JP5277337B1 - 加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発熱体20と、前記発熱体20を保持する、生体溶解性無機繊維を含む支持体30と、を備え、前記生体溶解性無機繊維が前記発熱体20と直接接触しないか又は前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体20との接触が低減された加熱装置10。
【選択図】図1A
Description
本発明によれば、以下の加熱装置が提供される。
1.発熱体と、
前記発熱体を保持する、生体溶解性無機繊維を含む支持体と、
を備え、
前記生体溶解性無機繊維が前記発熱体と直接接触しないか又は前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体との接触が低減された加熱装置。
2.前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である1記載の加熱装置。
SiO2 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量%
3.前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である1又は2記載の加熱装置。
SiO2とZrO2とAl2O3とTiO2との合計 50〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18〜50重量%
4.前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成を有するMgシリケート繊維、又は以下の組成を有するCaシリケート繊維である1〜3のいずれか記載の加熱装置。
[Mgシリケート繊維]
SiO2 66〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜30重量%
Al2O3 3重量%以下
他の酸化物 2重量%未満
[Caシリケート繊維]
SiO2 66〜82重量%
CaO 10〜34重量%
MgO 3重量%以下
Al2O3 5重量%以下
他の酸化物 2重量%未満
5.以下の構成(1)〜(3)のいずれかにより、前記生体溶解性無機繊維が前記発熱体と直接接触しないか又は前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体との接触が低減された1〜4のいずれか記載の加熱装置。
(1)前記支持体の少なくとも前記発熱体と接する表面が被覆されている
(2)前記支持体の、少なくとも前記発熱体と接する表面にある生体溶解性無機繊維が被覆されている
(3)前記発熱体が被覆されている
6.前記構成(1)において、シリカ含有処理剤が、前記支持体の少なくとも前記発熱体と接する表面から浸み込み、前記表面が硬化されている5記載の加熱装置。
7.前記構成(2)において、前記生体溶解性無機繊維がシリカ含有処理剤で被覆されている5又は6記載の加熱装置。
8.前記構成(3)において、前記発熱体がシリカ含有処理剤と同じ成分で被覆されている5〜7のいずれか記載の加熱装置。
9.前記シリカが、コロイド、粉末及び金属アルコキシドから選択する1の形態のシリカ、又は2以上の形態のシリカの組み合わせである6〜8のいずれか記載の加熱装置。
10.前記シリカ含有処理剤が、金属イオンを含まないキレート剤を含む6〜9のいずれか記載の加熱装置。
11.前記シリカ含有処理剤が、酸を含む6〜9のいずれか記載の加熱装置。
12.前記シリカが、酸性タイプコロイダルシリカ又はカチオンタイプコロイダルシリカである6〜11のいずれか記載の加熱装置。
13.前記発熱体の温度が1100℃であるとき、前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体との反応が抑制される1〜12のいずれか記載の加熱装置。
14.前記生体溶解性無機繊維が加熱処理されている1〜13のいずれか記載の加熱装置。
例えば、シリカ含有処理剤(例えば、流体と共に)を支持体の表面から浸み込ませて、表面の支持体(生体溶解性無機繊維)をシリカで被覆する。この処理は表面を硬化させることになり、表面からの粉落ち等も防げる。支持体(生体溶解性無機繊維)の被覆は、発熱体と接触する支持体(生体溶解性無機繊維)だけを被覆してもよく、支持体の表面全体を被覆してもよい。
図1Bの加熱装置12は、基部32と側壁34が一体形成されている他は図1Aの加熱装置10と同じである。
図1Cの加熱装置14は、発熱体20が支持体30の中に埋め込まれている。
図1A〜1Cのいずれの加熱装置10,12,14も、生体溶解性無機繊維と発熱体が接触しないように構成されている(図示せず)。
SiO2とZrO2とAl2O3とTiO2の合計 50重量%〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18重量%〜50重量%
SiO2 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量%
SiO2 66〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜30重量%
