JPH04503427A - 放射加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 放射加熱装置 本発明は、発熱体と発熱体用支持体と発熱体用支持体の下に配置した断熱体とを 含む放射加熱装置に関する。

かかる放射加熱装置がドイツ特許公開明細書第２１６５５６９号、ドイツ特許公 開明細書第２５５１１３７号又はそれに対応した米国特許公開明細書第４１６１ ６４８号、ドイツ特許公告明細書第２３３９７６８号又はそれに対応した英国特 許公開明細書第１４３３４７８号、ドイツ特許明細書第２７６０３３９号、そし て欧州特許公開明細書第２０４１８５号又はそれに対応した米国特許公開明細書 第４７１３５２７号により知られている。

ドイツ特許公開明細書第２１６５５６９号には発熱体用の部分面又は全面にわた る支持体と、場合によっては支持体の下に配置され、支持体の弾性支承を可能と するため軸受内に配置したミネラルウール及び／又はガラスウールからなる断熱 体が記載しである。

ドイツ特許公開明細書第２５５１１３７号、ドイツ特許公告明細書第２３３９７ ６８号、ドイツ特許明細書第２７３０３３９号及び欧州特許公開明細書第２０４ １８５号には発熱体用の全面にわたる支持体とこの支持体の下に配置した微孔質 断熱材からなる断熱体がそれぞれ記載してあり、発熱体は場合によってはそれ用 に設けである凹部内又は***部に載置、締付文は接着により固着しておくことが できる。

発熱体用支持体用に機械的に比較的強固な材料が必要とされ、この材料が同時に 耐熱性であるので、かかる材料は断熱性が小さく、発熱体用支持体の全面にわた る構成が効率向上の妨げとなる。

本発明の課題は、組立て時容易に扱うことができ又高効率を可能とする放射加熱 装置を提供することである。

本発明の対象は、発熱体と発熱体用支持体と発熱体用支持体の下に配置した断熱 体とを含む放射加熱装置であり、発熱体用支持体がその下に配置した断熱体の面 積に対し全面にわたることなく形成してあり、断熱体が微孔質断熱材からなるこ とを特徴とするとしている。

本発明による放射加熱装置では総エネルギー消費量が、発熱体を全面にわたる発 熱体用支持体上で支承した放射放熱器に対し１０％以下減少する。

本発明による放射加熱装置の組立は、発熱体を放射加熱装置の外側で発熱体用支 持体内に挿入することができ又それに続いて完全な放射加熱装置への最終組立を 行うことができるので、かなり容易である。このことは特に微孔質断熱材からな る断熱体の機械的安定性が小さいので有利である。

発熱体用支持体が本発明によればその下に配置した断熱体の面積に対し全面にわ たることなく形成してあり、その下に配置した断熱体の面積の好ましくは５〜７ ０％、特に１０〜２０％を覆う。

発熱体用支持体用に必要とされる機械的に強固な材料は耐熱衝撃性、耐熱性であ り、温度に起因する膨張及び収縮が小さく及び／又は電気抵抗が高い。更に、発 熱体の破壊を防止するためアルカリ類が存在していてはならない。

発熱体用支持体の形状は多様であり得るので、付加的に支持体材料の造形に関し 特別の要求条件に合わせねばならず、それ故大抵はセラミック材料が使用される 。

かかる材料は知られており、例えばジンガー著「工業セラミック」第三巻、スブ リンガー出版、１９６６年、特に１２６〜１５６頁に記載しである。

好ましい支持体材料はチャイナクレー又はカオリン等の粘土、ベントナイト、石 英、長石、コーンウオール石、せり器用陶土のシャモット、磁器、耐火粘土、珪 線石、マグネサイトである。

微量なら花崗岩、玄武岩、斑岩、白亜、方解石、白雲石、マグネサイト、コラン ダム、黒鉛、タルク、金紅石、重晶石、石膏、ジルコニア、珪線石、コバルト鉱 石、クロム鉱石、溶融石英、炭化ケイ素、ケイ素鉄、斜頑火石、苦土カンラン石 、斜長石、霞石、菫青石も含むことができる。

