JP6611016B2 - 遠赤外線輻射シート、遠赤外線輻射シートの製造方法および遠赤外線輻射方法 - Google Patents
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Description
本発明は、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シート、遠赤外線輻射シートの製造方法および遠赤外線輻射方法に関する。
従来から、加熱や暖房を行なうためのヒーターとして、炭素繊維を用いた面状発熱体が提案されている。炭素繊維を用いた面状発熱体は、遠赤外線を輻射する発熱体として注目され、遠赤外線輻射シートとして実用化されている。この遠赤外線輻射シートは、パルプなどにチョッピング状の炭素繊維を混抄し、抄紙化したシートに、銅箔や銀ペースト等を使って電極を設け、ガラスエポキシやＰＥＴフィルムなどの絶縁物でパッキングまたは積層することで作成される。このような遠赤外線輻射シートは、導電性を有し、面状に効率良く遠赤外線を輻射するヒーター材として使用されている。
例えば、特許文献１には、特定の波長領域の遠赤外線をより高い効率で輻射する遠赤外線輻射シートが開示されている。この遠赤外線輻射シートでは、単なる発熱体としてではなく、遠赤外線輻射材料として、炭素繊維が用いられており、黒色に着色された炭素繊維混抄紙に電極が設けられ、前記炭素繊維混抄紙に有機化合物層が積層された構成が採られている。なお、遠赤外線とは、約４μｍから約１００μｍの範囲の波長を有する赤外線のことである。
しかしながら、従来の遠赤外線輻射シートでは、温度ヒューズ付きのサーモスタットやＰＴＣシステム、またはサーミスタなどを使用して温度制御しているが、電源が入った状態の時間（ＯＮ時間）と電源が切られた状態の時間（ＯＦＦ時間）との割合によって、総通電時間に対する電気使用量が左右される。すなわち、発熱効率が悪い場合は、設定温度に昇温するまでの時間が長くなる。また、シート自体の保温性能が悪い場合は、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が早くなり、設定温度を維持するためには短い間に電源を入れたり切ったりしなければならなくなる。その結果、加温時間（ＯＮの時間）が長くなり、電気使用量が増加してしまう。
さらに、従来の遠赤外線輻射シートでは、同一シート内において１０％〜１５％の温度ムラがあることが分かっている。また、任意の箇所において、放熱を遮断された状態が継続すると、“篭り熱”が発生し、局所的に温度が上昇してしまう。特に、遠赤外線輻射シートは、人の生活空間における床に設置するため、家具などを置いた箇所に“篭り熱”が発生する可能性が高い。このため、有効な解決策が望まれていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発熱効率が高く、保温性能が高く、熱ムラが少なく、熱拡散性の高い遠赤外線輻射シート、遠赤外線輻射シートの製造方法および遠赤外線輻射方法を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の遠赤外線輻射シートは、平面状に形成され、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートであって、基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、高熱伝導性を有する第１の黒鉛、伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛、並びに、前記基本材、前記炭素繊維、前記第１の黒鉛および前記第２の黒鉛を混抄して形成された混抄紙を有する面状発熱体と、前記面状発熱体に設けられた電極と、前記面状発熱体に積層された有機化合物層と、を備え、前記電極に通電することによって遠赤外線を輻射することを特徴とする。
この構成により、発熱効率が高く、保温性能が高くなるので、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が遅くなる。その結果、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減することができる。さらに、この構成により、熱伝導率および熱拡散性を高めることができるので、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、篭り熱の発生を軽減することができる。
