JP2020000201A - 液体蒸発用発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電力電源でも高温にすることが可能であり、放熱部の温度分布も均一にできる液体蒸発用発熱装置を提供する。【解決手段】発熱装置１は、円筒状の放熱体２と、放熱体２の軸方向の両端部に設けられた略リング状の電極３，４と、その間に接続された発熱体５と、電極３，４に接続された端子６，７と、これらの部材を覆うハウジング８とを備える。放熱体２は、アルミナ等の絶縁物で熱伝導性が高い素材を用いる。電極３は、ステンレス等の導電性の素材により形成される。端子６，７は、電極本体３ａ，４ａの外周面に取り付けられている。発熱体５は、ニクロム線であり、放熱体２の外面に密着するように螺旋状に形成される。また、発熱体５は、放熱体２の軸方向の下方領域で密に巻回されており、上方領域では粗に巻回されている。一方で、発熱体５は均一に巻回されていてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱蒸散装置の吸液芯等の被加熱物を加熱する液体蒸発用発熱装置に関する。

従来におけるこの種の発熱装置としては、金属製の放熱体と、発熱素子（ＰＴＣサーミスタ素子、或いはセメント抵抗等）を用いた発熱ユニットと、放熱体と発熱ユニットとの間に絶縁板を備え、発熱ユニットを発熱させて、絶縁板を介して放熱体を加熱することにより、放熱部から放熱を行うものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１の放熱体は、平面視でＤ字状となっている筒状体であり、平面部分が絶縁板を介して発熱ユニットで加熱されるようになっている。発熱ユニットは、扁平の円柱状に形成された発熱素子とその両面から電源を供給する一対の電極を有しており、発熱素子で発生した熱は、一方の電極を加熱し、当該電極と接触している絶縁板を加熱することにより、放熱体に伝えられる。

このような構成では、発熱素子で発生した熱が、電極及び絶縁板を介して放熱体に伝えられるので、放熱体に伝えられるまでに熱量の損失が発生する。また、従来の発熱装置においては、平面視でＤ字状となっている放熱体の平面部分に熱が伝えられ、そこから円弧状に延びる部分まで熱が伝えられるため、平面部分と円弧状部分とでは温度分布にばらつきが生じる。

さらに、最近では、家庭用の１００ボルト電源ではなく、低電圧電源等の低い電圧で発熱装置を作動させたいというニーズが高くなっている。しかしながら、従来からこの種の発熱装置の熱源に用いられているＰＴＣサーミスタ素子は、１００ボルト電源でなければ必要な熱量は得られない。また、他の発熱素子の場合であっても、上記熱損失がある構成では、低電圧電源のような電源では要求される温度を達成できないおそれがある。

また、従来の構成では、要求温度に昇温することが可能であっても、上記熱損失を補うために発熱ユニットで発生させる熱量を大きくすることが必要であり、消費電力が大きくなるという不都合がある。

特開２００８−３５７９７号公報

本発明は、上記不都合を解消するために、少ない消費電力でも要求される温度に昇温することが可能であり、放熱部の温度分布も均一にすることができる液体蒸発用発熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液体蒸発用発熱装置は、筒状の放熱体と、前記放熱体の軸方向の離れた位置に取り付けられる一対の電極と、一対の前記電極に接続され、前記放熱体の外面に密着する発熱体とを備えていることを特徴とする。

本発明の液体蒸発用発熱装置によれば、筒状の放熱体の外面に発熱体が密着して設けられているため、放熱体に発熱体からの発熱が直接伝達されるので、熱量の損失が少なく、少ない消費電力でも要求される温度に昇温することが可能となる。また、発熱体を放熱体に直接密着させるものであるため、従来のように絶縁体を介して発熱体を組み付けるものに比べて装置を小型化することができる。

また、本発明の液体蒸発用発熱装置において、前記放熱体は円筒状であり、前記発熱体は、前記放熱体の外周面に沿って螺旋状に密着していることが好ましい。当該構成によれば、円筒状の放熱体が螺旋状に密着した発熱体によって加熱されるので、従来のように放熱体の一部が加熱される場合に比べて、放熱体全体を均一に加熱することができる。

また、本発明の液体蒸発用発熱装置において、前記発熱体は、前記放熱体の軸方向における密度が粗となる部分と密となる部分が設けられていてもよい。当該構成によれば、放熱体の軸方向の温度分布を変更させることができるため、使用目的ごとに最適な放熱体の温度分布を実現させることができる。

