JPS6345788A - 密閉形ｐｔｃヒ−タ - 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） この発明は、水などの液体に投げ込んで簡易に加熱使用
できる密閉形ＰＴＣヒータに関し、さらに詳しくは、設
定されたキエリ一温度に対して自動温度制御機能と空焚
き防止機能とを兼ね備えるとともに、加熱の立ち上がり
温度特性が優れる等の利点を有する正の抵抗温度特性を
もつ感熱抵抗素子（以下、正特性磁器素子と記す）を発
熱源とし、当該正特性磁器素子を密閉状態で使用する際
に発生する不適性ガスを処理する為の吸着剤を耐水性函
体内部に充填して気密耐水構造とした密閉形ＰＴＣヒー
タに関する。

（従来の技術） 周知の如くこの種のヒータとしては、鉄、クローム、ニ
ッケル、アルミニウム系電熱線等の金属抵抗体を発熱源
とし、Ｍｇ　Ｏ，Ａ　ｌ　＊Ｏｓ等を絶縁剤として管内
に充填し、その外部をスェージングすることによって充
填密度を向上せしめて熱伝達特性を得たいわゆるシーズ
ヒータが主流であった。

また、近時正特性磁器−子を発熱源としたＰＴＣヒータ
方式の加熱器が種々提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前者のンーズヒータは、水などの制御対象物が所定温度
まで昇温されると電源を遮断し、所定温度より低下する
と再び通電するサーモスタットやゼロボルトスイッチ等
の温度調節器で温度制御する必要がある。この種のヒー
タに随伴する問題点は、消費電力と表面電力密度が終始
一定であるので、立ち上がり昇温特性の向上のために表
面電力で脈動が生じること、また、電圧変動に対して電
力消費量も大幅に増減すること、したがって外形状が大
きく、かつ機構が複雑になるので製造コストが高価とな
ることである。尚、上記した電気絶縁剤であるＭ　ｇ　
Ｏ、Ａ　ｌ　ｔｏｓ等は吸湿性が極めて大きく、仕様を
満足する絶縁抵抗値を維持するのに致命的欠陥を有して
いる。

後者のＰＴＣヒータ方式加熱器での問題点は、設定温度
に対する正特性磁器素子の感熱抵抗値において急上昇す
るキュリ一温度の初期抵抗値が、通電時間の経過ととも
にある程度変化することである。特に正特性磁器素子を
発熱源としたＰＴＣヒータを気密状聾で用いるときはそ
の傾向が大となり、さらに進んでヒータが使用不能とな
る問題点が指摘されていた。

以上のような従来品の問題点に鑑み、　本発明は、偶発
的に空焚き状態で使用されても火災等の危険を生じるこ
とがない空焚き防止機能と、従来のバイメタル制御に対
して脈動のない平坦な加熱温度が得られる自動温度制御
機能と、熱負荷の急激な変化に対するすばやい応答特性
とを有し、さらに入力電圧の大幅な変化に対する消費電
力の変動が微少である等、種々の特長を有する正特性磁
器素子を発熱源としたＰＴＣヒータにおいて、当該正特
性磁器素子の経時変化を補償する化学吸着剤を耐水性函
体内部に充填してヒータユニットその他から発生する微
量ガスが発熱体の特性劣化に与える影響を皆無にし、水
などの熱負荷を簡易に加熱できる密閉形ＰＴＣヒータを
提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 、上記の目的を達成するため、本発明の密閉形ＰＴＣヒ
ータは、電極を存する正特性磁器素子を絶縁材被覆した
ヒータユニットと弾性を有するヒートシンクとを耐水性
函体Ｉの内部に収納し、前記電極に接続した電源コード
を前記耐水性函体の外部に引き出し、上記ヒートシンク
を前記ヒータユニットと前記耐水性函体とに対して熱伝
達関係に圧接してなり、上記耐水性函体内部に吸着剤を
完本発明の密閉形ＰＴＣヒータに使用する前記吸着剤と
しては、合成結晶アルミノ・シリケートの含水金属塩で
ある合成ゼオライトを用いるのが好ましい。

