(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炎口が形成されたセラミックバーナと、該セラミックバーナ表面の火炎が形成される側に備えられた導電体層と、該セラミックバーナの火炎が形成される側に該導電体層と対向して設けられた導電体と、該導電体層と該導電体との間に電圧を印加したときに該火炎を介して流れる火炎電流を検知して火炎を検出する火炎検出手段とを備える燃焼装置において、
前記導電体層は、ドープ物質をドーピングした二酸化スズからなることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記ドープ物質はアンチモンであることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記アンチモンは、二酸化スズに対して１０モル％以下の範囲でドーピングされていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックバーナを備える燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多孔性のセラミックプレートに、該セラミックプレートを表裏方向に貫通する小径の炎口を設けてセラミックバーナとし、該セラミックバーナに燃料ガスと燃焼用空気とを所定の割合で予め混合した混合気を供給して燃焼させる燃焼装置が知られている。
【０００３】
燃焼装置では、一般に、バーナとフレームロッドとの間に電圧を印加して、該バーナに形成される火炎に流れる火炎電流を検知することにより、火炎検出が行われている。前記火炎検出は、点火時には所定値以上の前記火炎電流が検知されることにより良好に着火されたことの確認を行い、前記バーナの燃焼中に前記火炎電流が所定値以下になったときに失火と判断するものである。しかし、前記セラミックバーナは、それ自体不導体であって、電流が流れないので前記方法により火炎検出を行うことが難しい。
【０００４】
そこで、前記セラミックバーナを備える燃焼装置では、実開平１−６７４６６号公報、実公平５−１８６０６号公報等に記載のように、前記セラミックバーナ表面の火炎が形成される側に導電体層を設けることが行われている。前記各公報記載の燃焼装置によれば、前記セラミックバーナの火炎が形成される側に前記導電体層と対向してフレームロッドを設け、前記導電体層と該フレームロッドとの間に電圧を印加するか、または前記フレームロッドの代わりに熱交換器を用い前記導電体層と該熱交換器との間に電圧を印加することにより、前記火炎を介して流れる火炎電流を検知して火炎を検出することができるとされている。
【０００５】
前記燃焼装置において、前記導電体層として、例えば前記セラミックバーナ表面にニッケルの蒸着膜を設けることが知られている。しかし、ニッケルは耐熱性が低く、長期の使用に耐えることができない。
【０００６】
また、前記ニッケルに代えて、耐熱性に優れる白金またはパラジウムを用いれば、長期に亘って安定して使用することができる。しかし、前記白金またはパラジウムはいずれも貴金属であって高価であるので製造コストの増大を避けることができない。
【０００７】
また、前記ニッケルに代えて、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の被膜を形成することが考えられる。ＳｉＣは、空気中では高度の耐熱性を備えると共に、真性半導体であって、導電体として利用することができるので、セラミックバーナ表面に導電体を設ける用途に適している。前記ＳｉＣの被膜は、例えば、二酸化ケイ素と炭素とを反応させたり、ケイ素と炭素とを反応させたのち、焼結させることにより製造される。
【０００８】
