JP2004085489A

JP2004085489A - Thermal flowmeter

Info

Publication number: JP2004085489A
Application number: JP2002249693A
Authority: JP
Inventors: Yasue Hayashi; 林　靖江; Masami Seo; 瀬尾　雅已
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP3914116B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal flowmeter capable of specifying a kind of gas automatically without needing operator's setting. <P>SOLUTION: The thermal flow meter measures a gas flow as follows: a flow detecting circuit 22 outputs sensor output signal Vout representing the temperature difference between a temperature detected by a 1st temperature sensor Ru and that detected by a 2nd temperature sensor Rd of the flow sensor; a heater driving electric quantity detecting means 24a detects electric quantity supplied to a heater element Rh; a gas kind determining means 24b specifies the kind of gas flowing through a flow sensor based on a driving electric quantity; a flow calculating means 24c calculates the gas flow based on the sensor output Vout and the specified gas kind. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フローセンサを利用した熱式流量計に係り、特に燃焼室の温度や給湯器の給湯温度などを設定温度に一致させるために燃焼用ガスと空気とが所定の比率になるよう空燃比制御を行うガス燃焼装置等に使用される熱式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスには、石油を原料にした６Ｂガス、石炭を原料にした６Ｃガス、天然ガスを燃料にした１３Ａガスなどがある。また、現在、主に家庭用として使用されている１３Ａガスには、メタンベースの１３Ａガスとプロパンベースの１３Ａガスとの２種類あることが知られている。これらの燃焼用ガスは、燃焼室や給湯器などに用いられるガス燃焼装置において燃焼室の温度や給湯器の給湯温度が設定温度と一致するように、空気と混合されて空燃比制御が行われる。
【０００３】
このようなガス燃焼装置においては、使用する燃焼用ガスの種類によってその燃焼理論酸素量が異なるため、最適な空燃比制御を行うためには、ガスの種類毎に空燃比を補正する必要がある。従来、燃焼用ガスの流量を計測する流量計としては、フローセンサを利用した熱式流量計が知られている。このような熱式流量計によりガスの流量を検出する場合、ガスの種類が変化すると、フローセンサのセンサ出力特性が変化する。その理由はガスの種類によって熱伝導率が異なるからである。そこで、ガスの流量を精度良く計測するためには、ガスの種類に応じてセンサ出力特性の変化を補正する値（コンバージョン・ファクタ）をあらかじめ手動で設定する必要がある。従来は、ガスの種類とコンバージョン・ファクタとを操作者が手動で設定し、熱式流量計がガスの種類に応じて流量を補正するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のガス燃焼装置では、操作者がガスの種類を手動で設定していたため、設定に手間がかかるという問題点があった。また、操作者がガスの種類を設定していたため、誤設定の可能性があるという問題点もあった。ガスの種類を誤って設定した場合には、燃焼室に供給されるガスと空気との比率が乱れて、エアーリッチ状態（空気の比率が大の状態）またはガスリッチ状態（ガスの比率が大の状態）になる。エアーリッチ状態では、燃焼室内の酸素濃度が上昇するので、燃焼室内で製造する製品等が酸化してしまうことになる。逆に、ガスリッチ状態では、黒煙が発生し、未燃ガスが室内に充満する状態になる。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は燃焼用ガスと空気とを所定の比率で供給するガス燃焼装置等に使用される熱式流量計において、操作者による設定を必要とすることなく、燃焼用ガスの種類を自動的に特定することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼用ガスの温度を検出する周囲温度センサと、この周囲温度センサで検出される温度よりも一定温度だけ高くなるように発熱するヒータ素子と、このヒータ素子の上流側に配置された第１の温度センサと、前記ヒータ素子の下流側に配置された第２の温度センサとを備えたフローセンサを有し、燃焼用ガスと空気とを所定の比率にて供給するガス燃焼装置に使用される前記燃焼用ガスの流量を検出する熱式流量計であって、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、前記駆動電気量に基づいて前記フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定するガス種別判定手段とを備えるものである。
本発明の熱式流量計では、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて、フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類が特定される。この燃焼用ガスの種類の特定は、燃焼用ガスの種類によりその熱伝導率が異なり、熱伝導率の違いによりヒータ素子に供給される駆動電気量が異なること、すなわち燃焼用ガスの種類により駆動電気量が異なることによるものである。
【０００７】
また、本発明の熱式流量計は、前記第１の温度センサで検出される温度と前記第２の温度センサで検出される温度との差を示すセンサ出力信号を出力する流量検出手段と、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、前記駆動電気量に基づいて前記フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定するガス種別判定手段と、前記流量検出手段から出力されたセンサ出力信号と前記ガス種別判定手段で特定された燃焼用ガスの種類に基づいて前記燃焼用ガスの流量を求める流量算出手段とを備えるものである。
本発明の熱式流量計では、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて、フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類が特定されるとともに、ヒータ素子から発せられる熱の拡散度合（温度分布）に基づいて燃焼用ガスの流量が算出される。つまり、燃焼用ガスの流量を算出するために設けられたヒータ素子をそのまま利用して、燃焼用ガスの種類を特定することができる。
【０００８】
また、本発明の熱式流量計の１構成例は、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量と前記フローセンサを流れる燃焼用ガスの流量とを対応付けたデータを燃焼用ガスの種類毎に記憶するガス種別判定テーブルを備え、前記ガス種別判定手段は、前記駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量に基づいて、前記ガス種別判定テーブルを参照して前記燃焼用ガスの種類を特定するものである。このように、駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量に最も近い値をガス種別判定テーブルの駆動電気量のデータの中から検索し、検索したデータがどの燃焼用ガスによるものなのかを判定することで、フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定することができる。
また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記ガス種別判定手段は、前記駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量が所定の範囲内にあるときに前記燃焼用ガスの種類を特定するものである。これにより、複数の燃焼用ガスで同一の駆動電気量が生じるために駆動電気量から燃焼用ガスの種類を一義的に特定できない範囲を避けることができる。
また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記ガス種別判定手段は、熱式流量計を含むガス燃焼装置が低燃焼位置制御を行っているとき又は制御を停止しているときに、前記燃焼用ガスの種類を特定するものである。これにより、流量検出手段から出力されたセンサ出力信号が所定の範囲内にあるかどうかを判断する必要がなくなる。
【０００９】
また、本発明の熱式流量計の１構成例は、前記センサ出力信号と前記フローセンサを流れる燃焼用ガスの流量とを対応付けたデータを燃焼用ガスの種類毎に記憶する流量変換テーブルを備え、前記流量算出手段は、前記流量検出手段から出力されたセンサ出力信号と前記ガス種別判定手段で特定された燃焼用ガスの種類に基づいて、前記流量変換テーブルを参照して前記燃焼用ガスの流量を求めるものである。このように、ガス種別判定手段で特定された燃焼用ガスの種類に対応するセンサ出力信号と流量とのデータを流量変換テーブルから読み出して、流量検出手段から出力されたセンサ出力信号に最も近い値を流量変換テーブルから読み出したデータの中から検索し、検索したセンサ出力信号のデータに対応する流量を流量変換テーブルから読み出したデータの中から求めることにより、フローセンサを流れる燃焼用ガスの流量を求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るガス燃焼装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のガス燃焼装置は、燃焼室１と、燃焼用ガスと空気の混合気を燃焼させるガスバーナー２と、燃焼室１内の温度を測定する温度センサ３と、燃焼室１に燃焼用ガスを供給するガス配管４と、燃焼室１に空気を供給するエアー配管５と、燃焼用ガスと空気の比率を算出する流量比率演算装置７と、燃焼室１に供給する燃焼用ガスの流量を制御するガス流量制御装置８と、燃焼用ガスの流量を検出するガス用熱式流量計９と、燃焼用ガスの流量を調節するガス流量調節弁１０と、燃焼室１に供給する空気の流量を制御するエアー流量制御装置１１と、空気の流量を検出するエアー用熱式流量計１２と、空気の流量を調節するエアー流量調節弁１３とを備えている。このガス燃焼装置は、ガス配管４から燃焼室１に燃焼ガスを供給すると共に、エアー配管５から燃焼室１に空気を供給して、燃焼室１内に設置されたガスバーナー２を燃焼させる燃焼制御を行う。
