JP2018204855A - 流体加熱管モジュール及びこれらを組み合わせた液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱損失を抑制すると共にコンパクトな構成の流体加熱管モジュールを提供し、要求仕様に応じて、これら複数を組み合わせて構築可能な液体加熱装置を提供する。【解決手段】外周側を断熱被覆すると共に内部に被加熱流体を流通させる加熱管２と、加熱管内の長さ方向に沿って配置した発熱体６と、加熱管の管軸垂直断面形より大きい形の断面形をもって加熱管の両端部に取り付けて液密に封止した接合体３と、から成り、接合体はその外側周に平面状の当接面３１を形成し、当接面には被加熱流体が流通する流通口３３を設ける。発熱体は加熱管内部に同軸配置の別の管体５、６１内に配置する。液体加熱装置は、上記流体加熱管モジュールの複数個を並べて配置すると共に、隣接する流体加熱管モジュールの接合体の当接面どうし当接させた状態で互いの流通口を液密に連結し、かつ加熱管内の流路が一連となるように構成する。【選択図】図１

Description

本願発明は、流体を加熱する装置の技術分野に属し、特に管体内に熱源を配置して管体内を流通する流体を加熱する流体加熱管モジュール、及びこれらを組み合わせた液体加熱装置に関する。

従来から、多重管の軸心付近に沿って電気制御による発熱体を配置し、発熱体周囲の管内を流通する被加熱流体を加熱する装置が開発されてきた。

例えば、特許文献１には、被加熱流体の流入出口を備えた多重管の最内管の内部に熱源となるハロゲンランプを配置して成る液体加熱装置が開示されていた。

また、上記構成のような多重管から成る液体加熱装置を一つのモジュールとし、このモジュールの複数を適宜に連結して加熱能力の向上を図る液体加熱装置も開示されていた。例えば、特許文献２に示す液体加熱装置は、両端部を閉塞して内部に発熱体を配置した導管の周囲に被加熱流体の環状通路を形成すると共に、環状通路の両端側に連絡用の通路を配置して成るモジュールを構成し、この複数のモジュールの連絡用通路の出入口を相互に連結して構成していた。

他にも、特許文献３に示す液体加熱装置は、ヒーターの外周側に樹脂チューブを配置して被加熱流体の流通路を形成すると共に、樹脂チューブの両端部側に被加熱流体の出入口を設けて成るモジュールを構成し、この複数のモジュールの出入口をそれぞれ集合管で連結し、さらに専用ラックに収納して装置全体のコンパクト化を図る構成であった。

特開平１０−１２２６５６号公報 特表２０１３−５２５７３９号公報 特開２００３−１７６９５１号公報

しかし、上記の開示例は、モジュールを連結し液体加熱装置として構築した場合、その熱損失が大きいものであった。それは、各モジュールを連結する際の構造上や保守性の問題もあるが、モジュールの外部に連結管等の連結部分を露出させると共に、露出した連結管等を継手等の接続手段で液密に連結する必要があるためであった。

このため、露出した継手部分での熱損失はこの部分に熱源が配置されていないこともあり、装置全体として熱効率の悪化を招いていた。特に、モジュール数を増やして機能を向上させる場合は、継手数の増加に対応した熱損失を予め考慮する必要もあった。

また、モジュール間をつなぐ連結管は、短めに設定したとしてもその寸法分だけは装置が大きくなるため、装置全体の外形寸法が大きくなる要因ともなっていた。

さらに、開示例は円筒管を主な構成要素とするため、装置全体の安定性を図るため、モジュールの増減に合わせて専用のラック等を別途設計して構築する必要があり、要求仕様によっては装置構築の迅速性に欠ける上、コストアップ要因となっていた。

そこで、本願発明は、上記背景のもとに創出されたものであり、熱損失を抑制すると共に、コンパクトな構成の流体加熱管モジュールを提供し、さらには、要求仕様に応じて、これらの複数を組み合わせて迅速に構築可能な液体加熱装置を提供するものである。

