JP2010267624A - Filament carbon heating element and planar heating element disposed with this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体に関するものである。 The present invention relates to a filamentous carbon heating element and a planar heating element provided with the same.
従来、電気毛布や電気カーペット等の面状発熱体は、毛布やカーペットの内部に被覆を施したしなやかな電熱線(ニクロム線やタングステン線)が埋め込まれており、これに通電することで発生するジュール熱で毛布やカーペットが暖まるようになっている。また床暖房や融雪シート等にも、面状の部材に電熱線が埋め込まれており、これに通電することで発生するジュール熱で床を暖めたり、積もった雪を融かしている。 Conventionally, sheet heating elements such as electric blankets and electric carpets are generated by energizing a flexible heating wire (nichrome wire or tungsten wire) that is coated inside the blanket or carpet. Blankets and carpets are warmed by Joule heat. In addition, a heating wire is embedded in a planar member in a floor heating, a snow melting sheet, and the like, and the floor is warmed by Joule heat generated by energizing this, or the accumulated snow is melted.
しかしながら、熱源として使用されているニクロム線やタングステン線の電気抵抗率は温度の上昇とともに著しく大きくなるので、これを用いた機器の突入電流が大きく、電源をオンした瞬間に定格の約10倍程度のラッシュ電流が流れる。このため電磁的ノイズが発生し、機器に対して電磁的障害を与えたり、電磁波が人体に悪影響を与える危険がある。 However, the electrical resistivity of nichrome wire or tungsten wire used as a heat source increases remarkably as the temperature rises, so the inrush current of the equipment using this is large and about 10 times the rating at the moment when the power is turned on. Rush current flows. For this reason, electromagnetic noise is generated, and there is a risk of causing electromagnetic interference to the device or electromagnetic waves adversely affecting the human body.
本発明は、上記したように従来の問題点に鑑みて考えられたもので、余分なエネルギー消費が生じることがなく、熱効率を向上させるようにした糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面上発熱体を提供することを目的とする。
また本発明は、機器に対する電磁的障害のない糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体を提供することを目的とする。The present invention has been conceived in view of the conventional problems as described above, and does not cause excessive energy consumption, and on the surface on which the filamentous carbon heating element is arranged to improve the thermal efficiency. An object is to provide a heating element.
It is another object of the present invention to provide a filamentous carbon heating element free from electromagnetic interference to equipment and a planar heating element having the same.
上記のような目的を達成するために、本発明の糸状カーボン発熱体は、変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を弾性線材に巻き付け、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とするものである。
また本発明の糸状カーボン発熱体は、変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とするものである。
また本発明の面状発熱体は、前記した糸状カーボン発熱体を面状部材に蛇行して配設したことを特徴とするものである。In order to achieve the above-mentioned object, the filamentous carbon heating element of the present invention is obtained by winding a carbon resistor made of a deformable carbon fiber yarn around an elastic wire, and further, insulating coating such as a resin having flexibility as a whole. It is characterized by being covered with a material.
The filamentous carbon heating element of the present invention is characterized in that a carbon resistor made of a deformable carbon fiber yarn is covered with an insulating coating material such as a flexible resin.
The planar heating element according to the present invention is characterized in that the above-described filamentous carbon heating element is arranged meandering on the planar member.
上記課題解決手段による作用は、次のとおりである。
炭素繊維は、電気抵抗値が大きく、発熱しやすいものである。このような炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体に導通することによってカーボン抵抗体が発熱する。炭素繊維は、温度上昇とともに抵抗値が低下する負の抵抗特性を有しているため、本発明の糸状カーボン抵抗体を使用することによって、電圧印可時の突入電流が小さくなる。The effect | action by the said problem-solving means is as follows.
Carbon fiber has a large electric resistance value and easily generates heat. The carbon resistor generates heat by conducting to the carbon resistor made of such carbon fiber yarn. Since the carbon fiber has a negative resistance characteristic in which the resistance value decreases as the temperature rises, the inrush current during voltage application is reduced by using the filamentous carbon resistor of the present invention.
