WO2010079599A1

WO2010079599A1 - 流体搬送装置

Info

Publication number: WO2010079599A1
Application number: PCT/JP2009/050130
Authority: WO
Inventors: 久明山蔭; 義人山田; 雅人花田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2011-07-08
Also published as: JP5238042B2; JPWO2010079599A1

Abstract

　配管の全体を高精度に温度管理できる流体搬送装置（２０）を提供する。流体搬送装置（２０）は、第一配管（２ａ）および第二配管（２ｂ）を連結する連結部（１３）と、第一配管（２ａ）の外周部を覆う第一外管（３ａ）と、第二配管（２ｂ）の外周部を覆う第二外管（３ｂ）と、連結部（１３）、第一外管（３ａ）および第二外管（３ｂ）の連結部（１３）側の端部（１７ａ，１７ｂ）を覆う伝熱ブロック（８ａ）と、伝熱ブロック（８ａ）に熱的に接触する加熱部（９ａ）を備える。第一配管（２ａ）および第一外管（３ａ）の間には第一空間（２２ａ）が形成され、第二配管（２ｂ）および第二外管（３ｂ）の間には第二空間（２２ｂ）が形成されている。第一空間（２２ａ）および第二空間（２２ｂ）は、密閉された真空空間であって、内部に作動流体（５）が封入されている。加熱部（９ａ）は、作動流体（５）を加熱して気化させる。

Description

流体搬送装置

　本発明は、流体搬送装置に関し、特に、被搬送物である流体に熱を加える流体搬送装置に関する。

　従来、流体を搬送するための配管において、配管内部を輸送される流体の高精度の温度管理を必要とするとき、配管を加熱することにより流体の温度を制御する場合がある。たとえば成膜装置において、液体状の原料を気化させる気化器と、気化された気体状の原料を基板に供給して基板の表面に成膜を行なう反応室とを連結する配管では、配管内部での反応ガスの再液化や熱分解を防止して反応室へ原料を安定して供給するために、たとえばテープヒータなどを配管に巻き、配管を加熱する（たとえば、特開２００１－４４１８６号公報（特許文献１）参照）。

　図１３は、従来の成膜装置の構成を示すブロック図である。図１４は、図１３に示す成膜装置に用いられる配管装置の構成を示す模式図である。図１３に示すように、従来の成膜装置は、外部より供給された液体状の原料１を加熱し気化させて気体状にする気化器２０１と、気体状の原料が供給されて、基板の表面への成膜などの所定の反応が行なわれる、反応室２０２とを備える。また成膜装置は、気化器２０１において気化された原料を反応室２０２へ向けて搬送するキャリアガスを気化器２０１へ供給する、キャリアガス供給装置２０５を備える。

　気化器２０１と反応室２０２とは配管２０３により連結されている。図１４に示すように、配管２０３には、気化器２０１で気化したガスの再液化や熱分解の防止のために、配管２０３を加熱するテープヒータ２０４が配管２０３の外周面に巻かれて、温度制御が行なわれる。

　配管２０３の全長を均一の温度に制御するためには、配管２０３の外周面に均等にテープヒータ２０４を巻く必要がある。しかし、テープヒータ２０４の巻き方やテープヒータ２０４自身の発熱時の温度ムラにより、配管２０３の温度のバラつきが発生することがある。また、テープヒータ２０４の一部が断線すると、断線したテープヒータ２０４を除去して、新たにテープヒータ２０４を巻き直す必要がある。しかしながら、テープヒータ２０４の巻き直しに時間がかかると共に、巻き直す前と同じテープヒータ２０４の巻き方を再現することは困難である。そのため、加熱時の配管２０３の温度分布がテープヒータ２０４断線前の状態から変化し、成膜の性能に影響を及ぼすという問題があった。

　そのため従来、配管の外壁をヒートパイプにより被覆して、配管の温度を所定の温度に均一性良く保持し、配管の全長にヒータを巻くことなく配管全体を高精度に温度管理する技術が提案されている（たとえば、特開平６－１６８８７７号公報（特許文献２）参照）。
特開２００１－４４１８６号公報特開平６－１６８８７７号公報

　しかしながら、流体を搬送するための配管系全体をヒートパイプで被覆して加熱する場合、ヒートパイプに封入される作動流体を加熱するための熱源およびヒートパイプの加熱部を配管系とは別に設ける必要がある。また、配管系を加熱して凝縮した液を集約してもとの加熱部に還流させるための機構が必要である。そのため、装置構成が複雑となり、装置が大型化し、製造コストが増大するという問題があった。

　また、配管の外周を被覆するヒートパイプの放熱部（凝縮部）は、継ぎ手およびバルブの周囲を含めて継ぎ手およびバルブの形状に合わせて被覆する必要がある。そのため、配管系を覆うヒートパイプの形状が極めて複雑になり、所要のヒートパイプ放熱部を形成するための製作コストが極めて高くなるとともに、形状の複雑さによりヒートパイプの信頼性低下を招くので、実現性に欠けるという問題点があった。

