WO2008016190A1 - Appareil de chauffage de fluide - Google Patents

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Kenzo Oshihara
Ryuuta Yamaguchi
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Nissan Motor Co., Ltd.
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    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a fluid heating apparatus.
  • the force S is observed that there is a molecular (hot spot) force that becomes partly high in temperature.
  • the present inventors thought that it generated heat and formed a carbon precipitation region R 3 as shown in FIG. 2 in the region near the tube wall.
  • the inventors have increased the pressure of the fluid, so that the density in the vicinity of the tube wall R 1 is maintained as shown in FIG. 3, and a decrease in the thermal conductivity of the fluid is avoided. Therefore, it was found that local heating can be avoided and carbon deposition can be suppressed.
  • the present invention has been made in view of the problems and new knowledge of the prior art, and the object of the present invention is to avoid local heating of the flow path and to perform carbon deposition (burning, occurrence of coking). It is in providing the fluid heating apparatus which can suppress this. Disclosure of the invention
  • the fluid heating device of the present invention is a fluid heating device that heats a fluid in a flow path to a target temperature, a fluid heating means that heats the fluid, and a temperature of the fluid Fluid temperature measuring means for measuring the pressure, and pressure control means for controlling the pressure in the flow path so as to be the target pressure.
  • the pressure control means increases the target pressure when the fluid in the flow path is heated to the target temperature and the temperature difference of the fluid in the flow direction of the fluid exceeds a predetermined value. It is characterized by.
  • the pressure is controlled so that the thermal conductivity force of the fluid does not fall, local heating of the flow path can be avoided, and carbon deposition (burning and occurrence of coking) can be suppressed. This makes it possible to reduce the area where the fluid is heated, and to reduce the size of the fluid heating device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat conduction state when a fluid is heated from outside the metal tube.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat conduction state when the fluid is heated from outside the metal tube.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a heat conduction state when the fluid is heated from outside the metal tube by applying the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the change in thermal conductivity of hep evening.
  • Figure 5 is a simulation diagram showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution at 673K and 2.5 MPa.
  • Figure 6 shows the simulation data showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution of 673 K :, 3. OMPa.
  • Figure 7 shows simulation data showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution of 673 K :, 4. OMPa.
  • Figure 8 shows the simulation data showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution of 673: 0. IMP a.
  • Figure 9 is a simulation diagram showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution at 673 K, 1.5 ⁇ a.
  • Figure 10 shows 673 K: 2. Simulation showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution of OMPa.
  • FIG. 11 is an explanatory perspective view showing a fluid heater according to an embodiment of the present invention, with a part of the heater cut away.
  • FIG. 12 is a flow chart showing an example of a control flow in the fluid heating apparatus shown in FIG.
  • Figure 13 is a graph showing the relationship between heptane pressure and density at each temperature.
  • Figure 14 is a graph showing the relationship between gasoline pressure and density at each temperature.
  • Fig. 15 is a graph showing the relationship between light oil pressure and density at each temperature.
  • the fluid heating device of the present invention includes a fluid heating means provided in the flow path or outside the flow path, and a thermometer and pressure control means provided in the flow path.
  • a fluid heating means provided in the flow path or outside the flow path
  • a thermometer and pressure control means provided in the flow path.
  • the fluid heating apparatus of the present invention when fuel as a fluid is heated, if the fuel pressure is low, the fuel will boil and become a gas. At this time, since the thermal conductivity power of the part that has become a gas suddenly drops, the fluid that exists between the gas state part and the night is heated locally by not giving heat to the gas state part. Therefore, it tends to burn and cause coking. Therefore, coking power is reduced by pressurizing the fuel so that no such gas is generated.
  • the fluid for example, light oil, gasoline, heptane, ethanol, ether, ester and the like can be used.
  • a metal pipe made of Inconel, Hastelloy, titanium alloy, or stainless steel can be used as the flow path.
  • the flow rate and flow rate of the fluid in the flow path are not particularly limited as long as the pressure can be controlled.
