專利名稱：碳電線發(fā)熱體密封加熱器及使用該加熱器的流體加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及封入碳電線(carbon wire)發(fā)熱體的加熱器以及使用該加熱器的流體加熱裝置，尤其涉及適合用于半導(dǎo)體工藝的發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器以及使用該加熱器的流體加熱裝置。
但是，所述加熱器用于如半導(dǎo)體制造工序領(lǐng)域等時(shí)，存在如果包覆由鎢等構(gòu)成發(fā)熱體的石英玻璃管萬一破損，則會(huì)金屬污染氣氛或清洗液、研磨液等，進(jìn)一步會(huì)污染電線的問題。還有，即使所述石英玻璃管不破損，也存在從所述發(fā)熱體經(jīng)所述石英玻璃管金屬污染的問題。
本發(fā)明者們從防止雜質(zhì)金屬的觀點(diǎn)出發(fā)，提案了與金屬質(zhì)發(fā)熱體相比更適合用作半導(dǎo)體制造用加熱器的碳電線發(fā)熱體密封加熱器(特開2000-21890號(hào)公報(bào))。
該碳電線(發(fā)熱體)是把集束極細(xì)碳纖維的碳纖維束編織多束來制作，與現(xiàn)有金屬發(fā)熱體相比，熱容量小、升降溫特性優(yōu)異、并且在非氧化性氣氛中耐高溫性也優(yōu)異。還因是編織多根細(xì)碳纖維的纖維束來制作，所以與由實(shí)心碳材構(gòu)成的發(fā)熱體相比具有富于彈性、作為半導(dǎo)體制造用加熱器容易加工成各種各樣的結(jié)構(gòu)、形狀的優(yōu)點(diǎn)。
但是，最近尤其在半導(dǎo)體制造工業(yè)領(lǐng)域中，因半導(dǎo)體電路的大容量集成化而電線趨于大口徑化，并且因降低成本而對(duì)提高成品率的要求加強(qiáng)，為了對(duì)應(yīng)這些要求，比以往進(jìn)一步要求更加嚴(yán)密的溫度控制。因此，希望出現(xiàn)能夠以所望狀態(tài)加熱處理爐等的發(fā)熱不平衡少的加熱器。
該碳電線發(fā)熱體密封加熱器從如上所述防止雜質(zhì)金屬污染的觀點(diǎn)來說非常優(yōu)異，但在使用加熱器時(shí)發(fā)現(xiàn)封入碳電線發(fā)熱體的電極管(石英玻璃管)內(nèi)面產(chǎn)生黑點(diǎn)。
尤其確認(rèn)具有直線狀發(fā)熱部、在其兩端經(jīng)彎曲部具有端子部的、側(cè)面形狀為コ形的碳電線發(fā)熱體密封加熱器中該黑點(diǎn)的發(fā)生顯著。
這種封入碳電線發(fā)熱體的電極管(石英玻璃管)內(nèi)面的黑點(diǎn)發(fā)生會(huì)隔斷和遮蔽來自發(fā)熱體的輻射熱，所以會(huì)成為發(fā)熱不平衡的原因，因此不好。
所以，本發(fā)明者們經(jīng)過對(duì)黑點(diǎn)的發(fā)生原因潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)密封在電極管(石英玻璃管)的碳電線的吸附水分量有影響，并且電極管(石英玻璃管)內(nèi)徑也有影響，以至完成本發(fā)明。
還有，所述碳電線發(fā)熱體密封加熱器的端子部如圖27A、圖27B所示，具備玻璃管421、壓縮容納在該玻璃管421的電線碳(wire carbon)材423、容納在所述玻璃管421中內(nèi)且夾在電線碳材423中的碳電線發(fā)熱體422、容納在所述玻璃管421內(nèi)且夾在電線碳材423的用于供電的連接線424。并且，所述玻璃管421的開口端部421a上連接有形成加熱器本體部的石英玻璃部件425，從所述開口端部421a引出碳電線發(fā)熱體422。該開口端部421a呈稍微中間細(xì)的形狀，以防止碳電線發(fā)熱體422和電線碳材423等內(nèi)部填充物飛出。另一方面，所述玻璃管421的其他開口端部(未圖示)以引出連接線424的狀態(tài)被其他玻璃部件密閉。
根據(jù)這種構(gòu)成，碳電線發(fā)熱體422和用于供電的連接線424經(jīng)電線碳材423電連接。
以往向所述端子部(玻璃管421)壓縮容納電線碳材423時(shí)，把電線碳材423做成一整體填充于玻璃管421內(nèi)。因此，通常碳電線發(fā)熱體422的端部如圖27B所示設(shè)置成偏靠在玻璃管421內(nèi)壁側(cè)。其結(jié)果，如圖27A所示，開口端部421a的周邊部與碳電線發(fā)熱體422接觸。這樣，碳電線發(fā)熱體422與玻璃管421直接(尤其是擠壓)接觸，則在其接觸點(diǎn)進(jìn)行碳(C)和石英(SiO2)的反應(yīng)，存在該部分容易發(fā)生斷線的技術(shù)性課題。
還有，加熱器的端子部的形狀使用如圖28所示的L形的。該端子部也是把電線碳材423做成一整體填充于玻璃管426的一邊426a，在固定碳電線發(fā)熱體422的同時(shí)，把碳電線發(fā)熱體422從玻璃管426的另一邊426b引出。在所述另一邊426b之前形成加熱器本體。
在該端子部，如果彎曲碳電線發(fā)熱體422，則如圖28所示在L形玻璃管426的彎曲部?jī)?nèi)側(cè)電線碳材423上升，從而呈碳電線發(fā)熱體422被壓在玻璃管426內(nèi)壁的狀態(tài)。其結(jié)果碳電線發(fā)熱體422與玻璃管426內(nèi)的墻壁面接觸，在其接觸點(diǎn)進(jìn)行碳(C)和石英(SiO2)的反應(yīng)，存在該部分容易發(fā)生斷線的技術(shù)性課題。
還有，如上所述，半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中要求進(jìn)一步嚴(yán)密的溫度調(diào)節(jié)控制。因此，期待出現(xiàn)能夠以所望狀態(tài)加熱處理爐等的加熱器，即具有輻射熱方向性的加熱器。尤其對(duì)于從處理爐的橫向加熱處理爐的加熱器，希望出現(xiàn)增大垂直面方向(橫向)的輻射熱的加熱器。例如，如圖29A所示，如果以垂直狀態(tài)設(shè)置所述棒狀加熱器470，則垂直面方向的輻射熱增大。
但是，因發(fā)熱體471為一根，所以輻射熱傳導(dǎo)的區(qū)域窄。因此，為了擴(kuò)大輻射熱傳導(dǎo)的區(qū)域，需要鄰接于所述棒狀加熱器470設(shè)置多個(gè)棒狀加熱器。此時(shí)，需要對(duì)應(yīng)于棒狀加熱器個(gè)數(shù)的連接端子472，存在成本增加的技術(shù)性課題。
還有，如圖29B所示，通過把板狀加熱器475的發(fā)熱體476形成為蛇行，可擴(kuò)大傳導(dǎo)垂直面方向輻射熱的區(qū)域。進(jìn)一步，此時(shí)也不會(huì)如棒狀加熱器470那樣連接端子472的個(gè)數(shù)增多。但是，上下蛇行的發(fā)熱體476以一定間隔t形成，因此在進(jìn)一步增大垂直面方向輻射熱方面就有局限性。
還有，如上所述碳電線發(fā)熱體密封加熱器從防止雜質(zhì)金屬污染的觀點(diǎn)來說非常優(yōu)異，本發(fā)明者們對(duì)半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的其他用途進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)適用于流體加熱裝置，以至完成本發(fā)明。
還有，本發(fā)明是為了解決上述技術(shù)性課題，其第二目的在于提供通過把碳電線發(fā)熱體配置于玻璃管的大致中心來容納，防止碳電線發(fā)熱體和玻璃管的接觸，抑制碳電線發(fā)熱體斷線的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供沒有從加熱器的污染物質(zhì)擴(kuò)散，尤其沒有從發(fā)熱體的雜質(zhì)金屬等的污染物質(zhì)的擴(kuò)散，在抑制處理對(duì)象物污染的同時(shí)具有輻射熱的方向性，能夠進(jìn)一步增大垂直面方向輻射熱的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第四個(gè)目的在于提供使用碳電線發(fā)熱體密封加熱器，沒有從加熱器的污染物質(zhì)擴(kuò)散，尤其沒有從發(fā)熱體的雜質(zhì)金屬等的污染物質(zhì)的擴(kuò)散，在抑制處理對(duì)象物的污染的同時(shí)氣體滯留性優(yōu)異，并且能夠抑制碎片等發(fā)生的可小型化的流體加熱裝置。
為了達(dá)到上述第一目的的本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的特征在于，對(duì)于把使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體容納在石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10-3g/cm3。其特征還在于對(duì)于把使用多根碳纖維編織的碳電線密封在石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10-3g/cm3。
密封在石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器吸附著較大量的水分。因此，如下述反應(yīng)式所示，升溫時(shí)該吸附水分和碳電線反應(yīng)，另一方面一旦冷卻其反應(yīng)分子成為黑點(diǎn)附著在電極管(石英玻璃管)內(nèi)面。
反應(yīng)式因此，為了抑制上述反應(yīng)，使密封在石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10-3g/cm3。
這樣，由于本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器使用了吸附水分量小于2×10-3g/cm3的碳電線發(fā)熱體，因此，能夠得到抑制黑點(diǎn)發(fā)生、發(fā)熱不平衡少的良好發(fā)熱特性。
這里，所述石英玻璃部件最好為管狀，所述碳電線發(fā)熱體的直徑和石英玻璃管的內(nèi)徑之比為1∶2～5。把碳電線發(fā)熱體直徑定為1時(shí)的石英玻璃管的內(nèi)徑比例小于2的情況是，碳電線和石英玻璃管的內(nèi)面相接觸的可能性提高，并且即使在不接觸的部分，從碳電線發(fā)熱體到石英玻璃管內(nèi)面的距離也非常近。因此，當(dāng)發(fā)生所述黑點(diǎn)分子時(shí)，不分散到石英玻璃管的內(nèi)部，而在最短距離的石英玻璃管內(nèi)面集中形成黑點(diǎn)。
其結(jié)果，能夠從碳電線發(fā)熱體密封加熱器的外觀確認(rèn)黑點(diǎn)，在相關(guān)部分產(chǎn)生發(fā)熱不平衡，所以不好。
另一方面，把碳電線發(fā)熱體直徑定為1時(shí)的石英玻璃管的內(nèi)徑比例大于5的情況是，石英玻璃管的熱容量增大，升降溫時(shí)的熱應(yīng)答性降低，因此不好。
還有，所述碳電線發(fā)熱體密封加熱器為具有直線狀發(fā)熱部，在其兩端經(jīng)彎曲部具有端子部的コ形碳電線發(fā)熱體密封加熱器，所述碳電線優(yōu)選從所述石英玻璃管的中心部偏離配置。
如上所述，使用吸附水分量小于2×10-3g/cm3的碳電線發(fā)熱體時(shí)，即使碳電線發(fā)熱體從石英玻璃管的中心部偏離配置，也能抑制黑點(diǎn)發(fā)生，能夠得到發(fā)熱不平衡少的發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
還有，把碳電線發(fā)熱體直徑定為1時(shí)的石英玻璃管的內(nèi)徑比例在2～5的情況是，即使碳電線發(fā)熱體從石英玻璃管的中心部偏離配置，也能抑制黑點(diǎn)發(fā)生，能夠得到發(fā)熱不平衡少的發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
還有，為了進(jìn)一步完成本發(fā)明第二目的而進(jìn)行的本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器為所述任意碳電線發(fā)熱體密封都在玻璃部件中的加熱器，其特征在于具備端子部，該端子部具有配置于所述石英玻璃部件的端部且容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、壓縮容納在所述玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件、端部容納在所述玻璃管中且夾在壓縮的電線碳部件的供電用連接線，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
這樣，本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器中，電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
即電線碳束具有如同鉆頭、鏜床等卡盤部的功能，欲使碳電線發(fā)熱體位于玻璃管的中心。其結(jié)果碳電線發(fā)熱體被設(shè)置在所述玻璃管的大致中心，不與玻璃管接觸。
其結(jié)果，避免了玻璃管與碳電線發(fā)熱體之間的反應(yīng)，抑制了由此引起的斷線，因此，與以往相比能夠較為顯著地延長(zhǎng)加熱器壽命。還有，碳電線發(fā)熱體通過多個(gè)電線碳束的大致中心，因此，能夠容易地進(jìn)行其阻抗調(diào)整。
