JP2005291670A - 熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 非凝縮性ガスを十分に除去することができる熱媒加熱装置、及びその非凝縮性ガス除去方法を提供すること。
【解決手段】 熱伝達媒体１６を滞留した加熱容器１１と、該加熱容器１１内へ導入した熱媒流出入管１３と、前記加熱容器１１を加熱して前記熱伝達媒体１６を凝縮性ガスとし凝縮熱を放出させる熱源１５と、前記非凝縮ガスを前記加熱容器１１の外へ流出させるよう前記加熱容器１１の外で前記熱媒流出入管１３の一部に介在したバルブ２５とを含み、前記熱媒流出入管１３の先端開口１３ａに対向する前記加熱容器１１の外面に設けた冷却部１７を有している。
【選択図】 図２
【解決手段】 熱伝達媒体１６を滞留した加熱容器１１と、該加熱容器１１内へ導入した熱媒流出入管１３と、前記加熱容器１１を加熱して前記熱伝達媒体１６を凝縮性ガスとし凝縮熱を放出させる熱源１５と、前記非凝縮ガスを前記加熱容器１１の外へ流出させるよう前記加熱容器１１の外で前記熱媒流出入管１３の一部に介在したバルブ２５とを含み、前記熱媒流出入管１３の先端開口１３ａに対向する前記加熱容器１１の外面に設けた冷却部１７を有している。
【選択図】 図２
Description
本発明は、被加熱物を接触または輻射熱により加熱処理するために熱伝達媒体を用いて加熱する熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法に属し、特に、被加熱物である高分子材料または合繊繊維を加熱処理して、高分子材料または合繊繊維の性質を変える熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法に属する。
先行技術における熱媒加熱装置は、図３に示すように、加熱容器１１と、加熱容器１１内へ一端側が導入されている熱媒流出入管１３と、加熱容器１１を外側から加熱する熱源１５と、加熱容器１１内に密封されている熱伝達媒体１６と、加熱容器１１の外で熱媒流出入管１３の一部に介在されているバルブ２５とを備えている。
加熱容器１１は、真空引きされた後に凝縮性液を封入し密封されている。なお、このような熱媒加熱装置は、密閉二相サーモサイホンとも呼ばれている装置である。
加熱容器１１は、熱源１５によって加熱されると、加熱容器１１の内部に封入されている熱伝達媒体１６が液状態から加熱されて凝縮性ガスとなる。凝縮性ガスは、熱源１５により加熱容器１１を介して間接的に加熱されるとガスとなり、加熱容器１１内の温度が低い部分に供給されて凝縮熱を放出し再び液化し熱源１５へと戻る。
ところで、このような熱媒加熱装置では、被加熱物の加熱度合いに起因する歩留を良くするために被加熱物を均一に加熱する必要があるので、加熱容器１１は加熱時における均熱性が要求される。
なお、加熱容器１１の均熱性を阻害する要因としては、加熱容器１１内に密封されている凝縮性ガスに混在する非凝縮性ガスがある。非凝縮性ガスは凝縮することがないので加熱容器１１の加熱部分に滞留し、熱を持った凝縮性ガスの加熱部分への到達を阻害し、結果的に加熱部分に熱を供給できないことから加熱容器１１の温度が下がる。
そこで、加熱容器１１内に残留している非凝縮性ガスは、バルブ２５を開放することによって熱媒流出入管１３から排出することが行われている。しかし、熱源１５を加熱するのみで加熱容器１１内に残留している非凝縮性ガスの排出を行う場合には、全ての非凝縮性ガスが熱媒流出入管１３の先端近くに集まらず、内部の袋小路部または途中の温度の低い部分に集まり残留する傾向がある。
このような場合には、加熱容器１１の温度が下がらないので加熱容器１１の温度分布特性を向上させるために非凝縮性ガスを排出する時に熱媒流出入管１３の先端の冷却効率を向上させ非凝縮性ガスの集まりを良くし排出することで加熱容器１１内の非凝縮性ガスの残留を少なくしている。
