JP5376489B2 - 薬液用熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、外面に形成した熱交換面を冷却又は加熱することにより内部に流通する薬液に対して熱交換を行う薬液用熱交換器に関する。

従来、外面に形成した熱交換面を冷却又は加熱することにより内部に流通する薬液に対して熱交換を行う薬液用熱交換器としては、特許文献１で開示される半導体処理液用冷却加熱装置が知られている。同公報で開示される半導体処理液用冷却加熱装置（薬液用熱交換器）は、一対の熱交換基板により側部壁体を挟むことにより冷却加熱室を形成し、この冷却加熱室に半導体処理液を流通させるとともに、各熱交換基板に、流通する半導体処理液を接触せしめて冷却または加熱するものであり、熱交換基板の少なくとも処理液接触面側がアモルファスカーボン層により被覆されるグラファイト基材で構成、又は熱交換基板がアモルファスカーボンで構成される。

しかし、この半導体処理液用冷却加熱装置は、熱交換基板に熱伝導性の低いアモルファスカーボンを使用するため、熱交換基板の厚さを１〜３〔ｍｍ〕程度に抑え、また、グラファイト基材や補強板を組合わせた複合板として機械的強度を確保する必要があり、異材質間の接触熱抵抗により熱伝達性能が低下し、熱交換効率を高めるにも限界があるとともに、一対の熱交換基板により側部壁体を挟むことにより冷却加熱室を形成する必要があることに加え、アモルファスカーボンとグラファイト基材等を組合わせた複合板として構成する必要があることから、熱交換器全体の構造が複雑となり、部品点数の増加及び製造工程の煩雑化に伴うコスト上昇を招くとともに、異材質間での熱伸縮に伴う耐久性の低下を招きやすいなどの問題がある。しかも、劣化したシールリング（Ｏリング）を交換する場合、熱交換基板，サーモモジュール及び放熱ブロックなどを取り外す必要があり、メンテナンスを容易に行えないとともに、メンテナンスコストも無視できない。

一方、この問題を解消するため、既に、本出願人は、外面に形成した熱交換面を冷却又は加熱することにより内部に流通する薬液に対して熱交換を行う薬液用熱交換器であって、内部に薬液を流通させる複数の薬液流通路を形成し、かつ少なくとも外面となる上面及び下面を熱交換面として形成するとともに、所定の焼成素材を焼結することにより全体を一体形成した熱交換ブロックを備えた薬液用熱交換器を特許文献２により提案した。この薬液用熱交換器は、単一素材となる所定の焼成素材を焼結することにより、全体を一体形成した熱交換ブロックを備えるため、複合板として構成する場合のディメリットを解消、即ち、異材質間の接触熱抵抗により熱伝達性能が低下するディメリットを解消し、熱交換器としての熱交換効率を高めることができる。しかも、熱交換器全体の構造単純化、部品点数の大幅削減及び製造工程の簡略化に伴うコストダウンを図れるとともに、異材質間での熱伸縮が生じないことから長期使用における耐久性を高めることができる。
特開平９−２２９５８７号公報 特開２００８−６４３８２号公報

しかし、上述した特許文献２における従来の薬液用熱交換器は、次のような改善すべき課題も残されていた。

第一に、半導体処理液等に使用する薬品は、近年、処理スピードを速めるため、液温を常温域から中高温域に高めたり、薬液の高純度化（強酸化，強アルカリ化）を図っている。したがって、薬液による侵食性が強くなり、特に、熱交換ブロックと接続用ヘッダ間に介在させるシールリングが劣化しやすい。この場合、シールリングの太さ（幅）を大きくすればよいが、熱交換ブロックにおける端面の厚さ（面積）は、製造技術上、及び熱交換効率の観点からあまり大きくできないため、シールリングの太さ（幅）を大きくするには限界がある。結局、シールリングの早期交換を行う必要があるなど、メンテナンスに伴うコストアップが無視できない。

