JPS6311685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス瞬間湯沸器や石油温水機に用いら
れて、通水量の制御と水量検出の動きをする水制
御装置に関するものである。通水量の制御を行う
方法としてダイヤフラムを用いた圧力調整器（以
下、水ガバナと称す）の下流に調節弁を設け、そ
の前後の圧力差をダイヤフラムに作用する方法が
通常使用されている。これは、水ガバナが供給水
圧が高い場合に水の流れ過ぎを防止するガバナ効
果を発揮する時、ダイヤフラム差圧がダイヤフラ
ムの面積と荷重スプリングによつて定まるほぼ一
定値になることに着目し、調節弁開度が大きい時
には大水量で前記差圧に達し、開度が小さい時に
は少水量でも前記差圧に達するという現象を利用
したものであつた。しかし、この方法では、通水
路途中に直接調節弁を挿入する都合上、寸法が大
きくなるばかりでなく操作に要する力も多く必要
とした。又、ダイヤフラムの移動量を外部へ取出
してスイツチと連携させて通水検知を行う場合
に、スイツチが作動する検出水量値が調節弁開度
と共に変化するという問題があつた。

本発明は、水の通水路中に直接調節弁を挿入せ
ず、関接的に水量制御を行うもので寸法形状の小
型化と操作力の低減化を目的とする。又、水量検
出をスイツチ信号として得る場合に、設定水量に
かかわらず検出水量をほぼ一定化することも本発
明の目的である。

以下、本発明の実施例に基いて詳細な説明を行
う。

第１図は水制御装置のみを断面して示したガス
瞬間湯沸器の構成図である。ここで、１は水制御
装置で、水は流入経路２を通つて室３に入る。室
３の上部に制御孔４が開口しここから一次圧室５
へ水は流入する。一次圧室５から出る水の流出経
路６には定差圧弁７とベンチユリー管８が設けら
れており、これらは流入経路２も含めた一体構造
になつている。さて、制御孔４と対応して弁９が
図に於て上下方向自在に移動し得るように設けら
れ、この弁９はダイヤフラム１０と連動する。ダ
イヤフラム１０の他端は二次圧室１１に臨み、ダ
イヤフラム１０は一次圧室５と二次圧室１１の水
圧差に相当する力を発生する。１２はダイヤフラ
ム１０を常に一次圧室５の方向へ押しつづけるよ
う附勢されたスプリングである。このスプリング
１２の力と前述の水圧差による力が釣り合う位置
でダイヤフラム１０は静止し、これに応じて弁９
による通水面積も定まる。１３はダイヤフラム１
０の動きを伝える軸で一端はシールされて外部へ
突出している。

さて、定差圧弁７は一次圧室５に開口した流出
孔１４に相応していて、バネ１５で常に流出孔１
４を閉じる方向に附勢されている。定差圧弁７の
下流側１２はベンチユリー管８の入口部１６を形
成し、ここと二次圧室１１との間を第一連通路１
７が連絡する。又、ベンチユリー管８の絞り部１
８と二次圧室１１との間は第二連通路１９が連絡
している。そして、第一連通路１７にはその通路
抵抗を変化せしめる調節弁２０が設けられてい
る。尚、定差圧弁７の中央には小孔２１が明けら
れている。流出経路６は水制御器１を出た後で熱
交換器２２と接続され、ここで湯になり出湯経路
２３から外部へ供給する。

次に燃料ガスは、ガス通路２４を通つて、第一
電磁弁２５と第二電磁弁２６及び入力制御弁２７
を経た後バーナ２８で燃焼する。又、第一電磁弁
２５と第二電磁弁２６の中間からパイロツトガス
回路２９を導いて、パイロツトバーナ３０にもガ
スは送られる。この他に、点火装置や着火検出装
置もあるが、ここでは省略している。

本発明に関連する制御系では、軸１３と対応し
たスイツチ３１で通水状態を検出し、出湯経路２
３に設けた湯温センサ３２で温度を検出し、これ
らの信号は温度設定器３３の信号と共にコントロ
ーラ３４へ送られる。コントローラ３４はこれら
の信号を受けて前記の電磁弁２５，２６や入力制
御弁２７を駆動する。同時に、調節弁２０の開度
を変化させる調節弁の駆動機構３５をも作動させ
ている。