　本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、配管の全長にヒータを巻くことなく、配管の全体を高精度に温度管理できる、流体搬送装置を提供することである。

　本発明に係る流体搬送装置は、第一配管と、第二配管と、第一配管および第二配管を連結する連結部と、第一配管の外周部を覆う第一外管と、第二配管の外周部を覆う第二外管と、連結部、第一外管の連結部側の端部および第二外管の連結部側の端部を覆う伝熱ブロックと、伝熱ブロックに熱的に接触する加熱部を備える。第一配管および第一外管の間には、第一空間が形成されている。第二配管および第二外管の間には、第二空間が形成されている。第一空間および第二空間は、密閉された真空空間であって、内部に作動流体が封入されている。加熱部は、作動流体を加熱して気化させる。

　ここで、「熱的に接触」とは、二つの部材間（この場合伝熱ブロックと加熱部との間）において熱が直接的に伝達される、熱伝達効率が十分に高い状態とされていることをいい、二部材が互いに当接して直接機械的に接触している場合に限られない。たとえば、加熱部を伝熱ブロックに内蔵する構成など、二部材が互いに一体化されている場合、また、熱伝導性に優れた物質を中間に介在させ間接的に二部材が接触している場合をも、熱的に接触している状態に含むものとする。

　上記流体搬送装置において好ましくは、第二外管の外周面と、伝熱ブロックとの間には隙間が形成されている。流体搬送装置は、隙間を覆う断熱材をさらに備える。

　上記流体搬送装置において好ましくは、伝熱ブロックは、第一外管の外周面および第二外管の外周面に熱的に接触する。

　上記流体搬送装置において好ましくは、伝熱ブロックの内部に、第一配管または第二配管の延びる方向に沿って延在するヒートパイプを有する。

　上記流体搬送装置において好ましくは、連結部は、屈曲形成されたエルボを有する。

　本発明の流体搬送装置によると、第一空間および第二空間をヒートパイプ化し、このヒートパイプを加熱する加熱部と熱的に接触する伝熱ブロックが、第一配管と第二配管との連結部を覆うように配置される。したがって、気体状の材料の通過する第一配管および第二配管の連結部側の端部ならびに連結部を含めた、配管系の全長に亘る温度の均一性を向上させることができる。

本発明に係る流体搬送装置を備える、反応室へ気体状の物質を供給するための物質供給システムの概略構成を示すブロック図である。実施の形態１の流体搬送装置の構成を示す断面模式図である。ヒートパイプの構成を示す斜視図である。図３に示すＩＶ－ＩＶ線に沿うヒートパイプの断面を示す図である。ヒートパイプの動作原理を示す模式図である。伝熱ブロックおよび加熱部を有する加熱手段周辺を拡大して示す断面模式図である。配管が水平面に対し傾斜している場合の、ヒートパイプを加熱する加熱手段の配置を示す断面模式図である。実施の形態２の流体搬送装置の構成を示す断面模式図である。実施の形態３の流体搬送装置の構成を示す断面模式図である。実施の形態３の流体搬送装置の変形例の構成を示す断面模式図である。実施の形態４の流体搬送装置の構成を示す断面模式図である。実施の形態４の流体搬送装置の変形例の構成を示す断面模式図である。従来の成膜装置の構成を示すブロック図である。図１３に示す成膜装置に用いられる配管装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

　１，１ａ，１ｂ　原料、２　配管、２ａ　第一配管、２ｂ　第二配管、３　外管、３ａ　第一外管、３ｂ　第二外管、３ｃ，３ｄ　外周面、４　ウィック、５　作動流体、６　蒸気流、７　液流、８，８ａ～８ｅ　伝熱ブロック、９，９ａ～９ｅ　加熱部、１０　熱流、１３　継手、１５　ヒートパイプ、１６　エルボ、１７ａ～１７ｄ　端板、２０　流体搬送装置、２１　断熱材、２２　空間、２２ａ　第一空間、２２ｂ　第二空間、２３　高温部、２４　低温部、２５　空間、２５ａ　隙間、１０１　気化器、１０２　反応室。

　以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

　なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明に係る流体搬送装置を備える、反応室へ気体状の物質を供給するための物質供給システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す物質供給システムは、外部より液体状の原料を受け入れて気化器１０１に供給する液状原料供給装置１１０と、液状原料供給装置１１０より供給された液体状の原料を加熱し気化させて気体状にする気化器１０１と、気体状の原料が供給されて、基板の表面への成膜などの所定の反応が行なわれる、反応室１０２とを備える。また物質供給システムは、気化器１０１において気化された原料を反応室１０２へ向けて搬送するキャリアガスを気化器１０１へ供給する、キャリアガス供給装置１２０を備える。

