JP3195788B2 - 燃焼量可変装置の制御方法 - Google Patents

燃焼量可変装置の制御方法

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JP3195788B2
JP3195788B2 JP08567690A JP8567690A JP3195788B2 JP 3195788 B2 JP3195788 B2 JP 3195788B2 JP 08567690 A JP08567690 A JP 08567690A JP 8567690 A JP8567690 A JP 8567690A JP 3195788 B2 JP3195788 B2 JP 3195788B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、家庭用石油給湯機等に使用される燃焼量可
変装置の制御方法に関するものである。
(ロ) 従来の技術 従来、この種の石油燃焼装置の一形態として、第13図
に示すように、灯油タンク(170)からヘッド差により
ストレーナ(171a)を通して往き油管(171)に導かれ
た灯油を、ポンプ(172)によって加圧し、戻り式圧力
噴霧ノズル(173)に供給して、同ノズル(173)の先端
部より噴霧し、灯油の一部を戻り油管(174)を通り、
流量調整弁(175)を介して往き油管(171)のポンプ
(172)の上流側に戻す構成のものがある。
なお、第13図において、(176)は戻り油管(174)の
中途に設けた逆止弁である。
かかる構成によって、この石油燃焼装置は、戻り油管
(174)に設けた流量調整弁(175)の弁開度を変え、戻
り油量を調節することで、噴霧量を広範囲に制御し、燃
焼量を変えることができる。
すなわち、ポンプ(172)より戻り式圧力噴霧ノズル
(173)へ供給される灯油供給量(Qt)は、戻り式圧力
噴霧ノズル(173)からの噴霧量(Qn)と、戻り油管(1
74)を通り、往き油管(171)の上流側に戻る戻り油量
(Qr)とに分流するので、噴霧量(Qn)は、灯油供給量
(Qt)から戻り油量(Qr)を引いた量となるが、この戻
り油量(Qr)を変えることによって、噴霧量(Qn)を調
節することができる。
また、従来、上記した流量調整弁(175)は、第12図
に概念的に説明するように、弁ケーシング(180)内
に、一側開口を戻り油管(174)の上流側に連結すると
ともに、他側開口を戻り管(174)の下流側に連結した
流量調整流路(181)を形成し、同流量調整流路(181)
の中途に弁座(182)を設け、同弁座(182)に針状弁体
(183)を接離自在に当接して流量調整流路(181)を開
閉自在となし、かつ、針状弁体(183)の後方にソレノ
イド(184)によって駆動される弁体進退杆(185)を配
設し、同ソレノイド(184)への印加電流を可変とする
ことによって、弁体進退杆(185)の進退量を微調整可
能としたことを特徴としている。
そして、ソレノイド(184)の印加電流を変えること
によって、弁体進退杆(185)及びその先端に取付けた
針状弁体(183)を弁座(182)に向けて進退して、弁座
(182)の開度調整を行い、弁座(182)の流入側の圧力
(P2)を変化して、戻り量(Qr)を変え、噴霧量(Qn)
を調節することができる。
(ハ) 発明が解決しようとする課題 ところが、灯油は、温度が高いと粘性が小さくなる一
方、温度が低いと粘性が大きくなり、粘性が大きいと、
戻り式圧力噴霧ノズル(73)からの噴霧量が多くなるた
めに、適正な燃焼量を得られず、家庭用石油給湯機等の
出湯性能を良好に確保できないという問題があった。
(ニ) 課題を解決するための手段 そこで、本発明では、貯油タンクと戻り式圧力噴霧ノ
ズルとを、中途にポンプを設けた往き油管により連通連
結すると共に、上記ノズルと往き油管のポンプの上流側
とを、流量調整弁を流路中に取付けた戻り油管により連
通連結して循環流路を形成し、しかも、流量調整弁は、
弁座に対向する弁体を球状弁体に形成し、該流量調整弁
