(57)【要約】【課題】発熱効率のよい発熱装置を提供する。【解決手段】本発明に係る炭素繊維発熱線１は、炭素繊維２を樹脂材料により形成された筐体部３ａ内に圧縮収容して構成されている。これにより、隣接する炭素繊維２同士が互いに少なくとも一部接触するように構成されている。したがって、炭素繊維発熱線１の抵抗値を低減し、当該炭素繊維発熱線１を用いた発熱装置４の発熱効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維に電圧を印加することによって発熱する発熱体であって、
上記炭素繊維が樹脂筐体部内に圧縮収容されたことを特徴とする発熱体。
【請求項２】
上記樹脂筐体部が、ポリイミド樹脂及びガラスエポキシ樹脂からなる群より選択される樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
上記炭素繊維が平板状に配列した炭素繊維フィラメントを積層した炭素繊維束が、上記樹脂筐体部内に圧縮収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱体を備えた発熱装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱体を備えた融雪装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱体を備えた植物育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体、並びに当該発熱体を用いた発熱装置、融雪装置及び植物育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ニクロム線等の金属線に電流を流すことによって発生するジュール熱を利用した発熱装置が知られている。ニクロム線は柔軟性に優れているため、自由に形態を変えて使用可能であり、様々な形態の発熱装置に幅広く用いられている。また近年では、航空機や自動車の車体等の強度を上げる補強材として主に用いられている炭素繊維を、発熱体として利用する技術も注目されている。
【０００３】
炭素繊維を発熱体として用いた技術として、特許文献１には、炭素繊維の束に金属の細線を巻き付けた炭素繊維発熱線が記載されている。炭素繊維は柔軟性が低く、折り曲げたり擦ったりすると容易に破断し、短絡発生の原因となる。特許文献１に記載の炭素繊維発熱線においては、複数の炭素繊維を集束した炭素繊維束に金属の細線を巻き付けて構成することによって、炭素繊維の破断を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３５２３０号公報（２００８年１０月２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発熱装置は、省電力化の観点から、少ない消費電力で効率よく発熱できることが望ましい。特許文献１に記載の炭素繊維発熱線のように、従来の発熱線を用いた発熱装置では、発熱効率が十分ではなく、より発熱効率のよい発熱装置の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭素繊維を用いて、より発熱効率のよい発熱装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る発熱体は、炭素繊維に電圧を印加することによって発熱する発熱体であって、上記炭素繊維が樹脂筐体部内に圧縮収容されたことを特徴としている。上記の構成によれば、炭素繊維を樹脂筐体部内に圧縮収容することによって、隣接する炭素繊維同士が互いに少なくとも一部接触するように構成されている。すなわち、樹脂筐体部内において、炭素繊維がより密集して存在するように構成されている。したがって、発熱体の抵抗値が低減し、発熱効率を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る発熱体において、上記樹脂筐体部が、ポリイミド樹脂及びガラスエポキシ樹脂からなる群より選択される樹脂材料により形成されていることが好ましい。これにより、発熱体に電圧を印加して発熱した場合に、発熱体が高温になったとしても変形等の不具合を生じることなく、より安定した発熱が実現できる。
【０００９】
また、本発明に係る発熱体において、上記炭素繊維が平板状に配列した炭素繊維フィラメントを積層した炭素繊維束が、上記樹脂筐体部内に圧縮収容されていることが好ましい。これにより、商業的に入手可能な材料を用いて、容易に発熱効率の優れた発熱体を形成することができる。
【００１０】
本発明に係る発熱装置は、本発明に係る発熱体を備えたことを特徴としている。これにより、本発明に係る発熱体に電圧を印加することによって発熱するので、効率よく発熱することが可能である。したがって、暖房機器等に好適に使用できる。さらに、本発明に係る発熱体は遠赤外線を放射するので、より優れた暖房効果が期待できる。
