(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置にして、当該装置は、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が設けられた可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路；
熱式質量流量センサーにして、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部と空気流路の間のガス流に晒されるように配置される第１温度センサー；及び第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部とガス流路の間のガス流に晒されるように配置される第２温度センサーを備える熱式質量流量センサー；及び
熱式質量流量センサーと制御弁に接続され、熱式質量流量センサーにより計測される、三叉交差部と空気流路の間のガス流の質量流量と三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量の差に基づいて、制御弁を制御するように構成されたコントローラーを備える、装置。
【請求項２】
第１温度センサーと第２温度センサーは、それぞれ、定温測風（anemometry）のための回路に提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１温度センサー及び第２温度センサーが、サーミスタ、ホットワイヤセンサー、又はホットフィルムセンサーとして具現化される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
熱式質量流量センサーは、第１計測路に配置され、三叉交差部に又はそこに近接して配置された加熱素子を更に備え、
第１温度センサーは、空気流路からガス流路への方向において、加熱素子の上流に配置され、第２温度センサーが、加熱素子の下流に配置され、
コントローラーは、第１温度センサーにより計測された温度と第２温度センサーにより計測された温度の差に基づいて制御弁を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
熱式質量流量センサーに動作可能に接続されると共に、第１温度センサーと第２温度センサーの出力値に基づいて第２計測路を通じた質量流量を決定するように構成される処理ユニットを備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
熱式質量流量センサーは、第２計測路と加熱素子の間に設けられた第３温度センサーを備え、
処理ユニットは、第１、第２、及び第３温度センサーの出力値に基づいて第２計測路を通じた質量流量を決定するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
第２計測路の第２外端は、ガス流路を通る可燃性ガスの流れの方向において、第１計測路がガス流路に接続される箇所よりも上流に位置する箇所でガス流路に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
第２計測路の第２外端は、ガス流路を通る可燃性ガスの流れの方向において、第１計測路がガス流路に接続される箇所よりも下流に位置する箇所でガス流路に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
ガス流路は、第１計測路がガス流路に接続される箇所と、第２計測路がガス流路に接続される箇所の間に流れ制限部を備える、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
第２計測路の第２外端は、空気流路を通じた燃焼用空気の流れの方向において、第１計測路が空気流路に接続される箇所よりも上流に位置する箇所で空気流路に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
第２計測路の第２外端は、空気流路を通じた燃焼用空気の流れの方向において、第１計測路が空気流路に接続される箇所よりも下流に位置する箇所で空気流路に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
空気流路は、第１計測路が空気流路に接続される箇所と第２計測路が空気流路に接続される箇所の間に流れ制限部を備える、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
第２計測路の第２外端は、第１計測路が空気流路に接続される箇所の下流で、及び第１計測路がガス流路に接続される箇所の下流で、ガス流路と空気流路の両方に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
空気流路は、空気流路を通じる燃焼用空気の流れの方向において、空気流路が第１計測路に接続される箇所の下流に配置される第１の流れ制限部を備え、
ガス流路は、ガス流路を通じる可燃性ガスの流れの方向において、ガス流路が第１計測路に接続される箇所の下流に配置される第２の流れ制限部を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ガス流路は、制御弁の上流の遮断弁を備え、
第２計測路の第２外端が、制御弁と遮断弁の間に位置する箇所でガス流路に接続される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
追加の温度センサー及び／又は加熱素子の少なくとも一つを備える、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の装置を備える熱水設備。
【請求項１８】
バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置を制御する方法であって、
前記装置が、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が備えられ、可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；及び
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路を備え、
前記方法は、
三叉交差部と空気流路の間のガス流の質量流量を計測すること；
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量を計測すること；
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量が、三叉交差部と空気流路の間のガス流よりも小さい事前設定第１閾値であるならば、制御弁を開けること；及び
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量が、三叉交差部と空気流路の間のガス流よりも大きい事前設定第２閾値であるならば制御弁を閉じることを含む、方法。
【請求項１９】
バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置におけるガス流の質量流量を計測するための方法であって、
前記装置は、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が備えられ、可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路；及び
第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部と空気流路の間のガス流に晒されるように配置される第１温度センサーと、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部とガス流路の間のガス流に晒されるように配置される第２温度センサーを備える熱式質量流量センサーを備え、
前記方法は、第１温度センサーの出力値と第２温度センサーの出力値の少なくとも一つに基づいて、第２計測路を通じた質量流量を決定することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置に関する。そのような装置は、バーナーによる可燃性ガスの燃焼のためのガス空気混合気を提供する。これらの装置は、例えば、中央加熱ボイラー、ボイラー又は自動湯沸かし器（geyser）といった熱水設備に適用される。
【背景技術】
【０００２】
そのような可燃性ガスの事前混合燃焼のため、混合気における燃焼用空気と関連のガスの比率が制御される。燃焼用空気と可燃性ガスの比率は、効率的及び安全な燃焼が達成されるように選択される。典型的には、幾らかの過剰な空気で化学量論の燃焼比がガス−空気比のために選択される。約１０部空気と１部天然ガスの比率は、例えば、天然ガスの燃焼のために選ばれる。
【０００３】
米国特許第６５６１７９１号明細書は、燃性ガスの供給のためのガス流路と燃焼用空気の供給のための空気流路を有する装置を記述する。ガス流路は、制御弁（「絞り弁」とも呼ばれる）を備える。流量センサーは、ガス流路と空気流路に接続される。制御弁は、流量センサーにより計測される流量に基づいて制御される。ガス流路と空気流路における圧力が同一ならば、計測される流量がゼロに等しくなる。しかしながら、空気圧が、ガス圧よりも大きいならば、センサーは、空気導管からガス導管への流れを計測する。この場合、ガス弁が更に開けられる。空気圧がガス圧よりも小さいならば、反対の流れが計測される。この場合、ガス弁が更に閉じられる。
【０００４】
そのような制御は、制御弁を制御し、流量センサーを通るガス流の流量をゼロに等しく保つ。しかしながら、一般的に、流量センサーは、低流量範囲、即ち、ゼロ近傍の計測範囲において不正確である。従って、既存の制御が、同様、不正確である。
【０００５】
更には、従来の装置において欠陥のある流量センサーを認識することが困難である。なぜなら、欠陥のある流量センサーは、通常、ゼロの値（制御が調整される正確な値）の出力を有するためである。これは、制御が正しく機能しているという誤った印象を与え得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の目的は、ガス−空気比が正確及び高信頼に制御可能である、バーナーへの供給のための可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置を提供することにある。
【０００７】
この目的は、バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための本発明に係る装置により達成される。本発明に係る装置の実施形態においては、装置は、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が設けられた可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路；
熱式質量流量センサーにして、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部と空気流路の間のガス流に晒されるように配置される第１温度センサーと、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部とガス流路の間のガス流に晒されるように配置される第２温度センサーを備える熱式質量流量センサー；
熱式質量流量センサーと制御弁に接続され、熱式質量流量センサーにより計測される、三叉交差部と空気流路の間のガス流の質量流量と三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量の差に基づいて、制御弁を制御するように構成されたコントローラーを備える。
【０００８】
熱式流量センサー（サーマルフローセンサー（thermal flow sensors））とも呼ばれる熱式質量流量センサー（サーマルマスフローセンサー（thermal mass flow sensors））自体が知られている。熱式質量流量センサーは、ガス流の質量流量（mass flow rate）を計測することに特に適する。
【０００９】
従来の熱式質量流量センサーの第１例は、加熱素子と２つの温度センサーを備える。温度センサーの一つが、加熱素子の上流に配置され、他方の温度センサーが、加熱素子の下流に配置される。加熱素子は、局所的に流体を加熱する。流体が流れる時、流体により熱移動が起きる。この結果、加熱素子の下流のセンサーは、加熱素子の上流のセンサーよりも高い温度を計測する。流体の方向及び質量流量（mass flow rate）は、従って、温度差に基づいて決定することができる。
【００１０】
別種の熱式質量流量センサーは、ホットワイヤ（ホットワイヤ・質量流量センサー又はホットワイヤ質量空気流（ＭＡＦ（mass air flow））センサー）を備える。ここで、ホットワイヤは、計測のためにガス流に配置される。ホットワイヤの冷却が、通過するガスの質量流量の計測値である。
【００１１】
更なる別種の熱式質量流量センサーは、ホットワイヤ・質量流量センサーの亜種であり、例えば、Ｐｔ１００抵抗器又はＮＴＣ抵抗器といったＰＴＣ抵抗器のサーミスタが、ホットワイヤの代わりに用いられる。
【００１２】
本発明の内容においては、質量流量（mass flow rate）は、単位時間当たりの質量において表現される流体の大きさを意味するものと理解される。大きさに加えて、流体が方向も持ち、すなわち、流体は、ベクトル量である。記号φが流体に適用され、|φ|が流量のために用いられる。
【００１３】
上述の実施形態に係る熱式質量流量センサーは、第１温度センサー及び第２温度センサーを備え、両方とも第１計測路に配置される。第１温度センサーは、使用に際して三叉交差部と空気流路の間のガス流に晒されるように配置される。第２温度センサーは、使用に際して三叉交差部とガス流路の間のガス流に晒されるように配置される。従って、第２温度センサーは、空気流路からガス流路への方向において、第１温度センサーの下流に配置される。
【００１４】
