JPWO2009081466A1 - 配管用加熱ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】配管用加熱ヒータにおいて、運搬時および装着時の作業性と再現性を向上させつつ、配管を所望の一定温度にかつ均一に維持できるようにする。【解決手段】配管用加熱ヒータ（１）は、断面円形（Ｃ）の配管（Ｐ）の外周壁（Ｐa）を囲むように装着されて、この配管（Ｐ）に沿った多面体（Ｒ）を形成するように構成されたヒンジ（２）を介して連結される複数のシェル（３、１３）により構成される。このシェル（３、１３）の内壁（３ａ、１３ａ）の全面には、断熱材（４、１４）と、装着時に配管（Ｐ）の外周壁（Ｐａ）に当接するように内壁（３ａ、１３ａ）に配置された複数のモールド（５、１５）と、装着時に配管（Ｐ）の外周壁（Ｐａ）と形成される多面体（Ｒ）の角部（Ｒａ）との間の空間（７）に、配管（Ｐ）の長手方向に延びるようにシェル（３、１３）の内壁（３ａ、１３ａ）に配置された複数の発熱体（６）とが設けられる。【選択図】図１

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用加熱ヒータに関するものである。

従来、半導体製造装置、化学処理装置、食品製造装置およびその他の製造装置においては、処理前の気体または液体、および処理後の気体または液体を移送する配管の内壁に、これらの気体および液体が固化または堆積することを防ぐため配管用加熱ヒータが使用されている。

配管用加熱ヒータとしては、被加熱体である配管に発熱体を直接的に接触させて加熱する接触加熱型の配管用加熱ヒータが知られており、具体的に、断熱材とガラス布等に発熱体を埋設し、配管に巻き付けるジャケット・ヒータや、また、特許文献１に提案されている、シリコン樹脂等に発熱体を埋設し、配管に巻き付けるシリコンラバーヒータがある。

また、配管に直接発熱体を接触させず、配管と発熱体との間に所望の空間を設け、発熱体からの輻射熱と、この空間内の空気の熱伝動により加熱する非接触加熱型の配管用加熱ヒータも知られており、具体的に、特許文献２には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空間を形成し、配管を囲う配管用加熱ヒータが提案されている。
特開平１０−１３４９４７号公報 特開平９−１７５５５号公報

しかしながら、ジャケット・ヒータや特許文献１の配管用加熱ヒータにおいては、発熱体の配置位置、配管への、巻き位置、巻きムラ、密着度ムラにより、配管に温度ムラが発生する虞がある。これは、ヒータを現場で配管する作業の熟練度によって配管への加熱の均一性が左右される原因になる。

また、ジャケット・ヒータにおいては、ガラス布等の発塵による使用環境のクリーン度への影響や、特許文献１の配管用加熱ヒータにおいては、シリコン樹脂等の使用により発生するシロキサンが、配管の金属部分の腐食させる虞もあり、使用環境への配慮が必要とされている。

特許文献２の配管用加熱ヒータにおいては、面状ヒータが、配管に直接的に接触することがなく、配管は、面状ヒータにより加熱された金属板と配管との間の空間にある空気の熱伝導により加熱されるため、面状ヒータの配置位置による配管の温度ムラは低減される。しかし、金属板と配管との間に大きな空間を確保する構造であり、各部品が大型化し、運搬時や装着時の作業性に影響する虞がある。

また、配管のメンテナンスにおいて、再装着時の配管用加熱ヒータの加熱性能を再現することが難しくなる可能性がある。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、運搬時および装着時の作業性と装着時の再現性を向上させつつ、配管を所望の一定温度に均一に加熱できる配管用加熱ヒータを提供することにある。

以上の課題を解決するために、本発明による配管用加熱ヒータは、ヒンジを介して連結されて、断面円形の配管の外周壁に、この配管を囲むように装着されて、この配管に沿った多面体を形成するように構成された複数のシェルと、このシェルの内壁の全面に配置された断熱材と、装着時に外周壁に当接するように、内壁に配置された複数のモールドと、装着時に外周壁と多面体の角部との間に形成された空間に、配管の長手方向に延びるように配置された複数の発熱体とを備えることを特徴とするものである。

