(57)【要約】【課題】低コストで精度の良い通風量検出を行うことを目的とする。【解決手段】風量センサ７は、ダイヤフラム１８により仕切られた一次室１６と二次室１７とを有しており、一次室１６は給気ファン６からバーナ３への通風通路１５の上流側と連通し、二次室１７は下流側と連通する。二次室１７側には、中央に垂直棒２３ａが接続された平板円盤状の磁性体受け２３がダイヤフラム１８と当接して設けられる。垂直棒２３ａの先端に四角い平板状の平面板状磁性体２４が連結される。そして、平面板状磁性体２４と平面的に対向する位置にコイル磁性体２６が設けられる。コイル磁性体２６は、コの字状の磁性体２６ａの中央部にコイル２６ｂを取り付けることにより形成される。コの字状のコイル磁性体２６の両端面は同一平面上に位置するよう形成され、その平面と平面板状磁性体２４の平坦面とが略平行で向かい合う。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムに保持され該ダイヤフラムの変形により移動する移動磁性体とコイルとの相対位置が変化することによる該コイルのリアクタンス変化に基づいて圧力検出を行う圧力センサにおいて、
上記移動磁性体は平面板状であり、該移動磁性体の平坦面と略平行に向かい合う端面を有する磁性体に上記コイルを巻回して検出側コイル磁性体を形成し、
上記ダイヤフラムの変形によって、上記移動磁性体と上記検出側コイル磁性体との間のエアーギャップ長が変化することによるリアクタンス変化に基づいて圧力検出を行うことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
バーナに燃焼用空気を供給する給気ファンと、該バーナへの通風量を検出する風量センサとを備えた燃焼機器において、
上記風量センサが、通風路の上流側と連通した一次室と下流側と連通した二次室とを仕切る膜状のダイヤフラムを備えた上記請求項１記載の圧力センサであることを特徴とする燃焼機器。
【請求項３】
上記給気ファンへ通電しない状態での上記コイルのリアクタンスと最大電流を通電した状態でのリアクタンスとを予め検出しておき、この予め検出した初期値に基づいて、機器運転時に検出した通風量を補正することを特徴とする上記請求項２記載の燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラムの変形によるコイルのリアクタンス変化に基づいて圧力を検出する圧力センサ及び、その圧力センサを通風量を検出する風量センサとして用いた燃焼機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コイルのリアクタンス変化を利用して、給湯器の給気ファンによる通風量を検出する風量センサが知られている。
このような風量センサ１０７は、図１１，１２に示すように、ダイヤフラム１８により仕切られた一次室１６と二次室１７とを有しており、一次室１６は給気ファン６からバーナ３への通風通路１５の上流側と連通し、二次室１７は下流側と連通する。そして、二次室１７側には、金属線が螺旋状に巻回されて形成されたコイル１２６ｂが設けられると共に、ダイヤフラム１８に保持される棒状の磁性体１２４がコイル１２６ｂ内に挿入される。
【０００３】
この風量センサ１０７では、給気ファン６が回転しバーナ３へ燃焼用空気を供給すると、二次室１７に対して一次室１６が高圧となるため、ダイヤフラム１８がコイル１２６ｂ側（図中上方向）に変形して、磁性体１２４はコイル１２６ｂ内を上方向に移動する。すなわち、磁性体１２４は、通風量の増減によりコイル１２６ｂ内を上下に移動して、コイル１２６ｂのリアクタンスを変化させる。
従って、このコイル１２６ｂのリアクタンス変化を測定して、通風量を算出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した風量センサ１０７では、磁性体１２４にちょっとした「横ずれ」や「かしげ」が生じても、コイル１２６ｂに接触してしまい正しい通風量が検出できないという問題があった。また、コイル１２６ｂに磁性体１２４を挿入する組立時の工程に高い精度が要求され、コスト高の原因にもなっていた。
