JP4443073B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段により加熱された加熱流体と加熱手段により加熱されていない非加熱流体を流体混合手段で混合して出力することにより、該混合流体の出口温度を設定温度に制御する流体加熱装置に係わり、詳しくは、混合流体の出口温度がより低い所定の要求温度に設定変更された時に、加熱手段の加熱制御を停止して該加熱手段を冷却するための冷却用流体を排水する排水弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造プロセスの中には、半導体ウェーハを薬液を用いて処理するプロセスや、この薬液処理後に半導体ウェーハに付着している薬液を超純水で洗浄するプロセス等があるが、これら薬液や超純水は、予め設定された温度に制御されたうえで該当各プロセスに供給されるのが一般的である。
【０００３】
上述した薬液や超純水等の流体を設定温度に制御するための流体加熱装置の中には、加熱手段により加熱された流体と加熱手段により加熱されていない流体とを混合して設定温度に到達せしめるものがある。
【０００４】
図６は、この種の従来の流体加熱装置の構成を示す図である。
【０００５】
この流体加熱装置は、例えば上記洗浄プロセスで用いる超純水の温度制御を行うものであり、流体入口から流入する流体を、ハロゲンランプ等のランプを組み込んだ複数のボトル（加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａ），（加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）から成る加熱部１０ａ，１０ｂで加熱したうえで可変弁５０に送り込む一方、流体入口から流入する流体の一部をバイパス管Ｐ３でバイパスして可変弁５０に送り込み、該可変弁５０で加熱部１０ａ，１０ｂからの加熱後の流体（加熱流体）とバイパス管Ｐ３からの非加熱流体とを混合し、流体出口へと送り出している。
【０００６】
その際、可変弁５０の出口側に設けた温度センサ４０−４で該可変弁５０から送り出される流体の温度（以下、出口温度という）を検出し、この検出温度と予め設定されている設定温度との偏差に応じて可変弁５０での加熱流体と非加熱流体の混合比率を可変するように当該可変弁５０を制御することにより、流体出口へと送り出される混合流体を速やかに設定温度へ到達させるようにしている。
【０００７】
この流体加熱装置では、運転中に、出口温度を現在の設定温度よりも低い例えば入口温度（流体入口より流入した流体の温度）に変更する設定（降温要求設定）があった場合、可変弁５０における加熱流体と非加熱流体の混合比率可変制御に移る前に、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を停止させ、該加熱部１０ａ，１０ｂを冷却する制御を行う。
【０００８】
これは、以下に述べる過昇温エラーを防止するための対策である。
【０００９】
すなわち、上述した状況下で加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を停止させると、ランプ残熱により流体が沸騰してボトル（１１ａ，１２ａ，１３ａ），（１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）の温度が上昇する一方で、温度センサ４０−２，４０−３の設置部の温度が降下いていくが、温度センサ４０−２，４０−３の設置部は配管が細く熱容量が小さいために温度降下が大きく、ボトル（１１ａ，１２ａ，１３ａ），（１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）の温度と温度センサ４０−２，４０−３の設置部間に大きな温度差が生じる。
【００１０】
このため、次に、出口温度を例えば現在設定中の出口温度よりも高く温度に変更する設定（昇温要求設定）があった場合に、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を開始すると、上記温度差に起因して加熱部１０ａ，１０ｂのランプに電力を加え過ぎて過昇温エラーを生じることになる。
【００１１】
この過昇温エラーを回避するための具体的対策として、従来の流体加熱装置では、加熱流体と非加熱流体を混合する可変弁５０の後方に排水弁６５を設け、加熱部１０ａ，１０ｂの各ボトルに一定時間冷水（加熱されない流体）を流しつつ排水弁６５より排水させることにより該ボトル温度を下げ、その後に要求温度の昇温要求があっても加熱部１０ａ，１０ｂのランプに適正電力が加えられるようにしていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の流体加熱装置では、加熱部のボトル冷却に用いる流体を排水する排水弁を可変弁の後方に設置していたため、出口温度の降温要求設定があった場合、ボトル温度を下げるために、一定時間、可変弁の開度を固定状態（バイパス側は全閉状態）にしたまま冷却用流体を排水せざるを得ず、出口温度を設定温度に降温させる制御を開始するまでの時間がかかるばかりでなく、冷却用流体の排水量が増大するという問題点があった。
