JP7062347B2

JP7062347B2 - 気体加熱装置

Info

Publication number: JP7062347B2
Application number: JP2020122614A
Authority: JP
Inventors: 繁博戸村; 和博戸村
Original assignee: 株式会社シティ企画
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: JP2022019059A

Description

本発明は、空気などの気体の通路に設けられ、この空気内を流れる気体を加熱する気体加熱装置に関する。

従来のこの種の気体加熱装置は、気体の通路途中に通路面積が拡幅された収納容器部を設け、その収納容器部内に電気ヒータなどの発熱体を設けたものが知られている。そして、気体が上記収納容器部内を流れる間に電気ヒータからの熱エネルギを気体に伝達して、その気体を加熱するように構成されている。

加熱する気体の流量に応じて気体加熱装置の加熱能力を変える必要がある場合、各加熱能力毎に電気ヒータの長さなどを変えた複数種類の電気ヒータを作成し、要求される加熱能力に適合する電気ヒータを上記収納容器部内に収納させていた。

一方、電気ヒータを金属製のチューブ内に収納するシースヒータに関する発明ではあるが、板状の絶縁板に電気ヒータを取り付けた発熱ユニットを設け、２枚の発熱ユニットを並列させた状態で連結する保持具を用いて連結した状態で金属チューブ内に収納させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－６０４１号公報（図９，図１０，図２０）

上記シースヒータに関する特許文献１に記載されたものでは、金属チューブ内に気体を流して、その流れる気体を加熱するものではなく、金属チューブ自体を内側から発熱ユニットで加熱して、高温になった金属チューブの外周面で他のものを加熱するために用いられる。従って、発熱ユニットの電気ヒータと金属チューブの内周面との対向面積を可及的に広くなるように設定する必要があり、そのため、複数枚の発熱ユニットを連結する場合には、平面上に各発熱ユニットを展開する必要がある。従って、各発熱ユニットを相互に連結する保持具は１８０度方向に２枚の発熱ユニットを連結する必要がある。

ところが、このように水平方向に発熱ユニットを展開したのでは気体加熱装置の発熱体として使用すると、収納容器部が大型化するばかりか、発熱体が発生する熱量の大半が収納容器を加熱するため、不都合が生じる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、気体を加熱する発熱体として好適であり、かつ複数の加熱能力に対応することのできる気体加熱装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明による気体加熱装置は、気体の通路途中に設けられ、内部を流れる気体と外部とを隔絶する収納容器部と、この収納容器部内に収納され、通電されることによって発熱して収納容器部内を流れる気体を加熱する発熱体とを備えた気体加熱装置において、上記発熱体を、板状の絶縁板に互いに平行になるように相互に独立した偶数列の発熱線であって、絶縁板に形成したスリットに挿通することによって保持され、さらに、端部がこれら発熱体とは別部材の導体によって相互に連結されたものが取り付けられた発熱ユニットと、少なくとも３枚のこの発熱ユニットを保持する保持具とを用いて、複数枚の発熱ユニットを立体的に組み上げた複合体で構成したことを特徴とする。

上記構成では、複数枚の発熱ユニットを連結する保持具は少なくとも３枚を連結するので、各発熱ユニットを立体に敵に連結することができ、効率よく気体を加熱することができ、更に、発熱ユニットの枚数を増減することによって加熱能力を自在に調節することができる。

なお、上記発熱ユニットの偶数列の発熱線は２列が互いに連結されて全ての発熱線が直列に連結されると共に一端側から給電されるように構成することによって、給電のための配線を一端側にまとめることができる。

また、上記発熱ユニットの発熱線の列数及び断面積の少なくとも一方が相違することによって発熱量が相違する複数種類の発熱ユニットを設け、立体的に組み上げられた複合体の中心部分に最も発熱量の大きな発熱ユニットを配設し、外側に向かうに伴って順次発熱量が小さくなるように発熱ユニットを配設すれば、複合体内を流れる気体を効率よく加熱できると共に、外部への放熱量を抑制することができる。

さらに、上記発熱体を構成する複合体には、発熱線が取り付けられていないブランク材を含むように構成することによって、加熱能力を更に細かく調節することができる。

この場合、上記ブランク材は上記複合体の外周に配設され、上記収納容器部の壁面と複合体との間に断熱層を形成すれば、各発熱ユニットが発生する熱エネルギを収納容器ではなく気体に伝達することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、気体を効率よく加熱することができ、かつ加熱能力を自在に調節することができる。

