(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2019503046
(43)【公表日】20190131
(54)【発明の名称】改良されたモジュラーヒーターシステム
(51)【国際特許分類】
   H05B 3/40 20060101AFI20190104BHJP
   F16L 53/35 20180101ALI20190104BHJP
【FI】
   !H05B3/40 A
   !F16L53/35
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】24
(21)【出願番号】2018531389
(86)(22)【出願日】20161216
(85)【翻訳文提出日】20180809
(86)【国際出願番号】US2016067096
(87)【国際公開番号】WO2017106599
(87)【国際公開日】20170622
(31)【優先権主張番号】62/267,937
(32)【優先日】20151216
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】501162454
【氏名又は名称】ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー
【住所又は居所】アメリカ合衆国、ミズーリ州 63146 セントルイス、ラックランド・ロード 12001
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リールランド、ジョン
【住所又は居所】アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95037、モーガン・ヒル、チャーチ・ストリート 16285
(72)【発明者】
【氏名】マドソン、テリー
【住所又は居所】アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95008、キャンベル、ヴァージニア・アベニュー 119
(72)【発明者】
【氏名】エリス、エリック
【住所又は居所】アメリカ合衆国、ミズーリ州 65203、コロンビア、イースト・ハイ・ポイント・レーン 247
(72)【発明者】
【氏名】ポーティロ、クリスチャン
【住所又は居所】アメリカ合衆国、ミズーリ州 65202、コロンビア、ペンシルバニア・ドライブ 2101
【テーマコード(参考)】
3H025
3K092
【Fターム(参考)】
3H025AA13
3H025AB01
3H025AB05
3K092PP11
3K092QA02
3K092QA03
3K092QB26
3K092QB48
3K092SS03
3K092SS04
3K092TT06
3K092TT17
3K092TT40
3K092VV02
3K092VV03
3K092VV40
(57)【要約】
モジュラーヒーターシステムは、流体導管に含まれる流体を加熱するために、流体導管の長手方向に沿って整列される複数のモジュラーユニットを含む。 モジュラーユニットは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材上に取り付けられた加熱要素と、キャリア部材及び加熱要素を取り囲む断熱ジャケットとを含む。キャリア部材は、その中に流体導管を収容するための収容スペースを定め、キャリア部材の外面から窪んだ側部スロットを含む。断熱ジャケットは、上半部と下半部とを含む。上半部と下半部は、キャリア部材の側部スロットに自己ロックされる。
【選択図】図19
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体導管を収容するための収容空間であるキャリア部材と、
前記キャリア部材の表面に配置される加熱要素と、
前記キャリア部材を取り囲み、上部及び下部を含む断熱ジャケットと、
を具備し、
前記上部及び前記下部は、前記上部及び前記下部を互いに固定するための嵌合機能を持つ、
モジュラーヒーターユニット。
【請求項2】
前記キャリア部材と前記断熱ジャケットとの間にエアギャップがある、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項3】
前記エアギャップ内に絶縁材料をさらに具備する、請求項2のモジュラーヒーターユニット。
【請求項4】
前記エアギャップ内に配置され、前記キャリア部材を取り囲むバッフルをさらに具備する、請求項2のモジュラーヒーターユニット。
【請求項5】
前記キャリア部材は、上部ピースと下部ピースとを含み、前記上部ピースと前記下部ピースとは、前記流体導管を収容し、前記流体導管を完全に取り囲む収容スペースを共同で定める、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項6】
複数のシムをさらに具備し、前記断熱ジャケットの前記上部及び前記下部は、前記複数のシムによって、それぞれ、前記キャリア部材の前記上部ピースと前記下部ピースと接続される、請求項5のモジュラーヒーターユニット。
【請求項7】
前記加熱要素との電気的接続に適用される電気コネクタをその内部に含むターミナルボックスをさらに具備する、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項8】
前記ターミナルボックスは、検知装置を挿入するための少なくとも1つの空洞をさらに具備する、請求項7のモジュラーヒーターユニット。
【請求項9】
前記空洞内に配置され、温度センサを収容するサーモウェルをさらに具備する、請求項8のモジュラーヒーターユニット。
【請求項10】
前記空洞内に配置され、前記ターミナルボックス内で前記サーモウェルを付勢させるスプリングをさらに具備する、請求項9のモジュラーヒーターユニット。
【請求項11】
前記キャリア部材は、前記加熱要素を収容するための案内スロットを定める上壁を定める、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項12】
前記加熱要素上に配置された導電性部材をさらに具備する、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項13】
前記断熱ジャケットの上半部を通って延びて前記導電性部材と係合する導電ピンをさらに具備する、請求項12のモジュラーヒーターユニット。
【請求項14】
複数のモジュラーヒーターユニットを互いに接続するために、前記キャリア部材の長手方向の孔に延びる少なくとも1つの整列ロッドをさらに具備する、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【請求項15】
