(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏方向に貫通する多数の炎口を備えるセラミックプレートの一方の表面に電気伝導性金属酸化物の被覆層を設けたセラミックバーナの製造方法であって、
該セラミックプレートの一方の表面に該被覆層を形成するコーティング液を噴霧するときに、該セラミックプレートの該被覆層を形成する表面の反対側から該炎口に２〜２０ｃｍ／秒の速度で気体を流通し、該気体を該被覆層を形成する表面で該炎口から噴出させることを特徴とするセラミックバーナの製造方法。
【請求項２】
前記コーティング液は前記セラミックプレートの表面に１〜５０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲で付着するように噴霧することを特徴とする請求項１記載のセラミックバーナの製造方法。
【請求項３】
前記コーティング液はペロブスカイト型金属酸化物の粉末を分散させた分散液であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミックバーナの製造方法。
【請求項４】
前記コーティング液は塩化アンチモンを含む塩化スズ水溶液であり、前記セラミックプレートの該コーティング液を噴霧する表面を加熱することを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミックバーナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表裏方向に貫通する多数の炎口を備え、一方の表面に電気伝導性金属酸化物の被覆層が設けられているセラミックバーナの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図２に示すようにケーシング１１内にガスバーナ１２と、給水管１３から供給される水をガスバーナ１２により加熱して湯を得る熱交換器１４とを備え、熱交換器１４で得られた湯を給湯管１５により図示しない台所、洗面所、浴室等に供給する燃焼装置１６が知られている。燃焼装置１６は、バーナ１２と熱交換器１４との間にフレームロッド１７を備え、バーナ１２とフレームロッド１７との間に電圧を印加したときに火炎Ｆを通じて流れる火炎電流を火炎検知手段１８で検知することにより火炎の着火、失火を検出するようになっている。
【０００３】
燃焼装置１６では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をバーナ１２に供給するようにしたものがあり、このような燃焼装置１６ではバーナ１２として、アルミナ、シリカ等を成分とするコーディエライト等からなる耐熱衝撃性セラミックプレートに小径の炎口１９を設けたセラミックバーナ１２が用いられている。ところで、前記セラミックは不導体であるので、前記セラミックバーナ１２を用いるときには火炎検知手段１８による火炎電流の検知が困難になる。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１２表面の火炎が形成される側に導電体層２０を設け、導電体層２０とフレームロッド１７との間に電圧を印加することにより前記火炎電流を検知することが行われている。
【０００４】
前記導電体層２０として、例えば前記セラミックバーナ１２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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
しかし、前記セラミックバーナは焼成温度が低いため、ＳｉＣ被膜を形成するための高温での熱処理ができず、該ＳｉＣ被膜の形成が困難になる。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。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。
【０００８】
そこで、前記導電体層２０として、前記セラミックバーナ１２表面に電気伝導性金属酸化物の被覆層を形成することが検討されている。前記電気伝導性金属酸化物としては、Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  等のペロブスカイト型金属酸化物、アンチモン等のドープ物質をドーピングした二酸化スズ等を挙げることができる。
【０００９】
前記電気伝導性金属酸化物の被覆層は、前記ペロブスカイト型金属酸化物の場合には該金属酸化物の粉末を分散させた分散液をコーティング液としてセラミックバーナ１２表面に噴霧することにより形成することができる。また、アンチモンをドーピングした二酸化スズの場合には、塩化アンチモンを含む塩化スズ水溶液をコーティング液として加熱されたセラミックバーナ１２表面に噴霧することにより形成することができる。前記電気伝導性金属酸化物の被覆層は、前記のように製造に複雑な装置を必要とせず、原料自体も安価であるので、低廉な製造コストで耐熱性に優れた導電体層２０を形成することができる。
【００１０】
しかしながら、セラミックバーナ１２を形成するセラミックプレート１は例えば６０ｍｍ×１２８ｍｍの大きさの表面に直径１．２５ｍｍの炎口１９が相互の中心間距離が１．８ｍｍになるように形成されており、かかるセラミックプレートに前記コーティング液を噴霧すると、該コーティング液が前記炎口１９の内面に付着して形成された導電体層２０により炎口１９が部分的に閉塞されてその直径が小さくなり、あるいは各炎口１９の直径が不均一になり、ひいては燃焼装置として燃焼性能を悪くするという不都合がある。
【００１１】
【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、コーティング液が炎口の内面に付着することを防止して、炎口の開口率を高く維持することができるセラミックバーナの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
