WO2014208101A1 - 電気ヒーター - Google Patents

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heater
electric heater
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power supply
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Inventor
泰明 渡邉
操 小山
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株式会社リケン
株式会社リケン環境システム
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    • H05B2203/014—Heaters using resistive wires or cables not provided for in H05B3/54

Definitions

  • the present invention relates to an electric heater used as a heat source for various furnaces and heating devices.
  • heat treatment furnaces such as heat treatment furnaces for heating semiconductors, glass, ceramics, and various metal materials, electric stoves, electric stoves, etc.
  • a connection between a pair of power supply terminals connected to the power supply and these power supply terminals An electric heater provided with a heating element such as a heating wire is used.
  • Patent Literature 1 discloses an electric stove in which a thin heating wire such as a nichrome wire wound in a spiral shape with a diameter of about several millimeters is disposed as a heat source in a groove on the upper surface of a stove formed of an insulator.
  • a thin heating wire such as a nichrome wire wound in a spiral shape with a diameter of about several millimeters is disposed as a heat source in a groove on the upper surface of a stove formed of an insulator.
  • Patent Document 2 longitudinal grooves and spiral grooves are provided on the inner surface of a cylindrical furnace, and heating wires such as nichrome formed in a wave shape or a spiral shape along the inner surface of the furnace are disposed in these grooves.
  • heating wires such as nichrome formed in a wave shape or a spiral shape along the inner surface of the furnace are disposed in these grooves.
  • the conventional electric heater has a structure in which a current flows between a pair of power supply terminals through one path, if a defect occurs in a part of the heating wire, the defect is amplified from the defect, and disconnection is likely to occur. There is also a problem.
  • An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an electric heater having high heat transfer efficiency and high durability.
  • the electric heater of the present invention is characterized by having a heater body formed in a mesh shape by a plurality of linear heating elements that generate heat when energized, and a pair of power supply terminals connected to the heater body.
  • the heater body is formed in a rectangular and flat plate shape, and the power supply terminals are connected to each of a pair of side portions parallel to each other.
  • the heater body is formed in a cylindrical shape, and the power supply terminals are connected to both ends in the axial direction.
  • the cylindrical heater body is formed in a bellows.
  • the cylindrical heater body is folded in a bellows shape with a fold along the axial direction thereof.
  • the heating element is made of an Fe—Cr—Al alloy.
  • the heating element is made of a Ni—Cr alloy.
  • the heater body is formed by plain weaving the plurality of heating elements.
  • the fineness of the heater body is preferably 3 to 30 mesh.
  • the heating element preferably has a wire diameter in the range of 0.2 mm to 1 mm.
  • the cylindrical heater body preferably has a diameter of 20 to 50 mm and an axial length of 100 to 1000 mm.
  • the heater body is formed in a mesh shape with a plurality of linear heating elements that generate heat by energization, thereby making the heater body lightweight and highly retainable in shape and having a plurality of energization paths.
  • the heat transfer efficiency and durability of an electric heater can be improved.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a modification of the electric heater shown in FIG. 3, in which a part of the heater body is formed into a bellows.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a modification of the electric heater shown in FIG. 3, in which the entire heater body is formed in a bellows.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a modification of the electric heater shown in FIG. 3, wherein the heater body is shaped like a bellows with a fold along the axial direction thereof. It is a figure which shows typically the cross-sectional shape of the heater main body shown in FIG.
  • an electric heater 1 can be used as a heat source for various furnaces and heating devices, and is connected to a heater body 2 and the heater body 2. And a pair of power supply terminals 3 and 4.
  • the heater main body 2 has a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6 as linear heating elements that generate heat when energized.
  • the vertical lines 5 and the horizontal lines 6 form a long and thin rectangular and flat outer shape. It is formed in a mesh shape (mesh shape).
  • the plurality of vertical lines 5 extend from one power supply terminal 3 to the other power supply terminal 4 in a direction along a straight line connecting the power supply terminals 3 and 4 at the shortest, and are arranged in parallel with a predetermined distance from each other. ing.
  • the plurality of horizontal lines 6 are orthogonal to the plurality of vertical lines 5 and are arranged in parallel at predetermined intervals. As shown in FIG.
  • the vertical line 5 and the horizontal line 6 are plain woven and are electrically connected at a portion where they are in contact with each other.
  • the heater main body 2 is formed in a mesh shape with a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6 woven in plain, and the vertical lines 5 and the horizontal lines 6 are electrically connected to each other so that the entire heater main body 2 is formed. It is configured to be energized.
  • FIGS. 1 and 2 for convenience, only one of the plurality of vertical lines 5 and the plurality of horizontal lines 6 is given a reference numeral.
  • the plurality of vertical lines 5 and the plurality of horizontal lines 6, that is, the heating elements are preferably formed of an Fe—Cr—Al alloy.
  • the vertical line 5 and the horizontal line 6 from an Fe—Cr—Al alloy having high oxidation resistance, surface oxidation when used at a high temperature in the air atmosphere is suppressed, and the electric heater 1 in the air atmosphere is suppressed. Stability and durability can be increased.
  • by performing heat treatment on the vertical line 5 and the horizontal line 6 formed of Fe—Cr—Al alloy before use, and forming a film of AL 2 O 3 (aluminum oxide) on the surface hydrogen gas ( The stability and durability of the electric heater 1 in an atmosphere of H 2 ) or nitrogen gas (N 2 ) can also be improved.
  • AL 2 O 3 aluminum oxide
  • the atmospheric atmosphere of the electric heater 1 As described above, by using a heat-generating body constituting the heater body 2 made of an Fe—Cr—Al alloy having high oxidation resistance, the atmospheric atmosphere of the electric heater 1, intermediate hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ) It can be used for a long time at a high temperature in an atmosphere, and its durability can be enhanced.
  • Fe—Cr—Al based alloy examples include Pyromax (registered trademark) “PX-D”, “PX-DS”, “PX-C”, and “PX-PMD” manufactured by Riken Environmental Systems. Can be used.
