JP2522978B2 - ガス燃焼機器の空燃比調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、装置をコンパクト化するために、ガス供給
量に比例した量の空気を強制的にガスバーナに供給する
ようにした、電気比例制御方式によるガス燃焼機器の空
燃比調整装置に関する。

（従来技術） この種のガス燃焼機器においては、良好な燃焼状態を
得るためには、ガスバーナに対するガス供給量と空気供
給量の比率（以下単に空燃比という）が所定の値となる
ように、各供給量を互いに関連して正確に制御する必要
があり、この空燃比が所定の値から離れると炎のリフト
やバックファイアあるいは不完全燃焼等の異常燃焼を生
ずる。しかしてこの空燃比はガス燃焼機器に供給される
ガス種による異なった値とする必要があるので、ガス燃
焼機器が設置された地域のガス種が転換される場合等に
は空燃比の調整を行う必要がある。

この種の空燃比を正確に制御する必要があるガス燃焼
機器においては、この種の調整をメインノズルの交換や
ガス圧ガバナの調整等のみによって済ませることはでき
ず、ガス供給路に設けた比例電磁弁の最小及び最大開度
並びに空気を供給する電動ファンの最小及び最大回転数
の調整をも、電子制御装置に設けた可変抵抗器により行
う必要がある。しかしてこのような調整はガス燃焼機器
を最小負荷状態と最大負荷状態において実際に作動さ
せ、バーナに点火して行っている。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来技術においては、ガス種転換の際にお
ける相当大幅な空燃比の調整をすべて可変抵抗器等によ
り行っているので、調整に手間がかかるという問題があ
る。また実際にガスバーナに点火して空燃比の調整を行
っているので、その調整の過程において空燃比が所定の
値から大きく離れて異常燃焼を生じることがあり、この
ため場合によっては一旦ガス燃焼機器の作動を停止させ
てから再び作動させて調整を行う必要があるので、調整
に一層手間がかゝるという問題がある。本発明は、出湯
温度を設定温度に維持するために特に精度を要する比例
電磁弁の最小及び最大開度の調整の手間を減少させるこ
とにより、このような問題を解決しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） このために、本発明によるガス燃焼機器の空燃比調整
装置は、添付図面に例示する如く、印加電流に応じて開
度が連続的に変化してガスバーナ10へのガス供給量を制
御する比例電磁弁30と、この比例電磁弁の最大及び最小
開度を調整する調整装置60と、この調整装置が接続され
て前記調整された最小及び最大開度の範囲内において前
記比例電磁弁30の開度が変化するように同比例電磁弁へ
の印加電流を制御する電子制御装置50を備えたガス燃焼
機器の空燃比調整装置において、前記調整装置60は、ガ
ス燃焼機器の本体に取り付けられて前記比例電磁弁30の
最小開度及び最大開度の微細な調整をそれぞれ行う２個
の可変抵抗器61,62と、前記本体に着脱可能に取り付け
られるアダプタ70内に設けられそれぞれ前記各可変抵抗
器61,62の少なくとも一端に同時に着脱可能に接続され
て前記比例電磁弁30の最小開度及び最大開度の大まかな
調整をそれぞれ行う２組の固定抵抗器71,72,75,76より
なることを特徴とするものである。

（作用） アダプタ70は、各ガス種の最小及び最大開度に対応す
るように２組の各固定抵抗器71,72,75,76の値を変えた
ものが予め用意されている。ガス種の転換の際には、ま
ずそれまで使用していたアダプタ70をガス燃焼機器の本
体から取り外し、新しいガス種に対応するアダプタ70を
取り付けることにより２組の71,72,75,76を同時に交換
する。これにより、比例電磁弁30の最小及び最大開度の
大まかな調整がなされ、次いで各可変抵抗器61,62によ
り最小及び最大開度の微細な調整を行ってガス供給量の
変化特性を調整する。そして任意の手段により別途空気
供給量の変化特性を調整して、空燃比を調整する。

