(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０重量％以上のアルミナと、０．１〜５重量％の酸化鉄を含有し、平均気孔径が０．４〜２００μｍである多孔質セラミックス。
【請求項２】
気化させた液体燃料をバーナーで燃焼するようにした液体燃料気化式燃焼装置等に用いられる気化素子において、請求項１に記載の多孔質セラミックスで形成したことを特徴とする気化素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種フィルターや担持体として用いられる多孔質アルミナセラミックス、特には石油ファンヒータ等の液体燃料気化式燃焼装置の気化器に用いられる気化素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油ファンヒータ等の液体燃料気化式燃焼装置では、気化器によって、液体燃料を気化させ、これをバーナーで燃焼するようになっている。
【０００３】
気化器の構造は、図３に示すように、気化素子１０を内蔵した気化室２０に、液体燃料を供給する送油パイプ２１と気化した燃料をバーナー２３へ送るためのノズル２２を備えたものである。気化素子１０は多孔質の円筒状体であり、予熱器２４によって気化素子１０を加熱しながら送油パイプ２１より供給した液体燃料を滴下すれば、液体燃料は気化素子１０に拡散吸収されて蒸発気化し、ノズル２２からバーナー２３に供給されて燃焼するようになっている。
【０００４】
また、気化素子１０の材質としては、以前は焼結金属等の多孔質金属が使用されていたが、近年では耐熱性、耐食性に優れたアルミナ等の多孔質セラミックスが広く用いられている（特開平４−４３２０６号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記気化素子１０を形成する多孔質アルミナセラミックスは熱伝導率が２．５Ｗ／ｍＫと低いため、使用開始時に気化素子１０が気化温度に到達して点火可能となるまでの時間が長いだけでなく、熱効率が悪いため消費電力が大きいという問題があった。また、熱伝導率が低いため、気化素子１０全体に熱ムラが生じ、長期使用中に気化素子ｌ０の一部に液体燃料がタール化して付着してしまうという不都合もあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者はこれらに鑑みて、９０重量％以上のアルミナと、０．１〜５重量％の酸化鉄を含有し、平均気孔径を０．４〜２００μｍとして多孔質アルミナセラミックスを形成し、更にこれを用いて気化素子を形成したものである。
【０００７】
本発明によれば、多孔質アルミナセラミックスに所定量の酸化鉄を含有させたことによって、熱伝導率を大幅に向上させることができる。そのため、この多孔質アルミナセラミックスを気化素子に用いれば、気化温度に到達するまでの時間を短くし、熱効率を高くできる。しかも、熱ムラをなくして燃料のタール化を防止することができるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を石油ファンヒータの気化素子を例にとって図を用いて説明する。
【０００９】
気化器の構造は、図３に示すように、気化素子１０を内蔵した気化室２０に、液体燃料を供給する送油パイプ２１と気化した燃料をバーナー２３へ送るためのノズル２２を備えたものである。気化素子１０は多孔質の円筒状体であり、いま予熱器２４によって気化素子１０を加熱しながら送油パイプ２１より供給した液体燃料を滴下すれば、液体燃料は気化素子１０に拡散吸収されて蒸発気化し、ノズル２２からバーナー２３に供給されて燃焼するようになっている。
【００１０】
図１に示すように、気化素子１０は多孔質アルミナセラミックスからなる円筒状体であり、この多孔質アルミナセラミックスは、９０重量％以上のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とし、０．１〜５重量％の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有し、平均気孔径を０．４〜２００μｍとしたものである。
【００１１】
この多孔質アルミナセラミックスの製造方法は、まずアルミナ原料を２０００℃程度で溶融させたものを粉砕してアルミナ原料粒子とし、これに上記範囲の酸化鉄粉末及びガラス成分を添加し、押出成形やプレス成形によって円筒形状に成形した後、切削加工する。そして、この成形体を所定条件で焼成することによって、各アルミナ粒子をガラス成分で結合した焼結体を得ることができ、最後に所定の寸法となるように研削加工を施せばよい。
【００１２】
このようにして得られた多孔質アルミナセラミックスは、図２に概略の結晶構造を示すように、各アルミナ粒子１１がガラス成分１２によって部分的に結合し、その隙間に互いに連通する気孔１４が形成された構造となる。
【００１３】
また、添加した酸化鉄１３はアルミナ粒子１１の表面に存在して、多孔質アルミナセラミックス全体の熱伝導率を向上させる働きを成す。そして、酸化鉄１３の含有量を０．１〜５重量％とすることによって多孔質アルミナセラミックスの熱伝導率を２１Ｗ／ｍＫ程度と大幅に向上させることができる。
【００１４】
したがって、この多孔質アルミナセラミックスで構成した気化素子１０は熱伝導率を向上できるため、図３に示す気化器に用いれば、気化温度までの到達時を短くできるだけでなく、熱効率が向上し、気化素子１０全体の熱ムラがなくなることにより、液体燃料がタール化して付着することを防止できる。また、滴下した液体原料は気化素子１０の気孔１４に拡散吸収され、良好に気化させることができる。
【００１５】
なお、気化素子１０を構成する多孔質アルミナセラミックスの組成を上記範囲に限定したのは、アルミナが９０重量％未満では強度等の機械的特性が低くなってしまい、取扱時に破損しやすくなるためである。また、酸化鉄については、一般的なアルミナ原料中には不純物として微量に含まれているものであるが、０．１重量％未満では熱伝導率を向上させる効果に乏しく、一方５重量％を超えると成形性が悪くなりまた気孔を塞いでしまうため、０．１〜５重量％の範囲が良い。
