JPH03205778A - 管状加熱エレメント - 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〕 本発明は、放射された輻射線に対して多少透明である耐
火性材料の管の内部に白熱金属抵抗体を含んでなる加熱
エレメントに関する。これらのエレメントにおいては、
金属抵抗体は最も一般的には鉄、クロム及びアルミニウ
ムの合金類のらせん体であり、管は石英、ガラス質シリ
カ又はガラス状セラミックスを基礎材料とする。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕上記の
タイプの加熱エレメントには、多数の産業において数多
くの用途がある。詳しく言うと、それらは乾燥のため（
紙、布ミ塗料、木材、凝集体又は層状体のプレート及び
パネル、種々の粒物質の乾燥のため）に非常に幅広く使
用される。それらはしばしば加熱容器内に取付けられ、
この時には、いくつかの管が反射金属板の前に互いに平
行に配列される。

単一管、例えばシリカの単一管内に、二つの抵抗体を互
いに平行に取付けるのが普通である。２本のフィラメン
トの間の電気的な隔離は、管自体を貫く仕切り（この場
合それは８の字形の断面である）によるか、あるいは２
本のフィラメントの間に配置される別の、より小さな、
やはりシリカの管によって保証される。これらの二つの
従来のものの中で、前者は管の外部との電気的接続を両
端で行うこ゛とを必要とする。第二番目のものにおいて
は、対照的に、内部の管を遠い方の端部でわずかに引っ
こめて配置し、こうして２本のフィラメント間の電気的
接続のための場所を残すことを図ることが可能である．
内管の中を通り抜ける電線を用意して、管の一端のみか
らの並列接続を可能にすることを図ることさえも可能で
ある。

上で説明したガラス質シリカの管で構或された加熱エレ
メントには、しばしば、それらの背面に薄い金の層が用
意される。これは、背後に向かう熱輻射線の放射を減少
させる。しかしながら、この金の層は機械的に脆く、更
にその作業温度が制限される。その上、それは高価であ
る。

先に説明した二つのものにはいくらかの欠点がある．８
の字断面の材料を含んでなる第一番目のものは外部との
電気的接続をその両端部において行うことを必要とする
、ということは既に見たとおりである．第二番目のもの
もまた、詳しく言えば抵抗体の挿入に関して及び操作中
の振動現象のために、特定の欠点を有する。

本発明は、前述の欠点を、一方では金層をなくしそして
全体的なエネルギー効率を向上させることによって、ま
た他方では一端のみからの全てのタイプの接続を可能に
しそして振動下での騒音の発生をなくすことによって軽
減することを提示する。

活性エレメントが空気にさらされる、らせん形の抵抗体
から構威される輻射加熱器の作業温度は制限される。こ
の制限は、例えば約１０００℃である。

この制限については、金属の機械的抵抗、それの酸化に
対する抵抗を含めた様々な理由があるが、このほかにも
、放射される赤外線は余りにも短い波長を有することな
く、対照的に中間の波長を中心とする非常に幅広い放射
スペクトルを有することが望まれるためである。温度に
対するこの制限の結果として、利用可能な熱エネルギー
もやはり制限され、そしてこれが互いに平行ないくつか
の、最も普通には二つのフィラメントを連合することを
望む理由である。

各フィラメントの、例えば直径、長さ、温度のような特
性に従って、対をなす二つのらせんを直列かあるいは並
列に接続するのが有利である。８の字形の断面を有する
透明な材料又は拡散する材料の管を抵抗体のための支持
体として使用する場合には、管の外側で両端に、タイプ
によって直列又は並列の接続を可能にする接続箱を取付
けることが必要になる。内部の仕切りのない管を使用す
る場合には、内部のエレメントが衝撃や振動にもかかわ
らず固定されたままであるのを容易に保証するために、
長円形の断面の管を用いるのが有利である。この場合、
フィラメントはより小さな寸法の別の管によって互いに
隔離される。しかしながら、この場合には、管の遠い方
の端部での配線の形状は、二つのせらんを加熱エレメン
トに並列に取付けようとするのかそれとも直列に取付け
ようとするかに従って、初めからすっかり違ったように
設計しなくてはならない。とは言うものの、電気式輻射
管を機械類に取付けているあるいはそれらを組み合わせ
てそれらの収納箱を作り上げている作業員にとっては、
電気的な接続を全て管の一方の端部のみで行うことがで
きること、そして他方では、接続を行う場合にのみ、最
終的には適合させられる配線の配列について直列である
のかそれとも並列であるのかを決定することができるこ
と、あるいは後に一つのタイプの接続から他のものへ容
易に変更することができることが好都合であろう。