  • the “PX-D” is an Fe—Cr—Al alloy containing 23 wt% Cr and 5.5 wt% Al, and the “PX-DS” contains 23 wt% Cr and 6 wt% Al.
  • the above-mentioned “PX-C” is an Fe—Cr—Al-based alloy containing 26 wt% Cr and 7.5 wt% Al, and the above “PX-PMD” includes Cr. This is an Fe—Cr—Al alloy containing 23 wt%, Al 6.0 wt% and other trace elements, and is manufactured using a powder metallurgy method and hot extrusion.
  • Ni—Cr alloy can be used as the vertical line 5 and horizontal line 6, that is, the material of the heating element.
  • Pyromax registered trademark
  • PX-N1 manufactured by Riken Environmental Systems Co., Ltd.
  • the “PX-N1” is a Ni—Cr alloy containing 19 to 21 wt% of Cr, 77 wt% or more of Ni and 1 wt% or less of Fe.
  • the heating element is a linear element that generates heat when energized, it is not limited to the above-described one made of an Fe—Cr—Al alloy or Ni—Cr alloy, but is made of any other material. Things can also be used.
  • the diameter (diameter) of the vertical line 5 and the horizontal line 6 having a circular cross section is preferably in the range of 0.2 mm to 1 mm.
  • the diameters of the vertical lines 5 and the horizontal lines 6 are not limited to the range of 0.2 mm to 1 mm, but can be set to arbitrary diameters.
  • the fineness of the heater body 2 is preferably 3 to 30 mesh.
  • one mesh represents the number of eyes per inch.
  • the air efficiently flows through the mesh (mesh) of the heater body 2, and the thermal efficiency of the electric heater 1 can be further increased.
  • the fineness of the heater body 2 is set to 30 mesh or less, the heat generation amount per unit area of the heater body 2 can be increased and the thermal efficiency of the electric heater 1 can be further increased.
  • the fineness of the heater body 2 is not limited to 3 to 30 mesh, but can be set to any value.
  • the power terminal 3 is connected to one end of the heater body 2 in the longitudinal direction, and the power terminal 4 is connected to the other end of the heater body 2 in the longitudinal direction. That is, the power supply terminals 3 and 4 are connected to a pair of side portions of the heater body 2 that are parallel to each other.
  • the power supply terminal 3 has a pair of conductive plates 3a and 3b formed in a rectangular flat plate shape, and these conductive plates 3a and 3b have a plurality of fixing bolts with one end of the heater body 2 sandwiched therebetween. 7 and a fixing nut 8 are fixed to each other.
  • the power supply terminal 4 has a pair of conductive plates 4a and 4b formed in a rectangular flat plate shape, and a plurality of these conductive plates 4a and 4b are sandwiched between the other end portions of the heater body 2 therebetween.
  • the fixing bolt 7 and the fixing nut 8 are fixed to each other.
  • a lead wire 11 is electrically connected to the conductive plate 3a of the power supply terminal 3 by a connection bolt 9 and a connection nut 10, and the conductive plate 4a of the power supply terminal 4 is connected to the conductive plate 3a by a connection bolt 9 and a connection nut 10.
  • the lead wire 12 is electrically connected.
  • the lead wires 11 and 12 are connected to a DC power source (not shown) via a switch or the like, and a DC current supplied from the DC power source via these lead wires 11 and 12 is supplied to the heater main body via the power source terminals 3 and 4. 2 is supplied.
  • the electric heater 1 having the above configuration, when a DC current supplied from a DC power source is supplied to the heater body 2 via the power supply terminals 3 and 4, a plurality of vertical lines 5 and a plurality of lines constituting the heater body 2 are provided.
  • the entire horizontal line 6 is energized and the entire heater body 2 generates heat. Since the heater body 2 is formed in a mesh shape, its surface area increases, and the surface load temperature decreases accordingly. Further, the heated air can flow through the meshes of the heater body 2. Therefore, by forming the heater body 2 in a mesh shape with a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6, the heat exchange rate per unit area of the heater body 2 is increased, and the electric heater 1 is lightweight and has high output. Can be.
  • the heater body 2 is formed in a mesh shape with the vertical lines 5 and the horizontal lines 6, the heater body 2 can be lightweight and highly retainable in shape.
  • the heater main body 2 is formed in a mesh shape by plain weaving a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6, the shape retention of the heater main body 2 against thermal deformation of the vertical lines 5 and the horizontal lines 6 is improved.
  • the shape retention of the heater body 2 can be further enhanced. Therefore, for example, when the electric heater 1 is installed on the inner surface of the furnace, the heater inner surface of the furnace is not provided with a groove or the like for holding the heater body 2, and the heaters are provided in portions other than the power supply terminals 3 and 4.
  • the heater main body 2 can be installed in the furnace with only the power supply terminals 3 and 4 without providing a support or the like for supporting the main body 2 on the inner surface of the furnace. Thereby, when this electric heater 1 is used as a heat source for heating the inside of the furnace, the heater body 2 can be installed in the furnace so that radiation and convection are good, Heat transfer efficiency can be increased.
  • the pair of power supply terminals 3 and 4 are The plurality of vertical lines 5 are electrically connected. Therefore, when a direct current is supplied from the direct current power source to the power supply terminals 3 and 4, the plurality of vertical lines 5 are energized, and the horizontal lines 6 electrically connected to these vertical lines 5 are also energized, The entire heater body 2 generates heat. With such a configuration, the pair of power supply terminals 3 and 4 can be reliably energized by the plurality of vertical lines 5, so that the energization failure can be prevented even if the heater body 2 is meshed.
  • the power supply terminals 3 and 4 are connected to a pair of parallel side portions of the rectangular heater main body 2 so as to cover the entire side portions, the mesh-shaped heater main body 2 Power can be supplied uniformly throughout. Thereby, the heat transfer efficiency of this electric heater 1 can further be improved.
