JP2973156B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼排気中の水蒸気を
凝縮させてその潜熱を熱交換部に吸収させる機能を備え
たガス燃焼装置、特に、その燃焼排気の成分濃度等を検
出するためのセンサを具備する形式のガス燃焼装置に関
するものである。

【０００２】

【従来技術及びその課題】前記形式のガス燃焼装置とし
て、図５に示すように、ガスバーナ(3) で加熱される熱
交換器(1) と、その下方に連設された排気通路(21)とを
具備するものがあり、このものでは全一次燃焼式のガス
バーナ(3) を使用している。前記ガスバーナ(3) の炎孔
部は下向きに設定され、その炎形成域近傍に前記熱交換
器(1) の上部が位置するようになっている。また、前記
ガスバーナ(3) の上方には、該ガスバーナ(3) に燃焼用
空気やガスを強制的に押し込み供給するためのファン
(4) が配設されており、該ファン(4) により、ガスバー
ナ(3) の燃焼排気が熱交換器(1) からこれの下方の排気
通路(21)を介して排気口(2) から外部に排出されるよう
になっている。

【０００３】前記熱交換器(1) は、最下段から水が供給
される通水管(11)とその外周に設けられた多数のフィン
(12)(12)とから構成されて缶体(6) 内に収容されてお
り、通水管(11)の下流側の主としてガスバーナ(3) の燃
焼排気の顕熱を吸熱する主熱交換部(1a)とその下方に配
設された通水管(11)の上流側の主としてガスバーナ(3)
の燃焼排気の潜熱を吸熱する副熱交換部(1b)とに区分さ
れる。

【０００４】熱交換器(1) の下方に接続された排気通路
(21)内には、燃焼排気中のＯ₂ を検出してファン(4) の
回転数を適性値に調整するためのＯ₂ センサ(5) が配設
されている。この種全一次燃焼方式のガスバーナ(3) で
は、良好な燃焼を行うための空気過剰率の範囲が狭く、
ガスバーナ(3) の安定した燃焼を維持することが困難で
あるが、このものでは、空気過剰率を適正値に設定する
ために、Ｏ₂ センサ(5) によって燃焼排気中のＯ₂ 濃度
を検出してファン(4) の回転数を調整するように構成さ
れている。

【０００５】このものでは、ファン(4) によって一次空
気及びガスをガスバーナ(3) に供給して該ガスバーナ
(3) を燃焼させ、副熱交換部(1b)側に位置する通水管(1
1)から水道水を供給すると、ガスバーナ(3) で生成され
た燃焼排気は、熱交換器(1) の主熱交換部(1a)→副熱交
換部(1b)→排気通路(21)と流れて外部に排出される。こ
のとき、Ｏ₂ センサ(5) の出力を判断しながら、ファン
(4) の回転数が調整され、これにより、ガスバーナ(3)
に供給する空気・ガス混合気体の空気過剰率が適性値に
設定される。一方、通水管(11)に供給された水は、ガス
バーナ(3) の発生熱量を通水管(11)やフィン(12)(12)か
ら吸熱して、湯となって主熱交換部(1a)から外部に取り
出されるが、そのための吸熱作用の中で、主熱交換部(1
a)では主として、ガスバーナ(3) の燃焼排気の顕熱を吸
熱する作用が行われ、副熱交換部(1b)では、主として、
ガスバーナ(3) の燃焼排気中の水蒸気を凝縮させてその
潜熱を吸熱する作用が行われる。即ち、副熱交換部(1b)
では、主熱交換部(1a)により顕熱が奪われて冷却された
燃焼排気をその露点温度以下に冷却させることによって
ドレンを発生させ、そのときの潜熱を該副熱交換部(1b)
における通水管(11)内の通水に吸熱させているのであ
る。これにより、上記のものでは、燃焼排気の顕熱だけ
でなく潜熱をも積極的に熱交換部に吸収して、熱効率の
向上を図っている。

【０００６】しかしながら、このガス燃焼装置では、Ｏ
₂ センサ(5) の出力が不安定となってこれの十分な信頼
性が確保できないという問題があり、又、Ｏ₂ センサ
(5) の耐久性を低下させてしまう不都合が生じ易いとい
う問題があった。一般的に、センサは、故障を避けるた
めに水分が付着しない環境にて使用される。従って、潜
熱を吸熱する機能を具備しない形式のガス燃焼装置は、
燃焼排気に含まれる水分の絶対量（絶対湿度）が多いた
めに、センサを具備させることが困難である。

