JP2006504058A - 流体ヒーター - Google Patents

Abstract

流体ヒーターは、その中に入れられた流体加熱チューブを備え、第一の表面を有する第一の熱交換器ブロックと、その中に入れられた流体加熱チューブを備え、前記第一の表面に隣接する第二の表面を有する第二の熱交換器ブロックとを備えている。前記第一の熱交換器ブロックの表面あるいは前記第一の熱交換器ブロックの表面および前記第二の熱交換器ブロックの表面のそれぞれに、キャビティが形成されている。加熱要素は、前記キャビティ内に位置決めされ、前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックによって、完全に覆われている。前記加熱要素は、第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数のＰＴＣ加熱要素を備え、複数のＰＴＣ加熱要素は、それぞれ、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数の正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有している。

Description

本発明は、流体を加熱するヒーターに関するものであり、水を加熱するヒーターあるいは液化石油ガスなどの液化ガスを気化させるヒーターに関するものである。

従来の技術

液化ガスの加熱および気化を制御するための流体ヒーターは広く知られている。電気的に液化石油ガスを加熱し、気化させるヒーターの例は、米国特許第４，２５５，６４６号明細書に開示され、液化ガス気化ユニットの別の例が、米国特許第４，６４５，９０４号明細書に開示されている。典型的には、気化器は、液化ガスの入口と、ガス蒸気の出口を有する中空の圧力容器を備え、液化ガスの入口は、圧力容器の下端部近傍に設けられ、ガス蒸気の出口は、液化ガスの入口から離間した圧力容器の閉じた上端部近傍に設けられている。典型的には、圧力容器の内部に、加熱コアが設けられ、通常、加熱コアは、圧力容器の下端部近くに位置している。加熱コアに、複数の抵抗電気加熱素子が埋め込まれていてもよい。

複数の電気加熱素子を用いるこのような気化器においては、しばしば、所定の設定温度からのコア温度の偏奇によって決定された周期的なオン・オフ・デューティ・サイクルにしたがって、電力を加熱要素に供給する時間比例コントローラが結合された温度センサを用いることが要求される。コア温度が設定温度を超えて、上昇した場合には、制御回路は、デューティ・サイクルのオン・タイムを減少させ、温度を低下させる。一方、コア温度がよりも低い場合には、制御回路は、デューティ・サイクルのオン・タイムを増大させる。したがって、複雑な制御回路構成と複雑なスイッチ類が必要になる。

かかる気化器はまた、上端部近傍で、かつ、ガス蒸気の出口の下方の圧力容器の内部に連通している液化ガスセンサを備えていることがある。この液化ガスセンサは、典型的には、圧力容器内の液化ガスのレベルを検出し、圧力容器内への液化ガスの流れを遮断するために開閉するバルブを制御するオーバー・フロー・センサあるいは「フロートスイッチ」である。したがって、バルブは、圧力容器内への液化ガスの加圧流を開き、液化ガスが、ガス蒸気ヘッド・スペースを満たし、液化ガスが、気化器の出口を介して、あふれ出る前に、液化ガスの加圧流を遮断するように、制御される。

かかる公知の流体ヒーターは、オーバーヒーティングを防止するために、電気加熱要素のオン・オフ・デューティ・サイクルを制御する必要があるという問題点を有している。このために必要な回路は、安全上の注意を生成し、これに加えて、メインテナンス上の注意および信頼性に関する注意が生成される。さらに、この回路は、流体ヒーターのコストを増大させるという問題がある。

最もよく知られた流体ヒーターは、さらに、非常に揮発性が高いガスが存在し、また、電気回路加熱源の形の燃焼発生源が存在するため、爆発の危険があるという共通の問題点を有している。その結果、流体ヒーターは、他に、燃焼あるいは爆発の危険性を含んだ環境で使用された場合でも、内部爆発を抑制することができるように、防護遮へい体内に、十分に、収容されていなければならない。このような遮へい体が必要であるということは、メインテナンスの問題を複雑化させるだけでなく、流体ヒーターのコスト、重量およびサイズを増大させるという問題を生じさせる。

発明の要約

本発明のある好ましい実施態様によれば、流体ヒーターは、第一の熱交換器ブロックと、加熱されるべき流体を受け入れるように構成された流体加熱チューブと、加熱されるべき流体を受け入れるように構成された第二の流体加熱チューブを有する第二の熱交換器ブロックを備えている。前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックは、互いに対向する内部表面を有している。加熱ユニットは、前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックの間に位置決めされている。本発明のある実施態様においては、前記加熱ユニットは、１または２以上の加熱要素を含む正の温度係数を有するヒーター（ＰＴＣヒーター）である。前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックの間に、前記加熱要素が収容されるキャビティを形成するようにしてよく、あるいは、かかるキャビティを形成することなく、前記加熱要素を、前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックに隣接するように位置決めすることもできる。

