WO1992014102A1 - Dispositif de chauffage de fluide - Google Patents

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WO1992014102A1
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fluid heating
heating tube
electric heater
heater
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Kanichi Kadotani
Kazuhiko Kubota
Mitsuru Ohaku
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Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho
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    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F24H1/142—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form using electric energy supply
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    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
    • H05B3/0052—Heating devices using lamps for industrial applications for fluid treatments

Definitions

  • the present invention relates to a fluid ripening device that resonates and heats a fluid to be heated by radiant heat, and particularly to heating and temperature control of an etching solution and a resist separating solution after cleaning a wafer such as silicon in a semiconductor device manufacturing process.
  • the present invention relates to a fluid heater capable of suitably performing heating and temperature control while flowing a fluid to be heated, such as heating and temperature control of food oil. Background technology
  • a processing solution 200 is contained in a processing tank 100, flows through a Teflon pipe 400 by a pump 300, is heated in a fluid heater 500, and is filtered.
  • the foreign substances mixed in the processing liquid are removed by 600, and the processing liquid returns to the inside of the processing tank 100.
  • the temperature of the processing liquid 200 in the processing tank 100 is detected by the sensor 700, and the controller 800 is operated by the fluid heater 5 so that the detected temperature approaches the set temperature. Control 0 0.
  • reference numeral 5100 denotes a box containing a fluid heater 500.
  • Reference numeral 900 denotes a semiconductor wafer.
  • FIGS. 11 (A) and 11 (B) are a perspective view and a sectional view of a conventional fluid heater. That is, the electric heater 2 is arranged on the outer periphery of the fluid heating pipe 1, the fluid C introduced from the introduction pipe 31 is heated, and the fluid C is discharged from the extraction pipe 32.
  • (from the inside) 1 is composed of a fluid heating tube 1, an air gap 7, eight parallel electric heaters 2 composed of a nichrome wire, a power tartar wire and the like, and a heat insulating material 4.
  • Fluid heater is radiant heat
  • the temperature rise rate of the object to be heated due to radiant heat is the energy density of the absorption wave band of the object to be heated if the radiation area is constant (permeation per unit area per unit time) Energy) and, if the energy density is constant, proportional to the radiation area. That is, to increase the heating rate, it is necessary to increase the energy density or increase the radiation area.
  • the radiation area may be increased, but the fluid heating tube 1 becomes large and the fluid heater becomes large. Further, in the fluid in the fluid heating pipe 1, it is difficult to conduct heat to the fluid flowing through the center heating rate the resulting have an improved c
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-116, No. 1 162 466 as a fluid heater different from the above prior art.
  • this has a configuration in which a fluid heating tube is arranged on the outer periphery of the electric heater. That is, the fluid heater has an integral structure of an electric heater serving as an infrared radiator and quartz glass forming the inner tube of the fluid heating tube.
  • the infrared radiator when the infrared radiator is replaced, the substance adhering to the new component is brought into the flow path. Even if new parts are cleaned, Since T JP92 / 00086 1 3 1 is exposed to the outside world, there is a possibility that foreign matter may enter the flow path from the outside world.
  • the low-temperature liquid before heating is in direct contact with the inner tube of the fluid heating tube that is hot, causing a large thermal shock to the inner tube, which significantly shortens the service life.
  • this tendency becomes even greater. That is, the electric heater 2 surrounded by the heat insulating material 4 keeps the high temperature for one hour even after the current supply is stopped.
  • this new fluid C boils on the surface of heating tube 1 and generates a large amount of steam. It has been confirmed by the inventor that the fluid heating tube 1 is destroyed by the above. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above problems of the related art, and has as its first object to provide a fluid heater having a high energy density structure and an increased radiation area.
  • the second objective is to provide a fluid heater that is easy to maintain and is excellent in preventing contamination sources.
  • a fluid heater according to the present invention includes a fluid heating tube provided on an outer periphery of an electric heater, and an inward reflection member provided on an outer periphery of the fluid heating tube.
  • This fluid heating tube is made of a transparent member.
  • a fluid heating tube may be provided on the outer periphery of the electric heater, and the fluid heating tube may be configured such that the electric heater side is a transparent member and the outside is a ⁇ -direction reflecting member. Further, in this fluid heating tube, the outside of the electric heater is replaced with an inward reflection member. Alternatively, a radiant heat absorbing member may be used.
  • the electric heater is U-shaped
  • the fluid heating tube is substantially semicircular and has a reflector inside it
  • the U-shaped electric heater is housed in the IMI section ⁇ of the substantially semicircular fluid heating tube. It may be.
  • the reflecting surface of the upward reflecting member on the outside of the fluid heating tube and the reflecting surface of the upward reflecting member provided on the outer periphery of the width radiation absorbing member on the outside of the fluid heating tube are formed of gold, aluminum, oxidized, and a. It is a light reflection film of indium, chromium, etc.
  • the electric heater is a quartz glass tube type infrared heater
  • the fluid heating tube has a transparent member on the electric heater side and a radiant heat absorbing member on the outside. It is composed of a fluororesin tube as a member, and this quartz glass tube is fitted through a hole provided in both ends closing walls of the fluororesin tube via a sealing member.
  • the outside of the fluid heating tube may have a polygonal cross section.
  • the fluid heater is disposed in a housing, and the housing may be configured such that a light reflecting film of gold, aluminum, tin oxide, indium, chromium, or the like is covered in a vertical direction.
  • the fluid transmitted radiant heat is reflected back into the fluid without passing through the outside, and reheats the fluid.
  • the radiant heat transmitted through the fluid is absorbed by the radiant heat absorbing member outside the fluid heating tube, the radiant heat becomes conductive heat and reheats the fluid.