上記の課題を解決するため本願発明の流体加熱管モジュールは、以下のように構成している。

すなわち、外周側を断熱被覆すると共に内部に被加熱流体を流通させる所定長さの加熱管と、該加熱管内の長さ方向に沿って配置した１又は２以上の電気制御による発熱体と、前記加熱管の管軸垂直断面形より大きい形の断面形をもって加熱管の両端部に取り付けて液密に封止した接合体と、から成り、該接合体はその外側周の所定箇所に平面状の当接面を有すると共に、該当接面に開口した前記被加熱流体が流通する流通口を設けて成ることを特徴としている。

上記発熱体は、その構造によっては被加熱流体との直接な接触を避けるため、又は熱のバッファ空間として利用するため加熱管の内部に同軸状に配置される別の管体内に配置することが好適である。これにより、流体加熱管モジュールは加熱管の軸心部に発熱体が配置され、その周囲に別の管体、加熱管と順次配置された多重管構造となる。

また、加熱管の両端側に取り付けた接合体の流通口は、それぞれ加熱管の管軸に対して垂直方向に開口すると共に、流通口の開口方向を互いに同方向、対向方向、又は直角方向の何れかに設定したことを特徴としている。この構成により、接合体の流通口から流入した被加熱流体は進行方向が一旦直角に曲がり、加熱管を管軸にそって進行し、反対側の接合体で再度進行方向が直角に曲がった後に外部に流出していくことになる。

さらに、接合体の管軸垂直断面形は、円形、正多角形、又は隅切り多角形、の何れかであることを特徴としている。ただし、接合体は所定広さの接合面を確保する必要がある。

次に、上記構成の流体加熱管モジュールの複数を組み合わせた液体加熱装置は、以下のように構成している。

すなわち、上記構成の流体加熱管モジュールの複数個を並べて配置すると共に、隣接する流体加熱管モジュールの接合体の当接面どうし当接させた状態で互いの流通口を液密に連結し、かつ加熱管内の流路が一連となるように構成したことを特徴としている。この連結状態では、隣接する流体加熱管モジュールの管内流通方向は反対方向とする。

また、複数個の流体加熱管モジュールの構成において、ｎ行ｍ列の行列状に配列すると共に、各加熱管内を流れる被加熱流体の流路が一連となるように各流通口を連結して構築したことを特徴としている。ここで、行列状に配列した具体例を示すと、モジュールを加熱管の管幅方向に３個並べ、これを４段積み上げれば、４行３列の行列状の配列となる。

上記構成の液体加熱装置は、被加熱流体を流体加熱管モジュール数だけ往復移動させつつ加熱する一方、両端の接合体の当接面どうしを当接させて流路を一連としているため、接合体の外部に被加熱流体の流通路が露出することはない。

上記構成の液体加熱装置の加熱制御は、流体加熱管モジュールを行列状に連結して構築した場合、行方向に連結した複数の流体加熱管モジュール、又は列方向に連結した流体加熱管モジュールの各発熱体を一括して電気制御することを特徴としている。

本願発明の流体加熱管モジュールは、上記構成により熱源である発熱体を被加熱流体が流通する加熱管の軸心に沿って配置しているため、熱源が外部環境と遮断されると共に熱を被加熱流体に直接的に放射できることとなり、熱損失が少なく安定して加熱できる。

また、流体加熱管モジュールを用いた液体加熱装置は、両端側の接合体の当接面を当接させて結合して構築するため、各流体加熱モジュールの流通口が直接的に結合することとなり、被加熱流体の流通路が外部に露出することが無い上に流通路も短くでき、装置全体としても熱損失の抑制効果が大きいものである。

また、上述のように流通路も短くできると共に当接体の結合も簡便であるため、組立てや流体加熱管モジュールの増減による仕様変更が容易であり、装置全体をコンパクト化することも可能である。

