JP2011181311A - Heater, and heater system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維を発熱体として用いたヒータ及びヒータシステムに関する。 The present invention relates to a heater and a heater system using carbon fiber as a heating element.
炭素繊維を発熱体とするヒータは、耐熱性および耐熱衝撃性に優れ、さらに赤外線放射率が高いので、家庭用調理器、暖房器または工業用加熱装置等に利用されている。 A heater using a carbon fiber as a heating element is excellent in heat resistance and thermal shock resistance, and has a high infrared emissivity, and thus is used in household cooking appliances, heaters, industrial heating devices, and the like.
特許文献１に開示されたヒータは、複数（２０,０００〜５０,０００）本の炭素繊維を束ねることなくそのまま炭素繊維を丸めてその表面に耐熱材（例えば耐熱ビニル）の皮膜を施したものである。
しかし、特許文献１に開示されたヒータは、炭素繊維同士が確実に密着されていないため、有効発熱量に対する電気消費量が大きい。また、一本一本の炭素繊維を見てみると、ヒータの長さ全体でつながっておらず破断していることが多い。このため通電する際に炭素繊維同士の通電が不安定になるおそれもある。 However, the heater disclosed in Patent Document 1 has a large electric consumption with respect to the effective heat generation amount because the carbon fibers are not securely adhered to each other. Also, looking at each carbon fiber one by one, it is often not connected throughout the length of the heater and is broken. For this reason, when energizing, there is a possibility that energization between carbon fibers may become unstable.
本発明は、有効発熱量に対する電気消費量が小さく、通電が安定したヒータ及びヒータシステムを提供することを目的とする。また、本発明のヒータ及びヒータシステムは少なき電気消費量で、高い温度を発熱させることを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heater and a heater system in which the amount of electricity consumed with respect to the effective heat generation amount is small and the energization is stable. Another object of the heater and heater system of the present invention is to generate heat at a high temperature with a small amount of electricity consumption.
第１の観点のヒータは、複数の炭素繊維と、複数の炭素繊維同士を平行に密着させるように束ねる束縛体と、束縛体により束ねられた複数の炭素繊維を被覆する被覆カバーとを備える。
このような構成によれば、ヒータは複数の炭素繊維同士が束縛体により密着されているので、より低い電気消費量でより高い温度になることができる。
A heater according to a first aspect includes a plurality of carbon fibers, a constraining body that binds the plurality of carbon fibers so as to closely contact each other, and a covering cover that covers the plurality of carbon fibers bound by the constraining body.
According to such a configuration, since the plurality of carbon fibers are in close contact with each other by the constraining body, the heater can have a higher temperature with a lower electric consumption.
第２の観点のヒータにおいて、複数の炭素繊維はピッチ（ＰＩＴＣＨ）系である。
ピッチ系炭素繊維は別のＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維と比べれば、炭素含有量がより多い、放射率、熱伝導率及び電気伝導率に優れる。このため、ピッチ系炭素繊維に通電する際、より強い炭素繊維の格子振動が行えるので、遠赤外線の放射量に優れる。
In the heater according to the second aspect, the plurality of carbon fibers are pitch (PITCH).
The pitch-based carbon fiber has a higher carbon content, excellent emissivity, thermal conductivity, and electrical conductivity than other carbon fibers such as PAN-based carbon fibers. For this reason, when energizing the pitch-based carbon fiber, a stronger lattice vibration of the carbon fiber can be performed, so that the amount of far-infrared radiation is excellent.
第３の観点のヒータにおいて、束縛体は螺旋状に複数の炭素繊維の周囲を回転して束ねる。 In the heater according to the third aspect, the constraining body is bundled by rotating around the plurality of carbon fibers in a spiral shape.
第４の観点のヒータにおいて、複数の炭素繊維は１２,０００本である。 In the heater according to the fourth aspect, the number of carbon fibers is 12,000.
第５の観点のヒータは、被覆カバーにより被覆された複数の炭素繊維の両端に設けられ、複数の炭素繊維に給電する給電部を備える。
ヒータは両端に設けられた給電部を電源に接続することで、炭素繊維に有している炭素原子が格子振動を行い、炭素繊維が高温になることにより遠赤外線を放射することができる。
The heater of the 5th viewpoint is provided in the both ends of the some carbon fiber coat | covered with the coating | cover cover, and is provided with the electric power feeding part which electrically feeds a some carbon fiber.
The heater can emit far-infrared rays by connecting the power feeding portions provided at both ends to the power source, so that the carbon atoms of the carbon fiber perform lattice vibration, and the carbon fiber becomes high temperature.
第６の観点のヒータの製造方法は、複数の炭素繊維を用意する第１工程と、複数の炭素繊維同士を平行に密着させるように束縛体で束ねる第２工程と、束縛体により束ねられた複数の炭素繊維を被覆カバーで被覆する第３工程とを含む。
このような製造方法によれば、有効発熱量に対する電気消費量が小さく、通電する際に接線が安定したヒータが製造できる。
In the heater manufacturing method according to the sixth aspect, the first step of preparing a plurality of carbon fibers, the second step of binding the plurality of carbon fibers with a binding body so as to closely contact each other, and the binding body are bundled. And a third step of covering a plurality of carbon fibers with a covering cover.
According to such a manufacturing method, it is possible to manufacture a heater having a small electric consumption with respect to an effective heat generation amount and having a stable tangent when energized.
第７の観点のヒータの製造方法は、被覆カバーにより被覆された複数の炭素繊維の両端に複数の炭素繊維に給電する給電部を形成する第４工程を含む。 The manufacturing method of the heater of the 7th viewpoint includes the 4th process of forming the electric power feeding part which supplies electric power to a plurality of carbon fibers in the both ends of the plurality of carbon fibers covered with the covering cover.
第８の観点のヒータシステムは、第１観点から第５観点に記載のヒータと、ヒータに電源を供給する電源部と、ヒータの周囲の温度を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、電源部から供給される電圧を制御する制御部と、を備える。 A heater system according to an eighth aspect includes a heater according to the first to fifth aspects, a power supply unit that supplies power to the heater, a detection unit that detects a temperature around the heater, and a detection result of the detection unit. And a control unit that controls a voltage supplied from the power supply unit.
本発明は、有効発熱量に対する電気消費量が小さく、通電が安定したヒータ及びヒータシステムを提供することができる。 The present invention can provide a heater and a heater system that have a small amount of electricity consumption with respect to an effective heat generation amount and that are stably energized.
＜ヒータ１００の構成＞
ヒータ１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）はヒータ１００の部分斜視図であり、図１（ｂ）はヒータ１００の断面図である。なお、図１（ａ）はヒータ１００の両端に形成される一対の給電部（図４で説明）を示していない部分斜視図である。また、炭素繊維ＣＦが伸びた方向をＺ軸方向とし、そのＺ軸に垂直の平面をＸＹ平面とする。
<Configuration of heater 100>
The configuration of the heater 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a partial perspective view of the heater 100, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the heater 100. FIG. 1A is a partial perspective view that does not show a pair of power feeding portions (described in FIG. 4) formed at both ends of the heater 100. The direction in which the carbon fibers CF extend is defined as the Z-axis direction, and the plane perpendicular to the Z-axis is defined as the XY plane.
図１（ａ）に示されたように、ヒータ１００はＺ軸方向に沿って伸びた細長い円柱体である。ヒータ１００は、１２,０００本の炭素繊維ＣＦを束縛体１１により平行に束ねて形成された炭素繊維束１０を中心とし、その外側に耐熱絶縁材料から構成された被覆カバー１２を被覆して形成されたものである。 As shown in FIG. 1A, the heater 100 is an elongated cylindrical body extending along the Z-axis direction. The heater 100 is formed by covering a carbon fiber bundle 10 formed by bundling 12,000 carbon fibers CF in parallel by a constraining body 11 and covering a coating cover 12 made of a heat-resistant insulating material on the outside thereof. It has been done.