【００１１】
本発明に係る融雪装置は、本発明に係る発熱体を備えたことを特徴としている。これにより、本発明に係る発熱体に電圧を印加することによって発熱するので、効率よく発熱し、優れた融雪効果が得られる。したがって、ロードヒーティング等の融雪用途に好適に使用できる。また、本発明に係る発熱体は遠赤外線を放射するので、より優れた融雪効果が得られる。
【００１２】
本発明に係る植物育成装置は、本発明に係る発熱体を備えたことを特徴としている。これにより、本発明に係る発熱体に電圧を印加することによって発熱するので、効率よく発熱し、植物育成用の鉢植え等を効率よく加温することができる。したがって、植物の生育環境温度を所望の温度に加温し、一定に維持することができるので、植物の育成を促進することができる。また、本発明に係る発熱体は遠赤外線を放射するので、さらに植物の育成を促進する効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る発熱体は、炭素繊維に電圧を印加することによって発熱する発熱体であって、上記炭素繊維が樹脂筐体部内に圧縮収容されているので、発熱体の抵抗値が低減し、発熱効率が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る炭素繊維発熱線の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る発熱装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る炭素繊維発熱線を用いて温度上昇効果を調べた結果を示すグラフである。
【図４】比較例の発熱線を用いて温度上昇効果を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
（炭素繊維発熱線１）
本発明に係る炭素繊維発熱線１について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る炭素繊維発熱線１の一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、炭素繊維発熱線（発熱体）１は、炭素繊維２、筐体部（樹脂筐体部）３ａ及び蓋部３ｂを備えている。炭素繊維発熱線１において、炭素繊維２は集束して炭素繊維束を構成している。炭素繊維束は、例えば、複数の炭素繊維２を一まとめに束ねて形成してもよく、炭素繊維２が平板状に配列した炭素繊維フィラメントを複数積層して形成してもよい。炭素繊維２及び炭素繊維フィラメントは、導電性を有するものである。このような炭素繊維２及び炭素繊維フィラメントは、アクリル繊維を加熱して耐炎化及び炭素化した後、表面処理することによって製造されるものであり、商業的に入手可能なものを好適に使用可能である。
【００１７】
炭素繊維発熱線１において、炭素繊維２は筐体部３ａ内に収容され、蓋部３ｂによって押圧されることによって筐体部３ａ内に固定されている。すなわち、炭素繊維２は筐体部３ａ内に圧縮収容されている。これにより、各炭素繊維２が、隣接する炭素繊維２の少なくとも一部に接し、筐体部３ａ内において、炭素繊維２がより密集して存在するように構成する。このように、炭素繊維２を筐体部３ａ内に圧縮収容することによって、隣接する炭素繊維２同士が互いに少なくとも一部接触するように構成することができるので、炭素繊維発熱線１の抵抗値を低減し、炭素繊維発熱線１の発熱効率を向上させることができる。また、炭素繊維２の一部が破断していたとしても、その影響が生じにくく、炭素繊維発熱線１の短絡を防止することができる。さらに、炭素繊維発熱線１の形成時に、炭素繊維２のフライが発生し難いという効果も奏する。
【００１８】
炭素繊維２を筐体部３ａ内に圧縮収容する方法としては、上述したように、筐体部３ａ内に収容した炭素繊維２を、蓋部３ｂによって押圧しながら固定する方法が挙げられるが、これに限定されず、筐体部３ａ内において、隣接する炭素繊維２同士が互いに少なくとも一部接触するように構成されように収容することができる方法であればよい。
【００１９】
筐体部３ａ及び蓋部３ｂは、樹脂により構成されており、それぞれ同一の材料により形成されていてもよい。筐体部３ａは、炭素繊維２を収容するための窪みを有しており、蓋部３ｂは、この窪みを覆うように筐体部３ａに取り付けられるようになっている。筐体部３ａと蓋部３ｂとは、互いに嵌合するように形成されていてもよい。このような筐体部３ａ及び蓋部３ｂは、後述する樹脂をプレス加工等することにより形成することができる。そして、筐体部３ａに炭素繊維２を収容した後、蓋部３ｂを筐体部３ａにビス留めし、ビスの締まり具合を調節することによって、炭素繊維２を筐体部３ａ内に押圧して固定するようになっていてもよい。
