流体加熱装置
【課題】配置空間の有効利用を図ることができ、ヒータ部からのエネルギーを効率的に加熱部に与えることができる流体加熱装置、更には、加熱部の膨張を抑制することができる流体加熱装置を提供する。
【解決手段】不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部２Ａ，２Ｂと、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部３と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部４Ａ，４Ｂとを備え、更に、前記面状加熱部２Ａ，２Ｂは、流体を導入する導入口２Ａ２，２Ｂ２と、前記流体導入口からの流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物２Ｄと、前記流路内の流体を導出する流体導出口２Ａ３，２Ｂ３を備え、前記ヒータ部は収容部３Ａに収容されるカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを備えている。
【解決手段】不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部２Ａ，２Ｂと、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部３と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部４Ａ，４Ｂとを備え、更に、前記面状加熱部２Ａ，２Ｂは、流体を導入する導入口２Ａ２，２Ｂ２と、前記流体導入口からの流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物２Ｄと、前記流路内の流体を導出する流体導出口２Ａ３，２Ｂ３を備え、前記ヒータ部は収容部３Ａに収容されるカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスもしくは液体である流体を加熱する流体加熱装置に関し、例えば、半導体製造工程中で使用される各種半導体加熱処理炉に接続され、前記半導体加熱処理炉に供給されるガスの温度を昇降制御する流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、例えば、不純物拡散炉、酸化炉、アニール炉、薄膜製造装置、エッチング装置等において種々の半導体加熱処理炉が用いられている。これら半導体加熱処理炉には、その目的、用途に応じ、枚葉式、縦型、横型バッチ式等のタイプのものが存在している。これら半導体加熱処理炉において、ウエハに生成される膜厚、膜質を均一になすために、反応ガスを炉内に導入する前に加熱装置を用いて加熱し、半導体加熱処理炉の処理温度に見合う所定温度に予熱昇温して、炉内温度分布の均一化を図ることがなされている。
【０００３】
本出願人は、先に、この種の加熱装置として特許文献１（特開２００３−２９４３１２号公報）において流体加熱装置を提案している。この提案した流体加熱装置を図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、この流体加熱装置１００は、ガス供給源から供給されるガスを加熱する加熱管１０１と、前記加熱管１０１の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部１０２と、前記加熱管１０１とヒータ部１０２とが収納された石英ガラス製の熱遮蔽体１０３とを備えている。また、前記熱遮蔽体１０３を収容するハウジング１０４と、熱遮蔽体１０３とハウジング１０４との間に設けられた高純度な断熱材１０５と、一端がガス供給源に接続されると共に他端が加熱管１０１に接続されたガス導入管である接続管１０６と、一端が加熱管１０１に接続されると共に他端が半導体加熱処理炉（図示せず）に接続されたガス導出管である接続管１０７とを備えている。
【０００４】
前記加熱管１０１の内部には、図１１に示すように通過するガスの抵抗となる充填物１０８および拡散板１０９が配設されている。前記充填物１０８として、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体が用いられる。
また、拡散板１０９には、複数の貫通穴１０９ａが形成されている。この貫通穴１０９ａは中心部から外周部に行くにしたがって、数多くの貫通穴が設けられている。即ち、単位面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きく形成されている。
【０００５】
また、前記ヒータ部１０２は、その発熱部がカーボンファイバー束からなるカ−ボンワイヤー発熱体（図示せず）を封入した石英ガラス管からなり、前記加熱管１０１の表面を螺旋状にように配設されている。
このヒータ部１０２は、図１０に示すように、螺旋状の石英ガラス管１０２ａと、前記螺旋状の石英ガラス管１０２ａの両端に夫々設けられた、一対の石英ガラス製の直管１０２ｂとから構成されている。
【０００６】
また、前記石英ガラス製の直管１０２ｂの夫々には、封止端子部１１０が設けられている。そして、夫々の封止端子部１１０には接続線１１０ａが設けられ、電力が供給されるように構成されている。尚、図１０には、一方の石英ガラス製の直管１０２ｂ、封止端子部１１０、接続線１１０ａのみ図示されている。
【０００７】
この流体加熱装置１００にあっては、接続管１０６を介して加熱管１０１の内部に導入されたガスは、拡散板１０９によって中心部から外周部へ拡散され、充填物１０８の上流側面の全面から内部に流入する。そして、前記ガスは充填物１０８の全領域を流れるしたがって、加熱、昇温し、接続管１０７を介して半導体加熱処理炉（図示せず）に導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記流体加熱装置は、充填物の間を流体が流れるように構成されているため、流体の滞留性を向上させることができ、熱交換効率を向上させることができる。また、カーボンワイヤー発熱体が用いられているために、高純度炭化珪素製ヒータに比較して熱容量が小さく、半導体ウエハに有害な金属汚染やパーティクルの生成、不純物ガスの発生等を抑制できる。
【００１０】
しかしながら、前記した流体加熱装置は、全体として円柱形状に形成されるため、その配置空間が大きくなり、空間の有効利用を図ることができないという課題があった。
また、前記した流体加熱装置では、熱、光の外方への拡散を抑制するために、螺旋状に形成されたヒータ部の外側を石英ガラス製の熱遮蔽体で覆い、更に熱遮蔽体とハウジングとの間に高純度な断熱材で覆い、外部への熱、光の拡散を抑制している。
しかしながら、実際には熱、光が外方への拡散し、ヒータ部からのエネルギーを加熱管に効率的に与えることができず、エネルギーの損失が大きいという課題があった。
【００１１】
更に、加熱管における流体導入側と流体導出側の温度を比べると、導入側よりも導出側の温度が高くなり、加熱管全体の温度が均一にならないという課題があった。このように加熱管全体が均一な温度にならない場合には、加熱管内の融着された充填物の剥がれ等によってパーティクルを発生させ、また加熱管がヒータ部に接触すること等によって破損するという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、配置空間の有効利用を図ることができ、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる流体加熱装置を提供することを目的とする。更には、加熱管全体をより均一な温度とすることができる流体加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、不透明石英ガラス板、あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有することを特徴としている。
【００１４】
このように、面状加熱部とヒータ部が石英ガラス板から形成されているため、全体として、板形状に形成でき、配置空間の有効利用を図ることができる。
また、面状加熱部を不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板で形成し、ヒータ部を透明石英ガラス板で形成し、更に流路の内部に通過するガスの抵抗となる充填物を配設したため、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００１５】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、流体を加熱する少なくとも四つの面状加熱部と、前記面状加熱部に挟まれた少なくとも二つのヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有し、かつ前記面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成されていることを特徴としている。
【００１６】
この流体加熱装置においても、面状加熱部とヒータ部が石英ガラス板から形成されているため、全体として、板形状に形成でき、配置空間の有効利用を図ることができる。
