JP3195930B2 - 面状発熱体、面状発熱体の製造方法、面状発熱体の使用方法及び面状発熱体を用いた発熱装置 - Google Patents

面状発熱体、面状発熱体の製造方法、面状発熱体の使用方法及び面状発熱体を用いた発熱装置

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JP3195930B2
JP3195930B2 JP21042297A JP21042297A JP3195930B2 JP 3195930 B2 JP3195930 B2 JP 3195930B2 JP 21042297 A JP21042297 A JP 21042297A JP 21042297 A JP21042297 A JP 21042297A JP 3195930 B2 JP3195930 B2 JP 3195930B2
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順一 見沢
幸雄 浅野
祐輔 見沢
進一郎 梅本
令光 三坂
健一郎 野村
哲 木下
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Arisawa Manufacturing Co Ltd
Taisei Rotec Corp
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Arisawa Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁性に優れ、
道路の凍結防止用などに適した面状発熱体、面状発熱体
の製造方法、面状発熱体の使用方法及び面状発熱体を用
いた発熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】寒冷地におけるスパイクタイヤの禁止に
伴い、道路の凍結防止システムが開発されており、温水
式、電熱線式のものが等が提案されている。温水式の凍
結防止システムは、ガス、灯油、電気などを熱源とし
て、ボイラーによって温水を作り、銅管、ステンレス製
管、塩化ビニール管等により配管されたパイプ内を、そ
の温水が循環する方式であり、消費される熱量は、温水
によって供給される。
【0003】一方、電熱式の凍結防止システムは、金属
抵抗線を路面下に埋設して、配線接続によって使用され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の温水式
の凍結防止システムは、次のような問題があった。第1
に、配管によって温水が循環するので、システム全体が
昇温するのに長時間かかるうえ、システム全体の温度コ
ントロールを一括して行う必要があり、分割コントロー
ルしずらいと共に、配管の間隔によって温度ムラが生じ
やすく、また、配管の一部に水漏れが発生しても、シス
テム全体の機能を損なう可能性がある等のように温水の
コントロールが難しいという問題があった。
【0005】第2に、温水中のカルシウムがパイプ内に
付着するために、除去洗浄する必要が生じたり、ボイラ
ーの耐用年数が少なく、5〜7年で設備の交換が必要と
なるなど、保守が大変であるという問題があった。第3
に、山道などでは燃料補給が難しく、安定した運用がで
きない場合があるという問題があった。
【0006】第4に、ボイラーによって温水を作るため
に、ボイラー騒音が発生すると共に、ガス、灯油などの
場合は、大気への汚染が発生するという、環境破壊が発
生するという問題があった。
【0007】一方、電熱式の凍結防止システムは、温水
の循環方式と比較すると、騒音、汚染もなくコントロー
ルしやすく、洗浄などのメンテナンスも不要である。し
かし、金属抵抗を利用しているので、温度が上昇する
と、電気量が増加すると共に、配線間隔が広いために、
温度ムラが生じやすい、という問題があった。
【0008】この発明の目的は、第1に、前述の課題を
解決し、温度コントロールがしやすく、熱源となるエネ
