JP2009018988A - セラミックバーナプレート - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐高温性及び耐久性を有する赤外線ラジエータ用セラミックバーナプレートを提供する。
【解決手段】０．６３重量％〜７．６重量％のリチウム含量を有し、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５又はＺｒＯ２からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物を更に含むセラミックにより赤外線ラジエータ用セラミックバーナプレートを構成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ケイ酸リチウムを主成分として含む、赤外線ラジエータ用セラミックバーナプレートに関する。

セラミックバーナプレートは、熱生成のためにガス−酸素混合物をセラミックプレートの表面上で燃焼させる赤外線ラジエータに使用される。この操作において、熱生成に利用される赤外線放射が生成される。従来の暖房システムを越える赤外線ラジエータの有利な点は、一方では赤外線ラジエータがエネルギー伝達のためのいかなるキャリア媒体も必要とせず、赤外線の状態で熱が放射されるため、熱をほとんど損失なく放射できることであり、他方では従来の燃焼システムにおける隙間風現象が回避されることである。

バーナプレートとして従来使用されていたセラミックプレートは比較的単純な構造であったが、現在のセラミックバーナプレートは複雑な表面構造を有し、それによって効率及び放射作用が大きな影響を受ける。現在、バーナプレートは、例えば直径１〜１．３ｍｍの孔を３０００〜４０００個有する。バーナプレートのいわゆるディープネス・エフェクト構造（ｄｅｅｐｎｅｓｓ ｅｆｆｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、一様に配置された蜂の巣の穴に類似し、それによって特有の表面積が増加し、したがって、熱が表面領域に伝達して放射が生じる。

赤外線ラジエータの分野においては、ライト・ラジエータとダーク・ラジエータとに分けられる。ライト・ラジエータは空気バーナによって直接加熱され、天然ガス又は液体ガス等の適切な燃料と共に使用される。ライト・ラジエータはしばしば壁又は天井に取付けられて、主に遮断が不完全な天井の高い部屋を暖房するために使用され、そこでは赤外線放射源としての機能が有利に作用する。第一に加熱されるのは熱放射にさらされる表面であるため、周囲の空気は間接的に暖められるのみである。ライト・ラジエータという名称は、燃料−空気混合物の燃焼が、白熱しているセラミックバーナプレート上で目に見えることに由来する。セラミックバーナプレートは９５０℃以上の温度に達することができる。

ダークバーナもまた、酸素−燃料ガス混合物の燃焼によって熱を生成するが、閉じられた放射チューブである点でライト・ラジエータと異なる。燃焼によって生成される高温の気体は、主に放射熱として熱を放射する放射チューブの表面を加熱する。ダーク・ラジエータは主に、バーナプレート、ファン、放射チューブ、及び放射チューブ上に配置されたリフレクタを有するバーナからなる。現在のダーク・ラジエータにおいて、ファンはバーナの正面に配置されるため、空気がそのシステムに導入され、それによって層流炎が得られる結果、放射チューブの均一な加熱が起こる。また、この構造におけるファンは高温の排気ガスにさらされないため、ファンにかかる機械的負荷を明らかに低減する。

現在のダーク・ラジエータによって得られる放射収率は、最大６５％である。
赤外線ラジエータ用バーナプレートは、従来技術から周知である。例えば、特許文献1は、プレートの放射側の側面上に配置された複数の凹部、及び相互に平行に配置され、燃料−空気混合物を供給するためにプレートの混合物側から放射側へ伸びる燃焼チャネルを備える赤外線ラジエータ用のバーナプレートを開示しており、前記燃焼チャネルの少なくとも一つが凹部と同心状に配置され、他のチャネルが凹部側面及び凹部間の表面に渡って分配され、前記バーナプレートは、燃焼チャネルが凹部に渡って分配され、生じる炎が一方の側面上の凹部側方表面で作用するような態様で中間体材料が網状に張られており、かつ、他方の側面の中間体材料は、凹部で生成される温度が網状体の表面で生成される温度とほぼ等しくなるように網状に張られることを特徴とする。このバーナプレートの構造は、現在採用されているバーナプレートの標準的な実施形態を表す。

特許文献２は、コーディエライトからなる従来的なセラミックガスバーナプレートを開示する。これは、粘土又はブリックアース（ｂｒｉｃｋｅａｒｔｈ）、ステアタイト、及び酸化アルミニウムから、ケイ酸マグネシウムアルミニウムとして合成的に製造される。

特許文献３は、ガス透過性バーナプレートを有する放射バーナを開示しており、前記バーナプレートはガス透過性領域に、例えば炭化シリコン繊維等の繊維材料を含み、一方、ガス非透過性領域は酸化アルミニウム又はコーディエライトをベースとするセラミックスから形成される。

特許文献４もバーナプレートを開示する。そこに開示されるバーナプレートは、特にフラットバーナに適しており、チタン酸アルミニウムセラミックをベースとする。このバーナプレートの製造に特に適するものとして、Ａｌ_２ＴｉＯ_５セラミックが開示されている。

