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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-31
(45)【発行日】2022-11-09
(54)【発明の名称】ガス混合物の混合比を調節するための装置
(51)【国際特許分類】
F23N 1/02 20060101AFI20221101BHJP
F23N 5/00 20060101ALI20221101BHJP
【ＦＩ】
F23N1/02 K
F23N5/00 F
【請求項の数】
44
(21)【出願番号】P 2021518165
(86)(22)【出願日】2018-10-05
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-14
(86)【国際出願番号】 EP2018077146
(87)【国際公開番号】W WO2019185181
(87)【国際公開日】2019-10-03
【審査請求日】2021-09-09
(73)【特許権者】
【識別番号】515023349
【氏名又は名称】センシリオン アーゲー
【氏名又は名称原語表記】Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ホーナング，マルク
(72)【発明者】
【氏名】リューグ，アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】モンナン，エリク
(72)【発明者】
【氏名】キリアニ，ダーヴィト
(72)【発明者】
【氏名】ウェールリ，ザームエル
(72)【発明者】
【氏名】トラウトライン，ダニエル
【審査官】宮下 浩次
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／１２６５４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第２５７４９１８（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許第４１６２８８９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｎ １／０２
Ｆ２３Ｎ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のガス及び第２のガスを含むガス混合物の混合比（ｘ）を調節するための調節装置であって：前記第１のガスの流れを運ぶための第１の導管（１）；
前記第２のガスの流れを運ぶための導管であって、前記ガス混合物を生成するために、前記第１の導管（１）とともに、混合領域（Ｍ）で共通導管（３）に開口する第２の導管（２）；
前記ガス混合物の混合比（ｘ）を調整するための調整装置（Ｖ１）；及び
前記調整装置（Ｖ１）に対する制御信号を導出するように構成される制御装置（１０）、を備える調節装置において、
前記調節装置は、前記混合領域（Ｍ）の下流側の前記ガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成される第１のセンサ（Ｓ１）を備え、及び
前記制御装置（１０）は、前記第１のセンサ（Ｓ１）から、前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、前記少なくとも１つの熱パラメータに基づいて前記調整装置に対する制御信号を導出するように構成されることを特徴とする調節装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つの熱パラメータは、ガス混合物の熱伝導率、熱拡散率、比熱容量、体積比熱容量、又はこれらの組み合わせを示すパラメータである、請求項１に記載の調節装置。
【請求項3】
前記調整装置は、前記第２の導管（２）を通る前記第２のガスの流量を調整するための制御弁（Ｖ１）を備える、請求項１又は２に記載の調節装置。
【請求項4】
前記調節装置は、前記第１のガスとして酸素キャリアガスを、前記第２のガスとして機能性ガスを、含むガス混合物の混合比（ｘ）を調節するように構成されている、請求項１～３のいずれかに記載の調節装置。
【請求項5】
前記第１のガスは、空気、又は空気と排気ガスの混合物であり、前記第２のガスは、燃料ガスであり、又は
前記第１のガスは、自然の空気、酸素富化空気、酸素と１つ又は複数の不活性ガスの混合物、又は、純粋な酸素ガスであり、前記第２のガスは、医療用ガスである、請求項４に記載の調節装置。
【請求項6】
前記医療用ガスは、麻酔ガスである、請求項５に記載の調節装置。
【請求項7】
前記第１のセンサ（Ｓ１）は、前記ガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成され、前記２つの熱パラメータは一緒になって、前記ガス混合物の熱伝導率（λmix）及び熱拡散率（Ｄmix）を示し、及び前記制御装置（１０）は、前記少なくとも２つの熱パラメータを考慮するように構成されている、請求項１～６のいずれかに記載の調節装置。
【請求項8】
前記制御装置は、前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定される前記熱パラメータの１つに基づいて前記制御信号を導出し、前記第１のセンサ（Ｓ２）によって測定される前記熱パラメータの他の１つに基づいて整合性チェックを実行するように構成されている、請求項７に記載の調節装置。
【請求項9】
前記制御装置（１０）は、以下の手順を実行するように構成されている、請求項７又は８に記載の調節装置：前記調整装置を、前記第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、前記第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は前記基準状態における前記少なくとも２つの熱パラメータを示すステップ；及び
前記基準状態における前記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、前記基準状態における前記第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータ（ｐair）を求めるステップ。
【請求項10】
前記制御装置（１０）が以下の手順を実行するように構成されている、請求項１～９のいずれかに記載の調節装置：前記調整装置を、前記第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、前記第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は前記基準状態における前記第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；
前記調整装置を、前記第２のガスの流れ及び前記第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態に設定するステップ；
前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は前記作動状態における前記ガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；及び
前記作動状態における前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータと、前記基準状態における前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて前記制御信号を導出するステップ。
【請求項11】
前記ガス混合物を使用場所に運ぶためのファン（４）を備えている、請求項１～１０のいずれかに記載の調節装置。
【請求項12】
前記ファン（４）は前記混合領域の下流側に配置されており、第１のセンサ（Ｓ１）が前記ファン（４）に一体化されている、請求項１１に記載の調節装置。
【請求項13】
前記制御装置（１０）は以下の手順を実行するように構成されている、請求項１１又は１２に記載の調節装置：前記第２のガスの流れが遮断されている間に、前記ファン（４）を複数の異なる出力レベルで作動させるステップ；
各出力レベルに対して、前記第１のセンサ（Ｓ１）から受信した前記センサ信号に基づいて圧力パラメータ（ｐair）を求め、該圧力パラメータ（ｐair）は前記出力レベルでの前記第１のガスの密度又は圧力を示すステップ；及び
さまざまな出力レベルでの前記圧力パラメータ（ｐair）に基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号（Ｂ）を導出するステップ。
【請求項14】
前記共通導管（３）の、前記混合領域（Ｍ）の下流側且つ前記第１のセンサ（Ｓ１）の上流側に配置されるスワール部材（５）をさらに備え、該スワール部材は前記ガス混合物内に乱流を生成するように構成されている、請求項１～１３のいずれかに記載の調節装置。
【請求項15】
第２のセンサ（Ｓ２）をさらに備え、該第２のセンサ（Ｓ２）は、前記第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成されており、前記制御装置（１０）は、前記第２のセンサ（Ｓ２）から、前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）の両方から受信した前記センサ信号に基づいて前記制御信号を導出するように構成されている、請求項１～１４のいずれかに記載の調節装置。
【請求項16】
前記制御装置は、前記第１のセンサによって測定される前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第２のセンサによって測定される前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較するように構成されている、請求項１５に記載の調節装置。
【請求項17】
前記第２のセンサ（Ｓ２）は、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成され、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記第１のガスの熱伝導率（λair）及び熱拡散率（Ｄair）を示し、及び前記制御装置は、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、前記第１のガスの密度又は圧力を示す酸素キャリア圧力パラメータ（ｐair）を導出するように構成されている、請求項１５又は１６に記載の調節装置。
【請求項18】
前記第１のセンサ（Ｓ１）は、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成され、前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記混合物の熱伝導率（λmix）及び熱拡散率（Ｄmix）を示し、前記第２のセンサ（Ｓ２）は、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成され、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記第１のガスの熱伝導率（λair）及び熱拡散率（Ｄair）を示し、
前記制御装置は、前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）によって測定される前記熱パラメータの１つの比較に基づいて前記制御信号を導出し、且つ、前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）によって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータの他の１つの比較に基づいて整合性チェックを行うように構成されている、請求項１５～１７のいずれかに記載の調節装置。
【請求項19】
