(57)【要約】【課題】  燃料ガスのガス種判別を確実かつ迅速に行え、その判別結果に応じて最適な燃焼制御を行い得ガス燃焼装置を提供する。【解決手段】  バーナ２への燃料ガスの供給路１０に、熱式質量流量センサ１１を備えたガス燃焼装置１において、その着火動作時に、フレームロッド１５により炎が検知されると元ガス電磁弁１３を一旦閉弁させて、上記センサ１１のヒータブリッジ電圧を測定し、その測定値に基づいてガス種を判別する。ガス種判別後は、その判定結果に基づいてガス種に応じた燃焼制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナへの燃料ガスの供給路に、ヒータとその両側に温度センサが配された検出部と、周囲温度を検出する周囲温度センサとを有し、ヒータ電圧によって前記ヒータの温度上昇値が一定となるように制御される熱式質量流量センサを備えたガス燃焼装置において、
前記ヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、前記電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とを備えた
ことを特徴とするガス燃焼装置。
【請求項２】
前記ガス種判別手段によるガス種の判別が、バーナへの燃料ガスの流量が零を含む定流量のときに実行されることを特徴とする請求項１に記載のガス燃焼装置。
【請求項３】
前記バーナに着火させるための着火手段と、前記バーナへの着火を検出する着火検出手段と、前記バーナへの燃料ガスの供給を遮断可能に構成された燃料遮断手段とを有し、
前記着火手段による着火動作時に、前記着火検出手段が着火を検出すると前記燃料遮断手段により燃料ガスの供給を遮断して前記ガス種判別手段による燃料ガスのガス種判別が実行されることを特徴とする請求項１または２に記載のガス燃焼装置。
【請求項４】
前記ガス種判別手段によるガス種の判別が、バーナの燃焼停止後に実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス燃焼装置。
【請求項５】
前記ガス種判別手段の判定結果に基づいて、ガス種に合った燃焼制御を行う燃焼制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガス燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのセンサ出力と発熱量の相関関係を示す制御テーブルをガス種毎に備えており、前記ガス種判別手段の判定結果に基づいてガス種に合った前記制御テーブルを選択して燃焼制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のガス燃焼装置。
【請求項７】
前記燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのヒータ電圧と熱伝導率との相関関係を示す第１の関係式と、前記熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第２の関係式とをガス種毎に備え、
前記ガス種判別手段の判定結果に基づいて前記第１および第２の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量を演算する制御構成を備えたことを特徴とする請求項５に記載のガス燃焼装置。
【請求項８】
前記第１の関係式と前記第２の関係式の設定に際し、これら関係式のうちの少なくとも一方について、相関関係が同一または近似するガス種を一群のガス種としてまとめるとともに、まとめられた一群のガス種につき一つの関係式を用意して、前記ガス種判別手段での判定結果に応じて前記関係式を選択するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のガス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガス燃焼装置に関し、より詳細には、燃料ガスの流量測定手段として熱式の質量流量センサを備えたガス燃焼装置におけるガス種の自動判別技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを燃料とするガス燃焼装置（たとえば、給湯器や風呂釜など）では、その燃焼制御に、ガス供給路の通路面積を可変することによって燃料ガス供給量を調節する流量制御弁を用いたものが提案されている。（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このような構成のガス燃焼装置では、上記ガス供給路にガスの流量を測定するために質量流量センサが設けられているが、かかる質量流量センサはガス種によって流量出力値が相違するセンサ特性をもつため、ガス燃焼装置の運転を開始する前にガス種を特定しておく必要がある。
【０００４】
