JPH09512944A - ミクロン単位の厚さを有するが、面積の大きい導電体を介して電流により熱を発生するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電流を高導電性の導電体（１２，１６〜１８）に通すことによって電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、熱を発生するための発熱システム。導電体の厚さは、ミクロン単位で測定される極めて薄い厚さとし、導電体の厚さに対する断面の幅の比率を大きくする。導電体は、熱を発生するのみならず、熱を拡散する働きをもする放熱面を形成するような態様に支持体（１１，１５）上に平坦に敷設される。

Description

【発明の詳細な説明】 ミクロン単位の厚さを有するが、面積の大きい 導電体を介して電流により熱を発生するシステム技術分野 本発明は、電流を導電体に通すことによって電気エネルギーを熱エネルギーに 変換し、熱を発生するためのシステムに関する。技術背景 電力を利用して熱を発生するシステムは、多数知られている。それらのシステ ムは、通電されたとき非常な高温に達して高集中度の熱を発生する高抵抗率の材 料を使用することに依存している。ほとんどの場合、そのような温度は、部屋で あれ、オーブンであれ、ホットプレートであれ、加熱すべきものが必要とする温 度よりはるかに高い温度である。熱ヘッドが非常に高いときは熱を拡散させなけ ればならず、そのような熱拡散には、高価で、複雑な機構を必要とする。高熱を 搬送するワイヤは、それを絶縁し被覆するための複雑な構造体を必要とするばか りでなく、製造し難く、しかも脆弱な、セラミックのような特殊な支持部材を必 要とする。 又、高い温度を発生するということは、そのような複雑な構造体に過酷な摩耗 をもたらすとともに、燃料によって創生される直接エネルギーに比べて効率が低 いことを意味する。高抵抗率の材料は、高価であるから、それを用いて製造され る製品の購入価格及び運転コストを増 大させることにもなる。発明の開示 本発明は、以下に詳述するように、簡単で実用的であり、製造及び運転コスト が安い構造体を介して電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱システムを 提供する。 本発明の発熱システムは、成形するのに適合し、しかも、使用中に受ける応力 に耐えるだけの抵抗力を有する、ミクロン単位で測定される極薄の導電体を使用 することに基づいている。従って、この導電体は、その厚さに対する断面の幅の 比率が大きい。 それらの導電体は、実質的に連続した放熱面を形成するように複数の長さ区間 をそれらの長手に沿って並置させ、互いに絶縁させた状態で支持体上に平坦に敷 設される。導電体の素材は、銅又はアルミニウムのような導電性の高い材料とす る。導電体の長さは、必要とされる温度、及び熱を集中させるのか、あるいは、 拡散させるのかという要件に応じて決定される。電源からの電流は、発生する熱 の量を増大させるために変成器によって強度を高められる。 導電体の厚さが極めて薄く、従って熱源によって被われる導電体の面積が大き いため、熱源は、熱拡散器としても機能するので、加熱システムを効率的に作動 させるのに必要とされる温度に比較して熱ヘッドを劇的に低下させる。 必要に応じて、上記導電体は、シート、バンド等の形態とすることができ、あ るいは又、電気メッキ又はそれに類するプロセスのために形成された層（フィル ム）とすることもできる。 導電体は、その支持体上に蛇行形状又はらせん形状に敷設することが好ましい 。蛇行形状のパターンは、シートにその一方の側縁からと、他方の側縁から交互 に平行に順次切り目を入れることによって形成することができる。らせん形状は 、円形、正方形、長方形又はその他の形状に巻回されたものとすることができる 。 導電体の断面は、その全長に亙って一定としてもよく、あるいは、導電体の全 長の各長さ区間において必要とされる熱量及び温度に応じて変化させてもよい。 断面サイズの変化は、特定の用途及び要望に応じて、徐々にでもよく、急激にし てもよく、あるいは断続的であってもよい。 導電体は、電流を両端で受取るようにしてもよく、両端間の中間点で受取るよ うにしてもよい。導電体の両端又は両端間の中間点に供給する電流値は、等しく てもよく、互いに異なっていてもよい。又、電流値の変化は、特定の用途及び要 望に応じて、徐々にでもよく、急激にしてもよく、あるいは断続的であってもよ い。 本発明の発熱システムは、多数の応用例に用いることができる。その放熱面は 、物質の物理的又は化学的改変を行うために周囲温度より高い温度が必要とされ る密閉 空間の周りに設置し、それによって定置型オーブンを形成することができる。 例えば含浸装置等におけるように、裏張又はその他の処理をすべき材料をゆっ くり通すためのトンネル形、リング形又はそれに類する形状の空間の周りには、 本発明の放熱面は、最適な熱分散と熱強度を達成する最適な熱放射を創生するこ とができる。 