JPH0278539A - 金属の熱伝導を利用する赤外線放射体および赤外線吸収体 - 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） 各産業分野における物体の加熱、乾燥、冷却方法の多く
は対流、伝導によって行なわれているがこの発明では放
射の効果を利用して加熱、乾燥。

冷却を行なおうとするものであり省エネルギー。

省スペース化を計るとともに品質向上技術に寄与するも
のである。

この発明はキルヒホッフの法則すなわち赤外線を吸収す
る物質は等量の赤外線を放射することができるというこ
と、および赤外線の放射波長または吸収波長は物体の表
面絶対温度のみに使存するという原理に従い、金属の一
方の表面に酸化、窒化　炭化、ｆｃ化物質を形成させる
か、または形成させた金属酸化、フ化、炭化、硫化物質
の微結晶間に生ずる欠陥または空孔を利用して他の物？
ｔな充ＩＦＩ密着させて放射または吸収面とし、該面に
形成させた物質を他方の面より金属を介し−Ｃ加熱また
は冷却することによって短時間内に均一にかつ必要表面
温度とするようにした赤外線放射または吸収体およびフ
レキシブルな赤外線放射または吸収体に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来赤外線放射体、とじて産！上多用されていたのは赤
外線ランプであった。その後、昭和４０年頃よりセラミ
ックスを直接加熱し比較的効率よく放射させるヒーター
が出現するや、多方向に応用。

利用されるようになってきた。なかでも物体の加熱乾燥
分野では、省エネルギー化の計られることが大きなメリ
ク（・とじて注目されている。ところがセラミックスを
放射体とする場合の多くは一次熱椋にニクロム線加熱ま
たは高温ガス流体等を用いているためセラミックスの熱
膨張、熱衝撃等の制約からこれに対応する機械的強度が
要求され。

結果としてセラミックス層を厚くしなければならなかっ
た。したがって均一なる表面温度分布を得ることも困難
であった。

このように熱伝導率の小さいセラミックスの層を厚くす
ることは、セラミックス放射体表面の温度を所定の温度
とするために、３０分ものＴ熱時間を要し、省エネルギ
ーを目的とする加熱原と期待されている３にも拘らず、
結果としては熱エネルギーの損失をもたらしている。

また赤外線放射または吸収が物体表面の絶句温度に依存
して波長分布を成し、それぞれ特徴的な作用効果をもた
らすことが知られているにも拘らず、放射体表面温度の
効果的な制御に関しては。

セラミックスの不熱伝導性ということもあって。

あまり関心がもたれていなかった。

さらには、従来の赤外線熱利用分野では、低温物体を対
象として加熱または乾燥する技術が中心であり、高温物
体に対する低温物体の赤外線吸収作用をｆＩＩ用した冷
却方法については、技術思想も皆声であり、未だその技
術は確立されていない。

またセラミックスを用いる放射体にあっては、ｍ性か隘
路となってフレキシブルな放射体の開発もなされていな
い。

（発明が解決しようとする問題点） ３ミクロンよりｌ［ｌ！長の長い赤外線放射を高効率に
放射する物質の熱伝導率は、金属の熱伝導率を１００％
とした場合　５〜１１　、０１％と２桁から４桁も小い
、熱伝導率が小さいということは、その物質を加熱した
り冷却するのに時間を反く要するということである。し
たがって従来の無機、有機Ｖ＠質を放射体とする長波長
赤外線放射装置・１具にあっ゛〔は、所定の動作状態と
するのに予熱または予冷といつ、た、無駄なエネルギー
と時間を要していた。

このことはまた放射体の表面１＆！度制御に対しても支
障をきたしており速やかなる表面温度の制御ならびに１
１度分布の均一化をｊｌｌ害していた。さらには、赤外
線放射体としてセラミックスを使用する場合、その脆性
による欠点、すなわら基材である金属の折り曲げ時に、
密着させたセラミックスの１４離脱落を防止する技術の
確立も必要である１以上のように、無機、有機材を使用
する高効率赤外線放射体または吸収体にあっては、いく
つかの点を解決しなければさらに広く応用利用されるこ
ととはならない。

（問題を解決するための方法） アルミ金属の表面を酸化させると、アルマイトと呼ばれ
る金属生地と強固に結合された酸化物質が形成される。

これを熱すると、その表面絶対温度に見合った赤外線が
放射されることはすでに知られている。またステンレス
鋼の表面酸化による不動態化も同様である。しかし金属
酸化物質のみでは、厚膜とすることが難しく放射率を６
０％以上に向とさせることは困難である。また金属酸化
物質の厚さを厚くしようとすると技術面、経済面からの
制約を受は必要厚とすることが難しい。