前記断熱ジャケットは、複数のエアポケットを定める、請求項1のモジュラーヒーターユニット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本願は、「モジュラーヒーターシステム」という名称で2015年12月16日に出願された米国仮出願第62/267937号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、
【技術分野】
【0002】
本開示は、一般に、パイプラインで使用される電気ヒーターに関し、より具体的には、例えば半導体処理システムなどのような、ガスライン及びパイプラインで使用されるヒーターに関する。
【背景技術】
【0003】
このセクションの記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するのみであり、先行技術を構成しない場合がある。
【0004】
例えばオイル井又は水貯蔵器のような供給源からのオイル、ガス、水、その他の流体の供給は、導管などによる流体の移動を必要とする。流体を所定の温度に又は所定の温度以上に維持することに加えて、導管内の流体の自由な又は制限のない流を維持することがしばしば必要とされる。現在、「ヒートトレース」としてこの技術分野で知られるケーブル又はテープの形態の電気ヒーターが、一般的に導管の周りに使用され、導管、さらには、流体に熱が供給される。さらに、導管及びヒートトレースは、断熱ジャケットによって囲まれ、周辺環境への熱損失を低減する。
【0005】
ヒートトレースケーブルは、比較的単純で低コストであるため、そのような流体導管を加熱するための一般的な手段である。一般的に、ヒートトレースケーブルは、Montierthらによる米国特許第5294780号、Barthらによる米国特許第5086836号、Montierthらによる米国特許第4791277号、Leavinesによる米国特許第4152577号、Hornerによる米国特許第4123837号、Johnsonによる米国特許第3971416号、及び、Bilbroによる米国特許再発行第29332号に示されるように、導管の長さに沿って配置され、又は、導管の周りに巻き付けられ、及び、バンド、保持ストラップ、又は、任意の他の適切な固定により規則的な間隔で固定される。熱トレースケーブルをパイプ又は導管に固定することは、特に、時間が重要なユーティリティライン、連続製造プロセスの交換、などに対して、時間を消費し、負担となることが分かっている。
【0006】
ユーティリティラインの交換を促進するために、米国特許第6792200号は、予め製作されたヒートトレースパイプを提案しており、古いパイプを交換する必要性が生じる前に、加熱されるパイプと、ヒートトレースと、ヒートトレースを電源に電気的に接続するためのコネクタとが直され、事前に一体的に形成され、目録に記入される。このプレハブ式パイプは、ユーティリティラインの交換に関して時間を節約するが、それはカスタムメイドのヒートトレースパイプを必要とし、それによって、望ましくない在庫スペースと、製造及びメンテナンスの費用とを増加させる。
【概要】
【0007】
ある形態では、モジュールヒーターシステムは、流体導管に含まれる流体を加熱する流体導管の長手方向にそって整列された複数のモジュラーユニットを含む。モジュラーユニットは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材に取り付けられた加熱要素と、キャリア部材及び加熱要素を取り囲む断熱ジャケットとを含む。 キャリア部材は、その中に流体導管を収容するための収容スペースを定め、キャリア部材の外面から窪んだ側部スロットを含む。断熱ジャケットは、上半部と下半部とを含む。上半部と下半部は、キャリア部材の側部スロットに自己ロックされる
【0008】
別の形態では、流体導管を収容するための収容スペースを定めるキャリア部材、キャリア部材の表面に配置される加熱要素、及び、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットを含むモジュラーユニットが提供される。断熱ジャケットは、上部及び下部を含む。上部及び下部は、上部及び下部を互いに固定するための嵌合機能を持つ
【0009】
さらに別の形態では、モジュラーヒーターシステムは、モジュラーユニット及びエンドキャップを含む。 モジュラーユニットは、流体導管を収容するための収容スペースを定めるキャリア部材と、キャリア部材の表面に配置される加熱要素と、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットとを含む。エンドキャップは、モジュラーユニットの長手方向の端部に取り付けられる。エンドキャップは、隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造にモジュラーユニットを固定するために、隣接する隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造の開口部に嵌合するための管状フランジを含む
【0010】
さらなる適用性の範囲は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。説明および特定の実施例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本開示は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるであろう。
【0012】
【図1】図1は、本開示の第1の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視図であり、モジュラーヒーターシステムの内部の一部が示されている。
【0013】
【図2】図2は、本開示の第1の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視断面図である
【0014】
【図3】図3は、図1の線A−Aにそったモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【0015】
【図4】図4は、本開示の教示にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムにおいて使用される複数の加熱要素の平面図である。
【0016】
【図5】図5は、本開示の第2の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視断面図である。
