JP4173868B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、風呂給湯器等の燃焼装置に関するものである。

従来、風呂等に給湯する給湯器の燃焼装置として、バーナを内蔵する燃焼部と、該燃焼部の上方に設けられ、該バーナの加熱により熱交換を行う熱交換器と、該熱交換器のさらに上方に設けられた該バーナの燃焼排気を排出する排気筒とを備える燃焼装置が知られている。前記燃焼装置では、前記熱交換器に配設された水管に水道水等を供給し、熱交換により得られた湯を風呂等に給湯するようになっている。前記燃焼装置では、前記バーナの不完全燃焼対策として、前記熱交換器と前記排気筒との間に、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素検出手段を設け、検出された一酸化炭素濃度が所定の基準値を超えたとき、不完全燃焼状態になったと判断して、燃焼を停止するようにしている。

ところで、前記燃焼装置が水平方向に複数の燃焼部を並設しているときには、各燃焼部から発生する一酸化炭素濃度が異なるため、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が不均一になる。また、前記燃焼装置が単一の燃焼部を備えるときにも、前記バーナの一部に目詰まり等が発生することにより、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が不均一になることがある。前記一酸化炭素濃度分布が不均一であるときに、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度を正確に検出するためには、前記熱交換器と前記排気筒との間に、複数の一酸化炭素検出手段を設けることが考えられるが、このようにするときには、コストの増大が避けられない。

そこで、前記燃焼装置において、前記熱交換器と前記排気筒との間に排気混合室を設け、前記燃焼部からの燃焼排気を該排気混合室を介して前記排気筒に排出するようにし、該排気混合室に単一の一酸化炭素検出手段を配置したものが知られている。前記排気混合室には、例えば前記燃焼排気を旋回させて混合する混合手段が設けられ、前記一酸化炭素検出手段は該混合手段の下流側に設けられる（例えば特許文献１参照）。

前記排気混合室を備える燃焼装置によれば、前記燃焼排気が該排気混合室で混合されて該燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が均一化される。そして、混合された後の燃焼排気中の一酸化炭素濃度が前記一酸化炭素検出手段で検出されるので、前記一酸化炭素濃度を確実に検出することができる。

しかしながら、前記排気混合室に前記混合手段を設けると装置の構造が複雑になるという不都合がある。
実開昭６２−１３３５０号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、簡単な構造で、燃焼部からの燃焼排気中の一酸化炭素濃度を単一の一酸化炭素検出手段により確実に検出することができる燃焼装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、バーナを内蔵する燃焼部と、該燃焼部の上方に設けられ該燃焼部からの燃焼排気を混合する排気混合室と、該排気混合室内の燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する単一の一酸化炭素検出手段と、該排気混合室から燃焼排気を排出する排気筒とを備える燃焼装置において、該排気混合室は、平面視方形の箱形形状を備え、内部に複数の仕切り板をそれぞれ上下に所定の間隔を存して備えると共に、各仕切り板はそれぞれ該排気混合室の対角線方向に離間した位置に連通孔を備え、該一酸化炭素検出手段は最上部の仕切り板の連通孔の下流側に配設されることを特徴とする。

本発明の燃焼装置によれば、前記燃焼部から上昇した燃焼排気の一部は前記最下部の仕切り板の一隅に設けられた連通孔に直接流入するが、大部分の燃焼排気は前記最下部の仕切り板の下面に沿って、該仕切り板の一隅に設けられた前記連通孔に向かう。このとき、前記最下部の仕切り板の下面に沿って前記連通孔に向かう燃焼排気は、層流を形成しているが、該仕切り板の下面の全領域から該仕切り板の一隅に設けられた前記連通孔に向かって集中すると共に、前記連通孔に直接流入する燃焼排気と合流することにより、予備的に混合される。

