JP2019129085A - Heating element, fluid heater, and heating element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体や液体等の各種流体の加熱に用いられる発熱体、流体加熱器、及び、このような発熱体の製造方法に関し、特に、ヒータ由来の異物が被加熱流体に混入することを防止しつつ効率よく加熱を行うことが可能なものに関する。 The present invention relates to a heating element used for heating various fluids such as gas and liquid, a fluid heater, and a method for manufacturing such a heating element, and in particular, foreign matter derived from a heater is mixed into a heated fluid. It is related with what can be heated efficiently, preventing.
シーズヒータは、金属製のヒータパイプの内部に、ニクロム線等の発熱線(電熱線)を収容するとともに、無機絶縁物の粉末を充填した電気ヒータである。
シーズヒータは、安全性、信頼性、経済性などに優れており、またヒータパイプの材質を、例えば高ニッケル基合金等の超耐熱合金とすれば、相当な高温まで利用可能であることから、産業用のヒータとして広く普及している。
また、このようなシーズヒータは、例えば空気、不活性ガス、水蒸気等の気体や、各種液体、気液混合流体等の流体を加熱する流体加熱器の熱源として利用されている。
The sheathed heater is an electric heater in which a heating wire (heating wire) such as a nichrome wire is accommodated in a metal heater pipe and an inorganic insulating powder is filled.
Because the sheathed heater is excellent in safety, reliability, economy, etc., and if the material of the heater pipe is a super heat resistant alloy such as a high nickel base alloy, it can be used up to a considerably high temperature, It is widely used as an industrial heater.
Further, such a sheathed heater is used as a heat source of a fluid heater which heats a fluid such as, for example, a gas such as air, inert gas and steam, various liquids, and a gas-liquid mixed fluid.
シーズヒータを熱源とする流体加熱器に関する従来技術として、例えば特許文献1には、流体が通過する筒状の加熱器内部に、ヒータパイプがらせん状に巻き回されたシーズヒータが設けられ、被加熱流体がシーズヒータに接して熱せられる構成としたものが記載されている。
しかし、このような流体加熱器を、例えば半導体の製造装置におけるプロセスガス加熱や、電子部品の製造工程における乾燥用空気の加熱に用いる場合、ヒータパイプの表面からの剥離や、シーズヒータの熱膨張によるヒータパイプとケース等の他部品との接触、擦れなどによって生じる金属片等の異物(コンタミ)が被加熱流体に混入すると、製品の品質に悪影響を与えることから、異物混入を確実に防止することが要求される。
As a conventional technique related to a fluid heater using a sheathed heater as a heat source, for example,
However, when such a fluid heater is used for, for example, process gas heating in a semiconductor manufacturing apparatus or drying air heating in an electronic component manufacturing process, peeling from the surface of a heater pipe or thermal expansion of a sheathed heater. If foreign matter (contamination) such as metal pieces caused by contact between the heater pipe and other parts such as a case or rubbing is mixed into the fluid to be heated, the product quality will be adversely affected. Is required.
シーズヒータと被加熱流体とが直接接触することを防止した従来技術として、例えば特許文献2には、コージェネレーションシステムで余剰電力回収用等に使用される熱媒加熱器において、熱媒が通過する筒状体の表面に溝部を形成し、この溝部にシーズヒータの一部が配置された状態で、シーズヒータをバンドで結束したものが記載されている。
また、特許文献3には、浴槽や放熱器等に湯を供給する給湯装置において、通水パイプ及びシーズヒータをともに長円形状の断面形状とし、これらを平坦な面部が相互に当接するように同心の二重らせん状に巻き回したものが記載されている。
As a conventional technique for preventing the sheathed heater and the fluid to be heated from coming into direct contact, for example, Patent Document 2 discloses that a heating medium passes through a heating medium heater used for recovering surplus power in a cogeneration system. There is a description in which a groove is formed on the surface of a cylindrical body, and a sheathed heater is bound with a band in a state where a part of the sheathed heater is disposed in the groove.
Further, in Patent Document 3, in a hot water supply apparatus that supplies hot water to a bathtub, a radiator, or the like, both the water flow pipe and the sheathed heater have an oval cross-sectional shape so that the flat surface portions are in contact with each other. A concentric double spiral wound is described.
特許文献2,3に記載された技術においては、シーズヒータと被加熱流体が直接接することがないため、被加熱流体にシーズヒータ由来の異物が混入することは防止できる。
しかし、特許文献2に記載された技術では、シーズヒータのヒータパイプを筒状体に確実に密着させることは難しく、例えばスプリングバックや熱膨張によりシーズヒータと筒状体の溝部との間に隙間が形成された場合、加熱性能が悪化することが懸念される。
また、特許文献3に記載された技術では、通水パイプとシーズヒータの断面形状を長円状に形成して平坦面部が確実に密着するように加工することは、現実的には極めて困難である。
また、被加熱流体が通過する流路をらせん状とした場合、流路超が長くなって圧力損失が大きくなり、多量の被加熱流体を効率よく加熱することは困難である。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によってヒータ由来の異物が被加熱流体に混入することを防止しつつ効率よく加熱を行うことが可能な発熱体及び流体加熱器、及び、このような発熱体の製造方法を提供することである。
In the techniques described in Patent Documents 2 and 3, since the sheathed heater and the fluid to be heated do not directly contact with each other, it is possible to prevent the foreign matter derived from the sheathed heater from mixing in the fluid to be heated.
However, with the technique described in Patent Document 2, it is difficult to securely attach the heater pipe of the sheathed heater to the tubular body. For example, a gap is formed between the sheathed heater and the groove of the tubular body by springback or thermal expansion. When the is formed, there is a concern that the heating performance deteriorates.
Moreover, in the technique described in Patent Document 3, it is extremely difficult in practice to form the cross-sectional shapes of the water flow pipe and the sheathed heater into an oval shape so that the flat surface portion is securely adhered. is there.
Moreover, when the flow path through which the fluid to be heated passes is helical, the length of the flow path becomes longer and the pressure loss becomes larger, and it is difficult to efficiently heat a large amount of the fluid to be heated.
In view of the above-described problems, the problem of the present invention is that a heating element and a fluid heater that can efficiently perform heating while preventing foreign matters from the heater from being mixed into the heated fluid with a simple configuration, and It is providing a manufacturing method of such a heating element.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、筒状に形成された外筒と、筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、少なくとも一部が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータとを備え、前記外筒の外周面と前記内筒の内周面との少なくとも一方が被加熱流体が通過する流路の壁面を構成することを特徴とする発熱体である。
これによれば、シーズヒータと被加熱流体との間に、外筒と内筒との少なくとも一方が介在することから、被加熱流体とシーズヒータのヒータパイプとが直接接することがなく、ヒータパイプから剥離した金属片等の異物が被加熱流体に混入することを防止できる。
また、シーズヒータと外筒、内筒とが挟持、すなわち圧縮された状態で保持されることにより、スプリングバックや熱膨張に起因してこれらが離間することがなく、シーズヒータと外筒、内筒との密着状態が保持される。このため、シーズヒータの表面から外筒、内筒への伝熱が良好であり、外筒、内筒の表面が伝熱に寄与することにより、被加熱流体を効率よく加熱することができる。特に、外筒がシーズヒータの外径側への変形を抑制するたがとして機能することから、熱膨張によるシーズヒータの内筒からの離間を防止できる。
さらに、外筒及び内筒により、シーズヒータを補強、保護することにより、シーズヒータの形状を安定的に保持することができ、ヒータパイプの折損や電熱線の断線等を防止して耐久性、信頼性を向上することができる。
The present invention solves the above-mentioned problems by the following solutions.