【0017】
【図6】図6は、本開示の第2の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの別の斜視断面図であり、モジュラーヒーターシステムの内部を露出させるために断熱ジャケットの上半体が除去されている。
【0018】
【図7】図7は、本開示の第3の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0019】
【図8】図8は、本開示の第4の実施形態に係る、様々な形態のモジュラーユニットの斜視図であり、キャリア部材が2ピース構造を持ち、断熱ジャケットが平坦な表面を持つ。
【0020】
【図9】図9は、様々な形態のモジュラーユニットの斜視図であり、キャリア部材が2ピース構造を持ち、断熱ジャケットがフィン付き表面を持つ。
【0021】
【図10A】図10Aは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図10B】図10Bは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図10C】図10Cは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図10D】図10Dは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図10E】図10Eは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図10F】図10Fは、図8の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【0022】
【図11】図11は、図10Fのモジュラーユニットの拡大図である。
【0023】
【図12A】図12Aは、モジュラーユニットの断熱ジャケットの収容空間に配置された追加の加熱要素の斜視図である。
【0024】
【図12B】図12Bは、図12の線B−Bにそった追加の加熱要素の断面図である。
【0025】
【図13A】図13Aは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図13B】図13Bは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図13C】図13Cは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図13D】図13Dは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図13E】図13Eは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図13F】図13Fは、図9の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【0026】
【図14】図14は、図13Fのモジュラーユニットの拡大図である。
【0027】
【図15】図15は、本開示の教示にしたがって構成されたバルブシステムにおけるモジュラーヒーターシステムの適用を示す図である。
【0028】
【図16】図16は、バルブシステムの斜視図であり、モジュラーヒーターシステム内部を露出させるためにバルブシステムのシェルの一部が除去されている。
【0029】
【図17】図17は、バルブシステムの断面図であり、本開示の教示にしたがって構成される図16の線B−Bにそったモジュラーヒーターシステムが組み立てられる。
【0030】
【図18】図18は、本開示の第5の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0031】
【図19】図19は、図18の線C−Cにそった、図18のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【0032】
【図20】図20は、本開示の第6の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0033】
【図21】図21は、図20のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【0034】
【図22】図22は、本開示の第7の実施形態によ係る複雑な形状を有する配管システムに組み立てることができる複数のモジュラーユニットを含むモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0035】
【図23】図23は、図22のモジュラーヒーターシステム及び配管システムの断面図である。
【0036】
【図24】図24は、本開示の第8の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0037】
【図25】図25は、図24のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【0038】
【図26】図26は、本開示の第9の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【0039】
【図27】図27は、図26のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【0040】
【図28】図28は、図22に示すターミナルボックスの斜視図である。
【0041】
【図29】図29は、図28の線D−Dにそった、図28のターミナルボックスの断面図である。
【0042】
【図30】図30は、ターミナルボックスの変形例の斜視図である。
【0043】
【図31】図31は、図30の線E−Eにそった、図30のターミナルボックスの断面図である。
【0044】
【図32】図32は、温度センサが挿入されるターミナルボックスの別の変形例の斜視図である。
【0045】
【図33】図33は、図32の線F−Fにそった、図32のターミナルボックスの断面図である。
【0046】
対応する参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を示す。
【詳細な説明】
【0047】
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、本開示、適用、又は、使用を限定するものではない。
【0048】
