一种具有两级密封结构的洁净流体管式加热器及密封方法与流程

1.本发明涉及一种流体管式加热器，尤其是涉及一种使用在流体系统中的洁净流体管式加热器及密封方法。


背景技术：

2.半导体工业中的很多场合需要使用高洁净度、受精密控温的液体，也常常需要使用适用于高洁净度场合的加热器对液体进行温度调节。例如在浸没式光刻机系统中，为了实现更好的光刻效果和更高的曝光质量，需要在投影物镜与晶圆基板间填充稳定流动的浸没液体；而为保证浸没液体流对穿过其中的激光束影响最小，要求浸没液体流的温度被精密调控以保证其光学性质均匀；在浸没液体流入浸没单元前，需要设置加热器、冷凝器和热交换器等对浸没液体流进行温度控制。为适应液体的高洁净度需求，加热器中需要采用石英玻璃、高洁净度不锈钢、聚四氟乙烯等高洁净度材料作为与液体接触的材料，同时装配方式也要考虑高洁净度材料的特性以及污染物的引入问题。
3.在申请号为cn201721225348.6的中国发明专利公开了一种稳定耐用安全液体加热管，该专利为一种一体管式加热器，在用于流体流动的加热管两侧通过连接件与外接管路相连，依靠连接件与加热管之间连接方式的密封性，防止加热器加热过程中流体的泄露。然此密封方式密封效果有限且需要加热管具备一定良好的物理特性，在实现与连接件紧密相连的同时，避免受力变形或碎裂，而如石英等具备高洁净性和高导热性用于制作加热管的材料，便难以通过焊接、胶接、螺纹连接等连接形式，实现与连接件紧密密封。
4.在申请号为cn201080057250.9的中国发明专利公开了一种用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器，该专利为一种内插加热棒式加热器，在加热棒贯穿孔处设置有单一的压力密封件用于实现加热流体密封；此密封方式密封效果有限，在加热过程中如遇流量激增，流体泄露风险较大。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有流体管式加热器存在着密封连接难度大，连接密封效果较为有限，存在较大流体泄露风险等现状而提供的一种既可提高密封连接效果，降低密封连接难度，避免流体泄露风险发生，又可有效保证高洁净度要求的具有两级密封结构的洁净流体管式加热器及密封方法。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器，包括石英加热管，其特征在于：还包括两个左右两侧对称设置的隔离封环，每个隔离封环均通过内螺纹向外连接设有接口端头，接口端头内设有用于外界流体流入或流出的端口流路，所述隔离封环内侧设有呈环形的限位凹槽，石英加热管左右两端设于限位凹槽内，石英加热管两端将限位凹槽分隔为内外两侧，在石英加热管左右两侧端口与限位凹槽相接处设置有第一级密封垫，形成石英加热管端头第一级密封结构；在石英加热管外侧与限位凹槽外侧之间设有第二级密封圈，形成石英加热管外侧的第二级密封结
构。通过两级密封有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的密封可靠稳定有效性；既可提高密封连接效果，降低密封连接难度，避免流体泄露风险发生，又可有效保证高洁净度要求。
7.作为优选，所述的隔离封环内侧并位于石英加热管靠外一侧连接设置压环，压环将第二级密封圈压紧设于隔离封环内侧与限位凹槽外侧之间位置处，形成石英加热管外侧的第二级密封结构。提高对第二级密封圈的压装密封可靠稳定有效性。
8.作为优选，所述的隔离封环上并位于压环外侧处设有若干个限位通孔，左右两侧隔离封环上的对应限位通孔间贯穿设有同一根紧固连接件，在紧固连接件靠左一端固定安装有螺母，向紧固连接件施加预紧力，通过螺母将存储的预紧力锁住，实现石英加热管和隔离封环间紧密连接。提高两侧隔离封环之间的紧密连接与压紧力调节控制有效性，更有效解决石英加热管不能承受过大的径向力以避免现有密封结构形式下石英加热管破碎现象发生。
9.作为优选，所述的隔离封环内侧外端内螺纹连接段，压环的轴向截断面具有外梯形台阶环状体，在外梯形环状体的上外台阶段设有与内螺纹连接段相配合的外螺纹连接段。提高压环与隔离封环之间的压紧连接密封有效性，提高对第二级密封圈的压装密封可靠稳定有效性。
10.作为优选，所述的压环的轴向截断面具有内梯形台阶环状面，其中内梯形台阶环状面的上内台阶段用于压紧第二级密封圈于石英加热管外侧与限位凹槽外侧之间位置处，内梯形台阶环状面的下内台阶段具有大于上内台阶段的内周径尺寸。提高压环与隔离封环之间的压紧连接密封有效性，提高对第二级密封圈的压装密封可靠稳定有效性。
