JP4528099B2 - 配管の加熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置およびその他の製造装置、または化学反応処理装置等における配管の加熱構造に関するものである。

このような装置においては、処理する気体または液体、および処理された気体または液体を室温より高い一定の温度（例えば百数十℃）に維持したまま配管中を移送する必要があり、そのため配管を加熱するヒータが設けられている。

従来の配管の加熱構造としては、
（１）配管の内側壁面に電熱線を直接配設したもの（特許文献１）、
（２）電熱線を保温材とともに配管に直接巻き付けたもの（特許文献２，３）、
（３）面状ヒータを外側面に被着した金属板で配管より大きい加熱空間を形成して配管を囲ったもの（特許文献４）、
（４）保温材とガラス布等に電熱線を埋設したジャケット・ヒータを配管に直接巻き付けたもの等が知られている。
特開平１１−１０８２８３号公報 特開２００２−２２８０８１号公報 実開平２−１９９８９号公報 特開平９−１７５５５号公報

しかしながら、配管の内側壁面に電熱線を直接配設したり、電熱線を保温材とともに配管に直接巻き付けたりする加熱構造は、ヒータの配設位置、巻き位置、巻きムラ等により、配管の温度ムラを生じ易く、熟練が要求されるという問題があった。

また、金属板で配管を囲ったものでは、金属板と配管との間に大きな空間を確保するため、加熱構造が大きくなり、コストも高くなるという難点がある。

また、ジャケット・ヒータ方式でも、上記と同様に、ヒータ部位と、配管への密着度等のバラツキにより、配管の温度ムラを生じる問題があった。さらに、ジャケット・ヒータ方式は、発塵が懸念されるという欠点もあった。

上記課題を解決するために、本発明による配管の加熱構造は、保温材により構成された保温ジャケットの内壁面を、断面円形の配管の外周壁面にこの配管の長さ方向に垂直な断面で多角形状に当接させて、この多角形の角部と上記配管との間に空気を介在させた態様で上記配管を上記保温ジャケットで覆い、上記角部に電熱線を上記配管の長さ方向に延びるように配設したことを特徴とするものである。

ここで、「角部」とは、断面多角形の隣接する２辺が交わる点（頂点）、すなわち二つの平面が交差する交差線およびその近傍を意味するものとする。また、「保温材」とは、ジャケット・ヒータ系、シリコン系、マイカ系、および断熱材に耐熱樹脂を含浸させたクリーン・ブロック系の保温材を含むが、クリーン・ブロック系が好ましい。

また、ここで「多角形」とは、三つ以上の頂点を有する多角形を意味するが、配管の周面に外接したとき配管との間に十分な空間が均等に形成されるように、頂点の数が３から８までの正多角形が好ましく、特に正四角形か正六角形であることが実用上好ましい。

本発明によれば、電熱線が、配管に直接接触することなく保温ジャケットの内壁面の角部に配設されているため、配管は、電熱線からの輻射熱と、電熱線により加熱された、保温材と配管との間の空間にある対流する空気の熱の伝導によって加熱され、これによって、電熱線の配置誤差の影響が緩和され、配管の長手方向および円周方向の温度ムラを小さくすることができる。

また、本発明によれば、熱体系に保温材が含まれているため、熱変動が抑制されて小さくなる利点がある。

さらに、「クリーン・ブロック」と呼ばれる耐熱樹脂を含浸した保温材に電熱線を設けた保温ジャケットの場合には、加熱系からの発塵を少なくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明による配管の加熱構造の第１の実施の形態を概念的に示す断面図で、円形の断面を有する配管１は、骨材等を用いて平板状またはＬ字状、コ字状の断面形状を有するように形成した複数の保温材１１（図２および図３参照）からなる保温ジャケット１０により四方を覆われている。この保温ジャケット１０の内壁面は、配管１の長さ方向に垂直な断面において正方形を形成しており、保温ジャケット１０が、その内壁面の断面正方形の各辺を配管１の外周壁面にそれぞれ当接させた態様で配管１を覆っていることにより、正方形の４箇所の角部１２と配管１との間にはそれぞれ空間１３が形成され、ここに空気が介在している。

上記４箇所の角部１２には、それぞれ電熱線１４が、配管１の長さ方向に延びるように、すなわち図１の紙面に垂直な方向に延びるように配設されている。

保温ジャケット１０は、内部への配管１の収容、および電熱線１４の配設のために、図２（ａ）〜（ｃ）の断面形状で示すように複数の保温材１１の組合せによって正方形断面を構成している。すなわち、図２（ａ）は、コ字状の断面を有する保温材１１ａと平板状の保温材１１ｂとの組合せ、図２（ｂ）はＬ字状の断面を有する一対の保温材１１ｃ、１１ｃの組合せ、図２（ｃ）は、幅広の一対の保温材１１ｄ、１１ｄと、幅狭の一対の保温材１１ｅ，１１ｅの組合せから構成されている。

そして、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する図３（ａ）〜（ｃ）の分解断面図にそれぞれ示す各保温材の所定位置に電熱線１４が配設されて、保温ジャケット１０の組立て後は、４箇所の角部１２に電熱線１４が位置決めされるように構成されている。

図４は、例えば図３（ｃ）の保温材１１ｄにおける電熱線１４の配設状態を示す斜視図で、電熱線１４は、保温材１１ｄの平坦な内壁面上にループを描いて配設され、給電用のリード線１４ａが外部に導出されている。電熱線１４は、周知のように適当な箇所に設けた温度センサにより、一定の温度で加熱するようフィードバック制御される。

