JP2020074316A - 発熱装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を維持できる発熱装置を提供する。【解決手段】発熱装置は、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、混合状態のケイ素粉体及び炭素粉体から成る発熱体とを備えて構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧を印加することで発熱する発熱装置に関し、特に、省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を持続できる発熱装置及びその製造方法に関する。

発熱装置は、電気ポットから、オイルヒーターやセラミックヒーター等の各種ヒーターまで、幅広く利用されており、生活に欠かせない重要なものとなっている。

その一方で、発熱装置は、例えば、電気ポットのように、湯を沸騰させるには熱源が数百ワットから１キロワットの電力が必要であり、さらに保温状態を維持するためにも、継続的な電力が必要となる。また、例えば、オイルヒーターのように、筐体が大きいことから使い勝手が容易ではなく、消費電力も高いものもあり、頻繁には使い難いという欠点もある。

このようなことから、省電力で短時間で温度を上昇させることができる発熱装置が切望されている。

例えば、従来の発熱装置としては、複数のガラス管と、 当該ガラス管の周囲に設けられた抵抗体と、当該抵抗体に電気を流すことで当該抵抗体が発熱し、 当該ガラス管内に導入するために、当該抵抗体の熱を利用して水を加熱し水蒸気を生成する水蒸気生成部と、を含む加熱装置がある（特許文献１参照）。

また、例えば、従来の発熱装置としては、あくまで流体の温度を上昇させる目的のフィルターではあるが、シリコンおよび炭化ケイ素を含有しており、 マイクロ波によって加熱されて用いられる流体昇温用フィルターがある（特許文献２参照）。

特開２０１５−２２２６４８号公報 特開２０１１−２３６０７０号公報

従来の発熱装置は、上記特許文献１のように、電気を流すことで発熱した抵抗体の熱を利用して、水を加熱し水蒸気を生成するものもあるが、抵抗体の熱が水蒸気に一旦変換されることから、当該変換に伴って熱エネルギーの損失が生じており、発生したエネルギー全体に対して、実際に利用可能な熱エネルギーの量は低いものとなり、効率性が低いものにとどまっている。

また、従来の発熱装置は、上記特許文献２のように、マイクロ波等で加熱して用いられるフィルターもあるが、前提としての加熱を行うために、高エネルギーが要求されるものであり、そのためエネルギーの効率性は低いものにとどまるものである。また、流体を温度上昇させる用途に限定されたフィルターであるため、各種用途に利用できるという点では汎用性に乏しいものとなっている。

このように、従来の発熱装置では、得られた熱エネルギーの一部を他の状態変化に利用するものや、熱エネルギーを発生させるために高エネルギーを加えるものにとどまっており、エネルギー効率が低いものにとどまっており、十分に省電力化されたものには至っていない。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を維持できる発熱装置を提供する。

本発明者は、鋭意研究の結果、ある種の粉体を混合した状態で電圧を印加したところ、短時間で温度上昇が引き起こされ、さらに一定時間後には温度が一定に維持されるというこれまでに無い発熱特性が得られ、この発熱特性を利用して、省電力で発熱が行えると共に、コンパクトな構成によって持ち運びも可能となる新しいタイプの発熱装置を見出した。

即ち、本願に開示する発熱装置は、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、混合状態のケイ素粉体及び炭素粉体から成る発熱体とを備えるものである。

このように、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、混合状態のケイ素粉体及び炭素粉体から成る発熱体とを備えることから、対向電極に電圧が印加されることによって、導電性を有する炭素粉体に電流が伝播し、当該電流の伝播によって、混合状態で共存しているケイ素粉体が炭素粉体と共に熱を持つこととなって発熱体が発熱することとなり、簡素な構成によって省電力で発熱を行うことができ、また保温状態の維持にも最適な熱源として利用することができる。

