JP2013234795A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーナーの燃焼排気中の所定のガス成分を検出するセンサーを搭載した燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus equipped with a sensor for detecting a predetermined gas component in combustion exhaust gas of a burner.
内部にバーナーを備えた燃焼装置の例として、給湯器が知られている。給湯器では、燃料ガスをバーナーで燃焼させ、高温の燃焼排気を熱交換器に送ることによって、熱交換器の通水管に供給される水を加熱している。熱交換器を通過した燃焼排気は、排気筒などを通って外部に排出される。 As an example of a combustion apparatus provided with a burner inside, a water heater is known. In the water heater, fuel gas is burned by a burner, and high-temperature combustion exhaust gas is sent to the heat exchanger to heat the water supplied to the water pipe of the heat exchanger. The combustion exhaust gas that has passed through the heat exchanger is discharged to the outside through an exhaust pipe or the like.
こうした燃焼装置では、バーナーでの燃焼状態が悪化すると、燃焼排気中の一酸化炭素(以下、CO)濃度が上昇する。そこで、CO濃度を検出するセンサー(COセンサー)を設置し、燃焼排気中のCO濃度を監視することによって、燃焼状態を検知可能とした燃焼装置が知られている。また、COセンサーを備えていても、燃焼排気中のCO濃度に偏りがあると、燃焼状態を正確に検知することができないため、COセンサーよりも上流側で燃焼排気を混ぜる技術が提案されている。例えば、特許文献1に開示された燃焼装置では、燃焼排気を混合する混合室の内部を多段に仕切るための仕切り板が設けられており、燃焼排気の流れを蛇行させている。 In such a combustion apparatus, when the combustion state in the burner deteriorates, the concentration of carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) in the combustion exhaust gas increases. In view of this, there is known a combustion apparatus that can detect the combustion state by installing a sensor (CO sensor) for detecting the CO concentration and monitoring the CO concentration in the combustion exhaust gas. Even if a CO sensor is provided, if the CO concentration in the combustion exhaust gas is biased, the combustion state cannot be detected accurately. Therefore, a technique for mixing combustion exhaust gas upstream of the CO sensor has been proposed. Yes. For example, in the combustion apparatus disclosed in Patent Document 1, a partition plate for partitioning the inside of a mixing chamber for mixing combustion exhaust gas in multiple stages is provided, and the flow of combustion exhaust gas is meandered.
しかしながら、特許文献1に開示されている構造では、燃焼排気が仕切り板に衝突したり、排気通路長が長くなったりすることによって、排気抵抗が大きくなるという問題があった。また、仕切り板を設置するために混合室が大型化してしまうという問題があった。 However, the structure disclosed in Patent Document 1 has a problem that exhaust resistance increases due to combustion exhaust colliding with a partition plate or an exhaust passage length becoming longer. In addition, there is a problem that the mixing chamber is enlarged because the partition plate is installed.
この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、混合室の排気抵抗が大きくなったり、混合室が大型化したりすることなく、燃焼排気の十分な混合を可能にする技術の提供を目的とする。 The present invention has been made in response to the above-mentioned problems of the prior art, and enables sufficient mixing of combustion exhaust gas without increasing the exhaust resistance of the mixing chamber or increasing the size of the mixing chamber. The purpose is to provide technology.
上述した課題を解決するために、本発明の燃焼装置は次の構成を採用した。すなわち、
バーナーを内蔵する燃焼部と、該燃焼部から流入した燃焼排気が混合して排出される混合室と、該混合室から排出される燃焼排気中の所定のガス成分を検出するガスセンサーとを備える燃焼装置において、
前記燃焼部と前記混合室との連通箇所には、前記燃焼排気が通過する連通口が形成された回転部材が設けられている
ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the combustion apparatus of the present invention employs the following configuration. That is,
Combustion unit including a burner, a mixing chamber in which combustion exhaust gas flowing from the combustion unit is mixed and discharged, and a gas sensor for detecting a predetermined gas component in the combustion exhaust gas discharged from the mixing chamber In the combustion device,
A rotating member having a communication port through which the combustion exhaust gas passes is provided at a communication location between the combustion section and the mixing chamber.
ここで、「ガスセンサーが検出する所定のガス成分」としては、例えば、燃焼排気中の成分濃度がバーナーの燃焼状態に依存するものであってもよく、一酸化炭素や燃料ガスなどを例示することができる。 Here, as the “predetermined gas component detected by the gas sensor”, for example, the component concentration in the combustion exhaust gas may depend on the combustion state of the burner, and examples include carbon monoxide and fuel gas. be able to.