前記第１のセンサ（Ｓ１）は、前記ガス混合物の温度（Ｔmix）を測定するように構成され、前記第２のセンサ（Ｓ２）は、前記第１のガスの温度（Ｔair）を測定するように構成され、及び
前記制御装置は、前記ガス混合物と前記第１のガスの温度（Ｔmix，Ｔair）の比較に基づいて整合性チェックを実行するように構成されている、請求項１５～１８のいずれかに記載の調節装置。
【請求項20】
第３のセンサ（Ｓ３）をさらに備え、該第３のセンサ（Ｓ３）は、前記第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成されており、前記制御装置（１０）は、前記第３のセンサ（Ｓ３）から、前記第２のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、且つ、前記第１及び第３のセンサ（Ｓ１，Ｓ３）の両方から受信した前記センサ信号に基づいて前記制御信号を導出するように構成されている、請求項１～１９のいずれかに記載の調節装置。
【請求項21】
前記制御装置は、前記第１のセンサによって測定される前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第２のセンサによって測定される前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較し、前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第３のセンサによって測定される前記第２のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較するように構成されている、請求項２０に記載の調節装置。
【請求項22】
前記第１の導管（１）内に第１の質量流量計（Ｆ１）を、及び／又は、前記第２の導管（２）内に第２の質量流量計（Ｆ２）をさらに備え、前記制御装置（１０）は、前記第１及び／又は第２の質量流量計（Ｆ１，Ｆ２）からの質量流量信号に基づいて、前記第１又は第２の導管（１；２）内の質量流量を示す質量流量パラメータを求めるように構成されている、請求項１～２１のいずれかに記載の調節装置。
【請求項23】
前記第１又は第２の導管（１;２）内の流量制限器（６；７）；及び前記流量制限器（６；７）の上流側の、前記第１及び第２の導管（１，２）の間の差圧を求めるように構成された差圧センサ（Ｄ１）をさらに備え、
前記制御装置（１０）は、前記差圧センサ（Ｄ１）からの差圧信号に基づいて、前記第１又は第２の導管（１；２）内の質量流量を示す質量流量パラメータを求めるように構成されている、請求項１～２２のいずれかに記載の調節装置。
【請求項24】
第１のガス及び第２のガスを含むガス混合物の混合比（ｘ）を調節する方法であって、前記第１のガスの流れを生成する工程；
前記第２のガスの流れを生成する工程；
混合領域（Ｍ）で前記第１のガスと前記第２のガスの流れを混合することによって前記ガス混合物を生成する工程を含む方法において、
第１のセンサ（Ｓ１）を使用して、前記混合領域（Ｍ）の下流側の前記ガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程、及び
前記少なくとも1つの熱パラメータに基づいて、前記混合比（ｘ）を調整する工程を特徴とする方法。
【請求項25】
前記少なくとも１つの熱パラメータは、ガス混合物の熱伝導率、熱拡散率、比熱容量、体積比熱容量、又はこれらの組み合わせを示すパラメータである、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記第１のガスが酸素キャリアガスであり、前記第２のガスが機能性ガスである、請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項27】
前記第１のガスは、空気、又は空気と排気ガスの混合物であり、前記第２のガスは、燃料ガスであり、又は
前記第１のガスは、自然の空気、酸素富化空気、酸素と１つ又は複数の不活性ガスの混合物、又は、純粋な酸素ガスであり、前記第２のガスは、医療用ガスである、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記医療用ガスは、麻酔ガスである、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記混合比（ｘ）を調整する工程には、前記第２のガスの流量を調整するための制御弁を操作する工程を含む、請求項２４～２８のいずれかに記載の方法。
【請求項30】
前記ガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータは、前記第１のセンサ（Ｓ１）を使用して測定され、前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記ガス混合物の熱伝導率（λmix）及び熱拡散率（Ｄmix）を示し、及び前記混合比（ｘ）を調整する際に、前記ガス混合物の前記少なくとも２つの熱パラメータを考慮する、請求項２４～２９のいずれかに記載の方法。
【請求項31】
前記混合比は、前記第１のセンサによって測定された前記熱パラメータの１つに基づいて調整され、前記第１のセンサによって測定された前記熱パラメータの他の１つに基づいて整合性チェックが実行される、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に前記第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は前記基準状態における前記第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを示す工程；及び
前記基準状態における前記第１のガスの前記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、前記基準状態における前記第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータ（ｐair）を求める工程を含む、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項33】
前記第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に前記第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は、前記基準状態における前記第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；
前記第２のガスの流れと前記第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態を作り出す工程；
前記第１のセンサ（Ｓ１）からセンサ信号を受信し、該センサ信号は、前記作動状態における前記ガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；及び
前記作動状態における前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータと、前記基準状態における前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて、前記混合比（ｘ）を調整する工程を含む、請求項２４～３２のいずれかに記載の方法。
【請求項34】
ファン（４）を使用して前記ガス混合物を使用場所に運ぶ工程を含む、請求項２４～３３のいずれかに記載の方法。
【請求項35】
前記第２のガスの流れが遮断されている間に、複数の異なる出力レベルで前記ファン（４）を作動させる工程；各出力レベルに対して、前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定されたセンサ信号から圧力パラメーター（ｐair）を導出し、該圧力パラメーター（ｐair）は、前記出力レベルでの前記第１のガスの密度又は圧力を示す工程；及び
さまざまな出力レベルでの前記圧力パラメータ（ｐair）に基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号（Ｂ）を導出する工程を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
第２のセンサ（Ｓ２）を使用して、前記混合領域（Ｍ）の上流側の前記第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定された前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータ及び前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定された前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータに基づいて、前記混合比（ｘ）を調整する工程を含む、請求項２４～３５のいずれかに記載の方法。
【請求項37】
前記混合比（ｘ）を調整する前記工程は、前記第１のセンサによって測定される前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第２のセンサによって測定される前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較する工程を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項38】
前記第２のセンサ（Ｓ２）によって、少なくとも２つの熱パラメータが測定され、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定された前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記第１のガスの熱伝導率（λair）及び熱拡散率（Ｄair）を示し、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定された前記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、酸素キャリア圧力パラメータ（pair）を導出し、該酸素キャリア圧力パラメータは前記第１のガスの密度又は圧力を示す工程を含む、請求項３６又は３７に記載の方法。
【請求項39】
前記第１のセンサ（Ｓ１）を使用して前記ガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定し、前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定された前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記ガス混合物の熱伝導率（λmix）及び熱拡散率（Ｄmix）を示す工程；前記第２のセンサ（Ｓ２）を使用して前記第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを測定し、前記第２のセンサ（Ｓ２）によって測定された前記少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、前記第１のガスの熱伝導率（λair）及び熱拡散率（Ｄair）を示す工程；
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）によって測定された前記熱パラメータの１つの比較に基づいて前記混合比（ｘ）を調整する工程；及び
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）によって測定された前記熱パラメータの他の１つの比較に基づいて整合性チェックを実行する工程を含む、請求項３６～３８のいずれかに記載の方法。
【請求項40】
前記第１のセンサ（Ｓ１）を使用して前記ガス混合物の温度（Ｔmix）測定する工程；前記第２のセンサ（Ｓ２）を使用して前記第１のガスの温度（Ｔair）を測定する工程；及び
