JPH02279984A - 温度自己制御可能な加熱炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は乾燥炉に関し、温度自己制御可能な加熱炉に関
する。

〔従来の技術〕

従来、乾燥炉或いは加熱炉にはニクロム線、ＳｉＣ捧、
ランプ等を熱源とする電気炉、都市ガス、石油の燃焼に
よる熱風を用いる乾燥炉又は加熱炉があり、これらはサ
ーモスタットにより温度調節がされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら従来の加熱炉は焼燃ガスの発生により室内の空気
汚染は否めず、又加熱部例えば電気炉の加熱部は５００
〜１３００℃と一定せず、サーモスタットによる調節も
十分に信頼性があるものでなく、又消費電力等の消費も
大きく、高価である。したがって、乾燥炉又は加熱炉に
おいて、その加熱部が温度自己制御が可能で一定温度に
常に保持でき、しかも消費電力等が少なく安価な乾燥炉
又は加熱炉の出現が望まれるところである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、先に、粒子径５００μｍ以下の球状体から
なる粒子を主とする炭素粒と合成樹脂を主成分として含
有することを特徴とする導電性発熱性塗料（特願昭６２
−２６３９５４号）及び該塗料を電極端子を設けた所望
の形状の固体表面に塗布して導電性塗膜を形成させたも
のからなる温度自己制御可能な導電性発熱体（特願昭６
２−２６３９５５号）を提案したが、さらに導電性発熱
体の応用について研究を進めた結果、金属基板の外側（
或いは底部）に導電性発熱体を設けた発熱板で加熱室を
形成することにより、特定の温度に調節可能な加熱炉が
得られることを見出し、本発明に到達したものである。

即ち、本発明は金属基板の外側底部に維ＩＲｔＭｔｒ設
け、該＃！Ａ縁層に温度自己制御可能な発熱体を設け、
該発熱体を絶縁層で披露し、該発熱体及び絶縁層全体を
カバーする断熱層を設けた発熱板で加熱室の側面、上面
、又は底面のいずれか又は全部を形成してなる加熱炉に
関する。

基板としては、金属、例えば鉄、銅、アルミニウム、ス
テンレス、又はそれらの合金等が挙げられる。熱をよく
伝え、錆びない点でアルミニウムが好ましい。基板はそ
の外側、特に発熱塗膜が形成される部分に電気絶縁層を
設ける。この絶縁層は耐熱性例えばポリイミド樹脂、ポ
リアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフロン樹脂等に耐熱
性フィラー例えばＡｌ□０３．ＺｒＯ２・５ｊＯｚ、Ｍ
ｇＯ。

Ｃｒ２０３１　Ｓ　ｉ　ｏ３．チタノカルボシアン等の
粉末を混合した樹脂組成物等が用いられる。耐熱性フィ
ラーと耐熱性樹脂との混合比は任意に選択し得るが、１
：０．２以上、好ましくは１：０．７〜１．８である。

耐熱性フィラーの方が樹脂より熱を伝えやすいが、樹脂
が０．２以下では強度が下がるし、又塗りにくいものと
なる。絶縁層の厚さは０．１〜ｌｌＩｎ程度とする。

又、電気絶縁層としては金属板にＮｉ、Ｃｒ。

Ｃｏ等を溶射して中間層を形成し、ついでその上に酸化
系として、Ａｌ２Ｏ３（ホワイトアルミナ）。

Ｚ　ｒｏ、ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｓ　ｉ　Ｏ２，Ｓ　１２０
３゜Ｙ２Ｏ３の単独又は混合物或いはこれらのセラミッ
クスを主成分として配合した配合物をプラズマ溶射、及
び化学蒸着（ＣＶＤ）＋爆発溶射法で被覆したもの、或
いは窒化系としてＡ　Ｉ　Ｎ、　Ｓ　ｉ３Ｎ４゜ＢＮ等
、炭化系としてＳｉＣ，ＺｒｘＣｒｙ等を溶射すること
によっても、目的を達成できる。

