JPS6122283Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を
用いた燃焼状態検出装置に係るものである。

本考案の燃焼状態検出装置は、ストーブや湯沸
器等の各種燃焼機器の不完全燃焼の防止や空燃比
の制御等に適したもので有る。

〔従来技術〕

SnO₂，TiO₂，CoO等の金属酸化物半導体が雰
囲気中のガス、とりわけO₂，NOx等の酸化性ガ
スやCO，H₂，CH₄等の還元性ガスにより、その
抵抗値を変化させることはよく知られている。従
つて、金属酸化物半導体を燃焼状態の検出に応用
することも当然考えれる。

しかし、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用
いた素子を、ストーブの不完全燃焼の検出等に用
いる際の具体的問題点は、いまだ解明されていな
い。本考案者らはこの点について検討し、 (1) バーナが周囲空気中にむき出しに配置されて
いる燃焼機器では、排ガス中に周囲空気が混入
し、不完全燃焼等を有効に検出できない、 (2) 素子をバーナに極めて近接して設置すれば、
周囲空気の混入による検出誤差は解消すること
ができる。しかしこの場合は、素子の過熱等に
よる劣化が生じやすく、また火力や室内酸素濃
度の変化等によるわずかな炎のリフトにより素
子の出力が大きく変化する、 ことを見出した。

また他の問題として、ストーブ等の着火や消火
等に伴う熱衝撃への耐久性が有り、耐久性が不充
分な場合、素子は熱衝撃により変形しあるいは破
壊される。更に、装置への素子の取り付け構造を
簡易にすることも重要である。

なお関連する先行技術に付いて述べると、先願
の特願昭54−132322号（特開昭56−56527号公報
参照）は、酸化ジルコニウム等のセンサを燃焼状
態の検出に用い、素子の周囲をカバーで覆つて周
囲空気の混入を防止している。しかしこの出願で
は、半導体の抵抗値の変化を利用した素子を用い
ることは開示してはいない。

〔考案の課題〕

本考案は、(1)周囲空気の混入による燃焼状態の
検出精度の低下の防止、(2)温度変化に伴う熱衝撃
への耐久性の向上、及び(3)装置への素子の取り付
け構造の簡略化を、課題とする。

〔考案の構成〕

本考案の燃焼状態検出装置では、耐熱絶縁性基
板の表面に設けた凹部に、ガスにより抵抗値が変
化する金属酸化物半導体を充填すると共に、半導
体には少なくとも一対のリード線を接続して燃焼
状態検出素子とする。この素子を耐熱・耐酸化性
の周囲空気混入防止用カバーの内部に取り付け、
このカバーをその内部に燃焼排ガスが導入される
ように、燃焼機器のバーナ付近に取り付け、燃焼
状態検出装置とする。

このようにすれば、周囲空気の混入はカバーに
より防止されるし、素子の取り付けは、耐熱絶縁
性基板を、直接あるいは間接に、カバーに取り付
けるだけで良い。また半導体は基板の凹部に確実
に保持されるので、熱衝撃への耐久性が増す。

ここでカバーには引火手段を設けて、カバーの
外部での着火によりカバー内へ引火させるととも
に、失火が生じた場合にカバー内の炎から再着火
させるようにすることが好ましい。

〔実施例〕

第１図は本考案の燃焼状態検出装置において用
いる燃焼状態検出素子１を示すもので、図中２は
アルミナ等の基板であり、３は基板に設けた凹部
に充てんされたSnO₂，TiO₂，CoO等の金属酸化
物半導体である。４，５は基板２に設けた一対の
孔で、ボルト・ナツト等の固着手段により図示し
ない周囲空気混入防止用のカバーに素子１を固定
するためのもので有る。６，７はリード線取り出
し用透孔で、リード線８，９を外部へ引き出すた
めのもので有る。リード線８，９には適宜の外部
リード等を接続する。

なお、本考案において、素子は第１図のものに
限らず、種々のものが用いられることは当然であ
り、必要に応じ素子の温度検出用の測定抵抗体、
加熱用のヒータ等を付加することもできる。