第二に、アモルファスカーボン等の脆性の大きい素材により熱交換ブロックを製作した場合、熱交換ブロックに固定ボルトを直接螺着できないため、熱交換ブロックと接続ブロックの固定は、熱交換ブロックの両端を挟む一対の接続ブロック間に固定ボルトを架け渡して連結する必要があるなど、このような固定構造に伴う不具合、即ち、熱交換ブロックの両端面間の平行度を高める必要があり、平行度が低い場合は液漏れを生じやすい。固定ボルトの本数が制限されるため、固定強度を高くできない。固定ボルトが長くなるため、熱膨張による伸縮の影響が大きくなる。長手方向の長さが長くなり、熱交換器全体の大型化を招く。などの様々な不具合を生じやすい。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した薬液用熱交換器の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、外面に形成した熱交換面を冷却又は加熱することにより内部に流通する薬液Ｌに対して熱交換を行う薬液用熱交換器１を構成するに際して、所定の焼成素材Ｍを焼結して全体を一体形成することにより、内部に薬液Ｌを流通させる薬液流通路Ｒを設け、かつ少なくとも外面となる上面２ｕ及び下面２ｄに熱交換面Ｃｕ，Ｃｄを設けるとともに、上面２ｕ及び下面２ｄの少なくとも一方に薬液流通路Ｒに臨む流入口Ｒｉ及び流出口Ｒｅを設けた熱交換ブロック２と、上面２ｕ及び下面２ｄの少なくとも一方２ｕ（２ｄ）に面接触させ、かつ流入口Ｒｉに連通する流入側接続部Ｊｉ及び流出口Ｒｅに連通する流出側接続部Ｊｅを設けた接続用ヘッダ３と、熱交換ブロック２及び接続用ヘッダ３を挟む規制板４２及び保護板４３とを具備し、熱交換ブロック２，接続用ヘッダ３，規制板４２及び保護板４３に対して、複数の固定ボルト４…を、一方側から貫通させ、かつ他方側に配したナット板４４のネジ孔４４ｎ…に螺着することにより、接続用ヘッダ３を熱交換ブロック２に固定するとともに、複数の固定ボルト４…は、熱交換ブロック３と接続用ヘッダ２の上下方向に形成したボルト挿通孔１１…，２２…に対して挿入し、かつ薬液流通路Ｒが存在しない部位を貫通させてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、焼成素材Ｍには、アモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材（ＳｉＣ）が好適である。また、薬液流通路Ｒは、一方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…の組合わせ、又は二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成することができるとともに、薬液流通路Ｒにおける熱交換ブロック２の側面２ｓに臨む開口部Ｒｈ…は、当該熱交換ブロック２と同一の素材又は異なる素材により形成した閉塞部材５…により閉塞することができる。なお、接続用ヘッダ３は、流入側接続部Ｊｉを有する第一ヘッダ部３ｉと流出側接続部Ｊｅを有する第二ヘッダ部３ｅの二つのヘッダ部により構成してもよいし、或いは流入側接続部Ｊｉ及び流出側接続部Ｊｅを有する単一ヘッダ部３ｍにより一体に構成してもよい。

このような構成を有する本発明に係る薬液用熱交換器１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３間の対向面積は特に制限されないため、熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３間に介在させるシールリングの太さ（幅）を大きくすることができる。したがって、半導体処理液等に使用する薬品の高温化や高純度化（強酸化，強アルカリ化）が進んだ場合であってもシールリングの劣化による液漏れリスクを低減できるため、シールリングの使用期間を延ばすことができ、メンテナンスコストの削減を図れるとともに、信頼性向上に寄与できる。

（２） 単一素材となる所定の焼成素材Ｍを焼結することにより、全体を一体形成した熱交換ブロック２を備えるため、複合板として構成する場合のディメリットである異材質間の接触熱抵抗による熱伝達性能の低下や異材質間での熱伸縮による耐久性低下を解消でき、もって、熱交換器としての熱交換効率を高めることができるとともに、熱交換器全体の構造単純化による部品点数の削減及び製造工程の簡略化に伴うコストダウンを図れるなど、熱交換ブロック２を用いたことに基づく基本的な効果を享受できる。

（３） 熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３は、薬液流通路Ｒが存在しない部位を貫通する複数の固定ボルト４…により固定したため、固定ボルト４…を可及的に短くできるとともに、固定ボルト４…の使用数量に対する選定自由度を高めることができる。したがって、熱交換ブロック２の両端面間の平行度が要求されないため、製作の容易化及びこの部位での液漏れ解消を実現できるとともに、固定ボルト４…を短くできるため、熱膨張による伸縮の影響を小さくできる。また、固定ボルト４…の本数を増やせるため、固定強度を高めることができるとともに、長手方向の全体長を短くできるため、熱交換器全体の小型コンパクト化を図れるなど、従来の固定構造に伴う様々な不具合を解消できる。さらに、熱交換ブロック２及び接続用ヘッダ３を挟む規制板４２と保護板４３を設け、熱交換ブロック２，接続用ヘッダ３，規制板４２及び保護板４３に対して、一方側から固定ボルト４…を貫通させ、かつ他方側に配したナット板４４に螺着するようにしたため、接続用ヘッダ３の熱変形を防止でき、熱変動に強い組付構造を構成できる。

（４） 好適な態様により、焼成素材Ｍとして、アモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材を用いれば、少なくとも薬液に対して化学的及び物理的に強い耐薬品性、更には発生するガスの漏れを阻止するガスに対する非透過性に優れる熱交換ブロック２、即ち、薬液用熱交換器１を構成する最適な熱交換ブロック２を得ることができる。

（５） 好適な態様により、薬液流通路Ｒを、一方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…の組合わせ又は二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成すれば、焼成素材Ｍとしてアモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材等の成形しにくい素材を用いた場合であっても薬液流通路Ｒを容易かつ確実に設けることができるとともに、熱交換面積，最大流量，圧力損失等を考慮した熱交換器の設計を容易に行うことができる。