  • the fluid heating tube is made of a corrosion-resistant material such as a quartz glass tube and a fluororesin tube, the corrosion resistance of the fluid heating heat tube and the low-contamination property of the heating fluid are improved.
  • the electric heater is also a quartz glass tube infrared heater, it can withstand high temperatures and is easy to maintain. improves.
  • the reflection surface of the inward reflecting member and the reflecting surface of the inward reflecting member provided on the outer periphery of the radiant heat absorbing member are made of a light reflecting film of gold, aluminum, tin oxide, indium, chromium, etc.
  • the fluid is re-radiated to re-contribute to fluid heating.
  • the inner wall of the transparent fluid heating tube having both ends opened is provided inside the outer tube of the fluid heating tube having both ends opened and the fluid heating tube having both ends opened.
  • the outer tube and the inner tube are sealed with each other at both ends, and an electric heater is arranged inside the inner tube with a space between the inner tube and the inner wall.
  • a configuration may be adopted in which both ends of the electric heater are supported by the parts.
  • the U-shaped electric heater is housed in a recess of a substantially semicircular fluid heating tube, the fluid heating tube is arranged in a housing, and a cap provided on an upper portion of the housing is supported by a support member to support the U-shaped electric heater. Both ends may be supported.
  • the fluid heater can be attached and detached only with the electric heater, it is not necessary to remove the fluid from the fluid heating tube at the time of fluid replacement, maintenance is easy, and contamination source is prevented. it can.
  • FIG. 1 is a fluid heater according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (A) is a perspective view
  • FIG. 1 (B) is a cross-sectional view
  • FIG. 2 is a fluid heater according to the second and third embodiments.
  • FIG. 2 (A) is a perspective view
  • FIG. 2 (B) is a sectional view.
  • FIG. 3 shows a fluid heater according to a fourth embodiment.
  • FIG. 3 (A) is a perspective view
  • FIG. 3 (B) is a sectional view.
  • FIG. 4 shows a fluid heater according to a fifth embodiment, in which FIG. 4 (A) is a perspective view and FIG. 4 (B) is a sectional view.
  • FIG. 5 is a fluid heater of the sixth embodiment, FIG.
  • FIG. 5 (A) is a perspective view
  • FIG. 5 (B) is a sectional view
  • FIG. 6 is a fluid heater of the tenth embodiment.
  • 6 (A) is a perspective view
  • FIG. 6 (B) is a sectional view.
  • FIG. 7 is a perspective view of the fluid heater of the eleventh embodiment.
  • FIG. 8 shows a fluid heater according to the 12th embodiment.
  • FIG. 8 (A) is a cross-sectional view
  • FIG. Fig. 8 (C1) and (C2) are front and side views of the cap
  • Figs. 8 (D1) and (D2) are front and side views of the second ring.
  • (E 1) and (E 2) are a front view and a side view of the second ring.
  • FIG. 9 shows a fluid heating device according to the thirteenth embodiment.
  • FIG. 9 (A) is a cross-sectional view
  • FIG. 9 (B) is a front view of the cap
  • FIGS. 9 (C 1) and (C 2) are rings.
  • 1 is a front view and a side view thereof.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a preferred use example of the fluid heater.
  • FIG. 11 shows a conventional fluid heater, and FIG. 11 (A) is a perspective view and FIG. 11 (B) is a cross-sectional view.
  • FIGS. 1A and 1B show a first embodiment, in which a fluid heating tube 1 is provided on the outer periphery of an electric heater 2, and an inward reflecting member 5 is further provided on the outer periphery of the fluid heating tube 1. It was done.
  • the fluid heating tube 1 is generally constituted by an inner and outer cylinder formed of a quartz glass tube. Specifically, a fluid introduction pipe 31 and a guide pipe 32 are provided on the left and right sides, and a space 71 in the inner cylinder 11 is provided with an electric heater 2 along a central axis. . This space? Although air is present in 1 ⁇ , light absorption by air is almost nonexistent, and most of the radiant heat from the electric heater 2 enters the fluid heating 1 and contributes to the fluid heating. Has been confirmed.
  • FIGS. 2A and 2B show a second embodiment, in which a fluid heating tube 1 is provided on the outer periphery of an electric heater 2, and the outer periphery of a fluid ripening tube 1 is provided as in the first embodiment.
  • the inward reflection member 5 instead of disposing the inward reflection member 5 in the apparatus, the outside itself of the fluid heating tube 1 is constituted by the inward reflection member 12b.
  • a radiant heat absorbing member 12c such as a black member is used instead of the outside itself of the fluid heating tube 1 being the inward reflecting member 12b. You may comprise.
  • FIG. 3 shows (A) and (B) a fourth embodiment.
  • Fluid heating tube 1 is hemispherical
  • the electric heater side 11 of the heating tube 1 is made of a transparent member, and the outside is coated with a reflecting member 12b, or a radiant heat absorbing member 12c.
  • the electric heater 2 is housed in the M section of the fluid heating tube 1, and its upper part is covered with the reflector 5.
  • the electric heater 2 is a quartz glass tube infrared heater.
  • the fluid heating tube 1 houses the quartz glass tube type infrared heater 2 therein.
  • the fluid heating tube 1 includes a quartz glass tube 11 on the quartz glass tube type infrared heater 2 side, an outer fluororesin tube 12 d, and a seal member 6.
  • the quartz glass tube 11 is The two ends of the resin tube 12 d are fitted into the holes in the closed walls via seal members 6.
  • FIGS. 5 (A) and (B) show the sixth embodiment, in which the outside of the fluid heating tube 1 is made cylindrical in the fourth embodiment to improve the installation stability of the fluid heater itself. It is a rectangular shape. Various forms are possible for this outer shape by making the cross section a polygon.
