JPH0311580Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はバーナ点火装置に係り、特にセラミツ
クスヒータを用いたものであつて、ヒータの過熱
による寿命低下を防止するのに好適なバーナ点火
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来よりバーナ点火装置の点火源としては、第
４図に示すように、バーナノズル１の燃料噴射角
５内に設けたスパークイグナイタ２の電極２ａ，
２ｂ間に生じる火花放電３を利用するものと、第
５図に示すような発熱体として金属シーズヒータ
やセラミツクスヒータ６の如き赤熱体４を利用す
るものとが知られている。前者の火花放電３を利
用するものは、点火温度に達するまでの時間（点
火所要時間）が短いという特長があるが、点火領
域が狭く、放電電極２ａ，２ｂ間に異物が付着す
ると放電不能となる。また、所要電圧が高いため
防爆構造が必要であるなどの欠点があつた。一方
後者のうち、金属シーズヒータ等の金属抵抗体を
赤熱体４に用いた場合は、上記の如き問題は生じ
ないが、点火所要時間が長く、ボイラの如く多量
の燃料を噴霧するバーナには安全上問題がある。
これに対し、SiCとZrB₂との複合導電性セラミツ
クスを赤熱体４に用いたセラミツクスヒータ６
は、耐熱性、点火領域、使用電圧等の点でバーナ
の点火源として優れた特性を有している。

ところが、セラミツクスヒータ６の抵抗値は第
６図に示すように発熱温度に比例して増加するこ
とが知られている。

第６図は縦軸にセラミツクスヒータの発熱温度
横軸にセラミツクスヒータの抵抗値を示した特性
曲線図である。

即ち、セラミツクスヒータ６は短時間で点火状
態に達し、かつ過熱しないようにするためにヒー
タの発熱温度を制御するのであるが、SiC−ZrB₂
などのセラミツクスヒータ６の場合の抵抗値は、
第６図に示すようにその発熱温度に比例して増加
することが知られているから、ヒータの抵抗値が
0.29〜0.39〔Ω〕の間にあるように電源からの供
給電力を制限して発熱量を制御すればヒータの発
熱温度は適正使用温度域（900〜1400〔℃〕）内に
保持することができるのである。

この様に従来のセラミツクスヒータ６はこの原
理を利用してセラミツクスヒータ６の温度制御を
行なつていた。第７図はセラミツクスヒータを用
いた点火バーナの概略構成図を示したものであ
り、セラミツクスヒータ６を発熱させるための電
源装置７、セラミツクスヒータ６の抵抗値を検出
するための抵抗検出装置８、この抵抗検出装置８
からの出力信号により発熱量を制御する制御装置
９によつて構成されている。

しかしながら、セラミツクスヒータ６は製造上
固体差による抵抗値のバラツキが±20％前後ある
こともあり実際に使用するに当つては個々のセラ
ミツクスヒータ６の昇温特性を検定する必要があ
る。

またセラミツクスヒータ６の燃料点火温度が
800℃以下では失火につながり非常に危険である
ため通常900〜1000に温度設定するが、上記のよ
うな抵抗値によつて温度を制御する方法では設定
温度に対し±50℃前後の誤差があるため安全上温
度を更に上げる必要があり、セラミツクスヒータ
６の寿命低下につながつている。

さらにセラミツクスヒータ６は酸化等により
徐々に抵抗値が上昇していく傾向にあるが、この
場合は初期に設定した抵抗値と温度のバランスが
くずれるため設定温度がずれることになる。従つ
て定期的にセラミツクスヒータ６の温度を検定す
る必要があり信頼性に問題があつた。

〔考案の目的〕

本考案はかかる従来の欠点を解消しようとする
もので、その目的とするところは、点火不良を防
ぎ、セラミツクスヒータの長寿命を図ることがで
きるバーナ点火装置を得ようとするものである。

