专利名称：发光发热体用球体及发光发热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及施加电压后放电，产生光与热的发光发热体及该发光发热体中使用的发光发热体用球体。
使用此现有的发热体时，可获得1000℃以上的高温。例如工业上所使用的金属发热体在空气中使用的温度最高为1200℃左右。
但是，即使是如此1000℃以上的高温，从使用目的来看，有时仍未必是足够的高温。例如，一般废弃物、产业废弃物、医疗废弃物等各种废弃物、原油、废油、石油化学物质等(以下记为废弃物等)于焚烧处理装置中，适用上述的发热体。焚烧处理该废弃物等时，产生对于环境及人体不良影响的煤尘、二氧化碳、氯化氢等的氯化合物、NOx等的氮化合物、二噁英等的有害物质，与废气、废烟共同被排出。特别是二噁英其毒性极强，且对人体长期不良影响，因此，问题极为严重。
二噁英易于300～500℃左右的低温下燃烧废弃物时产生，于800℃以上的高温则不易产生。但是，即使于1000℃以上的高温下，仍可能产生微量的二噁英，因此，使用如上述的现有技术的发热体的焚烧处理装置，仍有可能排出二噁英。
为解决此问题，以不燃烧该废弃物，于高温下进行热分解处理为宜。如果不是如上述那样燃烧(即氧化反应)，而是利用热分解来处理废弃物等，不产生煤尘、氯化氢等的氯化合物、NOx等的氮化合物、二噁英等有害物质，就可处理废弃物。
为了不产生二噁英等的有害物质，有效使废弃物等进行热分解，则务必在3000℃左右的高温下，但是，可高效、稳定地达到3000℃左右高温的实用的发热体尚未报道。
一般的碳类为多孔质(表面及内部有很多细孔)，因此，由一般的碳类所构成的发热体于高温下(使用时)，容易受到有害物质等的化学物质的腐蚀、空气的氧化，性能劣化。又，具有强力吸附性，因此，于高温下(使用时)释放吸附的二氧化碳等的气体等，出现吸附有害物质等问题。
本发明为解决上述现有技术的问题，提供能够有效稳定地产生约3000℃以上的高温并且能够维持，不产生二噁英等有害物质，可有效使废弃物等热分解的发光发热体，及该发光发热体中使用的发光发热体用球体。还提供使用时难以受有害物质等的化学物质腐蚀、空气的氧化，不易吸附二氧化碳等气体、有害物质等的发光发热体用球体。
由此构成，将多个所述发光发热体用球体相互接触并施加电压，该发光发热体用球体间产生放电。此放电部分的温度约为3000℃以上的高温，因此，可作为加热炉等加热装置的热源使用。另外，该放电部分的温度虽有约3000℃以上的高温，但是，距其数十厘米外的位置的温度则在约200℃以下。
只要由该发光发热体用球体构成的发光发热体适用于废弃物等的处理装置，约3000℃以上的极高温度下可加热废弃物等，因此，除高沸点金属，包括PCB可热分解几乎所有物质。
因此，废弃物等不燃烧进行热分解后，可不产生有害物质地处理废弃物等。又，加热处理由一般焚烧炉所排出的废气、灰等后，含于其中的二噁英等有害物质经热分解后变成无害的。而且，即使是适当处理方法下未被检出的PCB类有害化学物质亦可经热分解成为无害的低分子量物质。
而且，含有一般焚化处理无法处理的不燃性废弃物时，或含有焚烧处理时可能产生二噁英的废弃物时，由于不用分开而一次进行热分解处理，因此，废弃物处理大大简化，成本降低。
另外，本发明的发光发热体用球体利用放电，与高热同时产生特别强的光。此光于有害物质等的热分解中，具有促进其分解反应的效果。特别是针对二噁英的热分解，其效果极好。
该发光发热体用球体以高密度化的碳基材，特别是不渗透性石墨作为主成份，因此，存在于表面的细孔少，比表面积小。故，物质吸附性低，吸附的气体等于高温下(使用时)释放、吸附有害物质等问题较少出现。又，难以受到有害物质等化学物质的腐蚀、空气的氧化，不易劣化，因此，发光发热体用球体可长期使用。
为了发光发热体中有效产生放电，构成所述发光发热体的发光发热体用球体相互点接触为宜，线接触、面接触产生很多通电，造成放电效率降低，发光发热体用球体形状为球形，因此，发光发热体用球体相互的接触形态必然呈点接触。因而可有效进行放电，易于获得高温，获得高温的成本亦极低。
又，发光发热体用球体长期使用时，由于放电、氧化等劣化后，形状可能变形。特别是，产生放电部分集中于特定部位时，该部位的劣化容易更严重。但是，只要发光发热体用球体为球形，在放电使用下，发光发热体用球体进行旋转，产生放电的部分就不易集中在特定部位，无数次整体产生放电的可能性很高。因此，即使发光发热体用球体出现劣化、变形，其形状仍可维持球形，因此，放电效率降低的可能性变小，极为理想。
本发明中所谓高密度化的碳材，系指具有碳理论密度的90.0％以上的密度的碳材。一般的碳材具有碳理论密度的75％左右的密度。
发光发热体用球体相互的接触形态只要为点接触，即使发光发热体用球体为12面体、20面体等多面体也无问题，本发明的发光发热体用球体中亦包括如上述的多面体。但是，发光发热体用球体为真球状，则更为理想。
