CN109253467B - 火焰杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种火焰杆(1)，其具备：由含有铝的金属材料构成的杆主体(11)；和含有高导电性和高耐热性的被覆材料的保护被覆层(21)，保护被覆层(21)覆盖杆主体(11)的火焰插入部(11A)的表面，具有0.002mm以上且不足0.1mm的厚度。

Description

火焰杆
技术领域
本发明涉及一种火焰杆(火焰棒、火柱，flame rod)。特别是，本发明涉及一种在热水器或取暖用热源机等燃烧设备上使用的火焰杆。
背景技术
在热水器或取暖用热源机等燃烧设备上使用的火焰杆的杆主体暴露在燃烧器的燃烧火焰中，被加热到超过1000℃的高温。因此，在杆主体由含有铝的金属材料形成的情况下，若反复进行燃烧器的燃烧，则通过铝的氧化反应而在杆主体的表面析出低导电性的氧化铝。进而，当杆主体的表面被氧化铝覆盖时，即使燃烧器燃烧，在燃烧火焰中流动的火焰电流也难以传递到杆主体，有可能导致检测不良。
因此，以往，已知有一种火焰杆，其在杆主体的插入到燃烧火焰中的一定区域(火焰插入区域)的表面形成有陶瓷被覆层(覆盖层)，该陶瓷被覆层由具有比氧化铝高的导电性的陶瓷系的被覆材料构成(例如，专利文献1：日本发明专利公开公报特开2003-232515，专利文献2：日本实用新型专利公开公报实开平H02-007455)。根据该以往的火焰杆，在燃烧火焰中流动的火焰电流在陶瓷被覆层中传导，进一步被传递到杆主体的未插入到燃烧火焰中的火焰非插入部。
但是，在具有如上所述的陶瓷被覆层的火焰杆中，杆主体与陶瓷被覆层的热膨胀率不同。因此，当反复进行加热和冷却时，陶瓷被覆层发生开裂或剥离。其结果，燃烧火焰中的火焰电流难以从陶瓷覆盖层流入杆主体。从上述观点出发，在专利文献1的火焰杆中，通过使陶瓷被覆层的热膨胀率接近由金属构成的杆主体的热膨胀率，从而抑制陶瓷被覆层的开裂或剥离。另外，在专利文献2的火焰杆中，通过在杆主体与陶瓷被覆层之间形成中间涂布层，从而抑制陶瓷被覆层的开裂或剥离。
但是，如专利文献1，为了使陶瓷被覆层的热膨胀率接近杆主体的热膨胀率，需要高精度地调整陶瓷被覆层的厚度。因此，需要严格地管理形成陶瓷被覆层的被覆材料的涂布量，生产率差。另外，如专利文献2，在杆主体与陶瓷被覆层之间形成中间涂布层的情况下，制造时间变长，制造工序数变多，生产率进一步受损。
特别是，在专利文献1的火焰杆中，为了确保导电性，陶瓷被覆层的厚度被设定为0.1mm以上。但是，为了均匀地形成具有0.1mm以上的厚度的陶瓷被覆层，需要更复杂的制造工序，生产率进一步受损。另外，当陶瓷被覆层厚时，难以从陶瓷被覆层向杆主体传热。其结果，杆主体与陶瓷被覆层的热膨胀的程度产生大的差距，存在无法适当地防止陶瓷被覆层的开裂或剥离的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，本发明的目的在于提供一种生产率高的、导电性以及耐热性优异的、在热水器或取暖用热源机等燃烧设备上使用的火焰杆。
根据本发明，提供了一种火焰杆，其具有：
含有包含铝的金属材料的杆主体；和
含有高导电性和高耐热性的被覆材料的保护被覆层，其中，
所述保护被覆层至少覆盖所述杆主体的火焰插入部的表面，
所述保护被覆层具有0.002mm以上且不足0.1mm的厚度。