また、本発明の液体蒸発用発熱装置において、前記電極は、筒状の前記放熱体の外面に当接する電極本体と、前記電極本体から前記放熱体の内方に突出し、前記放熱体の軸方向の端部に当接可能な内側鍔部を備えていることが好ましい。当該構成によれば、内側鍔部により一対の電極が放熱体に位置決めされるので、外部から衝撃が加わった場合であっても、電極の位置を確保することができる。

また、本発明の液体蒸発用発熱装置において、前記発熱体が線状の抵抗体で形成されていてもよく、前記放熱体の外面に固着された皮膜抵抗体で形成されていてもよい。発熱体が線状の抵抗体で形成されている場合は、例えば螺旋形状の巻数を変更することにより、容易に発熱量を調節することができる。また、発熱体が皮膜抵抗体で形成されている場合は、皮膜抵抗体を蒸着法やメッキ法などで形成することが可能であり、トリミングカット等により容易に発熱量を調節することができる。

第一の実施形態である液体蒸発用発熱装置の外観を示す説明図。 図１の液体蒸発用発熱装置の内部に設けられた発熱ユニットを示す説明図。 図２の発熱ユニットを分解した状態を示す説明図。 第二の実施形態の発熱ユニットを示す説明図。 第一の実施形態の発熱装置と従来品との液体の蒸発量を示すグラフ。 第一の実施形態の発熱装置と従来品の各時間における液体の蒸発量（ｇ）が同等となるように実験した際の蒸発量を示すグラフ。

次に、図１乃至図６を参照して、本発明の実施形態である液体蒸発用発熱装置１（以下「発熱装置１」とする。）について説明する。図１に示すように、第一の実施形態の発熱装置１は、加熱蒸散装置の吸液芯（図示省略。以下同じ。）を内部に挿入可能な装置であり、図示しない加熱蒸散装置の内部に取り付けられている。

図１〜図３に示すように、発熱装置１は、円筒状の放熱体２と、放熱体２の軸方向の両端部に設けられた略リング状の一対の電極３，４と、電極３及び４の間に接続された発熱体５と、電極３，４のそれぞれに接続された端子６，７と、これらの部材を覆うハウジング８とを備えている。発熱装置１において、図２に示すように、ハウジング８を除く放熱体２及び発熱体５等が発熱ユニット９である。

発熱ユニット９において、放熱体２は、アルミナ等の絶縁物で熱伝導性が高い素材を用いる。放熱体２の内径は、被加熱物である吸液芯の外径よりも一回りほど大径に形成されている。放熱体２の厚さは、熱伝導性と強度を勘案して決められている。なお、図１〜図４において符号Ａで示す方向は、放熱体２の軸方向を示している。

電極３，４は、ステンレス等の導電性の素材により形成されている。第一の実施形態では、筒状の電極本体３ａ，４ａと、放熱体２の内方に突出して軸方向の端面に当接可能な内側鍔部３ｂ，４ｂを備えている。電極３，４は、この内側鍔部３ｂ，４ｂにより放熱体２の軸方向の端部に当接し、放熱体２に対して位置決めされている。端子６，７は、電極本体３ａ，４ａの外周面に取り付けられている。

発熱体５は、第一の実施形態ではニクロム線を用いており、図２に示すように、放熱体２の外面に密着するように、放熱体２の外面に沿って螺旋状に形成されている。また、発熱体５は、図２に示すように、放熱体２の軸方向の下方領域で密に巻回されており、上方領域では粗に巻回されている。

このように、第一の実施形態では、発熱体５は放熱体２の軸方向における密度が異なる領域が設けられている。また、発熱体５の上方の端部５ａは電極３に接続され、下方の端部５ｂは電極４に接続される（図３参照）。

端子６，７は、同一形状に形成された金属製の部材を上下に反転させて用いている。端子６，７は、それぞれ弾性を有しており、電極３，４に押し付けられる形で接続されている。この端子６，７の電極３，４と反対側の端部は、ハウジング８から突出しており、加熱蒸散装置の電源供給配線（図示省略）が接続される。

ハウジング８は、合成樹脂により形成され、上下に分割可能に形成されている。このハウジング８は、上下に分割した状態で、発熱ユニット９を内部に収納し、分割した部品を組み合わせることで形成されている。また、ハウジング８には、突出した端子６，７の下方に位置しており、加熱蒸散装置の本体（図示省略）に固定するための固定部８ａが形成されている。