更にアルミナと金紅石が用いられる。

好ましくはカオリン、ボールクレー、正長石、ペグマタイト、燵石、ケイ砂、結 晶質石英、白亜、滑石、圧搾油が使用される。

特にアルミナが使用される。

発熱体用支持体の成形はセラミックで一般的な鋳込成形等の成形法、この場合複 雑な肉薄品用中空鋳込成形や肉厚品用固形鋳込成形及び加圧鋳込成形等により行 われる。

その他の方法には粗粒シャモットからなる配合物の手塗り、コーキング、押出成 形、塑性状態の微粒配合物の加圧成形、静水圧成形がある。

こうして作製した成形体を４００−１７００″Ｃの温度範囲で焼成する。

発熱体用支持体の好ましい形状は放射状又は星形であり、この場合側々の放射は 縁板状に形成しである。その他の形状には互いに組み込んだ円、腹部により結合 した図形、長方形又は楕円形及び／又は前記幾何学図形の何らかの組合せがある 。縁板は横断面で見て正方形、長方形、三角形、円形、楕円形又は組合せ形状と することができる。

発熱体用支持体の上面に多くの場合鉤形、円形、楕円形、円筒形又は角錐形突起 、好ましくは鉤形又は鋸歯状突起が設けてあり、これに発熱体が固着される。こ の場合鉤形突起は逆［ＬＪ字形とすることができ、その基本形状を維持し又は相 互に僅かに曲げておくことができる。突起は、多くの場合交互に片側又は反対側 に変形してあり、即ち突起は内方又は外方を向いている。突起は相対向させ又は 対角線上に配置しておくこともできる。その際決定的なことは発熱体が形状に応 じて係止部内に強固に埋封することができる点である。

発熱体用支持体が上面にくぼみを有し、このくぼみが発熱体の形状を一部模写す ればしばしば十分である。この場合突起の間隔又はくぼみの直径が少なくとも同 じでなければならず、発熱体の直径より多少小さいと一層良い。

発熱体用支持体上でのこの固着を補足して発熱体はなお、例えば欧州特許公開明 細書第１３０６２９号に記載されたようなそれ自体知られている接着剤を利用し て固定することができ、この点に関しこの明細書を参照するようはっきり指摘し てお（。

好ましい接着剤は水ガラス、ケイ酸ゾル、セラミック接着剤である。

この配置によれば発熱体が殆ど露出し、即ち突起又はくぼみとの接触が僅かであ るので、発熱体はあらゆる方向に放射し、これにより、全面にわたる発熱体用支 持体を有する放射放熱器に比べ効率が本質的に高まる。

放射加熱装置は大抵円形であるが、しかし本発明により使用する発熱体用支持体 により任意形状の加熱面を実現することができる。

発熱体自体は大抵蛇行形状、螺旋形状又は直線形状であり、大抵電流で運転され る。

発熱体は組立て時大抵軽く押すか又は捩って発熱体用支持体内に挿入して固定さ れるが、しかし剛性嵌合しであるのではない。これにより抵抗発熱体の温度依存 膨張が防止しである。

放射加熱装置は電子的温度監視、そして従来の温度監視でも、制御棒により運転 することができる。

微孔質断熱材からなる断熱体は好ましくは以下の組成である：微粉金属酸化物　 ３０〜＋００　ｗｔ％、乳白剤　Ｏ〜５０　ｗｔ％、 繊維材料　０〜５０　ｗｔ％、 無機結合剤　０−１５　ｗｔ％。

好ましい組成は以下を含む： 微粉金属酸化物　３０〜８９　ｗｔ％、乳白剤　１０〜５０　ｗｔ％、 繊維材料　１〜５０　ｗｔ％、 無機結合剤　０〜５ｗｔ％。

特に良い結果は以下の組成で達成される：微粉金属酸化物　５０〜８９　ｗｔ％ 、乳白剤　２０〜４０　ｗｔ％、 繊維材料　５〜２０　ｗｔ％、 無機結合剤　０．５〜２　ｗｔ％。

微粉金属酸化物の例には、アークケイ酸を含む熱分解ケイ酸、低アルカリ沈殿ケ イ酸、同様に製造したアルミナ、酸化チタン、ジルコニア及びそれらの混合物が ある。好ましくは熱分解ケイ酸、アルミナ又はそれらの混合物が使用される。微 粉金属酸化物は比表面積が好ましくは５０〜７００　ｍ２／ｇ、特に７０〜４０ ０　ｍ２／ｇである。

