JP2003097849A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータを用いた流体の加熱装置であって、ラ
ンニングコストを低下させ、安全性の高い加熱装置を提
供する。 【解決手段】 中空な容器２３を構成する内周筒２２の
内部にハロゲンヒータ３１を挿入して容器２３の内部の
薬液７１を加熱する加熱装置１において、ヒータ３１の
両端３１ａおよび３１ｂに向けて、空気７８を導く冷却
配管６１を設け、ヒータ３１の両端３１ａおよび３１ｂ
に空気７８を吹き付け冷却する。空気７８を直にヒータ
３１の両端３１ａおよび３１ｂに供給することにより、
加熱装置１の熱交換効率を低下させずにヒータ３１の端
部３１ａおよび３１ｂだけを冷却し、ヒータ３１の寿命
を延ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造過程などにおいて、洗浄用に用いる薬液や超純水な
どの液体を加熱して供給する加熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスで、洗浄
用に用いる薬液や超純水など流体（液体）を加熱して供
給する際に、薬液や超純水などの被加熱流体の汚染や被
加熱流体による腐食を防止するためにハロゲンランプを
熱源として用いる加熱装置がある。その加熱装置は、液
体の出入口を備えた石英ガラス製の第１の中空管と、こ
の第１の中空管の内部に配置された、両端が開放された
透明な第２の中空管とを備えており、この第２の中空管
の内部には、ハロゲンランプを熱源としたヒータ（ハロ
ゲンヒータ）が挿入される。したがって、薬液などの液
体は、第１の中空管を外周筒とし、第２の中空管を内周
筒とした容器の中を流動しながら、第２の中空管を通し
てハロゲンランプにより加熱される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このタイプの加熱装置
は、被加熱流体とヒータが直に接触しないのでいろいろ
な点で安全性の高い構造である。しかしながら、非接触
型なので、ヒータ側の温度が上がりやすい。特に、ヒー
タの両端の電極の部分や、それに配線が接続する部分
は、光が出力されない部分なので被加熱流体を流動させ
る領域としては不適切であり、また、被加熱流体を周囲
に流動させても冷却効果はそれほど高くない。さらに、
ヒータは、中空管内に収容されているため、その内部に
篭った熱が端部に伝達されるので、ヒータ端部は高温に
なりやすい構造である。したがって、ハロゲンヒータに
は、電線の被覆やコネクタに耐熱性の高いものを用いて
対処しているが、高温下で用いるほど、寿命は低下す
る。このため、頻繁にハロゲンヒータを交換する必要が
あり、ランニングコストの高い加熱装置となっている。

【０００４】したがって、ヒータの端部を適当な手段で
冷却することが望ましいが、単に冷却すると、被加熱流
体を冷却する要因にもなり、流体加熱装置の性能を低下
させることとなる。

【０００５】そこで、本発明においては、ヒータの熱源
としての性能は維持しながら、ヒータの両端に接続され
ている電極などの部分を、過熱（オーバヒート）しない
ように冷却できる加熱装置を提供することを目的として
いる。そして、ランニングコストの安い加熱装置を提供
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の流体加
熱装置では、ヒータの内、被加熱流体を加熱する光を出
力しないが、温度が上がり易く、ヒータの寿命に大きな
影響があるヒータの両端に集中して冷却媒体を供給し、
その部分だけを主に冷却することにより、加熱装置の性
能を低下させずにヒータの寿命を延ばすようにしてい
る。

【０００７】すなわち、本発明の流体加熱装置は、加熱
用の光を放射する円筒状のヒータと、内周筒と外周筒を
備えた第１の容器であって、この内周筒にヒータが挿入
され、内周筒と外周筒の間に被加熱流体が流れる第１の
容器と、冷却媒体をヒータの端部近傍に導く冷却配管と
を有する。本発明の加熱装置であれば、空気（圧縮空
気）や窒素などの冷却媒体が冷却配管によりヒータの両
端に導かれるので、ヒータの両端が集中的に冷却され、
過熱を防止できる。一方、ヒータの他の部分や被加熱流
体が流れる第１の容器には、冷却媒体が直には供給され
ず、ヒータの両端で熱交換した後のある程度高温になっ
た媒体と接触するだけなので、流体加熱装置としての性
能が低下することはない。したがって、ヒータの電極部
分の耐久性（寿命）を向上でき、ランニングコストの安
い流体加熱装置を提供できる。

