JP4877819B2 - Ｃｏセンサ付き燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナの燃焼排ガス中の顕熱を回収する主熱交換器と、主熱交換器を通過した燃焼排ガス中の潜熱を回収する副熱交換器と、燃焼排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を検出するＣＯセンサとを備えるＣＯセンサ付き燃焼装置に関する。

従来、この種の燃焼装置として、ＣＯセンサにより副熱交換器の下流側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するようにしたものは知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＣＯセンサは、燃焼排ガスが流入自在な筒状のセンサ本体内に酸化触媒を担持する検知素子を備え、検知素子上でのＣＯの酸化反応熱による抵抗変化でＣＯ濃度を検出するように構成される。そして、検知素子に触れる燃焼排ガスの温度が低くなるほど、ＣＯの酸化反応による検知素子の温度変化率が大きくなって、ＣＯ濃度の検出感度が良くなる。ここで、副熱交換器の下流側の燃焼排ガスは潜熱の回収で３０〜６０℃程度の低温になるため、上記従来例によれば、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を精度良く検出できる。

ところで、副熱交換器の下流側の燃焼排ガスは相対湿度が１００％近くになる。そのため、上記従来例のものでは、ＣＯセンサに燃焼排ガス中の水分が結露しやすくなる。そして、結露水には燃焼生成物が溶け込むため、ＣＯセンサの結露とその後の乾燥との繰り返しで燃焼生成物が析出し、ＣＯセンサのガス流入部が析出物で目詰まりして、ＣＯ濃度を検出できなくなってしまうことがある。
特許第３７４４６２１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ＣＯセンサへの結露を防止して、長期に亘りＣＯ濃度を精度良く検出できるようにしたＣＯセンサ付き燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナの燃焼排ガス中の顕熱を回収する主熱交換器と、主熱交換器を通過した燃焼排ガス中の潜熱を回収する副熱交換器と、副熱交換器の下流側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを備えるＣＯセンサ付き燃焼装置において、ＣＯセンサはセンサ本体に収容された検知素子を有し、副熱交換器の上流側の燃焼排ガスの熱によりセンサ本体を加熱する加熱手段を備え、加熱手段は、副熱交換器の上流側の燃焼排ガスの一部を、副熱交換器をバイパスしてＣＯセンサに流す排気バイパス通路であることを特徴とする。

本発明によれば、副熱交換器の上流側の燃焼排ガス、即ち、副熱交換器で潜熱を回収する前の高温の燃焼排ガスによりＣＯセンサが加熱される。そのため、ＣＯセンサに副熱交換器の下流側の低温で相対湿度の高い燃焼排ガスが触れても、燃焼排ガス中の水分はＣＯセンサに結露しない。従って、燃焼生成物の析出によるＣＯセンサのガス流入部の目詰まりも防止され、長期に亘りＣＯ濃度を精度良く検出できる。

図１は給湯用熱源機から成る燃焼装置を示している。この燃焼装置は、バーナ１を内蔵する燃焼筐２を備えている。燃焼筐２には、下方から燃焼ファン３により燃焼空気が供給される。燃焼筐２内の上部には、バーナ１の燃焼排ガス中の顕熱を回収する主熱交換器４が配置されている。主熱交換器４は、多数の吸熱フィン４ａとこれら吸熱フィン４ａを貫通する複数の吸熱管４ｂとを備えている。そして、これら吸熱管４ｂを直列に接続して一連の熱交換水路を構成し、この熱交換水路に流れる水が燃焼排ガス中の顕熱を吸収して加熱されるようにしている。

燃焼筐２の上方には、主熱交換器４を通過した燃焼排ガスが燃焼筐２の上面後部に設けた流出口２ａを介して流入する排気筐５が設けられている。そして、排気筐５内に燃焼排ガス中の潜熱を回収する副熱交換器６が配置されている。副熱交換器６は、排気筐５内に横設した複数の吸熱管６ａを備えている。そして、これら吸熱管６ａに冷水を流して、燃焼排ガス中の水分を吸熱管６ａの外面で凝縮させるようにしている。これにより、副熱交換器６に流れる水が潜熱を吸収して加熱される。副熱交換器６で加熱された水は主熱交換器４に送られる。

排気筐５の前側には排気カバー７が設けられている。そして、副熱交換器６を通過した燃焼排ガスは、排気筐５の前面下部の流出口５ａから排気カバー７内の排気通路８に流れ、排気カバー７の前面に開設した排気口７ａから機外に排出される。

ここで、排気通路８の下部にはＣＯセンサ９が配置されている。ＣＯセンサ９は、筒状のセンサ本体９ａ内に、抵抗ブリッジ回路に組み込まれる図示省略した酸化触媒を担持する検知素子と酸化触媒を担持しない比較素子とを収納して成るものである。センサ本体９ａの一端面はメッシュ部材を取り付けたガス流入部９ｂになっている。ガス流入部９ｂからＣＯを含む燃焼排ガスがセンサ本体９ａ内に流入すると、検知素子上でＣＯの酸化反応を生じ、この反応熱により検知素子の抵抗が変化する。この抵抗変化により抵抗ブリッジ回路における比較素子との抵抗バランスが崩れてＣＯセンサ９の出力電圧が変化し、この電圧変化に基づいて燃焼排ガス中のＣＯ濃度が検出される。そして、検出ＣＯ濃度が所定の基準値以上になったときは、バーナ１の燃焼量を減少させたり燃焼を停止する安全制御を実行する。

