JP5960931B2 - 管状ヒータ - Google Patents
管状ヒータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5960931B2 JP5960931B2 JP2015552492A JP2015552492A JP5960931B2 JP 5960931 B2 JP5960931 B2 JP 5960931B2 JP 2015552492 A JP2015552492 A JP 2015552492A JP 2015552492 A JP2015552492 A JP 2015552492A JP 5960931 B2 JP5960931 B2 JP 5960931B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tubular heater
- insulating base
- ceramic body
- heating resistor
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 100
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 63
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 38
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 8
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
- H05B3/46—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H2250/00—Electrical heat generating means
- F24H2250/02—Resistances
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Description
本発明は、液体加熱用ヒータ等に用いられる管状ヒータに関するものである。
液体加熱用ヒータ等に用いられるヒータとして、例えば、特開2004−185929号公報(以下、特許文献1という)に記載された管状ヒータが知られている。特許文献1に記載の管状ヒータは、内部の空間が流体である液体の流路となる管状の絶縁基体とこの絶縁基体の内部に設けられた発熱抵抗体とを備えている。この発熱抵抗体に電流を流して発熱させることによって、流路を流れる液体を加熱することができる。
しかしながら、特許文献1に記載された管状ヒータにおいては、絶縁基体が円筒であることから、内部を流れる液体の流れが、流れの方向に延びる同心円状の筒を重ねたような層流となっていた。そのため、流路を流れる液体のうち、円筒の絶縁基体の内周面付近を流れる液体は絶縁基体から良好に加熱されるものの、流路の中央を流れる液体を良好に加熱することが困難であった。その結果、管状ヒータの加熱効率を向上させることが困難であった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部の空間を流れる流体の加熱効率を向上させることができる管状ヒータを提供することにある。
本発明の一態様の管状ヒータは、内側の空間が流体の流路となる管状のセラミック体および該セラミック体の外周に設けられたセラミック層からなる絶縁基体と、前記セラミック体と前記セラミック層との間に前記流路を囲むように設けられた発熱抵抗体とを備え、前記流路は、前記絶縁基体とともに長手方向に弧状に曲がっており、前記絶縁基体は、弧状に曲がっている外周側の領域に、前記発熱抵抗体が設けられていない非形成部を有する。
以下、本発明の一実施形態に係る管状ヒータ100について、図面を参照しながら説明する。図1、2は本発明の一実施形態に係る管状ヒータ100を示す断面図である。図1に示すように、管状ヒータ100は、絶縁基体1と発熱抵抗体2とを備えている。管状ヒータ100は、例えば、流体である液体(水等)を被加熱物とする液体加熱用ヒータとして用いることができる。
絶縁基体1は、内側の空間が流体の流路10となる管状の部材である。絶縁基体1は、内側の空間が流体の流路10となる管状のセラミック体13およびセラミック体13の外周に設けられたセラミック層14からなる。絶縁基体1は、長手方向を有する円筒状の部材である。絶縁基体1は、全体が、長手方向に弧状に曲がっている。そのため、絶縁基体1は流路10の壁面となる内周面も弧状に曲がっている。流路10の壁面となる内周面が弧状に曲がっていることによって、流体が流路10の内周面にぶつかった際に流体に渦を発生させることができる。その結果、流路10を流れる流体を乱流にすることができる。
