炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置
【課題】高温発熱しながら折れ曲がり及び張力に対応する高い引張強度を有する炭素繊維発熱体を提供すること。
【解決手段】少なくとも１本以上の炭素繊維１１１とガラス繊維１１２とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子１１３と、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段１１５と、を備えることを特徴とする炭素繊維発熱体とした。。
【解決手段】少なくとも１本以上の炭素繊維１１１とガラス繊維１１２とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子１１３と、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段１１５と、を備えることを特徴とする炭素繊維発熱体とした。。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温発熱する発熱体において、炭素繊維にガラス繊維を所定の割合にて編み込んでなる束をシリコン被覆体で被覆することにより、高温発熱しながら折れ曲がり及び張力に対応する高い引張強度を有する炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボイラーや温水器など高温を必要とする各種の加熱装置には、高温発熱する発熱体が設けられて、この発熱体から放出または輻射される高温の熱を用いて、水や空気などを加熱して温水及び温風などを生産している。そして、これらは、通常、石炭または石油などの燃焼を通じての燃焼熱を利用したり、電気を用いた発熱体の抵抗熱を利用して、高温を得る方法が汎用されている。
【０００３】
しかしながら、最近、大気汚染などの環境汚染の問題及び原料枯渇による原料費上昇などにより、石炭または石油などを原料とするボイラーや温風器などの使用が漸減しつつある傾向にある。そして、その代案として、電気を用いた電気ボイラーや電気温水器などの使用が段々増えているのが現状である。
【０００４】
前記電気を利用する方法は、ニックロム線などの高い電気抵抗を有する金属をコイル状に形成した発熱体に、電流を印加して発生する抵抗熱を用いてボイラーの内部を循環する冷水を加熱したり、温風器の内部を通過する空気を加熱する方法が主として使用される。
【０００５】
しかしながら、このとき、コイル状の発熱体には、強い電流を流さなければ、所定の温度以上に発熱しなくなり、このように発熱するのに長時間がかかってしまい、これは、使用電力消耗の増大につながる。
【０００６】
また、コイルの特性から、強い電流が流れると、人体に有害な電磁波（ＥＭＩ）が発生するだけではなく、長時間使用時には、発熱体の断線、漏電、感電、過熱による火災などの電気事故が発生するなど、多くの問題点があった。
【０００７】
上記の如き問題点を解決するために、ガラス繊維に炭素液を発泡、塗布して得られる炭素繊維を真空管に挿入して真空状態で密閉し、その両端部に電源を供給する炭素繊維発熱体を、ボイラーなどに適用して循環する冷水を直接的に加熱する方法が提案されている。
【０００８】
これは、従来のニックロム線発熱体に比べて、電力消耗を減らし、且つ、人体に有害な電磁波（ＥＭＩ）の発生を防ぐことはできるとはいえ、真空管により炭素繊維の温度が外部に効率よく伝達できない。
【０００９】
また、製造に長時間がかかり、複雑で且つ製造コストが高く、衝撃及び張力に弱くて炭素繊維が容易に途切れたり破損され、折ったり曲げたりできず、そのまま使用しなければならないなど、多くの問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炭素繊維に所定の割合のガラス繊維を編み込んでなる束を被覆体で被覆した発熱体を構成することにより、高温発熱しながら高い引張強度を有して、張力が加わっても途切れたり破損されず、変形し易く、しかも、これをボイラー及び温水器など種々に適用可能な、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、石英パイプの内部にカーボン糸をＬＰＧ及び水素と一緒に密閉されるように内蔵しながら、両端のニッケル線による接続端子だけを露出させて構成したナノ炭素ヒーターを、ヒートランプ、温風器、ヒートパイプ及びボイラーの発熱体として使用することにより、熱効率に優れ、酸素を直接的に燃焼しないことから快適な室内環境を維持し、遠赤外線と陰イオンの放出により人体と動物はもちろん、作物の栽培にも卓越した効果を有する、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【００１２】
さらに、本発明の他の目的は、炭素繊維にガラス繊維を所定の割合にて編み込んでなる束の外面に無機質耐熱セラミック接着剤を塗布し且つ結束して得られる炭素繊維発熱線を、水路管の外部に巻回して形成することにより、水を直接的に加熱して素早い熱交換を通じて効率よく高温水を生産する、熱交換用炭素繊維発熱体の構造及びこれを用いた電気ボイラーを構成することにより、少ない消費電力により安定的で且つ効率的に高温水を生産する、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明による炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置は、次の〔１〕〜〔１７〕の構成とした。
〔１〕少なくとも１本以上の炭素繊維とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子と、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体。
〔２〕前記被覆手段は、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面に密設されるシリコン被覆体であることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔３〕前記発熱繊維は、前記炭素繊維６０％〜９５％と前記ガラス繊維４０％〜５％とを編み込んで得られることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔４〕前記発熱繊維は、前記炭素繊維及びガラス繊維と一緒に少なくとも１本以上のポリエステル繊維をさらに編み込んでなることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔５〕前記発熱繊維をアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回し、加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱して、複数本が一体に結束されて螺旋状を呈するように形成することを特徴とする、〔４〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔６〕前記接続端子は、前記発熱繊維の両端にニッケル線を圧着して一体に形成することを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔７〕前記被覆手段は、真空状態の内部空間にＬＰＧガスおよび水素を充填し、前記発熱繊維を内蔵しながら前記接続端子の一部だけを両端に露出されるように封止する石英パイプであることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔８〕前記石英パイプの背面に配設されて熱を反射する反射板と、前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結される電源線と、前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、をさらに備えることを特徴とする、〔７〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔９〕ステンレス鋼蛇腹、ＰＥパイプまたはＸＬパイプから形成され、その内部に一定の間隔をあけて多数の前記石英パイプを一列に配置するヒートパイプと、前記ヒートパイプの内部に配設された前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、をさらに備えることを特徴とする、〔７〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１０〕内部に水が流れる水路管をさらに備え、前記発熱繊維は、前記水路管の外周面に沿って２ｍｍ〜２０ｍｍ間隔の螺旋状に巻回され、前記被覆手段は、前記水路管及び前記発熱繊維を被覆する耐熱被覆層からなることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１１〕前記発熱繊維は、前記炭素繊椎とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる束の外面に二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤を０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布し、且つ一体に結束してなることを特徴とする、〔１０〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１２〕温水タンクの内部に流入された水を温水に加熱する加熱装置において、前記温水タンクの内部に配設されて内部に流入された水を加熱するための前記〔２〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記温水タンクの内部において加熱された水を外部に給水する給水ラインと、前記温水タンクの内部において加熱された水を循環させる配管ラインと、前記温水タンク内部の温水温度を感知する温度センサーと、前記温度センサーにおいて感知された前記温水タンクの温水の温度に応じて前記電気供給線の電気供給状態を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１３〕前記温水タンクの内部に食水を流入させる冷水供給管と、前記温水タンクの内部において加熱された温水を給水する温水給水管と、をさらに備えることを特徴とする、〔１２〕に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１４〕前記炭素繊維発熱体は、前記温水タンクの内部において概ね２ｍｍ〜５ｍｍの間隔を維持するように垂直方向のコイル状に巻回してなることを特徴とする、〔１２〕に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１５〕その内部に空間部が形成され、一方の側に空気を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された空気を吐出する吐出口が形成された加熱室と、前記引込口の近傍に形成されて外部空気を前記加熱室の内部に強制的に吸入するファンと、前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記〔７〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の両側に形成された前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１６〕その内部に空間部が形成され、一方の側に水を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された温水を吐出する吐出口が形成された熱交換管と、前記熱交換管の内部空間に形成される加熱室と、前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記〔７〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、前記加熱室の上段に形成されてその内部に貯留された温水を温める温水交換室と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１７〕内側面にはガラス繊維断熱層を備え、その内部に空間部が形成された外部ケースと、前記外部ケースの内部に配設される前記〔１０〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の一方の端部に形成されて前記水路管内に冷水を流入させる冷水流入口と、前記炭素繊維発熱体の他方の端部に形成されて前記水路管内を通過しながら加熱された温水を外部に排出する温水排出口と、前記水路管内部の水を前記冷水流入口と前記温水排出口を介して循環させる循環パンプと、前記炭素繊維発熱体の両端部に連結されて電気を供給する電源供給部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、電気が印加されながら高温発熱する炭素繊維にガラス繊維が所定の割合にて編み込まれて束が形成されることにより、ガラス繊維を通じての高い引張強度を有して、炭素繊維発熱体が複数の方向に折れ曲がるように柔軟に設けられるか、あるいは、張力が加えられても炭素繊維が途切れたり破境されないように安全性を確保し、炭素繊維発熱体が少ない電力消費でも短時間に高温発熱してエネルギー効率を向上させ、このような炭素繊維発熱体をボイラー及び温水器の加熱装置に適用してその構成が簡単であり、低電力高効率の効果を有する。
【００１５】
