JPS62123701A - セラミツク電気抵抗材の要素本体 - 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】 ［発明の背景］ 本発明は自己調整式電気抵抗ヒータ及び流体の流れセン
サーの分野に係り、特に正の抵抗温度係数（ＰＴＣ）を
もつセラミックの電気抵抗材よりなる要素本体にしてこ
れを貫通して延びる通路を設け、これら通路は、それを
流れる流体を加熱したり流体の流量変化を検出しこの流
量変化の指標として要素本体材料の抵抗率の変化を表示
するようになっている要素本体に係る。

特定温度に熱せられると急激に増加する抵抗を示すよう
になった正の抵抗温度係数を有するセラミック電気抵抗
材は自己調整式電気抵抗ヒータ及び熱感応性センサーと
して広く使用されている。

このような材料はさまざまな方法で作られ、典型的な方
法としては第１加熱段階でセラミック材の前駆非活性材
を■焼し所要の正の抵抗温度係数をもった材料を作り出
し、第２加熱段階ではセラミック材が焼結され所望の形
状をもつ要素本体を形成する。又、周知の如く、要素本
体の電気抵抗ヒータ材と熱交換を行いながらキャビレタ
ーにおける空気・燃料混合物などの流体を本体の通路に
流すように本体を構成するようにＰＴＣ材の多重通路形
成本体が形成される。然しながら、このようなヒータ要
素本体は特に小寸法のもの及び不規則な形状の場合製作
上困難であり高価につき、本体を導管類により容易に取
付は導管を流れる流体と熱交換を行わしめるよう小型も
しくは不規則な形状の要素本体に所望の多孔性を容易に
形成するようになった増加多孔性の貫流型ＰＴＣヒータ
ならびにセンサーを形成できることが好ましい。

［発明の要約］ 本発明の目的とする所は、内部に貫通して延びる流体通
路を有する正の抵抗温度係数の電気抵抗材よりなる新規
にして改善された熱交換要素本体を提供し、大きな通路
間熱伝導表面積と通路を流れる流体を反復して妨げるよ
うになった曲がりくねった孔又は通路により流体に対す
る迅速な熱交換を達成するようになった大きな開口多孔
性をもつ要素本体を形成するコンパクトな熱交換要素本
体を提供し、特に小流量で流体に対する熱伝導を高める
ようになった要素本体及び高多孔性のもので経済的な方
法で製作されるようになった本体を提供し、任意所望の
小寸法又は不規則形状の本体を提供し、更に、このよう
な小型にして不規則形状の通路形成本体を形成するため
の改良された方法を提供することにある。

簡単に述べると、要素本体には、設定温度に加熱される
と抵抗率の急激な上昇を示すようになった正の抵抗温度
係数のセラミック電気抵抗材が含まれる。本体にはその
両端の間に貫通して延びる通路が形成されこの通路を介
して本体と熱交換関係で流体が送られる。本体には又、
本体のへだてられた部分に電気的に係合し本体を通じる
電流を本体の自己加熱を行うための一対のフレームスプ
レ一式のアルミニウム金属接触子などの装置が設けられ
ている。本発明によれば、要素本体は、その材料中に複
数の孔又は開口があり、これらは互いに連通し全長にわ
たり横断面の変わる相互連通状の曲がりくねった形態の
複数の通路を形成し、連通個所では各通路は互いにから
み合い本体の対向端間に延び、それにより本体と本体通
路を貫いて通る流体との間における改良された熱伝導と
多孔性とが得られる点に特徴のある改良型の構造を具え
ている。

本発明の一つの好適実施例において、要素本体通路は、
上記セラミック材の球体を一緒に焼結し球体を互いに固
着せしめ本体を形成し同時に球体間を互いに隙間で連通
できるようにし本体を貫通する所望の形態の通路を形成
することにより形成される。本発明のもう一つの実施例
の場合、要素本体は形状保持有機発泡材に流体キャリヤ
中のセラミック材のスラリーを含浸せしめることにより
形成される。次にこの含浸有機発泡体を加熱し粉末を発
泡体の通路の壁土に堆積せしめ、発泡材を焼き取り、堆
積粉末を焼結し所望の多重通路形成のセラミックの要素
本体を形成する。このようにして、ＰＴＣ本体は新規に
して経済的な方法で所望の高い多孔性が付与され、この
要素本体を形成する方法は、管内を流れる流体と熱交換
させる目的の導管類の内部に取付けるのに必要とされる
任意所望の小型又は不規則形状を要素本体に付与するよ
うになっている。