  • the fluid heating means for example, an electric heater or a heat exchanger can be used. Heating should be done by heating the entire tube uniformly.
  • the thermometer for example, a thermocouple or a Pt resistance thermometer can be used.
  • the pressure control means for example, one having a pressure pump, a pressure holding valve, a pressure sensor or the like can be used.
  • the fluid heating device of the present invention it is preferable to provide means for recording information on the fluid flowing in the flow path. At this time, even when the fluid's feature force S is unknown or when the composition of the material composing the fluid fluctuates, the flow is controlled by dynamically controlling the pressure. Local heating of the road can be avoided.
  • dynamic pressure control means that feedback control is applied. That is, as a result of such pressure control, it is possible to correct the pressure control method by feeding back the force ⁇ with the improved temperature distribution.
  • the critical point force S can be used when the critical point changes due to a change in compositional force each time a fluid such as a fluid or gasoline is supplied.
  • the permissible value system default value
  • FIG. 11 is a perspective explanatory view showing a fluid heater according to an embodiment of the present invention, with a part of the heater cut away.
  • the fluid heating apparatus of the present embodiment includes a high pressure pump 10, a pressure sensor 20, a heating chamber 30, a heating unit 40, and a thermoelectric as an example of fluid temperature measuring means. Pairs 51, 52, 53, and 54, pressure holding means 60 (for example, a cab or a pressure holding valve), a fuel intake part 71, and a fuel take-out part 72 are provided.
  • the heating chamber 30 and the heater 40 cooperate to function as a fluid heating means.
  • the high pressure pump 10, the pressure sensor 20, and the pressure holding means 60 cooperate to function as a pressure control means.
  • the pressure holding means 60 may be provided with a cooler as necessary.
  • the fuel taken in from the fuel take-in section 71 is heated to the target temperature in the heating chamber 30 heated by the sun 40.
  • the temperature measuring parts 5 1 a and 5 1 of the thermocouples 5 1 and 52 installed upstream in the fluid flow direction
  • the high pressure pump 10, the pressure sensor 20, and the pressure holding means 60 cooperate to perform pressure control for increasing the target pressure.
  • thermocouple 51 is located in the fluid near the catalyst layer on the opposite side of the catalyst layer as viewed from the side of the heater 40, and the thermocouple 52 is In the fluid at the position.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a control flow in the fluid heating apparatus described above.
  • thermocouple 53 detects the fluid temperature B 1 in the vicinity of the catalyst at the temperature measurement portion 53 a
  • thermocouple 54 detects the fluid temperature B 2 in the temperature measurement portion 54 a, and proceeds to S 3.
  • S4 it is determined whether or not the pressure is increased according to the pressure increase instruction (target pressure). If the pressure is increased (YES), the process proceeds to S5. On the other hand, in S 4, it is determined whether or not the pressure is increased according to the pressure increase instruction (target pressure). If the pressure is not increased (NO), the process proceeds to S 11.
  • the calculated temperature difference DA, the predicted thermal conductivity TC, and the distance d 1 (temperature measuring section This is the distance between the position 51a and the temperature measuring part 52a. )
  • the passage time T is calculated by dividing the distance d 2 between the temperature measurement parts 51 a, 52 a, 53 a and the temperature measurement parts 51 a and 53 a by the linear velocity R at the center of 54 a.
  • Calculate the predicted temperature change DT by dividing the product of heat transfer quantity Q and passage time T by the specific heat HC of the fluid.
  • S 11 it is determined whether or not a failure has occurred. If there is a failure (in the case of YE S), the process proceeds to S 12. On the other hand, in S11, it is determined whether or not a failure has occurred. If there is no failure (NO), the process proceeds to S13.
  • the pressure is controlled by the pressure control unit so that the pressure of the fluid becomes equal to or higher than the critical pressure.
  • the pressure control unit controls the pressure of the fluid so that the pressure of the fluid becomes equal to or higher than the critical pressure.
