JP2000002418A - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP2000002418A
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Tatsunari Ohashi
龍成 大橋
Tsutomu Sofue
務 祖父江
Masanobu Takashima
正信 高島
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Rinnai Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱性に優れ、安価で製造容易な導電体層が形
成されたセラミックバーナを備える燃焼装置を提供す
る。 【解決手段】炎口3aが形成されたセラミックバーナ3
と、セラミックバーナ3表面の火炎Fが形成される側に
備えられた導電体層7と、セラミックバーナ3の火炎F
が形成される側に導電体層7と対向して設けられた導電
体8と、導電体層7と該導電体8との間に電圧を印加し
たときに火炎Fを介して流れる火炎電流を検知して火炎
を検出する火炎検出手段9とを備える。導電体層7は、
ドープ物質をドーピングした二酸化スズからなる。ドー
プ物質はアンチモンが好ましい。アンチモンは二酸化ス
ズに対して10モル%以下の範囲でドーピングされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックバーナ
を備える燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、多孔性のセラミックプレートに、
該セラミックプレートを表裏方向に貫通する小径の炎口
を設けてセラミックバーナとし、該セラミックバーナに
燃料ガスと燃焼用空気とを所定の割合で予め混合した混
合気を供給して燃焼させる燃焼装置が知られている。
【0003】燃焼装置では、一般に、バーナとフレーム
ロッドとの間に電圧を印加して、該バーナに形成される
火炎に流れる火炎電流を検知することにより、火炎検出
が行われている。前記火炎検出は、点火時には所定値以
上の前記火炎電流が検知されることにより良好に着火さ
れたことの確認を行い、前記バーナの燃焼中に前記火炎
電流が所定値以下になったときに失火と判断するもので
ある。しかし、前記セラミックバーナは、それ自体不導
体であって、電流が流れないので前記方法により火炎検
出を行うことが難しい。
【0004】そこで、前記セラミックバーナを備える燃
焼装置では、実開平1−67466号公報、実公平5−
18606号公報等に記載のように、前記セラミックバ
ーナ表面の火炎が形成される側に導電体層を設けること
が行われている。前記各公報記載の燃焼装置によれば、
前記セラミックバーナの火炎が形成される側に前記導電
体層と対向してフレームロッドを設け、前記導電体層と
該フレームロッドとの間に電圧を印加するか、または前
記フレームロッドの代わりに熱交換器を用い前記導電体
層と該熱交換器との間に電圧を印加することにより、前
記火炎を介して流れる火炎電流を検知して火炎を検出す
ることができるとされている。
【0005】前記燃焼装置において、前記導電体層とし
て、例えば前記セラミックバーナ表面にニッケルの蒸着
膜を設けることが知られている。しかし、ニッケルは耐
熱性が低く、長期の使用に耐えることができない。
【0006】また、前記ニッケルに代えて、耐熱性に優
れる白金またはパラジウムを用いれば、長期に亘って安
定して使用することができる。しかし、前記白金または
パラジウムはいずれも貴金属であって高価であるので製
造コストの増大を避けることができない。
【0007】また、前記ニッケルに代えて、炭化ケイ素
(SiC)の被膜を形成することが考えられる。SiC
は、空気中では高度の耐熱性を備えると共に、真性半導
体であって、導電体として利用することができるので、
セラミックバーナ表面に導電体を設ける用途に適してい
る。前記SiCの被膜は、例えば、二酸化ケイ素と炭素
とを反応させたり、ケイ素と炭素とを反応させたのち、
焼結させることにより製造される。
【0008】しかしながら、SiC被膜を形成するため
には高温での熱処理を必要とするが、前記セラミックバ
ーナは焼成温度が低いため、該SiC被膜の形成が困難
になるという不都合がある。また、前記SiCの焼結に
はホウ素やAl2 3 、Y23 等の助剤を必要とする
が、SiCは不純物を添加すると形成された被膜の高温
