JP2000082573A - Carbon heating element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高抵抗の炭素体を
用いて熱を発生する炭素系発熱体に関する。The present invention relates to a carbon-based heating element that generates heat using a high-resistance carbon body.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、熱源としての発熱体は、電気ヒ
ーターのように金属または半導体の電気抵抗を利用した
ものや、ガスの燃焼のように熱の放出を伴う化学反応
（発熱反応）を利用したものとがある。2. Description of the Related Art Generally, a heating element as a heat source uses a metal or semiconductor electric resistance such as an electric heater or a chemical reaction accompanied by heat release (exothermic reaction) such as gas combustion. Some have done.
【０００３】最近になって、このような従来の発熱体に
加えて、高抵抗の炭素体を用いた炭素系発熱体が開発さ
れている。一般に、炭素は導電性を有しており、電気抵
抗値が小さいため発熱体として利用するには不十分であ
ると考えられていたが、例えば、天然系繊維に真空温焼
を施して、その繊維にミクロ単位の気泡を形成し電気抵
抗を大きくした炭素体が開発されつつある。Recently, in addition to such conventional heating elements, a carbon-based heating element using a high-resistance carbon body has been developed. In general, carbon has conductivity and was considered to be insufficient for use as a heating element because of its small electrical resistance.For example, natural fibers were subjected to vacuum heating, A carbon body in which micro-unit bubbles are formed in a fiber to increase electric resistance is being developed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素材
料は高温環境下において、非酸化雰囲気下では２７００
℃程度まで使用できるが、空気中では、酸化を伴うので
約４００℃までしか使用できない。空気中において、こ
れ以上の温度環境下で使用するには、セラミックやガラ
ス等の被覆材で、炭素材料の表面を被覆して酸素を遮断
して用いることになる。However, the carbon material is 2700 in a non-oxidizing atmosphere under a high temperature environment.
Although it can be used up to about ° C, it can only be used up to about 400 ° C in air due to oxidation. For use in air at a higher temperature environment, the surface of the carbon material is coated with a coating material such as ceramic or glass to block oxygen to use.
【０００５】被覆材であるセラミックやガラスは、熱衝
撃および機械的衝撃に弱く被覆層が破壊され易い。ま
た、用いる被覆材と炭素材料の膨張率が違うと、被覆材
が破壊され被覆効果が失われる場合も多い。このことか
ら、被覆材と炭素表面とを完全に密着して酸素を絶つこ
とは難しく、内部の炭素材は酸化消耗が避けられない。[0005] Ceramic or glass as a coating material is susceptible to thermal shock and mechanical shock, and the coating layer is easily broken. In addition, if the coefficient of expansion of the coating material used and the carbon material are different, the coating material is often destroyed and the coating effect is lost. For this reason, it is difficult to completely adhere the coating material to the carbon surface to cut off oxygen, and the internal carbon material is inevitably oxidized and consumed.
【０００６】また、炭素材料はアルゴン雰囲気下では安
定しているため、超高温発熱体として一般によく使用さ
れている。また、炭素系発熱体は、近年、融雪用や床暖
房などの面状発熱体として使われるようになりつつある
が、この場合も熱暴走などにより、４００℃を超えると
急速に酸化され、断線の原因となっている。[0006] Since carbon materials are stable under an argon atmosphere, they are commonly used as ultra-high-temperature heating elements. In recent years, carbon-based heating elements have been used as sheet heating elements for snow melting, floor heating, and the like. Is the cause.
【０００７】本発明の目的は、空気中において高温状態
で使用可能で、しかも熱効率を向上させた炭素系発熱体
を得ることである。An object of the present invention is to provide a carbon-based heating element which can be used in air at a high temperature and has improved thermal efficiency.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
炭素系発熱体は、高抵抗の炭素体を封入した密閉容器
と、前記密閉容器の円周面を被覆する炭素帯体と、前記
炭素帯体で被覆された密閉容器を封入する外側密閉容器
とからなることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a carbon-based heating element comprising: a sealed container enclosing a high-resistance carbon body; a carbon strip covering a circumferential surface of the sealed container; And an outer airtight container enclosing the airtight container covered with the carbon strip.
【０００９】請求項２の発明に係わる炭素系発熱体は、
高抵抗の炭素体を封入した密閉容器と、前記密閉容器の
円周面を被覆するステンレスと、前記ステンレスで被覆
された密閉容器を封入する外側密閉容器とからなること
を特徴とする。[0009] The carbon-based heating element according to the second aspect of the present invention comprises:
It is characterized by comprising an airtight container enclosing a high-resistance carbon body, stainless steel covering the circumferential surface of the airtight container, and an outer airtight container enclosing the airtight container coated with stainless steel.
