JPH07181156A - 火炎検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温での寿命が長く、高温での信頼性が極め
て高い火炎検知センサを提供する。 【構成】 セラミック基体２と、該セラミック基体２の
火炎存在部位に挿入せしめられる部分に設けられたサー
メット電極４と、少なくとも該電極４を覆うように該セ
ラミック基体２上に設けられた、高温時に導電性を有す
る緻密なジルコニア保護層１０とを含んで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、燃焼炉等における火炎の有無を
検知する火炎検知センサに係り、特に、高温での寿命が
長い火炎検知センサに関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、燃焼炉等の炉中の火炎の有無を
検知するセンサとして、火炎中に存在するイオン化した
原子による火炎の導電性を利用して、金属棒を火炎中に
挿入せしめ、かかる金属棒と燃焼装置（バーナー）との
間の絶縁抵抗を測定することにより、火炎の有無を判断
するセンサが知られている。

【０００３】しかしながら、このような従来からの火炎
検知センサは、金属棒を火炎中に挿入するものであるた
めに、高温時に、例えば１４００℃の火炎に挿入したり
すると、その検知部が高温のために変形し、金属棒と燃
焼装置との間の電気抵抗に大きな変化が惹起されたり、
高温によって金属が著しく酸化され、金属棒が短期間で
痩せ細ってしまう等の欠点があった。

【０００４】このため、かかる欠点を解消すべく、シリ
コンカーバイド（ＳｉＣ）の導電性を利用し、上記の金
属棒と置き換えたものが提案されているが、これとて
も、高温によるセンサの曲がりは解消されるものの、Ｓ
ｉＣに酸化が惹起され、やはり高温寿命の短いものであ
った。

【０００５】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑
みて為されたものであって、その課題とするところは、
高温での寿命が長く、従って高温での信頼性が極めて高
い火炎検知センサを提供することにある。

【０００６】

【解決手段】そして、本発明は、かかる課題を解決する
ために、セラミック基体と、該セラミック基体の少なく
とも火炎存在部位に挿入せしめられる部分に設けられた
電極と、少なくとも該電極を覆うように該セラミック基
体上に設けられた、高温時に導電性を有する緻密なセラ
ミック保護層とを含んで構成されてなる火炎検知センサ
を、その要旨とするものである。

【０００７】また、本発明は、高温時に導電性を有す
る、先端が封止された有底形状の緻密なセラミック基体
と、該セラミック基体の少なくとも火炎存在部位に挿入
せしめられる先端部分の内面に設けられた電極とを含ん
で構成されてなる火炎検知センサをも、その要旨とす
る。

【０００８】

【作用・効果】このように、本発明に従う火炎検知セン
サは、耐高温酸化性に優れたセラミック材料からなる基
体上に、電極を付与し、更にかかる電極を、耐高温酸化
性に優れ、高温時に導電性を有するセラミック材料から
なる緻密な保護層にて被覆保護せしめるようにしたもの
であり、これによって、高温下での基体及び電極の耐久
性を著しく高め得たのであり、また高温での信頼性が極
めて高い火炎検知センサを有利に実現し得たのである。

【０００９】また、かかる本発明に従う火炎検知センサ
において、セラミック基体を、前記セラミック保護層を
与えるセラミック材料にて構成し、且つその形状を有底
形状とすると共に、火炎存在部位に挿入せしめられる該
セラミック基体の少なくとも先端部分（底部）の内面に
電極を設けることにより、上述した特徴を確保しつつ、
セラミック基体とセラミック保護層を一体として、構造
を簡略化し得る利点を享受することが出来るのである。

【００１０】

【具体的構成・実施例】以下、本発明を更に具体的に明
らかにするために、本発明に従う火炎検知センサの代表
的な実施例を、図面に基づいて説明しつつ、本発明の具
体的構成について、詳細に説明することとする。