ここで、束縛体１１は１２,０００本の炭素繊維ＣＦの外周を螺旋状に回転しながら束ねている。束縛体１１のＺ軸方向のピッチＰはたとえば７ｍｍである。図１（ａ）では、説明をしやすくするために束縛体１１が炭素繊維ＣＦを４回しか束縛しないように描かれているが、実際には長さによって数十、数百回束縛する。これにより、１２,０００本の炭素繊維ＣＦは束縛体１１でより高い密着度で密着されている。 Here, the bound body 11 is bundled while rotating the outer periphery of 12,000 carbon fibers CF spirally. The pitch P in the Z-axis direction of the binding body 11 is 7 mm, for example. In FIG. 1 (a), the binding body 11 is drawn so as to bind the carbon fiber CF only four times for ease of explanation, but in practice it is bound several tens or hundreds of times depending on the length. As a result, 12,000 carbon fibers CF are in close contact with the binding body 11 with a higher degree of adhesion.
束縛体１１としては、ポリエステル繊維より構成された糸が用いられる。具体的には、束縛体１１としてポリエステル系合成繊維の「テトロン」（登録商標）が用いられている。その他に、ポリウレタン系、ポリプロピレン系、ポリビニルアルコール系、ポリエチレンテレフタラート系などの細くて丈夫な合成繊維でもよい。また伸縮性のあるゴム系の糸が用いられてもよい。さらにアラミド繊維が用いられてもよい。ゴム系の束縛体１１であれば、ヒータ１００を曲げる際に容易に屈曲させることができる。 As the constraining body 11, a thread made of polyester fiber is used. Specifically, a polyester synthetic fiber “Tetron” (registered trademark) is used as the constraining body 11. In addition, thin and strong synthetic fibers such as polyurethane, polypropylene, polyvinyl alcohol, and polyethylene terephthalate may be used. Further, a stretchable rubber thread may be used. Furthermore, an aramid fiber may be used. The rubber-based restraint 11 can be easily bent when the heater 100 is bent.
さらに、１２,０００本の炭素繊維ＣＦは平行な状態で束縛体１１により束ねられている。炭素繊維ＣＦは捩られていない。炭素繊維ＣＦを捩じらせるとその炭素繊維ＣＦ同士の一部は高い密着度で密着するが他の一部は膨らんでしまい密着度が低くなる。つまり１２,０００本の炭素繊維ＣＦの一部に空間を生じて密着できない箇所が生じる。このため、１２,０００本の炭素繊維ＣＦは平行な状態で束ねられる。また、炭素繊維ＣＦを所定の力以上に捩じると、炭素繊維ＣＦが切れて断線することもある。また、炭素繊維束１０は、束縛体１１により密着させたので、ヒータ１００は引っ張り強度が非常に強くなる。 Furthermore, 12,000 carbon fibers CF are bundled by the constraining body 11 in a parallel state. The carbon fiber CF is not twisted. When the carbon fibers CF are twisted, some of the carbon fibers CF adhere to each other with a high degree of adhesion, while the other part swells to lower the degree of adhesion. That is, a space is created in a part of 12,000 carbon fibers CF, and a portion that cannot be adhered is generated. For this reason, 12,000 carbon fibers CF are bundled in a parallel state. Further, when the carbon fiber CF is twisted to a predetermined force or more, the carbon fiber CF may be cut and disconnected. Further, since the carbon fiber bundle 10 is brought into close contact with the constraining body 11, the heater 100 has a very high tensile strength.
また、図１（ａ）ではヒータ１００が円柱体に描かれているが、屈曲自由なものである。たとえば、束縛体１１のピッチＰがたとえば３ｍｍ以下になると束縛体１１の拘束によりヒータ１００は屈曲しにくくなる。その一方、束縛体１１のピッチＰがたとえば１２ｍｍ以上になると高い密着度で密着されることが困難になる。このため、１２,０００本の炭素繊維ＣＦを「テトロン」（登録商標）の束縛体１１によって束ねる際には、そのピッチＰが５ｍｍ~１０ｍｍ程度が好ましい。 Further, in FIG. 1A, the heater 100 is depicted as a cylindrical body, but it is free to bend. For example, when the pitch P of the bound body 11 is 3 mm or less, for example, the heater 100 is difficult to bend due to the restraint of the bound body 11. On the other hand, when the pitch P of the constrained body 11 is, for example, 12 mm or more, it is difficult to make contact with a high degree of adhesion. For this reason, when the 12,000 carbon fibers CF are bundled by the binding body 11 of “Tetron” (registered trademark), the pitch P is preferably about 5 mm to 10 mm.
図１（ｂ）に示されたように、ヒータ１００の中心に形成された炭素繊維束１０の直径φ１は１．４ｍｍ程度であり、ヒータ１００の外径φ２は３．０〜７．４ｍｍ程度である。また、束縛体１１の直径φ３は０．２~０．４ｍｍ程度である。被覆カバー１２の厚さｒは、０．８〜５．０ｍｍ程度である。 As shown in FIG. 1B, the diameter φ1 of the carbon fiber bundle 10 formed at the center of the heater 100 is about 1.4 mm, and the outer diameter φ2 of the heater 100 is about 3.0 to 7.4 mm. It is. The diameter φ3 of the constrained body 11 is about 0.2 to 0.4 mm. The thickness r of the covering cover 12 is about 0.8 to 5.0 mm.
ヒータ１００は、ヒータ１００が使用される状況に応じて、被覆カバー１２の材料及び厚さｒを調整することが好ましい。たとえば、ヒータ１００と被加熱体とが直接接触して「伝導伝熱」により被加熱体に熱を伝える場合には、被覆カバー１２は遠赤外線に対して吸収率が高い材料でより厚く（３ｍｍ程度以上）形成することが好ましい。たとえば吸収率が高い材料は、炭素などを配合した被覆カバー１２などである。被覆カバー１２が遠赤外線に対して吸収率が高く厚い場合には、炭素繊維束１０から放射する遠赤外線が被覆カバー１２内に蓄積され被覆カバー１２の温度が向上する。このため、被覆カバー１２に直接接触した被加熱体に被覆カバー１２の熱が伝わる。 The heater 100 preferably adjusts the material and thickness r of the covering cover 12 according to the situation in which the heater 100 is used. For example, when the heater 100 and the object to be heated are in direct contact and heat is transferred to the object to be heated by “conducting heat transfer”, the covering cover 12 is made of a material having a high absorptivity with respect to far infrared rays (3 mm). It is preferable to form it. For example, a material having a high absorption rate is a cover 12 containing carbon or the like. When the covering cover 12 has a high absorption rate with respect to far infrared rays and is thick, far infrared rays emitted from the carbon fiber bundle 10 are accumulated in the covering cover 12 and the temperature of the covering cover 12 is improved. For this reason, the heat of the covering cover 12 is transmitted to the object to be heated which is in direct contact with the covering cover 12.
また、被加熱体と離れて「放射伝熱」により伝熱する場合には、被覆カバー１２は遠赤外線に対して透過率が高い材料でより薄く（０．８ｍｍ程度）形成することが好ましい。すると、炭素繊維束１０から放射する遠赤外線が被覆カバー１２を透過して被加熱体に伝わりやすくなる。 Further, in the case where heat is transferred by “radiation heat transfer” away from the object to be heated, it is preferable that the covering cover 12 be made thinner (about 0.8 mm) with a material having a high transmittance with respect to far infrared rays. Then, the far infrared rays radiated from the carbon fiber bundle 10 are easily transmitted through the covering cover 12 to the object to be heated.
以下、炭素繊維ＣＦについて説明する。まず、炭素繊維ＣＦから説明する。図２は、隣り合う２本の炭素繊維ＣＦの結晶構造を示した概念図である。炭素繊維ＣＦは図２に示された黒鉛の結晶構造を基本構造とする。 Hereinafter, the carbon fiber CF will be described. First, the carbon fiber CF will be described. FIG. 2 is a conceptual diagram showing the crystal structure of two adjacent carbon fibers CF. The carbon fiber CF has a basic crystal structure of graphite shown in FIG.
図２では、模式的に２本の炭素繊維ＣＦが描かれている。１本の炭素繊維ＣＦの直径φ４は１２〜１８ミクロンである。また、１本の炭素繊維ＣＦの構造は炭素原子Ｃが繊維方向に規則正しく並んだ網目構造であり、複数の層（例えばＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭｎ）が何段も重なり絡みあっている。 In FIG. 2, two carbon fibers CF are schematically drawn. The diameter φ4 of one carbon fiber CF is 12 to 18 microns. The structure of one carbon fiber CF is a network structure in which carbon atoms C are regularly arranged in the fiber direction, and a plurality of layers (for example, M1, M2, M3, and Mn) are overlapped and intertwined.
