JP3144384U - 電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の電気抵抗値を自由かつ容易に調節することができ、軽量、かつ機械的強度に優れ、少ない消費電力で安定した状態で所望の温度に暖めることができる電気加熱装置を提供する。
【解決手段】炭素繊維及び植物パルプがシート状に混抄された炭素繊維混抄紙１０と、炭素繊維混抄紙１０の表面に互いに対向して配された導電性の一対のペースト電極１１と、を有する発熱体１２と、ペースト電極１１の幅よりも狭い帯状に形成されてペースト電極１１に密着して接続された一対の補助電極１３と、帯状に形成され、ペースト電極１１から離間して補助電極１３と接続された一対の主電極１４と、を備えた加熱部を有し、ペースト電極１１、補助電極１３、及び主電極１４の幅が、順に狭く形成されている。
【選択図】図３

Description

本考案は、電気加熱装置に関する。

床暖房用、施設園芸用、寝具、健康器具といったものから、融雪、水道管等の凍結防止、保温用等、幅広い用途に使用するため、従来様々な面状発熱体が組み込まれた電気加熱装置が提案され、また製品化されている。特に、軽量で取扱いが容易、かつ消費電力も少ない面状発熱体として、炭素繊維混抄紙からなる発熱シートが、幅広く利用されている。

このような発熱シートは、シートに含まれる炭素繊維の状態及び／又は発熱シートの形状に合わせて、電極の配設位置、形状、個数、種類等を調節することによって、電気抵抗値を調節することができ、所望の温度に発熱シートを昇温させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

この発熱シートに給電するために、発熱シートの辺に沿って帯状の銀ペーストが互いに対向するように印刷され、導電性の接着剤が塗布された銅箔テープからなる電流供給用電極層が銀ペースト上に接着されたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これにより、発熱シートと電極層との接触部分における電気抵抗値の増大が抑えられている。
特開２００１−１１８６６３号公報 特開平０７−１４７１８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発熱シートでは、炭素繊維の配向がわかりづらい場合には適切に電極を配設することができない。また、特許文献２において、発熱体に印刷された電極と銅箔テープとを密着させても、接触部分からスパークが発生する可能性がある。さらに、銅箔テープでは厚みがないので、発熱シートを複数配設する場合には、電極部分での電気抵抗値が発熱シートよりも大きくなり、発熱効率が低下する可能性がある。

本考案は上記事情に鑑みて成されたものであり、装置全体の電気抵抗値を自由かつ容易に調節することができ、軽量、かつ機械的強度に優れ、少ない消費電力で安定した状態で所望の温度に暖めることができる電気加熱装置を提供することを目的とする。

本考案は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本考案に係る電気加熱装置は、炭素繊維及び植物パルプがシート状に混抄された炭素繊維混抄紙と、帯状に形成されて前記炭素繊維混抄紙の表面に互いに対向して配された導電性の一対のペースト電極と、を有する発熱体と、前記ペースト電極の幅よりも狭い帯状に形成されて前記ペースト電極に密着して接続された一対の補助電極と、帯状に形成され、前記ペースト電極から離間して前記補助電極と接続された一対の主電極と、を備えた加熱部を有し、前記ペースト電極、前記補助電極、及び前記主電極の幅が、順に狭く形成されていることを特徴とする。

この考案は、補助電極の幅がペースト電極の幅よりも狭いので、補助電極の周縁部までペースト電極を好適に密着させ、かつ、補助電極と炭素繊維混抄紙とが直接接触しないようにすることができる。また、主電極の幅が補助電極の幅よりも狭いので、主電極の周縁部まで補助電極を好適に密着させることができる。そして、主電極とペースト電極とが離間して配されているので、主電極と炭素繊維混抄紙とが直接接触しないようにすることができる。したがって、各電極間の接触不良を同様に好適に抑えることができる。