特許文献５は、主要部が酸化アルミニウムからなる放射バーナ用バーナプレートを開示する。
従来のバーナプレートを製造するために用いられるケイ酸アルミニウム類は、最高１０００℃という比較的低い燃焼温度を有しており、この温度は赤外線ラジエータの使用温度の範囲内にある。このことは、バーナプレートに高い負荷をかける。

従来技術から周知であるコーディエライトのようなケイ酸マグネシウム類は、１３００℃という明らかにより高い燃焼温度を有するが、それらは粉砕され混合された原材料から高温で焼成されるか、又は予備焼成された塊が粉砕され、バーナプレート塊として混合され、更に低温で焼成されなければならない。材料負荷がより高いことに加え、これは明らかにバーナプレートの製造における費用を増加させる。
西独国特許出願公開第２１６３４９８号明細書 独国実用新案出願公開第９４０２５５６号明細書 独国特許出願公開第４４４５４２６号明細書 独国特許出願公開第４０４１０６１号明細書 独国実用新案出願公開第９１１６８２９号明細書

上記の従来技術の見地から、本発明の目的は材料に関して改善されたセラミックバーナプレートを提供することにある。

上記目的は、前記バーナプレートが０．６３重量％〜７．６重量％の酸化リチウムを含有することを特徴とする赤外線ラジエータ用セラミックバーナプレートによって達成される。

０．６３重量％〜７．６重量％のリチウム含量は、４．２％のケイ酸リチウム内の酸化リチウムの推定含量において、バーナプレート製造のためのセラミック塊におけるケイ酸リチウム含量の１５％に相当し、又は、リチウムの推定含量が７．６重量％であるケイ酸リチウムの１００％に相当する。

本発明によれば、例えば一般式Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−８ＳｉＯ_２で表される長石型ペタライトのケイ酸塩のような天然に生じるケイ酸リチウム、又は、一般式Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−４ＳｉＯ_２で表されるスポジュミン（ｓｐｏｄｕｍｅｎｅ）を用いることができる。本発明によれば、レピドライトのようなリチウム鉱物、又は、合成炭酸リチウムも用いることができる。

上述した酸化リチウム含量の他に、本発明によるバーナプレートは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、又はＺｒＯ_２からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物を更に含んでもよい。

本発明によるセラミックバーナプレートは、下記の表に記載される量の酸化物を含んでもよい。

最も便宜的には、これらの酸化物は前記セラミックバーナプレートの製造のために、適切な鉱物の状態で材料に加えられる。

本発明によれば、高濃度のプラスチック粘土鉱物及び高含量のＡｌ_２Ｏ_３を含有するバインダー粘土がここで用いられる。好ましくは、３０重量％より多いＡｌ_２Ｏ_３含量のバインダー粘土が用いられる。

本発明による有利な一態様において、１．５重量％より少ないアルカリ含量のバインダー粘土が用いられる。
有利に用いられるバインダー粘土中の微細石英の割合は８重量％より少ない。更に、本発明によれば、前記セラミックバーナプレートの製造のために、ケイ酸マグネシウム類が前記材料に加えられる。

本発明の特に好ましい実施形態において、前記セラミックバーナプレートの製造のために、前記酸化物を含有する材料の混合物が前記材料に加えられる。
本発明によるセラミックバーナプレートは、１１００℃より高い温度において永久的な負荷容量を示す。更に、本発明によるセラミックバーナプレートは、従来技術から周知のプレートのように脆弱ではなく、柔軟であり、それによって製造工程が特に容易に行われる。

有利な一態様において、本発明によるバーナプレートは極めて低温で熱膨張し、それによって機械的負荷を低減し、更に前記プレートの異なる温度における支持システムへの安全な結び付けを容易にする。本発明による前記プレートは、特に温度変化に耐性を有し、また、耐久性に特に優れる。

本発明によるセラミックバーナプレートの機械的硬さは、比較的広い範囲内の焼成温度によって調整することができる。
例えば、１０２５℃以上の焼成温度において、本発明によるセラミックバーナプレートは１６〜１８ｋｇの標準破断強度を示す。焼成温度を上昇させると破断強度が増加する。例えば１１００℃の焼成温度において、本発明によるセラミックバーナプレートは最大２２ｋｇの標準破断強度を示す。焼成温度を上昇させることによって、破断強度を明らかに２４ｋｇよりも大きくすることができる。

更に、本発明によるセラミックバーナプレートの製造のために、予備焼成されていない原材料が必要とされ、その結果、プレート製造において明らかな経済的利点が得られる。
下記の実施例は本発明によるセラミックバーナプレートを例示するものであって、本発明が基づいている思想は、これらの実施例に全く限定されない。

１．２ｇ／ｃｍ^３の単位重量及び５４％の間隙率を有するセラミックバーナプレートは、下記の組成を有する。

前記セラミックバーナプレートの温度変化耐性ＴＷＢ（１〜３）は値１を保ち、この値は急速冷却試験によって確定されたものである。

ここで、ＴＷＢ値１は前記セラミックプレートの９５０℃における熱膨張約０．２に相当する。

Claims (2)

1. ０．６３重量％〜７．６重量％のリチウム含量を有することを特徴とする赤外線ラジエータ用のセラミックバーナプレート。
2. 前記バーナプレートが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、又はＺｒＯ_２からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物を更に含む請求項１に記載のセラミックバーナプレート。