従来の輻射管は、片側だけを加熱しようとする場合には
、反対側をこれに付着させた、例えば真空下で付着させ
た、金の層で一般に被覆される。

この材料は高価であり、且つその付着には追加の製造工
程が必要であって、その一方では更にそれの使用時に窮
屈な警戒を要求する．管が所定の位置に置かれていない
間は、金層がそれにかき傷をつけかねない硬質表面と接
触するのを全て避けることが必要になる。その上、シリ
カと金との界面のどのような過熱も防がなければならず
、この界面における温度が８００℃を超えると、金層は
事実上役に立たなくなり且つもはや輻射に少しの作用も
及ばなくなろう。

白熱フィラメントにより放出された輻射線を反射し且つ
集めるために金属層以外の手段を使用する装置は公知で
ある．米国特許第４００１６２２号明細書は、円形断面
の管の内側にこの管の軸線に対して平行に、背面に向け
て偏心して配置されるタングステンの高温直線状フィラ
メントの例を示し、上記の管は同軸の、セラミックス繊
維の半円筒体内に、輻射を上記軸線と平行な直線に沿っ
て管の外側のフィラメントの他方の側へ集中させるよう
にはめ込まれる。

写真複写の技術における特別な要求に応えるこの装置は
、ここで提起された問題には適応せず、それゆえ２本の
白熱フィラメイトの電気的絶縁については何らの解決も
与えない。それは更に、フィラメントを正確に配置する
ことができるようにはしないであろうし、その上に、そ
れは並列かあるいは直列の２本のフィラメントの電気的
接続の問題を解決しない。

上記の二つの反射用の仕掛け、すなわち管上のコーティ
ング又は繊維を基礎材料とする外部反射器は、管の後部
の壁を不必要に加熱し（それを輻射が２回横切る）、か
くしてその剛性を低下させ且つ装置の熱効率を低下させ
るに至るという不都合を回避しない。

〔課題を解決するための手段、実施例及び作用効果〕

本発明は、耐火性の管の内部に、熱絶縁性で熱を反射す
る耐火性材料の溝の内側に据え付けられた少なくとも一
つの白熱フィラメントを含んでなる管状加熱エレメント
に関する．本発明の一つの態様においては、フィラメン
トは数が二つであって、管の軸線に対して平行であり、
そしてそれらは熱反射材料によって互いに電気的に絶縁
される．この材料は、１０００℃において０．３５Ｗｍ
−１Ｋ−’未満の熱伝導率、好ましくは０．２５Ｗｍ”
Ｋ−’未満の熱伝導率を有する。それは有利には、「ス
リップ鋳込み」として知られる方法によりスリップから
得られたシリカを基礎材料とすることができ、あるいは
シリカ及び／又はアルミナを基礎材料とするセラミック
ス繊維でもよい。

本発明はまた、管の内部に金属の棒を取付けることも提
示する．この棒は、電流を管の遠い方の端部へ伝えるた
めに利用することができる。

本発明の操作の方法そしてまた従来の技術との比較によ
り示される利点は、図面によって例示される以下に揚げ
る説明から明らかになろう．本発明のタイプの加熱管は
、単独にあるいは箱又は容器の中でいくつかを一緒にし
て、家庭用又は産業用装置に取付けようとするものであ
る．この加熱は、非常に幅広い範囲の材料を乾燥させ、
調理し、重合させ、か焼し又は焼或すること等を目的と
することができる。要求される特性は、物理的なもの及
び実用的なものの両方である。第一の水準では、最も幅
の広い可能な輻射スペクトルを有することが必要である
。理想的には、これは、使用時の一番広い可能な範囲を
包含するように１．５μｍからｌＯμｍまで及ぶべきで
ある。この特性は、しばしば再放射体（ｒｅ−ｅ＋ｓｉ
ｔｔｅｒｓ）を利用して達或され、単一の輻射源、例え
挙げると金属フィラメント、例えば鉄、クロム及びアル
くニウムの合金の第３図のフィラメント１が所定の温度
、例えば８００゜Ｃまで昇湿される。この温度では、放
射される最高の輻射線は２．７μｍである。フィラメン
トにより放射された輻射線は、最も普通にはガラス質シ
リカで構威される外被２を通して部分的に伝送される。

しかしながら、ある一定の部分はこの材料により吸収さ
れて、それはフィラメントの温度より低い温度に加熱さ
れることになり、そしてそれが吸収するスペクトルの領
域、すなわち最も長い波長の領域でエネルギーを再放射
する．大部分の用途では、放射された熱輻射線は管の片
側でのみ利用され、従って他の側ではそれをなくし又は
少なくとも低下させる試みがなされる。これが、管３の
背面が金の層４で被覆されることの理由である。この金
層４は、フィラメント１により放射された直接の輻射線
を反射し、そして、金の放射率が非常に小さいことの結
果として、加熱されたシリカ３が背後へ向けて輻射を放
射するのを防止する。とは言うものの、熱輻射線は管の
後部の壁を２回通遇して、それを更にもっと加熱するこ
と及び対流に起因する熱損失を増加させることに寄与し
ている。