【０００７】一方、既述従来例の形式のガス燃焼装置で
は、副熱交換部(1b)におけるドレンの除去によって、除
湿された燃焼排気が流れる比較的絶対湿度が高くない排
気通路(21)内にＯ₂ センサ(5) が設けられている。とこ
ろが、このものでは、燃焼排気が副熱交換部(1b)にて露
点以下に冷却されることから、その下流の排気通路(21)
内の温度は比較的低く（４０度程度）、該排気通路(21)
における湿度（相対湿度）は十分に低下していない。従
って、該部分を流れる燃焼排気がＯ₂ センサ(5) に接触
すると、これにドレンが付着して該Ｏ₂ センサ(5) が燃
焼排気に直接接触し難くなる。そして、上記Ｏ₂ センサ
(5) に付着するドレンの量は、燃焼動作の開始時から経
時的に増加し、これにより、Ｏ₂ センサ(5) の出力が不
安定になる。又、上記ドレンには燃焼排気中の窒素酸化
物等の腐食性ガスが溶融しており、該ドレンがＯ₂ セン
サ(5) に付着すると、該Ｏ₂ センサ(5) が腐食したりし
てその耐久性が低下する。

【０００８】尚、図６に示すように、ガスバーナ(3) の
上方に主熱交換部(1a)が配設されると共に該主熱交換部
(1a)の上方に副熱交換部(1b)が配設される形式のもので
も、既述の作用によって該副熱交換部(1b)にて潜熱が吸
熱される場合には、上記と同様の不都合が発生する。
又、Ｏ₂ センサ(5) 以外でも、例えば、不完全燃焼防止
のためのＣＯセンサを排気通路(21)内に具備させた場合
でも上記と同様の不都合が発生する。尚、ガスバーナ
(3) はブンゼン燃焼方式等も採用され得る。

【０００９】本発明は、このような、『主熱交換部（１
ａ）とこれに対して下方に設けられ、かつガスバーナ
（３）からの排気流の下流側に設けた副熱交換部（１
ｂ）とを有する熱交換器（１）を収容した缶体（６）
と、該缶体（６）の下流側に配設され且つガスバーナ
（３）の燃焼排気を外部に排出するための下方から上方
に向かう排気通路（２１）と、該排気通路（２１）を流
れる燃焼排気の状態を監視するセンサとを具備し、前記
主熱交換部（１ａ）で燃焼排気の顕熱を吸収し副熱交換
部（１ｂ）でこれに接触する燃焼排気から潜熱を吸収す
るようにしたガス燃焼装置』において、センサからの出
力信号の信頼性や該センサの耐久性を向上させることを
その課題とする。

【００１０】［請求項１の発明について］

【００１１】

【技術的手段】上記課題を解決するために講じた本発明
の技術的手段は、『排気通路（２１）が少なくとも缶体
（６）のガスバーナ（３）と主熱交換部（１ａ）との間
の該缶体（６）の構成壁に熱伝導状態に接触するように
し、排気通路（２１）内であって該排気通路（２１）が
缶体構成壁に接触する部分又はその下流側にセンサを配
設した』ことである。

【００１２】

【作用】本発明の上記技術的手段は、次のように作用す
る。この装置を作動させると、ガスバーナ(3) で生成さ
れた燃焼排気は、主熱交換部(1a)→副熱交換部(1b)→排
気通路(21)と流れて外部に排出される。燃焼排気のこれ
らの一連の流れにおいて、主熱交換部(1a)では燃焼排気
の顕熱が吸熱され、副熱交換部(1b)にて燃焼排気の潜熱
が吸熱される。そして、排気通路(21)内では、センサに
よって燃焼排気の状態が監視される。

【００１３】ここで、熱交換器（１）を収容した缶体
（６）の下流側に配設される排気通路（２１）は、少な
くともガスバーナ（３）と主熱交換部（１ａ）との間の
該缶体（６）の構成壁に熱伝導状態に接触していること
から、排気通路（２１）における前記接触部は、ガスバ
ーナ（３）の発生熱量が熱伝達されて温度が高くなって
いる。従って、該排気通路（２１）を流れる燃焼排気は
前記接触部で加熱されて相対湿度の低下を来たす。この
ことから、排気通路（２１）と缶体（６）との接触部又
はその下流側の排気通路（２１）内に配設されたセンサ
には、上記低湿度の燃焼排気が接触することとなるの
で、該センサにドレンが付着しにくくなる。

