JPH06323485A - 加熱液体ライン - Google Patents

加熱液体ライン

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JPH06323485A
JPH06323485A JP6047128A JP4712894A JPH06323485A JP H06323485 A JPH06323485 A JP H06323485A JP 6047128 A JP6047128 A JP 6047128A JP 4712894 A JP4712894 A JP 4712894A JP H06323485 A JPH06323485 A JP H06323485A
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JP
Japan
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conduit
heating element
conductor
integral
conductors
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Pending
Application number
JP6047128A
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English (en)
Inventor
Peter F Ebbing
エフ. エビング ピーター
Jr Peter G Panagas
ジー. パナガス, ジュニア ピーター
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Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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Publication of JPH06323485A publication Critical patent/JPH06323485A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/54Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
    • H05B3/58Heating hoses; Heating collars
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35Ohmic-resistance heating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pipe Accessories (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部導管およびその内容物に対して信頼性の
ある温度コントロールを保証すること。 【構成】 一体型加熱導管は、これを介して液体を移送
できる内部導管を含む。内部導管は第1導電体としても
また作動でき、または絶縁体を導管の外部表面に与える
ことができ、かつその時第1導電体をこの絶縁体の外部
表面近くに形成することができる。重合体で、自己調整
する加熱エレメントが第1導電体の外部表面上に与えら
れる。第2導電体が加熱エレメントの外部表面近くに与
えられ、加熱エレメントを横切った電流通路を完成す
る。組み立て品全体は、電気および/または絶縁外部層
内に任意に包むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体を輸送するために
有用な導管に関する。より詳しくは、本発明は、一定お
よび/あるいは高められた温度で導管の内容物を維持す
るような導管の加熱に関する。
【0002】
【従来の技術】導管を介して内容物を輸送する間に、導
管の場所(例えば、制御あるいは包囲環境状態)、導管
の長さ、導管内の液体圧力等に依存して、導管の内容物
は広範囲の温度にさらされる可能性がある。これらの温
度の変動は、導管の内容物の気体成分が凝結するよう
な、例えば水分の凝結が起こるような導管の内容物に影
響を与える。
【0003】このような気体の凝結は、大抵の液体輸送
応用例において高度に望ましくないものである。例え
ば、液体が凍結して導管内の液体の流れを不通にした
り、あるいは導管を破裂させたりして、語り尽くせない
浪費を生じたり、重大な環境および衛生の危険を生み出
