JPS6237074Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は正の抵抗温度係数を有するチタン酸バ
リウム系半導体磁器発熱体（以下正特性磁器発熱
体と記す）を使用した加熱装置に関する。

正特性磁器発熱体はキユリー温度を適当に選定
することにより任意の発熱温度が得られること、
温度がキユリー温度を超えると抵抗値が急激に増
加して電流を絞る自己温度制御機能を有し過熱の
危険がないこと、周囲媒質の冷却効果の変化に追
随して入力エネルギが増減し周囲媒質をほぼ一定
の温度に加熱し得ること等々の優れた特長があ
り、安全で信頼性も高いことから、各種の加熱装
置の発熱源として需要が急速に拡大されつつあ
る。

この種の加熱装置を、温風機、ヘヤドライヤ、
フトン乾燥機またはパネルヒータなどの空気加熱
用として構成する場合、現に実用化されている如
く、いわゆるハニカム状もしくはハーモニカ状の
正特性磁器発熱体を使用して容易に実現すること
ができる。

しかし被加熱流体が正特性磁器発熱体に対して
特性劣化などの悪影響を及ぼすような流体、たと
えば水、石油等の液体もしくは水蒸気等の液状流
体である場合、従来のハニカム状もしくはハーモ
ニカ状の正特性磁器発熱体をそのまま使用するわ
けにはゆかず、必然的に加熱し得る流体の種類に
限界を生じていた。

本考案は上述する問題点を解決し、正特性磁器
発熱体に対して特性劣化などの悪影響を及ぼすよ
うな流体を、正特性磁器発熱体の特性劣化や信頼
性の低下などを招くことなく、効率良く加熱し
え、しかも消費電力の小さい加熱装置を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案に係る加熱装
置は、比較的広い加熱室及びこの加熱室より細い
内径を有する管路でなり前記加熱室の出口側と入
口側とを連通させる帰還路を備えて形成された空
気の循環流通路と、前記加熱室の入口側に設けら
れ前記循環流通路内の空気に強制送風作用を与え
るフアンと、前記フアンの空気送出側において前
記加熱室を横断するように配置され前記フアンに
よつて送風される空気を貫流させる多数の通孔を
有する正特性磁器発熱体と、前記正特性磁器発熱
体の空気出口側の前記加熱室内に前記空気の流れ
方向に沿つてスパイラル状に設けられ液体または
液状流体を流通させる管体とを有することを特徴
とする。

上記構成の加熱装置よれば、正特性磁器発熱体
に対して特性劣化などの悪影響を及ぼすような
水、石油、または水蒸気等を加熱する場合に、正
特性磁器発熱体に対して特性劣化等を及ぼさない
空気を、循環流通路、その内部におかれた正特性
磁器発熱体及びフアンにより、外部放熱を極力抑
えながら循環させることにより効率良く加熱する
一方、正特性磁器発熱体に対して悪影響を及ぼす
水、石油、または水蒸気等の被加熱流体を、循環
流通路とは別の管体内に流通させ、この管体を循
環流通路内に配置して、循環流通路内を循環する
加熱空気によつて加熱することにより、被加熱流
体による正特性磁器発熱体の特性劣化や、信頼性
の低下などを防止しつつ、管体内の被加熱流体を
効率よく加熱できる。

循環流通路内の空気に強制送風作用を与えるフ
アンを加熱室の入口側に配置すると共に、このフ
アンの空気送出側に、加熱室を横断するように、
正特性磁器発熱体を配置し、更に、正特性磁器発
熱体の空気出口側の加熱室内に、空気の流れ方向
に沿つてスパイラル状に、液体または液状流体を
流通させる管体を配置してあるから、フアンによ
つて送風された空気を直ちに正特性磁器発熱体で
加熱し、更に連続して、加熱空気によつて管体の
内部を流通する液体または液状流体を加熱でき
る。このため、フアン及び正特性磁器発熱体か
ら、加熱対象たる管体に至るまでの経路における
熱損失が非常に小さくなり、管体内の液体または
液状流体を効率良く加熱できる。

