JPH04151460A

JPH04151460A - 温風発生装置

Info

Publication number: JPH04151460A
Application number: JP27696390A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ishii; 和典石井; Masayuki Terakado; 誠之寺門; Takeshi Hayashi; 武史林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-25

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、正抵抗温度係数発熱体を熱源として用いた温
風発生装置、特にこの発熱体構成に関するものである。

従来の技術熱源としての正抵抗温度係数発熱体は、チタン酸バリウ
ムを主成分とするセラミック系の発熱体と結晶性重合体
及びカーボンブラックを主成分とするカーボン−樹脂系
の発熱体に分類されるが、セラミック系の発熱体の方が
抵抗体自身の熱伝導性に優れており、高出力化を可能に
しやすい。しかし、加工性の面で大きさ、形状をかなり
制約せざるを得す、大面積や長尺の加熱体等においては
、非常に多くのこの小さな素子を配設せざるを得す、給
電用接続等が複雑になるばかりでなく、可撓性がなく割
れ易く放熱体等に熱的に結合させにくいという面を有し
ていた。一方、カーボン−樹脂系の発熱体では、大面積
、長尺の加工性に優れ、可撓性もあり、発熱体装架も容
易であるが、ホ７）・ゾーン発生等を防止するため、高
出力化には限界があった。

以上より、従来のこの種の温風発生装置の発熱体として
は、高出力化を可能にするセラミック系の発熱体が主体
に開発されてきている。正特性サーミスタの素体そのも
のに多数の穴をあけたハニカム状ヒータや、多数の平板
状の正特性サーミスタ素体を一定間隔で必要数並べたハ
ーモニカ状ヒータ、さらには、第８図に示すようなコル
ゲートフィンを接合したヒータなどがある。第８図にお
いて、１は正抵抗温度係数発熱素子であり、１２の素子
でこの発熱体ユニットを形成しており、この発熱素子１
の熱をアルミニウムのコルゲート型フィン２で拡散させ
、Ａ方向に送風することにより、フィン２の熱が空気に
伝わり温風が得られるものである。なお、３は給電用の
端子である。いずれのｆ！造の正特性サーミスタも、正
抵抗温度特性により、速熱性を有し、ニクロムヒータな
どのように赤熱することがなく、安全性が高く、ファン
による強制対流効果を加えて、高発熱量が得られ、また
、風量あるいは風速分布に応した発熱コントロールが可
能になるという優れた特長があり、広く実用化されてき
ている。

４＼発明寺解決しようとする課題しかしながら、こうした温風発生装置は、複雑な給電構
造以外に、発熱量をいかに増大させるかということで、
フィンによる放熱構造もきわめて高密度な構造になり、
送風がこの放熱構造部分を通過する際の圧力損失がどう
しても大きくなり、温風風量を低下させずに送風装置の
低騒音化を図ることは極めて困難であった。そればかり
でなく、小さな発熱素子で高出力化を実現するために、
実用的には、実際に必要な温風温度より、かなり高温の
２００’Ｃ以上で自己温度制御する発熱体を用いる必要
があり、フィルターの目詰まりによる風量低下、送風装
置の異常による送風停止等の場合には、発熱体周辺、送
風路は、発熱体自身が自己温度制御されるものの、２０
０℃程度の高温になり、これに耐え得る耐熱構造、さら
には、このための別個の保安装置等が必要となり、余舅
な断熱スペースや保安スペースを必要とし、軽量・コン
パクト化の阻害要因ともなっているものであった。

本発明は上記課題を解決するもので、送風圧力損失が少
なく、かつ安全性の向上とコンパクト化を容易に行える
ようにするものである。

課題を解決するための手段上記１題を解決するために、本発明の温風発生装置は、
導電性微粉末と結晶性重合体よりなる薄厚状の正抵抗温
度係数抵抗体と、この厚さ方向に電圧を印加すべく設け
られた一対の電極体とを備えた、長尺状の正の抵抗温度
係数を有する発熱体と、この発熱体に熱的に結合した放
熱体と、前記発熱体及び放熱体を内側に構成してなる風
路を形成する風道と、この発熱体の長尺方向に送風する
送風装置とを備えた構成である。