前記混合ガスと前記第１のガスの温度（Ｔmix，Ｔair）の比較に基づいて整合性チェックを実行する工程を含む、請求項３６～３９のいずれかに記載の方法。
【請求項41】
第３のセンサ（Ｓ３）を使用して前記第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び前記第１のセンサ（Ｓ１）によって測定された前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータ、及び前記第３のセンサ（Ｓ３）によって測定された前記第２のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータに基づいて前記混合比（ｘ）を調整する工程を含む、請求項２４～４０のいずれかに記載の方法。
【請求項42】
前記混合比（ｘ）を調整する前記工程は、前記第１のセンサによって測定される前記ガス混合物の前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第２のセンサによって測定される前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較する工程と、前記第１のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータを、前記第３のセンサによって測定される前記第２のガスの前記少なくとも１つの熱パラメータと比較する工程とを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項43】
前記第１のガスの質量流量及び／又は前記第２のガスの質量流量を測定する工程をさらに含む、請求項２４～４２のいずれかに記載の方法。
【請求項44】
前記第１のガスの流れ又は前記第２のガスの流れを流量制限器（７；８）に通す工程；前記流量制限器（７；８）の上流側の、前記第1のガスと前記第２のガスの間の差圧を求める工程；及び
前記差圧に基づいて、前記第１のガス又は前記第２のガスの質量流量を示す質量流量パラメータを求める工程を含む、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第１のガスと第２のガスとを含むガス混合物の混合比を調節するための装置、及び、対応する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガス作動エネルギー変換器、例えば、ガスバーナーや、ガスエンジン又はガスモーターなどの内燃機関を適切に作動させるために重要な量が、エネルギー変換器に供給される空気－燃料混合物の混合比である。混合比はさまざまな方法で定義することができる。本明細書では、混合比を、空気－燃料混合物中の燃料のｖ／ｖ濃度で表す。しかしながら、他の定義を用いることもできる。燃料濃度が高すぎると、煤煙が発生するおそれがある。一方、燃料濃度が低すぎると、エネルギー変換器の性能が低下するおそれがある。従って、混合比は慎重に調節されなければならない。
【0003】
特許文献１は、ガスバーナー用の調整システムを開示する。燃料ガス流と燃焼空気流がバーナーに供給される。燃料ガス流は、燃焼空気流の圧力に応じて調整される。この目的のために、差圧センサが燃料ガス流と燃焼空気流の間に配置される。差圧センサは、燃料ガス用のガスバルブを調整するために使用される電気信号を発生する。
【0004】
特許文献２は、ガス作動エネルギー変換プラントにおいて酸素キャリアガス（oxygen carrier gas）と燃料ガスとの間の混合比を調節するための方法を開示する。混合比を調節するために、酸素キャリアガス及び／又は燃料ガスの質量流量又は体積流量が検出される。質量流量又は体積流量や、熱伝導率又は熱容量など、燃料ガスの少なくとも２つの物理的パラメータが、センサを使用して測定される。これらの物理的パラメータから、混合比の目標値が決定される。この目標値は、混合比の調節のために用いられる。
【0005】
特許文献３は、燃焼システムの燃焼室内において空気と燃料ガスの混合物を制御するための燃焼コントローラを開示する。燃焼コントローラは、さまざまなセンサからのセンサ入力に基づいて、燃料導管内の燃料バルブを開閉し、空気導管内のエアダンパーを開閉することによって混合物を制御する。これらのセンサには、燃料と空気の流れ特性を測定するための、燃料導管と空気導管に置かれた流量センサが含まれる。これらセンサには、さらに、燃料の熱パラメータを測定するための、燃料導管に置かれた追加のセンサが含まれ、このセンサは、直接流に曝されないように、燃料導管の行き止まりになっている空洞に入れ置かれている。これらセンサは、さらに、圧力センサ及び温度センサを含むことができる。
【0006】
これら従来技術のシステムにおいて、混合比の調節は、空気と燃料ガスが混合される地点から上流側での空気流と燃料ガス流の流量測定に基づいている。しかしながら、これはさまざまな理由で問題になる可能性がある。第１に、空気流量は通常、燃料ガス流量よりもはるかに大きく、混合気中の典型的な燃料濃度はわずか１０％ｖ/ｖの範囲にある。これにより、空気流と燃料流の流量センサに異なる要求が課せられる。第２に、最新のガスバーナーは加熱ダイナミックレンジ（dynamic heating range）を大きくすることができ、最大燃料需要と最小燃料需要の比率が１０：１、さらには２０：１を容易に超えることができる。このため、空気流と燃料流に対する流量センサのそれぞれは、広い流量範囲をカバーする必要がある。同時に、すべての作動条件に対し、最高の精度と長期安定性が求められる。現在入手可能な流量センサは、たいていの場合、これらの高い要求を満たすことができない。
【0007】
同様の問題は、燃料ガスと空気以外のガスの混合、特に機能性ガスと酸素キャリアガスの混合、例えば、ガス麻酔薬と空気の混合にも存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】ＵＳ ６，５６１，７９１ Ｂ１
【文献】ＥＰ ２ ８４３ ２１４ Ａ１
【文献】ＵＳ ５，４８６，１０７ Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、第１のガスと第２のガスとの間の混合比を、これらの流量の間に大きな違いが存在していても、これらガスの絶対流量の広いダイナミックレンジにわたって、信頼でき且つ正確に制御することのできる調節装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この目的は、請求項１の特徴を有する調節装置によって達成される。本発明のさらなる実施形態は、従属請求項に記載されている。
【0011】
第１のガスと第２のガスとを含むガス混合物の混合比を調節するための調節装置であって、以下を備える装置を提案する：
第１のガスの流れを運ぶための第１の導管；
第２のガスの流れを運ぶための導管であって、ガス混合物を生成するために、第１の導管とともに、混合領域で共通導管に開口する第２の導管；
ガス混合物の混合比を調整するための調整装置；及び
調整装置に対する制御信号を導出するように構成される制御装置。
第１のガスの流れを運ぶための第１の導管；
第２のガスの流れを運ぶための導管であって、ガス混合物を生成するために、第１の導管とともに、混合領域で共通導管に開口する第２の導管；
ガス混合物の混合比を調整するための調整装置；及び
調整装置に対する制御信号を導出するように構成される制御装置。
【0012】
本発明の調節装置は、混合領域の下流側のガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成される第１のセンサを備える。上記制御装置は、この第１のセンサから、ガス混合物の上記少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、上記少なくとも１つの熱パラメータに基づいて調整装置に対する制御信号を導出するように構成される。上記熱パラメータは、特に、ガス混合物の熱伝導率λ、熱拡散率Ｄ、比熱容量ｃｐ又は体積比熱容量（volumetric specific heat capacity）ｃｐρ、あるいはこれらの任意の組み合わせを示すパラメータとすることができる。
【0013】
本発明によれば、混合領域の下流側のガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータの測定を行い、混合比を制御するためにこのパラメータを使用することが提案される。熱パラメータの値は概してガス混合物中の第１のガスと第２のガスとの間の混合比に依存する。重要な利点は、測定された熱パラメータが概して混合物の流量には依存しないことである。従って、センサは、流量に関係なく常にほぼ同じ動作点で作動され、提案された調節装置は、精度を損なうことなく、広い加熱ダイナミックレンジに適応できる。
【0014】
多くの用途では、第２のガスの流量は第１のガスの流量よりもはるかに小さくなる。ガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータの提案された測定は、ガス混合物中の第２のガスの濃度の決定に本質的に対応する。装置はそれに応じて構成することができる。特に、第２の導管は、第１の導管の断面積よりもはるかに小さい断面積を有してよい。いくつかの実施形態では、第１の導管の最小断面積（すなわち、導管の最も狭い位置での断面積）は、第２の導管の最小断面積の少なくとも５倍である。本発明の調節装置は、混合領域内の第１のガスの流れに第２のガスの流れを噴射するための１つ又は複数のノズルを備えることができる。このことは、主流が第１のガスの流れであるため有益である。噴射の方向は、混合領域のすぐ上流の第１のガスの流れ方向に対して軸方向、放射状、又は他の任意の角度であってよい。
【0015】
いくつかの実施形態では、第１のガスは酸素キャリアガスであり得、第２のガスは酸素キャリアガスと混合される何らかの機能性ガスであり得る。例えば、第１のガスは、空気、又は空気と排気ガスの混合物であり得、第２のガスは、燃料ガス、特に天然ガスであり得る。別の例として、第１のガスは、自然の空気、酸素富化空気、酸素と１つ又は複数の不活性ガスとの任意の他の混合物、又は、純粋な酸素ガスであり得、第２のガスは、医療用ガス、特に、イソフルランのような麻酔ガスであり得る。調節装置は、このようなガスと共に使用されるように特定的に構成されてよい。例えば、ガスバーナー用途の調節装置には、病院で麻酔剤を調合するための医療装置とは異なるコネクタと異なる材料を用いることになる。
【0016】
いくつかの実施形態では、調整装置は、第２の導管内の第２のガスの流量を調整するための制御弁を含む。他の実施形態では、調整装置は、第２の導管内の第２のガスの流量を制御するために、制御可能なファン又はポンプを備えてよい。加えて又はこれに代えて、調整装置は、第１の導管内の第１のガスの流れを制御するために、弁、フラップ、あるいは、制御可能なファン又はポンプを備えてよい。
【0017】
有利な実施形態では、第１のセンサは、ガス混合物の１より多い熱パラメータを測定するように構成される。特に、第１のセンサは、ガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成することができ、これら熱パラメータは一緒になって、ガス混合物の熱伝導率及び熱拡散率を示す。
【0018】
次に、制御装置は、前記少なくとも２つの熱パラメータを考慮するように構成することができる。これはさまざまな方法でなされ得る。例えば、制御装置は、第１のセンサによって測定される前記少なくとも２つの熱パラメータから導出される結合パラメータを求め、この結合パラメータに基づいて制御信号を導出するように構成することができる。他の実施形態では、制御装置を、第１のセンサによって測定される熱パラメータの第１のパラメータ、例えば熱伝導率に基づいて制御信号を導出し、第１のセンサによって測定される熱パラメータの第２のパラメータ、例えば熱拡散率に基づいて整合性チェック（consistency check）を実行するように構成することができる。整合性チェックが、第２の熱パラメータが第１の熱パラメータと矛盾していることを示した場合に、制御装置はエラー信号を発するように構成できる。このエラー信号により、調整装置が燃料ガスの流れを遮断するようにできる。このようにして、安全性を高めることができる。
