JP7376404B2

JP7376404B2 - ゼロガバナとこれを備えた熱源機

Info

Publication number: JP7376404B2
Application number: JP2020056609A
Authority: JP
Inventors: 公博吉村
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021156348A

Description

本発明は、バーナに対するガス供給路に介設されるゼロガバナとこれを備えた熱源機に関する。

従来、熱源機が備えるゼロガバナとして、入口室と、この入口室に対し第１弁座で仕切られた出口室と、この出口室に対し第１ダイヤフラムで仕切られた第１圧力室と、この第１圧力室に連通する第１連通路に対し第２弁座で仕切られた、出口室に第２連通路を介して連通する第２圧力室と、この第２圧力室に対し第２ダイヤフラムで仕切られると共に、第２ダイヤフラムの背面側に画成された、大気に開放される背圧室と、第１ダイヤフラムに連結され、第１弁座に接離自在でこの第１弁座に形成された弁孔を開閉する第１ダイヤフラム弁体と、出口室内に設けられ、第１ダイヤフラムを第１ダイヤフラム弁体が第１弁座に接近する閉じ側に付勢するばねとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１記載のゼロガバナは、第２ダイヤフラムに連結され、第２弁座に接離自在でこの第２弁座に形成された弁孔を開閉する第２ダイヤフラム弁体と、第２圧力室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座から離隔する開き側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第１調圧ばねと、背圧室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座に接近する閉じ側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第２調圧ばねと、この第２調圧ばねの付勢力を調整する調整部材とを備えてもいる。特許文献１に記載された調整部材は、背圧室を画成するためのダイヤフラムカバーに設けられる、第２調圧ばねの長さ方向にのびる筒部の内周に螺入可能とされている。

そして、上記ゼロガバナの製造時には、ダイヤフラムカバーの筒部内周への調整部材の螺入量を加減して第２調圧ばねの付勢力を調整し、出口室での燃料ガスの圧力が所定圧になるように調圧する初期設定が行われる。ところで、第１調圧ばねに採用される圧縮コイルばねは、第２調圧ばねに採用される圧縮コイルばねと比較して長さが短いが、圧縮コイルばねを形成する金属線の線径は、通常、φ0.3mm程度と非常に細く、第１調圧ばねのばね定数は小さい。このため、初期設定時の調圧値は、一般に、数Pa程度という非常に小さい値になっている。

特開２０１８－１２３８６８号公報

上記の如く、ゼロガバナでは初期設定時の調圧値が非常に小さいため、例えば輸送時の振動等に伴う外力を受けて、稀ではあるが、調圧値が初期設定値からずれてしまうことがある。ゼロガバナを備えた熱源機では、調圧値の初期設定値からのずれは、出口室から流出する燃料ガスの流量に反映されるため、バーナの燃焼性能に悪影響を及ぼし、場合によっては不完全燃焼を招く虞がある。

そのような調圧値の初期設定値からのずれの一因として、第１調圧ばねがゼロガバナに実装された状態で、例えば輸送時の振動等に伴う外力を受けて、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねが変形することが考えられる。具体的には、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの長さ方向の各端部に存する巻線部分と、この巻線部分に対し圧縮コイルばねの長さ方向に隣接する巻線部分を、夫々、第１巻線部分、第２巻線部分として、第２巻線部分が、第１巻線部分を径方向に押し退けるように圧縮コイルばねが変形して、第２巻線部分が、第１巻線部分と共に、圧縮コイルばねの長さ方向の各端部を受ける、ゼロガバナの各ばね受け部に着座することが考えられる。特許文献１記載のゼロガバナの場合、第１調圧ばねの付勢力の調整量を調整部材の一回転当たりで40Pa/mmに設定すると、第１調圧ばねの上記変形に伴う調圧値の変化量は、
40Pa/mm × 0.3mm ＝ 12Pa
になる。ここで、圧縮コイルばねを形成する金属線の線径φを通常の0.3mmとしている。上記変化量は、初期設定時の調圧値の２倍程度に相当する。このことから、バーナの燃焼性能に及ぼす悪影響は多大である。