また、加熱容器１１内に凝縮性ガスを封入するときには、残留非凝縮性ガスを十分除去するために、加熱容器１１を凝縮性ガスの沸点以上に加熱しかつ加熱容器１１の一部を外部へ露出または断熱をして当該箇所の温度を下げ、加熱容器１１の一部に集まる非凝縮性ガスの捕集排出をバルブ２５を開くことによって排出して除去している。
なお、熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法としては、作動流体に溶在する非凝縮性ガスを除去することができる中高温用ヒートパイプがある（例えば、特許文献１を参照）。
また、熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法としては、内部に非凝縮性ガスが残留していないヒートパイプを、余分な材料の切除による歩留まりの低下を生じさせることなく製造する製造方法がある（例えば、特許文献２を参照）。
さらに、熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法としては、作動液の封入率が低い場合にでも、作動液量を容易に制御することができる熱輸送用ヒートパイプの製造方法がある（例えば、特許文献３を参照）。
解決しようとする問題点は、加熱容器１１内に残留している非凝縮性ガスを除去する従来の方法では、加熱容器１１に接続されている熱媒流出入管１３の近くの温度が十分下がらない場合があり、熱媒流出入管１３の近くの温度の冷却不足のために、熱媒流出入管１３による非凝縮性ガスの排出が十分に出来ず、残留した非凝縮性ガスが加熱容器１１の温度性能に悪影響を与えるということである。
それ故に本発明の課題は、非凝縮性ガスを十分に除去することができ、非凝縮性ガスの排出効率を向上させることができる熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法を提供するものである。
また、本発明の他の課題は、非凝縮性ガスによる温度分布のバラツキがなく、非凝縮性ガスを排出する作業性を向上することができる熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法を提供するものである。
本発明の熱媒加熱装置は、熱伝達媒体を封入した加熱容器と、該加熱容器の外から該加熱容器内へ導入した熱媒流出入管と、前記加熱容器を加熱することによって前記熱伝達媒体を凝縮性ガスとして前記加熱容器の温度の低い部分に供給し凝縮熱を放出させる熱源と、前記熱伝達媒体を前記加熱容器内に封入しかつ加熱時に前記加熱容器内で発生する非凝縮ガスを前記加熱容器の外へ流出させるよう前記加熱容器の外で前記熱媒流出入管の一部に介在したバルブとを含む熱媒加熱装置において、前記加熱容器の前記外面に設けた冷却部を有し、該冷却部は、前記熱媒流出入管の先端開口に対向している前記加熱容器の外面に位置していることを有していることを最も主要な特徴とする。
以上、実施の形態例によって説明したように、本発明に係る熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法によれば、冷却媒体を冷却部の冷却通路を通過させ、加熱容器の冷却対象面に接触させる構成とし、冷却効率が高くなることを利用することで、非凝縮性ガスが冷却部である熱媒出入管の先端に集まりやすくなり、さらに非凝縮性ガスが冷却による凝縮性ガスの凝縮による体積縮小で発生する圧力低下した場所に滞留する性質を利用することで、非凝縮性ガスを熱媒出入管の先端開口付近に集中滞留させるので排出効率を向上させることができる。
また、第１の温度センサーによって加熱容器の冷却対象面の温度を検出し、第２の温度センサーによって加熱面の温度を検出し、第１及び第２の温度センサーとの温度差を求めて残留非凝縮性ガスの度合いを把握することができる。
よって、本発明に係る熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法によれば、加熱容器内の非凝縮性ガスが十分除去されるので、非凝縮性ガスによる温度分布のバラツキがない熱媒加熱装置を提供できる。