第１及び第２温度センサーは、例えば、三叉交差部の両側に配置される。温度センサーは、例えば、第２計測路が第１計測路に接続される箇所の両側に配置され、すなわち、第１温度センサーは、三叉交差部から空気流路に延びる第１計測路の部分に配置され、第２温度センサーは、三叉交差部からガス流路に延びる第１計測路の部分に配置される。しかしながら、また、第１センサーが、三叉交差部と空気流路の間のガス流を計測するように構成され、第２センサーが、三叉交差部とガス流路の間のガス流を計測するように構成される限りにおいて、温度センサーらは、近くに一緒に配置され得る。第１及び第２センサーは、例えば、第２計測路の第１外端の中心を通過する第１計測路に直角の仮想線の両側に配置される。
【００１５】
空気流路の方向における第１計測路のガス流が、第２計測路の方向におけるガス流から異なるならば、この差が、第１及び第２温度センサーにより記録される。第１例において、第１及び第２温度センサーが、サーミスタ又はホットワイヤとして具現化され、それぞれが電源に接続され、サーミスタ又はホットワイヤに電流が流れる。通過するガスが温度センサーを冷却し、これは、温度センサーの抵抗値に影響する。この抵抗値の変化が、記録され、また通過ガスの流量の計測値である。各センサーは、例えば、定温度アネモメーター（anemometer）回路、又は定電圧アネモメーター回路、又は、定電流アネモメーター回路に組み込まれる。第２例において、加熱素子は、通過ガスを加熱するために設けられ、第１及び第２温度センサーにより計測される温度の差が、空気流路とガス流路それぞれへのガス流の差の計測値である。
【００１６】
三叉交差部が形成され、そこでは、第１計測路が第２計測路に接続される。換言すれば、三叉交差部は、一つの入口と２つの出口、又は、一つの出口と２つの入口が設けられる。第１の場合、２つの出口が空気流路とガス流路に接続される。第２の場合、２つの入口が、空気流路とガス流路に接続される。
【００１７】
三叉交差部と空気流路の間のガス流は、従って、三叉交差部から空気流路又はこの逆の両方に向けられ得る。更には、三叉交差部とガス流路の間のガス流は、ガス流路に向けて又はこの逆の両方に向けられ得る。三叉交差部とガス流路の間のガス流は、いずれの場合においても、三叉交差部と空気流路の間のガス流の方向とは反対の方向を持つ。
【００１８】
熱式質量流量センサーは、このように質量流量の計測された差に基づいて制御弁を制御することができるコントローラーに接続される。もし差が検出されるならば、ガス流路と空気流路の圧力が異なり、これを訂正するように制御弁が制御される。
【００１９】
第２計測路が設けられない従来のシステムでは、制御弁は、第１計測路を通る流れが生じないように制御される。しかしながら、本発明に係る装置では、制御弁は、第１計測路に流れが生じるように制御される。低流速範囲で流量センサーが不正確であるため、本発明は、従来のシステムよりも正確にガス流路と空気流路の間の圧力差を計測することができる。望まれるならば、不正確なセンサーが、本発明に係る装置のために十分である。
【００２０】
本発明の更なる利益は、欠陥のあるセンサーがより簡単に認識可能であることである。従来のシステムでは、ガス流路から空気流路又はこの逆において流れが実際に生じている間、欠陥のあるセンサーがゼロの出力値を持ち得る。第２計測路の存在のため、空気流路とガス流路の圧力が等しい時、ガス流が第１計測路に依然として流れる。センサーがゼロの質量流量の出力を持つ望まない場合、欠陥があることが即時に明確になる。
【００２１】
本発明の更なる利益は、望まれるならば、第２計測路が設けられるため、別々のセンサーがこの目的のために設けられること無く、空気及び／又はガスの全流量が決定可能である。この決定が、以下で明らかにされる。第１計測路と第２計測路が三叉交差部を形成する。３つの流れ（three fluid flows）が定義可能である。第１流れ（first fluid flow）φ1が、三叉交差部から空気流路への第１計測路における流れとして定義される。第２流れφ2が、三叉交差部からガス流路への第１計測路における流れとして定義される。第２流れφ2は、第１流れφ1とは反対の方向を持つ。第３流れφ3が、計測路から三叉交差部への第２計測路における流れとして定義される。三叉交差部内に流入するガスの量が三叉交差部から流出するガスの量に等しくなければならないため、φ1＋φ2＝φ3である。流れφ1と流れφ2の質量流量は、第１及び／又は第２温度センサーによる計測に基づいて決定可能である。次に、φ3は、φ1とφ2に基づいて、例えば、φ1とφ2の合計として計算可能である。
【００２２】
|φ1|＝|φ2|となるようにコントローラーがガス弁を制御するため、そのような決定は、一般的にφ1とφ2の合計に基づく決定よりも不正確であるが、流量|φ3|は、望まれるならば、|φ3|＝２×|φ1|、又は、|φ3|＝２×|φ2|として決定可能である。
【００２３】
換言すれば、ただ一つの計測路を有する従来のシステムでは、ただ一つの量が計測可能であり、他方、本発明では、少なくとも２つの量：ガス流路と空気流路の間の圧力差の指標である流量の差と、全流量の指標である流体の合計が計測可能である。
【００２４】
バーナーにおいては、燃焼が実際に起きているか否かを計測するために炎の伝導性が用いられる。また、伝導性に基づいて、正しい燃焼か否か、例えば、十分な余剰の酸素で燃焼が起きているかを確認することが可能である。これは、従って、関心の設備の安全性のために重要である。しかしながら、計測される炎電流は、ロード（load）、すなわち、ガス流の大きさにも依存する。本発明によりガス流の全流量が計測されることが可能になるため、予想される炎電流は、機器の正しい機能をモニターするために決定及び使用可能である。
【００２５】
本発明の更なる利益は、制御が電子的に実行可能であることである。
【００２６】
熱式質量流量センサーは、例えば、装置が作動状態にセットされる前に校正される。好適には、装置がスイッチオフの時、少なくとも、ガスや空気流が装置内で生じない時、校正が行われる。処理ユニットは、例えば、第１温度センサーにより計測された値及び第２温度センサーにより計測された値の少なくとも一つ、校正データ、及び／又はセンサー特性に基づいて第２計測路を通じた質量流量を決定する。
【００２７】
好適な実施形態においては、第１温度センサーと第２温度センサーは、それぞれ、定温測風（anemometry）のための回路に提供される。第１温度センサーと第２温度センサーは、好適には、サーミスタ、ホットワイヤセンサー又はホットフィルムセンサー（ホットフィルムプローブとしても知られる）として具現化される。
【００２８】
そのような回路は、センサーを通る流れを制御することにより、温度センサーの温度、従って、その抵抗値を一定に維持するように構成される。例えば、これは、例えば、ホイートストンブリッジと組み合わされたアンプに基づくフィードバック・ループにより実現される。温度センサーに亘る電圧がセンサーに流れる電流を提供し、そこで温度センサーが加熱する。ＰＴＣサーミスタ又はホットワイヤといった温度センサーが通過ガスのために冷却される時、フィードバック回路は、温度センサーを同一の温度に維持するため、より多くの電力を適用する。これは、回路の出力で計測される。
【００２９】