での強度が低下する傾向があり、焼結条件の設定が難し
いという不都合がある。さらに、SiCは前記焼結中に
酸化されると劣化するので、これを防止するために、装
置内を真空にしなければならず、製造コストの増大が避
けられないとの不都合もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、耐熱性に優れ、安価で製造容易な導電体
層が形成されたセラミックバーナを備える燃焼装置を提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の燃焼装置は、炎口が形成されたセラミッ
クバーナと、該セラミックバーナ表面の火炎が形成され
る側に備えられた導電体層と、該セラミックバーナの火
炎が形成される側に該導電体層と対向して設けられた導
電体と、該導電体層と該導電体との間に電圧を印加した
ときに該火炎を介して流れる火炎電流を検知して火炎を
検出する火炎検出手段とを備える燃焼装置において、前
記導電体層は、ドープ物質をドーピングした二酸化スズ
からなることを特徴とする。
【0011】二酸化スズはそれ自体n型酸化物半導体で
あるが、アンチモン等のドープ物質をドーピングするこ
とにより電気伝導性が向上し、前記導電体層として使用
することができる。前記二酸化スズからなる導電体層
は、二酸化スズがそれ自体酸化されているために優れた
耐熱性を備えている。また、前記二酸化スズは安価であ
ると共に、それ自体酸化物なので製造に当たって酸化を
避けるための特殊な装置が不要であり、前記セラミック
バーナ表面に前記導電体層を容易に形成することができ
る。
【0012】前記ドープ物質としてはアンチモン以外に
リン等の他の公知のドープ物質を用いることもできる
が、入手が容易であり、ドープ物質としては比較的安価
で、二酸化スズの電気導電性を向上する性能に優れてい
ることから本発明ではアンチモンを用いる。
【0013】また、本発明の燃焼装置において、前記ア
ンチモンは、二酸化スズに対して10モル%以下の範囲
でドーピングされていることを特徴とする。ドーピング
されるアンチモンの量が二酸化スズに対して10モル%
を超えてもそれ以上に電気伝導性を向上する効果は得ら
れない。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
1は本発明の燃焼装置の一構成例を示すシステム構成
図、図2は本発明の燃焼装置の一実施例において導電体
層とフレームロッドとの間で所定のインプットに対して
検出される火炎電流を示すグラフである。
【0015】図1示のように、本実施形態の燃焼装置1
は、ケーシング2内にセラミックバーナ3と、給水管4
から供給される水をセラミックバーナ3により加熱して
湯を得る熱交換器5とを備え、熱交換器5で得られた湯
は給湯管6により図示しない台所、洗面所、浴室等に供
給される。セラミックバーナ3は熱交換器5に対向する
面に導電体層7を備え、熱交換器5との間にフレームロ
ッド8が設けられている。セラミックバーナ3はコーデ
ィエライト等の組成よりなる耐熱衝撃性セラミックプレ
ートに小径の炎口3aを備えたものであり、燃料ガスと
燃焼用空気とが予め所定の割合で混合された混合気が供
給されたときに、該炎口3aから噴出する前記混合気に
図示しない点火手段により点火されるようになってい
る。
【0016】そして、燃焼装置1は、前記点火手段によ
り前記混合気に点火されたときに、導電体層7とフレー
ムロッド8との間に電圧を印加して、セラミックバーナ
3に発生した火炎Fを通じて流れる火炎電流を検知する
ことにより着火を検出する火炎検出手段9を備えてい
る。
【0017】本実施形態のセラミックバーナ3は、前記
導電体層7として、10モル%以下のアンチモンをドー
ピングした二酸化スズの被覆層を形成したものである。
【0018】図1では、セラミックバーナ3は一体的に
示されているが、大小2つに分割されていてもよい。セ
ラミックバーナ3が大小2つのバーナからなる場合に
は、大小の各バーナをそれぞれ独立に燃焼運転するか、
一緒に燃焼運転するかによって、燃焼量を調整すること
ができる。尚、この場合には、大小2つのバーナにそれ
ぞれフレームロッド8と、前記点火手段とが設けられ
る。
【0019】次に、本実施形態の実施例を示す。
【0020】
【実施例】本実施例では、まず、塩化アンチモン(Sb
Cl3 )0.05gを希塩酸30gに溶解して、純水6
9.95gを添加して塩化アンチモンの0.05重量%
水溶液を調製した。次に、塩化スズ(SnCl4 )9.