そのため、従来のガス燃焼装置においては、かかるガス種の判別方法として、たとえば、流量制御弁を一定開度に保ってバーナを燃焼させ、その時の燃焼量（つまり、出湯温度と入水温度と入水量とに基づいて求められる温水生成に要した熱量）を求め、この熱量と既知のデータ（各ガス種の単位体積あたりの発熱量や配管の通路面積等）とに基づいてガス種の判別を行っている。
【０００５】
【特許文献１】実開平５−７９２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構成よりなる従来のガス燃焼装置では以下の問題があり、その改善が望まれていた。
【０００７】
すなわち、上述したようなガス種の判別方法では、入水温度と出湯温度の温度差を得るためバーナを燃焼させる必要があり、バーナにある程度の量のガスを供給しなければならない。しかし、この種の燃焼装置では、通常、上記質量流量センサのセンサ出力値を燃焼制御に利用しているため、上記の方法ではガス種未判定の状態（つまり、センサ出力特性が未定の状態）で燃焼動作をさせることとなり好ましくない。
【０００８】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ガス種判別を確実かつ迅速に行え、その判別結果に応じて最適な燃焼制御を行い得る機能を備えたガス燃焼装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るガス燃焼装置は、バーナへの燃料ガスの供給路に、ヒータとその両側に温度センサが配された検出部と、周囲温度を検出する周囲温度センサとを有し、ヒータ電圧によって前記ヒータの温度上昇値が一定となるように制御される熱式質量流量センサを備えたガス燃焼装置において、前記ヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、前記電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、その好適な実施態様として、前記ガス種判別手段によるガス種の判別は、バーナへの燃料ガスの流量が零を含む定流量のときに実行されることを特徴とする。
【００１１】
また、他の好適な実施態様として、本発明のガス燃焼装置は、前記バーナに着火させるための着火手段と、前記バーナへの着火を検出する着火検出手段と、前記バーナへの燃料ガスの供給を遮断可能に構成された燃料遮断手段とを有し、前記着火手段による着火動作時に、前記着火検出手段が着火を検出すると前記燃料遮断手段により燃料ガスの供給を遮断して前記ガス種判別手段による燃料ガスのガス種判別が実行されることを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、上記構成に加えて、前記ガス種判別手段によるガス種の判別が、バーナの燃焼停止後に実行されることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記ガス種判別手段の判別結果に基づいて、ガス種に合った燃焼制御を行う燃焼制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
そして、この前記燃焼制御手段の一実施態様として、当該燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのセンサ出力と発熱量の相関関係を示す制御テーブルをガス種毎に備えてなり、前記ガス種判別手段の判定結果に基づいてガス種に合った前記制御テーブルを選択して燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、他の実施態様として、前記燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのヒータ電圧と熱伝導率との相関関係を示す第１の関係式と、前記熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第２の関係式とをガス種毎に備え、前記ガス種判別手段の判定結果に基づいて前記第１および第２の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量を演算する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１６】
そして、この他の実施態様においては、さらに、前記第１の関係式と前記第２の関係式の設定に際し、これら関係式のうちの少なくとも一方について、相関関係が同一または近似するガス種を一群のガス種としてまとめるとともに、まとめられた一群のガス種につき一つの関係式を用意して、前記ガス種判別手段での判定結果に応じて前記関係式を選択するように構成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、バーナへの燃料ガスの供給路に熱式質量流量センサを備えたガス燃焼装置において、前記質量流量センサのヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とが備えられているので、人によるガス種設定操作なしにガス種判別を自動的に行うことができ、かつ、当該ガス種判別を確実かつ迅速に行うことができる。
