JPH06147390A - 純水加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 純水通水管内に純水を通水すると共に該通水
管に通電させて該通水管を発熱させ、純水を加熱する純
水加熱装置であって、純水通水管P1〜P30 が、両端に管
接続と通電とが可能な端子B1〜B30 を有し、複数本並列
に配され、管接続管U1〜U29 により直列又は並列に通水
可能に管接続されていると共に、導電部材C1〜C29 を介
して直列に通電可能に電気接続されている。 【効果】 製造が容易であると共にコンパクトで使用し
易く、又、熱衝撃等による破壊及び純水中へのイオンの
溶出混入を生じることなく、高温純水の温度を一定に制
御し得ると共に長期純水加熱運転が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、純水加熱装置に関し、
詳細には、純水（高純度の水）を加熱して、半導体工業
等の電子工業、精密機械加工、医薬品製造、食品産業等
の分野において必要な高温の純水にするための純水加熱
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子工業等の精密洗浄が必要な技術分野
において、純水を加熱して洗浄力を高めた高温純水が使
用される。又、最近では、使用が制限されるフロンに代
わって、高温純水が使用されるようになってきた。これ
らの精密洗浄では高純度な高温純水が必要とされる。例
えば、半導体の製造の洗浄工程において、有機物等に対
する洗浄効果を上げるため、又、洗浄後のスピンドライ
や熱風による乾燥工程の効率化を図るため、洗浄液とし
て80〜90℃に加温した高温超純水が使用される。この超
純水は極めて純度が高く、微量の不純物イオンの混入溶
存も許されない程の水質が要求される。

【０００３】かかる高温純水を得るため、純水を加熱す
るのに使用する装置が純水加熱装置である。従来の純水
加熱装置は、図４に例示する如く、管１及び管７を接続
した容器Ｃの内部にシーズヒータＳを設けたもの（シー
ズヒータ方式）であり、純水製造装置により製造された
純水を管１より導入し、容器Ｃ内に通水しつつヒータＳ
により加熱する。この高温純水は管７を介してユースポ
イントに供給される。

【０００４】超純水の如き純水は溶存物質を殆ど又は全
く含んでおらず、溶解力が非常に強い。特に高温超純水
は溶解力が極めて強く、例えば90℃の高温超純水では室
温時の約10倍にもなる。そこで、上記超純水加熱装置３
の容器ＣやシーズヒータＳの保護管の構成材料として
は、イオンの溶出混入による純水の水質低下を招かない
ようにするため、石英ガラスや４弗化樹脂が用いられて
いる。しかし、石英ガラスの場合は、圧力変動、機械的
衝撃、熱勾配や熱衝撃（以降、各種衝撃という）により
破壊することがあるという深刻な問題点があり、４弗化
樹脂の場合は、有機物や弗素等の溶出混入が生じて純水
の水質低下を招くという問題点がある。

【０００５】この対策として、清浄化処理後、加熱処理
してなる不動態皮膜を表面に有するステンレス鋼を上記
構成材料として使用することが提案され、それは例えば
特開平2-141566号公報に開示されている。ところが、こ
のステンレス鋼をシーズヒータの保護管に用いる場合に
は、表面温度制御を正確にはできないため、表面温度が
上記不動態皮膜形成のための加熱処理温度以上に上昇
し、表面の不動態皮膜が熱変性を起こし、その結果耐溶
出性が低下して金属イオンの溶出混入が生じるという問
題点がある。更には、シーズヒータの発熱体と保護管表
面（伝熱面）とが離れているため、純水加熱装置に導入
される純水の温度変化に対して調整する発熱体出力の追
従が遅れ気味になり、従って、高温純水の温度を一定に
制御するのが難しいという問題点もある。

【０００６】そこで、上記問題点を解決するために研究
を重ね、その結果、図５に例示する如く、純水通水管９
内に純水を通水すると共に該通水管９に通電させて該通
水管９を発熱させ、純水を加熱する純水加熱装置（通水
管通電加熱型）であって、前記通水管９がステンレス鋼
よりなり、その内側表面にはステンレス鋼表面を電解研
磨等により清浄化処理した後、加熱処理してなる不動態
皮膜を形成させたものが開発された。尚、図５におい
て、８は通水管９のＡ、Ｂに電気的に接続され、Ａ、Ｂ
間に電圧印加し、通電して通水管９を発熱させる電圧印
加手段及び該電圧を測定温度信号により自動制御する手
段を有する温調器を示すものである。

【０００７】この純水加熱装置（以降、従来開発−通水
管通電加熱型装置という）は、従来使用されていたシー
ズヒータ方式のものと全く異なる新規な構造を有し、通
水管９自体がヒータとして作用するものであり、従っ
て、下記の如く前述の問題点を全て解決し得る。