本発明は、以上の点に鑑み、振動等に伴う外力を受けても調圧値が初期設定値からずれ難いゼロガバナとこれを備えた熱源機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のゼロガバナは、入口室と、この入口室に対し第１弁座で仕切られた出口室と、この出口室に対し第１ダイヤフラムで仕切られた第１圧力室と、この第１圧力室に連通する第１連通路に対し第２弁座で仕切られた、出口室に第２連通路を介して連通する第２圧力室と、この第２圧力室に対し第２ダイヤフラムで仕切られると共に、第２ダイヤフラムの背面側に画成された、大気に開放される背圧室と、第１ダイヤフラムに連結され、第１弁座に接離自在でこの第１弁座に形成された弁孔を開閉する第１ダイヤフラム弁体と、出口室内に設けられ、第１ダイヤフラムを第１ダイヤフラム弁体が第１弁座に接近する閉じ側に付勢するばねとを備えたゼロガバナであって、第２ダイヤフラムに連結され、第２弁座に接離自在でこの第２弁座に形成された弁孔を開閉する第２ダイヤフラム弁体と、第２圧力室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座から離隔する開き側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第１調圧ばねと、背圧室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座に接近する閉じ側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第２調圧ばねと、この第２調圧ばねの付勢力を調整する調整部材とを備えるものにおいて、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの長さ方向の各端部に存する巻線部分と、この巻線部分に対し圧縮コイルばねの長さ方向に隣接する巻線部分を、夫々、第１巻線部分、第２巻線部分として、第１巻線部分は、第２巻線部分から圧縮コイルばねの径方向外方又は内方に張り出し、第１調圧ばねがゼロガバナに実装された状態では、圧縮コイルばねの第１巻線部分が、第２巻線部分と共に、圧縮コイルばねの前記各端部を受ける各ばね受け部に着座することを特徴とする。

本発明のゼロガバナによれば、第１調圧ばねがゼロガバナに実装された状態では、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの第２巻線部分が、第１巻線部分と共にゼロガバナの各ばね受け部に予め着座する。このため、振動等に伴う外力を受けても、圧縮コイルばねが従前のように変形することはなく、調圧値が初期設定値からずれ難くなる。従って、ゼロガバナを備えた熱源機では、バーナの燃焼性能が初期設定のまま良好に保持される。

本発明のゼロガバナにおいて、前記第１調圧ばねを構成する前記圧縮コイルばねの前記各端部に存する一方の第１巻線部分の端縁と他方の第１巻線部分の端縁とが、平面視で、圧縮コイルばねの巻回方向に半周離間して配置されていることが望ましい。これによれば、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの長さ方向の各端部を各ばね受け部に配置した時、圧縮コイルばねの各ばね受け部への着座状態が安定になる。このため、相対的に長さが短くても、第１調圧ばねをゼロガバナに実装する際の取扱いが容易になり、第２ダイヤフラムの周辺部の組立性が良好になる。また、調整部材による第２調圧ばねの付勢力の調整が容易にもなる。

本発明の熱源機は、上記ゼロガバナのいずれか一方を備えたことを特徴とする。

本発明の熱源機の一実施形態を示す模式的断面図。図１に示す熱源機が備えた、本発明のゼロガバナの一実施形態を示す断面図。図２に示すゼロガバナに実装される、第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの一形態を示す拡大斜視図。図３に示す圧縮コイルばねの平面図。（ａ）は、図３に示す圧縮コイルばねを、長さ方向の各端部に存する第１巻線部分の端縁でＡ－Ａ方向に切断した断面図。（ｂ）は、（ａ）に示す圧縮コイルばねを第１調圧ばねに採用してゼロガバナに実装したときの状態を示す要部断面図。

図１を参照して、本実施形態の熱源機２０は、熱交換器２１と、熱交換器２１を加熱するバーナ２２とを備えている。バーナ２２は、バーナボディ２２ａの一面を覆う燃焼板２３に形成された、図示省略の多数の炎孔から燃料ガスＦと一次空気Ａとの混合気ＭＧをＺ軸方向下方に噴出して燃焼する全一次燃焼式バーナで構成され、燃焼板２３は、Ｚ軸方向下方を向いて配置されている。また、バーナ２２は、Ｚ軸方向下方の燃焼空間を囲う燃焼筐２４を備え、燃焼筐２４の内部のＺ軸方向下部に熱交換器２１を収納している。そして、燃焼筐２４のＺ軸方向下端に連通する排気ダクト２５が設けられ、バーナ２２からの燃焼排ガスＣＧが熱交換器２１を介して排気ダクト２５に流出するようにしている。

また、熱交換器２１は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の両方に直交する、図示省略のＹ軸方向に多数積層した吸熱フィン２１ａと、吸熱フィン２１ａを蛇行して貫通する吸熱管２１ｂとで構成されている。吸熱管２１ｂには、その上流側に給水管ＳＰが、下流側に出湯管ＴＰが接続されている。出湯管ＴＰの下流端に設けられた、図示省略の出湯栓を開けて吸熱管２１ｂに通水したとき、バーナ２２が燃焼して上記出湯栓から予め設定された温度の湯が出湯する。