  • a plurality of energization paths are provided between the pair of power supply terminals 3, 4, so that even if a defect occurs in some of the plurality of vertical lines 5 or the plurality of horizontal lines 6.
  • the energization can be secured at the other vertical line 5 or horizontal line 6 portion. Therefore, durability against disconnection of the electric heater 1 can be enhanced.
  • the heater body 2 is meshed, the contact portion between the heater body and the power terminals 3 and 4 can be reduced, and the heat conduction from the heater body 2 to the power terminals 3 and 4 can be reduced.
  • the heat radiation from the heater body 2 to the power supply terminals 3 and 4 can be reduced.
  • the heat distribution in the vicinity of the power supply terminals 3 and 4 of the heater body 2 is improved, and the entire heater body 2 is heated uniformly, so that the heat transfer efficiency of the electric heater 1 can be further increased. .
  • the heater body 2 has a mesh shape, the heater body 2 can be easily deformed into an arbitrary shape, or cut with a cutter or the like, and can be easily processed into an arbitrary shape.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electric heater according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of the heater body shown in FIG. 3 and 4, members corresponding to those described above are denoted by the same reference numerals.
  • the heater body 2 is formed in a mesh shape by a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6 as in the case shown in FIG. ing.
  • the outer shape of the heater body 2 is formed in an elongated cylindrical shape unlike the flat plate shape shown in FIG.
  • the cylindrical heater body 2 has a circular cross-sectional shape and a hollow interior.
  • Such a cylindrical heater body 2 can be formed by rounding a rectangular and flat heater body 2 as shown in FIG.
  • the plurality of vertical lines 5 and horizontal lines 6 can be formed by knitting directly into a cylindrical shape using a knitting machine.
  • the power terminals 3 and 4 are formed in a cylindrical shape in accordance with the heater body 2. A part of the power supply terminals 3 and 4 is cut out, and a pair of connection pieces 22a and 22b that protrude radially outward are integrally provided on both sides of the cutout part of the power supply terminals 3 and 4, respectively. Yes.
  • One connection piece 22b is electrically connected to lead wires 11 and 12 by a connection bolt 9 and a connection nut 10, respectively, and the power supply terminals 3 and 4 are connected from a DC power source through these lead wires 11 and 12, respectively. Is supplied with a direct current.
  • connection pieces 22 a and 22 b are fixed in a state where they are overlapped with each other by a connection bolt 9 and a connection nut 10 for connecting the lead wires 11 and 12.
  • connection bolt 9 and a connection nut 10 for connecting the lead wires 11 and 12.
  • the heater body 2 formed in a mesh shape by a plurality of vertical lines 5 and a plurality of horizontal lines 6 is formed in a cylindrical shape, and power supply terminals 3 and 4 are provided at both ends in the axial direction.
  • the heat exchange efficiency per unit length can be increased and the heater body 2 can be made smaller and lighter than when the heater body 2 is formed in a solid rod shape.
  • the heater body 2 has a diameter of 20 to 50 mm and an axial length within a range of 100 to 1000 mm, the heater body 2 is lighter and has a higher shape retaining property, while maintaining the shape per unit area.
  • the electric heater 1 can be made lighter and have higher output.
  • the resistance value between the power supply terminals of the heater body 2 can be increased by making the plurality of horizontal lines 6 into an annular shape in which both ends are connected. Therefore, the electric current supplied to the heater body 2 when generating a predetermined amount of heat generation can be reduced, and the power loss generated in parts other than the heater body 2 can be reduced. Further, since the power capacity of the power supply terminals 3 and 4 can be reduced by reducing the heat capacity thereof, the amount of heat absorbed by the power supply terminals 3 and 4 can be reduced to further increase the thermal efficiency of the electric heater 1. In addition, temperature control can be facilitated.
  • the diameter and the axial direction length of the heater body 2 are not limited to the above ranges, and can be arbitrarily set.
  • the heater body 2 is lighter and its shape retention is further enhanced compared to the flat-plate-shaped heater body 2, and power terminals provided at both ends. Only 3 and 4 can support the heater body 2 reliably. Therefore, when the heater body 2 is installed in a furnace, a heating device or the like, it is not necessary to provide a column or the like for supporting the heater body 2 on the inner surface of the furnace other than the power supply terminals 3 and 4. The installation work can be facilitated. Further, since the support is not required, heat dissipation from the connecting portion between the heater body 2 and the support can be eliminated, and the heat exchange efficiency of the electric heater 1 can be further increased.
  • FIG. 5 is a modification of the electric heater shown in FIG. 3, and is a plan view schematically showing a case where a part of the heater body is formed into a bellows.
  • members corresponding to those described above are denoted by the same reference numerals.
  • a part of the cylindrical heater body 2 can be formed into a bellows.
  • the heater main body 2 can be bent with a small curvature in the bellows part 23. Therefore, the installation property of the electric heater 1 including the heater body 2 in a furnace or a heating device can be improved.
  • the diameter D1 of the bellows portion 23 is not limited to the above dimensions, and can be arbitrarily set.
  • FIG. 6 is a modification of the electric heater shown in FIG. 3, and is a plan view schematically showing a case where the entire heater body is formed into a bellows.
  • members corresponding to those described above are denoted by the same reference numerals.
  • the entire cylindrical heater body 2 can be formed into a bellows.
  • the entire heater body 2 can be freely bent into various shapes. Therefore, for example, when the heater body 2 is disposed on the inner surface of the cylindrical furnace, the heater body 2 can be installed in a spiral manner along the curved inner surface of the furnace. It can be further increased.
  • the bent inner portion of the bellows portion 23 becomes dense and the outside becomes sparse.
  • the inside of the furnace can be efficiently heated at the dense inner portion of the heater body 2 by being installed spirally on the inner surface of the heater.
  • the heater body is composed of one thick heating wire or a solid rod-shaped heating element and is installed on the inner surface of a cylindrical furnace,
  • the current concentrates on the inner part and the heating efficiency of the inner part is increased, but the deterioration of the inner surface is accelerated accordingly, and the durability of the heater body is reduced.
