JP3857557B2 - Ｃｏセンサ付燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を検出するＣＯセンサを備えた潜熱回収用熱交換器を搭載する燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスや液化石油ガス、或は灯油等の化石燃料を燃焼した排気ガス中に含有されるＣＯの濃度は、不完全燃焼が発生すると著しく増加するので、ガス給湯器或は貯湯給湯器、その他の燃焼装置において、安全性を確保するため、ＣＯ濃度の監視が行われている。
【０００３】
潜熱回収型燃焼装置においては、バーナでの燃焼によって発生した高温の燃焼排ガスが顕熱回収用熱交換器を流通する際に、排ガスの顕熱が回収される。次いで排ガスは潜熱回収用熱交換器に向かい、潜熱回収用熱交換器を流通する際に排ガス中の水蒸気が持つ潜熱が回収され、潜熱回収の結果、温度が通常２０−６０℃程度に低下した排ガスが潜熱回収用熱交換器から放出される。
【０００４】
従来、排ガス中のＣＯ濃度を監視するため、図３に示すように上記潜熱回収用熱交換器４を流通した後の排ガスの流路にＣＯセンサ５を配置した燃焼装置が知られている（例えば特開平１０−１０３６６１号公報）。このような配置によりＣＯセンサ設置部位の温度が高温となることを抑制できる結果、ＣＯセンサ出力の温度依存性を補正するためのゼロ点補正回路等を設ける必要が無くなり、装置の回路構成が簡略化される利点がある。
【０００５】
しかし、上記潜熱回収用熱交換器を流通した後の排ガスは、ガス管のガス圧変動や燃焼負荷の大小等の燃焼条件にもよるが、潜熱回収の結果、相対湿度が６０−１００％になっている。この状態の排ガスの流路にＣＯセンサを配設すると、水蒸気による結露が発生し、センサ出力の不安定化やＣＯ検出感度の低下を引き起こすこととなる。
【０００６】
具体的には、ＣＯセンサには検知素子と補償素子が組み込まれており、検知素子に水滴が付着した場合は、素子が冷却されてゼロ点がマイナス側へずれる傾向があり、補償素子に水滴が付着した場合は、ゼロ点がプラス側にずれる傾向がある。水滴付着により素子が冷却された場合の出力電圧の変動は、例えば或る接触酸化型の場合、最大値で約１ｍＶであり、ＣＯ濃度に換算すると排ガス温度が６０℃として約１６０ｐｐｍ程度となる。
【０００７】
また、上記のような配置では、燃焼により発生したＮＯ_ｘ等の酸性物質を含む高湿度の雰囲気にＣＯセンサの検出部が長期間曝される結果、腐食による故障が発生し易い等の問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、相対湿度が高い燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出する際に、高湿度の影響による検出感度の低下やセンサ出力の不安定化、ひいては腐食等による故障の危険性などを回避できるＣＯセンサを備えた潜熱回収型燃焼装置の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、潜熱回収型燃焼装置において燃焼排ガスが顕熱回収用熱交換器を流通したのち潜熱回収用熱交換器へ向かって流れる流路に複数の仕切り板状の邪魔板を設け、当該邪魔板と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサを配設することで上記課題が解決される。即ち本発明は、潜熱回収用熱交換器を搭載する燃焼装置において、顕熱回収用熱交換器から潜熱回収用熱交換器へ向かう燃焼排ガスの流路に複数の仕切り板状の邪魔板を設け、該邪魔板と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサの検出部を配設したことを特徴とする燃焼装置の発明である。当該邪魔板を設けることにより、排ガス中のＣＯ濃度が横断面に関して均一化される。
【００１０】
また、前記邪魔板と顕熱回収用交換器と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路、若しくは前記邪魔板と潜熱回収により生成する凝縮水の受器の底面と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサの検出部を配設したことを特徴とする潜熱回収型燃焼装置の発明である。当該邪魔板により排ガス中のＣＯ濃度が排ガス流路の横断面に関して均一化される。
