温酸素ガスが持続して得られることになる。
Here, the microwave heating by the microwave energy sent from the
このような構成のマイクロ波共振チャンバー８１００には、高濃度のオゾンガスが数Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で収容部８１０内のマイクロ波共振ガス加熱空間に供給される。共振ガス加熱空間に供給されたオゾンガスは、導波路管８００３から送られたマイクロ波エネルギーによってマイクロ波加熱され、オゾンガス自身が分解する温度まで加熱される。
In the
ここで、酸素ガス噴射装置８００１のマイクロ波共振ガス加熱空間内には、オゾン、活性酸素、酸素原子が含まれる高温酸素ガスと酸化物粒子を形成するためのプリカーサガスも同時に供給されるが、図１には、プリカーサガスを供給する配管の記載については、省略している。
Here, high-temperature oxygen gas containing ozone, active oxygen, and oxygen atoms and a precursor gas for forming oxide particles are simultaneously supplied into the microwave resonance gas heating space of the oxygen
マイクロ波共振チャンバー８１００のマイクロ波共振ガス加熱空間をマイクロ波で共振加熱することにより、数Ｌ／ｍｉｎのガス流量で供給されているオゾンガスを熱分解させるオゾンガス分解処理を実行している。
By resonance heating the microwave resonance gas heating space of the
オゾンガスが分解する際、さらに発生するオゾン分解熱で、マイクロ波共振チャンバー８１００内のガスは、供給したプリカーサガスを酸化物粒子化したガスを含んだ高温・高圧状態の酸素ガスになる。この高温・高圧状態の酸素ガスは、言い換えれば、全方向（Ｘ,Ｙ,Ｚ方向）に大きな運動エネルギーを有した酸素ガスである。
When the ozone gas is decomposed, the ozone decomposition heat generated further causes the gas in the
この高温・高圧状態の酸素ガスをＺ方向成分のみになるようにするため、酸素ガス噴射装置８００１の全内面、すなわち、マイクロ波共振ガス加熱空間を構成する噴出ガス反射板８１２０、共振チャンバー筒管８１４０、中継部材（接続フランジ）８１６０の内部壁面は全て鏡面仕上げすることで、Ｚ方向成分以外のガスについては、内部壁面の鏡面で運動エネルギーが失わないように反射されている。
In order to make the oxygen gas in this high-temperature, high-pressure state only in the Z-direction component, the entire inner surface of the oxygen
さらに、内部壁面温度がガス温度より低い状態であれば、ガスの運動エネルギーは熱エネルギーとして壁面から逃げる。この熱エネルギー損出を防止するために、酸素ガス噴射装置８００１の全面を断熱材８００７等で覆っている。
Furthermore, if the internal wall surface temperature is lower than the gas temperature, the kinetic energy of the gas escapes from the wall surface as thermal energy. In order to prevent this heat energy loss, the entire surface of the oxygen
このように、酸素ガス噴射装置８００１の内部壁面を鏡面化し、かつ、酸素ガス噴射装置８００１を断熱材８００７等で覆うことにより、マイクロ波共振チャンバー８１００でオゾン分解して得られた高温・高圧状態の酸素ガス（分解酸素ガス）がエネルギーを失わず所定方向に出力され、酸化処理チャンバー８２００の整流ガス噴出ブロック８０１０に供給される。
In this manner, the inner wall surface of the oxygen
整流ガス噴出ブロック８０１０は複数のガス噴出管８０１１を含んで構成される。複数のガス噴出管８０１１の円状の底面の開口部が、マイクロ波共振チャンバー８１００の分解酸素ガス出力用の開口領域に対応するように設けられる。なお、複数のガス噴出管８０１１それぞれ内部壁面は鏡面化されている。
The rectifying
複数のガス噴出管８０１１はＸ方向に沿って所定間隔毎に直線的に並べられ、かつＹ方向に沿って複数列となるように配置される。この際、複数のガス噴出管８０１１全てにおいて円錐の底面が－Ｚ側になるように配置される。
The plurality of
したがって、マイクロ波共振チャンバー８１００によるオゾンガス分解処理によって得られた高温酸素ガス（分解酸素ガス）は、複数個の円錐状のガス噴出管８０１１を通過することにより、複数の噴射酸素ガス８０９が複数の整流ガスとして下方（＋Ｚ方向）に向けて噴射される。すなわち、複数の噴射酸素ガス８０９はそれぞれ＋Ｚ方向（所定方向）の速度ベクトルを有している。
Therefore, the high-temperature oxygen gas (decomposed oxygen gas) obtained by the ozone gas decomposition treatment by the
このように、複数のガス噴出管８０１１を主要構成部として有する整流ガス噴出ブロック８０１０は、高温酸素ガスから複数の噴射酸素ガス８０９を得る整流ガス生成処理を実行している。
In this way, the rectified
酸化処理チャンバー８２００は約数Ｐａ未満程度に減圧されている。酸化処理チャンバー８２００の底面上にテーブル用基台８２０４が設けられ、テーブル用基台８２０４上にウェハーテーブル８２０２が設けられ、ウェハーテーブル８２０２上にシリコンを構成材料としてウェハー８２０１が配置される。また、ウェハーテーブル８２０２は内部に加熱ヒータ８２０３を有している。
The
ウェハー８２０１は表面が整流ガス噴出ブロック８０１０から出力される複数の噴射酸素ガス８０９を受けるように配置されている。また、ウェハー８２０１は拡大図に示すように深い溝部（高アスペクト比の溝部）を有している。
酸化処理チャンバー８２００内において、整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロック８０１０から高温の複数の噴射酸素ガス８０９が＋Ｚ方向を速度成分として噴出される。その結果、ウェハー８２０１の全表面に高速度の複数の噴射酸素ガス８０９がそれぞれビーム状ガスとして、Ｘ方向に沿ったライン状の均一なガスとして噴射される。
In the
被対象物であるウェハー８２０１を配置したウェハーテーブル８２０２を所定速度で回転させることで、ライン状に噴出されたガスは、ウェハー８２０１の表面全面に複数の噴射酸素ガス８０９が噴射されることになる。
By rotating a wafer table 8202 on which a
また、ウェハー８２０１の表面には、複数の噴射酸素ガス８０９が噴射されるとともに、真空の加熱ヒータ８２０３によって約数百度～千度程度に加熱されており、噴射されたガスと加熱された温度との熱反応によりウェハー８２０１の表面に酸化物の堆積が進行する、もしくは、噴射された噴射酸素ガス８０９が熱拡散する熱酸化が進行することにより、ウェハー８２０１の表面に良質な酸化膜を形成することができる。
In addition, the surface of the
ここで、酸素ガス噴射装置８００１内でマイクロ波加熱とオゾンガスの分解熱で得た高温酸素ガスは、マイクロ波共振チャンバー８１００内のマイクロ波共振ガス加熱空間の全方向に向かった運動エネルギーで加速する。この際、噴出ガス流れ方向（＋Ｚ方向）以外のガスに対して、酸素ガス噴射装置８００１全体を断熱材８００７で覆うことにより熱が外部壁から逃げるのを防止している。
Here, the high-temperature oxygen gas obtained by microwave heating and decomposition heat of ozone gas in the oxygen
さらに、酸素ガス噴射装置８００１のマイクロ波共振ガス加熱空間の内部壁面を鏡面化させている。このため、高温の高速度酸素ガスは鏡面化された内部壁面に衝突した運動エネルギーを内部壁面に吸収されることなく反射させることにより、高温酸素ガスの向きを効率良くガス噴射方向に変化させている。その結果、最終的に、整流ガス噴出ブロック８０１０から＋Ｚ方向を噴射方向としたビーム状ガスとして噴射酸素ガス８０９を噴射させることができる。
Furthermore, the inner wall surface of the microwave resonance gas heating space of the oxygen
また、マイクロ波共振チャンバー８１００の反射板８１２０の内部壁面を凹面形状（凹レンズ形状）の鏡面にすることにより、噴出ガス反射板８１２０の内部壁面に衝突して反射する酸素ガスを並行反射させることができる。このように、噴出ガス反射板８１２０は、噴射ガス流れ方向に矯正させるべく、マイクロ波共振ガス加熱空間の一部として機能している。
In addition, by forming the inner wall surface of the reflecting
これらの対策を施したマイクロ波共振ガス加熱空間において、高温酸素ガスの流れを矯正し得られた高温酸素ガスは、マイクロ波共振チャンバー８１００の前面の網状のマイクロ波防止板８１５０を介して、整流ガス噴出ブロック８０１０内の複数個の円錐状のガス噴出管８０１１に導かれる。
In the microwave resonance gas heating space in which these measures are taken, the high temperature oxygen gas obtained by correcting the flow of the high temperature oxygen gas is rectified through the mesh-like
その結果、各々が円錐状の複数のガス噴出管８０１１それぞれから整流ガスとなる高温な噴射酸素ガス８０９が＋Ｚ方向を速度成分として噴射される。つまり、マイクロ波共振チャンバー８１００から噴射された高温の高温酸素ガスは、内面を鏡面化した円錐状のガス噴出管８０１１を通すことで、高温酸素ガスを円錐状のガス噴出管８０１１の内壁に弾性衝突を繰り返しながら口径が小さい噴出口に向かうに従い整流化され、複数のガス噴出管８０１１それぞれから噴射酸素ガス８０９が指向性の良いビーム状のガスとしてウェハー８２０１の表面に注がれる。
As a result, high-temperature jetted
実施の形態１のオゾンガス利用システムは、小流量の高濃度オゾンを発生できる光源式のオゾンガス発生装置８００４が発生するオゾンガスを酸素ガス噴射装置８００１に供給している。
The ozone gas utilization system of
そして、酸素ガス噴射装置８００１内のマイクロ波共振チャンバー８１００にてマイクロ波エネルギーを送ることで、供給したオゾンガスを減圧雰囲気にてマイクロ波加熱して、ガス温度を３００度以上になるように加熱している。供給したオゾンガスを３００℃以上にすると、オゾンガスが分解し、その際、分解熱も加味され高温の運動エネルギーを発し、酸素ガス噴射装置８００１内の酸素ガスを高温酸素ガス（分解酸素ガス）に変換させる。このように、マイクロ波共振チャンバー８１００はオゾンガス分解処理を実行して高圧化して高温酸素ガスを得ている。
Then, by sending microwave energy from the
さらに、オゾン分解による高温酸素ガスを整流ガス噴出ブロック８０１０内の複数の円錐状のガス噴出管８０１１に通すことで、より良質な整流ガス（噴射酸素ガス８０９）にして約数Ｐａ未満程度の環境下の酸化処理チャンバー８２００に配置されたウェハー８２０１の表面に向けて高速度で噴射させている。
Furthermore, by passing the high-temperature oxygen gas generated by ozone decomposition through a plurality of conical
酸化処理チャンバー８２００内に配置されたウェハーテーブル８２０２、加熱ヒータ８２０３、及びテーブル用基台８２０４は整流ガス（噴射酸素ガス）利用部として機能する。すなわち、酸化処理チャンバー８２００内の上記整流ガス（噴射酸素ガス）利用部のウェハーテーブル８２０２上に配設されたウェハー８２０１の表面に対し、各々が円錐状の複数のガス噴出管８０１１は所定間隔で複数個の管を直線配列（Ｘ本）するとともに、その直線配列（Ｘ本）した円錐状のガス噴出管８０１１を数列（Ｙ列）に並べ配置される。
A wafer table 8202, a
この（Ｘ・Ｙ）本からなる複数のガス噴出管８０１１の噴出口がＸ方向に沿って所定間隔に配置され、Ｙ方向の列間ではちどり間隔で配設される。すなわち、Ｙ方向に隣接する列間において、Ｘ方向の位置が少しずれるように配置される。なお、ガス噴出管８０１１の配列を示す構造の図示は省略する。
The ejection openings of the plurality of
複数のガス噴出管８０１１の出力部からそれぞれ高温な噴射酸素ガス８０９が噴射され、噴射酸素ガス８０９はウェハー８２０１の表面において、所定間隔でＸ方向に沿って均一に注がれる。配設されたウェハー８２０１を一定速度で回転させることにより、ウェハー８２０１に向けて噴射された噴射酸素ガス８０９ウェハー８２０１の全面に注がれる。
High-temperature
さらに、配設されたウェハー８２０１は、加熱ヒータ８２０３によって、注がれた高温酸素ガスを酸化膜形成に十分な温度まで加熱されるため、ウェハー８２０１の表面に酸化物を堆積して得られる酸化膜、もしくは、噴射された噴射酸素ガス８０９が熱拡散して形成される酸化膜が得られることにより、ウェハー８２０１の表面に良質な酸化膜を形成することができる。
Further, the placed
さらに、複数の円錐状のガス噴出管８０７から出力された複数の噴射酸素ガス８０９はそれぞれ＋Ｚ方向に高速度成分を有しているため、ウェハー８２０１が深い溝部（高アスペクト比の溝部）まで高温酸素ガスを供給することができ、ウェハー８２０１面に均一で良質な酸化物を堆積させた堆積酸化膜もしくは熱酸化膜を可能にすることができる。
Furthermore, since each of the plurality of injected
実施の形態１の酸素ガス噴射装置８００１では、酸素ガス噴射装置８００１に酸化粒子ガスを供給するプリカーサガスを用いた枚葉型のＣＶＤ法の酸化膜装置に適用した酸素ガス噴出装置について説明したが、プリカーザガスを供給しない熱酸化の酸化膜装置に適用した酸素ガス噴出装置でも良い。
In the oxygen
実施の形態１のオゾンガス利用システムでは、酸素ガス噴射装置８００１に酸化処理チャンバー８２００を組合せることにより、噴射酸素ガス８０９を酸化膜製造用に適用している。実施の形態１では、指向性のある高温の噴射酸素ガス８０９を高速でウェハー８２０１の表面に注ぐようにしているため、微細で、深い溝（高アスペクト比の溝）を有するシリコンウェハーの表面上に酸化膜を形成する際においても、均一な酸化膜の形成が可能になり、品質の高い酸化膜を成膜できる効果を奏する。
