JP2984028B2 - 給湯機の燃料流量調整弁駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、給湯機の燃料流量調整弁駆動方法に関す
る。

（ロ） 従来の技術 従来、灯油等を燃料とした給湯機において、電磁流量
調節弁を設けて、同調整弁を駆動する電流を調整して燃
料の流量を調整することにより、バーナーの発熱量を調
節することが行われている。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の流量調整弁には、弁体作動時の
摩擦抵抗やハイドロリックロック等のために、作動不良
を起こしたり、また、駆動電圧と弁体作動量との間にヒ
ステリシスが生じ、そのため、燃料流量の調整が正確に
行われないという問題があった。

この問題を解決するために、電磁流量調整弁を駆動す
る電流の交流成分を重畳させることにより弁体を振動さ
せて、上記の作動不良やヒステリシスを防止することが
考えられる。

ところが、上記交流成分によって流量調整弁の開度が
周期的に変動して燃焼が脈動的になり、特に、最大燃料
のとき大きな騒音を発生するという新たな問題が生ず
る。

（ニ） 課題を解決するための手段 本発明では、交流で駆動される電磁ポンプ、戻り式圧
力噴霧ノズル、電磁流量調整弁を燃料流路に配設して、
電磁ポンプにより燃料を圧送し、上記ノズルからの戻り
燃料の流量を、電磁流量調整弁にて調整することによ
り、同ノズルからの噴出量を調節すべく構成した給湯機
において、電磁流量調整弁を駆動する直流電流に交流成
分を重畳させ、しかも、戻り式圧力噴霧ノズルからの燃
料の噴出量が大きいときは、上記交流成分を小さくする
ことを特徴とする給湯機の燃料流量調整弁駆動方法を提
供せんとするものである。

（ホ） 作用・効果 本発明によれば、電磁流量調整弁を駆動する電流に交
流成分を重畳させることにより弁体を振動させて、上記
作動不良やヒステリシスを防止して正確に燃料流量を調
整して、正確な発熱量の調整をすることができ、しか
も、最大燃焼時には上記交流成分を小さくすることで、
弁体の振幅を小さくし燃料流量の振れ幅を小さくして、
最大燃焼時の騒音の発生を抑制し静粛な燃焼を行わせる
ことができる。

（ヘ） 実施例 以下、本発明を添付図に示す実施例に基づいて、詳説
する。

第１図は、本発明に係る石油式給湯機（Ａ）の全体構
成を概念的に示しており、（20）はガンタイプのバーナ
であり、同バーナ（20）は、その後部をダクト（21）を
介してファン（22）と接続している。

また、ダクト（21）内には、燃焼用エア給湯量を調節
するためのダンパー（23）が配設されている。（33）は
イグナイタである。

バーナ（20）の下方に、給水配管（25）と給湯配管
（28）とに連通連結した熱交換器（24）を配設し、給水
配管（25）には水量センサ（26）と水温センサ（27）を
装着し、給湯配管（28）には出湯量調整弁（29）と湯温
センサ（30）とを装着している。

（Ｔ）は灯油を充填した貯油タンク、（S1）はストレ
ーナ、（Ｐ）は電磁ポンプ、（Ｎ）は戻り式圧力噴霧ノ
ズル（Ｎ）であり、往き油管（Ｓ）を介して上記の順で
直列状に接続されている。

また、（Ｖ）は電磁弁、（Ｆ）はフイルタ、（FC）は
流量調整弁であり、戻り油管（Ｒ）を介して上記の順で
直列状に接続されており、戻り油管（Ｒ）の始端は戻り
式圧力噴霧ノズル（Ｎ）に、同終端はストレーナ（S1）
と電磁ポンプ（Ｐ）との間にそれぞれ接続されている。

（Ｍ）は上記各機能部品を制御する制御部である。

戻り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）は、第２図に示すよう
に、内部に噴出流路（10）と戻り流路（11）とを形成し
ており、往き油管（Ｓ）を通して戻り式圧力噴霧ノズル
（Ｎ）に供給された灯油の一部を霧化して、先端ノズル
開口部（12）から噴出すると共に、残部が戻り流路（1
1）を通して戻り油管（Ｒ）に環流するようにしてい
る。

