JP4018819B2 - 電気ヒーター - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として電気炉等の高温環境で使用される電気ヒーター及びその製造方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、発熱板に当該発熱板の長手方向に交差する複数のスリットを形成してなる電気抵抗発熱体と、当該発熱体を支持するための断熱耐火物よりなる成形体とを備え、前記発熱体を前記長手方向に交差する幅方向の中央部が成形体側へ突出するように形成してある電気ヒーターに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、上述の如きスリットを有する発熱体を備えたヒーターの従来技術としては、例えば、特開平７−２９６９５７号公報記載のものが知られている。同従来技術では、各発熱体の間にセラミックスで作成した鍔付きの支持体を設けることで、発熱体の開口部を広く確保しつつこの発熱体を支持している。
【０００４】
しかし、同従来技術によれば、高価なセラミックス材料を多く用いて特別な支持体を作成する必要があり、コスト高を招かざるを得なかった。これに対し、セラミックスのセメント等で発熱体支持用の鍔を形成すると、コストの低廉化は図れるが、鍔の強度が不十分となり易く、強度向上のために鍔を厚くすると放熱効率が低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発熱体を確実に支持できながら放熱効率が高く、より安価に製造することの可能な電気ヒーターを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる電気ヒーターの第一の特徴構成は、発熱板に当該発熱板の長手方向に交差する複数のスリットを形成してなる電気抵抗発熱体と、当該発熱体を支持するための断熱耐火物よりなる成形体とを備え、前記発熱体を前記長手方向に交差する幅方向の中央部が成形体側へ突出するように形成してある構成において、前記成形体に発熱体を受け入れるための受入溝を形成すると共にこの発熱体を前記受入溝内に配置し、前記発熱体の前記長手方向に沿う各縁部に当接して当該発熱体を前記受入溝内に支持するための前記断熱耐火物よりも硬質且つ良熱伝導性の絶縁材料よりなる棒状支持体を設け、前記各棒状支持体を前記成形体へ部分的に固定具で固定したことにある。
【０００７】
同特徴構成によれば、棒状支持体は発熱体の縁部に接当し且つ断熱耐火物よりも良熱伝導性であるから、発熱体による放熱を妨げることが少ない。発熱体を長手方向に交差する幅方向の中央部が成形体側へ突出するように形成すると共に断熱耐火物よりも硬質の絶縁材料で発熱体を縁部で支持しているので、例え天井面から発熱体を支持することになっても、その支持は確実である。また、各棒状支持体を成形体へ「部分的」に固定具で固定してあるので、固定具を介しての熱損失が少ない。
【０００８】
前記棒状支持体を形成するにあたり、耐熱ガラス製又はセラミックス製の中空管としてもよい。熱伝導性がよく放熱効率に優れたセラミックスを用いると共に、中空管であるから放熱効率のよい薄肉に形成できる割に強度が向上しているので、放熱効率及び発熱体支持強度の双方について優れることとなる。
【０００９】
また、前記固定具を、前記棒状支持体を掛止する掛止部と前記成形体に差し込まれる脚部とを有する固定ピンとし、これら各固定ピンの脚部が前記発熱体の幅方向側部を通過して前記成形体に差し込まれるように構成するとよい。同構成によれば、固定ピンの脚部が発熱体に殆ど又は全く接しないので、発熱体から固定ピンへの無駄な伝熱がなく、放熱効率に優れることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図１及び図２を参照しながら、本発明の第一の実施形態について説明する。 図１は、本発明に係る電気ヒーター１を示しこの電気ヒーター１は本実施形態において１０００℃未満の電気炉で用いられるものである。この電気ヒーター１は、複数列の発熱体２０とこの発熱体２０を支持する成形体たる成形板１１及び棒状支持体たる耐熱ガラス管３１と複数の固定具たる固定ピン４１とを備えている。
【００１１】
発熱体２０は、図２に示すように、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌやニッケルクロム合金等で作成した発熱板に、当該発熱板の長手方向Ｌに交差する複数のスリット２０ａをその開口部が中央部２０ｃ，２０ｃに交互に位置するようにプレス機等で打ち抜き形成して、発熱体２０が蛇行状の回路を構成するようにしてある。この種のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の発熱体では、経時変化により熱膨張よりも大きな回路長の伸びを生じる。本発明では当該回路長の伸びによっても発熱体２０は受入溝１２及び耐熱ガラス管３１等内で突っ張り、そのずれが防止される。この種の突っ張りを発生させたり、発熱体２０の受入溝１２内からの脱落を防ぐためには、特に発熱体２０が腕曲していることが重要である。
【００１２】
