(57)【要約】  本開示は、金属から構成される導管（４）を加熱するように構成された熱管理システム（２）に関する。熱管理システム（２）は、高周波の交流電流を発生させるための発電機（１６）を含む。第１及び第２の電気コネクタ（１９、２０）は、発電機（１６）を導管（４）に接続するために提供される。使用時には、発電機（１６）は、高周波の交流電流を第１及び第２の電気コネクタ（１９、２０）に出力し、交流電流は、導管（４）に導入されて導管（４）の直接加熱を引き起こす。本開示はまた、熱管理システム（２）を含む排気システム（１）に関し、また、導管（４）を加熱する関連の方法に関する。【選択図】図２
2021506061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属から構成される導管（４）を加熱するための熱管理システム（２）であって、
高周波の交流電流を発生させるための発電機（１６）と、
前記発電機（１６）を前記導管（４）に接続するための第１及び第２の電気コネクタ（１９、２０）と、
を備え、
使用時には前記発電機（１６）は、高周波の交流電流を前記第１及び第２の電気コネクタ（１９、２０）に出力し、前記交流電流は、前記導管（４）に導入されて前記導管（４）の直接加熱を引き起こす、
ことを特徴とする熱管理システム（２）。
【請求項２】
前記発電機（１６）は、１００ヘルツ（Ｈｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム（２）。
【請求項３】
前記発電機（１６）は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム（２）。
【請求項４】
前記発電機（１６）は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム（２）。
【請求項５】
前記発電機（１６）は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム（２）。
【請求項６】
前記発電機（１６）は、異なる周波数の交流電流を出力するように再構成される、ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の熱管理システム（２）。
【請求項７】
前記発電機（１６）は、５０アンペア又は２０アンペアのうちの一方以下の大きさを有する交流電流を出力するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の熱管理システム（２）。
【請求項８】
使用時には、前記導管（４）の電圧は、６０ボルト以下又は４８ボルト以下である、ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の熱管理システム（２）。
【請求項９】
前記第１及び第２の電気コネクタ（１９、２０）は各々、個々に絶縁されたワイヤの複数のストランドを有するケーブルを含む、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の熱管理システム（２）。
【請求項１０】
いつ電気抵抗が所定の閾値を超えたか又は所定の動作範囲外にあるかを識別するための障害検出モジュールを含む、ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の熱管理システム（２）。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の熱管理システムと少なくとも１つの導管（４）とを備える排気システム（１）であって、前記第１及び第２の電気コネクタが前記少なくとも１つの導管に接続される、ことを特徴とする排気システム（１）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの導管（４）は電気的に隔離される、ことを特徴とする請求項１１に記載の排気システム（１）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの導管（４）は、該導管（４）を電気的に隔離するための電気絶縁体を各々が含む１又は２以上の支持体（６）によって支持される、ことを特徴とする請求項１２に記載の排気システム（１）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの導管（４）のそれぞれの端部に配置され、各々が電気絶縁カップリングを含む第１及び第２のカップリング（９、１１）を備える、ことを特徴とする請求項１１、１２又は１３の何れか１項に記載の排気システム（１）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの導管（４）はステンレス鋼から構成される、ことを特徴とする請求項１１〜１４の何れか１項に記載の排気システム（１）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの導管（４）は磁性材料から構成される、ことを特徴とする請求項１１〜１４の何れか１項に記載の排気システム（１）。
