JP3914116B2

JP3914116B2 - 熱式流量計

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Publication number: JP3914116B2
Application number: JP2002249693A
Authority: JP
Inventors: 靖江林; 雅已瀬尾
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004085489A

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。

Claims

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において、
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ことを特徴とする熱式流量計。
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において、
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ことを特徴とする熱式流量計。
請求項１または２記載の熱式流量計において、
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ことを特徴とする熱式流量計。
請求項１または２記載の熱式流量計において、
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ことを特徴とする熱式流量計。
請求項１または２記載の熱式流量計において、
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ことを特徴とする熱式流量計。
請求項２記載の熱式流量計において、
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ことを特徴とする熱式流量計。