JPS58178115A - 電子式ガスガバナ装置 - 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】 本発明はガス燃焼器具における元ガス圧の変動をバーナ
に伝えず安定した燃焼を行なうガスガバナを電子側（財
）により実現する電子式ガスガバナ装置に関するもので
ある。

従来ガス燃焼器具ではガスの元圧力の変動により燃焼量
が変化しないようにガスガバナ装置が設けられている。

第８図にガス瞬間湯沸器の原理図を・示す。ガスは入口
１から流入しガスガバナ２を曲りバーナ３で燃焼する。

水は入口４から入り熱交換器６でバーナ３の・燃焼熱を
吸収し湯となってジャ口６から給湯される。７は排気口
を示す。この場合ガバナ２がないと入口１のガス圧力力
（変動するとジャ口６の湯温か変動して火傷等の危険が
あり、必ずガスガバナ２が必要となる。

第９図に従来のガスガバナ装置２の原理図を示す。ガス
が入［］８から出口９へ流通するがその中間に弁１０お
よび弁座１１が設けられている。弁１ｏは一端をダイア
フラム１２に装着され、スプリング１３により常に下方
へ附勢されている。今入口８のガス圧が上昇すると室Ａ
の圧力が上昇し、ダイアフラム１２を上方へ上げる力Ｐ
１が増加してスプリング１３の力Ｐ２′ｆ：釣合うまで
弁１ｏを引トげる。これにより弁１０と弁座１１の間隙
が挟まり流路抵抗を増加して室Ｂの圧力上昇を防ぐ。

反ズ・１に室Ａの圧力か低下すると弁１０は押下げらＦ
Ｌ、弁座１１との間隙が開き室Ｂの圧力低下全防止する
。室Ｂのガス圧力はネジ１４によりスプリング１３の力
Ｐ２を加減して行なう。

以上のようなガスガバナ装置では、ガス圧力の設定は人
間がネジ１４を手で回して調整する必要があり、特にガ
ス種の変換等の場合に手間がかかった。その上に一つの
ガスガバナの調圧範囲は限られているため高範囲の調圧
は困難であり例えば都市ガスとＬＰＧではガバナを交換
する必要性もあった。また近年バーナ３の燃焼量を制御
してジャ口６の給湯湯度を一定に制御する機器が発売さ
れているがこの場合ガス砥制飢弁をガバナ２の下流に直
列に設ける必要があり、ガス通路抵抗が増加して希望の
燃焼量が出にくくなる上にコストも高くなる。

さらにダイアフラム１２は一般にゴム等の材質の薄い膜
で成型するが、破れた場合にガスが孔１６を通って外気
に漏れて危険である。またこのときはダイアフラム１２
の力Ｐ、がなくなりスプリング１３の力Ｐ２のみが弁１
０に加わり弁１ｏが全開状態となり高いガス圧力が直接
バーナに加わり、バーナや熱交換器を破損する危険性等
があった。

本発明は以上のような従来の欠点を除去するもので、高
範囲のガス圧力設定全精度よく行ないガス−れの心配が
全くない上に燃焼置割（財）弁も兼ねることを可能とす
る電子式ガスガノ（す装置を提供することを目的とする
。

この目的の達成のために本発明は、電流値に応じてガス
流量を連続的に制御するガス流量比例制（財）弁と、ガ
ス圧力を検出するガス圧センサを使用し、ガス圧センサ
の信号に応じて比例制御弁を駆動側副する電子制御回路
によりガス圧センサの圧力が設定された圧力に保持する
ように動作する構成としだものである。

この構成によりガス圧力は設定された値に精度よく保た
れると同時に設定値を切替あるいは調整することがｏＪ
能となり調整範囲も幅広く取れる。

さらにガス比例制御弁は密閉構造のものを使用すること
によりダイアフラムの破れによるガス漏れの心配がなく
なる。また電子制御回路により各種の制御が可能となり
、例えば湯温センサとの並用による燃焼量制御や、最大
燃焼量、最少燃焼計の制限、あるいけ点火時の点火音を
なくするための緩点火動作等の広い応用がはかれる。

