(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線パネルにおいて、電気加熱要素あるいは加熱の抵抗体（２）を取り付けているセラミックファイバー材料でできた壁部（１）であって、該要素が電源に接続されるようになっており、該要素が赤外線を放射するような高温にまで該要素を加熱し、該加熱要素がステープルによって前記壁部に取り付けられている、その壁部を具備し、該加熱要素（２）がセラミック棒（１０−１６）によって前記壁部（１）の表面（６）とは間隔をあけて取り付けられており、該セラミック棒（１０，１２，１４，１６）が相互に間隔をあけて、また前記壁部の表面（６）と加熱要素（２）との間に配置されており、該セラミック棒（９，１１，１３，１５）が該加熱要素（２）の他の側において、相互に間隔をあけて配置され、該セラミック棒がそれぞれのセラミック棒（９−１１）の周りで把持しているステープル（５）によって前記壁部（１）に固定されていることを特徴とする赤外線パネル。
【請求項２】
前記材料が約９９％のＡｌ２Ｏと約１％のＳｉＯ２からなっている、請求の範囲第１項に記載された赤外線パネル。
【請求項３】
前記加熱要素（２）のそれぞれの側におけるそれぞれのセラミック棒（９−１６）が、前記壁部の表面（６）と平行な平面において相互に偏っており、従って該加熱要素の一方の側に存在する場合には、該要素の反対側にはセラミック棒が存在しない、請求の範囲第１項あるいは第２項に記載された赤外線パネル。
【請求項４】
前記セラミック棒（８，９−１６）が加熱の抵抗材料を含有するロッド（２５）を組み込んだセラミックチューブ（２６）からなっている、請求の範囲第１項、第２項あるいは第３項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【請求項５】
前記セラミックチューブ（２６）がその長さ方向において２個あるいはそれ以上のチューブ（１７）に分割されている、請求の範囲第４項に記載された赤外線パネル。
【請求項６】
前記加熱の抵抗材料でできたロッドが前記壁部（１）に取り付けられた２個のロッド（１８，１９）に分割されて、該ロッド（１８，１９）の自由端（２０，２１）が互いに他と接触しない、請求の範囲第４項あるいは５項に記載された赤外線パネル。
【請求項７】
前記ステープル（５）が加熱の抵抗材料でできたワイヤ（２７）からなっており、該ワイヤの外側において、少なくとも加熱要素（２）と接触するステープルの領域において、セラミックチューブ（２２，２３）が設けられている、請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、あるいは第６項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【請求項８】
それぞれのセラミック棒（８，９−１６）の表面およびそれぞれのステープル（５）のセラミック表面が、Ａｌ２Ｏ3を多く含有している、請求の範囲第１項から第７項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【請求項９】
前記ステープル（５）が、それによって保持されているセラミック棒（８，９−１６）とは離されている、請求の範囲第１項から第８項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【請求項１０】
前記加熱要素（２）がモリブデンおよびタングステンを含有する均質な硅素化合物からなっており、その化学式がＭｏxＷ1-xＳｉ２であり、ここでxは０．５５から０．７５の範囲内にあり、全重量の１０％ないし４０％がホウ化モリブデンあるいはホウ化タングステンの少なくとも１つの化合物によって置き換えられ、該化合物が該硅素化合物の中で粒子状になって存在している、請求の範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【請求項１１】
前記加熱要素（２）の導電体（３，４）が、該導電体が前記壁部を貫通する場所において、セラミックセメント（２４）によって壁部（１，７）の中で接着されており、該導電体がそれ自身の軸線の周りで壁部（１）に対して回転できないようになっている、請求の範囲第１項から第１０項のいずれか１項に記載された赤外線パネル。
