JP2015532770A - 電気発熱素子 - Google Patents

Abstract

内面３１を有し１つの区画５０を包囲するヒーターボデー３０と、前記区画５０内に挿入されている少なくとも１つのヒーターカートリッジ１０とから少なくとも構成される電気発熱素子１は、前記区画５０が排気されていて且つその内面３１が少なくとも１つの無機塩類でコーティングされ、極めて均一な熱分布を提供する。

Description

本発明は、特に産業上利用される電気加熱の分野に関する。電気発熱素子が、ヒーターボデーの区画内に配置されているヒーターカートリッジを有する。

米国特許第３３５８５７号明細書が、導電性セラミック材料から成る棒状の電気発熱素子を開示する。電気絶縁する外面を有する円筒形の熱キャリアリングが、電磁成形を使用して当該棒状の電気発熱素子上に位置決めされる。当該棒状の電気発熱素子及び当該円筒形の熱キャリアリングは、棒状の胴体内に位置決めされる。このような電気ヒーターは、例えば産業用及び自動車用で利用される、特にディーゼルエンジンのグロープラグとして使用される。空気及びディーゼル燃料の混合物の燃焼を開始させるためには、局所的な熱源で足りるので、均一な熱分布は必要でない。

国際公開第２０１２／０１６３９９号パンフレットは、棒状の電気ヒーターカートリッジを開示する。当該電気ヒーターカートリッジは、棒状の金属ハウジングを有する。電熱線が、当該金属ハウジング内に存在する。当該金属ハウジングの残りの部分は、均一な熱分布を得るためにマグネシア粉末とシリコンオイルとから成る熱伝導性だが、電気絶縁性の材料で充填されている。

欧州特許第１８５５０６６号明細書は、金属管から製作されたはしご型の中空構造体から成る電気ヒーターを開示する。当該金属管は、液体を流通させ、液状の熱媒体で充填されている。電気ヒーターカートリッジが、２つの垂直梁のうちの１つの垂直梁の下端部内に挿入されている。電動機駆動ポンプが、当該中空構造体内の液体を循環させることによって均一な熱分布を得るために対向する垂直梁内に設置されている。

米国特許第３３５８５７号明細書 国際公開第２０１２／０１６３９９号パンフレット 欧州特許第１８５５０６６号明細書 国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６６８９４

Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ａｓｈｃｒｏｆｔ Ｍｅｒｍｉｎ，Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｃｏｌｌ．Ｐｕｂｌ．，１９７６，Ｃｈａｐ．１ ａｎｄ Ｃｈａｐ．２５

本発明によって解決されるべき課題は、簡単で、信頼でき、汎用性のある電気ヒーターを提供することにある。

この課題は、独立請求項に記載の発明によって解決される。さらに改良された発明が、従属請求項に記載されている。

当該電気発熱素子は、内面を有し１つの区画を密閉する少なくとも１つのヒーターボデーと、この区画内に挿入されている少なくとも１つのヒーターカートリッジとから構成される。好ましくは、当該区画が、例えば約１０^５Ｐａ以下に排気されていて、この区画の内面が、少なくとも１つの無機塩類によって有益にコーティングされてもよい。当該コーティングは、例えば、Ｋｉ Ｃｈａｎ氏のＰＣＴ出願のＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６６８９４に詳細に記載されているようなコーティングでもよい。当該コーティングは、この明細書に例示されて完全に記載されている。一般に、ヒーターカートリッジは、電気を熱に変換する素子を熱源として有する。

当該電気発熱素子は、熱を或るヒートシンクに印加するための技術における従来の構成部材、例えばローラ乾燥機等の代わりに使用され得る。しかしながら、当該電気発熱素子は、通常のヒートパイプ技術では一般的である対流・環流が、区画内で発生しないので、極めて均一な熱分布を得ることを非常に軽い重量で且つ非常に少ない労力で可能にする。さらに、当該区画の形が、管の形を有してもよいものの、当該区画の形が、管の形を有することは、必ずしも要求されないので、本発明は、当該ヒートパイプ技術とは異なる。当該熱伝達のメカニズムは、まだ十分に理論的に理解されていないものの、極めて効率がいいことが実証されている。第１の実験データは、熱伝達がフォノン励起によって向上されることを示唆している。当該フォノン励起は、未コーティングの金属では熱伝達において小さな役割しか果たさない。このことは、電気伝導体の熱伝導率と絶縁体の電気伝導率とを比較するときに明らかになる（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ａｓｈｃｒｏｆｔ Ｍｅｒｍｉｎ，Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｃｏｌｌ．Ｐｕｂｌ．，１９７６，Ｃｈａｐ．１ ａｎｄ Ｃｈａｐ．２５参照）。

