KR20130130807A - 액체 가열방법과 액체 가열장치 및 가열 액체 공급장치 - Google Patents

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Abstract

가열용 액체 유로에서 통액 불량이 발생했을 경우에 액체의 비등을 방지하여 과열 증기의 발생을 회피할 수 있는 액체 가열방법, 액체 가열장치, 가열 액체 공급장치를 제공한다.
황산 용액이 통액되는 통 형상 유로를 형성하는 유로 부재와, 통 형상 유로의 대향하는 액체 유로면의 적어도 한쪽의 외측에 배치된 히터를 갖는 가열기(7)와, 적어도 통 형상 유로의 대향하는 액체 유로면 사이의 수열 영역에서 가열되는 황산 용액을 통 형상 유로 밖으로 방출하는 액 방출 기구를 구성하는 액 방출용 라인(10), 대기 개방용 라인(12) 및 밸브(11, 13)와, 통 형상 유로에 공급되는 황산 용액의 단위시간당 유량을 측정하는 유량계(6)와, 유량계(6)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 의거하여 통 형상 유로에 있어서의 통액 불량을 판정하고, 통액 불량에 따라서 액 방출 기구에 의해 황산 용액의 방출을 실행하는 제어를 행하는 제어부(14)를 갖고 있다.

Description

액체 가열방법과 액체 가열장치 및 가열 액체 공급장치{LIQUID HEATING METHOD, LIQUID HEATING DEVICE, AND HEATED LIQUID SUPPLYING DEVICE}
본 발명은 액체를 급속하게 가열할 수 있는 액체 가열방법과 액체 가열장치, 및 그 액체 가열장치를 갖는 가열 액체 공급장치에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서의 레지스트 박리 공정에 있어서는 세정액으로서 황산 등의 용액을 가열해서 고온에서 사용하는 경우가 많다. 특히, 황산 용액을 전기분해해서 얻어지는 과황산 함유 황산 용액(퍼옥소이황산 및 퍼옥소일황산의 양자를 총칭해서 과황산이라고 함)을 가열해서 높은 산화 특성을 얻는 프로세스에 있어서는, 과황산 함유 황산 용액을 수 초로 급속하게 가열해서 레지스트 박리 공정에 공급하는 것이 바람직하다. 과황산 함유 황산 용액 등을 단시간에 고온으로 가열할 수 있는 액체 가열기에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 1에 제안되어 있다.
과황산 함유 황산 용액을 가열할 경우에는 가열용 액체 유로의 두께를 작게 함으로써 가열기 내에 있어서의 과황산 함유 황산 용액의 체류 시간을 짧게 하여 급속하게 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 전열판에 의한 전도 전열과 대류 전열에 의해서가 아니라 복사열에 의해 가열함으로써, 과황산이 전열면 근방에 있어서 고온에 의해 자기분해되는 것을 최대한 피하는 것이 바람직하다.
일본 특허 공개 2010-060147호 공보
그런데, 급속 가열기의 가열용 액체 유로에 과황산 함유 황산 용액이 통액되고 있는 동안에는 가열용 액체 유로를 구성하는 부재의 접액면은 통액에 의해 연속적으로 냉각되고 있다. 그러나, 가령 가열용 액체 유로가 두께 1㎜ 정도의 얇은 부재로 구성되어 있었다고 해도 접액면보다 외측은 복사열에 의해 열이 축적되어 아마도 1000℃ 이상의 고온에 도달되어 있다. 또한, 접액면보다 외측의 고온으로 되어 있는 부분은 가열기의 구조상 단열되어 있기 때문에 급속하게 냉각될 일도 없다.
이러한 급속 가열기의 운전 중에 있어서 정전이 발생하면 펌프나 급속 가열기 등의 운전은 정지되어 급속 가열기로의 통액이 정지된다. 그러면, 접액면의 액체가 열전도에 의해 급가열되고, 또한 정지 직후는 아직 복사열이 크므로 액체의 벌크의 부분도 급가열되어 급속 가열기 내에 체류하고 있는 액체가 가열된다. 급속 가열기는 가열용 액체 유로가 좁고 그 내부의 액 홀드업량이 적기 때문에, 상기 가열에 의해 액 온도는 급격하게 상승해서 수 초∼십수 초 정도에서 비등에 도달한다. 예를 들면, 황산 농도 90질량%인 황산 용액의 비점은 264℃이며, 그 황산 용액은 용이하게 비등에 도달할 우려가 있다.
액체가 전부 증발해버리면 과열 증기가 되어 더욱 온도가 상승한다. 가열기 본체는 일반적으로 석영제인 것에 대해서, 가열기의 출구측 배관에는 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등의 불소 수지제의 배관이 사용되는 경우가 많다. 이러한 불소 수지제의 배관은 260∼300℃에서 용손(溶損)되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 급속 가열기로의 액체의 연속 공급이 정지되었을 경우에는 액체의 과열 증기가 출구측 배관으로 유출되고, 배관을 녹여서 외부로 분출되는 일이 일어날 수 있다.
상기에서는 정전시의 트러블에 대하여 설명했지만, 이하와 같은 경우도 마찬가지의 문제가 일어날 수 있다.
·펌프의 고장에 의해 송액량 저하 또는 송액 정지.
·펌프로의 통전이 차단되어 펌프 내의 전자밸브가 작동하지 않게 되어 송액 정지.
·에어 콤프레서의 고장 등에 의해 에어 펌프로의 에어 공급이 차단되어 펌프를 구동할 수 없게 되어 송액 정지.
·펌프의 제어 로직의 인위 미스 등에 의해 펌프의 구동을 정지해버려 송액 정지.
이들의 경우, 급속 가열기는 정전시와는 달리 계속 가동 중이기 때문에 액이 비등해서 과열 증기를 발생할 때까지의 시간은 보다 짧아진다고 생각된다.
또한, 급속 가열기의 운전을 정지시킬 때에도 마찬가지의 문제가 일어날 수 있다. 단, 이 경우에는 급속 가열기의 운전 정지 후 통액을 잠시 계속해서 급속 가열기가 충분하게 냉각된 후에 통액을 정지함으로써, 액체를 비등시키지 않고 안전하게 운전을 정지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 급속 가열기에 있어서는 정전, 펌프의 트러블, 그 밖의 통액 불량 발생시에 액체의 비등 및 그것에 수반하는 과열 증기의 발생을 회피할 필요가 있다.
또한, 종래부터 액체의 급속 가열기에 관한 기술 자체는 급탕기기 등에 관한 기술과 같이 폭넓게 존재하고 있다. 그러나, 상기 본 발명의 과제는 알려져 있지 않다. 그 이유에 대해서 가정용 가스 순간 온수기를 예로 이하에 설명한다.
도 6은 일반적인 가정용 가스 순간 온수기의 구조를 나타내고 있다.
온수기 본체(100) 내에는 내부 배관(101)이 하방으로부터 상방을 향해서 사행하도록 설치되어 있다. 내부 배관(101) 하측단에는 급수관(102)이 접속되어서 외부로부터 물을 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 내부 배관(101) 상측단에는 끓인 온수를 송액하는 급탕관(103)이 밸브(104)를 통해서 접속되어 있고, 외부로의 급탕이 가능하게 되어 있다.
온수기 본체(100) 내의 저부에는 가스 버너(105)가 설치되어 있다. 온수기 본체(100) 내는 가스 버너(105)에 의한 연소가스가 흐르는 가스 유로(100a)로 되어 있다. 온수기 본체(100)의 천판부에는 가스 버너(105)에 의한 연소가스가 배출되는 배기구(100b)가 설치되어 있다.
상기 도 6에 나타내는 가스 순간 온수기를 이용하여 25℃의 물을 50℃의 온수로 가열할 경우, 가스 버너(105)에 있어서의 가스의 연소 온도는 약 800℃이며, 그 연소가스는 가스 유로(100a)를 상승하는 동안에 200℃로 온도가 저하될 때까지 내부 배관(101)에서 열회수되어서 배기구(100b)를 통과해서 온수기 본체(100) 밖으로 배기된다.
또한, 급수관(102)에 의한 물의 공급 속도는 약 10L(리터)/min이다(13㎜ 구경의 파이프에 1m/sec의 유속으로 물을 흘리면 물의 공급 속도는 8L/min이 된다). 물이 온수기 본체(100) 내를 통과하는 데에 요하는 시간이 10초라고 하면, 온수기 본체(100) 내의 물 보유량은 1.67L가 된다.
또한, 물의 공급이 정지된 순간, 즉 밸브(104)를 폐쇄했을 때에 가스 버너(105)에 있어서의 가스의 연소가 정지되는 구조로 되어 있다. 이때에 온수기 본체(100) 내에 가두어지는 물의 양은 1.67L이며, 그 평균 온도는 (25+50)/2=37.5℃이다. 이 물이 100℃가 되는 데에 요하는 열량, 및 그 전량이 비등하는 데에 요하는 열량은 하기 식에 의해 산출된다.
100℃가 되는 데에 요하는 열량
1.67㎏×(100-37.5)℃×1㎉/㎏/℃=103㎉
비등하는 데에 요하는 열량
(639-37.5)㎉/㎏×1.67㎏=996㎉
가스 연소 중의 내부 배관(101)의 온도는 물에 접하고 있기 때문에 50℃를 크게 초과할 일은 없다. 또한, 가스 버너(105)나 연소가스를 안내하는 가스 유로(100a) 등의 온수기에 있어서의 연소부는 800℃와 200℃의 평균 온도인 500℃로 되어 있다고 가정한다. 또한, 연소부의 중량은 0.5㎏ 정도라고 가정하여 연소부의 보유 열량을 계산하면,
0.5㎏×(500-100)℃×0.13㎉/㎏/℃=26㎉
가 된다. 또한, 0.13㎉/㎏/℃는 스테인리스의 비열이다.