In the system using ozone gas according to
酸素ガス噴射装置８００１では、枚葉型の成膜装置を適用対象にしているため、オゾンガス流量としては、数Ｌ／ｍｉｎ以下の小流量で高濃度のオゾンガスが望ましく、小型のオゾンガス発生装置が望ましい。そのため、従来の高純度酸素ガスや水蒸気を供給した成膜装置と比較して、成膜品質の高い膜が形成される効果だけでなく、供給するオゾンガスのオゾンガス発生装置のコストの安く、コンパクトな成膜装置が望まれる。そのため、小流量のオゾンガス発生装置としては、放電式のオゾンガス発生装置よりも、格段に小さく、安価なオゾンガス発生装置が望まれる。
Since the oxygen
図２は、この発明の実施の形態１のオゾンガス発生装置８００４として適用可能な光源式オゾンガス発生装置９００の実施構成例を示す説明図である。なお、光源式オゾン発生装置９００についての説明は後に詳述する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example configuration of a light source type
図２で示した、特定波長の光を発するＬＥＤ光源と特定波長の光エネルギーを吸収して光触媒化する光触媒物質を対向配置してオゾンガスを発生させることのできる特性を有する光源式オゾンガス発生装置９００の方が、発生器構造がシンプルで、小型化でき、かつ安価に実現できる。
A light source type
図３は、図２のオゾン利用システムの態様(1)や態様(2)用の光源式オゾン発生器９０１内の構成部となるＬＥＤ光源群１ｂ及びＬＥＤ点灯用電源７００２の内部構成を示す説明図である。なお、図３についての構成及び動作の説明は後述する。
FIG. 3 is an explanation showing the internal configuration of the LED
オゾン発生用電源も光を発するＬＥＤ光源の点灯電源で良く、駆動電圧が低く、高電圧に昇圧する必要もなく、非常に小さなオゾン発生用電源できる。そのため、実施の形態１のオゾンガスを用いた酸素ガス噴射装置８００１では、図３で示した光源式オゾンガス発生装置９００のような光源式オゾンガス発生装置で発生したオゾンガスを使用したものが望ましい。
The power source for generating ozone may be a lighting power source for an LED light source that emits light, and the drive voltage is low, there is no need to boost the voltage to a high voltage, and a very small power source for ozone generation is possible. Therefore, the oxygen
高濃度オゾンガスを出力するオゾンガス発生装置として、放電式のオゾンガス発生装置では、放電でオゾンガスを発生させるため、発生器内の原料ガス圧力は、大気圧以上が必要であった。また、放電で生成した電子やイオンが放電面に塗布した光触媒材に衝突することで、光触媒面が劣化しやすいなどの問題点もあった。 As an ozone gas generator for outputting high-concentration ozone gas, a discharge-type ozone gas generator generates ozone gas by electric discharge, so the raw material gas pressure in the generator needs to be higher than the atmospheric pressure. In addition, there is also a problem that the photocatalyst surface tends to deteriorate due to the collision of the electrons and ions generated by the discharge with the photocatalyst material applied to the discharge surface.
図２で示した光源式オゾンガス発生装置９００では、光を光触媒に照射させた方式でオゾンガスを発生させているため、光触媒面の粒子衝突による劣化はほとんどなく、光源式オゾン発生器９０１内の原料ガス圧力は、大気圧以下の減圧状態でも良い。
The light source type
また、光源式オゾン発生器９０１内のガス圧力を下げると、光源式オゾン発生器９０１で発生したオゾンのガス圧力によるオゾンガス自己分解も少なくなり、光源式オゾン発生器９０１から取出せるオゾン濃度をより高濃度にできる。このため、実施の形態１のオゾンガス発生装置８００４として、図２で示した光源式オゾンガス発生装置９００を使用することが望ましい。
Further, when the gas pressure in the light source
特に、図２で示した光源式オゾンガス発生装置９００では、出力できるオゾン濃度やガス流量の制約はあるが、発生器内のガス圧力Ｐは、負圧である数千Ｐａ～加圧の０．１５ＭＰａの範囲でオゾンを発生できる特徴がある。
In particular, in the light-source type
このオゾンガスを用いた酸素ガス噴射装置８００１の内圧として、酸化膜を成膜するための整流ガス利用部となる酸化処理チャンバー８２００内の雰囲気圧は約数Ｐａ未満程度であるため、酸素ガス噴射装置８００１の内圧は、１３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以下の負圧力にしたものが望ましい。
As the internal pressure of the oxygen
＜実施の形態２＞
（概要）
実施の形態２のオゾンガス利用システム２は、オゾンガス利用装置を人工衛星用の駆動エンジンに適用させている。
<
(Overview)
In the ozone
オゾンエンジンは、装置内で加熱することでオゾンガスの分解熱エネルギーで得た高温の酸素ガス熱運動エネルギーＸａｖを、一定方向に流れる整流ガスに変換することで、酸素ガスを噴出させ、所定の推力を得るエンジンである。 The ozone engine converts the high-temperature oxygen gas thermal kinetic energy Xav obtained from decomposition heat energy of ozone gas by heating in the device into rectified gas flowing in a fixed direction, thereby ejecting oxygen gas and generating a predetermined thrust. It is an engine that obtains
オゾンエンジンを実現するため、従来の衛星に搭載した宇宙航行用のイオンエンジンの推力１０ｍＮのエンジンを参考にした。図４に示す衛星用のオゾンガスを用いた駆動エンジン装置における動作作用とエンジン推力を得るためのオゾン分解エネルギー量等について説明する。 In order to realize the ozone engine, an engine with a thrust of 10 mN of a conventional ion engine for space navigation mounted on a satellite was used as a reference. The action of the satellite-use ozone gas driven engine shown in FIG. 4 and the amount of ozone decomposition energy required to obtain the engine thrust will be described.
一般に現在用いられている人工衛星用の駆動エンジンとして、小出力で高性能を有するイオンエンジンが多く採用されている。このイオンエンジンの特徴としては、宇宙での太陽電池からの電気エネルギーで容易に駆動ができ、推進剤として小流量の希ガスを流し、この希ガスを電離させてイオン化し、電界加速させたエンジンとしている。このイオンエンジンは制御性や小原料ガスによる反作用なく運動エネルギーに変換できるメリットがある。 Ion engines, which have low output and high performance, are widely used as drive engines for satellites currently in general use. As a feature of this ion engine, it can be easily driven by electrical energy from solar cells in space, and a small flow of rare gas is flowed as a propellant, ionized by ionizing this rare gas, and the engine is accelerated by an electric field. and This ion engine has the advantage of being able to convert into kinetic energy without reaction due to controllability and small source gas.
イオンエンジンの原理について説明する。推進剤として希ガスで、比較的質量の大きいキセノンガスを１０ｍＬ／ｍｉｎという極小流量のガスとして、マイクロ波キャビティとなるマイクロ波チャンバー内に供給する。マイクロ波チャンバー内の圧力は数十ｍＰａの低気圧下においてマイクロ波電力３２Ｗを投入して、キセノンガスの一部の粒子をイオン化させ、イオン化させたキセノンガスを加速させて一定方向のビーム状の運動エネルギーを得ることができる。運動エネルギーを高めるために、イオン化させた起点部と網状のグリッド電極間に約１．５ｋＶの加速電圧を印加させて、イオン化したキセノンガスによるビーム電流を百ｍＡ、加速電力を約数百Ｗ投入し、キセノンガスに約十数ｍＮの推力を約３０分～１時間程度の連続推力が得られるようにしている。 The principle of the ion engine will be explained. Xenon gas, which is a rare gas as a propellant and has a relatively large mass, is supplied into the microwave chamber as a microwave cavity at a very small flow rate of 10 mL/min. The pressure inside the microwave chamber is a low pressure of several tens of mPa, and a microwave power of 32 W is applied to ionize some particles of the xenon gas. Kinetic energy can be obtained. In order to increase the kinetic energy, an acceleration voltage of about 1.5 kV is applied between the ionized starting point and the net-like grid electrode, and a beam current of 100 mA and an acceleration power of about several hundred W are applied by the ionized xenon gas. Then, a continuous thrust of about 30 minutes to 1 hour can be obtained with a thrust of about 10 mN to the xenon gas.
イオンエンジンは、電気エネルギーの動力源を用いて一部のイオン化したキセノン粒子を推進剤として加速してエンジンの推進力を得ている電気動力源であることから、推進力は小さいが、宇宙空間においては、ほぼ長時間の連続運転のエンジン駆動（加速）源として有効な手段である。 An ion engine is an electric power source that uses an electric power source to accelerate some ionized xenon particles as a propellant to obtain engine propulsion. is an effective means as an engine drive (acceleration) source for almost long continuous operation.
このように、小さなマイクロ波電力でイオン化のみをさせて、イオン化したガスのみを加速電圧印加で加速するため、加速したイオンは、ほとんど反作用なく、一定方向の運動推力が得られることになる。 In this way, since only ionization is performed with a small microwave power and only the ionized gas is accelerated by applying an acceleration voltage, the accelerated ions have almost no reaction and a unidirectional motion thrust is obtained.
宇宙では、ガスが存在しないため、運動エネルギーを得るための推進剤を衛星に搭載しなければならなく、推進剤使用量で衛星重量と衛星寿命に大きく影響する。また、宇宙での衛星自身は、自重が非常に小さいため、搭載した推進剤による推力が大きいエンジンであっても、エンジンを駆動して、反作用が大きければ、衛星を所定方向に誘導させる制御は難しく、結果として衛星用のエンジンとしては、利するエンジンとは言えない。 Since there is no gas in space, a propellant must be loaded on the satellite to obtain kinetic energy, and the amount of propellant used greatly affects the weight and life of the satellite. In addition, since the weight of the satellite itself in space is very small, even if it is an engine with a large thrust due to the propellant on board, if the engine is driven and the reaction is large, the control to guide the satellite in a predetermined direction is not possible. It is difficult, and as a result, it cannot be said that it is an engine that is useful as an engine for satellites.