また、非凝縮性ガスの残留状態は、第１の温度センサー及び第２の温度センサーのよる温度検知によりわかるので非凝縮性ガスを排出するための作業性が向上する。
本発明では、熱伝達媒体を封入した加熱容器と、該加熱容器の外から該加熱容器内へ導入した熱媒流出入管と、前記加熱容器を加熱することによって前記熱伝達媒体を凝縮性ガスとして前記加熱容器の温度の低い部分に供給し凝縮熱を放出させる熱源と、前記熱伝達媒体を前記加熱容器内に封入しかつ加熱時に前記加熱容器内で発生する非凝縮ガスを前記加熱容器の外へ流出させるよう前記加熱容器の外で前記熱媒流出入管の一部に介在したバルブとを含む熱媒加熱装置において、前記加熱容器の前記外面に設けた冷却部を有し、該冷却部は、前記熱媒流出入管の先端開口に対向している前記加熱容器の外面に位置していることを有していることによって実現した。
以下、本発明に係る熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法の実施例１について説明する。なお、図３によって説明した熱媒加熱装置と同じ部分には、同じ符号を付して説明する。
図1を参照して、熱媒加熱装置は、加熱容器１１と、加熱容器１１の外から内部へ導入されている熱媒流出入管１３と、加熱容器１１を外側から加熱する熱源１５と、加熱容器１１内に密封されている熱伝達媒体１６と、加熱容器１１の外面のうちの冷却対象面１１ａとする領域に設けられている冷却部１７とを備えている。
さらに、熱媒加熱装置は、冷却部１７の内部で加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度を検出する第１の温度センサー２１と、加熱容器１１の冷却対象面１１ａを除く加熱容器１１の外面である加熱面１１ｂの温度を検出する第２の温度センサー２３と、加熱容器１１の外で媒体流出入管１３に介在されているバルブ２５と、第１及び第２の温度センサー２１，２３により検出した検出温度によりバルブ２５を開閉する制御部３１とを備えている。
加熱容器１１内には、凝縮性流体である熱伝達媒体１６が封入されて滞留されている。熱媒流出入管１３の一端側は、加熱容器１１内に導入されている。熱伝達媒体１６は、媒体流出入管１３に介在されているバルブ２５を開放し加熱容器１１内を真空引きした後に、熱媒流出入管１３から熱伝達媒体１６を流入し、バルブ２５を閉じて熱媒流出入管１３を封止することによって加熱容器１１内に熱伝達媒体１６を密封された状態で滞留する。
熱源１５は、電気ヒータが望ましく、加熱容器１１を外部から加熱する。なお、熱源１５は、加熱容器１１の内部に挿入されているものであってもよい。冷却部１７は、箱形状を呈しており、一面が開放されている開口部１７ａと、冷却媒体３４を流入させるように開口部１７ａを除く面に形成されている流入口１７ｂと、冷却媒体３４を流出させるように開口部１７ａを除く面に形成されている流出口１７ｃとを有している。
冷却部１７の開口部１７ａの端面は、熱媒流出入管１３の先端開口１３ａに対向して、加熱容器１１の冷却対象面１１ａを囲むように位置しており、冷却部１７が加熱容器１１に接続されている。流入口１７ｂには、冷却媒体３４を冷却部１７内へ導くための流入管３５が接続されている。流出口１７ｃには、冷却部１７内の冷却媒体３４を冷却部１７の外へ導くための流出管３７が接続されている。冷却部１７の内部は、流入口３５と流出口３７との間が冷却媒体３４の冷却通路（矢印Ａによって示した）となっている。
冷却部１７は、アルミニウム、銅、真鍮などの金属板を箱形状に加工することによって作られている。熱伝達媒体１６及び冷却媒体３４は、ジフェニール/ジフェニールエーテル混合物、もしくはｐ-ジイソプロピルベンゼンを採用している。冷却媒体は、冷却部１７の内部の冷却通路Ａ中で加熱容器１１の冷却対象面１１ａに接触する。流入口１７ｂ及び流出口１７ｃとしては、自在配管構造のものを使用している。
