JP3038310U - 自己温度制御式積層型面状ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度調節器を付設せずとも温度を一定に保つ
ことができ、しかも、単位面積当たりの熱容量を簡単に
変更することができ、地中に埋設してもコンクリート床
や道路を剥離させずに温めることができ、植物栽培の畑
における土中の通気および植物の生育を妨げず、簡単に
防水加工できる自己温度制御式積層型面状ヒータを提供
する。 【解決手段】 積層された面状の遠赤外線ヒータであっ
て、該遠赤外線ヒータが、導電性樹脂１６と発熱性を有
する半導体樹脂１５と遠赤外線放射材料１４と絶縁性樹
脂１７とからなる自己制御式ヒータであって、温度の上
昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、
前記電気抵抗値が一定となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、自己温度制御式積層型面状ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

電気ヒータは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するもので、この熱エネ ルギーの量を調整して種々の分野で利用されている。電気ヒータの発熱量Ｑは、 主にその電気ヒータの電気抵抗値Ｒ、電気ヒータを流れる電流量Ｉおよび電気ヒ ータに加わる電圧値Ｖによって決まる。 ニクロム線ヒータの場合、電気抵抗値Ｒは一定なので、発熱量Ｑを調整するた めには、電流量Ｉや電圧値Ｖを調整させる必要がある。したがって、通常、ニク ロム線ヒータには、電流量Ｉや電圧値Ｖを調整させるためのサーモスタット等の 温度調整器が付随して設置されている。 しかし、ニクロム線ヒータにおける温度調整器は嵩張り、しかも、故障すると 電気ヒータが異常高温となり火災の危険があった。 そこで、温度調整器を必要としない、遠赤外線を放射する自己温度制御式の面 状ヒータ、例えば、特開昭５１−７６６４７号公報のヒータ（以下では、従来の 第１面状ヒータという）や特開平６−９６８４３号公報のヒータ（以下では、従 来の第２面状ヒータという）が開発され知られている。 従来の第１面状ヒータは、その発熱体が正の温度係数の抵抗を示し、かつそれ 以上ではこれが実質上非導電性である異常温度を有するＰＴＣ層と、このＰＴＣ 層の少くとも異常温度以下で実質上一定の抵抗を有するＣＷ層とが、積層された ものである。 従来の第２面状ヒータは、パイプの側周面に、自己温度制御性面状発熱体が被 膜されたものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかるに、従来の面状ヒータは、以下に示すように、いくつかの問題がある。 第１に、従来の面状ヒータの単位面積当たりの発生熱量を上げるためには、従 来の第１面状ヒータの場合、前記ＰＴＣ層とＣＷ層とを何重にも積み重ねたり、 従来の第２面状ヒータの場合、前記自己温度制御性面状発熱体の厚みを大きくし なければならない。いずれにしても、発熱体の被膜が厚くなるが、発熱体を厚く すると、所望の形状に加工するときに、発熱体の被膜にクラッキングが入ってし まうという問題がある。 第２に、従来の面状ヒータは、単位面積当たりの熱量の上限値が一定である。 したがって、単位面積当たりの熱量を、自由に変更することができないという問 題がある。 第３に、従来の面状ヒータを拡げた状態で、寒冷地における家屋や豚舎などの 建築物のコンクリート床や道路の地下に埋設させると、この面状ヒータを境にし て、その上部と下部との間の接触架橋強度がなくなり、この面状ヒータを境界に して、コンクリートやアスファルト等が剥離してしまうという問題がある。 第４に、従来の面状ヒータを拡げた状態で、植物栽培をしている畑の地中に埋 設すると、水はけが悪いとともに、土中の通気を遮断してしまい植物およびその 根の生育を妨げるという問題がある。 第５に、従来の面状ヒータを水槽に入れるためには、その表裏全面の広い面積 において防水加工しなければならず、加工の難度が増大するという問題がある。

【０００４】 本考案はかかる事情に鑑み、温度調節器を付設せずとも温度を一定に保つこと ができ、しかも、単位面積当たりの熱量を簡単に変更することができ、地中に埋 設してもコンクリート床や道路を剥離させずに温めることができ、植物栽培の畑 における土中の通気および植物の生育を妨げず、簡単に防水加工できる自己温度 制御式積層型面状ヒータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

