(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状態から加熱対象に対応した形状の発熱用パイプ領域を備えるように曲げ加工された１本の金属パイプと、
前記金属パイプに、その内周面に対応する外周面を有して挿入され、かつ縦方向へ３個の挿通孔が形成された絶縁性の固形状セラミックと、
前記発熱用パイプ領域に挿入されている前記固形状セラミックの３個の前記挿通孔にそれぞれ挿入された３本の電熱線と、
前記３本の電熱線にそれぞれ接続されて前記金属パイプ端から導出された三相交流電源用の給電線と、を備え、
前記発熱用パイプ領域に挿入されている前記固形状セラミックは、前記電熱線を挿入された状態で、前記曲げ加工に連動して直線状態から割れを伴って変形させられ、
前記固形状セラミックに、曲げ加工時に割れ易い複数個の脆弱部が、前記発熱用パイプ領域の最小の曲率半径よりも狭い間隔を置いて縦方向へ配列されるように形成されることを特徴とする三相用パイプヒータ。
【請求項２】
前記金属パイプが、平行に隣合う両側の直線パイプ領域の下端間に、液槽に浸漬される形状に形成された前記発熱用パイプ領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の三相用パイプヒータ。
【請求項３】
前記金属パイプが、前記直線パイプ領域に、液槽に浸漬される形状に形成された前記発熱用パイプ領域が連続して終端すると共に、
前記電熱線の一方の端部が前記発熱用パイプ領域の終端領域でＹ結線され、他方の端部に接続された前記給電線が前記直線パイプ領域の上端から導出されることを特徴とする請求項１に記載の三相用パイプヒータ。
【請求項４】
前記金属パイプが、液槽に浸漬される形状に形成された前記発熱用パイプ領域を備えるように形成されると共に、樹脂層で被覆されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三相用パイプヒータ。
【請求項５】
前記電熱線から前記固形状セラミック及び前記金属パイプを介して樹脂層に伝達される加熱温度を検知するように、前記樹脂層の外周面よりも内側に配置された温度センサを備えることを特徴とする請求項４に記載の三相用パイプヒータ。
【請求項６】
前記金属パイプが、平行に隣合う両側の前記直線パイプ領域の下端間に前記発熱用パイプ領域を備える形状に形成されて、前記金属パイプが樹脂層で被覆されると共に、
前記温度センサが、前記固形状セラミックに縦方向へさらに１個形成された挿通孔に挿入された熱電対であり、
前記熱電対の線状の異種金属の接合点が、前記金属パイプの縦方向中間位置に対応した位置を占め、前記異種金属の一方が、一方の前記直線パイプ領域の上端から導出され、
前記異種金属の他方が、他方の前記直線パイプ領域の上端から導出されることを特徴とする請求項５に記載の三相用パイプヒータ。
【請求項７】
前記金属パイプの内周面及び前記固形状セラミックの外周面間の細隙並びに挿通孔の周面に形成されている細隙に、絶縁性のセラミック微粉が充填される請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の三相用パイプヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線状態から加熱対象に対応した形状の発熱用パイプ領域を備えるように曲げ加工された金属パイプに、三相交流電源により給電される電熱線が金属パイプに対して絶縁状態で挿入されている三相用パイプヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によれば、股状の垂直状支持体に、水中に浸漬されるように金属パイプをリング形状に形成したシーズヒータ―である発熱体と、この発熱体に外設された金属製の保護管内にサーモスタットが内蔵された感温体とを有し、発熱体及び感温体間に配備される熱伝導板が設けられた投込みパイプヒータが開示されている。これにより、水を所望の温度に加熱できると共に、発熱体の熱が感温体に伝導されるために、空焚き防止されるようになっている。
【０００３】