本発明のある好ましい実施態様によれば、第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートによって、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数のＰＴＣ加熱要素に電力が供給される。複数のＰＴＣ加熱要素は、それぞれ、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数の正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有している。

発明の詳細な説明

ヒーター１０は、対向するように取り付けられた２つの熱交換器ブロック１３および１４を含んだ熱交換器１２を備え、熱交換器ブロック１３および１４は、熱交換器ブロック１３および１６の間にサンドイッチされた８つの正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素１６を備えている。実際上は、正の温度係数を有する加熱要素１６の数は、用途に応じて、変化させることができる。正の温度係数を有する加熱要素１６の数は、６以下から、１４以上の間で、変化させることはできる。

熱交換器ブロック１３および１４のそれぞれは、アルミニウムなどの熱伝導性を有する材料をキャスティングすることによって形成され、図２および図３に最もよく図示されているように、その内部に、一体的な流体加熱チューブ１８を備えている。各流体加熱チューブ１８は、入口２０と出口２２を備えている。熱交換器ブロック１３および１４の流体加熱チューブ１８は、第一の熱交換器ブロック１３の流体加熱チューブ１８の出口２２と、第二の熱交換器ブロック１４の流体加熱チューブ１８の入口２０とを接続する連結チューブ２４によって、直列に連結されている。

チューブ１８は、ブロック１３およびブロック１４内に、所望の方法を用いて、形成することができる。１つの方法としては、チューブ１８を、所定の形状およびサイズを有するステンレススチール、炭素鋼あるいはアルミニウムのチューブとして構成し、所定の位置にあるチューブのまわりに、アルミニウムをキャスティングして、最終的に、ブロック１３およびブロック１４を得るという方法が挙げられる。別の所望の方法としては、ブロック１３およびブロック１４内に、キャスティングプロセスで形成されたチューブを有するブロックをキャスティングするという方法が挙げられる。これら以外の方法を用いることもできる。

熱交換器ブロック１４は、その間に、ボルトあるいは他のファスナーやクランプなどのファスナー２６によって、サンドイッチされている加熱要素１６と向かい合うように、しっかりと固定される。電源２８から、好ましくは、１００ボルトないし２４０ボルトの電力が、加熱要素１６に供給される。流量制御バルブ３０が、第一の熱交換器ブロック１３の気化チューブ１８の入口２０に連結され、流量制御バルブ３０によって、液化石油ガス貯蔵タンクなどの流体源３２から、流体が加熱されて、気化する熱交換器１２への流体の流れが制御される。気化した流体は、第二の熱交換器ブロック１４の流体加熱チューブ１８の出口２２から、流出し、出口チューブ２９に供給される。

ヒーター１０に用いられるＰＴＣ加熱要素１６の一例が、図４Ａに示され、その分解図が図４Ｂに示されている。かかるＰＴＣ加熱要素１６はよく知られており、当技術分野において、「ストーン」と呼ばれる複数の熱生成コンポーネントを備え、互いに離間した一対の平面状の伝導性プレート１６ａ、１６ｂを含んでいる。各ストーンは、その中を電流が流れるにしたがって、発熱する。ストーン１６ｃは、伝導性プレートの間に配置されている。ＰＴＣ加熱要素１６は、平らで、ローサイドのプロファイルを有している。導線１６ｄが、プレート１６ａの端部に接続され、導線１６ｅが、プレート１６ｂの端部に接続されており、伝導性プレートの間のストーンを横切って、電圧が供給される。すべてのストーンは、供給電圧に並列に、接続されている。ストーン１６ｃは、各ストーンが、伝導性プレート１６ａに電気的に接触する一方の表面と、伝導性プレート１６ｂに電気的に接触する他方の表面を有するように、伝導性プレート１６ａ、１６ｂの間に、列状に配置されている。電流は、ストーンを通って、プレート１６ａから、プレート１６ｂに流れ、これらを加熱する。

ストーン１６ｃは、伝導性プレート１６ａ、１６ｂによって、それを横切るように供給された電圧に応答して、熱を生成する感熱性半導体レジスタ材料によって形成され、それを横切るように供給された電圧のいかんにかかわらず、実質的に同じ熱を出力する性質を有している。このように、ＰＴＣ加熱要素１６は、電源２８で用いられる電圧とは無関係に、正確に一定の熱を生成する。したがって、従来の電気ヒーターのように、所望の熱を生成するために、注意深く、かつ、正確に、ＰＴＣ加熱要素１６の電源を調整する必要がない。そのため、簡易な構成を有し、安価なヒーターを提供することが可能になる。また、電源システムが互いに全く異なる国々で用いることができるようにするために、電力を正確に調整するという従来のヒーターに対する要求およびそのためのコストを低減することが可能になる。したがって、ＰＴＣ加熱要素１６は、加熱要素のために電力を供給する電源システムに注意を払うことなく、広く使用することができる。

