JP2010043809A - 電気式加熱体及びこの電気式加熱体を用いた熱風排出装置及び電気式冷熱サイクルシミュレータ。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、長手状螺旋体よりなる発熱体を筒状断熱体内の円筒硬質断熱体に巻付けることにより、１０００℃以上の熱風を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明による電気式加熱体は、螺旋状に加工された長手状螺旋体よりなる発熱体(3)が円筒硬質断熱体(2)に螺旋状に巻回された構成であり、この電気式発熱体(3)を複数個用いて熱風排出装置(20)及び電気式冷熱サイクルシミュレータ(30)を形成する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気式加熱体及びこの電気式加熱体を用いた熱風排出装置及び電気式冷熱サイクルシミュレータに関し、特に、発熱体自体を長手状螺旋体とし、この発熱体を筒状断熱体内の円筒硬質断熱体に少なくとも１回以上巻付けることにより、１０００℃以上の熱風を得ることができるようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の電気式加熱体及び熱風排出装置としては、例えば、特許文献１等に開示されている熱疲労試験機における加熱ガスを得る加熱手段としては、一般に、図９及び図１０で示される筒状の電気式加熱体が採用されている。

すなわち、図９及び図１０において符号１で示されるものは、全体形状が筒状をなす筒状断熱体であり、この筒状断熱体１の内孔１ａ内には長手形状の支え治具２が設けられ、この支え治具２の外周２ａには、ワイヤ状の発熱体３が螺旋状に巻回され、この発熱体３の両端部３ａ、３ｂが前記筒状断熱体１の両端部１Ａ、１Ｂ側から外部に導出されている。

図９の電気式加熱体１０の断面形状は、図１０で示される通りであり、前記発熱体３を有する支え治具２の外周と前記筒状断熱体１の内周１ｂとの間には空間１１が形成されている。
前述の電気式加熱体１０において、前記発熱体３に通電することにより、前記空間１１内が加熱され、前記一端部１Ａ側から図示しない送風機により送風することにより、前記発熱体３との熱交換によって加熱された空気は他端部１Ｂ側から高温気体として吹き出される。

実開平５−５５０４６号公報

従来の電気式加熱体及び熱風排出装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、この方式での熱交換は、図１０で示されるように、発熱体が流路上で直線的に配置されているため、基本的には発熱体の表面積に大きく依存していた。このため、径の細い発熱体を複数挿入して表面積を大きくしたり、流路に対する発熱体面積を大きくしたりして熱交換率を高くする工夫がなされている。しかし、この方式では、流路上での熱交換率に限界があるため、電気式の発熱体においては約９００℃までの熱風を得ることが限界であり、例えば、自動車のエンジンの排気ガスを想定した１０００℃以上の熱風を得ることは困難であった。このため自動車の排ガス材料における熱疲労や高温疲労のシミュレーションを実施しようとしても排ガス温度が不足し、実態に合った試験が実施できないと云う課題が存在していた。

本発明による電気式加熱体は、筒状断熱体内に設けられた円筒硬質断熱体の外周に少なくとも一周以上巻きつけられた発熱体を有する電気式加熱体において、前記発熱体は、螺旋状に加工された長手状螺旋体よりなる構成であり、また、前記発熱体は、前記円筒硬質断熱体の外周に螺旋状に配設されている構成であり、また、本発明による電気式加熱体を用いた熱風排出装置は、請求項１又は２記載の電気式加熱体を用いて熱風を排出させる構成であり、また、前記電気式加熱体を複数個用いて９００℃以上の熱風を排出させる構成であり、また、本発明による電気式加熱体を用いた電気式冷熱サイクルシミュレータは、請求項１又は２記載の電気式加熱体を用い、加熱／冷却を繰り返すことによりエンジンの排気ガス温度を再現する構成である。