第１の温度センサー２１の検出端２１ａは、冷却部１７内で加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度を検出するために、冷却部１７の内部で冷却対象面１１ａに設置されている。第２の温度センサー２３の検出端２３ａは、冷却部１７が位置している加熱容器１１の冷却対象面１１ａを除く加熱容器１１の加熱面１１ｂの温度を検出するように加熱面１１ｂに設置されている。
加熱容器１１は、熱源１５によって熱伝達媒体１６の沸点以上の温度で加熱されると、加熱容器１１の内部に封入されている熱伝達媒体１６が液状態から凝縮性ガスとなって加熱容器１１の内部で対流する。熱伝達媒体１６は、熱源１５により加熱容器１１を介して間接的に加熱されると凝縮性ガスとなり、加熱容器１１の温度の低い部分に供給されて凝縮熱を放出し、再び液化し熱源１５へと戻る。この時、被加熱物は、加熱容器１１の加熱面１１ｂに接触もしくは対向させることによって加熱容器１１の加熱面１１ｂから発生する輻射熱によって加熱処理される。
なお、凝縮性ガスに混在する非凝縮性ガスは凝縮することがないので、加熱容器１１の内部に滞留し、熱を持った凝縮性ガスが他の加熱容器１１の加熱面１１ｂへ到達するのを阻害する。したがって、非凝縮性ガスは他の加熱容器１１の個所への熱を供給しないので、加熱容器１１の温度が下り加熱容器１１の均熱性を阻害することになる。
したがって、非凝縮性ガスは、除去することが必要不可欠であるので、加熱容器１１内に非凝縮性ガスが多く存在する時に、熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法によって非凝縮性ガスを除去する。
以下に、この実施の形態例の熱媒加熱装置による非凝縮性ガス除去方法を説明する。熱源１５によって加熱容器１１を加熱した状態で凝縮性ガスに混在する非凝縮性ガスが発生したときには、冷却媒体３４を冷却部１７の冷却通路Ａに通過させると、冷却部１７内に位置している加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度が冷却部１７の外における加熱容器の外面の温度よりも低くなる。このように、冷却部１７によって熱媒流出入管１３の先端開口１３ａに対向している加熱容器１１の冷却対象面１１ａを冷却することによって、非凝縮性ガスを熱媒流出入管１３の先端開口１３ａ付近に集める。
前述したように、熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法では、冷却媒体を冷却部１７に通過させ、加熱容器１１の冷却対象面１１ａに接触させると冷却効率が高くなることを利用し、非凝縮性ガスが熱媒出入管１３の先端開口１３ａに集まりやすくする。さらに、非凝縮性ガスが冷却による凝縮ガスの凝縮による体積縮小で発生する圧力低下した場所に滞留する性質を利用し非凝縮性ガスを熱媒出入管１３の先端近くに集中滞留させることができる。
非凝縮性ガスが熱媒出入管１３の先端開口付近に集中させて滞留させた状態においては、第１の温度センサー２１によって検出される加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度と、第２の温度センサー２３によって検出される加熱容器１１の加熱面１１ｂの温度との差が大きくなる。このとき、第１の温度センサー２１によって加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度を検出し、第１及び第２の温度センサー２１，２３の温度差を求めて残留非凝縮性ガスの度合いを把握する。さらに第２の温度センサー２３によって加熱容器１１の加熱面１１ｂの温度を検出し、第１及び第２の温度センサー２１，２３の温度差を求めて残留している非凝縮性ガスの残留の有無を把握する。
次に、第１及び第２の温度センサー２１，２３の温度の差の度合いで非凝縮性ガスの残留度合いを検出した後、バルブ２５を開き非凝縮ガスを熱媒流出入管１３から排出し非凝縮ガスを除去する。その後、バルブ２５を閉じる。
