CN102860123A - 护套式加热器及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内藏有发热体的护套式加热器，其具有：瓦特密度为0.15W/cm2以上的发热体、邻接所述发热体而设置的金属箔、以及包围所述发热体和所述金属箔的包围体。
Description
技术领域
本发明涉及安装在配管等被加热体上的护套式加热器及其安装方法。
背景技术
迄今为止，为了对各种装置、设备以及与它们连接的配管之类的被加热体进行保温或加热，用具有挠性的护套式加热器包围配管。另外，在对装置的侧面等曲面进行保温或加热时，也安装同样的护套式加热器。需要指出的是，这样的护套式加热器也称作包覆式加热器。
作为这样的护套式加热器，已知有图5所示的包覆式加热器10，本申请人也在专利文献1中提出了具有以下构造的包覆式加热器10：在由氟树脂片材构成的内层材料100和外层材料200之间，发热体300和热绝缘材料400彼此重叠而成为层叠状，其中所述发热体300是通过在无机纤维制片材303上安装发热线（图中未示出）而形成的。发热线为电热线，与通向内层材料100和外层材料200外部的电源线306相连接，插座出口307与外部电源（图中未示出）相接，由此进行供电。然后将此包覆式加热器10安装在直管20上时，纵向的两个周缘部分103、104对接，并通过设置在端面上的钩环扣105、106而相互连接。
该包覆式加热器10具有挠性，而且产生的粉尘也少，因此具有能够在洁净室等中使用等优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-295783号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1的包覆式加热器10中，由于内层材料100由氟树脂制成，其熔点为微高于300℃的程度，若将被加热体的表面温度设定为超过250℃这样的高温，则担心内层材料发生热劣化。由于预测到今后会提高对加热温度的要求，因此有必要增大发热体的发热量。然而，据认为随着发热体的发热量提高，内层材料100增厚以提高耐久性，但是会导致柔软性受损，且成本增加。
另外，在包覆式加热器（护套式加热器）中，为了使配管等保持预定温度，采用恒温器、热电偶、电阻式温度检测器来控制对发热体的通电，然而（例如）若发热体的发热量小，则担心不会升温至预定温度，或者即使升温至预定温度也会耗费很长的时间。为了缩短加热、升温时间，可以使用发热量大的发热体，但会引起上述问题。
因此本发明的目的在于提供一种护套式加热器，该护套式加热器即使采用发热量大的发热体，也能抑制内层材料和外层材料这样的包围体（特别是内层材料）的热劣化。
解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明提供了下述护套式加热器。
（1）一种护套式加热器，其内藏有发热体，该护套式加热器具有：
瓦特密度为0.15W/cm2以上的发热体，
邻接发热体而设置的金属箔，以及
包围发热体和金属箔的包围体。
（2）上述（1）所述的护套式加热器，其中包围体为氟树脂制片材或者实施了氟树脂涂覆处理的无机纤维制织物。
（3）上述（1）或（2）所述的护套式加热器，其中在发热体和金属箔之间插入有具有电绝缘性的绝缘部件。
（4）上述（1）至（3）中任意一项所述的护套式加热器，其中在发热体的与设置有金属箔的一侧相反的一侧设置有热绝缘材料。
（5）上述（1）至（4）中任意一项所述的护套式加热器，其中所述发热体包含电热线。
（6）上述（1）至（5）中任意一项所述的护套式加热器，其被安装为使得包围体的金属箔一侧的表面与被加热体接触。
（7）将上述（1）至（6）中任意一项所述的护套式加热器安装在被加热体上的安装方法，其中所述护套式加热器被安装为使得包围体的金属箔一侧的表面与被加热体接触。
发明效果
根据本发明的护套式加热器，通过插入了金属箔，即使采用（例如）0.15W/cm2以上这样的发热量大的发热体，也能够抑制包围体（特别是内层材料）的热劣化。另外，由于从加热器传递的热通过金属箔而被均匀地扩散，因此可以整个区域均匀地加热，加热效率也提高。此外，由于能够提高瓦特密度，因此在加热器的设计中，可以使加热线变短，并使加热线之间的间距变大，由此在制造上更省力。另外，由于包围体还抑制了粉尘的产生，因此能够适用于洁净室等中。
附图简要说明
图1为示出本发明的护套式加热器的一个例子的截面的图。
图2为示出在图1中进一步插入了玻璃织物作为绝缘部件这一状态的截面图。
图3为示出本发明的护套式加热器的另一实施方案例子的截面的图。
图4为示出了在实施例中，插入了铝箔的样品A与未插入铝箔的样品B的表面温度测量结果的图。
