JP2004270954A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取り付けに多くの継ぎ手を必要とせず、配管や装置組み込み後のヒーター容量の変更やメンテナンスが容易に可能で、かつ、加熱装置から外部に放出される熱を最小限に抑えた熱効率の良い流体加熱装置を提供することを課題とした。
【解決手段】流体の流入口４と内腔を連通する筒状函体の外筒管１と、該外筒管の内側に外側通路１１を形成し、流体の流出口５と内腔を連通する筒状の内筒管２と、該内筒管の内側に内側通路２１を形成して設ける加熱ユニット３と、流出口近傍に設ける温度感知部６より基本構成し、装置の長手方向が隣接する配管内の流体の流動方向に対し直角となるように、流入口４及び流出口５を、外筒管１及び内筒管２の上側端部の同一水平面上に、装置と略Ｔ字型となるように設け、流体の流入口４、外側通路１１、内側通路２１、流体の流出口５の順路で流体の流路を形成して構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、機械装置等に組み込まれ、配管内を流れる水などの流体を、流動中に適当な温度に加熱する流体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配管内の水などの流体を流動状態で加熱する装置には、配管外部より加熱するものと、配管内部の通路に加熱手段を設けるものがあり、このうち本発明が適用とする加熱手段を配管内部に設けるものは、スペースを必要としない等の利点があり、多くの機械装置で選択され使用されている。従来のこの種の流体加熱装置としては、図５に示すように、配管の途中に、隣接する配管に水平方向（流体の流れ方向と同じ方向）となる筒体９１を設け、該筒体９１の一方端部に筒体９１と同軸に接続する加熱ユニット９２を内挿し、一方端側に流入口９３、他端側に流出口９４及び温度感知部９５を設けた装置が一般的である。
【０００３】
また、別の形態の装置としては、例えば、特許文献１のような、円筒内に発熱体を埋め込み、両端が開口し一方端を流体流入口とした円筒形ヒーターを、有底筒体の開口円部に流体流出口を設けた外装筒体に同軸状に挿入した構成として、円筒形ヒーターの円筒体の先端と外装筒体の有底筒体の内底との間、および円筒形ヒーターの円筒外周面と有底筒体の内周面との間に間隔を設け、流体を加熱された円筒形ヒーターの内部から外周に循環させて加熱する流体加熱ヒーターユニットが開示されている。
更に、別の形態の装置として、例えば、実用新案文献１のような、流体の流入口と流体の流出口を同一水平面に直線的に設けた筒形の筺体内にＵ字型発熱体を設けたヒーターで、前記筺体内の長手方向に板状の障壁を設け、筺体内部を略二室に区分すると共に、前記Ｕ字型発熱体の表面に沿って、流入口から流出口に至る流路を形成するヒーターが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４９６６０号公報
【実用新案文献１】
実開昭５３−１５３５３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の図５のような加熱装置では、筒体の一方端部に加熱ユニットを接続して内挿しているため、該加熱装置を配管途中に挿入するさいに、筒体への流体の流入口と流出口を共に筒体の両端部に直線的に直接接続することはできず、少なくとも一方は図５のように筒体側面に設ける必要が生じることから、最も一般的な直線的な配管の途中に取り付けるさい想定されるように、流入口と流出口を同一水平面で直線上に位置させるには、図に示されるように複数の継手を組み合わせて配管する必要がある。また、筒体が周囲の配管の長手方向（流動方向）に対して水平に取り付けられるため、該長手方向への長いスペースを必要とする。