JP2016110740A - 流体加熱装置の製造方法及び流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シーリング材の劣化による流体の漏れを防止した流体加熱装置を提供する。【解決手段】流体流入口２１、流体流出口２２及びヒーター挿入口２３を有する筒状のシェル２０と、先端に底部を有し後端に開口部を有する筒状のヒーター外殻１１と、縮径筒部１４Ａと拡径筒部１４Ｂとを有する筒状蓋体１４と、を準備する。そして、ヒーター外殻１１の開口部からヒーター線１２を挿入するとともに、ヒーター線１２を絶縁材料で覆う。ヒーター外殻１１を筒状蓋体１４の縮径筒部１４Ａに嵌着し、ヒーター外殻１１の後端外周面と筒状蓋体１４の縮径筒部１４Ｂの内周面を溶接又はロウ付けにより接合する。筒状蓋体１４が接合されたヒーター外殻１１をシェル２０に挿入し、シェル２０のヒーター挿入口２３の外周面と筒状蓋体１４の拡径筒部１４Ｂの内周面とを溶接又はロウ付けにより接合する。【選択図】図４

Description

本発明は、シーズヒーターを用いた流体加熱装置の製造方法及び流体加熱装置に関する。

水や不凍液などの流体を加熱するための加熱手段として、シーズヒーターを用いた流体加熱装置が知られている。シーズヒーターは、コンパクト性や利便性から、細長い円筒形状のカートリッジタイプが広く使われている。シーズヒーターの外殻はステンレスで構成され、その内部にヒーター線や絶縁材料などが挿入される。シーズヒーターは完成品として購入され、シェルの中に挿入される。シーズヒーターの挿入口におけるシーズヒーターとシェルとの気密は、Ｏリングやパッキンによるシーリングで保たれている。そして、シーズヒーターと、これを覆うシェルとの間の空間に流体を流すことで、流体が加熱されるようになっている。

この種の流体加熱装置は、例えば、熱・電供給システム（コジェネレーション）で電力が余剰となった場合、現状では逆調流して電気を販売することができないため、水を加熱してお湯として貯留するために使用される。なお、シーズヒーターについては、例えば特許文献１に記載されている。

特開平７−２４９４７７号公報

前述のように、シーズヒーターとシェルとの気密は、Ｏリングやパッキンによるシーリングで保たれているが、シーズヒーターによりシーリング材が加熱されることにより、その劣化が生じ、シェル内の流体が外部に漏れることが懸念される。

そこで、本発明は、シーリング材の劣化による流体の漏れを防止した流体加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の流体加熱装置の製造方法は、流体流入口、流体流出口及びヒーター挿入口を有する筒状のシェルと、先端に底部を有し後端に開口部を有する筒状のヒーター外殻と、縮径筒部と拡径筒部とを有する筒状蓋体と、を準備し、
前記ヒーター外殻の開口部からヒーター線を挿入するとともに該ヒーター線を絶縁材料で覆う工程と、前記ヒーター外殻を前記筒状蓋体の縮径筒部に嵌着し、前記ヒーター外殻の後端外周面と前記筒状蓋体の縮径筒部の内周面を溶接又はロウ付けにより接合する工程と、前記筒状蓋体が接合された前記ヒーター外殻を前記シェルに挿入し、前記シェルのヒーター挿入口の外周面と前記筒状蓋体の拡径筒部の内周面とを溶接又はロウ付けにより接合する工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の流体加熱装置は、流体流入口、流体流出口及びヒーター挿入口を有する筒状のシェルと、前記シェルに挿入され、先端に底部を有し後端に開口部を有する筒状のヒーター外殻と、前記ヒーター外殻に挿入され、絶縁材料で覆われたヒーター線と、前記ヒーター外殻に接合され、縮径筒部と拡径筒部を有する筒状蓋体と、を備え、
前記ヒーター外殻の後端外周面と前記筒状蓋体の縮径筒部の内周面が溶接又はロウ付けにより接合され、前記シェルのヒーター挿入口の外周面と前記筒状蓋体の拡径筒部の内周面とが溶接又はロウ付けにより接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヒーター外殻を筒状蓋体の縮径筒部に嵌着し、ヒーター外殻と筒状蓋体の縮径筒部を溶接又はロウ付けにより接合し、筒状蓋体が接合されたヒーター外殻をシェルに挿入し、シェルと筒状蓋体の拡径筒部とを溶接又はロウ付けにより接合して、シーズヒーター本体とシェルとの気密を確保しているので、シーリング材の劣化による流体の漏れを防止することができる。