（発明の効果） 上述の如く、本発明によれば、ガス種転換の際の比例
電磁弁の最小及び最大開度の調整は、先ずアダプタの取
替により大まかに行った後、可変抵抗器により行ってい
るので、ガス供給量の変化特性を正確に調整できると同
時に調整に要する手間も減少し、これにより空燃比調整
の精度は向上し手間も減少する。また、アダプタの取替
により直ちに比例電磁弁の最小及び最大開度の大まかな
調整がなされることによりガス供給量の変化特性の大ま
かな調整がなされるので、空燃比の大幅なずれにより調
整の過程において好ましくない異常燃焼を生ずるという
問題はなくなる。従ってガス燃焼供給の作動状態を中断
することなく調整を行うことができるので、調整に要す
る手間を減少させることができる。

（実施例） 以下に添付図面に示す実施例により、本発明の説明を
する。

先ず、本発明が適用される瞬間ガス湯沸器の構造につ
き説明する。

第１図に示す如く、瞬間ガス湯沸器の内胴19内の下部
には、並列に配置された第１部分バーナ11と第２部分バ
ーナ16よりなるメインバーナ10が設けられ、内胴19の下
側には電動ファン40が設けられている。電動ファン40に
より内胴19内に送り込まれた燃焼用空気は、第１及び第
２メインノズル23,24から噴出する各ガス量とほゞ比例
した量が一次空気として各供給口12,17から各部分バー
ナ11,16内に吸入され、ガスと一次空気の混合ガスは各
バーナヘッド13,18から噴出し、残りの燃焼用空気と混
合して燃焼する。メインバーナ10へのガス供給通路20に
は供給源側より元電磁弁25と比例電磁弁30が設けられ、
その下流側は第１及び第２分岐路21,22に分岐され、各
分岐路21,22の途中にはそれぞれ第１及び第２切替電磁
弁26,27が設けられ、各先端には前記第１及び第２メイ
ンノズル23,24が設けられている。

比例電磁弁30は、ソレノイド32への印加電流に応じて
ガス弁体33を制御し、弁本体31に形成した弁口31aの開
度を連続的に変化させてガスの二次圧を制御し、メイン
バーナ10へのガス供給量を変化させるものである。この
比例電磁弁30は、ソレノイド32への印加電流とガスの二
次圧とが常にほゞ一定の関係になるように制御するガバ
ナ機能を有するもので、例えば第１部分バーナ11のみを
使用する場合と、両部分バーナ11,16を使用する場合
に、印加電流は同一でも、開度が変化してガスの二次圧
は変らないので、ガスの供給量は二倍となる。後述の如
く、両部分バーナ11,16を使用した状態におけるこのガ
ス供給量の変化に応じて前記電動ファン40の回転速度も
変化し、各部分バーナ11,16に供給されるガスと空気の
混合比は常に所定の範囲内に保たれるようになってい
る。本実施例の比例電磁弁30においては、ロッド35と弁
本体31の間にダイヤフラム37を設け、その一側をガス源
に連通する弁室にすると共に他側を大気に連通し、これ
によりガス源の圧力が上昇した場合には大気との圧力差
により比例電磁弁30の開度を減少するようにして、ガス
源圧力の変動によるメインバーナ10へのガス供給量の変
動を減少させている。元電磁弁25及び各切替電磁弁26,2
7は単に開閉のみを行うものである。

第１図に示す如く、内胴19の上方には熱交換器45が設
けられ、その一端には給水管46が接続され、他端には先
端部に給湯栓48を有する給湯管47が接続されている。給
湯栓48を開いた状態において給水管46から供給される給
水は熱交換器45を通過する際にメインバーナ10により加
熱されて所定の出湯温度となり、給湯栓48より出湯され
る。給水管46には通水量が所定の最低通水量以上となっ
たことを検出する水流スイッチ等の水流センサ56が設け
られ、給湯管47には出湯温度を検出するサーミスタ等の
湯温センサ57が設けられている。

