JP6109734B2 - 炉 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室ライニングによって画定されており、扉を通してアクセス可能な燃焼室を備える、特に一室型の炉に関し、この燃焼室ライニングは、少なくとも一部がセラミックスまたはガラスセラミックスの材料からできており、セラミックスまたはガラスセラミックスからできている燃焼室ライニングの後ろの、燃焼室に面していない側には少なくとも部分的に壁要素が配置されている。

最近では、炉において、天然ケイ酸塩の群または技術的に作られたケイ酸塩の群に分類できる耐火性資材が燃焼室に使用されている。

天然ケイ酸塩には、ケイ素が部分的にアルミニウムと置き換えられたいわゆるアルミノケイ酸塩が含まれる。これには、例えば雲母、シリマナイト、ムライト、および長石のようなネソケイ酸塩、フィロケイ酸塩、およびテクトケイ酸塩が含まれる。断熱材料としての技術的重要性をもったのは、自然界に存在し、風化によって生じる例えば下記の化学式（Ｍｇ，Ｃａ，Ｋ，Ｆｅ）３（Ｓｉ，ＡＬ，Ｆｅ）４Ｏ１０（ＯＨ）２Ｏ４Ｈ２Ｏの鉱物（雲母片岩）であるフィロケイ酸塩のバーミキュライトであった。化学結合した水が特殊な熱処理により急激に追い出され、その際、バーミキュライトはその体積の１０から３５倍に膨張する。膨張したバーミキュライトはたいてい粒状物質として入手可能で、一部は板としても入手可能であり、その低い価格により燃焼室ライニングとしてしばしば使用されている。

燃焼室ライニングまたは耐火性材料として用いられるこれらのケイ酸塩には、総じて、低い耐熱衝撃性（＜５００℃）、高い膨張率（一般的に、＞１０×１０^−６／Ｋ）、低い化学的耐性、および高い多孔性が共通している。これにより全体的には燃焼室ライニングとしての使用可能性が制限されている。

まさに熱膨張率に関してより有利な適性を有しているのが、技術的に作られたケイ酸塩に属するセラミックス生産物である。ここでは特に、せっけん石またはタルカムに粘土、カオリン、シャモット、コランダム、およびムライトを添加して焼結した際に直接的に生じるコーディエライトセラミックス（ＣＴＥ約３×１０^−６／Ｋ，ケイ酸マグネシウムアルミニウム）を挙げることができる。純粋なセラミックスのコーディエライトの組成の単純化した近似値は、おおよそでＭｇＯ １４パーセント、Ａｌ２Ｏ３ ３５パーセント、およびＳｉＯ２ ５１パーセントである。

セラミックス生産物は燃焼によって製造され、その際、粘土は、例えば石英砂または石英粉末のような添加剤によって加工される。炉の燃焼室内では耐火性生産物が使用される。最もよく用いられる耐火性生産物の１つは、いわゆるシャモット煉瓦である。シャモット煉瓦は、未加工のプラスチック粘土と、強く燃焼され、粗く砕かれた耐火性粘土との混合物を高温で燃焼させることで得られる。高品質のシャモット煉瓦（適用温度がより高い）は、ムライト３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２をできるだけ多く生成するために、できるだけ高いＡｌ２Ｏ３分率を特色とする。

この熱膨張率の故に耐熱衝撃性がより優れているにもかかわらず、これらの材料には、焼結プロセスによる製造に基づく有意の多孔性という共通点がある。これは、ちょうど炉の燃焼室内の腐食性ガスとの関連で、機械的耐性および化学的耐性を低下させる。

ガラス、特にガラスセラミックスは、燃焼室ライニング用の材料として適切であるためのすべての本質的な特性を併せ持っている。ガラス、特にガラスセラミックスは、この適用分野に関し、特に、低い熱膨張率（＜１．５×１０^−６／Ｋ）、非多孔性、高い耐熱衝撃性（最高摂氏８００度）、化学的耐性、および機械的耐性を特色とする。

ガラスおよびガラスセラミックスは技術的に作られたケイ酸塩に属する。特に、明確に規定されており、特殊な目的に適している特性を備えた特殊ガラスは、炉での適用可能性が注目されている。ここで言及すべきは、例えば覗き窓として既に使用されているガラスセラミックスである。

