JP2007263193A - 流体加熱用チューブ、及び流体加熱用チューブの加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体を全長に渡って従来より均質に加熱することができる流体加熱用チューブ、及び流体加熱用チューブの加熱方法を提供すること。
【解決手段】 流体を昇温させるチューブであって、少なくとも最外面が導電発熱層３で形成されており、前記導電発熱層３の直径方向への電圧の印加により導電発熱層３が発熱して流体が加熱せしめられる。導電発熱層３が長手方向に形成されているチューブを一対の電極で挟み込んでチューブ直径方向に電圧を印加し、これにより導電発熱層３を発熱させてチューブ中の流体を昇温させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、検体その他の流体を加熱する流体加熱用チューブ、及び流体加熱用チューブの加熱方法に関するものである。

従来より、住宅用の給水、給湯等の送水ホースとして使用される発熱性チューブが知られているが、前記送水ホースは野外の使用、特に寒冷地での野外の使用においてホース内に残留した水が凍結するという問題に鑑み、ホース全長に亘って一定の温度で発熱することができるようにするため次のような提案がある（特許文献１参照）。

すなわち、図５に示すように、内層チューブ11と外層チューブ12で構成された円筒状の合成樹脂製の発熱性チューブであって、前記内層チューブ11と前記外層チューブ12の層間に互いに交差しない２本の裸銅線13a、13bと１本の発熱繊維14が埋設されており、前記裸銅線13a、13bが前記発熱繊維14に一定間隔で接触交差するようにしている。これにより、発熱繊維14が一定間隔で裸銅線13a、13bと接触していることから、発熱性チューブに埋設した裸銅線13a、13bに電流を流すことで裸銅線13a、13bと発熱繊維14で形成された並列回路が等間隔で形成され、チューブの長さに関係なくチューブ全体を一定の温度で発熱することができる、というものである。

ところで、上記のような給水、給湯等の生活材としての大径の発熱性チューブとは発明が属する技術分野が若干異なるのであるが、近時、微量で高速の分析技術の開発により、家庭用等診断チップなどの大きなライフサイエンス市場を創出しようとする試みがある（非特許文献１参照）。

具体的には、検体その他の流体を体温程度まで昇温して分析装置に供給するため、前記流体を流すチューブを熱源に接触させて加熱を行う配管（プロセス管）の開発が進められている。

しかし、前記プロセス管と熱源（板状形状や紐状形状のヒーターなど）との相互間の接触面積が小さく、全長に渡って均質に加熱することができないという問題があった。
特開２００４―１６２８２７号公報（第２〜３頁、図１） マイクロ化学プロセス技術研究組合ホームページ、"事業目的"、[2004/11/5検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mcpt.jp/japanese/mission.html＞

そこでこの発明は、流体を全長に渡って、従来より均質に加熱することができる流体加熱用チューブ、及び流体加熱用チューブの加熱方法を提供しようとするものである。

（請求項１記載の発明）
この発明の流体加熱用チューブは、流体を昇温させるチューブであって、少なくとも最外面が導電発熱層で形成されており、前記導電発熱層の直径方向への電圧の印加により導電発熱層が発熱して流体が加熱せしめられるものである。

この発明の流体加熱用チューブは、少なくとも最外面が導電発熱層で形成されており、チューブ直径方向に電圧を印加することにより導電発熱層が発熱してチューブが加熱せしめられるようにしたので、外付けのヒーター・熱源にチューブを接触させて流体へと伝熱するよりも効率的に加熱することができる。

例えば、採取した分析用の検体（流体）を例えば生体内と同じような条件に近づける為に室温から３５〜３７℃程度へとより効率的に加熱し昇温させた状態で分析機器に導入することができる。

ここで、導電発熱層には、導電することにより発熱する性質を有する樹脂や物質（例えばカーボンや金属粉）を含有させることができる。また、その体積抵抗率を１０^−６〜１０^５Ω・ｃｍに設定すると、自在に昇温設定が可能となるという利点がある。
このチューブは内径の直径を好ましくは８mm以下、昇温効率上より好ましくは3mm以下で実施できる。

なお、チューブ自体を導電発熱材料から成る単一材料で構成してもよい。
（請求項２記載の発明）
この発明は、流体を昇温させるチューブであって、少なくとも外表面のうちの断面Ｃ字形状部分が導電発熱層で形成されており、前記導電発熱層の直径方向への電圧の印加により導電発熱層が発熱して流体が加熱せしめられるものである。