【００１１】
燃焼室１内に設置された温度センサ３は、燃焼室１内の温度を測定して、温度測定値を流量比率演算装置７に入力する。また、流量比率演算装置７には、図示しない設定器から温度設定値Ｔが入力される。この温度設定値Ｔは、燃焼室１内の温度が所望の温度になるようにあらかじめ操作者によって設定された温度である。
【００１２】
流量比率演算装置７は、温度センサ３で測定された温度測定値と温度設定値Ｔとが一致し、ガスバーナー２が最適かつ効率よく燃焼するように、ガス流量設定値とエアー流量設定値を算出する。そして、流量比率演算装置７は、ガス流量設定値をガス流量制御装置８に出力すると共に、エアー流量設定値をエアー流量制御装置１１に出力することにより、ガス流量制御装置８とエアー流量制御装置１１とを介して、燃焼用ガスの流量および空気の流量を制御する。
【００１３】
前述のように、ガス流量制御装置８には、流量比率演算装置７からガス流量設定値が入力され、ガス配管４に設置されたガス用熱式流量計９からガス流量計測値が入力される。ガス流量制御装置８は、ガス流量設定値とガス流量計測値とが一致するように操作量を算出して、この操作量をガス配管４に設置されたガス流量調節弁１０に出力する。この操作量出力によりガス流量調節弁１０の弁開度が決定される。こうして、ガス流量制御装置８は、燃焼室１に供給されるガスの流量を制御する。
【００１４】
前述のように、エアー流量制御装置１１には、流量比率演算装置７からエアー流量設定値が入力され、エアー配管５に設置されたエアー用熱式流量計１２からエアー流量計測値が入力される。エアー流量制御装置１１は、エアー流量設定値とエアー流量計測値とが一致するように操作量を算出して、この操作量をエアー配管５に設置されたエアー流量調節弁１３に出力する。この操作量出力によりエアー流量調節弁１３の弁開度が決定される。こうして、エアー流量制御装置１１は、燃焼室１に供給される空気の流量を制御する。
【００１５】
図２は、燃焼室１に供給されるガスの流量を計測するガス用熱式流量計９の構成を示すブロック図である。ガス用熱式流量計９は、図１に示したように、ガス配管４に設置され、ガス用熱式流量計９によって計測されるガス流量計測値は、流量信号としてガス流量制御装置８に出力される。
【００１６】
ガス用熱式流量計９は、フローセンサのヒータ素子に駆動電気量を供給して発熱させるヒータ駆動回路２０と、フローセンサの第１の温度センサで検出される温度と第２の温度センサで検出される温度との差を示すセンサ出力信号Ｖｏｕｔを出力する流量検出回路２２と、フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定し、燃焼用ガスの流量を求める演算部２４と、燃焼用ガスの種類判定と燃焼用ガスの流量算出のためのデータを記憶する記憶部２５と、演算部２４により演算されたデータやその演算のために必要なデータなどを表示する表示部２６とを備えている。
【００１７】
ここで、ガス用熱式流量計９のフローセンサについて説明する。図２に示すように、ヒータ駆動回路２０と流量検出回路２２の一部の素子はフローセンサを構成している。図３にガス用熱式流量計９のフローセンサの構成を示す。図３において、Ｆはガスの通流方向である。フローセンサは、シリコン基台Ｂ上に設けられた、発熱体からなるヒータ素子Ｒｈと、測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと、測温抵抗体からなる周囲温度センサＲｒとを備えている。
【００１８】
第１の温度センサＲｕは、ガスの通流方向Ｆに沿ってヒータ素子Ｒｈの上流側に配置され、第２の温度センサＲｄは、通流方向Ｆに沿ってヒータ素子Ｒｈの下流側に配置されている。周囲温度センサＲｒは、周辺温度を計測するためのセンサであり、ヒータ素子Ｒｈの影響を受けないように一定距離だけ離して配置されている。
【００１９】
ヒータ駆動回路２０は、ブリッジ回路２１、トランジスタＱ１，Ｑ２、差動増幅器Ａ１、固定抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６およびコンデンサＣ１からなる。ブリッジ回路２１は、前述のヒータ素子Ｒｈを駆動する回路であり、ヒータ素子Ｒｈと周囲温度計測用の温度センサＲｒと一対の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、トランジスタＱ１を介してブリッジ回路２１に印加される。
【００２０】
ブリッジ回路２１の平衡条件は、抵抗Ｒ１の抵抗値／ヒータ素子Ｒｈの抵抗値＝抵抗Ｒ２の抵抗値／温度センサＲｒである。ブリッジ回路２１に電圧が印加されると、ヒータ素子Ｒｈが発熱し、その結果、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が増加して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。差動増幅器Ａ１は、抵抗Ｒ１とヒータ素子Ｒｈの接続点の電位であるヒータ駆動電圧Ｖ１と、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３とが一定の電位差（例えば０）となるようにトランジスタＱ１を帰還制御する。
【００２１】
ここで、フローセンサの周囲温度が上昇して温度センサＲｒの抵抗値が増加すると、ブリッジ回路２１の平衡が失われて、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３が上昇するので、差動増幅器Ａ１は、ブリッジ回路２１を再度平衡にさせるべく、トランジスタＱ１のベース電圧を低下させる。これにより、ブリッジ回路２１に印加される電圧が上昇して、ヒータ素子Ｒｈの発熱量が増大し、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が増加して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。
【００２２】
一方、フローセンサの周囲温度が低下して温度センサＲｒの抵抗値が減少すると、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３が低下するので、差動増幅器Ａ１は、トランジスタＱ１のベース電圧を上昇させる。これにより、ブリッジ回路２１に印加される電圧が低下して、ヒータ素子Ｒｈの発熱量が減少し、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が減少して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。このようにして、ヒータ駆動回路２０は、ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が温度センサＲｒで検出される周囲温度よりも常に一定温度だけ高くなるようにヒータ素子Ｒｈを制御する。
【００２３】
トランジスタＱ２は、ヒータ素子Ｒｈと並列に接続された、ヒータ駆動回路２０のスイッチ素子である。演算部２４は、ヒータ駆動電圧Ｖ１を監視して、このヒータ駆動電圧Ｖ１が所定の上限値を超えた場合には、トランジスタＱ２にベース電流を流してトランジスタＱ２をオンさせ、ヒータ素子Ｒｈに対するヒータ駆動電圧Ｖ１の印加を停止させる。これにより、ヒータ素子Ｒｈの異常発熱を防止することができる。
【００２４】
流量検出回路２２は、ブリッジ回路２３、差動増幅器Ａ２、減算器ＳＵＢ、固定抵抗Ｒｆ，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０およびコンデンサＣ２，Ｃ３からなる。ブリッジ回路２３は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと一対の固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙとからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、ブリッジ回路２３に印加される。
【００２５】
図３に示したフローセンサに沿ってガスが流れると、上流側に位置する温度センサＲｕは、下流側に位置する温度センサＲｄに比べて、より強く冷やされる。これにより、２つの温度センサＲｕ，Ｒｄ間に温度差が現れ、この温度差は温度センサＲｕ，Ｒｄの抵抗値変化となり、ブリッジ回路２３の出力電圧Ｖ４の変化となる。差動増幅器Ａ２は、ブリッジ回路２３の出力電圧Ｖ４，Ｖ５の差の電位を温度センサＲｕ，Ｒｄによって計測された温度差に相当する温度差信号Ｖｔとして出力する。
【００２６】
減算器ＳＵＢは、差動増幅器Ａ２から出力された温度差信号Ｖｔを演算部２４から出力されたゼロ点調整量Ｖａｄｊによってオフセットし、このオフセットした温度差信号をセンサ出力信号Ｖｏｕｔ（＝Ｖｔ＋Ｖａｄｊ）として出力する。ゼロ点調整量Ｖａｄｊは、温度センサＲｕ，Ｒｄや固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙ等の抵抗値のバラツキに起因する熱式流量計個々の流量計測誤差を補正するための信号である。
【００２７】
演算部２４は、フローセンサを流れるガスの流量ＦＱが零（０）のときに流量検出回路２２から出力されるセンサ出力信号Ｖｏｕｔが零となるようにゼロ点調整量Ｖａｄｊを出力する。このゼロ点調整量Ｖａｄｊは、熱式流量計の出荷時に調整される。
【００２８】
以上のように、流量検出回路２２は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化を温度差信号Ｖｔに変換する。フローセンサに沿って通流するガスの流量ＦＱは、この温度差信号Ｖｔをオフセットしたセンサ出力信号Ｖｏｕｔから求めることができる。
【００２９】
次に、演算部２４は、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量をヒータ駆動回路２０の電圧Ｖ１，Ｖ２から求め、フローセンサを流れるガスの種類を駆動電気量に基づいて判別し、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔと判別したガスの種類とに基づいてガスの流量ＦＱを求める。
【００３０】
