JPS6314265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ローギンの米国特許第1171059号（1916年２月
８日）に開示されている電気抵抗ワイヤー・コイ
ル（発熱コイル）は、その特徴的な形態故に今日
ではヤマアラシ型コイルと呼ばれている。

ヘンリクセンの米国特許第1163536号（1915年
12月７日）に開示されているように、このような
ヤマアラシ型コイルは、その間を流体を流す様に
管に入れると、高能率の発熱流体ヒータとなるも
のである。

ヤマアラシ型コイルを製造するためには、電線
を平坦なマンドレルの回りに捲回して、頂部と呼
ばれる半径の小さい環状端部を有する平坦なうず
まきを形成することになる。マンドレルから外す
と電線の固有なスプリングの戻りは平坦なうずま
きを同一方向に部分的に回転させる結果、外され
たコイルは自動的に平坦なうずまきのらせん状連
続体になる。これらのうずまきはコイルの全長に
亘つてまとめられるので、短絡を防ぐためうずま
き同士を離間させる必要がある。

ヘンリクセンの特許ではコイルはその端部が端
子に固定されることにより引き伸され、ローギン
の特許ではコイルはその上端部で垂直に懸吊され
重力がコイルうずまきを仕切つている。どちらの
装置も高速流体に対しては安定したものではな
い。

円形うずまきを有する円筒形状に捲回された電
気抵抗を有する電線において、コイルの外周に流
動体または可塑性絶縁材を流し込んで前記コイル
を包囲する管を形成し、前記管の内側ににコイル
うずまきを部分的に埋設させることは公知であ
る。このことはベーベの米国特許第786257号
（1905年４月４日）で開示されている。しかしな
がら、この装置では電線の表面領域の半分が管内
を流れる流体に露出されているのに過ぎない。

本発明によれば、環状頂部を有する平坦なうず
まきのらせん状連続体に特徴的に形成された電気
抵抗を有する電線のヤマアラシ型コイルはその長
軸方向に引き伸されている結果うずまき群は短絡
を防止するために十分な程相互に離間されている
ものである。電気的絶縁体を少なくともその内部
に有する管は、コイルの頂部のみがその管の内部
に埋設されてコイルを囲繞するように形成されて
いるものである。この埋設の程度は各うずまきを
離脱することなく定位置に固定させるに十分であ
ればよく、各うずまきの大部分を管の内部に露出
させて、流体が管内を流れる際、高能率の熱移動
を可能ならしめるものである。流体は平坦なうず
まきの交差迷路間を流れて乱流状態を生じさせる
ことにより、完全に開放されている中央中空部を
自由流動することを防止するものである。各うず
まき群は各々の頂部を介して個々に固定されてい
るので、管内に高速流体を流しても引き伸された
コイルの配置状態は脱離させられないものであ
る。

この流体ヒータを作製するには、フエルト化さ
れたセラミツク繊維からなる管を使用することが
現今では構造上の強度の点でも局部的に加えられ
る圧力による変形又は圧縮の点でも好ましい。こ
の種の製品は入手容易で電気的に不導体であり耐
熱性を有する。

管の内径は引き伸されたコイルの外径よりも若
干小さいものであり、例えば管をその長軸方向に
二半円管に分割してその間に引き伸したコイルを
はさんで閉じ合せることにより、コイルうずまき
の各頂部は管の繊維物質を局部的に圧縮して内側
に陥没させることにより部分的に埋設されるもの
である。二個の半円管は接合される外側から包帯
することにより、コイルの各うずまきは定位置に
固定保持されるものであり、コイルを引伸す張力
を解放するものである。もし各平坦なうずまきが
同じ長さを持つように形成される場合各うずまき
は同一量埋設されることになり管に対して長手方
向に個々に固定されていくことになる。うずまき
はその頂部の間を真直ぐな脚部で連結されるの
で、うずまきは比較的高度の半径方向の圧力にも
耐えることができ変形することはない。

