JP2018076961A - 導電性導管アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】導電性構成要素を含む導管アセンブリを提供する。【解決手段】ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成されるチューブ１２を有する導管アセンブリ１０。ポリマー材料は２０℃で１×１０−１４と４．７×１０６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する。電気接点は電流を受け取るために導管アセンブリに電気的に結合される。アースは導管アセンブリを通って流れる電流を接地するために導管アセンブリに電気的に結合される。【選択図】図１

Description

＜関連出願との相互参照＞
本出願は、２０１６年８月３１日に出願された米国仮出願第６２／３８１，８６２号の利益を主張する。上記出願の全開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は導管アセンブリに関し、より具体的には、導電性及び静電放電導管アセンブリに関する。

本節は、必ずしも先行技術ではない本開示に関する背景情報を提供する。

導管内の流体の加熱が必要な様々な産業において、様々なタイプの装置が利用されている。更に、静電気の蓄積が加熱及び非加熱の導管システムで起きる。具体的には、抵抗線が管内の尿素を解凍するために使用される尿素システムでは、様々な解決策が存在する。一般的に、尿素を解凍するようにパイプを加熱するために、抵抗線はチューブ及びコネクタの周囲に巻き付けられる。更に、加熱要素は尿素を加熱及び解凍するためにパイプの中に流される。また、樹脂は導電性材料を含む化合物とすることができる。電荷は流体と同じ導管経路に沿って移動するであろう。流体システムは接地されている。これらのタイプのシステムは、一般的に、チューブの加熱及びコネクタの加熱に関連する様々な問題を有する。従って、設計者は技術を向上させるために努力している。

本開示は、導電性構成要素を含む導管アセンブリを当該技術分野に提供する。導電性構成要素はナノ粒子成分を有するポリマー材料から製造される。電流は電気接点の中に入り導管アセンブリを通ってアースに流されることができ、導管が電流を通す又は静電荷を散逸することを可能にする。加えて、加熱は、電圧が印加される場合、導管アセンブリ内で発生する可能性がある。

本開示の第１の目的によれば、導管アセンブリは、チューブ及びチューブに接続される少なくとも１つの流体コネクタを備える。チューブ、所望ならば、及びおそらくはコネクタは、ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成される。ポリマー材料は、２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する。電気接点は電圧を受け取るために導管アセンブリに電気的に結合される。アース線は、電流を接地するために導管アセンブリに電気的に結合される。これが起きると、導管アセンブリは電流によって加熱される。電流は、接続されている流体コネクタとチューブとの間を流れ且つそれらを通って流れる。導管アセンブリは尿素チューブシステムで使用されることができる。

本開示の第２の目的によれば、電流又は静電気放電を導管アセンブリを通して流す方法は、ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成される導管アセンブリを提供することを備える。電気接点及びアース線は導管アセンブリに電気的に結合される。電流は電気接点の中に入り導管アセンブリを通ってアース線に流される。導管アセンブリは電流によって加熱される。導管アセンブリは、２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する。

本開示の第３の態様によれば、導管アセンブリはナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成されるチューブを備える。ポリマー材料は２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する。電気接点は電流を受け取るためにチューブに結合される。アースは、チューブを通って流れる電流を接地するためにチューブに結合される。チューブは流体の移動を可能にするために中空とすることができる。チューブは電流の流れを可能にするために中実とすることができる。チューブは流体を加熱するために利用されることができる。また、冷却流体がチューブを通って流れることもできる。

本開示は様々な環境で利用されることができる。本開示はバッテリの加熱及び冷却のために利用されることができる。更に、本開示は電気冷却及び加熱の制御に使用されることができる。本開示は水素燃料電池の排気システムを加熱するために利用されることができる。本開示は、座席、床、スプリンクラー管、プール用又は家庭用配管、並びに加熱された私設車道などの分野における加熱及び冷却に利用されることができる。本開示は、加熱されたクランクケース、コーヒーメーカー、トラッククランクケース換気用のブリーザ、及び自律駆動車両用のセンサの洗浄、並びにウインドシールドウォッシャ管又はセンサへのウォッシャ管に使用されることができる。更に、導管は中実とすることができ、導管は腐食性環境においてプラスチック電線装置を通して電気を通すために利用されることができるであろう。

