WO2006030526A1 - 熱交換装置及びそれを適用した過熱水蒸気発生装置 - Google Patents

Abstract

並列状態で配置され、周方向に連通した複数の環状流路２４と、この環状流路２４おける流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路２４に形成された複数の流入口及び流出口と、異なる環状流路２４，２４に形成された前記流入口と前記流出口とを連通し、前記環状流路２４内に突出させた複数の連通管２５と、から熱交換流路２１を構成する。この熱交換流路２１に流体供給管２２及び流体排出管２３を連通して熱交換装置を構成する。

Description

熱交換装置及びそれを適用した過熱水蒸気発生装置

技術分野

明

本発明は、 小型化、 低コス ト化を図ることができると共に、 熱交換効率を 大幅に向上させることができる熱交換装置及びそれを適用した過熱水蒸気発 田

生装置に関する。

背景技術 伝熱流体を熱交換流路内において衝突させ熱交換効率を向上させる熱交換 装置として、 図 1 0に示すような熱交換装置が知られている （特開平 7— 2 9 4 1 6 2号公報参照） 。 ' しかし、 この熱交換装置 1 0 0は、 環状流路 1 1 8を管によって製作して いるので、 均一寸法の流路を製作するのが困難であり、 量産することができ ず、 高コス トにならざるを得なかった。 又、 管寸法の制約から、 最適な設計 寸法の流路を製作できない場合もあり、 熱交換装置 1 0 0の小型化を図るの も容易ではなかった。

又、 伝熱流体が連通管 1 1 9から環状管 1 1 8内に流入すると、 環状管 1 1 9内を乱流状態で流動する伝熱流体に衝突するので、 環状管 1 1 8内壁面 に衝突する速度が極端に低下し、 内壁面衝突時の熱交換効率が低下するとい つ 点があった。

又、 伝熱流体の環状管 1 1 8内壁面への衝突は流入する際に限られ、 流出 する際には環状管 1 1 8内壁面への衝突は起きておらず、 環状管 1 1 8内壁 面への衝突による熱交換作用は、 一の環状管 1 1 8について一回為されるだ けであった。 よって、 熱交換効率を向上させるためには、 環状管 1 1 8の断 面積を増大させるか、 環状管 1 1 8の本数を増加させる必要があった。

さらに、 衝突時における熱交換効率を最大にするために、 環状流路 1 1 8 内壁面に対する連通管 1 1 9の取付角度、 環状流路 1 1 8内壁面の形状等に ついて、 特に工夫はされていなかった。

熱交換装置 1 0 0の利用形態として、 ブロア一等を利用して熱交換流路 1 1 0内を吸引することによって熱交換流路 1 1 0内に伝熱流体を流すように した場合、 伝熱流体が環状管 1 1 8内壁面に衝突しないで流動するため、 熱 交換装置 1 0 0の熱交換効率は大幅に低下した。 そのため、 ブロア一は必ず 熱交換流路 1 1 0の手前に設置しなければならなかった。

一方、 過熱水蒸気発生方法として、 特開平 1 0— 3 3 7 4 9 1号公報に開 示されるように、 ノズルから超音速で水蒸気を吹き出すェジェクタ一を利用 し、 高温気体を吸引口から吸引することによって水蒸気の温度を上昇させる 方法が知られている。

しかし、 この過熱水蒸気発生方法によっては、 高流速の過熱水蒸気を得る ことはできるが、 高温気体の性状によって、 清浄な過熱水蒸気が得られない し、 気体と蒸気との混合体となって、 高純度の過熱水蒸気が得られない。 特に各種の高温排気ガス、 火炎等を利用する場合には、 半導体用ウェハー の洗浄等に要求される超高純度の過熱水蒸気を得ることはできず、 クリーン 洗浄には利用できないという欠点があった。 又、 火炎を利用することができ ないクリーンルーム内では、 使用できなかった。 発明の開示

本発明は、 上記のような従来技術における問題点に鑑みて為されたもので あって、 小型化、 低コス ト化を図ることができると共に、 熱交換効率を大幅 に向上させることができる熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、 又、 その熱交換装置を適用して、.高流速かつ高純度の過熱水蒸 気を得ることができる過熱水蒸気発生装置を提供することを目的とする。 上記目的を達成するため、 本発明の熱交換装置は、 並列状態で配置され、 周方向に連通した複数の環状流路と、 この環状流路おける流入口と流出口の 位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成された複数の流入口及び流 出口と、 異なる環状流路に形成された前記流入口と前記流出口とを連通する 複数の連通管と、 からなる熱交換流路と、 この熱交換流路に連通された流体 の供給管及び排出管と、 から構成されることを特徴とする。