根据本发明，由于保护被覆层不易从杆主体剥离，因此能够稳定地维持导电性和耐热性。另外，根据本发明，由于杆主体被氧化铝层和保护被覆层双重保护，因此能够提高耐热性和耐腐蚀性。另外，由于能够容易地调整保护被覆层的厚度，因此也不需要被覆材料的严格的浓度管理。因此，能够提高生产率。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的火焰杆的一例的立体图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的火焰杆的表面结构的一例的示意图。
图3(A)是表示不同使用条件下的具有LSM被覆层的火焰杆的火焰电流的随时间变化的曲线图，图3(B)是表示不同使用条件下的不具有LSM被覆层的火焰杆的火焰电流的随时间变化的曲线图。
具体实施方式
接着，一面参照附图一面详细说明用于实施本发明的方式。
如图1所示，本实施方式所涉及的火焰杆1主要组装在热水器或取暖用热源机等燃烧设备中，用于检测燃烧器的燃烧火焰的有无。火焰杆1具备插入到燃烧火焰的杆主体11、支撑杆主体11的绝缘子12、用于连接电配线的连接端子13。
另外，虽然未图示，但在燃烧设备内组装有火炎检测电路。火炎检测电路根据在火焰杆1与燃烧器之间流动的电流(火焰电流)的大小来判别燃烧器的燃烧火焰的有无。连接端子13通过电配线与上述火炎检测电路连接。而且，火炎检测电路通过电配线与燃烧器主体连接。即，火焰杆1与燃烧器主体经由火炎检测电路电连接。
火炎检测电路具备：在火焰杆1与燃烧器主体之间施加规定电压的电源部；和通过燃烧火焰检测在火焰杆1与燃烧器主体之间流动的火焰电流的电流检测部。火炎检测电路以如下方式构成：基于在火焰杆1与燃烧器主体之间施加规定电压时的上述火焰电流，来判别是否在燃烧器的火焰孔外侧适当地形成了燃烧火焰。
绝缘子12以杆主体11的前端部111从外侧朝向燃烧器的火焰孔的方式支撑固定在设备内部的规定的安装部。通过绝缘子12确保杆主体11与杆支撑部的绝缘性。
杆主体11实质上由含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)作为成分的所谓SYTT合金(Fe-Cr-Al-Y系合金)构成。杆主体11是实心大致圆柱状的线材，具有高耐热性和高导电性。
杆主体11从绝缘子12的杆连接部120向规定方向延伸。另外，杆主体11在靠近基端部112的规定位置折弯成钝角。在本实施方式中，杆主体11以从杆主体11的前端部111到折弯部113的规定的前端侧区域11A插入到燃烧火焰的方式配置在燃烧设备内。例如，前端侧区域11A设置在前端部111与折弯部113之间的区域中的从前端部111起始的大致3/4的区域中。即，杆主体11的前端侧区域11A形成火焰插入部，前端侧区域11A以外的基端侧区域11B形成火焰非插入部。
杆主体11具有径向截面呈大致V字状且从前端部111延伸至折弯部113的槽部110。具体而言，槽部110与杆主体11的轴线大致平行地形成于从杆主体11的表面的前端侧区域11A至基端侧区域11B。
在杆主体11的表面，涂布含有氧化镧(La2O3)、氧化锶(SrO)和氧化锰(MnO2)作为主要成分的所谓LSM涂料，在从前端部111到折弯部113的表面上形成镧-锶-锰系氧化物被覆层(以下称为“LSM被覆层”)21(参照图2)。