　液状原料供給装置１１０と気化器１０１とは、流体輸送経路１１１、バルブ１１２および流体輸送経路１１４によって連結されている。液状原料供給装置１１０と気化器１０１間の流体輸送経路１１１，１１４は、バルブ１１２を介して接合されている。キャリアガス供給装置１２０と気化器１０１とは、流体輸送経路１２１、バルブ１２２および流体輸送経路１２４によって連結されている。キャリアガス供給装置１２０と気化器１０１間の流体輸送経路１２１，１２４は、バルブ１２２を介して接合されている。気化器１０１と反応室１０２とは、流体輸送経路を構成する第一配管２ａおよび第二配管２ｂによって連結されている。第一配管２ａおよび第二配管２ｂは、連結部の一例としての継手１３によって連結されている。継手１３は、加熱部９によって覆われている。

　液状原料供給装置１１０から供給された液体状の原料は、気化器１０１において熱を加えられて温度上昇し、沸点に到達することにより気体へと状態変化する。気化器１０１で気化した気体状の原料（これを反応ガスと称する）は、キャリアガス供給装置１２０から供給されるキャリアガスによって、第一配管２ａ、継手１３および第二配管２ｂを経由して、反応ガスとして反応室１０２に供給される。

　物質供給システムはまた、制御部１３０を備える。液状原料供給装置１１０から気化器１０１への原料の供給量は、液状原料供給装置１１０と気化器１０１とを連結する流体輸送経路１１１，１１４の間のバルブ１１２の開度を制御部１３０にて制御することにより、制御される。キャリアガスの流量は、キャリアガス供給装置１２０と気化器１０１を連結する流体輸送経路１２１，１２４の間のバルブ１２２の開度を制御部１３０にて制御することにより、制御される。

　気化器１０１内部の温度は、気化器１０１の内部に配置された図示しないヒータなどの加熱部による熱供給量を制御部１３０にて制御することにより、制御される。反応室１０２内部の温度も、反応室１０２の内部に配置された図示しない加熱部による熱供給量を制御部１３０にて制御することにより、制御される。制御部１３０が加熱部９に供給される熱量を制御することにより、継手１３を通過する反応ガスの温度が制御される。図１に示す点線矢印は、制御部１３０からの制御信号の経路を示している。

　図２は、実施の形態１の流体搬送装置２０の構成を示す断面模式図である。図２には、気化器１０１と反応室１０２とを連結する配管２（すなわち第一配管２ａおよび第二配管２ｂ）を含んで構成される、流体搬送装置２０が図示されている。流体搬送装置２０は、気化器１０１から反応室１０２へ向かう方向に、液状原料供給装置１１０から供給され気化器１０１で気化された、気体状の原料１ａ，１ｂを搬送する。

　第一配管２ａは、気化器１０１と継手１３とを連結する。第一配管２ａは、第一外管３ａによって外周部を覆われている。第一外管３ａは、第一配管２ａの外周に配置されている。第一外管３ａは、中空の管形状であって、その中空部の内周面の径が第一配管２ａの外周面の径よりも大きくなるように形成されている。第一配管２ａと第一外管３ａとは、二重管構造を形成する。

　第一配管２ａの延在方向における継手１３側の第一外管３ａの一端部には、端板１７ａが設けられている。第一配管２ａの延在方向における気化器１０１側の第一外管３ａの他端部には、端板１７ｃが設けられている。第一配管２ａの外周部において、第一配管２ａ、第一外管３ａおよび端板１７ａ，１７ｃによって囲まれた第一空間２２ａが形成されている。第一空間２２ａは、第一配管２ａおよび第一外管３ａの間に形成されている。

　第二配管２ｂは、継手１３と反応室１０２とを連結する。第二配管２ｂは、第二外管３ｂによって外周部を覆われている。第二外管３ｂは、第二配管２ｂの外周に配置されている。第二外管３ｂは、中空の管形状であって、その中空部の内周面の径が第二配管２ｂの外周面の径よりも大きくなるように形成されている。第二配管２ｂと第二外管３ｂとは、二重管構造を形成する。

　第二配管２ｂの延在方向における継手１３側の第二外管３ｂの一端部には、端板１７ｂが設けられている。第二配管２ｂの延在方向における反応室１０２側の第二外管３ｂの他端部には、端板１７ｄが設けられている。第二配管２ｂの外周部において、第二配管２ｂ、第二外管３ｂおよび端板１７ｂ，１７ｄによって囲まれた第二空間２２ｂが形成されている。第二空間２２ｂは、第二配管２ｂおよび第二外管３ｂの間に形成されている。

　継手１３の周囲には、伝熱ブロック８ａおよび加熱部９ａを有する加熱手段が配設されている。伝熱ブロック８ａは、アルミニウムまたは銅などの金属材料に代表される、熱伝導性の良好な材料を用いて形成されている。伝熱ブロック８ａをアルミニウム製とすると、伝熱ブロック８ａを軽量化でき、また後述するアルマイト処理により輻射による熱伝達効率を向上できるので望ましい。また伝熱ブロック８ａを銅製とすると、熱伝導率をより高くできるので望ましい。加熱部９ａとしては、任意の熱源を用いることができる。典型的には、たとえば電気ヒータ、熱媒循環式のヒータまたは誘導加熱式のヒータなどを、加熱部９ａに適用することができる。

