TWI475173B - 配管之加熱裝置 - Google Patents

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Description

配管之加熱裝置
本發明主要是關於一種用以加熱在圓筒形配管內流通的流體之利用電能的加熱裝置。更詳細而言,係關於一種用以有效加熱在具備接頭、閥等附屬品的配管內流通之流體的加熱裝置。
以往廣泛利用安裝於各種配管等的外側表面,用以加熱在配管內流通之流體的面狀加熱器。作為此種加熱器的形態,例如:如日本特開平11-74066號公報、日本特開2004-158271號公報所示,開發出螺旋狀地捲繞於配管外周的帶狀加熱器,如日本特表2000-505582號公報、日本特開2002-295783號公報、日本特開2002-352941號公報所示,開發出發熱元件與斷熱材料成為一體的套管式加熱器等。
此外,作為使用於如前述的面狀加熱器的發熱元件,可列舉:使用包含接枝碳、碳粉末、金屬粉末、或金屬氧化物粉末等的合成樹脂(導電性樹脂),含浸於玻璃布者;利用塗布或印刷使如前述的導電性樹脂保持於聚酯、聚醯亞胺、雲母等的絕緣基材片者;蝕刻金屬箔作為電路者;或在絕緣基板片上布滿金屬電阻線而作成電路者等。
[專利文獻1]日本特開平11-74066號公報
[專利文獻2]日本特表2000-505582號公報
[專利文獻3]日本特開2002-295783號公報
[專利文獻4]日本特開2002-352941號公報
[專利文獻5]日本特開2004-158271號公報
然而,加熱對象的配管具備接頭、支管的連接部、閥的連接部等具有比配管直徑更大的直徑的附屬品的情況,若使用以往的帶狀加熱器或套管式加熱器,則會發生各種問題。例如,若使用帶狀加熱器,會有捲繞於此等配管及附屬品費事的不合適情形、難以安裝成溫度分布均勻的不合適情形。此外,若要使用大的套管式加熱器一併加熱配管及附屬品,則在無附屬品處會在加熱器與配管之間出現間隙,而有不能遍及配管全體均勻加熱的不合適情形、升溫速度慢的不合適情形。再者,若要分別加熱配管及附屬品,則必須準備複數個複雜形狀的加熱器,而有需要成本且安裝費事的不合適情形。
因此,本發明欲解決之課題為提供一種加熱裝置,其係用以從配管的外周側加熱在配管內部流通的流體之利用電能的加熱裝置,該配管係具備接頭、支管的連接部、閥的連接部等附屬品;在該加熱裝置中,可容易地配置於配管及附屬品,可均勻有效率地加熱配管,並且設置時的成本廉價。
本發明者等為解決此等課題而努力研究的結果,發現在可包圍預定區間的附屬品及配管之較大的斷熱材料的內部,將由金屬層所覆蓋的面狀加熱器,以其朝向斷熱材料中心側的面狀加熱器的表面成為金屬層的方式配置,並且從該金屬層的表面朝向中心部延伸,以夾持並接觸配管,若以此方式使金屬製傳熱構件固定配置於該金屬層,則來自面狀加熱器的熱經由金屬層、金屬製傳熱構件,容易均勻有效地傳到配管,藉此達成本發明的配管之加熱裝置。
即,本發明係一種配管之加熱裝置,係用以加熱具有附屬品之配管之加熱裝置,而該附屬品具有比加熱對象的配管直徑更大的直徑;該配管之加熱裝置特徵在於:在可包圍預定區間的該附屬品及該配管之具有筒形狀的斷熱材料內部,具備面狀加熱器及金屬製傳熱構件,該面狀加熱器的表面朝向前述斷熱材料中心側且由金屬層所覆蓋,該金屬製傳熱構件係從該金屬層的表面朝向前述斷熱材料的中心部延伸,以夾持並接觸配管的方式配置。
本發明的配管之加熱裝置係可在1個加熱裝置中將具有比加熱對象的配管直徑更大之直徑的附屬品與配管一起加熱的結構,所以安裝不費事,設置時的成本也廉價。此外,由於在面狀加熱器的表面配置有金屬層、又設置有與配管接觸的金屬製傳熱構件,所以來自面狀加熱器的熱會經由此等構件容易傳到配管,可均勻有效率地加熱配管。
本發明的配管之加熱裝置適用於用以加熱流通於配管的流體之利用電能的加熱裝置,該配管係具備如具有接頭、支管的連接部、閥的連接部之類之直徑比加熱對象之配管的直徑更大的附屬品。
以下,根據圖1~圖9說明本發明的配管之加熱裝置,但本發明並不受此限定。