상기 계산에 의해 산출된 연소부의 보유 열량의 값 26㎉는 물의 공급이 정지된 순간에 온수기 본체(100) 내에 가두어지는 물이 100℃가 되는 데에 요하는 열량의 값 103㎉ 및 그 전량이 비등하는 데에 요하는 열량의 값 996㎉에 비해서 충분히 작다. 따라서, 온수기 본체(100) 내에 가두어진 물에, 비등에 도달하기까지의 열이 연소부로부터 공급될 일은 없다. 이 때문에, 가정용 가스 순간 온수기에 있어서는 온수기 본체(100) 내의 물을 빼내지 않아도 비등에 도달하는 일 없이 안전하게 물의 공급을 정지하는 것이 가능하게 되어 있다.
이에 대하여, 특허문헌 1에 기재되는 방식의 급속 가열기에서는 공급 속도 1.5L/min으로 공급되는 황산 농도 90질량%인 황산 용액을 100℃∼200℃로 5초간으로 가열할 경우, 황산 용액의 공급이 정지되었을 때에 가열기 내에 체류하는 황산 용액의 양은 125mL이며, 그 평균 온도는 150℃이다. 황산 농도 90질량%인 황산 용액의 비점은 265℃이기 때문에, 이 액이 비점에 도달하는 데에 요하는 열량은 150℃와 265℃의 엔탈피 차 51.2㎉/㎏을 곱하여,
0.125L×1.68㎏/L×51.2㎉/㎏=10.8㎉
이다. 또한, 1.68㎏/L는 150℃에서의 황산 농도 90질량%인 황산 용액의 비중이다.
가열 히터를 포함하는 석영 부분의 질량은 약 3㎏이며, 히터 필라멘트의 온도는 약 2400℃이다. 석영의 내부 구조체 중 액체 유로에 직접 접하고 있지 않은 부분의 석영 질량을 약 1㎏, 평균 온도를 1000℃라고 가정하여 이 부분의 보유 열량을 계산하면,
1㎏×(1000-265)℃×0.18㎉/㎏/℃=132㎉
이다. 또한, 0.18㎉/㎏/℃는 석영의 비열이다.
상기 계산으로부터 분명하게 나타내는 바와 같이, 특허문헌 1에 기재되는 방식과 같은 급속 가열기에서는 가열기가 보유하는 열량 쪽이 황산 용액이 비점에 도달하는 데에 요하는 열량에 비해서 압도적으로 크다. 이 때문에, 황산 용액의 공급이 정지되면 가열기 내에 체류하는 황산 용액이 용이하게 비등하게 된다.
상술한 바와 같이, 급속 가열기에 있어서는 가열기 내에 체류하는 액체가 비등하는 데에 요하는 열량과 가열기가 보유하는 열량을 비교하여 전자보다 후자가 클 경우에는 가열기 내에 체류하는 액체가 비등해서 과열 증기가 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이 경우 액체의 공급이 정지되었을 때에는 가열기 내의 액체를 빼내어 액체의 비등을 방지할 필요가 있다.
상기 가정용 가스 순간 온수기 등의 종래의 급속 가열기 또는 순간 가열기라고 칭해지는 장치에서는, 일반적으로 가열기 내에 체류하는 액체가 비등하는 데에 요하는 열량이 가열기가 보유하는 열량보다 크다. 이 때문에, 본 발명과 같은 과제는 발생하지 않고, 통액 불량의 발생시에 액체의 비등을 방지하기 위한 안전 기구가 필요하게 될 일은 없다.
한편, 본 발명이 대상으로 하는 급속 가열기는 가열기 내에 체류하는 액체의 양이 적고, 소유량의 액체를 단시간에 승온하는 것이며, 또한 액체의 승온 폭이 크고, 또한 가열기의 출구 온도가 액체의 비점에 비교적 가깝다. 이러한 급속 가열기에서는 액체의 통액 불량의 발생시에 비등의 문제가 발생하고, 이 때문에 액체의 비등을 방지하기 위한 안전 기구가 필요해진다.
본 발명은 상기 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 가열용 액체 유로에 있어서 통액 불량이 발생했을 경우라도 액체의 비등을 방지하여 과열 증기의 발생을 회피할 수 있는 액체 가열방법과 액체 가열장치, 및 그 액체 가열장치를 갖는 가열 액체 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 액체 가열방법 중 제 1 본 발명은 가열용 액체 유로에 액체를 통액하면서 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치한 히터에 의해 상기 가열용 액체 유로의 수열(受熱) 영역을 흐르는 상기 액체를 가열하는 액체 가열방법에 있어서, 상기 히터에 의한 가열 중 또는 상기 히터 정지 후에 상기 가열에 수반하여 상기 액체 이외에 적어도 상기 액체의 비점을 초과하는 여열이 남아 있을 때에, 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량에 따라서 적어도 상기 수열 영역에서 상기 히터의 가열 또는 상기 여열을 받는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 액체 가열방법은 상기 제 1 본 발명에 있어서, 상기 통액 불량이 상기 통액의 정지, 또는 상기 통액시에 단위시간당 유량이 소정 값 이하로 저하된 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 액체 가열방법은 상기 제 1 또는 제 2 본 발명에 있어서, 상기 가열용 액체 유로의 상기 히터에 대한 깊이가 10㎜ 이하이며, 상기 액체는 상기 통액에 의해 상기 수열 영역을 0.5∼10초로 통과하는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 액체 가열방법은 상기 제 1∼제 3 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 액체가 황산 농도 65∼96질량%인 황산 용액이며, 상기 히터는 상기 황산 용액을 140∼220℃로 가열하는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 액체 가열장치는 액체가 통액되는 가열용 액체 유로를 형성하는 유로 부재와, 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치된 히터를 갖는 가열부를 갖는 액체 가열장치로서,
적어도 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역에서 가열되는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 액 방출 기구와,
상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 공급 상황을 감시하는 감시부와,
상기 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량을 판정하고, 상기 통액 불량에 따라서 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행하는 액 방출 제어부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5 본 발명에 있어서, 상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 공급 상황과 상기 가열부의 가열 상황을 감시하고, 상기 액 방출 제어부는 상기 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량과 상기 가열부에 있어서의 가열 계속을 판정하고, 상기 가열 계속과 상기 통액 불량에 따라서 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5 또는 제 6 본 발명에 있어서, 상기 액 방출 제어부는 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행함과 아울러 상기 가열부로의 통전을 정지하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
제 8 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 7 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 적어도 상기 액 방출 제어부로의 급전이 가능한 무정전 전원을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 9 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 8 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 가열용 액체 유로가 대략 상하 방향으로 형성되어 있고, 상기 액 방출 기구가 상기 가열용 액체 유로의 상측에 연통되는 대기 개방용 라인과, 상기 가열용 액체 유로의 하측에 연통되는 액 방출용 라인과, 상기 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 상기 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖고, 상기 액 방출 제어부는 상기 액체 방출의 실행시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
제 10 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 9 본 발명에 있어서, 상기 액 방출 제어부는 상기 통액 불량 이외의 상기 통액시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 폐쇄 상태로 하는 것을 특징으로 한다.
제 11 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 10 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 단위시간당 유량을 측정하는 유량계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 12 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 10 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프의 동작 상태를 검지하는 것을 특징으로 한다.
제 13 본 발명의 액체 가열장치는 액체가 통액되는 가열용 액체 유로를 형성하는 유로 부재와, 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치된 히터를 갖는 가열부를 갖는 액체 가열장치로서,
적어도 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역에서 가열되는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 빼내는 액 방출 기구를 갖고,
상기 액 방출 기구는 적어도 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프로의 통전이 갑자기 정지되는 정전시에 통전 정지에 수반하여 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 동작을 행하는 것을 특징으로 한다.
제 14 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 13 본 발명에 있어서, 상기 가열용 액체 유로가 대략 상하 방향으로 형성되어 있고, 상기 액 방출 기구가 상기 가열용 액체 유로의 상측에 연통되는 대기 개방용 라인과, 상기 가열용 액체 유로의 하측에 연통되는 액 방출용 라인과, 상기 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 상기 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖고, 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 각각 페일세이프 기구를 구비하는 밸브 액츄에이터를 갖고 있고, 상기 각 밸브 액츄에이터는 적어도 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프로의 통전이 갑자기 정지되는 정전시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 통전시의 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 하는 동작을 행하는 것을 특징으로 한다.
제 15 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 14 본 발명에 있어서, 상기 밸브 액츄에이터가 통전시에 조작 공기압에 의해 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 조작 공기압이 소실되어 밸브를 개방하는 에어리스 오픈식 밸브 액츄에이터, 또는 통전시에 바이어싱 부재에 저항해서 클러치 기구의 단속 동작이 되어서 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 바이어싱 부재에 의해 클러치 기구의 단속 동작이 되어서 밸브를 개방하는 밸브 액츄에이터, 또는 통전시에 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 전지에 축적된 전력에 의해 밸브를 개방 상태로 하는 전동식 밸브 액츄에이터인 것을 특징으로 한다.