　伝熱ブロック８ａは、継手１３、第一外管３ａの継手１３側の端部に配置された端板１７ａおよび第二外管３ｂの継手１３側の端部に配置された端板１７ｂを覆い、継手１３を内包するように設けられている。たとえば、半円筒型の複数の部材を有し、当該複数の部材を組み合わせることで中空の円筒形状が形成されるように、伝熱ブロック８ａを構成することができる。

　加熱部９ａは、伝熱ブロック８ａの外周側に接触して配置されている。加熱部９ａは、伝熱ブロック８ａに熱的に接触する。伝熱ブロック８ａは、第一外管３ａの端板１７ａ側の端部に熱的に接触する。伝熱ブロック８ａおよび加熱部９ａを含む加熱手段とは別に、第二外管の端板１７ｄ側の端部に熱的に接触する他の加熱手段が設けられており、当該他の加熱手段は図２に示す伝熱ブロック８および加熱部９を含む。

　気化器１０１から第一配管２ａ、加熱手段および第二配管２ｂを経て反応室１０２に至る装置全体が、断熱材２１によって外側から被覆されている。断熱材２１によって、流体搬送装置２０と外部との熱伝達が抑制されており、気化器１０１から反応室１０２へ流れる気体状の原料１ａ，１ｂの再液化や熱分解を抑制できるとともに、エネルギーロスを低減できる構成とされている。断熱材２１は、熱伝導を抑える障壁の働きをする熱伝導性の低いものであればどのようなものであってもよく、たとえばグラスウールやポリスチレンフォームなどの固体の中に気体の小泡を多量に有する素材により形成される。

　第一空間２２ａおよび第二空間２２ｂに形成されたヒートパイプの構成について詳細に説明する。図３は、ヒートパイプの構成を示す斜視図である。図４は、図３に示すＩＶ－ＩＶ線に沿うヒートパイプの断面を示す図である。

　本実施の形態の流体搬送装置２０では、図３および図４に示すように、配管２の外部に外管３を設け、外管３内の中空空間内に配管２が挿通された、二重管構造が形成されている。外管３は、たとえば銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料により形成されている。外管３の内面には、毛管力を有する多孔質材料により形成されたウィック４が設けられている。ウィック４としては、外管３の内表面に金網や焼結金属が取り付けられてもよく、外管３の内表面に細かい溝が形成されてもよい。

　配管２の外周面と、外管３の内周面との間には、空間２２が形成されている。空間２２の内部は、密閉された空間であって、真空減圧された真空空間として形成されている。この空間２２の内部に、液体状の作動流体５を適量注入する。空間２２に注入された作動流体５は、加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮する性質（凝縮性）を有する。このようにして、配管２と外管３との間に、真空減圧された密閉空間中に凝縮性を有する作動流体５が封入された、ヒートパイプ構造を設けることができる。

　図５は、ヒートパイプの動作原理を示す模式図である。図３および図４に示すヒートパイプ構造の一部を、周囲の温度が相対的に高い高温部２３に配置し、他の一部を周囲の温度が相対的に低い低温部２４に配置する。高温部２３は、加熱部９ａにより加熱されており、低温部２４に対して温度が高くなっている。熱流１０に示すように、高温部２３において周囲から伝熱されることにより、外管３が加熱される。そのため、配管２と外管３との間に封入された作動流体５も加熱され、潜熱として熱を吸収して作動流体５は蒸発して気体状になる。

　図２に示す本実施の形態の流体搬送装置２０において、具体的には、加熱部９ａが伝熱ブロック８ａに外周側から熱を加えることにより、気化器１０１と反応室１０２とを連結する流体輸送経路における継手１３を含む箇所が加熱され、高温部２３が形成される。加熱部９ａで伝熱ブロック８ａを加熱すると、加熱部９ａからの熱は伝熱ブロック８ａの外周から内周に伝わり、第一外管３ａを加熱する。伝熱ブロック８ａに熱接触している第一外管３ａの端板１７ａ近傍の端部が加熱部９ａから伝熱されて高温になり、第一空間２２ａ内に封入されウィック４に満たされている液体状の作動流体５は第一外管３ａから蒸発熱を奪いながら加熱されて、作動流体５が蒸気化する。

　蒸発した作動流体５の蒸気が、図５中に白抜き矢印で示す蒸気流６のように、高温部２３側から低温部２４側へ流れ空間２２の内部を移動することにより、熱が蒸気流６の流れる方向に蒸気として運ばれる。このとき作動流体５の蒸気は、配管２の外表面および外管３の内表面で潜熱を放出することで凝縮して、配管２をその全長にわたり均一温度に加熱する。低温部２４側の配管の表面で凝縮した液相の作動流体５は、外管３の内表面に滴下し、ウィック４に浸透して、液流７に示すように、ウィック４の毛管力によってもとの高温部２３側へ還流する。