本発明のある実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１６は、インディアナ州のノース・ウェブスターのデッコー・エンタープライズ（Dekko Enterprise）によって販売された５つのストーンを用いたＥＢスタイル（EB style）である。ＥＢスタイルのサンプルとしては、１２０ないし２３０ボルトの電圧を用いたときに、５つのストーンを用いたＰＴＣ加熱要素が、１０３ない１１７℃の表面温度を生成するものがある。

本発明のある実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１６が、それぞれ、高い熱伝導率を有する材料によって形成された電気絶縁性ジャケット１７内に、パッケージされている。ジャケット１７は、図４Ａにおいて、ＰＴＣ加熱要素１６の伝導性プレート１６ａ、１６ｂが見えるように、その一部が取り除かれて、図示されている。

ＰＴＣ加熱要素１６が、その間の熱伝導が促進されるように、伝導性金属よりなる熱交換器ブロックの間に、しっかりとサンドイッチされると、ジャケット１７は、加熱要素の伝導性プレート１６ａ、１６ｂが、熱交換器ブロックに、電気的に接触することを防止するとともに、同時に、加熱要素によって生成された熱が、ジャケットを介して、熱交換器ブロックに効率的に伝熱されることを防止する。ＰＴＣ加熱要素１６の電気絶縁性を有し、熱伝導性を有するジャケット１７は、現在、ウィルミングトン・デラウエア（Wilmington Delaware）のデュポン・ヌムール・カンパニー（du Pont de Nemours and Company）から入手可能なポリアミドフィルムである「カプトン（KAPTON）」（登録商標）によって形成することができる。

ＰＴＣ加熱要素１６を用いることによって、他の利点も理解されるであろう。上述のとおり、ストーン１６ｃは、伝導性プレート１６ａ、１６ｂの間に、列状に配置され、１つのストーンが損なわれた場合に、伝導性プレートの間に配置された他のストーンが、動作し続け、熱を生成し続けるため、全面的な不具合が生じにくい加熱要素を生成することが可能になる。この点に関し、図１に示されるように、加熱要素が電源２８に並列の接続されるように、加熱要素１６の複数の導線１６ｄはともに接続され、加熱要素１６の複数の導線１６ｅもともに接続されている。かかる構成により、加熱要素１６の１つが完全に損なわれた場合にも、他の加熱要素１６が、電力を供給し続け、動作し続ける。いくつかの加熱要素中で、あるストーンが損なわれた場合、あるいは、いくつかの加熱要素が完全に損なわれた場合においても、他の加熱要素が依然として十分な熱を供給し、熱交換器１２に供給される流体を所望のように、加熱することができるように、十分に数多くの加熱要素１６を用いることができる。

他の利点は、ＰＴＣ加熱要素１６が、動作可能で、ＰＴＣ加熱要素１６が作動している環境の温度が、その温度を超え始めたときに、出力される電力を低減させるような回復温度（cure temperature）を有している点で、自己調整機能を有しているという事実に起因するものである。ＰＴＣ加熱要素１６が自己調整機能を有しているため、電源２８によって供給される電力は、温度が制御不能に上昇するという危険な状況を生じさせるおそれなしに、単に、ＰＴＣ加熱要素１６に直接的に接続される。その結果、従来の抵抗型加熱要素において要求されていた高価な加熱温度制御回路が不要になり、過熱のおそれがなくなる。

図５は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるヒーター１００の分解図であり、また、図６は、図５の６−６線に沿った断面図である。キャビティあるいは凹部１１０が形成された表面１２６を備えた第一の熱交換器ブロック１１４が図示されている。キャビティ１１０のすべての側部は、最小壁厚Ｔを有している。表面１２８を有する第二の熱交換器ブロック１２０は、第一の熱交換器ブロック１１４の表面１２６に対応するように、構成されている。熱交換器ブロック１１４、１２０は、熱交換器ブロック１３、１４と同様に、アルミニウムあるいは他の材料を、チューブのまわりに、キャスティングすることによって構成することもできる。図６においては、熱交換器ブロック１２０は、平らな表面１２８を有するように描かれている。あるいは、２つの熱交換器ブロック１１４、１２０が同じ構成を有し、交換可能なように、キャビティ１１０を、２つの熱交換器ブロックに形成するようにしてもよい。本実施態様によれば、表面１２６、１２８は、平面的にではなく、互いに、適合する形状を有している。図５および図６に示された実施態様によれば、キャビティ１１０は、その中の加熱アセンブリーの平面的な構成に適合する平らな表面を有している。別の好ましい実施態様によれば、キャビティ１１０は、平面的でない形状を有する加熱要素あるいは加熱アセンブリーに適合するように構成された平面的でない表面を有している。

