JP5461244B2

JP5461244B2 - 配管の加熱装置

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Publication number: JP5461244B2
Application number: JP2010050578A
Authority: JP
Inventors: 弘和中村; 直紀青山; 勇小澤; 功一郎竹内
Original assignee: Japan Pionics Ltd
Current assignee: Japan Pionics Ltd
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP2011187281A; KR20110102212A; TWI475173B; TW201144646A

Description

本発明は、主に円筒形の配管内を流通する流体を加熱するための電気エネルギーを利用する加熱装置に関するものである。更に詳細には、継手、バルブ等の付属品を備えた配管内を流通する流体を、効率よく加熱するための加熱装置に関するものである。

従来から、各種の配管等の外側表面に取付けて、配管内を流通する流体を加熱するための面状ヒータが広く利用されている。このようなヒータの形態としては、例えば、特開平１１−７４０６６号公報、特開２００４−１５８２７１号公報に示すように、配管の外周に螺旋状に巻き付けるテープ状のヒータ、特表２０００−５０５５８２号公報、特開２００２−２９５７８３号公報、特開２００２−３５２９４１号公報に示すように、発熱素子と断熱材が一体となったジャケットヒータ等が開発されている。

また、前記のような面状ヒータに使用される発熱素子としては、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挙げられる。

特開平１１−７４０６６号公報特表２０００−５０５５８２号公報特開２００２−２９５７８３号公報特開２００２−３５２９４１号公報特開２００４−１５８２７１号公報

しかしながら、加熱対象の配管が、継手、枝管の接続部、バルブの接続部等、配管の径よりも大きな径を有する付属品を備えている場合、従来からのテープ状のヒータやジャケットヒータを使用すると種々の問題が発生した。例えば、テープ状のヒータを用いると、これらの配管及び付属品に巻き付けるのに手間がかかるという不都合、温度分布が均一になるように取り付けることが難しいという不都合があった。また、大きなジャケットヒータを用いて、配管及び付属品を併せて加熱しようとすると、付属品がない箇所においてヒータと配管との間に間隙ができるので、配管全体にわたり均一に加熱できないという不都合、昇温速度が遅いという不都合があった。さらに、配管及び付属品を別々に加熱しようとすると、複数個の複雑な形状のヒータを準備しなければならず、コストがかかり、また取り付けに手間がかか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、継手、枝管の接続部、バルブの接続部等の付属品を備えた配管の内部を流通する流体を、配管の外周側から加熱するための電気エネルギーを利用する加熱装置であって、配管及び付属品に容易に配置することができ、配管を均一に効率よく加熱することができ、さらに設置の際のコストが安価である加熱装置を提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、所定の区間の付属品及び配管を包囲することが可能な比較的に大きな断熱材の内部に、金属層により被覆された面状ヒータを中心側が金属層となるように配置し、さらに該金属層の表面から中心部に向かって延び、配管を挟持して接触するように金属製伝熱部材を、該金属層に固定して配置させれば、面状ヒータからの熱が、金属層、金属製伝熱部材を介して容易に均一に効率よく配管に伝わることを見出し、本発明の配管の加熱装置に到達した。

すなわち本発明は、加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品を備えた配管を加熱するための加熱装置であって、所定の区間の該付属品及び該配管を包囲することが可能な筒形状を有する断熱材の内部に、中心側表面が金属層により被覆された面状ヒータ、及び該金属層の表面から中心部に向かって延び、配管を挟持して接触するように配置された金属製伝熱部材が備えられてなることを特徴とする配管の加熱装置である。

本発明の配管の加熱装置は、１個の加熱装置で加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品を、配管とともに加熱することができる構成なので、取り付けに手間がかからず、設置の際のコストも安価である。また、面状ヒータの表面に、金属層、さらに配管に接触する金属製伝熱部材を配置しているので、これらの部材を介して面状ヒータからの熱が容易に配管に伝わり、配管を均一に効率よく加熱することができる。

