专利名称：加热器单元制造方法
技术领域：
本发明涉及加热器单元制造方法。具体而言，本发明涉及用于制造将被安装到诸如管道和阀门的加热物体上的加热器单元的方法。
背景技术：
对于诸如安装到将气体供给到半导体制造设备等的管道系统上的阀门，必须防止在阀门之内形成露珠凝结，所述露珠凝结是由于气体通过所述阀门时的温度落差所造成。此外，对于安装到承载将在接近室温的温度上固化的液体的管道系统上的阀门，就必须防止阀门的阻塞或者由于液体的固化在阀门之内的堆积(accretion)的发展。此外，对于承载高温的气体或者液体的管道系统，在其通过阀门时流体中的温度下降在流体需要承载通过管道系统而不需要明显的温度下降的情况下是个问题。
为了防止这些问题，提出了不同类型的加热机构，它们内置在或者连接到流体阀，用于加热阀门之内流体通过的区域。
所谓的覆套式电阻加热器类型的加热机构是公知的这样的一种加热机构，其中诸如管道或者阀门的加热物体通过具有内置加热器的纤维织物所覆盖。如上所描述的加热器单元通过将诸如镍铬电热丝等的加热器(加热元件)缝到加绝热毯，并将所述毯的外表面覆盖耐热布。通过覆盖将用这样产生的耐热布连接到阀门的阀门或者管道，并将其通过内置加热器所加热，其被保持在预定的温度上。
另外的类型例如在日本未审查专利出版物No.7(1995)-71648(图1)中进行了说明，其中阀本身通过两个装配部件所构成，并且加热器被设置在两个部件之间。
另外的开/关阀也在诸如日本未审查专利出版物No.2001-349468(图3)中进行了说明。阀具有横截面是正方形的主体，加热器设置在三个侧表面的每个上。传热主体被设置在各加热器和阀门的主体之间。此外，电热调节器被设置相邻于加热器以将阀门加热或者保持在预定的温度上。
在流动路径上具有舌门板(flapper plate)的流体控制阀是另外的公知类型的加热器，在诸如PCT日本公开出版物No.10(1998)-502995(图2、4)中进行了说明。打开和关闭流动路径的舌门板通过支撑轴可旋转地支撑，其中安装加热装置。通过加热装置所产生的热通过支撑轴和舌门板传输到流体。
对于用于制造绝热材料的方法，用于制造暴露给高温的绝热材料的制造方法被诸如PCT日本公开出版物No.2002-523669(图2)中进行了说明。上述的绝热材料是诸如通过衬套施加到火箭发动机的喷射喷嘴的布状材料，其通过将碳布注入树脂基材料所制造。对于碳布的前体，公开了粘胶丝、连续长丝聚丙烯腈、纤维素长丝等。作为树脂基材料，公开了酚醛树脂。
根据传统技术的加热器单元可以内置在加热物体)(例如阀门)中，或者可以从阀门或者管道的外侧施加。或者，它们被构造作为织物状加热器，例如通过衬套施加到火箭发动机的内侧。因此，这些加热器导致各种问题。
例如，如上所述的覆套式电阻加热器类型的加热机构的问题在于其经常发出灰尘，加热物体的周围的区域变得有灰尘。为了处理环境和卫生问题，如果所产生的热的温度相对较低，耐热布覆盖塑料，或者如果温度较高覆盖金属壳体，以防止发出灰尘。但是，这导致另外的问题结构复杂，加热器由于较大的部件数目而成本较高。此外，如果加热物体具有复杂的结构难于以紧密接触的方式覆盖加热物体。由于不充分的热从加热器传输到加热物体，这导致能量损耗。
此外，在日本未审查专利出版物No.7(1995)-71648中所公开的加热器中，开关阀门通过两个主体所构成以将加热器设置在它们之间。这导致部件的数目变大，并需要更多的人力来组装。此外，阀门和在连接到阀门的管道需要被加热时，需要额外的加热器。
在日本未审查专利出版物No.2001-349468中所公开的加热器中，加热器单元设置在围绕所述阀门的多个部分上，导致部件的数目更大，结构更复杂。
此外，在PCT日本出版物No.10(1998)-502995中所公开的加热器中，加热器单元设置在具有特定结构的阀的内侧，所述结构可以限制加热器的设计并可以应用到任何其它类型的阀即加热物体上。
