(57)【要約】      （修正有）【課題】内部爆発を抑制でき、コスト、重量、サイズを抑制流体ヒーターを提供する。【解決手段】流体加熱チューブを備えた第一の表面を有する第一の熱交換器ブロック１１４と、流体加熱チューブを備え、第一の表面と接触する第二の表面を有する第二の熱交換器ブロック１２０とを備えている。両熱交換器ブロック１１４、１２０の各表面に、キャビティ１１０と防爆性筺体が形成されている。加熱要素は、キャビティ１００内に位置し、両熱交換器ブロック１１４、１２０によって覆われている。加熱要素は、第一のバス・プレート１１９および第二のバス・プレート１２１と、これらの間に電気的にサンドイッチされた複数のＰＴＣ加熱要素１１６を備え、それぞれ、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数の正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有している。【選択図】図５
2011091040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱要素を備え；
前記加熱要素が、第一のバス・プレート（１１９）および第二のバス・プレート（１２１）と、前記第一のバス・プレート（１１９）および前記第二のバス・プレート（１２１）に電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一のバス・プレート（１１９）および前記第二のバス・プレート（１２１）の間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の要素（１１６）とを備え、；
前記正の温度係数を有する複数の要素（１１６）が、それぞれ、
第一の伝導性プレート（１６ａ）および第二の伝導性プレート（１６ｂ）と、
前記第一の伝導性プレート（１６ａ）および前記第二の伝導性プレート（１６ｂ）に電気的に接触し、電気的に並列に、前記第一の伝導性プレート（１６ａ）および前記第二の伝導性プレート（１６ｂ）の間にサンドイッチされた正の温度係数を有する複数の加熱ストーン（１６ｃ）を備え、
前記加熱要素が、第一の表面（１２６）を有する第一の熱交換器ブロック（１１４）と、前記第一の表面（１２６）内に形成されたキャビティ（１１０）を備え、
前記加熱要素が、前記キャビティ（１１０）内に位置し、前記加熱要素の前記第一のバス・プレート（１１９）が前記キャビティ（１１０）の内面に熱的に接触され、
前記加熱要素が、さらに、前記第一の熱交換器ブロック（１１４）の前記第一の表面（１２６）に面対面で接触する第二の表面（１２８）を有する第二の熱交換器ブロック（１２０）を備え、それによって、前記加熱要素が前記キャビティ（１１０）内に完全に取り囲まれ、前記キャビティ（１１０）が防爆性筺体を形成し、前記第二の熱交換器ブロック（１２０）が前記第二のバス・プレート（１２１）と熱的に接触していることを特徴とする加熱デバイス（１０；１００）。
【請求項２】
前記加熱要素が、さらに、前記正の温度係数を有する前記複数の要素（１１６）の反対側において、前記第一のバス・プレート（１１９）と面対面で接触するように位置決めされた、熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第一のパッド（１１７）と、前記正の温度係数を有する前記複数の要素（１１６）の反対側において、前記第二のバス・プレート（１２１）と面対面で接触するように位置決めされた、熱伝導性を有し、電気的に絶縁性を有する第二のパッド（１２３）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加熱デバイス（１０；１００）。
【請求項３】
さらに、前記第一の熱交換器ブロック（１１４）内に、流体加熱チューブ（１８）を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱デバイス（１０；１００）。
【請求項４】
さらに、前記第二の熱交換器ブロック（１２０）内に、流体加熱チューブ（１８）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の加熱デバイス（１０；１００）。
【請求項５】
