JPH0969654A

JPH0969654A - 直列型熱電対

Info

Publication number: JPH0969654A
Application number: JP7248465A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Konno; 貴裕昆野; Reiji Yamaguchi; 麗二山口
Original assignee: Paloma Kogyo KK
Current assignee: Paloma Kogyo KK
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JP3580451B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、燃焼時の酸化による高温接点
での高温腐食・劣化を抑制することを目的とする。【解決手段】直列型熱電対５０は、コンスタンタン５
２の一端を、ステンレス５１の先端から離れた位置に溶
接することによって固定・形成した複数の熱電対素子を
直列に接続したもので構成される。また、炎と接触する
のは、耐熱性の高いステンレス５１の先端部５４だけな
ので、高温の熱による高温接点５５での高温腐食・劣化
を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼熱によって熱起
電力を発生させて電力を供給する直列型熱電対に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃焼制御装置等の電源として
蓄電池を設け、炎の燃焼熱によって発生する熱起電力を
利用し、蓄電池に充電するタイプのガス燃焼器がある。
そこで、蓄電池に充電する為の従来技術として、図８に
示した直列型熱電対について説明する。蓄電池を効率よ
く容易に充電する為には、高い起電力を得る必要があ
る。そこで、従来、複数個の熱電対素子１２を直列に接
続して構成した直列型熱電対１０が使用された。例え
ば、１個の熱電対素子１２で３０ｍＶの起電力しか得ら
れない場合であっても、５０個の熱電対素子１２を集積
したならば、全体として１．５Ｖの起電力を得ることが
できるからである。

【０００３】図８に示した直列型熱電対１０のように、
２種の異なる金属線材１７，１８の端部を接続してジグ
ザグ状に連結し、複数個の熱電対素子１２が連なる直列
型熱電対１０を作る。従って、直列型熱電対１０は各熱
電対素子１２の数だけ高温接点１２ａと冷温接点１２ｂ
とが形成され、先頭と最後の熱電対素子１２にそれぞれ
リ−ド線１１ａ，１１ｂを溶接することで完成する。こ
の結果、１つ１つの熱電対素子１２から得られる起電力
は小さくても、全体的には安定した高い起電力が得られ
るようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の直列型熱電対１０では、高温接点１２ａが直接
炎に接触する為に、その高温の熱によって金属線材１
７，１８表面で酸化が起こり、高温腐食（酸化）・劣化
してしまうという耐久性能上の問題があった。特に、高
い起電力が得られるコンスタンタンとステンレスとを組
み合わせた場合、ステンレスは耐熱性に優れるが、コン
スタンタンは耐熱性に劣る為に高温腐食・劣化が起こり
やすくなってしまう。また、この種の直列型熱電対１０
は高温接点１２ａと冷温接点１２ｂとの温度差に比例し
た起電力が得られる特性を持つものであるから、その温
度差が大きいほど高い起電力が得られることが知られて
いる。本発明は上記課題を解決し、簡単な構成で、高熱
による高温接点での高温腐食（酸化）・劣化を抑制し、
且つ安定した高起電力が得られる直列型熱電対を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明の請求項１記載の直
列型熱電対は、２つの異種金属片を接合・形成した熱電
対素子を複数接続した直列型熱電対において、上記熱電
対素子を構成する金属片のうち、耐熱性が高い方の金属
片の先端から所定距離だけ離した位置に、耐熱性の低い
方の金属片の先端を接合して高温接点を形成し、上記耐
熱性の高い方の金属片の先端のみを炎で加熱するように
したことを要旨とする。

【０００６】上記構成を有する本発明の直列型熱電対
は、２種類の金属片を接合して形成した熱電対素子を複
数使用するが、これを構成する金属片のうち、耐熱性が
高い方の金属片の先端側を炎と接触するようにして、こ
の先端から所定距離だけ離した高温接点での過熱を防止
し、耐熱性が低い方の金属片を酸化から保護する。この
為、耐熱性の劣る金属片を利用することができ、熱電対
素子を構成する金属片の組み合わせのバリエ−ションを
増やすことができる。