而且，发光发热体用球体可含钛及钨的至少一种而构成。此组成的发光发热体用球体与未含钛及钨者相比，其硬度、弹性率等机械物性、耐蚀性、耐热性较为良好。因此，发光发热体用球体不易受到有害物质等化学物质的腐蚀、不易氧化劣化，可长期使用。
另外，钛及钨的合计含量以1～20重量份为宜。当含量小于1重量份时，则改善前述特性(机械物性，耐蚀性，耐热性)的效果变小，反之，大于20重量份，则发光发热体用球体易产生龟裂，且，产生降低发光发热体用球体的加工性等不良结果。因此，为防止上述不良结果，务必于发光发热体用球体的制造工艺中，小心调节制造条件。考虑到发光发热体用球体的上述特性与上述不良结果的平衡，钛及钨的总含量以5～10重量份为更理想。
而且，发光发热体用球体可含锆、铌、硼、钽及钼中的至少1种而构成。此组成可提高发光发热体用球体的耐热性。
另外，锆、铌、硼、钽及钼的总含量以10～20重量份为宜。当该含量小于10重量份时，则耐热性的提高效果变小，反之，大于20重量份时，则发光发热体用球体容易出现龟裂现象。
还可含氮化钛及氮化铌中至少1种而组成。氮化钛具有氮原子进入钛原子的晶格中的结构，具有接近钻石的硬度与耐热性，具有改善发光发热体用球体的硬度及耐热性的效果。又，氮化铌具有提高耐热性的效果。
而且，发光发热体用球体可含石墨、碳黑、焦炭及木炭中至少1种组成。
发光发热体用球体可含碳纤维、氧化物系纤维、碳化物系纤维、氮化物系纤维及硼系纤维的至少1种组成。含此纤维时(特别是纤维在一定方向呈并列形态)，可提高强度、耐摩损性。
集合上述多个发光发热体用球体，可成为发光发热体。多个发光发热体用球体相互接触后，施加电压，发光发热体用球体间放电。此放电部分的温度约为3000℃以上的高温，因此，发光发热体适用于废弃物等处理装置，利用约3000℃以上的高温，除高沸点金属之外，包括PCB在内的几乎所有物质，都可进行热分解处理，不产生二噁英等该有害物质。
可获得瞬间约3000℃以上的高温，且具有距离十几厘米后温度急剧下降(约200℃)的特性，所以可以获得超高温能量，用于各种领域。
图2是说明发光发热体用球体中放电情况的示意图。
图3是废气用热分解炉外观的立体图。
图4是图3的废气用热分解炉的纵剖面图。
图5是图4的废气用热分解炉的A-A线水平剖面图。符号说明H发光发热体E电极1发光发热体用球体S放电部分6废气用热分解炉53铁制板31碳棒21碳制内管51鼓风机20导入口30碳电极54螺栓55耐火混凝土52开口部21a陶瓷制外管21b碳制内管50活性碳滤管10加热室22耐热管12覆盖铁板
14耐热耐火砖11外壁20a陶瓷制外管20b碳制内管4发光发热体用球体发明的最佳实施形态参考附图详细说明本发明的发光发热体用球体及发光发热体的实施形态。
本发明并不限于以下说明的实施形态。(发光发热体用球体的第1实施形态)混合55重量份的酚系树脂与45重量份的0.1～0.5mm长的丙烯酸纤维。另外，亦可以聚二乙烯基苯树脂取代酚系树脂使用。
另外可以用动植物纤维、丙烯酸纤维与动植物纤维混合物代替丙烯酸纤维。此丙烯酸纤维等的纤维在发光发热体用球体的制造工艺中碳化，于发光发热体用球体的内部成为碳纤维。还可以用氧化物系纤维、碳化物系纤维、氮化物系纤维及硼系纤维中的至少一种代替丙烯酸纤维。
将酚系树脂及丙烯酸纤维的混合物填入模具中，为使酚系树脂硬化，施加足够的热与压力，成型为球形(如直径33mm)。成型物的形状亦可为半球形、四方体、圆柱形等。半球形时，在此阶段使2个半球形一体化成为球形放置。另外，此成型物亦可为了注入所需成份而具有孔、凹部等。
该成型物于惰性气氛中，250～300℃下进行耐炎化处理，于1000～1500℃下碳化。再于2000～3000℃下石墨化，并进行整形处理(表面处理)。
碳化及石墨化工艺中，反复用热间静水压成形(HIP)在各方向施加30MPa以上的压力，同时于惰性气体中烧制，使石墨高密度化。HIP是即使球形亦可以同等压力进行加压的方法。
通常，石墨、碳类的表面和中部存在许多细孔，细孔部分的表面积通常为总表面积的25％左右。但是，藉由上述操作，存在于该石墨的表面及内部的细孔表面积可减至总表面积的10％以下，有时可减至5％以下。
作为填充物使用酚系树脂时，得到细孔较少的石墨，而若加压同时烧制，可得到精度更佳的不渗透性石墨。如此不渗透性石墨经过宽的实用温度范围，对几乎所有化学药品具有耐蚀性。且，与一般耐蚀性材料相比，具有极高的热传导性，而且具有良好热稳定性，即使剧烈变化温度亦不易受到影响。
酚系树脂的添加量以10～60重量份的范围为宜。当酚系树脂大于60重量份，得到的不渗透性石墨的比重较轻，造成内部易渗入气泡，或残存未硬化部分(凝胶状部分)。而且，碳化工艺及石墨化工艺中，不易在各方向施予同等压力。反的，小于10重量份时，酚系树脂与丙烯酸纤维呈一体化后，不易做成成型物。
为确保不产生上述问题，酚系树脂的添加量以20～55重量份为更佳。但是，考虑耐热冲击性，酚系树脂为硬化丙烯酸纤维的必要量就足够了，若量较少则更为理想。