黒鉛の結晶は炭素原子Ｃより構成され、炭素原子Ｃは通常に距離Ｄ１の六角形環を形成し、ここでＤ１は例えば１．４２１Åである。また、六角形環は均等な間隔Ｄ２で積み重ねられ、ここでＤ２は例えば３．３５４Åである。さらに、黒鉛は六方晶形と呼ばれる結晶構造をしているが、六角形環はいずれの層（例えばＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭｎ）でも炭素原子は規則正しい六角系の中間に存在している。すなわち、第１層Ｍ１と第ｎ層Ｍｎとに関した垂直の軸が同じ位置を貫いている。 Graphite crystals are composed of carbon atoms C, which usually form a hexagonal ring with a distance D1, where D1 is, for example, 1.421Å. Further, the hexagonal rings are stacked at an equal interval D2, where D2 is, for example, 3.354 mm. Further, graphite has a crystal structure called a hexagonal crystal. In any layer (for example, M1, M2, M3, and Mn), a hexagonal ring has carbon atoms in the middle of a regular hexagonal system. That is, the vertical axes related to the first layer M1 and the nth layer Mn pass through the same position.
図２に示されたような構成により炭素繊維ＣＦは導電性を有している。芳香族を構成する六角形環（ベンゼン核）を取り巻く電子はπ電子と呼ばれる。π電子はベンゼン核を構成する炭素のどれかに属するのではなく、自由に動いている。このベンゼン核が縮合したのが芳香族面であるため、この層内であればπ電子はどこにでも移動することができる。言い換えれば、この構造に対して電位差を与えればその間で電子は流れる。 With the configuration shown in FIG. 2, the carbon fiber CF has conductivity. The electrons surrounding the hexagonal ring (benzene nucleus) constituting the aromatic are called π electrons. The π electron does not belong to any of the carbons that make up the benzene nucleus, but moves freely. Since the benzene nucleus is condensed on the aromatic surface, π electrons can move anywhere in this layer. In other words, if a potential difference is applied to this structure, electrons flow between them.
一方、熱はπ電子ではなくて、結晶中の原子（格子）が振動することによって伝えられる。黒鉛結晶構造の層Ｍ１〜Ｍｎのように整然とした構造の場合にはその層Ｍ１〜Ｍｎに沿った方向のように振動がよく伝わる。炭素繊維ＣＦが熱の良導体となるは黒鉛結晶構造の層Ｍ１〜Ｍｎに沿った格子振動をするからである。 On the other hand, heat is transmitted not by π electrons but by vibration of atoms (lattices) in the crystal. In the case of an orderly structure such as layers M1 to Mn having a graphite crystal structure, vibrations are well transmitted in the direction along the layers M1 to Mn. The carbon fiber CF becomes a good heat conductor because it vibrates lattice along the layers M1 to Mn of the graphite crystal structure.
また、炭素繊維ＣＦはそれに電流を流すと炭素原子Ｃが上述のように格子振動することにより温度が上昇し、その温度に応じたエネルギーを電磁波の形で放射する。電磁波は、波長が４μｍ〜１４μｍ（４０００ｎｍ~１４０００ｎｍ）の遠赤外線であればよい。そして、遠赤外線の周波数は、プラスチックス、塗料、繊維、木材、食品や人間を含む動物を形成している分子の振動と合うので、これらの物質に照射された遠赤外線は吸収され、構成要素である分子の振動を活発にして、温度を上昇させる。 Further, when an electric current is passed through the carbon fiber CF, the temperature rises due to the lattice vibration of the carbon atoms C as described above, and energy corresponding to the temperature is emitted in the form of electromagnetic waves. The electromagnetic wave may be a far infrared ray having a wavelength of 4 μm to 14 μm (4000 nm to 14000 nm). And since the frequency of far infrared rays matches the vibrations of molecules that form animals including plastics, paints, fibers, wood, food and humans, the far infrared rays irradiated to these substances are absorbed and components The vibration of the molecule is activated and the temperature is raised.
図１を使って説明したように、炭素繊維束１０は束縛体１１により密着させている。図２においても１本の炭素繊維ＣＦと１本の炭素繊維ＣＦとができるだけ密着することが好ましい。すなわち、図２の２本の炭素繊維ＣＦの距離Ｓが小さいほど、一本の炭素繊維ＣＦの熱の振動がもう１本の炭素繊維ＣＦに伝わる。これは、例えば炭素繊維ＣＦ１の炭素層Ｍｎの炭素原子Ｃの格子振動により放射される電磁波と炭素繊維ＣＦ２の炭素層Ｍ１の炭素原子Ｃの格子振動により放射される電磁波とが互いに影響を与えるからである。このように、ヒータ１００は、炭素繊維束１０を束縛体１１で密着させた方が発熱性に優れる。 As described with reference to FIG. 1, the carbon fiber bundle 10 is in close contact with the constraining body 11. Also in FIG. 2, it is preferable that one carbon fiber CF and one carbon fiber CF are as close as possible. That is, as the distance S between the two carbon fibers CF in FIG. 2 is smaller, the thermal vibration of one carbon fiber CF is transmitted to the other carbon fiber CF. This is because, for example, the electromagnetic wave radiated by the lattice vibration of the carbon atom C of the carbon layer Mn of the carbon fiber CF2 and the electromagnetic wave radiated by the lattice vibration of the carbon atom C of the carbon layer M1 of the carbon fiber CF2 influence each other. It is. Thus, the heater 100 is more exothermic when the carbon fiber bundle 10 is closely attached by the constraining body 11.
また、一般に、炭素繊維ＣＦの種類はピッチ（ＰＩＴＣＨ）系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維とに分けられる。
ここで、ピッチ系炭素繊維は、紡糸法の違いにより長繊維タイプと短繊維タイプがあり、原料ピッチの違いにより、等方性（難黒鉛化性）と異方性（易黒鉛化性）がある。等方性ピッチ系短繊維は、一般的に密度１．６ｇ／ｃｍ３の直径１２〜１８ミクロンの短繊維で、繊維軸に沿った炭素の配向構造が弱く、黒鉛結晶の発達も少ないため、弾性率（〜４０ＧＰａ）、強度、熱伝導率が低い性質をもっている。ただし、軽量、耐薬品性、耐熱性、摺動性などの特性から、広く産業分野で利用されている。
In general, the types of carbon fibers CF are classified into pitch (PITCH) -based carbon fibers and PAN-based carbon fibers.
Here, the pitch-based carbon fiber has a long fiber type and a short fiber type depending on the spinning method, and isotropic (non-graphitizable) and anisotropy (graphitizable) due to the difference in raw material pitch. is there. An isotropic pitch-based short fiber is generally a short fiber having a density of 1.6 g / cm 3 and a diameter of 12 to 18 microns, has a weak carbon orientation structure along the fiber axis, and has little development of graphite crystals. It has properties of low elastic modulus (~ 40 GPa), strength, and thermal conductivity. However, it is widely used in industrial fields because of its characteristics such as light weight, chemical resistance, heat resistance, and slidability.
一方、ＰＡＮ系炭素繊維は引張弾性率の範囲で汎用タイプ（〜２４０ＧＰａ：ＨＴ）、中弾性タイプ（〜３００ＧＰａ：ＩＭ）、高弾性タイプ（３５０ＧＰａ〜：ＨＭ）に分類される。また、ＰＡＮ系炭素繊維は一般的に密度１．７４〜１．９５ｇ／ｃｍ３の直径５〜７ミクロンの長繊維（フィラメント）の集合体である。その低密度、高比強度、高比弾性率を生かして航空機、スポーツ・レジャー分野で多く使われる。 On the other hand, PAN-based carbon fibers are classified into general-purpose types (up to 240 GPa: HT), medium-elastic types (up to 300 GPa: IM), and high-elastic types (350 GPa up to: HM) in the range of tensile elastic modulus. The PAN-based carbon fiber is generally an aggregate of long fibers (filaments) having a density of 1.74 to 1.95 g / cm 3 and a diameter of 5 to 7 microns. Utilizing its low density, high specific strength, and high specific modulus, it is often used in aircraft, sports and leisure fields.