発熱体２０を支持するための断熱耐火物よりなる成形体としては、本実施形態において断熱耐火物を板状に形成した成形板１１を用いている。この成形板１１を構成する断熱耐火物としては、セラミックスファイバーやセラミックス粉末に有機・無機のバインダーを混入したものなど、様々なものを用いることが可能である。
【００１３】
成形板１１には、複数の受入溝１２をそれぞれが平行となるように彫り込み形成してある。この受入溝１２は、発熱体２０を受け入れるためのものであり、腕曲させた発熱体２０の横幅とほぼ同じ横幅か少し広い横幅を有しており、腕曲させた発熱体２０の高さよりも少し深く形成してある。耐熱ガラス管３１は、発熱体２０の縁部２０ｂ，２０ｂ上に載置され、固定ピン４１によって成形板１１に固定され、結果として発熱体２０を支持している。本実施形態では、１０００℃未満の温度領域で本電気ヒーター１を使用するので、耐熱ガラス管３１として断熱耐火物よりも硬質且つ良熱伝導性の絶縁材料よりなる石英ガラス管を用いている。この耐熱ガラス管３１によれば、発熱体２０により生じた赤外線や熱線は耐熱ガラス管３１を通過して放熱されるので、熱効率が向上する。また、耐熱ガラス管３１は中空管であるから、熱効率を向上させるよう薄肉に形成して透過性を高めつつその強度低下をも同時に達成できる。
【００１４】
固定ピン４１は、発熱体２０と同じ耐熱材料の針金で形成してある。固定ピン４１の先端部はフック状に腕曲させてあり、耐熱ガラス管３１を掛止するための掛止部４１ａとして形成してある。また、中間部である差込部４１ｂは成形板１１中に凸部１３の部分から差し込まれ、その後端部が成形板１１の裏面で折り曲げられて固定ピン４１の抜け止めのための折曲部４１ｃとなる。
【００１５】
固定ピン４１は、発熱板の長手方向Ｌに対して間欠的に配置してあり、これによって耐熱ガラス管３１を部分的に電気ヒーター１に固定する。耐熱ガラス管３１と固定ピン４１との接触が部分的であり、しかも、固定ピン４１の差込部４１ｂが発熱体２０に直接接触せずに発熱体２０のＷ側部を通って成形板１１内に差し込まれている。。従って、発熱体２０からの放熱面積を広く確保すると共に、固定ピン４１による成形板１１裏面などへの熱の逃げも抑制し、熱効率を結果として向上させている。
【００１６】
電気ヒーター１を作成するにあたっては、受入溝１２を上向きとして成形板１１を配置し、発熱体２０の中央部２０ｃを受入溝１２の溝底部１２ａに接当させ、発熱体２０の縁部２０ｂ，２０ｂ上に耐熱ガラス管３１，３１を載置する。各耐熱ガラス管３１，３１を各溝壁部１２ｂ，１２ｂに接当させた状態で固定ピン４１を凸部１３から成形板１１中に差し込む。そして、差し込み後に固定ピン４１の後端を折り曲げて抜止用の折曲部４１ｃを形成し、耐熱ガラス管３１及び発熱体２０の固定が完了する。
【００１７】
熱膨張や経時等による膨張が発熱体２０に生じた場合、中央部２０ｃは溝底部１２ａに押し付けられると共に各縁部２０ｂが耐熱ガラス管３１に押し付けられ、さらに、発熱体２０の両端はそれぞれ溝壁部１２ｂに押し付けられる。発熱体２０は受入溝１２内で突っ張ることとなるので、同構成に係る電気ヒーター１を天井用や床用のみならず、壁面用としても使用することが可能である。
【００１８】
次に、本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、先の第一実施形態と同様の部材には同様の符号を付してある。
図３に示す第二実施形態は、固定具である固定ピン４２の形状及び材料を先の第一実施形態と異ならせてある。この固定ピン４２を構成する絶縁材料としては、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするセラミックスや炭化けい素、窒化けい素等の他、成形体の断熱耐火物よりも硬質かつ良熱伝導性のものであれば、様々なものを用いることができる。これら成形体及び支持体を構成する材料の種類や配合は、電気ヒーターの使用温度等に応じて適宜変更することができるが、本実施形態では、電気ヒーター１を１０００℃以上の高温環境で使用することを前提としている。そのため、本発明に係る棒状支持体は、これら固定ピン４２と同様の材料を用いたセラミックス管３２として構成してある。
【００１９】
固定ピン４２は、セラミックス管３２を掛止するための掛止部４２ａと、成形板１１内に差し込むための差込部４２ｂとを有している。差込部４２ｂの先端は尖っており、セラミックスのセメントを含浸させた状態で成形板１１に差し込まれ、このセラミックスのセメントにより差込部４２ｂは成形板１１に固定されることとなる。
【００２０】
図４に示す本発明の第三実施形態では、断熱耐火物により形成された成形体として成形管１４を用いてある。また、この成形管１４内に成形管１４の中心軸方向に沿って多数の受入溝１２が間欠的に形成され、この内部に発熱体２０が挿入されている。各発熱体２０を支持する耐熱ガラス管３１を掛止する固定ピン４１は、その内側から外側に貫通する形となっている。
【００２１】
本発明に係る棒状支持体は、必ずしも中空管に限られる必要はなく、例えば、図５（ａ）に示すアングル型セラミックス棒３３や図５（ｂ）に示すセラミックス角棒３４の様に形成されていてもよい。但し、アングル型セラミックス棒３３や中空管として構成されれば、薄肉にも拘わらず強度を向上させることができ、放熱効率上も有利となる。
