JP6811989B2 - 不完全燃焼検出装置及びガス燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器等のガス燃焼装置において、バーナの燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出するために設けられる不完全燃焼検出装置及びガス燃焼装置に関する。

給湯器等のガス燃焼装置においては、燃焼排気中の一酸化炭素濃度をＣＯセンサ等の一酸化炭素検出手段で検出し、一酸化炭素濃度が基準値を超えた場合に、不完全燃焼が発生したとしてバーナの燃焼を停止させる機能を備えたものがある。
しかし、バーナ（燃焼部）が、例えば給湯用と風呂用とに分けて設けられて単独使用される場合や、バーナが複数段設けられて切替使用されるような場合は、燃焼排気の流入態様（流入位置や流入量）が異なる。この場合、各燃焼部ごとに一酸化炭素検出手段を設けるとコストアップに繋がるため、１つの検出手段で各バーナごとに一酸化炭素濃度を検出できるようにするのが望ましい。

そこで、特許文献１には、給湯用燃焼部と暖房用燃焼部とに独立して設けられたものにおいて、両燃焼部に跨がる排気フードと、排気フードからの燃焼排気が集まる排気集合室を設けて、排気集合室内にＣＯセンサを設けると共に、排気フード内に、各燃焼部に対応する排気ガイドをそれぞれ設け、各燃焼部ごとに燃焼排気を横方向片側に一旦寄せ集めてから排気フードの中間部に導くようにして、何れの燃焼部で不完全燃焼が生じても単一のＣＯセンサで検出できるようにした発明が開示されている。
また、特許文献２には、排気混合室内に、複数の仕切り板を上下に所定の間隔をおいて備えると共に、各仕切り板に、排気混合室の対角線方向に離れる位置となる連通孔をそれぞれ備えて、ＣＯセンサを最上部の仕切り板の連通孔の下流側に設置して、燃焼排気を排気混合室で混合させて一酸化炭素濃度を均一化することで、単一のＣＯセンサで検出できるようにした発明が開示されている。

特許第４０７１２１５号公報 特許第４１７３８６８号公報

しかし、特許文献１，２の発明では、排気ガイドや仕切り板をそれぞれ複数設ける必要があるため、ＣＯセンサを単一としてもコストダウンの効果は小さい。また、燃焼排気を排気ガイドや仕切り板に当てて無理矢理方向を変える構造であるため、圧力損失が増大して流れが滞ったり騒音が発生したりするおそれがある。

そこで、本発明は、燃焼排気の流入態様が異なる場合であっても、低コストとなる簡単な構造で、圧力損失も低減して燃焼排気を良好に混合させて、確実に一酸化炭素濃度を検出することができる不完全燃焼検出装置及びガス燃焼装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バーナを有するガス燃焼装置に設けられ、バーナの燃焼排気が流入する混合室を形成する混合ケーシングと、混合ケーシング内に設けられ、流入した燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素検出手段と、を含んでなる不完全燃焼検出装置であって、
混合ケーシングの下部に設けられ、燃焼排気を所定方向に流入させる流入手段と、混合ケーシング内に設けられて流入手段の上方を閉塞し、所定方向と交差する方向で一方側から他方側へ向けて上り傾斜するガイド板と、ガイド板における上り傾斜側に設けられ、平面視で燃焼排気が流入する所定方向の上流側に位置する開口と、混合ケーシングの上部に設けられ、平面視で開口と一致しない位置に配置される排気出口と、を含み、一酸化炭素検出手段は、ガイド板の上側で混合ケーシング内に設けられることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、一酸化炭素検出手段は、少なくとも一部が排気出口の下方に位置していることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、流入手段は、混合ケーシングの下面を閉塞し、所定方向と交差する方向に形成された凹み部と、その凹み部における所定方向の上流側の斜面に並設された複数の流入口と、を含んでなる流入板であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、ガス燃焼装置であって、バーナを有する燃焼室の上部に、請求項１乃至３の何れかに記載の不完全燃焼検出装置を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、複数の熱交換器やバーナの燃焼本数の切替等によって燃焼排気の流入態様が異なる場合であっても、低コストとなる簡単な構造で、圧力損失も低減して燃焼排気を良好に混合させて、確実に一酸化炭素濃度を検出することができる。
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、一酸化炭素検出手段を排気出口の下方に配置したことで、燃焼排気が排気出口を通過する際に確実に一酸化炭素検出手段と接触させることができ、混合ケーシング内で混合された燃焼排気の一酸化炭素濃度をより正確に検出可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加えて、燃焼排気を混合ケーシング内へ容易に所定方向へ流入させることができる。