【００１３】
本発明は上述の問題点を解消し、出口温度の降温要求設定に際し、出口温度の降温制御開始までの待ち時間を短縮すると共に、排水弁による加熱部冷却用の流体の排水量を節減できる流体加熱装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、加熱手段により加熱された加熱流体と前記加熱手段により加熱されていない非加熱流体を流体混合手段で混合して出力することにより、前記混合流体の出口温度を設定温度に制御する流体加熱装置において、前記混合流体の出口温度が現在設定温度より低い所定の要求温度に設定変更された時に、前記加熱手段の加熱制御を停止して前記加熱手段を冷却するための冷却用流体を排水する排水弁を備え、前記排水弁を前記流体混合手段の前段に設置したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記流体混合手段は、流体入口から取り込まれた後に前記加熱手段に送られて加熱される加熱流体を流入する加熱流体流入口と、前記流体入口から取り込まれた後に前記加熱手段を通過せずに前記流体混合手段にバイパスされる非加熱流体を流入する非加熱流体流入口と、前記加熱流体と前記非加熱流体の混合流体を流体出口に流出する混合流体流出口を備えた三方弁から成ることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係わる流体加熱装置１００の一実施形態を示す図である。
【００１８】
この流体加熱装置１００は、例えば、半導体製造時の半導体ウェーハ洗浄プロセスに用いる超純水を加熱する超純水加熱装置として用いられるものであり、流体（以下、超純水と読み替え可能）の加熱源として２つの加熱部１０ａ、１０ｂを具備している。
【００１９】
加熱部１０ａは、流体を通過させるための配管と該配管の周囲に配置されたハロゲンランプ等の加熱源（ヒータ）を内部に持つ例えば３つの加熱容器（ボトル）１１ａ，１２ａ，１３ａを備えて構成され、加熱部１０ａは、加熱部１０ｂの加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａと同等の加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを備えて構成される。
【００２０】
この流体加熱装置１００の配管構造としては、流体入口から流体を流入する流入管Ｐ１１、流入管Ｐ１１から加熱部１０ａに流体を流入させる流入管Ｐ１２、同じく加熱部１０ｂに流体を流入させる流入管Ｐ１３、加熱部１０ｂから加熱後の流体（加熱流体）を流出させる流出管Ｐ２１、加熱部１０ｂからの加熱後の流体（加熱流体）を加熱部１０ａからの加熱流体と合流させて流出させる流出管Ｐ２２、流入管Ｐ２２から流入する加熱流体と、後述するバイパス管Ｐ３から流入する流体を混合した流体を流体出口に向けて流出する流出管Ｐ２３、流入管Ｐ１１を流れる加熱前の流体（非加熱流体）の一部を流出管Ｐ２２，Ｐ２３間にパイバスするバイパス管Ｐ３、加熱部１０ａ及び加熱部１０ｂに流す冷却用の流体を流出管Ｐ２２の途中で分岐して排水する排水管Ｐ４を具備する。
【００２１】
流入管Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３に付随する構成要素として、流体入口から加熱部１０ａ，１０ｂに向けて順に、流体入口からの流体の流入量を制御する入口弁２０、流入流体の総流量を検出する流量計３０−１、流入流体の温度（入口温度）を検出する温度センサ４０−１、加熱部１０ａへの流入流体の流量を検出する流量計３０−２、加熱部１０ｂへの流入流体の流量を検出する流量計３０−３が備わる。
【００２２】
また、流出管Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３に付随する構成要素として、加熱部１０ａ，１０ｂから流体出口に向けて順に、加熱部１０ｂの出口の流体（加熱流体）の温度を検出する温度センサ４０−３、加熱部１０ａの出口の流体（加熱流体）の温度を検出する温度センサ４０−２、流入管Ｐ２２から流入する加熱流体とバイパス管Ｐ３から流入する非加熱流体を混合して流出管Ｐ２３に流出する可変弁５０、可変弁５０から排出管Ｐ２３に流出される混合流体の温度（出口温度）を検出する温度センサ４０−４が備わる。
【００２３】
ここで、可変弁５０は、例えば、図２に示す如くの構成を有する三方弁により実現される。
【００２４】
図２において、可変弁５０は、共有内室５００を介して相互につながる内室５０１，５０２，５０３と、細軸の両端に太軸が形成され、両端の太軸がそれぞれ内室５０１と５０２内を移動可能に上記共有内室５００内に細軸を嵌装して成るロッド５０４と、ロッド５０４を一方向に付勢するスプリング５０５と、ロッド５０４を挟んでスプリング５０５の反対側に設けられ、エア供給源５２から延びる配管に連結されるダイアフラム５０６を内設して構成される。
【００２５】
