JP6153053B2 - 気体検出装置及び燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼排気に含まれる所定の気体を検出するための気体検出装置に関するものである。また、そのような気体検出装置を備えた燃焼装置に関するものである。

給湯器等の燃焼装置には、バーナの不完全燃焼対策として、一酸化炭素や未燃焼の燃料ガス（所謂生ガス）といった気体、すなわち、有害性又は危険性を有する気体（以下単に有害気体とも称す）を検出するセンサを備えたものがある。この種の燃焼装置では、燃焼排気に含まれる有害気体の濃度を検出し、検出した濃度が予め設定された基準値を上回った場合、不完全燃焼が発生したものと判断する。そして、不完全燃焼が発生した場合、燃焼動作を停止したり、警報装置を作動させたりすることで使用上の安全性を確保している。

このような燃焼装置では、有害気体の濃度を正確に検出できない場合、不完全燃焼が発生しているか否かの判断を誤ってしまうこととなる。そして、この判断を誤ってしまうと、不完全燃焼が発生していないにも関わらず不必要に燃焼を停止してしまったり、不完全燃焼が発生している状況下で燃焼動作を継続してしまうおそれがある。そのため、このような燃焼装置では、燃焼排気中の有害気体の濃度を正しく検出する必要がある。

ここで、有害気体の濃度を正しく検出するための技術として、特許文献１に開示された未燃ガス濃度検出装置が知られている。この未燃ガス濃度検出装置は、排気筒から分岐して延びる円筒部分を設け、この円筒部分の内部にセンサを配する構成となっている。そして、排気筒と円筒部分の境界となる部分に拡散制限膜が設けられており、円筒部分に圧力均等手段としての圧力均等路が設けられている。

ここで、拡散制限膜は、テフロン（登録商標）繊維膜や炭素繊維不織布等で構成されるものであり、燃焼排気の自由拡散を制限して微小量だけ通過させるものである。したがって、特許文献１に開示された未燃ガス濃度検出装置では、センサが配された円筒部分に流入する燃焼排気の量を微小量とすると共に、センサが配された円筒部分の内部で燃焼排気が殆ど流動しない状態とすることができる。このことにより、センサ周辺の燃焼排気の量を少なくすることが可能となり、燃焼排気に含まれる有害物質（例えば、硫黄成分）の影響によるセンサの検出能力の劣化を抑制できる。また、未燃ガスの濃度を検出する際、センサが燃焼排気の流速変化の影響を受けにくいので、正確な濃度の検出が可能となる。

また、圧力均等路は、円筒部分の内部空間と、排気筒よりも燃焼排気の流れ方向上流側に位置する空間とを接続するものである。この圧力均等路を設けることにより、排気筒の上流側に位置する空間と円筒部分の内部空間の圧力を均等化させることができる。つまり、円筒部分の内部空間の圧力を安定させることができる。そのため、円筒部分の内部空間の圧力が、排気筒内部の圧力よりも非常に高くなったり、反対に排気筒内部の圧力よりも非常に低くなるということがない。そのため、排気筒の内部と円筒部分の内部空間の圧力差に起因して、円筒部分に多量の燃焼排気が流入してしまったり、円筒部分に流入する燃焼排気の量が大きく不足してしまうことがない。つまり、適量な燃焼排気がセンサの周辺に流入することにより、正確な濃度の検出が可能となる。

特開平８−２３３２６１号公報

しかしながら、特許文献１の未燃ガス濃度検出装置では、拡散制限膜や圧力均等路を設ける必要があり、必然的に構造が複雑化してしまうこととなる。つまり、特許文献１の未燃ガス濃度検出装置は、より構造を簡略するという観点から改良の余地がある。

そこで本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、簡単な構造で有害気体の有無や濃度を正確に検出可能な気体検出装置を提供することを課題とする。また、そのような気体検出装置を備えた燃焼装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、少なくとも燃焼用のバーナを備えた燃焼部を有し、燃焼部から排出された排出気体を排気部を介して排出する燃焼装置において、燃焼部から排出される排出気体中に含まれる所定気体の有無及び／又は濃度を検出する気体検出手段を備えた気体検出装置であって、前記気体検出手段の周囲を覆って保護するための筒状部を有し、前記筒状部の内側には、前記気体検出手段の少なくとも検知部が位置するものであり、前記筒状部の内側の一部を閉塞する流入規制板が設けられ、前記筒状部のうちで、前記流入規制板と近接する部分の外周面には、前記筒状部の内外を連続させる通気孔が形成され、前記流入規制板は、前記筒状部の長手方向の端部よりも長手方向の中心寄りの位置に配されており、前記通気孔は、前記流入規制板よりも前記筒状部の長手方向の中心寄りの位置に形成されていることを特徴とする気体検出装置である。

本発明の気体検出装置は、気体検出手段を保護するための筒状部が設けられており、気体検出手段が排出気体（以下燃焼排気とも称す）に直接さらされたり、気体検出手段にドレンが滴下したりすることがない。

具体的に説明すると、気体検出手段が燃焼排気に直接さらされる構成では、気体検出手段が気体の検出を行うとき、燃焼排気の流速変化の影響を受けてしまうこととなる。これに対し本発明では、気体検出手段が筒状部によって保護されており、所定気体の有無や濃度を検出する際に流速変化の影響を受け難い構造とすることができる。
さらにまた、燃焼排気が外気によって冷却される等すると、燃焼排気に含まれる水蒸気が液化し、ドレンが発生してしまう。そして、このドレンが気体検出手段に付着してしまうと、燃焼排気に含まれる所定気体の有無や濃度を正確に検出できないおそれがある。これに対し本発明では、気体検出手段が筒状部によって保護されている。そのため、気体検出手段にドレンが接触することに起因する検出誤差を防止することができる。

ところで、燃焼排気は、燃焼排気全体における有害気体の濃度分布が必ずしも均一とならないことがある。したがって、燃焼排気のうちで有害気体の濃度が高い部分や、濃度の低い部分に対して気体検出手段による所定気体の濃度の検出が実施されてしまうと、燃焼排気全体における有害気体の濃度を正しく検出できないおそれがある。