【0019】
上記第１のセンサは、混合比を調節するためだけでなく、第１のガスの密度又は圧力を求めるためにも用いることができる。特に、制御装置は、次の手順を実行するように構成できる：
調整装置を、第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを示すステップ；及び
基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、基準状態における第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータを求めるステップ。
調整装置を、第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを示すステップ；及び
基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、基準状態における第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータを求めるステップ。
【0020】
特に、第１のガスの密度は、その比熱容量が他の情報源から分かっている場合、その熱伝導率と熱拡散率から容易に計算できる。第１のガスの絶対圧力をその密度から計算するには、その温度を知る必要のある場合がある。この目的のために、第１のセンサは、それが曝されるガスの温度を測定するように構成することができ、制御装置は、圧力パラメータの決定を、第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータだけでなく、第１のセンサによって測定されるその温度にも基づくように構成することができる。
【0021】
同じ手順は、第２のガスの既知の比熱容量を使用し、場合によってはその温度を測定することにより、第２のガスに対しても実行することができる。
【0022】
有利な実施形態では、制御信号は、第１のセンサによって測定されるガス混合物の熱パラメータを、同じく第１のセンサによって測定される第１のガスの熱パラメータと比較する差分測定（differential measurement）に基づく。このようにして、第１のセンサの較正誤差（calibration errors）を大幅に相殺することができる。このために、制御装置は次の手順を実行するように構成できる：
調整装置を、第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；
調整装置を、第２のガスの流れ及び第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は、今回は、作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；及び、
作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて制御信号を導出するステップ。
上記比較は、例えば、ガス混合物の熱パラメータと第１のガスの熱パラメータの差又は商を算出することによって行うことができる。
調整装置を、第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に、第２のガスの流れが遮断される基準状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；
調整装置を、第２のガスの流れ及び第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態に設定するステップ；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は、今回は、作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示すステップ；及び、
作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて制御信号を導出するステップ。
上記比較は、例えば、ガス混合物の熱パラメータと第１のガスの熱パラメータの差又は商を算出することによって行うことができる。
【0023】
調節装置は、ガス混合物を使用場所に運ぶためのファンを備えることができる。「ファン」という用語は、ガス流を駆動することのできるあらゆる種類のブロワー又はポンプを包含するものとして広く理解されるべきである。いくつかの実施形態では、ファンは、混合領域の下流側、例えば、共通導管の下流端に配置することができる。他の実施形態では、ファンは、混合領域の上流側、例えば、第１の導管の上流端に配置することができる。ファンが混合領域の下流側に配置される場合、有利には、第１のセンサをファンに一体化することができる。
【0024】
第１のセンサは、ファンの閉塞や誤動作を検出するために使用できる。このために、制御装置は次の手順を実行するように構成できる：
第２のガスの流れが遮断されている間に、ファンを複数の異なる出力レベルで作動させるステップ；
各出力レベルに対して、第１のセンサから受信したセンサ信号に基づいて圧力パラメータを求め、該圧力パラメータは、前記出力レベルでの第１のガスの密度又は圧力を示すステップ；及び
さまざまな出力レベルでの圧力パラメータに基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号（blockage signal）を導出するステップ。
第２のガスの流れが遮断されている間に、ファンを複数の異なる出力レベルで作動させるステップ；
各出力レベルに対して、第１のセンサから受信したセンサ信号に基づいて圧力パラメータを求め、該圧力パラメータは、前記出力レベルでの第１のガスの密度又は圧力を示すステップ；及び
さまざまな出力レベルでの圧力パラメータに基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号（blockage signal）を導出するステップ。
【0025】
制御装置は、閉塞信号が閉塞又はファンの誤動作が発生していることを示す場合には、エラーメッセージを出力する、及び／又は、ファンを停止する、及び／又は、調整装置を、第１及び／又は第２のガスの流れが停止される状態に設定するように構成してもよい。
【0026】
ガス混合物の均一性を改善するために、本発明の調節装置は、共通導管の、混合領域の下流側且つ第１のセンサの上流側にスワール部材を配備してよく、該スワール部材は、ガス混合物内に乱流を生成するように構成されている。
【0027】
第１のセンサに加えて、第１のガス及び／又は第２のガスの、１つ又は複数の熱パラメータを測定するための、１つ又は複数のさらなるセンサを使用することによって、調節を単純化及び改善することができる。
【0028】
特に、本発明の調節装置は、第２のセンサを備えることができ、第２のセンサは、第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成される。第２のセンサは、混合領域の上流側の第１の導管に配置することができる。他の実施形態では、これは、混合領域を迂回するバイパス管路に配置することができる。制御装置は、第２のセンサから、第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、第１及び第２のセンサの両方から受信したセンサ信号に基づいて制御信号を導出するように構成することができる。言い換えれば、制御装置は、第１のセンサによって測定されるガス混合物と第２のセンサによって測定される第１のガスの両方の、１つ又は複数の熱パラメータを考慮するように構成することができる。特に、制御装置は、第１のセンサによって測定されるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、第２のセンサによって測定される第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータの比較に基づく制御信号を導出することによって、例えば、これらの熱パラメータの差又は商を算出することによって、ガス混合物及び第１のガスの差分測定を実行するように構成することができる。
【0029】
有利な実施形態では、第２のセンサは、第１のガスの密度及び／又は圧力を求めるために用いられる。この目的のために、第２のセンサは、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成することができ、第２のセンサによって測定される少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、第１のガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す。制御装置は、第２のセンサによって測定される少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、第１のガスの密度又は圧力を示す酸素キャリア圧力パラメータを導出するように構成することができる。このようにして、調節装置の動作を監視するのに役立つ追加の診断パラメータが得られる。
【0030】
有利な実施形態では、第２のセンサは、ガス混合物と第１のガスの差分測定を実行するためだけでなく、加えて整合性チェックも実行するために用いられる。この目的のために、第１のセンサは、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成することができ、第１のセンサによって測定される少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、混合物の熱伝導率及び熱拡散率を示す。第２のセンサは、少なくとも２つの熱パラメータを測定するように構成することができ、第２のセンサによって測定される少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、第１のガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す。制御装置は、第１及び第２のセンサによって測定される熱パラメータの１つ、例えば熱伝導率、の比較に基づいて制御信号を導出し、第１及び第２のセンサによって測定される少なくとも２つの熱パラメータの他の１つ、例えば、熱拡散率、の比較に基づいて整合性チェックを実行するように構成することができる。
【0031】
第１及び第２のセンサの両方は、ガスの熱パラメータに加えて、センサが曝されるそれぞれのガスの温度を測定するように構成することができる。特に、第１のセンサは、ガス混合物の温度を測定するように構成することができ、第２のセンサは、第１のガスの温度を測定するように構成することができる。このとき、制御装置は、ガス混合物と第１のガスの温度の比較に基づいて整合性チェックを実行するように構成することができる。これらの温度は少なくとも類似している必要がある。第１及び第２のセンサが、熱伝導性の共通の担体、例えば、共通のプリント回路基板上に取り付けられる場合、第１及び第２のセンサによって測定される温度間の差はさらに小さくなると予測される。
【0032】
いくつかの実施形態では、本発明の調節装置は、第２のガスの１つ又は複数の熱パラメータを考慮することができる。この目的のために、調節装置は、第３のセンサを備えることができ、第３のセンサは、第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定するように構成される。第３のセンサは、混合領域の上流側の第２の導管に配置することができる。制御装置は、第３のセンサから、第２のガスの上記少なくとも１つの熱パラメータを示すセンサ信号を受信し、第１及び第３のセンサの両方から受信したセンサ信号に基づいて制御信号を導出するように構成することができる。
【0033】