表１では、ピッチ系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維とを比較している。
表１に示されたように、ピッチ系炭素繊維の炭素含有量はほぼ１であり、ＰＡＮ系炭素繊維の炭素含有量より大きい。また、放射率においてもピッチ系炭素繊維はほぼ１であり、ＰＡＮ系炭素繊維の放射率９２％より大きい。ここで、放射率としては、ある温度の物質の表面から放射するエネルギーと、同温度の黒体（放射で与えられたエネルギーを１００％吸収する仮想物体）から放射するエネルギー量との比率である。すなわち、ピッチ系炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維より有効に与えたエネルギーを相手に放射伝熱することができる。さらに、ピッチ系炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維と比べると、熱伝導率及び電気伝導率にも優れる。このため、炭素繊維に通電する際、炭素含有量が大きいピッチ系炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維より格子振動が強く放射伝熱に優れるので、ヒータ１００には炭素繊維ＣＦとしてピッチ系炭素繊維が用いられる。 As shown in Table 1, the carbon content of the pitch-based carbon fiber is approximately 1, which is larger than the carbon content of the PAN-based carbon fiber. Also, the emissivity of the pitch-based carbon fiber is approximately 1, which is greater than the emissivity of 92% of the PAN-based carbon fiber. Here, the emissivity is the ratio between the energy radiated from the surface of a substance at a certain temperature and the amount of energy radiated from a black body (a virtual object that absorbs 100% of the energy given by radiation) at the same temperature. . That is, the pitch-based carbon fiber can perform radiant heat transfer with energy applied more effectively than the PAN-based carbon fiber. Furthermore, the pitch-based carbon fiber is excellent in thermal conductivity and electrical conductivity as compared with the PAN-based carbon fiber. For this reason, when the carbon fiber is energized, the pitch-based carbon fiber having a large carbon content has stronger lattice vibration and better radiant heat transfer than the PAN-based carbon fiber. Therefore, the heater 100 uses the pitch-based carbon fiber as the carbon fiber CF. It is done.
図３は、黒体の放射エネルギーと波長との関係を示したグラフである。ここで、黒体は外部から入射する熱放射などを、あらゆる波長に渡って完全に吸収し、また放出できる仮想物体である。説明のとおり図３は仮想物体のグラフであるので、実際の炭素繊維ＣＦに対する放射エネルギーと波長との関係グラフは、同じ温度での放射エネルギーは図３に示したグラフより小さい。以下、図３に基づいて放射エネルギーと波長との関係を説明する。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the radiant energy and wavelength of a black body. Here, the black body is a virtual object that can completely absorb and emit thermal radiation incident from the outside over all wavelengths. As described above, FIG. 3 is a graph of a virtual object. Therefore, in the relationship graph between the radiant energy and the wavelength for the actual carbon fiber CF, the radiant energy at the same temperature is smaller than the graph shown in FIG. Hereinafter, the relationship between radiant energy and wavelength will be described with reference to FIG.
例えば、人間の平均体温は３６．５℃、すなわち３０９．６５Ｋである。図３に示されたように温度が３０９．６５Ｋである際、遠赤外線の波長が１０μｍ（１００００ｎｍ）程度でその放射エネルギーはピークとなる。つまり、ヒータ１００を人間の体に用いようとすれば、それを流れる電流を調整して１０μｍの波長の遠赤外線を放射させることが好ましい。その他、ヒータ１００は必要な温度において、対応される波長の遠赤外線を放射させることができる。これにより、保温又は融雪などの様々な役割をする。 For example, the average human body temperature is 36.5 ° C., ie 309.65K. As shown in FIG. 3, when the temperature is 309.65K, the radiant energy peaks when the wavelength of the far infrared ray is about 10 μm (10000 nm). In other words, if the heater 100 is to be used on a human body, it is preferable to adjust the current flowing through the heater 100 to emit far infrared rays having a wavelength of 10 μm. In addition, the heater 100 can emit far-infrared rays of a corresponding wavelength at a necessary temperature. Thereby, it plays various roles such as heat insulation or snow melting.
ヒータ１００は、上述の炭素繊維ＣＦ、束縛体１１及び被覆カバー１２の以外に、炭素繊維束１０の両端部に接続される一対の給電部を有している。ここで、給電部の一例として丸型の圧着端子１３について説明する。
図４（ａ）は、炭素繊維束１０の両端部に圧着端子１３が形成されたヒータ１００の全体斜視図である。図４（ａ）はヒータ１００の両端部の給電部を説明するための図であるので、中央部（図１を参照）を省略する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の破線Ｂで囲まれた部分の側面図である。
The heater 100 has a pair of power feeding portions connected to both ends of the carbon fiber bundle 10 in addition to the carbon fiber CF, the constraining body 11 and the covering cover 12 described above. Here, a round crimp terminal 13 will be described as an example of a power feeding unit.
FIG. 4A is an overall perspective view of the heater 100 in which the crimp terminals 13 are formed at both ends of the carbon fiber bundle 10. Since FIG. 4A is a diagram for explaining the power feeding portions at both ends of the heater 100, the central portion (see FIG. 1) is omitted. FIG. 4B is a side view of a portion surrounded by a broken line B in FIG.
図４（ａ）に示されたように、圧着端子１３は接続部１３１及び圧着部１３２より構成されている。接続部１３１は、電気設備の端子盤にネジ止めするように貫通穴１３３を備えている。圧着部１３２は、圧着工具（図示しない）によって炭素繊維ＣＦを強固に固定されるものである。 As shown in FIG. 4A, the crimp terminal 13 includes a connection part 131 and a crimp part 132. The connection part 131 is provided with a through hole 133 so as to be screwed to the terminal board of the electrical equipment. The crimping part 132 firmly fixes the carbon fiber CF by a crimping tool (not shown).
また、図４（ｂ）に示されたように、炭素繊維束１０の埋設端１４は圧着端子１３の圧着部１３２に挿入し圧着工具（図示しない）によって固定されている。圧着部１３２の内周は１２,０００本の炭素繊維束１０の外周に接する。すなわち炭素繊維束１０の中心付近の炭素繊維は圧着部１３２と直接接していない。そのため中心付近の炭素繊維は外周に配置された炭素繊維から電力の供給を間接的に受ける。 Further, as shown in FIG. 4B, the embedded end 14 of the carbon fiber bundle 10 is inserted into the crimping portion 132 of the crimping terminal 13 and fixed by a crimping tool (not shown). The inner periphery of the crimping part 132 is in contact with the outer periphery of 12,000 carbon fiber bundles 10. That is, the carbon fiber near the center of the carbon fiber bundle 10 is not in direct contact with the crimping part 132. Therefore, the carbon fiber near the center indirectly receives power supply from the carbon fiber disposed on the outer periphery.
ヒータ１００は両端部に設けられた一対の接続部１３１に電圧を印加することで、炭素繊維束１０の外周から中央のすべての炭素繊維に印加される。これにより炭素繊維ＣＦ内の炭素原子の格子振動によって遠赤外線を放射することができる。これにより、周囲温度を上昇させることができる。 The heater 100 applies a voltage to a pair of connection portions 131 provided at both ends, so that the heater 100 is applied to all the carbon fibers in the center from the outer periphery of the carbon fiber bundle 10. Thereby, far-infrared rays can be emitted by the lattice vibration of carbon atoms in the carbon fiber CF. Thereby, ambient temperature can be raised.
＜第１シミュレーション＞
以下、束縛体１１のピッチＰが７ｍｍのヒータ１００、束縛体１１のピッチＰが１４ｍｍのヒータ２００、及び束縛体１１を有していないヒータ３００を用いて行った第１シミュレーションを介して、ヒータの発熱効果について詳しく説明する。
<First simulation>
Hereinafter, through the first simulation performed using the heater 100 in which the pitch P of the constraining body 11 is 7 mm, the heater 200 in which the pitch P of the constraining body 11 is 14 mm, and the heater 300 that does not have the constraining body 11, The heat generation effect will be described in detail.
ここで、第１シミュレーションに用いられる３種類のヒータのバラメータは表２に示されたとおりである。
そして、３種類のヒータの両端に電圧が１２Ｖである同じ直流電源を接続する。各ヒータ（１００、２００、３００）の抵抗が約１２．３Ωであるため、ヒータを流れる電流は約０．９８Ａとなる。 And the same DC power supply whose voltage is 12V is connected to the both ends of three types of heaters. Since the resistance of each heater (100, 200, 300) is about 12.3Ω, the current flowing through the heater is about 0.98A.