제 16 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 15 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 액 방출 기구에 의해 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출된 상기 액체를 회수하는 회수부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 17 본 발명의 액체 가열장치는 상기 제 5∼제 16 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 가열용 액체 유로의 상기 히터에 대한 깊이가 10㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
제 18 본 발명의 가열 액체 공급장치는 상기 제 5∼제 17 본 발명 중 어느 하나의 액체 가열장치와, 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프와, 상기 가열장치로의 통전 및 상기 펌프로의 통전을 제어하는 통전 제어부와, 상기 장치의 정지 지시를 주는 장치 정지 지시부를 갖고, 상기 통전 제어부는 상기 액체 가열장치 및 상기 펌프가 가동 상태에 있을 경우에 상기 장치 정지 지시부에 의한 상기 정지 지시를 받으면 상기 액체 가열장치로의 통전을 정지하여 상기 액체 가열장치를 정지함과 아울러 상기 펌프의 가동을 계속하고, 상기 액체 가열장치의 정지로부터 소정의 시간이 경과하거나 또는 상기 가열용 액체 유로에 소정 유량의 상기 액체가 통액된 후, 또는 상기 액체 가열장치로부터 출액되는 상기 액체의 온도가 소정의 온도 이하로 된 후에 상기 펌프로의 통전을 정지하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 의하면 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량에 따라서 적어도 가열용 액체 유로의 수열 영역에서 히터의 가열 또는 여열을 받는 액체를 가열용 액체 유로 밖으로 방출한다. 이에 따라, 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량이 발생할 경우에 가열용 액체 유로 내에 있어서의 액체의 비등을 방지하여 과열 증기의 발생을 회피할 수 있다. 또한, 상기 통액 불량으로서는 실제로 통액 불량이 발생하고 있는 경우 외에 통액 불량이 발생할 개연성이 높은 상태를 포함할 수 있다.
또한, 히터 정지 후에 상기 여열이 남아 있는지의 여부는 상기 가열장치에서 히터 정지 후의 경과 시간에 따른 여열 온도를 미리 파악해서 데이터로서 유지해 두고, 조업시에 히터가 정지되었을 때에 정지 후의 경과 시간에 의거하여 상기 데이터를 참조해서 여열 온도를 추정할 수 있다. 또한, 여열 온도가 액온 이상이라도 가열용 액체 유로 내의 액체가 비등에 도달하지 않는 것이면 상기 액 방출을 하지 않은 것으로 할 수 있다. 이때의 비등에 도달하지 않는 상한의 온도를 미리 역치로서 설정해 두고, 여열이 상기 역치를 초과할 경우에 상기 액 방출을 행하도록 해도 좋다.
가열용 액체 유로는 예를 들면 급속 가열기 등의 가열기 내의 액체 유로이며, 통상은 급속 가열을 가능하게 하기 위해서 그 내부에 체류하는 액체의 양이 작은 것이다. 예를 들면, 가열용 액체 유로의 히터에 대한 깊이(가열용 액체 유로가 대향하는 액체 유로면 사이에 형성되어 있을 경우에는 두께)는 10㎜ 이하인 것이 바람직하고, 5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 충분한 통액을 확보하는 점에서 유로 깊이(유로 두께)는 1㎜ 이상이 바람직하고, 또한 2㎜ 이상이 한층 더 바람직하다. 또한, 가열용 액체 유로에 통액되는 액체는 가열용 액체 유로의 수열 영역을 0.5∼10초로 통과하는 것이 바람직하고, 0.5∼5초로 통과하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 가열용 액체 유로로의 액 홀드업량은 0.5L 이하인 것이 바람직하고, 0.05∼0.2L인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명에서 말하는 수열 영역이란 히터에 의한 복사 전열을 받는 영역을 나타내는 것이다.
또한, 가열용 액체 유로에 통액해서 가열하는 액체로서는 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 황산 용액 또는 황산 용액을 전해한 과황산 함유 황산 용액을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 액체를 가열하는 온도는 필요에 따라서 원하는 온도로 적당하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 황산 농도 65∼96질량%인 황산 용액을 가열할 경우, 140∼220℃로 가열할 수 있다.
본 발명에 있어서의 통액 불량에는 가열용 액체 유로로의 통액이 정지되었을 경우, 가열용 액체 유로에 대한 유량이 소정 값 이하로 저하되었을 경우가 포함된다.
구체적으로는, 가열용 액체 유로에 액체를 공급하는 펌프가 정전, 펌프 트러블 등에 의해 정지되었을 때, 또는 펌프 트러블 등에 의해 펌프의 출력이 저하되어서 가열용 액체 유로에 공급되는 액체의 단위시간당 유량이 소정 값 이하로 되었을 때에 상기 통액 불량이 발생한다. 또한, 정전은 적어도 펌프로의 통전이 갑자기 정지되었을 경우이며, 지역이나 작업장에 대한 정전 외에 장치 내에서의 일부 통전 불량도 포함된다. 또한, 펌프 트러블은 펌프 자체의 고장이나 에어 콤프레서의 고장에 의한 에어 펌프로의 에어 공급 불량 외에 펌프를 제어하는 제어 로직의 오류에 의한 불량도 포함하는 개념이다.
액체의 가열을 행하는 가열부로서는 액체가 통액되는 가열용 액체 유로를 형성하는 유로 부재와, 가열용 액체 유로의 적어도 한쪽의 외측에 배치된 히터를 갖는 것을 사용할 수 있다.
유로 부재는 구성 재료가 특정한 것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 히터로서 할로겐램프 히터 등의 근적외선 히터를 사용할 경우에는 석영제의 유로 부재를 사용할 수 있다. 석영은 내열성을 가짐과 아울러 근적외선을 투과하기 때문에, 석영제의 유로 부재를 사용함으로써 근적외선 히터로부터의 전열을 방해하지 않고 효율적으로 액체를 가열할 수 있다.
히터로서는 상기 근적외선 히터 외에 마이크로웨이브 등을 사용할 수 있다.
상기 통액 불량이 발생했을 경우에 행하는 액체의 방출은 상기 가열부에 대하여 이하에 설명하는 액 방출 기구, 감시부, 및 액 방출 제어부를 설치해서 자동적으로 행할 수 있다.
액 방출 기구는 가열용 액체 유로로부터 액체를 방출할 수 있는 기구이면 그 구성은 특별하게 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 액 방출 기구로서는 가열용 액체 유로가 대략 상하 방향으로 설치되어 있을 경우, 가열용 액체 유로의 상측에 접속된 대기 개방용 라인과, 가열용 액체 유로의 하측에 접속된 액 방출용 라인과, 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖는 것을 사용할 수 있다. 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 통상의 통액시에는 폐쇄 상태로 해 놓고, 액 방출을 할 때에 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 함으로써 대기 개방용 라인을 통과해서 가열용 액체 유로 내를 대기 개방하고, 액 방출용 라인을 통해서 가열용 액체 유로 내의 액체를 신속하게 방출할 수 있다. 또한, 액 방출이 보다 신속하게 이루어지도록 가열용 액체 유로는 세로로 배치해 두는 것이 바람직하다. 또한, 액 방출시에 가열용 액체 유로를 세로로 하는 기구를 설치하도록 해도 좋다.
상기 액 방출 기구에 의해 가열용 액체 유로 밖으로 방출된 액체는 회수부에 회수되도록 할 수 있다. 방출된 액체를 회수부에 회수함으로써 회수된 액체를 다시 가열해서 세정액 등으로서 사용할 수 있어 액체가 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 회수부를 사용하면 고온의 과황산 함유 황산 용액과 같이 산화력이 강한 용액을 누수하지 않고 회수할 수 있다.
회수부로서는 가열부에 의한 가열 전에 액체를 예열하는 예열조를 겸용해도 좋고, 별개 독립의 회수 용기를 사용해도 좋다.
감시부는 가열용 액체 유로에 공급되는 액체의 공급 상황을 감시할 수 있는 것이면 특별하게 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 감시부로서 가열용 액체 유로에 공급되는 액체의 단위시간당 유량을 측정하는 유량계를 구비하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 감시부에는 가열용 액체 유로에 액체를 공급하는 펌프의 동작 상태를 검지하는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 에어 펌프에 의해 가열용 액체 유로에 액체를 공급할 경우, 감시부로서 에어 펌프의 공기압을 측정하는 압력계를 구비하는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 유량계 및 압력계는 어느 하나를 단독으로 사용해도 좋고 양자를 병용해도 좋다.
감시부는 상기 액체의 공급 상황 외에 가열부의 가열 상황을 감시하는 것이라도 좋다. 가열 상황의 감시에는 예를 들면 히터로의 통전 상태, 가열부의 측정 온도, 히터 정지 후의 경과 시간 등을 참조할 수 있다.
액 방출 제어부는 상기 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량을 판정하고, 통액 불량에 따라서 상기 액 방출 기구에 의해 액체의 방출을 실행하는 제어를 행하는 것이다. 예를 들면, 유량계에 의해 측정되는 액체의 단위시간당 유량이 제로 또는 소정 값 이하로 되었을 경우나, 에어 펌프에 있어서 압력계에 의해 측정되는 공기압이 제로 또는 소정 값 이하로 되었을 경우에 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량의 발생이 판정된다. 소정 값은 미리 수치를 설정해서 기억부 등에 기억해 두어도 좋고, 또한 통상시의 유량이나 압력을 측정해 두고 통상시의 유량이나 압력에 대한 감소의 정도를 소정 값으로서 정하는 것이라도 좋다.