また、面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成され、更に流路の内部に通過するガスの抵抗となる充填物を配設したため、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００１７】
ここで、前記二つの第１の面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第１のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第２のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１及び第２のヒータ部の間に挟まれた第２の面状加熱部とを備え、前記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成されていることが望ましい。
このように、記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成され、流体の流れ方向が反対方向に形成されるため、加熱管全体の温度をより均一になすことができる。
【００１８】
また、前記四つの面状加熱部における、前記外側に配置される第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記内側に配置される第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成されていることが望ましい。
このように、前記第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成され、流体の流れ方向が反対方向に形成されるため、加熱管全体の温度をより均一になすことができる。
【００１９】
また、前記面状加熱部の流路ができるだけ長くなるように屈曲して形成されると共に、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向して形成されていることが望ましい。
このように、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向している場合には、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００２０】
前記流路の凹部の内壁面はファイアポリッシュ処理され、面状加熱部及びヒータ部の接触面は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理されていることが望ましい。
前記流路の凹部の内壁面がファイアポリッシュ処理されることにより、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、パーティクル等の発生を抑制することができる。
また、面状加熱部及びヒータ部の接触面が、ファイアポリッシュ処理されることにより、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、またミラーポリッシュ処理された場合には、接触面同士の接着強度が高められ、かつ、その未接着面の発生（気泡残り）を防止することができる。
【００２１】
また、前記流体導入口及び流体導出口が側面に形成され、前記ヒータ部の封止端子部は正面及び背面に形成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、配置空間の有効利用を図ることができ、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる流体加熱装置を得ることができ、更には加熱管全体の温度をより均一になすことができる流体加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図３は、図１に示した実施形態の分解図である。
【図４】図４は、図１に示したヒータ部の変形例を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示したヒータ部の分解図である。
【図６】図６は、図１に示した面状加熱部の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明にかかる流体加熱装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示した実施形態の分解図である。
【図９】図９は、本発明にかかる流体加熱装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、従来の流体加熱装置を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す加熱部を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。尚、図１は、本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態を示す正面図、図２は、図１のＩ−Ｉ断面図、図３は、図１に示した実施形態の分解図である。
【００２５】
図１、２に示すように、流体加熱装置１は、気体、液体の流体供給源から供給される流体を加熱する二つの面状加熱部２Ａ、２Ｂと、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれたヒータ部３と、前記ヒータ部３に電力を供給する封止端子部４Ａ，４Ｂとを備えている。
【００２６】
先ず、この流体加熱装置１の面状加熱部２Ａ、２Ｂについて説明する。
この面状加熱部２Ａ、２Ｂは不透明石英ガラス板から構成され、この不透明石英ガラス板の一面に、流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１が形成されている。この流路２Ａ１，２ Ｂ１は、図２に示すように、断面矩形状の凹部（溝部）形状として形成される。
尚、面状加熱部２Ａ、２Ｂは流路２Ａ１，２Ｂ１同士を隔てる流路壁のみ透明石英ガラス板で構成し、その他の部分を不透明石英で構成しても良い。また、面状加熱部２Ａ、２Ｂは透明石英ガラス板で形成し、その後、その外表面をサンドブラスト加工しても良い。
【００２７】
また、前記流路２Ａ１，２Ｂ１は、図１に示すように、ヒータ部３のカーボンワイヤー発熱体の配置と対向して、流体導入口２Ａ２，２Ｂ２から流体導出口２Ａ３，２Ｂ３まで、流路長が長くなるよう蛇腹状に屈曲して形成されている。
この流路２Ａ１，２Ｂ１は、蛇腹状に屈曲して形成されているため、より長い時間、伝熱により、流体を加熱することができる。特に、流路をマシニング加工により、間隔Ｌ１，Ｌ２寸法（図１参照）を短く形成することにより、石英板面積を最大限利用した流路長を確保することができる。そのため、より長い時間伝熱により流体を加熱することができ、熱交換効率がより向上させることができる。
【００２８】
また、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の内壁面は、ファイアポリッシュ加工が施される。このファイアポリッシュ加工とは、機械加工により形成された凹部（溝部）の内壁面の表面を加熱し、その表面を溶解して、つや出しする加工方法である。
このように、流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の内壁面にファイアポリッシュ加工が施されると、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、パーティクル等の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、前記流路２Ａ１の内部には、図２に示すように通過する流体の抵抗となる充填物２Ｄが配設されている。前記充填物２Ｄとして、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体が用いられる。この充填物２Ｄは、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の側壁に融着して取り付けられているのが好ましい。これにより、流路内２Ａ１，２Ｂに充填物１２の一部（石英ガラスビーズ）が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。
【００３０】
また、前記充填物２Ｄの石英ガラスビーズの形状としては、輻射熱を吸収して通過する流体に有効に熱を付与できる形状のものであれば、必ずしも球状に限定されるものではなく、短柱状、回転楕円体状、短柱円筒状、鞍型形状等のものを随意採用して差し支えない。
しかしながら、融着時に歪みを生じ、取り扱い時、使用時等に割れや欠けが生じ易いものは好ましくなく、またできるだけ安価で、かつ形状加工が容易な点等から球状、短柱円柱形状のものが好ましい。
【００３１】
この充填物２Ｄによって、流路２Ａ１,２Ｂ１内に複雑に屈曲交差する微細な流路が形成され、この微細な流路を流体が通過することによって、適度な滞留時間が付与される。
また、前記カーボンワイヤー発熱体Ｗからの輻射熱は、前記充填物２Ｄの内部で、複雑に透過、屈折、散乱、反射を繰り返す。その結果、導入された流体に充分な熱量を付与することができるため、熱交換効率が優れる。