本開示に係るヒーターの構造を、より詳細に説明する。最初に、本明細書を通して使用される「導管」という用語は、流体、又は、粉末又はスラリーのような他の材料の移送のためのチューブ、パイプ、及び、他の密閉された又は部分的に閉じた部材を含むが、これに限定されるものではない。本明細書に記載の導管によって運ばれる材料は、固体、液体、及び、気体を含み、例として、半導体処理装置内で移送される流体を含むとしてもよい。このような半導体処理装置に関連する様々な形態の以下の説明は、本質的に単なる例示であり、決して本開示、その適用、又は、使用を限定するものではない。したがって、本開示の教示は、半導体処理装置に限定されず、本開示の範囲内にある任意の導管のシステムに適用することができる。
【0049】
(第1の実施形態)
【0050】
図1及び図2を参照すると、モジュラーヒーターシステム10は、流体導管14の長手方向Xにそって配列された複数のモジュラーユニット12を含み、流体導管14に含まれる流体を加熱する。3つのモジュラーユニット12が図1に示されており、4つのモジュラーユニット12が図2に示されている。モジュラーユニット12の数は、加熱される流体導管14の長さに依存する
【0051】
モジュラーユニット12は、それぞれ、流体導管14を取り囲むキャリア部材16と、キャリア部材16に配置された加熱要素18と、加熱要素18に配置され、接触する導体20と、内部絶縁材料22と、 流体導管14、キャリア部材16、加熱要素18、導体20、及び、内部絶縁材料22を囲む断熱ジャケット24とを含む。断熱ジャケット24は、複数の導電ピン26が断熱ジャケット24の貫通孔に挿入され、加熱要素18と導体20とを外部電力源(図示せず)に接続することができるように、導体20の位置に対応する貫通孔を定める。
【0052】
図3に示すように、キャリア部材16は、略逆U字形状を持ち、上壁30と、上壁30から上下に延びる一対の側壁32とを含む。上壁30と一対の側壁32とは、内部に流体導管14を収容するための収容スペース36を定める円形の内面34を共同で形成する。円形の内面30は、流体導管14が収容スペース32に配置された場合に、流体導管14がキャリア部材16の円形の内面34に接触するように、流体導管14の形状に実質的に一致する。キャリア部材16の側壁32は、それぞれ、側壁32の外面40から窪んだ側部スロット38を定める。キャリア部材16の上壁30は、内部に加熱要素18を収容するための案内スロット42を定めるとしてもよい。
【0053】
キャリア部材16は、熱伝導性材料からなり、加熱要素18から流体導管14への熱伝達を行う。キャリア部材16は、良好な熱伝導率を有する金属製であることが好ましい。本実施形態では、キャリア部材16は、細長い形状を持ち、一体部品として形成されてもよい。キャリア部材16は、流体導管14の周りに設けられ、キャリア部材16への加熱要素18の取り付け及びキャリア部材16の周囲の断熱ジャケット24の取り付けを助ける。キャリア部材16は、加熱要素18を支持する機能を持ち、加熱要素18から流体導管14に熱を発散させ、断熱ジャケット24をキャリア部材16の周りに固定する。
【0054】
図4に示すように、加熱要素18は、この例では厚膜抵抗加熱器である抵抗加熱回路が形成された細長いプレート体44と、細長いプレート体44の長手方向の側面にそって配置された1対の電力バス46とを含むとしてもよい。加熱要素18は、キャリア部材16の案内スロット42内に配置され得る限り、任意の形態を取るとしてもよい。
【0055】
図3に示すように、断熱ジャケット24は、上半部50と下半部52とを含み、それぞれが対向する長手方向側面に1対のロックフランジ54を定め、キャリア部材16の側部スロット38内へロックフランジ54を挿入することにより、キャリア部材16の周囲へ自己ロック可能である。
【0056】
選択的に、必要であれば、及び、任意の加熱要素45と断熱ジャケット24のロックフランジ54との双方を収容するのに十分な深さを持つように側部スロット38が形成されていれば、参照符号45で示すような別の加熱要素が、キャリア部材16の各側部スロット38に配置されてもよい。
【0057】
絶縁材料22は、加熱要素18と上半部50との間、及び、キャリア部材16の下端部と断熱ジャケット24の下半部24との間に配置され、断熱ジャケット24への熱伝達に対してさらに流体導管14と加熱要素18とを断熱する。
【0058】
図2に明示されるように、キャリア部材16は、それぞれ、キャリア部材16の長手方向Xにそって延在する少なくとも1つの整列孔56を定めてもよい。複数のモジュラーユニット12が配置されると、異なるキャリア部材16の整列孔56が整列する。整列ロッド60は、モジュラーユニット12の整列孔56を通して挿入され、モジュラーユニット12を互いに接続し、複数のモジュラーユニット12の整列を維持してもよい。
【0059】
(第2の実施形態)
【0060】
図5を参照すると、本開示の第2の実施形態に係るモジュラーユニット70は、図1乃至図3のモジュラーユニット12に変更を加えながら構造的に類似するように示されている。本実施形態において、同様の構成要素には同一の符号を付し、明確化のためにその説明は省略される。
【0061】
モジュラーユニット70は、流体導管14を取り囲むキャリア部材76と、キャリア部材76上に配置される加熱要素18と、加熱要素18上に配置された少なくとも1つの導電部材80と、流体導管14、キャリア部材76、加熱要素18、導電部材80をその中に密封する断熱ジャケット84とを含む。加熱要素18は、図1乃至図3のものと同様の構造を持つ。
【0062】
図1乃至図3のキャリア部材16と同様に、キャリア部材76は、上壁90と、上壁90から上下に延びる1対の側壁92とを含む。上壁90及び側壁92は、共同で、流体導管14を収容するための収容スペースを定める。キャリア部材76の上壁90は、加熱要素18がその上に配置された上側平坦面94を持つ。図1乃至図3のキャリア部材16のように、キャリア部材94の側壁92は、それぞれ、側部スロット38を定める。
【0063】
断熱ジャケット84は、上半部94と下半部96とを含む。上半部94は、上半部94の内面から窪んだ1対の溝98を含む。下半部94は、下半部94の内面から流体導管14へ向かって伸びる突出部分99を含む。突出部分99は、また、流体導管14と接触してもよく、流体導管14をキャリア部材76の収容スペース内で支持する。上半部94及び下半部96は、それぞれ、断熱ジャケット84を通る熱損失を低減するエアポケット95を含む。
【0064】