第３図においては、仕切り５が二つのフィラメント１及
び６をどのようにして電気的に隔離することができるか
も見ることができる。

第４図は、第３図の変形を示し、そしてこの変形におい
ては、長円形の外管７は仕切りを具備しない。この配列
では、二つのフィラメント８及び９は一般に円形断面の
管１０によって隔離される。

ここでもやはり、反射性で且つ非放射性の、例えば金の
、層１１を管７の背面に適用することが可能である。

前のシステムとの比較によって、後者は、管１０の内部
の通路をこの中に電気導体（図示せず）を通すために利
用することができるという利点を提示す１る。このよう
に、管７をこの管７よりもわずかに短い管１０を使用す
ることによりその端部のうちの一方で完全に密閉して、
管７の内部のその端部で電気的な接続を行うこと、また
こうして、全ての外部接続をこの同じ管７の他方の端部
から行うことができるようにすることが可能である。

とは言うものの、そのようなシステムは、二つのらせん
８及び９と管１０とを同時に管７の中へ入れることが必
要なときに集戒するのが困難であるという不都合を有す
る。更に、管ｌＯと管７との間の避け難い隙間は、管７
にぶつかる衝撃を引き起こすことによって管１０を騒々
しく振動させる。

この現象は時としても非常に障害となる。

要約すれば、第３図及び第４図の従来技術にあっては、
金層４又は１ｌのためにシステムは高価であり、脆く、
そして温度が制限される。更に、第３図の場合には、中
央の仕切り５がフィラメント１及び６を管２から出して
電気的に一緒に接続することを必要にするため両方の端
部で電気的な接続を行うことが必要であり、そして第４
図の場合には、集威が困難であって且つ操作が騒々しい
。

その上、管の後部の壁は全くむだに加熱されることにな
り、これは熱効果を低下させる。

第１図は、本発明による加熱エレメントを示す。

この図では、例えばガラス質シリカのような、透明な耐
火性材料の長円形の管１２が見られる．この断面図で、
最大の寸法（長さ）は１８■そして最小の寸法（幅）は
９鴫であり、壁は１．５閣の厚さであって、またフィラ
メント１３も見ることができ、これは数が一つであって
もあるいは二つ以上であって互いに平行に配列してもよ
く、これらは鉄、クロム及びアルミニウムに基づく合金
であってらせん形であり、それらの直径は単線の直径が
０．　２〜１−の場合に２〜１０ＩＩ１１である。これ
らのフィラメントは屈曲可能であって、それらはこの図
では組み合わせて対にされており、そしてトラフ１４（
これはこの図では二重である）により支持される。それ
ゆえに１３のようなフィラメントのためのさやとして働
くこのトラフは、二つの本質的特性すなわち良好な熱絶
縁性及びフィラメント１３により放射される輻射線につ
いての良好な反射性を有する耐火性材料から作製される
。二つの材料がこのトラフを作製するために首尾よく試
験されており、第一のものはセラミックス繊維に基づく
ものであって、また第二のものは多孔質シリカに基づく
ものである。後者の材料は、スリップを蒸発させて次い
で高温で焼威するスリップ技術（「スリップ鋳込み」と
して知られる技術）で使われるシリカである。良好な交
差で、また使用時の条件に応じて調節された微孔質の威
型製品が得られる。本発明によるトラフを作製する場合
の微孔質は、トラフの熱伝導率が結果として０．３５Ｗ
ｍ−１Ｋ−１未満になるようなものであるべきである。

このシリカは、０．８μｍを上回る波長の場合に８５％
程度の殊に高い半球形スペクトル反射率を有する。トラ
フが耐火性繊維から作られる場合には、アルミナ及びシ
リカを基礎材料とするセラミックス繊維、例えば商標Ｋ
ＥＲＬＡＮ！−Ｐｙｒｏｎａｐｐｅ　５０のセラミック
ス繊維の如きものを有利に使用することができる。トラ
フの形状を得るためには、ケイ酸塩に基づく無機質結合
剤が好ましく使用されよう。

第１図に示されたトラフの断面に適合する形状寸法は、
一例を表しているに過ぎない．本発明に従う形状は、ト
ラフとフィラメントとの集或体の管１２内への容易な導
入とその長さの端から端に至るまでこの集戒体を滑動さ
せるのとを可能にするようなものでなくてはならない。