また、このような形状に限らず、水中或いは薬液に浸漬されるように、電熱線が絶縁状態で挿入されたステンレス或いはチタン製の金属パイプの平行に隣合う両側の直線パイプ領域の下端間に、発熱領域を広げるように種々の形状に形成されたパイプヒータが周知であり、その際特許文献２によれば、金属パイプに電熱線が挿入されるパイプヒータにおいて、これらの間を電気絶縁するために酸化マグネシウムのセラミック微粉を主成分とする絶縁粉を充填することも提案されている。
【０００４】
特許文献３によれば、耐食性を確保し得るように、電気絶縁材を充填した金属パイプに電熱線を挿入し、金属パイプの表面をシリコン樹脂層、フッ素樹脂等の樹脂層で被覆し、金属パイプを複雑な形状に変形させた場合でも、その表面を荒し面として樹脂をコーティングすることにより、長寿命化し得るようにした液中パイプヒータが開示されている。つまり、薬液浸漬用のパイプヒータとして、金属パイプを耐薬品性のテフロン(商標名）等で被覆することも既に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８-３３００５９号公報
【特許文献２】特開２００６−７９９６９号公報
【特許文献３】特開平７−６５９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、この種のパイプヒータにおいて、周知のオームの法則により、商用電源の所定の電圧下で発熱量を増やそうとすると、抵抗値を小さく、つまり所定の電熱線の長さに対して線径を太くすることが必要になり、加えて電熱線への給電線の電流も相応に大きくなる。したがって、同一発熱量であっても電源電圧を高くできれば、線径を細くできるために、相間電圧の高くなる三相交流電源による給電を前提にして、３本の金属パイプを一組とした三相用パイプヒータも一部使用されているが、自ずと構造上嵩張ることになる。
【０００７】
そこで、加熱対象に対応した形状に曲げ加工される１本の金属パイプに、３本の電熱線を互いの絶縁状態で挿入することが考えられが、小形化を意識して近接状態で挿入しようとすると、曲げ加工時に互いの位置関係がずれて隣合う電熱線同士或いはパイプ周面へ接触する可能性が生じる。つまり、電熱線自体を絶縁材でコーティングしてあっても高熱で絶縁層が劣化すると短絡することになり、また前述のセラミック微粉を充填する方法では、特に曲げ加工される際の近接位置の確保は困難である。したがって、金属パイプに対する或いは電熱線同志の接触を確実に長期的に回避させる手段が不可欠になる。
【０００８】
また、液槽に浸漬されるパイプヒータとして、樹脂層で被覆した場合の別の問題として、１本の金属パイプに特に三本の熱源を集中させると、給電開始時において液への熱伝達の遅れに起因して電熱線及び液間の温度差が過渡的に一層大きくなり、液温を検知して所定の目標温度に給電制御するとしても、樹脂層は過渡的に高温に曝されることになる。したがって、金属パイプに挿入されて曲げ加工に連動して変形させられた際に残留応力を生じている可能性のある樹脂層の特に曲線領域において、亀裂を生じ易くなる。つまり、樹脂層の耐熱温度が、曲げ加工形状に対応して低くなる問題がある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて、１本の直線状の金属パイプから曲げ加工により加熱対象に対応した形状に形成される発熱用パイプ領域に、三相電源で給電される３本の電熱線を互いに近接した位置で絶縁状態を確保して挿入可能にする三相用パイプヒータを提供することを目的とする。別の目的は、このような三相用パイプヒータにおいて、液槽用として金属パイプがその表面保護用の樹脂層で被覆される場合に、給電開始時に熱の伝達遅れに起因して液温に先行して樹脂層の特に曲げ加工域が高温に曝されて破損するのを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１の発明により、直線状態から加熱対象に対応した形状の発熱用パイプ領域を備えるように曲げ加工された１本の金属パイプと、この金属パイプに、その内周面に対応する外周面を有して挿入され、かつ縦方向へ３個の挿通孔が形成された絶縁性の固形状セラミックと、発熱用パイプ領域に挿入されている固形状セラミックの３個の挿通孔にそれぞれ挿入された３本の電熱線と、これらの電熱線にそれぞれ接続されて金属パイプ端から導出された三相交流電源用の給電線とを備え、発熱用パイプ領域に挿入されている固形状セラミックは、電熱線を挿入された状態で、曲げ加工に連動して直線状態から割れを伴って変形させられ、固形状セラミックに、曲げ加工時に割れ易い複数個の脆弱部が、発熱用パイプ領域の最小の曲率半径よりも狭い間隔を置いて縦方向へ配列されるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