調節装置が３つすべてのセンサ、すなわち、ガス混合物の１つ又は複数の熱パラメータを測定するための第１のセンサ、第１のガスの１つ又は複数の熱パラメータを測定するための第２のセンサ、及び、第２のガスの１つ又は複数の熱パラメータを測定するための第３のセンサを備えることも可能である。制御装置は、例えば、ガス混合物と第１のガスとの間、並びに第１のガスと第２のガスとの間で差分測定を実行するように構成することができる。この目的のために、制御装置は、第１のセンサによって測定されるガス混合物の熱パラメータを、第２のセンサによって測定される第１のガスの熱パラメータと比較し、第１のガスの前記熱パラメータを第３のセンサによって測定される第２のガスの熱パラメータと比較するように構成することができる。上記比較は、それぞれの熱パラメータの差又は商の算出を含んでよい。
【0034】
上記調節装置は、１つ又は複数の質量流量計によって補足することができる。特に、調節装置は、第１の導管内に第１の質量流量計を、及び／又は、第２の導管内に第２の質量流量計を備えることができ、上記制御装置は、第１及び／又は第２の質量流量計からの質量流量信号に基づいて、第１及び／又は第２の導管内の質量流量を示す１つ又は複数の質量流量パラメータを求めるように構成することができる。制御装置は、制御信号を導出するときにこうした質量流量パラメータを考慮するように構成することができる。他の実施形態では、第１のガスが酸素キャリアガスであり、第２のガスが燃料ガスである場合、制御装置は、１つ又は複数の質量流量パラメータに基づいて、ガス混合物流の火力を示す火力パラメータを求めるように構成することができる。
【0035】
第１又は第２の導管を通る質量流量は、第１及び第２の導管の間での差圧測定を行うことによって求めることもできる。この目的のために、調節装置は、第１又は第２の導管内の流量制限器と、流量制限器の上流側の、第１及び第２の導管の間の差圧を測定するように構成された差圧センサとを備えることができる。制御装置は、差圧センサからの差圧信号に基づいて、第１又は第２の導管内の質量流量を示す質量流量パラメータを求めるように構成することができる。
【0036】
本発明はさらに、第２のガスと第１のガスとを含むガス混合物の混合比を調節する、対応する方法を提供する。この方法は以下を含む：
第１のガスの流れを生成する工程；
第２のガスの流れを生成する工程；
混合領域で第１のガスと第２のガスの流れを混合することによってガス混合物を生成する工程；
第１のセンサを使用して、混合領域の下流側のガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
上記少なくとも1つの熱パラメータに基づいて、混合比を調整する工程。
第１のガスの流れを生成する工程；
第２のガスの流れを生成する工程；
混合領域で第１のガスと第２のガスの流れを混合することによってガス混合物を生成する工程；
第１のセンサを使用して、混合領域の下流側のガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
上記少なくとも1つの熱パラメータに基づいて、混合比を調整する工程。
【0037】
混合比の調整する工程は、例えば、第２のガスの流量を調整するための制御弁を操作する工程を含むことができる。
【0038】
上でより詳細に説明したように、第１のセンサを使用してガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定することが可能であり、これら少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、ガス混合物の熱伝導率及び熱拡散率を示し、混合比を調整するときに、ガス混合物のこれら少なくとも２つの熱パラメータを考慮することができる。特に、混合比は、第１のセンサによって測定された熱パラメータの１つに基づいて調整することができ、第１のセンサによって測定された熱パラメータの他の１つに基づいて整合性チェックを実行することができる。
【0039】
上でより詳細に説明したように、本方法の有利な実施形態は以下を含む：
第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを示す工程；及び
基準状態における第１のガスの上記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、基準状態における第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータを求める工程。
第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも２つの熱パラメータを示す工程；及び
基準状態における第１のガスの上記少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、基準状態における第１のガスの密度又は圧力を示す圧力パラメータを求める工程。
【0040】
上でより詳細に説明したように、本方法の有利な実施形態は以下を含む：
第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；
第２のガスの流れと第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；及び
作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて混合比を調整する工程。
第１のガスの流れがゼロでない流量を有すると同時に第２のガスの流れが遮断される基準状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；
第２のガスの流れと第１のガスの流れの両方がゼロでない流量を有する作動状態を作り出す工程；
第１のセンサからセンサ信号を受信し、該センサ信号は作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータを示す工程；及び
作動状態におけるガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、基準状態における第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとの比較に基づいて混合比を調整する工程。
【0041】
上でより詳細に説明したように、本方法は、ファンを使用してガス混合物を使用場所に運ぶ工程を含むことができる。その場合、この方法は以下を含むことができる：
第２のガスの流れが遮断されている間に、複数の異なる出力レベルでファンを作動させる工程；
各出力レベルに対して、第１のセンサによって測定されたセンサ信号から圧力パラメータを導出し、該圧力パラメータは前記出力レベルでの第１のガスの密度又は圧力を示す工程；及び
さまざまな出力レベルでの圧力パラメータに基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号を導出する工程。
第２のガスの流れが遮断されている間に、複数の異なる出力レベルでファンを作動させる工程；
各出力レベルに対して、第１のセンサによって測定されたセンサ信号から圧力パラメータを導出し、該圧力パラメータは前記出力レベルでの第１のガスの密度又は圧力を示す工程；及び
さまざまな出力レベルでの圧力パラメータに基づいて、閉塞又はファンの誤動作が発生しているかどうかを示す閉塞信号を導出する工程。
【0042】
上でより詳細に説明したように、本方法は、さらに、第１のガスの１つ又は複数の熱パラメータを測定するための第２のセンサを使用することができる。特に、本方法は以下を含むことができる：
第２のセンサを使用して、混合領域の上流側の第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
第１のセンサによって測定されたガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、第２のセンサによって測定された第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとに基づいて混合比を調整する工程。
第２のセンサを使用して、混合領域の上流側の第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
第１のセンサによって測定されたガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、第２のセンサによって測定された第１のガスの少なくとも１つの熱パラメータとに基づいて混合比を調整する工程。
【0043】
上でより詳細に説明したように、第２のセンサを使用して、第１のガスの密度又は圧力を求めることができる。特に、本方法は、第２のセンサによって少なくとも２つの熱パラメータを測定し、該第２のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、第１のガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す工程、及び、第２のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータに基づいて、酸素キャリア圧力パラメータを導出し、該酸素キャリア圧力パラメータは、第１のガスの密度又は圧力を示す工程を含むことができる。
【0044】
上でより詳細に説明したように、第２のセンサを使用して、整合性チェックを実行することができる。特に、本方法は以下を含むことができる：
第１のセンサを使用してガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定し、該第１のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、ガス混合物の熱伝導率及び熱拡散率を示す工程；及び
第２のセンサを使用して第１のガスの、第１の熱パラメータ及び第２の熱パラメータを測定し、該第２のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、第１のガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す工程；
第１及び第２のセンサによって測定された熱パラメータの１つの比較に基づいて混合比を調整する工程；及び
第１及び第２のセンサによって測定された熱パラメータの他の１つの比較に基づいて整合性チェックを実行する工程。
第１のセンサを使用してガス混合物の少なくとも２つの熱パラメータを測定し、該第１のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、ガス混合物の熱伝導率及び熱拡散率を示す工程；及び
第２のセンサを使用して第１のガスの、第１の熱パラメータ及び第２の熱パラメータを測定し、該第２のセンサによって測定された少なくとも２つの熱パラメータは一緒になって、第１のガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す工程；
第１及び第２のセンサによって測定された熱パラメータの１つの比較に基づいて混合比を調整する工程；及び
第１及び第２のセンサによって測定された熱パラメータの他の１つの比較に基づいて整合性チェックを実行する工程。
【0045】
上でより詳細に説明したように、本方法は以下を含むことができる：
第１のセンサを使用してガス混合物の温度を測定する工程；
第２のセンサを使用して第１のガスの温度を測定する工程；及び
混合ガスと第１のガスの温度の比較に基づいて整合性チェックを実行する工程。
第１のセンサを使用してガス混合物の温度を測定する工程；
第２のセンサを使用して第１のガスの温度を測定する工程；及び
混合ガスと第１のガスの温度の比較に基づいて整合性チェックを実行する工程。
【0046】
上でより詳細に説明したように、この方法はさらに以下を含むことができる：
第３のセンサを使用して第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
