JP5820763B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナーの燃焼排気中の所定のガス成分を検出するセンサーを搭載した燃焼装置に関する。

内部にバーナーを備えた燃焼装置の例として、給湯器が知られている。給湯器では、燃料ガスをバーナーで燃焼させ、高温の燃焼排気を熱交換器に送ることによって、熱交換器の通水管に供給される水を加熱している。熱交換器を通過した燃焼排気は、排気筒などを通って外部に排出される。

こうした燃焼装置では、バーナーでの燃焼状態が悪化すると、燃焼排気中の一酸化炭素（以下、ＣＯ）濃度が上昇する。そこで、ＣＯ濃度を検出するセンサー（ＣＯセンサー）を設置し、燃焼排気中のＣＯ濃度を監視することによって、燃焼状態を検知可能とした燃焼装置が知られている。また、ＣＯセンサーを備えていても、燃焼排気中のＣＯ濃度に偏りがあると、燃焼状態を正確に検知することができないため、ＣＯセンサーよりも上流側で燃焼排気を混ぜる技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示された燃焼装置では、燃焼排気を混合する混合室の内部を多段に仕切るための仕切り板が設けられており、燃焼排気の流れを蛇行させている。

特開２００６−２５８３８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構造では、燃焼排気が仕切り板に衝突したり、排気通路長が長くなったりすることによって、排気抵抗が大きくなるという問題があった。また、仕切り板を設置するために混合室が大型化してしまうという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、混合室の排気抵抗が大きくなったり、混合室が大型化したりすることなく、燃焼排気の十分な混合を可能にする技術の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の燃焼装置は次の構成を採用した。すなわち、
バーナーを内蔵する燃焼部と、該燃焼部から流入した燃焼排気が混合して排出される混合室と、該混合室から排出される燃焼排気中の所定のガス成分を検出するガスセンサーとを備える燃焼装置において、
前記燃焼部と前記混合室との連通箇所には、前記燃焼排気が通過する連通口が形成された回転部材が設けられており、
前記回転部材は、前記連通口を通過する前記燃焼排気の流れによって回転する
ことを特徴とする。

ここで、「ガスセンサーが検出する所定のガス成分」としては、例えば、燃焼排気中の成分濃度がバーナーの燃焼状態に依存するものであってもよく、一酸化炭素や燃料ガスなどを例示することができる。

このような本発明の燃焼装置では、回転部材が回転することによって、燃焼排気が通り抜ける連通口の位置が切り換わるので、混合室内では燃焼排気の流れが変化して複雑な流れが形成される。そのため、混合室内での燃焼排気の混合を促進することができる。また、開口部の位置が移動するだけなので、燃焼排気の通過が遮られるわけではない。さらに、排気通路長を長くしたり、混合室内を多段に仕切るための仕切り板を設けたりする必要もない。このため、混合室の排気抵抗が大きくなったり、混合室が大型化したりすることなく、燃焼排気を混合させることが可能となる。そして、回転部材は燃焼排気の風圧を利用して回転するので、回転部材を回転させる駆動モーターなどを設けなくてよく、より簡便に燃焼排気を混合させることが可能となる。

また、上述した本発明の燃焼装置においては、燃焼部と混合室とを隔壁で仕切ると共に、回転部材として、軸流式の羽根車を隔壁に平行に設けてもよい。

このようにすれば、燃焼排気が通過する方向には、羽根車の厚み分の設置スペースがあればよいので、混合室のコンパクト化を図ることができる。

給湯器１０を例として本実施例の燃焼装置の構造を示した説明図である。 本実施例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。 混合室５０の回転板７０が回転することにより、燃焼排気の混合が促進される理由を示した説明図である。 第１変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。 第２変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。 第３変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。

図１は、給湯器１０を例として本実施例の燃焼装置の構造を示した説明図である。図示されるように給湯器１０は、下段の位置に配置された燃焼部２０と、燃焼部２０の上方に設けられた熱交換器４０と、熱交換器４０の上方に設けられた混合室５０と、混合室５０の上面に接続された円筒形状の排気筒５４などから構成されている。尚、給湯器１０は、全体が外装ケースによって覆われているが、図１では外装ケースの図示を省略している。

燃焼部２０内には、給湯器１０に前後方向（図１の紙面に対して直交する方向）に細長く形成された複数（図示した例では１５本）の単位バーナー２２が、給湯器１０の左右方向（図１の紙面に平行な方向）に並べて設置されている。これら複数の単位バーナー２２には、燃焼部２０に接続されたガス供給管３０によって燃料ガスが供給される。