  • the electric heater 1 of the present invention since the heater body 2 is formed in a mesh shape, the current value flowing between the inner part and the outer part of the spiral in the bellows part 23 is made uniform, and the heater body 2 Deterioration due to heat and overcurrent of the inner part can be suppressed while increasing the heating efficiency of the inner part of the spiral. Therefore, by forming a part of the heater body 2 into a bellows, the heating efficiency can be increased without impairing the durability.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a case in which the heater main body is formed into a bellows shape with a fold along the axial direction, which is a modification of the electric heater shown in FIG. It is a figure which shows typically the cross-sectional shape of the heater main body shown in FIG.
  • members corresponding to those described above are denoted by the same reference numerals.
  • the heater body 2 When the heater body 2 is formed linearly between the pair of power supply terminals 3 and 4, as shown in FIGS. 7 and 8, the heater body 2 is surrounded by a plurality of folds along its axial direction. It can be made into the shape folded in the shape of a bellows toward the direction. By adopting such a shape, the bending rigidity of the heater body 2 in the axial direction is increased, and the heater body 2 having a longer axial length can be held only by the pair of power supply terminals 3 and 4. it can. Therefore, the installation property of the heater body 2 can be further enhanced by such a shape.
  • the bellows portions 23 and 24 shown in FIGS. 5 to 8 can be manufactured to have the bellows portions 23 and 24 by the knitting machine, for example, when the heater body 2 is formed by a knitting machine.
  • a container (bag) having elasticity is inserted into the heater body 2 formed in a cylindrical shape, and the heater body 2 is placed in a mold having the shape of the bellows portions 23 and 24.
  • the heater main body 2 can be pressed against the inner surface of the mold by applying a pressure such as water pressure or hydraulic pressure into the container, and the container can be manufactured in a shape having the bellows portions 23 and 24.
  • the heater body 2 is formed in a flat plate shape in the case shown in FIG. 1 and in a cylindrical shape in the case shown in FIG. It can be arbitrarily shaped, such as a curved shape between the pair of power supply terminals 3 and 4 according to the shape of the inner peripheral surface of the furnace.
  • the heater main body 2 is formed in a mesh shape by plain weaving the vertical lines 5 and the horizontal lines 6, but not limited to this, depending on the weaving method and knitting method other than the plain weaving,
  • the heater body 2 may be formed in a mesh shape.
  • the vertical lines 5 and the horizontal lines 6 can be formed in a mesh shape without being woven. In this case, the vertical line 5 and the horizontal line 6 can be fixed to each other by fixing means such as welding.
  • the vertical line 5 is arranged in a direction parallel to the straight line connecting the pair of power supply terminals 3 and 4 in the shortest distance
  • the horizontal line 6 is arranged so as to be orthogonal to the vertical line 5.
