JP2012138308A - 面状ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための面状ヒータにおいて、比較的高い温度（１５０℃〜４００℃程度）の領域を含む広い温度領域で使用することが可能で、耐熱性、可撓性が優れ、軽くて作業性も優れた面状ヒータを提供する。
【解決手段】配管と接触する側から外側に向かって、ガラスクロス１、ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体を保持したガラスクロス２、及びスポンジ層４の順に配置された構成を有し、配管と接触するガラスクロス１が、金属線抵抗体を保持したガラスクロス２よりも細かい網目を有する面状ヒータとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための電気エネルギーを利用する面状ヒータに関するものである。更に詳細には、１５０℃〜４００℃の高温領域を含む広い温度領域の加熱が可能で、優れた耐熱性、断熱性を有し、軽量な面状ヒータに関するものである。

従来から、各種配管の外側表面に取付けて、配管内を流通する流体を加熱するための面状ヒータ（マントルヒータ、ジャケットヒータ）が広く利用されている。
このようなヒータの発熱素子としては、金属粉末、あるいは金属酸化物粉末等を含む合成樹脂（導電性樹脂）を用いて、ガラスクロスに含浸させたもの、前記のような導電性樹脂をポリエステル、ポリイミド、マイカ等の絶縁基材シートに塗布または印刷により保持させたもの、金属箔をエッチングして回路としたもの、あるいは金属抵抗線を絶縁基板シートに張り巡らして回路としたもの等が使用されている。

前記のような発熱素子の両面は、シリコーンゴムシート、ポリイミド樹脂シート、マイカシート等の電気絶縁材により被覆してヒータマットとされ、さらにその外周側に、各種ゴム、各種発泡材、あるいはガラスマット等の断熱材により被覆して面状ヒータとされる。このような面状ヒータとしては、例えば特許文献１〜３に記載されたヒータを挙げることができる。
特開平１０−６４６６７号公報 特開２００２−２９５７８３号公報 特開２００３−６８４３０号公報

発熱素子として金属箔抵抗体あるいは金属線抵抗体等を用い、その両面にガラスクロスを配置し、これらをシリコーンゴム等の電気絶縁ゴムシートで埋設したヒータマットは、１５０℃以上の比較的高い温度で使用でき、優れた耐熱性を有するという特長がある。しかしながら、電気絶縁ゴムシートは重いという欠点があった。そのため、例えば化学工場内の継手、バルブ等の付属品を備えた配管、あるいは曲がりくねった配管が入組んだ狭い空間においては、軽くて配管の取付け、取外しが容易で、作業性が優れている面状ヒータが要求されていた。
従って、本発明が解決しようとする課題は、１５０℃以上の比較的高い温度（１５０℃〜４００℃程度）の領域を含む広い温度領域で使用することが可能で、耐熱性、可撓性が優れ、軽くて作業性も優れた面状ヒータを提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための面状ヒータにおいて、電気絶縁ゴムシート等の電気絶縁材を用いず、ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体を用い、これを柔軟性があり網目の粗いガラスクロスに縫糸等により保持し、さらに柔軟性を有し網目の細かいガラスクロス及びスポンジ層で挟持する構成とすることにより、耐熱性、可撓性が優れ、軽くて作業性も優れた面状ヒータが得られることを見出し本発明に到達した。

すなわち本発明は、円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための面状ヒータであって、配管と接触する側から外側に向かって、ガラスクロス、ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体を保持したガラスクロス、及びスポンジ層の順に配置された構成を有し、配管と接触するガラスクロスが、金属線抵抗体を保持したガラスクロスよりも細かい網目を有することを特徴とする面状ヒータである。

本発明の面状ヒータは、金属線抵抗体がガラス繊維により被覆されているので優れた耐熱性を有している。また、配管と接触するガラスクロスは細かい網目構造を有するので、配管への熱伝導性が優れている。さらに、外側の断熱層はスポンジ層であり、接着剤等の硬化成分を使用することなく、全体にわたり縫糸により固定することができるので、極めて柔軟性があり、重量が軽いという特長を有する。そのため、本発明の面状ヒータは、軽くて作業性に優れ、継手、バルブ等の付属品を備えた配管、あるいは曲がりくねった配管が入組んだ狭い空間においても、配管への取付け、あるいは配管からの取外しを容易に行なうことができる。

