CN106536244B - 辐射加热器装置 - Google Patents
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Abstract
辐射加热器装置的发热部具有多个发热线。多个发热线以通过电极形成多个并联群的方式并联地连接。并且,多个并联群通过电极串联地连接。发热部被设定为能够达到能够辐射出使人感到温暖的辐射热的辐射温度。以如下方式设定发热部的热阻:在表面上有物体接触时,物体所接触的部分的温度下降到比辐射温度低的抑制温度。发热部的温度响应通电而迅速地上升。发热部的温度在有物体接触时迅速地下降。
Description
相关申请的相互参照
本申请以2014年7月22日申请的日本专利出願2014-149054号为基础申请,该基础申请的公开内容作为参照编入本申请。
技术领域
本发明涉及通过辐射加热对象的辐射加热器装置。
背景技术
专利文献1-专利文献4公开了辐射加热器装置。该装置在车辆的室内设置为与乘员相对。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-56531号公报
专利文献2:日本特开2012-228896号公报
专利文献3:日本特开2014-944号公报
专利文献4:日本特开2014-3000号公报
上述装置作为用于辅助车辆用制热装置而给予乘员温热感的装置是有效的。然而,在专利文献3或专利文献4所述的结构中,需要用于辐射出辐射热的散热部。有如下课题:该散热部使辐射加热器装置的热容量增大。另外,散热部有时会产生生产工序上的课题、价格上的课题。这样一来,进一步要求改良辐射加热器装置。
发明内容
一个公开的一个目的在于提供一种辐射加热器装置,其能够抑制有物体接触的部分的温度。
另一公开的一个目的在于提供一种辐射加热器装置,其能够避免有物体接触的部分的温度长时间地维持在高温。
另一其他公开的一个目的在于提供一种辐射加热器装置,其能够抑制向高温部分的接近。
本说明书中的多个公开为达成上述目的而采用以下的技术手段。另外,权利要求书及该项所记载的括弧内的符号是作为一个方式而表示与后述的实施方式所述的具体的手段的对应关系,并不限定技术的范围。
根据一个公开,提供一种辐射加热器装置。辐射加热器装置具备:基板部,该基板部以由电绝缘性的材料来提供表面的方式形成;以及发热部,该发热部以沿着表面延伸的方式支承于基板部,且通过通电而发热来辐射出辐射热,发热部被设定为能够达到能够辐射使人感到温暖的辐射热的辐射温度,以如下方式设定发热部的热阻:在表面上有物体接触时,物体所接触的部分的温度下降到比辐射温度低的抑制温度,进一步,该辐射加热器装置还具备:一对电极,该一对电极以沿着表面延伸的方式支承于基板部,发热部包含多个发热线,多个发热线由固有电阻比电极高的材料制成,且在一对电极之间至少局部串联地连接,多个发热线在一对电极之间至少局部并联地连接,以如下方式设定发热线的长度方向上的热阻:在表面上有物体接触时,物体所接触的部分的温度下降到比辐射温度低的抑制温度,该辐射加热器装置还具备连接部,连接部将多个发热线电串联地连接,连接部使发热线中的通电方向在基板部上反转,连接部的材料的固有电阻小于发热线的材料的固有电阻。
辐射加热器装置在没有物体接触时,能够达到辐射温度,并朝向对象辐射出辐射热。另一方面,在物体与辐射加热器装置的一部分接触时,能够抑制有物体接触的部分的温度。因此,接触的物体的温度的过度上升得到抑制。
附图说明
图1是表示第一实施方式的辐射加热器装置的车辆的剖视图。
图2是第一实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图3是上图的III-III线处的剖视图。
图4是表示辐射加热器装置的传热模型的局部剖视图。
图5是表示辐射加热器装置的传热模型的局部剖视图。
图6是表示第一实施方式的热阻与温度的关系的曲线图。
图7是表示第一实施方式的热传导率与截面积的关系的曲线图。
图8是表示第一实施方式的动作的一例的波形图。
图9是第二实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图10是第三实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图11是第四实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图12是第五实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图13是第六实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图14是第七实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图15是第八实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图16是上图的XVI-XVI线处的剖视图。
图17是第九实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图18是上图的XVIII-XVIII线处的剖视图。
图19是第十实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图20是上图的XX-XX线处的剖视图。
图21是第十一实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图22是上图的XXII-XXII线处的剖视图。
图23是第十二实施方式的辐射加热器装置的俯视图。
图24是上图的XXIV-XXIV线处的剖视图。
具体实施方式