内室５０１と内室５０２は、それぞれ、図１におけるバイパス管Ｐ３と流出管Ｐ２２に連結される。また、内室５０３は図１における流出管Ｐ２３に連結される。
【００２６】
この可変弁５０を制御するには、後述する制御部７０から所定の制御指令（弁制御信号）を与え、エアレギュレータ５１のエア供給量を変化させる。エアレギュレータ５１のエア供給量が変化すると、ダイアフラム５０６が変形し、この変形に伴ってロッド５０４が図２に矢印で示すように移動（図２では上下動）する。
【００２７】
このロッド５０４の移動量に応じて、該ロッド５０４の太軸と共有内室５００との間の隙間（最小値は隙間無し）が増減され、この隙間の大きさに見合った量の非加熱流体（バイパス管Ｐ３からの加熱前流体）と加熱部１０ａ，１０ｂからの加熱流体がそれぞれ内室５０１と内室５０２から流入して共通内室５００内で混合され、混合流体として流出管Ｐ２２に流出される。
【００２８】
このように、可変弁５０は、加熱部１０ａ，１０ｂから流出管Ｐ２２を通って送られてくる加熱流体と、バイパス管Ｐ３から送られてくる非加熱流体とを混合し、流出管Ｐ２３を経て流体出口方向へ送り出すと共に、上記三方弁の開度を可変制御することで上記加熱流体と非加熱流体の混合比を適宜調整できるように構成されている。
【００２９】
また、図１において、排水管Ｐ４の途中には、加熱部１０ａ及び加熱部１０ｂを冷却するために、その中の加熱容器（１１ａ，１２ａ，１３ａ）及び（１１ｂ，１２ｂ，１３ｃ）内を流される冷却用の流体（流入管Ｐ１２，Ｐ１３からそれぞれ加熱部１０ａ，１０ｂに取り込まれ、加熱されないまま該加熱部１０ａ，１０ｂを通過して流出管Ｐ２２に合流流出される流体）を流出管Ｐ２２の途中、つまり可変弁５０の前で分岐して排水するための排水弁６０が設けられる。
【００３０】
更に、この流体加熱装置１００には、上記各流量計３０−１，３０−２，３０−３、上記各温度センサ４０−１，４０−２，４０−３，４０−４の検出結果に基づき上記加熱部１０ａ，１０ｂの加熱制御や、入口弁２０、可変弁５０及び排水弁６０の開度制御を行う制御部７０が設けられる。
【００３１】
次に、この流体加熱装置１００の動作について説明する。
【００３２】
この流体加熱装置１００において、加熱対象の流体は、流体入口から入口弁２０を介して入力流体として流入管Ｐ１１内に取り込まれる。この時、入口弁２０の弁開度は制御部７０により制御されており、該入力弁２０の弁開度に応じた量の流体が取り込まれる。
【００３３】
入口弁２０を介して取り込まれた流体は、流入管Ｐ１２，Ｐ１３を通ってそれぞれ加熱部１０ａ，１０ｂに流入される。この時、流入管Ｐ１１を通る流体の一部（可変弁５０の弁開度に応じた量）が流入管Ｐ１１よりバイパス管Ｐ３にバイパスされ、その残りの流体が流入管Ｐ１２，Ｐ１３を通って加熱部１０ａ，１０ｂへとそれぞれ流入する。
【００３４】
流入管Ｐ１２より加熱部１０ａに流入した流体は、加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａ内を順次通過しながら該当する各ヒータ（ランプ）より与えれる熱エネルギーにより段階的に加熱され、流出管Ｐ２２に送出される。
【００３５】
同様に、流入管Ｐ１３より加熱部１０ｂに流入した流体は、加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ内を順次通過しながら該当する各ヒータ（ランプ）より与えれる熱エネルギーにより段階的に加熱され、流出管Ｐ２１に送出される。
【００３６】
流出管Ｐ２１に送出された加熱部１０ｂからの加熱流体は、流出管Ｐ２２で加熱部１０ａからの加熱流体に合流され、可変弁５０に送られる。
【００３７】
可変弁５０では、流出管Ｐ２２から送り込まれる加熱流体と、バイパス管Ｐ３から流入する非加熱流体とを混合し、流出管Ｐ２３を通じて出力流体として流体出口へ送り出す。
【００３８】
上述した一連のプロセスにおいて、流量計３０−１は入口弁２０を介して流入する流体の全流量を検出し、流量計３０−２，３０−３は上記全流量のうちのバイパス管Ｐ３へバイパスされずに加熱部１０ａ，１０ｂに流入される流体の流量をそれぞれ検出する。これら流量計３０−１，３０−２，３０−３の検出信号はそれぞれ制御部７０に入力される。
【００３９】
また、温度センサ４０−１は非加熱流体の温度（入口温度）を検出し、この検出信号を制御部７０に入力する。加熱部１０ａの流体出口近傍では、温度センサ４０−２が該加熱部１０ａによる加熱流体の温度を検出し、この検出信号を制御部７０に入力する。
【００４０】
同様に、加熱部１０ｂの流体出口近傍では、温度センサ４０−３が該加熱部１０ｂによる加熱流体の温度を検出し、この検出信号を制御部７０に入力する。
【００４１】
更に、可変弁５０の下流側では、温度センサ４０−４が加熱流体と非加熱流体を混合して得られる流体の温度（出口温度）を検出し、この検出信号を制御部７０に入力する。
【００４２】
制御部７０は、上記各入力信号に基づき、以下の手順に従って、加熱部１０ａ，１０ｂの加熱制御及び可変弁５０並びに排水弁６０の開度制御を実施する。
【００４３】
