JPH0644090U - 棒状の繊維発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 降雪地域の道路や屋根に埋設する融雪装置，
暖房装置又は保温装置などの発熱ユニットに用い、電気
抵抗値が調整しやすくて電気消費量が少なく、しかも屈
曲可能である。 【構成】 炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維がほぼ平行に
並んだ細長い繊維の集合体であるスライバをその太さを
ととのえ、その外側を耐熱性繊維の織布又は編組で被覆
する。さらにその外側を耐水性プラスチックで被覆する
こともある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、降雪地域の道路や屋根に埋設する融雪装置，暖房装置又は保温装置 などの発熱ユニットに用いる繊維発熱体に関し、電気抵抗値が調整しやすくて電 気消費量が少ない屈曲可能な棒状の繊維発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】

北海道，東北，北陸地方などの寒冷地域では、冬季の積雪や道路の凍結によっ て交通事故が発生したり、交通遮断で生活物資の供給が途絶しやすい。また、凍 結道路や雪道を自動車で走行する場合、スパイクタイヤを取付けることが必要で あるが、このスパイクタイヤが路面を削り、その粉塵公害が問題となって一部地 域で使用が規制されたために道路の融雪が緊急課題になっている。

【０００３】 道路の融雪という課題は、現在、各種のロードヒーターを 敷設することによって解決されつつある。ロードヒーターの一例として、絶縁プ ラスチックでシースしたニクロム線や銅−ニッケル合金線をすだれ状に組み立て た発熱ユニットが存在し、このユニットを道路施工の際におのおの電気接続して 埋設していくだけでよい。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

前記の発熱ユニットでは、低温（１００℃以下）における平衡温度で温度が安 定しにくく、サイリスタなどの温度制御装置の設置によって敷設コストが高くな り、発熱に際して多量の電流が流れるのでアンペアブレーカを装備しても安全性 に問題がある。ニクロム線や銅−ニッケル合金線は、長年の使用によって酸・ア ルカリで腐食して断線する可能性があり、酸化老化についても定期的な検査と取 替えが必要である。

【０００５】 また、ニクロム線や銅−ニッケル合金線などの金属を用い る代りに、棒状の非金属発熱体も提案されている。この発熱体は、ポリエチレン 樹脂の芯材の回りに導電性カーボン樹脂を形成し、さらに絶縁プラスチックのシ ースで被覆している。この発熱体は、芯材の回りに形成した導電性カーボン樹脂 が屈曲や加圧で損傷されやすく、その電気抵抗値を用途に応じて正確に設定する ことが難しいうえに、導電性カーボン樹脂自体が非常に高価である。

【０００６】 本考案は、道路や屋根に埋設する各種の融雪装置に用いる 新たな発熱体を提案するものであり、強度的に優れ且つ発熱表面積が大きくて熱 効率が高い棒状の繊維発熱体を提供することを目的としている。本考案の他の目 的は、電気抵抗値を用途に応じて正確且つ容易に設定できる棒状の繊維発熱体を 提供することである。本考案のさらに他の目的は、施工時の屈曲や加圧で損傷す ることが少ない並列接続の発熱ユニットを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係る棒状の繊維発熱体１は、図１に示す ように、炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維２がほぼ平行に並んだ細長い繊維の集合 体であるスライバ３からなる。スライバ３の太さは、所定の電気抵抗値に応じて ととのえ、その外側を耐熱性繊維の織布又は編組４で被覆してスライバ全体を屈 曲可能に保持する。

【０００８】 外側の織布又は編組４は、公知のバンドル機（図示しない ）などで筒状に作製して被覆しても、織布又は編組の細幅テープをスライバ３の 周囲に巻き付けてもよい。この織布又は編組４は、好ましくは炭素繊維又はアラ ミド繊維製であるが、綿，絹などの天然繊維又は耐熱性のナイロンやポリエステ ルなども使用可能である。