【０００８】即ち、通水管９のＡ、Ｂ間に電圧を印加す
ると、純水は極めて電気抵抗が大きいので、電気は殆ど
全てが通水管９に流れ、その結果通水管９は抵抗加熱に
より発熱してヒータとして作用し、通水管９内の純水を
加熱し得る。但し、通水管９の電気抵抗は低く、又、充
分必要な伝熱面積を付与するため、通水管９としては実
質長さ（以降、全長という）を数十ｍにする必要があ
り、例えば内径：８mm、肉厚：0.5mm 、全長：30ｍ程度
のものが使用される。

【０００９】又、この通水管９はステンレス鋼よりなる
ので、極めて耐破壊性に優れ、そのため各種衝撃による
破壊が生じない。又、この通水管９の内面には前記の如
き不動態皮膜が形成されているので、耐溶出性に極めて
優れ、そのため純水及び高温純水中においても金属イオ
ンの溶出混入が生じ難い。更に、通水管９の外側面に測
温センサーを接触させて設けることにより、通水管９外
側面の温度を正確に測定でき、この通水管９外側面の温
度は内側面（伝熱面）と略同等であるので、この温度を
ステンレス鋼表面の不動態皮膜の熱変性が生じる温度未
満に制御することにより、耐溶出性の低下を確実に防止
し得る。又、通水管９自体がヒータの発熱体として作用
し、該通水管内側面が伝熱面となるので、発熱体と伝熱
面とは離れておらず、直結している。従って、高温純水
の温度を測定し、この温度に基づき発熱体の出力を変化
させると、時間の遅れを生じることなく、すぐに伝熱面
の温度を変化させることができて追従性に極めて優れ、
その結果得られる高温純水の温度を一定に制御し得る。
従って、各種衝撃による破壊が生じず、又、純水中での
耐溶出性に優れてイオンの溶出混入が生じ難く、更に、
得られる高温純水の温度を一定に制御し得、前述の問題
点を全て解決し得る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の従来
開発−通水管通電加熱型装置においては、前述の如く純
水通水管の全長を数十ｍにする必要があるので、それを
直管形状にした場合は、装置組立の際に大きなスペース
を要する他、装置が極めて長くてコンパクト性に欠け、
運搬や設置がし難いという問題点がある。この対策とし
て、図５に例示する如く、純水通水管を螺旋型に形成し
た場合は、通水管（ステンレス鋼）の内側表面を電解研
磨等により清浄化処理し、加熱処理して不動態皮膜を形
成させる際に、電解研磨等が極めて行い難く、清浄化処
理が不均一になり、良好な不動態皮膜を形成させ難いと
いう問題点がある。

【００１１】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、前記従来開発−通水管通電
加熱型装置の長所を損なうことなく、上記問題点を解決
し、コンパクトであり、又、製造の際の純水通水管の電
解研磨等による清浄化処理が容易に行える純水加熱装置
を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る純水加熱装置は次のような構成として
いる。即ち、請求項１記載の純水加熱装置は、純水通水
管内に純水を通水すると共に該通水管に通電させて該通
水管を発熱させ、純水を加熱する純水加熱装置であっ
て、前記純水通水管が、両端に管接続と通電とが可能な
端子を有し、複数本並列に配され、管接続管により直列
又は並列に通水可能に管接続されていると共に、導電部
材を介して直列に通電可能に電気接続されていることを
特徴とする純水加熱装置である。

【００１３】請求項２記載の純水加熱装置は、前記純水
通水管の少なくとも内側面がステンレス鋼よりなると共
に、該ステンレス鋼が清浄化処理した後、加熱処理して
なる不動態皮膜を表面に有する請求項１記載の純水加熱
装置である。請求項３記載の純水加熱装置は、前記端子
の通電部が該端子より通電抵抗の低い材料で被覆されて
いる請求項１記載の純水加熱装置である。又、請求項４
記載の純水加熱方法は、前記端子の通電部の被覆材料
が、Au，Pt，Ag，Cu，Niの一種又は一種以上を含む合金
よりなる請求項３記載の純水加熱装置である。

【００１４】

【作用】本発明に係る純水加熱装置は、前述の如く、通
水管通電加熱方式の純水加熱装置であって、純水通水管
が、両端に管接続と通電とが可能な端子を有し、複数本
並列に配され、管接続管により直列又は並列に通水可能
に管接続されていると共に、導電部材を介して直列に通
電可能に電気接続されている。

