特許 7443149 配管用加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-26

(45)【発行日】2024-03-05

(54)【発明の名称】配管用加熱装置

(51)【国際特許分類】

   F16L 53/35 20180101AFI20240227BHJP

   F16L 59/02 20060101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

F16L53/35

F16L59/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020079059

(22)【出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2021173360

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 悠

(72)【発明者】

【氏名】入江 智芳

(72)【発明者】

【氏名】大保 忠司

(72)【発明者】

【氏名】新井 貴暁

【審査官】渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】実開平０３－１２４４８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭４４－００３３１２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－３０３９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０８４２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０２８１１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１３－５００４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１８９８８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－２９２１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２７３６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３７３９５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｌ ５３／３５

Ｆ１６Ｌ ５９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管用の加熱装置であって、
前記配管の外面に沿った形状の内面をそれぞれ有する半円筒形状の第１金属板および第２金属板と、
前記第１金属板および前記第２金属板の外面にそれぞれ接触する半円筒形状の第１ヒーターおよび第２ヒーターと、
前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターの外面にそれぞれ接触する第１断熱材および第２断熱材を備えており、
前記第１ヒーターの外面の全体、および前記第１金属板と前記第１ヒーターの両側面は、前記第１断熱材によって覆われており、
前記第２ヒーターの外面の全体、および前記第２金属板と前記第２ヒーターの両側面は、前記第２断熱材によって覆われている、加熱装置。

【請求項2】

前記第１金属板の内側に配置された第１金属繊維と、
前記第２金属板の内側に配置された第２金属繊維をさらに備えている、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項3】

前記第１金属板の縁部から外側に突出する第１つばと、
前記第２金属板の縁部から外側に突出する第２つばをさらに備えている、請求項１または２に記載の加熱装置。

【請求項4】

前記第１つばおよび前記第２つばの幅は、前記第１断熱材および前記第２断熱材の厚さよりも小さい、請求項３に記載の加熱装置。

【請求項5】

前記第１断熱材および前記第２断熱材のそれぞれは、少なくとも２種類の断熱材の組み合わせを備えている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加熱装置。

【請求項6】

前記少なくとも２種類の断熱材のうちの１つは、発泡樹脂である、請求項５に記載の加熱装置。

【請求項7】

前記発泡樹脂は、フェノール樹脂発泡材である、請求項６に記載の加熱装置。

【請求項8】

前記第１断熱材および前記第２断熱材の両側端面に固定された第１断熱側板および第２断熱側板をさらに備えている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配管を加熱するための加熱装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス、液晶パネル、ＬＥＤ、太陽電池等を製造する製造プロセスにおいては、プロセスガスをプロセスチャンバ内に導入してエッチング処理やＣＶＤ処理等の各種処理を行っている。プロセスチャンバに導入されたプロセスガスは、真空ポンプ装置によって排気され、ガス種によっては排ガス処理装置まで移送される。

【0003】

プロセスチャンバ内のプロセスガスは、複数ガスの反応により昇華温度の高い副生成物となることがある。プロセスチャンバから真空ポンプ装置、または真空ポンプ装置から排ガス処理装置に延びる配管の温度が低いと、副生成物は配管内で固体化し、配管を閉塞させることがある。さらに、固体化した副生成物が真空ポンプ装置に侵入すると、ポンプロータの回転を阻害し、ポンプロータの速度低下や、最悪の場合には真空ポンプ装置の運転停止を引き起こしてしまう。そこで、配管内での副生成物の固体化を防止するために、配管にヒーターを取り付けて配管を加熱している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－６９９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１は、従来のジャケット型ヒーターを開示している。特許文献１に示すように、このタイプのヒーターは、テフロン（登録商標）クロス等で包装されたジャケット内に、ヒーター線、断熱材、温度センサー等が一体で組み込まれた構造を有している。ジャケット型ヒーターを配管に取り付けるために、断熱材は、配管の外面に沿って変形できる必要がある。このため、断熱材として使用できる材料の種類は限定されてしまう。また、ヒーターは、包装を介して配管に熱を伝えるため、ヒーターから配管への熱移動が低下してしまう。