適用範囲の更なる領域は本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。本概要における説明及び特定の例は、説明のためのみに意図されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本明細書で説明される図面は、選択された実施形態の説明の目的のみのためであり、全ての可能な実装ではなく、且つ本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

導管アセンブリの正面図である。 ２Ａ−２Ａ線に沿った図１の断面図である。 ２Ｂ−２Ｂ線に沿った図１の断面図である。 別の実施形態の部分断面斜視図である。 別の実施形態の斜視図である。 別の実施形態の断面図である。 別の実施形態の斜視図である。 別の実施形態の別の断面図である。 更なる実施形態の断面図である。

対応する参照符号は図面の幾つかの図を通して対応する部分を示す。

例示的な実施形態が添付の図面を参照してより十分に説明されるであろう。

図面を参照すると、導管アセンブリが参照符号１０で図示され、指定されている。導管アセンブリはチューブ１２及び少なくとも１つのコネクタ１４を含む。第２のコネクタ１６が図示されている。

電気接点１８はコネクタ１４に電気的に結合されるように図示されている。電気接点１８は、コネクタ１４によって形成されているボックス２４から延在する端部２６を含む。端部２６はリード線１９を受ける。リード線１９の端部２１はボックス２４に機能的に適合し、ボックス２４内に保持される。電気接点１８の残りの部分は、コネクタ本体１４内に配置されている弧状体２８を有する。電気接点１８は、コネクタ１４、１６又はチューブ１２のポリマー材料の中に成形、締め付け、もしくは接続等される。更に、製造においてリード線と同様のアース線２０は、上述したような電気接点１８を含む第２のコネクタ１４、１６又はチューブ１２に電気的に結合されることができる。アース線２０は、リード線のように、コネクタ１４、１６又はチューブ１２上の電気接点の端部２６に固定される。リード線１９及びアース線２０は、コネクタ１４、１６又はチューブ１２上の電気接点１８に電気的に結合される。従って、（ワイヤハーネスなどの）電流源２２は、電流が導管アセンブリ１０を通ってアース線２０に流れることができるように電気接点１８に電気的に結合されることができる。これが起きると、電流はフィラメントのように導管アセンブリを所望の温度に加熱する。

図２において分かるように、コネクタ１４、１６はチューブ１２に機械的に接続されている。コネクタ１４、１６とのチューブ１２の接続は、電流がチューブ１２を通ってコネクタ１４、１６間に直接流れることを可能にする。従って、導管アセンブリ１０は、導管アセンブリ１０を電流で加熱するために電流が導管アセンブリ１０を通って流れることを可能にする電気接続として働く。

チューブ１２及びコネクタ１４、１６は、同一又は類似のポリマー材料で形成又は製造される。ポリマー材料は少なくとも１つのポリマー成分を含み、少なくとも１つのポリマー成分は変性主鎖を有する。ポリマー成分は、ポリエステル、ポリオール、コポリエステル、ポリアクリレート、ポリスルフィド、ポリオレフィン、ポリアミン、ポリウレタンのうちの少なくとも１つを含むことができる。

ナノ粒子成分はポリマー成分中に存在する主鎖又は側鎖に組み込まれる。ナノ粒子成分は少なくとも１つの無機機能性ナノ粒子化合物である。ナノ粒子成分は２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）の間の範囲の導電率（σ）を提供するのに十分な量で存在する。ナノ粒子は、鉄、銅、鉛、銀、ニッケル、コバルト、炭素グラファイト、マンガン及びそれらの混合物からなるグループから選択されることができる。

ナノ粒子化合物を有するポリマー組成物は、マキノー ポリマーズ，エルエルシー（Mackinac Polymers, LLC）による「電気活性特性を有するポリマー組成物（Polymeric Composition With Electroactive Characteristics）」という名称の米国特許第９，０７４，０５３ Ｂ２号に示されており、その明細書及び図面は参照により本明細書に組み込まれる。

従って、電流は電流源２２から導管アセンブリ１０を通って流れる。電気接点１８及びアース線２０を有する導管アセンブリ１０は、電流がナノ粒子成分を有するポリマー材料から製造されるコネクタ１４、１６及びチューブ１２を流れることを可能にする。従って、導管アセンブリ１０は電流によって加熱される。

