JPH08106972A

JPH08106972A - パネルヒータ

Info

Publication number: JPH08106972A
Application number: JP23909194A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Umeda; 克彦梅田
Original assignee: Jamco Corp
Current assignee: Jamco Corp
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】赤外線の放射方向を集約して熱効率の良いヒ
ータを提供する。【構成】基板となる面状発熱体１０は赤外線放射効率
の高い活性炭素繊維を使用し、ハニカム材２０を添着す
る。ハニカム材２０はアルミ合金製の六角筒２５を連続
的に立設した板状体であって、六角筒２５の内面２０ａ
は鏡面加工が施されている。面状発熱体１０を加熱した
とき、活性炭素繊維から放射される赤外線の一部は六角
筒２５に案内されて平行線として放出されるが、四散す
るその他の赤外線は鏡面加工された内面で反射し、互い
に干渉しあって平行線となり、ハニカム筒の方向に集約
され、放射される。放射される赤外線の波長はほぼ６．
２７ミクロンとなっており、窒素、酸素等で構成される
空気には吸収されることなく、被暖房物体に吸収され、
水分子を振動させ、摩擦熱によって内側から体を温め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線の放射方向を集
約して暖房を効果的に行うパネルヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、赤外線を利用した輻射熱暖房
装置が市販されているが、これらの製品は輻射熱を放射
するが、放射する赤外線の波長が短いため、折角の輻射
熱を人体に吸収させることができない場合もあり、効率
的な暖房となっていなかった。発熱体の形状を、点ある
いは線とした暖房装置がある。点、あるいは線状の発熱
体においては、図１８，図１９に示すように発熱体Ｈ−
１，Ｈ−２を曲面を持った反射鏡Ｍ−１，Ｍ−２の利用
によって赤外線の反射方向を集約することができるが、
パネル状にした場合においては効果的に放射方向を集約
する方法はなかった。そこで、放射能力を確保するた
め、放射面積の不足を高い放射温度で補っている。例え
ば、放射温度が６００℃を超える高温の暖房装置もある
が、この場合には、０．８ミクロンから２ミクロンとい
う短い波長の赤外線を多量に放射する。しかし、これら
の短い波長の赤外線は人体に向けて放射されても、殆ど
は反射されて直接的な暖房にはならなかった。

【０００３】そこで、人体に吸収される長い波長の赤外
線を放射させるため、比較的低温の面状発熱体（パネル
ヒータ）を使った製品もあるが、広い面積の面状発熱体
を発熱させると、熱膨張によりパネルヒータが変形、変
歪する不具合が生じた。また、面状発熱体から発する赤
外線はあらゆる方向に向けて四散するので、暖房効果は
ヒータからの距離の２乗に反比例して減少してしまうと
いう欠点を持っていた。さらに、放射体を立体状として
放射方向を制約しようとした製品もあるが、構造が複雑
で、重量、コストなどに問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、効率的な暖
房を得るため、（１）暖房に有効な赤外線の波長水の分子の固有振動数と赤外線の波長との関係を重視し
て、放射する赤外線の波長を決定する。（２）赤外線を放射する物体の温度赤外線を放射する物体とその温度の関係を研究して、
（１）項で決定した波長の赤外線を放射するために、放
射物体の温度を決定する。（３）赤外線を放射する物体の選定理想黒体、炭素繊維、セラミックスなどの物質の赤外線
放射特性を研究して、放射体の材質を決定する。（４）面状発熱体の面積面積当たりの発熱量を決定する。（５）面状発熱体の平面度の確保発熱体の熱膨張による変形防止（６）赤外線放射方向の集約ハニカム材を利用した方向の集約方法等の問題を解決し、効率良いヒータを提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のパネルヒ−タ
は、炭素繊維を面状発熱体として用い、暖房に有効であ
るほぼ６．２７ミクロンの波長を有する赤外線を重点的
に放射させ、放射する赤外線をハニカム材によって希望
する方向に集約させると共に、ハニカム材は面状発熱体
を補強し、熱膨張による変歪を防止する構成を具備す
る。

