JPS58200873A - ガスガバナ - 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制御に
より実現するいわゆる電子式ガスガバナに関するもので
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５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を通りバーナ３で燃焼する。水
は入口４から入り熱交換器５でバーナ３の燃焼熱を吸収
し湯となって蛇口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のガス圧力が変動
す゛ると蛇口６の湯温が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６図に従来のガスガバナ装置２の［工１（理図を示す
。ガスが人［１８から出［１９へ流通するがその中間に
井１ｏおよび弁座１１が設けられている。弁１０は−・
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）５へ附勢されている４３今、入口８のガス圧
が上昇すると室ムの圧力が上昇し、ダイアフラノ、１２
を上方へ上げる力Ｐ１が増加してスプリング１３の力Ｐ
２を釣合うまで′ｊｆ１０を引上げる。これにより弁１
０と弁座１１の間隙が狭−ｔり流路抵抗を増加し、て室
Ｂの圧力上昇を防ぐ、。

反対に室Ａの圧力が低下すると弁１０は押下げられ、弁
座１１との間隙が開き室Ｂの圧力低下を防１１−する。

室Ｂのガス圧力はネジ１４によりスプリング１３の力Ｐ
２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（ダイアフラ
ム１２の径やスプリング１３の力等により限られる）高
範囲の調圧は困難であり、例えば都市ガスとＬＰＧでは
ガバリ−を交換する必要性もあった。

また近年バーナ３の燃焼［辻を制御して蛇「１６の給湯
温度が希望の温度になるような機器が発売されている。

第７図にこのシステム図を示すがこの場合ガス置割（財
）弁１６をガバナ２の下流に内列に設け、出口温度を温
度センサ１７′で検出し温Ｉ圧制御回路１８により制御
弁１６を駆動する。この場合にはガスの通路抵抗が増加
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
い膜で成型されているため破れた時にガス孔１６を通・
ρで外気にガスが漏れ出し危険である。またこの時はダ
イアフラムの力Ｐ１がなくなりスプリング１３の力Ｐ２
のみが弁１ｏに加わり弁１ｏが全開状態となるため、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
破損する危険性があっだ１、器具を使用していない時に
はガスが直接バーナ３やガス孔１６から流出すると爆発
や中毒死等の原因となり非常に危険であるため一般に第
７図のように元バルブ１９を設けており、通路抵抗の増
加およびコストアップの要素を大きくしている。

本発明は以上のような従来の欠点を除去するもので、高
範囲なガス圧力設定を精度よく行ないガス漏れの心配が
全くない上に燃焼敏制仰機能も兼ねることを可能とする
電子式ガスガバナを提供することを］」的とする。

この目的の達成のために本発明は、ガス圧力センサによ
りガス圧を検知して電子回路により電流値に変換し、こ
の電流値に応じた電磁力Ｋ　、ｌ：り弁体を駆動してガ
ス流計を制御する構成としだものである。

この構成によりガス圧力は精度よく制御されると共にガ
ス圧力の調整は電子回路により行なうため調整範囲も幅
広く取れる。さらにダイアフラム等を使用しないだめガ
スｔｈｉねの心配がなくなる。

同時に電子制御回路により種々の制御が可能となり例え
ば温度センサの信号を入力することにより燃焼ｈ′Ｌを
可変して温度側弁することも容易である等の広い応用が
はかれる。

以下、本発明の具体的実施例を図面に従って１悦明して
ゆく。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の具体構成例を断面図
にして示す。ガスは入口室２０から出［−１室２１に向
かい途中に設けられた弁座２２とｉｐ鉢体２３間隙を通
り流通する。２４は弁体２３を一端に装着し磁性材料で
形成した磁性体プランジャを示し他端に非磁性体材料で
形成したプランジャ端２５を装着している。２６は磁気
回路２７に包含された中空円筒形の電磁コイルで、中空
円筒部２８を前記プランジャ２４．２５が貫通している
。

またプランジャ２４．２５はコイル２６の中空円筒部２
８に接する事なく上下移動可能に保持すると共に通常は
弁体２３を弁座２２に押圧する方向に板バネ２９．３０
により附勢さねている３゜出口室２１にはガス圧力を検
出する圧力セン、ザ３１、が設けられリード線３２によ
り電子回路３３に接続されている。電子回路３３は電磁
コイル２６とリード線３４で結合されコイル電流を供給
する。