を制御することにより、前記ノズルの噴霧量を増減して
燃焼量を変化させるべく構成し、更には循環流路に温度
センサを設け、同温度センサにより戻り式圧力噴霧ノズ
ルに至る燃料温度を検出し、同検出燃料温度にもとづい
て流量調整弁への電流値を制御部により制御することを
特徴とする燃焼量可変装置の制御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、以下のような作用効果が生起され
る。
すなわち、請求項1の発明では、温度センサにより検
出した戻り式圧力噴霧ノズルに至る燃料温度にもとづい
て、流量調整弁への適正な電流値を制御部により算出
し、同算出電流値を流量調整弁に印加する制御を行なう
ために、戻り式圧力噴霧ノズルからの噴霧量を適正にし
て、適正な燃焼量を得ることができ、家庭用石油給湯機
等の出湯性能を良好に確保することができる。また、循
環流路に温度センサを設けるので、ポンプバーナ、流量
調整弁の発熱等の外因により変化した灯油温度を測定で
き、更に適正な燃焼量を得ることができる。更には、流
量調整弁の弁体を球状弁体とすることによって、戻り油
管の流路中に設けた流量調整弁への制御電流値に対する
戻り油量変化を直線的に正確に変化させることができ、
ノズルからの噴霧量の微調整を適正に行える効果があ
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図に、本発明に係る燃焼量可変装置(A)を組込
んだ石油式給湯機(B)の全体構成を概念的に示す。
まず、燃焼量可変装置(A)の構成について説明する
と、第1図において、(T)は灯油を充填した貯油タン
クであり、同貯油タンク(T)から、フィルタ(F1)を
介し、往き油管(S)内に流入落下した灯油は、電磁式
のポンプ(P)で加圧され、戻り式圧力噴霧ノズル
(N)に供給されることになる。
第2図に示すように、戻り式圧力噴霧ノズル(N)
は、その内部に噴出流路(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)に供給されてきた灯油の一部が霧化されて先
端ノズル開口部(12)から噴出されるとともに、灯油の
残部が、戻り流路(11)を通して後述する戻り油管
(R)に還流されることになる。
即ち、第1図において、戻り油管(R)は往き油管
(S)と並設状態に設けられている。
そして、同戻り油管(R)は、その一端を戻り式圧力
噴霧ノズル(N)の戻り流路(11)に連通連結するとと
もに、その他端を、往き油管(S)のポンプ(P)の上
流側に連通連結しており、これによって、循環流路
(C)を形成している。
また、戻り油管(R)の終端には、流量調整弁(FC)
が、取付けられている。
そして、流量調整弁(FC)を制御部(M)により制御
することにより、戻り油量を調節して、戻り式圧力噴霧
ノズル(N)からの噴霧量を増減して、燃焼量を変化さ
せることができるようにしている。
また、本実施例では、ポンプ(P)に閉止弁(101)
を内蔵させると共に、戻り油管(R)の途中に電磁弁
(V)を設け、同電磁弁(V)の開閉動作を、ポンプ
(P)の駆動・停止動作に連動させている。
そして、ポンプ(P)の停止動作に連動して閉塞動作
する電磁弁(V)によって、戻り油管(R)を通して灯
油が戻り式圧力噴霧ノズル(N)に逆流するのを防止し
て、同ノズル(N)から灯油が漏れるのを確実に防止す
ることができ、後述するガンタイプバーナ(20)の消火
時にススや消火音が発生するのを防止することができる
ようにしている。
また、第1図において、(Qt)はポンプ(P)より戻
り式圧力噴霧ノズル(N)へ供給される灯油供給量、
(Qn)は戻り式圧力噴霧ノズル(N)からの噴霧量、そ
して、(Qr)は戻り油管(R)を通る戻り油量である。
また、本発明では、第1図に示すように、往き油管
(S)のポンプ(P)の下流側に温度センサ(1)を設
け、同温度センサ(1)により往き油管(S)中の灯油
温度(Tx)を検出し、同検出灯油温度(Tx)にもとづい
て流量調整弁(FC)への電流値(Ix)を制御部(M)に
