JP3166391U

JP3166391U - 炭素繊維電熱線

Info

Publication number: JP3166391U
Application number: JP2010008263U
Authority: JP
Inventors: 蔡宜壽; 劉寧和
Original assignee: 蔡宜壽; 劉寧和
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2020-12-20

Abstract

【課題】熱伝導率の向上、或いは電気抵抗の抑制、熱拡散率の向上、重量の軽量化及び吸湿性の改良を可能にし、電気−熱変換効率を高める炭素繊維電熱線を提供する。【解決手段】発熱体と、発熱体の外側を被覆する絶縁スリーブとを含み、発熱体は、複数本の炭素繊維から構成される炭素繊維束を含んでなる炭素繊維フィラメント１０１であり、炭素繊維フィラメント１０１は、炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、芳香族ポリアミド繊維束のうち少なくとも１種類を、被覆または編組、撚りで構成した構造である。炭素繊維フィラメントは表面に金属顆粒１０２を備えた構造、表面に金属層を備えた二層構造、表面にグラファイト層を備えた二層構造または多孔性構造とすることができる。【選択図】図５

Description

本考案は、炭素繊維電熱線に関し、特に、炭素繊維束中の炭素繊維フィラメントに構造改質を行った構造であって、これにより熱伝導率の増加、或いは電気抵抗の抑制、熱拡散率の向上、重量の軽量化及び吸湿性の改良を可能にした電熱線の構造を提供し、よりよい電気−熱変換効率を提供することができる炭素繊維電熱線に関する。

現在、熱源の取得には多くの技術が運用可能である。例えば、熱交換の原理を採用し、主にコンプレッサを熱交換の技術として利用するものがあるが、その設備コストと熱源提供コストが極めて高く、経済性を慎重に評価する必要がある。

また、熱源の取得にはさらに電熱技術を採用することができ、各種産業及びその商品ではこの電熱技術に極めて依存度が高いフィラメント及び現今では幅広く運用されている炭素繊維電熱線が用いられている。一般に、電熱技術の発熱原理は、主に導電回路を利用して電流の導通によりその電気抵抗特性で熱エネルギーを発生するというものである。

通常、電熱素子は、ほとんどが商品形式及びニーズに基づいて、あらかじめ前記導電回路を与えられた設置空間に合わせて設計しており、この単一形式の電熱素子は各種商品のニーズに適用することができないため、電熱商品の生産効率が低下し、経済性も向上できないという問題がある。

物品の発熱ニーズが比較的大きい場合、この加熱素子は製造機器による制限のため、往々にして継ぎ足す必要があり、いくつかの加熱素子を接続して必要な加熱効率を得るには電圧負荷が大きいという問題、及び導電回路の電流量の負荷が制限される等の問題がある。

そこで、本考案は、これに鑑みてなされたもので、その目的は、熱伝導率の向上、或いは電気抵抗の抑制、熱拡散率の向上、重量の軽量化及び吸湿性の改良を可能にし、電気−熱変換効率を高める炭素繊維電熱線を提供することにある。

請求項１に係る炭素繊維電熱線は、発熱体と、前記発熱体の外側を被覆する絶縁スリーブとを含み、前記発熱体が、複数本の炭素繊維から構成される炭素繊維束を含んでなる炭素繊維フィラメントであることを特徴とする。また、前記炭素繊維フィラメントが、前記炭素繊維束のみで構成されるか、または前記炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、デュポンＫｅｖｌａｒ［（登録商標）芳香族ポリアミド繊維束］のうち少なくとも１種類を、被覆または編組、撚りで構成した構造であることを特徴とするものである。

本考案の炭素繊維電熱線において、現有の炭素繊維加熱線の低吸湿性及び高電気抵抗の欠点に対しては、主に上述の炭素繊維電熱線中の炭素繊維フィラメントの外周面に金属粒子をめっきして改質した金属顆粒を備えた構造とし、表面積を増大することで炭素繊維フィラメントの熱伝導率を高め、電気抵抗を抑制する。

また、本考案の炭素繊維電熱線において、現有の炭素繊維加熱線の低吸湿性及び高電気抵抗の欠点に対しては、主に前述の炭素繊維電熱線中の炭素繊維フィラメントに金属めっき皮膜改質処理を行って金属層を有する二層構造を形成し、炭素繊維フィラメントの熱伝導率を高め、電気抵抗を抑制する。

また、本考案の炭素繊維電熱線において、現有の炭素繊維加熱線の低吸湿性及び高電気抵抗の欠点に対しては、主に前述の炭素繊維電熱線中の炭素繊維フィラメントに高周波改質処理を行って表面を石墨化した構造を形成し、炭素繊維フィラメントの電気抵抗を低く抑える。