  • the pressure control unit controls the fluid pressure above the critical pressure so that the generation of gas is suppressed and the decrease in thermal conductivity is suppressed, and the temperature distribution on the upstream and downstream sides in the fluid flow direction of the flow path is reduced. It can be made uniform.
  • the force r ′ can be used to equalize the temperature distribution in the cross-sectional direction of the flow path.
  • the pressure control means, the fluid present in the inner wall and its vicinity of the channel heat transfer Shiruberitsu is preferred that force to control the pressure so that 0. 0 SW'n ⁇ K one 1 or more
  • the temperature difference is preferably within 5 degrees. At this time, local heating can be avoided and the occurrence of coking can be suppressed.
  • the thermal conductivity may be controlled to be 0.06 W'm- 1 or higher by setting the pressure to be higher than the critical pressure of heptane. In this case, control the fluid pressure so that it is 180% or more of the critical pressure. can do.
  • the thermal conductivity of 0.06 W'm- 1 or more can be maintained even when the temperature is heated to around 300. In other words, in the temperature range up to around 300, it can be avoided that the fluid to be heated becomes a gas, and the occurrence of coking can be suppressed.
  • the fluid pressure can be controlled to be 300% or more of the critical pressure.
  • the fluid pressure can be controlled to be 300% or more of the critical pressure.
  • the simulation data from Figs. 5 (a) and (b) to Figs. 10 (a) and (b) are explained.
  • the simulation was performed under the following conditions.
  • a heptane was circulated in a cylindrical tube with a cross-sectional area of 1 cm 2 and a length of 10 cm from the upstream (left side in the figure) to the downstream (right side in the figure).
  • the temperature distribution and thermal conductivity distribution when the pressure was changed were calculated.
  • the calculation used symmetry, and calculated only the region of 15 ° in the tube center angle.
  • Figures 5 (a) and 5 (b) are simulation data of the temperature distribution and thermal conductivity distribution at a pressure of 2.5 MPa. This pressure is considered to be a subcritical region with respect to the critical pressure of heptane, but looking at the temperature distribution, this pressure makes the temperature distribution force uniform in the cross section direction of the pipe at the downstream end of the cylindrical pipe. Power is gained. On the other hand, seen Rukoto force s are kept thermal conductivity force S has a thermal conductivity in the interval sea lion See thermal conductivity distribution 0. 0 SW'm ⁇ K one 1 or more.
  • Figures 6 (a), (b), 7 (a), and (b) are simulation data when the pressure is 3.0 MPa and 4.0 MPa, respectively.
  • the supercritical region is higher than the critical pressure of heptane, but the temperature distribution in the cross-sectional direction of the tube is uniform at the downstream end of the cylindrical tube as in Figs. 5 (a) and (b), thermal conductivity is kept at 0. 06W'm one 1 K one 1 or more. As a result, heat is efficiently transferred to the fuel on the tube wall, so that carbon deposition can be avoided without being heated locally at the fuel wall near the tube wall.
  • FIG. 11 Fluid heating device (note that the heating chamber has a cylindrical shape with a cross-sectional area of 1 cm 2 and a length of 10 cm, which is the same in the following embodiments).
  • the state of heptane in the heating chamber was changed by the control means.
  • the pressure and density of heptane at each temperature were measured.
  • the obtained results are shown in FIG. Figure 13 is a graph showing the relationship between heptane pressure and density at each temperature.
  • FIG. Figure 14 is a graph showing the relationship between gasoline pressure and density at each temperature.
  • FIG. Fig. 15 is a graph showing the relationship between the pressure and density of light oil at each temperature.
  • the present invention can be applied to a fluid heating apparatus that can avoid local heating of the flow path and suppress carbon deposition.

