(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性の無機複合化成形物を、加熱機器から発生する加熱ガスの通路に、該通路に沿って、かつ該通路を通過する加熱ガスの流れを遮断することなく設置し、加熱ガスで前記無機複合化成形物を加熱し、加熱された前記無機複合化成形物からの輻射熱を前記加熱機器内に戻し入れて、前記加熱機器から外部に流出する熱を減少させる加熱機器の熱効率改善方法であって、
前記無機複合化成形物は、内部層と該内部層を前記加熱ガスから保護する無機材料被覆物からなる外部層とを備え、
前記内部層を、耐熱性無機繊維で形成された強化材と、該強化材の空隙に充填されたセラミックマトリックスで形成し、更に、前記強化材は布部材又は繊維加工品を有して形成され、
前記セラミックマトリックスは、（１）ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物、（２）ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物、（３）ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、（４）ポリカルボシランの熱分解生成物、（５）溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、（６）溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、（７）焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物、（８）Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物、（９）焼結助剤を含むＳｉ３Ｎ４微粉末の焼結反応生成物であるＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１からなることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記無機複合化成形物は、１）平板体、２）円板体、３）複数の平板状物を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体、４）円筒体、５）中空円錐台体、６）中空の多角柱体、又は７）羽根型部材を有する構造体であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記無機複合化成形物を、支持部材を介して前記通路に設置することを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項４】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製され、該織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項５】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項６】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成することを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項７】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記繊維加工品は、前記耐熱性無機繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物又は該耐熱性無機繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの短繊維であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、内殻構造と外殻構造を有する多層構造を備えた複合化無機繊維であって、前記外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項９】
請求項８記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記外殻構造を構成する前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１１】
請求８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｓＣと、３）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１２】
請求項８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１３】
請求項８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質量微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１４】
請求項８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１５】
請求項８又は９記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記複合化無機繊維の前記内殻構造と前記外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層が存在することを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１６】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１７】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とするによる加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項１９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を有することを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｐＣと、３）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２３】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と該結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、又は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２４】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、前記ポリカルボシランの熱分解生成物、前記溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、前記溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、及び前記焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物のいずれか１であって、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２５】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２６】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記外部層を形成する前記無機材料被覆物は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の加熱機器の熱効率改善方法において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱機器の熱効率改善方法。
【請求項２８】
請求項１記載の加熱機器の熱効率改善方法に使用する加熱機器の熱効率改善装置であって、前記無機複合化成形物は、１）平板体、２）円板体、３）複数の平板状物を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体、４）円筒体、５）中空円錐台体、６）中空の多角柱体、又は７）羽根型部材を有する構造体であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記無機複合化成形物は、支持部材を介して前記通路に設置されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３０】
請求項２８記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製され、該織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３１】
請求項２８記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３２】
請求項２８記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下かつ開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下かつ体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３３】
請求項２８記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記繊維加工品は、前記耐熱性無機繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物又は該耐熱性無機繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの短繊維であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３４】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、内殻構造と外殻構造を有する多層構造を備えた複合化無機繊維であって、前記外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３５】