瞬間ガス湯沸器の作動を制御する電子制御装置50は、
マイクロプロセッサ（以下単にCPUという）51と、記憶
装置52とインターフェイスを主要な構成要素としてい
る。CPU51にはインターフェイスを介して、出湯温度を
設定する湯温設定装置55と、前記水流センサ56及び湯温
センサ57と、電動ファン40の回転速度を検出する回転速
度センサ41と、負荷設定装置80が接続されている。負荷
設定装置80は、第１図に示す如く、第１及び第２端子8
1,82並びに中間端子83を有し、第１及び第２端子81,82
は互いに別個にインターフェイスを介してCPU51に接続
されると共にそれぞれ高抵抗84,85を介してＥなる電圧
の電源に接続され、一方中間端子83は接地されている。

また、CPU51には調整装置60がインターフェイスを介
して接続されている。第１図に示す如く、調整装置60
は、比例電磁弁30の最小及び最大開度並びに電動ファン
40の最小及び最大回転数をそれぞれ調整する４個のポテ
ンショメータ61〜64と、各ポテンショメータ61〜64の両
端に各コネクタａ〜ｊを介して接続される固定抵抗器71
〜78よりなり、各ポテンショメータ61〜64は瞬間ガス湯
沸器の本体に直接取り付けられると共に各スライド接点
61a,62a,63a,64aはインターフェイスを介してCPU51に接
続され、また各固定抵抗器71〜78は前記本体に着脱可能
に取り付けられるアダプタ70内に設けられている。各コ
ネクタａ〜ｊは本体側に固定されたソケットとアダプタ
70側に固定されたプラグよりなり、各プラグを同時に各
ソケットに挿入することによりアダプタ70は瞬間湯沸器
の本体に取り付けられる。これにより各固定抵抗器71〜
78は各ポテンショメータ61〜64の両端に同時に着脱可能
に接続される。図示の如く、各固定抵抗器71〜74の一端
は互いに連結されコネクタｅを介してＥなる電圧の電源
に接続されると共にその各他端はコネクタａ〜ｄを介し
て各ポテンショメータ61〜64の一端に接続され、また各
固定抵抗器75〜78の一端は互いに連結されコネクタｊを
介して接地されると共にその各他端はコネクタｆ〜ｉを
介して各ポテンショメータ61〜64の他端に接続されてい
る。これにより、アダプタ70を固定抵抗器71〜78の値が
異なるものと交換したり、ポテンショメータ61〜64を調
整したりすれば、各スライド接点61a,62a,63a,64aの電
位が変化して、CPU51より出力される前記最小及び最大
開度ならびに最小及び最大回転数の指令値が変更される
ようになっている。アダプタ70は、各ポテンショメータ
61〜64のスライド接点61a,62a,63a,64aを中央付近に位
置させた状態において、各ガス種に応じた所定の最小及
び最大開度並びに最小及び最大回転数がほぼ得られるよ
うに各固定抵抗器71〜78の値を選択したものを、各ガス
種毎に予め用意しておくものとする。更に、CPU51には
インターフェイスを介して、元電磁弁25と、比例電磁弁
30と、第１及び第２切替電磁弁26,27と、電動ファン40
が接続されている。

電子制御装置50は、第１図に示す瞬間ガス湯沸器の作
動に際し、第３図のフローチャートに示す如く、先ずス
テップ100において水流センサ56により給水管46の通水
量を検知し、給湯栓48を開いてこの通水量が所定の最低
通水量以上となればステップ101に進み電動ファン40を
作動させて所定時間のプリパージを行った後、ステップ
102において元電磁弁25と第１切替電磁弁26を開いて点
火装置（図示省略）により第１部分バーナ11より噴出す
るガスに点火し、続いてステップ103において第２切替
電磁弁27を開いて第２部分バーナ16より噴出するガスに
も点火する。この間は比例電磁弁30は緩点火に必要な最
低のガス量を供給する開度となっている。以上により緩
点火動作が終了した後は、ステップ104に進んで電子制
御装置50は通常燃焼制御を行い、ステップ105により給
水管46の通水量が所定の最低通水量以上であればステッ
プ104を繰り返して通常燃焼制御を行い、給湯栓48を閉
じて給水管46の通水量が最低通水量以下となれば作動を
停止する。

