JP2007528972A - 熱伝導体支持ディスクの改良 - Google Patents

Abstract

電気的に加熱された炉装置用の電気発熱体を支持するセラミックの伝熱体支持ディスクであって、前記発熱体の長手軸線に対して平行に位置する中央穴（２）と、前記中央穴（２）とディスク（１）の外周（４）との間に位置した一つ以上の穴（３，６，１０−１５）とを有する支持ディスクである。本発明は、ディスク（１）には前記外周（４）から前記穴（３，６，１０−１５）の中の一つおよび（または）前記中央穴（２）まで延在した一つ以上の細長い開口（５，７，８，９，１６，１７）が設けられ、前記細長い開口の各々が前記ディスク（１）の厚さ全体を貫通していることを特徴とする。

Description

本発明は工業炉用の発熱体の分野に関し、特に発熱体において使用する熱伝導体支持ディスク（ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｕｐｐｏｔ ｄｉｓｃ）の改良に関するものである。

高温での材料や製品の処理に使用される工業炉において、電気発熱体はセラミックのディスクによって位置決めされ、かつ支持されている。典型的には、発熱抵抗要素すなわち熱伝導体はディスクの穴（ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）を通して挿入される。そのようなディスクにおいては、支持要素のための中央穴がディスクの中心における対称軸線に位置される。熱伝導体用の穴がそれぞれのディスクの中心に対して共軸線関係にある少なくとも１つの円上に均等に配分されて設けられる。使用中、そのようなディスクは該ディスクに誘導される熱応力によって破壊される性向がある。

従来技術の典型例は、本明細書に援用される、米国特許第Ｂ１５，５４３，６０３号公報（ＵＳ−Ｂ１ ５，５４３，６０３）から知ることができる。この米国特許公報は前述したようなディスクを示している。

本発明の目的は、加熱炉用の電気発熱体を支持するためのセラミックの熱伝導体支持ディスクであって、熱応力によって破壊される性向がはるかに低い支持ディスクを提供することである。

このように、本発明は、電気的に加熱される炉装置のための電気発熱体を支持するセラミックの熱伝導体支持ディスクであって、発熱体の長手方向軸線に対して平行に位置する中央穴と、該中央穴とディスクの外周との間に位置した１つ以上の穴とを有する支持ディスクに関し、このディスクがその外周から該穴の１つへ延在する１つ以上の細長い開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を備え、その細長い開口は各々前記ディスクの厚さ全体を貫通していることを特徴とする。

本発明の別の目的はより高いエネルギ率（ｅｎｅｒｇｙ ｒａｔｅ）を発熱体に許容する熱伝導体支持ディスクを提供することである。

本発明の更に別の目的はより高い温度で使用する熱伝導体支持ディスクの改良を提供することである。

本発明の更に別の目的はより高い熱サイクル率（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｉｎｇ ｒａｔｅｓ）における改良された特性を備えた熱伝導体支持ディスクを提供することである。

それぞれの図面において、Ａはそれぞれのディスクの平面図であり、Ｂは断面図である。

図１Ａにおいて、電気的に加熱された炉装置用の電気発熱体を支持するためのセラミックの熱伝導体支持ディスク１の平面図が示されている。前記支持ディスク１は該ディスクの長手方向軸線に対して平行に位置する中央穴２を有している。更に、このディスクには前記中央穴２とディスクの外周４との間に位置した１つ以上の穴３および６が設けられている。この穴は円形でも、あるいは、図５Ａに参照される、楕円形１５のような別の形状でも可能である。

前記外周は波形、あるいは円形のような他の形状を有しうる。

本発明によると、ディスクには更に、前記外周４から前記孔６の一つを通して延びる一つ以上の細長い開口５が設けられる。この細長い開口は前記ディスク１の厚さ全体を貫通している。

電気発熱体は互いに前後して列状に位置された二つ以上のディスク１によって支持され、発熱体は前記穴を通して延在する。

ディスク１は典型的には純粋の酸化物、あるいは元素Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｒおよび（または）Ｙの酸化物、窒化物、それぞれ元素Ｓｉおよび（または）Ｔｉのホウ化物、あるいはその他の適当な耐熱セラミック材料の混合したものからつくられる。

好適実施例は、例えばディスクが焼結される場合の工程を促進するためのような、４０−１００重量％のＡｌ₂Ｏ₃および６０−０％のＳｉＯ₂プラス若干の添加物を含むことができる。

細長い開口は、焼成の前あるいは後に、プレス加工、鋸刃切断あるいは押出成形方法によってつくることができる。

典型的には、発熱体は、作動時の炉の温度よりも高い温度を有している。炉が停止されると、発熱体の温度は概ね炉の温度まで下がる。炉は周期的に作動おより停止される、すなわち極めて高い周期的な熱応力に曝されるような用途がある。また、発熱体が連続的に作動するような用途もあり、そこでは、例えば発熱体を交換する際に極めて高い周期的な熱応力が発生する。