この演算部２４は、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量を検出するヒータ駆動電気量検出手段２４ａと、駆動電気量に基づいてフローセンサを流れるガスの種類を特定するガス種別判定手段２４ｂと、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔとガス種別判定手段２４ｂで特定されたガスの種類に基づいてガスの流量を求める流量算出手段２４ｃを備えている。
【００３１】
ヒータ駆動電気量検出手段２４ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量として、例えばヒータ消費電力を求める。ヒータ消費電力は、ヒータ素子Ｒｈに印加されるヒータ駆動電圧Ｖ１とヒータ素子Ｒｈを含むブリッジ回路２１に印加される電圧Ｖ２と固定抵抗Ｒ１の値とから、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電流Ｉを求め、このヒータ駆動電流Ｉとヒータ駆動電圧Ｖ１とからＩ×Ｖ１により求めることができる。
【００３２】
なお、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電流Ｉを駆動電気量としてもよい。また、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａは、ヒータ素子Ｒｈに印加されるヒータ駆動電圧Ｖ１を駆動電気量としてもよい。つまり、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａは、ヒータ素子Ｒｈの発熱量に相当する電気量を電圧、電流、電力のいずれかで求めるようにすればよい。
【００３３】
ガス種別判定手段２４ｂは、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量（ヒータ駆動電圧、ヒータ駆動電流またはヒータ消費電力）に基づいて、フローセンサを流れるガスの種類を特定する。以下、駆動電気量とガスの種類について説明する。
【００３４】
図４は、ガス用熱式流量計９におけるヒータ消費電力とガスの流量ＦＱとの関係をガスの種類毎に示す特性図である。この図４に示した特性は、種類と流量が既知のガスを予め校正されたガス用熱式流量計９に流すことで求めたものである。図４によれば、ガスの流量ＦＱが大きくなるとヒータ消費電力も大きくなることが分かる。また、メタンベース１３Ａガスを流量計測する場合のヒータ消費電力は、プロパンベース１３Ａガスを流量計測する場合のヒータ消費電力よりも大きくなることが分かる。
【００３５】
図４の例では、ヒータ消費電力について説明しているが、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電圧またはヒータ駆動電流についても、ヒータ消費電力の場合と同様にガスの種類によって特性が異なる。このように、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量がメタンベース１３Ａガスとプロパンベース１３Ａガスの場合で異なるのは、これらのガスの熱伝導率が異なるからである。
【００３６】
つまり、メタンベース１３Ａガスの熱伝導率は、プロパンベース１３Ａガスの熱伝導率よりも高い。したがって、同一流量のガスを測定する場合、前述のようにヒータ素子Ｒｈの発熱温度を周囲温度よりも一定値だけ高くするという制御に必要な駆動電気量は、プロパンベース１３Ａガスの場合よりもメタンベース１３Ａガスの方が大きくなる。
【００３７】
記憶部２５のガス種別判定テーブル２５ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量とガスの流量ＦＱとを対応付けたデータを、ガスの種類毎に記憶している。このガス種別判定テーブル２５ａに記憶されているデータは、ガス種別判定手段２４ｂからの要求に従って、ガスの種類を特定するために読み出される。ガス種別判定手段２４ｂは、このガス種別判定テーブル２５ａのデータとヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量に基づいてガスの種類を特定する。
【００３８】
ただし、ガスの流量が図４のＦＱ’以上の場合、駆動電気量からガスの種類を特定することはできない。何故ならば、流量０からＦＱ’以下の範囲でメタンベース１３Ａガスを流量計測する場合と、流量ＦＱ’以上でプロパンベース１３Ａガスを流量計測する場合とでは、図４からも分かるように駆動電気量が一致する可能性があるからである。この場合には、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量がメタンベース１３Ａガスによるものなのか、プロパンベース１３Ａガスによるものなのかを特定することはできない。
【００３９】
したがって、ガス種別判定手段２４ｂは、ヒータ消費電力がＷｈ’以下のとき、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量に最も近い値をガス種別判定テーブル２５ａの駆動電気量のデータの中から検索し、検索したデータがどのガスによるものなのかを判定することで、フローセンサを流れるガスの種類を特定する。図４においては、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量がＷｈ’以下のときは、ガスの種類はプロパンベース１３Ａガスであると特定することができる。
【００４０】
次に、演算部２４の流量算出手段２４ｃは、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔとガス種別判定手段２４ｂで特定されたガスの種類に基づいてガスの流量ＦＱを求める。以下、センサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの種類と流量の関係について説明する。
【００４１】
図５は、ガス用熱式流量計９におけるセンサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの流量ＦＱとの関係をガスの種類毎に示す特性図である。図５に示した特性は、種類と流量が既知のガスを予め校正されたガス用熱式流量計９に流すことで求めたものである。図５によれば、ガスの流量ＦＱが大きくなるとセンサ出力信号Ｖｏｕｔも大きくなることが分かる。また、メタンベース１３Ａガスを流量計測する場合のセンサ出力信号Ｖｏｕｔは、プロパンベース１３Ａガスを流量計測する場合のセンサ出力信号Ｖｏｕｔよりも小さくなることが分かる。
【００４２】
記憶部２５の流量変換テーブル２５ｂは、センサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの流量ＦＱとを対応付けたデータを、ガスの種類毎に記憶している。この流量変換テーブル２５ｂに記憶されているデータは、流量算出手段２４ｃからの要求に従って、ガスの流量ＦＱを特定するために読み出される。例えば、ガス種別判定手段２４ｂがガスの種類をプロパンベース１３Ａガスと特定した場合は、プロパンベース１３Ａガスに対応するセンサ出力信号Ｖｏｕｔと流量ＦＱとのデータが読み出される。
【００４３】
このように、流量算出手段２４ｃは、ガス種別判定手段２４ｂで特定されたガスの種類に対応するセンサ出力信号Ｖｏｕｔと流量ＦＱとのデータを流量変換テーブル２５ｂから読み出す。そして、流量算出手段２４ｃは、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに最も近い値を流量変換テーブル２５ｂから読み出したデータの中から検索し、検索したセンサ出力信号Ｖｏｕｔのデータに対応する流量ＦＱを流量変換テーブル２５ｂから読み出したデータの中から求め、この流量ＦＱ（ガス流量計測値）を流量信号としてガス流量制御装置８に出力する。
【００４４】
ガス用熱式流量計９の表示部２６は、演算部２４により演算されたデータやその演算のために必要な条件データなどを表示する。表示するデータとしては、例えばヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量（ヒータ駆動電圧、ヒータ駆動電流またはヒータ消費電力）、ブリッジ回路２１に印加される電圧Ｖ２、ガス種別判定手段２４ｂで特定されたガスの種類、ガス種別判定手段２４ｂにより読み出されたガス種別判定テーブル２５ａの駆動電気量のデータ、流量算出手段２４ｃで算出されたガスの流量ＦＱ、流量算出手段２４ｃにより読み出された流量変換テーブル２５ｂのセンサ出力信号Ｖｏｕｔのデータ、演算部２４から出力されたゼロ点調整量Ｖａｄｊ、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔなどがある。
【００４５】
次に、以上のような演算部２４の処理手順について説明する。図６は、演算部２４の処理手順を示すフローチャートである。まず、演算部２４のヒータ駆動電気量検出手段２４ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量を検出し（図６ステップＳ１）、ガス種別判定手段２４ｂは、この駆動電気量に基づいて、フローセンサを流れるガスの種類を特定する。
【００４６】
ガス種別判定手段２４ｂがメタンベース１３Ａガスであると判断した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、流量算出手段２４ｃが流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔをメタンベース１３Ａガスの流量に相当する信号として検出し（ステップＳ３）、このセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいてメタンベース１３Ａガス用の流量変換テーブル２５ｂを参照することにより、メタンベース１３Ａガスの流量ＦＱを求める（ステップＳ４）。
【００４７】
一方、ガス種別判定手段２４ｂがプロパンベース１３Ａガスであると判断した場合（ステップＳ２においてＮＯ）、流量算出手段２４ｃが流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔをプロパンベース１３Ａガスの流量に相当する信号として検出し（ステップＳ５）、このセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいてプロパンベース１３Ａガス用の流量変換テーブル２５ｂを参照することにより、プロパンベース１３Ａガスの流量ＦＱを求める（ステップＳ６）。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態のガス用熱式流量計９によれば、ガスの種類により熱伝導率が異なることを利用して、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量に基づいてガスの種類を特定するようにしたので、操作者がガスの種類を手動で設定する必要がなく、操作者の手間を省くことができる。また、操作者によってガスの種類が誤設定されることがなくなるので、エアーリッチ状態やガスリッチ状態のような好ましくない状態を招くことを回避することができ、最適な空燃比制御を行うことができる。