（２）また、本発明の遠赤外線輻射シートは、平面状に形成され、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートであって、基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛、並びに、前記基本材、前記炭素繊維、前記第２の黒鉛を混抄して形成された混抄紙を有する面状発熱体と、前記面状発熱体に設けられた電極と、前記面状発熱体に積層された有機化合物層と、を備え、前記電極に通電することによって遠赤外線を輻射することを特徴とする。
この構成により、発熱効率が高く、保温性能が高くなるので、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が遅くなる。その結果、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減することができる。さらに、この構成により、熱伝導率および熱拡散性を高めることができるので、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、篭り熱の発生を軽減することができる。
（３）また、本発明の遠赤外線輻射シートの製造方法は、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートの製造方法であって、基本材と、高熱伝導性を有する炭素繊維と、高熱伝導性を有する第１の黒鉛または伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛のうち少なくとも前記第２の黒鉛とを混抄して混抄紙を形成する工程と、前記混抄紙の対向する二辺に沿って、一対の金属電極を形成する工程と、有機化合物からなる２枚のシートで、前記金属電極が形成された混抄紙を、両面からパッキングする工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
この構成により、発熱効率が高く、保温性能が高くなるので、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が遅くなり、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減できる遠赤外線輻射シートを製造することが可能となる。さらに、この遠赤外線輻射シートは、熱伝導率および熱拡散性を高めることができるので、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、篭り熱の発生を軽減することができる。
（４）また、本発明の遠赤外線輻射方法は、上記（１）または（２）記載の遠赤外線輻射シートを用いることを特徴とする。
この構成により、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が遅くなる。その結果、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減することができる。さらに、この構成により、熱伝導率および熱拡散性を高めることができるので、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、篭り熱の発生を軽減することができる。
本発明によれば、発熱効率が高く、保温性能が高くなるので、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が遅くなる。その結果、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減することができる。さらに、熱伝導率および熱拡散性を高めることができる。その結果、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、篭り熱の発生を軽減することができる。
本発明者は、遠赤外線輻射シートの発熱効率が悪い場合は、設定温度に昇温するまでの時間が長くなり、シート自体の保温性能が悪い場合は、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間が早くなり、設定温度を維持するためには短い間に電源を入れたり切ったりしなければならなくなる結果、加温時間（ＯＮの時間）が長くなり、電気使用量が増加してしまう点と、従来の遠赤外線輻射シートでは、同一シート内において１０％〜１５％の温度ムラがあるという点と、任意の箇所において、放熱を遮断された状態が継続すると、“篭り熱”が発生し、局所的に温度が上昇してしまう点に着目し、熱伝導性の高い炭素繊維および天然黒鉛を混抄した混抄紙を用いることで、発熱効率を高く、保温性能を高く、熱ムラが少なく、熱拡散性を高くすることができることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明の遠赤外線輻射シートは、平面状に形成され、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートであって、基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、高熱伝導性を有する第１の黒鉛、伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛、並びに、前記基本材、前記炭素繊維、前記第１の黒鉛および前記第２の黒鉛を混抄して形成された混抄紙を有する面状発熱体と、前記面状発熱体に設けられた電極と、前記面状発熱体に積層された有機化合物層と、を備え、前記電極に通電することによって遠赤外線を輻射することを特徴とする。