本発明の配管の加熱装置は、継手、枝管の接続部、バルブの接続部のような、加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品を備えた配管を流通する流体を加熱するための電気エネルギーを利用した加熱装置に適用される。
以下、本発明の配管の加熱装置を、図１〜図９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、本発明の配管の加熱装置の一例を示す上部切開の斜視図である。図２は、本発明の配管の加熱装置の一例を示す断面図である。図３は、本発明に用いられる断熱材の一部（電極挿入部なし）の一例を示す斜視図である。図４は、本発明に用いられる面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材の構成の一例を示す斜視図である。図５は、本発明に用いられる断熱材の一部（電極挿入部あり）の一例を示す斜視図である。図６は、本発明に用いられる図４以外の面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材の構成の例を示す断面図である。図７は、本発明の配管の加熱装置の図２以外の一例を示す断面図である。図８は、継手を備えた配管の構成図である。図９は、バルブ（枝管）の接続部を備えた配管の構成図である。

本発明の配管の加熱装置は、加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品、例えば図８に示すような継手９、図９に示すようなバルブ１１（枝管）の接続部１０を備えた配管８を加熱するための加熱装置であって、図１、図２に示すように、所定の区間の該付属品及び該配管を包囲することが可能な筒形状を有する断熱材１の内部に、中心側表面が金属層２により被覆された面状ヒータ３、及び該金属層２の表面に固定され、中心部に向かって延び、配管を挟持して接触するように配置された金属製伝熱部材４が備えられてなる配管の加熱装置である。

尚、図１は、本発明の配管の加熱装置において、図５の電極挿入部７を有する断熱材の部分を除去した上部切開の斜視図であり、本発明の配管の加熱装置は、図１に示すような加熱装置の一構成部分の上部に、図５の断熱材の電極の取り付け部７に電極を挿入した加熱装置の一構成部分を配置してなる加熱装置である。

本発明の加熱装置における断熱材は、付属品よりも大きな内径の筒形（円筒、楕円筒、四角筒、多角筒）状を有する断熱材であるが、その両端部を断熱性向上のために、配管を通すことができる程度の孔を有する円盤状等とすることもできる。また、筒形状の断熱材は、長手方向と垂直の断面の外周の形状と内周の形状が、図７に示すように一致してもよいし、図２に示すように一致していなくてもよい。また、本発明の加熱装置における断熱材は、筒形状を有する１個の成形体からなる断熱材とすることもできるが、図３、図５に示すように長手方向に二分割、あるいは３分割、４分割にして、これらをバンド等の結合手段で結合させて一体化することもできる。

本発明における断熱材の構成材料としては、ヒータの加熱温度に耐えられ、断熱性を有するものであれば特に制限されることはなく、例えば、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができるが、これらの中ではシリコーン樹脂が好ましい。また、断熱材の厚みは、通常は１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜２０ｍｍである。厚みが１ｍｍ未満の場合は断熱性が悪化し、厚みが５０ｍｍを超える場合は断熱性向上の効果が少なくなり加熱装置が大きくなる不具合が生じる。

本発明に使用される面状ヒータは、通常は発熱素子の両面を絶縁樹脂シートで被覆した面状ヒータであるが、可撓性、柔軟性はあってもなくてもよい。
前記の発熱素子としては、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種をシリコーン樹脂等の耐熱性樹脂に混練させた導電性樹脂を、ガラス繊維、セラミック繊維等の基材に含浸させた抵抗体等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、柔軟性が失われる場合がある。

また、絶縁樹脂シートとしては、所定の厚みで電気絶縁性があれば特に制限されることがなく、例えば、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができるが、これらの中ではシリコーン樹脂が好ましい。また、絶縁樹脂シートの厚みは、通常は０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍである。厚みが０．５ｍｍ未満の場合は電気絶縁性が悪化し、厚みが１０ｍｍを超える場合は可撓性が失われる場合がある。

本発明の加熱装置においては、前述のような面状ヒータの中心側表面に金属層が被覆される。金属層としては、通常は厚さ０．０１〜３ｍｍの金属箔または金属板、好ましくは厚さ０．０５〜２ｍｍの金属箔または金属板が使用される。金属の材料としては、鉄、銅、アルミニウム、合金等を例示することができる。金属層は、その中心側表面に遠赤外線塗料を塗付し、遠赤外線の輻射による配管への加熱効率の向上、温度の均一性の向上を図ることもできる。