一边参照附图,一边对多个方式进行说明。在各方式中有对与在先前的方式中进行了说明的事项对应的部分标记相同的参照符号而省略重复说明的情况。另外,在后续的实施方式中,有对与在先前的实施方式中进行了说明的事项对应的部分标记仅百位以上的数不同的参照符号来表示对应关系而省略重复说明的情况。在各方式中,在仅对结构的一部分进行说明的情况下,能够对结构的其他部分应用先前进行了说明的其他方式。
(第一实施方式)
在图1中,第一实施方式的辐射加热器装置1设置于道路行驶车辆、船舶、航空器等移动体的室内。装置1构成用于室内的制热装置10的一部分。装置1是从搭载于移动体的电池、发电机等电源被供电而发热的电加热器。装置1形成为薄板状。装置1被供给电力时发热。为了温暖定位于与装置1的表面垂直的方向的对象物体,装置1主要朝向与其表面垂直的方向辐射出辐射热R。
在室内设置有用于乘员12落座的座位11。装置1以向乘员12的脚边辐射出辐射热R的方式设置于室内。装置1能够用作为用于在制热装置10刚启动后速效地对乘员12提供温暖的装置。装置1设置于室内的壁面。装置1设置为与设想的通常的姿势的乘员12相对。例如,道路行驶车辆具有用于支承方向盘14的转向柱13。装置1能够设置于转向柱13的下表面。装置1设置为其表面向室内露出。装置1不具有用于防止乘员12与装置1的表面直接接触的罩部件,实际上在室内露出。
在图2中,装置1沿着由轴X与轴Y规定的X-Y平面扩展。装置1形成为大致四边形的薄板状。装置1具有基板部2,多个电极3、4,以及多个发热部5。为了表示埋设于基板部2的电极3、4和发热部5,在图中标记阴影。
图3表示图2的III-III截面。在图中,装置1在轴Z的方向上具有厚度。装置1也能够称为主要向与表面垂直的方向辐射出辐射热R的面状加热器。
基板部2由提供优异的电绝缘性且耐高温的树脂材料制成。基板部2提供表面。基板部2形成为平板状。给予基板部2与设置部位的壁面对应的曲面。基板部2具有能够维持其形状的刚性。基板部2能够具有用于以沿着壁面变形的挠曲性。基板部2能够由热塑性树脂制成。基板部2是多层基板。
基板部2具有表面层21、背面层22及中间层23。这些层21、22、23由热塑性树脂的片材提供。表面层21面向辐射热R的辐射方向。换言之,在装置1的设置状态下,表面层21提供与作为加热对象的乘员12的一部分相对而配置的表面。表面层21的表面向室内露出。背面层22提供装置1的背面。中间层23配置于表面层21与背面层22之间。在上述层21、22、23的一个或多个上负载有形成电极3、4及发热部5的材料。基板部2是用于支承电极3、4及发热部5的部件。
提供基板部2的材料提供与电极3、4及发热部5相比充分低的热传导率。在相邻的两个发热部5之间,基板部2提供抑制热传导的绝热部。
多个电极3、4具有:至少一部分在装置1的外部露出的外部的电极3;以及配置于基板部2内的内部的电极4。电极3包含用于供给电力的一对电极31、32。一对电极31、32提供装置1的端子。这些电极3配置于包含基板部2的外缘部、表面及背面的基板部2的外表面。电极3的一部分埋设于基板部2的内部,且与电极4电连接。另外,也可以使电极4露出到基板部2的外表面,用作为用于供给电极的端子。
电极4埋设于基板部2的内部。电极4也是向后述的多个发热部5分配电力的母线部分。电极4从电极3延伸。电极4具有与多个发热部5相比充分低的电阻值。电极4的电阻值被设定为能够抑制电极4的发热。电极4对与电极4连接的多个发热部5均匀地分配电流。
发热部5埋设于基板部2的内部。发热部5配置于表面层21与背面层22之间。由此,发热部5不在基板部2的表面露出。发热部5被基板部2保护。表面层21保护发热部5,并允许来自发热部5的辐射热的辐射。
发热部5形成为与基板部2的面平行的薄板状。发热部5能够利用通过通电而供给的热来辐射出辐射热R。发热部5通过被加热到规定辐射温度Tr,从而能够辐射出使乘员12、即人感到温暖的辐射热R。发热部5的体积被设定为能够达到如下温度:能够通过从发热部5供给的热而使发热部5辐射出辐射热R的温度。发热部5的体积被设定为通过从发热部5供给的热而使散热部的温度急剧上升。发热部5的体积被设定地较小,以使得通过向与装置1的表面接触的物体的散热而产生迅速的温度下降。为了使与表面平行的面积最大化,使体积最小化,发热部5的厚度被设定地较薄。为了辐射出辐射热R而将发热部5的面积设定为适当宽度。发热部5的面积设定为比与装置1的表面相对而定位的物体例如乘员12的一部分小。
发热部5具有多个发热线50。发热线50沿着基板部2的表面笔直地延伸。发热线50具有较薄的细长带状或者可称为线状的形状。发热线50能够称为缎带状发热体或者线状发热体。发热线50沿着基板部2的表面直线状笔直地延伸。发热线50的一端与一方的电极4电连接。发热线50的另一端与另一方的电极4电连接。
多个发热线50相互平行地配置。多个发热线50配置为在它们之间区划形成间隙6。多个发热线50配置为相对于基板部2的表面大致均匀地分散。多个发热线50在一对电极41、42之间的区域中以大致均匀的密度分布。多个发热线50分散地配置于基板部2的单位区域的大部分的范围。多个发热线50分别提供发热部5的最小单位。
电极4具有用于供给电力的一对电极41、42。一对电极41、42能够称为干电极。一对电极41、42相互分离地配置于基板部2的单位区域的两端。一对电极41、42沿着基板部2的单位区域的两边延伸。设置有一对电极41、42的区域与它们之间的区域规定单位区域。装置1有时也构成为具有多个单位区域。
装置1具有多个发热带5a、5b、5c。装置1能够构成为至少具有一个发热带。多个发热带5a、5b、5c在一对电极41、42之间电并联地连接。电极41、42能够称为将多个发热带5a、5b、5c或者它们所包含的多个发热线50并联连接的并联连接部。多个发热带5a、5b、5c具有相同的结构。图中图示了三个发热带。在配置于电极41、42之间的多个发热带5a、5b、5c中,即使在一个发热带中发生短路,其他的发热带也能够发挥功能。以下,对发热带5a进行说明。