風呂給湯器のフロントカバーを外した状態の正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 一次、二次熱交換器及び排気混合装置部分を断面で示す斜視図である（混合ケーシングは仮想線で示す）。 排気混合装置における燃焼排気の流れを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ガス燃焼装置の一例である風呂給湯器において、フロントカバーを外した状態の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
この風呂給湯器１は、前面を開口した四角箱状の筐体２と、その筐体２の前面を閉塞する図示しないフロントカバーとを備えている。
筐体２内には、内胴３が設けられている。この内胴３は、下方から、バーナユニット４、一次熱交換器５、二次熱交換器６、不完全燃焼検出装置としての排気混合装置７を順に設置してなる。内胴３の右側には、コントローラとなる電装基板を収容した電装ボックス８が設けられている。

まず、バーナユニット４は、一次熱交換器５と連通する下ケーシング１０を有し、下ケーシング１０の下部に、それぞれ複数のバーナからなる給湯用の第１バーナ群１１と風呂の追い焚き用の第２バーナ群１２とが、左右（ここでは第１バーナ群１１が左側、第２バーナ群１２が右側）に並設されている。バーナユニット４の下方には、各バーナ群１１，１２に燃焼用空気を供給する給気ファン１３が設けられている。なお、第１バーナ群１１では、本数が異なる複数のバーナごとに燃焼が可能となっており、必要な熱量に合わせてバーナの数の切替燃焼が行われる。

次に、一次熱交換器５では、下ケーシング１０と連通する四角筒状の中ケーシング１４を有し、中ケーシング１４内に、第１バーナ群１１の上方に位置する給湯側一次熱交換器１５と、第２バーナ群１２の上方に位置する風呂側一次熱交換器１６とが左右方向に並設されている。
給湯側一次熱交換器１５及び風呂側一次熱交換器１６は、前後方向に所定間隔をおいて複数枚積層したフィン１８，１８・・を前後方向に貫通して中ケーシング１４内部で平行に配設される複数の伝熱管１７，１７・・を有する。隣接する伝熱管１７，１７同士は、中ケーシング１４の外部でＵ字状の接続管１９，１９・・によって前後で交互に接続されることで、各熱交換器１５，１６ごとに蛇行状に繋がる一連の管体となっている。
給湯側一次熱交換器１５の管体の上流端は、後述する給湯側二次熱交換器２６の管体２８の下流側と接続され、給湯側一次熱交換器１５の管体の下流端は、出湯管２０と接続されている。

一方、風呂側一次熱交換器１６の管体の下流端は、浴槽に接続される往き管２１と接続され、当該管体の上流端は、後述する風呂側二次熱交換器２７の管体２８の下流端と接続されている。２２は、風呂循環用のポンプで、浴槽からの戻り管２３を介して風呂側二次熱交換器２７の管体２８の上流端と接続されている。ポンプ２２の上流側で戻り管２３には、出湯管２０に接続されて浴槽へ湯張りするための落とし込み管２４が接続されている。

次に、二次熱交換器６では、中ケーシング１４と連通する四角筒状の上ケーシング２５を有し、上ケーシング２５内に、給湯側一次熱交換器１５の上方に位置する給湯側二次熱交換器２６と、風呂側一次熱交換器１６の上方に位置する風呂側二次熱交換器２７とが左右方向に並設されている。給湯側二次熱交換器２６及び風呂側二次熱交換器２７は、一次熱交換器５の伝熱管１７よりも小径の管体２８を螺旋状に巻回してそれぞれ形成され、給湯側二次熱交換器２６の管体２８の上流端は、入水管２９と接続され、管体２８の下流端は、給湯側一次熱交換器１５の管体の上流端と接続されている。
一方、風呂側二次熱交換器２７の管体２８の上流端は、戻り管２３に接続され、管体２８の下流端は、風呂側一次熱交換器１６の上流端と接続されている。

