JP2008082655A - 液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給された液体を加熱する液体加熱装置において、装置の破損を防止すると共に効率的な液体加熱を行うことのできる液体加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱管２に供給された液体Ｌにより形成される流路の上流側に設けられた第１のヒータ部７と、下流側に設けられた第２のヒータ部８とを具備し、前記ヒータ部７、８が有する発熱部７ｂ、８ｂにより加熱管２内の液体Ｌを加熱する液体加熱装置１であって、前記ヒータ部７、８は、カーボンワイヤー発熱体１３をガラス管１０ａに封入してなる前記発熱部７ｂ、８ｂと、前記発熱部７ｂ、８ｂのガラス管１０ａよりも大径のガラス管１０ｂを有し、発熱部７ｂ、８ｂを前記加熱管２内に支持する端子部７ａ、８ａとを備え、少なくとも前記第２のヒータ部８において、前記端子部８ａが有するガラス管１０ｂの所定部分が、前記発熱部８ｂのガラス管１０ｂと共に、前記加熱管２内に供給された液体Ｌ中に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、供給された液体を加熱する液体加熱装置に関し、より詳しくはカーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入した発熱部を備える液体加熱装置に関する。

従来、純水等の液体を加熱する方法の１つに、小型かつ単純な構成で加熱することができる抵抗加熱方式がある。近年、この抵抗加熱方式としてカーボンワイヤーヒータ装置が注目されている。このカーボンワイヤーヒータ装置は、ヒータ部の昇温速度が速く、水の吸収波長（２．２μｍ、２．７μｍ）に適応する赤外線放射（波長１〜５μｍ）を行なうカーボンワイヤー発熱体を用いている。

図３に、例えば純水を加熱することのできる従来のカーボンワイヤーヒータ装置の断面図を示す。図示するカーボンワイヤーヒータ装置５０は、上下両端が開口した筒状のシリカガラスからなる加熱管５１を備える。加熱管５１の上下開口部は、夫々フランジ５２、５３によって密閉されている。

加熱管５１下端に設けられたフランジ５２には加熱すべき純水Ｌを加熱管５１内に導入するための導入管５４が接続され、加熱管５１上端に設けられたフランジ５３には加熱した純水Ｌを加熱管５１外に導出するための導出管５５が接続されている。即ち、加熱管５１内において、下部から上部に向けて純水Ｌの流路が形成されている。

また、加熱管５１の下部には下部ヒータ５６が設けられ、上部には上部ヒータ５７が設けられている。
下部ヒータ５６は、加熱管５１内の下部空間に螺旋形状となされて配置される発熱部５６ｂと、フランジ５２に嵌合し、前記発熱部５６ｂに電力供給するための２つの端子部５６ａとで構成されている。
一方、上部ヒータ５７は、加熱管５１内の上部空間に螺旋形状となされて配置される発熱部５７ｂと、フランジ５３に嵌合し、前記発熱部５７ｂに電力供給するための２つの端子部５７ａとで構成されている。

また、純水Ｌの流路下流に位置する上部ヒータ５７の端子部５７ａは、図４の断面図に示す構造となされている。
発熱部５７ｂでの発熱源となるカーボンワイヤー発熱体５８は、図４に示すようにシリカガラス管６０内に封入される。シリカガラス管６０は、螺旋状の発熱部５７ｂ（図３参照）を形成する小径のガラス管６０ａと、端子部５７ａを形成する大径のガラス管６０ｂと、この大径のガラス管６０ｂの上端部を封止するため、小径となされたガラス管６０ｃとにより構成される。

大径のガラス管６０ｂ内には、複数のワイヤーカーボン材Ａが圧縮収納された内管６０ｄが固定配置されている。このワイヤーカーボン材Ａには、カーボンワイヤー発熱体５８に電力を供給するタングステン棒等からなる接続線６１の下端部が上方から接続されている。一方、ワイヤーカーボン材Ａの下方からはカーボンワイヤー発熱体５８の上端部が接続され、接続線６１に接触状態となされている。
即ち、このワイヤーカーボン材Ａは、カーボンワイヤー発熱体５８と接続線６１との接続部材として機能すると共に、カーボンワイヤー発熱体５８よりも胴径が太くなされることにより、より低抵抗とし、端子部における発熱量を抑えるようになされている。

また、大径のガラス管６０ｂは、フランジ５３に形成された貫通孔５３ａに下端が挿入された状態で、Ｏリング６３を介して貫通孔５３ａに嵌合する保持部材６４により保持される。この保持部材６４は、保持部本体６４ａと蓋体６４ｂとからなり、それらの間にＯリング６５が介されている。