代替として、第１温度センサーと第２温度センサーは、それぞれ、定電圧測風又は定電流測風のための回路に提供される。別の好適な実施形態では、熱式質量流量センサーは、更に、第１計測路に配置され、また、三叉交差部に又はその近くに配置される加熱素子を備え、空気流路からガス流路への方向において、第１温度センサーが加熱素子の上流に配置され、第２温度センサーが加熱素子の下流に配置され、コントローラーは、第１温度センサーにより計測された温度と第２温度センサーにより計測された温度の差に基づいて制御弁を制御するように構成される。
【００３０】
第１及び第２温度センサーは、好適には加熱素子から実質的に同一距離に配置され、ガス流路から空気流路又はこの逆に計測路を通じた流れが存在しない場合、センサー間の計測される温度差がゼロに等しくなる。２つの温度センサーが加熱素子まで異なる距離を持つならば、コントローラーは、これを補償することができる。
【００３１】
ある実施形態では、装置は、熱式質量流量センサーに動作可能に接続されると共に、第１温度センサーと第２温度センサーの出力値に基づいて第２計測路を通じた質量流量を決定するように構成される処理ユニットを備える。
【００３２】
処理ユニットとコントローラーは統合可能である。換言すれば、別の処理ユニットに代えて、コントローラーは、制御弁を制御し、また第２計測路を通じた質量流量を決定する、すなわち、第２計測路を通じた質量流量を計算するように構成される。
【００３３】
本発明に係る更なる好適な実施形態においては、熱式質量流量センサーは、第２計測路に対面する加熱素子の側に設けられた第３温度センサーを備え、処理ユニットは、第１、第２、及び第３温度センサーの出力値に基づいて第２計測路を通じた質量流量を決定するように構成される。
【００３４】
第３温度センサーを提供することにより、第２計測路を通じた全流量をより正確に決定することができる。流れφ3は、例えば、第２計測路から三叉交差部への流れとして定義される。この定義によれば、第３温度センサーは、流れ方向φ3において加熱素子に対して上流に配置され、他方、第１及び第２温度センサーは、加熱素子に対して下流に配置される。順方向の流れ、すなわち、上述のように定義された方向の流れの場合、第１及び第２温度センサーは、第３温度センサーよりも高い温度を計測する。同様、逆方向の流れ、すなわち、三叉交差部から第２計測路への流れの場合、第３温度センサーは、第１及び第２温度センサーよりも高い温度を計測する。第２計測路を通じた全流量は、従って、第３温度センサーにより計測される温度と第１及び／又は第２温度センサーにより計測される温度の差に関連付けられる。この差は、例えば、ΔＴ＝Ｔ1＋Ｔ2−２×Ｔ3、又は、ΔＴ＝（Ｔ1＋Ｔ2）／２−Ｔ3として決定され、ここで、Ｔiは、ｉ番目の温度センサーの温度である。流量と温度差の線形な関係に基づく場合は、|φ3|＝|ΔＴ|×Ｃであり、ここで、Ｃが定数を表す。
【００３５】
第１、第２、及び第３温度センサーは、好適には、同一面に配置される。
【００３６】
熱式質量流量センサーは、好適には、マイクロセンサー、例えば、薄膜センサーとして具現化される。
【００３７】
本発明によれば、第２計測路が異なる方法で構成可能である。第１及び第２実施形態においては、第２計測路がガス流路に接続され、他方、第３及び第４実施形態においては、第２計測路が空気流路に接続される。
【００３８】
第１実施形態においては、第２計測路の第２外端は、ガス流路を通る可燃性ガスの流れの方向において、第１計測路がガス流路に接続される箇所よりも上流に位置する箇所でガス流路に接続される。
【００３９】
この実施形態においては、第２計測路を通じて流れる流量が、装置内への可燃性ガスの流入の計測値である。この発明のため、従って、ガス流の大きさを決定することができる。予想される炎電流は、ガス流速に基づいて決定可能であり、正しい燃焼が起きているか否か正しくモニターすることができる。
【００４０】
第２実施形態においては、第２計測路の第２外端は、ガス流路を通る可燃性ガスの流れの方向において、第１計測路がガス流路に接続される箇所よりも下流に位置する箇所でガス流路に接続される。
【００４１】
流れの方向が第１実施形態に対して反転される。この実施形態においては、第２計測路における流れが、しかしながら、ガス流の計測値でもある。圧力は、同様、空気流路から三叉交差部への第１流れφ1と三叉交差部からガス流路への第２流れφ2の差に基づいて同様の態様で制御される。
【００４２】
第１又は第２実施形態においては、ガス流路は、好適には、第１計測路がガス流路に接続される箇所と、第２計測路がガス流路に接続される箇所の間に流れ制限部を備える。
【００４３】
流れ制限部、例えば、狭部で、十分な量の流れが第２計測路を通じて流れることが達成される。すなわち、φ3の値は、高信頼性のガス流計測が実行されることを可能にするまでに十分に高い。
【００４４】
第３実施形態においては、第２計測路の第２外端は、空気流路を通じた燃焼用空気の流れの方向において、第１計測路が空気流路に接続される箇所よりも上流に位置する箇所で空気流路に接続される。
【００４５】
第３実施形態においては、第２計測路を通じて流れる流量は、装置内への燃焼用空気の流入量の計測値である。この発明のために、従って、空気流の大きさを決定することができる。
【００４６】
第４実施形態においては、第２計測路の第２外端は、空気流路を通じた燃焼用空気の流れの方向において、第１計測路が空気流路に接続される箇所よりも下流に位置する箇所で空気流路に接続される。
【００４７】
第３実施形態のように、空気流入の大きさが、このように決定可能である。
【００４８】
第３及び第４実施形態においては、空気流路は、好適には、第１計測路が空気流路に接続される箇所と第２計測路が空気流路に接続される箇所の間に流れ制限部を備える。
【００４９】
流れ制限部が、第２計測路を通る十分に大きな空気流を確実にすることにおいて計測の信頼性が高められる。
【００５０】
第５実施形態においては、第２計測路の第２外端は、第１計測路が空気流路に接続される箇所の下流で、及び第１計測路がガス流路に接続される箇所の下流で、ガス流路と空気流路の両方に接続される。
【００５１】
この状況において、第２計測路を通じる流れの流量は、ガス及び空気流量の合計の計測値である。ガス空気混合気の流入の流量が、従って、この構成において決定される。
【００５２】
第５実施形態において、空気流路は、好適には、空気流路を通じる空気の流れの方向において、空気流路が第１計測路に接続される箇所の下流に配置される第１の流れ制限部を備え、ガス流路は、ガス流路を通じるガスの流れの方向において、ガス流路が第１計測路に接続される箇所の下流に配置される第２の流れ制限部を備える。
【００５３】
流れ制限部が、第２計測路へのガス及び空気の流入を促進するため、ガス空気混合気の流入の流量の計測値の信頼性がこのように高められる。
【００５４】
第６実施形態においては、ガス流路は、制御弁の上流の遮断弁を備え、第２計測路の第２外端が、制御弁と遮断弁の間に位置する箇所でガス流路に接続される。
【００５５】
この構成においては、第２計測路を通じる流れの流量は、ガス供給圧力（Ｐgas_supply）と制御弁の下流のガス圧（Ｐgas）の差の計測値である。
【００５６】
