JP2007101048A - Gas heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの洗浄後になされる乾燥工程などのクリーンな環境で処理しなければならないプロセスで使用される気体の加熱装置に関する。 The present invention relates to a gas heating apparatus used in a process that must be processed in a clean environment such as a drying process performed after cleaning a semiconductor device.
電気ヒータを用いてシーズヒータを構成し、気体を加熱して排出する気体加熱器を構成し、半導体デバイスの乾燥工程において使用される。 A sheathed heater is formed using an electric heater, a gas heater that heats and discharges gas is formed, and is used in a drying process of a semiconductor device.
電気ヒータを収納する管に金属パイプを用いた例が特許文献1に、ステンレス鋼を用いた例が特許文献2に記載されている。
An example in which a metal pipe is used as a pipe for housing an electric heater is described in
特許文献3には、電気抵抗を内蔵するガラス管ヒータの有効発熱部の表面の全体又は一部に、少なくとも活性アルミナとシリカとゼオライトを有する吸着層と、該吸着層の表面に白金属を有する触媒被覆層とを施し、触媒濃度勾配を設けた脱臭ヒータが記載されている。
特許文献4には、電気ヒータの外周に流体加熱管を配設し、さらにこの流体加熱管1の外周に内向き反射部材を配設し、前記流体加熱管は透明部材である構成を特徴とする流体加熱器が記載されている。
特許文献5には、両端が封止されて、内部に抵抗加熱ヒータを配置した石英のヒータ用パイプと、該ヒータ用パイプの外周面に長手方向に所定間隔で嵌挿され、かつ円周部に形成した切欠部が互に逆方向となるように隣接配置された複数枚の石英のリング盤と、両端が封止され、かつ上記リング盤の円周面に当接されるように、上記ヒータ用パイプを包む石英の外筒と該外筒の両端に連接されて、該外筒とヒータ用パイプとの間の流体通路に連設する石英の入口パイプおよび出口パイプとを備えた流体加熱器が記載されている。
In
特許文献1から5に記載されたような流体加熱器を半導体デバイスの洗浄後になされる乾燥工程などのクリーンな環境に設置するには次のような問題がある。
There are the following problems in installing a fluid heater as described in
特許文献1に示されるシーズヒータは多く採用されるところであるが、内部に詰める電気絶縁材のマグネシア粉末に特定の粒子径範囲の無機酸化物を微量添加して高温での絶縁抵抗の低下を防ぐもので、ヒータ外筒が金属体であるため前記同様、金属汚染を避けることができない。
Although the sheathed heater shown in
特許文献2に示されるシーズヒータおよびこれを用いた加熱器は多く採用されるところであるが、ヒータ外筒(シーズ)を化学成分が特定されたステンレス鋼としており、ヒータ外筒が金属体であり金属汚染をさけることができない。
The sheathed heater and the heater using the sheathed heater disclosed in
特許文献3に示される脱臭ヒータはガラス管ヒータを用いているが、脱臭触媒被覆層を有して脱臭ヒータを構成しており、半導体デバイスの処理プロセスに使用するには汚染を避けることができない。
Although the deodorizing heater shown in
特許文献4に示される加熱装置にあっては、加熱体として高価なハロゲンランプを使用しており、その輻射熱により流体を加熱しているが気体はほとんど輻射熱を吸収しないため外側に反射材を設けハロゲンランプと反射材との間で輻射熱を無限に反射させて気体に輻射熱を吸収させようとしている。実際に反射率100%の反射材はなく、これに近いものとして金箔、金メッキがあるが高価である。従って反射材といえども輻射熱を吸収し高温となってしまう。またハロゲンランプが収納されている中空管は高温となり外管(明細書では第1の中空管)との温度差による熱膨張を逃がすためシール部材が設けられており、シール部材としてフッ素樹脂としているが、その耐熱温度はせいぜい数百度℃で加熱温度が高い場合はシールすることができない。このような高温のシールとしては金属フェルールがあるが金属汚染は避けることはできない。
In the heating device shown in
特許文献5に示される流体加熱装置では、加熱される流体と接する面はヒータ用パイプ、外周およびリング盤はすべて石英で作られていて金属汚染されることがないが、加熱される流体と接する面は全て石英であり金属を汚染することはないが放射熱が逃げやすく、また熱効率を上げるため多数のリング盤がヒータ用パイプに溶接されているが溶接作業に時間を要し価格高となる。また、このような構成であると、石英の熱膨張は小さいが気体加熱では高温のヒータ用パイプと外筒とは温度差が大きく気体を高温に加熱すればするほど熱膨張差で破損する恐れがある。
In the fluid heating device disclosed in
本発明は、かかる点に鑑みて加熱される流体と接する面は石英ガラスが使用されて金属汚染がなく、かつ高温で使用されても破損の恐れがなく、熱効率が高い安価な気体加熱装置を提供することを目的とする。 In view of this point, the present invention provides an inexpensive gas heating device with high thermal efficiency, in which quartz glass is used on the surface in contact with the fluid to be heated, there is no metal contamination, and there is no risk of damage even when used at high temperatures. The purpose is to provide.