しかしながら、ＳｉＣ被膜を形成するためには高温での熱処理を必要とするが、前記セラミックバーナは焼成温度が低いため、該ＳｉＣ被膜の形成が困難になるという不都合がある。また、前記ＳｉＣの焼結にはホウ素やＡｌ２  Ｏ３  、Ｙ２  Ｏ３  等の助剤を必要とするが、ＳｉＣは不純物を添加すると形成された被膜の高温での強度が低下する傾向があり、焼結条件の設定が難しいという不都合がある。さらに、ＳｉＣは前記焼結中に酸化されると劣化するので、これを防止するために、装置内を真空にしなければならず、製造コストの増大が避けられないとの不都合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、耐熱性に優れ、安価で製造容易な導電体層が形成されたセラミックバーナを備える燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の燃焼装置は、炎口が形成されたセラミックバーナと、該セラミックバーナ表面の火炎が形成される側に備えられた導電体層と、該セラミックバーナの火炎が形成される側に該導電体層と対向して設けられた導電体と、該導電体層と該導電体との間に電圧を印加したときに該火炎を介して流れる火炎電流を検知して火炎を検出する火炎検出手段とを備える燃焼装置において、前記導電体層は、ドープ物質をドーピングした二酸化スズからなることを特徴とする。
【００１１】
二酸化スズはそれ自体ｎ型酸化物半導体であるが、アンチモン等のドープ物質をドーピングすることにより電気伝導性が向上し、前記導電体層として使用することができる。前記二酸化スズからなる導電体層は、二酸化スズがそれ自体酸化されているために優れた耐熱性を備えている。また、前記二酸化スズは安価であると共に、それ自体酸化物なので製造に当たって酸化を避けるための特殊な装置が不要であり、前記セラミックバーナ表面に前記導電体層を容易に形成することができる。
【００１２】
前記ドープ物質としてはアンチモン以外にリン等の他の公知のドープ物質を用いることもできるが、入手が容易であり、ドープ物質としては比較的安価で、二酸化スズの電気導電性を向上する性能に優れていることから本発明ではアンチモンを用いる。
【００１３】
また、本発明の燃焼装置において、前記アンチモンは、二酸化スズに対して１０モル％以下の範囲でドーピングされていることを特徴とする。ドーピングされるアンチモンの量が二酸化スズに対して１０モル％を超えてもそれ以上に電気伝導性を向上する効果は得られない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の燃焼装置の一構成例を示すシステム構成図、図２は本発明の燃焼装置の一実施例において導電体層とフレームロッドとの間で所定のインプットに対して検出される火炎電流を示すグラフである。
【００１５】
図１示のように、本実施形態の燃焼装置１は、ケーシング２内にセラミックバーナ３と、給水管４から供給される水をセラミックバーナ３により加熱して湯を得る熱交換器５とを備え、熱交換器５で得られた湯は給湯管６により図示しない台所、洗面所、浴室等に供給される。セラミックバーナ３は熱交換器５に対向する面に導電体層７を備え、熱交換器５との間にフレームロッド８が設けられている。セラミックバーナ３はコーディエライト等の組成よりなる耐熱衝撃性セラミックプレートに小径の炎口３ａを備えたものであり、燃料ガスと燃焼用空気とが予め所定の割合で混合された混合気が供給されたときに、該炎口３ａから噴出する前記混合気に図示しない点火手段により点火されるようになっている。
【００１６】
そして、燃焼装置１は、前記点火手段により前記混合気に点火されたときに、導電体層７とフレームロッド８との間に電圧を印加して、セラミックバーナ３に発生した火炎Ｆを通じて流れる火炎電流を検知することにより着火を検出する火炎検出手段９を備えている。
【００１７】
本実施形態のセラミックバーナ３は、前記導電体層７として、１０モル％以下のアンチモンをドーピングした二酸化スズの被覆層を形成したものである。
【００１８】
図１では、セラミックバーナ３は一体的に示されているが、大小２つに分割されていてもよい。セラミックバーナ３が大小２つのバーナからなる場合には、大小の各バーナをそれぞれ独立に燃焼運転するか、一緒に燃焼運転するかによって、燃焼量を調整することができる。尚、この場合には、大小２つのバーナにそれぞれフレームロッド８と、前記点火手段とが設けられる。
【００１９】
次に、本実施形態の実施例を示す。
【００２０】
【実施例】
本実施例では、まず、塩化アンチモン（ＳｂＣｌ３  ）０．０５ｇを希塩酸３０ｇに溶解して、純水６９．９５ｇを添加して塩化アンチモンの０．０５重量％水溶液を調製した。次に、塩化スズ（ＳｎＣｌ４  ）９．９５ｇを純水９０．０５ｇに溶解して塩化スズの９．９５重量％水溶液を調製し、該塩化スズ水溶液に前記塩化アンチモン水溶液１００ｇを添加して、攪拌混合し、コーティング液を調製した。前記コーティング液に含まれる塩化アンチモンと塩化スズとの比は、ＳｂＣｌ３  ：ＳｎＣｌ４  ＝０．５：９９．５（重量比）となっている。