図6に示すように、導電部材80(又は内部バス)は、加熱要素18の長手方向サイドに対向する1対の導電板82を含む。導電板82は、断熱ジャケット84の上半部94の溝98に収容される。導電板82は、それぞれ、加熱要素18の導体バス46と接触するように下方に伸びる複数のフレキシブルアーム86を定める。導電板82は、断熱ジャケット84の孔89に対して整列されている複数の孔88を定める。導電ピン(図示せず)は、導電板82の孔88及び断熱ジャケット84の孔89を通じて挿入され、導電板82と係合し、電力を、外部電力源から、導通ピン(図示せず)、導電板82、フレキシブルアーム86、電力バス46を通って、加熱要素18の抵抗加熱回路へ、供給することができる。
【0065】
図5及び図6には図示されていないが、加熱要素18と導電部材80との間に絶縁材料を備え、加熱要素18を導電部材80から電気的に絶縁してもよい。
【0066】
(第3の実施形態)
【0067】
図7を参照すると、本開示の第3の実施形態に係るモジュラーユニット100は、図5及び図6のモジュラーユニットと構造的に類似しており、モジュラーユニット100がより長く、断熱ジャケット102が比較的低い形を持つ点で異なる。
【0068】
より具体的には、モジュラーユニット100は、流体導管14を取り囲むキャリア部材76と、キャリア部材76上に配置される加熱要素18と、加熱要素18の上方に配置される導電部材80と、流体導管14、キャリア部材76、加熱要素18、導電部材80をその中に密閉する断熱ジャケット102とを含む。導電部材80は、1対の導電板82と、加熱要素18の電力バス46に係合する複数の係合アーム86とを含む。
【0069】
断熱ジャケット102は、上半部106と下半部108とを含む。下半部108は、流体導管14に向かって突出する突出部110を含み、キャリア部材76の収容スペース内で流体導管14を支持する。図1乃至図3の断熱ジャケット24の下半部とは異なり、本実施形態の断熱ジャケット102の下半部は、内部絶縁材22を収容するためのスペースを有しておらず、第1及び第2の実施形態よりも薄い。このため、断熱ジャケット102の外形を小さくすることができる。
【0070】
本開示の教示に係るヒーターシステムのモジュラー構造は、導管システムに容易に適用させることができる比較的低コストのヒーターシステムを提供する。モジュラーユニット12,70,100は、流体導管14の周囲に比較的容易に取り付けられ、スケーラブルな基本構成ブロックを提供する。モジュラーユニット12,70,100の内部には配線が設けられていない。モジュラーヒーターシステムの外部にのみ配線が設けられているので、断熱ジャケットに設けられた導電ピンを外部電力源に接続することができ、それにより、ワイヤの複雑さを低減する。モジュラーユニット12,70,100は、流体導管14の長手方向Xにそって互いに当接するように容易に整列されて設けられ、審美性を向上させることができる。整列ロッド60は、複数のモジュラーユニット12,70,100を1つの統合ユニットに統合するために、キャリア部材の整列孔に挿入することができる。
【0071】
(第4の実施形態)
【0072】
図8及び図9を参照すると、第4の実施形態に係るモジュラーユニットは、本開示の教示にしたがって様々な形態を持つとしてもよい。図8は、平坦な外面を持つ断熱ジャケットを含むモジュラーユニットの様々な形態を示す。図9は、より安全な操作のためのフィン付き表面を持つ断熱ジャケットを含むモジュラーユニットの様々な形態を示す。
【0073】
図8及び図9に示すように、キャリア部材は、それぞれ、第1、第2、及び第3の実施形態に示すような上下続きの部品よりむしろ、2つの同じ部品を持つ。各部材は、第1乃至第3の実施形態のいずれかに示すものと類似の加熱要素をサポートするための上壁を持つことができ、第1の実施形態に示したようなガイド溝でもよく、又は、第2及び第3の実施形態で示したような上面の平面でもよい。したがって、2つの同じ部品を持つキャリア部材は、より高性能の適用のために、2つの加熱要素18を運ぶように構成することができる。
【0074】
図10Aから図10Fを参照すると、モジュラーユニット120a,120b,120c,120d,120e,120fは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットとを含む。キャリア部材は、それぞれ、上部ピース122a,122b,122c,122d,122e,122fと、下部ピース124a,124b,124c,124d,124e,124fとを含む。1つのキャリア部材における上部ピース122a,122b,122c,122d,122e,122fと、下部ピース124a,124b,124c,124d,124e,124fとは、同一である。したがって、キャリア部材は、2つの加熱要素18を運ぶことができる。各キャリア部材の上部ピースと下部ピースとは、断熱ジャケット128a,128b,128c,128d,128e,128fのロックフランジをその中に収容するための側壁上の側部スロットを共同で定める。断熱ジャケット128a,128b,128c,128d,128e,128fは、さらに、その中に、上部アセンブリを下部アセンブリに固定するラッチ要素130a,130b,130c,130d,130e,130fを収容するための収容スペースを定める。
【0075】
図11は、図10Fのモジュラーユニット120fの拡大図であり、モジュラーユニット120fは、上側部材122fと下側部材124fとを含むキャリア部材と、キャリア部材の上側および下側、特に上側部材122fの上側と下側部材124fの下側に配置された加熱素子18と、断熱ジャケット128fによって定まる収容スペース132f内のキャリア部材の右側及び左側のラッチよそ130fとを含む。断熱ジャケット128fは、キャリア部材から断熱ジャケット128fへの熱損失をさらに低減するために良好な断熱材として働く複数のエアポケット129を定める。
【0076】
図12A及び図12Bを参照すると、加熱要素18は、ヒートトレースケーブルの形態でもよい。ヒートトレースケーブルは、典型的には、加熱素子として機能する半導電性ポリマー材料224によって取り囲まれた1対のバス導体222を含む。誘電体又は絶縁体材料226は、半導電性ポリマー材料224を取り囲み、必要に応じて、接地面のような追加の機能性のために示されているような金属編組材料228によって取り囲まれてもよい。さらに、外側ジャケット230は、金属組紐材料228を包囲してアセンブリ全体を保護し、外側ジャケット230は、典型的には、熱可塑性プラスチックなどのような絶縁材料である。
【0077】
加熱素子18は、本出願と共通に譲渡され、全体を参照することで本明細書に組み込まれる内容の米国特許第8680443号に開示されているような層状ヒーターを含むがこれに限定されない、任意の形態のヒーターでもよい。加熱要素18は、また、本出願と共通して譲渡され、全体を参照することで本明細書に組み込まれる内容の米国特許第5714738号に開示されているようなフレキシブル断熱ヒーターなどの任意の基板/絶縁体に埋め込まれた抵抗素子でもよい。