【００１４】

【効果】本発明は、上記構成であるから、次の特有の効
果を有する。センサにドレンが付着しにくくなることか
ら、ドレンが該センサを被覆したり、ドレン中の腐食成
分が該センサを腐食させる不都合が生じにくくなり、こ
れにより、センサの出力信号の信頼性や該センサの耐久
性が向上する。

【００１５】

【００１６】即ち、缶体（６）内のガスバーナ（３）と
主熱交換部（１ａ）との間の範囲には、主・副熱交換部
（１ａ）（１ｂ）で熱交換する前の最も高温状態にある
燃焼排気が存在することから、当該部分は缶体（６）の
中で最も高温状態に維持されている。従って、排気通路
（２１）を流れる燃焼排気は、該排気通路（２１）が上
記缶体（６）と熱伝導状態に接触する部分で確実に昇温
せしめられて、その相対湿度が十分に抑えられる。この
ことから、上記缶体（６）のガスバーナ（３）近傍に接
触する排気通路（２１）部分又はその下流側に配設され
たセンサには、十分な湿度の低下が図られた上記燃焼排
気が接触することとなり、該センサへのドレン付着が確
実に防止できる。これにより、センサの出力信号の信頼
性や該センサの耐久性が向上する。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図１の側面図に示す実施例は給湯器に本発明を実施
したものである。このものは、給湯器本体の下部に熱交
換器(1) を収容する缶体(6) を設け、該缶体(6) の上部
に全一次空気燃焼方式のガスバーナ(3) を具備し且つ上
部に給気室(42)を備える給気箱(7) を配設したものであ
る。そして、前記給気室(42)の上部にはファン(4) が設
けられている。又、前記缶体(6) の下端開口部に接続さ
れる排気通路(21)は、給湯器本体を上下に走行する態様
で設けられている。

【００１８】前記熱交換器(1) は、主としてガスバーナ
(3) の燃焼排気の顕熱を吸熱する主熱交換部(1a)とその
下方に配設され且つ主としてガスバーナ(3) の燃焼排気
の潜熱を吸熱する副熱交換部(1b)とから構成されて缶体
(6) 内に収容されており、一方の主熱交換部(1a)は環状
のフィン(12)(12)を具備させた通水管(11)から成り、他
方の副熱交換部(1b)は前記通水管(11)における主熱交換
部(1a)より上流側部分に環状のフィン(12)(12)を具備さ
せた構成である。そして、前記主熱交換部(1a)における
通水管(11)は、三段で構成されて各段が横二列若しくは
三列に蛇行状に曲成されており、他方の副熱交換部(1b)
の通水管(11)は、横三列に蛇行状に曲成された一段構成
である。尚、この実施例では、副熱交換部(1b)側の通水
管(11)（最下段の通水管(11)）から水道水を供給して主
熱交換部(1a)側の通水管(11)（最上段の通水管(11)）か
ら湯を取り出すようにしている。また、副熱交換部(1b)
に発生するドレンは、該缶体(6) 下方のドレン排出口
(8) から外部に排出される。

【００１９】上記ガスバーナ(3) は多孔プレート(31)と
その上方の混合室(32)とから構成されている。そして、
この混合室(32)は、図２の正面図に示すように、その中
央部にて縦方向に走行する区画板(320) によって第１混
合室(321) と第２混合室(322) とに区分されており、こ
の各混合室にガスノズル(33)を臨ませている。従って、
このガスバーナ(3) では、両者のガスノズル(33)(33)か
らガスを供給する状態と、一方のガスノズル(33)からの
みガスを供給する状態とに切り替えて、ガスバーナ(3)
の燃焼能力を切り替えることが可能である。尚、この実
施例では、一方のガスノズル(33)からのみガスが供給さ
れている状態では、第１混合室(321) にガスが供給され
るようにしている。

【００２０】上記排気通路(21)は、給湯器の上記缶体
(6) の下端開口部から引き出されており、その下流端の
排気口(2) は給湯器の上部に開口している。又、排気通
路(21)は、缶体(6) と同じ幅でその下端開口部から引き
出されていると共に、該排気通路(21)は前記缶体(6) の
側壁の全域に接触している。上記缶体(6) と給気箱(7)
の境界部に対応する部分より上方に位置する排気通路(2
1)内には、該境界部に近接してＯ₂ センサ(5) が設けら
れており、このＯ₂センサ(5) は、図２に示すように、
排気通路(21)内において、前記第１混合室(321) 側に偏
った位置に配設されている。従って、このものでは、こ
の給湯器の運転状態においては、ガスバーナ(3) の燃焼
能力の切替の如何に係らず、必ず燃焼が行われて高温と
なる缶体(6) の近傍にＯ₂ センサ(5) が配設されている
こととなる。