【０００７】本発明の請求項２記載の直列型熱電対は、
２つの異種金属片の端面同士を接合・形成した熱電対素
子を複数接続した直列型熱電対において、上記熱電対素
子を構成する金属片のうち、耐熱性が高い方の金属片の
途中に曲げ加工を施し、上記曲げ部分に炎が当たるよう
に構成したことを要旨とする。

【０００８】上記構成を有する本発明の請求項２記載の
直列型熱電対は、２種類の金属片の端面同士を接合して
形成した熱電対素子を複数使用するが、これを構成する
金属片のうち、耐熱性が高い方の金属片に曲げ加工を施
し、その曲げ部分を炎と接触する高温部とする。その
為、高温接点が過熱されず、耐熱性の低い方の金属片を
保護することができるので、高温の熱による高温腐食
（酸化）・劣化を抑制することができる。また、組立が
容易であるし、高温接点と冷温接点との位置を正確に決
めることもできる。

【０００９】本発明の請求項３記載の直列型熱電対は、
請求項１又は２記載の直列型熱電対において、上記耐熱
性が高い方の金属片の断面積を上記耐熱性が低い方の金
属片の断面積よりも大きくしたことを要旨とする。

【００１０】上記構成を有する請求項３記載の直列型熱
電対は、請求項１又は２記載の直列型熱電対において、
熱電対素子を構成する２種類の金属片の断面積がそれぞ
れ異なっており、断面積が大きい方の金属片を火炎と接
触するように構成することによって熱伝導性が向上す
る。従って、他方の金属片に比べて耐熱性が低い金属片
の先端を、耐熱性が高い方の金属片の先端から離して接
合し、高温接点を形成することによって、耐熱性が低い
方の金属片の高温腐食・劣化を抑制でき、且つ高温接点
での温度を適度な高温に維持することができる。一方、
熱損失によって炎から遠い冷温接点での温度は低くなる
ので、高温接点と冷温接点との温度差は大きくなり、高
い起電力を確保することができる。

【００１１】本発明の請求項４記載の直列型熱電対は、
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の直列型熱電
対において、上記熱電対素子を構成する上記耐熱性が高
い方の金属片の断面積が、その先端となる炎と接触する
高温部から上記高温接点までの間では、上記高温接点か
ら冷温接点までの間の部分よりも大きくなるようにした
ことを要旨とする。

【００１２】上記構成を有する請求項４記載の直列型熱
電対は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の直
列型熱電対において、上述した熱電対素子を構成する耐
熱性が高い方の金属片の断面積が炎と接触する高温部か
ら高温接点までの部分では、高温接点から冷温接点まで
の部分よりも大きい為、高温部から高温接点への熱伝導
性は良くなり、高温接点では適度な高温に維持できる。
一方、高温接点から冷温接点までの部分では、断面積が
小さくなる為、反対に熱伝導性は悪く、熱損失量が大き
くなるので、冷温接点では温度が上がりにくくなる。そ
の為、高温接点と冷温接点との温度差は大きくなるの
で、高温腐食・劣化を抑制することができると共に、よ
り高い起電力を確保することもできる。

【００１３】本発明の請求項５記載の直列型熱電対は、
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の直列型熱電
対において、こんろバ−ナの周りの全周あるいはその一
部に配列したことを要旨とする。

【００１４】上記構成を有する請求項５記載の直列型熱
電対は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の直
列型熱電対において、こんろバ−ナの形状に合わせてバ
−ナの周りの全周あるいはその一部に配列した為、バ−
ナ火炎から発生する熱を効率良く大量に受けることがで
き、且つ得られる起電力も安定する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにする為に、以下本発明の直列型熱電対の
好適な実施例について説明する。