如此操作后，可得到不渗透性石墨构成的球形(如直径30mm)的发光发热体用球体。于四方体、圆柱形等的形状时，藉由研磨等成型为球形，制成发光发热体用球体。
此发光发热体用球体系以不渗透性石墨构成，因此，只具有与橡胶同等或更差的吸附性。且，强度为一般石墨的2～3倍，肖氏硬度为65以上(本实施形态时为68)，密度为1.87g/cm3以上(可按纤维的混合比例进行调节)。另外，拉伸强度为16.7MPa，弯曲强度为35.3MPa，压缩强度为98.0MPa，弹性率为12700MPa以上，热膨胀系数为3.0×10-6/℃，热导率为151W/m·℃，耐热温度为3000℃。
就化学性质来讲，对于浓硫酸、硝酸等的强酸性药品、氢氧化钠水溶液等强碱性药品等具有良好的耐蚀性。但是，以酚系树脂作为原料时，耐碱性稍差。耐蚀性试验的结果如表1～3所示。各表中的浓度项目的「全」代表「所有浓度」。(表1)化学药品名 浓度 温度 耐蚀性1)(重量％)(℃)[酸]盐酸全 沸点 A硝酸10～40 60 B氢氟酸 48 沸点 A氢氟酸 48～60 90 A硫酸25～75 130 A磷酸85 沸点 A磷酸96 100 A铬酸10 93 B醋酸全 沸点 A草酸全 沸点 A亚硫酸(二氧化硫气体饱和)- 室温 A盐酸(氯气饱和) 20 沸点 A氢氟酸+硝酸 5/1593 A1)A完全未被浸蚀 B基本未被浸蚀(表2)化学药品名浓度温度 耐蚀性1)(重量％) (℃)[碱]人造丝纺丝液 - 沸点 A苛性钠水溶液 67 沸点 A苛性钠水溶液 67～80 125 A[盐类水溶液]氯化锌全 沸点 A氯化铁全 100 A氯化钠全 沸点 A次氯酸钠 5 室温 A过硫酸铵 全 18 A硫酸铜全 沸点 A[卤素]氯100 170 A氯水 饱和室温 A1)A完全未被浸蚀B基本上未被浸蚀(表3)化学药品名 浓度 温度 耐蚀性1)(重量％) (℃)[有机化合物]丙酮 100 沸点 A乙醇 95 沸点 A四氯化碳 100 沸点 A四氯乙烷 100 沸点 A氯仿 100 沸点 A煤油 100 沸点 A导热姆2)(Dowtherm) 100 170 A苯100 沸点 A苯(氯饱和)100 60 A苄基氯100 170 A甲醇 100 沸点 A单氯苯100 沸点 A1)A完全未被浸蚀B几乎未被浸蚀2)Daw Chemical公司制的热介质此发光发热体用球体系由上述的不渗透性石墨所组成，因此，具有以下的良好特性。
(1)不易在有害物质等化学物质的作用下劣化。
(2)不易与周围的氧、废弃物等分解后产生的氧反应，故不易劣化，且，几乎不产生一氧化碳、二氧化碳。
(3)强度高、磨损少、耐久性佳。
(4)细孔少，不易吸附有害物质等。且，几乎不吸附气体等，因此，高温下极少产生吸附的气体。
(5)电及热传导性均良好。
(6)对温度的急剧变化的耐受性强。
本实施形态的发光发热体用球体于空气中亦可使用，而真空状态、无氧状态下使用，发光发热体用球体不易氧化劣化，作为使用条件较理想。又，详细说明见下述发光发热体的实施形态。(发光发热体的实施形态)第1实施形态的集合多个发光发热体用球体而构成的发光发热体外加电压后，参考
光及热的产生的方法。
图1系集合多个发光发热体用球体1所成的发光发热体H外加电压形态的示意图。又，图2的(a)系代表多个发光发热体用球体1相互点接触形态的示意图，(b)为放大其接触部分的示意图。
于1对板状电极E，E间装组成发光发热体H的多个发光发热体用球体1。电极E以碳电极为宜。发光发热体用球体1为球形，因此，各发光发热体用球体1相互为点接触。
电极E，E与未图示的电源连接。对碳电极E、E外加约200V的电压后，于邻接的发光发热体用球体1之间产生放电，该放电在所有发光发热体用球体1中进行。
产生放电的装置参照图2进行详细说明。
发光发热体用球体1为球形，因此，如上述其接触形态呈点接触。但是，发光发热体用球体1的表面具有微细凹凸，因此，接触部分中，存在有微细凸部相互接触的接触点及间隙部。于此外加电压后，通过接触点引起通电，但是，发光发热体用球体1相互的接触面积小，无法通过大电流，因此，该间隙部引起放电产生火花S。因此，发光发热体用球体1相互进行线接触、面接触，接触面积变大时，通过很多电流，导致放电效率降低。
此放电部分(火花S)的温度约为3000℃，外加电压后数十秒的短时间，发光发热体H于约3000℃的高温下保持稳定。放电稳定时，外加电压为30V左右的低电压(电流为300～400A)就足够了。又，藉由外加电压的程度，可调整所得的温度，因此，可以根据需要使外加电压的程度发生变化。
例如最初的外加电压为400～500V时，可能得到约5000℃的高温。约5000℃时，可使几乎所有物质分解，甚至使一般焚烧炉残留物的灰也分解，完全无残留物。另外，分解速度极快，因此，可使大量废弃物稳定地连续分解。一旦达约5000℃后，则电压在30V左右就足够了。
发光发热体H适用于废弃物等的处理装置(热分解炉)时，温度约为3000℃稳定时，发光发热体H与废弃物等进行接触。严格说，成为放电部分(火花S)接触废弃物等的状态。借此，废弃物等于约3000℃的高温下进行加热后，未产生二噁英等有害物质，热分解成无害的低分子量物质。