【請求項１７】
金属から構成される導管を加熱する方法であって、発電機（１５）を用いて前記導管（４）に交流電流を導入し、前記交流電流が、高周波で前記導管に直接導入されてジュール効果によって前記導管（４）を加熱する段階を含む、方法。
【請求項１８】
前記交流電流は、１００ヘルツ（Ｈｚ）以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記交流電流は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記交流電流は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記交流電流は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記交流電流は、５０アンペア又は２０アンペアの一方以下の大きさを有する、ことを特徴とする請求項１７〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記導管の電圧は、６０ボルト以下、又は４８ボルト以下である、ことを特徴とする請求項１７〜２２の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記導管（４）の１又は２以上のパラメータに応じて前記交流電流の周波数を修正する段階を含む、ことを特徴とする請求項１７〜２３の何れか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記導管（４）の電気抵抗を監視して障害を検出する段階を含む、ことを特徴とする請求項１７〜２４の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記電気抵抗が所定の閾値を超えたか又は所定の動作範囲外にあるときに障害を検出する段階を含む、ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
実行時に請求項１９〜２６の何れか１項に記載の方法をプロセッサに実施させる命令セットを記憶させた非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱管理方法及び装置に関する。詳細には、限定するものではないが、本開示は、導管のための熱管理システム、熱管理システムを含む排気システム、及び導管を加熱する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の熱管理システム（ＴＭＳ）１０２を含む排気システム１０１が、図１に示されている。ＴＭＳ１０２は、工業プロセス用のプロセスガスを搬送するための導管１０４の温度を制御するように動作可能である。排気システム１０１は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスから排出された蒸着ガス及び関連する粉末を輸送するために提供することができる。ＴＭＳ１０２は、コントローラ１１５と、複数の抵抗加熱器パッド１２３とを備える。コントローラ１１５は、電流を抵抗加熱器パッド１２３の各々に供給するように構成される。抵抗加熱器パッド１２３は、互いに分離され、導管１０４の長さに沿って配置される。抵抗加熱器パッド１２３は、各々、長さ１（１）メートルとすることができるので、長さ１０（１０）メートルの導管１０４に対して、上述の抵抗加熱器パッド１２３の１０（１０）個を提供することが必要とすることができる。導管１０４が、例えば、１又は２以上の屈曲部又はバルブを含む複雑な幾何学形状を有する場合、追加の抵抗加熱器パッド１２３を提供することが必要となることもある。使用時には、抵抗加熱器パッド１２３は加熱され、導管１０４は、熱伝導を介して加熱される。しかしながら、抵抗加熱器パッド１２３から導管１０４への熱伝達は、特に不十分な熱導体であるステンレス鋼では不十分な場合がある。抵抗加熱器パッド１２３は、特に導管１０４が複雑な幾何学形状を有する場合には据え付けるのが困難な場合がある。更に、抵抗加熱器パッド１２３からの熱伝達は、オペレータに依存する導管１０４の上への接続具の品質によって決まる。抵抗加熱器パッド１２３はまた、故障及び欠陥を起こしやすい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来技術のシステムに関連する問題の少なくとも一部を克服又は改善しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様は、熱管理システム、熱管理システムを含む排気システム、導管を加熱する方法、及び添付の特許請求の範囲に記載される非一時的コンピュータ可読媒体に関する。
【０００５】
本発明の態様によれば、金属から構成される導管を加熱するための熱管理システムが提供され、熱管理システムは、
高周波の交流電流を発生させるための発電機と、