【００４９】
また、本実施の形態のガス用熱式流量計９によれば、ガスの種類を特定するために用いられるヒータ駆動回路２０は、本来、ガスの流量を検出するために用いられる回路である。したがって、ガスの種類を特定するための手段とガスの流量を検出するための手段とを別々に設ける必要がないので、ガスの種類を特定するための手段を別途設ける場合に比べて、コストを低減することができ、熱式流量計の小型化を実現することができる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、ヒータ消費電力がＷｈ’以下のとき（ガスの流量がしきい値ＦＱ’以下のとき）、ガス種別判定手段２４ｂがガスの種類を特定するようにしているが、図１のガス燃焼装置が低燃焼位置制御を行っているとき又は制御を停止しているときに、ガスの種類を特定するようにしてもよい。
【００５１】
低燃焼位置制御とは、通常の燃焼状態である高燃焼位置制御が行われる前になされる制御であり、ガス燃焼の安全性を考慮して微量のガスを燃焼室１へ供給する制御の状態である。この場合、ガス燃焼装置の流量比率演算装置７からガス種別判定手段２４ｂへ低燃焼位置制御の実行中であることを示す状態信号が出力される。ガス種別判定手段２４ｂは、この状態信号を受けたときにガスの種類を特定する。このように、ガス燃焼装置が低燃焼位置制御を行っているときにガスの種類を特定するようにすれば、予め設定されたしきい値Ｗｈ’（ＦＱ’）を用いる必要がなく、低燃焼位置制御が行われているか否かを状態信号に基づいて判断するだけでよいので、ガス種別判定手段２４ｂの処理を簡単にすることができる。
【００５２】
また、ガス種別判定手段２４ｂは、駆動電気量とガスの種類とを関係付ける予め設定された関係式を用いて、ヒータ駆動電気量検出手段２４ａで求められた駆動電気量からガスの種類を特定するようにしてもよい。予め設定された関係式を用いることにより、記憶部２５のガス種別判定テーブル２５ａを参照することなく、ガスの種類を特定することができる。
【００５３】
同様に、流量算出手段２４ｂは、センサ出力信号Ｖｏｕｔと流量ＦＱとをガスの種類毎に関係付ける予め設定された関係式を用いて、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔからガスの流量ＦＱを求めるようにしてもよい。予め設定された関係式を用いることにより、記憶部２５の流量変換テーブル２５ｂを参照することなく、流量ＦＱを求めることができる。
【００５４】
また、上記実施の形態では、流量変換テーブル２５ｂに、センサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの流量ＦＱとを対応付けたデータをガスの種類毎に記憶させているが、センサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの流量ＦＱとを対応付けたデータを基準となる１種類のガスについて記憶させてもよい。
【００５５】
この場合、流量算出手段２４ｃは、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに最も近い値を流量変換テーブル２５ｂのデータの中から検索し、検索したセンサ出力信号Ｖｏｕｔのデータに対応する流量を流量変換テーブル２５ｂのデータの中から求め、求めた値をガス種別判定手段２４ｂで特定されたガスの種類に応じて補正し、補正後の値をガスの流量ＦＱとする。
【００５６】
例えば、プロパンベース１３Ａガスを基準となるガスとして、センサ出力信号Ｖｏｕｔとガスの流量ＦＱとを対応付けたデータをプロパンベース１３Ａガスについて流量変換テーブル２５ｂに記憶させておく。この場合、流量検出回路２２から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいて流量変換テーブル２５ｂを参照して求めた値はフローセンサを流れるガスがプロパンベース１３Ａガスの場合の流量であるが、プロパンベース１３Ａガスとメタンベース１３Ａガスの関係は図５から求めることができるので、流量変換テーブル２５ｂを参照して求めた値を図５の関係に基づいて補正すれば、フローセンサを流れるガスがメタンベース１３Ａガスの場合の流量ＦＱを求めることができる。こうして、流量の種類の変化に伴う流量の値の誤差をなくすことができ、高い精度の流量の値を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、駆動電気量に基づいてフローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定するガス種別判定手段とを設けることにより、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいてフローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定するようにしたので、操作者が燃焼用ガスの種類を手動で設定する必要がなく、操作者の手間を省くことができる。また、操作者によって燃焼用ガスの種類が誤設定されることがなくなるので、燃焼室の温度や給湯器の給湯温度などを設定温度に一致させるために燃焼用ガスと空気とが所定の比率になるよう空燃比制御を行うガス燃焼装置において、本発明の熱式流量計を燃焼用ガスの流量計測に使用すれば、エアーリッチ状態やガスリッチ状態のような好ましくない状態を招くことを回避することができ、最適な空燃比制御を行うことができる。また、燃焼用ガスの種類を特定するための手段と燃焼用ガスの流量を検出するための手段とを別々に設ける必要がないので、燃焼用ガスの種類を特定するための手段を別途設ける場合に比べて、コストを低減することができ、熱式流量計の小型化を実現することができる。
【００５８】
また、ヒータ素子に供給される駆動電気量とフローセンサを流れる燃焼用ガスの流量とを対応付けたデータを燃焼用ガスの種類毎に記憶するガス種別判定テーブルを設けることにより、フローセンサを流れる燃焼用ガスの種類を特定することができる。
【００５９】
また、駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量が所定の範囲内にあるときに燃焼用ガスの種類を特定することにより、複数の燃焼用ガスで同一の駆動電気量が生じるために駆動電気量から燃焼用ガスの種類を一義的に特定できない範囲を避けて、駆動電気量から燃焼用ガスの種類を一義的に特定できる前記所定の範囲内を使って燃焼用ガスの種類を確実に特定することができる。
【００６０】
また、熱式流量計を含むガス燃焼装置が低燃焼位置制御を行っているとき又は制御を停止しているときに、燃焼用ガスの種類を特定することにより、流量検出手段から出力されたセンサ出力信号が所定の範囲内にあるかどうかを判断する必要がなくなり、ガス種別判定手段の処理を簡単にすることができる。
【００６１】
また、センサ出力信号とフローセンサを流れる燃焼用ガスの流量とを対応付けたデータを燃焼用ガスの種類毎に記憶する流量変換テーブルを設けることにより、フローセンサを流れる燃焼用ガスの流量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス燃焼装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のガス燃焼装置のガス用熱式流量計の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のガス用熱式流量計のフローセンサの構成を示す斜視図である。
【図４】図２のガス用熱式流量計におけるヒータ消費電力とガスの流量との関係を示す特性図である。
【図５】図２のガス用熱式流量計におけるセンサ出力信号とガスの流量との関係を示す特性図である。
【図６】図２のガス用熱式流量計の演算部の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…燃焼室、２…ガスバーナー、３…温度センサ、４…ガス配管、５…エアー配管、７…流量比率演算装置、８…ガス流量制御装置、９…ガス用熱式流量計、１０…ガス流量調節弁、１１…エアー流量制御装置、１２…エアー用熱式流量計、１３…エアー流量調節弁、２０…ヒータ駆動回路、２１、２３…ブリッジ回路、２２…流量検出回路、２４…演算部、２４ａ…ヒータ駆動電気量検出手段、２４ｂ…ガス種別判定手段、２４ｃ…流量算出手段、２５…記憶部、２５ａ…ガス種別判定テーブル、２５ｂ…流量変換テーブル、２６…表示部、Ｖｏｕｔ…センサ出力信号、Ｒｈ…ヒータ素子、Ｒｕ…第１の温度センサ、Ｒｄ…第２の温度センサ、Ｒｒ…周囲温度センサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal flow meter using a flow sensor, and in particular, in order to make the temperature of a combustion chamber, the hot water supply temperature of a water heater, etc. coincide with a set temperature, the combustion gas and air are emptied so as to have a predetermined ratio. The present invention relates to a thermal type flow meter used in a gas combustion device or the like that performs fuel ratio control.
[0002]
[Prior art]
City gas includes 6B gas using petroleum as a raw material, 6C gas using coal as a raw material, and 13A gas using natural gas as fuel. In addition, it is known that there are two types of 13A gas that is currently used mainly for home use: methane-based 13A gas and propane-based 13A gas. These combustion gases are mixed with air and air-fuel ratio control is performed so that the temperature of the combustion chamber and the hot water supply temperature of the water heater coincide with the set temperature in a gas combustion apparatus used in a combustion chamber, a water heater, and the like. .