【００１８】
また、上記ガス種判別手段によるガス種判定が、バーナへの着火動作時において、着火検出後に燃料ガスの供給を遮断して行われるので、燃料ガス以外の気体混入による誤判定が回避され、正確にガス種を判定することができる。
【００１９】
さらに、着火動作時にガス種判別を行うことにより、ガス種の変更にも自動的に対応できる。また、ガス種判別手段の判定結果に基づいてガス種に合った燃焼制御を行う燃焼制御手段を備えたことにより、使い勝手のよいガス燃焼装置を提供できる。
【００２０】
特に、燃焼制御手段に熱式質量流量センサのヒータ電圧と熱伝導率との相関関係を示す第１の関係式と、熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第２の関係式とを個々のガス種毎または相関関係が共通する一群のガス種毎に備え、ガス種判別手段の判定結果に基づいて上記第１および第２の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量（実発熱量）を演算する制御構成を備えることにより、燃焼制御手段は、実発熱量に基づいて最適燃焼に向けたガス流量や空気量の調節ができ、精度の高い燃焼制御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】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
実施形態１
図１は本発明のガス燃焼装置を給湯器に適用した場合を示している。図示のように、給湯器１はその本体内にガスを燃料とするバーナ２を備えており、このバーナ２の上方にはバーナ２によって加熱可能に構成された熱交換器３が設けられている。また、バーナ２の下方には、該バーナ２への給気を行うための送風ファン４が設けられている。
【００２３】
そして、熱交換器３の入水側には給水管５が接続されるとともに、出湯側には出湯管６が接続されており、上記給水管５には、熱交換器３への入水温度Ｔａを検出する入水温度センサ（入水温度検出手段）７と、入水量Ｑを検出する水量センサ（入水量検出手段）９とが設けられている。また、出湯管６には、上記熱交換器３で加熱された温水の出湯温度Ｔｂを検出する出湯温度センサ（出湯温度検出手段）８が設けられている。
【００２４】
一方、バーナ２には該バーナ２に燃料ガスを供給するためのガス管１０が接続されている。このガス管１０はガス供給源（たとえば都市ガスであれば都市ガス供給用のガス配管、プロパンガスであればガスボンベなど）と接続されており、上記バーナ２への燃料ガスの供給路を構成している。
【００２５】
このガス管１０には、燃料ガスの流量Ｖを検出するガス流量センサ１１と、バーナ２に供給される燃料ガスの流量Ｖを調節するガス流量制御弁１２と、バーナ２への燃料ガスの供給を遮断可能に構成された元ガス電磁弁（燃料遮断手段）１３が設けられている。
【００２６】
ここで、本実施形態では、上記ガス流量センサ１１として、ガス管１０内を流れる流体の質量流量を検出する熱式の質量流量センサが好適に用いられる。このガス流量センサ１１は、図２(a)に示すように、検出部として、シリコンチップの表面に絶縁膜層を形成した基台１０１に、測定対象である流体の温度を一定温度上昇させるヒータとしてのヒータ抵抗Ｒｈと、このヒータ抵抗Ｒｈを挟んで流体の通過方向の上流下流の両側に配された温度センサとしての上流側温度センサ抵抗Ｒｕと下流側温度センサ抵抗Ｒｄと、上記上流側温度センサ抵抗Ｒｕのさらに上流側に周囲温度（換言すれば流体温度）を検出する温度センサとしての周囲温度センサ抵抗Ｒｒとが配されている。
【００２７】
これらの各抵抗器Ｒｈ，Ｒｕ，Ｒｄ，Ｒｒには温度に応じて抵抗値が変化する抵抗器（たとえば白金抵抗）が採用され、そして、図示しないが、上記ヒータ抵抗Ｒｈおよび上流下流の温度センサ抵抗Ｒｕ，Ｒｄが設けられる基台１０１の中央部のシリコンがエッチング等により除去されて、これらの抵抗器が基台１０１と熱的に絶縁されたダイヤフラム構造とされている。
【００２８】
ところで、このように構成されてなる熱式質量流量センサの具体的な構成（特に、温度センサ抵抗Ｒｕ，Ｒｄによる温度検出回路の構成）や動作原理は周知であるのでここではその詳細な説明は省略するが、この種のガス流量センサ１１では、上記ヒータ抵抗Ｒｈと周囲温度センサ抵抗Ｒｒとが図２(b) に示すようにブリッジ回路を構成し、この回路のブリッジ電圧（ヒータ電圧）を演算増幅器ＯＰで制御することでヒータ抵抗Ｒｈの発熱量が制御される（ヒータ制御回路）。具体的には、このヒータ電圧は、ヒータ抵抗Ｒｈが周囲の気体により奪われる熱を補うように制御されており、ヒータ温度上昇値が一定になるように印加されている。
【００２９】
そのため、この種のガス流量センサ１１では、たとえば熱伝導率の高い気体（ガス）が上記ヒータ抵抗Ｒｈに接すると、ヒータから気体側に拡散する熱の量が増えるので、ヒータ電圧はヒータの温度を維持するように上昇し、その一方で、熱伝導率の低い気体（ガス）に接すると、気体側への熱の拡散が少ないのでヒータ電圧は下降する、という特性を備えている。本発明は、このようなセンサの特性を生かしてガス種の判別を行うが、その詳細は後述する。
