JP3088265B2

JP3088265B2 - 燃焼機器

Info

Publication number: JP3088265B2
Application number: JP07104456A
Authority: JP
Inventors: 和基次杉本; 雅昭中浦; 猛加藤; 勝嶋崎
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0814558A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バーナで発生した一
酸化炭素を正確に検出できる不完全燃焼検出装置を備え
た燃焼機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】強制給気式バーナを加熱源としているガ
ス給湯器などの燃焼機器は、燃焼筒の一端部に前記バー
ナを装着して、燃焼筒外に設置したブロワから燃焼用空
気を供給している。前記燃焼筒の他端部は排気集合室と
なっており、該排気集合室には排気筒が連結されてい
る。給湯器では、バーナと排気集合室との間に熱交換器
が配設されている。室内で使用される燃焼機器には、酸
欠などによる不完全燃焼を検出し、燃焼を停止させるた
めの安全装置が装着されている。この不完全燃焼検出装
置として、排気口に一酸化炭素（ＣＯ）センサを装着し
て、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出し、ＣＯ濃度が所定
の基準を越えたとき不完全燃焼と判断するものが使用さ
れている。

【０００３】しかるに、ＣＯセンサは、燃焼排ガスが一
定流速（２ｍ／ｓｅｃ）以下で、且つ左右均等に当たる
条件下でないと正確にＣＯ濃度を検出できない。また、
ＣＯはバーナの全体から均一に発生することはなく、燃
焼条件の悪化した部分から不完全燃焼が開始するため、
排気ができるだけ均一に混合している位置に装着しない
と、正確な不完全燃焼を検出できない。このため、均一
に混合している排気を検出するようにＣＯセンサの装着
位置を、排気筒の入口部に設定した不完全燃焼検出装置
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、排気筒にＣ
Ｏセンサを装着するものでは、燃焼排ガスの流速が早い
ためＣＯセンサの上流に防風板を設けなければならな
い。そのため、排気抵抗が増大し燃焼状態が不安定にな
りやすいという問題がある。この発明の目的は、排気抵
抗の増大を招くことなく、燃焼筒の形状も単純な構成
で、燃焼排ガス中に偏在しているＣＯを確実に検出でき
る不完全燃焼検出装置を備えた燃焼機器の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、燃焼筒と、
該燃焼筒の一端部に配設された強制給気式バーナと、前
記燃焼筒の他端部に設けられた排気集合室と、該排気集
合室に連結された排気筒と、一酸化炭素センサを含む不
完全燃焼検出装置とを備えた燃焼機器において、前記排
気筒の入口から所定の間隔を隔てて、該入口の投影面を
覆う排気混合板と、該排気混合板と前記入口との間に平
行的に配された排気誘導板と、前記排気誘導板と前記排
気混合板との間であって、前記排気誘導板より下方のみ
で開口する出入口を有するセンサ室とからなる燃焼排ガ
スの気流調整機構を設け、前記センサ室に一酸化炭素セ
ンサを装着したことを特徴とする。

【０００６】請求項２に記載の構成では、前記燃焼筒は
縦型であり、下部に前記強制給気式バーナが装着され、
上部に前記排気混合室が形成され、前記排気混合板は水
平板と該水平板の両側から上方に延設された縁板とから
なり、前記排気誘導板は、前記水平板と前記入口との間
に水平的に配された平板である。請求項３に記載の構成
では、前記燃焼機器は、前記強制給気式バーナと前記排
気集合室との間の前記燃焼筒内に熱交換器を配してなる
給湯器であり、該熱交換器の入水側水管が前記燃焼筒の
一壁面に沿って配設され、前記水平板の前記一壁面側に
燃焼気の吹き抜け口を設けた。

【０００７】

【発明の作用および効果】この発明の燃焼機器では、バ
ーナでの燃焼により発生した燃焼排ガスは、排気集合室
を通って排気筒から排出される際に、排気混合板により
排気混合板の後流にカルマン渦を生じさせる。この渦流
は排気誘導板によって誘導され、排気誘導板と排気混合
板との間であって、排気誘導板より下方のみで開口する
出入口からセンサ室に導かれる。これにより、混合され
た燃焼排ガスが適性な流速で一酸化炭素センサに円滑に
供給でき、一酸化炭素センサによる不完全燃焼の検出精
度が向上できる。また、排気抵抗の増大や燃焼筒の形状
の複雑化を防止できる。