本発明の加熱装置においては、さらに前述の金属層の中心側表面に金属製伝熱部材が配置される。金属製伝熱部材の形態としては、図２、図６（２）（４）に示すように、根元の部分６が１個または２個の金属柱からなり、先端の部分５が互いに広がった形状の２個の金属板からなる金属製伝熱部材、図６（１）に示すように、根元の部分６が１個または２個の金属柱からなり、先端の部分５が互いに向い合った半円形状の２個の金属板からなる金属製伝熱部材、図６（３）に示すように、先端の部分（凸部分）により配管を挟持できるように設定した複数の金属製伝熱部材等を例示することができる。その他、金属層の一部を打抜き、曲げ加工を施すことにより金属製伝熱部材を形成することもできる。

金属製伝熱部材の構成材料としては、鉄、銅、アルミニウム、合金等を例示することができるが、少なくとも先端の部分５は、保持できる配管の径の範囲を広げるために弾性を備えたものであることが好ましい。このような金属製伝熱部材は、先端の部分５が付属品を備えていない部分の配管８に接触するように配置される。
本発明において、面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材の断熱材への配置は、例えば、図４に示すような構成材料を、図３に示すような断熱材に配置して図１に示すような構成に組立てた後、図５に示すような構成の断熱材を配置して一体化すればよい。

尚、面状ヒータは、断熱材の筒内壁表面の全面に配置すると配管への加熱効率がよくなるが、配管と付属品の構造によっては配管への取り付けが困難になる場合もあるので、例えば図６に示すように、断熱材の筒内壁表面の一部（断面がコの字状）に配置させることもできる。また、金属層も同様に、面状ヒータの中心側表面の全面または一部に被覆させることができる。面状ヒータ及び金属層の形態としては、板状、円筒状、四角筒状、長手方向にスリットを有する円筒状、四角筒状等を例示することができる。断熱材、面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材は、通常は容易に動かないように固定される。

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］
（ヒータ構成部材の製作）
縦３．５ｃｍ、横３０．０ｃｍ、厚さ０．８ｍｍの未加硫のシリコーン樹脂製絶縁シート上に金属抵抗線を配線し、その上に前記と同様なシリコーン樹脂製絶縁シートを重ね合せ、１８０℃、３０分間の条件で熱プレスした後、２００℃の炉に２時間放置し完全硬化させて可撓性を有する面状ヒータを３個作製した。次に、これらの面状ヒータを、遠赤外線塗料を塗布した縦３．５ｃｍ、横３０．０ｃｍ、厚さ２．０ｍｍの金属板３枚からなる断面がコの字型金属層（断面：３．５ｃｍ×３．５ｃｍ、長さ：３０．０ｃｍ）の外側表面に、接着により一体化し成形した。金属板の２箇所の所定の位置に、根元の部分が２個の金属柱からなり、先端の部分が互いに広がった形状の２個の金属板からなる金属製伝熱部材を取り付け、図４に示すような構成のヒータ構成部材を得た。

（配管の加熱装置の製作）
断面の外形状が前記のコの字型のヒータ構成部材と同程度の寸法を有する四角筒ステンレス製パイプに、シリコーン樹脂製絶縁シート、シリコーンスポンジシート、シリコーン樹脂製絶縁シートの順に巻き付け、２００℃の炉内に２時間放置し完全硬化させた後、ステンレス製パイプを取り除いて、厚さ１２．０ｍｍの四角筒に成形し断熱部材を得た。さらに長手方向に半割し、一方に電極を取り付けるための空洞部を設けて電極を挿入した。この断熱部材と前記のコの字型のヒータ構成部材とを組合せて、図２において断面の外形が四角形である四角筒の加熱装置を得た。

（加熱試験）
以上のようにして得られた加熱構造体を、図９に示すようなバルブの接続部及び継手を備えた配管に、金属製伝熱部材がバルブの接続部と継手の間の配管に接触するように取り付けた。その際、取り付けに手間がかからず容易に取り付けることができた。次に１００Ｖの定格電圧を加えて（目標：１５０℃）、１時間経過後のバルブの接続部の表面温度を測定した。その結果、バルブ部の接続部の表面温度は１５０℃に到達していた。