す可能性がある。液体あるいは部分的に凍結した液体も
また導管を介して処理設備の中へ移送されて、設備操作
に不利な影響を与えたり、プロセス構成要素を汚染し設
備に損傷を与えたりさえもし、仕事の進行に不利な影響
を与える。
【0004】気体の凝結に関連した問題を避けるため
に、あるガスを処理設備へおよび処理設備から輸送する
ために使われるパイプを加熱することは、半導体産業に
おいては共通の慣例である。加熱の使用により、水蒸気
が液化あるいは凍結ならびにこれと関連した他の望まし
くない影響を防止する。例えば、水蒸気が、マスフロー
コントローラ(MFC)の内部で凝結するおそれがある
ならば、コントローラの測定精度に不利な影響を与え
る。もしそうなれば、MFCが乾燥した後にコントロー
ラの正常な作動が得られることになるだけである。
【0005】このような液体の加熱は、例えば気体から
液体への状態変化が起こらないような、適切な温度で液
体を維持するためにもまた有用である。例えば半導体処
理に使われる、水を含めた薬品は、液体形態においてよ
りも気体形態においての方がより危険の少ないあるいは
腐食性の少ないものになりうる。例えば、BBr3 は液
体形態において腐食性があるが、気体形態では腐食性が
ない。このように、高められた温度、対応する不飽和蒸
気圧においてこのような薬品を維持することは有益であ
る。
【0006】内容物が一定および/あるいは高められた
温度に維持するような導管の加熱技術の現状は、加熱ケ
ーブルあるいは加熱リボンから成り、例えばカリフォル
ニア州メンロパークにあるレイケムコーポレーションの
ケメレクスディビジョン(Chemelex Division of Rayche
m Corporation, Menlo Park, California)によって製造
されているようなものである。例えば、このような先行
技術の例は、図1の中に概括的に示されている。
【0007】加熱リボン10は、導電性カーボンと混合
して重合体から作られた、自己調整可能な重合体の加熱
エレメント16が平行な導電性バスワイヤ(bus wire)1
2、14間に形成されている導電性の重合体で形成され
ている。この構造はリボン全体に沿って維持される。
【0008】このような先行技術の加熱リボンは、電気
絶縁性シース(sheath)18中に包まれていることがしば
しばある。電気絶縁体は大抵断熱性を有するので、典型
的には加熱リボンから導管への熱移転において何らかの
効率損失がある。熱損失を防止するための加熱リボンと
同様に、断熱性のあるシースもまた導管の回りに取り付
けられてもよく、これにより熱移転効率を改善すること
ができる。
【0009】このような加熱リボンは適度にしなやか
で、かつ柔軟であり、それ故に導管の回りに包まれ、あ
るいは導管の形状に多少適合するような方法で導管長さ
に沿って通ってもよい。加熱リボンは特殊なファスナ(f
astener)(タイラップ(tie-wraps) 、ワイヤ等)によっ
て導管に取り付けてもよく、数インチ毎に置いたものが
絶縁体と金属テープとの組み合わせによって伴われるも
のでもよい。この加熱リボンは、いかなる便利なソー
ス、大抵はAC主電源によっても容易に動力を供給され
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】公知の加熱リボンがし
ばしば遭遇する問題は、気体の凝結あるいは相転換を生
じる温度勾配(gradient)を避けるような、長続きした(l
ong run)導管に沿って一様な加熱を与えることに関して
である。このようなリボンの長続きは、導管の外部表面
に一貫してコンタクトしてはいないおそれがあること
が、実際問題として見出だされており、それ故に一様か
つ一貫した熱転送を導管に与えない。時には、据付者が
導管の基部の代わりに頂部に加熱テープを通すかもしれ
ない。これは熱転送に不利な影響を与える。すなわち熱
いあるいは冷たい地点は蒸気の凝結あるいは相転換の問
題をしばしば悪化させる。このような導管への不充分な
熱移転はヒータ作動費用をもまた増大させ、従って全体
の処理費用を増大させる。
【0011】上記した加熱リボンのような公知の導管加
熱装置は、しばしばこの堅さのせいで据え付けることが
困難であることが一般に認識されている。据付者が備え
ている各種の異なった技術レベルと設備性能に起因する
変動とを考慮するならば、これはとりわけ真実となる。
例えば、取り付けの際、絶縁完全の不足あるいはその突
破口となってしまうような、危険な状態が創られるよう
に結合する導管コーナ部では、しばしばひどく形状が歪