前記第二の熱交換器ブロック（１２０）が、前記第二の表面（１２８）内に形成されたキャビティを備え、前記第一の表面（１２６）および前記第二の表面（１２８）のキャビティが協働して、その内部に前記加熱要素を取り囲むキャビティ（１１０）を形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の加熱デバイス（１０；１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を加熱するヒーターに関するものであり、水を加熱するヒーターあるいは液化石油ガスなどの液化ガスを気化させるヒーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液化ガスの加熱および気化を制御するための流体ヒーターは広く知られている。電気的に液化石油ガスを加熱し、気化させるヒーターの例は、米国特許第４，２５５，６４６号明細書に開示され、液化ガス気化ユニットの別の例が、米国特許第４，６４５，９０４号明細書に開示されている。典型的には、気化器は、液化ガスの入口と、ガス蒸気の出口を有する中空の圧力容器を備え、液化ガスの入口は、圧力容器の下端部近傍に設けられ、ガス蒸気の出口は、液化ガスの入口から離間した圧力容器の閉じた上端部近傍に設けられている。典型的には、圧力容器の内部に、加熱コアが設けられ、通常、加熱コアは、圧力容器の下端部近くに位置している。加熱コアに、複数の抵抗電気加熱素子が埋め込まれていてもよい。
【０００３】
複数の電気加熱素子を用いるこのような気化器においては、しばしば、所定の設定温度からのコア温度の偏奇によって決定された周期的なオン・オフ・デューティ・サイクルにしたがって、電力を加熱要素に供給する時間比例コントローラが結合された温度センサを用いることが要求される。コア温度が設定温度を超えて、上昇した場合には、制御回路は、デューティ・サイクルのオン・タイムを減少させ、温度を低下させる。一方、コア温度がよりも低い場合には、制御回路は、デューティ・サイクルのオン・タイムを増大させる。したがって、複雑な制御回路構成と複雑なスイッチ類が必要になる。
【０００４】
かかる気化器はまた、上端部近傍で、かつ、ガス蒸気の出口の下方の圧力容器の内部に連通している液化ガスセンサを備えていることがある。この液化ガスセンサは、典型的には、圧力容器内の液化ガスのレベルを検出し、圧力容器内への液化ガスの流れを遮断するために開閉するバルブを制御するオーバー・フロー・センサあるいは「フロートスイッチ」である。したがって、バルブは、圧力容器内への液化ガスの加圧流を開き、液化ガスが、ガス蒸気ヘッド・スペースを満たし、液化ガスが、気化器の出口を介して、あふれ出る前に、液化ガスの加圧流を遮断するように、制御される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる公知の流体ヒーターは、オーバーヒーティングを防止するために、電気加熱要素のオン・オフ・デューティ・サイクルを制御する必要があるという問題点を有している。このために必要な回路は、安全上の注意を生成し、これに加えて、メインテナンス上の注意および信頼性に関する注意が生成される。さらに、この回路は、流体ヒーターのコストを増大させるという問題がある。
【０００６】
最もよく知られた流体ヒーターは、さらに、非常に揮発性が高いガスが存在し、また、電気回路加熱源の形の燃焼発生源が存在するため、爆発の危険があるという共通の問題点を有している。その結果、流体ヒーターは、他に、燃焼あるいは爆発の危険性を含んだ環境で使用された場合でも、内部爆発を抑制することができるように、防護遮へい体内に、十分に、収容されていなければならない。このような遮へい体が必要であるということは、メインテナンスの問題を複雑化させるだけでなく、流体ヒーターのコスト、重量およびサイズを増大させるという問題を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある好ましい実施態様によれば、流体ヒーターは、第一の熱交換器ブロックと、加熱されるべき流体を受け入れるように構成された流体加熱チューブと、加熱されるべき流体を受け入れるように構成された第二の流体加熱チューブを有する第二の熱交換器ブロックを備えている。前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックは、互いに対向する内部表面を有している。加熱ユニットは、前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックの間に位置決めされている。本発明のある実施態様においては、前記加熱ユニットは、１または２以上の加熱要素を含む正の温度係数を有するヒーター（ＰＴＣヒーター）である。前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックの間に、前記加熱要素が収容されるキャビティを形成するようにしてもよく、あるいは、かかるキャビティを形成することなく、前記加熱要素を、前記第一の熱交換器ブロックおよび前記第二の熱交換器ブロックに隣接するように位置決めすることもできる。