【００３２】
前記面状加熱部２Ａの流体導入口２Ａ２に対向する位置に、面状加熱部２Ｂの流体導出口２Ｂ３が形成され、面状加熱部２Ａの流体導出口２Ａ３に対向する位置に、面状加熱部２Ｂの流体導入口２Ｂ２が形成されている。
【００３３】
前記流体導入口２Ａ２から導入された流体は、流体導入口２Ａ２から流体導出口２Ａ３に向けて徐々に温度が上昇する。一方、流体導入口２Ｂ２から導入された流体は、流体導入口２Ｂ２から流体導出口２Ｂ３に向けて徐々に温度が上昇する。
【００３４】
前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れは、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと反対方向に形成されるため、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、一方、面状加熱部２Ｂ内の温度上昇が面状加熱部２Ａによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ、２Ｂ全体として、均一な温度状態となる。
尚、前記流路２Ａ１における流体の流れが、流路２Ｂ１における流体の流れと反対方向になされれば良いため、流体導入口２Ａ２と流体導出口２Ｂ３の位置が対向する位置から多少ずれても良く、同様に流体導出口２Ａ３と流体導入口２Ｂ２の位置も、対向する位置から多少ずれても良い。即ち、流体導入口２Ａ２と流体導出口２Ｂ３の位置が対応する位置にあり、同様に流体導出口２Ａ３と流体導入口２Ｂ２の位置も、対応する位置にあれば良い。
【００３５】
前記ヒータ部３は透明石英ガラス板から構成され、一面には、カーボンファイバー束からなるカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容する収容部３Ａが形成されている。
この収容部３Ａは、断面矩形状の凹部（溝部）形状として形成され、流路２Ａ１，２Ｂ１の配置と対向して、一方の封止端子部４Ａから他方の封止端子部４Ｂまで、蛇腹状に屈曲して形成されている。このように収容部３Ａがこの流路２Ａ１，２Ｂ１に対向して、蛇腹状に屈曲して形成されているため、より長い時間伝熱により、流体を加熱することができる。
【００３６】
また、前記収容部３Ａの凹部（溝部）を塞ぐ覆板５が、前記ヒータ部３の一面に形成されている。この覆板５は透明石英ガラス板で形成されている。なお、覆板５は図２において、ヒータ部３よりも薄く記載されているが、ヒータ部３と同じもしくは厚くしても良い。面状加熱部２Ａと面状加熱部２Ｂの流体を加熱条件を同じにするために、ヒータ部３と同じ厚さとすることが好ましい。
更に、ヒータ部３から延長されたカ−ボンワイヤー発熱体Ｗは、夫々の封止端子部４Ａ，４Ｂにおいて接続線６Ａ，６Ｂと接続され、電力が供給されるように構成されている。
【００３７】
この面状流体加熱装置１の製作方法について図３に基づいて説明する。
先ず、矩形の板状の不透明石英ガラス板に、断面矩形状の凹部（溝部）を蛇腹状に機械加工により形成する。そして、図３に示すように、面状加熱部２Ａ，２Ｂの流路内２Ａ１，２Ｂ１内に充填物２Ｄを充填する。この充填物２Ｄは、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体であり、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の側壁に融着して収容されている。
これにより、流路内２Ａ１，２Ｂでの充填物のずれが抑制され、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３８】
前記面状加熱部２Ａ，２Ｂと同様に、矩形の板状の透明石英ガラス板に、断面矩形状の凹部（溝部）を蛇腹状に機械加工により形成し、凹部（溝部）にカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容し、ヒータ部３を製作する。また、矩形の板状の透明石英ガラス体から覆板５を製作する。
【００３９】
そして、図３に示すように、面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂを融着し、一体化する。面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂの融着面（接触面）は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理が施されるのが好ましい。
このミラーポリッシュ加工とは、面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂの接触面を研磨し、鏡面状態（表面粗さＲａで１．５ｎｍ以下、平面度で０．０３ｍｍ以下）になす加工である。
【００４０】
その後、ヒータ部３に封止端子部４Ａ，４Ｂを形成する。この封止端子部４Ａ，４Ｂを形成することにより、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗと接続線６Ａ，６Ｂが電気的に接続される。
この封止端子部４Ａ，４Ｂの形成後、窒素ガス（不活性ガス）をヒータ部３の充填口（図示せず）から導入し、ヒータ部３の内部を窒素ガスで充填し、密封する。
このように窒素ガス（不活性ガス）でヒータ部３の内部を密封するのは、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗの酸化を抑制するためである。
【００４１】
このように構成された面状流体加熱装置１は、接続線６Ａ，６Ｂから電力を供給し、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗを加熱する。このとき、前記したように、面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体は、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体と反対方向に流れる。
そのため、面状流体加熱装置１全体として略均一な温度とすることができ、流路２Ａ１，２Ｂ１内の充填物２Ｄである、例えばビーズ剥がれによるパーティクルの増加、あるいはまた面状加熱部２Ａ，２Ｂとヒータ部３との接触等による破損を抑制することができる。
【００４２】
また、この面状流体加熱装置１は、全体形状が板状に形成されているため、その配置空間を有効に利用することができる。
また、ヒータ部３は、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれているため、外部への熱、光の拡散を抑制できる。特に、外側に配置される面状加熱部２Ａ、２Ｂが不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工された石英ガラス板で形成されるため、熱、光が外部へ逃げるのを防止することができる。一方、前記ヒータ部３、覆板５は透明石英ガラスで形成されているため光が透過し易い。
その結果、ヒータ部からのエネルギーを面状加熱部２Ａ、２Ｂに効率的に与えることができ、エネルギーの効率をより向上させることができる。
【００４３】
次に、第１の実施形態の第１の変形例を図４、図５に示す。この変形例は、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容する収容部３Ａの断面形状を凸型形状になし、この凸型形状の収容部３Ａに２本のカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容したものである。このように、２本のカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容することにより、流体の昇温速度を速めることができる。
【００４４】
この凸型形状の収容部３Ａを形成するには、断面が凹部形状（溝部）をヒータ部３に形成すると共に、前記収容部３Ａの凹部（溝部）を塞ぐ覆板５に、断面が凹部（溝部）５ａを形成する。このヒータ部３と、覆板５を融着することによって、断面形状が凸型形状の収容部３Ａが形成される。
【００４５】
また、第１の実施形態の第２の変形例を図６に示す。前記第１の実施形態における面状加熱部２Ａ、２Ｂにあっては、流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１を蛇腹状に屈曲して形成した場合を例にとって説明した。
しかしながら、流体導入口２Ａ２，２Ｂ２から流体導出口２Ａ３，２Ｂ３に向かう、一つの凹部を形成し、この凹部を流路２Ａ４，２Ｂ４としても良い。この流路２Ａ４，２Ｂ４内には、石英ガラスビーズのような充填物２Ｄが収容される。また、流体が通過する貫通孔を有する拡散板（図示せず）を配置しても良い。
【００４６】
このような流体加熱装置であっても、全体として略均一な温度とすることができる。また、全体形状が板状に形成されているため、その配置空間を有効に利用することができる。更には、ヒータ部３は、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれているため、外部への熱、光の拡散を抑制できる。
【００４７】
