JP2001263652A - ガス燃焼式温水機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部磁界による悪影響及び低温環境に起因す
る制御変動を回避し、付随して部品点数の減少による製
造コストの低減化、機器全体のコンパクト化及び出湯特
性の改善を図る。 【解決手段】 燃焼缶体２に、被加熱対象の水の供給を
受ける熱交換器３と、熱交換器を加熱する燃焼バーナ４
とを配設する。燃焼バーナに燃料ガスを供給するガス供
給管１０に対しガス流量制御弁１３を介装させ、燃焼ノ
ズル４１の１本毎にガス開閉制御弁１４を配設する。ガ
ス流量制御弁を、圧電素子駆動式の駆動部を有し電圧印
加量に応じて伸縮して弁開度が変更調整される制御弁と
する。各ガス開閉制御弁を、圧電素子駆動式の駆動部を
有し電圧の印加により開弁駆動される制御弁とする。燃
焼バーナ側への燃料ガスの供給流量をガス流量制御弁へ
の電圧の印加量により変更制御し、燃焼バーナによる燃
焼出力の変更調整を電圧印加するガス開閉制御弁の数に
より制御する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスの燃焼熱
により水を加熱して各所にお湯を供給するために用いら
れるガス燃焼式温水機に関し、特に家庭用に用いられる
給湯機や温水暖房機等に好適に適用されるものに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のガス燃焼式温水機と
して、一般家庭用に設けられる給湯機が知られている。
この給湯機は、その一例を図４に示すように入水管６を
通して水道水の供給を受ける熱交換器３と、この熱交換
器３を燃焼熱により加熱する燃焼器４′と、この燃焼器
４′に対し燃料ガスを供給するガス供給管１０′とを備
えたものである。

【０００３】上記ガス供給管１０′はＬＰＧやＬＮＧ等
の燃料ガス供給源に接続され、このガス供給管１０′に
は燃料ガス供給源側から元栓としての元ガス電磁弁１
１、燃料ガスの供給流量を変更調整する電磁比例弁１１
０及び上記燃焼器４′の燃焼能力を複数段階に切換える
複数の能力切換用電磁弁１２０が順に介装されている。
そして、台所や洗面所等に配設された末端カラン８１が
使用者により開かれて最低作動流量が検出されると上記
燃焼器４′がコントローラ１５′により燃焼作動され、
以後、リモコン（リモートコントローラ）１６に入力設
定された出湯温度になるように燃焼制御されて上記熱交
換器３から所定温度に加熱されたお湯が出湯管７を通し
て上記末端カラン８１に給湯されるようになっている。

【０００４】上記の燃焼制御においては、上記電磁比例
弁１１０による開度調整及び能力切換用電磁弁１２０に
よる開閉切換が上記コントローラ１５′により制御され
ることになる。上記電磁比例弁１１０は、その一例を図
５に示すようにガス供給管１０内の供給通路１０２に対
し開閉方向に進退可能に配設された弁体１１１と、この
弁体１１１の基端側にゴム製ダイアフラム１１２を介し
て接続されたムービングコイル１１３と、フェライト磁
石１１４と、上記弁体１１１を常時閉方向に付勢するコ
イルスプリング１１５とを備えたものである。そして、
上記ムービングコイル１１３に通電することによりフェ
ライト磁石１１４との間で反発力を生じさせ、この反発
力により弁体１１１をコイルスプリング１１５の付勢力
に抗して開方向に駆動させるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ガス燃焼式温水機においては、上記の流量制御のための
電磁比例弁１１０から発生する比較的強力な外部磁界に
より他のセンサが悪影響を受けるおそれがあり、その悪
影響を回避するために余分な部品が必要になったり、機
器全体のコンパクト化の阻害要因となったりしていると
いう不都合がある。

【０００６】すなわち、上記電磁比例弁１１０の近傍位
置に配設された入水管６には入水流量を検出する水量セ
ンサ６２が介装され、この水量センサ６２は羽根車を入
水流により回転させこの回転により生じる磁界の変化に
基づいて回転数を検出して入水流量を求めるものである
ため、上記電磁比例弁１１０からの外部磁界の影響を受
けて誤検出もしくは検出精度の低下を招くおそれがあ
る。この対策のために、上記電磁比例弁１１０と水量セ
ンサ６２とを比較的大きい距離を隔てて配置すると給湯
機全体のコンパクト化の阻害要因になったり、上記外部
磁界の影響を遮断するための防磁板１１６を間に配設す
ると部品点数の増大化・製造コストの増大化等を招いた
りしている。特に、給湯機等の家庭用に用いられるガス
燃焼式温水機の分野においては、上記コンパクト化の阻
害、部品点数の増大化あるいは製造コストの増大化は大
きな問題となっている。