そして、下ケーシング１０と中ケーシング１４と上ケーシング２５との内部では、第１バーナ群１１と第２バーナ群１２との間と、給湯側一次熱交換器１５と風呂側一次熱交換器１６との間と、給湯側二次熱交換器２６と風呂側二次熱交換器２７との間とをそれぞれ仕切る図示しない仕切部材により、第１バーナ群１１と給湯側一次熱交換器１５と給湯側二次熱交換器２６とが配置される右側の第１燃焼室と、第２バーナ群１２と風呂側一次熱交換器１６と風呂側二次熱交換器２７とが配置される左側の第２燃焼室とに仕切られている。
ここで、二次熱交換器６の上ケーシング２５は、図３にも示すように、一次熱交換器５の中ケーシング１４よりも前側へ突出した位置に設置されて、上ケーシング２５の後面中央には，左右方向に開口する連通口３０が形成されている。中ケーシング１４の上部には、上ケーシング２５の後方に回り込んで連通口３０と連通する連通路３１が形成されている。

また、上ケーシング２５の上部には、後部から前方へ行くに従って下り傾斜し、二次熱交換器６の前側で下向きに下降した後、前側へ折曲して水平部３３を形成し、上ケーシング２５の前側内面に固定される仕切板３２が設けられている。水平部３３には、四角形状の透孔３４，３４・・が左右方向へ所定間隔をおいて並設されている。
よって、中ケーシング１４内で一次熱交換器５を通過した燃焼排気は、後方の連通路３１から連通口３０を介して上ケーシング２５内に進入し、二次熱交換器６を後方から前方へ通過した後、水平部３３の透孔３４，３４・・を通って上昇することになる。

そして、排気混合装置７は、図３に示すように、下面が開口する四角箱状の混合ケーシング４０と、混合ケーシング４０と上ケーシング２５との間にあって両ケーシング２５，４０間を閉塞する流入手段としての流入板４１とを備えて上ケーシング２５にネジ止めされる。混合ケーシング４０と流入板４１との間には、混合室４２が形成されている。
流入板４１の前後方向の中央には、上ケーシング２５の仕切板３２まで凹む凹み部４３が形成されて、凹み部４３における前側の斜面には、平面視が四角形状の流入口４４，４４・・が、左右方向へ所定間隔をおいて形成されている。
よって、上ケーシング２５内で透孔３４，３４・・を通って上昇した燃焼排気は、流入板４１に当接して後向きに流れ、流入口４４，４４・・を介して混合室４２内に流入することになる。

混合ケーシング４０内には、ガイド板４５が固定されている。このガイド板４５は、最も低い位置にある左端の平坦部４６と、その平坦部４６から右側へ行くに従って徐々に上昇して混合ケーシング４０の右側内面まで達する傾斜部（ここでは傾斜角度は２０°）４７とを有している。傾斜部４７の右端縁には、下向きに垂下して流入板４１の上面に当接する支持片４８が折曲形成され、傾斜部４７の前後端縁には、混合ケーシング４０の前後内面にネジ止めされるネジ止め片４９，４９が折曲形成されて、取付状態でガイド板４５は、混合室４２を上下に仕切っている。また、傾斜部４７における右前側のコーナー寄りの位置には、四角形状の開口５０が形成されている。この開口５０は、平面視で右側の流入口４４，４４とオーバーラップし、後端が傾斜部４７の前後方向の中央よりもやや後方に位置している。