上記目的を達成するため、 本発明の過熱水蒸気発生装置は、 水蒸気を供給 する水蒸気供給装置と、 水蒸気を加熱する加熱熱源と、 水蒸気を流通させて 熱交換を実行する前記熱交換装置と、 から構成されることを特徴とする。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の熱交換装置の一実施例における要部を示す縦断面図、 図 2は、 図 1に示す熱交換装置における要部の分解斜視図、 図 3は、 熱交換流 路の供給側にブロア一を配置し、 ブロア一によつて熱交換流路内に空気を流 通させて、 熱交換装置の性能試験を実施する概略構成図、 図 4は、 熱交換流 路の排出側にブロア一を配置し、 ブロア一によつて熱交換流路内に空気を流 通させて、 熱交換装置の性能試験を実施する概略構成図、 図 5は、 本発明の 熱交換装置及び従来の熱交換装置を使用し、 図 3及び図 4に示す概略構成に よって性能試験を実施した結果に基づく性能特性グラフ及び性能比較表、 図

6は、 本発明の過熱水蒸気発生装置をクリーンルーム内で半導体用ウェハー 等を洗浄する装置に適用した場合の概略構成図、 図 7は、 電気ヒータを使用 して本発明の過熱水蒸気発生装置の性能試験を実施した結果に基づく性能特 性グラフ及び性能比較表、 図 8は、 本発明の熱交換装置の他実施例における 要部を示す縦断面図、 図 9は、 図 8に示す熱交換装置における要部の分解斜 視図、 図 1 0は、 従来の熱交換装置における要部の斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の熱交換装置及びそれを適用した過熱水蒸気発生装置の実施 形態につい—て、 図面を参照して詳細に説明する。

本発明の熱交換装置 1は、 図 1及び図 2に示すように、 並列状態で配置さ れ、 周方向に連通した複数の環状流路 2 4と、 この環状流路おける流入口と 流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路 2 4に形成された複数の 流入口及び流出口と、 異なる環状流路 2 4， 2 4に形成された前記流入口と 前記流出口とを連通する複数の連通管 2 5と、 からなる熱交換流路 2 1 と、 この熱交換流路 2 1に連通された伝熱流体の供給管 2 2及び排出管 2 3と、 から構成される。

環状流路 2 4は、 同一形状及び寸法の環状流路構成部材 2 4 1， 2 4 1を 対向させ、 その端面同士を当接させ、 溶接等することによって構成される。 環状流路構成部材 2 4 1は、 環状平面部 2 4 1 a と、 外側周面部 2 4 1 b と、 内側周面部 2 4 1 c とから構成され、 環状平面部 2 4 1 aには、 周方向 等間隔に連通孔 2 4 1 dが穿設されている。 環状流路構成部材 2 4 1は、 金 属板材をプレス加工、 又は、 溶融金属を铸造することによって成形される。 環状流路構成部材 2 4 1 , 2 4 1同士を溶接して環状流路 2 4を構成する 際には、 図 2に示すように、 一方の環状流路構成部材 2 4 1の連通孔 2 4 1 dと他方の環状流路構成部材 2 4 1の連通孔 2 4 1 dとを周方向にずらして、 環状流路構成部材 2 4 1， 2 4 1同士を溶接等によって固着する。

連通管 2 5は、 所定直径の金属管材を適宜長さに切断したものであって、 前記環状流路構成部材 2 4 1に穿設された連通孔 2 4 1 dに挿通し、 環状流 路構成部材 2 4 1の環状平面部 2 4 1 aの内壁面から突出した状態で、 その 外周面と連通孔 2 4 1 dとが当接する部所を溶接等することによって固着す る。

そして、 環状流路構成部材 2 4 1 , 2 4 1同士を固着して環状流路 2 4を 構成し、 環状流路構成部材 2 4 1に連通管 2 5， 2 5 · · · を挿通して固着 し、 以下、 順次同様にすれば、 図 1に示すような、 複数の環状流路 2 4 , 2 4 , · · ·が並列状態で配置された熱交換流路 2 1が構成される。

