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JP5182606B2 - Fluid heating method - Google Patents
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JP5182606B2
JP5182606B2 JP2007198632A JP2007198632A JP5182606B2 JP 5182606 B2 JP5182606 B2 JP 5182606B2 JP 2007198632 A JP2007198632 A JP 2007198632A JP 2007198632 A JP2007198632 A JP 2007198632A JP 5182606 B2 JP5182606 B2 JP 5182606B2
JP2007198632A
JP2008057963A (en
建三 押原
隆太 山口
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本発明は、流体加熱装置を用いた流体加熱方法に係り、更に詳細には、圧力を制御して流路内の流体（燃料）の熱伝導率を高く維持することにより、流路内壁近傍の局所的な加熱による燃料の焦げ付きを回避しうる流体加熱装置を用いた流体加熱方法であって、燃料加熱装置の小型化を実現する技術に関する。 The present invention relates to a fluid heating method using a fluid heating equipment, more particularly, by maintaining a high thermal conductivity of the fluid (fuel) in the flow channel by controlling the pressure, the flow path near the inner wall a fluid heating method using the fluid heating apparatus capable of avoiding scorching of the fuel due to local heating of a technique to reduce the size of the fuel heating system.
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）が生じた後、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（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, keep fluid heating apparatus, after the deposit (scorching) is caused in the fuel passage, techniques blow away deposits is disclosed by increasing the pressure (for example, see Patent Document 1).
特開２００６−１８３４６９号公報 JP 2006-183469 JP
金属管内を流れる流体を金属管外から加熱する場合、管壁近傍は熱により分子運動が激しくなり、分子が気体状になると考えられる。 When heating the fluid flowing through the metal pipe from a metal pipe outside, tube wall near the molecular motion intensified by heat, believed molecule becomes gaseous. 即ち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（図１参照）。 That is, the density decreases, appears to the thermal conductivity of the fluid is significantly reduced (see Figure 1). 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。 As a result, heat is locally heated muffled the fluid pipe wall vicinity becomes the scorching occurs.
流体が炭化水素やアルコールなどの燃料であるときは、一部分ではあるが非常に高温になる分子（ホットスポット）が存在することが観測された。 When the fluid is a fuel such as a hydrocarbon or alcohol, it is a part has been observed that the presence of extremely hot molecule (hot spots). それが熱分解を起こし炭素析出を起こすと本発明者らは考えた（図２参照）。 It present inventors have considered to cause carbon deposition thermally decomposed (see FIG. 2).
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、管壁近傍の密度が保持され、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（図３参照）。 As a countermeasure, the present inventors have found that by increasing the pressure of the fluid, the density of the tube wall near the holding, since the decrease in the thermal conductivity of the fluid is avoided, can avoid local heating, carbon deposition It found that can suppress (see FIG. 3).
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用いた流体加熱方法を提供することにある。 The present invention has such has been made in view of the problems and new knowledge of the prior art, it is an object to avoid local heating of the passage, carbon deposition (burnt, the generation of coking) fluid heating method using a fluid heating equipment capable of suppressing the invention is to provide a.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭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。 The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, by controlling the pressure so that the thermal conductivity of the fluid is not reduced, it found that the above problems can be solved, and completed the present invention led was.
即ち、本発明の流体加熱方法は、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又は、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、流通する流体の情報を記録する手段とを有し、該圧力制御手段が、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上流側と下流側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流体加熱装置を用いた流体加熱方法であって、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し、圧力制 That is, the fluid heating process of the present invention, there is provided a fluid heating apparatus for heating the fluid in the flow path to the target temperature, and fluid heating means for heating the fluid, and the fluid temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid a pressure control means for controlling the pressure of the flow path such that the target pressure or the fluid heating means for heating the fluid, and the fluid temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid, so that the target pressure between possess a pressure control means for controlling the pressure in the flow passage, and means for recording information of the fluid flows, the pressure control means, for heating the fluid in the flow channel until the target temperature there are, when the temperature difference of the fluid between the upstream side and the downstream side of the flow direction of the fluid exceeds a predetermined value, a fluid heating method using the fluid heating apparatus to raise the target pressure, the pressure control means, controlled so that the pressure of the fluid is above the critical pressure, the pressure system 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０．０６Ｗ・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。 By means, the thermal conductivity of the fluid present in the inner wall and its vicinity of the flow path and controls the pressure so as to 0.06W · m -1 K -1 or higher.