これにより、本発明者は、設定温度までの昇温時間が短くなり、設定温度に到達した後、電源が切られた後の降温時間を遅くすることを可能とした。その結果、総通電時間を短縮し、電気使用量を削減することを可能とした。さらに、熱伝導率および熱拡散性を高めることを可能とし、その結果、同一シート内での２次元的な温度ムラを抑制すると共に、放熱を遮断された状態が継続することによって生ずる局所的な温度上昇を抑制し、篭り熱の発生を軽減することを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートの分解図である。この遠赤外線輻射シート１は、発熱型混抄紙１０の両端部に電極２１を設け、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有する一組のプリプレグ１１でパッキングすることでガラスエポキシ板化している。なお、プリプレグとは、ガラスクロスや炭素繊維のような繊維状の補強材に、硬化剤、着剤材などの添加物を混合したエポキシなどの熱硬化性樹脂を均等に含浸させて、加熱または乾燥させたプラスチック成形材料のことである。本実施形態では、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有する一組のプリプレグ１１を用いたが、本発明は、これに限定されるわけではなく、厚さを適宜変更することが可能である。また、一方をプリプレグ等の樹脂シートとし、他方をＰＥＴフィルム等で構成しても良い。
さらに、このガラスエポキシ板化された発熱型混抄紙１０は、絶縁および保護のため、両面から、０．１ｍｍの厚さを有する一組のＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルム１２によってパッキングされている。なお、本実施形態では、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有する一組のプリプレグ１１を用いたが、本発明は、これに限定されるわけではなく、厚さを適宜変更することが可能である。
本実施形態に係る発熱型混抄紙１０は、高強度の炭素繊維またはパルプ等を「基本材」とする。具体的には、「高熱伝導性を有する炭素繊維」として、異方性ピッチ系炭素繊維を用いる。炭素繊維は、原料の違いにより、結晶構造が異なり、ポリアクリロニトリルを原料とするＰＡＮ系と、コールタールピッチや石油ピッチを原料とするピッチ系に分類される。「軽量・高強度」のＰＡＮ系炭素繊維に対して、弾性率の高いピッチ系炭素繊維は「軽量・高剛性・高熱伝導・極低熱膨張」という特徴を持っている。ピッチ系炭素繊維は、紡糸に供するピッチの結晶状態により、偏光顕微鏡で観察すると光学的に等方性と異方性に分類される。本実施形態では、特に、異方性ピッチ系炭素繊維を用いる。この異方性ピッチ系炭素繊維は、黒鉛結晶が繊維軸方向に規則正しく並んだものであるため、金属と同等以上の熱伝導率を有するものである。
さらに、本実施形態では、基本材に高熱伝導性を有する炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）を混抄し、高熱伝導性を有する天然黒鉛または人造黒鉛である「第１の黒鉛」を混合させる。これによって、高熱伝導性炭素繊維間の接触抵抗を軽減させることが可能となる。ここで、第１の黒鉛として、高熱伝導性炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）をミルドファイバーとしたものである人造黒鉛を使用しても良い。
さらに、炭素繊維や天然黒鉛または人造黒鉛である第１の黒鉛などの素子間に、伝導ネットワークを形成するために特化した天然黒鉛である「第２の黒鉛」を混合する。第２の黒鉛が、それぞれの素子間に入り込むことによって、抄紙全体における伝導ネットワークが形成され、熱伝導性が向上し、よりスムーズな熱移動を実現させる。なお、この伝導ネットワークを形成する黒鉛は、通電性には大きく関与しないと考えられる。その理由は、この黒鉛は、電気抵抗をほとんど変動させないからである。そして、電気抵抗をほとんど変動させないほど電気的関与が薄いため、黒鉛そのものが通電により発熱せず、自身以外の発熱素子から熱を受け取って、その熱を伝達させる機能を果たしている。すなわち、この黒鉛は、熱伝導についてのみ作用していることとなる。このため、通電時には、通電による発熱とはある程度独立した形で、熱のみを伝導させる機能を発揮していると言える。
