KR102409471B1 - 유체 가열기 - Google Patents

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마사시 하마다
히데타카 야다
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Abstract

본 발명은, 소형화가 용이하고, 염가로 제조할 수 있으며, 또, 안정된 가열 성능을 얻는 것이며, 유체를 히터(232)에 의해 가열하는 유체 가열기(23)로서, 상기 유체를 도입하는 도입구(231a) 및 상기 유체를 도출하는 도출구(231b)를 가지는 내부 유로(231R)가 형성됨과 아울러, 소정의 축방향으로 연장하는 히터 삽입부(231H)가 형성된 가열 블록(231)을 구비하며, 상기 내부 유로(231R)가, 상기 소정의 축방향으로 연장하는 복수의 주 유로부(231R1)와, 상기 복수의 주 유로부(231R1)를 접속하는 하나 또는 복수의 접속 유로부(231R2)를 가진다.

Description

유체 가열기{FLUID HEATER}
본 발명은, 예를 들면 반도체 프로세스에 이용되는 가스의 원료가 되는 액체 재료 등의 유체를 가열하는 유체 가열기에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 성막 프로세스 등의 반도체 제조 프로세스에 이용되는 가스를 생성하는 것으로서, 액체 재료를 기화하는 기화 시스템이 이용되고 있다.
이 기화 시스템에서, 액체 재료를 가열하여 기화하는 기화기나, 해당 기화기에 도입하는 액체 재료를 예열하는 예열기 등에는, 예를 들면 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 유체가 흐르는 배관과 이 배관을 가열하는 히터를 알루미늄에 의해 주조로 구성한 가열기가 이용되고 있다.
그렇지만, 배관 및 히터를 주조로 구성하는 것에서는, 소형화하는 것이 어려우며, 고가이고, 또, 주조의 편차에 의해 배관 및 히터의 열전도성이 변화하기 때문에 충분한 가열 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2002－90077호 공보
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것이며, 소형화가 용이하며, 염가로 제조할 수 있고, 또, 안정된 가열 성능을 얻는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉 본 발명에 관한 유체 가열기는, 유체를 히터에 의해 가열하는 유체 가열기로서, 상기 유체를 도입하는 도입구 및 상기 유체를 도출하는 도출구를 가지는 내부 유로가 기계 가공에 의해 형성됨과 아울러, 소정의 축방향으로 연장하는 히터 삽입부가 형성된 가열 블록을 구비하며, 상기 내부 유로가, 상기 소정의 축방향을 따라서 연장하는 복수의 주(主) 유로부와, 상기 복수의 주 유로부를 접속하는 하나 또는 복수의 접속 유로부를 가지고, 상기 복수의 주 유로부가, 상기 히터 삽입부를 둘러싸도록 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 가열 블록에 내부 유로를 기계 가공에 의해 형성하고 있으므로, 소형화가 용이하고, 또, 염가로 제조할 수 있다. 또, 종래의 주조와 달리 제조의 편차가 작기 때문에, 안정된 가열 성능을 얻을 수 있다. 특히, 내부 유로가 히터 삽입 구멍의 축방향을 따라서 연장하는 복수의 주 유로부를 가지므로, 히터로부터의 열을 유효하게 활용하여 유체를 가열할 수 있다.
상기 하나 또는 복수의 접속 유로부가, 상기 복수의 주 유로부의 길이 방향 단부끼리를 접속하는 것에 의해, 상기 내부 유로가, 상기 도입구로부터 상기 도출구에 이르기까지 복수회 꺽인 유로로 되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성이면, 가열 블록에서의 내부 유로의 유로 길이를 길게 할 수 있고, 유체와의 열교환 면적을 크게 할 수 있어, 가열 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 도입구에 가장 가까운 최상류측의 주 유로부와, 상기 도출구에 가장 가까운 최하류측의 주 유로부와의 사이에, 상기 최상류측 및 상기 최하류측 이외의 주 유로부(이하, '중류측의 주 유로부'라고도 함) 중 적어도 하나, 또는 상기 히터 삽입부가 위치하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성이면, 가열 초기의 비교적 저온의 유체가 흐르는 최상류측의 주 유로부와, 가열 후기의 비교적 고온의 유체가 흐르는 최하류측의 주 유로부와의 사이에, 중류측의 주 유로부 중 적어도 하나, 또는 상기 히터 삽입부가 위치하도록 구성되어 있으므로, 최하류측의 주 유로부를 흐르는 유체가, 최상류측의 주 유로부를 흐르는 유체에 의해서 차갑게 되는 것을 막을 수 있다.
상기 도출구가 상기 도입구보다도 상측에 형성되어 있고, 상기 내부 유로가, 상기 도입구로부터 상기 도출구에 이르기까지 수평 방향으로 또는 하류측을 향해 상향으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성이면, 내부 유로를 흐르는 유체에 포함되는 기포가, 내부 유로에 머무르지 않고, 내부 유로를 흐르는 유체와 함께 도출구로부터 도출된다. 이것에 의해, 내부 유로를 흐르는 유체를 효율 좋게 가열할 수 있다. 또, 기포가 성장하여 큰 기포가 되고, 그 큰 기포가 하류측으로 흘러 버리면, 공급량 제어 기기의 공급량 제어에 영향을 주어 버리지만, 상기 구성에 의해 이것을 방지할 수 있다.