The invention according to
According to this, since at least one of the outer cylinder and the inner cylinder is interposed between the sheathed heater and the fluid to be heated, the fluid to be heated and the heater pipe of the sheathed heater are not in direct contact with each other. It is possible to prevent foreign matters such as metal pieces peeled off from being mixed into the heated fluid.
In addition, the sheathed heater, the outer cylinder, and the inner cylinder are sandwiched, that is, held in a compressed state, so that they are not separated due to springback or thermal expansion, and the sheathed heater, the outer cylinder, and the inner cylinder are not separated. The close contact with the tube is maintained. For this reason, the heat transfer from the surface of the sheathed heater to the outer cylinder and the inner cylinder is good, and the surface of the outer cylinder and the inner cylinder contributes to the heat transfer, so that the fluid to be heated can be efficiently heated. In particular, since the outer cylinder functions as a means to suppress deformation of the sheath heater to the outer diameter side, separation of the sheath heater from the inner cylinder due to thermal expansion can be prevented.
Furthermore, by reinforcing and protecting the sheathed heater with the outer cylinder and the inner cylinder, the shape of the sheathed heater can be stably maintained, preventing the heater pipe from being broken, the heating wire from being broken, and the like, Reliability can be improved.
請求項2に係る発明は、前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間を閉塞して前記被加熱流体が前記シーズヒータが収容された空間部へ流入することを防止する閉塞部を有することを特徴とする請求項1に記載の発熱体である。
これによれば、被加熱流体が内筒と外筒との間隔に流入することを防止し、上述した効果を確実に得ることができる。
The invention according to claim 2 blocks the space between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the outer peripheral surface of the inner cylinder to prevent the fluid to be heated from flowing into the space portion in which the sheathed heater is accommodated. It is a heat generating body according to
According to this, it is possible to prevent the heated fluid from flowing into the space between the inner cylinder and the outer cylinder, and to reliably obtain the above-described effects.
請求項3に係る発明は、前記シーズヒータは、前記内筒の外周面にらせん状に巻き回されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発熱体である。
これによれば、内筒と外筒との間隔に長尺なシーズヒータを配置することができ、内筒、外筒とシーズヒータとの接触面積を増やして伝熱を促進し、加熱性能を高めることができる。
The invention according to claim 3 is the heating element according to claim 1 or 2, wherein the sheathed heater is spirally wound around an outer peripheral surface of the inner cylinder.
According to this, a long sheathed heater can be arranged in the interval between the inner cylinder and the outer cylinder, the contact area between the inner cylinder, the outer cylinder and the sheathed heater is increased, heat transfer is promoted, and the heating performance is improved. It can be enhanced.
請求項4に係る発明は、前記外筒の外周面と前記内筒の内周面との少なくとも一方における前記被加熱流体と接触する箇所に、前記シーズヒータの表面に沿った凹凸形状を形成したことを特徴とする請求項3に記載の発熱体である。
これによれば、凹凸形状を形成することによって、外筒又は内筒とシーズヒータとの接触面積を増大させ、シーズヒータから外筒、内筒への伝熱を改善することができる。
また、凹凸形状が流路の壁面として露出し、被加熱流体と接することによって、被加熱流体の流れに乱れを形成することが可能となり、被加熱流体を攪拌して加熱効率をより向上することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, a concavo-convex shape is formed along the surface of the sheathed heater at a location in contact with the heated fluid in at least one of the outer peripheral surface of the outer cylinder and the inner peripheral surface of the inner cylinder. The heating element according to claim 3.
According to this, by forming the concavo-convex shape, the contact area between the outer cylinder or the inner cylinder and the sheathed heater can be increased, and heat transfer from the sheathed heater to the outer cylinder and the inner cylinder can be improved.
In addition, the irregular shape is exposed as the wall surface of the flow path and comes into contact with the fluid to be heated, so that it becomes possible to form turbulence in the flow of the fluid to be heated, and the heating fluid is stirred to further improve the heating efficiency. Can.
請求項5に係る発明は、前記シーズヒータに実質的に沿うように前記内筒の外周面に巻き回された温度センサを備えることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の発熱体である。
これによれば、発熱体内部の狭小なスペースに、シーズヒータの配置を実質的に妨げることなく温度センサを配置し、発熱体内部の温度を適切に検出して温度制御等に利用することができる。
The invention according to claim 5 further comprises a temperature sensor wound around the outer peripheral surface of the inner cylinder so as to substantially follow the sheathed heater. It is.
According to this, it is possible to arrange a temperature sensor in a narrow space inside the heating element without substantially interfering with the arrangement of the sheathed heater, and appropriately detect the temperature inside the heating element and use it for temperature control or the like. it can.
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の発熱体と、前記発熱体を収容するとともに被加熱流体が通過する流路が形成されたハウジングとを備えることを特徴とする流体加熱器である。
これによれば、上述した各発熱体の効果と実質的に同様の効果を有する流体加熱器を提供することができる。
The invention according to claim 6 comprises the heating element according to any one of
According to this, it is possible to provide a fluid heater having substantially the same effect as the effect of each heating element described above.
請求項7に係る発明は、前記ハウジングに導入された被加熱流体が前記外筒の外周面に沿って前記外筒の軸方向に流れる第1の流路と、前記第1の流路を通過した前記被加熱流体が導入され前記内筒の内周面に沿って前記第1の流路内と逆方向に流れる第2の流路とを備えることを特徴とする請求項6に記載の流体加熱器である。
これによれば、発熱体の外周面、内周面でそれぞれ被加熱流体を加熱することによって、被加熱流体を効果的に加熱することができる。
また、発熱体の外側で加熱された被加熱流体を、外気から隔離され断熱性が高い発熱体の内側において再度加熱することによって、被加熱流体の出口温度を向上することができる。
The invention according to claim 7 is characterized in that the first flow path through which the fluid to be heated introduced into the housing flows in the axial direction of the outer cylinder along the outer peripheral surface of the outer cylinder, and the first flow path 7. The fluid according to claim 6, further comprising: a second flow path which is introduced and flows along the inner peripheral surface of the inner cylinder in the opposite direction to the inside of the first flow path. It is a heater.
According to this, the fluid to be heated can be effectively heated by heating the fluid to be heated on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the heating element.
Further, the outlet temperature of the fluid to be heated can be improved by reheating the fluid to be heated, which is heated outside the heater, from the outside of the heater which is isolated from the outside air and has high thermal insulation.
請求項8に係る発明は、筒状に形成された外筒と、筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、少なくとも一方が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータとを備える発熱体の製造方法であって、前記シーズヒータを前記外筒の内周面と前記内筒の内周面との間に配置した後、内筒の内周面を流体圧によって加圧して前記内筒を拡径することを特徴とする発熱体の製造方法である。
これによれば、簡単な製法によってシーズヒータを内筒と外筒との間隔に確実に挟持することができる。
The invention according to claim 8 includes an outer cylinder formed in a cylindrical shape, an inner cylinder formed in a cylindrical shape and inserted on the inner diameter side of the outer cylinder, and at least one of the inner cylinder and the inner cylinder A heating element manufacturing method comprising a sheathed heater sandwiched between an outer peripheral surface of a cylinder, wherein the sheathed heater is disposed between an inner peripheral surface of the outer cylinder and an inner peripheral surface of the inner cylinder. Thereafter, the inner cylinder is pressurized by a fluid pressure to expand the diameter of the inner cylinder.