請求項３４記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３６】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３７】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｓＣと、３）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３８】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項３９】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４０】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４１】
請求項３４又は３５記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記複合化無機繊維の前記内殻構造と前記外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層が存在することを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４２】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４３】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４４】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４５】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４６】
請求項４２〜４４のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を有していることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４７】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４８】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｐＣと、３）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含む粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項４９】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と該結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、又はＳｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項５０】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、前記ポリカルボシランの熱分解生成物、前記溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、前記溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、及び前記焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物のいずれか１であって、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項５１】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成されていることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項５２】
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記外部層を形成する前記無機材料被覆物は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【請求項５３】
請求項５２記載の加熱機器の熱効率改善装置において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱機器の熱効率改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱機器の加熱ガスの通路、例えば、加熱炉の排気口内又は排気口に連通する排気ガス経路内に設置して、通過する加熱ガス（排気ガス）で加熱されて加熱炉内からの輻射熱を加熱炉内に放射することにより、加熱炉内から外部に流出する熱を減少させる加熱機器の熱効率改善方法及び加熱機器の熱効率改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼式あるいは雰囲気制御用の加熱炉における熱損失として最も顕著なものは、加熱炉の加熱室に設けた排気口を通過して加熱炉の外部に放出される高温の排気ガスが持ち出す熱である。そこで、耐熱性の布部材を加熱炉の排気口内に、通過する排気ガスの流れに沿って設置して布部材を加熱し、加熱された布部材により輻射熱を加熱炉内に放射することにより、排気口から外部に流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善方法及び熱効率改善装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８０１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、布部材を排気口内に安定して配置するには支持部材を使用する必要があり、排気口内への布部材の設置が煩雑になるという問題がある。また、支持部材を用いることから、布部材の設置場所に制約が生じるという問題がある。更に、通過する排気ガスにより布部材に振動が発生すると、布部材が早期に破損するという問題が生じるため、長期間に亘って布部材を安定して設置することが困難となる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、加熱機器の加熱ガスの通路の任意の場所に、容易に、しかも長期間に亘って安定して設置することができ、通過する加熱ガスで加熱されて加熱機器内からの輻射熱を加熱機器内に放射する（戻す）ことにより、加熱機器内から外部に流出する熱を減少させる加熱機器の熱効率改善方法及び加熱機器の熱効率改善装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法は、耐熱性の無機複合化成形物を、加熱機器から発生する加熱ガスの通路に、該通路に沿って、かつ該通路を通過する加熱ガスの流れを遮断することなく設置し、加熱ガスで前記無機複合化成形物を加熱し、加熱された前記無機複合化成形物からの輻射熱を前記加熱機器内に戻し入れて、前記加熱機器から外部に流出する熱を減少させる加熱機器の熱効率改善方法であって、
前記無機複合化成形物は、内部層と該内部層を前記加熱ガスから保護する無機材料被覆物からなる外部層とを備え、
前記内部層を、耐熱性無機繊維で形成された強化材と、該強化材の空隙に充填されたセラミックマトリックスで形成し、更に、前記強化材は布部材又は繊維加工品を有して形成され、
前記セラミックマトリックスは、（１）ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物、（２）ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物、（３）ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、（４）ポリカルボシランの熱分解生成物、（５）溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、（６）溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、（７）焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物、（８）Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物、（９）焼結助剤を含むＳｉ３Ｎ４微粉末の焼結反応生成物であるＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１からなる。
【０００７】
【０００８】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記無機複合化成形物は、１）平板体、２）円板体、３）複数の平板状物を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体、４）円筒体、５）中空円錐台体、６）中空の多角柱体、又は７）羽根型部材を有する構造体とすることができる。
ここで、羽根型部材を有する構造体とは、例えば、送風機の羽根車（風車）、軸流送風機あるいは軸流圧縮機に用いる回転羽根（回転羽根車）又は固定羽根（固定羽根を取り付けるケーシングを含む）をさす。
【０００９】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記無機複合化成形物を、支持部材を介して前記通路に設置することもできる。
【００１０】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製され、該織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１とすることができる。
【００１１】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製することもできる。
【００１２】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成してもよい。
【００１３】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記繊維加工品は、前記耐熱繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物又は該耐熱繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの裁断繊維とすることができる。
【００１４】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、内殻構造と外殻構造を有する多層構造を備えた複合化無機繊維であって、前記外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記外殻構造を構成する前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【００１６】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００１７】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｓＣと、３）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