セラミック体13およびセラミック層14は、例えば、酸化物セラミックス、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックス等の絶縁性のセラミックスから成る。具体的には、セラミック体13およびセラミック層14は、アルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたは炭化珪素質セラミックス等のセラミックスから成る。中でも、耐酸化性の観点から、アルミナ質セラミックスを用いることが好ましい。本実施形態においては、セラミック体13とセラミック層14とが同じセラミックスから成るがこれに限られない。具体的には、セラミック体13とセラミック層14とが異なるセラミックスから成ってもよい。
絶縁基体1の寸法は、例えば、以下の通り設定することができる。具体的には、例えば、長手方向の全長を40〜150mm程度に、外径を4〜30mm程度に、内径を1〜28mm程度に設定することができる。また、長手方向の全長が60mm程度の場合には、曲率半径が200〜1000mm程度になるように弧状にしておくことによって、内部の空間である流路10を流れる流体を乱流にすることができる。流体を乱流にするためには、例えば、流体として水を用いるとともに、管状ヒータの全長を40mm以上、曲率半径を1000mm以下にすればよい。
発熱抵抗体2は、発熱するための抵抗体であって、電流が流れることによって発熱する。図2に示すように、発熱抵抗体2は、絶縁基体1の内部に流路10を囲むように埋設されている。より詳しくは、発熱抵抗体2は、セラミック体13とセラミック層14との間に流路10を囲むように設けられている。また、図1に示すように、発熱抵抗体2は、長手方向に伸びる線状に設けられている。図3は、焼成前のセラミック層14および発熱抵抗体2を示している。セラミック層14はシート状に形成されるとともに、表面に発熱抵抗体2となる導体パターンが印刷されている。そして、焼成前のセラミック体13に発熱抵抗体2ごとセラミック層14を巻きつけた後に焼成することによって、管状ヒータ100を製造することができる。図3における上下方向が管状ヒータ100の周方向に対応しており、図3における左右方向が管状ヒータ100の長手方向に対応している。また、図3におけるセラミック層14の上下方向の長さは、セラミック体13の周方向の長さと一致しているか、または、セラミック体13の周方向の長さよりもわずかに短い。したがって、セラミック層14をセラミック体13に巻きつける場合には、セラミック層14同士が重ならないようにセラミック体13に巻きつけることになる。
図3に示すように、発熱抵抗体2は、複数の折り返し部と直線部とを備えている。発熱抵抗体2は、複数の折り返し部を有することによって、絶縁基体1の広範囲に設けられている。そして、発熱抵抗体2は、セラミック体13の周方向の一部(非形成部20)を除いて全体に設けられている。なお、図2においては、セラミック体13の表面のうち破線で挟まれた領域が非形成部20である。なお、ここでいう、非形成部20とは、セラミック体13の表面のうち、管状ヒータ100の長手方向のどこにも発熱抵抗体2が設けられていない領域を意味している。言い換えると、セラミック体13の表面を長手方向に対して垂直な断面で見たときに、どの位置で断面を見ても発熱抵抗体2が設けられていない領域を意味している。具体的には、図3における焼成前のセラミック層14の上側と下側には発熱抵抗体2が長手方向のどこにも設けられていない領域がハッチングによって示されている。このセラミック層14をセラミック体13に、隙間なく且つ重複無く巻きつけた場合には、セラミック体13の表面のうちハッチングによって示された領域と接触する領域が非形成部20となる。
発熱抵抗体2は、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等の高融点の金属を主成分とした導電体から成る。発熱抵抗体2の寸法は、例えば、幅を0.3〜2mm程度に、厚みを0.01〜0.1mm程度に、全長を500〜5000mm程度に設定することができる。これらの寸法は、発熱抵抗体2の発熱温度および発熱抵抗体2に加える電圧等によって適宜設定される。
絶縁基体1の一端側の表面には、電極3が設けられている。電極3は、外部の電源と発熱抵抗体2とを電気的に接続するための部材であって、絶縁基体1の一端側の2か所にそれぞれ設けられている。電極3は、発熱抵抗体2に電気的に接続されている。電極3は、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。
本実施形態の管状ヒータ100は、流路10が長手方向に弧状に曲がっていることによって、流体が流路10の内面にぶつかった際に流体に渦を発生させることができる。その結果、流路10を流れる流体の流れを乱流にすることができる。そのため、絶縁基体1から流体(例えば液体)への熱伝達を向上させることができる。
さらに、図1に示すように、発熱抵抗体2が設けられていない非形成部20は、絶縁基体1のうち弧状に曲がっている外周側の領域に位置している。このように、絶縁基体1のうち弧状に曲がっている外周側の領域に非形成部20を位置させることによって、絶縁基体1にクラックが入る可能性を低減できる。なお、ここでいう弧状に曲がっている外周側の領域とは以下のように定義することができる。具体的には、弧状に曲がった絶縁基体1のうち外周面が膨らんでいる側の半分を外周側の領域として見なすことができる。反対に、外周面が凹んでいる側の半分を内周側の領域として見なすことができる。より具体的には、図1に示すように、流路10を挟んで凸になっている側を外周側として見なすことができ、流路10を挟んで凹になっている側を内周側として見なすことができる。