【０００６】

【作用】空気を構成している窒素および酸素は、ともに
赤外線を吸収しない特性を持っているので、赤外線を所
望の方向に集約することができれば、暖房効果は、暖房
器から被暖房物体までの距離に無関係となり、遠隔暖房
が可能となる。そこで、内面を鏡面とした六角筒を連続
形成したハニカム（あるいはハニコーム）を面状発熱体
の一面に配設し、放射される赤外線を六角筒の内面で互
いに干渉させあって、放射方向を集約させるものであ
る。赤外線は、波長が約１ミクロンから１，０００ミク
ロンの電磁波の総称であるが、暖房に有効とされる波長
は、２．６６ミクロン、２．７３ミクロンそして６．２
７ミクロンの赤外線である。次に、生の牛肉を使用し
て、有効な赤外線の波長と吸収率の関係をみる（図１６
参照）。このグラフから波長が６ミクロンから１０ミク
ロン（１４ミクロンまでもある程度の効果を有する）の
赤外線が牛肉の温度上昇に効果的であることが判明し
た。これらの事柄から、生の牛肉と同種素材の人体に向
けて照射した場合、反射、透過、吸収が起き、波長が６
ミクロンから１４ミクロンの赤外線が、人体を温めるに
有効であることが推測される。この波長帯の赤外線は
「遠赤外線」と称される範囲に入る。

【０００７】次に、輻射熱による暖房の理論に遡り、輻
射熱の放射など、効率の良い暖房を実現するための理論
的な根拠を説明する。［遠赤外線による輻射熱暖房の理論（図１４参照）］水
の分子は水素（Ｈ）２個と、酸素（Ｏ）１個が結合して
おり、酸素に対して水素は運動している。これらの運動
は水の分子の固有振動を基本としている。水の分子の固
有振動数は極めて高く、周波数で表現することは難しい
ので、波長で説明する。水の分子が持つ固有振動数の波
長は２．６６ミクロン、２．７３ミクロン、６．２７ミ
クロン、および１２．２４ｃｍ（２，４５０ＭＨｚ：電
子レンジ）となっている。そこで、この固有振動数と同
じ振動数の電磁波を与えることにより、水の分子を共振
させることができる。波長が２．６６ミクロン、２．７
３ミクロン、６．２７ミクロンの電磁波は赤外線と呼ば
れ、１２．２４ｃｍ（２，４５０ＭＨｚ）の電磁波は電
波と呼ばれる。ここで、水の分子の固有振動数と同数の
波長の電磁波を照射して、水の分子の振動の変化を見
る。（ａ）２．６６ミクロンの波長の赤外線を照射すると、
水素（Ｈ）は酸素（Ｏ）の方向に振動する。（ｂ）２．７３ミクロンの波長の赤外線を照射すると、
水素（Ｈ）は酸素（Ｏ）の周りに回転振動する。（ｃ）６．２７ミクロンの波長の赤外線を照射すると、
１個、１個の水素（Ｈ）は羽ばたくように揺動し、振動
形態としては最も激しい動きをする。（ｄ）１２．２４ｃｍ（２，４５０ＭＨｚ）の電波を照
射すると、酸素（Ｏ）を中心として、２個の水素（Ｈ）
が上下に移動する。以上の実験から、波長が１２．２４ｃｍの電子レンジで
の振動は危険なため除外して、比較的長い波長である
６．２７ミクロンの波長を持つ赤外線を、水分を含む被
照射物体に照射すると、物体中に深く浸透し、浸透した
部位の水の分子を激しく共振させて、発熱させることが
わかる。従って、６．２７ミクロンの波長を持つ赤外線
を豊富に照射する方法が、暖房に有効な手段となる。

