(57)【要約】【課題】大気中のシリコンガスが被毒物となって火炎導入部に付着するのを抑え、燃焼機器が正常な燃焼状態にあるか否かを安定して検出できるようにする。【解決手段】火炎センサ１１は、耐熱性の鉄材等により形成された検出ロッド１２を有し、検出ロッド１２の先端側は火炎導入部１２Ａとなってバーナの火炎中に配置される。そして、検出ロッド１２は、火炎中のイオンが火炎導入部１２Ａから導かれることにより検出ロッド１２の長さ方向に電流が流れる。検出ロッド１２の火炎導入部１２Ａには、大気中のシリコンガスを選択的に遮断する多孔質セラミックス材料からなる保護層１７を設ける。この保護層１７は、火炎からのイオンが内部を透過して火炎導入部１２Ａに導かれるのを許し、シリコンが火炎導入部１２Ａに向け侵入するのを遮断するものである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機器の火炎中に配置される火炎導入部を有し、前記火炎中から発生するイオンによって前記燃焼機器の燃焼状態を検出する火炎センサにおいて、前記火炎導入部には、前記火炎中のイオンが該火炎導入部に向けて透過するのを許し、大気中に含まれたシリコン（Ｓｉ）ガスを遮断するシリコン遮断性の多孔質セラミックス材料からなる保護層を設ける構成としたことを特徴とする火炎センサ。
【請求項２】
前記保護層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、カルシア（ＣａＯ）、ランタニア（Ｌａ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）のうちいずれか１種の多孔質セラミックス材料または２種以上を混合した多孔質セラミックス材料を用いて形成してなる請求項１に記載の火炎センサ。
【請求項３】
前記保護層は、１５０〜４００μｍの膜厚をもって前記火炎導入部を被覆し、その気孔率は０．１〜２ｃｃ／ｇに形成してなる請求項１または２に記載の火炎センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば暖房用のストーブ、ファンヒータまたは給湯器等の燃焼機器に付設され、灯油または天然ガス等からなる燃料の燃焼状態を監視するのに好適に用いられる火炎センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、暖房用のストーブ、ファンヒータまたは給湯器等の燃焼機器（以下、バーナという）には、その燃料となる灯油、プロパンガスまたは天然ガス等の燃焼状態を監視するために火炎センサ（フレームセンサ）が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平２−７４５５号公報
【０００４】
この種の従来技術による火炎センサは、フレームロッドと呼ばれる針金状の検出ロッドを備え、該検出ロッドの先端側がバーナの火炎中に配置される火炎導入部となっている。そして、バーナによる火炎は、正常な燃焼状態にあるときに下記の如く多量のイオンが発生して青い炎（ブルーフレーム）となり、不完全燃焼時にはイオンの発生量が減少して赤または黄色の炎（イエローフレーム）となる。
【０００５】
即ち、バーナが正常な燃焼状態にあるときには、その火炎中から炭化水素イオン（ＣＨ＋）、水素イオン（Ｈ＋）、一酸化炭素イオン（ＣＯ＋）等の陽イオン、または酸素イオン（Ｏ２−）、水酸イオン（ＯＨ−）等の陰イオンが発生し、これらのイオンが前記検出ロッドに火炎導入部から導入される。
【０００６】
このため、検出ロッド内には前記イオンによる電流が流れ、このときの電流の流れから火炎センサは、バーナが正常な燃焼状態にあるか否かを検出するものである。また、バーナの不完全燃焼時には、前記イオンの発生量が減るために、検出ロッド内を流れる電流が減少し、異常な燃焼状態にあることを検出できるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術の火炎センサでは、大気中に含まれているシリコン（Ｓｉ）ガスが、被毒物となって検出ロッドの火炎導入部に付着することがあり、下記のような問題が生じている。
【０００８】