請求項１の自己温度制御式積層型面状ヒータは、遠赤外線を放射し、温度の上 昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗値が一定と なる自己温度制御式の面状ヒータが、積層されたことを特徴とする。 請求項２の自己温度制御式積層型面状ヒータは、遠赤外線を放射し、温度の上 昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗値が一定と なる自己温度制御式の面状ヒータが、筒状に巻積層されたことを特徴とする。 請求項３の自己温度制御式積層型面状ヒータは、遠赤外線を放射し、温度の上 昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗値が一定と なる自己温度制御式の面状ヒータが、重ねて重積層されたことを特徴とする。 請求項１の「積層」とは、複数のものが重ねて積層された重積層の状態だけで なく、単数のものを筒状に巻いて積層された巻積層の状態をも含む概念である。

【０００６】

【考案の実施の形態】

つぎに、本考案の実施形態を図面に基づき説明する。 図１は本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータに係わる概略斜視図であ る。図２は自己温度制御式積層型面状ヒータ１の説明図であって、（Ａ）は巻積 層型、（Ｂ）は重積層型を示している。 図１に示すように、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１は、遠赤 外線を放射する自己温度制御式の面状ヒータ１０が積層されたものである。 なお、自己温度制御式積層型面状ヒータ１は、図１および図２（Ａ）に示すよ うに面状ヒータ１０が筒状に巻いて積層された巻積層型のものだけでなく、図２ （Ｂ）に示すように、複数の面状ヒータ１が重ねて積層された重積層型のもので もよい。

【０００７】 つぎに、面状ヒータ１０について説明する。 図３は面状ヒータ１０の模式図である。図３に示すように、この面状ヒータ１ ０は、非常に薄い発熱体１１の両面に絶縁フィルム１２が被覆され、この発熱体 １１の適所に電極１３ｐ、１３ｎが設けられたものである。この発熱体１１は、 約５０〜200 ミクロンの非常に薄く、軽く、屈曲性・耐折り曲げ性に優れたもの で、平面はもとより曲面にも取り付けることができ、また延ばして広い面積に加 工することができるものである。さらに、発熱体１１は、通電されると遠赤外線 を放射し、温度が高くなると電気抵抗値が大きくなるものであるが、詳細は後述 する。 電極１３ｐ、１３ｎは、いずれも電導性を有する金属を常法によって、発熱体 １１に印刷して貼付すればよい。絶縁フィルム１２は絶縁性を有するポリエステ ルなどの樹脂を約１０〜２０ミクロンの厚さに延ばしたもので、ラミネート加工 によって発熱体１１に被覆すればよい。符号４は電源コードを示している。

【０００８】 つぎに、面状ヒータ１０の発熱体１１について詳細に説明する。 図４は、面状ヒータ１０の発熱体１１の作用説明図であって、（Ａ）は常温時 の状態模式図、（Ｂ）は高温時の状態模式図である。図３および図４（Ａ）、（ Ｂ）に示すように、発熱体１１は、絶縁性樹脂１７に、セラミックなどの遠赤外 線放射材料１４と、半導体樹脂１５と、黒鉛やカーボンなどの導電性樹脂１６と を練り込んだものである。半導体樹脂１５、導電性樹脂１６はいずれも電気が供 給されると発熱するものである。遠赤放射材料１４は加熱されると遠赤外線を放 射するものである。 ところで、対向する一対の導電体を非常に接近させておき、この一対の導電体 の間に電圧を加えれば、たとえ一対の導電体の間に絶縁体が介在していても、一 対の導電体の間に電気が流れるという誘電現象が知られている。もちろん、一対 の導電体が充分離れてしまえば、絶縁体の介在によって一対の導電体間に電気は 通じない。

【０００９】 図４（Ａ）に示すように、常温時では発熱体１１の半導体樹脂１５と導電性樹 脂１６との間には絶縁性樹脂１７が介在しているものの半導体樹脂１５と導電性 樹脂１６は接触または非常に接近しており、電極１３ｐ、１３ｎ間に連鎖を形成 している。このため、電極１３ｐ、１３ｎ間の発熱体１１に通電すると、前記誘 電現象により半導体樹脂１５と導電性樹脂１６との連鎖に電気が流れる。この通 電により半導体樹脂１５および導電性樹脂１６は発熱し、この発熱により遠赤放 射材料１４が赤外線を放射する。