11.作为优选，所述的第一级密封垫与石英加热管相接一侧具有沟槽，石英加热管左右两端部分没于沟槽中，增加第一级密封结构密封效果。
12.作为优选，所述的隔离封环上并位于压环外侧处设有2个、3个或4个限位通孔。提高两侧隔离封环之间的紧密连接与压紧力调节控制均衡有效性，提高石英加热管的密封紧密性。
13.作为优选，所述的第一级密封垫和第二级密封圈之间的轴向间的间隙距离为2～8mm。提高二级密封的密封能力与漏液积蓄间的均衡可靠有效性。
14.作为优选，所述的第一级密封垫和第二级密封圈采用聚四氟乙烯材质结构或者是采用含氟橡胶材质结构。
15.本发明申请的另一发明目的在于提供一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器密封方法，其特征在于：包括如下密封方法a1.当石英加热管内流体压力维持在正常水平时，石英加热管内的流体会在上述技术方案之一所述的第一级密封结构中第一级密封垫的密封作用下，将流体完全密封于石英加热管内；a2.当石英加热管内流体流量过大或者压力出现突然的阶跃式增加时，流体会在石英加热管内对四周产生较大冲击；此时，有可能出现少量流体经第一级密封漏出，漏出的流体进入第一级密封垫和第二级密封圈间的间隙中，在权上述技术方案之一所述的第二级密封圈形成的第二级密封作用下，将经第一级密封结构漏出的流体被完全密封于第一级密封垫
和第二级密封圈之间的密封间隙中，此二级密封结构能有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的可靠性。
16.在进行加热温度控制时，当石英加热管内流体压力维持在正常水平时，石英加热管内的流体会在本发明装置第一级密封下，完全密封于石英加热管内，当石英加热管内流体流量过大或者压力出现突然的阶跃式增加时，流体会在石英加热管内对四周产生较大冲击，此时，有可能出现少量流体经第一级密封漏出，进入第一级密封垫和第二级密封圈间的间隙中，在本发明密封方法的第二级密封下，经第一级密封漏出的流体被完全密封于第一级密封垫和第二级密封圈间的间隙中，此二级密封能有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的可靠性。
17.本发明的有益效果是：通过在本发明内设有第一级密封和第二级密封，通过两级密封有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的密封可靠稳定有效性；既可提高密封连接效果，降低密封连接难度，避免流体泄露风险发生，又可有效保证高洁净度要求。本发明选用石英作为加热管制作材料，流体加热时不易产生污染杂质，本发明内的隔离封环和第一级密封垫采用ptfe等具有高洁净度、耐高温、耐腐蚀特性材质制成，流体流经时不易产生污染杂质；本发明装置对于进出流体方向无特定要求，便于安装和使用，本发明装置内的接口端头采用螺纹连接，与不同直径管路连接时，可以更换不同内径大小的接口端头。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
19.图1是本发明洁净流体管式加热器的结构示意图。
20.图2是图1的侧视结构示意图。
21.图3是本发明洁净流体管式加热器的内部剖视结构示意图。
22.图4是本发明洁净流体管式加热器在正常使用时的内部结构示意图。
23.图5是图4中a处的放大结构示意图。
24.图6是本发明洁净流体管式加热器在突遇流量阶跃或大流量时的内部流场流动示意图。
25.图7是图6中b处的放大结构示意图。
具体实施方式
26.实施例1：图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7实施例中，一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器，包括石英加热管5，还包括两个左右两侧对称设置的隔离封环1，每个隔离封环1均通过内螺纹向外连接设有接口端头2，接口端头2内设有用于外界流体流入或流出的端口流路3，所述隔离封环1内侧开有呈环形的限位凹槽4，石英加热管5左右两端安装固定设于限位凹槽4内，石英加热管5两端将限位凹槽4分隔为内外两侧，在石英加热管5左右两侧端口与限位凹槽4相接处安装固定设置有第一级密封垫6，形成石英加热管5端头第一级密封结构；在石英加热管5外侧与限位凹槽4外侧之间安装连接设有第二级密封圈8，形成石英加热管5外侧的第二级密封结构。隔离封环1内侧并位于石英加热管5靠外一侧连接设置压环7，压环7将第二级密封圈8压紧接触设于隔离封环1内侧与限位凹槽4外侧之间位置处，形成石英加