第一の実施形態の発熱装置１は、円筒状の放熱体２に、ニクロム線で形成された発熱体５が螺旋状に巻回され、発熱体５が放熱体２の外周面に密着している。放熱体２はアルミナにより形成されており、アルミナは熱伝導率が高いので、発熱体５によって発生した熱が放熱体２に直接伝わり、放熱体２の内周面が効率よく昇温される。従って、端子６，７に供給される電源が、例えば５ボルト程度の低電圧電源から供給される電源であっても、放熱体２を必要な温度にまで昇温させることができる。

第一の実施形態においては、発熱体５は放熱体２の外周面に螺旋状に巻回されているため、放熱体２の軸方向から見た状態で、放熱体２が均一に加熱される。これは、従来のように、放熱体の一部に熱が加えられる構成に比べて、被加熱体をムラなく加熱することができる。

また、第一の実施形態では、発熱体５について、放熱体２の上方が粗となり、下方が密となるように巻回されている。このため、発熱体５の下方部分が高温となり、放熱体２の上方部分は下方部分よりも低温となる。

この場合、粗の部分と密の部分の差が大きいほど温度分布に差が生じる。一方で、その部分と密の部分の差が小さいほど温度分布が均一な状態となる。従って、発熱装置１の使用目的に応じて、発熱体５の温度分布を均一なものとしてもよく、差があるものとしてもよい。

また、発熱体５は放熱体２に対して密着して設けられているが、発熱体５の外方（放熱体２とは反対側）は、ハウジング８との間に間隔が設けられている。このハウジング８の内周面と発熱体５との間には空気層が存在するため、発熱体５からの発熱は、ハウジング８側には伝わりにくくなっている。

ここで、第一の実施形態の発熱装置１、及び特許文献１に記載の構成を有する従来の発熱装置（以下「従来品」）について、液体を蒸発させた際の蒸発量の比較を行った結果を次に示す。当該実験では、両発熱装置について発熱体５の温度が同じ温度となるように電源を調節した。また、液体が充填された容器から突出する吸液芯を、放熱体２及び従来品の放熱体の内部に配置した。

発熱装置１は、５ボルト程度の電源を用いて、発熱体５を通常の商用電源を使用した従来品と同程度の温度に発熱させることができる。実際に、発熱装置１及び従来品を作動させて、円筒状の発熱体５及び従来品の発熱体の上端の中心部の温度を測定したところ、発熱装置１の方が従来品よりも温度が高いという結果を得た。

また、放熱体２及び発熱体５、及び従来品をサーモグラフィにて確認したところ、本実施形態の発熱装置１は、放熱体２及び発熱体５が円周方向に均一に熱せられているのに対し、従来品は、発熱ユニットに近い放熱体と、発熱ユニットから離れた部分の放熱体とは、大きく温度が異なっており、温度分布にばらつきがあることが確認された。

また、両者を同じ発熱温度となるように通電した状態で、容器内の液体の蒸発量を測定した結果を図５のグラフに示す。図５において、縦軸は液体の蒸発量（ｇ）であり、横軸は時間（ｈ）である。図５においては、黒い丸点が本実施形態の発熱装置１の蒸発量であり、黒い四角の点が従来品の蒸発量である。図５に示すように、本実施形態の発熱装置１は、従来品に比べて約１．８倍の量の液体を蒸発させることが可能であることが明らかとなった。

一方で、図６に示すように、各時間における液体の蒸発量（ｇ）が同等となるように発熱装置１に供給される電力を低減させた。即ち、本実施形態の発熱装置１では、低い消費電力で従来品と同等の液体の蒸発量を得ることができる。これにより、発熱装置１自身が発する熱による劣化を低減させることができる。

このように、本実施形態の発熱装置１は、低電圧電源で低い消費電力であっても、従来品と同等の温度にすることができるため、低い消費電力で従来品と同等の液体を蒸発させることができる。

このため、本実施形態の発熱装置１を加熱蒸散装置の発熱装置として用いた場合は、低電圧電源があるところであれば使用が可能となり、例えば、スマートフォン用のモバイルバッテリや、パーソナルコンピュータの電源端子等を用いることも可能となる。