更に、例えば、加熱ユニットの容量変更などにより、内部ヒーターの長さに変更の必要が生じた場合、筒体の長さも変える必要を生じるが、この加熱装置は前記構成の通り、全体配管の中で配置スペースが決められた長さに固定されたものとなっているため、この変更は、配管全体に影響が出てしまい容易に行うことは困難となる。このように、初めの設計段階からの変更可能な幅が少なく、メンテナンスが難しいといった問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のような装置では、前記と同様に筒体に対する流入口と流出口の方向が同一水平面に直線状にないため、特定の機械装置等に組み込むもので有れば問題とならないが、最も汎用的な直線状配管の途中にこの種の加熱装置を組み込む場合を想定すると、配管を複雑にする必要が生じる。また、発熱体の変更あるいは交換（メンテナンス）の場合には、円筒型ヒーター全体の交換が必要となることに加え、そのさいには、先ず、流水口周囲の配管を外す必要があるなどメンテナンスが面倒であるといった問題もある。更には、加熱装置の中心に冷たい流体を流し、外側へ加温された液体を流す構成となっているため加熱装置から外部への熱の放出が大きくなるといといった問題もある。
一方、実用新案文献１のような装置では、同一水平面に直線状に流入口及び流出口があるため配管への取り付けの汎用性はあるが、前記した発熱体の交換や変更の場合は、障壁ごと取り出す必要があり、必ずしも容易とはいえない。また、Ｕ字ヒーターを用いて加熱する長さを長く構成するため加熱効果は考慮されているが、加熱された流体の熱が加熱装置の外壁となる筒体から外部へ放出される熱のロスがあり、エネルギーを無駄にしているといった問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、機械装置等への取り付けに多くの継ぎ手を必要とせず配管が容易で、装置組み込み後であっても、ヒーター容量の変更やメンテナンスが容易に可能で、かつ、加熱装置から外部に放出される熱を最小限に抑えた熱のロスが少ない効率の良い流体加熱装置を提供することを課題とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体加熱装置は、流体の流入口と内腔を連通する筒状函体の外筒管と、該外筒管と同軸に隙間を有して内包され、流体の流出口と内腔を連通する筒状の内筒管と、該内筒管に隙間を有して囲繞される加熱ユニットと、流体の温度制御のため、流出口近傍に設ける温度感知部より基本構成し、流体の流入口、外筒管と内筒管の隙間、内筒管と加熱ユニットの隙間、流体の流出口の順路で流体の流路を形成させて構成した。
【０００９】
この流体加熱装置に隣接する配管内を流れる流体の流動方向に対し、前記外筒管、内筒管、及び加熱ユニットの長手方向が直角となるように配置される構成とした。
【００１０】
また、前記流体の流入口及び流体の流出口は、各々外筒管及び内筒管の上端部側（底部と反対側であって、前記流路を最も長く設定できる側の端部）に略Ｔ字型に、かつ、同一水平面上（基本的には直線状）に設けて構成した。
【００１１】
更に、前記加熱ユニット及び温度感知部は、前記流体加熱装置に例えばねじ込み等により接続し、自在に着脱可能な構成とした。
【００１２】
より具体的の装置の形態として、前記流体の流入口及び流体の流出口を予め一体的に有し、前記外筒管、内筒管、加熱ユニット、及び温度感知部を取り付け可能な蓋体部を設けて構成した。
【００１３】
また、前記加熱ユニットは、筒状パイプの内部に発熱体を配した、例えばシーズヒーターなどの電気ヒーターとし、かつ、前記外筒管及び内筒管と同軸に設けて構成した。
【００１４】
【作用】