【０００８】ここで、６．２７ミクロンの波長を持つ赤
外線を効率良く放射する方法について、理想物体の温度
と赤外線放射特性の関係から説明する。図１５は、理想
物体の赤外線放射特性を示すグラフである。このグラフ
から、理想放射物体の単位面積あたりの赤外線放射量
は、絶対温度の４乗に比例して増加する（ステファン・
ボルツマンの法則）ことがわかる。しかし、６００℃を
超える高温物体からの赤外線放射は、３ミクロン程度の
短い波長の赤外線が多く含まれていて、これら短い波長
の赤外線は人体に吸収されずに、反射されたり、衣服に
吸収されるので、暖房の見地からは有効ではない。１０
０℃の物体では、人体中に含まれる水の分子を振動させ
て昇温させるのに有効な前記の６ミクロンから１４ミク
ロンの遠赤外線を最も多く放射することもわかる。この
ことから、赤外線放射体の温度を１００℃近くに抑える
ことによって、加熱エネルギーを人体の昇温に有効な輻
射熱エネルギーに効率良く変換できることが分る。しか
し、発熱体からの放射レベルが低下するので、効果的な
暖房を期待する場合、放射体の形状は、点や線ではな
く、大きな面積を持つ面状発熱体が必要である。ここ
で、大きな面積を持つ面状発熱体として適用する炭素繊
維面状発熱体について説明する。

【０００９】［炭素繊維面状発熱体の特徴］金属類は熱
しても赤外線を殆ど放射しないが、６００℃以上に熱す
ると僅かながら可視光線や２ミクロン程度の短い波長の
赤外線を発する。しかし、前述のように、これらの可視
光線や短い波長の赤外線は暖房に役立たない。赤外線を
豊富に放射する材料として、炭素や各種のセラミックス
が知られているが、中でも炭素は短い波長から長い波長
までの赤外線を豊富に放射する優良な放射物体である。
そして、炭素を繊維状にした炭素繊維は、良き放射体で
ある上、電気の良導体で、通電することによって発熱体
となり、取扱も容易である。炭素繊維を一方向あるいは
縦横の布状に織り、通電することにより面状発熱体とな
り、その上放射体となって豊富な赤外線を放射する。同
じ温度の炭素繊維発熱体からの放射量は炭素繊維の表面
積に比例するので布を密にする必要があるが、炭素繊維
の表面を活性化した活性炭素繊維の表面積は、通常の繊
維の１０，０００倍にも達し、低温での赤外線放射には
活性炭素繊維の利用が有効である。次に、広い面積を有
する面状発熱体は、発熱に伴っての膨張により発熱面を
変形するので、補強材が必要となる。

【００１０】［発熱面の変形防止］発熱体の一面を補強
して変形を防止する。すなわち、面状発熱体にハニカム
材を組み合わせることにより、板状の発熱体を補強し、
剛性を持たせることにより変歪を防止する。また、面状
発熱体からの赤外線放射は四散するので、これらを集約
する方法が必要となる。

【００１１】［放射方向の集約］光が２枚の平行する鏡
の間を進むと、鏡に反射しあい、さらに、お互いに干渉
し合って平行光線に近づく。この事実に基づいて、六角
筒を連続的に立設するハニカム材を利用した光の集約装
置は実用化されており、旅客機の客室における非常脱出
扉付近の常夜灯などにその例を見ることができる。地上
でも特殊な照明のルーバーとして実用化されていること
から、可視光線に対するハニカム材の集光効果は実証さ
れている。光と言われる可視光線は、０．３６ミクロン
から０．８３ミクロンの波長をもつ電磁波であり、赤外
線や遠赤外線においても、波長は異なるが同じ電磁波で
あることから同じ干渉特性が得られることが期待され
る。そこで、本発明では、可視光線と遠赤外線の特性上
の近似に着目し、波長の相違を勘案して実験を進めた結
果、ハニカム材の持つ六角筒の対辺距離、長さ、内面の
研磨状態などによって前記波長帯の遠赤外線に対して
も、放射方向が集約することが確認できた。例えば、六
角筒の対辺距離を６mm〜８mm、長さを３０mm〜５０mm、
内面を鏡面とすることにより、放射方向を集約させるこ
とができた。