還有，為了進(jìn)一步完成本發(fā)明第二目的而進(jìn)行的本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器為所述任意碳電線發(fā)熱體都密封在玻璃部件中的加熱器，其特征在于具備端子部，該端子部具有配置于所述石英玻璃部件的端部且容納所述碳電線發(fā)熱體的一部分的第一玻璃管、與所述第一玻璃管軸線相同且容納向所述碳電線發(fā)熱體供給電力的供電用連接線的端部及所述碳電線發(fā)熱體的端部的第二玻璃管、壓縮容納在所述第一、第二玻璃管內(nèi)且夾著所述碳電線發(fā)熱體、供電用連接線，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
這種本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器也與所述發(fā)明相同，避免了第一玻璃管與碳電線發(fā)熱體之間的反應(yīng)，抑制了由此引起的斷線，因此，與以往相比能夠較為顯著地延長(zhǎng)加熱器壽命。還有，碳電線發(fā)熱體通過多個(gè)電線碳束的大致中心，因此，能夠容易地進(jìn)行其阻抗值調(diào)整。
尤其在本發(fā)明中，把所述碳電線發(fā)熱體的一部分容納在第一玻璃管中，并把供給電力的供電用連接線的端部及所述碳電線發(fā)熱體的端部容納在第二玻璃管中。
因此，能夠改變?nèi)菁{供給電力的供電用連接線的端部的第二玻璃管和容納碳電線發(fā)熱體的一部分的第一玻璃管中的電線碳部件的量。
從而，通過使夾著供電用連接線的端部的第二玻璃管的電線碳部件的量大于第一玻璃管的電線碳部件的量，能夠牢固地夾住連接線，抑制電阻的不穩(wěn)定化。
還有，希望容納在所述第二玻璃管內(nèi)的電線碳部件多于容納在所述第一玻璃管的電線碳部件。
通過這樣使第二玻璃管的電線碳部件的量大于第一玻璃管的電線碳部件的量，能夠牢固地夾住連接線，抑制電阻的不穩(wěn)定化。
還希望，電線碳束在所述玻璃管內(nèi)容納成所述電線碳束的折回部位于容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管的碳電線發(fā)熱體的引出側(cè)。
這樣，電線碳束折回，并且所述電線碳束的折回部位于玻璃管的碳電線發(fā)熱體的引出側(cè)。因此，阻止來自玻璃管端部的塵狀物進(jìn)入到封入碳電線發(fā)熱體的石英玻璃部件中。
其結(jié)果，能夠防止這些塵狀物引起的與石英玻璃部件內(nèi)壁的反應(yīng)，向內(nèi)壁的附著，發(fā)熱不平衡等。
還有，根據(jù)該結(jié)構(gòu)容易把連接線插入到壓縮的電線碳部件中，并且更加牢固地固定該前端而能夠進(jìn)行穩(wěn)定的供電。
進(jìn)一步，優(yōu)選容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管形成為直線狀，同時(shí)，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成與所述玻璃管的軸線大致平行，從所述玻璃管的端部引出碳電線發(fā)熱體。
這樣，對(duì)于容納碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管形成為直線狀的情況，因碳電線發(fā)熱體配置于玻璃管的大致中心部，所以玻璃管端部和碳電線發(fā)熱體不會(huì)接觸。
還有，優(yōu)選容納所述碳電線發(fā)熱體的一部分的第一玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，容納向所述碳電線發(fā)熱體供給電力的供電用連接線及所述碳電線發(fā)熱體端部的第二玻璃管形成為直線狀，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成與所述第一、第二玻璃管的軸線大致平行，從所述第一玻璃管的端部引出碳電線發(fā)熱體。
此時(shí)，也與所述情況相同，因碳電線發(fā)熱體配置于玻璃管的大致中心部，所以第一玻璃管端部和碳電線發(fā)熱體不會(huì)接觸。
還有，優(yōu)選容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管以T形形成的同時(shí)一端部封閉，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成從玻璃管的開口端部到密封端部與軸線大致平行，在所述玻璃管的彎曲部，碳電線發(fā)熱體從電線碳束之間引出。
這樣，以往，端子部和碳電線發(fā)熱體密封在玻璃部件中的發(fā)熱部，把經(jīng)L形彎曲部連接的加熱器的L形玻璃管形成為T形，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成從玻璃管的開口端部到密封端部與軸線大致平行，在所述玻璃管的彎曲部，碳電線發(fā)熱體從電線碳束之間引出。
因此，從完全部分到密封端部發(fā)揮電線碳部件的擠壓功能。因此，能夠避免如以往L形玻璃管的情況那樣，電線碳材在彎曲部上升，碳電線發(fā)熱體與內(nèi)壁面擠壓接觸這種不良狀況。
還有，上述玻璃管從所述彎曲部到密封端部的長(zhǎng)度優(yōu)選設(shè)定為從彎曲部延設(shè)的玻璃管內(nèi)徑的1.5倍以上。
相對(duì)于此，在玻璃管從彎曲部到密封端部的長(zhǎng)度小于從延設(shè)的玻璃管內(nèi)徑的1.5倍時(shí)，則從彎曲部到密封端部的電線碳部件的擠壓功能弱，產(chǎn)生如以往L形玻璃管的情況那樣，電線碳材在彎曲部上升，碳電線發(fā)熱體與內(nèi)壁面擠壓接觸的問題。
所述玻璃部件及玻璃管優(yōu)選由石英玻璃材料構(gòu)成。還有，所述外套管優(yōu)選由石英玻璃材料構(gòu)成。
還有，為了進(jìn)一步完成本發(fā)明第三個(gè)目的而進(jìn)行的本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于在由容納所述任意碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器、設(shè)置于所述加熱器部的石英玻璃管兩端的封閉端子部、設(shè)置于所述封閉端子部的連接端子來構(gòu)成的加熱器中，具有把所述石英玻璃管在上下方向上卷繞成螺旋狀，把在上下方向延設(shè)的石英玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部、加熱器部的石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)?，且形成于其端部的封閉端子部。
這樣，把所述石英玻璃管在上下方向卷繞成螺旋狀，把延設(shè)在上下方向的石英玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管形成為圓弧狀、該石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)龋谄涠瞬啃纬煞忾]端子部。
從而，從碳電線發(fā)熱體的輻射熱是，來自圓弧狀石英玻璃管的輻射熱少，主要來自延設(shè)在上下方向的直線狀石英玻璃。因此，能夠進(jìn)一步增大垂直面方向及橫向的輻射熱。
還有，加熱器部是把石英玻璃管在上下方向以螺旋狀卷繞來形成，因此，所述直線狀石英玻璃管相對(duì)于輻射方向配置在前后，并且對(duì)于所述石英玻璃管從垂直面方向(橫向)看時(shí)，成為后側(cè)直線狀石英玻璃管位于前側(cè)多個(gè)直線狀的石英玻璃管之間的結(jié)構(gòu)。即根據(jù)來自配置于前后的直線狀石英玻璃管的輻射，能夠進(jìn)一步增大垂直面方向(橫向)的輻射熱。并且，通過調(diào)整其間隔，能產(chǎn)生在垂直面方向的局部性不均勻性小的熱輻射。
進(jìn)一步，加熱器部的石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)?，在其端部形成封閉端子部。
這樣封閉端子部形成在加熱器部的同一面?zhèn)龋虼四軌蚴古c電源的連接變得容易。夾著所述加熱器部，封閉端子部的形成側(cè)和反對(duì)側(cè)成為照射側(cè)。從而，通過在封閉端子部的形成側(cè)配置反射板等，能夠進(jìn)一步增大輻射。
還有，本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器是特征在于在由容納所述任意碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、設(shè)置于所述加熱器部的石英玻璃管兩端的封閉端子部、設(shè)置于所述封閉端子部的連接端子構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，具有把所述石英玻璃管在上下方向卷繞成螺旋狀，把延設(shè)在上下方向的石英玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部、加熱器部的石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)惹倚纬捎谄涠瞬康姆忾]端子部，并且所述封閉端子部具備容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、壓縮容納在所述玻璃管且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
根據(jù)這種碳電線發(fā)熱體密封加熱器，可成為同時(shí)達(dá)到上述第一、第二及第三個(gè)目的的加熱器。即能夠提供抑制黑點(diǎn)發(fā)生，發(fā)熱不平衡少且發(fā)熱特性良好，抑制碳電線發(fā)熱體斷線，并且具有輻射熱的方向性，能夠進(jìn)一步增大垂直面方向輻射熱的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
這里，所述形成為圓弧狀的石英玻璃管的曲率半徑優(yōu)選為石英玻璃管外徑的2～5倍。
這樣，如果曲率半徑小于石英玻璃管外徑的2倍，則成為圓弧狀時(shí)石英玻璃管的內(nèi)部會(huì)變形，可能導(dǎo)致碳電線發(fā)熱體接觸到石英玻璃管內(nèi)壁，所以不好。
還有，如果曲率半徑大于石英玻璃管外徑的5倍，則加熱器寬度增大的同時(shí)上下方向的輻射增大，所以也不好。
還有，所述石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部的外周部側(cè)的壁厚與內(nèi)周部側(cè)的壁厚之比優(yōu)選1∶1.1～2。
這樣，因形成為內(nèi)周部側(cè)的壁厚大，所以內(nèi)周部側(cè)的熱容量大，能夠減少內(nèi)周部側(cè)的輻射。
還有，能夠抑制來自配置于前后的直線狀石英玻璃管的輻射熱向與垂直面方向正交的方向(縱向)放射。
進(jìn)一步，該結(jié)構(gòu)對(duì)于把碳電線發(fā)熱體由給定拉伸張力容納在卷繞成螺旋狀的石英玻璃管內(nèi)的本發(fā)明加熱器，能夠增強(qiáng)應(yīng)力大的部分，能夠進(jìn)一步防止發(fā)生破損等。
進(jìn)一步，所述圓弧狀石英玻璃管優(yōu)選與鄰接的圓弧狀石英玻璃管至少間隔石英玻璃管外徑的1～3倍形成。
優(yōu)選緊密卷繞石英玻璃管，因?yàn)槟軌蛟龃蟠怪泵娣较?橫向)輻射熱。
但是，如上所述，加熱器部因把石英玻璃管在上下方向以螺旋狀卷繞來形成，所以所述直線狀石英玻璃管對(duì)于輻射方向前后配置。從而，如果過度緊密卷繞，則無法有效利用來自配置于后面的直線狀石英玻璃管的輻射熱，并且卷繞的石英玻璃管的內(nèi)周側(cè)會(huì)成為異常的高溫。為了避免該現(xiàn)象，石英玻璃管優(yōu)選隔著石英玻璃管外徑的1倍以上來卷繞。
還有，通過定為3倍以下，能夠產(chǎn)生在垂直方向局部性不均勻性更小的熱輻射。
還有，優(yōu)選具備由設(shè)置成內(nèi)接于形成在所述上部的圓弧狀石英玻璃管的加熱器上部保持部件、設(shè)置成外接于形成在所述下部的圓弧狀石英玻璃管的加熱器下部保持部件、連接所述加熱器上部保持部件和加熱器下部保持部件的連接部件構(gòu)成的加熱器保持部。
這樣，通過設(shè)置加熱器保持部能夠增加加熱器部的機(jī)械強(qiáng)度，防止破損。還有，因設(shè)置了加熱器下部保持部件，所以設(shè)置性提高。進(jìn)一步，加熱器保持部安裝在形成為圓弧狀的石英玻璃管的圓弧狀部的熱容量增大，能夠進(jìn)一步減少上下方向的輻射。
還有，優(yōu)選把所述加熱器上部保持部件焊接在形成于上部的圓弧狀石英玻璃管內(nèi)側(cè)的同時(shí)，把所述加熱器下部保持部件焊接在形成于下部的圓弧狀石英玻璃管外側(cè)。
還有，優(yōu)選具備由在形成于所述上部的圓弧狀石英玻璃管內(nèi)側(cè)按照給定間隔設(shè)置的加熱器上部保持部件、設(shè)置成外接于形成在所述下部的圓弧狀石英玻璃管的加熱器下部保持部件、連接所述加熱器上部保持部件和加熱器下部保持部件的連接部件構(gòu)成的加熱器保持部。
