JPH11325466A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料を確実に着火燃焼させ、またトラブル等
で失火した際は直ちに失火を検知し、再点火して安全な
燃焼運転を可能とする点火装置を提供する。 【解決手段】 燃料吐出口に近接して設置したＳｉＣヒ
ータ素子１に通電する電源回路２と、ＳｉＣヒータ素子
１に発生する熱起電力を測定する検出回路３と、検出し
た熱起電力により燃料の供給弁を開閉して燃料を供給ま
たは遮断する燃料導入手段４と、からなる点火装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火装置、特にＳ
ｉＣヒータ素子を点火源に用いて燃料を燃焼させて安全
に操業を行うための点火装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスや石油等の燃料の燃焼装置において
は、従来から圧電素子、高電圧スパーク等の点火手段が
用いられているが、着火及び失火の確認は夫々別個の装
置で行われるために燃焼装置の部品数が多くなり運転保
守管理が煩雑化する難点があるので、点火用のヒータ素
子と失火時の温度低下を検知する機能を兼ね備えた点火
手段が有用となっている。

【０００３】前記した点火用のヒータ素子と失火時の温
度低下を検知する機能を兼ね備えた点火手段として本出
願人の１人は、電源スイッチを含む電源回路と、温度変
化に応じて変化する抵抗値を有し燃料排出口に近接して
配設される発熱体を含み前記電源スイッチの投入により
通電され前記発熱体を発熱させる発熱体回路と、前記発
熱体による着火される燃料を排出させるための燃料源に
結合され前記電源スイッチの投入により付勢される電磁
バルブと、燃料着火後に前記発熱体を前記電源回路から
切離す手段と切離され燃焼熱により熱せられる前記発熱
体の抵抗値から前記燃料の消火による前記発熱体の抵抗
値への抵抗値変化を検出しこの抵抗値変化に応答して前
記燃料の供給を停止するため前記電磁バルブを消勢する
手段とを含む安全回路部とで構成される点火装置を開発
した（実公昭59−32829 号公報）。この点火装置は、発
熱体の抵抗値の温度変化を利用することにより着火、燃
焼及び消火を確認するものである。

【０００４】さらに、本出願人の１人は、温度測定、制
御用の熱電対で、該熱電対の一端子が炭化珪素からな
り、他の端子が金属珪素、珪化モリブデン、珪化鉄、珪
化クロム、珪化コバルト、珪化マンガン等の内、いずれ
か一つ、または一つ以上の材質からなることを特徴とす
る炭化珪素系熱電素子、該炭化珪素素子が発熱機能をも
つことにより、ヒータまたは点火器と熱電対の兼用型で
あることを特徴とする炭化珪素系熱電素子、を開発提案
した（特開昭60−16476 号公報）。この点火装置は、炭
化珪素焼結体を発熱体とし、炭化珪素焼結体と金属珪素
または珪化金属合金との組み合わせにより熱電対機能を
もたしたもので高起電力と耐酸化性を備えたものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の実公昭５９−３
２８２９号公報や特開昭６０−１６４７６号公報の技術
によっても、燃料の供給を断つことによって安全性を確
保することができるが、発熱体の抵抗値を検出する方法
や熱電対により温度を検出する方法では熱応答性に対し
て充分でなく、失火した時に加熱炉内の製品処理能率や
製品歩留りが低下する難点がある。