本発明によって、ディスクがその作動温度まで加熱されるとき、熱によって誘発されたり、ディスクの温度が変動する場合に誘発されたりする機械的な応力は、該ディスクの外周から始まって内方へ走る亀裂を発生させるような臨界値まで達しないようにされる。

そのような応力の最高値は細長い開口の存在によって制限され、それにより外周において熱に誘発される引張応力が制限される。

本発明の好適実施例によると、前記の細長い開口５の長さはディスク１の最大半径までに限定される。

一実施例によると、前記の細長い開口は図１Ａおよび図３Ａにおいて開口５および開口７で示すように、前記ディスク１の半径に沿って延在している。

代替実施例によると、前記の細長い開口は図２Ａおよび図４Ａにおいて開口８および開口９で示すように、前記ディスク１の半径に沿うのではなく別の方向に延在する。

別の好適実施例によると、細長い開口５，７，８，９の幅は、それが終わる穴６，２，１０および１１の直径に限定される。

図２Ａおよび図４Ａに示すように、細長い開口８，９は穴１２，１３，１４を通して延在してもよい。

更に別の好適実施例によると、細長い開口は同じ幅を有するか、あるいは細長い開口の長さに亘って変化する幅を有する。

更に別の好適実施例によると、前記の細長い開口は図１Ａおよび図２Ａに示すように、中央の穴２において終わっている。

本発明の更に別の実施例によると、図５Ａに示すように、ディスク１には二つ以上の前記の細長い開口１６，１７がある。

図５Ａにおいては、孔（ｈｏｌｅ）３は対称的に位置し、２個の細長い開口は異なる方向に向けうることが示されている。孔３はディスクの一方の側に集中させ、それによってその方向に輻射を集中させることができる。

前記ディスクには一つ以上の細長い開口があるので、本発明のディスク１に対する最大の機械的応力に関わる値は当該技術分野の水準にあるディスクの５０−７０％以上の範囲にある。

更に、機械的強度は異なる方向において異なる値を有しており、このことは加熱用途にディスクを位置決めする上で重要である。従って、それぞれのディスクにおける細長い開口が諸々の半径方向に向くようにディスクが回るようにするために発熱体の長さに亘り交互に諸々のディスクを位置させることが有利である。

本発明によるセラミックディスクの第一の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第一の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第二の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第二の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第三の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第三の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第四の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第四の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第五の実施例を示す図である。 本発明によるセラミックディスクの第五の実施例を示す図である。

Claims (11)

1. 電気的に加熱される炉装置のための電気発熱体を支持するためのセラミックの熱伝導体支持ディスクであって、前記発熱体の長手方向軸線に対して平行に位置する中央穴（２）と、前記穴（２）と前記ディスク（１）の外周（４）との間に位置している一つ以上の穴（３，６，１０−１５）とを有する支持ディスクにおいて、前記ディスク（１）には、前記外周（４）から前記穴（３，６，１０−１５）および（または）中央の穴（２）の中の一つへ、あるいはそれらの一つ以上を貫通して延在する一つ以上の細長い開口（５，７，８，９，１６，１７）が設けられ、前記の細長い開口の各々が前記ディスク（１）の厚さ全体を貫通していることを特徴とするセラミックの伝熱体支持ディスク。
2. 前記の細長い開口（５，７，８，９，１６，１７）の長さが前記ディスク（１）の最大半径までに限定されていることを特徴とする請求項１に記載のディスク。
3. 前記の細長い開口（５，７）が前記ディスク（１）の半径に沿って延在していることを特徴とする請求項１または２に記載のディスク。
4. 前記の細長い開口（８，９，１６，１７）が前記ディスク（１）の半径に沿うのとは別の方向に延在することを特徴とする請求項１または２に記載のディスク。
5. 前記の細長い開口（５，７，８，９，１６，１７）の幅が前記穴（３，６，１０−１５）および（または）それが終わる中央穴（２）の最大直径までに限定されていることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれか一項に記載のディスク。
6. 前記の細長い開口（５，７，８，９，１６，１７）が同じ幅を有しているか、あるいは前記の細長い開口の長さに亘って変化する幅を有していることを特徴とする請求項１，２，３，４または５のいずれか一項に記載のディスク。
7. 前記の細長い開口（５，７，８，９）が前記中央穴（２）において終わることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６のいずれか一項に記載のディスク。
8. 前記ディスク（１）には二つ以上の前記の細長い開口（１６，１７）があることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７のいずれか一項に記載のディスク。
9. 前記穴（３，６，１０−１５）が前記ディスクの面において非対称に位置していることを特徴とする請求項８に記載のディスク。
10. 前記中央穴（２）および前記穴（３，６，１０−１５）が楕円形であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のディスク。
11. 前記中央穴（２）および前記穴（３，６，１０−１５）が円形であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のディスク。
    

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