ルギーを安定して供給でき、メンテナンスが容易に行な
え、しかも、環境破壊を起こすことのない面状発熱体を
提供することである。第2に、そのような面状発熱体を
製造する面状発熱体の製造方法を提供することである。
第3に、そのような面状発熱体を使用する面状発熱体の
使用方法を提供することである。第4に、そのような面
状発熱体の特定の性質を専ら利用する面状発熱体を用い
た発熱装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付
して説明するが、これに限定するものではない。すなわ
ち、請求項1の発明は、第1の方向及び第2の方向に絶
縁用かつ位置決め用の硝子繊維(12)を織り、前記第
1の方向であって、前記硝子繊維の織り目に所定間隔ご
とに発熱用の炭素繊維(11)を織り込むと共に、前記
第2の方向であって、前記第1の方向の端部に電極用の
第1及び第2の導体(13)を織り込んだ発熱体本体
(10)と、前記発熱体本体の両面に貼り合わされる絶
縁性樹脂シート(15、16)と、前記発熱体本体と前
記絶縁性樹脂シートとを結合させる熱硬化性樹脂からな
る結合材(14)と、前記絶縁性樹脂シートの両側に密
着して形成され、硝子繊維を紡織して熱硬化性樹脂を含
浸させた紡織被覆シート(31、32)とを含むことを
特徴とする面状発熱体(3)である。
【0010】請求項2の発明は、請求項1に記載の面状
発熱体において,前記発熱体本体の前記第1及び第2の
導体を交互に切断した切断部(17A,17B,17
C,17D)を備えたことを特徴とする面状発熱体であ
る。
【0011】
【0012】請求項3の発明は、請求項1に記載の面状
発熱体において、前記紡織被覆シートは、アスファルト
の熱により反応する樹脂であることを特徴とする面状発
熱体(3)である。
【0013】請求項4の発明は、第1の方向及び第2の
方向に絶縁用かつ位置決め用の硝子繊維(12)を織
り、前記第1の方向であって、前記硝子繊維の織り目に
所定間隔ごとに発熱用の炭素繊維(11)を織り込むと
共に、前記第2の方向であって、前記第1の方向の端部
に電極用の第1及び第2の導体(13)を織り込むこと
で発熱体本体(10)を作成する発熱体作成工程と、熱
硬化性樹脂からなる結合材(14)により、前記発熱体
本体の両面に絶縁性樹脂シート(15、16)を貼り合
わせる絶縁シート貼り合わせ工程と、前記絶縁性樹脂シ
ートの両側に、硝子繊維を紡織して熱硬化性樹脂を含浸
させた紡織被覆シート(31、32)を密着して貼り合
わせる被覆シート貼り合わせ工程とを備えることを特徴
とする面状発熱体の製造方法である。
【0014】請求項5の発明は、請求項4に記載の面状
発熱体の製造方法において、前記第1及び第2の導体を
交互に切断(17A、17B、17C、17D、21
A、21B、21C)して、電気回路を作成する回路作
成工程と、前記発熱体本体を所定寸法(L)に切断する
切断工程とを含むことを特徴とする面状発熱体の製造方
法である。
【0015】
【0016】請求項6の発明は、請求項4又は請求項5
に記載の面状発熱体の製造方法において、前記導体を避
けて貫通孔(41)を穿設する穿設工程を備えることを
特徴とする面状発熱体(4)の製造方法である。
【0017】請求項7の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載の面状発熱体の上部に床暖房
用フローリング(56)を取付けて床を暖房することを
特徴とする面状発熱体の使用方法である。
【0018】請求項8の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載の面状発熱体をコンクリート
(61、62)間に埋設してコンクリート床を暖房する
ことを特徴とする面状発熱体の使用方法である。
【0019】請求項9の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載の面状発熱体をアスファルト