３本の電熱線は、電気的に絶縁性の固形状セラミックの挿通孔に挿入された状態で互いに絶縁状態であり、金属パイプの曲げ加工により、発熱用パイプ領域が形成される際には、金属パイプの内周面に対応する外周面を有している固形状セラミックは、曲げ形状に従って割れを生じて変形し、３本の電熱線の相互の位置関係は、セラミックの固形片で保持される。この状態で、３本の電熱線は、金属パイプ端から導出された給電線を介して三相交流電源により給電される。
【００１２】
液体加熱用としての金属パイプの典型的な形状としては、請求項２により、金属パイプが、平行に隣合う両側の直線パイプ領域の下端間に、液槽に浸漬される形状に形成された発熱用パイプ領域を備えるか、或いは請求項３により、金属パイプが、直線パイプ領域に、液槽に浸漬される形状に形成された発熱用パイプ領域が連続して終端すると共に、電熱線の一方の端部が発熱用パイプ領域の終端領域でＹ結線され、他方の端部に接続された給電線が直線パイプ領域の上端から導出される。
【００１３】
薬液等に浸漬された場合の金属パイプの腐食を防止するには、請求項４により、金属パイプが、液槽に対応した形状の発熱用パイプ領域を備えるように形成されると共に、樹脂層で被覆され、その際別の目的として樹脂層の給電開始時の過渡的な異常高温に起因する破損を防止するためには、請求項５により、電熱線から固形状セラミック及び金属パイプを介して樹脂層に伝達される加熱温度を検知するように、樹脂の外周面よりも内側に配置された温度センサを備えるようにする。
【００１４】
請求項２による金属パイプ形状を前提として、被覆樹脂層の保護用の温度センサを簡単な構成で配置するには、請求項６により、金属パイプが、平行に隣合う両側の直線パイプ領域の下端間に発熱用パイプ領域を備える形状に形成されて、金属パイプが樹脂層で被覆されると共に、温度センサが、固形状セラミックに縦方向へさらに１個形成された挿通孔に挿入された熱電対であり、この熱電対の線状の異種金属の接合点が、金属パイプの縦方向中間位置に対応した位置を占め、異種金属の一方が、一方の直線パイプ領域の上端から導出され、異種金属の他方が、他方の直線パイプ領域の上端から導出される。
【００１５】
金属パイプに挿入される固形状セラミックの構成として、請求項７により、金属パイプの内周面及び固形状セラミックの外周面間の細隙並びに挿通孔の周面に形成されている細隙に、絶縁性のセラミック微粉が充填されることが考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、金属パイプの曲げ加工により、３本の電熱線を内蔵して加熱領域、加熱物等の加熱対象に対応する形状の発熱用パイプ領域が形成される際に、割れを伴って連動変形した固形状セラミックの固形片により３本の電熱線の近接した位置関係が保持され、したがって１本の小な外径の金属パイプにより、嵩張ることなく、コスト的にも有利な発熱用の曲げ領域を備えた三相電源用パイプ状ヒータが実現される。曲げ加工時に、狭い配列間隔の脆弱部が、先行して割れることにより不規則な割れが抑制され、セラミックの固形片による絶縁作用が一層確実になる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、液槽用として発熱用パイプ領域の上方に直線パイプ領域を備え、その上端から給電線が導出可能であり、電熱線のＹ結線及びΔ結線が、直線パイプ領域の隣合う両端領域で行うことができ、またＹ結線は金属パイプ内の途中位置でも容易に行うことができる。請求項３の発明によれば、液槽用として発熱用パイプ領域の上方に直線パイプ領域を備え、その上端から給電線が導出可能であり、Ｙ結線を前提に発熱用パイプ領域で終端する単純な構造の三相用パイプヒータが実現される。
【００１８】