作用この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、導電性微粉末と結晶性重合体よりなる薄厚状
の正抵抗温度係数抵抗体と、この厚さ方向に電圧を印加
すべく設けられた一対の電極体とを備えた、長尺状の正
の抵抗温度係数を有する発熱体は、カーボン−樹脂系の
発熱体なので、容易に長尺加工が実現でき、給電部分も
複雑にならずに構成できる。また、可撓性もあり、発熱
体装架も容易であり、さらに、一対の電極間距離が互い
に接近して構成されているため、一対の電極間方向の温
度゛分布が常に良好になるため、正抵抗温度係数発熱体
の出力をかなり高めることが可能である。

この高出力発熱体を放熱体に熱的に結合させ、この発熱
体の長尺方向に送風することにより、送風は長尺状の発
熱体及び放熱体の熱を時間をかけて、熱を受容していく
ことが可能になる。このため、送風が通過する際に、圧
力損失の小さい放熱構造で熱を取り出すことが可能にな
り、低騒音化につながっていく。さらには、発熱体の自
己制御温度を下げ、温風温度に近付けていくことが可能
になり、送風異常の際の安全性を高めるとともに、この
発熱体及び放熱体を内側に構成してなる風道の成形品等
の材料も、耐熱限界温度を下げることができ、断熱スペ
ース等も縮小させていくことができ、薄型・コンパクト
化も可能になる。

実施例以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

本実施例の温風発生装置は、例えば、第１図の斜視図に
示すような発熱体構成を存するものであり、第２図の断
面図に示すような温風発生装置構造である。第１図にお
いて、４は長さ約４００ｍの長尺の正抵抗温度係数発熱
体であり、アルミニウム材よりなる放熱体５に接着され
ており、この放熱板を、スペースを設けて４段で、発熱
体ユニットを構成している。第２図に示すように、この
発熱ユニットを風道を有するケース６に配設し、この発
熱体４の長尺方向に、送風装置により、送風することに
より、温風を得るものである。

この実施例では、正抵抗温度係数発熱体４は第３図に示
す様な構造で、次のように加工して作製した。まず、フ
ァーネス系のカーボンブラ、り５５部と高密度ポリエチ
レン４５部とを混練しつつ、有機過酸化物であるジクミ
ールバーオキサイドを高密度ポリエチレンに対して３ｗ
ｔ％添加し、熱処理を施すことによって架橋反応を完了
させた後に、冷凍粉砕によって、平均粒径５０７１ｍの
粉砕物を得た。この粉砕物を高密度ポリエチレン中に均
一分散し、カーボンブラック組成比が全量の３５．５Ｗ
　ｔ％になるように、十分に混練し、抵抗体ペレットを
得た。こうして得た抵抗体ペレットを厚さ０．４ｍの薄
厚状に加工し、第３図に示すように、正抵抗温度係数抵
抗体８を成形し、その厚さ方向に電圧を印加すべく設け
られた一対の電極９．１０を構成した。さらに、この抵
抗体８及び電極９　１０との一体化体を５０ａｍ厚さの
ポリエステルフィルムよりなる外装材１１．１２で被覆
し、この後に、放熱板５に貼付け、温風発生装置を構成
させた。この発熱体４は、カーボン−樹脂系の発熱体な
ので、容易に長尺加工が実現でき、給電部分も複雑にな
らずに構成できる。また、可撓性もあり、発熱体装架も
容易であり、さらに、一対の電極間距離が互いに接近し
て構成されているため、一対の電極間方向の温度分布が
常に良好になるため、正抵抗温度係数発熱体の出力をが
なり高めることができ、有効発熱投影面積当り約１３Ｗ
／ｃｍ　（通電初期時）という高出力値まで得ることが
できた。なお、この実施例の正抵抗温度係数発熱体では
、発熱体全体を電気絶縁層で被覆したが、電気絶縁層が
薄いほど、電気絶縁層がない方が、熱抵抗が小さくなり
、温風発生能力の面では好ましいが、放熱体との間に電
気絶縁体を介在させることにより、電気絶縁面積を発熱
体部分だけにすることができ、感電、漏電等に対する安
全性を高めることができる。