【０００７】また、上記電磁比例弁１１０自体において
は、低温の影響を受けてフェライト磁石１１４やゴム製
ダイアフラム１１２の特性が変化しガス流量制御量の精
度が低下するという問題がある。すなわち、例えば給湯
機が冬期の低温環境に晒されると、フェライト磁石１１
４の磁力低下や、ダイアフラム１１２の伸縮率変化を招
く結果、弁体１１１の駆動量が変化してガス供給流量の
制御量の変化を招き制御精度が低下してしまうことにな
る。特に、給湯機が屋外配置の場合には強い低温環境に
晒されるため上記制御精度の低下も大きくなる傾向とな
る。これらの結果、特に使用者が出湯されるお湯を直接
利用するような給湯機等において、設定出湯温度として
同じ温度値を設定したとしても季節等の変動により現実
の出湯温度に変動を生じ快適性を損なうおそれもある。

【０００８】さらに、上記電磁比例弁１１０や能力切換
用電磁弁１２０等の制御に基づくガス供給に関する制御
は、その制御精度や制御応答性の如何が燃焼熱の如何に
直接影響するため、ガス燃焼式温水機の出湯特性の良否
に直接的に影響することになる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その主な目的とするところは、ガス燃焼
式温水機において外部磁界による悪影響及び低温環境に
起因する制御変動を回避することにあり、付随して部品
点数の減少による製造コストの低減化、機器全体のコン
パクト化及び出湯特性の改善を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被加熱対象である水の供給を受ける熱交
換器と、この熱交換器を燃焼熱により加熱する燃焼器
と、この燃焼器に対し燃料ガスを供給するガス供給手段
とを備えたガス燃焼式温水機を対象として、以下の特定
事項を備えるものである。すなわち、上記ガス供給手段
として、上記燃焼器に対する燃料ガスの供給を開閉切換
えもしくは供給流量可変に切換えるガス制御弁を備えた
ものとし、上記ガス制御弁として、電圧の印加により伸
縮して弁体を開閉方向に進退駆動する圧電素子駆動式の
制御弁により構成することを特定事項とするものであ
る。

【００１１】上記「ガス制御弁」としては、ガス供給手
段を構成するガス供給通路に介装されてそのガス供給通
路の開度を変更調整することにより燃料ガスの供給流量
を変更制御するガス流量制御弁や、ガス供給手段を構成
するガス供給通路の下流端側に介装されて燃焼器を構成
する複数の燃焼ノズルに対し個別に燃料ガスの供給切換
えを行うガス開閉制御弁が挙げられる。上記ガス流量制
御弁としては、上記ガス供給通路に対し開閉方向に進退
可能に配設された弁体と、電圧の印加量に応じて伸縮し
て上記弁体を進退駆動させる圧電素子駆動式の駆動部と
を備える構成とすればよい。また、上記ガス開閉制御弁
としては、上記ガス供給通路に対し開閉方向に進退可能
に配設された弁体と、電圧の印加により伸縮して上記弁
体を開閉駆動させる圧電素子駆動式の駆動部とを備える
構成とすればよい。

【００１２】なお、本発明が適用される「ガス燃焼式温
水機」は、燃料ガスを燃焼させてその燃焼熱により水を
加熱するものである。例えば給湯機や温水暖房機等が挙
げられ、特に家庭用の用途に使用されるものに好適に適
用される。

【００１３】上記の本発明の場合には、燃料ガスの供給
を開閉切換えもしくは供給流量可変に切換えるガス制御
弁が圧電素子駆動式の制御弁により構成されているた
め、その制御に対する応答性が従来の電磁駆動式の制御
弁と比べ向上し、これにより、燃焼器の燃焼制御の応答
性及び精度の向上が図られる結果、ガス燃焼式温水機の
出湯特性の向上が図られる。特に低温環境等の温度変動
に起因する制御変動がなく、上記従来の電磁駆動式制御
弁と比べ制御精度が向上するため、ガス燃焼式温水機の
燃焼制御の制御精度の向上、ひいては出湯特性の向上が
図られる。その上に、消費電力の低減化及びガス制御弁
の小型・軽量化も図られることになる。