本考案の炭素繊維電熱線において、現有の炭素繊維加熱線の低吸湿性及び高電気抵抗の欠点に対しては、主に炭素繊維電熱線中の炭素繊維フィラメントに酸洗またはアルカリ洗浄で改質を行った多孔性構造を形成し、炭素繊維フィラメントの吸湿性、熱拡散率を高め、重量を軽減する。

本考案の炭素繊維電熱線において、前記絶縁スリーブは耐熱管及び編組管のいずれかとすることができる。耐熱管とする場合は、フッ素エラストマーチュービング（ｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒ）、シリコンチュービング（ｓｉｌｉｃｏｎｔｕｂｉｎｇ）、ＰＵチュービング（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＶＣチュービング（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＥチュービング（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＰチュービング（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＥＴチュービング（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｔｕｂｉｎｇ）、ナイロンチュービング（ｐｏｌｙａｍｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＩチュービング（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）のいずれかとすることができる。

また、編組管とする場合は、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、デュポンＫｅｖｌａｒ（登録商標）繊維束（芳香族ポリアミド繊維束）のうちのいずれか１種類または２種類以上を組み合わせた編組管とすることができる。

前記絶縁スリーブは電気を絶縁するほか、炭素繊維束を保護して摩擦や破損を回避する作用もある。そのうち、耐熱管は防水性に優れ、熱損耗が大きいため、水の加熱時の運用に適している。また、編組管は空隙を有するため容易に熱が発散され、熱の調節作用があるため、熱損耗が比較的小さいが、防水性に劣るため、水以外の例えば衣服、織物等での運用に適している。

本考案の炭素繊維電熱線において、前記編組管は、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、芳香族ポリアミド繊維束のうちのいずれか１種類、または２種類以上を組み合わせた編組管とする。

本考案の炭素繊維電熱線において、前記金属顆粒は球状、棒状、正方形、矩形、三角形またはその他顆粒形状とすることができる。

本考案に係る炭素繊維電熱線によれば、炭素繊維フィラメントの電気抵抗を低くし、炭素繊維フィラメントの吸湿性、熱拡散率を高め、重量を軽減することができ、電気−熱変換効率を高めることができる。

本考案の実施形態に係る炭素繊維電熱線を示す斜視図である。図１の炭素繊維電熱線の径方向の断面図である。炭素繊維束の構造を示す正面図である。炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、芳香族ポリアミド繊維束を撚った状態を示す炭素繊維フィラメントの正面図である。外周面に金属顆粒を備えた構造の炭素繊維フィラメントを示す斜視図である。図５の金属顆粒の各種形状を示す斜視図である。外周面に金属層を備えた２層構造の炭素繊維フィラメントを示す斜視図である。外周面にグラファイト層を備えた２層構造の炭素繊維フィラメントを示す斜視図である。多孔性構造の炭素繊維フィラメントを示す斜視図である。

以下、本考案の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本考案の実施形態に係る炭素繊維電熱線を示す斜視図であり、図２は図１の炭素繊維電熱線の径方向の断面図であり、図３は炭素繊維束の構造を示す正面図である。

図１と図２に示すように、炭素繊維電熱線は、発熱体１０と発熱体１０の外側を被覆する絶縁スリーブ２０を含んで構成される。絶縁スリーブ２０は、耐熱管及び編組管のうちのいずれかとすることができる。

耐熱管とする場合は、フッ素エラストマーチュービング（ｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒ）、シリコンチュービング（ｓｉｌｉｃｏｎｔｕｂｉｎｇ）、ＰＵチュービング（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＶＣチュービング（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＥチュービング（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＰチュービング（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＥＴチュービング（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｔｕｂｉｎｇ）、ナイロンチュービング（ｐｏｌｙａｍｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）、ＰＩチュービング（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅｔｕｂｉｎｇ）のいずれかとすることができる。

図１に示すように、編組管とする場合は、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、デュポンＫｅｖｌａｒ（登録商標）繊維束（芳香族ポリアミド繊維束）のうちのいずれか１種類、または２種類以上を組み合わせた編組管とすることができる。

絶縁スリーブは、電気を絶縁するほか、炭素繊維束を保護して摩擦や破損を回避する作用があり、そのうち、耐熱管は防水性に優れ、熱損耗が大きいため、水の加熱時の運用に適している。また、編組管は、空隙があるため容易に熱を発散し、温度調節の作用があるため、熱損耗が比較的小さいが、防水性に劣るため、水以外の例えば衣服、織物等の運用に適している。