本発明は、器体本体にシーズヒータを組み込んで気体を加熱して排出する気体加熱器において、
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部を有し、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、前記器体本体の一部の板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、該隔管の外周面に沿って隔管によって狭められた気体流通部が前記流入口、排出口および前記開口部に連通して形成され、
気体流通部内に配設されるものであって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の一部をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと前記シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備えること
を特徴とする気体加熱器を提供する。
The present invention is a gas heater that heats and discharges gas by incorporating a sheathed heater into the container body,
The vessel body has a tubular portion formed of quartz glass, a gas inlet is formed in part, and a gas outlet is formed in the other part,
A septum that is formed of quartz glass and has an opening that extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the container body, is welded and fixed to a part of the plate of the container body, and opens in the cylindrical space. And a gas flow part narrowed by the diaphragm along the outer peripheral surface of the diaphragm is formed in communication with the inlet, the outlet and the opening,
A lead that is disposed in the gas flow part and has a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and is led out through each part of the vessel body. And the lead-out portion is welded and fixed to the penetrating portion of the main body of the container body, and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass. A heating heater, and the heating heater and the sheathed capillary tube are formed in the sheathed capillary tube. There is provided a gas heater comprising a sheathed heater in which an electrically insulating powder filled so as to be in contact with an inner surface is disposed.
また、上述の気体加熱器において、前記器体本体の筒状空間部の長手方向で、前記隔管の外側に位置して伸び、前記器体本体の前記溶接固定された側の反対側の部分に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成された他の隔管を備え、前記隔管と前記他の隔管との間に狭められた前記気体流通部が形成されることを特徴とする気体加熱器を提供する。 Further, in the above-described gas heater, a portion of the longitudinal direction of the cylindrical space portion of the main body that extends outside the separation pipe and is opposite to the welded side of the main body. The gas flow that is fixed by welding to the cylindrical space, has an opening that opens in the cylindrical space, is provided with another diaphragm formed of quartz glass, and is narrowed between the diaphragm and the other diaphragm A gas heater is provided in which a portion is formed.
また、上述の気体加熱器において、前記流入口および前記排出口には、それぞれ石英ガラスによって流入導管および排出導管が溶接固定されることを特徴とする気体加熱器を提供する。 In the above-mentioned gas heater, an inflow conduit and an exhaust conduit are welded and fixed to each of the inlet and the outlet by quartz glass.
本発明になる気体加熱装置は、上述のように加熱される流体と接する面を構成する部分は石英ガラスによって形成され、この場合に石英ガラスで形成される隔管を備え、この隔管の外面に沿って規則正しく巻回されるコイル部を有するようにしてシーズヒータを構成し、更に該シーズヒータはシーズ細管内に電気ヒータおよび電気ヒータとシーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設される構成としているために、金属汚染がなく、かつ高温で使用されても破損の恐れがなく、熱効率が高い安価なものとすることができる。 In the gas heating device according to the present invention, the portion constituting the surface in contact with the fluid to be heated as described above is formed of quartz glass, and in this case, a partition tube formed of quartz glass is provided, and the outer surface of the partition tube The sheathed heater is configured to have a coil portion that is regularly wound along the sheathed heater, and the sheathed heater is filled in the sheathed thin tube so as to be in contact with the inner surface of the electrical heater and the sheathed capillary. Therefore, there is no metal contamination, there is no risk of damage even when used at a high temperature, and the heat efficiency can be high and inexpensive.
本発明の実施例になる器体本体にシーズヒータを組み込んで気体を加熱して排出する気体加熱器にあっては、
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部と、石英ガラスによって形成され、前記管状部の両側をそれぞれ塞ぐ側板とからなり、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
内部が前記排出口に連通するようにして器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、前記器体本体の一側の側板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、
前記器体本体の筒状空間部の長手方向で、前記隔管の外側に位置して伸び、前記器体本体の前記一側の側板の反対側の側板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成された他の隔管を備え、前記隔管と前記他の隔管との間に狭められた前記気体流通部が前記流入口、前記排出口および2つの開口部に連通して前記流入口から前記排出口に向けて流体の折り返す流れを形成し、
気体流通部内であって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の両側の側板をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと前記シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備える。
In the gas heater that heats and discharges gas by incorporating a sheathed heater into the main body of the container body according to the embodiment of the present invention,
The main body is composed of a tubular portion made of quartz glass, and side plates that are made of quartz glass and block both sides of the tubular portion, with a gas inlet in part and a gas in the other part. An outlet is formed,
An opening that extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the container body so that the inside communicates with the discharge port, is welded and fixed to a side plate on one side of the container body, and opens in the cylindrical space. Having a septum formed of quartz glass,
In the longitudinal direction of the cylindrical space portion of the main body, it is located outside the separation tube, and is welded and fixed to the side plate opposite to the one side plate of the main body. An opening that opens, and includes another diaphragm formed of quartz glass, and the gas circulation portion narrowed between the diaphragm and the other diaphragm is the inlet, the outlet, and Forming a fluid return flow from the inlet to the outlet in communication with the two openings;
In the gas flow part, having a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and having a lead-out part that is led out to the outside through the side plates on both sides of the body body, The lead-out part is welded and fixed to the penetrating part of the main body of the vessel body, and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass so that the sheathed heater is in contact with the heater and the inner surface of the heater and the sheathed capillary. A sheathed heater is provided in which filled electrical insulating powder is disposed.