第１のセンサによって測定されたガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、第３のセンサによって測定された第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータとに基づいて混合比を調整する工程。
第３のセンサを使用して第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータを測定する工程；及び
第１のセンサによって測定されたガス混合物の少なくとも１つの熱パラメータと、第３のセンサによって測定された第２のガスの少なくとも１つの熱パラメータとに基づいて混合比を調整する工程。
【0047】
上でより詳細に説明したように、本方法は、第１のガスの質量流量及び／又は第２のガスの質量流量を測定する工程をさらに含むことができる。これらの質量流量の１つを測定する工程は、以下を含むことができる：
第１のガスの流れ又は第２のガスの流れを流量制限器に通す工程；
流量制限器の上流側の、第１のガスと第２のガスの間の差圧を求める工程；及び
前記差圧に基づいて、第１のガス又は第２のガスの質量流量を示す質量流量パラメータを求める工程。
第１のガスの流れ又は第２のガスの流れを流量制限器に通す工程；
流量制限器の上流側の、第１のガスと第２のガスの間の差圧を求める工程；及び
前記差圧に基づいて、第１のガス又は第２のガスの質量流量を示す質量流量パラメータを求める工程。
【0048】
上でより詳細に説明したように、いくつかの実施形態では、第２のガスは燃料ガスであり得る。他の実施形態では、第２のガスは、医療用ガス、例えば、ガス状麻酔薬であり得る。いくつかの用途では、ガス混合物は、その後、医療処置、例えば、人体又は動物の体の麻酔を開始又は維持するために用いてもよい。他の実施形態では、第２のガスは医療用ガスではなく、ガス混合物はその後、医療処置で使用されない。人体又は動物の体に施される外科手術又は治療方法による、人体又は動物の体を処置する方法が、管轄区域における特許対象から除外されている範囲で、そのような除外される方法は、そのような管轄区域での本発明の範囲から放棄されると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0049】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して以下に説明するが、これらは本発明の現況の好ましい実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するためのものではない。
【0050】
【発明を実施するための形態】
【0051】
（センサを１つ用いての混合比の調節）
図１は、ガスバーナーを大幅に概略化して示した図である。ガス混合物は、１つ又は複数のバーナーノズル２１を通って燃焼室２２に入る。煙道ガスは、排気管２３を通って燃焼室を出る。
図１は、ガスバーナーを大幅に概略化して示した図である。ガス混合物は、１つ又は複数のバーナーノズル２１を通って燃焼室２２に入る。煙道ガスは、排気管２３を通って燃焼室を出る。
【0052】
ガス混合物の供給は、調節装置Ｒによって調節される。調節装置Ｒは空気導管１と燃料ガス導管２とを備え、空気導管１を通って空気が調節装置に入り、燃料ガス導管２を通って燃料ガス、例えば天然ガスが調節装置に入る。燃料ガス導管２内の燃料ガスの流れは、燃料制御弁Ｖ１の形態の調整装置によって調節される。混合領域Ｍにおいて、燃料ガス導管２は空気導管１へと開口しており、燃料ガスと空気からなる燃焼ガス混合物を生成する。空気導管１の、燃料ガス流の空気流への噴射点から下流側にある部分は、ガス混合物のための共通導管３と見なすことができる。ガス混合物を共通導管３からバーナーノズル２１へと運ぶために、共通導管３の下流端にファン４が配置されている。
【0053】
ガス混合物の１つ又は複数の熱パラメータを決定するための第１のセンサＳ１は、センサＳ１がガス混合物に曝されるように、共通導管３の、混合領域Ｍの下流側且つファン４の上流側に配置される。有利には、センサＳ１は、共通導管３内のガス混合物の指向された流れ（directed flow）がセンサＳ１を直接通過しないように配置及び／又は構成される。例えば、センサＳ１は、共通導管３の側壁で、行き止まりになっている凹部に収容されてもよい。加えて又はこれに代えて、センサＳ１を、共通導管３とセンサＳ１との間でガスの拡散による交換のみを可能にする透過膜によって保護してもよく、これによりセンサＳ１に向けられたガス混合物の流れを防ぐ。
【0054】
制御装置１０は、第１のセンサＳ１からセンサ信号を受信する。このセンサ信号に基づいて、制御装置１０は、燃料制御弁Ｖ１の開口度を調整するための制御信号を導出する。制御装置１０は、さらに、ファン４を作動させる電力を調整する。
【0055】
図２は、調節装置の別の実施形態を示す。この実施形態では、第１のセンサＳ１は、ファン４に一体化されている、すなわち、ファン４のハウジング内に収容されている。他の実施形態では、センサＳ１をファン４の下流側に配置することもできる。
【0056】
【0057】
ステップ１０１において、燃料制御弁Ｖ１が閉じられ、ファン４を既定のファンの出力又はファン回転速度で作動させて、空気導管１及び共通導管３を通る空気の流れを引き起こす。
【0058】
ステップ１０２において、第１のセンサＳ１が作動され、共通導管３を通過している空気の熱伝導率λair及び熱拡散率Ｄairが測定される。
【0059】
ステップ１０３において、燃料制御弁Ｖ１が開かれ、空気流に燃料ガス流が入れられる。
【0060】
ステップ１０４において、第１のセンサＳ１が作動され、得られたガス混合物の熱伝導率λmix及び熱拡散率Ｄmixが測定される。
【0061】
ステップ１０５において、ガス混合物の混合比ｘが求められる。これは次のように求めることができる。本議論の目的のために、混合比ｘは、ガス混合物中の燃料ガスのｖ／ｖ濃度として定義することができる。この定義を用いると、熱伝導率λmixは、適切な近似で（to a good approximation）、混合比xに線形従属する：
λmix＝ｘ・λfuel＋（１－ｘ）・λair 式（１）
λmix＝ｘ・λfuel＋（１－ｘ）・λair 式（１）
【0062】
式（１）をｘについて解くと次のようになる：
ｘ＝（λmix－λair）/（λfuel－λair） 式（２）
ｘ＝（λmix－λair）/（λfuel－λair） 式（２）
【0063】
λairとλmixの値は、ステップ１０２と１０４の測定から分かる。λfuelの値は直接には測定されないが、代表的な燃料ガス（例えば、「平均的な」天然ガス）に対する既定値を使用することができる。
【0064】
熱拡散率は式（２）に入らない、つまり、熱拡散率は冗長な情報を提供することに注意しなければならない。熱拡散率Ｄmixも、適切な近似で、混合比xに線形従属する：
Ｄmix＝ｘ・Ｄfuel＋（１－ｘ）・Ｄair 式（３）
Ｄmix＝ｘ・Ｄfuel＋（１－ｘ）・Ｄair 式（３）
【0065】
この関係を使用して、ステップ１０６にて、式（２）によって求められた混合比ｘの値を用いて、熱拡散率Ｄmixの測定値が、式（３）によって計算された期待値に一致するかどうかをチェックすることによって、整合性チェックが行われる。整合性チェックには、代表的な燃料ガスのＤfuelの既定値を使用することができる。Ｄmixの測定値と計算値の差ΔＤが閾値ΔＤmaxを超えると、制御装置１０からエラーメッセージが出力され、安全対策として燃料制御弁Ｖ１が閉じられる。
【0066】
ステップ１０７において、制御アルゴリズムが実行され、このとき、センサＳ１のセンサ信号から求めた実際の混合比（制御アルゴリズムのプロセス変数）が、所望する混合比（制御アルゴリズムの設定ポイント）と比較され、それに応じて、ガス制御弁Ｖ１の新しい設定が決定される。任意の公知の制御アルゴリズム、例えば、よく知られている比例－積分－微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムを用いることができる。
【0067】
その後、プロセスはステップ１０３にループバックし、そこで燃料制御弁Ｖ１が新しい設定に従って操作される。
【0068】
（センサＳ１を用いた空気圧の決定）
ステップ１０２で測定された共通導管３内の空気の熱伝導率λair及び熱拡散率Ｄairの値を使用して、空気の密度ρair及び／又は圧力pairを以下のように求めることができる。ガスの熱拡散率Ｄは、次の式によって、その熱伝導率λ、その密度ρ及びその比熱容量cpに関連付けられる：
Ｄ＝λ/（cpρ） 式（４）
熱伝導率と熱拡散率の両方が分かっている場合、体積比熱容量（volumetric specific heat capacity）cpρは式（４）を用いて容易に計算できる。ガスの比熱容量cpが別の情報源から分かっている場合、密度ρについて上記の方程式を解くことができる。ガスの温度Ｔもわかっている場合は、関係式p＝ρＲspecＴによってガス圧力pを容易に求めることができ、ここで、Ｒspecはガスの比気体定数（specific gas constant）である。
ステップ１０２で測定された共通導管３内の空気の熱伝導率λair及び熱拡散率Ｄairの値を使用して、空気の密度ρair及び／又は圧力pairを以下のように求めることができる。ガスの熱拡散率Ｄは、次の式によって、その熱伝導率λ、その密度ρ及びその比熱容量cpに関連付けられる：
Ｄ＝λ/（cpρ） 式（４）
熱伝導率と熱拡散率の両方が分かっている場合、体積比熱容量（volumetric specific heat capacity）cpρは式（４）を用いて容易に計算できる。ガスの比熱容量cpが別の情報源から分かっている場合、密度ρについて上記の方程式を解くことができる。ガスの温度Ｔもわかっている場合は、関係式p＝ρＲspecＴによってガス圧力pを容易に求めることができ、ここで、Ｒspecはガスの比気体定数（specific gas constant）である。
【0069】
乾燥空気の定圧比熱容量（isobaric specific heat capacity）cpはよく知られており、標準状態付近では温度と圧力にほとんど依存しない。乾燥空気の比気体定数Ｒspecもよく知られている。従って、ステップ１０２で空気の熱伝導率λairと熱拡散率Ｄairを測定することにより、空気の密度ρairを求めることが可能である。温度Ｔairも分かる場合は、さらに空気圧ｐairを求めることができる。温度Ｔairを求めるために、第１のセンサＳ１を絶対温度モードで操作するか、又は、別の温度センサ（図示せず）を空気導管１及び/又は共通導管３に設けてもよい。当該技術分野でよく知られているように、湿った空気に対しては適切な補正を適用することができる。そのような補正を適用できるようにするために、空気の相対湿度を測定するための湿度センサを、空気導管１及び／又は共通導管３に設けてもよい。
【0070】
（センサＳ１を用いてのファンの誤動作又は閉塞の検出）
このように求めた空気密度ρair又は空気圧ｐairは、さらなる診断パラメータとして用いることができる。例えば、空気密度ρair又は空気圧ｐairは、ファン４の誤動作、あるいは、空気導管１又は共通導管３の閉塞を検出するために用いることができる。
このように求めた空気密度ρair又は空気圧ｐairは、さらなる診断パラメータとして用いることができる。例えば、空気密度ρair又は空気圧ｐairは、ファン４の誤動作、あるいは、空気導管１又は共通導管３の閉塞を検出するために用いることができる。
【0071】
