JP3942843B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃焼装置、特に、ガスバーナの不完全燃焼の検知動作の安定性を向上させたガス燃焼装置に関するもので、ガス給湯器やガスストーブ等の種々のガス燃焼装置に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
ガスバーナが不完全燃焼状態に陥ったときに運転動作を強制停止させる機能を備えた給湯器として特開平９−２１７９２９号公報に開示された構造のものがある。
このものでは、図６に示すように、給湯能力を切り替える為に選択的に燃焼させる第１・第２ガスバーナ(11)(12)が収納されたケーシング(10)の下端には給気ファン(13)が接続されていると共に、前記第１・第２ガスバーナ(11)(12)の上方には多数の吸熱フィン(14)(14)とこれを貫通する通水管(15)から成る熱交換部(16)が位置している。
【０００３】
一方、図６，図７に示すように、ケーシング(10)の上部前面には、該ケーシング(10)の横幅とほぼ等しい開口幅を有する排気口(18)が形成されていると共に、該排気口(18)とケーシング(10)内の熱交換部(16)とは、通路絞り部(17)を介して連通している。そして、上記通路絞り部(17)から排気口(18)に繋がる通路拡大部(20)の構成壁には燃焼排気の一酸化炭素濃度を検知する為のＣＯセンサ(19)が設けられている。
【０００４】
次に、上記給湯器の動作を説明する。
給気ファン(13)からの給気によって第２ガスバーナ(12)のみが燃焼すると（小能力状態）になると、第１ガスバーナ(11)の外周域を上昇する給気ファン(13)からの空気と第２ガスバーナ(12)の燃焼排気とが、傾斜して配設された吸熱フィン(14)(14)群によってその下流側で衝突するように合流されるとともに、これによって前記空気で希釈された燃焼排気が通路絞り部(17)からＣＯセンサ(19)の配設部を通過して排気口(18)から外部に吐出される。
【０００５】
そして、ＣＯセンサ(19)で検知される前記燃焼排気の一酸化炭素濃度が予め定められた基準値を越えると、この状態を制御装置(21)が判断して第１・第２ガスバーナ(11)(12)のガス回路(22)に設けられたガス元弁(23)を閉じて強制的に燃焼停止させ、これにより、安全状態を確保する。
【０００６】
このものでは、上記の如く一方の第２ガスバーナ(12)のみを燃焼させた場合でも、該第２ガスバーナ(12)からの燃焼排気と消火状態にある第１ガスバーナ(11)の外周域を上昇する空気がハ字状に配設された吸熱フィン(14)(14)群や通路絞り部(17)の部分で混合される。従って、ＣＯセンサ(19)が配設された通路拡大部(20)内に於いては、場所による燃焼排気濃度のバラツキが少なくなり、これにより、第１・第２ガスバーナ(11)(12)全体から生じる燃焼排気の一酸化炭素濃度を高精度で検知することが可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものでは、ＣＯセンサ(19)による一酸化炭素濃度の検知動作の安定性が確保できないと共に、第１・第２ガスバーナ(11)(12)の燃焼初期に多く発生する酸性度の高い霧状の液体粒子がＣＯセンサ(19)に付着してこれを腐食させ易くなる、という問題があった。
【０００８】
これは、ＣＯセンサ(19)が燃焼排気の流れの中に晒されているからである。即ち、上記従来のものでは、燃焼排気通路の排気口(18)近傍の拡大通路(20)内にＣＯセンサ(19)が露出する態様で配設されており、これにより、該ＣＯセンサ(19)が燃焼排気の流れの中に晒される状態になっている。従って、第１・第２ガスバーナ(11)(12)の燃焼量変化に伴う給気ファン(13)の回転数変化によってＣＯセンサ(19)の配設部を流れる燃焼排気の流速が急変すると、該急変する燃焼排気流でＣＯセンサ(19)が冷却される度合いが大きく変化し、これにより、該ＣＯセンサ(19)が温度変化してその電気特性が変化する。このことから、ＣＯセンサ(19)による一酸化炭素濃度の検知動作が不安定になるのである。