非導電性の位置合わせ用ピン１３２が、キャビティ１１０の各端部に向かうように位置した凹部１３４内に位置決めされている。電気絶縁性パッド１１７が、キャビティ１１０内に、高い熱伝導率を有する材料によって形成されている。本発明の好ましい実施態様によれば、パッド１１７は、表面のボイドと凹凸に適合するように、ある程度の弾性と適合可能性を有し、その結果、伝熱に対して、最大の接触が維持される。パッド１１７は、位置合わせ用ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１３８を備えている。パッド１１７の隣には、ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１４０を備えた第一のパワー・バス・プレート１１９が設けられている。弾性を有する非導電性の位置合わせ用マスク１３６が、第一のバス・プレート１１９に隣接するように、位置決めされている。マスク１３６には、ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１４２と、複数の切り欠き部１３７が設けられている。

ＰＴＣ加熱要素１１６は、バス・プレートの長さ方向に沿って、マスク１３６の各切り欠き部１３７内に位置決めされている。ＰＴＣ加熱要素１１６は、図４Ａおよび図４Ｂを引用して説明を加えたＰＴＣ加熱要素１６と同様の構成を有している。本実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１１６は、導線１６ｄおよび導線１６ｅを備えてはいない。さらに、ここで説明を加えたように、複数のＰＴＣ加熱要素１１６は、共通のバスに接続されているから、電気絶縁性のジャケット１７を有してはいない。

ＰＴＣ加熱要素１１６の上方には、第二のパワー・バス・プレート１２１が設けられ、さらに、位置合わせ用ノッチ１４０、１３８を備えた第二の電気絶縁性パッド１２３が設けられている。第二の熱交換器ブロック１２０は、第一のブロック１１４にクランプされ、その間に、上述したコンポーネントを備えている。パワー・バス・プレート１１９、１２１は、それぞれ、アルミニウム、銅、スチール、銀被覆基板、その他の所望の熱伝導体によって、形成することができる。一方のパワー・バス・プレート１１９は、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６の一方の側部に、並列に接続され、他方のパワー・バス・プレート１２１は、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６の他方の側部に、並列に接続されている。電力は、バス１１９から、ＰＴＣ加熱要素１１６を介して、バス１２１に供給され、その結果、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６が、同時に加熱される。この利点については、別途、説明されている。

電気絶縁性のパッド１１７、１２３は、第一の熱交換器ブロック１１４および第二の熱交換器ブロック１２０のクランプ圧力によって、圧縮されたときに、それらの一方の側部が、パワー・バス・プレート１１９、１２１のそれぞれの表面に適合し、それらの他方の側部が、熱交換器ブロック１１４、１２０のそれぞれの表面に適合するように、ある程度の弾性を有している。圧力は、アルミニウムのバス・プレート１１９、１２１と、ＰＴＣ加熱要素１１６の上側表面および下側表面との間で、均一に保持される。圧力は、バス・プレート１１９、１２１と、ＰＴＣ加熱要素１１６との間に、電気的な接触が確実に確保され、伝導性プレート１６ｂおよび１６ａが、それぞれ、バス・プレート１１９、１２１に電気的に接触するように、選択される。パワー・バス・プレート１１９、１２１は、それぞれ、コンタクトタブ１２４を備えている。電源２８からの電気的接続用のワイヤー１２２、１２３は、コンタクトタブ１２４で、バス・プレート１１９、１２１に接触している。デバイス１００の外側から、キャビティ１１０に向けて、通過する孔１３０が、接続部１２２、１２３のデバイス内への通路を提供している。孔１３０は、接続用のワイヤー１２２、１２３の通路の存在を許容するように構成された防爆シール（図示せず）によって、閉じられていてもよい。このようなシールは、本技術分野において、周知であり、燃焼や爆発の懸念がある他の分野において、用いられている。電力は、電気的接続用のワイヤー１２２、１２３を介して、バス・プレート１１９、１２１のコンタクトタブ１２４に供給され、そこから、ＰＴＣ加熱要素１１６のそれぞれに供給される。

キャビティ１００は、熱交換器ブロック１１４、１２０が一緒にクランプされたときに、パッド１１７、パワー供給バス・プレート１１９、１２１ならびにＰＴＣ加熱要素１１６が、一緒に、適当にバイアスされて、熱交換器ブロック１１４の表面１２６が、熱交換器ブロック１２０の表面１２８に押圧されるような適当な深さを有している。これは、防爆アセンブリを提供するためである。

本発明の原理にしたがって説明されたような安全定格を決定する規則およびデバイスの保証（Regulations governing safety ratings and certifications of devices）は、与えられた環境下で、使用する際の安全性が保証されるようにするため、デバイスが所定の制限内にある特徴を備えていることを要求する。たとえば、防爆性を保証するためには、ある規制基準にしたがって、可燃性液体を気化させるために用いられるデバイスは、燃焼源と、デバイスの外部との間に、ある最小壁厚を有していなければならない。本発明におけるブロック１１４、１２０の壁は、かかる基準に適合するものである。たとえば、側壁１２７の厚さＴは、この最小厚さに合致し、あるいは、この最小厚さを超えるように選択される。