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Description

明細書
流体加熱装置 技術分野
本発明は、 流体加熱装置に関する。 背景技術
従来、 流体加熱装置おいては、 燃料流路にデポジット （焦げ付き） 力性じた後、 圧 力を上げることによりデポジットを吹き飛ばす技術が開示されている （特開 2 0 0 6 - 1 8 3 4 6 9号公報参照)。金属管内を流れる流体を金属管外から加熱する場合、管 壁の近傍領域は熱により 運動が激しくなり、 肝が気体状になると考えられる。 即ち、 図 1に示すように管壁 R 1の近傍領域 R 2の密度が低下するため、 流体の熱伝 導率が著しく低下すると思われる。 この結果、 管壁近傍の流体には熱がこもり局所的 に加熱され 焦げ付きが生じることとなる。
流体が炭化水素やアルコールなどの燃料であるときは、 一部分ではあるカ琲常に高 温になる分子 （ホットスポット） 力存在すること力 S観測された。 それが熱 を起こ し、 管壁の近傍領域に図 2に示すような炭素の析出領域 R 3を形成すると本発明者ら は考えた。 この対応策として、 本発明者らは、 流体の圧力を高めることで、 図 3に示 すように管壁 R 1の近傍領域の密度が保持され、 流体の熱伝導率の低下が回避される ため、 局所加熱を回避でき、 炭素析出を抑制できることを見出した。
本発明は、 このような従来技術の有する課題及び新たな知見に鑑みてなされたもの であり、 その目的とするところは、 流路の局所加熱を回避し、 炭素析出 （焦げ付き、 コーキングの発生） を抑制しうる流体加熱装置を提供することにある。 発明の開示
本発明者らは、 上記課題を解決すべく貌意検討を重ねた結果、 流体の熱伝導率が低 下しないように圧力を制御することにより、 上記課題が解決できることを見出し、 本 発明を完成するに至った。 即ち、 本発明の流体加熱装置は、 流路内の流体を目標温度 に加熱する流体加熱装置であって、 該流体を加熱する流体加熱手段と、 該流体の温度 を計測する流体温度計測手段と、 目標圧力となるように該流路内の圧力を制御する圧 力制御手段とを有する。 該圧力制御手段は、 該流路内の流体を該目標温度まで加熱す る間であって、 該流体の流れ方向の流体の温度差が所定値を超えるときに、 該目標圧 力を上げることを特徴とする。 本発明によれば、 流体の熱伝導率力 氐下しないように 圧力を制御することとしたため、 流路の局所加熱を回避し、 炭素析出 （焦げ付き、 コ —キングの発生） を抑制しうる。 これにより、 流体を加熱する領域を小さくすること などが可能となり、 流体加熱装置を小型化すること力できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 流体を金属管外から加熱する場合の熱伝導状態を示す概略図である。 図 2は、 流体を金属管外から加熱する場合の熱伝導状態を示す概略図である。 図 3は、 本発明を適用して流体を金属管外から加熱する場合の熱伝導状態を示す概 略図である。
図 4は、 ヘプ夕ンの熱伝導率の変化を示すグラフである。
図 5は、 673K、 2. 5 MP aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレーシ ョンデ一夕である。
図 6は、 673 K：、 3. OMP aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレーシ ョンデ一夕である。
図 7は、 673 K：、 4. OMP aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレーシ ョンデータである。
図 8は、 673 ：、 0. IMP aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレーシ ョンデ一夕である。
図 9は、 673 K、 1. 5ΜΡ aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレーシ ョンデ一夕である。