また、複数本を撚り合わせて引張力を補強したカーボン糸をポリエステル糸と共にアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回してコイルの形状を維持し、前記カーボン糸が巻回されたアルミニウム棒を加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル糸が溶けながら複数本のカーボン糸が一体弾力性を有するようにし、前記撚り合わせて引張力を補強したカーボン糸の両端にニッケル線を圧着して一体化させて電源供給用の接続端子にし、前記カーボン糸を石英パイプに内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子だけを露出させてナノ炭素ヒーターを仕上げることにより、前記ナノ炭素ヒーターを反射板の前面に配設しながら両側の接続端子に電源線を接続したヒートランプが少ない電力条件下で高い発熱量にて室内の空間を発熱することができ、快適な室内環境を維持し、陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益となる効果がある。
【００１６】
また、電気が印加されながら高温発熱する炭素繊維にガラス繊維が所定の割合にて一緒に編み込まれて束が形成されたままで無機質耐熱セラミック接着剤により結束された炭素繊維発熱線が水路管に巻回されたままでその内部に流れる水を直接的に加熱することにより、熱交換を効率的に少ない消費電力にて高温水を生産すると同時に、ガラス繊維を通じての高い引張強度及び柔軟性を有し、無機質耐熱セラミック接着剤を塗布して酸化を防止し、これを耐熱被覆層により仕上げて電気事故を防止し、安定的に使用可能な熱交換用炭素繊維発熱体及びこれを用いた電気ボイラーを構成する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【図２】本発明による加熱装置の一実施形態であり、ボイラーを示す図である。
【図３】本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態による炭素繊維発熱体の製造工程図である。
【図５】図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、ヒートランプを示す断面図である。
【図６】図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、温風器を示す断面図である。
【図７】本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ヒートパイプを示す図である。
【図８】本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ナノ炭素ボイラーを示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【図１０】図９の断面図である。
【図１１】本発明による加熱装置のさらに他の実施形態であり、電気ボイラーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の炭素繊維発熱体１１０は、電気が印加されれば、高温発熱する炭素繊維１１１を２本以上の束に編み込んで所定の長さを有するように形成するが、このとき、前記炭素繊維１１１束の形成時に同じ長さを有するガラス繊維１１２を所定の割合にて編み込む。
【００２１】
上記のように炭素繊維１１１にガラス繊維１１２が編み込まれることにより、炭素繊維１１１の両側に張力が加えられたり一方の側が折れ曲がるなど外力が加えられるときに、ガラス繊維１１２が張力及び折れ曲がりに対応する高い引張強度を有して炭素繊維１１１を支持することにより、各種の外力により炭素繊維１１１の破損を防止し、かつ、高い安全性を確保することになる。
【００２２】
かかる炭素繊維１１１とガラス繊維１１２との編み込みは、炭素繊維６０％〜９５％にガラス繊維４０％〜５％の割合にて行うことにより、炭素繊維１１１が高い割合にて編み込まれて発熱量及び熱効率を高めることができる。また、ガラス繊維１１２が高い割合にて編み込まれて高い引張強度及び安全性を確保するなど、その使用用途及び発熱量に応じて種々に製造可能である。
【００２３】
そして、前記炭素繊維１１１の両端には炭素繊維１１１に電気を供給する金属製の電気供給線１１３が連結されるが、炭素繊維１１１に電気供給線１１３を接続した後、前記炭素繊維１１１と電気供給線１１３を所定の幅の接続固定体１１４により緊密に束ねて固定し、このように炭素繊維１１１とガラス繊維１１２が編み込まれ、電気供給線１１３が連結された束の表面をシリコン被覆体１１５により被覆して仕上げることにより、炭素繊維発熱体１１０を構成する。
【００２４】
このようにして構成された炭素繊維発熱体１１０は、炭素繊維１１１を利用することにより、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有する。また、電気供給線１１３を介して炭素繊維１１１に電気が印加されれば、高温発熱し、これは、従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができて電力消費を減らすことができる。また、それのみならず、所定の割合のガラス繊維１１２が編み込まれて高い引張強度を通じて炭素繊維１１１の破損を防止して安全性を向上させ、その表面は高い絶縁性を有するシリコン被覆体１１５により仕上げられて、炭素繊維１１１を流れる電気による電気事故を防止するなどの長所を有する。
【００２５】
このように構成されて高温発熱する炭素繊維発熱体１１０は、その表面を被覆して仕上げたシリコン被覆体１１５が約２５０℃の融点を有するが、前記炭素繊維発熱体１１０が空気中において発熱時にはシリコン被覆体１１５の融点以上の温度で発熱してシリコン被覆体１１５が溶けて炭素繊維発熱体１１０が破損されたり、漏電及び火災など事故の危険性が高いため、前記炭素繊維発熱体１１０は水中に投入して、循環する溝と持続的に熱交換することにより、１００℃〜１５０℃の温度を維持してシリコン被覆体１１５が溶融されることを防止することが好ましい。
【００２６】
さらに、前記シリコン被覆体１１５は、防水性に優れているため、炭素繊維１１１及び接続固定体１１４の内部に水が浸透することを防止して、漏電などの電気事故が発生することを効果的に防止する。
【００２７】
図２は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、ボイラーを示す図である。図３は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。
【００２８】
前記図１に示すように、水中に投入して使用する炭素繊維発熱体１１０は、温水を使用するボイラー１２０及び温水器１３０の加熱装置に好適に適用可能であるが、本発明による炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０及び温水器１３０をそれぞれ説明する。
【００２９】
先ず、図２に示すように、本発明によるボイラー１２０は、通常、温水タンク１２１の内部に冷水が流入されれば、加熱装置により所定の温度以上の温水に加熱され、このような温水は配管ライン１２２に沿って循環しながら床面などを暖房したり、給水ライン１２３を介して洗面台などに温水を給水するが、このとき、前記ボイラー１２０の加熱装置を炭素繊維発熱体１１０から構成することにより、炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０を形成することになる。
【００３０】
すなわち、炭素繊維発熱体１１０を温水タンク１２１の一方の側の内部に配備し、両端部を温水タンク１２１の外部に配備し、温水タンク１２１内の温度センサー１２５を感知しながら電気供給線１１３に連結されて電気を供給する制御部１２４が形成されることにより、ボイラー１２０を構成することになる。
【００３１】
このとき、前記温水タンク１２１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０が単純に拡開された直線状に配備される場合、その発熱面積が小さく、高温を維持するように発熱するのに多大の電力が消頼されて温水タンク１２１内の水を全体的に高温で熱交換するのに無理があるため、約２ｍｍ〜５ｍｍの適切な間隔をあけてコイル状に巻回して形成したり、本体などの内部芯材にコイル状に巻回して形成することにより、隣の炭素繊維発熱体１１０の発熱面積を広げて、低電力でも高温発熱すると同時に熱伝導率を向上させて、短時間に効率的に温水を製造することになる。
【００３２】
上記のように炭素繊維発熱体１１０を折り曲げたり巻回しても、ガラス繊維１１２が高い引張強度を維持することにより、炭素繊維１１１が途切れたり破損されることを防止し、高い安全性を確保することになる。
【００３３】
これを通じて、水が入れられた温水タンク１２１内の水の温度を温度センサー１２４を通じて制御部１２４が感知すると、前記制御部１２４は温水タンク１２１内の水が所定の温度以上になるように電気供給線１１３に電気を供給して炭素繊維発熱体１１０を発熱させる。このように発熱する炭素繊維発熱体１１０は、温水タンク１２１内の冷水と熱交換されて、約１００℃〜１５０℃の温水が配管ライン１２２に沿って循環したり給水ライン１２３を介して給水される。また、このような温水の温度は、制御部１２４を介して電気供給線１１３に供給される電気を調節して炭素繊維発熱体１１０の発熱温度を調節する方法により容易に制御することが可能になる。
【００３４】
以上のように構成されたボイラー１２０は、その楕成が簡単であり、小型化可能であり、製作し易く、メンテナンスを安価で簡単に行うことができるだけではなく、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をして電力消費を減らすことができる。また、その表面がシリコン被覆体１１５により仕上げられて、各種の電気事故の危険が低くて安定的であり、衛生的であるため、直接的に水と接しても安全であり、これを通じて高い熱伝導率を有する。
【００３５】
次に、図３は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。この図に示すように、本発明の温水器１３０は、通常、冷水供給管１３２により食水が温水タンク１３１の内部に流入すれば、加熱装置により所定の温度以上の温水に加熱され、このような温水は温水給水管１３３を介して給水されて温水を供給することになる。このとき、前記温水器１３０の加熱装置を炭素繊維発熱体１１０から構成することにより、炭素繊椎発熱体１１０を用いた温水器１３０を形成することになる。
【００３６】
すなわち、前記炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０と同様に、炭素繊維発熱体１１０を温水タンク１３１の一方の側の内部に配備し、両端部を温水タンク１３１の外部に配備し、温水タンク１３１内の温度センサー１３５を感知しながら、電気供給線１１３に連結されて電気を供給する制御部１３４が形成されることにより、温水器１３０を構成することになる。
【００３７】
そして、同様に、前記温水タンク１３１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０は、約２ｍｍ〜５ｍｍの間隔をあけてコイル状に巻回して形成したり、棒体などの内部芯材にコイル状に巻回して形成することにより、隣の炭素繊維発熱体１１０の発熱面積を広げて、低電力でも高温発熱すると同時に熱伝導率を向上させて、短時間に効率的に温水を製造することになる。
【００３８】
これを通じて、冷水供給管１３２を介して温水タンク１３１の内部に供給される食水の温度を温度センサー１３５を通じて制御部１３４が感知すると、前記制御部１３４は温水タンク１３１内の食水が所定の温度以上になるように電気供給線１１３に電気を供給して炭素繊維発熱体１１０を発熱することになる。このように発熱する炭素繊維発熱体１１０は、温水タンク１３１内の食水と熱交換されて、約４０℃〜１００℃の飲用可能な温度を有する食水が温水供給管１３３を介して給水される。このような温水の温度は、制御部１３４を介して電気供給線１１３に供給される電気を調節して炭素繊維発熱体１１０の発熱温度を調節する方法により容易に制御することが可能になる。
【００３９】
上記のように構成された温水器１３０もまたその構成が簡単であり、小型化可能であり、製作し易く、メンテナンスを安価に行うことができるだけではなく、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をして電力消費を減らすことができる。また、その表面がシリコン被覆体１１５により仕上げられて、各種の電気事故の危険性が低くて安定的であり、衛生的であるため、食水と直接的に接しても汚染がなく安全であり、これを通じて高い熱伝導率を有する。
【００４０】
上述した本発明による炭素繊維発熱体１１０は、炭素繊維１１２が低電力でも短時間に高温発熱し、所定の割合にて編み込まれたガラス繊維１１２を通じて炭素繊維発熱体１１０が全体的に高い引張強度を有して、張力が加えられても途切れたり破墳されないように安全性を確保し、柔軟性を有し、シリコン被覆体１１５により仕上げて、水中において安全であり、衛生的に使用することが可能になる。
【００４１】
そして、このような炭素繊維発熱体１１０をボイラー１２０と温水器１３０の加熱装置に適用することにより、高い熱伝導率を有して温水の供給を短時間に行い、その構成を簡素化及び小型化させ、メンテナンスを容易にし、電力消費を減らし、安定的であり、且つ、衛生的に使用可能である。
【００４２】
また、上記のようにボイラー１２０や温水器１３０の各温水タンク１２１、１３１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０は石英ガラス管やステンレス鋼管または銅管など管内部に挿着することにより、水との直接的な接触を防止して安定性をさらに向上させ、柔軟な炭素繊維発熱体１１０の固定を一層容易にすることもできる。
【００４３】
図４は、本発明の他の実施形態による炭素繊維発熱体の製造工程図である。
【００４４】