【００２１】前記Ｏ₂ センサ(5) は、公知の構成であ
り、図３に示す如く、台座(51)を貫通させた一対の電極
(52)(52)間に検知部(50)を接続して該台座(51)に前記検
知部(50)を包被する態様の網状のカバー(53)を具備させ
た構成である。この検知部(50)は、図４の拡大図に示す
ように、安定化ジルコニア製の基板(501) の両面に電極
(502)(502)を添設し、該基板(501) の外面に開口(503)
を具備させたキャップ(504) を連設した構成である。こ
のＯ₂ センサ(5) では、前記電極(502)(502)間に直流電
圧を印加した状態で、カバー(53)及び開口(503) を通過
後のＯ₂ が外面側の電極(502) に接触すると、Ｏ₂ は電
子受容性が高いことから、該Ｏ₂ がＯ^2-となって内面側
の電極(502) に移動せしめられ、これにより、両者の電
極(502)(502)間に電流が流れることとなり、その電流値
に基づいてＯ₂ 濃度が測定される。尚、前記基板(501)
にはヒータがスクリーン印刷されており（図示せず）、
このヒータを通電して該基板(501) を加熱することによ
り（４００〜５００℃程度）、該Ｏ₂ センサ(5) の作動
温度が一定に保たれるようにしている。

【００２２】従って、ファン(4) の運転によって混合室
(32)に、強制給気を行なうと共にガスノズル(33)(33)か
らガスを供給してガスバーナ(3) を燃焼させ、最下段の
通水管(11)から水道水を供給すると、既述従来のものと
同様に、ガスバーナ(3) で生成された燃焼排気は熱交換
器(1) の主熱交換部(1a)→副熱交換部(1b)→排気通路(2
1)と流れて排気口(2) から外部に排出される。一方、主
熱交換部(1a)や副熱交換部(1b)の通水管(11)内の通水
は、ガスバーナ(3) の発生熱量を通水管(11)やフィン(1
2)(12)から吸収して、最上段の通水管(11)から湯となっ
て外部に取り出される。このときの吸熱作用の中で、ガ
スバーナ(3) の燃焼排気の顕熱を吸熱する作用は、主
に、主熱交換部(1a)で行われており、副熱交換部(1b)で
は、主として、ガスバーナ(3) の燃焼排気中の水蒸気を
凝縮させてその潜熱を吸熱する作用が行われる。即ち、
副熱交換部(1b)では、主として、顕熱が奪われて冷却さ
れた燃焼排気をその露点温度以下に冷却させることによ
ってドレンを発生させ、そのときの潜熱を副熱交換部(1
b)に位置する通水管(11)内の通水に吸収させているので
ある。

【００２３】一方、Ｏ₂ センサ(5) の網状のカバー(53)
を通過した燃焼排気が検知部(50)に接触してそのＯ₂ 濃
度が検出され、その検出値に基づいてファン(4) の回転
数を調整し、これにより空気過剰率は最適値に設定維持
される。このとき、Ｏ₂ センサ(5) は排気通路(21)内で
あって該排気通路(21)と高温となる缶体(6) との接触部
分近傍の下流側に配設されていることから、燃焼排気は
缶体(6) の高温部からの熱伝導によって昇温せしめらた
直後に該Ｏ₂ センサ(5) に接触するので、該Ｏ ₂ センサ
(5) には既述の作用によってドレンが付着しにくい。従
って、検知部(50)内の基板(501) に対する水滴の付着と
蒸発とが繰り返されるような現象が発生せず、これによ
り、該基板(501) に亀裂が発生したり、ドレン中の腐食
成分でＯ ₂ センサ(5) の耐久性が低下せしめるような不
都合が少なくなる。又、ドレンが上記カバー(53)やキャ
ップ(504) の開口(503) を閉鎖して検知部(50)内に燃焼
排気が流れるのを妨げて、これによりＯ₂ センサ(5) の
出力信号の信頼性を低下させる不都合も発生しにくい。