理由を以下に説明する。流路10を絶縁基体1とともに長手方向に弧状に曲げる方法として、焼成前のセラミック体13に焼成前のセラミック層14を発熱抵抗体2ごと巻きつけた状態で、セラミック体13をセラミック層14および発熱抵抗体2ごと弧状に曲げる方法が挙げられる。このとき、非形成部20を設けずに、セラミック体13の全周にわたって発熱抵抗体2を設けていると以下の問題が生じるおそれがある。
具体的には、セラミック体13をセラミック層14および発熱抵抗体2ごと弧状に曲げた状態では、弧状に曲がっている外周側において発熱抵抗体2がセラミック体13およびセラミック層14に引っ張られた状態になる。この状態で、セラミック体13、セラミック層14および発熱抵抗体2を焼成すると、発熱抵抗体2に高い残留応力が生じる可能性がある。そして、このように発熱抵抗体2に高い残留応力が残った状態で管状ヒータ100を繰り返し使用すると、発熱抵抗体2の熱膨張および熱収縮によってセラミック体13およびセラミック層14にクラックが生じる可能性がある。
これに対して、絶縁基体1のうち弧状に曲げた際に外周側に位置する領域を非形成部20としている場合には、セラミック体13をセラミック層14および発熱抵抗体2ごと弧状に曲げた場合に、弧状に曲がっている外周側の領域に発熱抵抗体2が存在しないことになる。そのため、セラミック体13、セラミック層14および発熱抵抗体2の焼成後に、高い残留応力が残ることを低減できる。その結果、管状ヒータ100を使用した際にセラミック体13およびセラミック層14にクラックが生じる可能性を低減できる。
さらに、セラミック体13とセラミック層14との間に存在するボイドの割合が、非形成部20において他の領域よりも少ないことが好ましい。非形成部20においてボイドを少なくしておくことによって、非形成部20の近傍に熱が籠ることを低減できる。また、非形成部20以外の領域においてボイドを多くしておくことによって、発熱抵抗体2から生じた熱を絶縁基体1の表面に向かいやすくすることができる。なお、セラミック体13とセラミック層14との間に存在するボイドを非形成部20において少なくするためには、例えば、非形成部20において、セラミック体13とセラミック層14との間に塗布する密着液の量を増やしておけばよい。
また、ボイドの割合は、例えば、以下の方法で確認できる。まず、管状ヒータ100を長手方向に垂直な断面で切断して、図2に示すような断面を得る。そして、切断面において、セラミック体13の表面のうち非形成部20の全長に対してボイドが存在している領域の長さの合計を算出する。非形成部20の長さが10mmのときにボイドが存在している領域の長さの合計が1mmの場合には、ボイドの割合は10%として見なす。また、切断面において、セラミック体13の表面のうち非形成部20以外の領域であって発熱抵抗体2が設けられていない領域の全長に対してボイドが存在している領域の長さを算出する。非形成部20以外の部分であって、発熱抵抗体2が存在しない領域の長さの合計が50mmのときに、発熱抵抗体2が存在しない領域におけるボイドが存在している領域の長さの合計が25mmの場合には、ボイドの割合を50%として見なす。以上のようにして、ボイドの割合を確認できる。
例えば、図7に示すような管状ヒータ100において、非形成部20の全長に対してボイド15が存在している領域の長さを求める場合には、以下のように計算を行なえばよい。まず、非形成部20の全長(x)は、領域dのセラミック体13の周方向に沿った長さとなる。また、ボイド15が存在している領域の長さの合計(y)は、領域a、領域bおよび領域cのセラミック体13の周方向に沿った長さの合計となる。つまり、ボイドの割合は、100×y/x(%)となる。
さらに、発熱抵抗体2よりもセラミック体13およびセラミック層14が熱膨張率が大きいことが好ましい。これにより、管状ヒータ10が熱膨張するときには、非形成部20の周辺が大きく熱膨張することになるので、弧状に曲がっている絶縁基体1が弧状に曲がった形状を維持したまま熱膨張することができる。そのため、ヒートサイクル下において、流路10を流れる流体を安定して乱流にしやすくすることができる。具体的な材料としては、例えば、発熱抵抗体2としてタングステン用いるとともに、セラミック体13およびセラミック層14としてアルミナ質セラミックスを用いることができる。この場合には、発熱抵抗体2の熱膨張率を4×10−6/Kに、セラミック体13およびセラミック層14の熱膨張率を7×10−6/Kに設定できる。
<製造方法>
次に、本実施形態の管状ヒータ100の製造方法の一例について説明する。まず、Al2O3を主成分として、SiO2、CaO、MgOおよびZrO2が合計で10質量%以下になるように調製したアルミナ質セラミックグリーンシート(セラミック層14)を作製する。
次に、本実施形態の管状ヒータ100の製造方法の一例について説明する。まず、Al2O3を主成分として、SiO2、CaO、MgOおよびZrO2が合計で10質量%以下になるように調製したアルミナ質セラミックグリーンシート(セラミック層14)を作製する。