本発明の圧力センサ及び該圧力センサを備えた燃焼機器は、上記課題を解決し、低コストで精度の良い通風量検出を行うことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の圧力センサは、
ダイヤフラムに保持され該ダイヤフラムの変形により移動する移動磁性体とコイルとの相対位置が変化することによる該コイルのリアクタンス変化に基づいて圧力検出を行う圧力センサにおいて、
上記移動磁性体は平面板状であり、該移動磁性体の平坦面と略平行に向かい合う端面を有する磁性体に上記コイルを巻回して検出側コイル磁性体を形成し、
上記ダイヤフラムの変形によって、上記移動磁性体と上記検出側コイル磁性体との間のエアーギャップ長が変化することによるリアクタンス変化に基づいて圧力検出を行うことを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２記載の燃焼機器は、
バーナに燃焼用空気を供給する給気ファンと、該バーナへの通風量を検出する風量センサとを備えた燃焼機器において、
上記風量センサが、通風路の上流側と連通した一次室と下流側と連通した二次室とを仕切る膜状のダイヤフラムを備えた上記請求項１記載の圧力センサであることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の請求項３記載の燃焼機器は、上記請求項２記載の燃焼機器において、
上記給気ファンへ通電しない状態での上記コイルのリアクタンスと最大電流を通電した状態でのリアクタンスとを予め検出しておき、この予め検出した初期値に基づいて、機器運転時に検出した通風量を補正することを要旨とする。
【０００８】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の圧力センサは、ダイヤフラムに保持される移動磁性体が平面板状であり、この移動磁性体の平坦面とコイルを磁性体に巻回して形成した検出側コイル磁性体の端面とを略平行で平面的に対向させているので、移動磁性体に「横ずれ」が生じても検出側コイル磁性体との距離（エアーギャップ長）は変化しない。また、移動磁性体に「かしげ」が生じても、検出側コイル磁性体との平均距離は変化しない。このため、コイルのリアクタンス変化を精度良く検出できる。
また、移動磁性体と検出側コイル磁性体とは、略平行で平面的に対向していればよく、その位置関係にそれほどの精度が要求されないので、組立作業が容易になる。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載の燃焼機器では、給気ファンが回転しバーナへ燃焼用空気を供給すると、二次室に対して一次室が高圧となるため、ダイヤフラムは二次室側へと変形する。これによりダイヤフラムに保持されている移動磁性体と検出側コイル磁性体との距離も変化して、コイルのリアクタンスが変化する。そして、通風量が変化すれば、一次室と二次室との圧力差が変化しダイヤフラムの変形度合いが変化するため、コイルのリアクタンスも変化する。このリアクタンスの変化に基づいて通風量を検出する。
【００１０】
また、本発明の請求項３記載の燃焼機器は、予め検出したコイルのリアクタンスに基づいて、機器運転時に検出した通風量を補正することによって、各機器毎のバラツキ（誤差）を小さくできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の圧力センサ及び該圧力センサを備えた給湯器の好適な実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の圧力センサの一例としての風量センサを備えた給湯器の概略構成図である。
