JPS63109357A

JPS63109357A - 燃焼安全装置

Info

Publication number: JPS63109357A
Application number: JP25608786A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Koda; 弘史香田; Muneharu Shimabukuro; 宗春島袋; Yasunori Ono; 靖典小野; Nobuaki Murakami; 伸明村上
Original assignee: Figaro Engineering Inc
Current assignee: Figaro Engineering Inc
Priority date: 1986-10-28
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1988-05-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の利用分野］この発明は、不完全燃焼の検出に関し、特にバーナと熱
交換器とを有する燃焼機器の不完全燃焼をガスセンサに
より検出するようにしたしのに関する。

［従来技術］実開昭５８−７０４６号は、ガスセンサを熱交換器上方
に設置し、不完全燃焼を検出することを開示している。

発明者らはこの技術に付いてフィールドテストを行い、
センサ感度が経時的に低下することを見出だした（第６
図参照）。この原因は、センサ表面に燃焼により生じた
水が蓄積することに有った。

即ちセンサにヒートクリーニングを施せば、センサの感
度は回復する。しかし公知のガスセンサはいずれも熱容
量が大きく、排ガスによっては十分に加熱することがで
きず、また電池や熱電素子による加熱も困難である。更
に燃焼機器の熱効率の改善が進み、排ガス温度が低下し
てきたこともこの現象に拍車をかけている。例えばフィ
ールドテストに用いたセンサを第３図に示す。このセン
サは、ＳｎＯ，等の金属酸化物半導体の焼結体（２）に
、一対のコイル状電極（４）、（６）を埋設したらので
ある。焼結体を用いるためセンサの熱容量は大きく、ま
たその重量を支えるため電極（４）、（６）は太く、電
極からの熱損失ら大きい。

［発明の課題］この発明は、燃焼安全装置の不完全燃焼への検出感度を
安定にすることを課題とする。

［発明の構成］この発明の燃焼安全装置は、バーナと熱交換器とを有す
る燃焼機器の不完全燃焼を、ガスセンサにより検出する
ようにした燃焼安全装置において、ガスセンサを、金属
表面に耐熱絶縁性被覆を施し、この被覆上にセンサ材料
と電極とを設けたものとしたことを特徴とする。

このようにすればセンサの熱容量は小さく、排ガスによ
って容易に十分な加熱温度を与えることができる。また
ヒートクリーニングを行う場合でも、燃焼機器に設けた
電池や熱電素子の出力でヒートクリーニングを行える。

以下に湯沸器を例に実施例を説明するが、風呂釜等にも
適用できる。

［実施例コ第１図に装置の全体構造を示すと、（０２）は湯沸器、
（０４）は常閉型の電磁弁、（０６）はダイアフラム弁
、（０８）は１次空気取り入れ用のダンパー、（０１０
）はブンゼンバーナである。（０１２）はパイロットバ
ーナ、（０１４）はパイロットバーナ着火用のコック、
（０１６）は給水コックで、これに連動してダイアフラ
ム弁（０６）がオンし、バーナ（０１０）に着火する。

（０１８）は給水パイプ、（０２０）は熱交換器、（０
２２）は排ガスの出口、（０２４）はフードである。Ｓ
はガスセンサであり、例えば熱交換器（０２０）の上方
に設け、排ガスにより加熱し、その抵抗値や起電力から
不完全燃焼を検出する。また（１０）は熱電素子で、パ
イロットバーナ（Ｏｌ　２）の失火を検出すると共に、
ガスセンサ（Ｓ）の電源として用いる。

第２図にセンサを示すと、（１２）は線径（直径で）ｌ
Ｏ〜４０μ程度の金属線で、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌや、Ｆｅ
−Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の卑金属、あるいはＰｔやＩｒ、
Ｐｄあるいはこれらの合金等の貴金属を用いる。金属線
（１２）は、センサをヒートクリーニングする場合のヒ
ータに兼用する。金属線（１２）は、例えば厚さ１０〜
４０μ、より好ましくは厚さｌＯ〜２０μ、程度の金属
箔としても良い。（１４）は金属線（１２）上に設けた
耐熱絶縁性被覆で、厚さ１μ程度のアルミナやシリカ、
あるいは窒化ケイ素を用いる。これらの膜は、プラズマ
ＣＶＤやスパッタリング、真空蒸着等により形成する。