［好適実施例の説明］ 添付図面の第１図において参照番号１は本発明のＶｒ現
にして改良を施した熱交換要素本体の好適実施例を示し
、この本体は小型にして不規則な形状をして示されてい
る。本体は正の抵抗温度係数（ＰＴＣ）のセラミック電
気抵抗材よりなり、この抵抗材は設定温度に加熱した時
急激な抵抗率上昇を示しそのため抵抗材は抵抗ヒータと
して電気的に附勢された時設定安全温度レベルにおいて
安定するよう自己調節を行うようになっている。電気的
コンタクト装置１２が本体のへだてられた部分上に配置
され、要素本体のセラミック電気抵抗材と通常の如く電
気的に接触しターミナル１４に示す電源から要素本体を
貫いて電流を流す。これとは別にコンタクトを本体内の
孔を閉塞せずに本体の端部上に押しつけても良く、更に
所望の場合には一対以上のコンタクトを本体のそれぞれ
に用゛いても良い。好適には、コンタクトはアルミニウ
ムより形成されフレームスプレーなどで本体１０に適用
されかつ任意好適な方法で本体に関連してコンタクト材
を加熱することにより要素本体とオーム接触の関係を確
立せしめられる。本発明によれば、第１図の１０旦に示
す要素本体の部分の拡大局部平面図を示す第２図及び第
３図に示す如く、本体内には第３図の矢印１８に示す複
数の通路を形成するための複数の開口１６が本体内で互
いに連通ずるように設けられている点で特徴があり、こ
れらの通路はその全長にわたり横断面の変化する相互連
通の曲がりくねった形態を有し、本体内で互いにからみ
合い第３図に示す如く本体の対向端部１０．１と１０．
２の間に延び本体内で多数設置されている。

第１図から第３図に示す如き熱交換本体１０を製作する
ための本発明の好適な方法において、要素本体のセラミ
ック抵抗材は任意適宜なタイプのものである。典型的に
は例えば抵抗材には、米国特許第３．９８３．０７７号
に記載の如きＢａ　　　Ｐｂ　　　Ｙ　　　　５ｊａｏ
３ｓＯ，９１，０９０，００６ （ＴｉＯ）　　　なる実験式を有するシリコン添３　１
．０１ 加物を有するイットリウム不純物添加バリュウム・鉛の
チタン酸塩材が含まれる。本発明の方法によれば、普通
に■焼されるようなセラミック材は第４ａ図の２０に示
す如く粒末形状で得られ、矢印２２に示すように２１に
概略表示せる普通のタンブラ装置で転摩工程にかけられ
、それにより粒末が多数のほぼ球体のボール２４に固ま
ることができる。例えば上述のそれとほぼ同じ成分をも
つ粒末が０．５から３０ミクロンの粒子サイズ及び室温
にて約１時間から２時間にわたり重量当り（典型的には
水分）約０．５から５％の湿気含有量をもつ１から２ミ
クロンの平均粒子サイズの粒末の形に普通のタンブラ装
置で得られる場合、粒末材は約０．３８ｍ　（０，０１
５インチ）から１．５２馴（０，０６０インチ）の範囲
の直径をもつ多数の球状のボールに固まる。これらのボ
ール粒は次いで第４ｂ図のふるい２６及び矢印２８に示
すようにふるいにかけられオーバサイズ及び若しくはア
ンダサイズのボールが除かれる。次に残ったセラミック
材のボールは容器３０に集められ、第４Ｃ図の加熱装置
３１に概略図示せる如く加熱される。この構成において
、容器３０に集められたＰ王Ｃセラミックボール２４は
それぞれ同じ集まりにおける隣のＰＴＣボールと若干の
係合点を有し、ボールの加熱は各ボールがほぼその球体
形状を保持するも接触点３２において互いに焼結され、
本体内に所望のからみ合った曲がりくねった形状の通路
１８を具えた容器３０形状のＰＴＣ熱交換要素本体１０
が形成される。換言すれば、ボール２４間の開口割れ目
又は孔１６が互いに接続され多数の通路１８を形成し、
これら通路は要素本体の対向端部１ｏ、１と１０．２と
の間で互いに連通し、互いにからみ合い本体内に多数収
容されており、通路の全長にそって横断面が変化し本体
通路を貫通する流体との熱交換が促進される。球体ボー
ルのサイズ及びサイズ範囲は任意に変えられ所望の多孔
性を具えた焼結ＰＴＣセラミック本体を任意形状の導管
類の内部に入れるように適した任意の小型又は不規則な
形状で得ることができる。