そして、前記側板は前記管状部にそれぞれ溶接固定される。 The side plates are fixed to the tubular portions by welding.
また、本発明の実施例になる器体本体に電気ヒータを組み込んで気体を加熱して排出する気体加熱器にあっては、
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部と、石英ガラスによって形成され、前記管状部の両側をそれぞれ塞ぐ側板とからなり、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
内部が前記流入口に連通するようにして器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、一側が前記器体本体の一側の側板に溶接固定され、他側が閉塞され、筒状空間部内で、前記一側の側板に近接して開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、該隔管の外周面に沿って隔管によって狭められた気体流通部が前記流入口、排出口および前記開口部に連通して前記流入口から前記排出口に向けて流体の一方方向の流れを形成し、
気体流通部内であって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の両側の側板をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと該シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備える。
In addition, in a gas heater that heats and discharges gas by incorporating an electric heater into the main body of the embodiment of the present invention,
The main body is composed of a tubular portion made of quartz glass, and side plates that are made of quartz glass and block both sides of the tubular portion, with a gas inlet in part and a gas in the other part. An outlet is formed,
The inside extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the main body so as to communicate with the inflow port, one side is welded and fixed to a side plate on one side of the main body, the other side is closed, and the cylindrical space In the section, there is an opening that opens close to the side plate on the one side, and includes a diaphragm formed of quartz glass, and a gas flow section narrowed by the diaphragm along the outer peripheral surface of the diaphragm. Communicating with the inlet, outlet and the opening to form a one-way flow of fluid from the inlet to the outlet;
In the gas flow part, having a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and having a lead-out part that is led out to the outside through the side plates on both sides of the body body, The lead-out part is welded and fixed to the penetrating part of the main body of the vessel body and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass, and the sheathed capillary tube is in contact with the heating heater and the inner surface of the heating heater and the sheathed capillary tube. A sheathed heater is provided in which filled electrical insulating powder is disposed.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1である気体加熱器100の断面図であり、図2は図1のX−X´断面図である。これらの図において、気体加熱器100は、器体本体1にシーズヒータ(すなわち電気ヒータ)2を組み込んで被加熱気体101を加熱して排出する加熱装置として構成される。
1 is a cross-sectional view of a
器体本体1は、石英ガラスによって形成された管状部21と、石英ガラスによって形成され、管状部21の両側をそれぞれ塞ぐ部分である側板22,23とからなり、一部に気体の流入口24が、そして他部に気体の排出口25が形成される、
器体本体1内の筒状空間部31の長手方向(図において左右方向)に伸び、器体本体1の一部、すなわち一側の側板23に溶接固定され、筒状空間部31内で開口する開口部32を有し、石英ガラスで形成される隔管5を備え、この隔管5の外周面に沿って隔管5によって狭められた気体流通部33が流入口24、排出口25および開口部32に連通して形成される。
The
It extends in the longitudinal direction (left and right in the figure) of the
気体流通部33内に配設されるものであって、隔管5の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部41を有し、器体本体1の両側の部分すなわち側板22,23をそれぞれ貫通して外部に導出される直線状の導出部42,43を有し、これらの導出部42,43が器体本体1の貫通部44,45に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管すなわちシーズ9構成を有し、このシーズ細管9内に発熱ヒータ(すなわち発熱コイル)10および発熱ヒータ10と細管9の内面に接するように充填された電気絶縁粉末11が配設されるシーズヒータ2が設けられる。
The
器体本体1の筒状空間部31の長手方向で、隔管5の外側に位置して伸び、器体本体1の一側の側板23の反対側の側板22に溶接固定され、筒状空間部31内で開口する開口部34を有し、石英ガラスで形成された他の隔管4を備え、隔管5と他の隔管4との間に狭められた前記気体流通部33が、そして隔管4と管状部32との間には他の気体流通部35が形成される。ここで他の隔管4を第一の隔管、隔管5を第二隔管と称する。
In the longitudinal direction of the
流入口24および排出口25には、それぞれ石英ガラスによって流入導管6および排出導管7が溶接固定される。
The
気体加熱器100は管状の器体本体1と側板22,23 が一体に溶接接合されている。器体本体1の一端には気体の流入導管6が、他端の側板23には排出導管7が溶接にて取り付けられている。器体本体1の内側に第一隔管4が一端を側板22に溶接固定され、他端は側板23から離れて開口部34を形成し、気体の通路が形成されている。