そこで、本実施形態の気体検出装置では、筒状部の内側に、筒状部の内孔の一部を閉塞する流入規制板が設けられている。また、筒状部の外周面に筒状部の内外を連続させる通気孔が形成されている。
具体的に説明すると、筒状部の内孔の一部を流入規制板が閉塞しているため、流入規制板が形成される部分では、燃焼排気の一部が流入規制板に衝突することとなる。ここで、流入規制板に衝突した燃焼排気は、流れる方向が変化する。すなわち、流入規制板に沿って流れたり、流入規制板から離れる方向へと流れたりすることとなる。このことから、流入規制板側へ向かって流れる燃焼排気と、流入規制板に衝突することで流れる方向が変化した燃焼排気とが衝突する。また、流入規制板に衝突し、流れる方向が変化した燃焼排気同士が衝突する。つまり、流入規制板の近傍で排気の流れが不規則に変化し、さまざまな方向へ流れる燃焼排気同士が衝突することとなる。その結果、流入規制板の近傍で乱流が発生し、燃焼排気が十分に撹拌混合されることとなる。

さらに、筒状部の外周面に筒状部の内外を連続させる通気孔が形成されている。このため、筒状部の内孔開口側から流入した燃焼排気と、筒状部の外周面に形成された通気孔から流入した燃焼排気とが衝突することとなる。このことによっても、燃焼排気の乱流が発生し、燃焼排気が十分に撹拌混合されることとなる。

燃焼排気が十分に撹拌混合されると、燃焼排気全体における有害気体の濃度分布を均一にする（極めて均一に近い状態とする）ことが可能となる。このことから、十分に撹拌混合された燃焼排気に対して有害気体の濃度の検出を実施すると、燃焼排気全体における有害気体の濃度を正確に検出することができる。つまり、本発明の気体検出装置によると、拡散制限膜や圧力均等路等を必要としない簡単な構造により、燃焼排気中の有害気体の有無や濃度を正確に検出することができる。
なお、燃焼排気が十分に撹拌混合されると、燃焼排気と周囲の空気とが十分に混ざり合った状態となる。すなわち、燃焼排気が空気によって十分に希釈された状態となる。したがって、気体検出手段は、空気によって十分に希釈された燃焼排気に対して有害気体の検出動作を実施できる。このことから、気体検出手段の周辺を流れる燃焼排気中の有害物質（例えば、硫黄成分）の量もまた減少し、この有害物質の影響による気体検出手段の検出能力の劣化を抑制できる。

ところで、気体検出手段が燃焼排気の乱流が発生する位置と近接している場合、乱流が発生する位置まで到達した燃焼排気が、そのまま気体検出手段に接触してしまうおそれがある。つまり、燃焼排気が撹拌混合される前に気体検出手段と接触してしまう可能性がある。

そこで、かかる知見に基づいて提供される本発明の参考例は、前記筒状部の内側のうちで片側端部寄りの部分には、その内側に前記気体検出手段の少なくとも検知部が位置するものであり、前記筒状部の内側のうちで他方端部寄りの部分には、前記流入規制板が設けられており、前記筒状部の内側のうちで他方端部寄りの部分の外周面には、前記通気孔が形成されている。

かかる構成によると、筒状部の片側端部寄りの部分に気体検出手段が位置しており、他方端部寄りの位置に流入規制板や通気孔が形成されている。つまり、気体検出手段が配されている位置と、燃焼排気の乱流が発生する位置とが十分に離れた状態となっている。このため、燃焼排気が撹拌混合される前に気体検出手段と接触してしまうことがなく、燃焼排気は、乱流が発生している位置で十分に撹拌された後に気体検出手段の近傍まで流れることとなる。このことにより、十分に撹拌された燃焼排気に対して有害気体の有無や濃度の検出を実施できるので、燃焼排気全体における有害気体の濃度を正確に検出することができる。

請求項２に記載の発明は、前記筒状部は、略円筒状の筒本体部と略有底円筒状の蓋状部とを備え、前記蓋状部の一部には、燃焼排気を通過させるための排気流入用貫通孔が設けられ、当該蓋状部の一部が前記流入規制板となることを特徴とする請求項１に記載の気体検出装置である。

かかる構成によると、蓋状部を筒本体部に嵌め込むだけで筒状部の内部に流入規制板を形成することができる。そのため、気体検出装置を容易に製造できるという利点がある。

本発明では、前記流入規制板は、前記筒状部の長手方向の端部よりも長手方向の中心寄りの位置に配されており、前記通気孔は、前記流入規制板よりも前記筒状部の長手方向の中心寄りの位置に形成されている。

さらに効率よく燃焼排気を撹拌混合するという観点から、このような構成であることが好ましい。

また、本発明は、前記排気部は、前記燃焼装置の外部に向かって延びるものであり、前記筒状部の長手方向の端部は、前記排気部の延び方向に対する垂直断面の中心近傍に位置していることが好ましい（請求項３）。

請求項４に記載の発明は、前記筒状部は、略円筒状の筒本体部と略有底円筒状の蓋状部とを備え、前記蓋状部の一部には、燃焼排気を通過させるための排気流入用貫通孔が設けられ、前記排気部の内部では、外部に向かって流れる排気流が形成され、前記筒状部の軸方向と、前記排気流の流れ方向とが略垂直に交わっており、前記蓋状部のうち、前記排気流の流れ方向における上流側寄りの位置に設けられた前記排気流入用貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体検出装置である。

かかる構成では、筒状部の軸方向と、排気部での排気流の流れ方向とが略垂直に交わっている。そのため、燃焼排気が排気部を流れるときの流れ方向と、筒状部の内部に流入した後の流れ方向とが異なる方向となる。別言すると、筒状部の内部に流入した燃焼排気は流れ方向が変更されることで、流速が減速されることとなる。このため、排気部を流れる燃焼排気の流速が一時的に増加したとしても、気体検出手段に到達する前に流速が減速する。すなわち、所定気体の有無や濃度を検出する際に流速変化の影響を受け難い状態とすることができる。

請求項５に記載の発明は、前記排気部の内部では、外部に向かって流れる排気流が形成され、前記筒状部の外周面には、前記通気孔が複数設けられるものであり、前記通気孔のうちの少なくとも一つは、前記排気流の流れ方向における上流側寄りの位置に形成され、他の前記通気孔のうちの少なくとも一つは、前記排気流の流れ方向における下流側寄りの位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体検出装置である。

