(57)【要約】【課題】給湯機において、燃焼用ファン回転数制御による燃焼制御ばらつきを解消すること。また経年時の装置内閉塞状態判定の精度を向上させること。【解決手段】非接触式流量測定手段８として超音波流速計を利用した実空気量測定システムを備え、制御手段７内は非接触式流量測定手段によって計測された実空気量に基づく燃焼制御を行うことで高精度の燃焼制御を実現できる。また制御手段７に燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能を備え、所定の時間間隔で装置内閉塞状態を判定する自己診断運転を行うことで経年時の装置内閉塞状態を高精度に判定することができる。【選択図】図１
2006105501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を供給する燃焼用ファンと、燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置で供給された燃料を前記燃焼用ファンで供給された空気で燃焼させる燃焼バーナーと、前記燃焼バーナーで発生する熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器内で加熱される水が流れる通水路と、排気ガスを排出するための排気通路と、諸動作を制御する制御手段と、前記燃焼用ファンによって供給される空気の実流量を測定する非接触式流量測定手段とを備え、前記非接触式流量測定手段によって計測される実空気量に従って燃焼制御される給湯機。
【請求項２】
非接触式流量測定手段の測定部分は、燃焼用ファンの上流側に配置する構成とした請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
非接触式流量測定手段の測定部分は、燃焼用ファンの下流側に配置する構成とした請求項１に記載の給湯機。
【請求項４】
排気通路は、通過する排気ガス中の排気ガス成分濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段を有する構成とし、制御手段は装置内に供給される実空気量に対して排気ガス成分濃度検出手段の出力値が所定の値となるように燃料量を供給する燃焼制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項５】
制御手段は、駆動する燃焼用ファンの回転数に対する前記非接触式流量測定手段によって計測される実空気量の関係を学習する燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能を有する構成とし、その学習機能に基づき装置内閉塞状態を判定する機能を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項６】
非接触式流量測定手段は、超音波流速計である請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に超音波流速計による流速計測から流量計測を行う非接触式流量測定手段を想定し、非接触式流量測定手段によって計測される燃焼用ファンによって供給される実空気量に基づいて燃焼制御を行う給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず従来の超音波流速計の構成について述べる。
【０００３】
従来、この種の超音波流速計としては流体の流れ方向と平行に送波器と受波器を向かい合わせて２組備え、一方は流れの上流から下流へ、他方は流れの下流から上流に向かって超音波を送り、受波器で検出する。また流体の流れ方向と平行に送波器と受波器を配置することで流れの妨げとなる場合には、送波器と受波器を流路壁に配置し、上流側と下流側に一定の角度を持たせて配置することもある。これらの超音波流速計では計測時間差を測定して流速を求める方式であるが、音速の値すなわち温度の値に影響を受ける。
【０００４】
音速の影響を受けない超音波流速計としては、流れの上流側と下流側に配置された送・受信系において、上流側から下流側への伝播時間と下流側から上流側への伝播時間から流速を求める方式がある（例えば、特許文献１参照）。この方式はシングアラウンド方式などと呼ばれる。
【０００５】
図８は、特許文献１に記載された従来の超音波流速計の計測原理を示すものである。図８において、流路中の流体は右側から左側へ流速Ｕで流れているものとする。流路の上流側には上流側超音波振動子が、流路の下流側には下流側超音波振動子が、距離Ｌ、角度θで配置されている。上流側超音波振動子が送信側に下流側超音波振動子が受信側として振る舞い、上流側から下流側へ超音波が発射され、伝播距離Ｌの伝播時間をＴ１とする。上流側超音波振動子が受信側に下流側超音波振動子が送信側として振る舞い、下流側から上流側へ超音波が発射され、伝播距離Ｌの伝播時間をＴ２とする。音速をＣとすると、Ｔ１およびＴ２は下式で表される。