发光发热体H适用于热分解处理含由焚化炉排出的有害物质的废气、灰的装置时，使废气或灰与发光发热体H(严格说为放电部分(火花S))接触。藉此，废气或灰于约3000℃下的高温加热，所含的有害物质被热分解成无害的低分子量物质。发光发热体H适用于热分解处理含有由焚烧炉排出的有害物质的废气的装置(废气用热分解炉)的例子作为使用例于后进行详述。
发热同时，藉由该放电产生特别强的光。该光于二噁英等的有害物质的热分解中，可促进其分解反应。特别是促进二噁英的热分解作用极好。
又，该放电部分的温度为3000℃左右的高温，而，距其十几cm处的温度为约200℃以下。另外，约5000℃的高温时，距离20～30cm的位置其温度则急剧下降。
因此，藉由热分解所产生的低分子量物质由约3000℃急冷至约200℃以下。徐缓冷却时，易产生二噁英的温度下，低分子量物质放置时间变长，冷却中再度产生二噁英，而使用本实施形态的发光发热体H时，上述低分子量物质被急冷，因此，几乎不可能再生成二噁英。
本实施形态的发光发热体H亦可于空气中使用，若用于真空状态、无氧状态时，发光发热体用球体1不易氧化劣化，因此作为使用条件是理想的。
发光发热体用球体1若可减少氧化劣化，则发光发热体用球体1不易变形引起放电效率降低，因此可长期使用发光发热体用球体1。例如发光发热体用球体1为真球状时，放电效率极为良好，但是，如果氧化劣化引起变形，则将降低放电效率。
特别是，真空状态下，放电效率良好，易获得高温，因此用很少的电力即可获得高温，获得高温的成本低。而且，真空状态下，分子的存在密度低，分解的分子相互不易再结合产生新的化学物质。
又，前述无氧状态系指氧浓度为空气中氧浓度以下的状态。氧浓度愈低愈好，只要为空气中的氧浓度以下，均无问题。氧浓度超出空气中氧浓度的值时，发光发热体用球体1易氧化劣化。
又，上述的真空状态系指真空度小于大气压的状态。由于与上述氧浓度的场合的相同的理由以及如上述，放电效率提高，因此，真空度愈高愈佳。但是，真空度为中真空(10-2Pa～小于10Pa)即足够，即使为低真空(10Pa～低于大气压)亦无妨。
前述废弃物或废气等可以与发光发热体H直接接触后热分解，也可以在配置于容器、配管内的状态下由外部间接加热后热分解。直接接触时，废弃物等或废气等在约3000℃的高温下加热，因此，可几乎完全热分解。
间接进行加热时，废弃物等或废气等与发光发热体H未接触，因此，来自废弃物等、废气等的有害物质不会使发光发热体用球体1腐蚀、劣化，具有可长期使用的优点。
废弃物等、废气等与发光发热体H分离，发光发热体H可置于高无氧状态下或高真空状态下。因此，发光发热体用球体1不易氧化劣化，故，发光发热体用球体1可更长期使用。只要可放置在高真空状态下，放电的效率更好，易得到更高温度，因此，可用更少电力即可得到高温，得到高温的成本更低。(发光发热体用球体的第2实施形态)除使用的原料之外，与第1实施形态完全相同，相同部分的说明省略，仅说明相异点。
除使用石墨粉末(固定碳99.5％，平均粒径4μm)取代第1实施形态中的丙烯酸纤维之外，与第1实施形态同法制造发光发热体用球体。石墨粉末亦可为碳黑粉、焦炭、Bincho炭(优质白木炭)等的木炭微粉或其中2种以上的混合物。
如此取得的发光发热体用球体具有与第1实施形态的发光发热体用球体相同的良好特性。
另外，本实施形态的发光发热体用球体与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可以构成发光发热体，产生光及热。其方法系与第1实施形态的发光发热体用球体的情况(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此其说明省略。(发光发热体用球体的第3实施形态)除使用的原料之外，与第1实施形态完全相同，因此，相同部分的说明省略，仅说明相异点。
混合55重量份的酚系树脂与40重量份的石墨粉末(固定碳99.5％，平均粒径4μm)及5重量份的碳纤维。
以聚二乙烯基苯树脂取代酚系树脂使用亦可。又，石墨粉末亦可为碳黑粉、焦炭、Bincho炭等的木炭的微粉，丙烯酸纤维、动植物纤维或其中2种以上的混合物。而且，亦可用至少1种的氧化物系纤维、碳化物系纤维、氮化物系纤维以及硼系纤维取代碳纤维。
酚系树脂、石墨粉末、碳纤维的混合物与第1实施形态同样进行操作后，制造高密度、细孔少的不渗透性石墨组成的球形的发光发热体用球体。
如此制得的发光发热体用球体具有与第1实施形态的发光发热体用球体相同的良好特性，由于添加碳纤维，强度更为优异。
酚系树脂的添加量为10～60重量份，石墨粉末以30～89重量份，碳纤维以1～10重量份为宜，于此范围内的组成，可制造各种特性的发光发热体用球体。
酚系树脂大于60重量份时，有时会出现第1实施形态中的不良现象。小于10重量份时，则酚系树脂与石墨粉末不易一体化成为成型物。为更确保不产生上述问题，酚系树脂的添加量以20～55重量份为更佳。但是，酚系树脂为使石墨粉末固化的必要量就足够了，考虑到耐热冲击性，以更少量为宜。