這樣，因在形成于上部的圓弧狀石英玻璃管內(nèi)側(cè)和加熱器上部保持部件之間設(shè)定了給定間隔，所以，能夠避免振動(dòng)等引起的石英玻璃管與加熱器上部保持部件的沖突，能夠防止破損。該間隔優(yōu)選在0.2mm以上。
還有，優(yōu)選所述加熱器下部保持部件的下面位于封閉端子部下表面的上方。
因加熱器下部保持部件的下面位于封閉端子部下表面的上方，所以在水平面設(shè)置加熱器時(shí)，加熱器下部保持部件的下面不會(huì)接觸到設(shè)置面。從而，即使因地震等引起上下振動(dòng)，加熱器下部保持部件的下面也不會(huì)接觸到設(shè)置面，能夠防止連接封閉端子部和石英玻璃管的部分破損。
優(yōu)選所述加熱器下部保持部件的下面位于封閉端子部下表面的上方0.5mm以上之處。具有0.5mm以上高低差時(shí)，即使因地震等引起上下振動(dòng)，加熱器下部保持部件的下面也不會(huì)接觸到設(shè)置面，能夠防止破損。
還有，為了進(jìn)一步完成本發(fā)明第四個(gè)目的而進(jìn)行的使用本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置，其特征在于在具備加熱從流體供給源供給的流體的加熱管、形成于所述加熱管外周且由容納所述任意碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、容納所述加熱管及加熱器部的外殼地流體加熱裝置中，其特征在于在所述加熱管內(nèi)部配置作為所通過流體的阻抗的填充物的同時(shí)，擴(kuò)散板與填充物在該填充物的上流側(cè)面形成為一體。
這樣，在加熱管內(nèi)部配置有成為通過的如氣體的阻抗的填充物，所以能夠?qū)νㄟ^的流體賦予適度的滯留時(shí)間。其結(jié)果，通過加熱管內(nèi)部的流體根據(jù)來自所述加熱器部的輻射熱能夠獲得充分的熱，能夠升溫至給定溫度。還有，能夠滯留通過加熱管內(nèi)部的流體，所以能夠使加熱管、加熱器部小型化。
尤其，擴(kuò)散板與填充物在該填充物的上流側(cè)面形成為一體，所以引入到加熱管內(nèi)部的氣體由該擴(kuò)散板擴(kuò)散，從填充物的上流側(cè)面的整面流入氣體。其結(jié)果氣體通過填充物的全區(qū)域，在提高氣體滯留性的同時(shí)提高熱交換效率。
還有，擴(kuò)散板與填充物在填充物的上流側(cè)面形成為一體，所以不會(huì)有填充物的一部分脫落的現(xiàn)象，能夠防止該現(xiàn)象引起的碎片等的發(fā)生。
還有，使用本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置，其特征在于在具備加熱從流體供給源供給的流體的加熱管、形成于所述加熱管外周且由容納所述任意碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、容納所述加熱管及加熱器部的外殼地流體加熱裝置中，其特征在于在所述加熱管內(nèi)部配置作為所通過流體的阻抗的填充物的同時(shí)，擴(kuò)散板與填充物在該填充物的上流側(cè)面形成為一體，具備端子部，該端子部具有在所述加熱器端部容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、壓縮容納在所述玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件、在所述玻璃管中容納端部且夾在壓縮的電線碳部件的供電用連接線，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
根據(jù)這種使用碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置，可形成同時(shí)達(dá)到上述第一、第二及第四個(gè)目的的加熱器。即能夠提供抑制黑點(diǎn)發(fā)生，發(fā)熱不平衡少且發(fā)熱特性良好，抑制碳電線發(fā)熱體斷線，并且氣體滯留性優(yōu)異，可更小型化的流體加熱裝置。
這里，優(yōu)選擴(kuò)散板與填充物在該填充物的下流側(cè)面形成為一體。這樣，通過擴(kuò)散板與填充物在該填充物的下流側(cè)面形成為整體，能夠提高氣體滯留性。并且也不會(huì)有填充物的一部分脫落的現(xiàn)象，能夠防止該現(xiàn)象引起的碎片等的發(fā)生。
還有，優(yōu)選所述填充物為短柱狀的石英玻璃珠，同時(shí)所述擴(kuò)散板為石英玻璃板，在通過熔接所述石英玻璃珠來形成的填充物的至少一面熔接所述擴(kuò)散板。
這樣，填充物為短柱狀的石英玻璃珠，擴(kuò)散板為石英玻璃板時(shí)，通過熔接容易地制造一體物。
進(jìn)一步，優(yōu)選所述擴(kuò)散板由具有多個(gè)貫通孔的圓板狀石英玻璃構(gòu)成，由貫通孔產(chǎn)生的每單位面積的開口率優(yōu)選外周部大于中心部。
這樣，因外周部的每單位面積的開口率大于中心部來形成，所以引入到加熱管內(nèi)部的氣體沿著加熱管外周部方向擴(kuò)散，從填充物上流側(cè)面的整面流入氣體。其結(jié)果氣體通過填充物的全區(qū)域，在提高氣體滯留性的同時(shí)提高熱交換效率。
還有，因加熱器部配置在外周部，所以通過把氣體向外周部方向擴(kuò)散，能夠進(jìn)一步有效加熱，能夠進(jìn)一步確實(shí)提高熱交換效率。
還有，通過熔接短柱狀石英玻璃珠來形成的填充物優(yōu)選為通過以1∶4～4∶1的個(gè)數(shù)比混合直徑6～12mm、長(zhǎng)6～12mm的玻璃珠和直徑4～10mm、長(zhǎng)4～10mm的玻璃珠該兩種大小玻璃珠并熔接來形成的成型體。
這樣，由通過熔接石英玻璃珠來形成的成型體構(gòu)成的填充物配置在加熱管內(nèi)，因此，引入到加熱管內(nèi)的氣體將通過由所述填充物形成的復(fù)雜彎曲交錯(cuò)的微細(xì)通道而賦予適度的滯留時(shí)間。還有，從所述加熱器部的輻射熱在所述成型體內(nèi)部反復(fù)著復(fù)雜的透過、折射、散射、反射。
其結(jié)果，能夠?qū)σ氲臍怏w賦予充分的熱量，因此，熱交換效率優(yōu)異，能夠小型化加熱管、加熱器部。
還有，通過熔接短柱狀石英玻璃珠來形成的填充物下流側(cè)的氣孔率優(yōu)選小于上流側(cè)的氣孔率。
這樣，因下流側(cè)的氣孔率小于上流側(cè)的氣孔率，所以能夠提高氣體的滯留性。
圖2是碳電線(發(fā)熱體)的概略圖。
圖3A是碳電線發(fā)熱體密封加熱器的直線狀發(fā)熱部的概略截面圖，表示碳電線直徑與石英玻璃管內(nèi)徑之比為2～5時(shí)的情況。
圖3B是碳電線發(fā)熱體密封加熱器的直線狀發(fā)熱部的概略截面圖，表示碳電線直徑與石英玻璃管內(nèi)徑之比小于2時(shí)的情況。
圖4A是表示本發(fā)明第二實(shí)施方案中密封有碳電線發(fā)熱體的加熱器端子部的圖，是與玻璃管的軸線平行的截面圖。
圖4B是表示本發(fā)明第二實(shí)施方案中密封有碳電線發(fā)熱體的加熱器端子部的圖，是與玻璃管的軸線正交的截面圖。
圖5是表示應(yīng)用圖4所示端子部的截面圖。
圖6A是表示密封有碳電線發(fā)熱體的加熱器端子部的變形例的概略截面圖，是與玻璃管的軸線平行的截面圖。
圖6B是圖6A的I-I截面圖。
圖7是表示使用圖6所示端子部的碳電線發(fā)熱體密封加熱器的全體形狀的圖。
圖8是表示從玻璃管的彎曲部到密封端部的長(zhǎng)度小于所延設(shè)玻璃管內(nèi)徑的1.5倍情況的截面圖。
圖9是表示端子部的另一變形例的截面圖。


圖10是表示本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的第三個(gè)實(shí)施方案的斜視圖。
圖11是用截面表示圖10所示碳電線發(fā)熱體密封加熱器的封閉端子部的側(cè)面圖。
圖12A是表示石英玻璃管截面的圖，是圖11的I-I截面圖。
圖12B是表示石英玻璃管截面的圖，是圖11的II-II截面圖。
圖13A是表示圖10封閉端子部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖13B是表示圖10封閉端子部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖14是表示構(gòu)成封閉端子部的封閉管的斜視圖。
圖15是用于說明第三個(gè)實(shí)施方案課題的側(cè)面圖。
圖16是用于說明第三個(gè)實(shí)施方案的變形例的重要部位擴(kuò)大圖。
圖17是用于說明第三個(gè)實(shí)施方案的變形例的重要部位擴(kuò)大圖。
圖18是用于說明第三個(gè)實(shí)施方案的變形例的正面圖。
圖19是表示本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案的圖，是表示使用本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的氣體(流體)加熱裝置的側(cè)面截面圖。
圖20是圖19中A-A線切斷截面圖。
圖21是表示配置于加熱管內(nèi)的填充物及擴(kuò)散板的圖。
圖22是表示氣體(流體)的流向的模式圖。
圖23是表示填充物及擴(kuò)散板的制造過程的圖。
圖24是擴(kuò)散板的正面圖。
圖25是表示氣體(流體)加熱裝置變形例中填充物及擴(kuò)散板的制造過程的圖。
圖26是表示氣體(流體)加熱裝置變形例的截面圖及頸部變化的圖。
圖27A是表示以往加熱器端子部的截面圖，是與玻璃管的軸線平行的截面圖。
圖27B是圖27A的I-I截面圖。
圖28是表示以往其他端子部的截面圖。
圖29A是表示以往加熱器的概略圖，是表示棒狀加熱器的圖。
圖29B是表示以往加熱器的概略圖，是表示板狀加熱器的圖。
該碳電線發(fā)熱體密封加熱器1如圖1所示是由直線狀發(fā)熱部2和設(shè)置于所述發(fā)熱部2兩端的端子部3構(gòu)成，呈側(cè)面コ形的形狀。
所述發(fā)熱部2是由容納由碳纖維束構(gòu)成的作為發(fā)熱體的碳電線(發(fā)熱體)4的石英玻璃管20構(gòu)成，具備直線狀部21。該石英玻璃管20具有所述直線狀部21和在其兩端彎曲且連接到端子部3的彎曲部22和構(gòu)成端子部3的一部分的大直徑部23。
如圖3A所示，把后述的碳電線的直徑D定為1時(shí)，所述石英玻璃管20的內(nèi)徑C形成為其的2～5倍。會(huì)有碳電線(發(fā)熱體)4多少發(fā)生變化而呈橢圓形的情況，此時(shí)，把所述橢圓的短徑定為1，并且有上述比例來確定石英玻璃管20的內(nèi)徑C。
還有，所述端子部3具有一根連接線31，對(duì)于一個(gè)加熱器1，如圖1所示需要兩個(gè)端子部3。這些端子部3結(jié)構(gòu)相同，因此對(duì)一個(gè)端子部3進(jìn)行說明。
該端子部3具備構(gòu)成端子部3的所述石英玻璃管20的大直徑部23、容納在所述大直徑部23內(nèi)部的直管32、壓縮容納在所述直管32內(nèi)的多個(gè)電線碳材33、封閉所述石英玻璃管20端部的封閉玻璃管34、設(shè)置于封閉玻璃管34中的由鎢(W)構(gòu)成的連接線31。
所述碳電線(發(fā)熱體)4是被壓縮容納在直管32中的多個(gè)電線碳材33以壓縮狀態(tài)夾住的結(jié)構(gòu)連接，該電線碳材33上連接有連接線31。
接著，基于圖2說明碳電線(發(fā)熱體)4。
該碳電線(發(fā)熱體)4是把集束極細(xì)碳單纖維的碳纖維束以編紐形狀、或組紐形狀編織多束制成，與現(xiàn)有金屬制或SiC制的發(fā)熱體相比，熱容量小且升降溫特性優(yōu)異，并且在非氧化性氣氛中的耐高溫性也優(yōu)異。
還有，因是編織多根細(xì)碳單纖維的纖維束制作，所以與實(shí)心碳材構(gòu)成的發(fā)熱體相比賦予彈性，并且形狀變形順應(yīng)性及加工性優(yōu)異。
具體來說，所述作為碳電線(發(fā)熱體)4，使用集束10束程度直徑5～15μm的碳纖維，如直徑7μm的碳纖維約3000～3500根程度的碳纖維束，編織成直徑約2mm以編紐或組紐形狀等的碳電線。
還有，作為碳電線(發(fā)熱體)4使用吸附水分量小于2×10-3g/cm3的碳電線。
這樣，因碳電線(發(fā)熱體)4吸附水分量小，所以在升溫時(shí)抑制吸附水分與碳電線的反應(yīng)。其結(jié)果，能夠抑制對(duì)于石英玻璃管20內(nèi)面的反應(yīng)分子(黑點(diǎn))的附著。
升溫時(shí)即使小于2×10-3g/cm3的吸附水分和碳電線之間產(chǎn)生反應(yīng)，此時(shí)也不會(huì)成為黑點(diǎn)，只不過在石英玻璃管20內(nèi)面附著對(duì)加熱器發(fā)熱特性沒有影響程度的薄黑膜。
所述碳電線(發(fā)熱體)的編織跨度為2～5mm程度。所述編紐或組紐形狀的碳電線(發(fā)熱體)4優(yōu)選在表面具有碳纖維的毛絨4a，該毛絨是所切斷碳纖維(單纖維)的一部分從碳電線外周面突出形成的。
由該碳纖維產(chǎn)生的表面毛絨優(yōu)選為0.5～2.5mm程度。
還有，從發(fā)熱性狀的均勻性、耐穩(wěn)定性等觀點(diǎn)及防塵等觀點(diǎn)出發(fā)，所述碳電線優(yōu)選為高純度，碳電線中含有的雜質(zhì)量以灰分重量計(jì)優(yōu)選在10ppm以下。更優(yōu)選碳電線中含有的雜質(zhì)量以灰分重量計(jì)在3ppm以下。