（６） 好適な態様により、薬液流通路Ｒにおける熱交換ブロック２の側面２ｓに臨む開口部Ｒｈ…を、当該熱交換ブロック２と同一の素材又は異なる素材により形成した閉塞部材５…により閉塞すれば、上述した二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成することと併せて、より容易かつ確実に薬液流通路Ｒを設けることができる。

（７） 好適な態様により、接続用ヘッダ３を、別体となる流入側接続部Ｊｉを有する第一ヘッダ部３ｉと流出側接続部Ｊｅを有する第二ヘッダ部３ｅの二つのヘッダ部により構成すれば、第一ヘッダ部３ｉと第二ヘッダ部３ｅ間の断熱性を高めることができるため、通常、１０〔℃〕前後の温度差を有する第一ヘッダ部３ｉと第二ヘッダ部３ｅ間の無用な熱伝達（熱漏れ）を阻止し、熱交換効率の向上に寄与できる。また、温度差により生じる熱変形を抑制し、流入側接続部Ｊｉ及び流出側接続部Ｊｅからの液漏れを阻止することができる。

（８） 好適な態様により、接続用ヘッダ３を、流入側接続部Ｊｉ及び流出側接続部Ｊｅを有する単一ヘッダ部３ｍにより一体に構成すれば、流入側接続部Ｊｉと流出側接続部Ｊｅ間の温度差が小さい用途などにおいては、部品点数の半減によりコストダウン及び製造容易性に寄与できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る薬液用熱交換器１に用いる熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３について、図１〜図４を参照して説明する。

熱交換ブロック２は、図４に示すように、全体を所定の焼成素材Ｍ、望ましくはアモルファスカーボン素材により、偏平な直方体状（プレート状）に一体に形成する。熱交換ブロック２の外面となる上面２ｕ及び下面２ｄは、平坦な熱交換面Ｃｕ，Ｃｄとして形成し、熱交換ブロック２の内部には、薬液Ｌを流通させる薬液流通路Ｒを設ける。薬液流通路Ｒは、二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成する。図４に例示する薬液流通路Ｒは、長手方向（Ｘ方向）に沿って形成した八本の直線流通孔Ｒｘ…と、この直線流通孔Ｒｘ…に直交する短手方向（Ｙ方向）に形成した四本の直線流通孔Ｒｙ…を組合わせて構成する。この場合、各直線流通孔Ｒｘ…は、一端側を熱交換ブロック２の側面２ｓに開口部Ｒｈ…として形成するとともに、他端側は熱交換ブロック２の側面２ｓに臨ませることなく側面２ｓの近傍で袋小路状に形成する。また、各直線流通孔Ｒｙ…は、長手方向の一端側に配し、一端側を熱交換ブロック２の側面２ｓに臨ませることにより開口部Ｒｈ…として形成するとともに、他端側は熱交換ブロック２の側面２ｓに臨ませることなく側面２ｓの近傍で袋小路状に形成する。なお、各直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…は断面円形に形成し、各直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…と熱交換面Ｃｕ間、及び各直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…と熱交換面Ｃｄ間における最も薄くなる部位の厚さは、２〔ｍｍ〕以下に選定することが望ましい。このように、薬液流通路Ｒを、二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成すれば、焼成素材Ｍとしてアモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材等の成形しにくい素材を用いた場合であっても薬液流通路Ｒを容易かつ確実に設けることができるとともに、特に、熱交換面積，最大流量，圧力損失等を考慮した熱交換器設計を容易に行うことができる。

そして、各開口部Ｒｈ…は別途用意した閉塞部材５…により閉塞する。この場合、図４に示すように、各開口部Ｒｈ…から内周面にネジ孔部Ｒｈｎ…を設け、外周面にネジ部５ｓ…を設けた円柱形の閉塞部材５…を螺着して密閉する。この閉塞部材５…は、熱交換ブロック２と同一の素材により形成してもよいし、他の素材により形成してもよい。同一の素材で形成した場合には、熱交換ブロック２の焼結処理を行う前に、各開口部Ｒｈ…に閉塞部材５…を螺着し、この後、熱交換ブロック２と一緒に焼結処理することができる。また、他の素材としては、耐薬品性に優れたフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）等により形成できる。このように、各開口部Ｒｈ…を閉塞部材５…により閉塞すれば、上述した二方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…の組合わせにより構成することと併せて、より容易かつ確実に薬液流通路Ｒを設けることができる。