さらに、壁内の通路あるいは２つのブロック１１４、１２０の間のギャップは、内部での燃焼が爆発に至らないようにする場合には、圧力を解放する通気口として構成される。通気口が適当なサイズを有している場合には、爆発を生じさせるような圧力が生成されることはない。デバイス内で発生している炎が外部に到達しないように、圧力を適当に解放するためには、ギャップあるいは通路の長さと幅の間に、ある関係が存在する。さらに、デバイスの全容積とキャパシティが、かかる証明のために満たされるべきパラメーターに影響を与える。図５および図６に示された実施態様にかかるデバイスは、ナショナル電気コード（National Electrical Code (NEC)）によって規定されてる危険な領域定格クラスＩのディビジョン１（a hazardous
area rating Class I, Division 1）に適合するように構成されている。したがって、このデバイスは、十分に安全であると評価され、潜在的に爆発の危険がある領域内で使用される場合においても、爆発はしないし、また、それに近い可燃性材料の燃焼が始まることもない。同様のキャパシティを有する従来の気化器およびヒーターでは、安全基準に適合させるためには、別体の保護ケーシングが必要であった。

図示された本発明の実施態様の場合には、熱交換器ブロック１１４、１２０は、完全に、加熱要素、電力接続部および流体加熱チューブを取り囲むように、互いに適合させて、構成されている。したがって、ユニットは、さらにシールドを設けることを要せずに、ＮＥＣの基準に合致している。このため、本発明のデバイスの製造コストを、既知のヒーターや気化器に比して、大幅に低減させることができる。熱交換器ブロック１１４、１２０は、チューブを取り囲み、加熱要素を取り囲み、熱交換器として機能し、さらに、防爆用筺体を提供するなどの数多くの意義を有している。

図４および図５に図示された熱交換器ブロックの防爆特性は、用いられている加熱要素のタイプとは無関係であることに注意すべきである。したがって、ここに開示された構成以外の構成を有するＰＴＣ加熱要素も、加熱要素を包み込んで保護する熱交換器ブロックとともに使用される他のタイプの加熱コイルや加熱要素も、いずれも、本発明の範囲内にある。キャビティ１１０の内部表面は平面状である必要はなく、防爆のためのシールを提供する一方で、ブロック１１４、１２０への熱交換効率を最大化するために、使用している加熱要素の形状に適合していればよい。

熱交換器ブロック１１４、１２０は、それぞれ、図５および図６に示された単一のキャビティ１１０の約１／２の深さを有するキャビティを備えていてもよく、その場合には、２つのキャビティの組み合わせによって、所定の寸法の１つのキャビティが形成されるように、これらのキャビティは、互いに反対側に位置決めされる。このように構成することによって、ブロック１１４、１２０を同一形状に設計することができ、したがって、デバイスの製造および組み立てを簡易化することが可能になる。デバイスが使用される環境が防爆性を要求せず、あるいは、加熱される流体が可燃性を有していないため、防爆性が問題にならないような場合には、キャビティを設けることは必要でなく、また、加熱要素を、ブロックの間に位置決めし、必要に応じて、シールすることができる。

本発明のある実施態様によれば、キャビティは、熱交換器ブロック内に形成されず、一方の側部から他方の側部に連通する孔を有し、ブロックの間にサンドイッチされたプレートに含まれるように形成される。孔の開口部は、熱交換器ブロックと接触するプレートの表面に位置し、また、孔は、加熱要素をその内部に受け入れることができるようなサイズを有している。

このデバイスの動作は、以下のとおりである。電気接続用ワイヤ１２２、１２３を介して、電圧が、電源２８からヒーター１００に供給される。電気接続用ワイヤ１２２、１２３とのコンタクトを介して、電力が、パワー・バス・プレート１１９、１２１に供給される。ＰＴＣ加熱要素は、それぞれ、バス・プレート１１９、１２１を介して、電源に接続されている。ＰＴＣ加熱要素１１６は、その回復温度に加熱される。熱は、加熱要素から、パワー・バス・プレート１１９、１２１および電気絶縁性のパッド１１７を介して、熱交換器ブロック１１４、１２０に伝達される。熱は、さらに、流体が加熱されて、気化されるべき流体加熱チューブ１８内の流体に伝達される。チューブ１８内の流体の最大流速は、流量制御バルブ３０によって、流体が所望の温度に達するように、調整される。ある場合には、所望の温度は、水、液化石油生成物や他の流体などの加熱されている流体の沸点にほぼ等しい温度である。ある流体および用途では、流体が、出口において、完全に気化するように、温度が選択される。ＰＴＣ加熱要素１１６の自己調整機能を有しているので、ＰＴＣ加熱要素１１６は、デバイスに流入する流体の温度変化あるいは流速変化を吸収するために、電源２８から供給される電流を、ＰＴＣ加熱要素１１６の最大電力定格まで、修正する。

