(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱手段の複雑な制御によらず、流量変動するエンジン用燃料インジェクタの被加熱流体を加熱して加熱流体とすることが可能な流体加熱方法及び流体加熱装置を提供する。【解決手段】流体加熱方法は、流量変動がある被加熱流体Ｆを加熱して加熱流体とする流体加熱方法であって、加熱手段１０と熱媒介手段２０とを用い、加熱手段１０によって熱媒介手段２０を介して管壁３０中の被加熱流体Ｆを加熱する。  流体加熱装置は、流量変動がある被加熱流体Ｆを加熱して加熱流体とする流体加熱装置であって、加熱手段１０と、熱媒介手段２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱方法であって、
加熱手段と熱媒介手段とを用い、該加熱手段によって該熱媒介手段を介して被加熱流体を加熱することを特徴とする流体加熱方法。
【請求項２】
上記被加熱流体が、該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有することを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。
【請求項３】
上記加熱流体は、亜臨界ないし超臨界状態まで加熱されることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。
【請求項４】
上記熱媒介手段として、加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。
【請求項５】
上記熱媒介手段として、加熱目標温度において流体である流体状熱媒介手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。
【請求項６】
上記流体状熱媒介手段として、加熱目標温度付近において臨界点を有する流体状熱媒介手段を用いることを特徴とする請求項５に記載の流体加熱方法。
【請求項７】
上記被加熱流体を加熱して上記加熱流体とするに当たり、上記流体状熱媒介手段の圧力を制御することを特徴とする請求項５に記載の流体加熱方法。
【請求項８】
上記流体状熱媒介手段の圧力を制御するに当たり、該流体状熱媒介手段の温度と圧力とを計測し、これらに基づいて目標圧力を設定することを特徴とする請求項７に記載の流体加熱方法。
【請求項９】
流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱装置であって、
加熱手段と、熱媒介手段とを備えることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項１０】
上記被加熱流体が、該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有することを特徴とする請求項９に記載の流体加熱装置。
【請求項１１】
上記加熱流体が加熱され、亜臨界ないし超臨界状態の加熱流体となることを特徴とする請求項９に記載の流体加熱装置。
【請求項１２】
上記熱媒介手段は、加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段であることを特徴とする請求項９に記載の流体加熱装置。
【請求項１３】
上記熱媒介手段は、加熱目標温度において流体である流体状熱媒介手段であることを特徴とする請求項９に記載の流体加熱装置。
【請求項１４】
上記流体状熱媒介手段は、加熱目標温度付近において臨界点を有する流体状熱媒介手段であることを特徴とする請求項１３に記載の流体加熱装置。
【請求項１５】
上記流体状熱媒介手段の圧力を制御する圧力制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の流体加熱装置。
【請求項１６】
上記流体状熱媒介手段の温度を計測する温度計測手段と、上記流体状熱媒介手段の圧力を計測する圧力計測手段と、これらから得られる計測データに基づいて上記圧力制御手段の目標圧力を設定する目標圧力制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の流体加熱装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体加熱方法及び流体加熱装置に係り、更に詳細には、加熱手段の複雑な制御によらず流量変動する被加熱流体を加熱して加熱流体とすることが可能な流体加熱方法及び流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用エンジンに設けられ、液体燃料を燃料通路に流通させて外部へ噴射する燃料インジェクタにおいて、燃料流通路の周囲に、加熱されて相転移する蓄熱材を内蔵した燃料インジェクタが提案されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平３−０５２３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に燃料を加熱する際、供給される燃料が流量変動しない連続流の場合には、特に問題は生じないが、供給される燃料が間欠流のように流量変動を伴うときには問題が生じる。
即ち、ヒータによって直接加熱する場合、燃料が流通しているときは多くの熱量を必要とする一方で、燃料が流通していないときは多くの熱量を必要としないため、ヒータが高温になって、溶解するおそれがある。
