(57)【要約】      （修正有）【課題】硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体であっても、熱交換することによって加熱可能であると共に、半導体製造用途の薬液であっても、金属イオン溶出なく加熱することができる多重コイル型熱交換器を提供する。【解決手段】熱媒体からなる第１流体Ｌ１が充填された内筒２ｂと、内筒２ｂ内に設けられ、第１流体Ｌ１を加熱するヒータ３２と、内筒２ｂの周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ５と、を有し、伝熱チューブ５に導入された第２流体Ｌ２は、ヒータ３２にて加熱された第１流体Ｌ１と熱交換した後、該伝熱チューブ５より排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体からなる第１流体が充填された筒体と、
前記筒体内に設けられ、前記第１流体を加熱するヒータと、
前記筒体の周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブと、を有し、
前記伝熱チューブに導入された第２流体は、前記ヒータにて加熱された第１流体と熱交換した後、該伝熱チューブより排出されてなる多重コイル型熱交換器。
【請求項２】
前記筒体は、内筒であり、
前記内筒が内部に収納されている外筒をさらに有し、
前記外筒及び前記内筒には、前記第１流体が充填され、
前記外筒及び前記内筒内には、前記第１流体を加熱するヒータが設けられてなる請求項１に記載の多重コイル型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体であっても、熱交換することによって加熱可能であると共に、半導体製造用途の薬液であっても、金属イオン溶出なく加熱することができる多重コイル型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を加熱する流体加熱装置として、特許文献１に記載の発明が知られている。この特許文献１に記載の発明は、ケース内に設けられる螺旋状のヒータによって、ケースを流通する流体を加熱するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０５３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体を加熱するにあたっては、上記ヒータが破損しないように、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の如き熱可塑性フッ素樹脂を被覆する必要がある。
【０００５】
しかしながら、被覆が薄いと腐食性のある流体によってヒータが破損してしまう一方、被覆が厚いと、熱効率が悪くなるという問題があり、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体を加熱するのは非常に困難であるという問題があった。また、半導体製造用途の薬液を加熱するにあたっては、金属イオン溶出が発生することから、このような薬液を加熱することは、より困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題に鑑み、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体であっても、熱交換することによって加熱可能であると共に、半導体製造用途の薬液であっても、金属イオン溶出なく加熱することができる多重コイル型熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００８】
請求項１の発明によれば、熱媒体からなる第１流体（Ｌ１）が充填された筒体（内筒２ｂ）と、
前記筒体（内筒２ｂ）内に設けられ、前記第１流体（Ｌ１）を加熱するヒータ（３２）と、
前記筒体（内筒２ｂ）の周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ（５）と、を有し、
前記伝熱チューブ（５）に導入された第２流体（Ｌ２）は、前記ヒータ（３２）にて加熱された第１流体（Ｌ１）と熱交換した後、該伝熱チューブ（５）より排出されてなることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の多重コイル型熱交換器において、  前記筒体（内筒２ｂ）は、内筒（２ｂ）であり、
前記内筒（２ｂ）が内部に収納されている外筒（２ａ）をさらに有し、