次に、前記最下部の仕切り板の一隅に設けられた連通孔から、該仕切り板と該仕切り板の上方に隣接する次の仕切り板との間の空間に流入した燃焼排気は、そのまま上昇し、隣接する仕切り板の下面に衝突して跳ね返され乱流を形成する。次に、前記乱流を形成した燃焼排気の大部分は、前記最下部の仕切り板の連通孔の両側の前記排気混合室の側壁に沿って、二手に別れて上方の仕切り板に設けられた連通孔に向かう。また、一部の燃焼排気は、直接、上方の仕切り板に設けられた連通孔に向かう。

このとき、前記最下部の仕切り板の連通孔と、該仕切り板の上方に隣接する次の仕切り板の連通孔とは、平面視方形の箱形形状を備える前記排気混合室の対角線方向に離間して設けられている。そこで、前記排気混合室の側壁に沿って上方の仕切り板に設けられた連通孔に向かう燃焼排気は、一旦、前記のように二手に別れて拡散した後、該側壁の角部に沿って曲がって、再び該仕切り板に設けられた連通孔に向かって集合する。

前記燃焼排気は、その大部分が排気混合室の側壁に沿って一旦拡散した後、再び集合すると共に、直接、上方の仕切り板に設けられた連通孔に向かう一部の燃焼排気と合流することにより、前記両仕切り板間の空間で十分に混合され、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が均一化される。そして、前記のように混合された燃焼排気は、最上部の仕切り板の連通孔から該仕切り板の上方に流出し、該連通孔の下流側に配設された前記一酸化炭素検出手段により一酸化炭素濃度が検出された後、前記排気筒から排出される。

本発明の燃焼装置によれば、前記排気混合室に複数の仕切り板を設けるという簡単な構造により、前記のように燃焼排気が十分に混合され、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が均一化されるので、単一の一酸化炭素検出手段により該燃焼排気中の一酸化炭素濃度を確実に検出することができる。

尚、前記仕切り板は、少なくとも上下２段に備えられていればよいが、前記燃焼排気をさらに混合するために３段以上に備えられていてもよい。

また、前記連通孔は、正方形、正六角形、正八角形等の正多角形であってもよいが、前記燃焼排気を良好に混合するには、円形、特に正円形であることが好ましい。

また、本発明の燃焼装置では、前記排気筒と前記連通孔との間に、燃焼排気を採取して前記一酸化炭素検出手段に案内する案内手段を備えるようにしてもよい。前記案内手段によれば、前記燃焼排気の流速が低減されるので、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度をさらに確実に検出することができる。

また、本発明の燃焼装置では、前記各仕切り板は、それぞれ平面視方形の箱形部材の底面により形成され、各箱形部材は相互に重合されて前記排気混合室の側壁に装着されていることが好ましい。前記各箱形部材は、相互に重合されることにより組立てることができるので、組立に溶接、ビス止め等を必要とせず、しかも相互の位置関係が自動的に決まるので、装置全体の製造が容易になる。また、前記各箱形部材は、例えば金属板の絞り加工によりそれ自体容易に製造することができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の燃焼装置の構成を示す平面図、図２は図１に示す燃焼装置の排気混合室の構成を示す斜視図、図３は図２に示す仕切り板による燃焼排気の流れを示す平面図である。

本実施形態の燃焼装置は壁掛け型の風呂給湯器であり、図１に示すように、外装ケース１内に給湯用燃焼部２が設けられている。給湯用燃焼部２は、バーナ群３を収納した燃焼筺４と、燃焼筺４の上方に配設された熱交換器５とを備え、燃焼筺４の下方にはバーナ群３に燃焼用空気を供給する送風機６が設けられている。

熱交換器５には水管７が配設されており、水管７の一方の端部は水道管（図示せず）に、他方の端部は浴室に湯を供給する給湯管（図示せず）に接続されている。そして、本実施形態の燃焼装置では、前記水道管を介して水管７に供給された水が、熱交換器５でバーナ群３の燃焼排気と熱交換することにより湯となり、前記給湯管を介して浴室に給湯されるようになっている。