액 방출 제어부는 상기 감시부가 가열용 액체 유로에 공급되는 액체의 공급 상황과 상기 가열부의 가열 상황을 감시할 경우에는 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량과 가열부에 있어서의 가열 계속을 판정하고, 계속 가열과 상기 통액 불량에 따라서 액 방출 기구에 의해 액체의 방출을 실행하는 제어를 행할 수 있다.
통액 불량은 상기와 마찬가지이다. 가열의 계속은 히터의 가동의 경우, 가열 계속이라고 판정된다. 또한, 히터가 정지된 후라도 액체의 가열 온도 이상의 여열이 있을 경우에도 가열 계속의 상태라고 판정할 수 있다. 이때에 여열의 온도에 따라서 가열이 계속 유무의 판정을 행하도록 해도 좋다. 즉, 여열에 의해 액체가 비등할 가능성이 있으면 가열이 계속됨이라고 판정하고, 여열이 액체를 비등시킬 가능성이 없으면 가열이 계속되지 않음이라고 할 수 있다.
액 방출 제어부는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램을 주로 해서 구성할 수 있고, 그 밖에 작업 에리어가 되는 RAM, 상기 프로그램 등을 격납하는 ROM, 동작 파라미터나 역치, 판정에 사용하는 소정 값 등을 격납한 불휘발의 메모리 등을 구비하고 있다.
또한, 액 방출 제어부는 상기 액 방출 기구에 의해 액체의 방출을 실행하는 제어를 행함과 아울러 상기 가열부로의 통전을 정지하는 제어를 행하는 것이 바람직하다. 통액 불량이 발생해서 액체의 방출을 실행하는 제어를 행할 경우에, 또한 가열부로의 통전을 정지하는 제어를 행함으로써 쓸데없는 에너지의 소비를 회피함과 아울러 안전하며 또한 신속하게 액체의 가열을 재개할 수 있다.
또한, 액 방출 제어부는 상기 액 방출 기구가 대기 개방용 라인, 액 방출용 라인, 제 1 밸브, 및 제 2 밸브를 갖는 것일 경우에는 액체의 방출의 실행시에 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 하는 제어를 행한다. 이 경우, 통액 불량 이외의 액체의 통상시의 통액시에는 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 폐쇄 상태로 된다. 통상시 통액시의 밸브의 폐쇄 동작은 액 방출 제어부에 의해 행해도 좋고, 또한 액 방출 제어부의 제어 OFF에 의해 폐쇄 동작하는 밸브 액츄에이터에 의해 행해도 좋다.
또한, 액체 가열장치는 적어도 제어부로의 급전이 가능한 무정전 전원을 구비함으로써 장치 전체에 걸친 정전시에도 액 방출 기구에 의한 액체의 방출을 실행하는 제어를 행할 수 있다. 또한, 액 방출 제어부 외에 액 방출 기구 및 감시부를 구성하는 각 부에 대해서도 각 부가 상기 정전시에도 동작할 수 있도록 무정전원감으로 급전되도록 구성해도 좋다.
단, 각 부와 무정전 전원을 배선 코드로 접속할 필요가 있기 때문에 기기 구성이 복잡해지고, 또한 비용이 약간 비싸지므로 정전시에 대응하는 페일세이프 기구를 갖는 밸브 액츄에이터 쪽이 바람직하게 사용된다.
그래서, 페일세이프 기구에 의해 정전시에 액 방출이 행해지도록 액 방출 기구를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기와 같은 감시부 및 제어부는 설치할 필요는 없고, 통전 정지에 수반하여 액 방출 기구가 동작해서 액 방출 동작이 이루어지는 것이면 좋다.
예를 들면, 액 방출 기구를 가열용 액체 유로의 상측에 접속된 대기 개방용 라인과, 가열용 액체 유로의 하측에 접속된 액 방출용 라인과, 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖는 것으로 한다. 또한, 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 각각 페일세이프 기구를 구비하는 밸브 액츄에이터를 갖는 것으로 하고, 각 밸브 액츄에이터는 적어도 가열용 액체 유로에 액체를 공급하는 펌프로의 통전이 갑자기 정지되는 정전시에 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 통전시의 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 하는 동작을 행하는 것으로 한다. 이러한 액 방출 기구에 의해, 정전시에는 제 1 밸브 및 제 2 밸브가 밸브 액츄에이터에 의해 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 되고, 대기 개방용 라인을 통과해서 가열용 액체 유로가 대기 개방됨과 아울러 액 방출용 라인을 통과해서 가열용 액체 유로 내의 액체가 방출된다.
또한, 상기 밸브 액츄에이터로서는 공기식이나 클러치식, 전동식 밸브 액츄에이터 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는 통전시에 조작 공기압에 의해 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 조작 공기압이 소실해서 밸브를 개방하는 에어리스 오픈식 밸브 액츄에이터, 통전시에 태엽 등의 바이어싱 부재에 저항해서 클러치 기구를 전달 상태로 해서 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 바이어싱 부재에 의해 클러치 기구의 전달이 해제되어 밸브를 개방하는 클러치식 밸브 액츄에이터, 통전시에 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 전지에 축적된 전력에 의해 밸브를 개방 상태로 하는 전동식 밸브 액츄에이터 등을 들 수 있다.
또한, 상기 액체 가열장치를 구비하는 가열 액체 공급장치에서는 조작자의 의지에 따라 장치를 정지할 때에 상기 급속 가열기에서 액체의 비등을 발생시키지 않는 제어를 행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 정지 지시를 받으면 액체 가열장치로의 통전을 정지해서 액체 가열장치를 정지함과 아울러 펌프의 가동을 계속하고, 액체 가열장치의 정지로부터 소정의 시간이 경과하거나 또는 상기 가열용 액체 유로에 소정 유량의 상기 액체가 통액된 후, 또는 상기 액체 가열장치로부터 출액되는 상기 액체의 온도가 소정의 온도 이하로 된 후에 펌프로의 통전을 정지하는 제어를 실행하도록 할 수 있다. 이에 따라, 가열부에 있어서의 액체의 비등을 확실하게 방지할 수 있다. 상기 제어는 통전 제어부에 의해 행할 수 있다. 통전 제어부는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램을 주로 해서 구성할 수 있고, 그 밖에 작업 에리어가 되는 RAM, 상기 프로그램 등을 격납하는 ROM, 동작 파라미터나 정지 지시 후에 펌프를 계속하는 조건 등을 격납한 불휘발의 메모리 등을 구비하고 있다. 통전 제어부는 액 방출 제어부와는 독립해서 구비하는 것이라도 좋고, 또한 통전 제어부와 액 방출 제어부를 겸용하는 제어부를 구비하는 것이라도 좋다.
(발명의 효과)
이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 가열용 액체 유로에 액체를 통액 하면서 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치한 히터에 의해 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역을 흐르는 상기 액체를 가열하고, 상기 히터에 의한 가열 중 또는 상기 히터 정지 후에 상기 가열에 수반하여 상기 액체 이외에 적어도 상기 액체의 가열 온도를 초과하는 여열이 남아 있을 때에, 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량에 따라서 적어도 상기 수열 영역에서 상기 히터의 가열 또는 상기 여열을 받는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 빼내므로, 가열용 액체 유로에 있어서 통액 불량이 발생했을 경우라도 액체의 비등을 방지해서 과열 증기의 발생을 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 액체 가열장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 마찬가지로 일실시형태의 액체 가열장치에 있어서의 가열기를 나타내는 개략도이다.
도 3은 마찬가지로 다른 실시형태의 액체 가열장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 마찬가지로 또 다른 실시형태의 액체 가열장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 마찬가지로 또 다른 실시형태의 액체 가열장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 일반적인 가정용 가스 순간 온수기를 나타내는 개략도이다.
(실시형태 1)
본 발명의 일실시형태의 액체 가열장치를 구비하는 가열 액체 공급장치를 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 가열 액체 공급장치(1)는 과황산을 함유하는 황산 용액을 예열하는 예열조(2)와, 예열조(2)에 의해 예열된 황산 용액을 가열하는 가열기(7)를 갖고 있다. 가열기(7)는 본 발명의 가열부에 상당하고, 가열용 액체 유로가 상하 방향으로 관통하도록 설치되어 있다. 또한, 예열조(2)는 본 발명의 회수부로서의 기능을 갖고 있다.
예열조(2)에는 과황산을 함유하는 황산 용액이 저류되어 있다. 그 황산 용액의 황산 농도는 65∼96질량%이다. 예열조(2)에는 황산 용액을 전기분해함으로써 생성된 과황산 함유 황산 용액이 적당하게 공급되도록 되어 있다. 또한, 과황산 함유 황산 용액으로서는 황산 용액과 과산화수소수를 혼합함으로써 제조되는 SPM 용액을 사용할 수도 있다.
예열조(2)에는 도시하지 않은 히터가 설치되어 있고, 그 히터에 의해 예열조(2) 내에 저류된 황산 용액을 예열할 수 있다. 또한, 예열조(2)에는 대기 연통 라인(3)이 접속되어 있고, 예열조(2) 내가 대기압에 개방되어 있다.
예열조(2)에는 예열조(2) 내의 황산 용액을 가열기(7)에 공급하는 상류측 공급 라인(4)의 상류단이 접속되어 있다. 상류측 공급 라인(4)의 하류단은 가열기(7) 하부의 입액측에 접속되어 있다. 상류측 공급 라인(4)에는 예열조(2)측으로부터 가열기(7)측을 향해서 황산 용액을 송액하는 에어 펌프(5)가 개설되어 있다. 에어 펌프(5)는 본 발명의 펌프에 상당한다. 또한, 에어 펌프(5) 대신에 여러 가지 펌프를 사용할 수 있다.