【００１８】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質で構成することもできる。
【００１９】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質量微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成してもよい。
【００２０】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成することもできる。
【００２１】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記複合化無機繊維の前記内殻構造と前記外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層が存在することが好ましい。
【００２２】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００２３】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
【００２４】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成してもよい。
【００２５】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
【００２６】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記耐熱性無機繊維は、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を有することが好ましい。
【００２７】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００２８】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｐＣと、３）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
【００２９】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と該結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、又は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成してもよい。
【００３０】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、前記ポリカルボシランの熱分解生成物、前記溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、前記溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物であって、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成することもできる。
【００３１】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において前記セラミックマトリックスは、前記Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成されていてもよい。
【００３２】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記外部層を形成する前記無機材料被覆物は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【００３４】
【００３５】
前記目的に沿う第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置は、第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法に使用する加熱機器の熱効率改善装置であって、前記無機複合化成形物は、１）平板体、２）円板体、３）複数の平板状物を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体、４）円筒体、５）中空円錐台体、６）中空の多角柱体、又は７）羽根型部材を有する構造体である。
【００３６】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記無機複合化成形物は、支持部材を介して前記通路に設置することもできる。
【００３７】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製され、該織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１とすることができる。
【００３８】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製することもできる。
【００３９】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下かつ開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下かつ体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成してもよい。
【００４０】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記繊維加工品は、前記耐熱性無機繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物又は該耐熱性無機繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの短繊維とすることができる。
【００４１】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、内殻構造と外殻構造を有する多層構造を備えた複合化無機繊維であって、前記外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【００４３】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００４４】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、１）β−ＳｉCと、２）ＭｓＣと、３）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
【００４５】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質で構成することもできる。
【００４６】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成してもよい。
【００４７】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成することもできる。
【００４８】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記複合化無機繊維の前記内殻構造と前記外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層が存在することが好ましい。
【００４９】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００５０】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することができる。
【００５１】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成してもよい。
【００５２】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
【００５３】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機繊維は、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を有していることが好ましい。
【００５４】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
【００５５】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｐＣと、３）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含む粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
【００５６】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であり、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と該結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、又はＳｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成してもよい。
【００５７】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、前記ポリカルボシランの熱分解生成物、前記溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、前記溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、及び前記焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物のいずれか１であって、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成することもできる。
【００５８】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記セラミックマトリックスは、前記Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成されていてもよい。