Ｆｅ−Ａｌ等の合金を用いる場合には、合金中のアルミ
ニウムを表面に析出させ、これを酸化してアルミナとし
た膜を用いても良い。

（Ｉ６）はＳｎｏｗやＩｎｔＯ３、Ｆｅｔｕ３等の金属
酸化物半導体、アンチモン酸（Ｓｂ！Ｏｓ・ｎＨｔｏ　
ｎは２程度）等のプロトン導電体等からなるセンサ材料
である。センサ材料は薄膜や厚膜として、被覆（１４）
に担持させる。これらのセンサ材料には、−酸化炭素や
水素等の不完全燃焼成分の検出に適したものを用いる。

そして金属酸化物半導体の場合には抵抗値の変化から、
プロトン導電体の場合には水素による起電力から、不完
全燃焼を検出する。なおプロトン導電体では、２つの電
極間の水素濃度の比により起電力が発生する。そこで例
えば後述の電極の一方に緻密なアルミナ等の被覆を施し
、水素濃度に人為的な差を設け、起電力を得る。

また被覆（１４）には一対の金の７膜電極（１８）を設
ける。（２０）は電極（１８）に接続したリード線、（
２２）はステム（２４）への溶接部の手前に設けた折り
返し部、（２６）は金属線（１２）とステム（２４）と
の溶接部を保護する防錆被覆である。防錆被覆には例え
ば、エポキシ等の緻密質の樹脂、Ｐｅ２０＊や金属亜鉛
等の防錆材料を樹脂に混合した防錆塗料等を用いる。（
２８）は４本のステム（２４）を植設した基板である。

なおセンサ（Ｓ）の各部分の作用を以下に示す。

折り返し部（２２）は、金属線（１２）が加熱により熱
変形した際の遊びであり、折り返し部の変形によりリー
ド線（２０）と電極（１８）との剥離を防止する。防錆
波１（２６）は、排ガス中の水やＳ０２等による、卑金
属の金属線（１２）の腐蝕を防止する。防錆被覆（２６
）は、貴金属の金属線（Ｉ２）を用いる場合には不要で
ある。また貴金属の金属線（１２）を用いる場合、耐熱
絶縁性被覆（Ｉ４）を部分的に除去し、金属線（Ｉ２）
を電極に兼用することも出来る。

このセンサの特徴は熱容量かや熱時定数が小さく、容易
に十分な温度へ加熱できる点にある。例えば２０℃から
３００℃、２０℃から１６０℃への加熱に必要な電力を
表１に示す。

第３図の従来例　　　　５３０　ｍＷａｔｔ　　　ｌ　
８０　ｍＷａｔｔ（電極４．６は線径９０μ）Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ　　　　　　５０ｍＷａｔｔ　　　　
２０ｍＷａｔｔ（１径２０μ　材質はスエーデンのガブ
リウス社製カンタル　カンタルはガブリウス社の商標）
Ｆｅ−Ｏｒ−Ａｌ　　　　　　８０ｍＷａｔｔ　　　　
３０ｍＷａｔｔ線径４０μ Ｐｄ　８０−　Ｉ　ｒ　２０　　　　８０ｍＷａｔｔ　
　　　３０ｍＷａｔｔ線径２０μ 以下では、線径２０μのＦｅ−Ｃｒ−Ａ１合金を金属線
（１２）に実施例に用い、第３図のセンサを比較例に用
い、特性を説明する。またセンサ材料は実施例、比較例
とも同一のＳｎｏｗ粉体を用い、比較例では粉体の成型
後に８００℃で焼結して焼結体（２）とした。実施例で
は、耐熱絶縁性被覆（１４）を設けた金属線（１２）を
粉体のスラリーに浸し、粉体を付着させた後に引き上げ
、８００℃で焼結して５ｎａｐ膜（１６）とした。第４
図にバーナ（０１０）を２分オン、１５分オフの周期で
繰り返し使用した際のセンサ温度を示す。実線は実施例
の温度特性、破線は比較例の温度特性で、鎖線はバーナ
による加熱を続けた際の比較例の温度特性である。燃焼
機器には第１図のものを用い、排ガスの到達温度は１７
０℃であった。

比較例では、２分間の加熱ではセンサ温度は１２０℃程
度にしか達せず、燃焼により生じた水がセンサに吸着す
る。５分程度連続して使用するとセンサは１６０℃程度
に達し吸着した水が脱離するが、湯沸器の場合連続して
使用することは希で、多くは間欠的な使用であり、セン
サが１６０℃程度まで加熱されることは少ない。実施例
では２分程度でセンサは１６０℃程度に加熱されており
、水の蓄積は少なく、使用の毎にセンサはヒートクリー
ニングされる。