また、本発明によれば、Ｏリング等のシーリング材を用いないので、流体加熱装置の構造が簡略化され、コストダウンを図れるという利点も有している。

シーズヒーター本体の構成を示す図である。 筒状蓋体の構成を示す図である。 ヒーター外殻に筒状蓋体を接合した状態を示す図である。 シーズヒーター本体をシェルに挿入し、接合した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態における流体加熱装置の製造方法を図面に基づいて説明する。図１は、シーズヒーター本体１０の構成を示す図であって、図１（ａ）はシーズヒーター本体１０の平面図（上面図）、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図示のように、ヒーター外殻１１は先端に底部１１Ａを有し後端に開口部１１Ｂを有する筒状体をなし、本実施形態では細長い円筒形状をなしている。このヒーター外殻１１の開口部１１Ｂからヒーター外殻１１の内部にヒーター線１２が挿入される。ヒーター線１２はニクロム線等の通電により発熱する電線であって、ヒーター外殻１１の底部１１Ａ付近で折り返されているため、ヒーター外殻１１の開口部１１Ｂからは２本のヒーター線１２が取り出される。ヒーター外殻１１の内壁とヒーター線１２の挿入部分との間の隙間には碍子等の絶縁材料１３が詰められることで、ヒーター線１２は絶縁材料１３で覆われ、シーズヒーター本体１０が形成される。

図２は、シーズヒーター本体１０に接合される筒状蓋体１４の構成を示す図であり、図２（ａ）は筒状蓋体１４の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線おける断面図である。図示のように、筒状蓋体１４は、先端に縮径筒部１４Ａを有し、後端に拡径筒部１４Ｂを有している。本実施形態では縮径筒部１４Ａと拡径筒部１４Ｂとは円筒形状をなしている。縮径筒部１４Ａの内径Ｒａは、拡径筒部１４Ｂの内径Ｒｂより小さい。縮径筒部１４Ａの内径Ｒａは、ヒーター外殻１１が嵌着可能なようにヒーター外殻１１の外径とほぼ同じに形成されている。縮径筒部１４Ａと拡径筒部１４Ｂとの間には境界筒部１４Ｃが形成されている。境界筒部１４Ｃの内径は、ＲｂからＲａになめらかに変化している。

次に、図３（ａ）に示すように、ヒーター外殻１１を筒状蓋体１４に挿入することで筒状蓋体１４の縮径筒部１４Ａに嵌着し、ヒーター外殻１１の後端外周面と筒状蓋体の縮径筒部１４Ａの内周面を溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）又はロウ付けにより接合する。このとき、ロウ付けを可能にするために、ヒーター外殻１１と筒状蓋体１４は同種金属、例えば、銅や、ステンレスで構成されることが好ましい。ヒーター外殻１１と筒状蓋体１４をステンレスで構成する場合、ニッケルをベースとし、これにシリカを添加したペースト状のロウ材が用いられる。このロウ材をヒーター外殻１１の後端付近に塗布し、ヒーター外殻１１の後端外周面と筒状蓋体の縮径筒部１４Ａの内周面の間に浸透させ、その後、電気炉内で加熱してロウ材を溶融させ、ロウ付けを行う。

次に、図３（ｂ）に示すように、ヒーター外殻１１の開口部１１Ｂは不図示のシリコンシール等で密栓される。これにより、ヒーター外殻１１の開口部１１Ｂから露出した絶縁材料１３がシリコンシールにより密封される。また、ヒーター外殻１１の開口部１１Ｂから取り出されたヒーター線１２に、通電用のヒーターリード線１５が半田付け等により接続される。

次に、図４に示すように、流体流入口２１、流体流出口２２及びヒーター挿入口２３を有するシェル２０を準備する。シェル２０は筒状体をなし、本実施形態では円筒形状をなしている。流体流入口２１はシェル２０の後端上面に形成される。流体流出口２２はシェル２０の先端を筒状に絞り加工して形成される。ヒーター挿入口２３はシェル２０の後端に形成される。

また、シェル２０の流体流出口２２付近を外側からパンチングすることにより、シェル１０の流体流出口１２付近の内側に凸部２４（突起部）を形成する。凸部２４は、後述するように、シェル２０とヒーター外殻１１の先端外周面を接合する台座となるものである。

そして、筒状蓋体１４が接合されたヒーター外殻１１をヒーター挿入口２３からシェル２０内に挿入し、シェル２０のヒーター挿入口２３の外周面と筒状蓋体１４の拡径筒部１４Ｂの内周面とを溶接又はロウ付けにより接合する。

このとき、ロウ付けを可能にするために、ヒーター外殻１１とシェル２０は同種金属、例えば、銅や、ステンレスで構成されることが好ましい。ヒーター外殻１１とシェル２０をステンレスで構成する場合、ニッケルをベースとし、これにシリカを添加したペースト状のロウ材が用いられる。このロウ材をヒーター外殻１１の後端付近に塗布し、シェル２０のヒーター挿入口２３の外周面と筒状蓋体１４の拡径筒部１４Ｂの内周面の間に浸透させ、その後、電気炉内で加熱してロウ材を溶融させ、ロウ付けを行う。

また、ヒーター外殻１４の先端外周面はシェル１０の凸部２４に載置されることで、ヒーター外殻１４をシェル２０内に安定に保持することができる。ヒーター外殻１１の先端外周面はロウ付けにより凸部２４に接合されることが好ましい。