本発明の面状ヒータは、円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための電気エネルギーを利用した面状ヒータに適用されるが、特に配管を比較的に高い温度（１５０℃〜４００℃）で効率よく加熱するための面状ヒータに好適に適用される。
以下、本発明の面状ヒータを、図１〜図３に基づいて説明するが、本発明がこれにより限定されるものではない。尚、図１は、本発明の面状ヒータの一例を示す一部切開の斜視図である。図２は、本発明の面状ヒータにおける金属線抵抗体とガラスクロスの配置関係の例を示す斜視図である。また、図３は、本発明の面状ヒータの一例を示す断面図である。

本発明の面状ヒータは、円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための面状ヒータであって、図１に示すように、配管と接触する側から外側に向かって、ガラスクロス１、ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体３を保持したガラスクロス２、及びスポンジ層４の順に配置された構成を有し、配管と接触するガラスクロス１が、金属線抵抗体を保持したガラスクロス２よりも細かい網目を有する面状ヒータである。

本発明の面状ヒータに用いられる発熱素子としては、ガラス繊維糸またはガラス繊維布に被覆された金属線抵抗体３が用いられる。金属線抵抗体は、比較的に網目が粗いガラスクロス２に所望の配線パターンに固定されるが、その固定方法は特に限定されることはない。固定方法としては、例えば、ガラス繊維等からなるミシン糸を用いてミシン掛けによりガラスクロス２に固定する方法等を挙げることができる。金属線抵抗体とガラスクロスとの配置関係は、通常は、図１、図２に示すように、網目が細かいガラスクロス１が配管と接する層になるようにされ、その外周側に網目が粗いガラスクロス２、さらにその外周側に金属線抵抗体３が配置される。

尚、図１、図２に示すガラスクロス１は１枚であるが、本発明の面状ヒータにおいては、これと同種類または別種類のガラスクロスをさらに1枚または２枚以上配置することができる。また、金属線抵抗体を保持するガラスクロスは、通常は網目が粗く通気性であり、配管と接するガラスクロスは、通常は網目が細かく非通気性とすることもできる。ガラスクロス１の厚みは、通常は０．０１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．５ｍｍであり、ガラスクロス２の厚みは、通常は０．１〜３．０ｍｍ、好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。厚みが下限未満の場合は強度が弱く、上限を超えると可撓性、柔軟性が失われる虞が生じる。

本発明の面状ヒータに用いられるスポンジ層４の構成材料としては、ガラス繊維ウール及び／または弾性発泡樹脂を用いることができる。しかし、配管側から外側に向かって、ガラス繊維ウール層、弾性発泡樹脂層の二層構造とすることが好ましい。弾性発泡樹脂としては、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂シリコーン樹脂、フェノール樹脂等の発泡樹脂を挙げることができるが、適度な可撓性、柔軟性があり、優れた断熱性、軽量性を有することから、メラミン樹脂またはシリコーン樹脂を使用することが好ましい。スポンジ層４の厚みは、通常は２〜１００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍである。また、密度は通常は０．００５〜０．２ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．００８〜０．０５ｇ／ｃｍ^３である。

本発明の面状ヒータは、例えば図２に示すように、金属線抵抗体が上になるように複数枚のガラスクロスを重ね合せ、さらに金属線抵抗体の上にスポンジ層を重ね合せた後、これらを円筒形となるように結合し固定することにより製作される。結合方法としては、ガラス繊維等の耐熱性糸からなる縫糸を用いて各層を縫い合せ固定する方法が好ましい。本発明の面状ヒータには、さらに図３に示すように、電極５及び電気コード６が取付けられる。また、必要に応じて外側表面に、バンド７及び止め具８を取付けて、面状ヒータの端部が互いに結合できるようにすることもできる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

［実施例１］
（面状ヒータの製作）
網目が粗いガラスクロス（網目：２ｍｍ×２ｍｍ、厚み：０．８ｍｍ）の表面に、ガラス繊維糸により被覆された金属線抵抗体を、ガラス繊維からなるミシン糸を用いてミシン掛けすることにより、図２に示すように蛇行状に縫付けて固定した。次に、非通気性のガラスクロス（厚み：０．２５ｍｍ）の上に前記の金属線抵抗体を保持したガラスクロスを積層し、さらにその上にガラス繊維ウール（厚み：１０ｍｍ）、メラミン発泡樹脂（厚み：１０ｍｍ）をこの順で積層した。