かかる構成では、通気孔のうちの少なくとも一つは、排気流の流れ方向における上流側寄りの位置に形成され、通気孔のうちの少なくとも一つは、排気流の流れ方向における下流側寄りの位置に形成されている。そのため、上流側の通気孔から排気筒へ流入した燃焼排気の一部は、下流側の通気孔から外部へと流出することとなる。このため、気体検出手段の周辺に大量の燃焼排気が流入してしまうことがなく、所定気体の有無や濃度を検出するために適量な燃焼排気が気体検出手段の周辺に流れていく。このことから、所定気体の有無や濃度を検出する際の精度をより高めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の気体検出装置を備えていることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置もまた、請求項１乃至５のいずれかに記載の気体検出装置を備えているので、燃焼排気中の所定気体の有無や濃度を検出するとき、燃焼排気の流速変化の影響を受け難い状態とすることができる。また、気体検出手段にドレンが接触することに起因する検出誤差を防止可能となっている。さらに、十分に撹拌混合された燃焼排気に対して有害気体の濃度の検出を実施できるので、燃焼排気の濃度分布が不均一であることに起因する検出誤差を確実に防止できる。また、空気で希釈した燃焼排気に対して所定気体の有無や濃度の検出動作を実施できるので、燃焼排気中の有害物質（例えば、硫黄成分）の影響による気体検出手段の検出能力の劣化を抑制できる。
つまり、本発明の燃焼装置もまた、拡散制限膜や圧力均等路等を必要としない簡単な構造により、燃焼排気中の有害気体の有無や濃度を正確に検出することができる。

本発明は、簡単な構造で有害気体の有無や濃度を正確に検出することができる。

本発明の実施形態に係る燃焼装置を示す構成図である。 図１の排気筒及び気体検出装置を示す斜視図である。 図２の排気筒及び気体検出装置を示す分解斜視図である。 図２の排気筒及び気体検出装置の別方向からみた状態を示す一部破断斜視図である。 図２のセンサ部を示す斜視図である。 図２の捕集管部を示す斜視図である。 図６の捕集管部の別方向からみた状態を示す斜視図である。 図６の捕集管部を示すＡ−Ａ断面図である。 図６の捕集管部を示す分解斜視図である。 図２の排気筒の内部における気体検出装置の構造を示す部分断面図であり、排気筒を切断して示す。 図１０の排気筒の内部及び捕集管部の内部での排気の流れを示す説明図である。 図８の捕集管部の内部での排気の流れを示す説明図である。 図２の捕集管部とは異なる形態の捕集管部を示す説明図であり、（ａ）は分解された状態を示し、（ｂ）は組み立てられた状態を示す。

以下、本発明の実施形態にかかる燃焼装置１、気体検出装置１０について詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。また以下の説明において、上下左右の位置関係については特に断りのない限り通常の設置状態を基準として説明する。

燃焼装置１は、図１で示されるように、筺体２の内部に、燃焼部４と、燃焼部４に燃焼用の空気を供給する送風機５と、燃焼部４で生成した燃焼ガスの主に顕熱を回収する一次熱交換器６と、燃焼ガスの主に潜熱を回収する二次熱交換器７とを備えた所謂潜熱回収型と称されるものである。
なお、ここでいう燃焼ガスは、詳細には燃焼ガスと空気との混合気体である。以下の説明では、この混合気体を単に燃焼ガスと称す場合もある。

また、この燃焼装置１は、制御装置（図示せず）を備えており、各種センサからの信号を受信可能となっている。そして、制御装置が燃焼装置１の各部に動作指令を送信することにより、各種運転を実施可能な構成となっている。

燃焼部４は、ガスや灯油等の燃料を燃焼するバーナ（図示せず）を備えており、燃料を燃焼することで高温の燃焼ガスを発生させるものである。なお、燃焼部４では複数のバーナ（図示せず）が左右方向に並列した状態となっている。

送風機５は、内部に図示しないモータと羽根車を内蔵し、燃焼部４のバーナの燃焼状態に応じて回転数を変化させ、送風量及び送風圧を調整可能となっている。

一次熱交換器６は、公知の気・液熱交換器であって、燃焼部４より燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されている。この一次熱交換器６は、主要部分が銅製であり、内部に湯水が流れるフィンアンドチューブ式のものである。

二次熱交換器７は、公知の気・液熱交換器であって、一次熱交換器６において回収しきれなかった燃焼ガスの熱エネルギーを回収する部分であり、一次熱交換器６より燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されている。この二次熱交換器７は、箱状体の内部に湯水が流れる配管（図示せず）を内蔵して形成されるものであり、この配管の原料に耐腐食性が高いステンレス鋼等を採用している。このことから、一次熱交換器６と比べて耐腐食性に優れた構造となっている。

この燃焼装置１を稼働すると、燃焼部４で発生した燃焼ガスが一次熱交換器６、二次熱交換器７を経て排気筒８（排気部）へと至り、排気筒８の上方に形成された排気口から外部へと放出される。その一方で、外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器７に流入して予備加熱された後に一次熱交換器６に流入し、さらに加熱される。そして、加熱された湯水は、給湯先となる外部のカラン等に供給されることとなる。

ここで、本実施形態の燃焼装置１は、排気筒８と一体に形成された気体検出装置１０を備えており、燃焼排気中の一酸化炭素の濃度を検出可能となっている。
本発明の特徴的な構成部材である気体検出装置１０について、以下で詳細に説明する。

本実施形態の気体検出装置１０は、図２、図３で示されるように、排気筒８に形成された検出装置配置部１４に対して、センサ部１５と捕集管部１６(筒状部）を一体に取り付けて形成されている。

検出装置配置部１４は、排気筒８の側面の一部を内側へ凸となるように窪ませて形成される部分である。より詳細には、排気筒８の側面の一部を平たくなるように窪ませることにより、部材取付用の平面を形成する部分である。この部材取付用の平面は、正面視が略長方形状であり、水平面と略垂直に交わる平面となっている。