しかしながら、供給したキセノンガス粒子数に比べ、推進剤となりうる電離したキセノンイオン粒子数は極わずかである。すなわち、今用いられているイオンエンジンの推力は、一部のイオン化したキセノン粒子から推進力を得ていることから、キセノンガス粒子に与える運動エネルギーは、せいぜい数十ｍＮである。今後、イオンエンジンの特徴を損なわずにイオンエンジンの推力よりも高い推力の動力源として電気エネルギーで得られれば、より早い制御が可能になるだけでなく、衛星用（宇宙航行用）エンジンでの消費電力の削減や推進剤の低減されるメリットが生じる。その第１候補として、電気から生成できる小型の光源式オゾンガス発生装置とこの光源式オゾンガス発生装置から取り出したオゾンガスを推進材としたオゾンエンジンとからなる実施の形態２のオゾンガス利用システムが期待される。
However, compared to the number of supplied xenon gas particles, the number of ionized xenon ion particles that can serve as a propellant is extremely small. That is, since the thrust of the currently used ion engine obtains the driving force from some ionized xenon particles, the kinetic energy given to the xenon gas particles is at most several tens of mN. In the future, if electric energy can be obtained as a power source for thrust higher than the thrust of ion engines without impairing the characteristics of ion engines, not only will it be possible to control faster, but it will also be possible to use it in satellite (space navigation) engines. There are merits such as reduction in power consumption and reduction in propellant. The first candidate is expected to be the ozone gas utilization system of
衛星用の駆動エンジン装置に利用される光源式のオゾンガス発生装置は、オゾンガスを得るための原料ガスは酸素ガスであり、オゾンガス生成には、電気エネルギーを用いた特定波長範囲の波長を有する照射光であるＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源とこのＬＥＤ光源から照射するＬＥＤを吸収する光触媒膜との組合せで構成される。光学式のオゾンガス発生装置の上記構成は、後述するように小型化が図られており、極小原料酸素ガス流量で高濃度オゾンが出力できる特徴を有しており、図２で示した光源式オゾンガス発生装置９００に代表される。
A light source type ozone gas generator used in a satellite drive engine uses oxygen gas as a raw material gas to obtain ozone gas, and uses electric energy to generate ozone gas by using irradiation light having a wavelength in a specific wavelength range. and a photocatalyst film that absorbs the LED emitted from the LED light source. The above configuration of the optical ozone gas generator is miniaturized as will be described later, and has the characteristic of being able to output high-concentration ozone with a minimal raw material oxygen gas flow rate. It is represented by
我々は光触媒放電面を用いた小型の放電式のオゾンガス発生装置において、放電電力に対する光触媒放電面におけるオゾン生成効率ρｄは３．３ｘ１０－５（ｇ/Ｊ）と非常に高いオゾン生成能力を有する手段であることを既に認識している。 We have developed a compact discharge-type ozone gas generator using a photocatalytic discharge surface, which has an ozone generation efficiency ρd of 3.3×10 −5 (g/J) on the photocatalytic discharge surface with respect to the discharge power, which is a means having a very high ozone generation capacity. already recognized that it is
放電式オゾンガス発生装置の放電形態の場合で、数百μｍ未満の極短ギャップ間に誘電体バリア放電を発生させて、誘電体バリア放電光（エキシマ放電光）を発すると、この発したエキシマ放電光が放電面に塗布した光触媒材に照射され、光触媒材に光エネルギーが吸収することで光触媒材面が活性化し、この活性化した光触媒材面と原料酸素ガスが接触することによる酸素解離とオゾン生成効果（つまり光触媒効果との相互反応作用）で、非常に高いオゾン生成能力でオゾンが生成されることが明らかにされている。この極短ギャップ間における誘電体バリア放電光の発光効率のエネルギー比ηLは約３０％以上と云われている。 In the discharge form of the discharge type ozone gas generator, when a dielectric barrier discharge is generated in an extremely short gap of less than several hundred μm to emit dielectric barrier discharge light (excimer discharge light), the emitted excimer discharge The photocatalytic material coated on the discharge surface is irradiated with light, and the photocatalytic material absorbs the light energy, activating the photocatalytic material surface. It has been shown that the production effect (ie interaction with the photocatalytic effect) produces ozone with a very high ozone production capacity. It is said that the energy ratio η L of the luminous efficiency of the dielectric barrier discharge light in this ultra-short gap is about 30% or more.
つまり、この誘電体バリア放電光に代わり、それ相当の光波長の光を発するＬＥＤ光源の光よるオゾン生成効率ρ0を求めると、以下の式(1)となる。 In other words, the following equation (1) is obtained by determining the ozone generation efficiency ρ 0 by light from an LED light source that emits light of a corresponding light wavelength instead of the dielectric barrier discharge light.
ρ0＝ρd/ηL＝１．１・１０－４（ｇ／Ｊ）…(1) ρ 0 = ρ d /η L = 1.1 10 -4 (g/J) (1)
次に、オゾンガスの持つエネルギーの利用を目的とした場合における、発生したオゾンガスの有するオゾンガスの分解の熱エネルギーについて考察する。 Next, the thermal energy of the generated ozone gas for the decomposition of the ozone gas will be considered when the purpose is to use the energy of the ozone gas.
例えば、オゾンガス発生装置から生成したオゾンガスは、以下の式(2)に示すように、外部から加熱によって、オゾンガス粒子を３００℃以上に上げれば、オゾンガスは酸素ガスに容易に分解でき、その分解熱である熱エネルギーのランダムな運動エネルギーは１モル当たり３９３ｋＪと非常に大きい。 For example, ozone gas generated from an ozone gas generator can be easily decomposed into oxygen gas by heating the ozone gas particles to 300° C. or higher by external heating, as shown in the following equation (2). The random kinetic energy of the thermal energy is as large as 393 kJ per mole.
３Ｏ３（ｇ）＋加熱→３Ｏ２（ｇ）＋３９３（ｋＪ）…(2) 3O 3 (g) + heating → 3O 2 (g) + 393 (kJ) (2)
このオゾン分解の熱エネルギーを有効に利用できる衛星用の駆動エンジン装置を検討すると、この駆動エンジン装置の衛星に搭載する推進剤となるオゾンガスを得るための光源式のオゾンガス発生装置として、例えば、酸素ガス流量Ｑを１０ｍＬ／ｍｉｎ程度とし、取出せるオゾン濃度Ｃｔを４００ｇ／ｍ３の高濃度オゾンガスを目標とした。この高濃度オゾンをガス目標とした場合のオゾンガス発生装置の消費電力であるＬＥＤ光源の電力を算出すると、出力オゾン量Ｙtは以下の式(3)で求められる。 When considering a drive engine device for a satellite that can effectively utilize the heat energy of this ozone decomposition, it is found that a light source type ozone gas generator for obtaining ozone gas as a propellant to be mounted on the satellite of this drive engine device is, for example, oxygen A high-concentration ozone gas with a gas flow rate Q of about 10 mL/min and an extractable ozone concentration Ct of 400 g/m 3 was targeted. When the power of the LED light source, which is the power consumption of the ozone gas generator when this high-concentration ozone is the gas target, is calculated, the output ozone amount Yt is obtained by the following equation (3).
Ｙt＝Ｑ・Ｃｔ＝６．６７・１０－５（ｇ／ｓ）…(3) Yt = Q · Ct = 6.67 · 10 -5 (g/s) (3)
オゾン発生器で生成するオゾン量Ｙｓに対する取出せるオゾン量Ｙｔの比を０．６（＝Ｙｔ／Ｙs）とすれば、オゾン発生器で生成するオゾン量Ｙsは以下の式(4)で求められる。 Assuming that the ratio of the extractable ozone amount Yt to the ozone amount Ys generated by the ozone generator is 0.6 (=Yt/Ys), the ozone amount Ys generated by the ozone generator is obtained by the following equation (4). .
Ｙs＝Ｙt／０．６＝１．１１・１０－４（ｇ／ｓ）…(4) Ys=Yt/0.6=1.11· 10-4 (g/s) (4)
式(1)で求めたように、オゾン生成効率ρ0を「１．１・１０－４（ｇ/Ｊ）」とすると、光触媒膜に吸収させる有効な光エネルギーＥは、以下の式(5)で求められ、光エネルギーＥは、１Ｗ程度となる。 Assuming that the ozone generation efficiency ρ 0 is “1.1·10 −4 (g/J)” as obtained by the formula (1), the effective light energy E absorbed by the photocatalyst film is given by the following formula (5 ), and the light energy E is about 1 W.
Ｅ＝Ｙs／ρ0＝１．０（Ｊ／ｓ）…(5) E=Ys/ρ0 = 1.0 (J/s) (5)
ＬＥＤ光源の発光効率のエネルギー比ηLEDを約２０％とすると、ＬＥＤ光源に供給する光源の電力Ｐは、以下の式(6)で求められる。 Assuming that the energy ratio η LED of the luminous efficiency of the LED light source is about 20%, the power P of the light source supplied to the LED light source is obtained by the following equation (6).
Ｐ＝Ｅ／ηLED＝５．０（Ｊ／ｓ）…(6) P = E/η LED = 5.0 (J/s) (6)
Ｐ＝５．０（Ｊ／ｓ）は、５．０（Ｗ）のＬＥＤ光源で十分、酸素１０ｍＬ／ｍｉｎの酸素流量Ｑで、十分なオゾン量が生成でき、光源式のオゾン発生器の構成や動作ガス圧力を工夫し、オゾン発生器内で生成したオゾンガスを限りなく分解させずに取り出せるようにすれば、取出せるオゾン濃度Ｃtが４００ｇ／ｍ３となる高濃度オゾンガスが生成できることを示している。 P = 5.0 (J / s) is sufficient with a 5.0 (W) LED light source, and an oxygen flow rate Q of 10 mL / min can generate a sufficient amount of ozone. and the working gas pressure to make it possible to take out the ozone gas produced in the ozone generator without decomposing it, it is possible to produce high - concentration ozone gas with an extractable ozone concentration Ct of 400 g/m3. there is
この５．０（Ｗ）のＬＥＤ光源としては、発光ダイオード素子として、数個のＬＥＤ素子で十分であり、数個のＬＥＤ素子からなるＬＥＤ光源を点灯させるための印加電圧も数十Ｖで、ＬＥＤ光源も非常に小さいものとなる。 For this 5.0 (W) LED light source, several LED elements are sufficient as light-emitting diode elements, and the applied voltage for lighting the LED light source composed of several LED elements is several tens of volts. The LED light source will also be very small.
次に、酸素ガス流量Ｑを１０ｍＬ／ｍｉｎを供給して、光源式オゾンガス発生装置から得た４００ｇ／ｍ３（１８６７００ｐｐｍ）のオゾンガスを駆動エンジン装置のマイクロ波共振チャンバー内で、ガス自身をマイクロ波加熱させてオゾンガスを熱分解させた場合の分解熱エネルギーＸ０を算出する。 Next, an oxygen gas flow rate Q of 10 mL/min is supplied, and 400 g/m 3 (186,700 ppm) of ozone gas obtained from a light source type ozone gas generator is driven into a microwave resonance chamber of the engine device, and the gas itself is microwaved. Decomposition heat energy X0 when the ozone gas is thermally decomposed by heating is calculated.
このオゾンが分解した分解熱エネルギーＸ０が、供給している全酸素ガス１０ｍＬ／ｍｉｎ自身に与えられ、エンジン内の酸素ガスがより高温・高圧下状態に維持される。この高温・高圧下状態になった酸素ガスを駆動エンジン装置全体に断熱材を覆うことで、熱が外部へ逃げる熱ロスを防止することで、ガスエネルギーを有したエンジンとなる。この駆動エンジン装置内の状況で、複数の円錐状のガス噴出管を介して高温酸素ガスを宇宙空間に連続して噴出させるようにすれば、円錐状のガス噴出管において、所定方向の酸素ガスに整流した噴出ガスになり、良質な推力を有するエンジンとなる。このように、オゾンエンジンは、酸素ガス運動エネルギーを利用している。 The decomposition heat energy X0 resulting from the decomposition of this ozone is applied to the total oxygen gas supplied at 10 mL/min, and the oxygen gas in the engine is maintained at a higher temperature and pressure. By covering the entire drive engine device with heat insulating material, the oxygen gas, which is in a state of high temperature and high pressure, is prevented from escaping heat loss to the outside, resulting in an engine with gas energy. In this situation in the drive engine device, if the high-temperature oxygen gas is continuously ejected into outer space through a plurality of conical gas ejection pipes, the oxygen gas can flow in a predetermined direction through the conical gas ejection pipes. It becomes an ejected gas that is properly rectified, and the engine has good thrust. Thus, the ozone engine utilizes oxygen gas kinetic energy.
駆動エンジン装置に供給するオゾンガス流量Ｑが１０ｍＬ／ｍｉｎは、０．１６７ｃｍ３／ｓに相当するから、そのガス流量に占めるオゾンの全オゾンガス流量ＱO3は、オゾン濃度４００ｇ／ｍ３（１８６７００ｐｐｍ）として、以下の式(7)から求められる。 Since the ozone gas flow rate Q supplied to the driving engine device of 10 mL/min is equivalent to 0.167 cm 3 /s, the total ozone gas flow rate Q O3 of ozone in the gas flow rate is given by the ozone concentration of 400 g/m 3 (186700 ppm). , is obtained from the following equation (7).
ＱO3＝Ｑ・０．１８６７＝０．０３１１（ｃｍ３／ｓ）…(7) Q O3 = Q·0.1867 = 0.0311 (cm 3 /s) (7)
また、１モルのオゾン分解熱である３９３（ｋＪ）を１ｃｍ３当たりの分解熱に換算すると、１７．５４（Ｊ／ｃｍ３）となり、０．０３１１ｃｍ３/ｓの全オゾンガス流量ＱO3がオゾンの分解で得た熱エネルギー量Ｘ０は、以下の式(8)から求められる。 Further, when 393 (kJ), which is the heat of decomposition of 1 mol of ozone, is converted into the heat of decomposition per 1 cm 3 , it becomes 17.54 (J/cm 3 ), and the total ozone gas flow rate Q O3 of 0.0311 cm 3 /s is equal to that of ozone. The amount of heat energy X0 obtained by the decomposition of is obtained from the following equation (8).
Ｘ０＝１７．５４・０．０３１１＝０．５４５（Ｗ）…(8) X0 = 17.54 0.0311 = 0.545 (W) (8)
算出したオゾンガスの分解熱エネルギー量Ｘ０＝０．５４５（Ｗ）は、供給された酸素流量に分散され、以下の式(9)で求められる酸素ガスの平均運動エネルギーＸａｖ（Ｗ）として、マイクロ波共振チャンバー内を噴出することになる。 The calculated decomposition heat energy amount X0 = 0.545 (W) of the ozone gas is dispersed in the supplied oxygen flow rate, and the average kinetic energy Xav (W) of the oxygen gas obtained by the following equation (9) It erupts inside the resonance chamber.
