JP6639998B2

JP6639998B2 - 融雪ヒーター

Info

Publication number: JP6639998B2
Application number: JP2016072153A
Authority: JP
Inventors: 里美道畑; 宗一郎山崎
Original assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017180005A

Description

本発明は、融雪ヒーターに関する。

電気ヒーターを備えた融雪ヒーターが降雪地帯において用いられている。特許文献１にはその一例が記載されており、その融雪ヒーターは、融雪用熱量を供給する電気ヒーターと、この電気ヒーターの外郭を覆う外郭ケースと、前記電気ヒーターの裏面を覆う電気ヒーターカバーを備え、前記電気ヒーターを前記外郭ケースの天板裏面に当接して配置する構成となっている。通常、外郭ケースは周囲壁を有し、周囲壁は天板裏面に配置した電気ヒーターの厚みより高くされるのが一般的であり、また、該周囲壁の内面と電気ヒーターとの間には隙間が設けられている。この種の融雪ヒーターは、駐車場、アプローチなどの路面や、屋根などの融雪を行うのに好適に用いられる。

特開２００３−３４２９２６号公報

本発明者らは、上記のような構成を備える融雪ヒーターを用いて、多くの融雪実験を行ってきているが、その過程において、豪雪強風地域での融雪や車両での融雪に用いる場合には、往々にして、熱量が不足し、特に、融雪ヒーターの周囲部において、所期の融雪目的が達成できない場合があることを経験した。

本発明は、本発明者らが経験した上記のような融雪ヒーターの周囲部での融雪不良が生じるのを回避して、融雪ヒーターの全面においてほぼ等しく融雪を行うことが可能となる、より改良された融雪ヒーターを提供することを課題とする。

本発明による融雪ヒーターは、基本的に、天板と周囲壁と底板とからなる箱型ケーシングと該箱型ケーシング内に配置された電気ヒーターとを備えた融雪ヒーターであって、前記箱型ケーシングの周囲壁は前記電気ヒーターの一層の厚み以上の高さを有し、前記天板および周囲壁の内面の全部は前記電気ヒーターで覆われており、前記底板の少なくとも前記周囲壁に近接する領域の内面も前記電気ヒーターによって覆われていることを特徴とする。

本発明による融雪ヒーターでは、後の実施例に示すように、融雪ヒーターの面方向での中心温度と周辺部の温度とをほぼ同じ温度に保持することができる。そのために、融雪ヒーターの全面において、ほぼ等しい偏りのない融雪効果を上げることが可能となり、豪雪強風地域での融雪処理や車両での融雪処理に用いるのに、極めて有用性の高い融雪ヒーターとなる。

本発明による融雪ヒーターにおいて、前記電気ヒーターは線状または面状のＰＴＣヒーターであることは好ましく、ＰＴＣヒーターを用いることで温度管理が一層容易となる。また、前記ＰＴＣヒーターは多数個の発熱素子が並列に配線された形態であることは特に好ましく、この態様では、飛来物等が融雪ヒーターに当たってＰＴＣヒーターの一部が破壊されたような場合でも、融雪ヒーター全体としての機能をそのまま維持することかできる。

本発明によれば、豪雪強風地域での融雪処理や車両での融雪処理などのように、過酷な環境下で用いる場合であっても、ヒーター面の全面においてほぼ等しい融雪処理効率を上げることのできる融雪ヒーターを得ることができる。

本発明の融雪ヒーターで用いる電気ヒーターの一例であるＰＴＣヒーターにおける発熱体素子の一例を説明するための図。ＰＴＣヒーターの全体を示す図。融雪ヒーターの第１の例を示す図であり、図３（ａ）は全体の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図。融雪ヒーターの第２の例を説明する図３（ｂ）に相当する図。融雪ヒーターの第３の例を説明する図３（ｂ）に相当する図。融雪ヒーターの第４の例を説明する図３（ｂ）に相当する図。融雪ヒーターの第５の例を説明する図３（ｂ）に相当する図。実施例および比較例での温度測定部位を説明するための図。比較例１の融雪ヒーターを説明する図３（ｂ）に相当する図。比較例２の融雪ヒーターを説明する図３（ｂ）に相当する図。比較例３の融雪ヒーターを説明する図３（ｂ）に相当する図。実施例１での温度変化を示すグラフ。実施例２での温度変化を示すグラフ。実施例３での温度変化を示すグラフ。実施例４での温度変化を示すグラフ。実施例５での温度変化を示すグラフ。比較例１での温度変化を示すグラフ。比較例２での温度変化を示すグラフ。比較例３での温度変化を示すグラフ。

