JPH0429197B2

JPH0429197B2 -

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Publication number: JPH0429197B2
Application number: JP4549785A
Authority: JP
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1992-05-18
Also published as: JPS61203589A

Description

【発明の詳細な説明】

〈産業上の利用分野〉本発明は建物、飛行機、自動車、列車等の屋
根、家屋の出入口付近の通路面、道路、飛行場の
滑走路等の上に積つた雪やこれが氷結したのを解
かすためのパネル状ヒーターに関するものであ
る。〈従来の技術〉従来、積つた雪を取除く場合には、雪かきにみ
られるような物理的な除雪作業とか、噴水による
融雪等がなされてきた。また、電気とか温水等に
よるパネルヒーターを用いる試みがなされてい
る。〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、これまで試みられているニクロム線電
気ヒーターとか温水等によるパネルヒーターは、
融雪を可能としてはいるものの、所要電気代や設
備費等が高く、実現的ではなかつた。〈問題点を解決するための手段〉本発明は、熱効率の良いヒータについて種々検
討した結果、先に本発明者が特開昭60−140692号
において提供した特殊な感熱電気抵抗組成物の使
用によつてこれが可能であることを見いだし、こ
こに完成をみたのである。すなわち、電気絶縁シート間へ分子中に複数の
アルキレンオキシドを単位構造として含有する有
機化合物と、粉末、繊維、ウイスカーの形態をな
す炭素微細片とからなり温度変化に対して電気抵
抗が急変する性質を有する感熱電気抵抗組成物を
電極と共に封入し、これを樹脂板、金属板、木板
等の剛性板材で被覆したことを特徴とするもので
ある。導電性蓄熱媒体の詳細は前述の特開昭60−
140692号に詳述するところであるが、電導度δの
温度変化は一般に、δ＝δ。exp（−ΔE／kT）
で表現できる。ところが、一定温度以下では上記
の式に従うが、一定温度以上では上記の式で計算
されるより抵抗値がはるかに大きな値を示すよう
な物質がある。この性質を「正特性」と呼ぶ。従
来、無機物質であつて正特性をもつものとして
は、チタン酸バリウムに微量の希土類元素を添加
したものが使用されている。一方、有機物質にお
いて十分大きな正特性をもつものとして、炭素−
パラフイン−ポリエチレン系が知られている。し
かし、この組成物は相溶性がわるく、混合法、特
性の経時変化に問題がある。この他に、カーボン
−ポリマー組成物が使用されているが、正特性は
それほど大きくない。本発明に用いる前記感熱電気抵抗組成物は大き
な正特性をもち、カーボンが分子中に複数のアル
キレンオキシドを単位構造として含有する有機化
合物に対して非常に容易に分散して、極めて大き
な正特性が安定して得られることを特徴としてい
る。なかでも、ポリエチレングリコール（以下
PEGと略記）を主成分とするものが特に良好で
あり、難燃性で引火性も弱いから蓄熱媒体として
優れていることに注目し、鋭意研究を進めた結
果、有機化合物の分子中に複数のアルキレンオキ
シドを単位構造として含むものが、他の有機化合
物に比し格段に優れた特性を示すことを見出し、
前述したように感熱電気抵抗組成物として提供し
たところである。分子中に複数のアルキレンオキシドを単位構造
として含有する有機化合物は、直鎖状、環状を問
わず優れた正特性を示す。その具体的化合物を以
下例示する。直鎖状化合物としては、ポリオキシアルキレン
類、例えば、PEG及びそれの高分子量のポリエ
チレンオキシド、ポリオキシエチレンとポリオキ
シプロピレンのブロツク共重合体（いわゆるプル
ロニツク、テトロニツクと称されるもの）、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエ
チレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチ
レンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアル
キルアミン、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪
酸エステルなどが挙げられる。環状化合物としては、トリオキサンのほか、各
種クラウンエーテル類、例えば、ジベンゾ−14−
クラウン−４、15−クラウン−５、ベンゾ−15−
クラウン−５、18−クラウン−６、ジベンゾ−18
−クラウン−６、ジシクロヘキシル−18−クラウ
ン−６、ジベンゾ−21−クラウン−７、ジベンゾ
−24−クラウン−８、ジシクロヘキシル−24−ク
ラウン−８、テトラベンゾ−24−クラウン−８、
ベジンゾ−60−クラウン−20など多くのものが挙
げられる。以上例示した分子中に複数のアルキレンオキシ
ドを単位構造として含有する有機化合物に対して
混合する炭素は、黒鉛、活性炭、無定形炭素等の
粉末状、繊維状や単結晶からなるウイスカーの形
態をなす炭素微細片であり、上記直鎖状又は環状
ポリエーテル中に混合可能なものを云う。両者の混合物は、いかなる組成比でも極めて安
定で均一に混合されており、相分離しない。そし
て、炭素微細片の混合割合によつて正特性のあら
われる領域があり、通常有機物100に対して10〜
80の範囲である。10より少ない場合は高抵抗で通
電性がなく、80より多くなると逆に通電性が大と
なつて温度変化により正特性を示さないものとな
る。しかし、有機化合物の種類や炭素微細片の種
類によつて正特性のあらわれる範囲は大きく変動
するから、上記範囲に限定されるものではない。このように、有機化合物と炭素微細片との混合
比率は重要な因子であり、混合比率を変えて、通
電時間と温度上昇及び抵抗値の変化から判断して
融雪に適した温度範囲を設定する。例えば、融点
49℃のPEG（＃2000）120部に対して黒鉛粉末を
20，40，60，80部添加した系に対して通電した際
の時間と温度変化は第５図に示すようになり、20
部では上昇せず、80部では短時間に高温にあが
る。そして、40〜60部で良好に作動し、40部では
約40℃で安定し、60部では約48℃で安定すること
がわかる。通電初期には電気抵抗が500Ω以下で
1.5A位の電流値であるが、PEGが軟化又は溶融
すると1900Ωにまで抵抗が上り、電流は0.1A以下
になり、そのまま平衡温度に達する。その模様を
第６図に示した。同じPEGでも＃1540は内部温
度が45℃、＃6000は55℃となり、分子量の増加に
伴つて正特性を示す温度が上昇するのである。こ
のように、蓄熱媒体に10〜60部の黒鉛粉末を混合
したものは、加熱ヒーターもサーモスタツトも不
要の自己温度調節機能を有した感熱電気抵抗組成
物となるのである。 PEGは上述のように、最も好ましい性質を示
し、これにポリオキシプロピレンの鎖がつながつ
ても、また、末端基が水酸基からメトキシ基など
アルコキシ基、あるいはアルキルエステルやアル
キルアミンに置換されても、正特性を示す。このような正特性は有機化合物媒体の融点以下
の温度で通電時に電気抵抗値の急上昇がみられ
る。これを第１表に示した。