図４に示すように、本発明による炭素繊維発熱体は、特定の工程により製造するものであり、先ず、複数本を撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１をポリエステル繊維２０２と一緒にアルミニウム棒２０３に一定の間隔をあけて巻回する。
【００４５】
この後、前記炭素繊維２０１が巻回されたアルミニウム棒２０３を加熱室２０４において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル繊維２０２が溶けながら炭素繊維２０１が弾性力を有するように複数本を一体化させる。
【００４６】
また、前記撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１の両端にニッケル線を圧着して一体化させて電源供給用接続端子２０５にする。
【００４７】
前記炭素繊維２０１を石英パイプ２０６に内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子２０５だけを露出させて炭素繊維発熱体２１０を製造するように構成する。
【００４８】
上記のようにして製造された本発明の炭素繊維発熱体２１０は、複数本を撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１をポリエステル繊維２０２と一緒にアルミニウム棒２０３に一定の間隔をあけて巻回してコイルの形状を維持する。
【００４９】
前記炭素繊維２０１が巻回されたアルミニウム棒２０３を加熱室２０４において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル繊維２０２が溶けながら複数本の炭素繊維２０１が一体化されて弾性力を有する炭素繊維２０１を形成する。
【００５０】
そして、前記撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１の両端に拡開されたニッケル線に嵌め込まれるようにした状態で圧着して一体化させて電源供給用接続端子２０５を形成する。
【００５１】
前記炭素繊維２０１を石英パイプ２０６に内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子２０５だけ露出させて接続端子２０５を介して電源を供給すると、炭素ヒーター２１０の炭素繊維２０１に流れる電流により発熱しながら石英パイプ２０６の内部に充填されたＬＰＧと水素ガスが少量ずつ燃焼する間に多量の熱と光を発生すると同時に陰イオンと遠赤外線を放出するようにする。
【００５２】
図５は、図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、ヒートランプを示す断面図である。
【００５３】
前記炭素繊維発熱体２１０を反射板２１２の前面に配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２１３を接続した状態で電源供給部２１４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が印加される間に加熱装置であるヒートランプ２１１が発熱するように構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００５４】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００５５】
図６は、図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、温風器を示す断面図である。
【００５６】
前記炭素繊維発熱体２１０を加熱室２２２に縦に多数配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２２３を接続した状態で電源供給部２２４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が並列に印加される間に発熱するようにする。
【００５７】
また、前記炭素繊維発熱体２１０が配設された加熱室２２２の一方の側のファン２２５が駆動するに伴い、引込口２２６を介して流入される空気が暖められて吐出口２２７を介して室内の温度を高めるように温風器２２１を構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより、人体と動物及び作物に有益になるように構成する。
【００５８】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置の温風器２２１は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００５９】
図７は、本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ヒートパイプを示す図である。
【００６０】
前記炭素繊維発熱体２１０をステンレス鋼蛇腹やＰＥパイプまたはＸＬパイプ２３２の内部に一定の間隔をあけて配設し、前記炭素繊維発熱体２１０の接続端子２０５に電源線２３３を接続した状態で電源供給部２３４を介して４６０Ｖ、１０Ａずつの電源が印加される間に加熱装置であるヒートパイプ２３１が発熱するように構成して暖房のための空間の床面に配設して空間を暖めるようにするか、あるいは、地下に埋設して地熱暖房ができるようにすることにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００６１】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長、特に、根作物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００６２】
図８は、本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ナノ炭素ボイラーを示す図である。
【００６３】
図８に示すように、前記炭素繊維発熱体２１０を加熱室２４２に縦に多数配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２４３を接続した状態で、電源供給部２４４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が並列に印加される間に発熱するようにする。
【００６４】
このため、前記炭素繊維発熱体２１０が配設された加熱室２４２の外部に熱交換管２４５を配列して一方の側の引込口２４６を介して流入された暖房用水が温められた後に吐出口２４７を介して図示しない暖房先を循環するようにする。
【００６５】
前記加熱室２４２の上段には温水交換室２４８を配列して温められた温水を使用できるようにナノ炭素ボイラー２４１を構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できると同時に、温水を使用できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する問に陰イオンと遠赤外線を放出することにより、人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００６６】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００６７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図であり、図１０は、図９の断面図である。
【００６８】
本発明の熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、図９及び図１０に示すように、大きく、水が流れる水路管３１１と、前記水路管３１１に巻回される炭素繊維発熱線３１２及びその外部を仕上げる耐熱被覆層３１６を備える。
【００６９】
前記水路管３１０は、アルミニウムまたは銅のように熱伝導率が高い金属を内部が貫通されて水が流れる管状に形成され、その外側面に沿っては所定の間隔をあけて螺旋状に巻回される炭素繊維発熱線３１２が密設される。
【００７０】
前記水路管３１１に巻回される炭素繊維発熱線３１２は、炭素繊維３１３とガラス繊維３１４を編み込み、これを無機質耐熱セラミック接着剤３１５により結束してなる。
【００７１】
前記炭素繊維発熱線３１２に電気が印加されれば、高温発熱する炭素繊維３１３を２本以上の束に編み込んで所定の長さを有するように形成し、このとき、前記炭素繊維３１３束の形成時に同じ長さを有するガラス繊維３１４を所定の割合にて編み込む。
【００７２】
上記のように炭素繊維３１３にガラス繊維３１４が編み込まれることにより、炭素繊維３１３の両側に張力が加えられたり、一方の側が折れ曲がるなど外力が加えられるとき、ガラス繊維３１４が張力及び折れ曲がりに対応する高い引張強度を有して炭素繊維３１３を支持することになる。この後、水路管３１１の外側に折れ曲がるように巻回されるか、あるいは、各種の外力が加えられても炭素繊維３１３の破損を防止し、高い安全性を確保することになる。
【００７３】
かかる炭素繊維３１３とガラス繊維３１４との編み込みは、炭素繊維６０％〜９５％にガラス繊維４０％〜５％の割合にて行うことにより、炭素繊維３１３が高い割合にて編み込まれて発熱量及び熱効率を高めることができる。また、ガラス繊維３１４が高い割合にて編み込まれて高い引張強度及び安全性を確保するなど、その使用用途及び発熱量に応じて種々に調節して製造可能である。
【００７４】
ところが、前記炭素繊維３１３は、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動など多くのメリットを有するが、高温における酸化安定性の問題により使用上の制約を受けている。
【００７５】
すなわち、炭素繊維は、材料の製造方法や内部原子配列により違いがあるが、普通５００℃以上の温度において酸化が始まり、比較的に低温領域においては炭素の反応性が小さくて炭素が炭素の気孔間に深く浸透し、拡散が起こって内部が全体的に酸化され、高温領域においては炭素の反応性よりも炭素の反応性の方が高くなって炭素が内部に拡散できず、炭素材の表面に存在する酸化膜から炭素を供給されながら表面から拡散が発生し、その途中の領域においては２種類の反応が両方とも起こり、このような酸化反応が進むに伴い、炭素の表面に気孔が形成され、内部に拡散していきながら酸化が進むことになる。
【００７６】
このように高温発熱時に炭素により炭素繊維３１３の酸化が素早く進むため、炭素繊維３１３を長時間使用することができず寿命が短くなり、発熱量が下がるなどその効率性か低下するが、このような酸化を防止すると同時に一定の形状に固定するためには炭素繊維３１３とガラス繊維３１４が編み込まれた束の外面に無機質耐熱セラミック接着剤３１５を塗布して一体に結束して、炭素と反応を起こさずに酸化を防止し、一定の形状に維持する。
【００７７】
前記無機質耐熱セラミック接着剤３１５は、酸化抵抗性を有する化合物を低い温度において溶融させてこの化合物が炭素繊維３１３及びガラス繊維３１４内の炭素の通路となる個所を満たしたり、あるいは、閉塞する形で存在するようにすると同時に、炭素繊維３１３とガラス繊維３１４の束を一体に結束するものであり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とジルコニア（ＺｒＯ2）及びセラミックの成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤３１５を炭素繊維３１３及びガラス繊維３１４の束に０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布して乾燥することにより、炭素繊維３１３の酸化を防止すると同時に、二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分により約１、７００℃においても耐え得る耐熱性を有し、環境汚染物質の排出がなく、結束して一体に固定する。
【００７８】
そして、上記のように、ガラス繊維３１４と一緒に無機質耐熱セラミック接着剤３１５により結束された炭素繊維３１３の束の各両端には電気を供給する金属材質の連結端子（図示せず）に連結して、炭素繊維発熱線３１２を形成する。このような炭素繊維発熱線３１２は、炭素繊維３１３を利用することにより、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有している。連結端子を介して炭素繊維３１３に電気が印加されれば、高温発熱し、これは従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができ、電力消費を減らすことができる。また、それだけではなく、所定の割合のガラス繊維３１４が編み込まれて、高い引張強度を通じての炭素繊維３１３の破損を防止して安全性を向上させ、無機質耐熱セラミック接着剤３１５がその外側に塗布されて一体に結束されて炭素繊維３１３の酸化作用を防止して、その寿命を延長する。
【００７９】
このように形成された炭素繊維発熱線３１２は水路管３１１の外側に螺旋状に巻回され、その外部には断熱効果を有して高温においても変形されないガラス繊維またはインシュレーション材質の耐熱被覆材から形成された耐熱被覆層３１６により被覆して仕上げることにより、本発明による熱交換用炭素繊維発熱体３１０を構成することになる。
【００８０】
このとき、前記炭素繊維発熱線３１２は炭素繊維３１３の発熱時に隣り合う多数の炭素繊維３１３同士が熱分解を引き起こして短時間にさらに高温発熱するため高い熱効率を有し、このため、水路管３１１に約２ｍｍ〜２０ｍｍの適切な間隔を有する螺旋状に巻回されることが好ましい。
【００８１】
以上のような棉造を有する本発明による熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、炭素繊維発熱線３１２が低電力を印加しても高温発熱する炭素繊維３１３を用いて高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有し、従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をすることができ、電力消費を減らすことができる。