LSM被覆层21是通过将从杆主体11的前端部111到折弯部113的规定区域浸渍在LSM涂料中，再将涂布体干燥、烧接(baking)而形成的。通过采用这样的浸涂法，能够容易地在杆主体11的规定区域形成无斑点且具有均匀厚度的LSM被覆层21。另外，由于杆主体11在表面具有槽部110，因此在如上所述进行浸涂时，LSM被覆层21的被覆材料顺利地进入槽部110，被覆材料容易固定于槽部110。
LSM被覆层21以厚度做成0.002mm以上且不足0.1mm，优选为0.007mm以上且不足0.03mm的方式形成于杆主体11的表面。另外，根据上述浸涂法，通过使杆主体11在LSM涂料中浸渍一次，能够将LSM被覆层21的厚度调整到上述范围内。因此，若LSM被覆层21的厚度在上述范围内，则不仅能够缩短加工时间，还能够减少LSM涂料的使用量。
而且，若LSM被覆层21的厚度在上述范围内，则氧气会透过LSM被覆层21，容易到达杆主体11的表面。因此，在进行上述烧接时，或者在火焰杆1暴露于燃烧器的燃烧火焰中时，在杆主体11与LSM被覆层21之间的边界面析出氧化铝，形成薄的氧化铝层22。另外，形成LSM被覆层21的被覆材料进入到氧化铝层22中。其结果，例如在氧化铝层22与LSM被覆层21之间形成具有导电性的氧化铝(Al2O3)和锰(Mn)的化合物层(氧化铝-锰化合物层)23(参照图2)。即，根据本实施方式，氧化铝层22和氧化铝-锰化合物层23从杆主体11侧依次形成在杆主体11与LSM被覆层21的边界面上。
图3(A)是表示在不同的使用条件下测定的本发明的火焰杆1的火焰电流的随时间变化的曲线图，图3(B)是表示在不同的使用条件下测定的杆主体的表面上不具有LSM被覆层的比较对象的火焰电流的随时间变化的曲线图。在图3(A)的试验中使用的火焰杆1的LSM被覆层21具有0.007mm以上且不足0.03mm的厚度。详细地说，在图3(A)中，(A1)表示使用开始初期的火焰杆1的火焰电流的随时间变化，(A2)表示连续使用火焰杆1约1000小时后的火焰电流的随时间变化，以及(A3)表示使每隔规定时间(在此，每分钟)燃烧器开关的加热周期反复进行大约为20000次后的火焰电流的随时间变化。另一方面，在图3(B)中，(B1)表示使用开始初期的比较对象的火焰杆的火焰电流的随时间变化，(B2)表示连续使用比较对象的火焰杆约100小时后的火焰电流的随时间变化，(B3)表示连续使用比较对象的火焰杆约1000小时后的火焰电流的随时间变化，以及(B4)表示连续使用比较对象的火焰杆约2000小时后的火焰电流的随时间变化。
从比较对象的火焰杆的火焰电流的随时间变化可以理解：在使用开始初期的比较对象的火焰杆中，无法确认燃烧器点火时的火焰电流的显著下降(B1)。但是，在使用时间长的比较对象的火焰杆中，观察到燃烧器点火时的火焰电流的显著下降(B2～B4)。因此，在该比较对象的火焰杆中，若长时间使用，则有可能产生燃烧火焰的检测不良。与此相对，在本发明的火焰杆1中，即使长期使用后，或者加热周期多次反复后，火焰杆1的火焰电流的随时间变化也与使用开始初期的随时间变化相同(A1～A3)。另外，在本发明的火焰杆1中，在任何使用条件下，都没有观察到燃烧器点火时的火焰电流的显著下降(A1～A3)。因此，即使长时间使用，也不易产生燃烧火焰的检测不良。
这样，若覆盖杆主体11的火焰插入部(前端侧区域11A)的表面的LSM被覆层21的厚度在0.002mm以上且不足0.1mm的范围内，则形成LSM被覆层21的被覆材料的颗粒与杆主体11的结合强度比被覆材料的颗粒彼此的结合强度大。其结果，即使反复进行由热引起的膨胀收缩，LSM被覆层21也不易从杆主体11剥离，能够稳定地维持导电性和耐热性。