  • the present invention is not limited to this, and the heater body 2 is formed in an oblique mesh shape by a plurality of linear heating elements inclined toward opposite sides with respect to the straight line connecting the pair of power supply terminals 3 and 4 in the shortest distance. It can also be formed.
  • the cross-sectional shape of the heater body 2 is a perfect circle, but may be an ellipse or a C shape.

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Abstract

　熱伝達効率が高く、且つ、耐久性の高い電気ヒーター１を提供するために、電気ヒーター１を、通電により発熱する複数の発熱体５、６によりメッシュ状に形成されたヒーター本体２と、該ヒーター本体２に接続された一対の電源端子３、４と、を有する構成とする。

Description

電気ヒーター
　本発明は、各種の炉や加熱機器等の熱源として用いられる電気ヒーターに関する。
　従来から、半導体、ガラス、セラミックスおよび各種金属材料を加熱処理する熱処理炉や電気コンロ、電気ストーブ等の加熱器具などの熱源として、電源に接続される一対の電源端子とこれら電源端子の間に接続される電熱線等の発熱体とを備えた電気ヒーターが用いられている。
　例えば特許文献１には、絶縁体により形成されるコンロ上面の溝内に、ニクロム線等の細い電熱線を直径数ｍｍ程度の螺旋状に巻いたものを熱源として配置するようにした電気コンロが記載されている。
　また、特許文献２には、円筒状の炉の内面に縦溝や螺旋溝を設け、これらの溝内に波状または炉の内面に沿った螺旋状に形成されたニクロム等の電熱線を配置するようにした構成の拡散炉が記載されている。
特開平０３－０２９２８６号公報 国際公開第２００４／０４９４１４号
　しかしながら、特許文献１、２に記載されるように、螺旋状や波状とされた電熱線はその形状の保持性が低く、形状が容易に変形するものであるので、その設置に際しては絶縁体や炉内に設けた溝内に配置する必要がある。そのため、従来の構造では、電熱線が発生した熱の輻射や対流が溝内で妨げられ、電気ヒーターの熱伝達効率が低下することになる。これに対して、発熱体として所定の剛性を有する棒形状のものやバー形状のものが知られているが、これらの発熱体はその重量が重く、その設置には多数の支柱で支持する必要があるので、支柱からの放熱量が多くなって電気ヒーターの熱伝達効率が低下することになる。
　さらに、上記従来の電気ヒーターは、一対の電源端子の間で１つの経路で電流が流れる構造であるので、電熱線の一部に欠陥が生じると、そこから欠陥が増幅し、断線を生じ易いという問題もある。
　本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、熱伝達効率が高く、且つ、耐久性の高い電気ヒーターを提供することにある。
　本発明の電気ヒーターは、通電により発熱する複数の線状の発熱体によりメッシュ状に形成されたヒーター本体と、該ヒーター本体に接続された一対の電源端子と、を有することを特徴とする。
　本発明の電気ヒーターは、前記ヒーター本体が矩形且つ平板状に形成され、互いに平行な一対の辺部分のそれぞれに前記電源端子が接続されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記ヒーター本体が円筒状に形成され、その軸方向の両端部のそれぞれに前記電源端子が接続されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、円筒状の前記ヒーター本体の少なくとも一部が、蛇腹に形成されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、円筒状の前記ヒーター本体が、その軸方向に沿った折り目で蛇腹状に折られているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記発熱体が、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金により形成されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記発熱体が、Ｎｉ－Ｃｒ系合金により形成されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記ヒーター本体が、複数の前記発熱体を平織りして形成されているのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記ヒーター本体の目の細かさが、３～３０メッシュであるのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、前記発熱体の線径が、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲内であるのが好ましい。
　本発明の電気ヒーターは、円筒状の前記ヒーター本体が、直径２０～５０ｍｍ、軸方向長さが１００～１０００ｍｍの範囲内であるのが好ましい。
　本発明では、通電により発熱する複数の線状の発熱体によりヒーター本体をメッシュ状に形成することにより、ヒーター本体を軽量で形状の保持性が高いものとし、且つ、複数の通電経路を有した断線に対する耐久性の高いものとして、電気ヒーターの熱伝達効率と耐久性とを高めることができる。
本発明の一実施の形態である電気ヒーターの斜視図である。 図１に示すヒーター本体の一部を拡大して示す拡大図である。 本発明の他の実施の形態である電気ヒーターの斜視図である。 図３に示すヒーター本体の断面形状を模式的に示す図である。 図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体の一部を蛇腹に形成した場合を模式的に示す平面図である。 図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体の全体を蛇腹に形成した場合を模式的に示す平面図である。 図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体をその軸方向に沿った折り目で蛇腹状に折られた形状とした場合を模式的に示す平面図である。 図７に示すヒーター本体の断面形状を模式的に示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。
　図１に示すように、本発明の一実施の形態である電気ヒーター１は各種の炉や加熱機器等の熱源として用いることができるものであり、ヒーター本体２と、このヒーター本体２に接続される一対の電源端子３、４とを有している。