【００３０】
上記ガス流量制御弁１２は、たとえばニードル弁などのように弁体を作動させて弁座の開口面積を変化させることにより燃料ガスの流量を制御する比例弁で構成される。つまり、弁の開度を調節することによって燃料ガス供給路の断面積（通路面積）を変化させてバーナへのガス供給量を調節可能に構成される。
【００３１】
上記ガス電磁弁１３は、ガス供給路の開閉を切り替える開閉電磁弁で構成され、図示のようにガス流量センサ１１の上流側に配されて、弁体を閉じることでバーナ２の燃料ガスの供給を遮断できるように構成されている。
【００３２】
また、上記バーナ２の近傍には、バーナ２に着火させるためのイグナイタ（着火手段）１４と、バーナ２への着火（炎の有無）を検出するフレームロッド（着火確認手段）１５が設けられている。なお、これらの構成や配置は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
コントローラ１６は、給湯器１の各部の動作を制御するための制御手段を構成するものであって、具体的には燃焼制御や後述するガス種判別処理などの各種制御や処理を実行するためのマイクロコンピュータを主要部として構成される。なお、本実施形態では、このコントローラ１６をその機能に基づいて構成すると、図３に示すように、燃焼制御手段２０と、ガス種判別手段２１と、記憶手段２２とから構成されるが、コントローラ１６の機能については後述する。
【００３４】
このコントローラ１６には、図１に示すように、上記入水温度センサ７、出湯温度センサ８、水量センサ９、ガス流量センサ１１、フレームロッド１５などの各センサ出力が図中の破線で示す信号線を介して接続されている。また、このコントローラ１６は同様に破線で示す信号線を介して上記送風ファン４、ガス流量制御弁１２、元ガス電磁弁１３、イグナイタ１４などと接続され、これらに対して動作制御用の制御信号を出力できるように構成されている。
【００３５】
そこで、このように構成されてなる給湯器１の動作について、図３および図４に基づいて説明する。なお、図３は、本発明に係る給湯器１の機能ブロック図を示しており、また、図４はガス種判別処理の手順の一例を示すフローチャートである。また、図３において符号Ｓで示すのはリモコンなどの操作部である。
【００３６】
操作部Ｓで運転開始操作がなされ、この状態で先栓等が開栓されて給湯器１に最低作動通水量を超える通水が生じると（図４ステップＳ１参照）、コントローラ１６の燃焼制御手段２０により着火動作が開始される（図４ステップＳ２参照）。
【００３７】
この着火動作は、上記元ガス電磁弁１３およびガス流量制御弁１２を開弁してイグナイタ１４を動作させる一連の処理を指すが、この着火動作はフレームロッド１５により炎が検出されるまで繰り返し行われる（図４ステップＳ３参照）。これは、ガス管１０内に空気が充満している場合（たとえば、ガス管接続工事完了後などの場合）には、元ガス電磁弁１３，ガス流量制御弁１２の双方を開弁しても着火に必要な量の燃料ガスがバーナ２から出てこないので、着火に必要な量の燃料ガスがバーナ２から出てくるまで着火動作を行うからである。
【００３８】
そして、フレームロッド１５によりバーナ２での炎（着火）が検出されると、次に、コントローラ１６は、上記元ガス電磁弁１３を閉弁する処理を実行し（図４ステップＳ４参照）、バーナ２への燃料ガスの供給を停止して、ガス種判定処理（図４ステップＳ５，Ｓ６の処理）を開始する。つまり、着火した炎を一旦消火した状態でガス種判定処理（図４ステップＳ５，Ｓ６の処理）を実行する。
【００３９】
ここで、着火した炎を一旦消火して次の処理を行うのは、バーナ２に着火した時点でガス管１０内には燃料ガスが充満したことになるので、この時点で元ガス電磁弁１３を閉弁することにより燃料ガスの流れを止める、つまり、燃料ガスがガス管１０内に充満した状態でガス種判別を行うようにするためである。
【００４０】
そして、元ガス電磁弁１３の閉弁処理が完了すると、次にコントローラ１６は、ガス流量センサ１１のヒータ制御回路における上記ヒータ電圧を測定する（図４ステップＳ５参照）。なお、このヒータ電圧の測定は図示しない電圧検出手段を通じて行われ、その検出結果が上記コントローラ１６（具体的にはガス種判別手段２１）に入力される。
【００４１】
このようにしてガス流量センサ１１のヒータ制御回路におけるヒータ電圧が測定されると、次に、ガス種判別手段２１において、上記ヒータ電圧の値は、周囲温度センサによって測定される周囲温度によって補正され、この補正後の値が上記記憶手段２２に記憶されたデータと比較されて燃料ガスのガス種が判定される。
【００４２】