また、フアンによる空気の送風量は一定である
から、空気の循環路を巡る空気の流速を考えた場
合、空気の流速は広い加熱室では遅く、加熱室よ
り細い内径の管路加熱室内では速くなる。従つ
て、加熱室内では長い熱交換時間を確保して、管
体の内部を流通する液体または液状流体を充分に
加熱する一方、空気の循環流通路を形成する帰還
路では、加熱室の出口側から入口側への空気の戻
りを速くし、帰還路内での熱損失を少なくするこ
とができる。

以下実施例たる添付図面を参照し、本考案の内
容を具体的に詳説する。第１図は本考案に係る加
熱装置の構成を示す図である。図において、１は
空気の循環流通路である。該循環流通路１は比較
的広い加熱室１ａの出口側ａと入口側ｂとを、加
熱室１ａよりは細い内径の帰還路１ｂによつて連
通させた構造となつている。２は熱放散量を減少
させ熱効率を向上させるため、循環流通路１の外
周を被覆する如く設けた保温材であり、従来より
周知のものを使用して構成される。

３は加熱室１ａの入口側ｂに設けられた正特性
磁器発熱体である。この実施例では、第２図Ａ，
Ｂに示すように、厚み方向に多数の貫通孔３ａを
貫設し、該貫通孔３ａを形成する格子３ｂの表面
および裏面に、オーム性もしくは非オーム性接触
の電極３ｃ，３ｄを被着した、いわゆるハニカム
状の正特性磁器発熱体３を、加熱室１ａの入口側
ｂに、その内部を横断する如く取付けてある。４
は正特性磁器発熱体３を加熱室１ａの内壁に取付
ける支持部材である。

５は正特性磁器発熱体３の前方に設けた強制送
風用のフアンであり、該フアン５の強制送風作用
により、循環流通路１内の空気は矢印P₁方向に強
制循環する。

６は加熱室１ａの外部からその内部に導入され
た管体である。該管体６は水、石油等の液体また
は水蒸気等の液状流体である被加熱流体を流通さ
せるためのもので、加熱室１ａ内を流通する加熱
空気との間の熱交換効率を向上させるため、金属
材料など熱伝導性に優れた材料によつて構成する
と共に、加熱室１ａの長さ方向、すなわち空気の
流通方向P₁に沿つてスパイラル状に配設し、熱交
換の表面積が可及的に大きくなるようにしてあ
る。管内６内を流通する被加熱流体は、正特性磁
器発熱体３から隔絶されているから、被加熱流体
による正特性磁器発熱体３の特性劣化や、信頼性
の低下などの問題は全く発生しない。したがつて
管体６内を流通する被加熱流体が、水、石油また
は水蒸気であつても、何ら支障を生じない。

７は循環流通路１の内部と、外気導入口との間
に設けたダンパである。

次に上記のように構成された本考案に係る加熱
装置の加熱作用について説明する。

正特性磁器発熱体３の電極３ｃ，３ｄに、熱平
衡するのに充分な交流または直流電圧を印加し発
熱動作をさせると同時に、フアン５を駆動し、循
環流通路１内の空気を、矢印P₁方向に強制的に循
環送風させる。すると、正特性磁器発熱体３の貫
通孔３ａを貫流する際、空気は貫通孔３ａを形成
する格子３ｂの内壁面に触れ、そのときの熱交換
作用により加熱される。正特性磁器発熱体３によ
つて加熱された空気は、加熱室１ａ内に設けた管
体６に触れ、その時の熱交換作用により、管体６
内を流通する被加熱流体が加熱される。

しかも、循環流通路１内の空気に強制送風作用
を与えるフアン５を加熱室１ａの入口側ｂに配置
すると共に、このフアン５の空気送出側に位置す
る加熱室１ａの入口側ｂに、加熱室１ａを横断す
るように、正特性磁器発熱体３を配置し、更に、
正特性磁器発熱体３の空気出口側の加熱室１ａ内
に、空気の流れ方向に沿つてスパイラル状に、液
体または液状流体を流通させる管体６を配置して
あるから、フアン５によつて送風された空気を正
特性磁器発熱体３によつて直ちに加熱し、更に連
続して、加熱空気によつて管体６の内部を流通す
る液体または液状流体を加熱できる。このため、
フアン５及び正特性磁器発熱体３から、加熱対象
たる管体６に至るまでの経路における熱損失が非
常に小さくなり、管体６内の液体または液状流体
を効率良く加熱できる。