　ヒーター本体２は、通電により発熱する線状の発熱体として複数の縦線５と複数の横線６とを有しており、これらの縦線５と横線６とにより長細い矩形且つ平板状の外形を有するメッシュ状（網状）に形成されている。複数の縦線５は一方の電源端子３から他方の電源端子４に向け、当該電源端子３、４間を最短で結ぶ直線に沿う方向に延びるとともに、互いに所定の間隔を空けて平行に配置されている。一方、複数の横線６はそれぞれ複数の縦線５に直交するとともに互いに所定の間隔を空けて平行に配置されている。図２に示すように、縦線５と横線６は平織りされており、互いが接する部分において電気的に接続されている。このように、ヒーター本体２は平織りされた複数の縦線５と複数の横線６とでメッシュ状に形成され、縦線５と横線６とが互いに電気的に接続されてヒーター本体２の全体が通電される構成となっている。なお、図１、２においては、便宜上、複数の縦線５と複数の横線６の１つにのみ符号を付している。
　複数の縦線５と複数の横線６、つまり発熱体は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金により形成するのが好ましい。縦線５および横線６を耐酸化性が高いＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金で形成することにより、大気雰囲気中において高温で使用したときの表面酸化を抑えて、この電気ヒーター１の大気雰囲気中における安定性および耐久性を高めることができる。また、使用前にＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金で形成した縦線５および横線６に熱処理を施し、その表面にＡＬ2Ｏ3（酸化アルミニウム）の皮膜を生成しておくことにより、水素ガス（Ｈ2）や窒素ガス（Ｎ2）雰囲気中における電気ヒーター１の安定性および耐久性をも高めることができる。このように、ヒーター本体２を構成する発熱体として耐酸化性が高いＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金製のものを用いることにより、電気ヒーター１の大気雰囲気や中水素ガス（Ｈ2）、窒素ガス（Ｎ2）雰囲気中における高温での長時間の使用を可能とし、また、その耐久性を高めることができる。
　上記したＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金としては、例えば、リケン環境システム社製のパイロマックス（登録商標）「ＰＸ－Ｄ」、「ＰＸ－ＤＳ」、「ＰＸ－Ｃ」、「ＰＸ－ＰＭＤ」を用いることができる。なお、上記「ＰＸ－Ｄ」はＣｒを２３ｗｔ％、Ａｌを５．５ｗｔ％を含有するＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金であり、上記「ＰＸ－ＤＳ」はＣｒを２３ｗｔ％、Ａｌを６ｗｔ％含有するＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金であり、上記「ＰＸ－Ｃ」はＣｒを２６ｗｔ％、Ａｌを７．５ｗｔ％含有するＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金であり、上記「ＰＸ－ＰＭＤ」はＣｒを２３ｗｔ％、Ａｌを６．０ｗｔ％含有するとともに他の微量元素を含有するＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金であり、粉末冶金製法と熱間押出加工とを用いて製造されるものである。
　また、縦線５と横線６、つまり発熱体の材質としてＮｉ－Ｃｒ系合金を用いることもできる。この場合、Ｎｉ－Ｃｒ系合金として、例えば、リケン環境システム社製のパイロマックス（登録商標）「ＰＸ－Ｎ１」を用いることができる。上記「ＰＸ－Ｎ１」はＣｒを１９～２１ｗｔ％、Ｎｉを７７ｗｔ％以上、Ｆｅを１ｗｔ％以下含有するＮｉ－Ｃｒ系合金である。
　なお、発熱体としては、通電により発熱する線状のものであれば、上記したＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金製、Ｎｉ－Ｃｒ系合金製のものに限らず、それ以外の材質で形成されたものを用いることもできる。
　断面円形とされた縦線５および横線６の線径（直径）は、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲内とするのが好ましい。縦線５および横線６の線径を０．２ｍｍ以上とすることにより高負荷時における縦線５または横線６の断線を抑制してヒーター本体２の寿命を高めることができ、また、縦線５および横線６の線径を１ｍｍ以下にすることによりヒーター本体２の急速加熱性を高めることができる。
　なお、縦線５および横線６の線径は０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲内に限らず、任意の径に設定することもできる。
　また、ヒーター本体２の目の細かさは、３～３０メッシュとするのが好ましい。ここで、１メッシュは１インチあたりの目の数を表す。ヒーター本体２の目の細かさを３メッシュ以上とすることにより、ヒーター本体２のメッシュの目（網目）を通して空気が良好に流動するようにして、電気ヒーター１の熱効率をさらに高めることができる。一方、ヒーター本体２の目の細かさを３０メッシュ以下にすることにより、ヒーター本体２の単位面積当たりの発熱量を高めて電気ヒーター１の熱効率をさらに高めることができる。
　なお、ヒーター本体２の目の細かさは３～３０メッシュに限らず、任意の値に設定することもできる。
　図１に示すように、電源端子３はヒーター本体２の長手方向の一端部に接続され、電源端子４はヒーター本体２の長手方向の他端部に接続されている。つまり、電源端子３、４は、ヒーター本体２の互いに平行な一対の辺部分にそれぞれ接続されている。電源端子３は矩形の平板状に形成された一対の導電板３ａ、３ｂを有し、これらの導電板３ａ、３ｂは、その間にヒーター本体２の一端部を挟み込んだ状態で複数の固定用ボルト７と固定用ナット８とで互いに固定されている。同様に、電源端子４は矩形の平板状に形成された一対の導電板４ａ、４ｂを有し、これらの導電板４ａ、４ｂは、その間にヒーター本体２の他端部を挟み込んだ状態で複数の固定用ボルト７と固定用ナット８とで互いに固定されている。
　電源端子３の導電板３ａには接続用ボルト９と接続用ナット１０とによりリード線１１が電気的に接続され、電源端子４の導電板４ａには接続用ボルト９と接続用ナット１０とによりリード線１２が電気的に接続されている。リード線１１、１２はスイッチ等を介して図示しない直流電源に接続されており、これらのリード線１１、１２を介して直流電源から供給される直流電流が電源端子３、４を介してヒーター本体２に供給されるようになっている。
　上記の構成を有する電気ヒーター１では、直流電源から供給される直流電流が電源端子３、４を介してヒーター本体２に供給されると、ヒーター本体２を構成する複数の縦線５と複数の横線６の全体が通電され、ヒーター本体２の全体が発熱する。ヒーター本体２はメッシュ状に形成されているので、その表面積が大きくなり、その分、表面負荷温度が小さくなる。また、加熱された空気がヒーター本体２のメッシュの目を通して流動することができる。したがって、ヒーター本体２を複数の縦線５と複数の横線６とによりメッシュ状に形成することにより、ヒーター本体２の単位面積当たりの熱交換率を高めて、この電気ヒーター１を軽量で高出力なものとすることができる。