[0003]
In such a gas combustion apparatus, since the theoretical oxygen amount of combustion differs depending on the type of combustion gas used, it is necessary to correct the air-fuel ratio for each gas type in order to perform optimal air-fuel ratio control. . Conventionally, as a flow meter for measuring the flow rate of combustion gas, a thermal flow meter using a flow sensor is known. When the gas flow rate is detected by such a thermal flow meter, the sensor output characteristics of the flow sensor change when the gas type changes. The reason is that the thermal conductivity differs depending on the type of gas. Therefore, in order to accurately measure the gas flow rate, it is necessary to manually set in advance a value (conversion factor) for correcting a change in sensor output characteristics in accordance with the type of gas. Conventionally, the operator manually sets the gas type and the conversion factor, and the thermal flow meter corrects the flow rate according to the gas type.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional gas combustion apparatus, since the operator manually sets the type of gas, there is a problem that setting takes time. In addition, since the operator has set the type of gas, there is a problem that there is a possibility of erroneous setting. If the gas type is set incorrectly, the ratio of gas and air supplied to the combustion chamber will be disturbed, resulting in an air-rich state (a high air ratio) or a gas-rich state (a high gas ratio). State). In the air rich state, the oxygen concentration in the combustion chamber increases, so that products manufactured in the combustion chamber are oxidized. On the other hand, in the gas rich state, black smoke is generated and the unburned gas is filled into the room.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to operate a thermal flow meter used in a gas combustion apparatus or the like that supplies combustion gas and air at a predetermined ratio. It is to automatically specify the type of combustion gas without requiring setting by a person.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an ambient temperature sensor that detects the temperature of the combustion gas, a heater element that generates heat so as to be higher than the temperature detected by the ambient temperature sensor, and an upstream side of the heater element. A gas combustion apparatus having a flow sensor including a first temperature sensor and a second temperature sensor disposed downstream of the heater element, and supplying combustion gas and air at a predetermined ratio A thermal flow meter for detecting a flow rate of the combustion gas used in a driving electric quantity detecting means for detecting a driving electric quantity supplied to the heater element, and the flow based on the driving electric quantity. Gas type determination means for specifying the type of combustion gas flowing through the sensor.
In the thermal type flow meter of the present invention, the type of combustion gas flowing through the flow sensor is specified based on the amount of drive electricity supplied to the heater element. This type of combustion gas is specified by the fact that the thermal conductivity varies depending on the type of combustion gas, and the amount of drive electricity supplied to the heater element varies depending on the difference in thermal conductivity, that is, the type of combustion gas is driven. This is because the amount of electricity is different.
[0007]
Further, the thermal flow meter of the present invention is a flow rate detection means for outputting a sensor output signal indicating a difference between a temperature detected by the first temperature sensor and a temperature detected by the second temperature sensor, Driving electric quantity detecting means for detecting the driving electric quantity supplied to the heater element, gas type determining means for specifying the type of combustion gas flowing through the flow sensor based on the driving electric quantity, and the flow rate detecting means And a flow rate calculation means for obtaining a flow rate of the combustion gas based on the sensor output signal output from the gas type and the type of combustion gas specified by the gas type determination means.
In the thermal type flow meter of the present invention, the type of combustion gas flowing through the flow sensor is specified based on the amount of drive electricity supplied to the heater element, and the degree of diffusion of heat generated from the heater element (temperature distribution). Based on the above, the flow rate of the combustion gas is calculated. That is, the type of combustion gas can be specified using the heater element provided for calculating the flow rate of the combustion gas as it is.
[0008]
Further, in one configuration example of the thermal type flow meter of the present invention, data associating the drive electric quantity supplied to the heater element and the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor is provided for each type of combustion gas. A gas type determination table for storing, wherein the gas type determination means identifies the type of combustion gas with reference to the gas type determination table based on the driving electric quantity detected by the driving electric quantity detection means To do. In this way, the closest value to the drive electricity quantity detected by the drive electricity quantity detection means is searched from the drive electricity quantity data in the gas type determination table, and it is determined which combustion gas the retrieved data is from. By determining, the kind of combustion gas which flows through a flow sensor can be specified.
Further, in one configuration example of the thermal type flow meter of the present invention, the gas type determination unit is configured such that the type of combustion gas when the driving electric quantity detected by the driving electric quantity detection unit is within a predetermined range. Is specified. Thereby, since the same drive electric quantity arises with several combustion gas, the range which cannot identify the kind of combustion gas uniquely from a drive electric quantity can be avoided.
Moreover, in one structural example of the thermal type flow meter of the present invention, the gas type determining means is when the gas combustion device including the thermal type flow meter is performing low combustion position control or when control is stopped. The type of the combustion gas is specified. This eliminates the need to determine whether or not the sensor output signal output from the flow rate detection means is within a predetermined range.
[0009]
Further, one configuration example of the thermal type flow meter of the present invention includes a flow rate conversion table that stores data in which the sensor output signal and the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor are associated with each type of combustion gas. The flow rate calculation means refers to the flow rate conversion table based on the sensor output signal output from the flow rate detection means and the type of combustion gas specified by the gas type determination means, and the combustion gas Is obtained. As described above, the sensor output signal and flow rate data corresponding to the type of combustion gas specified by the gas type determination unit are read from the flow rate conversion table, and the value closest to the sensor output signal output from the flow rate detection unit. Is obtained from the data read from the flow rate conversion table, and the flow rate corresponding to the searched sensor output signal data is obtained from the data read from the flow rate conversion table, thereby determining the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor. Can be sought.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a gas combustion apparatus according to an embodiment of the present invention. The gas combustion apparatus of the present embodiment includes a combustion chamber 1, a gas burner 2 that burns a mixture of combustion gas and air, a temperature sensor 3 that measures the temperature in the combustion chamber 1, and combustion in the combustion chamber 1. A gas pipe 4 for supplying a combustion gas, an air pipe 5 for supplying air to the combustion chamber 1, a flow rate ratio calculating device 7 for calculating the ratio of the combustion gas and air, and a combustion gas supplied to the combustion chamber 1 Gas flow control device 8 that controls the flow rate, thermal flow meter 9 for gas that detects the flow rate of combustion gas, gas flow rate control valve 10 that adjusts the flow rate of combustion gas, and air that is supplied to combustion chamber 1 Air flow control device 11 for controlling the flow rate of air, thermal flow meter 12 for air for detecting the flow rate of air, and air flow rate adjusting valve 13 for adjusting the flow rate of air. This gas combustion apparatus supplies combustion gas from the gas pipe 4 to the combustion chamber 1 and also supplies air from the air pipe 5 to the combustion chamber 1 to burn the gas burner 2 installed in the combustion chamber 1. Take control.
[0011]
The temperature sensor 3 installed in the combustion chamber 1 measures the temperature in the combustion chamber 1 and inputs the temperature measurement value to the flow rate ratio calculation device 7. Further, the temperature set value T is input to the flow rate ratio calculation device 7 from a setter (not shown). This temperature set value T is a temperature set in advance by the operator so that the temperature in the combustion chamber 1 becomes a desired temperature.
[0012]
The flow rate ratio calculation device 7 sets the gas flow rate set value and the air flow rate set value so that the temperature measured value measured by the temperature sensor 3 matches the temperature set value T and the gas burner 2 burns optimally and efficiently. calculate. The flow rate ratio calculation device 7 outputs the gas flow rate setting value to the gas flow rate control device 8 and also outputs the air flow rate setting value to the air flow rate control device 11, whereby the gas flow rate control device 8 and the air flow rate control device. 11 to control the flow rate of combustion gas and the flow rate of air.
[0013]
As described above, the gas flow rate control device 8 receives the gas flow rate setting value from the flow rate calculation device 7 and the gas flow rate measurement value from the gas thermal flow meter 9 installed in the gas pipe 4. . The gas flow rate control device 8 calculates the operation amount so that the gas flow rate setting value and the gas flow rate measurement value coincide with each other, and outputs this operation amount to the gas flow rate control valve 10 installed in the gas pipe 4. The valve opening degree of the gas flow rate control valve 10 is determined by the operation amount output. Thus, the gas flow rate control device 8 controls the flow rate of the gas supplied to the combustion chamber 1.