또한, 상류측 공급 라인(4)에는 에어 펌프(5)의 하류측에 있어서 상류측 공급 라인(4)을 흐르는 황산 용액의 단위시간당 유량을 측정하는 유량계(6)가 설치되어 있다. 유량계(6)는 본 발명의 감시부를 구성한다. 유량계(6)의 출력 신호는 제어부(14)에 송신되고 있다.
제어부(14)는 가열 액체 공급장치(1) 전체를 제어하는 것이며, CPU와 이것을 동작시키는 프로그램을 주로 해서 구성되어 있고, 그 밖에 작업 에리어가 되는 RAM, 상기 프로그램 등을 격납하는 ROM, 통액 불량을 판정할 때의 유량의 소정 값 등을 격납한 불휘발의 메모리 등을 구비하고 있다.
즉, 제어부(14)는 본 발명의 액 방출 제어부로서 기능한다.
가열기(7) 상부의 출액측에는 가열기(7)에 의해 가열된 황산 용액을 도시하지 않은 세정기에 공급하는 하류측 공급 라인(8)의 상류단이 접속되어 있다. 하류측 공급 라인(8)에는 하류측 공급 라인(8)을 흐르는 황산 용액의 액온을 측정하는 온도계(9)가 설치되어 있다. 온도계(9)의 출력 신호는 제어부(14)에 송신되고 있다. 온도계(9)의 출력 신호를 수신하는 제어부(14)에서는 가열기(7)에 의해 가열된 황산 용액이 소정의 액온이 되도록 에어 펌프(5)의 출력(펌프 유량)을 조정하거나, 가열기(9)에 있어서의 가열 온도를 조정하거나 한다.
이하에 가열기(7)의 구체적 구조에 대해서 도 2(a), (b), (c)에 의거하여 설명한다.
도 2(a)는 가열기(7)의 수평면을 따르는 단면도이며, 도 2(b)는 가열기(7)의 종단면도, 도 2(c)는 통 형상 유로(70)의 확대된 수평 단면도이다.
도시하는 바와 같이, 가열기(7)는 내관벽(71a) 및 외관벽(71b)에 의해 구성되어 황산 용액이 흐르는 통 형상 유로(70)를 형성하는 2중관과, 통 형상 유로(70) 내의 수열 영역에 있어서의 황산 용액을 가열하는 히터(72, 73)와, 단열 구조의 하우징(74)을 갖고 있다. 하우징(74)에는 내관벽(71a)과 외관벽(71b) 및 히터(72, 73)가 격납되어 있다. 통 형상 유로(70)는 본 발명의 가열용 액체 유로에 상당한다. 또한, 내관벽(71a) 및 외관벽(71b)은 본 발명의 유로 부재에 상당한다.
통 형상 유로(70)는 지름이 근사한 2중관 구조에 의해 형성되어 있고, 내관벽(71a)과 외관벽(71b) 사이에서 통 형상 유로(70)가 확보되어 있다. 내관벽(71a) 및 외관벽(71b)은 각각 석영제인 것이다. 통 형상 유로(70)의 두께[외관벽(71b)의 내경과 내관벽(71a)의 외경의 차]는 바람직하게는 10㎜ 이하이며, 보다 바람직하게는 1∼5㎜이다. 통 형상 유로(70)에 있어서의 황산 용액의 체류 시간은 바람직하게는 0.5∼10초이며, 통 형상 유로(70)에 공급되는 황산 용액의 단위시간당 유량은 바람직하게는 0.5∼1.5L/min이다. 이 경우, 통 형상 유로(70)로의 황산 용액의 공급이 정지되었을 때에 통 형상 유로(70) 내에 체류하는 황산 용액의 양(액 홀드업량)은 100∼150mL이다.
통 형상 유로(70)는 축방향이 종방향을 따르도록 배치되어 있고, 상기한 바와 같이 통 형상 유로(70)의 입액측인 하측에는 상류측 공급 라인(4)의 하류단이 접속되고, 통 형상 유로(70)의 출액측인 상측에는 하류측 공급 라인(8)의 상류단이 접속되어 있다.
통 형상 유로(70)의 외주 외측에는 통 형상 유로(70)와 동심원의 원주 방향으로 통 형상 유로(70)의 축방향을 따르는 복수개의 막대 형상의 히터(72)가 등각도 간격으로 배치되어 있다. 또한, 통 형상 유로(70)의 내주 내측에는 통 형상 유로(70)의 축방향을 따르는 1개의 막대 형상의 히터(73)가 통 형상 유로(70)의 중심 위치에 배치되어 있다. 히터(72, 73)로서는 예를 들면 할로겐램프 히터가 사용되고 있다.
또한, 가열기(7)의 구성은 상기 도 2에 나타내는 구성에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 구성을 채용할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 통 형상 유로(70)의 입액측에 접속된 상류측 공급 라인(4)에는 유량계(6)의 하류측에 있어서 액 방출용 라인(10)의 일단이 분기 접속되어 있다. 액 방출용 라인(10)은 밸브(11)를 통해서 그 타단이 예열조(2)에 접속되어 있다. 즉, 액 방출용 라인(10)은 상류측 공급 라인(4)을 통해서 가열용 액체 유로인 통 형상 유로(70)의 하측에 연통되어 있다.
밸브(11)는 본 발명의 제 2 밸브에 상당한다. 밸브(11)는 통상시에는 폐쇄 상태로 되어 있고, 후술하는 제어부(14)에 의해 개폐 동작이 제어된다.
또한, 후술하는 바와 같이 황산 용액의 방출시에 가열기(7)의 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 자중에 의해 유하되어 그 황산 용액을 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 예열조(2)에 회수되도록 가열기(7)보다 예열조(2)가 하방에 설치되어 있다.
그리고, 액 방출용 라인(10)에 있어서는 상류측 공급 라인(4)과의 접속 위치가 가장 높은 위치에 있고, 예열조(2)로의 접속 위치가 가장 낮은 위치에 있다. 액 방출용 라인(10)에 있어서는 상류측 공급 라인(4)과의 접속 위치로부터 예열조(2)로의 접속 위치에 도달하기까지 점차 높이가 낮게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 액 방출용 라인(10)에 있어서 같은 높이를 유지하는 부분을 포함하고 있어도 좋다.
상기 통 형상 유로(70)의 출액측에 접속된 하류측 공급 라인(8)에는 온도계(9)의 하류측에 있어서 대기 개방용 라인(12)의 일단이 분기 접속되어 있다. 대기 개방용 라인(12)은 밸브(13)를 통해서 그 타단이 예열조(2)에 접속되어 있다. 즉, 대기 개방용 라인(12)은 하류측 공급 라인(8)을 통해서 가열용 액체 유로인 통 형상 유로(70)의 상측에 연통되어 있다. 밸브(13)는 본 발명의 제 1 밸브에 상당한다. 밸브(13)는 통상시에로는 폐쇄 상태로 되어 있고, 제어부(14)에 의해 개폐 동작이 제어된다.
제어부(14)에는 밸브(11, 13)가 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(14)는 유량계(6)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 따라서 밸브(11, 13)의 개폐를 제어한다.
또한, 제어부(14)에는 에어 펌프(5)가 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(14)는 에어 펌프(5)의 펌프 유량을 제어하는 제어 신호를 에어 펌프(5)에 송신할 수 있고, 또한 제어부(14)는 에어 펌프(5)로의 통전을 정지해서 에어 펌프(5)를 정지하는 제어 신호를 에어 펌프(5)에 송신할 수 있다.
또한, 제어부(14)에는 가열기(7)가 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(14)는 가열기(7)의 가열 온도를 제어하는 제어 신호를 가열기(7)에 송신할 수 있고, 또한 제어부(14)는 가열기(7)로의 통전을 정지해서 가열기(7)를 정지하는 제어 신호를 가열기(7)에 송신할 수 있다.
제어부(14)는 가열기(7)로의 통전 및 에어 펌프(5)로의 통전을 제어하는 본 발명의 통전 제어부로서 기능할 수 있다.
또한, 제어부(14)에는 가열기(7) 및 에어 펌프(5)의 정지 지시를 주는 장치 정지 지시부(도시하지 않음)를 접속할 수 있다. 조작자는 장치 정지 지시부를 통해서 제어부(14)에 정지 지시를 줌으로써 가열기(7) 및 에어 펌프(5)를 정지할 수 있다.
이 실시형태 1에서는 상기한 가열기(7), 액 방출용 라인(10), 대기 개방용 라인(12), 밸브(11, 13), 유량계(6), 제어부(14)에 의해 본 발명의 가열장치가 구성되어 있다.
이어서, 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치의 동작에 대하여 설명한다.
예열조(2) 내에서는 저류되어 있는 황산 용액이 도시하지 않은 히터에 의해, 예를 들면 90∼120℃로 가열, 유지된다.
예열조(2) 내의 황산 용액은 에어 펌프(5)에 의해 상류측 공급 라인(4)을 통과해서 가열기(7)의 통 형상 유로(70)의 입액측(하측)에 입액된다. 통 형상 유로(70)의 하측에 입액된 황산 용액은 상향류를 발생시켜서 통 형상 유로(70) 내를 상승하고, 통 형상 유로(70)의 출액측인 상측으로부터 출액된다. 황산 용액은 통 형상 유로(70)를 상승해서 통과하는 동안에 히터(72, 73)의 복사열에 의해 가열된다. 황산 용액은 통 형상 유로(70)의 수열 영역, 즉 히터(72, 73)에 의한 복사열을 받고 있는 영역을, 예를 들면 0.5∼10초로 통과한다. 또한, 통 형상 유로(70)에 입액되는 황산 용액의 온도는 예열조(2)에서 가열되어서 90∼120℃로 되어 있다. 통 형상 유로(70)로부터 출액되는 황산 용액은 히터(72, 73)의 가열에 의해, 예를 들면 140∼220℃의 액온으로 되어 있다.