【０００８】さらに、本発明の流体加熱装置は、ヒータ
および第１の容器を、第２の容器に格納することが有効
である。第２の容器により外界と第１の容器を遮断でき
るので第１の容器からの熱放散を防止できると共に安全
性も高くなる。一方、第２の容器内に篭る熱は、冷却配
管を第２の容器内でヒータの端部近傍に冷却媒体を導く
ように配置することにより、ヒータの両端で加熱された
媒体により換気して放出することが可能であり、第２の
容器内の温度が高温になることを防止できる。

【０００９】さらに、本発明の流体加熱装置では、内周
筒の一方の端にヒータを位置決めおよび支持する端壁を
設けることが可能であり、ヒータを交換する際には便利
である。しかしながら、ヒータが端壁と接することによ
り内周筒の一方の端が閉鎖されてしまうので冷却媒体を
ヒータの端に供給しても冷却効率が低い。そこで、内周
筒の一方の端を外周筒から長手方向に外側に延ばし、そ
の内周筒の外側に延びた部分に複数の孔を設け、冷却配
管は、その孔のいずれか１つに向けて冷却媒体を供給す
るように配置することにより冷却効率を上げることが望
ましい。

【００１０】また、内周筒の端を外側に延ばすことで、
ヒータを支持するカラー（襟）として利用できると共
に、冷却媒体を供給する位置が第１の容器から離れるの
で第１の容器に対する影響をさらに低減できる。したが
って、内周筒の他方の端も、外周筒から長手方向に外側
に延びるようにすることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図３に、本発明に係る流体
の加熱装置の概略構成を示してある。図１は、本例の加
熱装置１を側方から見た様子で加熱装置１の概略配置を
示している。また、図２は、横から見た断面図により加
熱装置１の概略構成を示している。図３は、加熱装置１
を端側から見た様子を示してある。

【００１２】本例の加熱装置１は、横方向に延びた長方
形状のハウジング（第２の容器）１０を有している。こ
のハウジング１０は、一方の端１０ａが閉鎖され、反対
側の他方の端１０ｂは、図３に示したように配管などの
ジョイントが配置され、ハウジング１０に対して着脱可
能な蓋１１により閉鎖されている。ハウジング１０の内
には、中空で長手方向に延びた石英ガラス製の外周筒２
１の内部に、外周筒と同じく透明な石英ガラス製の中空
管で、外周筒２１より細い２本の内周筒２２が水平方向
に並んだ容器（第１の容器）２３が配置されている。

【００１３】これらの内周筒２２の両端２２ａおよび２
２ｂの部分は、外周筒２１の両端２１ａおよび２１ｂか
ら長手方向に外側に延び、内周筒２２の内部に、加熱用
の光を放射する円筒状のハロゲンヒータ３１を挿入しや
すい構造となっている。ハロゲンヒータ３１は、内部に
フィラメント３２が封入され、片方の端３１ａの側から
リード線３３が延びて蓋１１を通して外部に接続できる
ようになっている。

【００１４】容器２３の内周筒２２と外周筒２１との間
にスペース２８が形成されており、このスペース２８に
被加熱流体、例えばエッチャントなどの薬液７１が流動
する。このため、容器２３には蓋１１に設けられた液入
口４１ａおよび液出口４１ｂを通して外部に繋がる液配
管４２ａおよび４２ｂが一体的に形成されている。した
がって、外部から供給された薬液７１は、液入口４１ａ
から配管４２ａを通って容器２３に入り、ハロゲンヒー
タ３１の光により加熱され、配管４２ｂを通って液出口
４１ｂから外に出力される。

【００１５】本例の加熱装置１のハウジング１０の内部
には、さらに、冷媒となる圧縮空気７８を供給する冷却
配管６１が配置されている。冷却配管６１は、蓋１１に
設けられた空気入口６２ａから分岐ヘッダー６３を通っ
てヒータ３１の両方の端３１ａおよび３１ｂの近傍に至
るように配置されており、ヒータの両端３１ａおよび３
１ｂの近傍では冷却配管６１の先端が切られて吹出し口
６４ａおよび６４ｂとなっている。蓋１１の側のヒータ
の端３１ａの近傍の吹出し口６４ａは、内周筒の端２２
ａの外側の蓋１１の側に位置しており、内周筒２２の内
側に向けて空気７８を吹出すようになっている。したが
って、吹出された空気７８は、ヒータ３１の蓋側の端３
１ａに当たり、この部分を冷却する。一方、吹出し口６
４ａは内周筒２２ａの外側にあるので、ヒータ３１を交
換するために内周筒２２ａから引き出すときは吹出し口
６４ａと干渉しない。