次に、図３に示すように、発熱体１０は、複数本の炭素繊維から構成される炭素繊維束を含んでなる炭素繊維フィラメント１０１とすることができる。図３においては、炭素繊維フィラメント１０１が、炭素繊維束のみで構成されている。

また、炭素繊維フィラメント１０１は、炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、デュポンＫｅｖｌａｒ［（登録商標）芳香族ポリアミド繊維束］のうち少なくとも１種類を、被覆または編組、撚りで構成した構造とすることもできる。図４は、炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、芳香族ポリアミド繊維束を撚った状態を示す炭素繊維フィラメントの正面図である。図４に示すように、炭素繊維束１０ａ、ガラス繊維束１０ｂ、岩石繊維束１０ｃ、セラミック繊維束１０ｄ及び芳香族ポリアミド繊維束１０ｅを撚りの方式で形成した構造としている。

また、本考案は熱伝導率を高め、電気抵抗を抑えるために、図５に示すように、炭素繊維フィラメント１０１はその外周面に金属顆粒１０２を備えた構造とすることができる。金属顆粒１０２は任意の顆粒形状としてもよく、図６に示すように、球状金属顆粒１０２ａ、棒状金属顆粒１０２ｂ、正方形金属顆粒１０２ｃ、矩形金属顆粒１０２ｄ、三角形金属顆粒１０２ｅまたはその他顆粒形状とすることができる。

図７に示すように、炭素繊維フィラメント１０１は、その外周面に金属層１０３を備えた２層構造とすることができる。また、図８に示すように、炭素繊維フィラメント１０１は、その外周面にグラファイト層１０４を備えた２層構造とすることができる。また、図９に示すように、炭素繊維フィラメント１０１は多孔性構造とすることもできる。

このため、本考案の技術を実施すると以下のような利点が得られる。
（１）本考案の炭素繊維フィラメントは、その外周面に金属顆粒を有する構造を備えており、金属顆粒によって表面積が増大することで、電気抵抗を抑え、熱伝導率を高めることができる。
（２）本考案の炭素繊維フィラメントは、その外周面に金属層の２層構造を備えており、電気抵抗を抑え、熱伝導率を高めることができる。
（３）本考案の炭素繊維フィラメントは、その外周面にグラファイト層の２層構造を備えており、電気抵抗を抑え、耐磨耗性を高めることができる。
（４）本考案の炭素繊維フィラメントは、多孔性構造であり、熱拡散率を高め、重量を軽減し、吸湿性を改良することができる。

１０発熱体
２０絶縁スリーブ
１０１炭素繊維フィラメント
１０ａ炭素繊維束
１０ｂガラス繊維束
１０ｃ岩石繊維束
１０ｄセラミック繊維束
１０２金属顆粒
１０２ａ球状金属顆粒
１０２ｂ棒状金属顆粒
１０２ｃ正方形金属顆粒
１０２ｄ矩形金属顆粒
１０２ｅ三角形金属顆粒
１０３金属層
１０４グラファイト層

Claims

発熱体と、前記発熱体の外側を被覆する絶縁スリーブとを含み、
前記発熱体が、複数本の炭素繊維から構成される炭素繊維束を含んでなる炭素繊維フィラメントである、
ことを特徴とする炭素繊維電熱線。
前記炭素繊維フィラメントが、前記炭素繊維束のみ、または前記炭素繊維束に、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束、芳香族ポリアミド繊維束のうち少なくとも１種類を、被覆または編組、撚りで構成した構造である、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記炭素繊維フィラメントが、その外周面に金属顆粒を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記炭素繊維フィラメントが、その外周面に金属層を備えた２層構造である、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記炭素繊維フィラメントが、その外周面にグラファイト層を備えた２層構造である、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記炭素繊維フィラメントが、多孔性構造である、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記絶縁スリーブが、耐熱管及び編組管のうちの何れかである、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維電熱線。
前記耐熱管が、フッ素エラストマー管、シリコン管、ＰＵ管、ＰＶＣ管、ＰＥ管、ＰＰ管、ＰＥＴ管、ナイロン管及びＰＩ管のうちの何れかである、
ことを特徴とする請求項７に記載の炭素繊維電熱線。
前記編組管が、ガラス繊維束、岩石繊維束、セラミック繊維束及び芳香族ポリアミド繊維束のうちの１種類からなる編組管、または２種類以上を組み合わせてなる編組管である、
ことを特徴とする請求項７に記載の炭素繊維電熱線。
前記金属顆粒が、球状、棒状、正方形、矩形及び三角形のうちの何れかである、
ことを特徴とする請求項３に記載の炭素繊維電熱線。