このような炉は特許文献１から知られている。この場合、シャモット煉瓦上にガラスセラミックス成形部材を施した構造が使用されている。シャモット煉瓦は、ガラスセラミックス成形部材が燃焼室を画定するように燃焼室に割り当てられている。より良い効率のため、ガラスセラミックス成形部材は赤外線反射コーティングを備えている。

従来技術からはさらに、燃焼室が蓄熱性または断熱性の材料によって画定された暖炉が知られている。現在この目的に用いられているのは、特にシャモット、バーミキュライト、ケイ酸カルシウムの板、またはシリマナイトである。この機器／炉が、水または空気を熱する／温めるためのさらなる装置、例えば熱交換器を備える場合、この熱交換器は、主に燃焼室内の炉の上部に位置決めされる。例えば、特許文献２は間隙を有する暖炉が記載されており、この間隙内では、液体が貫流する熱交換器が、循環する空気によって温められる。

特許文献３からは、排煙の余熱を水の温めに利用するために、市販の薪ストーブ上に嵌め得る追加モジュールが知られている。

従来技術からはさらに、水を案内する壁により形成された水熱交換器が知られている。この場合、水を案内する壁は燃焼室に割り当てられている。

独国特許出願公開第１９８０１０７９号明細書 独国特許出願公開第３１２３５６８号明細書 独国特許出願公開第１０２０８０８９号明細書

本発明の課題は、機能性を改善することでより高い出力収量を可能にする冒頭に述べた種類の炉を提供することである。

この課題は、壁要素が、割り当てられたセラミックス製またはガラスセラミックス製の燃焼室ライニングから間隙ができるように離隔して配置されることによって解決される。例えば、セラミックスまたはガラスセラミックスにより燃焼室から熱エネルギーを取り出して間隙内に導入することで、この間隙を熱伝導に利用することができる。間隙内への入熱は、適用に応じ、セラミックスまたはガラスセラミックスの様態によって制御することができる。セラミックスまたはガラスセラミックスは、燃焼室に面した側では、掃除しやすい表面を形成しており、この表面からは、ブラシまたは従来のガラスクリーナで簡単に邪魔な煤の堆積を除去することができる。これにより、変わらない高効率を達成できることが保証される。特に小さな燃焼室を備えたルームヒータでは、ガラスセラミックスの鏡のような表面により、燃焼室の視覚的拡大が実現される。加えて炎を横の位置から見ることができ、これは本発明による燃焼室ライニングなしでは簡単にできることではない。

好ましい一発明形態によれば、セラミックスもしくはガラスセラミックスと壁要素の間の間隙内に熱交換器が配置される。この熱交換器はその際、例えば空気／水熱交換器（または別の媒体、例えば油）として形成することができる。ただし空気／空気熱交換器を間隙内に位置決めすることも考えられる。セラミックスまたはガラスセラミックスにより燃焼室から赤外線が取り出される。この赤外線は、熱交換器に作用し、熱交換器内を流れる熱交換媒体を温める。これにより従来技術に比べ、セラミックスまたはガラスセラミックスを通して赤外線を伝導させることにより、熱交換器の効率の改善が実施／実現／達成できるという利点が提供される。加えて熱交換器は、セラミックスまたはガラスセラミックスの後ろで、腐食から保護されて格納されている。熱交換器が、空気／水熱交換器として形成される場合、対流成分も熱交換器の加熱に利用することができる。これに対応して間隙内では、温められた空気が熱交換器面の傍らを通りすぎて導かれる空気流が生成される。

特に好ましい一発明形態では、燃焼室ライニングが、赤外線を部分的に透過するか、または赤外線吸収コーティングを備えている。こうすることで、燃焼室から赤外線の一部がセラミックスまたはガラスセラミックスを通って間隙内に達することが保証される。さらにセラミックスまたはガラスセラミックスは赤外線の一部を吸収する。この赤外線吸収によりセラミックスまたはガラスセラミックスが温まり、これにより間隙内への、したがって場合によっては間隙内に配置された熱交換器構成内へのさらなるエネルギー入力が可能になる。

本発明による炉は、間隙内に空気案内路が形成されるようにすることができる。この空気案内路は周囲とつながっており、したがって炉が格納されている設置部屋をさらに対流によっても暖房することができる。空気案内路を外部の熱交換器に接続させることも考えられる。

特に好ましいのは、熱交換器が空気案内路内に配置された一実施形態である。こうすることで熱交換器は赤外線によっても対流によっても加熱され、これは省スペースの構造方式を可能にする。