このように構成されたカーボンワイヤーヒータ装置５０においては、加熱管５１内の下部から導入された純水Ｌは、先ず下部ヒータ５６の発熱部５６ｂからの赤外線放射により加熱され、次いで、上部ヒータ５７の発熱部５７ｂからの赤外線放射により加熱されて導出管５５から導出される。
尚、前記したようなカーボンワイヤー発熱体を用いた加熱装置については、特許文献１に記載されている。
特開２００５−２９４００７号公報

ところで、図３に示すように、従来、下部ヒータ５６と上部ヒータ５７とは同一構成となされ、同じ発熱量を発生する。
しかしながら、加熱管５１内においては、下部ヒータ５６によって加熱された純水Ｌが上部に供給されるため、加熱されて昇温している純水Ｌに対し上部ヒータ５７が下部ヒータ５６と同じ発熱量で加熱すると、加熱管５１上部の温度が過剰に高くなり、純水Ｌが突沸し、発熱部５７ｂのシリカガラス管６０ａが破損するという課題があった。
さらに、上部ヒータ５７の端子部５７ａにおいて、ワイヤーカーボン材Ａの発熱量が小さくても、加熱管５１内上部の純水Ｌの温度が高いため、ワイヤーカーボン材Ａに熱が篭り、その周囲に位置するＯリング６３、６５が焼損するという課題があった。

また、加熱管５１内においては、下部から上部に向けて純水Ｌの流路が形成されるため、下流に位置する上部は、下部よりも水圧が大きい。
しかしながら、上部ヒータ５７の発熱部は、細いガラス管６０ａで形成されているため、水圧に耐え切れず、破損するという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、供給された液体を加熱する液体加熱装置において、装置の破損を防止すると共に効率的な液体加熱を行うことのできる液体加熱装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る液体加熱装置は、加熱管に供給された液体により形成される流路の上流側に設けられた第１のヒータ部と、下流側に設けられた第２のヒータ部とを具備し、前記ヒータ部が有する発熱部により加熱管内の液体を加熱する液体加熱装置であって、前記ヒータ部は、カーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入してなる前記発熱部と、前記発熱部のガラス管よりも大径のガラス管を有し、前記発熱部を前記加熱管内に支持する端子部とを備え、少なくとも前記第２のヒータ部において、前記端子部が有するガラス管の所定部分が、前記発熱部のガラス管と共に、前記加熱管内に供給された液体中に配置されることに特徴を有する。
尚、前記第２のヒータ部の発熱部は、前記第１のヒータ部の発熱部よりも発熱面積が小さいことが望ましい。

このように端子部が有する大径のガラス管が液体中に配置されることによって、下流側にある第２のヒータ部における発熱部８ｂの強度が向上し、水圧によるガラス管の破損を防止することができる。
また、下流側にある第２のヒータ部の発熱部の発熱面積が、上流側にある第１のヒータ部の発熱面積よりも小さいため、第１のヒータ部により加熱された液体を加熱する際、下流側において過剰な加熱が抑制され、液体が突沸することなく、ガラス管の破損が防止される。また、過剰な発熱量が発生しないため、効率的な加熱が行われる。

また、前記端子部は、ガラス管の内部に充填され、前記発熱部に封入されたカーボンワイヤー発熱体の端部を保持すると共に、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線の端部を保持する複数のワイヤーカーボン部材を有し、前記第２のヒータ部の端子部において、前記加熱管内に供給された液体中に配置されるガラス管の所定部分は、前記ワイヤーカーボン部材が充填されたガラス管の部位を含むことが望ましい。
このように、下流側にある第２のヒータ部の端子部において、液体中に配置された大径のガラス管内に複数のワイヤーカーボン材が配置されるため、下流側に存在する第２のヒータ部の端子部がより強固となる上、その周囲にＯリングが存在することがなく、それらの焼損を防ぐことができる。

本発明によれば、供給された液体を加熱する液体加熱装置において、装置の破損を防止すると共に効率的な液体加熱を行うことのできる液体加熱装置を得ることができる。

以下、本発明に係る液体加熱装置の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る液体加熱装置としてのカーボンワイヤーヒータ装置の概略構成を示す断面図である。
図示するカーボンワイヤーヒータ装置１は、鉛直方向に延設され、上下両端が開口された筒状のシリカガラスからなる加熱管２を備える。この加熱管２の上下開口部は、夫々、テフロン（登録商標）により形成されたフランジ３、４によって密閉されている。

加熱管２下端のフランジ３を上下に貫通する貫通孔３ａには、加熱すべき液体としての純水Ｌを加熱管２内に導入するための導入管５が接続され、この導入管５には、図示しない液体供給手段から純水Ｌが供給される。
一方、加熱管２上端のフランジ４を上下に貫通する貫通孔４ａには、加熱した純水Ｌを加熱管２外に導出するための導出管６が接続されている。即ち、加熱管２内においては、下部から上部に向けて純水Ｌの流路が形成されている。