次に、第２の実施形態を図７、図８に基づいて説明する。尚、図７は、本発明にかかる流体加熱装置の第２の実施形態を示す断面図、図８は、図７に示した実施形態の分解図である。また、第１の実施形態と同一、あるいは相当する部材は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
この第２の実施形態は、第１の実施形態と比べて、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，２Ｃが配置され、面状加熱部２Ａ，２Ｂに挟まれるように、ヒータ部３が設けられ、面状加熱部２Ｂ，２Ｃに挟まれるように、ヒータ部７が設けられている点において異なる。
このように面状加熱部２Ｂ、ヒータ部３，７が中央に配置されているため、面状加熱部２Ｂの流体導入口２Ｂ２及び流体導出口２Ｂ３、前記ヒータ部３の封止端子部４Ａ，４Ｂおよび前記ヒータ部７の端子部８Ａ，８Ｂは側面に形成され、前記面状加熱部２Ａの流体導入口２Ａ２及び流体導出口２Ａ３は、面状流体加熱装置の背面に形成される。一方、前記面状加熱部２Ｃの流体導入口２Ｃ２及び流体導出口２Ｃ３は、面状流体加熱装置の正面に形成される。
【００４９】
また、面状加熱部２Ａ，２Ｃは、外部への熱、光の拡散を抑制するため、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成される。一方、面状加熱部２Ｂ、ヒータ部３，７、覆板５は、光を透過し易くするために、透明石英ガラスが用いられている。
その結果、ヒータ部３，７からのエネルギーを面状加熱部に効率的に与えることができ、エネルギーの効率が良い。尚、第２の実施形態において、図４、図５に示すような凸型形状の収容部を形成しても良い。また図６に示すように一つの凹部を形成し、この凹部を流路としても良い。
【００５０】
次に、第３の実施形態を図９に基づいて説明する。尚、図９は、本発明にかかる流体加熱装置の第３の実施形態を示す断面図である。図９において、矢印は流体の流れを示している。
この第３の実施形態は、第１の実施形態の流体加熱装置を重ね合わせたものであり、第１段目の流体加熱部Ｘ１として、面状加熱部２Ａ、覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂが配置され、第２段目の流体加熱部Ｘ２として、面状加熱部９Ａ、ヒータ部７、面状加熱部９Ｂが配置される。
【００５１】
ここで、面状気体加熱装置の正面、及び背面に位置する面状加熱部２Ａ，９Ｂは、外部への熱、光の拡散を抑制するため、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成される。
一方、内部のヒータ部３，７、面状加熱部２Ｂ，９Ａ、覆板５は、光を透過し易くするために、透明石英ガラスが用いられている。
その結果、ヒータ部からのエネルギーを面状加熱部に効率的に与えることができ、エネルギーの効率が良い。尚、第３の実施形態において、図４、図５に示すような凸型形状の収容部を形成しても良い。また図６に示すように一つの凹部を形成し、この凹部を流路としても良い。
【００５２】
また、各面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂの各流路における流体の通過方向は、図９に示すように、前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れ（流体導入口２Ａ２から流体導出口２Ａ３に至る流れ）と、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れ（流体導入口２Ｂ２から流体導出口２Ｂ３に至る流れ）とは反対方向とする。また、前記面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと、面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れ（流体導入口９Ａ２から流体導出口９Ａ３に至る流れ）とは反対方向とする。更に、前記面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れと、面状加熱部９Ｂ内の流路９Ｂ１における流体の流れ（流体導入口９Ｂ２から流体導出口９Ｂ３に至る流れ）とは反対方向とする。
これにより、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、面状加熱部２Ｂ内の温度上昇が面状加熱部９Ａによって抑制され、面状加熱部９Ａ内の温度上昇が面状加熱部９Ｂによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂ全体として、均一な温度上昇となる。
【００５３】
また、図示しないが、各面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂの各流路における流体の通過方向を、前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れと、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れとは反対方向とする。また、前記面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと、面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れとは同方向とする。更に、前記面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れと、面状加熱部９Ｂ内の流路９Ｂ１における流体の流れとは反対方向とする。
これにより、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、面状加熱部９Ａ内の温度上昇が面状加熱部９Ｂによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂ全体として、均一な温度上昇となる。
【００５４】
上記第１〜第３の実施形態にあっては、正面視上、矩形形状に形成された流体加熱装置を例にとって説明したが、本発明は特にこれに限定されるものでなく、正面視上、円形状、三角形状等の形状に形成された流体加熱装置であっても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１ 流体加熱装置
２Ａ 面状加熱部
２Ａ１ 流路
２Ａ２ 流体導入口
２Ａ３ 流体導出口
２Ａ４ 流路
２Ｂ 面状加熱部
２Ｂ１ 流路
２Ｂ２ 流体導入口
２Ｂ３ 流体導出口
２Ｂ４ 流路
２Ｃ 面状加熱部
２Ｃ１ 流路
２Ｃ２ 流体導入口
２Ｃ３ 流体導出口
２Ｄ 充填物
３ ヒータ部
３Ａ 収容部
４Ａ 封止端子部
４Ｂ 封止端子部
５ 覆板
６Ａ 接続線
６Ｂ 接続線
７ ヒータ部
８Ａ 封止端子部
８Ｂ 封止端子部
９Ａ 面状加熱部
９Ａ１ 流路
９Ａ２ 流体導入口
９Ａ３ 流体導出口
９Ｂ 面状加熱部
９Ｂ１ 流路
９Ｂ２ 流体導入口
９Ｂ３ 流体導出口
Ｗ カ−ボンワイヤー発熱体
Ｘ１ 第１段目の流体加熱部
Ｘ２ 第２段目の流体加熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスもしくは液体である流体を加熱する流体加熱装置に関し、例えば、半導体製造工程中で使用される各種半導体加熱処理炉に接続され、前記半導体加熱処理炉に供給されるガスの温度を昇降制御する流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、例えば、不純物拡散炉、酸化炉、アニール炉、薄膜製造装置、エッチング装置等において種々の半導体加熱処理炉が用いられている。これら半導体加熱処理炉には、その目的、用途に応じ、枚葉式、縦型、横型バッチ式等のタイプのものが存在している。これら半導体加熱処理炉において、ウエハに生成される膜厚、膜質を均一になすために、反応ガスを炉内に導入する前に加熱装置を用いて加熱し、半導体加熱処理炉の処理温度に見合う所定温度に予熱昇温して、炉内温度分布の均一化を図ることがなされている。
【０００３】
本出願人は、先に、この種の加熱装置として特許文献１（特開２００３−２９４３１２号公報）において流体加熱装置を提案している。この提案した流体加熱装置を図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、この流体加熱装置１００は、ガス供給源から供給されるガスを加熱する加熱管１０１と、前記加熱管１０１の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部１０２と、前記加熱管１０１とヒータ部１０２とが収納された石英ガラス製の熱遮蔽体１０３とを備えている。また、前記熱遮蔽体１０３を収容するハウジング１０４と、熱遮蔽体１０３とハウジング１０４との間に設けられた高純度な断熱材１０５と、一端がガス供給源に接続されると共に他端が加熱管１０１に接続されたガス導入管である接続管１０６と、一端が加熱管１０１に接続されると共に他端が半導体加熱処理炉（図示せず）に接続されたガス導出管である接続管１０７とを備えている。
【０００４】