又、本発明の放熱面は、それに物理的又は化学的改変を行うために流体物質を 収容する浴槽又はタンク等の、例えば電解浴槽の底面を含む内側壁に設置するこ とができ、あるいは、例えばホットプレートのような、熱を放出するための装置 の平坦部分に、あるいは又、自動車の側壁、床又は屋根の内側に暖房の目的で設 置することができる。 本発明の放熱面は、いろいろな食品を調理したり、物理的又は化学的に改変し たりするためのいろいろなタイプの調理器又はフライパン又は適当な鍋の内側壁 又は底壁に設置又は嵌め込むことができる。 本発明の放熱面をパネル等に組入れることによって、部屋を暖房するための固 定型又は移動型ラジエータ、ストーブ等を製造することができる。 本発明の利点は、明らかである。即ち、本発明のシステムは、生活や仕事部屋 、食物の加熱又は調理、及び多くの工業プロセスにおけるように高度の熱集中を 必要としないような応用例に特に有用な発熱器を提供すること を可能にする。本発明の発熱システムは、通電されるとほぼ瞬間的に、その放熱 面から熱を発生し、しかも、均一な熱を放出する。発熱体のコストは、現在使用 されているものよりはるかに易い。本発明においては単一の物体（導電体）が発 熱体と放熱体と熱拡散体を兼ねるので、従来技術では必須の部品である熱拡散器 は必要とされない。 本発明によれば、発熱源は、シートから成るものであれ、バンドで形成される ものであれ、あるいは電気メッキに使用するためのものであれ、容易に製造され る。又、発熱体は、被加熱構造体に直接接触しているので、熱鎖を回避する。比 較的強い電流を必要とする場合は、変成器を設ければ、比較的低い電源電圧を用 いることができるので、操作上の安全を確保することができる。 本発明の上記及びその他の目的並びに特徴、及びそれらを達成する態様は、以 下に添付図を参照して記述する本発明の実施形態の説明から一層明らかになろう 。図面の簡単な説明 図１は、本発明による壁取付型ラジエータの一部破除された透視図である。 図２は、本発明による定置型オーブンの概略図である。 図３は、本発明によるホットプレートの概略図である。 図４は、本発明による含浸処理のための加熱トンネル の概略図である。 図５は、本発明による電解浴槽の概略図である。 図６は、本発明による自動車用加熱システムの概略図である。 図７は、本発明による加熱タンクの概略図である。 図８は、本発明による室内暖房ラジエータの概略図である。 図９は、図８に示されたラジエータの細部を示す断面図である。実施の形態 図１を参照して説明すると、本発明による壁取付型ラジエータ１０は、絶縁薄 層１１と、その上に平坦に蛇行形状に敷設されたミクロン単位の厚さを有する極 薄銅バンド即ち導電体１２と、絶縁薄層１１及び極薄バンド１２を支持するフレ ーム１５から成る。フレーム１５は、任意の材料で形成することができる。蛇行 形状の極薄銅バンド１２の一端１６は、第１端子１９に接続され、他端１７は接 続セクション１８を介して第２端子２０に接続されている。端子１９，２０は、 ワイヤ２１によってプラグ２２に接続されており、電源につなぐことができるよ うになされている。蛇行形状の極薄銅バンド１２は、陽極処理されたアルミニウ ムのシート１３によって被覆されている。 このラジエータは、部屋２５の壁２４に直接取付けることができる、極めて簡 単な構造の装置である。非常に 薄型で、しかも面積が大きいので、この発熱器は、通電されると即座に、かつ、 直接部屋に熱を伝達する。しかも、例えばセラミックのような熱抵抗の高い支持 材料を必要とせず、熱拡散器も必要としない。この装置の嵩高及び重量は、実用 上は無視し得る程度のものである。又、絶縁支持層１１だけでも十分であるから 、フレーム１５と陽極処理されたアルミニウムシート１３は、必ずしも必要では ない。 このラジエータの最高温度は、周囲温度より僅かに高い低レベルに維持するこ とが可能であり、このラジエータは、高度の効率を提供し、どのような部屋にも 、又どのような家具調度にも容易に適合する。 図２は、本発明による平行六面体の定置型オーブン３０を示す。定置型オーブ ン３０は、その壁３１の内側に配設された放熱面３２，３３，３４を有する。放 熱面３２，３３，３４は、図１の実施形態のものと同様の蛇行形状の極薄銅バン ド又はその均等物によって構成されている。 図３は、ストーブの頂部に設けられた本発明によるホットプレート４１を示す 。ホットプレート４１は、上述したタイプの銅薄層から成る発熱体４２によって 構成されている。電源からの電気は、電流強度を高め、発生する熱を高める変成 器４５を介してホットプレート４１に送られる。即ち、変成器４５からワイヤ４ ６，４７によって端子４８，４９に接続されている。ホットプレート ４１からパン４３に均一な直接的な熱が与えられる。 図４は、加熱トンネル５１から成る本発明による含浸装置５０を示す。加熱ト ンネル５１は、銅薄層から成る放熱面４４，５５を担持した耐熱材の壁５２，５ ３によって構成されている。これらの放熱面４４，５５は、リール５７と５８の 間で１対のローラ５９によってゆっくり移動せしめられるバンド状材料５６の両 面に直接熱を放射する。