このような本発明の燃焼装置では、回転部材が回転することによって、燃焼排気が通り抜ける連通口の位置が切り換わるので、混合室内では燃焼排気の流れが変化して複雑な流れが形成される。そのため、混合室内での燃焼排気の混合を促進することができる。また、開口部の位置が移動するだけなので、燃焼排気の通過が遮られるわけではない。さらに、排気通路長を長くしたり、混合室内を多段に仕切るための仕切り板を設けたりする必要もない。このため、混合室の排気抵抗が大きくなったり、混合室が大型化したりすることなく、燃焼排気を混合させることが可能となる。 In such a combustion apparatus of the present invention, since the position of the communication port through which the combustion exhaust passes is switched by the rotation of the rotating member, the flow of the combustion exhaust changes in the mixing chamber to form a complicated flow. Therefore, it is possible to promote the mixing of the combustion exhaust in the mixing chamber. Further, since the position of the opening only moves, the passage of the combustion exhaust is not blocked. Further, there is no need to lengthen the exhaust passage or to provide a partition plate for partitioning the mixing chamber in multiple stages. For this reason, it becomes possible to mix combustion exhaust gas without increasing the exhaust resistance of the mixing chamber or increasing the size of the mixing chamber.
また、上述した本発明の燃焼装置においては、燃焼部と混合室とを隔壁で仕切ると共に、回転部材として、隔壁に平行な回転板を設けてもよい。 Moreover, in the combustion apparatus of this invention mentioned above, while dividing a combustion part and a mixing chamber with a partition, you may provide the rotating plate parallel to a partition as a rotation member.
このようにすれば、燃焼排気が通過する方向には、回転板の厚み分の設置スペースがあればよいので、混合室のコンパクト化を図ることができる。 In this way, since it is sufficient if there is an installation space corresponding to the thickness of the rotating plate in the direction in which the combustion exhaust gas passes, the mixing chamber can be made compact.
また、前述した本発明の燃焼装置においては、回転部材が、連通口を通過する燃焼排気の流れによって回転するようにしてもよい。 In the combustion apparatus of the present invention described above, the rotating member may be rotated by the flow of combustion exhaust gas passing through the communication port.
このようにすれば、回転部材は燃焼排気の風圧を利用して回転するので、回転部材を回転させる駆動モーターなどを設けなくてよく、より簡便に燃焼排気を混合させることが可能となる。 In this way, since the rotating member rotates using the wind pressure of the combustion exhaust, it is not necessary to provide a drive motor for rotating the rotating member, and the combustion exhaust can be mixed more easily.
図1は、給湯器10を例として本実施例の燃焼装置の構造を示した説明図である。図示されるように給湯器10は、下段の位置に配置された燃焼部20と、燃焼部20の上方に設けられた熱交換器40と、熱交換器40の上方に設けられた混合室50と、混合室50の上面に接続された円筒形状の排気筒54などから構成されている。尚、給湯器10は、全体が外装ケースによって覆われているが、図1では外装ケースの図示を省略している。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of a combustion apparatus of the present embodiment, taking a
燃焼部20内には、給湯器10に前後方向(図1の紙面に対して直交する方向)に細長く形成された複数(図示した例では15本)の単位バーナー22が、給湯器10の左右方向(図1の紙面に平行な方向)に並べて設置されている。これら複数の単位バーナー22には、燃焼部20に接続されたガス供給管30によって燃料ガスが供給される。
In the