更にこの形状は、フィラメント１３を正確に配置するこ
とを可能にすべきである。このほかの重要な基準は、フ
ィラメント１３の背面と管１２の後部の壁との間に残っ
ている厚みである。この厚みは、管の背面の加熱を少な
くするために、トラフ１４を構威する材料の熱伝導率を
考慮して、十分に大きくなければならない。

上で説明したタイプの繊維の場合には、１０００゜Ｃで
の熱伝導率は０．２Ｗｍ−１Ｋ−’程度であって、一番
薄い点で４ｍ＋ａ程度の厚みで十分であることが分って
いる。

第ｌ図では、後部の方を向いている管１２の一番暑くな
い側に、からの空間１５を見ることができる。この空間
は、一方では繊維質材料の場合にトラフを管１２の中へ
導入するため機械的に保持する役目を果し、且つまた全
ての場合に電気導体の役目を果す、ここには図示されて
いない金属の棒を受け入れようとすのものである。耐熱
性の金属、例えばステンレス鋼の如き金属から構威され
るこの棒の断面は、全ての方向の良好な慣性をそれに与
える適当な形状、例えば丁字形を有する。

第２図には、二つのらせんフィラメントの場合に有利に
達戒することができるタイプの電気回路の配列が示され
ている。線１６によって模式的に示された金属の棒は、
フィラメントｌ７及び１８と平行に、ここには示されて
いない管の長さの端から端まで達する．これらの三つの
要素のお互いどうしの絶縁は、図示されていないトラフ
によって保証される。これらの三つの導体は、それらの
末端部で、すなわちそれらの遠い方の端部で、お互いに
電気的に接続される．電気的な外部接続が行われる端部
では、これらの三つの導体１６．　１７及び１８はそれ
ぞれピン１９．　２０及び２１で終わり、そしてこれら
は二つのフィラメントを直列かあるいは並列に一緒に接
続することができるようにする．直列の場合には、ビン
２０及び２１が電源へ接続され、その一方、並列の場合
には、ピン２０及び２ｌは電気的に一緒に接続されて、
これらのピンとピン１９とが電源につながれる。

上述の説明は、本発明が既存の技術よりも費用がかから
ず、そして特に電気的な接続についてより実用的な技術
を備えていることを証明するのを可能にしている。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の一つの態様を示す断面図、第２図は本
発明に従う電気回路を模式的に示す斜視図、第３図は二
つのフィラメントを備えた従来の加熱管を示す図、第４
図は同じ加熱管の変形を示す図である。 図中、１２は管、１３．　１７．　１８はフィラメント
、ｌ４はトラフ、１６は金属棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱を反射する耐火性材料の溝の中に据え付けられた
   少なくとも一つの白熱フィラメントを耐火性の管の内部
   に含んでなる加熱エレメントであって、当該熱を反射す
   る材料が熱的に絶縁していることを特徴とする管状加熱
   エレメント。 ２、前記熱反射材料によって隔離された、前記管の軸線
   と平行な二つのフィラメントを含んでなることを特徴と
   する、請求項１記載の加熱エレメント。 ３、前記熱反射材料の１０００℃における熱伝導率が０
   ．３５Ｗｍ＾−＾１Ｋ＾−＾１未満であることを特徴と
   する、請求項１記載の加熱エレメント。 ４、前記熱伝導率が０．２５Ｗｍ＾−＾１Ｋ＾−＾１未
   満であることを特徴とする、請求項３記載の加熱エレメ
   ント。 ５、前記絶縁材料がシリカ及び／又はアルミナのセラミ
   ックス繊維を基礎材料としていることを特徴とする、請
   求項１から４までのいずれか一つに記載の加熱エレメン
   ト。 ６、前記絶縁材料がスリップ（スリップ鋳込み）から得
   られたシリカを基礎材料としていることを特徴とする、
   請求項４記載の加熱エレメント。 ７、前記管の軸線と平行であり且つ１又は２以上のフィ
   ラメントから電気的に絶縁された金属の棒を含んでなる
   ことを特徴とする、請求項１記載の加熱エレメント。 ８、電気的な接続が前記金属棒と１又は２以上の前記フ
   ィラメントとの間で前記管の一方の端部においてなされ
   ることを特徴とする、請求項７記載の加熱エレメント。 ９、二つのフィラメントの自由な末端が電源に接続され
   、あるいは金属棒と自由な末端により一緒に接続された
   二つのフィラメントとが電源に接続されることを特徴と
   する、請求項２又は８記載の加熱エレメント。 １０、前記耐火性の管が外部との電気的接続の行われな
   い端部において密封してふさがれていることを特徴とす
   る、請求項８又は９記載の加熱エレメント。