JP3998130B2 - セラミック発熱体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンを含有するセラミック製の発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼させてその熱を利用する燃料には、固体燃料、液体燃料及び気体燃料があり、なかでも固体燃料は取扱いが容易であり、広く使用されている。
例えば、固体燃料には、石炭や木材、木材を炭化させた炭などが挙げられるが、これらは加熱して温度を上げていくと、着火して燃えだし、炭素分の燃焼が始まる。燃焼によって炭素分は酸化され、空気中に炭酸ガスを放出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、人類は、人口の増加及び文明の発達とともに化石燃料の使用量を飛躍的に増大させ、多量の炭酸ガスを大気中に放出してきた。そのため地球の温暖化をもたらし、昨今、その弊害が叫ばれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、空気中に炭酸ガスを放出しない、環境に優しい発熱体を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック発熱体は、石英閃緑ひ岩５０〜８５重量％、カーボン１０〜３０重量％及び粘土５〜１５重量％からなる組成を有する多孔質体であり、高周波により発熱することを特徴とし、カーボンの担体として、ＳｉＯ₂を主成分とし、酸化還元作用及び触媒作用を有する石英閃緑ひ岩を使用したものである。
【０００５】
本発明のセラミック発熱体の製造方法は、石英閃緑ひ岩５０〜８５重量％、カーボン１０〜３０重量％及び粘結剤として粘土５〜１５重量％を含有する混合粉末に発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形した後、１,１００〜１,３００℃で焼成して発泡剤を燃焼又は揮散させて、互いに連続する連通孔を形成し多孔質体とすることを特徴としている。
【０００６】
あるいは、上記混合粉末に発泡剤と適量の水を加えて顆粒状に造粒し、これを加圧成形して１,１００〜１,３００℃で焼成した後、得られた焼成物を粉砕し、これに発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形した後、１,１００〜１,３００℃で焼成して発泡剤を燃焼又は揮散させて連通孔を形成し、多孔質体を製造してもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック発熱体は、高周波で発熱するようにカーボンを含有させ、かつ所望の強度を持たせるために１,１００〜１,３００℃の高温域で焼成されるが、通常、カーボンは６００℃を超えると酸化が顕著になり、着火してガス化され、焼成体中に殆ど残らない。この問題に対して、本発明者等は、ＳｉＯ₂を主成分とし酸化還元作用及び触媒作用を有する石英閃緑ひ岩及び適量の粘土をカーボンとともに含有させたことにより、これらの作用によってカーボンに保護被膜を形成し、焼成時の高温による酸化からカーボンを守り、そのほとんどを多孔質体中に残存させ得ることを見出し、解決したものである。
【０００８】
本発明のセラミック発熱体は、上記したように、石英閃緑ひ岩、カーボン及び粘土を含有する混合粉末に、発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形した後、１,１００〜１,３００℃で焼成することにより得られる多孔質体である。
また、上記混合粉末に適量の水を加えて顆粒状に造粒し、これを加圧成形して１,１００〜１,３００℃で焼成し、得られた焼成物を粉砕し、これに発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形して、再度１,１００〜１,３００℃で焼成することにより、より強度の大きな多孔質体が得られる。
本発明のセラミック発熱体は、多孔質体としたことにより、高周波が乱反射し、発熱体として効率良く発熱させることができる。
【０００９】
上記製造工程において、加圧成形は、１００〜１,０００ｋｇ/ｃｍ²程度の圧力で行えばよく、加圧成形後は、可燃性であるカーボンを酸化させることなく１,１００〜１,３００℃で焼成する。なお、焼成温度が１,１００℃未満では強度値が低く好ましくない。他方、１,３００℃を超えると収縮が大きくなり、連通孔を有する多孔質体が得られなくなる。例えば、１,３５０℃では２０％も収縮する。
【００１０】
石英閃緑ひ岩は、その配合量が５０重量％未満では酸化作用が促進される。他方、８５重量％を超えると、相対的にカーボン量が不足し、抵抗値が上る。よって、５０〜８５重量％が好ましい範囲とされる。
この石英閃緑ひ岩は、鉱物組成的には、主に石英、斜長石、雲母及び角閃石等からなり、化学組成的には、主としてＳｉＯ₂７０〜８０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１０〜１６重量％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ ５〜９重量％及びＦｅＯ＋Ｆｅ₂Ｏ₃ ０.２〜２重量％からなり、さらに微量成分としてＭｇ，Ｃａ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ等の酸化物を含んでいる。
