JPS581069B2 - 頂部気化面加熱液体燃料吸い上げ型多孔質セラミックスバ−ナ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は頂部気化面加熱液体燃料吸い上げ型多孔質セラ
ミックバーナーの製造方法にかかり、石油ストーブや温
風暖房機などの液体燃料燃焼装置のバーナ一部に使用し
て、長時間、灯油などの液体燃料を安定して燃焼させる
ことのできる、連通孔型多孔質セラミックスバーナーを
提供しようとするものである。

従来、石油ストーブなどにおいて、灯芯としてガラス芯
が広く使用されている。

これは不燃性材料であるため、いわゆる空焼きをするこ
とができるものであり、タール分などが付着しても、そ
れを容易に焼去することができるという利点をもってい
る。

ところが、ガラス芯は比較的短期間にタール分などが付
着しやすいものであり、そのためにかなり頻繁に空焼き
して焼去しなければならないという、使用上の煩しさが
あった。

また、その空焼きの際に１０００℃近くまで温度上昇す
るため、空焼きをすると寿命が短くなるという欠点もあ
った。

したがって、ガラス芯などは持ち運び可能な小型ストー
ブに応用されており、高出力のストーブなどには使用す
ることができないものであった。

本発明は、耐熱性のよい連通型多孔質セラミックスを使
用することにより、上述のような従来品にあった本質的
な問題点を解決できることを見出し、それに適したセラ
ミックスの製造方法を検討した結果にもとづくものであ
る。

まず、多孔質セラミックスを使用したバーナー部の基本
的な構造の一例を、第１図に示す。

図において、１は灯油供給口、２は一次空気孔、３は連
通孔型多孔質セラミックスで、連通孔を通して灯油を気
化面３′まで供給するものである。

油面を一定の高さに維持してやると、多孔質セラミック
ス３内を流れる単位時間あたりの油量が一定となり、油
面の高さを加減することによって、それを単位時間あた
りの燃焼油川と常に等しくすることができる。

そればかりでなく、送油用ポンプなどの送油手段が不要
となる。

しかしながら、たとえば１０００〜３０００Ｋｃａｌ／
時の熱出力の燃焼装置を構成しようとすると、多孔質セ
ラミックス３内を流す油量もそれに応じて多くしてやら
なければならず、その気孔率や透水性を十分に大きくす
る必要があること、また、気孔率や透水性の大きさが灯
芯としての多孔質セラミックス３の寿命やタール発生に
影響することが、発明者らの実験の結果、明らかになっ
た。

４はバーナ一部、５は二次空気孔で、孔２，５からバー
ナ一部４に流入する空気量をダンパ（図示せず）で同時
に変え得るよう構成されている。

６は保炎板、７は二次炎である。

この発熱１は、第２図に示すように、多孔質セラミック
ス３の気孔率が大きくなるに従って増大し、ある値でほ
ぼ一定となる。

その気化面３′の巾が４ｍｍ、長さが１２５間の多孔質
セラミックスでは、約３１００Ｋｃａｌ／時で、発熱量
が飽和状態となった。

これから、気孔率は４０％以上でなければならないこと
がわかる。

かかる連通型多孔質セラミックバーナーで灯油を燃焼さ
せる場合、その気化面の温度は約７５０℃に達する。

一般のセラミックスの特性から考えれば，この程度の温
度には十分耐えることができるものであり、上述した用
途には多孔質セラミックスでありさえすればよいように
思われる。

しかしながら、種々実験した結果によれば、特定の条件
を満足してはじめて実際に使用することができるもので
あることが明らかになった。

すなわち、燃焼装置に多孔質セラミックスを組込んで使
用するためには、液体燃料を十分に吸上げる能力がある
こと、それには前述したように気孔率が４０係以上であ
ることが望ましい。

