WO2013161013A1

WO2013161013A1 - 伝熱装置

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Publication number: WO2013161013A1
Application number: PCT/JP2012/061023
Authority: WO
Inventors: 淳一宇野; 山蔭　久明
Original assignee: 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-31
Also published as: CN104246344B; TWI465662B; CN104246344A; TW201344088A; JP5759066B2; KR20150004377A; JPWO2013161013A1; US20150075753A1; KR101661051B1; US9689622B2

Abstract

　伝熱装置に収納される配管系の全長に亘って温度の均一性を向上できる伝熱装置を提供する。内部を流体が流れる配管系（１０）に熱を伝える伝熱装置（２０）は、配管系（１０）を囲繞する高熱伝導性の伝熱ブロック（３０）と、配管系（１０）の延在方向に沿って伝熱ブロック（３０）に形成されたヒートパイプ（４０）と、ヒートパイプ（４０）に熱を加えるヒータ（５２）とを備え、伝熱ブロック（３０）は、配管系（１０）の延在方向に沿って分割可能な、複数の分割ブロックを含み、記配管系（１０）の延在方向における伝熱ブロック（３０）の両端部に、伝熱ブロック（３０）と配管系（１０）とが近接する近接部（３６）を設けた。

Description

伝熱装置

　本発明は、伝熱装置に関し、特に、配管系に均等に熱を伝える伝熱装置に関する。

　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を配管全長に亘り高精度に温度管理する必要があるとき、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。

　配管を加熱するための技術に関し、従来、配管系を囲繞する高熱伝導性の伝熱ブロックと、配管系の延在方向に沿って伝熱ブロックに埋設されたヒートパイプと、ヒートパイプに熱を加えるヒータとを備え、伝熱ブロックは、配管系の延在方向に沿って分割可能な複数の分割ブロックを含む、伝熱装置が提案されている（たとえば、国際公開第２０１１／０５５４３０号（特許文献１）参照）。

国際公開第２０１１／０５５４３０号

　国際公開第２０１１／０５５４３０号（特許文献１）に記載の伝熱装置では、伝熱装置に接続される部分の機器温度が伝熱装置の制御温度より低くなる場合がある。この場合には、配管断面を経由して伝熱装置側から機器側への伝熱が発生することにより、伝熱装置の端部から内部側にかけて配管に温度分布が生じ、伝熱装置内部の配管の均一温度域が短くなる。このため、伝熱装置に収納される配管の全長に亘る高精度の温度均一性が保てなくなる。

　また、伝熱装置に繋がる機器と伝熱装置との間には結合のための配管部があるが、この配管部は短く、加熱および温度制御がしづらいので、配管表面を断熱材で保温処理しているのが通常である。この場合、伝熱装置に収納される配管の端部から、配管の断面および断熱材を経由して、外周空気への放熱が生じる。このため、機器温度が伝熱装置の制御温度と等しい場合でも、伝熱装置に収納される配管の端部側において配管温度が低下し、配管全長に亘る高精度の温度均一性が保てない。

　このように、従来の伝熱装置では、機器との結合部からの放熱による影響、および、結合される機器側の温度分布の影響を受けやすい問題があった。本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、配管系の全長に亘って温度の均一性を向上できる、伝熱装置を提供することである。

　本発明者らは、従来の伝熱装置において、伝熱装置に収納される配管の温度均一性が保てなくなる理由について、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、配管系と伝熱ブロックとの間には組み立ての容易性を考慮して隙間が形成されているが、この隙間が伝熱装置の端部においても存在し、そのため、伝熱ブロックから配管への加熱効果に比べて、配管端部からの周囲空気への放熱および配管端部と結合する機器側への伝熱の影響の方が大きくなることを見出した。これを踏まえて本発明者らは、本発明を以下のような構成とした。

　すなわち、本発明に係る伝熱装置は、内部を流体が流れる配管系に熱を伝える伝熱装置であって、配管系を囲繞する高熱伝導性の伝熱ブロックと、配管系の延在方向に沿って伝熱ブロック内に形成されたヒートパイプと、ヒートパイプに熱を加える加熱部とを備える。伝熱ブロックは、配管系の延在方向に沿って分割可能な、複数の分割ブロックを含む。配管系の延在方向における伝熱ブロックの両端部に、伝熱ブロックと配管系とが近接する近接部が設けられている。

　上記伝熱装置において好ましくは、近接部の、配管系の延在方向における延在長さは、近接部における配管系の外径以下である。

　上記伝熱装置において好ましくは、伝熱ブロックは、第一の分割ブロックと、第二の分割ブロックとを含み、複数の分割ブロックのうち、第一の分割ブロックのみにヒートパイプが形成され、第一の分割ブロックと第二の分割ブロックとは面接触する。