【００１１】先ず、図１に示される本発明の代表的な実
施例において、２は、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）からな
る、耐高温酸化性に優れた丸棒状の所定長さのセラミッ
ク基体であって、このセラミック基体２の火炎存在部位
に挿入せしめられる先端部分には、その全周に亘って、
白金とジルコニアからなるサーメット電極４が所定長さ
で設けられ、火炎の検知部を構成している。尤も、この
ようなサーメット電極４は、ここで例示されているよう
に全周に亘って形成されるものに限られるわけではな
く、例えばメッシュ形状にて形成されていても、何等問
題はない。また、かかるサーメット電極４は、それと同
様なサーメット材料にてセラミック基体２上にそれぞれ
形成されたリード部６及び端子部８を介して、外部の検
出機器に接続せしめられるようになっている。そして、
かかるセラミック基体２の先端部に設けられた火炎検知
部を含んで、サーメット電極４を覆うように、該セラミ
ック基体２上に、セラミック保護層としての緻密なジル
コニア保護層１０が所定厚さで形成されている。なお、
このジルコニア保護層１０は、高温下において導電性を
示す特性を有している。かくして、火災検知センサ１２
が、長手の棒状形状において構成されているのである。

【００１２】なお、このような火炎検知センサ１２は、
セラミック基体としての、例えば外径：４ｍｍφ、長
さ：７０ｍｍのジルコニア生素地棒を用い、その表面
に、電極としての白金とジルコニアよりなるサーメット
電極ペーストを印刷、付与せしめ、そしてそれが、セラ
ミック保護層としての、例えば外径：５．５ｍｍφ、長
さ：６０ｍｍのパイプ状のジルコニアよりなる生素地筒
の中に挿入され、次いでハイドロプレスにより、それら
生素地棒と生素地筒とが密着された後、焼成されること
により、製作することが出来る。

【００１３】そして、このような構造の火炎検知センサ
１２においては、その先端の検知部が燃焼炉等における
火炎存在部位に挿入位置せしめられて火炎に晒される一
方、そのような火炎を発生する燃焼装置と火炎検知セン
サとの間の絶縁抵抗が、外部の適当な検出装置によって
検出され、その検出値に基づいて、火炎の有無が検知さ
れることとなるのである。

【００１４】因みに、上記の火炎検知センサ１２の特性
評価を、第２図に示される如くして行なった。即ち、火
炎検知センサ１２の火炎検知部が、燃焼装置たるブンゼ
ンバーナー１４の火炎に晒される一方、ブンゼンバーナ
ー１４と火炎検知センサ１２との間の絶縁抵抗が、１０
Ｖの直流電源から流れる電流によって検出されるのであ
る。このブンゼンバーナー１４の火炎温度は約９５０℃
であり、火炎検知センサ１２とバーナー１４との間の距
離は約５ｃｍとされている。その結果、火炎点火時の絶
縁抵抗は２〜１０ＭΩ、火炎消火時の絶縁抵抗は２００
０ＭΩ以上であり、点火と消火が充分に差別判定され得
るものであった。また、比較のため、金属棒を使用し、
火炎の絶縁抵抗を測定したが、本発明による測定値と殆
ど変わりが無かった。更に、金属棒の代わりに、ジルコ
ニア棒としたものでも測定したが、この場合は、点火時
５００〜１５００ＭΩ、消火時２０００ＭΩであり、点
火と消火の判断がし難いものであった。

【００１５】次いで、室温下の火炎検知センサ１２をブ
ンゼンバーナー１４の火炎中に挿入して、絶縁抵抗変化
を測定し、その結果を、図３に示した。この図３より明
らかなように、火炎検知センサ１２を火炎中に挿入した
後、１０秒で、安定した抵抗値が得られ、その立ち上が
り特性としては、実用上、充分なものであることが認め
られた。

【００１６】ところで、このような本発明に従う火炎検
知センサ１２において、セラミック基体２の材質として
は、ジルコニアに限定されるものではなく、それは、ま
た、セラミック保護層（１０）の如く、高温での導電性
を有する必要がなく、耐高温酸化性に優れていれば良い
ところから、セラミック材料として広く利用されている
アルミナ、ステアタイト、ムライト等の材料が適宜に選
択して使用され得、また、その形状としても、例示の如
き棒状に限られるものではなく、パイプ状、板状等の各
種の形状を採用することが出来る。

【００１７】また、上述した火炎検知センサ１２におい
ては、電極として、白金とジルコニアからなるサーメッ
ト電極４が採用されているが、このようにサーメット電
極４中のセラミック材料をセラミック基体２の構成材料
と同一とし、サーメット電極ペーストを基体（２）に付
与した後、同時焼成することにより、セラミック基体２
との密着性を高めることが出来る。なお、電極材料とし
ては、白金の他に、公知の各種の導体を用いることが出
来、特に本発明においては、ニッケル、タングステン等
の耐高温酸化性の乏しい材料でも、緻密なセラミック保
護層（１０）にて酸化が防止されているところから、そ
の使用が可能となるのである。