められたり、あるいは切断されたりする。すなわちウル
トラクリーンシステムの設計および製造は、鋭い端部を
有する溶接取り付け部品(weld fitting)を使用してい
る。カジョンマイクローフィット(CAJON MICRO-FIT) 製
の溶接取り付け部品は、このような取り付け部品の典型
であり、これは、オハイオ州マケドニアにあるカジョン
(CAJON) が供給している。このような加熱装置は維持す
ることもまた困難である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の一体型導管は、
液体を移送する内部導管と、その上に形成された、電流
を運ぶ第1の導電体と、第1の導電体の上方に形成され
た加熱エレメントと、この加熱エレメントの上方に形成
された第2の導電体とを含む。上記の一体型導管は各種
のプロセス応用例に容易に据え付けられ、内部導管およ
びその内容物に対して信頼性のある温度コントロールを
保証する。
【0013】
【実施例】本発明はこの記述の概説と関連して図面を参
照することによって最もよく理解される。本発明は、液
体を運ぶ導管と一体化されており、導管内の液体を加熱
するために有用である、改善された加熱装置を提供す
る。
【0014】図2において、本発明の好ましい実施例
が、液体を輸送する内部導管20が断面にて与えられ示
されている。例えば、半導体処理において遭遇するかも
しれない高度に腐食性のある、あるいはウルトラクリー
ンの適用に対しても有用な316L配管のように、内部
導管はステンレス鋼製で形成されてもよい。内部導管は
銅パイプ製で形成されたり、あるいは輸送される液体を
閉じ込め、かつこれに耐性があるべく適切な輸送手段で
あればいかなるものでもよい。導管はその用途に対して
望ましいようないかなる長さを有していてもよい。
【0015】本発明の一部分として必要ではないけれど
も、内部導管の外部表面について同心・同軸の電気絶縁
体31(図4)を含むことは、安全性に対する理由のた
めにしばしば好まれる。この絶縁体は、内部導管20の
外部表面にコートされ、この回りに突出され、多くの既
知方法のいかなるものにおいて応用されてもよいし、良
好な電気絶縁性を有するいかなる材料から形成されても
よい。この材料は、絶縁体を介して導管内の液体に最大
限の熱伝達を許すように熱伝導性を有することもまた望
ましい。
【0016】第1導電体22は、内部導管20と同心・
同軸に形成されている。この第1導電体は、編組みまた
は包装された銅あるいは合金線のようないかなる導電性
材料であってもよく、内部導管それ自体は、第1導電体
として使われてもよい。第1導電体22の目的は、電流
を加熱エレメント24に送ることであり、それ故に、第
1導電体22が加熱エレメント24との連続した電気コ
ンタクトを保証するために、内部導管20の外部表面の
回りに、かつ内部導管20の全長に沿って広がっている
ことが望ましい。
【0017】加熱エレメント24は、第1導電体22と
同心・同軸に形成されている。本発明において、加熱エ
レメント24は好ましくは先行技術に関して上述された
ものと同様な重合体材料から形成される。これらの材料
は、第1導電体の外部表面にコートされ、この回りに突
出され、あるいはその逆に応用されてもよい。このよう
な材料は、温度変化に応じて可変抵抗として作動するの
で自己調整するものとして設計されている。
【0018】上記タイプの加熱エレメントにおいては、
加熱エレメントに電流を供給する導電体間に加熱エレメ
ントによって与えられている電気通路の実際の数は、温
度変動に応じて変化する。加熱エレメントを包囲する温
度が冷却降下するにつれて、伝導性のコアおよびファイ
バは極微に収縮する。この収縮により、この導電体間で
加熱エレメントの電気抵抗が下がり、かつ加熱エレメン
トを横切った多数の電気通路が現れてくる。加熱エレメ
ントのコアあるいはファイバを暖めるためにこれらの通
路を横切って電流が流れる。温度が上昇するにつれて、
コアあるいはファイバが極微に広がる。この広がりによ
り、加熱エレメントの電気抵抗を増大し、導電体間の加
熱エレメントを横切った通路の数が減少する。このよう
にして、加熱エレメントは熱出力を減少する。
【0019】本発明の目的に対しては、いかなる他の熱
発生エレメントをも与えることができる。さらに、熱エ
レメントが自己調整することは必要ではない。導管の全
周にわたって連続したコーティング、平行軸状ライン、
らせん状ライン、あるいは多層構造内に形成された多数
の加熱エレメントの一部として含んでおり、かつ電源へ
の選択タップ接続に基づいたユーザ可変温度コントロー
