JP3114849U

JP3114849U - 螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管

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Publication number: JP3114849U
Application number: JP2005005629U
Authority: JP
Inventors: ジジシン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2015-07-15
Also published as: CN2862566Y; US20060263074A1

Abstract

【課題】熱エネルギーや豊富な遠赤外線を発生させる電熱管を提供する。
【解決手段】この実用新技術は、一種の遠赤外線電気加熱分野のニュー型電熱管を紹介している。この電熱管は、細長いカーボン・ファイバーを股にしてから、カーボン・ファイバーの長い帯に編む。それから、カーボン・ファイバーの長い帯を螺旋状２にねじり、２つの過渡連結部品３，４，５，６とともに、中空の石英ガラス管１に密封されて構成される。密封された石英ガラス管１の中空部分には、高純度の不活性ガスが充填されて、熱伝導促進媒体となっているので、この電熱管は、電気―熱の転化能率が高く、熱の輻射エネルギーも大きく、遠赤外線が豊富であり、寿命が長いなどの特徴を持つようにしている。この電熱管は、赤外線物理治療器機や民用電気ストーブなどの製品に広く応用されている。
【選択図】図１

Description

この実用可能のニュー型螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管は、長いカーボン・ファイバーに電気を通すことによって、熱エネルギーや豊富な遠赤外線を発生させる物理的特徴の電気加熱技術分野に属しており、それによって、拡張される技術分野は、この螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯発熱管を発熱部品として、電気ストーブや遠赤外線物理治療器などの設計、生産技術分野に用いることである。

目下、電気ストーブに使われている主な電気発熱部品は、金属ケースのついている電熱管であり、金属タングステン線を電気発熱体とするハロゲン石英発熱管及びセラミックスを媒体とするセラミックス電気発熱管などである。

金属発熱管とセラミックス発熱管は、熱の輻射能率が低くて、遠赤外線の輻射量が少ないと言った欠点がある。ハロゲン石英発熱管は、熱の輻射利は高いが、電気が通されて発熱するとともに、大量の光能が生じるので、熱エネルギーは、減少される。と同時にそれによって生じる遠赤外線もあまり豊富ではない。

本考案はこのような課題に鑑みてなされたものであり、熱エネルギーや豊富な遠赤外線を発生させる電熱管を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本考案に係る電熱管は、一種の多本数からなるカーボン・ファイバーを編んで作った電気発熱体を中空の石英ガラス管に密封させて構成した遠赤外線電熱管であって、多本数の長い糸のカーボン・ファイバーを編んで作った棒状のカーボン・ファイバー帯を螺旋状にして、中空の石英ガラス管）の中に密封させて構成される。

なお、カーボン・ファイバー帯は、２本以上、５０本以下の任意の本数のカーボン・ファイバーを編んで構成されることが好ましい。

また、カーボン・ファイバーは複数本のカーボン・ファイバー糸が束にされて構成されており、カーボン・ファイバーを構成するカーボン・ファイバー糸の本数は、５００本以上、５００００本以下の任意の本数であって、且つ、カーボン・ファイバー糸の直径は、３μｍ以上、２０μｍ以下の任意の直径であることが好ましい。

また、カーボン・ファイバーは、ポリアクリロニトリルによる合成繊維の高温炭化を通じて作られたカーボン・ファイバーであることが好ましい。

また、螺旋状で多本数のカーボン・ファイバー帯の両端には、それぞれ融点が８００℃を越える金属チップが包まれて金属連結器が構成され、この包み層の数は、１層以上、１０層以下の任意の層数とすることが好ましい。

このとき、金属連結器の連結は、スポット溶接によって完成されることが好ましい。

また、石英ガラス管に密封されたカーボン・ファイバー編み帯の螺旋状に形成された区間の螺旋中心線が、石英ガラス管の螺旋状に形成された区間と対応する区間のアクシスと一致し、石英ガラス管の螺旋状に形成された区間は、任意の線形幾何形状であることが好ましい。

また、石英ガラス管は、透明なものであることが好ましい。あるいは、石英ガラス管は、すりガラスにした、白色の不透明のものであることが好ましい。

また、密封された石英ガラス管の中空部位及び螺旋状の多本数からなるカーボン・ファイバー編み帯の周りには、不活性保護ガスが充填されていることが好ましい。

本考案に係る電熱管を以上のように構成すると、この螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管は、電気エネルギーを熱エネルギーに転化する能率が高く、それによって生じる遠赤外線波長区間に位置する遠赤外線のエネルギーは、全ての熱エネルギー釈放量（放射量）の８５％以上を占めている。螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯は、酸素分子のない密封された非透明な石英ガラス管の中に入れているとともに、管の中には、熱伝導率の高い充填物―高純度の不活性ガスを入れて、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯発熱体の作業温度を下げたので、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管の寿命は、５，０００時間以上にも達することができる。

以下、本考案の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２を中空円柱形の石英ガラス管１中に入れて密封するとともに、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の両末端は、それぞれ直列連結によって、１組の過渡連結部品と連結する（組別の直列連結手順は、図９に示している）。その部品としては、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２、金属連結器３、金属モリブデン（或はタングステン）棒４、金属モリブデン片５と金属モリブデン棒６等である。これらの電極は、石英ガラス管１の両端の外側にまで連結され、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管を構成する。その正面図は、図1に示している。