【表】本発明は、以上のような感熱電気抵抗組成物の
中から適当なものを選択し、組成を適当に調製し
て融雪に適した正特性温度として用いる。例え
ば、感熱電気抵抗組成物の温度−電気抵抗値の関
係をグラフアイトカーボン（以下GCと略記）
（28.5％）＋PEG＃6000（35.7％）＋PEG2000（35.7
％）系の場合（実線）と、GC（28％）＋プルロ
ニツクF68（72％）系の場合（鎖線）について、
示すと第７図のようである。このような感熱電気抵抗組成物を本発明におい
てはそのまま、あるいは薄い織布、不織布、スポ
ンジシート等の非電導性シートに含浸担持させて
面状発熱体とし、これを表裏２枚の非電導性シー
トで密封すると共に、その内部に所定間隔をおい
て電極を埋設し、全体を樹脂板、金属板、木板等
の剛性板材で被覆したのである。〈作用〉このような特殊な感熱電気抵抗組成物の使用に
よつて、通電設備のみ設けると、後は融雪に適し
た温度となるよう自己温度調節機能が働いて、効
率良く電気を熱に変換して融雪を効率よく実施さ
せるためには、パネルヒーターの表面温度を高温
にする必要はなく、第１表にも見られるように正
特性温度が20〜60℃で十分である。場合によつて
は10℃前後でもよい。このような低温パネルヒー
ターであるから、電力消費量も少なく、また、正
特性を示す組成物であるから、温度調節装置が一
切不用である。安定した正特性を示す理由は未だ
十分明らかではないが、複数のアルキレンオキシ
ド中のエーテル結合の酸素原子がもつ不対電子と
炭素微細片との相互作用による誘電率の変化によ
ると考えられる。以下図面によつて本発明の実施例を詳細に説明
する。〈実施例１〉第１図は本発明に係る融雪用パネルヒーターの
一部破断斜視図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ
断面図である。第３図は内部の面状発熱体の平面
図である。これらの図にみられるように、この融
雪用パネルヒーターは面状発熱体１の表面を樹脂
板２で被覆した構造である。他に、使用目的によ
つて、金属板等の剛性板による被覆もなされる。
面状発熱体１は先に詳細に説明した通りであつ
て、感熱電気抵抗組成物を適当に選択して使用す
ることによつて、パネル表面を融雪に適した10〜
40℃にすることができる。本実施例では感熱電気
抵抗組成物３の組成を、PEG（＃6000）600ｇに
対して黒鉛粉末295ｇを混合したものである。図に示す例は、たてが1000mm、よこ1700mm、厚
さ2.4mm程度の面状発熱体１を２枚の厚さ0.2mmの
ポリエステルフイルムからなる非電導性シート
４，４で作り、その外周をFRP樹脂で全体の厚
さが10mmとなるよう被覆したものである。面状発
熱体１は内部をよこ方向に細長くたてを幅５mm、
厚さ２mmの仕切りテープ５で５等分し、幅約150
mm、長さ約1660mmの薄手空間を５室設け、それぞ
れ非電導性の仕切テープ５両側へ容量10Aの鋸歯
状の電極６，６を配置し、間〓７ａ〜７ｅにその
まま感熱電気抵抗組成物３を240ｇ宛充填した。この融雪用パネルヒーターに対して100V交流
電源を接続して、通電し、気温−５℃におけるパ
ネル表面温度を時間経過に従つて測定した。その
結果を第２表に示す。