本発明の一実施の形態の構成を示す図発熱ユニットの詳細を示す平面図発熱ユニットと保持具とを示す斜視図発熱ユニットの側面図４枚の発熱ユニットを保持する保持具を用いた場合の発熱体の構成を示す図３枚の発熱ユニットを保持する保持具を用いた場合の発熱体の構成を示す図６枚の発熱ユニットを保持する保持具を用いた場合の発熱体の構成を示す図発熱ユニットに４列の発熱線を取り付けた例を示す平面図

以下に、加熱される気体として空気を例に、温風発生装置に本発明を適用した場合について説明する。図１を参照して、１は本発明による気体加熱装置であり、送風機ＢＬから送出される空気の通路Ａの途中にこの気体加熱装置１が取り付けられている。この気体加熱装置１は、内部に空気が流れる収納容器部１１と、その収納容器部１１内に収納され、電源部ＰＳから供給される電力を熱エネルギに変換して、収納容器部１１内を流れる空気を加熱する発熱体２とから構成されている。

この発熱体２は、図２に示す発熱ユニット３が複数枚集合されて構成されている。図２を参照して、この発熱ユニット３は耐熱性を備えた板状の絶縁体から構成される絶縁板４と、この絶縁板４の長さ方向に沿って取り付けられた２列の発熱線５とを備えている。この絶縁板４には、長手方向に対して直角方向、すなわち幅方向に長い長方形のスリット４１が多数設けられており、上記発熱線５はこのスリット４１を通って絶縁板４を縫うように取り付けられている。そして、絶縁板４の一端を３Ａとし、他端を３Ｂとすると、他端３Ｂで両発熱線５は板状の導体から構成される短絡板３２によって相互に連結されており、一端３Ａ側から電線３１を介して上記電源部ＰＳからの電力供給を受けるように構成されている。なお、上記発熱線５は断面が円形の線材や複数の細線を編み上げたものでもよいが、本発明では扁平なリボン状のものを用いた。

図２に図３および図４を合わせて参照して、発熱線５の固定にはボルト３３を用いる。このボルト３３には貫通した長穴３３ａが形成されており、絶縁板４に対してボルト３３を下方から挿通し、絶縁板４の上面側で長穴３３ａに発熱線５を挿通する。その状態でボルト３３にナット３４を螺合させて、発熱線５を絶縁板４とナット３４で挟み込むと同時にボルト３３を絶縁板４に固定する。

その状態で短絡板３２をボルト３３に取り付け、更にナット３４をボルト３３に螺合させることによって、短絡板３２を２個のナット３４で上下方向から挟み込んで固定する。このように構成することによって発熱線５と短絡板３２とが電気的に連結される。なお、ここまでの説明では他端３Ｂ側における構成を説明したが、一端３Ａ側では短絡板３２の代わりに電線３１の先端に取り付けた端子を２個のナット３４で上下方向から挟み込む。

そして、このように構成された発熱ユニット３は図３に示す保持具６に保持される。この保持具６は軸体６１の軸線に対して直角方向に開口する４個の溝６ａを有しており、１個の保持具６に対して４枚の発熱ユニット３を保持させることができる。

図５を参照して、４枚の発熱ユニット３を保持する上記保持具６を用いた気体加熱装置１の一例を説明する。この構成では発熱ユニット３の他に、発熱ユニット３の絶縁板４と同一の寸法であるが発熱線５が取り付けられていない第１のブランク材７１と、同じく発熱線５が取り付けられておらず、かつ幅寸法が狭い第２のブランク材７２とを用いて立体的な発熱体２を構成している。この例では、上下各４枚の発熱ユニット３を用いているが、加熱能力を下げる場合には幾枚かの発熱ユニット３を第１のブランク材７１に置き代えればよい。また、逆に加熱能力を上げる場合には上下３段になっているブランク材７２の一部もしくは全部を発熱ユニット３に置き換えればよい。ただし、置き換えた部分の上下のブランク材７２も合わせてブランク材７１に置き換える。なお、この場合、横寸法が長くなるため収納容器部１１も合わせて交換するか、予めこのような横寸法の増加に対応できる大きさの収納容器部１１を使用する。

なお、図示した構成では、発熱体２の外側を発熱線が取り付けられていないブランク材７１，７２で覆った。このように構成することによってブランク材７１，７２と収納容器部１１との間に断熱用の空間が確保されるので、発熱ユニット３に取り付けられている各発熱線５が発する熱エネルギを効率よく空気に伝達することができる。

