JP2572773B2 - 燃焼装置用ゼロガバナ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス混合部にガス燃料を供給する燃料路に
流量調節用の弁体を設け、その弁体にダイヤフラムをロ
ッドで連動させ、そのダイヤフラムに閉弁方向の力を付
与する第１圧力室を、前記燃料路のうち前記弁体の下流
側に接続して形成し、前記ダイヤフラムに開弁方向の力
を付与する第２圧力室を、前記ガス混合部に燃焼用空気
を供給する空気路に接続して形成し、前記弁体に作用す
るその上流側の燃料流体圧力による開弁方向の力と前記
弁体の下流側の燃料流体圧力による閉弁方向の力との差
に起因する開弁力を減少するための補償手段を設けた燃
焼装置用ゼロガバナー、詳しくは補償手段の改良に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、第４図に示すように、燃料路（３）の弁体
（５）と第１及び第２圧力室（８），（９）に臨むダイ
ヤフラム（７）とを連結するロッド（10）に、燃料路
（３）のうち弁体（５）の上流側と第１圧力室（８）と
に臨む補償用ダイヤフラム（23）を連結し、ロッド（1
0）に作用するスプリング（13）を受座（24）のネジに
よる位置調節で付勢力調整自在に取付け、燃料路（３）
と空気路（15）をガス混合部（14）に接続し、燃料路
（３）のうち弁体（５）の下流側の連通路（25）で第１
圧力室（８）に、かつ、空気路（15）を連通路（26）で
第２圧力室（９）に接続し、ガス混合部（14）での空燃
混合比をインプット変化にかかわらず良好燃焼に好適な
設定範囲内に維持できるように構成していた。

つまり、弁体（５）には、上流側圧力P₁による開弁方
向の力F₁（＝P₁×S₁:S₁は弁体の受圧面積）と、下流側
圧力P₂による閉弁方向の力F₂（＝P₂×S₁）の差に基づく
開弁力（F₁−F₂）が、補償用ダイヤフラム（23）には、
弁体上流圧力P₁による閉弁方向の力F₃（＝P₁×S₂:S₂は
補償用ダイヤフラムの受圧面積）と、第１圧力室（８）
の圧力P₂（弁体下流側圧力）による開弁方向の力F₄（＝
P₂×S₂）の差に基づく閉弁力（F₃−F₄）が、夫々作用す
るので、これら開弁力と閉弁力をロッド（10）を介して
ほぼ相殺できるように構成し、また、弁体（５）やロッ
ド（10）等の可動部の動力をスプリング（13）による付
勢力でほぼ相殺できるように構成し、もって、ダンパー
（19）による燃焼用空気供給量の調節にかかわらず、第
１圧力室（８）の圧力P₂と第２圧力室（９）の圧力P
₃（空気路の圧力）が一定の相関に維持されるように構
成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、実際には、燃焼用空気供給量を減少させると
空燃混合比が大きく変化し、例えば第５図に示すように
燃焼用空気負荷が25〜30％程度以下では空燃混合比のズ
レが20％以上にもなって、不完全燃焼や炎のリフトを生
じ、ターンダウン比が割合に小さく、一層の改良の余地
があった。尚、第５図において、P₁はガス燃料供給圧で
あり、空燃混合比のズレは、〔（ガス燃料供給量）−
（ガス燃料理論量）〕÷（ガス燃料理論量）×100であ
る。

本発明の目的は、従来技術においてターンダウン比が
小さくなる原因を究明して、十分に大きなターンダウン
比を得られるように改良し、インプット調整巾の大きい
性能及び汎用性に優れた燃料装置用ガロガバナーを提供
する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の特徴構成は、燃料路の流量調整用の弁
体に作用するその上流側の燃料流体圧力による開弁方向
の力と前記弁体の下流側燃料流体圧力による閉弁方向の
力との差に起因する開弁力を減少するための補償手段を
形成するに、前記燃料路のうち前記弁体の上流側と、前
記第１圧力室とを区画する隔壁と、その隔壁に設けた貫
通孔を貫通して前記弁体とダイヤフラムを連結する前記
ロッドに受圧滑栓を前記貫通孔に摺動自在に内嵌して設
けるとともに、前記受圧滑栓に作用するその上流側の燃
料流体圧力による閉弁方向の力と前記受圧滑栓の下流側
の燃料流体圧力による開弁方向の力との差に起因する閉
弁力を前記ロッドに伝達するための連動部を、前記ロッ
ドと前記受圧滑栓との間に設けたことにある。