In the
第一隔管4の内側に第二隔管5が一端を側板23に溶接固定され、他端は側板22から離れて開口部32を形成し、気体の通路が形成されている。
The
側板23には排出導管7が溶接取り付けされている。第一隔管4と第二隔管5の間にシーズヒータ2が配置される。
A
シーズヒータ2は石英ガラス管をコイル状に成形されたシーズ細管9の内部に発熱ヒータ10が入った構造とされ、その隙間には電気絶縁材である粉末、すなわち電気絶縁粉末11が充填されている。コイル状形状にすることによって温度差に起因する熱膨張の差を吸収することができる。発熱ヒータ10の両端は電源端子12a、12bと接続されている。発熱ヒータ10と電源端子12a、12bの接続はスポット溶接やTIG溶接が採用される。電源端子12a、12bはシーズ細管9の両端部で封口材13a、13bで固定されるとともに電気絶縁粉末11が抜け出ないように封口されている。
The sheathed
シーズ細管9は両端が側板22、23に溶接接合され器体本体1、側板22、23、第一隔管4、第二隔管5、流入導管6、排出導管7と一体となっている。被加熱気体101は流入導管6から入り筒状空間部31内にあって、器体本体1の管状部21と第一の隔管4に形成された空隙である気体流通部35のドーナツ状の流路を流れ、第一隔管4の開口部34から第一の隔管4と第ニの隔管5によって形成される空隙である気体流通部33に流れ込む。気体流通部33内に配置された電気ヒータ2により被加熱気体が加熱される。
Both ends of the sheath
電源端子12a、12bに電源を接続し通電すると発熱ヒータ10が抵抗発熱し、その熱を充填されている電気絶縁粉末11に接触熱伝導で熱を伝える。電気絶縁粉末11内の熱伝導によりシーズ細管9が加熱されて高温となりシーズ細管9の表面から被加熱気体に対流により熱を与える。加熱された被加熱気体は第二隔管5の開口部32から第二隔管5の内側に流れ込み排出口25から排出導管7へと排出される。
When a power source is connected to the
前述のように被加熱気体は高温となったシーズ細管9の表面から対流により熱を受け取り加熱される。このように発熱ヒータ10の熱を電気絶縁粉末11へ接触熱伝導で伝えることにより発熱ヒータ表面の電力密度(電力負荷)を高くしても発熱ヒータの温度は、電気絶縁粉末11のない直接輻射方式に比べ低くできる。これは発熱ヒータ10が気体よりも固体に接するほうが熱を伝え易いためであり、これによって発熱ヒータ10の長寿命化が図れる。
As described above, the gas to be heated is heated by receiving heat from the surface of the sheathed
発熱ヒータ10から直接熱輻射で被加熱流体を加熱する場合、液体であれば輻射熱を吸収するが、気体は、ほとんど熱輻射を吸収しないため加熱効率が悪い。本実施例にあっては、発熱ヒータ10とシーズ細管9の内面に接するようにして電気絶縁材11が充填されるという特徴を有する。図3は輻射熱の波長と石英ガラスの透過率の関係の一例である。石英ガラスは図3のように熱輻射が吸収されないで透過する波長領域があることから熱が外部に無駄に流出し熱効率が悪いが、発熱ヒータの熱を絶縁材粉末に伝える場合はシーズの温度が上昇し、被加熱気体に石英ガラス管から対流により熱を伝えるため熱効率が上昇する。
When the fluid to be heated is heated directly by heat radiation from the
図4は上記についてのモデル説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the model described above.
(a) はシーズ細管に透明な石英ガラス管を使用し絶縁材粉末を充填しない場合を(b) は不透明な石英ガラス管を使用し絶縁材粉末を充填しない場合を、(c)は本実施例の方法で石英シーズ細管に絶縁材粉末を充填した場合を示す。(d)はシーズに金属を使用し、絶縁材粉末を充填した場合を示す。 (A) shows a case where a transparent quartz glass tube is used for the sheathed thin tube and is not filled with the insulating material powder, (b) shows a case where an opaque quartz glass tube is used and is not filled with the insulating material powder, and (c) shows this case. The case where an insulating material powder is filled in a quartz sheath capillary by the method of the example is shown. (D) shows the case where metal is used for seeds and the insulating material powder is filled.
(a)では発熱線から出る輻射熱は石英ガラスの不透過波長以外は透過し、透過した輻射熱は気体に吸収されず外部に放出される。従って熱損失が大きく、発熱線の温度は高くなる。(b)では発熱線から出た輻射熱は不透明の石英ガラスに吸収される部分が(a)より多いが、発熱線の周囲が気体のため発熱線の温度が高くなる。本実施例の(c)は発熱線から出る熱が輻射でなく絶縁材粉末の熱伝導で石英ガラス管に伝わるため発熱線の温度は(a)(b)に比べ低くなるし熱損失が小さくなる。(d)では(c)と同様に少なく、発熱線の温度が低くなるが、シーズが金属であるため被加熱気体を汚染する。 In (a), the radiant heat emitted from the heating wire is transmitted except for the non-transparent wavelength of the quartz glass, and the transmitted radiant heat is not absorbed by the gas but released to the outside. Therefore, heat loss is large and the temperature of the heating wire is high. In (b), the radiant heat emitted from the heating wire is absorbed by the opaque quartz glass more than in (a), but the temperature of the heating wire becomes higher because the surroundings of the heating wire are gas. In (c) of this embodiment, the heat from the heating wire is not radiated but transmitted to the quartz glass tube by the heat conduction of the insulating powder, so the temperature of the heating wire is lower than that of (a) and (b) and the heat loss is small. Become. In (d), the temperature of the heating wire is low as in (c), but since the seeds are metal, the heated gas is contaminated.