热管5外侧的第二级密封结构。第一级密封垫6和第二级密封圈8采用聚四氟乙烯(ptfe)等具有高洁净度、耐高温、耐腐蚀特性材质制成。当然也可以才采用含氟橡胶材质结构。隔离封环1上并位于压环7外侧处开有若干个限位通孔9，左右两侧隔离封环1上的对应限位通孔9间贯穿安装固定连接设有同一根紧固连接件10，在紧固连接件10靠左一端固定安装有螺母11，向紧固连接件10施加预紧力，通过螺母11将存储的预紧力锁住，实现石英加热管5和隔离封环3间紧密连接。进一步的，在隔离封环1上并位于压环7外侧处设有2个、3个或4个限位通孔9。紧固连接件10可采用保持与限位通孔9相同数量的个数，环形均布设置于石英加热管5外侧，以增强对石英加热管5施加的压紧力的均匀性，增强第一级密封的封密性。隔离封环1内侧外端内螺纹连接段12，压环7的轴向截断面具有外梯形台阶环状体，在外梯形环状体的上外台阶段设有与内螺纹连接段12相配合的外螺纹连接段。压环7的轴向截断面具有内梯形台阶环状面，其中内梯形台阶环状面的上内台阶段用于压紧第二级密封圈8于石英加热管外侧与限位凹槽4外侧之间位置处，内梯形台阶环状面的下内台阶段13具有大于上内台阶段的内周径尺寸。第一级密封垫6与石英加热管5相接一侧具有沟槽，石英加热管5左右两端部分没于沟槽中。
27.第一级密封垫6和第二级密封圈8之间的轴向间的间隙距离为5mm。当然第一级密封垫6和第二级密封圈8之间的轴向间的间隙距离也可以为2～8mm。若间隙过小，第二级密封的密封能力弱；若间隙过大，间隙内的气体被石英加热管5加热后膨胀，可能会将积蓄在间隙内的液体向第二级密封圈8外侧挤出。
28.石英是脆性材料，因此石英加热管5不能承受过大的径向力以避免石英加热管5破碎。本发明利用螺母11将隔离封环1和紧固连接件10锁紧实现对石英加热管5的位置约束，这样石英加热管5受到的装配力主要是轴向的；利用第一级密封垫6实现对液体和外界环境的主要密封。本发明的第二级密封圈8由隔离封环1和压环7通过轴向装配限位，虽然第二级密封圈8抵接于石英加热管5对其形成一定的径向压迫力，但这种作用力明显小于对第二级密封圈8实施限位的装配力；因此，本发明在尽可能减小对石英加热管5的径向作用力条件下实现了对石英加热管5的两级密封。
29.实施例2：图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7实施例中，一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器密封方法，包括如下密封方法：a1.当石英加热管5内流体压力维持在正常水平时，石英加热管5内的流体会在实施例1所述的第一级密封结构中第一级密封垫6的密封作用下，将流体完全密封于石英加热管5内；a2.当石英加热管5内流体流量过大或者压力出现突然的阶跃式增加时，流体会在石英加热管5内对四周产生较大冲击；此时，有可能出现少量流体经第一级密封漏出，漏出的流体进入第一级密封垫6和第二级密封圈8间的间隙中，在实施例1所述的第二级密封圈8形成的第二级密封作用下，将经第一级密封结构漏出的流体被完全密封于第一级密封垫6和第二级密封圈8之间的密封间隙中，此二级密封结构能有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的可靠性。其他同实施例1相同。
30.在进行加热温度控制时，当石英加热管5内流体压力维持在正常水平时，石英加热管5内的流体会在本发明装置第一级密封下，完全密封于石英加热管5内，当石英加热管5内
流体流量过大或者压力出现突然的阶跃式增加时，流体会在石英加热管5内对四周产生较大冲击，此时，有可能出现少量流体经第一级密封漏出，进入第一级密封垫6和第二级密封圈8间的间隙中，在本发明装置第二级密封下，经第一级密封漏出的流体被完全密封于第一级密封垫6和第二级密封圈8间的间隙中，此二级密封能有效加强管式加热器密封性，增强加热器长期工作的可靠性。
31.使用本发明申请加热器时，石英加热管5外侧发热并传导至其内侧，流体从接口端头2进入并经端口流路3流入石英加热管5内，与石英加热管5进行热量交换。使用本发明装置前，通过接口端头2，将本发明装置与外接管路相连，因本发明装置其两侧均可实现液体的流入或流出，其方向可任意调换。
32.上述的第一和第二仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其所指代零件的相对重要性或所指代零件其包含的技术特征的数量。
33.本发明不限于上述具体实施方式，还可以具有其他结构的实施方式，例如：石英加热管5还可以是采用替换采用为高洁净度不锈钢或聚四氟乙烯材质结构的加热管，均属于本发明的保护范围内。