乳白剤の例にはチタン鉄鉱、チタニア、炭化ケイ素、鉄（１１）鉄（ＩＩＩ）混 合酸化物、二酸化クロム、ジルコニア、二酸化マンガン、二酸化ケイ素、アルミ ナ、ケイ酸ジルコニウム及びそれらの混合物がある。好ましくはチタン鉄鉱とケ イ酸ジルコニウムが使用される。乳白剤は有利には１．５〜１０μｍの赤外領域 に吸収極大を有する。

繊維材料の例にはアルミナ及び／又は酸化ケイ素の融液から得られるようなガラ スウール、ロックウール、玄武岩繊維、スラグ繊維、セラミック繊維、そして石 綿繊維、及びそれらの混合物がある。好ましくはアルミナ及び／又は酸化ケイ素 の融液から獲得した繊維が用いられる。

無機結合剤としては微孔質加圧断熱材においてその利用が知られているあらゆる 結合剤を用いることができる。かかる結合剤の例は例えば欧州特許公開明細書第 ２９２２７号に開示してあり、この点に関しそれを参照するようはっきり指摘す る。好ましくはアルミニウム、チタン、ジルコニウム及びカルシウムのホウ化物 、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウム・アルミニウム等のケイ化物、特に炭化 ホウ素が使用される。その他の成分の例には塩基性酸化物、特に酸化マグネシウ ム、酸化カルシウム又は酸化バリウムがある。

微孔質加圧断熱材からなる断熱体の製造は好ましくは以下の工程を含む： ａ）　微細分散金属酸化物を基とする断熱材混合物を１〜５ｂａｒ　、特に２　 ｂａｒ又は約２　ｂａｒの圧力で予備圧縮；ｂ）　予備圧縮した材料を８〜２０ ｂａｒの最終圧力で希望する形状に加圧成形。この場合得られる形状の厚さは好 ましくは１〜２５ｍｍ、特に２〜１０ｍｍである；Ｃ）　加圧成形体を場合によ っては１００〜９００℃の温度で加熱。

予備圧縮又は加圧成形のとき、装填物内に埋封されたガスが逃げ得るようにすべ きである。それ故、圧縮及び加圧成形は好ましくは負圧を加えて行われる。脱ガ スは既に圧縮又は加圧成形前に行うこともできる。

プレス操作のとき、発熱体用支持体の幾何学形状を模写する***部又はくぼみを 有するプレス工具を用いることができる。

これにより、断熱体内で発熱体用支持体の強固な係止が達成される。発熱体用支 持体はなお付加的に締付又は接着により断熱体の内部又は表面に固定しておくこ とができる。

本発明による放射加熱装置は炉、特にオーブンの放射ヒータ、放射放熱器又はハ ロゲン放熱器内で板、特にガラスセラミック板を加熱するのに用いられる。放射 放熱器は熱源として電熱線、ハロゲン放熱器はハロゲンランプを存する。最近、 ハロゲン加熱と電熱線加熱とを放射放熱器内で組合せたものが知られている。

本発明の好ましい実施態様が図１と図２に示しである。ここに ■は微孔質断熱材、 ２はセラミック発熱体用支持体、 ３は発熱コイル、 ４は鋸歯状保持円錐体を意味する。

図２は図１の拡大縦断面図である。

実施例１ 粘土を水で練って良成形性塑性配合物とした。この配合物を厚さ５ｍｍに圧延し た。

これからナイフでへ放射星形交差体を成形し、これを、先端に設けた正方形体に より付加的に安定させた。放射体の幅は１１ｍｍであった。ホルダ全体の直径は １７８　ｍｍであった。放射体上に粘土配合物からそれぞれ鋸歯状保持円錐体を 、それらがコイル幾何学を模写するよう位置決めした。この発熱体用支持体を１ ０５０°Ｃの温度で焼成した。