  • the site Since the site has a light transmittance of 95 to 96% from the visible region to the infrared region, it can be used for thin-film coating of several hundred angstrom to several tens of micron. Therefore, even if a site is coated on the flow channel side surface of the quartz glass tube 11, light transmission is not hindered.
  • the reflecting surfaces of the inward reflecting members 5> 12b of the first and second embodiments are each coated with gold.
  • gold aluminum, tin oxide, indium, chromium, and other light reflecting materials may be coated (the seventh and eighth embodiments).
  • an inward reflecting member may be further provided on the outer periphery of the outer radiation heat absorbing member 12c shown in the third embodiment, and this reflecting surface may be coated with gold. Also in this case, it may be coated with aluminum, tin oxide, indium, chromium, or other light reflecting materials other than gold (the ninth embodiment).
  • the 10th embodiment employs an inside of a housing 8 in which a light reflecting material such as gold, aluminum, tin oxide, indium, or chromium is coated inward. And a part arranged to cover a part of the fluid heater.
  • the housing 8 may be a complete housing that entirely covers the fluid heater (first embodiment).
  • Inward refers to the fact that this coating may be the outer surface, the inner surface, or the inner and outer surfaces of the housing, but the reflecting surface faces the inside where the fluid heater is located. It means.
  • the fluid heating pipe 1 is disposed around the electric heater 2 to heat the fluid in the fluid heating pipe 1 ⁇ .
  • the radiant heat from the outer peripheral side of the electric heater 2 is not radiated to the fluid heating tube 1, but is radiated to the heat insulating material 4, and this radiant heat hardly contributes to the fluid heating.
  • the heat insulating material which is indispensable for the conventional fluid heater, is omitted, the area is reduced. In other words, if the heating amount is the same, a high energy density structure is obtained, and the radiation surface is increased.
  • the fluid heating tube 1 is made of quartz glass or fluororesin, the corrosion resistance of the fluid heating tube 1 can be improved. Since the fluororesin tube is an injection-molded product, it can be manufactured with a smooth surface and can prevent the adhesion of fluid, so that contamination of the heated fluid can be reduced.
  • the electric heater 2 is a quartz glass tube type infrared heater, for example, a halogen lamp
  • the filament temperature is limited to about 200 K to 300 K
  • the nickel wire is limited to about 100 ° C. It can be used at about two to three times the temperature of, and the radiation energy is improved to about 16 to 81 times.
  • gold-on existing reflective surfaces or separately added reflective surfaces It is coated with aluminum, tin oxide, indium, chromium, etc. to form a light-reflecting film to prevent radiant heat from transmitting to the outside.
  • FIGS. 8 and 9 show the 12th and 13th embodiments.
  • the electric heater 2 is a halogen lamp.
  • a quartz glass tube 21 which is melted at both ends 22 and cooled and formed flat is provided with a hagen element and an inert gas 23, and a tungsten stainless steel supported by a plurality of anchors 24.
  • the coils 25 and are sealed.
  • a molybdenum foil 26 is sealed in both ends 22, and the filament coil 25 and a lead 27 from the outside are connected to the molybdenum foil 26.
  • the inner tube 11 incorporates an electric heater 2 and supporting members ceramic rings 91 and 92 at the center from the center, and both ends are capped with silicone rubber bushes 93.
  • the electric heater 2 has both ends 22 shown in FIG. 8 (B) inserted into recesses 911 of the ceramic ring 91 shown in FIGS. 8 (E1) and (E2).
  • the lead 27 is made of a ceramic ring shown in FIGS. 8 (C 1) and (C 2) and a recessed portion 92 1 of the ceramic ring 92 shown in FIGS. 8 (D 1) and (D 2). It is connected to an external power supply through the through hole 931 of the bush 93.
  • the ceramic rings 91 and 92 have some gaps in the hand direction of the inner tube 11 with the electric heater 2 housed in the inner tube 11 and some in the radial direction. It has a gap. Therefore, the ceramic rings 91 and 92 are loosely fitted in the inner tube 11 as shown in FIG. 8 (A). The difference in thermal expansion between the electric heater 2 and the inner tube 11 is absorbed by the gap.
  • a member 94 having a hole at the center thereof through which the inner pipe 11 penetrates, and a ferrule 95 between the inner and outer pipes 11 and 12 are prepared.
  • An external thread is engraved on one end of the outer tube 12, and a male screw is engraved on both ends of the outer tube 12.
  • the ferrule 95 is placed in the groove of the outer tube 12, and the inner tube 11 and the electric heater 2 are fixed to the outer tube 12 by screwing the member 9 and the outer tube 12. It has become.
  • Ferrule 9 ⁇ is made of heat-resistant fluororesin, seals the fluid to be heated, and absorbs the difference in thermal expansion between the inner and outer tubes 11 and 12.
  • the electric heater 2 since the electric heater 2 is loosely fitted to the pipe 11 so as to be detachable, it is necessary to remove the fluid (chemical solution) from the fluid heating pipe 1 before replacing the electric heater 2. Maintenance is easy, and contamination of the flow path with contamination sources can be prevented.
  • the fluid to be heated and the high-temperature electric heater 2 are not in contact with each other, thermal shock to the electric heater 2 is small, and the life of the electric heater 2 can be extended.
  • the service life is related to the filament temperature, and the specification values are 3,000 hours at 280 ° C and 150 hours at 300 ° C. When converted, it is about 0.5 to ⁇ years per side. Electric heaters 2 are often used more than once, and replacement frequency becomes even greater.