【０００８】

【実施例】図１（第１実施例〜第３実施例）は、不完全
燃焼検出装置１００を備えたガス給湯器２００を示す。
ガス給湯器２００は、縦型で偏平な箱状の板金製ケーシ
ング２０１の中央に燃焼筒１を設置し、下部にブロワＢ
を装着し、右側方に垂直断熱壁１０１を介して熱遮蔽し
た制御回路ユニットＣを取り付けてなる。燃焼筒１の天
井１１には、円形断面の排気筒１２が立設されている。
この実施例では、ケーシング２０１内に制御回路ユニッ
トＣの装着スペースを確保するため、燃焼筒１はケーシ
ング２０１の中央よりやや左寄りに設定され、一方、排
気筒１２の中心はケーシング２０１の中央に設定されて
いる。従って排気筒１２は、燃焼筒１に対して左右方向
には中央よりやや右寄りに設定され、前後方向では中央
に設定されている。

【０００９】燃焼筒１の一端部である下部には、多数の
板金製の偏平バーナ２１を並べて矩形面状の燃焼面を形
成する強制給気式バーナ２が設置され、ガス流量制御機
構２２を介して燃料ガスが供給されるようになってい
る。なお、バーナ２は、セラミック板に多数の炎孔を所
定のパターンで設けた燃焼板式バーナであってもよく、
液体燃料を燃焼させるバーナであってもよい。

【００１０】燃焼筒１内のバーナ２の上方には、前後に
平行配置された複数の水管３１を燃焼筒１の外で連結
し、水管３１に吸熱フィン３２を取り付けてなる熱交換
器３が配設されている。水管３１は、一端が給水管３３
を介して水源（図示せず）に連結され、他端が出湯管３
４に連結されている。熱交換器３の上方に位置する燃焼
筒１の他端部は、燃焼排ガスを集め、排気筒１２から外
部に排出するための排気集合室４となっている。

【００１１】不完全燃焼検出装置１００は、燃焼排ガス
の気流調節機構３００と、ＣＯ検出手段４００とからな
る。燃焼排ガスの気流調節機構３００は、図２〜図４に
示す如く、排気集合室４内の燃焼筒１の前壁１Ａに設け
られたセンサ室５（高さ４０ｍｍ×幅７０ｍｍ×奥行２
５ｍｍ）を有する。センサ室５は、底板５１、前壁１Ａ
が兼ねている前壁５２、左右側板５３、５４、天板５５
および背板５６で囲まれた横長で偏平な直方体状を呈し
ている。背板５６の中央下部には、高さ及び幅が何れも
背板５６の略１／２の燃焼排ガスの出入口５７（高さ２
０ｍｍ×幅３６ｍｍ）が空けられている。

【００１２】該出入口５７の下端には、排気の流れに対
して垂直になるように設けられた燃焼排ガスを混合する
ための混合板６が配されている。底板５１と混合板６と
は一体に形成され、燃焼筒１の短手方向である前壁１Ａ
および後壁１Ｂの壁間に掛け渡して固定されている。混
合板６は、水平板６１（幅７５．５ｍｍ×奥行１１０ｍ
ｍ）、および該水平板６１の両側から上方に曲げて延設
された縁板６２、６３（高さ５ｍｍ）からなる樋構造を
有する。この水平板６１は、排気筒１２の入口１０の投
影面を下方から覆う様に、排気筒１２の入口１０と約４
０ｍｍの距離を隔てて設置されている。

【００１３】また、縁板６２、６３は、高さを高くする
ほど、カルマン渦を発生しやすくなるが、あまり高くし
て縁板６２、６３の上端と燃焼筒１の天井との隙間（３
０ｍｍ）が小さくなると、排気抵抗が大きくなり燃焼が
悪化する問題が生じる。この実施例では、縁板６２、６
３の高さを約５ｍｍに設定している。出入口５７の上縁
からは、水平板６１と平行的に排気誘導板６４（幅３０
ｍｍ×奥行４０ｍｍ）が突設されている。この排気誘導
板６４は、水平板６１の略１／３の幅の矩形平板状を呈
し、先端面が排気筒１２の入口１０の中心位置Ｐを越え
る。

【００１４】第１実施例では、底板５１と混合板６とを
一体に成形し、この一体物を前壁１Ａおよび後壁１Ｂの
壁間に掛け渡して固定している。これにより、底板５１
および混合板６の取付が容易になる。また、図２に示す
如く、熱交換器３は、水管３１の燃焼筒１の後壁１Ｂに
沿った部分が入水管部３Ａとなっており、この上方に位
置する水平板６１の、燃焼筒後壁１Ｂ側｛端から６ｍｍ
内方｝に、燃焼排ガスの吹き抜け口である通気穴６５
（８ｍｍ×６５ｍｍ）を形成している。