遮断弁は、例えば、コントローラーにより閉位置から開位置に切り替え可能である。さもなければ、遮断弁は、他の実施形態においては、制御弁に加えて提供されることに留意されたい。
【００５７】
第６実施形態においては、空気流路は、オプションとして、空気流路を通る空気の流れの方向において、空気流路が第１計測路に接続される箇所の下流に位置する流れ制限部を備える。
【００５８】
また、更なる実施形態においては、熱式質量流量センサーは、追加の温度センサー及び／又は加熱素子の少なくとも一つを備える。
【００５９】
計測値の正確性は、複数の温度センサーを配置することにより高めることができる。複数のセンサーで計測が行われるため、計測誤差が低減される。所定のセンサーにより計測された値は、近くのセンサーにより計測された値から大きく異なるならば、このセンサーは、例えば、計算過程で無視することができる。
【００６０】
複数の加熱素子を配置することにより、各温度センサーは、加熱素子から同一の距離に配置可能であり、計測された温度と流体の流れの間に実質的に同一の関係が各場合において適用可能である。
【００６１】
本発明は、更に、上述の装置を備える熱水設備に関する。本発明に係る装置との関係で上述と同一の利益及び効果が、そのような熱水設備にも当てはまる。
【００６２】
本発明は、更に、熱式質量流量センサーにも関し、熱式質量流量センサーが、
加熱素子；及び
第１、第２、及び第３温度センサーを備え、
第１及び第２温度センサーが加熱素子の両側に配置され、第１方向において加熱素子と同一線上に配置され、第３温度センサーは、第１方向とは異なり、好適には、第１方向に実質的に横断的に延びる第２方向において加熱素子と同一線上に配置される。
【００６３】
そのような質量流量センサーは、本発明に係る装置での使用に特に適する。しかしながら、本発明に係る質量流量センサーは、他の用途にも使用可能である。
【００６４】
好適な実施形態においては、熱式質量流量センサーは、更なる温度センサー及び／又は加熱素子の少なくとも一つを備える。
【００６５】
更なる好適な実施形態においては、熱式質量流量センサーは、加熱素子に関して同じ側で、また加熱素子から実質的に同一の距離でお互いに隣接して配置された少なくとも２つの温度センサーを備える。
加熱素子と同じ側、更には、加熱素子から等しい距離に配置されるため、２つの温度センサーは、実質的に同一の温度を計測する。温度は、従って、これらの２つのセンサーにより計測された温度の平均を取ることにより正確に決定可能である。
【００６６】
好適な実施形態においては、加熱素子及び温度センサーが格子状に配置される。
【００６７】
換言すれば、熱式質量流量センサーがマトリクスセンサー（matrix sensor）として具現化される。従って、センサーは、流体（ガス又は液体）の流れを正確に計測することができる。流体流れが従来のセンサーで計測される時、ローカル流れのみが計測される。しかしながら、流れは、一般的に位置の関数として変化する。パイプにおいては、その側壁に沿う流れは、例えば、パイプ中心の流れとは異なる。本発明に係るマトリクスセンサーは、そのような流れプロファイルが計測されることを可能にする。
【００６８】
熱式質量流量センサーは、好適には、薄膜センサーである。
【００６９】
本発明に係るセンサーは、例えば、薄フィルムを基板に貼り付けることにより製造される。基板は、例えば、低熱伝導性の材料、例えば、セラミック材料から成る。次に、電子構造が薄フィルムに設けられ、計測抵抗器と加熱抵抗器が形成される。これは、例えば、薄フィルム層をエッチングすることにより、又は、別の既知のチップ製造技術により実現可能である。
【００７０】
本発明は、更に、バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置を制御する方法にも関し、装置は、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が備えられ、可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；及び
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路を備え、
前記方法は、
三叉交差部と空気流路の間のガス流の質量流量を計測すること；
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量を計測すること；
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量が、三叉交差部と空気流路の間のガス流よりも小さい事前設定第１閾値であるならば、制御弁を開けること；及び
三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量が、三叉交差部と空気流路の間のガス流よりも大きい事前設定第２閾値であるならば制御弁を閉じることを含む。
【００７１】
制御弁は、より大きい又は小さな程度に開けることができる。「制御弁を開ける」及び「制御弁を閉じる」は、従って、「制御弁を更に開ける」及び「制御弁を更に閉じる」ことを意味するようにも理解される。
第１閾値及び／又は第２閾値は、好適には、三叉交差部と空気流路の間のガス流の質量流量と三叉交差部とガス流路の間のガス流の質量流量の１：１比のためにゼロに設定される。
【００７２】
本発明は、更に、バーナーへの供給のために可燃性ガスと燃焼用空気を混合するための装置におけるガス流の質量流量を計測するための方法にも関し、装置は、
燃焼用空気の供給のための空気流路；
制御弁が備えられ、可燃性ガスの供給のためのガス流路；
空気流路に接続された第１外端とガス流路に接続された第２外端を有する第１計測路；
三叉交差部を形成するべく、第１計測路の第１及び第２外端の間の箇所で第１計測路に接続された第１外端とガス流路及び／又は空気流路に接続された第２外端を有する第２計測路；
熱式質量流量センサーにして、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部と空気流路の間のガス流に晒されるように配置される第１温度センサーと、第１計測路に配置され、また使用に際して三叉交差部とガス流路の間のガス流に晒されるように配置される第２温度センサーを備える熱式質量流量センサーを備え、
前記方法は、第１温度センサーの出力値と第２温度センサーの出力値の少なくとも一つに基づいて、第２計測路を通じた質量流量を決定することを含む。
【００７３】
本発明に係る装置に関して上述と同一の利益及び効果が、上述の方法にも当てはまる。方法は、特に、本発明に係る装置との組み合わせに適用可能である。
【００７４】
第１及び第２温度センサーにより出力される値は、例えば、温度の指標であり、例えば、温度の指標である電圧値又は電流値である。別例においては、第１及び第２温度センサーは、流速又は流量の指標である値の出力を有し、例えば、流速又は質量流量の指標である電圧値又は電流値を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