管内のコイル端部への必要な電気的接続はどの
ような態様でもよい。管は内側にわずかに先細に
されており、コイルの頂部は管の全長に亘つて深
さを増加するように内部に喰い込む。多相交流電
源のため、異なる相の接続を容易にするためにコ
イルを２以上の区画に分割することも可能であ
る。コイル及び管の長さ、径はどのようなもので
もよいが、コイルの径は６インチ程度が好まし
い。電気抵抗を有する電線の径又はゲージは電流
負荷に適当なものであればよく電線の構造も抵抗
加熱に適したものであればよい。

構造強度のより大きいヒータが要求される場合
には、二個の半円管を、磁器の特長、例えばその
内部が成型セラミツク繊維の層でおおわれた、硬
質セラミツク物質から作製することも可能であ
る。又、二個の半円管の内部を粘度の高いエナメ
ル・スラリーでおおうことも可能であり、引き続
いて加熱することにより管の構造は全てに亘つて
硬質になる。

或いは管を分割せずにその内部をエナメル・ス
ラリーでおおい、コイルを挿入して引き伸したま
まにしてエナメルを固化して頂部を固着させて引
つ張り力を解放することも可能である。

同様に、コイルを適当な装置で引き伸したまま
多孔性繊維袋中に入れ、セラミツク繊維スラリー
中に浸漬し袋の内部を吸気すると、繊維のコイル
内への侵入を袋で防止しつつスラリーの液体構成
部分を袋内に吸引することによりスラリーをうず
まきの頂部の回りに成型することにより、コイル
の回りにセラミツク繊維管を一体的に真空成形す
ることも可能である。その後成型された管を固化
することにより前述のコイルうずまきが定着させ
られたヒータが製造されるものである。

以下添付図面に即して本発明の実施の具体例を
説明する。

第１図に本発明にかかるヒータを図示する。第
２図はその内部構造を示しており、ヤマアラシ型
コイル１が成型セラミツク繊維からなる２箇の半
円管２及び３の間に置かれる。この成型セラミツ
ク繊維からなる管は経済的であり市場で購入可能
であり、半円管に分割される接合線を有してい
る。セラミツク繊維はフエルト化されるか成型さ
れる結果この管は局部的な圧力により変形可能で
ある一方硬く十分な機械的強度を有している。こ
のセラミツク繊維物質は電気的に不導体か絶縁体
であり高温下の使用に適した耐熱性物質である。

第２図にはコイルの前端から後方に伸びる導体
６を収容する半円溝４及び５が２箇の半円管の縁
部に削成されており、コイルの後端には第２導体
７が直接結合されており、両導体には端子Ｔが設
けられている。ヤマアラシ型コイルの特徴的形態
は第６図を参照すれば納得できるものであるが、
この図は二箇の半円管がそれらの縁部を当接しつ
つ接合されるか、バンド若しくは管（図示せず）
で物理的に接合保持されている完成ヒータの端面
を示している。

又第６図は、コイル包旋状体の真直ぐな脚部１
ａ及び環状の頂部１ｂ並びに各うずまきが隣接の
それに対して回転的に配されている状態が示され
ている。第２図の矢印Ａで示される方向に引き延
ばすことにより、うずまき群は相互に離間させら
れる。第２図のコイルの外観からも何故このコイ
ルがヤマアラシ型コイルと呼ばれるに至つたか知
ることができるであろう。

うずまきの頂部１ｂはそのそれぞれで圧力を生
じる結果、第２図に示すように、２箇の半円管を
閉じる半径方向の圧力は、セラミツク繊維物質の
局部的な圧縮によつて頂部１ｂがこの物質内に喰
い込み部分的に埋設されることになる。コイルを
引き伸してうずまきを相互に所望の限度まで離間
させて保持すると、２箇の半円管が接合させられ
た後は、各コイルのうずまきはずれることなく
個々に固定され、同時に矢印Ａで示されたコイル
を引き伸す張力は解放される。加熱さるべき流体
が管内を高速で流れても各コイルうずまきは強固
に定位置に固定され、ずれることなく確保され
る。