【発明の詳細な説明】
本発明は赤外線パネルに関するものである。
赤外線パネルは当業者において知られており、なかでも、スウェーデンのカンタールＡＢ社によって供給されている。
そのようなパネルは、原理的には、電気抵抗ワイヤをセラミックファイバー材料の壁部上に取りつけることによって構成されている。該抵抗ワイヤは電源に接続され、高温、例えば、１５００度Ｃないし１６００度Ｃに加熱される。該抵抗ワイヤは次に赤外線を放射する。
これらの既知のパネルに関する１つの問題は、抵抗ワイヤの実効寿命が、該パネルの望みの実効寿命期間に関して十分に長くないという点にある。例えば、製紙産業においては、赤外線パネルは紙や紙パルプを乾燥するために用いることができ、その製造過程を連続させるために長い実効寿命期間が必要となる。例えば、製紙産業は１６０００時間の実効寿命期間が望ましい。カンタール  スーパー１８００の名称でカンタールＡＢ社から市販されている既知の抵抗要素からなる既知のパネルは、６０００時間の実効寿命期間を有している。
硅素化モリブデンでできた電気抵抗要素は長い間知られてきている。これらの抵抗要素は主として、例えば約１７００度Ｃまでの温度で作動するオーブンのような、いわゆる高温仕様の目的のために用いられることがわかっている。
スウェーデン特許明細書第４５８，６４６は抵抗要素としてカンタール  スーパー１９００を記載している。使用されている材料は化学式がＭｏxＷ1-xＳｉ２の均質な材料である。該化学式においては、モリブデンとタングステンが同形結晶であり、従って、同一の構造物の中で互いに置き換わることができる。前記材料はＭｏＳｉ2とＷＳｉ2の混合物は含有していない。
ＳｉＯ２は高温において酸素にさらされると、放物線状の生長率で加熱要素の表面において生長し、この生長率は加熱要素の断面寸法とは無関係に同一である。１８５０度Ｃの下で数１００時間運転した後の層の厚さは０．１mmないし０．２mmである。室温にまで冷却すると、このガラス成分の層は固化し、加熱要素の基礎材料の熱膨張率がガラス成分のそれと大きく異なっているので、該基礎材料に対して張力を加えることになるであろう。ガラス成分の熱膨張率は０．５ｘ１０-6であり、他方、基礎材料の熱膨張率は７−８ｘ１０-6である。
これらの張力は、もちろん、ガラス成分の層の厚さが増加すると共に増加するであろう。該張力が基礎材料の機械強度を越えると破壊が発生するが、このことはガラス成分がある臨界厚さより大きく生長率した時に生じる。
もっとほっそりした要素の場合には、ガラス成分によって構成される断面積の、基礎材料の断面積に対する比率は、太い要素の場合におけるよりも大きいであろう。ガラス成分の臨界厚さには、同一の作業温度、同一の一般的な運転条件の下では、ほっそりした要素の場合の方が、太い要素の場合よりもより短い作業時間の後に到達するであろう。
今まで、このことが赤外線パネルの実効寿命期間の支配的な要因であると信じられてきた。
しかしながら、抵抗ワイヤを取りつけているパネルの構造が極めて重要であることがわかってきた。
本発明は実効寿命期間が、同じ抵抗ワイヤを用いた場合の既知のパネルのそれより長くなる赤外線パネルを提供する。
本発明は赤外線パネルに関するものであり、該赤外線パネルは、電気抵抗要素を取りつけているセラミックファイバー材料でできた壁部であって、該要素が電源に接続されるようになっており、該要素が赤外線を放射するような高温にまで該抵抗要素を加熱し、該抵抗要素がステープルによって前記壁部に取りつけられている、その壁部を具備し、該抵抗要素が前記壁部の表面とは間隔をあけて取りつけられていることを特徴としている。
本発明について、その例示的な実施例を参照し、添付図面を参照しながら、もっと詳細に説明する。
図１は直前方から見た赤外線パネルの説明図である。
図２は図１の線Ａ−Ａから見たパネルの断面図である。