本願発明に係る流体加熱管モジュールの外観を示す一部切り欠き斜視図である。 本願発明に係る流体加熱管モジュールどうしの連結工程を示す一部切り欠き中央縦断面図である。 本願発明に係る流体加熱管モジュールどうしの連結状態を示す一部切り欠き斜視図である。 本願発明に係る流体加熱管モジュールを用いた液体加熱装置の外観を示す斜視図である。 本願発明に係る液体加熱装置の被加熱流体の流通経路を示す説明図である。 本願発明に係る液体加熱装置の加熱の電気制御を示す説明図（Ａ）、（Ｂ）である。 本願発明に係る流体加熱管モジュール及び液体加熱装置の変更例を示す側面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。

以下に、本願発明の実施例に係る流体加熱管モジュール１（以下、「本モジュール」と称する。）、及び本モジュール１の複数を組み合わせて構築する液体加熱装置７（以下、「本装置」と称する。）の最良の実施例を図面に基づき詳細に説明する。なお、本モジュール１及び本装置７の各構成要素の名称は、本願発明での機能を考慮して定義したものであって、本願発明の技術的構成要素を限定する意味のものではない。また、各構成要素に定義されたそれぞれの名称は、当業界では他の名称で称することがある。

図１の図符号１は、本実施例に係る本モジュール１である。本モジュール１は、主に、所定長さの加熱管２の両端側に接合体３を取り付けて構成している。加熱管２の内部には発熱体６が配置されており、発熱体６は同様に内部を流通する被加熱流体を加熱する。

まず、加熱管２は円筒状を成し、外周側を断熱材２１で被覆している。断熱材２１は、発泡スチロール系のプラスチック材であるが、加熱管２の外周に断熱塗料を塗布しても良く、管用のヒーター線を巻回しても良い。

また、加熱管２の両端側の一部分は、後述する接合体３の内部空間３２に篏合すると共に、加熱管専用に設計したＯリング２２によって液密に封止して取り付けている。

次に、接合体３は、加熱管２の管軸垂直断面形より大きい形の断面形をもったブロック状の直方体を成し、加熱管２の管軸方向に隅切りを行って管軸垂直断面が八角形の外観を呈している。そして、上記管軸方向には、隅切り部分を除き平面状の当接面３１の４面を備えている。

また、接合体３は、加熱管２の管軸方向に貫通する垂直断面が円形状の内部空間３２を開孔して形成している。この内部空間３２は、篏合する加熱管２の端部が突き当たる部分を含めて２段階に亘って縮径し、加熱管２が嵌合する最大の内径寸法から、中間、最小と縮径する３つの内径寸法の空間に分割されている。

さらに、接合体３の内部空間３２の中間の内径寸法の空間部分からは、一つの当接面３１まで開口する断面円形状の流通口３３を形成している。この流通口３３は加熱管２の管軸に対して垂直方向に開口すると共に、内部空間３２から当接面３１に向かって１段階について拡径している。なお、両端の接合体３における流通口３３の開口方向は、後述する本装置７の流路形成にもよるが、同方向、対向方向、又は直角方向と適宜に設定している。ただ、接合体自体は、加熱管２とはＯリング２２を介在させた液密な篏合による取り付けとしているため、加熱管２を軸にして両端の接合体３を適宜に回転させることができ、この回転によって流通口３３の開口方向を適宜に設定することができる。

上記構成の流通口３３には、専用の連結管４を嵌合させることができる。連結管４は、その管軸方向の半分を流通口３３の拡径部に篏合する一方で、他方の半分を当接面３１から突出させている。そして、連結管４のこの突出部分には、他の本モジュール１の流通口３３の拡径部が篏合できるようになっている。

一方、連結管４には専用のＯリング４１を二重に配置しており、２つの本モジュール１を液密に連結できると共に、接合体３の当接面３１どうしを当接させることができる。この結果、連結管４を介して２つの本モジュール１の加熱管２どうしの流路が連通している。

