JP5322420B2 - 燃焼装置 - Google Patents

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Description

本発明は、外壁貫通設置型の燃焼装置に関する。
家庭用に使用される給湯用の屋外設置型のガス燃焼装置として、建物の屋外壁面に設置するタイプや地面に据置きするタイプがあり、このタイプでは屋外で燃焼及び排気が行われる。また、このような屋外設置型のガス燃焼装置の一種として、浴室から屋外に通じるように浴室壁に設けられた貫通孔に燃焼装置本体が設置される外壁貫通設置型の燃焼装置(以下、「壁貫通釜」と言う。)があり、このタイプでは、燃焼装置本体に設けられた吸気口と排気口が屋外に位置するように配置することで、屋外で吸気と排気が行われる。
屋内設置型のガス燃焼装置としては、屋内の壁面に設置するタイプがあり、このタイプでは、燃焼に必要な空気を室内から吸気して、燃焼後、室内へ排気ガスを排出する方式や、排気筒により屋外で給排気を行う方式などがある。また、このような屋内設置型の一種として、主に集合住宅用に設置され、浴槽横に設置されるバランス式風呂釜(以下、「BF釜」と言う。)があり、このタイプでは、浴室から屋外に通じるように浴室壁に設けられた貫通孔に給排気筒設置部を設けることで、屋外で吸気と排気が行われる。
これらの屋外設置型(壁貫通釜を含む。)、屋内設置型(BF釜を含む。)のいずれの設置方式の燃焼装置においても、近年、地球温暖化防止や省エネルギーの観点から熱効率の向上、また利便性の観点から給湯機能に加えて追焚機能が要求されとともに、安全性の観点から空気不足による異常燃焼状態の検出を行う機能が要求されている。
この異常燃焼状態の検出方法としては、壁貫通釜を含む屋外設置型のガス燃焼装置では、燃焼部に空気を供給する送風機のファン詰まりや、熱交換器の詰まりによる風量の低下を、送風機の電流値低下度合いにより検出するものが知られている(特許文献1、2)。一方、BF釜では異常燃焼状態を検知する機能は特に設けられていないが、このBF釜を除く屋内設置型のガス燃焼装置では、COセンサーを用い、直接COを検出することにより、不完全燃焼に対する検出精度を向上させた不完全燃焼防止装置を備えるものが知られている(特許文献3)。
特許3788529号公報 特許3922409号公報 特許3088265号公報
しかしながら、図4に示すように、壁貫通釜は、屋外設置型ガス燃焼装置の一種ではあるが、BF釜の取替え用として、浴室壁面に開口されたBF釜の給排気筒設置部にBF釜の機能を全て移管した設置形態である。このため、一般の屋外設置型ガス燃焼装置とは異なり、壁貫通釜の本体の形状やサイズが制約されるので、排気ガスを通過させる排気流路を設けるスペース自体が狭いうえ、排気口の位置へ排気ガスを導く必要があることから排気流路が曲がりくねっているため、COセンサーを設置することができる箇所が限られる。また、COセンサーの検出精度を確保するためには、排気ガスの流速が適正となる位置でなければならない。さらに、給湯機能に加えて追焚機能を有する場合は、給湯と追焚がどのような稼動状況であっても、排気ガス中のCO濃度が精度よく検出できる必要がある。このため、壁貫通釜においては、排気流路内にCOセンサーを設置するのが困難であった。また、熱効率の点から給湯と追焚の排気流路が独立して設けられることがあり、この場合は、さらに、設置スペースが狭いうえ、仮に設置できたとしても、両者の排気ガス流路にそれぞれCOセンサーを備える必要があり、コストアップとなる。