図１と図２は、電気抵抗要素２を取りつけているセラミックファイバー材料でできた壁部１からなる赤外線パネルを示している。該セラミックファイバー材料は約５０％のＡｌ２Ｏ3を含む珪酸アルミニウム型の材料であってもよい。前記抵抗要素は導電媒体３，４を介して電源に接続されるようになっており、該要素は抵抗線が赤外線を放射するような高温にまで加熱することができる。該抵抗ワイヤはステープル５によって壁部１に取りつけられている。該壁部１は適当な材料、好ましくは、酸化アルミニウムの含有量が該壁部１のそれよりも少ないシート７によって取りつけられている。
本発明によると、前記抵抗要素は壁部１の表面６の上に、それとは間隔をあけて取りつけられている。このことは、抵抗要素が壁部１と接触して取りつけられている場合に得られる出力密度よりも高い出力密度を得ることができるという点で極めて重要な特徴である。抵抗要素が壁部から離れているという理由で、要素の全外表面から自由に赤外線を放射することができる。また、要素２が壁部１と接触している場合のように、該要素が過熱状態になる危険性もない。
本実施例は要素２あるいはその導電体３，４を冷却する必要性をなくしている。この特徴は非常に有利なことであり、赤外線出力に対する放射出力の効率を、ハロゲンランプを用いるシステムと比較して２０〜３０％増加させることができる。
赤外線におけるエネルギー密度は既知のガス放射器によって得られるエネルギー密度より、２ないし３倍になり得る。より短い波長の放射も得られ、より効果的な乾燥作用を得ることができる。１．５μｍの波長において主ピークを有し、２．２μｍの波長において２次ピークを有する赤外線は典型的なカンタール社の抵抗要素である。
本発明によるパネルのエネルギー密度は２５０−３４０Ｋｗ／ｍ2にまで達し、紙の乾燥の効率は６０％以上になる。ガス放射器の対応的なエネルギー密度は９０−１５０Ｋｗ／ｍ2であり、ハロゲン赤外線は２２０−３００Ｋｗ／ｍ2である。ハロゲン赤外線の効率は約３０−４０％である。
従って、冷却が不必要なので、本発明の必要な設備のコストを下げて、結果的に高効率かつ高エネルギー密度が得られることは明らかである。また本発明による赤外線パネルがガス放射器やハロゲン放射器よりも良好な特性を有するであろうことは明らかである。もし抵抗要素あるいは加熱要素を壁部１に接触させる場合には、要素の操作中に形成されるガラス成分が壁部に定着することになるであろう。要素が冷却される場合には、前記ガラス成分が最初に固化し、該要素が収縮する場合には、要素の引張強度が壁部におけるファイバー材料の圧縮強度や、ガラス成分のファイバー材料への接着力よりも小さいので、要素が引きはがされるような重大な危険性が存在する。
本発明の１つの極めて好ましい実施例によると、壁部の表面６と抵抗要素２との間に、セラミック棒８，１０，１２，１４，１６が相互に間隔を開けて配置されている。また、抵抗要素の反対側にも、相互に間隔をおいてセラミック棒９，１１，１３，１５が配置されている。
前記セラミック棒８−１６はそれぞれの棒の周りで係合しているステープル５によって壁部１に固定されている。前記棒とステープルとは、以後支持セラミックと呼ぶ。
従って、前記抵抗要素２は前部の棒と後部の棒との間の所定位置に保持され、該棒はステープルによって保持される。
このような非常に有利な設計の結果によって、前記抵抗要素は支持セラミックと単に点接触するだけであり、ガラス成分が支持セラミックに接着する表面積は少なくなり、要素が収縮あるいは緊縮しても、該要素が固化したガラス成分を引きはがすことはできなくなるであろう。
本発明の１つの好的実施例においては、加熱要素あるいは加熱抵抗体の両側におけるそれぞれのセラミック棒が、前記壁部の表面と平行な位置において、互いに他に対して偏っており、例えばセラミック棒１０，１２，１４，１６が加熱抵抗体２の一方の側に存在する場合には、該加熱抵抗体の他の側にはセラミック棒は存在しない、というようになっている。そのようなセラミック棒１０，１２，１４，１６とセラミック棒９，１１，１３，１５との平行な配置関係は図面から明らかになる。
このような配置をすることによって、いわゆるホットスポット、即ち、加熱要素あるいは加熱抵抗体の最大許容温度より温度が高くなり、その結果破壊に至ることのあるポイントの発生が防がれる。放射が加熱要素の一方の側において禁じられているので、この位置の温度は、もし棒が平行関係の中で互いに他に対して偏っていない場合より低くなるであろう。
