CZ20022597A3

CZ20022597A3 - Keramická zapalovací svíčka, její pouľití a způsob výroby

Info

Publication number: CZ20022597A3
Application number: CZ20022597A
Authority: CZ
Inventors: Craig A. Willkens; James M. Olson; Scott M. Hamel
Original assignee: Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc.
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2003-01-15
Also published as: MXPA02007238A; BR0107769A; CA2395754A1; NO20023528L; JP3845017B2; TR200201850T2; PT1250554E; JP2003521663A; AU774937B2; DE10195003B4; GB2378748A; GB0219724D0; DE10195003T1; KR20020074210A; CN1209576C; US6278087B1; AU3115301A; CA2395754C; SE525563C2; GB2378748B

Description

Oblast techniky

Vynález se týká keramických zapalovacích svíček a zlepšených způsobů zhotovování těchto zapalovacích svíček.

Dosavadní stav techniky

Keramické materiály se těší velkému úspěchu jako zapalovací svíčky u pecí vytápěných plynem, sporáků, sušáren šatů a dalších prostředků, které vyžadují zapalování plynného paliva. Výroba keramické zapalovací svíčky vyžaduje zkonstruování elektrického obvodu přes keramickou složku, jejíž jedna část je vysoce odporová a teplotně roste, když je elektricky napájená nějakým vodičem.

Jedna konvenční zapalovací svíčka pod označením MiniIgniter™ a dostupná u Norton Igniter Products v Milfordu, N.H. (US) je zkonstruovaná pro aplikace 12 volt až 129 volt a má kompozici, která zahrnuje nitrid hliníku (A1N), dvojkřemičitan molybdenu (MoSi₂) a karbid křemíku (SiC).

US patent 5,786,565 Willkense a kol. uveřejňuje vysoce použitelné keramické zapalovací svíčky, které zahrnují a) dvojici elektricky vodivých částí, kde každá část má první konec, b) odporovou horkou zónu umístěnou mezi a v elektrickém spojení s každým z těchto prvních konců elektricky vodivých částí, přičemž tato horká zóna má délku elektrické dráhy menší než 0,5 cm, a c) elektricky nevodivý, tepelně jímavý materiál stýkající se s horkou zónou.

Od systémů keramických zapalovacích svíček se požaduje pestrost výkonových vlastností včetně vysoké rychlosti (krátká doba do ohřátí z teploty místnosti na navrženou teplotu) a dostatečná robustnost pro funkci po delší časové prodlevy bez výměny. Mnohé konvenční zapalovací svíčky však takovéto požadavky důsledně nesplňují. Bylo by tedy žádoucí, • · ·· ···· mít nové systémy keramických zapalovacích svíček.

Podstata vynálezu

My jsme nyní objevili nové, vysoce užitečné keramické zapalovací svíčky, které mohou vykazovat mimořádné výkonové vlastnosti včetně dlouhých provozních životností.

Překvapivě bylo zjištěno, že keramické zapalovací svíčky popsané ve výše probraném patentu '565 někdy selžou díky vyhoření oblasti horké zóny zapalovací svíčky. Jak bylo zmíněno výše, zveřejňuje patent '565 zapalovací svíčku, která má relativně krátkou délku elektrické dráhy horké zóny, která je menší než 0,5 cm. Aniž by to bylo svázáno s nějakou teorií, má se za to, že během funkce takové zapalovací svíčky způsobuje hustota vývinu energie generované při vysokém linkovém napětí růst na vysoký teplotní gradient. Má se za to, že tento vysoký teplotní gradient má za následek zrychlenou oxidaci lokalizované oblasti horké zóny zapalovací svíčky, což může mít za následek předčasné selhání tohoto prostředku.

Naproti tomu mohou zapalovací svíčky podle vynálezu poskytovat rozptýlenější hustotu vývinu energie po celé oblasti horké zóny a tím se vyhnout nežádoucím teplotním gradientům v izolovaných oblastech horké zóny a přitom poskytovat špičkové ohřátí.

Specifičtěji jsou z jednoho aspektu vynálezu poskytovány keramické zapalovací svíčky, které se skládají ze a) dvojice elektricky vodivých částí, kde každá část má první konec, b) odporové horké zóny uspořádané mezi prvními konci a v elektrickém spojení s každým z těchto prvních konců elektricky vodivých částí, přičemž tato horká zóna má délku elektrické dráhy mezi 0,51 cm a 2 cm.

Výhodné zapalovací svíčky podle vynálezu mají délku elektrické dráhy horké zóny mezi 0,6 cm a 1,5 cm, výhodněji od 0,6 cm do přibližně 1,2 cm a ještě výhodněji asi od 0,7 cm do 0,9 cm. Jak je používán zde, znamená termín délka elektrické dráhy délku nejkraší dráhy učiněné elektrickým proudem přes oblast horké zóny zapalovací svíčky, když se elektrický potenciál aplikuje na vodivé konce zapalovací svíčky.