実際に、この温風発生装置を１０’Ｃの室温の部屋で通
電してみた。１１１電突入時には約２０００Ｗの電力が
入り、１！ｌｌ電してから約１０秒後乙こは、約１５０
０Ｗとなり、温風温度が４５℃を趙え、暖かさを感じる
に至り、１分後には、電力が８２７　Ｗ　、温風温度が
６９℃となり、十分に暖かくなるに至った。最終的には
、Ａ風温度が７３℃，電力が７３０Ｗで安定したが、こ
の時の正抵抗温度係数発熱体４の温度は１００℃程度に
自己温度制御されており、この状態では、風量が変化し
ても、風速分布がばらついても、風道ケース６内の温度
は１００℃以上に上昇することなく、風量、風速に追従
した電力分布で均一な温度の温風を発生させるものであ
り、きわめて安全である９このように、発熱体の自己制
御温度を下げ、上記のように、温風温度に近付けていく
ことが可能になり、送風異常の際の安全性を高めるもの
であり、好ましくは、正抵抗温度係数発熱体は１５０℃
以下の温度で自己温度制御され、この正抵抗温度係数抵
抗体の表面積当りＩＯＷ／ｃｍ！以下の電力で構成する
とよい。例えば、送風が停止されたような場合、熱負荷
が非常に小さくなるために、電力は低下するが、実際、
この実施例では、９４Ｗにまで電力制御された。この時
のヒータ温度は１０８℃で、風道ケース６の外装温度は
最大で６２゛Ｃにしかならず、きわめて安全であるばか
りでなく、−Ｃの融点が２００’Ｃ以下の樹脂、例えは
、ポリプロピレン、ポリエチレン等の成形性がよく低価
格の材料でも、構成していくことが可能であり、形状的
にも構成的にも自由度が大きくなり、薄型・コンパクト
等のデザイン性や各種用途への展開を拡大させるもので
ある。

また、この発熱体４の長尺方向に送風することにより、
送風は長尺状の発熱体及び放熱体の熱を時間をかけて、
熱を受容していくことが可能になる。しかも、この発熱
体の正抵抗温度特性により、この長尺方向に風が送られ
風が温められていくにつれて電力が制限されていく発熱
体電力分布となり、過熱等なく安全で均一な温風を得る
ことができる。このため、送風が通過する際の圧力損失
の小さい第１図、第２図の様な放熱構造で熱を取り出す
ことが可能になり、低騒音化を実現するという効果を奏
するものでもある。さらには、発熱体の自己制御温度を
下げ、上記のように、温風温度に近付けていくことが可
能になり、送風異常の際の安全性を高めるものである。

ところで、この正抵抗温度係数発熱体は、特ムこ大きな
電力密度や高温度が要求される場合においては、発熱体
自体の温度分布を一様にするために対の電極間方向の温
度分布を常Ｓ丁？好にすることが不可欠であり、その解
決策とし−こ特公昭６２−５９５１５号公報に示すよう
に一対の電極間距離を互いに接近させて構成する方法が
講しられ、電極間隔が少なくとも３ａｎ以下、好ましく
は、１■以下であると、正抵抗温度係数発熱体の出力を
かなり高めるこ±が可能となった。さらには、特開昭６
１−２８４０８２号公報や第３図等に示されるように、
正抵抗温度係数抵抗体自身でこの抵抗体の外表面に沿う
沿面距離を抵抗体の厚さよりも大きくするといった画期
的な改善策により安全性を高めることも可能となった。

こうじた構成の正抵抗温度係数発熱体では２０℃の雰囲
気下で、通電初期時に、有効発熱投影面積当りＩＯＷ／
ｃｎ以上の高出力まで可能であり、本発明の温風発生装
置のような高熱負荷に十分に対応できるものである。

この正抵抗温度係数抵抗体を構成する材料としては、前
述の材料に限定されるものではなく、低密度ポリエチレ
ン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、リニア
ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン
アクリル酸共重合体、アイオノマー、ポリプロピレン、
ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリエステルさらに
はアクリル酸やマレイン酸等の有機酸変性ポリエチレン
等の結晶性重合体とサーマルブラック、ファーネスブラ
ック、チャンフルブラック、アセチレンブラック等のカ
ーボンブランクの中で顕著な正抵抗温度特性を示す導電
材料との適宜な組合せであってよく、さらに他の材料を
加えたものであってもよい。

こうした材料・構造で温風発生装置に適した高出力で安
定性の高い有機系の正抵抗温度係数発熱体を構成できる
が、さらに、導電性微粉末を結晶性重合体中に混合分散
した後に架橋し、細分化した導電性微粒子を他の樹脂材
料に混合分散することにより、導電性微粉末を動きに＜
＜シ、送風等の２速な熱負荷変動等に対してもきわめて
高い抵抗安定性を実現することができ、さらに高性能で
安全な温風発生装置を供するものである。なお、こうし
た構成では、正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗値が
１０３Ω１よりも高抵抗値であっても構成可能であり、
この場合、抵抗体自身に流れる電流密度は小さくするこ
とが可能で、特に１００■以上の電圧印加時の安全性・
信転性を高めるものである。