　上記伝熱装置において好ましくは、伝熱ブロックは、配管系との近接部において分割ブロックと配管系との間に介在する介在部材を含み、介在部材は分割ブロックに熱的に接触する。好ましくは、介在部材と配管系との間に微小隙間が形成されている。

　上記伝熱装置において好ましくは、近接部における分割ブロック端部の内径が縮小することにより、近接部が形成される。好ましくは、近接部において、分割ブロックと配管系との間に微小隙間が形成されている。

　上記伝熱装置において好ましくは、近接部において配管系を第一の分割ブロック側へ押圧する付勢部材を備える。好ましくは、付勢部材の先端に取り付けられた球体を備え、球体は、配管系の外周面に接触する。

　上記伝熱装置において好ましくは、伝熱ブロックは、第一の分割ブロックと、第二の分割ブロックとを含み、第一の分割ブロックと第二の分割ブロックとは微小隙間を介して対向する。

　上記伝熱装置において好ましくは、伝熱ブロックは、近接部において分割ブロックと配管系との間に介在する介在部材を含み、介在部材は分割ブロックに熱的に接触する。好ましくは、介在部材は配管系に接触する。

　上記伝熱装置において好ましくは、近接部における分割ブロックの内径が縮小することにより、近接部が形成される。好ましくは、近接部において、分割ブロックは配管系に接触する。

　本発明の伝熱装置によると、配管系の全長に亘って温度の均一性を向上することができる。

実施の形態１の伝熱装置の構成を示す模式図である。図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う伝熱装置の断面図である。図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う伝熱装置の断面図である。実施の形態２の伝熱装置の構成を示す模式図である。図４中のＶ－Ｖ線に沿う伝熱装置の断面図である。実施の形態３の伝熱装置の構成を示す模式図である。図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う伝熱装置の断面図である。図６中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う伝熱装置の断面図である。実施の形態４の伝熱装置の構成を示す模式図である。図９中のＸ－Ｘ線に沿う伝熱装置の断面図である。実施の形態５の伝熱装置の構成を示す模式図である。図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う伝熱装置の断面図である。実施の形態６の伝熱装置の構成を示す模式図である。図１３中のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う伝熱装置の断面図である。

　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。

　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。図１では、本実施の形態の伝熱装置２０を用いた流体搬送装置１の、部分的に切断した側面図が示されている。

　図１に示すように、流体搬送装置１は、二つの機器１１０，１２０と、機器１１０，１２０を接続する配管系１０とを備える。流体搬送装置１は、図１中の白抜き矢印に示すように、一方の機器１１０から配管系１０を経由して他方の機器１２０へ流体を流通させる装置である。配管系１０は、第一配管１２と、第二配管１４とを含む。第一配管１２は、一端部１３ａと他端部１３ｂとを有する。第二配管１４は、一端部１５ａと他端部１５ｂとを有する。配管系１０はまた、第一配管１２の一端部１３ａと第二配管１４の一端部１５ａとを連結する連結部１６と、機器１１０と第一配管１２の他端部１３ｂとを連結する連結部１８と、第二配管１４の他端部１５ｂと機器１２０とを連結する連結部１９とを含む。

　流体搬送装置１は、伝熱装置２０を備える。伝熱装置２０は、配管系１０に均等に熱を伝え、配管系１０を介して、配管系１０の内部を流れる流体を均一に加熱する。伝熱装置２０は、配管系１０を囲繞する伝熱ブロック３０と、配管系１０の延在方向に沿って伝熱ブロック３０に形成されたヒートパイプ４０と、ヒートパイプ４０に熱を加える加熱部の一例としてのヒータ５２とを備える。

　ここでいう配管系１０とは、流体を流通させる配管と、当該配管に接続された配管付属品とを含む概念であって、配管付属品を含んだ相互に連結された配管の集合体を指す。配管は、直管に限られず、任意の形状に曲げられた曲げ管を含み、また非可撓性管に限らず、たとえばフレキシブルチューブなどの可撓性管を含んでもよい。配管付属品としては、たとえば、エルボやティーなどに代表される継手、バルブ、ストレーナ、ノズルなどが挙げられる。また、流体を貯蔵するタンク、流体を加熱し気化させる気化器、気体状の原料を供給し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などの、配管に連通接続された機器類を、配管系１０に含んでもよい。