  • the fluid heater is housed in the housing 8, and the U-shaped electric heater is provided. 2 is fitted into the groove 9 ⁇ 1 of the rubber ring 95 through the through hole of the reflector 5 and the through hole 9 41 of the cap 9, and the ring 95 is attached to the cap 94 by bolts 95 2. It has been done. In this case as well, since the electric heater 2 is not only easily detachable but also is loosely fitted by the elasticity of the supporting member 2 '' ring 9 ⁇ , the thermal expansion of the electric heater 2 is absorbed. No damage is caused by local load due to thermal expansion.
  • the present invention is applicable to potable water pots.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY Kokiaki is useful as a fluid heater that has a high energy density structure, increases the coverage area, is easy to maintain, and can prevent entry of contamination sources.
  • etchant and resist release liquid It is excellent as a fluid heater capable of suitably controlling the heating and temperature while flowing the fluid to be heated, such as the heating and temperature control of food oil and the heating and temperature control of food oil.

Description

明 細 書 流体加熱器 技 術 分 野
本発明は、 輻射熱によって被加熱流体を共振加熱する流体加熟器に係り、 特に 半導体デバイスの製造工程におけるシリ コ ン等のウェハーの洗浄後、 エッチング 液、 レジス ト剝離液の加熱及び温度制御並びに食品用油の加熱及び温度制御等、 被加熱流体を流しながら、 その加熱及び温度制御を好適に行える流体加熱器に関 する。 背 景 技 術
先ず、 流体加熱器の好適な使用例を、 図 1 0の半導体ウェハー処理液の温度制 御装置を参照して説明する。 同図において、 処理槽 1 0 0内には処理液 2 0 0が 入っており、 ポンプ 3 0 0によってテフ口 ン配管 4 0 0内を流れ、 流体加熱器 5 0 0において加熱され、 フ ィルタ 6 0 0によつて処理液中に混入している異物が 除去されて処理槽 1 0 0内へ戻る。 また、 処理槽 1 0 0の処理液 2 0 0の温度は セ ンサー 7 0 0によつて検出され、 検出された温度が設定温度に近づく よ うにコ ン トローラ 8 0 0が、 流体加熱器 5 0 0を制御する。 同図中、 符号 5 1 0は流体 加熱器 5 0 0を内蔵するボックスである。 また符号 9 0 0は半導体ウェハ一であ る。
図 1 1 ( A ) , 図 1 1 ( B ) は従来の流体加熱器の斜視図及び断面図である。 即ち、 流体加熱管 1 の外周に電気ヒータ 2を配設し、 導入管 3 1から導入した流 体 Cを加熱し、 導出管 3 2から排出する構成となっている。 本例では内側から) 1 に、 流体加熱管 1、 空隙 7、 ニクロム線や力ンタル線等でなる 8本の平行な電気 ヒータ 2及び断熱材 4で構成されている。
しかるに、 上記従来の流体加熱器には次の問題点がある。 流体加熱器は輻射熱 を利用して流体を加熱するが、 輻射熱による被加熱物の温度上昇速度は、 輻射面 積が一定であれば、 被加熱物の吸収波县帯のエネルギー密度 （単位面積で単位時 間における透過エネルギー） に比例し、 また、 エネルギー密度が一定であれば輻 射面積に比例する。 つまり、 加熱速度を早めるにはヱネルギー密度を高めるか、 又は輻射面積を增加させる必要がある。
ところで、 エネルギー密度を高めるには 「ヱネルギー密度は輻射を発する物体 の瘟度の 4乗に比例する j とするステフア ン ' ボルツマンの法則により、 電気ヒ —タ 2を高温にすればする程よい。 しかし、 仮に電気ヒータ 2だけを高温にして も、 エネルギーが流体加熱管 1 に吸収されなければ、 電気ヒータ 2の温度だけが 上昇して溶損'してしまう。 また、 電気ヒータ 2の数を増やして輻射面積を '増加し ても、 電気ヒータ 2が短絡して溶損してしまう。 さらに、 電気ヒータ 2の外周側 からの輻射熱の一部は、 断熱材 4方向へ放射されて断熱材 4に吸収されてしまう ため、 流体加熱に寄与しない。