【００１６】
さらに、この多孔質アルミナセラミックスは、上記成分以外に、ガラス成分あるいは不純物として、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ等を１５重量％以下の範囲で含んでいる。
【００１７】
また、多孔質アルミナセラミックスの平均気孔径を０．４〜２００μｍとしたのは、０．４μｍ未満では燃料を気孔１４に拡散吸収させる効果に乏しく、一方２００μｍを超えると強度が低下してしまうためである。なお、平均気孔径は、上記製造工程における粉砕後のアルミナ原料粒子の粒径で決定され、上記範囲とするためにはアルミナセラミックスの原料粒子の平均径を１〜５００μｍの範囲内とすれば良い。
【００１８】
さらに、上記多孔質アルミナセラミックスの気孔率は３０〜４５％程度の範囲内とし、吸水率は１５〜２０％の範囲内とすることが好ましい。また、多孔質アルミナセラミックスの３点曲げ強度は２００〜４００ｋｇ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましい。
【００１９】
以上の例では円筒形状の気化素子１０についてのみ述べたが、気化素子１０の形状は角筒状、柱状、板状などさまざまな形状とすることができる。また、本発明の気化素子１０は、石油ファンヒータに限らず、その他の液体燃料燃焼装置に好適に使用することができる。
【００２０】
さらに、本発明の多孔質アルミナセラミックスは、気化素子１０以外のさまざまな用途にも使用することができる。
【００２１】
例えば、その他の用途として、エアースライダーにおける気体噴出部材、各種フィルター、薬品や香料等の担持体、液状蚊取り器の吸い上げ芯、加熱用吸着プレート、バイオリアクター、バッチ用エアレーションフィルター等として使用することができる。
【００２２】
【実施例】
（実験例１）
上述した本発明の多孔質アルミナセラミックスにより石油ファンヒータ用の気化素子１０を作製した。
【００２３】
平均粒径が１８０μｍのアルミナ原料粒子を用い、最終的な組成がアルミナ９２重量％、酸化鉄１．０重量％、残部がガラス成分となるように原料を調合し、これを円筒状に成形して、焼成し、研削加工を施すことによって外径１３ｍｍ、全長７０ｍｍの気化素子１０を作製した。この気化素子１０の平均気孔径は９０μｍ、気孔率は３７％であった。
【００２４】
一方、比較例として、酸化鉄を添加せずに、その他は全く上記と同様にして気化素子１０を作製した。
【００２５】
それぞれの気化素子１０の熱伝導率を測定し、また図３に示すような気化器に実装してスイッチを入れてから気化温度に到達して点火可能となるまでの時間を測定した。
【００２６】
結果を表１に示すように、本発明実施例では、熱伝導率を大幅に向上させることができ、その結果点火可能となるまでの時間を大幅に短縮できることがわかる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（実験例２）
次に、上記製造工程におけるアルミナ原料粒子の粒径やアルミナ含有量等を変化させて、平均気孔径等の異なるさまざまな多孔質アルミナセラミックスを作製した。
【００２９】
その特性を表２に示すように、アルミナ原料粒子の粒径を小さくすれば平均気孔径を小さくすることができ、平均気孔径０．４〜２００μｍで、気孔率３０〜４５％の多孔質アルミナセラミックスを得ることができた。また、いずれも３点曲げ強度が２００〜４００ｋｇ／ｃｍ２であり、通常の取扱時に破損等が生じることはなかった。
【００３０】
なお、表２において、平均気孔径とは、多孔質アルミナセラミックスの開気孔径を水銀圧入法によって測定した時の平均値（累積５０％値）のことである。またアルミナ原料粒径とは、多孔質体を構成するアルミナ原料の平均粒径のことである。
【００３１】
さらに、嵩比重、見掛比重、吸水率、気孔率とは、
嵩比重＝多孔質体重量／（多孔質体物質部分の容積＋気孔部分の容積）
見掛比重＝多孔質体重量／多孔質体物質部分の容積
吸水率＝気孔内に侵入する水の重量／多孔質体重量×１００（％）
気孔率＝気孔部分の容積／（多孔質体物質部分の容積＋気孔部分の容積）×１００（％）
によって、それぞれ定義される値である。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、９０重量％以上のアルミナと、０．１〜５重量％の酸化鉄を含有し、平均気孔径を０．４〜２００μｍとして多孔質アルミナセラミックスを構成したことによって、機械的特性や耐熱性等の特性を維持したまま熱伝導率を大幅に向上させた多孔質アルミナセラミックスを得ることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、上記多孔質アルミナセラミックスで気化素子を構成したことによって、熱伝導率が高いために点火可能となるまでの到達時間を短くすることができるとともに、熱効率を高くして消費電力を小さくできる。また、熱ムラをなくして燃料のタール化を防止できることから、長期間良好に使用することが可能となるなど、優れた特長を有する気化素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気化素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の多孔質アルミナセラミックスの結晶構造を示す概略図である。
【図３】一般的な石油ファンヒータ用気化器を示す概略図である。
【符号の説明】
１０：気化素子
１１：アルミナ粒子
１２：ガラス成分
１３：酸化鉄
１４：気孔
２０：気化室
２１：送油パイプ
２２：ノズル
２３：バーナー
２４：予熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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