気孔率が４０％未満であると、液体燃料の吸上速度が遅
くなり、発熱量が低下して好ましくない。

ところが、気孔率の値が大きくなりすぎると、多孔質セ
ラミックスの加工時や装置への組込みの際に破損しやす
く、また熱応力にも耐えきれなくなる。

その限度としては７５％が妥当である。

さらに、実際の使用状態をみると、着火直後、気化面の
温度が急速に上昇し、それによって熱衝撃が加えられる
こと、燃焼時においては、頂部の気化面やその近傍の温
度と底部の吸油部分での油温との温度差が非常に大きく
なること、さらには、燃焼状便から消火し、再び着火す
ると、気化面近傍に低い温度の灯油が浸透して来て、急
冷されることといったことから、灯芯としての多孔質セ
ラミックスには頻繁に大きな熱応力が発生する。

このようなことに耐えるためには、多孔質セラミックス
の熱膨張係数が４×１０−６／℃（ただし、２０〜７０
０℃）以下でなければならない。

さらには、タール成分の付着の少ない材質であれば、非
常に望ましいものである。

本発明では、主材として、粒度４０〜２００メッシュの
、葉長石もしくはリチウム輝石の少なくともいずれか一
方の粉末や使用し、この主材１００重量部に対して５〜
４５重量部の可燃物粉末と１０重量部を超えない量の助
剤を添加して、均一に混合し、混合粉末を所定の形状に
成型してから、１１５０〜１３００℃の範囲内の温伎で
焼成することによってはじめて、上述した条件を満足す
る多孔質セラミックスを得ているものである。

すなわち、この多孔質セラミックスは、耐熱衝撃性や耐
油性に優れ、気孔率と機械的強度に優れているものであ
り、従来の材質の灯芯にはとうてい期待することのでき
ない特長をもつものである。

そして、上記助剤としてＢａ，Ｓｒ、およびＣａの酸化
物の少なくとも一種、またはその化合物の一種以上を使
用すると、焼結性が高められるとともに、連通孔がより
形成されやすくなる。

ここで、主材として４０〜２００メッシュの葉長石なら
びにリチウム輝石を使用しているのは、いずれも気孔率
が４０〜７５％で、熱膨張係数が４×１０−６／℃以下
の多孔質セラミックスを得るために必要である。

それが４０メッシュ未満であると機械的強度が小さく、
破損しやすくなり、工業的に量産するためには不適当で
ある。

また逆に、２００メッシュを超えると、気孔率がいちぢ
るしく小さくなるので、やはり好ましくない。

可燃物としてはカーボン粉末や樹脂粉末、でんぷん粉末
などをあげることができ、これは焼成の過程で空孔を形
成するために使用されるものであり、それが主材１００
重量部に対して５重量部未満では気孔率が小さくなり、
４５重量部を超えると、機械的強度が低下して破損しや
すくなるだけでなく、連通性のよい孔を均一に形成する
ことがむずかしくなり、好ましくない。

助剤に関しては、主材１００重量部に対して１０重量部
を超えると、得られるセラミックスの熱膨張係数が大き
くなるばかりでなく、セラミックスそのものをガラス質
化しやすくなるので、好ましない。

焼成温度については、１１５０℃よりも低いときには、
十分に焼結せず、機械的強度の小さいセラミックスしか
得られない。

また、そのクール発生量もいちぢるしく多くなる。

１３００℃よりも温度が高くなると、セラミックスがガ
ラス質になり、気孔率がいちぢるしく低下してしまう。

したがって、１１５０〜１３００℃の範囲内の温度で焼
成するのが望ましい。

以下、本発明の方法の実施例について説明をする。

試料として第１表に示す粒度の葉長石（ペタライト、Ｌ
ｉ０２・Ａｌ２Ｏ３・８ＳｉＯ２）と，同じくリチウム
輝石（スポデューメン、Ｌｉ２０・Ａｌ２０３・４Ｓｉ
Ｏ２）の粉末を準備した。

可燃物としてカーボン粉末、メリケン粉、でんぷん粉、
樹脂粉末を準備し、助剤としてＢａ，Ｓｒ，Ｃａの酸化
物もしくは化合物を下表の酸化物成分の割合になるよう
、可燃材の粉末とともに、主材に添加した。