【００１０】 一方、図４（Ｂ）に示すように、発熱体１１の温度が高くなると、発熱体１１ が熱膨張して発熱体１１の体積は増加する。半導体樹脂１５や導電性樹脂１６は 、その回りを絶縁性樹脂１７で埋められているので、前記発熱体１１が熱膨張す ると、常温時に比較して、導電性樹脂１６と半導体樹脂１５との間隙が広がる。 電極１３ｐ、１３ｎ間の発熱体１１における半導体樹脂１５と導電性樹脂１６と の連鎖に電気が流れにくくなる。換言すれば、導電体である半導体樹脂１５と導 電性樹脂１６との間隙が広くなるので、前記誘電現象による誘電状態が制限され 、半導体樹脂１５と導電性樹脂１６とが形成する連鎖に流れる電流量が低下する 。

【００１１】 上記のごとく、発熱体１１の温度が低くなるにつれて、発熱体１１に電流が流 れやすくなり、発熱しやすくなる。一方、発熱体１１の温度が高くなるにつれて 、発熱体１１に電流が流れにくくなり、発熱しにくくなる。したがって、発熱体 １１に通電して、発熱体１１を一定の温度まで上昇させるか、あるいは、発熱体 １１を一定の電気抵抗値にまで下降させれば、発熱体１１の電流量と発熱量とが 均衡を保ち、発熱体１１はその温度を継続的に維持する。

【００１２】 この発熱体１１の上限温度は、主に、半導体樹脂１５の保有抵抗値、電極１３ ｐ、１３ｎ間の電気抵抗値によって決定されており、絶縁性樹脂１７の体積膨張 率によっても微妙に変動するので、これらの値を変更することにより発熱体１１ の温度の上限を設定することができる。また、発熱体１１の発熱量は、単位面積 当たりの半導体樹脂１５の密度および導電性樹脂１６の密度によって決定されて いるので、絶縁性樹脂１７に対する半導体樹脂１５の量の割合を増減させること によって、発熱体１１の発熱量を設定することができる。

【００１３】 また、この発熱体１１は従来のニクロム線、カーボン繊維、アルミニウム線な どの発熱体とは異なり、設定された上限温度を越えて高温にならない。また、断 線や短絡による通電不良などによる危険性がないので長時間運転であっても、安 全に安定した操業を維持できるという効果を奏する。

【００１４】 図５は本実施形態の面状ヒータ１０の自己温度制御特性の説明図であって、縦 軸は温度、横軸は経過時間を示しており、符号Ｆは本実施形態の面状ヒータ１０ の特性曲線、符号Ｓは従来のサーモスタット制御方式のヒータの特性曲線を示し ている。 図５の符号Ｓで示すように、従来のサーモスタット制御方式のヒータ温度は、 大幅な温度変動を繰り返している。 一方、図５の符号Ｆで示すように、本実施形態の面状ヒータ１０のヒータ温度 は通電後１０分程度の短時間で、面状ヒータ１０の設定された上限温度まで急上 昇し、以後それ以上温度は上昇せずに一定温度を維持している。

【００１５】 図６は面状ヒータ１０の自己温度制御特性の模式図および、温度グラフであっ て縦軸が温度値で、（Ａ）は偏温差がない状態、（Ｂ）は偏温差がある状態であ る。 図６（Ａ）の符号ｔ０で示すように、面状ヒータ１０の面が均一のヒータ温度 であれば、面状ヒータ１０の面のどの局所であっても同一の電気抵抗値を示し、 同一量の電流Ｉが通電する。もし、面状ヒータ１０の任意の局所Ｄが周辺よりも 高温になると、図６（Ｂ）の符号ｔ１で示すように局所Ｄの電気抵抗値が大きく なり局所Ｄに電流が流れにくくなり、局所Ｄの発熱は抑えられ、それ以上ヒータ 温度が上がらない。逆に、面状ヒータ１０の任意の局所Ｄが周辺よりも低温にな ると、局所Ｄの電気抵抗値が小さくなり局所Ｄに電流が流れやすくなり、局所Ｄ の発熱は促進されヒータ温度が上昇する。つまり、面状ヒータ１０は自己温度制 御特性を有しており、ヒータ温度の変化に対してフィードバックが働く。

【００１６】 上記のごとく、この面状ヒータ１０は自己温度制御特性を有しているので、面 状ヒータ１０を用いることによって、温度調整器を付設することなく、ヒータ温 度を一定に維持でき、しかもヒータ温度のバラツキを少なく維持することができ るという効果を奏する。