然后優(yōu)選把所述碳電線(發(fā)熱體)4放在石英玻璃管20內(nèi)部，插入成只讓所述毛絨4a與石英玻璃管內(nèi)壁接觸，碳電線(發(fā)熱體)4本體實(shí)質(zhì)上不接觸。通過這樣，極力抑制石英玻璃(SiO2)和碳電線的碳(C)在高溫下的反應(yīng)，能夠抑制石英玻璃劣化及碳電線耐久性降低。
但是，如圖1所示，所述碳電線發(fā)熱體密封加熱器1為具有直線狀的發(fā)熱部2，在兩端經(jīng)彎曲部具有端子部3的側(cè)面形狀為コ形的加熱器，因此，所述碳電線(發(fā)熱體)4配置成偏心于石英玻璃20的中心部。
即如圖3A所示，碳電線(發(fā)熱體)4偏心配置于所述石英玻璃管20內(nèi)，碳電線(發(fā)熱體)4與石英玻璃管20內(nèi)面相接觸。
此時(shí)，如圖3A所示把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，所述石英玻璃管20的內(nèi)徑C形成為其比率為2～5倍。
這樣，把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，所述石英玻璃管20的內(nèi)徑C形成為其比率為2～5倍，所以能夠減少碳電線(發(fā)熱體)4和石英玻璃管4內(nèi)面的接觸部分A的面積。
另一方面，如圖3B所示，把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，如果其比率小于2，則碳電線(發(fā)熱體)4和石英玻璃管20內(nèi)面的接觸部分B的面積增大，所以不好。
還有，形成為石英玻璃管20的內(nèi)徑C的比率為2～5倍，因此，在沒有接觸的部分從碳電線(發(fā)熱體)4到對(duì)置的石英玻璃管20的內(nèi)面的距離d長(zhǎng)。
因此，即使發(fā)生了所述黑點(diǎn)(反應(yīng)分子)，也會(huì)分散到石英玻璃管20內(nèi)部，在石英玻璃管20內(nèi)部形成為薄黑膜。
這樣，因沒有在石英玻璃管20的特性部分以黑點(diǎn)集中性地形成，所以不產(chǎn)生發(fā)熱不平衡。
另一方面，把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，如果石英玻璃管20的內(nèi)徑C的比率超過5，則石英玻璃管20的熱容量增大，升降溫時(shí)的熱應(yīng)答性降低，所以不好。還有，向石英玻璃管20內(nèi)的黑點(diǎn)容易發(fā)生在容易冷卻的部分。
從而，對(duì)于碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D，如果石英玻璃管20的內(nèi)徑C過大(把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，石英玻璃管的內(nèi)徑C的比例超過5)，則圖3A中的距離d增大，尤其在容易冷卻的部分a容易產(chǎn)生黑點(diǎn)。
考慮到以上情況，優(yōu)選形成為把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D定為1時(shí)，所述石英玻璃管20的內(nèi)徑C的比率為2～5倍。
對(duì)于這樣構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體密封加熱器1，因使用吸附水分量小于2×10-3g/cm3的碳電線(發(fā)熱體)4，所以，即使向碳電線(發(fā)熱體)4供給電力，反復(fù)升降溫，也能夠抑制黑點(diǎn)發(fā)生，保持發(fā)熱不平衡少的良好的發(fā)熱特性。
所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量更優(yōu)選以密封到石英玻璃部件內(nèi)的狀態(tài)為2×10-3g/cm3以下。這可以通過調(diào)節(jié)密封前的碳電線發(fā)熱體的吸附水分量及密封到石英玻璃部件內(nèi)的條件來實(shí)現(xiàn)。
還有，同樣地石英玻璃管20的內(nèi)徑C為碳電線(發(fā)熱體)4的直徑D的2～5倍的情況，也能夠抑制黑點(diǎn)發(fā)生，保持發(fā)熱不平衡少的良好的發(fā)熱特性。
實(shí)施例使用吸附水分量不同的碳電線(發(fā)熱體)，制作圖1所示コ形的碳電線發(fā)熱體密封加熱器(直線狀部的長(zhǎng)度為700mm)，在以下條件下進(jìn)行升溫試驗(yàn)，以確認(rèn)黑點(diǎn)發(fā)生狀況。加熱器制作時(shí)的石英玻璃管20內(nèi)部的壓力在加熱器溫度1200℃，1torr下進(jìn)行。
升溫條件升溫氣氛大氣開放體系電極溫度1350℃工作時(shí)間240h將其結(jié)果示于表1。
表1

這樣，對(duì)于使用吸附水分量小的碳電線(發(fā)熱體)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，確認(rèn)沒有發(fā)生黑點(diǎn)。
還有，使用4種內(nèi)徑不同的石英玻璃管，制作如圖1所示コ形的碳電線發(fā)熱體密封加熱器(直線狀部為800mm)，在以下條件下進(jìn)行升溫試驗(yàn)，以確認(rèn)黑點(diǎn)發(fā)生狀況。加熱器制作時(shí)的石英玻璃管20內(nèi)部的壓力在加熱器溫度1200℃，1torr下進(jìn)行。使用水分吸附量在1×10-4g/cm3以下的碳電線。
升溫條件升溫氣氛大氣開放體系電極溫度1400℃工作時(shí)間1h將其結(jié)果示于表2。
表2

這樣，把碳電線(發(fā)熱體)4的直徑定為1時(shí)，石英玻璃管的內(nèi)徑比率為2～5倍時(shí)，確認(rèn)可控制黑點(diǎn)的發(fā)生。可以看出，比較例3中熱容量大，熱應(yīng)答性差。
還有，使用內(nèi)徑3mm和10mm的石英玻璃管，制作如圖1所示コ形的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，在以下條件進(jìn)行升溫試驗(yàn)，以確認(rèn)黑點(diǎn)發(fā)生狀況。加熱器制作時(shí)的石英玻璃管20內(nèi)部的壓力在加熱器溫度1200℃，1torr下進(jìn)行。使用水分吸附量在1×10-4g/cm3以下的碳電線。
升溫條件升溫氣氛在加熱器管的外側(cè)安裝隔熱用管來升溫電極溫度1600℃工作時(shí)間1h將其結(jié)果示于表3。
表3

注*1表示只在直線狀部(發(fā)熱部)的石英玻璃管產(chǎn)生。
*2表示在直線狀部(發(fā)熱部)的石英玻璃管產(chǎn)生了薄黑膜。
*3表示在端子部大直徑管部的石英玻璃管產(chǎn)生了黑點(diǎn)。
在比較例4不僅產(chǎn)生黑點(diǎn)還產(chǎn)生了白點(diǎn)(Si)。通過增大石英玻璃管內(nèi)徑，確認(rèn)具有對(duì)黑點(diǎn)及白點(diǎn)(Si)的抑制效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器能夠抑制黑點(diǎn)發(fā)生，得到發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
接著，基于圖4A、圖4B對(duì)本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的第二實(shí)施方案進(jìn)行說明。該實(shí)施方案的特征尤其在于碳電線發(fā)熱體密封加熱器的端子部。對(duì)與圖1～圖3所示部件相同或相當(dāng)?shù)牟考x予同一符號(hào)，省略其詳細(xì)說明。
圖4A、圖4B所示加熱器端子部具有容納碳電線(發(fā)熱體)4端部的玻璃管100、壓縮容納在所述玻璃管100且夾住所述碳電線發(fā)熱體4端部的電線碳部件33、端部容納在所述玻璃管100且夾在壓縮的電線碳部件33的供電用連接線31。所述玻璃管100由石英玻璃形成，具有兩側(cè)端部開口且其軸線為直線狀的圓筒形狀。
然后，所述玻璃管100的一個(gè)開口端部100a連接著構(gòu)成加熱器本體的石英玻璃部件(未圖示)。從該開口端部100a引出碳電線發(fā)熱體4，在加熱器本體內(nèi)部配線。
所述開口端部100a為了防止碳電線發(fā)熱體4或電線碳部件33等的內(nèi)部填充物的飛出而呈稍微中間細(xì)的形狀。另一方面，所述玻璃管100的其他開口端部100b以引出連接線31的狀態(tài)被其他玻璃部件(封閉玻璃管34)密閉。
該實(shí)施方案中，與圖1所示端子部相比，在不具備容納在大直徑部23內(nèi)部的直管32方面有差異。
還有，所述電線碳部件33由集束電線碳材的三個(gè)電線碳束33a、33b、33c構(gòu)成。所述碳電線發(fā)熱體4配置成在該三個(gè)均等的碳電線碳束33a、33b、33c之間，且位于所述玻璃管100的大致中心。
即，向所述玻璃管100內(nèi)部插入、填充碳電線碳束33a、33b、33c時(shí)，這些碳電線碳束33a、33b、33c如同具有鉆頭、鏜床等卡盤部的功能，欲使碳電線發(fā)熱體4位于玻璃管100的中心。
其結(jié)果碳電線發(fā)熱體4被設(shè)置在所述玻璃管100的大致中心。
從碳電線發(fā)熱體4配置于玻璃管100的中心部的方面考慮，所述電線碳束優(yōu)選均等且為3個(gè)以上奇數(shù)個(gè)。所述電線碳束為偶數(shù)或不均等時(shí)，難以把碳電線發(fā)熱體4配置于玻璃管1的中心部。
因此，電線碳束33a、33b、33c優(yōu)選盡量均等。例如，使用構(gòu)成電線碳束33a、33b、33c的電線碳材總共8根作成3個(gè)電線碳束時(shí)，優(yōu)選設(shè)計(jì)成由3根電線碳材構(gòu)成2個(gè)電線碳束、由2根電線碳材構(gòu)成1個(gè)電線碳束。
還有，電線碳束為3個(gè)以上的奇數(shù)個(gè)時(shí)，向玻璃管100的壓縮填充作業(yè)困難。
從而，尤其優(yōu)選電線碳束為均等的3個(gè)束。
碳電線(發(fā)熱體)4使用在第一實(shí)施方案中使用的。還有，作為電線碳材，使用與所述碳電線發(fā)熱體4相同的，使用集束10束程度直徑5～15μm的碳纖維，如直徑7μm的碳纖維約3000～3500根程度，編織成直徑約2mm的編紐或組紐形狀等的碳電線。
作為電線碳材使用吸附水分量小于2×10-3g/cm3的碳電線，對(duì)于編織跨度、碳單纖維的毛絨也使用與第一實(shí)施方案中使用的碳電線4相同的。
還有，本發(fā)明優(yōu)選的方案是集束2～4多根該電線碳材的電線碳束。根據(jù)此，對(duì)于電線碳部件徑向賦予彈性，其結(jié)果能夠牢固地把碳電線發(fā)熱體端部夾在玻璃管內(nèi)。
還有，電線碳束33a、33b、33c的總數(shù)優(yōu)選至少多于埋設(shè)在其中的碳電線發(fā)熱體4的根數(shù)，特別優(yōu)選在其5倍以上，因?yàn)槟軌蚪档碗娮?，極力抑制來自電線碳束33a、33b、33c的發(fā)熱。
接著，把使用圖4A、圖4B所示端子部的端子部示于圖5。該端子部具備容納所述玻璃管100的外套管101，加熱器本體部的石英玻璃部件102與外套管101形成一體。
從而，圖4所示端子部的制作方法可以使用圖5所示端子部的制作方法，因此，這里對(duì)圖5所示端子部進(jìn)行說明，對(duì)圖4A、圖4B所示端子部的制作方法省略其說明。
(1)首先，把通過石英玻璃制外套管101的碳電線發(fā)熱體4的端部插到玻璃管100的內(nèi)部。
(2)接著，折回電線碳束33a、33b、33c，在該折回部安裝引線。然后在不使該引線相互纏繞的情況下，以碳電線發(fā)熱體4位于玻璃管100的中心的狀態(tài)，向玻璃管100內(nèi)部引入電線碳束33a、33b、33c。
為了折回電線碳束33a、33b、33c，所以玻璃管100內(nèi)部的一束電線碳材的根數(shù)為2倍。
(3)在調(diào)節(jié)碳電線發(fā)熱體4位于電線碳束33a、33b、33c的中心的同時(shí)，進(jìn)一步拉引線，使電線碳束33a、33b、33c的折回部位于玻璃管100的開口端部100a。這樣在玻璃管100內(nèi)部用具有折回部的電線碳束壓縮容納(固定)碳電線發(fā)熱體，因此，可以維持高固定力。
(4)切斷除去電線碳束33a、33b、33c從玻璃管100的一個(gè)端部100b露出的部分。
(5)然后，向石英玻璃制外套管101內(nèi)插入玻璃管100，然后調(diào)節(jié)碳電線發(fā)熱體4的張力狀況等來調(diào)節(jié)阻抗值，密閉外套管101的開口端部101a完成。
這樣，電線碳部件33是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束33a、33b、33c構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體4配置成在所述多個(gè)碳電線碳束33a、33b、33c之間，且位于所述玻璃管的大致中心。
即，碳電線碳束33a、33b、33c如同具有鉆頭、鏜床等卡盤部的功能，欲使碳電線發(fā)熱體4位于玻璃管100的中心。
其結(jié)果碳電線發(fā)熱體4被設(shè)置在所述玻璃管100的大致中心，可以在不與玻璃管100接觸的情況下引出。