34.在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器，包括石英加热管，其特征在于：还包括两个左右两侧对称设置的隔离封环，每个隔离封环均通过内螺纹向外连接设有接口端头，接口端头内设有用于外界流体流入或流出的端口流路，所述隔离封环内侧设有呈环形的限位凹槽，石英加热管左右两端设于限位凹槽内，石英加热管两端将限位凹槽分隔为内外两侧，在石英加热管左右两侧端口与限位凹槽相接处设置有第一级密封垫，形成石英加热管端头第一级密封结构；在石英加热管外侧与限位凹槽外侧之间设有第二级密封圈，形成石英加热管外侧的第二级密封结构。2.按照权利要求1所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的隔离封环内侧并位于石英加热管靠外一侧连接设置压环，压环将第二级密封圈压紧设于隔离封环内侧与限位凹槽外侧之间位置处，形成石英加热管外侧的第二级密封结构。3.按照权利要求1所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的隔离封环上并位于压环外侧处设有若干个限位通孔，左右两侧隔离封环上的对应限位通孔间贯穿设有同一根紧固连接件，在紧固连接件靠左一端固定安装有螺母，向紧固连接件施加预紧力，通过螺母将存储的预紧力锁住，实现石英加热管和隔离封环间紧密连接。4.按照权利要求1所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的隔离封环内侧外端内螺纹连接段，压环的轴向截断面具有外梯形台阶环状体，在外梯形环状体的上外台阶段设有与内螺纹连接段相配合的外螺纹连接段。5.按照权利要求4所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的压环的轴向截断面具有内梯形台阶环状面，其中内梯形台阶环状面的上内台阶段用于压紧第二级密封圈于石英加热管外侧与限位凹槽外侧之间位置处，内梯形台阶环状面的下内台阶段具有大于上内台阶段的内周径尺寸。6.按照权利要求1所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的第一级密封垫与石英加热管相接一侧具有沟槽，石英加热管左右两端部分没于沟槽中。7.按照权利要求1或3所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的隔离封环上并位于压环外侧处设有2个、3个或4个限位通孔。8.按照权利要求1所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的第一级密封垫和第二级密封圈之间的轴向间的间隙距离为2～8mm。9.按照权利要求1或2或5或6或8所述的洁净流体管式加热器，其特征在于：所述的第一级密封垫和第二级密封圈采用聚四氟乙烯材质结构或者是采用含氟橡胶材质结构。10.一种具有两级密封结构洁净流体管式加热器密封方法，其特征在于：包括如下密封方法a1.当石英加热管内流体压力维持在正常水平时，石英加热管内的流体会在权利要求1～9之一所述的第一级密封结构中第一级密封垫的密封作用下，将流体完全密封于石英加热管内；a2.当石英加热管内流体流量过大或者压力出现突然的阶跃式增加时，流体会在石英加热管内对四周产生较大冲击；此时，有可能出现少量流体经第一级密封漏出，漏出的流体进入第一级密封垫和第二级密封圈间的间隙中，在权利要求1～9之一所述的第二级密封圈形成的第二级密封作用下，将经第一级密封结构漏出的流体被完全密封于第一级密封垫和第二级密封圈之间的密封间隙中，此二级密封结构能有效加强管式加热器密封性，增强加
热器长期工作的可靠性。
技术总结
本发明公开了一种具有两级密封结构的洁净流体管式加热器及密封方法，包括石英加热管和两个左右两侧对称设置的隔离封环，隔离封环通过内螺纹向外连接设接口端头，接口端头内设端口流路，所述隔离封环内侧设有呈环形的限位凹槽，石英加热管左右两端设于限位凹槽内，加热管两端将限位凹槽分隔为内外两侧，在石英加热管左右两侧端口与限位凹槽相接处设置有第一级密封垫，形成石英加热管端头第一级密封结构；在石英加热管外侧与限位凹槽外侧之间设有第二级密封圈，形成石英加热管外侧的第二级密封结构。既可提高密封连接效果，降低密封连接难度，避免流体泄露风险发生，又可有效保证高洁净度要求。洁净度要求。洁净度要求。


技术研发人员：罗政 赵艺文 陈文昱 付新
受保护的技术使用者：浙江启尔机电技术有限公司
技术研发日：2020.12.11
技术公布日：2021/3/9