本実施例の給湯器10では、複数(15本)の単位バーナー22が3つのバーナー群に分けられており、第1バーナー群24は3本の単位バーナー22で構成され、第2バーナー群26は5本の単位バーナー22で構成され、第3バーナー群28は7本の単位バーナー22で構成されている。そして、何れのバーナー群に燃料ガスを供給するかによって給湯能力の切り換えが可能となる。例えば、最も小さい給湯能力しか必要ない場合には、第1バーナー群24にのみ燃料ガスを供給する。また、最も大きい給湯能力を必要とする場合には、全てのバーナー群(24,26,28)に燃料ガスを供給する。中間の給湯能力が必要な場合は、3つのバーナー群(24,26,28)の中から適宜に1つ又は2つのバーナー群を選択して燃料ガスを供給する。
In the
また、燃焼部20の下方には、送風ファン32が取り付けられており、送風ファン32を回転させると、燃焼部20内の単位バーナー22に燃焼用空気が供給されると共に、単位バーナー22での燃焼により生じる高温の燃焼排気が上方の熱交換器40に向けて送られる。
A
熱交換器40の内部には、通水管42が配設されており、通水管42の周囲には、図示しない多数の吸熱フィンが設けられている。通水管42に水を供給すると、通水管42の内部を通過する水が、燃焼部20から熱交換器40に送られる高温の燃焼排気との熱交換によって加熱され、温水(湯)となる。
Inside the
熱交換器40を通過した燃焼排気は、混合室50および排気筒54を通り、排気筒54の上端の排気口56から外部に放出される。詳細には後述するが、熱交換器40から燃焼排気が流入する混合室50の内部には、燃焼排気中の一酸化炭素濃度(以下、CO濃度)を検出するためのCOセンサー58が設けられている。また、排気筒54の上部は、給湯器10を覆う図示しない外装ケースから突出するように設けられている。尚、本実施例のCOセンサーは、本発明の「ガスセンサー」に相当している。
The combustion exhaust gas that has passed through the
図2は、本実施例の混合室50の内部構造を示した斜視図である。図示されるように混合室50の底部は、熱交換器40と混合室50とを連通させる円形の流入口62が形成された排気案内板60で構成されている。排気案内板60は、混合室50側に盛り上がった形状に形成されており、熱交換器40を通過した燃焼排気を案内して流入口62に集める。流入口62の位置は、混合室50の上面に形成された流出口52と向き合う位置からは、ずらした位置に設定されている。また、本実施例の給湯器10では、流入口62を上方から覆うように円板形状の回転板70が設置されている。この回転板70には、上下方向に貫通する連通口72が形成されていると共に、中心に回転軸74が設けられている。回転軸74は、回転板70を回転させる図示しない駆動モーターに接続されている。尚、本実施例の回転板70は、本発明の「回転部材」に相当し、本実施例の排気案内板60は、本発明の「隔壁」に相当している。尚、流入口62の位置は、必ずしも流出口52と向き合う位置からずらす必要はなく、流出口52と向き合う位置としてもよい。流入口62と流出口52とを向き合わせることによって、燃焼排気の通過方向を曲げないので、混合室50の排気抵抗を低減することができる。
FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the
また、混合室50の内部には、COセンサー58が設けられている。COセンサー58は、検出素子58aと、検出素子58aを収納する収納ケース58bと、収納ケース58bに接続された中空の採取パイプ58cなどで構成されている。収納ケース58bを混合室50の側面に取り付けた状態では、混合室50の上面に形成された流出口52の下方の位置まで採取パイプ58cが延設されている。採取パイプ58cには複数の採取孔(図示せず)が採取パイプ58cの延設方向に並べて設けられており、流出口52を通る燃焼排気が採取孔から取り込まれる。こうして採取パイプ58cに取り込まれた燃焼排気は、収納ケース58bへと導かれ、検出素子58aによってCO濃度が検出される。そして、CO濃度が所定の基準値を超えていた場合は、燃焼部20における燃焼状態が悪化した(燃焼不良が発生した)ものと判断して、単位バーナー22への燃料ガスの供給を遮断することにより、燃焼を停止させるようになっている。
A
このように燃焼排気中のCO濃度を監視することによって燃焼部20での燃焼状態を判断する給湯器10では、混合室50の燃焼排気中のCO濃度に偏りがあると、燃焼部20での燃焼状態を正確に検知することができない。そこで、本実施例の給湯器10では、混合室50に回転板70が設けられており、回転板70を回転させることによって燃焼排気の混合を促進する。
Thus, in the
図3は、混合室50の回転板70が回転することにより、燃焼排気の混合が促進される理由を示した説明図である。先ず、図3(a)に示されるように、熱交換器40を通過した燃焼排気は、回転板70に形成された2箇所の連通口72から混合室50に流入する。図中の帯状の矢印は、一例として燃焼排気の流れを模式的に表したものであり、図示した例では、燃焼排気が連通口72から鉛直上方に向かって混合室50に流入する。
FIG. 3 is an explanatory view showing the reason why mixing of combustion exhaust is promoted by the rotation of the
図3(b)には、図3(a)の状態から回転板70が90度回転した状態が示されている。回転板70が回転すると、連通口72の位置が移動するので、燃焼排気が流入する箇所が変化する。図3(a)と図3(b)とでは、燃焼排気の流入箇所が回転板70の回転軸74に対して90度異なっており、それに伴って、混合室50内の燃焼排気の流れも変化する。このように、回転板70を回転させれば、混合室50内の燃焼排気の流れが刻々と変化して、混合室50内には複雑な流れが形成される。その結果、混合室50内での燃焼排気の混合を促進することができるので、燃焼部20の燃焼状態を正確に検知することが可能となる。
FIG. 3B shows a state in which the
また、本実施例のように回転板70を回転させる構成では、回転板70の連通口72の位置が移動するだけなので、熱交換器40と混合室50とは、常に連通口72によって連通している。そのため、混合室50の排気抵抗を増加させることなく、燃焼排気を混合させることができる。
Further, in the configuration in which the
