JP2000113971A - 放射式発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発明者らが提案している炭素を使用した発熱
体は、空気中で酸化消耗するという点と、所定のジュー
ル熱を発生させるためには固有抵抗が小さいという課題
を有している。 【解決手段】 中空の熱放射体４内にジュール熱を発生
する発熱体５を配置し、この熱放射体４と発熱体５とを
透明管１内に挿入して、抵抗の調整が容易でかつ遠赤外
線の放射率の高い放射式発熱体としているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱放射体を使用す
る放射式発熱体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来使用されている発熱体には、発熱体
としてジュール熱を発する電熱線を使用し、この電熱線
を熱放射体として使用する構成の金属線抵抗発熱体と、
発熱線として非金属を使用し、この非金属発熱体を熱放
射体としても使用する非金属放射式発熱体とがある。前
記電熱線として代表的に使用されているものに、ニクロ
ム線と称されているニッケルクロム合金線と、カンタル
線と称されている鉄クロム合金線があるが、これらは、
窒素ガスのような不活性ガス雰囲気で使用しても最高使
用温度はせいぜい１１００℃である。また電熱線として
タングステンを使用したものは、真空中もしくは水素気
流中では２５００℃まで使用可能である。また、非金属
発熱線として使用されているものにはは代表的なものと
して炭化ケイ素が使用されている。炭化ケイ素は、最高
使用温度は１３５０℃である。

【０００３】また前記金属線抵抗発熱体は、元々固有抵
抗が小さいことがあって、定められた発熱長に合わせた
抵抗値を得るためには、コイリングをすることが常であ
る。従って、金属線抵抗発熱体は、発熱時にはコイルが
膨張して撓むため、長手方向の温度分布が不均一になる
という欠点も有しているものである。

【０００４】一方、例えば肉や魚等の調理に使用する発
熱体としては、つまり特に家庭用の調理機器に使用する
発熱体や暖房器に使用する発熱体としては、遠赤外線の
放射率が大きいものが望ましいものである。つまり遠赤
外線は、調理物や人体の内部に浸透する性質を有してい
るものである。『炭火』は黒体放射を実現する手段とし
て過去から使用されているものであり、この遠赤外線の
放射率が非常に高く、前記用途に使用する発熱体として
は最高のものである。例えば前記タングステン線を発熱
体として使用している金属線抵抗発熱体は、この遠赤外
線の放射率は３０〜３９％程度であり、非常に低いもの
である。

【０００５】そこで、前記金属線抵抗発熱体の低放射率
を補うために、黒色塗料などをバルブの外面に塗布して
いる構成のものもある。しかし、こうして塗布された黒
色塗料は、加熱・冷却の繰り返しによってクラックが生
じて、剥離したり、あるいは調理物から飛散する油脂や
塩分などが塗料の表面に蓄積したりして、次第に遠赤外
線の放射率が低下してくるものである。つまり黒色塗料
などをバルブの外面に塗布している金属線抵抗発熱体と
することは、遠赤外線の放射率を高めるための抜本的な
解決法にはなっていないものである。

【０００６】発明者らは、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性
に優れており、かつ遠赤外領域での放射率があらゆる材
料の中で最も大きく、また融点が３８００℃と非常に高
い炭素を発熱体として使用する構成を、特願平１０−１
６０１１０号として提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記炭素を使用した発
熱体は、空気中で酸化消耗するという点と、所定のジュ
ール熱を発生させるためには固有抵抗が小さいという課
題を有している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空の熱放射
体内にジュール熱を発生する発熱体を配置し、前記熱放
射体と発熱体とを透明管内に挿入して、抵抗の調整が容
易でかつ遠赤外線の放射率の高い放射式発熱体としてい
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、中空
の熱放射体内にジュール熱を発生する発熱体を配置し、
前記熱放射体と発熱体とを透明管内に挿入して、抵抗の
調整が容易でかつ遠赤外線の放射率の高い放射式発熱体
としているものである。

【００１０】請求項２に記載した発明は、中空の熱放射
体として炭素系物質を用いるようにして、最高の熱放射
強度を有し、抵抗の調整が容易で、かつ遠赤外線の放射
率の高い放射式発熱体としているものである。

【００１１】請求項３に記載した発明は、透明管は耐熱
ガラスを用いるようにして、特に高温領域で作動できる
家庭用の調理機器用や暖房器用に適した放射式発熱体と
しているものである。