さらに、バーナ２２には、Ｘ軸方向にのびる給気路２６が接続され、給気路２６に、一次空気Ａを供給するファン２７が介設されている。ファン２７の上流側に位置する給気路２６の部分には、燃料ガスＦを供給するガス供給路２８の下流端に位置するガス出口２８ａが接続されている。なお、ガス出口２８ａが接続される給気路２６の部分は、断面積が減少したベンチュリ部２６ａになっている。

そして、ガス供給路２８には、元弁２９と、流量調節手段として二次ガス圧を大気圧と同等圧に調圧するゼロガバナ１００とが介設されている。ここで、燃料ガスＦの供給量は、二次ガス圧である大気圧とベンチュリ部２６ａに作用するファン２７の吸引負圧との差圧に応じて変化する。ここで、ファン２７の吸引負圧はファン２７の回転数に比例して変化するため、燃料ガスＦの供給量は、ファン２７の回転数、すなわち、一次空気Ａの供給量に比例して変化し、混合気ＭＧの空燃比が一定になる。

図２を参照して、図１に示す熱源機２０が備えたゼロガバナ１００は、流入室１０１と、入口室１０２と、出口室１０３と、第１圧力室１０４と、第２圧力室１０５と、第３圧力室１０６と、背圧室１０７とを備えている。入口室１０２は、流入室１０１に対し第３弁座１０８で仕切られ、出口室１０３は、入口室１０２に対し第１弁座１０９で仕切られている。また、第１圧力室１０４は、出口室１０３に対し第１ダイヤフラム１１０で仕切られ、第２圧力室１０５は、第１圧力室１０４に連通する第１連通路１１１に対し第２弁座１１２で仕切られている。さらに、第３圧力室１０６は、入口室１０２に対し第４弁座１１３で仕切られ、背圧室１０７は、第２圧力室１０５に対し第２ダイヤフラム１１４で仕切られると共に、ダイヤフラムカバー１１５で第２ダイヤフラム１１４背面側に画成されている。

なお、第１圧力室１０４は、第３圧力室１０６に第３連通路１１６を介して連通し、第２圧力室１０５は、出口室１０３に第２連通路１１７を介して連通すると共に、第３圧力室１０６に図示省略の連通路を介して連通している。背圧室１０７は、ダイヤフラムカバー１１５に形成された孔１１５ａを介して大気に開放されている。

また、ゼロガバナ１００は、第３弁座１０８に形成された弁孔１０８ａを開閉する弁体１１８ａを有する第１電磁弁１１８と、第４弁座１１３に形成された弁孔１１３ａを開閉する弁体１１９ａを有する第２電磁弁１１９とを備えている。さらに、ゼロガバナ１００は、第１ダイヤフラム１１０に連結され、第１弁座１０９に接離自在で第１弁座１０９に形成された弁孔１０９ａを開閉する第１ダイヤフラム弁体１２０と、第２ダイヤフラム１１４に連結され、第２弁座１１２に接離自在で第２弁座１１２に形成された弁孔１１２ａを開閉する第２ダイヤフラム弁体１２２とを備えている。なお、第２ダイヤフラム弁体１２２は、第２ダイヤフラム１１４に一体に連結されている。

さらにまた、ゼロガバナ１００は、出口室１０３の内部に設けられ、第１ダイヤフラム１１０を第１ダイヤフラム弁体１２０が第１弁座１０９に接近する下方の閉じ側に付勢するばね１２１を備えている。

そして、ゼロガバナ１００は、第２圧力室１０５の内部に設けられ、第２ダイヤフラム１１４を第２ダイヤフラム弁体１２２が第２弁座１１２から離隔する上方の開き側に付勢する第１調圧ばね１２３と、背圧室１０７の内部に設けられ、第２ダイヤフラム１１４を第２ダイヤフラム弁体１２２が第２弁座１１２に接近する下方の閉じ側に付勢する第２調圧ばね１２４と、ダイヤフラムカバー１１５に設けられた、第２調圧ばね１２４の長さ方向上方にのびる筒部１１５ｂの内周に螺入可能で、第２調圧ばね１２４の付勢力を調整する調整部材１２５とを備えている。なお、第１調圧ばね１２３及び第２調圧ばね１２４には圧縮コイルばねが採用されている。