放熱面４４，５５は、それぞれ１対のワイヤ６０，６１ 及び６２，６３によって電流発生器６４，６５に接続されている。 図５は、電気銅の層（フィルム）７２で内張りされた耐熱材の壁７１によって 構成された本発明による電解浴槽又は電気メッキ浴槽７０を示す。浴槽７０には 、電解浴中で実施する操作に必要な薬品を含有した液体７５が満たされる。電気 銅の層７２は、端子７６，７７とワイヤ７８，７９によって発電機８０に接続さ れる。 図６は、本発明による自動車用加熱装置を示す。この加熱装置は、自動車８１ のドア８３の内側に蛇行状に配設された細い銅バンドから成る放熱面８２によっ て構成される。放熱面８２は、自動車のボンネット８５の下に設置された発電機 ８４に端子８６，８７とワイヤ８８，８９によって接続されている。 図７は、本発明による円筒形加熱タンク９０を示す。加熱タンク９０は、下端 に端子９３を有する薄層から成る円筒形放熱面９２を埋設された耐熱材の壁９１ によっ て構成されている。端子９３から延長したワイヤ９４，９５は、電源からの電流 を受取る変成器９６に接続されている。変成器９６は、電流の強さを増大し、発 生する熱を高める。 図８及び９は、部屋１００内の窓１０１の下に嵌め込まれた本発明による室内 暖房ラジエータ１０２を示す。ラジエータ１０２は、絶縁プレート１０８と、そ の両面を被覆した導電性アルミニウムカバー１０７から成る。ラジエータ１０２ のための電源電流は、変成器１０３に通されることによっての強度を高められる 。その編成された電流は、端子１０４及びワイヤ１０５，１０６を通して導電性 アルミニウムカバー１０７の両端に送られる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月１５日 【補正内容】 最初に出願された国際出願の英文明細書第１頁の後（日本出願のための翻訳明 細書の第２頁第１行の後）に以下の記載を加入する。 『特許ＢＥ Ａ ６３４７１６号の特許発明は、剛性のプラスチック薄層によ って支持された連続したらせん形状の、又は断続的な切込みを有する最小厚さ０ ．０２５ｍｍの銅シートから成る加熱素子に係るものである。この特許ＢＥ Ａ ６３４７１６号に開示された加熱素子は、紙、厚紙又はナイロン、即ち低温で 燃えてしまうような材料の可撓性の絶縁シート又は帯片によって支持されており 、一方の側縁から反対側の側縁の手前まで交互に平行な切込みを形成された厚さ ０．０２０ｍｍ以下の銅シート又は銅バンドから成るものである。同特許の発明 の目的は、導電体の厚さを薄くし、リールに巻くことができる可撓性の支持体を 用いることによって加熱素子の製造コストを削減することにある。しかしながら 、このような加熱素子は、発熱温度が非常に低い場合、即ち、上述した材料を燃 焼させてしまう温度より低い場合にしか適用できないことは明らかである。従っ て、この発明は、非常に限られた応用分野にしか使用できず、運転コストの問題 が存在しないような分野にしか使用できない。 これに対して、本発明の目的は、通電された瞬間に熱を発生し、かつ、拡散し 、従って、熱ヘッドを最小限にし、加熱素子のサイズと被加熱物体又は環境のサ イズとの寸法上の差を最小限にするシステムによって加熱システム及び装置の製 造コスト並びにほとんどあらゆるタイプの加熱装置の運転コストを削減すること である。 この目的を達成するためには、加熱素子として用いられる素材は、銅のような 導電性の高い材料でなければならない。その導電体の厚さは、導電体を成形する のに適合し、しかも、必要な機械的強度が得られる最小限の厚さとし、導電体の 幅は大きくし、長さは、加熱すべき物体又は環境の温度より僅かに高い温度を創 生するように、使用される電気の強度及び電圧に応じて算出された長さとする。 本発明のこの発熱システムは、理論上も、実用上も有効であり、顕著な効率の 増大をもたらすことを実証しており、ある種の応用分野においては従来のいかな る加熱システムによっても決して得られなかったような運転コストの削減を達成 する。実験は、公認の検査機関によって実施された。 これらのことから明らかなように、本発明のシステムの作用効果は、上記ＢＥ Ａ ６３４７１６号のそれより優れているばかりでなく、加熱の目的で電気を 使用することを可能にし、しかも、現行では経済上の理由から化石燃料又はガス による加熱にしか依存できないような 分野においても電気の使用を可能にする。』 本出願の請求の範囲の記載を以下の記載に代える。 『 請求の範囲 １．電流を銅又はアルミニウムのような高導電性の少くとも１つの導電体の 、断面一定の各長さ区間に通すことによって電気エネルギーを熱エネルギーに変 換し、熱を発生するための発熱システムであって、 前記導電体は、構造上の要件に適合し、使用中に受ける応力に耐えるだけの抵 抗力を有する範囲内でミクロン単位で測定されるような可及的に薄い厚さとされ 、該導電体の厚さに対する断面の幅の比率は、加熱すべき物体又は環境のサイズ 又は構造上の要件に適合する範囲内で可及的に大とされ、該導電体の長さは、加 熱すべき物体又は環境の温度より僅かに高い温度を創生することができるような 長さとされ、該導電体は、加熱すべき物体又は環境との熱交換表面を可及的に大 とする表面積を有し、該表面積は、加熱すべき物体の内側部分と外側部分又は加 熱すべき部屋の壁の１つ又はすべての壁に対応するように定められており、該導 電体は、中間絶縁層を介して金属製の放熱面に整合しており、それによって、発 熱された瞬間に熱を拡散してその熱を加熱すべき物体又は環境へ放射によって伝 達することができ、該熱拡散表面と加熱すべき物体又は環境との間の熱ヘッド及 び寸法の差を最小限にするようになされていることを特徴とする発熱システム。 ２．前記導電体は、電気メッキによって形成された フィルムであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ３．前記導電体は、蛇行状に敷設されていることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の発熱システム。 ４．前記導電体は、円形、正方形、長方形又はその他の形にらせん形状に敷 設されているることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ５．前記導電体の幾つかの長さ区間は、一定の断面を有するか、又は、該長 さ区間において必要とされる熱量及び温度に応じて異なる断面を有し、該断面サ イズの変化は、要望又は用途に応じて、徐々又は急激な変化であることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ６．前記導電体の各長さ区間は、同じ値又は異なる値の電流を供給され、該 電流値の変化は、要望又は用途に応じて、徐々又は急激な変化とされることを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ７．電源からの電気の強度が変成器によって高められるようになされている ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ８．前記導電体は、物質の物理的又は化学的改変を行うために周囲環境温度 より高い温度が必要とされる密閉空間の周りに設置されていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ９．前記導電体は、流体物質を収容するタンクの内 側壁又は床に設置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱シ ステム。 １０．前記導電体は、自動車の側壁、床、屋根又はその他の内側表面に設置さ れていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 １１．前記導電体は、いろいろな物質を調理したり、物理的又は化学的に改変 したりするための調理パン又は容器の内側表面に設置されていることことを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 １２．請求の範囲第１〜１１項のいずれかに記載の発熱システムによって電気 エネルギーを熱エネルギーに変換して熱を発生し、その熱を周囲環境、流体又は 固体へ拡散させるための装置（１０，３０，４０，５０，７０，９０，１０２） 。』

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電流を少くとも１つの導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２， ５４，５５，７２，８２，９２，１０７）に通すことによって電気エネルギーを 熱エネルギーに変換し、熱を発生するための発熱システムであって、 前記導電体は、成形するのに適合し、しかも、使用中に受ける応力に耐えるだ けの抵抗力を有する、ミクロン単位で測定される極めて薄い厚さを有し、該導電 体の厚さに対する断面の幅の比率が大きいことを特徴とする発熱システム。 ２．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２，５４，５５，７２ ，８２，９２，１０７）は、実質的に連続した放熱面（４２，５４，５５）を形 成するように、複数の長さ区間においてそれらの長手に沿って互いに並置され、 かつ、互いに絶縁された状態でその支持体（１１，１５，３２，５３）上に平坦 に敷設されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ３．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２，５４，５５，７２ ，８２，９２，１０７）は、銅又はアルミニウムのような導電性の高い材料で形 成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ４．電源からの電気の強度を変成器（４５，９６， １０３）によって高めるためることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱 システム。 ５．