そして、第２の特徴構成においては、第１の特徴構成
の連動部を、受圧滑栓をロッドに対してその長手方向に
相対移動可能に外嵌するとともに、前記受圧滑栓と前記
ロッドの間に隙間を形成するとともに、前記受圧滑栓の
前記ロッドの長手方向における両側に間隔を設けて一対
のストッパーを配置して前記ロッドに取付け、前記第１
圧力室側の一方の前記ストッパーを、それに前記受圧滑
栓が押付けられた状態において、前記隙間を封止するよ
うに形成して構成してある。

その作用効果は次の通りである。

〔作 用〕

つまり、第４図に示した前述の従来技術においてター
ンダウン比が小さくなる原因を追究したところ、次の事
実が判明した。

補償用ダイヤフラム（23）の受圧面積S₂は、弁箱の製
作における寸法誤差がかなり大きい等のために、大きな
バラツキを生じやすく、弁体（５）の寸法精度を高め
て、弁体（５）に作用する圧力に起因する開弁力（F₁−
F₂）を設定どおりにしても、補償用ダイヤフラム（23）
に作用する閉弁力（F₃−F₄）の大きな変化のために、そ
の開弁力（F₁−F₂）と閉弁力（F₃−F₄）との差が設計値
から大きく外れるおそれがあり、そのことに起因する外
乱力が生じやすい。また、この外乱力は、弁体（５）に
よる弁の開度が小さくなるほど、かつ、主たるダイヤフ
ラム（７）の受圧面積が小さくなるほど大きな悪影響を
及ぼし、小流量にしたり、ゼロガバナーを小型化するほ
ど問題が大きくなる。

その上、補償用ダイヤフラム（23）の受圧面積S₂は、
ダイヤフラムとしての機能面から約30mm以上の直径が必
要なためにかなり大きくなり、したがって、上述の製作
誤差によるバラツキのために弁体（５）の受圧面積S₁に
対するバラツキの巾が大きくなりやすい、全体として、
上述の外乱による空燃混合比のズレが小流量時に大きく
現れるのである。

そこで、上記の新知見に基いて、補償用ダイヤフラム
に代えて受圧滑栓を設け、燃料路のうち弁体の上流側燃
料流体圧力と弁体の下流側に接続した第１圧力室の燃料
流体圧力を受圧滑栓に作用させることにより、弁体の上
流側燃料流体圧力による閉弁方向の力と弁体の下流側燃
料流体圧力による開弁方向の力との差に起因する受圧滑
栓の受ける閉弁力を、ダイヤフラムと弁体を連結するロ
ッドに連動部を介して付与させるように構成した結果、
第３図に示すように小流量時においても空燃混合比を所
定範囲内に維持できるようになり、燃焼用空気負荷が25
〜30％程度以下では良好燃焼できなかった従来技術に比
して、燃焼用空気負荷が10％程度以上で良好燃焼でき、
ターンダウン比を大巾に増大できるようになった。その
理由は次の通りである。尚、第３図において、P₁はガス
燃料供給圧であり、空燃混合比のズレは［（ガス燃料供
給量）−（ガス燃料理論量）］÷（ガス燃料理論量）×
100である。

受圧滑栓の受圧面積は、その形状にのみ依存するの
で、弁箱など他の構成部材による影響を受けず、受圧滑
栓の機械加工によって所定通りに精度良く決定でき、弁
体も同様に所定通り精度良く受圧面積を決定できるか
ら、受圧滑栓と弁体の受圧面積の相関を確実に設計通り
にでき、弁体の受ける上流側燃料流体圧力による開弁方
向の力と下流側燃料流体圧力による閉弁方向の力の差に
起因する開弁力を、受圧滑栓の受ける圧力差に起因する
閉弁力を連動部を介してロッドに伝達することによって
確実に設計通りに相殺することができるのである。