尚、 伝熱流体の供給管 2 2及び排出管 2 3に連通する熱交換流路 2 1の両 端部には、 貯留槽 2 6 , 2 6が配置される。

貯留槽 2 6は、 貯留槽構成部材 2 6 1 , 2 6 2を対向させ、 その端面同士 を当接させ、 溶接等することによって構成される。

貯留槽構成部材 2 6 1は、 円形平面部 2 6 1 a と外側周面部 2 6 1 bとか ら構成され、 円形平面部 2 6 1 aには、 周方向等間隔に連通孔 2 6 1 cが穿 設されている。 一方、 貯留槽構成部材 2 6 2は、 円形平面部 2 6 2 a と外側 周面部 2 6 2 bとから構成され、 円形平面部 2 6 2 aには、 中央部に連通孔 2 6 2 cが穿設されている。 又、 貯留槽構成部材 2 6 1， 2 6 2は、 金属板 材をプレス加工、 又は、 溶融金属を铸造することによって成形される。

流体供給管 2 2及び流体排出管 2 3は、 所定直径の金属管材を適宜長さに 切断したものであって、 前記貯留槽構成部材 2 6 2に穿設された連通孔 2 6 2 cに挿通し、 貯留槽構成部材 2 6 2の円形平面部 2 6 2 aの内壁面から突 出した状態で、 その外周面と連通孔 2 6 2 c とが当接する部所を溶接等する ことによって固着する。

又、 連通管 2 5は、 前記貯留槽構成部材 2 6 1に穿設された連通孔 2 6 1 cに揷通し、 貯留槽構成部材 2 6 1の円形平面部 2 6 1 aの内壁面から突出 した状態で、 その外周面と連通孔 2 6 1 cとが当接する部所を溶接等するこ とによって固着する。

以上のようにして、 熱交換流路 2 1の両端部に貯留槽 2 6 , 2 6を介して 流体供給管 2 2及び流体排出管 2 3を連通させることによって、 本発明の熱 交換装置 1は構成される。

熱交換装置 1の構成時において、 環状流路構成部材 2 4 1の環状平面部 2 4 1 aの内壁面から突出した連通管 2 5の先端面 2 5 aは、 連通管 2 5を流 通する流体の流量を絞らない距離まで、 対向する環状流路構成部材 2 4 1の 環状平面部 2 4 1 aの内壁面に近接させてある。 この近接距離は、 連通管 2 5の断面積を S、 外周長を とすれば、 0 . 1 X S Z L〜： L 0 X S Z Lに設 定するのが好ましい。 又、 連通管 2 5の中心軸と環状流路構成部材 2 4 1の 環状平面部 2 4 1 aの内壁面とは略直交するように配置するのが好ましい。 以上の如く、 本発明の熱交換装置 1は、 環状流路 2 4を管によって構成す るのではなく、 同一形状及び寸法の環状流路構成部材 2 4 1 , 2 4 1を対向 させ、 溶接等することによって構成するようにしたから、 連通孔 2 4 1 dの 周方向位置を調整して組み合わせるだけで、 正確な寸法の環状流路 2 4を容 易に製作できる。

そして、 環状流路構成部材 2 4 1をプレス加工又は铸造によって製作すれ ば、 正確な環状流路 2 4が容易に製作でき、 最小の部品点数で低コス トの環 状流路 2 4を大量に製作することができる。 同時に、 図 1に示すように、 連 通管 2 5を環状流路 2 4内に突出させることが容易になる。

又、 本発明の熱交換装置 1は、 図 1に示すように、 伝熱流体の流量を絞ら ない距離まで、 連通管 2 5の先端面 2 5 aを環状流路 2 4の内壁面 2 4 a— 1まで近接させたから、 流入した伝熱流体は環状流路 2 4内を乱流状態で流 動する伝熱流体の影響を殆ど受けることなく、 すなわち、 殆ど流速を減じる ことなく壁面 2 4 a— 1に衝突するため、 大幅に熱交換効率が上昇する。 又、 図 1に示すように、 連通管 2 5の中心軸と環状流路 2 4の内壁面 2 4 a とをほぼ垂直に配置するようにしたから、 伝熱流体全部が同一状態で環状 流路 2 4の内壁面 2 4 a - 1に衝突し、 熱交換効率を安定的に保持すること ができる。 - さらに、 出口側の連通管 2 5の後端面 2 5 bを伝熱流体の流量を絞らない 距離まで環状流路 2 4の内壁面 2 4 a— 2に近接すれば、 環状流路 2 4の内 壁面 2 4 a - 1に衝突した伝熱流体は乱流となって反対側の環状流路 2 4の 内壁面 2 4 a - 2に衝突して熱交換をするから、 一の環状流路 2 4の両側の 内壁面 2 4 a— 1， 2 4 a— 2で熱交換をすることができ、 熱交換効率はさ らに上昇する。