請求項４の発明によれば、薬液、純水等に対する金属パイプの腐食が、耐性の強い樹脂層の被覆で確実に防止され、その際請求項５の発明によれば、給電開始時に液温に対して過渡的に高温に曝される樹脂層の温度上昇が、ヒータ内部でモニタできることにより、給電開始時に破損し易い特に曲線領域の樹脂層の許容温度に対応した給電制御が可能になる。つまり、曲げ加工時に残留応力を生じている可能性のある樹脂層における高熱に起因する亀裂等の破損が、確実に防止可能になる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、熱電対の異種金属の接合点の位置を電熱線の縦方向中間位置として、異種金属線が、これら自体を絶縁被覆することなく、固形状セラミックの挿通孔内での絶縁状態で、中間位置の両側で金属パイプの両端までを略同一の長さとして１本線状に配線可能になる。つまり、熱電対を簡単な構造で組込むことが可能になる。
【００２０】
請求項７の発明によれば、金属パイプ内の隙間に残留する空気による電熱線の酸化及び空気膨張による内部圧力の上昇が防止され、また割れ片間の隙間補充にも寄与する。 
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による三相用パイプヒータの使用状態を説明する斜視図。
【図２】同三相用パイプヒータの要部断面図である。
【図３】同三相用パイプヒータに挿入されている円棒状セラミックの側面図である。
【図４】同三相用パイプヒータの曲げ加工前の樹脂被覆された金属パイプの図２に対応の側面図である。
【図５】第２の実施の形態による三相用パイプヒータを示すもので、同図Ａはその要部断面図、同図Ｂはその中間領域を省略した曲げ加工前の側面図である。
【図６】前述の双方の発明の実施の形態における三相用パイプヒータの電熱線のΔ結線状態を説明する図である。
【図７】前述の双方の発明の実施の形態による三相用パイプヒータの金属パイプ形状の変形例の要部を例示する斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による三相用パイプヒータの斜視図である。
【図９】図８による三相用パイプヒータの変形例を示すもので、同図Ａはその第１の変形例の要部概略斜視図、同図Ｂはその第２の変形例の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１乃至図４を基に本発明の実施の形態による三相用パイプヒータを説明する。この三相用パイプヒータ９は、薬液を加熱するための液槽１に浸漬されて三相交流電源により給電されるもので、図１乃至図３に示すように、耐薬品性の合成樹脂であるチューブ状のポリテトラフルオロエチレン層２１で被覆された１本の金属パイプ２０と、この断面円形の金属パイプに、その内周面に対応する外周面を有して挿入される電気的に絶縁性の固形状セラミックを構成するように、４個の挿通孔１１〜１４が縦方向に形成された例えば酸化マグネシウム製の複数本の丸棒状セラミック１０と、金属パイプ２０の直線状態から曲げ加工により液槽内での加熱に適合する形状の形成された円形パイプ領域２０ｃを有する発熱用パイプ領域２０ｂの３個の挿通孔１１〜１３にそれぞれ挿入された３本の螺旋状のトータル１ｋＷの電熱線３１〜３３と、残り１個の挿通孔１４に挿入されたクロメルアルメル製の一本線状の熱電対３４と、曲げ加工された金属パイプ２０の直線パイプ領域２０ａの両端部に取付けられ、電熱線３１〜３３へ三相交流電源により給電し、また熱電対３４の両端の電圧信号を導出するためのコネクタ２５とを備えている。
【００２３】
金属パイプ２０は、曲げ加工前の直線状態で全長が２ｍ程度、外径約１ｃｍで、曲線状に変形可能な金属、例えば銅製であり、良好な熱伝導性を呈する。縦続配列される丸棒状セラミック１０（図３参照）は、長さが１０ｃｍ程度であり、金属パイプ２０の内周面に対して酸化マグネシウムの微粉の粒径よりも大きめの０．１ｍｍ程度の細隙を残すように外径が約８ｍｍに設定され、金属パイプ２０への挿入作業もスムーズに行われるようになっている。この丸棒状セラミックには、図２に示すように、電熱線３１〜３３、熱電対３４に対する挿通孔１１〜１４が同心円状に９０°間隔で押出し成型により形成され、続く焼成により製造される。