前記外筒（２ａ）及び前記内筒（２ｂ）には、前記第１流体（Ｌ１）が充填され、
前記外筒（２ａ）及び前記内筒（２ｂ）内には、前記第１流体（Ｌ１）を加熱するヒータ（３２）が設けられてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
請求項１の発明によれば、筒体（内筒２ｂ）に充填されている熱媒体からなる第１流体（Ｌ１）をヒータ（３２）によって加熱し、筒体（内筒２ｂ）の周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ（５）内に第２流体（Ｌ２）を導入するようにしている。これにより、第２流体（Ｌ２）が硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体や、半導体製造用途の薬液からなるものであっても、ヒータ（３２）と第２流体（Ｌ２）が接触することがないため、ヒータ（３２）が破損してしまうことがない。また、筒体（内筒２ｂ）に充填されている第１流体（Ｌ１）をヒータ（３２）によって加熱し、その加熱した第１流体（Ｌ１）が充填されている筒体（内筒２ｂ）の周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ（５）内に第２流体（Ｌ２）を導入することによって、第２流体（Ｌ２）が、加熱された第１流体（Ｌ１）と熱交換されることとなる。これにより、効率よく熱交換できることとなる。
【００１２】
しかして、本発明によれば、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体であっても、熱交換することによって加熱可能であると共に、半導体製造用途の薬液であっても、金属イオン溶出なく加熱することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、外筒（２ａ）内に内筒（２ｂ）を設けることにより、加熱された第１流体（Ｌ１）と第２流体（Ｌ２）が向流することとなる。これにより、さらに効率よく熱交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る多重コイル型熱交換器の一部縦断側面図である。
【図２】同実施形態に係る多重コイル型熱交換器の平面図である。
【図３】同実施形態に係る多重コイル型熱交換器の一部横断面図である。
【図４】同実施形態に係る多重コイル型熱交換器における第１流体と第２流体の全体的な流れを示す模式縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る多重コイル型熱交換器の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。
【００１６】
図１に示すように、多重コイル型熱交換器１は、槽本体２と、槽本体２に設けられている電気ヒータ部３と、取付体４と、取付体４に取り付けられている多数本の伝熱チューブ５によって形成される熱交換部６と、で主に構成されている。なお、伝熱チューブ５は、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の如き熱可塑性フッ素樹脂からなるものである。
【００１７】
槽本体２は、ＳＵＳ３０４の如きステンレス鋼製で形成され、図１〜図３に示すように、上方が開放した大径円筒状の外筒２ａと、外筒２ａより径小で円筒状に形成されると共に、外筒２ａ内の底部側中央部分に配置された外筒２ａよりも高さの低い内筒２ｂと、で構成されている。そして、このように構成される槽本体２の内部には、温水等の熱媒体からなる第１流体Ｌ１が充填されている。この槽本体２の外筒２ａ上部側周方向両側位置には、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある第２流体Ｌ２用の入口ヘッダ２Ａ及び出口ヘッダ２Ｂが設けられている。この入口ヘッダ２Ａ及び出口ヘッダ２Ｂは、それぞれ、槽本体２の外筒２ａ上部側周方向から一体的に突出して設けられている筒状の配管２０を有し、この配管２０にシールプレート２１を介して断面視略凸状の上プレート２２と、断面視矩形状の下プレート２３とがボルト止めによって配置固定されている。なお、入口ヘッダ２Ａ及び出口ヘッダ２Ｂ内には、各伝熱チューブ５の両端が各々連通接続されている。
【００１８】
一方、槽本体２の外筒２ａの上方は、図１に示すように、蓋板２Ｃによって閉止されている。この蓋板２Ｃの中央部には、図１に示すように、筒状の配管２Ｃａが、上方に向かって一体的に突出して設けられている。そして、この配管２Ｃａには、電気ヒータ部３が取り付けられている。