【００５９】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記外部層を形成する前記無機材料被覆物は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、前記外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００６１】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置においては、無機複合化成形物を、加熱機器から発生する加熱ガスの通路に設置するので、加熱機器から加熱ガスを介して外部に流出する熱を効率的に減少させることができ、加熱機器の消費エネルギーを減少させることができる。また、加熱機器から流出する熱が減少するので、加熱機器内の温度分布を均一化することができる。更に、無機複合化成形物を設置しても加熱ガスの流れが遮断されないので、加熱機器内の加熱ガスの流れが変化せず、加熱機器内の圧力上昇の虞もないため、既存の加熱機器の加熱ガスの通路に対して容易に適用することができる。
【００６２】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置においては、無機複合化成形物が、内部層と内部層を加熱ガスから保護する無機材料被覆物からなる外部層とを備えるので、内部層の劣化を防止することができ、無機複合化成形物の設置が可能な加熱機器の対象を拡大させることができる。
【００６３】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置においては、内部層を、耐熱性無機繊維で形成された強化材と、強化材の空隙に充填されたセラミックマトリックスで形成するので、無機複合化成形物の強度向上、靭性改善、耐熱衝撃性向上、軽量化を図ることができ、無機複合化成形物の温度を加熱ガスの温度変動に対して容易に追従させることができる。そして、内部層を、耐熱性無機繊維で形成された強化材と、強化材の空隙に充填されたセラミックマトリックスで形成するので、強化材の形状を調整することにより、目的とする形状及びサイズを有する無機複合化成形物を容易に作製することができる。
【００６４】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、無機複合化成形物が、１）平板体、２）円板体、３）複数の平板状物を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体、４）円筒体、５）中空円錐台体、６）中空の多角柱体、又は７）羽根型部材を有する構造体である場合、加熱ガスの通路の形状に応じて最適な形状を選択することにより、加熱ガスの通路を通過する加熱ガスで無機複合化成形物を効率的に加熱することができる。
【００６５】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、無機複合化成形物を、支持部材を介して通路に設置する場合、無機複合化成形物を通路の任意の場所に安定して設置することができる。
【００６６】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製されている場合、種々の厚さを有する内部層（強化材）を容易に作製することができる。
ここで、織物が、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１である場合、織物の種類を選択することで、目的に応じた最適な内部層（強化材）を作製できる。
【００６７】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、布部材が、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されている場合、種々の厚さを有する内部層（強化材）を容易に作製することができる。
【００６８】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成される場合、織物、不織布の枚数を変えることで、種々の厚みの内部層（強化材）を容易に形成できる。
【００６９】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、繊維加工品が、前記耐熱性無機繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物である場合、高強度を有する内部層（強化材）を作製することができる。また、繊維加工品が、耐熱性無機繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの短繊維である場合、複雑な形状の内部層（強化材）を容易に作製することができる。
【００７０】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、耐熱繊維が、内殻構造と外殻構造を有する多層構造を備えた複合化無機繊維であって、外殻構造が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値が、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さが０．２μｍ以上１０μｍ以下である場合、内部層（強化材）に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００７１】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、外殻構造を構成する固溶体酸化物が、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる場合、固溶体酸化物（外殻構造）の耐熱性及び耐食性を高めることができる。
【００７２】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、内殻構造が、（１）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されている場合、（２）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、イ）β−ＳｉＣと、ロ）ＭｓＣと、ハ）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（３）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質で構成されている場合、（４）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質量微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、又は（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されている場合、布部材の比熱が小さく、高温になった際に輻射熱の放射効率を高めることができる。
【００７３】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、複合化無機繊維の内殻構造と外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層が存在する場合、介在層が外殻構造と内殻構造の間のすべり層として働くため、内殻構造の脆性破断を防止し、複合化無機繊維の靭性を高めることができる。
【００７４】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、耐熱性無機繊維が、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成されている場合、（２）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、又は（３）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されている場合、布部材（強化材）の比熱が小さく、加熱された際に輻射熱の放射効率を高めることができる。
また、耐熱性無機繊維が、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、輻射熱の放射効率は劣るものの酸化雰囲気中で使用しても、布部材（強化材）の劣化を防止することができる。
【００７５】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、耐熱性無機繊維が、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を有する場合、被覆層が、耐熱性無機繊維とセラミックマトリックスの間のすべり層として働くため、耐熱性無機繊維の脆性破断を防止し、無機複合化成形物の靭性を高めることができる。
【００７６】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、セラミックマトリックスが、（１）ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質で構成されている場合、（２）ポリメタロカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、イ）β−ＳｉＣと、ロ）ＭｐＣと、ハ）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（３）ポリカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であって、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、又は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されている場合、（４）ポリアルミノカルボシランの熱分解生成物、ポリカルボシランの熱分解生成物、溶融シリコンと炭素との炭化反応生成物、溶融シリコンと炭素化合物との炭化反応生成物、及び焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末の焼結反応生成物のいずれか１であって、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成されている場合、耐熱性の向上、高温耐クリープ特性の改善、及び高温耐腐食性の向上が図れると共に、高温になった際に輻射熱の放射効率を高めることができる。
【００７７】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、セラミックマトリックスが、１）Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを熱分解して得られる無機化生成物であって、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質とＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成されている、又は２）焼結助剤を含むＳｉ３Ｎ４微粉末の焼結反応生成物であるＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子で構成されている場合、セラミックマトリックスの硬度や耐摩耗性を向上させることができる。