上記構成の本発明によれば、突入電流が小さくすることができるので、余分なエネルギー消費が生じることがなく、熱効率を向上させることができ、しかも機器に対する電磁的障害のない糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体を提供することができる。また炭素繊維糸を加熱することで遠赤外線が放射され、皮膚に対する刺激性が少なく、人の身体にやさしく作用するなどの遠赤外線効果も期待できる。 According to the present invention having the above configuration, since the inrush current can be reduced, no extra energy consumption occurs, the thermal efficiency can be improved, and the filamentous carbon heating element free from electromagnetic interference with the device and A planar heating element provided with this can be provided. In addition, far-infrared rays are emitted by heating the carbon fiber yarn, and there is little irritation to the skin, and a far-infrared effect such as acting gently on the human body can be expected.
以下、図面を参照しながら、本発明に係わる実施の形態について説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(イ)糸状カーボン発熱体(図1)
糸状カーボン発熱体1は針金や銅線などの弾性線材3に炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体2を巻き付けて、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材4で被覆したものである。また絶縁被覆材4で被覆する替わりに液状の樹脂等をカーボン抵抗体2に塗布し、これを硬化させたものであってもよい。この糸状カーボン発熱体1の両端に端子5を取り付けて、端子5を介して導通することで糸状カーボン発熱体1が発熱する。(A) A filamentous carbon heating element (Figure 1)
The filamentous carbon heating element 1 is formed by winding a carbon resistor 2 made of carbon fiber yarn around an
(ロ)カーボン抵抗体(図2)
炭素繊維糸から構成されるカーボン抵抗体2は、例えばポリアクリロニトリルを原料とするPAN系炭素繊維線21を多数束ねてPAN系炭素戦繊維糸22とし、このPAN系繊維糸22を複数本撚り合わせた撚糸からなるものである。このようにPAN系炭素繊維糸22を多数撚り合わせてなるカーボン抵抗体2は、高弾性・高強度の特性があるが、発熱体としての充分な耐熱性及び強度を保つためには、太さ(直径)を1mm〜5mm程度とすることが望ましい。撚糸とすることで、単にPAN系炭素繊維糸22を束ねた場合に比べてカーボン抵抗体2がほどけにくくなっている。
被覆などの加工性を向上させるために、カーボン抵抗体2を液状樹脂等に浸して硬化させておくのがよい。また、カーボン抵抗体2を液状樹脂等に浸すことによって、表面がコーティングされて滑らかになる。(B) Carbon resistor (Figure 2)
The carbon resistor 2 composed of carbon fiber yarn is a PAN-based carbon
In order to improve processability such as coating, the carbon resistor 2 is preferably immersed in a liquid resin and cured. Further, the surface is coated and smoothened by immersing the carbon resistor 2 in a liquid resin or the like.