ルを与えるようにタップすることができる適切な多数の
導電体を有している、いかなる数の構成に加熱エレメン
トを与えることもまた可能である。
【0020】第2導電体26は、第1導電体22のそれ
と同様な構造および構成を有しており、加熱エレメント
24を横切った電流供給を完了するように加熱エレメン
ト24に同心・同軸に与えられる。
【0021】本発明を実行する目的のために、外部シー
ス28を含むことは必然的ではないが望ましい。シース
28は、好ましくは、電気および熱の絶縁体である。こ
のようなシースは、露出された導電体により存在するお
それのある電気的危険を防止するために有用であること
が見出だされた。シース28は、その他の点で、熱損失
のせいで生じうる非能率的である加熱エレメントの作用
を改善するためにもまた役立つ。
【0022】図3は、本発明の好ましい実施例の側面図
である。本図において、内部導管20はいくつかの同心
・同軸構造の中に配置されて示されており、第1導電体
22、加熱エレメント24、第2導電体およびシース2
8を含んでいる。
【0023】典型的には、AC主電源は加熱エレメント
を作動させるために使われる。AC電源を本発明の好ま
しい実施例において与えることができるけれども、所期
の用途に対して好都合であるような、いかなる電源によ
って発生したいかなる電圧をも与えることができる。
【0024】本発明を設置する時に各種の層を接続する
ために、導電体を露出するように各導管の末端から外部
層がはぎ取られてもよい。導電体を、導管ソースあるい
は目的地にて終結することもまたできる。導電体は、電
流を加熱エレメントに供給するために適切であるように
作られる。全ての結合が導管の第1にセクションに作ら
れる時に、導管の多数セクションが使われるならば、各
セクションに電流を流し続けるようにジャンパあるいは
カップリングが与えられてもよい。
【0025】本発明の好ましい実施例は、電源を第1お
よび第2の導電体に結合するために有用であるパワーク
ランプ30を含み、このようにして、電源からのパワー
を加熱エレメントに供給する。パワークランプ30はパ
ワーターミナル32を含む。
【0026】図2は、パワーターミナル32を断面にて
示す。本図において、絶縁体34は、第1あるいは内部
導電体22とコンタクトする第1ターミナル36と、第
2あるいは外部導電体26とコンタクトする第2ターミ
ナル38とを含んでいる。ターミナル38および導電体
26間の実際のコンタクトは、図2および図3には示さ
れていない。本発明の好ましい実施例において、ターミ
ナル38は、ターミナル36および内部導電体22に対
して示されているものと同様な方法で外部導電体26に
コンタクトしてもよい。この代わりに、パワークランプ
30はそれ自身がターミナル38を含んでもよい。この
ような配列において、図2および図3に示されるよう
に、パワークランプ30は、外部導電体26と直接に包
囲しながらコンタクトをし、包囲シース28とはコンタ
クトしていない。
【0027】二つのターミナルだけが図2中に示されて
いるけれども、導管中に統合された加熱構造に対して適
切であるようないかなる数のターミナルをも含みうるこ
とを認識すべきである。
【0028】図4は、多様な角度、例えば、90度の角
度でこのような導管のセクションを一緒に結合するよう
に、本発明の導管と共に使用されうる継手組み立て品4
0の断面図を示している。継手組み立て品(coupling as
sembly) 40はコネクタ本体42を含んでおり、一緒に
結合されるべきである導管46、48の二つのセクショ
ンを包囲するように形作られている。本発明の好ましい
実施例において、コネクタ本体42は電気および熱絶縁
材料から作られている。電気絶縁体はしばしば良好な熱
絶縁体であるので、このような材料の選抜は選択の問題
である。熱伝導性を有する電気絶縁層51が、コンタク
ト52と内部液体輸送用導管53との間に与えられてい
る。
【0029】図4中に示されている導管48は、図2お
よび図3中に示されているものと同じ形状を有してい
る。すなわち、導管48は熱伝導性を有する電気絶縁層
3によって包囲されている液体導管20を含む。液体導
管20は、加熱エレメント24によってもまた包囲され
ており、第1および第2の電気絶縁体22、26間に与
えられている。液体導管20は外部熱および電気絶縁層
28によってもまた包囲されている。
【0030】導管46、48の二つのセクションを一緒
に連結するために、各導管上の全層は、コネクタ溶接お
よび電気相互接続を容易にするために各導管の末端から