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２，５４，５５，７２ ，８２，９２，１０７）は、薄層の形とされることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の発熱システム。 ６．前記導電体は、電気メッキ又はそれに類するプロセスによって形成され たフィルム（７２）であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱シス テム。 ７．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４）は、蛇行形状に敷設され ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システム。 ８．前記導電体の蛇行形状（１２，１６〜１８）は、シートにその両側縁の 一方と他方から交互に平行に順次切り目を入れることによって形成されることを 特徴とする請求の範囲第７項に記載の発熱システム。 ９．前記導電体は、円形、正方形又は長方形のらせん形状に、又はその他の 異なる形状に敷設されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発熱システ ム。 １０．電流を少くとも１つの導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２， ５４，５５，７２，８２，９２，１０７）に通すことによって電気エネルギーを 熱エネルギーに変換し、熱を発生するための発熱器であって、 前記導電体は、成形するのに適合し、しかも、使用中に受ける応力に耐えるだ けの抵抗力を有する、ミクロン単位で測定される極めて薄い厚さを有し、該導電 体の厚さに対する断面の幅の比率が大きく、該導電体は、実質的に連続した放熱 面を形成するように、複数の長さ区間においてそれらの長手に沿って互いに並置 された状態で支持体上に平坦に敷設されていることを特徴とする発熱器。 １１．前記放熱面（３２〜３４）は、物質の物理的又は化学的改変を行うため に周囲温度より高い温度が必要とされる密閉空間の周りに設置され、それによっ て定置型オーブン（３０）として形成されていることを特徴とする請求の範囲第 １０項に記載の発熱器。 １２．前記放熱面（５４，５５）は、含浸装置（５０）のような、裏張又はそ の他の処理をすべき材料（５６）をゆっくり通すためのトンネル（５１）形、リ ング形又はそれに類する形状の空間の周りに設置されていることを特徴とする請 求の範囲第１０項に記載の発熱器。 １３．前記放熱面は、電気メッキ浴槽におけるように物理的又は化学的改変を 行うために流体物質（７５）を収容する浴槽（７０）又はタンク等の内側壁（７ １）内又は底面上に設置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載 の発熱器。 １４．前記放熱面（４２）は、ホットプレート（４１）のような、熱を放出す るための装置の平坦部分（４０ ）上に設置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の発熱器。 １５．前記放熱面（８２）は、自動車の側壁、床又は屋根（８３）等の内部に 暖房の目的で設置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の発熱 器。 １６．前記放熱面（１２，１０７）は、屋内環境（１００）を暖房するための 固定型又は移動型のラジエータ（１０，１０２）、ストーブ等を構成するように パネル（１１，１５）等に組込まれていることを特徴とする請求の範囲第１０項 に記載の発熱器。 １７．前記放熱面は、いろいろな物質を調理したり、物理的又は化学的に改変 したりするための調理パン又は容器の内側面に設置又は形成されていることこと を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の発熱器。 １８．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２，５４，５５，７２ ，８２，９２，１０７）は、その全長に亙って一定の断面を有するか、又は、該 導電体の全長の各長さ区間において必要とされる熱量及び温度に応じて異なる断 面を有し、該断面サイズの変化は、特定の用途又は要望に応じて、徐々又は急激 な変化、又は連続的又は断続的な変化であることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の発熱システム。 １９．前記導電体（１２，１６〜１８，３２〜３４，４２，５４，５５，７２ ，８２，９２，１０７）は、その両端に、又は両端間の中間点に電流を供給され 、該導 電体の両端又は両端間の中間点に供給される電流値は、等しいか、又は互いに異 なり、該電流値の変化は、特定の用途又は要望に応じて、徐々又は急激な変化、 又は連続的又は断続的な変化とされることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の発熱システム。