以下、本発明による融雪ヒーターの幾つかの実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、融雪ヒーターで用いる電気ヒーターとして、正温度係数（ＰＴＣ）特性を備えた発熱体素子を備えた線状のＰＴＣヒーターを例として説明するが、電気ヒーターはこれに限らない。全体として面状をなす電気ヒーターであってもよい。

最初に、図１および図２を用いて、線状のＰＴＣヒーター２０の一例について説明する。図１は、図２に示すＰＴＣヒーター２０の発熱部１０を説明するための斜視図であり、好ましくは銅単線のより線または編組線である第１の給電線１１と第２の給電線１２とを給電線として備え、第１の給電線１１と第２の給電線１２の間には正温度係数特性を備えたチップ状の発熱体素子１３の複数個が並列に接続されている。

チップ状の発熱体素子１３は、チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスからなるものであってもよく、カーボンブラックのような導電体粉末を含む樹脂組成物からなるものであってもよい。後者の場合、導電体粉末としては、カーボンブラック、ニッケルなどの導電体粉末が挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラックおよびファーネスブラックで表面積が大きいもの、例えば、バルカンＸＣ−７２（キャポット社製品）、コンチネックスＮ３３０（カポット社製品）などが挙げられる。導電体粉末の平均粒径は４０〜７０μｍであるか、それより大きな平均粒径のものあるいはそれより小さい平均粒径のものと混合したものでもよい。樹脂組成物とは、ポリマーとして一般に使用されている高分子材料であってよく、ポリエチレン、ポリエチレン共重合体、ポリエステル、フッ素樹脂、フッ素系ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルなどを挙げることができる。

導電体粉末の樹脂組成物に対する添加量は、樹脂組成物１００質量部に対して、１５〜３０質量部であることが好ましい。導電体粉末の添加量が少なすぎると抵抗値が大きくなりすぎて発熱しなくなる。逆に多くなりすぎると抵抗が低くなると同時に、抵抗値の温度依存性がなくなりＰＴＣ特性を示さなくなる。

第１の給電線１１および第２の給電線１２とチップ状の発熱体素子１３とは、両者を機械的および電気的に接続するための金属端子１４によってかしめられて一体化している。チップ状の発熱体素子１３の形状に制限はないが、この例では、幅がＤ、長さがＬ、厚みがＨの直方体をなしており、一例として、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍ、厚みＨ：１．６ｍｍの寸法である。可撓性を向上させるために、発熱体素子１３での幅Ｄ／長さＬの値Ｐが１または１以上であることが望ましい。金属端子１４の素材としては、銅、リン青銅、鉄、鉄ニッケル合金、金、銀、アルミニウムなどを用いることができる。また、好ましくは、発熱体素子１３と金属端子１４との間には、導電ペースト１５が塗布される。

なお、隣接するチップ状の発熱体素子１３、１３間の距離は、所要の加熱環境が得られることを条件に任意であってよいが、通常は、３０〜１００ｍｍ程度の範囲である。また、隣接するチップ状の発熱体素子１３、１３の距離はすべて同じであってもよく、異なった間隔で配置されていてもよい。

図１に示す発熱部１０の全体を絶縁性樹脂からなる絶縁外皮１６で覆うことにより、図２に示すＰＴＣヒーター２０とされる。絶縁性樹脂としては、例として、電気絶縁性および可撓性を有する軟質塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、架橋ポリエチレン系樹脂などの熱可塑性樹脂を挙げることができる。前記絶縁外皮は折曲の容易性の観点から１層構造が好ましいが、２層構造であってもよい。２層構造の場合、同じ絶縁性樹脂であることが好ましく、また、アース線として機能するシールドが捲装されていてもよい。

