JPH0432610A - 給湯機の燃料流量調整弁制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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制御方法に関する。

（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
整弁と、ファンダンパとを設けて、同調整弁を駆動する
電流を調整してバーナに供給する燃料の流量を調整する
と共に、ファンダンパの開度を調整し５てバーナへの空
気量を調節することにより、いろいろな要求発熱量での
燃焼時における空燃比を適切な範囲に制御する技術かあ
る。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 しかしなから、第１３図で示すように、ファンダンパー
の作動速度（８ｏｌ）が、電磁流量調整弁の作動速度（
３０２）に比べて極めて遅いため、要求発熱量の変動が
ないか、または、この変動が緩やかな場合はよいが、要
求発熱量か急激に増加した場合には、空気不足になって
燃焼状態がイエローとなり煤が発生し、逆に、要求発熱
量が急激に減少した場合には、空気過剰になって燃焼状
態が不安定になり、リフトが発生して炎が消えたりする
などの不具合が生じていた。

（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の上流側から上
記の順で直列状に接続して、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
調節すると共に、バーナへ空気を送給するファンと、同
空気の流量を調節するファンダンパを備えた給湯機にお
いて、ファンダンパの作動に電磁流量調整弁の作動を追
従させることを特徴とする給湯機の燃料流量調整弁制御
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、作動速度が早い方の電磁流量調整弁の
作動を、作動速度が遅い方のファンダンパーの作動に追
従させることにより、要求発熱量が急激に変動しても、
電磁流量調整弁の作動とファンダンパーの作動とを同調
させて、バーナーに送給される空気の流量に対して、適
切な流量の燃料をバーナーに送給することができる。

したが、って、要求発熱量の急激な変動に対しても、空
燃比を常に適切な範囲に保持することができ、燃焼効率
を高水準に維持すると共に、イエロー及びリフト等の不
具合を防止することができる。

また、要求発熱量の変動に合わせて、電磁流量調整弁の
作動をファンダンパーの作動に追従させるには、要求発
熱量に対し適切な開度を目標値としてファンダンパーの
作動をフィードバック制御し、動作中のファンダンパー
の過渡的な開度に対する適切な電磁流量調整弁の開度を
目標値として電磁流量調整弁の作動をカスケード制御す
ればよい。

なお、要求発熱量に対する適切なファンダンパーの開度
は、要求発熱量に必要な燃料流量を算出し、この燃料流
量と理想的な空燃比とから、空気の流量を算出し、この
空気流量からファンダンパーの開度を算出することがで
きる。

（へ）　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
てあり、同バーナ（２０）は、その後部をダクト（２Ｉ
）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
するためのファンダンパー（２３）が配設さレテいる。

（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、（Ｓｌ）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、（■）は電磁弁、（Ｆ）はフィルタ、（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
式圧力噴霧ノスル（Ｎ）に、同終端はストレーナ（Ｓｌ
）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。

ファンダンパ（２３）は第１ａ図、第１ｂ図で示すよう
に、ファンからバーナに圧送される１次、２次及び３次
空気の量を要求熱負荷、すなわち、バーナ（２０）の戻
り式圧力噴霧ノズル（Ｎ）からの燃料噴出量に対応して
調整するものである。

すなわち、バーナの後部に、１次、２次及び３次空気の
流路に連通した第１、第２及び第３固定側透孔（３１）
（３２）　（３４）を形成した円板状の固定ブレ−ト（
３７）を配し、その後面に、上記第１、第２、第３固定
側透孔（３１）（３２）　（３４）にそれぞれ対応した
第１、第２、第３可動側透孔（３８）　（３９）（５２
）を形成した円板状の可動プレート（５０）を回動自在
に摺接させ、可動プレート（５０）にサーボモータ（５
３）を連結し、サーボモータ（５３）の回動位置を制御
部（Ｍ）で制御することにより、１次、２次及び３次空
気の量を調整できるようにしている。

また、サーボモータ（５３）の出力軸にはポテンショメ
ータ（５４）が連結しており、同ポテンショメータ（５
４）の出力によって可動プレート（５０）の回動位置を
検出し、制御部（Ｍ）において予め要求熱負荷に対応し
て設定した可動プレート（５０）の位置を目標としてサ
ーボモータ（５３）をフィードバック制御することによ
り、要求熱負荷に対応した空気量を１次、２次及び３次
空気の流路に送給することができる。

なお、可動プレート（５０）の作動速度は、サーボモー
タ（５３）の減速比を大きくとっているために、最小空
気量の位置から最大空気量の位置まで、またはその逆に
回動させるのに約３秒間を要する。

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
（１１）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、同ガイドバイブ（９
０）向上部に磁気ロッド（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ばねであり、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
付勢力か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、ピストンウッド（９４）が降下すると、左側弁（８
５ａ）が閉弁し、右側弁（８５ｂ）が開弁じて、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（＋００）に接離する弁体（１０２）と、弁体（＋
０２）を支持した電磁可動片（１０４）と、同電磁可動
片（１０４）と磁気ロッド（９１）との間に介設した弁
ばね（１０５）とを配設して閉止弁（１，０１）を構成
している。

かかる閉止弁（ｌｏｔ）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）か弁座（１００）から離れて開弁じ、ツレ／
　イｌ”　（Ｈ）への電流を止めると、弁体（１０４）
　ｌ）Ｊ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。

電磁弁（■）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（■）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
り上記ノスル（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（ｐｃ）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“Ｃ１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）とて構成されている。