この給湯器１は、通水流路に設けられる熱交換器２と、熱交換器２に流れる水をガス燃焼熱により加熱するバーナ３と、バーナ３へのガス流路の開閉および流量を調整する電磁弁４，比例弁５からなるガス制御弁群と、バーナ３に燃焼用空気を送る給気ファン６と、バーナ３への通風量を検出する風量センサ７と、熱交換器２の入水温度を検出する入水温度センサ８と、熱交換器２の出湯温度を検出する出湯温度センサ９と、熱交換器２への通水流量を制御する流量制御弁１０と、通水流量を検出する流量センサ１１等を備える。尚、図示しないが、バーナ３をスパーク点火する点火器や、バーナ３の燃焼状態を検出するフレームセンサ等も具備される。また、器具の上方には、熱交換器２で熱交換された後の燃焼排ガスを器具外へ排出するための排気口１２が設けられる。
給湯器１本体内には、こうしたセンサ類からの信号を入力して各種のアクチュエータを駆動制御する燃焼コントローラ１３が設けられる。
また、洗面所、浴槽などの給湯使用場所にはリモコン１４が設けられ、燃焼コントローラ１３との通信により給湯器１を遠隔操作できるようになっている。
【００１３】
次に、風量センサ７について詳述する。
図２，３に示すように、風量センサ７は、ダイヤフラム１８により仕切られた一次室１６と二次室１７とを有しており、一次室１６は給気ファン６からバーナ３への通風通路１５の上流側と連通し、二次室１７は下流側と連通する。二次室１７を形成する隔壁２０には、通し穴１９が開口されており、この通し穴１９を介してセンサ室１７ａが二次室１７と連通する。尚、通風通路１５と一次室１６とは、一次通風管２１で接続され、通風通路１５と二次室１７とは、二次通風管２２で接続される。
二次室１７側には、中央に垂直棒２３ａが接続された平板円盤状の磁性体受け２３がダイヤフラム１８と当接して設けられる。垂直棒２３ａは、通し穴１９に挿通しており、その先端に四角い平板状の平面板状磁性体２４（本発明の移動磁性体）が連結される。また、磁性体受け２３の平板円盤状部と隔壁２０との間には、バランスバネ２５がその中に垂直棒２３ａを挿通させ、予圧を与えて装着される。このバランスバネ２５の押圧により磁性体受け２３は、ダイヤフラム１８上に固定される。
そして、センサ室１７ａ内の平面板状磁性体２４と略平行で平面的に対向する位置にコイル磁性体２６が設けられる。コイル磁性体２６は、コの字状の磁性体２６ａの中央部にコイル２６ｂを取り付けることにより形成される。コの字状のコイル磁性体２６の両端面は同一平面上に位置するよう形成され、その平面と平面板状磁性体２４の平坦面とが略平行で向かい合う。また、平面板状磁性体２４の幅の方が、コイル磁性体２６の幅よりも大きく形成される。
コイル磁性体２６は、センサ室１７ａを形成する側壁２７に絶縁体２８を介して固定される。
【００１４】
このような風量センサ７では、給気ファン６が回転しバーナ３へ燃焼用空気が供給されると、二次室１７に対して一次室１６が高圧となるため、図３に示すように、ダイヤフラム１８が二次室１７側に変形する。これによって、平面板状磁性体２４が移動し、コイル磁性体２６との距離（エアーギャップ長）が変化してコイル２６ｂのリアクタンスが変化する。そして、通風通路１５を通る通風量が変化すれば、一次室１６と二次室１７との圧力差も変化してダイヤフラム１８の変形度合いが変化するので、コイル２６ｂのリアクタンスも変化する。つまり、このリアクタンス変化から通風量を求めることができる。
尚、ダイヤフラム１８が二次室１７側に最大限変形しても、エアーギャップ長が０になることはなく、平面板状磁性体２４とコイル磁性体２６とが接触することはない構成である。また、コイル磁性体２６は、固定されており、ダイヤフラム１８の変形に対して移動しない。
【００１５】
ここで、この風量センサ７の利点を述べる。
コイル２６ｂを取り付けたコの字状の磁性体２６ａと平面板状磁性体２４とを平面的に対向させた際（図４）のコイル２６ｂのリアクタンスＬは、次式に示すようにエアーギャップ長ｌ２により決まる。
Ｌ＝Ｎ×Ｓ／（ｌ１／μ＋２ｌ２／μ０）
Ｎ：コイル２６ｂのターン数（巻き数）
Ｓ：コの字状磁性体２６ａの断面積
μ：磁性体２４，２６ａの透磁率
μ０：真空（空気）の透磁率
ｌ１：磁性体２４，２６ａ部の距離（図中点線部の長さ）