次に、本発明の融雪ヒーター３０の第１の例（実施例１）を、図３を参照して説明する。融雪ヒーター３０ａは、基本的に、天板と周囲壁と底板とからなる箱型ケーシング４０と、該箱型ケーシング４０内に配置された電気ヒーター（この例では、上記した線状のＰＴＣヒーター２０）とを備える。ここで、線状のＰＴＣヒーター２０は、図２でのａ−ａ線での断面の厚さをａとする。なお、ａ−ａ線の位置は発熱体素子１３の位置であり、ＰＴＣヒーター２０における厚みの最も厚い部分である。また、線状のＰＴＣヒーター２０の横幅をｂとしたときに、厚みａ＜横幅ｂである。

図３（ａ）に斜視図を、図３（ｂ）に図３（ａ）のｂ−ｂ線による断面図を、図３（ｃ）に図３（ａ）のｃ−ｃ線による断面図を示すように、図３に示す形態の融雪ヒーター３０ａでは、前記箱型ケーシング４０は、平面視で矩形状であり、天板４１と、該天板４１の４周に垂設された４つの外側周囲壁４２ａ〜４２ｄと、該４つの外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの下端から内側かつ天板４１と平行に延びる４つの第１の底板４３ａ〜４３ｄと、該４つの第１の底板４３ａ〜４３ｄの内側端に垂設された内側周囲壁４４ａ〜４４ｄと、該内側周囲壁４４ａ〜４４ｄの下端に配設された第２の底板４５とで構成される。

天板４１の裏面側には、前記したＰＴＣヒーター２０ａが水平姿勢でその全面にわたって敷設されている。しかし、天板４１の４周における外側周囲壁４２ａ〜４２ｄに近接した領域には、ＰＴＣヒーター２０の厚みａにほぼ等しい幅の領域が、ＰＴＣヒーター２０ａが存在しない領域として残されており、その領域には、垂直姿勢となったＰＴＣヒーター２０ｂが外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面に接するようにして、４周にわたって配置されている。

図３に示す例において、前記外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の高さは、ＰＴＣヒーター２０の横幅ｂとほぼ等しい。すなわち、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面側の高さは、水平姿勢に置かれたＰＴＣヒーター２０の１層の厚み（前記ａ）よりも高い。そして、前記第１の底板４３ａ〜４３ｄの内側面は垂直姿勢となったＰＴＣヒーター２０ｂの側端面に接している。また、第１の底板４３ａ〜４３ｄの水平方向の幅は、ＰＴＣヒーター２０の厚みａよりも大きく、内側周囲壁４４ａ〜４４ｄの下端に配設された第２の底板４５の裏面は、水平方向に敷設されたＰＴＣヒーター２０ａに接している。

図４は、本発明の融雪ヒーター３０の第２の例（実施例２）を示す、図３（ｂ）に相当する図である。この融雪ヒーター３０ｂでは、天板４１の裏面側の全面にわたってＰＴＣヒーター２０ａが水平姿勢で敷設されており、天板４１の４周における外側周囲壁４２ａ〜４２ｄに近接した領域には、ＰＴＣヒーター２０ａの上に、水平姿勢のＰＴＣヒーター２０ｃが、２層に積層された状態で４周にわたって配置されている。前記外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の高さは、ＰＴＣヒーター２０の２層分の厚み（ａ＋ａ）に等しい。他の構成は、図３に示した融雪ヒーター３０ａと同じである。ここでも、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面側の高さは、水平姿勢に置かれたＰＴＣヒーター２０の１層の厚み（前記ａ）よりも高い。また、天板４１および外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の全部はＰＴＣヒーター２０で覆われている。

図５は、本発明の融雪ヒーター３０の第３の例（実施例３）を示す、図３（ｂ）に相当する図である。この融雪ヒーター３０ｃでは、図３に示した融雪ヒーター３０ａでの外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの４周の内面に接するようにして配置された垂直姿勢となったＰＴＣヒーター２０ｂの下端面（図では上端面）に、水平姿勢となったＰＴＣヒーター２０ｄがさらに１枚分配置されている点、および、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内周側の高さがＰＴＣヒーター２０の横幅ｂ＋厚みａとなっている点で、図３に示した融雪ヒーター３０ａと異なっている。他の構成は、図３に示した融雪ヒーター３０ａと実質的に同じである。ここでも、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面側の高さは、水平姿勢に置かれたＰＴＣヒーター２０の１層の厚み（前記ａ）よりも高くなっており、また、天板４１および外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の全部はＰＴＣヒーター２０で覆われている。