【００８２】
これらに加えて、所定の割合のガラス繊維３１４が編み込まれて、高い引張強度を通じての炭素繊維３１３の破損を防止して安全性を向上させ、その表面には無機質耐熱セラミック接着剤３１５が塗布されて一体に結束されることにより、炭素との接触及びこれを通じての酸化作用を防止してその寿命を延ばすことができる。
【００８３】
また、断線、漏電、感電、過熱などの電気事故を防止して安定性を向上させ、このような炭素繊維発熱線３１２が水路管３１１に密着して巻回されることにより、水路管３１１の内部を流れる水に直接的に熱を伝達して、高い熱交換効率を有し、短時間に高温水を生産することが可能になる。
【００８４】
そして、前記耐熱被覆層３１６を通じて、炭素繊維３１３から発生する熱が外部に抜け出ることを防いで熱効率をさらに向上させるだけではなく、高い電気絶縁性を有して、断線、漏電、感電、過熱などの電気事故を防止して安定性を向上させ、作業者が熱交換用炭素繊維発熱体３１０の取り扱いを一層安全で且つ容易にするようにする。
【００８５】
上記の構造を有する熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、電気ボイラー３０１に適用して高温水を効果的に生産することにより、低電力高効率の電気ボイラー３０１を構成することができる。
【００８６】
図１１は、本発明による加熱装置のさらに他の実施形態であり、電気ボイラーを示す図である。
【００８７】
図１１に示すように、通常のボイラーの形態に内部が空いており、ガラス繊維断熱層３２０を備えた外部ケース３３０の内部に前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０を備える。前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の両端部にはそれぞれ外部から水路管３１１の内部に冷水を流入させる冷水流入口３１０ａ及び熱交換用炭素繊維発熱体３１０の内部を通過しながら加熱される高温水を外部に排出する温水排出口３１０ｂをそれぞれ連結し、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の内部の水を冷水流入口３１０ａ及び温水排出口３１０ｂを介して循環し続ける循環パンプ３１０ｃを連結して、冷水流入口３１０ａを介して流入される冷水を水路管３１１の内部を通過させて温水排出口３１０ｂに排出する。
【００８８】
さらに、前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０の炭素繊維３１３が連結された連結端子は、外部ケース３３０の一方の側に配設された電源供給部３４０に連結されて、前記電源供給部３４０により供給される電気が炭素繊維３１３に印加されながら前記炭素繊維３１３は高温発熱することになり、このような電源供給部３４０は印加される電気量を調節して炭素繊椎３１３の発熱温度を調節したり、タイマーなどを通じて電気ボイラー３０１の稼働状態及び稼働時間を容易に調節できるようにする。
【００８９】
また、このような電気ボイラー３０１の外部ケース３３０の内側面にはガラス繊維断熱層３２０を備えることにより、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の外部に熱が抜け出ることを防止して、電気ボイラー３０１の熱効率をさらに向上させる。
【００９０】
このように構成された電気ボイラー３０１は、循環パンプ３１０ｃにより外部から流入される冷水が冷水流入口３１０ａを介して熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の内部に流入されれば、電源供給部３４０を介して電気が印加されて高温発熱する炭素繊維３１３が水路管３１１の内部を移動する冷水を加熱しながら熱交換が行われる。このため、高温水を生産することになり、このようにして加熱された高温水は温水排出口３１０ｂを介して熱交換用炭素繊維発熱体３１０の外部に排出されながら暖房などに容易に使用可能になる。
【００９１】
そして、上記のように外部ケース３３０の内部に配設される熱交換用炭素繊維発熱体３１０はコイル状に多数回巻回されて形成されることにより、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の単位長さを長く形成して、その内部の水路管３１１を通過する冷水を暖房に必要とされる温度以上の高温水に十分に加熱できるようにする。
【００９２】
このような電気ボイラー３０１の外部ケース３３０の内部に配設される熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、直接的に挿入されて使用される方法の他に、アルミニウムパイプや銅パイプなどの高い耐食性及び強度を有するパイプ管の内部に挿入して使用することができるが、これを通じて、熱交換用炭素繊維発熱体３１０を保護して使用を一層安全にし、使用期間を増やすことが可能になる。
【００９３】
以上のように構成された電気ボイラー３０１は、熱交換用炭素繊維発熱体３１０を利用するため、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができて電力消費を減らすことができ、各種の電気事故の危険性が低くて安定的であり、ガラス繊維断熱層３２０が備えられて熱効率が高いだけではなく、その構造を簡素化および小型化できて、様々な方面に容易に適用可能である。
【００９４】
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明したが、本発明は上述した実施形態に何等限定されるものではなく、当該本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者であれば、誰でも複合的に様々な変形及び実施が可能であることはもちろんであり、そのような変更は記載された特許請求の範囲内に属する。
【符号の説明】
【００９５】
１１０ 炭素繊維発熱体
１１１ 炭素繊維
１１２ ガラス繊維
１１３ 電気供給線
１１４ 接続固定体
１１５ シリコン被覆体
１２０ ボイラー
１３０ 温水器
１２１，１３１ 温水タンク
１２２ 配管ライン
１２３ 給水ライン
１３２ 冷水供給管
１３３ 温水供給管
１２４，１３４ 制御部
１２５，１３５ 温度センサー
２０１ 炭素繊維
２０２ ポリエステル繊維
２０３ アルミニウム棒
２０４ 加熱室
２０５ 接続端子
２０６ 石英パイプ
２１０ 炭素繊維発熱体
２１１ ヒートランプ
２２１ 温風器
２３１ ヒートパイプ
２４１ ナノ炭素ボイラー
３０１ 電気ボイラー
３１０ 炭素繊維発熱体
３１１ 水路管
３１２ 炭素繊維発熱線
３１３ 炭素繊維
３１４ ガラス繊維
３１５ 無機質耐熱セラミック接着剤
３１６ 耐熱被覆層
３１０ａ 冷水流入口
３１０ｂ 温水排出口
３１０ｃ 循環パンプ
３２０ ガラス繊維断熱層
３３０ 外部ケース
３４０ 電源供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温発熱する発熱体において、炭素繊維にガラス繊維を所定の割合にて編み込んでなる束をシリコン被覆体で被覆することにより、高温発熱しながら折れ曲がり及び張力に対応する高い引張強度を有する炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボイラーや温水器など高温を必要とする各種の加熱装置には、高温発熱する発熱体が設けられて、この発熱体から放出または輻射される高温の熱を用いて、水や空気などを加熱して温水及び温風などを生産している。そして、これらは、通常、石炭または石油などの燃焼を通じての燃焼熱を利用したり、電気を用いた発熱体の抵抗熱を利用して、高温を得る方法が汎用されている。
【０００３】
しかしながら、最近、大気汚染などの環境汚染の問題及び原料枯渇による原料費上昇などにより、石炭または石油などを原料とするボイラーや温風器などの使用が漸減しつつある傾向にある。そして、その代案として、電気を用いた電気ボイラーや電気温水器などの使用が段々増えているのが現状である。
【０００４】
前記電気を利用する方法は、ニックロム線などの高い電気抵抗を有する金属をコイル状に形成した発熱体に、電流を印加して発生する抵抗熱を用いてボイラーの内部を循環する冷水を加熱したり、温風器の内部を通過する空気を加熱する方法が主として使用される。
【０００５】
しかしながら、このとき、コイル状の発熱体には、強い電流を流さなければ、所定の温度以上に発熱しなくなり、このように発熱するのに長時間がかかってしまい、これは、使用電力消耗の増大につながる。
【０００６】
また、コイルの特性から、強い電流が流れると、人体に有害な電磁波（ＥＭＩ）が発生するだけではなく、長時間使用時には、発熱体の断線、漏電、感電、過熱による火災などの電気事故が発生するなど、多くの問題点があった。
【０００７】
上記の如き問題点を解決するために、ガラス繊維に炭素液を発泡、塗布して得られる炭素繊維を真空管に挿入して真空状態で密閉し、その両端部に電源を供給する炭素繊維発熱体を、ボイラーなどに適用して循環する冷水を直接的に加熱する方法が提案されている。
【０００８】
これは、従来のニックロム線発熱体に比べて、電力消耗を減らし、且つ、人体に有害な電磁波（ＥＭＩ）の発生を防ぐことはできるとはいえ、真空管により炭素繊維の温度が外部に効率よく伝達できない。
【０００９】
また、製造に長時間がかかり、複雑で且つ製造コストが高く、衝撃及び張力に弱くて炭素繊維が容易に途切れたり破損され、折ったり曲げたりできず、そのまま使用しなければならないなど、多くの問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炭素繊維に所定の割合のガラス繊維を編み込んでなる束を被覆体で被覆した発熱体を構成することにより、高温発熱しながら高い引張強度を有して、張力が加わっても途切れたり破損されず、変形し易く、しかも、これをボイラー及び温水器など種々に適用可能な、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、石英パイプの内部にカーボン糸をＬＰＧ及び水素と一緒に密閉されるように内蔵しながら、両端のニッケル線による接続端子だけを露出させて構成したナノ炭素ヒーターを、ヒートランプ、温風器、ヒートパイプ及びボイラーの発熱体として使用することにより、熱効率に優れ、酸素を直接的に燃焼しないことから快適な室内環境を維持し、遠赤外線と陰イオンの放出により人体と動物はもちろん、作物の栽培にも卓越した効果を有する、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【００１２】
さらに、本発明の他の目的は、炭素繊維にガラス繊維を所定の割合にて編み込んでなる束の外面に無機質耐熱セラミック接着剤を塗布し且つ結束して得られる炭素繊維発熱線を、水路管の外部に巻回して形成することにより、水を直接的に加熱して素早い熱交換を通じて効率よく高温水を生産する、熱交換用炭素繊維発熱体の構造及びこれを用いた電気ボイラーを構成することにより、少ない消費電力により安定的で且つ効率的に高温水を生産する、炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明による炭素繊維発熱体及びこれを用いた加熱装置は、次の〔１〕〜〔１７〕の構成とした。
〔１〕少なくとも１本以上の炭素繊維とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子と、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体。
〔２〕前記被覆手段は、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面に密設されるシリコン被覆体であることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔３〕前記発熱繊維は、前記炭素繊維６０％〜９５％と前記ガラス繊維４０％〜５％とを編み込んで得られることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔４〕前記発熱繊維は、前記炭素繊維及びガラス繊維と一緒に少なくとも１本以上のポリエステル繊維をさらに編み込んでなることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔５〕前記発熱繊維をアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回し、加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱して、複数本が一体に結束されて螺旋状を呈するように形成することを特徴とする、〔４〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔６〕前記接続端子は、前記発熱繊維の両端にニッケル線を圧着して一体に形成することを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔７〕前記被覆手段は、真空状態の内部空間にＬＰＧガスおよび水素を充填し、前記発熱繊維を内蔵しながら前記接続端子の一部だけを両端に露出されるように封止する石英パイプであることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔８〕前記石英パイプの背面に配設されて熱を反射する反射板と、前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結される電源線と、前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、をさらに備えることを特徴とする、〔７〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔９〕ステンレス鋼蛇腹、ＰＥパイプまたはＸＬパイプから形成され、その内部に一定の間隔をあけて多数の前記石英パイプを一列に配置するヒートパイプと、前記ヒートパイプの内部に配設された前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、をさらに備えることを特徴とする、〔７〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１０〕内部に水が流れる水路管をさらに備え、前記発熱繊維は、前記水路管の外周面に沿って２ｍｍ〜２０ｍｍ間隔の螺旋状に巻回され、前記被覆手段は、前記水路管及び前記発熱繊維を被覆する耐熱被覆層からなることを特徴とする、〔１〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１１〕前記発熱繊維は、前記炭素繊椎とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる束の外面に二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤を０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布し、且つ一体に結束してなることを特徴とする、〔１０〕に記載の炭素繊維発熱体。