さらに、本実施例の混合室50では、流入口62を上方から覆うように回転板70を設置するだけでよく、燃焼排気の流れを蛇行させる従来の混合室50のように流出口52までの排気通路長を長くしたり、内部を多段に仕切るための仕切り板などを設けたりする必要がない。このため、混合室50を大型化することなく、燃焼排気を混合させることができる。
Furthermore, in the mixing
上述した本実施例の燃焼装置(給湯器10)には、以下のような変形例も存在する。以下では、上述した実施例と異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明に際しては、上述の実施例と同じ構成については同じ符号を付すこととして説明を省略する。 The combustion apparatus (hot water heater 10) of the above-described embodiment also has the following modifications. In the following, modifications will be described focusing on differences from the above-described embodiment. In the description of the modification, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図4は、第1変形例の混合室50の内部構造を示した斜視図である。図示されるように、第1変形例の混合室50では、底部を構成する排気案内板60に矩形の流入口62が形成されている。また、円柱形状の回転体80が設けられており、回転体80の回転軸84が排気案内板60と平行になるように流入口62に嵌め込まれている。この回転体80の円周側面には、回転体80を貫通する4つの貫通孔82が形成されており、これら4つの貫通孔82は、貫通方向が45度ずつ異なっている。図示した例では、左端の貫通孔82が鉛直方向を向いた状態において、左から2番目の貫通孔82が手前側に45度傾いており、左から3番目の貫通孔82が水平方向を向いており、右端の貫通孔82が奥側に45度傾いている。さらに、回転体80の回転軸84には、図示しない駆動モーターが接続されており、駆動モーターの駆動により回転体80が回転する。尚、第1変形例の回転体80は、本発明の「回転部材」に相当し、第1変形例の貫通孔82は、本発明の「連通口」に相当している。
FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of the mixing
このような第1変形例の混合室50では、回転体80が回転して、例えば鉛直方向を向いていた左端の貫通孔82が水平方向を向くと、左から2番目の貫通孔82が奥側に45度傾き、左から3番目の貫通孔82が鉛直方向を向き、右端の貫通孔82が手前側に45度傾いた状態となり、それぞれの貫通孔82の混合室50側に開口する位置(すなわち、燃焼排気が流入する箇所)が切り換わる。このように燃焼排気の流入箇所が変化するので、回転体80の回転に伴って混合室50内の燃焼排気の流れが変化する。その結果、前述した実施例と同様に、燃焼排気の混合を促進することができる。
In the mixing
図5は、第2変形例の混合室50の内部構造を示した斜視図である。第2変形例の混合室50では、貫通孔82が形成された第1変形例の回転体80に代えて、円筒形状のいわゆるクロスフローファン90が設けられており、回転軸96が排気案内板60と平行になるように流入口62に嵌め込まれている。クロスフローファン90には、回転軸96の軸方向に細長く形成された複数の翼片92が回転軸96に対して放射状に設けられている。翼片92と翼片92との間には、所定の間隙94が設けられており、燃焼排気は間隙94を通って混合室50に流入する。そして、回転軸96に接続された駆動モーター(図示せず)を駆動してクロスフローファン90を回転させると、間隙94の位置(燃焼排気の流入箇所)が移動するのに伴って、混合室50内の燃焼排気の流れが変化する。そのため、燃焼排気の混合を促進することができる。尚、第2変形例のクロスフローファン90は、本発明の「回転部材」に相当し、第2変形例の間隙94は、本発明の「連通口」に相当している。
FIG. 5 is a perspective view showing the internal structure of the mixing
図6は、第3変形例の混合室50の内部構造を示した斜視図である。第3変形例の混合室50では、前述した実施例の回転板70に代えて、羽根車100が流入口62を上方から覆うように設置されている。羽根車100は、回転軸106を中心にして複数枚(図示した例では3枚)の羽根102が放射状に取り付けられており、羽根102と羽根102との間に燃焼排気が通過する開口部104が設けられている。また、羽根102は水平方向から所定の角度で傾斜して設けられている。尚、第3変形例の羽根車100は、本発明の「回転部材」に相当し、第3変形例の開口部104は、本発明の「連通口」に相当している。
FIG. 6 is a perspective view showing the internal structure of the mixing
このような第3変形例の混合室50では、熱交換器40からの燃焼排気の風圧によって羽根車100が回転する。それに伴って、羽根車100の開口部104の位置(燃焼排気の流入箇所)が移動するので、混合室50内の燃焼排気の流れが変化する。その結果、前述した実施例と同様に、燃焼排気の混合を促進することができる。また、第3変形例の羽根車100は燃焼排気の風圧を利用して回転するので、羽根車100を回転させるための駆動モーターを設けなくてよく、より簡便に燃焼排気を混合させることが可能となる。
In the mixing
以上、本実施例および変形例の燃焼装置(給湯器10)について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。 Although the combustion apparatus (water heater 10) of the present embodiment and the modification has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and modification, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. Is possible.