本実施例の給湯器１０では、複数（１５本）の単位バーナー２２が３つのバーナー群に分けられており、第１バーナー群２４は３本の単位バーナー２２で構成され、第２バーナー群２６は５本の単位バーナー２２で構成され、第３バーナー群２８は７本の単位バーナー２２で構成されている。そして、何れのバーナー群に燃料ガスを供給するかによって給湯能力の切り換えが可能となる。例えば、最も小さい給湯能力しか必要ない場合には、第１バーナー群２４にのみ燃料ガスを供給する。また、最も大きい給湯能力を必要とする場合には、全てのバーナー群（２４，２６，２８）に燃料ガスを供給する。中間の給湯能力が必要な場合は、３つのバーナー群（２４，２６，２８）の中から適宜に１つ又は２つのバーナー群を選択して燃料ガスを供給する。

また、燃焼部２０の下方には、送風ファン３２が取り付けられており、送風ファン３２を回転させると、燃焼部２０内の単位バーナー２２に燃焼用空気が供給されると共に、単位バーナー２２での燃焼により生じる高温の燃焼排気が上方の熱交換器４０に向けて送られる。

熱交換器４０の内部には、通水管４２が配設されており、通水管４２の周囲には、図示しない多数の吸熱フィンが設けられている。通水管４２に水を供給すると、通水管４２の内部を通過する水が、燃焼部２０から熱交換器４０に送られる高温の燃焼排気との熱交換によって加熱され、温水（湯）となる。

熱交換器４０を通過した燃焼排気は、混合室５０および排気筒５４を通り、排気筒５４の上端の排気口５６から外部に放出される。詳細には後述するが、熱交換器４０から燃焼排気が流入する混合室５０の内部には、燃焼排気中の一酸化炭素濃度（以下、ＣＯ濃度）を検出するためのＣＯセンサー５８が設けられている。また、排気筒５４の上部は、給湯器１０を覆う図示しない外装ケースから突出するように設けられている。尚、本実施例のＣＯセンサーは、本発明の「ガスセンサー」に相当している。

図２は、本実施例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。図示されるように混合室５０の底部は、熱交換器４０と混合室５０とを連通させる円形の流入口６２が形成された排気案内板６０で構成されている。排気案内板６０は、混合室５０側に盛り上がった形状に形成されており、熱交換器４０を通過した燃焼排気を案内して流入口６２に集める。流入口６２の位置は、混合室５０の上面に形成された流出口５２と向き合う位置からは、ずらした位置に設定されている。また、本実施例の給湯器１０では、流入口６２を上方から覆うように円板形状の回転板７０が設置されている。この回転板７０には、上下方向に貫通する連通口７２が形成されていると共に、中心に回転軸７４が設けられている。回転軸７４は、回転板７０を回転させる図示しない駆動モーターに接続されている。尚、本実施例の回転板７０は、本発明の「回転部材」に相当し、本実施例の排気案内板６０は、本発明の「隔壁」に相当している。尚、流入口６２の位置は、必ずしも流出口５２と向き合う位置からずらす必要はなく、流出口５２と向き合う位置としてもよい。流入口６２と流出口５２とを向き合わせることによって、燃焼排気の通過方向を曲げないので、混合室５０の排気抵抗を低減することができる。

また、混合室５０の内部には、ＣＯセンサー５８が設けられている。ＣＯセンサー５８は、検出素子５８ａと、検出素子５８ａを収納する収納ケース５８ｂと、収納ケース５８ｂに接続された中空の採取パイプ５８ｃなどで構成されている。収納ケース５８ｂを混合室５０の側面に取り付けた状態では、混合室５０の上面に形成された流出口５２の下方の位置まで採取パイプ５８ｃが延設されている。採取パイプ５８ｃには複数の採取孔（図示せず）が採取パイプ５８ｃの延設方向に並べて設けられており、流出口５２を通る燃焼排気が採取孔から取り込まれる。こうして採取パイプ５８ｃに取り込まれた燃焼排気は、収納ケース５８ｂへと導かれ、検出素子５８ａによってＣＯ濃度が検出される。そして、ＣＯ濃度が所定の基準値を超えていた場合は、燃焼部２０における燃焼状態が悪化した（燃焼不良が発生した）ものと判断して、単位バーナー２２への燃料ガスの供給を遮断することにより、燃焼を停止させるようになっている。