碳纤维的添加量小于1重量份时，则强度的提升效果变小，大于10重量份时，则得到的发光发热体用球体易出现龟裂。考虑到强度与不易产生龟裂的平衡，碳纤维的添加量以3～7重量份为更佳。
另外，本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可以构成发光发热体，产生光及热。其方法系与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此，省略其说明。(发光发热体用球体的第4实施形态)除使用的原料之外，与第1实施形态完全相同，因此同样部分的说明省略，仅针对相异点进行说明。
将55重量份的酚系树脂与40重量份的石墨粉末(固定碳99.5％，平均粒径4μm)及钨粉末(平均粒径为约1.0μm，堆密度(无荷重)4.22，纯度99.9％以上)5重量份混合。另外，亦可以聚二乙烯基苯树脂取代酚系树脂。又，石墨粉末亦可为碳黑粉、焦炭、Bincho炭等的木炭的微粉、丙烯酸纤维、动植物纤维或其中2种以上的混合物。而且，钨粉末亦可为钛粉(平均粒径约1.0μm，堆密度(无荷重)1.5～2.0，纯度99.9％以上)，或钨粉末与钛粉末的混合物。
酚系树脂、石墨粉末、钨粉末的混合物与第1实施形态同法操作后，制造出高密度、细孔少的不渗透性石墨所构成的球形发光发热体用球体。但是，与第1实施形态不同，本实施形态的发光发热体用球体含有钨，且，石墨化最终工艺中具有在惰性气氛中、约3000℃的热处理工艺。
钨藉由约3000℃的热处理后，成为一碳化二钨(W2C，式量379.71，密度17.2g/cm3，莫氏硬度9，电阻率81μΩ/cm(25℃))，且，含有钛时，成为碳化钛(TiC，式量59.90，熔点3140±90℃，沸点4300℃，密度4.94g/cm3，电阻率193μΩ/cm(室温))。一碳化二钨在2400℃以上被加热时，其晶型成为稳定的β型。
钛熔点为1675℃，沸点为3262℃，密度为4.54g/cm3，成为碳化钛后，其熔点、沸点大幅提高，密度亦成为高密度。钨的熔点为3387℃，沸点为5962℃。
含有这种一碳化二钨及碳化钛的至少一种的不渗透性石墨所构成的发光发热体用球体具有第1实施形态中的上述的(1)～(6)的特征，此外，与第1实施形态的不含一碳化二钨及碳化钛者相比，其具有更好的耐蚀性、机械强度(硬度高，弹性率为310000～440000MPa)，耐热性(耐受3000℃以上)。电导性良好(电阻率为70μΩ/cm以下。本实施形态为10μΩ/cm)，放电效率良好。
另外，惰性气体中，约3000℃的热处理具有以下利点。
(a)热处理后，发光发热体用球体无需进行光泽热处理(使发光发热体用球体的表面具有光泽状态的处理)等加工处理、精加工。
(b)使用时，发光发热体用球体的变形小。
(c)无公害。
酚系树脂的添加量为10～60重量份，石墨粉末为20～89重量份，钨粉末为1～20重量份为宜。酚系树脂超出此范围时，会出现第3实施形态中的不理想状况。钨粉末若大于10重量份添加，酚系树脂、石墨粉末及钨粉末一体化后制成成型物，因此，酚系树脂的添加量以20～60重量份为宜。
钨粉末的添加量小于1重量份时，则提升机械物性、耐蚀性、耐热性的效果变小，大于20重量份则降低上述机械物性，发光发热体用球体易产生龟裂，且，发光发热体用球体的加工性有降低倾向，出现不理想状况。为充分提高机械物性、耐蚀性、耐热性，确保不产生上述的龟裂、加工性问题，钨粉末的添加量以5～10重量份为更理想。
但是，上述的龟裂、加工性问题在发光发热体用球体将2个半球形一体化制成球形时容易出现，由最初原料成形为球形时不易出现。因此，由原料成形为具有孔、凹部的球形后，由其孔、凹部等注入钨粉末，制造发光发热体用球体时，钨粉末的添加量即使大于10重量份，亦不易出现上述的问题。因此，钨粉末的添加量为大于10～20重量份时，以采用上述的方法为宜。
本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可以组成发光发热体后产生光及热。其方法与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此省略其说明。(发光发热体用球体的第5实施形态)对使用比酚系树脂更多量的石墨粉末时的例子进行说明。以此酚系树脂作为粘合剂使用时，具有提升硬度的优点。除使用的原料之外，与第1实施形态完全相同，因此，相同部分的说明省略，仅针对相异点进行说明。
混合20重量份的酚系树脂与70重量份的石墨粉末(固定碳99.5％，平均粒径4μm)以及10重量份的钨粉末(平均粒径约1.0μm，纯度99.9％以上)。亦可用聚二乙烯基苯树脂取代酚系树脂。石墨粉末亦可为碳黑粉、焦炭、Bincho炭等木炭的微粉、丙烯酸纤维、动植物纤维或其中2种以上的混合物。而且，钨粉末亦可为钛粉末、或钨粉末与钛粉末的混合物。