より制御可能としている。
すなわち、第3図に示すように、流量調整弁(FC)へ
の電流値に応じて変化する噴霧量−灯油温度特性曲線
(U)をあらかじめ求めておき、同特性曲線(U)にも
とづいて、上記温度センサ(1)により検出した往き油
管(S)中の灯油温度(Tx)と、要求負荷にもとづく噴
霧量(Qn)とから、流量調整弁(FC)への適正な電流値
(Ix)を算出し、同算出電流値(Ix)に、実際の流量調
整弁(FC)への電流値(Ir)を一致させるように、同電
流値(Ir)を修正する制御を制御部(M)により行なう
ようにしている。
そして、第3図は、上記噴霧量−灯油温度特性曲線
(U)の説明図であり、噴霧量−灯油温度特性曲線(U
1)〜(U5)は、縦軸に戻り式圧力噴霧ノズル(N)か
らの噴霧量(Qn)をとり、横軸に循環流路(C)を閉回
路とした場合の灯油温度(Ta)をとり、流量調整弁(F
C)に印加する電流値(I1)〜(I5)に応じて変化する
噴霧量と灯油温度の変化曲線を経験的に求めたものであ
る。
また、要求熱負荷にもとづく噴霧量(Qn)は、噴霧量
−灯油温度特性曲線(U)にもとづいて、あらかじめ設
定した基準灯油温度(Tb)と、同基準灯油温度(Tb)に
おける要求熱負荷にもとづく流量調整弁(FC)への電流
値(Ir)とから設定することができる。
例えば、基準灯油温度(Tb)を10℃とし、同基準灯油
温度(Tb)における要求熱負荷にもとづく流量調整弁
(FC)への電流値(Ir)を第3図中の(13)とすると、
噴霧量−灯油温度特性曲線(U3)より、要求熱負荷にも
とづく噴霧量(Qn)は3.0/hとなる。
また、温度センサ(1)により検出された灯油温度
(Tx)を30℃とすると、要求熱負荷にもとづく噴霧量
(Qn)が3.0/hであることにより、噴霧量−灯油温度
特性曲線(U2)より、適正な電流値(Ix)は(I2)であ
ることがわかる。
そこで、実際に流量調整弁(FC)に印加している電流
値(I3)を算出電流値(I2)に一致させるべく、制御部
(M)により制御する。
このようにして、戻り式圧力噴霧ノズル(N)からの
噴霧量(Qn)を適正にして、適正な燃焼量を得ることが
でき、石油式給湯機(B)の出湯性能を良好に確保する
ことができる。
また、温度センサ(1)としては、サーミスタを使用
することもできる。
また、電磁弁(V)、ポンプ(P)、及び流量調整弁
(FC)の構成、及び作用については、後で詳述する。
次に、石油式給湯機(B)の構成について、第1図を
参照して説明すると、(20)は内部に上記した戻り式圧
力噴霧ノズル(N)を配設したガンタイプバーナであ
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、燃焼用エア供給量を調節
するためのダンパー(23)が配設されている。(34)は
イグナイターである。
ガンタイプバーナ(20)の下方には、熱交換器(24)
が配設されており、同熱交換器(24)の給水配管(25)
と連通連結しており、同給水配管(25)には、水量セン
サ(26)と、水温センサ(27)とが取付けられている。
一方、熱交換器(24)の給湯側に接続した給湯配管
(28)には、流量調整弁(29)と湯温センサ(30)とが
取付けられている。
また、給湯配管(28)からは風呂用配管(31)を分岐
させることもでき、この場合、風呂用水量センサ(32)
と閉止弁(33)を取付けることになる。
また、制御部(M)は、第4図に示すように、マイク
ロプロセッサ(MPU)と、入出力インターフェース
(a)(b)と、ROMとRAMとからなるメモリ(m)と、
タイマー(t)とから構成している。
そして、入力インターフェース(a)には、運転スイ
ッチ(35)、温度設定スイッチ(36)、水量センサ(2
6)、水温センサ(27)、湯温センサ(30)、及び風呂
用水量センサ(32)を接続している。
また、出力インターフェース(b)には、ポンプ
(P)、電磁弁(V)、流量調整弁(FC)(29)、閉止
弁(33)、ファン(22)、ダンパー(23)、及びイグナ
