JP2007051815A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を均一に、効率よく加熱し、しかも不純物金属等の汚染が抑制できる流体加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】流体供給源から供給される流体を加熱する加熱装置において、流体を加熱する加熱石英ガラス管と、前記加熱石英ガラス管を囲繞する石英ガラス管からなる真空二重管がハウジング内に収容され、前記真空二重管内で前記加熱石英ガラス管の外周囲に加熱手段が設けられていることを特徴とする流体加熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体産業、医薬産業等で用いる流体加熱装置、特に半導体製造工程中で使用される各種半導体加熱炉に接続され、この半導体加熱処理炉に供給されるガスを予備加熱する流体加熱装置に関する。

従来、半導体製造プロセスでは高純度のガス体や純水が、また医薬品製造プロセスでは高純度の試薬が用いられるが、それらの流体の加熱には温度制御の容易さから予備加熱装置を用いることが多い。前記予備加熱装置の例として、例えば特許文献１には、ガス供給源から供給されたガスを加熱する充填物が配設された加熱管と、前記加熱管の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部と、前記加熱管及びヒータ部を収容するハウジングを少なくとも備え、前記ヒータ部が、カーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体を封入した石英ガラス管とからなる流体加熱装置が提案されている。また、特許文献２には、入口と出口を有し，加熱されるべき液体を通過させる透光性の内管と、前記内管の外側に前記内管を囲繞するように、所定の間隔を隔てて配設され、入口と出口とを有し、前記液体を通過させる透光性の外管と、前記外管と前記内管との間に形成される空間内に配設された複数のハロゲンランプなどの放射加熱体と、外管とが所定の間隔を隔てるように配置され、かつ前記放射加熱体を挿通する孔が形成された支持体とを具備する液体加熱装置が提案されている。
特開２００２−２７７０５４号公報 実用新案登録第３０４３５４３号公報

しかし、上記特許文献１に記載の加熱装置は、流体の通過路に充填物が配設されていることから流体の流れに乱れが生じ、均熱に加熱することが困難であった。また、特許文献２の加熱装置にあっては、内管と外管との間に多数のハロゲンランプ等の放射加熱体を所定の位置配設するため装置全体が大型化し小型化が困難な上に、熱交換率が悪いなどの欠点があった。

こうした現状に鑑み、本発明者が鋭意研究を続けた結果、流体が加熱される加熱石英ガラス管とそれを囲繞する真空石英ガラス管からなる真空二重管がハウジング内に収容され、前記真空二重管内で加熱石英ガラス管の外周囲に加熱部を設けることで、流体を所望の温度に予備加熱できる上に、不純物金属などによる汚染が抑制できることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち、

本発明は、均一に、効率よく加熱でき、しかも不純物金属などによる汚染が抑制できる流体加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、流体供給源から供給される流体を加熱する加熱装置において、流体を加熱する加熱石英ガラス管と、前記加熱石英ガラス管を囲繞する石英ガラス管からなる真空二重管がハウジング内に収容され、前記真空二重管内で前記加熱石英ガラス管の外周囲に加熱手段が設けられていることを特徴とする流体加熱装置に関する。

本発明の予備加熱装置で加熱する流体としては、半導体製造プロセスで使用する高純度の反応性ガスや純水、或いは医薬品製造プロセスで使用する高純度の試薬液などが挙げられる。これらの流体は流体供給源から供給され、加熱石英ガラス管内で所望の温度に加熱されるが、前記加熱石英ガラス管は天然又は合成シリカから形成された高純度の石英ガラスから構成される。特に半導体製造プロセスで使用する場合には合成石英ガラスからなる加熱管を用いるのがよい。加熱石英ガラス管の外周囲には加熱部が配置されているが、加熱手段としては、螺旋状の高純度炭化珪素発熱体やカーボンワイヤー発熱体、或いはハロゲンランプなどが挙げられる。特に高純度炭化珪素発熱体やカーボンワイヤー発熱体は螺旋状に配置するのがよく、中でも半導体製造プロセスにあっては、パーティクルや不純物の発生の少ないカーボンワイヤー発熱体が好ましい。