また、シェル２０の流体流入口２１に、流入口２５Ａを有した流入管体２５をロウ付け又はＴＩＧ溶接により接合する。流入管体２５の流入口２５Ａは、シェル２０の流体流入口２１を介して、シェル２０の内部空間に連通している。シェル２０の流体流出口２２にも、流出口２６Ａを有した流出管体２６をロウ付け又はＴＩＧ溶接により接合する。流出管体２６の流出口２６Ａは、シェル２０の流体流出口２２を介して、シェル２０の内部空間に連通している。

以上の工程により、流体加熱装置１００が完成する。しかして、ヒーターリード線１５を介してヒーター線１２を通電した状態で、流入管体２５を介して、シェル２０の内部に流体（例えば、水）を流入させ、流出管体２６から、ヒーター線１２により加熱された流体を流出させることができる。

このように、本実施形態によれば、ヒーター外殻１１を筒状蓋体１４の縮径筒部１４Ａに嵌着し、ヒーター外殻１１と筒状蓋体１４の縮径筒部１４Ｂを溶接又はロウ付けにより接合し、筒状蓋体１４が接合されたヒーター外殻１１をシェル２０に挿入し、シェル２０と筒状蓋体１４の拡径筒部１４Ｂとを溶接又はロウ付けにより接合してシーズヒーター本体１０とシェル２０との気密を確保しているので、シーリング材の劣化による流体の漏れを防止することができる。また、Ｏリング等のシーリング材を用いないので、流体加熱装置１００の構造が簡略化され、コストダウンを図れるという利点も有している。

なお、本実施形態では、ヒーター外殻１１の中にヒーター線１２を挿入した後に、ヒーター外殻１１に筒状蓋体１４を接合しているが、順番を逆にして、ヒーター外殻１１に筒状蓋体１４を接合した後に、ヒーター外殻１１の中にヒーター線１２を挿入し、絶縁材料１３で覆うこともできる。また、筒状蓋体１４が接合されたヒーター外殻１１をシェル２０に挿入、接合した後に、ヒーター外殻１１の中にヒーター線１２を挿入し、絶縁材料１３で覆うこともできる。

１０ シーズヒーター本体
１１ ヒーター外殻
１２ ヒーター線
１３ 絶縁材料
１４ 筒状蓋体
１４Ａ 縮径筒部
１４Ｂ 拡径筒部
１４Ｃ 境界筒部
１５ ヒーターリード線
２０ シェル
２１ 流体流入口
２２ 流体流出口
２３ ヒーター挿入口
２４ 凸部
２５ 流入管体
２５Ａ 流入口
２６ 流出管体
２６Ａ 流出口

Claims (5)

1. 流体流入口、流体流出口及びヒーター挿入口を有する筒状のシェルと、
   先端に底部を有し後端に開口部を有する筒状のヒーター外殻と、
   縮径筒部と拡径筒部とを有する筒状蓋体と、を準備し、
   前記ヒーター外殻の開口部からヒーター線を挿入するとともに該ヒーター線を絶縁材料で覆う工程と、
   前記ヒーター外殻を前記筒状蓋体の縮径筒部に嵌着し、前記ヒーター外殻の後端外周面と前記筒状蓋体の縮径筒部の内周面を溶接又はロウ付けにより接合する工程と、
   前記筒状蓋体が接合された前記ヒーター外殻を前記シェルに挿入し、前記シェルのヒーター挿入口の外周面と前記筒状蓋体の拡径筒部の内周面とを溶接又はロウ付けにより接合する工程と、を備えることを特徴とする流体加熱装置の製造方法。
2. 前記シェルを外側からパンチングすることにより、該シェルの内側に凸部を形成する工程と、前記シェルに挿入された前記ヒーター外殻の先端外周面を前記凸部上に載置する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置の製造方法。
3. 前記ヒーター外殻に前記筒状蓋体を接合した後に、前記ヒーター外殻の開口部を密栓する工程を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の流体加熱装置の製造方法。
4. 流体流入口、流体流出口及びヒーター挿入口を有する筒状のシェルと、
   前記シェルに挿入され、先端に底部を有し後端に開口部を有する筒状のヒーター外殻と、
   前記ヒーター外殻に挿入され、絶縁材料で覆われたヒーター線と、
   前記ヒーター外殻に接合され、縮径筒部と拡径筒部を有する筒状蓋体と、を備え、
   前記ヒーター外殻の後端外周面と前記筒状蓋体の縮径筒部の内周面が溶接又はロウ付けにより接合され、前記シェルのヒーター挿入口の外周面と前記筒状蓋体の拡径筒部の内周面とが溶接又はロウ付けにより接合されていることを特徴とする流体加熱装置。
5. 前記シェルは該シェルの内側に凸部を有し、前記シェルに挿入された前記ヒーター外殻の先端外周面が前記凸部上に載置されたことを特徴とする請求項４に記載の流体加熱装置。
   

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