このように構成された実用ニュー型螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管によって解決できる問題は、次の通りである。まず、電熱管の単位電気効率（電気抵抗）によって生じる熱エネルギーを向上して、電気―熱の転化率（変換効率）を向上している。螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管によって生じる熱エネルギーは、普通の電熱管に比べて３０％以上アップされている。

また、中空の石英ガラス管１を採用して、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管の密封媒体とする。これによって、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の高温密封機能を実現するとともに、それによって生じる遠赤外線輻射熱の伝達能率を最大化させる。

また、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の幅、厚さ、長さに対する科学的調節を通じて、この実用ニュー型螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管によって生じる遠赤外線の光熱輻射スペクトラム範囲の調節が実現できる。

また、中空石英ガラス管１の中に密封されている螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２は、酸素分子と隔離された環境に処しているので、この実用ニュー型螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯電熱管の寿命は長くなる。

さらに、中空石英ガラス管１に充填されている不活性ガスは、優れた熱伝導性能を持っているので、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２に電気を通す場合生じる熱エネルギーを遅滞なく伝導して釈放（放射）するのである。こう言った性能は、この電熱管の発熱能率を高めるだけでなく、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の作業温度を下げるので、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の作業疲労（劣化）スピードを緩慢にし、この電熱管の寿命を延ばしている。

それでは、上記の問題を解決するために取った技術的方法について以下に説明する。設計の電圧と電気効率（電気抵抗）の要求によって、直径３μm〜２０μmの長いカーボン・ファイバー糸の一定量（カーボン・ファイバー糸の本数は５００〜５０，０００本）を束にして一本のカーボン・ファイバー股（束）Ｈ（，Ｉ，Ｊ）にし（図７及び図８に示している）、それから、多本のカーボン・ファイバー股Ｈ，Ｉ，Ｊは、編物器によって、細長いカーボン・ファイバー編み帯２になる。３本のカーボン・ファイバー股Ｈ，Ｉ，Ｊを編んで作った多本のカーボン・ファイバー帯２は、図５及び図６に示されている。それから、またこの細長いカーボン・ファイバー編み帯２を０．１ｍｍ〜２０ｍｍのピッチで、図１２に示すようにＫ−Ｋ′をアクシスに螺旋状にして、螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の電気発熱体を形成する。

なお、この実施例においては、上述の通り、３本のカーボン・ファイバー股Ｈ，Ｉ，Ｊを編んで作ったカーボン・ファイバー帯２で構成した場合について説明しているが、カーボン・ファイバー編み帯２を構成するカーボン・ファイバー股の本数は、２本以上、５０本以下の任意の本数とすることができる。

螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の両端には、それぞれ融点が８００℃を超える金属チップが螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯の末端に包まれて、その外側にて金属連結器３を構成する。そして、それぞれの金属連結器３のもう一つの端には、一組の過渡電気連結部品である内側金属モリブデン棒４と金属モリブデンチップ５及び外側金属モリブデン棒６が直列連結される。金属連結器３と内側金属モリブデン棒４、内側金属モリブデン棒４と金属モリブデンチップ５、及び、金属モリブデンチップ５と外側金属モリブデン棒６との間の連結は、全てスポット熔接によって実現される。

カーボン・ファイバー編み帯２、金属連結器３、及び、内側金属モリブデン棒４の接続方法を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１から明らかなように、カーボン・ファイバー編み帯２の一端に金属連結器３を構成する第１の金属連結部材３ａがカーボン・ファイバー編み帯２を包み込むように巻き付けられ、その端部に内側金属モリブデン棒４が載置される。さらにその上から金属連結器３を構成する第２の金属連結部材３ｂがカーボン・ファイバー編み帯２、第１の金属連結部材３ａおよび内側金属モリブデン棒４を包み込むように巻き付けられてこれらが固定される。このとき、金属連結器３の包み層の数は、１層以上、１０層以下の任意の層数とされる。

螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２や両端の金属連結器３、２組の過渡連結部品４，５，６は、全て一つの中空石英ガラス管１の中空部分に入れ、ただ両端の２つの外側金属モリブデン棒６の一部分だけが外側に露出されるようにする。螺旋状のカーボン・ファイバー編み帯２の螺旋部分ａの螺旋中心線Ｋ−Ｋ′と、それが通される石英ガラス管１のａ部分に対応する石英ガラス管Ｅ―Ｅ′区間のアクシスＹ−Ｙ′は、一致している。Ｅ―Ｅ′区間は、任意の幾何形状にすることができるが、螺旋中心線Ｋ−Ｋ′とアクシスＹ−Ｙ′は、一致しなければならない。図１２及び図１３に示している通りである。