挿通孔１１〜１４の直径は、酸化マグネシウム微粉用の細隙を残してこれらの電熱線、熱電対を挿入させ得るように約２ｍｍに設定されている。丸棒状セラミック１０の周面には、後加工により、図２及び図３に示すように、挿通孔１１〜１４にそれぞれ連通する直径約２ｍｍの４個の脆弱部としての連通孔１５が、丸棒中心に対して共通の円周ライン上に９０°間隔で半径方向へ穿孔されている。これらの４個の連通孔は、金属パイプ２０の曲げ加工される発熱用パイプ領域２０ｂの相対的に小さな曲率の円形パイプ領域２０ｃの曲率半径約５ｃｍに対して十分短い約１ｃｍの間隔を置いて縦方向へ配列されている。
【００２４】
電熱線３１〜３３の長さは、平行に隣合う両側の直線パイプ領域２０ａの下端の発熱用パイプ領域２０ｂの徐々に斜め下方に向かう曲線領域を経由して水平円形状になる円形パイプ領域２０ｃの長さに対応している。そして、図４に示すように、一方側の端部のそれぞれには、円形パイプ領域２０ｃよりも上方の発熱用パイプ領域２０ｂ内において３本の給電線３１ａ〜３３ａが接続され、反対端はＹ結線が行われるように圧着、溶接等による接続部３６で互いに接続される。クロメル線３４a及びアルメル線３４ｂは、その接合点３４ｃの位置を全長２ｍの金属パイプ２０の中間位置として、互いに同一長さの１ｍ程度に設定されている。
【００２５】
組立製作に際しては、電熱線３１〜３３の終端の接続部３６に向けて給電線３１ａ〜３３ａの及びクロメル線３４aの先端から挿通孔１１〜１４に挿入させつつ複数本の丸棒状セラミック１０を順に差し込む。次いで、これらの電熱線、給電線の無い側では、アルメル線３４ｂの先端から挿通孔１１〜１４に挿入させつつ順に丸棒状セラミック１０を差し込む。接続部３６を挟む両側の丸棒状セラミック１０間には僅かに隙間を生じる。
【００２６】
次いで、このように縦方向へ配列させ複数本の丸棒状セラミック１０を、チューブ状のポリテトラフルオロエチレン層２１に挿入して被覆された直線状の金属パイプ２０に挿入する。その際、パイプ入口で、各丸棒状セラミック１０に対して、その外周面の細隙及び連通孔１５並びに挿通孔１１〜１４の内周面の細隙に、酸化マグネシウムの微粉を順に充填しつつ挿入する。この微粉の充填により、パイプ内部の空気が排気されて、電熱線の高温酸化・金属パイプの膨張の抑制・割れ隙間の補間作用が得られる。このような挿入過程を経て、図４に示すように、丸棒状セラミック１０は金属パイプ２０の略全域に挿入され、一方の端部から３本の給電線３１ａ〜３３ａ、また両端部からクロメル線３４a及びアルメル線３４ｂの端部が導出され、さらに金属パイプ２０の両端部はシール材で封止する。
【００２７】
このように丸棒状セラミック１０が挿入され、ポリテトラフルオロエチレン層２１で被覆された金属パイプ２０は、周知の成形工具を用いて、図１に示すように、一方の端部から５０ｃｍ程度下降した位置から発熱用パイプ領域２０ｂを形成するように徐々に斜め前方へ曲線状に曲げ、次いで水平状に直径約１０ｃｍの円形パイプ領域２０ｃを近接状態で２段に形成し、続いて同様な曲線状に上昇して、垂直方向に並置された両側の直線パイプ領域２０ａを形成するように、曲げ加工される。
【００２８】
このような曲げ加工過程において、電熱線３１〜３３、クロメル線３４ａ及びアルメル線３４ｂ、給電線３１ａ〜３３ａが挿入されている発熱用パイプ領域２０ｂでは、脆弱部としての４個の連通孔１５を含む円周部分が、先行して割れ、順に１ｃｍ間隔で割れることにより曲線形状に連動して変形する。これにより、連通孔１５をつなぐ円周部分以外でも不規則な割れを生じるとしても電熱線３１〜３３、熱電対３４、給電線３１ａ〜３３ａの互に離間した位置関係は、セラミックの固形片で保持される。
【００２９】
２本の平行な直線パイプ領域２０ａには、液槽周面に対するスペーサ２７と、液槽周壁への掛止め具２６とが装着され、その上端部にはコネクタ２５が嵌合される。掛止め具２６は、液槽上端の周壁に係合し得るようにＬ字形に形成されて、直線パイプ領域２０ａの双方のパイプに挿通され、その背面板には、先端に直線パイプ領域２０ａへの当接板を備え、かつ背後につまみを有するねじ棒２６aが螺合されている。スペーサ２７は、同様に双方のパイプに挿通されて液加熱時の対流を阻害しないようにコの字形に形成され、液槽周面に対する異常な加熱を防止するために直線パイプ領域２０ａを離間させるスペーサ機能を備えると共に、その高さ位置が、直線パイプ領域２０ａの下方へ位置付けされていることにより、空焚き状態になる可能性のある液面レベルを指示する機能も担っている。コネクタ２５の内部に設けられた端子には、詳述しないが、その上蓋２５aを開放させた状態で対応の外部配線と接続可能になるように、３本の給電線３１ａ〜３３ａ、熱電対３４の両端部が接続される。