本発明によれば、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、コーキングの発生）を抑制しうる流体加熱装置を用いた流体加熱方法より、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ができる。 According to the present invention, since the thermal conductivity of the fluid was to control the pressure so as not to decrease, avoid local heating of the passage, carbon deposition (burnt, the generation of coking) a fluid heating apparatus capable of suppressing the from fluid heating method using, enables such to reduce the area for heating the fluid, it is possible to reduce the size of the fluid heating apparatus.
以下、本発明で用いる流体加熱装置について詳細に説明する。 It will be described in detail below fluid heating apparatus used in the present invention. なお、本明細書及び特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。 In the present specification and claims, the concentration, content, "%" for such loading denote the mass percentage unless otherwise specified.
上述の如く、本発明で用いる流体加熱装置は、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。 As described above, the fluid heating apparatus used in the present invention includes a fluid heating means provided outside the channel or channels, and a thermometer, and a pressure control means provided in the passage.
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。 These result, the fluid in the passage, heated to a target temperature while controlling the pressure, from the upstream side to the downstream side of the flow path, can reduce the difference in temperature distribution of the fluid.
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。 Consequently, when you know the identity of the fluid may avoid local heating of the flow passage to control the pressure so that the fluid critical pressure or more.
例えば、流体としての燃料を加熱するときに、燃圧が低い場合は燃料が沸騰し、気体となる。 For example, when heating the fuel as a fluid, when the fuel pressure is low, the fuel boils, a gas. このとき、気体となった部分は急激に熱伝導率が低下するため、気体状態部分とヒーター間に存在する流体は、気体状態部分へ熱が伝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。 At this time, since the portion where a gas is abruptly thermal conductivity is decreased, because the fluid present between the gaseous portion and the heater by not transmitted heat to the gaseous state portion, which is locally heated, easy coking occur burnt. 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、コーキングの発生が抑制される。 Thus, by pressurizing the fuel so that such gas is not generated, the occurrence of coking can be prevented.
ここで、本発明で用いる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、ヘプタン、エタノール、エーテル、エステルなどを使用できる。 Here, in the fluid heating apparatus used in the present invention, as the fluid, for example, light oil, gasoline, heptane, ethanol, ether, ester, etc. can be used.
また、上記流路としては、例えば、インコネル製、ハステロイ製、チタン合金製、ステンレス製などの金属管を使用できる。 Further, as the flow path, for example, Inconel, Hastelloy, titanium alloy, a metal pipe such as stainless steel can be used.
なお、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。 Incidentally, the fluid of the flow path, as long as capable of controlling the pressure, flow rate, flow velocity, etc. are not particularly limited.
更に、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。 Furthermore, as the fluid heating means, for example, an electric heater or heat exchanger or the like can be used. 加熱は管全体を均一に加熱することが好ましい。 Heating is preferably uniformly heat the entire pipe.
更にまた、上記温度計としては、例えば、熱電対やＰｔ測温抵抗体などを使用できる。 Furthermore, as the thermometer, for example, such as thermocouples or Pt resistance temperature detector can be used.
また、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。 Further, as the pressure control means, for example, a pressure pump, a pressure holding valve, such as those having a pressure sensor or the like can be used.
また、本発明で用いる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が好ましい。 Further, in the fluid heating apparatus used in the present invention, in the flow path, it is preferable to provide a means for recording the information of the fluid flowing.
このときは、流体の素性が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。 At this time, and when not known identity of the fluid, even when the composition of the material constituting the fluid or varied, may avoid local heating of dynamically controlling the pressure flow path.