【００１１】
上記潜熱回収型燃焼装置に用いるＣＯセンサは、温度補正回路を備えた接触酸化型ＣＯセンサが特に好ましい。通常、顕熱回収用熱交換器を流通した排ガスの温度は２００−２３０℃程度であり、接触酸化型ＣＯセンサは作動温度がこの範囲に該当し、入手も容易である。但し、燃焼開始時や燃焼負荷の変動時に起るセンサ出力の変化を補正する回路を備えたものを使用する必要がある。
【００１２】
上記潜熱回収型燃焼装置に用いるＣＯセンサは、作動温度調整用ヒータを備えた半導体型若しくは作動温度調整用ヒータを備えた酸素イオン導電性固体電解質型ＣＯセンサが特に好ましい。半導体型若しくは酸素イオン導電性固体電解質型ＣＯセンサの作動温度は夫々４００℃前後或は３００−４００℃程度であり、ヒータを使用して検出部を作動温度に保持することにより、排ガス温度の変動がセンサ出力に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００１３】
潜熱回収用熱交換器を搭載し且つ上記何れかの配設態様に属するＣＯセンサを付設した燃焼装置を用い、流体化石燃料を用いる強制給気式ガス湯沸器が実用上特に有用である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＣＯセンサ付燃焼装置の第１実施態様を例示した図２に沿って本発明の実施の形態を説明する。図２は、本発明に係る燃焼装置を模式的に示す縦断面図である。燃料はバーナ１の表面燃焼板において燃焼し、燃焼排ガスは内胴２の内側を上昇し、顕熱回収用熱交換器３を流通し、内胴２の内側に設けられた複数の邪魔板１０及び１１の間を流れながらＣＯセンサの検出部５と接触し、更に上昇して潜熱回収用熱交換器４へ向かう。潜熱回収用熱交換器４において、排ガス中の水蒸気が凝縮して水滴６１となって凝縮水受器６に集まり、排水管７により排出される。潜熱回収用熱交換器４を流通した排ガスは排気口から放出される。
【００１５】
一方、冷水は内胴２の外側に密接した巻水管８を通過しつつ内胴器壁の熱を回収することで予熱され、潜熱回収用熱交換器４において排ガス中の水蒸気の潜熱を回収することで昇温され、更に顕熱回収用熱交換器３において燃焼排ガスの顕熱を回収することで所定の温度まで加熱され、給湯される。
【００１６】
本発明の第１態様において、複数の邪魔板１０、邪魔板１１は顕熱回収用熱交換器３と潜熱回収用熱交換器４との間であって内胴２の内側にある空間に配設する。ＣＯセンサの検出部５は、内胴とこの複数の邪魔板に挟まれる空間に設ける。ＣＯセンサを設ける具体的な場所は、この空間内の何処かであって、燃焼排ガスの滞留が起りにくい場所であれば良い。図２では邪魔板１０と邪魔板１１の間にあって内胴２の器壁付近に配設した事例を示したが、図示した位置に限定されるものではない。
【００１７】
運転時の燃焼負荷の大小にもよるが、顕熱回収用熱交換器３を流通した排ガスの温度は２００−２３０℃程度、相対湿度は３５−７０％程度となっている。従って、上記空間に設置されたＣＯセンサの検出部に水分が凝縮することは無い。しかし、ＣＯセンサの型式によっては、例えば給湯器に一般に使用されている接触酸化型ＣＯセンサを配設する場合、燃焼排ガスの温度がセンサ出力に影響するため、検出部５にはＣＯ検知素子と温度補償素子を備え、センサ出力制御部（図示せず）に温度補正回路を備えたものを使用する必要がある。
【００１８】
また、センサ作動温度が上記排ガス温度より高い型式、例えば半導体型或は酸素イオン導電性固体電解質型ＣＯセンサなどを配設する場合は、作動温度を保持するために、センサの検出部に作動温度調整用ヒータを付設する必要がある。この場合、図１のＣＯセンサ検出部５は、ヒータと検出部を一体化した部品を表すものとする。
【００１９】
本発明に係るＣＯセンサ付燃焼装置の第２実施態様は、図２において邪魔板の数が単数の場合である。前記顕熱回収用熱交換器３と潜熱回収用熱交換器４との間であって内胴２の内側に在る空間に単数の仕切り板状の邪魔板１１のみを設け、当該邪魔板と顕熱回収用熱交換器３と内胴２に囲まれた空間の何処かにＣＯセンサの検出部５を配設する。また、第３実施態様は単数の邪魔板１０のみを設け、当該邪魔板と凝縮水受器６の底面と内胴２に囲まれた空間の何処かにＣＯセンサの検出部５を配設する。但し、ここで説明した検出部５の位置関係に変更をもたらさない限りにおいて、邪魔板の個数は複数であっても差し支えない。