ここで「断面」とは、配管の長手方向に垂直な面を意味するものである。上記「円形」とは、数学的に厳密な円である必要はなく、楕円等をも含むものである。上記「多面体」とは、複数の面で囲まれた、断面が多角形の立体であり、すべての面が長方形あるいは正方形で構成されるものを意味する。上記「内壁」とは、配管の外周壁と対面するシェルの内面を意味するものである。上記「全面」とは、内壁の略全面を意味するものであるが、厳密に内壁の全部を意味するものではない。上記「断熱材」とは、ジャケット・ヒータ系、シリコン系、マイカ系、および耐熱樹脂を含浸させたクリーン・ブロック系の断熱材を含むが、特に半導体装置のようにクリーンな環境が要求されるものに適用されるものの場合には、クリーン・ブロック系が好ましい。上記「角部」とは、装着時に隣接する内壁の交差部分およびその近傍を意味するものである。

また、本発明においてモールドは、装着時に配管の外周壁に最も近接する位置、すなわち多面体の側面を構成する各シェルの内壁の幅方向の中央近傍に配置されてもよい。

また、本発明においてモールドは、発熱体と一体となって、装着時に多面体の角部の近傍となるように、内壁に配置されてもよい。

ここで、「発熱体と一体」とは、発熱体の全部とモールドが一体となっている必要はなく、実用上は発熱体の一部とモールドが一体となっていればよい。

また、本発明においてシェルは、隣接するシェルの外壁同士が限界角度を持って外方に開き、隣接するシェルの併せ面が当接して内方に閉じるように、ヒンジを介して連結されてもよい。

ここで、「隣接するシェル」とは、ヒンジを介して連結されている隣のシェルを意味するものである。上記「外壁」とは、シェルの内壁と反対側の表面を意味するものである。上記「外方」とは、隣接するシェルの外壁同士が近接する方向を意味するものである。上記「限界角度」とは、隣接するシェルの外壁同士が衝突しない程度に、外壁同士が外方に形成する角度のことを意味するものであり、望ましくは、隣接シェルの外壁同士のなす角度が、６０度から１８０度の範囲であることがよい。上記「併せ面が当接」とは、隣接するシェルの端部同士が接触する程度に近接することを意味するものであり、厳密な接触を意味するものではない。上記「内方」とは、隣接するシェルの内壁同士が近接する方向を意味するものである。

さらに、本発明においてシェルは、施錠により多面体の形状が維持されるパチン錠を備えてもよい。

本発明によれば、配管用加熱ヒータが装着時に断面円形の配管の外周壁を、この配管に沿った多面体を形成するようにヒンジを介して連結された複数のシェルと、このシェルの内壁の全面に配置された断熱材と、装着時に外周壁に当接するように内壁に配置された複数のモールドと、装着時に外周壁と多面体の角部との間に形成された空間に、配管の長手方向に延びるように配置される複数の発熱体とを備えている。

このため、配管用加熱ヒータの全ての構成部品は、ヒンジによって結合されたシェルによって全体として多面体を形成するように構成されており、運搬時および装着時において作業性が向上し、また、装着時には、シェルの内壁に配置されたモールドが配管の外周壁と当接して配管を囲む構造であるため、配管への装着安定性が向上して、ヒータを現場で配管に装着する作業の熟練度によって配管への加熱の均一性が左右されることがなく、常に安定して良好な加熱を実現することができる。また、多面体の角部と配管の外周壁との間の空間が均一に、かつ再現性を有して形成されるため、この空間内に配置される複数の発熱体からの輻射熱と、発熱体により加熱された空間内の空気の対流による配管への加熱も均一に行われる。

さらに、本発明によれば、断熱材により、周囲の熱変動を低減できると共に、「クリーン・ブロック」と呼ばれる耐熱樹脂を含浸した断熱材の場合には、発塵を低減することもできる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明による配管用加熱ヒータの第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における装着時の断面を示す図である。

図１に示すように、第１の実施形態は、ヒンジ２を介して連結されたＬ字状の断面形状を有する４つのシェル３を有しており、この４つのシェル３は、装着時に配管Ｐの外周壁Ｐａを、この配管Ｐに沿った直方体Ｒを形成するように構成されている。また、ヒンジ２は、外方に限界角度Ｌａ（図示の例では略９０度）を持って開くようになっており、内方にはシェル２の厚みにより、隣接するシェル２の端面同士が１８０度をなす位置すなわち後述の併せ面３ｃで当接し合う位置（図２Ｂ参照）より内方へは閉じないようになっている。