３５は′重子回路３３０′ＩＩｊ−源供給端子、３６は
外部電気信刊によりガス圧設定値を制御するガス圧制御
端子を示す。

次に動作を説明する。通常弁体２３は板バネ２９．３０
により弁座２２に押圧されておりガスは出口室２１に流
出しない。これにより第７図の元コック１９も兼ねてお
り停電等の場合においてもガスを遮断する。電子回路３
３に端子３５から電源を供給すると圧力センサ３１は出
口室２１の圧力を検出する。合弁外２３が閉じているた
め出口室２１の圧力は大気圧である。ここでガスを例え
ば液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用する場合を考えると−
・般にバーナへ供給されるガス圧は１ｏ○ｒｎｍＨ２ｎ
程度に保つ必要がある。このため出口室２１の圧力がな
いと電子回路３３はコイル２６の駆動電流を供給する。

これにより磁気回路２７に電磁力が発生して電磁プラン
ジャ企４が板バネ２９゜３００力に反し７てに方へ吸引
され弁体２３が弁座２２から離′ｔ１て間隙をガスが流
れる。これにより出口室２１のガス圧が増加する。圧力
センサ３１はこの圧力を検出して電子回路３３に伝える
。電子回路３３は圧カセンザ３１の検知圧力と設定圧力
（１００ｍｍＨ２ｏ　）を比較し検知圧力が高ければ電
磁コイル２６の電流を減少する。これにより電磁力も減
少して板バネ２９，３０の力で弁体２３が弁座２２に押
し戻され、電磁力と板バネ２９゜３０の力の釣合った点
で静止する。反対に検知１１−。

力が低ければさらに弁体を開きガスを多く流す、。

つまり出口室２１のガス圧力が常に１００ｍｍＨ２゜に
なるように弁体２３と弁座２２の間隙を制御するもので
ある。このため例えば元ガス圧が変動して入口室２ｏの
ガス圧が増加した場合には間隙を流れるガス流量が増加
し出口室３１の圧力も１−昇するがこのとき制御回路は
弁体２３と弁座２２の間隙を絞るように動作して出口室
２１の圧力を元に戻す。

第２図にその制御特性を示す。横軸Ｐ３は元ガス圧つま
り入口室２ｏの圧力、縦軸Ｐ４は出口室２１のガス圧を
示す。金兄ガス圧Ｐ３が出口室２１の設定ガス圧Ｐ′（
ここでは１００ｍｍＨ２ｏ）よりも低い場合は図のＸ線
のように元ガス圧Ｐ３に応じて義［］ガス圧Ｐ４がに昇
する。ここで元ガス圧Ｐ３−出ロガス圧Ｐ４であるＺ線
よりもＸ線が緩く傾斜しているのは弁体２３と弁座２２
等の通路抵抗による圧力低下がある／こめである。元ガ
ス圧Ｐ３が設定ガス圧Ｐ′よりも上昇した場合は前述の
弁体２３の動作により出口ガス圧Ｐ４はＰ′に固定され
る（Ｙ線）。以上のように燃焼機器はガバナ特性の発生
するＰａ部でｆ重用するように設計される。

捷だ図のＹ１〜Ｙ３はガス圧設定値Ｐ′を変更した場合
の特性を示し、と汎等は後述する電子制御回路の調整に
より任意の値に選ぶことが可能である。

第３図は制御回路部３３の具体的な例を示す回路図であ
る。回路は直流電源３７を端子３６がら供給されて動作
する。抵抗３８．３９は電源３７を介在して電位／ｈを
発生する。また抵抗４０゜圧力センサ３１．可変抵抗器
４１により分圧電位ｅｂ　を得る３、ここでは圧力セン
サ３１はピエゾ抵抗等を応用した圧力センサを使用した
例で圧力に応じてその抵抗値が変化するものとする。電
位ｌａとｌｂは演算増幅器４２（以下オペアンプと呼ぶ
）および抵抗４３．４４により反転増幅さｆする。、オ
ペアンプ４２の出力はトランジスタ４５０ベースに接続
され、エミッタは抵抗４６を介して電源３７の負端子に
、コレクタは電磁コイル２６を通して電源３７の正端子
に接続されている。電位ｅｔは電磁コイル２６の電流が
弁体２３が開き始める値と全開となる値のほぼ中間の値
Ｉｐが流れ／こときのトランジスタ４６のエミッタ電位
ｌｃ、っ４す（Ｉｐｘ抵抗３６の抵抗値）となるように
設ｄ１゛シている。脊圧カセンサ３１の抵抗値が電位６
ａ＝ｌｂとなる値である時オペアンプ４２の動作により
ｋ　＝　ｌｂ　＝　７１！ｃとなりコイル２６は電流Ｉ
ｐを流シて安定する。次に元ガス圧Ｐ３が」−昇したと
きブ［体２３と弁座２２の間隙が同じであればガス流）
、；。