【０００６】例えば、加熱炉内で燃料を燃焼する時に、
炉体が充分に加熱されずに失火が発生する場合には、燃
焼火炎中に設置された抵抗温度計や熱電対が失火により
急速に温度低下して充分な検出能をもっているので前記
した手段も有効なものとなっている。ところが、炉体が
充分に加熱されて失火が発生する場合には、燃焼炎中に
設置された抵抗温度計や熱電対が炉体の輻射熱により温
度低下が緩慢となるので、失火を検知するのに時間がか
かる問題があった。この感度低下を補う方法として、常
にヒータを加熱しておく方法もあるがヒータの消耗や消
費電力の増加をまねく問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解消し、加熱炉の操業時に使用する燃料排出
口の燃料を確実に着火燃焼させ、またトラブルなどによ
って燃焼火炎が立ち消えたり吹き消えたりして失火した
場合には直ちに検知するとともに再点火して燃焼させ、
加熱炉の運転操業を安全に行うことを可能とする点火装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の点火装置は、燃料吐出口に近接して設置し
たＳｉＣヒータ素子に通電する電源回路と、ＳｉＣヒー
タ素子の熱起電力を測定する検出回路と、検出した熱起
電力により燃料の供給弁を開閉して燃料を供給または遮
断する燃料導入手段と、からなることを特徴とする。ま
た、ＳｉＣヒータ素子は温接点と冷接点を有する差動構
成とすることを特徴とする。好ましい方法としては、Ｓ
ｉＣヒータ素子が、焼結ＳｉＣの一部にＳｉまたはＳｉ
合金を含浸したＳｉＣ／Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる構造で
あることを特徴とし、ＳｉＣヒータ素子が、端子部を除
く表面に化学気相蒸着ＳｉＣ層を被覆してもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】ＳｉＣヒータ素子は、燃料吐出口
の近辺に配置され、電源回路からの通電により発熱して
燃料を着火燃焼させる発熱体として機能する。そして、
燃料の燃焼が安定に継続したら電源回路からの電圧負荷
は解除され、ＳｉＣヒータ素子は燃料の燃焼火炎中に挿
入された状態で電源回路から切り離される。

【００１０】このように、ＳｉＣヒータ素子は燃料の点
火時には通電発熱させて発熱体として機能するが、着火
燃焼時には負荷電圧は解除された状態で燃焼火炎中に置
かれるため、通電発熱して燃料に点火時の温度、燃焼火
炎中の温度、等の高温雰囲気中に曝されていることにな
る。一般にＳｉＣ等の半導体は、例えばその両端を異な
る温度雰囲気下に曝すとゼーベック効果によって電位差
が生じ、温度に対応して熱起電力が発生する。

【００１１】本発明のＳｉＣヒータ素子は温接点と冷接
点を有する差動構成となっており、例えば、燃焼火炎中
に置かれたＳｉＣヒータ素子には火炎温度に対応する温
接点と燃焼火炎を外れた位置に冷接点を有する構成とな
っている。このため、燃料が燃焼している場合には、温
接点と冷接点との熱起電力が検知される。一方、何らか
の理由により燃焼火炎が消えた場合には温接点と冷接点
との温度差が急速に小さくなるのでその温度差に対応し
て熱起電力も急速に小さくなる。

【００１２】この検出能は、炉体の輻射熱が高温状態に
ある場合においても感度低下がない。例えば、図３に示
すようにＳｉＣヒータ素子の失火時からの熱起電力と抵
抗値の変化は、熱起電力の変化が大きいため速やかに失
火したことを検知することができる。すなわち、ＳｉＣ
ヒータ素子に発生する熱起電力を測定することにより燃
料の吐出口における燃料の燃焼状況、例えばＳｉＣヒー
タ素子を通電発熱させ燃料吐出口において燃料に点火す
る場合には確実に着火したか、着火後安定に燃焼を継続
しているか、更に燃焼火炎が立ち消えたり吹き消えたり
して消火しているか、等の燃焼状況を速やかに判断する
ことが可能となる。

【００１３】また、ＳｉＣヒータ素子はＳｉＣヒータ素
子の温接点または冷接点が、焼結ＳｉＣの一部に含浸し
たＳｉまたはＳｉ合金との境界に形成してなる構造とし
たものが好ましく用いられる。含浸する金属としてＳｉ
合金を用いる場合は、珪化モリブデン、珪化鉄、珪化ク
ロム、珪化コバルト、珪化マンガンなどが好適に使用さ
れる。