次に、動作を説明するが、第２図は、従来の水
制御器の場合の動作図である。

従来の水制御器の構成は良く知られているので
特に図示していないが、第１図に於て、定差圧弁
７の代りに調節弁を設け、第一連通路１７及び調
節弁２０が無いのが一般的である。このような構
成では、ダイヤフラム１０の一次圧室５と二次圧
室１１の圧力差は、調節弁での圧力降下分とベン
チユリー管での静圧低下成分の和で与えられる。
従つて、調節弁の開度によつて第２図のイ，ロ，
ハのように水量に対する差圧値が変化する。この
差圧に応じたダイヤフラム１０の力はスプリング
１２と釣合つてその時の弁９の開口度を変化させ
る。例えば、ある調節弁開度ロの状態で、水量
W₂の時、差圧は△P₂で、この差圧による力はf₂
で弁９の開口ギヤツプはg₂で示される。この開口
ギヤツプg₂をW₂の水量が流れる供給水圧は定ま
つているが、もし、水圧が増加すれば、水量の若
干の増加はあるものの開口ギヤツプも狭くなるた
め、水圧の増加分はほとんどこのギヤツプ部分で
消費されてしまう。従つて、結果的に水圧変化は
吸収されて水量が安定する水ガバナとしての作用
が得られるのである。この水ガバナとしての効果
を発揮するのは開口ギヤツプが全閉に近付いた領
域であるので、この状態に対応すべきダイヤフラ
ム差圧はほぼ一定である。もちろん、水量値によ
つてこのような水ガバナ効果が作用している状態
での開口ギヤツプが少し異るので、例えば、調節
弁を絞つてハのような特性では差△P₃、ギヤツ
プg₃で水量W₃が得られ、調節弁を開いてイのよ
うな水量差圧特性にすれば差圧△P₁、ギヤツプg₁
で水量W₁が得られる。このように、水圧変化が
あつても水量をほぼ一定状態に保つ時には、第２
図に示した△P₁，△P₂，△P₃，のような余り変
らない差圧状態になつている。従つて調節弁開度
で水量と差圧の関係を変化させれば、水量値を変
化させることが出来る。

さて、このように、水の流出経路である流出孔
１４に直接対応させて水量値を変える方法では、
調節弁も通路径に相当する寸法を必要とする。調
節弁を操作する力も当然ある程度以上のものを要
求される。

又、ダイヤフラム１０の動きを軸１３で外部へ
伝えマイクロスイツチのようなスイツチ信号とし
て取り出す時、そのスイツチ切換えの為の必要偏
位量をl_sとすればこれに相当する差圧△P_Sであ
る。この差圧△P_Sが得られる水量値は、前述した
設定水量値に一定の関係を示す。すなわち、水量
W₁を得るよう調節弁開度をイの状態に設定する
とW_S1の水量になつてスイツチ信号が出る。又、
ハの状態ではW_S3である。このように水量設定に
応じて検出水量値が異ることはガスや石油の湯沸
器の場合には不便なことである。

さて、本発明の場合には第１図の実施例であつ
て第３図のような動作特性である。まず、定差圧
弁７による発生圧力差は、第３図のＡに示す飽和
曲線となる。これは、低水量域では小孔２１のみ
が通路となるので水量増加に応じて急激に差圧は
増加するが、この差圧は定差圧弁７自体を開く方
向に作用する。従つて、バネ１５に打勝つ力を生
じると流出孔１４から離れるようになる。通水量
が多くなるに従つて弁としての開口面積は広くな
り、この部分の圧力差はほぼ一定になるのであ
る。次に、ベンチユリー管８では水量によつて入
口部１６と絞り部１８の間に圧力差を生じること
がこの値は、水量の二乗にほぼ比例することは良
く知られている。

ダイヤフラム１０の二次圧室１１には二つの連
通路１７，１９によつて、ベンチユリー８の入口
部１６と絞り部１８の圧力が導入されている。こ
の両部分には圧力差があるので、入口部１６から
第一連通路１７、二次圧室１１、第二連通路１９
を通つて絞り部１８に到る微少な制御流を生じ
る。従つて、両連通路の抵抗値を選定すると、二
次圧室１１の圧力は入口部１６と近い値を示した
り、絞り部１８と等しくすることが出来る。ダイ
ヤフラム１０に作用する圧力差は、前述の定差圧
弁７による成分と、ベンチユリー管８による成分
の和である。