酚系树脂、石墨粉末及钨粉末的混合物与第4实施形态同法进行操作后，制造高密度、细孔少的不渗透性石墨所构成的球形发光发热体用球体。
如此取得的发光发热体用球体具有与第4实施形态的发光发热体用球体同样的良好特性，其比重为1.5～1.8。但是，使用比重9.0g/cm3的钨粉末(98MPa的压力下加压者)时，发光发热体用球体的比重为2.66～2.7。为保持发光发热体用球体的不渗透性，以及为了加压后呈高密度化，以使用比重为9.0g/cm3的钨粉末为更理想。
另外，本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可以组成发光发热体产生光及热。其方法与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此，省略其说明。(发光发热体用球体的第6实施形态)除使用的原料之外，与第1实施形态几乎相同，因此仅说明相异的部分。
混合20重量份的酚系树脂与10～20重量份的锆粉末，以及60～70重量份的石墨粉末(固定碳99.5％，平均粒径4μm)。以聚二乙烯基苯树脂取代酚系树脂使用亦可。另外，石墨粉末亦可为碳黑粉、焦炭、Bincho炭等木炭的微粉、丙烯酸纤维、动植物纤维或其中2种以上的混合物。
首先将酚系树脂、石墨粉末、锆粉末的混合物在250～300℃加热后，使酚系树脂硬化，再在1900℃(锆的熔点1857℃以上)进行HIP烧制后，使碳与锆反应生成碳化锆ZrC(熔点3540℃，沸点5100℃，莫氏硬度8～9以上)，成为高密度、细孔少的碳材。再在3000℃进行HIP烧制，制造不渗透性石墨所成的球形发光发热体用球体。另外，所添加的金属为锆时，其熔点为1857℃，因此，于其熔点以上的1900℃进行HIP烧制，而如后述其他金属时，为了与碳反应生成金属碳化物，在该金属熔点以上的温度下进行HIP烧制是理想的。
所取得发光发热体用球体具有与第1实施形态的发光发热体用球体相同的良好特性，由于锆粉末的添加，发光发热体用球体的耐热性更为良好。
当锆粉末的添加量小于10重量份时，则其耐热性的大幅提高不易达到，大于20重量份，则与第4及第5的实施形态相同，易出现龟裂问题。
锆粉末还可以是铌粉末(Nb)，硼粉末(B)，钽粉末(Ta)，或钼粉末(Mo)，混合其中2种以上使用亦可。而且，于其中添加钨粉末及钛粉末的至少一种亦可。各自的添加量为10～20重量份，此等金属成份以总计不超过40重量份为宜。另外，石墨粉末(碳黑粉末)为40重量份以上，粘合剂的酚系树脂以约20重量份为宜。
另外，锆粉末与铌粉末合并使用时，此等于高温下反应后，其反应生成物具有超导性。铌与石墨粉末(碳黑粉末)反应生成碳化铌，具有提升发光发热体用球体的耐热性、硬度及导电性的效果。
此本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可以组成发光发热体产生光及热。其方法系与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此省略其说明。
目前为止所说明的各实施形态，系说明将原料置入模具后加热，加压、成型为球形的例子，而，若将原料置入胶囊后加热、加压，成型为棒状后，切削加工制成球形亦可。此时，将原料置入胶囊后，使胶囊内部脱气成为真空后进行加热，使酚系树脂硬化。再使温度升至1900℃以上，在49～294MPa的压力下进行HIP烧制，再于3000℃下进行HIP烧制。
又，于3000℃下进行HIP烧制的前阶段，由于成为极高密度化的碳材(密度为碳的理论密度的90.0％以上的碳材，因此，若将此棒状的碳材研削加工后制成球形，则可做为细孔少的发光发热体用球体使用。
使用模具的方法时，务必进行成形为球形的工艺及HIP烧制工艺的2个完全不同的工艺，若是使用胶囊的方法，则由于仅有HIP烧制工艺这1个工艺即可，极为经济。
作为胶囊材质，只要与原料在高温下不起反应，则无特别限定，一般如不锈钢、铝、铁等。(发光发热体用球体的第7实施形态)说明以沥青(石油沥青、煤焦油沥青、松根沥青等)作为粘合剂使用的例子。
将石墨粉末(碳黑粉末亦可)、沥青、金属粉末、及少量的(最小限)溶剂混合后，装入由不锈钢、铝、铁等所成的圆柱形胶囊中(装入量为胶囊容量的80vol％左右)。使该胶囊内进行脱气成为真空，于1000℃下烧制后，在49～294MPa的压力、1900℃以上进行烧制，使碳化。再于3000℃下进行石墨化，加工成球形，制造高密度、细孔少的不渗透性石墨所成的发光发热体用球体。
另外，石墨粉末为40重量份以上。金属粉末为选自钨粉末、钛粉末、锆粉末、铌粉末、硼粉末、钽粉末及钼粉末的1种以上，总计为10～20重量份。
于3000℃下进行石墨化之前的阶段，成为极高密度化的碳材，经研削加工后制成球形，则可作为细孔少的发光发热体用球体使用。