又、 環状流路 2 4内を乱流状態で流通する伝熱流体も、 流入及び流出する 伝熱流体によって影響されることがないので、 環状流路 2 4の側壁面 2 4 b における熱交換効率も向上する。

伝熱流体は連通管 2 5の出口から次の環状流路 2 4に流動していき、 同様 の作用を奏するから、 同一の大きさの熱交換流路 2 1であっても、 さらに多 量の伝熱流体を熱交換することが可能になる。 又、 環状流路 2 4が多数にな つても、 伝熱流体の流速が減じることが殆どなくなり、 高流速の伝熱流体の 速度を低下させることなく熱交換が可能になる。

上記の改良を行った熱交換装置 1は、 ブロア一を熱交換流路 2 1の出口側 に設置して伝熱流体を吸引する方法によっても、 良好な熱交換を行うことが 可能になり、 利用範囲が大幅に広がった。

例えば、 小型の熱交換装置によって大容量の流体を効率よく熱交換するこ とができるため、 大容量の空気を熱交換させるヒートポンプ式空調機におけ る熱交換装置として最適である。 [熱交換装置の性能試験]

次に、 図 3及び図 4に示すように、 熱水を満たすことができる容器 2内に 熱交換流路 2 1を配置し、 熱水を循環させることで熱を供給し、 ブロア一 4 によって空気を供給して、 熱交換流路 2 1の性 ^試験を実施した。

実験で使用した熱交換流路 2 1は、 外径 2 0 0 m mの環状流路 2 4を 2個 配置したものを使用し、 常時 7 m ³ / m i nの空気を供給可能なブロア一 4 を使用した。 熱水の生成にはガスバーナー 5を使用し、 熱交換流路 2 1によ つて熱を奪われた後の熱水を再加熱し、 ポンプ 3で循環させることによって 常時熱水が補給されるようにした。

図 4に示すように、 ブロア一 4を熱交換流路 2 1の出口側に設置して空気 を吸引する方法では、 従来の連通管 1 1 9を環状流路 1 1 8内に突出しない 熱交換流路 1 1 0では、 吸引された空気が環状流路 1 1 8の内壁面に衝突せ ず、 熱交換装置として十分な性能を発揮できなかった。

しかし、 本発明の連通管 2 5を環状流路 2 4内に突出させた熱交換流路 2 1では、 図 3のように空気を送給する場合であっても、 図 4のように空気を 吸引する場合であっても、 良好な熱交換性能を発揮でき、 利用範囲が大いに 広がった。 実験例によれば、 4 5 3 2 K c a l / h ( 5 . S KW/ h ) の熱 変換性能を達成でき、 家庭用の小型ヒートポンプ用の熱交換装置として十分 な性能がある。 '

図 5は、 同一形状の熱交換装置であって、 連通管 2 5の先端 2 5 aを環状 流路 2 4の内壁面に伝熱流体を絞らない距離まで近接した本発明の熱交換装 置 1と、 連通管 1 1 9を環状流路 1 1 8内に突出させない特開平 7— 2 9 4 1 6 2号公報に開示された熱交換装置 1 0 0とを、 図 3、 図 4に示すような 構成のもとで実験をした性能特性グラフ及び性能比較表である。 特開平 7— 2 9 4 1 6 2号公報の熱交換装置 1 0 0にあっては、 図 4に示す実験では十 分な数値が出なかったので示していない。 本発明の熱交換装置として、 図 8及び図 9に示すような熱交換装置 5 1を 構成することもできる。