図５および図６に示された実施態様は、既知のデバイスや、上述した実施態様に比して、いくつかの利点を有している。バス・プレート１１９、１２１を用いることによって、導線１６ｄおよび導線１６ｅが不要になり、その結果、安価に製造することができ、故障するおそれが少ない簡易な構造を実現することができ、より経済的で、信頼できるデバイスを実現することが可能になる。

以上、本発明を、液化ガス気化器につき説明を加えたが、本発明の原理は、他のタイプのヒーターや気化器にも適用することができる。本発明の他の用途としては、家庭用温水ヒーターや、流体およびガスを予熱するなどの工業的用途、病院や他の医療施設用の流体ヒーターが挙げられる。本発明は、とくに、誤作動した場合においても、患者に火傷を負わせることがないように、流体加熱デバイスが念入りに調整される医療用途に有用である。さらに、用いられているＰＴＣ加熱要素が自己調整機能を有しているため、このデバイスは、そのような用途に用いる場合に、きわめて安全であり、経済的である。本発明の他の用途としては、炭化水素ガスを燃焼させるエンジンによって作動される自動車が挙げられる。かかる自動車は、使用に先立って、気化される必要がある液化ガスのタンクを搭載している。

上述したところから、例示の目的で、ここでは、本発明の特定の実施態様につき、説明を加えたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに、種々の修正が可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲以外によって、限定されるものではない。

図１は、２つの積層型熱交換器ブロックを備えた熱交換器と容量制御バルブを有する本発明の好ましい実施態様にかかる流体ヒーターの等角図である。 図２は、その内部に収容されたチューブと、加熱要素を理解しやすくするために、熱交換器ブロックの１つが想像線で描かれた図１の流体ヒーターの等角分解図である。 図３は、図１流体ヒーターの各熱交換器ブロックに用いられたチューブの等角図である。 図４Ａは、熱を図１の流体ヒーターの熱交換器ブロックに供給するために用いられた正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素の等角図である。 図４Ｂは、図４Ａの正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素の分解図であり、個々のストーンの配置を示している。 図５は、本発明の第二の好ましい実施態様を示す等角分解図であり、加熱要素の構成要素を、熱交換器ブロックのキャビティ内に位置決めする場合が示されている。 図６は、図５の実施態様の断面図である。

符号の説明

１０ ヒーター
１２ 熱交換器
１３ 第一の熱交換器ブロック
１４ 第二の熱交換器ブロック
１６ ＰＴＣ加熱要素
１６ａ、１６ｂ 伝導性プレート
１６ｃ ストーン
１６ｄ、１６ｅ 導線
１７ ジャケット
１８ 流体加熱チューブ
２０ 流体加熱チューブの入口
２２ 流体加熱チューブの出口
２４ 連結チューブ
２６ ファスナー
２８ 電源
２９ 出口チューブ
３０ 流量制御バルブ
３２ 流体源
１００ ヒーター
１１０ キャビティ
１１４ 第一の熱交換器ブロック
１１６ ＰＴＣ加熱要素
１１７ パッド
１１９ 第一のパワー・バス・プレート
１２０ 第二の熱交換器ブロック
１２１ 第二のパワー・バス・プレート
１２２ ワイヤー
１２３ パッド
１２４ コンタクトタブ
１２６ 第一の熱交換器ブロックの表面
１２８ 第二の熱交換器ブロックの表面
１３０ 孔
１３２ 位置合わせ用ピン
１３６ 位置合わせ用マスク
１３７ 切り欠き部
１３８ 位置合わせ用ノッチ
１４０ 位置合わせ用ノッチ
１４２ 位置合わせ用ノッチ

Claims (32)