【０００８】
本発明のある好ましい実施態様によれば、第一のバス・プレートおよび第二のバス・プレートによって、前記第一のバス・プレートおよび前記第二のバス・プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数のＰＴＣ加熱要素に電力が供給される。複数のＰＴＣ加熱要素は、それぞれ、第一の伝導性プレートおよび第二の伝導性プレートと、前記第一の伝導性プレートおよび前記第二の伝導性プレートとの間に、電気的に並列にサンドイッチされた複数の正の温度係数を有する複数の加熱ストーンを有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メインテナンスの問題を複雑化させることなく、内部爆発を抑制することができ、コスト、重量およびサイズを増大させることを防止した流体ヒーターを提供することがン可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、２つの積層型熱交換器ブロックを備えた熱交換器と容量制御バルブを有する本発明の好ましい実施態様にかかる流体ヒーターの等角図である。
【図２】図２は、その内部に収容されたチューブと、加熱要素を理解しやすくするために、熱交換器ブロックの１つが想像線で描かれた図１の流体ヒーターの等角分解図である。
【図３】図３は、図１流体ヒーターの各熱交換器ブロックに用いられたチューブの等角図である。
【図４Ａ】図４Ａは、熱を図１の流体ヒーターの熱交換器ブロックに供給するために用いられた正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素の等角図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素の分解図であり、個々のストーンの配置を示している。
【図５】図５は、本発明の第二の好ましい実施態様を示す等角分解図であり、加熱要素の構成要素を、熱交換器ブロックのキャビティ内に位置決めする場合が示されている。
【図６】図６は、図５の実施態様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ヒーター１０は、対向するように取り付けられた２つの熱交換器ブロック１３および１４を含んだ熱交換器１２を備え、熱交換器ブロック１３および１４は、熱交換器ブロック１３および１４の間にサンドイッチされた８つの正の温度係数（ＰＴＣ）を有する加熱要素１６を備えている。実際上は、正の温度係数を有する加熱要素１６の数は、用途に応じて、変化させることができる。正の温度係数を有する加熱要素１６の数は、６以下から、１４以上の間で、変化させることができる。
【００１２】
熱交換器ブロック１３および１４のそれぞれは、アルミニウムなどの熱伝導性を有する材料をキャスティングすることによって形成され、図２および図３に最もよく図示されているように、その内部に、一体的な流体加熱チューブ１８を備えている。各流体加熱チューブ１８は、入口２０と出口２２を備えている。熱交換器ブロック１３および１４の流体加熱チューブ１８は、第一の熱交換器ブロック１３の流体加熱チューブ１８の出口２２と、第二の熱交換器ブロック１４の流体加熱チューブ１８の入口２０とを接続する連結チューブ２４によって、直列に連結されている。
【００１３】
チューブ１８は、ブロック１３およびブロック１４内に、所望の方法を用いて、形成することができる。１つの方法としては、チューブ１８を、所定の形状およびサイズを有するステンレススチール、炭素鋼あるいはアルミニウムのチューブとして構成し、所定の位置にあるチューブのまわりに、アルミニウムをキャスティングして、最終的に、ブロック１３およびブロック１４を得るという方法が挙げられる。別の所望の方法としては、ブロック１３およびブロック１４内に、キャスティングプロセスで形成されたチューブを有するブロックをキャスティングするという方法が挙げられる。これら以外の方法を用いることもできる。