【００１４】また、上記ガス制御弁がガス流量制御弁で
ある場合には、その近傍に配設される水量センサや温度
センサ等の他のセンサに対する外部磁界の影響を可及的
に抑制することが可能になる。このため、上記他のセン
サをガス制御弁に近接して配置することが可能になる上
に、従来必要であった防磁板等の部品を不要とすること
が可能になる。これにより、ガス燃焼式温水機全体のコ
ンパクト化及び部品点数削減による製造コストの低減化
を図ることが可能になる。

【００１５】さらに、上記ガス制御弁が各燃焼ノズルに
対するガス開閉制御弁である場合には、燃焼器の燃焼能
力の変更切換制御が上記の如き制御応答性及び制御精度
の向上により従来配設されていた能力切換用の電磁弁よ
りも容易かつ確実に行い得ることになる。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のガス燃
焼式温水機によれば、従来問題であった外部磁界による
悪影響や、低温環境による制御量変動を共に解消するこ
とができ、これにより、ガス燃焼式温水機全体のコンパ
クト化、部品点数削減による製造コストの低減化、及
び、制御精度の向上による出湯特性の向上を共に図るこ
とができるようになる。この結果、給湯機等の家庭用の
ガス燃焼式温水機として、極めて好適な製品を提供する
ことができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明のガス燃焼式温水機を給湯
機に適用した実施形態を示す。なお、従来技術で例示し
た給湯機と同じ構成要素については同じ符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。

【００１９】図１において、１はハウジング、２は燃焼
缶体であり、この燃焼缶体２内には熱交換器３と、燃焼
器としての燃焼バーナ４とが配設され、下側には燃焼用
空気を供給する送風ファン５が設けられている。

【００２０】上記熱交換器３には、接続口６１により水
道管と接続されて上記熱交換器３に水道水を供給する入
水管６と、上記熱交換器３において加熱されたお湯を出
湯させる出湯管７とが互いに連通して結合されている。
出湯管７は接続口７１により給湯管８と接続され、この
給湯管８を通して台所や洗面所等の家庭内の各所の末端
カラン８１に給湯されるようになっている。上記入水管
６には入水流量を検出する水量センサ６２と、入水温度
を検出する入水温度センサ６３とが介装され、上記出湯
管７には、熱交換器３からの出湯温度を検出する出湯温
度センサ７２と、給湯量制御弁７３と、上記各末端カラ
ン８１に給湯される給湯温度を検出する給湯温度センサ
７４とが介装されている。上記各温度センサ６３，７
２，７４は例えばサーミスタ等により構成されている。

【００２１】また、上記入水管６と出湯管７との間には
バイパス管９が接続され、このバイパス管９の途中には
入水管６からの水道水のバイパス流量を調整するバイパ
ス流量調整弁９１が介装されている。

【００２２】上記燃焼バーナ４は複数本（図例では８
本）の燃焼ノズル４１，４１，…（図２も併せて参照）
を備えたものであり、この各燃焼ノズル４１には、接続
口１０１により燃料ガス供給源側と接続されて上記各燃
焼ノズル４１に燃料ガスを供給するガス供給管１０が接
続されている。このガス供給管１０には燃料ガス供給源
側から順に元栓としての元ガス電磁弁１１と、燃料ガス
の供給圧力を調整する機械式のガバナ１２と、燃料ガス
の供給流量を調整するガス流量制御弁１３とが介装さ
れ、上記ガス供給管１０の下流端側には上記各燃焼ノズ
ル４１毎にガス開閉制御弁１４（図２も併せて参照）が
個別に設けられている。この各ガス開閉制御弁１４の開
閉切換制御により、ガス供給管１０内のガス供給通路１
０２から上記複数の燃焼ノズル４１，４１，…へのガス
供給を選択的に切換えて、つまり燃焼作動させる燃焼ノ
ズル本数を変更調整して燃焼出力の変更調整を行うよう
になっている。

【００２３】上記ガス流量制御弁１３は圧電素子駆動式
のガス制御弁により構成されている。すなわち、上記ガ
ス流量制御弁１３は、図３に示すようにガス供給管１０
内のガス供給通路１０２に対し開閉方向に進退可能に配
設された弁体１３１と、この弁体１３１を閉方向に常時
付勢する付勢部材としてのコイルスプリング１３２と、
上記弁体１３２を進退駆動させる圧電素子駆動式の駆動
部１３３とを備えている。この駆動部１３３は積層型圧
電素子１３４を備え、電圧の印加量に応じて伸縮して上
記弁体１３１を進退させるようになっている。