この検出装置配置部１４には、図３で示されるように、排気筒８の側壁部分を貫通して内外を連続するセンサ挿入用孔１７と、２つのセンサ固定用孔１８とが設けられている。これらはいずれも開口形状が円形の貫通孔となっており、センサ挿入用孔１７の開口径は、センサ固定用孔１８の開口径よりも大きくなっている。これらは、左右方向に間隔を空けて並列しており、センサ挿入用孔１７は、２つのセンサ固定用孔１８の間に位置している。
また、センサ挿入用孔１７と２つのセンサ固定用孔１８は、中心部分の高さが略同一となっている。換言すると、センサ挿入用孔１７と２つのセンサ固定用孔１８の中心部分の上下方向における位置は、略同一の位置となっている。

ここで、排気筒８の内部側に注目すると、図４で示されるように、検出装置配置部１４が形成されている部分の内側に位置する部分に土台部１９が形成されている。土台部１９は、排気筒８の内周面から内側に向かって突出した部分であり、隣接する排気筒８の内周面よりも内側に盛り上がった部分である。

センサ部１５は、図５で示されるように、センサ本体２４(気体検出手段)と、フランジ板部２５とを備えており、これらが一体に取り付けられた状態なっている。

センサ本体２４は、外形が略柱状のセンサであって、外周面の長手方向で段差のある略円柱状の部材となっている。このセンサ本体２４には、所謂接触反応式と称されるＣＯセンサを採用している。この接触反応式センサは、その一部が一酸化炭素に反応して発熱する物質で形成された検知部を備えた構成となっている。そして、検知部の一酸化炭素が接触したとき発熱する部分と、一酸化炭素が接触しても発熱しない部分の温度差により、一酸化炭素の有無及び濃度を検出する構成となっている。

フランジ板部２５は、正面視した形状が略横長長方形となる立板状の部分であり、中心板部３０と、右側突出板部３１と、左側突出板部３２とが一体的に形成されている。
なお、図面では、正面からみて左側に右側突出板部３１が位置し、右側に左側突出板部３２が位置している。

中心板部３０は、センサ本体２４が取り付けられる部分であり、図示しないセンサ取付用の孔にセンサ本体２４が挿通された状態となっている。この中心板部３０は、上端部分と下端部分とがそれぞれ外側へ向かって丸みを帯びて凸となっている。

右側突出板部３１は、直立した略長方形平板状の部分から１つの角部を切り落としたような形状となっており、より詳細には、外側上部に位置する角部を切り落としたような形状となっている。このため、右側突出板部３１は、正面視した形状が略五角形状であり、より詳細には、外側に位置する台形の部分と、内側に位置する長方形の部分とを組み合わせたような形状となっている。
また、右側突出板部３１の上下方向及び左右方向の中心部分には、右側突出板部３１を厚さ方向に貫通する取付用孔３６が設けられている。この取付用孔３６は、開口形状が円形の貫通孔となっている。

左側突出板部３２は、直立した略長方形平板状の部分であり、正面視した形状が略長方形状となっている。
そして、左側突出板部３２の上下方向及び左右方向の中心部分にも、左側突出板部３２を厚さ方向に貫通する取付用孔３６が設けられている。この取付用孔３６もまた、開口形状が円形の貫通孔となっている。

ここで、右側突出板部３１は、中心板部３０の左右方向における片側端部から外側へ突出しており、フランジ板部２５の片側端部寄りの部分を形成している。対して、左側突出板部３２は、中心板部３０の左右方向における他方端部から外側へ突出しており、フランジ板部２５の他方側端部寄りの部分を形成している。そして、これら右側突出板部３１と左側突出板部３２は、略同じ大きさで異なる形状となっている。つまり、フランジ板部２５は、長手方向の両端部分それぞれで形状が異なっている。このことから、センサ部１５は左右非対称の部材であるといえる。

捕集管部１６は、図６で示されるように、外形が横倒しした略円筒状となっている。この捕集管部１６の長手方向の片側端部には、外周面から外側へ向かって突出する円環状のフランジ部４０が形成されている。ここで、捕集管部１６の前端面と、フランジ部４０の前端面は同一の面となっている。つまり、フランジ部４０は、捕集管部１６の片側の端部開口の外側に隣接しており、この端部開口を取り囲んだ状態となっている。

また、捕集管部１６の他方端部側では、図７で示されるように、端部よりもやや奥まった位置で内孔の一部分を閉塞する流入規制板４１が形成されている。

流入規制板４１は、捕集管部１６の内側部分のうち、捕集管部１６の端部から僅かに奥側の位置、すなわち、捕集管部１６の端部からやや長手方向の中心に近い位置に形成されている。このため、捕集管部１６の内孔開口と流入規制板４１は僅かに隙間を空けて対向した状態となっている。別言すると、捕集管部１６の内孔開口面と流入規制板４１の間には、狭い空間が形成された状態となっている。さらに詳細には、流入規制板４１の位置は、捕集管部１６の内孔開口面から１ｍｍ乃至５ｍｍ、より好ましくは、２ｍｍ乃至４ｍｍ、さらに好ましくは３ｍｍ程度（０．２ｍｍ程度の誤差を許容する）内側に離れた位置であることが好ましい。

ここで流入規制板４１には、下方側の大部分を厚さ方向に貫通する排気流入用主孔４５(排気流入用貫通孔)が形成されている。

排気流入用主孔４５は、開口形状が下方に凸となる略半円状となっており、その縁端のうちで円弧状の部分は、流入規制板４１の周縁部分よりもやや内側寄りの部分に位置している。そして、この排気流入用主孔４５は、流入規制板４１の下方側における大部分を占めている。そのため、流入規制板４１の下方側は、大部分が排気流入用主孔４５によって欠落しており、捕集管部１６の内周面の近傍に僅かに板状体を残した状態となっている。別言すると、流入規制板４１の下方側の部分は、捕集管部１６の内周面から内側へ向かってやや凸となり、周方向に沿って延びている立壁状部４１ａとなっている。

これに対して、流入規制板４１の上側部分は、捕集管部１６の内周面の上側部分と略垂直に交わった状態となっている。すなわち、流入規制板４１の上側部分は、捕集管部１６の内周面の上側部分から下方へと垂下された略半円板状の半円板部４１ｂとなっているといえる。流入規制板４１が位置する部分では、捕集管部１６の内孔の上半分において、流入規制板４１の厚さ方向で連通が遮断された状態となっている。