ｌ２：エアーギャップ長
そして、図５に示すように、ダイヤフラム１８によって保持されている平面板状磁性体２４に「かしげ」が生じても、ｌ２１＋ｌ２２≒ｌ２＋ｌ２＝２ｌ２であるため、リアクタンスＬには影響しづらく、通風量を正しく検出できる。
また、平面板状磁性体２４の幅をコイル磁性体２６の幅よりも大きくしているため、平面板状磁性体２４に「横ずれ」が生じても、エアーギャップ長ｌ２は変化しないので、リアクタンスＬも変化せず、通風量を正しく検出できる。
更に、平面板状磁性体２４とコイル磁性体２６とは、平面的に対向していればよく、その位置関係にそれほどの精度が要求されないので、組立作業が容易になる。この結果、良質な製品を安価に製造できる。
【００１６】
また、コイル磁性体２６は、図６に示すように、整流回路と平滑回路を介して燃焼コントローラ１３中のマイコン１３ａに接続され、通風量検出用の回路３０を形成する。
この通風量検出回路３０では、リアクタンス変化を大きくするために、コイル２６ｂをコンデンサ３１と並列に接続して、Ｌ，Ｃ共振回路を形成する。そして、所定の周波数を発生させる発振器３２を接続し、リアクタンス変化を所定の周波数における電圧変化に変換する構成である。
【００１７】
ここで、通風量検出動作について述べる。
通風量検出の概要は以下の通りである。
通風量変化→ダイヤフラム変形→エアーギャップ長変化→リアクタンス変化→共振周波数変化→出力電圧変化→マイコンのＡ／Ｄポートによる読み込み→マイコンで通風量に変換。
すなわち、エアーギャップ長変化によりリアクタンスが変化するため、Ｌ，Ｃ共振回路の共振周波数が変化する。この共振周波数変化により発振器周波数での出力電圧が変化する。この際、エアーギャップ長と出力電圧との関係は、１対１の関係になる。
従って、出力電圧と通風量の関係も１対１の関係になり、この関係を予め不揮発性メモリに記憶させておき、出力電圧から通風量を一義的に求めることができる。
尚、このような「通風量対出力電圧」は、共振回路部品や発振器３２部品のバラツキにより、個々の機器毎に誤差が生じてくる。このため、機器起動時に、通風量＝０（給気ファン６の回転数＝０）時の電圧値及び、通風量＝最大（給気ファン６の回転数＝最大）時の電圧値を初期値として検出、記憶して、通常動作時に電圧値から通風量を算出する際にこの初期値に基づいて補正をする。
【００１８】
このように構成された給湯器１の燃焼コントローラ１３の行う通風量算出処理について図７のフローチャートを用いて説明する。
電源を投入すると（Ｓ１）、本ルーチンが起動し、まず給気ファン６の回転数が０及び最大時における通風量検出回路３０からの出力電圧の初期値取得履歴の有無を判断する（Ｓ２）。初期値取得履歴がない場合（Ｓ２：ＮＯ）には、まず給気ファン６を停止させた状態での出力電圧値を検出し記憶する（Ｓ３）。次に、給気ファン６を最大回転数で運転させた状態での出力電圧値を検出し記憶した（Ｓ４）後に、初期値取得履歴を記憶する（Ｓ５）。尚、ステップ２で初期値取得履歴があると判断した場合には、Ｓ３〜Ｓ５の処理はとばす。
【００１９】
そして、給湯開始が指示されるまで待機する（Ｓ６）。リモコン１４により給湯開始の指示がされると（Ｓ６：ＹＥＳ）、リモコン１４で設定された出湯温度と入水温度センサ８で検出された入水温度との温度差に入水流量を乗じて要求インプット（バーナ３へ供給する燃焼ガスの単位時間あたりの発熱量）を算出し、不揮発性メモリに記憶されている空燃比制御データ（要求インプットに対するガス比例弁電流と給気ファン６の回転数との目標制御値を表すもの）に基づいてフィードフォーワード燃焼制御を開始する。
この燃焼制御中に、出湯温度センサ９で検出される湯温と設定温度とに温度差があると、熱交換器２の出口温度を一定に保たせるように比例弁電流を連続的に補正すると共に、常にガス量と給気量とが所定の関係に保たれるように給気ファン６の回転数も補正するフィードバック燃焼制御を行う（Ｓ７）。
【００２０】
次に、通風量検出回路３０からの出力電圧を検出して、ステップ３及びステップ４で取得した初期値に基づいて補正をし、通風量を算出する（Ｓ８）。