ここで、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。 Here, the dynamic pressure control, which means that short and feedback control. 即ち、このような圧力制御の結果、温度分布が良くなった（小さくなった）かをフィードバックして、圧力制御方法を修正することができる。 That is, a result of such pressure control, and feedback or temperature distribution is better (becomes smaller), it is possible to modify the pressure control method. 例えば、臨界点が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が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。 For example, can be adopted in case that varies critical point composition is changed each time the fuel supply, such as a fluid not known critical point, gasoline. 具体的には、流路上流部と下流部に温度センサーを設置し、その温度差を検出することができる。 Specifically, a temperature sensor installed in the downstream portion flow path upstream portion, it is possible to detect the temperature difference. 温度差が許容値（システムの既定値）を超えた場合は、熱伝導率が悪い（＝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。 If the temperature difference exceeds the allowable value (the system default), the thermal conductivity is low (= became a gas) and to determine changes the control to increase the more pressure. 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（＝高密度か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。 The temperature difference is within the allowable, if both the temperature exceeds the target temperature (system set value), the thermal conductivity is too good and (= has become a supercritical fluid of a high density and low viscosity) determining, changing the control so as to slightly lower the pressure.
ここで、本発明で用いる流体加熱装置を図面を用いて説明する。 Here it will be described the fluid heating apparatus used in the present invention with reference to the drawings.
図１１は、本発明で用いる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。 Figure 11 is an embodiment of a fluid heating apparatus used in the present invention, is a perspective view showing by cutting part of the heater. 同図に示すように、本実施形態で用いる流体加熱装置は、高圧ポンプ１０と、圧力センサー２０と、加熱室３０と、ヒーター４０と、流体温度計測手段の一例である熱電対５１、５２、５３及び５４と、圧力保持手段６０（例えばキャピラリーや保圧弁など）と、燃料取り入れ部７１と燃料取り出し部７２とを備える。 As shown in the figure, the fluid heating apparatus used in the present embodiment, a high pressure pump 10, a pressure sensor 20, a heating chamber 30, a heater 40, a thermocouple 51 and 52 is an example of fluid temperature measuring means, comprising 53 and 54, the pressure retaining means 60 (e.g., capillary or keeping valve, etc.), and a fuel intake portion 71 and the fuel take-out unit 72. また、加熱室３０とヒーター４０は協働して、流体加熱手段として機能する。 The heating chamber 30 and the heater 40 cooperate to function as a fluid heating means. 更に、高圧ポンプ１０と圧力センサー２０と圧力保持手段６０は協働して、圧力制御手段として機能する。 Furthermore, the high-pressure pump 10 and the pressure sensor 20 and the pressure retaining means 60 cooperate to function as a pressure control means.
なお、圧力保持手段６０は、必要に応じて冷却器を備えさせてもよい。 The pressure retaining means 60 may be allowed with a condenser if necessary.
本実施形態で用いる流体加熱装置においては、燃料取り入れ部７１から取り入れられた燃料が、ヒーター４０により加熱されている加熱室３０において、目標温度にまで加熱される。 In the fluid heating apparatus used in the present embodiment, the fuel taken in from the fuel intake portion 71, in a heating chamber 30 which is heated by the heater 40 is heated to the target temperature.
そして、加熱室３０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５１及び５２の測温部位５１ａ及び５２ａ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５３及び５４の測温部位５３ａ及び５４ａの測定温度から差し引いた値が負のときには、高圧ポンプ１０と圧力センサー２０と圧力保持手段６０とが協働して、目標圧力を上げる圧力制御を行う。 Then, a until the temperature of the fuel in the heating chamber 30 reaches a target temperature, the temperature and the temperature difference between the temperature measuring part 51a and 52a of the thermocouple 51 and 52 provided on the upstream side in the flow direction of the fluid the predicted temperature is predicted from, when the value obtained by subtracting from the measured temperature of the temperature measuring portion 53a and 54a of the thermocouple 53 and 54 provided on the downstream side is negative, the high-pressure pump 10 and the pressure sensor 20 and the pressure retaining means 60 and cooperation, controlling the pressure to raise the target pressure. また、目標温度にまで加熱された燃料が燃料取り出し部７２から取り出される。 Furthermore, fuel that has been heated to the target temperature is taken out from the fuel take-out portion 72.
なお、熱電対５１は、ヒーター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に対してヒーター４０と反対側の位置の流体中にある。 Incidentally, the thermocouple 51, in a fluid catalytic layer near the opposite side of the catalyst layer when viewed from the heater 40 side, the thermocouple 52, the fluid in the opposite position and the heater 40 relative to the thermocouple 51 It is in.