上記ヒーターボデーは、任意の形でよいが、特に棒の形が適する。上記ヒーターカートリッジは、例えば、オームの法則が適用される任意の材料から構成され得る。すなわち、当該材料は、電流を当該材料に通電するときに熱を生成する。したがって、熱源を起動させるためには、電流を当該材料に通電することで足りる。このようなヒーターカートリッジは、多くの場合は棒又はバーの形で普通に入手できる。

例えば、当該ヒーターボデーは、エンドキャップによって閉鎖されている対向する第１狭面と第２狭面とを有する棒状の中空プロファイルでもよい。このようなヒーターボデーは、普通に入手できる金属部品から非常に容易に製作され得る。この代わりに、特にガラス又は石英のボディ（例えば、管）のようなその他の材料が使用されてもよい。さらに、当該中空プロファイルの内面が、容易に完全に洗浄、特に脱脂され得る。同様に、粉塵及び酸化物が、上記区画の少なくとも内面から除去されなければならない。その後に、この区画は、複数のエンドキャップによって閉鎖され得る。好ましくは、これらのエンドキャップも、同様に洗浄されてある。

上記少なくとも１つのヒーターカートリッジは、例えば、商業的に入手できる電気加熱ロッドでもよい。空間が、当該ヒーターカートリッジと当該中空プロファイルの内面との間に存在するように、当該ヒーターカートリッジが、複数のエンドキャップのうちの少なくとも１つのエンドキャップによって支持されてもよい。例えば、当該ヒーターカートリッジは、当該区画の内面から離間されている外面シェルを有してもよい。ヒーターボデーが、中空プロファイルから製作されている場合には、その内径は、例えば棒状のヒーターカートリッジの外径より大きくすることができる。

好ましくは、上記ヒーターカートリッジは、棒状の中空プロファイルに対して同軸に整合され且つこの中空プロファイル内に存在する。このことは、著しく均一な熱分布を当該ヒーターボデーの表面にわたって保証する。

当該ヒーターボデーは、好ましくは、区画を排気するための及び／又は当該ヒーターボデーの内面を少なくとも１つの無機塩類でコーティングするためのチャネル（導管、経路）を有する。当該コーティングは、国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６６８９４に記載されているように適用され得る。この代わりに、蒸着技術のようなその他のコーティング技術も使用され得る。

上記チャネルは、区画を排気した後に永久に閉鎖され得る。好ましくは１０^５Ｐａ以下の圧力が、この区画内に存在する。

上記電気発熱素子の製作は、極めて簡単である。例えば、製作者は、電気ヒーターボデーとして中空プロファイルを用いて開始し、その内面を完全に洗浄することができる。当該中空プロファイルは、アルミニウム、ステンレス鋼（例えば、材料番号１．４３０１／組成：Ｘ５ＣｒＮｉ１８−１０又は材料番号１．４４０４／組成Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２）又は炭素鋼のような金属から製作され得る。当該中空プロファイルの少なくとも内面の粉塵、酸化物等が除去されなければならない。その後に、当該中空プロファイルは、複数のエンドキャップによって閉鎖される。これらのエンドキャップのうちの１つのエンドキャップが、好ましくはヒーターカートリッジを支持する。したがって、それぞれのエンドキャップを取り付けるときに、このヒーターカートリッジは、当該中空プロファイルの区画内に挿入される。他方のエンドキャップが、区画を排気するための及び／又は例えば上記のＣｈａｎ氏の特許出願に開示された水溶液を注入するためのチャネルとして貫通孔を有してもよい。次いで、当該区画が、真空ポンプを当該チャネルに接続することによってこのチャネルを通じて好ましくは１０^５Ｐａにまで排気される。その後に、所定量の水溶液が、当該区画内に充填される。当該注入された液体の体積は、内部空間の表面の単位平方メートル当たり５００ｍｌ〜１０００ｍｌでなければならない。したがって、当該表面は、内面３１（図１参照）と、ヒーターカートリッジの表面と、当該区画に接合するエンドキャップ２０，４０の表面の一部とを合算したものである。例えば、４４ｍｍの直径と２ｍの長さとを有する管状のプロファイルを使用する場合、製作者は、約１５０ｍｌのコーティング液を加えなければならない。これは、内部空間の体積の約５％（３〜８％）である。このため、製作者は、好ましくは三方弁の１つの分岐部をチャネルに接続し、第２分岐部を真空ポンプに接続し、第３分岐部を、水溶液を含むインゼクターに接続する。当該インゼクターと当該排気された区画とを通流接続すると、注入された所定の体積の水溶液が、真空によって当該区画内に吸引される。次いで、当該チャネルが、永久に密閉され得る。当該区画内の圧力が、好ましくは約１０^５Ｐａ以下であることを保証するため、製作者は、密閉前に真空ポンプを有益に接続することができる。電流を当該ヒーターカートリッジに最初に通電したときに、内面がコーティングされ、電気発熱素子の熱伝導が向上される。