上記のような条件で３種類のヒータに対して１５℃の雰囲気内に置いて６０分間１２Ｖを印加する第１シミュレーションを行った。ヒータの温度は被覆カバー１２の外側に貼り付けた熱電対で測定した。その結果、ヒータ１００は７２．０℃で飽和し、ヒータ２００は６７．２℃で飽和し、ヒータ３００は６０．０℃で飽和してしまった。つまり、印加電圧、ヒータの長さ及び炭素繊維数などが同じである条件で、ピッチＰが７ｍｍであるヒータ１００の温度が一番高くなり、ピッチＰが１４ｍｍであるヒータ２００より４．８℃程高かった。ピッチＰが７ｍｍであるヒータ１００は、束縛体１１を有していないヒータ３００より１２．０℃程高くなった。 A first simulation was performed in which 12 V was applied to the three types of heaters in an atmosphere of 15 ° C. for 60 minutes under the above conditions. The temperature of the heater was measured with a thermocouple attached to the outside of the cover 12. As a result, the heater 100 was saturated at 72.0 ° C., the heater 200 was saturated at 67.2 ° C., and the heater 300 was saturated at 60.0 ° C. That is, under the condition that the applied voltage, the heater length, the number of carbon fibers, and the like are the same, the temperature of the heater 100 with the pitch P of 7 mm is the highest, and 4.8 ° C. than the heater 200 with the pitch P of 14 mm. It was so expensive. The heater 100 with the pitch P of 7 mm was about 12.0 ° C. higher than the heater 300 without the binding body 11.
まず束縛体１１により炭素繊維ＣＦを密着させたヒータ１００、２００は束縛体１１を有していないヒータ３００と比べれば、発熱効果が顕著に優れることが分かれる。また同じ温度まで上昇させる際には、ヒータ１００、２００に必要な電圧が束縛体１１を有していないヒータ３００に必要な電圧に比べ、少なくて済むことも分かる。 First, it can be seen that the heaters 100 and 200 in which the carbon fibers CF are in close contact with the constraining body 11 have a significantly superior heat generation effect as compared with the heater 300 that does not have the constraining body 11. It can also be seen that when the temperature is raised to the same temperature, the voltage required for the heaters 100 and 200 is less than the voltage required for the heater 300 that does not have the binding body 11.
また、ピッチＰの７ｍｍであるヒータ１００の方がピッチＰの１４ｍｍであるヒータ２００より発熱効果に優れる。換言すれば、ピッチＰが狭いほど、ヒータの発熱効果に優れることが分かれる。ヒータを曲げる必要がない場合には、ピッチＰをできるだけ狭くして発熱効率を上げることが好ましい。「テトロン」（登録商標）の束縛体１１のピッチを５ｍｍより狭くするとヒータを曲げにくくなる。 In addition, the heater 100 having a pitch P of 7 mm is more excellent in heat generation effect than the heater 200 having a pitch P of 14 mm. In other words, the narrower the pitch P, the better the heat generation effect of the heater. When it is not necessary to bend the heater, it is preferable to increase the heat generation efficiency by making the pitch P as narrow as possible. When the pitch of the binding body 11 of “Tetron” (registered trademark) is narrower than 5 mm, it becomes difficult to bend the heater.
上述のシミュレーションでは、１ｍの炭素繊維ＣＦについて１２Ｖの直流電源が用いられた。印加される電圧は炭素繊維ＣＦの長さに基づいて調整する必要がある。例えば２ｍ（抵抗が約２４．６Ω）のヒータ１００に通電させて７０〜８０℃程の温度とする場合には、２４Ｖ程度の直流電源が必要となる。 In the above simulation, a DC power supply of 12 V was used for 1 m of carbon fiber CF. The applied voltage needs to be adjusted based on the length of the carbon fiber CF. For example, when the heater 100 having a length of 2 m (resistance is about 24.6 Ω) is energized to a temperature of about 70 to 80 ° C., a DC power supply of about 24 V is required.
なお、図１で説明したように、束縛体１１を使わず１２,０００本の１ｍの炭素繊維ＣＦを捩じらせた場合には、ヒータは約５５．０℃で飽和してしまった。 As described with reference to FIG. 1, when 12,000 pieces of 1 m carbon fiber CF was twisted without using the constraining body 11, the heater was saturated at about 55.0 ° C.
＜第２シミュレーション＞
第２シミュレーションは、ヒータ１００に接続される電源の種類がヒータ１００の発熱効果に与える影響に関する。図５（ａ）は第２シミュレーションを行うための保温パッケージＰＫの側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
<Second simulation>
The second simulation relates to the influence of the type of power source connected to the heater 100 on the heating effect of the heater 100. Fig.5 (a) is a side view of the heat retention package PK for performing a 2nd simulation, FIG.5 (b) is CC sectional drawing of Fig.5 (a).
図５（ａ）に示されたように、第２シミュレーションを行う保温パッケージＰＫは、発泡プラスチックなどの伝熱性が低い材料より構成されたベース部２０と、保温パッケージＰＫを密封するアルミニューム材のリッド板２１とより構成されている。リッド板２１は保温パッケージＰＫ内の温度が逃げないための蓋であり、且つヒータ１００からの遠赤外線を反射する役目として使用している。 As shown in FIG. 5A, the heat insulation package PK for performing the second simulation is made of an aluminum material that seals the heat insulation package PK and a base portion 20 made of a material having low heat conductivity such as foamed plastic. It is comprised from the lid board 21. FIG. The lid plate 21 is a lid for preventing the temperature in the heat insulation package PK from escaping, and is used as a role for reflecting far infrared rays from the heater 100.
また、ベース部２０内には水２２が収納され、リッド板２１の−Ｙ側には３本のヒータ１００が図５（ｂ）に示されたようにＸ軸方向で等間隔に平行に配置されている。ここで、ヒータ１００の長さは２５０ｍｍ程度で、ヒータ１００から水面までの距離は１５ｍｍ程度である。ヒータ１００被覆カバー１２は水と接しておらず、放射熱がどれだけ水温を上昇させるかを調べる。 Further, water 22 is accommodated in the base portion 20, and three heaters 100 are arranged in parallel at equal intervals in the X-axis direction as shown in FIG. 5B on the −Y side of the lid plate 21. Has been. Here, the length of the heater 100 is about 250 mm, and the distance from the heater 100 to the water surface is about 15 mm. The heater 100 covering cover 12 is not in contact with water, and it is examined how much the radiant heat increases the water temperature.
図５に示された第２シミュレーションにおいて、ヒータ１００に同じ９Ｖの４種類の電源が用いられ、ヒータ１００の放射熱により上昇させた水２２の温度の結果は表３に示されたとおりである。
表３の電源のパルスとは、図８（ａ）に示されたようパルス（＋９Ｖ（＋Ｖ１）〜−９Ｖ（−Ｖ１））で変化するパルス信号である。表３の電源の交流とは、図８（ｂ）に示されたよう正弦波（＋９Ｖ（＋Ｖ２）〜−９Ｖ（−Ｖ２））で変化している。また、保温パッケージＰＫに収納された水２２の最初温度は８℃に統一している。また、第２シミュレーションの加熱時間は１時間である。 The power supply pulse in Table 3 is a pulse signal that changes in pulses (+9 V (+ V 1 ) to −9 V (−V 1 )) as shown in FIG. The alternating current of the power supply in Table 3 changes with a sine wave (+9 V (+ V 2 ) to −9 V (−V 2 )) as shown in FIG. The initial temperature of the water 22 stored in the heat insulation package PK is unified at 8 ° C. The heating time for the second simulation is 1 hour.
その結果、表３示されたようにヒータ１００に周波数が５０Ｈｚである９Ｖの交流電源を接続した際、１時間後の水２２の温度が最も高く２１．７℃となり、上昇温度が１３．７℃である。 As a result, as shown in Table 3, when a 9V AC power supply having a frequency of 50 Hz is connected to the heater 100, the temperature of the water 22 after 1 hour is the highest at 21.7 ° C., and the rising temperature is 13.7 ° C. ° C.