即ち、家屋の床材であるフローリング、または頭髪用のへアスプレー等からはシリコンガスが大気中に揮散または放散されることが知られている。そして、これらのシリコンガスは、大気中を飛散することにより火炎センサの火炎導入部に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）となって付着することがある。
【０００９】
そして、このときの酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は、シリコン被膜となって火炎導入部を覆うことにより被毒物となってしまい、バーナの火炎中から発生したイオンが火炎導入部へと導かれるのを邪魔し、イオンの通過を遮断するようになる。
【００１０】
このため、火炎センサは、検出ロッド内を流れる電流が大きく減少し、バーナの正常燃焼時でも異常燃焼として誤検出する虞れがあり、火炎センサとしての信頼性が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、大気中のシリコンガスが被毒物となって火炎導入部に付着するのを抑え、正常燃焼であるか異常燃焼であるかを安定して検出できると共に、センサとしての性能、信頼性を向上できるようにした火炎センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、燃焼機器の火炎中に配置される火炎センサの火炎導入部には、前記火炎中のイオンが該火炎導入部に向けて透過するのを許し、大気中に含まれたシリコン（Ｓｉ）ガスを遮断するシリコン遮断性の多孔質セラミックス材料からなる保護層を設ける構成としたことにある。
【００１３】
このように構成することにより、火炎導入部に設けた多孔質セラミックス材料からなる保護層は、大気中に含まれたシリコンガスが火炎導入部に侵入するのを防ぐシリコントラップとなって、火炎導入部にシリコン被膜（被毒物）が付着するのを抑えることができる。そして、燃焼機器の火炎中から発生したイオンは、多孔質セラミックス材料からなる保護層を透過して火炎導入部に導かれるので、燃焼機器が正常に燃焼しているか否かを、火炎センサにより安定して検出することができ、その性能、信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、保護層を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、カルシア（ＣａＯ）、ランタニア（Ｌａ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）のうちいずれか１種の多孔質セラミックス材料または２種以上を混合した多孔質セラミックス材料を用いて形成する構成としている。
【００１５】
この場合には、アルミナ、カルシア、ランタニア、チタニア、マグネシアのうちいずれか１種の多孔質セラミックス材料または２種以上を混合した多孔質セラミックス材料を用いて保護層を形成することにより、シリコンガスを遮断するシリコントラップとしての機能を向上でき、火炎中のイオンが火炎導入部に向けて保護層を透過するのを補償することができる。また、イオンに対する整流作用も発揮でき、イオンの検出性能を高めることができる。
【００１６】
さらに、請求項３の発明によると、保護層は、１５０〜４００μｍの膜厚をもって火炎導入部を被覆し、その気孔率は０．１〜２ｃｃ／ｇに形成する構成としている。
【００１７】
この場合、保護層の膜厚を、例えば１５０μｍよりも薄い膜厚にすると、保護層が火炎導入部から剥離し易くなり安定しない。一方、保護層の膜厚を４００μｍよりも厚い膜厚にすると、過剰品質となって高価になる。そして、保護層は、０．１〜２ｃｃ／ｇの気孔率を有することにより、燃焼機器の火炎から発生する炭化水素イオン、水素イオン、一酸化炭素イオン等の陽イオン、または酸素イオン、水酸イオン等の陰イオンに対し約１００倍以上の空孔（連続気泡）を保護層に形成でき、シリコントラップとしての機能を確保しつつ、前記イオンが保護層を透過するのを補償できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による火炎センサを、添付図面の図１ないし図４に従って詳細に説明する。
【００１９】
図中、１は燃焼機器となるバーナで、該バーナ１は、例えば石油ファンヒータ等の火炎発生部を構成するものである。そして、バーナ１は、燃料通路（図示せず）を介して供給される灯油等の燃料を燃焼させることによって、後述の火炎４（フレーム）を発生させる。