前記セラミック棒９−１６は、内部において抵抗要素の材料を含有するロッドが延在するセラミックチューブからなっていることが好ましい。このことによってセラミック棒の破損の結果としての破壊に対する保護手段が提供される。該セラミック棒は、あるいは、固体のセラミック材料でできていてもよい。
また、前記ロッドを組み込んでいる前記セラミックチューブが、図１のセラミック棒９に関して示したように、その長さ方向において２個あるいはそれ以上のチューブ１７に分割されていることも好ましい。このことによって、セラミックチューブが熱応力の結果として破壊する危険性をなくしている。
好的実施例によると、セラミック棒内を延在するロッド状の抵抗要素は壁部１に取りつけられた２個のロッド１８，１９に分割されて、それぞれのロッドの自由端２０，２１が互いに他と接触しないようになっている。このことは図１のロッド１８に関して示されている。このことによって、それぞれのロッドに対して、クリープ電流や、スパークオーバーや、あるいはショートサーキットの発生をなくしながら、より大きな最大電圧をかけることが可能になる。
本発明の他の実施例によると、前記ステープル５もまた抵抗要素材料でできており、ワイヤの外側において、少なくとも加熱要素あるいは抵抗要素２と接触するステープル５の領域において、セラミックチューブ２２，２３が設けられている。このことによって、要素の脚部間におけるショートサーキットを防ぐことができる。
本発明の好的実施例においては、前記セラミック棒の表面および前記ステープルのセラミック表面は、Ａｌ２Ｏ3を多く含有している材料からなっている。該材料は、好ましくは、約９９％のＡｌ２Ｏ3と約１％のＳｉＯ２を有しているであろう。ガラス成分と支持セラミックとの間の接着力は、使用している材料が高い濃度の酸化アルミニウムを有している場合の方が、少ない濃度の酸化アルミニウムを有している場合よりも、小さいということがわかっている。
本発明の１つの重要な特徴は、それぞれのステープル５が、それによって保持されているセラミック棒９−１６とは離れているという点にある。このことによってセラミック棒は、構造物が温度変化に応じて動く時に、ステープル５に関して、さらには加熱要素２に関して移動することができるようになっている。
極めて好ましい実施例においては、前記加熱要素２、あるいは抵抗要素はモリブデンおよびタンウステンを含有する均質な硅素化合物からなっており、その化学式はＭｏxＷ1-xＳｉ2であり、ここでｘは０．５から０．７５の範囲内にあり、全重量の１０％ないし４０％がホウ化モリブデンあるいはホウ化タングステンの、少なくとも１つの化合物によって置き換えられ、該化合物は前記硅素化合物の中で粒子状になって存在している。
この材料は高温に対して耐性があり、先に述べた要素よりもガラス成分が少量になっていることがわかっている。ガラス成分が構造物に接着するために要素が破壊するということに関する問題は、前述した抵抗要素を用いた場合にはなくなり、しかも同時に温度が上昇するにつれて効率も増加する。
本発明の好的実施例によると、前記加熱要素の導電体３，４はセラミックセメント２４によって壁部１，７の中で接着されており、該導電体はそれ自身の軸線の周りで壁部に対して回転できないようにして壁部内を貫通している。そうしていなければ、加熱要素がその運転温度に到達する時に、そのような回転現象が生じるかもしれない。前記導電体の回転現象は、加熱要素の周りで発生する磁場によって生じ、要素の各種の脚部が相互に影響し合う。
１つの特定の設計のパネルについて今まで記述してきたが、当業者にとっては、本発明の概念がパネルの形状には関係なく、また加熱要素がどのように曲げられているかには関係なく、全ての赤外線パネルに適用できることは理解されるであろう。
従って本発明は前述して説明してきた実施例に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の中において修正が可能である。
【図１】
0003803977.tif 000002
【図２】
0003803977.tif 000003