本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可组成发光发热体，产生光及热。其方法系与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此，省略其说明。(发光发热体用球体的第8实施形态)上述第1～第6的实施形态中，于惰性气体中进行加压及烧制工艺，此惰性气体为氮时，由于所添加的钛、铌等金属成份等氮化，更可提高发光发热体用球体的强度、硬度及放电的耐受性。
第1～第7实施形态中所制造的发光发热体用球体于氮气下1900～2000℃再度烧制后，可取得相同的效果。
本实施形态的发光发热体用球体亦与第1实施形态的发光发热体用球体相同，可组成发光发热体，产生光及热。其方法与第1实施形态的发光发热体用球体时(记载于发光发热体的实施形态中)相同，因此，其说明省略。(使用例)对于将本发明的发光发热体用球体及该发光发热体用球体构成的发光发热体用于由焚烧炉排出的废气于高温下加热后，使该废气所含的二噁英等有害物质经热分解无害化的废气用热分解炉的例子，参照附图进行详细说明。
图3系代表废气用热分解炉6的外观的立体图，图4代表其纵剖面图，图5为图4的A-A线水平截面图。以下说明中「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等方向所示的用语系为便于说明，代表各图中各自的方向。
本发明的发光发热体用球体及该发光发热体用球体所构成的发光发热体的适用例并非仅限于以下所说明的使用例。
内部具备加热室10的废气用热分解炉6在其一侧具有将废气导入加热室10内的导入口20，在其上面具有将废气热分解的分解气体排到加热室10外面的排气口21。导入口20系由具有陶瓷制外管20a与碳制内管20b所组成的双重结构的管所构成，排气口21亦同样由具有陶瓷制外管21a与碳制内管21b所组成的双重结构的管形成。
废气用热分解炉6的外壁11呈双层结构，由外层被覆耐热涂料的铁板12与内层耐热耐火砖14组成。加热室10内系如后述为3000℃左右的高温，无氧状态或真空状态下的热传导少，因此，外壁11的构成是这种简单构成就足够了。
耐热耐火砖14所环绕的长方体状空间形成气密性加热室10，其结构使得，由导入口20导入的废气于该加热室10内被加热，热分解，其分解气体由排气口21被排出。另外，耐热耐火砖14的接头部分被填充耐火混凝土等不定形耐火物(未图示)，加热室10的气密性被提高。
加热室10的内部备有连接导入口20与排气口21的碳制耐热管22。此耐热管22只要可耐约3000℃的高温即可，亦可以氧化铝等其他材质形成。依其材质，为提升耐热管22的耐热性、强度，其结构亦可为双重结构。
耐热管22系由水平部分与沿着加热室10的侧面的垂直部分相互组合而形成，弯曲的同时在上下方向延伸。而且，该水平部分于途中分成多根(图5的例中为3根)管，随后合成1根。亦即，耐热管22具有分流、合流、蛇行反复的形态。
耐热管22内部以外的加热室10内部，填充有很多个第4实施形态的发光发热体用球体4，该发光发热体用球体4环绕在耐热管22的外围，同时，形成发光发热体。发光发热体用球体4为球形，因此，与邻接的发光发热体用球体4点接触。与耐热管22亦点接触。
加热室10的上面与底面设有构成一对的电极的2片板状碳电极30、30，发光发热体用球体4介于2片碳电极30，30之间装填。该碳电极30、30上装有碳棒31、31，碳棒31贯穿外壁11，突出到废气用热分解炉6的外部。碳棒31亦可为耐热耐火不锈钢制的棒。耐热耐火不锈钢制的棒为贯穿碳电极30后与发光发热体用球体4接触的结构时，为防止劣化，该接触部分务必以碳制被覆材被覆。
加热室10与排气口21之间装有纤维状的活性碳滤器50。活性碳表面有无数细孔(此细孔中有直径20以下的微细孔，20～1000的中间细孔，1000以上的大细孔。)，其比表面积为500～1700m2/g的大值，活性碳具有极强的吸附性，可物理性选择性吸附较大分子。另外，以粒状活性碳取代纤维状活性碳滤器50使用亦可。
排气口21上装有从导入口20吸引废气并导入加热室10内的鼓风机51。又，鼓风机51亦可为真空泵。
又，设置废气用热分解炉6的上面及底面的碳电极30的部分上，设置有开口部52，进行废气用热分解炉6内部的检查、维护(发光发热体用球体4、碳电极30、耐热耐火砖14等的劣化程度的检测，发光发热体用球体4、碳电极30的更换)。用铁制板53覆盖开口部52，该板53用多个螺栓54固定于外壁11上，而且在板53与外壁11的铁板12表面间介装未图示的耐火片材(密封材料)，因此，可充分维持废气用热分解炉6内的气密性。并且于碳电极30与板53之间具备耐火混凝土55，因此，可充分维持废气用热分解炉6内的保温性。又，耐火混凝土55亦可为耐热耐火砖。
接着，说明使用此废气用热分解炉6热分解废气中的有害物质的方法。
加热室10与未图示的真空泵连接，藉由该真空泵使加热室10内呈真空状态(如可以是约6.7×10-2Pa的高真空，约0.02～0.06MPa的低真空)。因此，填充于加热室10内的发光发热体用球体4亦处于真空状态。