イター(34)を接続している。
また、電磁弁(V)は、第5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)を弁体駆動機構(75)に
より進退駆動して、同弁体進退杆(73)の先端に一体成
形した弁体(74)を弁座(72)に切離自在としている。
また、(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、往き油管(S)の上流側と接続
する上流側接続部、(70b)は、同往き油管(S)の下
流と接続する下流側接続部である。
また、弁体駆動機構(75)は、弁ケーシング(70)の
外周面にソレノイド(78)を設け、同ソレノイド(78)
に電流を印加することによって、弁体進退杆(73)を軸
線に沿って進退可能とし、同弁体進退杆(73)の進退作
動に連動して先端の弁体(74)を弁座(72)に切離させ
て、連絡流路(71)を開閉可能としている。
また、(78a)は筒状ボビン、(78b)はコイル、(78
c)はキャップ、(78d)はコードである。
また、ポンプ(P)は、第6図〜第8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)は、第7図及び第9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、同バルブ室(86)と第2連通路
(87)を介して連通したアキュームレータ(88)とを設
けている。
また、駆動部(81)は、ガイドパイプを兼用する筒状
のボビン(90)内に、中空の磁気ロッド(91)を設ける
一方、同ボビン(90)の外周にコイル(92)を設けてソ
レノイド(93)を構成している。
そして、磁気ロッド(91)の直下方には、ピストンロ
ッド(94)を上下摺動自在に配設し、ソレノイド(93)
に電流を印加することにより、同ピストンロッド(94)
の下端を上記ポンプ本体(80)の第1連通路(84)中を
進退摺動させて、灯油をポンプ本体(80)内、さらに
は、後述する連絡流路(99)中に吸入可能としている。
(95)(96)は上下側ばね、(97)は磁気リングであ
る。
この際、ピストンロッド(94)が上方へ後退すると、
バルブ機構(85)の左側弁(85a)が開弁動作すると共
に、右側弁(85b)が閉動作して、灯油をバルブ室(8
6)内に吸入し、また、ピストンロッド(94)が下方へ
進出すると、左側弁(85a)が閉弁動作すると共に、右
側弁(85b)が開弁動作して、灯油をアキュームレータ
(88)内に圧送するようにしている。
また、ボビン(90)の上部には、往き油管(S)の下
流側と接続する筒状の吐出継手(98)を接続し、同吐出
継手(98)内に連絡流路(99)を設け、同連絡流路(9
9)の中途に弁座(100)を設けると共に、同連絡流路
(99)内に閉止弁(101)を配設している。
そして、閉止弁(101)は、上記弁座(100)と、同弁
座(100)に切離する弁体(102)と、同弁体(102)を
支持片(103)を介して支持する筒状の電磁可動片(10
4)と、同弁体(102)と磁気ロッド(91)との間に介設
した弁ばね(105)とから構成している。
かかる閉止弁(101)は、ソレノイド(93)に電流を
印加すると、電磁可動片(104)が弁ばね(105)の付勢
に抗して下方へ吸引され、弁体(102)が弁座(100)よ
り離れて、連絡流路(99)を連通状態とし、また、ソレ
ノイド(93)への電流の印加を解除すると、弁ばね(10
5)の押圧付勢力により弁体(102)が弁座(100)に押
圧状態に接触して、連絡流路(99)を閉塞するものであ
る。
従って、ポンプ(P)の駆動を停止すると、閉止弁
(101)により、戻り式圧力噴霧ノズル(N)へは灯油
が流れない。
また、第7図中、(106)は上板、(107)は下板、
(108)はキャップ、(109)(110)はOリングであ
る。
また、流量調整弁(FC)は、次のように構成してい
る。
すなわち、第9図において、2分割体(40a)(40b)