このような問題を解決する方法として、排気流路内に邪魔板等を設けて、排気ガスの流速を押えたり、給湯と追焚の排気ガスを混合する方法が考えられる。しかしながら、これらの方法の場合、上述したように、壁貫通釜の場合、排気流路は狭く、曲がりくねっているため、排気ガスの圧損増加が起こり易い。また、集合住宅に用いられる壁貫通釜やBF釜に特有の設置形態として、図6、図7に示すような、いわゆるCチャンバー設置タイプの設置形態があるが、この場合は、排気筒29が長く、排気拡散用の板(図示しない。)を設けることがあるため、さらに排気ガスの圧損増加が生じ易い。このようなことから、壁貫通釜においては、COセンサーを用いて直接CO濃度を測定することにより、不完全燃焼に対する検出精度を向上させることが困難であった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、設置形態やスペースの制約が大きい壁貫通釜においても、COセンサーを設置することを可能とすることで、直接COを検出することにより、不完全燃焼に対する検出精度を向上させた壁貫通釜を提供することを目的とする。また、給湯や追焚の何れの排気ガスからも、COを検出する精度を向上させた壁貫通釜を提供することを目的とする。
本発明は、下記の構成により、上記の課題を解決するものである。
(1) 燃焼部と、この燃焼部に空気を供給する吸気口と、前記燃焼部の燃焼熱を回収する熱交換器と、この熱交換器からの排気ガスを排気口へ導く排気流路と、配管類との接続部と、を備える燃焼装置本体を有し、この燃焼装置本体が浴室から屋外に通じるように浴室壁に設けられた貫通孔に設置され、前記吸気口及び排気口が屋外に配置され、前記燃焼装置本体と配管類との接続部が浴室に配置される外壁貫通設置型燃焼装置において、
前記熱交換器より下流側の排気流路に排気室が設けられ、この排気室に前記熱交換器からの排気ガスを導入する排気流入部に設けられた開口より小さい面積の開口部を持つ排気収集板が前記熱交換器の上方を覆うように設けられ、前記排気収集板の上方が排気室にされるとともに、
該排気室の一側の側部に排気口が形成され、前記排気収集板の開口部より下流側の排気流路であって、前記排気室の他側の側部にCOセンサーが設けられ、前記排気室内であって、前記COセンサーより下流側の位置に、その先端を前記開口部の端部側において前記COセンサーに近い側の端部と同等かまたは前記開口部側に張り出す位置に配置させ、前記排気室の天井付近から前記開口部に向かって下がり勾配を有する防風板が設けられた外壁貫通設置型の燃焼装置。
(2) (1)において、熱交換器が、給湯用伝熱部と追焚用伝熱部とを有する外壁貫通設置型の燃焼装置。
(3) (1)において、熱交換器が給湯用熱交換器と追焚用熱交換器とに独立して設けられた外壁貫通設置型の燃焼装置。
(4) ()において、熱交換器が給湯用熱交換器と追焚用熱交換器とに独立して設けられ、給湯用熱交換器からの排気ガスと追焚用熱交換器からの排気ガスが前記排気収集板の開口部を通過する際に混合されて前記排気室に流入され、該排気室に流入された排気ガスが前記排気口に向かって流れた後、前記排気口から排出される外壁貫通設置型の燃焼装置。
本発明によれば、設置形態やスペースの制約が大きい壁貫通釜においても、COセンサーを設置することを可能とすることで、直接COを検出することにより、不完全燃焼に対する検出精度を向上させた壁貫通釜を提供することができる。また、給湯や追焚の何れの排気ガスからも、COを検出する精度を向上させた壁貫通釜を提供することが可能となる。
図8に、本発明の壁貫通釜の基本構成の一例を示す。本発明の壁貫通釜は、燃焼部4、6と、この燃焼部4、6に空気を供給する吸気口(図示しない。)と、前記燃焼部4、6の燃焼熱を回収する熱交換器5、7と、この熱交換器5、7からの排気ガスを排気口25へ導く排気流路33と、配管類との接続部(図示しない。)と、を備える燃焼装置本体1を有する。なお、図8は、独立した給湯燃焼部4および追焚燃焼部6を有する場合を示したが、給湯燃焼部4や追焚燃焼部6のみ有する場合や、一つの燃焼部で給湯と追焚を兼用してもよい。また、図4に示すように、この燃焼装置本体1が浴室27から屋外に通じるように浴室壁22に設けられた貫通孔34に設置され、前記吸気口24及び排気口25が屋外に配置され、前記燃焼装置本体1と配管類との接続部35が浴室27に配置される。