【００１４】例えば、Ｓｉを用いて焼結ＳｉＣの一部に
含浸したＳｉとの境界に温接点または冷接点を形成して
なる構造としたＳｉＣヒータ素子は、図４に示すように
燃料吐出口１１の近傍に設置したＳｉＣヒータ素子１に
ＳｉＣ６とＳｉ含浸ＳｉＣ７との２ヶ所８、９の境界に
おいて、燃焼火炎１０のごく近傍または燃焼火炎10中に
設置された部分が温接点８となり、燃焼火炎１０を外れ
た部分が冷接点９となる差動構成となっている。このと
き、温接点８側の端子が正極となり、冷接点９側の端子
が負極となり、熱起電力を生じる。このため、炉内温度
が高温であっても失火により温接点８と冷接点９の温度
は短時間に接近して、熱起電力の感度をより高めるもの
である。

【００１５】また、図５に示すように、燃料吐出口１１
の近傍に設置したＳｉＣヒータ素子１にＳｉＣ６とＳｉ
含浸ＳｉＣ７との２ヶ所８、９の境界において、燃焼火
炎１０の中に設置された部分が冷接点８となり、燃焼火
炎１０を外れた部分が温接点９となる差動構成となって
いる。このとき、冷接点８側の端子が負極となり、温接
点９側の端子が正極となり、熱起電力を生じる。さら
に、高純度な雰囲気が必要とされる場合には、ＳｉＣヒ
ータ素子が、端子部を除く表面に化学気相蒸着ＳｉＣ層
を被覆したものが好ましい。

【００１６】そして、検出回路で測定された熱起電力の
値に基づいて、例えば燃料に点火する場合には燃料吐出
口の近傍に設置したＳｉＣヒータ素子の通電発熱温度が
所定温度に達したら燃料導入手段の供給弁が開いて燃料
の供給を開始し、燃料に点火する。次いで着火した燃料
の燃焼火炎中に置かれたＳｉＣヒータ素子の熱起電力を
測定して燃料が安定に燃焼を継続している場合には燃料
を供給し続けるとともにＳｉＣヒータ素子への通電発熱
用の電力供給は解除される。一方、燃料の燃焼が何らか
の理由により立ち消えたり吹き消えたりして失火した場
合にはＳｉＣヒータ素子の熱起電力の値が急速に低下す
るので、熱起電力を継続して測定することにより失火を
検知するとともにその値に基づいて燃料導入手段の供給
弁を閉じて燃料の供給が遮断される。次いで前の操作に
戻って燃料に再点火する。

【００１７】以下、本発明の点火装置を図１に示したブ
ロック図及び図２に示した作動システムのブロック図に
基づいて説明する。図１において、１はＳｉＣヒータ素
子、２はＳｉＣヒータ素子を通電発熱させる電源回路、
３はＳｉＣヒータ素子に発生する熱起電力を測定する検
出回路、４は検出した熱起電力により燃料の供給弁を開
閉する燃料導入手段である。

【００１８】点火装置の起動は、先ず電源回路２の電源
スイッチをＯＮにすることにより図２に示すように検出
回路３をＯＮ、ＳｉＣヒータ素子１をＯＦＦ状態にす
る。 (1) 燃料に点火する場合 消火中であるので温度が低く、検出回路３により測定さ
れる熱起電力は小さな値となる。そこで、熱起電力が設
定された特定の値、例えば１５mVより小さい場合には消
火中であることを確認して検出回路３のタイマーを起動
させ検出回路３をＯＦＦ、ＳｉＣヒータ素子１をＯＮに
する。なお、熱起電力及びタイマーの設定は燃料の燃焼
火炎が消火し、あるいは燃料に着火して燃焼した際の熱
起電力の経時変化に基づき適宜な値に設定する。

【００１９】ＳｉＣヒータ素子が所定の温度に達したら
燃料導入手段４の供給弁が開となって燃料を導入し、燃
料排気口において排出される燃料に点火する。このよう
にして排出される燃料が着火し、安定に燃焼が継続して
いることを確認したのち、燃焼の稼働を開始する。次い
で、タイマーの設定により例えば１０秒後に電源回路２
からＳｉＣヒータ素子１をＯＦＦ、検出回路３をＯＮ状
態にする。