前記加熱管１０１の内部には、図１１に示すように通過するガスの抵抗となる充填物１０８および拡散板１０９が配設されている。前記充填物１０８として、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体が用いられる。
また、拡散板１０９には、複数の貫通穴１０９ａが形成されている。この貫通穴１０９ａは中心部から外周部に行くにしたがって、数多くの貫通穴が設けられている。即ち、単位面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きく形成されている。
【０００５】
また、前記ヒータ部１０２は、その発熱部がカーボンファイバー束からなるカ−ボンワイヤー発熱体（図示せず）を封入した石英ガラス管からなり、前記加熱管１０１の表面を螺旋状にように配設されている。
このヒータ部１０２は、図１０に示すように、螺旋状の石英ガラス管１０２ａと、前記螺旋状の石英ガラス管１０２ａの両端に夫々設けられた、一対の石英ガラス製の直管１０２ｂとから構成されている。
【０００６】
また、前記石英ガラス製の直管１０２ｂの夫々には、封止端子部１１０が設けられている。そして、夫々の封止端子部１１０には接続線１１０ａが設けられ、電力が供給されるように構成されている。尚、図１０には、一方の石英ガラス製の直管１０２ｂ、封止端子部１１０、接続線１１０ａのみ図示されている。
【０００７】
この流体加熱装置１００にあっては、接続管１０６を介して加熱管１０１の内部に導入されたガスは、拡散板１０９によって中心部から外周部へ拡散され、充填物１０８の上流側面の全面から内部に流入する。そして、前記ガスは充填物１０８の全領域を流れるしたがって、加熱、昇温し、接続管１０７を介して半導体加熱処理炉（図示せず）に導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記流体加熱装置は、充填物の間を流体が流れるように構成されているため、流体の滞留性を向上させることができ、熱交換効率を向上させることができる。また、カーボンワイヤー発熱体が用いられているために、高純度炭化珪素製ヒータに比較して熱容量が小さく、半導体ウエハに有害な金属汚染やパーティクルの生成、不純物ガスの発生等を抑制できる。
【００１０】
しかしながら、前記した流体加熱装置は、全体として円柱形状に形成されるため、その配置空間が大きくなり、空間の有効利用を図ることができないという課題があった。
また、前記した流体加熱装置では、熱、光の外方への拡散を抑制するために、螺旋状に形成されたヒータ部の外側を石英ガラス製の熱遮蔽体で覆い、更に熱遮蔽体とハウジングとの間に高純度な断熱材で覆い、外部への熱、光の拡散を抑制している。
しかしながら、実際には熱、光が外方への拡散し、ヒータ部からのエネルギーを加熱管に効率的に与えることができず、エネルギーの損失が大きいという課題があった。
【００１１】
更に、加熱管における流体導入側と流体導出側の温度を比べると、導入側よりも導出側の温度が高くなり、加熱管全体の温度が均一にならないという課題があった。このように加熱管全体が均一な温度にならない場合には、加熱管内の融着された充填物の剥がれ等によってパーティクルを発生させ、また加熱管がヒータ部に接触すること等によって破損するという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、配置空間の有効利用を図ることができ、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる流体加熱装置を提供することを目的とする。更には、加熱管全体をより均一な温度とすることができる流体加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、不透明石英ガラス板、あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有することを特徴としている。
【００１４】
このように、面状加熱部とヒータ部が石英ガラス板から形成されているため、全体として、板形状に形成でき、配置空間の有効利用を図ることができる。
また、面状加熱部を不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板で形成し、ヒータ部を透明石英ガラス板で形成し、更に流路の内部に通過するガスの抵抗となる充填物を配設したため、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００１５】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、流体を加熱する少なくとも四つの面状加熱部と、前記面状加熱部に挟まれた少なくとも二つのヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有し、かつ前記面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成されていることを特徴としている。
【００１６】
この流体加熱装置においても、面状加熱部とヒータ部が石英ガラス板から形成されているため、全体として、板形状に形成でき、配置空間の有効利用を図ることができる。
また、面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成され、更に流路の内部に通過するガスの抵抗となる充填物を配設したため、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００１７】
ここで、前記二つの第１の面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第１のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第２のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１及び第２のヒータ部の間に挟まれた第２の面状加熱部とを備え、前記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成されていることが望ましい。
このように、記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成され、流体の流れ方向が反対方向に形成されるため、加熱管全体の温度をより均一になすことができる。
【００１８】
また、前記四つの面状加熱部における、前記外側に配置される第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記内側に配置される第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成されていることが望ましい。
このように、前記第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成され、流体の流れ方向が反対方向に形成されるため、加熱管全体の温度をより均一になすことができる。
【００１９】
また、前記面状加熱部の流路ができるだけ長くなるように屈曲して形成されると共に、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向して形成されていることが望ましい。
このように、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向している場合には、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる。
【００２０】
前記流路の凹部の内壁面はファイアポリッシュ処理され、面状加熱部及びヒータ部の接触面は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理されていることが望ましい。
前記流路の凹部の内壁面がファイアポリッシュ処理されることにより、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、パーティクル等の発生を抑制することができる。
また、面状加熱部及びヒータ部の接触面が、ファイアポリッシュ処理されることにより、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、またミラーポリッシュ処理された場合には、接触面同士の接着強度が高められ、かつ、その未接着面の発生（気泡残り）を防止することができる。
【００２１】
また、前記流体導入口及び流体導出口が側面に形成され、前記ヒータ部の封止端子部は正面及び背面に形成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、配置空間の有効利用を図ることができ、ヒータ部からのエネルギーをより効率的に加熱部に与えることができる流体加熱装置を得ることができ、更には加熱管全体の温度をより均一になすことができる流体加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図３は、図１に示した実施形態の分解図である。
【図４】図４は、図１に示したヒータ部の変形例を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示したヒータ部の分解図である。