另外，若LSM被覆层21的厚度在上述范围内，则容易从LSM被覆层21向杆主体11传热。因此，当火焰杆1暴露在燃烧火焰中而被加热到高温时，杆主体11与LSM被覆层21的热膨胀的程度不易产生大的差距。其结果，能够更有效地抑制LSM被覆层21的开裂或剥离。因此，能够更稳定地维持导电性和耐热性。
而且，通过将LSM被覆层21的厚度设定在上述范围内，能够取得上述效果，因此不需要考虑杆主体11的热膨胀的程度。因此，不仅能够容易地调整LSM被覆层21的厚度，而且也不需要严格的被覆材料的浓度管理。因此，能够减少用于在杆主体11的表面形成LSM被覆层21的制造时间、制造工序数。由此，能够提高生产率。
而且，随着使用时间的变长，在杆主体11与LSM被覆层21之间的边界面上形成薄的氧化铝层22。因此，由于杆主体11被氧化铝层22和LSM被覆层21双重保护，因此能够进一步提高耐热性和耐腐蚀性。
另外，由于氧化铝层22形成于薄的LSM层的下方，因此在氧化铝层22与LSM被覆层21之间形成具有导电性的氧化铝-锰化合物层23。因此，即使LSM被覆层21发生开裂或剥离，也能够确保导电性。
另外，杆主体11在从前端侧区域11A(火焰插入部)到基端侧区域11B(火焰非插入部)具有槽部110。因此，在杆主体11被LSM被覆层21覆盖时，形成LSM被覆层21的被覆材料进入到槽部110内，被覆材料容易固定于槽部110。因此，在从杆主体11的火焰插入部至火焰非插入部的整个区域，稳定地确保了火焰电流的导通路径。因此，能够更稳定地维持导电性。
另外，形成于槽部110的LSM被覆层21与形成于槽部110以外的杆主体11的表面的LSM被覆层21相比，不易受到杆主体11的膨胀收缩的影响。因此，即使长时间使用，LSM被覆层21也不易发生开裂或剥离。因此，能够更切实地确保火焰电流的导通路径，能够更加稳定地维持导电性。
另外，在上述实施方式中，槽部110在杆主体11的表面与杆主体11的轴线大致平行地延伸设置。但是，只要是槽部110从火焰插入部连续地形成至火焰非插入部，从而稳定地确保火焰电流的导通路径，那么槽部110的形状没有特别限定。例如，槽部110也可以以螺旋状、圆弧状、波形状等其他形状形成在杆主体11的表面。另外，槽部110不限于一个，也可以形成多个。
另外，在上述实施方式中，通过浸涂法形成LSM被覆层21。但是，只要在杆主体11的规定区域中容易地形成无斑点的、均匀厚度的LSM被覆层21，则其方法没有特别限定。例如，也可以通过喷涂法等其他涂布方法来形成LSM被覆层21。
以上，对本发明进行了详细说明，但若概要本发明，则如下。
根据本发明，提供了一种火焰杆，其具有：
含有包含铝的金属材料的杆主体；和
含有高导电性和高耐热性的被覆材料的保护被覆层，其中，
所述保护被覆层至少覆盖所述杆主体的火焰插入部的表面，
所述保护被覆层具有0.002mm以上且不足0.1mm的厚度。
在这种火焰杆中，保护被覆层由层叠(叠层、层合)有微细颗粒的层叠体形成。该层叠体的强度通过颗粒彼此部分结合而保持。另外，层叠体相对于杆主体的固定力通过各颗粒进入到形成于杆主体的表面的微小凹凸而保持。进而，如上所述，保护被覆层反复进行由热引起的膨胀收缩。因此，当保护被覆层过厚时，颗粒彼此的结合强度大于颗粒与杆主体的结合强度。其结果，保护被覆层容易从杆主体剥离。另一方面，当保护被覆层过薄时，颗粒彼此的结合强度减弱。因此，在保护被覆层过薄或过厚的情况下，在反复进行由热引起的膨胀收缩时，容易发生保护被覆层的开裂或剥离。