또한, 통액 불량이 발생하지 않고 상기한 바와 같이 가열기(7)에 의해 황산 용액이 가열되고 있는 동안 제어부(14)는 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태로 하고 있다.
통 형상 유로(70)의 상측으로부터 출액된 황산 용액은 하류측 공급 라인(8)을 통과해서 세정기에 공급된다. 온도계(9)에서는 하류측 공급 라인(8)을 흐르는 황산 용액의 온도가 연속적으로 또는 일정 간격으로 단속적으로 측정되고 있고, 소정의 온도가 얻어지도록 펌프(5), 히터(72, 73)를 제어하고 있다.
즉, 제어부(14)에서는 세정기의 요구 등에 따라서 에어 펌프(5)의 펌프 유량을 제어하는 제어 신호를 에어 펌프(5)에 송신하여 에어 펌프(5)의 펌프 유량을 제어한다. 또한, 제어부(14)는 온도계(9)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 따라서 가열기(7)의 가열 온도를 제어하는 제어 신호를 가열기(7)에 송신해서 가열기(7)의 가열 온도를 제어한다.
세정기에서는 하류측 공급 라인(8)으로부터 공급되는 황산 용액에 의해 반도체 웨이퍼 등의 전자재료 기판의 세정이 행해진다.
상기한 바와 같이, 가열기(7)에 있어서 황산 용액의 가열이 행해지고 있는 동안 유량계(6)에서는 상류측 공급 라인(4)을 흐르는 황산 용액의 단위시간당 유량이 연속적으로 또는 단속적으로 측정된다. 이렇게 해서, 유량계(6)에 의해 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 공급되는 황산 용액의 공급 상황이 감시된다. 유량계(6)에 의한 측정 결과는 유량계(6)로부터 제어부(14)에 송신된다.
제어부(14)는 상기 유량계(6)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 의거하여 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 있어서의 통액 상태를 판정한다. 구체적으로는, 제어부(14)는 유량계(6)에 의해 측정된 황산 용액의 단위시간당 유량이 제로 또는 소정 값 이하일 경우에는 통 형상 유로(70)에 있어서 통액 불량이 발생했다고 판정한다. 또한, 소정 값은 미리 설정해 두고, 제어부(14)의 불휘발 메모리에 격납해 둔다.
제어부(14)는 통액 불량이 발생했다고 판정하면 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호를 밸브(11, 13)에 송신하여 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 한다. 동시에, 제어부(14)는 에어 펌프(5) 및 가열기(7)를 정지하는 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호를 에어 펌프(5) 및 가열기(7)에 송신하여 에어 펌프(5) 및 가열기(7)를 정지한다. 또한, 가열기(7)를 정지 후 에어 펌프(5)는 일정 시간 가동을 계속하고, 그 후에 정지하도록 해도 좋다.
제어부(14)에 의해 밸브(11, 13)가 개방 상태로 되면 대기압에 개방된 예열조(2)에 접속된 대기 개방용 라인(12) 내가 대기에 개방된다. 이에 따라, 통 형상 유로(70) 내가 대기 개방용 라인(12)을 통해서 대기압에 개방된다. 그러면, 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액은 자중에 의해 유하되도록 방출되어 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 예열조(2)에 회수된다. 이에 따라, 히터(72, 73)에 의한 가열 중 또는 히터(72, 73)의 정지 후의 여열이 남아 있을 경우라도 황산 용액의 비등을 방지해서 과열 증기의 발생을 회피할 수 있다. 또한, 히터(72, 73)의 정지 후 시간이 경과하거나 해서 액체의 과열이 발생하지 않는 상태에서 통액 불량이 발생했을 경우에는 상기 액 방출을 행하지 않는 제어를 행할 수도 있다. 액 방출을 행하지 않을 경우로서는 히터(72, 73)의 정지 후 소정 시간 경과했을 경우, 히터(72, 73)의 정지 후 소정 유량의 액체가 통 형상 유로(70)에 통액된 경우, 가열부의 여열 온도가 소정 온도 이하로 되어 있는 경우를 들 수 있다.
또한, 제어부(14)는 정전 그 밖의 통액 불량을 야기한 상기 트러블로부터 회복했을 경우에 밸브(11, 13)를 자동적으로 폐쇄 상태로 하도록 제어 로직이 짜여져 있다. 또한, 제어부(14)는 상기 트러블에 의해 에어 펌프(5)나 가열기(7)가 정지되었을 경우에, 상기 트러블로부터 회복해도 에어 펌프(5)나 가열기(7)의 정지 상태를 유지하도록 제어 로직이 짜여져 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 트러블로부터 회복한 직후에 가열기(7)에 황산 용액이 공급되어서 순시에 비등하는 것을 방지할 수 있다.
상기 트러블로부터의 회복 후, 가열기(7)를 방열함으로써 가열기(7) 내의 온도가 저하되면 안전하게 황산 용액의 공급을 재개할 수 있다. 또한, 가열기(7) 내의 접액부의 온도가 황산 용액의 비점 이하이면 황산 용액이 비등할 일은 없지만, 접액부의 온도를 직접 측정하는 것은 일반적으로 곤란하다. 그래서, 가열기(7)에 있어서의 보온재 그 밖의 중간 부위의 온도를 측정하고, 그 중간 부위의 온도가 황산 용액의 비점과 비교해서 충분히 낮은 것을 작업원 등에 의해 확인하고, 접액부의 온도가 비점보다 낮은 것을 추정하고나서 에어 펌프(5)의 가동을 재개함과 아울러 가열기(7)의 가동을 재개하는 것이 바람직하다.
또한, 가열기(7) 및 에어 펌프(5)가 가동 상태에 있는 액체 가열장치의 운전을 통상 정지할 경우에는, 작업원이 도시하지 않은 장치 정지 지시부를 통해서 제어부(14)에 정지 지시를 준다.
제어부(14)는 장치 정지 지시부로부터 정지 지시를 받으면 가열기(7)로의 통전을 정지해서 가열기(7)를 정지함과 아울러 에어 펌프(5)의 가동을 계속하고, 그 후에 에어 펌프(5)로의 통전을 정지해서 에어 펌프(5)를 정지하는 제어를 실행한다. 제어부(14)는 가열기(7)의 정지로부터 소정의 시간이 경과하거나 또는 가열용 액체 유로(70)에 소정 유량의 황산 용액이 통액된 후, 또는 가열기(7)로부터 출액되는 황산 용액의 온도가 소정의 온도 이하로 된 후에 에어 펌프(5)로의 통전을 정지해서 에어 펌프(5)를 정지하는 제어를 실행한다.
이렇게 해서, 가열기(7) 및 에어 펌프(5)가 정지되어 액체 가열장치의 운전이 통상 정지된다.
(실시형태 2)
이어서, 본 발명의 다른 실시형태의 액체 가열장치를 도 3에 의거하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태 1과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 또는 간략화한다.
상기 실시형태 1에서는 유량계(6)에 의해 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 공급되는 황산 용액의 공급 상황을 감시하는 경우에 대하여 설명했지만, 에어 펌프(5)의 공기압을 측정하는 압력계에 의해 황산 용액의 공급 상황을 감시하도록 해도 좋다.
본 실시형태의 액체 가열장치는 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치에 있어서, 유량계(6) 대신에 에어 펌프(5)의 공기압을 측정하는 압력계(20)가 설치되고, 그 에어 펌프(20)에 의해 황산 용액의 공급 상황을 감시하는 것이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 액체 가열장치에서는 에어 펌프(5)의 공기압을 측정하는 압력계(20)를 갖고 있고, 그 압력계(20)는 에어 펌프(5)에 접속되어 있다. 압력계(20)는 본 발명의 감시부의 일부를 구성한다. 압력계(20)는 도시하지 않은 무정전 전원이 접속되어 있고, 정전시에 있어서도 무정전 전원으로부터의 급전에 의해 동작 가능하게 되어 있다.
상기 압력계(20)는 제어부(14)에 접속되고, 압력계(20)에 의한 측정 결과의 출력 신호가 제어부(14)에 송신된다.
제어부(14)에는 밸브(11, 13)가 접속되어 있다. 제어부(14)는 압력계(20)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 따라서 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 제어 신호를 밸브(11, 13)에 송신한다.
이어서, 상기 도 3에 나타내는 액체 가열장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 3에 나타내는 액체 가열장치에서는 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치와 마찬가지로 가열기(7)에 의한 황산 용액의 가열이 행해지고, 가열된 황산 용액이 하류측 공급 라인(8)을 통과해서 세정기에 공급된다. 세정기에서는 하류측 공급 라인(8)으로부터 공급되는 황산 용액에 의해 반도체 웨이퍼 등의 전자재료 기판의 세정이 행해진다.
가열기(7)에 있어서 황산 용액의 가열이 행해지고 있는 동안 압력계(20)에서는 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 황산 용액을 송액하는 에어 펌프(5)의 공기압이 연속적으로 또는 단속적으로 측정된다. 즉, 압력계(20)에 의해 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 공급되는 황산 용액의 공급 상황이 감시된다.