そして、上記の基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、第１の黒鉛および第２の黒鉛を混抄し、発熱型混抄紙１０を形成する。ここで、この発熱型混抄紙１０では、抄紙の中の炭素繊維または黒鉛のそれぞれの素子間に空気層が存在するため、発熱型混抄紙１０のみでは、高熱伝導性を実現することは困難である。空気層は、断熱性が高いため、熱伝導を妨げてしまう。
そこで、本実施形態では、通常のガラスエポキシよりも少し多いエポキシ樹脂を含んだ一組のプリプレグ１１によって、発熱型混抄紙１０を、両面からパッキングする。これにより、抄紙中の空気層をなくしている。なお、第１の黒鉛を添加しない態様を採ることも可能である。費用対効果を重視する場合は、第１の黒鉛を省略することによっても本発明の成立性には影響しない。
次に、発熱型混抄紙１０の対向する二辺に沿って、帯状の銀ペーストまたは銅ペーストを印刷し、銀ペーストまたは銅ペースト上に、銅箔を貼着し、電極２１を形成する。本実施形態に係る発熱型混抄紙１０は、黒鉛を含有しているため、黒色を呈している。すなわち、本実施形態に係る発熱型混抄紙１０は、導電性や熱伝導性の観点から、従来の発熱型混抄紙を改良するために、黒鉛を混抄している。このため、本実施形態に係る発熱型混抄紙１０は黒色を呈しており、その結果、遠赤外線の吸収率が従来の発熱型混抄紙よりも高まっている。なお、発熱型混抄紙１０に電極を設けない混抄紙を、１つ以上、発熱型混抄紙１０に積層しても良い。
［第１の検証］
次に、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートの発熱効率、熱ムラおよび保温力について検証した結果を説明する。図２は、検証の概要を示す分解図であり、図３は、検証の概要を示す平面図である。
次に、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートの発熱効率、熱ムラおよび保温力について検証した結果を説明する。図２は、検証の概要を示す分解図であり、図３は、検証の概要を示す平面図である。
［検証期間］
２０１７年２月２０日〜２０１７年３月３１日である。
２０１７年２月２０日〜２０１７年３月３１日である。
［検証目的］
従来型の遠赤外線輻射シート（以下、「従来型シート」と呼称する。）と比べて、本実施形態に係る改良型の遠赤外線シート（以下、「改良型シート」と呼称する。)が、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の３点において優れていることを実証する。
従来型の遠赤外線輻射シート（以下、「従来型シート」と呼称する。）と比べて、本実施形態に係る改良型の遠赤外線シート（以下、「改良型シート」と呼称する。)が、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の３点において優れていることを実証する。
［検証概要］
改良型シート、および従来型シートを用いて、それぞれにコントローラと３箇所の接触型デジタル温度計を設置する。その後、加温を開始し、「設定温度に到達するまでの時間」、「３箇所における温度変化」、「電流ＯＮ時間の推移」を計測することにより、改良型シートの方が、効率良く発熱し、熱ムラを発生させ難く、保温力も勝っていることを数値として明らかにする。
改良型シート、および従来型シートを用いて、それぞれにコントローラと３箇所の接触型デジタル温度計を設置する。その後、加温を開始し、「設定温度に到達するまでの時間」、「３箇所における温度変化」、「電流ＯＮ時間の推移」を計測することにより、改良型シートの方が、効率良く発熱し、熱ムラを発生させ難く、保温力も勝っていることを数値として明らかにする。
［検証環境条件］
室温：一定範囲内の外気温（検証時：１６度〜１６．５度前後）
電力：３０ワット（ただし、電圧調整器を用いて３０ワットになるよう設定）
室温：一定範囲内の外気温（検証時：１６度〜１６．５度前後）
電力：３０ワット（ただし、電圧調整器を用いて３０ワットになるよう設定）
［検証装置］
（１）装置の構造：図１〜図３に示す通りである。すなわち、コンパネ２０の上に、ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード２２を積層し、その上に本実施形態に係る遠赤外線輻射シート１を積層する。さらに、その上にガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）を設けた。