さらに、熱交換ブロック２の上面２ｕであって、長手方向における他端側、即ち、各直線流通孔Ｒｙ…を設けた側に対して反対側には、薬液流通路Ｒに臨む流入口Ｒｉ及び流出口Ｒｅを設ける。この場合、流入口Ｒｉは細長く形成し、熱交換ブロック２の短手方向一側に配した四本の直線流通孔Ｒｘ…に跨がるように設けるとともに、流出口Ｒｅも細長く形成し、熱交換ブロック２の短手方向他側に配した四本の直線流通孔Ｒｘ…に跨がるように設ける。また、流入口Ｒｉを等間隔で囲む位置であって直線流通孔Ｒｘ…が存在しない位置には、上下面に貫通する四つのボルト挿通孔１１…を設けるとともに、流出口Ｒｅを等間隔で囲む位置であって直線流通孔Ｒｘ…が存在しない位置には、上下面に貫通する四つのボルト挿通孔１１…を設ける。なお、１２…は、熱交換ブロック２の短手方向中央に形成した複数のボルト挿通孔であり長手方向に一定間隔おきに設ける。

一方、熱交換ブロック２の製造においては、アモルファスカーボン素材に係わる公知の製法を利用できる。例えば、フェノール樹脂，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，フラン樹脂等で代表される熱硬化性樹脂を、射出成形機或いは圧縮成形機などを用いて賦型するとともに、この後、不活性ガス雰囲気中において千数百℃の高温下で焼成することにより炭素化したアモルファスカーボン成形体としての熱交換ブロック２を得ることができる。焼成素材Ｍとしては、アモルファスカーボン素材以外に、炭化珪素素材（シリコンと炭化物の化合物：ＳｉＣ）を用いても、当該アモルファスカーボン素材と同様に良好な結果を得ることができる。このように、焼成素材Ｍとして、アモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材を用いれば、少なくとも薬液に対して化学的及び物理的に強い耐薬品性、更には発生するガスの漏れを阻止するガスに対する非透過性に優れる熱交換ブロック２、即ち、薬液用熱交換器１を構成する最適な熱交換ブロック２を得ることができる。

他方、接続用ヘッダ３は、図１〜図３に示すように、流入側接続部Ｊｉを有する第一ヘッダ部３ｉと流出側接続部Ｊｅを有する第二ヘッダ部３ｅの二つのヘッダ部により構成する。第一ヘッダ部３ｉと第二ヘッダ部３ｅは同一に構成できるため、二つの第一ヘッダ部３ｉ，３ｉを用意することにより、一方を第一ヘッダ部３ｉとし、他方を第二ヘッダ部３ｅとして用いればよい。このように、接続用ヘッダ３を、別体となる流入側接続部Ｊｉを有する第一ヘッダ部３ｉと流出側接続部Ｊｅを有する第二ヘッダ部３ｅの二つのヘッダ部により構成すれば、第一ヘッダ部３ｉと第二ヘッダ部３ｅ間の断熱性を高めることができるため、通常、１０〔℃〕前後の温度差を有する第一ヘッダ部３ｉと第二ヘッダ部３ｅ間の無用な熱伝達（熱漏れ）を阻止し、熱交換効率の向上に寄与できるとともに、更に、温度差により生じる熱変形を抑制し、流入側接続部Ｊｉ及び流出側接続部Ｊｅからの液漏れを阻止できる利点がある。

この場合、第一ヘッダ部３ｉは、熱交換ブロック２の上面２ｕに面接触可能となるように、例えば、耐薬品性に優れたフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）等により全体を直方体状に一体成形する。第一ヘッダ部３ｉは、図３に示すように、上面２ｕにおける流入口Ｒｉに接続するため、接続時に、上述した四つのボルト挿通孔１１…に位置が一致する四つのボルト挿通孔２２…を設ける。また、第一ヘッダ部３ｉの中央には上下方向に貫通する液通路２３を設ける。液通路２３は熱交換ブロック２に組付けた際に下端部が流入口Ｒｉに接続されるとともに、液通路２３の上端部は流入側接続部Ｊｉとなる。この流入側接続部Ｊｉには、フッ素系樹脂等により形成した薬液チューブＴｉの先端を嵌め込み、接着剤等により固定して接続できる。さらに、第一ヘッダ部３ｉの下面には、凹溝によるシールリング収容部２４を設ける。このシールリング収容部２４は、流入口Ｒｉの開口縁と各ボルト挿通孔１１…間に、当該流入口Ｒｉの開口縁に沿って形成する。なお、流入側について説明したが、第二ヘッダ部３ｅを用いる流出側も流入側と同様に構成できる。