また、上述した流体加熱装置における制御フローの一例を図面を用いて説明する。 Also, it will be described with reference to the drawings an example of a control flow in the above-mentioned fluid heating apparatus.
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。 Figure 12 is a flow chart showing an example of a control flow in the above-mentioned fluid heating apparatus.
まず、ＳＴＡＲＴからＳＴＥＰ１（以下、「Ｓ１」のように略記する。）に進む。 First, the START STEP1 (hereinafter, abbreviated. As "S1"), the process proceeds to.
Ｓ１において、熱電対５１により測温部位５１ａの触媒近傍の流体温度Ａ１を、及び熱電対５２により測温部位５２ａの流体温度Ａ２を検知して、Ｓ２に進む。 In S1, the fluid temperature A1 in the vicinity of the catalyst temperature measuring part 51a by the thermocouple 51, and detects a fluid temperature A2 of the temperature measuring portion 52a by the thermocouple 52, the process proceeds to S2.
Ｓ２において、熱電対５３により測温部位５３ａの触媒近傍の流体温度Ｂ１を、及び熱電対５４により測温部位５４ａの流体温度Ｂ２を検知して、Ｓ３に進む。 In S2, the fluid temperature B1 of the catalyst near the temperature measuring part 53a by the thermocouple 53, and detects a fluid temperature B2 temperature measuring part 54a by the thermocouple 54, the process proceeds to S3.
Ｓ３において、圧力センサー２０により圧力Ｐを検知して、Ｓ４に進む。 In S3, detects the pressure P by the pressure sensor 20, the process proceeds to S4.
Ｓ４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、Ｓ５に進む。 In S4, if it is determined whether it is boosted to the boost as directed (target pressure), is boosted (in the case of YES), the process proceeds to S5. 一方、Ｓ４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、Ｓ１１に進む。 On the other hand, in S4, the step-up as instructed to determine whether it is boosted to (target pressure) (in the case of NO) If not boosted, the process proceeds to S11.
Ｓ５において、検知した温度Ａ１と温度Ａ２とから、温度中間値ＭＡ及び温度差ＤＡを算出して、Ｓ６に進む。 In S5, the detected temperature A1 and temperature A2 Metropolitan calculates a temperature intermediate value MA and a temperature difference DA, the process proceeds to S6.
Ｓ６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ＨＣを予測して、Ｓ７に進む。 In S6, and a temperature intermediate value MA and the calculated pressure P has been detected, to predict the specific heat HC thermal conductivity TC and fluid, the process proceeds to S7.
Ｓ７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ｄ１（測温部位５１ａと測温部位５２ａの距離である。）との積から伝熱量Ｑを算出する。 In S7, a temperature difference DA that calculated, to calculate the heat transfer Q from the product of the thermal conductivity TC and the distance d1 predicted (the distance temperature measuring portion 51a and the temperature sensing part 52a.). また、測温部位５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの中心の線速度Ｒを測温部位５１ａ及び５３ａ間の距離ｄ２で割った通過時間Ｔを算出する。 The calculated temperature measuring site 51a, 52a, 53a, the passage time T obtained by dividing the linear speed R of the center of 54a at a distance d2 between the temperature sensing portion 51a and 53a. 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。 The product of the heat transfer amount Q and the transit time T for calculating a temperature change predicted value DT divided by the specific heat HC of the fluid. 測温部位５２ａのＡ２にＤＴを加えた値を、測温部位５４ａのＢ２値から差し引いて負になる場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ８に進む。 If a value obtained by adding the DT to A2 temperature measuring part 52a, becomes negative is subtracted from B2 values ​​of the temperature measuring portion 54a (the case of YES), the process proceeds to S8. 一方、前記値が負にならない場合（ＮＯの場合）は、Ｓ１に進む。 On the other hand, if the value is not negative (NO), the procedure is advanced to S1.
Ｓ８において、必要圧力Ｐ Ｎを算出して、Ｓ９に進む。 In S8, to calculate the required pressure P N, the process proceeds to S9.
Ｓ９において、昇圧を指示して、Ｓ１０に進む。 In S9, instructs the boost, the process proceeds to S10.