【００２０】
また、バーナ１には、図２に示す如く後述する火炎センサ１１用の台座部２が設けられ、該台座部２には、後述の検出ロッド１２等が上，下方向に貫通して取付られる取付穴２Ａが穿設されている。そして、火炎センサ１１の検出ロッド１２は、台座部２の取付穴２Ａ内に挿通した状態で押え板３等により台座部２に対して固定されるものである。
【００２１】
４はバーナ１から発生する火炎で、この火炎４には、図１中に例示するように炭化水素イオン（ＣＨ＋）、水素イオン（Ｈ＋）、一酸化炭素イオン（ＣＯ＋）等の陽イオン５、または酸素イオン（Ｏ２−）、水酸イオン（ＯＨ−）等の陰イオン６が発生する。そして、これらのイオン５，６は、後述する検出ロッド１２に火炎導入部１２Ａから導入される。
【００２２】
１１は本実施の形態で採用した火炎センサで、該火炎センサ１１は、導電性を有した耐熱性の鉄材等からなる針金状物を、略クランク状またはＬ字状に屈曲させることによって形成された検出ロッド１２と、該検出ロッド１２の一側（基端側）に設けられた後述の支持体１３および接続端子１４等とにより構成されている。
【００２３】
また、検出ロッド１２は、先端側となる他側がクランク状をなして延びる火炎導入部１２Ａとなり、該火炎導入部１２Ａは、図１に示す如くバーナ１の火炎４中に配置されるものである。そして、導電性材料からなる検出ロッド１２は、火炎４中のイオン５，６が火炎導入部１２Ａから導かれることにより検出ロッド１２の長さ方向に電流が流れるものである。
【００２４】
１３は検出ロッド１２の一側に設けられた支持体で、該支持体１３は、電気絶縁性と耐熱性を有したセラミックス材料により段付筒状の碍子として形成され、図２に示すように検出ロッド１２の外周側に嵌合状態で取付けられている。そして、支持体１３は、台座部２の取付穴２Ａ内に押え板３等を用いて固定され、これにより検出ロッド１２を台座部２から上方に向けて突出させた状態で支持するものである。
【００２５】
１４は検出ロッド１２の基端側に設けられた接続端子で、該接続端子１４は、図２に示すように台座部２の下方に位置する検出ロッド１２の下端側に取付けられている。そして、接続端子１４は、検出ロッド１２を後述のコントロールユニット１５に接続するものである。
【００２６】
１５は火炎センサ１１の検出ロッド１２に接続端子１４を介して接続された制御装置となるコントロールユニットで、該コントロールユニット１５は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。そして、コントロールユニット１５は、検出回路（図示せず）等を内蔵し、検出ロッド１２内を流れる電流を図４に例示する電圧信号として検出する機能を有している。
【００２７】
また、コントロールユニット１５とバーナ１との間には、図１に示す如く直流電源となるバッテリ１６が接続され、このバッテリ１６によりコントロールユニット１５は給電されるものである。そして、コントロールユニット１５は、検出ロッド１２内を流れる電流（図４中に示す電圧信号）に応じてバーナ１の作動、停止を制御する機能も有している。
【００２８】
即ち、バーナ１には、前記燃料通路の途中に燃料の供給、停止を行う電磁弁（図示せず）等が設けられている。そして、コントロールユニット１５は、検出ロッド１２からの電圧信号が基準値（例えば、図４中に示す６００ｍＶの電圧値）を越えている間は、前記電磁弁を開弁状態に保ち、前記電圧信号が基準値以下まで低下したときには、前記電磁弁を閉弁させて燃料の供給を停止（遮断）するものである。
【００２９】
１７は検出ロッド１２の火炎導入部１２Ａに設けられた保護層を示し、該保護層１７は、例えば大気中に含まれたシリコン（Ｓｉ）ガスを選択的に遮断（トラップ）するシリコン遮断性の多孔質セラミックス材料を、火炎導入部１２Ａの外周側にスピネル溶射することにより形成され、火炎導入部１２Ａを外側から被覆するものである。
【００３０】