上記加熱部は加熱石英ガラス管の外周囲に設置されその外側を真空状態の高純度石英ガラス管が配置され、その内表面には反射膜が被覆されている。そして、反射膜は、シリカ微粉末とアルミナ微粉末、またはシリカ微粉末とアルミナ微粉末にさらに酸化チタン微粉末を配合した組成物を塗布して形成されるが、シリカ微粉末とアルミナ微粉末とは重量比で３：１乃至３：７、さらに必要に応じて配合される酸化チタン微粉末はアルミナ微粉末１００重量部に対し５０乃至１５０重量部の範囲で配合される。反射膜厚さは３０乃至３００μmがよく、この厚さが３０μm未満では遮光効果がなく、厚みが３００μmを超えるとひび割れが生じ好ましくない。

加熱部による流体の加熱は、石英ガラスの熱伝導性が小さいことから輻射熱による加熱が主に行われる。本発明の流体加熱装置では、加熱石英ガラス管とそれを囲繞する石英ガラス管との間が真空であることから、二重管の間で輻射熱の吸収が起こることがなく効率よく、かつ均熱に流体を加熱することができる。そして、加熱石英ガラス管が高純度であることから、流体を不純物金属等で汚染することがない。

さらに、さらに加熱装置の接続部に不透明石英ガラスからなるフランジ部を設けることで、伝熱による熱損失が少なく複数個連結しても効率よく加熱ができる。

本発明は、流体を均一に、かつ効率よく加熱でき、しかも不純物金属などによる汚染も少ない流体加熱装置である。

以下に,本発明を図面に従って説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の流体加熱装置の概略断面図である。前記図示以外、例えば流体供給源との接続、加熱部の配線などは従来公知の手段による。図１において、流体供給源（図示せず）から供給された流体は接続部を通って加熱石英ガラス管内２に導入される。加熱石英ガラス管２の外周囲には、加熱部５が配置され、外側から流体を加熱する。該加熱部５は高純度炭化珪素発熱体やカーボンワイヤー発熱体、或いはハロゲンランプからなる。加熱部５が配置する加熱石英ガラス管２を囲繞して石英ガラス管３が配置され真空二重管を形成する。石英ガラス管３の内表面には反射膜９が設けられ、加熱部全体がハウジング４内に収容されている。流体の加熱は、主に加熱部５の輻射熱及び石英ガラス管３の反射膜９で反射された輻射熱によって行われる。本発明の流体加熱装置１は接続部７、８を介して複数個接続でき、５０〜1,０００℃の範囲の任意の温度に加熱できる。加熱温度はハウジング内に設置した熱電対６と外部に設けたコントロールボックス１０でコントロールされる。

使用例
図１の予備加熱装置の加熱石英ガラス管の直径を３mm、真空石英ガラス管の直径を８mm、それらの長さを２００mｍの二重管とし、加熱石英ガラス管の外周囲に配置した螺旋状の高純度炭化珪素発熱体からなるヒーターで窒素ガスを加熱した。前記ヒーターの温度は熱電対６とコントローラーボックスとで加熱部を1,000℃に設定した。そして、加熱石英ガラス管に窒素ガスを５リットル/分の流量で流したところ、排出窒素ガス温度は８００℃であった。

本発明は、簡便な装置で流体を均質に、かつ効率よく予備加熱でき工業的に有用である。

本発明の流体加熱装置の概略断面図である。

符号の説明

１：予備加熱装置
２：加熱石英ガラス管
３：真空石英ガラス管
４：ハウジング
５：ヒーター部
６：熱電対
７、８：接続部
９：反射膜
１０：温度コントローラー

Claims (5)

1. 流体供給源から供給される流体を加熱する加熱装置において、流体を加熱する加熱石英ガラス管と、前記加熱石英ガラス管を囲繞する石英ガラス管からなる真空二重管がハウジング内に収容され、前記真空二重管内で前記加熱石英ガラス管の外周囲に加熱手段が設けられていることを特徴とする流体加熱装置。
2. 前記石英ガラス管の内表面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
3. 前記加熱手段が螺旋状加熱ヒーターであることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
4. 前記加熱手段がハロゲンランプであることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
5. 前記石英ガラスが合成石英ガラスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の流体加熱装置。