中間層としてのＮｉ、Ｃｒの厚さは約２０〜５０μｍで
あり、主溶射材料としてはＡｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３、Ｚｒ
○十Ｍ　ｇ　Ｏ＋Ｃａ　Ｏ，Ｓ　ｉ　Ｏ２（又は５ｉ２
０３）＋ＭｇＯ＋Ｙ、、０３＋Ｂであり、コレらの厚さ
は１００〜３００μｍである。これらの溶射材料は基板
金属の熱膨張係数と一致するように選択される。

これにより、絶縁性がよく、又熱伝導のよいものが得ら
れ、高温で耐久性のある発熱体が得られる。耐熱性絶縁
体であるセラミックス及びポリイミド＋Ａｌ２Ｏ３の耐
熱温度は５００℃及び２５０℃、熱伝導率は１．０〜１
．２及び０．２（ｃａｌ／ａｎ−ｄｅｇ　５ｅｅ）であ
り、又温度むらは±２℃及び±５℃である。

絶縁層を有する基板底部に設けられている温度自己制御
可能な導電性発熱体は、基板の底部絶縁層に電極端子（
リード線）を所望の間隔に設け、粒子径０．５μｍ以上
５００μｍ以下の球体からなる粒子を主とする炭素粉末
と合成樹脂を主として含有する導電性発熱性塗膜を設け
ることにより得られる。電極端子は銅、アルミニウム、
銅にニッケル又は錫メツキした線、ワイヤ、板、又はネ
ット等からなるもので、両辺に設置される。この発熱体
は又電極端子を設けた所望の形状の基板表面或いは基板
に上記と同様の導電性塗料を塗布或いは含浸させたもの
からなり、これを上記の絶縁層に設けることもできる。

この基板としては、プラスチック、セラミックス、木質
、繊維、紙、電気絶縁被覆した金属材料その他のものが
用いられる。

球状炭素粒は例えば、ティラー等の方法によりコールタ
ール、コールタールピッチ、石油系重質油等の歴青物を
３５０°Ｃ〜５００℃の温度で長時間加熱処理し、低分
子化合物の重縮合反応をくり返し、高分子化し、生成し
た炭素質より光学的異方性球体を分離したメソカーボン
マイクロビーズ（ｍｅｓｏ　ｃａｒｂｏｎ　ｍ１ｃｒｏ
　ｂｅａｄｓ）或いは、合成樹脂を炭素化した球状に近
いコークスを、十数百度〜三千数百度の熱処理還元によ
り黒鉛化することにより製造される。

又、用いる合成樹脂は例えば、ポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、シリコーン
樹脂、ポリチタノカルボシラン樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ポリパラバン酸樹脂、ポリエステル樹脂
、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサ
ルフィド樹脂、ポリフロン樹脂、ポリオレフィン樹脂等
であり、塗膜の所望の目的温度に応して軟化温度或いは
分解温度を有する樹脂を選択することができる。

本発明の炭素粒と合成樹脂バインダーの量割合は、所望
する発熱温度、発熱面の大きさに等により、又炭素粒、
及び合成樹脂の種類及び組合せ等により種々選択される
が、一般的には炭素粉末１００重量部（以下部と略す）
に対して、１０〜１９０部好ましくは２０〜６０部であ
る。

合成樹脂の割合が１０部以下では抵抗値の小さいものが
得られ、高温の発熱体（広い発熱面をもつものに応用で
きる）が得られるが、塗膜強度が不足すると共に電気抵
抗の温度係数が小さくなって温度むらが生じやすい。一
方、合成樹脂の量が１９０部以上では発熱に必要な電流
が得られず（抵抗値が過大になって）実用温度に適さな
いものとなる。即ち、電気抵抗値が常温で０．５Ω／口
（Ω／口とは正方形面積に対する電気抵抗値を表わす）
以下では過電流となり、その結果不均一な高温となりす
ぎるし、３００Ω／口以」二では過小電流になす、発熱
不足となり、電力が低下し、所望の温度が得られにくい
のである。