　ヒートパイプ４０は、伝熱ブロック３０内に形成された中空部で形成されている。この中空部は、密閉された空間であって、真空排気され減圧された真空空間として形成されている。中空部の内面には、毛管力を有する多孔質材料により形成されたウィック４２が設けられていてもよい。ウィック４２としては、上記中空部の内表面に金網や焼結金属が取り付けられてもよく、内表面に細かい溝が形成されてもよい。

　ヒートパイプ４０はまた、上記中空部に滞留する作動流体を含む。作動流体は、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。この凝縮性の作動流体が、真空減圧された密閉空間である中空部に適量注入されることで、ヒートパイプ４０を形成することができる。ヒートパイプ４０は、ヒータ５２が配置された高温部において加熱され蒸気化した作動流体が中空部内を移動し、中空部内の相対的に温度の低い低温部の壁面において凝縮して潜熱を放出して、中空部を均等に加熱する。凝縮した作動流体は、ウィック４２の毛細管作用によって、上記高温部へ還流する。この繰り返しで、高温部から低温部への熱輸送が行なわれる。

　なお、ヒートパイプ４０は、上述したウィック式に限られるものではなく、重力を援用するサーモサイホン式のヒートパイプであってもよく、ループ型細管の内部に２相凝縮性作動液を封入したループ型細管ヒートパイプであってもよい。

　ヒートパイプ４０は、第一配管１２の他端部１３ｂから第二配管１４の他端部１５ｂにまで至るように延在する。図１に示すように、ヒートパイプ４０は、第一配管１２の他端部１３ｂに接続される連結部１８を囲繞する伝熱ブロック３０から、第二配管１４の他端部１５ｂに接続される連結部１９を囲繞する伝熱ブロック３０まで、配管系１０の延在方向に沿って、伝熱ブロック３０の内部に形成されている。ヒートパイプ４０は、第一配管１２、第二配管１４および連結部１６の延在方向の全体を囲繞している。

　ヒートパイプ４０を加熱して作動流体を蒸発させるヒータ５２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適用することができる。

　ヒータ５２は、ヒートパイプ４０の機器１１０に近接する側を加熱するように、伝熱ブロック３０と熱的に接触している。ヒータ５２は、伝熱ブロック３０の外周面に接触している。ヒータ５２は、伝熱ブロック３０と熱的に接触して、伝熱ブロック３０を介してヒートパイプ４０に熱を伝えることができればよく、伝熱ブロック３０の外表面に接触する構成のほか、伝熱ブロック３０の内部にヒータ５２が埋め込まれてもよい。ヒータ５２がヒートパイプ４０の任意の一箇所を加熱できれば、ヒートパイプ４０の全体を均一に加熱することができるので、ヒータ５２の配置は図１に示すような機器１１０に近接する位置に限られない。

　ここで、「熱的に接触」とは、伝熱ブロック３０とヒータ５２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う。これらの部材が相互に当接して、直接機械的に接触している場合に限られない。たとえば、ヒータ５２が伝熱ブロック３０とロウ付け、溶接などで一体化されている場合、また、熱伝導性の高い物質を中間に介在させて間接的に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。

　機器１１０から第一配管１２、第二配管１４を経て機器１２０へ至る装置全体が、断熱材５０によって外側から被覆されている。断熱材５０によって、流体搬送装置１と外部との熱伝達が抑制されている。そのため、配管系１０を流通する気化された流体の再液化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５０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。

　図２および図３に示すように、配管系１０を被覆する伝熱ブロック３０は、複数の分割ブロック３２，３４を含む。配管系１０の周囲は、分割型の伝熱ブロック３０で覆われている。伝熱ブロック３０は、配管系１０の延在方向（すなわち、図１中の左右方向、図２，３中の紙面垂直方向）に沿って分割可能に形成されている。

　具体的には、本実施の形態では、伝熱ブロック３０は、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とを含む。第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とを組み合わせることで、内部に筒状の中空空間が形成された、中空の円筒形状の伝熱ブロック３０が形成される。分割ブロック３２，３４の内部に中空部が形成されて、分割ブロック３２，３４にヒートパイプ４０が設けられている。

　伝熱ブロック３０を形成する分割ブロックの形状は、図２および図３に示す断面形状に限られず、また分割ブロックの個数も二個に限られるものではない。任意の形状および個数の分割ブロックによって伝熱ブロック３０が形成されてもよいが、同一形状の分割ブロックの組み合わせによって伝熱ブロック３０が形成されれば、伝熱ブロック３０の生産性を向上できるので望ましい。