【０００６】
【数１】
2006105501.tif 000003
【０００７】
【数２】
2006105501.tif 000004
【０００８】
（数１）式と（数２）式よりＣを消去すると、流速Ｕは下式のように求まる。
【０００９】
【数３】
2006105501.tif 000005
【００１０】
（数３）式には音速Ｃが含まれていないので本方式の超音波流速計では音速の影響を受けない。すなわち温度の影響も受けない。超音波流速計は圧力損失が全くなく、粘度の影響も少ないという点において非接触式流速計として優れている。なお（数３）式で算出される流速Ｕに流路面積を乗じれば流体の流量を表現することができる。
【００１１】
次に従来の給湯機の燃焼制御例について述べる。
【００１２】
図９は従来のガス給湯機の構成図を示すものである。
【００１３】
図９において従来のガス給湯機は、空気を供給する燃焼用ファン１と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置２と、前記燃焼用ファン１で供給された空気と前記燃料ガス供給装置で供給された燃料ガスとを燃焼させる燃焼バーナー３と、前記燃焼バーナー３で燃焼された燃焼熱を熱交換させるための熱交換器４と、前記熱交換器４内に水を流すための通水路５と、排気ガスが通過する排気通路６と、諸動作を制御する制御手段７と、前記通水路５中に設けられ前記熱交換器４に供給される水の温度を検出するための熱交換器入水サーミスタ１１と、前記通水路５中に設けられ前記熱交換器４で熱交換された後の水の温度を検出するための熱交換器出湯サーミスタ１２と、前記通水路５に供給される水の流量を検出するための入水流量検出手段１３とから構成されている。
【００１４】
以上のように構成された従来のガス給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
図９において、使用者がリモートコントローラー等の外部入力手段の運転スイッチを「入」とし、カラン等を「開」として通水路５に通水されると装置の燃焼が開始する。通水路５への通水の検出は、たとえば入水流量検出手段１３で検出される入水流量が所定の値（たとえば２．５Ｌ／ｍｉｎ）以上であれば通水路５に通水していると判断することで行われる。ここで入水流量検出手段１３としてはたとえば、内部に羽根車式の流量カウント部分を有し、入水流量に応じた羽根車の回転数を入水流量出力パルスとして検出する構成が考えられる。通水路５を流れる水は、入水流量検出手段１３によって入水流量を、熱交換器入水サーミスタ１１によって入水温度を検出され、熱交換器４内で燃焼バーナー３の燃焼熱によって加熱される。熱交換器４で熱交換された後の出湯温度は熱交換器出湯サーミスタ１２で検出される。
【００１５】
図９において、燃焼バーナー３は基本構成となるバーナーが複数個集合して形成される燃焼バーナーユニットとして構成される。各基本構成となるバーナーには、燃料ガス供給装置２の燃料ガス噴射ノズル２５から燃料ガスが、燃焼用ファン１から空気が供給され燃焼が行われる。燃焼バーナー３は要求燃焼量によって燃焼部分を変化させるため、数箇所にグループ分けされている。図９では、燃焼バーナー３は左側から、３つ、３つ、５つの合計３箇所にグループ化された場合を示している。この燃焼バーナー３のグループ分けに対応させて図９においては、燃料ガス供給装置２の燃料ガス供給流路は、２６、２７、２８の３箇所に分けられている。燃料ガス供給流路２７には燃料ガス供給流路開閉弁２２が、燃料ガス供給流路２８には燃料ガス供給流路開閉弁２３が備えられている。ここで燃料ガス供給流路開閉弁２２、２３の構成としてはたとえば電磁弁の構成が考えられる。燃料ガス供給流路開閉弁２２、２３の開閉状態を組み合わせることで燃焼バーナー３への燃料ガス供給パターン、すなわち燃焼バーナー３の燃焼部分パターンを下記４種類実現することができる。
【００１６】
＜燃料ガス供給パターンその１＞
・燃料ガス供給流路開閉弁２２・・・「閉」
・燃料ガス供給流路開閉弁２３・・・「閉」
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・３
＜燃料ガス供給パターンその２＞
・燃料ガス供給流路開閉弁２２・・・「開」
・燃料ガス供給流路開閉弁２３・・・「閉」
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・６
＜燃料ガス供給パターンその３＞
・燃料ガス供給流路開閉弁２２・・・「閉」
・燃料ガス供給流路開閉弁２３・・・「開」
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・８
＜燃料ガス供給パターンその４＞
・燃料ガス供給流路開閉弁２２・・・「開」
・燃料ガス供給流路開閉弁２３・・・「開」