Al2O3 3重量%以下
他の酸化物 2重量%未満
SiO2 66〜82重量%(例えば、68〜80重量%、70〜80重量%、71〜80重量%又は71〜76重量%とできる)
CaO 10〜34重量%(例えば、18〜32重量%、20〜30重量%、20〜27重量%又は21〜26重量%とできる)
MgO 3重量%以下(例えば、1重量%以下とできる)
Al2O3 5重量%以下(例えば3.5重量%以下、3.4重量%以下又は3重量%以下とできる。また、1重量%以上、1.1重量%以上又は2重量%以上とできる)
他の酸化物 2重量%未満
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を200メッシュ以下に粉砕して調製された試料1g及び生理食塩水150mLを三角フラスコ(容積300mL)に入れ、40℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分120回転の水平振動を50時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度(mg/L)をICP発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量(質量%)と、に基づいて、生理食塩水溶解率(%)を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)及びアルミニウム(Al)である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率C(%)を算出する;C(%)=[ろ液量(L)×(a1+a2+a3+a4)×100]/[溶解前の無機繊維の質量(mg)×(b1+b2+b3+b4)/100]。この式において、a1、a2、a3及びa4は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度(mg/L)であり、b1、b2、b3及びb4は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量(質量%)である。
結晶化温度は、未処理繊維の化学組成に応じて変化するため、一概に決定できないが、例えば、600〜1300℃、600〜1100℃、又は800〜1000℃である。
まず、生体溶解性無機繊維から断熱部材(定形物、ボード)を製造する。通常、無機繊維、バインダー等の原料を含むスラリーを脱水成形して製造する。この部材を硬化処理してから、支持体を形成してもよいし(例えば、図1Aであれば基部と側壁を張り合わす、図1Bであれば所望の形状に加工(切削加工等)する等)、支持体を形成してから硬化処理してもよい。
図1Cの加熱装置は脱水成形時に発熱体も所定型にセットし、成形後に硬化処理して製造できる。発熱体の埋め込み位置を調整するために脱水成形を複数回行ってもよい。また、埋め込んだ後に硬化処理すると繊維へのシリカ被覆が不十分になる場合は、脱水成形工程の途中に硬化処理を行ってもよい。
上記のように処理した支持体に、発熱体を取り付けて加熱装置が完成する。
尚、本発明の装置の製法は上記に限定されず公知の方法で製造できる。
<ボード(断熱材)の製造>
生体溶解性繊維A(SiO2含有量が73質量%、CaO含有量が25質量%、MgO含有量が0.3質量%、Al2O3含有量が2質量%)(生理食塩水溶解率10.4%)90重量%と、澱粉とポリアクリルアミド(有機バインダー)、コロイダルシリカ(無機バインダー)から、縦300mm、横300mm、厚み50mm(密度250kg/m3)のボード(有機ボードという)を製造した。
さらに、生体溶解性繊維A85重量%と、コロイダルシリカとアルミナゾルとベントナイト(無機バインダー)、無機粉体(シリカ、ジルコン、炭酸カルシウム、ジルコニア、コージライト、ワラストナイト等)、アクリルアミド(有機バインダー)から、縦300mm、横300mm、厚み50mm(密度250kg/m3)のボードを(無機ボードという)製造した。
<ボード(断熱材)の製造>
生体溶解性繊維Aの代わりに、生体溶解性繊維B(SiO2含有量が76質量%、CaO含有量が4質量%、MgO含有量が18質量%、Al2O3含有量が2質量%)(生理食塩水溶解率23.1%)を用いた他は、製造例1と同様にして、有機及び無機ボードを製造した。
<ボード(断熱材)の製造>
生体溶解性繊維Aの代わりに、無機繊維C(SiO2含有量が47質量%、Al2O3含有量が52質量%)(生理食塩水溶解率0.1%)を用いた他は、製造例1と同様にして、有機及び無機ボードを製造した。
<シリカによる硬化処理>
製造例1〜3で得た有機ボード及び無機ボード(密度250kg/m3)を、アルカリタイプコロイダルシリカからなる硬化液(pH約9、溶剤:水)で処理(1〜10秒浸漬)して、表面を硬化し乾燥した。密度は300kg/m3であった。硬化後は強度が向上した。硬化した有機及び無機ボードの硬度を硬度計(ASKER製:アスカーゴム硬度計C型)を用いて測定した。結果を表1に示す。
<シリカによる硬化処理>
製造例2で得た有機ボード及び無機ボードを用いた他は、処理例1と同様に硬化し硬度を測定した。結果を表2に示す。
<シリカによる硬化処理>
製造例3で得た有機ボード及び無機ボードを用いた他は、処理例1と同様に硬化した。硬化後は強度が向上した。