このような誤動作や閉塞を検出するための考え得る方法を図４に示す。ステップ２０１において、燃料制御弁Ｖ１が閉じられる。ステップ２０２において、ファン４に供給される電力は、何らかのゼロでない値に設定される。その結果、空気が共通導管３を通過する。ステップ２０３において、このファンの出力での空気の熱伝導率λair、熱拡散率Ｄair及び気体温度Ｔairは、第１のセンサＳ１を用いて測定される。ステップ２０４において、空気圧ｐair又は空気密度は、上記のように、これらのパラメータから求められる。この手順は、所定の数の異なるファンの出力に対して体系的に繰り返される。その後、空気圧ｐair又は空気密度のファンの出力への依存度を、予想される依存度と比較して、閉塞パラメータＢを得る。特に、図１及び図２の構成では、ファン４によって吸引効果が発生するため、ファンの出力の増加に伴い、空気圧ｐairがわずかに低下すると予想される。空気圧が予想よりも大幅に低下する場合、これはセンサＳ１の上流側にある空気導管1又は共通導管３での閉塞を示す。空気圧が全く下がらない場合、これはファン４の下流側での閉塞、又は、ファン４の誤作動を示す。閉塞パラメータは、測定データから導出される。例えば、閉塞パラメータＢは、測定された空気圧ｐair対関連するファンの出力に対応するデータ対の線形回帰分析によって得られた回帰直線の傾き（the slope of a best-fit line）に相当するとしてもよい。
【0072】
（スワール部材）
図５の実施形態では、任意選択のスワール部材５が、混合領域Ｍの下流側の共通導管１及び／又は混合領域Ｍに設けられている。スワール部材は、空気－燃料混合物の均一性を改善するために、乱流を生み出すように作用する。
図５の実施形態では、任意選択のスワール部材５が、混合領域Ｍの下流側の共通導管１及び／又は混合領域Ｍに設けられている。スワール部材は、空気－燃料混合物の均一性を改善するために、乱流を生み出すように作用する。
【0073】
（空気導管及び/又は燃料導管でのさらなるセンサの使用；スワール部材）
空気導管１及び／又は燃料導管２に、さらなるセンサを設けることができる。これも図５に示す。この実施例では、混合領域Ｍの上流側の空気導管１に第２のセンサＳ２が設けられている。加えて又はこれに代えて、燃料導管２の、燃料制御弁Ｖ１の下流側且つ混合領域Ｍの上流側に、第３のセンサＳ３が設けられている。第１のセンサＳ１と同様に、第２及び／又は第３のセンサＳ２，Ｓ３もまた、有利には、各センサをそれぞれの導管の壁の行き止まりになっている凹部に配置することによって、及び／又は、各センサをガス透過膜で保護することによって、それぞれのガス流に直接曝されることから保護される。
空気導管１及び／又は燃料導管２に、さらなるセンサを設けることができる。これも図５に示す。この実施例では、混合領域Ｍの上流側の空気導管１に第２のセンサＳ２が設けられている。加えて又はこれに代えて、燃料導管２の、燃料制御弁Ｖ１の下流側且つ混合領域Ｍの上流側に、第３のセンサＳ３が設けられている。第１のセンサＳ１と同様に、第２及び／又は第３のセンサＳ２，Ｓ３もまた、有利には、各センサをそれぞれの導管の壁の行き止まりになっている凹部に配置することによって、及び／又は、各センサをガス透過膜で保護することによって、それぞれのガス流に直接曝されることから保護される。
【0074】
図６は、センサＳ１並びにセンサＳ２及びＳ３を用いて混合比を調節することが可能な方法を示す。
【0075】
ステップ３０１において、燃料制御弁Ｖ１を操作して、燃料ガスのゼロでない流れを提供する。
【0076】
ステップ３０２において、センサＳ１を作動して、混合領域Ｍの下流側の共通導管３内のガス混合物の熱伝導率λmix、熱拡散率Ｄmix及び温度Ｔmixを測定する。
【0077】
ステップ３０３において、センサＳ２を作動して、混合領域Ｍの上流側の空気導管１内の空気の熱伝導率λair、熱拡散率Ｄair、温度Ｔairを測定する。
【0078】
ステップ３０４において、これらの量から空気圧ｐairを求める。センサＳ２の信号から求めた空気圧ｐair又は空気密度は、追加の診断パラメータとして使用できる。特に、空気圧ｐair又は空気密度を用いて、ファン４の閉塞又は誤動作を検出することができる。例えば、空気圧又は密度を、調節装置の作動中に恒久的又は定期的に監視することができる。一定のファンの出力でファンを作動させている間の、空気圧又は密度の変化は、閉塞又はファンの誤動作を示すであろう。図４の実施形態とは対照的に、センサＳ２の信号から空気圧又は密度を求めることは、調節装置の通常動作中であっても可能であるが、図４と関連して上記で説明した上記の実施形態では、閉塞及び誤動作を、燃料供給を停止している間しか検出できない。
【0079】
ステップ３０５において、センサＳ３を作動して、燃料制御弁Ｖ１の下流側且つ混合領域Ｍの上流側の燃料導管２内の燃料ガスの熱伝導率λfuel、熱拡散率Ｄfuel及び温度Ｔfuelを測定する。
【0080】
ステップ３０６において、混合比ｘは、式（３）に基づき、センサＳ１によって測定されたλmix、センサＳ２によって測定されたλair、及びセンサＳ３によって測定されたλfuelの値を使用して求められる。センサＳ２を省略した場合、図３と関連して説明したように、代わりに、ガス制御バルブを閉じている間にセンサＳ１によって測定されたλairの値を用いることができる。センサＳ３を省略した場合、典型的な燃料ガスに対して予め決まっているλfuelの値を用いることができる。
【0081】
ステップ３０７において、いくつかの診断チェックが実行される。特に、図３と関連して既に説明したように、熱拡散率Ｄmixの測定値が、式（２）によって求めた混合比ｘの値を用いて、式（３）によって計算された期待値に一致するかどうかを判断することによって、第１の整合性チェックが実行される。図３の実施形態とは対照的に、センサＳ２及びＳ３によって測定された、酸素キャリアガス及び燃料ガスの熱拡散率の実際の値を、この整合性チェックのために使用することができる。Ｄmixの測定値と計算値の差ΔＤの絶対値が閾値ΔＤmaxを超えると、制御装置１０からエラーメッセージが出力され、安全対策として燃料制御弁Ｖ１が閉じられる。センサＳ１とＳ２によってそれぞれ測定された温度ＴmixとＴairが異なるかどうかをチェックすることによって、第２の整合性チェックが実行される。温度差ΔＴ＝Ｔmix－Ｔairの絶対値が閾値ΔＴmaxを超えると、制御装置１０によって再びエラーメッセージが出力され、安全対策として燃料制御弁Ｖ１が閉じられる。この整合性チェックは、センサＳ１及びＳ２が、共通のプリント回路基板などの熱伝導性のある共通の担体に取り付けられている場合に特に効き目がある。上述のように、センサＳ２の信号から求めた空気圧ｐairがファンの閉塞又は誤動作を示しているかどうかをチェックすることによって、第３の整合性チェックが実行される。ファンの閉塞又は誤動作を示していれば、やはり、制御装置１０からエラーメッセージが出力され、安全対策として燃料制御弁Ｖ１が閉じられる。
【0082】
ステップ３０８において、図３の実施形態におけるステップ１０７と関連して上記で説明したように、燃料制御弁Ｖ１のための制御信号を導出するために制御アルゴリズムが実行される。
【0083】
λairの値を求めるためにセンサＳ２を用いる場合、空気の相対湿度など、センサＳ１とＳ２の両方の出力に影響を与える任意のパラメータの影響は、差分λmix－λairをとる際に大部分が相殺される。これは、混合比（つまり、ガス混合物中の燃料濃度）が小さい場合特にあてはまる（true）。何故なら、この場合、どんな変化であれλairの変化は、λmixにほぼ同一の変化として現れるからである。このようにして、混合比のより精密な制御が達成されるであろう。
【0084】
λfuelの値を求めるためにセンサＳ３が使用される場合、調節装置は燃料ガスに適応できるようになる。一方で、混合比の決定には、代表的な燃料ガスに対する既定値ではなく、λfuelの実際の値を考慮する。これにより、混合比の制御の精度が向上する。他方で、λfuel、Ｄfuel、及びＴfuelを測定し、任意選択でセンサＳ２によって取得した圧力ｐairを考慮することにより（空気導管１と燃料導管２内の圧力がほぼ等しいと仮定）、燃料ガスを精密に特性づけることが可能になる。特に、測定されたパラメータλfuel、Ｄfuel、Ｔfuelと任意選択でｐairとに基づいて、最適化された燃焼が期待される最適な混合比を求め、それに応じて、制御アルゴリズムの設定ポイントを設定することが可能になる。加えて又はこれに代えて、これらのパラメータに基づいて、単位体積あたりの燃焼熱Ｈρ、ウォッベ指数Ｉｗ及び／又はメタン価（methane number）ＮＭなどの、燃料ガスの燃焼パラメータを求めることが可能になる。これは、測定されたパラメータをこれらの燃焼パラメータの１つ又は複数に相関させる、経験的に求められた相関関数及び/又はルックアップテーブルを使用することによってなし得る。
【0085】
（流量の測定）
図７及び８に示すように、質量流量計６を使用して、空気導管１内の空気流、燃料導管２内の燃料流、又は共通導管３内のガス混合物流の、質量流量を、付加的に測定することができる。このようにして、ガスバーナーに運ばれるガス混合物の絶対火力（absolute heating power）を求めることが可能となる。質量流量を用いて、火力を調節するためにファン４を制御することができる。
図７及び８に示すように、質量流量計６を使用して、空気導管１内の空気流、燃料導管２内の燃料流、又は共通導管３内のガス混合物流の、質量流量を、付加的に測定することができる。このようにして、ガスバーナーに運ばれるガス混合物の絶対火力（absolute heating power）を求めることが可能となる。質量流量を用いて、火力を調節するためにファン４を制御することができる。
【0086】
図７の実施形態では、混合領域Ｍの上流側の空気導管１に質量流量計６が配置される。質量流量計６は、空気導管１内の流量制限器７と、この流量制限器７を迂回する狭いバイパス管路８とを備える。流量センサＤ１は、バイパス管路８を通る流量又は流速を測定し、この流量／流速は、流量制限器７を挟んだ差圧を示す。従って、流量センサＤは差圧センサとして働く。前記差圧は、流量制限器７を通る質量流量を示す。
【0087】
図８の実施形態では、同様に設計された質量流量計６が燃料導管２に配置されている。
【0088】
図９に示すように、空気導管１の質量流量は、混合領域Ｍの上流側の空気導管１に流量制限器７を配置し、流量制限器７の上流側の空気導管１と燃料導管２との間の差圧Δｐを、これらの導管の間の狭いバイパス管路８を用いて測定することによって、求めることもできる。この差圧は、流量制限器７の下流側の空気導管１内の圧力ｐairが燃料導管２内の圧力ｐfuelと同じであると仮定して、流量制限器７を挟んだ圧力に相当する。
【0089】
図１０に示すように、同じ意図で（in the same spirit）、混合領域Ｍの上流側の燃料導管２に流量制限器７を配置し、流量制限器７の上流側の燃料導管２と空気導管１との間の差圧Δｐを測定することにより、燃料導管２の質量流量を求めることができる。
【0090】
（センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｄ１）
熱伝導率及び熱拡散率を示す熱パラメータを測定することができるセンサは、当技術分野でよく知られている。好ましくは、マイクロサーマルセンサが使用される。多くのタイプのマイクロサーマルセンサが知られており、本発明は特定のタイプのマイクロサーマルセンサに限定されない。
熱伝導率及び熱拡散率を示す熱パラメータを測定することができるセンサは、当技術分野でよく知られている。好ましくは、マイクロサーマルセンサが使用される。多くのタイプのマイクロサーマルセンサが知られており、本発明は特定のタイプのマイクロサーマルセンサに限定されない。
【0091】
本発明に関連して使用することができる、実装可能なマイクロサーマルセンサを図１１に示す。マイクロサーマルセンサは、基板３１、特にシリコン基板を備える。基板３１は、開口部又は凹部３２を中に配備する。マイクロサーマルセンサは、この開口部又は凹部３２に架かる複数の隔てられたブリッジを備える。詳細については、ＥＰ ３ ３６７ ０８７ Ａ２を参照されたい。
【0092】