　このように、配管２と外管３との間に充填されている作動流体５の蒸気化および液化による熱輸送で、配管２の温度の均熱化を行なう。このようにして、配管２の全長に亘って気体状の原料１の温度の均一性を向上させ、配管２内を流れる原料１の温度を一定温度に維持することができる。

　また、外管３の内面に装着されているウィック４の毛管作用により、配管２の表面で凝縮した液体状の作動流体５を外管３の内面の任意の位置に還流させることができるので、加熱手段の位置は外管３の任意の位置に設けられていても構わない。つまり、外管３の一部分のみを加熱することで、配管２全体の均熱化を実現することができるので、配管２の全長に亘りテープヒータなどのヒータを巻かなくても容易に高精度の温度管理を実現することができる。加えて、ヒータの断線時にもヒータの巻き直し箇所が最小限でよい（本実施の形態では伝熱ブロック８ａの部分のみ）ので、短時間でメンテナンスすることができ、流体搬送装置２０のダウンタイムを最小限に抑えることができる。

　次に、流体搬送装置２０の加熱手段周辺の構成について詳細に説明する。図６は、伝熱ブロック８ａおよび加熱部９ａを有する加熱手段周辺を拡大して示す断面模式図である。図６に示すように、伝熱ブロック８ａは、第一外管３ａ、継手１３および第二外管３ｂを取り囲むように配置されている。継手１３を介在させて第一配管２ａおよび第二配管２ｂが連結されている。

　伝熱ブロック８ａの内部は中空に形成され、空間２５が形成されている。継手１３は空間２５の内部に配置されており、継手１３は伝熱ブロック８ａに対し非接触の状態を保っている。加熱部９ａから伝達された熱により加熱された伝熱ブロック８ａは、空間２５内部の空気を介した熱伝導、および輻射熱伝達によって、継手１３ならびに空間２５内に配置された第一配管２ａおよび第二配管２ｂを加熱する。

　つまり、第一配管２ａおよび第二配管２ｂを連結する継手１３を伝熱ブロック８ａで覆い、伝熱ブロック８ａを介在させて継手１３を加熱することにより、継手１３の温度を精度よく管理することができる。そのため、第一空間２２ａ内に形成されるヒートパイプにより加熱される第一配管２ａ、および、第二空間２２ｂ内に形成されるヒートパイプにより加熱される第二配管２ｂに対して、同程度の温度に継手１３を維持することが容易に可能となる。第一配管２ａおよび第二配管２ｂに対して径方向外側に張り出す形状の継手１３を覆う伝熱ブロック８ａは、たとえば金属材料の一体物として形成することができ、安価な装置で継手１３の高精度の温度制御を行なうことができる。

　伝熱ブロック８ａと継手１３との間には、隙間が設けられている。この隙間は、伝熱ブロック８ａおよび継手１３を非接触に保ち、かつ、伝熱ブロック８ａと継手１３との間に介在する空気の対流が生じない程度の空隙として設けられる。たとえば、伝熱ブロック８ａの内周面と継手１３の外周面との間に、数ミリメートル程度の隙間が形成されるように、継手１３の形状に合わせて伝熱ブロック８ａを形成することができる。

　このように、伝熱ブロック８ａから継手１３への熱伝達を、空気を介した対流熱伝達でなく、熱伝導および輻射による熱伝達とすることにより、空気の対流による温度ムラの発生を抑制することができる。そのため、より均一に継手１３を加熱することができ、より高精度の温度制御が可能となる。

　継手１３に対向する伝熱ブロック８ａの内周面には、輻射率向上処理を施してもよい。たとえば、中空の伝熱ブロック８ａの内周側の表面に微視的なくぼみを形成するアルマイト処理や、伝熱ブロック８ａの内周側の表面が黒体となるようにコーティングする黒色化処理などを行なうことができる。このようにすれば、伝熱ブロック８ａから継手１３への輻射による熱伝達効率を向上することができるので、より効率よく継手１３を加熱することが可能となる。

　第一配管２ａの外周部を覆う第一外管３ａの外周面３ｃは、伝熱ブロック８ａの内面と接触しており、加熱部９ａで発生した熱が伝熱ブロック８ａを経由して熱伝導により直接第一外管３ａへ伝達され得る構成とされている。一方、第二配管２ｂの外周部を覆う第二外管３ｂの外周面３ｄと、伝熱ブロック８ａとの間には、隙間２５ａが形成されている。伝熱ブロック８ａが第二外管３ｂの外周面３ｄに対向するように延伸する部分では、伝熱ブロック８ａと第二外管３ｂとがわずかの隙間２５ａを設けて配置されている。