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・１１
なお燃料ガス供給流路２６には燃料ガス供給流路開閉弁は設けられておらず、上記４種類のどの燃料ガス供給パターンにおいても、燃料ガスが燃焼バーナー３に供給される。すなわち燃焼バーナー３の燃料ガス供給流路２６に対応した燃焼部分は、上記４種類のどの燃料ガス供給パターンにおいても燃焼が行われる。
【００１７】
上述のような燃焼バーナー３および燃料ガス供給装置２の構成において、基本構成となるバーナーで燃焼させることができる燃焼量を１０００ｋｃａｌ／ｈから３０００ｋｃａｌ／ｈとすると、各燃料ガス供給パターンにおける燃焼可能な燃焼量はそれぞれ下記のようになる。
【００１８】
＜燃料ガス供給パターンその１＞
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・３
・燃焼量・・・（最小）３０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）９０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその２＞
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・６
・燃焼量・・・（最小）６０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）１８０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその３＞
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・８
・燃焼量・・・（最小）８０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）２４０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその４＞
・基本構成となるバーナーの燃焼部分個数・・・１１
・燃焼量・・・（最小）１１０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）３３０００ｋｃａｌ／ｈ
これら４種類の各燃料ガス供給パターンにおいて、制御手段７はガスガバナ弁２４の弁開度を調整することで燃料ガス供給量を変化させることができる。ここでガスガバナ弁２４としては、たとえば弁体内部にダイヤフラムを有して供給電流量によって弁開度を駆動させる構成が考えられる。制御手段７は、各燃料ガス供給パターンにおいてガスガバナ弁２４を駆動させ下記のような燃焼量制御を行うとする。
【００１９】
＜燃料ガス供給パターンその１＞
・燃焼量・・・（最小）３０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）８０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその２＞
・燃焼量・・・（最小）７０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）１３０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその３＞
・燃焼量・・・（最小）１２０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）１８０００ｋｃａｌ／ｈ
＜燃料ガス供給パターンその４＞
・燃焼量・・・（最小）１７０００ｋｃａｌ／ｈ〜（最大）３００００ｋｃａｌ／ｈ
制御手段７に、入水流量検出手段１３から取り込まれた入水量をｑＬ／ｍｉｎ、熱交換器入水サーミスタ１１から取り込まれた入水温度をＴｉ℃、使用者が入力した要求出湯温度である目標温度をＴｄ℃とし、熱効率を平均的に８０％とすると、装置の要求燃焼量Ｑｋｃａｌ／ｈは下式（数４）で表される。
【００２０】
【数４】
2006105501.tif 000006
【００２１】
（数４）式において、Ｔｄ＝４０℃、Ｔｉ＝２０℃として、ｑを変化させた場合、たとえばｑの値、要求燃焼量、燃料ガスの供給パターンは下記のようになる。
【００２２】
＜ｑ＝３Ｌ／ｍｉｎの場合＞
・要求燃焼量・・・４５００ｋｃａｌ／ｈ
・燃料ガスの供給パターン・・・その１
＜ｑ＝６Ｌ／ｍｉｎの場合＞
・要求燃焼量・・・９０００ｋｃａｌ／ｈ
・燃料ガスの供給パターン・・・その２
＜ｑ＝１０Ｌ／ｍｉｎの場合＞
・要求燃焼量・・・１５０００ｋｃａｌ／ｈ
・燃料ガスの供給パターン・・・その３
＜ｑ＝１６Ｌ／ｍｉｎの場合＞
・要求燃焼量・・・２４０００ｋｃａｌ／ｈ
・燃料ガスの供給パターン・・・その４