(72、73)内に埋設してアスファルトの凍結を防止
することを特徴とする面状発熱体の使用方法である。
【0020】請求項10の発明は、請求項1から請求項
3までのいずれか1項に記載の面状発熱体の上部に床暖
房用フローリング(56)を取り付けて床を暖房するこ
とを特徴とする面状発熱体を用いた発熱装置である。
【0021】請求項11の発明は、請求項1から請求項
3までのいずれか1項に記載の面状発熱体をコンクリー
ト(61、62)間に埋設してコンクリート床を暖房す
ることを特徴とする面状発熱体を用いた発熱装置であ
る。
【0022】請求項12の発明は、請求項1から請求項
3までのいずれか1項に記載の面状発熱体をアスファル
ト内に埋設してアスファルト(72、73)の凍結を防
止することを特徴とする面状発熱体を用いた発熱装置で
ある。
【0023】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)以下、図面を参照して、この発明の好
適な実施形態をあげて、さらに詳しく説明する。図1
は、この発明による面状発熱体の第1実施形態の発熱体
本体を示す要部拡大図である。図2は、図1の発熱体本
体がロール状に巻かれた状態を示す斜視図である。第1
実施形態の面状発熱体1は、発熱体本体10と、結合材
14と、絶縁性樹脂シート15,16などから構成され
ている。
【0024】発熱体本体10は、炭素繊維11、硝子繊
維12、導体13を紡織したものであり、硝子繊維12
を縦糸,横糸として織りあげると共に、数mmから数1
0mmの間隔で炭素繊維11を横糸として織り込み、さ
らに、両端に電極となる銅線などからなる導体13を縦
糸として織り込んである。従って、炭素繊維11と炭素
繊維11との間は、硝子繊維12が布状に成形されるの
で、位置決めされて動くことはなく、完全に絶縁され
る。また、炭素繊維11と両端の導体13とは、密着し
て電気的な接続がなされる。
【0025】ここで、炭素繊維11を使用する理由は、
安定した抵抗値が得られ、金属抵抗とは違い、温度上昇
に対しても自己制御するので、電気量が増加することは
ないからである。また、炭素繊維11及び硝子繊維12
は、耐用年数は半永久的なものであるために、人為的に
損傷を与えない限り故障の原因とはならない利点があ
る。また、熱源として供給が安定している電気を使用で
き、大気汚染、騒音などはなく、温度ムラもなく、熱効
率はよいので、昇温時間が短い。さらに、電気量も電熱
線と比べ安くなる。
【0026】発熱体本体10は、図2に示すように、ロ
ール状に巻き取られる。この巻き取られた発熱体本体1
0Aは、両端の導体13の部分に、交互に切断部17
A,17B,17C,17D,・・・を形成して、電極
13A,13B,13C,13D,・・・とし、電極1
3A,炭素繊維11A,電極13B,炭素繊維11B,
電極13C,炭素繊維11C,・・・と電気回路を構成
する。
【0027】この発熱体本体10は、例えば、炭素繊維
11(CF−1000)として、7μ/本のものを10
00本を1束にしたものを使用し、456Ω/mの抵抗
値を有しており、各炭素繊維11の間隔を20mmと
し、幅0.9m×10mに織りあげてある。この発熱体
本体10は、両端のロス部分15mmと両端の電極部分
60mmを有しているために、有効寸法は、810mm
となり、330Kcal/m2 h、印加電圧200Vと
すると、炭素繊維11の1本当たりの抵抗値は、36
9.36Ωとなる。
【0028】この発熱体本体10は、長さが10mの場
合に、炭素繊維11が500本となり、図2のような4
回路構成にしたときに、次のような数値計算の結果が得
られる。つまり、125本/1回路となり、並列接続で
あるために、発熱体本体10の抵抗値は、369.36
Ω÷125本≒2.95Ω×4回路=11.82Ωとな
る。200Vの電圧を印加した場合に、その電流は、2
00V÷11.8Ω=16.95Aとなる。従って、発
熱体本体10は、1枚当たりの容量が200V×16.