【００３０】
このように製作された三相用樹脂被覆ヒータとしての三相用パイプヒータ９は、図１に示すように、円形パイプ領域２０ｃに形状的に適合し得る液槽１に浸漬されて、約１０リットルの例えばエッチング液の加熱を行う。このために液槽周壁に掛止め具２６を掛けた状態で、円形パイプ領域２０ｃを液槽底面に対して数ｃｍの間隔を置く浸漬位置に設定するように、直線パイプ領域２０ａの上下位置を調整して、ねじ棒２６aのつまみを締めて、その当接板の圧接で掛止め具２６に固定する。
【００３１】
このような三相用パイプヒータ９を利用して加熱装置を構成するために、その給電を制御するためのサイリスタ利用の給電制御手段２と、液温を検知するために同様な方法で液槽１に装着される液温センサ８とを用意しておき、給電制御手段２からは３本の三相用給電線３を導出して、コネクタ２５内で３本の給電線３１ａ〜３３ａに接続し、またクロメル線３４ａ、アルメル線３４ｂに接続した信号導入線４、液温センサ８の２本の信号線８ａを給電制御手段２に導入する。
【００３２】
このような加熱装置において、ポリテトラフルオロエチレンの耐熱温度は、連続加熱状態で３００℃程度とされているが、チューブ状の被覆状態で曲げ加工される際に発生している応力に起因して加熱により亀裂を生じる可能性のある温度は、発熱用パイプ領域２０ｂの形状に対応して試験結果も勘案して予め１５０℃近辺と想定されている。したがって、熱電対３４の接合点３４cで検知される温度を制限温度の基準にすると、給電停止後の熱伝達遅れに伴う過渡的な温度上昇も考慮して、樹脂破損を防止するための制限温度は１３０℃と想定されている。つまり、この温度で給電を停止すれば、過渡的にさらに温度上昇が生じても保護対象のポリテトラフルオロエチレン層２１は許容範囲内に留まることを前提にしてある。尚、熱電対３４は、接合点３４ｃ及びその反対端間、即ち周辺温度に留まるコネクタ２５の周辺に対する温度差に対応する起電力を検知信号とするために、モニタすべき制限温度１３０℃に対応する検知信号レベルは、周辺温度に対応して規定しておく必要がある。因みに、三相用パイプヒータ９の使用状況により、コネクタ２５内の温度が、周辺温度を上回る場合には信号導入線４を熱電対３４の補償導線にすることも考えられる。
【００３３】
これにより、給電制御手段２は、液温センサ８の検知信号に応答してエッチング液を目標温度８０℃に加熱平衡させるように、サイリスタの点弧角制御或いはオフ制御を行うと共に、熱電対３４のコネクタ２５の周辺に対する温度差の検知信号に応答して、制限温度１３０℃を上廻らないように点弧角制御を行うように構成されている。加熱動作が開始されると、それぞれ抵抗値Ｒの電熱線３１〜３３には、線間電圧を２００Ｖとすると、Ｙ結線により相電圧ＶＬ＝２００Ｖ／√３が印加され、したがって単相の商用電源電圧を１００Ｖとすると、これで各相を給電するのに較べて所望の発熱量に対して抵抗値Ｒを大きくでき、電熱線３１〜３３の線径を細くすることができ、給電線３１ａ〜３３ａに流れる電流も小さくできる。
【００３４】
液温が常温から目標温度８０℃に上昇する給電開始過程において、連続給電されている電熱線３１〜３３の発熱により、熱電対３４が制限温度１３０℃を検知すると、この温度を基準として給電を制限する点弧角制御が行われる。このように過渡的、かつ局部的な電熱線３１〜３３における急激な温度上昇が制限されている給電開始過程を経て、液温が目標温度８０℃に達すると、液温センサ８の検知信号による温度平衡制御が開始される。即ち、給電開始時にヒータもしくはポリテトラフルオロエチレン層２１が緩やかに温度上昇して目標温度８０℃よりも大幅に温度上昇するのが回避されて、目標温度８０℃に達した後の平衡温度制御過程では、熱伝達遅れを伴って間欠的に給電が繰返されるとしても、ヒータ部分の局部的な温度上昇は、ポリテトラフルオロエチレン層２１を許容温度以下に十分抑制し得る程度に留まる。