から構成され、かつ、長尺筒状体を形成する弁ケーシン
グ(40)は、その一側分割体(40a)の上部に、同上部
を水平に貫通する連絡流路(43a)を設けている。
そして、この連絡流路(43a)の一側開口(43b)は、
第1図に示すように、往き油管(S)の上流側に連絡し
ており、その他側開口(43c)は往き油管(S)の下流
側に連絡している。
一方、弁ケーシング(40)の上面には、第9図に示す
ように、ニップル(43d)が取付けらてれおり、同ニッ
プル(43d)内に設けた戻り油流路(43e)は、連絡流路
(43a)の中途に、後述する弁座(44)を介して連絡さ
れ、L字形状の屈曲流路からなる流量調整流路(43)を
形成している。
そして、かかる流量調整流路(43)の流入側開口(4
2)は、戻り油管(R)の上流側、即ち、戻り式圧力噴
霧ノズル(N)側に連通連結している。
また、上記流量調整流路(43)の中途には弁座(44)
が設けられており、同弁座(44)の一側には、球状弁体
(45)が同弁座(44)と切離自在に配設されている。
このように、本実施例は、第1図及び第9図を参照し
て上述してきたように、戻り油管(R)の終端を往き油
管(S)の上流側に接続した個所に流量調節弁(FC)を
取付け、かつ、流量調整弁(FC)内に、往き油管(S)
の上流側と下流側とを連絡する連絡流路(43a)と、戻
り油管(R)の終端を上記連絡流路(43a)の中途に接
続する流量調整流路(43)とを設けている。
なお、流量調整弁(FC)の取付位置および形状は上記
に限定されることはなく、戻り流路中であれば任意であ
るということは言うまでもない。
また、本実施例では、球状弁体(45)の弁座(44)と
対向する側、即ち、弁ケーシング(40)の下部には弁体
駆動機構(K)が設けられており、かかる弁体駆動機構
(K)は、以下の構成を有する。
球状弁体(45)は、上記した弁ケーシング(40)の軸
線上を進退する弁体進退杆(47)の先端に設けた円形凹
溝(48)内に嵌入されている。
一方、弁体進退杆(47)の基端部は、弁ケーシング
(40)の他側分割体(40b)内に配設され、かつ、筒状
ボビン(49)にコイル(50)を巻回することによって構
成したソレノイド(51)の中央に設けた筒状スリーブ
(46)内に形成した長孔(52)内に、進退自在に配設さ
れている。
そして、同ソレノイド(51)に電流を印加することに
よって、弁体進退杆(47)を軸線に沿って進退させ、弁
体進退杆(47)の先端に嵌入した球状弁体(45)を、弁
座(44)に向けて切離することができ、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、第9図に示すように、流量調整弁(FC)は、弁
体進退杆(47)の進退力の調整を行うための進退力調整
機構(60)を具備している。
かかる進退力調整機構(60)は、弁ケーシング(40)
の後部端面に設けた筒状ナット(61)を設け、同ナット
(61)に螺杆(62)を螺着し、同螺杆(62)の先端を筒
状スリーブ(46)内に進退自在に挿入し、かつ、筒状ナ
ット(61)の内部において、螺杆(62)の上端に形成し
たスプリング受け板(63)と弁体進退杆(47)の下端に
形成したスプリング受けプラグ(64)との間にスプリン
グ(65)を介設し、さらに筒状ナット(61)の後端(61
a)を弁ケーシング(40)の他側分割体(40b)の底板に
かしめることによって固定連結している。
かかる構成によって、螺杆(62)を所望の手段によっ
て回転することによって弁ケーシング(40)の軸線方向
に進退し、同進退によって、弁体進退杆(47)の進退
力、即ち、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。
また、本実施例では、弁体として球状弁体(45)を用
いているので、第10図に示すように、印加電流(I)
と、流量調整流路(43)の流入側開口(42)に発生する
二次側圧力(P2)との相関関係を、略直線的に変化させ
ることができる。
一方、二次側圧力(P2)と、戻り油管(R)を通り、