すなわち、上述したように、ヒータ制御回路のヒータ電圧は、測定対象である気体の熱伝導率によって相違するので、あらかじめ上記記憶手段２２にガス種毎のヒータ電圧（以下、基準ヒータ電圧と称する）の値をデータとして記憶させておき、図４ステップＳ５で測定されたヒータ電圧の値（具体的には、温度補正後の値）とこの記憶手段２２に記憶された基準ヒータ電圧の値とを比較することによりガス種を判別する。つまり、図４ステップＳ５で測定された温度補正後のヒータ電圧と同じ値を示す基準ヒータ電圧をもつガス種であると判断される。
【００４３】
図５は、かかるデータの一例を示している。具体的には、この図５に示すデータは、縦軸に基準ヒータ電圧を、横軸にガス種を表したもので、流量が零のときにおけるガス種毎の基準ヒータ電圧を示している。また、図示例では、ガス種として、１３Ａ−０，１３Ａ−１，１２Ａ−３，エアプロパン，１２Ａ−２，Ｃ３Ｈ８，Ｃ４Ｈ１０の７種の燃料ガスのデータが示されている。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、図４ステップＳ４において元ガス電磁弁１３を閉弁させて（つまり、ガス管１０内の流量を零にして）、ガス流量センサ１１のヒータ電圧を測定するように構成されているので、上記記憶手段２２に記憶される基準ヒータ電圧のデータもこれと同じ条件、つまり流量が零の時におけるガス種毎のデータが用いられる。
【００４５】
なお、この点については、実際に測定されるガス流量センサ１１のヒータ電圧とガス種毎の基準ヒータ電圧とが対比可能であれば（双方とも流量が同じであれば）、基準ヒータ電圧のデータは流量零のときのものに限られない。つまり、図４ステップＳ４で元ガス電磁弁１３を閉弁することなく、ガス流量制御弁１２で燃料ガスの流量を一定流量（定流量）に設定するようにして、この定流量と同じ条件の下で取得したデータを基準ヒータ電圧とすることも可能である。
【００４６】
そして、図４ステップＳ６においてガス種が判定されると、以後、燃焼制御手段２０は、ガス種判定の判定結果に基づいて、当該ガス種に合った燃焼制御テーブル（制御テーブル）を用いて通常の燃焼運転を開始する（図４ステップＳ７参照）。
【００４７】
つまり、燃焼制御手段２０は、再び着火動作を行い、上記操作部Ｓで設定された目標温度Ｔｏでの出湯ができるように、上記目標温度Ｔｏと入水温度Ｔａと入水量Ｑとから目標となるバーナ２の燃焼量（目標発熱量）を演算するとともに、ガス種毎に設けられた制御テーブル（流量センサ１１のセンサ出力（ガス流量）と発熱量の相関関係を示すテーブル）のうちから上記判別の結果得られたガス種に応じた制御テーブルを選択して、バーナ２で目標発熱量が得られるようにガス流量制御弁１２の弁開度を調節制御する。また、これに伴ってバーナ２で最適な燃焼状態が得られるように送風ファン４の回転数を制御する。
【００４８】
このように、本発明の給湯器では、着火動作時にガス種判別手段が燃料ガスのガス種を自動的に判別するので、人によるガス種設定操作等を必要とすることなく確実かつ迅速にガス種判定を行うことができる。特に、上記ヒータ電圧の測定には２０ｍ秒程の時間しか要しないので、上述した図４ステップＳ１からステップＳ６までの処理は、一般的な給湯器における着火動作とほぼ変わらない位の時間で行われ、給湯器使用者はガス種判定が行われていることを意識することなく普通に給湯器を使用できる。
【００４９】
また、バーナ２への着火確認後に燃焼を一旦停止してガス種判定が行われるので、ガス管１０内に燃料ガスが充満した状態でガス種判定を行うことができ、燃料ガス以外の気体（空気）の混入による誤判定が回避され、ガス種を正確に判定することができる。
【００５０】
実施形態２
次に、本発明の第二の実施形態について図６および図７に基づいて説明する。この第二の実施形態は、燃焼制御手段２０における燃焼制御の制御構成を改変したものであって、その他の構成（給湯器１の基本構成や上述したガス種判別の手順）は上述した実施形態１と同様である。したがって、構成が共通する部位には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
すなわち、上述した実施形態１では、燃焼制御手段２０は、ガス種に応じて複数の制御テーブルを備え、ガス種判別の結果に応じてガス種に合った制御テーブルを選択して燃焼制御を行う場合を示したが、本実施形態では、燃焼制御手段２０は上述したような制御テーブルを用いずに、後述する第１および第２の関係式を備え、これら関係式とガス流量センサ１１のセンサ出力（ガス流量）とからバーナ２に実際に供給される燃料ガスの発熱量（実発熱量）を演算し、その演算結果に基づいて目標発熱量の燃焼がバーナ２で得られるようにガス流量制御弁１２および送風ファン４のファンモータ（図示せず）を制御するように構成される。
【００５２】
具体的には、上記関係式は、ガス流量センサ１１のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係を示す第１の関係式と、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第２の関係式とからなる。
【００５３】