【００１４】
熱交換器ブロック１４は、その間に、ボルトあるいは他のファスナーやクランプなどのファスナー２６によって、サンドイッチされている加熱要素１６と向かい合うように、しっかりと固定される。電源２８から、好ましくは、１００ボルトないし２４０ボルトの電力が、加熱要素１６に供給される。流量制御バルブ３０が、第一の熱交換器ブロック１３の気化チューブ１８の入口２０に連結され、流量制御バルブ３０によって、液化石油ガス貯蔵タンクなどの流体源３２から、流体が加熱されて、気化する熱交換器１２への流体の流れが制御される。気化した流体は、第二の熱交換器ブロック１４の流体加熱チューブ１８の出口２２から、流出し、出口チューブ２９に供給される。
【００１５】
ヒーター１０に用いられるＰＴＣ加熱要素１６の一例が、図４Ａに示され、その分解図が図４Ｂに示されている。かかるＰＴＣ加熱要素１６はよく知られており、当技術分野において、「ストーン」と呼ばれる複数の熱生成コンポーネントを備え、互いに離間した一対の平面状の伝導性プレート１６ａ、１６ｂを含んでいる。各ストーンは、その中を電流が流れるにしたがって、発熱する。ストーン１６ｃは、伝導性プレートの間に配置されている。ＰＴＣ加熱要素１６は、平らで、ローサイドのプロファイルを有している。導線１６ｄが、プレート１６ａの端部に接続され、導線１６ｅが、プレート１６ｂの端部に接続されており、伝導性プレートの間のストーンを横切って、電圧が供給される。すべてのストーンは、供給電圧に並列に、接続されている。ストーン１６ｃは、各ストーンが、伝導性プレート１６ａに電気的に接触する一方の表面と、伝導性プレート１６ｂに電気的に接触する他方の表面を有するように、伝導性プレート１６ａ、１６ｂの間に、列状に配置されている。電流は、ストーンを通って、プレート１６ａから、プレート１６ｂに流れ、これらを加熱する。
【００１６】
ストーン１６ｃは、伝導性プレート１６ａ、１６ｂによって、それを横切るように供給された電圧に応答して、熱を生成する感熱性半導体レジスタ材料によって形成され、それを横切るように供給された電圧のいかんにかかわらず、実質的に同じ熱を出力する性質を有している。このように、ＰＴＣ加熱要素１６は、電源２８で用いられる電圧とは無関係に、正確に一定の熱を生成する。したがって、従来の電気ヒーターのように、所望の熱を生成するために、注意深く、かつ、正確に、ＰＴＣ加熱要素１６の電源を調整する必要がない。そのため、簡易な構成を有し、安価なヒーターを提供することが可能になる。また、電源システムが互いに全く異なる国々で用いることができるようにするために、電力を正確に調整するという従来のヒーターに対する要求およびそのためのコストを低減することが可能になる。したがって、ＰＴＣ加熱要素１６は、加熱要素のために電力を供給する電源システムに注意を払うことなく、広く使用することができる。
【００１７】
本発明のある実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１６は、インディアナ州のノース・ウェブスターのデッコー・エンタープライズ（Dekko Enterprise）によって販売された５つのストーンを用いたＥＢスタイル（EB style）である。ＥＢスタイルのサンプルとしては、１２０ないし２３０ボルトの電圧を用いたときに、５つのストーンを用いたＰＴＣ加熱要素が、１０３ない１１７℃の表面温度を生成するものがある。
【００１８】
本発明のある実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１６が、それぞれ、高い熱伝導率を有する材料によって形成された電気絶縁性ジャケット１７内に、パッケージされている。ジャケット１７は、図４Ａにおいて、ＰＴＣ加熱要素１６の伝導性プレート１６ａ、１６ｂが見えるように、その一部が取り除かれて、図示されている。
【００１９】