　このように隙間２５ａを形成することにより、伝熱ブロック８ａが第二外管３ｂと干渉することを抑制できる。つまり、第二外管３ｂの内側の第二空間２２ｂに形成されるヒートパイプは、加熱部９（図２参照）により加熱されているが、伝熱ブロック８ａが第二外管３ｂと接触すると、加熱部９の温度制御を乱すという問題が生じる。隙間２５ａを形成して、伝熱ブロック８ａと第二外管３ｂとの接触の発生を抑制することにより、第二空間２２ｂのヒートパイプの温度制御の精度を向上させることができる。

　また、隙間２５ａを形成することによって、第二外管３ｂの配置が伝熱ブロック８ａにより規制されることがなく、第二外管３ｂを直接加熱する加熱部９と第二外管３ｂとの同心度を確保することができる。そのため、加熱部９で発生した熱を第二外管３ｂに伝達する伝熱ブロック８（図２参照）と、第二外管３ｂとの熱接触状態を、良好に保つことができる。

　隙間２５ａは、流体搬送装置２０を構成する各部を外側から被覆する断熱材２１によって覆われて塞がれている。このように隙間２５ａを塞ぐことにより、外部から空間２５へ空気が流入することを防止し、空間２５内部における空気の流動が生じないようにすることができる。したがって、伝熱ブロック８ａから継手１３への、空気を介した熱伝導および輻射による熱伝達をより均一に行なうことができるので、継手１３周辺の温度分布の均一性をより向上させることができる。

　図７は、配管２が水平面に対し傾斜している場合の、ヒートパイプを加熱する加熱手段の配置を示す断面模式図である。ヒートパイプは一般に、熱を下から上に移動させるボトムヒートモードでの作動が有利とされている。つまり、液体状の作動流体５の高温部２３側への還流には、重力の作用が大きく影響する。そのため、高温部２３を下方に設置した場合（ボトムヒートモード）で最大熱輸送量が最も向上する。逆に、高温部２３を上にした場合（トップヒートモード）では、液体状の作動流体５が重力に逆らって高温部２３へ移動する必要があり、ウィック４の毛管力のみにより作動流体５の還流を行なう必要が生じるので、ヒートパイプの性能低下は免れない。

　そこで、たとえば図７に示す配管２の延在方向が水平面に対し角度θを形成するように傾斜している場合、配管２の配置における下方側（すなわち図７中の右側）に、加熱部９および伝熱ブロック８を有する加熱手段を配置することができる。このようにすれば、空間２２内に形成されるヒートパイプをボトムヒートモードとすることができるので、ヒートパイプの性能を向上させ、ヒートパイプによる配管２の加熱をより効率よく行なうことができる。

　（実施の形態２）
　図８は、実施の形態２の流体搬送装置２０の構成を示す断面模式図である。実施の形態２における流体搬送装置２０は、上述した実施の形態１における流体搬送装置２０と比較して、伝熱ブロック８ａの内部に、第一配管２ａおよび第二配管２ｂの延びる方向に沿って延在するヒートパイプ１５が設けられている点が異なる。

　伝熱ブロック８ａを外周側から加熱する加熱部９ａは、配管２の延在方向において、温度ムラを発生させる場合がある。たとえば加熱部９ａとしてテープヒータを用いる場合、テープヒータの巻き方やテープヒータ自身が有する温度ムラにより、配管２の延在方向において伝熱ブロック８ａの温度分布を発生させる場合がある。

　これに対し、加熱部９ａを熱源として、配管２の延在方向に沿って伝熱ブロック８ａの内部に設けられたヒートパイプ１５を加熱することで、ヒートパイプ１５の温度を配管２の延在方向において均一化することができる。つまり、実施の形態２の流体搬送装置２０の構成によって、配管２の延在方向における伝熱ブロック８ａの温度の均一性を向上させることができるので、伝熱ブロック８ａを介して加熱される継手１３の温度の均一性をさらに改善することができる。なお、流体搬送装置２０のその他の構成については、実施の形態１において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。

　（実施の形態３）
　図９は、実施の形態３の流体搬送装置２０の構成を示す断面模式図である。実施の形態３における流体搬送装置２０は、実施の形態１における流体搬送装置２０と比較して、第一外管３ａおよび第二外管３ｂがいずれも伝熱ブロック８ｂに熱的に接触している点が異なる。具体的には、図９に示すように、第一配管２ａと第二配管２ｂとを連結する継手１３を中心にして、端板１７ａが設けられている第一外管３ａの継手１３側の一端部の外周面３ｃ、および、端板１７ｂが設けられている第二外管３ｂの継手１３側の一端部の外周面３ｄが、それぞれ伝熱ブロック８ｂの内周面に接触するように、伝熱ブロック８ｂが形成されている。

　このようにすれば、気化器１０１と反応室１０２とを連結する配管２を、１箇所の加熱部９ｂによって加熱することができる。つまり、加熱部９ｂで発生した熱は、伝熱ブロック８ｂに伝達され、伝熱ブロック８ｂにより第一空間２２ａ内および第二空間２２ｂ内に形成されるヒートパイプが加熱されると共に、継手１３周辺が加熱される。したがって、１つの加熱部９ｂを用いて流体搬送装置２０全体を加熱することができるので、加熱の温度制御がより容易となり、温度の均一性をより向上させることができる。かつ、複数の加熱部９，９ａを備える実施の形態１の流体搬送装置２０と比較して、加熱部の点数を低減することができるので、流体搬送装置２０の低コスト化を達成することができる。