[0014]
As described above, the air flow rate control device 11 receives the air flow rate setting value from the flow rate ratio calculation device 7 and the air flow rate measurement value from the air thermal flow meter 12 installed in the air pipe 5. . The air flow rate control device 11 calculates the operation amount so that the air flow rate setting value and the air flow rate measurement value coincide with each other, and outputs this operation amount to the air flow rate adjustment valve 13 installed in the air pipe 5. The valve opening degree of the air flow rate adjustment valve 13 is determined by the operation amount output. In this way, the air flow rate control device 11 controls the flow rate of the air supplied to the combustion chamber 1.
[0015]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the gas thermal flow meter 9 for measuring the flow rate of the gas supplied to the combustion chamber 1. As shown in FIG. 1, the gas thermal flow meter 9 is installed in the gas pipe 4, and the gas flow measurement value measured by the gas thermal flow meter 9 is sent to the gas flow control device 8 as a flow signal. Is output.
[0016]
The thermal flow meter for gas 9 includes a heater driving circuit 20 that generates heat by supplying a driving electric quantity to a heater element of a flow sensor, a temperature detected by a first temperature sensor of the flow sensor, and a second temperature sensor. A flow rate detection circuit 22 that outputs a sensor output signal Vout indicating a difference from the detected temperature, a calculation unit 24 that specifies the type of combustion gas flowing through the flow sensor and obtains the flow rate of the combustion gas, and a combustion gas And a display unit 26 for displaying data calculated by the calculation unit 24, data necessary for the calculation, and the like. Yes.
[0017]
Here, the flow sensor of the thermal flow meter for gas 9 will be described. As shown in FIG. 2, some elements of the heater driving circuit 20 and the flow rate detection circuit 22 constitute a flow sensor. FIG. 3 shows the configuration of the flow sensor of the thermal flow meter 9 for gas. In FIG. 3, F is a gas flow direction. The flow sensor includes a heater element Rh made of a heating element, a pair of temperature sensors Ru and Rd made of a resistance thermometer, and an ambient temperature sensor Rr made of a resistance thermometer provided on the silicon base B. I have.
[0018]
The first temperature sensor Ru is disposed on the upstream side of the heater element Rh along the gas flow direction F, and the second temperature sensor Rd is disposed on the downstream side of the heater element Rh along the flow direction F. Has been. The ambient temperature sensor Rr is a sensor for measuring the ambient temperature, and is arranged at a certain distance so as not to be affected by the heater element Rh.
[0019]
The heater drive circuit 20 includes a bridge circuit 21, transistors Q1 and Q2, a differential amplifier A1, fixed resistors R3, R4, R5, and R6, and a capacitor C1. The bridge circuit 21 is a circuit for driving the heater element Rh, and includes the heater element Rh, a temperature sensor Rr for measuring ambient temperature, and a pair of fixed resistors R1 and R2. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown) and applied to the bridge circuit 21 via the transistor Q1.
[0020]
The equilibrium condition of the bridge circuit 21 is: resistance value of resistor R1 / resistance value of heater element Rh = resistance value of resistor R2 / temperature sensor Rr. When a voltage is applied to the bridge circuit 21, the heater element Rh generates heat, and as a result, the resistance value of the heater element Rh increases and balances when the equilibrium condition is satisfied. In the differential amplifier A1, the heater driving voltage V1, which is the potential at the connection point between the resistor R1 and the heater element Rh, and the potential V3 at the connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr have a constant potential difference (for example, 0). The transistor Q1 is feedback controlled.
[0021]
Here, when the ambient temperature of the flow sensor rises and the resistance value of the temperature sensor Rr increases, the balance of the bridge circuit 21 is lost, and the potential V3 at the connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr rises. The dynamic amplifier A1 lowers the base voltage of the transistor Q1 in order to rebalance the bridge circuit 21. As a result, the voltage applied to the bridge circuit 21 is increased, the amount of heat generated by the heater element Rh is increased, the resistance value of the heater element Rh is increased, and a balance is established when the equilibrium condition is satisfied.
[0022]
On the other hand, when the ambient temperature of the flow sensor decreases and the resistance value of the temperature sensor Rr decreases, the potential V3 at the connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr decreases, so that the differential amplifier A1 uses the base voltage of the transistor Q1. Raise. As a result, the voltage applied to the bridge circuit 21 is decreased, the amount of heat generated by the heater element Rh is decreased, the resistance value of the heater element Rh is decreased, and a balance is established when the equilibrium condition is satisfied. In this way, the heater drive circuit 20 controls the heater element Rh so that the heat generation temperature of the heater element Rh is always higher than the ambient temperature detected by the temperature sensor Rr.
[0023]
The transistor Q2 is a switch element of the heater drive circuit 20 connected in parallel with the heater element Rh. The arithmetic unit 24 monitors the heater driving voltage V1, and when the heater driving voltage V1 exceeds a predetermined upper limit value, the base current is supplied to the transistor Q2 to turn on the transistor Q2 and the heater for the heater element Rh. The application of the drive voltage V1 is stopped. Thereby, abnormal heat generation of the heater element Rh can be prevented.
[0024]
The flow rate detection circuit 22 includes a bridge circuit 23, a differential amplifier A2, a subtracter SUB, fixed resistors Rf, R7, R8, R9, and R10, and capacitors C2 and C3. The bridge circuit 23 includes a pair of temperature sensors Ru and Rd and a pair of fixed resistors Rx and Ry. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown) and applied to the bridge circuit 23.
[0025]
When gas flows along the flow sensor shown in FIG. 3, the temperature sensor Ru located on the upstream side is cooled more strongly than the temperature sensor Rd located on the downstream side. Thereby, a temperature difference appears between the two temperature sensors Ru and Rd, and this temperature difference becomes a change in the resistance value of the temperature sensors Ru and Rd, and a change in the output voltage V4 of the bridge circuit 23. The differential amplifier A2 outputs the potential difference between the output voltages V4 and V5 of the bridge circuit 23 as a temperature difference signal Vt corresponding to the temperature difference measured by the temperature sensors Ru and Rd.
[0026]
The subtractor SUB offsets the temperature difference signal Vt output from the differential amplifier A2 by the zero point adjustment amount Vadj output from the calculation unit 24, and uses the offset temperature difference signal as a sensor output signal Vout (= Vt + Vadj). Output. The zero point adjustment amount Vadj is a signal for correcting a flow measurement error of each thermal type flow meter due to variations in resistance values of the temperature sensors Ru, Rd and fixed resistors Rx, Ry.
[0027]
The calculation unit 24 outputs the zero point adjustment amount Vadj so that the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 becomes zero when the flow rate FQ of the gas flowing through the flow sensor is zero (0). This zero point adjustment amount Vadj is adjusted at the time of shipment of the thermal flow meter.
[0028]
As described above, the flow rate detection circuit 22 converts the resistance value change caused by the heat of the pair of temperature sensors Ru and Rd into the temperature difference signal Vt. The flow rate FQ of the gas flowing along the flow sensor can be obtained from the sensor output signal Vout obtained by offsetting the temperature difference signal Vt.
[0029]
Next, the calculation unit 24 obtains the driving electricity supplied to the heater element Rh from the voltages V1 and V2 of the heater driving circuit 20, determines the type of gas flowing through the flow sensor based on the driving electricity, and detects the flow rate. A gas flow rate FQ is obtained based on the sensor output signal Vout output from the circuit 22 and the determined gas type.
[0030]
The calculation unit 24 includes a heater driving electricity amount detecting unit 24a that detects a driving electricity amount supplied to the heater element Rh, and a gas type determining unit 24b that specifies the type of gas flowing through the flow sensor based on the driving electricity amount. The flow rate calculation means 24c for obtaining the flow rate of the gas based on the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 and the gas type specified by the gas type determination means 24b is provided.
[0031]
The heater drive electricity amount detection means 24a obtains, for example, heater power consumption as the drive electricity amount supplied to the heater element Rh. The heater power consumption is the heater driving current supplied to the heater element Rh from the heater driving voltage V1 applied to the heater element Rh, the voltage V2 applied to the bridge circuit 21 including the heater element Rh, and the value of the fixed resistance R1. I can be obtained and can be obtained from this heater driving current I and heater driving voltage V1 by I × V1.
[0032]
Note that the heater drive electricity quantity detection means 24a may use the heater drive current I supplied to the heater element Rh as the drive electricity quantity. Further, the heater drive electricity quantity detection means 24a may use the heater drive voltage V1 applied to the heater element Rh as the drive electricity quantity. That is, the heater drive electricity quantity detection means 24a may obtain the electricity quantity corresponding to the heat generation amount of the heater element Rh by any one of voltage, current, and power.