まず、加熱制御に関して、制御部７０は、流量計３０−２による検出流量を把握すると共に、該流量の流体を例えば最大加熱温度（最大設定温度）に加熱するために必要な加熱エネルギーを算出し、この加熱エネルギーに相当する制御信号により加熱部１０ａ内の各加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａのヒータを発熱駆動する。
【００４４】
同様に、制御部７０は、流量計３０−３による検出流量を把握すると共に、該流量の流体を例えば最大加熱温度（最大設定温度）に加熱するために必要な加熱エネルギーを算出し、この加熱エネルギーに相当する制御信号により加熱部１０ｂ内の各加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂのヒータを発熱駆動する。
【００４５】
なお、ここでは、加熱部１０ａ，１０ｂにおいて、流入管Ｐ１２，Ｐ１３より流入する流体を最大加熱温度となるように加熱する例を挙げたが、これに限らず、適宜な温度を設定して該設定温度まで加熱するように構成しても良い。
【００４６】
加熱部１０ａ，１０ｂでの加熱制御により加熱された流体は、それぞれ流出管Ｐ２２，Ｐ２１に送出され、該流出管Ｐ２２で合流されて可変弁５０に到達する。
【００４７】
一方、流入管Ｐ１１を流れる非加熱流体の一部は、可変弁５０の開度に応じて当該流入管Ｐ１１からバイパス管Ｐ３を通って可変弁５０に流入する。
【００４８】
可変弁５０では、加熱部１０ａ，１０ｂより流出管Ｐ２２を通って流入する加熱流体と、バイパス管Ｐ３を通って流入する非加熱流体とが混合される。この混合された流体は、可変弁５０の下流側の流出管Ｐ２３に送り出され、流体出口より出力流体として流体供給先（洗浄プロセス）へと供給される。
【００４９】
可変弁５０により混合された流体が洗浄プロセスへと供給される過程で、当該混合流体の温度（出口温度）が温度センサ４０−４により検出され、その検出信号が制御部７０に入力される。
【００５０】
制御部７０は、温度センサ４０−４による検出温度と、予め設定されている温度（設定温度）とを比較し、両者の偏差に応じて可変弁５０の弁の開度を制御する。
【００５１】
具体的な制御手順として、制御部７０は、まず、バイパス管Ｐ３に流れる流体の流量（バイパス流量）を求める。このバイパス流量は、流量計３０−１により検出される流量（装置１００に流入する流体の全流量）から流量計３０−２により検出される流量（加熱部１０ａに流入される流体の流量）と流量計３０−３により検出される流量（加熱部１０ｂに流入される流体の流量）との和を減算することにより算出できる。
【００５２】
次いで、制御部７０は、温度センサ４０−４による検出温度と上記設定温度との偏差を求め、更に、この偏差を解消するために必要とされる、加熱流体に対する非加熱流体の混合比を現在の加熱流体と非加熱流体の流量から求める。そして、この混合比を満足するような弁制御信号を生成し、該弁制御信号を用いて可変弁５０の弁の開度を制御する。
【００５３】
これにより、可変弁５０では、加熱流体に対して、該可変弁５０の弁の開度に応じた量の加熱前の流体が混合され、該混合後の流体（出力流体）の温度が上記設定温度に追従するように制御される。
【００５４】
その後、上記設定温度が変更された場合、制御部７０では、それまでの設定温度と変更後の設定温度との偏差に応じて、再度、上述した手順に従って可変弁５０の弁の開度を可変制御する。
【００５５】
これにより、可変弁５０では、流出管Ｐ２２から流入する非加熱流体とバイパス管Ｐ３から流入する加熱流体とが、設定温度変更前とは異なる新たな混合比で混合され、該混合後の流体（出力流体）の温度が上記変更後の設定温度に制御される。
【００５６】
上記設定温度の変更に伴う可変弁５０の弁調整により加熱部１０ａ，１０ｂの加熱容器（１１ａ，１２ａ，１３ａ），（１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）に流れる流体の流量が設定温度変更前と異なった値となるが、こうした流量変化に対しても、制御部７０は、加熱容器（１１ａ，１２ａ，１３ａ），（１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）内の流体を最大加熱温度あるいは設定温度になるようにヒータの加熱量を調整する。
【００５７】
更に、制御部７０は、設定温度との誤差を少なくするように、可変弁５０の弁の開度の調整、加熱部１０ａ，１０ｂのヒータの加熱量の微調整の制御を行う。
【００５８】
ここで、出口温度に関する設定温度変更の具体例として、例えば、それまで出口温度が３５℃に設定されていた状態から入口温度（以下、Ｒｔという）に変更設定される場合（降温変更設定時：冷水ダウンフロー）の動作について説明する。
【００５９】
この場合、図示しない操作部での設定変更操作により、制御部７０に対して、変更後の設定温度Ｒｔに対応する設定温度信号が入力される。
【００６０】