　実施の形態１で説明したように、ヒートパイプがトップヒートモードである場合、ヒートパイプの性能が低下する可能性がある。図９に示す実施の形態３の流体搬送装置２０の配管２が水平面に対して傾斜していると、第一配管２ａを加熱するヒートパイプ、または第二配管２ｂを加熱するヒートパイプのいずれかがトップヒートモードとなるように配置されてしまう。ヒートパイプがトップヒートモードに配置されることによる性能低下を回避するために、実施の形態３の流体搬送装置２０は、配管２が略水平に配置されている場合に適用するのが望ましい。

　第一配管２ａを覆う第一外管３ａの外周面３ｃ、および、第二配管２ｂを覆う第二外管３ｂの外周面３ｄを、いずれも伝熱ブロック８ｂの内面に面接触させるためには、第一外管３ａおよび第二外管３ｂの正確な芯出し（中心合わせ）が必要となる。しかしながら、正確な芯出しのためには加工精度や組付け精度などの誤差を排除する必要があり、製造コストが増大するため、正確に芯出しを行なうことは困難な場合が多い。

　そのため、第一外管３ａの外周面３ｃおよび第二外管３ｂの外周面３ｄと、伝熱ブロック８ｂとの間に伝熱グリースを充填する構成とすることができる。このようにすれば、第一外管３ａおよび第二外管３ｂの精度誤差を許容できるため製造コストを低減することができ、かつ、第一外管３ａおよび第二外管３ｂを伝熱ブロック８ｂに熱接触させ、空間２２に形成されるヒートパイプを効率よく加熱できる効果を同様に得られる。

　図１０は、実施の形態３の流体搬送装置２０の変形例の構成を示す断面模式図である。図１０に示す流体搬送装置２０では、実施の形態２で説明したように、伝熱ブロック８ｃの内部にヒートパイプ１５が設けられている。このようにすれば、配管２の延在方向における伝熱ブロック８ｃの温度の均一性を向上させることができるので、伝熱ブロック８ｃを介して加熱される第一配管２ａおよび第二配管２ｂの温度の均一性をより向上させることができ、かつ、継手１３の温度の均一性もさらに改善することができる。

　（実施の形態４）
　図１１は、実施の形態４の流体搬送装置２０の構成を示す断面模式図である。実施の形態４における流体搬送装置２０は、実施の形態１における流体搬送装置２０と比較して、継手１３に替えて、第一配管２ａと第二配管２ｂとを連結する連結部が屈曲形成されたエルボ１６を有する点が異なる。具体的には、伝熱ブロック８ｄの内部には９０°屈曲したＬ字状の空間２５が形成されている。第一配管２ａは、Ｌ字状の空間２５の一方側から伝熱ブロック８ｄ内に挿通されており、第二配管２ｂは、空間２５の他方側から伝熱ブロック８ｄ内に挿通されている。

　空間２５の内部には、エルボ１６が配置されている。エルボ１６には、第一配管２ａおよび第二配管２ｂの内径に相当する径を有する貫通孔が形成されており、この貫通孔は９０°に屈曲するように形成されている。エルボ１６を介在させて第一配管２ａと第二配管２ｂとが連結されている。エルボ１６は、第一配管２ａおよび第二配管２ｂを連結する連結部としての機能を有している。

　屈曲形成されたエルボ１６を、外周にテープヒータを巻回して加熱する場合、テープヒータの巻き方を屈曲部の内周側と外周側とにおいて均一にするのは困難であり、テープヒータによってエルボ１６を均一に加熱するのは難しい。また、エルボ１６の外周をヒートパイプにより被覆する構成とすると、複雑な形状のヒートパイプを設ける必要があることになり、コストの増大と共にヒートパイプの信頼性の低下を招来する。これに対し、図１１に示すように、エルボ１６を覆う伝熱ブロック８ｄから、空気を介した熱伝導および輻射によりエルボ１６に熱を伝達する構成とすることにより、エルボ１６の温度を精度よく管理することができる。したがって、安価な装置により、エルボ１６を均一に加熱することが可能となる。

　図１２は、実施の形態４の流体搬送装置２０の変形例の構成を示す断面模式図である。図１２に示す流体搬送装置２０では、実施の形態２で説明したように、伝熱ブロック８ｅの内部にヒートパイプ１５が設けられている。このようにすれば、伝熱ブロック８ｅの温度の均一性を向上させることができるので、伝熱ブロック８ｅを介して加熱される第一配管２ａおよび第二配管２ｂの温度の均一性をより向上させることができ、かつ、エルボ１６の温度の均一性もさらに改善することができる。