本発明の更なる利益、特徴及び詳細が、その好適な実施形態に基づいて説明され、参照が添付図面に為される。
【図１】図１Ａは、本発明に係る装置の第１実施形態例を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの装置のための熱式質量流量センサーをより詳細に示す。
【図２】図２Ａ−Ｃは、図１Ｂのセンサーに沿う異なる流体の流れの計測を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図１Ａの装置のための熱式質量流量センサーの第２実施形態を概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１Ａの装置のための熱式質量流量センサーの第３実施形態を概略的に示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの質量流量センサーの温度センサーのための回路を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図１Ａの装置のための熱式質量流量センサーの第４実施形態を概略的に示す。
【図４】図４は、本発明に係る装置の第２実施形態例を概略的に示す。
【図５】図５は、本発明に係る装置の第３実施形態例を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明に係る装置の第４実施形態例を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明に係る装置の第５実施形態例を概略的に示す。
【図８】図８は、本発明に係る装置の第６実施形態例を概略的に示す。
【図９Ａ−Ｂ】図９Ａ−Ｂは、本発明に係る熱式質量流量センサーの第２及び第３実施形態例を概略的に示す。
【図９Ｃ−Ｄ】図９Ｃ−Ｄは、本発明に係る熱式質量流量センサーの第４及び第５実施形態例を概略的に示す。センサーが、加熱素子と温度センサーのマトリクスとして具現化される。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
装置２（図１Ａ)は、空気流路４及びガス流路６を備える。空気が、ファン８の手段により空気流路４を介して引かれる。更には、天然ガスが、ガス流路６を介して供給される。ガス流路６は、制御弁１２と送り込み側（infeed side）に設けられる。ガス流路６は、空気とガスの混合の目的のために空気流路４内に流入する。ガス流路６は、オプションとして、空気流路４内に流入するノズル１０を外端に備える。
【００７７】
空気流路４は、第１計測路１４を介してガス流路６に接続される。計測路１４の一つの外端ａは、この目的のため、空気流路４に接続され、他方、他方の外端ｂは、ガス流路６に接続される。第２計測路１６は、計測路１４にその一つの外端ｃで接続され、他方、その他方の外端ｄがガス流路６に接続される。計測路１６の外端ｄは、ガス流路６を通じるガスの流れの方向において、計測路１４の外端ｂの上流に位置する。
【００７８】
計測路１６の外端ｃが、計測路１４の外端ａ及びｂの間の箇所で計測路１４に接続されるため、三叉交差部（Ｔ字状交差部とも呼ばれる）が形成される。熱式質量流量センサー１８は、三叉交差部に配置される（図１Ｂ）。
【００７９】
狭部といった流れ制限部１９は、計測路１４の外端ｂと計測路１６の外端ｄの間でガス流路に配置される。
【００８０】
制御弁１２は、センサー１８により計測される流体の流れに基づいて、コントローラー（不図示）により制御される。センサー１８は、三叉交差部から空気流路４に流れる流体の流れφ1の大きさを計測する。更に、センサー１８は、三叉交差部からガス流路４に流れる流体の流れφ2の大きさを計測する。流体の流れの大きさが、例えば、ｋｇ／ｓで表現される流れの質量流量の態様において、センサー１８により決定される。センサー１８の出力は、例えば、関連のガス流φ1、φ2の質量流量の指標である電圧又は電流である。
【００８１】
センサー１８は、この例では、例えば、抵抗器又はホットワイヤの形態の加熱素子２０を備える。３つの温度センサー２２，２４，２６が加熱素子２０の周囲に配置される。温度センサー２２，２４は、加熱素子２０の両側に配置される。温度センサー２２，加熱素子２０及び温度センサー２４は、従って、計測路１４において、同一線上、少なくとも実質的に同一線上に並ぶ。第３温度センサー２６は、加熱素子２０に対して第２計測路１６側に配置される。本例に示されるように、温度センサー２２，２４，２６を加熱素子２０から実質的に同一の距離に配置することが推薦される。代替的に異なる距離に配置されるならば、センサー２２，２４，２６により計測される値の処理で訂正されなければならない。
【００８２】
例えば、温度センサー２２，２４，２６は、例えば、ＰＴＣ又はＮＴＣサーミスタといったサーミスタであり得る。
【００８３】
加熱素子２０には、事前設定された電力、好適には定電力が供給される。加熱素子２０により生成される熱は、このように既知である。ガスの流れが起きないならば、熱が、均一に分散され、温度センサー２２，２４，２６が同一の温度を計測する。しかしながら、計測路１４，１６を通じたガス（天然ガス、空気、又は天然ガスと空気の混合気）の流れが起きるならば、熱が、ガスにより分散され、温度差が生じる。三叉交差部を通じた流体の流れの質量流量及び方向は、従って、センサー２２，２４，２６により計測される温度に基づいて決定可能である。
【００８４】
空気流路４の方向におけるガス流φ1の質量流量は、センサー２２，２６（図２Ａ）により計測される温度差に比例する。例えば、加熱素子２０の一定の加熱の使用の場合、線形近似：φ1＝Ｃ×（Ｔ22−Ｔ26)になり、Ｃが定数を表す。同様、φ2＝Ｃ×（Ｔ24−Ｔ26)になる（図２Ｂ参照）。三叉交差部に流入する全流体流れφ3を計算するため、φ3＝φ1＋φ2＝Ｃ×（Ｔ22＋Ｔ24−２×Ｔ26)の場合である。
【００８５】
コントローラーで制御弁１２を制御することにより、圧力Pair（図１Ａ)及び圧力Ｐgas_out（図１Ａ)がお互いに等しく維持される。等しい圧力の場合、φ1＝φ2の場合である。圧力が実に等しいか否かが、温度センサー２２と温度センサー２４の間の温度差を決定することにより計測される。図２Ｃは、圧力が等しくない状況を示し、センサー２４からセンサー２２への方向にガスが流れる。次に、センサー２２は、センサー２４よりも高い温度を検出する。従って、コントローラーは、センサー２２とセンサー２４の間の温度差に基づいて制御弁１２を制御する。
【００８６】
第２計測路１６を通じるガス流φ3は、ガス流路６を通じる流れに関係し、とりわけ圧力降下Pgas_in−Pgas_outに依存する。従って、流入ガスは、φ3に基づいて決定可能である。
【００８７】
φ3に基づいてガス流路６を通じるガス流を計算するため、オプションとして、校正データ及び／又はセンサー特性に関するデータが使用される。
【００８８】