〔１２〕温水タンクの内部に流入された水を温水に加熱する加熱装置において、前記温水タンクの内部に配設されて内部に流入された水を加熱するための前記〔２〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記温水タンクの内部において加熱された水を外部に給水する給水ラインと、前記温水タンクの内部において加熱された水を循環させる配管ラインと、前記温水タンク内部の温水温度を感知する温度センサーと、前記温度センサーにおいて感知された前記温水タンクの温水の温度に応じて前記電気供給線の電気供給状態を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１３〕前記温水タンクの内部に食水を流入させる冷水供給管と、前記温水タンクの内部において加熱された温水を給水する温水給水管と、をさらに備えることを特徴とする、〔１２〕に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１４〕前記炭素繊維発熱体は、前記温水タンクの内部において概ね２ｍｍ〜５ｍｍの間隔を維持するように垂直方向のコイル状に巻回してなることを特徴とする、〔１２〕に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１５〕その内部に空間部が形成され、一方の側に空気を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された空気を吐出する吐出口が形成された加熱室と、前記引込口の近傍に形成されて外部空気を前記加熱室の内部に強制的に吸入するファンと、前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記〔７〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の両側に形成された前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１６〕その内部に空間部が形成され、一方の側に水を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された温水を吐出する吐出口が形成された熱交換管と、前記熱交換管の内部空間に形成される加熱室と、前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記〔７〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、前記加熱室の上段に形成されてその内部に貯留された温水を温める温水交換室と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
〔１７〕内側面にはガラス繊維断熱層を備え、その内部に空間部が形成された外部ケースと、前記外部ケースの内部に配設される前記〔１０〕に記載の炭素繊維発熱体と、前記炭素繊維発熱体の一方の端部に形成されて前記水路管内に冷水を流入させる冷水流入口と、前記炭素繊維発熱体の他方の端部に形成されて前記水路管内を通過しながら加熱された温水を外部に排出する温水排出口と、前記水路管内部の水を前記冷水流入口と前記温水排出口を介して循環させる循環パンプと、前記炭素繊維発熱体の両端部に連結されて電気を供給する電源供給部と、を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、電気が印加されながら高温発熱する炭素繊維にガラス繊維が所定の割合にて編み込まれて束が形成されることにより、ガラス繊維を通じての高い引張強度を有して、炭素繊維発熱体が複数の方向に折れ曲がるように柔軟に設けられるか、あるいは、張力が加えられても炭素繊維が途切れたり破境されないように安全性を確保し、炭素繊維発熱体が少ない電力消費でも短時間に高温発熱してエネルギー効率を向上させ、このような炭素繊維発熱体をボイラー及び温水器の加熱装置に適用してその構成が簡単であり、低電力高効率の効果を有する。
【００１５】
また、複数本を撚り合わせて引張力を補強したカーボン糸をポリエステル糸と共にアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回してコイルの形状を維持し、前記カーボン糸が巻回されたアルミニウム棒を加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル糸が溶けながら複数本のカーボン糸が一体弾力性を有するようにし、前記撚り合わせて引張力を補強したカーボン糸の両端にニッケル線を圧着して一体化させて電源供給用の接続端子にし、前記カーボン糸を石英パイプに内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子だけを露出させてナノ炭素ヒーターを仕上げることにより、前記ナノ炭素ヒーターを反射板の前面に配設しながら両側の接続端子に電源線を接続したヒートランプが少ない電力条件下で高い発熱量にて室内の空間を発熱することができ、快適な室内環境を維持し、陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益となる効果がある。
【００１６】
また、電気が印加されながら高温発熱する炭素繊維にガラス繊維が所定の割合にて一緒に編み込まれて束が形成されたままで無機質耐熱セラミック接着剤により結束された炭素繊維発熱線が水路管に巻回されたままでその内部に流れる水を直接的に加熱することにより、熱交換を効率的に少ない消費電力にて高温水を生産すると同時に、ガラス繊維を通じての高い引張強度及び柔軟性を有し、無機質耐熱セラミック接着剤を塗布して酸化を防止し、これを耐熱被覆層により仕上げて電気事故を防止し、安定的に使用可能な熱交換用炭素繊維発熱体及びこれを用いた電気ボイラーを構成する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【図２】本発明による加熱装置の一実施形態であり、ボイラーを示す図である。
【図３】本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態による炭素繊維発熱体の製造工程図である。
【図５】図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、ヒートランプを示す断面図である。
【図６】図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、温風器を示す断面図である。
【図７】本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ヒートパイプを示す図である。
【図８】本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ナノ炭素ボイラーを示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【図１０】図９の断面図である。
【図１１】本発明による加熱装置のさらに他の実施形態であり、電気ボイラーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の炭素繊維発熱体１１０は、電気が印加されれば、高温発熱する炭素繊維１１１を２本以上の束に編み込んで所定の長さを有するように形成するが、このとき、前記炭素繊維１１１束の形成時に同じ長さを有するガラス繊維１１２を所定の割合にて編み込む。
【００２１】
上記のように炭素繊維１１１にガラス繊維１１２が編み込まれることにより、炭素繊維１１１の両側に張力が加えられたり一方の側が折れ曲がるなど外力が加えられるときに、ガラス繊維１１２が張力及び折れ曲がりに対応する高い引張強度を有して炭素繊維１１１を支持することにより、各種の外力により炭素繊維１１１の破損を防止し、かつ、高い安全性を確保することになる。
【００２２】
かかる炭素繊維１１１とガラス繊維１１２との編み込みは、炭素繊維６０％〜９５％にガラス繊維４０％〜５％の割合にて行うことにより、炭素繊維１１１が高い割合にて編み込まれて発熱量及び熱効率を高めることができる。また、ガラス繊維１１２が高い割合にて編み込まれて高い引張強度及び安全性を確保するなど、その使用用途及び発熱量に応じて種々に製造可能である。
【００２３】
そして、前記炭素繊維１１１の両端には炭素繊維１１１に電気を供給する金属製の電気供給線１１３が連結されるが、炭素繊維１１１に電気供給線１１３を接続した後、前記炭素繊維１１１と電気供給線１１３を所定の幅の接続固定体１１４により緊密に束ねて固定し、このように炭素繊維１１１とガラス繊維１１２が編み込まれ、電気供給線１１３が連結された束の表面をシリコン被覆体１１５により被覆して仕上げることにより、炭素繊維発熱体１１０を構成する。
【００２４】
このようにして構成された炭素繊維発熱体１１０は、炭素繊維１１１を利用することにより、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有する。また、電気供給線１１３を介して炭素繊維１１１に電気が印加されれば、高温発熱し、これは、従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができて電力消費を減らすことができる。また、それのみならず、所定の割合のガラス繊維１１２が編み込まれて高い引張強度を通じて炭素繊維１１１の破損を防止して安全性を向上させ、その表面は高い絶縁性を有するシリコン被覆体１１５により仕上げられて、炭素繊維１１１を流れる電気による電気事故を防止するなどの長所を有する。
【００２５】
このように構成されて高温発熱する炭素繊維発熱体１１０は、その表面を被覆して仕上げたシリコン被覆体１１５が約２５０℃の融点を有するが、前記炭素繊維発熱体１１０が空気中において発熱時にはシリコン被覆体１１５の融点以上の温度で発熱してシリコン被覆体１１５が溶けて炭素繊維発熱体１１０が破損されたり、漏電及び火災など事故の危険性が高いため、前記炭素繊維発熱体１１０は水中に投入して、循環する溝と持続的に熱交換することにより、１００℃〜１５０℃の温度を維持してシリコン被覆体１１５が溶融されることを防止することが好ましい。
【００２６】
さらに、前記シリコン被覆体１１５は、防水性に優れているため、炭素繊維１１１及び接続固定体１１４の内部に水が浸透することを防止して、漏電などの電気事故が発生することを効果的に防止する。
【００２７】
図２は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、ボイラーを示す図である。図３は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。
【００２８】
前記図１に示すように、水中に投入して使用する炭素繊維発熱体１１０は、温水を使用するボイラー１２０及び温水器１３０の加熱装置に好適に適用可能であるが、本発明による炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０及び温水器１３０をそれぞれ説明する。
【００２９】
先ず、図２に示すように、本発明によるボイラー１２０は、通常、温水タンク１２１の内部に冷水が流入されれば、加熱装置により所定の温度以上の温水に加熱され、このような温水は配管ライン１２２に沿って循環しながら床面などを暖房したり、給水ライン１２３を介して洗面台などに温水を給水するが、このとき、前記ボイラー１２０の加熱装置を炭素繊維発熱体１１０から構成することにより、炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０を形成することになる。
【００３０】
すなわち、炭素繊維発熱体１１０を温水タンク１２１の一方の側の内部に配備し、両端部を温水タンク１２１の外部に配備し、温水タンク１２１内の温度センサー１２５を感知しながら電気供給線１１３に連結されて電気を供給する制御部１２４が形成されることにより、ボイラー１２０を構成することになる。
【００３１】
このとき、前記温水タンク１２１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０が単純に拡開された直線状に配備される場合、その発熱面積が小さく、高温を維持するように発熱するのに多大の電力が消頼されて温水タンク１２１内の水を全体的に高温で熱交換するのに無理があるため、約２ｍｍ〜５ｍｍの適切な間隔をあけてコイル状に巻回して形成したり、本体などの内部芯材にコイル状に巻回して形成することにより、隣の炭素繊維発熱体１１０の発熱面積を広げて、低電力でも高温発熱すると同時に熱伝導率を向上させて、短時間に効率的に温水を製造することになる。