非凝縮ガスを除去した後、冷却部１７内の加熱容器１１の冷却対象面１１ａを第１の温度センサー２１によって検出した温度は、非凝縮性ガスの減少と共に高くなり冷却部１７の外に位置している第２の温度センサー２３の検出端２３ａによって検出される加熱容器１１の加熱面１１ｂの温度に近くなる。これは冷却部１７内の加熱容器１１の冷却対象面１１ａの内側に集まり凝縮性ガスを遮蔽していた非凝縮性ガスが排出されたことを示す目安となる。
なお、熱伝達媒体１６及び冷却媒体は、たとえば、ジフェニール/ジフェニールエーテル混合物、もしくはｐ-ジイソプロピルベンゼン等の沸点より引火点の高い気体、たとえば乾燥空気等でなる引火性のないものである。
図２は、熱媒加熱装置の第２実施の形態例を示している。なお、図１に示した第１実施の形態例における熱媒加熱装置と同じ部分には、同じ符号を付して説明を省略する。
図２は、本発明に係る熱媒加熱装置、及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法の実施例２を示している。図２を参照して、熱媒加熱装置は、図１に示した実施例１における冷却部１７に代わる冷却部４７とを備えている。
冷却部４７は、伝熱性のブロック部４９と、ブロック部４９に設けられている冷却管５１と、冷却媒体を流入させる流入口４７ｂと、冷却媒体を流出させる流出口４７ｃとを有している。流入口４７ｂ、流出口４７ｃ及び冷却管５１は、これらで冷却通路Ａを構成している。流入口４７ｂには、冷却媒体をブロック部４９内へ導くための流入管３５が接続されている。流出口４７ｃには、ブロック部４９内の冷却媒体をブロック部４９の外へ導くための流出管３７が接続されている。
ブロック部４９の一面は、加熱容器１１の冷却対象面１１ａに密着するように密着面が形状加工されている。第１の温度センサー２１の検出端２１ａは、ブロック部４９を設けた加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度を検出するためにブロック部４９の下部で加熱容器１１に設置されている。第２の温度センサー２３の検出端２３ａは、ブロック部４９の外側の近傍で加熱容器１１の加熱面１１ｂに設置されている。
ブロック部４９の材質は、熱伝導性の良い材料、たとえば、アルミニウム、銅、真鍮等からなる。また、ブロック部４９と冷却管５１の接合は、ブロック部４９を鋳造によって製作する際に、冷却管５１を鋳込むようにしてもよい。また、ブロック部４９と冷却管５１の接合は、二分割されたブロック部４９を用意して二分割されたブロック部４１の対によって冷却管５１を挟み付けた後、を二分割されたブロック部４９を互いに接合するようにしてもよい。
さらに、二分割されたブロック部４９の対に冷却通路Ａの半割れ形状を加工しておき、二分割されているブロック部４９の対を対向させた後、を二分割されたブロック部４９を互いに接合するようにして冷却通路Ａとしてもよい。
このような熱媒加熱装置においても、実施例１と同様に、第１の温度センサー２１によって加熱容器１１の冷却対象面１１ａの温度を検出し、第１及び第２の温度センサー２１，２３の温度差を求めて残留非凝縮性ガスの度合いを把握し、第２の温度センサー２３で加熱容器１１の加熱面１１ｂの温度を検出し、第１及び第２の温度センサー２１，２３の温度差を求めて残留している非凝縮性ガスの残留の有無を把握する。次に、バルブ２５を開き非凝縮ガスを熱媒流出入管１３から排出し非凝縮ガスを除去する。その後、バルブ２５を閉じる。
本発明に係る熱媒加熱装置及び熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法は、糸条加熱して処理する加熱装置として有用である。
１１ 加熱容器
１１ａ 冷却対象面
１１ｂ 加熱面
１３ 熱媒流出入管
１５ 熱源
１６ 熱伝達媒体
１７，４７ 冷却部
１７ａ 開口部
１７ｂ，４７ｂ 流入口
１７ｃ，４７ｃ 流出口
２１ 第１の温度センサー
２１ａ，２３ａ 検出端
２３ 第２の温度センサー
２５ バルブ
３１ 制御部
３４ 冷却媒体
３５ 流入管
３７ 流出管
４９ ブロック部
５１ 冷却管
Ａ 冷却通路
１１ａ 冷却対象面
１１ｂ 加熱面