このように制御手段７は、熱交換器入水サーミスタ１１から取り込まれた入水温度Ｔｉ℃、入水量検出手段１３から取り込まれた入水流量信号ｑＬ／ｍｉｎ、使用者が入力した目標温度Ｔｄ℃から要求燃焼量演算を行って燃焼バーナー３の燃焼領域判定を行い、その燃焼領域に応じた燃料ガス供給パターンを実現するように燃料ガス供給流路開閉弁２２、２３の開閉制御を行う。
【００２３】
図９において、制御手段７は熱交換器出湯サーミスタ１２から取り込まれた出湯温度が目標温度となるように、燃焼量増減判定を行う。すなわち熱交換器出湯サーミスタ１２から取り込まれた出湯温度が目標温度よりも低い場合は燃焼量増加判定を行い、出湯温度が目標温度よりも高い場合は燃焼量減少判定を行う。燃焼量増減判定の結果から、制御手段７は機器設計時に決めた燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係に従い燃焼量増減を行う。燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係は、上記４種類の各燃料ガス供給パターンに対して決めておく。図１０に示すのは、ある燃料ガス供給パターンにおける燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係の一例である。空気は燃焼用ファン１の回転数増減制御され、燃料ガスはガスガバナ弁２６に供給する電流量を増減させることでガスガバナ弁開度増減制御される。燃焼用ファン１からは燃焼用ファン回転数が制御手段７に取り込まれて燃焼用ファン回転数検知され、燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係に従って燃焼用ファン回転数が増減される。入水温度や入水流量の変化、目標温度の変更によって要求燃焼量演算値が変化し燃焼領域が変化すれば、制御手段７は燃料ガス供給流路開閉弁２２、２３の開閉制御を行って燃焼領域の変更を行い、その燃焼領域における燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係に従って同様な燃焼量制御を行う。
【特許文献１】特開平８−１２２１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、前記従来のガス給湯機の構成では、空気を供給する燃焼用ファン１の動作制御は燃焼用ファン回転数制御であるため、同じ燃焼用ファン回転数で動作制御させていても実際に供給される空気量は、燃焼用ファンの個体ばらつきによってばらつきが生じるという課題を有していた。
【００２５】
また経年時には装置内の燃焼用ファン１、燃焼バーナー３、熱交換器４のフィン部分、排気通路６がほこり等で閉塞されるため、同じ燃焼用ファン回転数で動作制御していても実際の空気量は減少する。この経年時の装置内閉塞による空気量低下を改善するため、前記従来のガス給湯機では装置内閉塞を検知すると所定の駆動燃焼用ファン回転数を増加させて空気量低下を解消する自己診断改善運転機能が備えられている。この自己診断改善運転機能によって、経年時の装置内閉塞による空気量低下を解消させることで、経年時の装置燃焼時のＣＯ濃度悪化を改善させることができる。ここでこの自己診断改善運転機能は、定期的にある所定の一定回転数で燃焼用ファン１を駆動させ、経年時の装置内閉塞による装置内通路抵抗の増加に伴う一定回転数で駆動させたときの燃焼用ファン１の駆動仕事量変化を検出する方式がたとえば適用されている。しかしながらこの従来の自己診断機能においては、機器設計時に、故意に燃焼用ファン１の空気吸入口や熱交換器４のフィン部分や排気通路６を閉塞させることにより経年時の装置内閉塞状態を推定して燃焼用ファン１の回転数増加量を決めているため、実際の経年時の装置内閉塞状態を実現することは困難であるという課題を有していた。またこの従来の自己診断改善運転機能においては、環境温度の影響や燃焼用ファン１の個体ばらつきにも大きな影響を受けるため、結果として装置内閉塞状態の検出の精度が悪くなるといる課題も有していた。
【００２６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、装置内に燃焼用ファンによって供給される実空気量を非接触式流量測定手段によって計測し、その実空気量に基づいて燃焼制御を行う給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯機は、空気を供給する燃焼用ファンと、燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置で供給された燃料を前記燃焼用ファンで供給された空気で燃焼させる燃焼バーナーと、前記燃焼バーナーで発生する熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器内で加熱される水が流れる通水路と、排気ガスを排出するための排気通路と、諸動作を制御する制御手段と、前記燃焼用ファンによって供給される空気の実流量を測定する非接触式流量測定手段とを備え、前記非接触式流量測定手段によって計測される実空気量に従って燃焼制御される燃焼用ファン１の上流側または下流側に非接触式流量測定手段の超音波流速計を設けたものである。