はぎ取られている。コネクタが二つの導管を包囲するよ
うに、それから導管はコネクタの中へ挿入される。二つ
の導管間の接続は、各導管の第1あるいは内部導電体お
よび第2あるいは外部導電体をコンタクト50、52に
詰め込み、かみ合わせることによって完了する。重合体
材料54は各導管内部の加熱エレメント間の連結を与え
ると共に、このような継手の内部導管内に含まれる液体
の加熱さえも維持するように、連結組み立て品の内部に
与えられてもよい。
【0031】90度で二つの導管を結合する継手組み立
て品が、図4の中に示されているけれども、導管が置か
れる使用下にて要求されるように与えうるいかなる角度
あるいはいかなる角度配置の無制限数の導管、例えば、
T型継手、X型継手、ギャング継手等をも結合するよう
な結合配置を使用することも可能である。
【0032】本発明は多方面に使用でき、液体および気
体輸送、温度維持および/あるいはその上昇を含む多く
の異なる応用に適している。管状の導管が図の中に示さ
れているけれども、本発明は、正方形、長方形、楕円あ
るいはその他の形状を含む、いかなる形状にて供給され
ることもまた可能である。本発明は、従来技術の加熱技
術で信頼できる加熱をすることは極めて困難である、例
えば、コイル等のような大変複雑な形状を有する導管を
与えることもまたできる。
【0033】最後に、本発明は、半導体製作設備内に見
出だせるような、加熱器内で使うこともできる。このよ
うな反応器は各々の末端で密閉された本質的に大きな導
管の容器である。本発明の実施例は、反応器の温度を調
節するために現在使われている高価な水/グリコール系
のシステムに代わるものである。この応用例に従って、
本発明はチャンバの二つの壁の間に加熱エレメントが通
すことができる二重壁のチャンバに与えられ、従って、
サンドイッチのような構造を与える。先行技術に教示さ
れているような熱交換器を使用する代わりに、電流がチ
ャンバの二つの壁に加えられ、その時、これらは導電体
として働き、この間に配置された加熱エレメントは反応
器の作動のために必要な加熱を与える。
【0034】本発明は、好ましい実施例に関連してこの
中に記述されているけれども、この中に明らかな材料あ
るいは応用以外のものが、本発明の意図および範囲から
外れないでこれらに代用できる。
【0035】
【発明の効果】以上の説明により、本発明の一体型導管
によれば、内部導管およびその内容物に対して信頼性の
ある温度コントロールを保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】先行技術の導管加熱リボンの略図である。
【図2】本発明による一体型液体移送導管および加熱エ
レメントの断面図である。
【図3】本発明による一体型液体移送導管および加熱エ
レメントの側面図である。
【図4】本発明による一体型液体移送導管および加熱エ
レメントを用いたコーナカップリングの断面図である。
【符号の説明】
10…加熱リボン、12、14…導電性バスワイヤ、1
6…自己調整する重合体の加熱エレメント、18…電気
絶縁シース、20…内部導管、22…第1の導電体、2
4…加熱エレメント、26…第2の導電体、28…シー
ス、30…パワークランプ、31…同心・同軸の電気絶
縁体、32…パワーターミナル、34…絶縁体、36…
第1ターミナル、40…継手組み立て品、42…結合器
本体、46、48…導管部分、50、52…コンタク
ト、53…内部液体運搬用導管、54…重合体材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター ジー. パナガス, ジュニア アメリカ合衆国, カリフォルニア州 94086, サニーヴェール, ヘンダーソ ン ナンバー141 954

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体を移送する内部導管と、前記内部導
    管の上をおおう第1の導電体と、前記第1の導電体の上
    をおおう加熱エレメントと、前記加熱エレメントの上部
    の第2の導電体とを含む一体型導管であって、前記加熱
    エレメントが前記第1および第2の導電体によって与え
    られる電流に応じて熱を発生するものとを備える一体型
    導管。
  2. 【請求項2】 前記導管が、前記内部導管と前記第1の
    導電体との間に置かれた熱伝導性の絶縁体をさらに含む
    請求項1記載の一体型導管。
  3. 【請求項3】 前記加熱エレメントが、導電性のカーボ
    ンを詰めた重合体の加熱器である請求項1記載の一体型