３つの温度センサー２２，２４，２６を有する質量流量センサー１８ではなく、代替として、２つの温度センサー２２’，２４’と加熱素子２０’を有する従来の質量流量センサー１８’（図３Ａ)を用いることもできる。上述と同様の態様において、制御弁１２は、センサー２２’，２４’により計測される温度差に基づいて制御される。この温度差は、φ1−φ2の計測値である。ガス流φ3の全流量は、センサー２２’及び／又はセンサー２４’により計測される温度に基づいて決定される。加熱素子２０’が、定電力でガスを加熱するためである。ガス流φ3が増加するならば、φ1及びφ2により計測される温度が減少する。ガス流は、φ1＝φ2のように制御されるため、φ3＝２×φ1＝２×φ2の場合である。センサー２２’及び２４’の温度の関数として表現されるならば、これは、φ3＝Ｒ×２×Ｔ22’＝Ｒ×２×Ｔ24に帰結し、ここで、Ｒは、とりわけ、一定の事前設定の加熱素子２０’の電力に依存する定数である。好適には、φ3は、φ3＝Ｒ×（Ｔ22’＋Ｔ24’)に従うように、センサーにより計測される温度の合計に基づいて決定され、決定される流量|φ3|が、計測誤差の影響を受けにくい。
【００８９】
更なる変形においては、質量流量センサー１０１８（図３Ｂ）が、別の加熱素子無しで具現化される。２つの温度センサー１０２２、１０２４は、それぞれ、電気回路に組み込まれる。電流が温度センサーを流れるため、熱が生成される。この熱は、温度センサー１０２２、１０２４の抵抗値を変化させる。正の温度係数（ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient））サーミスタが、好適には、温度センサー１０２２、１０２４として用いられる。センサー１０２２、１０２４の加熱は、次に、抵抗値の増加に帰結する。負の温度係数（ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient））サーミスタが、代替として用いられ、加熱が、抵抗値の減少に帰結する。更なる代替においては、ホットワイヤが、ＰＴＣサーミスタと同様の態様で、温度センサーとして用いられる。
【００９０】
温度センサー１０２２、１０２４の自己加熱は、通過ガスに影響される。温度センサー１０２２、１０２４は、特には、通過ガスにより冷却される。冷却の程度は、ガス流の質量流量に依存する：単位時間当たり、より多量のガス流がセンサー１０２２、１０２４を通過するならば、センサー１０２２、１０２４がより大きく冷却される。すなわち、ガス流は、センサー１０２２、１０２４の温度、従って、抵抗に影響し、この抵抗が計測可能である。この計測のため、センサー１０２２、１０２４が計測回路に組み込まれる。回路は、例えば、関連のセンサー１０２２、１０２４に定電圧を印加するように構成される。ガス流は、センサー１０２２、１０２４を冷却し、その抵抗値が減少し（ＰＴＣ）、又は増加し（ＮＴＣ）、これは、電圧が一定である時、電流の増加又は減少を個別に提供する。電流が計測され、また、質量流量の計測値である。回路の出力は、例えば、センサー１０２２、１０２４を流れる電流の電圧指標、従って、問題の個別の質量流量|φ1|又は|φ2|である。
【００９１】
関連のガス流の質量流量|φ|がセンサー１０２２、１０２４で計測可能であるが、このガス流の方向は計測不可能であることに留意されたい。しかしながら、第２計測路の選択された構成のため、方向が固定される。
【００９２】
別例においては、センサー１０２２、１０２４は、センサー１０２２、１０２４を流れる定電流を維持するように構成される回路に組み込まれる。そのような回路では、センサー１０２２、１０２４に亘る電圧が、ガス流の質量流量の計測値である。
【００９３】
しかしながら、センサー１０２２、１０２４の温度を一定に維持するように構成される回路が好適には用いられる。そのような回路の例が図３Ｃに示される。回路は、負入力端子と正入力端子を有するオペアンプといったアンプを備える。回路は、更に、ホイートストンブリッジ回路を備え、この図示例では、ＰＴＣサーミスタＲptcが組み込まれる。ホイートストンブリッジ回路の接点Ａが、アンプの負入力端子に接続され、他方、接点Ｂが、正入力端子に接続される。ガス流がこのセンサーを通過するためにＲptcの温度が降下するならば、その抵抗値が減少する。しかしながら、アンプは、Ｖ+＝Ｖ-及びＶA＝ＶBとなるように、その２つの入力端子で等しい電圧を維持する。抵抗値が減少する時、従って、アンプは、より多くの電力をホイートストンブリッジ回路の接点Ｃに注入し、これにより、出力電圧Ｖoutも増加する。従って、Ｖoutは、ガス流の質量流量の計測値である：より高い質量流量は、より高い電圧Ｖoutを意味する。
【００９４】
図３Ｄは、図３Ｂの変形を示し、質量流量センサー１０１８’が３つの温度センサー１０２２、１０２４、１０２６で具現化される。関連の流れの質量流量は、質量流量センサー１０１８に関して上述したものと同様の態様で各温度センサー１０２２、１０２４、１０２６で決定可能である。すなわち、センサー１０２２の計測回路が、|φ1|の指標の出力を生成し、センサー１０２４の計測回路が、|φ2|の指標の出力を生成し、センサー１０２６の計測回路が、|φ3|の指標の出力を生成する。
【００９５】
第２実施形態例（図４）に係る装置１０２では、第２計測路１１６が、第１計測路１１４に関して下流に配置される。換言すれば、計測路１１６の外端ｄは、ガス流路１０６を通じる流れの方向において、計測路１１４の外端ｂに関して下流に配置される。センサーは、同様、図１Ｂに関して鏡像であり、すなわち、加熱素子２０の反対側に温度センサー２６を有する（図１Ｂの加熱素子２０の左ではなく右）。この代替の構成のため、φ1、φ2及びφ3の流れの方向が、図１Ａの対応の流れの反対になる。しかしながら、装置１０２の場合と同様、φ3＝φ1＋φ2である（図４で規定される流れ方向を持つ）。
【００９６】
装置１０２の制御弁１１２は、Ｐgas_in＝Ｐairとなるように制御される。その場合、φ1＝φ2である。すなわち、装置１０２のように、コントローラー（不図示）は、φ1及びφ2の差に基づいて制御弁１２を制御する。この差は、φ1−φ2＝Ｃ×（Ｔ24−Ｔ22)に従うように、センサー２２及び２４により計測された温度に基づいて決定可能である。すなわち、センサー２２及び２４が同一温度を計測するならば、φ1＝φ2の場合になる。
【００９７】
装置１０２において、ファン１０８は、図１Ａのように計測路１４の下流ではなく、空気の流れる方向において計測路１１４の上流に配置される。これはオプションであることに留意されたい。本発明に係る装置のいずれかの実施形態において望まれるように、ファンは、第１計測路の上流又は下流に配置可能である。
【００９８】
第３実施形態においては、装置２０２は、吸引されるガスの流量に代えて、供給される空気の流量を計測するための構成を有する（図５）。この構成においては、第２計測路２１６が、ガス流路ではなく空気流路２０４に接続される。空気流路２０４において、流れ制限部２１９が、計測路２１６の外端ｄと計測路２１４の外端ａの間に提供される。比較の目的のため、図１Ａでは、流れ制限部がガス流路に配置されていた。この場合も、φ3＝φ1＋φ2である。図５に係る実施形態においては、しかしながら、φ3は、吸引されるガス流ではなく吸引される空気流の計測値である。この場合、φ3は、とりわけ、Ｐair_in−Ｐair_outの圧力差に依存する。換言すれば、|φ3|は、空気流の流量の計測値である。