（２）さらに、図２に示すように、ガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）上の「Ａ（中央）」、「Ｂ（左端）」、「Ｃ（右端）」の３箇所に接触型温度計２８を設置する。
（３）温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を設置し、検証時の制御温度を５０℃に設定する。コントローラ３０へ供給する電力は、電圧調整器３２を介して行なう。
（１）装置の構造：図１〜図３に示す通りである。すなわち、コンパネ２０の上に、ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード２２を積層し、その上に本実施形態に係る遠赤外線輻射シート１を積層する。さらに、その上にガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）を設けた。
（２）さらに、図２に示すように、ガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）上の「Ａ（中央）」、「Ｂ（左端）」、「Ｃ（右端）」の３箇所に接触型温度計２８を設置する。
（３）温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を設置し、検証時の制御温度を５０℃に設定する。コントローラ３０へ供給する電力は、電圧調整器３２を介して行なう。
［検証手順］
改良型シートと、従来型のシートそれぞれについて、図４に示すフローチャートに従って、測定と検証を行なう。図４において、温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を５０℃に設定した上で、加温を開始する（ステップＳ１）。次に、温度制御センサー２４において、５０℃（ピーク温度）に達するまでの１分毎の温度変化と到達までの所要時間を計測する（ステップＳ２）。５０℃到達後、サーミスタ制御により繰り返されるＯＮ再開とＯＦＦ再開ごとに、それぞれの時点での３箇所（Ａ、Ｂ、Ｃ）の温度計測を行なう（ステップＳ３）。なお、５０℃到達後の計測時間は１２０分とする。
改良型シートと、従来型のシートそれぞれについて、図４に示すフローチャートに従って、測定と検証を行なう。図４において、温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を５０℃に設定した上で、加温を開始する（ステップＳ１）。次に、温度制御センサー２４において、５０℃（ピーク温度）に達するまでの１分毎の温度変化と到達までの所要時間を計測する（ステップＳ２）。５０℃到達後、サーミスタ制御により繰り返されるＯＮ再開とＯＦＦ再開ごとに、それぞれの時点での３箇所（Ａ、Ｂ、Ｃ）の温度計測を行なう（ステップＳ３）。なお、５０℃到達後の計測時間は１２０分とする。
次に、５０℃到達後約１２０分間を、３０分ごとに分け、それぞれにおける総ＯＮ時間および総ＯＦＦ時間を算出する（ステップＳ４）。次に、ステップＳ２における所要時間を、改良型シートと従来型シートで比較し、発熱効率を検証する（ステップＳ５）。ステップＳ２における５０℃到達時の温度計測結果および、ステップＳ３における温度計測結果を、改良型シートと従来型シートで比較し、熱ムラ抑制効果を検証する（ステップＳ６）。最後に、ステップＳ４における総ＯＮ時間と総ＯＦＦ時間の推移を、改良型シートと従来型シートで比較し、保温性能を検証する（ステップＳ７）。
［第１の検証の結果］
（発熱効率に関する結果）
次の表１は、従来型シートおよび改良型シートにおける温度制御センサー２４が５０℃（ピーク温度）に達するまでの所要時間を示す。
このように、改良型シートの方が、従来型シートに比べて２分２３秒早くピーク温度に到達している結果から、改良型シートの方が、発熱効率が良いことが明らかになった。
（発熱効率に関する結果）
次の表１は、従来型シートおよび改良型シートにおける温度制御センサー２４が５０℃（ピーク温度）に達するまでの所要時間を示す。
（熱ムラ抑制効果に関する結果）
次の表２〜表４は、従来型シートおよび改良型シートそれぞれにおける、「中央（Ａ）」、「左端（Ｂ）」、「右端（Ｃ）」という合計３箇所の平均温度と、それに対する（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）内での最高温度、最低温度との温度差比較を示す。なお、次の表において、平均温度に対する最高温度、最低温度との温度差は、熱ムラ指数として表している。「熱ムラ指数」とは、平均温度に対する最高温度と最低温度それぞれの温度差値をプラス方向・マイナス方向に関係なく足したものである。この「熱ムラ指数値」が低いほど、熱ムラが小さいと判断することができる。