    導管。
  4. 【請求項4】 前記加熱エレメントが、自己調整する請
    求項1記載の一体型導管。
  5. 【請求項5】 前記導管が、前記第2の導電体に同心・
    同軸である熱的かつ電気的絶縁シースをさらに含む請求
    項1記載の一体型導管。
  6. 【請求項6】 前記内部導管が、ステンレス鋼、鋼鉄お
    よび銅を含むグループから選択された材料から形成され
    ている請求項1記載の一体型導管。
  7. 【請求項7】 前記第1および第2の導電体が、編組み
    材料(braided material)から形成されている請求項1記
    載の一体型導管。
  8. 【請求項8】 前記第1および第2の導電体が、包装材
    料(wrapped material)から形成されている請求項1記載
    の一体型導管。
  9. 【請求項9】 前記加熱エレメントが、押し出し材料(e
    xtruded material)である請求項1記載の一体型導管。
  10. 【請求項10】 前記加熱エレメントが、被覆材料であ
    る請求項1記載の一体型導管。
  11. 【請求項11】 前記導管が、少なくとも二つの加熱エ
    レメントを含む多層構造を更に含んでいる請求項1記載
    の一体型導管。
  12. 【請求項12】 前記加熱エレメントが、限定パターン
    (defined pattern)で形成されている請求項1記載の一
    体型導管。
  13. 【請求項13】 前記加熱エレメントが、線形構造であ
    る請求項12記載の一体型導管。
  14. 【請求項14】 前記加熱エレメントが、らせん形構造
    である請求項12記載の一体型導管。
  15. 【請求項15】 前記内部導管が容器を画成し、前記第
    1および第2の導電体が容器の壁である請求項1記載の
    一体型導管。
  16. 【請求項16】 前記導管が、前記導管に外接する(cir
    cumscribing)クランプを含む電源カップラ(coupler)
    と、前記クランプと一体式の絶縁体と、少なくとも二つ
    の端子とを更に含んでおり、前記端子の第1が前記第1
    の導電体と接触していると共に、前記端子の第2が前記
    第2の導電体と接触している請求項1記載の一体型導
    管。
  17. 【請求項17】 前記導管が、少なくとも二つの導管セ
    グメントを結合する本体を含む電源カップラを含んでお
    り、前記電源カップラが少なくとも二つのコンタクトを
    含んでおり、前記コンタクトが各導管セグメント内の導
    電体を他の各導管セグメント内の導電体に結合するよう
    に配置されている請求項1記載の一体型導管。
  18. 【請求項18】 前記導管に外接するように適合するク
    ランプと、前記クランプと一体式の絶縁体と、前記導管
    内の導電体をコンタクトするように適合する少なくとも
    二つの端子とを含む、一体型加熱エレメントを有する導
    管に対する電源カップラ。
  19. 【請求項19】 一体型加熱エレメントを有する形式の
    少なくとも二つのを結合する電源カップラにおいて、前
    記導管セグメントを収容する本体と、前記コンタクトが
    各導管セグメント内の導電体を他の各導管セグメント内
    の導電体に結合する少なくとも二つのコンタクトとを含
    む電源カップラ。
JP6047128A 1993-03-17 1994-03-17 加熱液体ライン Pending JPH06323485A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/032,072 US5544275A (en) 1993-03-17 1993-03-17 Electrically heated fluid carrying conduit having integrated heating elements and electrical conductors
US08/032072 1993-03-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06323485A true JPH06323485A (ja) 1994-11-25

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ID=21862942

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