Ｘａｖ（Ｗ）＝０．１８６７・Ｘ０＝０．１０２（Ｗ）…(9) Xav (W) = 0.1867 X0 = 0.102 (W) (9)
この平均運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）は、マイクロ波共振チャンバー内の全方向に噴出する熱運動エネルギーであるため、駆動エンジン装置全体を断熱させ熱の外部への伝達を防ぎ、この平均運動エネルギーＸａｖを所定方向に加速できる高温酸素ガスの噴出エネルギーに変換できれば、高出力の推力が得られるオゾンエンジンを実現できる。ちなみに、１Ｎの推力を有する物体を１ｍ動かすエネルギーが１Ｊであるため、１０ｍＬ／ｍｉｎで４００ｇ／ｍ３のオゾンガスを分解させたオゾンエンジンの推力は、おおよそ０．１０２（Ｎ）相当になる。 This average kinetic energy Xav = 0.102 (W) is the thermal kinetic energy emitted in all directions in the microwave resonance chamber, so that the entire driving engine device is insulated to prevent heat transfer to the outside, and this average If the kinetic energy Xav can be converted into ejection energy of high-temperature oxygen gas capable of accelerating in a predetermined direction, an ozone engine capable of obtaining high-output thrust can be realized. Incidentally, since the energy required to move an object with a thrust of 1 N by 1 m is 1 J, the thrust of an ozone engine that decomposes 400 g/m 3 of ozone gas at 10 mL/min is approximately 0.102 (N).
（具体的構成）
図４は、この発明の実施の形態２であるオゾンガス利用システムの構成を示す説明図である。図４にＸＹＺ直交座標系を示している。上述したように、オゾンガス利用装置としてオゾンガスを用いた駆動エンジン装置（オゾンエンジン）を実現している。
(Specific composition)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of an ozone gas utilization system according to
図４において、特に、オゾンガスの分解熱エネルギーで得た酸素ガスが噴出する運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）を一定方向に流れる整流ガスに変換することを工夫した構造のオゾンエンジン構成と整流噴出させる動作作用について説明する。 In FIG. 4, in particular, the ozone engine configuration and rectification are devised to convert the kinetic energy Xav=0.102 (W) of ejecting oxygen gas obtained from decomposition heat energy of ozone gas into rectified gas flowing in a certain direction. The action of ejecting will be described.
図４において、駆動エンジンであるオゾンエンジン９００１（オゾンガス利用装置）は、導波路管９００３を介してマグネトロン発振器９００２から発せられるマイクロ波エネルギーを受ける。導波路管９００３はマグネトロン発振器９００２から発するマイクロ波エネルギーを送るための導波路管である。
In FIG. 4, an ozone engine 9001 (ozone gas utilization device), which is a driving engine, receives microwave energy emitted from a
衛星用の光源式オゾンガス発生装置９００４は、衛星用に小型化したオゾンガス発生装置であり、例えば、図３で示す光源式オゾンガス発生装置９００が代表例として考えられる。光源式オゾンガス発生装置９００４は、内部に光源式オゾン発生器９００５ａとＬＥＤ光源電源９００５ｂとを有している。
The light source-type
駆動エンジンであるオゾンエンジン９００１（オゾンガス利用装置）の断熱材９００７はオゾンエンジン９００１全体を覆って形成されている。したがって、断熱材９００７によってオゾンエンジン９００１全体を断熱させることができる。この断熱材９００７は、エンジン内をマイクロ波加熱した熱エネルギーが熱としてエンジンの外壁から熱が伝導や放射熱として逃げることを防ぐために施されている。
A
高濃度オゾンガス供給配管９０８に設けられる圧力調整用バルブ９０８ａは光源式オゾン発生器９００５ａ内の圧力調整用バルブであり、酸素ガス供給配管９０７に設けられるガス流量調整器９０７ａは、供給される原料酸素流量を所定ガス流量値になるように制御するマスフローコントローラ等のガス流量調整器である。
A
光源式オゾン発生器９００５ａは、酸素ガス供給配管９０７を介して酸素ガス推進剤９００６から所定の酸素ガスを原料ガスとして供給し、後述するが、実施の形態１のオゾン発生器８００５ａと同様な原理でオゾンガスを発生している。光源式オゾン発生器９００５ａから発生したオゾンガスは、ガス流量調整器９０７ａと圧力調整用バルブ９０８ａ及び高濃度オゾンガス供給配管９０８を介してオゾンエンジン９００１に所定流量で供給される。
The light source
オゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１は、酸素ガスを整流した複数の整流ガスを噴出させるための複数個の円錐状のガス噴出管９０１１で構成した整流ガス噴出ブロック９０１０とマイクロ波共振チャンバー９１００とを主要構成要素として含んでいる。複数のガス噴出管９０１１はそれぞれ出力方向（＋Ｘ方向側に配置された噴射酸素ガス９０９に向かう方向）に従い細くなる円錐状を呈している。
An
マイクロ波共振チャンバー９１００に、光源式オゾンガス発生装置９００４から発生したオゾンガスを供給するためのオゾンガス供給口４１と導波路管９００３に繋がるマイクロ波エネルギー供給口４５が設けられている。
Microwave resonance chamber 9100 is provided with ozone gas supply port 41 for supplying ozone gas generated from light source type
また、マイクロ波共振チャンバー９１００の背面（－Ｘ方向側の面）にはオゾン分解熱で得たガスエネルギーの反作用力を緩衝させるための緩衝材９１１０を有している。マイクロ波共振チャンバー９１００は、さらに、緩衝材９１１０と連結するように、凹面形状（凹レンズ形状）噴出ガス反射板９１２０と、ベロー管９１３０、共振チャンバー筒管９１４０及び中継部材９１６０とをさらに有している。なお、緩衝材９１１０として、発泡性を有するポリエチレン材、ウレタン材もしくは空気等のガスを閉じ込めて形成した袋材（エアーギャップ材）等が考えられる。また、緩衝材９１１０は断熱機能を兼ね備えた材料が望ましい。
In addition, the back surface (surface on the -X direction side) of the microwave resonance chamber 9100 has a
噴出ガス反射板９１２０、共振チャンバー筒管９１４０及びベロー管９１３０を主要構成として収容部９１０が構成される。蛇腹構造を有するベロー管９１３０は収容部９１０の開口部側（＋Ｘ方向側）に設けられる。このように、噴出ガス反射板９１２０、共振チャンバー筒管９１４０及びベロー管９１３０の組合せにより、内部にオゾンガスを収容する収容部９１０を実現している。
The
噴出ガス反射板９１２０、共振チャンバー筒管９１４０及びベロー管９１３０はそれぞれ内部壁面が鏡面加工される。すなわち、マイクロ波共振チャンバー９１００は、収容部９１０の内部壁面を全面的に鏡面加工している。
The inner wall surfaces of the ejected gas reflector 9120, the resonance chamber tube 9140, and the bellows tube 9130 are mirror-finished. That is, in the microwave resonance chamber 9100, the inner wall surface of the
マイクロ波共振チャンバー９１００は、その前面部（＋Ｘ方向側の部位）には、マイクロ波共振チャンバー９１００内のマイクロ波を閉じ込めるために、網状のマイクロ波防止板９１５０が設けられる。マイクロ波防止板９１５０は、共振チャンバー８１００内のマイクロ波が漏れるのを防ぐ。そのため噴出ガス反射板９１２０、共振チャンバー筒管９１４０、及びベロー管９１３０中継部材９１６０及びマイクロ波防止板９１５０で囲まれた空間がマイクロ波共振ガス加熱空間（マイクロ波キャビーティ）となる。収容部９１０内のこのマイクロ波共振ガス加熱空間でマイクロ波ガス加熱が成される。
The microwave resonance chamber 9100 is provided with a net-like microwave blocking plate 9150 at its front portion (the +X direction side portion) in order to confine microwaves in the microwave resonance chamber 9100 . The microwave blocking plate 9150 prevents microwaves in the
このマイクロ波共振チャンバー９１００には、光源式オゾンガス発生装置９００４から、高濃度のオゾン濃度４００ｇ／ｍ３のオゾンガスが約１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給される。そして、マイクロ波共振チャンバー９１００は、供給されたオゾンガスに対し、導波路管９００３から送られたマイクロ波エネルギーでマイクロ波加熱され、オゾンガスが分解する温度までオゾンガスを加熱させて、オゾンガスの分解熱も加味され、圧力を高めた高温酸素ガスを得るオゾンガス分解処理を実行している。
High-concentration ozone gas having an ozone concentration of 400 g/m 3 is supplied to the microwave resonance chamber 9100 from a light source type
ここで、導波路管９００３から送られたマイクロ波エネルギーによるマイクロ波加熱は、初期のガスを加熱してオゾンを分解させるまでの初期時間の供給だけで十分である。つまり、マイクロ波エネルギーを供給し、一旦オゾンガス分解処理工程に達すると、オゾンの分解熱で、エンジン内は高温状態を保つため、所定量のオゾンガスを供給しておれば、エンジン内の高温酸素ガスが持続して得られることになる。よって、マイクロ波エネルギーの供給は初期のみとなり、マイクロ波電力の節約やマイクロ発生装置の小容量化、軽量化の効果をもたらす。
Here, the microwave heating by the microwave energy sent from the
マイクロ波共振チャンバー９１００における収容部９１０は全内面（全内部壁面）を鏡面仕上げしており、動作開始時にマイクロ波で加熱することで、ガス流量１０ｍＬ／ｍｉｎで供給されているオゾンガスはオゾンガスの分解熱で、マイクロ波共振チャンバー９１００内は常に運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）を持った高温酸素ガスになり、エンジンの運転維持をする。このように、マイクロ波共振チャンバー９１００は実施の形態１のマイクロ波共振チャンバー８１００と同様にオゾンガス分解処理を行って高温酸素ガスを得ている。また、エンジンの運転の出力制御は、供給するオゾンガス流量を制御することで行え、エンジンの運転停止は供給したオゾンガス流量を止めることで行える。
The
そして、整流ガス噴出ブロック９０１０は、高温酸素ガスを複数個の円錐状のガス噴出管９０１１を通過させることにより、各々が集約管９１１に向かう方向（所定方向）を速度ベクトルとした複数の整流ガスを得る整流ガス生成処理を実行している。
The rectified
整流ガス噴出ブロック９０１０は、さらに、複数の整流ガスが集約管９１１を介することにより集約された一の噴射酸素ガス９０９として、例えば宇宙空間に噴出して、所定の推力を持つオゾンエンジン機能を有するようにしている。
The rectified
ここで、オゾンガスの分解熱で得た運動エネルギーＸａｖは、熱分解によるガスの運動エネルギーになるため、高温の酸素ガスはマイクロ波共振チャンバー９１００の全方向に向かった運動エネルギーで加速する。そして、噴出ガス流れ方向以外のガスに対しては、１つは、オゾンエンジン９００１全体を断熱材９００７で覆うことにより熱が外部壁から逃げるのを防止し、かつ、チャンバー内面を鏡面化させることで、壁面に衝突した運動エネルギーを壁面にできるだけ吸収させずに反射させることで、高温の酸素ガスの向きをガス噴射方向に向きを変えさせる。また、マイクロ波共振チャンバー９１００の反射板９１２０を凹面形状（凹レンズ形状）の鏡面にすることで、反射面に衝突した高温酸素ガスは、できるだけ並行反射されて噴射ガス流れ方向に矯正させるようになる。さらに、高温酸素ガスをチャンバー９１００の内面で衝突させることにより、噴射推進方向と逆方向の反作用の推進力については、衛星自身に影響を与えないようにしている。加えて、マイクロ波共振チャンバー９１００自身で吸収すべく、マイクロ波共振チャンバー９１００の背面に緩衝材９１１０の設置とベロー管９１３０を設け、逆方向の推力の低減化を図っている。
Here, the kinetic energy Xav obtained from the heat of decomposition of the ozone gas becomes the kinetic energy of the gas due to thermal decomposition, so the high-temperature oxygen gas is accelerated by the kinetic energy in all directions of the microwave resonance chamber 9100 . For gases in directions other than the flow direction of the ejected gas, one is to cover the
これらの対策をしたマイクロ波共振チャンバー９１００内の運動流れが矯正された噴射酸素ガスをマイクロ波共振チャンバー９１００の前面の網状のマイクロ波防止板９１５０を介して複数個の円錐状のガス噴出管９０１１に導いている。その結果、マイクロ波共振チャンバー９１００は、円錐状のガス噴出管９０１１から複数の整流ガスを生成する整流ガス生成処理を実行することができる。
Injection oxygen gas whose movement flow is corrected in the microwave resonance chamber 9100 with these countermeasures is injected into a plurality of conical
その結果、集約管９１１を介して、複数の整流ガスが集約した噴射酸素ガス９０９が所定推力を有する推進用噴射ガスとして噴射される。以下、このメカニズムを詳述する。
As a result, an