発電機を導管に接続するための第１及び第２の電気コネクタと、
を備え、
使用時には、発電機は、高周波の交流電流を第１及び第２の電気コネクタに出力し、交流電流は、導管に導入されて導管の直接加熱を引き起こす。使用時には、交流電流は、導管に直接導入される。交流電流の供給は、ジュール効果によって導管の直接加熱を引き起こす。従って、熱は導管のコアに発生する。（その外面に対して位置決めされた抵抗加熱器パッドではなくて）導管自体を加熱することによって、熱伝達を改善することができる。高周波の交流電流を供給することによって、導体の実効抵抗は増加する。結果として、少なくとも特定の実施形態において、従来技術のシステムと比べて加熱を増大させることができる導管に（Ｉ２Ｒ損失とも呼ばれる）より大きな電力損が存在する場合がある。少なくとも特定の実施形態において、交流電流の大きさは、同等の加熱を提供するのに必要な直接電流よりも低い。
【０００６】
同じ電流が、上述の第１及び第２のコネクタによって確立された接続間の導管を通って流れる。従って、温度は、導管の当該長さに沿って少なくとも実質的に均一とすることができる。導管に沿ったどこかに位置付けられる（例えば、「熱電対」又は他の温度センサによる）単一温度測定は、当該セクション内の温度を監視するのに十分とすることができる。第１の電気コネクタは、導管の第１の端部又はその近傍に接続することができ、第２の電気コネクタは、導管の第２の端部又はその近傍に接続することができる。この配列では、導管は、その長さに沿って加熱することができる。
【０００７】
熱管理システムを用いて、複雑な形状を有する、例えば、逆止バルブ、屈曲部、その他を含む導管の加熱を提供することができる。別個の抵抗加熱器パッドを提供する必要性が低減又は排除される。
【０００８】
発電機は、交流電流が生成される周波数及び／又は大きさを制御するための電気制御ユニット（ＥＣＵ）を含むことができる。ＥＣＵは、１又は２以上のプロセッサを含むことができる。
【０００９】
少なくとも特定の実施形態において、導管に導入される交流電流は、通常は導体の「スキン」と呼ばれる導体の外側領域に主として電流が流れるようにするのに十分に高い周波数を有する。スキンは、導体の厚みに等しいか又はそれよりも小さい深さを有することができる。本明細書で用いる用語「高周波数」は、１００ヘルツ以上の周波数を指すことは理解することができる。
【００１０】
発電機は、１００ヘルツ（Ｈｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１１】
発電機は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１２】
発電機は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１３】
発電機は、５０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１４】
発電機は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１５】
発電機は、５００キロヘルツ（ｋＨｚ）以下の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。特定の実施形態において、発電機は、５００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数の交流電流を出力するように構成することができる。
【００１６】
発電機は、異なる周波数の交流電流を出力するように再構成することができる。
【００１７】
発電機は、５０アンペア又は２０アンペアの一方以下の大きさを有する交流電流を出力するように構成することができる。
【００１８】
使用時には、導管の電圧は、６０ボルト以下又は４８Ｖ以下とすることができる。
【００１９】
第１及び第２の電気コネクタは各々、個々に絶縁されたワイヤの複数のストランドを有するケーブルを含むことができる。第１及び第２の電気コネクタは、例えば、各々リッツ（Ｌｉｔｚ）線を含むことができる。
【００２０】
少なくとも特定の実施形態において、導管を通って流れる電流強度の監視は、障害があるか又はないかを示すことになる。導管を通って流れる電流の存在は、連続性を保証し、従って、導管が十分加熱されることを保証する。
【００２１】
熱管理システムは、障害検出モジュールを備えることができる。障害検出モジュールは、いつ電気抵抗が所定の閾値を超えたか又は所定の動作範囲外にあるかを識別するように構成することができる。障害検出モジュールは、発電機によって出力される電流及び電圧に応じて電気抵抗を計算することができる。電気抵抗が所定の閾値を超えた場合、障害検出モジュールは、例えば、導管のサブセクションの間及び／又は第１及び第２の電気コネクタと導管との間に不十分な又は障害のある電気的接続が存在すると判断することができる。障害検出モジュールは連続的に作動することができる。代替として、障害検出モジュールは、定期的に、例えば、障害検出モードで作動することができる。