此外，在PCT日本出版物No.2002-523669中所公开的绝热材料中可以通过衬套作为暴露到高温的材料而应用到一个物体上。但是，其不能在不修改时与加热装置一起用于加热和保持物体的温度。
如上所述，传统的技术具有许多问题，包括散发灰尘、部件数目更大、结构复杂、由于结构复杂所导致的成本的增加等等。此外，难于用传统的方法制造能够均匀加热具有复杂结构的加热物体的加热器单元。特别地，其难于有效地加热和保持包括部件加热物体而且周围区域的区域的温度，诸如连接到阀的管道。
有鉴于上述的情况，本发明的目的是提供一种制造无灰尘发射以及简单结构的加热器的方法，所述加热器具有较低成本的最小化的部件。
本发明的另外目的是提供一种制造较低能量损耗的加热器的方法，其能够一体地和均匀地加热具有复杂结构的加热物体以将加热物体保持在较高的温度上。
发明内容
本发明的加热器单元制造方法是这样的方法，包括步骤根据加热物体的轮廓将大量无机纤维形成为绝热壳体，在将所述壳体注入耐热树脂之后对绝热壳体进行热处理，以及将加热元件安装在热处理的绝热壳体之内。优选地，耐热树脂是有机碳化硅系列涂料。
对于无机纤维，陶瓷纤维是优选的。陶瓷纤维是具有较高纯度氧化铝的较短长度纤维。除了氧化铝之外，其它成分，诸如硅土等可以被包括作为陶瓷纤维的成分，所述成分的比率可以相应地改变。
优选地，热处理步骤包括下述步骤第一热处理步骤，其中壳体在200-300摄氏度的温度范围中的温度上初步加热；以及第二热处理步骤，其中壳体在350-500摄氏度的范围中的温度上最终加热。
更为优选地，第一热处理步骤在240-260摄氏度的温度范围中的温度上被执行，第二加热步骤在440-480摄氏度的温度范围中的温度上被执行。
本发明的加热器单元制造方法还可以包括下述步骤在加热元件被安装在其中之后，将其中混合细硅粉末的耐热涂料施加到绝热壳体的外表面上。
此外，用于安装在绝热壳体中的加热元件的电绝热层可以通过将高耐热表面硬化介质等施加到加热元件上并固化所述介质而形成。
本发明的加热器单元制造方法包括如下步骤根据加热物体的轮廓将大量无机纤维形成为绝热壳体，在将所述板注入耐热树脂之后对绝热壳体进行热处理，以及将加热元件安装在热处理的绝热壳体之内。结果，所述方法具有下述的有利效果。
即，根据加热器单元制造方法，所述加热器单元可以根据加热物体的轮廓所形成。此外，加热器单元的外表面通过注入耐热树脂和热处理所固化，绝热层通过大量纤维所构成，空隙被形成在加热器单元之内。结果，在提供绝热属性时，加热器单元不发出灰尘，包括从加热器单元的表面的纤维分散。这样，对环境和人体没有负面效果。相应地，不需要任何用于热处理单元的塑料或者金属盖来防止灰尘发射。此外，加热器单元可以根据加热物体的轮廓一体形成，加热元件被安装在其中。这允许加热器单元以更少的部件、较低的成本制造。此外，加热元件可以与任何结构的加热物体相邻设置，这允许能量有效均匀加热。即，相对比较自由来设置加热物体的区域，加热器单元可以很容易形成，这样加热元件被放置与加热物体紧密接触形成，这可以提高将被维持的温度的精度。
此外，在有机碳化硅系列涂料别用于将注入到绝热壳体中的耐热树脂，可以制造高耐热加热器单元，这能够时加热大约350摄氏度的高温。
此外，在热处理步骤包括其中壳体在200-300摄氏度的温度范围中的温度初步加热的第一热处理步骤和其中壳体在350-500摄氏度的范围中的温度最终加热的第二热处理步骤的情况下，注入的有机碳化硅系列涂料的低温溶剂(粘合剂)在第一热处理步骤中被移除，有机碳化硅系列涂料的注入材料在第二热处理步骤中陶瓷化。这防止泡沫由于粘合剂被产生在壳体的表面上，绝热壳体的表面被强化，由此注入表面研磨等的加工变得可能。这使得壳体的结构进一步与加热物体相配合，允许更为均匀地加热。
此外，在第一热处理在240-260摄氏度的范围的温度上执行的情况下，以及第二热处理在440-480摄氏度的范围的温度被执行，表面强化层可以更为有效地形成。