本発明のもう１つの新規改良型の熱交換要素本体の好適
実施例においては第５図の３４に示すように要素本体は
上述のものと同じセラミック材より形成され、本体は同
様にその対向端部３４６１及び３４．２の間に延びる多
数のからみ合い相互連通せるらせん形の通路を形成して
いる。しかしながら、本体３４は本発明の方法のもう１
つの好適実施例において異なれる方法で形成されるので
、本体３４は通路３６と第６図及び第７図に示す如く通
路間に設けられるＰＴＣセラミック材のつエフ３８のサ
イズ間における関係が多少異なっており、第６図は第５
図の本体３４の部分３４ａの拡大図である。

この本発明による方法の好適実施例の場合、熱交換要素
本体３４は、先ず複数の開口４２が発泡本体内部で相互
接続され第８図に示すように本体を貫通して延びる複数
のからみ合ったらせん形の発泡体通路４４を形成する普
通の有礪発泡材よりなる本体４０を形成することにより
形成される。

この方法発明によれば上述の如きセラミック粉末が液キ
ャリヤー内に提供されスラリー４６を形成し、発泡本体
４０にスラリーを第８図に示す如く含浸しスラリーは発
泡本体通路内に図示の如く配置される。次に含浸を施し
た発泡本体は第８図の４８に概略図示するように加熱さ
れセラミック粉末を発泡本体通路の壁４４．１上に堆積
せしめ、セラミック粉末材を一体に焼結し第７図に示す
ように本体３４のウェブ３８を形成せしめ、更に有機発
泡本体材４０を焼き取り第７図に示す如く本体３４に所
望形状の通路３６を通す。所望の場合、含浸発泡体は、
発泡通路内部から余分のスラリーを取り除きスラリー粉
末を発泡通路の壁土に均一に堆積して残すよう発火する
前に第８図の矢印４８に示すように圧縮しても良い。

例えば、この方法発明の好適実施例において、発泡本体
４ｏは次の表１に示せる指示を有するロジャースフォー
ム社（Ｒｏｇｅｒｓ　Ｆｏａｎ＋　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａ
ｔｅｄ）より入手できるスコツトポリウレタン発泡と指
示される発泡体の如き普通の好適には網目状の高純度ブ
リウレタン発泡体よりなっている。

表　　１ ２５．４繭 スコツトフオーム　　　当りの孔数　フオーム赤　　　
　　　　　　　　　　　　８０　　　　　網　　状青　
　　　　　　　　　　　　　　　６０緑　　　　　　　
　　　　　　　　３０ピンク　　　　　　　１００ 白　　　　　　　　　　　　　　　　１００灰白色　　
　　　　　　８０ 黄　　　　　　　　　　　　　　非網状（アゴエル、Ａ
ｇｏｕｅｌ　ｌ　） 黄 （カスタム　ダブルセル） （Ｃｕｓｔｏｍ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｃｅ１ｌ）黒　　１ｔ
ＦＩ２６１　　（第１　）　　　　　　４５　　　　　
網　　状黒　　ＲＦ１２６１　　　　　　　　　　　６
０黒　　ＲＦＩ２６１　　　　　　　　　　　　８０グ
レーＲＦＩ２６１　　　　　　　６０黒　　ＲＦＩ２６
１　（第２）　　　　　　６０かかるポリウレタンフォ
ームは次の表２に示すような比較的低い不純物レベルを
有する高純度のものであると判明している。

これらの原料を用い熱交換本体３４の製作に当り、直径
約２２＃厚み約１２ｍの若干の円筒片が切られた。所望
の場合、成る多孔度の同心状発泡パッドを第５図の点線
３４ｂに示す如くもう１つの多孔度の発泡体リング内に
置き異なった多孔度の領域をもつ要素本体を形成するこ
とができる。

既述のものと同じ成分のセラミックＰＴＣ粉末の使用に
当り、粉末は鍜焼され約１．６８ミクロンの平均粒子サ
イズに諺通の如くふるいにかけてきめられる。粉末的ｉ
　ｏｏｓを水とメチールセルローズ及び普通の接着剤に
混合し約１，５００センチポアズの粘性を有する約７９
．８％固形物のスラリーを形成する。次に発泡体片はス
ラリー内に繰返し圧縮されてスラリー含浸を受け、スラ
リーから発泡片を取出した後各片はその初めの厚みの約
２５％に圧縮され発泡体から余分のスラリーを除去する
。そこで発泡片は約１時間１００℃で強制空気対流式炉
内で乾燥される。次いで、含浸発泡片はキルン内で約１
３２５℃で着火され発泡本体通路の壁土に粉末を堆積し
、発泡体及び接着剤を燃え切り、更に、セラミック粉末
を一体に焼結し第７図に示すような通路を内部に設けた
要素本体３４を形成する。着火された部分は約２２％の
リニヤ型収縮を経験し典型的には直径１７糎で厚みが９
８４順、立方Ｃｌ１１当り約１．１２ｇの密度を有しこ
れは理論密度の約１８から２２％（又は７８％から８２
％の多孔度）に相当し、一方高強度の要素本体が得られ
た。最大９５％の多孔度をもつ他の要素本体は多少弱い
が多くの目的には依然好適な強度のものである点判明し
ている。次に、コンタクト装置５０が普通の方法で要素
本体３４に装着される。このように形成さ札ているので
、熱交換要素本体３４は本体の端部３４．１と３４．２
との間における通路を介して送られる流体に対して優れ
た熱交換を提供するようになっており、コンタクト５０
間に電気的に附勢された時かなりの量の熱を発生しその
熱を通路を流れる流体に移送するように構成されている
。