【００７８】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、外部層を形成する無機材料被覆物が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外部層の厚さが、０．２μｍ以上１０μｍ以下である場合、内部層（強化材）に温度変動が生じても、外部層が内部層から剥離することを防止できる。
【００７９】
第１の発明に係る加熱機器の熱効率改善方法及び第２の発明に係る加熱機器の熱効率改善装置において、固溶体酸化物が、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる場合、固溶体酸化物（無機材料被覆物）の耐熱性及び耐食性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加熱機器の熱効率改善装置の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は側断面図である。
【図２】同熱効率改善装置の無機複合化成形物の斜視図である。
【図３】無機複合化成形物の作製方法を示す説明図である。
【図４】実施例２の加熱機器の熱効率改善装置として使用する無機複合化成形物の説明図である。
【図５】無機複合化成形物を装着する加熱炉の断面図である。
【図６】無機複合化成形物を装着状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る加熱機器の熱効率改善装置（以下、単に熱効率改善装置という）１０は、加熱機器の一例である加熱炉１１の加熱室１２の、例えば炉床部１３に複数設けられた排気口１４とそれぞれ連通する排気ガス経路１５（加熱ガスの通路の一例）内に、排気ガス経路１５内を通過する排気ガス（加熱ガスの一例）の流れに沿って、しかも排気ガスの流れを遮断することがないように配置（支持部材を用いず、排気ガス経路１５に直接挿入）され、排気ガスによって加熱される耐熱性の無機複合化成形物１６を有している。これにより、加熱された無機複合化成形物１６から放射される輻射熱を、排気ガス経路１５及び排気口１４を介して加熱室１２に戻し入れることにより、加熱室１２から外部に流失する熱を減少させている。以下、詳細に説明する。
【００８２】
無機複合化成形物１６は、図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、複数の平板状物１７、１８を、平面視して格子状に組み込んで形成した組み込み体（集合体）である。無機複合化成形物１６を排気ガス経路１５内に設置することにより、排気ガスは、平板状物１７、１８及び排気ガス経路１５の側部に沿って流れるようになる。そして、排気ガスが平板状物１７、１８に沿って通過する際に、平板状物１７、１８との間で熱交換が行われ、平板状物１７、１８（無機複合化成形物１６）が加熱される。
【００８３】
無機複合化成形物１６は、排気ガス経路１５内に直接設置する以外に、排気ガス経路１５内に支持部材を介して固定するようにしてもよい。ここで、支持部材は、耐熱性の鉄−クロム線及びその金網、高耐熱性酸化物（例えばアルミナ）、又は高耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）を用いて作製する。これによって、支持部材の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００８４】
なお、無機複合化成形物の形状は、無機複合化成形物を設置する通路の断面形状及び長さに合わせて決定する必要があり、組み込み体以外に、例えば、平板体、円板体、円筒体、両端に開口部が形成された中空円錐台体、両端に開口部が形成された中空の多角柱体、又は羽根型部材を有する構造体とすることができる。ここで、羽根型部材を有する構造体とは、例えば、加熱ガスが通過する通路に設置したファンの羽根を被覆（熱遮蔽）する又は羽根自体を形成している無機複合化成形物、あるいは通路を通過する加熱ガスの流れ方向を制御する複数の翼部材と翼部材をそれぞれ保持するケーシングを形成している無機複合化成形物をさす。
【００８５】
図３に示すように、例えば、平板状物１７には、平板状物１７の幅方向の長さＷ１を６等分する部位に、長手方向に沿って平板状物１７の長さＬ１の半分の長さの切込み１９（幅Ｔ１は平板状物１８の厚さに対して０．５〜１ｍｍ大きい）が形成され、平板状物１８には、平板状物１８の幅方向の長さＷ２を３等分する部位に、長手方向に沿って平板状物１８の長さＬ２の半分の長さの切込み２０（幅Ｔ２は平板状物１７の厚さに対して０．５〜１ｍｍ大きい）が形成されている。そして、平板状物１７の切込み１９と平板状物１８の切込み２０を互いに切込み１９、２０に沿って挿入して組み合わせることにより、図２に示す無機複合化成形物１６が形成される。
【００８６】
ここで、平板状物１７、１８（即ち、無機複合化成形物１６）は、内部層と、内部層を加熱ガスから保護する無機材料被覆物からなる外部層とを備えている。ここで、内部層は、耐熱性無機繊維で形成された布部材からなる強化材と、強化材の空隙に充填されたセラミックマトリックスで形成されている。なお、耐熱性無機繊維で形成した布部材を強化材として使用する代わりに、耐熱性無機繊維を用いた繊維加工品（例えば、耐熱性無機繊維からなる長繊維の一方向引き揃え積層物や、耐熱性無機繊維からなる長さ１〜７０ｍｍの短繊維の交錯体又は配向体）を用いて形成した強化材を使用することができる
【００８７】
布部材は、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布から形成された布材を裁断して作製される。ここで、織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１である。これにより、織物の種類を選択することで、目的に応じた最適な布部材を得ることができる。なお、布部材を、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせた布材積層物から形成することもできる。
【００８８】
布部材は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維（耐熱性無機繊維の一例）で構成された布材を裁断して作製する。ここで、内殻構造は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質、（２）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭｓ、その炭化物をＭｓＣとして、イ）β−ＳｉＣと、ロ）ＭｓＣと、ハ）β−ＳｉＣとＭｓＣとの固溶体及び／又はＭｓＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する非晶質無機物質との集合物、（３）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質、（４）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質量微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１から構成されている。
【００８９】
一方、外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成されている。そして、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である。これによって、複合化無機繊維に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００９０】
なお、固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる。これにより、固溶体酸化物（すなわち、外殻構造）の耐熱性及び耐食性が高まる。ここで、内殻構造と外殻構造との間に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層を存在させる。これにより、内殻構造の脆性破断を防止することができる。
【００９１】
そして、布部材の空隙には、例えば、以下の方法によりセラミックマトリックスを形成することにより、内部層が形成される。
布部材を、有機ケイ素化合物が溶解した溶液中に室温下で浸漬（含浸）した後、溶液から取り出し、例えば、温度が９０〜２００℃の非酸化性雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）中において、１〜５時間乾燥する。これにより、布部材を形成している複合化無機繊維の空隙に有機ケイ素化合物を存在させることができる。そして、乾燥後の布部材を、非酸化性雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）中において、１０００〜１９００℃、２〜１０時間熱処理する。これにより、複合化無機繊維の空隙に、有機ケイ素化合物から得られる無機化生成物からなるセラミックマトリックスを充填することができる。なお、複合化無機繊維の空隙にセラミックマトリックスが充填された布部材に対して、更に、有機ケイ素化合物の含浸と熱処理を繰り返すことで、複合化無機繊維の空隙に存在するセラミックマトリックスの充填率を向上させることができる。
【００９２】
有機ケイ素化合物としてポリメタロカルボシランを使用する場合、セラミックマトリックスは、（１）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する無機物質、（２）Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、イ）β−ＳｉＣと、ロ）ＭｐＣと、ハ）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物のいずれか１で構成される。
【００９３】
有機ケイ素化合物としてポリカルボシランを使用する場合、セラミックマトリックスは、（３）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、（４）Ｓｉ、Ｃ、及びＯからなる非晶質無機物質、（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１で構成される。また、有機ケイ素化合物としてポリアルミノカルボシランを使用する場合、セラミックマトリックスは、（６）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成される。更に、セラミックマトリックスを、（７）複合化無機繊維の空隙に炭素を存在させた後、溶融シリコンを注入することにより、炭化反応生成物であるβ−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質、（８）複合化無機繊維の空隙に溶融シリコンと炭素化合物（例えば、メタン、エタン）を注入し、反応させて炭化反応生成物であるβ−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質、（９）複合化無機繊維の空隙に焼結助剤を含むＳｉＣ微粉末を充填して加熱し、焼結反応生成物であるβ−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１で構成することもできる。