次に、第４図は上記とは異なる他の本発明の一実施例の
温風発生装置の発熱体構造を示す斜視図である。１３．
１４は厚さが０．５ｍｍのアルミニウム材よりなる放熱
板であり、長尺で発熱量を適宜コントロールした正抵抗
温度係数発熱体１５．１６、及び１７、１８がそれぞれ
接着され、放熱板１３．１４はスペーサ１９．２０によ
り、送風のため均一な空間がとられ、送風に熱を供給し
やすい構造にしている。この発熱体構造を発熱体の長尺
方向であるＢ方向に流れる風道構成物内に形成し、温風
発生装置として構成できる。この実施例においても、前
述と同一の効果を有するものである。ここで、スペーサ
１９、２０はアルミニウム材よりなり、それぞれ正抵抗
温度係数発熱体１５．１７及び１６．１８に接着され、
放熱板１３．１４を水平に間隔をもって構成するもので
あり、スペーサとしてだけでなく、正抵抗ａ慶係数発熱
体１５〜１８の熱拡散性、温風発生効率をも高めるもの
である。また、放熱板１３．１４の両端の曲げ部は１３
ａ、　１４ａ熱拡散性の向上だけでなく、風道構成物と
のスペーサを兼ねるものでもある。

次に、第５図〜第７図はこの他の本発明の一実施例の温
風発生装置の発熱体構造を示す斜視Ｖである。第５図で
は、中空四角柱のアルミニウム材よりなる放熱体２１の
上下面に、正抵抗温度係数発熱体２２．２３を接着して
構成したものである。また、第６図は中空円柱の放熱体
２４に正抵抗温度係数発熱体２５．２６を円柱形状に合
わせて貼付けた実施例である。さらに、第７図は異なっ
た方向・角度に配設される長方形形状の放熱板２７．２
８．２９上にこの長方形形状とは斜めの方向に、それぞ
れ正抵抗温度係数発熱体３０．３Ｌ　３２が貼付けられ
ている。

送風方向は、それぞれＣ，Ｄ、Ｅ方向で、前述と同様の
優れた効果を有するものである。ここで、第７図の実施
例では、送風方向Ｅと正抵抗温度係数発熱体３０．３１
．３２の長尺方向は完全に一致するものではないが、前
述と同様の効果を現出できるものであり、正抵抗温度係
数発熱体の長尺方向に送風と同一の方向の成分を有する
ものであれば、どのようなものであってもよく、長尺の
正抵抗温度係数発熱体をスパイラル状に曲げていき送風
方向に伸ばされている形状を言及するものでもある。

また、好ましくは、送風方向に対して垂直な平面におい
て、送風される開口部は正抵抗温度係数抵抗体の厚み以
上の開口長さを有するほどに大きくすることにより、発
熱体構成部を通過する際の圧力損失を小さくでき、低騒
音性を高めることが可能になる。なお、正抵抗温度係数
発熱体の長尺方向とは、この発熱体の一致形体の縮横の
関係て、長さの長い方向を長尺方向と定義するものであ
る。

また、この正抵抗温度係数発熱体の電極は放熱体と兼用
するものであってよく、供給電源についても交流、直流
を限定するものではない。

また、特に温風発生装置のような熱負荷変動の激しい使
用環境にあっては、抵抗体材料にかかる熱応力等も大き
く、経時的な抵抗変化を小さく抑えられないこともある
。こうした場合、この温風発生装置の温風温度より１０
℃以上高い温度とこの温風温度よりも低い温度との間で
、繰り返し蝮数回熱処理することにより、正抵抗温度係
数発熱体の抵抗安定性を高めるができる。これは、実際
に正抵抗温度係数発熱体が使用される熱環境よりも広い
温度範囲で、カーボンブラック、結晶性重合体等からな
る抵抗体組成物に、熱膨張・収縮、結晶成長等を強制的
に進め、使用する前に、安定な発熱特性が得られるとこ
ろまで処理することを意味するものであり、きわめて効
果的である。実際、本発明の第１図、第２し］に示じた
約７０℃の温風発生装置で、１００℃と６０℃との間で
３回熱処理を行なうことにより、未処理のサンプルの経
時的な電力変化が１０００時間で５％あったのに対し、
本熱処理をすることにより、この電力変化を半減させる
ことができた。このように、使用環境に応して、適当な
温度・時間・サイクル数で熱処理することにより、さら
に高性能で、安全性の高い温風発生装置を供することを
可能にするものである。