又塗料又はペーストの乾燥同化又は硬化を短時間で容易
に行うために硬化剤を加えることができる。これらの硬
化剤は樹脂に応じて、それぞれ選択し得、脂肪族、或い
は芳香族ポリアミン、ポリイソシアネート、ポリアミド
、アミン、チオ尿素等の通常の硬化剤が用いられる。

その他、安定剤、可塑剤、酸化防止剤等が適宜に用いら
れる。

そして、広い発熱面の場合は電気抵抗の小さい常温で１
Ω／口のものが、狭い面積の場合は電気抵抗値の高い常
温で２５０Ω／口のものが、一般にはその中間値のもの
が用いられる。又、本発明では、発熱体の表面温度を黒
鉛のサイズ、熱処理温度、塗料配合、塗布厚さ、印加電
圧等の組合せにより最大約４５０℃までの任意温度に（
環境温度−３０℃〜＋４０°Ｃで）長時間安定して得る
ことができる。

本発明の加熱炉の場合、１０〜２０℃、４０〜１００℃
、１００〜４５０℃等であり、発熱板の温度は約４５０
°Ｃ以下の乾燥、加熱、反応、植物の育成等の各種の所
望する特定の温度に長時間安定して保持することができ
る。例えば、のり、菓子、野菜、お茶では５０〜３００
℃、食品加工炉では１５０〜４５０℃、塗装・焼付炉で
は１５０〜４００℃等の温度に調節される。又、中間の
棚の移動により加熱の均一化の促進が計られ、なお−層
の効果がある。

この炭素粒と合成樹脂とを主成分とする塗料は各種塗装
方式、例えば、はけ塗り塗装、ローラー塗装、吹き付は
塗装、静電塗装、電着塗装或いは粉体塗装等の塗装剤に
又は浸漬用に応じて他の添加剤或いは補助剤を加えるこ
とができる。

これらの添加剤、補助剤は、例えば希釈溶剤、沈降防止
剤或いは分散剤、酸化防止剤、他の顔料その他の必要な
添加剤であることができる。

導電性発熱性塗膜の膜厚は問わないが０．３ｍ〜７＋ｎ
ｍが適当である。

本発明の発熱体は温度自己制御可能であり、特定温度で
電気抵抗が増大し、電気抵抗の温度係数が急増すること
を示す（第２図）。

この発熱体は、通常発熱性塗膜に絶縁仕切を設け、抵抗
値の大きさを変えることにより、その電力（ワット）の
調節を図り、加熱板の温度を更に調節することができる
。即ち、第４図に示すように、絶縁仕切８により発熱性
塗膜を仕切り、電極端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｘ及びＹをそれぞ
れ設け、ＸＡ間、Ｘ−Ｂ間、Ｘ−Ｃ間で抵抗値の大きさ
が変わることを利用して電力（ワット）を調節すること
ができる。又、Ｘ−Ｙ、Ａ−Ｙ、Ａ−Ｂ、ＢＣ間の塗膜
の厚さを変えたり、導電粒子の含有率を変えることによ
って、その電力を強、中、弱と任意に設定することがで
きる。これにより、昇温速度を適当にし加熱板の過熱を
更に防止することができ、同時に電力の節約ができる。

発熱体の外側は絶縁層で被服される。この絶縁層は前記
の絶縁層と同一であることができ、耐熱性樹脂と耐熱性
フィラーを混合したものが用いられ、その厚さも同一で
よい。

ついで、絶縁層でカバーされた発熱体は更に断熱層で完
全に被われる。この断熱層の材質はＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ、
０２等の繊維、ウール、ガラス繊維、発泡セラミックス
板、発泡ガラス板等からなるものであり、その厚さは許
容温度によって１０〜１００ｍとすることができる。