【００１２】請求項４に記載した発明は、透明管は内部
に封入したアルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴ
ンと窒素との混合ガスを有するようにして、発熱体と熱
放射体とが空気酸化により断線したり消耗したりするこ
とを防止でき、遠赤外線の放射率の大きな家庭用の調理
機器用や暖房器用に適した放射式発熱体としているもの
である。

【００１３】請求項５に記載した発明は、発熱体は発熱
線を巻き回して構成して中空の熱放射体の内部空間を貫
通するように配置して、発熱体から放射される放射熱に
よって熱放射体を加熱し、熱放射体から発する放射熱を
直接利用でき、効率の高い、遠赤外線の放射率の大きな
家庭用の調理機器用や暖房器用に適した放射式発熱体と
している。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について図１に基づいて
説明する。図１は本実施例の構成を示す断面図である。
透明管１中には、中空状の熱放射体４と、ジュール熱を
発生する発熱体５を配置している。前記発熱体５は、中
空状としている熱放射体４の内部空間に挿入しているも
のである。熱放射体４は、発熱体５を外部リード線２か
ら通電することによって、発熱体５が発生するジュール
熱を受けて加熱される。従って熱放射体４は、遠赤外線
を含む熱放射線を放射するものである。このため、透明
管１からは、発熱体５自身が発生する熱放射線と、熱放
射体４が発生する遠赤外線を含む熱放射線の両方が発生
するものである。

【００１５】このとき本実施例の構成とした場合には、
発熱体５自身が発生する熱放射線は熱放射体４を加熱す
るために用いられているものである。すなわち、外部に
放射される熱放射線は、熱放射体４が発生している遠赤
外線を含む熱放射線のみであると考えてよい。

【００１６】本実施例では、前記熱放射体４として炭素
系物質を使用している。つまり炭素は、黒体放射を実現
する手段として最高のものであり、当然遠赤外線の放射
率は非常に高いものである。

【００１７】また熱放射体４は図１での表現では１本と
しているが、複数本を使用する構成とすることもできる
ものである。

【００１８】また本実施例では、透明管１として石英ガ
ラス等の耐熱ガラスを用いるようにしている。このた
め、例えば石英ガラスを使用した場合には石英ガラスの
軟化点である１６５０℃近くの高温領域で使用すること
が出来るものである。つまり、発熱体５の発熱による表
面温度の設定を１６５０℃近くとでき、高効率の発熱体
として使用できるものである。なお透明管１としては特
に石英ガラスに限定する必要はなく、耐熱性が高く透明
であれば良いものである。

【００１９】また本実施例では、透明管１は内部に、ア
ルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素との
混合ガスを封入している。このため、発熱体５が通電時
に発生するジュール熱によって高温となっても、空気酸
化を防止することが出来、断線を防止できるものであ
る。

【００２０】また本実施例では、発熱体５としてタング
ステンワイヤーを使用している。すなわち、タングステ
ンは蒸気圧が小さく（１０ｍｍＨｇの蒸気圧を示すのに
４５０７℃が必要）、また融点が約３４００℃と非常に
高いものである。またタングステンワイヤーは、既にハ
ロゲンランプなどで実用化されているものである。

【００２１】また本実施例では、発熱体５はタングステ
ンワイヤーの発熱線をコイル状に巻き回して構成してお
り、前記巻き回した発熱体５が前記中空状の熱放射体の
内部に貫通するように配置しているものである。

【００２２】以下本実施例の動作について説明する。黒
体は、外部から入射される放射エネルギーをすべて完全
に吸収するものであり、黒体から放射される放射エネル
ギーは、全波長領域にわたって、与えられた温度におけ
る放射エネルギーの常に最大値となっているものであ
る。

【００２３】本実施例で熱放射体４として使用している
炭素系物質は、近似的に黒体放射を与えるので、放射式
発熱体として最高の材料である。即ち、放射を利用する
加熱調理機器や暖房器具用の発熱体としては最適のもの
である。

【００２４】図示してないスイッチをオンして、外部リ
ード線２から商用交流電源を発熱体５に通電すると、発
熱体５はジュール熱を発生し、透明管１内に収容してい
る熱放射体４をその内部から加熱する。次いで、熱放射
体４から透明管１を介して外部に赤外線を放射する。