結局(a)はクリーンであるが熱効率は悪く発熱線の寿命が短く、(b)はクリーンであり熱損失は(a)より少ないが発熱線の寿命が短く、(d)は熱損失が少なく発熱線の寿命を長くできるが金属シーズから汚染される。 Eventually (a) is clean but heat efficiency is poor and the life of the heating wire is short, (b) is clean and heat loss is less than (a), but the life of the heating wire is short, and (d) is low in heat loss. The life of the heating wire can be extended, but it is contaminated by metal seeds.
(c)はクリーンで、熱効率がよく、発熱線の寿命を長くできる。 (C) is clean, has good thermal efficiency, and can extend the life of the heating wire.
図5は各ケースを使用した場合の結果を示す。本実施例である(c)の場合が気体に吸収される熱量、熱損失、発熱ヒータの温度、発熱ヒータの寿命、被加熱気体の汚染のいずれにおいてもすぐれていることがわかる。 FIG. 5 shows the results when each case is used. It can be seen that the case (c) of this example is excellent in any of the amount of heat absorbed by the gas, heat loss, temperature of the heater, the life of the heater, and contamination of the heated gas.
以上のように、本実施例になる気体加熱器100は次の構成を備える。
As described above, the
前記器体本体1は、石英ガラスによって形成された管状部21と、石英ガラスによって形成され、管状部21の両側をそれぞれ塞ぐ側板22,23とからなり、一部に気体の流入口24が、そして他部に気体の排出口25が形成される。
The
内部が排出口25に連通するようにして器体本体内の筒状空間部31の長手方向に伸び、器体本体1の一側の側板23に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部32を有し、石英ガラスで形成される第二隔管5を備える。
An opening that extends in the longitudinal direction of the
器体本体1の筒状空間部31の長手方向で、第二隔管の外側に位置して伸び、器体本体1の一側の側板23の反対側の側板22に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部34を有し、石英ガラスで形成された第一の隔管4を備え、第二の隔管5と第一の隔管4との間に狭められた気体流通部33が流入口24、排出口25および2つの開口部34,32に連通して流入口24から排出口25に向けて流体の折り返す流れが形成される。
In the longitudinal direction of the
気体流通部内であって、第二隔管5の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部41を有し、器体本体1の両側の側板22,23をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部42,43を有し、導出部42,43が器体本体1の貫通部44,45に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管9構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータ10および発熱ヒータ10とシーズ細管9の内面に接するように充填された電気絶縁粉末11が配設されるシーズヒータを備える。
The
そして、側板22,23は管状部41にそれぞれ溶接固定される。
The
使用される材質としては、発熱ヒータ10は安価なニクロム線が、また絶縁材粉末には通常マグネシアが使用されている。封口材13a,13bは一般のシーズ細管9が金属のヒータでは封口部の温度によってガラスやエポキシ樹脂が使用されるが、シーズ細管13a,13bが石英ガラスの場合は石英ガラスの熱伝導率が金属の1/10以下であるため発熱部からの熱伝導が少なく、従って温度が低いため封口材13a,13bには安価で施行の容易なシリコンゴムも使用できる。
As the material used, the
また、シーズ細管9が金属の場合は発熱ヒータ10とシーズ細管9が接触すると漏電し危険であるし、絶縁材粉末が吸湿し易いことから吸湿による絶縁低下を発生しないよう確実な封口を行う。
Further, when the sheath
一方、石英ガラスは高温でも絶縁性が優れているためシーズに石英ガラスを使用した場合は、発熱ヒータ10と接触しても漏電する恐れがなく、絶縁材粉末が吸湿しても絶縁低下を招かないため単に絶縁材粉末の抜け出し防止と電源端子の固定を目的に封口すればよく作業も極めて簡単となる。
On the other hand, since quartz glass has excellent insulation properties even at high temperatures, when quartz glass is used as a seed, there is no risk of leakage even if it contacts with the
前述のように、器体本体1及び器体本体1に溶接接合された側板22,23、第一隔管4、第二隔管5、流入口24、排出口25、シーズ細管9は石英ガラスが使用される。
As described above, the
石英ガラスとしては溶融石英ガラス及び合成石英ガラスのいずれも使用できるし、透明石英ガラスだけでなく不透明石英ガラスも使用できるが、いずれも石英ガラス管内にマグネシア等の絶縁粉末が充填されている。半導体デバイスのプロセスで使用される気体は厳しい清浄さが要求され、汚染物質の粒径と単位容積中の粒子数で規定されるクリーン度が極めて高いものが要求される。 As the quartz glass, either fused silica glass or synthetic quartz glass can be used, and not only transparent quartz glass but also opaque quartz glass can be used. In either case, the quartz glass tube is filled with insulating powder such as magnesia. Gases used in the process of semiconductor devices are required to be strictly cleaned, and those having a very high degree of cleanliness defined by the particle size of contaminants and the number of particles in a unit volume are required.
石英ガラスは不純物が極めて少ないため被加熱気体を汚染する恐れがなく高いクリーン度を達成することができる。 Quartz glass has very few impurities, so there is no risk of contaminating the heated gas, and a high cleanliness can be achieved.