　分割ブロック３２，３４は、たとえばアルミニウムまたは銅などの金属材料に代表される、高熱伝導性の材料により形成されている。分割ブロック３２，３４をアルミニウム製とすると、分割ブロック３２，３４を軽量化でき、また分割ブロック３２，３４の配管系１０に対向する面をアルマイト処理すれば輻射による熱伝達効率を向上できるので望ましい。また分割ブロック３２，３４を銅製とすると、熱伝導率をより高くすることができ、またヒートパイプ４０の作動流体として熱特性の良好な水を用いることができるので望ましい。

　図１および図２に示すように、配管系１０の延在方向における伝熱ブロック３０の両端部には、分割ブロック３２，３４と配管系１０との間に介在する介在部材３８が設けられている。伝熱ブロック３０は、第一の分割ブロック３２の内周面と配管系１０の外周面との間に介在する介在部材３８と、第二の分割ブロック３４の内周面と配管系１０の外周面との間に介在する介在部材３８と、を含む。介在部材３８は、配管系１０の外周面に面接触する。

　介在部材３８が設けられることにより、伝熱ブロック３０は、配管系１０の延在方向の両端部において、配管系１０に近接する。配管系１０の延在方向における伝熱ブロック３０の両端部に、伝熱ブロック３０と配管系１０とが近接する近接部３６が設けられる。近接部３６における伝熱ブロック３０と配管系１０との間の距離は、近接部３６以外の箇所における伝熱ブロック３０と配管系１０との間の距離と比較して、より小さくなっている。本実施の形態１では、近接部３６において伝熱ブロック３０に含まれる介在部材３８と配管系１０とが面接触している。

　介在部材３８はまた、分割ブロック３２，３４に面接触している。一対の介在部材３８，３８のうち、第一の分割ブロック３２側の介在部材３８（図１および図２中において下側にある介在部材３８）は、第一の分割ブロック３２に接触しており、第一の分割ブロック３２に熱的に接触する。第二の分割ブロック３４側の介在部材３８（図１および図２中において上側にある介在部材３８）は、第二の分割ブロック３４に接触しており、第二の分割ブロック３４に熱的に接触する。

　また、一対の介在部材３８，３８は、互いに面接触する。一方、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とは、微小隙間３３を介して対向する。分割ブロック３２，３４間に微小隙間３３が形成されるので、分割ブロック３２，３４同士の当接によって介在部材３８同士の面接触が妨げられることはない。一方の介在部材３８が第一の分割ブロック３２と一体化され、他方の介在部材３８が第二の分割ブロック３４と一体化された構成において、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とを互いに接近させるように伝熱ブロック３０を配管系１０の周囲に組み付ける。

　これにより、一対の介在部材３８同士が互いに面接触し、介在部材３８と配管系１０とが面接触し、さらに介在部材３８と分割ブロック３２，３４とが熱的に接触する構成が、確実に得られる。なお、分割ブロック３２，３４はヒートパイプ４０およびヒータ５２をそれぞれ備えており、それぞれ温度制御されているので、分割ブロック３２，３４間に形成される微小隙間３３は、配管系１０の温度に実質的に影響を与えないと考えられる。これは、ヒートパイプ４０により伝熱ブロック３０はその全体に亘って均温化されており、加えて伝熱ブロック３０の周囲は断熱材５０によって被覆されていることによる。

　介在部材３８は、高熱伝導性の材料により形成されている。介在部材３８は、分割ブロック３２，３４と異なる材料により形成されていてもよい。

　このように近接部３６を構成することにより、ヒートパイプ４０により等温度に保たれた伝熱ブロック３０の熱を、近接部３６において配管系１０に伝達でき、伝熱装置２０の両端部において積極的に伝熱ブロック３０から配管系１０へ熱を伝えることができる。近接部３６において配管系１０と伝熱ブロック３０とを熱接触させることにより、伝熱装置２０の端面において伝熱ブロック３０から配管系１０へ伝達される熱量が増大する。これにより、伝熱装置２０と機器１１０，１２０との結合部における周囲空気への放熱量および機器１１０，１２０側への伝熱量を、熱量的に補償することができる。

　そのため、伝熱装置２０に収納される配管系１０の端部から、配管の断面および断熱材５０を経由して外周空気へ放散される熱量を、近接部３６を経由する伝熱ブロック３０からの伝熱量で補償することができ、伝熱装置２０と機器１１０，１２０との結合部の放熱により生じる配管系１０の温度低下を抑制できる。また、伝熱装置２０に接続される部分の機器１１０，１２０の温度が伝熱装置２０の制御温度より低い場合でも、伝熱装置２０側から機器１１０，１２０側へ伝達される熱量を、近接部３６を経由する伝熱ブロック３０からの伝熱量で補償することができる。したがって、伝熱装置２０に収納される配管系１０の全長に亘って、高精度の温度均一性を保つことができる。