１３ 熱媒流出入管
１５ 熱源
１６ 熱伝達媒体
１７，４７ 冷却部
１７ａ 開口部
１７ｂ，４７ｂ 流入口
１７ｃ，４７ｃ 流出口
２１ 第１の温度センサー
２１ａ，２３ａ 検出端
２３ 第２の温度センサー
２５ バルブ
３１ 制御部
３４ 冷却媒体
３５ 流入管
３７ 流出管
４９ ブロック部
５１ 冷却管
Ａ 冷却通路
Claims (5)
- 熱伝達媒体を封入した加熱容器と、該加熱容器の外から該加熱容器内へ導入した熱媒流出入管と、前記加熱容器を加熱することによって前記熱伝達媒体を凝縮性ガスとして前記加熱容器の温度の低い部分に供給し凝縮熱を放出させる熱源と、前記熱伝達媒体を前記加熱容器内に封入しかつ加熱時に前記加熱容器内で発生する非凝縮ガスを前記加熱容器の外へ流出させるよう前記加熱容器の外で前記熱媒流出入管の一部に介在したバルブとを含む熱媒加熱装置において、
前記加熱容器の前記外面に設けた冷却部を有し、該冷却部は、前記熱媒流出入管の先端開口に対向している前記加熱容器の外面に位置していることを有していることを特徴とする熱媒加熱装置。 - 請求項１記載の熱媒加熱装置において、冷却部は、箱形状を呈しており、一面が開放されている開口部と、冷却媒体を流入させる流入口と、冷却媒体を流出させる流出口とを有し、前記開口部の端面が前記加熱容器の前記外面に接続されており、前記該流入口及び前記流出口間には、前記冷却媒体が前記冷却部内で前記加熱容器の前記外面に接触する前記冷却媒体が流通する冷却通路が形成されていることを特徴とする熱媒加熱装置。
- 請求項１記載の熱媒加熱装置において、前記冷却部は、ブロック部と、冷却媒体を流入させるよう該ブロック部に形成した流入口と、前記冷却媒体を流出させるよう前記ブロック部に形成した流出口と、該流入口及び該流出口間で前記冷却媒体を流通するよう前記ブロック部に形成した冷却通路とを有し、前記簿ロック部の一面が前記加熱容器の前記外面に接続されていることを特徴とする熱媒加熱装置。
- 請求項３記載の熱媒加熱装置において、前記冷却通路が冷却管によって形成されており、前記ブロック部と前記冷却管の接合が鋳込みによる接合、もしくは二分割させた前記ブロック部の対によって前記冷却管が挟み付け接合されていることを特徴とする熱媒加熱装置。
- 熱伝達媒体を封入した加熱容器と、該加熱容器の外から該加熱容器内へ導入した熱媒流出入管と、前記加熱容器を外側から加熱し前記熱伝達媒体を凝縮性ガスとして前記加熱容器の温度の低い部分に供給して凝縮熱を放出させる熱源と、前記熱伝達媒体を前記加熱容器内に封入して滞留しかつ加熱時に前記加熱容器内で発生する非凝縮ガスを前記加熱容器の外へ流出させるよう前記加熱容器の外で前記熱媒流出入管の一部に介在したバルブとを含む熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法において、
前記加熱容器内で前記熱媒流出入管の先端に対向する前記加熱容器の外面に対向して位置させた冷却部を有し、前記熱源によって前記加熱容器を加熱した状態で、前記冷却部によって前記熱媒流出入管の先端開口に対向する前記加熱容器の外面を冷却して前記非凝縮性ガスを前記熱媒流出入管の先端付近に集め、前記バルブを開き前記非凝縮ガスを前記熱媒流出入管から排出し前記非凝縮ガスを除去した後、前記バルブを閉じることを特徴とする熱媒加熱装置の非凝縮性ガス除去方法。
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| JP2013170798A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 流動層乾燥装置 |
| CN107907321A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-13 | 江苏克劳特低温技术有限公司 | 一种漏热测试装置及其使用方法 |
-
2004
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