ここで、保護層１７の素材となるシリコン遮断性の多孔質セラミックス材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、カルシア（ＣａＯ）、ランタニア（Ｌａ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）等が挙げられ、これらのうちいずれか１種の多孔質セラミックス材料を用いて形成される。また、前述した材料のうち２種以上を混合した多孔質セラミックス材料を用いて、保護層１７を形成してもよい。
【００３１】
また、保護層１７は、例えば１５０〜４００μｍの膜厚、好ましくは２００〜３５０μｍの膜厚をもって火炎導入部１２Ａを被覆している。この場合、保護層１７は、例えば１５０μｍよりも薄い膜厚にすると、保護層１７が火炎導入部１２Ａから剥離し易くなり安定しない。一方、保護層１７を４００μｍよりも厚い膜厚にすると、過剰品質となって高価になる。
【００３２】
そして、保護層１７は、０．１〜２ｃｃ／ｇなる気孔率をもって形成され、例えば１ｇのセラミック材料中に、０．１〜２ｃｃなる容積（体積）の空孔が連続気泡として形成されている。これにより保護層１７には、バーナ１の火炎４から発生する前記イオン５，６に対し、約１００倍以上の大きさとなる空孔が内部に連続気泡として形成されるものである。
【００３３】
そして、保護層１７は、図３に例示するようにシリコンガスの分子１８（以下、シリコン１８という）が火炎導入部１２Ａに向けて侵入するのを遮断するシリコントラップとしての機能を確保しつつ、前記イオン５，６が保護層１７を透過して火炎導入部１２Ａに導かれるのを許すものである。
【００３４】
本実施の形態による火炎センサ１１は、上述の如き構成を有するもので、次にその検出動作について説明する。
【００３５】
まず、灯油等の燃料をバーナ１に供給して着火すると、バーナ１からは火炎４が発生する。そして、この火炎４中には、例えばＣＨ＋、Ｈ＋  、ＣＯ＋  等の陽イオン５、またはＯ２−  、ＯＨ−  等の陰イオン６が発生し、これらのイオン５，６は、火炎センサ１１の検出ロッド１２内に火炎導入部１２Ａから導入される。
【００３６】
そして、火炎センサ１１の検出ロッド１２内では、火炎導入部１２Ａから導入されたイオン５，６に従って電流が流れ、このときの電流はコントロールユニット１５により、図４中に特性線１９，２０等で例示する電圧信号として検出される。
【００３７】
この場合、バーナ１による火炎４は、正常な燃焼状態にあるときに多量のイオン５，６が発生して青い炎（ブルーフレーム）となる。また、不完全燃焼等の異常燃焼になると、イオン５，６の発生量が大きく減少して赤または黄色の炎（イエローフレーム）となってしまう。
【００３８】
そして、火炎センサ１１は、これらのイオン５，６に従って検出ロッド１２内を流れる電流をコントロールユニット１５側で検出し、このときの検出結果により、バーナ１が正常な燃焼状態にあるか、異常な燃焼状態にあるか検出するものである。
【００３９】
ところで、バーナ１が設けられた石油ファンヒータ等は、暖房器具として密閉性の高い家屋内に置かれる。そして、このような家屋内では、床材であるフローリングからシリコンガスが放散される。また、頭髪用のへアスプレー等からもシリコンガスが放散されることがある。
【００４０】
この結果、大気中に放散されたシリコンガスは、バーナ１の周囲にも飛散し、例えば火炎センサ１１の火炎導入部１２Ａに酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなるシリコン被膜となって付着する虞れがある。
【００４１】
そして、このようなシリコン被膜が火炎導入部１２Ａの周囲に被毒物となって付着すると、バーナ１の火炎４から発生したイオン５，６が火炎導入部１２Ａへと導かれるのを邪魔し、イオン５，６の通過を遮断するようになる。このため、従来技術の火炎センサは、図４中に一点鎖線で示す特性線１９のように特性劣化を起こし、正常燃焼時でも異常燃焼として誤検出することがある。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、大気中に含まれたシリコンガスを選択的に遮断するシリコン遮断性の多孔質セラミックス材料を火炎導入部１２Ａの外周側にスピネル溶射することにより保護層１７を形成し、該保護層１７によって火炎導入部１２Ａを外側から被覆する構成としている。
【００４３】
