JPH03282112A - 給湯機の燃料流量調整弁駆動方法 - 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駆動方法に関する。

（ロ）　従来の技術 従来、灯油等を燃料とした給湯機において、電磁ポンプ
と電磁流量調整弁とを備えて、電磁ポンプとにて燃料を
圧送し、電磁流量調整弁てバーナに送給する燃料流量を
調整することにより、バーナーの発熱量を調節すること
か行われている。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の電磁流量調整弁には、弁体作動時
の摩擦抵抗やハイドロリックロック等のために、作動不
良を起こしたり、また、駆動電流と弁体作動量との間に
ヒステリシスが生じ、そのため、燃料流量の調整が正確
に行われないという問題があった。

そこで、商用電源の交流を全波整流し、しかも、リプル
を残したまで電磁流量調整弁を駆動することにより、電
磁流量調整弁の弁体に振動を与えることにより、上記作
動不良やヒステリシスを減少させることか考えられる。

ところが、上記の考えを実施すると、次のような新たな
問題か生起する。

すなわち、上記リプルによって電磁流量調整弁の開度か
商用電源の２倍の周波数で振動する。

また、電磁ポンプは構造上燃料の吐出圧が脈動的であり
、この脈動の周波数は同ポンプを駆動する交流の周波数
と一致している。

したがって、電磁流量調整弁の開度の振動と吐出圧の脈
動とが同調して、バーナーへ送給される燃料流量に大き
な振幅の振動が発生し、そのため、バーナーの燃焼が脈
動的になり、燃焼音が大きくなったりする不具合が発生
する。

（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
噴霧ノスル、電磁流量調整弁を燃料流路に設けて、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べく構成した給湯機の燃料
流量調整弁駆動方法において、電磁流量調整弁のヒステ
リシス防止のための交流成分を、電磁流量調整弁の駆動
電流に重畳し、かつ、電磁流量調整弁を駆動する電流に
重畳させる交流成分の周波数を、電磁ポンプを駆動する
交流の周波数の整数倍と一致しない周波数に設定するこ
とと、上記交流成分の周波数を１００Ｈｚ〜２２０Ｈｚ
の間に設定することを特徴とする給湯機の燃料流量調整
弁駆動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、電磁流量調整弁を駆動する電流に交流
成分を重畳させることにより、電磁流量調整弁の弁体を
振動させて、上記ヒステリシスを減少させ正確に燃料流
量を調整して、正確な発熱量の調整をすることができる
。

しかも、電磁流量調整弁を駆動する電流に交流成分を重
畳させる交流成分の周波数を、電磁ポンプを駆動する交
流の周波数の整数倍から離れた周波数に設定することに
よって、商用電源の周波数と上記交流成分の周波数とが
干渉して生ずる唸りの周波数を、燃料噴射量の変動に対
するバーナの応答周波数よりも高くすることかでき、ま
たは、周波数を人の可聴範囲から遠さけることができる
ので、バーナーの燃焼の変動を抑制し、静粛な燃焼を行
わせることができる。

また、わが国では商用電源の周波数が地域によって異な
り、５０　ｔ（ｚ地域と８０　ｔｌ　ｚ地域の２種類の
地域があるが、電磁ポンプを駆動する交流の周波数の整
数倍と一致しない周波数、例えば１３３Ｈｚとすること
により、両地域の周波数の整数倍の周波数と一致しない
周波数で電磁流量調整弁を駆動することになり、いずれ
の地域でも共通して上記の効果を得ることができる。

なお、上記交流成分の周波数をあまり高くすると、同周
波数に電磁流量調整弁の作動か追従できなくなり、前記
ヒステリシス防止の効果が減少するおそれかあり、逆に
、交流成分の周波数をあまり低くすると、電磁流量調整
弁の開度に低周波の唸りか発生し、これにバーナの燃焼
状態か追従して、燃焼が脈動的になったり、燃焼音が大
きくなったりする不具合が発生するが、上記交流成分の
周波数をｌ　ＯＯＩＩ　ｚ〜２２０　ＩＩ　ｚの間に設
定することにより、ヒステリシス防止効果の減少と、低
周波の唸りによる燃焼の脈動を防止することができる。

（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
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。

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
電磁流量調整弁てあり、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
戻り式圧力噴霧ノズル（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。

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（ｌＯ）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スル
（Ｎ）に供給された灯油の一部を霧化して、先端ノスル
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）の上流側と二・ソプル（８
２）を介して接続した吸入口（８３）と、同吸入口（８
３）と第１連通路（８４）を介して連通し、ノくルブ機
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（８
７）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、同ガイトノ（イブ（
９０）向上部に磁気ロッド（９１〉を固定状態に嵌太し
、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ト（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てあり、ソレノイド（９３）
ｉこ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
電圧を印加すると、ピストン口・ンド（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）か開弁し、右側弁（
８５ｂ）か閉弁して、灯油をバルブ室（８６）内に吸入
し、ピストンロッド（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（１，００）を形成し、
同弁座（１００）に接離する弁体（１０２）と、弁体（
１０２）を支持した電磁可動片（１０４）と、同電磁可
動片（１０４）と磁気ロット（９［）との間に介設した
弁ばね（１０５）とを配設して閉止弁（１０１）を構成
している。

かかる閉止弁（１０１）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（１０４）が
弁ばね（１０５）の付勢に抗して下方へ吸引され、弁体
（１０２）か弁座（１００）から離れて開弁じ、ソレノ
イド（９３）への電流を止めると、弁体（１０２）が弁
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。