상기 소정의 축방향이 수평 방향이며, 상기 하나 또는 복수의 접속 유로부가, 하류측을 향해서 상향으로 경사져 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성이면, 주 유로부가 수평 방향으로 연장하고 있고, 하나 또는 복수의 접속 유로부가, 상향으로 경사져 형성되어 있으므로, 내부 유로를 흐르는 유체에 포함되는 기포가 도출구로부터 도출된다.
상기 가열 블록이, 개략 기둥 형상을 이루는 것이며, 상기 주 유로부 중 하나가 상기 가열 블록의 길이 방향 일단면(一端面)에 개구하여 상기 도입구를 가지고 있고, 상기 주 유로부 중 다른 하나가 상기 길이 방향 일단면에 개구하여 상기 도출구를 가지고 있는 것이 바람직하다.
이 구성이면, 가열 블록에 기계 가공에 의해 주 유로부를 형성하는 것만으로, 도입구 및 도출구를 형성할 수 있어, 제조를 용이하게 할 수 있다. 또, 가열 블록의 길이 방향 일단면에 도입구 및 도출구를 형성함으로써, 매니폴드 블록에 가열 블록의 길이 방향 일단면을 장착하는 것만으로, 매니폴드 블록의 내부 유로와, 가열 블록의 내부 유로를 접속할 수 있어, 배관 구성을 불필요하게 할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 가열 블록에 내부 유로를 기계 가공에 의해 형성하고 있으므로, 소형화가 용이하고, 또, 염가로 제조할 수 있다. 또, 종래의 주조와 달리 제조의 편차가 작기 때문에, 안정된 가열 성능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 기화 시스템의 구성을 나타내는 모식도.
도 2는 본 실시 형태의 예열기의 사시도.
도 3은 본 실시 형태의 예열기의 피장착면으로부터 본 평면도, 및 측면도.
이하에 본 발명에 관한 기화 시스템의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 기화 시스템(100)은, 예를 들면 반도체 제조 라인 등에 조립되어 반도체 제조 프로세스를 행하는 챔버에 소정 유량의 가스를 공급하기 위한 것이며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체 원료를 기화하는 기화부(2)와, 해당 기화부(2)에 의해 기화된 가스의 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(3)를 구비하고 있다.
상기 기화부(2)는, 액체 재료를 베이킹 방식에 의해 기화하는 기화기(21)와, 해당 기화기(21)로의 액체 재료의 공급량을 제어하는 공급량 제어 기기(22)와, 상기 기화기(21)에 공급되는 액체 재료를 소정의 온도로 예열하는 예열기(23)를 구비하고 있다.
이들 기화기(21), 공급량 제어 기기(22) 및 예열기(23)는, 내부에 유로가 형성된 보디 유닛(B1)(이하, '제1 보디 유닛(B1)'라고 함)의 일면에 설정된 기기 장착면(B1x)에 장착되어 있다. 여기서 제1 보디 유닛(B1)은, 예를 들면 스테인리스강 등의 금속제이며, 길이 방향을 가지는 개략 기둥 형상(구체적으로는 개략 직방체 형상)을 이루는 것이며, 상기 기기 장착면(B1x)은, 길이 방향을 가지는 직사각형 모양을 이루는 면이다. 또, 본 실시 형태의 제1 보디 유닛(B1)은, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향)을 향하도록 반도체 제조 라인 등에 설치된다.
구체적으로 상기 예열기(23), 상기 공급량 제어 기기(22) 및 상기 기화기(21)는, 상기 기기 장착면(B1x)에 길이 방향을 따라서 일렬로 장착되어 있다. 또, 상기 예열기(23), 상기 공급량 제어 기기(22) 및 상기 기화기(21)는, 상류측으로부터 이 순서대로, 상기 제1 보디 유닛(B1)에 형성된 내부 유로(R1~R4)에 의해 직렬적으로 접속된다. 또, 제1 보디 유닛(B1)의 내부에는, 상기 내부 유로(R1~R4)를 흐르는 액체 재료를 가열하기 위한 히터(H1)가 마련되어 있다. 또, 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R1)의 상류측 개구는, 제1 보디 유닛(B1)의 길이 방향 일단면(一端面)에 마련된 액체 재료 도입 포트(P1)에 연결되어 있다.
상기 기화기(21)는, 내부에 액체 재료를 저류(貯留)하는 공간을 가지는 기화 탱크인 저류 용기(211)와, 해당 저류 용기(211)에 마련되어 액체 재료를 기화시키기 위한 기화 히터(212)를 가진다.
상기 저류 용기(211)는, 상기 제1 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 장착되는 피장착면(211x)을 가진다. 본 실시 형태의 저류 용기(211)는, 예를 들면 길이 방향을 가지는 개략 기둥 형상을 이루는 것이며, 길이 방향 일단면이 상기 피장착면(211x)으로 되어 있다. 구체적으로는, 개략 직방체 형상을 이루는 것이다. 그리고, 본 실시 형태의 저류 용기(211)는, 그 길이 방향이 수평 방향을 향하도록 반도체 제조 라인 등에 설치된다.