【００９９】
第４実施形態に係る装置３０２（図６）は、第２計測路３１６を有し、これは、まさに図５に係る実施形態のように、空気流路３０４に接続される。しかしながら、図５とは対照的に、計測路３１６は、計測路３１４に関して下流に配置される。この状況においても、|φ3|は、空気流の流量の計測値である。
【０１００】
第５実施形態においては（図７）、第２計測路４１６が、空気流路４０４及びガス流路４０６の両方にその第２外端ｄで接続され、その路４０４、４０６及び４１６が混合チャンバー４２８に集束する。この例ではファンが示されないが、装置は、Ｐair及びＰgasに関する低圧力ＰZの実現の結果として、矢印Ｚに従うように、混合気を引き流すファンを下流に備える。
【０１０１】
流れ制限部４１９ａは、第１計測路４１４の下流の空気流路４０４に配置される。流れ制限部４１９ｂは、第１計測路４１４の下流のガス流路４０６に配置される。
【０１０２】
第５実施形態においては、φ3＝φ1＋φ2は、バーナーの方向におけるガス空気混合気の全流の計測値である。制御弁４１２は、ここでも、質量流量センサー４１８により決定されるように、φ1−φ2に基づいて制御される。これは、φ1＝φ2、結果として、Ｐair＝Ｐgasを達成する。
【０１０３】
第６実施形態においては（図８）、ガス流路には、制御弁５１２に関して上流に遮断弁５３０が設けられる。上述の実施形態においては、遮断弁は、好適には、制御弁５１２の上流にも設けられることに留意されたい。
【０１０４】
第６実施形態に係る装置５０２は、制御弁５１２の上流の箇所でガス流路５０６に接続される第２計測路５１６を備える。オプションの遮断弁５３０を有する図示の実施形態においては、計測路５１６の外端ｄが、制御弁５１２と遮断弁５３０の間に配置される。図８に係る構成においては、従って、流れφ3が、圧力差Ｐgas_supply−Ｐgasに依存する。従って、φ3は、この圧力差の計測値を形成する。上述と同一のように、制御弁５１２がφ1＝φ2、従って、Ｐair＝Ｐgasとなるように制御される。
【０１０５】
装置５０２は、図示の実施形態においては、第１計測路５１４の下流に、空気流路５０４にオプションの流れ制限部５１９を備える。
【０１０６】
装置１０２、２０２、３０２、４０２及び５０２では、同様、センサー１８，１１８ではなく、図３Ａ、３Ｂ又は３Ｄのセンサー１８’、１０１８又は１０１８’を用いることができる。
【０１０７】
様々なガス流の質量流量を計測する目的のため、本発明に係る熱式質量流量センサーは、オプションとして、３つを超える温度センサー及び／又は一つを超える加熱素子を備える。図９Ａは、２つの温度センサー６２２，６２４が加熱素子６２０の両側に配置され、温度センサー６２２，６２４が加熱素子６２０と実質的に同一線上に配列されるセンサー６１８を示す。これは、図１Ｂに係る実施形態と同様である。しかしながら、センサー６１８は、一つのセンサー２６ではなく２つのセンサー６２６a、６２６ｂを備える。これらの温度センサー６２６a、６２６ｂは、加熱素子６２０から実質的に同一の距離に配置される。流れφ1の質量流量は、センサー６２２、６２６a、６２６ｂにより計測される温度に基づいて決定することができる。２つの温度センサー６２６a、６２６ｂを設けることにより、流れφ1及びφ2の質量流量の結果の精度が高められる。
【０１０８】
実質的に線形の関係に基づいて、φ1は、例えば、次のように計算される：φ1=Ｖ×（Ｔ622−０．５×Ｔ626a−０．５×Ｔ626b)、ここで、Ｖは、定数である。すなわち、センサー６２６a、６２６ｂの平均値が、加熱素子６２０の上流の温度として用いられ、センサー６２２の温度が、加熱素子６２０の下流の温度として用いられる。
【０１０９】
更なる実施形態においては（図９Ｂ）、センサー７１８は、２つの加熱素子７２０ａ及び７２０ｂを備える。２つの温度センサー７２２ａ、７２２ｂが第１側に配置され、他方、２つの温度センサー７２４ａ、７２４ｂが反対側に配置される。センサー７２２ａ、７２２ｂ、７２４ａ、７２４ｂは、第１方向においてガス流の流量を計測するように構成される。加熱素子７２０ａ、７２０ｂの別の側には３つの温度センサー７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃが配置され、これらは、第１方向に実質的に直交する第２方向におけるガス流の流量を計測するように構成される。
【０１１０】
加熱素子７２０ａ，７２０ｂには、事前設定の一定の電力が供給され、熱生成が一定である。センサー７２２ａ及び７２２ｂは、流れφ1の結果として温度上昇を計測する。センサー７２４ａ、７２４ｂは、流れφ2の結果として温度上昇を計測する。センサー７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃは、流れφ3の結果として温度低下を計測する。常に一つを超えるセンサーを提供することにより、温度計測の精度が高められる。従って、決定された質量流量の精度も高められる。
【０１１１】
更なる実施形態においては（図９Ｃ）、熱式質量流量センサー８１８は、加熱素子Ｈ及び温度センサーＲのマトリクスセンサーとして提供される。図９Ｃの例では、構成要素が格子状に配置され、９個のセンサーＲが各加熱素子Ｈの周りに配置される。
【０１１２】
しかし、図９Ｄの熱式質量流量センサー９１８に示すように、センサーＲおよび加熱素子Ｈの別の配置も同様に可能である。この例では、温度センサーＲおよび加熱素子Ｈは市松模様に配置される。
【０１１３】
マトリクスセンサーは、例えば、薄膜センサーとして具現化される。マトリクスセンサーは、例えば、基板に対して薄フィルムを貼付することにより製造される。基板は、例えば、低熱伝導性の材料、例えば、セラミック材料から成る。次に、電子構造が薄フィルムに設けられ、計測抵抗器と加熱抵抗器が形成される。これは、例えば、薄フィルム層をエッチングすることにより、又は、別の既知のチップ製造技術により実現可能である。
【０１１４】
本発明に係るマトリクスセンサーは、ガスと空気を混合するための装置のみに適用可能ではなく、他の用途においても使用可能である。マトリクスセンサーは、例えば、導管の流れプロファイルを決定するために適用可能である。マトリクスセンサーは、ガス流を計測し、液体の流れを計測するための両方の目的のために適用可能である。
【０１１５】
本発明は、決してその上述の好適な実施形態に限定されるべきではない。求められる権利が、次の請求項により規定され、その範囲内において多数の変更が予期される。
【図１Ａ】
0006615217.tif 000002
【図１Ｂ】
0006615217.tif 000003
【図２Ａ】
0006615217.tif 000004
【図２Ｂ】
0006615217.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0006615217.tif 000009
【図３Ｄ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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