ガイド板４５の上方で混合ケーシング４０内には、一酸化炭素検出手段としてのＣＯ検出部５１が設けられている。このＣＯ検出部５１は、混合ケーシング４０の前側内面から後方へ向けて突出する筒状のセンサケース５２と、そのセンサケース５２の位置で混合ケーシング４０の前側から取り付けられてセンサケース５２内に突出するＣＯセンサ５３とからなる。センサケース５２における突出端部で下半分側には、複数の小孔５４，５４・・が形成されている。このＣＯ検出部５１は、ガイド板４５の開口５０から左側に離れて混合室４２内の左寄りに設置されている。

また、混合ケーシング４０の上面には、円形短筒状の排気出口５５が上向きに形成されている。この排気出口５５も、ガイド板４５の開口５０から左側に離れた偏心位置で、且つ混合室４２内の後寄りに配置されているが、ＣＯ検出部５１に対しては、左右方向でセンサケース５２の軸心と排気出口５５の中心とが一致するように配置されて、前後方向では、平面視で排気出口５５内にセンサケース５２の突出端部が突出するように配置されている。ここでの排気出口５５の開口面積は、ガイド板４５の開口５０の開口面積と等しく設定されている。
５６は、排気出口５５に嵌着された排気筒で、筐体２の天板を貫通して上方に突出している。

よって、二次熱交換器６を通過して流入口４４，４４・・から流入した燃焼排気は、図４にも示すように、そのままガイド板４５の下側で混合室４２内を後方へ流れ（点線矢印Ａ、図３，４ではガイド板４５の下側での燃焼排気の流れを点線で示し、上側での燃焼排気の流れを実線で示す。）、混合ケーシング４０の後側内面に当接すると、右側へ向きを変えて流れる（点線矢印Ｂ）。右側へ流れるにつれて、流入口４４，４４から次々に流入する燃焼排気と合流することになるが、ガイド板４５には右上がりに傾斜する傾斜部４７が形成されており、下側では下流側へ行くほど通過面積が大きくなるので、流れが滞留することはない。

そして、右側へ流れた燃焼排気は、混合ケーシング４０の右側内面に当接すると、前側へ向きを変えて流れ（点線矢印Ｃ）、一部は開口５０からガイド板４５の上側に上昇し、他の一部は混合ケーシング４０の前側内面に当接して左側へ向きを変えて流れた後（点線矢印Ｄ）、開口５０からガイド板４５の上側に上昇する。こうした開口５０に至る流れで燃焼排気に旋回成分が与えられるため，燃焼排気は実線矢印Ｅのように旋回しながら開口５０を通過することになり、混合が促進される。この混合作用は、給湯側二次熱交換器２６を通過して左側の流入口４４，４４から流入した場合も、風呂側二次熱交換器２７を通過して右側の流入口４４，４４から流入した場合も同様である。

開口５０からガイド板４５の上側に上昇した燃焼排気は、混合ケーシング４０の上側内面に沿って左側へ流れ（実線矢印Ｆ）、一部はそのまま排気出口５５を通って排気筒５６から外部に排出され（実線矢印Ｇ）、他の一部は混合ケーシング４０の右側内面に当接して滞留した後、排気出口５５を通って排気筒５６から外部に排出される（実線矢印Ｈ）。こうして燃焼排気が排気出口５５を通る際、その下側に突出するセンサケース５２を通過するため、燃焼排気がセンサケース５２の後端開口又は下半分側の小孔５４からセンサケース５２内に進入し、ＣＯセンサ５３に接触する。よって、ＣＯセンサ５３による一酸化炭素濃度が検出可能となる。

以上の如く構成された風呂給湯器１において、出湯管２０に接続された配管の給湯栓を開栓して器具内に通水させると、入水管２９を通った水が、給湯側二次熱交換器２６の管体２８と、給湯側一次熱交換器１５の管体とを通過する。一方、入水側の図示しない水量センサで通水を検知したコントローラが第１バーナ群１１に点火すると共に、給気ファン１３を回転させて第１バーナ群１１に燃焼用空気を供給する。第１バーナ群１１の燃焼排気は、一次熱交換器５で給湯側一次熱交換器１５を通過することで伝熱管１７と熱交換されて顕熱が回収され、二次熱交換器６で給湯側二次熱交換器２６を通過することで管体２８と熱交換されて潜熱が回収される。よって、出湯管２０から所定温度の湯が出湯され、配管を介して給湯栓から供給される。