他方加熱速度を早めるには、 輻射面積を增加させればよいが、 流体加熱管 1が 大き くなり、 該流体加熱器が大型化する。 また、 流体加熱管 1内の流体において 、 その中心部を流れる流体には熱が伝導し難く、 結果として加熱速度は向上しな い c
特に、 半導体ウェハー製造時は、 洗浄用、 ヱ チング用、 レジス ト用等として 了 ンモニァ過水、 硫酸、 塩酸、 フッ酸等の薬液を流体加熱器 5 0 0内で 5 0〜 ί δ 0 ' C程度まで加熱させて使用するが、 流体加熱器 5 0 0の耐腐食性や加熱棻 液の低 ¾染性等についての技術が不明瞭である。
例えば、 上記従来技術と異なる流体加熱器として特開昭 6' 1年第 1 1 6 2 4 6 号に記載の実施例がある。 これは、 図示しないが、 電気ヒータの外周に流体加熱 管を配設した構成となっている。 即ち、 この流体加熱器は、 赤外線放射体なる電 気ヒータと、 流体加熱管の内管を搆成する石英ガラスとが一体構成となっている 。 かかる構成では、 赤外線放射体を交換する場合、 新規部品に付着している物質 が流路内に持ち込まれてしまう。 新規部品を洗浄するにしても、 交換時には流跎 T JP92/00086 一 3 一 を外界にさらすため、 外界から流路内へ異物が侵入する可能性もある。 半導体デ バイス製造工程におけるシリコ ン等のゥェハー処理液では、 液中の異物濾過をク リ―ンルーム並みに行なう必要があるため、 流路への異物持ち込みを伴う作業は 避けなければならない。 さらに、 着脱時には必ず薬液が漏洩し、 他の部材ゃ身体 に付着して腐食や健康阻害の要因となる。 これを防ぐためには、 流体加熱管から 薬液を予め除去しておく必要があり、 煩わしい作業となる。 また、 エ ッチ ング用 やレジス ト剝離用液体は、 繰り返し使用するとデバィ スの汚れで汚染されるので 、 定期的に処理液を抜いて新たな処理液を入れなければならない。 この場合、 加 熱前の低温液体と髙温になっている流体加熱管の内筒とが、 直接接触して内筒へ の熱衝撃が大きいため、 その寿命を著しく縮める要因となる。 図 1 1 ( A ) , ( B ) に示した構成ではこの傾向がさらに大き くなる。 即ち、 断熱材 4で囲まれた 電気ヒータ 2は、 電流供給を止められた後でも县時間高温を保っている。 ここて 流体 Cを抜いて加熱前の流体 Cを加熱管 1内に流入すると、 この新たな流体 Cは 加熱管 1の表面で沸騰して大量の蒸気を発生し、 沸騰の熱衝撃と蒸気圧とで流体 加熱管 1を破壊してしまうことが発明者により確認されている。 発 明 の 開 示
本発明は、 上記従来技術の問題点に鑑み、 高工ネルギー密度構造でかつ受輻射 面積が増加する流体加熱器を提供することを第 1目的としている。 加えて、 保守 が容易で汚染源進入防止にも優れた流体加熱器を提供することを第 2目的として いる。
上記第 1目的を達成するため、 本発明に係る流体加熱器は、 電気ヒ ータの外周 に流体加熱管を配設し、 さらに流体加熱管の外周に内向き反射部材を配設すると 共に、 この流体加熱管を透明部材で構成している。
また、 電気ヒータの外周に流体加熱管を配設し、 この流体加熱管は、 前記電気 ヒ ータ側が透明部材であり、 外側が內向き反射部材である構成としてもよい。 さらに、 この流体加熱管は前記電気ヒータの外側が内向き反射部材である代わ りに、 輻射熱吸収部材で搆成してもよい。
加えて、 電気ヒータは U字形であり、 流体加熱管は略半円形であってその中に 反射板を有し、 この U字形電気ヒータを略半円形流体加熱管の IMI部內に納めた構 成としてもよい。
なお、 流体加熱管外側の內向き反射部材の反射面と、 流体加熱管外側の幅射熱 吸収部材の外周に設けた內向き反射部材の反射面は、 金、 アルミ ニウム、 酸化す ず、 イ ンジウム、 ク ロム等の光反射膜である。
上記第 2目的を達成するため、 本発明に係る流体加熱器では、 電気ヒータは石 英ガラス管式赤外線ヒータであり、 流体加熱管は電気ヒータ側が透明部材である 石英ガラス管と外側が輻射熱吸収部材であるフッ素樹脂管とからなり、 この石英 ガラス管がフッ素樹脂管の両端閉塞壁に設けられた孔にシ一ル部材を介して嵌装 された構成としている。 流体加熱管の外側は、 その断面が多角形でもよい。 また、 流体加熱器は筐体内に配置されており、 この筐体は金、 アルミ ニウム、 酸化すず、 イ ンジウム、 クロム等の光反射膜が內向きに被覆された構成をとして もよい。
かかる構成によれば、 電気ヒータからの輻射熱は基本的には総て流体加熱管に 放射されて流体を加熱する。 そして、 初めの流体加熱に寄与しなかった流体透過 輻射熱は、 一旦流体加熱管の外側を透過するが、 さらに外璟された内向き反射 材で反射し、 再度流体加熱管の外側を透過して流体內に再放射され、 流体を再加 熱する。
流体透過輻射熱は、 流体加熱管の外側自体が内向き反射部材であるときは、 こ の外側を透過することなく流体内に再反射し、 流体を再加熱する。 或いは、 流体 透過輻射熱が流体加熱管外側の輻射熱吸収部材で吸収されるときも、 その後は伝 導熱となって流体を再加熱する。
また、 流体加熱管は石英ガラス製の管と、 フッ素樹脂製の管という耐腐食性材 料で構成したので、 流体加熱熱管の耐腐食性や加熱流体の低污染性等が向上する 。 電気ヒータも石英ガラス管式赤外線ヒータ'としたので、 高温に耐え、 保守性か 向上する。
さらに、 内向き反射部材の反射面と輻射熱吸収部材の外周に設けた内向き反射 部材の反射面を金、 アルミ ニウム、 酸化すず、 イ ンジウム、 クロム等の光反射膜 とすることにより、 透過輻射熱の洩れを防止すると共に、 流体に再輻射させて流 体加熱に再寄与させている。