95A=3389.8Wとなる。また、ワット密度は、
3389.8W÷9m2 =376.6W/m2 となり、
熱量は、3.766×860≒324Kcal/m2
となる。
【0029】この発熱体本体10は、4つの切断部17
A,17B,17C,17Dを形成した場合には、4回
路構成となるので、125本/1回路となる。また、幅
0.9m×長さ10mに連続して、製造することができ
る。
【0030】発熱体本体10は、図2において回路構成
を完了した後に、熱硬化性樹脂等の結合材14を含浸さ
せ、その両面から強化プラスチック製の絶縁性樹脂シー
ト15,16をラミネートする。
【0031】図3は、第1実施形態に係る面状発熱体の
製造装置を示す模式図である。この製造装置100は、
ディスペンサ101によって、発熱体本体10に熱硬化
性樹脂14を滴下した後に、上下から絶縁性樹脂シート
15,16を供給し、プレスローラ102によって加圧
する。さらに、ヒータ103より加熱して、熱硬化樹脂
14を均一にしてから、プレスローラ104によって、
最終仕上げのプレスを行い、面状発熱体1を成形する。
この面状発熱体1は、絶縁性樹脂シート15,16によ
って被覆してあるので、水洩れ、漏電などの心配はな
い。
【0032】第1実施形態に係る面状発熱体1によれ
ば、発熱体本体10は、絶縁用の硝子繊維12と、発熱
用の炭素繊維11と、導体13を織り込むと共に、硝子
繊維12、炭素繊維11及び導体13を結合剤である熱
硬化性樹脂14によって固定してあるので、各炭素繊維
11間及び各炭素繊維11と導体13との位置決め及び
固定が容易にできる。また、発熱体本体10の両面に絶
縁性樹脂シート15,16を貼り合わせているので、漏
電などの心配はない。さらに、炭素繊維11は、金属抵
抗とは違い、温度上昇に対しても自己制御するので、電
気量が増加することはない。また、炭素繊維11及び硝
子繊維12の耐用年数は、半永久的なものであるので、
人為的に損傷を与えない限り故障の原因とはならない。
また、硝子繊維12と炭素繊維11との紡織工程中に導
体13を織り込むので、製造が簡単で、大量生産が可能
であり、コストダウンを図ることができる。
【0033】(第2実施形態)図4は、本発明による面
状発熱体の第2実施形態を示す斜視図である。第2実施
形態では、第1実施形態と同様に面状発熱体1’(但
し、図2に示すような電気回路を構成をしていない)を
ロール状に成形し、その面状発熱体1’を好適な寸法L
で切断し、1枚の面状発熱体2を製造する。そして、図
2と同様に電気回路を構成するために、外部から切断部
21A,21B,21Cを形成し、導体13の端部に電
圧印加用端子22,23を取り付け、その電圧印加用端
子22,23に配線24,25を施す。第2実施形態に
よれば、あらゆる容量の発熱体を製造することができ
る。また、電圧的には、直流印加でも交流印加でも使用
可能である。
【0034】第2実施形態に係る面状発熱体2によれ
ば、発熱体本体1’の両端の導体13を交互に切断した
切断部21A,21B,21Cを備えているので、切断
部21A,21B,21Cによって分割された導体13
と、その導体13に接続された炭素繊維11によって電
気回路を容易に形成することができる。また、発熱体本
体1’の両端の導体13を交互に切断して、電気回路を
作成し、発熱体本体1’を所定寸法Lに切断するので、
連続工程により製造でき、ロール形状のため製造原価も
安くなる。
【0035】(第3実施形態)図5は、本発明による面
状発熱体の第3実施形態を示す斜視図である。第3実施
形態では、第2実施形態によって製造した面状発熱体2
の上下に、紡織被覆シート31,32を一体化したもの
である。この紡織被覆シート31,32は、硝子繊維を
紡織したシートに、熱硬化性樹脂を含浸して接着したも
のである。この熱硬化性樹脂は、高温で反応を起こす樹
脂を用いることが好ましい。この面状発熱体3は、アス
ファルト用ロードヒーティングに好適に使用することが
できる。アスファルトの温度は、140〜170°Cで
あり、この温度で反応することにより、上部から加圧
し、このアスファルトの熱により、面状発熱体3は、上
下から挟まれるアスファルト層との密着が可能となる。
【0036】第3実施形態に係る面状発熱体3によれ
ば、絶縁性樹脂シート15,16の両側に、熱硬化性樹
脂を含浸された紡織被覆シート31,32を密着して形
成したために、アスファルト等の高温部材によって両側
から挟むときに、密着がよくなる。
【0037】(第4実施形態)図6は、本発明による面
状発熱体の第4実施形態を示す斜視図である。面状発熱