[0033]
The gas type determination unit 24b specifies the type of gas flowing through the flow sensor based on the driving electric quantity (heater driving voltage, heater driving current, or heater power consumption) obtained by the heater driving electric quantity detection unit 24a. Hereinafter, the amount of driving electricity and the type of gas will be described.
[0034]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the heater power consumption and the gas flow rate FQ in the gas thermal flow meter 9 for each gas type. The characteristics shown in FIG. 4 are obtained by flowing a gas of known type and flow rate through a gas thermal flow meter 9 that has been calibrated in advance. As can be seen from FIG. 4, the heater power consumption increases as the gas flow rate FQ increases. It can also be seen that the heater power consumption when the flow rate of the methane base 13A gas is measured is larger than the heater power consumption when the flow rate of the propane base 13A gas is measured.
[0035]
In the example of FIG. 4, the heater power consumption is described, but the characteristics of the heater driving voltage or the heater driving current supplied to the heater element Rh also differ depending on the type of gas as in the case of the heater power consumption. Thus, the reason why the drive electricity supplied to the heater element Rh differs between the methane base 13A gas and the propane base 13A gas is that these gases have different thermal conductivities.
[0036]
That is, the thermal conductivity of the methane base 13A gas is higher than the thermal conductivity of the propane base 13A gas. Therefore, when measuring the gas at the same flow rate, the amount of driving electric power necessary for the control to increase the heat generation temperature of the heater element Rh by a certain value from the ambient temperature as described above is more methane than in the case of the propane base 13A gas. The base 13A gas is larger.
[0037]
The gas type determination table 25a of the storage unit 25 stores, for each gas type, data in which the driving electric quantity supplied to the heater element Rh and the gas flow rate FQ are associated with each other. The data stored in the gas type determination table 25a is read in order to specify the type of gas in accordance with a request from the gas type determination unit 24b. The gas type determination unit 24b specifies the type of gas based on the data of the gas type determination table 25a and the driving electric quantity obtained by the heater driving electric quantity detection unit 24a.
[0038]
However, when the gas flow rate is equal to or higher than FQ ′ in FIG. 4, the type of gas cannot be specified from the amount of driving electricity. This is because, in the case where the flow rate of the methane base 13A gas is measured in the range from 0 to FQ ′, and in the case where the flow rate of the propane base 13A gas is measured at the flow rate FQ ′ or higher, as shown in FIG. This is because the quantities may match. In this case, it cannot be specified whether the driving electric quantity obtained by the heater driving electric quantity detection means 24a is due to the methane base 13A gas or the propane base 13A gas.
[0039]
Therefore, when the heater power consumption is less than or equal to Wh ′, the gas type determination unit 24b uses the value of the drive electric quantity data in the gas type determination table 25a as the value closest to the drive electric quantity obtained by the heater drive electric quantity detection unit 24a. The type of gas flowing through the flow sensor is specified by searching from the inside and determining which gas the searched data is from. In FIG. 4, when the drive electricity quantity obtained by the heater drive electricity quantity detection means 24 a is equal to or less than Wh ′, the gas type can be specified as the propane base 13A gas.
[0040]
Next, the flow rate calculation unit 24c of the calculation unit 24 calculates the gas flow rate FQ based on the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 and the gas type specified by the gas type determination unit 24b. Hereinafter, the relationship between the sensor output signal Vout, the type of gas, and the flow rate will be described.
[0041]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the sensor output signal Vout and the gas flow rate FQ in the gas thermal flow meter 9 for each gas type. The characteristics shown in FIG. 5 are obtained by flowing a gas of known type and flow rate through a gas thermal flow meter 9 that has been calibrated in advance. FIG. 5 shows that the sensor output signal Vout increases as the gas flow rate FQ increases. It can also be seen that the sensor output signal Vout when the flow rate of the methane base 13A gas is measured is smaller than the sensor output signal Vout when the flow rate of the propane base 13A gas is measured.
[0042]
The flow rate conversion table 25b of the storage unit 25 stores data in which the sensor output signal Vout is associated with the gas flow rate FQ for each gas type. The data stored in the flow rate conversion table 25b is read in order to specify the gas flow rate FQ in accordance with a request from the flow rate calculation means 24c. For example, when the gas type determination unit 24b specifies the gas type as propane base 13A gas, data of the sensor output signal Vout and the flow rate FQ corresponding to the propane base 13A gas are read out.
[0043]
As described above, the flow rate calculation unit 24c reads the data of the sensor output signal Vout and the flow rate FQ corresponding to the gas type specified by the gas type determination unit 24b from the flow rate conversion table 25b. Then, the flow rate calculation means 24c searches the data read from the flow rate conversion table 25b for the value closest to the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22, and corresponds to the searched sensor output signal Vout data. The flow rate FQ is obtained from the data read from the flow rate conversion table 25b, and this flow rate FQ (gas flow rate measurement value) is output to the gas flow rate control device 8 as a flow rate signal.
[0044]
The display unit 26 of the gas thermal flow meter 9 displays data calculated by the calculation unit 24, condition data necessary for the calculation, and the like. As data to be displayed, for example, the driving electric quantity (heater driving voltage, heater driving current or heater power consumption) obtained by the heater driving electric quantity detection means 24a, the voltage V2 applied to the bridge circuit 21, and the gas type determination means 24b. The gas type specified in step (b), the driving electric quantity data in the gas type determination table 25a read by the gas type determination unit 24b, the gas flow rate FQ calculated by the flow rate calculation unit 24c, and the flow rate calculation unit 24c. The sensor output signal Vout data of the flow rate conversion table 25b, the zero point adjustment amount Vadj output from the calculation unit 24, the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22, and the like.
[0045]
Next, the processing procedure of the arithmetic unit 24 as described above will be described. FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of the calculation unit 24. First, the heater drive electricity quantity detection means 24a of the computing unit 24 detects the drive electricity quantity supplied to the heater element Rh (step S1 in FIG. 6), and the gas type determination means 24b is based on this drive electricity quantity. Identify the type of gas flowing through the flow sensor.
[0046]
When the gas type determination unit 24b determines that the gas is methane base 13A (YES in step S2), the flow rate calculation unit 24c corresponds to the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 as the flow rate of the methane base 13A gas. The signal is detected as a signal (step S3), and the flow rate FQ of the methane base 13A gas is obtained by referring to the flow rate conversion table 25b for the methane base 13A gas based on the sensor output signal Vout (step S4).
[0047]
On the other hand, when the gas type determination unit 24b determines that the gas is propane base 13A (NO in step S2), the flow rate calculation unit 24c sets the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 to the flow rate of the propane base 13A gas. It detects as a corresponding signal (step S5), and refers to the flow rate conversion table 25b for propane base 13A gas based on the sensor output signal Vout, thereby obtaining the flow rate FQ of the propane base 13A gas (step S6).
[0048]
As described above, according to the thermal flow meter for gas 9 of the present embodiment, based on the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh, utilizing the fact that the thermal conductivity differs depending on the type of gas. Since the type of gas is specified, the operator does not need to manually set the type of gas, and the operator's trouble can be saved. Further, since the operator does not erroneously set the type of gas, it is possible to avoid an undesirable state such as an air-rich state or a gas-rich state, and optimal air-fuel ratio control can be performed. .
[0049]
Further, according to the thermal flow meter for gas 9 of the present embodiment, the heater drive circuit 20 used for specifying the type of gas is originally a circuit used for detecting the gas flow rate. Therefore, since it is not necessary to provide a means for specifying the gas type and a means for detecting the gas flow rate separately, the cost can be reduced compared to the case where a means for specifying the gas type is separately provided. Therefore, the thermal flow meter can be reduced in size.
[0050]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, when the heater power consumption is less than or equal to Wh ′ (when the gas flow rate is less than or equal to the threshold value FQ ′), the gas type determination unit 24b specifies the type of gas. 1 may be specified when the gas combustion apparatus of FIG. 1 is performing low combustion position control or when control is stopped.
[0051]
Low combustion position control is control performed before high combustion position control which is a normal combustion state is performed, and is a control state in which a small amount of gas is supplied to the combustion chamber 1 in consideration of the safety of gas combustion. It is. In this case, a state signal indicating that the low combustion position control is being executed is output from the flow rate ratio calculation device 7 of the gas combustion device to the gas type determination means 24b. The gas type determining means 24b specifies the type of gas when receiving this state signal. Thus, if the type of gas is specified when the gas combustion device performs the low combustion position control, it is not necessary to use the preset threshold value Wh ′ (FQ ′), and low combustion is achieved. Since it is only necessary to determine whether or not position control is being performed based on the status signal, the processing of the gas type determination means 24b can be simplified.
