JP2014135157A - 面状ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】地震が発生した場合、配管の振動に対する振動対応性（配管の振動に対して全く追従するのではなく適度に動き、配管の振動による変形から元の形状に戻ろうとする特性）が優れた円筒状の面状ヒータを提供する。
【解決手段】発熱素子が電気絶縁材料シートにより埋設され長手方向にスリット３，３’を有する円筒状のヒータマット４を内周側に備え、長手方向にスリットを有する円筒状の断熱材を外周側に備えてなり、配管の外周表面に接触させて配置することにより該配管を加熱する円筒状の面状ヒータであって、ヒータマットの配管に接触する内周表面に可撓性の金属薄板６を設け、断熱材の外周に該断熱材のスリットを跨いで結合バンドを設けてなる面状ヒータとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種配管の外側に取付けて該配管を加熱する円筒状の面状ヒータに関する。

従来から、各種の配管、継手等の外側に取付けて、これらを加熱するための面状ヒータ（マントルヒータ、ジャケットヒータ）が広く利用されている。
このような面状ヒータの発熱素子としては、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、あるいは金属酸化物粉末等を含む合成樹脂（導電性樹脂）を用いて、ガラスクロスに含浸させたもの、前記のような導電性樹脂をポリエステル、ポリイミド、マイカ等の絶縁基材シートに塗布または印刷により保持させたもの、金属箔をエッチングして回路としたもの、あるいは金属抵抗線を絶縁基板シートに張り巡らして回路としたもの等が使用されている。

前記のような発熱素子の両面は、シリコーンゴムシート、ポリイミド樹脂シート、マイカシート等の電気絶縁材により被覆してヒータマットとされ、さらにその外周側を、各種ゴム、各種発泡材、あるいはガラスマット等の断熱材により被覆して面状ヒータとされる。このような面状ヒータとしては、例えば特許文献１〜３に記載された面状ヒータを挙げることができる。
特開平１０−６４６６７号公報 特開２００２−２９５７８３号公報 特開２００３−６８４３０号公報

ところで、工場あるいは住宅の各種配管等には、地震の揺れによる破壊を防止するために、固定された配管同士の間に、可撓性または伸縮性を有する配管（例えばベローズ管等の蛇腹構造を有する継手配管等）を配置する構成、あるいは両端にクッション材を有する配管を配置する構成が採用されている。このような構成とすることにより、全ての配管が固定されている場合と比較して、地震の揺れによる配管のひび割れ、これによる各種ガスまたは液体の漏洩等の被害を大幅に少なくできるためである。しかし、外側に面状ヒータを取付けている配管は、面状ヒータが伸縮性等を有する配管と一体的に密着している場合は、配管の動きを妨げて地震の揺れによる前記被害の防止効果が減少する虞があり、面状ヒータと配管がある程度密着していない場合は、地震の際に面状ヒータが配管から離脱し下方に落ちて破損する虞、地震がおさまった後に面状ヒータの位置修正、再取付け等が必要となる不具合がある。

このような地震の揺れ対策用の面状ヒータとしては、例えば長手方向に複数に分割された面状ヒータが考えられる。しかし、互いに隣接する面状ヒータとの位置ずれによる段差の発生、面状ヒータ間の間隙の発生により、断熱効果が低下する不都合や、その間隙部に副生成物が付着するという不都合があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、地震が発生した場合、配管の振動に対する振動対応性（配管の振動に対して全く追従するのではなく適度に動き、配管の振動による変形から元の形状に戻ろうとする特性）が優れた円筒状の面状ヒータを提供することである。

本発明の発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、ヒータマットを内周側に備え、断熱材を外周側に備えてなる前述のような円筒状の面状ヒータにおいて、ヒータマット及び断熱材の長手方向にスリットを設け、ヒータマットの内周表面にヒータマットの形状と一致するスリットを有する可撓性の金属薄板を設けることにより、ヒータ（金属薄板）と配管の摩擦特性（滑り特性）が良好になるとともに、ヒータが変形しても金属薄板の可撓性によりヒータが元の形状に戻る復元力が自動的に働くこと、さらに断熱材の外周に該断熱材のスリットを跨いで結合バンドを設けることにより、配管の振動等の動きに対する対応性を向上できることを見出し、本発明の面状ヒータに到達した。

すなわち、本発明は、発熱素子が電気絶縁材料シートにより埋設され長手方向にスリットを有する円筒状のヒータマットを内周側に備え、長手方向にスリットを有する円筒状の断熱材を外周側に備えてなり、配管の外周表面に接触させて配置することにより該配管を加熱する円筒状の面状ヒータであって、ヒータマットの配管に接触する内周表面に可撓性の金属薄板を設け、断熱材の外周に該断熱材のスリットを跨いで結合バンドを設けてなることを特徴とする面状ヒータである。