以下に、図8の構成の壁貫通釜本体1を例として説明する。壁貫通釜においては、BF釜が有していた機能を、全て浴室から屋外に通じるように浴室壁に設けられた貫通穴に設置した壁貫通釜本体1へ移管する必要性から、壁貫通釜本体1のコンパクト化が必須条件となる。コンパクト化を図るために、図8に示すように、給湯燃焼部4および追焚燃焼部6へ送風するファン2は共通のものとし、上記の給湯燃焼部4および追焚燃焼部6へ同時送風する構成となっている。
給湯燃焼部4と追焚燃焼部6を同時に稼動させた場合、給湯燃焼は、ガス配管接続部20から供給される燃料ガスがガス電磁弁3を経由して、給湯燃焼部4へ供給され燃焼し、高温の排気ガスを発生させる。その排気ガスは前記給湯熱交換器5を通過し、排気室8にて追焚熱交換器7を通過した排気ガスと混合し、排気口25から器具外へ排気する。本燃焼装置に通電された時点にて、常にCOセンサー9には電圧が供給され、非燃焼時の一酸化炭素濃度に対し、燃焼中の一酸化炭素濃度が規定値より高い場合、異常燃焼と判定し、燃焼を停止させる。
給湯燃焼部4と追焚燃焼部6を同時に稼動させた場合、追焚燃焼は、ガス配管接続部20から供給される燃料ガスがガス電磁弁3を経由して、追焚燃焼部6へ供給され燃焼し、高温の排気ガスを発生させる。その排気ガスは追焚熱交換器7を通過し、排気室8にて給湯熱交換器5を通過した排気ガスと混合し、排気口25から器具外へ排気する。本燃焼装置に通電された時点にて、常にCOセンサー9には電圧が供給され、非燃焼時の一酸化炭素濃度に対し、燃焼中の一酸化炭素濃度が規定値より高い場合、異常燃焼と判定し、燃焼を停止させる。
給湯燃焼部4を単独で稼動させた場合、ファン2から供給された空気(外気)とガス電磁弁(図示しない。)を通して供給された燃焼ガスにより、給湯燃焼部4にて約1000℃以上の排気ガスを生成し、給湯熱交換器5にて約200℃まで顕熱を回収する。その後、この排気ガスは排気室8へ到る。一方、これと同時に、追焚燃焼部6へは、給湯燃焼部4と同様にファン2から空気(外気)が供給され、この空気はそのまま追焚熱交換器7を通過して排気室8へ到る。
追焚燃焼部6を単独で稼動させた場合、ファン2から供給された空気(外気)とガス電磁弁(図示しない。)を通して供給された燃焼ガスにより、追焚燃焼部6にて約1000℃以上の排気ガスを生成し、追焚熱交換器7にて約200℃まで顕熱を回収する。その後、この排気ガスは排気室8へ到る。一方、これと同時に、給湯燃焼部4へは、追焚燃焼部6と同様にファン2から空気(外気)が供給され、この空気はそのまま給湯熱交換器5を通過して排気室8へ到る。
排気室8は、給湯燃焼部4からの排気ガスと、追焚燃焼部6からの排気ガスそれぞれに対応して独立して個別に設けてもよいが(図示しない。)、この場合、COセンサー9をそれぞれの排気室へ搭載する必要性がある。よって部品コストや寸法制約から、図9または図12に示すように、排気室8を一つとし、給湯側排気室と追焚側排気室を一体型とした排気室8とするのが望ましい。これにより、排気室8を給湯熱交換器5および追焚熱交換機7の上に、別々に配置する方法に比べて、コンパクト化が図れ、部品コストの点で有利となる。
排気室8の内部構造は、寸法の制約を満足し、給湯燃焼部4と追焚燃焼部6からの排気ガスが均一に混合する構造であれば制限はない。図9と図12は、排気室8の内部構造の一例を示す斜視図であり、図10と図13は、これらのA−A断面図、図11と図14はこれらのB−B断面図である。この例では、排気室8は、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7の上方に位置し、COセンサー9が検知する排気ガスを可能な限り均一化するため、COセンサー9よりも排気流路33の上流となる位置に、排気収集板10を配置した。
排気収集板10は、給湯燃焼部4と追焚燃焼部6で発生し、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7を通過してくる排気ガスを、均一に混合するためのものである。排気室8内に、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7の上方を覆うように設けられ、開口部31を備える。
