JP2010031942A - 加熱配管及びこれを用いた尿素ｓｃｒシステム用配管 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造を有すると共に加熱効率の優れた加熱配管の提供を目的とし、特に、加熱効率の優れた尿素ＳＣＲシステム用配管を提供することを目的とする。
【解決手段】金属管１と、この金属管１の両端に接合されたニップル２と、このニップル２の先端に接合された非導電性材質からなる接続継手３と、前記金属管１の外周に被覆された保護チューブ７と、前記金属管１に通電するため前記ニップル２外周に取り付けられた通電端子６と、これら通電端子６に電圧を印加するため接続された導線４とを備えてなる加熱配管。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱効率に優れた加熱配管に関し、特に、寒冷地向け自動車用の尿素ＳＣＲシステムに好適な尿素ＳＣＲシステム用配管に関する。

輸送する気体や液体の温度低下を防いだり、或いは加熱する目的で、樹脂やゴムからなるホースやパイプに発熱体を取り付けた発熱ホースやパイプが従来より提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、何れの従来例に係る発熱ホースやパイプも、発熱体が編組体に構成されたり、裸銅線と発熱繊維等により構成されたものであった。

そのため、前記発熱体やこの発熱体を含むホースやパイプの形成が複雑である上、発熱体に発生した熱をホースやパイプを介して内部の気体や液体に伝熱させる間接加熱であるため、加熱効率が悪いという問題点を有していた。

一方、自動車用等のエンジン排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）が、人体に対して気管支炎や肺水腫等を引き起こしたり、光化学スモッグや酸性雨等の環境問題の原因ともなって規制の対象になっている。この様な有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、排気ガス浄化技術の一つである尿素ＳＣＲ
（Selective Catalytic Reduction：選択的触媒還元）システムが注目されている。

この尿素ＳＣＲシステムは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出が多いディーゼル車両にて多く採用されつつあり、アンモニア（ＮＨ₃）が窒素酸化物（ＮＯｘ）と化学反応することで窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に還元されることを応用した技術である。具体的には、エンジン運転状態に応じて必要量の尿素水溶液を噴射供給し、前記尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化させると共に、前記アンモニアを酸化させて窒素と水に分解するものである。

ところが、前記尿素水溶液の凝固点は約−１１℃であるため、寒冷地向けのディーゼル車両においては、この尿素水溶液の輸送用に凍結防止のためヒータ付配管が用いられている。この従来例に係るヒータ付配管について、以下添付図７を参照しながら説明する。図７は従来例に係るヒータ付配管の詳細を示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側断面図を示す。

この従来例に係るヒータ付配管は、尿素水溶液を移送するナイロンチューブ３８の略全長に沿ってコード状ヒータ４０及びリード線４２が夫々配設されると共に、その中間部周囲に、アルミニウム等からなる均熱層４４、ガラスファイバー等からなる保温層４６、ポリエステル等からなる防湿層４８、ポリ塩化ビニル等からなる保護カバー５０が順次配設された構成をなしており、前記配管の端部に位置する前記ヒータ４０は、所定長さの部位が折り返して多重化されている（特許文献４参照）。

実開昭５９−７１５９９号公報 実開昭６３−２３７９６号公報 特開２００４−１６２８２７号公報 特開２００５−２１４４０３号公報

しかしながら、上記従来例に係るヒータ付配管も前記発熱ホースやパイプと同様、発熱体を含む配管構成が複雑な上、発熱体に発生した熱を配管を介して尿素水溶液に伝熱させる間接加熱であるため加熱効率が悪いという問題点を有していた。

従って、本発明は、簡素な構造を有すると共に加熱効率の優れた加熱配管の提供を目的とし、特に、加熱効率の優れた尿素ＳＣＲシステム用配管を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る加熱配管が採用した手段は、金属管と、この金属管の両端に接合されたニップルと、このニップルの先端に接合された非導電性材質からなる接続継手と、前記金属管の外周に被覆された保護チューブと、前記金属管に通電するため前記ニップル外周に取り付けられた通電端子と、これら通電端子に電圧を印加するため接続された導線とを備えてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る加熱配管が採用した手段は、請求項１に記載の加熱配管において、前記金属管が蛇腹管で形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る加熱配管が採用した手段は、請求項１または２に記載の加熱配管において、前記通電端子が、前記導線の一端を前記ニップルとこのニップルに外挿されたスリーブとの間に加締込んで形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る加熱配管が採用した手段は、請求項１〜３のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管において、前記接続継手と通電端子との間の前記ニップル外周に、水の浸入を排除するための防水テープが巻き付けられると共に、少なくともこの防水テープと前記通電端子の外周が、防水性を有する被覆層によって被覆されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係る加熱配管が採用した手段は、請求項１〜４のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管において、前記保護チューブ及び／または前記被覆層が熱収縮チューブによって形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項６に係る加熱配管が採用した手段は、請求項１〜５のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管において、前記金属管がステンレス鋼から形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項７に係る尿素ＳＣＲシステム用配管が採用した手段は、前記請求項１〜６のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管を用い、前記導線の他端が車両用電源に接続されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る加熱配管によれば、金属管と、この金属管の両端に接合されたニップルと、このニップルの先端に接合された非導電性材質からなる接続継手と、前記金属管の外周に被覆された保護チューブと、前記金属管に通電するため前記ニップル外周に取り付けられた通電端子と、これら通電端子に電圧を印加するため接続された導線とを備えてなる。