【００１８】さらに、火炎検知センサ１２におけるセラ
ミック保護層（１０）は、本発明の目的を充分に達成す
る上において、緻密であることが重要であり、それが緻
密でないと、高温による電極の劣化、例えば白金電極で
は白金の減耗が惹起される。この意味において、上記し
た火炎検知センサ１２におけるセラミック保護層として
のジルコニア保護層１０は、高温燃焼ガス下での白金電
極の減耗を防ぎ、高温下では導電性を発現し、火炎中の
イオン化原子による電極−燃焼装置間の絶縁抵抗の低下
を効果的に検出するのに役立つのである。なお、ジルコ
ニアの固有抵抗は、例えば８００℃では数Ωｃｍであ
り、火炎点火中の導通抵抗：数ＭΩ〜数十ＭΩに対して
充分に低く、無視出来るものである。

【００１９】また、かかる火炎検知センサ１２は、その
電極部（検知部）が火炎に晒される部位に配置されるこ
とが重要である。直接火炎に当たらない部位に電極４を
配置しても、電極部の温度が例えば６００℃以上になっ
ておれば、ジルコニアの抵抗は、１００ＫΩ以下にはな
っているところから、温度が安定してしまえば、問題は
ないが、燃焼ガスの着火から立ち上がり時には、火炎の
当たらない部位での温度上昇が遅く、ジルコニアの抵抗
値の低下に時間が掛かり、充分な立ち上がり特性が得ら
れず、好ましくないのである。

【００２０】尤も、かかる電極４の火炎に対する位置の
ずれにより生じる問題は、図４に示されているように、
セラミック基体２の周方向に分割された形態において、
その軸方向に延びる複数の電極兼リード部１６を配置せ
しめることにより解消することが可能である。即ち、か
かる構成の火炎検知センサ１２にあっては、その電極兼
リード部１６がそれ自体で検知部として働くので、火炎
位置に対する火炎検知センサ１２の位置が多少ずれたと
しても、前記した問題は効果的に回避せしめられて、立
ち上がり特性の遅れが発生することもなくなるのであ
る。

【００２１】なお、このような火炎検知センサ１２にお
けるセラミック被覆層（１０）を形成するための材質と
しては、高温酸化条件下において耐久性があり、且つ火
炎点火時に火炎抵抗よりも充分に低い抵抗値となるセラ
ミック材料を用いることが必要であり、特に、上記の火
炎検知センサ１２において採用したジルコニア被覆層１
０が、最も好ましいものであるが、また、そのようなジ
ルコニアの他にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、Ａｌ₂ Ｏ₃
にＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物を混合せしめたものを用
いることも可能である。

【００２２】ところで、本発明に従う火炎検知センサの
製造方法としては、上例の火炎検知センサ１２の如き製
造手法に限定されることはなく、生素地のセラミック基
体に電極を印刷付与した後、仮焼することにより、焼結
を僅かに進行させ、基体寸法を小さくせしめ、それを生
素地の保護層（筒体）内に挿入して、本焼成することに
より、基体と保護層を一体と為して、センサを得る手法
も採用することが可能である。また、生素地の基体に電
極を印刷付与した後、セラミックスラリー中に浸漬し、
電極部をセラミックスラリーで被覆した後、焼成するこ
とにより、セラミック保護層を基体上に一体的に形成す
る手法も採用可能である。

【００２３】また、セラミック保護層を緻密にするに
は、セラミック基体とセラミック保護層を同時焼成する
場合においては、セラミック基体の焼結温度が略同一ま
たはセラミック基体の焼結がやや遅れるようにすること
が必要であり、例えばジルコニア基体とジルコニア保護
層、ジルコニア基体と酸化亜鉛保護層の組み合わせが可
能である。また、アルミナ基体を使用する時は、アルミ
ナ生素地を、例えば１６００℃で一旦焼結せしめて、基
体としておいてから、それを生素地のジルコニア保護層
（筒体）内に挿入し、１４００℃で焼成すれば、両セラ
ミック（基体及び保護層）は、完全に焼結一体化せしめ
られ得るのである。