Ｓ１０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。 In S10, it is determined whether to stop the fluid heating apparatus, to stop (YES), the procedure is advanced to END. 一方、Ｓ１０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、Ｓ１３に進む。 On the other hand, in S10, it is determined whether to stop the fluid heating device, (the case of NO) if not stop, the flow proceeds to S13.
Ｓ１１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（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１２に進む。 In S11, it is determined whether or not a failure, if a failure (YES), the procedure is advanced to S12. 一方、Ｓ１１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、Ｓ１３に進む。 On the other hand, in S11, it is determined whether or not a failure, if not failure (NO), the procedure is advanced to S13.
Ｓ１２において、警報を出し、停止して、ＥＮＤに進む。 In S12, it issued a warning, stopped, and the process proceeds to END.
Ｓ１３において、昇圧して、Ｓ１に進む。 In S13, and step-up, and the process proceeds to S1.
次に、本発明の流体加熱方法について詳細に説明する。 It will now be described in detail fluid heating method of the present invention.
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。 In the present invention, when heating a fluid using the fluid heating apparatus described above, the pressure control means, for controlling the pressure such that the pressure of the fluid is above the critical pressure.
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ができる。 Thus, to maintain the pressure of the fluid above the critical pressure, to suppress the generation of gas to suppress a decrease in thermal conductivity, uniform temperature distribution on the upstream side and the downstream side in the fluid flow direction of the passage it can be of. また、流路の断面方向の温度分布を均一化させることができる。 Further, it is possible to make uniform the temperature distribution in the cross section direction of the passage.
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０．０６Ｗ・ｍ −１ Ｋ −１ 以上となるように圧力を制御する。 Specifically, the pressure control means, the thermal conductivity of the fluid present in the inner wall and in the vicinity of the channel to control the pressure so as to 0.06W · m -1 K -1 or higher. 温度差は５度以内であることが好適である。 It is preferable that the temperature difference is within 5 degrees.
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。 At this time, it is possible to avoid local heating, the occurrence of coking can be suppressed.
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 Ｋ −１ 以上となるように制御すればよい。 For example, when using heptane as the fluid, as shown in FIG. 4, is controlled so as to 0.06W · m -1 K -1 or higher thermal conductivity by a pressure above the critical pressure of heptane good.
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。 This time can be controlled to the pressure of the fluid becomes more than 180% of the critical pressure. 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℃付近まで加熱するときでも、０．０６Ｗ・ｍ −１ Ｋ −１ 以上の熱伝導率を維持できる。 From this, when using gasoline, ethanol and the like as the fluid, even when heated to around 300 ° C. As the temperature range, it can be maintained 0.06W · m -1 K -1 or more thermal conductivity. 言い換えれば、３００℃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。 In other words, in the temperature range up to about 300 ° C., it is possible to avoid that the fluid is heated subject is gas, the occurrence of coking can be suppressed.
更に、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。 Furthermore, it is possible to control so that the pressure of the fluid becomes more than 300% of the critical pressure. 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℃付近まで加熱するときでも、０．０６Ｗ・ｍ −１ Ｋ −１ 以上の熱伝導率を維持できる。 From this, when using diesel oil, ethers, esters and the like as the fluid, even when heated to around 500 ° C. As the temperature range, it can be maintained 0.06W · m -1 K -1 or more thermal conductivity. 言い換えれば、５００℃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。 In other words, in the temperature range up to around 500 ° C., it is possible to avoid that the fluid is heated subject is gas, the occurrence of coking can be suppressed.
なお、図５から図１０までのシミュレーションデータについて説明する。 Incidentally, it described simulation data to FIGS. 5 to 10.
シミュレーションは以下の条件で行った。 The simulation was carried out under the following conditions. 断面積１ｃｍ ３ 、長さ１０ｃｍ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℃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。 Sectional area 1 cm 3, was circulated heptane from upstream in a cylindrical tube of length 10 cm (left side in the figure) (the right side in the figure) downstream, the tube wall temperature of 400 ° C. and fixed with respect to the critical pressure 2.74MPa heptane, and calculating the temperature distribution and thermal conductivity distribution in the case of changing the pressure. 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。 The calculation utilizes the symmetry was calculated only the region of 15 ° in a cylindrical tube center angle.