【０００９】
又、各ガスバーナの燃焼初期に於いては、熱交換部(16)等が十分に昇温しておらず、これに接触する燃焼排気が露点以下に冷却されることから酸性度の高い燃焼生成水が霧状の液体粒子となって多量に発生する。そして、上記多量の液体粒子を含んだ燃焼排気が燃焼排気流の中に晒されたＣＯセンサ(19)に接触すると、該ＣＯセンサに前記燃焼排気中の液体粒子が付着し、これに含まれる酸性成分によってＣＯセンサ(19)が腐食し易くなる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みて成されたもので、
『ガスバーナからの燃焼排気が流れる排気通路に、一酸化炭素濃度を検知するためのＣＯセンサが設けられたガス燃焼装置』に於いて、ＣＯセンサによる一酸化炭素濃度の検知動作の安定性の向上を図ると共に、ガスバーナの燃焼初期に生成される酸性の液体粒子がＣＯセンサに付着するのを防止することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
[１項]
上記課題を解決する為の本発明の技術的手段は、
『前記ＣＯセンサは、一対の両側壁 (73)(73) と上下壁と更に前後壁を備えた排気貯留箱内に収納されており、前記排気貯留箱の前壁から突出し且つ周側壁には前記燃焼排気の流れの中に露出する通気孔が貫通している通気パイプが設けられ、前記通気パイプの下流端開口が前記排気貯留箱内の前記ＣＯセンサの配設部に連通しており、更に前記前壁には、該排気貯留箱内に貯留された燃焼排気を前記排気通路に漏出する為のリーク孔が形成されている、ガス燃焼装置であって、
前記ＣＯセンサと前記通気パイプの下流端開口の相互間には、前記前壁との間に間隙を存して覆板が設けられ、
前記覆板は、前記ＣＯセンサの上方から前記相互間へＣＯセンサと非接触状態で下向きに傾斜して迫り出した傾斜板を具備すると共に、該傾斜板の両側縁と前記排気貯留箱の側壁との間に間隙部が形成されている』ことである。
【００１２】
上記技術的手段によれば、通気孔から通気パイプ内に侵入した燃焼排気は、該通気パイプ内及びこれの下流端開口に連設された排気貯留箱内に次第に拡散して行く。これにより、排気貯留箱内には燃焼排気がほぼ淀んだ状態で滞留し、この滞留状態にある燃焼排気中にＣＯセンサが晒された状態になる。従って、前記ＣＯセンサはこのほぼ淀んだ状態にある燃焼排気の一酸化炭素濃度を検知する。
また、排気貯留箱内の燃焼排気はリーク孔から漏出されて該排気貯留箱内の換気が適度な範囲で促進される。
また、前記ＣＯセンサと前記通気パイプの下流端開口の相互間には、前記前壁との間に間隙を存して覆板が設けられている。従って、通気パイプの下流端開口から排気貯留箱に吐出された燃焼排気の殆どは、前記前壁と覆板の間の間隙を流れてリーク孔から漏出される。即ち、排気貯留箱内の燃焼排気の殆どは、通気パイプの下流端開口→排気貯留箱の前壁と覆板との間隙→リーク孔と繋がるメイン経路で流れる。
又、前記覆板は、前記ＣＯセンサの上方から前記相互間へＣＯセンサと非接触状態で下向きに傾斜して迫り出した傾斜板を具備している。従って、通気パイプの下流端開口から排気貯留箱内に吐出される燃焼排気は、前記メイン経路から拡散した燃焼排気であっても、前記傾斜板で遮断されてＣＯセンサに直接吹き付けられることがない。
【００１４】
[２項]
前記１項に於いて、『前記通気孔は、前記通気パイプの軸線方向に間隔を置いて複数形成されている』ものでは、複数の通気孔が通気パイプの軸線方向に間隔を置いて散らばるように形成されている。従って、燃焼排気が層流状態で流れる場合でも、該層の厚み方向の異なる部位を流れる燃焼排気が上記複数の通気孔でサンプリングされてこれが通気パイプ内に及び排気貯留箱内に拡散する。これにより、ＣＯセンサによる一酸化炭素濃度の検知精度が向上する。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、上記構成であるから次の特有の効果を有する。