セラミックバーナを備える燃焼装置では、前記炎口の直径が小さくなったり、各炎口の直径が不均一になると、一酸化炭素（ＣＯ）の発生量を所定の基準値以下に抑制することができる空気過剰率の幅が狭くなる。
【００１３】
前記「空気過剰率」とは、前記混合気において所定量の燃料ガスを完全燃焼させるために必要とされる化学量論的量の空気を１として、この何倍の量の燃焼用空気を燃料ガスに混合するかを示す値（単位を持たない無次元数として示される）である。従って、空気過剰率の値が１より大であれば、前記燃料ガスを完全燃焼させるため以上の量の燃焼用空気が存在することになり、不完全燃焼は起きないかのように考えられるが、実際には前記バーナプレートに供給される混合気の空気過剰率の値を１より大きくして燃料ガスに対して燃焼用空気が過剰に存在するようにしても不完全燃焼が起き、ＣＯの発生量を皆無にすることはできない。
【００１４】
これは、前記混合気は動的混合物であるために部分的には空気過剰率が１より小さくなることがあり、この部分で不完全燃焼が起きることによるものと考えられる。また、前記混合気は空気過剰率が大きくなるほど部分的な不完全燃焼は無くなるものの、前記炎口から噴出する混合気の流速が増加し火炎が伸びるために、該火炎が熱交換器のフィンに接触して不完全燃焼を生じる部分が多くなり、前記不完全燃焼によるＣＯ発生量が増加するものと考えられる。
【００１５】
この結果、セラミックバーナ１２に前記混合気を供給して燃焼させたときの空気過剰率に対する前記ＣＯ発生量は、空気過剰率が１から増加するにつれて一旦は低減するが、空気過剰率がある値のときに最低となり、空気過剰率がそれよりも大きくなると逆にＣＯ発生量が増加する。従って、ＣＯ発生量を所定の基準値、例えば前記ＪＩＳ規格により定められる０．２８％以下に抑制するには、空気過剰率を一定の範囲内にする必要がある。
【００１６】
ここで、前記混合気は前述のように動的混合物であり、前記空気過剰率は変動しやすいので、前記ＣＯ発生量を所定の基準値以下に抑制することができる空気過剰率の範囲は該空気過剰率の絶対値ではなく、前記範囲に相当する空気過剰率の幅で示される。前記空気過剰率の幅は装置を設計する際に設定されるが、前記空気過剰率の幅が狭いと設計値と実際の製品の値との間の誤差により生じる製品の前記空気過剰率のばらつきが大きくなって、前記空気過剰率の幅の範囲外となったときにＣＯが多量に発生する虞れがあるので、前記空気過剰率の幅はできるだけ大きく設定することが望まれる。
【００１７】
次に、炎口の開口率を１３％、２６％、４０％、１００％としたときの前記混合気の空気過剰率（λ）に対する一酸化炭素発生率（ＣＯ％）を図３に示す。
【００１８】
図３に示すように、前記ＣＯ発生量を所定の基準値（例えば０．２８％）以下に抑制することができる前記空気過剰率の幅は、前記炎口の開口率が１００％としたときに最も広く、開口率が４０％から、２６％、１３％と低くなるに従って狭くなる。従って、図３から前記ＣＯ発生量を所定の基準値以下に抑制することができる前記空気過剰率の幅をできるだけ大きく設定するためには、前記炎口の開口率を高く維持することが必要であることが明らかである。
【００１９】
そこで、本発明の製造方法は、前記炎口の開口率を高く維持するために、表裏方向に貫通する多数の炎口を備えるセラミックプレートの一方の表面に電気伝導性金属酸化物の被覆層を設けたセラミックバーナの製造方法であって、該セラミックプレートの一方の表面に該被覆層を形成するコーティング液を噴霧するときに、該セラミックプレートの該被覆層を形成する表面の反対側から該炎口に２〜２０ｃｍ／秒の速度で気体を流通し、該気体を該被覆層を形成する表面で該炎口から噴出させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の製造方法によれば、前記コーティング液を噴霧するときに、前記被覆層を形成する表面で前記炎口から前記気体が噴出するので、前記コーティング液が前記気体の噴出に妨げられて前記炎口内に付着することを防止することができる。前記気体は、流通速度が２ｃｍ／秒未満のときには前記コーティング液の前記炎口内への付着を妨げる効果が十分に得られず、２０ｃｍ／秒を超えると前記のように噴霧されるコーティング液の流れを乱し、均一な被覆層が得られないことがある。
【００２１】
また、本発明の製造方法において、前記コーティング液は前記セラミックプレートの表面に１〜５０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲で付着するように噴霧することを特徴とする。前記コーティング液の付着量が１ｍｇ／ｃｍ２  未満であるときには均一な被覆層が得られないことがあり、５０ｍｇ／ｃｍ２  を超えると前記コーティング液が前記気体の噴出に抗しての前記炎口内に侵入、付着することがある。
【００２２】
本発明の製造方法では、前記コーティング液はペロブスカイト型金属酸化物の粉末を分散させた分散液を用いる。前記ペロブスカイト型金属酸化物の粉末を分散させた分散液は、セラミックプレートの表面に噴霧した後、乾燥させることによってペロブスカイト型金属酸化物の被覆層が形成される。
【００２３】
また、本発明の製造方法では、前記コーティング液は塩化アンチモンを含む塩化スズ水溶液を用いてもよいが、該水溶液を用いるときには、前記セラミックプレートの該コーティング液を噴霧する表面を加熱しておくことが必要である。前記塩化アンチモンを含む塩化スズ水溶液は、加熱された表面に付着することにより、酸素の存在下で塩化スズ及び塩化アンチモンが分解し、酸化されて二酸化スズを形成する。この結果、アンチモンがドーピングされた二酸化スズの被覆層が形成される。
【００２４】
【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は本発明の製造方法を示す説明図である。
【００２５】