【００２０】
筐体部３ａ及び蓋部３ｂは、炭素繊維発熱線１に電圧を印加したときの発熱に耐えうる材料により形成されていればよく、例えば耐熱温度が１５０℃以上の樹脂材料により形成されていることが好ましい。このような樹脂材料の例として、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。後述する実施例において、ＣＥＭ−３（パナソニック電工社製）を好適に使用可能であることを示したが、本発明はこれに限定されず、所望の耐熱性が得られる限り、他の樹脂を用いてもよい。
【００２１】
（発熱装置４）
本発明に係る発熱装置４について、図２を参照して以下に説明する。図２は、本発明に係る発熱装置４の一実施形態を示す斜視図である。図２に示すように、発熱装置４は、基板５と、上述した本発明に係る炭素繊維発熱線６とを備えている。基板５上において炭素繊維発熱線６は、長さの異なる複数の炭素繊維発熱線６を連結することによって、Ｓ字状に設けられている。このようにして基板５上に設けられた炭素繊維発熱線６の、他の炭素繊維発熱線６に連結されていない両端部に電圧を印加することによって、炭素繊維発熱線６が発熱する。
【００２２】
発熱装置４は、温度センサ（図示せず）をさらに備えていてもよい。そして発熱装置４は、温度センサが所定の許容温度よりも高い温度を感知したとき、炭素繊維発熱線６への電圧の印加を停止させる、又は印加する電圧を低減させるようになっていることが好ましい。これにより、温度が過剰に上昇するのを防ぐことができる。
【００２３】
本発明に係る発熱装置４は、炭素繊維発熱線６を発熱体として用いているので、効率よく発熱することが可能である。したがって、暖房機器等に好適に使用できる。また、本発明者らは、遠赤外線の検出に従来用いられているサーモグラフィを用いて、本発明に係る発熱装置の発熱状態を観察することによって、本発明に係る炭素繊維発熱線６に電圧を印加すると遠赤外線が放射されることを確認した。したがって、本発明に係る発熱装置４によれば、炭素繊維発熱線６から放射される遠赤外線の効果により、優れた暖房効果が期待できる。
【００２４】
（融雪装置）
本発明に係る融雪装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えていることを特徴としている。本発明に係る融雪装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えていればよく、本発明に係る発熱装置４と同様に構成することができる。本発明に係る融雪装置は、例えば道路上に配置したり、道路に埋め込んだりすることによって、融雪及び凍結防止のためのロードヒーティングとして好適に使用可能である。
【００２５】
また、本発明に係る融雪装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えているので、この炭素繊維発熱線が放射する遠赤外線の効果によって、優れた融雪効果が得られる。遠赤外線は空気中においてほとんど減衰しないため、融雪の対象となる雪への放射効率がよく、効率よく雪を融かすことができる。後述する実施例に示すように、本発明に係る融雪装置によれば、ニクロム線を発熱体として用いた従来の融雪装置と比較して、低消費電力で、かつ融雪効果に優れていた。したがって、本発明に係る融雪装置は、従来の融雪装置よりもロードヒーティング等の融雪用途に適していると言える。
【００２６】
（植物育成装置）
本発明に係る植物育成装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えていることを特徴としている。本発明に係る植物育成装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えていればよく、本発明に係る発熱装置４と同様に構成することができる。本発明に係る植物育成装置によれば、例えば、植物育成用の鉢植えの底面に配置して、鉢内を加温して所望の温度に保つことができる。このとき、本発明に係る植物育成装置は、鉢植えの底面に直接本発明の炭素繊維発熱線を設けることによって形成してもよく、発熱装置４と同様に基板上に炭素繊維発熱線を設けて形成したものを鉢植えの底面に貼り付けて形成してもよい。
【００２７】
このように、本発明に係る植物育成装置は、植物の生育環境温度を所望の温度に加温し、一定に維持することによって、植物の育成を促進することができる。また、本発明に係る植物育成装置は、本発明に係る炭素繊維発熱線を備えているので、この炭素繊維発熱線が放射する遠赤外線の効果によって、さらに植物の育成を促進する効果が期待できる。
【実施例１】
【００２８】
本発明に係る融雪装置と、ニクロム線を発熱体として用いた従来の融雪装置とにおいて、融雪効果を比較した。
【００２９】