ところで、上記第１および第２の関係式に関して、本願出願人は日本国内で使用されている代表的なガス種について、ガス流量センサ１１のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係と、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係とをそれぞれ実測したところ、これらの相関関係を示す関係式はいずれも一次式で現され、しかも、相関関係が同一または近似するガス種が存在することが明らかとなった。また、このように相関関係が同一または近似するガス種を一群のガス種としてまとめると、概ね次のような３種のグループに分類されることも判明した。
【００５４】
第１グループＡ：メタンが主成分の１３Ａ−１、１３Ａ−３、１２Ａ−３、代表的なガス会社仕様の都市ガスなど
第２グループＢ：１３Ａ−２など水素成分が多いガス
第３グループＣ：ＬＰガス、Ｃ４Ｈ１０、プロパンエアー１３Ａなど
【００５５】
そのため、本実施形態では、上記第１および第２の関係式を設定するにあたり、これら相関関係が同一または近似する一群のガス種について一つの関係式（つまり、上記グループ毎に一つの関係式）を用いることとした。その一例を図６に示す。図６(a)は、上記相関関係のうちガス流量センサ１１のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係をグラフに現したものであり、また、図６(b)は、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係をグラフに現したものを示している。
【００５６】
このように、本実施形態に示す給湯器１の燃焼制御手段２０には、図６に示すように、上記第１および第２の関係式としてそれぞれ上記第１グループＡ〜第３グループＣの３種の関係式が記憶されている。
【００５７】
そこで、次にこのような第１および第２の関係式を用いた燃焼制御の手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。なお、上述したようにガス種判定が完了するまでの手順は上述した実施形態１と同様であるので、それまでの手順の説明はここでは省略する。
【００５８】
すなわち、本実施形態では、図７ステップＳ１に示すようにガス種判定が行われると、燃焼制御手段２０において、このガス種判定の結果に応じて上記第１および第２の関係式が選択される。たとえば、上記ガス種判定の結果が１３Ａ−３ガスである場合、この１３Ａ−３ガスは上記第１のグループＡに属することから、燃焼制御手段２０は、上記第１および第２の関係式として図７において第１グループＡを示す関係式を選択する。
【００５９】
このように関係式が選択されると、次に、燃焼制御手段２０は、ガス種判定時（つまり、ガス管１０内に燃料ガスが充満し、かつ流量零の状態）におけるガス流量センサ１１のヒータ電圧（上記温度補正後の電圧）と上記第１の関係式とから燃料ガス（ここでは１３Ａ−３ガス）の熱伝導率を算出し（図７ステップＳ３参照）、さらに算出により得られた熱伝導率と上記第２の関係式とから燃料ガスの発熱量比を算出する（図７ステップＳ４参照）。
【００６０】
一方、上述したように、本実施形態では上記ガス種判定はバーナ２への着火動作時に行われるので、ガス種判定後に燃焼制御手段２０は再び元ガス電磁弁１３を開弁させるとともに着火動作を行い燃焼運転を開始する（図７ステップＳ５参照）。これによりガス管１０内に再び燃料ガスが流れるので、燃焼制御手段２０は、図７ステップＳ６に示すように、ガス流量センサ１１からのセンサ出力（ガス流量）を検出し、得られたガス流量に上記発熱量比を乗じることによってバーナ２に実際に供給される燃料ガスの実発熱量を算出する（図７ステップＳ７参照）。
【００６１】
そして、燃焼運転中は、このようにして得られた実発熱量に基づいて、実発熱量が目標発熱量と一致するようにガス流量制御弁１２を制御する（図７ステップＳ８参照）とともに、バーナ２で最適燃焼が行えるように送風ファン４のファンモータを制御する（図７ステップＳ９参照）。
【００６２】
つまり、本実施形態では、燃焼制御手段２０が、上記ガス種判定の結果と、上記第１および第２の関係式と、ガス流量センサ１１の検出値（ガス流量）とに基づいてバーナ２に供給される燃料ガスの実発熱量を演算する制御構成を備え、さらにこの実発熱量に基づいて必要ガス量および空気量を決定するので最適な燃焼制御を行うことができる。
【００６３】
しかも、上記第１および第２の関係式はいずれも一次式で現されるので複雑かつ膨大なデータ量の制御テーブルを持つことなく適切な燃焼制御を行うことができる。
【００６４】
すなわち、上述した上記実施形態１に示すように燃焼制御手段２０にガス種毎の制御テーブルを備えさせる構成では、ガス流量と発熱量との相関関係は曲線的な特性を描くため、たとえば日本国内で使用されている代表的なガス種の全てについて制御テーブルを持たせようとするといきおいテーブルサイズ（データ量）が膨大なものとなる。そのため、実際にはある程度の数の（テーブルサイズが過大とならない範囲で）制御テーブルを持たせることしかできず、実際にバーナ２に供給される燃料ガスのガス種と制御テーブルとが整合せずに適正な燃焼制御が行えない場合がおこり得る。