이 피장착면(211x)에는, 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R3)로부터의 액체 재료를 도입하기 위한 도입구 및 기화한 가스를 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R4)에 도출하기 위한 도출구가 형성되어 있다. 그리고, 상기 저류 용기(211)의 피장착면(211x)을, 상기 제1 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 장착하는 것에 의해서, 피장착면(211x)에 형성된 도입구가, 기기 장착면(B1x)에 형성된 내부 유로(R3)의 개구(하류측 개구)와 연통하고, 피장착면(211x)에 형성된 도출구가, 기기 장착면(B1x)에 형성된 내부 유로(R4)의 개구(상류측 개구)와 연통한다.
또, 상기 저류 용기(211)에는, 저류된 액체 재료의 저류량을 검지하기 위한 액면(液面) 센서(213)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 저류 용기(211)의 상벽으로부터 내부로 끼워 넣어져 마련되어 있다.
상기 기화 히터(212)는, 상기 저류 용기(211)의 벽부(예를 들면 하벽부)에 삽입하여 마련되어 있으며, 구체적으로는, 상기 피장착면(211x)과는 반대측의 면(길이 방향 타단면)으로부터 제1 보디 유닛(B1)을 향해(길이 방향을 따라서) 삽입하여 마련되어 있다.
공급량 제어 기기(22)는, 상기 기화기(21)로의 액체 재료의 공급 유량을 제어하는 제어 밸브이며, 본 실시 형태에서는, 전자 개폐 밸브이다. 이 전자 개폐 밸브(22)는, 상기 제1 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 형성된 내부 유로(R2)의 개구(하류측 개구) 및 내부 유로(R3)의 개구(상류측 개구)를 덮도록 장착되어 있다. 구체적으로는, 전자 개폐 밸브(22)의 도시하지 않은 밸브 본체가, 상기 기기 장착면(B1x)에 형성된 내부 유로(R2)의 개구(하류측 개구) 및 내부 유로(R3)의 개구(상류측 개구)를 개방 또는 폐색하도록 구성되어 있다.
그리고, 도시하지 않은 제어 기기가, 상기 저류 용기(211)에 마련된 액면 센서(213)로부터의 검지 신호에 근거하여, 상기 저류 용기(211)에 저류되는 액체 재료가 상시 소정량이 되도록 상기 전자 개폐 밸브(22)를 ON/OFF 제어한다. 이것에 의해, 기화 운전시에, 액체 재료가 단속적으로 기화기(21)에 공급되게 된다. 여기서, ON/OFF 제어에 의해 단속적으로 공급하여 액체 재료의 공급 유량을 제어함으로써, 매스 플로우 컨트롤러 등을 이용하여 연속적으로 액체 재료의 공급 유량을 제어하는 구성에 비해, 기화부(2)를 소형화할 수 있다.
예열기(23)는, 내부에 액체 재료가 흐르는 내부 유로(231R)가 기계 가공에 의해 형성된 예열 블록(가열 블록)(231)과, 해당 예열 블록(231)에 마련되어 액체 재료를 예열하기 위한 예열 히터(가열 히터)(232)를 가진다.이 예열기(23)에 의해서, 액체 재료는 기화 직전의 온도(비점(沸点) 미만)까지 가열된다.
상기 예열 블록(231)은, 상기 제1 보디 유닛(B1)으로의 피장착면(231x)을 가진다. 본 실시 형태의 예열 블록(231)은, 예를 들면 길이 방향을 가지는 개략 기둥 형상을 이루는 것이며, 길이 방향 일단면이 상기 피장착면(231x)으로 되어 있다. 구체적으로는, 개략 직방체 형상을 이루는 것이다. 그리고, 본 실시 형태의 예열 블록(231)은, 그 길이 방향이 수평 방향을 향하도록 반도체 제조 라인 등에 설치된다.
또, 예열 블록(231)에는, 그 길이 방향 타단면의 중앙부로부터 길이 방향을 따라서 예열 히터(232)를 삽입하기 위한 히터 삽입 구멍(231H)이 기계 가공에 의해 형성되어 있다. 구체적으로 히터 삽입 구멍(231H)은, 소정의 축방향(본 실시 형태에서는 수평 방향)으로 연장하는 직선 모양을 이루는 바닥 구비 구멍이며, 예를 들면 드릴 가공 등의 절삭 가공에 의해 형성된 것이다.
이 피장착면(231x)에는, 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R1)로부터의 액체 재료를 도입하기 위한 도입구(231a) 및 예열한 액체 재료를 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R2)에 도출하기 위한 도출구(231b)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 예열 블록(231)의 피장착면(231x)을, 상기 제1 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 장착하는 것에 의해서, 피장착면(231x)에 형성된 도입구(231a)가, 기기 장착면(B1x)에 형성된 유로(R1)의 개구(하류측 개구)와 연통하고, 피장착면(231x)에 형성된 도출구(231b)가, 기기 장착면(B1x)에 형성된 유로(R2)의 개구(상류측 개구)와 연통한다.
상기 예열 히터(232)는, 상기 예열 블록(231)에 형성된 히터 삽입 구멍(231H)에 삽입됨으로써, 상기 예열 블록(231)에서 상기 피장착면(231x)과는 반대측의 면(길이 방향 타단면)으로부터 제1 보디 유닛(B1)을 향해서(길이 방향을 따라서) 마련되어 있다.