そして、このアルミナ質セラミックグリーンシートの表面に、発熱抵抗体2となる所定のパターンを形成する。発熱抵抗体2の形成方法としては、スクリーン印刷法等を用いることができる。アルミナ質セラミックグリーンシートの表面に図3に示したような発熱抵抗体2となるパターンを形成する。
発熱抵抗体2となるパターンは、管状ヒータ100の長手方向に沿って伸びた複数の直線部と、これらの直線部を繋ぐ複数の折り返し部とを備えている。そして、図3においてハッチングで示した領域が、絶縁基体1のうち発熱抵抗体2が設けられていない非形成部20に対応した領域となる。
また、図3には示していないが、アルミナ質セラミックグリーンシートには、内部の発熱抵抗体2と表面の電極3とを電気的に接続するためにスルーホール導体を設ける。スルーホール導体には、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等の高融点金属を主成分とする導電性ペーストを用いることができる。
また、アルミナ質セラミックグリーンシートとは別に、円筒状のアルミナ質セラミック成型体(セラミック体13)を成型する。そして、この円筒状のアルミナ質セラミック成型体に、パターンを形成したアルミナ質セラミックグリーンシートを、パターンを形成した面がアルミナ質セラミック成型体に接触するように巻き付ける。このとき、同一の組成のアルミナ質セラミックスを分散させた密着液をアルミナ質セラミックグリーンシートに塗布しておいて、アルミナ質セラミックグリーンシートとアルミナ質セラミック成型体とを密着させることで、アルミナ質一体成型体を得ることができる。そして、このアルミナ質一体成型体を、非形成部20が長手方向の弧状に曲っている外周側に位置するように、弧状に曲げる。
こうして得られた、アルミナ質一体成型体を1500〜1600℃の窒素雰囲気中で焼成することによって、内部に発熱抵抗体2を有する弧状の絶縁基体1を得ることができる。
この後、絶縁基体1の表面に電極3を形成する。電極3としては、例えば、パッド電極3を用いることができる。以上のようにして、管状ヒータ100を得ることができる。
<変形例1>
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、絶縁基体1の厚みが一定であったが、これに限られない。図4に示すように、変形例1の管状ヒータ101は、弧状に曲がっている外周側の領域における絶縁基体1の厚みが、内周側の領域における絶縁基体1の厚みよりも薄い部位を有していてもよい。本変形例においては、絶縁基体1の外周面に断面が四角形状である溝21が設けられることによって、絶縁基体1のうち非形成部20を有する部分の一部が薄くなっている。このように、非形成部20を有する部分における絶縁基体1の厚みを薄くしておくことによって、非形成部20を有する部分における熱容量を小さくできる。その結果、発熱抵抗体2から発せられた熱が非形成部20に伝わった後に、この非形成部20で籠ってしまう可能性を低減できる。
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、絶縁基体1の厚みが一定であったが、これに限られない。図4に示すように、変形例1の管状ヒータ101は、弧状に曲がっている外周側の領域における絶縁基体1の厚みが、内周側の領域における絶縁基体1の厚みよりも薄い部位を有していてもよい。本変形例においては、絶縁基体1の外周面に断面が四角形状である溝21が設けられることによって、絶縁基体1のうち非形成部20を有する部分の一部が薄くなっている。このように、非形成部20を有する部分における絶縁基体1の厚みを薄くしておくことによって、非形成部20を有する部分における熱容量を小さくできる。その結果、発熱抵抗体2から発せられた熱が非形成部20に伝わった後に、この非形成部20で籠ってしまう可能性を低減できる。
特に、溝21の底部がセラミック体14から成ることが好ましい。このように非形成部20の一部が露出することによって、非形成部20に熱が籠ることをさらに低減できる。特に、図4に示すように、長手方向に垂直な断面で見たときに、セラミック体13の表面において、非形成部20の中心(セラミック体13の表面において、隣り合う発熱抵抗体22、23からの距離が等しい部分)に溝21が存在していることが好ましい。これにより、非形成部20における放熱を広範囲に行なうことができる。そのため、非形成部20において部分的に熱が籠ることをさらに低減できる。
絶縁基体1のうち弧状に曲がっている内周側の厚みが1.5mm程度の場合には、弧状に曲がっている外周側の厚みを例えば0.3〜1mm程度に設定することができる。また、厚みを薄くする領域は、全周の5〜30%程度の間で設定することができる。
また、本変形例においては、絶縁基体1の外周面に四角形状の溝21を設けることによって、厚みを薄くしたが、これに限られない。例えば、楔状または弧状の溝を設けてもよい。また、本変形例においては、絶縁基体1の外周面に溝を設けることによって厚みを薄くしたが、以下に説明する変形例2のように、内周面に溝を設けることによって厚みを薄くしてもよい。