これにより、火炎導入部１２Ａの外周側に設けた保護層１７は、大気中を飛散するシリコン１８，１８，…を図３中に例示するように捕捉することができ、これらのシリコン１８が、火炎導入部１２Ａの周囲に被毒物となって付着するのを防止できる。
【００４４】
そして、多孔質セラミックス材料からなる保護層１７は、火炎４から発生するイオン５，６が内部の空孔等を透過して火炎導入部１２Ａに導かれるのを許し、火炎センサ１１の検出ロッド１２内に本来の電流が流れるのを補償することができる。
【００４５】
この結果、本実施の形態による火炎センサ１１は、図４中に実線で示す特性線２０のように、例えばバーナ１の正常燃焼時に電圧信号が６００ｍＶ程度の基準値よりも低下して特性劣化を起こすのを防止でき、バーナ１の燃焼状態を安定して検出することができる。
【００４６】
即ち、図４中に示す特性線１９，２０は、火炎導入部１２Ａに保護層１７を設けない場合と設けた場合とを比較したものである。そして、保護層１７が存在しない特性線１９の場合には、例えば０．１ｇのシリコンを火炎導入部１２Ａの周囲に添加すると、電圧信号が時間Ｔ１  で２００ｍＶ程度まで大きく低下し、その後の時間Ｔ２  でも３００ｍＶ程度までしか回復しない。
【００４７】
これに対し、火炎導入部１２Ａに保護層１７を設けた特性線２０の場合には、例えば０．１ｇのシリコンを火炎導入部１２Ａの周囲に添加した時間Ｔ１  でも、電圧信号が７００ｍＶ以下まで低下することはない。そして、シリコンの添加を中止した後の時間Ｔ２  には、１０００ｍＶに近い電圧レベルまで検出特性を回復できることが確認された。
【００４８】
従って、本実施の形態によれば、シリコン遮断性の多孔質セラミックス材料からなる保護層１７を、火炎導入部１２Ａの外周側に溶射手段等を用いて設けることにより、大気中のシリコンガスが被毒物となって火炎導入部１２Ａに付着するのを抑えることができる。
【００４９】
そして、このような火炎センサ１１によりバーナ１の火炎４が正常燃焼であるか、異常燃焼であるかを安定して検出することができ、火炎センサ１１としての性能、信頼性を確実に向上できると共に、その耐久性、寿命も高めることができる。
【００５０】
また、保護層１７を、前述したアルミナ、カルシア、ランタニア、チタニア、マグネシア等の多孔質セラミックス材料を用いて形成することにより、シリコンガスを遮断するシリコントラップとしての機能を向上できると共に、イオン５，６に対する整流作用も発揮でき、イオン５，６等の検出性能を確実に向上することができる。
【００５１】
また、保護層１７の膜厚を、１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３５０μｍの膜厚に形成しているので、耐熱性の鉄材等からなる火炎導入部１２Ａの外側面に対して保護層１７を良好に密着させることができ、保護層１７が火炎導入部１２Ａから剥離したりするのを抑えることができる。
【００５２】
そして、保護層１７の膜厚を４００μｍ以下の膜厚とすることにより、保護層１７の膜厚が過剰に厚くなるのを防止でき、材料費を低減して良好な保護層１７を形成することができる。
【００５３】
なお、前記実施の形態では、火炎センサ１１を石油ファンヒータ等のバーナ１に付設する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油ストーブ、ガスストーブ、ガスファンヒータ等の暖房器具、またはガスコンロ、給湯器等にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による火炎センサをバーナと共に示す構成図である。
【図２】図１中の火炎センサを拡大して示す一部破断の詳細図である。
【図３】図１中の火炎導入部を保護層と共に拡大して示す要部断面図である。
【図４】火炎センサで検出した電圧信号を示す特性線図である。
【符号の説明】
１  バーナ（燃焼機器）
２  台座部
３  押え板
４  火炎
５，６  イオン
１１  火炎センサ
１２  検出ロッド
１２Ａ  火炎導入部
１３  支持体
１４  接続端子
１５  コントロールユニット
１７  保護層
１８  シリコン
【図１】
2004271036.tif 000003
【図２】
2004271036.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004271036.tif 000006