ほぼ淀んだ状態にある排気貯留箱内の燃焼排気の一酸化炭素濃度をＣＯセンサが検知するから、既述従来のもののようにＣＯセンサに燃焼排気の流れが吹き付けられてこれが冷却されることによる性能変化が生じることがない。従って、燃焼排気が急激に流速変化しても該ＣＯセンサの検知動作が不安定になる不都合がない。又、ＣＯセンサが燃焼排気流の中に晒されないから、ガスバーナの燃焼初期に生じる多量の液体粒子を含んだ燃焼排気がＣＯセンサに吹き付けられてこれに前記液体粒子が付着することがなく、該燃焼排気に含まれる酸性成分によってＣＯセンサが腐食する心配がない。
又、前記リーク孔の大きさを適宜設定することにより、一酸化炭素濃度の検知動作の安定性を確保しつつ検知動作の応答性を適正に設定することができる。
通気パイプの下流端開口から排気貯留箱内に吐出される燃焼排気は、前記傾斜板で遮断されてＣＯセンサに直接吹き付けられないから、燃焼排気がＣＯセンサに吹き付けられることによる性能低下が一層確実に防止できる。
また、ＣＯセンサの上方からＣＯセンサと非接触状態で下向きに傾斜して迫り出した前記傾斜板の内面にドレンが生成・付着しても、これが傾斜板を伝わって斜め下方へＣＯセンサに接触することなく流動するから、ＣＯセンサがドレンにより濡れる不都合が防止できる。
【００１８】
２項のものでは、通気パイプの軸線方向に散らばった複数の通気孔が形成されているから、既述したように層流状態で流れる燃焼排気の一酸化炭素濃度の検知精度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、上記した本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のガス燃焼装置の一例を示す給湯器の縦断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線部分を切断した給湯器の側面図である。
【００２１】
この給湯器はガスバーナを収納したバーナケース(31)部と、その上端に連設された熱交換器(41)と、更にその上方に連設された排気集合筒(51)を具備しており、これら各部は以下のような具体的構造を有している。
【００２２】
[バーナケース(31)について]
上方開放の矩形箱状に形成されたバーナケース(31)の底壁には給気口(32)が形成されていると共に、該給気口(32)には給気ファン(33)の吐出部が接続されている。又、上記給気口(32)の上方空間は、多数の透孔(34)(34)が形成された給気分布板(35)で上下に区画されている。そして、該給気分布板(35)の上方には小バーナ(36)と大バーナ(37)とが並設されており、給湯器が小能力状態で動作する場合には小バーナ(36)のみが燃焼し、中能力状態で動作する場合は大バーナ(37)のみが燃焼し、更に、大能力状態で動作する場合は小バーナ(36)と大バーナ(37)とが共に燃焼するようになっている。
【００２３】
[熱交換器(41)について]
上記バーナケース(31)の上端に連設される熱交換器(41)は、缶体(42)と通水管(43)とを備えており、缶体(42)の上端近傍を蛇行状態で貫通する通水管(43)には多数の吸熱フィン(44)(44)群が連設されている。
【００２４】
[排気集合筒(51)について]
上記熱交換器(41)の上端に連設される排気集合筒(51)は、下端開放の矩形箱状に形成されたダクト部(52)と、その内部を上下に区画する態様で配設された排気案内板(55)と、ダクト部(52)の天井孔(53)に接続された筒体(54)と、更に、上記天井孔(53)の下方に配設されたセンサーボックス(61)を備えており、該センサーボックス(61)内には燃焼排気の一酸化炭素濃度を検知する為の後述のＣＯセンサ(60)が収納されている。
【００２５】
＊排気案内板(55)