従って、ヒータによって直接加熱する場合には、流通している燃料を急速に昇温させることが必要であり、上述したヒータの溶解を回避するためには、ヒータの運転において非常に複雑な制御が必要となる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱手段の複雑な制御によらず、流量変動する被加熱流体を加熱して加熱流体とすることが可能な流体加熱方法及び流体加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねたところ、加熱手段と熱媒介手段とを用い、加熱手段によって熱媒介手段を介して加熱することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の流体加熱方法は、流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱方法であって、加熱手段と熱媒介手段とを用い、該加熱手段によって該熱媒介手段を介して被加熱流体を加熱することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の流体加熱装置は、流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱装置であって、加熱手段と、熱媒介手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱手段と熱媒介手段とを用い、加熱手段によって熱媒介手段を介して加熱することなどとしたため、加熱手段の複雑な制御によらず、流量変動する被加熱流体を加熱して加熱流体とすることが可能な流体加熱方法及び流体加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の流体加熱方法について説明する。
上述の如く、本発明の流体加熱方法は、流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱方法であって、加熱手段と熱媒介手段とを用い、加熱手段によって熱媒介手段を介して被加熱流体を加熱する方法である。
通常、被加熱流体が間欠的に流量変動する場合には、急速な昇温が必要となり、加熱手段によって直接加熱するときは、大容量の加熱手段が必要となる。そして、流体の流通時にはこのような加熱手段の出力を上げ、流体の停止時には加熱手段の出力を下げる制御をしないと、加熱手段が溶解してしまうおそれがある。そのため、流体の流通と同期させて通電する必要があるが、その制御は非常に難しい。
そこで、本発明のような手法とすることにより、複雑な制御をすることなく、流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とすることができ、その結果、大容量の加熱手段を設ける必要もなくなる。
【００１０】
また、本発明の流体加熱方法においては、被加熱流体として、被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有する被加熱流体を用いる。
被加熱流体の臨界圧力を１００％としたときの相対圧力が９５％未満では、液体から気体への相転移が起こる可能性があり、その際、熱媒介手段から被加熱流体への熱伝導率が急激に低下することがあり、流体が流通しているにも関わらず、熱媒介手段や加熱手段が奪われる熱量が小さくなり、熱媒介手段や加熱手段の溶解が起こることがある。
一方、臨界圧力の９５％以上では、被加熱流体の熱容量自体が変化することにより、液体から気体への相転移における潜熱分が小さくなり、熱伝達率も連続的な変化となる。
そこで、上述したような被加熱流体を用いることは、急激な熱伝導率の低下を抑制することができ、熱媒介手段や加熱手段の溶解をより抑制することができるという観点から望ましい。
【００１１】
更に、本発明の流体加熱方法においては、加熱流体は、亜臨界ないし超臨界状態の加熱流体であってもよい。
加熱目標温度を被加熱流体の亜臨界ないし超臨界温度とすることなどにより、流量変動がある被加熱流体であっても亜臨界ないし超臨界流体とすることができる。
なお、「亜臨界ないし超臨界状態」とは、物質により異なるが、その温度が物質の臨界温度に対する相対温度に換算して、１．０以上であり、その圧力が、物質の臨界圧力に対する相対圧力に換算して１．１以上である状態をいう。
【００１２】
また、本発明の流体加熱方法においては、熱媒介手段として、加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段を用いることができる。
固体状熱媒介手段としては、例えば、真鍮などの金属や、蓄熱ヒータに用いるセラミック製のものを用いることができる。
このような構成とすることによっても、複雑な制御をすることなく、流体を加熱することができ、その結果、大容量の加熱手段を設ける必要もなくなる。
【００１３】
一方、本発明の流体加熱方法においては、熱媒介手段として、加熱目標温度において流体である流体状熱媒介手段を用いることもできる。
流体状熱媒介手段としては、例えば、被加熱流体より熱容量の大きい材質から成るものを用いることができる。
このような構成とすることによっても、複雑な制御をすることなく、流体を加熱することができ、その結果、大容量の加熱手段を設ける必要もなくなる。
なお、流体状熱媒介手段を用いる場合には、それを保持する容器が必要である。
【００１４】
また、本発明の流体加熱方法においては、流体状熱媒介手段として、加熱目標温度付近において臨界点を有する流体状熱媒介手段を用いることが望ましい。
通常、臨界点付近では熱容量（＝定圧比熱（Ｃｐ））の値が極大となり、熱媒介手段としての性能が向上する。
加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段では熱容量は殆ど変化しないので、常温から昇温を開始する場合、流体を加熱する前に熱媒介手段の温度をあげるために、多くのエネルギーを必要としてしまう。
そこで、上述のような流体状熱媒介手段を用いることにより、熱媒介手段の熱容量は臨界点付近以外では小さいので、常温から昇温を開始する場合でも、熱媒介手段の温度を上げるために必要なエネルギーを少なくできる。
なお、「加熱目標温度付近」とは、被加熱流体を加熱する目標温度の±１０℃程度の温度範囲をいう。
【００１５】
更に、本発明の流体加熱方法においては、被加熱流体を加熱して加熱流体とするに当たり、流体状熱媒介手段の圧力を制御することが望ましい。
通常、流体状熱媒介手段の圧力を変化させると、Ｃｐの値の極大値及び極大となる温度が変化する。そこで、各温度においてＣｐの極大値で流体状熱媒介手段を使用するためには、圧力を制御することが望ましい。
このような構成とすることにより、加熱目標温度と流体状熱媒介手段の臨界温度が多少異なっていても、加熱目標温度においてＣｐの極大値を得ることができる。