一个发热带5a具有多个发热线50。一个发热带5a至少具有一个电极55、56,该电极55、56将至少两个发热线50电串联。从功能的观点上看,能够将电极55、56看作是属于发热带5a的元件。从材料的观点上看,电极55、56与电极41、42的材料相同,因此能够看作是属于电极4的元件。电极55、56分别在电极41、42的附近并离开电极41、42而配置。在一个发热带5a中,多根发热线50相互平行地配置。在一个发热带5a中,多个发热线50至少局部电串联。在一个发热带5a中,多根发热线50至少局部电并联地连接。在一个发热带5a中,多根发热线50蜿蜒地配置。
在图示的例中,发热带5a具有多个发热线51a、51b、52a、52b、53a、53b。多个发热线51a、51b的一端与电极41连接。多个发热线51a、51b的另一端与电极55连接。多个发热线51a、51b在电极41、55之间电并联地连接。多个发热线52a、52b的一端与电极56连接。多个发热线52a、52b的另一端与电极55连接。多个发热线52a、52b在电极55、56之间电并联地连接。多个发热线53a、53b的一端与电极56连接。多个发热线53a、53b的另一端与电极42连接。多个发热线53a、53b在电极56、42之间电并联地连接。
多个发热线51a、51b也称为并联群51。多个发热线52a、52b也称为并联群52。多个发热线53a、53b也称为并联群53。由此,发热带5a具有多个并联群51、52、53。并联群51与并联群52通过电极55而电串联地连接。并联群52与并联群53通过电极56而电串联地连接。由此,多个并联群51、52、53通过电极55、56而电串联地连接。一个并联群所含的多个发热线在一个并联群中,即使一个发热线发生短路,其他的发热线也能够发挥功能。
电极55、56连接多个发热线50之间。电极55、56能够称为中间电极。电极55、56提供将多个发热线50并联和/或串联地连接的连接部。电极55、56所提供的连接部通过将至少两个发热线50并联地连接而形成多个并联群51、52、53,且将多个并联群51、52、53串联地连接。电极55、56能够称为将多个发热线50并联及串联地连接的串并联连接部。电极55、56将多个发热线50电并联地连接。电极55、56将多个发热线50电串联地连接。换言之,多个发热线50通过由与电极41、42相同材料形成的连接部55、56而串联地连接。多个发热线50在装置1上的至少一部分中串联地连接。由此,多个发热线50可以说是至少局部串联地连接。
例如,电极55将两个发热线51a、51b电并联地连接。同时,电极55将两个发热线52a、52b电并联地连接。电极55也将两个发热线电串联地连接。例如,电极55将发热线51a与发热线52a或发热线52b之间电串联地连接。电极55将发热线51b与发热线52a或发热线52b之间电串联地连接。
电极55、56配置于相互平行地配置的多个发热线50的端部。电极55、56使通过它们而串联地连接的一个发热线50的通电方向和通过它们串联地连接的其他的发热线50的通电方向在基板部2上变化。在图示的例中,电极55、56使通电方向反转。换言之,电极55、56配置于电流方向变化的转向部。电极55、56能够称为转向电极。笔直的发热线50贡献来用于抑制发热线50上的电流的集中。另外,电极55、56贡献来用于抑制转向部处的电流的集中。
对电极3、4、55、56的通电方向上的截面积进行规定的形状和尺寸以及电极3、4、55、56的材料被选定并设定为提供较低的电阻值。电极3、4、55、56的截面积和材料被设定成提供良好的电导体来用以向多个发热线50均匀地分配电流。对发热线50的通电方向上的截面积进行规定的形状和尺寸以及发热线50的材料被选定并被设定来提供较高的电阻值,以便通过通电而产生辐射热R。电极3、4、55、56的材料与发热线50的材料是不同的材料。电极3、4、55、56的材料的固有电阻与发热线50的材料的固有电阻相比为充分低。
电极4细长地延伸,并沿轴Y具有长度方向。电极4沿轴Y具有长度EL。长度EL相当于电极4内的通电方向。电极4沿轴X具有宽度EW。宽度EW与通电方向正交。电极4沿轴Z具有厚度ET。厚度ET比长度EL及宽度EW小。由此,电极4提供缎带状的电导体。
发热线50细长地延伸,沿轴X具有长度方向。发热线50沿轴X具有长度HL。长度HL相当于发热线50内的通电方向。长度HL能够为最长的发热线50的长度或多个发热线50的平均长度。发热线50沿轴Y具有宽度HW。宽度HW与通电方向正交。发热线50沿轴Z具有厚度HT。厚度HT比长度HL及宽度HW小。由此,发热线50提供缎带状的发热体。宽度HW为1mm。宽度HW能够在100μm~5mm的范围内。宽度HW优选设定为比2mm小。进一步,宽度HW优选设定为1mm以下且100μm以上。
厚度HT为15μm。厚度HT能够在30±20μm的范围内。厚度HT优选设定为比宽度HW小(HW>HT)。厚度HT优选设定为比1mm小。厚度HT优选设定为比100μm小。
为了抑制电极4的电阻值,宽度EW被设定为比宽度HW大。在该实施方式中,与通电方向正交的电极4的截面积比与通电方向正交的发热部5的截面积大。比发热线50的固有电阻小的电极4的固有电阻使得能够抑制电极4的截面积。为了相同的目的,也可以将厚度ET设定得比厚度HT大。
间隙6具有宽度GW。间隙6的长度与发热线50的长度HL相同。多个发热线50与多个间隙6遍及电极4的长度EL的整体而交替配置。间隙6的宽度GW能够设定为与发热线50的宽度HW相等。由此,多个发热线50均匀地分散配置。另外,具有细微的宽度HW、GW的发热线50与间隙6高密度地排列。其结果,辐射加热器装置1的表面的温度分布得到抑制。这种细微的发热线50的高密度的配置贡献来用于从辐射加热器装置1的面辐射出均匀的辐射热R。