２箇の半円管２，３により形成される管の内径
はヤマアラシ型コイルの外径よりも若干小さくあ
るべきであり、その差の程度は頂部１ｂをセラミ
ツク繊維物質内にどの程度くいこませるべきか、
によつて決定されるものである。

第５図ではコイルうずまきは図に表わされてい
る部分のみが管内にくいこんでいるに過ぎない
が、他のうずまきも同様にくいこんでいることは
言うまでもない。

２箇の半円管を接合する間にコイルを矢印Ａ方
向に引き延ばす態様は図示しない。これは市販の
適当な装置を利用して手で行なうことになろう。

第７図に符号８で示されるのは硬質外方管であ
り、この管８はコイルの頂部が喰い込むには余り
に硬いものであり、耐熱性物質９を囲繞してい
る。前述の如く管８，９の両方共に割れ目を設け
てもよく、或いは内側の管９のみに割れ目を設け
て外側管８は円周上に継ぎ目なく形成し、管９を
閉じ合せた後管８を嵌装してもよい。更に管８を
継ぎ目なく形成し、コイルを挿入し引き伸した後
コイルうずまきの頂部が喰い込みやすいように管
９をセラミツク・スラリー層又は耐火エナメル層
に形成してその後、コイル自体に通電する等によ
り乾燥、燃焼し該管９の硬化の工程がなされる。
尚、コイルの特徴的な中空部及び脚部の交差状況
は第６図及び第７図に明瞭に表わされている。囲
繞管内に部分的に埋設されているコイル部分は熱
効率を殆んど減少しない。環状交差脚部を流れる
流体は激しい乱流を生ぜしめる結果コイル中空部
にも乱流が存在するので、流体は中空部を自由流
動しないか或いは自由流動したとしても問題にな
らないものである。

紙を製造する場合のように、このセラミツク物
質は、液体成分を除いて固体化せしめられたセラ
ミツク繊維のスラリーから製造される。従つてこ
のヒータはコイル上にセラミツク繊維管を製造す
ることによつて製造される。

このことは第８図から第１１図までに示されて
いる。第８図に示されるように、コイル１は多孔
壁を有し蓋１１から懸吊されている管状装置１０
で引き伸されている。コイルは袋１２内に収容さ
れており、その頂部はこの袋の内壁にわずかに当
接せしめられている。この袋は多孔性で、本発明
を実験した際実際に使用したナイロンホースの特
性を有する如きものである。この袋は容器１４内
のセラミツク繊維スラリー１３中に浸漬される。
容器の頭部は蓋１１で密封される。この容器１４
の深さは少なくとも引き延されたコイル及び袋１
２の長さと同じものとする。

第９図に示すように、その頭部を介して吸引す
ることにより、多孔壁を有する管状装置１０は、
容器１４を蓋で密閉すると袋１２の内部に真空状
態を生じる。袋１２を浸漬することによりスラリ
ー１３は上方に移動して袋の外側と容器の内側と
の間のスペースを完全に充たす。袋の内部は真空
になるので、スラリー１３の液体成分は内側に吸
引されて除去され、セラミツク繊維構成部分は袋
の外側に固化させられる。スラリーと呼んできた
が、この物質１３は液体構成部分に対してセラミ
ツク繊維の高い濃度を有しているので、円筒形の
容器１４の内部が事実上型枠を提供する結果、水
分である液体構成部分が分離された後、コイルう
ずまきの頂部に対して一体的かつ固有に成型され
たセラミツク繊維管によつてコイルは囲繞される
ものである。

この状態においては成型された管は未だ湿気を
有している。第１１図に示す如く、この乾燥して
いない管は乾燥室又は炉に入れられ残つている湿
気を徐去して硬く強固な構造にするものである。
第１０図及び第１１図ではこの未乾燥な管も乾燥
した管も符号１３ａで示す。