【００２１】
次に、熱交換器５に対向する面が加熱されたセラミックバーナ３に、市販の噴霧器を用いて前記コーティング液を噴霧することにより、前記導電体層７として、０．５２モル％のアンチモンがドープされた二酸化スズの被覆層を形成した。前記加熱は、前記コーティング液からアンチモンがドーピングされた二酸化スズが形成される温度より高く、塩化アンチモンがドーピングされる前に酸化されない温度未満の範囲、例えば３００〜８００℃の範囲で行う。
【００２２】
本実施例では、シュバンクバーナの上にセラミックバーナ３を載置して、該シュバンクバーナを燃焼させることによりセラミックバーナ３の熱交換器５に対向する面を５００℃に加熱し、シュバンクバーナの反対側から前記コーティング液の噴霧を行った。このようにすると、前記シュバンクバーナの排気がセラミックバーナ３の炎口３ａから前記コーティング液が噴霧される面に噴出するので、前記コーティング液が炎口３ａの内部に付着することを防止することができる。
【００２３】
次に、導電体層７として、前記二酸化スズの被覆層が形成されたセラミックバーナ３を図１示の燃焼装置１に装着して、インプットを３．９ｋＷから２９．３ｋＷの範囲で変量し、前記二酸化スズの被覆層（導電体層７）とフレームロッド８との間に１５０Ｖの電圧を印加して火炎電流を検知した。各インプットにおける空気過剰率に対する火炎電流の変化を図２に示す。
【００２４】
図１示の火炎検出手段９では、着火検知のためには０．６μＡ以上、失火検知のためには０．１μＡ以上の火炎電流が必要であり、前記着火検知及び失火検知を確実に行うために２〜６μＡの火炎電流が望まれる。これに対して、前記二酸化スズの被覆層によれば、図２示のように、インプット２９．３ｋＷの場合には空気過剰率１．０５〜１．６の範囲で８〜１２５μＡの火炎電流が得られる。また、インプット１４．８ｋＷの場合には空気過剰率１．０５〜１．６５の範囲で９〜５８μＡの火炎電流が得られ、インプット９．４ｋＷの場合には空気過剰率１．０５〜１．７５の範囲で８〜４０μＡの火炎電流が得られる。さらに、インプット３．９ｋＷの場合でも空気過剰率１．０５〜１．８の範囲で２〜１３μＡの火炎電流が得られる。
【００２５】
従って、前記二酸化スズの被覆層によれば、インプット量に関わらず、広い範囲の空気過剰率で火炎検出に十分な火炎電流が得られ、前記着火検知及び失火検知を確実に行うことができることが明らかである。
【００２６】
次に、前記二酸化スズの被覆層の表面温度が高温になったときの電気伝導性の有無を試験するために、前記二酸化スズの被覆層が形成されたセラミックバーナ３を備える燃焼装置１において、インプットを４．１ｋＷとし、空気過剰率を１．１としたときのセラミックバーナ３の表面温度を測定したところ９３８℃であり、火炎検出手段９により火炎電流が検出された。
【００２７】
比較のために、導電体層７として、Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  の被覆層が形成されたセラミックバーナ３を用いて図１示の燃焼装置１を構成し、前記と同一条件でセラミックバーナ３の表面温度を測定したところ９００℃であり、火炎検出手段９により火炎電流が検出された。
【００２８】
前述の試験から、前記二酸化スズの被覆層は、表面温度がＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  の被覆層より高温でも電気導電性を備え、火炎検出手段９により火炎電流を検出できることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼装置の一構成例を示すシステム構成図。
【図２】本発明の燃焼装置の一実施例において導電体層とフレームロッドとの間で所定範囲のインプットに対して検出される火炎電流を示すグラフ。
【符号の説明】
１…燃焼装置、  ３…セラミックバーナ、  ３ａ…炎口、  ７…導電体層、
８…導電体、  ９…火炎検出手段。
【図１】
0003557347.tif 000002
【図２】
0003557347.tif 000003