　また、ヒーター本体２を縦線５と横線６とでメッシュ状に形成するようにしたので、このヒーター本体２を軽量で形状の保持性が高いものとすることができる。特に、ヒーター本体２を複数の縦線５と複数の横線６とを平織りしてメッシュ状に形成した場合には、縦線５および横線６の熱変形に対するヒーター本体２の形状保持性を高めて、このヒーター本体２の形状保持性をさらに高めることができる。したがって、例えば、炉の内面に電気ヒーター１を設置する場合においては、当該炉の内面にヒーター本体２を保持するための溝等を設けることなく、また、電源端子３、４以外の部分にヒーター本体２を炉の内面に支持させるための支柱等を設けることなく、その電源端子３、４の部分のみでヒーター本体２を炉内に設置することができる。これにより、この電気ヒーター１を、炉内を加熱する熱源として使用する場合には、ヒーター本体２を輻射や対流が良好となるように炉内に設置することを可能として、この電気ヒーター１の熱伝達効率を高めることができる。
　ヒーター本体２の縦線５は、それぞれ一端が一方の電源端子３に電気的に接続され、他端が他方の電源端子４に電気的に接続されているので、一対の電源端子３、４は複数の縦線５により電気的に接続された構成とされる。したがって、直流電源から電源端子３、４に直流電流が供給されると、複数の縦線５に通電されるとともに、これらの縦線５に電気的に接続された横線６にも通電されて、ヒーター本体２の全体が発熱することになる。このような構成により、一対の電源端子３、４間を複数の縦線５により確実に通電させることができるので、ヒーター本体２をメッシュ状としても、その通電不良を防止することができる。
　また、矩形のヒーター本体２の互いに平行な一対の辺部分に、それぞれその辺部分の全体をカバーするように電源端子３、４を接続するようにしたので、メッシュ状とされたヒーター本体２の全体に均一に電力を供給することができる。これにより、この電気ヒーター１の熱伝達効率をさらに高めることができる。
　さらに、メッシュ状のヒーター本体２では、一対の電源端子３、４間に複数の通電経路が設けられることになるので、複数の縦線５または複数の横線６の一部に欠陥が生じても、他の縦線５または横線６の部分で通電を確保することができる。したがって、この電気ヒーター１の断線に対する耐久性を高めることができる。
　さらに、ヒーター本体２をメッシュ状としたことにより、ヒーター本体と電源端子３、４との接触部分を小さくして、ヒーター本体２から電源端子３、４への熱伝導を小さくすることができるので、ヒーター本体２から電源端子３、４への放熱を小さくすることができる。これにより、ヒーター本体２の電源端子３、４の近傍における熱分布を改善し、ヒーター本体２の全体が均一に加熱されるようにして、この電気ヒーター１の熱伝達効率をさらに高めることができる。
　さらに、ヒーター本体２をメッシュ状としたことにより、ヒーター本体２を任意の形状に容易に変形させ、またはカッター等により切断して、任意の形状に容易に加工することができる。
　図３は本発明の他の実施の形態である電気ヒーターの斜視図であり、図４は図３に示すヒーター本体の断面形状を模式的に示す図である。なお、図３、４においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
　図３に示す本発明の他の実施の形態である電気ヒーター２１では、ヒーター本体２は、図１に示す場合と同様に、複数の縦線５と複数の横線６とによりメッシュ状に形成されている。一方、ヒーター本体２の外形形状は、図１に示す平板状のものとは相違して、細長い円筒状に形成されている。図４に模式的に示すように、円筒状のヒーター本体２の断面形状は円形であり、その内部は中空である。
　このような円筒状のヒーター本体２は、図１に示すような矩形且つ平板状に形成されたヒーター本体２を円筒状に丸めることにより形成することができる。また、複数の縦線５と横線６とを編み機により直接円筒状に編んで形成することもできる。
　図３に示すように、電源端子３、４はヒーター本体２に合わせて円筒状に形成されている。電源端子３、４の一部分は切り欠かれ、電源端子３、４の切り欠かれた部分を挟んだ両側には、それぞれ径方向外側に突出する一対の接続片２２ａ、２２ｂが一体に設けられている。一方の接続片２２ｂには、それぞれ接続用ボルト９と接続用ナット１０とによりリード線１１、１２が電気的に接続され、これらのリード線１１、１２を介して直流電源から電源端子３、４に直流電流が供給される。また、一対の接続片２２ａ、２２ｂは、リード線１１、１２を接続するための接続用ボルト９と接続用ナット１０とにより互いに重ね合わせた状態で固定されている。これにより、ヒーター本体２の軸方向の一端と他端が電源端子３、４の内側に挟み込まれて固定され、電源端子３、４に電気的に接続されている。なお、ヒーター本体２を溶接、挟み込み等の他の固定手段で電源端子３、４に固定する構成とすることもできる。
　本実施形態の電気ヒーター２１では、複数の縦線５と複数の横線６とによりメッシュ状に形成されたヒーター本体２を円筒状に形成し、その軸方向の両端部に電源端子３、４を接続した構成としたことにより、ヒーター本体２を中実棒状に形成した場合に比べて、その単位長さあたりの熱交換効率を高めて、ヒーター本体２を小型、軽量化することができる。特に、ヒーター本体２の直径を２０～５０ｍｍ、軸方向長さを１００～１０００ｍｍの範囲内とした場合には、ヒーター本体２をより軽量で形状の保持性が高いものとしつつ、単位面積当たりの熱交換率をさらに高めて、この電気ヒーター１をさらに軽量で高出力なものとすることができる。
　また、ヒーター本体２を円筒状としたことにより、複数の横線６をその両端が接続された環状のものとして、ヒーター本体２の電源端子間の抵抗値を高めることができる。したがって、所定の発熱量を発生させる際にヒーター本体２に供給される電流を小さくして、ヒーター本体２以外の部分で生じる電力ロスを低減することができる。また、電源端子３、４を円筒状の小型なものとして、その熱容量を低下させることができるので、電源端子３、４が吸収する熱量を小さくして、この電気ヒーター１の熱効率をさらに高めることができ、また、温度制御を容易にすることができる。
　なお、ヒーター本体２の直径と軸方向長さは、上記範囲内に限らず、任意に設定することもできる。
　さらに、メッシュ状のヒーター本体２を円筒状に形成することにより、ヒーター本体２を軽量化しつつ、平板状のヒーター本体２に比べてその形状保持性をさらに高めて、両端部に設けた電源端子３、４のみでヒーター本体２を確実に支持することができる。したがって、ヒーター本体２を炉や加熱装置等に設置する際に、電源端子３、４以外の部分にヒーター本体２を炉の内面に支持させるための支柱等を設けること不要として、この電気ヒーター１の設置作業を容易にすることができる。また、支柱が不要となることにより、ヒーター本体２と支柱との接続部分からの放熱をなくして、この電気ヒーター１の熱交換効率をさらに高めることができる。
　図５は図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体の一部を蛇腹に形成した場合を模式的に示す平面図である。なお、図５においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
　図５に示すように、円筒状のヒーター本体２は、その一部を蛇腹に形成することができる。このように、円筒状のヒーター本体２の一部に蛇腹に形成された蛇腹部２３を設けることにより、当該蛇腹部２３においてヒーター本体２を小さな曲率で曲げることができる。したがって、このヒーター本体２を備えた電気ヒーター１の炉内や加熱装置等への設置性を高めることができる。
　ヒーター本体２に設けられる蛇腹部２３の直径Ｄ１は、ヒーター本体２の蛇腹部２３以外の円筒状部分の平均直径をＤ２とした場合、Ｄ１＝Ｄ２±（０．１～０．２）Ｄ２とするのが好ましい。このような寸法に設定することにより、蛇腹部２３を最小限の大きさとしつつヒーター本体２の曲げ性を確保することができる。なお、蛇腹部２３の直径Ｄ１は上記寸法に限らず、任意に設定することもできる。
