JP5215107B2 - ガス燃焼器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス給湯器等のガス燃焼器に関し、特に、屋外に設置されるガス燃焼器に関するものである。

従来、屋外に設置されるガス燃焼器としてのガス給湯器（図５に符号７０１で示す）は、住宅などの壁面に取り付けられる箱型の本体７１０と、図示しないガス管から供給されたＬＰガスや都市ガス等の燃料ガスを本体７１０前面に設けられた吸気口７１１から取り入れた空気と混合して燃焼させるガスバーナ７２０と、ガスバーナ７２０の上方に設けられ且つ一端に図示しない給水管、他端に図示しない出湯管が接続された吸熱管を備えた熱交換器７３０と、熱交換器７３０の上方に設けられ且つガスバーナ７２０による燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼排ガスを排出するための排気室７４０と、ガスバーナによる燃料ガスの燃焼等の制御を行う制御部７８０と、を備えている。また、排気室７４０は、排気室７４０内の燃焼排ガスを本体７１０外部に排出する本体７１０前面に設けられた排気口７１２と、熱交換器７３０及びガスバーナ７２０が排気口７１２から進入した風雨等に晒されないように遮蔽する遮蔽板７５０と、を備えている。

このガス給湯器７０１は、ガスバーナ７２０で燃料ガスを燃焼させ、高温の燃焼排ガスで熱交換器７３０を熱することにより、熱交換器７３０の吸熱管に供給された冷水を温水に変えて、図示しない台所や風呂などの温水需用部などに送出する。また、ガスバーナ７２０の燃焼によって生じた燃焼排ガスは、熱交換器７３０を通過して排気室７４０に到達し、さらに、遮蔽板７５０の下面を伝って排気室７４０の天井面７４０ａ近傍まで上昇したのち、排気口７１２から本体７１０外部に排出される。

上述したようなガス給湯器は、故障や経年劣化などにより不完全燃焼が生じるおそれがある。そして、不完全燃焼が生じると、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの有害な不完全燃焼ガスを含む燃焼排ガスが排出される。しかしながら、従来は、ガス燃焼器が屋外に設置されることもあって、このような不完全燃焼ガスを検出して燃焼停止や警報鳴動などの安全動作を行う安全装置が設けられることはなかったが、近年の安全意識の高まりに伴い、屋外に設置するガス燃焼器にも上述した安全装置を備えることが要請されている。

そして、このような要請に応えるものとして、図６に示すように、上述した従来のガス給湯器７０１において、燃焼排ガスが通過する排気室７４０の天井面７４０ａに不完全燃焼ガスを検出するガスセンサ７６０を設け、制御部７８０がこのガスセンサ７６０による不完全燃焼ガスの検出に応じて燃焼停止などの安全動作を行う構成が考えられる。しかしながら、ガスバーナ７２０の一部に不完全燃焼が生じた場合など、排気室７４０内の燃焼排ガスに不完全燃焼ガスの濃度の偏りが生じてしまうことがあり、ガスセンサ７６０の設置位置によっては、不完全燃焼ガスを含む燃焼排ガスが排出されているにもかかわらず、不完全燃焼ガスが検出できないという問題があった。

図６に示す一例で説明すると、ガスバーナ７２０の正常燃焼Ａによって生じる燃焼排ガスＦ１、Ｆ２と、不完全燃焼Ｂによって生じる燃焼排ガスＦ３と、は互いに攪拌されることなくガスバーナ７２０から上昇して排気室７４０の天井面７４０ａ近傍まで到達する。このとき、ガスセンサ７６０付近を燃焼排ガスＦ２のみが流れ、燃焼排ガスＦ３がその付近を流れないので、燃焼排ガスＦ３に含まれる不完全燃焼ガスを検出することができない。このような問題を回避するため、ガスセンサ７６０を複数設けたり、排気室７４０の容積を大きくして燃焼排ガスの攪拌を促進したり、別途燃焼排ガスを攪拌する装置を設けたりする構成が考えられるが、一般住宅などに設置されるガス給湯器などのガス燃焼器は小型で且つ低価格であることが求められるので、これら構成を実現することは困難であった。

