專利名稱：液體加熱器和液體加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能高效且短時(shí)間加熱液體的液體加熱器，尤其涉及適用于半導(dǎo)體 制造工序之一的抗蝕劑剝離工序中的清洗液的急速加熱的液體加熱器和液體加熱方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造的抗蝕劑剝離工序中，已知有一種硫酸電解法，該方法通過電分解 硫酸溶液而生成過硫酸(過二硫酸、分子狀過硫酸及離子狀過硫酸)，將過硫酸溶液作為清 洗液進(jìn)行清洗。在抗蝕劑剝離工序中，清洗液越是高溫(120 190°C左右)抗蝕劑剝離能 越高效地進(jìn)行。這是由于通過硫酸電解法制造而成的清洗液在達(dá)到規(guī)定的高溫時(shí)清洗液中 的過硫酸會(huì)自我分解生成氧化能力極強(qiáng)的硫酸自由基而有助于清洗。由于自由基的壽命較短，若清洗液在較早的階段升溫的話，清洗液中含有的過硫 酸過早自我分解而無益于清洗便被消耗掉。當(dāng)過硫酸溶液高溫化后過硫酸自我分解而生成 硫酸自由基，從而使硫酸自由基濃度上升，同時(shí)生成的硫酸自由基分解而導(dǎo)致硫酸自由基 濃度下降。根據(jù)不同液溫，硫酸自由基的濃度會(huì)在過硫酸溶液高溫化開始的0.數(shù)秒 數(shù)秒 后達(dá)到峰值。因此，將高溫化的時(shí)間點(diǎn)選擇在硫酸自由基濃度達(dá)到峰值時(shí)正好有助于清洗 的時(shí)間，此時(shí)的效率最佳，因此需要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定最佳的時(shí)間點(diǎn)。此外，在花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)分鐘程度)緩慢加熱清洗液的情況下，會(huì)存在以下 的問題在高溫化的過程中，進(jìn)行過硫酸的自我分解和隨之而來的硫酸自由基的分解，當(dāng)達(dá) 到高溫化的時(shí)候過硫酸濃度變得較低。按照反應(yīng)速度理論和阿累尼烏斯的公式進(jìn)行理論計(jì) 算得到圖7所示的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)在高溫下過硫酸的壽命極短。以上可知，清洗液的升溫需要在清洗之前的極短時(shí)間(數(shù)秒程度)內(nèi)進(jìn)行。另一方面，越是低溫硫酸溶液的電解效率越高，越是低溫過硫酸的自我分解速度 越小，因此在低溫(20 60°C左右)下對(duì)硫酸溶液進(jìn)行電解較為理想。為了將在低溫下電解 后的硫酸溶液用作抗蝕劑剝離工序中的清洗液，需要在清洗之前瞬間從低溫升溫至高溫。為此提出了各種對(duì)流體進(jìn)行加熱的加熱器。例如，在半導(dǎo)體制造中對(duì)純水等的加熱工序中，以往使用圖8所示的流體加熱器 40。該流體加熱器40在形成為筒狀的密閉型石英槽41的側(cè)壁上錯(cuò)開位置地設(shè)有液體進(jìn)口 41a和液體出口 41b，內(nèi)部設(shè)有紅外線加熱器42，經(jīng)由液體進(jìn)口 41a流入密閉型石英槽41內(nèi) 的純水等與紅外線加熱器42的外周部接觸而一邊升溫一邊從液體出口 41b排出。此外，已知有圖9所示的結(jié)構(gòu)，利用雙重管構(gòu)成流體加熱器50，被加熱流體經(jīng)由設(shè) 于內(nèi)管51的被加熱液體進(jìn)口 51a和被加熱液體出口 51b流動(dòng)，而熱介質(zhì)油經(jīng)由設(shè)于外管52 的熱介質(zhì)油進(jìn)口 5 和熱介質(zhì)油出口 52b在內(nèi)管51與外管52之間流動(dòng)，并在這些流體之 間通過內(nèi)管51的壁部進(jìn)行換熱，由此對(duì)被加熱液體進(jìn)行加熱。還提出有在筒狀陶瓷加熱器的內(nèi)外周設(shè)置被加熱流體的流道以提高加熱效率的 流體加熱器(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開平5-79695號(hào)公報(bào)