이 예열 블록(231)에서, 특히 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 액체 재료가 흐르는 내부 유로(231R)는, 소정의 축방향(길이 방향)을 따라서 연장하는 복수의 길이 방향 유로부(주(主) 유로부)(231R1)와, 상기 복수의 길이 방향 유로부(231R1)를 접속하는 하나 또는 복수의 접속 유로부(231R2)를 가지고 있다.
복수의 길이 방향 유로부(231R1)는, 상기 히터 삽입부(231H)의 주위에 상기 히터 삽입부(231H)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 4개의 길이 방향 유로부(231R1(X1~X4))를 가지고 있다. 이 길이 방향 유로부(231R1)는, 히터 삽입 구멍(231H)과 대략 평행하게 연장하는 직선 모양을 이루며, 예열 블록(231)의 피장착면(231x)으로부터 예를 들면 드릴 가공 등의 절삭 가공에 의해 형성된 것이다. 또, 본 실시 형태에서는, 상기 길이 방향 유로부(231R1)는, 히터 삽입 구멍(231H)의 선단보다도 길이 방향 타단측까지 연장하여 마련되어 있다(도 3의 측면도 참조).
또, 하나 또는 복수의 접속 유로부(231R2)는, 서로 이웃하는 길이 방향 유로부(231R1)의 길이 방향 단부끼리를 접속하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 길이 방향 유로부(231R1)가 4개이기 때문에, 3개의 접속 유로부(231R2(Y1~Y3))를 가지고 있다. 이 접속 유로부(231R2)는, 길이 방향에 직교하는 방향으로 연장하는 직선 모양을 이루는 것이다. 이 접속 유로부(231R2)는, 예열 블록(231)의 측면으로부터 예를 들면 드릴 가공 등의 절삭 가공에 의해 형성되며, 그 측면의 개구를 덮개체(미도시)에 의해 폐색하는 것에 의해 형성할 수 있다. 그 외, 예열 블록(231)의 길이 방향 단면(端面)에, 2개의 길이 방향 유로부(231R1)가 개구하도록 오목부를 형성하고, 해당 오목부를 덮개체에 의해 막는 것에 의해서, 2개의 길이 방향 유로부(231R1)를 접속하는 접속 유로부(231R2)를 형성할 수 있다.
그리고, 이들 복수의 길이 방향 유로부(231R1) 및 복수의 접속 유로부(231R2)에 의해, 상기 예열 블록(231)의 내부에 예열 히터(232)의 주위를 둘러싸도록 길이 방향 일단 및 타단의 사이에서 하나 또는 복수회 꺾여서 왕복하는 유로가 형성된다. 구체적으로는, 상기 복수의 접속 유로부(231R2)가, 복수의 길이 방향 유로부(231R1)의 길이 방향 단부끼리를 접속하는 것에 의해, 내부 유로(231R)가 도입구(231a)로부터 도출구(231b)에 이르기까지 단일 유로가 되도록 구성되어 있다.
게다가, 상기 길이 방향 유로부(231R1) 중 하나가, 예열 블록(231)의 길이 방향 일단면(231x)(피장착면)에 개구함으로써 상기 도입구(231a)를 가지고 있다. 즉, 이 길이 방향 유로부(231R1(X1))가, 예열 블록(231) 내에서 최상류측의 길이 방향 유로부가 된다.
상기 길이 방향 유로부(231R1) 중 다른 하나가, 상기 길이 방향 일단면(231x)(피장착면)에 개구함으로써 상기 도출구(231b)를 가지고 있다. 즉, 이 길이 방향 유로부(231R1(X4))가, 예열 블록(231) 내에서 최하류측의 길이 방향 유로부가 된다.
그리고, 예열 블록(231)의 길이 방향 일단면(231x)에서, 상기 도출구(231b)가 상기 도입구(231a)보다도 상측에 형성되어 있다. 구체적으로는, 도입구(231a)와 도출구(231b)가 히터 삽입 구멍(231H)를 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 즉, 도입구(231a)에 가장 가까운 최상류측의 길이 방향 유로부(231R1)와, 도출구(231b)에 가장 가까운 최하류측의 길이 방향 유로부(231R1)가, 히터 삽입부(231H)를 사이에 두고 대향 배치되어 있다.
게다가, 본 실시 형태의 예열 블록(231)에서, 상기 내부 유로(231R)가, 상기 도입구(231a)로부터 상기 도출구(231b)에 이르기까지 수평 방향으로 또는 하류측을 향해 상향으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 예열 블록(231)의 길이 방향이 수평 방향이 되도록 옆으로 눕혀서 장착되기 때문에, 복수의 길이 방향 유로부(231R1)가 수평 방향으로 형성되고, 상기 복수의 접속 유로부(231R2)가, 하류측을 향해 연직 상향으로 경사져 형성되게 된다.