シェル３の内壁３ａには、全面に複数の断熱材４が配置され、また装着時に外周壁Ｐａと当接し、かつ外周壁Ｐａと最も近接する位置となるように、内壁３ａに配管Ｐの長手方向に複数のモールド５が配置される。さらに装着時にシェル３により形成される直方体Ｒの角部Ｒａと外周壁Ｐａと間の空間７内に位置するように、４本の発熱体６が内壁３ａに配置される。なお、発熱体６は、全ての角部Ｒａと外周壁Ｐａとの間の空間７内に位置する必要はなく、配管Ｐの径やコストに応じて、発熱体６の本数を減らすことは可能である。

図中上側のシェル３の外壁３ｂには、パチン錠８が配設され、これを施錠することにより隣接した図中上側のシェル３同士が固定され、配管用加熱ヒータ１は配管Ｐの外周壁Ｐａに装着される。施錠した状態では、モールド５が配管Ｐの外周壁Ｐａに与圧を加えながら装着されているため、隣接するシェル３の各併せ面３ｃの隙間は０．５ｍｍ程度以下となる。

次に、本発明の第１の実施形態における未装着時の状態について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における未装着時の断面を示す図である。図２Ａは、未装着時においてパチン錠８を解錠した状態の断面を示す図、図２Ｂは、未装着時においてパチン錠８を施錠した状態の断面を示す図である。

図２Ａに示すように、第１の実施形態においては、パチン錠８を解錠した状態であっても、配管用加熱ヒータ１は、すべての部品が一体となって構成されている。また、ヒンジ２は、開閉面２ａがシェル３の外壁３ｂに面するように配設されるため、解錠時には、隣接する各シェル３同士が所定の限界角度Ｌａ以上には開かない構造となっている。具体的には、図２Ａに示すように、隣接するシェル３の外壁３ｂ同士の角度が９０度程度に制限される。

また、図２Ｂに示すように、第１の実施形態においては、パチン錠８が隣接するシェル３との併せ面３ｃを越えて、外壁３ｂに配置されているため、配管Ｐの未装着時にパチン錠８を施錠しても、直方体Ｒの形状が維持される構造となっている。

次に本発明による配管用加熱ヒータの第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態を示す図である。図３Ａは、第２の実施形態の装着時の断面を示す図、図３Ｂは、第２の実施形態の図３ＡのＡ−Ａ断面での右側面を示す図、図３Ｃは、第２の実施形態の未装着時においてパチン錠前８を解錠した状態を示す図である。なお、第１の実施形態と同一の構成を有する部位には同一の符号を付して説明する。

図３Ａに示すように、第２の実施形態は、ヒンジ２を介して連結された平板状の４つのシェル１３を有しており、この４つのシェル１３は、第１の実施形態と同様に、装着時に配管Ｐの外周壁Ｐａを、この配管Ｐに沿った直方体Ｒを形成するように構成されている。

このシェル１３の内壁１３ａの全面には、第１の実施形態と同様に、複数の断熱材１４が配置され、また装着時に外周壁Ｐａと当接し、かつ形成された直方体Ｒの角部Ｒａの近傍位置となるように、図３Ｃに示すようなシェル１３の内壁１３ａの両端に、内壁１３ａに断熱材１４のみが配置されたシェル１３を挟んで、内壁１３ａと約４５度で傾斜し、かつ対向して延出したモールド１５が２つのシェル１３の内壁１３ａに配置される。

図中右側のシェル１３の外壁１３ｂに配置されたヒンジ２の端には、パチン錠８の端が溶接により固定され、パチン錠８の端が溶接されているヒンジ２の、溶接側の開閉面２ａはシェル１３の１３ｂに固定されていない。パチン錠前８を解錠すると、このヒンジ２（図中左上側）が配置されているシェル１３と隣接するシェル１３との間の併せ面１３ｃから開く構造になっている。この第２の実施形態では、隣接するシェル１３同士が直方体Ｒの角に相当する位置でヒンジ２により連結されているため、ヒンジ２は隣接するシェル１３同士が４５度傾いた併せ面１３ｃで当接するまで、内方へ９０度まで閉じるようになっている。

図３Ｂに示すように、モールド１５は、発熱体６の一部を支持して内壁１３ａに固定される。このため装着時に発熱体６は、角部Ｒａと外周壁Ｐａとの間に位置すると共に、発熱体６のモールド１５により支持されていない部分と外周壁Ｐａとの間には空間７が存在する。本実施形態では、各発熱体６を２つのモールド１５で支持して説明するが、これに限定されるものではない。

第２の実施形態においては、第１の実施形態と比較して、モールド１５と発熱体６との距離が近いため、モールド１５が当接した位置の外壁Ｐａの熱伝動による温度低下が抑制される。なお、未装着時の施錠した状態および解錠した状態の作用については、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