通風量は、上述したように、出力電圧とは１対１の関係であり、その関係は図８に示すようになるので、この風量電圧比データを記憶しておき、検出した出力電圧から通風量を算出すれば良いわけであるが、このような「通風量対出力電圧」は、共振回路部品や発振器３２部品のバラツキにより、個々の機器毎に誤差が生じてくる。そこで、ステップ３及びステップ４で取得した初期値を用いて機器毎の補正を行う。
【００２１】
ここで、補正方法について述べる。
給気ファン６の回転数が０の場合における機器の設計値としての出力電圧をＶ０，ｍｉｎ、給気ファン６の回転数が最大の場合における機器の設計値としての出力電圧をＶ０，ｍａｘ、ステップ３で取得した給気ファン６の回転数が０の場合における本機器の初期値（実測値）としての出力電圧をＶｍｉｎ、ステップ４で取得した給気ファン６の回転数が最大の場合における本機器の初期値（実測値）としての出力電圧をＶｍａｘ、ステップ８で検出した出力電圧をＸ、この出力電圧を設計値としての値に変換した場合の出力電圧をＶとし、出力電圧の設計値と実測値との比が通風量に関係なく一定であるとすると、次式の関係が成り立ち、
Ｖ／（Ｖ０，ｍｉｎ＋Ｖ０，ｍａｘ）＝Ｘ／（Ｖｍｉｎ＋Ｖｍａｘ）
これを変形すれば、
Ｖ＝Ｘ（Ｖ０，ｍｉｎ＋Ｖ０，ｍａｘ）／（Ｖｍｉｎ＋Ｖｍａｘ）
となる。従って、このＶと風量電圧比データから通風量が求まる。
【００２２】
次に、ステップ８で求めた通風量がファン回転数に対して適切かどうかを、不揮発性メモリに記憶されているファン回転数対通風量のデータに基づいて判断する（Ｓ９）。ファン回転数に対して実際の通風量が少ない場合には、給気ファン６のフィルタの詰まり、熱交換器２のフィンの詰まり、排気口１２の詰まり等が生じて、給気ファン６による空気の流れが悪くなっているため（以下、この現象をファンの目詰まりと呼ぶ）と判断される。
そして、ファン回転数に対して通風量が異常であると判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）には、給湯動作を停止させる（Ｓ１０）。
一方、通風量が適切であった場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、ステップ１１で給湯停止が指示されるまで、燃焼制御と通風量検出とを行う。そして、給湯停止が指示されると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、給湯動作を停止する（Ｓ１０）。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の給湯器１の風量センサ７では、コイル２６ｂをコの字状の磁性体２６ａに巻きつけてコイル磁性体２６を形成し、このコイル磁性体２６と平面板状磁性体２４とを平面的に対向させた構造であるから、ダイヤフラム１８によって保持されている平面板状磁性体２４に「かしげ」が生じても、コイル２６ｂのリアクタンスには影響しづらく、通風量を正しく検出できる。
また、平面板状磁性体２４の幅をコイル磁性体２６の幅よりも大きくしているため、平面板状磁性体２４に「横ずれ」が生じても、リアクタンスは変化せず、通風量を正しく検出できる。
このように、コイル磁性体２６と平面板状磁性体２４との横方向のズレや、かしぎの影響を軽減し、精度の高い通風量検出を行うことができる。
【００２４】
更に、平面板状磁性体２４とコイル磁性体２６とは、平面的に対向していればよく、その位置関係にそれほどの精度が要求されないので、組立作業が容易になる。この結果、良質な製品を安価に製造できるようになる。
また、機器起動時における給気ファン６の回転数が０と最大時の通風量検出回路３０からの出力電圧を検出し、この初期値に基づいて、通風量検出時に検出した出力電圧を補正することにより、各機器毎のバラツキを吸収して、より一層精度の高い風量検出を行うことができる。
【００２５】