この熱交換装置 5 1は、 並列状態で配置される複数の環状流路 2 4 , 2 4 を互いに密着させ、 隣接する環状流路 2 4 , 2 4間に流入口と流出口とを兼 ねる連通孔を穿設し、 その連通孔に連通管 2 5の先端面を固着し、 連通管 2 5を一方の環状流路 2 4にのみ突出させて、 熱交換流路 5 2を構成したもの であり、 他の構成は上記熱交換装置 1 と略同様である。

熱交換装置 5 1にあっては、 環状流路 2 4は、 同一形状の環状流路構成部 材 2 4 3， 2 4 3を順次密着させることによって構成され、 連通管 2 5は、 環状流路構成部材 2 4 3の連通孔に一端面を固着したものであるから、 熱交 換流路 5 2を大幅に小型化することができる。 又、 熱交換流路 5 2の構成部 材の点数を大幅に削減することができ、 熱交換流路 5 2を構成するのも容易 であり、 大幅に低コス ト化することができる。

しかし、 熱交換装置 5 1は、 図 8に示すように、 連通管 2 5の先端面 2 5 aは環状流路 2 4内に突出させておらず、 環状流路 2 4の内壁面 2 4 a— 1 に近接させていない。 よって、 流入した伝熱流体は、 環状流路 2 4内を乱流 状態で流動する伝熱流体の影響を受け、 若干ながら流速を減じて壁面 2 4 a 一 1に衝突するため、 上記熱交換装置 1に比較すると、 熱交換効率は若干低 下する。 上記の如き熱交換装置 1， 5 1を適用することによって、 図 6に示すよう に、 室外のボイラーから配管 1 3にて高流速の水蒸気を、 クリーンルーム内 の本発明の熱交換流路 2 1に供給し、 電気ヒータ 6により加熱することによ つて水蒸気を高流速のまま加熱し、 クリーンな高温高流速の過熱水蒸気 1 2 を発生させることにより、 半導体用等に使用される清浄度を要求されるゥェ ハー 1 1等を洗浄する過熱水蒸気発生装置を構成することができる。

本発明の過熱水蒸気発生装置における熱交換装置 1は、 熱交換流路 2 1、 これに伝熱媒体を供給する供給管 2 2、 伝熱媒体を排出する排出管 2 3とか らなり、 熱交換流路 2 1は環状流路 2 4と連通管 2 5とからなっている。 本 実施例の過熱蒸気発生装置においては、 環状流路 2 4の数が 8のものを使用 した。

熱交換流路 2 1は、 1 0 0 °C以上の温度に耐えられる材料、 例えば、 S T P T管、 S T B管、 S T B A管、 S U S管、 その他、 アルミニウム、 銅、 ス テンレス等によって形成することができる。

熱交換流路 2 1は、 容器 2内に収納されており、 容器 2には断熱材を用い て熱効率を上げている。 容器 2自体を断熱材によって成形してもよいし、 容 器 2は別の材料で成形し、 その表面又は内面を断熱材で覆うようにしてもよ レ、。

熱交換流路 2 1を加熱する熱源としては、 石油、 天然ガス、 プロパンなど を原料とするバーナー、 電気ヒータ等の各種熱発生装置が考えられる。 本実 施例においては、 省電力のランプヒータ 6を用いている。

ボイラーに接続され、 減圧弁 9と流量調整弁 1 0が設けられている配管 1 3が熱交換装置 2の供給管 2 2に接続されている。

又、 熱交換装置 1の排出管 2 3は、 配管 1 4によって使用側と連通されて いる。 配管 1 4には温度センサー 8が取り付けられており、 温度センサー 8 の出力は温度制御装置 7に入力される。 温度制御装置 7は、 温度センサー 8 の信号によってランプヒータ 6の消費電力のコントロールを行い、 ランプヒ ータ 6の温度を所定の温度に設定することにより、 発生する過熱水蒸気の温 度を制御する。

流量調整弁 1 0を通って減圧弁 9により圧力を調整され、 供給される高流 速の水蒸気は、 配管 1 3を通って熱交換流路 2 1に供給される。 熱交換流路 2 1によって熱交換され、 加熱された高流速の過熱水蒸気は、 配管 1 4を通 つて使用側に供給される。

使用側で過熱水蒸気の流速の調整が必要なときは、 入口側の配管 1 3に取 り付けられた減圧弁 9によって、 ボイラーから供給される水蒸気の圧力を調 整したり、 流量調整弁 1 0の開度を調整することによって、 適正な流速を得 ることができる。