図6は本発明の実施例2の断面図である。実施例1と同一の構成については実施例1で使用した番号を付してあり、それらの構成についての説明は実施例1で行った説明を援用するものとする。
FIG. 6 is a cross-sectional view of
気体加熱器100は管状の器体本体1と側板22,23 が溶接接合されて一体となっている。側板22には気体の流入導管6が、側板23には排出導管7が溶接にて取り付けられている。先端に閉塞板17を溶接されてふさがれた内筒16は閉塞板17と反対側の側板22に溶接固定されており流入口側に流入口24に接近して通気穴である開口部18が設けられている。器体本体1と内筒16の間の気体流通部33にシーズヒータ2が配置されておりシーズ細管9は両側部で側板22,23に溶接接合されている。被加熱気体101は流入導管6から流入し内筒16の開口部18より電気ヒータ2の配置されている筒状空間部31に入り加熱され排出口7から排出される。
The
この例の場合、筒状空間部31と気体流通部33とは同一構成となり、狭められている。この場合は前記の図1、図2で示す実施例のように第一隔管4を設けたことによる外部への無駄な流出熱を防ぐことはできないが、その他の効果は同じである。そして、隔管が1つ少なくなって構造がよりシンプルとなり、安価なものとなる。
In this example, the
以上のように、本実施例になる気体加熱器100は次の構成を有する。
As described above, the
器体本体1は、石英ガラスによって形成された管状部21と、石英ガラスによって形成され、管状部21の両側をそれぞれ塞ぐ側板22,23とからなり、一部に気体の流入口24が、そして他部に気体の排出口25が形成される。
The
内部が流入口24に連通するようにして器体本体内の筒状空間部31の長手方向に伸び、一側が器体本体1の一側の側板22に溶接固定され、他側が閉塞板17によって閉塞され、筒状空間部31内で、一側の側板22に近接して開口する開口部18を有し、石英ガラスで形成される内筒16隔管を備え、隔管の外周面に沿って隔管によって狭められた気体流通部33が流入口24、排出口25および開口部18に連通して流入口24から排出口25に向けて長手方向に流体の一方方向の流れが形成される。
It extends in the longitudinal direction of the
気体流通部内であって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部41を有し、器体本体1の両側の側板22,23をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部42,43を有し、導出部42,43が器体本体1の貫通部44,45に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管9構成を有し、このシーズ細管9内に発熱ヒータ10および発熱ヒータ10とシーズ細管9の内面に接するように充填された電気絶縁粉末11が配設されるシーズヒータを備える。
A lead-out part which is in the gas circulation part and has a
図7は本実施例1の気体加熱器の製造方法を示す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing the gas heater according to the first embodiment.
作業1:(a−1)は第二の隔管5、側板23および排出導管7の一体化物の断面図で
、(a−2)は流入導管6を備えた器体本体1の断面図(a−3)は第一の隔
管4と側板22の一体化物の断面図、(a−4)はシーズ細管9の外観図であ
り、これの部品、部分がまずこれらの図のように製造される。(a−4)のよ
うに棒状の石英ガラス管を高温にして軟化した状態で曲げ加工しコイル状に成
形する。これによってコイル部41および導出部42,43を備えたシーズ細
管9が形成される。
作業2:(b)のように発熱ヒータ10の片側に電源端子12aを接続する。
作業3:(a−1)(a−2)(a−3)(a−4)に矢印で示すように寄せ集め、
(c)のようにコイル状に成形されたシーズ細管9、器体本体1、側板22,
23、流入導管6、排出導管7、第一隔管4、第二隔管5を溶接し一体構造に
する。
作業4:シーズ細管9の内部に(d)のように一端に電源端子12aが接続された発熱
ヒータ10を挿入し挿入側と反対のシーズ細管9の端部から発熱ヒータ10が
出る状態とする。
作業5:電源端子が溶接されていなかった他端に電源端子12bを接続し(e)のよう
に規定の位置に戻す。
作業6:絶縁材粉末11をシーズ細管9内に注ぎ込み(f)のように充填する。
作業7:シーズ細管9の両端を封口材13で封口する。これによって、図1に示す気体
加熱器100が製造されることになる。なお、実施例2の気体加熱器100に
ついても同様にして製造される。
Operation 1: (a-1) is a cross-sectional view of an integrated body of the
(A-2) is a cross-sectional view (a-3) of the
Sectional drawing of the integrated object of the pipe |
Thus, these parts and parts are first manufactured as shown in these drawings. (A-4)
The rod-shaped quartz glass tube is bent and softened at a high temperature to form a coil.
Shape. As a result, the sheath portion with the
A
Work 2: Connect the
Work 3: (a-1) (a-2) (a-3) (a-4) gathered together as shown by the arrows,
(C) The sheath
23, the
To do.
Work 4: Heat generation in which the
The
Let's go out.
Work 5: Connect the
Return to the specified position.
Operation 6: Insulating
Operation 7: Seal both ends of the sheathed
The
It is manufactured in the same way.