本手段によれば、加熱ユニットを囲繞して内筒管、外筒管が２重管として配設されて、外筒管上端部側の流入口より流入した流体が外筒管と内筒管の隙間を通り、底部でＵターンして、内筒管と発熱ユニットの隙間を加熱しながら流れ、内筒管上端部側の流出口より流出する流路を形成する構成とすることにより、加熱装置の外壁となる外筒管と内筒管の隙間を冷たい流体が予熱されながら流れ、内側となる発熱ユニットと内筒管の隙間で加熱される構造となることで、装置内側で加熱された流体の熱は、接している内筒管と外筒管の隙間の冷たい流体に伝わり、装置外部まで到達しないため、従来の加熱された流体が直接外壁に接している加熱装置と比較して、加熱装置の外筒管表面から外部に放出される熱を最小限に抑える作用がある。
【００１５】
また、周囲の流体の流れの方向（配管の方向と同意）と、外筒管、内筒管、及び加熱ユニットの長手方向が直角で、流体の流入口及び流出口が外筒管及び内筒管の上部側に基本的に直線的に同一水平面上（周囲の流体の流れ方向と直線状で、外筒管、内筒管及び加熱ユニットの長手方向と直角）となるように構成されるため、機械装置等の配管途中に取り付ける場合、最も汎用な直線的な配管の途中への取り付けにおいて、加熱装置の流入口及び流出口に、最小限の継ぎ手で接続することができ、また、配管の長手方向（流れ方向）へのスペースを短くすることができる。また、この構成により、機械装置への組み付け後に、例えば、加熱ユニットの容量変更などにより、内部ヒーターの長さに変更の必要が生じたような場合であっても、全体の配管に影響を与えることなく加熱ユニットあるいは本加熱装置のみを交換することが容易に可能となる作用がある。更に、本加熱装置を最も一般的な取り付け手段と想定される縦方向に設置すると、該加熱部分は、隣接する配管及び流入口及び流出口より下部に位置することになり、常に内部に水等の流体が溜まっている状態にあることにより、断水等による万一のさいの空焼きを防止する効果も期待できる。
【００１６】
一方、前記した構成に加え、加熱ユニット及び温度感知部が自在に着脱できる構成のため、本加熱装置の他の部分あるいは、周辺の配管を取り付けたまま分離することなく、前記加熱ユニットや温度感知部などのメンテナンスを比較的高い頻度で必要とする部品を容易に取り外すことができる作用がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の流体加熱装置の一例を図面を参考に詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態の一例を示す流体加熱装置の断面図を示す。本例の流体加熱装置は、底部１２を有する筒状の外筒管１と、該外筒管１と同軸で隙間を有して内包される筒状の内筒管２と、該内筒管２に同軸で隙間を有して囲繞される加熱ユニット３と、前記外筒管１、内筒管２、加熱ユニット３の上側端部を取り付け可能で、外筒管１、内筒管２の上蓋となると共に、装置への流入口４とこれに続く流入口通路４１、および流出口５とこれに続く流出口通路５１を備えた蓋体部７と、流出口５近傍の流体温度を計測するため、蓋体部７に接続して設ける温度感知部６より構成している。
【００１９】
各部を詳細にみると、外筒管１は、底部１２を有し、蓋体部７を上蓋とした筒状の筺体を形成し、蓋体部７に設ける流入口４およびこれに続く流入口通路４１と内腔を連通して、内周面と内筒管２の外周面との隙間を流体の外側通路１１として構成している。
内筒管２は、蓋体部７を上蓋とし、底を有しない筒状体として形成され、外筒管１の内部に外周面および底部に隙間を設け同軸に配置され、蓋体部７に設ける流出口５およびこれに続く流出口通路５１と内腔を連通して、前記したように外周面と外筒管１の内周面との隙間を流体の外側通路１１、内周面と後記する加熱ユニット３との隙間を内側通路２１として構成している。
加熱ユニット３は、本例においては筒状のシーズヒーターを用い、蓋体部７を貫通して該蓋体部７と着脱自在に、内筒管２と同軸に周面に隙間を設けて取り付けられ、前記したように該周面と内筒管２の内周面の隙間を流体の内側通路として構成している。（詳細は後述する）