【０００９】 繊維発熱体１の外側は、架橋ポリエチレンやポリ塩化ビニ ルなどの耐水性プラスチック５でさらに被覆すると好ましい。耐水性プラスチッ ク５は、コーティングによって織布又は編組４の外側に薄く形成したり、押出し 成形によってシースすればよい。

【００１０】 並列接続の発熱ユニット６では、図３に示すように、繊維 発熱体１を２本のリード線７，７に対して直角且つ等間隔に多数本配置し、各交 点においてＴ字形平面のジョイント８で電気接続する。発熱ユニット６は、多数 枚連結して道路などの所定の個所に埋設すればよく、融雪装置の全体において公 知の通電装置，温度設定装置及び安全装置などを取付ける。

【００１１】 本考案の発熱ユニットは、図４に示すように直列接続も可 能であり、この態様で玄関マットなどのヒートマット又はヒートプレートに適用 できる。ヒートプレートに適用する場合、直列接続の繊維発熱体１を２枚の耐熱 ガラスシートの間に挟み込めばよい。

【００１２】

【作用】

本考案に係る棒状の繊維発熱体１は、スライバ３の太さつまり炭素繊維又は黒 鉛繊維の短繊維の本数によって、その電気抵抗値を約５〜９００Ω／ｍの範囲で 正確に調整できる。繊維発熱体１は、繊維の集合体をスライバ全体を耐熱性繊維 の織布又は編組４で被覆しているので、伸縮に対して十分な機械強度を有し且つ 屈曲可能である。

【００１３】 繊維発熱体１は、通常の電熱線や導電性カーボン樹脂の発 熱体に比べて繊維束であり、発熱表面積が大きいことによって発熱効率がいっそ う高くなる。また、繊維発熱体１からは遠赤外線が出ることにより、加熱効果が いっそう高くなる。

【００１４】

【実施例】

本考案に係る棒状の繊維発熱体１は、図１に示すように、炭素繊維又は黒鉛繊 維の短繊維２がほぼ平行に並んだスライバ３からなる。用いる炭素繊維は、一般 にピッチを不活性雰囲気中で８００〜１６００℃で焼成して炭化させたものであ る。黒鉛繊維は、不活性雰囲気中で２０００℃以上で焼成して黒鉛化させたもの である。スライバ３の太さは、所定の電気抵抗値に応じて直径約３〜１０ｍｍに ととのえ、その外側を耐熱性繊維の織布又は編組４で被覆してスライバ全体を屈 曲可能に保持する。

【００１５】 外側の編組４は、公知のバンドル機（図示しない）で筒状 に作製して被覆する。この編組４は、炭素繊維又はアラミド繊維製であると好ま しく、繊維発熱体１の編組４の外側は、コーティングによって、架橋ポリエチレ ンなどの耐水性プラスチック５で薄く被覆する。

【００１６】 並列接続の発熱ユニット６では、図３に示すように、繊維 発熱体１を２本のリード線７，７に対して直角且つ等間隔に多数本配置し、各交 点においてＴ字形平面のジョイント８で電気接続する。リード線７では、銅線な どの金属線に絶縁層及び外層のプラスチック（図示しない）を被覆している。

【００１７】 Ｔ字形平面のジョイント８は、耐熱性プラスチックの成形 品である。図２に示すように、各ジョイント８の接続個所において、リード線７ から絶縁層及び外層のプラスチックを除去して金属線に突片９を直接接続し、該 突片に繊維発熱体１のスライバ３の先端部を差し込む。次に半割状のジョイント ８を嵌め込み、下方部周囲をバンド１０で固定すればよい。

【００１８】 図３に示すような並列接続の発熱ユニット６は、一般に多 数枚連結してロードヒーティングとして道路などの所定の個所に埋設すればよく 、融雪装置の全体において公知の通電装置，温度設定装置及び安全装置など（図 示しない）を取付ける。この発熱ユニット６は、フロアヒーティング又は凍結防 止にも使用できる。