また、第１の実施形態および第２の実施形態においては、多面体を直方体Ｒをとして説明したが、特にこれに限定されるものではない。配管Ｐの径に応じて、その断面が三角形、六角形、八角形等の多面体とすることも可能である。

次に、本発明の配管用加熱ヒータ１の発熱体への配線にいて説明する。図４は、本発明の配管用加熱ヒータ１の斜視図である。図４に示すように、シェル３から給電ケーブル９が導出し、その先端には２本の丸端子１０が圧着されている。

また、この給電ケーブル９は、シェル３内をインサート成型され、図示しない状態で各発熱体６に配線されている。なお、給電ケーブル９のシェル３内の配線は各発熱体６の必要容量に応じて、直列配線または並列配線とすることが可能であるし、必要に応じて未使用とする発熱体への配線を省略することも可能である。

また、本発明の配管用加熱ヒータ１の両側面には、接合面となる仕切板１１が配設されている。なお、給電ケーブル９および仕切板１１については、第１の実施形態および第２の実施形態において共通である。

次に、本発明の配管用加熱ヒータ１の配管Ｐへの装着作業について説明する。図５は、本発明の配管用加熱ヒータ１の配管Ｐへの装着作業を示す図である。図５（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の第１の実施形態の配管用加熱ヒータ１を使用して、配管Ｐへ装着する作業の推移を示している。

図５に示すように、配管Ｐの所望の加熱位置において、パチン錠８を解錠した状態で外周壁Ｐａを覆い、パチン錠８を施錠することで、配管Ｐへの装着が完了する。したがって、装着作業において作業者の熟練度も要求されず、短時間の作業が可能となる。さらに、作業場所までは、図２Ｂに示す状態で配管用加熱ヒータ１を運搬することが可能であり、運搬時の作業性が向上する。

次に、本発明の配管用加熱ヒータの連結装着について説明する。図６は、本発明の配管用加熱ヒータ１の連結装着を示す図である。図６（ａ）乃至（ｄ）は、エルボ部Ｐｃを有する配管Ｐへ本発明の配管用加熱ヒータ１を連結して装着させる推移を示す図である。

図６（ａ）に示すようなエルボ部Ｐｃを有する配管Ｐに、本発明の配管用加熱ヒータ１を装着する場合、図６（ｂ）に示すようなエルボ部Ｐｃに対応する配管用加熱ヒータ１を用意する。また、図６（ｃ）および６（ｄ）に示すように、配管Ｐの配管長に応じて、配管用加熱ヒータ１の配管Ｐの長手方向の長さのバリエーションを用意する。具体的には、配管長が３００ｍｍ（図中右側）と２００ｍｍ（図中左側）に対応するものが製作可能であるが、これに限定されるものではない。図６（ｄ）に示すように、これらの配管用加熱ヒータ１を連結することにより、エルボ部Ｐｃを有する配管Ｐを所望の範囲で加熱することが可能となる。なお、配管Ｐが図示しないバルブ等の突起物を有する場合であっても、この突起物を回避するような回避孔をシェル３等に設けることも可能である。

次に、本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能について説明する。図７は、本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能を計測する際の計測ポイントを示す図である。図７Ａは、配管用加熱ヒータ１の軸方向の計測ポイントを示す図、図７Ｂは、配管用加熱ヒータ１の円周方向の計測ポイントを示す図である。

図７Ａに示すように、加熱性能の計測の際には、配管Ｐに対して、配管長３００ｍｍに対応する配管用加熱ヒータ１（図中左）と配管長２００ｍｍに対応する配管用加熱ヒータ１（図中右）を連結させ、３００ｍｍ対応の配管用加熱ヒータ１（図中左）の接合面Ａ４から軸方向に位置Ａ１（１５０ｍｍ）、Ａ２（８５ｍｍ）、Ａ３（２０ｍｍ）および接合面Ａ４を軸方向の計測ポイントとする。

図７Ｂに示すように、加熱性能の計測の際には、配管Ｐの内周壁Ｐｂの図中最下部を基準とし、２２．５度の等間隔に、周方向時計回りに位置Ｒ１（０ｄｅｇ）、Ｒ２（２２．５ｄｅｇ）、Ｒ３（４５ｄｅｇ）、Ｒ４（６７．５ｄｅｇ）、Ｒ５（９０ｄｅｇ）、Ｒ６（１１２．５ｄｅｇ）、Ｒ７（１３５ｄｅｇ）、Ｒ８（１５７．５ｄｅｇ）およびＲ９（１８０ｄｅｇ）を周方向の計測ポイントとする。