【００１５】バーナ２での燃焼負荷が小さい使用状態で
は、燃焼排ガスが水平板６１により流れにくくなり、と
くに熱交換器３の水管３１の入水管部３Ａでドレインが
発生し易い。そこで、本実施例では、通気穴６５を設け
ることにより、燃焼気流が入水管部３Ａを通過し、通気
穴６５を経て上昇する量が増え、ドレインの発生を防止
することができる。

【００１６】図５は、本発明の第２実施例（混合板６の
他の例１）を示す。本実施例では、入水管部３Ａの上方
である水平板６１の先端と後壁１Ｂとの間に燃焼排ガス
の吹き抜け口としての隙間８が形成されており、前記入
水管部３Ａに燃焼排ガスを流れやすくしてドレインの発
生を防止した。この場合、燃焼筒１の後壁１Ｂに庇８１
を設けておき、隙間８の位置が入水管部３Ａの真上に設
定することが望ましい。

【００１７】各実施例｛第１〜第３実施例（第３実施例
については後述する）｝において、ＣＯ検出手段４００
は、公知のＣＯセンサ７、ＣＯ濃度検出回路４０１、及
びリード線４０２からなる。ＣＯセンサ７は、センサ室
５の前壁５２の中心部のやや上位位置に形成した穴に外
部から差し込まれるようにして締結されている。尚、第
１、第２実施例では、ＣＯセンサ７の中心が、排気誘導
板６４のやや上方になるような場所に位置する。各実施
例（第１〜第３実施例）において、ＣＯセンサ７は、図
６の（ａ）に示す如く、周囲に窓部を有する円筒状のケ
ース７１の内部に、表面に触媒を担持したガス検知素子
７２と、触媒を担持していない温度補正用の温度比較素
子７３と、温度センサ７４とが設けられている。ＣＯセ
ンサ７は、図１、図５に示す如く、リード線４０２を介
してＣＯ濃度検出回路４０１に連結されている。

【００１８】各実施例（第１〜第３実施例）において、
ＣＯセンサ７の電気回路は、図６の（ｂ）に示すよう
に、ガス検知素子７２と温度比較素子７３と２つの抵抗
とでブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の両端
の電圧がＣＯ濃度に応じた電圧となり、この電圧を検出
してＣＯ濃度検出回路４０１に入力することにより燃焼
排ガス中のＣＯ濃度が検出できる。

【００１９】次に、この不完全燃焼検出装置１００を備
えたガス給湯器２００の作用を説明する。ブロワＢで強
制的に供給した燃焼用空気とガス源から供給した燃料ガ
スとを混合した混合気を、バーナ２で燃焼させる。燃焼
排ガスは熱交換器３を通過して排気集合室４から排気筒
１２に流入する。排気集合室４内では、図３に示す矢印
４１の如く、混合板６の上方にカルマン渦Ｖが左右交互
に発生し、この渦流により燃焼排ガスが混合される。混
合された排ガスは、排気誘導板６４に誘導されて出入口
５７からセンサ室５に入り、ＣＯセンサ７に接触して出
入口５７から排気集合室４に戻り、排気筒１２から外部
に流出する。

【００２０】この不完全燃焼検出装置１００を備えたガ
ス給湯器２００では、センサ室５に適切に混合された燃
焼排ガスが、流速２ｍ／sec 以下の低速度で円滑に供給
される。このため、燃焼用空気量の減少時や排気筒の出
口の閉塞時に、バーナ２の燃焼条件が悪くなり、バーナ
２の一部分で局部的に不完全燃焼が生じＣＯが発生した
場合にも、排気集合室４内では、ＣＯは混合板６の後流
に生じるカルマン渦Ｖで混合される。この渦流は、排気
誘導板６４で誘導されながら確実にセンサ室５に入り込
み、ＣＯセンサ７に接触する。この結果、バーナ２の一
部分でＣＯが発生した場合においても、確実にＣＯの検
出ができる。

【００２１】図７及び図８は第３実施例（混合板６の他
の例２）を示す。又、図９〜図１１は試験結果のグラフ
である。混合板６は、前述の実施例と同様、排気集合室
４の右寄り｛ＣＯセンサ７側から見て右寄り｝で、排気
筒１２に対応する位置に設けられている。本実施例で
は、燃焼排ガスの出入口５７（高さ２５ｍｍ×幅５５ｍ
ｍ）は、背板５６の左寄り｛ＣＯセンサ７から見て左寄
り｝に設けられている。又、出入口５７の上縁（ｔ₁＝
５ｍｍ）からは、水平板６１と平行的に、矩形平板状の
排気誘導板６４（幅３０ｍｍ×奥行４０ｍｍ）が突設し
ている。