通常燃焼制御状態においては、電子制御装置50は湯温
センサ57により検出される出湯温度を湯温設定装置55に
より使用者が設定した設定温度と比較し、比例電磁弁30
への印加電流を変化させてその開度を変化させ、メイン
バーナ10に供給するガス量を変化させて出湯温度が設定
温度となるように制御する。また、電子制御装置50は比
例電磁弁30の開度の増大に応じて電動ファン40への印加
電圧を増大させ、その回転数を増加させて空燃比を所定
の値に保つようにするものであり、その特性は例えば第
２図の特性Ａに示す通りである。特性Ａは最小負荷状態
a1と最大負荷状態a2の間をそのガス種に応じた所定の空
燃比が常に得られるような曲線で結んだものであり、単
位発熱量、ガス圧、燃焼特性等が異なるガス種毎に特性
Ｂ、特性Ｃ等の如くそれぞれ特性を設定する必要があ
る。本実施例においては、CPU51はポテンショメータ61
及び62のスライド接点61a及び62aの電位に基づいて比例
電磁弁30の最小開度V1及び最大開度V2を演算し、またポ
テンショメータ63及び64のスライド接点63a及び64aの電
位に基づいて電動ファン40の最小回転数N1及び最大回転
数N2を演算し、中間の形状を定める基準マップにより特
性A,B,C等を設定するようになっている。使用するガス
種の切換え等による空燃比の調整は、先ずアダプタ70を
そのガス種に応じたものと取り換えることにより大まか
に行い、次に各ポテンショメータ61〜64により微細な調
整を行う。これにより各特性は、瞬間ガス湯沸器の空燃
比を使用するガス種に応じた所定の値に保つような特性
となるように調整される。以上の動作を行うための制御
プログラム、微細調整プログラム及び基準マップ等は記
憶装置52のROMに記憶されている。

次に本実施例による微細な空燃比の調整動作を、第４
図に示すフローチャートにより説明する。この動作は、
第３図による通常燃焼制御が行わわれる間中、所定の小
時間毎に割込信号が発せられる都度、繰り返して実行さ
れる。なお、最小負荷状態に対する最小開度V1及び最小
回転数N1の調整は図略のプラグにより第１端子81を中間
端子83に短絡し、その電位を０として行い、また最大負
荷状態に対する最大開度V2及び最大回転数N2の調整は第
２端子82を中間端子83に短絡し、その電子を０として行
う。

先ずステップ110において、電子制御装置50は中間端
子83が第１又は第２端子81,82に短絡されているか否か
を両端子の電位により判断し、何れも短絡されていない
すなわち空燃比調整状態でなけれは、第３図における先
の割込位置の次のステップに戻って通常燃焼制御を続行
する。最小負荷状態の調整のために第１端子81と中間端
子83の間をプラグにより短絡すれば、電子制御装置50は
ステップ110を経てステップ111に進み、元電磁弁25、第
１及び第２切替電磁弁26,27への印加電流を０として此
等の各電磁弁を閉じる（点火装置も作動しないようにす
る）。次いでステップ112の判断を経てステップ113に進
んで、電子制御装置50は比例電磁弁30の開度と電動ファ
ン40の回転数を最小状態に設定して作動させるが、各電
磁弁25,26,27は閉じているのでメインバーナ10に点火さ
れない。この状態においてポテンショメータ61を手動に
より調整してステップ114の最小開度V1の微細な調整を
行い、続いてポテンショメータ63を手動により調整して
ステップ115の最小回転数N1の微細な調整を行う。此等
の微細な調整は比例電磁弁30への印加電流及び電動ファ
ン40の回転数（又は印加電圧）を測定器により測定し、
それぞれの値がそのガス種に応じて予め実験等により定
められた所定の最小値となるようにポテンショメータ6
1,63を調整することにより行なう。このステップ114と1
15は順序を入れ替えてもよいし、あるいはこの両ステッ
プを１ステップとして両調整を任意の順序で行えるよう
にしてもよい。続くステップ119においてプラグを抜い
て中間端子83と第１端子81間の短絡を解除すれば、電子
制御装置50は、第３図の通常制御のスタート位置に制御
動作を戻す。