【００１６】ヒータ３１の反対側の端３１ｂの近傍に導
かれた配管６１の吹出し口６４ｂは、内周筒２２の外側
に延びた端２２ｂに設けられた孔２４に向けて空気７８
を吹出すように配置されている。内周筒２２の端２２ｂ
には、内周筒２２にヒータ３１を挿入したときに、その
位置が決めやすいように端板２５が設けられている。し
たがって、ヒータ３１を挿入するとヒータ３１ｂの端が
端板２５に当たるので、内周筒２２の端２２ｂは閉鎖さ
れた状態となり、空気７８を吹出しただけでは、ヒータ
３１の端３１ｂを効率良く冷却できない。したがって、
本例では、内周筒２２の端２２ｂに複数の孔２４を設
け、その１つに向かって吹出し口６４ｂから空気７８を
吹出して、内部のヒータの端３１ｂを冷却し、他の孔２
４から冷却した後の空気７８が排出されるようにしてい
る。なお、本例の内周筒２２の端２２ｂは、ヒータの端
３１ｂの端面を支持できると共に、多少の隙間があく形
状になっているので、内周筒２２の端２２ｂからも多少
の空気７８が排出される。

【００１７】したがって、本例の加熱装置１において
は、冷却配管６１の吹出し口６４ａおよび６４ｂが、ヒ
ータ３１の両端３１ａおよび３１ｂの近傍に位置し、こ
れらの吹出し口６４ａおよび６４ｂから吹出された空気
７８が、ヒータの両端３１ａおよび３１ｂに対しほとん
ど直に当たり、ヒータの両端３１ａおよび３１ｂが効率
良く冷却される。このため、ヒータ３１の両端３１ａお
よび３１ｂの温度上昇に対する耐性の少ない電極やリー
ド線との接続部分を効率良く冷却でき、ヒータ３１の寿
命を大幅に延ばすことができる。その一方で、ヒータ３
１の両端３１ａおよび３１ｂ以外の場所、たとえば、容
器２３やヒータ３１の中心部などには空気７８が直に当
たりにくいので、加熱対象が、冷却配管６１から吹出さ
れた空気７８により冷却されることはなく、加熱装置１
としての性能を維持できる。また、本例の加熱装置１で
は、内周筒２２の両端２２ａおよび２２ｂが外周筒２１
から外側に延びた構造となっているので、吹出し口６４
ａおよび６４ｂと容器２３とが離れた位置になり、この
点でも冷却媒体である空気７８が直に薬液７１が流れる
部分に触れることはなく、ヒータの端部３１ａおよび３
１ｂを冷やしながら、加熱装置１の熱交換効率には影響
を与え難い構造となっている。

【００１８】一方、本例の加熱装置１では、ハロゲンヒ
ータ３１の両端３１ａおよび３１ｂは十分に冷却される
ので、ヒータ３１の寿命は延び、ヒータ３１を交換する
頻度が少なくなるのでランニングコストを下げることが
できる。また、リード線３３などの被覆やコネクタに対
する耐熱性に余裕を持たせることができる。したがっ
て、安価のものを用いることも可能となり、あるいは寿
命を延ばし信頼性を向上できる。

【００１９】吹出し口６４ａおよび６４ｂから吹出され
た空気７８は、ヒータ３１の両端３１ａおよび３１ｂを
冷却した後、ハウジング１０を巡って蓋１１に設けられ
た排気口）６２ｂから排気される。したがって、ハウジ
ング内は、ヒータ３１の端３１ａおよび３１ｂを冷却し
た後の受熱して加温された空気７８によって換気され
る。このため、容器２３の外周筒２１をほとんど冷却す
ることはなくハウジング１０の内部は換気することが可
能であり、容器２３を断熱する効果と、高温となる容器
２３に触れないように危険を防止する効果を備えたハウ
ジング１０の内部が高温になりすぎるのも防止できる。

【００２０】さらに、本例の加熱装置１は、安全性を向
上するためや、予期しない状態が連続し、加熱装置１の
寿命を縮めないように幾つかのセンサーが設置されてい
る。たとえば、危険や加熱された薬液７１が通る液配管
４２ｂに、過熱防止用の温度センサー８１を設置して、
異常加熱を防止している。また、容器２３に、空焚き防
止用のサーモセンサー８２を設け、薬液７１がない状態
でヒータ３１がオンにならないようにしている。また、
ハウジング１０内に、室温を監視するサーモセンサー８
３を設け、ハウジング内の温度が異常にならないように
している。さらに、容器２３の外側でハウジング１０内
に、漏水を感知するセンサー８４を設け、容器２３から
の漏水を早期に発見できるようにしている。