このタイプの導管アセンブリは、その使用中に尿素を解凍するために尿素システムで利用されることができる。これらの尿素システムは、一般的に、選択的触媒還元排気処理システムを備えるディーゼルエンジンを有する自動車に利用される。尿素又はディーゼル排気のような還元剤は、窒素酸化物を窒素及び水に変える化学反応を引き起こすようにエンジン排気流に注入される。還元剤として尿素又はディーゼル排気燃料を使用する場合に遭遇する課題は、それが約−１１℃で凍結するので、それをチューブを通してポンプ輸送することができないということである。

更に、導管アセンブリは、加熱された導管が所望される任意の工程において利用されることができるであろう。ウインドシールドウォッシャ管、送水管、配管（石けんなど）は、加熱が所望されるタイプの管である。

図３を参照すると、他の実施形態が図示されている。ここでは、同一の要素は同一の参照符号で特定される。

第２の導管アセンブリ１０’は、チューブ１２、少なくとも１つの流体コネクタ１４、及び第２の流体コネクタ１６を含む。加熱ロッド３０は導管アセンブリ１０’を貫通する。加熱ロッド３０は上述したポリマー材料から製造される。電気接点１８は加熱ロッド３０の一端に電気的に結合される。アース線２０は加熱ロッド３０の他端に結合される。電流は加熱ロッド３０を通って流れる。加熱ロッド３０は、上述したように、導管内の流体を加熱するためにフィラメントとして利用される。加熱ロッド３０は中実とすることができるか、又はそれは貫通孔を含むことができる。更に、加熱ロッド３０は、導管の内部から除去され、チューブ１２の外周に巻き付けられることができるであろう。

図４は図１と同様な図である。図４において、先に特定された要素は同じ参照符号で特定される。ここで、導管アセンブリ１０”は、チューブ１２に直接接続されている自立ボックス２４内の電気接点１８を含む。また、アース線２０はチューブ１２に電気的に結合する。従って、電圧又は電流は、上述したように、チューブ１２を通って流され、流体を加熱する。ここで、流体コネクタは、加熱される場合、チューブ１２の熱による伝導加熱によって加熱されるであろう。更に、コネクタ１４、１６は、チューブと同じ材料から製造される必要はない。チューブは上述したような材料から製造される。

図５は本開示の他の実施形態を図示する。ここで、チューブ１２は５層を有する多層チューブである。第１層４０は上述した材料から製造される。この層はメッシュ層とすることができるであろう。第２層４２は、第１層と第３層との間に挟まれている非導電層である。第３層４４は上述したもののような導電層であり、メッシュ層とすることもできるであろう。第４外層４６は非導電性外被層である。第５層４８は非導電性内層である。コネクタ１４’は一対の電気接点１８、１８’を含む。電気接点１８、１８’は導電性の第１層４０及び第３層４４の一方又は他方に取り付けられる。従って、リード線１９は電気接点１８に接続され、アース線２０は電気接点１８’に接続されることができる。更に、導管アセンブリの他端には、第１層４０及び第３層４４に取り付けられている同様のコネクタがある。電気接点１８、１８’は、第１層４０及び第３層４４に電気的に接続され、接点１８からの電流を、層４０を通り、層４４を通って戻り、アース１８’に戻す。従って、電流はチューブを加熱するようにチューブ１２を通って流れることもでき、結果としてチューブ内の流体を加熱する。

図６〜図８において、実施形態は上記と同様である。従って、同じ参照符号が類似の又は同じ要素を特定するために使用されている。従って、要素の完全な説明は省略されている。

図６では、一対の電気接点１８を有するチューブ１２を有する導管が図示されている。電気接点はボックス２４から延在する接点端部２６を含む。端部２６から延在する弧状体２８は、チューブ１２の周りにコネクタボックス内に配置される。電流源２２は、一般的に、電流がチューブ１２を通ってアース線２０に流れることができるように、電気接点１８に結合される。これが起きると、電流がチューブ１２を通って流れる。

図７では、第２のチューブ１２’が図示されている。ここで、接点は一対の電気接点１８、１８’を含む。一対の電気接点は、図５で特定されているような異なる層の間に挟まれている弧状部材２８を含む。従って、チューブは、それらの２層の間に非導電層を有する２つの導電層４０、４４を有する。外層４６及び内層４８はまた非導電層である。従って、電気接点１８、１８’は、電流をチューブを通して流す活線並びにアース線を受けることができる。上述したもののようなジャンパー接続はチューブの他端にある。