また、このカーボンワイヤーヒータ装置１は、カーボンワイヤー発熱体を発熱源とする下部ヒータ７（第１のヒータ部）、及び上部ヒータ８（第２のヒータ部）を備えている。
下部ヒータ７は、加熱管２内の下部空間に配置され、螺旋状に形成された発熱部７ｂと、フランジ３に形成された２つの貫通孔３ｂに夫々嵌合して発熱部７ｂを支持する２つの端子部７ａとを有している。
一方、上部ヒータ８は、加熱管２内の上部空間に配置され、螺旋状に形成された発熱部８ｂと、フランジ４に形成された２つの貫通孔４ｂに夫々勘合して発熱部８ｂを支持する２つの端子部８ａとを有している。
尚、端子部７ａ及び端子部８ａは、図示しない電力供給手段に接続され、端子部７ａ、８ａを介して電力供給された発熱部７ｂ、８ｂは、発熱して赤外線放射するようになされている。

続いて、上部ヒータ８の端子部８ａの構造について図２に基づき説明する。図２は端子部８ａの断面図である。尚、下部ヒータ７の端子部７ａの構造は、従来の構成として図４に示した端子部の構造と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、発熱部８ｂでの発熱源となるカーボンワイヤー発熱体１３は、シリカガラス管１０内に封入される。シリカガラス管１０は、加熱管２内に配され螺旋状の発熱部８ｂを形成する小径のガラス管１０ａと、端子部８ａを形成する大径のガラス管１０ｂと、この大径のガラス管１０ｂの上端部を封止するため、小径となされたガラス管１０ｃとにより形成される。
尚、カーボンワイヤー発熱体１３に用いられるカーボンワイヤーは、直径７μｍのカーボンファイバーを１０００乃至３０００本程度束ねたファイバー束を９束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるいは組紐状に編み込んで形成されている。

大径のガラス管１０ｂ内には、複数のワイヤーカーボン部材Ａが圧縮収納された内管１０ｄが固定配置されている。このワイヤーカーボン材Ａは、前記カーボンワイヤーを例えば５本束ねて形成され、これにより電気抵抗値を１本のカーボンワイヤーよりも低くし、ワイヤーカーボン材Ａにおける発熱量を低減するようになされている。また、内管１０ｄ内に圧縮収納されたワイヤーカーボン材Ａの長さは、接続線１２との電気的接合安定性を得るために２５ｍｍ以上に設定されていることが好ましい。

このワイヤーカーボン材Ａには、上方からカーボンワイヤー発熱体１３に電力を供給するタングステン棒等からなる接続線１２の下端が接続されている。
一方、ワイヤーカーボン材Ａの下方からは、カーボンワイヤー発熱体１３の上端が接続され、接続線１２に接触状態となされている。

また、大径のガラス管１０ｂは、図４に示した従来構成に比べ、鉛直方向により長く形成され、このガラス管１０ｂがフランジ４の貫通孔４ｂに挿入された状態で、下部の所定部分が加熱管２内の純水Ｌ中に位置するようになされている。
このため、図１に示すように、発熱部８ｂの鉛直方向長さは下部ヒータ７の発熱部７ｂよりも短くなり、発熱部８ｂの発熱面積が発熱部７ｂよりも小さくなされている。
即ち、このように構成することによって、下部ヒータ７よりも上部ヒータ８の発熱量が小さくなり、下部ヒータ７で加熱された純水Ｌを必要以上に加熱することなく、効率的な加熱が実現される。

また、大径のガラス管１０ｂは、Ｏリング１４を介して貫通孔４ｂに嵌合する保持部材１５により保持される。この保持部材１５は、保持部本体１５ａと蓋体１５ｂとからなり、それらの間にＯリング１６が介される。
ここで、前記ワイヤーカーボン材Ａは、ガラス管１０ｂ内において、加熱管２内の純水Ｌ中に位置するように設けられる。
即ち、ワイヤーカーボン材Ａの周囲にはＯリング１６、或いはＯリング１４が配置されず、ワイヤーカーボン材Ａに篭った熱によりＯリングが焼失することがないようになされている。

このように構成されたカーボンワイヤーヒータ装置１において、純水Ｌを加熱する場合、まず、加熱管２下端に接続された導入管５から純水Ｌを加熱管２内に導入する。
ここで、加熱管２内の下部における純水Ｌの温度は、下方ほど低いため、下部ヒータ７の端子部７ａには熱が篭らず、Ｏリングを焼損することがない。
また、下部ヒータ７の発熱部７ｂの発熱面積は大きく確保され、発熱量が大きいため、温度が低い純水Ｌに対し、効果的に加熱がなされる。