【図６】図６は、図１に示した面状加熱部の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明にかかる流体加熱装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示した実施形態の分解図である。
【図９】図９は、本発明にかかる流体加熱装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、従来の流体加熱装置を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す加熱部を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。尚、図１は、本発明にかかる流体加熱装置の第１の実施形態を示す正面図、図２は、図１のＩ−Ｉ断面図、図３は、図１に示した実施形態の分解図である。
【００２５】
図１、２に示すように、流体加熱装置１は、気体、液体の流体供給源から供給される流体を加熱する二つの面状加熱部２Ａ、２Ｂと、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれたヒータ部３と、前記ヒータ部３に電力を供給する封止端子部４Ａ，４Ｂとを備えている。
【００２６】
先ず、この流体加熱装置１の面状加熱部２Ａ、２Ｂについて説明する。
この面状加熱部２Ａ、２Ｂは不透明石英ガラス板から構成され、この不透明石英ガラス板の一面に、流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１が形成されている。この流路２Ａ１，２ Ｂ１は、図２に示すように、断面矩形状の凹部（溝部）形状として形成される。
尚、面状加熱部２Ａ、２Ｂは流路２Ａ１，２Ｂ１同士を隔てる流路壁のみ透明石英ガラス板で構成し、その他の部分を不透明石英で構成しても良い。また、面状加熱部２Ａ、２Ｂは透明石英ガラス板で形成し、その後、その外表面をサンドブラスト加工しても良い。
【００２７】
また、前記流路２Ａ１，２Ｂ１は、図１に示すように、ヒータ部３のカーボンワイヤー発熱体の配置と対向して、流体導入口２Ａ２，２Ｂ２から流体導出口２Ａ３，２Ｂ３まで、流路長が長くなるよう蛇腹状に屈曲して形成されている。
この流路２Ａ１，２Ｂ１は、蛇腹状に屈曲して形成されているため、より長い時間、伝熱により、流体を加熱することができる。特に、流路をマシニング加工により、間隔Ｌ１，Ｌ２寸法（図１参照）を短く形成することにより、石英板面積を最大限利用した流路長を確保することができる。そのため、より長い時間伝熱により流体を加熱することができ、熱交換効率がより向上させることができる。
【００２８】
また、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の内壁面は、ファイアポリッシュ加工が施される。このファイアポリッシュ加工とは、機械加工により形成された凹部（溝部）の内壁面の表面を加熱し、その表面を溶解して、つや出しする加工方法である。
このように、流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の内壁面にファイアポリッシュ加工が施されると、機械加工時に生じたマイクロクラックなどを除去することができ、パーティクル等の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、前記流路２Ａ１の内部には、図２に示すように通過する流体の抵抗となる充填物２Ｄが配設されている。前記充填物２Ｄとして、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体が用いられる。この充填物２Ｄは、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の凹部（溝部）の側壁に融着して取り付けられているのが好ましい。これにより、流路内２Ａ１，２Ｂに充填物１２の一部（石英ガラスビーズ）が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。
【００３０】
また、前記充填物２Ｄの石英ガラスビーズの形状としては、輻射熱を吸収して通過する流体に有効に熱を付与できる形状のものであれば、必ずしも球状に限定されるものではなく、短柱状、回転楕円体状、短柱円筒状、鞍型形状等のものを随意採用して差し支えない。
しかしながら、融着時に歪みを生じ、取り扱い時、使用時等に割れや欠けが生じ易いものは好ましくなく、またできるだけ安価で、かつ形状加工が容易な点等から球状、短柱円柱形状のものが好ましい。
【００３１】
この充填物２Ｄによって、流路２Ａ１,２Ｂ１内に複雑に屈曲交差する微細な流路が形成され、この微細な流路を流体が通過することによって、適度な滞留時間が付与される。
また、前記カーボンワイヤー発熱体Ｗからの輻射熱は、前記充填物２Ｄの内部で、複雑に透過、屈折、散乱、反射を繰り返す。その結果、導入された流体に充分な熱量を付与することができるため、熱交換効率が優れる。
【００３２】
前記面状加熱部２Ａの流体導入口２Ａ２に対向する位置に、面状加熱部２Ｂの流体導出口２Ｂ３が形成され、面状加熱部２Ａの流体導出口２Ａ３に対向する位置に、面状加熱部２Ｂの流体導入口２Ｂ２が形成されている。
【００３３】
前記流体導入口２Ａ２から導入された流体は、流体導入口２Ａ２から流体導出口２Ａ３に向けて徐々に温度が上昇する。一方、流体導入口２Ｂ２から導入された流体は、流体導入口２Ｂ２から流体導出口２Ｂ３に向けて徐々に温度が上昇する。
【００３４】
前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れは、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと反対方向に形成されるため、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、一方、面状加熱部２Ｂ内の温度上昇が面状加熱部２Ａによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ、２Ｂ全体として、均一な温度状態となる。
尚、前記流路２Ａ１における流体の流れが、流路２Ｂ１における流体の流れと反対方向になされれば良いため、流体導入口２Ａ２と流体導出口２Ｂ３の位置が対向する位置から多少ずれても良く、同様に流体導出口２Ａ３と流体導入口２Ｂ２の位置も、対向する位置から多少ずれても良い。即ち、流体導入口２Ａ２と流体導出口２Ｂ３の位置が対応する位置にあり、同様に流体導出口２Ａ３と流体導入口２Ｂ２の位置も、対応する位置にあれば良い。
【００３５】
前記ヒータ部３は透明石英ガラス板から構成され、一面には、カーボンファイバー束からなるカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容する収容部３Ａが形成されている。
この収容部３Ａは、断面矩形状の凹部（溝部）形状として形成され、流路２Ａ１，２Ｂ１の配置と対向して、一方の封止端子部４Ａから他方の封止端子部４Ｂまで、蛇腹状に屈曲して形成されている。このように収容部３Ａがこの流路２Ａ１，２Ｂ１に対向して、蛇腹状に屈曲して形成されているため、より長い時間伝熱により、流体を加熱することができる。
【００３６】
また、前記収容部３Ａの凹部（溝部）を塞ぐ覆板５が、前記ヒータ部３の一面に形成されている。この覆板５は透明石英ガラス板で形成されている。なお、覆板５は図２において、ヒータ部３よりも薄く記載されているが、ヒータ部３と同じもしくは厚くしても良い。面状加熱部２Ａと面状加熱部２Ｂの流体を加熱条件を同じにするために、ヒータ部３と同じ厚さとすることが好ましい。
更に、ヒータ部３から延長されたカ−ボンワイヤー発熱体Ｗは、夫々の封止端子部４Ａ，４Ｂにおいて接続線６Ａ，６Ｂと接続され、電力が供給されるように構成されている。
【００３７】
この面状流体加熱装置１の製作方法について図３に基づいて説明する。
先ず、矩形の板状の不透明石英ガラス板に、断面矩形状の凹部（溝部）を蛇腹状に機械加工により形成する。そして、図３に示すように、面状加熱部２Ａ，２Ｂの流路内２Ａ１，２Ｂ１内に充填物２Ｄを充填する。この充填物２Ｄは、短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体であり、前記流路２Ａ１，２Ｂ１の側壁に融着して収容されている。
これにより、流路内２Ａ１，２Ｂでの充填物のずれが抑制され、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３８】
前記面状加熱部２Ａ，２Ｂと同様に、矩形の板状の透明石英ガラス板に、断面矩形状の凹部（溝部）を蛇腹状に機械加工により形成し、凹部（溝部）にカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容し、ヒータ部３を製作する。また、矩形の板状の透明石英ガラス体から覆板５を製作する。
【００３９】
そして、図３に示すように、面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂを融着し、一体化する。面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂの融着面（接触面）は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理が施されるのが好ましい。