本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスを確実に検出できる小型且つ安価なガス燃焼器を提供することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、本体と、前記本体に収容されたガスバーナと、前記ガスバーナによって生じた燃焼排ガスを排出する前記本体に設けられた排出口と、前記排出口に対して前記ガスバーナを遮蔽するように前記ガスバーナの上方に傾斜して設置された遮蔽板と、を有するガス燃焼器において、前記遮蔽板が、中空に形成されるとともに前記ガスバーナと向き合う側の面に複数の貫通孔が設けられており、そして、前記遮蔽板の複数の貫通孔から前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスを検出するガス検出手段を有していることを特徴とするガス燃焼器である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記遮蔽板の複数の貫通孔のそれぞれの直径をｄ［ｍ］、前記遮蔽板の複数の貫通孔の個数をｎ、前記燃焼排ガスの最小流速をＵ［ｍ／ｓ］、前記燃焼排ガスの動粘性係数をν［ｍ²／ｓ］、としたとき、次の式
（Ｕ×√（ｄ²×ｎ））／ν＞２３２０
を満たすことを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記ガス検出手段が収容されるガス検出室と、前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスを前記ガス検出室に導くように前記遮蔽板と前記ガス検出室とを連通する管路と、を有していることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記ガス検出室の内部の気体を強制的に排出して、前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスを前記管路を通じて前記ガス検出室に引き込むガス流動手段を備えていることを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明によれば、遮蔽板が、中空に形成されるとともにガスバーナと向き合う側の面に前記遮蔽板の内部と貫通する複数の貫通孔が設けられているので、ガスバーナから上昇してきた燃焼排ガスが遮蔽板の複数の貫通孔を通過してその内部に進入し、つまり、燃焼排ガスが狭い流路を通過して遮蔽板の内部に広がる空間に流れ込み、そのため、燃焼排ガスに乱流を発生させて均一に攪拌することができる。また、既存の遮蔽板を用いて燃焼排ガスを攪拌するので、小型且つ安価に燃焼排ガスを均一に攪拌することができる。そして、この遮蔽板の複数の貫通孔から遮蔽板の内部に進入し均一に攪拌された燃焼排ガスから不完全燃焼ガスを検出するので、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスを確実に検出できる。

請求項２に記載された発明によれば、遮蔽板の複数の貫通孔のそれぞれの直径をｄ［ｍ］、遮蔽板の複数の貫通孔の個数をｎ、燃焼排ガスの最小流速をＵ［ｍ／ｓ］、燃焼排ガスの動粘性係数をν［ｍ²／ｓ］、としたとき、次の式
（Ｕ×√（ｄ²×ｎ））／ν＞２３２０
を満たすので、つまり、この式は流体力学等で用いられるレイノルズ数を示し、一般的にこの式で示されるレイノルズ数が２３２０を超えると流体に乱流が発生するので、複数の貫通孔の直径及び個数、並びに、燃焼排ガスの最小流速及び動粘性係数、を上記式を満たすように定めることで、遮蔽板の複数の貫通孔からその内部に進入した燃焼排ガスに、より確実に乱流を発生させて均一に攪拌することができ、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

請求項３に記載された発明によれば、ガス検出手段が収容されるガス検出室と、遮蔽板の内部に進入した燃焼排ガスをガス検出室に導くように遮蔽板とガス検出室とを連通する管路と、を有しているので、燃焼排ガスの流量変動が激しい遮蔽板から、管路を介してこの遮蔽板と別体に設けられたガス検出室に燃焼排ガスを導入することで、ガス検出室内に収容されたガス検出手段に安定した流速の燃焼排ガスを供給することができ、そのため、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

また、一般的に、ガス燃焼器で用いられるガス検出手段としてのセンサは、使用温湿度が高いこと、高濃度（３０００ｐｐｍ以上）の不完全燃焼ガスを検出する必要があること等の理由から接触燃焼式ガスセンサが最適であるが、この接触燃焼式ガスセンサは、その特性上、被検出ガスの流速が変動することにより検出精度が悪くなるので、流量変動が激しい箇所に用いることができなかった。しかしながら、上記発明により、ガス検出手段としてガス燃焼器での使用に適した接触燃焼式ガスセンサを用いることができる。

請求項４に記載された発明によれば、ガス検出室の内部の燃焼排ガスを強制的に排出するとともに、遮蔽板の内部に進入した燃焼排ガスを管路を通じてガス検出室に内部に引き込むので、ガス検出室に収容されたガス検出手段に、さらに安定した流速で確実に燃焼排ガスを供給でき、そのため、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

以下、本発明に係るガス燃焼器の一実施形態であるガス給湯器を、図１〜図３を参照して説明する。このガス給湯器は、一般家庭などで用いられ、水道管などから供給される冷水を加熱して温水にしたのち台所や風呂などの温水需用部に送出するものである。なお、本実施形態では、ガス給湯器をガス燃焼器の一例として説明するが、これに限ったものではなく、他にも風呂釜など、屋外に設置されガスバーナを本体内に収容したガス燃焼器であれば本発明の適用が可能である。