また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記容器が、少なくとも内部が電気的に絶縁処理された熱伝導材から形成されるものである。このように、前記容器が、少なくとも内部が電気的に絶縁処理された熱伝導材から形成されることから、熱伝導性を有する前記容器から形成されると共に、前記容器の内部が電気的に絶縁され、前記容器の内部の耐熱性も同時に高められることとなり、発熱体からの発熱に対しても頑丈で持ち運びも容易な発熱装置が実現される。

また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記各対向電極の非対向面側の近傍に弾性体を備えるものである。このように、前記各対向電極の非対向面側の近傍に弾性体を備えることから、前記発熱体による発熱によって前記容器の内部の体積が膨張した場合にも、弾性体がその膨張を吸収する吸収体として作用することとなり、前記容器の耐久性が高められることとなり、発熱体からの発熱に対してもさらに頑丈で持ち運びも容易な発熱装置が実現される。

また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記容器が、弾性体から構成されるものである。このように、前記容器が、弾性体から構成されることから、前記発熱体による発熱によって前記容器の内部の体積が膨張した場合にも、前記容器自体がその膨張を吸収する吸収体として作用することとなり、前記容器の内部の耐熱性が高められることとなり、発熱体からの発熱に対してもさらに頑丈で持ち運びも容易な発熱装置が実現される。

また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記ケイ素粉体及び前記炭素粉体が、各々、５〜１５０μｍの粒径を有するものである。このように、前記ケイ素粉体及び前記炭素粉体が、各々、５〜１５０μｍの粒径を有することから、前記対向電極間により電流が導通し易い粉体の混合状態が形成されることとなり、より熱変換効率を向上させることができる。

また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記発熱体が、焼却灰を含むものである。このように、前記発熱体が焼却灰を含むことから、通電（導電）により前記炭素粉体が膨張したとしても、前記ケイ素粉体と前記炭素粉体との接続関係が均一化されることとなり、前記発熱体全体での導電率を一定に維持することができる。さらに、この焼却灰により、前記ケイ素粉体と前記炭素粉体との離散状態が均質化されることにもなり、通電（導電）により前記炭素粉体が膨張したとしても、前記発熱体において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができる。

本願に開示する発熱装置の製造方法は、前記ケイ素粉体及び炭素粉体を混合し、前記発熱体を得るものである。このように、前記発熱体が、これらの粉体を混合することのみによって形成されることから、優れた熱源を低コストで製造することができる。

本願に開示する発熱装置の製造方法は、必要に応じて、前記ケイ素粉体及び炭素粉体を攪拌及び／又は振動により混合するものである。このように、これらの粉体を攪拌及び／又は振動により混合することから、より高い分散状態で混合状態が形成されることとなり、簡易な方法で優れた熱源を製造することができる。

本願に開示する発熱装置の製造方法は、必要に応じて、前記ケイ素粉体及び炭素粉体の粒度、粒径、及び／又は配合比に基づいて、前記発熱体の発熱量を制御するものである。このように、前記ケイ素粉体及び炭素粉体の粒度、粒径、及び／又は配合比に基づいて、前記発熱体の発熱量を制御することから、用途に応じて、所望とする発熱量を有する前記発熱体が簡易に得られることとなり、用途に応じた発熱特性を有する優れた熱源を、簡素な構成によって低コストで製造することができる。

本願の第１の実施形態に係る発熱装置の断面図による構成図を示す。 本願の第２の実施形態に係る発熱装置の断面図による構成図を示す。 本願の第３の実施形態に係る発熱装置の断面図による構成図を示す。 本願の第４の実施形態に係る発熱装置の斜視図による構成図を示す。 本願の第５の実施形態に係る発熱装置の斜視図による構成図を示す。 本願の第６の実施形態に係る発熱装置の斜視図による構成図を示す。 本願の第６の実施形態に係る発熱装置の形状例を示す斜視図による構成図を示す。 本願のその他の実施形態に係る発熱装置の構成例を示す斜視図による構成図を示す。 実施例１に係る発熱装置を３０分間電圧印加した結果を示す。 実施例１に係る発熱装置を３０分間電圧印加した結果を示す。