また、本考案に係る電気加熱装置は、前記電気加熱装置であって、前記ペースト電極が、前記炭素繊維混抄紙の表面及び裏面にそれぞれ配されて、前記補助電極が前記各ペースト電極にそれぞれ密着され、前記主電極が前記補助電極に挟まれて接続されていることを特徴とする。

この考案は、炭素繊維混抄紙とペースト電極、及びペースト電極と補助電極との接触抵抗をより小さくして炭素繊維混抄紙における発熱効率を高めることができる。また、主電極が炭素繊維混抄紙の表面及び裏面側から延びる補助電極に挟まれているので、主電極と補助電極とをより好適に密着させることができる。

また、本考案に係る電気加熱装置は、前記電気加熱装置であって、前記炭素繊維混抄紙に紙目が配され、前記炭素繊維が前記紙目方向に配向され、前記紙目方向又は該紙目方向に直交する方向に対向して前記一対のペースト電極が配されていることを特徴とする。

この考案は、炭素繊維が紙目方向に配向されるので、紙目方向と紙目方向に直交する方向とで電気抵抗値を異ならせることができる。そのため、炭素繊維混抄紙への一対のペースト電極の配設位置によって、一対のペースト電極間の電気抵抗値を変化させることができる。この際、発熱体の電気抵抗値が、紙目方向が最も低く、紙目方向と直交する方向が最も高い。そのため、何れかの方向にペースト電極を配する場合には、一対のペースト電極間の電気抵抗値を予め容易に算出しておくことができ、温度制御を容易に行うことができる。

また、本考案に係る電気加熱装置は、前記電気加熱装置であって、前記加熱部が、前記発熱体を密封するコーティング層を備えていることを特徴とする。

この考案は、発熱体と外部とを電気的に絶縁及び防水して発熱体の劣化を抑えることができる。

また、本考案に係る電気加熱装置は、前記電気加熱装置であって、複数の前記発熱体が、互いに離間して前記補助電極によって電気的に直列又は並列接続されて前記加熱部内に配されていることを特徴とする。

この考案は、発熱体間に形成された隙間に導電物が挿通された状態で加熱部を通電しても、この導電物に通電されることがないので、導電性又は非導電性に係わらず固定器具を発熱体間に挿通させることができ、加熱部を所望の場所に好適に固定させることができる。

また、本考案に係る電気加熱装置は、前記電気加熱装置であって、前記炭素繊維混抄紙における前記炭素繊維が、長さ３ｍｍ以上、５ｍｍ未満又は長さ５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の長さを有するピッチ系炭素繊維であって、含有率が３〜２０重量％とされ、前記炭素繊維混抄紙における前記植物パルプの含有率が９７〜８０重量％とされて、坪量が５５ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

この考案は、上述した炭素繊維が配されているので、炭素繊維の分散性に優れ、発熱体に孔が開いても断線することなく発熱し続けることができる。また、炭素繊維の含有率を変化させることによって、一対のペースト電極間の抵抗値を変化させることができる。

本考案によれば、発熱体の大きさや、発熱体及び加熱部のそれぞれの枚数に応じて装置全体の電気抵抗値を自由かつ容易に調節することができ、軽量、かつ機械的強度に優れ、少ない消費電力で安定した状態で所望の温度に暖めることができる

本考案に係る一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る床暖房装置（電気加熱装置）１は、図１及び図２に示すように、床材Ｆと下地材Ｂとの間に敷設される複数の加熱部２と、加熱部２の一部に配された温度センサ３及び温度ヒューズ４と、加熱部２同士及び温度ヒューズ４を結線するための結線部５と、加熱部２に電力供給するための分電盤６と、コントローラ７と、を備えている。

加熱部２は、図３に示すように、炭素繊維混抄紙１０と、導電性の一対のペースト電極１１と、を有する複数の発熱体１２と、複数の発熱体１２を並列に接続する一対の補助電極１３と、補助電極１３と接続された一対の主電極１４と、複数の発熱体１２を密封するコーティング層１５と、を備えている。