まず、図５は圧力２．５ＭＰａ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。 First, FIG. 5 shows the simulation data of the temperature distribution and thermal conductivity distribution in the pressure 2.5 MPa. 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が均一になっていることがわかる。 This pressure to the critical pressure of heptane, it is considered that subcritical region, looking at the temperature distribution, that the temperature distribution in the cross section direction of the pipe a cylindrical pipe downstream end is in uniform by this pressure Recognize. 一方、熱伝導率分布を見るとどの区間でも熱伝導率が０．０６Ｗ・ｍ −１ Ｋ −１ 以上となっており熱伝導率が保たれていることが分かる。 On the other hand, it can be seen that to see the thermal conductivity distribution, the thermal conductivity at any interval 0.06W · m -1 K -1 or higher and is in which thermal conductivity is maintained. 図６、図７はそれぞれ圧力が３．０ＭＰａ、４．０ＭＰａである場合のシミュレーションデータである。 6 and 7 the pressure respectively 3.0 MPa, the simulation data when it is 4.0 MPa. 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 −１ Ｋ −１ 以上に保たれている。 Although any supercritical region above the critical pressure of heptane in the case of, as in the case the temperature distribution in the cross section direction of the pipe a cylindrical pipe downstream end of FIG. 5 is uniform, the thermal conductivity at any interval 0.06W · m -1 K -1 has been maintained above. これにより管壁の熱が効率的に燃料に伝達されることで、管壁近傍の燃料が局所的に加熱されることなく、炭素析出を回避できる。 Thus by the tube wall of the heat is efficiently transferred to the fuel, without fuel tube wall near is heated locally, avoiding carbon deposition.
一方、図８、９、１０に、それぞれ圧力が０．１ＭＰａ、１．５ＭＰａ、２ＭＰａの場合のシミュレーションデータである。 On the other hand, in FIG. 8, 9, 10, 0.1 MPa pressure, respectively, 1.5 MPa, the simulation data in the case of 2 MPa. 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。 This pressure to the critical pressure of heptane, nor even supercritical region in a subcritical region. 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に分布しており、不均一であることがわかる。 Are distributed fairly wide range temperature of the cross-sectional direction of the tube in the cylindrical tube downstream end in this pressure range, it can be seen that non-uniform. また熱伝導率は、円筒管の上流から２ｃｍより下流の区間で０．０６Ｗ・ｍ −１ Ｋ −１ 未満となっており熱伝導率が保たれていないことが分かる。 The thermal conductivity, it can be seen that the thermal conductivity has a 0.06 W · m less than -1 K -1 downstream sections than 2cm from the upstream of the cylindrical tube is not maintained.
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。 Will hereinafter be described in further detail by some examples of the present invention, the present invention is not limited to these examples.
図１１に示すような流体加熱装置（なお、加熱室は断面積１ｃｍ ２ 、長さ１０ｃｍ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。 Fluid heating apparatus as shown in FIG. 11 (The heating chamber cross-sectional area 1 cm 2, a cylindrical length 10 cm, the same in the following examples.) By the fluid heating means and the pressure control means and change the state of heptane in the heating chamber. 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。 The pressure and density of heptane at each temperature at that time was measured. 得られた結果を図１３に示す。 The results obtained are shown in FIG. 13. 図１３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。 Figure 13 is a graph showing the relationship between heptane pressure and density at each temperature.
図１１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、加熱室内のガソリンの状態を変化させた。 The fluid heating apparatus shown in FIG. 11, the fluid heating means and the pressure control means, changing the state of the gasoline in the heating chamber. 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。 And the pressure was measured and density of gasoline at each temperature at that time. 得られた結果を図１４に示す。 The results obtained are shown in FIG. 14. 図１４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。 Figure 14 is a graph showing the relationship between the pressure and density of gasoline at each temperature.
図１１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（ＪＩＳ２号）の状態を変化させた。 The fluid heating apparatus shown in FIG. 11, the fluid heating means and the pressure control means, changing the state of the heating chamber of the gas oil (No. JIS2). その際の各温度における軽油の圧力と密度を測定した。 And the pressure was measured and density of the gas oil at each temperature at that time. 得られた結果を図１５に示す。 The results obtained are shown in FIG. 15. 図１５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。 Figure 15 is a graph showing the relationship between the pressure and density of the gas oil at each temperature.