【００２２】上述した様に、水平板６１は、排気集合室
４の中央より右寄りに配置されている為、水平板６１の
右側｛ＣＯセンサ７側から見て右側｝の方が排気通路が
狭く、即ち排気抵抗が大きいので、排気量が少なくなる
とともに、ＣＯ濃度の割合が高くなる事が試験により明
らかになった。

【００２３】そこで、排気集合室４全体のＣＯ濃度の平
均を検出する為に出入口５７を左寄りにし、右側の排気
通路の面積：左側の排気通路の面積をｘ：ｙとすると、
右側の排気（ＣＯ濃度が高い排気）：左側の排気（ＣＯ
濃度が低い排気）を、ｘ：ｙ（但し、ｘ＜ｙ）の割合で
取り入れる様にしている。これにより、排気集合室４を
通過する排気のＣＯ濃度の平均値をＣＯセンサ７で検出
する事ができる。

【００２４】更に、本実施例では、通気穴６５の大きさ
は１５ｍｍ×６５ｍｍであり、水平板６１の、燃焼筒後
壁１Ｂ側（ｔ₂＝６ｍｍ内方）に形成される。又、水平
板６１の略中央位置（ｔ₃＝５５ｍｍ）には、等間隔
（ｔ₄＝１０ｍｍ）に七つの通気口６０（φ５）が一列
に穿設されている。この通気口６０及び通気穴６５によ
り、排気集合室４内のＣＯ分布が略均一（詳細は後述す
る）となる。尚、ＣＯセンサ７の構造は、第１、第２実
施例と同じである。又、排気筒１２の位置や構造も第
１、第２実施例と同じである。

【００２５】つぎに、本実施例の利点を述べる。水平板
６１に通気口６０群及び通気穴６５を形成した事等によ
り、ＣＯ濃度が同じであれば、ガス種｛例えば、都市ガ
ス／プロパンガス｝に拘わらず略同一出力が得られ、ガ
ス種が異なっても、略同一濃度のＣＯ濃度の状態で燃焼
停止を行う事が可能である。よって、ガス種を変えて
も、制御回路ユニットＣを変更したり、調整を行ったり
する必要が無い。

【００２６】以下、この根拠を述べる。〔第１実施例のもの〕水平板６１により排気の流れが遮
られ、水平板６１の下方の、バーナ２から生じるＣＯ濃
度が水平板６１が無い部分のＣＯ濃度に比べて高くな
る。この結果、ＣＯセンサ７で検出されるＣＯ濃度は実
際に排気筒１２から排出されるＣＯ濃度の平均値よりも
高いものとなる。又、この傾向は、ガスの種類によって
大きく異なり、排気ガスの成分（特に水素の割合）や、
排気温度や、燃焼分布によって影響を受ける。

【００２７】この為、器具排気中のＣＯ濃度の平均値が
同じ状態でも、ＣＯセンサ７の出力値は、例えば、都市
ガスでは高く出力され、プロパンガスでは低く出力され
る事が試験等により判った。従って、不完全燃焼を検出
する判定値（基準値）を同じ値に設定すると、都市ガス
では不完全燃焼を生じていないにも拘わらず燃焼が停止
（早切れ）し、プロパンガスでは不完全燃焼を生じ燃焼
を停止すべき状態でも燃焼が継続される（遅切れ）虞が
ある。

【００２８】〔試験方法〕第１実施例の混合板６と、第
３実施例の混合板６（分布を改良したもの）とを、ガス
給湯器２００に交互に配設し、ＣＯ濃度に対応するＣＯ
センサ７の出力特性を比較した。

【００２９】〔試験結果〕１３Ａ（天然ガス）を使用し
た時、第１実施例の混合板６では、図９の細実線に示す
様に、試験ガス１３Ａ- １（１３Ａ- ２、３）と、１３
Ａ- ０とで、出力特性が大きくバラ付く。しかし、第３
実施例の混合板６を用いると、図７の太実線に示す様
に、１３Ａ- １（１３Ａ- ２、３）と１３Ａ- ０とで、
出力特性が略一致する。

【００３０】プロパンガスを使用した時、第１実施例の
混合板６では、図１０の細実線、、に示す様に、
試験ガスの種類毎に出力特性が大きくバラ付く。しか
し、第３実施例の混合板６を用いると、図１０の太実線
に示す様に、種類毎の出力特性のバラツキが小さい。