また、本発明の第２の特徴構成においては、受圧滑栓
とそれを外嵌したロッドとのあいだに隙間を形成してあ
るので、弁体が閉弁状態にあるときでも、ロッドと貫通
孔の軸芯のズレがあっても、貫通孔に対する同芯性を保
つことができ、ロッドの長手方向に抵抗無く摺動するの
で、閉弁方向に容易に移動できる。そこで、受圧滑栓の
閉弁側の端部を先窄まりに形成しておけば、これが貫通
孔の開口縁に接近したときに、貫通孔の開口断面積を急
激に減少させるので、貫通孔の内外圧差によって受圧滑
栓が閉塞側に吸引され、弁体の閉弁に先立って急速に貫
通孔を閉塞する。そして、第１圧力室側のストッパーに
よって、ロッドに対して閉弁力を伝達して閉弁を促し、
かつ、隙間を封止するようにしてあるので、貫通孔の閉
塞は維持され、閉弁の障害にはならない。

その結果、受圧滑栓は受圧面積を小さくしても十分に
所定通りに機能するから、受圧滑栓及び弁体の受圧面積
の両方を十分に小さくして、受圧滑栓と弁体の製作誤差
に伴う受圧面積のバラツキの巾を十分に小さく抑えるこ
とができ、全体として、小流量時においても外乱による
空燃混合比のズレを十分に小さく抑えて、ターンダウン
比を大幅に増大できるようになったのである。

〔発明の効果〕

以上のように、弁体に加わる開弁力を、受圧滑栓の受
ける閉弁力をロッドに伝達することで相殺することがで
き、また、受圧滑栓は、ロッドと貫通孔の軸芯のズレが
あってもロッドの長手方向に抵抗無く摺動するので、閉
弁方向に容易に移動でき、急速に貫通孔を閉塞でき、さ
らに、第１圧力室側のストッパーによって隙間が封止さ
れるようにしておけば、閉弁の障害にはならないので、
小流量時においても外乱による空燃混合比のズレを十分
に小さく抑えて、ターンダウン比を大幅に増大できるよ
うになった。

その結果、ターンダウン比が十分に大きくて、インプ
ット調整巾の大きい性能及び汎用性に優れた燃焼装置用
ゼロガバナーを提供できるようになった。

ちなみに、前述の従来技術ではインプット調整巾が
約:3程度以下であり、1:5以上のインプット調整巾が要
求される給湯器等に対応できなかったが、本発明によれ
ば1:7もの大きいインプット調整巾が得れ、給湯器等に
も十分に対応でき、全一次燃焼式バーナの特徴、つまり
燃焼効率が良くて燃焼室負荷を極めて大きくできる点を
活かした、小型で大能力の給湯器を安価に得られた。

〔実施例〕

次に、第１図及び第２図により実施例を示す。

弁箱（１）を第１ないし第６部材（1a）ないし（1f）
のボルトとナット（２）の共締めで形成し、供給路
（３）の入口側と出口側を形成する２本のパイプ（4
a），（4b）を第４部材（1d）に接続し、第３部材（1
c）と第５部材（1e）の間の燃料路（３）を入口側と出
口側に区画する隔壁（1g）を設け、第３部材（1c）と第
５部材（1e）に、弁体（５）に対する開口を隔壁（1g）
より入口側に配置して形成すると共に、連通用開口（6
a），（6b）を隔壁（1g）より出口側に配置して形成し
てある。

第１ないし第３部材（1a）ないし（1c）で形成した空
間内に、ダイヤフラム（７）を設けて第１圧力室（８）
と第２圧力室（９）を区画形成し、第５部材（1e）の開
口を開閉して燃料路（３）の流量調整を実行する弁体
（５）を、ロッド（10）によりダイヤフラム（７）に連
動連結し、第３部材（1c）にはロッド（10）を貫通させ
る貫通孔（30）を設け、その貫通孔（30）に摺動自在に
内嵌し、かつ、その開口を閉じる受圧滑栓（11）をロッ
ド（10）に取付けてある。