【0006】

そこで、ヒーターから配管への熱伝達効率を向上させることができる加熱装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、配管用の加熱装置であって、前記配管の外面に沿った形状の内面をそれぞれ有する第１金属板および第２金属板と、前記第１金属板および前記第２金属板の外側にそれぞれ配置された第１断熱材および第２断熱材と、前記第１金属板および前記第２金属板にそれぞれ取り付けられた第１ヒーターおよび第２ヒーターを備えている、加熱装置が提供される。

【0008】

一態様では、前記第１ヒーターは、前記第１金属板と前記第１断熱材との間に配置されており、前記第２ヒーターは、前記第２金属板と前記第２断熱材との間に配置されている。
一態様では、前記加熱装置は、前記第１金属板の内側に配置された第１金属繊維と、前記第２金属板の内側に配置された第２金属繊維をさらに備えている。

【0009】

一態様では、前記第１ヒーターは、前記第１金属板の内側に配置されており、前記第２ヒーターは、前記第２金属板の内側に配置されている。
一態様では、前記加熱装置は、前記第１ヒーターの内側に配置された第１金属繊維と、前記第２ヒーターの内側に配置された第２金属繊維をさらに備えている。

【0010】

一態様では、前記加熱装置は、前記第１金属板の縁部から外側に突出する第１つばと、前記第２金属板の縁部から外側に突出する第２つばをさらに備えている。
一態様では、前記第１つばおよび前記第２つばの幅は、前記第１断熱材および前記第２断熱材の厚さよりも小さい。

【0011】

一態様では、前記第１断熱材および前記第２断熱材のそれぞれは、少なくとも２種類の断熱材の組み合わせを備えている。
一態様では、前記少なくとも２種類の断熱材のうちの１つは、発泡樹脂である。
一態様では、前記発泡樹脂は、フェノール樹脂発泡材である。
一態様では、前記第１金属板および前記第１ヒーターの長さは、前記第１断熱材の長さよりも小さく、前記第２金属板および前記第２ヒーターの長さは、前記第２断熱材の長さよりも小さい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、第１ヒーターおよび第２ヒーターの熱を、ジャケットの包装材を介さずに配管に伝えることができる。さらに、第１断熱材および第２断熱材は、変形可能な材料に限定されることなく、種々の材料を第１断熱材および第２断熱材に使用することができる。例えば、低い熱伝導率を有するフェノール樹脂発泡材を第１断熱材および第２断熱材に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】配管用の加熱装置の一実施形態を示す断面図である。

【図2】加熱装置の斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、図１に示す加熱装置の長手方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）は、他の実施形態に係る加熱装置の長手方向に沿った断面図である。

【図4】加熱装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

【図5】加熱装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

【図6】加熱装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、配管用の加熱装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、加熱装置は、配管１００の外面に沿った形状の内面１ａ，２ａをそれぞれ有する第１金属板１および第２金属板２と、第１金属板１および第２金属板２の外側にそれぞれ配置された第１断熱材５および第２断熱材６と、第１金属板１および第２金属板２にそれぞれ取り付けられた第１ヒーター７および第２ヒーター８を備えている。

【0015】

第１ヒーター７および第２ヒーター８は、ニクロム線などの電熱線（図示せず）を有する電気式ヒーターである。第１ヒーター７および第２ヒーター８の具体的構成は特に限定されないが、第１ヒーター７および第２ヒーター８の例としては、ラバーヒーター、シートヒーターなどが挙げられる。一実施形態では、第１ヒーター７および第２ヒーター８は、接着テープにより第１金属板１および第２金属板２の外面に直接取り付けられた電熱線（例えば絶縁被覆付きニクロム線）を備えてもよい。接着テープには、耐熱性を有するアルミテープなどの金属箔テープを用いることができる。

【0016】

第１ヒーター７は、第１金属板１と第１断熱材５との間に配置されている。より具体的には、第１ヒーター７は、第１金属板１の外面に、耐熱接着剤、両面テープなどの接合部材（図示せず）によって固定されている。第２ヒーター８は、第２金属板２と第２断熱材６との間に配置されている。より具体的には、第２ヒーター８は、第２金属板２の外面に、耐熱接着剤、両面テープなどの接合部材（図示せず）によって固定されている。耐熱接着剤および両面テープは、市販のものを使用することができる。例えば、両面テープには、耐熱性を有する両面アルミテープなどの両面金属箔テープを用いることができる。