これらの板状発熱体で加熱室を形成する。この発熱体は
温度自己制御が可能であり、第３図に示すとおり、その
時間−温度曲線は特定の時間後に一定の温度を示す。こ
の特定温度については、乾燥対象物の種類により適宜の
温度とすることができる。

したがって、この発熱体を用いる加熱炉は各種温度の加
熱炉とすることができ、種々の乾燥炉、例えば茶、ノリ
、菓子、野菜等、各種食品加工炉、例えば蒸焼、内規、
あられ焼、おかき焼、ビスケット焼き、ケーキ焼、パン
焼き、ホットケーキ焼き、焼芋等、塗装・焼付炉、例え
ば自動車の塗装焼付等の各種の加熱炉が得られる。

発熱体の使用電圧は２２０■以下で任意に設計できる。

〔作用〕

本発明の加熱炉は他の手段、操作を必要とせず、各乾燥
又は加熱対象物に適した特定の温度に常に保持できる温
度自己制御可能な発熱体を用いるものであるから、安全
、かつ有効な乾燥又は加熱が行なわれる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について、図面を参照して説明す
るが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
。

実施例１ 第１図は本発明の加熱炉の一例である。第１図及び第２
図において、１は金属基板であり、アルミニウム（又は
銅、鉄、ステンレス等）からなるものであり、該基板の
外側に絶縁層２が設けられる。絶縁層２は耐熱性樹脂、
例えばポリイミド樹脂にＡ１□ｏ３を重量で１：０．２
以上の割合、好ましくは１：１の割合で配合した樹脂組
成物から得られ、その膜厚は０．１〜ｌｎｗｎである。

該絶縁層の下側に発熱体３　（２０ａｎ　Ｘ　２０ａｎ
　）が設置される。発熱体３は、上記！＠縁層に電極端
子４を設け、１０〜２０μｍφの球状黒鉛１重量部に対
してポリイミド樹脂０．３重量部の割合で配合した混合
物からなる発熱塗膜を３１１Ｎ１１厚に塗布したものか
らなり、これを２００℃前後で加熱処理する。電極端子
はＮエメッキした０、２〜ＩＩＩＩＩｌφの銅線網であ
り、これが発熱塗膜の両端に設けられているものである
。この発熱体は第３図に示す温度−抵抗曲線を示し、２
ｏＯ℃で電気抵抗が急増する特性を示した。この発熱体
を側面に設けてなる乾燥炉Ａ内部の時間−温度曲線は第
４図に示すとおりであり、特定の時間後には一定の温度
を示した。

第５図に示すように、発熱体（２０ａｎＸ２０印）を絶
縁仕切９をした場合、例えば Ｘ−Ａ間　９Ω＋９Ω＝１８Ω Ｘ−Ｂ間　１８Ω＋９Ｑ＝２７Ｇ Ｘ−Ｃ間　２７Ω＋９Ω＝３６Ω　　であるとき、これ
にそれぞれ１００Ｖを印加すると Ｘ−Ａ間＝　５５５Ｗ Ｘ−Ｂ間＝　３７０Ｗ Ｘ−Ｃ間＝　２７８Ｗ （Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｘ及びＹはリード線） となり、３段切替えが可能となる。第６図に示すように
、最初の１７分間をＸ−Ａで通電し、その後Ｘ−Ｃに切
り替えることにより、電力を節約でき実用的である。又
、熱を吸収する物を油中に放り込むと、温度が下るので
、その下り具合に応じてＸ−ＡやＸ−Ｂに切替えて温度
調節することができる。