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。 It is a schematic view showing a heat conduction state when heating the fluid from the metal tube outer. 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。 It is a schematic view showing a heat conduction state when heating the fluid from the metal tube outer. 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。 Fluid by applying the present invention is a schematic view showing a heat conduction state when heated from a metal pipe outside. ヘプタンの熱伝導率の変化を示すグラフである。 Is a graph showing changes in the thermal conductivity of heptane. ６７３Ｋ、２．５ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the distribution of the temperature distribution and the thermal conductivity of 2.5 MPa. ６７３Ｋ、３．０ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the distribution of the temperature distribution and the thermal conductivity of 3.0 MPa. ６７３Ｋ、４．０ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the distribution of the temperature distribution and the thermal conductivity of 4.0 MPa. ６７３Ｋ、０．１ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the temperature distribution and thermal conductivity distribution of 0.1 MPa. ６７３Ｋ、１．５ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the distribution of the temperature distribution and the thermal conductivity of 1.5 MPa. ６７３Ｋ、２．０ＭＰａ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。 673 K, a simulation data showing the distribution of the temperature distribution and the thermal conductivity of 2.0 MPa. 本発明で用いる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。 A one embodiment of a fluid heating apparatus used in the present invention, is a perspective view showing by cutting part of the heater. 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ートである。 It is a flowchart illustrating an example of a control flow in the fluid heating apparatus shown in FIG. 11. 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。 Is a graph showing the relationship between heptane pressure and density at each temperature. 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。 Is a graph showing the relationship between the pressure and density of gasoline at each temperature. 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。 Is a graph showing the relationship between the pressure and density of the gas oil at each temperature.
１０ 高圧ポンプ ２０ 圧力センサー ３０ 加熱室 ４０ ヒーター ５１、５２、５３、５４ 熱電対 ５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ 測温部位 ６０ 圧力保持手段 ７１ 燃料取り入れ部 ７２ 燃料取り出し部 10 high-pressure pump 20 a pressure sensor 30 heating chamber 40 heater 51, 52, 53 and 54 thermocouples 51a, 52a, 53a, 54a temperature measuring site 60 pressure retaining means 71 the fuel intake portion 72 fuel takeout portion
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、 A fluid heating apparatus for heating the fluid in the flow path to the target temperature,
上記流体を加熱する流体加熱手段と、 And fluid heating means for heating the fluid,
上記流体の温度を計測する流体温度計測手段と、 A fluid temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid,
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 A pressure control means for controlling the pressure in the flow path such that the target pressure
又は、上記流体を加熱する流体加熱手段と、 Or a fluid heating means for heating the fluid,
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、 A pressure control means for controlling the pressure in the flow path such that the target pressure,
流通する流体の情報を記録する手段と And means for recording the information of the fluid flowing
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上流側と下流側の流体の温度差が所定値を超えるときに、上記目標圧力を上げる流体加熱装置を用いた流体加熱方法であって、 Said pressure control means, the fluid in the flow path A while heating to the target temperature, when the temperature difference of the fluid between the upstream side and the downstream side of the flow direction of the fluid exceeds a predetermined value, the target a fluid heating method using the fluid heating device to increase the pressure,
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し、 The pressure control means controls so that the pressure fluid is above the critical pressure,
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０．０６Ｗ・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流体加熱方法。 The pressure control means, the inner wall and to that Fluid heating method characterized by controlling the pressure so that the thermal conductivity of the fluid becomes 0.06W · m -1 K -1 or more existing in the vicinity of the channel .
圧力制御手段により、流体の圧力が臨界圧力の１８０％以上になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。 The pressure control means, fluid heating method of claim 1, wherein the controller controls so that the pressure of the fluid becomes equal to or higher than 180% of the critical pressure.
圧力制御手段により、流体の圧力が臨界圧力の３００％以上になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の流体加熱方法。 The pressure control means, fluid heating method of claim 1, wherein the controller controls so that the pressure of the fluid becomes equal to or higher than 300% of the critical pressure.
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