電磁ポンプ（Ｐ）は、第３図〜第５図に示すように、
ポンプ本体（80）上に駆動部（81）を設けて構成してい
る。

そして、ポンプ本体（80）には、第４図及び第５図に
示すように、往き油管（Ｓ）の上流側とニップル（82）
を介して接続した吸入口（83）と、同吸入口（83）と第
１連通路（84）を介して連通し、バルブ機構（85）を収
容したバルブ室（86）と、バルブ室（86）に連通したポ
ンプ室（89）と、第２連通路（87）を介してバルブ室
（86）に連通したアキュムレータ（88）とを形成してい
る。

また、駆動部（81）は、ソレノイド（93）の内部にガ
イドパイプ（90）を挿通させ、同ガイドパイプ（90）内
上部に電磁ロッド（91）を固定状態に嵌入し、同磁気ロ
ッド（91）の直下方に上側ばね（95）を介在させて摺動
体（92）を遊嵌し、摺動体（92）の下端にピストンロッ
ド（94）を同摺動体（92）と一体的に連設して、ピスト
ンロッド（94）下端をポンプ室（89）中に挿入させてい
る。

（96）はピストンロッド（94）と摺動体（92）とを上
方に付勢する下側バネであり、ソレノイド（93）に電流
を流していないとき、摺動体（92）とピストンロッド
（94）とは、上下側ばね（95）（96）の付勢力が釣合う
位置で静止状態を保持する。

かかる電磁ポンプ（Ｐ）に、ソレノイド（93）に交流
電流を印加すると、ピストンロッド（94）の下端がポン
プ室（89）中を進退摺動して、灯油を圧出することがで
きる。

すなわち、ピストンロッド（94）が上昇すると、バル
ブ機構（85）の左側弁（85a）が開弁し、右側弁（85b）
が閉弁して、灯油をバルブ室（86）内に吸入し、ピスト
ンロッド（94）が降下すると、左側弁（85a）が閉弁
し、右側弁（85b）が開弁して、灯油をアキュムレータ
（88）内に圧送するようにしている。（97）はリリーフ
バルブである。

また、ガイドパイプ（90）の上部には、往き油管
（Ｓ）の始端側と接続した筒状の吐出継手（98）を設
け、同吐出継手（98）内に連絡流路（99）を形成し、同
連絡流路（99）の中途に弁座（100）を形成し、同弁座
（100）に接離する弁体（102）と、弁体（102）を支持
した電磁可動片（104）と、同電磁可動片（104）と電磁
ロッド（91）との間に介設した弁ばね（105）とを配設
して閉止弁（101）を構成している。

かかる閉止弁（101）は、ソレノイド（93）に電流を
流すとその方向に関係なく、電磁可動片（102）が弁ば
ね（105）の付勢に抗して下方へ吸引され、弁体（104）
が弁座（100）から離れて開弁し、ソレノイド（93）へ
の電流を止めると、弁体（104）が弁座（100）に圧接さ
れ閉弁する。

従って、電磁ポンプ（Ｐ）（Ｐ）の駆動を停止する
と、戻り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）への灯油の流通が遮断
される。

なお、かかる電磁ポンプ（Ｐ）では、ポンプ作用を行
うピストンロッド（94）の作動が、交流で駆動される往
復作動であるため、アキュムレータ（88）が装備されて
はいるが、灯油の吐出圧に上記交流の周波数と同一周波
数の脈動成分が含まれることになる。

電磁弁（Ｖ）は、第６図に示すように、筒状の弁ケー
シング（70）内に連絡流路（71）を設け、同連絡流路
（71）の下流側に弁座（72）を設けると共に、連絡流路
（71）内に略筒状の弁体進退杆（73）を進退摺動自在に
配設し、同弁体進退杆（73）をソレノイド（78）により
進退駆動して、弁体進退杆（73）の先端に一体成形した
弁体（74）を、上記弁座（72）に接離自在としている。

（76）は弁体進退杆（73）内に設けた流路、（77）は
弁体（74）を弁座（72）に押圧状態に付勢する弁ばね、
（70a）は戻り油管（Ｒ）の上流側と接続する上流側接
続部、（70b）は同戻り油管（Ｒ）の下流と接続する下
流側接続部である。