そのため、前記通電端子に導線を介して電圧印加することによって前記金属管に通電し、この金属管のジュール発熱による金属管自体の発熱が可能となるので、簡素な配管及び発熱構造によって加熱効率に優れた加熱配管を提供し得る。

また、本発明の請求項２に係る加熱配管によれば、前記金属管が蛇腹管で形成されてなるので、可撓性を有すると共に加熱効率に優れた加熱配管を提供し得る。

更に、本発明の請求項３に係る加熱配管によれば、前記通電端子が、前記導線の一端を前記ニップルとこのニップルに外挿されたスリーブとの間に加締込んで形成されてなるので、前記スリーブの内周とニップルの外周とが、前記導線の一端を介して塑性変形する結果、前記導線の一端はニップルの外周とスリーブの内周の変形に従って拘束される。

そのため、この通電端子に何らかの力が作用したとしても、前記導線の一端が前記通電端子から外れることがなく、前記通電端子と金属管の電気的接続も確実なものとし得る。

また更に、本発明の請求項４に係る加熱配管によれば、前記接続継手と通電端子との間の前記ニップル外周に、水の浸入を排除するための防水テープが巻き付けられると共に、少なくともこの防水テープと前記通電端子の外周が、防水性を有する被覆層によって被覆されてなる。

その結果、少なくとも前記防水テープより長手方向中央側に系外より水が浸入することがなくなり、金属管の外周に被覆された前記保護チューブと相まって、前記通電端子や導線或いはまたこれらの部材やスリーブ、金属管間の腐食を防止し得る。

そして、本発明の請求項５に係る加熱配管によれば、前記保護チューブ及び／または前記被覆層が熱収縮チューブによって形成されてなるので、前記金属管の外周と防水テープ及び通電端子の外周とを、簡便な手段によって低コストに防水被覆し得る。

また、本発明の請求項６に係る加熱配管によれば、前記金属管がステンレス配管からなるので、例え前記防水テープの存在にも拘わらず金属管の領域に水分が浸入したとしても、この金属管が腐食するのを防止できる。

一方、本発明の請求項７に係る尿素ＳＣＲシステム用配管によれば、前記請求項１〜６のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管を用い、前記導線の他端が車両用電源に接続されてなるので、簡素な構造を有すると共に加熱効率が格段に優れた尿素ＳＣＲシステム用配管を提供し得る。

本発明に係る加熱配管を尿素ＳＣＲシステム配管に対して適用した実施の形態１につき、以下添付図１を参照しながら説明する。図１は、尿素ＳＣＲシステムに対して本発明に係る加熱配管を適用した実施の形態１に係り、図（ａ）は一部切欠き断面で示した構成図、図（ｂ）は図（ａ）の一点鎖線で示す部分を拡大し被覆層を省略して示した詳細断面図である。

先ず、本発明に係る加熱配管の構成について説明する。この加熱配管は所定長の金属管としてステンレス蛇腹管（以下、単に蛇腹管とも称す）１を有し、このステンレス蛇腹管１は、長手方向の中央部に形成されたステンレス鋼製の蛇腹１ａと、この蛇腹１ａの両端部に形成されたステンレス鋼製の直管部１ｂとからなる。

このステンレス蛇腹管１の両端部は、前記蛇腹管１を構成する蛇腹１ａの直管部１ｂに、ステンレス鋼製のニップル２が接合されている。前記ニップル２の先端には、その外周に図示しない雄ネジが設けられ、この雄ネジに非導電性材質からなる接続継手３が螺合して取付けられている。