　図６は図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体の全体を蛇腹に形成した場合を模式的に示す平面図である。なお、図６においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
　図６に示すように、円筒状のヒーター本体２の全体を蛇腹に形成することもできる。この場合においても、蛇腹に形成された蛇腹部２３の直径Ｄ１は、ヒーター本体２の蛇腹部２３以外の円筒状部分の平均直径をＤ２とした場合、Ｄ１＝Ｄ２±（０．１～０．２）Ｄ２とするのが好ましい。このように、円筒状のヒーター本体２の全体を蛇腹に形成することにより、ヒーター本体２の全体を自由に曲げて種々の形状とすることができる。したがって、例えば、円筒状の炉の内面にヒーター本体２を配置する場合等において、ヒーター本体２を炉の湾曲した内面に沿って螺旋状に曲げて設置するなど、このヒーター本体２の設置性をさらに高めることができる。
　また、図６に示すヒーター本体２では、蛇腹部２３においてヒーター本体２を曲げると、蛇腹部２３の曲げた内側の部分が密となり、外側が疎となるので、ヒーター本体２を円筒状の炉の内面に螺旋状に設置することにより、ヒーター本体２の密となった内側部分で炉の内部を効率的に加熱することができる。
　ここで、ヒーター本体として１本の太い電熱線で構成されたものや中実の棒状の発熱体で構成されたものを螺旋状に曲げて円筒状の炉の内面に設置した場合では、その曲げた内側の部分に電流が集中して当該内側部分の加熱効率が高められるが、その分、内側表面の劣化が早まり、ヒーター本体の耐久性が低下することになる。これに対して、本願発明の電気ヒーター１では、ヒーター本体２はメッシュ状に形成されているので、蛇腹部２３における螺旋の内側部分と外側部分とで流れる電流値が均一化され、ヒーター本体２の螺旋の内側部分の加熱効率を高めつつ当該内側部分の熱や過電流による劣化を抑制することができる。したがって、ヒーター本体２の一部を蛇腹に形成することにより、耐久性を損なうことなく、その加熱効率を高めることができる。
　図７は図３に示す電気ヒーターの変形例であって、ヒーター本体をその軸方向に沿った折り目で蛇腹状に折られた形状とした場合を模式的に示す平面図であり、図８は図７に示すヒーター本体の断面形状を模式的に示す図である。なお、図７、図８においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
　ヒーター本体２を、一対の電源端子３、４の間で直線状に形成する場合には、図７、図８に示すように、ヒーター本体２を、その軸方向に沿った複数の折り目で周方向に向けて蛇腹状に折った形状とすることができる。このような形状とすることにより、ヒーター本体２の軸方向に対する曲げ剛性を高めて、より軸方向長さが長いヒーター本体２を一対の電源端子３、４のみで保持可能な構成とすることができる。したがって、このような形状により、ヒーター本体２の設置性をさらに高めることができる。
　なお、周方向に向けた蛇腹状の折り目は、ヒーター本体２に任意の個数設けることができる。
　図５～８に示す蛇腹部２３、２４は、例えばヒーター本体２を編み機で成形する際に、当該編み機により蛇腹部２３、２４を有するように製造することができる。または、円筒状に形成されたヒーター本体２の内部に伸縮性を有する容器（袋体）を挿入し、蛇腹部２３、２４の形状を有する金型内に当該ヒーター本体２を設置し、この状態で容器内に水圧や油圧等の圧力を加えて、ヒーター本体２を金型内面に押し付け、蛇腹部２３、２４を有する形状に製造することもできる。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　例えば、前記実施の形態においては、ヒーター本体２を図１に示す場合では平板状、図３に示す場合では円筒状に形成するようにしているが、これに限らず、例えば、ヒーター本体２を炉の内周面の形状に合わせて一対の電源端子３、４間で湾曲した形状のものとするなど、任意に形状とすることができる。
　また、前記実施の形態においては、縦線５と横線６とを平織りしてヒーター本体２をメッシュ状に形成するようにしているが、これに限らず、平織り以外の織り方や編み方により、ヒーター本体２をメッシュ状に形成するようにしてもよい。縦線５と横線６とを織らずにメッシュ状に形成することもできる。この場合、縦線５と横線６とを溶接等の固定手段により互いに固定する構成とすることができる。
　さらに、前記実施の形態においては、一対の電源端子３、４間を最短で結ぶ直線に対して平行な方向に縦線５を配置し、横線６を縦線５に直交するように配置しているが、これに限らず、一対の電源端子３、４間を最短で結ぶ直線に対して、互いに反対側に向けて傾斜する複数の線状の発熱体により、ヒーター本体２を斜めのメッシュ状に形成することもできる。
　さらに、図３に示す場合では、ヒーター本体２の断面形状を完全な円形としているが、楕円形やＣ字形状とすることもできる。
　１　電気ヒーター
　２　ヒーター本体
　３、４　電源端子
　３ａ、３ｂ　導電板
　４ａ、４ｂ　導電板
　５　縦線（発熱体）
　６　横線（発熱体）
　７　固定用ボルト
　８　固定用ナット
　９　接続用ボルト
１０　接続用ナット
１１、１２　リード線
２１　電気ヒーター
２２ａ、２２ｂ　接続片
２３、２４　蛇腹部
Ｄ１　蛇腹部の直径
Ｄ２　円筒状部分の平均直径

Claims (11)

  1. 　通電により発熱する複数の線状の発熱体によりメッシュ状に形成されたヒーター本体と、
    　該ヒーター本体に接続された一対の電源端子と、を有することを特徴とする電気ヒーター。
  2. 　前記ヒーター本体が矩形且つ平板状に形成され、互いに平行な一対の辺部分のそれぞれに前記電源端子が接続されている請求項１に記載の電気ヒーター。
  3. 　前記ヒーター本体が円筒状に形成され、その軸方向の両端部のそれぞれに前記電源端子が接続されている請求項１に記載の電気ヒーター。
  4. 　円筒状の前記ヒーター本体の少なくとも一部が、蛇腹に形成されている請求項３に記載の電気ヒーター。
  5. 　円筒状の前記ヒーター本体が、その軸方向に沿った折り目で蛇腹状に折られている請求項３に記載の電気ヒーター。
  6. 　前記発熱体が、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金により形成されている請求項１～５の何れか１項に記載の電気ヒーター。
  7. 　前記発熱体が、Ｎｉ－Ｃｒ系合金により形成されている請求項１～５の何れか１項に記載の電気ヒーター。
  8. 　前記ヒーター本体が、複数の前記発熱体を平織りして形成されている請求項１～７の何れか１項に記載の電気ヒーター。
  9. 　前記ヒーター本体の目の細かさが、３～３０メッシュである請求項１～８の何れか１項に記載の電気ヒーター。
  10. 　前記発熱体の線径が、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲内である請求項１～９の何れか１項に記載の電気ヒーター。
  11. 　円筒状の前記ヒーター本体が、直径２０～５０ｍｍ、軸方向長さが１００～１０００ｍｍの範囲内である請求項３に記載の電気ヒーター。
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