溝21は、例えば、セラミック体13にセラミック層14を巻きつける際に、セラミック体13の周方向の長さよりも巻きつけるセラミック層14の長さを短くすることによって形成できる。
<変形例2>
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、絶縁基体1の内面の径が一定であったが、これに限られない。図5に示すように、変形例2の管状ヒータ102は、絶縁基体1が内面に長手方向に沿って溝部11を有している。管状ヒータ102は、内面に溝部11を有していることによって、内面の表面積を大きくすることができる。これにより、流路10を流れる流体をより効率よく加熱することができる。さらに、溝部11が長手方向に沿って設けられていることにより、溝部11が長手方向に交差する方向に沿って設けられている場合と比較して、流体をスムーズに流すことができる。これにより、管状ヒータ100に流体を流したときに生じる振動を低減することができる。その結果、発熱抵抗体2と外部の電源とを電気的に接続した場合に、この接続構造に対する振動による影響を低減することができる。その結果、管状ヒータ100の長期信頼性を向上させることができる。
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、絶縁基体1の内面の径が一定であったが、これに限られない。図5に示すように、変形例2の管状ヒータ102は、絶縁基体1が内面に長手方向に沿って溝部11を有している。管状ヒータ102は、内面に溝部11を有していることによって、内面の表面積を大きくすることができる。これにより、流路10を流れる流体をより効率よく加熱することができる。さらに、溝部11が長手方向に沿って設けられていることにより、溝部11が長手方向に交差する方向に沿って設けられている場合と比較して、流体をスムーズに流すことができる。これにより、管状ヒータ100に流体を流したときに生じる振動を低減することができる。その結果、発熱抵抗体2と外部の電源とを電気的に接続した場合に、この接続構造に対する振動による影響を低減することができる。その結果、管状ヒータ100の長期信頼性を向上させることができる。
特に、溝部11が弧状に曲がった外周側に位置していることが好ましい。流路10のうち弧状に曲がった外周側は流体の流れが速くなる傾向にあるため、溝部11で流体が停滞することを低減できる。その結果、流路10を流れる流体をより効率よく加熱できる。
<変形例3>
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、弧状に曲がった外周側の曲率半径が一定であったが、これに限られない。図6に示すように、変形例3の管状ヒータ103は電極3が長手方向に沿った一端側の表面に設けられている。そして、流路10は、他端側に比べて一端側の曲率半径が小さい。これにより、流体を一端側から流したときに、絶縁基体1の内面のうち弧状の外周側の領域にぶつかり、流体の流れをすぐに乱流にすることができる。このように、流体の入口側の曲率半径を小さくすることによって、管状ヒータ103の加熱効率を向上させることができる。なお、ここでいう、流路10の曲率半径は以下の方法で求めることができる。具体的には、例えば、管状ヒータ103を長手方向に平行な断面であって、弧状に曲がっていることによって凸になっている部分と凹になっている部分とを通る断面を見たときに、弧状に曲がっている外周側の領域における流路10の内面の曲率半径を求めればよい。
上述の実施形態の管状ヒータ100においては、弧状に曲がった外周側の曲率半径が一定であったが、これに限られない。図6に示すように、変形例3の管状ヒータ103は電極3が長手方向に沿った一端側の表面に設けられている。そして、流路10は、他端側に比べて一端側の曲率半径が小さい。これにより、流体を一端側から流したときに、絶縁基体1の内面のうち弧状の外周側の領域にぶつかり、流体の流れをすぐに乱流にすることができる。このように、流体の入口側の曲率半径を小さくすることによって、管状ヒータ103の加熱効率を向上させることができる。なお、ここでいう、流路10の曲率半径は以下の方法で求めることができる。具体的には、例えば、管状ヒータ103を長手方向に平行な断面であって、弧状に曲がっていることによって凸になっている部分と凹になっている部分とを通る断面を見たときに、弧状に曲がっている外周側の領域における流路10の内面の曲率半径を求めればよい。
管状ヒータ103の長手方向の長さが60mm程度の場合には、例えば、絶縁基体1の一端側以外の曲率半径を200〜1000mm程度に、一端側の曲率半径を100〜500mm程度に設定することができる。また、絶縁基体1の一端側の曲率半径が小さい部分は、例えば、絶縁基体1の一端面から5〜20mm程度の領域に設けることが好ましい。
100,101,102,103:管状ヒータ
1:絶縁基体
10:流路
11:溝部
2:発熱抵抗体
20:非形成部
21:溝
3:電極
1:絶縁基体
10:流路
11:溝部
2:発熱抵抗体
20:非形成部
21:溝
3:電極
Claims (8)