再者,圖1為顯示本發明的配管之加熱裝置的一例的上部切開的立體圖。圖2為顯示本發明的配管之加熱裝置的一例之剖面圖。圖3為顯示使用於本發明的斷熱材料的一部分(無電極插入部)的一例之立體圖。圖4為顯示使用於本發明的面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件的結構一例的立體圖。圖5為顯示使用於本發明的斷熱材料的一部分(有電極插入部)一例之立體圖。圖6為顯示使用於本發明之除了圖4以外的面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件的結構例的剖面圖。圖7為顯示本發明的配管之加熱裝置之除了圖2以外的一例之剖面圖。圖8為具備接頭的配管的結構圖。圖9為具備閥(支管)的連接部之配管的結構圖。
本發明的配管之加熱裝置係用以加熱配管8的加熱裝置,該配管8係具備直徑大於加熱對象的配管直徑的附屬品,例如圖8所示的接頭9、圖9所示的閥11(支管)的連接部10。如圖1、圖2所示,在可包圍預定區間的該附屬品及該配管之具有筒形狀的斷熱材料1內部,具備面狀加熱器3及金屬製傳熱構件4構成的配管之加熱裝置,該面狀加熱器3的表面朝斷熱材料1的中心側且由金屬層2所覆蓋,該金屬製傳熱構件4係以固定於該金屬層2的表面,朝向斷熱材料1的中心部延伸,以夾持並接觸配管的方式配置。
再者,圖1為在本發明的配管之加熱裝置中,去除具有圖5的電極插入部7的斷熱材料部分的上部切開的立體圖,本發明的配管之加熱裝置係在如圖1所示的加熱裝置之一構成部分的上部,配置將電極插入圖5的斷熱材料的電極插入部7的加熱裝置之一構成部分而成的加熱裝置。
本發明之加熱裝置的斷熱材料為具有比附屬品更大的內徑的筒形(圓筒、橢圓筒、方形筒、多角筒)狀的斷熱材料,但為了提高其兩端部斷熱性,也可以形成具有可通過配管之程度的孔之圓盤狀等。此外,筒形狀的斷熱材料之與長度方向垂直的剖面的外周形狀與內周形狀,亦可如圖7所示般地一致,也可以如圖2所示般地不一致。此外,本發明之加熱裝置的斷熱材料也可作成由具有筒形狀的1個成型體構成的斷熱材料,但也可如圖3、圖5所示,在長度方向分割成兩部分、分割成三部分、或分割成四部分,使此等斷熱材料以帶等的結合手段結合而一體化。
作為本發明的斷熱材料的構成材料,只要可耐加熱器的加熱溫度,且具有斷熱性,則沒有特別限制,例如可列舉聚矽氧樹脂、鐵氟龍(註册商標)樹脂、聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、氯乙烯樹脂、聚醯亞胺樹脂等,而在此等樹脂之中,聚矽氧樹脂較佳。此外,斷熱材料的厚度通常為1~50mm,較佳為2~20mm。在厚度小於1mm的情況,斷熱性會惡化,在厚度超過50mm的情況,斷熱性提高的效果變少,而產生加熱裝置變大的不良情形。
使用於本發明的面狀加熱器通常是以絕緣樹脂片覆蓋發熱元件兩面的面狀加熱器,而撓性、柔軟性則可有可無。
作為前述的發熱元件,例如可使用成形為所希望圖案的金屬箔電阻器、金屬線電阻器、或者使導電性樹脂含漬於玻璃纖維、陶瓷纖維等的基材而成的電阻器等,該導電性樹脂係使由接枝碳、碳粉末、金屬粉末、金屬氧化物粉末中選出的至少一種捏合於聚矽氧樹脂等的耐熱性樹脂而成。這種發熱元件的厚度通常為0.01~0.5mm,較佳為0.05~0.1mm。厚度小於0.01mm的情況,強度弱,若超過0.5mm,則有時會喪失撓性、柔軟性。
此外,作為絕緣樹脂片,若為預定的厚度且具有電斷熱性,則沒有特別限制,例如可列舉聚矽氧樹脂、鐵氟龍(註册商標)樹脂、聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、氯乙烯樹脂、聚醯亞胺樹脂等,但在此等樹脂之中,聚矽氧樹脂較佳。此外,絕緣樹脂片的厚度通常為0.5~10mm,較佳為1~5mm。厚度小於0.5mm的情況,電斷熱性會惡化,在厚度超過10mm的情況,有時會喪失撓性。