此外，在加热元件被安装在其中之后，其中具有混合的较细碳化硅的耐热涂料被施加到绝热壳体上的情况下，可以获得改良的光洁度的表面抛光。
如所描述，本发明的加热器单元制造方法可以很容易施加到任何结构的加热物体上，这样用于不同的应用的加热器单元可以通过所述方法来制造。
图1是本发明的加热器单元制造方法的各步骤的流程图；图2是说明通过本发明的加热器单元制造方法所制造的加热器单元的分解透视图；图3是表示通过本发明的加热器单元制造方法所制造的加热器单元的加热物体的阀的示意透视图；图4是图2所示的加热器单元被安装在其上的图3所示阀的视图；图5是用于形成加热器单元的壳体的一半的绝热壳体的透视图。
具体实施例方式
此后，将详细参照
根据本发明的加热器单元制造方法(此后，简称为“制造方法”)的优选实施例。图1是说明本发明的制造方法的各步骤的流程图。图2是通过本发明的制造方法所制造的示意加热器单元的分解透视图。图3是表示图2所示的加热器单元的加热物体的阀门的透视图。图4是说明具有图2中所示的加热器单元安装在其上的图3所示阀门的视图。
首先，具有加热器单元1将被安装在其上的相对复杂的轮廓的开/关阀100将参照图3进行描述。整个阀通过附图标记100所指示，其通过接头104连接到流体管102。阀100包括立方体主体106、其中具有隔膜机构(未示出)的隔膜壳体、圆柱形执行器110以及一对连接部分112。每个连接部分112通过六角形螺帽状接头104和套筒114连接到管102。当执行器110被操作时，流体从连接部分112之一通过主体106、隔膜壳体108、再次通过主体106而流动到相对的连接部分110。这样，这些部分是阀门100的流动路径形成部分。包括接头104的流动路径形成部分需要适当地加热以避免前面所说明的露水凝结和阻塞。阀门100的结构在本领域中是公知的，并且详细的说明被省略。
接着，将参照附图2对加热器单元1进行说明。在图2中，相同的部分给予相同的附图标记。加热器单元1包括一对壳体半部分1a、1b，每个具有彼此对称的结构。当壳体半部分1a、1b配合在一起时，形成覆盖阀100的加热器单元1。各壳体半部分1a、1b也具有圆弧切口4，与凹陷部分2相连通用于接收具有圆形轮廓的隔膜壳体108，以及与用于容纳执行器110的切口4相邻的圆弧形凹陷部分6。如图4所示，加热器单元1被形成，使阀门100的隔膜壳体108坐落在安置在切口4之下的肩部8上，当其安装在阀100上时，执行器110坐落在凹陷部分6的底板10上。
蜿蜒槽14被形成在各凹陷部分2的侧壁12的大体整个表面上，并且加热器(加热元件)16沿着各槽14安装。加热器16连接到两端被拉到外侧的导线18，并在电流流经导线18时产生热。每个壳体半部分1a、1b的加热器16通过导线20彼此连接。加热器单元1被如此形成结构，这样各加热器16相邻于主体106和各侧上的隔膜壳体108安置，并在它们通过凹陷部分2所容纳时直接加热它们。各壳体半部分1a、1b的内表面而不是加热器16被设置的区域形成辐射加热部分。辐射加热部分不限于围绕加热器16的区域，而且包括热从加热器16传输的所有的区域，例如凹陷部分2的内壁23、凹陷部分6和将被后面说明的切口32等。因此，阀100也通过这些辐射加热部分来加热。
壳体半部分1a、1b具有螺纹夹钳孔(cramp hole)28、30以将它们配合在一起并集成作为加热器单元1。但是，集成方法不限于螺纹夹钳。壳体半部分1a、1b可以通过任何其它方法固定在一起，包括使用固定带或者栓配合。
在壳体半部分1a、1b被配合在一起时，形成与壳体半部分1a、1b之一中的凹陷部分2相连通的相对壁34、36上的半圆形切口32产生具有在其它壳体半部分中的对应的切口32的圆形通孔37(图4)。如图4所示，套筒114被放置通过所述通孔37。同样如图所示，阀100的执行器110的下部、隔膜壳体108、接头104以及套筒114的一部分在加热器单元1被安装到阀100上时通过紧密接触的壳体半部分1a、1b所覆盖。这允许包括连接部分112和接头104的阀100的延伸区域被加热并被保持在预定的温度上。作为温度传感器的热电偶在附图中被省略。