　配管系１０の延在方向における近接部３６の延在長さが大きすぎると、近接部３６によって配管系１０が過度に拘束される不具合が発生する。そのため、近接部３６の延在長さは、近接部３６において伝熱ブロック３０に囲繞される配管系１０の外径の寸法以下とすることが望ましい。一方、近接部３６における伝熱ブロック３０から配管系１０への熱伝達量を十分に確保する観点からは、配管系１０の延在方向における近接部３６の延在長さを少なくとも配管系１０の外径の寸法の半分以上とするのが望ましい。

　以上説明した伝熱装置２０によると、伝熱ブロック３０にヒートパイプ４０を形成した構造にすることで、ヒートパイプ４０の熱輸送機能により伝熱ブロック３０が自動的に等温に加熱される。伝熱装置２０と機器１１０，１２０とが接合される伝熱装置２０の両端部に近接部３６を設け、近接部３６を介して伝熱ブロック３０から配管系１０へ伝達される熱量を確保することにより、伝熱装置２０の両端部における配管系１０の温度低下を抑制できる。したがって伝熱装置２０は、その全長に亘って配管系１０に均等に熱を伝えることができ、配管系１０の全体を高精度に温度管理できるので、配管系１０の全長に亘って温度の均一性を大幅に向上することができる。

　伝熱ブロック３０はヒートパイプ４０により均一な設定温度に保たれるので、近接部３６を設けて伝熱装置２０の両端部において伝熱ブロック３０から配管系１０に熱を伝達するようにすれば、伝熱ブロック３０の全体に亘り均熱性を確保でき、配管系１０へ伝達される熱量の均一性を向上できる。また、伝熱ブロック３０の一部が配管系１０に接触した場合にも、伝熱ブロック３０が均一温度に保たれているので、その接触した部分の配管系１０の温度が設定温度以上になることはない。そのため、配管系をヒータで加熱する伝熱装置と比較して、配管系１０の温度分布を低減することができ、伝熱装置２０の内部の配管系１０の全長に亘って高精度の温度均一性を保つことができる。

　配管系１０と伝熱ブロック３０とは、近接部３６において接触しているが、近接部３６以外の箇所では、伝熱ブロック３０の内周面と配管系１０の外表面との間には隙間が形成される。この隙間により、配管系１０を囲って伝熱装置２０を組み付ける際に発生する誤差を許容できるので、伝熱装置２０の組み付け性を向上させることができる。上述したように、伝熱ブロック３０の一部が配管系１０に接触しても配管系１０の温度は均一に保たれる。そのため、伝熱装置２０の両端部の近接部３６以外の全ての箇所で伝熱ブロック３０と配管系１０との間に隙間が必要な訳ではなく、伝熱装置２０の両端部以外の位置で伝熱ブロック３０と配管系１０とが接触する箇所が存在しても構わない。

　（実施の形態２）
　図４は、実施の形態２の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図５は、図４中のＶ－Ｖ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。図４および図５に示すように、実施の形態２の伝熱装置２０は、分割ブロック３２，３４と配管系１０との間に介在する介在部材３８を含まず、分割ブロック３２，３４の内径が縮小することにより近接部３６が形成され、近接部３６において分割ブロック３２，３４は配管系１０に面接触する点で、実施の形態１とは異なっている。

　介在部材３８を有する実施の形態１では、分割ブロック３２，３４と介在部材３８との間に接触熱抵抗が発生する。これに対し実施の形態２では、分割ブロック３２，３４の両端部を配管系１０に接触させて近接部３６を形成することにより、介在部材３８による接触熱抵抗は発生しない。そのため、近接部３６を介した伝熱ブロック３０から配管系１０への熱伝達の効率を向上できるので、伝熱装置２０の両端部における配管系１０の温度低下を抑制する効果が高められる。また、介在部材３８をなくしたことで伝熱装置２０の構成を簡素化でき、伝熱装置２０のコストを低減することができる。

　伝熱装置２０の設計当初より近接部３６を設けることが予定されている場合には、実施の形態２に示す分割ブロック３２，３４自体の成形によって近接部３６を形成するのが望ましい。一方、実施の形態１に示すように、介在部材３８を使用して近接部３６を形成してもよい。この場合、国際公開第２０１１／０５５４３０号（特許文献１）に示す従来の伝熱装置に介在部材３８を追加することで近接部３６を形成できるので、従来の伝熱装置に近接部３６をオプションとして追加することが可能となり、伝熱装置２０の設計の自由度を向上することができる。