即ち、第４図に示すようにＸ−Ａ、Ｘ−Ｂ、Ｘ−Ｃでは
その抵抗値が異なるため、最高温度に到達する時間が相
違するので、その差を利用することができるのである。

発熱体３はその周囲を絶縁層５で被覆されて、この絶縁
層は上記ｗＡ縁層２と同一の組成であり、その厚さは０
．１〜１１ｆｆ１１である。

次いで、絶縁被覆された発熱体３を完全にカバーする断
熱層６が設けられる。このものは低密度のセラミックス
断熱マットであり、その厚さは１０〜１００　ｎｕｎ、
好ましくは３０〜５０＋ｎｍである。

上記と同様にして、球状炭素、樹脂等の配合及び加熱温
度を変えることにより４５０℃以下の間の温度の乾燥又
は加熱板が得られ、これを加熱室又は加熱室の上、下、
側面に用いた各種温度に設定できる加熱炉が得られる。

炉において、７は切替えスイッチを、８は温度表示を示
す。

実施例２ 金属基板の外側の絶縁層として、Ｎｉ−Ｃｒ系の薄い中
間合金層を溶射固着させ、その上にＡ］２０３系のセラ
ミックを溶射し、導電性発熱性塗料を７０〜３００℃で
熱処理する以外は実施例１と同一の操作を行なって発熱
体（１５０℃、３００℃及び４００℃）を得た。これら
をそれぞれ長期間通電発熱させ、又３０分毎にスイッチ
オンとオフを繰り返し実験したが、亀裂、剥離の事故は
なく、安定した時間温度曲線がそれぞれ得られた。

又、ポリチタノカルボシランを球状黒鉛に３０％配合し
た場合、常温で４Ω／口（５０％で約８Ω／口）となり
、３０ｃｍ角に１００ｖを通電すると３６０°Ｃ（２８
０℃）の表面温度を得た。

−１に の加熱炉によりお茶、のり、その他を乾燥して有効であ
った。又、本発明の加熱炉は自動車の塗装、焼付に適用
すると、一定温度で焼付ができるので、良好な仕上りと
なり有効である。

〔発明の効果〕

本発明は金属基板の外側に温度自己制御可能な発熱板を
設けた発熱体で、乾燥又は加熱室を構成するものであり
、乾燥又は加熱室内の温度を常に一定の温度に保つこと
ができ、温度コントロールが容易であり、安全性が高く
、又安価であり、実用上すぐれた加熱炉であると言える
。

２は絶縁層、３は発熱板、４は電極端子、５は絶縁層、
６は断熱層である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基板の外側に絶縁層を設け、該絶縁層に温度
   自己制御可能な発熱体を設け、該発熱体を絶縁層で被覆
   し、該発熱体及び絶縁層全体をカバーする断熱層を設け
   た発熱板で加熱室の側面、上面又は底面のいずれか又は
   全部を形成してなる加熱炉。
2. （２）請求項１記載の加熱室において、２つの発熱板の
   断熱層を接触重合した発熱板を棚として中段に設けるこ
   とを特徴とする加熱炉。
3. （３）温度自己制御可能な発熱体が絶縁層に電極端子を
   とりつけ、粒子径０．５μｍ以上５００μｍ以下の球状
   体からなる粒子を主として含有する炭素粉末と合成樹脂
   とを含有する導電性塗膜を形成した発熱体である請求項
   １又は２記載の加熱炉。
4. （４）温度自己制御可能な発熱体が電極端子を設けた所
   望の形状の固体あるいは固体表面に粒子径０．５μｍ以
   上５００μｍ以下の球状体からなる粒子を主として含有
   する炭素粉末と合成樹脂とを含有する導電性塗膜を有す
   るものからなるものである請求項１又は２記載の加熱炉
   。
5. （５）絶縁層がポリイミド樹脂とＡｌ＿２Ｏ＿３とを含
   む組成物からなるものである請求項１又は２記載の加熱
   炉。
6. （６）絶縁層がＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ又はそれらの合金を溶
   射して中間層とし、その上にセラミックスを溶射したも
   のからなるものである請求項１又は２記載の加熱炉。