また、捕集管部１６の外周面に注目すると、捕集管部１６の外壁部分を貫通し、内外を連通する排気流形成用孔４６(通気孔)が複数設けられている。すなわち、捕集管部１６の側壁を形成する外周面には、排気流形成用孔４６が複数設けられている。この排気流形成用孔４６は、いずれも開口形状が円形の貫通孔となっている。また、それぞれの排気流形成用孔４６の開口径は略同じとなっている。さらに、それぞれの排気流形成用孔４６の開口面積は、いずれも排気流入用主孔４５の開口面積よりも小さくなっている。

ここで、排気流形成用孔４６の配置位置について説明する。
本実施形態では、２つの排気流形成用孔４６が捕集管部１６の長手方向に沿って僅かに間隔を空けて並列し、貫通孔群を形成した状態となっている。
そして、流入規制板４１が形成されている部分から、やや長手方向の中心寄りの位置に１つめの排気流形成用孔４６が位置しており、この位置からさらに少しだけ長手方向の中心寄りの位置に２つめの排気流形成用孔４６が位置している。

また、２つの排気流形成用孔４６によって形成される貫通孔群が、捕集管部１６の周方向に沿って所定の間隔を空けて並列した状態となっている。
換言すると、捕集管部１６の周方向に沿って所定の間隔を空けて並列した貫通孔列が設けられ、この貫通孔列よりも長手方向の中心寄りの位置にもう一つの貫通孔列が設けられた状態となっている。すなわち、周方向で並列する貫通孔列が複数設けられ、複数の貫通孔列が捕集管部１６の長手方向に沿って僅かに間隔を空けて並列しているともいえる。

さらに具体的に説明すると、図８で示されるように、まず、周方向に延びる壁面のうち、最も上側に位置する部分に排気流形成用孔４６ａが形成されている。そして、この排気流形成用孔４６ａを含む８つの排気流形成用孔４６（排気流形成用孔４６ａ、排気流形成用孔４６ｂ、・・・、排気流形成用孔４６ｈ）が周方向に沿って所定間隔を空けてそれぞれ形成されている。このため、隣接する２つの排気流形成用孔４６（例えば、排気流形成用孔４６ａと排気流形成用孔４６ｂ）の周方向における中心間の距離は、周長の略８分の１の長さとなっている

したがって、上下方向、左右方向のそれぞれで２つの排気流形成用孔４６が互いに対向した状態となる。また、左上部（図８では右上部）に位置する排気流形成用孔４６ｂと、右下部（図８では左下部）に位置する排気流形成用孔４６ｆとが互いに対向した状態となっている。さらに、右上部（図８では左上部）に位置する排気流形成用孔４６ｈと、左下部（図８では右下部）に位置する排気流形成用孔４６ｄとが互いに対向した状態となっている。つまり、上下方向及び左右方向から周方向にずれた斜め方向においても２つの排気流形成用孔４６が互いに対向した状態となる。換言すると、捕集管部１６の複数個所において、径方向で２つの排気流形成用孔４６が対向した状態となっている。

ところで、本実施形態の捕集管部１６は、図９で示されるように、略円筒状の捕集管部本体５０(筒本体部)に蓋状部５１を嵌入した状態とし、スポット溶接等によってこれらを一体に固定することで形成されている。このような構成によると、捕集管部１６の内部に流入規制板４１を形成する作業を容易化できるという利点がある。

蓋状部５１は、外形が略有底円筒状の部分であって、流入規制板４１を形成する底板部分と、この底板部分の縁部分に沿うように延びると共に外側へ突出する環状側壁部５４と、環状側壁部５４の突出端部から径方向外側へ向かって突出した蓋側フランジ部５５とが一体に形成されている。

このとき、環状側壁部５４は、底板部分と略垂直に交わった状態となっている。
また、蓋側フランジ部５５は、環状側壁部５４の突出端部に位置する拡径された部分であり、環状側壁部５４の外周面とは段状に連続した状態となっている。

ここで、環状側壁部５４の外径は、捕集管部本体５０の内径と略同一となっている。そのため、捕集管部本体５０の内孔に蓋状部５１を底板部分側から挿入したとき、捕集管部本体５０の内周面と環状側壁部５４の外周面とを密着させた状態となる。また、このような状態としたとき、蓋側フランジ部５５の前端面５５ａと、捕集管部本体５０の後端面５０ａとが面接触した状態となる。そして、蓋状部５１がさらに奥側へ移動できない状態となる。
つまり、蓋側フランジ部５５が位置決め部として作用することにより、蓋状部５１を挿入するだけで、蓋状部５１が適切な位置に配されることとなる。そして、この状態で蓋状部５１を捕集管部本体５０に固定するだけで、捕集管部本体５０の内部の適切な位置に流入規制板４１が形成されることとなる。つまり、捕集管部本体５０の内部に板状体を取り付けたり、また、捕集管部本体５０の内部に位置する板状体に貫通孔を形成するといった加工を施す場合に比べ、流入規制板４１を簡単に形成することができる。

続いて、気体検出装置１０の組み立て構造について説明する。

本実施形態の気体検出装置１０は、図３で示されるように、排気筒８の検出装置配置部１４に、捕集管部１６とセンサ部１５とを一体に取り付けて形成されている。

具体的には、捕集管部１６を後端側、すなわち、フランジ部４０が形成されていない端部側から、センサ挿入用孔１７に挿入した状態とする。そして、フランジ部４０をセンサ挿入用孔１７の周囲に位置する平面に当接させ、捕集管部１６を検出装置配置部１４に取り付けた状態とする。

また、センサ部１５のうち、センサ本体２４の一部を捕集管部１６の内孔に挿入した状態とする。すなわち、捕集管部１６の前端側の開口部分、別言すると、フランジ部４０が形成されている端部に位置する開口部分から、センサ本体２４の一部が挿入された状態とする。そして、フランジ板部２５に形成された２つの取付用孔３６と、検出装置配置部１４に形成された２つのセンサ固定用孔１８を一連の連通孔となるように重ね合わせ、ネジ、ビス等の締結要素で固定することにより、センサ部１５を検出装置配置部１４に固定した状態とする。