[0052]
Further, the gas type determination unit 24b specifies the type of gas from the driving electric quantity obtained by the heater driving electric quantity detection unit 24a using a preset relational expression that relates the driving electric quantity and the gas type. You may make it do. By using a preset relational expression, the type of gas can be specified without referring to the gas type determination table 25a in the storage unit 25.
[0053]
Similarly, the flow rate calculation unit 24b uses a preset relational expression that relates the sensor output signal Vout and the flow rate FQ for each gas type, and uses the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 to calculate the gas flow rate. The flow rate FQ may be obtained. By using a relational expression set in advance, the flow rate FQ can be obtained without referring to the flow rate conversion table 25b of the storage unit 25.
[0054]
In the above-described embodiment, data in which the sensor output signal Vout and the gas flow rate FQ are associated with each other is stored in the flow rate conversion table 25b for each gas type, but the sensor output signal Vout and the gas flow rate FQ are stored. May be stored for one type of gas serving as a reference.
[0055]
In this case, the flow rate calculation unit 24c searches the data in the flow rate conversion table 25b for the value closest to the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22, and the flow rate corresponding to the searched sensor output signal Vout data. Is obtained from the data of the flow rate conversion table 25b, the obtained value is corrected according to the type of gas specified by the gas type determining means 24b, and the corrected value is set as the gas flow rate FQ.
[0056]
For example, using the propane base 13A gas as a reference gas, data in which the sensor output signal Vout is associated with the gas flow rate FQ is stored in the flow rate conversion table 25b for the propane base 13A gas. In this case, the value obtained by referring to the flow rate conversion table 25b based on the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 22 is the flow rate when the gas flowing through the flow sensor is the propane base 13A gas. Since the relationship between the 13A gas and the methane base 13A gas can be obtained from FIG. 5, if the value obtained by referring to the flow rate conversion table 25b is corrected based on the relationship of FIG. The flow rate FQ in the case of 13A gas can be obtained. In this way, it is possible to eliminate an error in the value of the flow rate that accompanies a change in the type of flow rate, and to obtain a highly accurate flow rate value.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided driving electric quantity detection means for detecting the driving electric quantity supplied to the heater element, and gas type determination means for specifying the type of combustion gas flowing through the flow sensor based on the driving electric quantity. As a result, the type of combustion gas flowing through the flow sensor is specified based on the amount of drive electricity supplied to the heater element, so that the operator does not have to manually set the type of combustion gas. Can be saved. In addition, since the operator does not mistakenly set the type of combustion gas, the combustion gas and air have a predetermined ratio in order to match the temperature of the combustion chamber and the hot water supply temperature of the water heater to the set temperature. In a gas combustion apparatus that performs air-fuel ratio control, if the thermal flow meter of the present invention is used for flow rate measurement of combustion gas, it is possible to avoid undesired states such as an air-rich state and a gas-rich state. And optimal air-fuel ratio control can be performed. In addition, since it is not necessary to separately provide a means for specifying the type of combustion gas and a means for detecting the flow rate of the combustion gas, a means for specifying the type of combustion gas is separately provided. Compared to the above, the cost can be reduced, and the thermal flow meter can be downsized.
[0058]
In addition, by providing a gas type determination table that stores, for each type of combustion gas, data that associates the amount of drive electricity supplied to the heater element with the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor, the flow sensor flows. The kind of combustion gas can be specified.
[0059]
In addition, by specifying the type of combustion gas when the drive electricity amount detected by the drive electricity amount detection means is within a predetermined range, the same drive electricity amount is generated in a plurality of combustion gases. Avoid the range where the type of combustion gas cannot be uniquely identified from the amount of electricity, and reliably use the specified range within which the type of combustion gas can be uniquely identified from the amount of drive electricity Can be identified.
[0060]
In addition, when the gas combustion device including the thermal flow meter is performing low combustion position control or when control is stopped, a sensor output from the flow rate detection means by specifying the type of combustion gas It is not necessary to determine whether or not the output signal is within a predetermined range, and the processing of the gas type determination unit can be simplified.
[0061]
In addition, by providing a flow rate conversion table that stores, for each type of combustion gas, data that associates the sensor output signal with the flow rate of the combustion gas that flows through the flow sensor, the flow rate of the combustion gas that flows through the flow sensor is obtained. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a gas combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a gas thermal flow meter of the gas combustion apparatus of FIG. 1; FIG.
3 is a perspective view showing a configuration of a flow sensor of the thermal flow meter for gas in FIG. 2. FIG.
4 is a characteristic diagram showing the relationship between heater power consumption and gas flow rate in the thermal flow meter for gas in FIG. 2; FIG.
5 is a characteristic diagram showing the relationship between the sensor output signal and the gas flow rate in the thermal flow meter for gas of FIG. 2. FIG.
6 is a flowchart showing a processing procedure of a calculation unit of the thermal flow meter for gas shown in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustion chamber, 2 ... Gas burner, 3 ... Temperature sensor, 4 ... Gas piping, 5 ... Air piping, 7 ... Flow rate ratio calculating device, 8 ... Gas flow control device, 9 ... Thermal flow meter for gas, 10 ... Gas flow control valve, 11 ... Air flow control device, 12 ... Air thermal flow meter, 13 ... Air flow control valve, 20 ... Heater drive circuit, 21, 23 ... Bridge circuit, 22 ... Flow detection circuit, 24 ... Calculation 24a... Heater drive electric quantity detection means 24b Gas type determination means 24c Flow rate calculation means 25 Storage unit 25a Gas type determination table 25b Flow rate conversion table 26 Display unit Vout Sensor Output signal, Rh ... heater element, Ru ... first temperature sensor, Rd ... second temperature sensor, Rr ... ambient temperature sensor.

Claims

An ambient temperature sensor that detects the temperature of the combustion gas, a heater element that generates heat so as to be higher than a temperature detected by the ambient temperature sensor, and a first element disposed upstream of the heater element A flow sensor having a temperature sensor and a second temperature sensor disposed on the downstream side of the heater element is used in a gas combustion apparatus that supplies combustion gas and air at a predetermined ratio. In the thermal flow meter for detecting the flow rate of the combustion gas,
Driving electric quantity detection means for detecting the driving electric quantity supplied to the heater element;
A thermal type flow meter comprising: a gas type determining means for specifying a type of combustion gas flowing through the flow sensor based on the driving electric quantity.

An ambient temperature sensor that detects the temperature of the combustion gas, a heater element that generates heat so as to be higher than a temperature detected by the ambient temperature sensor, and a first element disposed upstream of the heater element A flow sensor having a temperature sensor and a second temperature sensor disposed on the downstream side of the heater element is used in a gas combustion apparatus that supplies combustion gas and air at a predetermined ratio. In the thermal flow meter for detecting the flow rate of the combustion gas,
Flow rate detection means for outputting a sensor output signal indicating a difference between a temperature detected by the first temperature sensor and a temperature detected by the second temperature sensor;
Driving electric quantity detection means for detecting the driving electric quantity supplied to the heater element;
A gas type determining means for specifying the type of combustion gas flowing through the flow sensor based on the driving electric quantity;
And a flow rate calculation means for obtaining a flow rate of the combustion gas based on the sensor output signal output from the flow rate detection means and the type of combustion gas specified by the gas type determination means. Flowmeter.

The thermal flow meter according to claim 1 or 2,
A gas type determination table that stores, for each type of combustion gas, data that associates the amount of drive electricity supplied to the heater element with the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor;
The thermal type flow rate characterized in that the gas type determination means refers to the gas type determination table based on the driving electric quantity detected by the driving electric quantity detection means. Total.

The thermal flow meter according to claim 1 or 2,
The thermal type flow meter, wherein the gas type determining means specifies the type of the combustion gas when the drive electricity detected by the drive electricity detection means is within a predetermined range.

The thermal flow meter according to claim 1 or 2,
The gas type determining means specifies the type of combustion gas when a gas combustion apparatus including a thermal flow meter is performing low combustion position control or when control is stopped. Thermal flow meter.

The thermal flow meter according to claim 2, wherein
A flow rate conversion table for storing, for each type of combustion gas, data that associates the sensor output signal with the flow rate of the combustion gas flowing through the flow sensor;
The flow rate calculation unit refers to the flow rate conversion table based on the sensor output signal output from the flow rate detection unit and the type of combustion gas specified by the gas type determination unit, and the flow rate of the combustion gas A thermal flow meter characterized by obtaining