（作　用） 水などの加熱対象物に本発明の密閉型ＰＴＣヒータを投
入し、電源コードを通じて電極に一定電圧を印加すると
、正特性磁器素子の初期抵抗に応じた電流が流れ、自己
発熱により温度上昇が開始する。正特性磁器素子は、あ
らかじめ設定されたキュリ一温度に達すると急激に抵抗
が増加して電流が減少し、発熱電力と表面温度が一定と
なる定温発熱体である。この発熱の際、上記正特性磁器
素子等から発生するＣＯ等の還元性ガスは、耐水性函体
の内部に充填した吸着剤によって吸着処理され、当該正
特性磁器素子の経時劣化が防止される。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り下記例によって
限定されるものではない。

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面組立図である
。

Ａはヒータユニット、Ｂは吸着剤、ｌは底部を封止した
管状の耐水性函体、２は正特性磁器素子、３は電極で、
正特性磁器素子２の電源供給用端子、４は絶縁材で、電
極３を有する正特性磁器素子２を電気的に絶縁被覆して
ヒータユニットＡを形成している。５はヒートシンクで
、ヒータユニットＡと管状の耐水性函体ｌに密着するよ
うに配設されている。６は電源コードで、電極３と接続
され外部に引き出されている。７は蓋体で、管状の耐水
性函体Ｉの気密を維持しかつ電源コード６をサポートし
ている。

吸着剤Ｂは、耐水性函体１の内部に配置されたヒータユ
ニッ）Ａに近接した空隙部に充填されている。　正特性
磁器素子２はチタン酸バリウム系半導体に希土類元素を
微量添加して得られる原子価制御形半導体で正の抵抗温
度特性を持った感熱抵抗素子であり、キュリ一温度で著
しく抵抗値が急上昇し自己の電力を制御する自動温度制
御機能を有するアルミナ基材の焼結磁器である。この素
子と電極３のＢＳＰを絶縁材４のカプトン（商標）で被
覆してなるヒータユニットＡは公知であるので、詳細説
明を省略する。

本実施例では、前記正特性磁器素子としてＰＴＨ−４９
２（株式会社　村田製作所製）を用いたが、同種の素子
であれば何を使用しても本発明の趣旨を妨げるものでは
ない。

第′２図は、第１図のＣ−Ｃ断面図である。ヒートシン
ク５は形状弾性を利用して成形したスペースタイプのも
のであって、当該ヒートシンク５の熱膨張・収縮を吸収
して熱伝達関係を満足させるためには、管状の耐水性函
体１の内径とヒータユニットＡを挟持するヒートシンク
５の外形の決定が重要である。ヒートシンク５は、耐水
性函体ｌの内径よりも僅か大きめのものとし、挿入の際
に１よ３０　Ｋｇ／　ｃ＋ａ″以上の圧力で押し込む必
要がある。

°ノ Ｉ　耐水性函体１の材質は熱伝導率のよい金属または磁
器、ガラス、プラスチックスでもよい。尚、電気絶縁体
で熱伝導、耐熱性が優れたベリリヤ磁器、ボロンナイト
磁器であれば絶縁材４を省いて使用できるので更に好適
である。

耐水性函体１の形状は、上記実施例に示した管状のもの
に限らず、平板状でも球状でもよく、その形状が本発明
の趣旨を妨げるものではない。

ここで本発明の密閉形ＰＴＣヒータに充填して正特性磁
器素子２の劣化を防止する吸着剤Ｂについて以下に記述
する。

吸着剤Ｂを充填しない密閉形ＰＴＣヒータの通電試験の
結果、還元性の強いＣＯガスや、ＣＨ，。

ＣＯを等の不適性ガスの発生がガス・クロマトグラフィ
で検出された。これらのガスが正特性磁器素子２を還元
性雰囲気にさらして劣化を促進させ、更に進んで炭化現
象を呈し抵抗値短絡に至ること′・が本発明者等によっ
て解明され、この事実に基づいて新規性ある本発明が創
案されたのである。

本発明の一実施例での吸着剤は、合成結晶アルミノ・シ
リケートの含水金属塩からなるモレキュラーシーブス（
ユニオン・カーバイト社製）の合成ゼオライトのパウダ
ーを成型し、５００℃以上で脱水乾燥させたものを使用
した。この脱水ゼオライトは構造のなかに決まった径を
もつ孔路や空洞がありその径より小さい分子径の分子が
吸着さ　″れる分子ふるい効果を生じ、さらに被吸着分
子の極性にも大きい影響をうける。この効果はシリカゲ
ルやアルミナゲルの場合よりもはるかに強く、同じ大き
さの被吸着分子の場合、極性による親和力の大きい分子
が選択的に吸着される。尚、本実施例では、有効直径く
４人の分子が吸着される４Ａ（モレキュラーシーブスの
タイプ）を選び、極性分子（Ｄ　ＣＯ、ＣＯｔ　、　Ｓ
　Ｏ＊　、　Ｎ　Ｈｓ　、　Ｈ＊　Ｓなどのガスを選択
的に吸着させている。