開口部31は、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7を通過してくる排気ガスの排気流路33を一旦狭めて拡大することにより、両者の排気ガスを混合して均一にするものである。開口部31の面積は、排気ガスの圧損増加による燃焼性能の悪化を避けるため、排気室出口11と同等以上の開口面積となることが望ましい。具体的には、排気室出口11の約1.5倍の開口面積となるのが望ましい。
開口部31の開口面積や位置に関しては、燃焼部のバーナ本数の違いによる排気ガスの分布の変化度合い、追焚機能付においてはさらに追焚を単独で燃焼した場合や、給湯と追焚を同時に燃焼した場合における排気ガスの分布の変化度合いにより、最適な仕様とすることが望ましい。例えば、開口部31の開口面積や位置は、図10に示すように、L1:L2=追焚用バーナ本数:(給湯用バーナ本数)/2とするのが望ましい。ここで、L1:L2は、排気収集板10の開口部31の幅方向の中心位置から、排気室8の幅方向の両方の側壁までの距離の比を示す。これにより、給湯燃焼と追焚燃焼が同時、あるいは、どちらかが単独で行われた場合でも、COセンサー9が検知する位置では、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7を通過してくる排気ガスが均一に混合された状態となるため、運転状態に関わらず排気ガスの総量に対するCO濃度を精度よく測定することができる。
COセンサー9は、接触燃焼式、電気化学式、非分散形赤外線式等があるが、検出精度、耐熱性、寸法を満足し、ガス燃焼装置用に用いられるものを使用することができる。例えば、接触燃焼式の給湯器用COセンサー NAP−78A(根本特殊化学株式会社製)が使用できる。排気ガスの流速が速いと検知性能が悪化するため、排気ガスが滞留する位置(排気ガス滞留域37)に設置することが望ましい。図10と図11に示すように、給湯熱交換器5からの排気ガスと追焚熱交換器7からの排気ガスは、排気室8へ流入後、排気収集板10の開口部31を通過する。排気収集板10の開口部31の面積は、排気室8の排気流入部32の開口面積より小さくすることにより、給湯熱交換器5からの排気ガスと追焚熱交換器7からの排気ガスが、より均一に混合した状態で、下流にあるCOセンサー9へ到達することが可能となる。そして、COセンサー9が、排気ガスが滞留する位置(排気ガス滞留域37)に設置されるため、排気ガスは適正な流速でCOセンサー9の検知部36に流れ続けることにより、CO濃度を高精度で検出することができる。
防風板12は、図13と図14に示すように、COセンサー9よりも排気流路33の下流側(排気口25側)に備えられるのが望ましい。これにより、排気口25から吹き込んだ屋外からの強風が、COセンサー9の検知部へ直接吹き当たることによって、COセンサー9の検知性能を悪化させるのを防止することができる。また、排気口25から進入した強い雨などにより、COセンサー9が水と接触し、検知性能が悪化するのを防止することができる。また、図14に示すように、防風板12は、途中で屈曲したヘの字形状であって、屈曲部を境界とした一方の面が排気室8の天井に取り付けられ、屈曲部を境界とした他方の面が排気室8の天井付近(排気収集板10の開口部31より外側)から開口部31に向かって下り勾配を有し、防風板12の先端が開口部31の端部と同等かまたは開口部31側に張り出す位置に配置されるのが望ましい。これにより、排気室8に流入した排気ガスが、確実にCOセンサー9側に回りこんで滞留するようにさせることができる。