- 内側の空間が流体の流路となる管状のセラミック体および該セラミック体の外周に設けられたセラミック層からなる絶縁基体と、前記セラミック体と前記セラミック層との間に前記流路を囲むように設けられた発熱抵抗体とを備え、前記流路は、前記絶縁基体とともに長手方向に弧状に曲がっており、前記絶縁基体は、弧状に曲がっている外周側の領域に、前記発熱抵抗体が設けられていない非形成部を有する管状ヒータ。
- 前記絶縁基体は、弧状に曲がっている外周側の領域における厚みが内周側の領域における厚みよりも薄い部位を有している請求項1に記載の管状ヒータ。
- 前記絶縁基体は、弧状に曲がっている外周側の領域の外周面に、溝が設けられている請求項2に記載の管状ヒータ。
- 前記溝の底部がセラミック体から成る請求項3に記載の管状ヒータ。
- 前記絶縁基体は、前記流路の内面に長手方向に沿って溝部を有する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の管状ヒータ。
- 前記溝部が弧状に曲がっている外周側の領域に位置している請求項5に記載の管状ヒータ。
- 前記流路は、一端側の曲率半径が他端側の曲率半径に比べて小さい請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の管状ヒータ。
- 前記絶縁基体の前記一端側の外周面に設けられており、前記発熱抵抗体に電気的に接続された電極をさらに備えた請求項7に記載の管状ヒータ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013254848 | 2013-12-10 | ||
JP2013254848 | 2013-12-10 | ||
PCT/JP2014/082759 WO2015087937A1 (ja) | 2013-12-10 | 2014-12-10 | 管状ヒータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5960931B2 true JP5960931B2 (ja) | 2016-08-02 |
JPWO2015087937A1 JPWO2015087937A1 (ja) | 2017-03-16 |
Family
ID=53371236
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015552492A Active JP5960931B2 (ja) | 2013-12-10 | 2014-12-10 | 管状ヒータ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5960931B2 (ja) |
WO (1) | WO2015087937A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2017130922A1 (ja) * | 2016-01-28 | 2018-11-22 | 京セラ株式会社 | 過熱水蒸気発生ユニット |
JP6604884B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2019-11-13 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ |
EP3484240B1 (en) * | 2016-07-05 | 2022-05-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater |
JP6732925B2 (ja) * | 2016-09-27 | 2020-07-29 | 京セラ株式会社 | 過熱水蒸気発生装置 |
JP7018307B2 (ja) * | 2017-12-26 | 2022-02-10 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
CN209788480U (zh) * | 2019-01-26 | 2019-12-17 | 深圳市合元科技有限公司 | 烟支加热组件及电加热吸烟装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0221589A (ja) * | 1988-03-30 | 1990-01-24 | Melitta Werke Bentz Sohn | 貫流式ヒータ |
JPH09161956A (ja) * | 1995-12-08 | 1997-06-20 | Ibiden Co Ltd | セラミックヒーターの製造方法 |
JP2004185929A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Ngk Insulators Ltd | 管状セラミックスヒータとその製造方法 |
JP2006228713A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ、熱交換ユニット、温水洗浄便座、及びセラミックヒータの製造方法 |