この発明の流体加熱用チューブにおいても、請求項１記載の発明のものとほぼ同等に導電発熱層が発熱して流体が加熱せしめられる。
（請求項３記載の発明）
この発明は、上記請求項１又は２記載の発明に関し、最内層には流体と接する絶縁層（２）を有するものである。
（請求項４記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明に関し、熱可塑性エラストマ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴム又はこれらの混合物で形成されたものとしている。
（請求項５記載の発明）
この発明の流体加熱用チューブの加熱方法は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の流体加熱用チューブを使用して当該チューブ中の流体を昇温させる方法であって、導電発熱層が長手方向に形成されているチューブを一対の電極で挟み込んでチューブ直径方向に電圧を印加し、これにより導電発熱層を発熱させてチューブ中の流体を昇温させるものとしている。

この方法によると、導電発熱層が長手方向に形成されているチューブを一対の電極で挟み込んでチューブ直径方向に電圧を印加しているから、前記電圧印加の全範囲において同時に導電発熱層が発熱し、その結果、流体はより均質に加熱されることになる。また、一対の電極間はチューブの直径程度の距離であるから、導電発熱層は素早く発熱することになる。つまり、この方法によると、チューブ内を流れる流体は素早く且つ均質に昇温させることが可能である。
（請求項６記載の発明）
この発明は、上記請求項５記載の発明に関し、一対の電極で挟み込まれるチューブの形態は、渦巻き状又はジグザグ状に形成されている。

この方法によると、チューブの形態は、渦巻き状又はジグザグ状に形成されているから、比較的小さな面積の電極で、チューブの長い範囲を加熱することができる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。

この流体加熱用チューブ、流体加熱用チューブの加熱方法を使用した場合、外付けのヒーター・熱源にチューブを接触させて流体へと伝熱するよりも効率的に加熱することができるので、流体を全長に渡って従来より均質に加熱することができる流体加熱用チューブ、流体加熱用チューブの加熱装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、この実施形態の微量の分析用流体の加熱用チューブは、流体（採取された分析用の検体等）を昇温させる小径チューブである。その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が３−２φとか３−１φとすることができる。

この自己発熱チューブは熱可塑性樹脂（ＥＴＦＥ樹脂）で押出成形により形成しており、小径のプロセス管を一体的に連続成形し、任意の長さにカットして使用することができる。また、前記熱可塑性樹脂以外にＰＦＡ樹脂で形成することもできる。

図１に示すように、この微量流体加熱用チューブは、その最内層には流体と接する絶縁層２（ベースのＥＴＦＥ樹脂）を有し、外層側には導電発熱層３が長手方向に積層される。前記導電発熱層３は、外層（図１参照）に設けることができる。前記導電発熱層３では、ベースのＥＴＦＥ樹脂に対して導電することにより発熱する性質を有する樹脂や物質（例えば導電性カーボンや金属粉、カーボン繊維や金属繊維、カーボンナノチューブ）を混合して含有させている。
また、混合物質によっては、透明性を有する導電発熱層とすることもでき、この場合、チューブ端部において内部流体が目視で容易に確認できる。前記導電発熱層３の体積抵抗率を１０^−６〜１０^５Ω・ｃｍとなるように設定しており、自在に昇温設定が可能となるという利点がある。

そして、図２（ａ）（ｂ）に示すように、微量流体加熱用チューブを一対の電極４，４で挟み込んでチューブ直径方向に電圧４，４を印加することにより導電発熱層３を発熱させ、これにより流体を昇温できるようにしてある。具体的には、図２に示すように（チューブサイズを２．２−１φに設定した）、前記流体の出口近傍のチューブ温度を温度センサＳにより検知して導電発熱層３への電極４，４により印加電圧を制御するようにしている。ここで、この実施例では、一対の電極４，４で挟み込まれるチューブの形態は、図２（ｂ）に示すように、渦巻き状（その他ジグザグ状でもよい）としてある。したがって、前記電圧印加の全範囲はかなり長い範囲になると共に前記全範囲は同時に導電発熱層３が発熱することとなり、更に電極間は短いから、流体はより均質に加熱されるだけでなく、素早く昇温することになる。

例えば、採取した分析用の検体（流体）を生体内と同じような条件に近づける為に室温（雰囲気温度１５〜２５℃）から体温に近い３５〜３７℃程度へと加熱し昇温させた状態で分析機器（図示せず）に導入する小径プロセス管として使用することができる。なお、昇温させる温度として８０℃等のより高温に加熱する場合もある。

また、図１に係る微量流体加熱用チューブは、２種２層多層チューブ金型を用いて押出成形により製造した。

次に、この実施形態の微量流体加熱用チューブの使用状態を説明する。

この微量流体加熱用チューブは、流体と接する絶縁層２の外層側の導電発熱層３に電圧を加えて発熱させ最内層の絶縁層２を介して流体を加熱するようにしたので、外付けのヒーター・熱源にチューブを接触させて流体へと伝熱するよりもかなり効率的に加熱することができるという利点がある。ここで、導電発熱層３より内層の絶縁層２の肉厚はできればより薄めに設定する方が熱伝達効率に優れる。