【００２０】(2) 燃料が燃焼中の場合 燃料吐出口において燃料が安定に燃焼を継続している場
合には、ＳｉＣヒータ素子１は電源回路２からＯＦＦ、
検出回路３はＯＮ状態にあるから、検出回路３で測定さ
れる熱起電力の値は燃焼火炎のみの温度によるものとな
り、その温度に対応して略一定の熱起電力（例えば２０
〜１００mV程度）を発生している。したがって、測定さ
れる熱起電力の値により安定に燃焼していることを確認
することができる。

【００２１】(3) 燃料の燃焼が失火した場合 燃料吐出口における燃料の燃焼が何らかの理由により立
ち消えたり吹き消えたりして失火した際は、熱起電力が
急速に低下するので、検出回路３で測定される熱起電力
の値も急速に低下することになる。したがって、測定さ
れた熱起電力の値によって燃焼火炎の失火を検知するこ
とができる。すなわち、熱起電力の値が設定された値、
例えば１５mV以下に低下した際には燃焼火炎が消えたこ
とを確認することができ、直ちに燃料導入手段４の供給
弁が閉となり燃料の導入を停止する。このようにして、
排出される燃料の燃焼が突然失火した場合にも速やかに
対処することができ、操業を安全に停止することができ
る。次いで、再び (1)の操作に戻って自動的に燃料に再
点火することにより直ちに再稼働することが可能とな
る。

【００２２】このように本発明は、燃料の燃焼状況をＳ
ｉＣヒータ素子に発生する熱起電力を検出して的確に把
握し、ＳｉＣヒータ素子の通電発熱及び燃料の供給、遮
断を自動的に行うものであるから、燃料の点火、燃焼及
び再点火を安全かつ速やかに行うことができ、安全な操
業が確保される。

【００２３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の点火装置によれ
ば、操業時に燃料を確実に着火燃焼させ、またトラブル
等によって燃焼火炎が立ち消えたり吹き消えたりして失
火した場合にも直ちに再点火して燃焼を再開させること
が可能となる。したがって、燃料の燃焼を安全かつ効率
的に稼働することができ、また、製品処理能率や製品歩
留りの低下も抑止することができる。更に、ＳｉＣヒー
タ素子は常時通電発熱する必要がないので電気エネルギ
ーの節減をも図ることができコスト低減化にも有利とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の点火装置を示したブロック図である。

【図２】本発明の点火装置の作動システムを説明したブ
ロック図である。

【図３】本発明のＳｉＣヒータ素子の失火時からの起電
力値および抵抗値の変化を示したグラフである。

【図４】本発明のＳｉＣヒータ素子を火炎中に設置した
一態様の例である。

【図５】本発明のＳｉＣヒータ素子を火炎中に設置した
他の一態様の例である。

【符号の説明】

１ ＳｉＣヒータ素子 ２ 電源回路 ３ 検出回路 ４ 燃料導入手段 ５ 制御回路 ６ ＳｉＣ ７ ＳｉＣ／Ｓｉ ８ 温接点 ９ 冷接点 10 燃焼火炎 11 燃料吐出口 12 化学気相蒸着ＳｉＣ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏原 太郎 東京都港区北青山１丁目２番３号 東海カ ーボン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料吐出口に近接して設置したＳｉＣヒ
   ータ素子に通電する電源回路と、ＳｉＣヒータ素子の熱
   起電力を測定する検出回路と、検出した熱起電力により
   燃料の供給弁を開閉して燃料を供給または遮断する燃料
   導入手段と、からなることを特徴とする点火装置。
2. 【請求項２】 ＳｉＣヒータ素子は温接点と冷接点を有
   する差動構成とすることを特徴とする請求項１記載の点
   火装置。
3. 【請求項３】 ＳｉＣヒータ素子の温接点または冷接点
   が、焼結ＳｉＣの一部に含浸したＳｉまたはＳｉ合金と
   の境界に形成してなる構造であることを特徴とする請求
   項１または２記載の点火装置。
4. 【請求項４】 ＳｉＣヒータ素子が、端子部を除く表面
   に化学気相蒸着ＳｉＣ層を被覆してることを特徴とする
   請求項１、２または３記載の点火装置。