【００２２】
第１の電気コネクタは、導管の入口又はその近傍にある導管に接続することができる。第２の電気コネクタは、導管の出口又はその近傍にある導管に接続することができる。
【００２３】
第１及び第２の電気コネクタは、導管上に設けられた第１及び第２の電気点に接続するように構成することができる。電気点は、例えば、機械的ファスナによって導管に締結することができる。電気点は、例えば、溶接によって導管に恒久的に取り付けることができる。
【００２４】
導管は排気導管とすることができる。排気導管は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスからプロセスガスを搬送するのに好適とすることができる。排気導管は、例えば、工業プロセスにおいて排気システムの一部を形成することができる。
【００２５】
代替として、導管はフォアラインとすることができる。導管は、工業プロセスのためのガスを供給するように構成することができる。
【００２６】
代替として又はこれに加えて、熱管理システムは、バルブを加熱するのに好適とすることができる。バルブは、例えば、導管に接続することができる。熱管理システムは、導管及びバルブの両方を加熱するのに好適とすることができる。実施例として、熱管理システムは、排気導管又はフォアラインのどちらかの上に存在する隔離バルブを加熱するのに好適とすることができる。
【００２７】
本発明の更なる態様によれば、本明細書で説明される熱管理システム及び少なくとも１つの導管を備えた排気システムが提供され、第１及び第２の電気コネクタがこの少なくとも１つの導管に接続されている。
【００２８】
排気システムは、任意選択的に隔離バルブなどの少なくとも１つのバルブを含むことができる。使用時には、熱管理システムは、少なくとも１つの導管及び少なくとも１つのバルブを加熱することができる。
【００２９】
少なくとも１つの導管は、電気的に隔離することができる。少なくとも１つの導管は、導管を電気的に隔離するための電気絶縁体を各々が含む１又は２以上の支持体によって支持することができる。電気絶縁体は、テフロン（登録商標）コーティングなどの電気絶縁コーティングを含むことができる。代替として又はこれに加えて、電気絶縁体は、導管と接触するための電気絶縁膜を含むことができる。代替として又はこれに加えて、各支持体は、電気絶縁膜から構成することができる。
【００３０】
排気システムは、少なくとも１つの導管のそれぞれの端部に配置された第１及び第２のカップリングを含むことができる。第１及び第２のカップリングは、流体密封シールを形成して、例えば、導管の入口及び出口を密封するように配列することができる。第１及び第２のカップリングは各々、例えば、エラストマー材料又はゴムから構成されるＯリングを含むことができる。第１及び第２のカップリングは各々、電気絶縁カップリングを含むことができる。従って、第１及び第２のカップリングは、導管を電気的に隔離するのに好適とすることができる。
【００３１】
排気システムは、導管を熱的に絶縁するための熱絶縁体を含むことができる。例えば、排気システムは、導管の周りに配置された断熱剤を含むことができる。
【００３２】
少なくとも１つの導管は、ステンレス鋼から構成することができる。少なくとも１つの導管は、例えばより高い抵抗率を有する、他の材料から構成することができる。
【００３３】
少なくとも１つの導管は、磁性材料から構成することができる。例えば、少なくとも１つの導管は、磁化ステンレス鋼を含むことができる。少なくとも１つの導管は、１よりも大きい（＞１）比透磁率を有する磁性材料から構成することができる。少なくとも１つの導管を磁性材料から形成することによって、材料の有効な電気抵抗率が増加することになり、これによって熱的加熱を促進する。少なくとも１つの導管は、強磁性材料から構成することができる。
【００３４】
本発明の更なる態様によれば、金属から構成される導管を加熱する方法が提供され、本方法は、発電機を用いて導管に交流電流を導入し、交流電流は、高周波で導管に直接導入されて、ジュール効果によって導管を加熱する段階を含む。
【００３５】
交流電流は、１００ヘルツ（Ｈｚ）以上の周波数にすることができる。
【００３６】
交流電流は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数にすることができる。
【００３７】
交流電流は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数にすることができる。
【００３８】
交流電流は、５０キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数にすることができる。
【００３９】
交流電流は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数にすることができる。
【００４０】