【００２８】
これによって、燃焼用ファン１によって供給される実空気量に基づく燃焼制御が可能となり、燃焼用ファン１の個体ばらつきによる影響や経年時装置内閉塞による空気量低下の影響を解消することができ、より高精度な燃焼制御および経年時の良好な燃焼性確保を実現することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の給湯機は、非接触式流量測定手段で計測される実空気量に基づく燃焼制御を行うことで、高精度な燃焼制御および経年時の良好な燃焼性確保を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
第１の発明は、空気を供給する燃焼用ファンと、燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置で供給された燃料を前記燃焼用ファンで供給された空気で燃焼させる燃焼バーナーと、前記燃焼バーナーで発生する熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器内で加熱される水が流れる通水路と、排気ガスを排出するための排気通路と、諸動作を制御する制御手段と、前記燃焼用ファンによって供給される空気の実流量を測定する非接触式流量測定手段とを備え、前記非接触式流量測定手段によって計測される実空気量に従って燃焼制御することができる。
【００３１】
これにより、高精度な燃焼制御および経年時の良好な燃焼性確保を実現することができる。
【００３２】
第２の発明は、特に、第１の発明の非接触式流量測定手段の測定部分を燃焼用ファンの上流側に配置することで、燃焼用ファンの上流部での供給実空気量を計測することができる。
【００３３】
第３の発明は、特に、第１の発明の非接触式流量測定手段の測定部分を燃焼用ファンの下流側に配置することで、燃焼用ファンの下流部での供給実空気量を計測することができる。
【００３４】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の給湯機において、排気通路に通過する排気ガス中の排気ガス成分濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段を設けることで、供給実空気量と排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に基づき燃焼制御することができる。
【００３５】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の給湯機において、制御手段内に駆動する燃焼用ファン回転数に対する実空気量を学習する燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能を設けることで、装置内閉塞状態を判定することができる。
【００３６】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の給湯機において、非接触式流量測定手段を超音波流速計としたことで、正確な供給実空気量を計測することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、第１の発明の実施の形態におけるガス給湯機の構成図を示すものである。
【００３８】
図１において、図９に示した従来のガス給湯機の構成図と異なるところは、非接触式流量測定手段の測定部分８を装置内に設け、制御手段７には非接触式流量測定手段によって計測される供給実空気量に基づいて燃焼制御を行う機能を備えたところである。なお図１では、第２の発明に対応するように非接触式流量測定手段の測定部分８を燃焼用ファン１の上流側に配置させた状態を示しているが、第３の発明に対応するように非接触式流量測定手段の測定部分８を燃焼用ファン１の下流側に配置させても本実施の形態の効果は同様である。
【００３９】
以上のように構成されたガス給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４０】
まず図１において、制御手段７は熱交換器入水サーミスタ１１から取り込まれる入水温度と、入水量検出手段１３から取り込まれる入水流量と、使用者が設定した目標温度とで要求燃焼量演算を行い、燃焼バーナー３の燃焼領域を判定するところは前記背景技術と同様であり省略する。
【００４１】