マイクロ波共振チャンバー９１００のオゾンガス分解処理により得られた高温酸素ガスは、内面を鏡面化した円錐状のガス噴出管９０１１を通すことで、噴出酸素ガスを円錐状のガス噴出管９０１１の内壁に弾性衝突を繰り返しながら噴出口径が小さくなり、複数のガス噴出管９０１１から複数の整流ガスとして得られる。さらに、複数の整流ガスが集約管９１１内で集約され、集約管９１１から宇宙空間に噴射酸素ガス９０９を推進用噴射ガスとして噴射させることにより、オゾンエンジン９００１は安定した推力を得ることができる。
The high-temperature oxygen gas obtained by the ozone gas decomposition treatment in the microwave resonance chamber 9100 is passed through a conical
以上、実施の形態２のオゾンガス利用システムのオゾンガス利用装置として用いられるオゾンエンジン９００１は、電気動力源からＬＥＤ光源を介して小流量の高濃度オゾンを発生できる衛星用の光源式オゾンガス発生装置９００４から受けるオゾンガスを推進剤としている。そして、オゾンガスの分解熱で得た熱運動エネルギーを供給した酸素ガスを高温酸素ガスの運動エネルギーに変換させ、マイクロ波共振チャンバー９１００で加熱した高温酸素ガスによる噴出ガスの運動エネルギーの反作用力を緩衝材９１１０で吸収させ、さらに、この高温噴出酸素ガスを円錐状の複数のガス噴出管９０１１及び集約管９１１に通すことにより、噴射酸素ガス９０９を得ている。この噴射酸素ガス９０９は、良質な推進用噴射ガスであるため、噴射酸素ガス９０９を宇宙空間に噴射させることにより、オゾンエンジン９００１は、指向性の良い、安定した推力を得ることができる。
As described above, the
このオゾンエンジン９００１では、一部を電離したイオン粒子を電界加速させたイオンエンジンではなく、イオン粒子密度よりはるかに高密度で、かつ高エネルギーを有する高濃度なオゾンガスを推進剤として、オゾンの分解熱を利用した高温酸素ガスの噴出で推進力を得ている。このため、オゾンエンジン９００１は、より高濃度のオゾンガスが供給できれば、より高推力のエンジンとなる。また、オゾンエンジン９００１が高推力のエンジンになれば、推進剤の消費量も得られ高寿命なエンジンにできる。
This
イオンエンジンでは、付帯装置としては、常にマイクロ波電源（マグネトロン発振器９００２）からガス粒子をイオン化させるマイクロ波エネルギーを与え、かつ、電離したイオン粒子を電界加速させるための高電圧印加させる装置が必要であったが、このオゾンエンジン９００１では、小ガス流量の高濃度オゾンを発生できるオゾンガス発生装置と供給したオゾンガスを加熱させるための初期加熱するエネルギー供給のみで良い。そのため、マイクロ波電源の運転は、オゾンエンジン９００１内のオゾンガス温度を高める運転開始時のみ必要で、マイクロ波電源の常時運転は不要なため、マイクロ波電源の容量は小さく出来、消費電力を低く抑えることができ、軽量なマイクロ波電源（マグネトロン発振器９００２）になる。
In the ion engine, as ancillary equipment, a microwave power supply (magnetron oscillator 9002) constantly applies microwave energy for ionizing gas particles, and a device for applying high voltage to accelerate the ionized ion particles by an electric field is required. However, in this
このオゾンエンジン９００１の推進剤はオゾンガスを分解して得られる高温酸素ガスであるため、安価な推進剤である。また、光源式のオゾンガス発生装置の電源容量は小さく、マイクロ波加熱によるオゾンガス加熱エネルギーも数十（Ｗ）となるため、イオンエンジンの電気容量が約２５０（Ｗ）であるのに比べ、オゾンエンジン９００１は小電力で高推力のエンジンを得られる可能性を持つ。
The propellant of this
このオゾンガスを用いた衛星用のオゾンエンジン９００１では、高濃度のオゾンガスが望ましく、光源式オゾンガス発生装置９００４で高濃度オゾンガスを出力する際、光源式オゾン発生器９００５ａ内のガス圧力を下げれば、生成したオゾンガスが衝突で分解する量は下がる。このため、結果として、光源式オゾン発生器９００５ａ内のガス圧力を下げることにより、高濃度のオゾンガスを取り出せることになる。特に、小流量の高濃度オゾンガスが目的であり、出力側のマイクロ波共振チャンバー９１００の内圧も数十ｍＰａ程度の負圧であるため、衛星用の光源式オゾンガス発生装置９００４の光源式オゾン発生器９００５ａでは、発生器内圧を負圧力にしたものが望ましい。
In the
（光源式オゾンガス発生装置９００の概要）
次に、オゾンガス発生装置８００４の具体的構成である実施の形態１のオゾンガス利用システム１（態様(1)）に対応と実施の形態２のオゾンガス利用システム２（態様(2)）に対応の光源式オゾンガス発生装置９００について説明する。
(Outline of light source type ozone gas generator 900)
Next, a light source corresponding to the ozone gas utilization system 1 (aspect (1)) of
一般的にオゾンガス発生装置は誘電体バリア放電を用いた放電式オゾンガス発生装置が採用される。しかし、放電式オゾンガス発生装置では、放電させるための高周波高電圧の交流電源が必要で、オゾンを発生させるためのオゾン用電源が大きくなる問題点がある。また、オゾン発生器の構造も複雑で大きくなるとともに、オゾン発生部は、大気圧よりも高い加圧状態で放電をさせ、オゾンガスを発生させるため、大気圧よりも低い負圧状態でオゾンガスが生成できないなどの問題点がある。さらに、放電による放電面のスパッタや劣化が大きいなどの問題点もある。 Generally, a discharge type ozone gas generator using a dielectric barrier discharge is adopted as the ozone gas generator. However, the discharge type ozone gas generator requires a high-frequency, high-voltage AC power supply for discharging, and there is a problem that the ozone power supply for generating ozone becomes large. In addition, the structure of the ozone generator becomes complicated and large, and the ozone generator generates ozone gas by discharging in a pressurized state higher than the atmospheric pressure, so ozone gas is generated in a negative pressure state lower than the atmospheric pressure. There are problems such as not being able to In addition, there are problems such as large spatter and deterioration of the discharge surface due to discharge.
そのため、小流量の酸化剤ガスを用いた熱酸化処理装置や小流量のＣＶＤ法を用いた半導体ウェハーの酸化膜形成装置（態様(1)）のために用いる小型オゾンガス発生装置や宇宙等の特殊環境下における極小流量・高濃度オゾンガスによる推進力を得る推進装置となるオゾンガス利用装置（態様(2)）として、放電式オゾンガス発生装置を採用することは、発生器コストが高くなることや装置が大きくなる等の問題点があり、ガス流量が小流量に対応困難である面があって、メリットがなかった。 Therefore, a small ozone gas generator used for a thermal oxidation processing apparatus using a small flow rate of oxidant gas, a semiconductor wafer oxide film forming apparatus using a small flow rate CVD method (embodiment (1)), and special equipment such as space Adopting a discharge ozone gas generator as a propulsion device (mode (2)), which is a propulsion device that obtains propulsion force from extremely low flow rate and high concentration ozone gas in the environment, requires the use of a discharge type ozone gas generator. There are problems such as increasing the size, and it is difficult to cope with a small gas flow rate, so there is no merit.
そこで、本実施の形態では、小流量のＣＶＤ法を用いた半導体ウェハーの酸化膜形成装置（態様(1)）や極小流量・高濃度オゾンガスによる推進力を得る推進装置としてオゾンガス利用装置（態様(2)）に適した小型オゾンガス発生装置の具体的構成として、光源の光エネルギーを用いた、新タイプの光源式オゾン発生器とオゾン用電源とからなるオゾンガス発生装置を採用している。以下、光源式オゾンガス発生装置について、図２及び図３に従って説明する。 Therefore, in the present embodiment, an apparatus for forming an oxide film on a semiconductor wafer using a CVD method with a small flow rate (embodiment (1)) and an apparatus using ozone gas (embodiment (embodiment ( As a specific configuration of a compact ozone gas generator suitable for 2)), an ozone gas generator consisting of a new type light source type ozone generator using light energy of a light source and an ozone power supply is adopted. The light source type ozone gas generator will be described below with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
（光源式オゾンガス発生装置９００の詳細）
図２は、前述したようにこの発明の実施の形態１のオゾンガス発生装置８００４として適用可能な光源式オゾンガス発生装置９００の実施構成例を示す説明図である。
(Details of light source type ozone gas generator 900)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the light source type
図２に示す光源式オゾンガス発生装置９００は、オゾン利用システムの態様(1)や態様(2)を用いた酸化膜形成をオゾンガス利用装置で行う場合に適しており、小流量、かつ減圧状態で、高濃度のオゾンガスを発生できる小型の光源式オゾンガス発生器構成例である。
The light source type
光源式オゾン発生器９０１は、光源と光触媒の酸素解離能力を組合せた、直接光を発する光源からの光エネルギーを利用したオゾン発生器である。より詳細には、光を発する光源の光波長を、光照射によって光触媒の活性化が可能な特定波長範囲を有する波長の照射光を発することのできるＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子７０４）を並べる。この並べたＬＥＤ光源に対向した位置に、光触媒物質（光触媒膜２ａ）を構成材料とした光触媒膜を配置することで、光触媒膜の光触媒物質を活性化させる、この活性化した光触媒膜の触媒能力によって、酸素ガスを解離させ、解離した酸素原子と酸素分子との衝突結合作用でオゾンガスを生成できるように光源式オゾン発生器９０１を構成している。
The light source
図２において、光源式オゾンガス発生装置９００内に、小流量で高濃度のオゾンガスを発生できる小型の光源式オゾン発生器９０１を有している。この光源式オゾン発生器９０１が図１のオゾン利用システム１の態様(1)の光源式オゾン発生器９００５ａに対応する。
In FIG. 2, a light source type
さらに、図２で示す光源式オゾン発生器９０１を、より小ガス流量、低圧力下に対応し、より軽く、かつ小型化したオゾン発生器構成に改善工夫をすれば、オゾン利用システムの態様(2)の光源式オゾン発生器９００５ａにも適したオゾン発生器構造となる。
Furthermore, if the light source
また、オゾン利用システム１の態様(1)の光源式オゾン発生器９０１では、マイクロ波共振チャンバー８１００の内圧は、数十Ｐａ～数千Ｐａ程度の低い負圧（真空圧）であるため、マイクロ波共振チャンバー８１００内へ送り込む高濃度オゾンガスの吐出圧力が、マイクロ波共振チャンバー８１００の内圧の数百倍以上の数ｋＰａ～数十ｋＰａ未満程度の負圧状態で、ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ程度の小流量のオゾンガスを光源式オゾン発生器９０１から出力できる。
In addition, in the light source
なお、オゾン利用システム２の態様(2)の光源式オゾン発生器９０１では、マイクロ波共振チャンバー８１００の内圧は、数十ｍＰａ程度の非常に低い負圧（低真空圧）であるため、マイクロ波共振チャンバー８１００内へ送り込む高濃度オゾンガスの吐出圧力が、マイクロ波共振チャンバー８１００の内圧の数百倍以上である数Ｐａ以上の負圧状態であっても、ガス流量１０ｍＬ／ｍｉｎの小流量のオゾンガスを光源式オゾン発生器９０１から出力できる。
In addition, in the light source
また、オゾン利用システムの態様(1)及び態様(2)におけるオゾン発生器９０１は、光源式オゾン発生器９０１の動作圧力が低いほど、生成したオゾンガスの粒子間衝突によるオゾン分解も少なく、高濃度のオゾンガスを取り出せるメリットが生じる。そのため、光源式オゾン発生器９０１のオゾン生成能力に影響が少ないのであれば、動作圧力が低いほど良く、大気圧以下の負圧でのオゾン発生器の動作圧力が望ましい。
In addition, the
したがって、オゾン利用システム１の態様(1)の光源式オゾン発生器９０１のガス内圧ＧＰにおいては、出力するガス流量１Ｌ／ｍｉｎ程度の小流量を十分に吐出できる圧力であればよく、半導体ウェハーの酸化膜装置用の光源式のオゾン発生器９０１のガス内圧Ｐは負圧状態（真空条件下）でオゾンを生成しても、十分所定ガス流量が流せることになる。
Therefore, in the gas internal pressure GP of the light source
一方、オゾン利用システム２の態様(2)の光源式オゾン発生器９０１のガス内圧ＧＰにおいては、より小ガス流量の１０ｍＬ／ｍｉｎが流せる十分に吐出できる圧力であればよく、光源式オゾン発生器９０１のガス内圧Ｐはより負圧状態（真空条件下）でオゾンを生成しても、十分所定ガス流量が流せることになる。
On the other hand, in the gas internal pressure GP of the light source