제어부(14)는 상기 압력계(20)에 의한 측정 결과를 받고, 그 측정 결과에 의거하여 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 있어서의 통액 불량을 판정한다. 구체적으로는, 제어부(14)는 압력계(20)에 의해 측정된 에어 펌프(5)의 공기압이 제로 또는 소정 값 이하일 경우에는 통 형상 유로(70)에 있어서 통액 불량이 발생했다고 판정한다. 이러한 통액 불량은 상기 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 정전, 고장, 제어 로직의 오류 등에 의한 에어 펌프(5)의 정지 또는 출력 저하 등의 트러블에 의해 발생할 수 있다. 또한, 소정 값은 미리 설정해 두고, 제어부(14)의 불휘발 메모리에 격납해 둔다.
제어부(14)는 통액 불량이 발생했다고 판정하면 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호를 밸브(11, 13)에 송신하여 밸브(11, 13)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 한다. 동시에, 제어부(14)는 에어 펌프(5) 및 가열기(7)를 정지하는 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호를 에어 펌프(5) 및 가열기(7)에 송신하여 에어 펌프(5) 및 가열기(7)를 정지한다.
제어부(14)에 의해 밸브(11, 13)가 개방 상태가 되면, 상기 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액은 자중에 의해 유하됨으로써 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 통 형상 유로(70)로부터 방출되어 예열조(2)에 회수된다.
또한, 상기 도 3에 나타내는 액체 가열장치의 운전은 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 통상 정지할 수 있다.
또한, 상기에서는 유량계(6) 대신에 압력계(20)를 설치했을 경우에 대하여 설명했지만, 실시형태 1에 있어서 설치되어 있었던 유량계(6)와 함께 압력계(20)를 설치하고, 양자에 의해 황산 용액의 공급 상황을 감시하도록 해도 좋다.
(실시형태 3)
이어서, 본 발명의 또 다른 실시형태의 액체 가열장치를 도 4에 의거하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태 1 및 2와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 또는 간략화한다.
상기 실시형태 1 및 2에서는 밸브(11, 13), 유량계(6) 또는 압력계(20)가 제어부(14)에 접속되어서 검지 및 제어가 행해지고 있지만, 정전시에는 동작 정지한다. 이 때문에, 정전시에 있어서도 동작 가능하도록 이것들에 무정전 전원을 접속해서 구성할 수 있다. 그러나, 이들 밸브(11, 13) 등과 무정전 전원을 배선 코드 등에 의해 접속할 필요가 있기 때문에 장치 구성이 복잡해지고, 또한 비용이 약간 비싸진다. 이러한 장치 구성의 복잡화 및 비용의 약간의 상승은 밸브(11, 13) 대신에 각각 정전시에 대응하는 페일세이프 기구를 구비하는 밸브 액츄에이터를 갖는 밸브를 사용함으로써 회피할 수 있다.
본 실시형태의 액체 가열장치는 상기 장치 구성의 복잡화 및 비용의 약간의 상승을 회피하기 위해서, 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치에 있어서 밸브(11, 13) 대신에 각각 정전시에 대응하는 페일세이프 기구를 구비하는 밸브 액츄에이터를 갖는 밸브(31, 33)를 사용하는 것이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 액 방출용 라인(10)에는 밸브(11) 대신에 밸브 액츄에이터를 갖는 밸브(31)가 개설되어 있다. 밸브(31)의 밸브 액츄에이터는 통상시인 통전시에는 밸브(31)를 폐쇄 상태로 하고, 정전시에 밸브(31)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 개방하는 페일세이프 기구를 구비하고 있다. 또한, 밸브(31)는 상기 밸브(11)와 마찬가지로 제어부(14)로부터의 제어 신호에 따라서 동작 가능하게도 되어 있다.
또한, 대기 개방용 라인(12)에는 밸브(13) 대신에 밸브 액츄에이터를 갖는 밸브(33)가 설치되어 있다. 밸브(33)의 밸브 액츄에이터는 통상시인 통전시에는 밸브(33)를 폐쇄 상태로 하고, 정전시에 밸브(33)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 개방하는 페일세이프 기구를 구비하고 있다. 또한, 밸브(33)는 상기 밸브(13)와 마찬가지로 제어부(14)로부터의 제어 신호에 따라서 동작 가능하게도 되어 있다.
유량계(6) 및 제어부(14)는 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치에 있어서의 유량계(6) 및 제어부(14)와 마찬가지로 동작하는 것이지만, 이것들은 무정전 전원에는 접속되어 있지 않다.
이어서, 상기 도 4에 나타내는 액체 가열장치의 동작에 대하여 설명한다.
상기 도 4에 나타내는 액체 가열장치에서는 상기 도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치와 마찬가지로 가열기(7)에 의해 황산 용액의 가열이 행해지고, 가열된 황산 용액이 하류측 공급 라인(8)을 통과해서 세정기에 공급된다. 세정기에서는 하류측 공급 라인(8)으로부터 공급되는 황산 용액에 의해 반도체 웨이퍼 등의 전자재료 기판의 세정이 행해진다.
상기한 바와 같이, 가열기(7)에 의해 황산 용액의 가열이 행해지고 있는 동안에 에어 펌프(5) 등으로의 통전이 갑자기 정지되는 정전이 일어나면, 밸브(31)의 밸브 액츄에이터는 페일세이프 기구가 기능해서 밸브(31)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 개방하는 동작을 행한다. 이것과 동시에, 밸브(33)의 밸브 액츄에이터도 페일세이프 기구가 기능해서 밸브(33)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 개방하는 동작을 행한다. 밸브(31, 33)는 통전 상태에서 각각 폐쇄되고, 통전이 해제됨으로써 개방된다.
각각의 밸브 액츄에이터에 의해 밸브(31, 33)가 개방 상태로 되면 상기 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액은 자중에 의해 유하되어 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 예열조(2)에 회수된다. 이렇게 해서, 통 형상 유로(70)에 있어서 통액 불량이 발생하는 정전시에 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 통 형상 유로(70) 밖으로 방출된다.
또한, 상기 도 4에 나타내는 액체 가열장치의 운전은 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 통상 정지할 수 있다.
(실시형태 4)
이어서, 본 발명의 또 다른 실시형태의 액체 가열장치를 도 5에 의거하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태 1∼3과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 또는 간략화한다.
상기 실시형태 1∼3에서는 가열기(7)와 예열조(2) 사이에 낙차를 확보함으로써 액체의 방출에서는 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 자중에 의해 유하되어 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 예열조(2)에 회수되도록 하고 있었다.
그러나, 기기의 배치의 형편 등 때문에 상기 가열기(7)와 예열조(2) 사이의 낙차를 확보할 수 없을 경우도 고려된다. 이러한 경우에는 예열조(2)와는 별개 독립적으로 회수 용기를 설치하고, 그 회수 용기에 방출된 황산 용액을 회수하도록 해도 좋다.
본 실시형태의 액체 가열장치는 방출된 황산 용액을 회수하는 회수 용기(40)가 예열조(2)와는 별개 독립적으로 설치된 것이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 액체 가열장치에 있어서도 가열기(7)보다 예열조(2)가 하방에 설치되어 있다. 그러나, 가열기(7)와 예열조(2) 사이에는 가열기(7)의 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 자중에 의해 유하되어 예열조(2)에 회수되는 데에 충분한 낙차가 확보되어 있지 않다.
상기한 바와 같이, 낙차가 충분하게 확보되어 있지 않은 가열기(7)와 예열조(2)의 배치에 있어서, 상류측 공급 라인(4)에는 유량계(6)의 하류측에 있어서 액 방출용 라인(10)의 일단이 분기 접속되어 있다.
가열기(7) 하부의 입액측으로부터 액 방출용 라인(10)과의 분기 접속부까지의 상류측 공급 라인(4)의 부분, 및 액 방출용 라인(10)은 황산 용액의 방출시에 가열기(7)의 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 자중에 의해 유하될 수 있도록, 바람직하게는 연직 방향으로 배치되어 있다.
액 방출용 라인(10)의 하류단에는 회수 용기(40)가 설치되어 있다. 회수 용기(40)는 본 발명의 회수부에 상당한다. 통 형상 유로(70) 밖으로 방출된 황산 용액은 상류측 공급 라인(4)의 일부 및 액 방출용 라인(10)을 통과해서 회수 용기(40)에 회수된다.
또한, 상기 실시형태 1∼4에서는 상기 도 2에 나타내는 바와 같이 가열기(7)에 있어서의 통 형상 유로(70)가 종방향을 따라서 배치되고, 통 형상 유로(70)의 하측에 상류측 공급 라인(4)이 접속되고, 상측에 하류측 공급 라인(8)이 접속되고, 통 형상 유로(70) 내에 황산 용액의 상향류가 형성되는 구성에 대하여 설명했다.
그러나, 상기 상향류가 형성되는 구성 대신에 통 형상 유로(70) 내에 황산 용액의 하향류가 형성되는 구성을 사용할 수도 있다. 이 경우, 통 형상 유로(70)의 상측에 상류측 공급 라인(4)이 접속되고, 하측에 하류측 공급 라인(8)이 접속된다. 또한, 액 방출용 라인(10)은 통 형상 유로(70)의 하측에 접속된 하류측 공급 라인(8)에 분기 접속된다. 또한, 대기 개방용 라인(12)은 통 형상 유로(70)의 상측에 접속된 상류측 공급 라인(4)에 분기 접속된다. 이에 따라, 통 형상 유로(70) 내에 황산 용액의 하향류가 형성되는 구성에 있어서도 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액을 자중에 의해 유하시켜서 통 형상 유로(70) 밖으로 방출할 수 있다. 단, 하향류에서는 기포가 체류할 우려가 있으므로 상향류가 형성되는 구성에 의해 보다 안전하게 실시하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 대해서 상기 실시형태에 의거하여 설명을 행했지만, 본 발명은 상기 실시형태의 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 적당한 변경이 가능하다.