碳棒31、31与未图示的电源连接。向碳电极30、30外加约200V的电压后，发光发热体用球体4之间产生放电，该放电在加热室10内所有发光发热体用球体4中进行。发光发热体用球体4与耐热管22之间亦进行放电。
此放电部分约为3000℃，外加电压后至数十秒的短时间下，加热室10内达到约3000℃的高温。发光发热体用球体4与耐热管22之间亦产生放电，因此，耐热管22亦达到约3000℃的高温。藉此高温，导入耐热管22内的废气达到超过2000℃的高温。发光发热体用球体4与耐热22间未放电时，耐热管22内的废气温度为1600～2000℃。此时的废气用热分解炉6的外壁11(铁板12)的温度为室温左右。若稳定地产生放电，外加电压为约30V的低电压(电流为300～400A)即足够。又，藉由外加的电压的程度，可调整所得的温度，因此，亦可根据需要改变外加电压的程度。
导入口20与未图示的焚烧炉烟囟连接时，由该焚烧炉所排出的废气被导入耐热管22内。藉由鼓风机51吸引耐热管22内的废气，因此，废气不会逆流或滞留于耐热管22内。导入耐热管22的废气曝露于超过2000℃的高温下，含于废气中的煤尘、二氧化碳、氯化合物、氮化合物、二噁英等有害物质不经燃烧即被热分解，成为无害的分解气体。
藉由放电，发热同时产生发光。此发光于有害物质的热分解中，具有促进其分解反应的效果。特别是，在二噁英的热分解中，效果极好。
此分解气体中，除无害低分子量物质之外，有时含烃、重金属等，此等藉由活性碳滤器50进行吸附，因此，不会由排气口21排出到废气用热分解炉6的外部。另外，亦可能残存微量的有害物质，此亦可被活性碳滤器50吸附，因此，不会由排气口21排出到废气用热分解炉6的外部。
活性碳滤器50通过吹入120～200℃的水蒸气，再生，可重复使用。因此，从经济性、二次公害防止方面看，是理想的。被吸附的重金属的比率很高的活性碳滤器50可以用工业用研磨器等进行粉碎，按其比重进行筛分，可回收重金属。
导入口20、排气口21、鼓风机51等在废气用热分解炉6中的位置只要可完成本发明的目的即可，不限于本使用例。例如，鼓风机51于本使用例中装在排气口21处，亦可装在排出废气的焚烧炉与导入口20之间。
焚烧炉所排出的废气量多时，亦可将多个废气用热分解炉6装于焚烧炉上。此时，为将焚烧炉的烟囟与多个废气用热分解炉6的导入口20连接，使用接头，来自焚烧炉的废气分流后，供给各废气用热分解炉6。
而且，本使用例中，为充分获得废气的加热时间，耐热管22的形态采用蛇行的形态，但根据含于废气中的有害物质的种类、浓度、分解处理的废气量等条件，耐热管22的形态可自由设计，例如直线状的形态等亦无妨。本使用例中，耐热管22系上下延伸的形态，当然亦可呈水平方向延伸的形态。呈水平方向延伸的形态时，发光发热体用球体4的使用量及消耗电力可变少。
本使用例中，说明了本发明的发光发热体用球体及发光发热体适用于废气热分解炉时的示例，只要利用本发明的发光发热体用球体及发光发热体发出的光和热，当然亦可适用于废弃物的热分解装置等其他装置。产业上可利用性如上所述，本发明的发光发热体可以在空气中获得约3000℃以上的高温，不产生煤尘、氯化氢等的氯化合物、NOx等的氮化合物、二噁英等有害物质，可有效热分解废弃物。另外，本发明的发光发热体用球体构成发光发热体时，不易受到有害物质等化学物质的腐蚀或氧化，也不易吸附二氧化碳等的气体或前述有害物质等。
权利要求
1.一种发光发热体用球体，其特征在于，以高密度化的碳材作为主成分，形状为球形。
2.权利要求1的发光发热体用球体，其特征在于，所述碳材为不渗透性石墨。
3.权利要求1或2的发光发热体用球体，其特征在于，该球体含有钛及钨中的至少一种。
4.权利要求1至3中任一项的发光发热体用球体，其特征在于，该球体含有锆、铌、硼、钽及钼中的至少一种。
5.权利要求1至4中任一项的发光发热体用球体，其特征在于，该球体含有氮化钛及氮化铌中的至少一种。
6.权利要求1至5中任一项的发光发热体用球体，其特征在于，该球体含有石墨、碳黑、焦炭及木炭中的至少一种。
7.权利要求1至6中任一项的发光发热体用球体，其特征在于，该球体含碳纤维、氧化物系纤维、碳化物系纤维、氮化物系纤维及硼系纤维中的至少一种。
8.一种发光发热体，其特征在于，将多个权利要求1至7中任一项的发光发热体用球体集合起来构成。
全文摘要
本发明的发光发热体用球体的特征在于，以高密度化的碳材特别是不渗透性石墨作为主成份，形状为球形。将多个这种发光发热体用球体相互在点接触状态下施加电压后，在发光发热用球体间发出光，并达到3000℃以上的高温。利用3000℃以上的高温，废弃物不燃烧即可热分解，处理时不会生成有害物质。而且，由焚烧炉排出的废气中所含的有害物质也可经热分解变得无害。
文档编号C04B35/52GK1391783SQ00814901
公开日2003年1月15日 申请日期2000年3月2日 优先权日1999年9月14日
发明者高桥博之, 高桥浄惠 申请人:协和股份有限公司