【００１９】
より詳しく説明すると、電気ヒータ部３は、ＳＵＳ３０４の如きステンレス鋼製で形成され、図１及び図２に示すように円形状のヒータ取付台３０と、ヒータ取付台３０の下面中央に設けられている温度計３１と、温度計３１を取り囲むようにヒータ取付台３０の下面に設けられている棒状のヒータ３２とで構成されている。このヒータ取付台３０は、図１及び図２に示すように、筒状の配管２Ｃａの上面にボルト止めによって配置固定されている。これにより、ヒータ取付台３０の下面中央に設けられている温度計３１と、ヒータ３２とが、図１及び図３に示すように、外筒２ａ及び内筒２ｂ内に配置されることとなる。この温度計３１は、ヒータ３２によって加熱される槽本体２の内部に充填されている第１流体Ｌ１の温度を計測するものである。そして、第１流体Ｌ１を加熱するヒータ３２は、図１及び図３に示すように、多数本設けられており、温度計３１を取り囲むように周方向に設けられている。
【００２０】
取付体４は、図１に示すように、多数のチューブ挿通孔４０が設けられた略縦長矩形状からなり、内筒２ｂの外周に取り付けられている。より詳しく説明すると、図１及び図３に示すように、内筒２ｂの外周上端部には、４枚の平面視横長矩形状の上部支持板２ｂ１が放射状に等間隔に配置されて取付け固定され、内筒２ｂの外周下端部にも、４枚の平面視横長矩形状の下部支持板２ｂ２が放射状に等間隔に配置されて取付け固定されている。そして、この下部支持板２ｂ２には、図１に示すように、上向き切欠部２ｂ２ａが設けられており、この切欠部２ｂ２ａに、外筒２ａの底部側内壁より突出して設けられているＬ字状の係止突片２ａ１が嵌合するようになっている。これにより、外筒２ａ内の底部側中央部分に内筒２ｂが配置固定されることとなる。しかして、このように外筒２ａ内に配置固定される内筒２ｂに取り付け固定されている１枚の上部支持板２ｂ１及び１枚の下部支持板２ｂ２にボルト止めによって、図１に示すように、１枚の取付体４が固定されていき、もって、４枚の取付体４が固定配置されることとなる。そしてさらに、取付体４の上端内側に設けられている係止突片４１（図３も参照）を内筒２ｂの中間部に設けたスリット状係止孔２ｂ３に挿嵌係止するようにしている。これにより、４枚の取付体４と内筒２ｂとが一体化することとなる。しかるに、このようにして、取付体４は、内筒２ｂの外周に取り付けられることとなる。
【００２１】
熱交換部６は、４枚の略縦長矩形の取付体４を利用して、これら取付体４に設けた多数のチューブ挿通孔４０に各伝熱チューブ５を下から上へ向けてコイル状に挿通することにより、内外のコイル重ね数を７重に設定したものであり、最内側の第１コイル部Ｃ１から第４コイル部Ｃ４までの内側伝熱チューブ群６０と、第５コイル部Ｃ５から最外側の第７コイル部Ｃ７までの外側伝熱チューブ群６１とに分画されている。そして、内側伝熱チューブ群６０と外側伝熱チューブ群６１との間、すなわち、第４コイル部Ｃ４と第５コイル部Ｃ５との間には、伝熱チューブ５の外径に略相当する幅のチューブ配設用間隙ｄが設けられている。このチューブ配設用間隙ｄには、図３に示すように、入口ヘッダ２Ａから垂下する全部の伝熱チューブ５が通されており、このチューブ配設用間隙ｄを通った伝熱チューブ５は、図１に示すように、周方向に分配する形で熱交換部６の下部まで引き込まれている。
【００２２】
より詳しく説明すると、図１及び図３に示すように、入口ヘッダ２Ａから垂下する各伝熱チューブ５は、隣接する取付体４の開き、すなわち、１／４周分の間隔を利用して、緩やかにしの字状にカーブを描く形で水平に近い向きとして、一つの取付体４の各コイル部における最下位のチューブ挿通孔４０へ挿通し、以降は４枚の取付体４のチューブ挿通孔４０を順次通して熱交換部６の上部までコイル状に巻き上げて、その上端側を出口ヘッダ２Ｂに連通接続している。なお、この熱交換部６の組み立てにおける各伝熱チューブ５の巻回操作は、最内側の第１コイル部Ｃ１から開始される。
【００２３】
しかして、このようにして、取付体４に取り付けられている多数本の伝熱チューブ５によって熱交換部６は形成され、もって、内筒２ｂの回りに熱交換部６が形成されることとなる。
【００２４】
かくして、上記のように構成される多重コイル型熱交換器１は、以下のように使用される。
【００２５】