【００３１】６Ｃ（都市ガス）を使用した時、第１実施
例の混合板６では、図１１の細実線に示す様に、試験ガ
ス６Ｃ- ２と、６Ｃ- ３（６Ｃ- １）とで、出力特性が
大きくバラ付く。しかし、第３実施例の混合板６を用い
ると、図１１の太実線に示す様に、６Ｃ- ２と６Ｃ- ３
（６Ｃ- １）とで、出力特性のバラツキが小さい。又、
図９〜図１１の試験結果より、異なるガス種間でも、略
同一のＣＯ濃度-出力特性が得られる事が判る。

【００３２】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。ａ．センサ室５は、横置きした円筒状や、その他の形状
であっても良い。ｂ．上記実施例では、燃焼筒を縦型としたものを示した
が、燃焼筒を横型とし、排気筒１２をケーシング２０１
の背面に設けても良い。この場合、水平板６１及び排気
誘導板６４は、いずれも排ガスの流れに対して直交する
方向（たとえば垂直）に設置される。

【００３３】ｃ．上記実施例では、センサ室５を排気集
合室４に設けた構成の実施例を示したが、排気集合室４
の外側に、排気集合室４に連通したセンサ室５を設けた
構造の燃焼機器に適用しても良い。ｄ．通気穴６５は、図２、図３に示す様なスリット以外
に、穴列、切り欠きであってもよい。又、通気穴６０
は、図７に示す様な穴列以外に、スリットであっても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス給湯器（第１〜第３実施例）の概略構成図
である。

【図２】第１実施例に係るガス給湯器の燃焼筒の排気集
合室部分の斜視図である。

【図３】そのガス給湯器の燃焼筒の排気集合室部分の斜
視図である。

【図４】その燃焼筒の平面断面図である。

【図５】第２実施例に係るガス給湯器の排気集合室部分
の斜視図である。

【図６】（ａ）は各実施例に用いるＣＯセンサの斜視図
であり、（ｂ）はそのＣＯセンサを駆動させる為のＣＯ
濃度検出回路の概略構成図である。

【図７】第３実施例に係るガス給湯器の燃焼筒の平面断
面図である。

【図８】その燃焼筒の排気集合室部分の要部斜視図であ
る。

【図９】１３Ａのガスを使用した時の、ＣＯ濃度- ＣＯ
センサ出力特性を示すグラフである。

【図１０】プロパンガスを使用した時の、ＣＯ濃度- Ｃ
Ｏセンサ出力特性を示すグラフである。

【図１１】６Ｃのガスを使用した時の、ＣＯ濃度- ＣＯ
センサ出力特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１燃焼筒２強制給気式バーナ３熱交換器４排気集合室５センサ室６混合板（排気混合板）７ＣＯセンサ１０入口１２排気筒３１水管５７燃焼排ガスの出入口６１水平板６２縁板６３縁板６４排気誘導板（平板）６５通気穴（吹き抜け口）１００不完全燃焼検出装置２００ガス給湯器（燃焼機器、給湯器）３００燃焼排ガスの気流調節機構（気流調整機構）４００ＣＯ検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者嶋崎勝名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内 (56)参考文献特開平７−293858（ＪＰ，Ａ) 実開平７−32353（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−22747（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−110969（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/24 107 F23N 5/18 F24H 9/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼筒と、該燃焼筒の一端部に配設され
た強制給気式バーナと、前記燃焼筒の他端部に設けられ
た排気集合室と、該排気集合室に連結された排気筒と、
一酸化炭素センサを含む不完全燃焼検出装置とを備えた
燃焼機器において、前記排気筒の入口から所定の間隔を
隔てて、該入口の投影面を覆う排気混合板と、該排気混
合板と前記入口との間に平行的に配された排気誘導板
と、前記排気誘導板と前記排気混合板との間であって、前記
排気誘導板より下方のみで開口する出入口を有するセン
サ室とからなる燃焼排ガスの気流調整機構を設け、前記
センサ室に一酸化炭素センサを装着したことを特徴とす
る燃焼機器。
【請求項２】請求項１において、前記燃焼筒は縦型で
あり、下部に前記強制給気式バーナが装着され、上部に
前記排気混合室が形成され、前記排気混合板は水平板と
該水平板の両側から上方に延設された縁板とからなり、
前記排気誘導板は、前記水平板と前記入口との間に水平
的に配された平板であることを特徴とする燃焼機器。
【請求項３】請求項１において、前記燃焼機器は、前
記強制給気式バーナと前記排気集合室との間の前記燃焼
筒内に熱交換器を配してなる給湯器であり、該熱交換器の入水側水管が前記燃焼筒の一壁面に沿って
配設され、前記水平板の前記一壁面側に燃焼気の吹き抜
け口を設けたことを特徴とする燃焼機器。