このようなゼロガバナ１００は、上記の如く、図１に示す熱源機２０が備えるバーナ２２に対するガス供給路２８に介設され、第１電磁弁１１８及び第２電磁弁１１９を共に開弁させると、流入室１０１を通じて入口室１０２から出口室１０３に燃料ガスＦが流れる。

ゼロガバナ１００の製造時には、ダイヤフラムカバー１１５の筒部１１５ｂの内周への調整部材１２５の螺入量を加減して第２調圧ばね１２４の付勢力を調整し、出口室１０３での燃料ガスＦの圧力が所定圧になるように調圧する初期設定が行われる。上記の如く、第１調圧ばね１２３を構成する圧縮コイルばねを形成する金属線の線径は、通常、φ0.3mm程度で、非常に細く、初期設定時の調圧値は、数Pa程度という非常に小さい値になっている。

次に、図３、図４及び図５（ａ）（ｂ）を参照して、図２に示す第１調圧ばね１２３を構成する圧縮コイルばねの一形態を説明する。本形態の圧縮コイルばね１では、長さ方向の各端部１１，１２に存する巻線部分と、この巻線部分に対し圧縮コイルばねの長さ方向に隣接する巻線部分を、夫々、第１巻線部分１１ａ，１２ａ、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂとして、第１巻線部分１１ａ，１２ａが、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂから圧縮コイルばね１の径方向外方に張り出している。第１巻線部分１１ａ，１２ａは、夫々、図３に示す如く、径方向外方に漸次拡径すると共に、平面視で、圧縮コイルばね１の巻回方向の１／４周分の長さを有している。

このような圧縮コイルばね１が、図２に示す第１調圧ばね１２３に採用されてゼロガバナ１００に実装された状態では、圧縮コイルばね１の第１巻線部分１１ａ，１２ａは、図５（ｂ）に示す如く、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂから圧縮コイルばね１の径方向外側に配置されて、第１巻線部分１１ａ，１２ａと共に第２巻線部分１１ｂ，１２ｂが、ゼロガバナ１００の各ばね受け部に予め着座する。ここで、各ばね受け部は、図１に示すゼロガバナ１００では、一方が第２ダイヤフラム弁体１２２の下面部であり、他方が第２圧力室１０５の底壁部である。

そのような圧縮コイルばね１の第１巻線部分１１ａ，１２ａ及び第２巻線部分１１ｂ，１２ｂの、ゼロガバナ１００の各ばね受け部への予めの着座によって、振動等に伴う外力を受けても、圧縮コイルばね１が従前のように変形することはなく、調圧値が初期設定値からずれ難くなる。従って、ゼロガバナ１００を備える、図１に示す熱源機２０では、バーナ２２の燃焼性能が初期設定のまま良好に保持される。

また、圧縮コイルばね１では、一方の第１巻線部分１１ａの端縁１１ａ_１と、他方の第１巻線部分１２ａの端縁１２ａ_１とが、図４に示す如く、平面視で、圧縮コイルばね１の巻回方向に半周離間して配置されている。すなわち、各端縁１１ａ_１，１２ａ_１は、平面視で、圧縮コイルばね１の直径Ｒと同一直線上に配置され、図４に示す角度θは180°である。こうすることによって、第１調圧ばね１２３を構成する圧縮コイルばね１の長さ方向の各端部１１，１２を、図２に示すゼロガバナ１００の各ばね受け部に配置した時、圧縮コイルばね１の各ばね受け部への着座状態が安定になる。このため、相対的に長さが短くても、第１調圧ばね１２３をゼロガバナ１００に実装する際の取扱いが容易になり、第２ダイヤフラム１１４の周辺部の組立性が良好になる。また、調整部材１２５による第２調圧ばね１２４の付勢力の調整が容易にもなる。

以上、本発明を一実施形態に関して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、熱源機２０は、いわゆる給湯装置として例示したが、本発明の熱源機は、熱源機２０に限定されない。本発明の熱源機は、暖房装置や種々の燃焼装置にも広く適用することができる。また、熱源機２０及びゼロガバナ１００の細部の構成及び構造は適宜変更可能である。例えば、背圧室１０７の画成は、ダイヤフラムカバー１１５による方式に限定されることはなく、この場合、調整部材１２５による第２調圧ばね１２４の付勢力の調整方式も調整部材２５の螺入量に限定されない。また、第１調圧ばね１２３を構成する圧縮コイルばね１は、第１巻線部分１１ａ，１２ａが、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂから圧縮コイルばね１の径方向内方に張り出したものであってもよい。この場合、第１調圧ばね１２３がゼロガバナ１００に実装された状態では、第１巻線部分１１ａ，１２ａが、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂに対し圧縮コイルばね１の径方向内側に配置される。そして、第１巻線部分１１ａ，１２ａは、第２巻線部分１１ｂ，１２ｂと共に、圧縮コイルばね１の各端部１１，１２を受ける各ばね受け部に予め着座する。