【００１２】

【実施例】図１，図２は本発明のパネルヒータの要部の
構成を示すもので、パネルヒータユニット１は、面状の
発熱体１０と、発熱体１０の一側面にとりつけられるハ
ニカム材２０で構成される。面状発熱体１０は、例えば
炭素繊維を布状に構成したもので、加熱により良好な波
長の遠赤外線を放射する。ハニカム材２０は、例えばア
ルミ合金製の六角筒２５を連続的に立設したハニカム構
造をなす板状材であって、六角筒２５の内面２０ａは鏡
面に仕上げたものを用いる。面状発熱体から放射された
遠赤外線Ｒは、六角筒２５の鏡加工の内面２０ａに案内
されて、あるいは反射して互いに干渉しあって、面状発
熱体２０に垂直な方向（矢印Ａで示す）に指向性をもっ
て放射される。

【００１３】図３，図４はパネルヒータユニット１を組
込んだパネルヒータの概要を示す説明図である。パネル
ヒータ１００は、パネルヒータユニット１を囲むフレー
ム１２０を有し、上面のカバー１１０と下面に設けられ
る反射板１３０を有する。面状発熱体１０はコード１５
０を介して供給される電力で加熱される。パネルヒータ
１００の厚さはほぼ３０mmから５０mmとすると、放射効
率が良好となる。図５は電気パネルヒータ２００のより
具体的な構造を示すもので、フレーム２１０内に装備さ
れたパネルヒータユニット１の両端部に電極２３０，２
３２が設けられ、コード２５０から電力が供給される。
この電力により炭素繊維製の面状発熱体は加熱され、遠
赤外線を放射する。パネルヒータユニットの温度のはハ
ニカム材の内部に装備されたサーモスタット２２０によ
り検知され、サーモスタット２２０が電気回路をオン、
オフすることによって所定の温度範囲内に制御される。

【００１４】図６以下に本発明のパネルヒータの具体的
な使用例を示す。パネルヒータ２００は、単体で使用で
きるので、床等に置いて使用することができる。図６
は、本発明のパネルヒータ２００を机５００の下面に設
けた例を示す。また、椅子５０５の前脚部にパネルヒー
タ２００を装備してもよい。図７は、堀りごたつ５１０
の掘り下げ部５１５の壁面にパネルヒータ２００を設け
たり、こたつのテーブルに５２０の下面にパネルヒータ
２００を設けた例を示す。図８は、キッチン５３０に本
発明のパネルヒータを設置する例を示す。キッチン５３
０の暖房には、従来は例えば、床面５３７に電気カーペ
ット等を敷いて暖房する形式のものが多かった。しか
し、キッチン５３０は、上水道のカラン５３１やシンク
５３２からの水滴が床面５３７上に降下し、電気カーペ
ット等を漏らす問題があった。本発明にあっては、キッ
チンのユニット５３３や側壁５３５等の垂直面にパネル
ヒータ２００を設けることができるので、快適な暖房を
得ることができる。図９は、本発明を家畜やペットＡ−
１等の小屋５４０に適用する例を示す。小屋５４０の側
壁５４３や天井５４５の内面にパネルヒータ２００を設
けることにより小量のエネルギーで家畜やペットＨ−１
を寒さから守ることができる。図１０は、本発明を工作
機械等のオペレータの暖房に適用する例を示す。ロボッ
ト６００は工場等に設備されるが、広大な空間をもつ工
場全体を暖房するには多大のコストを要する。そこで、
ロボット６００の制御装置６１０の全面にパネルヒータ
２００をとりつけることによって、オペレータのみを局
所暖房し、省エネルギーを達成できる。図１１は、本発
明のパネルヒータの解凍機能を利用して、解凍器７００
内の棚板７１０にパネルヒータ２００を装備したもので
ある。棚板７１０を抜き出し可能に設けて、食材の出し
入れを容易とし、使い易い解凍器を構成することができ
る。図１２は、家屋８００の屋根上に積る雪を部分的に
溶かして雪降しを容易とする装置に関する。家屋８００
の屋根８１０上は瓦８２０により覆われる。パネルヒー
タ２００を瓦８２０の下面に敷設し、加熱すると遠赤外
線は瓦８２０上の雪Ｓ−１を効果的に溶かし、雪の自重
により自動的に雪降しが達成できる。図１３は、本発明
のパネルヒータ２００を自動車９００のインストルメン
トパネル９１０の上面にとりつけたものである。パネル
ヒータから放射された遠赤外線はフロントガラス９２０
上に付着した霜Ｓ−２を効果的に溶かす。したがって、
ワイパーを作動させることによって、速やかに前方視界
を得ることができる。