根據(jù)此，避免了玻璃管100與碳電線發(fā)熱體4之間的反應(yīng)，抑制了由此引起的斷線，因此，與以往相比能夠較為顯著地延長(zhǎng)加熱器壽命。還有，碳電線發(fā)熱體4通過多個(gè)電線碳束33a、33b、33c的大致中心，因此，能夠容易地進(jìn)行其阻抗調(diào)整。
還有，碳電線碳束33a、33b、33c的折回部在容納碳電線發(fā)熱體4端部的玻璃管100的碳電線發(fā)熱體4的引出側(cè)(連接線相反側(cè))，因此，能夠防止來自碳電線碳束33a、33b、33c端部的塵狀物進(jìn)入到密封碳電線發(fā)熱體4的石英玻璃部件102中，該塵狀物反應(yīng)附著在石英玻璃部件102的內(nèi)壁而成為發(fā)熱不平衡的情況。
進(jìn)一步，根據(jù)該結(jié)構(gòu)容易插入到壓縮了連接線的電線碳部件中，并且該連接線的前端部更加牢固地固定，能夠穩(wěn)定地供給電力。
所述碳電線發(fā)熱體4的吸附水分量進(jìn)一步優(yōu)選以密封在石英玻璃部件內(nèi)的狀態(tài)小于2×10-3g/cm3。根據(jù)此，能夠抑制使用中的黑點(diǎn)發(fā)生，能夠得到發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
進(jìn)一步，基于圖6A～圖8說明第二實(shí)施方案的端子部的變形例。
該實(shí)施方案中，如圖6A、圖6B所示，容納所述碳電線發(fā)熱體4的端部的玻璃管103是，以T形形成的同時(shí)在一個(gè)端部形成封閉端部103a，從彎曲部103b延設(shè)有加熱器本體的螺旋狀玻璃管104。
還有，碳電線發(fā)熱體4及電線碳束33a、33b、33c排列成從玻璃管103的開口端部103c至封閉端部103a與軸線大致平行，在所述玻璃管103的彎曲部103b，碳電線發(fā)熱體4從電線碳束33a、33b、33c之間引出。
還有，從所述玻璃管103的彎曲部103b到封閉端部103a的長(zhǎng)度L1設(shè)定成從彎曲部103延設(shè)的玻璃管104的內(nèi)徑φ的1.5倍以上。
碳電線發(fā)熱體4配置成在三個(gè)電線碳束33a、33b、33c之間且位于玻璃管103的大致中心，因此，不會(huì)有如圖8所示從彎曲部103b到封閉端部103a的電線碳部件33在彎曲部103b上升，碳電線發(fā)熱體4擠壓接觸到內(nèi)壁面的現(xiàn)象。
玻璃管103的彎曲部103b到封閉端部103a的長(zhǎng)度小于延設(shè)的玻璃管內(nèi)徑的1.5倍時(shí)，從彎曲部103b到封閉端部103a的電線碳部件33的擠壓功能弱，如圖8所示(如以往的L形玻璃管的情況)，容易產(chǎn)生電線碳部件33在彎曲部103b上升，碳電線發(fā)熱體2擠壓接觸到內(nèi)壁面的問題。
還有，該變形例中，碳電線發(fā)熱體4、電線碳材、電線碳束33a、33b、33c、連接線31與前面所述情況相同，因此在這里省略其說明。
接著，基于圖7對(duì)制作方法進(jìn)行說明。
(1)從玻璃管103的開口端部103c經(jīng)彎曲部103b，向螺旋狀玻璃管104貫通碳電線發(fā)熱體4，從所述玻璃管4的開口端部104a引出。
(2)接著，折回電線碳束33a、33b、33c，在該折回部安裝引線。該引線從封閉前的玻璃管103的開口端部103a引出。
然后在不使從開口端部103a引出的引線相互纏繞的情況下，以碳電線發(fā)熱體4位于玻璃管103中心的狀態(tài)，向玻璃管103內(nèi)部引入電線碳束33a、33b、33c。因?yàn)檎刍仉娋€碳束33a、33b、33c，所以玻璃管103內(nèi)部的一束電線碳材的根數(shù)為2倍。
(3)邊調(diào)節(jié)碳電線發(fā)熱體4位于電線碳束33a、33b、33c的中心，進(jìn)一步拉引線，使電線碳束33a、33b、33c的折回部位于玻璃管103的開口端部103a。這樣在玻璃管103內(nèi)部用具有折回部的電線碳束壓縮容納(固定)碳電線發(fā)熱體，因此，可以維持高固定力。
(4)切斷除去電線碳束33a、33b、33c從玻璃管103的一個(gè)端部103c露出的部分。然后熱熔接所述開口端部103a，形成封閉端部。
還有，調(diào)節(jié)碳電線發(fā)熱體4的張力狀況等來調(diào)節(jié)阻抗值，密閉玻璃管開放端部及加熱器側(cè)開放端部完成。
進(jìn)一步，基于圖9對(duì)圖5所示端子部的變形例進(jìn)行說明。圖中，對(duì)與圖5所示部件相同或相當(dāng)?shù)牟考x予同一符號(hào)，省略其詳細(xì)說明。
在該變形例中，特征在于把圖5所示玻璃管100分成兩部分。即該變形例中分割成容納碳電線發(fā)熱體4的一部分的第一玻璃管105、與所述第一玻璃管105軸線相同，并且容納向所述碳電線發(fā)熱體4供給電力的供電用連接線31端部及碳電線發(fā)熱體4端部的第二玻璃管106。
還有，與如圖5所示電線碳部件33相同，所述第一、第二玻璃管105、106內(nèi)部具有夾住所述碳電線發(fā)熱體4、供電用連接線31的壓縮容納的電線碳部件107、108。
所述電線碳部件107、108與電線碳部件33相同是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體4配置成在所述多個(gè)電線碳束之間且位于所述玻璃管105的大致中心。碳電線發(fā)熱體4及電線碳部件107、108配置成與所述第一、第二玻璃管105、106的軸線大致平行。
這樣，把碳電線發(fā)熱體4的一部分容納在第一玻璃管105、并且把供給電力的供電用連接線31端部及碳電線發(fā)熱體4端部容納在第二玻璃管106。因此，在第一、第二玻璃管105、106中，可以變化電線碳部件107、108的量。
從而，在容納根據(jù)振動(dòng)等與電線碳部件的連接狀態(tài)容易變化的連接線31的第二玻璃管106的內(nèi)部，可以緊密地容納電線碳部件108。其結(jié)果，連接線31和電線碳部件108以一定連接狀態(tài)維持，能夠?qū)崿F(xiàn)電阻值的穩(wěn)定化。
具體來說，如果圖5所示玻璃管100的長(zhǎng)度在300mm以上，則在插入、容納電線碳部件33時(shí)，其摩擦阻抗增大，難以緊密地容納電線碳部件33。其結(jié)果，連接線4端部的夾住狀態(tài)不穩(wěn)定，如果端子部有振動(dòng)，則電阻值發(fā)生變化。
因此，當(dāng)玻璃管長(zhǎng)度在300mm以上時(shí)，把所述玻璃管分成兩部分，使夾住連接線31端部的第二玻璃管106的電線碳部件108的量大于第一玻璃管105的電線碳部件107的量來插入、容納，牢固地夾住連接線31。
這樣，能夠緊密地容納夾住連接線31端部的電線碳部件3，因此即使端子部有振動(dòng)，也能夠抑制電阻值的變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電阻的穩(wěn)定化。
接著，對(duì)圖9所示端子部的制作方法進(jìn)行說明。
(1)首先，把通過石英玻璃制外套管101內(nèi)的碳電線發(fā)熱體4的端部插到玻璃管105、106的內(nèi)部。
(2)接著，折回多個(gè)電線碳束，在該折回部安裝引線。然后在不使該引線相互纏繞的情況下，向第一、第二玻璃管105、106內(nèi)部引入。此時(shí)把碳電線發(fā)熱體4以位于第一、第二玻璃管105、106中心的狀態(tài)引入。
然后把所述電線碳束的折回部位于第一玻璃管105的開口端部。
(3)然后，把第一玻璃管105插入到石英玻璃制外套管101內(nèi)。
(4)還有，折回另一根電線碳束，在該折回部安裝引線。然后把該引線只插入到第二玻璃管106內(nèi)部，把該一根電線碳束只引入到第二玻璃管106內(nèi)部，使該折回部位于第二玻璃管106的開口端部。
該引線也可以在引入所述多個(gè)電線碳束時(shí)同時(shí)插入到第二玻璃管106內(nèi)部。
這樣，在第二玻璃管106內(nèi)部與第一玻璃管105的情況相比，容納有兩根電線碳束(因折回一根電線碳束，因此成為兩根電線碳束)。
(5)然后，把第二玻璃管106插入到石英玻璃制外套管101內(nèi)。此時(shí)插入至第二玻璃管106的端面接觸到第一玻璃管105端面的位置。
(6)然后切斷除去電線碳束從第二玻璃管106的一個(gè)端部106a露出的部分。
(7)然后，調(diào)節(jié)碳電線發(fā)熱體4的張力狀況等來調(diào)節(jié)阻抗值，在把連接線31插入到第二玻璃管106的內(nèi)部的同時(shí)，密閉外套管101的開口端部101a完成。
這樣，能夠使夾住連接線31端部的第二玻璃管106的電線碳部件108的量大于第一玻璃管105的電線碳部件107的量，能夠牢固地夾住插入到第二玻璃管106中的連接線31。
所述碳電線發(fā)熱體4的吸附水分量進(jìn)一步優(yōu)選在密封在石英玻璃部件內(nèi)的狀態(tài)下小于2×10-3g/cm3。根據(jù)此，能夠抑制使用中的黑點(diǎn)發(fā)生，能夠得到發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
如上所述，根據(jù)該第二實(shí)施方案，能夠把碳電線發(fā)熱體進(jìn)一步配置于玻璃管的大致中心來收納，因此能夠防止玻璃管與碳電線發(fā)熱體接觸，能夠得到抑制碳電線發(fā)熱體斷線的加熱器。
接著，基于圖10～圖14說明本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的第三個(gè)實(shí)施方案。該加熱器(碳電線發(fā)熱體密封加熱器)200如圖10所示具備加熱器部220、設(shè)置于所述加熱器部220兩端的封閉端子部230、保持所述加熱器部220的加熱器保持部240。
該加熱器部220是，其發(fā)熱部由容納由碳纖維束構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體4的石英玻璃管220a構(gòu)成，由直線部和圓弧部形成為螺旋狀。碳電線發(fā)熱體4使用在第一實(shí)施方案中使用的。
即把石英玻璃管220a在上下方向卷繞成螺旋狀，把在上下方向延設(shè)的石英玻璃管220a以螺旋狀形成的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管220a形成為圓弧狀。
更詳細(xì)地說，該石英玻璃管220a如圖10、圖11所示，具備連接到封閉端子部230且向水平方向延設(shè)的引出部225、接著所述引出部225向上方以直線狀延設(shè)的第一直線部221、接著所述第一直線部221延設(shè)的上部圓弧部222、接著所述上部圓弧部222且向下方以直線狀延設(shè)的第二直線部223、接著所述第二直線部223延設(shè)的下部圓弧部224。
然后，石英玻璃管220a從所述第一直線部221、上部圓弧部222、第二直線部223、下部圓弧部224再次延設(shè)到第一直線部221，多次反復(fù)卷繞，以螺旋狀形成。然后，延設(shè)到從下部圓弧部224連接到另一方封閉端子部230的引出部225。
該石英玻璃管220a的內(nèi)部容納有所述碳電線發(fā)熱體4，該碳電線發(fā)熱體4從一個(gè)封閉端子部230經(jīng)引出部225、第一直線部221、上部圓弧部222、第二直線部223、下部圓弧部224多次卷繞后，引出到另一方封閉端子部230。
所述引出部25延設(shè)在同一面?zhèn)?，封閉端子部230形成在加熱器部220的一側(cè)。
這樣，所述加熱器部220是把石英玻璃管220a在上下方向以螺旋狀卷繞形成，因此所述直線狀石英玻璃管220a(221、223)對(duì)于輻射方向前后配置。即根據(jù)來自配置于前后的直線狀石英玻璃管220a(221、223)的輻射，如圖11的箭頭所示，能夠進(jìn)一步增大垂直面方向(橫向)的輻射熱。
進(jìn)一步，因封閉端子部230形成于加熱器部220的同一面?zhèn)?，所以，能夠容易與電源(未圖示)連接。夾著所述加熱器部220，封閉端子部230的形成側(cè)和相反側(cè)成為放射側(cè)。從而，通過在封閉端子部230的形成側(cè)配置反射板236，能夠進(jìn)一步增大輻射。該反射板236從提高高純度維持性及反射效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用兩張把熱膨脹石墨版與外部絕緣封閉在石英玻璃板狀體內(nèi)的板，還有，從省空間設(shè)置容易性角度出發(fā)，優(yōu)選在所述封閉端子部230、所述引出部225或所述加熱器保持部240用焊接等設(shè)置成一體。
還有，所述石英玻璃管220a的第一、第二直線部221、223的厚度如圖12B所示形成為大致均勻。
另一方面，上部圓弧部222及下部圓弧部224的厚度如圖12A所示，形成為內(nèi)周部側(cè)的厚度B比外周部側(cè)的厚度A要厚。具體來說，內(nèi)周部側(cè)的厚度B形成地厚于外周部側(cè)的厚度A的1.1～2倍。所述第一、第二直線部221、223、上部圓弧部222、下部圓弧部224的外徑、內(nèi)徑形成為同一尺寸。
這樣，因內(nèi)周部側(cè)的厚度B形成得厚，所以與其他部分相比熱容量大。因此，對(duì)于上部圓弧部222、下部圓弧部224，內(nèi)周方向的輻射熱弱于外周方向的輻射熱。