その次は、ヒータ１００に周波数が３ｋＨｚ及び２ｋＨｚである９Ｖのパルス電源を用いた場合である。具体的には、周波数が３ｋＨｚであるとき１時間後の水２２の温度が２０．３℃となり、周波数が２ｋＨｚであるとき１時間後の水２２の温度が２０．０℃となる。すなわち、上昇温度がそれぞれに１２．３℃及び１２．０℃となる。つまり、ヒータ１００に９Ｖのパルス電源を用いた場合は９Ｖの交流電源を用いた場合より発熱効果が低いことが分かれる。 The next case is a case where a 9V pulse power source having a frequency of 3 kHz and 2 kHz is used for the heater 100. Specifically, when the frequency is 3 kHz, the temperature of the water 22 after 1 hour is 20.3 ° C., and when the frequency is 2 kHz, the temperature of the water 22 after 1 hour is 20.0 ° C. That is, the rising temperatures are 12.3 ° C. and 12.0 ° C., respectively. That is, it can be said that when a 9V pulse power supply is used for the heater 100, the heat generation effect is lower than when a 9V AC power supply is used.
最後に、ヒータ１００に９Ｖの直流電源を用いた場合において、保温パッケージＰＫに収納された水２２の温度変化が一番小さい。すなわち、一時間後の水２２の温度は１７．０℃となり、上昇温度が９．０℃しかならない。 Finally, when a 9V DC power supply is used for the heater 100, the temperature change of the water 22 stored in the heat insulation package PK is the smallest. That is, the temperature of the water 22 after 1 hour is 17.0 ° C., and the rising temperature is only 9.0 ° C.
上述のように、ヒータ１００に用いられる電源として、交流電源及びパルス電源が直流電源より発熱効果に優れることも分かれる。すなわち、同じ電圧において交流電源及びパルス電源が発熱効果に優れる。 As described above, as a power source used for the heater 100, an AC power source and a pulse power source are more excellent in heat generation effect than a DC power source. That is, the AC power source and the pulse power source are excellent in the heat generation effect at the same voltage.
＜ヒータ１００の製造方法＞
図６は、ヒータ１００の製造方法を示したフローチャートである。
ステップＳ１１１において、炭素繊維ＣＦとして１２,０００本のピッチ系炭素繊維が用意される。
<Method for Manufacturing Heater 100>
FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing the heater 100.
In step S111, 12,000 pitch-based carbon fibers are prepared as the carbon fibers CF.
ステップＳ１１２において、１２,０００本の炭素繊維ＣＦが図１に示されたようにテトロン（登録商標）の糸などの束縛体１１によって密着される。この際に１２,０００本の炭素繊維ＣＦは捩じられたりしない。 In step S112, 12,000 carbon fibers CF are brought into close contact with a binding body 11 such as a Tetron (registered trademark) thread as shown in FIG. At this time, 12,000 carbon fibers CF are not twisted.
ステップＳ１１３において、炭素繊維ＣＦを束縛体１１で密着して形成された炭素繊維束１０は図１に示されたように被覆カバー１２により被覆される。ここで、両端部に圧着端子１３が設けられるように炭素繊維束１０は被覆カバー１２の両端から露出して図４（ｂ）に示された埋設端１４を形成する。 In step S113, the carbon fiber bundle 10 formed by closely attaching the carbon fibers CF with the constraining body 11 is covered with the covering cover 12 as shown in FIG. Here, the carbon fiber bundle 10 is exposed from both ends of the covering cover 12 so that the crimp terminals 13 are provided at both ends, thereby forming the embedded end 14 shown in FIG.
ステップＳ１１４において、図４（ｂ）に示されたように、炭素繊維束１０の埋設端１４が圧着部１３２に挿入されるように、炭素繊維束１０の両端に圧着端子１３が形成される。 In step S <b> 114, the crimp terminals 13 are formed at both ends of the carbon fiber bundle 10 such that the embedded end 14 of the carbon fiber bundle 10 is inserted into the crimp portion 132, as shown in FIG. 4B.
＜応用例＞
ヒータ１００は、炭素繊維ＣＦに電流を流すと炭素原子Ｃ（図２を参照）が格子振動することにより温度が上昇し、その温度に応じたエネルギーを遠赤外線の電磁波の形で放射することができる。また、炭素繊維ＣＦを流す電流を調節することで、遠赤外線の放射量が調節でき、必要な設定温度が得られる。したがって、ヒータ１００は融雪マット、融雪標識、床暖房などに工業用に使用されてもよいし、ハンドルカバー、保温衣類などの民生用に使用されてもよい。
<Application example>
When a current flows through the carbon fiber CF, the heater 100 increases in temperature due to lattice vibration of carbon atoms C (see FIG. 2), and energy corresponding to the temperature is emitted in the form of far-infrared electromagnetic waves. it can. Further, by adjusting the current flowing through the carbon fiber CF, the amount of far-infrared radiation can be adjusted, and a necessary set temperature can be obtained. Therefore, the heater 100 may be used for industrial purposes such as a snow melting mat, a snow melting sign, floor heating, etc., or may be used for consumer use such as a handle cover and heat insulation clothing.
例えば、人間の平均体温は３６．５℃である。この温度を波長に換算すると約１０μｍとなる。したがって、１０μｍの遠赤外線を身体に与える水やヘモグロビンと共鳴し、身体を構成する分子の運動が活発化する。一方、ヒータ１００に印加する電圧を調整して放射される遠赤外線の波長を約１０μｍにすることができる。すると、上述のように人間の身体における水やヘモグロビンと共鳴を発生し、人間の体温を温かくすることができる。 For example, the average human body temperature is 36.5 ° C. When this temperature is converted into a wavelength, it is about 10 μm. Therefore, it resonates with water or hemoglobin that gives 10 μm far-infrared rays to the body, and the movement of molecules constituting the body is activated. On the other hand, the wavelength of the far infrared rays emitted by adjusting the voltage applied to the heater 100 can be about 10 μm. Then, as described above, resonance with water and hemoglobin in the human body can be generated, and the human body temperature can be increased.
以下、応用例として融雪システムＴＳについて、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、融雪システムＴＳの全体構成を示した図である。図７では、説明をしやすくするためにヒータ１００の上面に設けられた保護用アスファルト層が示されていない。図８は、融雪システムＴＳに用いられる電源１１１の種類を示した図である。 Hereinafter, a snow melting system TS will be described as an application example with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of the snow melting system TS. In FIG. 7, the protective asphalt layer provided on the upper surface of the heater 100 is not shown for ease of explanation. FIG. 8 is a diagram showing the types of the power supply 111 used in the snow melting system TS.
融雪システムＴＳは、図７に示されたように炭素繊維ＣＦを用いたヒータ１００及び制御部１０１より構成されている。ここで、ヒータ１００については、上述の説明と同じ構成であるので、構成の説明を省略する。但し、融雪システムＴＳにおいては「伝導伝熱」により熱を伝わるため、被覆カバー１２としては遠赤外線に対して吸収率が高い材料でより厚く形成することが好ましい。 As shown in FIG. 7, the snow melting system TS includes a heater 100 using a carbon fiber CF and a control unit 101. Here, since the heater 100 has the same configuration as described above, the description of the configuration is omitted. However, in the snow melting system TS, since heat is transferred by “conduction heat transfer”, it is preferable that the covering cover 12 is formed thicker with a material having a high absorption rate with respect to far infrared rays.
図７において、融雪システムＴＳは同じ形状をした２組のヒータ１００を含んでいる。またヒータ１００は、Ｘ軸方向において所定のピッチＰｔで、Ｚ軸方向において所定の幅Ｈで屈曲を繰り返しながら形成されている。一般的に、ピッチＰｔは例えば２００ｍｍで、幅Ｈは例えば１ｍであればよい。また、その屈曲数は融雪面ＳＭ（雪ＳＮを融かそうとする面積）の長さＬに応じて決められる。融雪面ＳＭの幅Ｗがヒータ１００の幅Ｈより大きい場合にはヒータ１００を幅Ｈの方向で複数並列してもよい。図７では、２組のヒータ１００により融雪面ＳＭが覆われているが、場合によって数組、又は数十組を組み合わせてもよい。 In FIG. 7, the snow melting system TS includes two sets of heaters 100 having the same shape. The heater 100 is formed while being bent repeatedly at a predetermined pitch Pt in the X-axis direction and at a predetermined width H in the Z-axis direction. Generally, the pitch Pt may be 200 mm and the width H may be 1 m, for example. The number of bends is determined according to the length L of the snow melting surface SM (the area where the snow SN is to be melted). When the width W of the snow melting surface SM is larger than the width H of the heater 100, a plurality of heaters 100 may be arranged in parallel in the direction of the width H. In FIG. 7, the snow melting surface SM is covered by the two sets of heaters 100, but several sets or tens of sets may be combined depending on circumstances.