一般に、従来の給湯器に用いられる風量センサとしては、ダイヤフラムに取り付けられた垂直棒によってマイクロスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより通風量が所定値以上であるかどうかを検出するタイプのものが主流であった。
このような風量センサでは、通風の有無を検出できるだけであるため、別に、ファン回転数とファンへの通電量とから閉塞状態を推定する回路を備えたものもある。
これに対して、本実施形態の風量センサ７では、通風量を直接検出できるので、給排気通路の閉塞状態を正確に判断することが可能である。
【００２６】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施形態の風量センサ７では、コイル２６ｂをコの字状の磁性体２６ａに巻きつけてコイル磁性体２６を作製しているが、図９に示すように、Ｅ字型の磁性体やポット型の磁性体に巻きつけてコイル磁性体を作製しても構わない。また、このような磁性体を使用する場合には、図１０に示すように、コイルをボビンに巻いたものを磁性体の突起部に挿入すれば簡単に作製できる。
【００２７】
また、本実施形態では、機器運転時に検出した通風量を補正するための初期値として、通風量検出回路３０からの出力電圧を用いているが、これに限ったものではなく、コイル２６ｂのリアクタンスに相当する物理量であれば何でも良い。また、本実施形態では、燃焼機器として給湯器を用いた例について説明したが、これに限ったものではなく、ファンストーブ等の他の燃焼機器に適用しても当然差し支えない。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の圧力センサによれば、検出側コイル磁性体と移動磁性体との横方向のズレや、かしぎの影響を軽減し、精度の高い圧力検出を行うことができる。
更に、移動磁性体と検出側コイル磁性体とは、その位置関係にそれほどの精度が要求されないので、組立作業が容易になる。この結果、良質な製品を安価に製造できる。
【００２９】
更に、本発明の請求項２記載の燃焼機器によれば、精度の高い通風量検出を行うことができ、給気ファンの目詰まりも安価に検出可能となる。
【００３０】
更に、本発明の請求項３記載の燃焼機器によれば、各機器毎のバラツキを吸収して、より一層精度の高い通風量検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図２】本実施形態としての風量センサの概略断面図である。（給気ファンＯＦＦ時）
【図３】本実施形態としての風量センサの概略断面図である。（給気ファンＯＮ時）
【図４】本実施形態としてのコイルのリアクタンス算出の説明図である。
【図５】平面板状磁性体の「かしげ」の説明図である。
【図６】通風量検出回路の回路図である。
【図７】本実施形態の給湯器の作動制御を示すフローチャートである。
【図８】通風量と通風量検出回路からの出力電圧との関係を表すグラフである。
【図９】別の実施形態としてのコイル磁性体の説明図である。
【図１０】別の実施形態としてのコイル磁性体の作成方法を示す説明図である。
【図１１】従来例としての給湯器の概略構成図である。
【図１２】従来例としての風量センサの概略断面図である。（給気ファンＯＦＦ時）
【符号の説明】
１…給湯器、３…バーナ、６…給気ファン、７…風量センサ、１５…通風通路、１６…一次室、１７…二次室、１７ａ…センサ室、１８…ダイヤフラム、２４…平面板状磁性体、２６…コイル磁性体、２６ａ…コの字状磁性体、２６ｂ…コイル。
【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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【図１１】
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【図１２】
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