【００２４】すなわち、上記弁体１３１は上記積層型圧
電素子１３４に対する電圧印加が遮断された状態で上記
コイルスプリング１３２の付勢力により弁座１０３に着
座されてガス供給通路１０２を閉状態（図３に実線で示
す状態）に保つ一方、上記積層型圧電素子１３４に電圧
を印加するとその積層型圧電素子１３４が伸長して上記
弁体１３１を上記コイルスプリング１３２の付勢力に抗
して弁座１０３から離座させ、ガス供給通路１０２を開
状態（図３に一点鎖線で示す状態）に変換させることに
なる。そして、上記電圧の印加量を変更調整することに
より上記積層型圧電素子１３４の伸縮量が変更される
と、上記弁座１０３と弁体１３１との間の開度が変更さ
れてその開度に応じた供給流量の燃料ガスが通過するこ
とになる。なお、図３中１３５，１３６はシール部材、
１３７はプラグ部材、１３８はこのプラグ部材１３７に
挿通されて上記積層型圧電素子１３４に電圧を印加する
電圧供給ラインである。

【００２５】また、上記各ガス開閉制御弁１４も、上記
と同様の圧電素子駆動式の駆動部１４１を備えたガス制
御弁により構成されており、電圧印加が遮断された状態
で弁体１４２を着座させてガス供給通路１０２を閉状態
（図２に実線で示す状態）に保つ一方、所定電圧の印加
により上記駆動部１４１が伸長して上記弁体１４２を離
座させ、ガス供給通路１０２を開状態（図３に一点鎖線
で示す状態）に切換えるようになっている。

【００２６】以上のガス供給管１０、元ガス電磁弁１
１、ガス流量制御弁１３及び各ガス開閉制御弁１４等に
より本発明のガス供給手段が構成されている。

【００２７】上記の元ガス電磁弁１１、ガス流量制御弁
１３及び各ガス開閉制御弁１４の作動と、燃焼バーナ４
に対する着火作動とはＭＰＵやメモリー等を備えたコン
トローラ１５（図１参照）により制御されるようになっ
ており、これにより、使用者の希望する所定温度のお湯
が各末端カラン８１から利用し得るようになっている。
すなわち、各種指令の入力設定や状態表示を行うための
リモコン１６に対し使用者が出湯温度の設定値を入力し
た状態でその使用者が末端カラン８１を開くと、水量セ
ンサ６２から最低作動水量以上の流量検出を受けて上記
コントローラ１５により元ガス電磁弁１１、ガス流量制
御弁１３及び各ガス開閉制御弁１４が開作動されて燃焼
バーナ４の燃焼作動が開始され、以後、上記設定出湯温
度に応じた燃焼出力となるように燃焼制御されることに
なる。この燃焼制御は、上記ガス流量制御弁１３に対し
上記設定出湯温度に応じた開度（供給流量）になるよう
に印加する電圧値を変更調整する一方、燃焼作動を継続
させる燃焼ノズル本数が上記設定出湯温度に応じた燃焼
出力（燃焼能力）になるように選択され該当する各燃焼
ノズル４１，４１，…に対応するガス開閉制御弁１４，
１４，…が電圧印加により開状態にされる。

【００２８】以上の給湯機においては、ガス流量制御弁
１３が従来の電磁比例弁１１０（図４参照）と比べ外部
に対する磁界の影響を可及的に少なくし得る上に、大幅
に小型・軽量化されることになる。このため、従来は上
記外部磁界による影響を排除するために設けられていた
防磁板１１６を省略して部品点数を削減し得る上に、上
記ガス流量制御弁１３と水量センサ６２や各温度センサ
６３等との距離を縮めて配置することができるようにな
る。これにより、製造コストの低減化、各部品のレイア
ウトの自由度増大、及び、給湯機全体のよりコンパクト
化を実現し得るようになる。しかも、低温環境に起因す
る制御精度の低下のおそれも解消することができ、より
確実な燃焼制御によって出湯特性の改善を図ることがで
きるようになる。