これにより、制御部７０は、温度センサ４０−３で現在検出されている温度（理想的には３５℃）と変更後の設定温度Ｒｔとの偏差を認識し、該偏差が解消されるように、可変弁５０から流体出口方向に流出する流体の温度を下げる制御を開始する。
【００６１】
この制御において、制御部７０は、まず、出口温度に関する設定温度が現在値よりも低くなったとの認識に基づき、加熱部１０ａ，１０ｂの加熱制御を停止すると共に、排水弁６０の弁を開ける制御を行う。
【００６２】
これにより、流入管Ｐ１２を通じて加熱部１０ａに流入する流体（流体温度＝入口温度Ｒｔ）は該加熱部１０ａで加熱されないまま通過して流出管Ｐ２２に流出する一方、流入管Ｐ１３を通じて加熱部１０ｂに流入する流体（流体温度＝入口温度Ｒｔ）は該加熱部１０ｂで加熱されないまま通過して流出管Ｐ２１に流出する。
【００６３】
そして、これら加熱部１０ａ，１０ｂから流出された非加熱流体（流体温度＝入口温度Ｒｔ）は、流出管Ｐ２２で合流された後、可変弁５０の手前で当該流出管Ｐ２２から排水管Ｐ４へと分岐され、排水弁６０を通じて排水される。
【００６４】
この時、排水弁６０を通って排水される流体は、それ以前に加熱部１０ａ，１０ｂを通過する際、これら加熱部１０ａ，１０ｂにおいて、それぞれ、加熱制御停止後の各ランプの残熱を奪う作用（冷却作用）を果たす。
【００６５】
この冷却作用により、加熱部１０ａでは、ランプ加熱停止後、ランプ残熱により流体が沸騰してボトル（加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａ）の温度が上昇する現象が抑えられ、ボトル温度と温度センサ４０−２の設置部間の温度差を最小限に維持できる。
【００６６】
同様に、加熱部１０ｂにおいても、ランプ加熱停止後、ランプ残熱により流体が沸騰してボトル（加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）の温度が上昇する現象が抑えられ、ボトル温度と温度センサ４０−３の設置部間の温度差を最小限に維持できる。
【００６７】
これにより、その後、出口温度に関する設定温度の変更要求として、例えば、現在設定中の出口温度（Ｒｔ）よりも高い温度への変更要求（昇温要求設定：温水アップフロー）があり、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を開始した場合に、それぞれ、温度センサ４０−２による検出温度とボトル（加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａ）の温度差，温度センサ４０−３による検出温度とボトル（加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）の温度差が小さく維持されているために、加熱部１０ａ，１０ｂのランプに電力を加え過ぎることはなくなり、過昇温エラーを防止できる。
【００６８】
上述した排水弁６０による冷却用の流体の排水開始後、予め設定された一定期間が経過すると、制御部７０は排水弁６０の弁を閉じる制御を行い、該排水弁６０からの加熱部１０ａ，１０ｂ冷却用の流体の排水を停止する。
【００６９】
また、上記排水弁６０による冷却用流体の排水開始後、制御部７０は、温度センサ４０−４の検出温度と変更後の設定温度（Ｒｔ）との偏差に応じ、流出管Ｐ２２から流入する流体（流体の温度＞Ｒｔ）に対してバイパス管Ｐ３から流入する流体（流体の温度＝Ｒｔ）の混合比率が次第に増大していくように可変弁５０の弁開度の制御を行う。
【００７０】
この制御により、可変弁５０から流出管Ｐ２３に流出される混合流体の温度が次第に低下していき、温度センサ４０−４の検出温度と変更後の設定温度（Ｒｔ）との偏差も次第に小さくなっていく。
【００７１】
そして、偏差が無くなるまで上記制御を続けることにより、可変弁５０から流出管Ｐ２３に流出される混合流体の温度（出口温度）を設定温度Ｒｔに到達せしめることができる。制御部７０は、上記偏差が無くなった後も、この状態を維持するように可変弁５０の弁開度の制御を続ける。
【００７２】
以上に述べた降温要求（３５℃→Ｒｔ）設定時の制御動作からも分かるように、本発明の流体加熱装置１００では、設定温度が３５℃からＲｔに変更されることにより、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を停止し、該加熱部１０ａ，１０ｂに流した冷却用の流体を排水管６０を介して排水開始させると共に、これと独立して、可変弁５０において流出管Ｐ２２から流入する流体（流体温度＞Ｒｔ）に対してバイパス管Ｐ３から流入する流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を次第に増大させていき、当該可変弁５０から流出する混合流体の温度（出口温度）を下げる制御を開始している。
【００７３】
つまり、本発明の流体加熱装置１００では、排水弁６０を可変弁５０の前段に設けたことで、該排水弁６０による加熱部１０ａ，１０ｂの過昇温エラー防止のための冷却期間を待たずに、出力流体を変更後の設定温度に降下させる動作を開始できる。
【００７４】