【0078】
図13Aから図13Fを参照すると、モジュラーユニット150a,150b,150c,150d,150fは、モジュラーユニットが外面から伸びるフィンを持つ断熱ジャケット152a,152b,152c,152d,152e,152fを含む点を除いて、図11Aから図11Fのものと類似な構造を持つ。断熱ジャケット150a,150b,150c,150d,150e,150fは、その中に、追加の加熱要素154a,154b,154c,154d,154e,154fを収容するための収容スペースを定める。図14は、図13Fのモジュラーユニット150fの拡大図である。
【0079】
図15乃至図17は、バルブヒーターとしてのモジュラーヒーターシステムの適用を示す。図15は、バルブ14の周囲に備えられるモジュラーヒーターシステムを示す。本開示の実施形態のいずれかに開示されたモジュラーヒーターシステムは、アルミニウム熱伝達インターフェース200に結合される。 図16及び図17は、外部シェル202が、モジュラーヒーターシステムの周りに成形又は真空成形され、流体導管14及びモジュラーヒーターシステムをその中に封入することを示す。
【0080】
(第5の実施形態)
【0081】
図18を参照すると、本開示の第5の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム200は、モジュラーユニット202と、モジュラーユニット202の長手方向端部に配置された1対のエンドキャップ204とを含む。モジュラーユニット202及びエンドキャップ204は、加熱される流体導管(図示せず)を取り囲む。エンドキャップ204は、それぞれ、モジュラーユニット202に取り付けられたプレート部205と、プレート部205から突出した管状のフランジ208とを持つ。エンドキャップ204の管状のフランジ208は、モジュラーユニット204と隣接するモジュラーユニット(図示せず)又は隣接する取付構造とを接続するように、隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造の凹部へ固定可能である。
【0082】
図19を参照すると、モジュラーユニット202は、キャリア部材210と、キャリア部材210を取り囲む断熱ジャケット212と、キャリア部材210の少なくとも1つの表面上に配置された少なくとも1つの加熱要素214とを含む。キャリア部材210は、上部ピース216と、流体導管(図示せず)を収容するための収容スペースを共に定める下部ピース218とを含む。キャリア部材210の上部ピース216及び下部ピース218は、加熱要素214から収容スペース220に収容されている流体導管へ熱を放射するために、金属、例えばアルミニウムで作られ、加熱要素214から流体導管への熱伝導を促進する。1つの加熱要素214がキャリア部材210の1つの表面上に配置されるように示されているが、例えば、キャリア部材210の上部ピース216と下部ピース218とのそれぞれに対して1つずつの加熱要素214のように、1より多い加熱要素214がキャリア部材210の1より多い表面上に配置されてもよい。エアギャップ222は、キャリア部材210と断熱ジャケット212との間には定義されており、断熱ジャケット212の内部に熱を保つための断熱として作用する。
【0083】
断熱ジャケット212は、上側部分224と下側部分226とを含む。上側部分224及び下側部分226は、それぞれ、実質的にU字形の断面を定義し、上壁230と、上壁230の対向端部から延びている1対の側壁232とを含む。上側部分224及び下側部分226は、それぞれ、側壁232で1対の自由端233を持つ。自由端233は、平坦な外面を維持しながら、キャリア部材210に向かって内向きに拡大される。拡大された自由端233に対向するキャリア部材210の側面は、拡大された自由端233に合わせるように、わずかに凹状の外面を持つ。
【0084】
自由端233は、突出部234又は凹部236のいずれかを定める。例として、断熱ジャケット212の上側部分224及び下側部分226は、それぞれ、一方の側壁232に突出部234を含み、他方の側壁232に凹部236を含む。上側部分224及び下側部分226の突出部234及び凹部236は、上半部224の突出部234が下部226の対向する凹部236に固定できるように、及び、下側部分226の突出部234が上側部分224の対向する突出部236に固定できるように、相補的な形状を持つ。したがって、上側部分224及び下側部分226を自己ロックすることができる。あるいは、上側部分224は1対の突出部234を含むとしてもよく、下側部分226は1対の凹部236を含むとしてもよく、又は、突出部234が対応する凹部236に固定可能であり、断熱ジャケット212の上側部分224と下側部分226とを互いに固定する限り、逆でもよい。
【0085】
モジュラーユニット202は、さらに、エアギャップ222を横切って配置される複数のシム238を含み、キャリア部材210を断熱ジャケット212に接続し、キャリア部材210と断熱ジャケット212との間にエアギャップ220を維持する。もし接続部材が使用されなければ、突出部234を凹部236に嵌合することにより、断熱ジャケット212の上側部材224が断熱ジャケット212の下側部材226に固定される前に、断熱ジャケット212の上側部分224とキャリア部材210の上部ピース216との間で固定されたエアギャップは維持されない場合がある。同様に、もし接続部材が使用されなければ、断熱ジャケット212の下半部226とキャリア部材210の下部ピース218との間で固定されたエアギャップは維持されない。したがって、断熱ジャケット212の上側部分224と下側部分226とが互いにロックされる前に、上部ピース216と上半部224との間、及び、下部ピース218と下半部226との間で、シム222は、固定されたエアギャップ222を維持できる。シム222は、流体導管の周りにモジュラーユニット202を取り付けることを容易にするために、ばね力及び弾性を有する。
【0086】
モジュラーユニット202は、加熱要素214を外部電源端子244に接続するための導体240及びバスバー242をさらに含むとしてもよい。電源端子244は、断熱ジャケット212、特に上側部分232の開口部246(図18に示す)を通過して伸び、バスバー242と噛みあう。電源端子244は、ワイヤ経由で外部の電力供給へ接続される。したがって、ワイヤは、モジュラーユニット202の内部よりむしろモジュラーユニット202の外側に設けられ、モジュラーユニット202の構造及びモジュラーユニット202の流体導管への取り付けを簡単にする。 誘電材料243は、加熱要素214と対向する面上のバスバー242に設けて、バスバー242を適所に保持し、バスバー242から加熱要素214を電気的に絶縁する。