発熱体用支持体の幾何学を模写するプレスラムを使って、熱分解ケイ酸　６２． ５ｗｔ％、 ケイ酸ジルコニウム　３１．７ｗｔ％、ケイ酸アルミニウム繊維　５　ｗｔ％、 炭化ホウ素　ｏ、ｓｗｔ％ からなる断熱体を直径１９８　ｍｍ、縁の高さ１０ｍｍ、全高３１　ｍｍ、底の 高さＩ　６ｍｍの成形品へとプレスし、８００°Ｃの炉内で１時間処理した。

発熱コイル（直径５ｍｍ、線の太さ０．８ｍｍ）を発熱体用支持体に挿入した。

このように装備した発熱体用支持体を断熱体に挿入し、その際発熱体用支持体は ２個の金属クリップを使って断熱体内で固定した。

出力１８００ワツトの放射加熱装置を１５分の入切サイクルで１００時間連続試 験した。

実施例２ セラミックホルダを正方形に構成した点で変更して、実施例１の処理を繰り返し た。放射体の幅はこの場合も１１ｍｍ、正方形体の辺長は２４０　ｍｍであった 。セラミックホルダの外観は実施例１と同じであるが、辺長２４０　ｍｍの正方 形体をそれが充填するよう放射体を延長した。放射体の末端は同じセラミックか らなる正方形の枠で安定させた。

熱分解ケイ酸　６２．５ｗｔ％、 ケイ酸ジルコニウム　３７．７ｗｔ％、ケイ酸アルミニウム繊維　５．０ｗｔ％ 、炭化ホウ素　ｏ、ｓｗｔ％ からなる断熱体から、発熱体用支持体の幾何学を模写するプレスラムにより以下 の寸法で成形品をプレスした：正方形体の外長　３００　ｍｍ。

縁の幅　３０　ｍｍ。

縁の高さ　１４　ｍｍ。

底の高さ　１６　ｍｍ、 全高　３０　ｍｍ。

この成形品内に、実施例１の発熱コイルを有する発熱体用支持体を挿入して５個 の金属クリップで固定した。このユニットを実施例１の連続試験にかけた。

実施例３ 抵抗線をコイルの形とするのでなく、平らな平線として構成した点で変更して、 実施例１の処理を繰り返した。

Ｌ皇ユ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項の規定による補正書）平成４年２月６日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．発熱体と発熱体用支持体と発熱体用支持体の下に配置した断熱体とを含む放 射加熱装置において、発熱体用支持体がその下に配置した断熱体の面積に対し全 面にわたることなく形成してあり、断熱体が微孔質断熱材からなることを特徴と する放射加熱装置。
2. ２．発熱体用支持体がその下に配置した断熱体の面積の５〜７０％を覆うことを 特徴とする請求の範囲１記載の放射加熱装置。
3. ３．発熱体用支持体がその下に配置した断熱体の面積の１０〜２０％を覆うこと を特徴とする請求の範囲１記載の放射加熱装置。
4. ４．発熱体用支持体を構成する機械的に強固な材料が耐熱衝撃性、耐熱性であり 、温度に起因する膨張及び収縮が小さく及び／又は電気抵抗が高いことを特徴と する請求の範囲１〜３のいずれか１項又は複数項記載の放射加熱装置。
5. ５．発熱体用支持体がセラミック材料からなることを特徴とする請求の範囲１〜 ４のいずれか１項又は複数項記載の放射加熱装置。
6. ６．発熱体用支持体がアルミナからなることを特徴とする請求の範囲１〜５のい ずれか１項又は複数項記載の放射加熱装置。
7. ７．発熱体用支持体が放射状又は星形であることを特徴とする請求の範囲１〜６ のいずれか１項又は複数項記載の放射加熱装置。
8. ８．断熱体が 微粉金属酸化物３０〜１００Ｗｔ％ 乳白剤０〜５０Ｗｔ％ 繊維材料０〜５０Ｗｔ％ 無機結合物質０〜１５Ｗｔ％ の組成であることを特徴とする請求の範囲１〜７のいずれか１項又は複数項記載 の放射加熱装置。
9. ９．炉、特にオーブンの放射ヒータ、放射放熱器又はハロゲン放熱器内で板、特 にガラスセラミック板を加熱するのに用いる請求の範囲１〜８のいずれか１項又 は複数項記載の放射加熱装置の用途。