上記排気案内板(55)は、ダクト部(52)を上下に区画する矩形状天板(56)の外周に屈曲垂下部(57)が形成されたもので、該屈曲垂下部(57)がダクト部(52)の周側板(50)にビス(58)(58)で固定されている。又、図３に示すように、排気案内板(55)の矩形状天板(56)には、その長手方向の一端近傍に通路絞り部としての排気誘導口(59)が開設されており、これにより、該排気誘導口(59)とセンサーボックス(61)の配設部間に大きな距離が確保されている。
【００２６】
＊センサーボックス(61)
図３〜図５に示すように、上記センサーボックス(61)は、ＣＯセンサ(60)を収納した排気貯留箱(62)とその一端から突出する通気パイプ(63)から構成されており、前記排気貯留箱(62)内にはＣＯセンサ(60)の配設部よりも通気パイプ(63)側に位置する覆板(64)が配設されている。
排気貯留箱(62)は、一対の両側壁 (73)(73) と、上壁 (620) 及びこれに対向する下壁と、更に前壁 (70) 及びこれに対向する後壁を備えている。
そして、図５に示すように、覆板(64)の横幅は排気貯留箱(62)のそれより短く設定されており、これにより、覆板(64)の両側縁と排気貯留箱(62)の両側壁(73)(73)との間隙部(65)(65)を介して、ＣＯセンサ(60)の配設部と通気パイプ(63)側とが連通している。又、覆板(64)は、通気パイプ(63)側からＣＯセンサ(60)の先端に近付くに従って上下間隔が広がるように曲成されたく字状断面に形成されている。従って、覆板(64)の先端中央から斜め上方に延びる上傾斜板(640)の内面にドレン(66)が生成・付着しても、これが上傾斜板(640)を伝わってその斜め下方に流動するから、該ドレン(66)がＣＯセンサ(60)上に滴下する不都合が防止できる。
又、排気貯留箱(62)に於ける通気パイプ(63)側に位置する前壁 (70)には、リーク孔(71)が開設されている。
【００２７】
一方、通気パイプ(63)には、上記排気案内板(55)に形成された排気誘導口(59)から吐出される後述の燃焼排気の流れに面する側の側壁に通気孔(67)(67)が形成されている一方、該通気パイプ(63)の底壁にも通気孔(67)(67)が形成されている。そして、これら通気孔(67)(67)は、通気パイプ(63)の軸方向に間隔を置いて所定ピッチで配列されている。従って、燃焼排気が層流状態で流れても、層の厚み方向の異なる部位を流れる燃焼排気が複数の通気孔(67)(67)から通気パイプ(63)内に取り入れられる。
【００２８】
図４に示すように、ＣＯセンサ(60)は、保護キャップ(68)内に収納されたガス検知素子や電気抵抗素子等から成る電子素子群(69)から構成されており、保護キャップ(68)に形成された窓(49)(49)を介して前記電子素子群(69)の配設部と排気貯留箱(62)内が連通している。
【００２９】
[動作の実際]
次に上記給湯器の動作の実際を説明する。
小能力状態で給湯動作が開始されると、図示しない点火装置が作動して小バーナ(36)のみが燃焼し始める。
【００３０】
一方、給気ファン(33)からの吐出空気は透孔(34)(34)を介して給気分布板(35)の全面から均一に噴出するように拡散され、この拡散空気が小バーナ(36)に燃焼用空気として供給される。又、給気分布板(35)からの噴出空気は、消火状態にある大バーナ(37)の周囲を通過して下流側に供給される。従って、小バーナ(36)部分で生成される燃焼排気と大バーナ(37)部分を通過した空気が互いに混合されることなく層流状態で熱交換器(41)部分を流れて排気案内板(55)の排気誘導口(59)部分で合流する。すると、前記空気と燃焼排気の流速は、開口面積が小さな排気誘導口(59)を通過する際に急激に増加し、その下流側のダクト部(52)内で再び減速される。そして、この速度変化によって燃焼排気と前記空気が混合されて濃度低下した燃焼排気が生成され、該燃焼排気がセンサーボックス(61)の配設部に到達する。
【００３１】