なお、流通口３３については、後述する本装置７を構築する場合を考慮して、特定の本モジュール１については、一方側の接合体３の流通口３３の拡径部分にネジを形成し、専用の継手等と液密に螺合できる始端用又は終端用の流通口３３ａとしている。

加えて、接合体３の加熱管２と嵌合する反対側の端面（外側の端面）には、内部空間３２による開孔部分を閉塞する円盤状の封止板３４を取り付けている。

次に、本モジュール１の発熱体６について説明する。
発熱体６は、起動や停止、断線の検出、及び熱量等の調整を電気制御するものであり、これを加熱管２の管軸に沿うと共に、その両端側も接合体３の内部空間３２にまで延出させて配置している。

本モジュール１においては、加熱管内に被加熱流体も流通させる構成のため、発熱体６と被加熱流体の直接的な接触を避ける分離管５を加熱管２の内部に配置し、この分離管内に発熱体６を配置している。この分離管５は、加熱管２の内部に同軸状に配置すると共に、その両端側を接合体３の内部空間３２を貫通させ、その最小の内径寸法の部分に篏合させている。そして、内部空間３２との篏合には、分離管専用に設計したＯリング５１によって液密に封止して結合している。

上記構成より、分離管５の内部側を発熱体６の配置空間として確保する一方で、加熱管内部と分離管外部との空間が被加熱流体の流路となっている。また、接合体３の流通口３３は、内部空間３２の中間の内径寸法の部分から形成しているため、被加熱流体の上記流路は流通口３３と連通している。

発熱体６は、石英ガラス製の専用収納管６１に収納し、この専用収納管６１を分離管の内部に同軸状に配置している。この構成により、専用収納管６１の外部と分離管５の内側の空間は、いわゆる熱のバッファ空間として機能する。

発熱体６は、一方側で端子結合したケーブル６３を接合体３の封止板３４に配置したソケット６２を介して外部電源や制御装置と電気的に接続している。

なお、本実施例の発熱体６は、本出願人が過去に特許出願（特願２０１５−９２６８５）により開示した「発熱用面状体」を用いている。ただし、発熱体６はこれに限定するものではなく、電気制御可能であれば、適宜にハロゲンランプやニクロム線等の別の発熱手段に変更しても良い。また、発熱体６は上述のように単数に限定するものではなく、要求仕様によっては専用収納管内に複数配置しても良く、又は専用収納管とセットにして分離管内に複数配置するようにしても良い。

本モジュール１の上記構成により、一方の接合体３の流通口３３から流入した被加熱流体は、一旦直角に曲がって加熱管２と分離管５とによって形成された流路を発熱体６によって加熱されながら進み、再度、直角に曲がって他端の接合体３の流通口３３から外部へと流出する。

次に上記構成の本モジュール１の複数を組み合わせて構築した本装置７について説明する。
本装置７は、図４に示すように、専用の基台７１の上面側に所定数の本モジュール１を管幅方向に並べて配置すると共に、これを１つの段数として積み上げ、言わば、本モジュール１を行列状に配列及び連結して構築している。本実施例では、４行３列、つまり、１２個の本モジュール１から本装置７を構築している。なお、本モジュール１の個数及び行列の態様は要求仕様によって適宜に変更可能である。

また、本装置７の構築においては、本モジュール１の両端の接合体３の当接面３１を、水平方向及び垂直方向をそれぞれ当接させると共に、所定の本モジュール間の接合体３において連結管４を介して液密に連結している。その一方で、始端側と終端側の流通口３３ａには被加熱流体の外部からの流入及び外部への流出用の継手７２を螺合して配置している。

本装置７は、上記構成により、始端側の継手７２から終端側の継手７２へ向かって被加熱流体の一連の流路を形成している。本実施例の構築例では、図５に示すように、始端側から水平方向に２往復した後に上昇し、これを４回繰り返した後、終端側へ向かう一連の流路を形成している。