一方、熱交換器５の上方には、排気混合室８と、排気混合室８に連通する排気筒９とが配置されており、前記燃焼排気は熱交換器５で熱交換した後、排気混合室８を介して排気筒９から排出されるようになっている。また、排気混合室８の一側部には前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素検出手段としての単一のＣＯセンサ１０が備えられている。本実施形態の燃焼装置では、ＣＯセンサ１０により検出された一酸化炭素濃度が所定の基準値を超えたとき、不完全燃焼状態になったと判断して、燃焼を停止するようにしている。

本実施形態の燃焼装置は、燃焼部２を１つだけ備えるものであり、このような燃焼部２からの燃焼排気中では通常は一酸化炭素濃度分布が均一になっており、前記単一のＣＯセンサ１０により、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度を確実に検出することができる。ところが、前記燃焼筺４に収納されたバーナ群３は異物等によりその一部が目詰まりを起こすことがあり、このような場合には前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布が不均一になって、前記単一のＣＯセンサ１０では、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度を正確に検出できなくなる虞がある。

そこで、本実施形態の燃焼装置では、前記燃焼排気を排気混合室８内で混合し、前記燃焼排気中の一酸化炭素濃度分布を均一化した後、前記単一のＣＯセンサ１０により、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出するようにしている。

次に、図２を参照して、排気混合室８の構成について説明する。本実施形態の燃焼装置では、排気混合室８は、平面視方形の箱形形状の混合室本体１１が開口部を熱交換器５に向けた状態で配設されている。混合室本体１１の底面１１ａのほぼ中央には排気筒９に連通し、燃焼排気を排気筒９に排出する正円形の排出孔１１ｂが設けられている。

一方、混合室本体１１内には、平面視方形の箱形部材１２，１３がそれぞれ開口部を熱交換器５に向けた状態で装着されている。箱形部材１２は箱形部材１３よりも深底であり、箱形部材１２の内面側に箱形部材１３が重合されて嵌合されるようになっている。また、箱形部材１２は、混合室本体１１の内面側に嵌合されるようになっている。

箱形部材１２，１３はいずれもＳＵＳ４３０等の金属板を絞り加工することにより形成されているので、品質が安定しており、前記のように重合したときに相互の間に間隙を生じることなく嵌合することができる。

箱形部材１２は箱形部材１３よりも深底となっているので、前記のようにして箱形部材１２，１３を混合室本体１１に装着すると、箱形部材１２の底面と箱形部材１３の底面とが上下に所定の間隔を存して配置される。この結果、混合室本体１１内では、箱形部材１２の底面が上側仕切り板１２ａとなり、箱形部材１３の底面が下側仕切り板１３ａとなると共に、混合室本体１１の底面１１ａと、各仕切り板１２ａ，１３ａとの相互の位置関係が、箱形部材１２，１３のそれぞれの底の深さの差によって自動的に決定される。また、仕切り板１２ａ，１３ａ間には、燃焼排気の流路１４が形成される。このとき、箱形部材１２の底面である仕切り板１２ａと、箱形部材１３の底面である１３ａには、混合室本体１１の対角線方向に離間した一隅に、それぞれ正円形の上部連通孔１２ｂ、下部連通孔１３ｂが設けられている。

尚、箱形部材１２，１３は、開口端部から外方に延出するフランジ部１２ｃ，１３ｃをそれぞれ複数備えており、箱形部材１２に箱形部材１３が嵌合されたときに、箱形部材１２，１３の開口端部にフランジ部１２ｃ，１３ｃが交互に配置されるようになっている。この結果、混合室本体１１に箱形部材１２が嵌合されたときには、フランジ部１２ｃ，１３ｃが熱交換器５と混合室本体１１の開口端部との間に挟持され、箱形部材１２，１３を溶接、ビス止め等によることなく、混合室本体１１に装着することができる。

また、箱形部材１２の底面である仕切り板１２ａと、混合室本体１１の底面１１ａとは、所定の間隔を存して対向しており、仕切り板１２ａと底面１１ａと間に燃焼排気の流路１５が形成されている。そして、上部連通孔１２ｂの下流側、流路１５に臨む混合室本体１１の一側面には、燃焼排気を採取してＣＯセンサ１０に案内する案内手段としての排気採取パイプ１６が取着されており、排気採取パイプ１６内にＣＯセンサ１０が配設されている。