　（実施の形態３）
　図６は、実施の形態３の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。図８は、図６中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。実施の形態３の伝熱装置２０では、伝熱ブロック３０は複数の分割ブロック３２，３４を含み、複数の分割ブロック３２，３４のうち一つのみにヒートパイプ４０が形成されている。

　図６－図８に示すように、実施の形態３の伝熱装置２０では、伝熱ブロック３０は、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とを含む。ヒートパイプ４０は、第一の分割ブロック３２のみに形成されている。二つの分割ブロック３２，３４のうち、第一の分割ブロック３２に中空部が形成されてヒートパイプ４０が設けられており、第二の分割ブロック３４は中空部を有さない中実構造に形成されている。ヒートパイプ４０およびヒートパイプ４０を加熱するためのヒータ５２をそれぞれ一つにすることで、伝熱装置２０の製造コストを低減でき、ヒータ５２の発熱量を低減できるのでランニングコストも低減できる。

　ヒートパイプ４０の形成された第一の分割ブロック３２から、ヒートパイプ４０の形成されない第二の分割ブロック３４への熱伝達を確保するために、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とは熱的に接触する。第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とは、図７－８に示すように直接面接触してもよく、または、高熱伝導性の材料を介在させて接触してもよい。分割ブロック３２，３４を確実に接触させるために、分割ブロック３２，３４を互いに近接する方向に付勢する部材を設けてもよい。

　実施の形態１と同様に、分割ブロック３２，３４と配管系１０との間に介在する介在部材３８が設けられることにより、伝熱ブロック３０の両端部に近接部３６が形成される。介在部材３８は、分割ブロック３２，３４に面接触する。一方、一対の介在部材３８，３８は、微小隙間３７を介して対向する。さらに、介在部材３８と配管系１０との間にも、微小隙間３９が形成される。一対の介在部材３８間に微小隙間３７が形成され、介在部材３８と配管系１０との間にもまた微小隙間３９が形成される。そのため、分割ブロック３２，３４の接触が妨げられることがなく、第一の分割ブロック３２から第二の分割ブロック３４への熱伝達量が確保されるので、配管系１０を周囲全体から確実に加熱して温度を均一化できる。

　一方の介在部材３８が一体化された第一の分割ブロック３２と、他方の介在部材３８が一体化された第二の分割ブロック３４とが互いに面接触するように、伝熱ブロック３０を配管系１０の周囲に組み付ける。これにより、分割ブロック３２，３４と介在部材３８とが熱的に接触する一方、一対の介在部材３８同士が微小隙間３７を介して対向し、さらに介在部材３８と配管系１０とが微小隙間３９を介して対向する構成が得られる。

　介在部材３８と配管系１０との間の微小隙間３９は、近接部３６において介在部材３８を経由して伝熱ブロック３０から配管系１０へ十分に熱が伝わる程度に、小さく形成される。より効率よく伝熱ブロック３０から配管系１０へ熱伝達するために、微小隙間３９の寸法は小さいほど好ましい。実施の形態１で説明した通り、近接部３６以外の箇所において伝熱ブロック３０と配管系１０との間に比較的大きな隙間が形成されるが、近接部３６以外の箇所における伝熱ブロック３０と配管系１０との間の隙間の寸法よりも、微小隙間３９の寸法は小さい。

　たとえば、近接部３６以外の箇所における伝熱ブロック３０と配管系１０との間の隙間の寸法に対して、微小隙間３９の寸法は１／１０以下、より好ましくは１／３０以下に規定される。典型的には、近接部３６以外での伝熱ブロック３０と配管系１０との間の隙間寸法を３ｍｍとしたとき、微小隙間３９の寸法を０．１ｍｍとしてもよい。

　以上の構成を備える実施の形態３の伝熱装置２０では、伝熱装置２０の両端部に近接部３６が設けられ、近接部３６を介して伝熱ブロック３０から配管系１０へ熱が伝達される。近接部３６における配管系１０と伝熱ブロック３０との間の隙間を極力小さくすることにより、伝熱装置２０の端面において伝熱ブロック３０から配管系１０へ伝達される熱量が増大する。これにより、伝熱装置２０と機器１１０，１２０との結合部の配管系１０から周囲空気への放熱量および配管系１０を経由する機器１１０，１２０側への伝熱量を補償できるので、伝熱装置２０の両端部における配管系１０の温度低下を抑制できる。したがって伝熱装置２０は、その全長に亘って配管系１０に均等に熱を伝えることができ、配管系１０の全体を高精度に温度管理できるので、配管系１０の全長に亘って温度の均一性を向上することができる。