상세하게는, 본 실시 형태의 예열 블록(231)에서는, 복수의 길이 방향 유로부(231R1)는, 서로 높이 위치가 다르도록 형성되어 있고, 복수의 접속 유로부(231R2)는, 높이 방향에서 서로 인접하는 2개의 길이 방향 유로부(231R1)의 길이 방향 단부끼리를 접속하도록 형성되어 있다. 도 2 및 도 3에 나타내는 예열 블록(231)에서는, 4개의 길이 방향 유로부(231R1)를 하측으로부터 순서대로, X1, X2, X3, X4로 하고, 3개의 접속 유로부(231R2)를, Y1, Y2, Y3로 하면, 1번째의 접속 유로부 Y1가, 길이 방향 유로부 X1 및 X2의 길이 방향 타단부끼리를 접속하고, 2번째의 접속 유로부 Y2가, 길이 방향 유로부 X2 및 X3의 길이 방향 일단부끼리를 접속하며, 3번째의 접속 유로부 Y3가, 길이 방향 유로부 X3 및 X4의 길이 방향 타단부를 접속한다. 이것에 의해, 예열 블록(231)을 피장착면(231x)으로부터 볼 때에, 접속 유로부(231R2(Y1~Y3))가, 도입구(231a)로부터 도출구(231b)를 향해 지그재그 모양으로 형성된다(도 3의 평면도 참조). 또, 이것에 의해, 복수의 길이 방향 유로부(231R1(X1~X4))를 흐르는 액체 재료의 온도가, 하측의 길이 방향 유로부(231R1)로부터 상측의 길이 방향 유로부(231R1)로 감에 따라 순서대로 높아진다, 즉, 「X1를 흐르는 액체 재료의 온도」＜「X2를 흐르는 액체 재료의 온도」＜「X3를 흐르는 액체 재료의 온도」＜「X4를 흐르는 액체 재료의 온도」가 된다.
이상과 같이 구성한 기화부(2)에 의해, 액체 재료 도입 포트(P1)로부터 도입된 액체 재료는, 예열기(23)의 예열 블록(231)의 내부 유로(231R)를 흐르는 것에 의해, 소정 온도까지 예열된다. 이 예열기(23)에 의해 예열된 액체 재료는, 공급량 제어 기기인 전자 개폐 밸브(22)의 ON/OFF 제어에 의해, 기화기(21)에 단속적으로 도입된다. 그리고, 기화기(21)에서는 액체 재료가 상시 저류된 상태가 되고, 전자 개폐 밸브(22)의 ON/OFF 제어에 영향을 받지 않게 되며, 해당 액체 재료가 기화되어 그 기화 가스가 연속적으로 생성되어, 매스 플로우 컨트롤러(3)에 연속적으로 도출된다.
다음으로, 매스 플로우 컨트롤러(3)에 대해 설명한다.
매스 플로우 컨트롤러(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유로를 흐르는 기화 가스의 유량을 검지하는 유량 검지 기기(31)와, 유로를 흐르는 기화 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(32)를 구비하고 있다.
유량 검지 기기(31)는, 유로에 마련된 유체 저항(313)의 상류측의 압력을 검출하는 예를 들면 정전 용량형의 제1 압력 센서(311) 및 상기 유체 저항(313)의 하류측의 압력을 검출하는 예를 들면 정전 용량형의 제2 압력 센서(312)이다.
유량 제어 밸브(32)는, 상기 기화기(21)에 의해 생성된 기화 가스의 유량을 제어하는 제어 밸브이며, 본 실시 형태에서는, 피에조 밸브이다.
이들 유량 검지 기기(31) 및 유량 제어 밸브(32)는, 내부에 유로(R5, R6)가 형성된 보디 유닛(B2)(이하, '제2 보디 유닛(B2)'이라고 함)에 장착되어 있다. 또, 유량 제어 밸브(32)의 상류측에, 상류측 압력 센서(34) 및 개폐 밸브(35)가 마련되어 있다. 또, 제2 보디 유닛(B2)에는 히터(H2)가 마련되어 있고, 내부 유로(R6)의 하류측 개구는 기화 가스 도출 포트(P2)에 연결되어 있다. 이 상기 제2 보디 유닛(B2)은, 상기 기화부(2)의 제1 보디 유닛(B1)에 연결되어 본체 블록(B)을 구성한다. 이 본체 블록(B)에는, 해당 본체 블록(B)의 일면에 장착된 기기를 수용하는 케이스(C)가 장착되어 있다. 또, 부호 CN은, 외부의 제어 기기와 접속하기 위한 커넥터이다.
본 실시 형태의 기화 시스템(100)에 의하면, 예열 블록(231)에 내부 유로(231R) 및 히터 삽입부(231H)를 기계 가공에 의해 형성하고 있으므로, 소형화가 용이하고, 또, 염가로 제조할 수 있다. 또, 종래의 주조와 달리 제조의 편차가 작기 때문에, 안정된 가열 성능을 얻을 수 있다. 특히, 내부 유로(231R)가 히터 삽입 구멍(231H)의 축방향을 따라서 연장하는 복수의 길이 방향 유로부(231R1)를 가지므로, 예열 히터(232)로부터의 열을 유효하게 활용하여 액체 재료를 가열할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 의하면, 내부 유로(231R)가, 복수의 길이 방향 유로부(231R1) 및 복수의 접속 유로부(231R2)에 의해 상기 도입구(231a)로부터 상기 도출구(231b)에 이르기까지 단일 유로가 되도록 구성되어 있으므로, 예열 블록(231)내의 내부 유로(231R)의 유로 길이를 길게 할 수 있고, 액체 재료와의 열교환 면적을 크게 할 수 있어, 가열 성능을 향상시킬 수 있다.