【００１７】 つぎに、面状ヒータ１０の消費電力について説明する。 図７は面状ヒータ１０の消費電力特性の説明図であって、Ｆｔは面状ヒータ１ ０の温度曲線であって縦軸が温度値、横軸が経過時間であり、ＦＷは面状ヒータ １０の消費電力曲線であって縦軸が消費電力量、横軸が経過時間である。図７の Ｆｔで示すように、面状ヒータ１０は、面状ヒータ１０のヒータ温度が上昇する にしたがって、面状ヒータ１０の消費電力は減少する。面状ヒータ１０のヒータ 温度がその設定された上限温度になると、面状ヒータ１０のヒータ温度はそれ以 上上昇しなくなり、一定温度を維持する。面状ヒータ１０のヒータ温度が一定温 度をしている期間では、面状ヒータ１０の消費電力も低い値のまま一定の値を維 持する。このため、温度調整器を付設せずとも、無駄な熱を放散することなく、 消費電力を大幅に節減できるという効果を奏する。

【００１８】 つぎに、面状ヒータ１０から放射される遠赤外線について説明する。図８は温 度５５℃における、面状ヒータ１０の遠赤外線特性グラフであって、Ｆｈは面状 ヒータ１０の特性曲線、Ｆｃは徳島県立工業技術センターの標準物質の特性曲線 である。横軸は波長を示しており、縦軸はレベルを示している。標準物質とは、 材料の値付けの基準として用いられる素材または物質で、その特性値が目的を達 成するのに十分な程度に確定されているものをいう。 同図に示すように、面状ヒータ１０から放射される遠赤外線のレベルは、どの 波長においても、標準物質から放射される遠赤外線のレベルに接近している。つ まり、現時点において、面状ヒータ１０は標準物質の能力に限りなく近いもので ある。

【００１９】 上記のごとき、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１の効果につい て説明する。 本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１に通電すると、それぞれの面 状ヒータ１０の半導体樹脂１５および導電性樹脂１６は発熱し、この発熱により 面状ヒータ１０の遠赤放射材料１４が遠赤外線を放射する。この結果、面状ヒー タ１０は遠赤外線を放射し始めるとともに、面状ヒータ１０のヒータ温度が上昇 し始める。他方、面状ヒータ１０から放射される遠赤外線は、従来のニクロム線 の熱伝導と異なり、放射によって被熱体を直接温め、その温度を上昇させる。 面状ヒータ１０のヒータ温度は上昇を続けるが、設定された上限温度に達する と、面状ヒータ１０の自己温度制御特性によって、それ以上ヒータ温度が上昇し ない。以後、面状ヒータ１０は一定温度を維持し、被熱体を一定温度で温め続け させることができるという効果を奏する。

【００２０】 しかも、面状ヒータ１０の単位面積当たりの熱量は一定であるが、本実施形態 の自己温度制御式積層型面状ヒータ１は積層されているので、自己温度制御式積 層型面状ヒータ１の単位面積当たりの熱量は、熱干渉があるものの、自己温度制 御式積層型面状ヒータ１の積層数に応じて高くなる。 したがって、自己温度制御式積層型面状ヒータ１は、面状ヒータ１０の厚みを 変えることなく、その積層数を変えることによって、すなわち、巻積層型の場合 には、巻積層数を増減し、重積層型の場合には、重積層数を増減することによっ て、自己温度制御式積層型面状ヒータ１から発生する単位面積当たりの熱量を変 えることができるという効果を奏する。

【００２１】 つぎに、自己温度制御式積層型面状ヒータ１の使用例について説明する。 図９は本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１の第１使用説明図であ る。 まず、図９（Ａ）に示すように、巻積層型の本実施形態の自己温度制御式積層 型面状ヒータ１を、筒状でその一端が閉じられた防水容器２０の本体２１に収納 する。ついで、図９（Ｂ）に示すように、本体２１と蓋２２との間に、例えばＯ リングなどを介装させて、本体２１に蓋２２を取り付け、自己温度制御式積層型 面状ヒータ１を防水容器２０の内部に液密に密封する。 上記のごとく、簡単に、自己温度制御式積層型面状ヒータ１を防水することが できるという効果を奏する。

【００２２】 そこで、水の入った水槽に、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１ が収納された防水容器２０を入れておくと、水を加温することができる。しかも 、水槽への出し入れが簡単であるという効果を奏する。