【００１６】図２は、一実施例としての直列型熱電対を
表すもので、ステンレスからなる金属片（以後、単にス
テンレスと呼ぶ）５１とコンスタンタンからなる金属片
（以後、単にコンスタンタンと呼ぶ）５２を溶接して、
高温接点５５と冷温接点５６とを構成して、複数個の熱
電対素子が連なる直列型熱電対５０を作る。しかし、ス
テンレスに比べてコンスタンタンは耐熱性が劣る。そこ
で、高温接点５５は、コンスタンタン５２に比べて耐熱
性の高いステンレス５１の先端５４から離れた位置に設
ける。これは、熱伝導が熱の伝達距離に反比例する性質
を利用し、高温接点５５の温度を、耐熱性の低いコンス
タンタン５２の耐熱温度まで下げる為である。一般に、
多くの金属については、高温の熱によって起こる金属の
酸化現象の反応速度は、ある一定の温度までは非常に遅
いが、それを越えると急激に速くなる放物線型のグラフ
形状となることが知られていることから、高温接点での
温度を、酸化現象の速度が大きく変化する直前の温度、
つまり、ほぼコンスタンタン５２の耐熱温度になるよう
に諸条件を調整することによって、酸化現象を抑制する
と共に、高い起電力を得ることもできる。また、上述し
た直列型熱電対５０に使用されている熱電対素子の内、
先頭と最後に位置するものには、それぞれリード線５３
を接続する。また、熱電対素子の接点同士が電気的に短
絡することを防止する為に、表面にホーロー処理等の表
面処理を施す。

【００１７】この結果、ステンレス５１の先端部のみを
炎と接触させる構成にすることによって、熱は高温部５
４から高温接点５５へ移動する際に、熱損失の為にその
温度が低下するので、酸化によるコンスタンタン５２の
高温腐食・劣化を抑制することができる。また、その低
下した温度は、ステンレス５１の断面積及び高温部５４
から高温接点５５までの距離に依存する。更に、両金属
片の形状は、図示した以外に、一方が板材で他方が丸
棒、あるいは共に丸棒としても良い。また、本実施例で
は、冷温接点５６をステンレス５１の端部から離れた位
置に設けた為、冷温部５８が放熱フィンの代わりをする
ので、冷温接点５６の温度が上がりにくくなり、且つ高
温接点５５との温度差が大きくなる為、高い起電力を得
ることもできる。

【００１８】他の実施例として、図３に示した直列型熱
電対６０は、ステンレスのＳ字材６１の端面と、コンス
タンタンの丸棒６２の端面とを溶接して固定・形成した
複数個の熱電対素子を接続したものである。ただし、こ
の２つの異種金属片の断面積を、（ステンレス６１の断面積）＞（コンスタンタン６２の
断面積）に設定する。また、ステンレス６１の曲げ加工が施され
ている部分、つまり高温部６４と炎とを接触させ、一定
時間後の高温接点６５での温度Ｔ１、及びコンスタンタ
ン６２の酸化に対する耐熱限界温度Ｔ２との関係は、（耐熱限界温度Ｔ２）＞（高温接点での温度Ｔ１）とする。また、温度Ｔ１とＴ２との差は、少なくとも１
００℃前後あった方が高温接点６５でのコンスタンタン
６２の耐久性が著しく向上し、熱電対素子の寿命も延び
る。更に、この条件を満たしているならば、図４に例示
した形状のように、断面積の異なるステンレス７１及び
コンスタンタン７２の丸棒を溶接しただけの単純なもの
でも良い。尚、高温接点７５と冷温接点７６との間の距
離は、大きくするほど高温接点７５と冷温接点７６との
温度差が大きくなり、その結果、高い起電力を確保する
こともできる。

【００１９】更に、図５に示した直列型熱電対８０は、
炎と接触する高温部８４から高温接点８５までの直径を
Ｒとし、高温接点８５から冷温接点８６までの直径をｒ
１（ただし、Ｒ＞ｒ１である）とした異形のステンレス
材８１と、直径ｒ２（ただし、Ｒ＞ｒ２である）の丸棒
であるコンスタンタン材８２とをステンレス８２の段部
にて接合・形成したものである。この直列型熱電対８０
は、高温部８４から高温接点８５までの熱伝導性を向上
させ、高温接点８５での高温腐食がほとんど起こらない
程度の高温に維持することができる反面、高温接点８５
から冷温接点８６へ熱が伝わりにくくなる為、図３，４
に示した直列型熱電対６０，７０のように、高温接点８
５と冷温接点８６との間の距離を大きくしなくても高い
起電力を得ることができる。また、ステンレス７１及び
コンスタンタン７２の形状は、図６，７に例示した形状
でも良く、直列型熱電対９０，１００は、共に曲げ加工
が施された高温部９４，１０４のみに炎が当たる。