このとき、図１０で示されるように、捕集管部１６の長手方向の片側端部寄りの位置であり、外部に近い位置にある端部寄りの位置では、その内部にセンサ部１５が配された状態となっている。より詳細には、センサ部１５のうちで一酸化炭素の有無及び濃度を検出するための部分（検知部）の周囲に捕集管部１６が位置しており、捕集管部１６はセンサ部１５の検知部を間隔を空けて取り囲んだ状態となっている。
また、捕集管部１６の長手方向の他方端部寄りの位置であり、外部から離れた位置にある端部寄りの位置では、その内部に流入規制板４１が配された状態となっている。なお、捕集管部１６の長手方向の他方端部寄りの位置であり、流入規制板４１が位置する部分よりもやや長手方向の中心寄りの位置には、上記した排気流形成用孔４６が形成されている。

また、排気筒８の内部側に注目すると、図４で示されるように、捕集管部１６が土台部１９から内側へ突出した状態となる。すなわち、周囲の部分から排気筒８の内側へ向かって凸となるように突出する土台部１９の突出端面から、さらに内側へ向かって捕集管部１６が突出した状態となる。
そして、捕集管部１６の突出方向は、排気筒８の延び方向に対して略垂直となっている。

また、図１０で示されるように、捕集管部１６の突出端の位置が排気筒８の径方向における中心近傍に位置している。つまり、捕集管部１６の突出端は、排気筒８の中心軸の近傍に位置しており、排気筒８の延び方向に対する垂直断面の中心近傍に位置している。
さらに詳細には、排気筒８の径方向の長さをＬ１とし、土台部１９の突出長さをＬ２とし、捕集管部１６の土台部１９からの突出長さをＬ３とすると、下記式（１）：
Ｌ２＋Ｌ３≒Ｌ１／２・・・（１）
の関係を満たしている。

本実施形態の気体検出装置１０は、燃焼排気をセンサ部１５に接触させるまでに十分に撹拌混合させることが可能となっている。このことにつき、以下で具体的に説明する。

燃焼排気が排気筒８の内部を流れるとき、図１１で示されるように、捕集管部１６の排気流入用主孔４５と、一部を除いた排気流形成用孔４６から燃焼排気が流入する。

ここで、上記したように、捕集管部１６の突出端に位置する内孔の開口からやや奥まった位置に流入規制板４１が形成されている。そして、この流入規制板４１の下側の部分に排気流入用主孔４５が形成されている。そのため、捕集管部１６の突出端に位置する内孔の開口から捕集管部１６の内部に流入した燃焼排気は、燃焼排気の流入口となる内孔の開口と流入規制板４１の間に形成される空間に流入する。

そして、この空間内では、燃焼排気は、捕集管部１６の内周面、流入規制板４１の立壁状部４１ａ、流入規制板４１の半円板部４１ｂにそれぞれ当接し、その流れの向きが変更される。すなわち、燃焼排気は、これら捕集管部１６の内周面、立壁状部４１ａ、半円板部４１ｂから離れる方向に流れたり、これらに沿って流れたりする。このため、この空間内では、各部でそれぞれ燃焼排気の流れる方向が不規則に異なった状態となる。つまり、この空間内では、流れ方向の異なる燃焼排気流（燃焼排気の流れ）が複数存在することとなる。

加えて、この空間内では、流れ方向の異なる複数の燃焼排気流（燃焼排気の流れ）が衝突し合うこととなる。そして、この燃焼排気流の衝突によっても燃焼排気の流れが不規則に変化する。

これらのことから、燃焼排気の流入口となる内孔の開口と流入規制板４１の間に形成される空間では、燃焼排気の乱流が発生する。すなわち、この空間では、燃焼排気が撹拌混合されることとなる。そして、撹拌混合された燃焼排気は、排気流入用主孔４５からさらに捕集管部１６の奥側へと流入する。

燃焼排気が排気流入用主孔４５を通過すると、排気流形成用孔４６が形成されている部分の内側に位置する部分へと至る。そして、この部分でも燃焼排気が撹拌混合されることとなる。

具体的に説明すると、排気筒８の下方側から捕集管部１６へ向かって流れた燃焼排気は、捕集管部１６の下部へと当接する。このとき、燃焼排気の一部は、捕集管部１６の下部側に形成された排気流形成用孔４６ｅから、そのまま捕集管部１６の内部へと流れることとなる。また、燃焼排気の他の一部は、図１２で示されるように、捕集管部１６の外周面を周方向に沿って上側へと流れることとなる。

ここで、燃焼排気が捕集管部１６の外周面を周方向に沿って流れるとき、燃焼排気の一部は、周方向で離れた位置にある複数の排気流形成用孔４６からそれぞれ捕集管部１６の内部へと流入する。つまり、斜め下方に位置する排気流形成用孔４６（排気流形成用孔４６ｄ、排気流形成用孔４６ｆ）、左右端にそれぞれ位置する排気流形成用孔４６（排気流形成用孔４６ｃ、排気流形成用孔４６ｇ）、斜め上方に位置する排気流形成用孔４６（排気流形成用孔４６ｂ、排気流形成用孔４６ｈ）のそれぞれから、捕集管部１６の内部に燃焼排気が流入する。

より詳細に説明すると、燃焼排気は外周面を周方向に沿って流れつつ、その一部が排気流形成用孔４６（例えば、排気流形成用孔４６ｄ）から流入し、他部が引き続き外周面を周方向に沿って上側へ流れる。そして、外周面を周方向に沿って上側へ流れた燃焼排気の一部が、上側に位置する排気流形成用孔４６（例えば、排気流形成用孔４６ｃ）から流入する。ここでも、燃焼排気の他部はさらに上側へと流れる。そして、さらに上側へ流れた燃焼排気の一部が、さらに上側に位置する排気流形成用孔４６（例えば、排気流形成用孔４６ｂ）から流入する。このようにして、複数の排気流形成用孔４６から燃焼排気が流入する。