(ハ)端子(図3)
端子5は、折り曲げ可能な導電性の帯状金属50と、これに接続されるリード線51とで構成される(図3(C)(D))。この端子5をカーボン抵抗体2に取り付けるには、先ず図3(A)に示すようにT字形の帯状金属板50を形成し、両側を垂直に折り曲げるとともに一部に切り込み52を入れ、さらに波状の凹凸部53を形成しておく(図3(B))。
ここにカーボン抵抗体2の一端を差し込み、波状凹凸部53を折り曲げていく(図3(B))。
さらに両側の垂直折曲部も折り曲げて波状凹凸53をカーボン抵抗体2に圧着させる。
舌片54にリード線51をスポット溶接して両端に端子5が取り付けられる(図3(C)、(D))。
なお端子5は上記に限ることなく、帯状金属板50を単に巻き付けるなどカーボン抵抗体2の一端を固定できるものであれば何でもよい。(C) Terminal (Fig. 3)
The
One end of the carbon resistor 2 is inserted here, and the wavy
Further, the vertical bent portions on both sides are also bent to crimp the
The
The
(ニ)面状発熱体(図4)
図4に糸状カーボン発熱体1を埋め込んだ面状発熱体(電気毛布や電気カーペットなど)7の配線状態を示す。糸状カーボン抵抗体1が面状発熱体7の放熱面に蛇行して配設されており、端子5(リード線51)が通電制御部8に接続されている。通電制御部8の先にコード9を介してプラグ10が取り付けられている。プラグ10をコンセント(図示せず)に差し込むことで通電制御部8でコントロールされながら糸状カーボン抵抗体1が発熱し、面状発熱体7が放熱する。
この面状発熱体7を製作する場合、先ず弾性線材3にカーボン抵抗体2を巻き付けて絶縁被覆材4で被覆するのであるが、カーボン抵抗体2は導電性を有しているため素線21の径、素線21を撚る本数等を調節することによりその導電率(抵抗値)を適宜調整することができる。(D) Planar heating element (Fig. 4)
FIG. 4 shows a wiring state of a planar heating element (electric blanket, electric carpet, etc.) 7 in which the filamentous carbon heating element 1 is embedded. The filamentous carbon resistor 1 is meanderingly disposed on the heat radiation surface of the
When manufacturing the
(ホ)作用
上記のように構成した糸状カーボン発熱体1の端子5に通電すると、カーボン抵抗体2に電流が流れ、カーボン抵抗体2が発熱する。カーボン発熱体2が、炭素繊維素線21を複数本撚り合わせた撚糸よりなるため、カーボン抵抗体2には電流が均一に流れ、その表面全域において均一に高い発熱効率が得られる。また、カーボン抵抗体2は絶縁被覆材4で被覆しているので、高温環境下で使用してもカーボン抵抗2は酸化されることがなく、長寿命の糸状カーボン発熱体1が得られる。このため、糸状カーボン発熱体1を使用した面状発熱体7の寿命が大幅に延びる。
また糸状カーボン発熱体1には、面状発熱体7の形状に応じて折曲させることや、製造工程において適宜に変形させることのできる可撓性、柔軟性が得られことから面状発熱体7の設計の自由度が大きくなる。
糸状カーボン発熱体1の抵抗値は断面積に反比例し、長さに比例するため、撚り合わせる炭素繊維素線21の径や、炭素繊維素線21の本数の増減等によって必要な出力を設計することができる。(E) Operation When the
Further, the filamentous carbon heating element 1 can be bent according to the shape of the
Since the resistance value of the filamentous carbon heating element 1 is inversely proportional to the cross-sectional area and proportional to the length, the required output is designed by changing the diameter of the
次に図5に基づき、本発明の他の実施形態を説明する。
本例は、カーボン抵抗体2を液状の樹脂等に浸して適度に硬化させた場合で、弾性線材3に巻き付けることなく、そのまま可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材4で被覆したものである。カーボン抵抗体2を適度に硬化させてあるので、面状発熱体7に応じて折曲させることや、製造工程において適宜に変形させることができる。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this example, the carbon resistor 2 is dipped in a liquid resin or the like and cured appropriately, and the carbon resistor 2 is covered with an insulating
1.糸状カーボン発熱体
2.カーボン抵抗体
21.PAN系炭素繊維素線
3.弾性線材
4.絶縁被覆材
5.端子
50.帯状金属板
7.面状発熱体
8.通電制御部1. 1. A filamentous carbon heating
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JP2010155225A JP2010267624A (en) | 2010-06-21 | 2010-06-21 | Filament carbon heating element and planar heating element disposed with this |
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Cited By (2)
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CN103428916A (en) * | 2012-05-17 | 2013-12-04 | 河南科信电缆有限公司 | Carbon fiber composite heating cable |
KR102335871B1 (en) * | 2021-03-19 | 2021-12-03 | 신남섭 | Electrical heat wires for facility cultivation heating |
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