【００１９】 本考案の発熱ユニットは、図４に示すようにジグザグ状に 直列接続も可能であり、この態様でヒートマット又はヒートプレートに適用でき る。ヒートマットに適用する場合、直列接続の繊維発熱体１１をパイル下側の基 布層又は樹脂層に埋め込めばよい。ヒートプレートに適用する場合、直列接続の 繊維発熱体１１を２枚の耐熱ガラスシート１２（図４）の間に挟み込めばよく、 この場合には最外層の耐水性プラスチックを被覆しなくてもよい。

【００２０】 直列接続の発熱ユニット１５は、図５に例示のようにルー フヒーティングとして建物１３の屋根１４に設置可能である。また、この発熱ユ ニット１５は、前記と同様にフロアヒーティングや凍結防止に使用できる。

【００２１】 次に、本考案の実験例を説明する。 実験例１ 直径１４.５μｍの炭素繊維のラップをカーディングによって短繊維２を束ね 、体積抵抗値１５Ω及び繊維目付８ｇ／ｍの綱状のスライバ３とし、バンドル機 によって側糸が１５００デニールの芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）４本 からなる編組４で被覆する。得た棒状の繊維発熱体１を長さ１ｍに切断し、５本 を結線する。

【００２２】 この繊維発熱体１に、電圧１５Ｖ，電流１Ａの交流電流を アンペアブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消費電力は １本当り１５Ｗで全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度は２０℃である から、５０℃昇温したことになる。この状態で２４０時間連続通電しても、ヒー ター部が７０℃以上に昇温せず、安定した状態が続く。

【００２３】 この繊維発熱体１の消費電力が７５Ｗ／ｍ²であるのに対 し、公知のヒーターは殆ど２００Ｗ／ｍ²であるから相当の省エネになる。

【００２４】 実験例２ 直径１４.５μｍの炭素繊維のラップをカーディングによって短繊維２を束ね 、体積抵抗値９Ω及び繊維目付１４ｇ／ｍの綱状のスライバ３とし、バンドル機 によって側糸が１５００デニールの芳香族ポリアミド繊維４本からなる編組４で 被覆する。得た棒状の繊維発熱体１を長さ１ｍに切断し、５本を結線する。

【００２５】 この繊維発熱体１に、電圧１１.５Ｖ，電流１.２８Ａの交 流電流をアンペアブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消 費電力は１本当り１５Ｗであって全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度 は２０℃であるから、５０℃昇温したことになる。

【００２６】 実験例３ 直径１４.５μｍの炭素繊維のラップをカーディングによって短繊維２を束ね 、体積抵抗値４Ω及び繊維目付３０ｇ／ｍの綱状のスライバ３とし、バンドル機 によって側糸が１５００デニールの芳香族ポリアミド繊維４本からなる編組４で 被覆する。得た棒状の繊維発熱体１を長さ１ｍに切断し、５本を結線する。

【００２７】 この繊維発熱体１に、電圧７.５Ｖ，電流２Ａの交流電流 をアンペアブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消費電力 は１本当り１５Ｗであって全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度は２０ ℃であるから、５０℃昇温したことになる。

【００２８】

【考案の効果】

本考案に係る棒状の繊維発熱体は、通常の電熱線や導電性カーボン樹脂の発熱 体に比べて発熱表面積がいっそう大きくて発熱効率が高く、しかも炭素繊維又は 黒鉛繊維のスライバ全体を織布又は編組で被覆しただけであるから非常に安価で ある。この繊維発熱体を寒冷地域における道路などに広範囲に埋設すれば、当初 のイニシャルコスト及び電気代などのランニングコストの面で有利である。

【００２９】 本考案の繊維発熱体は、繊維がほぼ平行に並んだ細長い繊 維の集合体であるスライバの太さつまり炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維の本数に よって、その電気抵抗値を約５〜９００Ω／ｍの範囲で正確に設定できる。この 繊維発熱体は、低温（１００℃以下）における平衡温度で温度が安定しており、 発熱に際して小電流が流れるだけであるので安全性が高く、アンペアブレーカが 不要になる。