ここで、斜め下方、左右端、斜め上方にそれぞれ位置する排気流形成用孔４６開口の向きが異なっており、開口近傍を流れる燃焼排気の流れ方向もまた異なっている。そのため、それぞれの排気流形成用孔４６から流入する燃焼排気の流れ方向は異なる方向となる。
また、それぞれの排気流形成用孔４６から流入する燃焼排気の量もまた、一定の量とはならず、個別になりゆきで変化する。

このことから、捕集管部１６の内部空間のうち、排気流形成用孔４６によって囲まれた部分では、流れ方向の異なる複数の燃焼排気流（燃焼排気の流れ）が存在することとなる。また、この複数の燃焼排気流（燃焼排気の流れ）が衝突し合うこととなる。このため、この部分では、燃焼排気の流れが不規則に変化し、乱流が発生するので、燃焼排気が撹拌混合されることになる。

そして、捕集管部１６の燃焼排気の流入口となる内孔開口と流入規制板４１との間に形成される空間と、排気流形成用孔４６によって囲まれた空間とでそれぞれ撹拌混合された燃焼排気が、センサ部１５の周辺まで流れることとなる。
このとき、図１１で示されるように、捕集管部１６の長手方向における片側端部寄りの位置の内部に、センサ部１５が配されている。また、捕集管部１６の他方端部寄りの位置に、燃焼排気の流入口となる部分である排気流入用主孔４５、排気流形成用孔４６が形成されている。すなわち、センサ部１５が配されている部分と、燃焼排気が流入する部分とが十分に離れた位置にある。このため、捕集管部１６に流入した燃焼排気が撹拌混合される前に誤ってセンサ部１５に接触するということがなく、センサ部１５の周辺まで流れた燃焼排気は、十分に撹拌混合された燃焼排気となる。

このことにより、センサ部１５は、十分に撹拌混合された燃焼排気に対して一酸化炭素の有無や濃度の検出動作を実施することができる。
ここで、燃焼排気が十分に撹拌混合されると、燃焼排気全体における有害気体の濃度分布が均一（又は均一に近い状態）にすることができる。このため、燃焼排気全体における有害気体の濃度を正確に検出できる。また、燃焼排気が十分に撹拌混合されると、燃焼排気は、空気によって十分に希釈されることとなる。すると、センサ部１５による検出動作を実施するとき、センサ部１５の周辺に位置する燃焼排気は空気によって十分に希釈された燃焼排気となる。このことから、燃焼排気中の有害物質（例えば、硫黄成分）の影響によるセンサ部１５の検出能力の劣化を抑制することができる。

ところで、排気流形成用孔４６によって囲まれた部分では、その下部に排気流形成用孔４６ｅが形成され、その上部に位置する部分に排気流形成用孔４６ａが形成されている。別言すると、排気筒８における燃焼排気の流れ方向上流側に排気流形成用孔４６ｅが形成され、下流側に排気流形成用孔４６ａが形成されている。ここで、排気流形成用孔４６によって囲まれた部分で撹拌混合された燃焼排気の一部は、排気流形成用孔４６ａを介して外部へと流出することとなる。つまり、下側に形成された排気流形成用孔４６ｅ等が、主に燃焼排気を捕集管部１６の内部に流入させる際の副孔として作用するのに対し、上側に形成された排気流形成用孔４６ａは、主に燃焼排気を捕集管部１６の外部に流出させる際の流出口として作用する。

したがって、排気流形成用孔４６によって囲まれた部分で撹拌混合された燃焼排気は、図１１で示されるように、その一部が排気流形成用孔４６ａから外部へと流出し、他の部分がセンサ部１５へ流れることとなる。つまり、撹拌混合された燃焼排気のうち、一部のみがセンサ部１５へと向かって流れる構造となっている。このため、センサ部１５へ向かって大量の燃焼排気が流れてしまうことがなく、センサ部１５の周辺に大量の燃焼排気が充満してしまうことがない。このことにより、センサ部１５による検出動作を実施する上で適量な燃焼排気がセンサ部１５の周辺に流れるので、センサ部１５による検出動作をより正確に実施できる。

また、図１１で示されるように、排気筒８の内部を下方側から上流側、すなわち、燃焼部４側から外部側へと流れた燃焼排気は、その一部が捕集管部１６の内部に流入し、さらにその一部が所定の位置で撹拌混合されつつセンサ部１５へと向かって流れる。すなわち、センサ部１５の周辺へと到達する燃焼排気は、排気筒８を流れているときと、センサ部１５へと向かって流れているときとで流れ方向が異なっている。より具体的には、排気筒８を流れているときの流れ方向（上下方向）と、センサ部１５へと向かって流れているときの流れ方向（左右方向であり、捕集管部１６の長手方向）とが略直角に交わっている。つまり、燃焼排気は、捕集管部１６に流入した後に流れ方向を変更して流れることとなる。このような構成によると、排気筒８の内部を流れる燃焼排気の流速が一時的に速くなったとしても、捕集管部１６に流入して流れ方向が変更される際に燃焼排気の流速を減速させることができる。そのため、流速変化の影響を受け難い状態でセンサ部１５による検出動作を実施できるので、センサ部１５による検出動作をより正確に実施できる。

またここで、図１１で示されるように、センサ部１５は、捕集管部１６によって取り囲まれた状態となっている。詳細に説明すると、捕集管部１６のうちでセンサ部１５の径方向外側に位置する部分では、捕集管部１６に貫通孔等が形成されておらず、捕集管部１６は周方向に隙間なく連続した状態となっている。
このため、センサ部１５は、排気流入用主孔４５や排気流形成用孔４６から捕集管部１６の内部に流入した燃焼排気のみが接触し、排気筒８の内部を外側（上側）へ向かって流れる燃焼排気が接触しない構造となっている。そのため、センサ部１５が排気筒８を流れる燃焼排気に直接さらされるような構成とは異なり、燃焼排気の流速変化の影響を受け難い構成となっている。