このミラーポリッシュ加工とは、面状加熱部２Ａ，覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂの接触面を研磨し、鏡面状態（表面粗さＲａで１．５ｎｍ以下、平面度で０．０３ｍｍ以下）になす加工である。
【００４０】
その後、ヒータ部３に封止端子部４Ａ，４Ｂを形成する。この封止端子部４Ａ，４Ｂを形成することにより、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗと接続線６Ａ，６Ｂが電気的に接続される。
この封止端子部４Ａ，４Ｂの形成後、窒素ガス（不活性ガス）をヒータ部３の充填口（図示せず）から導入し、ヒータ部３の内部を窒素ガスで充填し、密封する。
このように窒素ガス（不活性ガス）でヒータ部３の内部を密封するのは、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗの酸化を抑制するためである。
【００４１】
このように構成された面状流体加熱装置１は、接続線６Ａ，６Ｂから電力を供給し、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗを加熱する。このとき、前記したように、面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体は、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体と反対方向に流れる。
そのため、面状流体加熱装置１全体として略均一な温度とすることができ、流路２Ａ１，２Ｂ１内の充填物２Ｄである、例えばビーズ剥がれによるパーティクルの増加、あるいはまた面状加熱部２Ａ，２Ｂとヒータ部３との接触等による破損を抑制することができる。
【００４２】
また、この面状流体加熱装置１は、全体形状が板状に形成されているため、その配置空間を有効に利用することができる。
また、ヒータ部３は、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれているため、外部への熱、光の拡散を抑制できる。特に、外側に配置される面状加熱部２Ａ、２Ｂが不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工された石英ガラス板で形成されるため、熱、光が外部へ逃げるのを防止することができる。一方、前記ヒータ部３、覆板５は透明石英ガラスで形成されているため光が透過し易い。
その結果、ヒータ部からのエネルギーを面状加熱部２Ａ、２Ｂに効率的に与えることができ、エネルギーの効率をより向上させることができる。
【００４３】
次に、第１の実施形態の第１の変形例を図４、図５に示す。この変形例は、カ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容する収容部３Ａの断面形状を凸型形状になし、この凸型形状の収容部３Ａに２本のカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容したものである。このように、２本のカ−ボンワイヤー発熱体Ｗを収容することにより、流体の昇温速度を速めることができる。
【００４４】
この凸型形状の収容部３Ａを形成するには、断面が凹部形状（溝部）をヒータ部３に形成すると共に、前記収容部３Ａの凹部（溝部）を塞ぐ覆板５に、断面が凹部（溝部）５ａを形成する。このヒータ部３と、覆板５を融着することによって、断面形状が凸型形状の収容部３Ａが形成される。
【００４５】
また、第１の実施形態の第２の変形例を図６に示す。前記第１の実施形態における面状加熱部２Ａ、２Ｂにあっては、流体が流通する流路２Ａ１，２Ｂ１を蛇腹状に屈曲して形成した場合を例にとって説明した。
しかしながら、流体導入口２Ａ２，２Ｂ２から流体導出口２Ａ３，２Ｂ３に向かう、一つの凹部を形成し、この凹部を流路２Ａ４，２Ｂ４としても良い。この流路２Ａ４，２Ｂ４内には、石英ガラスビーズのような充填物２Ｄが収容される。また、流体が通過する貫通孔を有する拡散板（図示せず）を配置しても良い。
【００４６】
このような流体加熱装置であっても、全体として略均一な温度とすることができる。また、全体形状が板状に形成されているため、その配置空間を有効に利用することができる。更には、ヒータ部３は、前記面状加熱部２Ａ、２Ｂに挟まれているため、外部への熱、光の拡散を抑制できる。
【００４７】
次に、第２の実施形態を図７、図８に基づいて説明する。尚、図７は、本発明にかかる流体加熱装置の第２の実施形態を示す断面図、図８は、図７に示した実施形態の分解図である。また、第１の実施形態と同一、あるいは相当する部材は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
この第２の実施形態は、第１の実施形態と比べて、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，２Ｃが配置され、面状加熱部２Ａ，２Ｂに挟まれるように、ヒータ部３が設けられ、面状加熱部２Ｂ，２Ｃに挟まれるように、ヒータ部７が設けられている点において異なる。
このように面状加熱部２Ｂ、ヒータ部３，７が中央に配置されているため、面状加熱部２Ｂの流体導入口２Ｂ２及び流体導出口２Ｂ３、前記ヒータ部３の封止端子部４Ａ，４Ｂおよび前記ヒータ部７の端子部８Ａ，８Ｂは側面に形成され、前記面状加熱部２Ａの流体導入口２Ａ２及び流体導出口２Ａ３は、面状流体加熱装置の背面に形成される。一方、前記面状加熱部２Ｃの流体導入口２Ｃ２及び流体導出口２Ｃ３は、面状流体加熱装置の正面に形成される。
【００４９】
また、面状加熱部２Ａ，２Ｃは、外部への熱、光の拡散を抑制するため、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成される。一方、面状加熱部２Ｂ、ヒータ部３，７、覆板５は、光を透過し易くするために、透明石英ガラスが用いられている。
その結果、ヒータ部３，７からのエネルギーを面状加熱部に効率的に与えることができ、エネルギーの効率が良い。尚、第２の実施形態において、図４、図５に示すような凸型形状の収容部を形成しても良い。また図６に示すように一つの凹部を形成し、この凹部を流路としても良い。
【００５０】
次に、第３の実施形態を図９に基づいて説明する。尚、図９は、本発明にかかる流体加熱装置の第３の実施形態を示す断面図である。図９において、矢印は流体の流れを示している。
この第３の実施形態は、第１の実施形態の流体加熱装置を重ね合わせたものであり、第１段目の流体加熱部Ｘ１として、面状加熱部２Ａ、覆板５、ヒータ部３、面状加熱部２Ｂが配置され、第２段目の流体加熱部Ｘ２として、面状加熱部９Ａ、ヒータ部７、面状加熱部９Ｂが配置される。
【００５１】
ここで、面状気体加熱装置の正面、及び背面に位置する面状加熱部２Ａ，９Ｂは、外部への熱、光の拡散を抑制するため、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成される。
一方、内部のヒータ部３，７、面状加熱部２Ｂ，９Ａ、覆板５は、光を透過し易くするために、透明石英ガラスが用いられている。
その結果、ヒータ部からのエネルギーを面状加熱部に効率的に与えることができ、エネルギーの効率が良い。尚、第３の実施形態において、図４、図５に示すような凸型形状の収容部を形成しても良い。また図６に示すように一つの凹部を形成し、この凹部を流路としても良い。
【００５２】
また、各面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂの各流路における流体の通過方向は、図９に示すように、前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れ（流体導入口２Ａ２から流体導出口２Ａ３に至る流れ）と、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れ（流体導入口２Ｂ２から流体導出口２Ｂ３に至る流れ）とは反対方向とする。また、前記面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと、面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れ（流体導入口９Ａ２から流体導出口９Ａ３に至る流れ）とは反対方向とする。更に、前記面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れと、面状加熱部９Ｂ内の流路９Ｂ１における流体の流れ（流体導入口９Ｂ２から流体導出口９Ｂ３に至る流れ）とは反対方向とする。
これにより、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、面状加熱部２Ｂ内の温度上昇が面状加熱部９Ａによって抑制され、面状加熱部９Ａ内の温度上昇が面状加熱部９Ｂによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂ全体として、均一な温度上昇となる。