【００２３】 また、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１が収納された複数の防 水容器２０を、寒冷地における家屋や豚舎などの建築物のコンクリート床や道路 の地下等に互いに間隔をもって埋設すれば、平面状の面状ヒータと異なり、コン クリート床やアスファルト等を剥離することなく温めることことができ、路面の 凍結を防止できるという効果を奏する。

【００２４】 さらに、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１が収納された複数の 防水容器２０を、植物栽培をしている畑の地中に互いに間隔をもって埋設すれば 、平面状の面状ヒータと異なり、水はけは良く、土中の通気を遮断しないで、植 物の生育を妨げることなく、畑を温めることができるという効果を奏する。

【００２５】 つぎに、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１の第２使用例を説明 する。図１０は本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１の第２使用説明 図である。 同図に示すように、例えば、寒冷地における家屋の屋根と地面との間に立てて 配設された水流しパイプ等のパイプ３０の外側周面に巻積層型の本実施形態の自 己温度制御式積層型面状ヒータ１を取り付ける。自己温度制御式積層型面状ヒー タ１の熱により、パイプ３０の中空部の空気が温められるので、この温められた 空気はパイプ３０の上部口、すなわち、家屋の屋根へ上昇する。したがって、温 かい空気によって屋根の上に積もった雪を融かすことができる。しかも、自己温 度制御式積層型面状ヒータ１の表面の単位面積当たりの熱量を変えることができ るので、パイプ３０に所望の熱量を与えることができる。

【００２６】 また、循環風呂の配管の外側側面に、自己温度制御式積層型面状ヒータ１を取 り付けておけば、風呂の温度の上限が一定となり、無駄な電気エネルギーを費す ことなく、適温の湯に保持することができる。

【００２７】 つぎに、重積層型の自己温度制御式積層型面状ヒータ１の使用例について説明 する。 図示しないが、例えば熱帯魚が入れられた水槽の底部や側面に、その水槽の外 面から、重積層型の自己温度制御式積層型面状ヒータ１を貼付する。水槽の底部 や側面の総面積は一定であるが、自己温度制御式積層型面状ヒータ１の表面の単 位面積当たりの熱量を変えることができるので、水槽に所望の熱量を与えること ができる。 なお、本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ１は、上述した用途だけ でなく、所望の熱量がしばしば変更になったり、熱量不足が予測される用途や、 取り付け場所が限定された用途に使用すると好適である。

【００２８】

【考案の効果】

本発明の自己温度制御式積層型面状ヒータによれば、温度調節器を付設せずと も温度を一定に保つことができ、しかも、単位面積当たりの熱容量を簡単に変更 することができ、地中に埋設してもコンクリート床や道路を剥離させずに温める ことができ、植物栽培の畑における土中の通気および植物の生育を妨げず、簡単 に防水加工できる自己温度制御式積層型面状ヒータを提出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ
１の概略斜視図である。

【図２】「積層」の概念定義用の説明図であって、
（Ａ）は巻積層型、（Ｂ）は重積層型である。

【図３】面状ヒータ１０の模式図である。

【図４】面状ヒータ１０の拡大模式図であって、（Ａ）
は常温時の状態、（Ｂ）は高温時の状態である。

【図５】面状ヒータ１０の自己温度制御特性の模式図で
ある。

【図６】面状ヒータ１０の温度特性の説明図である。

【図７】面状ヒータ１０の消費電力特性の説明図であ
る。

【図８】面状ヒータ１０および標準物質から放射される
遠赤外線の特性グラフである。

【図９】本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒータ
１の第１使用説明図である。

【図１０】本実施形態の自己温度制御式積層型面状ヒー
タ１の第２使用説明図である。

【符号の説明】

１ 自己温度制御式積層型面状ヒータ １０ 面状ヒータ １１ 発熱体 １４ 遠赤外線放射材料 １５ 半導体樹脂 １６ 導電性樹脂 １７ 絶縁性樹脂

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電
   気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗
   値が一定となる自己温度制御式の面状ヒータが、積層さ
   れたことを特徴とする自己温度制御式積層型面状ヒー
   タ。
2. 【請求項２】遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電
   気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗
   値が一定となる自己温度制御式の面状ヒータが、筒状に
   巻積層されたことを特徴とする自己温度制御式積層型面
   状ヒータ。
3. 【請求項３】遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電
   気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、前記電気抵抗
   値が一定となる自己温度制御式の面状ヒータが、重ねて
   重積層されたことを特徴とする自己温度制御式積層型面
   状ヒータ。