まず、炭素繊維１２，０００本が平板状に配列した炭素繊維フィラメント（東邦テナックス社製）を６個積層して、高さ約０．０６ｍｍ、幅約４ｍｍの炭素繊維束を形成した。形成した炭素繊維束を、ＣＥＭ−３（パナソニック電工社製）をプレス加工して形成した筐体部内に収容した。ＣＥＭ−３（パナソニック電工社製）をプレス加工して形成した、筐体部に嵌合する蓋部を、炭素繊維束を収容した筐体部にビス留めして炭素繊維束を押圧し、筐体部内に炭素繊維束を圧縮収容して炭素繊維発熱線を形成した。
【００３０】
長さの異なる２種類の炭素繊維発熱線をそれぞれ複数形成し、基板上に交互に連結してＳ字状に配置し、本発明に係る融雪装置を形成した。比較例として、ニクロム線を基板上にＳ字状に配置した従来の融雪装置を形成した。それぞれの融雪装置の発熱線に電圧を印加し発熱させた場合において、融ける雪の量を比較することによって、各融雪装置の融雪効果を比較した。
【００３１】
２５ｃｍ×２５ｃｍ×深さ３０ｃｍのプラスチック容器に各融雪装置を配置し、各容器内に１ｋｇの雪を入れた。各融雪装置に約１８Ｗの電力を供給し、同じ電力を供給したときに融ける雪の量を比較した。このとき、各融雪装置の抵抗値、電圧、電流を測定した。
本発明に係る融雪装置において、抵抗値は１２．７Ω、電圧は１４．７Ｖ、電流は１．２Ａであった。従来の融雪装置において、抵抗値は１．７Ω、電圧は５．４Ｖ、電流は３．５Ａであった。各融雪装置において、雪が融け出した水の量を測定することによって融雪量を測定した。
【００３２】
電力供給開始から一時間後の雪が溶け出した水の量は、本発明に係る融雪装置においては１３０ｃｃであり、従来の融雪装置においては１０ｃｃであった。各融雪装置において、融雪装置近傍の雪が融け、融雪装置から離れた位置の雪が融け残るトンネル現象が生じた。本発明に係る融雪装置によれば、従来の融雪装置に比較して、同じ電力を供給した場合であっても１０倍以上の融雪効果が得られることが確認された。また、本発明に融雪装置に流れる電流は、従来の融雪装置の３分の１程度であった。
【００３３】
さらに、本発明に係る融雪装置の最大表面温度は５１℃であり、従来の融雪装置の最大表面温度は６１℃であった。本発明に係る融雪装置は、表面温度が従来の融雪装置よりも低くても、従来の融雪装置以上の融雪効果が得られることが確認された。
【実施例２】
【００３４】
本発明に係る炭素繊維発熱線と、炭素繊維束を発熱線として用いた比較例とにおいて、温度上昇効果を比較した。
【００３５】
本発明に係る炭素繊維発熱線は、実施例１と同様に、炭素繊維フィラメント（東邦テナックス社製）を積層した炭素繊維束を、ＣＥＭ−３（パナソニック電工社製）をプレス加工して形成した筐体部に圧縮収容して形成した。比較例の発熱線は、複数の炭素繊維フィラメントを縒って形成した炭素繊維束を樹脂コーティングすることによって形成した。
【００３６】
各発熱線の長さを１ｍとし、外気温度１２℃の環境において電流を流した場合の温度を１分毎に測定した。各発熱線に流れる電流を１Ａ、１．３Ａ、１．５Ａ又は１．８Ａとした場合の温度上昇の結果示すグラフを図３及び４に示す。図３は、本発明に係る炭素繊維発熱線を用いて温度上昇効果を調べた結果を示すグラフであり、図４は、比較例の発熱線を用いて温度上昇効果を調べた結果を示すグラフである。
【００３７】
図３に示すように、本発明に係る炭素繊維発熱線は、いずれの電流においても、電流を流し始めてから４分後までに急激に温度上昇して概ね最大温度に達し、その後緩やかに温度上昇した。特に、１．８Ａの電流を流した場合は、４分後に約１００℃に達し、１０分後には約１０９℃にまで上昇した。
【００３８】
一方、図４に示すように、比較例の発熱線は、いずれの電流おいても、電流を流し始めてから７分後まで緩やかに温度上昇し、その後はほとんど温度上昇しなかった。また、比較例の発熱線においては、１．８Ａの電流を流した場合でも、約７０℃までしか温度上昇しなかった。このことから、本発明に係る炭素繊維発熱線は、同じ炭素繊維を用いた発熱線と比較しても優れた温度上昇効果が得られ、発熱効率に優れていることが確認された。
【００３９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る発熱体は発熱効率が優れているため、暖房機器、融雪装置、凍結防止装置、植物育成装置等に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１    炭素繊維発熱線（発熱体）
２    炭素繊維
３ａ  筐体部（樹脂筐体部）
３ｂ  蓋部
４    発熱装置
５    基板
６    炭素繊維発熱線（発熱体）
【図１】
2010257632.tif 000003
【図２】
2010257632.tif 000004
【図３】
2010257632.tif 000005
【図４】
2010257632.tif 000006