図２で示すオゾン利用システムの態様(1)の光源式オゾン発生器９０１においては、光源式オゾン発生器９０１内の圧力ＧＰを１３．２ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）の真空容器にした発生器外管７０３とし、発生器外管７０３の上流部に発生器外管７０３内に内管７０５を、オゾン生成空間３のガスギャップ長を約数ｍｍ空けたガス空間用スペーサ１ｃで支えて配置している。
In the light source
一方、オゾン利用システム２の態様(2)の光源式オゾン発生器９０１においては、光源式オゾン発生器９０１内の圧力ＧＰを３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の真空容器にした発生器外管７０３とし、発生器外管７０３内の上流部７０３Ａに内管７０５を、オゾン生成空間３のガスギャップ長を約数ｍｍ空けたガス空間用スペーサ１ｃで支えて配置している。そして、発生器外管７０３の下流部は、円錐状の空間を形成し、円錐状の頂部からオゾン発生器内で生成した高濃度のオゾンガスがオゾン発生器内の圧力調整用バルブ９０８ａを介して高濃度オゾンガス供給配管９０８へ出力される。したがって、光源式オゾン発生器９０１は、オゾン利用システム１の態様(1)の酸素噴出装置９００１もしくは、オゾン利用システム２の態様(1)の衛星用の酸素ガス噴射装置８００１に所定流量の高濃度のオゾンガスを供給することができる。
On the other hand, in the light source
光源式オゾン発生器９０１において、原料ガスである酸素ガスは、酸素ガス供給配管９０７からオゾン発生器内の発生器外管７０３と内管７０５間のオゾン生成空間３を通過する。この発生器外管７０３の上流部８０３Ａには複数個のＬＥＤ素子７０４を直並列配置したＬＥＤ光源群１ｂで覆われる。
In the light-source
ＬＥＤ光源群１ｂを構成する複数のＬＥＤ素子７０４は、ＬＥＤ点灯用電源９０２から供給される駆動電圧ＶＤＣによって点灯／消灯が制御される。点灯時におけるＬＥＤ光源群１ｂからのＬＥＤ光の照射により、発生器内管７０５の外面に塗布された光触媒膜２ａがＬＥＤ光の光エネルギーを吸収して、活性化状態である光触媒状態になっている。
A plurality of
この光触媒状態なっている光触媒膜２ａを流路面としたオゾン生成空間３内の通過することで、原料ガスである酸素ガスは、酸素原子に解離される。
Oxygen gas, which is the raw material gas, is dissociated into oxygen atoms by passing through the ozone generation space 3 with the
解離された酸素ガスは、このギャップ間でも酸素ガスとの衝突反応でオゾンガスが生成されるが、オゾン利用システム１の態様(1)においては、オゾン発生器内のガス圧ＧＰが真空状態の１３．２ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）と低くなり、また、オゾン利用システム２の態様(2)においては、オゾン発生器内のガス圧ＧＰが真空状態の３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）と非常に低いガス圧力状態となる。したがって、オゾン生成空間３でのオゾン生成反応は低くなり、解離された酸素原子の多くは、発生器外管７０３の上流部７０３Ａを通過して、発生器外管７０３の下流部７０３Ｂの円錐空間に到達する。
The dissociated oxygen gas collides with the oxygen gas to generate ozone gas even in this gap. 2 kPa (100 Torr), and in the mode (2) of the
下流部７０３Ｂの円錐空間のオゾン生成部では、ガス断面積（図２の上下方向に沿った断面における断面積に相当）が大きくなったことで、ガス流速が遅くなることにより、オゾン生成するための酸素原子と酸素分子との衝突によるオゾン生成反応が促進され、この部分で高濃度のオゾンガスが生成される。
In the ozone generating portion in the conical space of the
また、通常の放電式オゾン発生器において、オゾンガスの取出し部の圧力は、所定の放電を維持させるために２００ｋＰａ程度の高圧力であるため、オゾン発生器内で高濃度のオゾンガスが生成されても、オゾン発生器内や取出し配管部でオゾンガスは衝突し、取出しオゾン濃度が低くなる問題点があった。 In addition, in a normal discharge-type ozone generator, the pressure at the ozone gas extraction part is a high pressure of about 200 kPa in order to maintain a predetermined discharge. Also, there is a problem that ozone gas collides with the inside of the ozone generator and the take-out pipe, and the concentration of take-out ozone becomes low.
一方、オゾン利用システムの態様(1)や態様(2)用の光源式オゾン発生器９０１においては、発生器内の圧力ＧＰを態様(1)においては、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ程度の小流量で、１３．２ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）程度の真空圧力状態に保ち、態様(2)においては、ガス流量を１０ｍＬ／ｍｉｎの極小流量で、３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の真空圧力状態でのオゾン発生が可能にしている。このため、光源式オゾン発生器９０１内で生成した高濃度のオゾンガスは、ガスとの衝突頻度が非常に小さくなる利点が生じ、その結果、発生器外管７０３の下流部７０３Ｂで生成した高濃度オゾンガスがほとんど分解されずに取り出せる効果が生じる。
On the other hand, in the light source
図３は、前述したように、図２のオゾン利用システムの態様(1)や態様(2)用の光源式オゾン発生器９０１内の構成部となるＬＥＤ光源群１ｂ及びＬＥＤ点灯用電源７００２の内部構成を示す説明図である。ＬＥＤ光源群１ｂが図２の複数のＬＥＤ素子７０４に対応し、ＬＥＤ点灯用電源７００２が図２のＬＥＤ点灯用電源９０２に対応する。
As described above, FIG. 3 shows the LED
図３のＬＥＤ点灯用電源７００２は、商用交流電源（ＡＣ２００Ｖ）を一旦、ＡＣ－ＤＣコンバータ７００７でＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧をパワートランジスタ７００６のコレクタに付与している。そして、所定周期のチョパーパルス幅で制御して間欠点灯するための駆動電圧である出力電圧ＶＤＣがパワートランジスタ７００６のエミッタから付与される。
In the LED
ＬＥＤ光源群１ｂの間欠点灯周期は、ＬＥＤ点灯用電源７００２内の制御回路７００８で可変信号が出力され、その信号がゲート回路７００９を介して、パワートランジスタ７００６のゲートに付与され、パワートランジスタ７００６をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより設定することができる。すなわち、パワートランジスタ７００６のＯＮ時にＬＥＤ光源群１ｂは点灯し、ＯＦＦ時にＬＥＤ光源群１ｂは消灯する。
A
ＬＥＤ光源群１ｂをできるだけ高周波で間欠点灯させることにより、点灯時に光触媒作用を促進させ、消灯時に分子結合作用（解離した酸素原子と酸素ガスとの衝突でオゾンガスを生成させる作用）のみを促進させるようにすることができる。
By intermittently lighting the LED
制御回路７００８では、外部からの間欠点灯パルス幅制御信号ＰＷＭを受けて、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯時間を可変制御して、ＬＥＤ光源群１ｂの出力電力が可変設定される結果、ＬＥＤ光源群１ｂの発光照度が可変制御される。ＬＥＤ光源群１ｂの発光照度を制御することにより、光源式オゾン発生器７００１からから取出せるオゾンガス濃度も制御することができる。
The
図３に示すように、ＬＥＤ光源群１ｂは、複数のＬＥＤ素子７０４を直並列接続することにより構成している。
As shown in FIG. 3, the LED
例えば、オゾン利用システム１の態様(1)のＬＥＤ点灯用電源７００２においては、駆動電圧１２Ｖ，３ＷのＬＥＤ素子を数十個（Ｘ個）直列に配線し、この直列配列したＬＥＤ素子を数十個（Ｙ個）並列に配線した構成にした。総ＬＥＤ素子数は数百（Ｘ個×Ｙ個）個程度のＬＥＤ素子７０４によりＬＥＤ光源群１ｂで構成すると、ＬＥＤ点灯用電源７００２が出力する出力電圧ＶＤＣは約１００Ｖ～数百Ｖ、出力電流は約十Ａ未満程度、出力電力は数ｋＷ未満程度の容量電源となる。
For example, in the LED
また、オゾン利用システムの態様(2)のＬＥＤ点灯用電源７００２においては、駆動電圧１２Ｖ，３ＷのＬＥＤ素子を数十個（Ｘ個）直列に配線し、この直列配列したＬＥＤ素子を数個（Ｙ個）並列に配線した構成にした。総ＬＥＤ素子数は数十（Ｘ個×Ｙ個）個程度のＬＥＤ素子７０４によりＬＥＤ光源群１ｂで構成すると、ＬＥＤ点灯用電源７００２が出力する出力電圧ＶＤＣは駆動電圧１２ＶのＸ倍のＤＣ電圧で十分であり、出力電流は約Ａ未満程度、出力電力は３Ｗの（Ｘ・Ｙ）倍の出力電力は数百Ｗ未満程度の極小容量電源となる。
In addition, in the LED
また、ＬＥＤ素子７０４の最大運転点灯率を７０％とすると、オゾン利用システム１の態様(1)のＬＥＤ点灯用電源７００２においては、ＬＥＤ光源群１ｂには、数百Ｗ程度の電力が注入されることになり、オゾン利用システムの態様(2)のＬＥＤ点灯用電源７００２においては、ＬＥＤ光源群１ｂには、数十Ｗ程度の電力が注入されることになる。ＬＥＤ素子の発光効率は、光波長が短い程、低くなる傾向にあり、一般的に６２０ｎｍ以下の可視光～約３００ｎｍ程度の特定波長範囲を満足するＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源群１ｂでは、ＬＥＤ素子７０４の発光効率は２５％～３５％程度と言われている。オゾンを生成するための光触媒材に吸収させるＬＥＤ光の特定波長範囲は、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下に設定することが望ましい。
Further, if the maximum operating lighting rate of the
したがって、ＬＥＤ光源群１ｂで照射される光電力は、ＬＥＤ素子７０４に投入した電力の２５％～３５％が光触媒膜２ａを活性化させるのに使われ、６５％～７５％の電力が熱ロスとして、光源式オゾン発生器７００１の容器、光触媒膜２ａ及びガスの温度アップ要因になる。そのため、ＬＥＤ光源群１ｂの熱ロス分の熱（温度上昇）を取り除くためには光源式オゾン発生器７００１は、風冷、水冷冷却もしくは伝熱冷却で冷却させることが望ましい。
Therefore, 25% to 35% of the power applied to the
なお、図２で示す光源式オゾン発生器７００１に設置したＬＥＤ光源群１ｂの冷却については、オゾン利用システムの態様やＬＥＤ点灯用電源７００２等によって様々な最適な方式がある。そのため、冷却方法や冷却構造についての記載は省略する。
There are various optimum methods for cooling the LED
直並列配置したＬＥＤ光源群１ｂは、並列に数列で、直列に数段の配置でＬＥＤ素子７０４である発光ダイオードが直列配置することで、商用電圧に対応したＤＣ電圧の印加と数Ａの電流を間欠運転で流すことで、ＬＥＤ光源群１ｂを点灯、点滅を高周期で繰り返し、光触媒膜２ａを光触媒状態（励起状態）にさせ、連続的に高濃度オゾンガスを出力させることができる。
The series-parallel arrangement of the LED
また、通常の放電式オゾン発生器においては、オゾンガスの取出し部の圧力は、放電させるには高圧力が必要であったが、光源式のオゾン発生器においては、供給するガス圧力が低くてもオゾン発生が可能になったことで、生成した高濃度のオゾンガスは、ガスとの衝突頻度が非常に小さくなる利点が生じ、その結果、オゾン生成部で生成した高濃度オゾンがほとんど分解されずに高濃度のオゾンガスを出力させることができる。 In addition, in ordinary discharge-type ozonizers, a high pressure is required at the discharge part of the ozone gas in order to discharge the ozone gas. Ozone generation is now possible, and the generated high-concentration ozone gas has the advantage of very low collision frequency with the gas. High-concentration ozone gas can be output.
光源式のオゾン発生装置は、小流量の酸素ガスで、ＬＥＤ光源と光触媒膜を対向させたシンプルなオゾン発生器で構成した発生器のため、放電式のオゾン発生器に比べ、非常にコンパクトで、軽いオゾン発生器にできる。また、オゾン発生させるための電源もＬＥＤ光源の駆動電源であるため、駆動電圧が低く、電源容量も非常に小さい電源になり、電源の制御性も容易に行えるメリットが生じる。 The light source-type ozonizer is very compact compared to discharge-type ozonizers because it uses a small flow rate of oxygen gas. , can be a light ozone generator. In addition, since the power source for generating ozone is also the power source for driving the LED light source, the driving voltage is low, the power source capacity is very small, and the power source can be easily controlled.
本実施の形態で用いる光源式のオゾン発生装置として、光源式オゾン発生セルの光源部をＬＥＤ光源とした例を示したが、ＬＥＤ光源部の代わりに光を受光する光ファイバーを設置した光源式オゾン発生セル構成にすれば、光ファイバーで特定波長のレーザ光や太陽光を受光して、光源式オゾン発生セルの光触媒面にそのレーザ光や太陽光を照射して目的のオゾンガスを生成する光源式のオゾン発生装置にすることも可能である。 As the light source type ozone generator used in this embodiment, an example in which the light source portion of the light source type ozone generating cell is an LED light source is shown. If a generation cell configuration is used, a light source type ozone generating cell that receives laser light or sunlight of a specific wavelength with an optical fiber and irradiates the laser light or sunlight onto the photocatalyst surface of the light source type ozone generation cell to generate the desired ozone gas. It is also possible to use an ozone generator.