JP2006339056A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Bridgestone Corp | 炭化ケイ素焼結体からなるパイプヒータ |
WO2013146777A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 京セラ株式会社 | 管状ヒーター |
-
2014
- 2014-12-10 WO PCT/JP2014/082759 patent/WO2015087937A1/ja active Application Filing
- 2014-12-10 JP JP2015552492A patent/JP5960931B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0221589A (ja) * | 1988-03-30 | 1990-01-24 | Melitta Werke Bentz Sohn | 貫流式ヒータ |
JPH09161956A (ja) * | 1995-12-08 | 1997-06-20 | Ibiden Co Ltd | セラミックヒーターの製造方法 |
JP2004185929A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Ngk Insulators Ltd | 管状セラミックスヒータとその製造方法 |
JP2006228713A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ、熱交換ユニット、温水洗浄便座、及びセラミックヒータの製造方法 |
JP2006339056A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Bridgestone Corp | 炭化ケイ素焼結体からなるパイプヒータ |
WO2013146777A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 京セラ株式会社 | 管状ヒーター |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015087937A1 (ja) | 2015-06-18 |
JPWO2015087937A1 (ja) | 2017-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5960931B2 (ja) | 管状ヒータ | |
KR102661729B1 (ko) | 발열 모듈 및 연기 발생 기기 | |
CN108476558B (zh) | 加热器 | |
KR101343556B1 (ko) | 2차원적으로 배선된 열선을 포함하는 세라믹 히터 | |
JP5766348B2 (ja) | 管状ヒーター | |
JP6317469B2 (ja) | ヒータおよびこれを用いた流体加熱装置 | |
US20180302954A1 (en) | Ceramic Heating Element | |
JP6228039B2 (ja) | ヒータ | |
WO2020153086A1 (ja) | セラミックヒータ | |
JP5777922B2 (ja) | セラミックヒータ | |
JP6835604B2 (ja) | ヒータ | |
US20210400800A1 (en) | Board-like structure and heater system | |
JP6829022B2 (ja) | ヒータ | |
JP7321285B2 (ja) | セラミック構造体及びウェハ用システム | |
JP7175324B2 (ja) | セラミック構造体及びウェハ用システム | |
US20220201804A1 (en) | Base structure and wafer placing device | |
JP7170745B2 (ja) | 基板状構造体及びヒータシステム | |
KR20190025670A (ko) | 세라믹 히터 | |
US20220161190A1 (en) | Electrically heatable catalytic converter | |
JP2021068652A (ja) | ヒータ | |
WO2018199094A1 (ja) | ヒータ | |
JP7357509B2 (ja) | コイル装置 | |
WO2017159144A1 (ja) | セラミックヒータ | |
JP2018040717A (ja) | ガスセンサ | |
JP7195336B2 (ja) | セラミック構造体及びセラミック構造体の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160524 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160623 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5960931 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |