JPH0845649A - ヒータ素子 - Google Patents

ヒータ素子

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JPH0845649A
JPH0845649A JP17779394A JP17779394A JPH0845649A JP H0845649 A JPH0845649 A JP H0845649A JP 17779394 A JP17779394 A JP 17779394A JP 17779394 A JP17779394 A JP 17779394A JP H0845649 A JPH0845649 A JP H0845649A
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JP
Japan
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heating element
quartz glass
heating
heater
composite
Prior art date
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Pending
Application number
JP17779394A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuya Hosokawa
竜也 細川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagano Co Ltd
Original Assignee
Nagano Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nagano Co Ltd filed Critical Nagano Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気中で、被加熱体を急速加熱することがで
きるヒータ素子を提供する。 【構成】 このヒータ素子Aは、C/Cコンポジットか
ら成る発熱体1に通電端子3a,3bが接続され、か
つ、前記発熱体1の全面または一部表面1dは石英ガラ
ス5で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヒータ素子に関し、更に
詳しくは、昇温速度を極めて大きくすることができるの
で被加熱体の急速加熱を可能とし、また、耐熱衝撃性も
優れているヒータ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば石油ファンヒータの着火室の場
合、その壁部には、通常、シースヒータがヒータ素子と
して埋込まれている。そして、石油ファンヒータのスイ
ッチをオンすると、シースヒータは抵抗発熱を開始して
着火室を加熱し、同時に、着火室には灯油が空気と一緒
に噴霧される。着火室が所定の温度に加熱された時点で
灯油は燃焼する。
【0003】このとき、スイッチオンから着火までの時
間が短いほど暖房器具としては好適であり、通常、1分
以内に着火することが望ましいとされている。しかしな
がら、従来から使用されているシースヒータの昇温速度
はそれほど大きいとはいえず、スイッチオンから着火ま
でに要する時間は、通常、3〜5分程度である。従来、
この着火までの時間を1分以内に短縮するためには、石
油ファンヒータの非使用時においても、シースヒータに
所定値の電流を通電して発熱させ、もって着火室を所定
の温度に保温しておくという処置が採られている。この
ような状態にしておけば、スイッチオンから着火までの
時間は、確かに1分以内に短縮することが可能になる。
【0004】しかしながら、上記した処置は電力を無駄
に使用することであり、省エネルギーの観点からすると
好ましいことではない。ところで、ある所定の通電量で
発熱体の昇温速度を高めようとする場合には、当該発熱
体を薄形または細径にして通電する断面積を小さくすれ
ばよい。そのことによって、オームの法則に基づき、発
生する抵抗発熱量が増大するからである。
【0005】従来から、ヒータ素子の発熱体としては、
ニクロムや、W,Moのような高融点金属や、炭素材ま
たは黒鉛材などが広く使用されている。これらのうち、
ニクロム,W,Moなどは薄形,細径などへの形状加工
の自由度が高いので、大きい昇温速度を実現する発熱体
にすることができる。しかし、高温になればなるほどそ
の機械的強度は低下し、断線等の事故を引き起こすこと
がある。
【0006】一方、炭素材や黒鉛材の場合は、高温下で
の機械的強度の低下という事態は起こらないが、そもそ
も、素材の機械的強度が小さく、そのため、薄形,細径
に精密加工することが困難であり、また薄形,細径に加
工できたとしても、それを発熱体として組込むことは困
難であり、わずかな外力でも損壊することがある。しか
も、この材料の場合は、このままの状態で、高温の酸化
性雰囲気中で使用すると激しく酸化消耗してしまう。
【0007】ところで、最近、炭素繊維/炭素コンポジ
ット(以下、C/Cコンポジットという)が発熱体とし
て注目を集めている。このC/Cコンポジットは、マト
リクスが炭素(または黒鉛)で、強化材が炭素繊維(ま
たは黒鉛繊維)から成る複合材料で、軽量,耐熱性,耐
食性を備えるとともに、極めて大きな機械的強度を有
し、しかも、非酸化性雰囲気下においては、前記した炭
素材や黒鉛材と同じように、温度2500℃までその機
械的強度が低下しないという特徴を備えている。
【0008】したがって、このC/Cコンポジットの場
合、その形状を薄形または細径にしてもそれが損壊する
心配は少ないので、複雑で精密な形状に加工することが
できる。このようなことから、C/Cコンポジットは、
昇温速度を高めるための発熱体として有効であるという
ことができる。また逆にいえば、ある所定の温度にまで
抵抗発熱させるために要する通電量、すなわち消費電力
を少なくすることができ、省エネルギーの点からも有効
な発熱体である。
【0009】このC/Cコンポジットの発熱体は、形状
設計を適切化することによって昇温速度を大きくするこ
とができ、したがって、被加熱体の急速加熱を実現する
ために有効な発熱体であるが、しかし次のような問題が
ある。すなわち、材質は全て炭素(または黒鉛)である
ため、高温の大気中で使用すると、激しく消耗して原形
をとどめなくなることである。そのため、高温下での使
用時には、使用環境を非酸化性雰囲気に設定することが
必要になる。
【0010】また、低温の大気中で使用した場合、酸化
消耗はそれ程激しくは起こらないが、それでも、徐々に
酸化は進行していく。とくに、スイッチオン時に、通電
端子と発熱体との接続部などでは瞬間的にせよ500℃
程度の温度になることもあり、発熱体の酸化消耗が微少
ではあれ、発生する。このようなことから、大気中で、
C/Cコンポジットを発熱体として実使用する場合に
は、上記した問題への対策を講ずることが必要になる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したC
/Cコンポジットを発熱体として組込んだヒータ素子で
あって、大気中でそのまま使用することができ、そして
被加熱体の急速加熱を実現することができる新規な構造
のヒータ素子の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、C/Cコンポジットから成
る発熱体に通電端子が接続され、かつ、前記発熱体の全
面または一部表面は石英ガラスで被覆されていることを
特徴とするヒータ素子が提供される。とくに、石英ガラ
ス板と、前記石英ガラス板の片面に一方の発熱面が面接
触状態で配置されたC/Cコンポジットから成る面状発
熱体と、前記面状発熱体に接続されて他方の発熱面から
突出する通電端子と、少なくとも前記面状発熱体の他方
の発熱面を被覆する石英ガラス層とから成るヒータ素子
が提供される。
【0013】
【作用】本発明のヒータ素子の発熱体はその機械的強度
が極めて大きいC/Cコンポジットから成る。したがっ
て、薄形,細径に加工してその通電断面積を小さくして
も、その発熱体の機械的強度は維持される。その場合、
発熱体の全体の体積は小さいので、発熱体の熱容量は小
さくなる。すなわち、スイッチオンと同時に通電端子か
ら通電された電流により、発熱体は短時間で所定温度に
まで昇温する。
【0014】一方、発熱体の表面を被覆する石英ガラス
は、耐酸化性,電気絶縁性を備え、しかも赤外線の透過
性も優れている。したがって、このヒータ素子を直接被
加熱体に接触した状態で配置しても、発熱体と被加熱体
との電気絶縁性は確保され、また、発熱体からの抵抗発
熱は石英ガラスを透過して被加熱体の方に速やかに流入
し、被加熱体を有効に発熱させる。そして、発熱体を被
覆する石英ガラスは耐酸化性に優れているので、このヒ
ータ素子を大気中で使用しても、発熱体の酸化消耗を防
止できる。
【0015】なお、発熱体を被覆する石英ガラスの厚み
は格別限定されるものではないが、その厚みが厚すぎる
と、発熱体との熱膨張差に基づく熱応力が大きくなって
発熱体から剥離したり、また微小クラックなどが発生す
るようになるので、その厚みは20〜30μm程度にす
ることが好ましい。このような石英ガラスの薄層は、例
えば、発熱体を密閉チャンバ内にセットし、ここにSi
Cl4 のガスを供給し、そのガスを酸水素炎で酸化して
SiO2 を合成する気相合成法や、Si(OC2 5)4
のようなシリコンアルコキシドのゾルを発熱体の表面に
塗布したのち当該ゾルを石英ガラス化する方法などによ
って形成することができる。
【0016】
【実施例】
実施例1 以下に、図面に基づいて本発明のヒータ素子を説明す
る。まず、発熱体としては、図1で示したように、C/
Cコンポジットから成り、通電路が渦巻き状の平面パタ
ーンである面状発熱体1を用意した。
【0017】この面状発熱体1は、炭素繊維含有率70
体積%,密度1.57g/cm3 ,曲げ強度20kgf/mm2
引張強度15kgf/mm2 ,膨張係数0.3〜7.0×10-6
℃,熱伝導率4.1〜7.5×10cal/cm・sec ・℃,比熱
0.17cal/g・℃,比抵抗2.4〜2.5Ω・cmの特性を有
し、通電路の厚みは0.5mm,路幅2mmのものであり、こ
こには通電端子を接続させる端子部1a,1bが形成さ
れている。
【0018】この面状発熱体1を用いて、図2,図2の
III−III 線に沿う断面図である図3で示したような構
造のヒータ素子を製造した。まず、厚み1〜2mm,直径
45mmの石英ガラス板2の片面2aに面状発熱体1の一
方の発熱面1cを面接触状態で載置した。このとき、面
状発熱体1の端子部1a,1bに、直径2mm,長さ22
mmでSUS316から成る通電端子3a,3bを挿通
し、同じくSUS316から成るワッシャ4a,4bを
用いて前記通電端子3a,3bを面状発熱体の端子部に
接続して立設した。
【0019】ついで、石英ガラス板2,通電端子3a,
3bの先端をマスキングして密閉チャンバにセットし、
気相合成法により、面状発熱体1の他方の発熱面1dと
通電端子3a,3bとワッシャ4a,4bの表面を厚み
約25μmの石英ガラス層5で被覆した。このようにし
て製造したヒータ素子Aを、図4で示したように、アル
ミ製の有底円筒6の底面6aの上にそのまま載置したの
ち、その上から透孔7a,7bを有する上蓋7を、当該
透孔7a,7bに通電端子3a,3bを挿通した状態で
かぶせ、両者をボルト−ナットで緊締した。なお、この
とき、ヒータ素子Aの石英ガラス5の面と上蓋7との間
には断熱材を充填した。
【0020】得られたヒータにつき、通電端子3a,3
bから、45V,11.2Aの電力を供給し、電力供給の
時点から有底円筒6の側面6bが250℃になるまでの
時間を測定した。約50秒であった。なお、この時点に
おける上蓋7の温度は約50℃であった。上記した熱操
作を1万回行った時点においても、有底円筒の側面6b
を250℃にまで加熱するに要した時間はいずれのとき
も1分以内であった。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ヒータ素子は、通電断面積を小さくすることができるC
/Cコンポジットを発熱体としているので、昇温速度を
大きくして被加熱体を急速加熱することができる。そし
て、C/Cコンポジットから成る発熱体の表面は石英ガ
ラスで被覆されているので耐酸化性は良好であり、大気
中でも使用することができる。また、発熱体で発生した
熱量は熱透過性が良好な石英ガラスを介して被加熱体に
有効に流入する。
【0022】したがって、本発明のヒータ素子は、例え
ば、石油ファンヒータの着火室,コーヒーメーカの湯沸
かし室,ガスレンジの着火源など、スイッチオンしてか
ら短時間で所定温度にまで被加熱体を加熱することが必
要な製品の熱源として非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】C/Cコンポジットから成る面状発熱体の斜視
図である。
【図2】本発明のヒータ素子の1例を示す平面図であ
る。
【図3】図2の III−III 線に沿う断面図である。
【図4】図2,図3で示したヒータ素子を組込んだヒー
タを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1 C/Cコンポジットの面状発熱体(発熱体) 1a,1b 通電端子との接続部 1c 発熱体1の一方の発熱面 1d 発熱体1の他の発熱面 2 石英ガラス板 2a 石英ガラス板の片面 3a,3b 通電端子 4a,4b ワッシャ 5 石英ガラス薄層 6 有底円筒 6a 有底円筒6の底面 6b 有底円筒6の側面 7 上蓋 7a,7b 透孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素繊維/炭素コンポジットから成る発
    熱体に通電端子が接続され、かつ、前記発熱体の全面ま
    たは一部表面は石英ガラスで被覆されていることを特徴
    とするヒータ素子。
  2. 【請求項2】 石英ガラス板と、前記石英ガラス板の片
    面に一方の発熱面が面接触状態で配置された炭素繊維/
    炭素コンポジットから成る面状発熱体と、前記面状発熱
    体に接続されて他方の発熱面から突出する通電端子と、
    少なくとも前記面状発熱体の他方の発熱面を被覆する石
    英ガラス層とから成る請求項1のヒータ素子。
JP17779394A 1994-07-29 1994-07-29 ヒータ素子 Pending JPH0845649A (ja)

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JP17779394A JPH0845649A (ja) 1994-07-29 1994-07-29 ヒータ素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002008824A (ja) * 2000-06-26 2002-01-11 Kyocera Corp セラミックヒータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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