發(fā)明的公開發(fā)明所要解決的技術(shù)問題例如，上述流體加熱器50那樣，將熱介質(zhì)油等高溫流體作為加熱源，則熱量按照 油一石英壁一溶液的順序通過傳導(dǎo)傳熱和強(qiáng)制對(duì)流傳熱進(jìn)行傳遞。為了以此傳熱方式在短 時(shí)間內(nèi)傳遞大量的熱需要將熱介質(zhì)油盡量加熱至高溫(例如1000°c以上)，但工業(yè)上使用 的熱介質(zhì)油的最高使用溫度為350°c 400°C左右。因此，在使用熱介質(zhì)油等的方法中，會(huì) 因加熱源的熱容量較大而難以瞬間進(jìn)行急速加熱的開始、停止。相比之下，在使用鹵素?zé)艄芗訜崞髂菢拥陌l(fā)出近紅外線的近紅外線加熱器的情況 下，熱能通過光的輻射熱直接傳遞給流體。波長(zhǎng)為0.8μπ 數(shù)μ m的近紅外線具有穿過石 英而被數(shù)mm 數(shù)IOmm厚的水層吸收99%以上的性質(zhì)。而且燈管加熱器能通過開關(guān)的開閉 瞬間開始、停止加熱，還可利用燈管的輸出自由地調(diào)節(jié)加熱溫度。因此，在對(duì)高濃度硫酸水 溶液的加熱中，一直以來均使用近紅外線燈管加熱器。但是，例如，上述流體加熱器40中，以數(shù)L/min的速度加熱超純水或化學(xué)藥品溶 液。此時(shí)，根據(jù)燈管的輸出功率和其尺寸，石英槽的容量為數(shù)L，液體的滯留時(shí)間為1 2分 鐘這樣較長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)化學(xué)藥品使用過硫酸時(shí)，因過硫酸的自我分解而導(dǎo)致過硫酸的浪費(fèi)。因此，在使用上述流體加熱器40時(shí)，需要將傳熱面溫度設(shè)定在非常高的高溫(因 組成構(gòu)件的耐熱性不同而為300 500°C左右)。但是，一旦將傳熱面設(shè)定為非常高的高溫 后，在傳熱面上局部的過硫酸的自我分解速度顯著增大導(dǎo)致過硫酸的浪費(fèi)，因而成為升溫 后過硫酸濃度下降的原因。為此，需要通過不將傳熱面設(shè)定成高溫，在盡可能抑制加熱器內(nèi) 的過硫酸的自我分解的情況下升溫硫酸溶液，在硫酸溶液的溫度成為高溫后使過硫酸的自 我分解活性化。然而，即使用上述公知的各加熱器進(jìn)行加熱也難以在維持過硫酸濃度的情況下短 時(shí)間將硫酸溶液加熱至高溫。也就是說，當(dāng)液體流道的流道厚度過大時(shí)，使用熱介質(zhì)當(dāng)然會(huì) 使液體整體無法均等地升溫，即使將燈管用作加熱器時(shí)光的熱輻射也無法傳遞至里側(cè)的液 體，從而導(dǎo)致液體整體無法均等地升溫。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不用將傳熱面設(shè)定為高溫就可將低溫 的被加熱液體在短時(shí)間內(nèi)加熱至高溫的液體加熱器和液體加熱方法。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案 S卩，本發(fā)明的液體加熱器中，第一發(fā)明的特征在于，包括流道構(gòu)件，該流道構(gòu)件由 能被近紅外線穿過的材料構(gòu)成，并形成能流過液體的流道厚度在IOmm以下的流道；以及近 紅外線加熱器，該近紅外線加熱器配置在該流道的相對(duì)的流道面中至少一方的外側(cè)以對(duì)上 述流道內(nèi)的上述液體進(jìn)行加熱。第二發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述近紅外線加 熱器配置在上述流道面的兩個(gè)外側(cè)。第三發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一或第二發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述流道 為環(huán)狀流道。第四發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一至第三發(fā)明中任一項(xiàng)發(fā)明的基 礎(chǔ)上，上述流道構(gòu)件中、至少形成配置有上述近紅外線加熱器一側(cè)的流道面的流道構(gòu)件是 由石英制成的。