加えて、 管壁に流体の流入部及び流出部を有し、 両端が開放された流体加熱管 の外管内部に、 両端が開放された透明な流体加熱管の内管を前記外管の内壁との 間に空間を有して配置し、 これら外管と内管の両端同志をシール接続すると共に 、 前記内管内部にその内壁との間に空間を有して電気ヒータを配置し、 支持部^ によ つてこの電気ヒータの両端部を支持した構成としてもよい。
前記 U字形電気ヒータを略半円形流体加熱管の凹部内に納め、 この流体加熱管 を筐体内に配置すると共に、 この筐体上部に設けたキヤップに支持部材によつて 前記 U字形電気ヒータの両端部を支持してもよい。
かかる構成によれば、 流体加熱器は電気ヒータだけを着脱できるため、 流体交 換時に流体加熱管から流体を賒去してお く必要がなく、 保守が容易になり、 汚染 源の混入も防止できる。 図面の簡単な説明
図 1 は本発明に係る第 1実施例の流体加熱器であって図 1 (A) は斜視図、 図 1 (B) は断面図である。 図 2は第 2及び第 3実施例の流体加熱器であって図 2 (A) は斜視図、 図 2 (B) は断面図である。 図 3は第 4実施例の流体加熱器で あって図 3 (A) は斜視図、 図 3 (B) は断面図である。 図 4は第 5実施例の流 体加熱器であって図 4 (A) は斜視図、 図 4 (B) は断面図である。 図 5は第 6 実施例の流体加熱器であって図 5 (A) は斜視図、 図 5 (B) は断面図である- 図 6は第 1 0実施例の流体加熱器であって図 6 (A) は斜視図、 図 6 (B ) は断 面図である。 図 7は第 1 1実施例の流体加熱器の斜視図である。 図 8は第 1 2実 施例のの流体加熱器であって図 8 (A) は断面図、 図 8 (B) は電気ヒータ嫱の 正面図、 図 8 (C 1 ) 及び （C 2 ) はキヤップの正面図とその側面図、 図 8 (D 1 ) 及び （D 2) は第 2リ ングの正面図とその側面図、 図 8 (E 1 ) 及び （E 2 ) は第 2リ ングの正面図とその側面図である。 図 9は第 1 3実施例の流体加熱 ¾ であって図 9 (A) は断面図、 図 9 (B) はキヤッブの正面図、 図 9 (C 1 ) 及 び （C 2) はリ ングの正面図とその側面図である。
図 1 0は流体加熱器の好適な使用例を示す斜視図である。 図 1 1は従来の流体 加熱器であって図 1 1 (A) は斜視図、 図 1 1 (B) は断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明に係る流体加熱器の最良の実施例について、 図面を参照して詳 細に説明する。
図 1 (A) , (B) は第 1実施例であって、 電気ヒータ 2の外周に流体加熱管 1を配設し、 さらにこの流体加熱管 1の外周に内向き反射部材 5を配設したもの である。 この流体加熱管 1は石英ガラス管からなる内外筒で大略構成される。 詳 しくは、 左右に流体の導入管 3 1と導岀管 3 2とを備え、 内筒 1 1内の空間部 7 1には中心軸に沿って電気ヒータ 2を備えた構成となっている。 この空間部？ 1 內には空気が存在しているが、 空気による光吸収はほとんどなく、 電気ヒータ 2 からの輻射熱は大部分が流体加熱眚 1内へ入り、 流体加熱に寄与することが発 者による実験で確認されている。
図 2 (A) , (B) は第 2実施例であって、 電気ヒータ 2の外周に流体加熱管 1を配設した構成であり、 第 1実施例のように流体加熟管 1の外周にさらに内向 き反射部材 5を配設するのではなく、 該流体加熱管 1の外側自体を内向き反射部 材 1 2 bで構成している。
第 3実施例として、 図 2 (A) -, (B ) において流体加熱管 1の外側自体が内 向き反射部材 1 2 bである代わりに、 例へば黒色部材のような輻射熱吸収部材 1 2 cで構成してもよい。
図 3は （A) , (B) 第 4実施例を示す。 流体加熱管 1は半球形であり、 流体 加熱管 1 の電気ヒータ側 1 1を透明部材とし、 外側を反射部材 1 2 bでコーティ ングするか、 又は輻射熱吸収部材 1 2 c としたものである。 電気ヒータ 2 は流体 加熱管 1 の M部内に収められ、 その上部は反射板 5でカバーされている。
図 4 ( A ) , ( B ) に示す第 5実施例では、 電気ヒータ 2 は石英ガラス管式赤 外線ヒータである。 流体加熱管 1 は、 この石英ガラス管式赤外線ヒータ 2を内装 している。 流体加熱管 1 は、 石英ガラス管式赤外線ヒータ 2側の石英ガラ ス管 1 1 と、 外側のフッ素樹脂管 1 2 d と、 シール部材 6 とを備えており、 石英ガラス 管 1 1 がフ ッ素樹脂管 1 2 dの両端閉塞壁の孔にシール部材 6を介して篏装され ている。
図 5 ( A ) , ( B ) は第 6実施例であって、 流体加熱器自体の設置安定性を向 上させるため、 流体加熱管 1 の外側を、 上記第 4実施例では円筒形と したものを 角形と したものである。 この外側形状は断面を多角形にするこ とにより、 種々の 態様が可能である。