ＰＴＣ加熱要素１６が、その間の熱伝導が促進されるように、伝導性金属よりなる熱交換器ブロックの間に、しっかりとサンドイッチされると、ジャケット１７は、加熱要素の伝導性プレート１６ａ、１６ｂが、熱交換器ブロックに、電気的に接触することを防止するとともに、同時に、加熱要素によって生成された熱が、ジャケットを介して、熱交換器ブロックに効率的に伝熱されることを許容する。ＰＴＣ加熱要素１６の電気絶縁性を有し、熱伝導性を有するジャケット１７は、現在、ウィルミングトン・デラウエア（Wilmington Delaware）のデュポン・ヌムール・カンパニー（du Pont de Nemours and Company）から入手可能なポリアミドフィルムである「カプトン（KAPTON）」（登録商標）によって形成することができる。
【００２０】
ＰＴＣ加熱要素１６を用いることによって、他の利点も理解されるであろう。上述のとおり、ストーン１６ｃは、伝導性プレート１６ａ、１６ｂの間に、列状に配置され、１つのストーンが損なわれた場合に、伝導性プレートの間に配置された他のストーンが、動作し続け、熱を生成し続けるため、加熱要素に、全面的な不具合が生じることを防止することが可能になる。この点に関し、図１に示されるように、加熱要素が電源２８に並列の接続されるように、加熱要素１６の複数の導線１６ｄはともに接続され、加熱要素１６の複数の導線１６ｅもともに接続されている。かかる構成により、加熱要素１６の１つが完全に損なわれた場合にも、他の加熱要素１６が、電力を供給し続け、動作し続ける。いくつかの加熱要素中のいくつかのストーンが故障した場合でも、さらには、いくつかの加熱要素が完全に故障した場合においても、他の加熱要素が依然として十分な熱を供給し、熱交換器１２に供給される流体を所望のように、加熱することができるように、十分に数多くの加熱要素１６が用いられる。
【００２１】
他の利点は、ＰＴＣ加熱要素１６が、動作可能で、ＰＴＣ加熱要素１６が作動している環境の温度が、その温度を超え始めたときに、出力される電力を低減させるような回復温度（cure temperature）を有している点で、自己調整機能を有しているという事実に起因するものである。ＰＴＣ加熱要素１６が自己調整機能を有しているため、電源２８によって供給される電力は、温度が制御不能に上昇するという危険な状況を生じさせるおそれなしに、単に、ＰＴＣ加熱要素１６に直接的に接続される。その結果、従来の抵抗型加熱要素において要求されていた高価な加熱温度制御回路が不要になり、過熱のおそれがなくなる。
【００２２】
図５は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるヒーター１００の分解図であり、また、図６は、図５の６−６線に沿った断面図である。キャビティあるいは凹部１１０が形成された表面１２６を備えた第一の熱交換器ブロック１１４が図示されている。キャビティ１１０のすべての側部は、最小壁厚Ｔを有している。表面１２８を有する第二の熱交換器ブロック１２０は、第一の熱交換器ブロック１１４の表面１２６に対応するように、構成されている。熱交換器ブロック１１４、１２０は、熱交換器ブロック１３、１４と同様に、アルミニウムあるいは他の材料を、チューブのまわりに、キャスティングすることによって構成することもできる。図６においては、熱交換器ブロック１２０は、平らな表面１２８を有するように描かれている。あるいは、２つの熱交換器ブロック１１４、１２０が同じ構成を有し、交換可能なように、キャビティ１１０を、２つの熱交換器ブロックに形成するようにしてもよい。本実施態様によれば、表面１２６、１２８は、平面的にではなく、互いに、適合する形状を有している。図５および図６に示された実施態様によれば、キャビティ１１０は、その中の加熱アセンブリーの平面的な構成に適合する平らな表面を有している。別の好ましい実施態様によれば、キャビティ１１０は、平面的でない形状を有する加熱要素あるいは加熱アセンブリーに適合するように構成された平面的でない表面を有している。
【００２３】
非導電性の位置合わせ用ピン１３２が、キャビティ１１０の各端部に向かうように位置した凹部１３４内に位置決めされている。電気絶縁性パッド１１７が、キャビティ１１０内に、高い熱伝導率を有する材料によって形成されている。本発明の好ましい実施態様によれば、パッド１１７は、表面のボイドと凹凸に適合するように、ある程度の弾性と適合可能性を有し、その結果、伝熱に対して、最大の接触が維持される。パッド１１７は、位置合わせ用ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１３８を備えている。パッド１１７の隣には、ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１４０を備えた第一のパワー・バス・プレート１１９が設けられている。弾性を有する非導電性の位置合わせ用マスク１３６が、第一のバス・プレート１１９に隣接するように、位置決めされている。マスク１３６には、ピン１３２に係合する位置合わせ用ノッチ１４２と、複数の切り欠き部１３７が設けられている。