【００３０】 本考案の繊維発熱体は、スライバ全体を耐熱性繊維の織布 又は編組で被覆して保持しているので伸縮に対して十分な機械強度を有し且つ屈 曲可能である。この繊維発熱体は、長年使用しても酸・アルカリなどで腐食した り酸化老化することがなく、発熱ユニットして施工時に屈曲や加圧で損傷するこ とが少ない。

【００３１】 本考案における発熱ユニットでは、各繊維発熱体と２本の リード線の交点をＴ字形平面のジョイントで電気接続する。この発熱ユニットは 、ロードヒーティングとして道路，車庫，玄関前，駐車場，バス停留所などに埋 設したり、フロアヒーティングとして浴場，待合室や体育館などの床又は温水プ ールのプールサイドなどに埋設可能である。また、凍結防止のために、冷凍倉庫 や冷蔵倉庫の出入口，歩道橋の表面や階段部に適用してもよい。

【００３２】 本考案の発熱ユニットは直列接続も可能であり、この態様 で比較的狭い屋根，ビル屋上，ベランダなどのルーフヒーティングを行なっても よい。この発熱ユニットは、玄関マットなどのヒートマット又はヒートプレート にも適用できる。ビニルハウスなどにおいて、棒状の発熱体を土中に埋設して野 菜などの促成栽培に利用することも可能である。

【提出日】平成５年６月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】 この繊維発熱体１に、電圧１５Ｖ，電流１Ａの直流電流をアンペ アブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消費電力は１本当 り１５Ｗで全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度は２０℃であるから、 ５０℃昇温したことになる。この状態で２４０時間連続通電しても、ヒーター部 が７０℃以上に昇温せず、安定した状態が続く。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】 この繊維発熱体１に、電圧１１.５Ｖ，電流１.２８Ａの直流電流 をアンペアブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消費電力 は１本当り１５Ｗであって全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度は２０ ℃であるから、５０℃昇温したことになる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】 この繊維発熱体１に、電圧７.５Ｖ，電流２Ａの直流電流をアン ペアブレーカなしで通電するとヒーター部が７０℃となり、その消費電力は１本 当り１５Ｗであって全体で７５Ｗ／ｍ²である。測定時の環境温度は２０℃であ るから、５０℃昇温したことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係る繊維発熱体を拡大して示す概略
斜視図である。

【図２】 本考案で用いるジョイントを示す拡大断面図
である。

【図３】 本考案の発熱ユニットを示す概略平面図であ
る。

【図４】 発熱ユニットの他の例を示す概略平面図であ
る。

【図５】 発熱ユニットを屋根に取付けた状態を示す概
略側面図である。

【符号の説明】

１ 繊維発熱体 ２ 炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維 ３ スライバ ４ 耐熱性繊維の編組 ５ 耐水性プラスチック ６ 発熱ユニット ７ リード線 ８ ジョイント

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維がほぼ平
   行に並んだ細長い繊維の集合体であるスライバを所定の
   電気抵抗値に応じて太さをととのえ、その外側を耐熱性
   繊維の織布又は編組で被覆している屈曲可能な棒状の繊
   維発熱体。
2. 【請求項２】 炭素繊維又は黒鉛繊維の短繊維がほぼ平
   行に並んだ細長い繊維の集合体であるスライバを所定の
   電気抵抗値に応じて太さをととのえ、その外側を耐熱性
   繊維の織布又は編組で被覆し、さらにその外側を耐水性
   プラスチックで被覆している棒状の繊維発熱体。
3. 【請求項３】 炭素繊維又は黒鉛繊維のスライバの外側
   を耐熱性繊維の織布又は編組と耐水性プラスチックとで
   被覆した棒状の繊維発熱体を、並置した２本のリード線
   に対して直角且つ等間隔に多数本配置し、各交点におい
   てＴ字形平面のジョイントで電気接続する並列配置の発
   熱ユニット。