一方、図示しないリモコンに設けられた湯張りスイッチをＯＮ操作すると、コントローラが第１バーナ群１１に点火して出湯管２０から所定温度の湯を出湯させると共に、落とし込み管２４側に設けた図示しない制御弁を開弁させて出湯管２０からの湯を落とし込み管２４を介して浴槽に供給する。所定量の湯が供給されると湯張りを停止する。
また、リモコンの追い炊きスイッチをＯＮ操作すると、コントローラがポンプ２２を駆動させて第２バーナ群１２に点火すると共に、給気ファン１３を回転させて第２バーナ群１２に燃焼用空気を供給する。第２バーナ群１２の燃焼排気は、一次熱交換器５で風呂側一次熱交換器２７を通過することで伝熱管１７と熱交換されて顕熱が回収され、二次熱交換器６で風呂側二次熱交換器２７を通過することで管体２８と熱交換されて潜熱が回収される。よって、浴槽内の湯が循環しながら追い焚きされる。

そして、コントローラは、ＣＯセンサ５３から得られる燃焼排気中の一酸化炭素濃度の検出信号を監視して、検出値が予め設定された基準値を超えると、不完全燃焼が発生したとして、第１、第２バーナ群１１，１２何れの燃焼も停止させて、リモコンの表示部にその旨を表示させる。

ここで一酸化炭素濃度が検出される燃焼排気は、前述のように排気混合装置７において、ガイド板４５の下方を右側へ移動し、旋回しながら開口５０を上昇してガイド板４５の上側へ至ることで、混合が促進される。よって、第１バーナ群１１、第２バーナ群１２何れからの燃焼排気であっても均等に混合することができ、ＣＯセンサ５３では、均等に混合された後の燃焼排気から一酸化炭素濃度を正確に検出することができる。この燃焼排気の均等な混合及び正確な一酸化炭素濃度の検出効果は、第１バーナ群１１でバーナの燃焼本数を切り替えて燃焼させた場合でも同様に得られる。
また、センサケース５２は、排気出口５５の下方に突出しているが、小孔５４は下半分側に形成されているので、結露した水等が落下してセンサケース５２に付着しても、センサケース５２内に浸入するおそれは低減される。

このように、上記形態の排気混合装置７及び風呂給湯器１によれば、混合ケーシング４０の下部に設けられ、燃焼排気を所定方向（ここでは前から後）に流入させる流入手段（流入板４１）と、混合ケーシング４０内に設けられて流入手段の上方を閉塞し、前後方向と交差する左右方向で左側から右側へ向けて上り傾斜するガイド板４５と、ガイド板４５における上り傾斜側に設けられ、平面視で燃焼排気が流入する前後方向の上流側に位置する開口５０と、混合ケーシング４０の上部に設けられ、平面視で開口５０と一致しない位置に配置される排気出口５５と、を含み、一酸化炭素検出手段（ＣＯ検出部５１）は、ガイド板４５の上側で混合ケーシング４０内に設けられているので、熱交換器やバーナの燃焼本数の切替等によって燃焼排気の流入態様が異なる場合であっても、低コストとなる簡単な構造で、圧力損失も低減して燃焼排気を良好に混合させて、確実に一酸化炭素濃度を検出することができる。

特にここでは、ＣＯ検出部５１は、一部が排気出口５５の下方に位置しているので、燃焼排気が排気出口５５を通過する際に確実にＣＯ検出部５１と接触させることができ、混合ケーシング４０内で混合された燃焼排気の一酸化炭素濃度をより正確に検出可能となる。
また、流入手段を、混合ケーシング４０の下面を閉塞し、前後方向と交差する左右方向に形成された凹み部４３と、その凹み部４３における前後方向の上流側の斜面に並設された複数の流入口４４と、を含んでなる流入板４４としたことで、燃焼排気を混合ケーシング４０内へ容易に後向きに流入させることができる。