尚、 流路に G3凸が存在すると汚染源の付着等が生ずるため、 フッ素樹脂製管 1 2 c の表面は平坦でなければならない。 通常は切削加工により製作するため、 加 工面に凹凸が現れるが、 旭硝子会社からサイ ト ップという商品名で発売されてい るフ ッ素榭脂を用いれば、 ピンホールのない平坦度の高い射出成型品として管 1 2 cを得るこ とができる。 また、 被加熱流体がフッ酸系の試薬の場合には流路を すべてフ ッ素樹脂製としなければならないが、 前記サイ ト ップは石英ガラス表面 にコーティ ングすることも可能であるから、 石英ガラス管 1 1 の流路側表面にサ ィ ト ップをコーティ ングすればよい。 サイ ト ツプは可視領域から赤外領域まで光 透過率が 9 5〜 9 6 %であるため、 数百オングス ト ロームから数十ミ ク ロ ンとい う薄膜コーティ ングが可能であることと合わせて、 石英ガラス管 1 1 の流路側表 面にサイ ト ップをコーティ ングしても光透過の妨げにはならない。
また、 第 1及び第 2実施例の内向き反射部材 5 > 1 2 bの反射面にはそれぞれ 金を被覆してある。 金の外にアルミ ニウム、 酸化すず、 イ ンジウム、 、 ク ロム、 その他の光反射材料を被膜してもよい （第 7及び第 8実施例） 。 また、 第 3実施例で示した外側の輻射熱吸収部材 1 2 cの外周に、 さらに内向 き反射部材を備え、 この反射面に金を被覆してもよい。 この場合も、 金以外のァ ルミ二ゥム、 酸化すず、 イ ンジウム、 ク ロム、 その他の光反射材料で被膜しても よい （第 9実施例） 。
第 I 0実施例は図 6 ( A ) , ( B ) に示すように、 金、 アルミニウム、 酸化す ず、 イ ンジウム、 ク ロム等の光反射材料が内向きに被覆されている筐体 8内に、 流体加熱器の一部を覆うように配置したものである。 また、 筐体 8は図 7に示す ように、 流体加熱器を全部覆ってしまうような完全筐体でもよい （第 1 1実施例 ) 。 尙、 内向きとは、 この被膜が筐体の外面であっても、 内面であっても或いは 内外面であってもよいが、 その反射面は流体加熱器の在る内側を向いているとい う意味である。
上記実施例によれば、 いずれも電気ヒータ 2の外周に流体加熱管 1を配設し、 流体加熱管 1內の流体を加熱することを基本としている。
従来の流体加熱器は、 電気ヒータ 2の外周側からの輻射熱分が流体加熱管 1に 放射されず、 断熱材 4に放射されるだけであり、 この輻射熱分は流体加熱に寄与 し難い。 これに対し、 上記実施例は基本的に総ての輻射熱を流体加熱管 1に放射 するので、 高速加熱となる。 また、 従来の流体加熱器に不可欠の断熱材を省いて いるため、 場積は小さくなる。 換言すれば、 同じ加熱量ならば高ヱネルギー密度 構造となり、 受輻射面稹を增加する。
さらに、 流体加熱熱管 1は石英ガラスやフッ素樹脂で構成しているので、 流体 加熱管 1の耐腐食性を向上することができる。 フッ素樹脂管は射出成形品として いるので、 表面を平滑に製造でき、 流体の付着を防ぐことができるので加熱流体 の汚染を低下させることもできる。
電気ヒータ 2は石英ガラス管式赤外線ヒータ、 例えばハロゲンランプとしてい るので、 フィ ラメ ン ト温度を 2 0 0 0 K〜 3 0 0 0 Kと、 1 0 0 0 Κ程度が限界 のニク ロム線と比べて 2〜 3倍程度の高温で使用でき、 放射光エネルギーは 1 6 〜 8 1倍程度にまで向上する。 また、 既存の反射面や別途追設した反射面に金-. アルミ ニウム、 酸化すず、 イ ンジウム、 クロム等を被覆して光反射膜とし、 輻射 熱が外部へ透過するのを防止している。 以上に加えて、 電気ヒータ 2 と流体加熱管 1の內側透明部材 1 1 とは、 間隙 7 1を以て対峙する構成であり、 電気ヒータ 2の雨端が支持部材によって流体加熱 管 1に着脱自在に遊嵌されている。 具体的には、 第 1 2実施例及び第 1 3実施例 として図 8、 図 9に示す。
図 8 ( A ) において、 電気ヒータ 2はハロゲンランプである。 両端 2 2を溶融 し平た く冷却成形された石英ガラス管 2 1 にはハ口ゲン元素及び不活性ガス 2 3 と、 複数のァ ンカー 2 4 で支持されたタ ングステン製フ ィ ラ メ ン ト コ イル 2 5 と が密封されている。 この両端 2 2の内部にはモリブデン箔 2 6が封入されており 、 このモリブデン箔 2 6 に前記フ イ ラメ ン ト コ イル 2 5 と外部からのリ ー ド 2 7 とが接続されている。 かかる電気ヒータ 2と、 流体加熱管 1である內管 1 1及び 外管 1 2との結合関係の詳細は次のとおりである。
先ず、 電気ヒータ 2と内管 1 1 との結合関係を示す。 内管 1 1は中央から頫に 電気ヒータ 2、 支持部材であるセラミ ックリ ング 9 1、 9 2を内蔵し、 両端をシ リ コ ンゴム製ブッ シュ 9 3でキャ ップされる。 この電気ヒータ 2 は図 8 ( B ) に 示す両端 2 2が図 8 ( E 1 ) 、 ( E 2 ) に示すセラ ミ ック リ ング 9 1 の凹内 9 1 1 に揷入される。 リ ー ド 2 7 は図 8 ( D 1 ) 、 ( D 2 ) に示すセラ ミ ッ ク リ ング 9 2 の凹内 9 2 1及び図 8 ( C 1 ) 、 ( C 2 ) に示すシリコ ンゴム製ブッ シュ 9 3 の貫通孔 9 3 1を経て外部電源に接続される。 セ ラ ミ ッ ク リ ング 9 1、 9 2 は 電気ヒータ 2が内管 1 1内に納められた状態で内管 1 1の县手方向に幾らか間隙 を備え、 かつ半径方向にも幾らか間隙を備えている。 このため、 セラ ミ ッ ク リ ン グ 9 1、 9 2は図 8 ( A ) に示すように内管 1 1内に遊嵌された構成となってい る。 電気ヒータ 2 と内管 1 1 との熱膨張差は上記間隙で吸収される。