還有，能夠防止來自配置在前后的直線狀石英玻璃管的輻射熱向與垂直面方向正交的方向(縱向)放射。
進(jìn)一步，該結(jié)構(gòu)對(duì)于把碳電線發(fā)熱體以給定張力容納螺旋狀卷繞石英玻璃管內(nèi)的本發(fā)明加熱器，可增強(qiáng)應(yīng)力大的部分，能夠進(jìn)一步防止發(fā)生破損等。
還有，形成為上部圓弧部222、下部圓弧部224的曲率半徑r為石英玻璃管220a外徑的2～5倍。
對(duì)于該曲率半徑r小于石英玻璃管220a的2倍以下的情況，在形成圓弧部時(shí)，石英玻璃管220a的內(nèi)部會(huì)變形。因此，會(huì)有容納的碳電線發(fā)熱體4接觸到石英玻璃管220a內(nèi)壁的顧慮，所以不好。另一方面，如果曲率半徑r超過石英玻璃管外徑的5倍，則在增大加熱器寬度的同時(shí)，增大上下方向的輻射，因此不好。
還有，第一、第二直線部221、223的長(zhǎng)度具有石英玻璃管220a外徑的4倍以上，換言之，具有上部圓弧部222、下部圓弧部224的長(zhǎng)度的2倍以上長(zhǎng)度。
這樣，因第一、第二直線部221、223具有上部圓弧部222、下部圓弧部224的長(zhǎng)度的2倍以上長(zhǎng)度，所以，能夠使垂直面方向(橫向)的輻射熱增大得比上下方向的輻射熱要多。
還有，上部圓弧部222、下部圓弧部224的石英玻璃管220a的間隔T(參照?qǐng)D10)可以適當(dāng)選擇，間隔越小，越能夠增大垂直面方向(橫向)的輻射熱。
但是，所述加熱器部220是把石英玻璃管220a在上下方向以螺旋狀卷繞形成，因此所述直線狀石英玻璃管220a(221、223)相對(duì)于輻射方向前后配置。因此，如果過于緊密地卷繞，則無法有效利用來自配置在后面的直線狀石英玻璃管220a(221)的輻射熱，并且卷繞的石英玻璃管220a的內(nèi)側(cè)溫度變得異常高。
因此，所述圓弧狀石英玻璃管220a(222、224)優(yōu)選與鄰接的圓弧狀石英玻璃管至少按照石英玻璃管220a外徑的1～3倍間隔卷繞。
還有，所述加熱器保持部240具備與形成在上部的圓弧狀石英玻璃管220a(222)內(nèi)切設(shè)置的加熱器上部保持管241、與形成在所述下部的圓弧狀石英玻璃管220a(224)外切設(shè)置的加熱器下部保持管242、連接所述加熱器上部保持管241和加熱器下部保持管242的連接部件243。
然后，將上部圓弧狀石英玻璃管220a(222)和加熱器上部保持管241焊接，再焊接下部圓弧狀石英玻璃管220a(224)和加熱器下部保持管242，進(jìn)一步，將連接部件243到所述加熱器上部保持管241和加熱器下部保持管242上。
從而，加熱器保持部240與加熱器部220成為一體。這樣通過設(shè)置加熱器保持部240，可以增加加熱器部220的機(jī)械強(qiáng)度，能夠防止破損。而且由于設(shè)置了加熱器下部保持管242，提高了設(shè)置性。進(jìn)一步，加熱器保持部240安裝在以圓弧狀形成的石英玻璃管220a(222、224)上，圓弧狀部的熱容量增大，能夠進(jìn)一步減少內(nèi)周部側(cè)的輻射。
接著，基于圖11、圖13A、圖13B、圖14對(duì)封閉端子部230的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。該封閉端子部230具有一根連接線31，對(duì)于一個(gè)加熱器部220，如圖10所示需要兩個(gè)封閉端子部230。這些封閉端子部230結(jié)構(gòu)相同，因此對(duì)一個(gè)封閉端子部230進(jìn)行說明。
該封閉端子部230具備構(gòu)成封閉端子部的石英玻璃管231、容納在所述玻璃管231內(nèi)部的直管232、壓縮容納在所述直管232的多個(gè)電線碳材33、封閉所述玻璃管231端部的封閉玻璃管235、設(shè)置于封閉玻璃管235中的由鎢(W)構(gòu)成的連接線31。
從所述石英玻璃管200a的引出部引出的碳電線發(fā)熱體4是與所述第一實(shí)施方案、第二實(shí)施方案中的碳電線發(fā)熱體相同的構(gòu)成。還有，碳電線發(fā)熱體4是由被壓縮容納在玻璃管231內(nèi)的直管232的多個(gè)電線碳材33以壓縮狀態(tài)夾入的構(gòu)造連接，具有所述電線碳材33連接封閉端子部230的連接導(dǎo)線31的構(gòu)造。
封閉玻璃管235從與玻璃管231的熔接側(cè)，根據(jù)石英玻璃部235a、分級(jí)(Graded)密封部235b、鎢(W)玻璃部235c構(gòu)成。
然后，由連接于壓縮容納在直管232內(nèi)的碳電線的鎢(W)構(gòu)成的連接線234是如圖14所示，被鎢(W)玻璃部235c的收緊密封部235d收緊密封。
即，用熱膨脹系數(shù)接近于構(gòu)成連接線234的鎢(W)的鎢(W)玻璃形成收緊密封部235d的同時(shí)，用石英玻璃形成玻璃管231的熔接側(cè)。
這樣，用熱膨脹系數(shù)接近于構(gòu)成連接線的鎢(W)的鎢(W)玻璃形成收緊封條部235d，因此，能夠防止伴隨連接線234的高溫時(shí)熱膨脹的玻璃部(收緊封條部235d)破損。
還有，使與玻璃管231熔接的封閉玻璃管235(石英玻璃部235a)與玻璃管231相同或?yàn)橥皇⒉ＡВ軌蚍乐篃崤蛎浺鸬钠茡p。還有，通過使用高純度石英玻璃，能夠防止金屬污染。
進(jìn)一步，以石英玻璃部235a和鎢(W)玻璃部235c為間隔形成分級(jí)(Graded)封條部235b。
即，通過把SiO2成分和W玻璃成分逐漸變化的與所述石英玻璃部235a連接側(cè)制成石英玻璃組成或熱膨脹系數(shù)與其近似的材料，向與所述W玻璃部235b連接側(cè)，以石英玻璃部235a和鎢(W)玻璃部235c為間隔設(shè)置由上述熱膨脹系數(shù)近似于W玻璃來傾斜分布的材料構(gòu)成的分級(jí)(Graded)封條部235b，能夠防止伴隨高溫時(shí)熱膨脹的玻璃管235的破損。
還有，所述碳電線發(fā)熱體4如圖13A、13B所示，對(duì)于封閉端子部230，以壓縮狀態(tài)夾入到多個(gè)電線碳材33中，經(jīng)所述多個(gè)電線碳材33電連接到連接線31。
這樣，所述碳電線發(fā)熱體4并非直接與連接線連接，而是經(jīng)壓縮容納的所述多個(gè)電線碳材33連接，因此，即使所述發(fā)熱體為高溫，也不會(huì)使多個(gè)電線碳材33和碳電線發(fā)熱體4的連接變松，而且，因電線碳材33內(nèi)的溫度充分降低，與連接線的連接不減緩，能夠維持良好的電連接狀態(tài)。
并且，多個(gè)電線碳材33的碳成分起到還原作用而能夠抑制導(dǎo)線氧化增大，其結(jié)果能夠防止伴隨其的電火花發(fā)生。
所述碳電線發(fā)熱體4的吸附水分量以其密封到石英玻璃部件內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)一步優(yōu)選在2×10-3g/cm3以下，這樣能夠進(jìn)一步抑制黑點(diǎn)發(fā)生，能夠得到發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
還有，本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案中進(jìn)一步優(yōu)選封閉端子部230(尤其直管232的內(nèi)部結(jié)構(gòu))為上述第二實(shí)施方案的端子部的任意結(jié)構(gòu)。根據(jù)此能夠進(jìn)一步防止碳電線發(fā)熱體與玻璃管接觸，能夠制成進(jìn)一步抑制碳電線發(fā)熱體斷線的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
接著基于圖10和11對(duì)第三個(gè)實(shí)施方案的制造方法進(jìn)行說明。
(1)首先，形成引出部225、第一直線部221、上部圓弧部222、第二直線部23、下部圓弧部24，并把石英玻璃管220a卷繞成螺旋狀。然后在引出部225焊接直徑大于石英玻璃管220a的石英玻璃管31。
(2)在設(shè)置于所述石英玻璃管220a兩端部的所述石英玻璃管231之間架上碳電線發(fā)熱體4。
(3)接著，把所述碳電線發(fā)熱體4插入到直管232的同時(shí)，電線碳部件33以插入側(cè)為U形的狀態(tài)容納到該直管232內(nèi)部。此時(shí)，把引線通入電線碳部件插入側(cè)的U形部，通過拉該引線把電線碳部件33壓縮容納在直管232。根據(jù)此，碳電線發(fā)熱體4被牢固地固定。然后切斷從末端部露出的電線碳部件及碳電線發(fā)熱體。
(4)接著，把壓縮容納電線碳部件33和碳電線發(fā)熱體4的直管232插入到石英玻璃管231內(nèi)部。
(5)接著，向內(nèi)部插入封閉玻璃管235的連接端子31，電連接所述碳電線發(fā)熱體4和連接端子31。
(6)接著，從未圖示氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入惰性氣體如氮?dú)?，并熔接石英玻璃?31和封閉玻璃管235，形成封閉端子部230。上述氮?dú)夥乐辜訜嵋鸬奶茧娋€發(fā)熱體4及電線碳部件33的劣化。
(7)然后，同樣形成另一方封閉端子部3后，從所述氣體導(dǎo)入口把石英玻璃管220a內(nèi)部減壓至100torr以下后，通過用氫氧焰加熱封閉氣體導(dǎo)入口制作加熱器來完成(圖10)。
通過這種上述制作方法能夠容易制造該實(shí)施方案的加熱器。
接著，基于圖15～18說明第三個(gè)實(shí)施方案的變形例。對(duì)于與圖10～圖14所述部件相同或相當(dāng)?shù)牟考x予同一符號(hào)，省略其詳細(xì)說明。
該實(shí)施方案的特征在于防止形成于上部的圓弧狀石英玻璃管222的破損，及防止封閉端子部230和石英玻璃管221的連接部分B的破損。
圖15所示如果石英玻璃管220、221上如箭頭P1、P2所示作用了地震等振動(dòng)或由于工作人員的不經(jīng)意的外力，則有時(shí)會(huì)在石英玻璃管220、221的A1、A2上應(yīng)力集中而破損。還有，如圖15所示，當(dāng)加熱器下部保持管242的下面位于封閉端子部230的封閉玻璃管235的下方時(shí)(突出長(zhǎng)度1)，設(shè)置加熱器200時(shí)加熱器下部保持管242的下面接觸到設(shè)置面。
其結(jié)果，如果根據(jù)振動(dòng)等外力P3作用于封閉端子部230和石英玻璃管221的連接部分B，則根據(jù)振動(dòng)等在部分B會(huì)有破損的情況。
該變形例改良了對(duì)振動(dòng)等外力容易破損的部分，如圖16所示，在形成于上部的圓弧狀石英玻璃管222的內(nèi)側(cè)以給定間隔t1設(shè)置有實(shí)心的加熱器上部保持棒狀體251。
還有，如圖17所示，實(shí)心的上述加熱器下部保持棒狀體254的下面位于距封閉端子部230下面給定距離t2的上方形成。
進(jìn)一步，與所述實(shí)施方案不同，如圖18所示，所述加熱器上部保持棒狀體251由形成于上部的圓弧狀石英玻璃管222和小直徑實(shí)心圓弧狀石英玻璃棒245固定。同樣，加熱器下部保持棒狀體254由形成于下部的圓弧狀石英玻璃管224和小直徑的實(shí)心圓弧狀石英玻璃棒246固定。
這樣，在形成于上部的圓弧狀石英玻璃管222的內(nèi)側(cè)和加熱器上部保持棒狀體251之間以給定間隔t1設(shè)置，因此，避免振動(dòng)等引起的石英玻璃管222和加熱器上部保持棒狀體251的沖突，能夠防止破損。尤其能夠避免相對(duì)于石英玻璃管222和第二直線部223的連接部分的加熱器上部保持棒狀體251的沖突。從避免沖突角度看，該間隔t1優(yōu)選在0.2mm以上。
還有，因加熱器下部保持棒狀體254的下面位于距封閉端子部230下面給定距離t2的上方，因此即使在水平面上設(shè)置加熱器的情況，加熱器下部保持棒狀體254的下面也不會(huì)接觸到設(shè)置面。
因此，即使施加由地震等引起的上下振動(dòng)，加熱器下部保持棒狀體254的下面也不會(huì)接觸到設(shè)置面，能夠防止連接封閉端子部230和石英玻璃管224的部分B(引出部225)的破損。
給定距離t2優(yōu)選為0.5mm以上。因?yàn)橛?.5mm以上的高低差時(shí)，即使由于地震等的上下振動(dòng)，加熱器下部保持棒狀體254的下面也不會(huì)接觸到設(shè)置面。
進(jìn)一步，如上所述加熱器上部保持棒狀體251由形成于上部的圓弧狀石英玻璃管222和小直徑實(shí)心圓弧狀石英玻璃棒245固定，加熱器下部保持棒狀體254由形成于下部的圓弧狀石英玻璃管224和小直徑實(shí)心圓弧狀石英玻璃棒246固定。
因此，在能夠保持加熱器220的同時(shí)，即使萬一作用了大的外力，實(shí)心圓弧狀石英玻璃棒245、246破損，也可避免加熱器部220的破損。
所述碳電線發(fā)熱體4的吸附水分量以其密封到石英玻璃部件內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)一步優(yōu)選在2×10-3g/cm3以下，這樣能夠進(jìn)一步抑制使用中黑點(diǎn)的發(fā)生，能夠得到發(fā)熱特性良好的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