ところで、排気筒８が外気によって冷却される等すると、排気筒８の内部を流れる燃焼排気が冷却され、燃焼排気に含まれる水蒸気が液化し、ドレンが発生することがある。そして、仮に発生したドレンがセンサ部１５に接触してしまうと、センサ部１５による検出動作が正確に実施できないおそれがある。
本実施形態の気体検出装置１０は、上述したように、センサ部１５が捕集管部１６によって取り囲まれた状態となっている。そのため、排気筒８の内部でドレンが発生してもセンサ部１５に接触することはない。具体的に説明すると、排気筒８の内部においてドレンが発生し、センサ部１５に向かって滴下したとしても、ドレンはセンサ部１５の周囲に位置する捕集管部１６に接触することなる。そのため、ドレンは捕集管部１６の外周面を流れることとなり、センサ部１５に接触することはない。このことから、センサ部１５にドレンが接触することによる検出誤差の発生を防止できる。

ここで、捕集管部１６の上部に形成されている排気流形成用孔４６ａから、捕集管部１６の内部へとドレンが浸入してしまうことが考えられる。
しかしながら、本実施形態の気体検出装置では、排気流入用主孔４５が下方寄りの位置に形成されている。また、捕集管部１６の下方側であり、排気流形成用孔４６ａと対向する位置に排気流形成用孔４６ｅが形成されている。そして、捕集管部１６の下方側に位置する部分のうち、排気流形成用孔４６ｅから捕集管部１６の周方向にずれた位置にも排気流形成用孔４６（排気流形成用孔４６ｄ，排気流形成用孔４６ｆ）が設けられている。このため、仮に排気流形成用孔４６ａからドレンが浸入しても、外部にいち早く排出することができる。換言すると、排気流形成用孔４６ａから浸入したドレンが、センサ部１５側へと流れていくことがなく、ドレンが接触するに起因するセンサ部１５の検出誤差の発生を防止できる。

上記した実施形態では、流入規制板４１を捕集管部１６の端部から僅かに奥側の位置に形成したが本発明はこれに限るものではない。
例えば、捕集管部１６の端部に流入規制板を形成してもよい。より詳細には、捕集管部１６の端部で内孔の開口の一部を閉塞するような流入規制板を形成してもよい。しかしながら、流入規制板４１の捕集管部１６の端部から僅かに奥側の位置に形成すると、上述したように、燃焼排気の流入口となる内孔の開口と流入規制板４１の間に形成される空間で燃焼排気が撹拌混合されることとなる。つまり、流入規制板４１の近傍で燃焼排気の乱流が発生し易くなる。そのため、燃焼排気をより確実に撹拌混合するという観点から、捕集管部１６の端部から僅かに奥側の位置に形成することが好ましい。

上記した実施形態では、１つの略円筒状の部材によって形成される捕集管部１６の例を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図１３で示されるように、複数の部材（２つの部材）を一体に連結させて形成した捕集管部１１６であってもよい。すなわち、端部に外側へ突出するフランジが形成された第１円筒部材１１６ａと、この第１円筒部材１１６ａと連なる第２円筒部材１１６ｂとを連結させて形成された捕集管部１１６であってもよい。
この場合、センサ本体２４の検知部は、捕集管部１１６を形成する複数の部材のうち、いずれの部材の内側に配されていてもよい。つまり、センサ本体２４の検知部は、第１円筒部材１１６ａの内側に位置していてもよく、第２円筒部材１１６ｂの内側に位置していてもよい。
なお、捕集管部１６の形状は円筒状に限るものではなく、角筒状であってもよい。すなわち、捕集管部は筒状であればよい。また、捕集管部を複数の部材で形成する場合、それぞれの形状は適宜変更してよい。複数の部材を連結して形成した捕集管部の形状が筒体であればよい。

１ 燃焼装置
４ 燃焼部
８ 排気筒(排気部)
１０ 気体検出装置
１６ 捕集管部(筒状部)
２４ センサ本体(気体検出手段)
４１ 流入規制板
４５ 排気流入用主孔(排気流入用貫通孔)
４６ 排気流形成用孔(通気孔)
５０ 捕集管部本体(筒本体部)
５１ 蓋状部

Claims (6)

1. 少なくとも燃焼用のバーナを備えた燃焼部を有し、燃焼部から排出された排出気体を排気部を介して排出する燃焼装置において、燃焼部から排出される排出気体中に含まれる所定気体の有無及び／又は濃度を検出する気体検出手段を備えた気体検出装置であって、
   前記気体検出手段の周囲を覆って保護するための筒状部を有し、
   前記筒状部の内側には、前記気体検出手段の少なくとも検知部が位置するものであり、
   前記筒状部の内側の一部を閉塞する流入規制板が設けられ、
   前記筒状部のうちで、前記流入規制板と近接する部分の外周面には、前記筒状部の内外を連続させる通気孔が形成され、
   前記流入規制板は、前記筒状部の長手方向の端部よりも長手方向の中心寄りの位置に配されており、前記通気孔は、前記流入規制板よりも前記筒状部の長手方向の中心寄りの位置に形成されていることを特徴とする気体検出装置。
2. 前記筒状部は、略円筒状の筒本体部と略有底円筒状の蓋状部とを備え、
   前記蓋状部の一部には、燃焼排気を通過させるための排気流入用貫通孔が設けられ、当該蓋状部の一部が前記流入規制板となることを特徴とする請求項１に記載の気体検出装置。
3. 前記排気部は、前記燃焼装置の外部に向かって延びるものであり、
   前記筒状部の長手方向の端部は、前記排気部の延び方向に対する垂直断面の中心近傍に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体検出装置。
4. 前記筒状部は、略円筒状の筒本体部と略有底円筒状の蓋状部とを備え、
   前記蓋状部の一部には、燃焼排気を通過させるための排気流入用貫通孔が設けられ、
   前記排気部の内部では、外部に向かって流れる排気流が形成され、
   前記筒状部の軸方向と、前記排気流の流れ方向とが略垂直に交わっており、
   前記蓋状部のうち、前記排気流の流れ方向における上流側寄りの位置に設けられた前記排気流入用貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体検出装置。
5. 前記排気部の内部では、外部に向かって流れる排気流が形成され、
   前記筒状部の外周面には、前記通気孔が複数設けられるものであり、
   前記通気孔のうちの少なくとも一つは、前記排気流の流れ方向における上流側寄りの位置に形成され、他の前記通気孔のうちの少なくとも一つは、前記排気流の流れ方向における下流側寄りの位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の気体検出装置を備えていることを特徴とする燃焼装置。

Images