【００３２】
上記のように炭素繊維発熱体１１０を折り曲げたり巻回しても、ガラス繊維１１２が高い引張強度を維持することにより、炭素繊維１１１が途切れたり破損されることを防止し、高い安全性を確保することになる。
【００３３】
これを通じて、水が入れられた温水タンク１２１内の水の温度を温度センサー１２４を通じて制御部１２４が感知すると、前記制御部１２４は温水タンク１２１内の水が所定の温度以上になるように電気供給線１１３に電気を供給して炭素繊維発熱体１１０を発熱させる。このように発熱する炭素繊維発熱体１１０は、温水タンク１２１内の冷水と熱交換されて、約１００℃〜１５０℃の温水が配管ライン１２２に沿って循環したり給水ライン１２３を介して給水される。また、このような温水の温度は、制御部１２４を介して電気供給線１１３に供給される電気を調節して炭素繊維発熱体１１０の発熱温度を調節する方法により容易に制御することが可能になる。
【００３４】
以上のように構成されたボイラー１２０は、その楕成が簡単であり、小型化可能であり、製作し易く、メンテナンスを安価で簡単に行うことができるだけではなく、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をして電力消費を減らすことができる。また、その表面がシリコン被覆体１１５により仕上げられて、各種の電気事故の危険が低くて安定的であり、衛生的であるため、直接的に水と接しても安全であり、これを通じて高い熱伝導率を有する。
【００３５】
次に、図３は、本発明による加熱装置の一実施形態であり、温水器を示す図である。この図に示すように、本発明の温水器１３０は、通常、冷水供給管１３２により食水が温水タンク１３１の内部に流入すれば、加熱装置により所定の温度以上の温水に加熱され、このような温水は温水給水管１３３を介して給水されて温水を供給することになる。このとき、前記温水器１３０の加熱装置を炭素繊維発熱体１１０から構成することにより、炭素繊椎発熱体１１０を用いた温水器１３０を形成することになる。
【００３６】
すなわち、前記炭素繊維発熱体１１０を用いたボイラー１２０と同様に、炭素繊維発熱体１１０を温水タンク１３１の一方の側の内部に配備し、両端部を温水タンク１３１の外部に配備し、温水タンク１３１内の温度センサー１３５を感知しながら、電気供給線１１３に連結されて電気を供給する制御部１３４が形成されることにより、温水器１３０を構成することになる。
【００３７】
そして、同様に、前記温水タンク１３１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０は、約２ｍｍ〜５ｍｍの間隔をあけてコイル状に巻回して形成したり、棒体などの内部芯材にコイル状に巻回して形成することにより、隣の炭素繊維発熱体１１０の発熱面積を広げて、低電力でも高温発熱すると同時に熱伝導率を向上させて、短時間に効率的に温水を製造することになる。
【００３８】
これを通じて、冷水供給管１３２を介して温水タンク１３１の内部に供給される食水の温度を温度センサー１３５を通じて制御部１３４が感知すると、前記制御部１３４は温水タンク１３１内の食水が所定の温度以上になるように電気供給線１１３に電気を供給して炭素繊維発熱体１１０を発熱することになる。このように発熱する炭素繊維発熱体１１０は、温水タンク１３１内の食水と熱交換されて、約４０℃〜１００℃の飲用可能な温度を有する食水が温水供給管１３３を介して給水される。このような温水の温度は、制御部１３４を介して電気供給線１１３に供給される電気を調節して炭素繊維発熱体１１０の発熱温度を調節する方法により容易に制御することが可能になる。
【００３９】
上記のように構成された温水器１３０もまたその構成が簡単であり、小型化可能であり、製作し易く、メンテナンスを安価に行うことができるだけではなく、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をして電力消費を減らすことができる。また、その表面がシリコン被覆体１１５により仕上げられて、各種の電気事故の危険性が低くて安定的であり、衛生的であるため、食水と直接的に接しても汚染がなく安全であり、これを通じて高い熱伝導率を有する。
【００４０】
上述した本発明による炭素繊維発熱体１１０は、炭素繊維１１２が低電力でも短時間に高温発熱し、所定の割合にて編み込まれたガラス繊維１１２を通じて炭素繊維発熱体１１０が全体的に高い引張強度を有して、張力が加えられても途切れたり破墳されないように安全性を確保し、柔軟性を有し、シリコン被覆体１１５により仕上げて、水中において安全であり、衛生的に使用することが可能になる。
【００４１】
そして、このような炭素繊維発熱体１１０をボイラー１２０と温水器１３０の加熱装置に適用することにより、高い熱伝導率を有して温水の供給を短時間に行い、その構成を簡素化及び小型化させ、メンテナンスを容易にし、電力消費を減らし、安定的であり、且つ、衛生的に使用可能である。
【００４２】
また、上記のようにボイラー１２０や温水器１３０の各温水タンク１２１、１３１の内部に配設される炭素繊維発熱体１１０は石英ガラス管やステンレス鋼管または銅管など管内部に挿着することにより、水との直接的な接触を防止して安定性をさらに向上させ、柔軟な炭素繊維発熱体１１０の固定を一層容易にすることもできる。
【００４３】
図４は、本発明の他の実施形態による炭素繊維発熱体の製造工程図である。
【００４４】
図４に示すように、本発明による炭素繊維発熱体は、特定の工程により製造するものであり、先ず、複数本を撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１をポリエステル繊維２０２と一緒にアルミニウム棒２０３に一定の間隔をあけて巻回する。
【００４５】
この後、前記炭素繊維２０１が巻回されたアルミニウム棒２０３を加熱室２０４において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル繊維２０２が溶けながら炭素繊維２０１が弾性力を有するように複数本を一体化させる。
【００４６】
また、前記撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１の両端にニッケル線を圧着して一体化させて電源供給用接続端子２０５にする。
【００４７】
前記炭素繊維２０１を石英パイプ２０６に内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子２０５だけを露出させて炭素繊維発熱体２１０を製造するように構成する。
【００４８】
上記のようにして製造された本発明の炭素繊維発熱体２１０は、複数本を撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１をポリエステル繊維２０２と一緒にアルミニウム棒２０３に一定の間隔をあけて巻回してコイルの形状を維持する。
【００４９】
前記炭素繊維２０１が巻回されたアルミニウム棒２０３を加熱室２０４において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱してポリエステル繊維２０２が溶けながら複数本の炭素繊維２０１が一体化されて弾性力を有する炭素繊維２０１を形成する。
【００５０】
そして、前記撚り合わせて引張力を補強した炭素繊維２０１の両端に拡開されたニッケル線に嵌め込まれるようにした状態で圧着して一体化させて電源供給用接続端子２０５を形成する。
【００５１】
前記炭素繊維２０１を石英パイプ２０６に内蔵しながら真空の内部にＬＰＧガスおよび水素を充填する間に両端を封止させながら接続端子２０５だけ露出させて接続端子２０５を介して電源を供給すると、炭素ヒーター２１０の炭素繊維２０１に流れる電流により発熱しながら石英パイプ２０６の内部に充填されたＬＰＧと水素ガスが少量ずつ燃焼する間に多量の熱と光を発生すると同時に陰イオンと遠赤外線を放出するようにする。
【００５２】
図５は、図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、ヒートランプを示す断面図である。
【００５３】
前記炭素繊維発熱体２１０を反射板２１２の前面に配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２１３を接続した状態で電源供給部２１４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が印加される間に加熱装置であるヒートランプ２１１が発熱するように構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００５４】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００５５】
図６は、図４の他の実施形態による炭素繊維発熱体を用いた、温風器を示す断面図である。
【００５６】
前記炭素繊維発熱体２１０を加熱室２２２に縦に多数配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２２３を接続した状態で電源供給部２２４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が並列に印加される間に発熱するようにする。
【００５７】
また、前記炭素繊維発熱体２１０が配設された加熱室２２２の一方の側のファン２２５が駆動するに伴い、引込口２２６を介して流入される空気が暖められて吐出口２２７を介して室内の温度を高めるように温風器２２１を構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより、人体と動物及び作物に有益になるように構成する。
【００５８】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置の温風器２２１は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００５９】
図７は、本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ヒートパイプを示す図である。
【００６０】
前記炭素繊維発熱体２１０をステンレス鋼蛇腹やＰＥパイプまたはＸＬパイプ２３２の内部に一定の間隔をあけて配設し、前記炭素繊維発熱体２１０の接続端子２０５に電源線２３３を接続した状態で電源供給部２３４を介して４６０Ｖ、１０Ａずつの電源が印加される間に加熱装置であるヒートパイプ２３１が発熱するように構成して暖房のための空間の床面に配設して空間を暖めるようにするか、あるいは、地下に埋設して地熱暖房ができるようにすることにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する間に陰イオンと遠赤外線を放出することにより人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００６１】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は、室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長、特に、根作物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００６２】
図８は、本発明による加熱装置の他の実施形態であり、ナノ炭素ボイラーを示す図である。
【００６３】
図８に示すように、前記炭素繊維発熱体２１０を加熱室２４２に縦に多数配設しながら両側の接続端子２０５に電源線２４３を接続した状態で、電源供給部２４４を介して４６０Ｖ、１０Ａの電源が並列に印加される間に発熱するようにする。
【００６４】
このため、前記炭素繊維発熱体２１０が配設された加熱室２４２の外部に熱交換管２４５を配列して一方の側の引込口２４６を介して流入された暖房用水が温められた後に吐出口２４７を介して図示しない暖房先を循環するようにする。
【００６５】
前記加熱室２４２の上段には温水交換室２４８を配列して温められた温水を使用できるようにナノ炭素ボイラー２４１を構成することにより、少ない電力で高い発熱量が得られるように設けられた室内の空間を発熱できると同時に、温水を使用できるようにし、炭素繊維２０１が内蔵された炭素繊維発熱体２１０が発熱するとき、快適な室内環境を維持する問に陰イオンと遠赤外線を放出することにより、人体と動物及び作物に有益になるように構成したものである。
【００６６】
前記炭素繊維発熱体２１０を用いた加熱装置は室内の炭素を燃焼させないため、快適な室内を維持することができ、炭素繊維発熱体２１０が発熱するときに陰イオンと遠赤外線が多量放出されるため、作物と動物の成長に卓越した効果があり、経由を使用して室内を暖房するときに比べて７０％〜８０％の燃料費しかかからず、燃料費を節減することが可能になる。
【００６７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態による炭素繊維発熱体の斜視図であり、図１０は、図９の断面図である。
【００６８】
本発明の熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、図９及び図１０に示すように、大きく、水が流れる水路管３１１と、前記水路管３１１に巻回される炭素繊維発熱線３１２及びその外部を仕上げる耐熱被覆層３１６を備える。
【００６９】
前記水路管３１０は、アルミニウムまたは銅のように熱伝導率が高い金属を内部が貫通されて水が流れる管状に形成され、その外側面に沿っては所定の間隔をあけて螺旋状に巻回される炭素繊維発熱線３１２が密設される。
【００７０】
前記水路管３１１に巻回される炭素繊維発熱線３１２は、炭素繊維３１３とガラス繊維３１４を編み込み、これを無機質耐熱セラミック接着剤３１５により結束してなる。
