JPH0612697B2

JPH0612697B2 - 電磁誘導型発熱板

Info

Publication number: JPH0612697B2
Application number: JP60127867A
Authority: JP
Inventors: 哲男溝辺
Original assignee: Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPS61285692A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術の分野〕本発明は、電磁誘導型発熱板に関する。本発明品の用途
は、室内暖房、構築物自体の融雪若しくは凍結防止等で
ある。

〔従来の技術〕

表皮電流発熱管の一つである誘導表皮電流発熱管（以下
“原型”という）は公知であり、例えば、電気学会編
「電気工学ハンドブック」1978年版に記載されて広く表
面加熱の分野に利用されている。該発熱管は、また、そ
の製作施行が容易化された“簡易誘導電流発熱管”（以
下“簡易型”という）〔特許出願公告昭58-16,104（昭
和５８年３月２９日），特許第1,185,318号(昭和59年1
月20日)〕によっても公知である。

上述の発熱管は、いづれも強磁性鋼管であるが、「原
型」と「簡易型」とでは、その管の肉厚ｔ₁と交流電流
の表皮の深さＳ₁との関係が異なっていた。

すなわち、前者では下式(1)の関係であり、 t₁>2S₁ (1) 後者では、下式(2)の関係である。

0.5S₁<t₁<2S₁ (2) 他方、両者に共通の構成は、１組の管数が、使用電源が
単相のときは２本またはその倍数、３相のときは３本ま
たはその倍数とする点である。

さらに簡易型では、２本または３本からなる発熱管の組
数が複数のときは該発熱管の肉厚ｔ₁が(1)式のｔ₁より
薄いことに起因する該管外への漏洩磁束を防止するた
め、平行して相隣る発熱管の組を相互に密接させ、各組
内の発熱管の両端は、電気的に接続されていることが条
件であった。

さて、上述の式(1)および(2)に係る交流電流の表皮の深
さS₁(cm)は、良く知られているように発熱鋼管の抵抗率
をρ（Ωcm），比透磁率をμγ（−），交流電流の周波
数を（Ｈｚ）としたとき、であり、が商用周波のときＳ₁は0.1cm程度である。

（発明が解決しようとしている問題点）上述のように、公知の原型は、式(1)と(2)を比較しても
明白なようにその肉厚ｔ₁が簡易型のそれより大である
ため、その目的によっては２次加工が困難である。他
方、簡易型の場合、肉厚ｔ₁は薄いが、平行して相隣る
管を密接させる必要から該簡易型の構成も使用目的によ
っては適当でない場合がある。

そこで、本発明では、発熱管の肉厚ｔ₁は、前述の式(2)
の関係であるが、簡易型とは別の手段で発熱管からの漏
洩磁束による漏洩電圧の発生を解決しようとするもので
ある。

本発明は、その発明の名称からも明らかなように電磁誘
導型発熱板であるから、前述式(2)の関係にある強磁性
発熱鋼管を利用するが、漏洩磁束防止するため(2)式の
条件の他に（ｔ_１＋ｔ_２）＞（Ｓ_１＋Ｓ_２），（Ｓ_２≧Ｓ_１）
(4) で決定される表皮の深さＳ₂，肉厚ｔ₂の金属板を構成要
素として利用する。この金属板は、通常の条件では強磁
性体であるが、必須条件ではない。式(4)において、Ｓ₂
はＳ₁と同じく(3)式より決定される。そして若し該鋼管
と該金属板が同じ材質のものであれば、その抵抗率ρ，
比透磁率をμγは、同値であるから、Ｓ₂＝Ｓ₁となり、
式(4)は（ｔ₁＋ｔ₂）＞２Ｓ₁ (5) となるのは勿論であり、鋼管または金属板として市場に
ある強磁性管または強磁性板を利用すると、通帳Ｓ₂は
Ｓ₁とほゞ同じ0.1cm程度である。なお、前述式(4)が導
かれる根拠は次のとおりである。すなわち、電熱協会誌；「電熱」NO.25昭和61年１月号SECT法につ
いて(1)第６，７頁、第11,12頁ならびに技報堂；昭和４０年４月15日発行、電気力学の基礎（７−03節）第157〜162頁メッキされた
導体などから類推した。