図６は、本発明の融雪ヒーター３０の第４の例（実施例４）を示す、図３（ｂ）に相当する図である。この融雪ヒーター３０ｄは、前記水平姿勢となったＰＴＣヒーター２０ｄが１枚ではなく、複数枚（図示のものでは４枚分）にわたって４周方向かつ水平方向に配置されている点、および、内側周囲壁４４ａ〜４４ｄに相当する部材はなく、前記第１の底板４３ａ〜４３ｄの内側端に第２の底板４５が同じレベルで連続しており、該第２の底板４５の裏面は、天板４１の裏面に水平方向に敷設したＰＴＣヒーター２０ａには接していない点で、図５に示した融雪ヒーター３０ｃと異なっている。他の構成は、図５に示した融雪ヒーター３０ｃと同じである。ここでも、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面側の高さは、水平姿勢に置かれたＰＴＣヒーター２０の１層の厚み（前記ａ）よりも高くなっている。また、天板４１および外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の全部はＰＴＣヒーター２０で覆われている。そして、底板の少なくとも周囲壁に近接する領域の内面部分、すなわち、第１の底板４３ａ〜４３ｄの内面部分は、ＰＴＣヒーター２０ｄによって覆われている。

図７は、本発明の融雪ヒーター３０の第５の例（実施例５）を示す、図３（ｂ）に相当する図である。この融雪ヒーター３０ｅは、図４に示した融雪ヒーター３０ｂと比較して、ＰＴＣヒーター２０ａの上に水平姿勢に配置したＰＴＣヒーター２０ｃが、天板４１の４周における外側周囲壁４２ａ〜４２ｄに近接した領域だけではなく、天板４１の裏面に水平方向に敷設したＰＴＣヒーター２０ａの全部を領域に対して直交するようにして２層に配置されている点、および、前記第１の底板４３ａ〜４３ｄの内側端に第２の底板４５が同じレベルで連続している点で、図４に示した融雪ヒーター３０ｂと相違する。他の構成は、図４に示した融雪ヒーター３０ｂと実質的に同じである。ここでも、外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面側の高さは、水平姿勢に置かれたＰＴＣヒーター２０の１層の厚み（前記ａ）よりも高くなっている。また、天板４１および外側周囲壁４２ａ〜４２ｄの内面の全部はＰＴＣヒーター２０ａおよび２０ｃで覆われている。そして、第１の底板４３ａ〜４３ｄと第２の底板の裏面はすべて、ＰＴＣヒーター２０ａの上に水平姿勢に配置したＰＴＣヒーター２０ｃに接している。

なお、図示の実施の形態では、ＰＴＣヒーター２０ａの上に水平姿勢に配置したＰＴＣヒーター２０ｃを、天板４１の裏面に水平方向に敷設したＰＴＣヒーター２０ａに対して直交する方向に配置するようにしたが、図示しないが、ＰＴＣヒーター２０ｃは、ＰＴＣヒーター２０ａに対して直交する方向ではなく、同じ方向にあるいは直交以外の角度方向で配置されていてもよく、その形態も、融雪ヒーター３０の第５の例（実施例５）である融雪ヒーター３０ｅの変形例として含まれる。

以下、本発明による融雪ヒーターの優位性を実施例と比較例によって説明する。

［実施例品と比較例品］
実施例１〜５は上記した第１の例〜第５の例と同じ構成のものである。比較例として、図９〜図１１に示すものを用意した。

図９に示す比較例１は、前記箱型ケーシング４０の平面視での形状と大きさは、図７に示した第５の例、すなわち、実施例５（融雪ヒーター３０ｅ）と実質的に同じである。該箱型ケーシング４０の天板４１の裏面側の中央部にＰＴＣヒーター２０を配設し、配設したＰＴＣヒーターの長手方向の端部は、対向する外側周囲壁４２ａ、４２ｃの内面に接するようにした。したがって、天板４１の裏面の図で左右の領域、および第１の底板４３ａ〜４３ｄと第２の底板４５の全部は、ＰＴＣヒーター２０に接していない。また、箱型ケーシング４０の内部には、断熱材は配置していない。