次に、本実施形態に係る薬液用熱交換器１の組立方法について、図１〜図６を参照して説明する。

最初に、熱交換ブロック２に対して接続用ヘッダ３（第一ヘッダ部３ｉ，第二ヘッダ部３ｅ）を組付ける。まず、フッ素系樹脂等により一体形成した二つのシールリング４１…を用意し、各ヘッダ部３ｉ，３ｅのシールリング収容部２４…に収容するとともに、各ヘッダ部３ｉ，３ｅは、熱交換ブロック２の上面２ｕ上に、シールリング４１…側を対面させて載置する。この際、第一ヘッダ部３ｉは流入口Ｒｉを覆うように配するとともに、第二ヘッダ部３ｅは流出口Ｒｅを覆うように配する。そして、図１及び図２に示すように、第一ヘッダ部３ｉの上面に、金属素材により形成した規制板４２を載せるとともに、熱交換ブロック２の下面２ｄに樹脂素材等により形成した保護板４３を当て、さらに、保護板４３の下面にナット板４４を当てる。この場合、規制板４２と保護板４３には、四つのボルト挿通孔１１…に位置を一致させた四つの挿通孔を有するとともに、ナット板４４には、四つのボルト挿通孔１１…に位置を一致させた四つのネジ孔４４ｎ…を有する。また、規制板４２の中央には薬液チューブＴｉを通すための開口を設ける。一方、四本の固定ボルト４…を用意し、各固定ボルト４…にスプリング４５…を装填するとともに、各固定ボルト４…は先端側から、規制板４２，第一ヘッダ部３ｉ（ボルト挿通孔２２…），熱交換ブロック２（ボルト挿通孔１１…），保護板４３の順に挿入し、先端をナット板４４のネジ孔４４ｎ…に螺着する。なお、固定ボルト４…は、ステンレス等の金属製が望ましいが、特に素材は限定されない。このような規制板４２及びナット板４４により第一ヘッダ部３ｉを挟むことにより第一ヘッダ部３ｉの熱変形を防止でき、熱変動に強い組付構造を構成できる。第一ヘッダ部３ｉ側について説明したが、第二ヘッダ部３ｅ側も同様に組付けることができる。これにより、熱交換ブロック２に接続用ヘッダ３（第一ヘッダ部３ｉ，第二ヘッダ部３ｅ）を組付けて一体化した熱交換ユニットＵを得ることができる。

また、図５及び図６に示すように、熱交換ブロック２の一方の熱交換面Ｃｕに、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール５１ｕ…を付設するとともに、このサーモモジュール５１ｕ…の放熱面（吸熱面）に冷却部５２ｕを付設する。同様に、熱交換ブロック２の他方の熱交換面Ｃｄに、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール５１ｄ…を付設するとともに、このサーモモジュール５１ｄ…の放熱面（吸熱面）に冷却部５２ｄを付設する。この場合、熱交換ブロック２内には二方向（Ｘ方向及びＹ方向）に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…，Ｒｙ…を設けたため、矩形状となる複数のサーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…を熱交換面Ｃｕ，Ｃｄのほぼ全面に効率的に配することができるとともに、各サーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…に対して同寸法（同形状）の冷却部５２ｕ，５２ｄを配することにより効率的な冷却を行うことができる。図中、５３ｕ，５３ｄは、冷却部５２ｕ，５２ｄに冷却水を循環させる配水管を示す。なお、冷却部５２ｕ，５２ｄは、冷却水を循環させる水冷式であるが、温水を循環させることにより加熱部として機能させることができる。

そして、固定ボルト６１…により冷却部５２ｕと５２ｄ間を結合する。例示の場合、十五本の固定ボルト６１…を用意し、短手方向中央の五個所、この両側の各五個所を固定する。各固定ボルト６１…にはスプリング６２…を装填するとともに、各固定ボルト６１…は先端側から、冷却部５２ｕに設けた挿通孔を通した後、冷却部５２ｄに設けたネジ孔に螺着する。この際、短手方向中央の五個所における固定ボルト６１…は、熱交換ブロック２に設けた五つのボルト挿通孔１２…に挿通させるとともに、両側の各五個所における固定ボルト６１…は、図６に示すように、熱交換ブロック２の外方を通すことができる。これにより、図５及び図６に示す薬液用熱交換器１を得ることができる。

よって、このような本実施形態に係る薬液用熱交換器１によれば、熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３間の対向面積は特に制限されないため、熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３間に介在させるシールリング４１…の太さ（幅）を大きくすることができる。したがって、処理スピードを速めるために、半導体処理液等に使用する薬品の高温化や高純度化（強酸化，強アルカリ化）が進んだ場合であっても、シールリング４１…の劣化による液漏れリスクを低減できるため、シールリング４１…の使用期間を延ばすことができ、メンテナンスコストの削減を図れるとともに、信頼性向上に寄与できる。また、シールリング４１…を交換する場合であっても、サーモモジュール５１…及び冷却部５２…を取り外すことなく作業を行うことができるため、この観点からもメンテナンスコストの削減に寄与できる。しかも、単一素材となる所定の焼成素材Ｍを焼結することにより、全体を一体形成した熱交換ブロック２を備えるため、複合板として構成する場合のディメリットである異材質間の接触熱抵抗による熱伝達性能の低下や異材質間での熱伸縮による耐久性低下を解消でき、もって、熱交換器としての熱交換効率を高めることができるとともに、熱交換器全体の構造単純化による部品点数の削減及び製造工程の簡略化に伴うコストダウンを図れるなど、熱交換ブロック２を用いたことに基づく基本的な効果を享受できる。