以下、本発明の具体的実施例を図面に従って説明する。

尚各図中間一部品、あるいは同一動作部品は同一の番号
を付している。

第１図は本発明電子式ガスガバナ装置を瞬間湯沸器に応
用した例を示すシステム図である。ガス人口１からバー
ナ３に至るガス通路にガス比例制（財）弁１６を設け、
バーナ３のガス圧力を圧力センサ１７で検出して、この
圧力が一定になるように制御回路１８で比例弁１６を制
御する。圧力センサ１７はバーナ３に設ける事が望まし
いが比例弁１６の下流であればどこでもよく特に制限し
ないため比例弁１６に内蔵することも容易である。

第２図に比例弁１６の構成例を示す。ここでは電磁コイ
ル１９に流れる電流値に応じてガズ禁を無段階に制御す
る電磁式ガス比例制（財）弁を例にして説明する。ガス
は入口８から出口９に流通するがこの中隙に弁座２０お
よびこれに対向して配した弁２１を有し弁２１は磁性体
で形成した電磁プランジャ２２に装着されている０電磁
プランジヤ２２は電磁コイル１９の中空円筒部に接しな
いように板バネ２３．２４で保持すると共に通常弁２１
を弁座２ｏに押圧する方向に附勢されている。電磁コイ
ルは磁性体ヨ〜り２６に包含されてお１す、ガス通路部
２６とはシール材２６でシール接合されている。２７は
プランジャ２２の一端に設けた非磁性体のプランジャ　
を示す。

以上の構成で電磁コイル１９に通電するとヨーク２５に
より磁気回路を形成し、プランジャ２２を１一方へ引上
げる電磁力が働く弁２１はこの電磁力と板バネ２３．２
４の力の釣合った点で静止する。つまりコイル電流に応
じて弁２１と弁座２０の間隙が無段階に調整可能であり
、これに応じて入口８から出口９に流通するガス量を制
御できるものである。

比例弁１６は−ここで説明した方式助外にもモータ式や
ムービングコイル式等も考えられ、また多段制御弁でも
応用ができるし、高速度オンオフ弁のオンオフデユティ
比を制−する構成であってもよい。

第３図に側副回路１８の具体回路図を示す。直流電源２
８を抵抗２９，３０で分圧した基準電位ｅａと、抵抗３
１と圧力センサ１７の中点電位ｅｂを演算増幅器３２（
以下オペアンプと呼ぶ）および抵抗３３．３４で反転増
幅している。オペアンプ３２の出力はトランジスタ３５
のベースに接続し、エミッタは抵抗３６全通して電源２
８のマイナスに、コレクタは比例弁１６を通して電源２
８のプラスに接続されている。ここで圧力センサ１７は
ピエゾ抵抗素子等を使用したもので圧力−抵抗変化素子
を使用した例で示しており圧力が上昇すれば抵抗値が増
加するものとする。

電位ｅａは、比例弁１６が最大ガス流量を流す電流値と
最小ガス流量を流す電流値のほぼ中間の電流値ｌｐが流
れたときのトランジスタ３５のエミッタ電位ｅ。、つま
り（Ｉ　ｐ　ｘ抵抗３６）となるように設計しである。