そして、ソレノイド（78）に電流を印加することによ
って、弁体進退杆（73）先端の弁体（74）を弁座（72）
から離隔させて、連絡流路（71）を開くようにしてい
る。

かかる電磁弁（Ｖ）の閉弁動作を電磁ポンプ（Ｐ）
（Ｐ）の停止動作に連動させることによって、戻り油管
（Ｒ）を灯油がノズル（Ｎ）に逆流して、噴霧停止中の
戻り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）から灯油が漏れるのを防止
することができ、灯油臭の発生及び戻り式圧力噴霧ノズ
ル（Ｎ）にカーボンやタールが焼付くのを防止すること
ができる。

また、電磁弁（Ｖ）は、圧力によって作動する逆止弁
と異なり、電気的に開閉動作させるために、戻り油管
（Ｒ）の流路抵抗の増加が防止され、クラッキング圧力
による流量調整幅下限の制限を回避することができる。

また、電磁弁（Ｖ）を電磁流量調整弁（FC）と戻り式
圧力噴霧ノズル（Ｎ）との間に設けたことにより、後述
の電磁流量調整弁（FC）内に空気溜りが生じて、圧力低
下により空気が膨張した場合にも、電磁弁（Ｖ）により
上記ノズル（Ｎ）より灯油が押し出されるのを防止する
ことができる。

電磁流量調整弁（FC）は、ブリードオフ式の流量調整
によって、戻り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）からの噴霧量を
増減して、バーナーの燃焼量を変化させるものである。

すなわち、第７図で示すように、弁ケーシング（40）
と、同弁ケーシング（40）の下方に配設した弁体駆動機
構（Ｋ）とで構成されている。

弁ケーシング（40）は、弁ケーシング（40）の上面に
連設したニップル（43d）と、同ニップル（43d）内に設
けた戻り油流路（43e）と、連絡流路（43a）の中途に弁
座（44）を介して連絡したＬ字形状に屈曲した流量調整
流路（43）とで構成されている。

弁体駆動機構（Ｋ）は、ガイドスリーブ（46）と、同
ガイドスリーブ（46）内に摺動自在に挿入した弁体進退
杆（47）と、同弁体進退杆（47）の上端に形成した円形
凹部（48）内に在って弁座（44）に対し接離自在の球状
弁体（45）と、ガイドスリーブ（46）の外周に設けたソ
レノイド（51）と、ガイドスリーブ（46）の下端に嵌入
した固定磁極（61）と、同固定磁極（61）に螺入した調
整ねじ（62）と、同調整ねじ（62）の上端と弁進退杆
（47）の下端との間に介在したスプリング（65）とで構
成されている。

そして、戻り油流路（43e）を、戻り油管（Ｒ）の戻
り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）側に接続し、連絡流路（43
a）の一側開口（43b）は、第１図で示すように、往き油
管（Ｓ）の上流側に連絡しており、その他側開口（43
c）は往き油管（Ｓ）の下流側に連絡している。

なお、流量調整弁（Fc）の取付位置および形状は上記
に限定されることなく、戻り流路中であれば任意である
ことは言うまでもない。

かかる構成によって、ソレノイド（51）に電流を印加
することにより、スプリング（65）の付勢に抗して弁体
進退杆（47）を軸線に沿って進退させ、球状弁体（45）
を弁座（44）から上記電流量に対応する距離だけ離隔す
ることができ、戻り油管（Ｒ）を流れる戻り油量を調整
することができる。

また、調整ねじ（62）の螺動によって、弁座（44）か
ら球状弁体（45）を離隔する力を調整することができ
る。

したがって、給湯機（Ａ）の要求熱負荷に応じ、所要
の電流をソレノイド（51）に印加して、弁体進退杆（4
7）に支持された球状弁体（45）を進退させて灯油の流
量調整を行い、バーナ（20）の燃焼制御を行うことがで
きる。

また、弁体進退杆（47）の側面に十分な断面積を有す
る縦溝（70）を形成し、弁体進退杆（47）の両端面を連
通させて、上記両端面の圧力をバランスさせることによ
り、弁体進退杆（47）の作動の円滑と弁体進退機構
（Ｋ）内の滞溜空気の排出の円滑をはかっている。