According to this, the sheathed heater can be reliably held in the space between the inner cylinder and the outer cylinder by a simple manufacturing method.
請求項9に係る発明は、前記内筒の内周面を流体圧によって加圧することにより、前記内筒に前記シーズヒータの形状を転写した凹凸形状を形成することを特徴とする請求項8に記載の発熱体の製造方法である。
これによれば、外筒がシーズヒータの形状を保持し、外径側への変形を防止した状態で内筒を拡径することによって、内筒の表面を塑性変形させてシーズヒータの表面に密着する凹凸形状を簡単かつ正確に形成することができる。
The invention according to claim 9 is characterized in that the inner circumferential surface of the inner cylinder is pressurized with a fluid pressure to form a concavo-convex shape in which the shape of the sheathed heater is transferred to the inner cylinder. It is a manufacturing method of the heating element as described.
According to this, the outer cylinder retains the shape of the sheathed heater and prevents the deformation to the outer diameter side, thereby expanding the diameter of the inner cylinder, thereby plastically deforming the surface of the inner cylinder on the surface of the sheathed heater. It is possible to easily and accurately form an uneven shape that is in close contact.
請求項10に係る発明は、筒状に形成された外筒と、筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、少なくとも一部が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータとを備える発熱体の製造方法であって、前記シーズヒータを前記外筒の内周面と前記内筒の内周面との間に配置した後、外筒の外周面を流体圧によって加圧して前記外筒を縮径することを特徴とする発熱体の製造方法である。
これによれば、簡単な製法によってシーズヒータを内筒と外筒との間隔に確実に挟持することができる。
The invention according to
According to this, the sheathed heater can be reliably held in the space between the inner cylinder and the outer cylinder by a simple manufacturing method.
請求項11に係る発明は、前記外筒の外周面を流体圧によって加圧することにより、前記外筒に前記シーズヒータの形状を転写した凹凸形状を形成することを特徴とする請求項10に記載の発熱体の製造方法である。
これによれば、内筒がシーズヒータの形状を保持し、内径側への変形を防止した状態で外筒を縮径することによって、外筒の表面を塑性変形させてシーズヒータの表面に密着する凹凸形状を簡単かつ正確に形成することができる。
The invention according to claim 11 is characterized in that, by pressing the outer peripheral surface of the outer cylinder with a fluid pressure, a concavo-convex shape in which the shape of the sheathed heater is transferred to the outer cylinder is formed. Is a method of manufacturing a heating element.
According to this, the inner cylinder retains the shape of the sheathed heater, and the outer cylinder is reduced in diameter in a state in which the inner cylinder is prevented from being deformed to the inner diameter side, so that the surface of the outer cylinder is plastically deformed to be in close contact with the surface of the sheathed heater. Can be easily and accurately formed.
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によってヒータ由来の異物が被加熱流体に混入することを防止しつつ効率よく加熱を行うことが可能な発熱体及び流体加熱器、及び、このような発熱体の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a heating element and a fluid heater capable of efficiently heating while preventing foreign matters derived from the heater from being mixed into the heated fluid with a simple configuration, and A method for manufacturing such a heating element can be provided.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態である発熱体について説明する。
第1実施形態の発熱体は、気体、液体、気液混合体などの被加熱流体を加熱する流体加熱器に、熱源として設けられるものである。
図1は、第1実施形態の発熱体の模式的断面図である。
図1は、内筒及び外筒の中心軸を含む平面で切って見た状態を示している。(後述する図2乃至図5、図7、図8、図9において同じ)
First Embodiment
Hereinafter, the heat generating body which is 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
The heating element according to the first embodiment is provided as a heat source in a fluid heater that heats a fluid to be heated such as a gas, a liquid, or a gas-liquid mixture.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heating element according to the first embodiment.
FIG. 1 shows a state cut along a plane including the central axes of the inner cylinder and the outer cylinder. (The same applies to FIGS. 2 to 5, 7, 8, and 9 described later)
図1に示すように、発熱体1は、内筒10、外筒20、端面部30,40、シーズヒータS等を有して構成されている。
内筒10、外筒20、端面30,40は、例えばステンレス合金等の耐熱性を有する金属材料によって形成されている。
内筒10、外筒20は、円筒状に形成され、実質的に同心に配置されている。
内筒10は、外筒20の内径側に挿入されている。
内筒10の外周面と外筒20の内周面との間には隙間が形成されている。
内筒10、外筒20の両端部は、これらの中心軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
As shown in FIG. 1, the
The
The
The
A gap is formed between the outer peripheral surface of the
Both end portions of the
端面部30,40は、内筒10、外筒20の両端部に設けられ、内筒10と外筒20との間の空間部を実質的に閉塞する部材(閉塞部)である。
端面部30,40は、内筒10、外筒20の中心軸と直交する平面に沿って形成された平板状の部材である。
端面部30,40は、円盤状に形成され、外周縁部は外筒20の両端部にそれぞれ溶接されている。
端面部30,40の中央部には、円形の開口が形成され、開口の周縁部は、内筒10の両端部にそれぞれ溶接されている。
The
The
The
A circular opening is formed at the center of the
シーズヒータSは、ヒータパイプの内部にニクロム線を収容するとともに、隙間に例えばマグネシア等の絶縁体粉末を充填して構成された電気ヒータである。
ヒータパイプの材料として、例えば、鉄、クロム、ニオブ、モリブデン等を含有するニッケル基の耐熱合金を用いることができる。
シーズヒータSは、内筒10の外周面に沿って、内筒10の中心軸と同心の螺旋形状に巻き回されている。
シーズヒータSは、内筒10の外周面と外筒20の内周面との間で、内筒10、外筒20の径方向に圧縮(加圧)された状態で挟持されている。
The sheathed heater S is an electric heater configured by accommodating nichrome wire inside a heater pipe and filling a gap with an insulating powder such as magnesia.
As a material for the heater pipe, for example, a nickel-based heat-resistant alloy containing iron, chromium, niobium, molybdenum or the like can be used.
The sheathed heater S is wound in a spiral shape concentric with the central axis of the
The sheathed heater S is sandwiched between the outer peripheral surface of the
例えば、内筒10の外周面と外筒20の内周面との間隔にシーズヒータSを収容した後に、内筒10の内周面に液体(一例として水)等の流体圧を負荷し、内筒10をハイドロフォーミングにより拡径することにより、簡単な製法によりシーズヒータSを挟持(圧縮状態で保持)することが可能である。
また、これに代えて、内筒10の外周面と外筒20の内周面との間隔にシーズヒータSを収容した後に、外筒20の外周面に液体(一例として水)等の流体圧を負荷し、外筒20をハイドロフォーミングにより縮径することにより、シーズヒータSを挟持することも可能である。
また、流体圧を用いたハイドロフォーミングに代えて、スウェージング加工を用いてもよい。例えば、外筒をスウェージング加工により縮径してシーズヒータSを挟持する構成としてもよい。
For example, after the sheathed heater S is accommodated in the space between the outer peripheral surface of the
Alternatively, after the sheathed heater S is accommodated in the interval between the outer peripheral surface of the
Alternatively, swaging may be used instead of hydroforming using fluid pressure. For example, the diameter of the outer cylinder may be reduced by swaging to sandwich the sheathed heater S.