　なお図７では、配管系１０の円周方向の全体に亘って微小隙間３９が形成されているが、近接部３６において伝熱ブロック３０と配管系１０との間に微小隙間３９を確保しつつ、配管系１０が伝熱ブロック３０の一箇所に接触してもよい。上述した通り、伝熱ブロック３０の一部が配管系１０に接触しても配管系１０の温度の均一性は確保される。そのため、近接部３６における伝熱ブロック３０に対する配管系１０の配置を過度に規定する必要がなく、伝熱ブロック３０と配管系１０との接触条件の調整を軽減できる。したがって、伝熱装置２０の組み立て性を向上させ、組み立て時の工数低減およびコストの低減を達成することができる。

　（実施の形態４）
　図９は、実施の形態４の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図１０は、図９中のＸ－Ｘ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。図９および図１０に示す実施の形態４の伝熱装置２０は、実施の形態２と同様に、分割ブロック３２，３４と配管系１０との間に介在する介在部材３８を含まない。分割ブロック３２，３４の内径が縮小することにより近接部３６が形成され、近接部３６において、第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４は確実に面接触する一方、分割ブロック３２，３４と配管系１０との間には微小隙間３９が形成されている。

　このようにすれば、伝熱ブロック３０から配管系１０への熱伝達経路に介在部材３８が存在しないことにより接触熱抵抗を低減することができ、介在部材３８をなくし伝熱装置２０の構成を簡素化できるのでコストを低減でき、ヒートパイプ４０を一つに減らしたことでさらにコストを低減することができる。第一の分割ブロック３２から第二の分割ブロック３４への熱伝達を確保するとともに、微小隙間３９の寸法をたとえば０．１ｍｍ程度に十分小さくすることで、近接部３６において配管系１０を十分に加熱でき、配管系１０の温度を均一化できる効果を、同様に得ることができる。

　（実施の形態５）
　図１１は、実施の形態５の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図１２は、図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。実施の形態５の伝熱装置２０は、近接部３６において配管系１０を第一の分割ブロック３２側へ押圧する付勢部材の一例としての、ばね６２を備える。第二の分割ブロック３４に、第二の分割ブロック３４を厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、ばね６２は当該貫通孔の内部に配置されている。第一の分割ブロック３２と配管系１０との間には介在部材３８が設けられ、他方、第二の分割ブロック３４と配管系１０との間には介在部材は設けられず微小隙間３９が形成される。

　ばね６２の先端には、球体６４が取り付けられている。ばね６２の末端は、固定部６６に接合されている。球体６４は、配管系１０の外周面に接触し、ばね６２の弾性力は球体６４を介して配管系１０へ伝達される。固定部６６は、第二の分割ブロック３４に固定される。ばね６２および球体６４は、固定部６６を介して第二の分割ブロック３４に取り付けられる。

　第一の分割ブロック３２と第二の分割ブロック３４とが組み立てられると、ばね６２は圧縮され、ばね６２はその長さを小さくするように変形する。このばね６２の圧縮により発生する弾性力が、球体６４を介して配管系１０へ伝わる。これにより、配管系１０は第一の分割ブロック３２側へ押圧される。ばね６２の先端に球形状の球体６４が取り付けられ、球体６４は配管系１０の外周面にスムーズに当接する。球体６４を設けることで、配管系１０の周方向への転がりに関わらず、配管系１０を安定して第一の分割ブロック３２側へ押し付けることができる。

　ばね６２を利用して配管系１０を積極的に伝熱ブロック３０に押し当てることで、伝熱ブロック３０に対する配管系１０の配置を一定にでき、その結果、近接部３６における伝熱ブロック３０から配管系１０への伝熱量を安定させることができる。ヒートパイプ４０の形成された第一の分割ブロック３２側へ配管系１０を押し付けることにより、より確実に配管系１０へ熱を伝達することができる。

　ばね６２は、任意の形状および材質のばねであってもよい。また、ばね６２に替えて、配管系１０を第一の分割ブロック３２側へ押し付ける弾性力を発生可能な任意の部材を、付勢部材として適用してもよい。

　（実施の形態６）
　図１３は、実施の形態６の伝熱装置２０の構成を示す模式図である。図１４は、図１３中のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う伝熱装置２０の断面図である。実施の形態６の伝熱装置２０は、実施の形態５と同様にばね６２を備える。第一の分割ブロック３２と配管系１０との間には介在部材が設けられない。第一の分割ブロック３２の径が縮小し、ばね６２の弾性力で配管系１０が第一の分割ブロック３２側へ押し付けられることにより、配管系１０は第一の分割ブロック３２に接触する。