以上のようにして構成される気体加熱器100は次のような特徴を有する。
(1)加熱される気体が接するのは石英ガラスのみであり被加熱気体への汚染が完全に防
止できる。
(2)またシーズヒータはシーズ細管となる石英ガラス管内に絶縁材粉末、主としてマグ
ネシアが充填されるため赤熱した発熱ヒータから、まず絶縁材粉末に熱伝導で熱が
流れ、次に絶縁材粉末からシーズ細管の石英ガラス管に熱が流れて石英ガラス管の
温度が上昇する。高温(発熱ヒータよりは低温)となった石英ガラス管表面から対
流により被加熱気体に熱が流れて加熱されるため発熱ヒータから直接熱輻射で加熱
する場合に比べ加熱器の外部に無駄に流出する輻射熱が低減できる。
(3)またシーズヒータのシーズ細管となる石英ガラス管をコイル状に成形しているため
温度差に起因する熱膨張の差がコイルバネのように、ねじり変形として吸収され大
きな温度差が発生しても破損する恐れがない。
(4)また本実施例の気体加熱器はシール部品を使用せず石英ガラスの一体溶接構造であ
るためシール部からのリークの恐れもない。
(5)通常発熱体としてニクロム線が使用可能であり、ハロゲンランプに比べ著しく安価
とすることができる。
(6)また電気絶縁粉末を充填しない場合、発熱ヒータの周囲は気体であるため、発熱ヒ
ータの熱は、まず気体に伝わるためその表面電力密度を大きくできず通常 10〜
13W/cm2程度であるが、本実施例では発熱ヒータの熱が電気絶縁粉末に接触
熱伝導で伝わるためその数倍の表面電力密度に上げることができ同じ加熱容量では
小型化できる。
(7)また電気絶縁粉末に接触熱伝導で熱が流れるため発熱ヒータの温度を低くでき発熱
ヒータの寿命が長くなる。
(8)また発熱ヒータが断線した場合は器体本体はそのままで発熱ヒータのみ簡単に交換
でき交換作業で汚染することがない。
The
(1) The heated gas is in contact with only quartz glass, and contamination of the heated gas can be completely prevented.
(2) In addition, the sheathed heater is filled with insulating powder, mainly magnesia, in the quartz glass tube, which is a sheathed capillary, so heat flows from the red-heated heater to the insulating powder first, and then the insulating powder. Heat flows into the quartz glass tube of the sheathed tube, and the temperature of the quartz glass tube rises. Heat is heated to the heated gas by convection from the quartz glass tube surface that has become high temperature (lower temperature than the heater), so it is wasted outside the heater compared to heating directly from the heater with heat radiation. Outflowing radiant heat can be reduced.
(3) Since the quartz glass tube, which is the sheathed thin tube of the sheathed heater, is formed in a coil shape, the difference in thermal expansion due to the temperature difference is absorbed as torsional deformation like a coil spring, resulting in a large temperature difference. There is no risk of damage.
(4) In addition, since the gas heater of this embodiment does not use sealing parts and has an integrated welded structure of quartz glass, there is no risk of leakage from the sealing part.
(5) Nichrome wire can be used as a normal heating element, and can be remarkably inexpensive compared to halogen lamps.
(6) When the electric insulation powder is not filled, since the surroundings of the heat generating heater is a gas, the heat of the heat generating heater is first transferred to the gas, so the surface power density cannot be increased.
Although it is about 13 W / cm 2 , in this embodiment, the heat of the heat generating heater is transferred to the electrically insulating powder by contact heat conduction, so that the surface power density can be increased several times, and the same heating capacity can be downsized.
(7) In addition, since heat flows through the electrically insulating powder by contact heat conduction, the temperature of the heat generating heater can be lowered and the life of the heat generating heater is extended.
(8) If the heater is broken, the heater body can be easily replaced without changing the main body, and the replacement work will not contaminate.
本実施例によれば被加熱気体と接する部分が全て石英ガラスであるため被加熱気体を汚染することなく加熱でき発熱ヒータから直接の熱輻射でなく対流により被加熱気体に熱が伝わるため熱損失が少なく、長寿命で、コンパクトな加熱器が提供される。 According to the present embodiment, since all the portions in contact with the heated gas are quartz glass, the heated gas can be heated without being contaminated, and heat is transferred from the heating heater to the heated gas by convection instead of direct heat radiation. A heater that is small, has a long life, and is compact is provided.
1…器体本体、2…シーズヒータ(電気ヒータ)、4…第一隔管、5…第二隔管、6…流入導管、7…排出導管、9…シーズ細管(シーズ)、10…発熱ヒータ(発熱コイル)、11…電気絶縁粉末、12a,12b…電源端子、13a,13b…封口材、16…内筒、17…閉塞板、18…通気穴(開口部)、32,34…開口部、22,23…側板、100…気体加熱器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部を有し、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、前記器体本体の一部の板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、該隔管の外周面に沿って隔管によって狭められた気体流通部が前記流入口、排出口および前記開口部に連通して形成され、
気体流通部内に配設されるものであって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の一部をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと前記シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備えること
を特徴とする気体加熱器。 In a gas heater that heats and discharges gas by incorporating a sheathed heater in the main body,
The vessel body has a tubular portion formed of quartz glass, a gas inlet is formed in part, and a gas outlet is formed in the other part,
A septum that is formed of quartz glass and has an opening that extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the container body, is welded and fixed to a part of the plate of the container body, and opens in the cylindrical space. And a gas flow part narrowed by the diaphragm along the outer peripheral surface of the diaphragm is formed in communication with the inlet, the outlet and the opening,
A lead that is disposed in the gas flow part and has a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and is led out through each part of the vessel body. And the lead-out portion is welded and fixed to the penetrating portion of the main body of the container body, and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass. A heating heater, and the heating heater and the sheathed capillary tube are formed in the sheathed capillary tube. A gas heater comprising: a sheathed heater in which electrically insulating powder filled so as to be in contact with an inner surface is disposed.