【００２４】尚、上記実施例は、以下のように変更が可
能である。．ガスバーナ（３）の混合室（３２）を区
分することなく、ガスバーナ（３）の燃焼能力の切替機
能を具備しない形式の給湯器に、本発明を実施してもよ
い。この場合、Ｏ_２センサ（５）の配設位置は、排気通
路（２１）の幅方向においては、任意の位置で良い。
．排気通路（２１）の上下方向におけるＯ_２センサ
（５）の配設位置は、上記実施例の位置に設定すると、
最も顕著な効果が得られるが、該接触部又はその下流側
に位置する限り前記Ｏ_２センサを排気通路（２１）内の
どの位置に配設してもよい。尚、Ｏ_２センサ（５）は、
排気通路（２１）内における外側の壁面に配設してもよ
いのは言うまでもない。．上記実施例では、缶体
（６）に排気通路（２１）を直接隣接させているが、該
缶体（６）と排気通路（２１）との間に隙間を設け、該
隙間に部分的に熱伝導体を設けて、間接的に缶体（６）
と排気通路（２１）を接触させてもよい。．図１及び
図２の想像線で示すように、Ｏ_２センサ（５）の配設部
の下方の領域を除き、缶体（６）と排気通路（２１）と
の間に、隙間（９）を形成してもよい。かかる場合、Ｏ
_２センサ（５）には、隙間（９）の非形成域で加熱昇温
せしめられた燃焼排気が接触することから、上記実施例
と同様の効果が得られるが、隙間（９）の形成域では、
ガスバーナ（３）の発生熱量が燃焼排気に熱伝達されに
くく、これによる熱損失が少なくなるので、熱効率が向
上する。尚、上記隙間（９）に断熱材を充填すると、上
記した熱伝達抑制効果は一層顕著となって、熱効率が更
に向上するのは言うまでもない。．上記実施例では、
通水管（１１）を蛇行状に曲成させて四段構成となるよ
うにしてその中で、最下段を副熱交換部（１ｂ）とし他
の三段を主熱交換部（１ａ）としたが、主熱交換部（１
ａ）の顕熱吸収能力によっては潜熱を吸収する副熱交換
部（１ｂ）の通水管（１１）は、下から二段・三段等の
複数段となる。

【００２５】このように、副熱交換部(1b)が複数段に構
成される場合は、下から二段目若しくは三段目等の通水
管(11)から給水してもよい。又、上記実施例の場合も含
めて、湯の取り出しは上から二段目若しくは三段目等か
ら行ってもよい。 ．上記実施例では、ファン(4) を給気通路側に設けた
が、これを排気通路(21)側に設けてもよい。 ．上記実施例では給湯器に本発明を実施したが、給湯
器以外にも、加熱された水を循環させる方式の暖房器等
のガス燃焼装置にも本発明を採用することは可能であ
る。 ．本発明は、主熱交換部(1a)にて主として顕熱を吸収
し、副熱交換部(1b)にて主として潜熱を吸収する形式の
熱交換器はもちろん、主熱交換部(1a)にて顕熱のみを吸
収し、副熱交換部(1b)にて主として潜熱を吸収する形式
のものにも採用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の側面図

【図２】これの正面図

【図３】Ｏ₂ センサ(5) の説明図

【図４】検知部(50)の説明図

【図５】従来例の説明図

【図６】他の従来例の説明図

【符号の説明】

(1) ・・・熱交換器 (3) ・・・ガスバーナ (6) ・・・缶体 (1a)・・・主熱交換部 (1b)・・・副熱交換部 (21)・・・排気通路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主熱交換部（１ａ）とこれに対して下方
   に設けられ、かつガスバーナ（３）からの排気流の下流
   側に設けた副熱交換部（１ｂ）とを有する熱交換器
   （１）を収容した缶体（６）と、該缶体（６）の下流側
   に配設され且つガスバーナ（３）の燃焼排気を外部に排
   出するための下方から上方に向かう排気通路（２１）
   と、該排気通路（２１）を流れる燃焼排気の状態を監視
   するセンサとを具備し、前記主熱交換部（１ａ）で燃焼
   排気の顕熱を吸収し副熱交換部（１ｂ）でこれに接触す
   る燃焼排気から潜熱を吸収するようにしたガス燃焼装置
   において、排気通路（２１）が少なくとも缶体（６）の
   ガスバーナ（３）と主熱交換部（１ａ）との間の該缶体
   （６）の構成壁に熱伝導状態に接触するようにし、排気
   通路（２１）内であって該排気通路（２１）が缶体構成
   壁に接触する部分又はその下流側にセンサを配設したガ
   ス燃焼装置。