熱ムラ指数を比較すると、どの時点においても、改良型シートの方が、熱ムラ指数値が低いことから、改良型シートの方が熱ムラを発生し難いことが明らかになった。
次の表２〜表４は、従来型シートおよび改良型シートそれぞれにおける、「中央（Ａ）」、「左端（Ｂ）」、「右端（Ｃ）」という合計３箇所の平均温度と、それに対する（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）内での最高温度、最低温度との温度差比較を示す。なお、次の表において、平均温度に対する最高温度、最低温度との温度差は、熱ムラ指数として表している。「熱ムラ指数」とは、平均温度に対する最高温度と最低温度それぞれの温度差値をプラス方向・マイナス方向に関係なく足したものである。この「熱ムラ指数値」が低いほど、熱ムラが小さいと判断することができる。
（保温力に関する結果）
次の表５は、温度制御センサー２４が５０℃（ピーク温度）に到達した後約１２０分間の総ＯＮ時間の比較結果を示す。
次の表５は、温度制御センサー２４が５０℃（ピーク温度）に到達した後約１２０分間の総ＯＮ時間の比較結果を示す。
次の表６および表７は、約１２０分間中の総ＯＮ時間と、約１２０分間を１００とした場合の割合の比較結果を示す。
このように、従来型シートの総ＯＮ時間の割合が６３％であるのに対し、改良型シートは５６％という結果が得られた。保温力が優れていればいるほど、ピーク温度（５０℃）からの温度下降を緩やかにすることが可能となり、結果的にＯＦＦ時間が延び、ＯＮ時間が短くなるという理論から判断して、保温力に関して、改良型シートは、従来型シートより優れていることが明らかになった。
また、改良型シートの方が、総ＯＮ時間割合が低いということは、総通電時間内における加温時間が従来型シートより短いということを意味する。この結果を、電気使用量に当てはめた場合、電気代の削減になることを示している。
［第１の検証の結論］
当該実験による検証結果として、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートは、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の全てにおいて、従来型シートよりも優れた面状ヒーターであると言える。本実施形態に係る遠赤外線輻射シートを用いることによって、昇温時間を早め、降温時間を緩やかにし、結果、加温時間を短縮することが可能であると共に、温度ムラの軽減により２次元的な温度分布を均一化することが可能となる。
当該実験による検証結果として、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートは、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の全てにおいて、従来型シートよりも優れた面状ヒーターであると言える。本実施形態に係る遠赤外線輻射シートを用いることによって、昇温時間を早め、降温時間を緩やかにし、結果、加温時間を短縮することが可能であると共に、温度ムラの軽減により２次元的な温度分布を均一化することが可能となる。
［第２の検証］
次に、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートの熱拡散に関する検証について説明する。図５は、検証の概要を示す図である。
次に、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートの熱拡散に関する検証について説明する。図５は、検証の概要を示す図である。
［検証期間］
２０１７年３月２１日〜３月３１日である。
２０１７年３月２１日〜３月３１日である。
［検証目的］
従来型の遠赤外線輻射シート（以下、「従来型シート」と呼称する。）に比べて、改良型の遠赤外線シート（以下、「改良型シート」と呼称する。)が、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の３点のみならず、熱拡散においても優れていることを実証する。
従来型の遠赤外線輻射シート（以下、「従来型シート」と呼称する。）に比べて、改良型の遠赤外線シート（以下、「改良型シート」と呼称する。)が、発熱効率、熱ムラ抑制率、保温性能の３点のみならず、熱拡散においても優れていることを実証する。
［検証概要］
図５に示すように、改良型シート、および従来型シートを用いて、それぞれにコントローラと３箇所の接触型デジタル温度計(以下、「温度計」と呼称する）を設置する。加温開始後、設定温度に到達したら、ウレタン系アルミ付き断熱材を用いて、人為的に異常発熱を発生させ、異常発熱帯と放熱対の温度変化を計測することにより、改良型シートの方が、熱を拡散しやすいことを、数値として明らかにする。