【００２１】図４に、内周筒２２に挿入されたヒータ３
１の蓋１１の側の端３１ａを拡大して示すように、本例
の加熱装置１は、ヒータ３１の交換も極めて容易になっ
ている。本例のハロゲンヒータ３１は、内部にフィラメ
ント３２を封入したガラス管が２本束ねられ、片方の端
３１ａに２本のリード線３３が出ているタイプである。
このため、リード線３３の出ていない端３１ｂを先頭に
してヒータ３１を内周筒２２に挿入すると、内周筒２２
の端壁３５に端３１ｂが当たって位置が固定される。こ
の際、内周筒２２の端２２ａが外周筒２３から蓋１１の
方向にカラーのように延びているのでヒータ３１を挿入
しやすい構造となっている。その後、リード線３３が出
ている端３１ａのガイシ部３４をバネ３６で蓋１１から
押し込むように固定することにより、ヒータ３１は内周
筒２２の内部の所定の位置に収まる。リード線３３はバ
ネ３６の内部を通し、セージロック３５などの機密性の
高い適当なフィッティングを介して蓋１１の外部に取り
出すことができる。このため、発熱体であるハロゲンヒ
ータ３１の位置決めや固定が容易にでき、組立てや保守
（メンテナンス）を容易に行うことができる。

【００２２】なお、本例では、２本のヒータが装着でき
る加熱装置に基づき本発明を説明しているが、１本のヒ
ータを装着できる加熱装置に対しても、また、３本以上
のヒータを装着できる加熱装置に対しても本発明を適用
することができる。冷却媒体として、最も一般的で低コ
ストな空気を用いた例を説明しているが、被加熱流体が
酸素や窒素などとの反応性の高いものであれば、アルゴ
ンなどのさらに不活性な気体を冷却媒体として用いるこ
とも可能である。また、被加熱流体は、上記で説明した
薬液に限られることはなく、純水や、高純度な気体など
を加熱する装置にも本発明を適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の流体加
熱装置では、容器内を流れる薬液などを光を介して加熱
するヒータの両端に、空気などの冷媒を直に供給する冷
却配管を設け、加熱装置の熱交換効率を低下させずにヒ
ータの端部だけを冷却できるようにしている。したがっ
て、ヒータの寿命を延ばすことができ、ランニングコス
トの低い流体加熱装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体加熱装置の概要を横から見た
様子を示す側面図である。

【図２】図１に示した流体加熱装置の内部を上方から見
た様子を示す図である。

【図３】図１に示した流体加熱装置のハウジングの蓋側
から見た様子を示す側面図である。

【図４】図１に示したハロゲンランプの端側を示す拡大
図である。

【符号の説明】

１ 加熱装置 １０ ハウジング（第２の容器）、１１ 蓋２１
外周筒 ２２ 内周筒 ２３ 容器（第１の容器） ２４ 孔 ３１ ハロゲンヒータ、３３ リード線 ４２ 液配管 ６１ 冷却配管 ７１ 薬液（被加熱流体） ７８ 圧縮空気（冷媒）

フロントページの続き (72)発明者 小松 弘和 長野県長野市大字穂保字夫婦池492番地14 リオン熱学株式会社内 (72)発明者 宮原 利彦 長野県長野市大字穂保字夫婦池492番地14 リオン熱学株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA02 QB26 RA03 VV40 3L034 BA13 BA38 BB02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱用の光を放射する円筒状のヒータ
   と、 内周筒と外周筒を備えた第１の容器であって、前記内周
   筒に前記ヒータが挿入され、前記内周筒と前記外周筒の
   間に被加熱流体が流れる第１の容器と、 冷却媒体を前記ヒータの端部近傍に導く冷却配管とを有
   する流体加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ヒータおよび第
   １の容器が収められた第２の容器を有し、 前記冷却配管は、前記第２の容器内で前記ヒータの端部
   近傍に前記冷却媒体を導くように配置されている流体加
   熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記内周筒は一方の
   端が、前記外周筒から長手方向に外側に延び、他方の端
   から挿入された前記ヒータを位置決めおよび支持する端
   壁が設けられており、 さらに、前記内周筒の外側に延びた部分に複数の孔が設
   けられ、前記冷却配管は、その孔のいずれか１つに向け
   て前記冷却媒体を供給するように配置されている流体加
   熱装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記内周筒の他方の
   端も、前記外周筒から長手方向に外側に延びている流体
   加熱装置。