［実施例２］
実施例１のヒータ構成部材の製作において、金属製伝熱部材を図６（１）に示すような金属製伝熱部材に替えたほかは実施例１と同様にしてヒータ構成部材を製作した。実施例１と同様にして断熱部材を取り付け、配管の加熱装置を製作した後、実施例１と同様にして１００Ｖの定格電圧を加えて加熱試験を行なった結果、１時間経過後のバルブの接続部の表面温度は１５０℃に到達していた。

［実施例３］
実施例１のヒータ構成部材の製作において、金属製伝熱部材を図６（３）に示すような金属製伝熱部材に替えたほかは実施例１と同様にしてヒータ構成部材を製作した。実施例１と同様にして断熱部材を取り付け、配管の加熱装置を製作した後、実施例１と同様にして１００Ｖの定格電圧を加えて加熱試験を行なった結果、１時間経過後のバルブの接続部の表面温度は１５０℃に到達していた。

［比較例１］
実施例１のヒータ構成部材の製作において、金属製伝熱部材を取り付けなかったほかは実施例１と同様にしてヒータ構成部材を製作した。実施例１と同様にして断熱部材を取り付け、配管の加熱装置を製作した後、実施例１と同様にして１００Ｖの定格電圧を加えて加熱試験を行なった結果、１時間経過後のバルブの接続部の表面温度は１０５℃までしか昇温せず、目標である１５０℃に達しなかった。

以上の実施例のように、本発明の配管の加熱装置は、取り付けに手間がかからず、金属製伝熱部材を介して面状ヒータからの熱が容易に配管に伝わり、配管を均一に効率よく加熱できることが確認できた。

本発明の配管の加熱装置の一例を示す上部切開の斜視図本発明の配管の加熱装置の一例を示す断面図本発明に用いられる断熱材の一部（電極挿入部なし）の一例を示す斜視図本発明に用いられる面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材の構成の一例を示す斜視図本発明に用いられる断熱材の一部（電極挿入部あり）の一例を示す斜視図本発明に用いられる図４以外の面状ヒータ、金属層、及び金属製伝熱部材の構成の例を示す断面図本発明の配管の加熱装置の図２以外の一例を示す断面図継手を備えた配管の構成図バルブ（枝管）の接続部を備えた配管の構成図

１断熱材
２金属層
３面状ヒータ
４金属製伝熱部材
５金属製伝熱部材の先端の部分
６金属製伝熱部材の根元の部分
７電極挿入部
８配管
９継手
１０接続部
１１バルブ

Claims

加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品を備えた配管を加熱するための加熱装置であって、所定の区間の該付属品及び該配管を包囲することが可能な筒形状を有する断熱材の内部に、中心側表面が金属層により被覆された面状ヒータ、及び該金属層の表面から中心部に向かって延び、配管を挟持して接触するように配置された金属製伝熱部材が備えられてなることを特徴とする配管の加熱装置。
加熱対象の配管の径よりも大きな径を有する付属品が、継手、枝管の接続部、またはバルブの接続部である請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属層の表面に、遠赤外線塗料が塗付された請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属製伝熱部材が、根元の部分が１個または２個の金属柱からなり、先端の部分が互いに広がった形状の２個の金属板からなる請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属製伝熱部材が、根元の部分が１個または２個の金属柱からなり、先端の部分が互いに向い合った半円形状の２個の金属板からなる請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属製伝熱部材が複数個配置され、該金属製伝熱部材が配管を挟持できるように設定した請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属製伝熱部材が、金属層の一部を打抜き、曲げ加工を施すことにより形成した請求項１に記載の配管の加熱装置。
金属製伝熱部材が、溶接、ビス・ナット、または接着剤のいずれかにより金属層に固定された請求項１に記載の配管の加熱装置。
面状ヒータの発熱素子が、金属箔抵抗体または金属線抵抗体である請求項１に記載の配管の加熱装置。
面状ヒータの発熱素子が、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種を耐熱性樹脂に混練させた抵抗体である請求項１に記載の配管の加熱装置。