比較的膜厚を厚くすることのできるアルマイトの場合は
そのまま使用することも可能であるが、この発明てはま
ず金属表面に化学的に強固に結合される酸化、マ化、炭
化、硫化物質を形成させ、この表面物置の微結晶間に生
ずる欠陥または空孔を利用して、７１．外線波長　３〜
１Ｏ１７ミクロン域に６０％以上の吸収特性を有する、
有機または９ＩＬ機物質を充填密着させ熱移動、熱膨張
、熱＃撃性を改々するとともに、長波長域１！磁波の透
過を防ぐため咬Ｊ’７が金属酸化、ｑ化、炭化、硫化被
膜を含め１０鉢ｍ以上となるよう有機、無機物質を充填
密着させ放射または吸収面とした。つぎに有機、無Ｉｌ
物？を咬からなる放射または吸収面を速やかにかつ均一
に加熱または冷却する方法として、金属の持つ良熱伝導
性に着目し　放射または吸収面とした反対側の金属面を
加熱または冷却することによって０丁能とした。このこ
とは１本発明の大きな特徴である０通常、熱放射または
吸収体にあっては、その表面温度を必要温度とするのに
、他からの熱源か必要であるが、その多くは対流、伝導
によって行なわれている。従って＃機または無機物質の
みによって形成されている放射または吸収体にあっては
、４ｒ４流加熱または冷却の場合、気体の接触した箇所
のみで熱授受か行なわれるため、表面温度ヲ均−分市と
することにかなりの時間を要するとともに温度制御も困
難である。また放射または吸収体の構造か気体と接触不
向きの場合は加熱、冷却することかさらに困難である。

この発明では。

このような欠ｌＩｉを４香するために金属表面に有機無
機物質を密着させ、金属の持つ良熱伝導性を利用して、
各種構造を持つ放射または吸収体の表面温度の均一化を
計った。なお、４１機、無機Ｔｈ箕からなる放射または
吸収体に伝導で熱を与えることは、対流による場合より
さらに困難であることは言うまでもない。

三・ソ目としては、　　＋Ｅにセラミ・・ノクスを赤外
線放射面とする場合であるが、セラミックスの利点であ
る硬性は逆に脆性の原因ともなっており、この脆性の克
服か問題である。この発明では、スクリン紗を利用して
薄葉金属板上にセラミックスを網目状模様となるように
充填密着させ、セラミックスとセラミックスの間に溝を
造り、フレキシブルに折り曲がる薄葉金属板に追従せし
むるようにした。

（実施例） この発明の実施例を図に従って説明する。

図１はアルミ板に酸化皮膜を形成させたときに生ずる空
孔に、セラミックスを分散させた塗事鴫を塗布したとき
のモデル図である。金属表面に酸化皮膜を形成させるた
めには、電解液として酸液を用い電流を流して形成させ
る。このとき酸液として硫酸、シュウ酸、リン酸などが
用いられるが、酸の種類によって空孔の直径が異なって
くる。この発明では、開口径が最も大きくなるリン酸液
を用いて膜厚Ｓｐ、ｍ、空孔径３３０オングストローム
の皮膜を形成させた。このようにして形成させた空孔に
対し、バインダーとする塗料中に赤外線波長域　３に一
以上で６０％の吸収率特性を示すセラミックス粉末を分
散混練し塗布した。塗料はアンカー効果によって空孔の
中に浸透するため密着強固でかつ耐熱衝撃性のものとす
ることができた。なお、酸化膜の厚みは電流量に比例す
るので、空孔の深さは厚みを変化させることによって増
減させることかできる。また空孔径も酸の中に適当な時
間浸漬することによって大きくすることも０丁能てア’
１．　ｉ！流波形を変化させるか電解液の種類を変える
ことによって表面皮膜の＝Ｔとう性を良好なものとする
こともできる。

以ヒのようにして片面に４４機または無機物質を表面皮
膜として形成させた金属板を、そのままの形状または筒
１箱、球１袋状として放射体とし、他面を加熱するか冷
却して放射面温度の均一化を計るわけであるか、ここで
は図２に示す板状のもので説明する。

ＵｊＪ２のａは赤外線放射率６０％以上の有機または無
機物質によって形成された、放射体面の反対の面、すな
わち金属面を高温ガスで対流加熱し、吸収した熱を金属
の持つ良熱伝導性を利用して拡散せしめ、有機または無
機物質で形成される赤外線放射体面を均一に加熱てきる
ようにしたものである。また図２のｂては反対に金属面
を冷却し、放射体面を形成する有機または無機物質を均
一に冷却して、頚部より高温にある物体からの赤外線放
射を効果的に吸収せしむるようにした。既に知られてい
るように、赤外＆９波長域コミクロン以ヒで効−ド良く
赤外線を放射する物質のすべては、熱伝導率か小さく熱
の移動も容易ではない、そこでセラミ、ンクスのみで造
られた従来の放射体とこの発明によって試作されたもの
とについて５表面温度のト昇時間を比較してみた。結果
は、従来のものに灯し、本発明の放射体では約十分の−
の時間て同一表面温度とすることかできた。また温度分
布にもむらがなかった。

