JP6475950B2 - 流体制御器用加熱装置および流体制御装置 - Google Patents

流体制御器用加熱装置および流体制御装置 Download PDF

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Description

この発明は、バルブ等の流体制御器を加熱する流体制御器用加熱装置およびこのような流体制御器用加熱装置を備えた流体制御装置に関する。
従来、バルブ等の流体制御器を加熱する流体制御器用加熱装置として、特許文献１には、加熱すべき流体制御器のボディの対向する一対の側面に絶縁層を介して当接される一対の板状側面ヒータと、側面ヒータ嵌入凹所を有しかつ互いにねじで結合されて流体制御器ボディを両側から挟持する一対の側部保持部材と、側面ヒータと側面ヒータ嵌入凹所の底面との間に介在されて側面ヒータを流体制御器ボディ側面に押圧するクッション部材とを備えているものが開示されている。
また、特許文献２には、マスフローコントローラや開閉弁などをチューブを介さずに接続されている（いわゆる集積化の）流体制御装置に設けられる加熱装置として、ラインの両側に配されて流体制御器および継手部材を加熱する面状ヒータと、これらの面状ヒータの外側にそれぞれ当接する保温板とを有し、保温板同士がねじ部材で結合されているものが開示されている。
特開平１０−２９９９４３号公報 特開２００４−３４０１９９号公報
上記特許文献２に開示されている加熱装置は、ヒータが個々の流体制御器の形状に対応していないため、加熱性能が劣るという問題があった。一方、上記特許文献１の流体制御器用加熱装置は、加熱性能には優れるが、設置のために必要なスペースが大きいため、特許文献２のような集積化流体制御装置には適用が困難という問題があった。また、流体制御装置においては、加熱対象の流体制御器に隣り合う流体制御器が高温になりすぎないように断熱性能が重要となることがあり、特許文献２のものでは、断熱性に劣るという問題もあった。
この発明の目的は、加熱性能および断熱性能に優れ、しかも、設置のためのスペースが小さくて済む流体制御器用加熱装置およびこのような流体制御器用加熱装置を備えた流体制御装置を提供することにある。
この発明による流体制御器用加熱装置は、流体制御器の加熱すべき部分を囲む筒状のヒータユニットと、ヒータユニットを囲む断熱部材とを備えており、ヒータユニットは、ヒータがそれぞれ固定された１対の伝熱部材を有し、各伝熱部材は、流体制御器を両側から挟むように取り付けられて互いに結合可能とされており、断熱部材は、筒状の一体品とされており、各伝熱部材は、流体制御器を挟む方向に対して直交する方向の一方からねじ合わされるねじ部材によって結合されることを特徴とするものである。

この流体制御器用加熱装置は、流体制御器同士が直列に隣り合って配置されることで形成されたラインを複数備えた流体制御装置で使用するのに適しており、特に、ラインの端に配置された流体制御器（例えば開閉弁）を加熱するのに適している。このような流体制御装置においては、流体制御器同士がライン方向（前後方向）に隣り合って配置されることから、前後方向から流体制御器用加熱装置を取り付けることが困難となっている。
この発明の流体制御器用加熱装置によると、加熱に必要なヒータユニットは、２部材とされて、流体制御器の両側から挟むものとされているので、複数の流体制御器が直列に並んでいて、隣り合う流体制御器間の隙間が小さい場合であっても、１対のヒータ付き伝熱部材によってラインと直交する方向の両側から加熱の対象となる流体制御器を挟むように取り付けることができ、ライン方向と直交する方向から容易に設置することができる。また、筒状一体品の断熱部材については、例えばラインの上方から取り付けることができ、設置が容易である。
こうして、加熱の対象となる流体制御器に別の流体制御器が隣り合っていて、設置のためのスペースが小さい場合であっても、加熱装置を容易に設置することができる。また、ヒータユニットが筒状とされていることで、加熱の対象となる流体制御器を両側からだけでなく、周囲全体から加熱できるので、加熱性能に優れたものとなる。さらにまた、断熱部材が筒状の一体品とされているので、加熱対象の流体制御器に隣り合う流体制御器が高温になりすぎることが防止される。
各伝熱部材は、ブロック状の本体に流体制御器の加熱すべき部分に対応する凹所が設けられたものとされる。ヒータは、流体制御器を両側から挟むように各本体の外周面に配置され、ヒータの熱が伝熱部材の本体を介して流体制御器に伝えられる。
断熱部材は、ヒータユニットの形状に対応した成形品であってももちろんよいが、可撓性を有する帯状シートがヒータユニットに巻き付けられることで筒状とされたものであることがより好ましい。