此后，将参照附图1对用于制造具有上述结构的加热器单元1的方法进行说明。陶瓷纤维被用作制造加热器单元1的材料。此处所使用的陶瓷纤维时通过电熔过程熔化较高纯度的氧化铝所制造的较短长度纤维(注册商标名称Isowool)，并具有不小于1260摄氏度的优良耐热特性和密度。除了氧化铝之外，其它元件(例如硅土)也可以被包括作为陶瓷纤维的成分，所述成分的比率可以相应地改变。所使用的陶瓷纤维具有大约2.8μm的直径，不大于250mm的长度。在本实施例中，具有更小毫米的长度的陶瓷纤维可以被使用。但是，纤维不一定必须具有均匀的长度，纤维越短，或者比几个毫米更长也可以被包括。根据加热器单元1的尺寸，主要使用通过具有适当尺寸的纤维所构成的陶瓷纤维。
如纤维模制步骤50指示，陶瓷纤维通过制模机(未示出)来模制为具有预定结构的绝热壳体，即，壳体半部分1a、1b的结构。当模制壳体时，陶瓷纤维被悬置在水中，无机或者有机粘合剂被添加到其中以让其成浆，因为陶瓷纤维本身是线。然后，所述浆液被模制和干燥以获得壳体半部分1a、1b。任何模制方法，包括压缩模制可以用于模制步骤50。此外，模制可以根据所使用的方法手工执行。
对应壳体半部分1b的壳体之一被显示在图5中。图5是用于产生加热器单元1的壳体部分1b的壳体38的透视图。用于产生壳体部分1a的壳体在附图中省略，因为其结构基本与图5中所示的绝热壳体38的结构对称。绝热壳体38基本与没有槽14(图1)的壳体部分1b的结构相同，所述槽14用于将加热器16安装到凹陷部分2的侧壁12上，所述凹陷部分12将在后续的切割步骤中提供。当然，槽14可以通过壳体38的模制同时提供，而不是切割步骤。在图1中，左列指示各制造步骤，右列指示通过对应的步骤所产生的各项。
接着，绝热壳体38在耐热树脂注入步骤54中注入耐热树脂。此处所使用的耐热树脂是有机碳化硅系列涂料(商标名称Tyranocoat)。所述涂料是较高耐热陶瓷涂料，包括有机硅聚合物(tyranopolymer)，其是碳化硅连续纤维(商标名称Tyranofiber)的前体，作为主要的粘合剂，并可以承受超过800摄氏度的温度。有机碳化硅系列涂料(商标名称Tyranocoat)具有多种样式，包括基本透明清漆、透明清漆和色素的混合物的彩色清漆，它们任一都可以被使用。
作为有机碳化硅系列涂料的粘合剂的有机硅聚合物是具有熔点大约220摄氏度的热塑塑料。其具有网状结构，其中碳硅烷骨架的主链通过有机钛复合物交联。其在400摄氏度上开始矿化并在700摄氏度上完成，并在不损失热的情况下保持稳定的无晶态陶瓷状态直到超过120摄氏度。然后，有机硅聚合物在矿化之后被转变为由硅、碳、钛和氧所构成的非晶陶瓷。
注入步骤通过从刷、浸渍和喷洒所构成的组中所选择的适当的方法来执行，这依赖于将被制造的物体(即绝热壳体38等)的结构、尺寸和量。在本实施例中，注入步骤通过刷来执行。当如上所述的耐热树脂通过刷被施加到绝热壳体38上时，其从绝热壳体38的表面扩散到其内部。这样的原因是绝热壳体38由多个纤维所构成，其被模制在一起，并且耐热树脂可以在这些纤维之间扩散。扩散的程度依赖于施加到绝热壳体38上的涂料量和施加时间，但是其可以从其表面向内扩散到大约2mm远。此处，必须注意从所述表面比2mm更深的内侧包括通过其中包括空气的多个纤维所形成。这允许通过加热器16所产生的热被容纳在其中并有效地用于加热，以及提供良好的热保持效果。
此后，绝热壳体38被放置在室温中并被干燥到可接触，即干燥直到接触时涂料不粘指尖为止。