第五發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一至第四發(fā)明中任一項(xiàng)發(fā)明的基 礎(chǔ)上，還具有設(shè)于上述流道內(nèi)部或封入上述流道內(nèi)部、用于減小上述流道容量的隔板。第六發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第五發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述隔板有多 個(gè)。第七發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第六發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述隔板為顆粒 狀，并被填充在上述流道內(nèi)。第八發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第六發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述隔板為棒 狀，在上述流道內(nèi)沿液體流過方向并排配置。第九發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第五至第八發(fā)明中任一項(xiàng)發(fā)明的基 礎(chǔ)上，上述隔板是由石英制成的。第十發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一至第九發(fā)明中任一項(xiàng)發(fā)明的基 礎(chǔ)上，上述流道的液體進(jìn)口部分和/或液體出口部分形成有擴(kuò)大流道面積以促進(jìn)上述液體 的均勻分配的節(jié)流孔和/或集流座。第十一發(fā)明的液體加熱器，其特征在于，在上述第一至第十發(fā)明中任一項(xiàng)發(fā)明的 基礎(chǔ)上，上述液體是濃度為65 96質(zhì)量％的硫酸溶液。第十二發(fā)明的液體加熱方法，其特征在于，使用上述第一至第十一發(fā)明中任一項(xiàng) 發(fā)明的液體加熱器，將該液體加熱器內(nèi)的上述液體的滯留時(shí)間控制在0. 5 5秒的情況下 加熱該液體。第十三發(fā)明的液體加熱方法，其特征在于，在上述第十二發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述液體 加熱器的流道中液體進(jìn)口部分與液體出口部分的液溫之差在50°C以上。第十四發(fā)明的液體加熱方法，其特征在于，在上述第十三發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述液體 進(jìn)口部分的液溫為60 80°C，上述液體出口部分的液溫為120 190°C。發(fā)明效果即、根據(jù)本發(fā)明的液體加熱器，由于包括流道構(gòu)件，該流道構(gòu)件由能被近紅外線 穿過的材料構(gòu)成，并形成能流過液體的流道厚度在IOmm以下的流道；以及近紅外線加熱 器，該近紅外線加熱器配置在該流道的相對(duì)的流道面中至少一方的外側(cè)以對(duì)上述流道內(nèi)的 上述液體進(jìn)行加熱，因此能瞬間均勻地加熱液體。出于將液體瞬間均勻加熱的觀點(diǎn)，更為優(yōu)選的是將流道厚度設(shè)定在5mm以下。在 確保足夠的液體流過的前提下，流道厚度優(yōu)選為Imm以上，更優(yōu)選2mm以上。