さらに、本実施形態に係る薬液用熱交換器１は、熱交換ブロック２と接続用ヘッダ３を、薬液流通路Ｒが存在しない部位を貫通する複数の固定ボルト４…により固定するようにしたため、固定ボルト４…を可及的に短くできるとともに、固定ボルト４…の使用数量に対する選定自由度を高めることができる。したがって、熱交換ブロック２の両端面間の平行度が要求されないため、製作の容易化及びこの部位での液漏れ解消を実現できるとともに、固定ボルト４…を短くできるため、熱膨張による伸縮の影響を小さくできる。また、固定ボルト４…の本数を増やせるため、固定強度を高めることができるとともに、長手方向の全体長を短くできるため、熱交換器全体の小型コンパクト化を図れるなど、従来の固定構造に伴う様々な不具合を解消できる。

次に、本実施形態に係る薬液用熱交換器１の機能について、図１〜図６を参照して説明する。

薬液用熱交換器１により薬液Ｌを冷却する場合には、図５及び図６に示すサーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…に通電して熱交換ブロック２の熱交換面Ｃｕ，Ｃｄを冷却する。この際、サーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…の放熱面からの放熱は、冷却部５２ｕ，５２ｄにより吸収される。

一方、薬液Ｌは、不図示の被冷却機器等から薬液チューブＴｉを通して流入側接続部４ｉに流入し、流入口Ｒｉを介して熱交換ブロック２の短手方向一側に配した四本の直線流通孔Ｒｘ…に流入する。そして、この直線流通孔Ｒｘ…を流れた薬液Ｌは、直交方向の直線流通孔Ｒｙ…を通って熱交換ブロック２の短手方向他側に配した四本の直線流通孔Ｒｘ…に流入する。また、この直線流通孔Ｒｘ…を流れた薬液Ｌは、流出口Ｒｅを介して流出側接続部４ｅに至り、薬液チューブＴｅを通して不図示の被冷却機器等に供給される。なお、各図において、薬液Ｌの流通経路を点線矢印で示す。よって、このような流通経路により薬液流通路Ｒを流れる薬液Ｌは、熱交換面Ｃｕ，Ｃｄを介して冷却部５２ｕ，５２ｄ側と熱交換され、薬液Ｌに対する冷却が行われる。

他方、薬液Ｌを加熱する場合には、サーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…に対して逆方向に通電して熱交換ブロック２の熱交換面Ｃｕ，Ｃｄを加熱すればよい。この際、冷却部５２ｕ，５２ｄには温水を循環させることにより、サーモモジュール５１ｕ…，５１ｄ…の放熱面を加熱（放冷）する。

次に、本発明の変更実施形態に係る薬液用熱交換器１について、図７〜図１３を参照して説明する。

図７（ａ）〜（ｃ）は、熱交換ブロック２の変更例を示す。図１〜図６に示した熱交換ブロック２は、薬液流通路ＲがＵ形経路により構成した場合を示したが、図７（ａ）は、薬液流通路Ｒが二つのＩ形経路により構成する場合を示す。したがって、図７（ａ）の場合は、熱交換ブロック２の長手方向一端側に二つの流入口Ｒｉ，Ｒｉを並設するとともに、熱交換ブロック２の長手方向他端側に二つの流出口Ｒｅ，Ｒｅを並設する。図７（ａ）の場合には、短手方向の直線流通孔Ｒｙ…を設けない形態となり、一方向に形成した複数の直線流通孔Ｒｘ…の組合わせによる薬液流通路Ｒを構成する。また、図７（ｂ）は、薬液流通路Ｒが一つのＩ形経路により構成する場合を示す。したがって、図７（ｂ）の場合は、熱交換ブロック２の長手方向一端側に一つの流入口Ｒｉを設けるとともに、熱交換ブロック２の長手方向他端側に一つの流出口Ｒｅを設ける。図７（ｂ）の場合には、熱交換ブロック２の長手方向一端側と他端側にそれぞれ短手方向の直線流通孔Ｒｙ…を設け、この直線流通孔Ｒｙ…により流入口Ｒｉと全直線流通孔Ｒｘ…の一端側を連通させるとともに、流出口Ｒｅと全直線流通孔Ｒｘ…の他端側を連通させる。さらに、図７（ｃ）は、薬液流通路Ｒが図１〜図６に示した熱交換ブロック２と同じＵ形経路により構成する場合を示すが、流入口Ｒｉと流出口Ｒｅの形状を円形に形成したものである。したがって、図７（ｂ）の場合と同様に、短手方向の直線流通孔Ｒｙ…を設け、流入口Ｒｉと対応する直線流通孔Ｒｘ…の一端側を連通させるとともに、流出口Ｒｅと対応する直線流通孔Ｒｘ…の一端側を連通させる。このように、熱交換ブロック２に設ける薬液流通路Ｒの経路パターンは様々な形態により実施することができる。