【００１６】
更にまた、本発明の流体加熱方法においては、流体状熱媒介手段の圧力を制御するに当たり、流体状熱媒介手段の温度と圧力とを計測し、これらに基づいて目標圧力を設定することが望ましい。
流体状熱媒介手段の温度を加熱目標温度よりも、いくばくか高い温度にすることにより、換言すれば、加熱目標温度より少し高い温度でＣｐの極大を得るようにフィードバック制御することにより、被加熱流体へ熱をより伝達できる。
【００１７】
次に、本発明の流体加熱装置について説明する。
上述の如く、本発明の流体加熱装置は、流量変動がある被加熱流体を加熱して加熱流体とする流体加熱装置であって、加熱手段と、熱媒介手段とを備えるものである。
このような構成とすることにより、複雑な制御をすることなく、流体を加熱することができ、その結果、大容量の加熱手段を設ける必要もなくなる。
【００１８】
また、本発明の流体加熱装置においては、被加熱流体は、被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有する被加熱流体であってもよい。
被加熱流体は、自身の臨界圧力の９５％以上では、被加熱流体の熱容量自体が変化することにより、液体から気体への相転移における潜熱が小さくなる。また、熱伝達率は気体に比べ液体のように高く維持できる。
したがって、急激な熱伝導率の低下を抑制することができ、熱媒介手段や加熱手段の溶解をより抑制することができるという観点から望ましい。
【００１９】
更に、本発明の流体加熱装置においては、加熱流体は、亜臨界ないし超臨界状態の加熱流体であってもよい。
【００２０】
また、本発明の流体加熱装置においては、熱媒介手段は、加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段であってもよく、加熱目標温度において流体である流体状熱媒介手段であってもよい。
固体状熱媒介手段としては、例えば、真鍮などの金属や、蓄熱ヒータに用いるセラミック製のものを用いることができる。
一方、流体状熱媒介手段としては、例えば、被加熱流体より熱容量の大きい材質から成るものを用いることができる。
これらのような構成とすることによっても、複雑な制御をすることなく、流体を加熱することができ、その結果、大容量の加熱手段を設ける必要もなくなる。
【００２１】
更に、本発明の流体加熱装置においては、流体状熱媒介手段は、加熱目標温度付近において臨界点を有する流体状熱媒介手段であることが望ましい。
通常、臨界点付近では熱容量（＝定圧比熱（Ｃｐ））の値が極大となり、熱媒介手段としての性能が向上する。
加熱目標温度において固体である固体状熱媒介手段では熱容量は殆ど変化しないので、常温から昇温を開始する場合、流体を加熱する前に熱媒介手段の温度をあげるために、多くのエネルギーを必要としてしまう。
そこで、このような構成とすることにより、熱媒介手段の熱容量は臨界点付近以外では小さいので、常温から昇温を開始する場合でも、熱媒介手段の温度を上げるために必要なエネルギーを少なくできる。
【００２２】
また、本発明の流体加熱装置においては、流体状熱媒介手段の圧力を制御する圧力制御手段を更に備えることが望ましい。
通常、流体状熱媒介手段の圧力を変化させると、Ｃｐの値の極大値及び極大となる温度が変化する。そこで、各温度においてＣｐの極大値で流体状熱媒介手段を使用するためには、圧力を制御することが望ましい。
このような構成とすることにより、加熱目標温度と流体状熱媒介手段の臨界温度が多少異なっていても、加熱目標温度においてＣｐの極大値を得ることができる。
【００２３】
更に、本発明の流体加熱装置においては、流体状熱媒介手段の温度を計測する温度計測手段と、流体状熱媒介手段の圧力を計測する圧力計測手段と、これらから得られる計測データに基づいて流体状熱媒介手段の目標圧力を設定する目標圧力制御手段とを更に備えることが望ましい。
流体状熱媒介手段の温度を加熱目標温度よりも、いくばくか高い温度にすることにより、換言すれば、加熱目標温度より少し高い温度でＣｐの極大を得るように温度と圧力を計測して目標圧力となるようにフィードバック制御することにより、被加熱流体へ熱をより伝達できる。
【実施例】
【００２４】
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。
【００２５】
（実施例１）
図１は、実施例１の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、ヒータなどの加熱手段１０と、熱媒介手段２０とを備える。
また、管壁３０で形成された流路３２内を燃料などの被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された熱媒介手段２０を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
【００２６】
（実施例２）
図２は、実施例２の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段２０とを備える。
また、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された熱媒介手段２０を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
【００２７】
（実施例３）
図３は、実施例３の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段２０とを備える。
また、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された熱媒介手段２０を介して被加熱流体を加熱して、亜臨界ないし超臨界状態の加熱流体とする。
【００２８】
（実施例４）
図４は、実施例４の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である固体状熱媒介手段２２とを備える。
また、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された固体状熱媒介手段２２を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【００２９】