（第１の実施形態）
本願の第１の実施形態に係る発熱装置を、図１の構成図に従い説明する。

第１の実施形態に係る発熱装置は、図１（ａ）に示すように、内部が電気的に絶縁された中空体の容器１と、この容器１内に収納され、隔離して対向する第一電極２ａ及び第二電極２ｂから成る一対の対向電極２と、この容器１内の対向電極２間に収納され、混合状態のケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂから成る発熱体３とを備える構成である。

容器１の材質は、内部が電気的に絶縁されたものであれば、金属であっても、非金属であっても、特に限定されないが、好ましくは、図１（ｂ）に示すように、少なくとも容器１の内部（内側面）が電気的に絶縁処理された内側絶縁部１ａによって表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることである。

熱伝導材１ｂとしては、金属であっても、非金属であっても、熱伝導性を有するものであれば特に限定されず、好ましくは、アルミニウムや銅、セラミックスである。

内側絶縁部１ａは、絶縁性を有していれば特に限定されず、一例としては、アルマイト処理によるコーティングを用いることができるが、この他にも、セラミックスを用いることも可能である。熱伝導材１ｂとしては、アルミニウムや銅等の熱伝導性を有する金属を用いることができるが、この他にも、セラミックスを用いることも可能である。

例えば、熱伝導材１ｂにアルミニウムを用いる場合には、内側絶縁部１ａとしてアルミニウムと親和性の高いアルマイト処理によるコーティングを用いることが好ましく、この場合には、アルミニウムにより軽量化が実現されると共に、アルミニウムの表面に対してアルマイト処理を施すのみで形成されることとなり、製造や取り扱いが容易となる。また、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、内側絶縁部１ａとしてもセラミックスをそのまま用いることができ、簡素な構成によって製造や取り扱いが容易となる。

さらに、容器１の材質は、図１（ｂ）に示すように、この容器１の外面（外側面）においても電気的に絶縁処理された外側絶縁部１ｃによって表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることが好ましい。外側絶縁部１ｃについても、内側絶縁部１ａと同様に、例えば、熱伝導材１ｂにアルミニウムを用いる場合には、アルマイト処理によるコーティングを用いることが好ましい。また、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、外側絶縁部１ｃについても、セラミックスをそのまま用いることができ、製造や取り扱いが容易となると共に、その温度保持能力の高さから蓄熱性も高めることができ、さらに省電力でヒーターによって生成された高温状態を長時間にわたって維持することが可能となる。

このように、この容器１の外面においても電気的に絶縁処理された外側絶縁部１ｃによって、この容器１の外部に対して、絶縁性及び耐熱性が同時に高められることとなり、外部の温度変化の影響を抑制した発熱を行うことができる。この容器１の外面における絶縁性によって、例えば、水などの液体を直接加熱することも容易に可能となり、この応用として、作動液との接触によって生じる熱の移動を利用したヒートパイプとしての利用も可能となる。

なお、容器１の材質は、上記のｃ及び外側絶縁部１ｃで被覆された熱伝導材１ｂに限定されず、例えば、図１（ｃ）に示すように、内部にのみ電気的に絶縁処理された内側絶縁部１ａで表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることも、高い絶縁性及び耐熱性を奏するという点から十分に好ましい態様となる。

また、例えば、この熱伝導材１ｂとしてアルミニウムを用いて、この内側絶縁部１ａとしてアルマイト処理によるコーティングを用いた場合には、この容器１が、少なくとも内部がアルマイト処理されたアルミニウムから形成されることから、アルマイト処理されたアルミニウムによって、軽量な金属であるアルミニウムで容器１が形成されると共に、この容器１の内部が電気的に絶縁され、この容器１の内部の耐熱性も同時に高められることとなり、内部の発熱体からの発熱による温度上昇対しても、頑丈で持ち運びも容易なものとなる。また、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、内側絶縁部１ａとしてもセラミックスをそのまま用いることができ、簡素な構成によって製造や取り扱いが容易となる。