【００２０】図６に示した直列型熱電対９０は、断面積
の大きさがＳ３であるＵ字状に曲折した丸棒、及び断面
積がＳ４（ただし、Ｓ３＞Ｓ４）である逆Ｕ字状に曲折
した丸棒とをＳ字状に一体形成したステンレス材９１
と、断面積の大きさがＳ４であるコンスタンタン材の丸
棒９２とを波状に直列接続したものである。

【００２１】また、図７に示した直列型熱電対１００
は、断面積の大きさがＳ５である平板をＶ字状に曲折し
たもの、及び断面積の大きさがＳ６（ただし、Ｓ５＞Ｓ
６）である平板をＶ字状に曲折したものをＺ字状に一体
形成したステンレス材１０１と、断面積の大きさがＳ６
である材質がコンスタンタンの平板１０２とを波状に直
列接続したものである。

【００２２】こうした直列型熱電対の設置形態に示した
実施例を、図１の親子こんろバ−ナ３１により説明す
る。図１中で使用している直列型熱電対５０は、図３の
ものである。親子こんろバ−ナ３１は、火力の大きい親
バ−ナ３３の中央部に火力の小さい子バ−ナを設けたも
ので、調理品に応じてどちらかあるいは両方に点火して
火力を調節するようにしたこんろバ−ナである。

【００２３】親バーナは、鋳鉄等の鋳物で作成された親
バーナ本体３２と、そのバーナ本体３２に上から嵌合さ
れた黄銅等の熱間鍛造品からなる略円盤状の親バーナヘ
ッド３３とから構成される。親バーナ本体３２は、導入
された燃料ガスと１次空気とを混合する混合管３４と、
その下流にあって混合気を環状に分布させ、親バーナヘ
ッド３３との隙間より噴出させる環状の混合室３５とが
一体となっている。混合室３５の混合気噴出側（親バー
ナヘッド３３との嵌合側）の中央には、燃焼時の２次空
気通路を兼ねた円筒状の位置決めガイド３６が設けら
れ、親バーナヘッド３３の中央部に形成されたリング状
の突起３７がそこに位置決めされながら嵌合される。ま
た、混合管３４より混合室３５へ送られた混合気は、親
バーナヘッド３３と親バーナ本体３２との合わせ面によ
り形成された隙間を炎口として噴出し、リング状の火炎
３１ａを形成する。

【００２４】子バ−ナは、親バ−ナ本体３２及び親バ−
ナヘッド３３中央の円孔部を通って突出した子バ−ナ本
体３８と、この子バ−ナ本体３８に上方から嵌合された
黄銅等の熱間鍛造品からなる略円盤状の子バ−ナヘッド
３９とから構成される。

【００２５】直列型熱電対５０は、この火炎３１ａの下
方から高温部５４が火炎３１ａに臨む位置に固定され、
熱起電力を発生する。そして、発生した熱起電力に応じ
て、電源を必要とする各制御装置（図示略）を作動させ
る。尚、こうした親子こんろバ−ナ３１では、子バ−ナ
ばかりでなくその周囲に設けられた親バ−ナにおいて
も、同様にして直列型熱電対を設置することができ、同
様の作用・効果を得ることができる。また、直列型熱電
対５０は、バ−ナの全周に限らず、その一部として円弧
状に配置しても良い。

【００２６】以上説明したように、本実施例の直列型熱
電対５０によれば、酸化に対する耐久性の高いステンレ
ス５１のみが炎に接触するように形成されているので、
燃焼時に起こる高温酸化に対する耐久性及び信頼性の向
上を図ることができる。また、高温接点５５が炎と接触
する高温部５４から離れている為に、高温接点５５と冷
温接点５６との温度差が大きくなり、高い起電力も得る
ことができる。更に、本実施例のコンスタンタンとステ
ンレスとの組み合わせに限らず、他の金属材料での組み
合わせのバリエ−ションを増やすこともできる。また、
多数の熱電対素子を直列につなぎ、しかもその高温部５
４をこんろバ−ナ３１の周囲に均一に並べ、且つこんろ
バーナ３１の火炎３１ａ全体に臨ませている。その結
果、高温腐食を抑制できると共に、火炎３１ａから発生
する熱を効率良く大量に受けることができる。