图5为示出了常规的护套式加热器的斜视图。
具体实施方式
下面对本发明所涉及的护套式加热器进行说明。
本实施方案的护套式加热器10的整体构成与图5所示相同，在作为包围体的内层材料100和外层材料200之间，发热体300和热绝缘材料400层叠，其中所述发热体300是通过在支持体（无机纤维制片材）303上安装发热线（电热线）302而形成的，但是，如图1中的截面图所示，该护套式加热器10在发热体300和内层材料100之间插入有金属箔500而构成。
对于作为包围体的内层材料100和外层材料200，可以采用：由聚四氟乙烯（PTFE）、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物（PFA）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、四氟乙烯-乙烯共聚物（ETFE）、三氟氯乙烯-乙烯共聚物（ECTFE）、聚偏二氟乙烯（PVDF）等氟树脂构成的氟树脂制片材；或者通过编织上述氟树脂的纤维而得到的氟树脂纤维制织物（织布）；由玻璃纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化硅-氧化铝纤维之类的无机纤维所构成的无机纤维制织物（织布）；用上述氟树脂对这些无机纤维制织物进行涂覆处理而形成的氟树脂涂覆的无机纤维制织物，等。
另外，作为此内层材料100和外层材料200，除上述氟树脂以外，还可以采用聚酰胺、聚碳酸酯、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、改性聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚醚醚酮、聚邻苯二酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚甲基戊烯等具有耐热性、但熔点比氟树脂低的树脂。
对所述包围体的厚度没有特别的限制，只要能够达到本发明的效果即可，0.1至8mm为合适的，优选为0.1至5mm，更优选为0.1至2mm。
对发热体300没有特别的限制，只要瓦特密度在0.15W/cm2以上即可，例如，可以采用通过通电而发热的镍铬线、不锈钢线之类的发热线（电热线）302。所述电热线302优选为电绝缘的。所述绝缘可以通过在电热线302上被覆由玻璃纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、二氧化硅-氧化铝纤维等无机纤维构成的无机纤维制套筒而获得，或者可以通过涂覆树脂而获得。另外，也可以采用碳制发热体或陶瓷制发热体来替代电热线。
此处，在本发明中，瓦特密度也被称为功率密度，是指由护套式加热器每单位表面积（cm2）的电容量（W）所表示的加热器的表面负荷（W/cm2）程度。通常，瓦特密度的数值越大，则加热器的表面温度越高，反之，瓦特密度的数值越小，则加热器的表面温度越低。另外，对瓦特密度的上限没有特别的限制，只要是0.5W/cm2以下即可，具体而言，可以是0.15至0.5W/cm2，还可以是0.17至0.5W/cm2、0.20至0.5W/cm2、0.25至0.5W/cm2。
所述电热线302可以通过缝线304以期望的图案缝到支持体303上。所述支持体303可以采用（例如）由玻璃纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、二氧化硅-氧化铝纤维之类的无机纤维所构成的无机纤维制织物。此处，在本发明中，由于可以使用瓦特密度高的电热线，因此能够使电热线的直径变粗、长度变短，除此之外，还能够使相邻的电热线之间的间隔（下面也称为间距）比常规更大。具体而言，为了确保均热性，所述间距通常为10至35mm左右，但根据本发明的构成，该间距可以为（例如）40至70mm，优选为45至60mm。
热绝缘材料400可以采用无机纤维垫，所述无机纤维垫是通过将玻璃纤维、陶瓷纤维、二氧化硅纤维等聚集在一起并进行针织加工而获得的。另外，也可以用胶态二氧化硅、氧化铝溶胶、硅酸钠等无机粘合剂、淀粉等有机粘合剂而成形为垫状。或者，也可以使用芳族聚酰胺、聚酰胺、聚酰亚胺等耐热性有机树脂制多孔成形体。对所述热绝缘材料的厚度没有特别的限制，只要能得到本发明的效果即可，5至100mm为合适的，优选为5至50mm，更优选为8至30mm。
除了上述材料以外，作为热绝缘材料，还可以使用气凝胶填充的纤维体（气凝胶纤维体）。所述气凝胶纤维体为向纤维基材中填充气凝胶而形成的热绝缘材料。