図８は、接続用ヘッダ３を、流入側接続部Ｊｉ及び流出側接続部Ｊｅを有する単一ヘッダ部３ｍにより一体に構成したものである。したがって、流入側接続部Ｊｉと流出側接続部Ｊｅ間の温度差が小さい用途などにおいては、部品点数の半減によりコストダウン及び製造容易性に寄与できる。図９は、接続用ヘッダ３の第一ヘッダ部３ｉ（３ｅ側も同じ）における流入側接続部Ｊｉの向きを異ならせた変更例を示す。図１〜図６に示した第一ヘッダ部３ｉは、内部に上下方向に貫通する直線状の液通路２３を設け、流入側接続部Ｊｉの向きを鉛直方向上方に向けた場合を示したが、図９に示す第一ヘッダ部３ｉは、内部にＬ形の液通路２３ｍを設け、流入側接続部Ｊｉを水平方向に向けたものである。このように、流入側接続部Ｊｉの向きは、第一ヘッダ部３ｉに設ける液通路２３の形態により任意に設定できる。

図１０及び図１１は、接続用ヘッダ３と熱交換ブロック２の接続形態の変更例を示す。図１〜図６に示した流入口Ｒｉ（Ｒｅ側も同じ）は、複数の直線流通孔Ｒｘ…に対して跨がるように細長く形成したが、図１０及び図１１は、流入口Ｒｉ…を各直線流通孔Ｒｘ…毎に設けるとともに、第一ヘッダ部３ｉ側に各流入口Ｒｉ…に連通する液通路（２３ｗ，２３ｆ…）を設けたものである。この場合、図１０は、第一ヘッダ部３ｉの下面に各流入口Ｒｉ…に跨がる細長い液通路２３ｗを設け、この液通路２３ｗを第一ヘッダ部３ｉの内部に設けた上下に貫通する液通路２３に連通させたものであり、図１０（ｂ）に第一ヘッダ部３ｉの断面を示すとともに、図１０（ａ）に熱交換ブロック２の上面２ｕを示す。また、図１１は、第一ヘッダ部３ｉの内部に設けた液通路２３を、各流入口Ｒｉ…に対応させて分岐させ、分岐させた複数の液通路２３ｆ，２３ｆを各流入口Ｒｉ…に接続するようにしたものであり、図１１（ｂ）に第一ヘッダ部３ｉの断面を示すとともに、図１１（ａ）に熱交換ブロック２の上面２ｕを示す。

図１２（ａ），（ｂ）は、接続用ヘッダ３における第一ヘッダ部３ｉ（３ｅ側も同じ）の基本形態が異なる変更例を示す。図１２（ａ）は、ドーナツ形（リング盤形）の取付部３ｉｆにパイプ形の流入側接続部Ｊｉを結合し又は一体形成したものである。したがって、図１２（ａ）の第一ヘッダ部３ｉは、図７（ｃ）の熱交換ブロック２に組付けることができる。図１２（ａ）の第一ヘッダ部３ｉは、特に、素材として熱交換ブロック２と同一の素材（焼成素材）を用いることができる。この場合、同一素材となるため、熱膨張率の相違による熱変形の悪影響を防止できる。なお、この流入側接続部Ｊｉは、直接薬液チューブに差し込んで、又は継手等を介して薬液チューブに接続することができる。また、取付部３ｉｆは一定の厚さにより形成し、下面にはシールリング収容部２４を設ける。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対して厚さを薄くした取付部３ｉｆｓを用いたものである。図１２（ｂ）の場合、シールリング収容部２４を設けることができないため、シールリング収容部２４は熱交換ブロック２の上面２ｕに設ければよい。このように、接続用ヘッダ３の形態（形状）は任意に実施することができる。

図１３（ａ），（ｂ）は、接続用ヘッダ３の組付形態の変更例を示す。図１３（ａ）は、図７（ａ），（ｂ）の形態において、第二ヘッダ部３ｅを熱交換ブロック２の下面２ｄに組付けたものである。したがって、この場合、流出口Ｒｅを熱交換ブロック２の下面２ｄに設ければよい。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の形態において、熱交換ブロック２の上面２ｕに組付けた第一ヘッダ部３ｉに対して、更に、もう一つの第一ヘッダ部３ｉｄを下面２ｄに追加したものである。したがって、この場合には、熱交換ブロック２の上下面を貫通する流入口Ｒｉｃを設ければよい。なお、Ｔｉｄは第一ヘッダ部３ｉｄに接続した薬液チューブを示す。

図７〜図１３において、他の構成及び機能等は、図１〜図６に示した実施形態に準じて実施することができる。このため、図７〜図１３の実施形態において、図１〜図６に示した実施形態と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。