為了使液體在 流道內(nèi)均勻地流動(dòng)，優(yōu)選流道厚度基本恒定。由于近紅外線能穿過石英，因此流道構(gòu)件和隔板用石英制成不會(huì)妨礙傳熱，因而 能高效地傳熱。石英難以進(jìn)行細(xì)微的加工，因此難以形成能使流道容量變小的流道面積較小的流 道，但在使用隔板的本發(fā)明中，通過將隔板導(dǎo)入已經(jīng)制成的石英管的流道內(nèi)這樣簡(jiǎn)單的作 業(yè)就可恰當(dāng)?shù)匦纬闪鞯烂娣e較小的流道。作為本發(fā)明，隔板的形狀沒有特別的限定，例如可由棒狀或顆粒狀構(gòu)成。將這些棒 狀或顆粒狀的直徑做成稍小于流道厚度，在流道與隔板之間形成小的間隙，使液體的流動(dòng) 加快。 此外，在本發(fā)明中，在液體進(jìn)口部分設(shè)有集流座，或在集流座與進(jìn)行加熱的流道之間設(shè)置節(jié)流孔等小孔而形成壓力損失，這樣即使在狹窄的流道中例如插入較多隔板的情況 下，也能使流道內(nèi)的流量分布均勻。液體出口部分的集流座由于減小了容積，因而能縮短高 溫液體的滯留時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的液體加熱方法，使用本發(fā)明的液體加熱器，能在該液體加熱器內(nèi)的 上述液體的滯留時(shí)間控制在0. 5 5秒的情況下加熱液體，能在不會(huì)導(dǎo)致液體的組成改變 等的情況下瞬間加熱液體。為了滿足瞬間加熱，液體加熱器中液體的滯留時(shí)間(通液時(shí)間)優(yōu)選在5秒以下， 更優(yōu)選在2秒以下。若滯留時(shí)間不到0. 5秒時(shí)，必須將流道厚度控制在Imm以下或?qū)⒓訜?器的熱流速(heat flux)設(shè)定在30 50W/cm2以上，結(jié)構(gòu)上發(fā)生困難，因此優(yōu)選0. 5秒以 上。同樣的理由，作為優(yōu)選為1秒以上。


圖Ia是本發(fā)明一實(shí)施方式的液體加熱器的長(zhǎng)度方向示意剖視圖，圖Ib是圖Ia的 b_b線剖視圖。圖加是上述長(zhǎng)度方向示意剖視圖，圖2b是圖加的b_b線剖視圖。圖3是表示應(yīng)用了上述實(shí)施方式的液體加熱器的單片式(日文枚葉式)抗蝕劑 剝離系統(tǒng)的圖。圖4是表示過硫酸溶液的溫度(60 110°C )與過硫酸減半期的關(guān)系的圖。圖fe是本發(fā)明其他實(shí)施方式的液體加熱器的長(zhǎng)度方向示意剖視圖，圖恥是圖fe 的b_b線剖視圖。圖6a是本發(fā)明又一實(shí)施方式的液體加熱器的長(zhǎng)度方向示意剖視圖，圖6b是圖6a 的b-b線剖視圖。圖7是表示過硫酸溶液的溫度(120 170°C )與壽命的關(guān)系的圖。圖8是表示現(xiàn)有的流體加熱器的例子的示意圖。圖9是表示現(xiàn)有的流體加熱器的其他例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式一)以下說明本發(fā)明一實(shí)施方式的液體加熱器。圖1示意表示該液體加熱器1。如圖1所示，環(huán)狀流道4由直徑相近的雙重管結(jié)構(gòu)形成，在內(nèi)管壁與外管壁之間確 保環(huán)狀流道4，該流道厚度為IOmm以下。作為優(yōu)選，環(huán)狀流道4為縱向設(shè)置，在該設(shè)置狀態(tài) 下作為下方(液體流入側(cè))的一側(cè)與大容積的筒狀集流座(日文筒狀 ,^ )3連通。在 集流座3上設(shè)有下部流入口 2，被加熱液體從該下部流入口 2流入，經(jīng)由集流座3在環(huán)狀流 道4中產(chǎn)生沿環(huán)狀流道4的軸向的向上流動(dòng)。環(huán)狀流道4在上部側(cè)直徑逐漸減小而向中央 匯集，而與朝上方的上部流出口 5連通。在環(huán)狀流道4中流動(dòng)的被加熱液體從上部流出口 5 流出。環(huán)狀流道4和集流座3使用低溶出、耐氧化性、耐熱性的石英，該石英的導(dǎo)熱系數(shù)為 1. Off/m/k,具有良好的傳熱性。