次に、上記計測ポイントでの本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能について説明する。図８は、本発明の配管用加熱ヒータを使用しての計測データを示す図である。図８Ａは、配管Ｐの外周壁Ｐａの制御温度を１５０℃とした低温制御時の計測データ、図８Ｂは、配管Ｐの外周壁Ｐａの制御温度を１９０℃とした高温制御時の計測データを示す。

配管用加熱ヒータ１としては、上述したように、配管長３００ｍｍおよび２００ｍｍに対応した配管用加熱ヒータ１を接合し、被加熱体である配管Ｐには、具体的に薄肉ステンレス管８０Ａ（ｔ＝３ｍｍ、ＳＵＳ３０４）を使用した。また、温度計測用センサとして、Ｋ熱電対（径１ｍｍシースタイプ）と、ＰＩＤ制御機器として、ＴＣＭシリーズ（東京技術研究所社製）と、データロガーとして、ＧＬ４５０（グラフテック社製）とを使用し、計測した。

ここで、図８においては、配管用加熱ヒータ１の各測定ポイントの加熱性能を示す評価指数として、均一性（％）＝（最高温度−最低温度）／（２×平均温度）×１００を定義している。図８に示すように、配管Ｐを高温制御および低温制御したいずれの場合も、軸方向および円周方向の各計測ポイントにおいて、均一性が２％程度以下に維持されている。

これにより、本発明の配管用加熱ヒータ１によれば、装着時においてモールド５が外周壁Ｐａを与圧している状態となり、作業者の熟練度も要求せずに装着安定性が向上し、かつ隣接するシェル３の隙間が十分に小さくなる程度の再現性が得られる。また、未装着時においては、施錠状態で直方体Ｒが維持されているため、運搬時の作業性が向上し、解錠状態で各シェル３の開く角度が制限されているため、装着時の作業性も向上する。さらに、配管Ｐは、角部Ｒａと外周壁Ｐａとの間の空間７に配置された発熱体６からの輻射熱と、この空間７の空気の対流により加熱されるため、発熱体６の空間７における配置誤差の影響が少なく、配管Ｐの温度を十分な均一性を有して維持することができる。

本発明の第１の実施形態における装着時の断面を示す図 本発明の第１の実施形態における未装着時の断面を示す図 本発明の第１の実施形態における未装着時の断面を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の斜視図 本発明の配管用加熱ヒータ１の配管Ｐへの装着作業を示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の連結装着を示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能を計測する際の計測ポイントを示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能を計測する際の計測ポイントを示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能の計測データを示す図 本発明の配管用加熱ヒータ１の加熱性能の計測データを示す図

符号の説明

Ｃ 円形
Ｌａ 限界角度
Ｐ 配管
Ｐａ 外周壁
Ｒ 直方体
Ｒａ 角部
１ 配管用加熱ヒータ
２ ヒンジ
３、１３ シェル
３ａ、１３a 内壁
４、１４ 断熱材
５、１５ モールド
６ 発熱体
７ 空間
１２ 耐熱樹脂

Claims (6)

1. ヒンジを介して連結され、断面円形の配管の外周壁に該配管を囲むように装着されて、該配管に沿った多面体を形成するように構成された複数のシェルと、
   該シェルの内壁の全面に配置された断熱材と、
   前記装着時に前記外周壁に当接するように、前記内壁に配置された複数のモールドと、
   前記装着時に前記外周壁と前記多面体の角部との間に形成された空間に、前記配管の長手方向に延びるように配置された複数の発熱体とを備えてなることを特徴とする配管用加熱ヒータ。
2. 前記モールドが、前記内壁の、前記装着時に前記外周壁と最も近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の配管用加熱ヒータ。
3. 前記モールドが、前記発熱体と一体となって前記内壁の、前記装着時に前記角部の近傍位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の配管用加熱ヒータ。
4. 前記シェルは、隣接する該シェルの外壁同士が限界角度を持って外方に開き、隣接する該シェルの併せ面が当接して内方に閉じるように、前記ヒンジを介して連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配管用加熱ヒータ。
5. さらに、前記シェルが、施錠により前記多面体の形状が維持されるパチン錠を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の配管用加熱ヒータ。
6. 前記断熱材が、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から５のいずれか１項に記載の配管用加熱ヒータ。

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