さらに説明すると、上記式(2)を参照して式(4)を書き換
えｔ₁の上限および下限で示すとＳ_１≧Ｓ_１であったか
らｔ₁の上限ｔ₁〜２Ｓ₁のときｔ_２＞（Ｓ_２−Ｓ_１）≧０ｔ₂の下限ｔ₁〜０．５Ｓ₁のときｔ_２＞（Ｓ_２＋０．５
Ｓ_１）のようになる。

このときｔ₂の上限については、上記式(1)より類推してｔ₂＞２Ｓ₂ であるから、特別の事情のない限りｔ₂〜２Ｓ₂程度とな
るであろうことは言うまでもない。

〔発明の目的〕

以上に明らかなように、本発明は、加熱目的に応じて構
成管群を金属板に結合させた電磁誘導型発熱板を提供す
ることを目的とする。本発明の他の目的は、漏洩磁束の
防止が容易で、外周の金属板に耐触性を保有させること
の可能な該発熱板を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、下記(1)の主要構成と(2)〜(5)の実施態様的
構成を有する。

(1)肉厚がｔ₁であり、交流電流の表皮の深さがＳ₁であ
る強磁性鋼管および該管内に挿通された絶縁電線からな
る誘導電流発熱管を構成要素とし、該ｔ₁とＳ₁とは０．５Ｓ_１＜ｔ_１＜２Ｓ_１ (2) なる関係にあり、該強磁性鋼管を該誘導電流発熱管に通
電すべき交流電源が単相である場合は偶数本を、３相で
ある場合には３本又はその倍数本を好ましくは相互に平
行にかつ間隙をおいた管群とし、該管群をその肉厚がｔ
₂でその内表面に流れる交流電流の深さがＳ₂となる如き
金属板に全面的若しくは部分的に溶着、接着若しくは嵌
着して、少なくとも相隣る該鋼管の両端を相互に電気的
に接続し、さらに、該強磁性鋼管内に挿通された１本又
は複数本の絶縁電線が該管群全体につき各相毎に１本の
直列電線となる如く接続し、前記交流電源に対して、前
記絶縁電線が１次回路、前記強磁性管が２次回路となる
如くし、さらに前記金属板の肉厚ｔ₂と交流電流の表皮
の深さＳ₂とを（ｔ_１＋ｔ_２）＞（Ｓ_１＋Ｓ_２），（Ｓ_２≧Ｓ_１）
(4) となる如く式(2)および(4)から決定してなることを特徴
とする電磁誘導型発熱板。

(2)強磁性鋼管の横断面の形状が角型若しくは円型であ
る前記第(1)項に記載の電磁誘導型発熱板。

(3)相隣る強磁性鋼管の間隙が該鋼管の外径の１〜20倍
である前記第(1)項に記載の電磁誘導型発熱板。

(4)金属板として規則的に波型若しくは角溝型を有する
金属板を使用してなる前記第(1)項に記載の電磁誘導型
発熱板。

(5)強磁性鋼管を取りつけた金属板の面を金属性の裏板
及び側板で囲み電気的に閉路を構成させてなる前記第
(1)項に記載の電磁誘導型発熱板。

本発明を以下の実施例によって説明するに先立って、図
面によって原型である誘導表皮電流発熱管と簡易型であ
る簡易誘導表皮電流発熱管につき説明する。

第８図は、電源が単相交流，第９図は３相交流である場
合の最も簡単な前記原型および簡易型を説明するための
断面略図である。

第８図の１，２は強磁性鋼管の１組で、その両端は、
７，８で電気的に接続されており、単相交流電源４と鋼
管１，２を貫通する絶縁電線３とで１次回路をつくり、
電流５が流れる。一方、鋼管１，２は７，８で接続され
ているので２次回路を作り電流６が流れる。

このような回路において、もしも原型のように鋼管１，
２の肉厚が前述の式(1)の関係にあれば１次電流と２次
電流の大きさは殆ど等しく、これらの電流は、流れの方
向が反対であるから管外に漏洩磁束は発生せず、かつ、
２次電流は、ほゞ発熱管の内表皮の深さＳ₁の範囲に流
れて発熱し、管の外表面への流出はないので安全な発熱
体として使用することができた。

他方、簡易型では、肉厚ｔ₁と深さＳ₁とが、前述式(2)
の関係にあるから１次電流５（以下ｉ_１）と２次電流６
（以下ｉ_２）は等しくなく、そのために、鋼管１，２外
の空間に漏洩磁束が発生し、鋼管１，２の外表面には方
向反対である電圧が現われた。この電圧は、鋼管１，２
を密接させることによって減少させることはできたが、
鋼管の全外周にわたって完全にゼロにはならないので鋼
管１，２の全長についても制限を加えた。