此外，環(huán)狀流道4中，具有比流道厚度小的直徑的棒狀隔板6以不固定在流道內(nèi)側(cè)的狀態(tài)在整個(gè)圓周上并排配置。通過將靠近環(huán)狀流道4的流入口的高度的流道厚度做成比 棒狀隔板6的直徑小，該棒狀隔板6就不會(huì)掉落而保持在環(huán)狀流道4內(nèi)。在其上方，棒狀隔 板6與環(huán)狀流道4的內(nèi)側(cè)內(nèi)周面和外側(cè)內(nèi)周面之間形成小的間隙。棒狀隔板6、6之間既可 具有間隙，也可將許多棒狀隔板6··· 6以彼此接觸的形態(tài)配置在環(huán)狀流道4內(nèi)。在本實(shí)施方式中作為隔板采用了棒狀隔板6，但本發(fā)明并不局限于此，只要是具有 能減小環(huán)狀流道的流道(截面積)、實(shí)現(xiàn)規(guī)定的加熱器內(nèi)滯留時(shí)間的功能，沒有特別的限 定。例如，也可是球狀的隔板或弧面狀的隔板。作為隔板的材料使用與流道構(gòu)件相同的低 溶出、低氧化性、耐熱性的石英。不過，棒狀隔板6還具有將被加熱液體沿環(huán)狀流道4的軸 向弓I導(dǎo)從而使被加熱液體平滑地流動(dòng)的作用，因而更為理想。此外，在環(huán)狀流道4的外周側(cè)配置有外部加熱器7，在環(huán)狀流道4的內(nèi)周側(cè)配置有 內(nèi)部加熱器8，通過上述結(jié)構(gòu)來構(gòu)成本發(fā)明的液體加熱器1。加熱器最好是將環(huán)狀流道4的 外周面和/或內(nèi)周面均勻地加熱。圖2更具體且詳細(xì)地表示上述液體加熱器1。圖2中，將兩根作為內(nèi)部加熱器8的直管型的鹵素加熱管以插入環(huán)狀流道4的內(nèi) 周側(cè)中央部的狀態(tài)配置。此外在環(huán)狀流道4的外周側(cè)配置有作為外部加熱器7的鹵素加熱 器。熱源可根據(jù)目的適當(dāng)?shù)剡x擇?？膳渲镁砝@在流道構(gòu)件上的螺旋形狀的加熱器作為外部 加熱器。上述內(nèi)部加熱器8和外部加熱器7相當(dāng)于本發(fā)明的近紅外線加熱器，因?yàn)橛甥u素 加熱器構(gòu)成，因而能發(fā)射出近紅外線(波長(zhǎng)為0. 8 2. 5 μ m)。若構(gòu)成液體加熱器1的各零部件被固定成圖2所示的配置，則其方法不受特別的 限定。作為最簡(jiǎn)易的方法，可以考慮利用安裝在另外準(zhǔn)備好的支撐柱上的夾具等將環(huán)狀流 道4的石英管主體的下部及具有上部流出口 5的上部噴嘴予以保持等。由于外部加熱器7 為螺旋形狀時(shí)被分割成多個(gè)，因此需利用夾具等分別予以保持。由于鹵素加熱器的外表面 涂布有反射性的物質(zhì)，因此在固定時(shí)要注意不要摩擦而使其脫落。同樣，對(duì)內(nèi)部加熱器也從 下方予以支撐。在固定液體加熱器1時(shí)的重要事項(xiàng)是垂直設(shè)置以使液體朝上方流動(dòng)。由此能避免 沸騰等產(chǎn)生的氣泡滯留在流道內(nèi)部引起傳熱效率下降等的問題。還可期待液體的均勻流 動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的液體加熱器1，能以使液體的滯留時(shí)間為0. 5 5秒地 一邊使液體流過一邊可靠地加熱。例如，將2L/min的60°C的溶液加熱至150°C所需的液體 滯留時(shí)間為1. 5秒。這是由于在環(huán)狀流道4中設(shè)置有許多棒狀隔板6，不僅減小了流道面 積還與面向加熱器的加熱面接觸地流動(dòng)的緣故。與液體接觸的加熱表面的溫度為200°C以 下，因此在使用硫酸溶液作為被加熱液體時(shí)，能避免硫酸溶液沸騰或過硫酸(過二硫酸)急 速自我分解。在將本發(fā)明的液體加熱器用于抗蝕劑剝離用途時(shí)，例如可將其裝入圖3那樣的單 片式抗蝕劑剝離系統(tǒng)中加以使用。