蓋体部７は、予め、流体の流入口４及び流出口５を、外筒管１、内筒管２、加熱ユニット３の長手方向と直角をなし、かつ同一水平面に直線上に位置するように備え、各々はそれぞれ、流入口通路４１、流出口通路５１を通じて、前記外側通路１１、内側通路２１と連通されている。そして、外筒管１、内筒管２、加熱ユニット３、流入口４への配管、流出口５への配管、及び温度感知部６の取り付け部がそれぞれ設けられて構成している。（詳細は後述する）
温度感知部６は、本加熱装置の温度を制御するためのセンサーで、本例においては、公知のシース型の測温抵抗体が用いられ、流出口付近の流体温度の測定が可能なように、蓋体部７の流出口５近傍に着脱自在となるように、ネジ部を有する取り付け具６１などに固定させて取り付け、図示しない温度制御装置に接続されて構成している。
【００２０】
図２は、本発明の一例の蓋体部を示す断面図で、理解を容易とするため外筒管１、内筒管２、及び加熱ユニット３の発熱部のみを点線で示し付記している。本例の蓋体部７は、内筒管２を溶接して取り付ける上側蓋体部７１と、外筒管１を溶接して取り付ける下側蓋体部７２よりなり、該上側蓋体部７１下面側の内筒管取り付け部７４に内筒管２の上側端部周縁を溶接し、下側蓋体部７２下面側の外筒管取り付け部７３に外筒管１の上側端部周縁を各々溶接した後、両者を接続する構成としている。尚、本例においては、蓋体部７と内筒管２、及び蓋体部７と外筒管１の取り付け手段を溶接としたが、これを着脱自在な、例えば図４に示すような、蓋体部７あるいは、内筒管２または外筒管１の一方側に突起８１を設け、他方側には該突起８１と係合するＬ型溝８２等の鍵溝を設けて互いに係合させて取り付け、パッキン等により気密を維持するような手段を用いると、蓋体部７との着脱が容易な作用により、設置後の掃除などのメンテナンスを容易とすることができ更に好ましい。
【００２１】
そして、該蓋体部７の側面には流入口４及び流出口５が設けられるが、本加熱装置が、直線的な配管の途中に装置の長手方向を該配管の流れ方向と直角に取り付けることを基本とするため、外筒管１、内筒管２の長手方向と直角に、かつ同一水平面上に直線となる位置に各々設定され、流入口４及び流出口５各々に隣接する配管の継ぎ手との接続部として雌ネジ部７６、７７が施され、流入口４には、外側通路１１に連通する流入口通路４１を、流出口５には内側通路２１に連通する流出口通路５１を連通して設け構成している。尚、本例においては、前記したような直線配管の途中への取り付けを想定しため流入口４、流出口５は直線となる位置に設けたが、配管の曲がり位置に取り付ける場合などでは該流入口４、流出口を同一水平面上の適当な角度に配置すればよい。
更に、蓋体部７の上面側には、前記内筒管２と同軸になる位置に蓋体部７を貫通して着脱自在に設けられる、加熱ユニット３との装着部となる雌ネジ部７５、及び、流出口５近傍の流出口通路５１に設置される、感熱部６の装着部となる雌ネジ部７８を対応して設けて構成される。
【００２２】
図３は、本発明の一例の加熱ユニットを示す一部断面図で、本例においてはフランジ部を設けた筒状のシーズヒーターを用いている。シーズヒーターは、ステンレスあるいは銅よりなる中空の金属製シース３１の内部に、マグネシアセラミック等を焼成した芯となるコアー３２にニクロム線等の発熱線３３を巻配し、該発熱線３３とシース３１とが接触しないように酸化マグネシウム等の電気絶縁剤３４をシース内部に充填し、端部を封止して構成しており、当然、発熱線３３端部はシース端部に設けるターミナルキャップ３７内でリード線と接続されている。本加熱ユニットは、このシーズヒーターの端部とターミナルキャップ３７との間に、前記蓋体部７との接続部となるネジ３５及び着脱作業のためのプラグ３６を設けて構成しており、前記蓋体部７の雌ネジ部７５に着脱自在に接続されている。