交流電流は、５００キロヘルツ（ｋＨｚ）以下の周波数にすることができる。特定の実施形態において、交流電流は、５００キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の周波数にすることができる。
【００４１】
交流電流は、５０アンペア又は２０アンペアの一方以下である大きさを有することができる。
【００４２】
導管の電圧は、６０ボルト以下又は４８ボルト以下である。
【００４３】
本方法は、導管の１又は２以上のパラメータに応じて交流電流の周波数を修正する段階を含むことができる。例えば、交流電流の周波数は、以下のパラメータ：導管の長さ、導管の直径、導管の壁厚、導管を形成する材料の伝導性、及び導管を形成する材料のうちの１又は２以上に応じて修正することができる。
【００４４】
本方法は、導管の電気抵抗を監視して、障害を検出する段階を含むことができる。本方法は、電気抵抗が所定の閾値を超えたか又は所定の動作範囲外にあるときに障害を検出する段階を含むことができる。電気抵抗は、導管に出力された電流及び電圧に応じて計算することができる。電気抵抗が所定の閾値を超えた場合、障害検出モジュールは、例えば、導管のサブセクションの間及び／又は導管と１又は２以上の電気コネクタとの間に不十分な又は障害のある電気的接続が存在すると判断するこことができる。本方法は、連続的に電気抵抗を監視する段階を含むことができる。代替として、本方法は、定期的に、例えば、障害検出モードで電気抵抗を監視する段階を含むことができる。
【００４５】
本発明の更なる態様によれば、実行時に本明細書で記載される方法をプロセッサに実施させる命令セットを記憶させた非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。
【００４６】
本明細書で記載されるあらゆる制御ユニット又はコントローラは、１又は２以上の電子プロセッサを有する計算デバイスを好適に含むことができる。システムは、単一制御ユニット又は電子コントローラを含むことができ、又は代替として、コントローラの様々な機能は、様々な制御ユニット又はコントローラに埋め込み又は提供することができる。本明細書で用いられる場合、用語「コントローラ」又は「制御ユニット」は、あらゆる状態制御機能を提供するよう全体として作動する単一制御ユニット又はコントローラ及び複数の制御ユニット又はコントローラの両方を含むことは理解されることになる。コントローラ又は制御ユニットを構成するために、実行時に、上述の制御ユニット又は計算デバイスに本明細書で特定する制御技術を実装させる適切なセット命令を提供することができる。この命令セットは、上述の１又は２以上の電子プロセッサに好適に埋め込むことができる。代替として、命令セットは、上述の計算デバイスで実行するように上述のコントローラに関連する１又は２以上のメモリに保存されたソフトウェアとして提供することができる。制御ユニット又はコントローラは、１又は２以上のプロセッサで動作するソフトウェアに実装することができる。１又は２以上の他の制御ユニット又はコントローラは、１又は２以上のプロセッサ、任意選択的には、第１のコントローラと同じ１又は２以上のプロセッサで動作するソフトウェアに実装することができる。他の適切な配列も用いることができる。
【００４７】
本出願の範囲内で、上記の段落、特許請求の範囲及び／又は以下の説明及び図面において記載される種々の態様、実施形態、実施例及び代替形態、並びに特にその個々の特徴は、独立して又はあらゆる組み合わせで行うことができることは明示的に意図される。すなわち、全ての実施形態及び／又はあらゆる実施形態の特徴は、このような特徴が両立不能でない限り、あらゆる方法及び／又は組み合わせで組み合わせることができる。出願人らは、最初に特許請求されていないが、他のクレームに従属し及び／又は他のクレームのあらゆる特徴を組み込むように何れかの最初に提出されたクレームを補正する権利を含む、何れかの最初に提出されたクレーム又はこれに応じたあらゆる新しいクレームを変更する権利を留保する。
【００４８】
ここで、本発明の１又は２以上の実施形態について、添付図面を参照しながら単に実施例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】排気システムのための従来技術の熱管理システムの概略図を示す。
【図２】本発明の実施形態による熱管理システムの概略図を示す。
【図３】導管の所与のセクションのため一定量の電力を消費する電流と周波数との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
ここで、本発明の実施形態による熱管理システム（ＴＭＳ）２を含む排気システム１について、添付図面を参照しながら説明する。排気システム１は、排気システム１に接続された除害デバイス３に凝縮性固体を含むプロセスガスを搬送するのに適している。排気システム１は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスから放出された蒸着ガス及び関連する粉末を輸送するために提供することができる。ＴＭＳ２は、排気システム１の温度を制御して、化合物が揮発性のままであることを保証するように構成され、これによって、排気システム２を部分的に又は完全に遮断する可能性がある固体の蓄積を阻止又は抑制する。ＴＭＳ２及び排気システム１は、他の工業プロセスにおいて利用できることは理解されるであろう。