【００１５】従って、上記純水通水管の全長（各純水通
水管の長さの合計長さ）を前記従来開発−通水管通電加
熱型装置の場合と同様に数十ｍにすることにより、同様
の電気抵抗及び伝熱面積が得られ、そのため純水通水及
び通電により前記従来開発−通水管通電加熱型装置の場
合と同様に純水通水管が発熱してヒータとして作用し、
純水通水管内の純水を同様に加熱し得る。

【００１６】又、上記純水通水管及び管接続管をステン
レス鋼等の如き強度及び耐溶出性に優れた材料で構成す
ると共に純水通水管に測温センサーを接触させて設ける
こと等により、前記従来開発−通水管通電加熱型装置の
場合と同様、各種衝撃による破壊が生じず、又、純水中
での耐溶出性に優れてイオンの溶出混入が生じ難く、更
に、高温純水の温度を一定に制御し得る。

【００１７】更に、上記純水通水管は複数本並列に配さ
れているので、純水通水管一本当たりの長さ（各純水通
水管の長さ）は極めて短い。そのため、純水通水管の内
側表面を電解研磨等により清浄化処理し、加熱処理して
不動態皮膜を形成させる際、これを管接続管により管接
続する前（装置として組立る前）に行うことにより、電
解研磨等を極めて容易に実施し得、その結果清浄化処理
が均一になり、良好な不動態皮膜を形成させ易くなる。
又、装置組立の際に大きなスペースが不必要となる他、
装置が極めて短くてコンパクトになり、運搬や設置がし
易くなる。

【００１８】このとき、各純水通水管は必ずしも直管形
状にする必要はなく、例えば波状や弓状であってもよい
が、管の製造上及び清浄化処理性の点からすると直管形
状にすることが望ましい。かかる直管形状の場合におい
ても、前記従来開発−通水管通電加熱型装置において通
水管を直管形状にした場合に比し、極めてコンパクトに
なり、又、純水通水管の本数増大（各純水通水管の短尺
化）により、前記従来開発のもので通水管を螺旋型にし
た場合に比してコンパクトにすることも可能である。
尚、より一層コンパクト化するため各純水通水管を螺旋
型にしてもよく、この場合でも短かいので充分容易に清
浄化処理し得る。

【００１９】故に、本発明に係る純水加熱装置によれ
ば、前記従来開発−通水管通電加熱型装置の長所を損な
うことなく、該装置の問題点を解決し得、極めてコンパ
クトになり、又、製造の際に純水通水管の電解研磨等に
よる清浄化処理が容易に行えるようになる。

【００２０】ここで、前記純水通水管の少なくとも内側
面がステンレス鋼よりなると共に、該ステンレス鋼が清
浄化処理した後、加熱処理してなる不動態皮膜を表面に
有するようにすると、自然酸化皮膜を表面に有する通常
のステンレス鋼よりも耐溶出性に極めて優れ、超純水及
び高温超純水中においても金属イオンの溶出混入が生じ
難くなるのでよい。更に、上記不動態皮膜が、電解研磨
による清浄化処理後、酸化性雰囲気中で加熱処理してな
る着色酸化皮膜であるときは、より一層耐溶出性が向上
する。又、Ti、Ti合金、Zr或いはZr合金等を使用する場
合は、耐溶出性に極めて優れ、金属イオンの溶出混入が
より一層生じ難くなる。

【００２１】ところで、前記純水通水管としてステンレ
ス鋼やTi等の如く表面に強固な酸化皮膜を有する金属を
使用する場合、この酸化皮膜は導電性が低いので、前記
端子の通電部（即ち通水管両端の電気端子接続部）にお
いて酸化皮膜抵抗及び接触抵抗により発熱し、この熱に
より益々酸化皮膜が成長して導電性が悪くなり、温度が
上昇する。その結果、各通水管両端部において局部的高
温加熱現象という不具合が生じ、又、局部的に沸騰して
通水管からの金属イオンの溶出混入が生じる可能性があ
る。又、前述の不動態皮膜を形成させたステンレス鋼を
使用した場合には、該不動態皮膜の形成温度以上に上昇
し、該不動態皮膜が熱変性を起こし、耐溶出性が低下す
る可能性がある。

【００２２】そこで、これらの対策として、前記端子の
通電部を該端子より通電抵抗の低い材料で被覆しておく
ことが望ましい。この被覆により、端子の通電部での酸
化皮膜成長を防止し得ると共に、接触抵抗が小さい状態
に維持し得、上記の如き不具合の発生を防止できる。か
かる被覆材料としては、Au，Pt，Ag，Cu，Niのいずれ
か、又は、これらの一種以上を含む合金を使用するとよ
い。これら金属は導電性に優れて通電抵抗が低く、接触
抵抗が小さく、密着性に優れ、酸化皮膜成長防止機能に
優れているからである。