また、ヒータ１００を構成した炭素繊維ＣＦ（図１を参照）は極端な屈曲で傷まれるので、Ｘ軸向きのヒータ１００とＺ軸向きのヒータ１００とは所定の半径Ｒを持って屈曲することが好ましい。したがって、半径Ｒは１０ｍｍ以上にすることが好ましい。また、ヒータ１００は例えばナイロンクランプ（図示しない）などにより地面に固定され、Ｚ軸向きのヒータ１００ごとに２〜３箇所ずつナイロンクランプを設けることが好ましい。 Further, since the carbon fiber CF (see FIG. 1) constituting the heater 100 is damaged by extreme bending, the heater 100 facing the X axis and the heater 100 facing the Z axis should be bent with a predetermined radius R. Is preferred. Therefore, the radius R is preferably 10 mm or more. In addition, the heater 100 is preferably fixed to the ground by, for example, a nylon clamp (not shown), and it is preferable to provide two or three nylon clamps for each heater 100 facing the Z axis.
そのほか、ヒータ１００の埋設方法として、エンジンカッターで舗装面を幅５ｍｍ・深さ３０ｍｍから９０ｍｍ位に溝を作り、その中に５ｍｍ位のなるべく粒子の細かい砂を引き、その上にヒータ１００を設けることができる。また、１０ｍｍ位砂をかぶせ少し突き固める。その後、アスファルト補修材で流し溝を埋め平らにし、砂でヒータ１００をアスファルト補修材の熱より保護する。 In addition, as a method for embedding the heater 100, a groove is formed in the paved surface with a width of 5 mm and a depth of 30 mm to 90 mm with an engine cutter, sand as fine as possible with a particle size of about 5 mm is drawn therein, and the heater 100 is provided thereon. be able to. In addition, cover with 10mm sand and harden a little. Thereafter, the flow groove is filled and flattened with an asphalt repair material, and the heater 100 is protected from the heat of the asphalt repair material with sand.
また、ヒータ１００はその両端に設けられた接続部１３１（図４を参照）に接続されたリード線ＲＬを介して制御部１０１内に収納された電源１１１の両極にそれぞれ接続されている。ここで、リード線ＲＬは例えば断面面積が２ｍｍ２である複数の導体が例えば直径が３ｍｍであるビニル被膜よりカバーされたものである。また、リード線ＲＬは予め敷設された電線管、又はトラフなどに通線することが好ましい。また、電線管などを用いずにリード線ＲＬの配線を行う場合に、できるだけ既設構造物に沿って配線し、浮き上がったり移動したりしないように配線すればよい。さらに、リード線ＲＬはヒータ１００と上下交差しないように配線することが好ましい。 In addition, the heater 100 is connected to both poles of the power supply 111 housed in the control unit 101 via lead wires RL connected to connection portions 131 (see FIG. 4) provided at both ends thereof. Here, the lead wire RL is formed by covering a plurality of conductors having a cross-sectional area of 2 mm 2 with a vinyl film having a diameter of 3 mm, for example. Further, the lead wire RL is preferably passed through a pre-laid electric conduit, trough, or the like. Further, when the lead wire RL is wired without using a conduit or the like, the lead wire RL may be wired as much as possible along the existing structure so as not to be lifted or moved. Furthermore, it is preferable that the lead wire RL is wired so as not to vertically cross the heater 100.
制御部１０１は、外観的に例えば幅が４００ｍｍ、厚さが２００ｍｍ、高さが５００ｍｍの立方体のボックスである。また、制御部１０１は中に電源１１１及び温度制御部１１２などが収納されている。制御部１０１の設置位置については、まずヒータ１００の敷設場所と近い方が好ましい。次は、雪が積もらない場所、又は雨、風が当たりにくい場所が好ましい。また、制御部１０１の設置方法においては、支柱を立てて設置してもよいし、壁面に固定して設置してもよいし、ホールインアンカー留めにより設置してもよい。 The controller 101 is a cubic box having a width of 400 mm, a thickness of 200 mm, and a height of 500 mm, for example. The control unit 101 accommodates a power supply 111, a temperature control unit 112, and the like. About the installation position of the control part 101, the one near the installation place of the heater 100 is preferable first. Next, a place where snow is not piled up or a place where rain and wind are difficult to hit is preferable. Moreover, in the installation method of the control part 101, you may install with a support | pillar standing, may be installed fixed to a wall surface, and may be installed by a hole in anchor fastening.
なお、融雪システムＴＳに用いられる電源１１１としては、上述の第２シミュレーションに基づいて図８（ａ）に示されたような例えば±２４Ｖ（＋Ｖ１，−Ｖ１）のパルス電源が用いられてもよいし、図８（ｂ）に示されたような例えば±１００Ｖ（＋Ｖ２，−Ｖ２）の交流電源を用いてもよい。その理由は「第２シミュレーション」の結果から分かれる。 As the power supply 111 used in the snow melting system TS, for example, a pulse power supply of ± 24 V (+ V 1 , −V 1 ) as shown in FIG. 8A is used based on the second simulation described above. Alternatively, for example, an AC power supply of ± 100 V (+ V 2 , −V 2 ) as shown in FIG. 8B may be used. The reason is divided from the result of the “second simulation”.
融雪システムＴＳは、ヒータ１００及び制御部１０１を除いてヒータ温度センサ１０２及び地面温度センサ１０３をさらに有している。また、降雪センサ１０４及び外気温度センサ１０５をオプションとして有してもよい。 The snow melting system TS further includes a heater temperature sensor 102 and a ground temperature sensor 103 except for the heater 100 and the control unit 101. Moreover, you may have the snowfall sensor 104 and the outside temperature sensor 105 as an option.
ヒータ温度センサ１０２は、ヒータ１００の指定位置の表面に設けられ、連結線ＨＬにより制御部に収納された温度制御部１１２に接続され、例えば熱電対が用いられる。
地面温度センサ１０３は、後述するアスファルト表層から約１ｃｍ下に設けられ、ＸＺ平面においてヒータ１００同士の間に設けられ、連結線ＧＬにより制御部に収納された温度制御部１１２に接続されている。
The heater temperature sensor 102 is provided on the surface of the designated position of the heater 100 and is connected to a temperature control unit 112 housed in the control unit by a connection line HL, and a thermocouple, for example, is used.
The ground temperature sensor 103 is provided about 1 cm below an asphalt surface layer to be described later, is provided between the heaters 100 on the XZ plane, and is connected to a temperature control unit 112 accommodated in the control unit by a connecting line GL.
降雪センサ１０４は、場合によって地面に設置すればよいし、連結線ＳＬにより制御部に収納された温度制御部１１２に接続されている。
外気温度センサ１０５は、連結線ＥＬにより制御部に収納された温度制御部１１２に接続され、空気中に浮いて設置すればよい。
The snowfall sensor 104 may be installed on the ground depending on circumstances, and is connected to the temperature control unit 112 housed in the control unit by a connecting line SL.
The outside air temperature sensor 105 may be connected to the temperature control unit 112 housed in the control unit by a connecting line EL and may be installed in a floating state in the air.
このような構成にすれば、融雪システムＴＳはヒータ温度センサ１０２、地面温度センサ１０３、降雪センサ１０４及び外気温度センサ１０５の検知結果に基づいて、ヒータ１００に通電する電圧を調整することで、必要な温度に達することができる。 With such a configuration, the snow melting system TS is necessary by adjusting the voltage supplied to the heater 100 based on the detection results of the heater temperature sensor 102, the ground temperature sensor 103, the snowfall sensor 104, and the outside air temperature sensor 105. Temperature can be reached.