使用側で過熱水蒸気 1 2の温度の調整が必要なときは、 出口側の配管 1 4 に取り付けられた温度センサー 8により、 温度制御装置 7によってランプヒ ータ 6で消費される電力を調整し、 発生する高流速の過熱水蒸気 1 2の温度 管理を行う。

温度制御装置 7は、 温度センサ一 8からの信号が規定値の上限に達したと きに電力を切電し、 規定値の下限に達したときに入電するようにして、 常に 一定の温度が保持されるようになっている。 又は、 サイリスターを利用し、 常時一定の電圧が保持されるように調整し、 常に一定の温度が保持されるよ うに調整することもできる。

上記のように構成された容器 2内の熱交換流路 2 1に、 ボイラー等からの 高流速の水蒸気を送り、 ランプヒータ 6等によって加熱すると、 複数に分岐 された連通管 2 5により流速を上げた水蒸気は熱交換流路 2 1の環状流路 2 4の内壁面 2 4 a — 1に高流速で衝突する。 高流速で衝突した水蒸気は、 壁 面 2 4 a— 1の影響を大きく受け、 効率よく熱交換をする。

連通管 2 5を水蒸気の流量を絞らない距離まで環状流路 2 4の内壁面 2 4 a - 1に近接すれば、 流入した水蒸気が環状流路内 2 4の乱流の影響を殆ど 受けることなく、 すなわち、 殆ど流速を減じることなく壁面 2 4 a — 1に衝 突するため、 熱交換効率がさらに上昇する。

環状流路 2 4の内壁面 2 4 a - 1は平面になるほど、 水蒸気の衝突面の影 響が内壁面の広い範囲に及び、 熱交換効率は大きくなる。

さらに、 環状流路 2 4内において水蒸気は環状流路 2 4内壁面 2 4 a - 1 で熱交換された後、 乱流となって次の連通管 2 5に向かう。 その際、 伝熱流 体は熱交換装置の環状流路 2 4の側壁面 2 4 bに衝突することにより、 側壁 面 2 4 bの影響を大きく受け、 効率よく熱交換をする。

その後、 熱交換された高速の水蒸気は次の連通管 2 5の入口に向かうが、 入口側の連通管 2 5を水蒸気の流量を絞らない距離まで、 環状流路 2 4内壁 面 2 4 a— 2に近接すれば、 連通管 2 5入口は反対側の環状流路 2 4の内壁 面 2 4 a— 2近くにあるから、 環状流路 2 4内の伝熱流体は、 さらに反対側 の環状流路 2 4内壁面 2 4 a - 2に衝突して熱交換をし、 熱効率がさらに上 昇する。 環状流路 2 4の内壁面 2 4 a— 2は平面になるほど、 水蒸気の衝突 面の影響が内壁面の広い範囲に及び効率が大きくなる。

このようにして、 環状流路 2 4の側壁面 2 4 b、 環状流路 2 4の両側の内 壁面 2 4 a— 1 , 2 4 a— 2において熱交換をするから、 熱交換効率は大幅 に上昇する。

流入、 流出する際の水蒸気が環状流路 2 4内の水蒸気の乱流の影響を受け ることが殆どなく、 環状流路 2 4が多数になっても流速が減じることが殆ど ないから、 高流速の過熱水蒸気を発生させることが可能になる。 熱交換をし た水蒸気は、 連通管 2 5の入口から次の環状流路 2 4に送られて、 同様の作 用をする。

[過熱蒸気発生装置の性能試験]

次に、 図 6に示すような構成の過熱蒸気発生装置について、 その性能試験 を実施したところ、 図 7に示すような性能が発揮されることがわかった。 温度 1 2 0 °Cの水蒸気を 2 4 0 L / m i nの流量で供給し、 加熱した場合 には、 9 O m/ s e c以上の流速の過熱水蒸気を発生させることができ、 ゥ ェハー洗浄に必要な 2 0 0 °C、 流速 1 0〜 3 0 m / s e cの過熱水蒸気を容 易に発生することができた。