【００５１】
図２に示すように、排気システム１は、導管４を含む。導管４は、ステンレス鋼などの金属から構成される管体の形態である。導管４は、例えば、４０ｍｍの内径を有するＤＮ４０パイプを含むことができる。導管４は、特定の実施形態において、約１ｍｍ又は最大２ｍｍまでの壁厚を有することができる。導管４は、例えば、１０メートル又はそれよりを上回る長さとすることができ、回旋状経路に従うことができる。導管４は、排気ガスを除害デバイス３に搬送するための実質的に連続した流体経路を形成する。導管４は、単一の長さのパイプからなることができる。しかしながら、導管４は、典型的には、流体密封方式で共に接合された複数のサブセクション５−１、５−２を含む。導管４は、必要な接続を除害デバイス３に提供するために１又は２以上の屈曲部を含むことができる。導管４は、複数の支持体６によりその長さに沿って支持される。本実施形態における支持体６は、導管４を電気的に隔離するように構成される。本実施形態における支持体６は各々、導管４の外部表面と接触するためにテフロン（登録商標）などの電気絶縁コーティング８を有するクランプ７を含む。変形形態では、クランプ７と導管４との間に電気絶縁インサート（図示せず）を設けることができる。変形形態では、支持体６は、電気絶縁材料から形成することができる。
【００５２】
入口カップリング９は、排気システム１の入口１０に設けられ、出口カップリング１１は、排気システム１の出口１２に設けられる。出口カップリング１１は、本実施形態において、排気システム１を除害デバイス３に接続するために設けられる。入口及び出口カップリング９、１１は各々、関連する構成要素と流体密封シールを形成するためのＯリングを含む。更に、本発明の態様によれば、入口及び出口カップリング９、１１は、電気絶縁体である。入口及び出口カップリング９、１１は、電気絶縁部材を含むことができる適切な電気絶縁材料から形成することができる。
【００５３】
ゲートバルブ１３は、排気システム１の出口１２に設けられる。ゲートバルブ１３は、選択的に出口１２を開閉するように作動可能である。ゲートバルブ１３は、固体の蓄積を低減するように加熱することができる。断熱剤１４は、導管４を熱的に絶縁するために、導管４の外部の周りに提供される。
【００５４】
ＴＭＳ２は、電気制御ユニット（ＥＣＵ）１５及び発電機１６を含む。ＥＣＵ１５は、発電機１６の動作を制御するように構成された少なくとも１つのプロセッサ１７を含む。ヒューマンマシンインターフェイス（ＨＭＩ）１８は、ＴＭＳ２の動作を制御するために設けられる。発電機１６は、高周波の交流電流を（ＡＣ）を発生させるためのものである。本明細書で記載されるように、発電機１６は、１００ヘルツ以上の周波数でＡＣを発生させるように構成することができる。ＴＭＳ２は、発電機１６を導管４に接続するための第１及び第２の電気コネクタ１９、２０を含む。第１の電気コネクタ１９は、排気システム１の入口１０又はその近傍に接続され、第２の電気コネクタ２０は、排気システム１の出口１２又はその近傍に接続される。本実施形態の第１及び第２の電気コネクタ１９、２０は各々、共に捩り又は織ることができる個々に絶縁されたワイヤ（例えば、リッツ線）の複数のストランドを有するケーブルを含む。
【００５５】
使用時には、発電機１６は、第１及び第２の電気コネクタ１９、２０を介して導管４に高周波電流を注入する。導管４への交流電流の導入は、ジュール効果に起因して加熱を引き起こす。ＡＣが導管４に供給されると、電流が主として導体の「スキン」に流れるので、電流密度は、導体の表面近くで最大である。従って、加熱は、電流密度の増加に起因して表面又はその近傍でより顕著になる場合がある。これは、いわゆる「スキン効果」に起因し、これによって、電流は主として導体の「スキン」で流れる。「スキン深さ」（δ）は、以下の式によって決定される：
【数１】
2021506061.tif 000003
式中：δ＝スキン深さ、ρ＝抵抗率、ω＝角速度、及びμ＝透磁率。
【００５６】
スキン深さは、ＡＣの周波数が増加するにつれて減少する。導体の実効抵抗は、スキン深さの減少に起因して周波数が高くなるにつれて増加する（これにより導体の実効断面積を減少させる）。従って、導管４の加熱は、発電機１６によって導入されるＡＣの周波数を増加させることにより増大することができる。少なくとも特定の実施形態において、１００Ｈｚ以上又は１００Ｈｚに等しい周波数のＡＣの導入は、導管４の十分な加熱を提供する。しかしながら、発電機１６は、より高周波でＡＣを発生させて、例えば、電流の大きさ（振幅）を減少させるように構成することができる。
【００５７】