体4は、第2実施形態によって製造した面状発熱体2
に、導体を切断しない箇所に、貫通孔41を形成したも
のである。この貫通孔41を設けることにより、アスフ
ァルト、コンクリート内に埋設した場合に、この貫通孔
41を通して、面状発熱体4を挟んだ上下の層が一体と
なり、密着性がよくなり、剥離が無くなる。従って、第
4実施形態は、アスファルト道路、歩道、歩道橋、コン
クリート床、駐車場等の凍結防止、床暖房用に好適に使
用される。
【0038】第4実施形態に係る面状発熱体4によれ
ば、導体13を避けて貫通孔41を穿設したので、アス
ファルトやコンクリート等の両側で挟む部材が一体化さ
れ、密着性がよくなる。
【0039】(施工例)以上説明した各実施形態の面状
発熱体1,2,3,4は、道路の凍結防止用、歩道の凍
結防止用、歩道橋の融雪用、住宅、事務所、工場などの
床暖房、駐車場の融雪、ビル、アパートなどの高架水槽
の凍結防止用、山道、坂道などの凍結防止用、農業用ト
ンネルハウスの床温、温室の床温などに使用可能であ
る。次に、いくつかの施工例をあげて、具体的に説明す
る。
【0040】図7は、本発明による面状発熱体の施工例
を示す図である。図7(A)は、一般木造床の床暖房の
施工例である。この施工例は、大引51の根太52に渡
した床材53の上であって、小根太54と小根太間54
に、断熱材55を配置し、その上に釘などによって面状
発熱体1を固定し、その上部に、仕上用床暖房用フロー
リング56を取り付けたものである。
【0041】図7(B)は、コンクリート床暖房の施工
例である。この施工例は、下部コンクリート61と上部
コンクリート62の間に、面状発熱体1を埋設したもの
である。
【0042】図7(C)は、アスファルト内に埋設の施
工例である。この施工例は、砕石71を点圧の後にアス
ファルト72を施工し、その上に面状発熱体1を施工
し、さらにその面状発熱体1の上に、アスファルト粗粒
73を施工し、仕上用アスファルト細粒74を施工した
ものである。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発熱体本体は、絶縁用の硝子繊維と、発熱用の炭素繊維
と、導体を織り込むと共に、硝子繊維、炭素繊維及び導
体を結合剤によって固定してあるので、各炭素繊維間及
び各炭素繊維と導体との位置決め及び固定が容易にでき
る。また、発熱体本体の両面に絶縁性樹脂シートを貼り
合わせているので、漏電などの心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面状発熱体の第1実施形態の発熱
体本体のみを示す図である。
【図2】図1の発熱体本体がロール状に巻かれた状態を
示す斜視図である。
【図3】第1実施形態に係る面状発熱体の製造装置を示
す模式図である。
【図4】本発明による面状発熱体の第2実施形態を示す
斜視図である。
【図5】本発明による面状発熱体の第3実施形態を示す
斜視図である。
【図6】本発明による面状発熱体の第4実施形態を示す
斜視図である。
【図7】本発明による面状発熱体の施工例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1,2,3,4 面状発熱体 10 発熱体本体 11 炭素繊維 12 硝子繊維 13 導体 14 結合材 15,16 絶縁性樹脂シート 17 切断部 21 切断部 22,23 電極 24,25 配線 31,32 紡織被覆シート 41 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 幸雄 新潟県上越市大字青木185−1 (72)発明者 見沢 祐輔 東京都東久留米市幸町2−5−19 株式 会社ミサワ商会内 (72)発明者 梅本 進一郎 埼玉県朝霞市膝折町4−6−4 (72)発明者 三坂 令光 東京都中央区京橋3−13−1 大成ロテ ック株式会社内 (72)発明者 野村 健一郎 東京都中央区京橋3−13−1 大成ロテ ック株式会社内 (72)発明者 木下 哲 神奈川県川崎市高津区下作延175−1 溝の口スカイハイツ312 (56)参考文献 特開 平6−60965(JP,A) 特開 昭55−108195(JP,A) 特開 昭54−149952(JP,A) 特公 昭38−19372(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/20 349 H05B 3/20 345 H05B 3/14 H05B 3/34 F24D 13/02