Má se za to, že takové délky horké zóny mohou účinně rozptýlit hustotu vývinu energie po celé oblasti horké zóny, aniž by se vytvářely izolované teplotní gradienty, které mohou vést k teplotní degradaci zapalovací svíčky a k selhání. Navíc hranice délky elektrické dráhy (asi do 2 cm) vedou k účinnému ohřívání a krátkým časům do teploty zapálení bez potřeby nadměrného příkonu systému.

Také jsme zjistili, že výhodně má oblast horké zóny nelineární geometrii, například v podstatě vnější formu ve tvaru U, takže se horká zóna táhne bez přerušení přes šířku vrcholu zapalovací svíčky a pak podle části každého boku délky zapalovací svíčky. Má se za to, že takové nelineární konstrukce mohou účinněji rozptylovat nebo snižovat hustotu vývinu energie v oblasti horké zóny relativně vůči nějakému porovnatelnému systému, který má lineární horkou zónu.

Zapalovací svíčky podle vynálezu mají s výhodou také elektricky nevodivou část (tepelnou jímku) ve styku s oblastí horké zóny. Zejména je tato nevodivá část s výhodou vsunutá nebo vložená mezi elektricky vodivé části a ve styku s oblastí horké zóny.

My jsme také zjistili, že s výhodou je výška můstku horké zóny (šířka horké zóny u obdélníkové zapalovací svíčky pojednaná níže) s výhodou alespoň kolem 0,05 cm, výhodněji alespoň kolem 0,06 cm. Obecně je výhodná výška můstku horké zóny od 0,05 cm do 0,4 cm a výhodnější je výška můstku horké zóny od 0,06 cm asi do 0,3 cm.

Horké zóny zapalovacích svíček podle vynálezu budou s výhodou obsahovat nějakou slinutou kompozici obsahující nějaký vodivý materiál a nějaký izolační materiál a typicky ·· 44 44 44 4« ·4 • > · 4 · 4 9 4 · 4 ·

4 4 44·· 44 « •4 444 444444 4 4 • · · 44 9 444 • 944 44 44 44 44 4444 budou dále obsahovat nějaký polovodivý materiál. Vodivé části nebo části horkých zón zapalovacích svíček podle vynálezu budou obsahovat slinutou kompozici z podobných složek s relativně vysokými koncentracemi vodivého materiálu.

Zapalovací svíčky podle vynálezu se mohou vhodně provozovat v širokém rozsahu napětí včetně nopminálních napětí 6, 8, 12, 24 a 120.

Dále se poskytují nové způsoby výroby zapalovacích svíček podle vynálezu, které zahrnují zhotovení řady zapalovacích svíček z jediného špalku materiálu, což umožňuje značně efektivnější výrobu zapalovací svíčky. Výhodné postupy podle vynálezu pro tvarování keramické zapalovací svíčky zahrnují a) vytvoření elektricky vodivého keramického tělesa, které obsahuje řadu připojených elementů zapalovací svíčky, b) vložení elektricky nevodivého materiálu do každého elementu a c) zhuštění této řady elementů zapalovací svíčky.

Další aspekty vynálezu jsou uvedeny níže.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje jednu výhodnou zapalovací svíčku podle vynálezu.

Obr. 2 znázorňuje schematicky výrobní způsob zapalovací svíčky podle vynálezu.

Obr. 3 a 4 ukazují výsledky příkladu 1, který následuje.

Příklady provedení vynálezu

Jak je nazančeno výše, poskytuje vynález element slinuté keramické zapalovací svíčky sestávající ze dvou studených zón a horké zóny, přičemž horká zóna má délku elektrické dráhy od 0,51 cm asi do 2 cm. Typičtěji bude délka elektrické dráhy poněkud delší než 0,51 cm, např. alespoň kolem 0,6 cm, 0,7 cm nebo 0,8 cm.

k« «4 ·· · · • « · 4 * · >44 44 * · · · · 4 4 · ·· 4 · 44 4444

Obrázek 1 výkresů znázorňuje jednu výhodnou zapalovací svíčku 10 podle vynálezu, která se skládá část 12 horké zóny ve styku se studenými zónami 14a a 14b a uspořádanou mezi nimi. Tepelná jímka 16 je uspořádaná mezi těmito studenými zónami 14a a 14b a je ve styku s horkou zónou 12 . Konce 14a' a 14b' horké zóny distální od horké zóny 12 jsou v elektrickém spojení se zdrojem energie, typicky za použití nějakého typu montáže vodivého rámu.