【００１１】
カーボンの配合量は、１０重量％未満では電気抵抗が大きく、他方、３０重量％を超えると電気抵抗が小さくなりすぎるため、１０〜３０重量％が好ましい範囲とされる。
粘土の配合量は、５重量％未満では粘着剤としての働きが弱く、１５重量％を超えると電気抵抗が大きくなるため、５〜１５重量％が好ましい範囲とされる。
【００１２】
発泡剤としては、おがくず、もみがら、珪藻土、種子等の植物が挙げられる。その他、化学発泡剤も挙げられるが、生じる泡を連通孔とするには植物製の発泡剤を用いるのが好ましい。発泡剤の配合量は、おがくずの場合で、その他の全配合量に対する容量比でほぼ１：１程度が好ましい。なお、おがくずは粒サイズが３〜４ｍｍ以下の粉体としたものを使用する。
焼成して得られる多孔質体の孔サイズ及び気孔率は、配合する発泡剤の容量比に加えて、発泡剤の種類、粒サイズによっても左右される。
【００１３】
本発明のセラミック発熱体は、５００〜２,０００ＭＨz程度の高周波によって発熱するように、その電気抵抗値は１００〜３００Ω/ｃｍ程度とされる。この電気抵抗値は、混合するカーボン量を適宜選択することで調整することができる。
使用に際しては、所望の形状に成形したセラミック発熱体の側端面に穴を開けて電極をセットし、導電性接着剤で接着・固定すればよい。このセラミック発熱体は、接続する電極端子との電気的接続状態を良好に維持するために、その表面を絶縁材でコーティングせず、そのままの状態で使用される。
また、本発明のセラミック発熱体は、得られた多孔質体を粉砕して使用することもできる。
【００１４】
このようにして得られた本発明のセラミック発熱体は、孔が互いに連続した多孔質体であり、その内部で高周波が乱反射し、効率よく発熱する。セラミック発熱体に供給する高周波出力を３００〜５００ＭＨz程度に調整して、発熱温度を６００℃以下で維持することにより、発熱体として極めて長期間、半永久的に使用可能となり、火力発電、ボイラー、焼却炉及び淡水化プラント等の熱源に、クリーンエネルギーとして好適に使用される。
【００１５】
【実施例】
先ず、石英閃緑ひ岩７０ｋｇ、可燃性カーボン２０ｋｇ、粘結剤として粘土１０ｋｇをそれぞれ５００メッシュ以下に粉砕し、この全量に対して容量比で１：１となるように発泡剤として３ｍｍ下に細粒化したおがくずを配合し、混合した。これに５〜２０％の水を加えて混練・造粒し、顆粒状の粉末とした。この粉末原料を５００ｋｇ/ｃｍ²の圧力で平板形状にプレス成形し、さらに最高温度領域での温度が１,２５０℃に達するトンネル型焼成炉に入れ、２時間かけて焼成し、縦横１５０×２００ｍｍ、厚さ１００ｍｍのレンガ状多孔質体を得た。得られたレンガ状多孔質体は、大きな強度を有し、孔は互いに連通していた。
【００１６】
得られたレンガ状多孔質体を１０〜３０ｍｍの大きさに粉砕し、断熱材からなる箱型容器内に充填し、高周波出力５００ＭＨzをかけたところ、５００℃に発熱した。この温度を１０日間維持したが、発熱状態になんら変化は認められなかった。なお、３０〜５０ｍｍの大きさに粉砕した場合は、６００℃に達した。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のセラミック発熱体は、これを発熱容器に収容して、電極端子を取り付け、高周波をかけるだけで発熱させることができ、６００℃を超えないように高周波出力を制御することにより、半永久的に発熱させることができる。

Claims (5)

1. 石英閃緑ひ岩５０〜８５重量％、カーボン１０〜３０重量％及び粘土５〜１５重量％からなる組成を有する多孔質体であり、高周波により発熱することを特徴とするセラミック発熱体。
2. 上記石英閃緑ひ岩が、ＳｉＯ₂を主成分とし、酸化還元作用及び触媒作用を有する請求項１に記載のセラミック発熱体。
3. 上記多孔質体を形成する孔が、互いに連続して形成された連通孔である請求項１又は２に記載のセラミック発熱体。
4. 石英閃緑ひ岩５０〜８５重量％、カーボン１０〜３０重量％及び粘結剤として粘土５〜１５重量％を含有する混合粉末に発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形した後、１,１００〜１,３００℃で焼成して発泡剤を燃焼又は揮散させて連通孔を形成し、多孔質体とすることを特徴とするセラミック発熱体の製造方法。
5. 石英閃緑ひ岩５０〜８５重量％、カーボン１０〜３０重量％及び粘結剤として粘土５〜１５重量％を含有する混合粉末に適量の水を加えて顆粒状に造粒し、これを加圧成形して１,１００〜１,３００℃で焼成した後、得られた焼成物を粉砕し、これに発泡剤と適量の水を加えて混練し、所望の形状に加圧成形した後、１,１００〜１,３００℃で焼成して発泡剤を燃焼又は揮散させて連通孔を形成し、多孔質体とすることを特徴とするセラミック発熱体の製造方法。