また、前記流体の出口近傍のチューブ温度を検知して導電発熱層３への印加電圧を制御するようにしており、昇温させた流体の温度を直接測定しなくても流体の出口近傍のチューブ温度により印加電圧を調整することができると共に、流体入口近傍（１５〜２５℃）と比較して出口近傍（３７℃）では流体が昇温されてきており、この位置でのチューブ温度を検知することによりチューブ内の実際の流体の温度をより正確に評価することができるという利点がある。
（実施形態２）
上記実施形態との相違点を主に説明する。

図３に示すように、この微量流体加熱用チューブは、流体を昇温させる小径チューブであって、導電発熱層３が螺旋状に形成されると共に、前記導電発熱層３に電圧を印加し発熱させて流体を加熱するようにしている。この実施形態では、チューブ自体を導電発熱材料から成る単一材料で構成している。

この微量流体加熱用チューブは、単層チューブ金型により製造した。

この微量流体加熱用チューブは、螺旋状に形成される導電発熱層３に対して電圧をチューブ直径方向に加えて発熱させ流体を加熱するようにしたので、外付けのヒーター・熱源にチューブを接触させて流体へと伝熱するよりも効率的に加熱することができる。特に絶縁性の流体を対象として加熱する場合には、シンプルな構造で実施できるという利点がある。また、チューブ自体を導電発熱材料から成る単一材料で構成したので、効率的に加熱できまた材料が混ざらないのでリサイクルすることができるという利点がある。
（実施形態３）
上記実施形態１では円管状の導電発熱層３を形成しているが、これに限定されることなく、図４に示すように、断面Ｃ字形状に導電発熱層３を形成するようにしてもよい。なお、導電発熱層３が欠けている部分は絶縁層２で補う形態を採ればよい。透明性の絶縁層２を用いた場合、チューブ端部において内部流体が目視で容易に確認できる。
（その他）
この発明に係る実施形態は、上記実施形態１〜３に限られるものではない。要するに外側面が導電発熱層であり、一対の電極で挟み込むことができればよいのである。

検体その他の流体を体温程度まで加熱して分析機器に供給するプロセス管の用途など、種々の流体加熱用チューブの用途に適用することができる。

この発明の流体加熱用チューブの実施形態１で、（Ａ）は軸方向の断面図、（Ｂ）は長手方向の断面図、（Ｃ）は要部斜視図。 （ａ）は図１の流体加熱用チューブの使用状態を説明する側面図、（ｂ）は図１の流体加熱用チューブの使用状態を説明する平面図。 この発明の流体加熱用チューブの実施形態２で、（Ａ）は軸方向の断面図、（Ｂ）は長手方向の断面図、（Ｃ）は要部斜視図。 この発明の流体加熱用チューブの実施形態３で、（Ａ）は軸方向の断面図、（Ｂ）は長手方向の断面図、（Ｃ）は要部斜視図。 従来の発熱性チューブを示す斜視図（特許文献１の図１）

符号の説明

２ 絶縁層
３ 導電発熱層

Claims (6)

1. 流体を昇温させるチューブであって、少なくとも最外面が導電発熱層（３）で形成されており、前記導電発熱層（３）の直径方向への電圧の印加により導電発熱層（３）が発熱して流体が加熱せしめられることを特徴とする流体加熱用チューブ。
2. 流体を昇温させるチューブであって、少なくとも最外面のうちの断面Ｃ字形状部分が導電発熱層（３）で形成されており、前記導電発熱層（３）の直径方向への電圧の印加により導電発熱層（３）が発熱して流体が加熱せしめられることを特徴とする流体加熱用チューブ。
3. 最内層には流体と接する絶縁層（２）を有することを特徴とする請求項１又は２記載の流体加熱用チューブ。
4. 熱可塑性エラストマ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴム又はこれらの混合物で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体加熱用チューブ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の流体加熱用チューブを使用して当該チューブ中の流体を昇温させる方法であって、導電発熱層（３）が長手方向に形成されているチューブを一対の電極で挟み込んでチューブ直径方向に電圧を印加し、これにより導電発熱層（３）を発熱させてチューブ中の流体を昇温させることを特徴とする流体加熱用チューブの加熱方法。
6. 一対の電極で挟み込まれるチューブの形態は、渦巻き状又はジグザグ状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の流体加熱用チューブの加熱方法。

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