〔考案の概要〕

本考案は前述の目的を達成するために、中間部
に耐熱性の電気絶縁層を介して、その電気絶縁層
の上面から先端部を通つて下面にかけて連続した
導電性セラミツクス層を形成し、その導電性セラ
ミツクス層の先端部の断面積を導電性セラミツク
ス層の上面層ならびに下面層の断面積よりも小さ
くして赤熱部を形成したセラミツクスヒータを構
成し、 前記電気絶縁層の内部に温度センサを設置し
て、その温度センサを前記赤熱部の付近まで到達
せしめて、温度センサによつてセラミツクスヒー
タの赤熱部の温度が検出できるように構成し、 前記導電性セラミツクス層に通電して前記赤熱
部を発熱せしめることにより、バーナから供給さ
れた燃料へ点火するとともに、 前記温度センサからの検出信号に基づいてセラ
ミツクスヒータの温度制御（通電制御）を行うこ
とを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面を用いて説明す
る。第１図ａ，ｂは本考案に係るセラミツクスヒ
ータの拡大断面図および側面図、第２図は第１図
のセラミツクスヒータを用いたバーナ点火装置の
概略構成図、第３図は縦軸に抵抗（相対値）、横
軸に印加回数、サイクルを示した特性曲線図であ
る。

第１図および第２図において、４は赤熱部、６
はセラミツクスヒータ、７は電源装置、９は制御
装置で従来のものと同一のものを示す。

１０はセラミツクスヒータ６の導電性セラミツ
クス層、１１はセラミツクスヒータ６のAlN絶
縁層、１２はセラミツクスヒータ６の赤熱部４の
内部に前記絶縁層１１を介して配置した温度セン
サ、１３は電極部、１４は温度センサ１２の出力
信号を検出する第１温度検出装置、１５はセラミ
ツクスヒータ６の抵抗値からセラミツクスヒータ
６の温度を検出する第２温度検出装置、１６は比
較器である。

第２図は本考案によるバーナ点火装置の電源及
び制御回路の構成を示したものであり、セラミツ
クスヒータ６を発熱させるための電源装置７、セ
ラミツクスヒータ６に内蔵されている温度センサ
１２の出力信号を検出させるための第１温度検出
装置１４、セラミツクスヒータ６の抵抗値からヒ
ータ温度を検出する第２温度検出装置１５、第１
温度検出装置１４及び第２温度検出装置１５の出
力信号を比較しヒータの寿命評価を行なう比較器
１６、第１温度検出装置１４からの出力信号によ
り発熱量の制御信号を出力する制御装置９から成
る。

第１図に本実施例になるZrB₂／SiC系セラミツ
クスヒータ６の拡大図を示す。セラミツクスヒー
タ６の中間部にAlNの耐熱性電気絶縁層１１を
設け、それの上面から先端部を通つて下面にかけ
て連続した導電性セラミツクス層１０を形成した
２重構造になつている。発熱は赤熱部４のみで行
わせるため、この赤熱部４の断面積は導電性セラ
ミツクス層１０の上面層１０ａならびに下面層１
０ｂよりも小さくしてある。またAlN絶縁層１
１の内部に温度センサ１２を設置しセラミツクス
ヒータ６の赤熱部４の温度を検出できる構造にな
つている。

本実施例のものにおいては、温度センサ１２を
AlN絶縁層１１内にプレス成形した後に、ホツ
トプレスして固定した。

この温度センサ１２の固定位置としては、赤熱
部４の均熱帯中心位置に配置するようにした。す
なわち、赤熱体４の長手方向寸法に対し、赤熱部
４の中心から±10％以内の位置に配置して固定し
た。なお、温度センサ１２としては、AlN及び
SiCの焼結温度がそれぞれ1800℃及び2000℃以上
であるのでＷ−Ｗ・26ReまたはIr−Ｗの高温用
貴金属熱電対を用いる必要がある。

温度センサ１２を用いてセラミツクスヒータ６
の温度を制御することにより、設定温度を±５℃
以内の精度で制御することが可能となり、セラミ
ツクスヒータ６の抵抗値で温度を制御する従来の
ものに比較し信頼性を10倍以上向上させることが
できるようになつた。従つて従来のもののように
安全性を考慮して設定温度を50〜100℃高めに設
定する必要がなくなり、ヒータ寿命を10〜30％向
上させることが可能となつた。