往き油管(S)の上流側に戻り油量(Qr)及び戻り式圧
力噴霧ノズル(N)からの噴霧量(Qn)(灯油供給量
(Qt)−油量(Qr))との間には、第11図に示す直線的
な相関関係がある。
従って、本実施例では、印加電流(I)を微調整する
ことによって、戻り油量(Qr)、即ち、噴霧量(Qn)を
直線的に正確に変化することができ、燃焼制御を正確に
行うことができる。
また、前記したように、本実施例では、弁体進退杆
(47)は自動調整芯機能を有するので、弁座(44)と球
状弁体(45)との距離、即ち、弁開度を正確に制御する
ことができるので、上記した球状弁体(45)による効果
と協働して、さらに正確な燃焼制御を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る制御方法により制御する燃焼量可
変装置を具備す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図は噴
霧量−灯油温度特性曲線の説明図、第4図は制御ブロッ
ク図、第5図は電磁弁の断面図、第6図はポンプの側面
図、第7図は第6図のI−I線断面図、第8図は第6図
のII−II線断面図、第9図は流量調整弁の断面正面図、
第10図は印加電流と流量調整弁の二次側圧力の相関関係
を示すグラフ、第11図は流量調整弁の二次側圧力と戻り
油量及び噴霧量との相関関係を示すグラフ、第12図は従
来の流量調整弁の概念的構成説明図、第13図は従来の燃
焼量可変装置の概念的構成説明図である。 図中、 (A):燃焼量可変装置 (B):石油式給湯機 (C):循環流路 (FC):流量調整弁 (G):逆止弁 (N):戻り式圧力噴霧ノズル (S):往き油管 (P):ポンプ (R):戻り油管 (T):貯油タンク (40):弁ケーシング (41):一側開口 (42):他側開口 (43):流量調整流路 (43a):連絡流路 (44):弁座 (45):球状弁体 (47):弁体進退杆 (51):ソレノイド (69):空気流出用縦溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安永 繁文 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番1号 日本ユプロ株式会社内 (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 昭59−29732(JP,A) 特開 昭63−72978(JP,A) 実開 昭64−38456(JP,U) 実開 昭57−183439(JP,U) 実開 昭64−57472(JP,U) 実開 昭61−5365(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 1/00 112

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】貯油タンク(T)と戻り式圧力噴霧ノズル
    (N)とを、中途にポンプ(P)を設けた往き油管
    (S)により連通連結すると共に、上記ノズル(N)と
    往き油管(S)のポンプ(P)の上流側とを、流量調整
    弁(FC)を流路中に取付けた戻り油管(R)により連通
    連結して循環流路(C)を形成し、しかも、流量調整弁
    (FC)は、弁座(44)に対向する弁体を球状弁体(45)
    に形成し、該流量調整弁(FC)を制御することにより、
    前記ノズル(N)の噴霧量を増減して燃焼量を変化させ
    るべく構成し、更には循環流路(C)に温度センサ
    (1)を設け、同温度センサ(1)により戻り式圧力噴
    霧ノズル(N)に至る燃料温度(Tx)を検出し、同検出
    燃料温度(Tx)にもとづいて流量調整弁(FC)への電流
    値(Ix)を制御部(M)により制御することを特徴とす
    る燃焼量可変装置の制御方法。
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