また、前記ニップル２の外周には、このニップル２と蛇腹１ａの直管部１ｂとの接合部を覆う様にスリーブ５が外挿され、導線の一端４ａを前記ニップル２とこのニップル２に外挿されたスリーブ５との間に挿入し、このスリーブ５に加締部５ａを形成してなる通電端子６が取り付けられている。更に、前記ステンレス蛇腹管１の全長及びスリーブ５の一部の外周が保護チューブ７で被覆されている。

そして、長手方向の前記接続継手３と通電端子６との間のニップル２外周には、水の浸入を排除するための防水テープ８が巻き付けられると共に、少なくともこの防水テープ８と前記通電端子６の外周が、防水性を有する被覆層１０によって被覆されている。前記被覆層１０は熱収縮チューブによって形成されるのが、簡便に防水性を有する被覆層を形成できる点から好ましい。

前記通電端子６に接続された導線４は、一旦バンド９によって前記保護チューブ７両端の外周に固定された後、自動車用の電源１１が接続される。そして、前記通電端子６からスリーブ２を介して前記ステンレス蛇腹管１に所定の電圧が印加されると、前記ステンレス蛇腹管１自体が自己発熱するのである。前記電源１１としては、車両用バッテリや燃料電池等、車両に搭載された電気系統用電源を用いることができる。

次に、この様な構成からなる本発明に係る加熱配管の製作手順について以下説明する。加熱配管の製作は、先ず、ニップル２の基部２ａを、ステンレス蛇腹管１の直管部１ｂの外面を覆う様にして、蛇腹１ａの先端に当接するまで嵌入して嵌合させた後、前記ニップル２の内面と直管部１の外面、ニップル２の蛇腹１ａ側の端面とこれに接する蛇腹面とをそれぞれロウ付けすることにより、ニップル２と蛇腹管１とを接合する。

また、前記ニップル２の外径より少し大きな内径を有し、且つ前記ニップル２の全長より短めの長さを有するステンレス製のスリーブ５を準備する。そして、前記ニップル２と蛇腹管１との接合部の外周にこのスリーブ５を外挿し、摺動可能に緩く嵌合する。ここで、前記スリーブ５の内径と前記ニップル２の外径とは、後述する導線１０の裸径より大きい隙間を有していることが肝要である。

次いで、通電端子６の形成作業に先立ち、予め用意した熱収縮性を有するＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム）等からなる保護チューブ７を、蛇腹管１に接続されたニップル２から外挿し、蛇腹１ａと前記スリーブ５の一部を覆う位置に装着しておく。

そして、前記両端のニップル２の外周とスリーブ５の内周との間の隙間に、導線４の夫々の一端４ａを挟み込んだ状態で、締結機（加締装置）により、前記スリーブ５の端部側の外周面をその長手方向の１箇所求心方向に加締込んで加締部５ａを形成して、前記スリーブ５が導線４の一端４ａを介してニップル２に固着された通電端子６を、ステンレス蛇腹管１の夫々の両端に形成する。

このスリーブ５の端部側の加締めによって形成された通電端子６は、前記スリーブ５の内周とニップル２の外周とが、前記導線４の一端４ａを介して加締込まれて塑性変形する結果、前記導線４の一端４ａはニップル２の外周とスリーブ５の内周の変形に従って拘束される。

そのため、この通電端子６に何らかの力が作用したとしても、前記導線４の一端４ａが前記通電端子６から外れることがなく、前記導線４と通電端子６及びこの通電端子６とニップル２を介した金属管１との電気的接続も確実なものとし得る。

その後、前記保護チューブ７を熱風加熱装置（オーブン）等により加熱処理して熱収縮させて、蛇腹１ａの全周とスリーブ５の一部外面に密着させる。更に、前記導線４の通電端子６の部分に直接引張力等の負荷がかかって切断しない様に、前記導線４の通電端子６の近傍をバンド９によって保護チューブ７外周に固定しておく。前記バンド９としては、汎用の絶縁テープや結束バンド等を用いれば良い。

そして、両端のニップル２に防水テープ８を夫々巻き付けた後、少なくともこれら両端の防水テープ８と前記通電端子６の外周に、熱収縮性を有するＥＰＤＭ等からなる被覆層１０を外挿し、前記保護チューブ７と同様、前記被覆層１０を熱風加熱装置等により加熱処理して熱収縮させて、両端の防水テープ８と前記通電端子６の外面に密着させる。最後に、前記ニップル２の両端に接続継手３を螺合して製作完了する。

その結果、前記防水テープ８と前記保護チューブ７及びこの被覆層１０とによって、外部から水などが通電端子６や接続領域のニップル２とステンレス蛇腹管１との間に侵入することによる腐食の発生を有効に防止することができる。前記防水テープ８としてはブチルゴム等を用いるのが好ましい。また、前記接続継手３の螺合の際には、螺合部に接着剤を塗布しておくのも好ましい。