【００２４】
ＰＴＣ加熱要素１１６は、バス・プレートの長さ方向に沿って、マスク１３６の各切り欠き部１３７内に位置決めされている。ＰＴＣ加熱要素１１６は、図４Ａおよび図４Ｂを引用して説明を加えたＰＴＣ加熱要素１６と同様の構成を有している。本実施態様においては、ＰＴＣ加熱要素１１６は、導線１６ｄおよび導線１６ｅを備えてはいない。さらに、ここで説明を加えたように、複数のＰＴＣ加熱要素１１６は、共通のバスに接続されているから、電気絶縁性のジャケット１７を有してはいない。
【００２５】
ＰＴＣ加熱要素１１６の上方には、第二のパワー・バス・プレート１２１が設けられ、さらに、位置合わせ用ノッチ１４０、１３８を備えた第二の電気絶縁性パッド１２３が設けられている。第二の熱交換器ブロック１２０は、第一のブロック１１４にクランプされ、その間に、上述したコンポーネントを備えている。パワー・バス・プレート１１９、１２１は、それぞれ、アルミニウム、銅、スチール、銀被覆基板、その他の所望の熱伝導体によって、形成することができる。一方のパワー・バス・プレート１１９は、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６の一方の側部に、並列に接続され、他方のパワー・バス・プレート１２１は、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６の他方の側部に、並列に接続されている。電力は、バス１１９から、ＰＴＣ加熱要素１１６を介して、バス１２１に供給され、その結果、すべてのＰＴＣ加熱要素１１６が、同時に加熱される。この利点については、別途、説明されている。
【００２６】
電気絶縁性のパッド１１７、１２３は、第一の熱交換器ブロック１１４および第二の熱交換器ブロック１２０のクランプ圧力によって、圧縮されたときに、それらの一方の側部が、パワー・バス・プレート１１９、１２１のそれぞれの表面に適合し、それらの他方の側部が、熱交換器ブロック１１４、１２０のそれぞれの表面に適合するように、ある程度の弾性を有している。圧力は、アルミニウムのバス・プレート１１９、１２１と、ＰＴＣ加熱要素１１６の上側表面および下側表面との間で、均一に保持される。圧力は、バス・プレート１１９、１２１と、ＰＴＣ加熱要素１１６との間に、電気的な接触が確実に確保され、伝導性プレート１６ｂおよび１６ａが、それぞれ、バス・プレート１１９、１２１に電気的に接触するように、選択される。パワー・バス・プレート１１９、１２１は、それぞれ、コンタクトタブ１２４を備えている。電源２８からの電気的接続用のワイヤー１２２、１２３は、コンタクトタブ１２４で、バス・プレート１１９、１２１に接触している。デバイス１００の外側から、キャビティ１１０に向けて、通過する孔１３０が、接続部１２２、１２３のデバイス内への通路を提供している。孔１３０は、接続用のワイヤー１２２、１２３の通路の存在を許容するように構成された防爆シール（図示せず）によって、閉じられていてもよい。このようなシールは、本技術分野において、周知であり、燃焼や爆発の懸念がある他の分野において、用いられている。電力は、電気的接続用のワイヤー１２２、１２３を介して、バス・プレート１１９、１２１のコンタクトタブ１２４に供給され、そこから、ＰＴＣ加熱要素１１６のそれぞれに供給される。
【００２７】
キャビティ１００は、熱交換器ブロック１１４、１２０が一緒にクランプされたときに、パッド１１７、パワー供給バス・プレート１１９、１２１ならびにＰＴＣ加熱要素１１６が、一緒に、適当にバイアスされて、熱交換器ブロック１１４の表面１２６が、熱交換器ブロック１２０の表面１２８に押圧されるような適当な深さを有している。これは、防爆アセンブリを提供するためである。
【００２８】