如上所述，根據(jù)該第三個(gè)實(shí)施方案的加熱器，沒有來自加熱器的污染物質(zhì)擴(kuò)散，尤其是沒有來自發(fā)熱體的雜質(zhì)金屬等污染物質(zhì)的擴(kuò)散，在抑制處理對(duì)象物的污染的同時(shí)，能夠得到具有輻射熱方向性，增大垂直面方向輻射熱的加熱器。
接著，作為第四個(gè)實(shí)施方案，對(duì)使用碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置進(jìn)行說明。尤其基于圖19～圖24詳細(xì)說明使用氣體作為該流體的情況。
本發(fā)明氣體加熱裝置300如圖19所示，由加熱從氣體供給源供給的氣體的加熱管301、在所述加熱管301外周圍以螺旋狀形成的加熱器部302、容納有所述加熱管301和加熱器部302的石英玻璃制熱遮蔽體303、進(jìn)一步容納容納有所述加熱管301和加熱器部302的熱遮蔽體303的外殼304、設(shè)置于熱遮蔽體303和外殼304之間的高純度隔熱材料305、一端連接在氣體供給源的同時(shí)另一端連接于加熱管301的氣體導(dǎo)入管的連接管306、一端連接在加熱管301的同時(shí)另一端連接于半導(dǎo)體加熱處理爐(未圖示)的氣體導(dǎo)出管即連接管307構(gòu)成。
還有，所述加熱管301內(nèi)部配置有如圖21所示作為通入氣體阻抗的填充物312及擴(kuò)散板313。
還有，所述加熱器部302是，其發(fā)熱部由密封了在第一實(shí)施方案中說明碳纖維構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體4(未圖示)的石英玻璃管311構(gòu)成，把所述加熱管301表面以螺旋狀配置。
該石英玻璃管311如圖19所示，由螺旋狀石英玻璃管311a、連接在所述螺旋狀石英玻璃管311a的一端支持所述石英玻璃管311a的螺旋結(jié)構(gòu)的石英玻璃制直管311b、連接在所述螺旋狀石英玻璃管311a的另一端支持所述石英玻璃管311a的螺旋結(jié)構(gòu)的石英玻璃制直管311c(未圖示)構(gòu)成。
螺旋狀石英玻璃管311a與直管311b、311c連通，碳電線發(fā)熱體4容納在螺旋狀石英玻璃管311a，從直管311b、311c引出。
還有，直管311b、311c的各端部設(shè)置有如圖19所示封閉端子部317。該封閉端子部317與第一實(shí)施方案中端子部3的情況相同，封閉端子部317構(gòu)成為設(shè)置有連接線317a，供給電力。
該碳電線發(fā)熱體4使用與第一實(shí)施方案中碳電線發(fā)熱體相同的。這樣，把碳電線發(fā)熱體密封到石英玻璃管11中的加熱器部302與現(xiàn)有高純度碳化硅制加熱器相比，熱容量小，對(duì)半導(dǎo)體晶片有害的金屬污染或碎片的生產(chǎn)、雜質(zhì)氣體的生成等少。還有，吸附水分量在2×10-3g/cm3以下，因此能夠抑制使用中的黑點(diǎn)發(fā)生，發(fā)熱特性極其良好。
還有，所述加熱管301通常是用厚度1～3mm程度的透明石英玻璃材料以圓筒狀形成。還有，加熱管301是把填充物312及擴(kuò)散板313容納在內(nèi)部后，由形成有連接管306、307的側(cè)端板閉塞、密閉。
所述加熱管301的尺寸(有效直徑、有效長(zhǎng)度)根據(jù)加熱的氣體量、加熱溫度、氣體的熱容量等諸多要素適當(dāng)設(shè)定，通常是有效直徑50～100mm，長(zhǎng)度100～200mm程度。
還有，作為配置在加熱管301內(nèi)部的填充物312使用如圖21所示的熔接短柱狀透明石英玻璃珠形成的成型體。
石英玻璃珠的形狀只要是吸收輻射熱而能夠有效地對(duì)通入氣體賦予熱的形狀，則并不限定在短柱狀，可以隨意采用球狀、旋轉(zhuǎn)橢圓體狀、短柱圓筒狀、馬鞍狀等。但是，不宜使用熔接時(shí)產(chǎn)生歪斜的，或使用時(shí)容易產(chǎn)生分裂或缺陷的，并且從廉價(jià)、形狀加工容易等方面考慮盡量?jī)?yōu)選使用短柱圓柱形狀。
所述石英玻璃等石英質(zhì)的熱傳導(dǎo)性不大，因此，從所述加熱器部302的碳電線發(fā)熱體經(jīng)密封其的石英玻璃管311向所述加熱管301內(nèi)部傳導(dǎo)的熱能的大部分為輻射熱。因此，所述加熱管301內(nèi)的填充物312是，透明體比黑色體好。
所述填充物312為黑色體的情況，黑色體的表面部分吸收輻射熱，只有所述表面部局部加熱。相對(duì)于此，填充物312為透明體的情況，照射的輻射熱復(fù)雜地透過、反射、折射而達(dá)到中心部分，能夠均勻地加熱所述填充物312內(nèi)部。其結(jié)果能夠均勻地加熱通過加熱管301內(nèi)部的氣體。
還有，所述透明石英玻璃珠的形狀為短柱圓柱形狀，能夠根據(jù)透氣性(通氣阻抗壓損失)適當(dāng)選擇，但通常使用直徑4～15mm、長(zhǎng)度4～15mm、進(jìn)一步優(yōu)選直徑6～12mm、長(zhǎng)度6～12mm程度。
尤其從不易產(chǎn)生破損或欠缺，以及填充率和氣壓損失等方面考慮，優(yōu)選使用熔接以個(gè)數(shù)比混合1∶4～4∶1(優(yōu)選6∶4～8∶2)直徑6～12mm、長(zhǎng)度6～12mm的石英玻璃珠和直徑4～10mm、長(zhǎng)度4～10mm的石英玻璃珠兩種大小短柱圓柱形狀玻璃珠來成型的成型體。
還有，在所述石英玻璃珠的成型體(填充物312)的上流側(cè)面，由石英玻璃構(gòu)成的圓板狀擴(kuò)散板313與該石英玻璃珠成型體通過熔接等形成為一體。
該擴(kuò)散板313上如圖24所示形成有多個(gè)貫通孔313a。該貫通孔313a從中心部向外周部設(shè)置有更多貫通孔。即單位面積的開口率形成為外周部大于中心部。
這樣，在所述石英玻璃珠的成型體(填充物312)的上流側(cè)面，由石英玻璃構(gòu)成的圓板狀擴(kuò)散板313與該石英玻璃珠成型體(填充物312)通過熔接等形成為一體，因此通入到加熱管301內(nèi)部的氣體通過擴(kuò)散板313從中心部向外周部擴(kuò)散，從填充物312的上流側(cè)面的整面流向內(nèi)部。
尤其，外周部的單位面積開口率形成得大于中心部，因此，通入到加熱管301的氣體沿著加熱管301的外周部方向擴(kuò)散，從填充物312的上流側(cè)面的整面流入氣體。其結(jié)果氣體流通填充物312的全區(qū)域。
從而，因氣體流通填充物312的全區(qū)域，所以，能夠在提高熱交換效率的同時(shí)進(jìn)一步提高氣體的滯留性。
還有，填充物312的上流側(cè)面上是擴(kuò)散板313通過熔接等形成為一體，因此，沒有填充物312的一部分(石英玻璃珠)脫落的現(xiàn)象，能夠防止其引起的碎片等的發(fā)生。
作為如上所述從填充物312的上流側(cè)的整面流入氣體的手段，可以采用使擴(kuò)散板313的外徑形成為小于加熱管301的內(nèi)徑，在兩者之間形成間隙，以成為不把所述擴(kuò)散板313熔接到加熱管301的結(jié)構(gòu)。還有，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以防止制造時(shí)加熱管301變形，能夠進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性。
對(duì)所述擴(kuò)散板313外周面和加熱管內(nèi)周面之間存在間隙結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散板313不做具體表示，所述加熱管301為內(nèi)徑φ56mm、長(zhǎng)度205mm、厚度3mm時(shí)，可以使用以均等間隔配置貫通孔直徑φ3mm的貫通孔37個(gè)的外徑φ53mm、厚度3mm的擴(kuò)散板313。
如果要成為上述擴(kuò)散板313的外周面和加熱管301的內(nèi)周面密接或熔接的結(jié)構(gòu)，可以使所述加熱管301的內(nèi)徑和擴(kuò)散板313的外徑大致相同來形成。
所述熱遮蔽體303可以反射從加熱器部302向外部側(cè)輻射的熱線來進(jìn)一步提高加熱器部302的熱效率，因此，覆蓋所述加熱管301和加熱器部302。這樣所述熱遮蔽體303配置在外殼304內(nèi)。
還有，優(yōu)選在所述熱遮蔽體303和外殼304的空間，以及熱遮蔽體303和加熱器部302之間的空間填充如玻璃絨等高純度隔熱材料305。
還有，把熱遮蔽體303容納在內(nèi)部，形成氣體加熱裝置300的外形的外殼304優(yōu)選用石英玻璃材料制作，但并不局限于石英玻璃材料，可以使用如金屬箱子。該外殼304呈筒狀，容納加熱管301、加熱器部302、熱遮蔽板303后密閉。外殼304的側(cè)端面設(shè)有引出連接管306、307、加熱器部302的封閉端子部317的開孔部。
本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選封閉端子部317為上述第二實(shí)施方案的端子部的任意結(jié)構(gòu)。根據(jù)此，可以進(jìn)一步防止碳電線發(fā)熱體和玻璃管接觸，能夠制成進(jìn)一步抑制碳電線發(fā)熱體斷線的碳電線發(fā)熱體密封加熱器。
接著，對(duì)使用所述石英玻璃珠制造成型體(填充物312)及擴(kuò)散板313的方法進(jìn)行說明。
首先，用由切斷直徑6～12mm程度的透明石英玻璃的實(shí)心棒以6～12mm程度形成的兩種大小石英玻璃珠如7(尺寸大的玻璃珠)∶3(尺寸小的玻璃珠)來制造混合物(通常600～1000個(gè))。還有，用石英玻璃板制造擴(kuò)散板313的同時(shí)在給定位置以給定數(shù)目形成貫通孔。
然后，如圖23所示把碳夾具314放入石英筒(加熱管301)，在其上面放上擴(kuò)散板313。進(jìn)一步，在該擴(kuò)散板313上放入石英玻璃珠。
然后，把該石英筒(加熱管301)投入到碳制筒形分模型315內(nèi)，從上使用碳制重垂壓住，加熱至1450℃以上使所述石英玻璃珠之間部分性熔接，形成圓柱狀成型體。同時(shí)所述擴(kuò)散板313和所述圓柱成型體熔接，形成一體。此時(shí)所述圓柱狀成型體與石英筒(加熱管301)熔接為一體。
在這樣制造的情況下，與以往同樣施加到上部的負(fù)載雖然不會(huì)充分施加到擴(kuò)散板313附近的石英玻璃珠上，但根據(jù)石英玻璃珠的自重會(huì)與擴(kuò)散板313熔接。其結(jié)果可防止石英玻璃珠的脫落，與此同時(shí)能夠抑制碎片等的發(fā)生。
如上所述制造的填充物312配置在加熱管301，因此，引入到加熱管301的氣體將通過由所述填充物312形成的復(fù)雜彎曲交錯(cuò)的微細(xì)通道而賦予適度滯留時(shí)間。還有，從所述碳電線發(fā)熱體的輻射熱在所述填充物312內(nèi)部反復(fù)著復(fù)雜的透過、折射、散射、反射。
其結(jié)果，能夠?qū)σ氲臍怏w賦予充分的熱量，因此，熱交換效率優(yōu)異，能夠使加熱管、加熱器部小型化。
還有，該填充物312的上流側(cè)面一體形成有擴(kuò)散板313，因此如圖22所示引入到加熱管301內(nèi)部的氣體被該擴(kuò)散板313擴(kuò)散，從填充物312的上流側(cè)面的整面流入氣體。
其結(jié)果，氣體通過填充物312的全區(qū)域，因此，在提高氣體滯留性的同時(shí)能夠提高熱交換效率。還有，填充物312的一部分不脫落，能夠防止其引起的碎片等的發(fā)生。圖22的虛線表示氣體的流向。
接著，基于圖25、圖26說明該實(shí)施方案的變形例。
在上述實(shí)施方案中，相對(duì)于在填充物312上流面形成有擴(kuò)散板313，該實(shí)施方案的不同之處在于，在填充物(圓柱成型體)312的上流面及下流面上形成有擴(kuò)散板313、316。
設(shè)置于上流面的擴(kuò)散板313具有與所述實(shí)施方案的擴(kuò)散板相同的結(jié)構(gòu)。還有，擴(kuò)散板316具有與所述實(shí)施方案的擴(kuò)散板基本相同的結(jié)構(gòu)，但擴(kuò)散板316的外徑小于加熱管301的內(nèi)徑。進(jìn)一步，也可以使設(shè)置于上流面的擴(kuò)散板313與擴(kuò)散板316相同，形成為其外徑小于加熱管301的內(nèi)徑。
這樣使用石英玻璃珠制造成型體及擴(kuò)散板313、316時(shí)，與所述實(shí)施方案的情況相同，制造石英玻璃珠及第一、第二擴(kuò)散板313、316，如圖25所示，把碳夾具314放入石英筒(加熱管301)，在其上面放上擴(kuò)散板313。進(jìn)一步，在該擴(kuò)散板313上放入石英玻璃珠及第二擴(kuò)散板316。
然后，把該石英筒(加熱管301)投入到碳制筒形分模型315內(nèi)，從上使用碳制重垂壓住，加熱至1450℃以上使所述石英玻璃珠之間部分性熔接作為圓柱狀成型體。
還有，同時(shí)所述第一、第二擴(kuò)散板313、316和所述圓柱成型體熔接，形成一體。進(jìn)一步，所述圓柱狀成型體312a與石英筒(加熱管301)熔接為一體。
所述第一擴(kuò)散板313的外徑小于加熱管301的內(nèi)徑來形成時(shí)，兩者間形成間隙。還有，所述第一擴(kuò)散板313的外徑等于加熱管301的內(nèi)徑時(shí)兩者將熔接為一體。