図５に示すように、改良型シート、および従来型シートを用いて、それぞれにコントローラと３箇所の接触型デジタル温度計(以下、「温度計」と呼称する）を設置する。加温開始後、設定温度に到達したら、ウレタン系アルミ付き断熱材を用いて、人為的に異常発熱を発生させ、異常発熱帯と放熱対の温度変化を計測することにより、改良型シートの方が、熱を拡散しやすいことを、数値として明らかにする。
［検証環境条件］
室温：一定範囲内の外気温（検証時１６度〜１７度前後）
電力：３０ワット（ただし、電圧調整器を用いて３０ワットになるよう設定）
室温：一定範囲内の外気温（検証時１６度〜１７度前後）
電力：３０ワット（ただし、電圧調整器を用いて３０ワットになるよう設定）
［検証装置］
（１）装置の構造：図５に示す通りである。すなわち、コンパネ２０の上に、ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード２２を積層し、その上に本実施形態に係る遠赤外線輻射シート１を積層する。さらに、その上にガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）を設けた。
（２）図５に示すように、ガラエポ２６上の「Ａ（放熱帯）」、「Ｂ（異常発熱体）」、「Ｃ（放熱帯から８ｃｍ離れた箇所）」の３箇所に接触型温度計２８を設置する。
（３）温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を設置し、検証時の制御温度を５０℃に設定する。コントローラ３０へ供給する電力は、電圧調整器３２を介して行なう。
（１）装置の構造：図５に示す通りである。すなわち、コンパネ２０の上に、ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード２２を積層し、その上に本実施形態に係る遠赤外線輻射シート１を積層する。さらに、その上にガラスエポキシ盤（ガラエポ２６）を設けた。
（２）図５に示すように、ガラエポ２６上の「Ａ（放熱帯）」、「Ｂ（異常発熱体）」、「Ｃ（放熱帯から８ｃｍ離れた箇所）」の３箇所に接触型温度計２８を設置する。
（３）温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を設置し、検証時の制御温度を５０℃に設定する。コントローラ３０へ供給する電力は、電圧調整器３２を介して行なう。
［検証手順］
改良型シートと、従来型のシートそれぞれについて、図６に示すフローチャートに従って、測定と検証を行なう。図６において、温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を５０℃に設定した上で、加温を開始する（ステップＴ１）。次に、５０℃に到達した後、サーミスタ制御により繰り返されるＯＮ再開時の温度とＯＦＦ再開時の温度が、それぞれ安定したことを、温度計を設置した３箇所（Ａ・Ｂ・Ｃ）の温度を計測することによって確認する（ステップＴ２）。
改良型シートと、従来型のシートそれぞれについて、図６に示すフローチャートに従って、測定と検証を行なう。図６において、温度制御センサー２４を有するコントローラ３０を５０℃に設定した上で、加温を開始する（ステップＴ１）。次に、５０℃に到達した後、サーミスタ制御により繰り返されるＯＮ再開時の温度とＯＦＦ再開時の温度が、それぞれ安定したことを、温度計を設置した３箇所（Ａ・Ｂ・Ｃ）の温度を計測することによって確認する（ステップＴ２）。
次に、ステップＴ３で温度の安定を確認した後、ウレタン系アルミ付き断熱材５０を温度計Ｂ上に設置することにより、異常発熱を発生させる（ステップＴ３）。そして、異常発熱発生状態での、３箇所（Ａ・Ｂ・Ｃ）の温度変化を計測する（ステップＴ４）。ここで、異常発熱発生後の計測時間は約１２０分とする。次に、温度計を設置した３箇所それぞれにおいて、平常発熱状態での安定ピーク温度と異常発熱開始から約１２０分後のピーク温度との数値差を割り出し、熱拡散効果を検証する（ステップＴ５）。
［第２の検証の結果］
以下の表８および表９は、平常発熱状態での安定ピーク温度と異常発熱開始１２０分後のピーク温度の差(上昇温度）を示す。ここで、Ａは放熱帯、Ｂは異常発熱帯、Ｃは放熱帯より８ｃｍの箇所である。
以下の表８および表９は、平常発熱状態での安定ピーク温度と異常発熱開始１２０分後のピーク温度の差(上昇温度）を示す。ここで、Ａは放熱帯、Ｂは異常発熱帯、Ｃは放熱帯より８ｃｍの箇所である。
表１０は、異常発熱帯（Ｂ）上昇温度から、放熱帯（Ａ）上昇温度を減算して得られる「熱拡散指数」を示す。熱拡散指数は、熱拡散するほど数値が低くなる。