게다가, 본 실시 형태에 의하면, 가열 초기의 비교적 저온의 액체 재료가 흐르는 최상류측의 길이 방향 유로부(231R1(X1))와, 가열 후기의 비교적 고온의 유체가 흐르는 최하류측의 길이 방향 유로부(231R1(X4))가, 히터 삽입부(231H)를 사이에 두고 대향 배치되어 있으므로, 최하류측의 길이 방향 유로부(231R1(X1))를 흐르는 액체 재료가, 최상류측의 길이 방향 유로부(231R1(X4))를 흐르는 액체 재료에 의해서 차갑게 되는 것을 막을 수 있다.
게다가, 도출구(231b)가 도입구(231a)보다도 상측에 형성되어 있고, 내부 유로(231R)가, 상기 도입구(231a)로부터 상기 도출구(231b)에 이르기까지 수평 방향으로 또는 하류측을 향해 상향으로 형성되어 있으므로, 기포가 내부 유로(231R)에 머무르지 않고, 내부 유로(231R)를 흐르는 액체 재료와 함께 도출구(231b)로부터 도출된다. 이것에 의해, 내부 유로(231R)를 흐르는 액체 재료를 효율 좋게 가열할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 예열기(23)를 이용함으로써, 저류 용기(기화 탱크)(211)에 액체 재료를 공급해도, 저류 용기(211)의 온도 변화가 적어 온도를 일정하게 유지하기 쉽게 할 수 있다. 따라서, 소형의 기화기(21)라도 안정적으로 대유량 기화가 가능하게 된다.
게다가, 예열 블록(231)의 피장착면(231x)으로부터 길이 방향을 따라서 길이 방향 유로부(231R1)를 기계 가공에 의해 형성함으로써, 도입구(231a) 및 도출구(231b)를 형성할 수 있어, 제조를 용이하게 할 수 있다. 또, 예열 블록(231)의 피장착면(231x)에 도입구(231a) 및 도출구(231b)를 형성함으로써, 제1 보디 유닛(B1)에 예열 블록(231)의 피장착면(231x)을 장착하는 것만으로, 제1 보디 유닛(B1)의 내부 유로(R1, R2)와, 예열 블록(231)의 내부 유로(231R)1를 접속할 수 있어, 배관 구성을 불필요하게 할 수 있다.
그 외, 본 실시 형태에서는, 제1 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 기화기(21) 및 공급량 제어 기기(22)를 장착하는 것에 의해, 그들이 제1 보디 유닛(B1)의 유로(R1~R4)를 통해서 서로 연결되므로, 기화기(21) 및 공급량 제어 기기(22)의 사이의 배관을 불필요하게 할 수 있어, 기화 시스템(100)을 소형화할 수 있다. 또, 기화기(21) 및 공급량 제어 기기(22)가 각각 기기 장착면(B1x)에 장착되므로, 기화기(21)의 내부에 공급량 제어 기기(22)를 장착하기 위한 유로를 형성할 필요가 없어, 기화기(21)의 구성을 간단화할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 길이 방향 유로부가 히터 삽입 구멍의 중심축과 대략 평행하게 형성된 경우를 나타내고 있지만, 길이 방향 유로부가 히터 삽입 구멍의 중심축에 대해 경사져 형성된 것이라도 좋다. 이 경우, 내부 유로에서의 기포의 체류를 방지할 수 있도록, 상기 실시 형태의 접속 유로부와 마찬가지로, 하류측을 향해 상향으로 형성된 것인 것이 바람직하다. 또, 길이 방향 유로부가, 하류측을 향해 상향으로 형성된 것인 경우, 접속 유로부는, 수평 방향을 따라서 형성된 것이라도 좋고, 하류측을 향해 상향으로 형성된 것이라도 좋다. 그 외, 예열 블록의 도입구로부터 도출구에 이르기까지, 내부 유로가 수평 방향으로 또는 하류측을 향해 상향으로 형성된 것이면, 내부 유로에서의 기포의 체류를 방지할 수 있으며, 길이 방향 유로부 및 접속 유로부의 방향은 특별히 한정되지 않고, 여러 가지의 형태로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태의 예열 블록은, 단일의 내부 유로를 가지고 있지만, 도중(途中)에서 분기 또는 합류한 것이라도 좋고, 서로 독립한 복수의 내부 유로를 가지는 것이라도 좋다.
게다가, 상기 실시 형태의 예열 블록은, 길이 방향 유로부가 도입구 및 도출구를 가지는 것이었지만, 접속 유로부 또는 길이 방향 유로부에 접속되는 그 외의 유로부가 도입구 및 도출구를 가지는 것이라도 좋다.