このような発熱体1は、気体、液体、あるいは気液が混合された流体などの各種被加熱流体を加熱する流体加熱器の熱源として利用することが可能である。
流体加熱器は、被加熱流体が通過する流路を有するとともに、発熱体1の外筒20の外周面、内筒10の内周面の少なくとも一方が流路の壁面として被加熱流体と直接接する構成とすることができる。
Such a
The fluid heater has a flow path through which the fluid to be heated passes, and at least one of the outer peripheral surface of the
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)シーズヒータSと被加熱流体との間に、内筒10と外筒20との少なくとも一方が介在することから、被加熱流体とシーズヒータSのヒータパイプとが直接接することがなく、ヒータパイプからの剥離や、シーズヒータSの熱膨張によりヒータパイプとケースやハウジング等の他部品との接触、擦れなどによって生じた金属片等の異物が被加熱流体に混入することを防止できる。
また、シーズヒータSと内筒10、外筒20とが密着することから、シーズヒータSの表面から内筒10、外筒20への伝熱が良好であり、内筒10、外筒20の表面が伝熱に寄与することにより、被加熱流体を効率よく加熱することができる。
さらに、内筒10及び外筒20によりシーズヒータSを補強、保護することにより、シーズヒータSの形状を安定的に保持することができ、ヒータパイプの折損や電熱線の断線等を防止して耐久性、信頼性を向上することができる。
(2)発熱体1の両端部を端面部30,40により閉塞したことによって、被加熱流体が内筒と外筒との間隔に流入することを防止し、上述した効果を確実に得ることができる。
(3)シーズヒータSを内筒10の外周面にらせん状に巻き回したことによって、内筒10と外筒20との間隔に十分に長尺なシーズヒータSを配置することができ、内筒10、外筒20とシーズヒータSとの接触面積を増やして伝熱を促進し、加熱性能を高めることができる。
(4)内筒10と外筒20との間に、らせん状に巻き回されたシーズヒータSを収容した状態で、内筒10を液圧により拡径することによって、簡単な製法によってシーズヒータSを内筒10と外筒20との間隔に確実に挟持することができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Since at least one of the
Further, since the sheathed heater S closely contacts the
Further, by reinforcing and protecting the sheathed heater S with the
(2) By closing the both end portions of the
(3) Since the sheathed heater S is spirally wound around the outer peripheral surface of the
(4) In a state where the spirally wound sheathed heater S is accommodated between the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態である発熱体について説明する。
以下説明する各実施形態や比較例において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図2は、第2実施形態の発熱体の模式的断面図である。
Second Embodiment
Next, the heat generating body which is 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
In the respective embodiments and comparative examples to be described below, the same reference numerals are given to portions substantially common to the previous embodiment and the description thereof is omitted, and the difference will be mainly described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the heating element of the second embodiment.
図2に示すように、発熱体1Aは、第1実施形態の発熱体1から、端面30,40を取り除いた開放型の構成を有する。
このような第2実施形態においても、被加熱流体が内筒10と外筒20との隙間に直接流入しないよう流体加熱器の機器構成を設定することによって、上述した第1実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 2, the heating element 1A has an open-type configuration in which the end faces 30, 40 are removed from the
Also in the second embodiment, the effects of the first embodiment described above are set by setting the device configuration of the fluid heater so that the fluid to be heated does not directly flow into the gap between the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態である流体加熱器について説明する。
第3実施形態の流体加熱器は、例えば半導体や有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造プロセスで用いられるプロセスガス、加熱用空気、窒素ガス等の加熱に用いられるものである。(第4、第5実施形態において同じ)
Third Embodiment
Next, a fluid heater which is a third embodiment of the present invention will be described.
The fluid heater according to the third embodiment is used to heat process gas, heating air, nitrogen gas and the like used in, for example, a process of manufacturing a flat panel display (FPD) such as a semiconductor or an organic EL display. (Same in the fourth and fifth embodiments)
図3は、第3実施形態の流体加熱器の模式的断面図である。
図3に示すように、流体加熱器50は、第1実施形態と実質的に同様の発熱体1を、以下説明するハウジング51に収容したものである。
ハウジング51は、発熱体1を収容するとともに、内部に被加熱流体が通流される容器状の部材である。
ハウジング51は、円筒部52、入口部53、出口部54、中間筒55等を有して構成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fluid heater according to the third embodiment.
As shown in FIG. 3, the
The
The
円筒部52は、ハウジング51の本体部分であって、実質的に円筒状に形成されている。
入口部53、出口部54は、円筒部52の一方の端部、及び、他方の端部を縮径して形成されている。
入口部53は、被加熱流体が導入される部分である。
出口部54は、加熱後の被加熱流体が排出される部分である。
中間筒55は、円筒部52の内径側に、円筒部52と実質的に同心となるように配置される円筒状の部材である。
The
The
The
The
The
発熱体1は、内筒10の内周面が中間筒55の外周面と間隔を隔てて対向し、かつ、外筒20の外周面が円筒部52の内周面と間隔を隔てて対向するよう、円筒部52の内部に配置される。
これらの間隔は、被加熱流体が通流する流路となる。
被加熱流体は、図3に矢印で示すように、入口部53から円筒部52の内部に導入され、内筒10の内周面と中間筒55の外周面との間隔、及び、外筒20の外周面と円筒部52の内周面との間隔を通過しながら加熱され、所定の目標加熱温度まで昇温された後に出口部54から排出される。
In the
These intervals serve as channels through which the fluid to be heated flows.
The fluid to be heated is introduced into the interior of the
以下、上述した第3実施形態の効果を、以下説明する本発明の比較例1,2と対比して説明する。
<比較例1>
図4は、本発明の比較例1である流体加熱器の模式的断面図である。
図4に示すように、比較例1の流体加熱器50Aは、第3実施形態と実質的に同様のハウジング50内に、発熱体1に代えて、らせん状に巻き回されたシーズヒータSを単独で配置したものである。
比較例1の流体加熱器50Aにおいては、被加熱流体はシーズヒータSに直接接触して加熱されることになる。
Hereinafter, the effects of the above-described third embodiment will be described in comparison with Comparative Examples 1 and 2 of the present invention described below.
Comparative Example 1
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a fluid heater that is Comparative Example 1 of the present invention.
As shown in FIG. 4, a
In the
<比較例2>
図5は、本発明の比較例2である流体加熱器の模式的断面図である。
図5に示すように、比較例2の流体加熱器60は、円筒状のハウジング61の内部に、ヒータパイプが筒軸方向、径方向に分散するように配置されたシーズヒータSを設けたものである。
被加熱流体は、ハウジング61の一方の端部から導入され、シーズヒータSと直接接触して加熱された後、ハウジング61の他方の端部から排出される。
Comparative Example 2
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a fluid heater that is Comparative Example 2 of the present invention.