ガス燃焼器としてのガス給湯器１は、本体１０と、ガスバーナ２０と、熱交換器３０と、排気室４０と、遮蔽板５０と、ガス検出室７０と、制御部８０と、を備えている。

本体１０は、例えば、複数の板金が組み合わされて構成されており、箱形に形成されている。本体１０は、説明の便宜上、各図面においてその内部を透視した状態で記載している。本体１０の前面１０ａ下部には、ガスバーナ２０に空気を供給するための吸気口１１が設けられており、本体１０の前面１０ａ上部には、ガスバーナ２０の燃焼によって生じた燃焼排ガスを本体１０内から排出するための排気口１２が設けられている。本実施形態では、本体１０は箱形に形成されているが、これに限らず、例えば円筒形状など、ガス給湯器としての機能を実現できるものであればその形状は任意である。

ガスバーナ２０は、本体１０に収容されており、図示しないガス管が接続されている。ガスバーナ２０は、このガス管を通じて供給されるＬＰガスや都市ガスなどの燃料ガスを、吸気口１１から供給される空気と混合して燃焼させて、高温の燃焼排ガスを発生させる装置である。

熱交換器３０は、本体１０に収容されており、ガスバーナ２０の上方に隣接して配設されている。熱交換器３０は、例えば、吸熱フィンを外周に備えるとともにつづら折れ状に屈曲された図示しない熱交換パイプ（即ち、吸熱管）を備えており、この熱交換パイプを流れる冷水を高温の燃焼排ガスで加熱して温水として図示しない温水需用部に対して供給する。

排気室４０は、熱交換器３０の上方に設けられた空間である。ガスバーナ２０での燃料ガスの燃焼により発生した燃焼排ガスは、高温であるため熱交換器３０を通過して上昇し、この排気室４０に流れ込む。そして、該燃焼排ガスは、本体１０の前面１０ａに設けられた排気口１２から排出される。

遮蔽板５０は、板金などによって中空の長方形板状に形成されている。遮蔽板５０は、排気口１２に対して熱交換器３０及びガスバーナ２０を遮蔽するように、一方の端部５０ａが本体１０の前面１０ａに接し、一方の端部５０ａと相対する他方の端部５０ｂが本体１０に接することなく一方の端部５０ａより上方に位置づけられて（即ち、傾斜して）、排気室４０内に配設されている。この遮蔽板５０は、排気口１２から進入した風雨等が熱交換器３０やガスバーナ２０に当たることを防いでいる。

遮蔽板５０の下面（即ち、ガスバーナ２０と向かい合う面）５０ｃには、図２に示すように、遮蔽板５０の内部と貫通する円形に形成された複数の貫通孔５１が設けられている。遮蔽板５０は、熱交換器３０を間に挟んでガスバーナ２０の上方に配設されているので、図３に示すように、遮蔽板５０の下面５０ｃにはガスバーナ２０から上昇してきた燃焼排ガスＦが当たる。そして、この燃焼排ガスＦは、下面５０ｃに設けられた複数の貫通孔５１から遮蔽板５０の内部の空間に流れ込み、このとき、燃焼排ガスＦは、狭い流路である複数の貫通孔５１を通過して遮蔽板５０の内部の広い空間に出るので、乱流が発生して燃焼排ガスＦは均一に拡散される。そして、遮蔽板５０の内部に流れ込んだ燃焼排ガスＦは、上方（即ち、他方の端部５０ｂ）に向かって流れる。

また、遮蔽板５０の下面５０ｃに設けられた複数の貫通孔５１は、遮蔽板５０の複数の貫通孔５１のそれぞれの直径をｄ［ｍ］、遮蔽板５０の複数の貫通孔５１の個数をｎ、燃焼排ガスの最小流速をＵ［ｍ／ｓ］、燃焼排ガスの動粘性係数をν［ｍ²／ｓ］、としたとき、次の式
（Ｕ×√（ｄ²×ｎ））／ν＞２３２０
を満たすように形成されている。

これは流体力学などで一般的に用いられているレイノルズ数を示す式であり、このレイノルズ数が２３２０を超えると流体に乱流が発生することが知られている。そして、燃焼排ガスの最小流速Ｕ及び燃焼排ガスの動粘性係数νはガスバーナ２０の能力などによって予め定まってので、本実施形態において、遮蔽板５０を複数の貫通孔５１の総開口面積と同等の管路と見なして算出したレイノルズ数が２３２０を超えるように、複数の貫通孔５１の直径及び個数を定めることにより、遮蔽板５０の内部に流れ込んだ燃焼排ガスＦに、より確実に乱流を発生させることができる。