Jak je ukázáno na obrázku 1, má horká zóna 12 nelineární délku elektrické dráhy e” v podstatě ve tvaru U (znázorněno čárkovanou čarou pro zdůraznění minimální dráhy), která se rozprostírá dole na konci každého boku zapalovací svíčky. Jak bylo zmíněno výše, má se za to, že takové nelineární geometrie horké zóny rozptylují efektivněji hustotu vývinu energie po celé oblasti horké zóny a zvyšují operační životnost této zapalovací svíčky.

Rozměry oblasti horké zóny se mohou vhodně měnit za předpokladu, že celková délka elektrické dráhy horké zóny je v rozsazízh, které jsou zde uvedené. U obecně obdélníkové konstrukce zapalovací svíčky znázorněné na obr. 1 je s výhodou šířka horké zóny mezi studenými zónami (označeno na obr. 1 jako vzdálenost a) dostatečná, aby se zabránilo elektrickým zkratům nebo jinýmjvadám. Podle jednoho výhodného systému je tato vzdálenost a 0,5 cm.

Výška můstku horké zóny (označená na obr. 1 jako vzdálenost b) by měla mít také dostatečnou velikost, aby se předešlo závadám zapalovací svíčky včetně nepřiměřeně lokalizovaného ohřátí, což může mít za následek degradaci a poškození,jak bylo popsáno výše. Jak bylo zmíněno shora, je s výhodou výška můstku horké zóny alespoň kolem 0,05 cm, výhodněji alespoň kolem 0,06 cm. Obecně je výhodná výška můstku horké zóny od 0,05 cm do 0,4 cm, výhodnější je výška můstku horké zóny od 0,06 cm do asi 0,3 cm a obzvlášť výhodná je výška můstku horké zóny od 0,0 6 až 0,035 do ·· · · * fc · · · fc ♦ fc · «>· ·· · fcfcfc •fcfcfc fcfc ·· ·· ·* fcfc··

- 6 0,040. Bylo zjištěno, že obzvlášť vhodné jsou výšky můstku horké zóny 0,035 a 0,040. Výrazu výška můstku horké zóny, jak je používán zde, se rozumí tak, že míní ten rozměr horké zóny, který leží rovnoběžně s délkou nebo podélným rozměrem obecně obdélníkové zapalovací svíčky, jak je ilustrováno rozměrem b vyznačeným na obr. 1.

Ramena horké zóny, která se táhnou po délce zapalovací svíčky, budou omezena na takovou velikost, aby se zajistila délka elektrixké dráhy horké zóny asi do 2 cm.

Složky kompozice horké zóny 12 , studených zón 14a a 14b a nevodivé oblasti 16 tepelné jímky se mohou vhodně měnit. Vhodné kompozice pro tyto oblasti jsou zveřejněné v patentu US č. 5,786,565 Willkense a kol. a také v patentu US č. 5,191,508 Axelsona a kol., které jsou zde zahrnuty jako odkaz.

Horká zóna má zvlášť měrný odpor za vysoké teploty (t.j. 1350 °C) asi mezi 0,01 ohm-cm a asi 3,0 ohm-cm a měrný odpor při teplotě místnosti asi mezi 0,01 ohm-cm a asi 3 ohm-cm. Výhodné kompozice horké zóny obsahují slinutou kompozici elektricky izolačního materiálu a kovového vodiče a s výhodou dále obsahují nějaký polovodivý materiál. Jak je používán zde, odkazuje výraz elektricky izolační materiál na materiál, který má měrný odpor při teplotě místnosti alespoň kolem 10^1θ ohm-cm. Jak se používá zde, odkazuje výraz kovový vodič nebo vodivý materiál na materiál, který má měrný odpor při teplotě místnosti méně než asi 10'² ohm-cm. Jak se používá zde, je výraz polovodivý keramický materiál (nebo polovodič) keramický materiál, který má měrný odpor za teploty místnosti mezi asi 10 a 10⁸ ohm-cm.

Obecně zahrnují výhodné kompozice horké zóny (a) mezi asi 50 a asi 80 objemovými procenty (obj . % nebo v/o) elektricky izolujícího materiálu, který má měrný odpor alespoň kolem 10¹⁰ ohm-cm, (b) mezi asi 5 a asi 45 v/o polovodivého materiálu, který má měrný odpor mezi asi 10 a

- 7 asi 10⁸ ohm-cm, a (c) mezi asi 5 a asi 25 v/o kovového vodiče, který má měrný odpor méně než asi 10’² ohm-cm. S výhodou zahrnuje horká zóna 50-70 v/o elektricky izolačního keramického materiálu, 10-45 v/o polovodivého keramického materiálu a 6-16 v/o vodivého materiálu. U určitých výhodných provedení je tento vodivý materiál M0SÍ2, přítomný s výhodou v množství asi od 9 do 15 obj. % spočívajících na všech komponentech kompozice horké zóny, výhodněji od asi 9 do 13 obj . % spočívajících na všech komponentech kompozice horké zóny. Pro zapalovací svíčku na 24 volt je obzvlášť výhodná koncentrace dvojkřemičitanu molybdenu asi od 9,2 do

9,5 obj. % spočívajících na všech komponentech kompozice horké zóny.

Vhodné složky elektricky izolujícího materiálu kompozic horké zóny zahrnují jeden nebo více oxidů kovů, jako je oxid hliníku, nějaký nitrid, jako je nitrid hliníku, nitrid křemíku nebo nitrid bóru, nějaký oxid vzácné zeminy (např. oxid yttria), nebo nějaký oxynitrid vzácné zeminy. Obecně jsou výhodné nitrid hliníku (A1N) a oxid hliníku (A1₂O₃) .

Kovový vodič je typicky vybraný ze skupiny sestávající z dvojkřemičitanu molybdenu, dvojkřemičitanu wolframu a nitridů, jako je nitrid titanu, a karbidů, jako je karbid titanu. Výhodný je obecně dvojkřemičitan molybdenu.

Obecně výhodné materiály polovodiče zahrnují karbidy, zejména karbid křemíku (dotovaný i nedotovaný) a karbid bóru. Obecně je výhodný karbid křemíku.

Zvlášť výhodné kompozice horké zóny podle vynálezu obsahují oxid hliníku a/nebo nitrid hliníku, dvojkřemičitan molybdenu a karbid křemíku. Jak je uvedeno výše, alespoň u určitých provedení je dvojkřemičitan molybdenu přítomný v množství od 9 do 12 objemových % . Pro zapalovací svíčku na 24 volt je jedna obzvlášť výhodná koncentrace dvojkřemičitanu molybdenu asi od 9,2 do 9,5 objemových %, vztaženo na sumu složek kompozice horké zóny.

φφ • φ » φφ φφ φφ φφ > φ φ » <φ · φ ΦΦΦ·Φ φ φ φ φφφφ

99 ΦΦ ΦΦΦΦ

Jak bylo probráno výše, obsahuji zapalovací svíčky podle vynálezu typicky také alespoň jednu nebo více oblastí studené zóny s menším měrným odporem a elektrixky spojené s horkou zónou, aby poskytly připojení drátěných vodičů k zapalovací svíčce. Typicky je kompozice horké zóny umístěná mezi dvěma studenými zónami. S výhodou jsou takové oblasti studené zóny složené např. z A1N a/nebo A1₂O₃ nebo z jiného izolačního materiálu, SiC nebo jiného polovodivého materiálu a MoSi₂ nebo jiného vodivého materiálu. Oblasti studené zóny však budou mít značně vyšší procentuální obsah vodivých a polovodivých materiálů (např. SiC a MoSi₂) , než má horká zóna. Podle toho mají oblasti horké zóny typicky jen kolem 1/5 až 1/1000 měrného odporu kompozice horké zóny a teplotou nestoupají na úrovně horké zóny. Výhodnější je, když je měrný odpor studené zóny za teploty místnosti od 5 do 20 procent měrného odporu horké zóny za teploty místnosti.

Jedna výhodná kompozice studené zóny pro použití u zapalovací svíčky podle vynálezu zahrnuje kolem 15 až 65 v/o oxidu hliníku, nitridu hliníku nebo jiného izolačního materiálu a kolem 20 až 70 v/o MoSi₂ a SiC nebo jiný vodivý a polovodivý materiál v objemovém poměru od přibližně 1:1 asi do 1:3. Výhodněji zahrnuje studená zóna kolem 15 až 50 v/o A1N a/nebo A1₂O₃, 15 až 30 v/o SiC a 30 až 70 v/o MoSi₂. Pro snadnost výroby se s výhodou kompozice horké zóny formuje z týchž materiálů jako kompozice horké zóny, ale s relativními množstvími polovodivých a vodivých materiálů, která jsou větší.

Elektricky izolační tepelná jímka 16 by měla být složená z kompozice, která poskytuje dostatečné tepelné množství, aby zmírnilo konvekční chlazení horké zóny. Navíc, pokud je umístěná jako vložka mezi dvěma vodivými rameny, jak bylo ilustrováno systémem ukázaným na obrázku 1, poskytuje vložka 16 mechanickou podpěru pro protáhlé části 14a a 14b studené zóny a činí zapalovací svíčku robustnější. U některých * I ) · 9 9 · · 9(9

9 9 999· 99 • 9 · · 9 9 999 99 9 >•9 99 9 99 *999 99 ·· 99 99

- 9 provedeni může být vložka 16 opatřená drážkou pro zmenšeni hmoty systému. Elektricky izolační tepelná jímka má s výhodou měrný odpor při teplotě místnosti alespoň kolem 10⁴ohm-cm a pevnost alespoň kolem 150 MPa. Výhodněji má materiál tepelné jímky tepelnou vodivost, která není tak vysoká, aby ohřála celou tepelnou jímku a přenesla teplo na vodiče, a ne tak nízkou, aby vyloučila užitečnou funkci tepelné jímky. Vhodné keramické kompozice pro tepelnou jímku zahrnují kompozice, které se skládají z alespoň kolem 90 objemových % alespoň jednoho z nitridu hliníku, , nitridu bóru, nitridu křemíku, oxidu hlinitého a jejich směsí. Kde se použije kompozice horké zóny z AlN-MoSi₂-SiC, může být pro kompatibilní charakteristiky tepelného roztažení a zhuštění výhodný materiál tepelné jímky zahrnující alespoň 90 objemových % nitridu hliníku a do 10 objemových % oxidu hlinitého. Jedna výhodná kompozice tepelné jímky je zveřejněná v současně podané patentové přihlášce US č. 09/217,793, jejíž celá podstata je zde zahrnuta jako odkaz.

Keramické zapalovací svíčky podle vynálezu se mohou používat při rozmanitých napětích, která zahrnují nominální napětí 6, 8, 12, 24 a 120 voltů. Zapalovací svíčky podle vynálezu se mohou rychle ohřívat z teploty místnosti na pracovní teploty, např. na asi 1350 °C, během přibližně 4 sekund nebo méně nebo dokonce 3 sekund nebo méně, nebo dokonce 2,75 nebo 2,5 sekundy nebo méně.

Zapalovací svíčky podle vynálezu mohou také poskytovat stabilní zapalovací teplotu s hustotou vývinu energie horké zóny (povrchové zatížení) od 60 do 200 watů ne cm² oblasti horké zóny. Výhodné hustoty vývinu energie zahrnují od 70 do 180 watů na cm², výhodněji asi od 75 do 150 watů na cm².

Zpracování keramické složky (t.j. zpracování surového tělesa a slinovací podmínky) a příprava zapalovací svíčky ze zhuštěného keramického tělesa se mohou udělat běžnými postupy. Typicky se takové postupy provádějí v podstatě v • 999 ···« ···· souladu se zapsaným patentem US č. 5,786,565 Willkense a kol. a US č. 5,191,508 Axelsona a kol.

S výhodou se zapalovací svíčky vyrábějí podle postupů podle tohoto vynálezu. Tyto způsoby obecně zahrnují současnou výrobu řady zapalovacích svíček, např. alespoň 5 zapalovacích svíček, typičtěji alespoň 10 nebo 20 zapalovacích svíček a ještě typičtěji alespoň kolem 50, 60, 70, 80, 90 nebo 100 zapalovacích svíček, z jednoho plošného materiálu (špalku). Typičtěji se asi do 100 nebo 200 zapalovacích svíček vyrábí v podstatě výhodně současně.

Specifičtěji se u výhodných způsobů výroby zapalovací svíčky podle vynálezu vytvoří sochorový plát, který se skládá z řady spojených nebo fyzicky přichycených latentních elementů zapalovacích svíček. Tento sochorový plát má kompozice horké a studené zóny, které jsou v surovém stavu (nezhuštěné na více než kolem 96 % nebo 98 % teoretické hustoty), a s výhodou byly slinovány na více než kolem 40 % nebo 50 % teoretické hustoty a vhodně do 90 nebo 95 % teoretické hustoty, výhodněji asi do 60 až 70 % teoretické hustoty. Takovéhoto částečného zhuštění se v podstatě dosáhne zpracováním lisováním za tepla, např. při méně než 1500 °C, například při 1300 °C po dobu asi 1 hodiny při tlaku 3000 psi a v atmosféře argonu. Bylo zjištěno, že pokud se kompozice horké a studené zóny sochoru zhustí na více než 75 nebo 80 procent teoretické hustoty, bude se sochor v následujících krocích zpracování obtížně řezat. Navíc, pokud se kompozice horkých a studených zón zhustí na méně než asi 50 procent, tyto kompozice během následujícího zpracování často degradují. Část horké zóny zasahuje přes část tlouštky sochoru a zbytek je studená zóna.

Sochor může být relativně široké rozmanitosti tvarů a rozměrů. S výhodou je vhodný sochor v podstatě čtverec, např. čtverec 9 palců krát 9 palců, nebo může mít jiné vhodné rozměry nebo tvary, jako je obdélník, atd. Sochor se ι:

«

0000 (0 ι

- 11 pak s výhodou rozřeže na části, například nějakým diamantovým řezným nástrojem. Tyto části mají s výhodou v podstatě stejné rozměry. Například u sochoru 9 palců krát 9 palců se sochor s výhodou nařeže na třetiny, kde každý z výsledných přířezů je 9 palců krát 3 palce.

Sochor se pak dále řeže (vhodně nějakým diamantovým nástrojem), aby se zajistily jednotlivé zapalovací svíčky. První řez bude přes sochor, aby se provedlo fyzické oddělení jednoho elementu zapalovací svíčky od elementu sousedního. Druhé řezy nebudou přes celou délku materiálu sochoru, aby umožnily vložení izolační zóny (tepelná jímka) do každé zapalovací svíčky. Každý z těchto řezů (jak řezy skrz, tak i řezy, které skrz nejdou) může být rozevřený např. kolem 0,2 palce.

Po vložení zóny tepelné jímky se pak zapalovací svíčky mohou dále zhušťovat, s výhodou na více než 99 % teoretické hustoty. Takovéto další slinování se s výhodou provádí za vysokých teplot, např. při nebo mírně nad 1800 °C, pod horkým izostatickým lisem.

Tyto jednotlivé řezy provedené do sochoru se mohou vhodně provést v nějakém automatickém procesu, kde se sochor polohuje a řeže nějakým řezným nástrojem automatickým systémem, např. řízeným počítačem.

Obrázek 2 výkresu ukazuje sochor zpracovávaný v souladu s výrobními postupy zapalovací svíčky podle vynálezu. Jak je nakresleno, má sochor 10 zónu 12 horké kompozice a zónu 14 studené kompozice se stykovou plochou 16 zóny horké kompozice a zóny studené kompozice. S výhodou jsou ve stavu výroby zakresleném na obr. 2 kompozice horké a studené zóny v surovém stavu, ale s výhodou zhuštěné od asi 40 % do přibližně 95 % teoretické hustoty, výhodněji asi od 50 % přibližně do 70 % teoretické hustoty.

Výhodný sochor 10 má vhodně v podstatě stejné rozměry, t.j. rozměry g a h ukázané na obr. 2 jsou s výhodou

0 0 0 • 9 0 0 «0 * »0 0»

9 9 9

0 0 0

0 000 • 0 0 ·« »0 ··

O ·

0·

0· · 0 «> «·«« přibližně stejné, např. 9 palců krát 9 palců, jak bylo zmíněno výše.

Sochor 10 se pak s výhodou rozřeže na části, například nějakým diamantovým řezným nástrojem. Tyto části mají s výhodou v podstatě stejné rozměry.

znázorněno na obr. 2, se Sochor 10 třetiny podél čar 18a a 18b.

Sochor 10 se pak dále řeže (vhodně nějakým diamantovým řezným nástrojem), aby se připravily jednotlivé, nespojené elementy zapalovací svíčky, například zapalovací svíčka 22 . Jeden řez bude mít plnou délku přes sochor (např. řez 24) a každý druhý řez (např. řez 26) nepůjde přes celou délku materiálu sochoru, aby umožnil vložení elektricky izolační zóny (tepelná jímka) do každé zapalovací svíčky, například otvorem 28. Každý řez 24 a 26 bude vhodně rozevřený, např. 0,2 palce.

Po vložení zóny tepelné jímky se pak mohou zapalovací svíčky dále zhušťovat, s výhodou na více než 99 % teoretické hustoty, jak bylo probráno výše, s výhodou asi při 1815 °C v horkém izostatickém lisu.

Zapalovací svíčky podle stávajícího vynálezu se mohou používat u mnoha aplikací včetně zážehových aplikací paliva plynné fáze, například v topeništích, varných zařízeních, podlahových topných tělesech, boilerech a sporákových hlavách.

Pro vynález jsou ilustrativní následující neomezující příklady. Všechny dokumenty, které jsou zde zmíněné, jsou zde zahrnuty formou odkazu jako celek.

Například, jak je výhodně rozřeže na

PŘÍKLAD 1

Zapalovací svíčky podle vynálezu byly připraveny a zkoušeny následovně.

Byly připraveny kompozice horké zóny a studené zóny pro první zapalovací svíčku, na kterou se zde odkazuje jako na «· ·» * » » »» »» ·· ·· • » fl · · » (fl · • fl fl fl · fl • · fl fl ··· · fl fl · fl fl · •fl «··· sestávala ze 70.8 ·♦· ·

- 13 zapalovací svíčku A. Kompozice horké zóny % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) A1N, 20 % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) SiC a 9,2 % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) MoSi₂. Kompozice studené zóny se skládala z 20 % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) AlN, 20 % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) SiC a 60 % objemu (vztaženo na celou kompozici horké zóny) MoSi₂. Kompozice studené zóny byla vložena do zápustky lisu s vytápěnou zápustkou a kompozice horké zóny byla položena na vrch kompozice studené zóny v téže zápustce. Tato kombinace kompozic byla zhuštěna společně za tepla a tlaku, aby se vytvořila zapalovací svíčka A.

Kompozice horké zóny a studené zóny byly připraveny pro druhou zapalovací svíčku, na kterou se zde odkazuje jako na zapalovací svíčku B. Zapalovací svíčka B měla tutéž geometrii a kompozici horké zóny jako zapalovací svíčka A. Kompozice studené zóny zapalovací svíčky B měla tytéž složky (AlN, SiC a MoSi₂) jako zapalovací svíčka A, ale studená zóna zapalovací svíčky B měla měrný odpor, který byl přibližně rovný horké zóně zapalovací svíčky B. Jako u zapalovací svíčky A byla kompozice studené zóny zapalovací svíčky B vložena do zápustky lisu s vyhřívanou zápustkou a kompozice horké zónybyla vložena na vrch kompozice studené zóny v téže zápustce. Tato kombinace kompozic byla zhuštěna společně za tepla a tlaku, aby se vytvořila zapalovací svíčka B.

Vytvořené zapalovací svíčky A a B byly buzeny při 12 voltech.Pro zapalovací svíčku A bylo odporové ohřátí soustředěno v oblasti horké zóny zapalovací svíčky, jak je ukázáno na obr. 3. Pro zapalovací svíčku B se ohřály jak studená zóna, tak i horká zóna zapalovací svíčky, jak je ukázáno na obr. 4.

9· ·· • 0 0 « • 0 « • 0 I • · <

0000 ·· «0

0 0 0

0 9 ·

0 0 000

0 0 «0

00 0 0 0 0 0 > 0 0 0 0 0 0

0000

PŘÍKLAD 2

Bylo připraveno sedm dalších zapalovacích svíček (navržených jako příklady 1 až 7 v tabulce dále) s týmiž kompozicemi horké zóny a studené zóny, jak bylo popsáno pro zapalovací svíčku A v příkladu 1 výše. Oblasti horké zóny každého z příkladů 1 až 7 se měnily. Tyto oblasti horké zóny jsou v níže uvedené tabulce vyjádřeny jako cm². Byl změřen celkový odpor (níže vyjádřený jako Ω) , odpor horké zóny (níže vyjádřený jako Ω) , odpor studené zóny (níže vyjádřený jako Ω) a jsou uvedené v tabulce níže.

TABULKA

Vzorek	Obl.hor. zóny	Celkový odpor	Odpor hor.z.	Odpor stud.z.	Rhor/R;
1	1,10	36	12	11	1,09
2	1,06	33	12,9	9	1,43
3	8,71	28,3	11,4	8,1	1,41
4	7,84	37	14,1	10,5	1,34
5	7,35	42	17,5	11,3	1,55
6	5,90	45	19,9	11,6	1,72
7	5,81	40,2	22,6	7,7	2,94

Tyto výsledky ukázaly, že pro dosažení hrotového ohřátí u vzorků zapalovací svíčky byl optimální minimální relativní odporový poměr odporu horké zóny (Rhor) k odporu studené zóny (R-stud) kdy Rhor 1,5 Rstud ·

Vynález byl popsán podrobně s odkazem na svá zvláštní provedení. Je však třeba si uvědomit, že ti, kdo jsou znalí stavu techniky, mohou se zřetelem na toto odhalení vytvořit v duchu a rozsahu tohoto vynálezu modifikace a zlepšení.

·· • 9 9 · • 9 · • 9 ·

9 ♦ ···· ·· ·» * 9 · 9

9 9 9

9 999 • 9 9 ·· 99

9 9 • 999

Claims

- 15 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Element keramické zapalovací svíčky zahrnující:

a) dvojici elektricky vodivých částí, kde každá část má první konec a

b) odporovou horkou zónu uspořádanou mezi a v elektrickém spojení s každým z vodivých částí, vyznačuj prvních konců elektricky tím, že horká zóna má délku elektrické dráhy od 0,51 do 2 cm.
2. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že s horkou zónou se stýká materiál elektricky nevodivé tepelné jímky.
3. Zapalovací svíčka podle nároku 2, vyznačuj í c í se tím, že materiál tepelné jímky je uspořádaný mezi vodivými částmi.
4. Zapalovací svíčka podle nároku 2, vyznačuj x c í se t í m, že každá z elektricky vodivých částí je uspořádaná v témže směru od horké zóny, aby definovala dvojici ramen, a elektricky nevodivý materiál tepelné jímky je umístěný mezi těmito rameny.
5. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačuj x cí se tím, že horká zóna má délku elektrické dráhy alespoň 0,6 cm.
6. Zapalovací svíčka podle nároku 1,vyznačující se tím, že horká zóna má délku elektrické dráhy od 0,6 do 1,5 cm.

::

φ4 ·· • »9 • 4 « • · ‘

99 94

9 9 4

9 9 ·

9 4 ·

4 4 9

4« 4994
7. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že horká zóna má délku elektrické dráhy od 0,7 do 0,9 cm.
8. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačuj í c í se t í m, že horká zóna je nelineární.
9. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že horká zóna je v podstatě ve tvaru U.
10. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že horká zóna zahrnuje kompozici, která se skládá z elektricky izolačního materiálu a materiálu kovového vodiče.
11. Zapalovací svíčka podle nároku 10, vyznačující se tím, že dále zahrnuje polovodivý materiál.
12. Zapalovací svíčka podle nároku 10, vyznačující se tím, že kompozice horké zóny zahrnuje:

(a) mezi 25 a 80 objemovými % elektricky izolačního materiálu, (b) mezi 3 a 45 objemovými % polovodivého materiálu, (c) mezi 5 a 25 objemovými % kovového vodiče.
13. Zapalovací svíčka podle nároku 12, vyznačující se tím, že kompozice horké zóny zahrnuje MoSi₂ v množství od asi 9,2 do 9,5 objemových %.
14. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že měrný odpor elektricky vodivých částí za teploty místnosti je asi od 5 do 20 procent měrného odporu horké zóny za teploty místnosti.

• 4 • · •••4 ·4 • 4 4 4
15. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr měrného odporu horké zóny za teploty místnosti je alespoň kolem 1,5 násobku měrného odporu částí studené zóny za teploty místnosti.
16. Způsob zapalování plynného paliva zahrnující přivedení elektrického proudu přes zapalovací svíčku podle nároku 1.
17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že proud má nominální napětí 6, 8, 12, 24 nebo 120 vol t.
18. Element keramické zapalovací svíčky zahrnující:

a) dvojici elektricky vodivých částí, kde každá část má první konec, a

b) odporovou horkou zónu umístěnou mezi a v elektrickém spojení s každým z prvních konců elektricky vodivých částí, vyznačující se tím, že horká zóna vytváří stabilní zapalovací teplotu při povrchovém zatížení od 60 do 200 watů na cm².
19. Zapalovací svíčka podle nároku 18, vyznačující se tím, že horká zóna má délku elektrické dráhy od 0,51 do 2 cm.
20. Způsob zapalování plynného paliva zahrnující přivedení elektrického proudu přes zapalovací svíčku podle nároku 18.
21. Způsob podle nároku 20,vyznačující se tím, že hustota vývinu energie v horké zóně je od 60 do 200 watt na cm².

* 4 • 44

4444 4« ·» ·· ·· ····

- 18
22. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že proud má nominální napětí 6, 8, 12, 24 nebo 120 volt.
23. Způsob vytvoření keramické zapalovací svíčky, který zahrnuje:

. a) vytvoření elektricky vodivého keramického tělesa, které zahrnuje řadu spojených elementů zapalovací svíčky, z b) vložení elektricky nevodivého materiálu do každého elementu a

c) zhuštění řady elementů zapalovací svíčky.
24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že element zapalovací svíčky se před zhuštěním fyzicky oddělí od sousedních elementů.
25. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vytvoření drážky v každém elementu zapalovací svíčky a do této drážky se vloží elektricky neizolující materiál.
26. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že drážka nesahá přes celou délku elementu zapalovací svíčky.
27. Způsob podle nároku 25,vyznačující se tím, že element zapalovací svíčky se fyzicky oddělí od sousedních elementů během tvoření drážky.
28. Způsob podle nároku 23,vyznačující se tím, že těleso zahrnuje alespoň kolem 20 spojených elementů zapalovacích svíček.

<*· ·· • · · * * · » ♦ · · • · · • •ftr ·· ·* ·· » · · · » t a · • · ··· » ♦ 9 «· 99 ft* ·· • 9 9 ftft · 4 · ·

9 9· • ft ftftftft
29. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že těleso zahrnuje alespoň kolem 50 spojených elementů zapalovacích svíček.
30. Způsob podle nároku 23,vyznačující se tím, že těleso zahrnuje alespoň kolem 100 spojených elementů zapalovacích svíček.
31. Způsob podle nároku 23,vyznačující se tím, že elektricky vodivé keramické těleso je v surovém stavu v kroku a).
32. Způsob podle nároku 31,vyznačující se tím, že elektricky vodivé těleso v surovém stavu je zhuštěné od asi 50 % do asi 70 % teoretické hustoty.

»· ···« • 4 • · ·· ·· 9 94 9