【００６５】
これに対して、本実施形態では、特性が共通するガス種毎に関係式を設定するだけでよいので燃焼制御手段２０に記憶させるデータ量は極めて小さくてすみ、しかも、上記第１および第２の関係式はいずれも一次式（つまり、特性がリニア）で現されるため、バーナ２の燃焼開始の初期段階でガス種判定が行われれば、その後は、ガス種に応じて上記第１および第２の関係式を選択するだけで、リニアな特性に基づき導入されたガス成分に応じた適切な燃焼制御を行うことができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。  
【００６７】
たとえば、上述した実施形態では、上記ガス種の判定を着火動作時に行うように構成したが、たとえば、燃焼停止後に上記ガス種判定処理（図４ステップＳ５，Ｓ６の処理）を行うように構成することもできる。また、上述した着火動作時のガス種判定はガス燃焼装置の施工時にのみ行わせることもできる他、施工後の着火動作の度に行わせることもできる。さらに、所定時間毎にガス種判定を行わせることも可能である。
【００６８】
また、上述した実施態様では、燃料ガス供給量の調節の調節を行う弁装置として、いわゆる流量制御型のガス流量制御弁１２を用いた場合を示したが、ガス流量センサ１１を備える構成であれば、圧力制御型の弁装置を用いた給湯器にも適用可能である。
【００６９】
また、上述した実施形態では、燃料遮断手段として元ガス電磁弁１３を用いたが、ガス管１０内の燃料ガスの流れを停止させることができれば、他の弁装置（たとえばガス流量制御弁１２）を用いてもよい。
【００７０】
また、上述した実施形態では、本発明を給湯器に適用した場合を示したが、給湯器以外の他のガス燃焼装置（たとえば、風呂釜やガスコンロなど）にも本発明は適用可能である。
【００７１】
また、上述した第２の実施形態では、燃料ガスのガス種を第１グループＡから第３グループＣの３種のグループに分類して上記第１および第２の関係式を設定したが、これら第１および第２の関係式の分類分けは適宜変更可能である。要は、相関関係が同一または近似するガス種毎に一つの関係式を設定するように分類分けされていればよい。また、上記これら関係式は、ガス種毎に設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るガス燃焼装置を適用した給湯器の概略構成を示す説明図である。
【図２】同給湯器に用いられる熱式質量流量センサの説明図であって、図２(a)は同センサの検知部の概略構成を、図２(b)は、同センサのヒータ制御回路の一例を示している。
【図３】同給湯器の機能を説明する機能ブロック図である。
【図４】同給湯器のガス種判別手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図4のガス種判別手順で用いられるガス種判別用のデータの一例を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施形態における関係式をグラフに現した図であり、図６(a) はガス流量センサのヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係を示す第１の関係式を、また、図６(b) は燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第２の関係式を現している。
【図７】同第二の実施形態における燃焼制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１            給湯器
２            バーナ
３            熱交換器
４            送風ファン
５            給水管
６            出湯管
７            入水温度センサ
８            出湯温度センサ
９            水量センサ
１０          ガス管
１１          ガス流量センサ
１２          ガス流量制御弁
１３          元ガス電磁弁(燃料遮断手段)
１４          イグナイタ（着火手段）
１５          フレームロッド（着火検出手段）
１６          コントローラ
２０          燃焼制御手段
２１          ガス種判別手段
２２          記憶手段
Ａ            第１グループのガス種（その関係式）
Ｂ            第２グループのガス種（その関係式）
Ｃ            第３グループのガス種（その関係式）
【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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