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部と、石英ガラスによって形成され、前記管状部の両側をそれぞれ塞ぐ側板とからなり、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
内部が前記排出口に連通するようにして器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、前記器体本体の一側の側板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、
前記器体本体の筒状空間部の長手方向で、前記隔管の外側に位置して伸び、前記器体本体の前記一側の側板の反対側の側板に溶接固定され、筒状空間部内で開口する開口部を有し、石英ガラスで形成された他の隔管を備え、前記隔管と前記他の隔管との間に狭められた前記気体流通部が前記流入口、前記排出口および2つの開口部に連通して前記流入口から前記排出口に向けて流体の折り返す流れを形成し、
気体流通部内であって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の両側の側板をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと前記シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備えること
を特徴とする気体加熱器。 In a gas heater that heats and discharges gas by incorporating a sheathed heater in the main body,
The main body is composed of a tubular portion made of quartz glass, and side plates that are made of quartz glass and block both sides of the tubular portion, with a gas inlet in part and a gas in the other part. An outlet is formed,
An opening that extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the container body so that the inside communicates with the discharge port, is welded and fixed to a side plate on one side of the container body, and opens in the cylindrical space. Having a septum formed of quartz glass,
In the longitudinal direction of the cylindrical space portion of the main body, it is located outside the separation tube, and is welded and fixed to the side plate opposite to the one side plate of the main body. An opening that opens, and includes another diaphragm formed of quartz glass, and the gas circulation portion narrowed between the diaphragm and the other diaphragm is the inlet, the outlet, and Forming a fluid return flow from the inlet to the outlet in communication with the two openings;
In the gas flow part, having a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and having a lead-out part that is led out to the outside through the side plates on both sides of the body body, The lead-out part is welded and fixed to the penetrating part of the main body of the vessel body, and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass so that the sheathed heater is in contact with the heater and the inner surface of the heater and the sheathed capillary. A gas heater, comprising: a sheathed heater in which filled electric insulating powder is disposed.
前記器体本体は、石英ガラスによって形成された管状部と、石英ガラスによって形成され、前記管状部の両側をそれぞれ塞ぐ側板とからなり、一部に気体の流入口が、そして他部に気体の排出口が形成されるものであり、
内部が前記流入口に連通するようにして器体本体内の筒状空間部の長手方向に伸び、一側が前記器体本体の一側の側板に溶接固定され、他側が閉塞され、筒状空間部内で、前記一側の側板に近接して開口する開口部を有し、石英ガラスで形成される隔管を備え、該隔管の外周面に沿って隔管によって狭められた気体流通部が前記流入口、排出口および前記開口部に連通して前記流入口から前記排出口に向けて流体の一方方向の流れを形成し、
気体流通部内であって、前記隔管の外面に沿って規則正しく巻回されたコイル部を有し、前記器体本体の両側の側板をそれぞれ貫通して外部に導出される導出部を有し、該導出部が前記器体本体の貫通部に溶接固定され、石英ガラスで形成されるシーズ細管構成を有し、このシーズ細管内に発熱ヒータおよび該発熱ヒータと該シーズ細管の内面に接するように充填された電気絶縁粉末が配設されるシーズヒータを備えること
を特徴とする気体加熱器。
In a gas heater that heats and discharges gas by incorporating a sheathed heater in the main body,
The main body is composed of a tubular portion made of quartz glass, and side plates that are made of quartz glass and block both sides of the tubular portion, with a gas inlet in part and a gas in the other part. An outlet is formed,
The inside extends in the longitudinal direction of the cylindrical space in the main body so as to communicate with the inflow port, one side is welded and fixed to a side plate on one side of the main body, the other side is closed, and the cylindrical space In the section, there is an opening that opens close to the side plate on the one side, and includes a diaphragm formed of quartz glass, and a gas flow section narrowed by the diaphragm along the outer peripheral surface of the diaphragm. Communicating with the inlet, outlet and the opening to form a one-way flow of fluid from the inlet to the outlet;
In the gas flow part, having a coil part that is regularly wound along the outer surface of the diaphragm, and having a lead-out part that is led out to the outside through the side plates on both sides of the body body, The lead-out part is welded and fixed to the penetrating part of the main body of the vessel body and has a sheathed capillary structure formed of quartz glass, and the sheathed capillary tube is in contact with the heating heater and the inner surface of the heating heater and the sheathed capillary tube. A gas heater, comprising: a sheathed heater in which filled electric insulating powder is disposed.
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