ダイヤフラム（７）に取付けた受座（12）と第３部材
（1c）の間に、ダイヤフラム（７）を上昇付勢するコイ
ルスプリング（13）を設けて、弁体（５）、受圧滑栓
（11）、ロッド（10）、受座（12）などの重量をコイル
スプリング（13）の上昇付勢力でほぼ相殺できるように
構成してある。

燃料路（３）をガス混合部（14）に接続し、ブロワ
（Ｂ）からの空気路（15）をガス混合部（14）に接続
し、ガス混合部（14）において燃料路（３）からのガス
燃料と空気路（15）からの燃焼用空気を混合し、その混
合ガスを全一次燃焼式表面燃焼バーナ（16）に供給する
ように構成してある。（17a），（17b）はオリフィスで
ある。

燃料路（３）のうち弁体（５）の下流側に第３部材
（1c）の連通用開口（6a）で第１圧力室（８）を接続
し、空気路（15）に導圧路（18）で第２圧力室（９）を
接続し、燃料路（３）のダンパー（19）による燃焼用空
気供給量の調節にかかわらず、ダイヤフラム（７）によ
る弁体（５）の開度調節によりガス混合部（14）におけ
る空気比が約0.9〜1.9の範囲に自動的に維持されるよう
に構成してある。

つまり、ダンパー（19）が開かれて燃焼用空気供給量
を増大すると、第２圧力室（９）が昇圧されてダイヤフ
ラム（７）の変位で弁体（５）が開かれ、弁体（５）の
開度増大に伴う第１圧力室（８）の昇圧で弁体（５）の
開度が決定され、ガス燃料供給量の増大によりガス混合
部（14）での空気比が設定範囲に維持される。逆に、燃
焼用空気供給量を減少すると、第２圧力室（９）の減圧
でダイヤフラム（７）により弁体（５）が閉じられ、弁
体（５）の開度減少に伴う第１圧力室（８）の減圧で弁
体（５）の開度が決定され、ガス燃料供給量の減少によ
りガス混合部（14）での空気比が設定範囲に維持され
る。

受圧滑栓（11）をロッド（10）に取付けるに、受圧滑
栓（11）をロッド（10）が外嵌させて、受圧滑栓（11）
とロッド（10）の間に隙間（20）を形成し、受圧滑栓
（11）のロッド（10）の長手方向における両側に間隔を
設けて一対のストッパー（21a），（21b）を配置して前
記ロッド（10）に固定し、ストッパーのうち第１圧力室
（８）側のもの（21a）を、それに受圧滑栓（11）が押
付けられた状態で受圧滑栓（11）とロッド（10）の隙間
（20）を閉じるように形成し、ロッド（10）に対する受
圧滑栓（11）のガタツキによって製作誤差にかかわらず
受圧滑栓（11）とロッド（10）のロッド長手方向への移
動が円滑に行われるように構成してある。また、その移
動円滑化を受圧滑栓（11）と第３部材（1c）の間の微小
な間隙で助長できるように、貫通孔（30）の直径に対し
て受圧滑栓（11）の外嵌を僅かに小さく形成し、もっ
て、ダイヤフラム（７）とロッド（10）を連結解除した
状態で、かつ、第６部材（1f）を第５部材（1e）から外
した状態で、弁体（５）と受圧滑栓（11）をロッド（1
0）の差込みで容易確実に組付けられるように構成して
ある。

弁体（５）に対する開口の直径と受圧滑栓（11）の外
径をほぼ同一に形成し、弁体（５）に作用する上流側の
ガス燃料の圧力による開弁方向の力と下流側のガス燃料
の圧力による閉弁方向の力との差起因する開弁方向の力
を受圧滑栓（11）に作用する上流側のガス燃料の圧力に
よる閉弁方向の力と下流側のガス燃料の圧力による開弁
方向の力との差に起因する閉弁方向の力をストッパー
（21a）でロッド（10）に伝達させてほぼ相殺できるよ
うに構成し、表面燃焼バーナ（16）のターンダウン比を
大きくできるようにしてある。