このようにすると、断熱部材が可撓性を有していることで、狭いスペースであっても容易に取り付けることができ、断熱性だけでなく、設置性にも優れたものとなる。断熱部材は、接着剤によってヒータ付き伝熱部材に固定するようにしてもよいが、帯状の断熱部材の両端に設けられたマジックテープ（登録商標）によって容易に取外し可能に結合されることがより好ましい。また、ねじ等で固定する構造でも問題が無いことは勿論である。
各伝熱部材は、流体制御器を挟む方向に対して直交する方向の一方からねじ合わされるねじ部材によって結合されることが好ましい。
このようにすると、流体制御器を挟む方向に対して直交する方向において、少なくとも一方におねじ部材を締め付けるためのスペースがあれば、伝熱部材同士を容易に結合することができる。
この発明による流体制御装置は、流量制御器と、流量制御器の一側に設けられた開閉弁と、流量制御器および開閉弁を支持する複数の通路ブロックと、複数の通路ブロックを支持する支持部材と、開閉弁の加熱装置とを備えており、開閉弁の加熱装置が上記の流体制御器用加熱装置とされていることを特徴とするものである。
この種の流体制御装置では、特定の流体制御器を対象とした加熱が困難であり、加熱効率が低いものとなっていたが、上記の流体制御器用加熱装置を使用することで、特定の流体制御器（流量制御器に隣り合う開閉弁）を対象としてかつ加熱効率が高い加熱が可能となる。しかも、断熱性能についても優れているので、高温にならないことが好ましい各種流体制御器の制御機能部分が高温になることを防止できる。
開閉弁を支持する通路ブロックの流量制御器と反対側の端面に、管継手部が設けられた場合は、ヒータユニットは、開閉弁を支持する通路ブロックの側面に当接する突出部分を有していることが好ましい。
このようにすると、開閉弁だけでなく、通路ブロックも加熱でき、加熱効率がさらに高められる。
この発明の流体制御器用加熱装置によると、ヒータユニットは、板状のヒータがそれぞれ固定された１対の伝熱部材を有し、各伝熱部材は、流体制御器を両側から挟むように取り付けられて互いに結合可能とされていることで、ヒータユニットが筒状に形成されているので、加熱は流体制御器の両側からだけでなく、流体制御器の周囲全体から行うことができ、加熱性能が向上する。また、ヒータユニットを囲む断熱部材も筒状とされているので、断熱性能にも優れたものとなる。また、１対の伝熱部材を流体制御器を両側から挟むように取り付けてから、一体品とされている断熱部材を取り付けることで、この加熱装置を設置することができるので、設置が簡単であり、設置スペースについても少ないものとできる。
図１は、この発明による流体制御器用加熱装置が使用されている流体制御装置の実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１の流体制御器用加熱装置を分離して示す分解斜視図である。 図３は、第１伝熱部材を示す斜視図である。 図４（ａ）は、第１伝熱部材を示す正面図、図４（ｂ）は、同平面図、図４（ｃ）は、同側面図である。 図５は、第２伝熱部材を示す斜視図である。 図６（ａ）は、第２伝熱部材を示す正面図、図６（ｂ）は、同平面図、図６（ｃ）は、同側面図である。 図７（ａ）は、ヒータを示す側面図、図７（ｂ）は、同正面図である。 図８は、断熱ジャケットの展開状態を示す図で、図８（ａ）は、左側面図、図４（ｂ）は、同平面図、図４（ｃ）は、同右側面図である。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下については、図１および図２における支持部材側を下といい、この逆を上というものとする。また、複数の流体制御器が１列に並んでいる方向を前後方向といい、上下方向および前後方向の両方に直交する方向を左右方向というものとする。なお、図示の例では、開閉弁側を前、流量制御器側を後というものとする。
図１および図２は、この発明による流体制御装置の１実施形態を示しており、流体制御装置(1)は、複数の流体制御器(2)(3)が複数の通路ブロック(4)(5)(6)を介して支持部材(7)に取り付けられたもので、所要の流体制御器（すなわち開閉弁）(3)にこの発明による流体制御器用加熱装置(10)が設置されている。
図１および図２においては、複数の流体制御器として、流量制御器(2)と、その前側に配置された開閉弁(3)とが示されており、流体制御器用加熱装置(10)は、開閉弁(3)に設置されている。開閉弁(3)は、２つの通路ブロック(5)(6)にまたがって配置されており、２つの通路ブロック(5)(6)のうちの後側の通路ブロック(5)は、流量制御器(2)の前側を支持しており、２つの通路ブロック(5)(6)のうちの前側の通路ブロック(6)には、外部配管との接続を可能とする管継手部(6a)が設けられている。