【００７１】
前記炭素繊維発熱線３１２に電気が印加されれば、高温発熱する炭素繊維３１３を２本以上の束に編み込んで所定の長さを有するように形成し、このとき、前記炭素繊維３１３束の形成時に同じ長さを有するガラス繊維３１４を所定の割合にて編み込む。
【００７２】
上記のように炭素繊維３１３にガラス繊維３１４が編み込まれることにより、炭素繊維３１３の両側に張力が加えられたり、一方の側が折れ曲がるなど外力が加えられるとき、ガラス繊維３１４が張力及び折れ曲がりに対応する高い引張強度を有して炭素繊維３１３を支持することになる。この後、水路管３１１の外側に折れ曲がるように巻回されるか、あるいは、各種の外力が加えられても炭素繊維３１３の破損を防止し、高い安全性を確保することになる。
【００７３】
かかる炭素繊維３１３とガラス繊維３１４との編み込みは、炭素繊維６０％〜９５％にガラス繊維４０％〜５％の割合にて行うことにより、炭素繊維３１３が高い割合にて編み込まれて発熱量及び熱効率を高めることができる。また、ガラス繊維３１４が高い割合にて編み込まれて高い引張強度及び安全性を確保するなど、その使用用途及び発熱量に応じて種々に調節して製造可能である。
【００７４】
ところが、前記炭素繊維３１３は、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動など多くのメリットを有するが、高温における酸化安定性の問題により使用上の制約を受けている。
【００７５】
すなわち、炭素繊維は、材料の製造方法や内部原子配列により違いがあるが、普通５００℃以上の温度において酸化が始まり、比較的に低温領域においては炭素の反応性が小さくて炭素が炭素の気孔間に深く浸透し、拡散が起こって内部が全体的に酸化され、高温領域においては炭素の反応性よりも炭素の反応性の方が高くなって炭素が内部に拡散できず、炭素材の表面に存在する酸化膜から炭素を供給されながら表面から拡散が発生し、その途中の領域においては２種類の反応が両方とも起こり、このような酸化反応が進むに伴い、炭素の表面に気孔が形成され、内部に拡散していきながら酸化が進むことになる。
【００７６】
このように高温発熱時に炭素により炭素繊維３１３の酸化が素早く進むため、炭素繊維３１３を長時間使用することができず寿命が短くなり、発熱量が下がるなどその効率性か低下するが、このような酸化を防止すると同時に一定の形状に固定するためには炭素繊維３１３とガラス繊維３１４が編み込まれた束の外面に無機質耐熱セラミック接着剤３１５を塗布して一体に結束して、炭素と反応を起こさずに酸化を防止し、一定の形状に維持する。
【００７７】
前記無機質耐熱セラミック接着剤３１５は、酸化抵抗性を有する化合物を低い温度において溶融させてこの化合物が炭素繊維３１３及びガラス繊維３１４内の炭素の通路となる個所を満たしたり、あるいは、閉塞する形で存在するようにすると同時に、炭素繊維３１３とガラス繊維３１４の束を一体に結束するものであり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とジルコニア（ＺｒＯ2）及びセラミックの成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤３１５を炭素繊維３１３及びガラス繊維３１４の束に０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布して乾燥することにより、炭素繊維３１３の酸化を防止すると同時に、二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分により約１、７００℃においても耐え得る耐熱性を有し、環境汚染物質の排出がなく、結束して一体に固定する。
【００７８】
そして、上記のように、ガラス繊維３１４と一緒に無機質耐熱セラミック接着剤３１５により結束された炭素繊維３１３の束の各両端には電気を供給する金属材質の連結端子（図示せず）に連結して、炭素繊維発熱線３１２を形成する。このような炭素繊維発熱線３１２は、炭素繊維３１３を利用することにより、高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有している。連結端子を介して炭素繊維３１３に電気が印加されれば、高温発熱し、これは従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができ、電力消費を減らすことができる。また、それだけではなく、所定の割合のガラス繊維３１４が編み込まれて、高い引張強度を通じての炭素繊維３１３の破損を防止して安全性を向上させ、無機質耐熱セラミック接着剤３１５がその外側に塗布されて一体に結束されて炭素繊維３１３の酸化作用を防止して、その寿命を延長する。
【００７９】
このように形成された炭素繊維発熱線３１２は水路管３１１の外側に螺旋状に巻回され、その外部には断熱効果を有して高温においても変形されないガラス繊維またはインシュレーション材質の耐熱被覆材から形成された耐熱被覆層３１６により被覆して仕上げることにより、本発明による熱交換用炭素繊維発熱体３１０を構成することになる。
【００８０】
このとき、前記炭素繊維発熱線３１２は炭素繊維３１３の発熱時に隣り合う多数の炭素繊維３１３同士が熱分解を引き起こして短時間にさらに高温発熱するため高い熱効率を有し、このため、水路管３１１に約２ｍｍ〜２０ｍｍの適切な間隔を有する螺旋状に巻回されることが好ましい。
【００８１】
以上のような棉造を有する本発明による熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、炭素繊維発熱線３１２が低電力を印加しても高温発熱する炭素繊維３１３を用いて高い熱伝導度と高い強度及び低い熱膨張挙動などの長所を有し、従来のニックロム線を用いた発熱体に比べて少ない消費電力だけでも素早く高温発熱をすることができ、電力消費を減らすことができる。
【００８２】
これらに加えて、所定の割合のガラス繊維３１４が編み込まれて、高い引張強度を通じての炭素繊維３１３の破損を防止して安全性を向上させ、その表面には無機質耐熱セラミック接着剤３１５が塗布されて一体に結束されることにより、炭素との接触及びこれを通じての酸化作用を防止してその寿命を延ばすことができる。
【００８３】
また、断線、漏電、感電、過熱などの電気事故を防止して安定性を向上させ、このような炭素繊維発熱線３１２が水路管３１１に密着して巻回されることにより、水路管３１１の内部を流れる水に直接的に熱を伝達して、高い熱交換効率を有し、短時間に高温水を生産することが可能になる。
【００８４】
そして、前記耐熱被覆層３１６を通じて、炭素繊維３１３から発生する熱が外部に抜け出ることを防いで熱効率をさらに向上させるだけではなく、高い電気絶縁性を有して、断線、漏電、感電、過熱などの電気事故を防止して安定性を向上させ、作業者が熱交換用炭素繊維発熱体３１０の取り扱いを一層安全で且つ容易にするようにする。
【００８５】
上記の構造を有する熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、電気ボイラー３０１に適用して高温水を効果的に生産することにより、低電力高効率の電気ボイラー３０１を構成することができる。
【００８６】
図１１は、本発明による加熱装置のさらに他の実施形態であり、電気ボイラーを示す図である。
【００８７】
図１１に示すように、通常のボイラーの形態に内部が空いており、ガラス繊維断熱層３２０を備えた外部ケース３３０の内部に前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０を備える。前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の両端部にはそれぞれ外部から水路管３１１の内部に冷水を流入させる冷水流入口３１０ａ及び熱交換用炭素繊維発熱体３１０の内部を通過しながら加熱される高温水を外部に排出する温水排出口３１０ｂをそれぞれ連結し、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の内部の水を冷水流入口３１０ａ及び温水排出口３１０ｂを介して循環し続ける循環パンプ３１０ｃを連結して、冷水流入口３１０ａを介して流入される冷水を水路管３１１の内部を通過させて温水排出口３１０ｂに排出する。
【００８８】
さらに、前記熱交換用炭素繊維発熱体３１０の炭素繊維３１３が連結された連結端子は、外部ケース３３０の一方の側に配設された電源供給部３４０に連結されて、前記電源供給部３４０により供給される電気が炭素繊維３１３に印加されながら前記炭素繊維３１３は高温発熱することになり、このような電源供給部３４０は印加される電気量を調節して炭素繊椎３１３の発熱温度を調節したり、タイマーなどを通じて電気ボイラー３０１の稼働状態及び稼働時間を容易に調節できるようにする。
【００８９】
また、このような電気ボイラー３０１の外部ケース３３０の内側面にはガラス繊維断熱層３２０を備えることにより、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の外部に熱が抜け出ることを防止して、電気ボイラー３０１の熱効率をさらに向上させる。
【００９０】
このように構成された電気ボイラー３０１は、循環パンプ３１０ｃにより外部から流入される冷水が冷水流入口３１０ａを介して熱交換用炭素繊維発熱体３１０の水路管３１１の内部に流入されれば、電源供給部３４０を介して電気が印加されて高温発熱する炭素繊維３１３が水路管３１１の内部を移動する冷水を加熱しながら熱交換が行われる。このため、高温水を生産することになり、このようにして加熱された高温水は温水排出口３１０ｂを介して熱交換用炭素繊維発熱体３１０の外部に排出されながら暖房などに容易に使用可能になる。
【００９１】
そして、上記のように外部ケース３３０の内部に配設される熱交換用炭素繊維発熱体３１０はコイル状に多数回巻回されて形成されることにより、熱交換用炭素繊維発熱体３１０の単位長さを長く形成して、その内部の水路管３１１を通過する冷水を暖房に必要とされる温度以上の高温水に十分に加熱できるようにする。
【００９２】
このような電気ボイラー３０１の外部ケース３３０の内部に配設される熱交換用炭素繊維発熱体３１０は、直接的に挿入されて使用される方法の他に、アルミニウムパイプや銅パイプなどの高い耐食性及び強度を有するパイプ管の内部に挿入して使用することができるが、これを通じて、熱交換用炭素繊維発熱体３１０を保護して使用を一層安全にし、使用期間を増やすことが可能になる。
【００９３】
以上のように構成された電気ボイラー３０１は、熱交換用炭素繊維発熱体３１０を利用するため、少ない消費電力だけでも素早く高温発熱を行うことができて電力消費を減らすことができ、各種の電気事故の危険性が低くて安定的であり、ガラス繊維断熱層３２０が備えられて熱効率が高いだけではなく、その構造を簡素化および小型化できて、様々な方面に容易に適用可能である。
【００９４】
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明したが、本発明は上述した実施形態に何等限定されるものではなく、当該本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者であれば、誰でも複合的に様々な変形及び実施が可能であることはもちろんであり、そのような変更は記載された特許請求の範囲内に属する。
【符号の説明】
【００９５】
１１０ 炭素繊維発熱体
１１１ 炭素繊維
１１２ ガラス繊維
１１３ 電気供給線
１１４ 接続固定体
１１５ シリコン被覆体
１２０ ボイラー
１３０ 温水器
１２１，１３１ 温水タンク
１２２ 配管ライン
１２３ 給水ライン
１３２ 冷水供給管
１３３ 温水供給管
１２４，１３４ 制御部
１２５，１３５ 温度センサー
２０１ 炭素繊維
２０２ ポリエステル繊維
２０３ アルミニウム棒
２０４ 加熱室
２０５ 接続端子
２０６ 石英パイプ
２１０ 炭素繊維発熱体
２１１ ヒートランプ
２２１ 温風器
２３１ ヒートパイプ
２４１ ナノ炭素ボイラー
３０１ 電気ボイラー
３１０ 炭素繊維発熱体
３１１ 水路管
３１２ 炭素繊維発熱線
３１３ 炭素繊維
３１４ ガラス繊維
３１５ 無機質耐熱セラミック接着剤
３１６ 耐熱被覆層
３１０ａ 冷水流入口
３１０ｂ 温水排出口
３１０ｃ 循環パンプ
３２０ ガラス繊維断熱層
３３０ 外部ケース
３４０ 電源供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本以上の炭素繊維とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、
前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子と、
前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体。
【請求項２】
前記被覆手段は、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面に密設されるシリコン被覆体であることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項３】
前記発熱繊維は、前記炭素繊維６０％〜９５％と前記ガラス繊維４０％〜５％とを編み込んで得られることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項４】
前記発熱繊維は、前記炭素繊維及びガラス繊維と一緒に少なくとも１本以上のポリエステル繊維をさらに編み込んでなることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項５】
前記発熱繊維をアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回し、加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱して、複数本が一体に結束されて螺旋状を呈するように形成することを特徴とする、請求項４に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項６】
前記接続端子は、前記発熱繊維の両端にニッケル線を圧着して一体に形成することを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項７】
前記被覆手段は、真空状態の内部空間にＬＰＧガスおよび水素を充填し、前記発熱繊維を内蔵しながら前記接続端子の一部だけを両端に露出されるように封止する石英パイプであることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項８】
前記石英パイプの背面に配設されて熱を反射する反射板と、
前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結される電源線と、
前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項９】
ステンレス鋼蛇腹、ＰＥパイプまたはＸＬパイプから形成され、その内部に一定の間隔をあけて多数の前記石英パイプを一列に配置するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの内部に配設された前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１０】
内部に水が流れる水路管をさらに備え、前記発熱繊維は、前記水路管の外周面に沿って２ｍｍ〜２０ｍｍ間隔の螺旋状に巻回され、前記被覆手段は、前記水路管及び前記発熱繊維を被覆する耐熱被覆層からなることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１１】
前記発熱繊維は、前記炭素繊椎とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる束の外面に二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤を０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布し、且つ一体に結束してなることを特徴とする、請求項１０に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１２】
温水タンクの内部に流入された水を温水に加熱する加熱装置において、
前記温水タンクの内部に配設されて内部に流入された水を加熱するための前記請求項２に記載の炭素繊維発熱体と、
前記温水タンクの内部において加熱された水を外部に給水する給水ラインと、
前記温水タンクの内部において加熱された水を循環させる配管ラインと、
前記温水タンク内部の温水温度を感知する温度センサーと、
前記温度センサーにおいて感知された前記温水タンクの温水の温度に応じて前記電気供給線の電気供給状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１３】
前記温水タンクの内部に食水を流入させる冷水供給管と、
前記温水タンクの内部において加熱された温水を給水する温水給水管と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１４】
前記炭素繊維発熱体は、前記温水タンクの内部において概ね２ｍｍ〜５ｍｍの間隔を維持するように垂直方向のコイル状に巻回してなることを特徴とする、請求項１２に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１５】
その内部に空間部が形成され、一方の側に空気を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された空気を吐出する吐出口が形成された加熱室と、
前記引込口の近傍に形成されて外部空気を前記加熱室の内部に強制的に吸入するファンと、
前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記請求項７に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の両側に形成された前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１６】
その内部に空間部が形成され、一方の側に水を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された温水を吐出する吐出口が形成された熱交換管と、
前記熱交換管の内部空間に形成される加熱室と、
前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記請求項７に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
前記加熱室の上段に形成されてその内部に貯留された温水を温める温水交換室と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１７】
内側面にはガラス繊維断熱層を備え、その内部に空間部が形成された外部ケースと、
前記外部ケースの内部に配設される前記請求項１０に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の一方の端部に形成されて前記水路管内に冷水を流入させる冷水流入口と、
前記炭素繊維発熱体の他方の端部に形成されて前記水路管内を通過しながら加熱された温水を外部に排出する温水排出口と、
前記水路管内部の水を前記冷水流入口と前記温水排出口を介して循環させる循環パンプと、
前記炭素繊維発熱体の両端部に連結されて電気を供給する電源供給部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１】
少なくとも１本以上の炭素繊維とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる発熱繊維と、
前記発熱繊維の両端に設けられて電気供給線から電気を印加する接続端子と、
前記発熱繊維及び前記接続端子の表面を被覆する被覆手段と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体。
【請求項２】
前記被覆手段は、前記発熱繊維及び前記接続端子の表面に密設されるシリコン被覆体であることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項３】
前記発熱繊維は、前記炭素繊維６０％〜９５％と前記ガラス繊維４０％〜５％とを編み込んで得られることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項４】
前記発熱繊維は、前記炭素繊維及びガラス繊維と一緒に少なくとも１本以上のポリエステル繊維をさらに編み込んでなることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項５】
前記発熱繊維をアルミニウム棒に一定の間隔をあけて巻回し、加熱室において１５００℃〜２０００℃の温度に加熱して、複数本が一体に結束されて螺旋状を呈するように形成することを特徴とする、請求項４に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項６】
前記接続端子は、前記発熱繊維の両端にニッケル線を圧着して一体に形成することを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項７】
前記被覆手段は、真空状態の内部空間にＬＰＧガスおよび水素を充填し、前記発熱繊維を内蔵しながら前記接続端子の一部だけを両端に露出されるように封止する石英パイプであることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項８】
前記石英パイプの背面に配設されて熱を反射する反射板と、
前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結される電源線と、
前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項９】
ステンレス鋼蛇腹、ＰＥパイプまたはＸＬパイプから形成され、その内部に一定の間隔をあけて多数の前記石英パイプを一列に配置するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの内部に配設された前記石英パイプの両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記炭素繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１０】
内部に水が流れる水路管をさらに備え、前記発熱繊維は、前記水路管の外周面に沿って２ｍｍ〜２０ｍｍ間隔の螺旋状に巻回され、前記被覆手段は、前記水路管及び前記発熱繊維を被覆する耐熱被覆層からなることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１１】
前記発熱繊維は、前記炭素繊椎とガラス繊維とを所定の割合にて編み込んでなる束の外面に二酸化ケイ素とジルコニア及びセラミック成分を有する無機質耐熱セラミック接着剤を０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに塗布し、且つ一体に結束してなることを特徴とする、請求項１０に記載の炭素繊維発熱体。
【請求項１２】
温水タンクの内部に流入された水を温水に加熱する加熱装置において、
前記温水タンクの内部に配設されて内部に流入された水を加熱するための前記請求項２に記載の炭素繊維発熱体と、
前記温水タンクの内部において加熱された水を外部に給水する給水ラインと、
前記温水タンクの内部において加熱された水を循環させる配管ラインと、
前記温水タンク内部の温水温度を感知する温度センサーと、
前記温度センサーにおいて感知された前記温水タンクの温水の温度に応じて前記電気供給線の電気供給状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１３】
前記温水タンクの内部に食水を流入させる冷水供給管と、
前記温水タンクの内部において加熱された温水を給水する温水給水管と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１４】
前記炭素繊維発熱体は、前記温水タンクの内部において概ね２ｍｍ〜５ｍｍの間隔を維持するように垂直方向のコイル状に巻回してなることを特徴とする、請求項１２に記載の炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１５】
その内部に空間部が形成され、一方の側に空気を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された空気を吐出する吐出口が形成された加熱室と、
前記引込口の近傍に形成されて外部空気を前記加熱室の内部に強制的に吸入するファンと、
前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記請求項７に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の両側に形成された前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１６】
その内部に空間部が形成され、一方の側に水を流入させる引込口が形成され、他方の側に加熱された温水を吐出する吐出口が形成された熱交換管と、
前記熱交換管の内部空間に形成される加熱室と、
前記加熱室の内部に縦方向に並ぶように多数配設される前記請求項７に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の両側の前記接続端子に連結するが、多数の前記石英パイプを並列連結する電源線と、
前記電源線を介して前記発熱繊維を加熱するための電源を供給する電源供給部と、
前記加熱室の上段に形成されてその内部に貯留された温水を温める温水交換室と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【請求項１７】
内側面にはガラス繊維断熱層を備え、その内部に空間部が形成された外部ケースと、
前記外部ケースの内部に配設される前記請求項１０に記載の炭素繊維発熱体と、
前記炭素繊維発熱体の一方の端部に形成されて前記水路管内に冷水を流入させる冷水流入口と、
前記炭素繊維発熱体の他方の端部に形成されて前記水路管内を通過しながら加熱された温水を外部に排出する温水排出口と、
前記水路管内部の水を前記冷水流入口と前記温水排出口を介して循環させる循環パンプと、
前記炭素繊維発熱体の両端部に連結されて電気を供給する電源供給部と、
を備えることを特徴とする、炭素繊維発熱体を用いた加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６２９１２（Ｐ２０１０−２６２９１２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３８５３８（Ｐ２００９−２３８５３８）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５０９２８６７４３）エコ カーボン エネルギ インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５０９２８６７４３）エコ カーボン エネルギ インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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