本発明の面状ヒータは、ヒータマットの配管に接触する内周表面に可撓性の金属薄板を設けるので、ヒータ（金属薄板）と配管の摩擦特性（滑り特性）が良好である。また、長手方向にスリットを設けているので、地震が発生した場合、ヒータが伸縮性等を有する配管の振動の動きに対して適度に動き、地震による配管のひび割れ等の防止対策に悪影響を及ぼさない。また、スリットがあっても、可撓性の金属薄板の作用により、変形したヒータが元の形状に戻ろうとする力が働くので、配管からの離脱や、位置修正、再取付け等の手間をなくすことができる。

本発明の面状ヒータは、発熱素子が電気絶縁材料シートにより埋設された円筒状のヒータマットを内周側に備え、円筒状の断熱材を外周側に備えてなる面状ヒータに適用される。
以下、本発明の面状ヒータを、図１〜図４に基づいて説明するが、本発明がこれにより限定されるものではない。尚、図１は本発明の面状ヒータの円筒部の一例を示す斜視図、図３は本発明の面状ヒータの一例を示す斜視図であり、図２及び図４は本発明の面状ヒータの一例を示す円筒の半径方向の断面図である。

本発明の面状ヒータは、図１、図２に示すように、発熱素子１が電気絶縁材料シート２により埋設され長手方向にスリット３を有する円筒状のヒータマット４を内周側に備え、長手方向にスリット３’を有する円筒状の断熱材５を外周側に備えてなり、配管の外周表面に接触させて配置することにより該配管を加熱する円筒状の面状ヒータであって、ヒータマットの配管に接触する内周表面に金属薄板６を設け、さらに図３に示すように、断熱材５の外周に該断熱材のスリット３’を跨いで結合バンド８を設けてなる面状ヒータである。

本発明の面状ヒータに用いられる発熱素子１としては、例えば所望のパターンに成形した金属箔抵抗体、金属線抵抗体、または、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、金属酸化物粉末から選ばれる少なくとも１種を合成樹脂に分散させた導電性樹脂を、ガラス繊維基材またはセラミック繊維基材に含浸させた抵抗体を用いることができる。このような発熱素子の厚みは、通常は０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１ｍｍである。厚みが０．０１ｍｍ未満の場合は強度が弱く、０．５ｍｍを超えると可撓性、柔軟性が失われる虞が生じる。また、その他の発熱素子としては、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、金属酸化物粉末から選ばれる少なくとも１種をシリコン樹脂等の耐熱性樹脂に混練させた抵抗体を用いることができる。カーボン粉末をシリコン樹脂に練り込ませた抵抗体は、１ｍｍ以上の厚みがあっても可撓性、柔軟性がある。

本発明の面状ヒータに用いられるヒータマット４としては、前記のような発熱素子の両面に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の電気絶縁材料シートが配置され、発熱素子がこれらの電気絶縁材料シートにより埋設されたヒータマットが用いられる。さらにヒータマットの配管に接触する側の表面には金属薄板が一体的に配置される。金属薄板の厚みは、通常は０．１〜０．５ｍｍである。ヒータマットは、図１、図２に示すように、通常は１枚で構成され、長手方向にスリットを有する円筒状である。そして金属薄板は可撓性を有し、外力によりスリット部が広がり、外力を取除くとスリット部が元の形態に戻るように設定される。

本発明の面状ヒータに用いられる断熱材５の材質としては、例えば、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂等を挙げることができる。断熱材は、図２に示すように１個で構成されてもよいが、図４に示すように２個で構成されても、さらに３個以上で構成されてもよい。但し、複数個で構成される場合は、通常は図４に示すように結合バンド８’のような器具により隣接する断熱材同士が外周面において結合される。

本発明の面状ヒータには、さらに発熱素子に通電するための電気配線７を含む電気供給手段が設けられる。電気配線７は、例えば断熱材に設けられた貫通孔を通してヒータマットの電極部に結合する構成とすることができる。尚、ヒータマットと断熱材は、接着剤等により一体化してもよいが、配管の振動の動きに対して自由に動く点で一体化せず分離可能とすることが好ましい。一体化しない場合は、ヒータマットを容易に取り外すことができるが、電気配線が引っ張られないようにするために、ヒータマットと断熱材の位置が互いに大きくずれないように設定する必要がある。