図３は金属薄葉板の片方の面に４１機または無機物質を
、３１１１模様状に充填密着させた放射体である。−・
般にセラミックスの利点の一つである硬さは逆に欠点と
して脆性をもたらす、セラミックスを用し為だ放射体に
あっ°Ｃも同様に脆性が隘路となってフレキシブルな放
射体を造ることが困難であった。この発明では、金属薄
巣板表面にスクリン紗を利用して編目模様状にセラミッ
クスを充填密着させ、セラミックスとセラミックスとの
間に溝を造り、基材となる柔軟性金属１８ＩｆＩＩ板か
らの剥離ヲ防クコとによってフレキプルな放射体とする
ことかできた。

（発明の効果） 赤外線放射は絶対温度０＠に以ヒの物体であれば必ス生
ずる現象であるが１日常生活および産業上において多用
される温度域は、特殊なケースを除き、絶対温度２６８
〜１０００”にてあり、赤外線波長域で示すと１０．７
〜２．８ミクロンの範囲である。

そこでこの発明ではこれらの波長域をカバーできる放射
体として、波長域２．８〜１０．７ミクロン域において
放射率６０％以上の有機、無４１物質を金属表面に充填
密着させて放射面とし、放射面を速やかにかつ均一に加
熱または冷却するのに、金属の良熱伝導性を利用して行
なう放射体とした。

このようにした放射体か従来のものに対しどのような効
果を発揮しうるかというと、まず金属表面に酸化、窒化
、炭化、硫化物質を形成させ、その空孔を利用してイ（
機、無機物質を密着積層させることにより表面物質への
熱移動および熱膨張。

耐熱衝撃性を著しく改善することができた。

つぎに、放射体表面物質の温度を制御するのに金属の良
熱伝導性に着口し、放射面の反対側金属面を加熱または
冷却することによって、所要表面温度とするのに従来方
式のものに比べ約十分の−と　時間短縮を実現させるこ
とかできた。また表面温度分布の均一化を実現させたこ
とも大きな成果である。

さらには金属薄葉板に４Ｊ機、無機物資を編目状模様に
充填密着させることにより、従来皆無であったフレキシ
ブルな赤外線放射体を実現させることかでき、被加熱、
冷却物体に対応させて形状を変化させつる赤外線放射体
または吸収体とするこ図１は金属板表面に形成された酸
化、窒化、炭化、硫化物質に生じた空孔に有機または無
機物質が充填密着された見取り図、図２のａおよびｂは
赤外線放射または吸収面の反対側金属面を加熱または冷
却する説明図８図３は金属ＦＩ菫仮にセラミックスを編
目模様に塗布した見取り図である。

（１）　赤外線放射物質 （２）　金属酸化皮膜 （３）　金属基板 （４）　空孔 （５）　ガス燃焼 （６）　冷却材 （７）　＃外線放射 （８）　赤外線吸収 （９）　被加熱・冷却体 （１０）溝 特許出願人　　　中　村　康　宜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属の片方の表面に金属酸化、窒化、炭化硫化物
   質を形成させるかまたは形成させた金属酸化、窒化、炭
   化、硫化物質の微結晶間に生ずる欠陥または空孔を利用
   して、赤外線波長域３〜１０．７ミクロンにおいて６０
   ％以上の赤外線吸収特性を有する有機または無機物質を
   充填密着積層させて、赤外線放射または赤外線吸収面と
   した金属板、筒、箱、球、袋状体の、他の一方の金属面
   を加熱または冷却することによって放射または吸収面の
   温度制御および温度分布の均一化を計った赤外線放射ま
   たは赤外線吸収体。
2. （２）金属の片方の表面に金属酸化、窒化、炭化硫化物
   質を形成させるかまたは形成させた金属酸化、窒化、炭
   化、硫化物質の微結晶間に生ずる欠陥または空孔を利用
   して、赤外線波長域３〜１０．７ミクロンにおいて６０
   ％以上の赤外線吸収特性を有する有機または無機物質を
   編目状模様に充填密着積層させて、赤外線放射または赤
   外線吸収面とした金属薄葉板の、他の一方の金属面を加
   熱または冷却することによって放射または吸収面の温度
   制御および温度分布の均一化を計った赤外線放射または
   赤外線吸収体。