【００２４】さらに、セラミック基体２として、板状形
状のものを用いる場合にあっては、セラミック基体シー
トに多数個の電極パターンを印刷し、そしてシート状保
護層を積層圧着またはセラミックペーストを印刷付与し
た後、カッティングにより個々のセンサに分離し、その
後、同時焼成することによって、目的とするセンサを得
ることが出来、そのような手法は、センサの量産性に優
れたものとして有効である。

【００２５】次に、図５には、本発明の別の実施例が示
されている。なお、この図５において、図１に示された
火炎検知センサ１２と同様の構成のものについては、同
じ符号を付してある。ここで、１８は、前記の実施例と
同様にジルコニアからなる、先端が封止された有底円筒
形状の緻密な所定長さのセラミック基体であって、かか
るセラミック基体１８の火炎存在部位に挿入される封止
された先端部（底部）の内周面には、その全周に亘っ
て、白金とジルコニアとからなるサーメット電極４が基
体（１８）の軸方向において所定長さで設けられ、火炎
の検知部を構成している。なお、サーメット電極４は、
それと同様なサーメット材料にてセラミック基体１８の
内周面上にそれぞれ形成されたリード部６及びセラミッ
ク基体１８の封止されていない開口端部に設けられた端
子部８を介して、外部の検出機器に接続せしめられるよ
うになっている。かくして、火炎検知センサ２０が、長
手の有底円筒形状において構成されているのである。

【００２６】なお、かかる火炎検知センサ２０における
セラミック基体１８は、例えば、押出成形法を用いて、
外径：１３ｍｍφ、内径：６ｍｍφのジルコニア生素地
を作製し、そしてそのジルコニア生素地の内周面に、電
極としての白金とジルコニアとからなるサーメット電極
ペーストを塗布した後、焼成せしめることにより、製作
することが出来る。

【００２７】そして、このような構造とされた火炎検知
センサ２０にあっても、図１で示された火炎検知センサ
１２と同様に、その先端の検知部が、燃焼炉などにおけ
る火炎存在部分に挿入位置せしめられて、火炎に晒され
る一方、そのような火炎を発生する燃焼装置と火炎検知
センサ２０との間の絶縁抵抗が、外部の適当な検出装置
によって検出され、その検出値に基づいて、火炎の有無
が検出されることとなるのである。また、かかる火炎検
知センサ２０と燃焼装置との絶縁抵抗変化について測定
した結果は、前記火炎検知センサ１２における結果と同
様であることが確認された。

【００２８】また、ここでは、セラミック基体１８とし
て、有底円筒形状の例を示したが、それは、有底の角筒
形状のものであっても良いし、また筒状になっておら
ず、セラミック基体に有底の空所があり、該空所内に電
極が設けられたものであっても良いのである。

【００２９】以上、本発明の代表的な実施例に基づいて
本発明の構成を種々述べてきたが、本発明は、そのよう
な例示の具体例にのみ限定して解釈されるものでは決し
てなく、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修
正、改良等を加えた態様において、実施され得るもので
あり、またそのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱
しない限りにおいて、何れも、本発明の範囲内に含まれ
るものであることは、言うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る火炎検知センサの一例を示す説明
図である。

【図２】図１に示される火炎検知センサを用いて、その
火炎検出特性を評価したシステムを示す説明図である。

【図３】図１に示される火炎検知センサを室温状態から
火炎中に挿入し、その絶縁抵抗変化を測定した結果を示
すグラフである

【図４】図１に示される火炎検知センサにおいて電極と
リード部とを一体的な構造として、検知部の拡大を図っ
た例を示す説明図である。

【図５】本発明に係る火炎検知センサの別の一例を示す
要部切欠説明図である。

【符号の説明】 ２，１８ セラミック基体 ４ サーメット電極 ６ リード部 ８ 端子部 １０ ジルコニア保護層 １２，２０ 火炎検知
センサ １４ ブンゼンバーナー １６ 電極兼リード部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基体と、該セラミック基体の
   少なくとも火炎存在部位に挿入せしめられる部分に設け
   られた電極と、少なくとも該電極を覆うように該セラミ
   ック基体上に設けられた、高温時に導電性を有する緻密
   なセラミック保護層とを含んで構成されてなる火炎検知
   センサ。
2. 【請求項２】 高温時に導電性を有する、先端が封止さ
   れた有底形状の緻密なセラミック基体と、該セラミック
   基体の少なくとも火炎存在部位に挿入せしめられる先端
   部分の内面に設けられた電極とを含んで構成されてなる
   火炎検知センサ。