【００３５】
尚、本発明の熱電対の検知信号を用いて被覆樹脂層を保護するための給電制御手段としては、熱電対３４が制限温度を検知すると、所定時間給電をオフにする動作を繰返すようにオンオフ式に構成することも考えられる。また、給電開始後に平衡制御が行われている途中で液の蒸発等により、液温センサ８が目標温度を検知することなく給電が継続されている状態で、熱電対３４が制限温度を検知した場合、空焚き状態としてアラームを発生するように構成することもできる。
【００３６】
図５は、第２の発明の実施の形態による同一パイプ形状の三相用パイプヒータを説明するもので、前述のものと同一もしくは同等部分は同一符号で説明する。同図Ａに示すように、各丸棒状セラミック１０には、前述の４個に代えて１２０度間隔で３個の挿通孔１１〜１３が縦方向に形成されて電熱線３１〜３３が挿入されると共に、直径約１ｍｍの線状の熱電対３４は、丸棒状セラミック１０の外周面に縦方向に形成された横幅約１ｍｍ、深さは金属パイプ２０の内周面との接触を回避させるように１ｍｍよりも深い溝１９に挿入される。そして、このような状態で樹脂層被覆の金属パイプ２０に挿入され、同様に中間位置の接合点３４ｃの両側のクロメル線３４ａ、アルメル線３４ｂａの表面は、充填された酸化マグネシウムの微粉を覆われと共に、金属パイプ２０の両端部から導出され、さらに円形パイプ領域２０ｃの曲げ加工も同様に行われる。
【００３７】
前述の双方の実施の形態に対する変形例として、丸棒状セラミックに縦方向に配列される脆弱部としての１ｃｍ間隔の４個づつの連通孔は、その円周に沿った断面逆三角形状の円形状溝に代えることもできる。発熱用パイプ領域の曲率が全体的に緩やかになる場合、脆弱部を全廃することもできる。金属パイプの内径を大きくして、丸棒状セラミックの外径も相応に大きくする場合にも全廃することが考えられる。また、組立て作業の能率性を考慮しなければ、固形状セラミックの１ｃｍ間隔の脆弱部を全廃して、複数部分を長さ１０ｃｍの丸棒状セラミックに代えて１ｃｍ間隔で分離された挿通孔付きの短小のディスク状セラミックで構成することも可能である。この場合、曲げ加工時にディスク状セラミックが隣同士が離反することにより、割れ片の発生を低減させることが可能になる。特に、連通孔、溝状等の脆弱部を全廃し、さらに電熱線の高温酸化・金属パイプの膨張等を配慮する必要のない場合、絶縁性セラミック微粉の充填も廃止することもできる。
【００３８】
三相用パイプヒータの直線パイプ領域では、丸棒状セラミックを挿入することなく、そのパイプ内部空間において給電線、熱電対を互いに離間させた直進状態で酸化マグネシウム、石英、酸化アルミニュウム等の電気絶縁性セラミックの微粉を充填してコネクタに支持させることも考えられ、或いは挿入済の丸棒状セラミックの縦方向位置を固定することを前提に空間のままにすることもできる。槽内へ浸漬させる構造としては、前述の上端周壁への引掛け式でなく、底面に熱絶縁具を介して自立させる投込み式、パイプ上端部に取付けたフランジを液槽の上方中央部に設けた係止部に係止させるフランジ式等にすることもできる。
【００３９】
３本の電熱線３１〜３３は、図６にその配線関係を示すように、Ｙ結線に代えてΔ結線にすることも可能であり、３本の電熱線３１〜３３の両端に接続された給電線３１ａ〜３３ａ、給電線３１ｂ〜３３ｂをコネクタ２５内でΔ結線を行うと共に、電熱線３１〜３３の中間位置を接合点３４ｃとしてクロメル線３４ａ及びアルメル線３４ｂもＹ結線と同様にパイプ両端から導出する。
【００４０】
樹脂層は、薬液以外、例えば純水等の加熱用として、フッ素樹脂以外の例えばポリプロピレンで被覆した三相用パイプヒータとして実施することもできる。このような樹脂被覆の金属パイプは、寸法或いは曲げ形状を液槽形状に対応して種々に形成可能である。例えば図７に示すように、水平直線部分を含む発熱用パイプ領域を有する幅狭式（図７Ａ）、垂直状の発熱用パイプ領域を有する深い形状用（図７Ｂ）、広い底面用（図７Ｃ）として形成することもできる。発熱用パイプ領域のみ或いは短小の曲線又は直線パイプ領域を連続させた液没式としてフッ素樹脂等で被覆された外部線をコネクタ無しの直接接続状態で液槽外に導出させることもできる。