図８は図６のものと同様である。しかしながら、チューブ１２”は中実である。従って、流体はチューブを通って流れない。チューブ１２”は、電流がチューブ１２”を通って流れることを可能にする線として作動する。従って、このプラスチック線は腐食性の用途に利用されることができる。更に、多層の中実のチューブ又は線は図７におけるもののように利用されることができる。

本開示は燃料管における静電放電用途に利用されることができる。典型的に、燃料管において、流体の移動は、時間の経過とともに、非導電性材料中に帯電の蓄積をもたらす可能性がある。ここで、蓄積は、最終的には、近くの構成部品間のアーク放電をもたらす可能性がある。これは、流体が導管から漏れることを可能にする導管アセンブリ内の小さな穴をもたらす可能性がある。対照的に、本開示の導管アセンブリを利用することによって、このタイプの漏れを克服することができる。ここでは、チューブを導電性材料から構築し、それをアースに電気的に接続することによって、チューブは帯電を散逸させ、アーク放電を回避することができる。従って、本開示は帯電を散逸させるために流体導管システムに利用されることができる。

実施形態の前述の説明は例示及び説明の目的のために提供されている。それらは網羅的であること又は本開示を限定することを意図するものではない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般的に、その特定の実施形態に限定されるものではないが、適用可能である場合、交換可能であり、具体的に図示又は説明されていない場合でも、選択された実施形態で使用されることができる。前出のものが多くの方法で変形されることもできる。そのような変形は本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、そのような変更は全て本開示の範囲内に含まれるものと意図される。

１０ 導管アセンブリ
１２ チューブ
１４、１６ コネクタ
１９ リード線
２０ アース線
２２ 電流源
２４ ボックス

Claims (11)

1. チューブ及び前記チューブに接続される少なくとも１つのコネクタと、
   ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成され、前記ポリマー材料は２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する、前記チューブ及び前記少なくとも１つのコネクタと、
   電流を受け取るために導管アセンブリに電気的に結合される電気接点と、
   前記導管アセンブリが前記電流によって加熱されている間に前記電流を接地するために前記導管アセンブリに電気的に結合されるアースと、
   を備える、導管アセンブリ。
2. 前記電流は前記少なくとも１つのコネクタと前記チューブとの間を流れる、請求項１に記載の導管アセンブリ。
3. 前記導管アセンブリは尿素チューブシステムである、請求項１に記載の導管アセンブリ。
4. ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成される導管アセンブリを提供することと、
   前記導管アセンブリに電気的に結合される電気接点を提供することと、
   前記導管アセンブリに電気的に結合されるアースを提供することと、
   電流を、前記電気接点の中に入れ、前記導管アセンブリを通して前記アースに流すことと、
   前記導管アセンブリを前記電流で加熱することと、
   を備える、導管アセンブリを通して電流を流す方法。
5. 前記導管アセンブリは２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有することを更に備える、請求項４に記載の方法。
6. ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成されるチューブであって、前記ポリマー材料は２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する、チューブと、
   電流を受け取る前記チューブに結合される電気接点と、
   前記チューブを通って流れる前記電流を接地するために前記チューブに結合されるアースと、
   を備える、導管アセンブリ。
7. 前記チューブは流体の流れを可能にする中空孔を有する、請求項６に記載の導管アセンブリ。
8. 前記チューブは前記電流の流れを可能にするように中実である、請求項１に記載の導管アセンブリ。
9. 前記チューブは前記中空孔内の流体を加熱する、請求項７に記載の導管アセンブリ。
10. ナノ粒子成分を有するポリマー材料から形成されるチューブであって、前記ポリマー材料は２０℃で１×１０^−１４と４．７×１０^６（Ｓ／ｍ）との間の範囲の導電率を有する、チューブと、
    前記チューブ内に存在する前記帯電を接地するために前記チューブに結合されるアースと、
    を備える、静電放電のための導管アセンブリ。
11. 前記チューブは流体の流れを可能にする中空孔を有する、請求項１０に記載の導管アセンブリ。

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