在本發明之加熱裝置中,在如前述的面狀加熱器的中心側表面覆蓋金屬層。作為金屬層,通常使用厚度0.01~3mm的金屬箔或金屬板,較佳為厚度0.05~2mm的金屬箔或金屬板。作為金屬的材料,可例示鐵、銅、鋁、合金等。金屬層也可以在其中心側表面塗布遠紅外線塗料,藉由遠紅外線的輻射謀求對配管的加熱效率的提高、溫度均勻性的提高。
在本發明之加熱裝置中,進一步在前述金屬層的中心側表面配置金屬製傳熱構件。作為金屬製傳熱構件的形態,可例舉:如圖2、圖6(2)(4)所示,金屬製傳熱構件的根部6由1個或2個金屬柱構成,金屬製傳熱構件的前端部5由彼此呈擴大之形狀的2個金屬板構成;如圖6(1)所示,金屬製傳熱構件的根部6由1個或2個金屬柱構成,金屬製傳熱構件的前端部5由彼此相對的半圓形狀的2個金屬板構成;如圖6(3)所示,以可利用前端部(凸部)夾持配管的方式設定的複數個金屬製傳熱構件等。此外,也可以藉由將金屬層的一部分沖切,施以彎曲加工,而形成金屬製傳熱構件。
作為金屬製傳熱構件的構成材料,可例示鐵、銅、鋁、合金等,但最好至少金屬製傳熱構件的前端部5是為了擴展可保持的配管直徑的範圍而具備彈性者。這種金屬製傳熱構件是以金屬製傳熱構件的前端部5與不具備附屬品的部分的配管8接觸的方式配置。
在本發明中,面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件之相對於斷熱材料的配置,係將如圖4所示的構成材料配置於如圖3所示的斷熱材料而組合成如圖1所示的構成後,配置如圖5所示的構成的斷熱材料而形成一體化即可。
再者,面狀加熱器若配置於斷熱材料的筒內壁表面的全面,則對配管的加熱效率會變好,但有時對配管的安裝會因配管與附屬品的構造而變難,所以例如也可以如圖6所示,使其配置於斷熱材料的筒內壁表面的一部分(剖面呈字狀)。此外,金屬層也同樣,可使其覆蓋於朝向斷熱材料中心側的面狀加熱器表面的全面或一部分。作為面狀加熱器及金屬層的形態,可例示板狀、圓筒狀、方形筒狀、在長度方向有縫隙的圓筒狀、方形筒狀等。斷熱材料、面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件通常以不容易移動的方式固定。
其次,依實施例具體地說明本發明,但本發明並不受此等實施例限定。
[實施例] [實施例1] (加熱器構成構件的製作)
在長度3.5cm、寬度30.0cm、厚度0.8mm之未加硫的聚矽氧樹脂製絕緣片上配置金屬電阻線,在其上重疊與前述同樣的聚矽氧樹脂製絕緣片,以180℃、30分鐘的條件進行熱加壓後,在200℃的爐中放置2小時,使其完全硬化,以上述方式來製作3個具有撓性的面狀加熱器。其次,將此等面狀加熱器利用黏接而一體化成形於由塗有遠紅外線塗料之長度3.5cm、寬度30.0cm、厚度2.0mm的3片金屬板構成的剖面字型金屬層(剖面:3.5cm×3.5cm、長度:30.0cm)的外側表面。在金屬板的2處預定位置安裝根部由2個金屬柱構成、且前端部由彼此呈擴大之形狀的2個金屬板構成的金屬製傳熱構件,而得到如圖4所示的結構的加熱器構成構件。
(配管之加熱裝置的製作)
在與剖面外形為前述字型的加熱器構成構件具有相同程度之尺寸的方形筒不銹鋼製管上,依序捲繞矽氧樹脂製絕緣片、矽氧海綿片、矽氧樹脂製絕緣片,於200℃的爐中放置2小時,使其完全硬化後,去掉不銹鋼製管,成形為厚度12.0mm的方形筒而得到斷熱構件。接著,在長度方向切半,於其中一者設置用以安裝電極的空洞部而插入電極。組合此斷熱構件與前述字型的加熱器構成構件,而得到在圖2中剖面的外形為四角形的方形筒的加熱裝置。
(加熱試驗)
以金屬製傳熱構件與閥的連接部及接頭之間的配管接觸的方式,將以上述方式得到的加熱構造體安裝於具備如圖9所示之閥的連接部及接頭的配管上。於此情況,在安裝上可不費事而容易地安裝。其次,施加100V的額定電壓(目標:150℃),測量經過1小時後之閥的連接部的表面溫度。其結果,閥部的連接部的表面溫度達到150℃。
[實施例2]
除了將在實施例1的加熱器構成構件的製作中所得的金屬製傳熱構件換成如圖6(1)所示的金屬製傳熱構件之外,其他部分係利用和實施例1同樣地製作加熱器構成構件。和實施例1同樣地安裝斷熱構件,製作配管之加熱裝置後,和實施例1同樣地施加100V的額定電壓而進行加熱試驗,其結果,經過1小時後之閥的連接部的表面溫度達到150℃。