게다가, 상기 실시 형태의 예열 블록 및 저류 용기는, 개략 직방체 형상을 이루는 것 외에, 그 외의 기둥 형상이라도 좋다. 예를 들면 상기 예열 블록이 개략 원기둥 형상을 이루는 것이라도 괜찮다. 구체적으로는 예열 블록(231)이, 개략 원기둥 형상을 이루며, 해당 원기둥 형상의 길이 방향 일단측에 플랜지부가 마련된 구성으로 할 수 있다. 이 플랜지부의 단면(端面)이 피장착면(231x)이 된다. 그리고, 이 플랜지부에는, 보디 유닛(B1)의 기기 장착면(B1x)에 나사 고정하기 위한 관통공(클리어런스 홀(clearance hole))이 형성되어 있다. 이것에 의해, 예열 블록(231)을 보디 유닛(B1)에 장착하는 작업의 작업성을 향상시킬 수 있다. 또, 예열 블록(231)을 개략 원기둥 모양으로 함으로써, 예열 블록의 외표면적을 작게 할 수 있어, 방열을 저감할 수 있다.
게다가, 상기 실시 형태의 예열 블록은, 그 길이 방향이 수평 방향을 향해서 배치되는 것이었지만, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향) 또는 연직 방향으로부터 경사진 방향을 향해서 배치되는 것이라도 좋다. 이 경우, 예열 블록의 히터 삽입 구멍은, 상하 방향 또는 상기 경사진 방향을 따라서 연장하게 되며, 예열 블록의 내부 유로는, 상하 방향 또는 경사진 방향에서 하나 또는 복수회 왕복하는 유로가 된다.
또, 상기 최상류측의 길이 방향 유로부와, 상기 최하류측의 길이 방향 유로부가 히터 삽입부를 사이에 두고 대향 배치되어 있는 구성 외에, 최상류측의 길이 방향 유로부와 최하류측의 길이 방향 유로부가 서로 이웃하지 않는 구성이며, 또, 최상류측의 길이 방향 유로부와 최하류측의 길이 방향 유로부와의 사이에, 중류측의 길이 방향 유로부 중 적어도 하나 또는 히터 삽입부가 위치하는 구성이면 좋다.즉, 상기 실시 형태와 같이, 최상류측의 길이 방향 유로부와 최하류측의 길이 방향 유로부를 연결하는 직선 상에 히터 삽입부가 위치하는 것 외에, 상기 직선 상에 상기 중류측의 길이 방향 유로부 중 적어도 하나가 위치하는 구성이라도 좋다. 또, 최상류측의 길이 방향 유로부와 최하류측의 길이 방향 유로부와의 사이에서, 상기 직선 상에 상기 중류측의 길이 방향 유로부 또는 히터 삽입부가 위치하지 않은 경우라도 괜찮다. 이 경우, 히터 삽입부의 주위에서, 원주 방향으로 상기 최상류측의 길이 방향 유로부와 최하류측의 길이 방향 유로부와의 사이에 중류측의 길이 방향 유로부가 위치하는 구성이 된다.
상기 실시 형태에서는, 내부 유로 및 히터 삽입부가 기계 가공에 의해 형성되어 있지만, 예를 들면 주조에 의해 히터 삽입부를 가지는 가공 블록을 형성함과 아울러, 해당 가공 블록에 기계 가공에 의해 내부 유로를 형성하도록 해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 본체 블록(B(B1, B2))은, 그 길이 방향이 상하 방향(연직 방향)을 향하도록 설치된 것이었지만, 상기 길이 방향이 좌우 방향(수평 방향)을 향하도록 설치된 것이라도 좋다.
게다가, 상기 실시 형태에서는, 기화 시스템의 예열기에 본 발명의 유체 가열기를 이용한 예를 나타냈지만, 기화 시스템의 기화기에 이용한 것이라도 괜찮다.
게다가, 본 발명의 유체 가열기는, 기화 시스템의 액체 재료를 가열하는 가열기 외에, 그 외의 액체를 가열하는 액체 가열기에 적용해도 좋고, 가스를 가열하는 가스 가열기에 적용해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 본체 블록이, 제1 보디 유닛 및 제2 보디 유닛을 접속하여 구성된 것이었지만, 단일의 블록으로 구성된 것이라도 괜찮다. 이 경우, 본체 블록에 마련되는 히터(H1) 및 히터(H2)를 단일의 히터로 구성해도 좋다. 그리고, 해당 단일의 히터 내에서 온도를 다르게 하는 것에 의해서, 매스 플로우 컨트롤러(3)측을 기화부(2)측 보다도 고온으로 하는 등의 온도 컨트롤을 할 수 있다. 예를 들면, 단일의 히터의 내부에 저항값을 변화시키는 것에 의해서 실현할 수 있다. 또, 단일의 히터와 매스 플로우 컨트롤러(3)측의 기기 장착면과의 사이의 거리와, 단일의 히터와 기화부(2)측의 기기 장착면과의 사이의 거리를 서로 다르게 하는 것에 의해서, 매스 플로우 컨트롤러(3)측을 기화부(2)측 보다도 고온으로 하는 등의 온도 컨트롤을 할 수도 있다.
또, 상기 실시 형태의 기화 시스템은, 매스 플로우 컨트롤러를 가지지 않고, 적어도 기화기 및 공급량 제어 기기를 가지는 것이라도 괜찮다.