なお、容器１の材質は、上記に限定されるものではなく、例えば、プラスチックやガラス等の樹脂材を用いることも可能である。

対向電極２を構成する第一電極２ａ及び第二電極２ｂの形状については、特に限定されず、線状でも、平面状でも可能であるが、平面状とすることがより好ましい。平面状とすることによって、各種の用途に応じてその面積を変更することによって、所望とする温度上昇スピードが得られるように自在に制御することができる。

また、印加電圧は、交流でも直流でも利用することが可能である。そのため、小型の乾電池からの電源供給や、ＡＣ電源コンセントからの大容量の電源供給等、電源設計が自在に行えることとなり、目的に応じて、省スペース化させることや大規模化させることも、柔軟に設計することが可能となる。

発熱体３は、図１（ｄ）に示すように、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが互いに混ざり合った混合状態として形成される。この混合状態については、粉体の混合の程度は特に限定されないが、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、偏りなく分散化されていればよく、均一に粉体が混合した状態であることがより好ましい。この混合状態を形成する方法は特に限定されないが、例えば、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを、攪拌させることや振動させることによって形成することができる。

原料となるケイ素粉体３ａについては、特に限定されないが、半導体製造の際に副次的に大量に排出されて廃棄されている再生シリコンを原料とすることが可能であり、資源を有効に再利用することができる。そのような点から、ケイ素粉体３ａには、その他の成分として、炭化ケイ素の粉体が含まれていてもよい。

また、炭素粉体３ｂについては、特に限定されないが、二次電池等の電池製造の際に副次的に大量に排出されて廃棄されている炭素（例えば、カーボンブラック等）を原料とすることが好ましく、資源の再利用による有効活用によって、製造コストが抑制されることのみならず、環境負荷も抑制できるという優れた利点がある。

第１の実施形態に係る発熱装置の製造方法としては、これらケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを混合し、発熱体３を得るものである。このように、発熱体３が、これらの粉体を混合することのみによって形成されることから、優れた熱源を簡素な構成によって低コストで製造することができる。

また、この発熱装置の製造方法としては、これらケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを攪拌及び／又は振動により混合することが可能である。攪拌には、例えば攪拌機を用いることができ、振動には、例えば超音波振動機を用いることが可能である。このように、これらの粉体を攪拌及び／又は振動により混合することから、より高い分散状態で混合状態が形成されることとなり、簡易な方法で優れた熱源を製造することができる。

また、この発熱装置の製造方法として、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒度、粒径、及び／又は配合比に基づいて、発熱体３の発熱量を制御することも可能である。

これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径については、特に限定されないが、各々、５〜１５０μｍの粒径を有することが好ましい。このように、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、各々、５〜１５０μｍの粒径を有することによって、対向電極２間に、より電流が導通し易い粉体の混合状態が形成され易くなることとなり、より安定的に熱変換効率を向上させることができる。

また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径については、特に限定されるものではないが、より好ましくは、発熱体３全体として発熱を引き起こすのに適度な抵抗値が得られ易いという点から、３０〜１００μｍ程度の粒径である。この適度な抵抗値としては、７〜１０Ωが好ましく、より好ましくは、８Ωである。この抵抗値は電源装置側から測定された場合の抵抗値であることから、電源設計が容易なものとなる。また、電源の制御はCCではなくCV：電圧制御で可能なため専用電源でなく一般的な安価な電源装置で駆動することができる。市販されている乾電池を電源に用いた場合であっても、安定した発熱が行える。

また、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径制御によって、発熱量の制御が可能となる。例えば、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを粒径を小さいものを用いることで、抵抗値が低減され、発熱量を上げることができ、また、これらの粒径を大きいものを用いることで、抵抗値が増大し、発熱量を抑制するという制御が可能となる。

また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒度については、特に限定されないが、粒度を均一化させることによって、導電性を高めることができ、粒度を不均一化させることによって、抵抗値（発熱量）を高めることが可能となる。