【００２２】
上記各実施形態では、耐熱ガラス管３１、セラミックス管３２などの固定具としてピン状の固定ピン４１、固定ピン４２を用いたが、図６（ａ）、（ｂ）に示すように固定具として板状のものを用いても構わない。この固定板４３は、上部に成形板１１の裏面に掛止するための上掛止部４３ａを有するとともに、セラミックス管３２の端部の孔に挿入するための掛止ピン４３ｂを有している。また、固定板４３はその中間部においてアンカーピン４３ｃにより成形板１１に差し込み固定される。固定板４３は、一本のセラミックス管３２の両端にそれぞれ一つずつ配置されることとなり、セラミックス管３２を端部から支持する。セラミックス管３２が短い場合は、固定板４３による固定のみで十分であり、またセラミックス管３２の長さが延長されるに従い、先の固定ピン４１，固定ピン４２を中間部に設置すれば足りる。
【００２３】
上記各実施形態では、成形板１１に対しそれぞれ受入溝１２を彫り込んで形成した。しかし、図７に示すように、成形板１１上に同様の材料よりなる補助板１５を間欠的に張り付けることで各補助板１５間に受入溝１２を形成することも可能である。
【００２４】
上記実施形態では、発熱体２０として発熱体２０の板材の両端に交互にスリット２０ａを形成した発熱体２０を用いた。しかし、このスリット２０ａは、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように様々な形態をとることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係る電気ヒーターの特徴によれば、受入溝、棒状支持体及び固定具を上述の如く組み合わせることで、発熱体を確実に支持できながら放熱効率を向上させることが可能となった。また、放熱効率や強度が問題となり高価となりやすい部材の使用量が棒状支持体等僅かであり、発熱体を棒状支持体と共に受入溝に配置してから固定具で固定するという簡素な工程とできるので、より安価に製造するが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る電気ヒーターの底面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は電気抵抗発熱体の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態を示し、（ａ）は発熱板の長手方向視図、（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第四実施形態を示す図１（ａ）相当図、（ｂ）は本発明の第五実施形態を示す図１（ａ）相当図である。
【図６】本発明の第六実施形態を示し、（ａ）は図１（ａ）相当図、（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明の第七実施形態を示す図１（ａ）相当図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ発熱体の第一〜第三の改変例を示す図２（ａ）相当図である。
【符号の説明】
１ 電気ヒーター
１１ 成形板（成形体）
１２ 受入溝
１２ａ 溝底部
１２ｂ 溝壁部
１３ 凸部
１４ 成形管（成形体）
１５ 補助板
２０ 発熱体
２０ａ スリット
２０ｂ 縁部
２０ｃ 中央部
３１ 耐熱ガラス管（棒状支持体）
３２ セラミックス管（棒状支持体）
３３ アングル型セラミックス棒（棒状支持体）
３４ セラミックス角棒（棒状支持体）
４１ 固定ピン（固定具）
４１ａ 掛止部
４１ｂ 差込部
４１ｃ 折曲部
４２ 固定ピン（固定具）
４２ａ 掛止部
４２ｂ 差込部
４３ 固定板（固定具）
４３ａ 上掛止部
４３ｂ 掛止ピン
４３ｃ アンカーピン
Ｌ 発熱板の長手方向
Ｗ 発熱板の幅方向

Claims (4)

1. 発熱板に当該発熱板の長手方向に交差する複数のスリットを形成してなる電気抵抗発熱体と、当該発熱体を支持するための断熱耐火物よりなる成形体とを備え、前記発熱体を前記長手方向に交差する幅方向の中央部が成形体側へ突出するように形成してある電気ヒーターであって、前記成形体に発熱体を受け入れるための受入溝を形成すると共にこの発熱体を前記受入溝内に配置し、前記発熱体の前記長手方向に沿う各縁部に当接して当該発熱体を前記受入溝内に支持するための前記断熱耐火物よりも硬質且つ良熱伝導性の絶縁材料よりなる棒状支持体を設け、前記各棒状支持体を前記成形体へ部分的に固定具で固定してある電気ヒーター。
2. 前記棒状支持体が耐熱ガラス製の中空管である請求項１記載の電気ヒーター。
3. 前記棒状支持体がセラミックス製の中空管である請求項１記載の電気ヒーター。
4. 前記固定具が、前記棒状支持体を掛止する掛止部と前記成形体に差し込まれる脚部とを有する固定ピンであり、これら各固定ピンの脚部が前記発熱体の幅方向側部を通過して前記成形体に差し込まれている請求項１〜３のいずれかに記載の電気ヒーター。

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