JP2003042548A

JP2003042548A - 流体加熱装置

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Publication number: JP2003042548A
Application number: JP2001227849A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Mitsumata; 充三股; Kiyoshi Node; 潔野手
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP4443073B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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し、排水弁による加
熱部冷却用の流体の排水量を節減する。【解決手段】排水弁６０を可変弁５０の前に設け、設
定温度が例えば３５℃からこれより低い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、これとは独
立に、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、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する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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，１
３ａ），（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１０
ａ，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１０
ａ，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，１３
ａ），（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，１
２ｂ，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１０
ａ，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１０
０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Ｐ１
２、同じく加熱部１０ｂに流体を流入させる流入管Ｐ１
３、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Ｐ２
３、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１０
ａ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Ｐ
２３に流出する可変弁５０、可変弁５０から排出管Ｐ２
３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５
００を介して相互につながる内室５０１，５０２，５０
３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５
００内に細軸を嵌装して成るロッド５０４と、ロッド５
０４を一方向に付勢するスプリング５０５と、ロッド５
０４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１０
ａ，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（１
１ｂ，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，１０
ｂ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Ｐ１
１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Ｐ２
１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，１
０ｂ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Ｐ２
３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Ｐ２
２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，１３
ｂ）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Ｒ
ｔ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４
０−３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１
０ｂ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，１
２ａ，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＝Ｒ
ｔ）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Ｐ
２３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１０
０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１１
ａ，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，１３
ｂ）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１０
０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Ｐ
３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１０
ａ，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／ｍｉｎＤ２＝（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１
００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１０
０（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１
０ａ，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：Ｒ
ｔ＝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，１０
ｂ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Ｐ
３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Ｔ
２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：Ｒ
ｔ＝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＜＜Ｔ
２）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

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。