本発明の原理にしたがって説明されたような安全定格を決定する規則およびデバイスの保証（Regulations governing safety ratings and certifications of devices）は、与えられた環境下で、使用する際の安全性が保証されるようにするため、デバイスが所定の制限内にある特徴を備えていることを要求する。たとえば、防爆性を保証するためには、ある規制基準にしたがって、可燃性液体を気化させるために用いられるデバイスは、燃焼源と、デバイスの外部との間に、ある最小壁厚を有していなければならない。本発明におけるブロック１１４、１２０の壁は、かかる基準に適合するものである。たとえば、側壁１２７の厚さＴは、この最小厚さに合致し、あるいは、この最小厚さを超えるように選択される。
【００２９】
さらに、壁内の通路あるいは２つのブロック１１４、１２０の間のギャップは、内部での燃焼が爆発に至らないようにする場合には、圧力を解放する通気口として構成される。通気口が適当なサイズを有している場合には、爆発を生じさせるような圧力が生成されることはない。デバイス内で発生している炎が外部に到達しないように、圧力を適当に解放するためには、ギャップあるいは通路の長さと幅の間に、ある関係が存在する。さらに、デバイスの全容積とキャパシティが、かかる証明のために満たされるべきパラメーターに影響を与える。図５および図６に示された実施態様にかかるデバイスは、ナショナル電気コード（National Electrical Code (NEC)）によって規定されてる危険な領域定格クラスＩのディビジョン１（a hazardous area rating Class I, Division 1）に適合するように構成されている。したがって、このデバイスは、十分に安全であると評価され、潜在的に爆発の危険がある領域内で使用される場合においても、爆発はしないし、また、それに近い可燃性材料の燃焼が始まることもない。同様のキャパシティを有する従来の気化器およびヒーターでは、安全基準に適合させるためには、別体の保護ケーシングが必要であった。
【００３０】
図示された本発明の実施態様の場合には、熱交換器ブロック１１４、１２０は、完全に、加熱要素、電力接続部および流体加熱チューブを取り囲むように、互いに適合させて、構成されている。したがって、ユニットは、さらにシールドを設けることを要せずに、ＮＥＣの基準に合致している。このため、本発明のデバイスの製造コストを、既知のヒーターや気化器に比して、大幅に低減させることができる。熱交換器ブロック１１４、１２０は、チューブを取り囲み、加熱要素を取り囲み、熱交換器として機能し、さらに、防爆用筺体を提供するなどの数多くの意義を有している。
【００３１】
図４および図５に図示された熱交換器ブロックの防爆特性は、用いられている加熱要素のタイプとは無関係であることに注意すべきである。したがって、ここに開示された構成以外の構成を有するＰＴＣ加熱要素も、加熱要素を包み込んで保護する熱交換器ブロックとともに使用される他のタイプの加熱コイルや加熱要素も、いずれも、本発明の範囲内にある。キャビティ１１０の内部表面は平面状である必要はなく、防爆のためのシールを提供する一方で、ブロック１１４、１２０への熱交換効率を最大化するために、使用している加熱要素の形状に適合していればよい。
【００３２】
熱交換器ブロック１１４、１２０は、それぞれ、図５および図６に示された単一のキャビティ１１０の約１／２の深さを有するキャビティを備えていてもよく、その場合には、２つのキャビティの組み合わせによって、所定の寸法の１つのキャビティが形成されるように、これらのキャビティは、互いに反対側に位置決めされる。このように構成することによって、ブロック１１４、１２０を同一形状に設計することができ、したがって、デバイスの製造および組み立てを簡易化することが可能になる。デバイスが使用される環境が防爆性を要求せず、あるいは、加熱される流体が可燃性を有していないため、防爆性が問題にならないような場合には、キャビティを設けることは必要でなく、また、加熱要素を、ブロックの間に位置決めし、必要に応じて、シールすることができる。
【００３３】
本発明のある実施態様によれば、キャビティは、熱交換器ブロック内に形成されず、一方の側部から他方の側部に連通する孔を有し、ブロックの間にサンドイッチされたプレートに含まれるように形成される。孔の開口部は、熱交換器ブロックと接触するプレートの表面に位置し、また、孔は、加熱要素をその内部に受け入れることができるようなサイズを有している。
【００３４】