また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの配合比を調整することによって、発熱特性を制御することも可能である。例えば、ケイ素粉体３ａの割合を高めた場合には、発熱し易い成分であり絶縁性の成分の割合が高まり易いという点から、発熱量を高めることができ、炭素粉体３ｂの割合を高めた場合には、電気伝導成分の割合が高まりやすいという点から、より発熱量を抑制するという制御が可能となる。

このように、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒度、粒径、及び／又は配合比に基づいて、発熱体３の発熱量を制御できることから、用途に応じた発熱特性を有する優れた熱源が簡易に得られることとなり、電源設計が自在に行えると共に低コストでこの発熱装置を製造することができる。

また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂのｐＨ値については、特に限定されないが、中性領域近傍であることが好ましいが、これに限定されず、酸性領域でもアルカリ性領域でも可能である。

第１の実施形態に係る発熱装置の形状は、特に限定されないが、図１（ｅ）に示すように、取り扱いの容易さから、筒状体であることが好ましいが、この他にも、立方体や直方体など、中空体であれば、特に限定されない。さらに、例えば、内部が中空状態である屈曲形状（例えば、Ｓ字形状、Ｕ字形状等）や、球形状や楕円形状とすることも可能である。

このような構成によって、本実施形態に係る発熱装置は、省電力であっても熱源の立ち上がりスピードが速く、所望とする温度設定も容易となる。さらに、例えば、深夜電力等の余剰電力を活用して、長時間の保温に利用することも可能となる。また、本実施形態に係る発熱装置は、３（１０）ワット程度の小さい電力でも十分に発熱するという優れた発熱性能を発揮することが確認されている（後述の実施例参照）。

このようなことから、本実施形態に係る発熱装置は、太陽光発電や風力発電や小水力発電などの自然エネルギーの弱い電力であっても活用することが可能となり、商用電力が無い条件下やそのような地域であっても、問題なく発熱用途に利用することができるという優れた効果を奏する。

このように本実施形態に係る発熱装置が優れた効果を奏する詳細なメカニズムは詳細には解明されていないが、発熱体３を構成するケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、混合状態として形成されることによって、対向電極２に電圧が印加された際に、導電性を有する炭素粉体３ｂに電流が伝播し、この電流の伝播によって、混合状態で共存しているケイ素粉体３ａが熱を発するように作用することとなり、また、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂとの粉体間が高い集積度で狭い領域で押し合うことも相俟って、原子レベルで発熱体が発熱しているものと推察される。また、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが互いに接触し合う混合状態であることから、各粉体に電圧が印加されることによって、各粉体の電気的な配向状態が電気の流れ易くなる状態に整列されて、電流の導通によって、主に絶縁性を有するケイ素粉体３ａから熱が発生し易い状況が形成されていることも推察される。

このように、本実施形態に係る発熱装置は、簡素な構成によって省電力で発熱を行うことができ、また保温状態の維持にも最適な熱源として利用することができ、また、例えば、寒冷地等の積雪時に融雪処理に利用することも可能である。

（第２の実施形態）
本願の第２の実施形態に係る発熱装置を、図２の構成図に従い説明する。

第２の実施形態に係る発熱装置は、上述の第１の実施形態に係る発熱装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３とを備え、さらに、図２（ａ）に示すように、前記各対向電極（第一電極２ａ及び第二電極２ｂ）の非対向面側の近傍に、各々、弾性体４（第一弾性体４ａ及び第二弾性体４ｂ）を備える構成である。

この弾性体４は、特に限定されないが、例えば、耐熱のゴムやテフロンやセラミック等を用いることができる。

この弾性体４は、図２（ｂ）に示すように、容器１内部の発熱体が発熱して熱膨張した際に、緩衝材として、その形状が変化して膨張を吸収することとなり、発熱体の発熱による容器１の損傷を抑制することができる。即ち、各対向電極２の非対向面側の近傍に弾性体４を備えることから、この発熱体３による発熱によって容器１の内部の体積が膨張した場合にも、弾性体がその膨張を吸収する吸収体として作用することとなり、この容器１の内部の耐久性が高められることとなり、発熱体３からの発熱に対してもさらに頑丈で持ち運びも容易な発熱装置が実現される。