今、第３図で、ハは調節弁２０を全閉した時
で、二次圧室１１は絞り部１８と同じ値を示して
いる。ロ，イは各々調節弁２０を開いて行つた場
合で、二次圧室１１の圧力は絞り部１８の圧力よ
り入口部１６の圧力に近くなつてくるので、同じ
水量でもダイヤフラム差圧として減少して来る。
このようにしてダイヤフラムの差圧を選定するこ
とが出来ると第２図で述べた理由と全く同じ理由
によつて水ガバナとして効果を発揮し水圧変化の
影響を受けずに安定化する水量のレベルを設定す
ることができる。又、スイツチ３１によつて通水
されたことを検出することが出来る最少水量は第
３図に示す差圧△P_Sに対応するW_S1，W_S2，W_S3
であつて、この水量範囲に於てはベンチユリー管
８の差圧は定差圧弁７の差圧に比べて少いので、
これら検出水量はほぼ同一になるよう設計が可能
である。

通水したことをスイツチ３１が検出するとコン
トローラ３４は第一電磁弁２５を開くと共に点火
装置を作動させる。着火検出装置でパイロツトバ
ーナ３０に着火したことを検出すれば、第二電磁
弁２６も開きバーナ２８は燃焼する。熱交換器２
２で加熱された湯の温度を湯温センサ３２が検出
し、温度設定器３３で設定した温度と比較してそ
の誤差分を無くするように入力制御弁２７を作動
させてガス入力制御をしている。こうして、水温
や水量にかかわらず任意に設定した温度で出湯す
るように制御している。ところが、バーナ２８で
燃焼し熱交換し得る最大熱量は定まつているので
それ以上の熱量を必要とするような給湯条件では
出湯温度は低下せざるを得ない。

この場合には、コントローラ３４では駆動機構
３５を作動させて調節弁２０を絞る方向に回転さ
せて通水量を少くすることによつて給湯負荷を下
げる。こうして最大熱量に見合う給湯条件にして
設定した湯温は保つようにコントロールしてい
る。

駆動機構はステツピングモータや、モータサー
ボ機構などを用いると制御性が高くなるが、必要
とする調節弁２０回転トルクに応じた容量の物を
選定しなければならない。必要トルクが大きけれ
ば駆動機構もそのパワーを大きくしなければなら
ないし、必然的に電源容量も大きくなる。この
点、本発明では調節弁は制御用の微少流が流れる
連通路に設けられるのでその寸法径は小さくする
ことが可能なのでＯリングなどシール材による摩
擦トルクも少い。従つて駆動機構や電源の少容量
化が図れる特徴を有している。

又、第３図に示したように検出水量が余り変化
しないことは先止形式の湯沸器の場合には有利で
ある。すなわち、第２図の従来例に比べると湯が
得られる水量の範囲が広く蛇口を絞つて水量を少
くした時に火が消えてしまうという不便さが無く
なるのである。

本発明では通水路の全抵抗を少くする目的でベ
ンチユリー管８を用いたが、オリフイス状のもの
でも良く、要は、水量に対する差圧関係が一定で
あつても、これを分圧して二次圧室に作用せしめ
る方法であれば良い。この場合は、絞り部１８に
相当するのはオリフイス出口部に相当しているこ
とは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である水制御装置の
断面図を含む湯沸器の構成図、第２図は従来水制
御装置に於ける動作説明図、第３図は本発明水制
御装置に於ける動作説明図である。 ２……流入経路、４……制御孔、５……一次圧
室、６……流出経路、７……定差圧弁、８……ベ
ンチユリー管、９……弁、１０……ダイヤフラ
ム、１１……二次圧室、１６……入口部、１７…
…第一連通路、１８……絞り部、１９……第二連
通路、２０……調節弁、３５……駆動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイヤフラムと、ダイヤフラムで隔離された
   一次圧室並びに二次圧室と、一次圧室に開口した
   制御孔と、ダイヤフラムと連動し制御孔開度を変
   える弁と、制御孔へ到る流入経路と、一次圧室か
   ら出る流出経路と、流出経路中に設けた定差圧弁
   及びベンチユリー管又はオリフイスと、ベンチユ
   リー管又はオリフイスの入口部と二次圧室を連通
   する第一連通路と、ベンチユリー管の絞り部又は
   オリフイス出口部と二次圧室を連通する第二連通
   路と、どちらか一方の連通路に設けた調節弁によ
   つて構成され、調節弁開度を変化させることによ
   つて通水量の制御を行うことを特徴とする水制御
   装置。 ２ 調節弁は外部信号によつて作動する駆動機構
   により、その開度が変化させられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の水制御装置。