ガス検出室７０は、例えば、中空の箱状に形成されており、遮蔽板５０との間を供給管７１及び排出管７２によって連通されている。供給管７１は細管状に形成されており、一方の端部が遮蔽板５０の側部５０ｄの上方に接続され、他方の端部がガス検出室７０の上面に接続されている。また、排出管７２は細管状に形成されており、一方の端部が遮蔽板５０の側部５０ｄの下方に接続され、他方の端部がガス検出室７０の側面に接続されている。このため、遮蔽板５０の内部に流れ込んだ燃焼排ガスは、その動圧により供給管７１を通じてガス検出室７０に流れ込み、そして、排出管７２を通じて遮蔽板５０の内部に戻される。供給管７１は、請求項中の管路に相当する。

ガス検出室７０には一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などのガスバーナ２０の不完全燃焼によって生じる不完全燃焼ガスに反応して、その出力を変化させる周知の接触燃焼式ガスセンサ（不図示）が収容されている。この接触燃焼式ガスセンサは、請求項中のガス検出手段に相当する。接触燃焼式ガスセンサを用いることにより、高温多湿の環境下での不完全燃焼ガスの検出が可能となる。また、３０００ｐｐｍを超える高濃度の不完全燃焼ガスの検出が可能となる。

このようにガス検出室７０には細管である供給管７１を通じて、動圧により燃焼排ガスが供給されるので、ガス検出室７０内における燃焼排ガスの流量変動を防いで、流速を安定させることができる。そのため、接触燃焼式ガスセンサによる不完全燃焼ガスの検出精度を向上させることができる。なお、本実施形態において、ガス検出室７０は箱形に形成されているが、円筒形状や球状など、本発明の目的に反しない限りその形状は任意である。

制御部８０は、ガス給湯器１の全体の制御を司るものであり、例えば、マイクロコンピュータなどで構成されている。制御部８０には、それぞれ図示しない点火スイッチ、火力調整スイッチ、及び、流量調整弁などが接続されている。制御部８０は、利用者によって、図示しない点火スイッチがオン操作されると、図示しない流量調整弁を弁開してガスバーナ２０に燃料ガスを供給するとともに該ガスに点火して燃焼を開始し、また、点火スイッチがオフ操作されると、図示しない流量調整弁を弁閉してガスバーナ２０への燃料ガスの供給を遮断して燃焼を終了する。また、図示しない火力調整スイッチの操作に応じて、図示しない流量調整弁の弁開量を制御してガスバーナ２０への燃料ガスの供給量を調整する。

また、制御部８０には、上述した接触燃焼式ガスセンサが接続されており、接触燃焼式ガスセンサの出力に基づいて検出対象である不完全燃焼ガスの濃度を算出し、予め定められた基準濃度と比較して、算出した濃度が基準濃度を超えていたとき、燃焼排ガスから不完全燃焼ガスを検出したものと判断して、ガスバーナ２０への燃料ガスの供給を停止して、図示しないＬＥＤやブザーなどを動作させて、利用者に不完全燃焼ガスの発生を警報する。

以上より、本発明によれば、遮蔽板５０が、中空に形成されるとともにガスバーナ２０と向き合う下面５０ｃに遮蔽板５０の内部と貫通する複数の貫通孔５１が設けられているので、ガスバーナ２０から上昇してきた燃焼排ガスが遮蔽板５０の複数の貫通孔５１を通過してその内部に進入し、つまり、燃焼排ガスが狭い流路を通過して遮蔽板の内部に広がる空間に流れ込み、そのため、燃焼排ガスに乱流を発生させて均一に攪拌することができる。また、従来備えていた遮蔽板５０を用いて燃焼排ガスを攪拌するので、小型且つ安価に燃焼排ガスを均一に攪拌することができる。そして、この遮蔽板５０の複数の貫通孔５１から遮蔽板５０の内部に進入し均一に攪拌された燃焼排ガスから不完全燃焼ガスを検出するので、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスを確実に検出できる。

また、遮蔽板５０の複数の貫通孔５１のそれぞれの直径をｄ［ｍ］、遮蔽板５０の複数の貫通孔５１の個数をｎ、燃焼排ガスの最小流速をＵ［ｍ／ｓ］、燃焼排ガスの動粘性係数をν［ｍ²／ｓ］、としたとき、次の式 （Ｕ×√（ｄ²×ｎ））／ν＞２３２０ を満たすので、つまり、この式は流体力学等で用いられるレイノルズ数を示し、一般的にこの式で示されるレイノルズ数が２３２０を超えると流体に乱流が発生するので、複数の貫通孔５１の直径及び個数、並びに、燃焼排ガスの最小流速及び動粘性係数、を上記式を満たすように定めることで、遮蔽板５０の複数の貫通孔５１からその内部に進入した燃焼排ガスに、より確実に乱流を発生させて均一に攪拌することができ、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