以上、各種実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，数値，素材等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、薬液流通路Ｒは、数量を変更することにより、層流にしたり乱流にすることができるとともに、薬液流通路Ｒの内面を粗すことにより、乱流効果を更に高めることができる。なお、薬液Ｌには、半導体処理液をはじめ、各種薬液を適用できるとともに、必要により水等の薬液以外の溶液にもそのまま利用することができる。

本発明の最良の実施形態に係る薬液用熱交換器の熱交換ユニットの一部断面側面図、 同熱交換ユニットの一部断面正面図、 同熱交換ユニットの平面図、 同熱交換ユニットの熱交換ブロックの一部断面平面図、 同薬液用熱交換器の平面図、 同薬液用熱交換器の側面図、 本発明の変更実施形態に係る薬液用熱交換器の熱交換ブロックの変更例（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を示す平面図、 同薬液用熱交換器の接続用ヘッダの変更例を示す平面図、 同薬液用熱交換器の接続用ヘッダの他の変更例を示す一部断面側面図、 同薬液用熱交換器の熱交換ブロックと接続用ヘッダの接続形態の変更例を示す（ａ）熱交換ブロックの平面図及び（ｂ）接続用ヘッダの断面正面図、 同薬液用熱交換器の熱交換ブロックと接続用ヘッダの接続形態の他の変更例を示す（ａ）熱交換ブロックの平面図及び（ｂ）接続用ヘッダの断面正面図、 同薬液用熱交換器の接続用ヘッダの他の変更例（ａ）及び（ｂ）を示す斜視図、 同薬液用熱交換器の接続用ヘッダの組付形態の変更例（ａ）及び（ｂ）を示す側面図、

符号の説明

１：薬液用熱交換器，２：熱交換ブロック，２ｕ：上面，２ｄ：下面，２ｓ：側面，３：接続用ヘッダ，３ｉ：第一ヘッダ部，３ｅ：第二ヘッダ部，３ｍ：単一ヘッダ部，４…：固定ボルト，５：閉塞部材，１１…，２２…：ボルト挿通孔，４２：規制板，４３：保護板，４４：ナット板，４４ｎ…：ネジ孔，Ｌ：薬液，Ｍ：焼成素材，Ｒ：薬液流通路，Ｒｉ：流入口，Ｒｅ：流出口，Ｒｘ…：直線流通孔，Ｒｙ…：直線流通孔，Ｒｈ…：開口部，Ｃｕ：熱交換面，Ｃｄ：熱交換面，Ｊｉ：流入側接続部，Ｊｅ：流出側接続部

Claims (6)

1. 外面に形成した熱交換面を冷却又は加熱することにより内部に流通する薬液に対して熱交換を行う薬液用熱交換器において、所定の焼成素材を焼結して全体を一体形成することにより、内部に薬液を流通させる薬液流通路を設け、かつ少なくとも前記外面となる上面及び下面に前記熱交換面を設けるとともに、前記上面及び前記下面の少なくとも一方に前記薬液流通路に臨む流入口及び流出口を設けた熱交換ブロックと、前記上面及び前記下面の少なくとも一方に面接触させ、かつ前記流入口に連通する流入側接続部及び前記流出口に連通する流出側接続部を設けた接続用ヘッダと、前記熱交換ブロック及び前記接続用ヘッダを挟む規制板及び保護板とを具備し、前記熱交換ブロック，前記接続用ヘッダ，前記規制板及び前記保護板に対して、複数の固定ボルトを、一方側から貫通させ、かつ他方側に配したナット板のネジ孔に螺着することにより、前記接続用ヘッダを前記熱交換ブロックに固定するとともに、前記複数の固定ボルトは、前記熱交換ブロックと前記接続用ヘッダの上下方向に形成したボルト挿通孔に対して挿入し、かつ前記薬液流通路が存在しない部位を貫通させてなることを特徴とする薬液用熱交換器。
2. 前記焼成素材は、アモルファスカーボン素材又は炭化珪素素材を用いることを特徴とする請求項１記載の薬液用熱交換器。
3. 前記薬液流通路は、一方向に形成した複数の直線流通孔の組合わせ又は二方向に形成した複数の直線流通孔の組合わせにより構成することを特徴とする請求項１又は２記載の薬液用熱交換器。
4. 前記薬液流通路における前記熱交換ブロックの側面に臨む開口部は、当該熱交換ブロックと同一の素材又は異なる素材により形成した閉塞部材により閉塞することを特徴とする請求項１，２又は３記載の薬液用熱交換器。
5. 前記接続用ヘッダは、前記流入側接続部を有する第一ヘッダ部と前記流出側接続部を有する第二ヘッダ部の二つのヘッダ部により構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薬液用熱交換器。
6. 前記接続用ヘッダは、前記流入側接続部及び流出側接続部を有する単一ヘッダ部により一体に構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薬液用熱交換器。

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