【００１０】請求項３の発明に係わる炭素系発熱体は、
高抵抗の炭素体を封入した密閉容器と、前記密閉容器の
円周面を被覆するセラミックと、前記セラミックで被覆
された密閉容器を封入する外側密閉容器とからなること
を特徴とする。[0010] The carbon-based heating element according to the invention of claim 3 is:
It is characterized by comprising an airtight container enclosing a high-resistance carbon body, a ceramic covering the circumferential surface of the airtight container, and an outer airtight container enclosing the airtight container coated with the ceramic.
【００１１】請求項４の発明に係わる炭素系発熱体は、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明において、
前記密閉容器および前記外側密閉容器の内部を真空とし
たことを特徴とする。[0011] The carbon-based heating element according to the invention of claim 4 is:
In the invention according to any one of claims 1 to 3,
The inside of the closed container and the outside closed container is evacuated.
【００１２】請求項５の発明に係わる炭素系発熱体は、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明において、
前記密閉容器および前記外側密閉容器の内部に不活性ガ
スを封入したことを特徴とする。[0012] The carbon-based heating element according to the invention of claim 5 is:
In the invention according to any one of claims 1 to 3,
An inert gas is sealed in the inside of the closed container and the outside closed container.
【００１３】請求項６の発明に係わる炭素系発熱体は、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明において、
前記外側密閉容器を防護管に収納するようにしたことを
特徴とする。[0013] The carbon-based heating element according to the invention of claim 6 is:
In the invention according to any one of claims 1 to 5,
The outer closed container is housed in a protective tube.
【００１４】請求項７の発明に係わる炭素系発熱体は、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項の発明において、
前記密閉容器および前記外側密閉容器は、石英質ガラス
管であることを特徴とする。[0014] The carbon-based heating element according to the invention of claim 7 is:
In the invention according to any one of claims 1 to 6,
The closed container and the outer closed container are quartz glass tubes.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態に係わる炭素系発熱体
の説明図であり、図１（ａ）は密閉容器の斜視図、図１
（ｂ）は炭素帯体で被覆した密閉容器の斜視図、図１
（ｃ）は本発明の実施の形態に係わる炭素系発熱体の斜
視図である。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an explanatory view of a carbon-based heating element according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view of a closed container, and FIG.
(B) is a perspective view of a closed container covered with a carbon strip, FIG.
(C) is a perspective view of the carbon-based heating element according to the embodiment of the present invention.
【００１６】すなわち、本発明の実施の形態に係わる炭
素系発熱体は、図１（ａ）に示す密閉容器３を、図１
（ｂ）に示すように炭素帯体５で被覆し、その炭素帯体
５で被覆した密閉容器３を、さらに、図１（ｃ）に示す
ように外側密閉容器６に封入したものである。That is, in the carbon-based heating element according to the embodiment of the present invention, the closed container 3 shown in FIG.
As shown in FIG. 1B, the sealed container 3 covered with the carbon strip 5 is further sealed in an outer sealed container 6 as shown in FIG. 1C.
【００１７】密閉容器３は、高抵抗の炭素体１を電極部
２で封入して形成され、電極部２からリード線４が取り
出されている。これにより、リード線４を電源に接続し
炭素体１に通電した場合に、発熱した炭素体１が直接酸
素に曝されることがなくなり、酸化することがなくなる
ので、半永久的に使用でき長寿命の発熱体となる。The sealed container 3 is formed by enclosing a high-resistance carbon body 1 in an electrode portion 2, and a lead wire 4 is taken out from the electrode portion 2. Thereby, when the lead wire 4 is connected to the power supply and the carbon body 1 is energized, the heated carbon body 1 is not directly exposed to oxygen and is not oxidized, so that it can be used semipermanently and has a long life. Heating element.
【００１８】密閉容器３に封入される炭素体１として
は、黒鉛質系炭素、非晶質系炭素、および／またはこれ
らの中間的結晶構造を持つ炭素等、その炭素の分子構造
には依存されず、全ての炭素が使用可能である。また、
炭素体１の素材としての炭素の含有率は５０％〜１００
％のものを使用する。The carbon body 1 enclosed in the closed vessel 3 depends on the molecular structure of the carbon, such as graphitic carbon, amorphous carbon, and / or carbon having an intermediate crystal structure between them. And all carbon can be used. Also,
The content of carbon as a material of the carbon body 1 is 50% to 100%.