【００９４】
ここで、有機ケイ素化合物として、Ｓｉ及びＮを含有するシラザン系ポリマーを使用することもできる。シラザン系ポリマーを使用する場合、セラミックマトリックスは、（１０）Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、（１１）Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質、（１２）Ｓｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、（１３）Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質及びＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子、（１４）Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質及びＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成される。更に、セラミックマトリックスを、（１５）複合化無機繊維の空隙に焼結助剤を含むＳｉ３Ｎ４微粉末を充填して加熱し、焼結反応生成物であるＳｉ３Ｎ４結晶質超微粒子のいずれか１で構成することもできる。
【００９５】
外部層を形成する無機材料被覆物は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下とする。これにより、無機複合化成形物の高温、過酷状件下での長期耐久性を向上させることができる。
【００９６】
そして、固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる。これにより、固溶体酸化物（無機材料被覆物）の耐熱性及び耐食性を高めることができる。
【００９７】
内部層を加熱ガスから保護する無機材料被覆物からなる外部層は、例えば、以下の方法により形成する。
材料Ａが分散している溶液中に内部層（空隙にセラミックマトリックスが充填された状態の布部材）を浸漬して電気泳動により内部層の表面に材料Ａの粉末を付着させる。次いで、材料Ａの粉末が付着した内部層を溶液中から取り出し乾燥させた後、非酸化性雰囲気中で熱処理することにより、材料Ａの粉末を焼結させて内部層に固着させる。その結果、内部層の外側に材料Ａの焼結層からなる無機材料被覆物が、外部層として形成される。なお、非酸化性雰囲気中での熱処理条件（例えば、非酸化性雰囲気の種類、熱処理温度、熱処理時間、熱処理時の雰囲気圧力等）は、材料Ａの組成に基づいて決定する。
【００９８】
布部材を構成する複合化無機繊維の代わりに、例えば、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｅとして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質で構成された耐熱性無機繊維、（２）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成された耐熱性無機繊維、又は（３）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質で構成された耐熱性無機繊維を用いて形成した布材Ｍ（織物の場合は、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下であり、不織布の場合は、厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率がは５０〜９７％である）から布部材Ｍを作製することもできる。ここで、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｅを含有する無機物質には、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭｄとし、Ｔｉ、Ｚｒから選択される１の金属成分をＭｐ、その炭化物をＭｐＣとして、１）β−ＳｉＣと、２）ＭｐＣと、３）β−ＳｉＣとＭｐＣとの固溶体及び／又はＭｐＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とを含有する粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭｄを含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。また、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質には、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と結晶質微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。
【００９９】
布部材Ｍの空隙にセラミックマトリックスを充填する方法は、複合化無機繊維で構成された布部材を使用した場合と同様に行うことができる。なお、セラミックマトリックスの形成に先立ち、布部材Ｍの作製し使用した布材Ｍに化学繊維（例えばレーヨン繊維）が含有される場合、あるいは布材にサイジング剤が施されている場合は、布材Ｍを裁断して作製した布部材Ｍを不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気、好ましくはアルゴンガス雰囲気）中で、８００〜１２００℃の温度で、０．５〜５時間加熱処理して完全に無機物化（化学繊維を完全に分解除去、又は一部を分解除去し残部を炭化、サイジング剤を完全に除去）する。更に、完全に無機物化した布部材Ｍを構成している耐熱性無機繊維の表面に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの被覆層を設ける。これにより、布部材Ｍの空隙にセラミックマトリックスが存在させた際、耐熱性無機繊維とセラミックマトリックスとの著しい反応を防止して、耐熱性無機繊維の強度低下を防ぐことができる。
【０１００】
更に、内殻構造と外殻構造を有さない耐熱性無機繊維を用いて形成した布材Ｍから布部材Ｍを作製し、布部材Ｍの空隙をセラミックマトリックスで充填したが、布部材Ｍの空隙をセラミックマトリックスで充填する前に、布部材Ｍを形成している耐熱性無機繊維の外側に、例えば、電気泳動で材料Ａの粉末を付着させて熱処理することにより、耐熱性無機繊維の表面に材料Ａからなる焼結層を固着させてもよい。これにより、布部材Ｍを形成している耐熱性無機繊維を複合化無機繊維の状態に変えることができ、耐熱性無機繊維の耐食性を向上させることができる。なお、布部材Ｍを形成している耐熱性無機繊維の表面に、Ｃ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｎ系非晶質無機物質、及びＳｉ−Ｎ−Ｏ系非晶質無機物質のいずれか１又は２以上の組み合わせからなり、厚さが０．１〜３．０μｍの介在層を存在させることが好ましい。これにより、耐熱性無機繊維の脆性破断を防止することができる。
【０１０１】
続いて、本発明の一実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０を用いた加熱機器の熱効率改善方法について説明する。
加熱機器の熱効率改善装置１０の無機複合化成形物１６を加熱炉１１の排気ガス経路１５内に設置することで、排気ガスは、無機複合化成形物１６を構成している平板状物１７、１８同士の隙間及び平板状物１７、１８と排気ガス経路１５の側部との隙間を、排気ガス経路１５に沿って流れて外部に排出されることになる。これにより、排気ガスで無機複合化成形物１６（平板状物１７、１８）が効率的に加熱され、加熱された無機複合化成形物１６から放射される輻射熱によって、排気ガス経路１５の無機複合化成形物１６が設置された位置よりも上流側の領域が加熱されて温度が上昇する。その結果、排気ガス経路１５の上流側の領域から放射される輻射熱が多くなり、その一部が加熱室１１内に入ることになって、加熱炉１１から外部に流出する熱を減少させることができる。
【０１０２】
排気ガスは、平板状物１７、１８同士の隙間及び平板状物１７、１８と排気ガス経路１５の側部との隙間を、排気ガス経路１５に沿って流れるので、排気ガス経路１５内に無機複合化成形物１６を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、加熱室１２内の炉内ガスの流れを、排気ガス経路１５内に無機複合化成形物１６を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、熱効率改善装置１０を既存の加熱炉１１に対して容易に適用することができる。更に、無機複合化成形物１６の排気ガス経路１５内への取付け、取外しが容易であるため、熱効率改善装置１０の保守管理が容易になる。
【０１０３】
ここで、無機複合化成形物１６は、内部層と、内部層を保護する無機材料被覆物からなる外部層とを備え、外部層を形成する無機材料被覆物が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外部層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下となっているので、外部層に温度変動が生じても、外部層が内部層から剥離することを防止できる。その結果、排気ガス中に内部層を劣化させる成分が含まれていても、内部層の材質変化に伴う特性の低下（例えば、強度低下、熱放射率の低下等）が抑制される。
【０１０４】
ここで、固溶体酸化物が、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲとしたとき、一般式Ｑ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＳｉＯ５、Ｒ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＡｌＯ３のいずれか１又は２以上から構成すると、固溶体酸化物の（すなわち、外部層の）耐熱性及び耐食性を高めることができるので、内部層の材質変化を確実に防止でき、内部層の安定性を更に高めることができる。
【０１０５】