代替的な一発明形態に従い、間隙を少なくとも部分的に、バラ物または軟質マットの形の遮蔽材料で塞ぐことができる。この形態では、耐高温性のセラミックスまたはガラスセラミックスは、ストーブの内部空間が掃除しやすく、かつ見た目が改善されるという利点を提供する。暖炉またはストーブの遮蔽には、現在はストーブの製造には使用されていない断熱材料を用いることができる。考えられるのは、粒状物質、砂、もしくはその他のバラ物、繊維マットもしくは繊維板、または例えば中空球を間隙内に格納することである。これらの断熱材料によりストーブの重量を著しく軽量化することができ、したがってストーブはより軽く、より運びやすくなる。セラミックスもしくはガラスセラミックス、詰められた遮蔽材料、および壁要素がまとまった構造ユニットを構成して壁要素を形成することが考えられ、この構造ユニットは、一体的に取り扱うことができ、かつ建物で覆うことができる。

以下に本発明を、図面に示した例示的実施形態に基づいてより詳しく説明する。

空気／水熱交換器を備えた炉の概略的な側断面図である。 断熱部を備えた炉の概略的な側断面図である。

図１は、典型的には居住域／住居内空間において使用されるような炉を示している。この炉は、燃焼室ライニング１３に取り囲まれた燃焼室１０を有している。燃焼室１０には、正面側から、ガラスセラミックスまたはガラス材料から成る覗き窓を備えた扉１１を通してアクセス可能である。扉１１の上方には正面ライニング１２が設けられており、この正面ライニングは、シャモット煉瓦または鋳鉄材料から成ることができ、特に従来通りに形成されている。

ここでは燃焼室ライニング１３は、セラミックスまたはガラスセラミックス材料から成る５枚の板から構成されている。すなわち天井側の板１３．１、後方の壁１３．２、底面１３．３、および２つの垂直な側壁１３．４が設けられている。天井側の板１３．１および後方の壁１３．２は、炉の壁要素１８に対して平行に離隔して設置されている。こうすることで間隙１４が生じる。底面１３．３は台座１７の境界壁に対して平行に離隔している。こうすることで底面１３．３と境界壁の間に間隙１４ができ、この間隙は空気案内路１５として形成されている。この空気案内路１５は、矢印表示から分かるように、垂直な間隙１４と空間的につながっている。正面側では空気案内路１５が入口１５．１を介し、炉が設置されている部屋と空間的につながっている。天井側の板１３．１とそれに割り当てられた壁要素１８の間にも間隙１４ができており、この間隙は正面側で出口１６を介して設置部屋と空間的につながっている。間隙１４および空気案内路１５は、周囲空気を循環させ得る空気案内システムを構成している。

間隙１４内には熱交換器２０が格納されている。この熱交換器２０はここでは空気／水熱交換器として形成されている。熱交換器は、間隙１４内に施設された管路を有している。この管路に水を通して循環させることができ、このために例えば外部にポンプが接続されている。

ストーブの運転中は、燃焼室１０内で赤外線を放出する炎４０が生じている。この赤外線は、赤外線を部分的に透過する燃焼室ライニング１３（天井側の板１３．１、後方の壁１３．２、および側壁１３．４）のセラミックスまたはガラスセラミックス板を通して取り出され、割り当てられた間隙内に導入される。間隙内では赤外線が１つ／複数の熱交換器２０に当たり、この熱交換器を、したがって熱交換器２０内に案内されている熱媒体材料を温める。燃焼室ライニング１３のセラミックスまたはガラスセラミックスの板は、特に赤外線吸収コーティングを備えることができ、したがって吸収工程によりセラミックスまたはガラスセラミックスが温められる。こうすることで空気案内路１５に面した側で温められた面が生じ、この面の表面で、循環している空気を温めることができる。これは、熱交換器２０を従来通りの工程によってさらに温め得るという利点を有している。これにより、特に炉の点火段階において、貯蔵媒体（水）中への高いエネルギー入力を行うことができる。温められた空気はさらに、出口１６を介して室内に放出されることにより、室内暖房に利用することができる。

図２は、炉のさらなる一変形形態を示しており、この炉は、基本的には図１に基づく炉と同じ構造である。天井側の板１３．１、後方の壁１３．２、および側壁１３．４と、それぞれに割り当てられた壁要素１８との間の間隙１４だけが異なって形成されている。図１に基づく実施形態では熱交換器２０が設けられているのに対し、図２に基づく間隙１４は、バラ積みの形での、つまり特に粒状物質の形での遮蔽材料によって塞がれている。バラ材料の代わりに軟質の遮蔽マットも、燃焼室ライニング１３のセラミックスまたはガラスセラミックス板の後ろで間隙１４内に配置することができる。この軟質マットは、一方では燃焼室ライニング１３により、もう一方では壁要素１８により支えられて保持されている。