（第３の実施形態）
本願の第３の実施形態に係る発熱装置を、図３の構成図に従い説明する。

第３の実施形態に係る発熱装置は、上述の第１の実施形態に係る発熱装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３とを備え、図３（ａ）に示すように、前記容器１が、弾性体から構成されるものである。

この容器１を構成する弾性体は、特に限定されないが、例えば、前記ゴムやセラミック等を用いることができる。

この弾性体から構成される容器１は、図３（ｂ）に示すように、容器１内部の発熱体３が発熱して熱膨張した際に、緩衝材としても機能し、熱膨張を受けて形状が変化し、膨張を吸収することとなり、発熱体３の発熱による熱膨張から容器１の損傷を抑制することができる。即ち、この容器１が弾性体から構成されることから、この発熱体３による発熱によってこの容器１の内部の体積が膨張した場合にも、弾性体の作用で容器１がその膨張を吸収する吸収体としても機能することとなり、この容器１の耐久性が高められることとなり、発熱体３からの発熱に対してもさらに頑丈で持ち運びも容易な発熱装置が実現される。

（第４の実施形態）
本願の第４の実施形態に係る発熱装置を、図４の構成図に従い説明する。

第４の実施形態に係る発熱装置は、上述の第２の実施形態に係る発熱装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３、前記第一弾性体４ａ及び前記第二弾性体４ｂから成る前記弾性体４とを備え、さらに、図４に示すように、スティック状の発熱装置として構成されるものである。

このように、本実施形態に係る発熱装置は、構造がシンプルな上に、必要となる部品点数も少なく構成されることから、装置的にも動作が安定化されることとなり、低コストで且つ持ち運びも自在な発熱装置が得られる。この形状によって、例えば、小型のボタン電池を電源として利用することによってコンパクトな構成が実現され、このコンパクトな構成によって、例えば、ロボットの掌部位の内部に搭載することによって、ロボットの掌の外部表面を人肌程度の程良い温度（例えば、４０℃〜５０℃程度）に加温することができ、握手した際にあたかも人肌のような温かい感覚が得られるひと肌ロボットの実現も可能となる。

（第５の実施形態）
本願の第５の実施形態に係る発熱装置を、図５の構成図に従い説明する。

第５の実施形態に係る発熱装置は、上述の第４の実施形態に係る発熱装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３と、前記第一弾性体４ａ及び前記第二弾性体４ｂから成る前記弾性体４とを備え、さらに、図５に示すように、この発熱装置がスティック状として複数形成され、これら複数の発熱装置を収納する収納容器１００から構成されるものである。収納容器１００は、特に限定されないが、プラスチック等の絶縁体を用いることができる。

このように、本実施形態に係る発熱装置は、複数のスティック状の発熱装置を収納する収納容器１００から構成されることから、収納容器１００内部で重畳的な発熱が奏されるものとなり、効率的な発熱が長時間に亘って維持され、よりスケールアップした発熱装置として利用することができる。例えば、内部に熱媒体としてのオイルを導入することで、例えば、１５００Ｗ程度のオイルヒーターとしての応用も可能となる。また、収納容器１００内部に作動液を導入することによって、ヒートパイプとしての利用も可能となる。

（第６の実施形態）
本願の第６の実施形態に係る発熱装置を、図６及び図７の構成図に従い説明する。

第６の実施形態に係る発熱装置は、上述の第５の実施形態に係る発熱装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３と、前記第一弾性体４ａ及び前記第二弾性体４ｂから成る前記弾性体４とを備え、さらに、図６に示すように、この収納容器１００を複数格納し、流体を導入する導入口２０１から、流体を排出する排出口２０２まで、流体を流通させる格納容器２００から構成されるものである。流体は気体でも液体でも可能である。なお、発熱装置の形状は、中空体であれば特に制限されず、例えば、図６（ａ）に示すように、筒状体とすることもでき、また、図６（ｂ）に示すように、直方体とすることもでき、用途に応じて所望とする形状で自由に装置設計を行うことが可能である。