図１０に示す比較例２は、天板４１の裏面側における外側周囲壁４２ｂ、４２ｄに近接した領域に、ＰＴＣヒーター２０の厚みａにほぼ等しい幅の領域だけＰＴＣヒーター２０が存在しない領域を形成し、そこを除いた天板４１の裏面にＰＴＣヒーター２０を配置している点で、比較例１と相違している。

図１１に示した比較例３は、天板４１の裏面の全面にＰＴＣヒーター２０を配設した点で、比較例１と相違している。

［試験］
実施例１〜５および比較例１〜３の融雪ヒーターについて、同じ条件での、ＰＴＣヒーターへの通電と、融雪ヒーター表面への送風を行い、各融雪ヒーターでの中心部と端部（図８参照）での温度低下状況を観察した。送風機には、ジェットスイファンＳＪＦ３００ＳＲ１（スイデン社製）を用いた。温度の測定は、ＤＡＴＥＣＯＬＬＣＴＯＲＡＭ−７００２（ＴＹＰＥＥ）、Ｅ熱電対（安立計器社製）を使用した。

［条件］
−２℃環境下で、実施例１〜５および比較例１〜３の融雪ヒーターのＰＴＣヒーター２０に通電し、３０分間の温度上昇を測定した。通電から３０分経過後、各融雪ヒーターの表面（天板４１側）に送風機で連続的にほぼ等しくなるように風をあて、図８に示すように、天板４１の中心部とコーナー部（端部）の温度変化（温度低下状況）を測定した。

その結果を下記の表１および図１２〜図１９に示した。

［考察］
通常、融雪ヒーターの場合、ヒーターの加熱面全面において、等しく融雪が進行することが望ましい。そのためには、加熱面が強風に曝されるように環境下においても、加熱面の全面がほぼ等しい温度で維持されることが望ましい。表１および図１２〜図１９に示すように、実施例１〜５である本発明による融雪ヒーターは、送風開始後３０分後においても、中心部の温度と端部の温度がほぼ等しく、高い融雪効率を発揮できることが期待できる。一方、比較例１〜３の融雪ヒーターは、実施例１〜５と比較して、送風開始後の温度が中心部と端部において大きくなっており、融雪ヒーターの融雪面において融雪効率に差がであることが予測される。

２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…線状のＰＴＣヒーター、
１０…発熱部、
１１…第１の給電線、
１２…第２の給電線、
１３…正温度係数特性を備えたチップ状の発熱体素子、
１４…金属端子、
１５…導電ペースト、
１６…絶縁外皮、
３０（３０ａ〜３０ｅ）…融雪ヒーター、
４０…箱型ケーシング、
４１…天板、
４２ａ〜４２ｄ…外側周囲壁、
４３ａ〜４３ｄ…第１の底板、
４４ａ〜４４ｄ…内側周囲壁、
４５…第２の底板。

Claims

天板と周囲壁と底板とからなる箱型ケーシングと該箱型ケーシング内に配置された電気ヒーターとを備えた融雪ヒーターであって、
前記箱型ケーシングの周囲壁の内面は前記電気ヒーターの一層の厚みよりも大きい高さを有し、前記天板および周囲壁の内面の全部は前記電気ヒーターで覆われており、前記底板の少なくとも前記周囲壁に近接する領域の内面も前記電気ヒーターによって覆われており、
前記周囲壁の内面に沿った領域における、前記電気ヒーターの前記天板と対向する面から前記底板と対向する面までの距離は、前記箱型ケーシングの中央部における、前記電気ヒーターの前記天板と対向する面から前記底板と対向する面までの距離よりも大きいことを特徴とする融雪ヒーター。
前記周囲壁の内面に沿って、前記電気ヒーターが２層に積層された状態で、又は前記電気ヒーターの厚み方向が前記底板と平行になる姿勢で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の融雪ヒーター。
前記電気ヒーターは線状または面状のＰＴＣヒーターであることを特徴とする請求項１または２に記載の融雪ヒーター。