図 10は、 673 K：、 2. OMP aの温度分布と熱伝導率の分布を示すシミュレー ション "—夕である。
図 11は、 本発明の流体加熱装置の一実施形態であって、 ヒーターの一部を切断し て示した斜視説明図である。
図 12は、 図 11に示した流体加熱装置における制御フローの一例を示すフローチ ャ一トである。 図 1 3は、 各温度におけるヘプタンの圧力と密度との関係を示すグラフである。 図 1 4は、 各温度におけるガソリンの圧力と密度との関係を示すグラフである。 図 1 5は、 各温度における軽油の圧力と密度との関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の流体加熱装置について詳細に説明する。 なお、 本明細書及 m#許請 求の範囲において、 濃度、 含有量、 充填量などについての 「％」 は、 特記しない限り 質量百分率を表すものとする。
本発明の流体加熱装置は、 流路または流路外に設けた流体加熱手段と、 流路内に設 けた温度計及び圧力制御手段とを有する。 これらにより、 流路内の流体を、 圧力を制 御しながら目標温度まで加熱し、 流路の上流側から下流側にかけて、 該流体の温度分 布差を縮小しうる。 この結果、 流体の素性がわかっているときには、 流体の臨界圧力 以上となるように圧力を制御して流路の局所加熱を回避しうる。
例えば、 流体としての燃料を加熱するときに、 燃圧力低い場合は燃料力沸騰し、 気 体となる。 このとき、 気体となった部分は急激に熱伝導率力低下するため、 気体状態 部分とヒ一夕一間に存在する流体は、 気体状態部分へ熱力 云わらないことにより、 局 所的に加熱されるため、 焦げ付いてコーキングを発生し易い。 従って、 このような気 体が発生しないように燃料を加圧することで、 コーキングの発生力柳制される。 本発明の流体加熱装置において、 上記流体としては、 例えば、 軽油、 ガソリン、 へ ブタン、 エタノーリレ、 エーテル、 エステルなどを使用できる。 上記流路としては、 例 えば、 インコネル製、 ハステロィ製、 チタン合金製、 ステンレス製などの金属管を使 用できる。 上記流路中の流体は、 圧力を制御できる限り、 流量、 流速などは特に限定 されない。
上記流体加熱手段としては、 例えば、 電気ヒーターや熱交換器などを使用できる。 加熱は管全体を均一に加熱することカ 子ましい。 上記温度計としては、 例えば、 熱電 対や P t測温抵抗体などを使用できる。 上記圧力制御手段としては、 例えば、 圧力ポ ンプ、 圧力保持弁、 圧力センサー等を有するものなどを使用できる。
本発明の流体加熱装置においては、 上記流路内に、 流通する流体の情報を記録する 手段を設けること力好ましい。 このときは、 流体の素性力 Sわかっていないときや、 流 体を構成する物質の組成が変動したりするときであっても、 動的に圧力を制御して流 路の局所加熱を回避しうる。
動的な圧力制御とは、要するにフィードバック制御をかけることを意味する。即ち、 このような圧力制御の結果、 温度分布が良くなつた （小さくなつた） 力 ^をフィードバ ックして、 圧力制御方法を修正すること力できる。 例えば、 臨界点力 S分かっていない 流体、 あるいはガソリンなど給油するたびに組成力変わって臨界点が変わってくるよ うな場合に採用できる。
具体的には、 流路上流部と下流部に温度センサ一を設置し、 その温度差を検出する ことができる。 温度差が許容値 （システムの既定値） を超えた場合は、 熱伝導率が悪 レ （=気体になってしまった） と判断し、 より圧力を高めるように制御を変える。 温 度差が許容以内にあるが、 両方の温度が目標温度 （システムの設定値） を超えた場合 は、熱伝導率が良すぎる（=高密度力つ低粘性の超臨界流体になっている）と判断し、 圧力をすこし低くするように制御を変える。
〔流体加熱装置の構成〕