次に制御手段７は、熱交換器出湯サーミスタ１３から取り込まれる出湯温度と目標温度を比較して、出湯温度が目標温度よりも低い場合は供給空気量を増加させ、出湯温度が目標温度よりも高い場合は供給空気量を減少させる供給空気量増減判定を行う。そして供給空気量増加判定の場合は燃焼用ファン駆動回転数を増加させ、供給空気量減少判定の場合は燃焼用ファン駆動回転数を減少させる燃焼用ファン回転数増減を行う。燃焼用ファン１で供給される実空気量は、前記背景技術のように超音波流速計を想定した非接触式流量測定手段の測定部分８で、超音波の伝播時間Ｔ１、Ｔ２の計測から供給空気実空気量演算を行って計測される。制御手段７内には、図２に示すような供給実空気量とガスガバナ弁開度の関係が入力されており、この関係に基づいてガスガバナ弁開度増減判定を行って供給燃料ガス量を調整する燃焼制御を行う。ここで図２に示すような供給実空気量とガスガバナ弁開度の関係は、前記背景技術の場合と同様に４種類の各燃料ガス供給パターンに対して機器設計時に決めておく。
【００４２】
以上のように、本実施の形態においては非接触式流量測定手段の測定部分８を燃焼用ファン１の上流側あるいは下流側に配置させることで、燃焼用ファン１によって供給される空気の実空気量を測定でき、制御手段７は供給実空気量に基づいて燃焼制御を行うことができる。これによって従来のガス給湯機においては供給空気量は燃焼用ファン回転数制御であったために、燃焼用ファン１の個体ばらつきにより生じていた供給空気量のばらつきや経年時の装置内閉塞時の同一燃焼用ファン回転数時の空気量低下を解消でき、より高精度の燃焼制御を実現することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は、第２の発明の実施の形態におけるガス給湯機の構成図を示すものである。
【００４４】
図３において、図１に示した実施の形態１におけるガス給湯機の構成図と異なるところは、排気通路６に通過する排気ガス中の排気ガス成分濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段９を設け、制御手段７は非接触式流量測定手段によって計測される供給実空気量に対して排気ガス成分濃度検出手段９で検出される排気ガス成分濃度検出信号が所定の値となるようにガスガバナ弁２４を開度調整する燃焼制御を行うようにしたところである。図３において、排気ガス成分濃度検出手段９は燃料ガス供給流路２６に対応した燃焼バーナー３の燃焼部分の下流に対応した排気通路６に配置されている。これは、燃焼バーナー３の燃焼分布が均一となるように設計した場合、燃料ガス供給流路２６に対応した燃焼バーナー３の燃焼部分は、４種類の燃料ガス供給供給パターンのどの場合においても燃焼する部分であるので、図３の排気通路６の位置に排気ガス成分濃度検出手段９を配置すれば、４種類の燃料ガス供給パターンにおいてもこの位置で測定された排気ガス成分濃度で代表させることができるためである。
【００４５】
なお本実施の形態においては排気ガス成分濃度検出手段９として、Ｏ２センサーを適用した場合について述べる。
【００４６】
図４は排気ガス成分濃度検出手段９として適用するＯ２センサーの構成図および図５は説明図を示すものである。図４に示すＯ２センサーの構成はたとえば自動車等の内燃機関において、電子制御式燃料供給装置に用いられるものの一例である。自動車等の電子制御式燃料供給装置ではＯ２センサーの出力信号から空燃比の算定を行い、燃料の噴射量を調節している。Ｏ２センサーは大気と排気ガス中の酸素濃度を感知して電圧信号として出力を行う。その構成は固体電解質３２としてたとえばジルコニア素子の両側表面に多孔質の白金薄膜をコーティングしたものである。それらの白金薄膜のうち排気ガスと接する側は排気ガス側電極３１として、比較用の大気と接する側は比較大気側電極３３として振舞う。固体電解質３２のジルコニア素子はその両面に酸素濃度差が存在すると起電力を発生させる性質があり、さらにＯ２センサーの温度が高くなると、電極の働きをする白金の触媒作用で量論当量比Φ＝１．０を境にして出力起電力が急変する性質がある。図５は当量比Φに対するＯ２センサー出力起電力の特性例を示したものである。すなわち量論当量比Φ＝１．０を境にして当量比Φ＜１．０における希薄燃焼状態の排気ガス中の酸素濃度は高く、当量比Φ＞１．０における過濃燃焼状態の排気ガス中の酸素濃度は低くなっている。この性質を利用すれば、Ｏ２センサー出力起電力を検出することで燃焼バーナー３においてどのような当量比で燃焼しているかを判断することができる。
【００４７】
以上のように構成されたガス給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
図３において、制御手段７には前記のように本実施の形態においてはＯ２センサーである排気ガス成分濃度検出手段９から検出される排気ガス成分濃度検出信号が取り込まれる。本実施の形態においては、排気ガス成分濃度検出信号はＯ２センサーの出力起電力に対応する。制御手段７はＯ２センサーの出力起電力から燃焼バーナー３の燃焼状態の当量比Φ判定を行う。そして制御手段７は非接触式流量測定手段によって計測される供給実空気量と、排気ガス成分濃度検出手段９によって検出される当量比Φとに基づく燃焼制御を行う。