まず、図１（ａ）を参照して本実施形態の第１の態様について説明する。
【００２６】
本態様は、Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  の分散液であるコーティング液を用いるものであり、図１（ａ）示のように、セラミックプレート１の上方からコーティング液２ａを噴霧するときに、セラミックプレート１の下方から空気を流通する。セラミックプレート１は、コーディエライト等の多孔性で耐熱衝撃性を備えるセラミックからなり、６０ｍｍ×１２８ｍｍ×１２ｍｍの大きさを有する。セラミックプレート１は表裏方向に貫通する炎口１９を備え、炎口１９は直径１．２５ｍｍで、相互の中心間距離が１．８ｍｍになるように形成されている。
【００２７】
コーティング液２ａは、粉末状のＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  に、該粉末の２０〜５０重量％の水と、該粉末の０．５重量％の分散剤（中京油脂製、商品名：セルナＤ−３０５）とを添加して、ボールミルを用いて湿式混合してスラリーとした分散液である。コーティング液２ａは、市販の霧吹器３を用いてセラミックプレート１の上面に、付着量が１〜５０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲になるように噴霧される。
【００２８】
前記空気は、セラミックプレート１の下方から炎口１９に２〜２０ｃｍ／秒の速度で流通され、セラミックプレート１の上面で炎口１９から噴出することにより、前記のように噴霧されるコーティング液２ａが炎口１９内に侵入、付着することを防止する。前記空気は例えば送風機等からセラミックプレート１の下方に吹き付けることにより炎口１９に流通することができる。
【００２９】
コーティング液２ａが付着したセラミックプレート１は、乾燥後、さらに焼成されることにより、導電体層２０としてＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  からなる被覆層を備えるセラミックバーナ１２となる。
【００３０】
次に、図１（ｂ）を参照して本実施形態の第２の態様について説明する。
【００３１】
本態様は、塩化アンチモンを含む塩化スズ水溶液であるコーティング液を用いるものであり、図１（ｂ）示のように、シュバンクバーナ４の上方に保持されたセラミックプレート１の上方からコーティング液２ｂを噴霧する。セラミックプレート１は、前記第１の態様と全く同一の構成である。
【００３２】
セラミックプレート１がシュバンクバーナ４の上方に保持された状態で、シュバンクバーナ４に供給される混合気に点火すると、セラミックプレート１はその上面がシュバンクバーナ４の輻射熱により加熱されると共に、炎口１９にシュバンクバーナ４の排ガスが２〜２０ｃｍ／秒の速度で流通され、セラミックプレート１の上面で炎口１９から噴出する。尚、前記混合気は、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気体である。
【００３３】
コーティング液２ｂは、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、次いで塩化スズ（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た水溶液である。コーティング液２ｂは、市販の霧吹器３を用いてセラミックプレート１の上面に、付着量が１〜５０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲になるように噴霧される。
【００３４】
このようにすると、セラミックプレート１の上面で炎口１９から噴出する前記排ガスにより、前記のように噴霧されるコーティング液２ｂが炎口１９内に侵入、付着することを防止されると共に、コーティング液２ｂは前記のように加熱されたセラミックプレート１の上面に付着することにより直ちに分解してアンチモンがドーピングされた二酸化スズ層を形成することができる。そして、導電体層２０として前記アンチモンがドーピングされた二酸化スズ層を備えるセラミックバーナ１２が得られる。
【００３５】
前記第２の態様では、セラミックプレート１を他の方法で加熱してもよいが、セラミックプレート１をシュバンクバーナ４の上方に保持することにより、シュバンクバーナ４の排ガスを炎口１９に流通させる気体として利用できるので、好都合である。セラミックプレート１をシュバンクバーナ４以外の他の方法で加熱するときには、前記排ガスに代えて、空気等の気体を炎口１９に流通させる必要がある。
【００３６】
前記第１の態様で炎口１９に流通させる気体は、セラミックプレート１やＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  からなる被覆層の成分と反応しない気体であればどのような気体であってもよく、前記空気、シュバンクバーナ４の排ガスの他に、窒素、アルゴン、ヘリウム等を挙げることができる。また、前記第２の態様では、酸素を含み、セラミックプレート１やアンチモンがドーピングされた二酸化スズ層の成分と反応しない気体であればどのような気体であってもよく、前記空気、排ガス、その他酸素混合ガスを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を示す説明図。
【図２】セラミックバーナを用いる燃焼装置の一構成例を示すシステム構成図。
【図３】炎口の開口率の相違による空気過剰率と一酸化炭素発生量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…セラミックプレート、  ２ａ，２ｂ…コーティング液、  １２…セラミックバーナ、  １９…炎口、  ２０…被覆層。
【図１】
0003560814.tif 000002
【図２】
0003560814.tif 000003
【図３】
0003560814.tif 000004