上記センサーボックス(61)部分に到達した燃焼排気はその上方に位置する排気用の筒体(54)から外部に排出される一方、該燃焼排気が通気パイプ(63)に形成された通気孔(67)(67)から該通気パイプ(63)内に拡散すると共に、該燃焼排気の拡散は更に排気貯留箱(62)内に拡大する。これにより、排気貯留箱(62)内には燃焼排気がほぼ淀んだ状態で滞留し、この雰囲気中の一酸化炭素濃度をＣＯセンサ(60)が検知することとなる。これにより、ＣＯセンサ(60)に燃焼排気の流れが吹き付けられることがなく、該ＣＯセンサ(60)が冷却されて検知動作が不安定になることがなくなる。
【００３２】
従って、小バーナ(36)や大バーナ(37)の燃焼量変化に伴って給気ファン(33)の回転数が変化し、これにより、排気通路内を流れる燃焼排気の流速が変化しても、排気貯留箱(62)内に設けられたＣＯセンサ(60)が前記燃焼排気の流れで空冷されることがない。これにより、ＣＯセンサ(60)を構成する電子素子群(69)の抵抗値が変化して検知動作が不安定化する不都合が回避される。又、センサボックス(61)内の淀んだ燃焼排気中にＣＯセンサ(60)が位置するから、既述従来のものと相違して燃焼排気流の中に前記ＣＯセンサ(60)が晒されない。よって、燃焼初期の大・小バーナ(37)(36)で生成される多量の液体粒子を含んだ燃焼排気がＣＯセンサ(60)に吹き付けられてこれに前記液体粒子が付着することがなく、該燃焼排気に含まれる酸性成分によってＣＯセンサ(60)が腐食するのが抑制される。
【００３３】
そして、ＣＯセンサ(60)で検知される前記燃焼排気の一酸化炭素濃度が予め定められた基準値を越えると、この状態を図示しない制御装置が判断して小バーナ(36)及び大バーナ(37)へのガス供給を遮断すると共に給気ファン(33)を停止させ、これにより、安全状態を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る給湯器の縦断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線部分を切断した給湯器の側面図
【図３】排気案内板(55)とセンサーボックス(61)の配置関係を示す斜視図
【図４】センサーボックス(61)の縦断面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線部分を切断した断面図
【図６】従来例の説明図
【図７】従来例の説明図
【符号の説明】
(36)・・・第１ガスバーナ
(37)・・・第２ガスバーナ
(60)・・・ＣＯセンサ
(62)・・・排気貯留箱
(63)・・・通気パイプ
(71)・・・リーク孔

Claims (2)

1. ガスバーナからの燃焼排気が流れる排気通路に、一酸化炭素濃度を検知するためのＣＯセンサが設けられたガス燃焼装置に於いて、
   前記ＣＯセンサは、一対の両側壁 (73)(73) と上下壁と更に前後壁を備えた排気貯留箱内に収納されており、前記排気貯留箱の前壁から突出し且つ周側壁には前記燃焼排気の流れの中に露出する通気孔が貫通している通気パイプが設けられ、前記通気パイプの下流端開口が前記排気貯留箱内の前記ＣＯセンサの配設部に連通しており、更に前記前壁には、該排気貯留箱内に貯留された燃焼排気を前記排気通路に漏出する為のリーク孔が形成されている、ガス燃焼装置であって、
   前記ＣＯセンサと前記通気パイプの下流端開口の相互間には、前記前壁との間に間隙を存して覆板が設けられ、
   前記覆板は、前記ＣＯセンサの上方から前記相互間へＣＯセンサと非接触状態で下向きに傾斜して迫り出した傾斜板を具備すると共に、該傾斜板の両側縁と前記排気貯留箱の側壁との間に間隙部が形成されている、ガス燃焼装置。
2. 請求項１に記載のガス燃焼装置に於いて、
   前記通気孔は、前記通気パイプの軸線方向に間隔を置いて複数形成されている、ガス燃焼装置。

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