このように燃焼排気中のＣＯ濃度を監視することによって燃焼部２０での燃焼状態を判断する給湯器１０では、混合室５０の燃焼排気中のＣＯ濃度に偏りがあると、燃焼部２０での燃焼状態を正確に検知することができない。そこで、本実施例の給湯器１０では、混合室５０に回転板７０が設けられており、回転板７０を回転させることによって燃焼排気の混合を促進する。

図３は、混合室５０の回転板７０が回転することにより、燃焼排気の混合が促進される理由を示した説明図である。先ず、図３（ａ）に示されるように、熱交換器４０を通過した燃焼排気は、回転板７０に形成された２箇所の連通口７２から混合室５０に流入する。図中の帯状の矢印は、一例として燃焼排気の流れを模式的に表したものであり、図示した例では、燃焼排気が連通口７２から鉛直上方に向かって混合室５０に流入する。

図３（ｂ）には、図３（ａ）の状態から回転板７０が９０度回転した状態が示されている。回転板７０が回転すると、連通口７２の位置が移動するので、燃焼排気が流入する箇所が変化する。図３（ａ）と図３（ｂ）とでは、燃焼排気の流入箇所が回転板７０の回転軸７４に対して９０度異なっており、それに伴って、混合室５０内の燃焼排気の流れも変化する。このように、回転板７０を回転させれば、混合室５０内の燃焼排気の流れが刻々と変化して、混合室５０内には複雑な流れが形成される。その結果、混合室５０内での燃焼排気の混合を促進することができるので、燃焼部２０の燃焼状態を正確に検知することが可能となる。

また、本実施例のように回転板７０を回転させる構成では、回転板７０の連通口７２の位置が移動するだけなので、熱交換器４０と混合室５０とは、常に連通口７２によって連通している。そのため、混合室５０の排気抵抗を増加させることなく、燃焼排気を混合させることができる。

さらに、本実施例の混合室５０では、流入口６２を上方から覆うように回転板７０を設置するだけでよく、燃焼排気の流れを蛇行させる従来の混合室５０のように流出口５２までの排気通路長を長くしたり、内部を多段に仕切るための仕切り板などを設けたりする必要がない。このため、混合室５０を大型化することなく、燃焼排気を混合させることができる。

上述した本実施例の燃焼装置（給湯器１０）には、以下のような変形例も存在する。以下では、上述した実施例と異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明に際しては、上述の実施例と同じ構成については同じ符号を付すこととして説明を省略する。

図４は、第１変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。図示されるように、第１変形例の混合室５０では、底部を構成する排気案内板６０に矩形の流入口６２が形成されている。また、円柱形状の回転体８０が設けられており、回転体８０の回転軸８４が排気案内板６０と平行になるように流入口６２に嵌め込まれている。この回転体８０の円周側面には、回転体８０を貫通する４つの貫通孔８２が形成されており、これら４つの貫通孔８２は、貫通方向が４５度ずつ異なっている。図示した例では、左端の貫通孔８２が鉛直方向を向いた状態において、左から２番目の貫通孔８２が手前側に４５度傾いており、左から３番目の貫通孔８２が水平方向を向いており、右端の貫通孔８２が奥側に４５度傾いている。さらに、回転体８０の回転軸８４には、図示しない駆動モーターが接続されており、駆動モーターの駆動により回転体８０が回転する。尚、第１変形例の回転体８０は、本発明の「回転部材」に相当し、第１変形例の貫通孔８２は、本発明の「連通口」に相当している。

このような第１変形例の混合室５０では、回転体８０が回転して、例えば鉛直方向を向いていた左端の貫通孔８２が水平方向を向くと、左から２番目の貫通孔８２が奥側に４５度傾き、左から３番目の貫通孔８２が鉛直方向を向き、右端の貫通孔８２が手前側に４５度傾いた状態となり、それぞれの貫通孔８２の混合室５０側に開口する位置（すなわち、燃焼排気が流入する箇所）が切り換わる。このように燃焼排気の流入箇所が変化するので、回転体８０の回転に伴って混合室５０内の燃焼排気の流れが変化する。その結果、前述した実施例と同様に、燃焼排気の混合を促進することができる。