【００２３】尚、本発明に係る純水加熱装置は、純水を
加熱するときだけでなく、導電性の著しく低い薬品やガ
ス等の流体を加熱する際にも、好適に使用できる。

【００２４】

【実施例】図１に本発明の実施例に係る純水加熱装置の
概要を示す。この純水加熱装置Ｚは通水管通電加熱方式
の純水加熱装置であって、基本的には、両端に管接続と
通電とが可能な端子B1,D1, B2,D2, B3,D3 〜B30,D30 を
有する30本の純水通水管P1, P2, P3〜P30 が並列に配さ
れ、管接続管U1, U2, U3〜U29 により直列に通水可能に
管接続されると共に、導電部材C1, C2, C3〜C29 を介し
て直列に通電可能に電気接続されてなる。

【００２５】上記通水管P1〜P30 は、外径：19.5mm、肉
厚：0.5mm 、長さ（一本の長さ）：１ｍの直管形状のス
テンレス鋼よりなり、その管内面には内表面を清浄化処
理した後、加熱処理してなる不動態皮膜を形成させてい
る。管接続管U1〜U29 はPFA樹脂製のＵ字管よりなる。
導電部材C1〜C29 はCu製電極板よりなる。

【００２６】上記管接続部の中、通水管P1，P2と管接続
管U1との接続部を図２に示す。上記通水管の端子の構
造、及び該端子への管接続管の接続の仕方を説明するた
めの図を図３に示す。図３から判る如く、通水管P2の端
子D2は管接続管U1の端部と管接続が可能な構造に形成さ
れていると共に、通電可能な通電部K2を有し、該通電部
K2はAuで被覆されている。この通水管P2の端子D2に対
し、導電部材C2を嵌め、座金L2、押えナットM2により締
めつけることにより、導電部材C2の環状部が通電部K2に
固定される。更に、管接続管U1の端部を嵌めると共にナ
ットN2により締めつけることにより、管接続される。こ
の管接続部は図２に示す通りである。

【００２７】図１において、Ｅは通水管P1,P30の端子D
1,D30の通電部に電気的に接続され、D1,D30間に電圧印
加し、通電して通水管P1〜P30 を発熱させる電圧印加手
段を示すものである。Ｔは、通水管P1の左端部（即ち、
高温純水出口部）外側面に接触させて設けた測温センサ
ーである。Ｈは、これら測温センサーＴ及び電圧印加手
段Ｅに接続され、電圧を測定温度信号により自動制御す
る機能を有する温度調節計を示すものである。尚、各通
水管及び管接続管の外側面には保温材（図示していな
い）を被覆し、通水管にはその上に感電防止のため電気
絶縁テープ（図示していない）を巻き付けている。

【００２８】上記装置Ｚを用いて純水加熱運転を長期間
連続して下記の如く行った。即ち、上記装置Ｚの通水管
P1,P30の端子D1,D30間に電圧を印加し、通電して通水管
P1〜P30 を発熱させると共に、純水導入管Ｑから25℃の
純水を５リットル／分の流量で導入し、80℃に加熱し、
加熱された高温純水を純水導出管Ａから導出し、配管等
を介してユースポイントへ供給した。ここで、高温純水
の温度制御は、測温センサーＴにより高温純水出口部の
温度を測定し、高温純水の温度が80℃になるように温度
調節計Ｈにより通電電流を自動制御する方法により行っ
た。

【００２９】このとき、通電電流は、電圧印加手段Ｅか
ら配線Ｆを介して通水管P1の端子D1に流れ、該端子D1か
ら通水管P1を左方へ流れ、端子B1、導電部材C1を介して
端子B2に流れ、該端子B2から通水管P2を右方へ流れ、端
子D2、導電部材C2を介して端子D3に流れ、該端子D3から
通水管P3、端子B3、導電部材C3、端子B4、通水管P4、端
子D4、導電部材C4、端子D5、通水管P5、端子B5、導電部
材C5、−−−（途中省略）、端子D29 、通水管P29 、端
子B29 、導電部材C29 、端子B30 、通水管P30、端子D30
の順に流れ、該端子D30 から配線Ｇを介して配線Ｆに
流れる。管接続管U1〜U29 はPFA 樹脂製であるので、こ
れらには電流は流れない。従って、純水通水管P1, P2,
−−−、P30 の順に電流が流れ、直列に通電されること
になる。