Claims (14)

1. 燃焼室ライニング（１３）によって画定され、扉（１１）または垂れ蓋を通してアクセス可能な燃焼室（１０）であって、その燃焼室（１０）は扉またはフラップによってアクセス可能であって、その燃焼室（１０）の内部に赤外線を放出する炎（４０）が生じる燃焼室を備える炉であって、
   前記燃焼室ライニング（１３）は、少なくとも一部は部分的に、赤外線を部分的に透過するガラスセラミックスの材料からできていて、
   前記燃焼室（１０）から離れた側の前記燃焼室ライニング（１３）の後ろに、少なくとも部分的に壁要素（１８）が配置されていて、
   前記壁要素（１８）と前記燃焼室ライニング（１３）との間には間隙（１４）が形成されていて、
   前記間隙（１４）は前記燃焼室（１０）とは連通せず、前記間隙（１４）内の雰囲気を循環させる炉。
2. 請求項１に記載の炉であって、
   前記間隙（１４）の中には、熱交換器（２０）が配置されている炉。
3. 請求項２に記載の炉であって、
   前記熱交換器（２０）は、空気／水熱交換器として形成されている炉。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記間隙（１４）は空気案内路（１５）と連通し、その空気案内路（１５）は前記炉の周囲空気を取り入れる炉。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記熱交換器（２０）は、前記空気案内路（１５）内に配置されている炉。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記間隙（１４）は、少なくとも部分的に、バラ物または軟質マットの形の遮蔽材料で塞がれている炉。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記燃焼室ライニング（１３）が、主結晶相として高温石英混晶を含むガラスセラミックスからできている炉。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記燃焼室ライニング（１３）は、主結晶相としてキータイト混晶を含むガラスセラミックスからできている炉。
9. 請求項１から７のいずれか一項に記載の炉であって、
   前記燃焼室ライニング（１３）は、ガラスセラミックスからできていて、そのガラスセラミックスを含む部分の構造は、キータイト混晶から成る主結晶相および高温石英混晶から成る第２の結晶相を有しており、
   前記高温石英混晶相と前記キータイト混晶相の比は、前記ガラスセラミックスを含む部分の周縁に向かって連続的または段階的に大きくなる炉。
10. 請求項１から６のいずれか一項に記載の炉であって、
    前記燃焼室ライニング（１３）はガラスセラミックスからできていて、そのガラスセラミックスを含む部分の構造は、キータイト混晶から成る主結晶相と、高温石英混晶から成る第２の結晶相と、副相としてガーナイト混晶と、チタン酸ジルコニウム混晶と、酸化チタン混晶と、ムライト様およびセルシアン様の結晶相とからなるグループから選択された少なくとも一の相とを有する炉。
11. 請求項１から７のいずれか一項に記載の炉であって、
    前記燃焼室ライニング（１３）は、ガラスセラミックスからできていて、そのガラスセラミックスを含む部分の構造は、キータイト混晶から成る主結晶相と、高温石英混晶から成る第２の結晶相と、副相としてガーナイト混晶と、チタン酸ジルコニウム混晶と、酸化チタン混晶と、ムライト様およびセルシアン様の結晶相とからなるグループから選択された少なくとも一の相と、ほぼ非晶質構造の周縁領域とを有する炉。
12. 請求項８から１１のいずれか一項に記載のガラスセラミックスを有する炉であって、
    第１のほぼ非晶質の構造領域の周縁領域では、その周縁領域と離れた領域に比べて、ガーナイト混晶が増やされている炉。
13. 請求項１から６のいずれか一項に記載の炉であって、
    前記燃焼室ライニング（１３）は、コーディエライトと、ムライトと、焼結された石英ガラスと、バーミキュライトと、シャモットと、石英ガラスとの少なくとも一つを含むセラミックスからできている炉。
14. 請求項１から６のいずれか一項に記載の炉であって、
    前記燃焼室ライニング（１３）は、スピネルと、雲母と、長石と、またはこれらの鉱物タイプを有意な量で含有するセラミックスとの少なくとも一つを含むセラミックス材料からなる炉。

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