なお、ガイド板の傾斜角度は適宜変更可能で、開口の形状も四角形状に限らず、円形や長円形等の他の形状でも可能である。開口と排気出口との開口面積も、等しくする場合に限らず、例えば開口側を小さくして流路抵抗を増やしてガイド板の上側で長く滞留させるようにすることも可能である。平坦部をなくして全体を傾斜させてもよい。
また、流入口も、形状や数は適宜変更可能で、左右方向に長く形成したりすることもできる。流入口の縁部にリブを形成して流入方向をガイドすることもできる。また、真後ろでなく斜めに流入させても差し支えない。混合ケーシングも、旋回成分を得やすいように開口部分の外形状をカーブさせたり、仕切板の上面で開口の下方に円弧状の案内リブを立設したりすることも考えられる。

さらに、ＣＯ検出部も、混合ケーシングの前側内面に取り付ける構造に限らず、上側内面に取り付けたり、ガイド板の上面に取り付けたりしても差し支えない。
そして、上記形態では、混合室内に燃焼排気を前側から流入させているが、上流側の熱交換器の排気態様によっては、燃焼排気を後側から流入させてもよい。この場合、開口は、旋回成分を得るためにガイド板の後側寄りに配置されることになる。

その他、ガス燃焼装置も、二次熱交換器がなく、顕熱を回収する熱交換器のみが設けられるものであってもよいし、風呂側の燃焼室がなく、給湯燃焼室のみでバーナの燃焼本数を切り替えるようなものであっても本発明は適用可能である。

１・・風呂給湯器、２・・筐体、３・・内胴、４・・バーナユニット、５・・一次熱交換器、６・・二次熱交換器、７・・排気混合装置、８・・電装ボックス、１０・・下ケーシング、１１・・第１バーナ群、１２・・第２バーナ群、１４・・中ケーシング、１５・・給湯側一次熱交換器、１６・・風呂側一次熱交換器、２０・・出湯管、２５・・上ケーシング、２６・・給湯側二次熱交換器、２７・・風呂側二次熱交換器、２９・・入水管、３２・・仕切板、３４・・透孔、４０・・混合ケーシング、４１・・流入板、４２・・混合室、４４・・流入口、４５・・ガイド板、４７・・傾斜部、５０・・開口、５１・・ＣＯ検出部、５２・・センサケース、５３・・ＣＯセンサ、５５・・排気出口。

Claims (4)

1. バーナを有するガス燃焼装置に設けられ、前記バーナの燃焼排気が流入する混合室を形成する混合ケーシングと、前記混合ケーシング内に設けられ、流入した燃焼排気中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素検出手段と、を含んでなる不完全燃焼検出装置であって、
   前記混合ケーシングの下部に設けられ、燃焼排気を所定方向に流入させる流入手段と、
   前記混合ケーシング内に設けられて前記流入手段の上方を閉塞し、前記所定方向と交差する方向で一方側から他方側へ向けて上り傾斜するガイド板と、
   前記ガイド板における上り傾斜側に設けられ、平面視で燃焼排気が流入する前記所定方向の上流側に位置する開口と、
   前記混合ケーシングの上部に設けられ、平面視で前記開口と一致しない位置に配置される排気出口と、を含み、
   前記一酸化炭素検出手段は、前記ガイド板の上側で前記混合ケーシング内に設けられることを特徴とする不完全燃焼検出装置。
2. 前記一酸化炭素検出手段は、少なくとも一部が前記排気出口の下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の不完全燃焼検出装置。
3. 前記流入手段は、前記混合ケーシングの下面を閉塞し、前記所定方向と交差する方向に形成された凹み部と、その凹み部における前記所定方向の上流側の斜面に並設された複数の流入口と、を含んでなる流入板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の不完全燃焼検出装置。
4. バーナを有する燃焼室の上部に、請求項１乃至３の何れかに記載の不完全燃焼検出装置を備えてなるガス燃焼装置。

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