以下に、発明の一般的な概念に限定することなしに、図面を参照しながら実施の形態に関して本発明を例示して説明する。

電気発熱素子の例を示す。 電気発熱素子の例を示す。 電気発熱素子の例を示す。

好適な電気発熱素子１が、図１〜３に示されている。この電気発熱素子１は、ヒーターボデー３０として中空プロファイルを有する。このヒーターボデー３０の両狭面が、エンドキャップ２０，４０によって閉鎖されている。１つのエンドキャップ２０が、ヒーターボデー３０の区画５０内に同軸に挿入されている棒状のヒーターカートリッジ１０を支持するための支持板２４を有する。ヒーターカートリッジ１０を電源、例えば電力線路に接続するためのコネクタピン１５，１６が、区画５０の外側に存在する。このヒーターカートリッジ１０は、オームの法則にしたがう材料から成る熱源としてのヒーターコア１１と、ハウジング１２とを有する。換言すれば、このヒーターコア１１は、電気を熱に変換する素子から成る。その代わりに又はさらに、その他の任意のヒーターカートリッジ１０も、同様に使用され得る。

チャネル４２を有するエンドキャップ４０が、エンドキャップ２０に対向して存在する。区画５０が、このチャネル４２を通じて、上述したように例えば三方弁経由で真空ポンプ及び／又は水溶液を注入するためのインゼクターに接続され得る。この三方弁は、最初に当該区画を排気し、次いで所定量の溶液を注入することを可能にする。当該水溶液が注入され、オプションとして排気がさらに実施された後に、当該チャネルが、例えば溶接又は接着によって密封され得る。コーティングも、蒸着のようなその他のコーティング技術を使用して同様に実施され得る。

１ 電気発熱素子（発熱体）
１０ ヒーターカートリッジ
１１ 電気ヒーターコア
１２ （棒状の）ハウジング
１５ コネクタピン
１６ コネクタピン
２０ エンドキャップ
２４ 支持板
３０ ヒーターボデー
３１ 内面
４０ エンドキャップ
４２ チャネル／注入口
５０ 区画

Claims (9)

1. ・内面（３１）を有し区画（５０）を包囲するヒーターボデー（３０）と、
   ・前記区画（５０）内に挿入されている少なくとも１つのヒーターカートリッジ（１０）とから少なくとも構成される電気発熱素子（１）において、
   前記区画（５０）は、排気されていて、その内面（３１）が、少なくとも１つの無機塩類でコーティングされていることを特徴とする電気発熱素子（１）。
2. 前記ヒーターボデー（３０）は、複数のエンドキャップ（２０，４０）によって閉鎖されている対向する第１狭面と１つの第２狭面とを有する棒状の中空プロファイルであることを特徴とする請求項１に記載の電気発熱素子（１）。
3. 前記少なくとも１つのヒーターカートリッジ（１０）は、前記複数のエンドキャップのうちの少なくとも１つのエンドキャップ（２０）によって支持されている電気加熱ロッド（１１）であることを特徴とする請求項２に記載の電気発熱素子（１）。
4. 前記ヒーターカートリッジ（１０）は、前記棒状の中空プロファイル（３０）内に同軸に位置決めされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気発熱素子（１）。
5. 前記ヒーターカートリッジ（１０）は、前記区画（５０）の前記内面（３１）から離間されている外面シェル（１３）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気発熱素子（１）。
6. 前記棒状の中空プロファイルは、前記ヒーターカートリッジ（１０）の外径より大きい内径を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電気発熱素子（１）。
7. 前記ヒーターボデー（３０）は、前記区画（５０）を排気するための及び／又は少なくとも１つの無機塩類の水溶液を注入するためのチャネル（４２）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気発熱素子（１）。
8. 前記チャネル（４２）は、前記区画（５０）を排気した後に永久に閉鎖されてあることを特徴とする請求項７に記載の電気発熱素子（１）。
9. １０^５Ｐａ以下の圧力が、前記区画（５０）内に存在することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気発熱素子（１）。

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