本発明の態様によるＴＭＳ２は、導管４の内側に直接熱を発生させる。従って、ＴＭＳ２は、外部加熱要素を用いて間接加熱を行うのではなく、加熱要素として導管４を用いる。ここでＴＭＳ２の動作について説明する。消費電力は、抵抗に加えられる電流の二乗に比例している。この関係は、以下の式によって定義される：
【数２】
2021506061.tif 000004
式中：Ｐ＝電力（ワット）、Ｉ＝電流（アンペア）、及びＲ＝抵抗（Ω）。
【００５８】
長さ１（１）メートルのＤＮ４０パイプにおいて２８０ワットの電力を消費させる電流と周波数との間の関係は、図３に示すグラフ２１で表されている。グラフ２１は、ＡＣの周波数の増加が、同じ電力損を達成するのに必要な電流の大きさの低減を可能にする。実施例として、５００ｋＨｚの供給周波数を考慮して、（ＤＣ中の３００Ａに相当するものと比較して）わずか１８Ａの電流を必要とする。更に、電流注入は、安全性を向上させるパイプ長さにわたって低電圧（４８Ｖ未満）を伴う。発電機１６はまた、任意選択的に、ＴＭＳ２をＳＥＭＩ及びＥＮ６１０１０に適合させるために、小さなＨＦ変圧器を実装することによって二重絶縁を提供することができる。
【００５９】
比較として、極めて高い電流を用いる必要があるので、直流（ＤＣ）を導管４に供給することによる同等の加熱は実用的ではないことは理解されるであろう。ステンレス鋼から形成された従来のＤＮ４０導管は、２．７ミリオーム／ｍの典型的な抵抗を有する。その導管（４）に沿った０．２Ｗ／ｃｍ2（図３に示す実施例のように、長さ１メートルのパイプＤＮ４０１に対して２８０Ｗと同等）の電力密度を考慮すると、３００アンペアを超える電流を供給する必要があることになる。必要な電流は、より高い抵抗率を有する金属から導管（４）を形成することによって減少させることができるが、これは、より高い費用を負担する可能性が高いことになり、プロセスガス中の化合物との化学的適合性などの追加の課題が存在する場合がある。
【００６０】
ＴＭＳ２は、１又は２以上の温度センサ２２を任意選択的に含むことができる。実質的に均一な温度が導管４に沿って生成されるので、特定の実施形態において、ＴＭＳ２は、単一温度センサ２２から構成することができる。温度センサ２２は、フィードバックを与えるようにＥＣＵ１５に温度信号Ｓ１を出力することができる。ＥＣＵ１５は、これによって、発電機１６によって導管４に供給される電流を制御して、所望の動作温度に又は所望の温度範囲内に導管４を維持することができる。
【００６１】
本発明の更なる態様に従ってＴＭＳ２は、障害検出モードを実装するように構成することができる。詳細には、ＴＭＳ２は、導管４を含む電気回路の一体化を点検するように構成することができる。所定の電圧（Ｖ）を印加して電流（Ｉ）を測定することができる。導管４の抵抗（Ｒ）は、例えば、導管４のサブセクションの間又は導管４とそれぞれ第１及び第２の電気コネクタ１９、２０との間に不十分な電気的接続があるかどうか判断するように計算することができる。抵抗（Ｒ）が所定の閾値以上のか、又は所定の動作範囲外にある場合、ＴＭＳ２は、障害状態を示す場合がある。
【００６２】
少なくとも特定の実施形態において、本明細書で記載されるＴＭＳ２は、その生涯にわたって導管４の効率的加熱を提供することができる。ＴＭＳが導管４へのアクセスとして、一体化システムにおいて特定の用途を有すると、もはやＴＭＳ２を置き換える必要はない。特定の実施形態においてＴＭＳ２は、メンテナンスフリーと考えることができる。
【００６３】
ＴＭＳ２は、特に排気システム１を参照して本明細書で説明されている。しかしながら、ＴＭＳ２は、導管の加熱が必要な他の用途で用いることができることは理解されるであろう。例えば、ＴＭＳ２を用いて、隔離バルブなどのフォアライン又はバルブの加熱を制御することができる。
【００６４】
種々の変更及び修正は、本発明の範囲から逸脱することなく本明細書で記載されるＴＭＳ２に対して行うことができることは理解されるであろう。例えば、導管４は、磁性材料で作ることができる。導管４に対して（比透磁率＞１を有する）磁性材料を用いることによって、スキン効果を増幅させることができ、これによって、導管４の実効抵抗を増加させて加熱を促進する。
【符号の説明】
【００６５】
１  システム
２  ＴＭＳ
３  除害デバイス
４  導管
５−１、５−２  サブセクション
６  支持体
７  クランプ
８  電気絶縁コーティング
９  入口カップリング
１０  入口
１１  出口カップリング
１２  出口
１３  ゲートバルブ
１４  断熱剤
１５  電気制御ユニット（ＥＣＵ）
１６  発電機
１７  プロセッサ
１８  ヒューマンマシンインターフェイス（ＨＭＩ）
１９  第１の電気コネクタ
２０  第２の電気コネクタ
２２  温度センサ
Ｓ１  温度信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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