さらに、圧縮コイルばね１の第１巻線部分１１ａ，１２ａの夫々の長さは、平面視で、圧縮コイルばね１の巻回方向の１／４周分に限定されることはなく、一方の第１巻線部分１１ａの端縁１１ａ_１と、他方の第１巻線部分１２ａの端縁１２ａ_１とが、平面視で、圧縮コイルばね１の巻回方向に半周程度離間して配置され、圧縮コイルばね１の各ばね受け部への着座状態が安定になるような任意の長さにすることができる。さらにまた、第１巻線部分１１ａ，１２ａの径方向外方又は内方への張り出しは、漸次拡径又は縮径することに限定されない。ゼロガバナ１００への実装時に、各ばね受け部に予め着座することができる限り、上記張り出しは任意に設計することができる。そして、圧縮コイルばね１は、第２調圧ばね１２４に採用することもできる。この場合、外力を受けても調圧値が初期設定値からよりずれ難いゼロガバナ１００になる。

２０…熱源機、１００…ゼロガバナ、１０２…入口室、１０３…出口室、１０４…第１圧力室、１０５…第２圧力室、１０７…背圧室、１０９…第１弁座、１０９ａ…第１弁座１０９に形成された弁孔、１１０…第１ダイヤフラム、１１１…第１連通路、１１２…第２弁座、１１２ａ…第２弁座１１２に形成された弁孔、１１４…第２ダイヤフラム、１１７…第２連通路、１２０…第１ダイヤフラム弁体、１２１…ばね、１２２…第２ダイヤフラム弁体、１２３…第１調圧ばね、１２４…第２調圧ばね、１２５…調整部材、１…圧縮コイルばね、１１，１２…圧縮コイルばね１の長さ方向の各端部、１１ａ，１２ａ…各端部１１，１２に存する第１巻線部分、１１ｂ，１２ｂ…各端部１１，１２に隣接する第２巻線部分、１１ａ_１，１２ａ_１…第１巻線部分１１ａ，１２ａの巻回方向の端縁。

Claims

入口室と、この入口室に対し第１弁座で仕切られた出口室と、この出口室に対し第１ダイヤフラムで仕切られた第１圧力室と、この第１圧力室に連通する第１連通路に対し第２弁座で仕切られた、出口室に第２連通路を介して連通する第２圧力室と、この第２圧力室に対し第２ダイヤフラムで仕切られると共に、第２ダイヤフラムの背面側に画成された、大気に開放される背圧室と、第１ダイヤフラムに連結され、第１弁座に接離自在でこの第１弁座に形成された弁孔を開閉する第１ダイヤフラム弁体と、出口室内に設けられ、第１ダイヤフラムを第１ダイヤフラム弁体が第１弁座に接近する閉じ側に付勢するばねとを備えたゼロガバナであって、
第２ダイヤフラムに連結され、第２弁座に接離自在でこの第２弁座に形成された弁孔を開閉する第２ダイヤフラム弁体と、第２圧力室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座から離隔する開き側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第１調圧ばねと、背圧室内に設けられ、第２ダイヤフラムを第２ダイヤフラム弁体が第２弁座に接近する閉じ側に付勢する、圧縮コイルばねからなる第２調圧ばねと、この第２調圧ばねの付勢力を調整する調整部材とを備えるものにおいて、
第１調圧ばねを構成する圧縮コイルばねの長さ方向の各端部に存する巻線部分と、この巻線部分に対し圧縮コイルばねの長さ方向に隣接する巻線部分を、夫々、第１巻線部分、第２巻線部分として、第１巻線部分は、第２巻線部分から圧縮コイルばねの径方向外方又は内方に張り出し、第１調圧ばねがゼロガバナに実装された状態では、圧縮コイルばねの第１巻線部分が、第２巻線部分と共に、圧縮コイルばねの前記各端部を受ける各ばね受け部に着座することを特徴とするゼロガバナ。
前記第１調圧ばねを構成する前記圧縮コイルばねの前記各端部に存する一方の第１巻線部分の端縁と他方の第１巻線部分の端縁とが、平面視で、圧縮コイルばねの巻回方向に半周離間して配置されていることを特徴とする請求項１記載のゼロガバナ。
請求項１又は２記載のゼロガバナを備えたことを特徴とする熱源機。