실시예
(실시예)
도 1 및 도 2에 나타내는 액체 가열장치에 있어서, 황산 농도 86질량%인 황산 용액을 1.5L/min의 유량으로 가열기(7)의 통 형상 유로(70)에 통액해서 황산 용액의 가열을 행했다. 가열기(7)의 입구 온도는 50℃이며, 출구 온도는 180℃였다. 상기 황산 용액의 가열 중에 긴급 정지 버튼을 눌러서 액체 가열장치를 정지했다. 긴급 정지 버튼은 상기 각 실시형태에서는 설명되지 않은 것이며, 장치를 긴급하게 정지하는 지시 버튼이다. 긴급 정지에 의해 바로 히터(72, 73) 및 에어 펌프(5)가 정지되고, 밸브(11) 및 밸브(13)가 폐쇄 상태에서 개방 상태로 되었다. 밸브(11) 및 밸브(13)의 개방 동작은 도 1의 액체 가열장치에 있어서 통액 불량이라는 판정에 따라서 제어부(14)에 의해 제어되는 것이라도 좋고, 도 2의 액체 가열장치에 있어서 통전이 해제되어 페일세이프 기구에 의해 밸브(11) 및 밸브(13)가 개방되는 것이라도 좋다.
밸브(11) 및 밸브(13)가 개방되면 순시에 가열기(7)의 통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 방출되어 예열조(2) 내에 회수되었다.
통 형상 유로(70) 내의 황산 용액이 완전하게 방출된 후, 매우 단시간이지만 가열기(7)의 출구 온도가 200℃까지 상승했다. 이것은 가열기(7) 내에 존재하는 잔류 증기 및 공기가 뜨거워져서 팽창하고, 그 일부가 온도계의 설치 위치까지 상승해 온 것에 기인하는 것으로 추찰된다.
그 후에 가열기(7)를 방냉(放冷)시켜서 통 형상 유로(70)를 구성하는 석영제의 유로 부재의 외면 온도가 150℃ 이하로 되었으므로 황산 용액의 공급을 재개한 결과, 비등하지 않고 가열기(7)의 통 형상 유로(70)를 통과하여 황산 용액의 가열 조작을 재개할 수 있었다.
(비교예)
도 5에 나타내는 액체 가열장치에 있어서, 통상과 같이 황산 농도 90질량%인 황산 용액의 가열 조작을 행했다.
밸브(11, 13)가 설치되어 있지 않은 것을 상정하여 이것들을 폐쇄 상태로 한 채 히터(72) 및 에어 펌프(5)를 정지했다. 이것들의 정지로부터 약 10초 후에 잔류액의 일부가 갑자기 끓고, 그 후에 과열 증기가 발생해서 가열기(7)의 출구 온도가 300℃까지 도달했다. 또한, 온도가 상승하여 350℃를 초과한 시점에서 가열기(7)의 출구에 설치된 PFA 튜브의 이음매 부근이 용손되어서 황산 증기가 분출되었다.
2 : 예열조 3 : 대기 개방용 라인
4 : 상류측 공급 라인 5 : 에어 펌프
6 : 유량계 7 : 가열기
9 : 온도계 10 : 액 방출용 라인
11 : 밸브 12 : 대기 개방용 라인
13 : 밸브 14 : 제어부
20 : 압력계 31 : 밸브
33 : 밸브 40 : 회수 용기
70 : 통 형상 유로 71a : 내관벽
71b : 외관벽 72 : 히터
73 : 히터

Claims (18)

  1. 가열용 액체 유로에 액체를 통액하면서 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치한 히터에 의해 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역을 흐르는 상기 액체를 가열하는 액체 가열방법에 있어서, 상기 히터에 의한 가열 중 또는 상기 히터 정지 후에 상기 가열에 수반하여 상기 액체 이외에 적어도 상기 액체의 비점을 초과하는 여열이 남아 있을 때에, 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량에 따라서 적어도 상기 수열 영역에서 상기 히터의 가열 또는 상기 여열을 받는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 것을 특징으로 하는 액체 가열방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통액 불량은 상기 통액의 정지, 또는 상기 통액시에 단위시간당 유량이 소정 값 이하로 저하된 것을 특징으로 하는 액체 가열방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열용 액체 유로의 상기 히터에 대한 깊이는 10㎜ 이하이며, 상기 액체는 상기 통액에 의해 상기 수열 영역을 0.5∼10초로 통과하는 것을 특징으로 하는 액체 가열방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는 황산 농도 65∼96질량%의 황산 용액이며, 상기 히터는 상기 황산 용액을 140∼220℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 액체 가열방법.
  5. 액체가 통액되는 가열용 액체 유로를 형성하는 유로 부재와, 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치된 히터를 갖는 가열부를 갖는 액체 가열장치로서,
    적어도 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역에서 가열되는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 액 방출 기구와,
    상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 공급 상황을 감시하는 감시부와,
    상기 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량을 판정하고, 상기 통액 불량에 따라서 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행하는 액 방출 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 공급 상황과 상기 가열부의 가열 상황을 감시하고,
    상기 액 방출 제어부는 상기 감시부에 의한 감시 결과를 받고, 그 감시 결과에 의거하여 상기 가열용 액체 유로에 있어서의 통액 불량과 상기 가열부에 있어서의 가열 계속을 판정하고, 상기 가열 계속과 상기 통액 불량에 따라서 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 액 방출 제어부는 상기 액 방출 기구에 의해 상기 액체의 방출을 실행하는 제어를 행함과 아울러 상기 가열부로의 통전을 정지하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 액 방출 제어부로의 급전이 가능한 무정전 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열용 액체 유로는 대략 상하 방향으로 형성되어 있고,
    상기 액 방출 기구는 상기 가열용 액체 유로의 상측에 연통되는 대기 개방용 라인과, 상기 가열용 액체 유로의 하측에 연통되는 액 방출용 라인과, 상기 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 상기 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖고,
    상기 제어부는 상기 액체의 방출 실행시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액 방출 제어부는 상기 통액 불량 이외의 상기 통액시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 폐쇄 상태로 하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 공급되는 상기 액체의 단위시간당 유량을 측정하는 유량계를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  12. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감시부는 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프의 동작 상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  13. 액체가 통액되는 가열용 액체 유로를 형성하는 유로 부재와, 상기 가열용 액체 유로의 외측에 배치된 히터를 갖는 가열부를 갖는 액체 가열장치로서,
    적어도 상기 가열용 액체 유로의 수열 영역에서 가열되는 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 액 방출 기구를 갖고,
    상기 액 방출 기구는 적어도 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프로의 통전이 갑자기 정지되는 정전시에 통전 정지에 수반하여 상기 액체를 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출하는 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열용 액체 유로는 대략 상하 방향으로 형성되어 있고,
    상기 액 방출 기구는 상기 가열용 액체 유로의 상측에 연통되는 대기 개방용 라인과, 상기 가열용 액체 유로의 하측에 연통되는 액 방출용 라인과, 상기 대기 개방용 라인에 설치된 제 1 밸브와, 상기 액 방출용 라인에 설치된 제 2 밸브를 갖고,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 각각 페일세이프 기구를 구비하는 밸브 액츄에이터를 갖고 있고, 상기 각 밸브 액츄에이터는 적어도 상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프로의 통전이 갑자기 정지되는 정전시에 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 하는 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브 액츄에이터는 통전시에 조작 공기압에 의해 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 조작 공기압이 소실해서 밸브를 개방하는 에어리스 오픈식 밸브 액츄에이터, 또는 통전시에 바이어싱 부재에 저항해서 클러치 기구의 단속 동작이 되어서 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 상기 바이어싱 부재에 의해 클러치 기구의 단속 동작이 되어서 밸브를 개방하는 밸브 액츄에이터, 또는 통전시에 밸브를 폐쇄하고, 정전시에 전지에 축적된 전력에 의해 밸브를 개방 상태로 하는 전동식 밸브 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  16. 제 5 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액 방출 기구에 의해 상기 가열용 액체 유로 밖으로 방출된 상기 액체를 회수하는 회수부를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  17. 제 5 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열용 액체 유로의 상기 히터에 대한 깊이는 10㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  18. 제 5 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 가열장치와,
    상기 가열용 액체 유로에 상기 액체를 공급하는 펌프와,
    상기 가열장치로의 통전 및 상기 펌프로의 통전을 제어하는 통전 제어부와,
    상기 장치의 정지 지시를 주는 장치 정지 지시부를 갖고,
    상기 통전 제어부는 상기 액체 가열장치 및 상기 펌프가 가동 상태에 있을 경우에 상기 장치 정지 지시부에 의한 상기 정지 지시를 받으면 상기 액체 가열장치로의 통전을 정지하여 상기 액체 가열장치를 정지함과 아울러 상기 펌프의 가동을 계속하고, 상기 액체 가열장치의 정지로부터 소정의 시간이 경과하거나 또는 상기 가열용 액체 유로에 소정 유량의 상기 액체가 통액된 후, 또는 상기 액체 가열장치에서 출액되는 상기 액체의 온도가 소정의 온도 이하로 된 후에 상기 펌프로의 통전을 정지하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 가열 액체 공급장치.
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