ところで、上記の実施の形態では保持具６として４個の溝６ａを備えたものを用いたが、この溝６ａの個数は４個に限定されない。例えば、３個の溝６ａを備えた保持具６を用いた場合の構成を図６に示す。この構成では、発熱ユニット３で６角形の通路を立体的に構成して、その通路内を流れる空気を加熱する。また、この構成では発熱体２の全表面をブランク材７１，７２で覆うのではなく、一部を覆うことにした。

そして、本実施の形態では絶縁板４に取り付けられている発熱線の、幅寸法や厚さ、また発熱線として線材を用いた場合には線径を変えることによって、発熱ユニット１枚あたりの発熱量を相違させた。この実施の形態では発熱量の大きい順に発熱ユニット３－１，発熱ユニット３－２，発熱ユニット３－３の３種類の発熱ユニットを作成し、最も発熱量の大きい発熱ユニット３－１を中心部分に位置させ、外側に向かって順次発熱量が小さくなるように、発熱ユニット３－２と発熱ユニット３－３を配置した。このように中心部に向かって発熱量の大きな発熱ユニットを配置することによって、中心部分がより高温になって、流れる空気を効率よく加熱すると共に、外側における発熱量を抑制することによって収納容器部１１に放熱され、空気加熱に関してロスとなる熱量が少なくなるようにした。ところで、１枚あたりの発熱量を変更する際に、後述するように絶縁板４に取り付ける発熱線５の列数を増やしてもよい。

また、６個の溝６ａを用いた構成を図７に示す。この構成では上記図６に示した構成よりも更に多くの発熱ユニットを発熱体内に組み込むことができる。本実施の形態でも中心部分に最も発熱量の大きい発熱ユニット３－１を配置し、外側に向かって順次発熱量が小さくなるように発熱ユニット３－２，発熱ユニット３－３を配置している。

なお、上記図６に示した構成および図７に示した構成共に、任意の発熱ユニットをブランク材７１に置き換えることによって加熱能力を下げる方向に調節することができる。

上記実施の形態では発熱ユニット３として、図２に示すように、絶縁板４に対して２列の発熱線５を取り付けたものを用いた。ただし、発熱線５は２列に限定されるものではなく、例えば図８に示すように、４列の発熱線５を設けてもよい。この実施の形態では図示のように、４列の発熱線５を直列に接続している。このように発熱線５の列数を増やすことによって発熱ユニット３の長さ寸法を短くすることができる。ただし、空気流の上流側に電線３１を位置させて電線３１が温風の影響を受けないようにするためには、絶縁板４には偶数列の発熱線５を取り付けて、両電線３１が共に一端３Ａ側に位置することが望ましい。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

１気体加熱装置
２発熱体
３発熱ユニット
４絶縁板
５発熱線
６保持具
６ａ溝
１１収納容器部
３１電線
３２短絡板
３３ボルト
３３ａ長穴
３４ナット
４１スリット
６１軸体
７１ブランク材
７２ブランク材

Claims

気体の通路途中に設けられ、内部を流れる気体と外部とを隔絶する収納容器部と、この収納容器部内に収納され、通電されることによって発熱して収納容器部内を流れる気体を加熱する発熱体とを備えた気体加熱装置において、上記発熱体を、板状の絶縁板に互いに平行になるように相互に独立した偶数列の発熱線であって、絶縁板に形成したスリットに挿通することによって保持され、さらに、端部がこれら発熱体とは別部材の導体によって相互に連結されたものが取り付けられた発熱ユニットと、少なくとも３枚のこの発熱ユニットを保持する保持具とを用いて、複数枚の発熱ユニットを立体的に組み上げた複合体で構成したことを特徴とする気体加熱装置。
上記発熱ユニットの偶数列の発熱線は２列が互いに連結されて全ての発熱線が直列に連結されると共に一端側から給電されることを特徴とする請求項１に記載の気体加熱装置。
上記発熱ユニットの発熱線の列数及び断面積の少なくとも一方が相違することによって発熱量が相違する複数種類の発熱ユニットを設け、立体的に組み上げられた複合体の中心部分に最も発熱量の大きな発熱ユニットを配設し、外側に向かうに伴って順次発熱量が小さくなるように発熱ユニットを配設したことを特徴とする請求項２に記載の気体加熱装置。
上記発熱体を構成する複合体には、発熱線が取り付けられていないブランク材を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の気体加熱装置。
上記ブランク材は上記複合体の外周に配設され、上記収納容器部の壁面と複合体との間に断熱層を形成することを特徴とする請求項４に記載の気体加熱装置。