게다가, 상기 실시 형태의 기화 시스템은, 기화부 및 매스 플로우 컨트롤러가 단일의 케이스에 수용된 일체형의 것이었지만, 기화부 및 매스 플로우 컨트롤러가 별체이며, 기화부의 보디 유닛과 매스 플로우 컨트롤러의 보디 유닛을 접속 배관에 의해 접속한 구성으로 해도 좋다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
100 - 기화 시스템 2 - 기화부
21 - 기화기 22 - 공급량 제어 기기
23 - 예열기(유체 가열기) 231 - 예열 블록(가열 블록)
231x - 피장착면(길이 방향 일단면) 231H - 히터 삽입 구멍
231R - 내부 유로 231a - 도입구
231b - 도출구 231R1 - 길이 방향 유로부(주 유로부)
231R2 - 접속 유로부 232 - 예열 히터

Claims (7)

  1. 유체를 히터에 의해 가열하는 유체 가열기로서,
    상기 유체를 도입하는 도입구 및 상기 유체를 도출하는 도출구를 가지는 내부 유로가 기계 가공에 의해 형성됨과 아울러, 소정의 축방향으로 연장하는 바닥 구비의 히터 삽입 구멍이 형성된 가열 블록을 구비하며,
    상기 내부 유로가, 상기 소정의 축방향을 따라서 연장하는 복수의 주(主) 유로부와, 상기 복수의 주 유로부를 접속하는 하나 또는 복수의 접속 유로부를 가지고,
    상기 복수의 주 유로부가, 상기 히터 삽입 구멍을 둘러싸도록 마련되어 있으며,
    상기 도입구 및 상기 도출구는, 상기 가열 블록의 길이 방향 일단면에 형성되어 있고,
    상기 길이 방향 일단면은, 내부 유로가 형성된 보디 유닛에 장착되는 피장착면이며, 상기 피장착면을 상기 보디 유닛에 장착하는 것에 의해서, 상기 도입구 및 상기 도출구가 상기 보디 유닛의 내부 유로와 연통하고,
    상기 히터 삽입 구멍은, 상기 가열 블록의 길이 방향 타단면에 형성되어 있고,
    상기 히터는, 상기 가열 블록의 길이 방향 타단면으로부터 상기 도입구 및 상기 도출구를 향해서 길이 방향을 따라 삽입되어 있는 유체 가열기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 또는 복수의 접속 유로부가, 상기 복수의 주 유로부의 길이 방향 단부끼리를 접속하는 것에 의해, 상기 내부 유로가, 상기 도입구로부터 상기 도출구에 이르기까지 복수회 꺽인 유로로 되어 있는 유체 가열기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 도입구에 가장 가까운 최상류측의 주 유로부와, 상기 도출구에 가장 가까운 최하류측의 주 유로부와의 사이에, 상기 최상류측 및 상기 최하류측 이외의 주 유로부 중 적어도 하나, 또는 상기 히터 삽입 구멍이 위치하도록 구성되어 있는 유체 가열기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도출구가 상기 도입구보다도 상측에 형성되어 있고,
    상기 내부 유로가, 상기 도입구로부터 상기 도출구에 이르기까지 수평 방향으로 또는 하류측을 향해 상향으로 형성되어 있는 유체 가열기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 블록이, 개략 기둥 형상을 이루는 것이며,
    상기 주 유로부 중 하나가 상기 가열 블록의 길이 방향 일단면(一端面)에 개구하여 상기 도입구를 가지고 있고,
    상기 주 유로부 중 다른 하나가 상기 길이 방향 일단면에 개구하여 상기 도출구를 가지고 있는 유체 가열기.
  6. 유체를 히터에 의해 가열하는 유체 가열기에 이용되는 가열 블록으로서,
    상기 유체를 도입하는 도입구 및 상기 유체를 도출하는 도출구를 가지는 내부 유로가 기계 가공에 의해 형성됨과 아울러, 소정의 축방향으로 연장하는 바닥 구비의 히터 삽입 구멍이 형성되어 있으며,
    상기 내부 유로가, 상기 소정의 축방향을 따라서 연장하는 복수의 주 유로부와, 상기 복수의 주 유로부를 접속하는 하나 또는 복수의 접속 유로부를 가지고,
    상기 복수의 주 유로부가, 상기 히터 삽입 구멍을 둘러싸도록 마련되어 있으며,
    상기 도입구 및 상기 도출구는, 상기 가열 블록의 길이 방향 일단면에 형성되어 있고,
    상기 길이 방향 일단면은, 내부 유로가 형성된 보디 유닛에 장착되는 피장착면이며, 상기 피장착면을 상기 보디 유닛에 장착하는 것에 의해서, 상기 도입구 및 상기 도출구가 상기 보디 유닛의 내부 유로와 연통하고,
    상기 히터 삽입 구멍은, 상기 가열 블록의 길이 방향 타단면에 형성되어 있고,
    상기 히터는, 상기 가열 블록의 길이 방향 타단면으로부터 상기 도입구 및 상기 도출구를 향해서 길이 방향을 따라 삽입되어 있는 가열 블록.
  7. 액체 재료를 가열하여 기화하는 기화기와,
    상기 기화기에 공급되는 액체 재료를 예열하는 예열기를 구비하며,
    상기 예열기가, 청구항 1에 기재된 유체 가열기를 이용하여 구성되어 있는 기화 시스템.
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