該系統(tǒng)包括對(duì)含有過硫酸(過二硫酸)的硫酸溶液(以下稱為過硫酸溶液)的 盛放槽10、對(duì)硫酸離子進(jìn)行電解以生成過硫酸離子的電解裝置13和清洗裝置15。盛放槽 10的過硫酸溶液被保持在60 80°C，一邊由泵11送液一邊由熱交換器12冷卻至適合電 解的液溫(40 60°C )，然后供給電解裝置13。電解裝置13中，硫酸離子在電解的作用下生成過硫酸離子，并以例如5 lOL/min的流量在電解裝置13與盛放槽10之間循環(huán)。盛 放槽10內(nèi)的過硫酸溶液通過泵14以例如1 2L/min的流量抽取，并由上述液體加熱器1 在短時(shí)間內(nèi)加熱至高溫(例如120 190°C，優(yōu)選140 160°C )，朝收放在清洗裝置15中 的被清洗體(例如半導(dǎo)體晶片)流下以對(duì)被清洗體進(jìn)行清洗。此時(shí)，過硫酸溶液被液體加 熱器1快速加熱至高溫，能在過硫酸不過度地自我分解并維持高清洗能力的情況下供給清 洗裝置15。被清洗裝置15使用過的溶液被泵16抽出并被熱交換器17冷卻后送回盛放槽 10。使用本發(fā)明的液體加熱器，像圖3所示的系統(tǒng)那樣利用過硫酸溶液進(jìn)行單片式清 洗時(shí)，必須利用液體加熱器1將含有過硫酸的硫酸水溶液瞬間加熱至150°C左右。因此，在 前面的階段需要事先保持合適的液溫。為此，如圖3所示的系統(tǒng)那樣，優(yōu)選在系統(tǒng)中在液體 加熱器1的前階段設(shè)置盛放槽10并將槽內(nèi)溫度保持在60 80°C。若槽內(nèi)溫度不到60°C 則對(duì)本發(fā)明的液體加熱器1的負(fù)載過大，相反若超過80°C則過硫酸的自我分解速度過大而 難以將盛放槽10的過硫酸濃度維持在較高的狀態(tài)。(參照?qǐng)D4的“過硫酸溶液溫度與過硫 酸自我分解”的曲線圖)。在此，圖3所示的系統(tǒng)中，將從盛放槽10抽出的硫酸溶液冷卻電解后送回盛放槽 10。適合電解的溫度為40 60°C，電解后溫度上升20°C左右而成為60 80°C，若在電解 前將硫酸溶液冷卻至40 60°C，則不需要另行條件盛放槽10內(nèi)的硫酸溶液的溫度，從而成 為上述結(jié)構(gòu)。尤其是，在本系統(tǒng)中，作為優(yōu)選，供電解的硫酸溶液為75 96質(zhì)量％?？刮g劑剝離 同時(shí)需要向抗蝕劑與硅基板之間滲透的力(滲透力)和將抗蝕劑氧化的力(氧化力)。硫 酸濃度越低，則具有氧化力的過硫酸的生成效率越高，而硫酸濃度越高，則滲透力越強(qiáng)。因 此，根據(jù)抗蝕劑的種類和硅基板上形成的圖案形狀等在上述范圍內(nèi)選擇最佳的硫酸濃度。液體加熱器1中，如上所述，將60 80°C的硫酸溶液加熱至120 190°C較為合 適，優(yōu)選加熱至140 160°C。該溫度的含有過硫酸的硫酸溶液利用過硫酸的氧化力能發(fā)揮 良好的清洗力。此外，如上所述，高溫的過硫酸的自我分解較快，通過使在該液體加熱器中 的滯留時(shí)間設(shè)定在5秒以下(優(yōu)選為2秒以下)，能在過硫酸自我分解進(jìn)展之前供于清洗。(實(shí)施方式二)上述實(shí)施方式一的液體加熱器1中，環(huán)狀流道4具有在上部側(cè)直徑逐漸減小而匯 集的形狀，但環(huán)狀流道4也可不是在端部匯集以將液體集中的結(jié)構(gòu)，流道也可是維持環(huán)狀 延伸的結(jié)構(gòu)。以下根據(jù)圖5對(duì)本發(fā)明的液體加熱器的其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的溶液加熱器20具有由石英的雙重管構(gòu)成的環(huán)狀流道21，該環(huán)狀流 道21的流道厚度在IOmm以下。在環(huán)狀流道21的兩端部以與上述環(huán)狀流道21連續(xù)的方式 設(shè)有將流道厚度局部增大的筒狀的集流座22、23。一端側(cè)的集流座22設(shè)置在液體進(jìn)口部 分，該集流座22上連接有沿環(huán)狀流道21的長(zhǎng)度方向的流入管M。