図５は、第２変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。第２変形例の混合室５０では、貫通孔８２が形成された第１変形例の回転体８０に代えて、円筒形状のいわゆるクロスフローファン９０が設けられており、回転軸９６が排気案内板６０と平行になるように流入口６２に嵌め込まれている。クロスフローファン９０には、回転軸９６の軸方向に細長く形成された複数の翼片９２が回転軸９６に対して放射状に設けられている。翼片９２と翼片９２との間には、所定の間隙９４が設けられており、燃焼排気は間隙９４を通って混合室５０に流入する。そして、回転軸９６に接続された駆動モーター（図示せず）を駆動してクロスフローファン９０を回転させると、間隙９４の位置（燃焼排気の流入箇所）が移動するのに伴って、混合室５０内の燃焼排気の流れが変化する。そのため、燃焼排気の混合を促進することができる。尚、第２変形例のクロスフローファン９０は、本発明の「回転部材」に相当し、第２変形例の間隙９４は、本発明の「連通口」に相当している。

図６は、第３変形例の混合室５０の内部構造を示した斜視図である。第３変形例の混合室５０では、前述した実施例の回転板７０に代えて、羽根車１００が流入口６２を上方から覆うように設置されている。羽根車１００は、回転軸１０６を中心にして複数枚（図示した例では３枚）の羽根１０２が放射状に取り付けられており、羽根１０２と羽根１０２との間に燃焼排気が通過する開口部１０４が設けられている。また、羽根１０２は水平方向から所定の角度で傾斜して設けられている。尚、第３変形例の羽根車１００は、本発明の「回転部材」に相当し、第３変形例の開口部１０４は、本発明の「連通口」に相当している。

このような第３変形例の混合室５０では、熱交換器４０からの燃焼排気の風圧によって羽根車１００が回転する。それに伴って、羽根車１００の開口部１０４の位置（燃焼排気の流入箇所）が移動するので、混合室５０内の燃焼排気の流れが変化する。その結果、前述した実施例と同様に、燃焼排気の混合を促進することができる。また、第３変形例の羽根車１００は燃焼排気の風圧を利用して回転するので、羽根車１００を回転させるための駆動モーターを設けなくてよく、より簡便に燃焼排気を混合させることが可能となる。

以上、本実施例および変形例の燃焼装置（給湯器１０）について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、前述した実施例では、燃焼排気中のＣＯ濃度を検出することとしていたが、検出するガス成分は、一酸化炭素に限られるわけではなく、燃焼排気中の成分濃度が燃焼部２０の燃焼状態に依存するものであればよい。例えば、燃料ガスを検出することしてもよく、この場合は、ＣＯセンサー５８に代えて、燃料ガス濃度を検出するガスセンサーを設けておけばよい。

また、前述した実施例では、ＣＯセンサー５８を混合室５０内に設けていたが、必ずしも混合室５０内に設けておく必要はない。例えば、ＣＯセンサー５８を混合室５０とは別の位置に設置することとして、混合室５０の流出口５２の位置で採取した燃焼排気を誘導通路でＣＯセンサー５８まで導く構成としてもよい。このようにすれば、混合室５０のコンパクト化を図ることができる。

１０…給湯器、 ２０…燃焼部、 ２２…単位バーナー、
２４…第１バーナー群、 ２６…第２バーナー群、 ２８…第３バーナー群、
３０…ガス供給管、 ３２…送風ファン、 ４０…熱交換器、
４２…通水管、 ５０…混合室、 ５２…流出口、
５４…排気筒、 ５６…排気口、 ５８…ＣＯセンサー、
５８ａ…検出素子、 ５８ｂ…収納ケース、 ５８ｃ…採取パイプ、
６０…排気案内板、 ６２…流入口、 ６４…遮蔽壁、
７０…回転板、 ７２…連通口、 ７４…回転軸、
８０…回転体、 ８２…貫通孔、 ８４…回転軸、
９０…クロスフローファン、 ９２…翼片、 ９４…間隙、
９６…回転軸、 １００…羽根車、 １０２…羽根、
１０４…開口部、 １０６…回転軸

Claims (2)

1. バーナーを内蔵する燃焼部と、該燃焼部から流入した燃焼排気が混合して排出される混合室と、該混合室から排出される燃焼排気中の所定のガス成分を検出するガスセンサーとを備える燃焼装置において、
   前記燃焼部と前記混合室との連通箇所には、前記燃焼排気が通過する連通口が形成された回転部材が設けられており、
   前記回転部材は、前記連通口を通過する前記燃焼排気の流れによって回転する
   ことを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置において、
   前記燃焼部と前記混合室とは隔壁によって仕切られており、
   前記回転部材は、前記隔壁に平行に設けられた軸流式の羽根車である
   ことを特徴とする燃焼装置。

Images