%%
【００１９】炭素体１を高抵抗の炭素体とするために、
炭素体１として黒鉛質系炭素を用いる場合には、膨張黒
鉛として使用する。鉱物系炭素を用いる場合には、例え
ば、線上の炭素を編みミクロ単位の気泡を形成し電気抵
抗を大きくして使用する。また、天然系繊維を真空温焼
しその繊維にミクロ単位の気泡を形成し電気抵抗を大き
くして使用する。In order to make the carbon body 1 a high-resistance carbon body,
When graphitic carbon is used as the carbon body 1, it is used as expanded graphite. In the case of using mineral carbon, for example, carbon on a wire is knitted to form micro-unit cells to increase electric resistance before use. In addition, natural fibers are heated in a vacuum to form microscopic bubbles in the fibers to increase the electrical resistance before use.
【００２０】炭素体１として木質系炭素体を用いる場合
は、特に何も処理をせず、そのままでも使える。また、
焼成前の木質体を等方性高圧処理した後に焼成して得る
ようにしても良い。このようにして得られた炭素体は、
高密度でかつ使用する木質の種類にはあまり影響されな
い安定した炭素体である。When a woody carbon body is used as the carbon body 1, it can be used as it is without any particular treatment. Also,
The wood body before firing may be obtained by firing after isotropic high-pressure treatment. The carbon body thus obtained is
It is a stable carbon body with high density and not much affected by the type of wood used.
【００２１】また、炭素繊維を炭素体１として用いる場
合、通電時における炭素繊維のモノフィラメント間に生
じる電位差や静電気の原因により、ケバ立ちや断線が起
こることがある。そこで、炭素繊維を液状樹脂またはこ
れを希釈したものに含浸させて均一に炭素繊維表面に樹
脂膜を付着させた後に、焼成して炭化した炭素−炭素複
合体にする。When carbon fibers are used as the carbon body 1, flaking or disconnection may occur due to a potential difference or static electricity generated between the monofilaments of the carbon fibers during energization. Therefore, the carbon fiber is impregnated with a liquid resin or a diluted liquid resin to uniformly adhere a resin film on the surface of the carbon fiber, and then fired to form a carbonized carbon-carbon composite.
【００２２】このような処理をする樹脂としては、各種
の合成樹脂類（たとえば、フェノール樹脂類、フラン樹
脂類、ポリイミド樹脂類など）、天然樹脂類（松ヤニ、
ゴムラテックスなど）、ピッチの有機溶媒可溶分、ター
ル類（石炭系、石油系、或いは木質材料の乾留により得
られる液状物）などであり、特に樹脂の焼成後の残炭率
の高いもの（４０％以上）が望ましい。Examples of the resin to be subjected to such a treatment include various synthetic resins (for example, phenol resins, furan resins, polyimide resins, etc.) and natural resins (pine tar,
Rubber latex), pitch organic solvent solubles, tars (coal, petroleum, or liquids obtained by dry distillation of woody materials), etc., especially those with a high residual carbon ratio after firing the resin ( 40% or more).
【００２３】次に、密閉容器３としては、水晶から作る
透明石英ガラス、不透明石英ガラスおよび／またはシリ
カガラスを用いて形成した石英質ガラス管が使用され
る。この石英質ガラス管は、熱衝撃温度が１０００℃以
上で線膨張率が６〜１０以下であることが望ましい。Next, as the sealed container 3, a quartz glass tube formed using transparent quartz glass, opaque quartz glass and / or silica glass made of quartz is used. The quartz glass tube preferably has a thermal shock temperature of 1000 ° C. or more and a linear expansion coefficient of 6 to 10 or less.
【００２４】密閉容器３中に炭素体１を封入する方法と
しては、例えば、炭素体１が線状の場合は密閉容器３中
に入れ、電極部２に金属端子を形成しその金属端子の一
部を密閉容器３の外側に出し、炭素体１の部分が空気中
に曝されないように溶封する。この場合、高温バーナー
を使用するので、金属端子部分を冷却水パイプで冷却し
ながら作業する。ここで、電極部２の金属端子の材料
は、銅やモリブデンが使用される。As a method of enclosing the carbon body 1 in the closed container 3, for example, when the carbon body 1 is linear, it is put in the closed container 3, a metal terminal is formed on the electrode portion 2, and one of the metal terminals is formed. The portion is taken out of the closed container 3 and sealed so that the carbon body 1 is not exposed to the air. In this case, since a high-temperature burner is used, work is performed while cooling the metal terminal portion with a cooling water pipe. Here, copper or molybdenum is used as the material of the metal terminal of the electrode unit 2.