【0017】

第１金属板１および第２金属板２は、配管１００の外面に接触可能な形状の内面１ａ，２ａをそれぞれ有している。本実施形態では、第１金属板１および第２金属板２は、それぞれ半円筒形状を有している。加熱装置の動作中は、第１金属板１および第２金属板２の内面１ａ，２ａの全体は、配管１００の外面に接触している。

【0018】

第１金属板１および第２金属板２は、アルミニウム、ステンレス鋼などの熱伝導率の高い金属から構成されている。本実施形態では、第１金属板１および第２金属板２は、アルミニウムから構成されている。第１金属板１および第２金属板２の製造方法は特に限定されない。例えば、プレス成形を用いて第１金属板１および第２金属板２を製造してもよい。

【0019】

第１断熱材５は、２種類の断熱材の組み合わせを備えている。すなわち、第１断熱材５は、第１内側断熱材５Ａと、第１外側断熱材５Ｂを備えている。第１外側断熱材５Ｂは、第１内側断熱材５Ａの外側に位置している。第１内側断熱材５Ａは、第１ヒーター７に接触している。第１外側断熱材５Ｂは第１内側断熱材５Ａの外面に接着剤、粘着テープなどの接合材（図示せず）によって固定されている。

【0020】

第１内側断熱材５Ａは、第１外側断熱材５Ｂよりも高い耐熱温度を有する。より具体的には、第１内側断熱材５Ａは、第１ヒーター７の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する。第１内側断熱材５Ａの例としては、ロックウール、ガラスウールなどの繊維状断熱材が挙げられる。第１内側断熱材５Ａは、第１ヒーター７の熱が第１外側断熱材５Ｂに伝わることを防止し、第１外側断熱材５Ｂのダメージを防ぐことができる。

【0021】

第１外側断熱材５Ｂは、発泡樹脂から構成されている。本実施形態では、第１外側断熱材５Ｂはフェノール樹脂発泡材から構成されている。フェノール樹脂発泡材は、フェノールを含む発泡ポリマー樹脂であり、低い熱伝導率を有する。本実施形態では、第１外側断熱材５Ｂは、熱伝導率０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のフェノール樹脂発泡材から構成されている。第１外側断熱材５Ｂを保護するために、第１外側断熱材５Ｂの外面をガラス繊維状の外被材で覆ってもよい。第１断熱材５は、３種類以上の断熱材の組み合わせを備えてもよい。

【0022】

同様に、第２断熱材６は、２種類の断熱材の組み合わせを備えている。すなわち、第２断熱材６は、第２内側断熱材６Ａと、第２外側断熱材６Ｂを備えている。第２外側断熱材６Ｂは、第２内側断熱材６Ａの外側に位置している。第２内側断熱材６Ａは、第２ヒーター８に接触している。第２外側断熱材６Ｂは第２内側断熱材６Ａの外面に接着剤、粘着テープなどの接合材（図示せず）によって固定されている。

【0023】

第２内側断熱材６Ａは、第２外側断熱材６Ｂよりも高い耐熱温度を有する。より具体的には、第２内側断熱材６Ａは、第２ヒーター８の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する。第２内側断熱材６Ａの例としては、ロックウール、ガラスウールなどの繊維状断熱材が挙げられる。第２内側断熱材６Ａは、第２ヒーター８の熱が第２外側断熱材６Ｂに伝わることを防止し、第２外側断熱材６Ｂのダメージを防ぐことができる。

【0024】

第２外側断熱材６Ｂは、発泡樹脂から構成されている。本実施形態では、第２外側断熱材６Ｂはフェノール樹脂発泡材から構成されている。フェノール樹脂発泡材は、フェノールを含む発泡ポリマー樹脂であり、低い熱伝導率を有する。本実施形態では、第２外側断熱材６Ｂは、熱伝導率０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のフェノール樹脂発泡材から構成されている。第２外側断熱材６Ｂを保護するために、第２外側断熱材６Ｂの外面をガラス繊維状の外被材で覆ってもよい。第２断熱材６は、３種類以上の断熱材の組み合わせを備えてもよい。