　このようにすれば、実施の形態５と同様に、伝熱ブロック３０に対する配管系１０の配置を一定にでき、近接部３６における伝熱ブロック３０から配管系１０への伝熱量を安定させることができる。また、介在部材をなくしたことにより、接触熱抵抗の低減とコストの低減とが可能となる。

　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。

　本発明の伝熱装置は、たとえば半導体ウェハや液晶ガラス基板に成膜対象物を成膜する際に供給される反応ガスなどの、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の配管系に熱を伝える伝熱装置に、特に有利に適用され得る。

　１　流体搬送装置、１０　配管系、２０　伝熱装置、３０　伝熱ブロック、３２　第一の分割ブロック、３３，３７，３９　微小隙間、３４　第二の分割ブロック、３６　近接部、３８　介在部材、４０　ヒートパイプ、５０　断熱材、５２　ヒータ、６２　ばね、６４　球体、６６　固定部、１１０，１２０　機器。

Claims

　内部を流体が流れる配管系（１０）に熱を伝える伝熱装置（２０）であって、
　前記配管系（１０）を囲繞する高熱伝導性の伝熱ブロック（３０）と、
　前記配管系（１０）の延在方向に沿って前記伝熱ブロック（３０）内に形成されたヒートパイプ（４０）と、
　前記ヒートパイプ（４０）に熱を加える加熱部（５２）とを備え、
　前記伝熱ブロック（３０）は、前記配管系（１０）の延在方向に沿って分割可能な、複数の分割ブロック（３２，３４）を含み、
　前記配管系（１０）の延在方向における前記伝熱ブロック（３０）の両端部に、前記伝熱ブロック（３０）と前記配管系（１０）とが近接する近接部（３６）を設けた、伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）の、前記配管系（１０）の延在方向における延在長さは、前記近接部（３６）における前記配管系（１０）の外径以下である、請求項１に記載の伝熱装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（３０）は、第一の分割ブロック（３２）と、第二の分割ブロック（３４）とを含み、
　複数の前記分割ブロック（３２，３４）のうち、前記第一の分割ブロック（３２）のみに前記ヒートパイプ（４０）が形成され、
　前記第一の分割ブロック（３２）と前記第二の分割ブロック（３４）とは面接触する、請求項１に記載の伝熱装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（３０）は、前記近接部（３６）において前記分割ブロック（３２，３４）と前記配管系（１０）との間に介在する介在部材（３８）を含み、
　前記介在部材（３８）は前記分割ブロック（３２，３４）に熱的に接触する、請求項３に記載の伝熱装置（２０）。
　前記介在部材（３８）と前記配管系（１０）との間に微小隙間（３９）が形成されている、請求項４に記載の伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）における前記分割ブロック（３２，３４）の内径が縮小することにより、前記近接部（３６）が形成される、請求項３に記載の伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）において、前記分割ブロック（３２，３４）と前記配管系（１０）との間に微小隙間（３９）が形成されている、請求項６に記載の伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）において前記配管系（１０）を前記第一の分割ブロック（３２）側へ押圧する付勢部材（６２）を備える、請求項３から請求項７のいずれかに記載の伝熱装置（２０）。
　前記付勢部材（６２）の先端に取り付けられた球体（６４）を備え、
　前記球体（６４）は、前記配管系（１０）の外周面に接触する、請求項８に記載の伝熱装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（３０）は、第一の分割ブロック（３２）と、第二の分割ブロック（３４）とを含み、
　前記第一の分割ブロック（３２）と前記第二の分割ブロック（３４）とは微小隙間（３３）を介して対向する、請求項１に記載の伝熱装置（２０）。
　前記伝熱ブロック（３０）は、前記近接部（３６）において前記分割ブロック（３２，３４）と前記配管系（１０）との間に介在する介在部材（３８）を含み、
　前記介在部材（３８）は前記分割ブロック（３２，３４）に熱的に接触する、請求項１０に記載の伝熱装置（２０）。
　前記介在部材（３８）は前記配管系（１０）に接触する、請求項１１に記載の伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）における前記分割ブロック（３２，３４）の内径が縮小することにより、前記近接部（３６）が形成される、請求項１０に記載の伝熱装置（２０）。
　前記近接部（３６）において、前記分割ブロック（３２，３４）は前記配管系（１０）に接触する、請求項１３に記載の伝熱装置（２０）。