炭素繊維混抄紙１０は、矩形シート状に形成されている。炭素繊維混抄紙１０の炭素繊維は、長さ３ｍｍ以上、５ｍｍ未満又は長さ５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の長さを有するピッチ系炭素繊維となっている。炭素繊維混抄紙１０における炭素繊維の含有率は３〜２０重量％とされている。一方、植物パルプの含有率は９７〜８０重量％とされている。炭素繊維混抄紙１０の坪量は５５ｇ／ｍ^２以下とされ、矩形状に形成されている。

ここで、炭素繊維を炭素繊維混抄紙１０に均一に分散させることが困難であり、開繊させるために長時間攪拌させると各繊維が不定寸法に折れて安定した電気抵抗及び温度特性が得られず、しかも各繊維が折れて繊維同士の絡みが弱くなり、強度的にも欠点が生じる。また炭素繊維の長さが３ｍｍ未満の場合には、他の炭素繊維又は植物パルプとの絡みが弱くなり、１０ｍｍを超える場合には、植物パルプへの分散性が低下し、炭素繊維ムラを生じると共に電気抵抗及び温度特性が不安定となるので使用できない。

また、ピッチ系炭素繊維が３重量％未満では、電気抵抗値が高くなり、所望の発熱温度が得られず、２０重量％を超える場合には、分散率が悪くなって、安定した電気抵抗及び温度特性が得られないので前記範囲内の含有割合となっている。また坪量が５５ｇ／ｍ^２を超える場合には、自身が層間剥離を起こし、またしなやかさに欠ける恐れがある。そのため、厚さ及び坪量も前記範囲内となっている。

この炭素繊維混抄紙１０は、炭素繊維と、植物パルプとを、パルパー等の公知の攪拌機により、水に回流させて混合、分散させる方法、又は、炭素繊維と、植物パルプとを別々に水に分散させた後、混合、分散させる方法等を用いて製造された原料溶液を用いて、公知の円網式抄紙機（ヤンキーマシン）、長網抄紙機等により所望の厚さ及び坪量に抄造される。

この際、炭素繊維混抄紙１０に紙目が形成され、紙目方向Ｐに沿って炭素繊維が配向されている。そのため、紙目方向Ｐと、これに直交する方向Ｎとで電気抵抗値が異なっている。ここで、炭素繊維混抄紙１０の各辺は、紙目方向Ｐと平行又はこれに直交するように矩形状に形成されている。そして、一対のペースト電極１１が、炭素繊維混抄紙１０の紙目方向Ｐに直交する両辺に沿って配されている。なお、所望する抵抗値によっては、炭素繊維混抄紙１０の紙目方向Ｐに直交する両辺でなく、炭素繊維混抄紙１０の紙目方向Ｐに平行な両辺に一対のペースト電極１１を配してもよい。

一対のペースト電極１１は、銀ペーストが炭素繊維混抄紙１０の表面及び裏面に一定の幅で帯状に印刷されて配されている。一対のペースト電極１１間の電気抵抗値Ｒ（Ω）は、以下の式によって算出することができる。
Ｒ＝Ｒ１×Ｄ／Ｌ

ここで、Ｒ１は、炭素繊維混抄紙１０の面積固有抵抗（Ω／ｃｍ^２）、Ｄはペースト電極１１間の距離（ｃｍ）、Ｌは、ペースト電極１１の長さ（ｃｍ）である。本実施形態では、紙目方向Ｐでは、Ｒ＝１０（Ω）、紙目方向と直交する方向Ｎでは、Ｒ＝３０（Ω）となっている。なお、ペーストとしては、金ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、アルミペースト等でも構わない。

一対の補助電極１３は、ペースト電極１１よりも幅の狭い帯状の銅箔テープからなり、導電性の粘着面が片面に配されている。そして、補助電極１３は、発熱体１２の両面の各ペースト電極１１と密着するようにして、ペースト電極１１の幅方向中央部に配されている。そのため、補助電極１３の側縁とペースト電極１１の側縁とは重ならずに離間した状態となっている。この一対の補助電極１３は、複数の発熱体１２が一対の主電極１４に対して電気的に並列となるように、各発熱体１２を接続している。この際、各発熱体１２は、一対の補助電極１３の延びる方向に互いに一定の隙間Ｓが設けられるように離間して配されている。