排気採取パイプ１６は、排出孔１１ｂの下方まで延設されており、仕切り板１２ａに対向する側に複数の通気孔１７が形成されている。そして、通気孔１７から流入した燃焼排気が排気採取パイプ１６によりＣＯセンサ１０方向に案内され、該燃焼排気中の一酸化炭素濃度がＣＯセンサ１０で検出される。

ＣＯセンサ１０は、図示しないが少なくとも一対の抵抗素子を備え、一方の抵抗素子に一酸化炭素の酸化触媒を担持させて、該抵抗素子に接触した一酸化炭素が該酸化触媒により酸化されるときに発生する熱により該抵抗素子の抵抗値が変化するようにし、両抵抗素子の抵抗値の差に基づいて一酸化炭素濃度を検出するように構成されている。ＣＯセンサ１０は、気流が当たると、該気流による温度変化で一酸化炭素濃度を正確に検出できなくなる。しかし、本実施形態では、排気採取パイプ１６内にＣＯセンサ１０を収容し、通気孔１７から流入し排気採取パイプ１６により案内される燃焼排気中の一酸化炭素濃度をＣＯセンサ１０で検出するようにしているので、該燃焼排気の流速を低減することができ、前記気流の影響を受けることなく、一酸化炭素濃度を検出することができる。

次に、図３を参照して、排気混合室８における気流の流れと燃焼排気の混合のメカニズムについて説明する。

本実施形態の燃焼装置では、熱交換器５を通過した燃焼排気は、まず、下側仕切り板１３ａにより遮られる。このとき、矢印Ａで示す一部の燃焼排気は下側仕切り板１３ａの一隅に設けられた下部連通孔１３ｂに直接流入するが、矢印Ｂで示す大部分の燃焼排気は下側仕切り板１３ａの下面に沿って、下部連通孔１３ｂに向かう。下側仕切り板１３ａの下面に沿って下部連通孔１３ｂに向かう燃焼排気Ｂは、下側仕切り板１３ａの下面に沿って層流を形成しているが、下側仕切り板１３ａの下面の全領域から下側仕切り板１３ａの一隅に設けられた下部連通孔１３ｂに向かって集中すると共に、下部連通孔１３ｂに直接流入する燃焼排気Ａと合流することにより、予備的に混合される。

次に、燃焼排気Ａと燃焼排気Ｂとは合流して矢印Ｃで示す燃焼排気となり、燃焼排気Ｃは下部連通孔１３ｂから流路１４に流入する。このとき、燃焼排気Ｃはそのまま上昇し、上側仕切り板１２ａの下面に衝突して跳ね返され乱流を形成する。

次に、燃焼排気Ｃのうち矢印Ｄで示す一部の燃焼排気は直接上部連通孔１２ｂに向かうが、燃焼排気Ｃの大部分は、下部連通孔１３ｂから広闊な流路１４に流入することにより流路１４内に拡散し、箱形部材１２の側壁に沿う２つの流れ（矢印Ｅ，Ｆで示す）に別れて、上部連通孔１２ｂに向かう。

このとき、連通孔１２ｂ，１３ｂは、それぞれ、平面視方形の箱形形状を備える排気混合室８の対角線方向に離間した一隅に設けられているので、燃焼排気Ｅ，Ｆは、一旦、前記のように二手に別れて拡散した後、箱形部材１２の側壁の角部に沿って曲がって、再び連通孔１２ｂに向かって集合し、燃焼排気Ｄと合流する。

この結果、燃焼排気Ｄ，Ｅ，Ｆが合流して、矢印Ｇで示す燃焼排気となり、燃焼排気Ｇは上部連通孔１２ｂから図２に示す流路１５に流入する。燃焼排気Ｇは、燃焼排気Ｃが上側仕切り板１２ａの下面に衝突して形成された乱流、燃焼排気Ｅ，Ｆの拡散とその後の燃焼排気Ｄ，Ｅ，Ｆの集合とにより、流路１４内で十分に混合されているので、一酸化炭素濃度分布が均一化されている。