ＣＯセンサ９は、排気通路８の下端部に設けたボックス１０に収納されている。ボックス１０の排気筐５の流出口５ａに対向する後面には複数の小孔を形成した制限板１０ａが設けられている。更に、ボックス１０には、その内部空間を前後２室に仕切る仕切板１０ｂが設けられている。そして、ボックス１０内の前室にセンサ本体９ａを収納し、そのガス流入部９ｂを仕切板１０ｂを通して制限板１０ａに対向させている。これによれば、流出口５ａから流出する副熱交換器６の下流側の燃焼排ガスの一部が制限板１０ａにより流速を落された状態でボックス１０内の後室からガス流入部９ｂを介してセンサ本体９ａ内に流入する。かくして、ＣＯセンサ９により副熱交換器６の下流側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度が検出される。

また、ボックス１０内の前室は、その下面に形成した流入孔１０ｃを介して燃焼筐２内の主熱交換器４の上側の空間に連通すると共に、その上面に形成した流出孔１０ｄを介して排気通路８に連通している。かくして、ボックス１０内の前室は、主熱交換器４を通過した直後の燃焼排ガス、即ち、副熱交換器６の上流側の燃焼排ガスの一部が副熱交換器６をバイパスして排気通路８に流れる排気バイパス通路１１になる。

ここで、副熱交換器６の下流側の燃焼排ガスは、副熱交換器６での潜熱の回収により、低温で相対湿度が１００％近くになる。そのため、燃焼排ガス中の水分がＣＯセンサ９で結露しやすくなる。然し、本実施形態では、ＣＯセンサ９のセンサ本体９ａを配置した加熱手段たる排気バイパス通路１１に副熱交換器６の上流側の高温の燃焼排ガスが流れるため、この燃焼排ガスの熱によりＣＯセンサ９が加熱され、ＣＯセンサ９への結露が効果的に防止される。従って、結露水に含まれる燃焼生成物がＣＯセンサ９の濡れ乾きの繰り返しにより析出し、ＣＯセンサ９のガス流入部９ｂが析出物で目詰まりすることを防止できる。その結果、長期に亘りＣＯ濃度を精度良く検出できるようになる。

次に、図２に示す参考形態について説明する。参考形態の基本的な構造は上記第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付している。参考形態の第１実施形態との相違点は、排気通路８の構成、ＣＯセンサ９の配置位置及びＣＯセンサ９の加熱手段の構成である。以下、この点について詳述する。

参考形態では、排気カバー７が排気筐５をその前側から上側に亘って覆うように形成され、排気カバー７と排気筐５との間に、排気筐５の前側から上側にのびる排気通路８が画成されている。そして、副熱交換器６を通過した燃焼排ガスが排気筐５の前面下部の流出口５ａから排気通路８に流れ、排気カバー７の上面に開設した排気口７ａから機外に排出されるようにしている。

ＣＯセンサ９は、排気筐５の上側の排気通路８の燃焼筐２の流出口２ａの直上部に位置する部分に設けたボックス１０に収納されている。そして、副熱交換器６の下流側の燃焼排ガスの一部がボックス１０の前面の制限板１０ａにより流速を落された状態でボックス１０内に流入し、この燃焼排ガスがＣＯセンサ９のセンサ本体９ａ内にその一端のガス流入部９ｂから流入するようにしている。かくして、ＣＯセンサ９により副熱交換器６の下流側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度が検出される。

ここで、ボックス１０の下面は燃焼筐２の流出口２ａから上昇する燃焼排ガス、即ち、副熱交換器６の上流側の高温の燃焼排ガスが当たる排ガス衝突部１２になっている。そして、排ガス衝突部１２が加熱手段として機能し、副熱交換器６の上流側の燃焼排ガスの熱により排ガス衝突部１２を介しての熱伝導でＣＯセンサ９が加熱される。従って、第２実施形態のものでも、ＣＯセンサ９への結露が効果的に防止され、長期に亘りＣＯ濃度を精度良く検出できるようになる。

ところで、参考形態では、排ガス衝突部１２を平面状に形成しているが、図３に示す別の参考形態のように、排ガス衝突部１２を下方に突出する形状に形成することも可能である。これによれば、副熱交換器６の上流側の燃焼排ガスと排ガス衝突部１２との接触面積が増加し、ＣＯセンサ９を一層効率良く加熱できる。

また、この参考形態では、ボックス１０の前面に、制限板１０ａに代えて、排気口７ａの直下部にのびる小孔付きの導入管部１０ｅを突設している。これによれば、排気口７ａに向けて流れる燃焼排ガスの主流から導入管部１０ｅを介してボックス１０内に燃焼排ガスを効率良く取り入れることができる。そのため、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が変化したときに、これをＣＯセンサ９により応答性良く検出することができる。

以上、給湯用の熱源機から成る燃焼装置に本発明を適用した実施形態について説明したが、顕熱回収型の主熱交換器と潜熱回収型の副熱交換器とを備える熱源機以外のＣＯセンサ付き燃焼装置として本発明は広く適用できる。

本発明の第１実施形態の燃焼装置の断面図。 本発明の参考形態の燃焼装置の断面図。 本発明の別の参考形態の燃焼装置の断面図。

符号の説明

１…バーナ、４…主熱交換器、６…副熱交換器、９…ＣＯセンサ、１１…排気バイパス通路（加熱手段）、１２…排ガス衝突部。

Claims (1)

1. バーナの燃焼排ガス中の顕熱を回収する主熱交換器と、主熱交換器を通過した燃焼排ガス中の潜熱を回収する副熱交換器と、副熱交換器の下流側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを備えるＣＯセンサ付き燃焼装置において、
   ＣＯセンサはセンサ本体に収容された検知素子を有し、
   副熱交換器の上流側の燃焼排ガスの熱によりセンサ本体を加熱する加熱手段を備え、
   加熱手段は、副熱交換器の上流側の燃焼排ガスの一部を、副熱交換器をバイパスしてＣＯセンサに流す排気バイパス通路であることを特徴とするＣＯセンサ付き燃焼装置。

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