然后，干燥的绝热壳体38被进行热处理，如热处理步骤所指示。在热处理步骤56中，第一热处理步骤首先在200-300摄氏度的范围中的温度上执行，这是初步热处理，以在后续第二热处理被执行之前消除低温粘合剂。然后，第二热处理步骤在从350-500摄氏度的范围中的温度上执行大约30分钟。第二热处理步骤陶瓷化被注入的材料并强化很多的陶瓷纤维的表面上的注入层。表面强化层的厚度在从大约0.5mm到大约2mm的范围中。这防止纤维剥离绝热壳体38的表面，由此防止灰尘发射。此处，绝热壳体38内的绝热层被保持，这样绝热能力没有通过热处理所丢失。
在所述表面上具有强化的注入层的绝热壳体38具有不规则表面。这样的原因是一体模制的陶瓷纤维的体积是绝热壳体38的基材料。但是切割操作可以在绝热壳体38上执行，因为其具有强化表面。例如，绝热壳体38的表面和其它需要的部分可以变光滑。
接着，制造过程移动到加热元件嵌入步骤58。在所述步骤中，加热器16(例如镍铬铁合金丝等)被安装在绝热壳体38的槽14中。
然后，在加热元件绝热层形成步骤60中，具有较高粘性等的较高耐热表面硬化介质被施加并固化以将加热器16固定在槽14中，并形成电绝热层。这防止了加热器16和加热物体之间的电接触，由此防止短路。较高耐热表面硬化介质可以是具有其中混合超细硅粉末的耐热涂料，并具有预定的粘性，这将在下面进行详细的说明。
然后，在作为制造过程的最终步骤的超细硅粉末施加步骤62中，具有其中混合超细硅粉末并具有预定的粘性的耐热涂料施加到所述表面上并干燥。此外，所述表面被研磨以获得光滑的表面加工。使用耐热涂料的表面加工可以执行多次。
这完成了制造过程，并制造出包括加热器单元1的壳体半部分1a、1b。通过壳体半部分1a、1b所构成的加热器单元1重量较轻并具有较高绝热和耐热属性。从耐热属性的方面，加热器单元1可以在相当高的温度上加热和保持加热物体。例如，在本实施例中，阀100可以在350摄氏度上加热和保持。
尽管对本发明的优选实施例进行了说明，但是普通技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和实质的情况下，可以对本发明进行修改，其范围由权利要求书及其等同限定。
例如，在模制步骤50中，壳体38可以被模制以具有与壳体半部分1a或者1b的结构几乎相同的结构，以及切割步骤可以被额外地执行，如上所述。但是，优选地，将在耐热树脂注入步骤54之后执行的、通过切割步骤所提供的切口的深度比注入层更浅。
权利要求
1.一种加热器单元制造方法，包括步骤根据加热物体的轮廓将大量无机纤维形成为绝热壳体；在将所述壳体注入耐热树脂之后对绝热壳体进行热处理；以及将加热元件安装在热处理的绝热壳体之内。
2.根据权利要求1所述的加热器单元制造方法，其中，所述耐热树脂是有机碳化硅系列涂料。
3.根据权利要求1或2所述的加热器单元制造方法，其中，所述热处理步骤包括步骤第一热处理步骤，其中壳体在200-300摄氏度的温度范围中的温度上初步加热；以及第二热处理步骤，其中壳体在350-500摄氏度的范围中的温度上最终加热。
4.根据权利要求3所述的加热器单元制造方法，其中，第一热处理步骤在240-260摄氏度的温度范围中的温度上被执行，第二加热步骤在从440-480摄氏度的温度范围中的温度上被执行。
5.根据权利要求1-4任一所述的加热器单元制造方法，还包括步骤在加热元件被安装在其中之后，将其中混合细硅粉末的耐热涂料施加到绝热壳体的外表面上。
全文摘要
一种加热器单元制造方法，适于在没有产生灰尘的危险下制造加热器单元，具有简单的结构，较低的成本和更小的能量损坏。本发明的加热器单元制造方法包括用于将大量无机材料的纤维的纤维形成步骤(50)，用于形成绝热壳体，用于将绝热壳体注入耐热树脂的耐热树脂注入步骤(54)，用于进行热处理的热处理步骤(56)，以及用于将加热元件安装到绝热壳体的内侧上的加热元件嵌入步骤(58)。
文档编号F16L53/00GK1795702SQ200480014399
公开日2006年6月28日 申请日期2004年4月19日 优先权日2003年5月26日
发明者长谷川贞次, 末村修一 申请人:株式会社东京技术研究所