このデバイスの動作は、以下のとおりである。電気接続用ワイヤ１２２、１２３を介して、電圧が、電源２８からヒーター１００に供給される。電気接続用ワイヤ１２２、１２３とのコンタクトを介して、電力が、パワー・バス・プレート１１９、１２１に供給される。ＰＴＣ加熱要素は、それぞれ、バス・プレート１１９、１２１を介して、電源に接続されている。ＰＴＣ加熱要素１１６は、その回復温度に加熱される。熱は、加熱要素から、パワー・バス・プレート１１９、１２１および電気絶縁性のパッド１１７を介して、熱交換器ブロック１１４、１２０に伝達される。熱は、さらに、流体が加熱されて、気化されるべき流体加熱チューブ１８内の流体に伝達される。チューブ１８内の流体の最大流速は、流量制御バルブ３０によって、流体が所望の温度に達するように、調整される。ある場合には、所望の温度は、水、液化石油生成物や他の流体などの加熱されている流体の沸点にほぼ等しい温度である。ある流体および用途では、流体が、出口において、完全に気化するように、温度が選択される。ＰＴＣ加熱要素１１６の自己調整機能を有しているので、ＰＴＣ加熱要素１１６は、デバイスに流入する流体の温度変化あるいは流速変化を吸収するために、電源２８から供給される電流を、ＰＴＣ加熱要素１１６の最大電力定格まで、修正する。
【００３５】
図５および図６に示された実施態様は、既知のデバイスや、上述した実施態様に比して、いくつかの利点を有している。バス・プレート１１９、１２１を用いることによって、導線１６ｄおよび導線１６ｅが不要になり、その結果、安価に製造することができ、故障するおそれが少ない簡易な構造を実現することができ、より経済的で、信頼できるデバイスを実現することが可能になる。
【００３６】
以上、本発明を、液化ガス気化器につき説明を加えたが、本発明の原理は、他のタイプのヒーターや気化器にも適用することができる。本発明の他の用途としては、家庭用温水ヒーターや、流体およびガスを予熱するなどの工業的用途、病院や他の医療施設用の流体ヒーターが挙げられる。本発明は、とくに、誤作動した場合においても、患者に火傷を負わせることがないように、流体加熱デバイスが念入りに調整される医療用途に有用である。さらに、用いられているＰＴＣ加熱要素が自己調整機能を有しているため、このデバイスは、そのような用途に用いる場合に、きわめて安全であり、経済的である。本発明の他の用途としては、炭化水素ガスを燃焼させるエンジンによって作動される自動車が挙げられる。かかる自動車は、使用に先立って、気化される必要がある液化ガスのタンクを搭載している。
【００３７】
上述したところから、例示の目的で、ここでは、本発明の特定の実施態様につき、説明を加えたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに、種々の修正が可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲以外によって、限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ヒーター
１２  熱交換器
１３  第一の熱交換器ブロック
１４  第二の熱交換器ブロック
１６  ＰＴＣ加熱要素
１６ａ、１６ｂ  伝導性プレート
１６ｃ  ストーン
１６ｄ、１６ｅ  導線
１７  ジャケット
１８  流体加熱チューブ
２０  流体加熱チューブの入口
２２  流体加熱チューブの出口
２４  連結チューブ
２６  ファスナー
２８  電源
２９  出口チューブ
３０  流量制御バルブ
３２  流体源
１００  ヒーター
１１０  キャビティ
１１４  第一の熱交換器ブロック
１１６  ＰＴＣ加熱要素
１１７  パッド
１１９  第一のパワー・バス・プレート
１２０  第二の熱交換器ブロック
１２１  第二のパワー・バス・プレート
１２２  ワイヤー
１２３  パッド
１２４  コンタクトタブ
１２６  第一の熱交換器ブロックの表面
１２８  第二の熱交換器ブロックの表面
１３０  孔
１３２  位置合わせ用ピン
１３６  位置合わせ用マスク
１３７  切り欠き部
１３８  位置合わせ用ノッチ
１４０  位置合わせ用ノッチ
１４２  位置合わせ用ノッチ
【図１】
2011091040.tif 000003
【図２】
2011091040.tif 000004
【図３】
2011091040.tif 000005
【図４Ａ】
2011091040.tif 000006
【図４Ｂ】
2011091040.tif 000007
【図５】
2011091040.tif 000008
【図６】
2011091040.tif 000009