管体６との間の熱交換作用を終えた空気は、加
熱室１ａの出口側ａから帰還路１ｂを通つて再び
加熱室１ａの入口側ｂに戻され、同様の熱交換サ
イクルによつて管体６内を流通する被加熱流体が
加熱される。

この場合、加熱室１ａの出口側ｂに戻された空
気の温度は、管体６との間の熱交換作用や、帰還
路１ｂ内を通過する際の放熱作用により、正特性
磁器発熱体３の出口部での温度より若干低くな
る。このため、正特性磁器発熱体３に対して前記
温度差による冷却作用が与えられ、正特性磁器発
熱体３はこの温度差をうめるように発熱動作をす
る。この場合の温度制御動作は、正特性磁器発熱
体３自身の持つ自己温度制御機能に基くものであ
り、温度制御回路等を必要としない。つまり、専
用の温度制御回路等を必要とせずに、放熱量に応
じて、発熱温度が自動的に追従する加熱装置が実
現できる。

また、循環流通路１を備えることにより、正特
性磁器発熱体３によつて加熱した空気を、管体６
内の被加熱流体を加熱した後、循環流通路１を介
して、正特性磁器発熱体３側に戻し、正特性磁器
発熱体３を加熱する熱エネルギーとして利用でき
るから、正特性磁器発熱体３の消費電力は、管体
６との間の熱交換作用及び帰還路１ｂ内を通過す
る際の放熱作用によつて失われた熱エネルギー、
つまり出口側ａと入口側ｂとの間の空気温度差を
補うのに必要な電力で足り、ニクロム発熱体を用
いた場合と比べて、消費電力が著しく小さくな
り、効率が向上する。ニクロム発熱体であれば、
外部からの熱によつて加熱されても、その消費電
力は殆ど変らないが、正特性磁器発熱体３は、外
部から与えられる熱によつて加熱されてある特定
温度以上になると、抵抗値が非常に大きくなり、
電流を絞る。このため、正特性磁器発熱体３にお
ける消費電力が小さくなるのである。しかも、循
環流通路１は、加熱室１ａ及び帰還路１ｂの外周
に保温材２を被覆してあつて、外部放熱を極力抑
えてあるから、加熱室１ａの出口側ａと入口側ｂ
との温度差が少なくなり、従つて、正特性磁器発
熱体３の消費電力も小さくなる。

更に、熱交換室となる加熱室１ａは比較的広
く、帰還路１ｂは加熱室１ａより細い内径の管路
となつているから、空気の流速は広い加熱室１ａ
では遅く、加熱室１ａより細い内径の帰還路１ｂ
では速くなる。従つて、加熱室内１ａでは長い熱
交換時間を確保して、管体６の内部を流通する液
体または液状流体を充分に加熱する一方、帰還路
１ｂでは、加熱室１ａの出口側ａから入口側ｂへ
の空気の戻りを速くし、帰還路１ｂ内での熱損失
を少なくすることができる。

第３図は上述の消費電力低減効果を実証する空
気加熱温度−消費電力特性図であり、横軸に正特
性磁器発熱体３に入る前の空気の温度℃を、右縦
軸に正特性磁器発熱体３を通過した後の空気の加
熱温度℃を、また左縦軸に消費電力Ｗをそれぞれ
とつてある。直線Ａ１は空気の温度上昇特性を示
し、直線Ａ２は消費電力の低下特性を示してい
る。

なお実験においては、正特性磁器発熱体３とし
て50φ×5.5tの円板ハニカム状のものを使用し、
これに120Vの電圧を印加して発熱動作をさせる
と共に、フアン５により0.4M3／minの強制循環
送風を行なつた。