次に、本発明に係る加熱配管を尿素ＳＣＲシステムに対して適用した実施の形態２につき、以下添付図２を参照しながら説明する。図２は、尿素ＳＣＲシステムに対して本発明の加熱配管を適用した実施の形態２に係り、一部切欠き断面で示した構成図である。

但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、通電端子の構成に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１に係る通電端子６が、ニップル２と蛇腹１ａの直管部１ｂとの接合部を覆う様にスリーブ５が外挿され、導線の一端４ａを前記ニップル２とこのニップル２に外挿されたスリーブ５との間に挿入して通電端子６が形成されていたのに対し、本発明の実施の形態２に係る通電端子６は、前記ニップル２の両端側にスリーブ５が外挿され、導線４の一端を前記ニップル２とこのニップル２に外挿されたスリーブ５との間に挿入して通電端子６が形成されている。

この様に、前記通電端子６をニップル２の両端側に配置することによって、蛇腹管１はもとより、前記ニップル２の両端近傍までの広範囲に亘る通電加熱が可能となる。

以上、図示の実施形態についてその概要説明を行ったが、更に、本発明の理解とその実施を容易にすべく、以下において他の実施形態との関連等を含め、本発明ついてより包括的な説明を加えることにする。

本発明において対象となる金属管１については、実施形態ではステンレス蛇腹管を用いて説明したが、管形態としては蛇腹管に限定されることなく通常の剛性を有する金属配管を用いることができ、かつ管材質としてもステンレス鋼に限定されることはなく、他の金属またはその合金でもかまわない。例えば、ステンレス鋼管、アルミニウム合金管、真鍮管或いは銅管等を用いることができる。

しかしながら、尿素ＳＣＲシステムに用いられる金属管１としては、ステンレス蛇腹管が可撓性を有するため車両に実装し易い上錆発生し難い点から好ましく、ＳＵＳ３１６Ｌを用いた蛇腹管が耐粒界腐食性を有する点から更に好ましい。

また、前記実施形態においては、保護チューブ７及び被覆層１０の材質として、熱収縮性を有するＥＰＤＭを挙げた。この保護チューブ７及び被覆層１０は、熱収縮による密着性が優れ、かつ熱収縮後において通電端子６や接続領域への水分の浸入などを確実に排除する防水性を有するものであれば、ＥＰＤＭ以外の他のゴム（シリコーンゴム、ＥＰゴム、二トリルブタジエンゴム等）や樹脂（ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）等）等を使用しても良い。

更に、前記保護チューブ７及び被覆層１０は、通電端子６や接続領域への水分の浸入などを確実に排除すると共に、通電された電気を系外に漏電させることのない電気絶縁性を有し、電食を防止し得るものであれば更に好ましい。

次に、本発明の実施の形態１において説明した尿素ＳＣＲシステム用の加熱配管を通電加熱した実施例を、従来例に係る市販の加熱導管を通電加熱した比較例と併せて、以下添付図３〜７を参照しながら説明する。

図３〜７は本発明の実施例に係り、図３は凍結した尿素ＳＣＲシステム用配管を印加電圧４Ｖで通電加熱した実施例−１の昇温曲線、図４は同配管を印加電圧５Ｖで通電加熱した実施例−２の昇温曲線、図５は同配管を印加電圧６Ｖで通電加熱した実施例−３の昇温曲線を示す。図６，７は本発明の比較例に係り、図６は凍結した加熱導管を印加電圧６Ｖで通電加熱した比較例−１の昇温曲線、図７は同導管を印加電圧１５Ｖで通電加熱した比較例−２の昇温曲線を示す。

先ず、本発明の実施の形態において説明したステンレス蛇腹管を用い、この蛇腹管内及び蛇腹管外に熱電対を取り付けた状態の長さ１５９０ｍｍの加熱配管を３本試作した。これらの配管に、規定濃度の尿素水溶液を注入した後封止して、−２５℃に保持した冷蔵庫内に保管した。

前記尿素水が凍結された後、これらの加熱配管を冷蔵庫から順次取り出して、前記熱電対の端子をその起電力が記録可能な電圧記録計に接続した後、印加電圧を夫々４Ｖ，５Ｖ，６Ｖに変えて前記起電力の時間的変化を記録した（実施例−１〜３）。