まず、槽本体２の内部に充填されている温水等の熱媒体からなる第１流体Ｌ１が電気ヒータ部３のヒータ３２によって、例えば、６５℃程度に加熱される。そしてその後、入口ヘッダ２Ａに連続的に硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体や、半導体製造用途の薬液からなる第２流体Ｌ２が、導入される。この第２流体Ｌ２は、入口ヘッダ２Ａに連通する多数本の伝熱チューブ５に分配されて、各伝熱チューブ５内を熱交換部６の下端から螺旋状に上昇したのち、その熱交換部６の上端から出口ヘッダ２Ｂ内へ流入し、該出口ヘッダ２Ｂから合流状態で導出される。しかるに、内筒２ｂの周りに形成されている熱交換部６では、多重コイル状に巻回した多数本の伝熱チューブ５内を第２流体Ｌ２が流れることとなる。すなわち、加熱された第１流体Ｌ１が充填されている内筒２ｂの周りを第２流体Ｌ２が伝熱チューブ５内を通って、下端から螺旋状に上昇していくこととなる。これにより、第２流体Ｌ２が、加熱された第１流体Ｌ１と熱交換されることとなり、もって、第２流体Ｌ２は、高温化（例えば、６０℃）されることとなる。
【００２６】
しかして、以上説明した本実施形態によれば、内筒２ｂ内に充填されている温水等の熱媒体からなる第１流体Ｌ１を電気ヒータ部３のヒータ３２によって加熱し、内筒２ｂの周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ５内に第２流体Ｌ２を通すようにしている。これにより、ヒータ３２と硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体や、半導体製造用途の薬液からなる第２流体Ｌ２が接触することがないため、ヒータが破損してしまうことがない。また、内筒２ｂ内の第１流体Ｌ１をヒータ３２によって加熱し、その加熱した第１流体Ｌ１が充填されている内筒２ｂの周りに多重コイル状に巻回されているフッ素樹脂からなる多数本の伝熱チューブ５内に第２流体Ｌ２を通すことによって、第２流体Ｌ２が、加熱された第１流体Ｌ１と熱交換されることとなるから、効率よく熱交換できることとなる。
【００２７】
しかして、本実施形態によれば、硫酸、塩酸、オゾン水等の腐食性のある流体であっても、熱交換することによって加熱可能であると共に、半導体製造用途の薬液であっても、金属イオン溶出なく加熱することができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、外筒２ａ内に内筒２ｂを設けることにより、図４に示すように、電気ヒータ部３のヒータ３２によって加熱された第１流体Ｌ１が上から下へ旋回することとなる。これにより、多数本の伝熱チューブ５内に第２流体Ｌ２を通すと、第２流体Ｌ２が、螺旋状に上昇（矢印Ｙ１方向参照）することとなるから、第１流体Ｌ１と第２流体Ｌ２が向流することとなる。それゆえ、さらに効率よく熱交換できることとなる。
【００２９】
さらに、本実施形態によれば、熱交換部６において各伝熱チューブ５が取付体４によって安定した巻回状態を保持しているため、変動のない高い熱交換効率が維持される一方、熱交換部６を構築する際に、各伝熱チューブ５を取付体４のチューブ挿通孔４０に順次通してゆくだけで、同じ巻きピッチで一定した巻き径に容易に設定できるという利点がある。
【００３０】
なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、熱交換部６を形成している多数本の伝熱チューブ５の内外のコイル重ね数、各コイル部のコイル巻き数及びチューブ条数は実施形態以外に適宜設定可能である。
【００３１】
また、本実施形態にて示した入口ヘッダ２Ａ及び出口ヘッダ２Ｂの位置は、実施形態以外の位置に適宜変更可能である。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、取付体４を等間隔に配置する例を示したが、それに限らず、適当間隔に配置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１              多重コイル型熱交換器
２              槽本体
２ａ            外筒
２ｂ            内筒（筒体）
３              電気ヒータ部
３２            ヒータ
４              取付体
５              伝熱チューブ
Ｌ１            第１流体
Ｌ２            第２流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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