本装置７は、上述のように基台７１の上側に複数の本モジュール１を行列状に配列したコンパクトな構成であると共に、モジュール間の連結が連結管４を介したものである。このため、設置時の安定性を鑑みて隣接する両端部の接合体３どうしを上下又は左右に結合する結合ピース７３、若しくは接合体３の側面側を縦方向に一括的に結合する結合バー７４を適宜に追加配置しても良い。

上記構成の本装置７は、接合体３の当接面３１どうしの当接及び、連結管４の介在によって構築しているため、始端及び終端の継手７２を除き外部に被加熱流体の流路が露出することがなく、熱損失が抑制されている。

本装置７の制御としては、発熱体６のケーブル６３を行方向（図６（Ａ））に電気的に連結すると共に、行方向の各発熱体を一括して電気制御している。なお、連結方向は列方向（図６（Ｂ））としても良い。また、電気制御の構成例としては、例えば、ソリッド・ステート・リレー（通称、「ＳＳＲ」）を利用している。

本実施例の本モジュール１は、接合体３の形状を直方体から隅切りした加熱管２の管軸垂直断面形を略八角形としているが、この形状に限定するものではない。例えば、図７に示すように、４面の当接面を確保するように一部を削った円形の接合体８Ａ（図７（Ａ））、三角形とした接合体８Ｂ（図７（Ｂ））、六角形とした接合体８Ｃ（図７（Ｃ））と変更しても良い。

１ 本モジュール
２ 加熱管
２１ 断熱材
２２ Ｏリング
３ 接合体
３１ 当接面
３２ 内部空間
３３ 流通口
３３ａ 流通口（始端用又は終端用）
３４ 封止板
４ 連結管
４１ Ｏリング
５ 分離管
５１ Ｏリング
６ 発熱体
６１ 専用収納管
６２ ソケット
６３ ケーブル
７ 本装置
７１ 基台
７２ 継手
７３ 結合ピース
７４ 結合バー
８Ａ 接合体（円形）
８Ｂ 接合体（三角形）
８Ｃ 接合体（六角形）

Claims (7)

1. 外周側を断熱被覆すると共に内部に被加熱流体を流通させる所定長さの加熱管と、
   該加熱管内の長さ方向に沿って配置した１又は２以上の電気制御による発熱体と、
   前記加熱管の管軸垂直断面形より大きい形の断面形をもって加熱管の両端部に取り付けて液密に封止した接合体と、から成り、
   該接合体は、その外側周の所定箇所に平面状の当接面を有すると共に、該当接面に開口した前記被加熱流体が流通する流通口を設けて成ることを特徴とする流体加熱管モジュール。
2. 前記両端の接合体の流通口が、
   それぞれ加熱管の管軸に対して垂直方向に開口したことを特徴とする請求項１記載の流体加熱管モジュール。
3. 前記両端の接合体の流通口の開口方向が、
   互いに同方向、対向方向、又は直角方向、の何れかであることを特徴とする請求項１、又は２記載の流体加熱管モジュール。
4. 前記接合体の管軸垂直断面形が、
   円形、正多角形、又は隅切り多角形、の何れかであることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の流体加熱管モジュール。
5. 請求項１乃至４記載の流体加熱管モジュールの複数個を並べて配置すると共に、隣接する流体加熱管モジュールの接合体の当接面どうし当接させた状態で互いの流通口を液密に連結し、かつ加熱管内の流路が一連となるように構成したことを特徴とする液体加熱装置。
6. 前記複数個の流体加熱管モジュールの構成において、
   ｎ行ｍ列の行列状に配列すると共に、各加熱管内を流れる被加熱流体の流路が一連となるように各流通口を連結して構築したことを特徴とする請求項５記載の液体加熱装置。
7. 前記複数個の流体加熱管モジュールを行列状に連結して構築した請求項５乃至６記載の液体加熱装置において、
   行方向に連結した複数の流体加熱管モジュール、又は列方向に連結した流体加熱管モジュールの各発熱体を一括して電気制御することを特徴とする液体加熱装置。

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