流体制御装置(1)は、図示したものにさらにいくつかの流体制御器が前後方向に直列に並べられることで１つのラインが形成され、これらのラインが複数並列に並べられることで形成される。
流体制御器用加熱装置(10)は、開閉弁(3)の加熱すべき部分を囲む筒状のヒータユニット(11)と、ヒータユニット(11)を囲む断熱ジャケット（断熱部材）(16)とを備えている。
ヒータユニット(11)は、加熱すべき開閉弁(3)に対向する左右側面側から取り付けられて、全体として筒状をなして開閉弁(3)の所要部分の外周面を覆う一対の金属製伝熱部材(12)(13)（第１伝熱部材(12)および第２伝熱部材(13)）と、各伝熱部材(12)(13)に固定された板状のヒータ(14)(15)とを備えている。
図３および図４にも示すように、開閉弁(3)に左側から取り付けられる第１伝熱部材(12)は、ブロック状の本体(21)の右面に開閉弁(3)の加熱すべき部分に対応する略半円柱状の凹所(22)が設けられることで形成されている。
同様に、図５および図６にも示すように、開閉弁(3)に右側から取り付けられる第２伝熱部材(13)は、ブロック状の本体(26)の左面に開閉弁(3)の加熱すべき部分に対応する略半円柱状の凹所(27)が設けられることで形成されている。各凹所(22)(27)は、開閉弁(3)の加熱すべき部分に対応して段付き状とされている。
なお、伝熱部材(12) (13)の凹所(22)(27)の形状は、略半円柱状以外の形状でも良く、開閉弁の加熱すべき部分の形状に合わせた形状にすれば良い。
第１伝熱部材(12)の本体(21)の前面には、対向する第２伝熱部材(13)に向かってのびる１対の前からみてＵ字状の突出部(23)が形成されている。
第２伝熱部材(13)の本体(26)の前面には、第１伝熱部材(12)のＵ字状の突出部(23)が嵌め合わせられる凹所(28)が形成されている。凹所(28)には、Ｕ字状の突出部(23)のちょうど中央に対応する部分に、めねじ(28a)が形成されている。
第１伝熱部材(12)と第２伝熱部材(13)とを突き合わせると、第１伝熱部材(12)のＵ字状の突出部(23)が第２伝熱部材(13)の凹所(28)に嵌まり合い、この状態で、めねじ(28a)に突出部(23)を介して六角孔付きボルト（ねじ部材）(17)をねじ合わせることで、第１伝熱部材(12)と第２伝熱部材(13)とを結合することができる。
ここで、突出部(23)が形成されている第１伝熱部材(12)の前面は、流量制御器(2)と隣り合う面と反対側の面とされており、六角孔付きボルト(17)の締付けに際し、流量制御器(2)が障害となることはない。
第１伝熱部材(12)の本体(21)の上面には、熱電対挿入孔(29)が設けられており、この熱電対挿入孔(29)に、加熱温度を計測するための熱電対(18)の先端部が挿入されている。第１伝熱部材(12)の本体(21)の前面には、熱電対挿入孔(29)に通じるようにめねじ(30)が設けられており、このめねじ(30)に止めねじ(20)がねじ合わされることで、熱電対(18)を第１伝熱部材(12)の本体(21)に固定することができる。
各ヒータ(14)(15)は、図７に示すように、ステンレス鋼製のケース(31)と、ケース(31)内に絶縁マイカを介して収められた加熱部(32)と、電源リード線(32a)とからなる。各ヒータ(14)(15)は、流量制御器(2)を介して対向するように、予め対応する伝熱部材(12)(13)の外周面（第１伝熱部材(12)の本体(21)の左面および第２伝熱部材(13)の本体(26)の右面）に固定されている。
各伝熱部材(12)(13)および各ヒータ(14)(15)は、開閉弁(3)を支持する通路ブロック(6)の側面に当接する突出部分(12a)(13a)(14a)(15a)を有している。
ヒータ(14)(15)の電源リード線(32a)および熱電対(18)は、開閉弁(3)の上方に取り出されている。
断熱ジャケット(16)は、可撓性を有する合成樹脂製シートで形成されており、図８に示した帯状のものを図１および図２に示すようにヒータユニット(11)の周囲（外周面）に巻き付けることで設置される。合成樹脂は、例えばＰＴＦＥとされるが、これに限定されるものではない。断熱ジャケット(16)には、帯状の状態で、一端部にオスのマジックテープ（登録商標）(41)が、他端部にメスのマジックテープ（登録商標）(42)がそれぞれ取り付けられている。