次に、 内管 1 1 と外管 1 2の結合関係を示す。 中心部に内管 1 1が貫通する孔 を備えた部材 9 4と、 内外管 1 1、 1 2間のフェルール 9 5 とを準備する。 部材 9 4の一端にはめねじが、 また外管 1 2の両端にはおねじが刻まれている。 そこ でフヱルール 9 5を外管 1 2の溝内に納め、 部材 9 と外管 1 2とを螺合するこ とにより、 内管 1 1及び電気ヒータ 2を外管 1 2に固設するようになっている。 フェル一ル 9 δは耐熱性のフッ素樹脂製であり、 被加熱流体を封止する他、 内外 管 1 1、 1 2 の熱膨張差を吸収している。
上記実施例によれば、 電気ヒータ 2は內管 1 1に対し脱着自在に遊嵌されされ ているため、 電気ヒータ 2の交換時に流体加熱管 1から流体 （薬液） を予め除 ί する必要がなく、 保守が容易となり、 かつ流路内への汚染源の混入も防止できる 。 しかも、 被加熱流体と高温の電気ヒータ 2 とが非接触であるため電気ヒータ 2 への熱衝撃が少なく、 その县寿命化を図ることができる。 尚、 その寿命はフイ ラ メ ン ト温度に闋係し、 仕様値は 2 8 0 0 Κで 3 0 0 0時間、 3 0 0 0 Κで 1 5 0 0時間となっており、 交換頻度に換算すると、 およそ 1面ノ0 .5 〜〗年であ。 電気ヒータ 2は複数本使うことも多く、 交換頻度はさらに大き くなる。
また、 U字形電気ヒータの場合は、 図 9 ( Α ) , ( Β ) , ( C 1 ) , ( C 2 ) に示すように該流体加熱器は筐体 8内に納められ、 U字形電気ヒータ 2は反射板 5の貫通孔とキヤッブ 9 の貫通孔 9 4 1 とを通してゴム リ ング 9 5の溝 9 δ 1 に嵌められ、 該リ ング 9 5はボル ト 9 5 2によりキャップ 9 4に取りつけられて いる。 この場合も、 電気ヒータ 2が着脱容易であるばかりか、 支持部材である二'' ムリ ング 9 δの弾性により遊篏された状態であるため、 電気ヒータ 2の熱膨張が 吸収されるため、 熱膨張による局部的負荷で損傷を起こすこともない。 本钶は飲 料水用のポッ トに適用できる。 産業上の利用可能性 本癸明は、 高エネルギー密度構造で受幅射面積が増加し、 且つ保守が容易で汚 染源進入も防止できる流体加熱器として有用である。 特に、 半導体デバイ スの製 造工程におけるシリ コ ン等のウェハーの洗浄後、 エッチング液、 レジス ト剝離液 の加熱及び温度制御並びに食品用油の加熱及び温度制御等、 被加熱流体を流しな がら、 その加熱及び温度制御を好適に行える流体加熱器として優れている。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 電気ヒータの外周に流体加熱管を配設すると共に、 この流体加熱管の外周に 內向き反射部材を配設し、 前記流体加熱管は透明部材である搆成を特徴とする流 体加熱器。
2 . 電気ヒータの外周に流体加熱管を配設し、 この流体加熱管は、 電気ヒータ側 が透明部材であり、 外側が内向き反射部材である構成を特徵とする流体加熱器。
3 . 電気ヒータの外周に流体加熱管を配設し、 この流体加熱管は、 電気ヒータ使 j が透明部材であり、 外側が輻射熱吸収部材である構成を特徴とする流体加熱器
4 . 前記電気ヒータは U字形であり、 前記流体加熱管は略半円形であってその中 に反射板を有し、 この U字形電気ヒータは略半円形流体加熱管の凹部內に納めら れた構成を特徴とする請求の範囲 2または 3記載の流体加熱器。
5 . 前記流体加熱管の外側は、 断面が多角形である構成を特徵とする請求の範囲 3記載の流体加熱器。
6 . 前記流体加熱管の外周もしくは外側の內向き反射部材の反射面は、 金、 アル ミニゥム、 酸化すず、 イ ンジウム、 クロム等の光反射膜であることを特徴とする 請求の範囲 1または 2記載の流体加熱器。
7 . 前記流体加熱管外側の輻射熱吸収部材の外周にさらに內向き反射部材を備え 、 この反射面は金、 アルミ ニウム、 酸化すず、 イ ンジウム、 ク ロム等の光反射膜 であることを特徴とする請求の範囲 3記載のの流体加熱器。 一 I S —
8 . 前記電気ヒータは石英ガラス管式赤外線ヒータであり、 前記流体加熱管は電 気ヒータ側が透明部材である石英ガラス管と外側が輻射熱吸収部材であるフ ッ素 榭脂管とからなり、 この石英ガラス管がフッ素榭脂管の両端閉塞壁に設けられた 孔に、 シール部材を介して篏装された構成を特徵とする請求の範囲 3記載の流体 加熱器。
9 . 前記流体加熱器は筐体内に配置され、 この筐体は金、 アルミ ニウム、 酸化す ず、 イ ンジウム、 ク ロム等の光反射膜が内向きに被覆された搆成を特徵とする請 求の範囲 3又は 8記載の流体加熱器。
1 0 . 管壁に流体の流入部及び流出部を有し、 両端が開放された流体加熱管の外 管内部に、 両端が開放された透明な流体加熱管の内管を前記外管の内壁との間に 空間を有して配置し、 これら外管と内管の雨端同志をシール接続すると共に、 前 記内管内部にその内壁との間に空間を有して電気ヒータを配置し、 支持部材によ つてこの電気ヒータの両端部を前記内管內部に支持したことを特徵とする流体加
1 1 . 前記 U字形電気ヒータを略半円形流体加熱管の凹部内に納め、 この流体加 熱管を筐体内に配置すると共に、 この箧体上部に設けたキヤ ップに支持部材によ つて前記 U字形電気ヒータの両端部を支持したことを特徵とする請求の範囲 4記 載の流体加熱器。
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