発明の効果以上に述べてきたように、本発明の温風発生装置の正抵
抗温度係数発熱体は、導電性微粉末と結晶性重合体より
なる抵抗体で構成されるため、容易に長尺薄厚状の加工
が実現でき、少ない給電部分で構成でき、発熱体装架も
容易であり、正抵抗温度係数発熱体の出力をかなり高め
ることも可能である。この高出力発熱体を長尺方向から
送風することにより、発熱体の熱を長尺にわたって受容
できるので、送風が通過する際の圧力損失が小さい発熱
体放熱構造を構成できるという利点を有し、低騒音の温
風発生装置を実現するものでもある。

また、送風異常等の際における安全性を高めるという効
果を奏するものであり、さらには、この発熱体及び放熱
体を内側に構成してなる風道等の構成材料も、耐熱限界
温度を下げることができ、断熱スペース等も縮小させて
いくことができ、薄型コンペクト化をも容易にするとい
う利点も有するものであり、従来の温風発生装置とは異
なる新たな概念を創造するものであり、産業上の利用分
野も広く、極めて有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の温風発生装置の発熱体構成
を示す斜視図、第２図は同温風発生装置の断面図、第３
図は同温風発生装置の正抵抗温度係数発熱体の斜視図、
第４図、第５図、第６圀、第７図は本発明の他の実施例
の温風発生装置の発熱体構成を示す斜視図、第８図は従
来の温風発生装置の発熱体構成を示す斜視図である。４、１５．１６．１７．１８．２２．２３．２５．２６
．３０．３１３２・・・・・・正抵抗温度係数発熱体、
５　１３．１４　２７２８、２９・・・・・放熱板、６
・・・・・風道ケース、７・・・・送風装置、８・・・
・・正抵抗温度係数抵抗体、９　１０・・・・・・電極
、Ｉｌ、　１２・・・・・外装材、１９．２０・・・・
・・スペーサ、２１、２４・・・・・・放熱体。代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　はが２名第図タト　　ラシ　本ｉ第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　導電性微粉末と結晶性重合体よりなる薄厚状の
正抵抗温度係数抵抗体とこの正抵抗温度係数抵抗体の厚
さ方向に電圧を印加すべく設けられた一対の電極体とを
備えた長尺状の正の抵抗温度係数を有する発熱体と、こ
の発熱体に熱的に結合した放熱体と、前記発熱体及び放
熱体を内側に構成してなる風路を形成する風道と、この
発熱体の長尺方向に送風する送風装置とからなる温風発
生装置。
（２）　正抵抗温度係数発熱体は１５０℃以下の温度で
自己温度制御され、前記正抵抗温度係数抵抗体の表面積
当り１０Ｗ／ｃｍ＾２以下の電力で構成される請求項（
１）記載の温風発生装置。
（３）　正抵抗温度係数発熱体に熱的に結合した放熱体
は送風方向に水平に複数個、スペーサを設けてなる請求
項（１）または（２）記載の温風発生装置。
（４）　スペーサは熱伝導性に優れた材料よりなる請求
項（３）記載の温風発生装置。
（５）　送風方向に対して垂直な平面において、送風さ
れる開口部は前記正抵抗温度係数発熱体の厚み以上の開
口長さを有する請求項（１）、（２）または（３）記載
の温風発生装置。
（６）　正抵抗温度係数発熱体は前記放熱体との間に電
気絶縁層を設けてなる請求項（１）、（２）、（３）ま
たは（５）記載の温風発生装置。
（７）　導電性微粉末は結晶性重合体中に混合分散され
た後架橋され、さらに細分化されてなる請求項（１）、
（２）、（３）、（５）または（６）記載の温風発生装
置。
（８）　正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗値が１０
＾３Ωｃｍよりも高抵抗値である請求項（１）、（２）
、（３）、（５）または（６）記載の温風発生装置。
（９）　正抵抗温度係数抵抗体の厚さが１ｍｍ以下であ
る請求項（１）、（２）、（３）、（５）または（６）
記載の温風発生装置。
（１０）　正抵抗温度係数発熱体は、この温風発生装置
の温風温度よりも１０℃以上高い温度とこの温風温度よ
りも低い温度との間で、繰り返し複数回熱処理されてな
る請求項（１）、（２）、（３）、（５）または（６）
記載の温風発生装置。
（１１）　風道は融点が２００℃以下の樹脂で成形され
てなる請求項（１）、（２）、（３）、（５）または（
６）記載の温風発生装置。