另一方面，第二擴(kuò)散板316是其外徑小于加熱管301的內(nèi)徑來形成，因此，兩者不會(huì)熔接為一體。即通過壓住第二擴(kuò)散板316來對(duì)石英玻璃珠施加負(fù)載，因此，根據(jù)石英玻璃珠的變形第二擴(kuò)散板316下沉。因此，第二擴(kuò)散板316形成為與加熱管301的內(nèi)徑成相同直徑，兩者熔接時(shí)不只第二擴(kuò)散板316，加熱管301也發(fā)生變形，因此尺寸穩(wěn)定性欠佳而不好。
還有，根據(jù)以上的負(fù)載，上方的石英玻璃珠上不會(huì)施加有充分的力，因此，石英玻璃珠彼此熔接的部分(徑部)大。
與此不同，從上到下荷重分散，施加在下方向的石英玻璃珠的力減小，因此，石英玻璃珠彼此熔接的部分與上方石英玻璃珠彼此熔接的部分(徑部)相比要小。
這說明如果徑部增大則石英玻璃珠之間的間隙小，相對(duì)于此如果徑部小，則石英玻璃珠之間的間隙大。
從而，通過熔接石英玻璃珠來形成的所述成型體上側(cè)的氣孔率形成為小于下側(cè)氣孔率。該成型體的上側(cè)對(duì)應(yīng)于加熱管的下流側(cè)，下側(cè)對(duì)應(yīng)于加熱管的上流側(cè)。
這里，具體測(cè)定了石英玻璃珠彼此熔接的部分(徑部)的大小。測(cè)定時(shí)，把成型體浸漬于氟氫酸溶液中，測(cè)定石英玻璃珠脫落的時(shí)間，從所述時(shí)間算出徑部大小。
具體來說，在16％濃度的HF溶液中以8μm/h的速度刻蝕石英玻璃，因此測(cè)定石英玻璃珠脫落的時(shí)間，在該時(shí)間乘上該刻蝕速度及常數(shù)(刻蝕從徑部?jī)蓚?cè)開始進(jìn)行，因此常數(shù)為2)，以求出徑部被刻蝕的量(徑部大小)。
其結(jié)果如圖26所示，相對(duì)于上流側(cè)為4μm，下流側(cè)為80μm。從而可以看出，上流側(cè)的氣孔率大，下流側(cè)的氣孔率小。
這樣，通過熔接石英玻璃珠形成的所述成型體的下流側(cè)的氣孔率小于上流側(cè)的氣孔率，因此，能夠提高氣體滯留性，提高熱交換效率。
還有，所述填充物的上下流側(cè)面上一體形成有擴(kuò)散板，因此填充物的一部分不脫落，能夠防止該現(xiàn)象引起的碎片等的發(fā)生。
在上述說明中，對(duì)使用本發(fā)明碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置，尤其用氣體作為流體的情況進(jìn)行了說明，但用純水等液體代替氣體的情況也顯示出相同的作用、效果。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，能夠得到氣體滯留性優(yōu)異、熱交換效率優(yōu)異、并且能夠抑制碎片等發(fā)生的，使用可小型化碳電線發(fā)熱體密封加熱器的流體加熱裝置。
權(quán)利要求
1.一種碳電線發(fā)熱體密封加熱器，是把使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體密封到石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10-3g/cm3。
2.一種碳電線發(fā)熱體密封加熱器，是把使用多根碳纖維編織的碳電線發(fā)熱體密封到石英玻璃部件內(nèi)的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10-3g/cm3。
3.如權(quán)利要求1或2記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述石英玻璃部件為管狀，所述碳電線發(fā)熱體的直徑與石英玻璃管的內(nèi)徑之比為1∶2～5。
4.如權(quán)利要求3記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述碳電線發(fā)熱體密封加熱器為具有直線狀發(fā)熱部、在其兩端經(jīng)彎曲部具有端子部的コ形的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，所述碳電線發(fā)熱體從所述石英玻璃管的中心部偏離配置。
5.如權(quán)利要求1或2記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，具備端子部，該端子部具有配置于所述石英玻璃部件的端部且容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、壓縮容納在所述玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件、和端部容納在所述玻璃管中且夾在壓縮的電線碳部件中的用于供電的連接線，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且位于所述玻璃管的大致中心位置。
6.如權(quán)利要求1或2記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，具備端子部，該端子部具有配置于所述石英玻璃部件的端部且容納所述碳電線發(fā)熱體的一部分的第一玻璃管、與所述第一玻璃管軸線相同且容納向所述碳電線發(fā)熱體供給電力的供電用連接線的端部及所述碳電線發(fā)熱體的端部的第二玻璃管、和壓縮容納在所述第一、第二玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體、供電用連接線的電線碳部件，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且位于所述玻璃管的大致中心位置。
7.如權(quán)利要求6記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，容納在所述第二玻璃管的電線碳部件多于容納在所述第一玻璃管內(nèi)的電線碳部件。
8.如權(quán)利要求5或6記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，電線碳束在所述玻璃管內(nèi)容納成使得所述電線碳束的折回部位于容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管的碳電線發(fā)熱體的引出側(cè)。
9.如權(quán)利要求6記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，容納所述碳電線發(fā)熱體一部分的第一玻璃管被形成為直線狀的同時(shí)，用以容納向所述碳電線發(fā)熱體供給電力的供電用連接線及所述碳電線發(fā)熱體端部的第二玻璃管被形成為直線狀，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成與所述第一、第二玻璃管的軸線大致平行，從所述第一玻璃管的端部引出碳電線發(fā)熱體。
10.如權(quán)利要求5記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管以T形形成的同時(shí)其一端部被封閉，碳電線發(fā)熱體及電線碳束排列成從玻璃管的開口端部到密封端部與軸線大致平行，在所述玻璃管的彎曲部，碳電線發(fā)熱體從電線碳束之間引出。
11.如權(quán)利要求1或2記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，在由容納使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、設(shè)置于所述加熱器部的石英玻璃管兩端的封閉端子部、和設(shè)置于所述封閉端子部的連接端子構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體密封加熱器中，具有把所述石英玻璃管在上下方向卷繞成螺旋狀，把延設(shè)在上下方向的石英玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部；和將加熱器部的石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)惹倚纬捎谄涠瞬康姆忾]端子部。
12.如權(quán)利要求1或2記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，在由容納使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、設(shè)置于所述加熱器部的石英玻璃管兩端的封閉端子部、和設(shè)置于所述封閉端子部的連接端子構(gòu)成的碳電線發(fā)熱體密封加熱器中，具備把所述石英玻璃管在上下方向卷繞成螺旋狀，把延設(shè)在上下方向的石英玻璃管形成為直線狀的同時(shí)，把上下部的石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部、和將加熱器部的石英玻璃管的兩端部延設(shè)在同一面?zhèn)惹倚纬捎谄涠瞬康姆忾]端子部，并且所述封閉端子部具備容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、和壓縮容納在所述玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且位于所述玻璃管的大致中心位置。
13.如權(quán)利要求11記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述形成為圓弧狀的石英玻璃管的曲率半徑為石英玻璃管外徑的2～5倍。
14.如權(quán)利要求13記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述石英玻璃管形成為圓弧狀的加熱器部的外周部側(cè)的壁厚與內(nèi)周部側(cè)的壁厚之比為1∶1.1～2。
15.如權(quán)利要求14記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述加熱器上部保持部件焊接在形成于上部的圓弧狀石英玻璃管內(nèi)側(cè)的同時(shí)，把所述加熱器下部保持部件焊接在形成于下部的圓弧狀石英玻璃管的外側(cè)。
16.如權(quán)利要求15記載的碳電線發(fā)熱體密封加熱器，其特征在于，所述加熱器下部保持部件的下面位于封閉端子部下表面的上方。
17.如權(quán)利要求1或2記載的流體加熱裝置，其特征在于，在具備加熱從流體供給源供給的流體的加熱管、形成于所述加熱管外周且由容納使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、和容納所述加熱管及加熱器部的外殼的流體加熱裝置中，在所述加熱管的內(nèi)部配置了作為所通過流體的阻抗的填充物的同時(shí)，該擴(kuò)散板與填充物在該填充物的上流側(cè)面形成為一體。
18.如權(quán)利要求1或2記載的流體加熱裝置，其特征在于，在具備加熱從流體供給源供給的流體的加熱管、形成于所述加熱管外周且由容納使用碳纖維的碳電線發(fā)熱體的石英玻璃管構(gòu)成的加熱器部、和容納所述加熱管及加熱器部的外殼的流體加熱裝置中，在所述加熱管的內(nèi)部配置了作為所通過流體的阻抗的填充物的同時(shí)，擴(kuò)散板與填充物在該填充物的上流側(cè)面形成為一體，具備具有在所述加熱器端部容納所述碳電線發(fā)熱體端部的玻璃管、壓縮容納在所述玻璃管中且夾著所述碳電線發(fā)熱體端部的電線碳部件、和在所述玻璃管中容納端部且夾在壓縮的電線碳部件中的供電用連接線的端子部，所述電線碳部件是由集束電線碳材的多個(gè)電線碳束構(gòu)成，所述碳電線發(fā)熱體配置于所述多個(gè)電線碳束之間且所述玻璃管的大致中心位置。
19.如權(quán)利要求17記載的流體加熱裝置，其特征在于，所述填充物為短柱狀的石英玻璃珠，同時(shí)所述擴(kuò)散板為石英玻璃板，在通過熔接所述石英玻璃珠來形成的填充物的至少一面上熔接所述擴(kuò)散板。
20.如權(quán)利要求19記載的流體加熱裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散板由具有多個(gè)貫通孔的圓板狀石英玻璃板構(gòu)成，由貫通孔產(chǎn)生的單位面積的開口率為在其外周部大于在其中心部。
21.如權(quán)利要求20記載的流體加熱裝置，其特征在于，通過熔接短柱狀石英玻璃珠來形成的所述填充物的下流側(cè)的氣孔率小于上流側(cè)的氣孔率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳電線發(fā)熱體密封加熱器。其中，將采用碳纖維的碳電線發(fā)熱體封入石英玻璃管中，其中，所述碳電線發(fā)熱體的吸附水分量小于2×10
文檔編號(hào)H05B3/14GK1454029SQ03136779
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者大津朗, 森宏, 齋藤紀(jì)彥, 本間浩幸, 外谷榮一, 金富雄, 永田智浩, 瀨古順, 齋藤孝規(guī), 中尾賢, 三浦一敏, 長(zhǎng)谷川陽成, 星丈治, 石井勝利 申請(qǐng)人:東芝陶瓷株式會(huì)社, 東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社