As shown in FIG. 5, the
The heated fluid is introduced from one end of the
上述した第3実施形態、比較例1、比較例2の特性について以下説明する。
比較例2の構成においては、被加熱流体の流路断面積が大きくなるため、被加熱流体の流速は第3実施形態、比較例1に対して遅くなる。
このため、シーズヒータSから被加熱流体への熱伝達率が悪くなるため、シーズヒータS自体は高温となりやすく、耐久性、信頼性に懸念が生じる。
The characteristics of the third embodiment, the comparative example 1 and the comparative example 2 described above will be described below.
In the configuration of Comparative Example 2, the flow passage cross-sectional area of the fluid to be heated is large, so the flow velocity of the fluid to be heated is slower than in the third embodiment and Comparative Example 1.
For this reason, since the heat transfer rate from the sheathed heater S to the fluid to be heated is deteriorated, the sheathed heater S itself tends to be at a high temperature, and there is a concern about durability and reliability.
これに対し、比較例1のように、中間筒55を用いて流路断面積を絞った構成とした場合、被加熱流体の流速を向上させることができ、比較例2に対してシーズヒータSから被加熱流体への熱伝達率を改善することができる。
また、シーズヒータSの温度も比較例2に対して低温とすることができ、耐久性、信頼性の点で有利である。
しかし、比較例1、比較例2のいずれにおいても、被加熱流体がシーズヒータSのヒータパイプと直接接することから、ヒータパイプの表面から剥離した金属片(パーティクル)等の異物が被加熱流体に混入してコンタミとなることが懸念される。
On the other hand, when the flow path cross-sectional area is reduced using the
In addition, the temperature of the sheathed heater S can also be made lower than that of Comparative Example 2, which is advantageous in terms of durability and reliability.
However, in both Comparative Example 1 and Comparative Example 2, since the fluid to be heated is in direct contact with the heater pipe of the sheathed heater S, foreign matter such as metal pieces (particles) peeled off from the surface of the heater pipe becomes the fluid to be heated. There is a concern that it mixes and becomes contamination.
また、比較例1のように、被加熱流体がシーズヒータSに直接接触したとしても、必ずしも被加熱流体への熱伝達率という点では有利とはいえない。この点について以下説明する。
図6は、比較例1の流体加熱器におけるシーズヒータ周囲の被加熱流体の流れを模式的に示す図である。
図6に示すように、シーズヒータSのヒータパイプが、被加熱流体の流れFに沿って複数本配置されている場合、各ヒータパイプの下流側には渦流Tが発生し、淀み領域が形成される。
このため、シーズヒータSが被加熱流体と直接接触するとしても、被加熱流体の加熱に効果的に寄与する領域R(図6において太線破線で図示)は、このような淀みの領域以外の部分に限られるため、ヒータパイプの全表面積のうち、例えば1/2程度しか熱伝達有効面積として機能しないことになる。
Further, even if the fluid to be heated is in direct contact with the sheathed heater S as in Comparative Example 1, it is not necessarily advantageous in terms of the heat transfer coefficient to the fluid to be heated. This point will be described below.
FIG. 6 is a view schematically showing the flow of the fluid to be heated around the sheathed heater in the fluid heater of Comparative Example 1. As shown in FIG.
As shown in FIG. 6, when a plurality of heater pipes of the sheathed heater S are arranged along the flow F of the fluid to be heated, a vortex T is generated on the downstream side of each heater pipe, and a stagnation region is formed. Be done.
For this reason, even if the sheathed heater S is in direct contact with the fluid to be heated, the region R (illustrated by a bold broken line in FIG. 6) that effectively contributes to heating of the fluid to be heated is a portion other than the stagnation region. Therefore, only about 1/2 of the total surface area of the heater pipe functions as the effective heat transfer area.
これに対し、第3実施形態においては、シーズヒータSのヒータパイプが発熱体1の内筒10、外筒20に密着していることから、ヒータパイプが発する熱が内筒10、外筒20に伝搬し、内筒10、外筒20の実質的に全面が被加熱流体の加熱に寄与することから、比較例1に対して遜色ない熱伝達有効面積を確保することができる。
On the other hand, in the third embodiment, since the heater pipe of the sheathed heater S is in close contact with the
また、比較例1,2のように、シーズヒータSが被加熱流体と直接接する構成とした場合、比較的細径のシーズヒータを使用する場合は形状の自己保持力が乏しく、他の構造物により支持、固定する必要がある。
また、細径のシーズヒータSで流体加熱を行うと、被加熱流体の流れにより振動等が生じることで負荷がかかり、シーズヒータSが変形したり、断線等の故障が発生することが懸念される。
一方、比較的太径のシーズヒータSでも、被加熱流体の流速が速く、シーズヒータSへ負荷される外力が強い場合は、同様に他の構造物で支持、固定する必要がある。
Further, as in Comparative Examples 1 and 2, when the sheathed heater S is in direct contact with the fluid to be heated, the self-holding power of the shape is poor when using a relatively small diameter sheathed heater, and other structures Need to be supported and fixed.
Further, when fluid heating is performed with the small-sized sheathed heater S, there is a concern that a load is applied due to vibration or the like caused by the flow of the fluid to be heated, and the sheathed heater S may be deformed or a failure such as disconnection may occur. Ru.
On the other hand, even if the sheathed heater S has a relatively large diameter, if the flow velocity of the fluid to be heated is high and the external force applied to the sheathed heater S is strong, it is necessary to similarly support and fix it with other structures.