本発明による電気式加熱体及びこの電気式加熱体を用いた熱風排出装置及び電気式冷熱サイクルシミュレータは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、筒状断熱体内に設けられた円筒硬質断熱体の外周に少なくとも一周以上巻きつけられた発熱体を有する電気式加熱体において、前記発熱体は、螺旋状に加工された長手状螺旋体よりなることにより、筒状断熱体内の流路内における発熱体の表面積が従来よりも飛躍的に大きくなり、流路内で発熱体と熱交換されない空気の流路が従来よりも軽減されて熱交換効率が向上し、１０００℃以上の熱風供給を行うことができる。
また、前記発熱体は、前記円筒硬質断熱体の外周に螺旋状に配設されていることによりさらに、発熱体の表面積を大きくすることができる。
また、請求項１又は２記載の電気式加熱体を用いて熱風を排出させることにより高温の熱風を排出できる熱風排出装置を得ることができる。
また、前記電気式加熱体を複数個用いて９００℃以上の熱風を排出させることができる。
また、請求項１又は２記載の電気式加熱体を用い、加熱／冷却を繰り返すことによりエンジンの排気ガス温度を再現することにより、電気式冷熱サイクルシミュレータを得ることができる。

本発明は、発熱体自体を長手状螺旋体とし、この発熱体を筒状断熱体内の円筒硬質断熱体に少なくとも１回以上巻付けることにより、１０００℃以上の熱風を得ることができるようにした電気式加熱体及びこの電気式加熱体を用いた熱風排出装置及び電気式冷熱サイクルシミュレータを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による電気式加熱体及びこの電気式加熱体を用いた熱風排出装置及び電気式冷熱サイクルシミュレータの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものは全体形状が筒状をなす筒状断熱体であり、この筒状断熱体１の内孔１ａ内には、円筒硬質断熱体２がこの内孔１ａの軸心位置に配設されている。

前記円筒硬質断熱体２の外周２ａには、図２で示される発熱体３が少なくとも１周以上巻付けられており、この発熱体３は図２で示されるように構成されている。
すなわち、前記発熱体３は、それ自体が図２で示されるように螺旋状に巻かれて長手状螺旋体３Ａとして加工形成されている。

前記発熱体３は、前記円筒硬質断熱体２の外周２ａに対して、図１の透視斜視図にて示されるように、少なくとも１周以上（実際には複数回）、螺旋状に巻付けられており、そのため、図３で示す軸方向からみた側面図においては、内孔１ａの空間１１内で発熱体３が軸方向に重合し、この空間内を通過する空気との接触面積が従来よりも大幅に増大し、熱交換効率を大幅に向上させることができる。

次に、実施例として本発明例及び比較例における試験条件と試験結果を表１の第１表に示す。試験にはφ１．６ｍｍの１２，０００ｍｍ長さで０．７２１Ω／ｍのカンタル線を、外径９．７ｍｍ、内径６．０ｍｍに巻いたものを使用した。カンタル線は、図６、７に示すように、内径１６ｍｍの石英管にらせん状のカンタル線をセラミックス製等の支え治具２に通して真直ぐに挿入したものを用意した。一方、本発明例は、図１、３に示すようなφ１７ｍｍで一方封じされたアルミナ管よりなる円筒硬質断熱体２に巻きつけ、内径３７ｍｍ、長さ約４００ｍｍの石英管よりなる筒状断熱体１に挿入した。
加熱試験は０．５ｍ^３／分の空気を通風し、両発熱体の入り側と出側の石英管中心に熱電対を装着し、入り側の温度に対する出側温度の温度上昇量を測定した。なお、入り側の排ガスには、市販の加熱体（図示せず）を使用して約８００℃にコントロールした熱風を用い、最終的な出側温度の温度上昇量を測定した。
これらの試験結果を表１の第１表に示す。本発明例のＡ１〜Ａ３は発熱体流体がらせん状になっているため、９００℃及び１０００℃以上の出側排ガス温度が得られているのに対し、比較例のストレート状の発熱体３では出側排ガス温度が９００℃未満であり、９００℃以上の排ガス温度が得られていてないことがわかる。

次に、図４から図６で示される構成は、本発明による前記電気式加熱体１０を四個用いて四気筒用として構成した熱風排出装置２０であり、この熱風排出装置２０は、全体形状が箱型をなす筐体２１と、前記筐体２１内に設けられエアフィルタ２２と送風機２３からなる四個の送風体２４と、前記筐体２１の上面２５上に並設された周知の四個のカルタル線ヒータ２６と、前記上面２５に設けられ前記各カンタル線ヒータ２６に直列接続された図１の四個の電気式加熱体１０と、から構成され、前記各電気式加熱体１０の出口１０ａは、エンジンのエキゾーストマニホールド（図示せず）に接続できるような形状となるように、筐体２１の中心線１０ｂに向けて互いに寄る状態で構成されている。