第３図から理解されるように、空気の加熱温度
が上昇するのにつれて、消費電力が直線的に低下
する。たとえば入口側ｂで20℃であつた空気が正
特性磁器発熱体３によつて70℃まで加熱された場
合、消費電力は350W程度となるが、熱交換サイ
クルが進行して入口側ｂにおける空気温度が100
℃となり、これが正特性磁器発熱体３を貫流して
130℃まで加熱された場合、消費電力は200W程度
まで低下するのである。

以上のように、本考案に係る加熱装置は、比較
的広い加熱室及びこの加熱室より細い内径を有す
る管路でなり前記加熱室の出口側と入口側とを連
通させる帰還路を備えて形成された空気の循環流
通路と、前記加熱室の入口側に設けられ前記循環
流通路内の空気に強制送風作用を与えるフアン
と、前記フアンの空気送出側に位置する前記加熱
室の前記入口側において該加熱室を横断するよう
に配置され前記フアンによつて送風される空気を
貫流させる多数の通孔を有する正特性磁器発熱体
と、前記正特性磁器発熱体の空気出口側の前記加
熱室内に前記空気の流れ方向に沿つてスパイラル
状に設けられ液体または液状流体を流通させる管
体とを有することを特徴とするから、次のような
効果が得られる。

(イ) 正特性磁器発熱体に対して特性劣化などの悪
影響を及ぼすような水、石油等の液体または水
蒸気等の液状流体を、正特性磁器発熱体の特性
劣化や信頼性の低下などを招くことなく、効率
良く加熱し得る消費電力の小さい加熱装置を提
供することができる。

(ロ) 循環流通路内の空気に強制送風作用を与える
フアンを加熱室の入口側に配置すると共に、こ
のフアンの空気送出側に位置する加熱室の前記
入口側に、加熱室を横断するように、正特性磁
器発熱体を配置し、更に、正特性磁器発熱体の
空気出口側の加熱室内に、空気の流れ方向に沿
つてスパイラル状に、液体または液状流体を流
通させる管体を配置してあるから、フアンによ
つて送風された空気を直ちに正特性磁器発熱体
で加熱し、更に連続して、加熱空気によつて管
体の内部を流通する液体または液状流体を加熱
できる。このため、フアン及び正特性磁器発熱
体から、加熱対象たる管体に至るまでの経路に
おける熱損失が非常に小さくなり、管体内の液
体または液状流体を効率良く加熱できる。

(ハ) 空気の循環流通路を、比較的広い加熱室と、
この加熱室より細い内径を有する管路でなる帰
還路とで形成し、この循環流通路内にフアンを
配置して一定の強制送風を与えるようになつて
いるから、加熱室内では空気流速を低下させて
長い熱交換時間を確保し管体の内部を流通する
液体または液状流体を充分に加熱する一方、帰
還路では、加熱室の出口側から入口側への空気
の戻りを速くして熱損失を少なくし、熱効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る加熱装置の構成を説明す
る図、第２図Ａ，Ｂは本考案に係る加熱装置に使
用し得る正特性磁器発熱体の斜視図、および一部
拡大断面図、第３図は本考案に係る発熱装置の空
気加熱温度と消費電力との関係を示す特性図であ
る。 １……循環流通路、２……保温材、３……正特
性磁器発熱体、３ａ……貫通孔、５……フアン、
６……管体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 比較的広い加熱室及びこの加熱室より細い内径
   を有する管路でなり前記加熱室の出口側と入口側
   とを連通させる帰還路を備えて形成された空気の
   循環流通路と、前記加熱室の入口側に設けられ前
   記循環流通路内の空気に強制送風作用を与えるフ
   アンと、前記フアンの空気送出側において前記加
   熱室内を横断するように配置され前記フアンによ
   つて送風される空気を貫流させる多数の通孔を有
   する正特性磁器発熱体と、前記正特性磁器発熱体
   の空気出口側の前記加熱室内に前記空気の流れ方
   向に沿つてスパイラル状に設けられ液体または液
   状流体を流通させる管体とを有することを特徴と
   する加熱装置。