これに対し、第3実施形態によれば、シーズヒータSを、内筒10及び外筒20で挟むことにより、シーズヒータSの補強、保護を可能とし、他の構造物なしでもシーズヒータSの形状を保持し、変形や損傷を防止することができる。
さらに、シーズヒータSの電気絶縁や、発熱体1の構成が容易となる。
On the other hand, according to the third embodiment, the sheathed heater S can be reinforced and protected by sandwiching the sheathed heater S between the
Furthermore, the electrical insulation of the sheathed heater S and the configuration of the
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態である流体加熱器について説明する。
図7は、第4実施形態の流体加熱器の模式的断面図である。
図7に示すように、流体加熱器100は、第1筒110、第2筒120、第3筒130、第4筒140、入口筒150、シーズヒータS等を有して構成されている。
Fourth Embodiment
Next, a fluid heater which is a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the fluid heater according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 7, the
第1筒110、第2筒120、第3筒130、第4筒140、入口筒150は、それぞれ実質的に円筒状に形成されるとともに、実質的に同心となるように配置されている。
第1筒110は、流体加熱器100の本体部における外表面部を構成する部材である。
第1筒110の両端部には、端面部111,112がそれぞれ設けられている。
端面部111,112は、第1筒110の両端部を実質的に閉塞する円盤状かつ平板状の部材である。
端面部111,112の中央部には、第1筒110の中心軸と実質的に同心の円形の開口が形成されている。
端面部111の開口の周縁部には、入口筒150の下流側の端部が接続されている。
入口筒150は、端面部111から突出した筒状の部材であり、被加熱流体が導入されるものである。
端面部112の開口の周縁部は、第3筒130の外周面に接合されている。
The
The
The
A circular opening substantially concentric with the central axis of the
The downstream end of the
The
The peripheral edge portion of the opening of the
第2筒120は、第1筒110の内径側に挿入されている。
第2筒120の外周面は、第1筒110の内周面と径方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
第2筒120の端面部111側(図7における左側)の端部には、端面部121、支持部材122が設けられている。
端面部121は、第2筒120の端部を閉塞する円盤状かつ平板状の部材である。
端面部121は、端面部111と第2筒120の中心軸方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
The
The outer peripheral surface of the
An
The
The
支持部材122は、第1筒110の内部で第2筒120を支持する部材である。
支持部材122は、例えば、第1筒の径方向に沿って延在する平板状に形成されている。
支持部材122の第2筒120側の端縁は、第2筒120の端面部121側の端部近傍における外周面、及び、端面部121と接合されている。
支持部材122の第1筒110側の端縁は、第1筒110の端面部111側の端部近傍における内周面、及び、端面部111と接合されている。
第2筒120の端面部112側の端部は、開放された状態で、端面部111と第2筒120の中心軸方向に間隔を隔てて対向して配置され、第1筒110の内部と連通している。
第1筒110及び第2筒120は、第3筒130及び第4筒140からなる発熱体を収容するハウジングとして機能する。
The
The
The end edge of the
The end edge of the
The end of the
The
第3筒130は、第2筒120の内径側に挿入されている。
第3筒130の外周面は、第2筒120の内周面と径方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
第3筒130の端面部111側の端部には、端面部131が設けられている。
端面部131は、第3筒130の端面部111側の端部を閉塞する円盤状かつ平板状の部材である。
端面部131は、端面部121と第3筒130の中心軸方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
端面部131の中央部には、第3筒130の中心軸と実質的に同心の円形の開口が形成されている。
端面部131の開口には、第4筒140の端面部111側の端部が接続されている。
端面部131は、第3筒130の内周面と第4筒140の外周面との間に被加熱流体が流入することを防止する。
第3筒130の端面部131側とは反対側の端部における外周面部は、端面部112の開口の内周縁部と接合されている。
The
The outer peripheral surface of the
An
The
The
A circular opening substantially concentric with the central axis of the
The end of the
The
An outer peripheral surface portion at an end portion of the
第4筒140は、主要部分が第3筒130の内径側に挿入されるとともに、入口筒150側とは反対側の端部は、端面部112から突出して流体加熱器100の出口筒として機能する。
第4筒140の外周面は、第3筒130の内周面と径方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
第4筒140の端面部111側の端部における外周面部は、端面部131の開口の内周縁部と接合されている。
以上説明した各部材は、例えばステンレス鋼等の金属材料によって形成され、溶接により接合されている。
The main part of the
The outer peripheral surface of the
The outer peripheral surface portion at the end portion on the
Each member demonstrated above is formed, for example with metal materials, such as stainless steel, and is joined by welding.
本実施形態においては、第3筒130が発熱体の外筒、第4筒140が発熱体の内筒として機能する。
シーズヒータSは、ヒータパイプの長手方向における中間箇所でU字状に屈曲させ、2本のヒータパイプが束になった状態で、これらが二重螺旋状となるように、第4筒140の周囲かつ第3筒130の内部で巻き回されている。
シーズヒータSの両端部(屈曲後における屈曲部とは反対側の端部)は、端面部112の開口から外部へ引き出され、ニクロム線は図示しない電源装置に接続される。
In the present embodiment, the
The sheathed heater S is bent in a U shape at an intermediate position in the longitudinal direction of the heater pipe, and in a state where the two heater pipes are bundled, these are formed in a double spiral shape so that the
Both ends of the sheathed heater S (ends on the side opposite to the bent portion after bending) are drawn out from the opening of the
流体加熱器100の製造時においては、シーズヒータSは、先ず第4筒140の外周面に巻き回された状態で、第3筒130の内径側に挿入される。
このとき、シーズヒータSと第3筒130の内周面との間には、挿入を可能とするために不可避的に設けられる隙間が設けられている。
その後、第4筒140の内周面に、流体圧(例えば水圧等の液圧)を負荷することにより、第4筒140を拡径させる。
第4筒140が拡径することにより、シーズヒータSは、第4筒140の外周面と第3筒130の内周面との間で圧縮された状態で挟持され、シーズヒータSは第4筒140、第3筒130に密着する。
このとき、第3筒130は、シーズヒータSから内周面を押圧されるが、この入力によって実質的に拡径変形しないように、材質、板厚等を設定される。
At the time of manufacturing the
At this time, between the sheathed heater S and the inner circumferential surface of the
Thereafter, the
By expanding the diameter of the
At this time, although the
第4筒140は、流体圧により拡径されるとともに、シーズヒータSのヒータパイプの表面形状が転写された凹凸形状141が形成される。
凹凸形状141は、シーズヒータSのヒータパイプの間隔に沿って、らせん状に溝部が形成された蛇腹状の形状を有する。
第4筒140は、流体圧による拡径加工時に、このような凹凸形状141の形成(ハイドロフォーミング)が可能なように、材質、板厚等を設定される。
The
The concavo-
The material, plate thickness, and the like of the
次に、第4実施形態の流体加熱器100における被加熱流体の流れについて説明する。
図7に矢印により図示するように、被加熱流体は、先ず入口筒150から第1筒110の内部に導入される。
その後、被加熱流体は、第1筒110の内周面と第2筒120の外周面との間を、端面部111側から端面部112側へ流れる。
このとき、被加熱流体は、第2筒120からの熱伝達により予熱されるが、発熱体(第3筒130、第4筒140)と直接接触していないことから、過度に高温とはならない。
ここでは被加熱流体は、第1筒110の外表面が過度に高温となることを防止し、周囲への放熱を抑制して効率を改善するとともに、流体加熱器100の周囲に配置される部品等への熱害や、作業者の火傷等を防止する機能を発揮する。
Next, the flow of the fluid to be heated in the
As illustrated by the arrows in FIG. 7, the fluid to be heated is first introduced into the interior of the
Thereafter, the fluid to be heated flows from the
At this time, the fluid to be heated is preheated by heat transfer from the
Here, the fluid to be heated prevents the outer surface of the
端面部112側の端部へ到達した被加熱流体は反転し、第2筒120の内周面と第3筒130の外周面との間を、端面部112側から端面部121側へ流れる。
第3筒130は、シーズヒータSのヒータパイプと密着し、高温に熱せられており、被加熱流体は、第3筒130からの熱伝達により加熱される。
このとき、第1筒110と第2筒120との間の領域が断熱層として機能することにより、第2筒120と第3筒130との間を流れる被加熱流体の外気による冷却が抑制される。
The fluid to be heated that has reached the end portion on the
The
At this time, since the region between the
端面部121側の端部へ到達した被加熱流体は再度反転し、第4筒140の内部を端面部112側へ流れ、第4筒140の端部から外部へ排出される。
第4筒140は、シーズヒータSのヒータパイプと密着し、高温に熱せられており、被加熱流体は、第4筒からの熱伝達によりさらに加熱される。
また、第4筒140は、凹凸形状141を有するため、単純な円筒内面状に対して表面積が増加するとともに、第4筒140の内周面近傍を流れる被加熱流体の乱流の発達が促進され、被加熱流体が攪拌されることによって熱伝達率が向上する。
The fluid to be heated that has reached the end on the
The
In addition, since the
以上説明した第4実施形態によれば、第1乃至第3実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(1)発熱体を構成する第3筒130の外周面、及び、第4筒140の内周面でそれぞれ被加熱流体を加熱することによって、被加熱流体を効果的に加熱することができる。
また、第3筒130の外側で加熱された被加熱流体を、外部からの断熱性がより高い第4筒140の内側において再度加熱することによって、被加熱流体の出口温度を向上することができる。
(2)発熱体の内筒として機能する第4筒140に、蛇腹状の凹凸形状141を形成することによって、第4筒140とシーズヒータSとの接触面積を増大させ、シーズヒータSから第4筒140への伝熱を改善することができる。
また、凹凸形状141が流路の壁面として露出し、被加熱流体と接することによって、被加熱流体の流れに乱れを形成することが可能となり、被加熱流体を撹拌して伝熱を改善し、加熱効率をより向上することができる。
(3)第3筒130がシーズヒータSの形状を保持し、外径側への変形を防止した状態で第4筒140を拡径することによって、第4筒140の表面を塑性変形させてシーズヒータSの表面形状を転写し、シーズヒータSの表面に密着する凹凸形状141を簡単かつ正確に形成することができる。
(4)4本の筒状体(第1筒110〜第4筒140)を同心に配置した構成とし、被加熱流体が外径側から内径側へ順次流れる構成としたことにより、流体加熱器100の表面温度を比較的低くすることができ、周辺部品への熱害や作業者の火傷等を防止できる。
また、断熱材が不要となることから、断熱材に起因するコンタミの発生を防止することができる。
According to the fourth embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects substantially similar to the effects of the first to third embodiments.