図５（ａ）は、一端にフランジ２をそれぞれ備えた、直径９ｃｍ、長さ４０ｃｍおよび６０ｃｍの２本の配管１ａ，１ｂをフランジ２，２において接続し、その外周を、耐熱樹脂を含浸させた「クリーン・ブロック」と呼ばれる保温材からなる保温ジャケット１０で図１に示すように覆った配管の加熱構造を示す長手方向の断面図である。

図５（ａ）においては、温度計測のために、配管１ａの左端は保温材１１で覆い、配管１ｂの右端はアルミニウム箔３で封止して、配管１ａ，１ｂ内の気体の流れを止めるとともに、配管１ｂの右端部を長さ１０ｃｍだけ露出させた構造を有する。そして、点Ｂ，Ｄ，Ｇの３点においてそれぞれ１５０℃になるように温度調節して、Ａ〜Ｉの９点において温度分布を測定したところ、図５（ｂ）に示すように、測定点Ａ〜Ｇにおける配管１の温度のバラツキは±５℃の範囲内であった。

図６（ａ）は、測定点Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｉにおける配管１ａ，１ｂの円周方向の測定位置を示し、図６（ｂ）はその測定結果を示す。この場合の温度のバラツキも±５℃の範囲内であった。

上記計測における温度調節は、図示しないセンサをＢ，Ｄ，Ｇ点に配して、センサからの検出信号によりヒータの電源をフィードバック制御することにより行なった。

以上説明した実施の形態は、保温ジャケット１０が断面四角形の内壁面を備えている場合であるが、本発明における保温ジャケットは、断面四角形の内壁面を備えているものに限らず、三角形、五角形、六角形等の種々の多角形の断面形状を有する内壁面を備えたものであってもよい。

例えば、図７は、大口径の配管に対する保温ジャケットの構造を示し、この保温ジャケット２０は、その内壁面を、断面円形の配管１の外周壁面にこの配管１の長さ方向に垂直な断面で正六角形状に当接させて、この六角形の６箇所の角部１２と配管１との間の空間１３にそれぞれ空気を介在させた態様で保温材１１にて配管１を覆っている。そして、上記６箇所の角部１２に、それぞれ電熱線１４が、配管１の長さ方向に延びるように配設されている。

大口径の配管に対する保温ジャケットとしては、断面四角形よりも断面六角形の内壁面を備えたものの方が、加熱特性の点で有利であること明らかである。

図８（ａ）は、本発明による配管の加熱構造が適用される配管の一例を具体的に示す斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す配管１を保温ジャケット１０が覆っている状態を示す斜視図である。

上述した実施の形態によれば、電熱線１４が、配管１に直接接触することなく保温ジャケット１０または２０の内壁面の角部１２に配設されているため、配管１は電熱線１４からの輻射熱と、電熱線１４により加熱された、保温材１１と配管１との間の空間１３に存在する対流する空気の熱の伝導によって加熱され、これによって、電熱線１４の配置誤差の影響が緩和され、配管１の長手方向および円周方向の温度ムラを小さくすることができる効果がある。

本発明は、半導体製造装置等の配管系の加熱、および各種化学プラント等の配管系の加熱に好ましく利用することができる。

本発明による配管の加熱構造の第１の実施の形態を概念的に示す断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、保温ジャケットを構成する保温材の３種類の組合せを示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、電熱線の配置位置を示す、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する分解断面図である。 保温材における電熱線の配設状態の一例を示す概略的斜視図である。 図５（ａ）は、本発明による配管の加熱構造の実施の形態を示す長手方向の断面図、図５（ｂ）はその温度分布を示すグラフである。 図６（ａ）は、図５（ａ）における配管の円周方向の測定位置を示す図、図６（ｂ）はその測定結果を示す図である。 本発明による配管の加熱構造の第２の実施の形態を概念的に示す断面図である。 図８（ａ）は、本発明による配管の加熱構造が適用される配管の一例を具体的に示す斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す配管を、本発明による配管の加熱構造を構成する保温ジャケットが覆っている状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 配管
１０，２０ 保温ジャケット
１１ 保温材
１２ 角部
１３ 空間
１４ 電熱線

Claims (3)

1. 保温材を有し、該保温材により円形の配管を覆うように構成された保温ジャケットと、該保温ジャケット内に前記配管の長さ方向に延びるように配設された電熱線とを備え、
   前記保温材の内壁面が、前記配管の長さ方向に垂直な断面において多角形を構成するとともに、該内壁面と前記配管の外周壁面との間に形成された空間内の、前記内壁面の前記多角形の角部に相当する隅に前記電熱線が配されてなり、
   これにより、前記配管は、前記電熱線からの輻射熱と、前記電熱線により加熱された、前記保温材と前記配管との間の前記空間内にある対流する空気の熱の伝導とによって、前記配管の長手方向および円周方向に温度ムラを小さくするように加熱および保温されるよう構成されていることを特徴とする配管の加熱構造。
2. 前記各内壁面が前記配管の前記外周壁面と当接していることを特徴とする請求項１記載の配管の加熱構造。
3. 前記保温材が、断熱材に耐熱樹脂を含浸したものからなることを特徴とする請求項１または２記載の配管の加熱構造。

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