但是，根据上述火焰杆，保护被覆层至少覆盖杆主体的火焰插入部的表面，并且保护被覆层具有0.002mm以上且不足0.1mm的厚度。因此，即使反复进行由热引起的膨胀收缩，颗粒与杆主体的结合强度也会强于颗粒彼此的结合强度，保护被覆层不易从杆主体剥离。另外，若保护被覆层的厚度在上述范围内，则容易从保护被覆层向杆主体传热。因此，在杆主体和保护被覆层的热膨胀的程度上不易产生大的差距。由此，能够更有效地抑制保护被覆层的开裂或剥离。
进而，通过将保护被覆层的厚度调整到上述范围内，能够抑制保护被覆层的开裂或剥离，因此不需要考虑杆主体的热膨胀的程度。因此，能够容易地调整保护被覆层的厚度，另外，也不需要严格的被覆材料的浓度管理。因此，能够减少用于在杆主体的表面形成保护被覆层的制造时间、制造工序数。
但是，如上所述，在杆主体的表面析出形成的氧化铝使杆主体的导电性降低，却提高了杆主体的耐热性和耐腐蚀性。因此，如以往的火焰杆那样，当为了确保导电性而在杆主体的表面形成比上述范围厚的保护被覆层时，空气中的氧气不会透过保护被覆层，难以在杆主体的表面析出氧化铝。但是，根据本发明，如果保护被覆层的厚度在上述范围内，氧气会透过保护被覆层，容易到达杆主体的表面。其结果，随着使用时间的变长，在保护被覆层与杆主体之间的边界面上形成薄的氧化铝层。因此，由于杆主体被氧化铝层和保护被覆层双重保护，提高了耐热性和耐腐蚀性。
优选的是，在上述火焰杆中，所述保护被覆层的所述被覆材料含有镧-锶-锰系氧化物。
根据上述火焰杆，保护被覆层中的镧-锶-锰系氧化物进入到形成于杆主体的表面的氧化铝层。其结果，在氧化铝层与保护被覆层之间形成具有导电性的氧化铝和锰的化合物层(氧化铝-锰化合物层)。因此，例如，即使保护被覆层发生开裂或剥离，也能够确保导电性。
优选的是，在上述火焰杆中，所述杆主体在其表面具有从所述火焰插入部延伸至火焰非插入部的槽部。
根据上述火焰杆，当杆主体的表面被保护被覆层覆盖时，由于形成保护被覆层的被覆材料进入槽部，因此被覆材料容易固定于槽部。因此，在从杆主体的火焰插入部至火焰非插入部的整个区域，稳定地确保了火焰电流的导通路径。另外，形成于槽部的保护被覆层与形成于槽部以外的杆主体的表面的保护被覆层相比，不易受到杆主体的膨胀收缩的影响。因此，即使长期使用，也不易发生开裂或剥离，因此，能够更切实地确保火焰电流的导通路径。

Claims (3)

1.一种火焰杆，其特征在于，具有：
由包含铝的金属材料构成的杆主体；和
含有高导电性和高耐热性的被覆材料的保护被覆层，其中，
所述保护被覆层至少覆盖所述杆主体的火焰插入部的表面，
所述保护被覆层具有0.002mm以上且不足0.1mm的厚度。
2.根据权利要求1所述的火焰杆，其特征在于，
所述保护被覆层的所述被覆材料含有镧-锶-锰系氧化物,
在所述杆主体与所述保护被覆层之间的边界面，从所述杆主体侧依次具有氧化铝层和氧化铝-锰化合物层。
3.根据权利要求1所述的火焰杆，其特征在于，
所述杆主体在其表面具有从所述火焰插入部延伸至火焰非插入部的槽部。
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