第３図に実機と同条件下におけるヒートサイク
ル試験結果を示す。セラミツクスヒータ６の寿命
は通常数千から数万回とかなりばらつきがある
が、使用回数とともに徐々に抵抗値は上り、特に
寿命に達する直前には局部発熱し急激にヒータ抵
抗値が高くなるという共通の特性がある。このよ
うにヒータ抵抗値が初期抵抗値とずれてくると従
来のものでは設定温度が変化するため定期的に温
度補正する必要があつたが温度センサ１２を用い
て温度制御することによりこのよう問題は回避で
きる。

また本考案では、第２図において、第１温度検
出装置１４に出力される温度センサ１２からの温
度検出データと、第２温度検出装置１５に出力さ
れるセラミツクスヒータ６の抵抗値からの温度検
出データを比較器１６で比較することによりセラ
ミツクスヒータ６の寿命を評価する構成になつて
いる。すなわちセラミツクスヒータ６の抵抗値は
前記したように寿命に応じて変化するため第２温
度検出装置１５に出力される温度検出データも変
化することになり第１温度検出装置１４との温度
検出データの差が徐々に大きくなる。従つて比較
器１６で第１温度検出装置１４、及び第２温度検
出装置１５の温度差を監視し、一定の温度差に達
した時に比較器１６から信号を出して警報表示又
は警報音を発するようになつている。

こうした警報に基づいて、セラミツクスヒータ
６の交換、点火装置の点検を行なうことにより、
点火バーナの信頼性を著しく高めることが可能で
ある。

この様に本考案によればセラミツクスヒータ６
の設定温度に対する精度が従来のものに比較し著
しく向上すると同時にヒータ寿命が少なくとも10
％以上延びる。

また、点火用セラミツクスヒータ６の周囲の環
境が変化しても、ヒータ温度を高い精度で一定に
保つことが可能であり、ヒータ発熱温度の低下に
よる点火失敗や、発熱温度の上昇によるヒータ劣
化を完全に防止することができる。

さらにセラミツクスヒータ６の寿命を予測しセ
ラミツクスヒータ６の異常を常に検出することが
可能となる。

以上述べたように、バーナ点火装置の信頼性向
上に極めて有効であり、例えば大型のボイラ装置
の点火バーナに適用することにより、点火失敗に
起因する炉内爆発の防止、未燃焼燃料の大気への
排出防止等に寄与できる。

〔考案の効果〕

本考案はセラミツクスヒータに温度センサを配
置したので、点火不良を防止でき、しかもセラミ
ツクスヒータの寿命も監視することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本考案の実施例に係るセラミツ
クスヒータの拡大断面図および側面図、第２図は
第１図のセラミツクスヒータを用いたバーナ点火
装置の概略構成図、第３図は縦軸に抵抗（相対
値）、横軸に印加回数、サイクルを示した特性曲
線図、第４図および第５図は従来のバーナ点火装
置を示す拡大図、第６図は縦軸にセラミツクスヒ
ータの発熱温度、横軸にセラミツクスヒータの抵
抗値を示した特性曲線図、第７図は従来のセラミ
ツクスヒータを用いたバーナ点火装置の概略構成
図である。 １……バーナ、４……赤熱部、６……セラミツ
クスヒータ、１０……導電性セラミツクス層、１
０ａ……上面層、１０ｂ……下面層、１１……絶
縁層、１２……温度センサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 中間部に耐熱性の電気絶縁層を介して、その電
   気絶縁層の上面から先端部を通つて下面にかけて
   連続した導電性セラミツクス層を形成し、その導
   電性セラミツクス層の先端部の断面積を導電性セ
   ラミツクス層の上面層ならびに下面層の断面積よ
   りも小さくして赤熱部を形成したセラミツクスヒ
   ータを構成し、 前記電気絶縁層の内部に温度センサを設置し
   て、その温度センサを前記赤熱部の付近まで到達
   せしめて、温度センサによつてセラミツクスヒー
   タの赤熱部の温度が検出できるように構成し、 前記導電性セラミツクス層に通電して前記赤熱
   部を発熱せしめることにより、バーナから供給さ
   れた燃料へ点火するとともに、 前記温度センサからの検出信号に基づいてセラ
   ミツクスヒータの温度制御を行うことを特徴とす
   るバーナ点火装置。