そして、無機複合化成形物を構成している内部層は比熱が小さいため、無機複合化成形物は外部層の材質に関係なく、加熱ガスの温度変動に容易に追従できると共に、高温になった際に輻射熱の放射効率を高めることができる。また、内部層の強化材を形成している複合化無機繊維の内殻構造及び外殻構造がそれぞれ上記に示す組成の無機物質で形成されているため、外殻構造に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止でき、加熱ガスから内殻構造を保護して、内殻構造の安定性を高めることができる。
【実施例】
【０１０６】
（実施例１）
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で形成された耐熱性無機繊維を用いて作製した不織布（繊維径が１１μｍ、繊維目付が２４０ｇ／ｍ２、体積空隙率が９５％、化学繊維の一例であるレーヨン繊維を２０質量％含有し、幅が５００ｍｍ、厚さが５ｍｍ、長さが１０ｍのロール巻き）を裁断して、縦Ｌ１が３２０ｍｍ、横Ｗ１が２００ｍｍの基材を２枚、縦Ｌ２が３２０ｍｍ、横Ｗ２が１１０ｍｍの基材を５枚作製した。そして、基材を熱処理炉内にセットし、アルゴンガス雰囲気中、８００℃で１時間熱処理して、基材（不織布）に含有されているレーヨン繊維の一部を分解除去して残部を炭化させると共に、基材に施されているサイジング剤（有機物）の除去を行った（以上、第１工程）。
【０１０７】
続いて、熱処理された基材をアノード電極となる２枚のステンレス製金網で抱き合わせ、第１群から選択されたＳｉ、Ｙの元素からなる固溶体酸化物であるイットリウムモノシリケート（Ｙ２ＳｉＯ５）の粉末（粒子径１μｍ以下）がエタノール溶媒中に均一分散した分散溶液（エタノール１００部、Ｙ２ＳｉＯ５微粉末２．５部、シクロヘキサノール系分散剤０．０２部、バインダーとしてポリビニルブチラールを０．０２部添加し、超音波分散して調整）を貯留している浴槽中に距離を設けて対向配置したＣ／Ｃコンポジット製の２枚のカソード電極の間に配置した。そして、２５℃で直流安定化電源より１００Ｖの直流電圧を３０分間印加して、基材を形成している不織布を構成する耐熱性無機繊維の外側にイットリウムモノシリケートの粉末を電気泳動により付着させた（第２工程）。
【０１０８】
基材を分散溶液中から取り出し、液切り、２時間の風乾、大気雰囲気中４０℃で６時間の熱風乾燥を行った（第３工程）後、アルゴンガス雰囲気中０．５ＭＰａの微加圧下において、１４００℃で３時間処理を行って、耐熱性無機繊維の外側に付着させたイットリウムモノシリケートの粉末を焼結させて耐熱性無機繊維に固着させることにより、耐熱性無機繊維を内殻構造（Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で構成されている）と、外殻構造（厚さ２μｍのイットリウムモノシリケート）を持つ複合化無機繊維に変えて、７枚（縦Ｌ１が３２０ｍｍ、横Ｗ１が２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのものを２枚、縦Ｌ２が３２０ｍｍ、横Ｗ２が１１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのものを５枚）の複合化無機繊維で構成された不織布からなる布部材を作製した（第４工程）。
【０１０９】
布部材を、キシレン溶媒中にポリジルコノカルボシランを３０ｗｔ％均一に溶解した溶液中に室温下で浸漬した後、溶液から取り出し、窒素ガス雰囲気中１５０℃で２時間乾燥して布部材に含まれるキシレン溶媒を除去してポリジルコノカルボシランを含有する布部材（布部材の空隙内に含有）７枚を作製した（第５工程）。続いて、ポリジルコノカルボシランを含有する布部材を、アルゴンガス雰囲気中１２００℃で１時間焼成してポリジルコノカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＺｒからなるセラミックスを形成させて、布部材の強化材と、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＺｒを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体の第一次素体を作製した（第６工程）。
【０１１０】
そして、成形体の第一次素体を用いて、第５工程及び第６工程を再度繰り返し実施して成形体の第二次素体を作製した後、図３に示すように、後の工程で格子状に組み込まれた組み込み体を作製するために、成形体の第二次素体に複数の切り込み（長さＬ１／２、Ｌ２／２が１６０ｍｍ、幅Ｔ１、Ｔ２が４ｍｍ、厚さ３ｍｍのスリット）を施し、切り込みが施された成形体の第２次素体を作製した（第７工程）。続いて、切り込みが施された成形体の第二次素体を用いて、密度の更なる向上を図るため、前記第５工程及び前記第６工程を更に３回繰り返し実施して、布部材（複合化無機繊維で構成されている不織布）の強化材と、ポリジルコノカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＺｒを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体（切り込み付与、完成体）を作製した（第８工程）。
【０１１１】
第８工程で得られた成形体をアノード電極となる２枚のステンレス製金網で抱き合わせ、固溶体酸化物であるイットリウムモノシリケート（Ｙ２ＳｉＯ５）の粉末（粒子径１μｍ以下）がエタノール溶媒中に均一分散した分散溶液（エタノール１００部、Ｙ２ＳｉＯ５微粉末２．５部、シクロヘキサノール系分散剤０．０２部、バインダーとしてポリビニルブチラールを０．０２部添加し、超音波分散して調整）を貯留している浴槽中に距離を設けて対向配置したＣ／Ｃコンポジット製の２枚のカソード電極の間に配置した。そして、２５℃で直流安定化電源より１００Ｖの直流電圧を３０分印加して、成形体の表面にイットリウムモノシリケートの粉末を電気泳動により付着させた（第９工程）。
【０１１２】
成形体を分散液中から取り出し、液切り、２時間の風乾、大気雰囲気中４０℃で６時間の熱風乾燥を行った（第１０工程）後、アルゴンガス雰囲気中０．５ＭＰａの微加圧下に置いて、１４００℃で３時間熱処理を行って、成形体の表面に付着したイットリウムモノシリケートの粉末を焼結させて成形体に固着させることにより、内層部が、布部材（複合化無機繊維で構成された不織布）の強化材と、ポリジルコノカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＺｒを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成され、外層部が、耐久性をさらに向上させるためのイットリウムモノシリケートからなる無機材料被覆物である無機複合化成型物を７枚（縦Ｌ１が３２０ｍｍ、横Ｗ１が２００ｍｍ、厚さ３ｍｍが２枚、縦Ｌ２が３２０ｍｍ、横Ｗ２が１１０ｍｍ、厚さ３ｍｍが５枚）作製した（第１１工程）。
【０１１３】
第１１工程で得られた７枚の無機複合化成形物を、付与された切り込みを利用して図２に示すように格子状に組み込み、組み込み箇所をアルミナ系の耐熱性接着剤で固定して、格子状に組み込まれた無機複合化成形物からなる加熱機器の熱効率改善装置を作製した。続いて、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、高温ガス窯炉（加熱機器）の炉床部の排気口に連通する排気ガス経路の屈曲部に設けた冷風部耐火レンガ開口部から、加熱機器の熱効率改善装置である無機複合化成形物を加熱ガスの通路である排気ガス経路内に、加熱ガスの流れに沿って挿入した。なお、高温ガス窯炉は、６本−３対のＬＰＧベンチュリーバーナーを備えた天井アーチ型ガス窯で、炉床部には幅が１９〜２９ｍｍ、長さが４５０ｍｍの排気口が並べて配置され、炉内の加熱ガスは排気口を介して排気ガス経路に流入し、無機複合化成形物を通過した後、排気ガス経路の下流側に設けた手動ダンパーを経て外部に放出される。炉内圧はダンパーにより微調整される。
【０１１４】
高温ガス窯炉の運転における無機複合化成形物による熱効率改善確認の試験では、室温から炉内温度が１２００℃を示すまで７．２時間で昇温し、炉内温度１２００℃一定の状態で４時間運転を行い、無機複合化成形物が未装着の場合と、ＬＰＧ消費量を比較対照した。無機複合化成形物を装着したときの燃料ＬＰＧの全消費量は、１００８０リットル（ＬＰＧガス瞬間平均流量は１５リットル／分）、無機複合化成形物が未装着時の全消費量は、１１４２４リットル（ＬＰＧガス瞬間平均流量は１７リットル／分）であり、この結果から、無機複合化成形物の装着により、ＬＰＧの消費率を約１１．８％低減させることができ、無機複合化成形物は加熱機器において優れた熱効率改善効果を示すことが分かった。
なお、その後の１０回に及ぶ同一運転の確認試験でもほぼ同様の結果が得られ、また１０回の確認試験後に回収した無機複合化成形物には劣化は全く認められず、無機複合化成形物が１２００℃の高温でも、長期に亘って安定した性能を保持し得るものであることが確認できた。
【０１１５】
（実施例２）
Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で形成された耐熱性無機繊維で構成された平織物（繊維目付が２８９ｇ／ｍ２、幅が５００ｍｍ、厚さが０．３３ｍｍ、長さが５ｍのロール巻き）から、縦２００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ０．３３ｍｍの布部材１枚と、縦２００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ０．３３ｍｍの布部材２枚を切り出した（第１工程）。次いで、布部材を、キシレン溶媒中にパーヒドロポリシラザン，−Ｓｉ（Ｈ２）−ＮＨ−ｎ，を２０ｗｔ％均一に溶解した溶液中に室温下で浸漬後、溶液から取り出し、窒素ガス雰囲気中１５０℃で２時間乾燥して布部材に含まれるキシレン溶媒を除去した。引き続き、キシレン溶媒を除去した布部材は、窒素ガス雰囲気中１２００℃で１時間焼成して、布部材である平織物を構成する耐熱性無機繊維の表面にＳｉ−Ｎ系（微量のＯを含む）無機物（Ｓｉ、Ｎからなる非晶質無機物質及び／又はＳｉ３Ｎ４微結晶物）を被覆させた（第２工程）。
【０１１６】
第２工程で得られた布部材（Ｓｉ−Ｎ系無機物で被覆された耐熱性無機繊維で構成された平織物）を、キシレン溶媒中にポリカルボシランを３０ｗｔ％均一に溶解した溶液中に室温下で浸漬した後、溶液から取り出し窒素ガス雰囲気中１５０℃で２時間乾燥して布部材に含まれるキシレン溶媒を除去してポリカルボシランを含有する布部材（布部材の空隙内に含有）３枚を作製した（第３工程）。次いで、ポリカルボシランを含有する布部材を、アルゴンガス雰囲気中１３００℃で１時間焼成して、ポリカルボシランの熱分解により得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ及びＯからなるセラミックスを形成させて、布部材の強化材と、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体の第一次素体を作製した（第４工程）。