このレーザ光を採用した光源式のオゾン発生装置では、発光する光波長が特定され、かつ指向性の良い光であるため、効率良く光触媒面に照射でき、効率良いオゾン生成ができるメリットがある。 A light source type ozone generator employing this laser beam has the advantage of being able to efficiently irradiate the photocatalyst surface and efficiently generate ozone because the emitted light wavelength is specified and the light has good directivity.
また、レーザ光のレーザ装置としては、固体レーザ発振器を用いたものが小型化でき、レーザ光の波長選定にも適しており望ましい。 Moreover, as a laser device for laser light, a device using a solid-state laser oscillator can be miniaturized and is suitable for selecting the wavelength of laser light, which is desirable.
さらに、光を導く手段として、光ファイバーを用いれば、遠隔からオゾン発生器への供給が可能になる。例えば、太陽からの光を直接光ファイバーに受光させて、その太陽光エネルギーからオゾンガスを発生させられることも可能になり、光源式のオゾン発生装置をより小さく、軽くできる効果が生じる。したがって、光ファイバーで太陽光を受光して、光源式オゾン発生セルの光触媒面に太陽光を照射して目的のオゾンガスを生成すれば、宇宙空間で、オゾン発生のためのオゾン電源が不要になり、宇宙航行用の駆動エンジンとしてより適した宇宙航行用の駆動エンジンにできる。 In addition, the use of optical fibers as a means of guiding light allows remote supply to the ozone generator. For example, the light from the sun can be directly received by the optical fiber, and the solar energy can be used to generate ozone gas, which has the effect of making the light source type ozone generator smaller and lighter. Therefore, if sunlight is received by an optical fiber and the photocatalyst surface of the ozone generating cell with a light source is irradiated with sunlight to generate the desired ozone gas, an ozone power supply for ozone generation in outer space becomes unnecessary. The driving engine for space navigation can be made more suitable as a driving engine for space navigation.
（実施の形態１の効果）
以下、図１～図３を参照して説明した実施の形態１のオゾンガス利用システム１の効果について説明する。
(Effect of Embodiment 1)
The effect of the ozone
実施の形態１のオゾンガス利用システム１におけるオゾンガス利用装置である酸素ガス噴射装置８００１は、上述したオゾンガス分解処理を実行するマイクロ波共振チャンバー８１００と、上述した整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロック８０１０を主要構成部として有することを特徴としている。
The oxygen
オゾンガス利用システム１は上記特徴を有するため、酸素ガス噴射装置８００１は、比較的高濃度で比較的大流量なオゾンガスを受けることにより、複数の噴射酸素ガス８０９（少なくとも一つの整流ガス）を図１の＋Ｚ方向（所定方向）に沿って外部に噴射することができる。
Since the ozone
すなわち、オゾンガス利用システム１は、オゾンガス利用装置である酸素ガス噴射装置８００１内で発生した分解酸素ガスに基づき、整流ガス噴出ブロック８０１０は、各々が＋Ｚ方向の速度ベクトルと指向性のあるガスである、複数の噴射酸素ガス８０９を外部に噴射することができる。したがって、複数の噴射酸素ガス８０９を半導体製造装置のウェハー面に吹き付けることで、ウェハー面の良質なＣＶＤ酸化膜形成や熱酸化膜形成等の多様な半導体製造装置として活用することができる。
That is, the ozone
具体的には、酸素ガス噴射装置８００１は、複数の噴射酸素ガス８０９を受けるようにウェハーテーブル８２０２（所定の被対象物）を配置する整流ガス利用部を有する酸化処理チャンバー８２００をさらに含んでいる。
Specifically, the oxygen
したがって、オゾンガス利用システム１は、酸素ガス噴射装置８００１において発生した分解酸素ガスが、最終的に各々が＋Ｚ方向に沿った速度ベクトルを有する複数の噴射酸素ガス８０９としてウェハー８２０１に向けて噴射されることにより、ウェハー８２０１に対する上述した酸化処理を行ったり、ウェハー８２０１に対する洗浄処理を行ったりすることができる。
Therefore, in the ozone
なお、上記効果は、一つのガス噴出管８０１１から一の噴射酸素ガス８０９を構成でも発揮することができる。すなわち、少なくとも一つのガス噴出管８０１１から少なくとも一つのの噴射酸素ガス８０９を噴射する構成であれば、上記効果を達成することができる。
Note that the above effect can also be exhibited by a configuration in which one
さらに、マイクロ波共振チャンバー８１００は収容部８１０の内部壁面を全面的に鏡面加工している。
Further, in the
したがって、オゾンガス利用システム１は、マイクロ波共振ガス加熱空間でのマイクロ波加熱の実行によってオゾン分解させる際に発生する熱エネルギーを、収容部８１０の外部に逃がすことなく内部壁面の鏡面で反射させることができる。
Therefore, in the ozone
このため、オゾンガス利用システム１は、オゾンの分解エネルギーを無駄なく有効に利用して最終的に複数の噴射酸素ガス８０９を精度良く得ることができる。
Therefore, the ozone
さらに、マイクロ波共振チャンバー８１００は、収容部８１０の内部壁面のうち、噴射酸素ガス８０９の＋Ｚ方向（所定方向）と反対方向側の＋Ｚ方向側に設けられる背面側壁面の形状を凹面形状（凹レンズ形状）にしている。
Furthermore, the
このように、オゾンガス利用システム１は、収容部８１０の内部壁面のうち背面側壁面の形状を凹面形状にしているため、収容部８１０においてマイクロ波加熱によるオゾンガス分解処理を実行する際に発生する熱エネルギーを外部に逃がすことなく、収容部８１０の背面で反射させることにより、オゾンの分解エネルギーを有効に利用して、効率的に複数の噴射酸素ガス８０９を得ることができる。
As described above, in the ozone
オゾンガス利用システム１は、オゾンガス利用装置である酸素ガス噴射装置８００１の全面を断熱材８００７等の断熱材で覆っている。すなわち、マイクロ波共振チャンバー８１００の全面を断熱材８００７で覆い、整流ガス噴出ブロック８０１０の全面を図１で図示しない断熱材で覆っている。
In the ozone
このため、オゾンガス利用システム１は、マイクロ波共振ガス加熱空間でのマイクロ波加熱の実行によってオゾン分解させる際に発生する熱エネルギーを、収容部８１０の壁面から外部に熱伝導や熱放射で熱として逃がすことなく内部壁面の鏡面で反射させることができる。
Therefore, in the ozone
加えて、オゾン発生器８００５ａ内の光源式オゾン発生セルは、照射する光の特定波長範囲を３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の光波長を含む光源部と上記特定波長範囲を吸収する光触媒膜とを備えた構成により、オゾンを発生させている。このため、オゾンガス発生装置から出力するオゾンガスの出力ガス圧力を低圧力下できるともに小ガス流量で高濃度のオゾンガスを酸素ガス噴射装置８００１に供給することができる。また、オゾン発生装置８００４をコンパクト化でき、低価格の装置とすることができる。
In addition, the light source type ozone generating cell in the
さらに、光源部から照射する光の所定範囲を「３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」の比較的長波長の可視光～紫外光の波長範囲に設定することにより、光触媒膜を活性化する光強度の照射光を照射する光源部として、通常のＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源を比較的容易に用いることができる。 Further, by setting the predetermined range of the light emitted from the light source unit to a wavelength range of relatively long wavelength visible light to ultraviolet light of "300 nm or more and 600 nm or less", irradiation light having a light intensity that activates the photocatalyst film can be emitted. An LED light source that emits normal LED light can be used relatively easily as the light source for irradiation.
（実施の形態２の効果）
図４で示した実施の形態２のオゾンガス利用システム２の効果について説明する。
(Effect of Embodiment 2)
The effect of the ozone
実施の形態２のオゾンガス利用システム２におけるオゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１は、上述したオゾンガス分解処理を行うマイクロ波共振チャンバー９１００と、上述した整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロック９０１０を主要構成部として有することを特徴としている。
The
オゾンガス利用システム２は上記特徴を有するため、オゾンエンジン９００１が、比較的高濃度で比較的大流量なオゾンガスを受けることにより、複数のガス噴出管９０１１を通過して得られる複数の整流ガスはそれぞれ集約管９１１に向かう方向を所定方向とした速度ベクトルとなる。
Since the ozone
すなわち、オゾンガス利用システム２において、オゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１内で発生した分解酸素ガスに基づき、整流ガス噴出ブロック９０１０は上記所定方向に沿った速度ベクトルを有し指向性のある複数の整流ガスを集約して外部（宇宙空間）に噴出させている。このため、オゾンガス利用システム２自身が宇宙衛星用の推進エンジン等の多様な推進装置として活用することができる。
That is, in the ozone
また、宇宙衛星用の推進エンジン等の多様な推進装置としてのオゾンエンジン９００１は、供給したオゾンガスを加熱させるための初期加熱するためのマイクロ波エネルギー供給のみで良い。そのため、マイクロ波電源の運転は、オゾンエンジン９００１内のオゾンガス温度を高める運転開始時のみ必要で、マイクロ波電源の常時運転は不要なため、マイクロ波電源の容量は小さく出来、消費電力を低く抑えることができ、軽量なマイクロ波電源（マグネトロン発振器９００２）にすることができる。
Also, the
具体的には、整流ガス噴出ブロック９０１０において、複数のガス噴出管９０１１はその出力部が集約管９１１に連通するように設けられる。すなわち、複数のガス噴出管９０１１から出力される複数の整流ガスが集約管９１１内で集約して噴射酸素ガス９０９として出力させるように、複数のガス噴出管９０１１及び集約管９１１は配置される。
Specifically, in the rectifying
したがって、オゾンガス利用システム２は、推進用噴射ガスである噴射酸素ガス９０９を推進エネルギーとしたオゾンエンジン９００１としてオゾンガス利用装置を活用することができる。
Therefore, the ozone
さらに、マイクロ波共振チャンバー９１００は収容部９１０（噴出ガス反射板９１２０＋共振チャンバー筒管９１４０＋ベロー管９１３０）の内部壁面を全面的に鏡面加工している。 Further, in the microwave resonance chamber 9100, the inner wall surface of the accommodating portion 910 (the ejected gas reflector 9120+the resonance chamber tubular tube 9140+the bellows tube 9130) is entirely mirror-finished.