各混合物に水をそれぞれ１３重量係づつ加えて、■型混
合機で２時間混合した。

混合後、乾燥させ、１４メッシュのふるいを通して混合
粉末を、約１５０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧成型して、
厚さ９５間（ただし気化面での厚さ４ｍｍ）、長さ１２
５間、高さ２５ｍｍの寸法の角板を作り、それを電気炉
に入れ、下表に示す温度で焼成した。

得られた各試料（比較試料を含む）の諸特性を下表にま
とめて示す。

さらに、各セラミックスを用いて、第１図に示す構成の
装置を作り、実際の使用状態で試験した。

特に、２４時間毎に消火、ただちに着火という耐用試験
をした。

その結果、不完全燃焼を起こした試料や、ひび割れ、機
械的強度の顕著な低下を生じた試料については、不良品
（×印）とし、なんら支障の生じなかった試料のみを良
品（○印）とした。

ただし、見掛けの気孔率（％）は、次式より求めた。

上表から明らかなように、本発明の方法により作られた
多孔質セラミックスは、バーナーとして長期間の使用に
耐えることができるものである。

タール分の付着状態に関しては、主材の粒度が大きい場
合（試料４）や焼成温度が低い場合（試料１７）、その
生成付着が顕著になる。

主材の粒度が小さいと（試料１）、灯油の吸上げが不安
定になるだけでなく、機械的強度も弱くなる。

焼成温度が高すぎると（試料２０）、バーナー用セラミ
ックスとしては過焼成になり、気孔率が低下して灯油の
吸上げが遅くなる。

さらに、可燃物の添加量が少なくなると（試料１１）、
気孔率が大巾に低下するだけでなく、灯油の吸上速度も
いちぢるしく遅くなる。

逆に、可燃物の添加量が多くなると（試料１６）、気孔
率が大きくなるものの、セラミックスとしての機械的強
度が低下するだけでなく、熱膨張係数も不安定になり、
灯芯として使用することができない。

また、上記助剤成分は、多孔質セラミックスの機械的強
度を高める上で、非常に効果のあるものである。

たとえば、試料５の組成でＢａ成分を加えることなく作
製して得た試料ではその機械的抗折強度が４８Ｋｐ／ｃ
ｍ２であるのに対して、試料５ではその大きさが１３５
Ｋｇ／ｃｍ２となり、いちぢるしく向上している。

そして、これらはセラミックス焼成温度を低下させ、か
つ気孔率を高める上でも有用なものである。

ところが、助剤成分の添加量が多くなりすぎると（試料
１０）、気孔率が低下し、さらに熱膨張係数も不安定に
なって、好ましくない。

以上説明したように、本発明の方法によれば、灯油など
を燃焼させるための灯芯に適した連通孔型多孔質セラミ
ックスを得ることができ、長期間にわたって液体燃料を
完全燃焼させることができる。

そして、得られるセラミックスは機械的強度も強く、気
孔率も高いだけでなく、その焼成温度も低下させること
ができる。

そして、これは頂部気化面加熱液体燃料吸い上げ型の多
孔質セラミックスバーナーとして使用して、頂部が高温
で底部が低温（油温）という温度勾配でも安定であり、
頂部の燃焼量に応じて自動的に液体燃料を吸い上げるこ
とができ、また燃焼によってタール分などの生成が少な
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は多孔質セラミックスを灯芯とした液体燃料燃焼
装置のバーナ一部の構造の一例を示す断面図、第２図は
このバーナ一部で使用される多孔質セラミックスの気孔
率と熱出力との関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粒度４０〜２００メッシュの葉長石ならびにリチ
   ウム輝石の少なくともいずれか一つの粉末を主材とし、
   この主材１００重量部に対して、Ｂａ，ＳｒならびにＣ
   ａの酸化物の単体もしくは化合物の少なくとも一種の粉
   末を１０重量部以下、および可燃物を５〜４５重量部添
   加して混合し、所定の形状に成型してから、１１５０〜
   １３００℃の範囲内の温度で焼成することを特徴とする
   頂部気化面加熱液体燃料吸い上げ型多孔質セラミックス
   バーナーの製造方法。