【０１１７】
第４工程で得られた成形体の第一次素体を用いて、密度の更なる向上を図るため、第３工程及び第４工程を更に２回繰り返し実施して、布部材（Ｓｉ−Ｎ系無機物で被覆された無機繊維で構成されている平織物）の強化材と、ポリカルボシランの熱分解により得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ及びＯを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体（完成体）を作製した（第５工程）。続いて、第５工程で得られた成形体を用いて、実施例１で使用した固溶体酸化物イットリウムモノシリケート（Ｙ２ＳｉＯ４）の粉末のかわりに固溶体酸化物であるジルコン（ジルコニウムモノシリケートともいう、ＺｒＳｉＯ４）を使用した他は実施例１の第９工程及び第１０工程と全く同様に処理し（第６工程及び第７工程）、更に、実施例１の第１１工程において、１４００℃で３時間熱処理するかわりに１５００℃で０．５時間熱処理する以外は実施例１の第１１工程と全く同様に処理して、内部層が、布部材（Ｓｉ−Ｎ系無機物で被覆された無機繊維で構成されている平織物）の強化材と、ポリカルボシランの熱分解で得られた無機化生成物であるＳｉ、Ｃ及びＯを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成され、外部層が、耐久性をさらに向上させるためのジルコンからなる無機材料被覆物である多層構造からなる平板状物を３枚（縦２００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍが１枚、縦２００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍが２枚）作製した（第８工程）。そして、第８工程で得られた３枚の平板状物を、図４に示すように、各々耐熱性の鉄−クロム線（線径１ｍｍ）の金網（１５メッシュ）で挟み込んで十字型の格子状に組み込まれた無機複合化成形物を形成して加熱機器の熱効率改善装置を作製した（第９工程）。
【０１１８】
得られた無機複合化成形物からなる加熱機器の熱効率改善装置を、図５に示す電気炉の天井部の中央に形成された内径６０ｍｍの排気口の入口側（炉内側）より挿入し、無機複合化成形物がずれ落ちないように、無機複合化成形物を挟み込んでいる鉄−クロム製金網の状態を調節しながら装着した（無機複合化成形物の一端部が排気口の入口位置と一致するように装着）。図６に、無機複合化成形物を排気口内に装着した状態を示す。
【０１１９】
電気炉の排気口内に設置した無機複合化成形物からなる熱効率改善装置の熱効率改善効果を確認するため、電気炉を常時８００℃に保持（電気炉中央部の温度で制御）し、電気炉炉床中央部に形成した空気送入口より１リットル／分の流量で空気を１０時間電気炉内に流通させ、その時の電気炉の消費電力Ｗ１の削減率を調べた。ここで、消費電力Ｐ１の削減率は、電気炉の排気口内に熱効率改善装置を設置しない状態で、炉床中央部の空気送入口より１リットル／分の流量で空気を電気炉内に流通させながら、電気炉を常時８００℃一定に保持する際に必要な消費電力量をＰ０とした場合、１００×（Ｐ０−Ｐ１)／Ｐ０により求めた。熱効率改善装置を設置した場合は、設置しない場合に比べて消費電力削減率は１２％の値を示し、この削減率は１０時間に亘って変わることなく一定であった。これにより、無機複合化成形物が優れた輻射熱放射作用を有することが確認でき、電気炉運転の省エネルギーに大きく寄与すること、結果的にはＣＯ２の発生低減に大きく寄与することが示唆された。
【０１２０】
（実施例３）
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質で形成された耐熱性無機繊維で構成された不織布（繊維径が１１μｍ、繊維目付が２４０ｇ／ｍ２、体積空隙率が９５％、化学繊維の一例であるレーヨン繊維を２０質量％含有し、幅が５００ｍｍ、厚さが５ｍｍ、長さが１０ｍのロール巻き）を裁断して、縦２００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの基材を１枚、縦２００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの基材を２枚作製した。そして、基材を熱処理炉内にセットし、アルゴンガス雰囲気中、８００℃で１時間熱処理して、基材（不織布）に含有されているレーヨン繊維の一部を分解除去して残部を炭化させると共に、基材に施されているサイジング剤（有機物）の除去を行った（第１工程）。
【０１２１】
熱処理された基材をアノード電極となる２枚のステンレス製金網で抱き合わせ、第１群から選択されたＳｉ、Ｚｒの元素からなる固溶体酸化物であるジルコン（ジルコニウムモノシリケートともいう、ＺｒＳＯ４）の粉末（粒子径１μｍ以下）がエタノール溶媒中に均一分散した分散溶液（エタノール１００部、ジルコン粉末２．５部、シクロヘキサノール系分散剤０．０２部、バインダーとしてポリビニルブチラールを０．０２部添加し、超音波分散して調整）を貯留している浴槽中に距離を設けて対向配置したＣ／Ｃコンポジット製の２枚のカソード電極の間に配置した。そして、２５℃で直流安定化電源より１００Ｖの直流電圧を３０分間印加して、基材を形成している不織布を構成する耐熱性無機繊維の外側にジルコンの粉末を電気泳動により付着させた（第２工程）。
【０１２２】
基材を分散溶液中から取り出し、液切り、２時間の風乾、大気雰囲気中４０℃で６時間の熱風乾燥を行った（第３工程）後、アルゴンガス雰囲気中０．５ＭＰａの微圧下において、１５００℃で０．５時間熱処理を行って、耐熱性無機繊維の外側に付着させたジルコンの粉末を焼結させて耐熱性無機繊維に固着させることにより、耐熱性無機繊維を、内殻構造（Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質で構成されている）と、外殻構造（厚さ２μｍのジルコン）を持つ複合化無機繊維に変えて、３枚（縦２００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ５ｍｍが１枚、縦２００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ５ｍｍが２枚）の複合化無機繊維で構成された不織布からなる布部材を作製した（第４工程）。
【０１２３】
布部材を、キシレン溶媒中にポリチタノカルボシランを３０ｗｔ％均一に溶解した溶液中に室温下で浸漬した後、溶液から取り出し窒素ガス雰囲気中１５０℃で２時間乾燥して布部材に含まれるキシレン溶媒を除去して、ポリチタノカルボシランを含有する布部材（布部材の空隙内に含有）３枚を作製した（第５工程）。続いて、ポリチタノカルボシランを含有する布部材を、アルゴンガス雰囲気中１３００℃で１時間熱処理して、ポリチタノカルボシランの熱分解で得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質を生成させて、布部材の強化材と、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体の第一次素体を作製した（第６工程）。
【０１２４】
成形体の第一次素体を用いて、密度の更なる向上を図るため、前記第５工程及び第６工程をさらに４回繰り返し実施して、布部材（複合化無機繊維で構成されている不織布）の強化材と、ポリチタノカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成されている成形体（完成体）を作製した（第７工程）。続いて、前記第７工程で得られた成形体を用いて、前記実施例１第９〜第１１工程と全く同様に実施して、内部層が、布部材（複合化無機繊維で構成された不織布）の強化材と、ポリチタノカルボシランを熱分解して得られる無機化生成物であるＳｉ、Ｃ、Ｏ及びＴｉを含有する無機物質からなるセラミックマトリックスで形成され、外部層が、耐久性をさらに向上させるためのイットリウムモノシリケートからなる無機材料被覆物である多層構造からなる無機複合化成形物を３枚（縦２００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ３ｍｍが１枚、縦２００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ３ｍｍが２枚）作製した（第８工程）。
【０１２５】
第８工程で得られた３枚の無機複合化成形物から、実施例２第９工程と同様にして、十字型の格子状に組み込まれた無機複合化成形物からなる加熱機器の熱効率改善装置を作製した（第９工程）。熱効率改善装置の効果確認試験は、実施例２の電気炉を常時８００℃に保持する代わりに、電気炉を常時１２００℃に保持し、空気を１０時間電気炉内に流通させる代わりに、空気を３００時間電気炉内に流通させた以外は実施例２と全く同様に実施した。本試験で熱効率改善装置を設置する場合は、設置しない場合に比べ消費電力削減率は、２０％の高い値を示し、この削減率は３００時間中変わることなく一定で、十字型に組み込まれた無機複合化成形物が優れた輻射熱放射作用を有することが確認でき、電気炉運転の省エネルギーに大きく寄与すること、結果的にはＣＯ２の発生低減に大きく寄与することが示唆された。なお、試験後に回収した無機複合化成形物を観察したところ、何ら劣化等の変化は見られず、１２００℃の高温で長期に亘って一定の性能を保持し得るものであることが確認できた。
【０１２６】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態では、非酸化物系の耐熱性無機繊維を用いたが、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する無機物質で構成された耐熱性無機繊維を使用することもできる。
【符号の説明】
【０１２７】
１０：加熱機器の熱効率改善装置、１１：加熱炉、１２：加熱室、１３：炉床部、１４：排気口、１５：排気ガス経路、１６：無機複合化成形物、１７、１８：平板状物、１９、２０：切込み
【要約】
【課題】加熱機器の加熱ガスの通路に設置し、外部に流出する熱を減少させる加熱機器の熱効率改善方法及び加熱機器の熱効率改善装置を提供する。
【解決手段】耐熱性の無機複合化成形物１６を、加熱機器１１から発生する加熱ガスの通路１５に、通路１５に沿って、かつ通路１５を通過する加熱ガスの流れを遮断することなく設置し、加熱ガスで無機複合化成形物１６を加熱し、加熱された無機複合化成形物１６からの輻射熱を加熱機器１１内に戻し入れて、加熱機器１１から外部に流出する熱を減少させる。
【選択図】図１【図１】
0005640123.tif 000002
【図２】
0005640123.tif 000003
【図３】
0005640123.tif 000004
【図４】
0005640123.tif 000005
【図５】
0005640123.tif 000006
【図６】
0005640123.tif 000007