【００２５】次いで、他端から脱気し真空にしながら上
記と同様にして溶封する。密閉容器３の中間部分を高温
加熱処理すれば、密閉容器３の内部は減圧されているの
で、炭素体１と密閉容器３は密着したものが得られる。
また一端を溶封した後、他端から窒素ガス、アルゴンガ
ス、ネオンガス、キセノンガス等の非酸化ガスおよび／
または希ガスで置換しても良い。この場合、密閉容器３
の内部圧は０．２気圧以下が望ましい。Next, while the other end is being evacuated and evacuated, sealing is performed in the same manner as described above. If the intermediate portion of the closed vessel 3 is subjected to high-temperature heat treatment, the inside of the closed vessel 3 is depressurized, so that the carbon body 1 and the closed vessel 3 are in close contact with each other.
Also, after sealing one end, a non-oxidizing gas such as nitrogen gas, argon gas, neon gas, xenon gas and / or
Alternatively, it may be replaced with a rare gas. In this case, the closed container 3
Is preferably 0.2 atm or less.
【００２６】次に、密閉容器３を被覆する炭素帯体５
は、炭素体１と同様に、黒鉛質系炭素、非晶質系炭素、
および／またはこれらの中間的結晶構造を持つ炭素等、
その炭素の分子構造には依存されず、全ての炭素が使用
可能であり、高抵抗の炭素を面状に形成して炭素帯体に
する。そして、密閉容器３の円周面を被覆する。これ
は、密閉容器３の炭素体１に通電した際に発熱する熱を
増幅するためである。これにより、熱効率が向上する。Next, the carbon strip 5 covering the closed container 3
Is a graphitic carbon, an amorphous carbon,
And / or carbon having an intermediate crystal structure thereof,
All carbons can be used regardless of the molecular structure of the carbon, and high-resistance carbon is formed into a planar shape into a carbon strip. Then, the circumferential surface of the sealed container 3 is covered. This is to amplify the heat generated when the carbon body 1 of the closed container 3 is energized. Thereby, thermal efficiency is improved.
【００２７】外側密閉容器６は、炭素帯体５で被覆され
た密閉容器３を電極部２で封入する。外側密閉容器６の
内部は真空状態とするか、または不活性ガスを封入す
る。これは、炭素帯体５が酸素に曝され燃焼してしまう
ことを防止するためである。不活性ガスとしては、窒素
ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、ネオンガス、キセ
ノンガス等を用いる。The outer sealed container 6 encloses the sealed container 3 covered with the carbon strip 5 with the electrode portion 2. The inside of the outer sealed container 6 is set in a vacuum state or filled with an inert gas. This is to prevent the carbon strip 5 from being exposed to oxygen and burning. As the inert gas, nitrogen gas, helium gas, argon gas, neon gas, xenon gas, or the like is used.
【００２８】以上の説明では、密閉容器３の熱増幅のた
めに炭素帯体５で密閉容器３を被覆するようにしている
が、炭素帯体５に代えてステンレスやセラミックで被覆
するようにしてもよい。In the above description, the closed container 3 is covered with the carbon strip 5 for thermal amplification of the closed vessel 3, but instead of the carbon strip 5, it is covered with stainless steel or ceramic. Is also good.
【００２９】この炭素系発熱体を実際に熱源として使用
する際には、外側密閉容器６を、さらに防護管に収納す
るようにする。この防護管は、ステンレスや鉄あるいは
アルミニウムの金属で形成される。これにより、外部か
らの衝撃を吸収し炭素系発熱体を保護する。例えば、融
雪用として道路に埋め込んで使用する場合には、炭素系
発熱体を防護管に収納して道路に埋め込むことになる。When this carbon-based heating element is actually used as a heat source, the outer sealed container 6 is further housed in a protective tube. This protective tube is made of a metal such as stainless steel, iron or aluminum. This protects the carbon-based heating element by absorbing external impact. For example, when embedded in a road for snow melting, the carbon-based heating element is housed in a protective tube and embedded in the road.