在该实施方式中,辐射加热器装置1形成为薄板状。进一步,埋设于基板部2的内部的电极3、4、55、56及发热线50是与基板部2的表面平行地扩展开的膜状。这种膜状的电极3、4、55、56及发热线50有利于遍及较广的面积来辐射出辐射热R。
发热部5由通过通电而发热的材料制成。发热线50显示沿通电方向的电阻值,以便通过通电而发热。发热线50能够由金属材料制成。发热线50能够由锡合金制成。发热线50能够由包含铜、银、锡的合金制成。另外,发热线50也能够由不锈钢合金、镍铬合金、铝合金等电热丝材料制成。
电极3、4、55、56由固有电阻比发热线50的材料低的材料制成。电极3、4、55、56由通电时发热量比发热线50少的材料制成。电极3、4、55、56由固有电阻较低的材料制成,以便能够向多个发热线50均匀地分配电流。电极3、4、55、56能够由金属材料制成。电极3、4、55、56能够由锡合金制成。电极3、4、55、56能够由包含铜、银、锡的合金制成。另外,电极3、4、55、56也能够由铜合金或铝合金等的良导体材料制成。
电极4、55、56与发热线50电连接。电极4、55、56与发热线50通过烧结而连接。由包含锡的合金来提供电极4、55、56及发热线50的至少一方。在装置1的制造工序中,提供基板部2,电极4、55、56,以及发热线50的材料在加压下被加热。在该制造工序中,电极4与发热线50通过烧结而被一体化。例如,能够由铜箔来提供电极4、55、56,由包含锡和银的粉体层来提供发热线50。粉体层能够由包含锡粉末、银粉末、粘合剂树脂的糊状层来提供。在加热下,粉体层合金化,提供通过烧结而一体化的由合金构成的发热线50。在粉体层合金化的过程中,在粉体层与铜箔之间形成固相扩散层。其结果,提供电极4、55、56的铜箔与提供发热线50的粉体层通过烧结而电气地且机械地接合。
另外,也可以由包含锡和银的粉体层来提供电极4、55、56,由电热丝材料的薄膜来提供发热线50。进一步,也可以由铜箔提供电极4、55、56,由电热丝材料的薄膜提供发热线50,使包含锡和银的粉体层作为接合部件而介于它们之间。
多个发热线50形成并联地连接于一对电极41、42之间的通电路径。当对电极31、32供给规定的电压,例如12V的直流电时,通过流过多个发热线50的电流,从而使多个发热线50发热。通过多个发热线50发热,从而从装置1的表面提供辐射热R。多个发热线50的温度比制热装置引起的室内的空气的温度上升更快地上升。其结果,能够比制热装置引起的制热效果更快地,通过辐射热R对乘员12提供温暖。
电极4及发热部5(包含发热线50及电极55、56)的体积被设定为使热容量较小。以如下方式设定发热部5的热容量:在发热部5上物体与辐射加热器装置1的表面接触后,物体所接触的部分的温度在短时间下降。以如下方式设定发热部5的热容量:在物体与辐射加热器装置1的表面接触时,该接触部分处的辐射加热器装置1的表面温度在短时间下降到低于规定温度。在优选的方式中,以如下方式设定发热部5的热容量:在人的手指与辐射加热器装置1的表面接触时,在接触后的1.0秒以内,接触部分的表面温度下降到低于60℃。在优选的方式中,能够以如下方式设定发热部5的热容量:在人的手指与辐射加热器装置1的表面接触时,在接触后的0.32秒内,接触部分的表面温度下降到低于60℃。
辐射加热器装置1的规格,例如,各部的尺寸、性能、材料能够基于热模型来设定。辐射加热器装置1的规格被设定成能够在物体不与辐射加热器装置1的表面接触的状态下实现所需要的热供给。进一步,辐射加热器装置1的规格被设定成在物体与辐射加热器装置1的表面接触的状态下,该接触部分的表面温度下降至不有损该物体的温度。辐射加热器装置1的规格被设定为满足上述两个情况双方。例如,与发热部5的长度方向正交的截面积CA能够基于传热模型来设定。
图4表示物体不与辐射加热器装置1接触的状态下的传热模型。在该传热模型中,将发热部5产生的热中的朝向辐射加热器装置1的表面(上表面)的热流模型化。
在图中,将辐射加热器装置1的表面的每单位面积的发热部5的发热量设为Q0。Q0是基于发热部5的材料、发热部5的尺寸及流过发热部5的电流而求得的。发热部5在与长度方向正交的截面中具有截面积CA。发热部5的温度为T1。表面层21的表面的温度为T2。将发热部5的热传导率设为λ1(lambda1)。将发热部5与表面层21的表面之间的热传导率设为λ2(lambda2)。表面层21的厚度为t21。传递到表面层21的表面的传热量Q1(W/m2)能够由下述公式(1)来表示。
公式(1)
来自辐射加热器装置1的表面的散热主要为对流和辐射。将自然对流形成的热传导率设为h。空气的温度为T0。对流形成的散热量Q2(W/m2)能够由下述公式(2)来表示。
公式(2)
Q2=h·(T3-T0)…(2)
将来自辐射加热器装置1的表面的辐射率设为ε(Epsilon),将斯忒藩-玻尔兹曼常数设为σ(sigma)。辐射形成的散热量Q3能够由下述公式(3)来表示。
公式(3)
Q3=ε·σ·(T24-T04)…(3)
在对辐射加热器装置供给额定功率而使辐射加热器装置稳定运转时,成为Q0=Q1=Q2+Q3。此时,表面温度T2在所需要的温度稳定。以使表面温度T2成为能够供给所需要的辐射热R的辐射温度Tr的方式设定辐射加热器装置1的规格。辐射温度Tr例如为60℃以上的规定温度。
图5表示人的第二手指FG与辐射加热器装置1接触的状态下的传热模型。当物体与辐射加热器装置1的表面接触时,对流和辐射至少局部被妨碍。另外,来自辐射加热器装置1的表面的散热的至少一部分由向接触的物体的传热来提供。当物体接触时,辐射加热器装置1的内部的热平衡产生变化。发热部5的温度成为T1t。表面层21的表面的温度成为T2t。传递到表面层21的表面的传热量Q1t能够由下述公式(4)来表示。
公式(4)
将接触的物体的传热系数设为K。将接触的物体的内部温度设为T4。从位于接触的物体的正下方的表面层21的表面散热出的热量Q4,换言之接触的物体所吸热的热量Q4能够由下述公式(5)来表示。
公式(5)
Q4=K·(T2t-T4)…(5)
通过有物体接触,表面温度从T2下降到T2t。接触部分的正下方处的发热部5的温度也从T1下降到T1t。通过由接触引起的温度下降,从而产生横向的热移动。发热部5被热传导率极低的基板部2包围。由此,在横向的热移动中,经由发热部5的热量成为主导。将发热部5的横向即发热部5的长度方向上的热阻设为Rh。将周边的温度未下降的发热部5的温度设为T3t。在与辐射加热器装置1的表面平行,即横向上经由发热部5的传热量Q5能够由下述公式(6)来表示。
公式(6)
将发热部5的长度设为HL。发热部5的长度方向上的热阻Rh(K/W)能够由下述公式(7)来表示。
公式(7)
当对辐射加热器装置1供给额定功率时,有某物体与辐射加热器装置1的表面的一部分接触的情况。在该情况下,由于物体带走的热量而导致表面温度T2下降。最终在该接触部分中得到热平衡,则成为Q0+Q5=Q1t=Q4。此时,表面温度T2t在比辐射温度Tr低的温度稳定。以表面温度T2t成为用于保护所接触的物体的抑制温度Tp的方式来设定辐射加热器装置1的规格。例如,对热阻Rh进行限定的材料和截面积CA能够利用来作为能够变更的条件。设定发热部5的材料和截面积CA,以便表面温度T2t成为抑制温度Tp。抑制温度Tp例如为50℃以下的规定温度。
在所接触的物体具有足够的散热功能的情况下,接触的物体能够带走规定的热量。例如,在人的一部分例如手指接触的情况下,通过血液流动而带走热。接触的物体能够带走的热量为QH。通过使Q1t=Q4<QH,从而使表面温度T2t比人的一部分的温度,即体温高,但收敛于接近体温的温度。在假设与人的一部分接触的情况下,能够将抑制温度Tp设定在40℃以下。在该情况下,抑制温度大致为体温。
在图6中,横轴表示发热部5的长度方向上的热阻Rh(K/W)。纵轴表示辐射加热器装置1的表面温度T2。纵轴也是物体接触状态下的表面温度T2t。如图所示,通过以热阻Rh超过规定值的方式形成发热部5,从而将表面温度T2t抑制为低于规定温度T21、T22。在此,热阻Rh能够根据发热部的长度L(m)、发热部的长度方向上的热传导率λ1(W/m·K)、发热部的与长度方向正交的截面积CA(m2)而由下述公式(8)来表示。
公式8
例如,为了低于规定温度T21,热阻Rh能够设定为超过700(K/W)。为了低于规定温度T21,热阻Rh优选设定为超过1000(K/W)。热阻Rh能够设定成更高的值,例如超过7000(K/W)。
规定温度T21、T22能够设定为不对接触的物体留下热引起的痕迹。另外,在假设与人的一部分接触的情况下,规定温度T21、T22能够设定成人能够允许察觉的热度或者人能够忍受察觉的热度。
在图7中,横轴表示发热部5的长度方向上的热传导率λ1(W/m·K)。纵轴表示发热部的与长度方向正交的截面积CA(m2)。在图中,由阴影表示热阻Rh超过700(K/W)的区域(Rh>700(K/W)),其边界由实线所示。发热部5的截面积CA根据发热部5的热传导率λ,即根据材料,设定为实现作为目标的热阻Rh。
例如,截面积CA能够设定在300μm×30μm的附近。另外,截面积CA能够设定为低于2500μm2。在发热部5具有圆截面的情况下,其直径能够设定为低于500μm。
在图8中,图示了第一实施方式的动作的一例。在时刻Ton开始向辐射加热器装置1的通电。表面温度T2在通电刚开始后立刻从室温T0急剧上升。表面温度T2迅速达到能够辐射出辐射热R的辐射温度Tr。由此,得到快速启动的特性。通电开始后的温度上升显著比通过制热装置进行的空气的温度上升快。因此,辐射加热器装置1有效作为速效制热装置。
在时刻Ttc物体与辐射加热器装置1的表面接触。接触的物体从辐射加热器装置1夺走热。此时,辐射加热器装置1以抑制其单位面积的热容量的方式形成有基板部2,电极3、4,以及发热部5。并且,辐射加热器装置1以抑制沿其表面的横向的热传递的方式形成。换言之,辐射加热器装置1在横向上被给予较高的热阻Rh。具体而言,关于辐射加热器装置1的横向上的热阻,作为主导的发热部5被给予较高的热阻Rh。因此,抑制来自周围的热流入物体所接触的部分。
如图所示,辐射加热器装置1的表面温度T2急剧下降。此时,表面温度T2从辐射温度Tr迅速下降到抑制温度Tp。在物体接触后,表面温度T2超过抑制温度Tp的期间Td较短。因此,即使与人接触,每单位时间受到的热量也被抑制在人能够允许的水准。
另外,在有物体接触期间,表面温度T2不会急剧上升。在有物体接触期间,表面温度T2维持在较低的温度。表面温度T2渐渐上升。因此,即使与人接触,也能够在每单位时间受到的热量在能够允许的水准期间,使接触的部位离开。
在时刻Tdt物体从辐射加热器装置1的表面离开。由于物体离开,从而失去从辐射加热器装置1向物体的热流。由此,表面温度T2急剧上升,再次超过辐射温度Tr。
在该动作例中,在时刻Ttc与时刻Tdt之间,抑制因辐射加热器装置1的热引起的对物体的痕迹的形成。在与人的一部分接触的情况下,由于表面温度T2超过抑制温度Tp的期间Td较短,从而人能够允许察觉的热度。
根据该实施方式,辐射加热器装置1具有以由电绝缘性的材料来提供表面的方式形成的基板部2。辐射加热器装置1具有以沿表面延伸的方式支承于基板部的电极4和发热部5。一对电极41、42以沿表面延伸的方式支承于基板部2。为了由通电而发热来辐射出辐射热R,因此发热部5由固有电阻比电极4高的材料制成。发热部5以沿表面延伸的方式支承于基板部2,并配置于一对电极4之间。辐射加热器装置1不具备在用于辐射出辐射热的广范围扩展的散热部。因此,从发热部5辐射出的辐射热从发热部5的元件透过基板部2的表面层21而辐射出。该结构能够抑制辐射加热器装置1的热容量。其结果,能够抑制有物体接触的部分的温度。另外,能够避免有物体接触的部分的温度在长时间维持在高温。
基板部2具有表面层21和背面层22。电极3、4与发热部5配置于表面层21与背面层22之间。基板部2是平板状,电极3、4及发热部5是沿表面扩展的膜状。电极4与发热部5双方的热容量被抑制。其结果,发热部5的温度响应通电而迅速地上升。另外,当有物体接触时,发热部5的温度迅速地下降。进一步,发热部5埋设于热传导率较低的基板部2。基板部2在相邻的发热线50之间提供绝热部。因此,即使有物体接触,也抑制从不位于物体正下方的其他发热线50传递的传热。并且,发热线50的通电方向即长度方向上的热阻被设定为充分大,以便有物体接触时能够迅速使温度下降。由此,抑制有物体接触的部分的温度。
发热部5设定为能够达到能够辐射出使人感到温暖的辐射热R的辐射温度Tr。以如下方式设定发热线50的长度方向上的热阻Rh:在表面上有物体接触时,有物体接触的部分的温度下降到比辐射温度Tr低的抑制温度Tp。能够以如下方式设定热阻Rh:在发热线50上有物体接触时,有物体接触的部分的温度稳定在比辐射温度Tr低而比接触前的物体的温度稍高的抑制温度Tp。根据该结构,当物体与表面接触时,接触部分的温度从辐射温度Tr下降到抑制温度Tp。由此,抑制对接触物体的热影响。
电极4、55、56与发热线50在基板部2的内部电接合。根据该结构,在基板部2的内部,连接不同材料的电极4、55、56与发热线50。例如,电极4、55、56与发热线50通过烧结而接合。
(第二实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,沿基板部2的相对的两边配置有一对电极41、42,在这些电极41、42之间配置有多个发热带5a、5b、5c。取而代之,多个电极41、42、55、56及多个发热线50能够采用多种多样的方式的配置。
在图9所示的实施方式中,一对电极41、42仅沿基板部2的一边集中地配置。在一对电极41、42之间通过将多个发热线50串联来提供发热部205。发热部205具有多个并联群51、52、53、54。这些并联群51、52、53、54分别通过将多个发热线50并联地连接而构成。在一个并联群中,多个发热线50通过电极55、56、57而并联地连接。多个并联群51、52、53、54在电极41、42之间串联地连接。多个并联群51、52、53、54通过电极55、56、57而串联地连接。在该实施方式中,电极55、56、57也提供转向电极。电极55、56、57提供用于多个发热线的串并联连接部。
(第三实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,在一个发热带中设置有将多个发热线50并联地连接的部分。取而代之,也可以在一个发热带中不设置多个发热线50的并联连接部分,而仅以多个发热线50的串联连接来构成一个发热带。
在图10所示的实施方式中,发热部305具有多个发热带。在图中,图示了六个发热带。通过将多个发热线50串联地连接来提供一个发热带。多个发热线51a、52a、53a通过电极355、356而串联地连接。这些电极355、356不将多个发热线50并联地连接,而仅串联地连接。在该实施方式中,电极355、356也提供转向电极。电极355、356提供将多个发热线50串联地连接的串联连接部。
(第四实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,将用于使多个发热线50并联和/或串联地连接的电极仅配置于转向部。除此之外,在图11所示的实施方式中,采用在非发热部405的转向部的位置将多个发热线50相互电连接并短路的中间电极458。中间电极458是电并联,并且在基板部2上使相邻的多个发热线50之间电短路。在通过将至少两个发热线50并联地连接而形成的并联群51、52、53中,中间电极458通过使多个发热线50电短路,从而在其前后的发热线部分之间提供串联的连接。中间电极458提供将多个发热线50并联及串联地连接的串并联连接部。例如,中间电极458将属于一个并联群51的多个发热线51a、51b短路并连接。中间电极458以将电极41、42、55、56之间的发热线50在长度方向上分割成多个部分的方式配置。中间电极458以将发热线50在长度方向上等分的方式配置。
在属于一个并联群的多个发热线中的一个产生断开时,中间电极458提供代替的通电路径。因此,即使产生局部的短路,也能够抑制发热的范围的减少。
(第五实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,为了将多个发热线50并联和/或串联地连接,采用了电阻比发热线50低的电极。取而代之,也可以由与发热线50相同的材料来提供连接部。
在图12中,发热部505具有多个发热线50。多个发热线50提供多个发热带。一个发热带具有多个并联群51、52、53。一个并联群51具有相互并联地连接的多个发热线51a、51b。
属于一个并联群的多个发热线51a、51b在它们的两端通过两个岛状部分而并联地连接。在该实施方式中,设置有四个岛状部分59a、555、556、59b。岛状部分555、556设置作为代替先前的实施方式的电极55、56的元件。岛状部分59a、59b设置于电极41、42与发热线50之间。这些岛状部分59a、555、556、59b由与发热线50相同的材料形成。岛状部分59a、555、556、59b形成为提供沿通电方向比发热线50大的截面积。这些岛状部分59a、555、556、59b提供将多个发热线50并联和/或串联地连接的连接部。岛状部分59a、555、556、59b也能够称为将多个发热线50并联及串联的串并联连接部。由此,在该实施方式中,多个发热线50通过由与发热线50相同的材料形成的连接部555、556而串联地连接。
(第六实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,采用了笔直地延伸的细长的线状的发热线50。取而代之,也可以采用称为面状或网孔状的发热线650。
在图13中,发热部605具有多个发热线650。一个发热线650具有比上述的实施方式的发热线50宽的宽度。发热线650与发热线50相比,具有可以称为面状的长度与宽度的比率。一个发热线650具有多个贯通孔650a。多个贯通孔650a将发热线650的通电方向上的截面积调节为适应发热的截面积。多个贯通孔650a在发热线650上规则地排列。发热线650提供称为网状的形状。网状的发热线650其自身是电并联的多个发热线的集合体。由多个贯通孔650a而形成为网状的发热线650在其中具有串联地连接的多个线状部分。网状的发热线650能够覆盖较广的面积。
在该实施方式中,多个发热线650通过电极55、56、57而串联地连接。电极55、56、57提供将多个发热线650串联地连接的串联连接部。电极55、56、57也是转向部。贯通孔650a的形状能够是多种多样的形状。例如能够使用菱形、椭圆形等。
(第七实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,在装置1的至少一部分具有电并联的多个发热线。取而代之,也可以不将多个发热线50并联地连接,而仅串联地连接。另外,取代直线延伸的发热线50,能够使用多种多样的形状的发热线。
在图14中,发热部705具有多个发热线50。这些多个发热线50通过电极55、56、57而串联地连接。电极55、56、57提供将多个发热线50串联地连接的串联连接部。电极55、56、57也是转向部。
发热部705具有蜿蜒延伸的发热线50b、50c、50d。发热线50b、50c、50d在它们的两端的电极之间沿基板部2的面蜿蜒。发热线50b呈三角波状地蜿蜒。发热线50c呈矩形波状地蜿蜒。发热线50d呈平滑波状地蜿蜒。发热部705也可以由发热线50b、50c、50d的任一种构成。根据该结构,能够由一根发热线覆盖较广的面积。
(第八实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,表面层21的表面是平面状。取而代之,在图15、图16所示的实施方式中,在表面层21的表面设置有多个凸部824。凸部824是形成于表面层21上的凸条。凸部824是较细的凸条。由此,凸部824在表面层21的表面上形成难以传递来自发热部5的热的部分。凸部824以与发热部5的长度方向交叉的方式延伸。凸部824遍及多个发热部5而延伸。凸部824配置为与平行配置的所有发热部5正交。
多个凸部824在它们之间区划多个凹部825。多个凸部824相互平行地配置。多个凸部824的间隔设置为小于5mm。
在该结构中,基板部2具备向辐射热R的辐射方向突出的凸部824及与凸部824相邻的凹部825。凸部824在配置有多个发热部5的范围内分散地配置。其结果,与凸部824相邻的凹部825也在表面分散地配置。
在物体与表面层21的表面接触的情况下,物体与凸部824的顶面接触。凸部824与凹部825抑制物体与表面层21的直接接触面积。凸部824提供较长的热传递距离。凹部825提供绝热性较高的空气层。凸部824与凹部825抑制人等物体向包含发热线50的正上方在内的高温部接近。其结果,抑制从辐射加热器装置1向物体的直接的热传递。
(第九实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,采用了凸部824。取而代之,在图17、图18所示的实施方式中,采用凸部924。表面层21具备多个凸部924。凸部924与发热部5平行地延伸。凸部924定位于发热部5的正上方。换言之,凸部924设置为与发热部5上方重叠。多个凸部924在它们之间区划凹部925。在该结构中,物体也与凸部924的顶面接触。其结果,抑制从辐射加热器装置1向物体的热传递。
(第十实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,采用了凸部924。取而代之,在图19、图20所示的实施方式中,采用凸部A24。表面层21具备多个凸部A24。凸部A24与发热部5平行地延伸。凸部A24定位于间隙6的正上方。换言之,凸部A24设置为不与发热部5的上方重叠。多个凸部A24在它们之间区划凹部A25。在该结构中,物体也与凸部A24的顶面接触。其结果,抑制从辐射加热器装置1向物体的热传递。
(第十一实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,采用了平行延伸的凸部。取而代之,在图21、图22所示的实施方式中,采用格子状的凸部B24。表面层21具备格子状的凸部B24,凸部B24包含相互交叉的多个凸条。凸部B24包含与发热部5平行地延伸的凸条和与发热部5交叉的凸条。在图示的例中,多个凸条正交。一部分的凸条定位于发热部5的正上方。一部分的凸条定位于间隙6的正上方。凸部B24在它们之间区划凹部B25。凹部B25在网孔上相互独立。在该结构中,物体也与凸部B24的顶面接触。其结果,抑制从辐射加热器装置1向物体的热传递。
(第十二实施方式)
该实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,采用了细长地延伸的凸部。取而代之,在图23、图24所示的实施方式中,采用点状的凸部C24。表面层21具备多个凸部C24。凸部C24在X-Y平面上具有点状的形状。一部分的凸部C24定位于发热部5的正上方。一部分的凸部C24定位于间隙6的正上方。凸部C24在它们之间区划凹部C25。在该结构中,物体也与凸部C24的顶面接触。其结果,抑制从辐射加热器装置1向物体的热传递。
(其他实施方式)
公开的技术不受实施方式的任何限制,能够进行各种各样的变形来实施。公开不限定于在实施方式中所示的组合,能够通过各种各样的组合来实施。实施方式能够具有追加的部分。有时会省略实施方式的一部分。实施方式的一部分也能够与其他实施方式的一部分进行置换或组合。实施方式的结构、作用、效果只不过是例示。技术的范围不限定于实施方式的记载。几个技术的范围由权利要求书的记载来表示,并且应被理解为包含与权利要求书的记载等同的含义及范围内的全部的变更。
在上述实施方式中,电极4与发热部5通过烧结连接。取而代之,电极4与发热部5的连接也以通过使用了如钎焊、锡焊或者焊接这样的金属接合材料的接合部或者使用了如铆接或螺丝紧固这样的机械连接部件的接合部来提供。
在上述实施方式中,对辐射加热器装置1的一个单位进行了图示、说明。辐射加热器装置1也可以是在室内设置单个的单元。另外,也可以将多个辐射加热器装置1排列来构成辐射加热器装置列阵。
在上述实施方式中,在表面层21形成了凸部824、924、A24、B24、C24及凹部825、925、A25、B25、C25。取而代之,也可以在表面层21附加提供凸部与凹部的追加层。在该情况下,由多个层来提供表面层。
在上述实施方式中,在多个发热带5a、5b、5c的各自中,将多个并联群51、52、53串联地连接。取而代之,也可以在仅一个发热带中将多个并联群51、52、53串联地连接。在该情况下,能够由不具有串联连接的多个发热线50来提供剩余的发热带。也可以采用像这样的至少一部分具有发热线50的串联连接的结构。
在上述实施方式中,发热线50直线状地延伸。取而代之,也可以采用蜿蜒的发热线。例如,能够采用呈矩形波状地蜿蜒的发热线或者呈平滑的波状地蜿蜒的发热线。
Claims (13)
1.一种辐射加热器装置,其特征在于,具备:
基板部(2),该基板部以由电绝缘性的材料来提供表面的方式形成;以及
发热部(5,205,305,405,605,705),该发热部以沿着所述表面延伸的方式支承于所述基板部,且通过通电而发热来辐射出辐射热(R),
所述发热部被设定为能够达到能够辐射出使人感到温暖的辐射热的辐射温度,
以如下方式设定所述发热部的热阻(Rh):在所述表面上有物体接触时,所述物体所接触的部分的温度下降到比所述辐射温度低的抑制温度,
进一步,该辐射加热器装置还具备:
一对电极(3,31,32,4,41,42),该一对电极以沿着所述表面延伸的方式支承于所述基板部,
所述发热部包含多个发热线(50,650,50b,50c,50d),多个所述发热线由固有电阻比所述电极高的材料制成,且在一对所述电极之间至少局部串联地连接,
多个所述发热线在一对所述电极之间至少局部并联地连接,
以如下方式设定所述发热线的长度方向上的热阻(Rh):在所述表面上有物体接触时,所述物体所接触的部分的温度下降到比所述辐射温度低的抑制温度,
该辐射加热器装置还具备连接部(55,56,57,355,356),所述连接部将多个所述发热线电串联地连接,
所述连接部使所述发热线中的通电方向在所述基板部上反转,
所述连接部的材料的固有电阻小于所述发热线的材料的固有电阻。
2.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
多个所述发热线相互平行地配置。
3.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述连接部由与所述电极相同的材料形成。
4.根据权利要求3所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述连接部(55,56,57)通过将至少两个所述发热线并联地连接来形成多个并联群(51,52,53,54),且将多个所述并联群串联地连接。
5.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述电极与所述发热线在所述基板部的内部电接合。
6.根据权利要求5所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述电极与所述发热线通过烧结而接合。
7.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述发热线(50)直线状地延伸。
8.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述发热线(50b,50c,50d)蜿蜒地延伸。
9.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,还具备:
中间电极(458),在通过将至少两个所述发热线并联地连接而形成的并联群(51,52,53)中,该中间电极通过使多个所述发热线电短路来提供串联的连接。
10.根据权利要求1所述的 辐射加热器装置,其特征在于,
所述基板部是平板状,所述发热部(5,205,305,405,605,705)是沿着所述表面扩展的膜状。
11.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述基板部具有表面层(21)与背面层(22),所述发热部(5,205,305,405,605,705)配置于所述表面层与所述背面层之间。
12.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述发热部(605)具有发热线(650),该发热线由多个贯通孔而形成为网状。
13.根据权利要求1所述的辐射加热器装置,其特征在于,
所述基板部具备向所述辐射热的辐射方向突出的凸部(824,924,A24,B24,C24)及与所述凸部相邻的凹部(825,925,A25,B25,C25)。
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