吸・排気孔Ｆを通じて、中空石英ガラス管１に不活性保護ガスを注入するとともに、バーナーで中空石英ガラス管１の両端の末端をそれぞれ高温加熱する。石英ガラス管１の末端が融点温度に達して熔け始める時点で、金属密封用ダイスで圧力を加えて、石英ガラス管１の両端のクローズインが実現できる。ただ過渡直列連結部品のそれぞれの外側金属モリブデン棒６の一部だけが、石英ガラス管１の外側に露出されるが、もう一部は石英ガラス管１の末端のクローズイン部位の中央に位置する。過渡連結部品の金属モリブデンチップ５の全ての部分は、石英ガラス管１の末端のクローズイン部位の中央に位置する。過渡連結部品の内側金属モリブデン棒４の一部は、石英ガラス管１の末端のクローズイン部位の中央に位置し、もう一部は石英ガラス管１の中空部分に位置する。

石英ガラス管１の吸・排気孔Ｆを通じて、石英ガラス管１の中空部分の空気や水分及び電気発熱体（カーボン・ファイバー編み帯）２や金属連結器３及び石英ガラス管１の中空部位に位置される過渡連結部品（内側金属モリブデン棒４）の表面に附着されている酸素分子などを吸出し、それから不活性保護ガスを注入する。最後に吸・排気孔Ｆをバーナーで溶かして、石英ガラス管１は、完全にクローズインされる。

なお、石英ガラス管１は、透明なものとすることもできるし、すりガラスにした白色の不透明なものとすることもできる。また、カーボン・ファイバー股Ｈ，Ｉ，Ｊ（これらを構成するカーボン・ファイバー糸）は、ポリアクリロニトリルによる合成繊維の高温炭化を通じて作られたカーボン・ファイバーで構成されることが好ましい。

螺旋状カーボン・ファイバー編み帯電熱管の正面図である。螺旋状カーボン・ファイバー編み帯電熱管の上面拡大図である。螺旋状カーボン・ファイバー編み帯電熱管の側面図である。螺旋状カーボン・ファイバー編み帯電熱管の図３におけるＮ−Ｎ′方向の断面拡大図である。３本のカーボン・ファイバー股を編んで作られた棒状のカーボン・ファイバー編み帯の略図である。３本のカーボン・ファイバー編み帯の図５におけるＭ−Ｍ′方向の断面図である。１本のカーボン・ファイバー股の略図である。１本のカーボン・ファイバー股の図７におけるＯ−Ｏ′方向の断面拡大図である。螺旋状カーボン・ファイバー編み帯の各末端に直列連結されている過渡連結部品の略図である。カーボン・ファイバー編み帯の連結ポイントであって、図１１におけるＮ−Ｎ′方向の断面図である。カーボン・ファイバー編み帯の連結ポイントであって、図９におけるＲ−Ｒ′方向の断面拡大図である。カーボン・ファイバー編み帯の螺旋区間の螺旋中心線と石英ガラス管のアクシスＹ−Ｙ′が、同じ方向において一致される略図である。石英ガラス管のＥ−Ｅ′区間を任意の線形幾何形状にすることができることを示す略図である。

符号の説明

１石英ガラス管
２カーボン・ファイバー編み帯
３金属連結器

Claims

一種の多本数からなるカーボン・ファイバーを編んで作った電気発熱体を中空の石英ガラス管に密封させて構成した遠赤外線電熱管であって、
多本数の長い糸のカーボン・ファイバーを編んで作った棒状のカーボン・ファイバー帯を螺旋状（２）にして、中空の石英ガラス管（１）の中に密封させたことを特徴とする電熱管。
前記カーボン・ファイバー帯は、２本以上、５０本以下の任意の本数の前記カーボン・ファイバーを編んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
前記カーボン・ファイバーは複数本のカーボン・ファイバー糸が束にされて構成されており、
前記カーボン・ファイバーを構成する前記カーボン・ファイバー糸の本数は、５００本以上、５００００本以下の任意の本数であって、且つ、前記カーボン・ファイバー糸の直径は、３μｍ以上、２０μｍ以下の任意の直径であることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
前記カーボン・ファイバーは、ポリアクリロニトリルによる合成繊維の高温炭化を通じて作られたカーボン・ファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
螺旋状で多本数の前記カーボン・ファイバー帯（２）の両端には、それぞれ融点が８００℃を越える金属チップが包まれて金属連結器（３）が構成され、この包み層の数は、１層以上、１０層以下の任意の層数とすることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
前記金属連結器（３）の連結は、スポット溶接によって完成されることを特徴とする請求項５に記載の電熱管。
前記石英ガラス管に密封された前記カーボン・ファイバー編み帯（２）の螺旋状に形成された区間（ａ）の螺旋中心線（Ｋ−Ｋ′）が、前記石英ガラス管（１）の前記螺旋状に形成された区間と対応する区間（Ｅ−Ｅ′）のアクシス（Ｙ−Ｙ′）と一致し、
前記石英ガラス管の前記螺旋状に形成された区間は、任意の線形幾何形状であることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
前記石英ガラス管（１）は、透明なものであることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
前記石英ガラス管（１）は、すりガラスにした、白色の不透明のものであることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。
密封された前記石英ガラス管の中空部位及び螺旋状の多本数からなる前記カーボン・ファイバー編み帯の周りには、不活性保護ガスが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電熱管。