図３〜５は、この実施例−１〜３における起電力を温度換算して示したものであり、印加電圧の上昇に従って電流値も上がるので、昇温時間も順次短縮されている。即ち、表１に示す如く、凍結した−２５℃の尿素水溶液温度（金属蛇腹管内側温度）が融点−１１℃に至るまでに要する時間は、印加電圧４Ｖであれば２２分も要していたが、印加電圧６Ｖであれば７分１５秒にしか過ぎなかった。

一方、実施例と同一長さ１５９０ｍｍを有する市販の加熱導管「日産ディーゼル品番：２０４２０−０１Ｚ１Ｃ」（ニッタ・ムアー株式会社製）を２本準備し、この配管内に熱電対を取り付けた。これらの配管に、上記実施例と同様規定濃度の尿素水溶液を注入した後、凍結後冷蔵庫から順次取り出して、印加電圧を夫々６Ｖ，１５Ｖに変えて起電力の時間的変化を記録した（比較例−１，２）。

図６，７は、この比較例−１，２における起電力を温度換算して示したものである。即ち、印加電圧６Ｖの比較例−１においては凍結した尿素水溶液の昇温は殆ど認められず、印加電圧１５Ｖの比較例−２において１２℃程度の昇温が認められた。しかしながら、何れの比較例−１，２においても、表１に記載した通り、尿素水溶液の融点−１１℃に到達することはなかった。従って、本発明に係る加熱配管の加熱効率の従来例に対する格段の優位性が認められた。

以上説明した通り、本発明に係る加熱配管によれば、金属管と、この金属管の両端に接合されたニップルと、前記金属管に通電するため前記ニップル外周に取り付けられた通電端子と、これら通電端子に電圧を印加するため接続された導線とを備えてなるので、前記通電端子に導線を介して電圧印加することによって前記金属管に通電し、この金属管のジュール発熱による金属管自体の発熱が可能となり、簡素な配管及び加熱構造によって加熱効率に優れた可撓性配管を提供し得る。

尿素ＳＣＲシステムに対して本発明に係る加熱配管を適用した実施形態を示し、（ａ）は一部切欠き断面で示した構成図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で示す部分を拡大し被覆層を省略して示した詳細断面図である。 尿素ＳＣＲシステムに対して本発明に係る加熱配管を適用した実施の形態２に係り、一部切欠き断面で示した構成図である。 本発明の実施例−１に係り、凍結した尿素ＳＣＲシステム用配管を印加電圧４Ｖで通電加熱した昇温曲線を示す。 本発明の実施例−２に係り、凍結した尿素ＳＣＲシステム用配管を印加電圧５Ｖで通電加熱した昇温曲線を示す。 本発明の実施例−３に係り、凍結した尿素ＳＣＲシステム用配管を印加電圧６Ｖで通電加熱した昇温曲線を示す。 本発明の比較例−１に係り、凍結した加熱導管を印加電圧６Ｖで通電加熱した昇温曲線を示す。 本発明の比較例−２に係り、凍結した加熱導管を印加電圧１５Ｖで通電加熱した昇温曲線を示す。 従来例に係るヒータ付配管の詳細を示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側断面図を示す。

符号の説明

１：ステンレス蛇腹管（金属管）， １ａ：蛇腹， １ｂ：直管部，
２：（ステンレス）ニップル， ２ａ：ニップルの基部，
３：接続継手，
４：導線， ４ａ：導線の一端，
５：スリーブ， ５ａ：加締部，
６：通電端子，
７：保護チューブ， ８：防水テープ， ９：バンド，
１０：被覆層， １１：電源

Claims (7)

1. 金属管と、この金属管の両端に接合されたニップルと、このニップルの先端に接合された非導電性材質からなる接続継手と、前記金属管の外周に被覆された保護チューブと、前記金属管に通電するため前記ニップル外周に取り付けられた通電端子と、これら通電端子に電圧を印加するため接続された導線とを備えてなることを特徴とする加熱配管。
2. 前記金属管が蛇腹管で形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の加熱配管。
3. 前記通電端子が、前記導線の一端を前記ニップルとこのニップルに外挿されたスリーブとの間に加締込んで形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱配管。
4. 前記接続継手と通電端子との間の前記ニップル外周に、水の浸入を排除するための防水テープが巻き付けられると共に、少なくともこの防水テープと前記通電端子の外周が防水性を有する被覆層によって被覆されてなることを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管。
5. 前記保護チューブ及び／または前記被覆層が熱収縮チューブによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管。
6. 前記金属管がステンレス鋼から形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管。
7. 前記請求項１〜６のうちの何れか一つの項に記載の加熱配管を用い、前記導線の他端が車両用電源に接続されてなることを特徴とする尿素ＳＣＲシステム用配管。

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