図１１の実施例では、マイクロサーマルセンサは、加熱ブリッジ３３、第１の検出ブリッジ３５、及び第２の検出ブリッジ３６を備え、各ブリッジは、凹部又は開口部２に架かり、基板１に固定されている。各ブリッジは、複数の誘電体層、金属層、及びポリシリコン層によって形成することができる。以下でより詳細に説明するように、金属層又はポリシリコン層は、加熱構造体及び温度センサを形成する。誘電体層は、特に、それぞれのブリッジの誘電性ベース材料として酸化シリコン及び／又は窒化シリコンの層を備えることができる。検出ブリッジ３５，３６は、加熱ブリッジ３３を挟んで、対向する側に（opposite sides）配置される。第１の検出ブリッジ３５は、加熱ブリッジ３３に対して距離ｄ１で配置され、第２の検出ブリッジ３６は、加熱ブリッジ３３に対して同じ距離か、又は異なる距離ｄ２で配置される。
【0093】
加熱ブリッジ３３は、加熱構造体３４と、例えば酸化シリコンからなる誘電性ベース材料に付設された温度センサＴＳ１とを備える。加熱構造体３４と温度センサＴＳ１は、誘電性ベース材料によって互いに電気的に絶縁されている。第１の検出ブリッジ３５は、温度センサＴＳ２を備える。同様に、第２の検出ブリッジ３６は、温度センサＴＳ３を備える。温度センサＴＳ１は、加熱ブリッジ３３の温度を測定するように調整され、温度センサＴＳ２は、第１の検出ブリッジ３５の温度を測定するように調整され、温度センサＴＳ３は、第２の検出ブリッジ３６の温度を測定するように調整される。
【0094】
マイクロサーマルセンサは、マイクロサーマルセンサの動作を制御するための制御回路３７ａ，３７ｂをさらに備える。制御回路３７ａ，３７ｂは、基板３１上の集積回路として具体化することができる。それは、加熱構造体３４を駆動するための、及び温度センサＴＳ１，ＴＳ２及びＴＳ３からの信号を処理するための回路を含む。この目的のために、制御回路３７ａ，３７ｂは、相互接続回路３８を介して、加熱構造体３４及び温度センサＴＳ１，ＴＳ２及びＴＳ３に電気的に接続される。有利には、制御回路３７ａ，３７ｂは、ＣＭＯＳ技術で基板３１上に集積される。ＣＭＯＳ回路を基板３１に集積させることにより、基板へのボンディング数を減らせ、信号対雑音比を高めることができる。図１１に示されているタイプの構造は、例えば、ＥＰ ２ ２７８ ３０８又はＵＳ ２０１４／０２０８８３０に記載されているような技術を使用して構築することができる。
【0095】
（熱伝導率及び熱拡散率の決定）
図１１のマイクロサーマルセンサを使用して、センサが曝されるガスの熱伝導率λと体積比熱容量cpρを、ＥＰ ３ ３６７ ０８７ Ａ２に記載される方法で求めることができる。
図１１のマイクロサーマルセンサを使用して、センサが曝されるガスの熱伝導率λと体積比熱容量cpρを、ＥＰ ３ ３６７ ０８７ Ａ２に記載される方法で求めることができる。
【0096】
特に、熱伝導率λは、加熱構造体３４を作動させ、温度センサＴＳ１によって測定することができる定常状態温度まで加熱して、温度センサＴＳ２及び／又はＴＳ３における定常状態温度を測定することによって求めることができる。センサＴＳ２及びＴＳ３における定常状態温度は、ガスの熱伝導率に依存する。
【0097】
体積比熱容量cpρは、複数の異なる温度でガスの熱伝導率を測定し、熱伝導率の温度依存性の係数を求め、フィッティング関数（fitting function）を使用してこれらの係数から体積比熱容量を導出することによって求めることができる。詳細については、ＥＰ ３ ３６７ ０８７ Ａ２を参照されたい。
【0098】
一旦、熱伝導率λと体積比熱容量cpρが分かれば、熱拡散率Ｄは、式Ｄ＝λ／（cpρ）（式（４））を用いて容易に求めることができる。
【0099】
さらに、温度センサＴＳ１，ＴＳ２及びＴＳ３のそれぞれは、ガスの絶対温度を求めるために、加熱力がない状態で作動させることができる。
【0100】
ガスとそれぞれのブリッジの間の熱転移を排除するために、異なる距離ｄ１及びｄ２を用いて差分測定を実行できる。一例として、比（ＴS1－ＴS2）／ＴHは、熱伝導率λの尺度としてとらえることができ、ここで、ＴS1は、第１の検出ブリッジ３５での測定温度を示し、ＴS2は、第２の検出ブリッジ３６での測定温度を示し、ＴHは、加熱ブリッジ３３での加熱温度を示す。
【0101】
マイクロサーマルセンサを使用した、ガスの熱伝導率及び熱拡散率を示す熱パラメータを求める他の方法が当技術分野で知られており、本発明は特定の方法に限定されない。
【0102】
例えば、ＵＳ ４，９４４，０３５ Ｂ１は、マイクロサーマルセンサを使用して、対象の流体の熱伝導率λ及び比熱容量ｃｐを求める方法を開示する。マイクロサーマルセンサは、対象の流体によって結合される抵抗ヒーターと温度センサを備える。過渡変化と、実質的に定常状態温度の両方が温度センサで発生するような、レベル及び継続時間を有する電気エネルギーのパルスが、ヒーターに加えられる。対象の流体の熱伝導率は、定常状態のセンサ温度での温度センサ出力と熱伝導率との間の既知の関係に基づいて求められる。比熱容量は、熱伝導率、センサでの過渡温度変化時の温度センサ出力の変化率、及び比熱容量の間の既知の関係に基づいて求められる。
【0103】
ＵＳ ６，０１９，５０５ Ｂ１は、マイクロサーマルセンサを使用した、対象の流体の熱伝導率、熱拡散率、及び比熱容量を決定するための方法を開示する。マイクロサーマルセンサは、ヒーターと、間隔を隔てた温度センサとを備え、両方とも対象の流体に結合される。時間可変入力信号がヒーターエレメントに提供され、ヒーターエレメントが周囲の流体を加熱する。選択した入力ＡＣ信号と出力ＡＣ信号との間の可変位相又はタイムラグが測定され、ここから、熱伝導率、熱拡散率、及び比熱容量が求められる。
【0104】
（制御装置）
デジタル制御装置５００の簡略化された非常に概略的なブロック図を図１２に示す。制御装置は、プロセッサ（ＣＰＵ）μＰ、揮発性（ＲＡＭ）メモリ５２、及び不揮発性（例えば、フラッシュＲＯＭ）メモリ５３、を備える。プロセッサμＰは、データバス５１を介してメモリデバイス５２，５３と通信する。不揮発性メモリ５３は、とりわけ、様々なセンサのための較正データのセットを複数記憶する。図１２には、ルックアップテーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２の形で、較正データ５４，５５の、例示的なセットが２つだけ示されている。ルックアップテーブルは、例えば、マイクロサーマルセンサの温度センサによって測定された温度の値を、熱伝導率や熱拡散率などの熱パラメータに関連付けることができる。不揮発性メモリ５３はさらに、プロセッサμＰで実行するための機械実行可能（machine-executable）プログラム５６を格納する。デバイスインターフェースＩＦを介して、制御装置は、様々なセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び／又はＤ１と通信する。デバイスインターフェースはさらに、ファン４及び燃料制御バルブＶ１と、並びに、キーボード及び／又はマウス、ＬＣＤスクリーンなどの入力／出力デバイスＩ／Ｏと通信するためのインターフェースを備える。
デジタル制御装置５００の簡略化された非常に概略的なブロック図を図１２に示す。制御装置は、プロセッサ（ＣＰＵ）μＰ、揮発性（ＲＡＭ）メモリ５２、及び不揮発性（例えば、フラッシュＲＯＭ）メモリ５３、を備える。プロセッサμＰは、データバス５１を介してメモリデバイス５２，５３と通信する。不揮発性メモリ５３は、とりわけ、様々なセンサのための較正データのセットを複数記憶する。図１２には、ルックアップテーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２の形で、較正データ５４，５５の、例示的なセットが２つだけ示されている。ルックアップテーブルは、例えば、マイクロサーマルセンサの温度センサによって測定された温度の値を、熱伝導率や熱拡散率などの熱パラメータに関連付けることができる。不揮発性メモリ５３はさらに、プロセッサμＰで実行するための機械実行可能（machine-executable）プログラム５６を格納する。デバイスインターフェースＩＦを介して、制御装置は、様々なセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び／又はＤ１と通信する。デバイスインターフェースはさらに、ファン４及び燃料制御バルブＶ１と、並びに、キーボード及び／又はマウス、ＬＣＤスクリーンなどの入力／出力デバイスＩ／Ｏと通信するためのインターフェースを備える。
【0105】
（変形）
本発明の範囲を逸脱することなく、上記実施形態に対して多くの変形が可能である。
本発明の範囲を逸脱することなく、上記実施形態に対して多くの変形が可能である。
【0106】
特に、空気導管１は、空気以外の別の酸素キャリアガスの流れを運ぶことができる。例えば、排気ガスの再循環を実施する実施形態では、空気導管１は、空気と煙道（排気）ガスとの混合物を運ぶことができる。
【0107】
燃料ガスは、任意の可燃性ガスにすることができる。好ましくは、燃料ガスは天然ガスである。
【0108】
酸素キャリアガスと燃料ガスとの混合は、図示とは異なる方法で実施することができる。例えば、燃料ガスは、任意に配置することのできる複数の噴射ノズルを通して酸素キャリアガス流に噴射してもよく、あるいは、専用のミキサーを使用して混合することもできる。
【0109】
本明細書に開示した調節装置は、ガスバーナーに対してだけでなく、内燃機関（ガスモーター又はガスタービン）等の、燃料ガスと酸素キャリアガスの混合物が必要とされる他の用途にも使用することができる。
【0110】
共通導管３の下流端にファン４を配置する代わりに、別の場所にファン４を配置することが可能である。例えば、ファン４を、空気導管１の上流端に配置してもよい。ガス流を生成することのできる任意のタイプのファン、例えば、当該技術分野でよく知られているラジアルファン又はアキシャルファンを使用してもよい。制御装置１０は、燃料制御弁Ｖ１を制御するだけでなく、ファンの出力を制御するようにも構成してもよい。空気導管１を通る酸素キャリアガスの流れを付加的に調節するために、空気弁又は空気フラップが空気導管内に存在してもよく、制御装置１０を、空気弁又は空気フラップをも制御するように構成してもよい。
【0111】
上記の実施例において、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は熱伝導率と熱拡散率を測定する。しかしながら、センサによって測定される熱パラメータから熱伝導率及び／又は熱拡散率を導き出すことが可能である限り、センサが熱伝導率及び熱拡散率に関連する他の熱パラメータを測定することも可能である。上記の実施例では、混合比は熱伝導率の測定に基づいて制御される。しかしながら、熱伝導率及び／又は熱拡散率に関連する任意の他の熱パラメータに基づいて混合比の制御を行うことが可能である。
【0112】
上記の実施例では、混合比xは、測定された熱パラメータから明示的に求められ、燃料及び/又は空気の流れを調節するための制御アルゴリズムのプロセス変数として使用される。しかしながら、これは必須ではない。例えば、制御アルゴリズムのプロセス変数は、直接的に、センサＳ１によって測定される熱パラメータの１つ、又はそこから導出される量、例えば熱伝導率の差分λmix－λairであってもよい。このとき、制御アルゴリズムの設定ポイントはこの差分の所望する値となる。この設定ポイントは、λfuel，Ｄfuel，Ｔfuel，λair，ｐair，Ｔair及びＴmixのうちの１つ又は複数から事前に決定できるか、又は計算できる。
【0113】
調節装置は、２つのガスからなる、まったく異なる種類の二成分の混合物を調節するために使用できる。これらのガスは、キャリアガス及び機能性ガスと呼ぶことができる。従って、上記の実施形態の空気導管は、より一般的には、キャリアガス用の第１の導管の一例と見なすことができ、燃料導管は、機能性ガス用の第２の導管の一例と見なすことができる。例えば、調節装置は、酸素キャリアガスと、ガス状麻酔薬などの医療用ガスとの混合物を調節するように構成することができる。
【0114】
当業者には、本発明の範囲を逸脱することなく様々な他の変更が可能であることが理解されるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】