以下、本発明の壁貫通釜の一例についての動作を、図1を用いて説明する。なお、図1は、 給湯燃焼部4からの排気ガスと、追焚燃焼部6からの排気ガスそれぞれに対応して独立した排気室を個別に設けた例を示す。このため、COセンサー9は、それぞれの排気室8に設置されている。壁貫通釜本体1は給水配管接続部13から給水され、前記給水配管接続部13は給水された水の量を検出する水量センサー14に配管接続される。前記水量センサー14は燃焼排ガスの顕熱を回収する給湯熱交換器5の入口に配管接続される。前記給湯熱交換器5の出口は二方に分岐され、一方は浴室内へ給湯する給湯配管接続部15に配管接続され、もう一方は浴槽にお湯を張るための注湯電磁弁16に配管接続される。前記注湯電磁弁16の出口部は二方に分岐され、一方は浴槽水を沸かす追焚熱交換器7に入口に配管接続され、もう一方は、追焚往き配管17に接続される。前記追焚熱交換器7の出口部は浴槽水を循環させるための循環ポンプ18に接続され、前記循環ポンプ18は追焚戻り配管接続部19に接続される。
図8は、本発明を壁貫通釜に適用した実施例1の構成図である。コンパクト化を図るために、給湯燃焼部4および追焚燃焼部6へ送風するファン2は共通のものとし、上記両燃焼部4、6へ同時送風する構成となっている。給湯燃焼部4を単独で運転した場合でも、追焚燃焼部6へ給湯燃焼部4と同様にファン2から空気(外気)が供給され、この空気は、追焚熱交換器7を通過して、給湯と追焚の排気室を一体型とした排気室8へ至る。
図8に示すように、排気室8は、給湯熱交換器5と追焚熱交換器7の上方に位置し、図9〜図11に示すように、COセンサー9が検知する排気ガスを可能な限り均一化するため、COセンサー9よりも排気流路33の上流となる位置に、排気収集板10を配置した。排気収集板10には、排気室出口11の開口面積に対し、約1.5倍の開口面積となる開口部31を設ける。また、本実施例での開口部31の位置は、図10に示すように、L1:L2=追焚用バーナ本数:(給湯用バーナ本数)/2としている。ここで、L1:L2は、排気収集板10の開口部31の幅方向の中心位置から、排気室8の幅方向の両方の側壁までの距離の比を示す。このときの排気収集板10と排気室8との固定は、図10に示すように、排気室8の側面に対してリベットを用いて行う。これにより、給湯燃焼と追焚燃焼が同時、あるいは、どちらかが単独で行われた場合でも、COセンサー9が検知する段階では、排気ガスが均一化した状態となるため、排気ガスの総量に対するCO濃度を精度よく測定することができる。
また、COセンサー9は、接触燃焼式の給湯器用COセンサー NAP−78A(根本特殊化学株式会社製)を用い、排気室8内部の上記排気収集板10より上部に検知部36を配置し、固定方法は、排気室8とCOセンサー9固定板との間に、断熱及び排気シール用パッキンを挟みこみ、ネジにて固定する。さらに、設置箇所は、排気収集板10を通過することにより混合された排気ガスが、排気室出口11へ通過するまでの流路ではなく、排気室8内部の隅部における排気ガス滞留域37とする。また、排気室出口11に対し、浴室側とすることにより、制御基板(図示しない。)とCOセンサー9との距離が短くなり、配線も容易となる。
図12〜図14は、本発明を壁貫通釜に適用した実施例2の排気室8を示す。また、図13にこの排気室のA−A断面、図14にB−B断面を示す。排気室8内部に設置したCOセンサー9の排気下流側へ、途中で屈曲したヘの字形状とした防風板12と排気室8天井面とをリベットにて一体化している。その他構成は実施例1と同様である。これにより、屋外からの強風や雨によるCOセンサー9の検知性悪化の改善が図れる。
図6、図7は、本発明を、Cチャンバー設置タイプの設置形態に適用した場合の設置例図を示す。浴室壁に設置した壁貫通釜が、開放廊下に面しているため、チャンバー室30内にて壁貫通釜本体1と排気筒29を接続し、この排気筒29を浴室上方まで伸ばして外部に排気するようにした。排気筒29の先端の排気口には、排気拡散用の板(図示しない。)を設けた。この場合は、風雨の侵入の可能性が少ないので、排気室8は、(実施例1)のものを用いた。このCチャンバー設置タイプのように、排気筒29が長く、排気拡散用の板を設けた場合でも、排気ガスの圧損増加による燃焼性能の悪化を生じることはなく、また、排気ガスの総量に対するCO濃度を精度よく測定することができる。
