JPH01272078A - セラミックヒータ - Google Patents

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】 「産業」・、の利用分野］ 本発明は、各種燃料の点火用、あるいは各種の加熱用に
使用されるセラミックヒータに関する。

［従来の技術］ セラミックヒータでは、印刷された発熱体がセラミック
基板内に密閉されていて、薬品などに対する化学的耐久
性、耐熱性、熱衝撃に対する特性等が優れている。この
ため通電には高温を発生するために商用電源を直接利用
して大電流を供給することが多い。

また通電開始後の昇温特性を改善するために、印加電圧
に対して発熱体の抵抗値を小さく設定した急速昇温型の
セラミックヒータがある。

［発明が解決しようする課題］ しかし、セラミックヒータの温度を細かく制御する場合
や、その温度に基づいてマイコン等で他の制御を行う場
合には、発熱体への印加電圧や電流に基づいて温度を検
出する必要があるため、温度検出回路と通電制御回路と
を設けなければならないが、大電流が供給されている発
熱体からその温度を検出しようとすると、これらの回路
構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、セラミックヒータの温度を検出して何らかの
制御を行う場合に、回路構成を簡単にできるセラミック
ヒータを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミックヒータは、セラミック焼結体の内部
または表面に複数の抵抗体を設け、一方を発熱用抵抗体
として他方を温度検出用抵抗体として使用することを技
術的手段とする。

［作用および発明の効果］ 本発明のセラミックヒータには、複数の抵抗体が設けら
れ、一方の抵抗体を発熱用の抵抗体として、他方の抵抗
体を温度検出用の抵抗体としてそれぞれ機能分けして使
用することができる。従って、発熱温度を制御する場合
には、一方の抵抗体を入力用に他方の抵抗体を出力用に
することによって回路構成が簡単になるため、発熱用の
抵抗体の通電電流を適切に制御することができる。

また、セラミックヒータの温度を検出して他の制御をす
る場合にも、一方の抵抗体を温度検出用の抵抗体として
発熱用回路と回路的に独立して設けることができるため
、発熱用の抵抗体の通電状態とは関係なく温度を検出で
き、その温度に基づいて容易に他の制御をすることがで
きる。

［実施例］ 次に本発明のセラミックヒータを図面に示す実施例に基
づいて説明する。

第１図は、本発明にかかるセラミックヒータ１を示す。

このセラミックヒータ１は、窒化珪素（Ｓｉ。

Ｎ４　）の粉末を乾式プレスによって成型した薄板形状
のセラミック基板２の両面に、抵抗体３．４をプリンｌ
−Ｌ、さらにその両面に上記と同様のセラミック基板５
．６を重ね、ホットプレス焼成法によって一体化したも
ので、各抵抗体３．４はセラミック基板２．５．６によ
って完全に密閉されている。

一体化されたセラミック基板２．５．６の側面には、各
抵抗体３．４とそれぞれ導通処理された複数のメタライ
ズ部が形成され、これらのメタライズ部には、端子７．
８．９．１０が固定されている。これらの端子は、セラ
ミック基板２に印刷された抵抗体３．４を外部回路と接
続するために設けられたものであり、端子７．８は抵抗
体３と、端子９．１０は抵抗体４とそれぞれ導通処理さ
れている。

抵抗体３は、発熱用に設けられたもので、通電によって
最大的１４００℃まで昇温させることができる。−力紙
抗体４は、セラミックヒータ１の温度検出用に設けられ
たもので、抵抗体３とは導通していない独立したパター
ンとして印刷されたものである。ここでは、抵抗体３と
抵抗体４は同じ特性を有したものである。

次にこのセラミックヒータ１を点火用に使用したガス給
湯器に基づいて、セラミックヒータ１の作用を説明する
。

第２図に概略を示すガス給湯器の給湯器ケース１１内に
は、複数のリボンバーナを２列に配した２連式のバーナ
群１１ａが設けられ、バーナ群１１ａには、送風８！１
１２によって燃焼用空気が供給され、ノズル１３から供
給される燃料ガスと混合して燃焼され、燃焼ガスは排気
口１２ａから排出される。バーナ群１１ａの近傍には、
点火用のセラミックヒータ１と、炎温度を検知するサー
モカップル１５が設けられている。