作为构成气凝胶纤维体的纤维基材，可以采用（例如）由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维等有机纤维、或者碳纤维、玻璃纤维、铝硅酸盐纤维、二氧化硅纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维等无机纤维所构成的纤维基材，优选可以采用由耐热性优异的无机纤维所构成的纤维基材。
即，作为纤维基材，可以优选使用无机纤维的织物或非织造织物。此处，作为非织造织物，可以采用（例如）通过造纸机将无机纤维进行造纸而获得的纸状物、对聚集的无机纤维进行针织加工而成形为垫状的毯子、或者向无机纤维中添加有机粘合剂而成形为垫状的毛毡等垫子。通过使用无机纤维随机取向的非织造织物作为纤维基材，可以将气凝胶有效地保持在该纤维基材的无机纤维间隙中。
另外，作为构成纤维基材的无机纤维，例如，在本发明的护套式加热器在不到100℃这样的不太要求耐热性的环境下使用时，可以优选使用能够赋予气凝胶纤维体以优异柔软性的PET纤维等有机纤维。另外，例如，在本发明的护套式加热器在100至250℃这样的要求一定程度的耐热性的环境下使用时，可以优选使用廉价的玻璃纤维。另外，例如，在本发明的护套式加热器在超过250℃这样的要求高耐热性的环境下使用时，可以优选使用耐热性高的铝硅酸盐纤维、二氧化硅纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维等陶瓷纤维。
作为气凝胶，例如，可以采用由无机材料形成的气凝胶（无机气凝胶）或由有机材料形成的气凝胶（有机气凝胶），可以优选采用耐热性优异的无机气凝胶。作为无机气凝胶，例如，可以采用二氧化硅气凝胶或氧化铝气凝胶。特别是，通过采用二氧化硅气凝胶，可以有效地提高气凝胶纤维体的热绝缘性。
因此，作为气凝胶纤维体，可以优选采用其中填充有无机气凝胶的无机纤维非织造织物。具体而言，可以优选采用（例如）在陶瓷纤维的非织造织物中填充了二氧化硅气凝胶而形成的气凝胶纤维体、或者在玻璃纤维垫中填充了二氧化硅气凝胶而形成的气凝胶纤维体。作为所述气凝胶纤维体，例如，可以从Aspen Aerogels公司购买“SPACELOFT2200”、“SPACELOFT2250”、“Pyrogel6650”、“PyrogelXT”等制品。
气凝胶纤维体中所含的气凝胶与纤维基材的比率可以根据该气凝胶纤维体应当具有的特性（例如，热绝缘性、耐热性、低粉尘生成性、挠性）来适当设定。气凝胶纤维体的密度（例如）可以为20至500kg/cm3的范围，优选可以为100至300kg/cm3的范围。
关于所述气凝胶纤维体，通过填充纤维间空隙的气凝胶中的微孔，有效地防止了该气凝胶纤维体中空气的对流，因此具有优异的热绝缘性。
具体而言，气凝胶纤维体在25℃的热导率（例如）可以为0.024W/m·K以下，优选可以为0.020W/m·K以下，更优选可以为0.018W/m·K以下。
另外，气凝胶纤维体在80℃的热导率（例如）可以为0.035W/m·K以下，优选可以为0.027W/m·K以下，更优选可以为0.025W/m·K以下。
如上所述，由于气凝胶纤维体具有优异的热绝缘性，因此在保持充分的热绝缘性的同时，可以变得更薄。具体而言，气凝胶纤维体的厚度（例如）可以为1至50mm的范围，优选可以为1至25mm的范围，更优选可以为1至15mm的范围。通过降低热绝缘材料的厚度，可以提高本发明的护套式加热器的挠性，除此之外，还可以使护套式加热器的厚度降低，从而还可以有助于节省空间。
作为金属箔500，只要热导率高即可，没有特别的限制。铝箔由于廉价因此是优选的，也可以是铜或不锈钢等其它金属。另外，若金属箔500的厚度太薄，则可能会破裂，若太厚，则会使挠性受损且使成本增加，因此20μm至5mm为合适的，优选为30至100μm，更优选为40至70μm。
另外，如图2所示，在构成发热体300的电热线302和金属箔500之间，还可以进一步插入有具有电绝缘性的绝缘部件600。作为所述绝缘部件600的材料，（例如）玻璃纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、二氧化硅-氧化铝纤维等无机纤维制织物是合适的。通过这样的绝缘部件，能够可靠地确保电热线和金属箔之间的电绝缘。
另外，在本发明中，可以将金属箔500和绝缘部件600结合为一体而形成的结构插入在发热体和包围体之间使得绝缘部件600位于发热体一侧。具体而言，可以设置铝加工织物使得无机纤维制织物露出的一侧位于发热体一侧，其中所述铝加工织物为在无机纤维制织物的表面上对铝箔进行热融接合加工而形成的、或者对铝气相沉积膜进行粘合加工而形成的、或者进行铝转印加工而形成的。所述铝加工织物可以采用（例如）ニチアス株式会社制造的“铝加工织物”。