〔別実施例〕

次に別実施例を説明する。

弁箱（１）の具体構造は適宜変更自在であり、弁体
（５）に対する弁箱シート（1e）、弁体（５）の下流側
に接続した第１圧力室（８）、第１圧力室（８）と反対
側でダイヤフラム（７）に臨む第２圧力室（９）、前記
燃料路（３）のうち前記弁体（５）の上流側と、前記第
１圧力室（８）とを区画する隔壁（1c）に形成した受圧
滑栓（11）及びロッド（10）に対する開口を有するもの
であればよい。また、弁箱シート（1e）の流路直径は受
圧滑栓（11）の外径と相違していてもよい。

ロッド（10）に受圧滑栓（11）を取付けるに、例えば
ロッド（10）に一体的にあるいは径方向のみ相対移動自
在に受圧滑栓（11）を連結する等、具体構造において各
種変更が可能であり、受圧滑栓（11）による閉弁方向の
力をロッド（10）に伝達する連動部（Ａ）を設けてあれ
ばよい。

燃料路（３）に接続する燃焼装置の種類や加熱対象は
いかなるものでもよく、また、ガス燃料の種類は都市ガ
ス、プロパンガス、天然ガス、その他いかなるものでも
よい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は第１図
の要部拡大図である。第３図は本発明による空燃混合比
の変化状態を説明するグラフである。第４図は従来例の
断面図である。第５図は従来例の空燃混合比の変化状態
を説明するグラフである。 （1c）……隔壁、（1e）……弁箱シート、（３）……燃
料路、（５）……弁体、（７）……ダイヤフラム、
（８）……第１圧力室、（９）……第２圧力室、（10）
……ロッド、（11）……受圧滑栓、（14）……ガス混合
部、（15）……空気路、（20）……隙間、（21a），（2
1b）……ストッパー、（30）……貫通孔。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス混合部（14）にガス燃料を供給する燃
   料路（３）に流量調節用の弁体（５）を設け、その弁体
   （５）にダイヤフラム（７）をロッド（10）で連動さ
   せ、そのダイヤフラム（７）に閉弁方向の力を付与する
   第１圧力室（８）を、前記燃料路（３）のうち前記弁体
   （５）の下流側に接続して形成し、前記ダイヤフラム
   （７）に開弁方向の力を付与する第２圧力室（９）を、
   前記ガス混合部（14）に燃焼用空気を供給する空気路
   （15）に接続して形成し、前記弁体（５）に作用するそ
   の上流側の燃料流体圧力による開弁方向の力と前記弁体
   （５）の下流側の燃料流体圧力による閉弁方向の力との
   差に起因する開弁力を減少するための補償手段を設けた
   燃焼装置用ゼロガバナーであって、 前記補償手段を形成するに、前記燃料路（３）のうち前
   記弁体（５）の上流側と前記第１圧力室（８）とを区画
   する隔壁（ｃ）と、その隔壁（1c）に設けた貫通孔（3
   0）を貫通する前記ロッド（10）に受圧滑栓（11）を前
   記貫通孔（30）に摺動自在に内嵌して設けるとともに、
   前記受圧滑栓（11）に作用するその上流側の燃料流体圧
   力による閉弁方向の力と前記受圧滑栓（11）の下流側の
   燃料流体圧力による閉弁方向の力との差に起因する閉弁
   力を前記ロッド（10）に伝達するための連動部（Ａ）
   を、前記ロッド（10）と前記受圧滑栓（11）との間に設
   けてある燃焼装置用ゼロガバナー。
2. 【請求項２】前記連動部（Ａ）を形成するに、前記受圧
   滑栓（11）を前記ロッド（10）に対してその長手方向に
   相対移動可能に外嵌するとともに、前記受圧滑栓（11）
   と前記ロッド（10）の間に隙間（20）を形成するととも
   に、前記受圧滑栓（11）の前記ロッド（10）の長手方向
   における両側に間隔を設けて一対のストッパー（21
   a），（21b）を配置して前記ロッド（10）に取付け、前
   記第１圧力室（８）側の一方の前記ストッパー（21a）
   を、それに前記受圧滑栓（11）が押付けられた状態にお
   いて、前記隙間（20）を封止するように形成してある特
   許請求の範囲第１項に記載の燃焼装置用ゼロガバナー。