本発明の面状ヒータの基本構成は、図１に示すように、内周側から外周側に向かって、金属薄板６、ヒータマット４、及び断熱材５からなるが、実用的にはさらに、図３に示すように、断熱材のスリットを跨いで結合バンド８が必要である。結合バンド８は、弾性材またはバネを含むことが好ましい。また、止め具１０、１０’等を設けることができる。本発明の面状ヒータを配管に取付ける際には、スリット３、３’を拡げて配管に設置し、スリット３、３’を元に戻した後、図３に示すように、バネ９と凹凸のホックを有する止め具１０により、ヒータマット及び断熱材の端部同士を接触させてスリットの間隙をなくし配管を包囲することができる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

［実施例１］
（ヒータマットの製作）
発熱素子として金属抵抗線を千鳥状に配線し電極として銅箔を金属抵抗線の端部に設けたものを未加硫のシリコーンゴムシートで挟み、円筒状の金属パイプに巻付け、その上からポリエステルテープの巻付けにより加熱圧着し、絶縁被覆して円筒形の面状ヒータを作製した。
次に弾力性を有する金属薄板（ステンレス製バネ材、直径１１０、長さ１１８ｍｍを円筒状に加工し、前記のヒータマットの内側に接着剤により貼りあわせ、図１に示すような直径１１４．８ｍｍ、長さ１１８ｍｍの面状ヒータを得た。

（面状ヒータの製作）
シリコーンスポンジをシリコーンゴムシートで挟み、円筒状の金属パイプに巻付け、その上からポリエステルテープの巻付けにより加熱圧着し、直径１４２．２ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円筒を作製し、次に円筒を半分に割り、半円状にした。
その２個を結合バンド８、バネ９、凹凸のホックを有する止め具１０等を設けて断熱材を製作した。また、断熱材の一部に貫通孔を設け、ヒータマットを断熱材に挿入するとともに電気配線をヒータマットの電極部に接続した。さらに、ヒータマットと断熱材の位置が互いにずれないように固定し、図３に示すような面状ヒータを製作した。

（面状ヒータの評価）
以上のようにして得られた面状ヒータを、伸縮性を有するステンレス製のベローズ管（長さ１２０ｍｍ、外径１１０ｍｍ）の周囲に密着して取付け、配管に所定の振動を付与して、面状ヒータの振動対応性（配管の振動に対して全く追従するのではなく適度に動く特性、配管の振動による変形から元の形状に戻ろうとする特性）を観察により評価した。その結果、配管の振動に対する面状ヒータの振動対応性は良好であることがわかった。

［比較例１］
実施例１の面状ヒータの製作において、金属薄板を用いなかったほかは実施例１と同様にして面状ヒータを製作した。得られた面状ヒータについて、実施例１と同様にして評価した。その結果、配管の動きに対する面状ヒータの振動対応性は実施例１の場合より劣ることがわかった。また、金属製蛇腹構造のベローズ管によりヒータマットの表面が擦れる或いは削れる不具合があった。

本発明は、配管の外側に取付けて該配管を加熱するための面状ヒータに用いることができる。

本発明の面状ヒータの円筒部の一例を示す斜視図 本発明の面状ヒータの一例を示す円筒の半径方向の断面図 本発明の面状ヒータの一例を示す斜視図 本発明の図２以外の面状ヒータの一例を示す円筒の半径方向の断面図

１ 発熱素子ヒータマット
２ 電気絶縁材料シート
３ スリット
３’スリット
４ ヒータマット
５ 断熱材
６ 金属薄板
７ 電気配線
８ 結合バンド
８’結合バンド
９ バネ
１０ 止め具
１０’止め具

Claims (6)

1. 発熱素子が電気絶縁材料シートにより埋設され長手方向にスリットを有する円筒状のヒータマットを内周側に備え、長手方向にスリットを有する円筒状の断熱材を外周側に備えてなり、配管の外周表面に接触させて配置することにより該配管を加熱する円筒状の面状ヒータであって、ヒータマットの配管に接触する内周表面に可撓性の金属薄板を設け、断熱材の外周に該断熱材のスリットを跨いで結合バンドを設けてなることを特徴とする面状ヒータ。
2. 円筒状部分の構成が、内周側から外周側に向かって、金属薄板、ヒータマット、及び断熱材からなる請求項１に記載の面状ヒータ。
3. ヒータマットと断熱材が分離可能である請求項１に記載の面状ヒータ。
4. 金属薄板が、金属薄板に外力を及ぼすことによりヒータマットのスリットが広がり、金属薄板から該外力を取除くとヒータマットのスリットが元の形態に戻る機能を有するものである請求項１に記載の面状ヒータ。
5. 結合バンドが、弾性材またはバネを含むものである請求項１に記載の面状ヒータ。
6. 配管が、可撓性または伸縮性を有するものである請求項１に記載の面状ヒータ。

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