【００５３】
また、図示しないが、各面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂの各流路における流体の通過方向を、前記面状加熱部２Ａ内の流路２Ａ１における流体の流れと、面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れとは反対方向とする。また、前記面状加熱部２Ｂ内の流路２Ｂ１における流体の流れと、面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れとは同方向とする。更に、前記面状加熱部９Ａ内の流路９Ａ１における流体の流れと、面状加熱部９Ｂ内の流路９Ｂ１における流体の流れとは反対方向とする。
これにより、面状加熱部２Ａ内の温度上昇が面状加熱部２Ｂによって抑制され、面状加熱部９Ａ内の温度上昇が面状加熱部９Ｂによって抑制される。その結果、面状加熱部２Ａ，２Ｂ，９Ａ，９Ｂ全体として、均一な温度上昇となる。
【００５４】
上記第１〜第３の実施形態にあっては、正面視上、矩形形状に形成された流体加熱装置を例にとって説明したが、本発明は特にこれに限定されるものでなく、正面視上、円形状、三角形状等の形状に形成された流体加熱装置であっても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１ 流体加熱装置
２Ａ 面状加熱部
２Ａ１ 流路
２Ａ２ 流体導入口
２Ａ３ 流体導出口
２Ａ４ 流路
２Ｂ 面状加熱部
２Ｂ１ 流路
２Ｂ２ 流体導入口
２Ｂ３ 流体導出口
２Ｂ４ 流路
２Ｃ 面状加熱部
２Ｃ１ 流路
２Ｃ２ 流体導入口
２Ｃ３ 流体導出口
２Ｄ 充填物
３ ヒータ部
３Ａ 収容部
４Ａ 封止端子部
４Ｂ 封止端子部
５ 覆板
６Ａ 接続線
６Ｂ 接続線
７ ヒータ部
８Ａ 封止端子部
８Ｂ 封止端子部
９Ａ 面状加熱部
９Ａ１ 流路
９Ａ２ 流体導入口
９Ａ３ 流体導出口
９Ｂ 面状加熱部
９Ｂ１ 流路
９Ｂ２ 流体導入口
９Ｂ３ 流体導出口
Ｗ カ−ボンワイヤー発熱体
Ｘ１ 第１段目の流体加熱部
Ｘ２ 第２段目の流体加熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不透明石英ガラス板、あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、
前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、
前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有することを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
流体を加熱する少なくとも四つの面状加熱部と、前記面状加熱部に挟まれた少なくとも二つのヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、
前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、
前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有し、かつ前記面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成されていることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項３】
前記二つの第１の面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第１のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第２のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１及び第２のヒータ部の間に挟まれた第２の面状加熱部とを備え、
前記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項４】
前記四つの面状加熱部における、前記外側に配置される第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記内側に配置される第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成されていることを特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記面状加熱部の流路が屈曲して形成されると共に、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記流路の凹部の内壁面はファイアポリッシュ処理され、面状加熱部及びヒータ部の接触面は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項７】
前記流体導入口及び流体導出口が側面に形成され、前記ヒータ部の封止端子部は正面及び背面に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項１】
不透明石英ガラス板、あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成された、流体を加熱する二つの面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記面状加熱部の間に挟まれたヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、
前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、
前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有することを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
流体を加熱する少なくとも四つの面状加熱部と、前記面状加熱部に挟まれた少なくとも二つのヒータ部と、前記ヒータ部に電力を供給する封止端子部とを備え、
前記面状加熱部は、流体を導入する導入口と、前記流体導入口からの流体が流通する流路と、前記流路の内部に配設された、通過するガスの抵抗となる充填物と、前記流路内の流体を導出する流体導出口とを有し、
前記ヒータ部は、収容部に収容されるカ−ボンワイヤー発熱体を有し、かつ前記面状加熱部の中で外側に配置される二つの面状加熱部は、不透明石英ガラス板あるいはサンドブラスト加工させた石英ガラス板から形成され、内側に配置される面状加熱部及びヒータ部は透明石英ガラス板から形成されていることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項３】
前記二つの第１の面状加熱部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第１のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１の面状加熱部の間に挟まれた第２のヒータ部と、透明石英ガラス板から形成され、前記第１及び第２のヒータ部の間に挟まれた第２の面状加熱部とを備え、
前記第１の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２の面状加熱部の流体導入口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項４】
前記四つの面状加熱部における、前記外側に配置される第１または第４の面状加熱部の流体導入口に対応する位置に、前記内側に配置される第２または第３の面状加熱部の流体導出口が形成され、前記第１または第４の面状加熱部の流体導出口に対応する位置に、前記第２または第３の面状加熱部の流体導入口が形成されていることを特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記面状加熱部の流路が屈曲して形成されると共に、前記ヒータ部の収容部と前記流路とが対向して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記流路の凹部の内壁面はファイアポリッシュ処理され、面状加熱部及びヒータ部の接触面は、ミラーポリッシュ処理またはファイアポリッシュ処理されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項７】
前記流体導入口及び流体導出口が側面に形成され、前記ヒータ部の封止端子部は正面及び背面に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１５３２２（Ｐ２０１２−２１５３２２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９６１７（Ｐ２０１１−７９６１７）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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