次いで、下部ヒータ７により加熱された純水Ｌは加熱管２の上部に供給され、上部ヒータ８により加熱される。
ここで、上部ヒータ８の発熱部８ｂは、その発熱量が下部ヒータ７よりも小さいため、既に昇温状態にある純水Ｌを過剰に加熱することがない。したがって、純水Ｌの突沸の発生が抑制され、ガラス管等の破損が防止されると共に、発熱部８ｂからの適切な発熱量により効率的な加熱がなされる。
また、端子部８ａのガラス管１０ｂにおいて、Ｏリング１６及びＯリング１４は熱が篭ったワイヤーカーボン部材Ａの周囲に配置されないため、それらの焼損を防ぐことができる。

また、加熱管２内においては、前記のように、下部から上部に向けて純水Ｌの流路が形成されるため、下流に位置する上部は、下部よりも水圧が大きい。しかしながら、細いガラス管１０ａで形成された発熱部８ｂの長さ寸法は短く、さらに大径のガラス管１０ｂが純水Ｌ中に配されるため、水圧に耐える発熱部８ｂの強度を得ることができ、ガラス管の破損を防ぐことができる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、加熱管２に設けられる上部ヒータ８において、大径のガラス管１０ｂにより端子部が形成されると共に小径のガラス管１０ａにより発熱部８ｂが形成され、大径のガラス管１０ｂが加熱管２内の純水Ｌ中に配置される。この構成により、上部ヒータ８の発熱面積が下部ヒータ７の発熱面積より小さくなり、発熱量が下部ヒータ７より小さくなされる。
したがって、下部ヒータ７により加熱された純水Ｌを上部ヒータ８において加熱する際、過剰な加熱が抑制され、純水Ｌが突沸することなく、ガラス管の破損が防止される。また、過剰な発熱量が発生しないため、効率的な加熱が行われる。

また、純水Ｌ中に配置された大径のガラス管１０ｂ内にワイヤーカーボン材Ａが配置され、その周囲にＯリング１６やＯリング１４が存在しないため、それらの焼損を防ぐことができる。
さらには、大径のガラス管１０ｂが純水Ｌ中に配置されることによって、発熱部８ｂの強度が向上し、水圧によるガラス管の破損を防止することができる。

本発明は、供給された液体を加熱する液体加熱装置に関するものであり、あらゆる産業の加熱手段として用いることができる。

図１は、本発明に係る液体加熱装置としてのカーボンワイヤーヒータ装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１のカーボンワイヤーヒータ装置の端子部の断面図である。 図３は、従来のカーボンワイヤーヒータ装置の概略構成を示す断面図である。 図４は、図３の従来のカーボンワイヤーヒータ装置の端子部の断面図である。

符号の説明

１ カーボンワイヤーヒータ装置（液体加熱装置）
２ 加熱管
３ フランジ
４ フランジ
５ 導入管
６ 導出管
７ 下部ヒータ（第１のヒータ部）
７ａ 端子部
７ｂ 発熱部
８ 上部ヒータ（第２のヒータ部）
８ａ 端子部
８ｂ 発熱部
１０ ガラス管
１０ｄ 内管
６ｂ 発熱部
７ シリカガラス管
８ カーボンワイヤー発熱体
１２ 接続線
１３ カーボンワイヤー発熱体
１４ Ｏリング
１６ Ｏリング
Ａ ワイヤーカーボン材
Ｌ 純水（液体）

Claims (3)

1. 加熱管に供給された液体により形成される流路の上流側に設けられた第１のヒータ部と、下流側に設けられた第２のヒータ部とを具備し、前記ヒータ部が有する発熱部により加熱管内の液体を加熱する液体加熱装置であって、
   前記ヒータ部は、
   カーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入してなる前記発熱部と、
   前記発熱部のガラス管よりも大径のガラス管を有し、前記発熱部を前記加熱管内に支持する端子部とを備え、
   少なくとも前記第２のヒータ部において、前記端子部が有するガラス管の所定部分が、前記発熱部のガラス管と共に、前記加熱管内に供給された液体中に配置されることを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記端子部は、
   ガラス管の内部に充填され、前記発熱部に封入されたカーボンワイヤー発熱体の端部を保持すると共に、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線の端部を保持する複数のワイヤーカーボン部材を有し、
   前記第２のヒータ部の端子部において、前記加熱管内に供給された液体中に配置されるガラス管の所定部分は、前記ワイヤーカーボン部材が充填されたガラス管の部位を含むことを特徴とする液体加熱装置。
3. 前記第２のヒータ部の発熱部は、前記第１のヒータ部の発熱部よりも発熱面積が小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された液体加熱装置。

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