言い換えれば、本発明の流体加熱装置１００では、加熱部１０ａ，１０ｂの温度が過昇温エラーを防止可能な温度まで冷却されるのを待つことなく、設定温度が変更になった時点で、可変弁５０による出力流体を設定温度に到達せしめるための温度制御を開始でき、該温度制御を開始するまでの無駄な待ち時間を削減できると共に、加熱部１０ａ，１０ｂを過昇温エラーから防止するための冷却用の流体の排水量を減らすことができる。
【００７５】
また、出力流体を設定温度にするための可変弁５０の制御と、加熱部１０ａ，１０ｂを冷却するための排水弁６０の制御を独立して実施できるため、制御の簡略化が図れる。
【００７６】
また、上記加熱部１０ａ，１０ｂの冷却に際し、その後に昇温要求設定を受けるまでの間に、温度センサ４０−２による検出温度とボトル（加熱容器１１ａ，１２ａ，１３ａ）の温度差，温度センサ４０−３による検出温度とボトル（加熱容器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）の温度差をそれぞれ過昇温エラーを来さない範囲内に維持できさえすれば、該加熱部１０ａ，１０ｂのボトルを必要以上に冷却する必要はないことから、その後に昇温変更設定がなされた後、加熱部１０ａ，１０ｂにおける所定温度の加熱制御への復帰が素早く行える。
【００７７】
図３は、本発明装置１００と従来装置（図６参照）の排水弁動作時の出口温度と排水量の時間的な変化を示す特性図である。
【００７８】
図３（ａ）は、排水弁動作時の出口温度の変化特性図であり、線分Ａ１（太線）は本発明装置１００の特性に相当し、線分Ａ２（細線）は従来装置の特性に相当する。
【００７９】
図３（ａ）からも分かるように、本発明装置１００では、線分Ａ１で示すように、時間ｔ０で降温変更設定（ＳＶ１→Ｒｔ）がなされた後、可変弁５０の前に設けた排水弁６０を介して排水が開始されるのと並行して、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３からの非加熱流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を増やしていく制御を開始することで、出口温度が急激に低下していき、排水開始後、時間Ｔ１を経て設定温度（Ｒｔ）に到達する。
【００８０】
これに対して、従来装置（図６参照）では、可変弁５０の後方に排水弁６５が設けられているため、この可変弁５０でバイパス管Ｐ３側を全閉とした状態で加熱部１０ａ，１０ｂを通過した冷却用の流体を一定期間排水した後でないと、可変弁５０によるバイパス管Ｐ３側からの非加熱流体の混合比を増やしていく出口温度制御を開始することができない。
【００８１】
これにより、従来装置では、線分Ａ２で示すように、時間ｔ０にて降温変更設定（ＳＶ１→Ｒｔ）がなされた後、まず、排水弁６５による冷却用流体の排水完了までの一定期間内（図中、時間Ｔ２）に出口温度が一段階下がり、その後、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３側からの非加熱流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を増やしていく制御に移ることで、出口温度が二段階目として急激に低下していき、排水開始後、時間（Ｔ２＋α）を経て設定温度（Ｒｔ）に到達する。
【００８２】
ここで、従来装置における排水弁６５による冷却用流体の排水完了までの時間（図中、時間Ｔ２）は、加熱部１０ａ，１０ｂ内の配管の他、加熱部１０ａ，１０ｂへの流体流入経路（Ｐ１２，Ｐ１３）及び加熱部１０ａ，１０ｂからの流出経路（Ｐ２１→Ｐ２２→Ｐ４）の冷却用流体の通過時間も絡むため、時間Ｔ１よりは極めて大きな時間（Ｔ１＜＜Ｔ２）となる。
【００８３】
これにより、従来装置では、降温変更設定（ＳＶ１→Ｒｔ）後、出口温度が設定温度（Ｒｔ）に到達するまでの時間（Ｔ２＋α）は、本発明装置１００における同時間Ｔ１に比べて大幅に長いものとなる。
【００８４】
言い換えれば、本発明装置１００においては、降温変更設定（ＳＶ１→Ｒｔ）後、出口温度を設定温度（Ｒｔ）に降温させる制御を開始するまでの待ち時間が従来装置に比べて極めて短くて済む。
【００８５】
図３（ｂ）は、排水弁動作時の冷却用流体の排水量の時間的な変化を示す特性図であり、線分Ｂ１（太線）は本発明装置１００の特性に相当し、線分Ｂ２（細線）は従来装置の特性に相当する。
【００８６】
本発明装置１００の排水弁６０、従来装置の排水弁６５共に排水能力が１５Ｌ／ｍｉｎであるとすれば、本発明装置１００における排水弁動作時の排水量Ｄ１、従来装置における排水弁動作時の排水量Ｄ２は、それぞれ、
Ｄ１＝（１５×Ｔ１）Ｌ／ｍｉｎ
Ｄ２＝（１５×Ｔ２）Ｌ／ｍｉｎ
となる。
【００８７】
ここで、（Ｔ１＜＜Ｔ２）であることを考慮すれば、Ｄ１＜＜Ｄ２は明らかであり、本発明装置１００では、冷却用の流体の無駄な排水を従来装置に比べて大幅〔図３（ｂ）の斜線部領域相当〕に削減可能となる。
【００８８】
次に、図３における時間Ｔ１及び時間Ｔ２を実際の装置における実測値から検証してみる。
【００８９】