【００４１】
前述の実施の形態による三相用パイプヒータは、樹脂層被覆の金属パイプの使用を前提にしているが、敢えて樹脂層による耐腐食性を考慮しないステンレス或いはチタン製等の金属パイプで構成する場合、樹脂層を廃止すると共に、丸棒状セラミックには熱電対用の挿通孔もしくは外周面の溝も不要になる。
【００４２】
図８は、第３の発明の実施の形態による三相用パイプヒータを説明するもので、金属パイプ５０が、下降する直線パイプ領域５０ａに発熱用パイプ領域５０ｂが連続して終端する形状に曲げ加工されると共に、図５で前述したような３個の挿通孔が縦方向に形成されて複数本の前述と同様な丸棒状セラミックが全域に挿入されている。発熱用パイプ領域５０ｂの２段の円形パイプ領域５０ｃの終端領域では、図４で説明したように、３本の電熱線がＹ結線されて、金属パイプの端面５９間に絶縁性セラミック粉が充填されている。３本の電熱線には、発熱用パイプ領域５０ｂにおける円形パイプ領域５０ｃの始端領域で３本の給電線５８が接続されて、金属パイプ５０の上端部からその出口をシールされてコネクタ無しで導出され、配電盤に接続されるようなっている。１本の直線パイプ領域５０ａには、掛止め具５６は、スペーサ５７が取付けられている。
【００４３】
図８による金属パイプ５０による三相用パイプヒータは、三相用樹脂被覆ヒータとして樹脂層で被覆することもできる。この場合、発熱用パイプ領域５０ｂの終端領域のＹ結線用接続部は、パイプ端面に代えて樹脂チューブ端面でカバーすることもできる。そして、温度センサを設けない場合、給電開始時における液温に先行する急激なヒータ内部の温度上昇を回避するように、タイマで自動的に或いは手動的に繰返しのオフ時間をおいて給電する。
【００４４】
このような片側直線パイプ領域の金属パイプ５０による三相用パイプヒータを樹脂被覆式にして、さらに温度センサを設ける場合、例えば図９Ａに示すように、金属パイプ５０を被覆する樹脂層５１の内周面に、箔状のサーミスタ６０を金属パイプ５０の外周面に対して絶縁状態で挿入してテフロン被覆のリード線６１を樹脂層５１から金属パイプ５０を経由することなく導出する。樹脂層５１に接触するサーミスタ６０は、セラミック内部の温度よりも低い温度を制限温度としてモニタすることができる。
【００４５】
また、熱電対を使用する場合、図９Ｂに示すように、図５で説明した丸棒状セラミック１０の外周面の溝１９を２個形成して、その一方に異種金属線３４ａを挿入し、電熱線３１〜３３の中間位置を接合点として、その位置の隣合う丸棒状セラミック１０間の隙間で他方の異種金属線３４ｂを折返して他方の溝１９に挿入して、互いに絶縁状態で直線パイプ領域５０ａから導出する。その際、温度センサのコスト面を考慮しなければ、銅線もしくは補償導線を後続させることなく熱電対用の双方の異種金属線３４ａ、３４ｂをそのまま給電線５８と共に延長して配電盤等に接続可能にすることもできる。
【００４６】
この図８によるパイプヒータも、深い液槽用の完全液没式として金属パイプの一方端から外部線を接続して液槽外に導出することもできる。また、第１及び第２の実施の形態に対すると同様に、樹脂被覆無しで、液槽用に限らず、気体、固体用の加熱対象領域に対応して種々に曲げ加工される終端式の発熱用パイプ領域を有する三相用パイプヒータとして実施することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１  液槽
９  三相用パイプヒータ
１０  丸棒状セラミック
１１〜１４  挿通孔
１５  連通孔
１９  熱電対用の溝
２０、５０  金属パイプ
２０ａ、５０ａ  直線パイプ領域
２０ｂ、５０ｂ  発熱用パイプ領域
２０ｃ、５０ｃ  円形パイプ領域
３１〜３３  電熱線
３１ａ〜３３ａ、３１ｂ〜３３ｂ  給電線
３４  熱電対
３４ａ  クロメル線
３４ｂ  アルメル線  
３４ｃ  熱電対の接合点
６０  サーミスタ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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