このセラミックヒータ１は、特に発熱用に設けられた抵
抗体３の抵抗値が印加電圧に対して小さく設定された急
速昇温型のものである。従って、通電による発熱温度が
約１４００℃を超えると自己溶断してしまうため、後述
する制御回路４０によって約１２００℃以上にならない
ように電流が制御されている。また、温度検出用の抵抗
体４は、セラミックヒータ１の温度検出とともに、バー
ナ群１１ａの炎検知手段としても使」される。

ノズル１３へ燃料ガスを導くガス管２０には、上流より
元電磁弁２１、主電磁弁２２、燃料供給量を調節する比
例弁２３が設けられ、ガス管２０は比例弁２３の下流で
分岐して２連式のバーナ群１１ａの各連へ燃料ガスを導
いている０分岐したガス管２０の一方には、バーナ群１
１ａの一連のみを燃焼させるために電磁弁２４が設けら
れている。

木管３０は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞ
れ接続された供給管３１および給湯管３１ａと、これら
を連通して給湯器ケース１１内に設けられた熱交換器３
２、バイパス管３２ａとからなり、熱交換器３２および
バイパス管３２ａのそれぞれを通過する水の割合は、バ
イパス弁３３によって調節される。

一方、供給管３１には水撒制御弁３４、水流センサ３５
および入水温サーミスタ３６が、また熱交換器３２の下
流には熱交換サーミスタ３７が、さらに給湯管３１ａに
は出湯温サーミスタ３８がそれぞれ備えられている。

制御回路４０は、第３図に示すとおりマイコン４０ａを
中心としたもので、コントローラ４１により操作される
。

制御回路４０は、コントローラ４１からの操作信号に応
じて所定のシーケンスで燃焼を開始するとともに、コン
トローラ４１による設定温度、入−水量および各サーミ
スタによって検知される温度に基づいて、燃焼量制御お
よび給湯及制御を行う。

また、バーナ群１１ａへの混合気が適切な空燃比で供給
されるように、サーモカップル１５の出力電圧に基づい
て、燃焼用空気と燃料ガスとの割合を補正する。さらに
、セラミックヒータ１の抵抗体３への通電電流を制御し
て点火作動を行うとともに、セラミックヒータ１の抵抗
体４の抵抗値に基づいて炎検知を行うために、電流制御
部４２、抵抗値検出部４３、抵抗値変化検出部４４の各
機能部を備えている。

電流制御部４２は、マイコン４０ａの制御に基づいて抵
抗体３への通電電流を制御してその温度を約１２００℃
に維持するように通電を行う回路である。

抵抗値検出部４３は、抵抗体３への通電電流をセラミッ
クヒータ１の温度に基づいて制御するために、抵抗体４
の抵抗値を印加電圧と電流値とから求める部分である。

抵抗値変化検出部４４は、セラミックヒータ１の温度に
基づいてバーナ群１１ａの炎検知をするために設けられ
たものである。セラミックヒータ１は、その温度に応じ
て抵抗体４の抵抗値が変化するものである。従って、例
えばバーナ群１１ａの名犬によって自己発熱による温度
より高くなると、抵抗値が変化するため、着火として検
知することができる。このとき、より早く炎を検知する
ために、抵抗値そのものに基づいて炎を検知するのでは
なく、時間変化に対する抵抗値変化を微分することによ
って、着火に伴って生じる抵抗値の変化を検知して炎検
知することができる。従ってこの場合には、着火によっ
てセラミックヒータ１の温度が変化し、それに応じて抵
抗体４の抵抗値が変化した場合に、抵抗値の変化によっ
て抵抗体４が示す抵抗値がどの値になるかに関係なく、
着火として検知できる。

また、同時に着火信号をマイコン４０ａへ出力すること
によって、ガス給湯器の作動を着火後の制御へ移行させ
ることができる。

マイコン４０ａでは、抵抗値検出部４３によって検出さ
れる抵抗体４の抵抗値に基づいてセラミックヒータ１の
温度が演算され、その演算値に基づいて電流制御部４２
による通電が行われる。さらに、抵抗値変化検出部４４
によって所定の抵抗値変化が検出されると、着火信号が
得られ、同時に電流制御部４２による通電が停止される
。