図４は、本発明に係わる流体加熱装置１００（図１参照）をある温度条件で運転した時のボトル温度、偏差（温度センサ４０−４の検出温度と設定温度の偏差）、トータル流量、入口温度、出口温度の変化を示すグラフである。
【００９０】
また、図５は、従来装置（図６参照：排水弁６５が可変弁５０の後に設けられる。但し、加熱部１０ａ，１０ｂ等の仕様は図４における本発明装置１００と同様）をある温度条件で運転した時のボトル温度、偏差（温度センサ４０−４の検出温度と設定温度の偏差）、トータル流量、入口温度、出口温度の変化を示すグラフである。
【００９１】
図４での本発明装置１００の運転においては、時間ｔ１１で出口温度の設定温度が（Ｒｔ→３５℃）に変更され、時間ｔ２１で同設定温度が（３５℃→Ｒｔ）に変更されている（但し、入口温度Ｒｔ＝２５℃）。
【００９２】
図４に示す如く、本発明装置１００において、時間ｔ２１で出口温度が上記条件で降温変更設定されると、温度センサ４０−４の検出温度と設定温度の偏差が瞬時に増大し、この偏差を無くすべく、出口温度の降温制御が開始される。
【００９３】
この制御では、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を停止し、可変弁５０の前に設けた排水弁６０を開けて、加熱部１０ａ，１０ｂに流される冷却用の流体を排水させる一方で、可変弁５０において、上記偏差に応じて、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３からの非加熱流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を増やしていく制御が行われる。
【００９４】
これ以後、上記排水弁６０からの排水に伴う冷却作用により、ボトル温度は次第に低下していく。
【００９５】
また、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３側からの非加熱流体の混合比率を増やすことで、出口温度が急激に低下しはじめ、これに追従して上記偏差も急激に小さくなる。そして、最終的には、時間ｔ２２で上記偏差がほぼ解消され、出口温度が設定温度（Ｒｔ）に到達する。
【００９６】
この場合（本発明装置１００の運転時：図４参照）における時間（ｔ２２−ｔ２１）が、図３における時間Ｔ１に相当する。
【００９７】
なお、この場合における上記偏差の変化に関して、本件発明者等は、設定温度（ここではＲｔ：Ｒｔ＝２５℃）の±１℃範囲内となるまでには上記設定変更後から１２秒かかり、更に、同±０.３℃範囲内となるまでには上記設定変更後から２０秒かかることを確認した。
【００９８】
次に、図５での従来装置の運転において、時間ｔ３１で出口温度の設定温度が（４０℃→Ｒｔ）に変更された場合について検証する（但し、入口温度Ｒｔ＝３０℃）。
【００９９】
図５に示す如く、従来装置において、時間ｔ３１で出口温度が上記条件で降温変更設定されると、温度センサ４０−４の検出温度と設定温度の偏差が瞬時に増大し、この偏差を無くすべく、出口温度の降温制御が開始される。
【０１００】
この制御では、まず、加熱部１０ａ，１０ｂのランプ加熱を停止し、可変弁５０の後方に設けた排水弁６５を開けて、加熱部１０ａ，１０ｂに流される冷却用の流体を可変弁５０（バイパス管Ｐ３側は全閉状態）を経由して一定期間だけ排水させる。
【０１０１】
この可変弁５０を経由した排水弁６５からの排水に伴う冷却作用により、ボトル温度は次第に低下していく。
【０１０２】
ここで、従来装置では、排水弁６５が可変弁５０の後方に設けられているため、該可変弁５０において、上記偏差に応じて、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３からの非加熱流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を増やしていく制御は上記排水に係わる一定期間だけ待たなければならない。
【０１０３】
従って、従来装置では、時間ｔ３１で出口温度の降温設定変更がなされた後、上記一定期間の間、温度センサ４０−４の検出温度と設定温度の偏差が変化しないままに維持される。
【０１０４】
そして、上記一定期間が経過すると、可変弁５０において、上記偏差に応じて、可変弁５０でのバイパス管Ｐ３からの非加熱流体（流体温度＝Ｒｔ）の混合比率を増やしていく制御が開始される。
【０１０５】
これにより、上記一定期間経過後から、出口温度が急激に低下しはじめ、これに追従して上記偏差も急激に小さくなる。そして、最終的には、時間ｔ３２で上記偏差がほぼ解消され、出口温度が設定温度に到達する。
【０１０６】
この場合（従来装置運転時：図５参照）における時間（ｔ３２−ｔ３１）が、図３における時間Ｔ２に相当する。
【０１０７】
なお、この場合における上記偏差の変化に関して、本件発明者等は、設定温度（ここではＲｔ：Ｒｔ＝３０℃）の±１℃範囲内となるまでには上記設定変更後から３２秒かかり、更に、同±０.３℃範囲内となるまでには上記設定変更後から３８秒かかることを確認した。
【０１０８】