【００１５】なお、以上の実施例においてはハニカムの
材料として、研磨したアルミニュムを使用した例を述べ
たが、非金属のハニカムでも、表面の円滑さが条件を満
していれば、同様の効果を示す。さらに、六角筒を円筒
に変えても、集約効率は低下するが、実用に供すること
は可能である。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパネルヒ
ータは赤外線の放射効率の高い素材を広い面積に用いて
形成しているので、暖房効率が高い。また、空気を構成
している窒素および酸素は、ともに赤外線を吸収しない
特性を持っているので、赤外線を希望する方向に集約す
ることにより、暖房器から被暖房物体までの距離に無関
係とすることができ、遠隔暖房が可能となると共に、従
来困難であった場所での暖房が可能となり、効率の良い
暖房ができる。また、被暖房物体は吸収した赤外線によ
る摩擦熱で温められるので、燃焼による空気汚染などの
ない、快適な暖房効果が得られる。

【００１７】さらに、発熱体は低温でよいので、電力の
消費が少量で十分な暖房効果が期待され、省エネルギー
が達成されると同時に、安全なヒータとなる。また、板
状の構成とすることにより、取付、軽量で持ち運びが容
易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパネルヒータの基本構成を示す斜視
図。

【図２】本発明のパネルヒータの基本構成を示す断面
図。

【図３】パネルヒータの標準的な構成を示す斜視図。

【図４】パネルヒータの標準的な構成を示す断面説明
図。

【図５】パネルヒータの電気配線を示す説明図。

【図６】本発明のパネルヒータの暖房器具としての使用
例を示す説明図。

【図７】本発明のパネルヒータの暖房器具としての使用
例を示す説明図。

【図８】本発明のパネルヒータの暖房器具としての使用
例を示す説明図。

【図９】本発明のパネルヒータの暖房器具としての使用
例を示す説明図。

【図１０】本発明のパネルヒータの暖房器具としての使
用例を示す説明図。

【図１１】本発明のパネルヒータの解凍器具としての使
用例を示す説明図。

【図１２】本発明のパネルヒータの溶雪器具としての使
用例を示す説明図。

【図１３】本発明のパネルヒータの溶霜器具としての使
用例を示す説明図。

【図１４】水分の運動状態の説明図。

【図１５】赤外線放射の特性を示すグラフ。

【図１６】牛肉の赤外線の吸収を示すグラフ。

【図１７】従来の器具の説明図。

【図１８】従来の器具の説明図。

【符号の説明】

１パネルヒータユニット１０面状発熱体２０ハニカム材２０ａ内面１００パネルヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長の長い赤外線を放射する赤外線放射
材を有する面状発熱体と、面状発熱体の一面に配設する
ハニカム材とを備え、ハニカム材は内面を鏡面とした六角筒を連続的に立設
し、面状発熱体から放射される赤外線の放射方向を集約
させてなるパネルヒータ。
【請求項２】面状発熱体が放射する赤外線の波長はほ
ぼ６．２７ミクロンであることを特徴とする請求項１記
載のパネルヒータ。
【請求項３】赤外線を放射する面状発熱体の温度はほ
ぼ１００度（摂氏）とする請求項１記載のパネルヒー
タ。
【請求項４】面状発熱体の赤外線放射材は、活性炭素
繊維を使用してなる請求項１記載のパネルヒータ。
【請求項５】ハニカム材は面状発熱体の補強材とし
て、面状発熱体の熱膨張による変歪を防止してなる請求
項１記載のパネルヒータ。