が増加して圧カセンザ３１部の圧力が上列する３、これ
により圧カセンザ３１の抵抗が増加して電ｆ１シーｌｂ
　が上昇する。オペアンプ４２は反転増幅［「１１路で
あるため電位１ｂ−１ｈを抵抗４３と４４の比の増幅率
で増幅した電圧だけ電位／ｃを低下させる。。

これによりコイル２６を流Ｊする電流が減少してガス流
１ｆｔを絞り、圧力センサ３１が元のガス圧力に戻るよ
うに動作する１３元ガス圧Ｐ５が減少した場合はガス流
）１（を増／Ｊｌｌ　してガス圧力を上昇させる。

（但し第２図のＰａ間にあるときのみ）。このように圧
力センサ３１の検知圧力が常に一定になるように動作す
る。こ才１は第６図で説明した従来のガスガバナと全く
同じ働きをするものである。可変抵抗器４１はガス圧力
の調整用のもので第２図のＹをＹ１〜Ｙ３に調整する。

これはガス種の変換や機器により設定圧力Ｐ′が異なる
場合に調整するものである。例えば可変抵抗器４１の抵
抗を増加すると電位ｌｂ二４ａとなるためには圧力セン
サ３１の抵抗値は可変抵抗器４１の増加分だけ小さな値
となる必要がある。こ才１はその分だけガス圧の設定値
が低下した事になる。このように可変抵抗器４１のみで
簡単に任意のガス圧力に調整できるものである。

図で４７は電磁コイル２６の逆起電力吸収用のダイオー
ドを示す。

は第７図に示すシステムを実現するもので、第７図の制
御弁１６９元バルブ１９を不要としガスガバナ２を本発
明電子式ガスガバナに置替えたものである。

第３図の説明で可変抵抗器４１によりガス１１：力が任
意に可変できることを述べた。これはガスバーナ３の燃
焼量を可変する事であり、これを利Ｌｆｉして燃焼量制
御に応用したものでしかもガスガバナとしての動作も併
せ持ち元ガス圧の変動も吸収できる構成としている。

第４図で左側３３は第３図で説明したガス月−力を一定
に制御する回路を示す。ここでガス圧設定値は第３図の
ように圧力センサ３１と直列の可変抵抗４１で行なう方
法とは異なり、可変抵抗４１′により抵抗４８とで構成
する電位ｌａ’を可変する構成としているが動作は第３
図と同様’ｒｌｑ位に’　＝ハとなるように働き、外部
端子３６に何も接続しない場合は第３図と同じガスガバ
ナとして働く。

温度制御回路１８ｉ、温度センサ１７により温度を検出
して、設定温度になるように燃Ｆ’Ｕ　ｉＩ’ｘ　（ガ
ス圧力）を制置」１する回路である。温度センサ１７は
ここでは負特性感温抵抗素子（サーミスタ）を１目いた
例で説明する。温度センサ１７と抵抗４９の分圧電位ｌ
ｄと抵抗５０．６１で分圧された基準電位１ｆをオペア
ンプ６２と抵抗５３’、６４で増幅し、その出力電位ｇ
ｇを端子３６から抵抗６６へ入力する。、令弟７図の給
湯機で給湯温度が低い場合は温ＩＷセンサ１７の抵抗は
大きく電位ｊｄは高くなり出力型１＼ｒｅｇも高くなる
。電位（ｈ’は電位ｅｇに応じて変化するため７！ａ′
も高くなる。