次に、本発明の第二の実施形態である発熱装置１１について、図４を参照して説明する。第二の実施形態である発熱装置１１は、図４に示すように、発熱体１２が第一の実施形態の発熱体５と異なっている。第二の実施形態の発熱装置１１においては、その他の構成は上記第一の実施形態の発熱装置１と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、図４においては、ハウジング８の図示を省略している。

第二の実施形態の発熱体１２は、皮膜状の皮膜抵抗体により形成されており、放熱体２の外周面に抵抗体の皮膜を生成し、その皮膜をトリミングすることにより螺旋状の発熱体１２としている。

発熱体１２は、素材は無電解めっきにより着膜したニッケル−リン合金皮膜やスパッタリングにより着膜したニクロム系皮膜を用いており、放熱体２の表面に厚さが１μｍの状態で固着されている。また、発熱体１２の上下端部は、電極３，４にそれぞれ接続されている。第二の実施形態の発熱装置１１も、実験を行った結果、第一の実施形態の発熱装置１と同様の実験結果が得られた。

本実施形態の発熱装置１，１１は、上記構成であるので、加熱蒸散装置に用いることができる他、芳香剤を発散させるアロマテラピー用の発熱装置、或いは、蒸散用薬剤を発散させる薬剤散布用発熱装置として用いることができる。

なお、第一の実施形態の発熱装置１及び第二の実施形態の発熱装置１１においては、発熱体５，１２を螺旋状に形成しているが、発熱体５，１２の形状はこれに限らず、任意の形状とすることができる。例えば、発熱体５，１２を放熱体２の軸方向を振幅方向、放熱体２の周方向を波長の方向とする波形状にすることも可能である。

また、第一の実施形態においては、線状の発熱体５の材質や外径、或いは断面形状を任意に変更することにより、発熱量の調節を行うことができる。また、第二の実施形態の発熱体１２の場合、放熱体２の表面全体に抵抗体を固着して不要な部分をエッチングすることにより発熱体１２とすることができる。このため、発熱体１２について、使用の用途に応じて幾何学形状等の任意の形状とすることができ、発熱量の調節を行うことができる。

また、上記実施形態において、放熱体２はアルミナを素材として用いているが、その他、窒化アルミニウム等の絶縁性を有する熱伝導性の高い素材を用いてもよい。また、発熱体５，１２と放熱体２との間が絶縁されていれば、放熱体２を絶縁体とする必要はない。

また、上記実施形態においては、放熱体２は円筒状のものを用いているが、平面視が四角形の角筒状、或いは平面視が他の多角形の筒状の部材を用いてもよい。この場合、電極３は放熱体２の端部の形状に合わせた形状とすることができる。

また、上記実施形態においては、電極３，４は、放熱体２の軸方向の端部に設けられているが、これに限らず、３ｂ，４ｂを形成せずに、軸方向に扁平の筒状の電極とし、放熱体２の軸方向の任意の位置に固定してもよい。

１…発熱装置、１…液体蒸発用発熱装置、２…放熱体、３…電極、３ａ…電極本体、３ｂ…内側鍔部、４…電極、４ａ…電極本体、４ｂ…内側鍔部、５…発熱体、６…端子、６…発熱体、７…端子、８…ハウジング、８ａ…固定部、９…発熱ユニット、１１…発熱装置、１２…発熱体。

Claims (6)

1. 筒状の放熱体と、
   前記放熱体の軸方向の離れた位置に取り付けられる一対の電極と、
   一対の前記電極に接続され、前記放熱体の外面に密着する発熱体とを備えていることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。
2. 請求項１に記載の液体蒸発用発熱装置であって、
   前記放熱体は円筒状であり、
   前記発熱体は、前記放熱体の外周面に沿って螺旋状に密着していることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。
3. 請求項１又は２に記載の液体蒸発用発熱装置であって、
   前記発熱体は、前記放熱体の軸方向における密度が粗となる部分と密となる部分が設けられていることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体蒸発用発熱装置であって、
   前記電極は、筒状の前記放熱体の外面に当接する電極本体と、前記電極本体から前記放熱体の内方に突出し、前記放熱体の軸方向の端部に当接可能な内側鍔部を備えていることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体蒸発用発熱装置であって、
   前記発熱体は、線状の抵抗体で形成されていることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体蒸発用発熱装置であって、
   前記発熱体は、前記放熱体の外面に固着された皮膜抵抗体で形成されていることを特徴とする液体蒸発用発熱装置。

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