他の実施例での吸着剤として、天然ゼオライト、活性ア
ルミナ、シリカゲル、アルミナゲル、および、シリカア
ルミナゲルを原料とした特殊吸着剤のセカード（商標）
などがあり、その効果に優劣はあるが何れも使用できる
。

その他の吸着剤で、被吸着分子の分子径に対しての選択
性、また、温度特性等を充分に検討すれば、どの吸着特
性を利用して用いても本発明の趣ユニットと耐水性函体
間の熱抵抗がヒートシンクの弾性形状で集約された熱伝
達関係は、正特性磁器素子のキュリ一温度２２０℃に対
し完成品の表面温度は空気中で２１５℃を指示し、２５
℃、１ｅの水中に投入時の立ち上がり加熱電力は５７ｗ
１水温１００℃での消費電力は１４Ｗであった。因みに
、ヒータユニットと耐水性函体間に０．１ｍｍの空隙を
生ずるヒートシンクを配置した場合の表面温度は１１２
℃であった。

また、吸着剤充填の効果を検証するため、空気に接触し
ない密閉状態での正特性磁器素子の通電試験を行ったと
ころ、６００〜１５００時間の通電で抵抗値が急速に劣
化して短絡した。これに対して、本発明の脱水ゼオライ
ト充填のものは、通電開始２４時間経過後Ｇｏ、ＣＯ１
，ＣＨ，がガス・クロマトグラフィで検出されたが４８
時間経過後Ｇｏ、ＣＨ，が消滅し、さらに７２時間経過
後はＣＯ２も消滅し、以後３７００時間経過した時点で
Ｏｔ、　Ｎ　を以外のガスは検出されず、抵抗値の劣化
は認められなかった。

（発明の効果） 以上のように本発明の密閉型ＰＴＣヒータは、従来の電
熱線を用いたシーズヒータ３００Ｗの昇温特性と対比し
て、熱負荷の急激な変化に対する優れた応答特性と、バ
イメタル等による温度調節制御の必要がないので脈動が
ない平坦な加熱温度特性が得られる自動温度制御機能と
を備え、またキュリ一温度以上に昇温しないので水漏れ
等による不慮の災害を回避できる空焚き防止機能を有す
る。さらに吸着剤充填の効果により、従来のＰＴＣヒー
タに比して抵抗値の劣化を生ぜず、長期間にわたって優
れた加熱性能を維持し得るなど種々の効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一部断面組立図、第２図は第１図のＣ
−Ｃ断面図である。 実施例中の符号は下記の通りである。 Ａ・・・ヒータユニッ）Ｂ・・・吸着剤ｌ・・・耐水性
函体　　　　２・・・正特性磁器素子３・・・電極　　
　　　　　４・・・絶縁材５・・・ヒートシンク　　　
６・・・電源コード７・・・蓋体 特許出願人　　クリエイト工業株式会社代　理　人　　
弁理士　長瀬有三部 第１図 、／−一 、ノー５ ′３　　　　第２図 ／２Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極を有する正特性磁器素子を絶縁被覆したヒータ
   ユニットと弾性を有するヒートシンクとを耐水性函体内
   部に収納し、前記電極に接続した電源コードを前記耐水
   性函体外部に引き出し、上記ヒートシンクを前記ヒータ
   ユニットと前記耐水性函体とに対して熱伝達関係に圧接
   してなり、上記耐水性函体内部に吸着剤を充填して前記
   正特性磁器素子の抵抗値劣化防止手段を構成したことを
   特徴とする密閉形ＰＴＣヒータ。 ２、吸着剤は、合成ゼオライトである特許請求の範囲第
   １項記載の密閉形ＰＴＣヒータ。 ３、合成ゼオライトは合成結晶アルミノ・シリケートの
   含水金属塩である特許請求の範囲第２項記載の密閉形Ｐ
   ＴＣヒータ。