95gを純水90.05gに溶解して塩化スズの9.9
5重量%水溶液を調製し、該塩化スズ水溶液に前記塩化
アンチモン水溶液100gを添加して、攪拌混合し、コ
ーティング液を調製した。前記コーティング液に含まれ
る塩化アンチモンと塩化スズとの比は、SbCl3 :S
nCl4 =0.5:99.5(重量比)となっている。
【0021】次に、熱交換器5に対向する面が加熱され
たセラミックバーナ3に、市販の噴霧器を用いて前記コ
ーティング液を噴霧することにより、前記導電体層7と
して、0.52モル%のアンチモンがドープされた二酸
化スズの被覆層を形成した。前記加熱は、前記コーティ
ング液からアンチモンがドーピングされた二酸化スズが
形成される温度より高く、塩化アンチモンがドーピング
される前に酸化されない温度未満の範囲、例えば300
〜800℃の範囲で行う。
【0022】本実施例では、シュバンクバーナの上にセ
ラミックバーナ3を載置して、該シュバンクバーナを燃
焼させることによりセラミックバーナ3の熱交換器5に
対向する面を500℃に加熱し、シュバンクバーナの反
対側から前記コーティング液の噴霧を行った。このよう
にすると、前記シュバンクバーナの排気がセラミックバ
ーナ3の炎口3aから前記コーティング液が噴霧される
面に噴出するので、前記コーティング液が炎口3aの内
部に付着することを防止することができる。
【0023】次に、導電体層7として、前記二酸化スズ
の被覆層が形成されたセラミックバーナ3を図1示の燃
焼装置1に装着して、インプットを3.9kWから2
9.3kWの範囲で変量し、前記二酸化スズの被覆層
(導電体層7)とフレームロッド8との間に150Vの
電圧を印加して火炎電流を検知した。各インプットにお
ける空気過剰率に対する火炎電流の変化を図2に示す。
【0024】図1示の火炎検出手段9では、着火検知の
ためには0.6μA以上、失火検知のためには0.1μ
A以上の火炎電流が必要であり、前記着火検知及び失火
検知を確実に行うために2〜6μAの火炎電流が望まれ
る。これに対して、前記二酸化スズの被覆層によれば、
図2示のように、インプット29.3kWの場合には空
気過剰率1.05〜1.6の範囲で8〜125μAの火
炎電流が得られる。また、インプット14.8kWの場
合には空気過剰率1.05〜1.65の範囲で9〜58
μAの火炎電流が得られ、インプット9.4kWの場合
には空気過剰率1.05〜1.75の範囲で8〜40μ
Aの火炎電流が得られる。さらに、インプット3.9k
Wの場合でも空気過剰率1.05〜1.8の範囲で2〜
13μAの火炎電流が得られる。
【0025】従って、前記二酸化スズの被覆層によれ
ば、インプット量に関わらず、広い範囲の空気過剰率で
火炎検出に十分な火炎電流が得られ、前記着火検知及び
失火検知を確実に行うことができることが明らかであ
る。
【0026】次に、前記二酸化スズの被覆層の表面温度
が高温になったときの電気伝導性の有無を試験するため
に、前記二酸化スズの被覆層が形成されたセラミックバ
ーナ3を備える燃焼装置1において、インプットを4.
1kWとし、空気過剰率を1.1としたときのセラミッ
クバーナ3の表面温度を測定したところ938℃であ
り、火炎検出手段9により火炎電流が検出された。
【0027】比較のために、導電体層7として、La
0.7 Sr0.3 MnO3 の被覆層が形成されたセラミック
バーナ3を用いて図1示の燃焼装置1を構成し、前記と
同一条件でセラミックバーナ3の表面温度を測定したと
ころ900℃であり、火炎検出手段9により火炎電流が
検出された。
【0028】前述の試験から、前記二酸化スズの被覆層
は、表面温度がLa0.7 Sr0.3 MnO3 の被覆層より
高温でも電気導電性を備え、火炎検出手段9により火炎
電流を検出できることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼装置の一構成例を示すシステム構
成図。
【図2】本発明の燃焼装置の一実施例において導電体層
とフレームロッドとの間で所定範囲のインプットに対し
て検出される火炎電流を示すグラフ。
【符号の説明】
1…燃焼装置、 3…セラミックバーナ、 3a…炎
口、 7…導電体層、8…導電体、 9…火炎検出手
段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 祖父江 務 愛知県名古屋市中川区福住町2番26号 リ ンナイ株式会社内 (72)発明者 高島 正信 岐阜県可児市姫ケ丘2丁目23番 ジャパン セラミックス株式会社内 Fターム(参考) 3K005 WA01 WC01 XA12 XB05 3K017 BA10 BB05 BC05 BG03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炎口が形成されたセラミックバーナと、該
    セラミックバーナ表面の火炎が形成される側に備えられ
    た導電体層と、該セラミックバーナの火炎が形成される
    側に該導電体層と対向して設けられた導電体と、該導電
    体層と該導電体との間に電圧を印加したときに該火炎を
    介して流れる火炎電流を検知して火炎を検出する火炎検
    出手段とを備える燃焼装置において、 前記導電体層は、ドープ物質をドーピングした二酸化ス
    ズからなることを特徴とする燃焼装置。
  2. 【請求項2】前記ドープ物質はアンチモンであることを
    特徴とする請求項1記載の燃焼装置。
  3. 【請求項3】前記アンチモンは、二酸化スズに対して1
    0モル%以下の範囲でドーピングされていることを特徴
    とする請求項2記載の燃焼装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019184527A (ja) * 2018-04-16 2019-10-24 株式会社豊田中央研究所 力学量センサ材料

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