ここで、本発明装置１００（図４参照）において出口温度降温変更設定後から出口温度が設定温度に到達する時間Ｔ１と、同じく従来装置（図５参照）において出口温度降温変更設定後から出口温度が設定温度に到達する時間Ｔ２とを比べてみると、（Ｔ１＜＜Ｔ２）は明らかであり、本発明装置１００は、従来装置に比べて降温変更設定時の無駄な待ち時間が小さいことが立証されている。
【０１０９】
なお、本発明に係わる流体加熱装置の構成は、図１に示す構成に限らず、上述した主旨を逸脱しない範囲内で様々な変形及び応用が可能である。
【０１１０】
例えば、本発明に係わる流体混合手段（可変弁５０）の構成は図２に示す三方弁に限るものではなく、加熱流体と非加熱流体を混合し得るものであれば、ＯＮ−ＯＦＦ弁以外のアナログ弁を用いて構成されたものであっても良く、また、その配置位置も、図１に示すように、本体装置内部に限らず、本体装置の外部であっても良い。
【０１１１】
また、加熱部の構成に関しても、本実施形態のように２ユニット（加熱部１０ａ，１０ｂ）のものに限らず、１ユニットあるいは３ユニット以上を用いるものであっても良い。
【０１１２】
また、上記各実施形態はいずれも超純水加熱装置への適用例を前提としているが、本発明に係わる流体加熱装置は、半導体製造プロセスで用いる処理薬液や、半導体製造プロセス以外のプロセスで用いる種々の流体を加熱する流体加熱装置全般に適用し得るものである。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱手段の加熱制御を停止して該加熱手段を冷却するための冷却用流体を排水する排水弁を、流体混合手段の前段に設置したため、降温変更設定がなされた時点で、加熱手段が冷却されるのを待つことなく、混合流体を設定温度に降温させるための温度制御を開始でき、混合流体の降温制御開始までの待ち時間を短縮できると共に、加熱手段を冷却するため流体の無駄な排水量を減らすことができる。
また、本発明によれば、排水弁と流体混合手段の独立制御が行えることから、制御の簡略化が図れる。
また、本発明によれば、過昇温エラーを防止可能な範囲であれば、加熱手段を必要以上に冷却する必要はないことから、その後に昇温変更設定がなされた後、加熱手段における所定温度の加熱制御への復帰が素早く行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる流体加熱装置の一実施形態を示す図。
【図２】本発明に係わる流体加熱装置の可変弁の構成を示す図。
【図３】本発明に係わる流体加熱装置と従来装置の排水弁動作時の出口温度と排水量の時間的な変化を示す特性図。
【図４】本発明に係わる流体加熱装置をある温度条件で運転した時のボトル温度、偏差、トータル流量、入口温度、出口温度の変化を示すグラフ。
【図５】従来装置をある温度条件で運転した時のボトル温度、偏差、トータル流量、入口温度、出口温度の変化を示すグラフ。
【図６】従来の流体加熱装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１００ 流体加熱装置
１０ａ，１０ｂ 加熱部
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ 加熱容器（ボトル）
２０ 入口弁
３０−１，３０−２，３０−３ 流量計
４０−１，４０−２，４０−３，４０−４ 温度センサ
５０ 可変弁
５００ 共有内室
５０１，５０２，５０３ 内室
５０４ ロッド
５０５ スプリング
５０６ ダイアフラム
５１ エアレギュレータ
５２ エア供給源
６０，６５ 排水弁
７０ 制御部
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３ 流入管
Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３ 流出管
Ｐ３ バイパス管
Ｐ４ 排水管

Claims (2)

1. 加熱手段により加熱された加熱流体と前記加熱手段により加熱されていない非加熱流体を流体混合手段で混合して出力することにより、前記混合流体の出口温度を設定温度に制御する流体加熱装置において、
   前記混合流体の出口温度が現在設定温度より低い所定の要求温度に設定変更された時に、前記加熱手段の加熱制御を停止して前記加熱手段を冷却するための冷却用流体を排水する排水弁を備え、前記排水弁を前記流体混合手段の前段に設置したことを特徴とする流体加熱装置。
2. 前記流体混合手段は、流体入口から取り込まれた後に前記加熱手段に送られて加熱される加熱流体を流入する加熱流体流入口と、前記流体入口から取り込まれた後に前記加熱手段を通過せずに前記流体混合手段にバイパスされる非加熱流体を流入する非加熱流体流入口と、前記加熱流体と前記非加熱流体の混合流体を流体出口に流出する混合流体流出口を備えた三方弁から成ることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。

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