ヒータ１００及びリード線ＲＬ、ヒータ温度センサ１０２及び連結線ＨＬ、地面温度センサ１０３及び連結線ＧＬなどを保護するために、それらの上面に保護用アスファルト層などを敷設することが好ましい。 In order to protect the heater 100 and the lead wire RL, the heater temperature sensor 102 and the connection line HL, the ground temperature sensor 103 and the connection line GL, it is preferable to lay a protective asphalt layer or the like on the upper surface thereof.
保護用アスファルト層は、薄いほど融雪効果に優れるが、耐荷重などの問題があるため７ｃｍ程度にすることが好ましい。実験によると、９ｃｍまでは融雪効果があることが分かれる。このとき、ヒータ１００が保護用アスファルト層により破損されないように、その被覆カバー１２の厚さを３．０ｍｍにすることが好ましい。 The thinner the protective asphalt layer is, the better the snow melting effect is. However, since there are problems such as load resistance, the protective asphalt layer is preferably about 7 cm. According to the experiment, it can be seen that there is a snow melting effect up to 9 cm. At this time, it is preferable that the thickness of the covering cover 12 is 3.0 mm so that the heater 100 is not damaged by the protective asphalt layer.
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
例えば、本発明では束縛体が螺旋状となって炭素繊維を密着させるように束ねているが、その他でも炭素繊維が密着できば、別の形状でもよい。
また、本発明ではヒータに１２,０００本の炭素繊維が用いられているが、必ずしも１２,０００本とする必要はなく、２４,０００本または３６，０００本としてもよい。
As described above, the optimal embodiment of the present invention has been described in detail. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be implemented with various modifications and variations within the technical scope thereof.
For example, in the present invention, the constrained body is spirally bundled so that the carbon fibers are brought into close contact with each other, but other shapes may be used as long as the carbon fibers can be brought into close contact with each other.
Further, in the present invention, 12,000 carbon fibers are used for the heater, but it is not necessarily 12,000, and may be 24,000 or 36,000.
１０ … 炭素繊維束
１１ … 束縛体
１２ … 被覆カバー
１３ … 給電部
１４ … 埋設端
２０ … ベース部
２１ … リッド板
２２ … 水
１００ … ヒータ
１０１ … 制御部
１０２ … ヒータ温度センサ
１０３ … 地面温度センサ
１０４ … 降雪センサ
１０５ … 外部温度センサ
１１１ … 電源
１１２ … 温度制御部
１３１ … 接続部
１３２ … 圧着部
１３３ … 貫通穴
ＣＦ … 炭素繊維
ＥＬ、ＧＬ、ＨＬ、ＳＬ … 連結線
Ｈ … ヒータの幅
Ｌ … 融雪面の長さ
Ｐ … 束縛体のピッチ
ＰＫ … パッケージ
Ｐｔ … ヒータのピッチ
ｒ … 被覆カバーの厚さ
Ｒ … 屈曲の半径
ＲＬ … リード線
ＳＭ … 融雪面
Ｗ … 融雪面の幅
φ１ … 炭素繊維束の直径
φ２ … ヒータの直径
φ３ … 束縛体の直径
φ４ … 炭素繊維の直径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Carbon fiber bundle 11 ... Constrained body 12 ... Covering cover 13 ... Power feeding part 14 ... Embedded end 20 ... Base part 21 ... Lid board 22 ... Water 100 ... Heater 101 ... Control part 102 ... Heater temperature sensor 103 ... Ground temperature sensor 104 ... Snowfall sensor 105 ... External temperature sensor 111 ... Power supply 112 ... Temperature control part 131 ... Connection part 132 ... Crimping part 133 ... Through hole CF ... Carbon fiber EL, GL, HL, SL ... Connecting line H ... Heater width L ... Snow melting Surface length P ... Pitch of bound body PK ... Package Pt ... Heater pitch r ... Cover cover thickness R ... Bending radius RL ... Lead wire SM ... Snow melting surface W ... Snow melting surface width φ1 ... Carbon fiber bundle Diameter φ2… Heater diameter φ3… Bound body diameter φ4… Carbon fiber diameter
Claims (8)
前記複数の炭素繊維同士を平行に密着させるように束ねる束縛体と、
前記束縛体により束ねられた前記複数の炭素繊維を被覆する被覆カバーと、
を備えることを特徴とするヒータ。 A plurality of carbon fibers;
A constraining body for binding the plurality of carbon fibers in close contact with each other in parallel;
A covering cover that covers the plurality of carbon fibers bundled by the binding body;
A heater comprising:
前記複数の炭素繊維に給電する給電部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒータ。 Provided at both ends of the plurality of carbon fibers covered by the covering cover;
The heater according to any one of claims 1 to 4, further comprising a power feeding unit that feeds power to the plurality of carbon fibers.
前記複数の炭素繊維同士を平行に密着させるように束縛体で束ねる第２工程と、
前記束縛体により束ねられた前記複数の炭素繊維を被覆カバーで被覆する第３工程と、
を含むことを特徴とするヒータの製造方法。 A first step of preparing a plurality of carbon fibers;
A second step of bundling the carbon fibers with a constraining body so as to closely contact each other;
A third step of covering the plurality of carbon fibers bound by the binding body with a covering cover;
The manufacturing method of the heater characterized by including.
前記ヒータに電源を供給する電源部と、
前記ヒータの周囲の温度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記電源部から供給される電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするヒータシステム。 The heater according to claim 1 to 5,
A power supply for supplying power to the heater;
A detection unit for detecting a temperature around the heater;
A control unit for controlling a voltage supplied from the power supply unit based on a detection result of the detection unit;
A heater system comprising:
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101390656B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-05-07 | 주식회사 피치케이블 | Using carbon fiber heater heating |
| KR101390655B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-05-07 | 주식회사 피치케이블 | Surface of the carbon fiber heating element and using this chair |
| KR101726228B1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-04-13 | 김천중 | Carbon fiber heater unit for electric fryer |
| JP2017107682A (en) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 有限会社高城電気製作所 | Heater device |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644090U (en) * | 1992-11-13 | 1994-06-10 | 沼田化学製品株式会社 | Rod-shaped fiber heating element |
| JPH07235371A (en) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Gunze Ltd | Complex tubing body resistance heat emission type |
| JPH1053926A (en) * | 1996-08-06 | 1998-02-24 | Oozeki Kagaku Kogyo Kk | Production of graphite fiber and heating element using the same |
| JPH11144847A (en) * | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Metek Kitamura Co Ltd | Manufacture of surface heating element |
| JP2000123960A (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-28 | Raito Black:Kk | Carbonaceous heating element |
| JP2001217058A (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-10 | Max Confort:Kk | Linear heater element and its connection structure |
| JP2001257058A (en) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toyo Tanso Kk | Flexible bending heater |
| JP2004022255A (en) * | 2002-06-14 | 2004-01-22 | T-Net Japan Co Ltd | Electric heater and power control device of electric heater |
| JP2004139769A (en) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Aruba Japan:Kk | Exoergic structure |
-
2010
- 2010-03-01 JP JP2010043882A patent/JP2011181311A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644090U (en) * | 1992-11-13 | 1994-06-10 | 沼田化学製品株式会社 | Rod-shaped fiber heating element |
| JPH07235371A (en) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Gunze Ltd | Complex tubing body resistance heat emission type |
| JPH1053926A (en) * | 1996-08-06 | 1998-02-24 | Oozeki Kagaku Kogyo Kk | Production of graphite fiber and heating element using the same |
| JPH11144847A (en) * | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Metek Kitamura Co Ltd | Manufacture of surface heating element |
| JP2000123960A (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-28 | Raito Black:Kk | Carbonaceous heating element |
| JP2001217058A (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-10 | Max Confort:Kk | Linear heater element and its connection structure |
| JP2001257058A (en) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toyo Tanso Kk | Flexible bending heater |
| JP2004022255A (en) * | 2002-06-14 | 2004-01-22 | T-Net Japan Co Ltd | Electric heater and power control device of electric heater |
| JP2004139769A (en) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Aruba Japan:Kk | Exoergic structure |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101390656B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-05-07 | 주식회사 피치케이블 | Using carbon fiber heater heating |
| KR101390655B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-05-07 | 주식회사 피치케이블 | Surface of the carbon fiber heating element and using this chair |
| JP2017107682A (en) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 有限会社高城電気製作所 | Heater device |
| KR101726228B1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-04-13 | 김천중 | Carbon fiber heater unit for electric fryer |
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