以上本発明の方法及び熱、交換要素本体の実ｍ例につい
て説明したが、本発明は付属クレームの範回内に該当す
る開示実施例のすべての修正及び等何物を包含するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の新規改良型の小型不規則形状の熱交換
要素本体の斜視図、 第２図は第１図の一部分を拡大して示した平面部分図、 第３図は第２図の線３−３による断面図、第４ａ図から
第４Ｃ図は第１図から第３図の熱交換要素本体を製作す
る本発明の新規改良型の方法の好適実施例を示す概略図
で、第４ａ図は粉末状のセラミック材をタンブラにかけ
ボール状に固める段階を示し、第４ｂ図はボールをふる
いにかけ所定サイズのものを選出する段階を示し、第４
Ｃ図は前段階で得られたボール粒を一定形状の容器に入
れ加熱焼結し内部貫通通路を具えた熱交換要素本体を形
成する段階を示し、 第５図は本発明の熱交換要素本体のもう１つの好適実施
例を示す第１図同様の平面図、第６図は第５図熱交換要
素本体の一部分を拡大して示した平面部分図、 第７図は第６図の線７−７による断面図、第８図は第５
図から第７図の熱交換要素本体を製作するように特に構
成さ、れた本発明の方法のもう１つの好適実施例を示す
概略図である。 １ｏ・・・要素本体、１０．１，１０．２・・・対向端
部、１２・・・コンタクト装置、１４・・・ターミナル
、１６・・・開口、１８・・・通路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定温度に熱せられると急激な抵抗の増加を示す
   ようになつた正の温度抵抗係数を有するセラミック電気
   抵抗材よりなる要素本体にして、該本体の対向端部間を
   貫通して延びる通路を具え本体と熱交換するように前記
   通路に流体を送り、更に前記要素本体は、該本体を自己
   加熱すべく電流を本体に通ずるよう向けるため本体のへ
   だてられた部分を電気的に接触せしめる装置を有する前
   記要素本体において、該本体は多数の開口を互いに接続
   して内部に収納し全長にそい横断面の変化する相互連通
   せる曲がりくねつた形状の複数の前記通路を画成し、該
   通路は本体内で互いにからみ合い本体と本体通路を流れ
   る流体との間に改善された熱伝達が得られることを特徴
   とする要素本体。
2. （２）要素本体は、前記セラミック材よりなる多数のほ
   ぼ球状のボールをそれぞれのボールが複数の他のボール
   との係合点を有しその間に開口を画成するように一体に
   集め、セラミック材を焼結せしめ前記係合点でボールを
   一体に結合し全長にそい横断面の変化する相互連通せる
   曲がりくねつた形状を有し本体内で互いにからみ合う前
   記複数の通路を具えた前記要素を形成する段階により形
   成されることを更に特徴とする特許請求の範囲第１項に
   よる要素本体。
3. （３）前記ボールは、前記セラミック材の粉末をタンブ
   ラにかけ前記セラミック材の球状固まりを形成し、該球
   状固まりを加熱しセラミックボール固まりを互いに焼結
   せしめ前記熱交換要素本体を形成する段階により形成さ
   れることを更に特徴とする特許請求の範囲第２項による
   要素本体。
4. （４）要素本体は、互いに連通する多数の開口を内部に
   設け、全長にそい横断面の変化する曲がりくねつた形状
   を有し本体内で互いにからみ合う複数の相互連通せる通
   路を画成する有機材の形状保持発泡体を提供し、前記セ
   ラミック材を前記通路内の発泡材上に堆積するための流
   体キャリヤ内の前記セラミック材の粉末の形をとるスラ
   リーで発泡体を含浸せしめ、更に、含浸された発泡体を
   加熱して発泡体の有機材を焼き除きセラミック粉末を中
   心におき全長にそい横断面の変化する相互連通せる曲が
   りくねつた形状を有し本体内で互いにからみ合う前記複
   数の本体通路を具えた前記要素本体を形成する段階によ
   り形成されることを更に特徴とする特許請求の範囲第１
   項による要素本体。