【００２９】加えて、ガス開閉制御弁１４を圧電素子駆
動式の制御弁とすることで従来の能力切換用電磁弁１２
０と比べ大幅に小型化し得るため、燃焼ノズル４１，４
１，…の１本毎に配設することができるようになり、こ
れにより、各燃焼ノズル４１毎について燃焼作動の切換
えを行うことができるようになる。このため、従来は複
数の燃焼ノズルを１グループとして１つの燃焼能力切換
用電磁弁１２０により燃焼切換えをグループ毎に行って
いたのに対し、より精密な燃焼能力の切換えを行うこと
ができる。これにより、より精密な燃焼制御を実現し得
る上に、燃料ガスの消費量の低減化をも図ることができ
るようになる。なお、上記各ガス開閉制御弁１４を燃焼
ノズル４１，４１，…に対し例えば２本毎もしくは３本
毎に１つ配設するようにしてもよい。

【００３０】さらに、上記に加え、給湯機全体としての
弁駆動に要する消費電力の低減化をも付随して得ること
ができるようになる。

【００３１】＜他の実施形態＞本発明は、上記実施形態
に限らず、以下の如く種々の実施形態を包含するもので
ある。すなわち、上記実施形態では、ガス流量制御弁１
３に加え、各燃焼ノズル４１毎に配設されたガス開閉制
御弁１４，１４，…を備えるようにしているが、これに
限らず、上記ガス開閉制御弁１４，１４，…を各燃焼ノ
ズル４１毎に配設する場合には、上記ガス流量制御弁１
３を省略してもよい。すなわち、各燃焼ノズル４１毎に
設けたガス開閉制御弁１４，１４，…の選択的作動制御
によって複数の燃焼ノズル４１，４１，…を個別かつ選
択的に燃焼作動させて極めて精密な燃焼出力（燃焼能
力）の変更制御が可能になるため、上記ガス流量制御弁
１３による上流側での燃料ガスの供給流量調整に基づく
燃焼出力の変更調整を不要にすることが可能となるため
である。このようにすることにより、部品点数の削減に
加えて、そのガス流量制御弁１３によるガス供給流量の
制御等を省略して制御の簡易化を図ることができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す全体模式図である。

【図２】図１の燃焼バーナ近傍の拡大断面説明図であ
る。

【図３】ガス流量制御弁の拡大断面説明図である。

【図４】従来のガス燃焼式温水機の例として給湯機を示
す図１対応図である。

【図５】図４の給湯機に用いられているガス供給流量調
整用の電磁比例弁の拡大断面説明図である。

【符号の説明】

３ 熱交換器 ４ 燃焼バーナ（燃焼器） １０ ガス供給管（ガス供給手段） １３ ガス流量制御弁（ガス制御弁） １４ ガス開閉制御弁（ガス制御弁） １０２ ガス供給通路 １３１ 弁体 １３３ 駆動部 １４１ 駆動部 １４２ 弁体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱対象である水の供給を受ける熱交
   換器と、この熱交換器を燃焼熱により加熱する燃焼器
   と、この燃焼器に対し燃料ガスを供給するガス供給手段
   とを備えたガス燃焼式温水機において、 上記ガス供給手段は、上記燃焼器に対する燃料ガスの供
   給を開閉切換えもしくは供給流量可変に切換えるガス制
   御弁を備え、 上記ガス制御弁は、電圧の印加により伸縮して弁体を開
   閉方向に進退駆動させる圧電素子駆動式の制御弁により
   構成されていることを特徴とするガス燃焼式温水機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガス燃焼式温水機であっ
   て、 ガス制御弁は、ガス供給手段を構成するガス供給通路に
   介装されてそのガス供給通路の開度を変更調整すること
   により燃料ガスの供給流量を変更制御するガス流量制御
   弁であり、 上記ガス流量制御弁は、上記ガス供給通路に対し開閉方
   向に進退可能に配設された弁体と、電圧の印加量に応じ
   て伸縮して上記弁体を進退駆動させる圧電素子駆動式の
   駆動部とを備えている、ガス燃焼式温水機。
3. 【請求項３】 請求項１記載のガス燃焼式温水機であっ
   て、 燃焼器は複数の燃焼ノズルを備えガス制御弁は、ガス供
   給手段を構成するガス供給通路の下流端側に介装されて
   上記各燃焼ノズルに対し燃料ガスの供給切換えを行うガ
   ス開閉制御弁であり、 上記ガス開閉制御弁は、上記ガス供給通路に対し開閉方
   向に進退可能に配設された弁体と、電圧の印加により伸
   縮して上記弁体を開閉駆動させる圧電素子駆動式の駆動
   部とを備えている、ガス燃焼式温水機。