図 1 1は、 本発明の流体加熱装置の一実施形態であって、 ヒーターの一部を切断し て示した斜視説明図である。 同図に示すように、 本実施形態の流体加熱装置は、 高圧 ポンプ 1 0と、 圧力センサー 2 0と、 加熱室 3 0と、 ヒー夕一 4 0と、 流体温度計測 手段の一例である熱電対 5 1、 5 2、 5 3及び 5 4と、 圧力保持手段 6 0 (例えばキ ャビラリ一や保圧弁など）と、燃料取り入れ部 7 1と燃料取り出し部 7 2とを備える。 また、 加熱室 3 0とヒーター 4 0は協働して、 流体加熱手段として機能する。 更に、 高圧ポンプ 1 0と圧力センサ一 2 0と圧力保持手段 6 0は協働して、 圧力制御手段と して機能する。なお、圧力保持手段 6 0は、必要に応じて冷却器を備えさせてもよい。 本実施形態の流体加熱装置においては、 燃料取り入れ部 7 1から取り入れられた燃 料が、 ヒ一夕一 4 0により加熱されている加熱室 3 0において、 目標温度にまで加熱 される。 そして、 加熱室 3 0内の燃料の温度が目標温度に達するまでの間であって、 流体の流れ方向における上流側に設置された熱電対 5 1及び 5 2の測温部位 5 1 a及 び 5 2 aの温度及び温度差から予測される予測温度を、 下流側に設置された熱電対 5 3及び 5 4の測温部位 5 3 a及び 5 4 aの測定温度から差し引いた値力 ^負のときには、 高圧ポンプ 1 0と圧力センサ一 2 0と圧力保持手段 6 0とが協働して、 目標圧力を上 げる圧力制御を行う。 また、 目標温度にまで加熱された燃料が燃料取り出し部 7 2か ら取り出される。 熱電対 51は、 ヒー夕一 40側から見て触媒層を挟んで反対側の触 媒層近傍の流体中に、 熱電対 52は、 熱電対 51に対してヒ一夕一 40と反対側の位 置の流体中にある。 〔流体加熱装置における制御フロー〕
図 12は、 上述した流体加熱装置における制御フローの一例を示すフローチャート である。 まず、 STARTから STEP 1 (以下、 「S 1」 のように略記する。） に進 む。
S 1において、 熱電対 51により測温部位 51 aの触媒近傍の流体温度 A 1を、 及 び熱電対 52により測温部位 52 aの流体温度 A 2を検知して、 S 2に進む。
S 2において、 熱電対 53により測温部位 53 aの触媒近傍の流体温度 B 1を、 及 び熱電対 54により測温部位 54aの流体温度 B 2を検知して、 S 3に進む。
S 3において、 圧力センサ一 20により圧力 Pを検知して、 S4に進む。
S 4において、 昇圧指示通り （目標圧力） に昇圧されたか否か判断し、 昇圧された 場合 （YESの場合） は、 S 5に進む。 一方、 S 4において、 昇圧指示通り （目標圧 力） に昇圧されたか否か判断し、 昇圧されていない場合 （NOの場合） は、 S 11に 進む。
S δにおいて、 検知した温度 A 1と温度 A 2とから、 温度中間値 MA及 显度差 D Aを算出して、 S6に進む。
S 6において、 検知した圧力 Pと算出した温度中間値 MAとから、 熱伝導率 TC及 び流体の比熱 H Cを予測して、 S 7に進む。
(1) ΜΑ=(Α1+Α1)/2
(2) DA-A1-A2
(3) TC=f 謹, P)
(4) HC=g (MA, P)
(5) Q=TC*DA/dl
(6) T=d2/R
(7) DT=Q/HC*T
(8) B2- (A2+DT) <0 IFYES→S8
S 7において、 算出した温度差 DAと、 予測した熱伝導率 TCと距離 d 1 (測温部 位 51 aと測温部位 52 aの距離である。） との積から伝熱量 Qを算出する。 また、測 温部位 51 a、 52 a, 53 a、 測温部位 51 a及び 53 a間の距離 d 2を 54 aの 中心の線速度 Rで割った通過時間 Tを算出する。 伝熱量 Qと通過時間 Tの積を流体の 比熱 HCにより割った温度変化予測値 DTを算出する。 測温部位 52 aの A2に DT を加えた値を、測温部位 54 aの B 2値から差し引いて負になる場合（YESの場合） は、 S8に進む。 一方、 前記値が負にならない場合 （NOの場合） は、 S 1に進む。