以上が原型および簡易型の誘導発熱管についての説明で
ある。

次に第９図は、電源が３相で、その１次回路が星形に接
続されている場合である。図において、９，１０，１１
は強磁性鋼管よりなる発熱管であり、１２，１３，１４
は、その一方が３相電源１５の端子、他方が接続２２に
よって星形に接続された絶縁電線で１次回路を形成し、
それぞれ１次電流２３，２４，２５を流す。

該発熱管９，１０，１１は接続１６，１７，１８，１
９，２０，２１等で１体に接続されているので２次回路
を形成し、電流２６，２７，２８を流すが、前述の式
(1)若しくは(2)のいづれに該当するかの条件の相違によ
り、原型又は簡易型となり、第８図の単相回路の場合と
同様な注意が必要となる。

以上の公知技術の説明を前提として本発明の実施例を説
明する。

第１図は、本発明の１例であるパネルヒーター（電磁誘
導型発熱管）の実施例の略図であり、第２図は第１図の
Ｘ−Ｙ断面説明図、第３図はさらに第２図のＡ部を拡大
したものであり、これらの図において２９は第８図，又
は第５図の１，２等の強磁性鋼管を意味し、第１図では
12本ある。３０は、この発熱管に貫通される絶縁電線
で、図では12本の発熱管内を直列に通過し、コンセント
３１によって単相電源に接続され１次回路を形成する。
絶縁電線３０は第１図では１本の線で図示されている
が、第３図のように７本と１本以上複数本貫通されるこ
ともあり、その結果は、第４図の３本の場合で示される
ように電線全体としてみると直列に１本に接続される。
両図のように複数本にする目的は、発熱管１本当りの電
圧を高くし、電流を小さくする目的であり、既に、特許
出願公告昭52-14854号“供与電圧を高くする発熱管”で
公知のものと同様の配慮による。なお、第４図における
各番号の意味は、電線３０を除き前述の第８図と同様で
ある。

本発明に利用される発熱管２９の肉厚ｔ₁は、前述式(2)
の関係で与えられる厚さしか持たないので、第１図また
は第２図で示されるように相隣る発熱管に間隙ｇが存在
するときは、当然の結果として第５図に示されるように
該間隙ｇの部分には漏洩磁界が発生し、これはＨ＝｛ｇ，（ｉ_１−ｉ_２）｝ (6) で示されるように、間隙幅ｇおよび１次電流ｉ_１と２次
電流ｉ_２の差の関数となり、ｇ，（ｉ_１−ｉ_２）が大き
ければ大きい程Ｈは大きくなり、これは交番磁界である
から発熱管の外表面にはＨに比例する電界ｅ₂が発生す
る。しかし、本発明では、このＨすなわちｅ₂を低く
し、かつ、人畜に影響を与えないために、前述の式(5)
の関係に相当する厚さｔ₂の金属板３２に発熱管２９を
第１，２図のように配置して結合させ、好ましくは第
２，３図の金属板カバー３３（底板）および３４（側
板）と供に本発明の発熱板外への漏洩磁束すなわち電圧
遮蔽の役割を果さしめる。

ところで、前述式(2)および(5)で与えられる２つの条件
のうち、式(2)でｔ₁をｔ₂から独立して決定することと
したのは、このｔ₁が余りに薄くなると２次電流が小さ
くなる、すなわち、発熱管内での発熱量が小さくなり、
発熱管としての有用性がなくなるからであり、通常ｔ₁
は、加工等の事情が許せばＳ₁とほゞ等しい厚さがもっ
とも好ましい。

前述の管外間隙ｇは、本発明の発熱板の具体的用途目的
に応じて自由に決定できるが、発熱板面の温度分布があ
まり偏らないためには、発熱管の外径の１〜20倍、好ま
しくは２〜10倍程度がよい。

また、発熱管を金属板３２に結合させる方法は限定され
ないが、本発明品の施工及び組立てを容易にするために
は、溶接，接着（接着剤使用），若しくは嵌着等の方法
が通常実施し易い。第３図では、角片の発熱管２９を金
属板３２の裏面に溶接３６している。

第２，３図に示すように発熱鋼管２９の断面を角型にし
たのは、該管と金属板３２（その肉厚ｔ₂は式(5)で決定
される）との接触面積を大きくし、伝熱を良好にするた
め及び該管と該金属板との溶接を容易かつ確実にするた
めである。なぜなら、発熱管２９の肉厚ｔ₁は使用電流
が通常の商用周波数の場合でも0.1cm程度と薄く情況に
よっては溶接困難な場合もあり得るからである。しかし
ながら、上述の伝熱の改善には種々の他の補助的方法
（例えば、伝熱セメント用）をとることもできるので発
熱鋼管の断面形状は、円形その他の経済的効率的形状を
採用できる。

また、金属板３２と発熱管２９を結合させるのに接着剤
を用いることもできる。この場合、接着剤は、必要な耐
熱性を保有していなければならないのは勿論であるが、
その他に第８図の７，８で示される相隣る発熱管の電気
的接続（最も簡単には溶接）は確保されなければならな
い。

その他、金属板３２と発熱管２９との結合方法として第
７図（後述）のような嵌合方法を採用することもでき
る。

さて、実施例としての第１図についてより具体的に説明
する。図において発熱管２９の断面が10×22mmの角型断
面でその肉厚ｔ₁が1.2mm程度、金属板３２のｔ₂＝2.3m
m、面積が800×1800mm程度、管内に通される絶縁電線１
本に流れる電流が９Ａ程度のとき、発熱は500Ｗ程度で
あった。

第２，３図の金属板３３（底板）、３４（側板）は、発
熱管２９が取付けられる鋼板３２と同じ板厚にする必要
はなく、もう少し薄くても金属板３２，３３，３４と図
示されていないが両端板（第２，３図の手前側およびそ
の反対側）によって作られる空間外への漏洩磁束は殆ど
なく、実用できた。

従って、金属板３２が主要な電磁遮閉の役割を果し、こ
の厚さｔ₂が本発明の構成上主たる条件の１つとなる。
次に第２，３図において放熱が金属板３２の表面からの
み行なわれる必要があるときは、保温層３５を設けるこ
とが効果的であるが、これは本発明の実施態様の一つに
すぎず、本発明の必須の構成要件ではない。

以上は、本発明を部屋暖房または融雪板として使用する
発熱板であるが、本発明は、屋根融雪若しくは屋根凍結
防止のような構築材料としても利用できる。

第６図，第７図は、その実施の１例を示す略図で、第７
図は、第６図のＸ−Ｙ断面略図である。図で３８は金属
板３２で葺かれた家屋で屋根板となる金属板３２は、間
隔ｇで設けられた凹部３７をもち、この凹部に強磁性発
熱鋼管２９が嵌入され、２９は１次電流ｉ_１を通す３本
の絶縁電線を持つ場合を示している。このような構造で
は、発熱管２９は、単なる発熱管としてのみでなく、屋
根構造材の役割を果すことができる。

さらに、屋根融雪の場合には、周囲の事情させ許せば、
積雪全部を融雪する必要はなく、屋根３２と、図示され
ていないが積雪との接触部分のみ融雪すれば、融雪され
た水が積雪と屋根板３２間の潤滑液となって、大部分の
積雪は、屋根から地上に容易に落下する。

（作用）本発明は原型である誘導表皮電流発熱管と相違して、発
熱管単独で発熱管外での漏洩電圧を防止したり、或いは
簡易型誘導電流発熱管のように、単相の場合は２本、３
相の場合は３本の発熱管を密着させて発熱管外への漏洩
電圧の発生を防止しようとしている理ではなく、発熱板
すなわち発熱管がとりつけられている被加熱金属板に
も、該板外への電圧漏洩防止の役割を果させているもの
である。

勿論この場合、金属板には漏洩磁束にもとづく渦流の存
在によって、金属板（特に３２）は発熱するが、これは
発熱管の発熱量に対して数％以下と極めて小さく、主た
る発熱は、発熱管に流れる２次電流と１次電流を通す絶
縁電線内で行なわれる。

（発明の効果）本発明によれば、肉厚の大きい発熱管の代わりに、肉薄
の発熱管が利用できるので、加工が容易となるばかりで
なく、全体が軽量で、かつ、発熱管の付近にある金属板
の活用によって、漏洩磁束を防止しており、その際、金
属板内に流れる僅かばかりの２次電流は、損失となるの
ではなく、発熱効果をもつので全体として能率低下はな
く、原形の表皮電流発熱管と同様の効果を期待できる。

本発明の発熱板は、また、発熱管の配置の密度、負荷さ
せる電流の大小を自由に調整できるのみでなく、発熱板
自体の大きさ形状も自由に設計でき、構築物の構成物の
一部として組込めるので、加熱装置を別途取付ける場合
と比較して加熱装置の維持管理を経済的に行うことがで
きる。さらに、発熱管と金属板とでは、相互に別異の材
質のものを使用することができるようになる。

このことは、例えば、発熱管は通常の鋼管で、金属板３
２には僅かばかりのクロームを加えた鋼材を使用するこ
とにより、その磁性を害することなく耐蝕性をもたせる
ことができるようになる結果、本発明品の経済性を高め
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電磁誘導型発熱板の説明図、第２図
は、第１図のＸ−Ｙ断面説明図、第３図は、第２図のＡ
部の拡大図、第４図は、発熱管内に３本の絶縁電線が通
された場合の説明図、第５図は、発熱鋼管１，２内での
電界分布、管外間隙ｇ部分における漏洩磁界、絶縁電線
３に流れる１次電流ｉ_１、発熱鋼管内を流れる２次電流
ｉ_２の関係を説明するための略図である。第６図は、本発明の具体的用途を示す金属板３２で葺か
れた家屋３６で、その拡大凸部を示す第７図の３７に
は、発熱鋼管２９が嵌入されている。第８，９図は、本発明の基本となる単相または３相の誘
導表皮電流発熱管の原理を示す断面略図である。これらの図面において、数字は次のものを表わす。１，２，９，１０，１１，２９：強磁性発熱鋼管３，１２，１３，１４：１次回路をつくる絶縁電線４，１５：交流電源７，８，１６，１７，１８，１９，２０，２１：発熱鋼
管の電気的接続２２：星型接続点５（又はｉ_１），２３，２４，２５：１次電流６（又はｉ_２），２６，２７，２８：２次電流３０：絶縁電線３１：電源コンセント、３２：金属板３３，３４：金属板カバー、３５：保温層ｇ：管外間隙、３６：溶接部３７：金属板３２の凸部、３８：家屋

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】肉厚がｔ₁であり、交流電流の表皮の深さ
がＳ₁である強磁性鋼管および該管内に挿通された絶縁
電線からなる誘導電流発熱管を構成要素とし、該ｔ₁と
Ｓ₁とは 0.5S₁<t₁<2S₁ (2) なる関係にあり、該強磁性鋼管を該誘導電流発熱管に通
電すべき交流電源が単相である場合は偶数本を、３相で
ある場合には３本又はその倍数本を好ましくは相互に平
行にかつ間隙をおいた管群とし、該管群をその肉厚がｔ
₂でその内表面に流れる交流電流の深さがＳ₂となる如き
金属板に全面的若しくは部分的に溶着、接着若しくは嵌
着して、少なくとも相隣る該鋼管の両端を相互に電気的
に接続し、さらに、該強磁性鋼管内に挿通された１本又
は複数本の絶縁電線が該管群全体につき各相毎に１本の
直列電線となる如く接続し、前記交流電源に対して、前
記絶縁電線が１次回路、前記強磁性管が２次回路となる
如くし、さらに前記金属板の肉厚ｔ₂と交流電流の表皮
の深さＳ₂とを (t₁+t₂)>(S₁+S₂),(S₂≧S₁) (4) となる如く式(2)および(4)から決定してなることを特徴
とする電磁誘導型発熱板。
【請求項２】強磁性鋼管の横断面の形状が角型若しくは
円型である特許請求の範囲第(1)項に記載の電磁誘導型
発熱板。
【請求項３】相隣る強磁性鋼管の間隙が該鋼管の外径の
１〜20倍である特許請求の範囲第(1)項に記載の電磁誘
導型発熱板。
【請求項４】金属板として規則的に波型若しくは角溝型
を有する金属板を使用してなる特許請求の範囲第(1)項
に記載の電磁誘導型発熱板。
【請求項５】強磁性鋼管を取りつけた金属板の面を金属
性の裏板及び側板で囲み電気的に閉路を構成させてなる
特許請求の範囲第(1)項に記載の電磁誘導型発熱板。