もし普通のらせん状コイルが前記と同一の態様
でそのうずまきを位置させたとしても、コイル間
を流れる流体への電線からの熱の移動に関する限
り、コイルの全長に亘つて電線の断面の略半分が
失なわれるので、かなりの熱移動効率が減少する
ことになろう。

本発明の原理は特にヒータ・ガンに利用できる
ものである。このような装置は管状であり、その
中を大量かつ高速に流れる流体（通常空気）を高
温に加熱するものである。その一例は米国特許第
3551643号（1970年12月29日公開、発明者プリセ
ンスキー他）に開示されている。この種の利用の
ために、本発明は、各コイルうずまきが梁又は橋
を形成する真直ぐな脚部の両端の頂部で堅固に固
定される利点を提供するものである。コイルの露
出されている部分の埋設されている部分に対する
割合は非常に大きいので、熱移動効率は最大限に
高められている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体ヒータの斜視図；第
２図はコイルの引つ張り方向及び管の二半円管の
接合状態を示す斜視図；第３図は第２図の部分断
面図；第４図は管が接合され頂部が管の内部に埋
設された状態を示す断面図；第５図は第１図の断
面図；第６図はコイルうずまきの交差迷路を示す
端面図；第７図は成型セラミツク繊維で内側をお
おわれた硬質管の端面図；第８図は引き伸された
コイルが多孔袋に入れられセラミツク繊維スラリ
ーに浸漬される状態を示す図解断面図；第９図は
その後の真空形成状態を示す断面図；第１０図は
その後スラリー中の液体構成部分が吸引されコイ
ルの回りに管が成形される状態を示す断面図；第
１１図はその後の乾燥固化工程を示す断面図であ
る。 １：コイル、１ａ：脚部、１ｂ：頂部、２，
３：半円管、６，７：導体、１０：管状装置、１
１：蓋、１２：袋、１３：スラリー、１４：容
器、Ｔ：端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状頂部１ｂを有する平坦なうずまきで構成
   されるらせん状連続体から形成され前記うずまき
   が相互に離間させられるように軸方向に引き伸さ
   れた発熱コイル１と、前記コイル１を内包する絶
   縁体を内側に有する管２，３とからなり、 前記管２，３が成型セラミツク繊維からなり、
   前記コイル１の外径よりも小さい内径を有し、前
   記環状頂部１ｂが管の全長に亘つて管の内側の繊
   維を押圧して陥没させることにより環状頂部１ｂ
   が管２，３の内部に少なくとも部分的に埋設され
   ることを特徴とする流体ヒータ。 ２ 前記管２，３が、前記環状頂部１ｂが部分的
   に埋設される内部を形成する硬質エナメルでおお
   われている硬質セラミツク管であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の流体ヒータ。 ３ 前記管２，３が前記コイル１上に成型させた
   セラミツク繊維からなり前記繊維が前記環状頂部
   １ｂの回りに成型されてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の流体ヒータ。 ４ 前記管２，３が接合可能に長手方向に分割さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の流体ヒータ。 ５ 環状頂部１ｂを有する平坦なうずまきで構成
   されるらせん状連続体に形成され、このうずまき
   群はコイル１の全長に亘つて各先行うずまきに対
   して各々わずかに回転せしめられている発熱コイ
   ル１と、 前記コイルを内包している耐熱絶縁管と、 前記コイル１に発熱電流を流して前記うずまき
   を介して前記管内を流れる流体を加熱するための
   手段と、 からなり、前記コイル１は中央中空部を有し、
   前記うずまき群は環状頂部１ｂが前記管の内部に
   部分的に埋設されることによつて短絡を防止する
   ための相互に離間されており、残余の部分が前記
   真管の内部に露出させられており、前記うずまき
   はコイル１の軸方向に前記中空部を囲繞するよう
   に延びる横方向部分によつて交差迷路を形成して
   前記管内を流れる流体に乱流を生じさせる迷路を
   有することを特徴とする流体ヒータ。