異常発熱発生状態での温度は、放熱帯へと熱移動するが、異常発熱発生状態での温度と、放熱帯の温度の差（熱拡散指数）が低いほど、熱拡散性能が高いということになる。つまり、シートの熱拡散性能が向上するほど、異常発熱発生状態でのピーク温度は下がり傾向を示し、逆に、放熱帯の安定ピーク温度は上がり傾向を示す。
上記の実験結果を考察すると、温度計Ｂの上昇温度（異常発熱帯の温度）は、従来型シートの上昇温度よりも改良型シートが下がり傾向を示し、逆に、温度計Ａの上昇温度（放熱帯の温度）は、従来型シートの上昇温度よりも改良型シートが上がり傾向を示す結果となった。これにより、熱拡散指数を比較すると、改良型シートの方が従来型シートに比べて指数値が低いことから、改良型シートの方が熱拡散しやすいことが明らかになった。
［第２の検証の結論］
当該実験による検証結果として、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートは、熱拡散性能おいて、従来型シートよりも優れた面状ヒーターであると言える。本実施形態に係る遠赤外線輻射シートを用いることによって、特定の箇所に異常発熱を引き起こす要因が発生した場合も、効率良く熱拡散することで篭り熱を軽減することが可能となる。
当該実験による検証結果として、本実施形態に係る遠赤外線輻射シートは、熱拡散性能おいて、従来型シートよりも優れた面状ヒーターであると言える。本実施形態に係る遠赤外線輻射シートを用いることによって、特定の箇所に異常発熱を引き起こす要因が発生した場合も、効率良く熱拡散することで篭り熱を軽減することが可能となる。
１ 遠赤外線輻射シート
１０ 発熱型混抄紙
１１ プリプレグ
１２ ＰＥＴフィルム
２１ 電極
２２ ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード
２４ 温度制御センサー
２６ ガラエポ
２８ 接触型温度計
３０ コントローラ
３２ 電圧調整器
１０ 発熱型混抄紙
１１ プリプレグ
１２ ＰＥＴフィルム
２１ 電極
２２ ポリプロピレン系独立気泡発泡ボード
２４ 温度制御センサー
２６ ガラエポ
２８ 接触型温度計
３０ コントローラ
３２ 電圧調整器
Claims (4)
- 平面状に形成され、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートであって、
基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、高熱伝導性を有する第１の黒鉛、通電によって発熱せず、自身以外の発熱素子から熱エネルギーを受け取って、その熱エネルギーを伝達させる熱伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛、並びに、前記基本材、前記炭素繊維、前記第１の黒鉛および前記第２の黒鉛を混抄して形成された混抄紙を有する面状発熱体と、
前記面状発熱体に設けられた電極と、
前記面状発熱体に積層された有機化合物層と、を備え、
前記電極に通電することによって遠赤外線を輻射することを特徴とする遠赤外線輻射シート。 - 平面状に形成され、遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートであって、
基本材、高熱伝導性を有する炭素繊維、通電によって発熱せず、自身以外の発熱素子から熱エネルギーを受け取って、その熱エネルギーを伝達させる熱伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛、並びに、前記基本材、前記炭素繊維、前記第２の黒鉛を混抄して形成された混抄紙を有する面状発熱体と、
前記面状発熱体に設けられた電極と、
前記面状発熱体に積層された有機化合物層と、を備え、
前記電極に通電することによって遠赤外線を輻射することを特徴とする遠赤外線輻射シート。 - 遠赤外線を輻射する遠赤外線輻射シートの製造方法であって、
基本材と、高熱伝導性を有する炭素繊維と、高熱伝導性を有する第１の黒鉛または通電によって発熱せず、自身以外の発熱素子から熱エネルギーを受け取って、その熱エネルギーを伝達させる熱伝導ネットワークを形成する第２の黒鉛のうち少なくとも前記第２の黒鉛とを混抄して混抄紙を形成する工程と、
前記混抄紙の対向する二辺に沿って、一対の金属電極を形成する工程と、
有機化合物からなる２枚のシートで、前記金属電極が形成された混抄紙を、両面からパッキングする工程と、を少なくとも含むことを特徴とする遠赤外線輻射シートの製造方法。 - 請求項１または請求項２記載の遠赤外線輻射シートを用いることを特徴とする遠赤外線輻射方法。
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