【００２５】図２は、このときに透明管１から外部に放
射される赤外線の波長と、赤外線の強度との特性を示し
ているものである。なお、図２の縦軸は、完全黒体での
放射強度を１００としたときの放射強度を示している。
図２のａに示している特性は、本実施例のものである。
つまり、熱放射体４として、炭素系物質を使用し、発熱
体５としてタングステンを使用しているものである。ま
たｂに示しているものは従来例で説明しているものであ
る。つまり、発熱体としてタングステンのみを使用して
いるものである。またこのとき、従来例の構成のもの
と、本実施例の構成のものとは、共に消費電力が４００
Ｗとなるように設定しているものである。図２から容易
に理解できるように、本実施例のものの赤外線の放射特
性は、波長２．０μｍ以上で、つまり遠赤外線領域で従
来の構成のものよりも非常に優れたものとなっている。

【００２６】以下前記実験に使用したサンプルの製造法
について説明する。まず、外径が３〜６ｍｍで長さが２
８０ｍｍ、内径が２〜３ｍｍの中空状すなわちパイプ状
の熱放射体４を準備する。次に、透明管１として、内径
が８ｍｍ、外径が１０ｍｍの石英パイプを準備する。一
般に、石英ガラスは耐熱性が高く１６５０℃でようやく
軟化するものである。次に、透明管１内に熱放射体４を
１本または複数本挿入する。熱放射体４の内部には、長
さ３〜１０ｍｍの絶縁碍子管６を要所に挿入している。
こうして、ロータリーポンプなどの真空ポンプを用いて
０.０１Ｔｏｒｒ以下に減圧したのち、アルゴンまたは
窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスである
不活性ガスを封入する。不活性ガスを封入する目的は、
発熱時に熱放射体４を酸化・消耗させないことと、発熱
体５を酸化断線させないことである。このとき、内部に
水蒸気が少し残っている場合や、真空度が低い場合のア
ーク放電を防ぐためには、アルゴンよりも窒素の単体ガ
スまたはアルゴンと窒素の混合ガスが有効である。この
場合もガス圧は６００Ｔｏｒｒ前後が適当である。

【００２７】こうして、透明管１の両端を封口する。こ
の封口は、発熱体５と外部リード線２の接続口を使用し
て実行する。すなわち、発熱体５を構成するコイルの延
長部分を白金箔を介してモリブデン箔３と接続する。モ
リブデン箔３には予め外部リード線２を接続しているも
のである。タングステンとモリブデンとはそのままでは
溶接できないが、白金箔を挿入することによってそれぞ
れの金属間化合物を形成するので、容易に溶接すること
ができる。封口部は、前記モリブデン箔３の部分として
いるものである。この封口部は、特に炭素系物質を熱放
射体４として使用する場合には、内部と外部とをシール
するシール技術として極めて重要である。本実施例で
は、アメリカのＨ．ＣＲＯＳＳ社製のモリブデン箔を用
いることによって、完全にシールしているものである。
前記モリブデン箔の断面形状は、凸レンズ状になってお
り中心部の膜厚は約３０μｍで、先端側はフェザーエッ
ジになっており、最大数オングストローム（１オングス
トローム＝０.１ｎｍ）の隙間しかなく、かつ発熱時に
は相対的にモリブデンの方が石英ガラスより膨張するか
ら、空気が侵入したり、内部の不活性ガスが抜けてしま
うことはないものである。実際には、透明管１の両端を
バーナーで加熱して軟化させ、周囲から加圧して透明管
１を封口すると同時にモリブデン箔３を封口部に閉じこ
めるものである。

【００２８】以上のようにして、発明者らの実験によれ
ば、１０００〜２０００μΩ・cmの固有抵抗を有する発
熱長２８０ｍｍ、外径５.２ｍｍ、内径２ｍｍの一様な
パイプ状の炭素系物質とした熱放射体４と、タングステ
ンを使用した発熱体５を用いて、１００Ｖ−４００Ｗの
放射式発熱体を得ることができた。

【００２９】また、本実施例の構成の放射式発熱体で
は、１０ｃｍ離れた場所を室温に比べて３５℃上昇させ
るためには１６７Ｗが必要であるが、従来の構成の、例
えばＮｉ−Ｃｒを発熱体とした石英管ヒータの場合には
１８６Ｗを必要とするものである。つまり本実施例の放
射式発熱体を使用した場合には、約１０％の消費電力の
節約ができるものである。

【００３０】なお本実施例の放射式発熱体を、電子レン
ジに使用する場合には、前記発熱体５のコイリング部を
電子レンジの調理庫内の出口に設けることによって、マ
イクロ波が電子レンジの筐体から外部に漏れることを防
止できるものである。

【００３１】以上のように本実施例によれば、中空の熱
放射体４内にジュール熱を発生する発熱体５を配置し、
この熱放射体４と発熱体５とを透明管１内に挿入するよ
うにしているものであるため、発熱体５の長さを調整す
ることによって抵抗の調整が容易にでき、また熱放射体
４から発生する熱放射洗を遠赤外線の放射率の高い透明
管１から外部に放射できる放射式発熱体を実現している
ものである。

【００３２】また、中空の熱放射体４として炭素系物質
を用いているため、最高の熱放射強度を有し、抵抗の調
整が容易で、かつ遠赤外線の放射率の高い放射式発熱体
を実現しているものである。

【００３３】また、透明管１として耐熱ガラスを用いて
いるため、特に高温領域で作動できる家庭用の調理機器
用や暖房器用に適した放射式発熱体を実現しているもの
である。

【００３４】また、透明管１の内部に、アルゴンまたは
窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素との混合ガスを封
入しているため、発熱体５と熱放射体４とが空気酸化に
より断線したり消耗したりすることを防止でき、遠赤外
線の放射率の大きな家庭用の調理機器用や暖房器用に適
した放射式発熱体を実現しているものである。

【００３５】また、発熱体５は発熱線を巻き回して構成
し、中空の熱放射体４の内部空間を貫通するように配置
する構成としているため、発熱体５から放射される放射
熱によって熱放射体４を加熱でき、熱放射体４から発す
る放射熱を直接利用でき、効率の高い、遠赤外線の放射
率の大きな家庭用の調理機器用や暖房器用に適した放射
式発熱体を実現しているものである。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、中空の熱放
射体内にジュール熱を発生する発熱体を配置し、前記熱
放射体と発熱体とを透明管内に挿入した構成として、抵
抗の調整が容易でかつ遠赤外線の放射率の高い放射式発
熱体を実現するものである。

【００３７】請求項２に記載した発明は、中空の熱放射
体として炭素系物質を用いる構成として、最高の熱放射
強度を有し、抵抗の調整が容易で、かつ遠赤外線の放射
率の高い放射式発熱体を実現するものである。

【００３８】請求項３に記載した発明は、透明管は耐熱
ガラスを用いる構成として、特に高温領域で作動できる
家庭用の調理機器用や暖房器用に適した放射式発熱体を
実現するものである。

【００３９】請求項４に記載した発明は、透明管は内部
に封入したアルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴ
ンと窒素との混合ガスを有する構成として、発熱体と熱
放射体とが空気酸化により断線したり消耗したりするこ
とを防止でき、遠赤外線の放射率の大きな家庭用の調理
機器用や暖房器用に適した放射式発熱体を実現するもの
である。

【００４０】請求項５に記載した発明は、発熱体は発熱
線を巻き回して構成して中空体の熱放射体の内部空間を
貫通するように配置した構成として、発熱体から放射さ
れる放射熱によって熱放射体を加熱し、熱放射体から発
する放射熱を直接利用でき、効率の高い、遠赤外線の放
射率の大きな家庭用の調理機器用や暖房器用に適した放
射式発熱体を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である放射式発熱体の構成を示
す断面図

【図２】同、放射式発熱体の赤外線の放射特性を示す特
性図

【符号の説明】

１ 透明管 ２ 外部リード線 ３ モリブデン箔 ４ 熱放射体 ５ 発熱体 ６ 絶縁碍子管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 口野 邦和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 ▲徳▼滿 修三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 PP03 PP06 QA02 QB02 QB26 QB27 RA01 RB14 RD11 SS16 UB01 VV18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空の熱放射体内にジュール熱を発生す
   る発熱体を配置し、前記熱放射体と発熱体とを透明管内
   に挿入した放射式発熱体。
2. 【請求項２】 中空の熱放射体として炭素系物質を用い
   る請求項１に記載した放射式発熱体。
3. 【請求項３】 透明管は耐熱ガラスを用いる請求項１に
   記載した放射式発熱体。
4. 【請求項４】 透明管は内部に封入したアルゴンまたは
   窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素との混合ガスを有
   する請求項１に記載した放射式発熱体。
5. 【請求項５】 発熱体は発熱線を巻き回して構成して中
   空体の熱放射体の内部空間を貫通するように配置した請
   求項１に記載した放射式発熱体。