このように、本実施形態に係る発熱装置は、格納容器２００の内部の発熱装置に流体が接触して流通されることから、この流体が安定的に加熱されることとなり、安定的な流体の温度上昇が長時間に亘って維持され、流体を併用したより多目的な発熱装置として利用することができる。即ち、簡素な構成の湯沸かし器や浴槽用やキッチン用の温水器としての応用も可能となる。

なお、発熱装置の形状は、中空体であれば、上記の各実施形態で例示したような筒状体に限定されるものではない。そのような種々の形状の一例としては、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｕ字形状、Ｓ字形状、円形状等の屈曲形状、図７（ｄ）〜（ｅ）に示すように、ボタン電池形の円柱形状や箱型形状、さらに、図７（ｆ）に示すように、球体形状とすることも可能である。このように、発熱装置の形状及びサイズは、自在に設計可能であることから、種々の用途において所望とする形状及びサイズで利用することによって、広範な分野の発熱用途に適用することができる。

このように、本実施形態に係る発熱装置は、格納容器２００の内部の発熱装置に流体が接触して流通されることから、この流体が安定的に加熱されることとなり、安定的な流体の温度上昇が長時間に亘って維持され、流体を併用したより多目的な発熱装置として利用することができる。即ち、簡素な構成の湯沸かし器や浴槽用やキッチン用の温水器としての応用も可能となる。

（その他の実施形態）
なお、上述の各実施形態に係る発熱装置においては、前記発熱体３は、構成物質として、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂを含んだものであるが、その他の構成物質については、特に限定されず、目的や用途に応じて各種の物質を混合させることができる。

この発熱体３に含まれるその他の構成物質としては、好ましくは、粒径など特に限定されないが粉体状のものが好ましく、より好ましくは、焼却灰を含むことである。焼却灰としては、製鉄所や火力発電所で副次的に大量に排出される焼却灰を用いることができ、より好適にはフライアッシュを用いることであり、この他にも、高炉スラグ粉末、シリカフュームなどを用いることもできる。焼却灰の粒径については、特に限定されるものではないが、好適には３０〜７０μｍ程度の粒径が好ましい。

この発熱体３中では、混合状態で含まれる炭素粉体３ｂが、図８（ａ）に示すように、発熱時間の経過に伴って通電により膨張し、炭素粉体３ｂ間の接触面ａが増大するが、炭素粉体３ｂが導電性を有することから、この接触面ａの増大によって、この発熱体３中での導電性が高まると共に抵抗成分が低下することとなり、経時的には発熱性が緩やかではあるがやや低下する傾向になる。

これに対して、図８（ｂ）に示すように、この発熱体３中に焼却灰５が含まれる場合には、混合状態で含まれる炭素粉体３ｂが、発熱時間の経過に伴って通電により膨張した際に、この焼却灰５が含まれることによって、炭素粉体３ｂ間に形成される接触面ａの増大が抑制され、この発熱体３中での導電性が抑制されると共に抵抗成分の低下が抑制されることとなり、経時的にも高い発熱性を維持することができる。

即ち、この発熱体３中に焼却灰５が含まれない場合には、図８（ｃ）に示すように、この発熱体３中には、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとが混合された状態で、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張し、各炭素粉体３ｂ間の接触面ａが各々増大して、経時的には発熱性が緩やかではあるがやや低下する傾向になる。これに対して、この発熱体３中に焼却灰５が含まれる場合には、図８（ｄ）に示すように、この発熱体３では、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、各炭素粉体３ｂ間の各接触面ａの増大が抑えられ、経時的に高い発熱性を維持することができる。

このように、図８（ｅ）に示すように、この発熱体３中に焼却灰５が含まれることにより、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとの接続関係が均一化されることとなり、この発熱体３全体での導電率を一定に維持することができる。さらに、この焼却灰５により、ケイ素粉体３ａと、炭素粉体３ｂとの離散状態が均質化されることにもなり、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、この発熱体３において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができる。