燃焼排気Ｇは上部連通孔１２ｂから流路１５に流入した後、排出孔１１ｂから排気筒９を介して排出されるが、その途中で燃焼排気Ｇの一部が通気孔１７から排気採取パイプ１６に流入し、燃焼排気Ｇ中の一酸化炭素濃度がＣＯセンサ１０で検出される。燃焼排気Ｇは、前述のように流路１４内で十分に混合され、一酸化炭素濃度分布が均一化されているので、燃焼排気Ｇ中の一酸化炭素濃度をＣＯセンサ１０により確実に検出することができる。

尚、本実施形態の燃焼装置では、排気採取パイプ１６内にＣＯセンサ１０を収容し、燃焼排気Ｇの一部を排気採取パイプ１６によりＣＯセンサ１０に案内するようにしているが、燃焼排気Ｇは前述のように流路１４内で十分に混合されているので、排気採取パイプ１６は無くてもよい。燃焼排気Ｇは上部連通孔１２ｂから広闊な流路１５に流入することにより流路１５内に拡散するので、排気採取パイプ１６が無いときには、前記のように拡散した燃焼排気Ｇに含まれる一酸化炭素濃度がＣＯセンサ１０により検出される。

但し、排気採取パイプ１６を備える場合には、排気採取パイプ１６を排出孔１１ｂの下方まで延設しておくことにより、排出孔１１ｂから排出される燃焼排気Ｇを採取して離間した位置にあるＣＯセンサ１０に案内することができるので、排出孔１１ｂと連通孔１２ｂとを近接して配置し、排気抵抗を低減するとの効果を得ることもできる。

また、本実施形態の燃焼装置では、仕切り板１２ａ，１３ａを上下２段に配置した構成となっているが、仕切り板はさらに多数とし、上下に３段以上配置するようにしてもよく、この場合には燃焼排気をさらに良好に混合することができる。

また、本実施形態の燃焼装置では、連通孔１２ｂ，１３ｂを正円形としているが、連通孔１２ｂ，１３ｂは正方形、正六角形、正八角形等、他の形状であってもよい。

また、本実施形態の燃焼装置では、単一の燃焼部２を備えるものとして説明しているが、複数の燃焼部２が外装ケース１内で横方向に並列に備えられていてもよい。

本発明の燃焼装置の一構成例を示す平面図。 図１に示す燃焼装置の排気混合室の構成を示す斜視図。 図２に示す仕切り板による燃焼排気の流れを示す平面図。

符号の説明

２…燃焼部、 ３…バーナ、 ８…排気混合室、 ９…排気筒、 １０…一酸化炭素検出手段、 １２，１３…箱形部材、 １２ａ，１３ａ…仕切り板、 １２ｂ，１３ｂ…連通孔、 １６…案内手段。

Claims (4)

1. バーナを内蔵する燃焼部と、該燃焼部の上方に設けられ該燃焼部からの燃焼排気を混合する排気混合室と、該排気混合室内の燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する単一の一酸化炭素検出手段と、該排気混合室から燃焼排気を排出する排気筒とを備える燃焼装置において、
   該排気混合室は、平面視方形の箱形形状を備え、内部に複数の仕切り板をそれぞれ上下に所定の間隔を存して備えると共に、各仕切り板はそれぞれ該排気混合室の対角線方向に離間した位置に連通孔を備え、該一酸化炭素検出手段は最上部の仕切り板の連通孔の下流側に配設されることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記連通孔は、円形であることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 前記排気筒と前記連通孔との間に、燃焼排気を採取して前記一酸化炭素検出手段に案内する案内手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃焼装置。
4. 前記各仕切り板は、それぞれ平面視方形の箱形部材の底面により形成され、各箱形部材は相互に重合されて前記排気混合室の側壁に装着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の燃焼装置。

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