以上の構成からなるガス給湯器は、使用者がコントロー
ラ４１によって出湯温度を設定し、運転スイッチを入れ
、図示しない給湯栓を操作すると、水管３０内を水が通
過するとともに、制御回路４０による所定のシーケンス
が開始され、送風１１１２が回転して燃焼用空気を供給
し、点火作動として電流制御部４２によってセラミック
ヒータ１の抵抗体３が通電されると、抵抗体４によって
セラミックヒータ１の温度が検出され、それに基づいて
セラミックヒータ１が一定温度に制御される。

検出されるセラミックヒータ１の温度が、例えば１２０
０°Ｃとして検知されたとき、各電磁弁２１．２２が開
状態にされバーナ群１１ａに燃料が供給される。

バーナ群１１ａへ供給された混合気に着火し、セラミッ
クヒータ１の温度が」−昇し、抵抗体４に検出される抵
抗値が急激に増大すると、その変化が抵抗値変化検出部
４４によって検出され、着火信号が出力される６着火信
号により、抵抗体３への通電が停止され、点火作動が終
了する。また同時に各電磁弁２１．２２は開状態に保持
される。

逆に、着火信号が得られない場合には、所定時間後に各
電磁弁２１．２２は閉状態にされるとともに、抵抗体３
への通電も停止されるため、セラミックヒータ１の温度
は低下する。

着火後は、一定時間が経過すると、コントローラ４１の
設定温度および各センサからの信号に応じて燃焼量制御
と水量制御が行われる。

また何らかの原因で失火すると、抵抗体４の抵抗値が減
少し、その変化の割合から失火を検知することができる
。

本実施例では、抵抗体３と抵抗体４とが同じ特性を有す
る場合を示したが、発熱用に設けられた抵抗体３の抵抗
値のみを小さくし、温度検出用に設けられた抵抗体４の
抵抗値を大きくすることによって、発熱の立ち上がりを
速くするとともに、温度検出の感度を向上させることも
できる。

また、この場合には、各抵抗体との接続のために設けら
れた各端子の大きさを抵抗体毎に変えることによって、
誤接続を防止するとよい。

本実施例では、セラミックヒータに、急速昇温型のもの
を使用したが、抵抗値が印加電圧に対して十分な値を示
し、電流制御を行わなくても発熱温度を一定温度に制御
できる飽和型のセラミックヒータでも、同様にセラミッ
クヒータの温度に基づいた制御等を行う場合に効果的で
ある。

第４図および第５図に本発明のセラミックヒータ１の第
２実施例および第３実施例をそれぞれ示す。

これらの実施例では、発熱用の抵抗体３と温度検出用の
抵抗体４とがセラミック基板２の同一面にプリントされ
ている。第４図に示す第２実施例では、抵抗体３の内側
に抵抗体４がプリントされ、抵抗体３と抵抗体４とは完
全に独立して設けられているが、第５図に示す第３実施
例では抵抗体３と抵抗体４とが直列接続されて設けられ
ており、その接続部３ａには図示しない通電用の端子と
導通された導体パターン３ｂが接続されＣいる。

以上、のとおり、本発明では、複数の抵抗体が設けられ
ているため、ヒータ加熱用の通電回路と、温度検出用回
路とを分離することができ、回路構成が簡単になるため
、セラミックヒータの温度に基づいて他の制御をする場
合にも回路構成を簡単にすることができる。

本実施例では、セラミックヒータをガス給湯器の点火装
置として使用した場合を示したが、水、軽油、灯油等の
液体の加熱や、車両において機関や機関への吸入空気の
加熱に使用されるセラミックヒータにおいても、温度検
出、温度制御等を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックヒータの一部を切り欠いて
構造を示した斜視図、第２図は本実施例のガス給湯器の
構成を示す概略図、第３図は本実施例の制御回路を示す
ブロック図、第４図および第５図は本発明のセラミック
ヒータの第２実施例および第３実施例の一部分をそれぞ
れ示す抵抗体のプリント面における断面図である。 図中、１・・・セラミックヒータ、３・・・抵抗体（発
熱用抵抗体）、４・・・抵抗体（温度検出用抵抗体）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）セラミック焼結体の内部または表面に複数の抵抗体
   を設け、一方を発熱用抵抗体として他方を温度検出用抵
   抗体として使用することを特徴とするセラミックヒータ
   。