弁ケーシング（４０）は、弁ケーシング（４０）の上面
に連設（またニップル（４３ｄ）と、同ニップル（４３
ｄ）内に設けた戻り油流路（４３ｅ）と、連絡流路（４
３ａ）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
、だ円形凹部（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（６ｊ）と、同固定
磁極（６１）に螺入した調整ねじ（６２）と、同調整ね
しく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）とて構成されている。

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（４
３ａ）の−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
（４３ｃ）は往き油管（Ｓ）の下流側に連絡している。

なお、流量調整弁（Ｐｃ）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た
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、調整ねしく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）の要求熱負荷に応し、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（２ｏ）の正確な燃焼制御を行
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）の作動を円滑にすると共に
、弁体進退機構（Ｋ）内の滞溜空気の排出を円滑にして
いる。

かかる構成によって、流量調整弁の作動速度は極めて速
く、全開から全閉、または、その逆に作動するのに、約
１０ｍ　ｓ　Ｌ、か要しない。

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）とて構成されている。

入力インターフェース（ａ）には、運転スイッチク３５
）、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（３ｏ
）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（■）、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）、整流された直
流のりプルを除去する平滑回路（Ｆ）、制御部（Ｃ）か
らの駆動信号を電圧に変換して出力するＤ／Ａ変換器（
ＣＯ）、パワートランジスタ（Ｔｐ）、制御部（Ｃ）が
出力したトリガー信号を一定幅のパルスに変換するモノ
ステーブルマルチバイブレータ（Ｖｍ）とで構成されて
おり、制御部（Ｃ）からの駆動信号により電磁流量調整
弁（ＦＣ）を駆動する直流電流（１１）を発生すると共
に、上記トリガー信号と同一周波数のパルス波（Ｉ２）
を、上記直流電流（１１）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ことにより、電磁流量調
整弁（ＦＣ）にディサーヲかけて、向弁（ＦＣ）の作動
不良やヒステリシスを防止するようにしている。

かかる石油式給湯機（Ａ）において、前述したように、
ファンダンパ（２３）は全開から全開まで約３秒間を要
し低速であり、これに対し電磁流Ｉｉｋ調整弁（ｐｃ）
は全開から全閉まて約１０ｍ　ｓであって高速であり、
このような作動速度の違いがら、次のような問題が生ず
る。

つまり、制御部（Ｍ）から発熱量増加（減少）の信号が
出力されると、燃料の増加（減少）は極めて短時間に行
われるにもかかわらず、供給空気の増加（減少）に時間
かかかり、そのために、バーナへの供給空気量とノズル
からの燃料噴射量との比すなわち空燃比か、要求熱負荷
が増大するときはリッチになり、要求熱負荷が減少する
ときはリーンになるという問題がある。

そこで、本発明では、第１１図のフローチャトで示すよ
うに、制御部（Ｍ）に要求熱負荷増加の信号が入力する
と　（２００）、まず、この要求熱負荷に適切な空気量
をバーナ（２ｏ）に送給するのに必要なファンダンパ（
２３）の開度を算出し　（２０１）、この開度を目標と
し、ボテンンヨメータ（５４）の検出値を参照しながら
サーボモータ（５３）をフィードバック制御する　＜２
０２）。

ついて、制御部（Ｍ）で、上記ポテンショメータ（５４
）ノ検出１ａ　カら、動作中のファンダンパ（２３Ｃ）
過渡的な開度を算出し　（２０３）、このファンダンパ
（２３）の開度における適切な燃料を噴出させるのに必
要な電磁流量調整弁（ＦＣ）の開度を算出し　（２０４
）、この開度を目標として電磁流ｊｌ調整弁（ＦＣ）を
カスケード制御する　（２０５）ようにしている。

上記のように作動速度が遅いファンダンパ（２３）の作
動に、作動速度が速い電磁流量調整弁（ＦＣ）の作動を
追従させることで、要求発熱量が急激に変動しても、第
１２図で示すように、電磁流ｊｉ量調整弁ＦＣ）の作動
とファンダンパー（２３）の作動とを同調させて、バー
ナ（２０）に送給される空気の流量に対して、適切な流
量の燃料をバーナ（２ｏ）に送給することができる。

したがって、要求発熱量の急激な変動に対しても、空燃
比を常に適切な範囲に保持することができ、燃焼効率を
高水準に維持すると共に、イエロー及びリフト等の不具
合を防止することができる。

【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１ａ図はファンダンパの固定プレトの正面図、第１
ｂ図はファンダンパの可動プレートの正面図、第２図は
戻り大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■−■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図はファンダンパ及び電磁流量
調整弁制御のフローチャート、第１２図は本発明による
ファンダンパ開度と電磁流量調整弁開度との関係を示す
グラフ、第１３図は従来の制御におけるファンダンパ開
度と電磁流量調整弁開度との関係を示すグラフ。 （ＦＣ）　：電磁流量調整弁 （２２）　：ファン （ＦＣ）　：電磁流量調整弁 （２０）　：バーナ （２３）　：ファンダンパ （Ｐ）：電磁ポンプ （Ｎ）：戻り大圧力噴霧ノズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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）を燃料流路の
   上流側から上記の順で直列状に接続して、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ると共
   に、バーナ（２０）へ空気を送給するファン（２２）と
   、同空気の流量を調節するファンダンパ（２３）を備え
   た給湯機において、 ファンダンパ（２３）の作動に電磁流量調整弁（ＦＣ）
   の作動を追従させることを特徴とする給湯機の燃料流量
   調整弁制御方法。