一対の主電極１４は、補助電極１３及びペースト電極１１よりも幅が狭い帯状の銅板で構成されている。そして、一端側がペースト電極１１から一定間隔を設けて離間して補助電極１３の端部と接続され、他端側が、リード線１６を介して結線部５に接続されている。なお、補助電極１３及び主電極１４の材料は、アルミ、ニッケル、ステンレスであっても構わない。

主電極１４の一端側は、図４に示すように、仮止め用補助電極１７を介して補助電極１３に両面から挟まれて接続されて、電極接続部１８が形成されている。なお、ここでは仮止め用補助電極１７の幅は、補助電極１３の幅と略同一の大きさとなっている。

ペースト電極１１、補助電極１３、及び主電極１４は、図５に示すように、それぞれの幅がこの順に狭くなるように形成されている。電極接続部１８では、主電極１４は、補助電極１３の幅方向中央部に配されている。

コーティング層１５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル製フィルム、又はより耐熱性に優れたポリイミド製フィルム等の熱可塑性樹脂フィルムからなり、ラミネート加工により加熱部２を密封している。

この床暖房装置１は、暖房する床面積に応じて決められた枚数の加熱部２が、供給電力に応じて直列又は並列又はその両方が混在するように結線部５にて結線されている。この際、複数の加熱部２同士及び温度ヒューズ４は、電気的に直列となるように接続されている。温度センサ３及び温度ヒューズ４は、それぞれ別の加熱部２に配設されている。分電盤６からは、単相１００Ｖ又は２００Ｖが給電される。なお、電源は、これに限らず三相でも構わない。また、交流に限らず直流でも構わない。

次に、本実施形態に係る床暖房装置１の作用について説明する。
分電盤６からコントローラ７を介して給電された加熱部２は、一対のペースト電極１１間が通電されることによって、予め算出された電気抵抗値に応じて発熱体１２が所定の温度に加熱される。

この床暖房装置１によれば、補助電極１３の幅が、ペースト電極１１の幅よりも狭いので、補助電極１３と発熱体１２とが直接接触することなく、補助電極１３とペースト電極１１とを好適に密着させることができる。

この際、電極接続部１８では、ペースト電極１１と主電極１４とが直接接触しないように補助電極１３を介して接続されている。したがって、電極接続部１８における接触不良及びそれにともなう電気抵抗値の増大を好適に抑えることができる。

そして、ペースト電極１１、補助電極１３、及び主電極１４の幅が、順に狭く形成されている。そのため、炭素繊維混抄紙１０とペースト電極１１とが、直接接触しないようになっている。この結果、各電極間の接触不良やスパーク等の発生を好適に抑え、電極部分における接触抵抗をより小さくすることができる。したがって、発熱体１２の大きさや枚数に応じて装置全体の電気抵抗値を自由に調節することができ、軽量、かつ機械的強度に優れ、少ない消費電力で安定した状態で所望の温度に加熱することができる。

特に、ペースト電極１１が、炭素繊維混抄紙１０の表面及び裏面にそれぞれ配されて、補助電極１３が各ペースト電極１１とそれぞれ密着され、主電極１４が補助電極１３に両面から挟まれて接続されている。したがって、主電極１４の側縁まで覆うようにして補助電極１３と主電極１４とを接触させることができ、両者の接触抵抗をより好適に小さくすることができる。

また、炭素繊維混抄紙１０に紙目が形成され、炭素繊維が紙目方向Ｐに配向されるので、炭素繊維混抄紙１０への一対のペースト電極１１の配設位置によって、一対のペースト電極１１間の電気抵抗値を変化させることができる。この際、発熱体１２の紙目方向Ｐの電気抵抗値が最も低く、紙目方向Ｐと直交する方向Ｎの電気抵抗値が最も高い。そのため、何れかの方向に一対のペースト電極１１が配されている場合には、電極間の電気抵抗値を予め容易に算出しておくことができ、温度制御を容易に行うことができる。