【0087】
断熱ジャケット212を貫通する開口部のいくつかは、電源端子244の熱膨張/収縮のためのスペースを提供する細長いスロット248の形態でもよい。開口部246のいくつかは、センサ(図示せず)の挿入に使用されてもよい。センサのための開口部は、モジュラーユニット202の長手方向端部にある必要はなく、モジュラーユニット202のどこにでも配置することができる。
【0088】
(第6の実施形態)
【0089】
図20及び図21を参照すると、第6の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム300は、キャリア部材及び断熱ジャケットの形状と、エンドキャップの構造を除き、図18及び図19のモジュラーヒーターシステム200と類似の構造を持つ。より具体的には、モジュラーヒーターシステム300は、モジュラーユニット302と、モジュラーユニット302の長手方向端部に1対のエンドキャップ304とを含む。エンドキャップ304は、それぞれ、隣接するモジュラーヒーターシステム200のエンドキャップ204の対応する管状のフランジ208を収容するための中央開口部305を定めるプレート構成を持つ。したがって、図18のモジュラーヒーターシステム200は、開口部305内へ勘定のフランジ208を挿入することによって、図20のモジュラーヒーターシステム300に固定できる。モジュラーヒーターシステム300は、開口部305を定める第1のエンドキャップ304と、適用に依存して管状のフランジ208を定める第2のエンドキャップ204とを持つとしてもよい。モジュラーユニット304は、実質的に矩形の断面を持つ。
【0090】
より具体的には、モジュラーユニット302は、流体導管を収容する収容スペース320を定めるキャリア部材310と、キャリア部材310を取り囲む断熱ジャケット312と、キャリア部材310の表面に配置された加熱要素(図示せず)と、キャリア部材310と、導電部材340と、バスバー342と、電源端子344と、複数のシム338とを含む。加熱要素は、導電部材340と接触しており、導電性部材340、バスバー342、電源端子344を通じて、外部電力源(図示せず)と接続される。
【0091】
第5の実施形態と同様に、断熱ジャケット312は、それぞれが突出部335及び凹部336を定義する上側部分324及び下側部分326を含む。したがって、断熱ジャケット312の上半部324及び下半部324は、凹部336へ突出部334を固定することにより、互いにロックすることができる。
【0092】
第5の実施形態に係る断熱ジャケット212とは異なり、断熱ジャケット312の上側部分324及び下側部分326の自由端333は、わずかに拡大されているだけである。したがって、キャリア部材310は、拡大された自由端333に合わせるように、窪んでいない平らな側面外面を持つことができる
【0093】
(第7の実施形態)
【0094】
図22を参照すると、第7の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム400は、複雑な構成を有する複数の流体導管401を持つ配管システムを加熱するために使用され得る。モジュラーヒーターシステム400は、複数の第1のモジュラーユニット402、複数の第1のモジュラーユニット402の間を接続する第2のモジュラーユニット404、第2のモジュラーユニット402及び第2のモジュラーユニット404の対向する端部にある複数のエンドキャップ406を含むとしてもよい。第1のモジュラーユニット及び第2のモジュラーユニット404は、図18のモジュラーユニット202、又は、図20のモジュラーユニット302と類似な構造を持つとしてもよい。エンドキャップ406は、隣接するモジュラーユニット、隣接するエンドキャップ、又は、隣接する取付構造と噛みあうように構成される。モジュラーヒーターシステム400は、モジュラーユニット402,404の外面に取り付けられた複数のターミナルブロック408をさらに含むとしてもよい。
【0095】
図23を参照すると、端部キャップ406は、それぞれ、プレート部410と、プレート部410から垂直に伸びる突出部412とを含む。プレート部410は、第2のモジュラーユニット404の長手方向端面に取り付けられてもよい。突出部412は、第1のモジュラーユニット402の断熱ジャケットにおける対応する凹部に対して固定してもよい。したがって、第1及び第2のモジュラーユニット402,404を互いに接続することができる。
【0096】
(第8の実施形態)
【0097】
図24及び図25を参照すると、本開示の第8の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム500は、断熱ジャケットの形状及びバッフル部材の包含を除いて、図18及び図19のものと構造的に類似する。
【0098】
より具体的には、モジュラーヒーターシステム500は、モジュラーユニット502と、1対のエンドキャップ504とを含む。エンドキャップ504は、それぞれ、プレート部506と、プレート部506から伸びる管状のフランジ508とを含む。モジュラーユニット502は、キャリア部材510、断熱ジャケット512、キャリア部材510の表面に配置された加熱要素(図示せず)、導電部材540、バスバー542、複数のシム538を含む。絶縁材543は、バスバー542を断熱ジャケット512に固定し、バスバー542を加熱要素から電気的に絶縁するために、バスバー542に設けられる。キャリア部材510は、図19のものと構造的に類似であり、その詳細な説明は明確であるためここでは省略する。
【0099】
断熱ジャケット512は、断熱ジャケット512の上側部分及び下側部分の自由端533が内側及び外側の両方に拡大され、断熱ジャケット512がわずかに凸面の外側面548とわずかに凸面の内側面550を持つ点を除いて、図19の断熱ジャケット212と構造的に類似している。キャリア部材510は、断熱ジャケット512の上側部分及び下側部分の拡大された自由端533に対して合わせるために、わずかに凹状の側部外面552を持つ。モジュラーユニット502は、エアギャップ522内に配置されたポリイミドシートの形のバッフル560をさらに含み、キャリア部材510から断熱ジャケット512への熱伝導を妨げる。あるいは、エアギャップ522は、泡又は任意の形の断熱材で充填され、キャリア部材510から断熱ジャケット512への熱伝達を妨ぐとしてもよい。