また、接触燃焼式ガスセンサが収容されたガス検出室７０と、遮蔽板５０の内部に進入した燃焼排ガスをガス検出室７０に導くように遮蔽板５０とガス検出室７０とを連通する供給管７１と、を有しているので、燃焼排ガスの流量変動が激しい遮蔽板５０から、供給管７１を通じてガス検出室７０に燃焼排ガスを供給することで、ガス検出室７０内に収容された接触燃焼式ガスセンサに安定した流速の燃焼排ガスを供給することができ、そのため、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

なお、上述した本実施形態においては、排出管７２によってガス検出室７０に供給された燃焼排ガスを遮蔽板５０に戻していたが、これに限ったものではない。燃焼排ガスは遮蔽板５０から供給管７１を通じてガス検出室７０に供給されるが、燃焼排ガスの動圧が弱いときや、燃焼排ガスの流量変動が非常に激しいときなど、燃焼排ガスを一定の流量でガス検出室７０に供給できない場合があった。

そこで、例えば、図４に示すガス給湯器１Ａのように、排出管７２に代えて、本体１０の側面１０ｂに設けられた排気ファン７４と、一方の端部がガス検出室７０に接続され、他方の端部が排気ファン７４に接続された排出管７３と、を備える構成としても良い。このようにすることで、ガス検出室７０の内部の燃焼排ガスを強制的に排出するとともに、遮蔽板５０の内部に進入した燃焼排ガスを供給管７１を通じてガス検出室７０の内部に引き込むので、ガス検出室７０に収容された接触燃焼式ガスセンサに、さらに安定した流速で確実に燃焼排ガスを供給でき、そのため、燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスをより確実に検出できる。

また、本実施形態においては、ガス検出室７０にガス検出手段としての接触燃焼式ガスセンサを設けるものであったが、これに限らず、例えば、遮蔽板５０の内部の上方にガス検出手段となるガスセンサを設ける構成であっても良い。ただし、この構成の場合は、燃焼排ガスの流量変動の影響を受けにくいガスセンサなどを用いる必要がある。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態であるガス給湯器を示す概略図である。 図１のガス給湯器に設けられる遮蔽板の斜視図である。 図２のＷ−Ｗ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態であるガス給湯器を示す概略図である。 従来のガス給湯器を示す概略図である。 図５のガス給湯器にガスセンサを設けた構成を示す概略図である。

符号の説明

１、１Ａ ガス給湯器（ガス燃焼器）
１０ 本体
１１ 吸気口
１２ 排気口
２０ ガスバーナ
３０ 熱交換器
４０ 排気室
５０ 遮蔽板
５０ｃ 遮蔽板の下面（ガスバーナと向き合う側の面）
５１ 複数の貫通孔
７０ ガス検出室
７１ 供給管（管路）
７２、７３ 排出管
７４ 排気ファン

Claims (4)

1. 本体と、前記本体に収容されたガスバーナと、前記ガスバーナによって生じた燃焼排ガスを排出する前記本体に設けられた排出口と、前記排出口に対して前記ガスバーナを遮蔽するように前記ガスバーナの上方に傾斜して設置された遮蔽板と、を有するガス燃焼器において、
   前記遮蔽板が、中空に形成されるとともに前記ガスバーナと向き合う側の面に複数の貫通孔が設けられており、そして、
   前記遮蔽板の複数の貫通孔から前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスに含まれる不完全燃焼ガスを検出するガス検出手段を有している
   ことを特徴とするガス燃焼器。
2. 前記遮蔽板の複数の貫通孔のそれぞれの直径をｄ［ｍ］、前記遮蔽板の複数の貫通孔の個数をｎ、前記燃焼排ガスの最小流速をＵ［ｍ／ｓ］、前記燃焼排ガスの動粘性係数をν［ｍ²／ｓ］、としたとき、次の式
   （Ｕ×√（ｄ²×ｎ））／ν＞２３２０
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガス燃焼器。
3. 前記ガス検出手段が収容されるガス検出室と、
   前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスを前記ガス検出室に導くように前記遮蔽板と前記ガス検出室とを連通する管路と、を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス燃焼器。
4. 前記ガス検出室の内部の気体を強制的に排出して、前記遮蔽板の内部に進入した前記燃焼排ガスを前記管路を通じて前記ガス検出室に引き込むガス流動手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載のガス燃焼器。

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