次いで最大負荷状態の調整のために第２端子82と中間
端子83の間のプラグにより短絡すれば、前記同様にして
ステップ110〜112の動作がなされた後、ステップ112か
らステップ116〜118に進む。ステップ116〜118におい
て、前記ステップ113〜115と同様、ポテンショメータ62
及び64を手動により調整することにより最大開度V2及び
最大回転数N2の微細な調整を行った後、ステップ119に
おいてプラグを抜けば、第３図の通常制御のスタート位
置に制御動作は戻る。以上により空燃比の微細な調整は
終了する。なお、この調整は最大負荷状態を先に、最小
負荷状態を後に行ってもよい。

なお、個々のガス燃焼機器の設置状態等の違いに対す
る空燃比の最終的微調整は、上記実施例による空撚比調
整の後に、あるいは第４図のフローチャートによる微細
な調整を省略して、ガス燃焼機器を最小及び最大負荷状
態において実際に作動させ、メインバーナ10の炎を目視
しながら各ポテンショメータ61〜64を調整すればよい。
この場合における空燃比の調整範囲は僅かであるので、
異常燃焼を生ずるおそれはない。

上記実施例では、ガス種転換の際における比例電磁弁
30の最小及び最大開度並びに電動ファン40の最小及び最
大回転数の両方を、アダプタ70に設けた各固定抵抗器71
〜78及び各ポテンショメータ61〜64により調整している
が、出湯温度を設定温度に維持するために特に精度を要
する比例電磁弁30の最小及び最大開度をアダプタ70に設
けた各固定抵抗器71,72,75,76及び各ポテンショメータ6
1,62により調整し、電動ファン40の最終及び最大回転数
は別の手段により行うようにしてもよい。

また上記実施例では、比例電磁弁30の最小及び最大開
度並びに電動ファン40の最小及び最大回転数の調整は、
各電磁弁を閉じてガスバーナ10を作動させない状態で行
っているが、カスバーナ10を作動させた状態でこの調整
を行うようにしてもよい。この場合でも、アダプタの取
替により直ちに比例電磁弁30の最小及び最大開度の大ま
かな調整がなされることによりガス供給量の変化特性の
大まかな調整がなされるので、空燃比の大幅なずれによ
り調整の過程において異常燃焼を生ずる恐れは殆どな
く、従ってガス燃焼供給の作動状態を中断することなく
調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明によるガス燃焼機器の空燃比調整装置
の一実施例を示し、第１図は全体構成図、第２図は比例
電磁弁開度と電動ファン回転数の特性の説明図、第３図
は通常制御のフローチャート、第４図は空燃比調整のフ
ローチャートである。 符号の説明 10……ガスバーナ（メインバーナ）、25……開閉電磁
弁、30……比例電磁弁、40……電動ファン、50……電子
制御装置、60……調整装置、61〜64……可変抵抗器（ポ
テンショメータ）、70……アダプタ、71〜78……固定抵
抗器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加電流に応じて開度が連続的に変化して
   ガスバーナへのガス供給量を制御する比例電磁弁と、こ
   の比例電磁弁の最大及び最小開度を調整する調整装置
   と、この調整装置が接続されて前記調整された最小及び
   最大開度の範囲内において前記比例電磁弁の開度が変化
   するように同比例電磁弁への印加電流を制御する電子制
   御装置を備えたガス燃焼機器の空燃比調整装置におい
   て、前記調整装置は、ガス燃焼機器の本体に取り付けら
   れて前記比例電磁弁の最小開度及び最大開度の微細な調
   整をそれぞれ行う２個の可変抵抗器と、前記本体に着脱
   可能に取り付けられるアダプタ内に設けられそれぞれ前
   記各可変抵抗器の少なくとも一端に同時に着脱可能に接
   続されて前記比例電磁弁の最小開度及び最大開度の大ま
   かな調整をそれぞれ行う２組の固定抵抗器よりなること
   を特徴とするガス燃焼機器の空燃比調整装置。