又、 ウェハーに付着したグリースの脱脂実験においては、 過熱水蒸気のみ によって良好な洗浄効果を得た。 以上の如く、 本発明の過熱水蒸気発生装置によれば、 クリーンルーム内に 設置するために、 熱交換流路 2 1を小型化し、 環状流路 2 4を複数にする必 要がある場合であっても、 流出する過熱水蒸気の流速が減じることが殆どな くなり、 洗浄に必要な高流速のクリーンな過熱水蒸気 1 2を連続的に発生さ せることが可能になる。

従来、 半導体用ウェハ一の洗浄には、 フッ素系、 I P A等の有機溶剤を使 用して洗浄している。 しかしながら、 洗浄後の有機溶剤の無害化処理には高 度の技術を必要とし、 処理費用が高価になっている。 又、 有機溶剤が環境に 悪影響を与えることが大きな社会問題になっている。

しかし、 本発明の過熱水蒸気発生装置によれば、 ボイラー等から得られる 高流速の清浄な水蒸気を、 洗浄に必要な流速を殆ど減じることなく再加熱す ることで、 高流速の清浄な過熱水蒸気 1 2を発生させることができ、 半導体 用ウェハー 1 1、 精密部品等の洗浄をすることができる。 加熱熱源としては 省電力の電気ヒータ 6を使用することができるので、 清浄度が要求されるク リーンルーム内でも適用することができる。

又、 洗浄に必要なものは水蒸気だけであり、 フッ素系、 I P A等の有機溶 剤を必要としないから、 環境を汚染する有機溶剤等の後処理を考慮する必要 はない。

又、 過熱水蒸気の温度を 1 7 0 °C以上にすれば、 過熱水蒸気の逆転温度特 性から、 そのまま被洗浄物を乾燥することができるので、 乾燥工程を省略す ることができる。 よって、 乾燥工程で使用される I P A等も不要となり、 環 境を汚染する有機溶剤等の後処理が不要となる。

以上の如く、 洗浄に使用されるものは環境に害のない水蒸気だけであるの で、 環境にやさしい洗浄を実施することができ、 又、 洗浄と乾燥を同時に実 行することができるので、 工程の簡素化と同時に製造原価の低コス ト化を図 ることも可能となる。

さらに、 本発明の過熱水蒸気発生装置は、 減圧弁によって流速を 5〜 1 0 m / s e c程度に調整すれば、 食品の調理 （解凍、 焼成、 解凍同時焼成、 加 熱、 殺菌、 蒸煮、 蒸焼、 焙煎、 乾燥） にも適用することができる。

又、 高温過熱水蒸気の逆転温度 （1 7 0 °C) 特性によって、 高温乾燥にも 適しているので、 部品類、 生ゴミ等の乾燥にも適用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲 1 . 並列状態で配置され、 周方向に連通した複数の環状流路と、 この環状流 路おける流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成 された複数の流入口及び流出口と、 異なる環状流路に形成された前記流入口 と前記流出口とを連通し、 前記環状流路内に突出させた複数の連通管と、 か らなる熱交換流路と、 この熱交換流路に連通された流体供給管及び流体排出 管と、 から構成される熱交換装置。

2 . 前記熱交換流路の両端部に貯留槽を配置したことを特徴とする請求項 1 に記載の熱交換装置。

3 . 前記連通管の一端のみを前記環状流路内に突出させたことを特徴とする 請求項 1又は 2に記載の熱交換装置。

4 . 並列状態で配置される複数の前記環状流路を密着させ、 隣接する環状流 路間に前記流入口と前記流出口とを兼ねる流通孔を形成したことを特徴とす る請求項 1乃至 3に記載の熱交換装置。

5 . 前記連通管の先端を前記環状流路の内壁面に近接させたことを特徴とす る請求項 1乃至 4に記載の熱交換装置。

6 . 前記連通管の中心軸と前記環状流路の内壁面とを略垂直に配置したこと を特徴とする請求項 1乃至 5に記載の熱交換装置。

7 . 前記環状流路は、 同一形状及び同一寸法の環状流路構成部材同士を一体 化したものであって、 この環状流路構成部材は、 環状平面部と、 外側周面部 と、 内側周面部と、 から構成されることを特徴とする請求項 1乃至 6に記載 の熱交換装置。

8 . 水蒸気を供給する水蒸気供給装置と、 水蒸気を加熱する加熱熱源と、 水 蒸気を流通させて熱交換を実行する請求項 1乃至プに記載の熱交換装置と、 から構成される過熱水蒸気発生装置。