【表】

【表】第２表から明らかなように、通電直後は5Aも
の電流が流れるが、１分後には2Aとなり、５分
〜10分でほぼ平衡値の1.5Aになる。温度も30℃
から40℃に達し、40℃以上には上らない。この温
度は表面温度であるから、内部は55℃程度であ
る。温度が低下すると抵抗値が減少するので電流
が増加し、再び一定温度に回復するので、除雪用
パネルヒーターとして最適なものである（なお、
この例では表面温度は除雪用パネルヒーターの表
面中央部分で測定した）。〈実施例２〉 PEG（第一工業製薬株式会社製、）＃2000及び、
プルロニツクF68（平均分子量8000、旭電化工業
株式会社製、）とグラフアイトカーボン（米山薬
品工業株式会社製）との５：５：４重量比の感熱
電気抵抗組成物を調製し、実施例１と同じ面状発
熱体とし、AC100Vを通電後の温度、電流値を測
定した。通電後温度が上昇しやがて一定温度を維
持し、それに対応して電流が減少し、やがて、電
流1.3A、温度36℃の一定値となつた。このこと
から、ポリプロピレングリコールの鎖の両端に
PEGが結合した構造のプルロニツクを用いた場
合も、飽和温度を除雪に適した熱効率のよい範囲
へと調節することによつて、除雪用パネルヒータ
ーとして使用することができる。感熱電気抵抗組成物を絶縁シートによつて封入
した自己温度調節可能な面状発熱体１は、これま
での例ではこれを樹脂板、樹脂被覆鋼板等で被覆
している。しかし、滑走路とか道路のように高荷
重のかかる個所には、第４図に示したような、間
欠的に接地部８を設けた高荷重受構造の鋼板９の
非接地部１０の空間へ面状発熱体１を配設すると
荷重によつて破壊されることから避けることがで
きる。〈発明の効果〉本発明の除雪用パネルヒーターは以上のような
正特性を有する感熱電気抵抗組成物を使用してお
り、それ自身自己温度調節機能を有した構造であ
るから、装置にサーミスタのような温度調節のた
めの複雑な部品を必要としない簡単な構造であ
る。また、低温安定型であるから、電気の熱変換
効率が良いので、除雪に要する電力消費が少な
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る融雪用パネルヒーターの
一部破断斜視図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ
断面図である。第３図は内部の感熱電気抵抗組成
物シートの平面図である。第４図は他の実施例の
要部拡大断面図である。第５図はPEGと黒鉛粉
末の混合比を変えた感熱電気抵抗組成物の通電時
間と温度の関係を示すグラフであり、第６図は第
５図における黒鉛粉末が60部のときの通電初期の
時間と温度及び電流値の関係を示すグラフであ
る。第７図は感熱電気抵抗組成物の温度と電気抵
抗の関係を示すグラフである。１……面状発熱体、２……樹脂板、３……感熱
電気抵抗組成物、４……非電導性シート、６……
電極、７ａ〜７ｅ……間〓、８……接地部、９…
…高荷重受構造の鋼板、１０……非接地部。

Claims

【特許請求の範囲】

１電気絶縁シート間へ分子中に複数のアルキレ
ンオキシドを単位構造として含有する有機化合物
と、粉末、繊維、ウイスカーの形態をなす炭素微
細片とからなり温度変化に対して電気抵抗が急変
する性質を有する感熱電気抵抗組成物を電極と共
に封入し、これを樹脂板、金属板、木板等の剛性
板材で被覆してなる融雪用パネルヒーター。