1. 第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、
   前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素とを備え、前記正の温度係数を有する複数の要素が、それぞれ、
   第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、
   前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有する
   ことを特徴とする加熱要素。
2. さらに、前記正の温度係数を有する複数の要素と反対側において、その面が、前記第一のバス・プレートの面と接触し、前記正の温度係数を有する複数の要素と反対側において、その面が、前記第二のバス・プレートの面と接触するように位置決めされ、熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第一のパッドおよび熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第二のパッドを備えたことを特徴とする請求項１に記載の加熱要素。
3. 第一の表面を有する第一の熱交換器ブロックと、
   前記第一の表面に熱的に接触する第二の表面を有する加熱要素であって、第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素を備えた加熱要素とを備え、前記正の温度係数を有する複数の要素が、それぞれ、
   第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、
   前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有する
   ことを特徴とする流体ヒーター。
4. さらに、前記加熱要素がその内部に位置決めされ、前記第一の表面内に形成されたキャビティを備えたことを特徴とする請求項３に記載の流体ヒーター。
5. さらに、前記第一の熱交換器ブロック内に、流体加熱チューブを備えたことを特徴とする請求項３に記載の流体ヒーター。
6. 前記加熱要素が、さらに、第三の表面を備えており、さらに、第四の表面を有し、前記第四の表面が前記第三の表面に熱的に接触するように位置決めされた第二の熱交換器ブロックを備えたことを特徴とする請求項３に記載の流体ヒーター。
7. 前記第二の熱交換器ブロック内に、流体加熱チューブを備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体ヒーター。
8. さらに、前記第一の表面および前記第四の表面のそれぞれの内部に形成された凹部を備え、前記第一の表面および前記第四の表面内に形成された前記凹部が、協働して、その内部に、前記加熱要素が位置決めされるキャビティを形成していることを特徴とする請求項６に記載の流体ヒーター。
9. 前記第一の表面および前記第四の表面が、面と面とで接触していることを特徴とする請求項８に記載の流体ヒーター。
10. その内部に、流体加熱チューブを備えた第一の表面を有する第一の熱交換器ブロックと、
    その内部に、流体加熱チューブを備えた第二の表面を有する第二の熱交換器ブロックであって、前記第一の熱交換器ブロックに対して、前記第一の表面と前記第二の表面が互いに隣接するように、位置決めされた第二の熱交換器ブロックと、
    前記第一の表面内に形成され、その内表面上に、第三の表面を有するキャビティと、
    対向する側部に、第四の表面および第五の表面を有し、前記第四の表面が前記第三の表面に、面と面で接触し、前記第五の表面が前記第二の表面に、面と面で接触するように、前記キャビティ内に位置決めされた加熱要素であって、前記キャビティ内に、封入された加熱要素とを
    備えたことを特徴とする流体ヒーター。
11. 第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、
    前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素とを
    備えたことを特徴とする請求項１０に記載の流体ヒーター。
12. 前記正の温度係数を有する複数の要素が、それぞれ、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有することを特徴とする請求項１１に記載の流体ヒーター。
13. 前記加熱要素が、さらに、熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第一のパッドおよび熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第二のパッドを備え、前記第一のパッドが、前記第一のバス・プレートと前記第一の表面との間に位置決めされ、前記第二のパッドが、前記第二のバス・プレートと前記第三の表面との間に位置決めされたことを特徴とする請求項１１に記載の流体ヒーター。
14. 前記第一の熱交換器ブロック内に形成され、前記キャビティから、前記第一の熱交換器ブロックの外表面に連通する孔と、
    第一の端部において、前記加熱要素に連結され、その第二の端部が、前記第一の熱交換器ブロックの外側に位置する電源ケーブルと、
    前記孔を、前記電源ケーブルのまわりで、塞ぐ防爆性シールとを
    備えたことを特徴とする請求項１０に記載の流体ヒーター。
15. 前記第一の表面と、前記第二の表面が、所定の距離だけ、離間していることを特徴とする請求項１０に記載の流体ヒーター。
16. その内部に、流体加熱チューブを備えた第一の表面を有する第一の熱交換器ブロックと、
    その内部に、流体加熱チューブを備えた第二の表面を有する第二の熱交換器ブロックであって、前記第一の熱交換器ブロックに対して、前記第一の表面と前記第二の表面が互いに隣接するように、位置決めされた第二の熱交換器ブロックと、
    前記第一の熱交換器ブロックの前記第一の表面内に形成された第一のキャビティと、
    前記第二の熱交換器ブロックの前記第二の表面内に形成された第二のキャビティであって、前記第一の表面と前記第二の表面が、面と面とで接触しているときに、前記第一のキャビティと前記第二のキャビティとが、互いに反対側に位置して、前記第一の熱交換器ブロック前記第二の熱交換器ブロックとの間に、チャンバーを形成するように、位置決めされた第二のキャビティと、
    前記チャンバー内に位置決めされた加熱要素とを
    備えたことを特徴とする流体ヒーター。
17. 前記第一の表面が平面状ではなく、前記第二の表面が、平面状ではない前記第一の表面に適合するように構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の流体ヒーター。
18. さらに、前記チャンバーと、前記流体ヒーターの外部との間の圧力を均一化する手段を備えたことを特徴とする請求項１６に記載の流体ヒーター。
19. 前記チャンバーの形状が、前記加熱要素の形状に適合されていることを特徴とする請求項１６に記載の流体ヒーター。
20. 反対側に、第一の表面および第二の表面を有する加熱要素であって、
    第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、