(1) By heating the heated fluid on the outer peripheral surface of the
Further, the outlet temperature of the heated fluid can be improved by heating the heated fluid heated outside the
(2) The contact area between the
In addition, the
(3) The surface of the
(4) The fluid heater is configured such that four cylindrical bodies (
Moreover, since a heat insulating material becomes unnecessary, generation | occurrence | production of the contamination resulting from a heat insulating material can be prevented.
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態である流体加熱器について説明する。
図8は、第5実施形態の流体加熱器の模式的断面図である。
第5実施形態の流体加熱器100Aは、U字状に屈曲させて2本のヒータパイプが束になった状態のシーズヒータSとともに、温度センサである熱電対TCを、第3筒130の内周面と第4筒140の外周面との間に、らせん状に巻き回したことを特徴とし、それ以外は実質的に第4実施形態の流体加熱器100と同様の構成を有する。
すなわち、シーズヒータSの2本のヒータパイプと、熱電対TCとは、三重らせん状に巻き回されている。
以上説明した第5実施形態によれば、上述した第4実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、第3筒130及び第4筒140からなる発熱体の内部の狭小なスペースに、シーズヒータSの配置を実質的に妨げることなく熱電対TCを配置し、発熱体内部の温度を適切に検出することができる。
Fifth Embodiment
Next, a fluid heater which is a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the fluid heater according to the fifth embodiment.
The
That is, the two heater pipes of the sheathed heater S and the thermocouple TC are wound in a triple spiral shape.
According to the fifth embodiment described above, in addition to the effect substantially similar to the effect of the above-described fourth embodiment, in the narrow space inside the heating element composed of the
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態である流体加熱器について説明する。
図9は、第6実施形態の流体加熱器の模式的断面図である。
第6実施形態の流体加熱器60Aは、第1実施形態の発熱体1を、比較例2と実質的に同様のハウジング61の内径側に収容したものである。
ハウジング61は、全長にわたって実質的に一定の外径、内径を有する円筒状に形成されている。
発熱体1の内径側には、第3実施形態の中間筒55と実質的に同様の中間筒62が設けられている。
以上説明した第6実施形態においても、上述した第3実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
Sixth Embodiment
Next, a fluid heater according to a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the fluid heater according to the sixth embodiment.
The
The
An
Also in the sixth embodiment described above, substantially the same effects as the effects of the third embodiment described above can be obtained.
(変形例)
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)発熱体及び流体加熱器の構成は、上述した実施形態に限定されることなく適宜変更することが可能である。
例えば、第4、第5実施形態においては、発熱体の内筒として機能する第4筒140をハイドロフォーミングにより拡径するとともに、第4筒140に凹凸形状141を形成しているが、これに代えて、あるいは、これとともに、外筒を流体圧あるいはスウェージャーのような機械力で縮径するとともに外筒に凹凸形状を形成してもよい。
また、流体加熱器のハウジングの構成や、発熱体の配置、搭載される発熱体の個数等は適宜変更することができる。
(2)本発明の流体加熱器は、実施形態に記載されたような半導体や有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造プロセスで用いられるプロセスガス、加熱用空気等の加熱に限らず、他の用途にも用いることが可能である。
例えば、水分除去、乾燥用の熱媒として用いられる空気等の各種ガスの加熱や、熱処理炉雰囲気ガス加熱、分析装置用ガス加熱、各種不活性ガス加熱、各種液体加熱、過熱水蒸気の生成、加熱ガスによる食品の焼目付、不活性ガスを加熱することによる体積膨張を利用したガス使用量の削減等に用いることができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, which are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the heating element and the fluid heater can be appropriately changed without being limited to the above-described embodiment.
For example, in the fourth and fifth embodiments, the diameter of the
Further, the configuration of the housing of the fluid heater, the arrangement of the heating elements, the number of the heating elements to be mounted, and the like can be appropriately changed.
(2) The fluid heater of the present invention is not limited to heating of process gas, heating air, etc. used in the manufacturing process of flat panel displays (FPD) such as semiconductors and organic EL displays as described in the embodiments. It can also be used for other applications.
For example, heating of various gases such as air used as a heat medium for moisture removal and drying, heat treatment furnace atmosphere gas heating, gas heating for analyzers, various inert gas heating, various liquid heating, generation of superheated steam, heating It can be used for burning of food by gas, reduction of gas consumption utilizing volume expansion by heating inert gas, and the like.
1 発熱体(第1実施形態) 1A 発熱体(第2実施形態)
10 内筒 20 外筒
30 端面部 40 端面部
S シーズヒータ 50 流体加熱器(第3実施形態)
50A 流体加熱器(比較例1) 51 ハウジング
52 円筒部 53 入口部
54 出口部 55 中間筒
60 流体加熱器(比較例2) 60A 流体加熱器(第6実施形態)
61 ハウジング 62 中間筒
T 渦流 R 熱伝達有効面積となる領域
100 流体加熱器(第4実施形態) 100A 流体加熱器(第5実施形態)
110 第1筒 111 端面部
112 端面部 120 第2筒
121 端面部 122 支持部材
130 第3筒 131 端面部
140 第4筒 141 凹凸形状
150 入口筒 TC 熱電対
1 Heating element (first embodiment) 1A Heating element (second embodiment)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
61
DESCRIPTION OF
Claims (11)
筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、
少なくとも一部が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータとを備え、
前記外筒の外周面と前記内筒の内周面との少なくとも一方が被加熱流体が通過する流路の壁面を構成すること
を特徴とする発熱体。 An outer cylinder formed in a tubular shape,
An inner cylinder formed in a cylindrical shape and inserted into the inner diameter side of the outer cylinder;
A sheathed heater at least a part of which is sandwiched between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the outer peripheral surface of the inner cylinder;
A heating element, wherein at least one of the outer peripheral surface of the outer cylinder and the inner peripheral surface of the inner cylinder constitutes a wall surface of a flow passage through which the fluid to be heated passes.