[シリカとキレート剤による硬化処理]
<硬化処理>
製造例1で得た有機及び無機ボードを、EDTA2アンモニウム塩とアルカリタイプコロイダルシリカからなる硬化処理液(pH約9、溶媒:水)で処理して、表面を硬化し乾燥した。キレート剤は、固形分10重量%硬化処理液に対し1重量%で用いた。
硬化した有機及び無機ボードを、800℃、900℃、1000℃、1100℃で24時間加熱して、外観(クラックの有無)を目視で観察した。比較のため製造例1で得た硬化した有機及び無機ボードも同様に加熱して観察した。正常なものを◎、表面に小さなクラックが発生したものを○、大きなクラックが発生したものを▲、割れが発生したものを×とした。結果を表3に示す。
[シリカと酸による硬化処理]
<硬化処理>
製造例1で得た有機ボードを、酸と、アルカリタイプコロイダルシリカからなる硬化処理液で処理して、表面を硬化し乾燥した。酸として、クエン酸、りんご酸、酒石酸、サリチル酸を、固形分10重量%硬化処理液に対し約1重量%で用い、処理液のpHを3〜4とした。
処理例4と同様に実施した。結果を表4に示す。
[酸性タイプコロイダルシリカとカチオンタイプコロイダルシリカによる硬化処理]
<硬化処理>
製造例2で得た無機ボードを、酸性タイプコロイダルシリカ(シリカドール20A(日本化学工業(株)製)、pH2〜4)又はカチオンタイプコロイダルシリカ(スノーテックスAK、日産化学工業(株)製)(硬化剤)で処理して、表面を硬化し乾燥した。
<加熱試験>
処理例4と同様に実施した。結果を表5に示す。
<硬化無機ボードの高温での安定性試験>
処理例1で得た硬化処理を施した無機ボード(断熱材)の上にヒーター線を載せ、この状態のまま電気炉内にて1000℃〜1300℃の温度で8時間加熱処理を行った。加熱後のボードとヒーター線の外観観察を行い、反応の有無を確認した。ヒーター線とボードとの反応がなかったものを○、ヒーター線に対してボード繊維の付着が少量みられたものを△、ボード繊維の付着量が大きかったものを×とした。結果を表6に示す。
処理例1で得た硬化処理を施した無機ボードの代わりに、表6に示す無機ボードを使用した他は、実施例1と同様にして、ヒーター線とボードの高温での安定性を試験した。結果を表6に示す。
生体溶解性無機繊維を含む断熱材について、硬化処理を施した場合は、1300℃になるとごく微量の繊維の付着がみられたが、断熱材(繊維)とヒーター線との反応は抑制された。
20 発熱体
30 支持体
32 基部
34 側壁
40 溝
Claims (9)
- 発熱体と、
前記発熱体を保持する、生体溶解性無機繊維を含む支持体と、
を備え、
シリカ含有処理剤が、前記支持体の少なくとも前記発熱体と接する表面から浸み込み、前記表面が硬化されていることにより、前記生体溶解性無機繊維が前記発熱体と直接接触しないか又は前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体との接触が低減されていて、
前記シリカが、コロイド、粉末及び金属アルコキシドから選択する1の形態のシリカ、又は2以上の形態のシリカの組み合わせである加熱装置。 - 前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である請求項1記載の加熱装置。
SiO2 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量% - 前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である請求項1又は2記載の加熱装置。
SiO2とZrO2とAl2O3とTiO2との合計 50〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18〜50重量% - 前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成を有するMgシリケート繊維、又は以下の組成を有するCaシリケート繊維である請求項1〜3のいずれか記載の加熱装置。
[Mgシリケート繊維]
SiO2 66〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜30重量%
Al2O3 3重量%以下
他の酸化物 2重量%未満
[Caシリケート繊維]
SiO2 66〜82重量%
CaO 10〜34重量%
MgO 3重量%以下
Al2O3 5重量%以下
他の酸化物 2重量%未満 - 前記シリカ含有処理剤が、金属イオンを含まないキレート剤を含む請求項1〜4のいずれか記載の加熱装置。
- 前記シリカ含有処理剤が、酸を含む請求項1〜5のいずれか記載の加熱装置。
- 前記シリカが、酸性タイプコロイダルシリカ又はカチオンタイプコロイダルシリカである請求項1〜6のいずれか記載の加熱装置。
- 前記発熱体の温度が1100℃であるとき、前記生体溶解性無機繊維と前記発熱体との反応が抑制される請求項1〜7のいずれか記載の加熱装置。
- 前記生体溶解性無機繊維が加熱処理されている請求項1〜8のいずれか記載の加熱装置。
Priority Applications (9)
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