【００２７】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。例えば、湯沸器等
のガス燃焼器にも適用できるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上記述したように本発明の請求項１記
載の直列型熱電対によれば、高温接点を炎と接触する耐
熱性が高い方の金属片の先端部から離して設けた為、燃
焼時に起こる高温腐食・劣化に対する熱電対全体の耐久
性と信頼性を向上させることができる。また、請求項２
記載の直列型熱電対によれば、耐熱性が高い方の金属片
に曲げ加工を施し、その曲げ部分を炎と接触する高温部
とした為、高温接点を酸化腐食・劣化から保護すること
ができる。また、組立が容易であり、高温接点と冷温接
点との位置を正確に決めることができるので、安定した
高起電力も得られる。また、請求項３記載の直列型熱電
対によれば、炎と接触する耐熱性が高い方の金属片の断
面積を、耐熱性が低い方の金属片よりも大きくすること
により、炎と接触する方の金属片の熱伝導性が高くなる
ので、高温接点と炎とを接触させなくても、高温接点で
は高温腐食がほとんど起こらない程度の高温に維持で
き、高い起電力を確保することもできる。また、請求項
４記載の直列型熱電対によれば、炎と接触する部分のみ
を他の部分よりも断面積を大きくすることによって、高
温部から高温接点までの部分の熱伝導性を向上させるこ
とができる。また、高温部から伝わってきた熱は、高温
接点で断面積が小さくなる為、熱伝導性が急に低下し、
冷温接点に到達するまでには、かなりの熱損失を受ける
ので、高温接点と冷温接点との温度差が大きくなる。そ
の為、高温腐食を抑制できると共に、より高い起電力を
得ることもできる。更に、請求項５記載の直列型熱電対
によれば、こんろバ−ナから発生する熱を大量に受ける
為、効率よく起電力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のこんろバ−ナの概略図であ
る。

【図２】第１実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図３】第２実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図４】第２実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図５】第３実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図６】第３実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図７】第３実施例の直列型熱電対の説明図である。

【図８】従来技術の直列型熱電対の説明図である。

【符号の説明】

ステンレス材・・・５１，６１，７１，８１，９
１，１０１コンスタンタン材・・・５２，６２，７２，８２，９
２，１０２リ−ド線・・・５３高温部・・・５４，６４，７４，８４，９
４，１０４高温接点・・・５５，６５，７５，８５，９
５，１０５冷温接点・・・５６，６６，７６，８６，９
６，１０６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの異種金属片を接合・形成した熱電
対素子を複数接続した直列型熱電対において、上記熱電対素子を構成する金属片のうち、耐熱性が高い
方の金属片の先端から所定距離だけ離した位置に、耐熱
性の低い方の金属片の先端を接合して高温接点を形成
し、上記耐熱性の高い方の金属片の先端のみを炎で加熱
するようにしたことを特徴とする直列型熱電対。
【請求項２】２つの異種金属片の端面同士を接合・形
成した熱電対素子を複数接続した直列型熱電対におい
て、上記熱電対素子を構成する金属片のうち、耐熱性が高い
方の金属片の途中に曲げ加工を施し、上記曲げ部分に炎
が当たるように構成したことを特徴とする直列型熱電
対。
【請求項３】請求項１又は２記載の直列型熱電対にお
いて、上記耐熱性が高い方の金属片の断面積を上記耐熱性が低
い方の金属片の断面積よりも大きくしたことを特徴とす
る直列型熱電対。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の直列型熱電対において、上記耐熱性が高い方の金属片の断面積が、炎と接触する
高温部から上記高温接点までの間では、上記高温接点か
ら冷温接点までの間の部分よりも大きくなるようにした
ことを特徴とする直列型熱電対。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の直列型熱電対において、こんろバ−ナの周りの全周あるいはその一部に配列した
ことを特徴とする直列型熱電対。