【0025】

第１金属板１の両方の縁部には、第１金属板１（および配管１００）の長手方向に延びる第１つば１１が接続されている。第１つば１１は、第１金属板１の縁部から外側に突出している。同様に、第２金属板２の両方の縁部には、第２金属板２（および配管１００）の長手方向に延びる第２つば１２が接続されている。第２つば１２は、第２金属板２の縁部から外側に突出している。

【0026】

第１つば１１および第２つば１２は、互いに接触している。したがって、第１金属板１および第２金属板２の相対位置は、第１つば１１および第２つば１２によって固定される。第１つば１１および第２つば１２の幅は、第１断熱材５および第２断熱材６の厚さよりも小さい。特に、第１つば１１および第２つば１２の幅は、第１内側断熱材５Ａおよび第２内側断熱材６Ａの厚さよりも小さい。したがって、第１つば１１および第２つば１２の全体は、第１断熱材５および第２断熱材６によってそれぞれ覆われている。このような構成によれば、第１断熱材５および第２断熱材６は、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱が周囲に放散されること防止することができる。

【0027】

第１金属板１、第１つば１１、第１ヒーター７、および第１断熱材５は、一体化されており、第１組立体１６を構成する。同様に、第２金属板２、第２つば１１、第２ヒーター８、および第２断熱材６は、一体化されており、第２組立体１７を構成する。

【0028】

図２に示すように、加熱装置は、第１断熱材５および第２断熱材６の外面を囲む結束部材１５をさらに備えている。この結束部材１５は、着脱可能に第１断熱材５および第２断熱材６の外面に取り付けられる。結束部材１５は、第１および第２金属板１，２、第１および第２ヒーター７，８、第１および第２断熱材５，６の相対位置を固定し、これらが配管１００から脱落することを防ぐ役割を持つ。結束部材１５を第１断熱材５および第２断熱材６から取り外すと、第１および第２金属板１，２、第１および第２ヒーター７，８、第１および第２断熱材５，６を配管１００から取り外すことができる。このように、加熱装置は、配管１００の外面に着脱可能に取り付けられる。

【0029】

結束部材１５の具体的構成は、第１断熱材５および第２断熱材６の外面に着脱可能に取り付けられるものであれば、特に限定されない。例えば、結束部材１５は、ファスナ付きバンド、ベルト、紐、ヒンジおよびパチン錠付き結束具、ねじ止め式結束具などである。バンド、ベルト、紐は、伸縮可能であることが好ましい。

【0030】

本実施形態によれば、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱は、第１金属板１および第２金属板２を通じて配管１００に伝わり、配管１００を加熱することができる。特に、ジャケット型ヒーターとは異なり、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱を、ジャケットの包装材を介さずに配管１００に伝えることができる。さらに、第１断熱材５および第２断熱材６は、変形可能な材料に限定されることなく、種々の材料を第１断熱材５および第２断熱材６に使用することができる。例えば、低い熱伝導率を有するフェノール樹脂発泡材を第１断熱材５および第２断熱材６に使用することができる。

【0031】

図３（ａ）は、図１に示す加熱装置の長手方向に沿った断面図である。図３（ａ）では結束部材１５の図示は省略されている。図３（ａ）に示すように、第１金属板１および第１ヒーター７の長さは、第１断熱材５の長さよりも小さい。したがって、第１金属板１および第１ヒーター７の全体は、第１断熱材５によって覆われており、第１金属板１および第１ヒーター７は外部に露出しない。より具体的には、第１ヒーター７の外面の全体、および第１金属板１と第１ヒーター７の両側面は、第１内側断熱材５Ａによって覆われている。

【0032】

同様に、第２金属板２および第２ヒーター８の長さは、第２断熱材６の長さよりも小さい。したがって、第２金属板２および第２ヒーター８の全体は、第２断熱材６によって覆われており、第２金属板２および第２ヒーター８は外部に露出しない。より具体的には、第２ヒーター８の外面の全体、および第２金属板２と第２ヒーター８の両側面は、第２内側断熱材６Ａによって覆われている。