こわは′市位ｌｂ二ｌａ′となるためには圧力センサ３
１の抵抗値が入きく（圧力が高く）なる事を意味し、圧
勾設定値を高くしだ事になる。反対に温度センサ１７の
温度が高くなると電位ｌｄは低下し７！ａ′も低下する
ため設定圧力も小さくなりバーナ３の燃焼ｉ什も少なく
する。このように温度センサ１７の温度に応じてガス圧
力の設定値を自動的に無段階に制御さｆ７る。また同時
に圧力センサ３１Ｃ信号により同じｌ１ｌａ’であって
も元ガス圧が変動した場合に弁体２３を制御してガス圧
変動のフ５・いように動作する。温度設定値は温［Ｗセ
ンサ１７と直列に接続された可変抵抗器５６により設定
可能で、ガス種切替は可変抵抗器４１′により調整でき
る。まだ温度センサ１７の温度がいくら低くても電位７
Ｉｇは電源電圧３７以トになる事はないだめ抵抗５６で
決定される最大のｊｈ’の値は可変抵抗４１′により決
定され、最大ガス圧設定値（最大燃焼量）でカットされ
る。

この例では温度制御回路で説明したが圧力あるいは燃焼
状態（火炎状態や排ガス成分）に応じて設計した回路を
端子３６に接続してもよく、まだタイマ回路等により着
火時に一定時間燃焼）１１−を絞って着火させて点火音
をなくした緩点火動作や一定時間後に消火させる等のシ
ーケンス回路を接続してもよい。

ここで第１図では弁体２３は無段階に制御されるが多段
に制御してもよくまだはオンオフ制御し７その動作周期
を可変してガス圧を制御する方法も考えられる。また図
のよう゛な電磁方式以外にもモ−タやその他の駆動方式
でも同様の効果が得られる事は明らかである。また給湯
機以外の各種ガス器具にも広く応用する事も可能である
。

以１−説明してきたように本発明の電子式ガスガバナは
次のような効果を有する。

１、従来のガバナと同様にガス回路に接続し、電源を印
加するのみでガバナ動作をし、増幅回路のゲイン等の設
計により高精度のガバナ制御性能を得ることが可能とな
りガス種切替やガス圧の調整も広範囲に電子回路部のみ
で実現できる。

２、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。

３、従来のガスガバナでは困難であったガスの閉山機能
も持ち、電源オフ時にガスを閉止するため安全である。

４、ガス圧制御端子に外部信号を人力するのみで種りの
制（財）機能を附加する事が可能であり単なるガスガバ
ナでなく燃焼量制御用のアクチエータとして応用できる
。

このように数多くの効果を有するもので工業廁値犬なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子式ガスガバナの一実栴例を示す断
面図、第２図はその動作特性図、第３図は制御回路部の
具体例を示す回路図、第４図は他の実施例を示す回路図
、第５図は一般の給湯機のシステム図、第６図は従来の
ガスガスくすの！皇理図、第７図は従来の温度制御付給
湯機の７ステム図である。 ２ｏ・・・・・・ガス入口室、２１・・・・・・ガス出
［］室、２２・・・・・弁座、２３・・・・・・弁体、
２４・・・・・磁１体プランジャ、２５・・・・・・プ
ランジャ端、２６・・・・・・電磁コイル、２７・・・
・・・磁気回路、２９．３０・・・・・板／（ネ（弾性
体）、３１・・・・・・圧力センサ、３３・・・・・・
電子制御回路、３６・・・・・・ガス圧制御端子、４１
゜４１′・・・・・可変抵抗器（ガスＥＥ設定部）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｗ、
１図 ？０　２２２′ 第２図 第３図　　−ＰＪ ５ 第５図 ｑ １６図 １０　　　／／ 纂７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ガス人口室と、ガス出口室、および前記ガス
   入口室から出口室に至るガス通路の途中に設けた弁座と
   、前記弁座に対向して配した弁体と、前記弁体を−・端
   に装着し、他端に非磁性体材料で形成し／ζプランジャ
   端を装着してなる磁性体プランジャと、前記磁性体プラ
   ンジャを中空円筒部に移動自在に貫通した電磁コイルと
   、前記電磁コイルを包含する磁気回路上、前記弁体を弁
   座に押圧する方向に附勢すると同時に前記磁性体プラン
   ジャが前記電磁コイルに接することのないように保持す
   る弾性体を有し、前記出口室にはガス圧力を検知する圧
   力センサを設け、前記圧カセンザの出力に応じて前記電
   磁コイルに流通する電流値を制御する電子制御回路を有
   するガスガバナ。
2. （２）電子制御回路は、圧力センサの検知圧力がガス圧
   設定部で設定された圧力になるように電磁コイルに通電
   する構成とし、ガス圧設定部は外部電気信号によりガス
   圧設定値を可変するガス圧制御端子を設けた特許請求の
   範囲第１項記載のガスガバナ。