合圧力センサ１７の抵抗値が電位ｅｂ−ｅａとなる値で
ある時オペアンプ３２の動作によりｅａ＝ｅｂ＝ｅｏと
なり、比例弁’　ｅ　Ｉｔ’ｉ、　Ｉｐを流して安定す
る。次に元ガス圧が上昇したとき比１タリ弁１６の開度
が同じであればガス流量が増加して圧力センサ１７部の
Ｌ＋ミカが上昇する。これにより圧力センサ１了の抵抗
が増加して電位ｅｂが１：科する。オペアンプ３２は反
転増幅回路で、あるため電位ｅｂ−ｅａを抵抗３４と３
３の比の増幅率で増幅した電圧だけ電位ｅ。を低下させ
る。これにより比例弁１６に流れる電流値も減少してガ
ス流量を絞り、圧力センサ１７が元のガス圧力に戻るよ
うに動作する。元ガス圧が減少した場合は比例弁１ｅが
ガス流量を増加してガス圧を上昇させる。このように比
例弁１６が圧力センサ１７部のハー力が常に一定になる
ように動作する。これは第９図のガスガバナと全く同じ
働きをするものである。スイッチ３７はガス種の切替用
スイッチで図の位置にある時は設定ガス圧が一番高い状
態を示（７、例えばスイッチ３７が破線の位置にある場
合し；、月−力センサと直列に抵抗３８が接続される。

こｉｔは電位ｅｂ＝ｅａとなるためには圧力センサ１７
の抵抗値は抵抗３８の分だけ小さな値となる必要があり
、その分だけ比例弁１６の動作するガス圧が低下した事
になる。このようにスイッチ３７と抵抗３８．３８’　
により任意のガス圧力の設定が簡単に変更できるもので
ある。

第４図は他の実施例を示すが圧力センサ１７と直列に可
変抵抗器３９が接続されている。これはガス種や使用燃
焼機器に応じて任意にガス圧を調整可能とするものであ
り応用範囲の広いガスガバナ装置を提供する。

第６図は他の実施例を示すシステム図である。

図では制御回路１８はバーナ３部のガス圧力を一定にす
ると同時に熱交換器５の出口の温度センサ４０により給
湯温度も制御する構成のものである。

第３図、第４図の説明で抵抗３８あるいけ可変抵抗３９
によりガス圧力か任意に可変できることを述べた。これ
はガスバーナ３の燃焼量を可変することでありこれを利
用して燃焼量側（財）に応用したものである。しかもガ
スガバナとしての動作も持ち元ガス圧の変動も吸収でき
るものである。

第６図にその具体回路を示す。図の右側Ｘ・部は第３図
は類似しており、ガス圧検知部を示す。左０１１１　Ｙ
部が温度制飼部を示す回路でガス圧検知部のガス圧設定
値を温度に応じて可変する構成となっている。ガス圧設
定値は第４図のように圧カセンザ１７と直列に可変抵抗
を接続する方法とは異なり、電位ｅａ′を変化させる構
成となっている。渦Ｗセンサ４０はここでは負特性感温
抵抗素子（サーミスタ）を用いた例で説明する。温度セ
ンサ４゜と抵抗４１の分圧電位ｅｄ　と抵抗４２，４３
で分圧された基準電位ｅｆをオペアンプ４４、抵抗４５
．４６で増噂して出力電位ｅｇを得ている。

今給湯幅度が低い場合は温度センサ４ｏの抵抗は大きく
電位ｅｄは高くなり出力電位ｅｇも高くなる。電位ｅａ
′はｅ９を抵抗４７と３８’　、　３９’で分圧された
電位でありｅｇが高いとｅａ′も高い値となる。これは
電位ｅｂ＝ｅａ′となるためには圧力センサ１７の抵抗
値が大きく、すなわち圧力が高くなる事を意味し、上方
設定値が高くなった事になる。反対に温度センサ４０の
温度が高くなると電位ｅｄは低下しｅａ′も低下するた
め設定圧力・も小さくなりバーナ３の燃焼量も少なくな
る。このように温度センサ４ｏの温度に応じてガス圧力
の設定値が自動的に無段階に可変される。また同時に圧
力センサ１７の信号により同じｅａ′であっても元ガス
圧が変動した場合に比例弁を制御してガス圧変動のない
ように動作する。

温度設定値は温度センサ４０と直列に接続された可変抵
抗器４８により設定可能で、ガス種切替は抵抗３８′　
　とスイッチ３７′　　により、また各々のガス種毎の
ガス圧の調整は可変抵抗器３９′　により可能である。