【００２０】
この空間は排ガスの流路であり、ここに邪魔板を設置する目的は排ガスの偏流或は滞留が起らないように誘導するためであり、単数の邪魔板でも有効である。センサ検出部５を配設する位置は、この空間内の何処かであって燃焼排ガスの滞留が起りにくい場所であれば良く、図示された位置に限定されるものではない。
【００２１】
邪魔板１０等の材質は、燃焼器における設置部位と同程度に耐熱性であることが必要である。例えば顕熱回収用熱交換器３の水管と同一の耐熱アルミニウム合金やアルタイト或は耐熱チタン合金、内胴２と同一の銅合金などを使用することができる。これら合金の板材から製作した邪魔板の係止態様は、特定のものに限定されないが、例えば内胴の器壁に直接或いは支持金具を介してロウ付けしても良い。
【００２２】
配設するＣＯセンサの型式については、図１の場合と同様であり、邪魔板を設けたことによる別段の制約は無い。邪魔板のサイズ、形状などについても、排ガスの流通に支障となる圧損失を生じない限り、上記偏流や滞留の防止に機能するものであれば良く、特段の制約は無い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によるＣＯセンサ付燃焼装置は、相対湿度が比較的低い燃焼排ガスの流路にＣＯセンサを配設してあるので、従来技術のように排ガス中の水蒸気がセンサの検出感度や出力に及ぼす影響を排除或は格段に低減することができる。
【００２４】
本発明において、ＣＯセンサの検出部が相対湿度の低い燃焼排ガスの中に配設されてあるため、排ガス中の酸性物質による検出部の腐食なども低減され、故障の危険性が極めて減少すると共に、ＣＯセンサの寿命も長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＣＯセンサ付燃焼装置の一実施態様を例示する縦断面図。
【図２】 本発明に係るＣＯセンサ付燃焼装置の別の実施態様を例示する縦断面図。
【図３】 従来のＣＯセンサ付燃焼装置を例示する縦断面図。
【符号の説明】
１ バーナ
２ 内胴
３ 顕熱回収用熱交換器
４ 潜熱回収用熱交換器
５ ＣＯセンサの検出部
６ 凝縮水受器
６１ 水滴
７ 排水管
８ 巻水管
９ 空気ファン
１０ 邪魔板
１１ 邪魔板

Claims (6)

1. 潜熱回収用熱交換器を搭載する燃焼装置において、
   顕熱回収用熱交換器から潜熱回収用熱交換器へ向かう燃焼排ガスの流路に複数の仕切り板状の邪魔板を設け、該邪魔板と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサの検出部を配設したことを特徴とする燃焼装置。
2. 顕熱回収用熱交換器から潜熱回収用熱交換器へ向かう燃焼排ガスの前記流路に単数又は複数の仕切り板状の邪魔板を設け、該邪魔板と顕熱回収用熱交換器と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサの検出部を配設したことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 顕熱回収用熱交換器から潜熱回収用熱交換器へ向かう燃焼排ガスの前記流路に単数又は複数の仕切り板状の邪魔板を設け、該邪魔板と潜熱回収により生成する凝縮水の受器の底面と内胴とにより形成される燃焼排ガス流路にＣＯセンサの検出部を配設したことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
4. 前記ＣＯセンサは、温度補正回路を備えた接触酸化型ＣＯセンサである請求項１−３の何れか１項に記載された燃焼装置。
5. 前記ＣＯセンサは、作動温度調整用ヒータを備えた半導体型若しくは作動温度調整用ヒータを備えた酸素イオン導電性固体電解質型ＣＯセンサである請求項１−３の何れか１項に記載された燃焼装置。
6. 潜熱回収用熱交換器を搭載し且つ請求項１−５の何れか１項に記載された燃焼装置を用いたことを特徴とする強制給気式ガス湯沸器。

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