（実施例５）
図５は、実施例５の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である固体状熱媒介手段２２とを備える。
また、管壁を兼ねる固体状熱媒介手段２２で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された固体状熱媒介手段２２を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【００３０】
（実施例６）
図６は、実施例６の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である流体状熱媒介手段２４とを備える。また、流体状熱媒介手段２４は、管壁３０で囲まれた領域に配設されている。
一方、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された流体状熱媒介手段２４を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【００３１】
（実施例７）
図７は、実施例７の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である流体状熱媒介手段２４とを備える。また、流体状熱媒介手段２４は、加熱目標温度付近で臨界点を有すると共に、管壁３０で囲まれた領域に配設されている。
一方、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された流体状熱媒介手段２４を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【００３２】
（実施例８）
図８は、実施例８の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である流体状熱媒介手段２４と、流体状熱媒介手段２４の圧力を制御する圧力制御手段４０とを備える。また、流体状熱媒介手段２４は、加熱目標温度付近で臨界点を有すると共に、管壁３０で囲まれた領域に配設されている。
一方、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された流体状熱媒介手段２４を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。その際、流体状熱媒介手段２４は、圧力制御手段４０によって圧力を制御される。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【００３３】
（実施例９）
図９は、実施例９の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。同図に示すように、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０と、熱媒介手段の一例である流体状熱媒介手段２４と、流体状熱媒介手段２４の圧力を制御する圧力制御手段４０と、流体状熱媒介手段２４の温度を計測する図示しない温度計測手段と、流体状熱媒介手段２４の圧力を計測する図示しない圧力計測手段と、これらから得られる計測データに基づいて当該圧力制御手段４０の目標圧力を設定する目標圧力制御手段５０とを備える。また、流体状熱媒介手段２４は、加熱目標温度付近で臨界点を有すると共に、管壁３０で囲まれた領域に配設されている。
一方、管壁３０で形成された流路３２内を被加熱流体が矢印Ｆで示す方向に流量変動を伴って流通している。
そして、本例の流体加熱装置は、加熱手段１０によって加熱された流体状熱媒介手段２４を介して被加熱流体を加熱して加熱流体とする。その際、流体状熱媒介手段２４は、圧力制御手段４０によって圧力を制御される。また、圧力制御手段４０は、目標圧力制御手段５０により、温度計測手段及び圧力計測手段から得られる計測データに基づいて目標圧力が設定される。
なお、被加熱流体は、当該被加熱流体の臨界圧力の９５％以上の圧力を有しているものであってもよく、加熱流体は亜臨界ないし超臨界状態のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図２】実施例２の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図３】実施例３の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図４】実施例４の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図５】実施例５の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図６】実施例６の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図７】実施例７の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図８】実施例８の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【図９】実施例９の流体加熱装置の断面状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  加熱手段
２０  熱媒介手段
２２  固体状熱媒介手段
２４  流体状熱媒介手段
３０  管壁
３２  流路
４０  圧力制御手段
５０  目標圧力制御手段  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008134017.tif 000008
【図７】
2008134017.tif 000009
【図８】
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【図９】
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