第７図は他の実施例を示す回路図である。基本的な動作
は第３図と同じ動作をし、圧力センサ１７による電位ｅ
ｂとｅａを比較して電位ｅ。をイ（Ｉ、これにより比例
弁１６のガス流通量を制御する。ここでオペアンプ４９
．５０はガス流量の最大値、および最小値を制限する目
的のものである。・燃焼機器は最大燃焼量が決定されて
おりそれに応じて盤計されている。燃焼量がこれ以上に
なると機器の破損や異常過熱等の危険な状態になるため
１最大燃焼量を越えることのないようにする必要がある
。

捷だバーナ３には安全燃焼最小限界があり、それ以下で
燃焼すると吹き消えやバンクファイア等の危険が発生し
、これ以下の燃焼量になることのないようにする必要が
ある。これ等は特に第６す。

第６図のように自動的にガス圧を制御する場合に必要と
なるものである。

オペアンプ４９はボルテージフォロア回路を示し、常に
抵抗５１，５２．６３で分圧された正入力電位ｅｈ−負
入力電位ｅ０　　となるように出力ｅ□を出す。電位ｅ
ｃは比例弁１６に流れる電流値と等しいため、電流値を
ｅｈ　になる値で固定する事になる。ここでダイオード
６４により電位ｅ０がｅｈより低い場合は逆バイアスと
なりオペアンプ４９がない場合と同じ動作をする。つま
りオペアンプ３２に応じて任意の電流値を比例弁１６に
流せる。

しかし電位ｅ。がｅｈ　　よりも大きくなるとダイオー
ド６４が順バイアスになりトランジスタ３６０ベース電
流が増加する墨を防ぐ。つまり電位ｅｈに相当する電流
値でクリップする回路を構成し、ガス流量がこれ以上に
なる事を防ぐ。反対にオペアンプ５ｏは電位ｅ。がｅｋ
以下になることのないようにダイオード５５でクリップ
する回路としている。

ガス機器は大型になればなる程その着火音が大きく爆発
着火の恐れがある。このためにガスを最大燃°焼量にせ
ず適当に絞った値で着火した後に最大燃焼量とする緩点
火動作が一般に行なわれている。オペアンプ５６は緩点
火動作を行なうもので、着火時一定時間ガスをある程度
絞るタイマ回路を構成している。オペアンプ５６は比較
器として動作し、抵抗６７．５８の分圧電位ｅｍと抵抗
５９とコンデンサ６０の充電電位ｅｎを比較している。

今、電源スィッチ６１をオンにすると点火器（図示せず
）が動作しバーナに点火を行なう。このときコンデンサ
６０は充電されていないため１ｄ位ｅｎは零であり、抵
抗６９全通して充電されてゆくに従いｅｎは上昇してゆ
く。この間は出力ｅ０はロー出力となり、ダイオード６
２を通して電位ｅｂを電源の−に引くこれにより電位ｅ
。は増加し最大燃焼制限回路のｅｈで決定される最大電
流値となる。このとき電位ｅｈ　もダイオード６３と抵
抗６４により−に引かれている。つ捷りｅｈは抵抗５２
．５３と並列に抵抗６４、ダイオード６３が接続された
値に引下げられた値となっている。このため着火に最適
な燃焼量に固定される。

電位ｅｎが上昇して電位ｅｎ＞ｅｆｆｌとなった点で出
力ｅ　は・・イ出力となりダイオード６２．６３は逆バ
イアスとなり緩点火動作が終了し通常の動作に戻る。

これ以外にも種々の有用な制御動作、例えば第７図の刺
少・燃焼量以下でローオフ制＠をさせたり、またＤＩＤ
制（財）を行なう事や圧力センサ１７によるガス圧によ
りガス流量あるいは燃焼量全演算して制御する事も容易
である。