【００３０】また、炭素系発熱体を実際に熱源として使
用する際には、その使用目的に応じて、その大きさを適
宜定めることになる。When the carbon-based heating element is actually used as a heat source, its size is appropriately determined according to the purpose of use.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、密
閉容器に炭素体を封入し、外側密閉容器で炭素帯体を封
入しているので、高温環境下（例えば約１０００℃以
上）で使用しても炭素は酸化されない。従って、長寿命
の炭素系発熱体が得られ、腐食性ガスの発生するような
特殊環境でも使用可能である。As described above, according to the present invention, since a carbon body is sealed in a closed container and a carbon strip is sealed in an outer sealed container, the carbon body is sealed in a high temperature environment (for example, about 1000 ° C. or higher). Does not oxidize carbon. Therefore, a carbon-based heating element having a long life can be obtained, and can be used in a special environment where corrosive gas is generated.
【００３２】また、炭素帯体で密閉容器からの発熱を増
幅するので、熱効率を向上させることができる。Further, since the heat generated from the closed container is amplified by the carbon strip, the thermal efficiency can be improved.
【図１】図１は本発明の実施の形態に係わる炭素系発熱
体の説明図であり、図１（ａ）は密閉容器の説明図、図
１（ｂ）は炭素帯体で被覆した密閉容器の説明図、図１
（ｃ）は本発明の実施の形態に係わる炭素系発熱体の説
明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a carbon-based heating element according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an explanatory view of a closed container, and FIG. 1 (b) is a closed cover covered with a carbon strip. Explanatory drawing of container, FIG.
(C) is an explanatory view of the carbon-based heating element according to the embodiment of the present invention.
１ 炭素体 ２ 電極部 ３ 密閉容器 ４ リード線 ５ 炭素帯体 ６ 外側密閉容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon body 2 Electrode part 3 Airtight container 4 Lead wire 5 Carbon strip 6 Outer airtight container
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 幸智男 滋賀県野洲郡野洲町小篠原2101 風異音素 ビル５Ｆ 株式会社イーテック内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA02 QB14 QB16 QC02 QC05 QC37 RA01 RB14 RC02 RC04 RC17 RC26 RD11 VV09 VV28 VV31 VV33 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yukio Matsui 2101 Koshihara, Yasu-cho, Yasu-gun, Shiga Prefecture 5F Wind Allogene Building 5F E-Tech Co., Ltd. F-term (reference) 3K092 PP20 QA02 QB14 QB16 QC02 QC05 QC37 RA01 RB14 RC02 RC04 RC17 RC26 RD11 VV09 VV28 VV31 VV33
Claims (7)
前記密閉容器の円周面を被覆する炭素帯体と、前記炭素
帯体で被覆された密閉容器を封入する外側密閉容器とか
らなることを特徴とする炭素系発熱体。An airtight container enclosing a high-resistance carbon body,
A carbon-based heating element comprising: a carbon strip covering a circumferential surface of the closed vessel; and an outer sealed vessel enclosing the closed vessel covered with the carbon strip.
前記密閉容器の円周面を被覆するステンレスと、前記ス
テンレスで被覆された密閉容器を封入する外側密閉容器
とからなることを特徴とする炭素系発熱体。2. An airtight container enclosing a high-resistance carbon body,
A carbon-based heating element, comprising: a stainless steel that covers a circumferential surface of the sealed container; and an outer sealed container that seals the sealed container coated with the stainless steel.
前記密閉容器の円周面を被覆するセラミックと、前記セ
ラミックで被覆された密閉容器を封入する外側密閉容器
とからなることを特徴とする炭素系発熱体。3. An airtight container enclosing a high-resistance carbon body,
A carbon-based heating element comprising: a ceramic covering a circumferential surface of the closed container; and an outer closed container enclosing the closed container coated with the ceramic.
内部を真空としたことを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれか１項に記載の炭素系発熱体。4. The carbon-based heating element according to claim 1, wherein the inside of the closed container and the outside closed container is evacuated.
内部に不活性ガスを封入したことを特徴とする請求項１
乃至請求項３のいずれか１項に記載の炭素系発熱体。5. An inert gas is sealed in the inside of the closed container and the outside closed container.
The carbon-based heating element according to claim 1.
うにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
れか１項に記載の炭素系発熱体。6. The carbon-based heating element according to claim 1, wherein the outer sealed container is housed in a protective tube.
は、石英質ガラス管であることを特徴とする請求項１乃
至請求項６のいずれか１項に記載の炭素系発熱体。7. The carbon-based heating element according to claim 1, wherein the sealed container and the outer sealed container are quartz glass tubes.
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| JP10252119A JP2000082573A (en) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Carbon heating element |
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| JP (1) | JP2000082573A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005183377A (en) * | 2003-11-28 | 2005-07-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for manufacturing carbon-based heater, the carbon-based heater, heater, heating device |
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1998
- 1998-09-07 JP JP10252119A patent/JP2000082573A/en active Pending
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