制御部（Ｍ）は、第８図に示すように、マイクロプロ
セッサ（MPU）と、入力及び出力インターフェース
（ａ）（ｂ）と、メモリ（ｍ）とで構成されている。

入力インターフェース（ａ）には、運転スイッチ（3
5）、号数（燃焼量）選定スイッチ（36）、水量センサ
（26）、水温センサ（27）、及び湯温センサ（30）を接
続している。

出力インターフェース（ｂ）には電磁ポンプ（Ｐ）、
電磁弁（Ｖ）、流量調整弁（FC）、ファン（22）、イグ
ナイタ（33）及び駆動回路（Ｄ）を介して出湯量調整弁
（29）を接続している。

駆動回路（Ｄ）は、第９図で示すように、商用電源か
らの交流を直流に整流する整流回路（ｒ）、整流から直
流のリプルを除去する平滑回路（Ｆ）、制御部（Ｍ）か
らの駆動信号を電圧に変換して出力するD/A変換器（D
A）、パワートランジスタ（Tp）、商用電源を降圧する
アッテネータ（At）、コンパレータ（Co）とで構成され
ており、制御部（Ｍ）からの駆動信号により電磁流量調
整弁（FC）を駆動する直流電（I1）を発生すると共に、
商用電源の周波数と同一周波数のパルス波（I2）を、上
記直流電流（I1）に重畳させて、第10図で示すような波
形の電流を出力するようにしている。

また、A/D変換器（AD）の出力電圧で増幅器（Am）の
出力電圧を制御して、第11図で示すように、電磁流量調
整弁（FC）の開度が小さいとき、すなわち、戻り式圧力
噴霧ノズル（Ｎ）からの灯油噴出量が大きいときには、
上記パルス波（I2）の振幅を小さくすることにより、弁
体進退杆（47）と球状弁体（45）とに適切な振動を付与
して、作動不良やヒステリシスを防止し、正確なバーナ
（20）の燃焼制御を可能にし、しかも、最大燃焼時及び
その近傍において、灯油噴出量変動の振れ幅を小さくし
て、燃焼音が大きくなるのを防止することができる。

また、このようにしたことで、電磁流量調整弁（FC）
を駆動する直流電流（I1）よりもパルス波（I2）の振幅
が大きくなるのを防止して、正確な制御が行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る石油式給湯機の概念的構成説明
図、第２図は戻り式圧力噴霧ノズルの断面側面図、第３
図は電磁ポンプの側面図、第４図は第３図のＩ−Ｉ線断
面図、第５図は第３図のII−II線断面図、第６図は電磁
弁の断面図、第７図は電磁流量調整弁の断面正面図、第
８図は制御部の構成を示すブロック図、第９図は駆動回
路の構成を示すブロック図、第10図は電磁流量調整弁駆
動電流の波形を示すグラフ、第11図は上記波形の振幅と
燃料流量との関係を示すグラフ。 （Ａ）：給湯機 （FC）：電磁流量調整弁 （Ｎ）：戻り式圧力噴霧ノズル （Ｐ）：電磁ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有松 雅人 神奈川県茅ケ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社茅ケ崎工場内 (56)参考文献 特開 平４−3824（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20516（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−229181（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23K 5/02 - 5/04 F23N 1/00 105 F16K 31/06 310 F16K 31/06 340

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流で駆動される電磁ポンプ（Ｐ）、戻り
   式圧力噴霧ノズル（Ｎ）、電磁流量調整弁（FC）を燃料
   流路に配設して、電磁ポンプ（Ｐ）により燃料を圧送
   し、上記ノズル（Ｎ）からの戻り燃料の流量を、電磁流
   量調整弁（FC）にて調整することにより、同ノズル
   （Ｎ）からの噴出量を調節すべく構成した給湯機（Ａ）
   において、 電磁流量調整弁（FC）を駆動する直流電流に交流成分を
   重畳させ、しかも、戻り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）からの
   燃料の噴出量が大きいときは、上記交流成分を小さくす
   ることを特徴とする給湯機の燃料流量調整弁駆動方法。