[實施例3]
除了將在實施例1的加熱器構成構件的製作中所得的金屬製傳熱構件換成如圖6(3)所示的金屬製傳熱構件之外,其他部分係和實施例1同樣地製作加熱器構成構件。和實施例1同樣地安裝斷熱構件,製作出配管之加熱裝置後,和實施例1同樣地施加100V的額定電壓而進行加熱試驗,其結果,經過1小時後的閥的連接部的表面溫度達到150℃。
[比較例1]
除了未安裝實施例1的加熱器構成構件之金屬製傳熱構件之外,其他部分係和實施例1同樣地製作出加熱器構成構件。和實施例1同樣地安裝斷熱構件,製作出配管之加熱裝置後,和實施例1同樣地施加100V的額定電壓而進行加熱試驗,其結果,經過1小時後之閥的連接部的表面溫度只升溫到105℃,未達到目標的150℃。
如以上的實施例,可確認本發明的配管之加熱裝置的安裝不費事,來自面狀加熱器的熱經由金屬製傳熱構件容易傳到配管,可均勻有效率地加熱配管。
1...斷熱材料
2...金屬層
3...面狀加熱器
4...金屬製傳熱構件
5...金屬製傳熱構件的前端部
6...金屬製傳熱構件的根部
7...電極插入部
8...配管
9...接頭
10...連接部
11...閥
圖1為顯示本發明的配管之加熱裝置一例的上部切開的立體圖。
圖2為顯示本發明的配管之加熱裝置一例的剖面圖。
圖3為顯示使用於本發明之斷熱材料的一部分(無電極插入部)的一例之立體圖。
圖4為顯示使用於本發明的面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件的結構之一例的立體圖。
圖5為顯示使用於本發明的斷熱材料的一部分(有電極插入部)之一例的立體圖。
圖6為顯示使用於本發明的圖4以外的面狀加熱器、金屬層、及金屬製傳熱構件的結構之一例的剖面圖。
圖7為顯示本發明的配管之加熱裝置的圖2以外一例的剖面圖。
圖8為具備接頭之配管的結構圖。
圖9為具備閥(支管)的連接部之配管的結構圖。
1...斷熱材料
2...金屬層
3...面狀加熱器
4...金屬製傳熱構件

Claims (7)

  1. 一種配管之加熱裝置,係用以加熱具有附屬品之配管之加熱裝置,而該附屬品具有比加熱對象的配管直徑更大的直徑;該配管之加熱裝置的特徵在於:在可包圍預定區間的該附屬品及該配管之具有筒形狀的斷熱材料內部,具備面狀加熱器及金屬製傳熱構件,該面狀加熱器的中心側表面係由金屬層所覆蓋,該金屬製傳熱構件係配置成根部由1個或兩個金屬柱所構成,且從該金屬層的表面朝向該中心部延伸,藉由前端部彼此呈擴大之形狀的兩個金屬板或前端部彼此相對的半圓形的2個金屬板,夾持並接觸配管。
  2. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中具有比加熱對象的配管直徑更大的直徑之附屬品為接頭、支管的連接部、或閥的連接部。
  3. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中在金屬層的表面塗有遠紅外線塗料。
  4. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中配置複數個金屬製傳熱構件,以該金屬製傳熱構件可夾持配管的方式設定。
  5. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中金屬製傳熱構件係藉由將金屬層的一部分沖切,施以彎曲加工而形成。
  6. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中面狀加熱器的發熱元件為金屬箔電阻器或金屬線電阻器。
  7. 如申請專利範圍第1項之配管之加熱裝置,其中面狀加熱器的發熱元件係為使由接枝碳、碳粉末、金屬粉末、金屬氧化物粉末中選出的至少一種捏合於耐熱性樹脂而成的電阻器。
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