前述の熱風排出装置２０において、前記各電気式加熱体１０の出口１０ａに、工場又は試作で生産されたエンジンのエキゾーストマニホールド（図示せず）を接続し、各カンタル線ヒータ２６及び各電気式加熱体１０に通電した状態で前記各送風機２３を作動させると、各送風機２３から送られた空気は、各エアーフィルタ２２を介して各カンタル線ヒータ２６で加熱された後に各電気式加熱体１０で加熱され、１０００℃以上の高温状態で各出口１０ａから前記エキゾーストマニホールドへ供給されて、加熱耐久試験が行われる。

次に、図７及び図８で示される構成は、本発明による前記電気式加熱体１０を四個用いて四気筒用として構成した電気式冷熱サイクルシミュレータ３０であり、この電気式冷熱サイクルシミュレータ３０は、全体形状が箱型をなす筐体３１と、前記筐体３１内に設けられた図１の四個の電気式加熱体１０と、前記筐体３１の背面３１ａに並設された周知の四個のカンタル線ヒータ２６と、から構成され、前記各カンタル線ヒータ２６は前記各電気式加熱体１０に直列接続され、各電気式加熱体１０の各出口１０ａは、エンジンのエキゾーストマニホールド（図示せず）に接続できるような形状となるように、筐体２１の中心１０ｂに向けて互いに寄る状態で構成されている。

前述の電気式冷熱サイクルシミュレータ３０において、前記各出口１０ａに、工場又は試作で生産されたエンジンのエキゾーストマニホールド（図示せず）を接続し、各カンタル線２６及び各電気式加熱体１０に通電した状態で、図示しない各送風機を作動させると、各送風機から送られた空気は、各カンタル線ヒータ２６で加熱された後に各電気式加熱体１０で加熱され、１０００℃以上の高温状態で各出口１０ａから前記エキゾーストマニホールドへ供給され、この加熱と、各カンタル線ヒータ２６及び電気式加熱体１０の通電をオフとすることによって、常温の空気で各出口１０ａから前述のエキゾーストマニホールドに送られ、このエキゾーストマニホールドが冷却される。

従って、前述の加熱と冷却状態を、例えば、繰り返すことにより、前記電気式冷熱サイクルシミュレータ３０の冷熱サイクルを行うことができ、この電気式冷熱サイクルシミュレータ３０に接続されたエキゾーストマニホールドの実車における稼動状態に近い加熱及び冷却状態を再現して繰り返す試験を行うことができる。

本発明による電気式加熱体を示す透過斜視図である。 図１の発熱体を示す正面図である。 図１の横断面図である。 図１の電気式加熱体を組込んだ熱風排出装置を示す正面図である。 図４の右側面図である。 図４の平面図である。 図１の電気式加熱体を組込んだ電気式冷熱サイクルシミュレータを示す平面図である。 図７の正面図である。 従来の電気式加熱体を示す透過斜視図である。 図９の横断面図である。

符号の説明

１ 筒状断熱体
２ 円筒硬質断熱体
３ 発熱体
３Ａ 長手状螺旋体
１０ 電気式加熱体
１０ａ 出口
１１ 空間
２０ 熱風排出装置
２１ 筐体
２２ エアフィルタ
２３ 送風機
２４ 送風体
２５ 上面
２６ カンタル線ヒータ
３０ 電気式冷熱サイクルシミュレータ
３１ 筐体
３１ａ 背面

Claims (5)

1. 筒状断熱体(1)内に設けられた円筒硬質断熱体(2)の外周に少なくとも一周以上巻きつけられた発熱体(3)を有する電気式加熱体において、
   前記発熱体(3)は、螺旋状に加工された長手状螺旋体(3A)よりなることを特徴とする電気式加熱体。
2. 前記発熱体(3)は、前記円筒硬質断熱体(2)の外周に螺旋状に配設されていることを特徴とする請求項１記載の電気式加熱体。
3. 請求項１又は２記載の電気式加熱体(10)を用いて熱風を排出させることを特徴とする電気式加熱体を用いた熱風排出装置。
4. 前記電気式加熱体(10)を複数個用いて９００℃以上の熱風を排出させることを特徴とする請求項３記載の電気式加熱体を用いた熱風排出装置。
5. 請求項１又は２記載の電気式加熱体(10)を用い、加熱／冷却を繰り返すことによりエンジンの排気ガス温度を再現することを特徴とする電気式加熱体を用いた電気式冷熱サイクルシミュレータ。

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