S 8において、 必要圧力 PNを算出して、 S9に進む。
S 9において、 昇圧を指示して、 S 10に進む。
S 10において、 流体加熱装置を停止するか否か判断し、 停止する場合 （YESの 場合） は、 ENDに進む。 一方、 S 10において、 流体加熱装置を停止するか否か判 断し、 停止しない場合 （NOの場合） は、 S 13に進む。
S 11において、故障しているか否かを判断し、故障している場合（YE Sの場合） は、 S 12に進む。 一方、 S 11において、 故障しているか否かを判断し、 故障して いない場合 （NOの場合） は、 S 13に進む。
S 12において、 警報を出し、 停止して、 ENDに進む。
S 13において、 昇圧して、 S 1に進む。
〔流体加熱方法〕
本発明では、 上述した流体加熱装置を用いて流体を加熱するにあたり、 圧力制御手 段により、 流体の圧力が臨界圧力以上になるように圧力を制御する。 このように、 流 体の圧力を臨界圧力以上に維持することで、 気体の発生を抑制して熱伝導率の低下を 抑制し、 流路の流体流れ方向における上流側と下流側における温度分布を均一化させ ること力できる。 また、 流路の断面方向の温度分布を均一化させること力 r 'きる。 具体的には、 圧力制御手段により、 流路の内壁及びその近傍に存在する流体の熱伝 導率は 0. 0 SW'n ^K一1以上となるように圧力を制御すること力好適で、 温度差 は 5度以内であることが好適である。 このときは、 局所加熱を回避することができ、 コーキングの発生を抑制できる。
例えば、 流体としてヘプタンを用いるときは、 図 4に示すように、 圧力をヘプタン の臨界圧力以上にすることで熱伝導率を 0. 06W'm— 1以上となるように制御 すればよい。 このときは、 流体の圧力を、 臨界圧力の 180%以上になるように制御 することができる。これより、流体としてガソリン、エタノールなどを用いるときは、 温度範囲として 300で付近まで加熱するときでも、 0. 06W'm— 1以上の熱 伝導率を維持できる。 言い換えれば、 300で付近までの温度範囲において、 加熱対 象である流体が気体となることを回避することができ、 コーキングの発生を抑制でき る。
さらに流体の圧力を臨界圧力の 300%以上になるように制御することができる。 これより、 流体として軽油、 エーテル、 エステルなどを用いるときは、 温度範囲とし て 500で付近まで加熱するときでも、 0. 0 ew'm^K— 1以上の熱伝導率を維持 できる。 言い換えれば、 500で付近までの温度範囲において、 加熱対象である流体 力 s気体となることを回避すること力でき、 コーキングの発生を抑制できる。
図 5 (a), (b) から図 1 0 (a)， (b) までのシミュレーションデータについて 説明する。 シミュレーションは以下の条件で行った。 断面積 1 cm2、 長さ 10 cm の円筒管内に上流 （図中で左側） から下流 （図中で右側） ヘプタンを流通させ、 管壁 温度 400で固定とし、 ヘプタンの臨界圧力 2. 74MPaに対し、 圧力を変化させ た場合の温度分布並びに熱伝導率分布を計算した。 なお、 計算は対称性を利用し、 円 筒管中心角で 15° の領域のみを計算した。
図 5 (a), (b) はそれぞれ圧力 2 · 5 MP aでの温度分布並びに熱伝導率分布の シミュレーションデータである。 この圧力はヘプタンの臨界圧力に対し、 亜臨界領域 と考えられるが、 温度分布を見ると、 この圧力にすることで円筒管下流終端で管の断 面方向の温度分布力均一になっていること力 ¾かる。 一方、 熱伝導率分布を見るとど の区間でも熱伝導率が 0. 0 SW'm^K一1以上となっており熱伝導率力 S保たれてい ること力 s分かる。図 6 (a), (b)、図 7 (a), (b)はそれぞれ圧力が 3. 0MP a、 4. 0 MP aである場合のシミュレーションデータである。 いずれの場合もヘプタン の臨界圧力以上の超臨界領域であるが、 図 5 (a), (b) の場合と同様に円筒管下流 終端で管の断面方向の温度分布が均一で、 どの区間でも熱伝導率が 0. 06W'm一1 K一1以上に保たれている。 これにより管壁の熱力効率的に燃料に伝達されることで、 管壁近傍の燃料カ锔所的に加熱されることなく、 炭素析出を回避できる。