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の方向及び第2の方向に絶縁用かつ
    位置決め用の硝子繊維を織り、 前記第1の方向であって、前記硝子繊維の織り目に所定
    間隔ごとに発熱用の炭素繊維を織り込むと共に、 前記第2の方向であって、前記第1の方向の端部に電極
    用の第1及び第2の導体を織り込んだ発熱体本体と、 前記発熱体本体の両面に貼り合わされる絶縁性樹脂シー
    トと、 前記発熱体本体と前記絶縁性樹脂シートとを結合させる
    熱硬化性樹脂からなる結合材と、 前記絶縁性樹脂シートの両面に密着して形成され、硝子
    繊維を紡織して熱硬化性樹脂を含浸させた紡織被覆シー
    トとを含むことを特徴とする面状発熱体。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の面状発熱体において、 前記発熱体本体の前記第1及び第2の導体を交互に切断
    した切断部を備えたことを特徴とする面状発熱体。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の面状発熱
    体において、 前記紡織被覆シートは、アスファルトの熱により反応す
    る樹脂であることを特徴とする面状発熱体。
  4. 【請求項4】 第1の方向及び第2の方向に絶縁用かつ
    位置決め用の硝子繊維を織り、前記第1の方向であっ
    て、前記硝子繊維の織り目に所定間隔ごとに発熱用の炭
    素繊維を織り込むと共に、前記第2の方向であって、前
    記第1の方向の端部に電極用の第1及び第2の導体を織
    り込むことで発熱体本体を作成する発熱体作成工程と、 熱硬化性樹脂からなる結合材により、前記発熱体本体に
    両面に絶縁性樹脂シートを貼り合わせる絶縁シート張り
    合わせ工程と、 硝子樹脂を紡織して熱硬化性樹脂を含浸させた紡織被覆
    シートを、前記絶縁性樹脂シートの両側に密着して貼り
    合わせる被覆シート張り合わせ工程とを備えることを特
    徴とする面状発熱体の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の面状発熱体の製造方法
    において、 前記第1及び第2の導体を交互に切断して、電気回路を
    作成する回路作成工程と、 前記発熱体本体を所定寸法に切断する切断工程と、 を含むことを特徴とする面状発熱体の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項4又は請求項5に記載の面状発熱
    体の製造方法において、 前記導体を避けて貫通孔を穿設する穿設工程を備えるこ
    とを特徴とする面状発熱体の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載の面状発熱体の上部に床暖房用フローリングを
    取付けて床を暖房することを特徴とする面状発熱体の使
    用方法。
  8. 【請求項8】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載の面状発熱体をコンクリート間に埋設してコン
    クリート床を暖房することを特徴とする面状発熱体の使
    用方法。
  9. 【請求項9】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載の面状発熱体をアスファルト内に埋設して、ア
    スファルト敷設時の熱で前記面状発熱体とアスファルト
    とを一体化し、アスファルトの凍結を防止することを特
    徴とする面状発熱体の使用方法。
  10. 【請求項10】 請求項1から請求項3までのいずれか
    1項に記載の面状発熱体の上部に床暖房用フローリング
    を取付けて床を暖房することを特徴とする面状発熱体を
    用いた発熱装置。
  11. 【請求項11】 請求項1から請求項3までのいずれか
    1項に記載の面状発熱体をコンクリート間に埋設してコ
    ンクリート床を暖房することを特徴とする面状発熱体を
    用いた発熱装置。
  12. 【請求項12】 請求項1から請求項3までのいずれか
    1項に記載の面状発熱体をアスファルト内に埋設して
    アスファルト敷設時の熱で前記面状発熱体とアスファル
    トとを一体化し、アスファルトの凍結を防止することを
    特徴とする面状発熱体を用いた発熱装置。
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