帯状の断熱ジャケット(16)の長さは、ヒータユニット(11)をちょうど囲む長さにメスのマジックテープ(42)を取り付けることができる端部を追加したものとなされている。オスのマジックテープ(41)が設けられている方の端部は、厚肉部(16a)とされており、図８に示すように、この厚肉部(16a)にサーモスタット(19)が配置されている。サーモスタット(19)は、厚肉部(16a)に埋め込まれており、その電源リード線(19a)が開閉弁(3)の上方に取り出されている。
なお、ねじ等で固定する事ができるよう、貫通穴やメネジ部等を形成するようにして、断熱ジャケット(16)を選択できるようにしても良い。
サーモスタット(19)は、熱電対(18)で測定された温度に基づいて、ヒータ(14)(15)をオンまたはオフに切り替える。これにより、適正な加熱温度が維持され、外部に伝わる熱が大きくなりすぎることも防止される。
上記の流体制御器用加熱装置(10)の設置に際しては、まず、ヒータ(14)(15)付の１対の伝熱部材(12)(13)同士が、開閉弁(3)を挟むように取り付けられて、六角孔付きボルト(17)によって結合され、その周囲に、断熱ジャケット(16)が巻き付けられる。
各伝熱部材(12)(13)、各ヒータ(14)(15)および断熱ジャケット(16)は、加熱すべき流体制御器である開閉弁(3)の形状に対応するように形成されるとともに、開閉弁(3)の下方にある通路ブロック(6)およびこの通路ブロック(6)を支持する支持部材(7)の形状も考慮して形成される。これにより、開閉弁(3)内およびその近傍の流体通路を効率的に加熱することができるとともに、断熱性能も確保される。
上記の流体制御装置(1)においては、開閉弁(3)の後側には流量制御器(2)があって、流体制御器用加熱装置(10)の設置を妨げる要因となっているが、ヒータ(14)(15)付の１対の伝熱部材(12)(13)を左右両側から取り付けるとともに、前側から六角孔付きボルト(17)を締め付けることで、流量制御器(2)と干渉することなく、設置することができる。また、断熱ジャケット(16)については、開閉弁(3)の上方からの作業でこれを設置することができ、流量制御器(2)と干渉することはない。サーモスタット(19)は、予め断熱ジャケット(16)に取り付けられる。また、熱電対(18)については、開閉弁(3)の上方からの作業でこれを第１伝熱部材(12)の本体(21)の熱電対挿入孔(29)に挿入するとともに、前側から止めねじ(20)を締め付けることで、流量制御器(2)と干渉することなく、設置することができる。
こうして、１対の金属製伝熱部材(12)(13)同士の結合と断熱ジャケット(16)の設置とを行うことで、流体制御器用加熱装置(10)の設置が完了する。したがって、上記の流体制御装置(1)の開閉弁(3)に対し、流体制御器用加熱装置(10)を容易に設置することができ、設置スペースの減少も可能となる。
(1)：流体制御装置、(2)：流量制御器（流体制御器）、(3)：開閉弁（流体制御器）、(11)：ヒータユニット、(12)(13)：伝熱部材、(14)(15)：ヒータ、(16)：断熱ジャケット（断熱部材）、(17)：六角孔付きボルト（ねじ部材）

Claims (4)

  1. 流体制御器の加熱すべき部分を囲む筒状のヒータユニットと、ヒータユニットを囲む断熱部材とを備えており、
    ヒータユニットは、ヒータがそれぞれ固定された１対の伝熱部材を有し、各伝熱部材は、流体制御器を両側から挟むように取り付けられて互いに結合可能とされており、断熱部材は、筒状の一体品とされており、
    各伝熱部材は、流体制御器を挟む方向に対して直交する方向の一方からねじ合わされるねじ部材によって結合されることを特徴とする流体制御器用加熱装置。
  2. 断熱部材は、可撓性を有する帯状シートがヒータユニットに巻き付けられることで筒状とされたものであることを特徴とする請求項１の流体制御器用加熱装置。
  3. 流量制御器と、流量制御器の一側に設けられた開閉弁と、流量制御器および開閉弁を支持する複数の通路ブロックと、複数の通路ブロックを支持する支持部材と、開閉弁の加熱装置とを備えており、開閉弁の加熱装置が請求項１または２に記載の流体制御器用加熱装置とされていることを特徴とする流体制御装置。
  4. 開閉弁を支持する通路ブロックの流量制御器と反対側の端面に、管継手部が設けられており、ヒータユニットは、開閉弁を支持する通路ブロックの側面に当接する突出部分を有していることを特徴とする請求項３の流体制御装置。
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