　さらに、実施の形態１で説明したヒートパイプの動作原理と同様に、加熱部９ｅがヒートパイプ１５の一部を加熱すれば、ヒートパイプ１５の全体が均一に加熱される。図１１および図１２を比較して、図１１では伝熱ブロック８ｄの図右側に加熱部９ｄが設けられているのに対し、図１２に示す変形例では伝熱ブロック８ｅの図上下側のみに加熱部９ｅが設けられ、伝熱ブロック８ｅの図右側には加熱部は設けられていない。したがって、加熱部９ｅを一部省略することが可能となり、流体搬送装置２０の製造コスト低減および信頼性向上を達成することができる。

　なお、実施の形態１～４の説明においては、気化器１０１と反応室１０２との間に第一配管２ａおよび第二配管２ｂの二本の配管が設けられ、第一配管２ａおよび第二配管２ｂが継手１３またはエルボ１６を用いて組み合わせられた例について説明した。本発明の流体搬送装置は、この構成に限られるものではなく、複数本の任意の配管が適宜パイプ継手（直線形の継手１３、屈曲したエルボ１６のほか、三又継手やチーズなど他の継手も含まれる）を介在させて連結されたものに対して適用できる。

　また、複数の配管がパイプ継手により連結された構造に限られるものではなく、任意のバルブを介在させて複数の配管が連結されていてもよい。バルブにより連結された配管の場合でも、伝熱ブロックの内部に空間を形成し、当該空間の内部に伝熱ブロックとの間にわずかの隙間を設けてバルブを設置して、伝熱ブロックによりバルブの外周を覆う構成とすれば、上述した実施の形態１～４と同様に、バルブを均一に効率よく加熱することができる。

　また、実施の形態１～４においては、ヒートパイプを用いた配管の加熱について述べたが、ヒートパイプから積極的に熱を奪ってヒートパイプの作動流体を冷却させる冷却器を、ヒートパイプと熱的に接触するように設けてもよい。当該冷却器は、たとえば水冷回路、ペルチェ素子など、任意の冷却器を適用することが可能である。

　加熱部によるヒートパイプの加熱を停止した後に、冷却器によってヒートパイプを冷却すれば、ヒートパイプの一部を冷却することにより、ヒートパイプ全体の冷却を効率的に行なうことができる。つまり、実施の形態１で説明したヒートパイプの熱輸送動作により、ヒートパイプ全体を冷却する必要はなく、効率的にヒートパイプの冷却を行なうことができる。このようにすれば、メンテナンス時などの配管の温度を下げたい場合に、配管をより高速に均一温度で下げることができるので、配管の温度低下に要する時間を短縮でき、メンテナンス時間を短縮することができる。

　以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　本発明の流体搬送装置は、たとえば半導体ウェハや液晶ガラス基板などに成膜対象物を成膜する際の反応ガスなど、高精度の温度管理を必要とする物質を搬送する流体搬送装置に、特に有利に適用され得る。

Claims

　第一配管（２ａ）と、
　第二配管（２ｂ）と、
　前記第一配管（２ａ）および前記第二配管（２ｂ）を連結する連結部（１３）と、
　前記第一配管（２ａ）の外周部を覆う第一外管（３ａ）と、
　前記第二配管（２ｂ）の外周部を覆う第二外管（３ｂ）と、
　前記連結部（１３）、前記第一外管（３ａ）の前記連結部（１３）側の端部（１７ａ）および前記第二外管（３ｂ）の前記連結部（１３）側の端部（１７ｂ）を覆う伝熱ブロック（８ａ）と、
　前記伝熱ブロック（８ａ）に熱的に接触する加熱部（９ａ）とを備え、
　前記第一配管（２ａ）および前記第一外管（３ａ）の間には第一空間（２２ａ）が形成され、前記第二配管（２ｂ）および前記第二外管（３ｂ）の間には第二空間（２２ｂ）が形成されており、
　前記第一空間（２２ａ）および前記第二空間（２２ｂ）は、密閉された真空空間であって、内部に作動流体（５）が封入されており、
　前記加熱部（９ａ）は、前記作動流体（５）を加熱して気化させる、流体搬送装置（２０）。
　前記第二外管（３ｂ）の外周面（３ｄ）と、前記伝熱ブロック（８ａ）との間には隙間（２５ａ）が形成されており、
　前記隙間（２５ａ）を覆う断熱材（２１）をさらに備える、請求の範囲第１項に記載の流体搬送装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（８ｂ）は、前記第一外管（３ａ）の外周面（３ｃ）および前記第二外管（３ｂ）の外周面（３ｄ）に熱的に接触する、請求の範囲第１項に記載の流体搬送装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（８ａ）の内部に、前記第一配管（２ａ）または前記第二配管（２ｂ）の延びる方向に沿って延在するヒートパイプ（１５）を有する、請求の範囲第１項に記載の流体搬送装置（２０）。
　前記連結部（１６）は、屈曲形成されたエルボを有する、請求の範囲第１項に記載の流体搬送装置（２０）。