第４図で温度測定に用いたセンサと湯沸器とにより、セ
ンサ特性の経時変化を調べた。第５図に実施例の結果を
、第６図に比較例の結果を示す。゛バーナを２分オン、
１５分オフとし、このサイクルを１日４０回ずつ、８０
日間操り返した。その後人為的に燃焼状態を悪化させ、
排ガス中の一酸化炭素濃度とセンサ抵抗との関係を調べ
た。また測定時のセンサ温度は実施例では１６０〜１７
０℃、比較例では１２０〜１３０℃であった。

センサの経時変化はバーナを短時間ずつ使用することに
より大きくなり、連続して長時間（５分以上）使用する
ことにより減少する。この使用モードは連続使用を含ま
ないので、経時変化は大きく現れる。第６図の比較例で
は、８０日後にはセンサは高抵抗化し、−酸化炭素への
感度は著しく低下している。例えば１００　ｐｐｍの一
酸化炭素を不完全燃焼の検出点とすると、８０日後には
１１０００ｐｐ弱に検出点は移動してしまう。ここで経
時変化したセンサに、１６０℃で５分のヒートクリーニ
ングを施すと、−酸化炭素への感度はかなり回復し、セ
ンサ抵抗も低下する（図の◇印）。この後さらに３００
℃で５分のヒートクリーニングを施したところ、センサ
特性はほぼ初期特性まで回復した。また別の経時変イビ
したセンサに対して、１６０℃でのヒートクリーニング
時間を５分から３０分に延長したところ、はぼ初期特性
に回復した。、第５図の実施例に戻ると、８０日間の使用ではセンサ特
性は余り変化していない。図にはわずかな変化が見られ
るが、これはセンサの日差変動よりやや大きい程度のも
のである。これは、実施例ではセンサの熱容量や熱時定
数が小さく、センサは容易に充分な温度へ加熱され、排
ガス中の水蒸気の蓄積が生じないるためであろう。実施
例のセンサでは経時変化が小さい。

表２に、４台の湯沸器で４箇月の使用でのセンサ特性の
変化を示す。各湯沸器毎に、実施例のセンサと比較例の
センサとを配置し、人為的に燃焼状態を悪化させセンサ
感度の変化を調べた。バーナの特性や熱交換器への水量
、センサの設置位置等が不均一なため、センサ温度も不
均一であった。

センサ温度は、実施例のもので１５０〜１７０℃、比較
例では１００〜１２０℃であった。

＊　結果はセンサ抵抗を現し、単位はＫ　ｏｂｍ。

センサの経時特性は異なっている。実施例と比較例との
主な差はセンサの加熱温度に有り、実施例では熱容量や
熱時定数が小さく、センサを充分な温度に加熱すること
ができる。しかし比較例では、センサの熱容量や熱時定
数が大きく、センサは充分には加熱されない。

また比較例で、劣化したセンサを１６０℃で５分間ヒー
トクリーニングすると、センサ特性はかなり回復する。

これらのことはセンサの経時変化の原因が熱的なもので
、センサの熱容量や熱時定数を小さくし、センサを充分
に加熱できるようにすれば解消することを意味する。

なおこの実施例では、５ｎＯｙをセンサ材料としたが、
他の材料でも良いことは明らかである。

［発明の効果コこの発明では、不完全燃焼への検出感度を安定化するこ
とができる。

ここで測疋により碍りれた栢呆を畳堰すると、用いた湯
沸器やセンサ材料（Ｓｎｏｗ）は同一である。しかし図
は実施例に用いるガスセンサの平面図、第３図は従来例
のガスセンサの部分切り欠き部付き斜視図、第４図、第
５図は実施例の特性図、第６図は従来例の特性図である
。

図において、（Ｓ）　　ガスセンサ、（１２）金属線、　　（１４）耐熱絶縁性被覆、（１６
）センサ材料、（１８）厚膜電極、（２０）　リード線
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バーナと熱交換器とを有する燃焼機器の不完全燃
焼を、ガスセンサにより検出するようにした燃焼安全装
置において、ガスセンサを、金属表面に耐熱絶縁性被覆を施し、この
被覆上にセンサ材料と電極とを設けたものとしたことを
特徴とする燃焼安全装置。