贅だガスガバナ以外のもの例えば空気、蒸気水、オイル
等のガバナにも同様の原理で応用可能である。

以上説明してきたように本発明電子式ガスガバナ装置は
下のような種々の効果を有する。

１　回路のゲイン等の選定により高精度のガバナ制御性
能を得ることが可能となりガス種切替や調整も電子回路
部のみで容易にできる。

２　圧力センサの取付位置は任意の場所に取付可能であ
り真に必要な場所の圧力制御が容易となり途中の配管抵
抗等の影響がない。

３　従来のガスガバナのよう、にダイアフラムを使用し
ない構成でありダイアフラムの破損によるガス漏れの危
険が全くない。

４　従来のガスガバナでは困難であったガスの閉止機能
も容易に実現でき、電源オフでガスを閉止するため安全
である。

６　温度センサとの組合せにより燃焼置割（財）も容易
にでき、従来のように比例弁とガスガバナを接続する必
要がなく構成が簡学で安価なシステムとなる。

６　さらに最大燃焼量制限、最小燃焼量制限、緩点火等
の機能も電子制匈部で自由に附加できる。

このようＶＣ数多くの効果を有するもので工業価値誠Ｖ
Ｃ大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をガス瞬間湯沸器に応用した実施例を示
すシステム図、第２図はガス比例制御弁の一実施例を示
す原理図、第３図は具体的な、制御回路の一実施例を示
す回路図、第４図は他の実施例？示す回路図、第５図は
さらに他の実施例金示すシステム図、第６図、第７図は
その回路図、第８図は従来の瞬間湯沸器のシステム図、
第９図は従来のガスガバナの原理図である。 １・・・・・・ガス入口（ガス通路）１．３・・・−・
・バーナ、１６・・・・・・ガス比例制御弁、１７・・
・・・・ガス圧力検知センサ、１８・・・・・・側副回
路部、３７゜３７′・・・・・・ガス変換回路、３９．
３９’・・・・争・ガス圧調整回路、４０・・・・・・
温度センサ、４９・・・・・・最大ガス圧制限部、６ｏ
・・・・・・最小ガス圧制限部、６６・・・・・・緩点
火回路、Ｘ・・・・・・圧力制御回路、Ｙ・・・・・・
温度側（財）回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 １１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）バーナに流通するガス通路に設けられ、電気信号
   によりガス流路抵抗を連続的に可変するガス比例制副弁
   と、前記ガス比例制（財）弁の下流に設けられたガス圧
   力検知センサと、前記ガス圧力検知センサの検知圧力が
   予め定めｋれだ任意のガス圧力になるように前記ガス比
   例制向弁へ駆動信号を出力する制■回路部とからなる電
   子式ガスガバナ装置。 （２２制御回路部は、予め定められた任意のガス圧力を
   ガス種類に応じて切替可能なガス変換回路を有する特許
   請求の範囲第１項記載の電子式ガスガバナ装置。 に））制御（ロ）踏部は、予め定められた任意のガス圧
   力を使用する機器に応じて調整可能とするガス圧調整回
   路を有する特許請求の範囲第１墳または第２項記載の電
   子式ガスガバナ装置。 （４）制（財）回路部は、負荷の温度を検出する温度セ
   ンサと、前記温度センサの信号に応じてガス圧力を可変
   制御する温度制御回路を有する特許請求の範囲第１項記
   載の電子式ガスガバナ装置。 （６）圧力制御回路は、温度センサあるいは圧力の信号
   には無関係に最大のガス圧力を制限する最大ガス圧制限
   部と、最少のガス圧力を制限する最少ガス圧制限部を有
   する特許請求の範囲第１項あるいは第４項記載の電子式
   ガスガバナ装置。 （６）制御回路部は、バーナの点火時に一定時間定めら
   れたガス圧力に保持する緩点火回路を有する特許請求の
   範囲第１項記載の電子式ガスガバナ装置。