JP5743188B2

JP5743188B2 - ヒータ管

Info

Publication number: JP5743188B2
Application number: JP2011029925A
Authority: JP
Inventors: 俊樹宮阪
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: JP2012169174A

Description

本発明は、例えばジルコニア酸素濃度計におけるセンサ加熱用ヒータに関し、セラミックスや石英ガラスなど絶縁体にニクロム線などの電熱線を巻きつける構造のヒータに関する。

図２（ａ〜ｃ）は従来のジルコニア酸素濃度計のセンサ加熱用のヒータ概略図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は（ｂ）図のＢ部拡大図である。

図２においては、セラミックスや石英ガラスなど管状の絶縁体（以下、絶縁管という）１に、ニクロム線などの電熱線２を規定のピッチで規定回数巻きつけ、さらに、これに耐熱コーティング剤３を塗布したヒータとなっている。電熱線に電圧を印加すると電熱線２が発熱し、これに接触する絶縁管１も加熱され、ヒータとして機能する。

このようなヒータとしては、絶縁管１に電熱線２を巻きつけたものが一般的であるが、電熱線を巻きつける際の作業性向上等を目的として、従来ヒータでは、絶縁管の電熱線と接触する表面に電熱線２のガイドとなるようなＶ溝４が形成されている。

また、このガイドとしての機能は作業性向上以外にも効果がある。即ち、絶縁管１、電熱線２及び耐熱コーティング剤３との膨張係数差が非常に大きい場合には、ヒータの使用における熱膨張収縮の繰り返しにより、耐熱コーティング剤３が絶縁管１から剥離してしまうことがある。

絶縁管１にＶ溝４がなく、コーティング剤３が剥離してしまった場合は、巻きつけた電熱線２の位置やピッチにズレが生じたりすることがあるが、絶縁管１にＶ溝４が施されていれば、コーティングがない状態でも、電熱線２がＶ溝４によって絶縁管１の軸方向に拘束されることから、位置やピッチにズレが生じたりすることはない。

特開平０７−２４４０１３号公報特開平０９−２６４８７６号公報特開平１０−３３５０５０号公報特開２０００−１８０４０６号公報

ところで、ヒータ表面には、電熱線２の絶縁管１への固着及び電熱線表面からの熱の散逸を目的として耐熱コーティング剤３が塗布される。電熱線２の表面温度は寿命に大きく依存するパラメータであることから、コーティングは電熱線表面全てを覆い、熱伝導により表面から熱を散逸させることが望ましい。

絶縁管と接触する部分については、絶縁管１及び電熱線２の表面状態により完全接触とはならず、接触熱抵抗としては大きくなってしまう。従って、絶縁管１との接触面を最小にし、コーティング剤３で覆われる面を最大とすることが必要である。

従来のＶ溝形状や凹形の溝では、電熱線表面が部分的にコーティング剤３で覆われず、空間Ｋとして残ってしまう部分が生じる（図２ｃ参照）。このような箇所では電熱線の表面からは輻射及び熱伝達でのみの放熱となるため、コーティングにより熱伝導で熱を散逸させている部分と比較して表面温度が高くなる。

頻繁なヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦなど電熱線２への負荷が高い場合、電熱線２の表面温度が最も高いところから次第に溶け始め、断線に至ってしまう可能性が高くなる。コーティング剤３に覆われない部分をなくすために、絶縁管１に電熱線２を巻きつける前に、絶縁管１にコーティング剤３を塗布してしまう方法もあるが、作業上好ましくない。

従って本発明は、ヒータ巻き線作業時の作業性、使用時の安定性を従来並みに維持しつつ、従来以上の寿命をもたせることを目的としている。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載のヒータ管においては、外周に螺旋状に形成されたガイド溝を有する絶縁体と、前記ガイド溝に沿って巻きつけられた電熱線と、前記絶縁体と電熱線を覆って形成されるコーティング剤からなるジルコニア酸素濃度計におけるセンサ加熱用ヒータにおいて、前記ガイド溝の断面は半円状に形成され、前記電熱線の外径より大きく形成されたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１によれば、
ヒータ巻き線作業時の作業性、使用時の安定性は従来並みでありながらも、電熱線の周
囲に空間を作ることなく、コーティング剤を介しての電熱線の表面からの熱の散逸が従来
品と比較して向上することから、特にヒータ電源の頻繁なＯＮ／ＯＦＦにおけるヒータ寿
命が向上する。

本発明の実施形態の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）図のＢ部拡大図である。従来のヒータ管の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）図のＢ部拡大図である。

図１（ａ〜ｃ）は本発明のヒータ管の実施形態の一例を示すもので、例えばジルコニア酸素濃度計のセンサ加熱用として用いられる。（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）図のＢ部拡大図である。

基本構成は図２に示す従来ヒータと同様である。セラミックスや石英ガラスなど絶縁管１に、ニクロム線などの電熱線２を規定のピッチで規定回数巻きつけ、さらにこれに耐熱コーティング剤３を塗布したヒータとなっている。電熱線２に電圧を印加すると電熱線が発熱し、これに接触する絶縁管１も加熱され、ヒータとして機能する。

従来ヒータと異なる部分は、絶縁管１の電熱線２を巻きつける面に設けられた、断面が半円状の溝４ａである。この溝４ａは絶縁管１の溝４ａの底部の曲率半径を電熱線２の径より大きく取った形状となっており、溝４ａと電熱線２の断面は一点で接するように形成されている。

これによって絶縁管１と電熱線２の接触する部分を極力小さくし、電熱線表面のコーティング剤に覆われる部分を極力大きくすることができる（Ｂ部拡大図ｃ及びｃ’参照）。
その結果、従来ヒータで見られたような、絶縁管１と電熱線２の空間はなくなり、電熱線表面からは熱伝導によって熱を散逸することが可能になる。

従来ヒータ同様に、絶縁管には電熱線を拘束する溝があることから、絶縁管への電熱線を巻きつける際の作業性もよく、またコーティングの剥離等が生じても、電熱線の位置やピッチにズレが生じたりすることはない。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば、実施例ではジルコニア酸素計用ヒータとして説明したが、セラミックスや石英ガラスなど絶縁体にニクロム線などの電熱線を巻きつける構造のヒータ全般に適用可能である。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１絶縁体（絶縁管）
２電熱線
３耐熱コーティング剤
４Ｖ溝
Ｋ空間

Claims

外周に螺旋状に形成されたガイド溝を有する絶縁体と、前記ガイド溝に沿って巻きつけ
られた電熱線と、前記絶縁体と電熱線を覆って形成されるコーティング剤からなるジルコニア酸素濃度計におけるセンサ加熱用ヒータにおいて、前記ガイド溝の断面は半円状に形成され、前記電熱線の外径より大きく形成されたされたことを特徴とするヒータ管。