本発明の実施例1である外壁貫通設置型燃焼装置の動作を示すものである。 本発明の実施例1の壁貫通釜本体の正面図を示す。 本発明の実施例1の壁貫通釜本体の側面図を示す。 本発明の実施例1の壁貫通釜本体を浴室壁に設置した浴室の設置例図であり、浴槽長手側から見た透視図を示す。 本発明の実施例1の壁貫通釜本体を浴室壁に設置した浴室の設置例図であり、浴槽短手側から見た透視図を示す。 本発明の実施例3の壁貫通釜本体を浴室壁に設置したCチャンバー設置タイプの設置例図であり、浴槽長手側から見た透視図を示す。 本発明の実施例3の壁貫通釜本体を浴室壁に設置したCチャンバー設置タイプの設置例図であり、浴槽短手側から見た透視図を示す。 本発明の実施例1の壁貫通釜本体の構成図を示す。 本発明の実施例1に用いる排気室の斜視図を示す。 本発明の実施例1に用いる排気室の正面断面図を示す。 本発明の実施例1に用いる排気室の側面断面図を示す。 本発明の実施例2に用いる排気室の斜視図を示す。 本発明の実施例2に用いる排気室の正面断面図を示す。 本発明の実施例2に用いる排気室の側面断面図を示す。 従来の外壁貫通設置型燃焼装置の構成図を示す。
符号の説明
1…壁貫通釜本体(燃焼装置)本体、2…ファン、3…ガス電磁弁、4…給湯燃焼部、5…給湯熱交換器、6…追焚燃焼部、7…追焚熱交換器、8…排気室、9…COセンサー、10…排気収集板、11…排気室出口、12…防風板、13…給水配管接続部、14…水量センサー、15…給湯配管接続部、16…注湯電磁弁、17…追焚往き配管、18…循環ポンプ、19…追焚戻り配管接続部、20…ガス配管接続部、22…浴室壁、23…浴槽、24…吸気口、25…排気口、26…外装、27…浴室、28…換気口、29…排気筒、30…チャンバー室、31…開口部、32…排気流入部(開口)、33…排気流路、34…貫通孔、35…接続部、36…検知部、37…排気ガス滞留域

Claims (4)

  1. 燃焼部と、この燃焼部に空気を供給する吸気口と、前記燃焼部の燃焼熱を回収する熱交換器と、この熱交換器からの排気ガスを排気口へ導く排気流路と、配管類との接続部と、を備える燃焼装置本体を有し、
    この燃焼装置本体が浴室から屋外に通じるように浴室壁に設けられた貫通孔に設置され、前記吸気口及び排気口が屋外に配置され、前記燃焼装置本体と配管類との接続部が浴室に配置される外壁貫通設置型燃焼装置において、
    前記熱交換器より下流側の排気流路に排気室が設けられ、この排気室に前記熱交換器からの排気ガスを導入する排気流入部に設けられた開口より小さい面積の開口部を持つ排気収集板が前記熱交換器の上方を覆うように設けられ、前記排気収集板の上方が排気室にされるとともに、
    該排気室の一側の側部に排気口が形成され、前記排気収集板の開口部より下流側の排気流路であって、前記排気室の他側の側部にCOセンサーが設けられ、前記排気室内であって、前記COセンサーより下流側の位置に、その先端を前記開口部の端部側において前記COセンサーに近い側の端部と同等かまたは前記開口部側に張り出す位置に配置させ、前記排気室の天井付近から前記開口部に向かって下がり勾配を有する防風板が設けられた外壁貫通設置型の燃焼装置。
  2. 請求項1において、熱交換器が、給湯用伝熱部と追焚用伝熱部とを有する外壁貫通設置型の燃焼装置。
  3. 請求項1において、熱交換器が給湯用熱交換器と追焚用熱交換器とに独立して設けられた外壁貫通設置型の燃焼装置。
  4. 請求項において、
    熱交換器が給湯用熱交換器と追焚用熱交換器とに独立して設けられ、
    給湯用熱交換器からの排気ガスと追焚用熱交換器からの排気ガスが前記排気収集板の開口部を通過する際に混合されて前記排気室に流入され、該排気室に流入された排気ガスが前記排気口に向かって流れた後、前記排気口から排出される外壁貫通設置型の燃焼装置。
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