さらに、コーティング層１５を備えているので、発熱体１２と外気とが遮断され、発熱体１２の温度が上昇して発火してしまうのを好適に抑えることができる。

また、各発熱体１２が隙間Ｓを介して配設されているので、例えば敷設の際に、釘等の導電物が隙間Ｓに挿通された状態で加熱部２を通電しても、この導電物に通電されることがない。そのため、導電性又は非導電性に係わらず固定器具を発熱体１２間に挿通させることができ、加熱部２を所望の場所に好適に固定させることができる。

また、炭素繊維混抄紙１０には、上述した炭素繊維が配されているので、炭素繊維の分散性に優れ、発熱体１２にたとえ孔が開いても断線することなく発熱し続けることができる。また、炭素繊維の含有率によって炭素繊維混抄紙の抵抗値を変化させることができる。

なお、本考案の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、加熱部２を床下に配設することによって床暖房装置として使用している。しかしこれに限らず、加熱部における発熱体の大きさ、枚数を調節することによって、施設園芸用、農業用、畜産用、漁業用、寝具、健康器具といったものから、融雪、水道管等の凍結防止、保温用等、幅広い用途に使用することができる。

また、加熱部内に配される発熱体は複数に限らず１枚のみでも構わない。また、加熱部内で、複数の発熱体が電気的に並列接続されたものに限らず、直列に接続されていても構わない。さらに、補助電極１３と主電極１４との間に仮止め用補助電極１７を介装させているが、なくても構わない。

本考案の一実施形態に係る床暖房装置を示す概要図である。 本考案の一実施形態に係る床暖房装置の概要を示す平面図である。 本考案の一実施形態に係る床暖房装置の加熱部を示す平面図である。 図３のIV−IV断面図である。 図３のＶ部拡大図である。

符号の説明

１ 床暖房装置（電気加熱装置）
２ 加熱部
１０ 炭素繊維混抄紙
１１ ペースト電極
１２ 発熱体
１３ 補助電極
１４ 主電極
１５ コーティング層

Claims (6)

1. 炭素繊維及び植物パルプがシート状に混抄された炭素繊維混抄紙と、帯状に形成されて前記炭素繊維混抄紙の表面に互いに対向して配された導電性の一対のペースト電極と、を有する発熱体と、
   前記ペースト電極の幅よりも狭い帯状に形成されて前記ペースト電極に密着して接続された一対の補助電極と、
   帯状に形成され、前記ペースト電極から離間して前記補助電極と接続された一対の主電極と、
   を備えた加熱部を有し、
   前記ペースト電極、前記補助電極、及び前記主電極の幅が、順に狭く形成されていることを特徴とする電気加熱装置。
2. 前記ペースト電極が前記炭素繊維混抄紙の表面及び裏面にそれぞれ配されて、前記補助電極が前記各ペースト電極にそれぞれ密着され、
   前記主電極が前記補助電極に挟まれて接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
3. 前記炭素繊維混抄紙に紙目が配され、
   前記炭素繊維が前記紙目方向に配向され、
   前記紙目方向又は該紙目方向に直交する方向に対向して前記一対のペースト電極が配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
4. 前記加熱部が、前記発熱体を密封するコーティング層を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の電気加熱装置。
5. 複数の前記発熱体が、互いに離間して前記補助電極によって電気的に直列又は並列接続されて前記加熱部内に配されていることを特徴とする請求項４に記載の電気加熱装置。
6. 前記炭素繊維混抄紙における前記炭素繊維が、長さ３ｍｍ以上、５ｍｍ未満又は長さ５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の長さを有するピッチ系炭素繊維であって、含有率が３〜２０重量％とされ、
   前記炭素繊維混抄紙における前記植物パルプの含有率が９７〜８０重量％とされて、坪量が５５ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の電気加熱装置。
   

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