一方、 図 8 (a), (b)、 図 9 (a), (b)、 図 10 (a), (b) に、 それぞれ圧力 力 0. IMP a, 1. 5MP a、 2MP aの場合のシミュレーションデ一夕である。 この圧力はヘプタンの臨界圧力に対し、 亜臨界領域でも超臨界領域でもない。 この圧 力範囲では円筒管下流終端で管の断面方向の温度がかなり広い範囲〖こ分布しており、 不均一であることがわかる。 また熱伝導率は、 円筒管の上流から 2 c mより下流の区 間で 0. 0 e w. m^ K一1未満となっており熱伝導率カ褓たれていないことカ纷かる。 〔実施例〕
以下、 本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、 本発明はこれら実施例 に限定されるものではない。
〔実施例 1〕
図 1 1に示すような流体加熱装置 （なお、 加熱室は断面積 1 c m2, 長さ 1 0 c m の円筒形であり、以下の実施例において同様である。） によって、流体加熱手段と圧力 制御手段とにより、 加熱室内のヘプタンの状態を変化させた。 その際の各温度におけ るヘプタンの圧力と密度を測定した。 得られた結果を図 1 3に示す。 図 1 3は、 各温 度におけるヘプタンの圧力と密度との関係を示すグラフである。
〔実施例 2〕
図 1 1に示した流体加熱装置によつて、 流体加熱手段と圧力制御手段とにより、 加 熱室内のガソリンの状態を変化させた。 その際の各温度におけるガソリンの圧力と密 度を測定した。 得られた結果を図 1 4に示す。 図 1 4は、 各温度におけるガソリンの 圧力と密度との関係を示すグラフである。
〔実施例 3〕
図 1 1に示した流体加熱装置によって、 流体加熱手段と圧力制御手段とにより、 加 熱室内の軽油 （J I S 2号） の状態を変化させた。 その際の各温度における軽油の圧 力と密度を測定した。 得られた結果を図 1 5に示す。 図 1 5は、 各温度における軽油 の圧力と密度との関係を示すグラフである。 産業上の利用可能性
本発明は、 流路の局所加熱を回避し、 炭素析出を抑制しうる流体加熱装置に適用する ことができる。

Claims

請求の範囲
1 . 流路内の流体を目標温度に加熱する流体加熱装置であつて、
上記流体を加熱する流体加熱手段と、
上記流体の温度を計測する流体温度計測手段と、
目標圧力となるように上記流路内の圧力を制御する圧力制御手段とを有し、 上記圧力制御手段は、 上記流路内の流体を上記目標温度まで加熱する間であって、 上記流体の流れ方向の流体の温度差力 S所定値を超えるときに、 上記目標圧力を上げる ことを特徴とする流体加熱装置。
2 . 流通する流体の情報を記録する手段を設けたことを特徴とする請求項 1に記載の 流体加熱装置。
3 . 圧力制御手段により、 流体の圧力が臨界圧力以上になるように制御することを特 徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の流体加熱装置。
4. 圧力制御手段により、 流路の内壁及びその近傍に存在する流体の熱伝導率が 0. 0 6 W · m— 1 K— 1以上となるように圧力を制御することを特徴とする請求項 3に記載 の流体加熱装置。 δ . 圧力制御手段により、 流体の圧力が臨界圧力の 1 8 0 %以上になるように制御す ることを特徴とする請求項 3又は請求項 4に記載の流体加熱装置。
6 . 圧力制御手段により、 流体の圧力が臨界圧力の 3 0 0 %以上になるように制御す ることを特徴とする請求項 3又は請求項 4に記載の流体加熱装置。
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