【0033】

このような構成によれば、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱は、周囲の大気中にはほとんど放散されず、配管１００に伝えられる。結果として、熱伝達効率を向上させることができる。

【0034】

図３（ｂ）は、他の実施形態に係る加熱装置の長手方向に沿った断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図３（ａ）を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図３（ｂ）に示すように、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱が周囲の大気中に放散されることをより確実に防止するために、加熱装置は、第１断熱材５および第２断熱材６の両側端面に固定された第１断熱側板２１および第２断熱側板２２をさらに備えている。第１断熱側板２１および第２断熱側板２２の材料は特に限定されないが、ロックウール、ガラスウールなどの繊維状断熱材、またはガラスクロスなどが使用される。

【0035】

図４は、加熱装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、加熱装置は、第１金属板１の内側に配置された第１金属繊維３１と、第２金属板２の内側に配置された第２金属繊維３２をさらに備えている。

【0036】

第１金属繊維３１および第２金属繊維３２は、繊維状の金属（ステンレス鋼、ニッケル、チタン、銅、アルミニウムなど）である。第１金属繊維３１は、第１金属板１の内面１ａの全体に接触し、第２金属繊維３２は、第２金属板２の内面２ａの全体に接触している。加熱装置が配管１００に取り付けられたとき、第１金属繊維３１および第２金属繊維３２は配管１００の外面に接触する。第１金属繊維３１および第２金属繊維３２は、配管１００と、第１および第２金属板１，２との間の隙間を埋めることができるので、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱を配管１００に効率よく伝えることができる。

【0037】

図５は、加熱装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図５に示すように、本実施形態では、第１ヒーター７は、第１金属板１の内側に配置されており、第２ヒーター８は、第２金属板２の内側に配置されている。第１断熱材５および第２断熱材６は、第１金属板１および第２金属板２の外面に接触している。

【0038】

第１ヒーター７は、第１金属板１の内面１ａに、耐熱接着剤、両面テープなどの接合部材によって固定されている。第２ヒーター８は、第２金属板２の内面２ａに、耐熱接着剤、両面テープなどの接合部材によって固定されている。耐熱接着剤および両面テープは、市販のものを使用することができる。例えば、両面テープには、耐熱性を有する両面アルミテープなどの両面金属箔テープを用いることができる。

【0039】

第１金属板１および第２金属板２は、アルミニウムによりも熱伝導率の低いステンレス鋼から構成されている。加熱装置が配管１００に取り付けられたとき、第１ヒーター７および第２ヒーター８は、配管１００の外面に接触する。本実施形態によれば、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱は、配管１００に直接伝えられるので、熱伝達効率が向上できる。

【0040】

図６に示すように、加熱装置は、第１ヒーター７の内側に配置された第１金属繊維３１と、第２ヒーター８の内側に配置された第２金属繊維３２をさらに備えてもよい。加熱装置が配管１００に取り付けられたとき、第１金属繊維３１および第２金属繊維３２は配管１００の外面に接触する。第１金属繊維３１および第２金属繊維３２は、配管１００と、第１および第２ヒーター７，８との間の隙間を埋めることができるので、第１ヒーター７および第２ヒーター８の熱を配管１００に効率よく伝えることができる。

【0041】

上述した各実施形態では、加熱装置は、配管１００の全周を覆う２組の金属板１，２、ヒーター７，８、断熱材５，６を備えているが、一実施形態では、加熱装置は、配管１００の全周を覆う３組以上の金属板、ヒーター、断熱材を備えてもよい。加熱装置は、図示したような直管からなる配管１００に限らず、エルボ管、ベンド管などにも適用することができる。また、配管１００の断面は真円でなくてもよい。

【0042】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0043】

１ 第１金属板
２ 第２金属板
５ 第１断熱材
５Ａ 第１内側断熱材
５Ｂ 第１外側断熱材
６ 第２断熱材
７ 第１ヒーター
８ 第２ヒーター
１１ 第１つば
１２ 第２つば
１５ 結束部材
１６ 第１組立体
１７ 第２組立体
２１ 第１断熱側板
２２ 第２断熱側板
３１ 第１金属繊維
３２ 第２金属繊維
１００ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】