【００４９】
図６は、本実施の形態の燃焼制御における供給実空気量と当量比Φの関係を示すものである。ここで図２に示すような供給実空気量とガスガバナ弁開度の関係は、前記背景技術の場合や実施の形態１の場合と同様に４種類の各燃料ガス供給パターンに対して機器設計時に決めておく。
【００５０】
図６において、制御手段７は供給実空気量に対してたとえば当量比目標設定ポイントとしてΦ＝０．８とし、Φ＝０．８を中心に所定の範囲の当量比範囲（たとえばΦ＝０．７５〜Φ＝０．８５）となるようにガスガバナ弁２４の開度調整をして供給燃料ガス量を調整して燃焼させる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態においては前記実施の形態１の非接触式流量測定手段による供給実空気量に対して、Ｏ２センサーを想定した排気ガス成分濃度検出手段９から検出される当量比Φが所定の範囲となるように供給燃料ガス量を調整する燃焼制御を行うことができる。これによってガスガバナ弁２４の個体ばらつきや燃料ガス噴射ノズル２５の加工ばらつきによって生ずる供給燃料ガス量ばらつきを解消することができ、実施の形態１よりもさらに高精度の燃焼制御を実現することができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は、第３の発明の実施の形態におけるガス給湯機の要部構成図を示すものである。
【００５３】
図７において、図１に示した実施の形態１におけるガス給湯機の構成図や図３に示した実施の形態２におけるガス給湯機の構成図と異なるところは、制御手段７に燃焼用ファンの回転数に対する実空気量を学習する燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能を有する構成としたところである。
【００５４】
以上のように構成されたガス給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５５】
図７において、制御手段７は所定の時間間隔（たとえば１日に１回）ごとに燃焼用ファン１を所定の一定回転数（たとえば４０００ｒｐｍ）で駆動させた時の実空気量を学習する自己診断運転を行う。この燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能によって、制御手段７は経年時の装置内閉塞状態を判定し、たとえば初期状態の実空気量から５％ずつ実空気量が減少するごとにリモートコントローラー等の外部入力手段に報知したり、初期状態の実空気量から４０％減少したら安全のため機器が動作しないようにしたりすることができる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態においては制御手段７内に燃焼用ファン回転数―実空気量学習機能を有し、所定の時間間隔で装置内閉塞状態を判定する自己診断運転を行うことで、経年時の装置内閉塞状態を判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる給湯機は、実空気量測定手段で計測された供給実空気量に基づいて燃焼制御することが可能となるので、給湯機のみならず燃焼装置一般の燃焼制御方式等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガス給湯機の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるガス給湯機の供給実空気量とガスガバナ弁開度の関係の説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるガス給湯機の構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるガス給湯機のＯ２センサーの構成図
【図５】本発明の実施の形態２におけるガス給湯機のＯ２センサーの説明図
【図６】本発明の実施の形態２におけるガス給湯機の供給空気量と排気ガス成分濃度検出信号の関係の説明図
【図７】本発明の実施の形態３におけるガス給湯機の構成図
【図８】超音波流速計の計測原理の説明図
【図９】従来のガス給湯機の構成図
【図１０】従来のガス給湯機における燃焼用ファン回転数とガスガバナ弁開度の関係の説明図
【符号の説明】
【００５９】
１  燃焼用ファン
２  燃料ガス供給装置
３  燃焼バーナー
４  熱交換器
５  通水路
６  排気通路
７  制御手段
８  非接触式流量測定手段
９  排気ガス成分濃度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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