例えば、前述した実施例では、燃焼排気中のCO濃度を検出することとしていたが、検出するガス成分は、一酸化炭素に限られるわけではなく、燃焼排気中の成分濃度が燃焼部20の燃焼状態に依存するものであればよい。例えば、燃料ガスを検出することしてもよく、この場合は、COセンサー58に代えて、燃料ガス濃度を検出するガスセンサーを設けておけばよい。
For example, in the above-described embodiments, the CO concentration in the combustion exhaust gas is detected. However, the gas component to be detected is not limited to carbon monoxide, and the component concentration in the combustion exhaust gas is the combustion of the
また、前述した実施例では、COセンサー58を混合室50内に設けていたが、必ずしも混合室50内に設けておく必要はない。例えば、COセンサー58を混合室50とは別の位置に設置することとして、混合室50の流出口52の位置で採取した燃焼排気を誘導通路でCOセンサー58まで導く構成としてもよい。このようにすれば、混合室50のコンパクト化を図ることができる。
In the above-described embodiment, the
10…給湯器、 20…燃焼部、 22…単位バーナー、
24…第1バーナー群、 26…第2バーナー群、 28…第3バーナー群、
30…ガス供給管、 32…送風ファン、 40…熱交換器、
42…通水管、 50…混合室、 52…流出口、
54…排気筒、 56…排気口、 58…COセンサー、
58a…検出素子、 58b…収納ケース、 58c…採取パイプ、
60…排気案内板、 62…流入口、 64…遮蔽壁、
70…回転板、 72…連通口、 74…回転軸、
80…回転体、 82…貫通孔、 84…回転軸、
90…クロスフローファン、 92…翼片、 94…間隙、
96…回転軸、 100…羽根車、 102…羽根、
104…開口部、 106…回転軸
10 ... Hot water heater, 20 ... Combustion section, 22 ... Unit burner,
24 ... 1st burner group, 26 ... 2nd burner group, 28 ... 3rd burner group,
30 ... Gas supply pipe, 32 ... Blower fan, 40 ... Heat exchanger,
42 ... Water pipe, 50 ... Mixing chamber, 52 ... Outlet,
54 ... exhaust pipe, 56 ... exhaust port, 58 ... CO sensor,
58a: detecting element, 58b: storage case, 58c: sampling pipe,
60 ... Exhaust guide plate, 62 ... Inlet, 64 ... Shielding wall,
70 ... Rotating plate, 72 ... Communication port, 74 ... Rotating shaft,
80 ... Rotating body, 82 ... Through hole, 84 ... Rotating shaft,
90 ... Cross flow fan, 92 ... Wings, 94 ... Gap,
96 ... Rotating shaft, 100 ... Impeller, 102 ... Blade,
104 ... opening, 106 ... rotating shaft
Claims (3)
前記燃焼部と前記混合室との連通箇所には、前記燃焼排気が通過する連通口が形成された回転部材が設けられている
ことを特徴とする燃焼装置。 Combustion unit including a burner, a mixing chamber in which combustion exhaust gas flowing from the combustion unit is mixed and discharged, and a gas sensor for detecting a predetermined gas component in the combustion exhaust gas discharged from the mixing chamber In the combustion device,
A combustion device, wherein a rotation member having a communication port through which the combustion exhaust gas passes is provided at a communication location between the combustion section and the mixing chamber.
前記燃焼部と前記混合室とは隔壁によって仕切られており、
前記回転部材は、前記隔壁に平行に設けられた回転板である
ことを特徴とする燃焼装置。 The combustion apparatus according to claim 1, wherein
The combustion section and the mixing chamber are separated by a partition wall,
The combustion apparatus, wherein the rotating member is a rotating plate provided in parallel with the partition wall.
前記回転部材は、前記連通口を通過する前記燃焼排気の流れによって回転する
ことを特徴とする燃焼装置。 The combustion apparatus according to claim 1, wherein
The rotation device is rotated by the flow of the combustion exhaust gas passing through the communication port.
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