【００２３】
ここで流体の流路を再度確認すると、流入口４より流入した冷たい流体が流入口通路４１で流れを直角方向に変え、外側通路１１（外筒管１内周面と、内筒管２外周面の隙間）を僅かに予熱されながら流れ、外筒管１の底部１２でＵターンして内側通路２１（内筒管２内周面と加熱ユニット３周面の隙間）に流入し、該内側通路５１を加熱されながら流れ、流出口通路５１で流れを再び直角方向に変え加熱された流体が流出口より流出する経路をたどる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の流体加熱装置によれば、前述した構成、作用により、加熱ユニットにより発生した熱が加熱装置外部へ放熱するのを最小限に抑えることができることより、エネルギーの無駄を廃した熱のロスが少ない効率のよい流体加熱装置を提供することができる。
【００２５】
また、前述した構成、作用により、機械装置への取り付けのさいに、多くの継ぎ手を必要とせずに配管が容易で、周囲の配管の長手方向へのスペースを必要とせず、更に、加熱装置以外の他の配管等への影響が少ない構成により、装置への組み込み後であっても、ヒーター容量の変更等が可能で、加熱ユニット等のメンテナンスも容易となることで、用途が広く汎用な、使用勝手の良い流体加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体加熱装置の一例を示す構成断面図
【図２】本発明の流体加熱装置の一例の蓋体部を示す構成断面図
【図３】本発明の流体加熱装置の一例の加熱ユニットを示す一部断面図
【図４】本発明の蓋体部と外筒管あるいは内筒管の接続手段の一例を示す模式図
【図５】従来の流体加熱装置の一例を示す模式図
【符号の説明】
１． 外筒管
１１． 外側通路（外筒管と内筒管の隙間）
１２． 底部
２． 内筒管
２１． 内側通路（内筒管と加熱ユニットの隙間）
３． 加熱ユニット
３１． 金属シース
３２． コアー
３３． 発熱線
３４． 電気絶縁剤
３５． ネジ
３６． プラグ
３７． ターミナルキャップ
４． 流体流入口
４１． 流入口通路
５． 流体流出口
５１． 流出口通路
６． 温度感知部
６１． 感知部装着プラグ
７． 蓋体部
７１． 上部蓋体部
７２． 下部蓋体部
８１． 突起
８２． Ｌ型溝

Claims (6)

1. 流体の流入口及び流入通路（以下、単に流入口）と内腔を連通する筒状函体の外筒管と、
   該外筒管と同軸に隙間を有して内包される、流体の流出口及び流出通路（以下、単に流出口）と内腔を連通する筒状の内筒管と、
   該内筒管に隙間を有して囲繞される加熱ユニットと、
   流体の温度制御のため、流出口近傍に設ける温度感知部より構成し、
   流体の流入口、外筒管と内筒管の隙間、内筒管と加熱ユニットの隙間、流体の流出口の順路で流路を形成することを特徴とする流体加熱装置。
2. 前記流体加熱装置に隣接する配管内を流れる流体の流動方向に対し、前記外筒管、内筒管、及び加熱ユニットの長手方向が直角となる請求項１の流体加熱装置。
3. 前記流体の流入口及び流体の流出口は、各々外筒管及び内筒管の上端部側、同一水平面上に設けられる請求項１乃至２の流体加熱装置。
4. 前記加熱ユニット及び温度感知部は、前記流体加熱装置より自在に着脱可能な請求項１乃至３の流体加熱装置。
5. 前記流体の流入口及び流体の流出口を一体的に有し、前記外筒管、内筒管、加熱ユニット、及び温度感知部を取り付け可能な蓋体部を設けて構成する請求項１乃至４の流体加熱装置。
6. 前記加熱ユニットは、筒状パイプの内部に発熱体を配した電気ヒーターより構成し、前記外筒管及び内筒管と同軸に設ける請求項１乃至５の流体加熱装置。

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