由于构成发热体300的、如上所述发热量大的电热线301的表面温度上升至近500℃，因此，若热直接传递至内层材料100的电热线的正下方部分，则可能会在早期发生劣化，但是，通过插入金属箔500，传递至金属箔的热在金属箔内均匀地扩散，因此抑制了从电热线向内层材料100的直接传热，能够防止热劣化。
另外，内层材料100和外层材料200的两个周缘部分103、104通过缝合或热熔接合等而接合，由此发热体300、热绝缘材料400以及金属箔500以层叠的状态被内层材料100和外层材料200包围。此处，在包括本发明的护套式加热器以及配管等被加热体的截面构造中，沿着该配管的径向向外，依次层叠着该配管的外表面、作为本发明护套式加热器的包围体的内层材料、金属箔、发热体、热绝缘材料、作为包围体的外层材料。需要指出的是，如上所述，可以在金属箔和发热体之间插入绝缘部件。
为了使上述护套式加热器10被覆在配管20上，与常规的做法一样，使两个周缘部分103、104的间隔扩大，将其安装在配管20上，然后使两个周缘部分103、104对接，例如，通过端面的钩环扣105、106进行固定。也可以采用钩或搭扣等器具、带类等公知的固定方法来替代钩环扣105、106。
另外，护套式加热器10除了为图5所示的圆筒状以安装在配管20上之外，也可以整体形成为弯曲或L字状以使其能够安装于弯管或L字状的管上，当被加热体为方盒状时，还可以形成为箱状或板状。
根据上述构成，对于本发明的护套式加热器，可以将被加热体的最高表面温度（最高使用温度）设定为超过250℃。需要指出的是，被加热体的最高表面温度可以是200至250℃，此时，可以提供升温速度快的护套式加热器。
实施例
接下来举出实施例和对比例对本发明进行进一步的说明，但是本发明并不以任何方式局限于此。
（试验样品的制作）
将插入在二氧化硅纤维制套筒中的镍铬线通过缝线而缝在作为支持体的玻璃织物（厚度为0.25mm）的表面上以制成发热体。该发热体的瓦特密度为0.17W/cm2。然后，在玻璃织物一侧层叠厚度为50μm的铝箔作为金属箔，在镍铬线一侧层叠玻璃纤维制垫（厚度为16mm）作为热绝缘材料，制成层叠体。接着，用作为包围体的已实施了氟树脂（PTFE）涂覆处理的玻璃纤维制织物（厚度为0.25mm）将上述层叠体包围，使端部接合，制成具有图3所示截面形状的样品A。需要指出的是，对玻璃纤维制织物进行涂覆处理的PTFE的熔点为327℃。
另外，为了进行比较，按照同样的方法制作了样品B，不同之处在于，未插入铝箔。
（表面温度测定）
对样品A、B的镍铬线进行通电，以将作为被加热体的配管的表面温度设定为250℃，测定与镍铬线正下方的配管相接触的玻璃纤维制织物的表面温度，其中所述玻璃纤维制织物实施了氟树脂（PTFE）涂覆处理。结果如图4所示，在未插入铝箔的样品B中，表面温度升至大约300℃，与此相对，在插入铝箔的样品A中，表面温度最高也只有大约270℃，根据本发明，确认了插入铝箔的效果。
已经详细并且参照特定的实施方案对本发明进行了说明，但是，对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的宗旨和范围的前提下，可以进行各种修正和变更。
本申请基于2010年4月6日提交的日本专利申请2010-088006，其内容以引用方式并入本文。
符号说明
10护套式加热器（包覆式加热器）
100内层材料
200外层材料
300发热体
400热绝缘材料
500金属箔
Claims (7)
1.一种护套式加热器，内藏有发热体，该护套式加热器具有：
瓦特密度为0.15W/cm2以上的发热体，
邻接所述发热体而设置的金属箔，以及
包围所述发热体和所述金属箔的包围体。
2.权利要求1所述的护套式加热器，其中所述包围体为氟树脂制片材、或者实施了氟树脂涂覆处理的无机纤维制织物。
3.权利要求1或2所述的护套式加热器，其中在所述发热体和所述金属箔之间插入有具有电绝缘性的绝缘部件。
4.权利要求1至3中任意一项所述的护套式加热器，其中在所述发热体的与设置有所述金属箔的一侧相反的一侧设置有热绝缘材料。
5.权利要求1至4中任意一项所述的护套式加热器，其中所述发热体包含电热线。
6.权利要求1至5中任意一项所述的护套式加热器，其被安装为使得所述包围体的金属箔一侧的表面与被加热体接触。
7.将权利要求1至6中任意一项所述的护套式加热器安装在被加热体上的安装方法，其中所述护套式加热器被安装为使得所述包围体的金属箔一侧的表面与所述被加热体接触。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |