CZ9902645A3 - Keramická zapalovací svíčka se sdruženou hlavou a způsob jejího žhavení - Google Patents

Keramická zapalovací svíčka se sdruženou hlavou a způsob jejího žhavení Download PDF

Info

Publication number
CZ9902645A3
CZ9902645A3 CZ19992645A CZ264599A CZ9902645A3 CZ 9902645 A3 CZ9902645 A3 CZ 9902645A3 CZ 19992645 A CZ19992645 A CZ 19992645A CZ 264599 A CZ264599 A CZ 264599A CZ 9902645 A3 CZ9902645 A3 CZ 9902645A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
spark plug
volume
hot zone
resistive
heat sink
Prior art date
Application number
CZ19992645A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ292886B6 (cs
Inventor
Craig A. Willkens
Linda S. Bateman
Original Assignee
Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. filed Critical Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc.
Publication of CZ9902645A3 publication Critical patent/CZ9902645A3/cs
Publication of CZ292886B6 publication Critical patent/CZ292886B6/cs

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/22Details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering
    • C04B35/6455Hot isostatic pressing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817Carbides
    • C04B2235/3821Boron carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817Carbides
    • C04B2235/3826Silicon carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3865Aluminium nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54Particle size related information
    • C04B2235/5418Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/608Green bodies or pre-forms with well-defined density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567Treatment time
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/361Boron nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/365Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/366Aluminium nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/368Silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Description

Keramické materiály se těší značnému úspěchu jako zapalovací svíčky ve spalovacích zařízeních vytápěných plynem, sporácích a sušárnách látek. Keramická zapalovací svíčka má typicky tvar vlásenky, který obsahuje vodivé koncové části a nanejvýš odporovou střední část. Když se konce zapalovací svíčky připojí k vodičům pod proudem, vysoce odporová část (nebo žárové pásmo) zvyšuje teplotu. Některé z těchto zapalovacích následující požadavky stanovené svíček musí splňovat použitím a průmyslem vytápění, aby se vyšlo vstříct změnám trolejového napětí:
Doba pro určení teploty < 5 sec.
Minimální teplota při 85 % navrženého napětí 1100 °C
Navržená teplota při 100 % navrženého napětí 1350 °C
Nejvyšší teplota při llé % navrženého napětí 1500 °C
Délka žárového pásma < 1,5
Výkon (W) 65-100.
US patent č. 5,085,804 (patent '804) společně se společníkem US patentem č. 5,405,237 uveřejňuje směsi vhodné pro žárové pásmo keramické zapalovací svíčky, jejíž žárové pásmo zahrnuje:
(a) mezi 5 a 50 v/o MoSi2 a (b) mezi 50 a 95 v/o materiálu vybraného ze skupiny sestávající z karbidu křemíku, nitridu křemíku, nitridu hliníku, nitridu bóru, oxidu hliníku, hlinitanu hořčíku, křemíko hliníkové oxynitřídu a jejich směsí. Podle patentu '804 poskytují tyto směsi vhodnou rychlost, odolnost při teplotě místnosti a odolnost při vysokých teplotách požadovanou pro dosažení shora zmíněných požadavků bez omezování tvaru zapalovací svíčky.
Jedna běžná zapalovací svíčka označená ochrannou známkou
Mini-Igniter, dostupná u Norton Company v Milfordu, New Hampshire, US používá složení žárového pásma z patentu 804, které se skládá z nitridu hliníku (A1N), dvojkřemičitanu molybdenu (MoSi2) a karbidu křemíku (SiC), a celkovou délku žárového pásma mezi asi 1,5 cm (pro aplikace 12 V) a 6 cm (pro aplikace 120 V). Ačkoliv tento Mini-Igniter™ pracuje dobře u mnoha aplikací, je jeho rychlost (to jest čas, který potřebuje pro nažhavení z teploty místnosti na navrženou teplotu 1350 °C) typicky mezi 3 a 5 sekundami (pro aplikace 24 V až 120 V). Má se za to, že by se použitelnost těchto zapalovacích svíček mohla značně rozšířit, pokud by se mohla jejich rychlost snížit pod 3 sekundy.
Byly učiněny pokusy zvýšit rychlost těchto zapalovacích svíček. Například Washburn and Voeller zveřejňuje na stranách 134 až 149 publikace Low Power Gas Ignition Device představené na konferenci Proceedings of the 1988 International Appliance Technical Conference - Europe (1988) dosažení rychlostí nízkých kolem 1,5 sekundy zmenšením velikosti žárového pásma asi na 0,07 až 0,08 gramu (to jest délku kolem 1,0 cm až 1,3 cm). Má se však za to, že tyto zapalovací svíčky by byly velmi citlivé na sfouknutí vyvolané běžným chlazením. Willkens et al. informují v publikaci High Voltage Miniatuře Igniter Development na konferenci International Appliance Technical Conference v Madison, Wisconsin (1994) o navržení vhodné délky žárového pásma alespoň 0,7 inch (1,8 cm) pro zapalovací svíčku na 120 V. Patent '804 také informuje o vytvoření délky žárového pásma alespoň 0,2 inch (nebo kolem 0,5 cm) jako praktické minimální hranici.
Navíc tyto zapalovací svíčky obecně zažívají velmi vysoký zapínací proud (to jest proud kolem 10 ampér v první milisekundě) před poklesem na běžný proud 2 až 3 ampéry. Ačkoliv musejí být všechny transformátory navržené pro použití s těmito zapalovacími svíčkami konstruované tak, aby ·· 9 9 9 9 9 · ··
9 9 9 9 9 9 · 9 9 ·
9 · 99 9 · 9 9 9 •999999 9 · 99 99 9
9 999 9999
999 9 99 9999 99 99 snesly tento počáteční vysoký proud, mesejí být tyto zapalovací svíčky spojené do dvojice s transformátorem schopným přijetí vyššího výkonu místo méně nákladného transformátoru vypočteného pro menší výkon.
Jednoduché snížení měrného odporu směsi žárového pásma (zvýšením jejího vodivého obsahu MoSi2) se považovalo za způsob zvýšení rychlosti zapalovací svíčky. Bylo však zjištěno, že pokud se to udělá, zvyšuje to zapínací proud dokonce na vyšší úrovně (díky nižšímu měrnému odporu za teploty místnosti) a způsobuje to náchylnost zapalovací svíčky k vypálení díky nepřijatelně vysokým úrovním výkonu pro typickou geometrii zapalovací svíčky. Tyto zapalovací svíčky jsou neschopné vysílat energii dostatečnou pro vytváření stabilní teploty.
Podobně se zvýšení měrného odporu směsi žárového pásma snížením jeho obsahu MoSi2 považovalo za způsob snížení zapínacího proudu zapalovací svíčky. Bylo však zjištěno, že pokud se tak učiní, nesnižuje to pouze rychlost zapalovací svíčky (díky vyššímu měrnému odporu za teploty místnosti), ale dává to také nestabilní zapalovací svíčku za vysokých teplot (díky jejímu zápornému teplotnímu koeficientu odporu za vysoké teploty).
WO-A-95 22 722 uveřejňuje keramickou zapalovací svíčku, u které je žárové pásmo umístěné mezi dvěma vodivými rameny a je také ve styku s tepelnou jímkou. Keramický materiál žárového pásma podle WO-A-95 22 722 je však pastovítý oxid. EP-A-635 993 zveřejňuje keramickou zapalovací svíčku, u které je mezi dvěma vodivými rameny umístěné malé žárové pásmo a je také ve styku s tepelnou jímkou. Složení žárového pásma podle EP-A-635 993 je však v podstatě směs A12O3 a MoSi2.
Existuje tedy potřeba keramické zapalovací svíčky, která má vysokou rychlost, ale také odolává chladícím účinkům a která má nízký zapínací proud.
Podstata vynálezu
Podle předloženého vynálezu se poskytuje keramická zapalovací svíčka, která zahrnuje:
a) dvojici elektricky vodivých dílů, kde každý díl má první konec,
b) odporové žárové pásmo mezi a v elektrickém spojení s každým z prvních konců elektricky vodivých dílů, přičemž žárové pásmo má délku elektrické dráhy menší než 0,5 cm a zahrnuje první odporový materiál zahrnující:
(i) mezi přibližně 50 a asi 75 % objemu elektricky izolačního materiálu vybraného ze skupiny sestávající z nitridu hliníku, nitridu bóru, nitridu křemíku a jejich směsí, (ii) mezi přibližně 10 a asi 45 % objemu polovodivého materiálu vybraného ze skupiny sestávající z karbidu křemíku a karbidu bóru a jejich směsí, a (iii) mezi přibližně 8,5 a asi 14 % objemu kovového vodiče vybraného ze skupiny sestávající z dvojkřemičitanu molybdenu, dvojkřemičitanu wolframu, karbidu wolframu, nitridu titanu a jejich směsí, a
c) elektricky nevodivý materiál tepelné jímky ve styku s žárovým pásmem.
Pro účely tohoto vynálezu je délka elektrické dráhy nejkratší dráha učiněná elektrickým proudem skrz žárové pásmo, když se na vodivé konce zapalovací svíčky přivede elektrické napětí.
Podle tohoto vynálezu je také navržený způsob žhavení, který zahrnuje kroky:
a) zajištění keramické zapalovací svíčky, která zahrnuje:
i) dvojici elektricky vodivých dílů, kde každý díl má první konec, ii) odporové žárové pásmo umístěné mezi a v elektrickém spojení s každým z prvních konců elektricky vodivých dílů, • ·
přičemž žárové pásmo nemá délku elektrické dráhy větši než 0,5 cm a výše uvedené složeni, a iii) elektricky nevodivý materiál tepelné jímky ve styku se žárovým pásmem,
b) přivedení napětí mezi 3 V a 60 V mezi vodivé konce zapalovací svíčky pro vytvoření zapínacího proudu a proudu ustáleného stavu takového, že poměr proudu ustáleného stavu k zapínacímu proudu je alespoň 35 % (s výhodou alespoň 50 %), a dosažení teploty žárového pásma přibližně na 1350 °C v méně než 3 sekundách ( s výhodou méně než 2 sekundách).
Přehled obrázků na výkresech
Obrázek 1 je pohled na příčný řez jením výhodným provedením tohoto vynálezu, u kterého je elektricky izolující tepelná jímka uspořádaná jako vložka mezi vodivými rameny zapalovací svíčky.
Obrázek 2 je pohled na příčný řez jednoho výhodného provedení vynálezu, u kterého se elektricky izolující tepelná jímka dotýká protější strany žárového pásma.
Obrázek 3 je pohled shora na výhodnou zapalovací svíčku podle předloženého vynálezu.
Obrázek 4 je pohled na příčný řez zapalovací svíčkou podle tohoto vynálezu , u které žárové pásmo obsahuje dvě odporové části.
Obrázek 5 ukazuje rozložený pohled na výhodné surové těleso předloženého vynálezu.
Obrázek 6 je pohled na příčný řez zapalovací svíčkou podle předloženého vynálezu zhotovenou s vodivými rameny jako pásový odlitek.
Obrázek 7 ukazuje elektrický výkon Příkladu I z pohledu napětí a teploty.
Obrázky 8a a 8b ukazují spínací proudovou intenzitu v čase pro zapalovací svíčku podle předloženého vynálezu (8a) a zapalovací svíčku podle stavu techniky (8b).
Příklady provedení vynálezu
Bylo zjištěno, že zmenšení délky elektrické dráhy žárového pásma na méně než 0,5 cm a spojení žárového pásma s elektricky izolujícím materiálem tepelné jímky vytváří komerčně přijatelnou zapalovací svíčku, která má vysokou rychlost, vysokou odolnost vůči konvekčnímu chlazení a nízký zapínací proud. Když se navíc použije elektronika nebo transformátory pro snížení skutečného napětí poskytovaného zapalovací svíčkou, zmenšuje menší zapínací proud předloženého vynálezu potřebu takových rozsáhlých a nákladných úprav.
Aniž je žádoucí, aby to bylo svázáno s nějakou teorií, má se za to, že přidaná termální hmota tepelné jímky značně zpomaluje konvekční chlazení žárového pásma a tím dovoluje, aby žárové pásmo zůstávalo horké za podmínek konvekčního chlazení navzdory jeho malé délce.
U výhodných provedení má zapalovací svíčka vlásenkové uspořádání zahrnující dvě rovnoběžná vodivá ramena a spojující můstek žárového pásma umístěný mezi nimi se zbývající mezerou mezi rameny, která je alespoň zčásti vyplněná elektricky izolujícím materiálem tepelné jímky, jako je nitrid hliníku, který se stýká s žárovým pásmem. Jak je například ukázáno na obrázku 1, má jedna výhodná zapalovací svíčka podle předloženého vynálezu tvar vlásenky, který zahrnuje dvě vodivá ramena 9 a 13 umístěná v elektrickém spojení odporovým žárovým pásmem 11, přičemž tato ramena 13 vystupují od žárového pásma v témže směru. Délka elektrické dráhy žárového pásma ukázaná na obrázku 1 jako ELP je menší než 0,5 cm. Izolační materiál 19 tepelné jímky je vytvořený jako vložka pro styk s žárovým pásmem a v podstatě vyplňoval zbývající mezeru mezi vodivými rameny vystupujícími z žárového pásma 11. Když se ke každému z vodivých konců- 9 a 13 přidají párové přívody 50 a 51 a přivede se k tomu napětí, prochází proud z prvního přívodu
k prvnímu vodivému konci 9 přes žárové pásmo 11 (což způsobuje, že teplota žárového pásma roste) a pak přes druhé vodivé rameno 13, kde odchází přes druhý přívod 51.
U dalších provedení se elektricky izolující materiál tepelné jímky nemůže stýkat s dalšími povrchy žárového pásma. Jako na obrázku 2 se elektricky izolující materiál 18 tepelné jímky stýká se žárovým pásmem 11 na protější straně mezery 20 vytvořené mezi rovnoběžnými vodivými rameny 9 a
13. Tato konstrukce stále poskytuje styk tepelné jímky potřebný pro vysokou rychlost a nízký zapínací proud beze změny elektrických charakteristik zapalovací svíčky.
Žárové pásmo má typicky měrný odpor za vysoké teploty (to jest 1350 °C) mezi asi 0,001 ohm-cm a asi 3,0 ohm-cm, měrný odpor za teploty místnosti mezi kolem 0,01 ohm-cm a asi 3 ohm-cm a je obvykle charakterizovaná kladným teplotním součinitelem odporu (PTCR). U výhodnějších provedení zahrnuje žárové pásmo první odporový materiál, který zahrnuje mezi 50 % objemu a 75 % objemu A1N, mezi 13 % objemu a 41,5 % objemu SiC a mezi 8,5 % objemu a 12 % objemu MoSi2. U dalších provedení žárové pásmo dále zahrnuje mezi 1 v/o a 10 v/o oxidu hlinitého, s výhodou v souladu s patentem US č. 5,514,630, jehož popis je sem zahrnutý odkazem.
Nyní s odkazem na obrázek 3 má žárové pásmo typicky tlouštku Thz mezi kolem 0,05 cm a 0,2 cm, s výhodou mezi přibližně 0,06 cm a 0,125 cm. Jeho délka Lhz (která je na obrázku 3 stejná jako délka elektrické dráhy) je obecně mezi 0,05 cm a 0,45 cm, s výhodou mezi 0,15 cm a 0,25 cm. Jeho hloubka Dhz je obecně mezi 0,05 cm a 0,4 cm, s výhodou mezi 0,1 cm a 0,25 cm.
S výhodou jsou velikosti částic jak počátečních prášků, tak i zrn ve zhuštěném žárovém pásmu podobné velikostem popsaným v patentu '804. U některých provedení je průměrná velikost zrna (dsc) komponent žárového pásma ve zhuštěném tělese následující: a) elektricky izolační materiál (to jest •· 9 · 9· 99 ·· ·· 4 · · · · · · » · • * · · 9 · 9 4 · 4 • »999 · 9 · · ·· » · » • 9 9·· 9 9 9 9
999 > «9 9999 99 99
A1N) : mezi asi 2a 10 mikrony; b) polovodivý materiál (to jest SiC) : mezi kolem 1 a 10 mikrony; c) kovový vodič (to jest MoSi2) : mezi asi 1 a 10 mikrony.
U některých provedeni zahrnuje žárové pásmo dvojici odporových části rozmístěných rovnoběžně mezi vodivými konci. Jak je například ukázáno na obrázku 4, může žárové pásmo zahrnovat první odporovou část 15 a druhou odporovou část 17, z nichž každá je v paralelním elektrickém spojení s každým z vodivých konců 9 a 13. V tomto výhodném provedení je první část navržená tak, aby měla menší měrný odpor než druhá část. Aniž by bylo žádoucí, aby to bylo spojováno s teorií, má se za to, že při teplotě místnosti má první odporová část dostatečně nízký měrný odpor pro zajištění rychlosti potřebné pro rozžhavení zapalovací svíčky, zatímco druhá část má dostatečně vysoký měrný odpor, aby tlumil zapínací proud. Za vysokých teplot, to jest 1350 °C, se má za to, že relativně vysoký měrný odpor druhé odporové části je dostatečně vysoký (relativně vůči první odporové části), aby zabránil přetížení zapalovací svíčky.
S výhodou má druhá odporová část 17 žárového pásma tutéž tlouštku a délku jako první odporová část. Její hloubka je obecně mezi kolem 0,25 cm a asi 0,125 cm, s výhodou mezi 0,05 cm a 0,1 cm. Její měrný odpor za teploty místnosti a její měrný odpor při 1350 °C jsou typicky vyšší než měrné odpory odpovídající první odporové části.
U jednoho provedení vynálezu je druhá odporová část vytvořená in-situ reakcí mezi prášky vybranými pro vytvoření elektricky izolující tepelné jímky 19 umístěné mezi rameny běžné vlásenkové zapalovací svíčky. Aniž bychom si přáli, aby to bylo spojeno s nějakou teorií, má se za to, že vodivé složky první odporové části 15 s výhodou pronikají do prášků elektricky izolující tepelné jímky 19 a reagují s nimi, a tím vytvářejí difúzi druhé odporové části 17, která má typicky hloubku mezi kolem 1% až asi 20% hloubky první
- 9 φ© ·· 99 99 © φ 9 9 * Φ Φ • φ φ « 9 φ Φ φφφφ φφ φ · · · · · φ
Φ Φ 9 Φ ΦΦΦΦ odporové části 15.
Funkce elektricky izolujícího materiálu tepelné jímky 19 je poskytnout dostatečnou tepelnou hmotu pro zmírnění konvekčního chlazení žárového pásma. Když je umístěná jako vložka mezi těmi dvěma vodivými rameny, poskytuje také mechanickou podpěru pro vodivá ramena 9 a 13 a tak tvoří zapalovací svíčku robustnější. Tato vložka má typicky tlouštku a délku podobnou vodivým ramenům 9 a 13 a šířku rovnou části žárového pásma, které přemosťuje tato ramena. U některých provedení může být vložka opatřená štěrbinou 40 jako na obrázku 3 pro zmenšení hmotnosti systému. Elektricky izolující tepelná objímka má s výhodou měrný odpor alespoň kolem 104 ohm-cm a pevnost alespoň kolem 150 MPa. Výhodněji má materiál tepelné jímky tepelnou vodivost, která není tak vysoká, aby rozžhavila celou tepelnou jímku a převedla teplo na ramena, a ne tak nízká, aby vyloučila užitečnou funkci tepelné jímky. Vhodné keramické směsi pro tepelnou jímku zahrnují směsi obsahující alespoň 90 v/o (a s výhodou sestávající v podstatě z) z alespoň z jednoho z nitridu hliníku, nitridu bóru, nitridu křemíku, oxidu hlinitého a jejich směsí. U provedení využívajících žárové pásmo z A1NMoSi2-SiC bylo zjištěno, že materiál tepelné jímky obsahující alespoň 90 % objemu nitridu hliníku a do 10 % objemu oxidu hlinitého měl kompatibilní charakteristiky teplotní roztažnosti a zhuštění. Bylo však zjištěno, že oxid hlinitý také potlačuje reakci nezbytnou pro účinnou tvorbu in-situ druhé odporové části. Když se podle toho předpokládá vytváření druhé odporové části in-situ, tato vložka s výhodou sestává v podstatě alespoň z jednoho z nitridu hliníku, nitridu bóru, nitridu křemíku a jejich směsí, výhodněji z nitridu hliníku. Když se podobně žárové pásmo navrhne tak, aby mělo méně význačnou odporovou část vytvořenou in-situ, zahrnuje elektricky izolační materiál tepelné jímky mezi 1 v/o a 10 v/o oxidu hlinitého. U dalších »9 9 9··
- 10 provedení je 1-10 v/o vložky zahuštovací pomocný prostředek vybraný ze skupiny zahrnující oxid hlinitý, oxid vápenatý, oxid horečnatý, oxid křemičitý a s výhodou oxid yttria a jejich směsi. U výhodných provedení jsou rozměry vložek 4,0 cm (hloubka) x 0,25 cm (šířka) x 0,1 cm (tloušťka).
Vodivé konce 9 a 13 tvoří prostředek pro elektrické připojení k drátěným přívodům. Ty se s výhodou také skládají z A1N, SiC a MoSi2, ale mají značně vyšší procentuální obsah vodivých a polovodivých materiálů (to jest SiC a McSÍ2) , než mají výhodné směsi žárového pásma. Podle toho mají typicky mnohem menší měrný odpor než žárové pásmo a nerozžhavují se do teplot, které prodělává žárové pásmo.Ty s výhodou zahrnují kolem 20 až 65 v/o nitridu hliníku a kolem 20 až 70 v/o McSÍ2 a SiC v objemovém poměru asi od 1:1 do přibližně 1:3. Výhodněji zahrnují vodivé konce kolem 60 v/o A1N, 20 v/o SiC a 20 v/o M0SÍ2. Podle výhodných provedení jsou rozměry vodivých konců 9 a 13 0,05 cm (šířka) x 4,2 cm (hloubka) x 0,1 cm (tloušťka). U dalších provedení může být vodivý kov uložený na materiálu tepelné jímky a žárovém pásmu, aby tvořil vodivá ramena.
Také v souladu s předloženým vynálezem je navržený výhodný způsob vytvoření tohoto vynálezu, při kterém se obkladové desky vyrobené z práškových směsí lisovaných zatepla, které mají předem stanovená složení, uspořádají tak, že příčný řez obkladové desky zobrazuje elektrický obvod. Podle jednoho výhodného postupu provádění vynálezu (a jak je ukázáno na obrázku 5) se první obkladová deska 21 sestávající v podstatě z vodivé části položí na neznázorněný plochý povrch. Druhá obkladová deska 24, která má izolační díl 26 a první odporový materiál 28 se pak položí na vrch první obkladové desky 21 ukázaným způsobem. Následně se na vrch druhé obkladové desky položí třetí obkladová deska 32, která má pouze vodivou část. Tento vrstvený výrobek se pak zhušťuje, takže se tyto různorodé obkladové desky spojují.
A
A A
44 • 4 ·
A A • 4
Zhuštěný vrstvený výrobek se pak rozřeže napřič své tloušťky, aby se vytvořila řada jednotlivých keramických zapalovacích svíček.
Při zhotovování předloženého vynálezu zahrnuje každá surová obkladová deska ukázaná na obrázku 5 úplnou vrstvu keramického vrstveného polotovaru (například druhá obkladová deska 24 má izolační díl 26 i odporovou část 28) . Alternativně mohou obkladové desky sestávat jen z jedné části jedné vrstvy. V tomto posledním případě bylo zjištěno, že se obkladové desky obsahující část vrstvy mohou k sobě přilepit bez jakékoli doprovodné ztráty vlastností.
Ačkoliv obrázek 5 představuje každou vrstvu jako tuhé surové obkladové desky, mohou být tyo části alternativně zhotovené odléváním pásku, lisováním mezi válci, lisováním zatepla, po kterém následuje řezání, lisováním za sucha nebo sítotiskem. Podle dalšího výhodného provedení, jak je ukázáno na obrázku 6, se surový pás 60, který má vodivé složení, obalí po třech stranách obkladovou deskou, která má elektricky izolující tepelnou jímku 61 a žárové pásmo 62. Po zhuštění se část pásu, která je obtočená kolem žárového pásma, odstraní broušením, jak je ukázáno tečkovanou čarou A na obrázku 6, aby se vytvořil požadovaný obvod. Případně může být zapalovací svíčka dále obroušena podle tečkované čáry B, aby se vytvořil zakulacený typ vzhledu tyče zápalky.
Když zapalovací svíčka využívá elektricky izolující materiál tepelné jímky jako vložku, může se zapalovací svíčka vyrobit obecným postupem zveřejněným v patentu US č. 5,191,508, jehož popis je zahrnutý formou odkazu.
Zpracování keramické složky (to jest zpracování surového tělesa a podmínky slinování) a příprava zapalovací svíčky ze zhuštěného keramického materiálu se může udělat jakýmkoli běžným způsobem. Typicky se takové způsoby provádějí v podstatě podle patentu '804, jehož popis je zahrnutý formou odkazu. Podle výhodných provedení se surové vrstvené výrobky
- 12 A A ·· ·· ·· ··
A AAAA AAAA
A AAAA 9 9 9 · 9 9 · · * ♦ · AAA A · A A • AA A AA AAAA AA 99 zhušťují izostatickým lisováním ve skleněném materiálu, jak je zveřejněno v patentu US č. 5,514,630, jehož popis je zahrnutý prostřednictvím odkazu. Zhuštění poskytuje keramické těleso, jehož žárové pásmo má hustotu alespoň 95%, s výhodou alespoň kolem 99% teoretické hustoty. Průměrná velikost zrna zhuštěného žárového pásma je typicky mezi 1 a 10 pm, s výhodou mezi 1 a 3 pm.
Zapalovací svíčky podle předloženého vynálezu mohou být používány pro mnoho aplikací včetně aplikací zapalování plynné fáze paliva, jako jsou pece a kuchyňské spotřebiče, podlahová topná tělesa, plynové nebo naftové resp. olejové ohřívače vody a kamnové nástavce. Podle jednoho výhodného provedení jsou čtyři 30 V zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu uspořádané v sérii a užívané jako zdroje zážehu pro topné články vytápěné plynem na 120 V plynovém sporáku.
Ačkoliv se zapalovací svíčka podle tohoto vynálezu typicky používá v napěťovém rozsahu od 3 V do 60 V, typičtěji se používá v rozsahu 12 V až 40 V. V 3 až 9 V rozsahu se má za to, že by použití menší délky žárového pásma a/nebo zvýšení obsahu MoSi2 poskytlo nižší odpor potřebný pro vytvoření vhodných vlastností.
Navíc ukazují obnažená odporová žárová pásma podle předloženého vynálezu vyšší povrchové výkonové zatížení, měřeno ve wattech/cm2 povrchové plochy žárového pásma, než běžná zapalovací svíčka na způsob patentu '804. Zatížení obnaženého povrchu odporového žárového pásma zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu, které je typicky mezi 200 a 400 watt/cm2, představuje zlepšení oproti zapalovací svíčce na způsob patentu '804, což by mohlo poskytnout povrchové zatížení pouze kolem 20 až 40 watt/cm2 (viz tabulku ve sloupci 7-8 patentu '804) před tím, než se dočká vypálení. Aniž by bylo žádoucí, aby to bylo spojováno s nějakou teorií, má se za to, že vyšší povrchové zatížení je ten důvod, proč jsou zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu
9
- 13 9 9 444 4449
4494 49 4449 ·· ·· mnohem odolnějšívůči konvekčnimu chlazení.
U některých provedení může být žárové pásmo a/nebo ramena povlečená vrstvou ochranného keramického materiálu, jak je CVD A1N nebo SÍ3 N4. U těchto provedení je povlakovaná zapalovací svíčka chráněná před karbonem a sazemi usazujícími se na malém žárovém pásmu a způsobují ní m-i krátkou životnost.
Praktické provedení předloženého vynálezu může být dále oceněno z následujícíh, neomezujících příkladů a porovnávacích příkladů. Pro účely předloženého vynálezu je ustálená zapalovací svíčka ta svíčka, která zajišťuje konstantní měrný odpor a konstantní teplotu při daném napětí.
PŘÍKLAD I
Surový vrstvený výrobek byl zkonstruován v podstatě podle návrhu ukázaného na obrázku 5. Smíšený prášek obsahující práškovou směs ze 64 v/o A1N, 25 v/o SiC a 11 v/o MoSi2 blízko u elektricky izolujícího prášku tepelné jímky sestávajícího v podstatě z 100 v/o prášku nitirdu hliníku byl slisován zatepla do tvaru špalku, který pak byl rozřezán na tvar surové obkladové desky 24podle obrázku 5. Část žárového pásma surového tělesa slisovaného zatepla měla hustotu kolem 63 % hustoty teoretické, zatímco část A1N měla hustotu kolem 60 % hustoty teoretické. Surové obkladové desky, které reprezentují vodivé konce, byly vyrobené lisováním zatepla práškových směsí obsahujících 20 v/o A1N, 60 v/o SiC a 20 v/o MoSi2 do tvaru špalku, který měl hustotu kolem 63 % hustoty teoretické, z něhož byly nařezány obkladové desky 21 a 32 podle obrázku 5. Tyto surové obkladové desky byly navrštveny jako podle obrázku 5 a pak zhuštěny izostatickým lisováním za skelného žáru asi při 1800 °C po dobu přibližně 1 hodina do formy keramického bloku, který má druhou odporovou část vytvořenou in-situ. Blok se pak rozřezal napříč své šířky pro vytvoření několika
φφ φφ • φ » * • φ φ * • φ φ φ φ φ φ φ φ φφ φφ elementů se žhavým povrchem měřících 1,5 x 0,150 x 0,030 (3,81 cm x 0,75 cm x 0,076 cm) . Výsledné žhavé pásmo zahrnovalo první odporovou část, která měla hloubku kolem 0,125 cm, a druhou odporovou část vytvořenou in-situ, která měla hloubku kolem 0,05 cm. Délka (EPL) a tlouštka žárového pásma byly kolem 0,25 cm respektive 0,076 cm.
K vodivým částem elementu se žhavým povrchem byly přidány vhodné vodiče a bylo aplikováno napětí kolem 30 V. Elektrický výkon výsledné zapalovací svíčky se jmenovitým napětím 24 V je ukázaný na obrázku 7 z pohledu napětí a teploty. Protože je odolnost za nízké teploty menší než odolnost za vysoké teploty, má žárové pásmo účinný PTCR. Tato zapalovací svíčka vykazovala stabilní žhavicí výkon a dosahovala povrchovou teplotu 1100 °C až 1350 °C v pouze asi 1,0 sekundě. Jak je ukázáno na obrázku 8a, bylo zjištěno, že zapínací proud je pouze 3,2 ampéru. Výkon, který byl naměřen při 54 wattech, poskytoval zatížení obnaženého povrchu odporového žárového pásma kolem 300 watt/cm2.
PŘÍKLAD II
Tento příklad je určený k tomu, aby ukázal mimořádnou odolnost vůči konvekčnimu chlazení poskytovanou zapalovací svíčkou podle tohoto vynálezu ve srovnání s odolností v porovnávacím příkladu I uvedeném níže.
Zapalovací svíčka byla vyrobena v podstatě podle příkladu I. Délka elektrické dráhy této zapalovací svíčky byla 0,25 cm. Když se tato zapalovací svíčka nabudila 24 V, vytvářela proud 1,8 amps a stabilní teplotu 1408 °C.
Asi jednu stopu od zapalovací svíčky byla umístěna plechová nádrž s plynem, která poskytuje 400 cc/min (ccm) vzduchu. Teplotu žárového pásma snižoval přibližně na 1182 °C pouze proud ze vzduchové trysky. Vzduchová tryska nefoukala mimo zapalovací svíčku.
POROVNÁVACÍ PŘÍKLAD I
Pro porovnání byla vybrána běžná zapalovací svíčka na 24
44 44 44 44
4 4 4 4 4 4 4 ·
4 4 4 * ♦ 4 4 4 ···· 4 4 · 4 44 44 4
444 4444
4· 4444 44 44
V dodávaná na trh společností Norton Company podle patentu '804. Ta měla délku elektrické dráhy žárového pásma kolem 2,05 cm. Když se nabudila 24 V, dosáhla asi během 2 až 3 sekund kolem 1100 °C až 1350 °C a vytvářela stálou teplotu 1410 °C. Jak je ukázáno na obrázku 8b, měla zapínací proudovou intenzitu kolem 11 amps, která se usadila přibližně na 3 amps. Proud ze vzduchové trysky popsané výše snižoval teplotu žárového pásma asi na 950 °C, což je pod požadovaným minimem 1100 °C.
Běžná 12 V zapalovací svíčka dodávaná na trh společností Norton Company podle patentu '804 byla buzena 12 V a produkovala stabilní proud kolem 2,0 amps a stabilní teplotu 1400 °C. Proud z výše popsané vzduchové trysky snižoval teplotu žárového pásma na méně než 600 °C.
PŘÍKLAD III
Tento příklad ukazuje mimořádné výsledky zkoušek životnosti zapalovací svíčky podle předloženého vynálezu.
voltová zapalovací svíčka podobná zapalovací svíčce použité v příkladu II byla podrobena cyklické zkoušce životnosti, při které se zapalovací svíčka zapíná na 20 sekund a pak vypíná na 20 sekund. Po 543 000 cyklech byl pokles proudové intenzity pouze 5,43 %. Tato malá změna představuje zlepšení oproti standardní zapalovací svíčce podle patentu '804, která typicky vykazovala 16 % pokles po podobném cyklickém zatížení. Teplota zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu byla původně kolem 1393 °C a klesla pouze asi na 1379 °C při této cyklické zkoušce životnosti.
PŘÍKLAD IV
Tento příklad zkouší chování zapalovací svíčky, při kterém je směs žárového pásma ve styku s elektricky izolujícím materiálem tepelné jímky, jehož složení potlačuje vytváření odporové částivytvářené in-situ. To zejména ukazuje užitek zmenšení zapínací proudové intenzity, který poskytuje druhá odporová část vytvořená in-situ.
4· 44 44 44
44 4 4 44 4
4 4 t 4 4 4
4 444 44 4
4 4 4 4 4 4
4· 4444 44 44 podstatě příkladu
4
4
4 4
4444 4
4
4 4
- 16 Jedna zapalovači svička byla zhotovena v podobným způsobem jako zapalovací svíčka popsaná v
II nahoře, kromě toho, že bylo přidáno 4 v/o ocidu hlinitého ke složení vložky, aby se potlačila tvorba druhé odporové směsi in-situ.
Zkoumání mikrostruktury výsledného keramického materiálu odhalilo menší stupeň tvorby druhé odporové části in-situ. Má se za to, že přidání oxidu hlinitého účinně potlačuje tvorbu druhé odporové části.
Když se na tuto zapalocací svíčku aplikovalo napětí 24 V, dosáhla kolem 1350 °C během asi jedné sekundy a byla stabilní. Jak je ukázáno na obrázku 8c, její zapínací proudová intenzita byla pouze 4 amps, a tak byla menší než zapínací proudová intenzita běžné zapalovací svíčky na způsob patentu '804, avšak byla vyšší než odpovídající proudová intenzita podle příkladu I. Ta se později usadila asi na 2 amps.
POROVNÁVACÍ PŘÍKLAD II
Tento porovnávací příklad demonstruje mimořádné povrchové zatížení zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu. Standardní 24 V zapalovací svíčka byla nabuzena 24 V a vytvářela stabilní teplotu a proudovou intenzitu 1,57. Když se napětí zvýšilo na 35 voltů (při tom se vytvořila proudová intenzita 2,3 amps), zapalovací svíčka selhala. Povrchové zatížení zapalovací svíčky při selhání bylo pouze kolem 60 watt/cm2. Pro srovnání, zapalovací svíčka podle příkladu I měla zatížení obnaženého povrchu odporového žárového pásma kolem 300 watt/cm2.

Claims (17)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Keramická zapalovací svíčka obsahující:
    a) dvojici elektricky vodivých částí, kde každá část má první konec;
    b) odporové žárové pásmo umístěné mezi a v elektrickém spojení s každým z prvních konců elektricky vodivých částí, přičemž žárové pásmo má délku elektrické dráhy méně než 0,5 cm a zahrnuje první odporový materiál, který má složení skládající se z:
    (i) mezi kolem 50 a kolem 75 % objemu elektricky izolujícího materiálu vybraného ze skupiny sestávající z nitridu hliníku, nitridu bóru, nitridu křemíku a jejich směsí;
    (ii) mezi přibližně 10 a asi 45 % objemu polovodivého materiálu vybraného ze skupiny sestávající z karbidu křemíku a karbidu bóru a jejich směsí; a (iii) mezi přibližně 8,5 a asi 14 % objemu kovového vodiče vybraného ze skupiny sestávající z dvojkřemičitanu molybdenu, dvojkřemičitanu wolframu, karbidu wolframu, nitridu titanu a jejich směsí, a
    c) elektricky nevodivý materiál tepelné jímky stýkající se se žárovým pásmem.
  2. 2. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které je elektricky nevodivý materiál tepelné jímky keramický materiál zvolený ze skupiny sestávající z A1N, Si3N4, BN, A12O3 a jejich směsí.
  3. 3. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které elektricky vodivé části dále zahrnují druhé konce vedoucí od žárového pásma v témže směru a definující dvojici ramen a elektricky • · ·· ·· ·· ·· 99 9 9 9 9 9 9 9 9 9
    9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
    9 9999 99 9 · 99 99 9
    9 9 9 9 9 9 9 9 9
    999 9 99 9999 99 99
    - 18 nevodivý materiál tepelné jímky je umístěný mezi těmito rameny.
  4. 4. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové pásmo dále zahrnuje odporový díl vytvořený in-situ a uspořádaný mezi prvním odporovým materiálem a elektricky nevodivým materiálem tepelné jímky.
  5. 5. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové pásmo dále zahrnuje druhý odporový materiál, který má měrný odpor, který je větší než měrný odpor prvního odporového materiálu.
  6. 6. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které elektricky nevodivý materiál tepelné jímky obsahuje alespoň 90 v/o keramického materiálu vybraného ze skupiny sestávající z A1N, Si3N4, BN, A12O3 a jejich směsí.
  7. 7. Zapalovací svíčka podle nároku 6, u které elektricky nevodivý materiál tepelné jímky sestává v podstatě z A1N.
  8. 8. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové pásmo dále obsahuje mezi 1 a 10 v/o Al203.
  9. 9. Zapalovací svíčka podle nároku 1, kde první odporový materiál obsahuje mezi 50 % objemu a 75 % objemu A1N, mezi 12 % objemu a 41,5 % objemu SiC a mezi 8,5 % objemu a 12 % objemu MoSi2.
  10. 10. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které má žárové pásmo délku elektrické dráhy mezi 0,05 a 0,45 cm.
  11. 11. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které má žárové pásmo délku elektrické dráhy mezi 0,15 a 0,25 cm.
    • 9 99 ·· 9 9 99 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • 9999 9 · 9 9 9 9 1 • 9 9 9 9 9 9 9 9 99 · 9 99 • 999 9 9 99
  12. 12. Zapalovači svíčka podle nároku 1, u které má žárové pásmo tloušťku mezi 0,05 cm a 0,2 cm a hloubku mezi 0,05 a 0,4 cm.
    13. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové pásmo průměrnou velikost zrna mezi 1 a 10 pm. 14. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové pásmo průměrnou velikost zrna mezi 1 a 3 pm. 15. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které žárové
    pásmo hustotu alespoň 95 % teoretické hustoty.
  13. 16. Zapalovací svíčka podle nároku 1, u které má žárové pásmo hustotu alespoň 99 % hustoty teoretické.
  14. 17. Zapalovací svíčka podle nároku 5, u které má druhý odporový materiál hloubku mezi přibližně 1 % a kolem 20 % hloubky prvního odporového materiálu.
  15. 18. Zapalovací svíčka podle nároku 6, u které elektricky izolační materiál tepelné jímky dále zahrnuje spékací pomocný prostředek vybraný ze skupiny sestávající z yttria, hořčíku, vápníku a křemíku a jejich směsí.
    «.
  16. 19. Způsob žhavení sestávající z kroků:
    a) zajištění keramické zapalovací svíčky sestávající z:
    i) dvojice elektricky vodivých dílů, z nichž každý díl má první konec, ii) odporové žárové pásmo umístěné mezi a v elektrickém spojení s každým z prvních konců elektricky vodivých dílů, přičemž žárové pásmo má délku elektrické dráhy méně než 0,5 cm a obsahuje první odporový materiál, který má složení obsahující:
    «
    - přibližně mezi 50 a asi 75 % objemu elektricky izolačního materiálu vybraného ze skupiny sestávající z nitridu hliníku, nitridu bóru, nitridu křemíku a jejich směsí;
    - mezi kolem 10 a asi 45 % objemu polovodivého materiálu vybraného ze skupiny sestávající z karbidu křemíku a karbidu bóru a jejich směsí; a
    - mezi přibližně 8,5 a asi 14 % objemu kovového vodiče vybraného ze skupiny sestávající z dvojkřemičitanu molybdenu, dvojkřemičitanu wolframu, karbidu wolframu, nitridu titanu a jejich směsí a iii) elektricky nevodivého materiálu tepelné jímky stýkající se se žárovým pásmem;
    b) přivedení napětí mezi 3 V a 60 V mezi vodivé konce zapalovací svíčky.
  17. 20. Způsob podle nároku 19, u kterého odporové žárové pásmo zahrnuje první odporový materiál obsahující mezi 50 % objemu a 75 % objemu A1N, mezi 13 % objemu a 41,5 % objemu SiC a mezi 8,5 % objemu a 12 % objemu MoSi2.
CZ19992645A 1997-01-27 1997-12-22 Keramická zapalovací svíčka CZ292886B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/789,033 US5786565A (en) 1997-01-27 1997-01-27 Match head ceramic igniter and method of using same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ9902645A3 true CZ9902645A3 (cs) 2000-11-15
CZ292886B6 CZ292886B6 (cs) 2003-12-17

Family

ID=25146373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ19992645A CZ292886B6 (cs) 1997-01-27 1997-12-22 Keramická zapalovací svíčka

Country Status (16)

Country Link
US (2) US5786565A (cs)
EP (1) EP0956478B1 (cs)
JP (1) JP3390020B2 (cs)
KR (1) KR100363511B1 (cs)
CN (1) CN1125269C (cs)
AT (1) ATE215205T1 (cs)
AU (1) AU711898B2 (cs)
BR (1) BR9714326A (cs)
CA (1) CA2277994C (cs)
CZ (1) CZ292886B6 (cs)
DE (1) DE69711444T2 (cs)
DK (1) DK0956478T3 (cs)
ES (1) ES2175510T3 (cs)
PT (1) PT956478E (cs)
TR (1) TR199901735T2 (cs)
WO (1) WO1998033017A1 (cs)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6002107A (en) * 1997-01-27 1999-12-14 Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Method of heating a stovetop range using a continuously energized ceramic igniter having relight capability
US5786565A (en) * 1997-01-27 1998-07-28 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Match head ceramic igniter and method of using same
JP3657800B2 (ja) * 1998-02-20 2005-06-08 株式会社リケン 二珪化モリブデン系複合セラミックス発熱体及びその製造方法
WO2000004085A1 (en) * 1998-07-15 2000-01-27 Thermon Manufacturing Company Thermally-conductive, electrically non-conductive heat transfer material and articles made thereof
US6028292A (en) * 1998-12-21 2000-02-22 Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Ceramic igniter having improved oxidation resistance, and method of using same
US6078028A (en) * 1999-02-19 2000-06-20 Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Solderless ceramic igniter having a leadframe attachment
AU1433201A (en) 1999-10-18 2001-04-30 Allen Olson Electronic gas cooktop control with simmer system and method thereof
US6582629B1 (en) * 1999-12-20 2003-06-24 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Compositions for ceramic igniters
US6278087B1 (en) * 2000-01-25 2001-08-21 Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Ceramic igniters and methods for using and producing same
US6777650B1 (en) 2000-02-04 2004-08-17 Saint-Gobtain Industrial Ceramics, Inc. Igniter shields
RU2178958C2 (ru) * 2000-02-17 2002-01-27 Институт физики твердого тела РАН Жаростойкий материал
DE10048021A1 (de) * 2000-09-26 2002-04-11 Nanogate Gemki Gmbh SiC-Glühzünder-Anordnung
US6474492B2 (en) * 2001-02-22 2002-11-05 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Multiple hot zone igniters
ES2556102T3 (es) * 2001-03-05 2016-01-13 Coorstek, Inc. Encendedores cerámicos
KR100673808B1 (ko) 2001-08-18 2007-01-25 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 전기 접촉 부분이 밀봉된 세라믹 점화기
FR2835565B1 (fr) * 2002-02-05 2004-10-22 Saint Gobain Ct Recherches Procede de gestion de moyens de decolmatage d'un filtre a particules
US6759624B2 (en) 2002-05-07 2004-07-06 Ananda H. Kumar Method and apparatus for heating a semiconductor wafer plasma reactor vacuum chamber
US6935328B2 (en) * 2003-06-13 2005-08-30 General Electric Company Method and apparatuses for gas ranges
US8682279B2 (en) * 2004-05-07 2014-03-25 Interdigital Technology Corporation Supporting emergency calls on a wireless local area network
KR20070099551A (ko) * 2004-10-28 2007-10-09 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 세라믹 점화기
CN101115956B (zh) * 2004-10-28 2010-12-08 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 陶瓷点火器
JP2008530487A (ja) * 2005-02-05 2008-08-07 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド 点火器シールド
KR100792396B1 (ko) * 2005-10-11 2008-01-08 주식회사 유진테크 파티션 구조형 가열유닛과 이를 이용한 히팅장치
CN101513116A (zh) * 2006-05-09 2009-08-19 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 陶瓷加热元件
CA2665903A1 (en) * 2006-10-02 2008-04-10 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Ceramic heating elements
WO2008127467A2 (en) * 2006-12-15 2008-10-23 State Of Franklin Innovation, Llc Ceramic-encased hot surface igniter system for jet engines
US20090206069A1 (en) * 2007-09-23 2009-08-20 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Heating element systems
TWM340421U (en) * 2007-10-23 2008-09-11 wen-zhou Chen Combustion device
CA2711131A1 (en) * 2007-12-29 2009-07-09 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Ceramic heating elements having open-face structure and methods of fabrication thereof
JP2011523160A (ja) * 2007-12-29 2011-08-04 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド 同軸セラミック点火器及び製造方法
WO2010033797A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-25 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Resistance heater air heating device
WO2011009008A2 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Fuel gas ignition system for gas burners including devices and methods related thereto
JP6140955B2 (ja) * 2011-12-21 2017-06-07 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータの製造方法
US10183553B2 (en) * 2014-08-13 2019-01-22 Surface Igniter Llc Heating system for a motor vehicle
US9951952B2 (en) 2014-10-15 2018-04-24 Specialized Component Parts Limited, Inc. Hot surface igniters and methods of making same
CN105911378B (zh) * 2016-04-13 2018-12-25 无锡恒康宝光电科技有限公司 一种基于电磁感应电子陶瓷管的检测方法及装置
WO2019191272A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 Scp Holdings, Llc. Hot surface igniters for cooktops
CN110590371A (zh) * 2019-09-25 2019-12-20 重庆利迈陶瓷技术有限公司 一种用于陶瓷电热体的复合型材料

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3875477A (en) * 1974-04-23 1975-04-01 Norton Co Silicon carbide resistance igniter
US3974106A (en) * 1974-05-22 1976-08-10 Norton Company Ceramic electrical resistance igniter
US5045237A (en) * 1984-11-08 1991-09-03 Norton Company Refractory electrical device
US5085804A (en) * 1984-11-08 1992-02-04 Norton Company Refractory electrical device
US5191508A (en) * 1992-05-18 1993-03-02 Norton Company Ceramic igniters and process for making same
DE69424478T2 (de) * 1993-07-20 2001-01-18 Tdk Corp Keramisches Heizelement
US5705261A (en) * 1993-10-28 1998-01-06 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Active metal metallization of mini-igniters by silk screening
US5405237A (en) 1994-01-21 1995-04-11 Deere & Company Loader leveling linkage providing for alteration of its geometry for accommodating different implements
WO1995022722A1 (en) * 1994-02-18 1995-08-24 Morgan Matroc S.A. Hot surface igniter
US5514630A (en) * 1994-10-06 1996-05-07 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. Composition for small ceramic igniters
DE69707642T2 (de) * 1996-01-26 2002-07-11 Saint Gobain Norton Ind Cerami Keramischer zünder und verfahren zu seiner verwendung
US5786565A (en) * 1997-01-27 1998-07-28 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Match head ceramic igniter and method of using same

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998033017A1 (en) 1998-07-30
KR100363511B1 (ko) 2002-11-30
EP0956478A1 (en) 1999-11-17
DE69711444T2 (de) 2002-10-10
CN1245556A (zh) 2000-02-23
TR199901735T2 (xx) 1999-09-21
PT956478E (pt) 2002-09-30
DK0956478T3 (da) 2002-07-22
KR20000070522A (ko) 2000-11-25
DE69711444D1 (de) 2002-05-02
CA2277994C (en) 2003-09-09
CZ292886B6 (cs) 2003-12-17
AU711898B2 (en) 1999-10-21
CN1125269C (zh) 2003-10-22
BR9714326A (pt) 2000-02-08
ES2175510T3 (es) 2002-11-16
ATE215205T1 (de) 2002-04-15
CA2277994A1 (en) 1998-07-30
AU5619498A (en) 1998-08-18
US5786565A (en) 1998-07-28
EP0956478B1 (en) 2002-03-27
JP2000509806A (ja) 2000-08-02
US5892201A (en) 1999-04-06
JP3390020B2 (ja) 2003-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ9902645A3 (cs) Keramická zapalovací svíčka se sdruženou hlavou a způsob jejího žhavení
JP2008116192A (ja) 焼成セラミックイグナイター
EP1373802B1 (en) Multiple hot zone igniters
AU733268B2 (en) Novel ceramic igniter having improved oxidation resistance, and method of using same
EP1366324B1 (en) Ceramic igniters
JP3137264B2 (ja) 新規なセラミック点火器とその使用方法
US6002107A (en) Method of heating a stovetop range using a continuously energized ceramic igniter having relight capability
MXPA02007238A (es) Ignitores de ceramica y metodos para utilizar y producir los mismos.
JPH04359710A (ja) セラミックヒータ
MXPA99006942A (en) Match head ceramic igniter and method of using same
MXPA01006355A (en) Novel ceramic igniter having improved oxidation resistance, and method of using same

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20101222