前記の積層体を治具により円筒形に変形し、ガラス繊維糸を用いて各層を周辺部において縫い合せ、結合させて固定するとともに、円筒形に設けた一部の切欠部に電極を挿入し、電気コードを取付けて配線した。また、外側表面にバンド及び止め具を取付けて、図３に示すような面状ヒータ（内径：６０ｍｍ、長さ：３００ｍｍ）を得た。尚、この面状ヒータのスポンジ層の密度は、０．０１ｇ／ｃｍ^３であった。得られた面状ヒータは、内部にも塊のような感触がなく、全体としてスポンジのように軽く優れた柔軟性があった。

（面状ヒータの評価）
以上のようにして得られた面状ヒータを、ステンレス製の円筒管（長さ：３００ｍｍ、外径：６０ｍｍ、厚み：３ｍｍ）の周囲に取付け、室温２０℃の試験室において、１００Ｖの交流電圧を通電し、円筒管の内側中央部の表面温度が２２０℃となるように温度調節しながら５０時間通電した。この間、面状ヒータは、強度不足等の不具合を発生することなく、効率よく均一にステンレス製の円筒管を加熱することができた。

［実施例２］
（面状ヒータの製作）
網目が粗いガラスクロス（網目：２ｍｍ×２ｍｍ、厚み：０．８ｍｍ）の表面に、ガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体を、ガラス繊維からなるミシン糸を用いてミシン掛けすることにより、図２に示すように蛇行状に縫付けて固定した。次に、２枚の非通気性のガラスクロス（厚み：各々０．２５ｍｍ）の上に前記の金属線抵抗体を保持したガラスクロスを積層し、さらにその上にシリコーン発泡樹脂（厚み：１５ｍｍ）をこの順で積層した。

前記の積層体を治具により円筒形に変形し、ガラス繊維糸を用いて各層を周辺部において縫い合せ、結合させて固定するとともに、円筒形に設けた一部の切欠部に電極を挿入し、電気コードを取付けて配線した。また、外側表面にバンド及び止め具を取付けて、図３に示すような面状ヒータ（内径：６０ｍｍ、長さ：３００ｍｍ）を得た。尚、この面状ヒータのスポンジ層の密度は、０．０１２ｇ／ｃｍ^３であった。得られた面状ヒータは、内部にも塊のような感触がなく、全体としてスポンジのように軽く優れた柔軟性があった。

（面状ヒータの評価）
以上のようにして得られた面状ヒータを、ステンレス製の円筒管（長さ：３００ｍｍ、外径：６０ｍｍ、厚み：３ｍｍ）の周囲に取付け、室温２０℃の試験室において、１００Ｖの交流電圧を通電し、円筒管の内側中央部の表面温度が１８０℃となるように温度調節しながら５０時間通電した。この間、面状ヒータは、強度不足等の不具合を発生することなく、効率よく均一にステンレス製の円筒管を加熱することができた。

以上のように、本発明の面状ヒータは、軽くて作業性に優れ、継手、バルブ等の付属品を備えた配管、あるいは曲がりくねった配管が入組んだ狭い空間においても、配管への取付け、あるいは配管からの取外しを容易に行なうことができる。

本発明の面状ヒータの一例を示す一部切開の斜視図 本発明の面状ヒータにおける金属線抵抗体とガラスクロスの配置関係の例を示す斜視図 本発明の面状ヒータの一例を示す断面図

１ ガラスクロス
２ 金属線抵抗体を保持したガラスクロス
３ 金属線抵抗体
４ スポンジ層
５ 電極
６ 電気コード
７ バンド
８ 止め具

Claims (5)

1. 円筒形または曲管形の形状を有する配管を加熱するための面状ヒータであって、配管と接触する側から外側に向かって、ガラスクロス、ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体を保持したガラスクロス、及びスポンジ層の順に配置された構成を有し、配管と接触するガラスクロスが、金属線抵抗体を保持したガラスクロスよりも細かい網目を有することを特徴とする面状ヒータ。
2. ガラス繊維糸またはガラス繊維布により被覆された金属線抵抗体が、縫糸によりガラスクロスに保持された請求項１に記載の面状ヒータ。
3. ガラスクロスからスポンジ層までの各層が、縫糸により結合された請求項１に記載の面状ヒータ。
4. スポンジ層は、配管側から外側に向かって、ガラス繊維ウール層及び弾性発泡樹脂層からなる請求項１に記載の面状ヒータ。
5. 弾性発泡樹脂が、メラミン発泡樹脂またはシリコーン発泡樹脂である請求項４に記載の面状ヒータ。

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