而另一端側(cè)的集流座23 設(shè)置在液體出口部分，該集流座23上連接有沿環(huán)狀流道21的徑向的流出管25。此外，在環(huán) 狀流道21中，有許多沿該環(huán)狀流道21的長(zhǎng)度方向的棒狀的隔板沈在整個(gè)圓周上排列。該 隔板26由石英構(gòu)成，并形成為與環(huán)狀流道21的內(nèi)周面確保微小間隙的直徑(比流道厚度 小的直徑)。盡管未圖示，將多根近紅外線加熱器以沿通液方向穿過環(huán)狀流道21內(nèi)部的形 態(tài)配置，并將近紅外線加熱器配置成覆蓋環(huán)狀流道的外部。
上述液體加熱器20中，從流入管M導(dǎo)入的液體經(jīng)由集流座22均勻地分配至環(huán)狀 流道21，液體沿環(huán)狀流道21的長(zhǎng)度方向流過。環(huán)狀流道21中，流道受到隔板沈限制，液體 與面向加熱器的加熱面接觸而平滑地流動(dòng)，被近紅外線加熱器均勻地瞬間加熱。加熱后的 液體經(jīng)由集流座23通過流出管25朝液體加熱器20外流出。本實(shí)施方式的液體加熱器20 與液體加熱器1一樣適用于上述系統(tǒng)。(實(shí)施方式三)上述實(shí)施方式二中，在環(huán)狀流道的內(nèi)外周側(cè)分別配置了近紅外線加熱器，但本發(fā) 明中，也可僅在流道的相對(duì)的流道面的一方的外側(cè)配置近紅外線加熱器。圖6所示的液體加熱器30由石英構(gòu)成，具有流道厚度為IOmm以下的環(huán)狀流道31， 該環(huán)狀流道31的兩端部與將流道厚度增大而成的筒狀的集流座32、33連續(xù)。一端側(cè)的集 流座32設(shè)置在液體進(jìn)口部分，該集流座32上連接有流入管34。而另一端側(cè)的集流座33設(shè) 置在液體出口部分，該集流座33上連接有流出管35。此外，在環(huán)狀流道31中，有許多沿該 流道的長(zhǎng)度方向的棒狀的隔板36在整個(gè)圓周上排列。該隔板36由石英構(gòu)成，并形成為與 環(huán)狀流道31確保微小間隙的直徑。在環(huán)狀流道31的內(nèi)周側(cè)外部，四根棒狀的近紅外線加熱器37沿環(huán)狀流道31的長(zhǎng) 度方向配置。而在環(huán)狀流道31的外周側(cè)外部沒有配置近紅外線加熱器，而是用金或鋁等的 反射件38覆蓋外周側(cè)外表面。這樣，即使在環(huán)狀流道31的外周側(cè)外部沒有配置近紅外線 加熱器，從近紅外線加熱器37發(fā)射出的近紅外線在外周面被反射件38反射，能利用該反射 熱從內(nèi)外周均勻地加熱液體。作為本發(fā)明，也可在環(huán)狀流道31的外周側(cè)外部配置近紅外線 加熱器，利用反射件覆蓋環(huán)狀流道31的內(nèi)周側(cè)外表面，但將近紅外線加熱器配置在內(nèi)周側(cè) 外部能更有效地加熱被加熱液體。以上，對(duì)于本發(fā)明的液體加熱器，以如上述實(shí)施方式那樣容易制造為由例舉雙重 管環(huán)狀流道進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式的內(nèi)容，例如，也可是相對(duì)的流 道面都呈平面或曲面的帶狀流道。實(shí)施例(實(shí)施例一)使用具有圖2所示的環(huán)狀流道的液體加熱器對(duì)硫酸溶液進(jìn)行加熱。液體加熱器的規(guī)格如下。
(尺寸)
環(huán)狀流道內(nèi)側(cè)與液體接觸的面的直徑40mmΦ環(huán)狀流道外側(cè)與液體接觸的面的直徑45mmΦ隔板直徑2 mmΦ加熱部流道長(zhǎng)度320 mm全長(zhǎng)400mm
權(quán)利要求
1.一種液體加熱器，其特征在于，包括流道構(gòu)件，該流道構(gòu)件由能被近紅外線穿過的 材料構(gòu)成，并形成能流過液體的流道厚度在IOmm以下的流道；以及近紅外線加熱器，該近 紅外線加熱器配置在該流道的相對(duì)的流道面中至少一方的外側(cè)以對(duì)所述流道內(nèi)的所述液 體進(jìn)行加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的液體加熱器，其特征在于，所述近紅外線加熱器配置在所述流 道面的兩個(gè)外側(cè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液體加熱器，其特征在于，所述流道為環(huán)狀流道。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的液體加熱器，其特征在于，所述流道構(gòu)件中，至少 形成配置有所述近紅外線加熱器一側(cè)的流道面的流道構(gòu)件是由石英制成的。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的液體加熱器，其特征在于，還具有設(shè)于所述流道內(nèi) 部或封入所述流道內(nèi)部、用于減小所述流道容量的隔板。
6.如權(quán)利要求5所述的液體加熱器，其特征在于，所述隔板有多個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的液體加熱器，其特征在于，所述隔板為顆粒狀，并被填充在所述 流道內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的液體加熱器，其特征在于，所述隔板為棒狀，在所述流道內(nèi)沿液 體流過方向并排配置。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的液體加熱器，其特征在于，所述隔板是由石英制成的。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的液體加熱器，其特征在于，在所述流道的液體進(jìn) 口部分和/或液體出口部分形成有擴(kuò)大流道面積以促進(jìn)所述液體的均勻分配的節(jié)流孔和/ 或集流座。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的液體加熱器，其特征在于，所述液體是濃度為 65 96質(zhì)量％的硫酸溶液。
12.—種液體加熱方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的液體加熱 器，將該液體加熱器內(nèi)的所述液體的滯留時(shí)間控制在0. 5 5秒的情況下加熱該液體。
13.如權(quán)利要求12所述的液體加熱方法，其特征在于，所述液體加熱器的流道的液體 進(jìn)口部分與液體出口部分的液溫之差在50°C以上。
14.如權(quán)利要求13所述的液體加熱方法，其特征在于，所述液體進(jìn)口部分的液溫為 60 80°C，所述液體出口部分的液溫為120 190°C。
全文摘要
一種在短時(shí)間內(nèi)將過硫酸溶液等流體加熱至高溫的液體加熱器。所述液體加熱器包括流道構(gòu)件，該流道構(gòu)件由能被近紅外線穿過的材料構(gòu)成，并形成能流過液體的流道厚度在10mm以下的流道(4)；以及近紅外線加熱器(7、8)，該近紅外線加熱器(7、8)配置在該流道的相對(duì)的流道面中至少一方的外側(cè)以對(duì)所述流道內(nèi)的所述液體進(jìn)行加熱。利用近紅外線將流過所述流道的液體瞬間均勻地加熱。作為優(yōu)選在流道(4)內(nèi)部還包括限制流道容量的隔板(6)。通過減小加熱器內(nèi)的流道容積且增大加熱器內(nèi)的流速，從而縮短加熱器內(nèi)的滯留時(shí)間，并盡可能較大地維持傳熱面積，即使傳熱面溫度的設(shè)定溫度較低也能將被加熱液體在很短的時(shí)間內(nèi)升溫至高溫。
文檔編號(hào)H05B3/10GK102138045SQ20098013469
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者丸山剛, 內(nèi)田稔 申請(qǐng)人:栗田工業(yè)株式會(huì)社