【0100】
(第9の実施形態)
【0101】
図26及び図27を参照すると、本開示の第9の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム600は、キャリア部材610及び断熱ジャケット612の形状と、バスバーの変形の形とを除き、先の実施形態のモジュラーヒーターシステムと類似の構造を持つ。
【0102】
より具体的には、モジュラーユニット600は、モジュラーユニット602、1対のエンドキャップ604を含む。モジュラーユニット602は、キャリア部材610、断熱ジャケット612、少なくとも1つの加熱要素618、導電部材640、第1のバスバー641、第2のバスバー642を含む。第1のバスバー641は、導電部材640を介して加熱要素618に接続されている。第2のバスバー642は、プレート部643と延出部644とを持つ。延出部644は、加熱要素618に向かって延び、加熱要素618に直接接続され、加熱要素618と第2のバスバー642のプレート部643との間に配置され得る誘電材料(図示せず)とより合うような曲形状を持つ。キャリヤ部材610は、キャリア部材610の上部ピース及び下部ピースがそれぞれ上部ピース及び下部ピースの側面から突出する1対のフランジ650を持つことを除き、図18乃至図25に図示されているものと構造的に類似する。複数のシム638は、キャリア部材610のフランジを、断熱ジャケット612の上側部分及び下側部分の拡大した自由端633に接続する。
【0103】
断熱ジャケット612は、形を除き、図18乃至図25に関連して開示されたものと構造的に類似する。断熱ジャケット612は、それぞれが1対の自由端633を定める上側部分及び下側部分を持つ。自由端は外方に向かって拡大され、耳部660を定める。
【0104】
本実施形態では、キャリア部材610はより小さく、キャリア部材610と断熱ジャケット612との間により大きなエアギャップ622を提供する。
【0105】
(ターミナルボックス)
図28及び図29を参照し、図22で示すようなターミナルボックスを以下でより詳しく説明する。第1の形態のターミナルボックス700は、ハウジング702と、ハウジング702の内部に配置された電気コネクタ704とを含むとしてもよい。ハウジング702は、ベース706とカバー708とを含む。ベース706及びカバー708は、所定の位置に互いにスナップされるように、又は、溶接又はこの技術分野で公知の任意の接着方法で接続さえるように、構成されることができる。ベース706は、第1の空洞10を定める。カバー708は、第2の空洞714及び側部開口部718を定める。側部開口部718は、電気コネクタ704の1つに隣接して配置される。第2の空洞714は、側部開口部718と第1の空洞710とに開いている。コネクタ704は、第1の空洞710に備えられるOリング712とともに第1の空洞710に配置され、Oリング712は、第1の空洞710内でコネクタ704を中心合わせして固定する。コネクタ704は、それぞれ、第2の空洞714へ向けて突き出る上端部716を持つ。リード線(図示せず)は、第2の空洞714に配置され、電気コネクタ704の上端部716を、側部開口部718を通って外部電源端子(図示せず)に接続されてもよい。
【0106】
図30及び図31を参照すると、ターミナルボックス740の変形例が示されており、ハウジング742及び電気コネクタ744を含む。ハウジング742は、ベース746及びカバー748を含む。ベース746は、電気コネクタ742を収容するための第1の空洞750を定める。カバー748は、第2の空洞752及び側部開口部754を定める。第2の空洞752は、第1の空洞750及び側部開口部754に対して開いている。電気コネクタ744は、第1の空洞750に備えられるOリング756とともに第1の空洞750に配置され、Oリング756は、第1の空洞750内で電気コネクタ744を中心合わせして固定する。電気コネクタ744の上側部分758は、第2の空間752内に突出する。ワイヤは、第2の空洞752内に配置され、側部開口部754を通って外部電源端子とかみ合うことができる。側面開口部754は、複数の電気コネクタ744の間に配置されてもよい。
【0107】
図32及び図33を参照すると、ターミナルボックス800の別の変形例は、温度センサ、又は、例えば、圧力センサ、歪みセンサ、及び湿度センサなどの他の検知デバイスを収容及び保護するためのサーモウェルを収容するようにハウジングが構成されていることを除いて、図28乃至図31に関連して説明されたものと構造的に類似する。より具体的には、ターミナルボックス800は、カバー804とベース806を持つハウジング802を含む。ベース806は、第1の空洞808を定める。カバー804は、第1の空洞808に対応するスルーホール810を定め、スルーホール810は第1の空洞808内への温度センサ812の挿入を可能にする。温度センサ812は、熱電対、RTD、又は、サーミスタでもよい。カバー804は、導体又は端子816が配置され得る側部開口部814を定める。ターミナルボックス800は、温度センサ812の端部を収容し保護するために、対応する第1の空洞808に挿入された複数のサーモウェル820をさらに含む。スプリング824は、第1の空洞808内に配置され、ベース806の底壁に対してサーモウェル820を付勢してもよい。
【0108】
ターミナルボックス700,740,800を使用することにより、モジュラーユニットの内側に配置される加熱要素は、モジュラーユニットの外面にターミナルボックスを配置することによって、及び、ターミナルボックスの電気コネクタを電気ターミナル244,344(図18乃至図21に示す)へ接続することによって、電源と容易に接続されてもよい。モジュラーユニットの内部にワイヤを使用しないので、モジュラーユニットの流体導管への取り付けを容易にすることができる。
【0109】
本開示は、例として説明され図示された実施形態に限定されないことに留意されたい。多種多様な改変が記載されており、多くは当業者の知識の一部である。本開示および本出願の保護の範囲を逸脱することなく、これらの変更及びさらなる変更ならびに技術的均等物による任意の置換が、明細書及び図面に追加されてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図13E】
【図13F】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【国際調査報告】