第２図、第３図により実施例の燃焼状態検出装
置を説明すると、１０は燃焼機器のブンゼンバー
ナで、１１は周囲空気の混入防止用カバーで有
る。カバー１１は、例えばステンレスやアルミナ
等の耐熱・耐酸化性のものからなり、角筒状の形
状をし、バーナ１０に設けた突起１２等により嵌
着される。

素子１を、ボルトナツト１３，１４等によりカ
バー１１内に取り付け、リード線８，９には、電
源Ｅ_Bと負荷抵抗Ｒ_Lとを接続する。負荷抵抗Ｒ_L
への印加電圧（Vout）を出力として取り出し、
図示しない燃焼の停止手段等にに接続する。また
カバー１１には、透孔１５からなる引火手段と、
透孔１５を介しての引火や再着火を円滑に行わせ
るためのひさし状ガイド１６とを設ける。ガイド
１６は設けなくても良く、また透孔１６はスリツ
ト状の溝等に変更しても良い。

ここで実施例の装置の動作を述べる。図示しな
い着火手段により、例えばカバー１１の外部か
ら、バーナ１０に着火すると、ノズル１７から炎
が形成される。炎は透孔１５を介してカバー１１
内に引火し、カバー１１内での燃焼による排ガス
はカバー１１上部の開口部から排出される。素子
１は炎により動作温度に加熱される。ここで室内
酸素濃度の低下等により不完全燃焼が生ずると、
素子１中の半導体３の抵抗値が変化し、負荷抵抗
Ｒ_Lへの印加電圧の変化を介して、不完全燃焼の
検出が行われる。この状況を第５図に示す。図に
おいて、横軸は排ガスの空燃比を、横軸は負荷抵
抗Ｒ_Lへの印加電圧を現す。

この場合に、排ガスへの周囲空気の混入はカバ
ー１１により防止され、また風による炎や排ガス
流の偏向も生じない。次に素子１の加熱温度は、
カバー１１への取り付け位置と排ガスによる加熱
と、カバー１１への熱伝導とにより定まる。そこ
で素子１の位置とカバー１１の熱伝導率とを定め
ることにより、加熱温度を制御することができ
る。また素子１はカバー１１により支えられ、そ
の位置を正確に制御することができる。さらに、
風等によりバーナ１０の立ち消えが生じた場合、
カバー１１に設けた透孔１５を介して、再着火が
行われる。

なおカバー１１には種々の変形が可能で、例え
ば第４図に示す円筒状のもの２１としても良く、
耐熱・耐酸化性で内部への周囲空気の混入を防止
し得るもので有れば良い。

さらにこの考案に適合したバーナは、図示のブ
ンゼンバーナ１０に限らず、部分予混合または完
全予混合のもので有れば良い。さらにバーナはガ
スバーナに限らず、噴霧燃焼方式のオイルバーナ
等でも良い。

〔考案の効果〕

本考案では、周囲空気の混入防止用カバーを設
けることにより、周囲空気の混入による検出精度
の低下を防止し、正確に燃焼状態を検出すること
ができる。また半導体を基板の凹部に充填するこ
とにより熱衝撃への耐久性を増すと共に、素子の
取り付け構造を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に用いる燃焼状態検出素子の１
例を示すものである。第２図は、実施例の燃焼状
態検出装置の部分切り欠き部付き正面図、第３図
はその側面図である。第４図は変形例のカバーの
部分切り欠き部つき斜視図、第５図は実施例の燃
焼状態検出装置の特性図である。 １……燃焼状態検出素子、３……金属酸化物半
導体、１１，２１……周囲空気混入防止用カバ
ー、１５……透孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 表面に凹部を設けた耐熱絶縁性基板と、この凹
   部に充填したガスにより抵抗値が変化する金属酸
   化物半導体と、この半導体に接続した少なくとも
   一対のリード線とを有する燃焼状態検出素子を、
   耐熱・耐酸化性の周囲空気混入防止用カバーの内
   部に取り付け、このカバーをカバー内に燃焼排ガ
   スが導入されるように燃焼機器のバーナ付近に取
   り付けた燃焼状態検出装置。