を特徴とする請求項1に記載の発熱体。 It has a blocking portion that blocks between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the outer peripheral surface of the inner cylinder and prevents the heated fluid from flowing into the space in which the sheathed heater is accommodated. The heating element according to claim 1.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発熱体。 The heating element according to claim 1 or 2, wherein the sheathed heater is spirally wound around an outer peripheral surface of the inner cylinder.
を特徴とする請求項3に記載の発熱体。 The uneven | corrugated shape along the surface of the said sheathed heater was formed in the location which contacts the said to-be-heated fluid in at least one of the outer peripheral surface of the said outer cylinder, and the inner peripheral surface of the said inner cylinder. The heating element described in.
を特徴とする請求項3又は請求項4に記載の発熱体。 The heating element according to claim 3, further comprising a temperature sensor wound around the outer peripheral surface of the inner cylinder so as to substantially follow the sheathed heater.
前記発熱体を収容するとともに被加熱流体が通過する流路が形成されたハウジングと
を備えることを特徴とする流体加熱器。 The heating element according to any one of claims 1 to 5,
A fluid heater, comprising: a housing that accommodates the heating element and is formed with a flow passage through which a fluid to be heated passes.
前記第1の流路を通過した前記被加熱流体が導入され前記内筒の内周面に沿って前記第1の流路内と逆方向に流れる第2の流路と
を備えることを特徴とする請求項6に記載の流体加熱器。 A first flow path in which the heated fluid introduced into the housing flows in the axial direction of the outer cylinder along the outer peripheral surface of the outer cylinder;
And a second flow path which flows in the opposite direction to the inside of the first flow path along the inner peripheral surface of the inner cylinder, into which the fluid to be heated which has passed through the first flow path is introduced. The fluid heater according to claim 6.
筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、
少なくとも一方が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータと
を備える発熱体の製造方法であって、
前記シーズヒータを前記外筒の内周面と前記内筒の内周面との間に配置した後、内筒の内周面を流体圧によって加圧して前記内筒を拡径すること
を特徴とする発熱体の製造方法。 An outer cylinder formed in a tubular shape,
An inner cylinder formed in a cylindrical shape and inserted into the inner diameter side of the outer cylinder;
At least one is a manufacturing method of a heating element comprising: a sheathed heater sandwiched between an inner peripheral surface of the outer cylinder and an outer peripheral surface of the inner cylinder,
After the sheathed heater is disposed between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the inner peripheral surface of the inner cylinder, the inner cylinder is expanded by pressurizing the inner peripheral surface of the inner cylinder with fluid pressure. And a method of manufacturing a heating element.
を特徴とする請求項8に記載の発熱体の製造方法。 The method for manufacturing a heating element according to claim 8, wherein the inner peripheral surface of the inner cylinder is pressurized by fluid pressure to form an uneven shape in which the shape of the sheathed heater is transferred to the inner cylinder.
筒状に形成され前記外筒の内径側に挿入された内筒と、
少なくとも一部が前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に挟持されたシーズヒータと
を備える発熱体の製造方法であって、
前記シーズヒータを前記外筒の内周面と前記内筒の内周面との間に配置した後、外筒の外周面を流体圧によって加圧して前記外筒を縮径すること
を特徴とする発熱体の製造方法。 An outer cylinder formed in a tubular shape,
An inner cylinder formed in a cylindrical shape and inserted into the inner diameter side of the outer cylinder;
A heating element manufacturing method comprising: a sheathed heater at least partially sandwiched between an inner peripheral surface of the outer cylinder and an outer peripheral surface of the inner cylinder,
After arranging the sheathed heater between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the inner peripheral surface of the inner cylinder, the outer cylinder is pressurized by fluid pressure to reduce the diameter of the outer cylinder. Method of producing a heating element.
を特徴とする請求項10に記載の発熱体の製造方法。
The manufacturing method of the heat generating body according to claim 10, wherein the uneven shape having the shape of the sheathed heater transferred to the outer cylinder is formed by pressurizing the outer peripheral surface of the outer cylinder with a fluid pressure.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114543357A (en) * | 2022-02-09 | 2022-05-27 | 安徽省宁国市天成电机有限公司 | Novel heater |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5833532Y2 (en) * | 1979-03-30 | 1983-07-27 | 防衛庁技術研究本部長 | Inertial sensor temperature control device |
JPS58134658U (en) * | 1982-03-06 | 1983-09-10 | 土屋 幸「広」 | Diesel car fuel pipe heater |
JPS5844172B2 (en) * | 1977-08-26 | 1983-10-01 | 松下電器産業株式会社 | Heat exchanger manufacturing method |
JPH04263915A (en) * | 1991-02-19 | 1992-09-18 | Mold Masutaazu Kk | Heating nozzle for plastic molding |
JP3042007U (en) * | 1997-03-31 | 1997-10-07 | 國光 井上 | Liquid electric heater |
JP2003525781A (en) * | 2000-03-08 | 2003-09-02 | モールド‐マスターズ、リミテッド | Compact cartridge type hot runner nozzle and its manufacturing method |
JP2004093057A (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Daikin Ind Ltd | Heat exchanger and its manufacturing method |
JP2006511906A (en) * | 2002-12-21 | 2006-04-06 | ハスキー インジェクション モールディング システムズ リミテッド | Equipment for induction and resistance heating of objects |
JP2007101048A (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Shinnetsu Kogyo Kk | Gas heater |
JP2011501094A (en) * | 2007-10-18 | 2011-01-06 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Flowing water induction heater |
JP2015004470A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 新熱工業株式会社 | Fluid heater and fluid heating device |
JP3209156U (en) * | 2016-11-18 | 2017-03-09 | 雄史 山田 | Nozzle heater for injection molding machines |
-
2018
- 2018-01-25 JP JP2018010538A patent/JP6695038B2/en active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5844172B2 (en) * | 1977-08-26 | 1983-10-01 | 松下電器産業株式会社 | Heat exchanger manufacturing method |
JPS5833532Y2 (en) * | 1979-03-30 | 1983-07-27 | 防衛庁技術研究本部長 | Inertial sensor temperature control device |
JPS58134658U (en) * | 1982-03-06 | 1983-09-10 | 土屋 幸「広」 | Diesel car fuel pipe heater |
JPH04263915A (en) * | 1991-02-19 | 1992-09-18 | Mold Masutaazu Kk | Heating nozzle for plastic molding |
JP3042007U (en) * | 1997-03-31 | 1997-10-07 | 國光 井上 | Liquid electric heater |
JP2003525781A (en) * | 2000-03-08 | 2003-09-02 | モールド‐マスターズ、リミテッド | Compact cartridge type hot runner nozzle and its manufacturing method |
JP2004093057A (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Daikin Ind Ltd | Heat exchanger and its manufacturing method |
JP2006511906A (en) * | 2002-12-21 | 2006-04-06 | ハスキー インジェクション モールディング システムズ リミテッド | Equipment for induction and resistance heating of objects |
JP2007101048A (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Shinnetsu Kogyo Kk | Gas heater |
JP2011501094A (en) * | 2007-10-18 | 2011-01-06 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Flowing water induction heater |
JP2015004470A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 新熱工業株式会社 | Fluid heater and fluid heating device |
JP3209156U (en) * | 2016-11-18 | 2017-03-09 | 雄史 山田 | Nozzle heater for injection molding machines |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114543357A (en) * | 2022-02-09 | 2022-05-27 | 安徽省宁国市天成电机有限公司 | Novel heater |
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Publication number | Publication date |
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