したがって、オゾンガス利用システム２は、マイクロ波共振ガス加熱空間でのマイクロ波加熱の実行によってオゾン分解させる際に発生する熱エネルギーを、収容部９１０の外部に逃がすことなく内部壁面の鏡面で反射させることができる。
Therefore, in the ozone
このため、オゾンガス利用システム２は、オゾンの分解エネルギーを無駄なく有効に利用して最終的に一つに集約された噴射酸素ガス９０９（推進用噴射ガス）を精度良く得ることができる。
For this reason, the ozone
さらに、マイクロ波共振チャンバー９１００は、収容部９１０の内部壁面のうち、複数のガス噴出管９０１１を通過する複数の整流ガスが集約管９１１に向かう＋Ｘ方向（所定方向）と反対方向側に設けられる背面側壁面の形状を凹面形状（凹レンズ形状）にしている。
Further, the microwave resonance chamber 9100 is provided on the inner wall surface of the
このように、オゾンガス利用システム２は、収容部９１０の内部壁面のうち背面側壁面の形状を凹面形状にしているため、マイクロ波共振ガス加熱空間において、マイクロ波加熱によるオゾンガス分解処理を実行する際に発生する熱エネルギーを外部に逃がすことなく、収容部９１０の背面で反射させることにより、オゾンガスの分解エネルギーを有効に利用して、効率的に噴射酸素ガス９０９を得ることができる。
As described above, in the ozone
オゾンガス利用システム２は、オゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１の全面を断熱材９００７によって覆っている。すなわち、マイクロ波共振チャンバー９１００及び整流ガス噴出ブロック９０１０それぞれの全面を断熱材９００７で覆っている。
The ozone
このため、オゾンガス利用システム２は、マイクロ波共振ガス加熱空間でのマイクロ波加熱の実行によってオゾン分解させる際に発生する熱エネルギーを、収容部９１０の壁面から外部に熱伝導や熱放射で熱として逃がすことなく内部壁面の鏡面で反射させることができ、効率の良い軽量のオゾンガス利用システム装置自身が宇宙衛星用の推進エンジンとして利用できる。
Therefore, in the ozone
加えて、マイクロ波共振チャンバー９１００は、集約管９１１を構成する共振チャンバー筒管９１４０の開口部側に連続して設けられるベロー管９１３０と、集約管９１１の収容部の背面の外側（－Ｘ側）に設けられた緩衝材９１１０とをさらに含んでいる。
In addition, the microwave resonance chamber 9100 includes a bellows tube 9130 continuously provided on the opening side of the resonance chamber cylindrical tube 9140 constituting the collecting
そのため、オゾンガス利用システム２内で得た高温酸素ガスを反射させた場合に生じるオゾンガス利用システム２の反作用力をベロー管９１３０と緩衝材９１１０で吸収することができ、宇宙衛星用の性能が良い推進エンジンとして活用できる。
Therefore, the reaction force of the ozone
上述したように、オゾンガス利用システム２は、推進用噴射ガスである噴射酸素ガス９０９の噴射によって生じるオゾンエンジン９００１自身の推力に対する反作用の推力をベロー管９１３０と緩衝材９１１０で吸収し抑制することができる。このため、オゾンガス利用システム２は、オゾンエンジン９００１を宇宙航行用の駆動エンジンとして用いる場合に適した構造となる。
As described above, in the ozone
また、実施の形態２のオゾンエンジン９００１の内圧を数十ｍＰａ以上、数十ｋＰａ以下の大気圧より低い負圧状態に設定している。
Further, the internal pressure of the
このため、オゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１の収容部９１内の内圧を大気圧より低い負圧状態にして、光源式オゾン発生装置９００４側で供給するオゾンガスが少量になるように制御したり、オゾンガス濃度が所定の濃度になるように制御したりすることにより、宇宙航行用の駆動エンジンとして適したオゾンエンジン９００１の推力を得ることができる。なお、光源式オゾン発生装置９００４に、オゾンガスの流量制御及び濃度制御の機能を待たせることは、既存技術を利用して比較的容易に行うことができる。
For this reason, the internal pressure in the housing portion 91 of the
したがって、オゾンガス利用システム２は、オゾンエンジン９００１を宇宙航行用の駆動エンジンと用いる際により適したシステムとなる。
Therefore, the ozone
また、オゾンガス利用装置であるオゾンエンジン９００１が受けるオゾンガスの濃度が１００ｇ／ｍ３以上の範囲に設定されるように、光源式オゾン発生装置９００４側にて供給するオゾンガス濃度を制御している。前述したように、光源式オゾン発生装置９００４に、オゾンガスの濃度制御機能を待たせることは、既存技術を利用して比較的容易に行うことができる。
Further, the ozone gas concentration supplied by the light source
オゾンエンジン９００１は比較的高濃度なオゾンガスを受けることができるため、オゾンガス利用システム２は宇宙航行用の駆動エンジンとして用いる場合に適したシステムとなる。
Since the
さらに、オゾンガス利用システム２は、オゾンエンジン９００１に供給するオゾンガスの供給圧力を大気圧以下の圧力に設定している。
Furthermore, the ozone
実施の形態２のオゾンガス利用システム２は、オゾンエンジン９００１を大気圧より低い低圧力状態で動作させることができるため、オゾンエンジン９００１を宇宙航行用の駆動エンジンとして用いる場合に適したシステムとなる。
Since the ozone
加えて、オゾン発生器９００５ａ内の光源式オゾン発生セルに関し、光源部から照射する光の特定波長を３００ｎｍ以上に設定することにより照射光を受ける光触媒膜が活性化するため、酸素ガス解離処理を支障無く行うことができる。
In addition, regarding the light source type ozone generating cell in the
加えて、オゾン発生器９００５ａ内の光源式オゾン発生セルは、照射する光の特定波長範囲を３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の光波長を含む光源部と上記特定波長範囲を吸収する光触媒膜とを備えた構成により、オゾンを発生させている。このため、オゾンガス発生装置から出力するオゾンガスの出力ガス圧力を低圧力下できるともに小ガス流量で高濃度のオゾンガスを利用した宇宙航行用の駆動エンジンに供給することができる。また、オゾンガス発生装置をコンパクト化でき、低価格の装置になる。
In addition, the light source type ozone generating cell in the
さらに、光源部から照射する光の所定範囲を「３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」の比較的長波長の可視光～紫外光の波長範囲に設定することにより、光触媒膜を活性化する光強度の照射光を照射する光源部として、通常のＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源を比較的容易に用いることができる。 Further, by setting the predetermined range of the light emitted from the light source unit to a wavelength range of relatively long wavelength visible light to ultraviolet light of "300 nm or more and 600 nm or less", irradiation light having a light intensity that activates the photocatalyst film can be emitted. An LED light source that emits normal LED light can be used relatively easily as the light source for irradiation.
また、この光源式オゾン発生セルの光源部として、ＬＥＤ光源部の代わりに光を受光する光ファイバーを設置した光源式オゾン発生セル構成にすれば、光ファイバーで、レーザ装置の特定波長にしたレーザ光を受光して、光源式オゾン発生セルの光触媒面に特定波長レーザ光を照射すれば、より効率の良いオゾンガスを生成ができる。 In addition, if the light source type ozone generating cell has a light source type ozone generating cell configuration in which an optical fiber for receiving light is installed instead of the LED light source unit as the light source portion, the optical fiber can emit a laser beam having a specific wavelength of the laser device. By receiving the light and irradiating the photocatalyst surface of the light source type ozone generating cell with a laser beam of a specific wavelength, it is possible to generate ozone gas more efficiently.
さらに、この光源式オゾン発生セルの光源部として、ＬＥＤ光源部の代わりに光を受光する光ファイバーを設置した光源式オゾン発生セル構成にすれば、光ファイバーで太陽光を受光して、光源式オゾン発生セルの光触媒面に太陽光を照射して目的のオゾンガスを生成すれば、宇宙空間で、オゾン発生のためのオゾン電源が不要になり、宇宙航行用の駆動エンジンとしてより適した宇宙航行用の駆動エンジンにできる。 Furthermore, if the light source type ozone generating cell has a light source type ozone generating cell configuration in which an optical fiber for receiving light is installed instead of the LED light source unit as the light source section, the optical fiber receives sunlight and light source type ozone generation If the photocatalyst surface of the cell is irradiated with sunlight to generate the desired ozone gas, an ozone power supply for generating ozone in space becomes unnecessary, making it a more suitable drive for space navigation as a drive engine for space navigation. The engine can do it.
なお、ＬＥＤ光の代わりにレーザ光あるいは態様光を用いる効果は、実施の形態１のオゾン発生装置８００４にも適用することができる。
The effect of using laser light or mode light instead of LED light can also be applied to the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In addition, within the scope of the invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
１，２ オゾンガス利用システム
７０３Ａ 酸素解離部
７０３Ｂ オゾン生成部
７０４ ＬＥＤ素子
９００，８００４，９００４ （光学式）オゾンガス発生装置
９０２，７００２ ＬＥＤ点灯用電源
９１１ 集約管
８００５ａ，９００５ａ （光源式）オゾン発生器
８００１ 酸素ガス噴射装置
７００１ 光源式オゾン発生器
８００２，９００２ マグネトロン発振器
８０１０，９０１０ 整流ガス噴出ブロック
８０１１，９０１１ ガス噴出管
８１００，９１００ マイクロ波共振チャンバー
８１２０，９１２０ 噴出ガス反射板
８１４０，９１４０ 共振チャンバー筒管
８２００ 酸化処理チャンバー
８２０１ ウェハー
９００１ オゾンエンジン
９１３０ ベロー管
1, 2 Ozone
Claims (11)
前記オゾンガス発生装置より得たオゾンガスを受け、オゾンガスを用いてオゾンガス分解処理及び整流ガス生成処理を実行するオゾンガス利用装置とを備え、
前記オゾンガス利用装置は、
収容部を有し、該収容部内にオゾンガスを供給し、前記収容部内でマイクロ波加熱を行うことにより、オゾンガスを分解し、所定の運動エネルギーを有する分解酸素ガスを生成して出力する前記オゾンガス分解処理を実行するマイクロ波共振チャンバーと、
内部に少なくとも一つのガス噴出管を有し、前記少なくとも一つのガス噴出管はそれぞれ円状の開口部を有し、前記少なくとも一つのガス噴出管はそれぞれ前記開口部を底面とし、出力方向に沿って細くなる円錐状を呈し、前記分解酸素ガスを受け、前記少なくとも一つのガス噴出管内それぞれに前記分解酸素ガスを通過させることにより、各々が所定方向の速度ベクトルを有する少なくとも一つの整流ガスを生成する前記整流ガス生成処理を実行する整流ガス噴出ブロックとを含む、
オゾンガス利用システム。 an ozone gas generator that receives a raw material gas containing oxygen gas and generates ozone gas;
an ozone gas utilization device that receives ozone gas obtained from the ozone gas generator and uses the ozone gas to perform ozone gas decomposition processing and rectified gas generation processing;
The ozone gas utilization device is
The ozone gas decomposing apparatus has a storage section, supplies ozone gas into the storage section, and performs microwave heating in the storage section to decompose the ozone gas and generate and output decomposed oxygen gas having a predetermined kinetic energy. a microwave resonance chamber for performing the treatment;
having at least one gas ejection tube inside, each of the at least one gas ejection tube having a circular opening, each of the at least one gas ejection tube having the opening as a bottom surface and along the output direction; At least one rectified gas having a velocity vector in a predetermined direction is generated by receiving the decomposed oxygen gas and passing the decomposed oxygen gas through each of the at least one gas ejection pipes. and a rectified gas ejection block that executes the rectified gas generation process,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス利用装置は、
前記少なくとも一つの整流ガスを受けるように所定の被対象物を配置する整流ガス利用部をさらに含む、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 1,
The ozone gas utilization device is
further comprising a rectified gas utilization unit that positions a predetermined target object to receive the at least one rectified gas;
Ozone gas utilization system.
前記少なくとも一つのガス噴出管は複数のガス噴出管を含み、前記少なくとも一つの整流ガスは複数の整流ガスを含み、
前記複数のガス噴出管は、前記複数の整流ガスが集約され、推進用噴射ガスとして出力させるように配置される、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 1,
the at least one gas ejection tube comprises a plurality of gas ejection tubes, the at least one rectifying gas comprises a plurality of rectifying gases;
The plurality of gas ejection pipes are arranged so that the plurality of rectified gases are aggregated and output as propulsion injection gas.
Ozone gas utilization system.
前記マイクロ波共振チャンバーは前記収容部の内部壁面を全面的に鏡面加工したことを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to any one of claims 1 to 3,
The microwave resonance chamber is characterized in that the inner wall surface of the housing part is entirely mirror-finished,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス利用装置は全面が断熱材で覆われることを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to any one of claims 1 to 3,
The ozone gas utilization device is characterized in that the entire surface is covered with a heat insulating material,
Ozone gas utilization system.
前記マイクロ波共振チャンバーは、
前記収容部の内部壁面のうち、前記整流ガスの速度ベクトルにおける前記所定方向と反対方向側に設けられる背面側壁面の形状を凹面形状にしたことを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to any one of claims 1 to 3,
The microwave resonance chamber is
Among the inner wall surfaces of the housing portion, the shape of the rear side wall surface provided on the side opposite to the predetermined direction in the velocity vector of the rectified gas is concave.
Ozone gas utilization system.
前記マイクロ波共振チャンバーは、
前記収容部の開口部側に設けられる蛇腹構造のベロー管と、
前記収容部の背面の外側に設けられた緩衝材とをさらに含む、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 3,
The microwave resonance chamber is
a bellows tube with a bellows structure provided on the opening side of the housing;
and a cushioning material provided outside the back surface of the accommodation unit,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス利用装置の内圧を大気圧より低い圧力状態にしたことを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 3,
characterized in that the internal pressure of the ozone gas utilization device is set to a pressure state lower than atmospheric pressure,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス利用装置が受けるオゾンガスの濃度は１００ｇ／ｍ３以上の範囲に設定される、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 3,
The ozone gas concentration received by the ozone gas utilization device is set to a range of 100 g / m 3 or more,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス利用装置に供給するオゾンガスの供給圧力を大気圧以下の圧力に設定したことを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to claim 3,
characterized in that the supply pressure of the ozone gas supplied to the ozone gas utilization device is set to a pressure below atmospheric pressure,
Ozone gas utilization system.
前記オゾンガス発生装置は光源式オゾン発生セルを内部に有し、
前記光源式オゾン発生セルは、
点灯時に、所定範囲の波長を有する照射光を照射する光源部と、
前記光源部と対向して設けられ、前記光源部からの前記照射光を受ける光触媒膜とを含み、前記照射光は太陽光、レーザ光もしくはＬＥＤ光を含み、前記光触媒膜と前記光源部との間に形成される空間は原料ガスが通過するオゾン生成空間として規定され、
前記所定範囲は３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下である、
オゾンガス利用システム。 The ozone gas utilization system according to any one of claims 1 to 3,
The ozone gas generator has a light source type ozone generation cell inside,
The light source type ozone generating cell is
a light source unit that emits irradiation light having a wavelength within a predetermined range when lit;
a photocatalyst film provided facing the light source and receiving the irradiation light from the light source, the irradiation light including sunlight, laser light, or LED light; The space formed between is defined as an ozone generating space through which the source gas passes,
The predetermined range is 300 nm or more and 620 nm or less,
Ozone gas utilization system.
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