    前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素とを備えた加熱要素を備え、前記正の温度係数を有する複数の要素が、それぞれ、
    第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、
    前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有し、
    さらに、その内部に、流体加熱チューブを備えた第三の表面を有する第一の熱交換器ブロックと、
    その内部に、流体加熱チューブを備えた第四の表面を有する第二の熱交換器ブロックとを備え、
    前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックと、前記加熱要素が、前記第一の表面および前記第二の表面が、それぞれ、前記第三の表面および前記第四の表面と、面と面とで接触し、前記加熱要素がその間にサンドイッチされたことを特徴とする流体ヒーター。
21. 前記第一の熱交換器ブロックが、前記第三の表面に平行な面内に位置し、前記第三の表面から第一の所定の距離にある第五の表面を含み、
    前記第二の熱交換器ブロックが、前記第四の表面に平行な面内に位置し、前記第四の表面から第二の所定の距離にある第六の表面を含み、
    前記第三の表面が、前記第五の表面内に形成されたキャビティの後壁を形成するように、前記第一の熱交換器ブロックが形成され、前記第一の表面および前記第二の表面が、それぞれ、前記第三の表面および前記第四の表面に隣接しているときに、前記第五の表面が、前記第六の表面に隣接して、前記加熱要素を封入するように、前記キャビティが形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
22. 前記第二の所定の距離がゼロで、前記第二の表面と前記第六の表面が同じ表面であることを特徴とする請求項２１に記載の流体ヒーター。
23. 前記第二の所定の距離がゼロよりも大きく、前記第二の表面が、前記第六の表面内に形成されたキャビティの後壁を形成していることを特徴とする請求項２１に記載の流体ヒーター。
24. 前記加熱要素が、さらに、電気的に絶縁性を有する第一のパッドおよび熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第二のパッドを有し、前記第一のパッドが、前記第一のバス・プレートと前記第三の表面との間に位置決めされ、前記第二のパッドが、第二のバス・プレートと前記第四の表面との間に位置決めされていることを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
25. 前記加熱要素が、さらに、前記正の温度係数を有する複数の要素を備えて、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた位置合わせ用マスクを備え、前記位置合わせ用マスクが、その長さ方向に沿って、均一の間隔で離間した複数の切り欠き部を備えており、前記正の温度係数を有する複数の要素が、それぞれ、前記複数の切り欠き部のうち、対応する切り欠き部内に位置決めされ、前記位置合わせ用マスクが、非導電性を有する圧縮可能な材料によって形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
26. 前記第一の熱交換器ブロックが、前記第三の表面内に凹部を備え、
    さらに、前記凹部内に、位置合わせ用ピンを備え、前記位置合わせ用ピンの第一の端部が、前記凹部から、ほぼ前記第三の表面に垂直に延びるように、前記位置合わせ用ピンが位置決めされ、
    前記加熱要素の前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートが、それぞれ、位置合わせ用ノッチを備え、前記加熱要素が、前記第三の表面および前記第四の表面との間に、正しく位置決めされたときに、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの前記位置合わせ用ノッチが、前記位置合わせ用ピンに係合するように、前記前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの前記位置合わせ用ノッチが位置決めされていることを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
27. さらに、両側部に、第五の表面および第六の表面を有し、前記第五の表面および前記第六の表面を通り、前記加熱要素を取り囲むのに十分なサイズを有する孔を有するプレートを備え、前記第五の表面が前記第三の表面に隣接するとともに、前記第六の表面が前記第四の表面に隣接し、前記加熱要素が、前記孔内で、かつ、前記第三の表面および前記第四の表面の間に封入されるように、前記プレートが位置決めされていることを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
28. 前記第三の表面および前記第四の表面が平面状ではなく、それぞれ、前記第五の表面および前記第六の表面に適合するように構成されたことを特徴とする請求項２０に記載の流体ヒーター。
29. 表面を有し、熱伝導性を有する材料によって形成された第一のブロック内に入れられた第一のチューブの第一の端部に、流体を導入し、
    前記第一のチューブの第二の端部から、前記流体を引き出し、
    前記第一のブロックの表面に隣接する表面を有し、熱伝導性を有する材料によって形成された第二のブロック内に入れられた第二のチューブの第一の端部に、前記流体を導入し、
    前記第一のブロックおよび前記第二のブロックの間に形成されたキャビティ内に封入された加熱要素に、電圧を印加し、
    それによって、前記加熱要素、前記加熱要素に接触している前記第一のブロックおよび前記第二のブロックの前記熱伝導性を有する材料ならびに前記第一のチューブおよび前記第二のチューブを加熱して、
    前記流体を加熱することを特徴とする流体の加熱方法。
30. 前記第一のチューブおよび前記第二のチューブを、前記流体の飽和温度を超える温度に加熱して、前記第一のチューブおよび前記第二のチューブを加熱し、さらに、前記流体を加熱して、前記流体を気化させることを特徴とする請求項２９に記載の流体の加熱方法。
31. 前記流体が、液化ガスであることを特徴とする請求項３０に記載の流体の加熱方法。
32. 前記加熱要素が、第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートと、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素とを備え、前記正の温度係数を有する複数の要素が、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートに電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートの間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有することを特徴とする請求項２９に記載の流体の加熱方法。

Images