なお、かかる電磁ポンプ（Ｐ）では、ポンプ作用を行う
ピストンロッド（９４）の作動が、交流で駆動される往
復作動であるため、アキュムレータ（８８）が装備され
てはいるが、灯油の吐出圧に上記交流の周波数と同一周
波数の脈動成分が含まれることになる。

電磁弁（Ｖ）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
（７Ｉ）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）から灯油か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（■）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）内に空気溜りが生して、圧力
低下により空気が膨張した場合にも、電磁弁（ｖ）によ
り上記ノズル（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（ＦＣ）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
増減して、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
に連設したニップル（４３ｄ）と、同ニップル（４３ｄ
）内に設けた戻り油流路（４３ｅ）と、連絡流路（４３
ａ）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）とて構成されている。

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
た円形凹部（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（６１）と、同固定磁
極（６１）に螺入した調整ねじ（６２）と、同調整ねじ
（６２）の上端と弁体進退杆（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、この連絡流路（４３ａ）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
絡している。

一方、弁ケーシング（４０）内に設けた戻り油流路（４
３ｅ）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字状の屈曲流路からなる
流量調整流路（４３）を形成している。

なお、電磁流量調整弁（ＦＣ）の取付位置及び形状は、
上記に限定されることなく、戻り流路（１１）中であれ
ば任意であることはいうまでもない。

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
け離隔することかでき、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。

したかって、給湯機（Ａ）の要求熱負荷に応じ、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（２０）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（１）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、
弁体進退駆動機構（Ｋ）内の滞溜空気の排出を円滑にし
ている。

なお、かかる電磁流量調整弁（ＦＣ）を直流で駆動する
と、印加電流と球状弁体（４５）の作動との間に、弁体
進退杆（４７）とガイドスリーブ（４６）間の摩擦抵抗
等に起因するヒステリシスが不可避的に派生する。

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、人力及び出力インターフェース（ａ
）　（ｂ）と、メモリ（＋ｎ）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・ソチ（３
５）、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（３
０）を接続している。

出ツノインターフェース（ｂ）には電磁ポンプ（Ｐ）、
電磁弁（■）、電磁流量調整弁（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（ｒ）、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）か
らクロックを分周して出力した　１３３Ｈｚのトリガー
信号を一定幅のパルス波に変換するモノステーブルマル
チバイブレータ（Ｖｍ）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、上記パルス波
と同一周波数のパルス状電流を上記直流電流（１１）に
重畳させて、第１０図で示すように、５０＋ｎ＾、１３
３ｔ（ｚのパルス波（Ｉ２）を交流成分として重畳した
波形の電流を出力するようにしている。

したがって、電磁流量調整弁（ＦＣ）の弁体進退杆（４
７）と球状弁体（４５）とに振動を与えて、前記した作
動不良やヒステリシスを防止し、正確なバーナ（２０）
の燃焼制御か行えるようにしている。

また、上記交流成分としての　１３３　ｔｌ　ｚのパル
ス波（１２）の周波数は、わが国における商用電源の周
波数、５０Ｈｚ及び６０　Ｈｚの整数倍と一致しておら
ず、しかも、・　１００）１ｚ〜２２０Ｈｚの間にある
ので、パルス波（１２）の周波数が高すぎてデイザ−の
効果が失われたり、逆に低すぎて低周波の唸りによる燃
焼の脈動を防止することができる。

第１１図は、上記交流成分の周波数と、要求熱負荷と、
燃焼音との関係を示すグラフであり、交流成分の周波数
が１００Ｈｚ〜２２０Ｈｚのときが燃焼音の抑制が効果
的に行われ、更に、１３３Ｈｚ以上では燃焼音の抑制効
果がサチュレートすることがわかる。

なお、（ｐ）で示すプロットは、交流成分の周波数か５
０　Ｈｚの時のもので、交流成分の周波数が商用電源の
周波数と同調したときの燃料噴出圧力の振れ幅を示すた
めに参考までに呈示した。

【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２図は戻り式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図は交流成分の周波
数と燃料噴出圧力の振れ幅及び燃焼音との関係を示すグ
ラフ。 （＾）：給湯機 （ＦＣ）　：電磁流量調整弁 （Ｐ）：電磁ポンプ （Ｎ）　　・戻り式圧力噴霧ノズル 第 ■ 図 第 図 第 図 ＩＩ Ｉに 第 ６ 図 第 図 ０ 匡

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）を燃料流路に
   設けて、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
   噴出量を調節すべく構成した給湯機の燃料流量調整弁駆
   動方法において、電磁流量調整弁（ＦＣ）のヒステリシ
   ス防止のための交流成分を、電磁流量調整弁（ＦＣ）の
   駆動電流に重畳し、かつ、電磁流量調整弁（ＦＣ）を駆
   動する電流に重畳させる交流成分の周波数を、電磁ポン
   プ（Ｐ）を駆動する交流の周波数の整数倍と一致しない
   周波数に設定することを特徴とする給湯機の燃料流量調
   整弁駆動方法。 ２）上記電磁流量調整弁（ＦＣ）を駆動する電流に重畳
   させる交流成分の周波数を、１００Ｈｚから２２０Ｈｚ
   の間に設定することを特徴とする請求項１記載の給湯機
   の燃料流量調整弁駆動方法。