【００３０】一方、純水導入管Ｑから導入された純水
は、通水管P30 からP29 、P28 、−−−（途中省略）、
通水管P3、P2、P1の順に流れ、純水導出管Ａから導出さ
れる。従って、純水は通水管P30 からP1へと流れ、直列
に通水されることになる。

【００３１】上記純水加熱連続運転の結果、前記従来開
発−通水管通電加熱型装置の場合と同様の優れた機能を
発揮し、破壊や高温純水へのイオンの溶出混入等の不具
合を生じることなく、長期間連続運転し得ると共に、得
られる高温純水の温度を常時所定の一定値（80℃）に制
御し得ることが確認された。

【００３２】又、上記装置Ｚの製造は問題なく行え、通
水管（ステンレス鋼）内面の清浄化処理及び不動態皮膜
形成処理を容易に実施し得た。更に、上記装置Ｚのヒー
タ部（30本の純水通水管P1〜P30 、導電部材C1〜C29 及
び管接続管U1〜U29 を含む部分）の大きさは 350×400
×1500mmであって、非常にコンパクトなものになること
も確認された。

【００３３】尚、前記管接続管に関し、PFA 樹脂製のも
のを使用した場合、温度が高くなると軟化し、一般に接
続部が抜け易くなるが、上記実施例では肩の部分が押え
られているので抜けることはない。又、上記実施例で
は、滞留が生じ易いコアー等のシール部材を使用しない
接続構造にしている。

【００３４】管接続管として、上記実施例ではPFA 樹脂
製のものを使用したが、その他の樹脂製のものや、純水
通水管と同様の金属材料或いはその他の金属製のものを
使用することができる。但し、管接続管として金属材料
の如く導電性のものを使用する場合には、並列に配され
た純水通水管に対して直列通電可能にするため、各純水
通水管と各管接続管とを電気的に絶縁する必要があり、
かかる絶縁は接続部に絶縁パッキンを使用すること等に
より容易に実現できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る純水加熱装置によれば、前
記従来開発−通水管通電加熱型装置の長所を損なうこと
なく、該装置の問題点を解決し得、極めてコンパクトに
なり、又、製造の際に純水通水管の電解研磨等による清
浄化処理が容易に行えるようになる。従って、製造が容
易であると共にコンパクトで使用し易く、又、熱衝撃等
による破壊及び純水中へのイオンの溶出混入を生じるこ
となく、高温純水の温度を一定に制御し得ると共に長期
純水加熱運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る純水加熱装置の概要を示
す図である。

【図２】本発明の実施例に係る純水加熱装置の純水通水
管と管接続管との接続部の概要を示す図である。

【図３】本発明の実施例に係る純水加熱装置の純水通水
管の端子の構造、及び該端子への管接続管の接続の仕方
を説明するための図である。

【図４】従来の純水加熱装置（シーズヒータ方式）の概
要を示す図である。

【図５】従来開発された純水加熱装置（通水管通電加熱
型）の概要を示す図である。

【符号の説明】

１，７--管、２，５--電気絶縁継手、３--純水加熱装
置、 ４，６--測温センサー、８--温調器、９--純水通
水管、Ｃ--容器、Ｓ--シーズヒータ、Ａ--純水導出管、
B1〜B30-- 端子、C1〜C29-- 導電部材、D1〜D30-- 端
子、Ｅ--電圧印加手段、Ｆ，Ｇ--配線、Ｈ--温度調節
計、K2--通電部、L2--座金、M2--押えナット、N2--ナッ
ト、P1〜P30-- 純水通水管、U1〜U29-- 管接続管、Ｔ--
測温センサー、Ｑ--純水導入管、Ｚ--純水加熱装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 純水通水管内に純水を通水すると共に該
   通水管に通電させて該通水管を発熱させ、純水を加熱す
   る純水加熱装置であって、前記純水通水管が、両端に管
   接続と通電とが可能な端子を有し、複数本並列に配さ
   れ、管接続管により直列又は並列に通水可能に管接続さ
   れていると共に、導電部材を介して直列に通電可能に電
   気接続されていることを特徴とする純水加熱装置。
2. 【請求項２】 前記純水通水管の少なくとも内側面がス
   テンレス鋼よりなると共に、該ステンレス鋼が清浄化処
   理した後、加熱処理してなる不動態皮膜を表面に有する
   請求項１記載の純水加熱装置。
3. 【請求項３】 前記端子の通電部が該端子より通電抵抗
   の低い材料で被覆されている請求項１記載の純水加熱装
   置。
4. 【請求項４】 前記端子の通電部の被覆材料が、Au，P
   t，Ag，Cu，Niの一種又は一種以上を含む合金よりなる
   請求項３記載の純水加熱装置。