本発明の特徴を更に明らかにするため、以下に実施例を示すが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。

（実施例１）
上記の第４の実施形態に従い、図４に示した通り、円柱型の形状で外形１２ｍｍ、全長１７０ｍｍのスティック状の発熱装置のサンプルを作製した。容器はセラミックスで筐体を構成し、筐体内の対向電極は銅を用いて、筐体内に、再生シリコンを利用した３０〜６０μｍのケイ素粉体と、二次電池等の電池製造に廃棄された３０〜６０μｍの炭素粉体を収納し、筐体はプラスティック製のキャップで締め、キャップの外部をナットで固定した。当該サンプルに、一定の電力（３Ｗ、１２Ｗ、３５Ｗ、５４Ｗ、６２Ｗ、９０Ｗの６ケース）を３０分間加えた。

上記の発熱装置のサンプルに対して、３０分間電圧を印加した結果について、経時的な温度上昇の結果を、電力量（Ｗ）ごとに図９に示す。得られた結果から、図９からは、１、２分で急峻な温度上昇が確認されると共に、３０分経過しても、上昇した温度が低下することなく一定温度が維持されることが確認された。特に、得られた結果から、図中の経過時間が８〜１２分前後において、温度変化に微小な揺らぎが確認されていることから、この時間帯で、ケイ素粉体と炭素粉体の混合状態に変化が生じていることが推察され、その粉体の混合状態の変化によって、電気伝導性及び熱伝導性に変化が生じることによって、温度上昇の局面から、一定温度を維持する局面へと遷移していることが確認された。

さらに、スケールアップして、上記筐体内に３０〜７０μｍのフライアッシュ粉末を追加した上記発熱装置のサンプルに対して、電力量４５０Ｗまで電圧を印加した結果について、経時的な温度上昇の結果を、電力量（Ｗ）ごとに図１０に示す。得られた結果から、上昇温度は、１０００℃まで到達したことが確認された。

１ 容器
１ａ 内側絶縁部
１ｂ 熱伝導材
１ｃ 外側絶縁部
２ 対向電極
２ａ 第一電極
２ｂ 第二電極
３ 発熱体
３ａ ケイ素粉体
３ｂ 炭素粉体
４ 弾性体
４ａ 第一弾性体
４ｂ 第二弾性体
５ 焼却灰
１００ 収納容器
２００ 格納容器
２０１ 導入口
２０２ 排出口

Claims (8)

1. 内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、
   前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、
   前記容器内の対向電極間に収納され、混合状態のケイ素粉体及び炭素粉体を粉体状態を維持して含む発熱体と、を備え、
   前記ケイ素粉体及び前記炭素粉体が、前記一対の対向電極に電圧が印加される前中後の加熱前、加熱状態、及び加熱終了後においても粉体状態が維持されることを特徴とする
   発熱装置。
2. 請求項１に記載の発熱装置において、
   前記容器が、少なくとも内部が電気的に絶縁処理された熱伝導材から形成されることを特徴とする
   発熱装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の発熱装置において、
   前記各対向電極の非対向面側の近傍に弾性体を
   備えることを特徴とする
   発熱装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の発熱装置において、
   前記容器が、弾性体から構成されることを特徴とする
   発熱装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発熱装置において、
   前記ケイ素粉体及び前記炭素粉体が、各々、５〜１５０μｍの粒径を有することを特徴とする
   発熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の発熱装置を製造する方法であって、
   前記ケイ素粉体及び炭素粉体を混合し、前記発熱体を得ることを特徴とする
   発熱装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の発熱装置の製造方法において、
   前記ケイ素粉体及び炭素粉体を攪拌及び／又は振動により混合することを特徴とする
   発熱装置の製造方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載の発熱装置の製造方法において、
   前記ケイ素粉体及び炭素粉体の粒度、粒径、及び／又は配合比に基づいて、前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする
   発熱装置の製造方法。

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