JP2007170896A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁力を応用した水量センサの羽根車について、水管内の鉄粉の付着を防ぎセンサの長寿命化を図る。
【解決手段】羽根車１８に非着磁状態の磁性体材料を用い、外部から電磁石２０で磁束を与える事でホール素子１６の回転を検知し、水道内に含まれる鉄粉が羽根車１８へ付着する事を防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス給湯機等の流体通路である水通路の水流を検知する流量センサに関するものである。

従来の技術として給湯機の構成図を図３に示す。ガス給湯機の筐体１内には、バーナ２が取り付けられている。バーナ２の上部には燃焼室３があり、さらにその上部に熱交換器４が、さらにその上部には排気通路５が取り付けられている。また、バーナ２の上流には燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁６が、さらに上流には燃料ガスを止める燃料閉止弁７が取り付けられている。また、バーナ２には、燃焼に必要な空気を送る給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０がそれぞれ取り付けられている。

これら燃料調節弁６、燃料閉止弁７、給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０は各々、制御装置１１に電気的に接続されている。また、水通路の構成として、水入口１２の下流に水量センサ１３が接続されており、その下流に熱交換器４が接続されて、その下流の水出口に通じている。水量センサ１３は電気的に制御装置１１に接続されている。

次に、従来例の水量センサ１３（例えば、特許文献１参照）を図４に示す。水量センサ１３には、水の流れに応じて回転する羽根車１４が水の流れ方向を軸として回転するよう取り付けられている。羽根車１４は、軸を除く羽根車全体がフェライト磁性体を混入した樹脂で作られており、各羽根がそれぞれＮ極又はＳ極になるよう着磁された永久磁石となっている。水量センサ１３の外郭を成すボディ１５の外表面上において、羽根車１４の近傍部分には、ホール素子１６を内蔵した検知部１７が配置されている。

ここでガス給湯機について図３を用いて説明する。水の流れを水量センサ１３が検知すると、この信号を取り込んだ制御装置１１は燃焼運転を開始するにあたり、給気ファン８を回転させる。それにより空気は筐体１内に入り給気ファン８に吸入され、バーナ２内に吐出される。一方、燃料は制御装置１１によって燃料閉止弁７及び燃料調節弁６が開かれバーナ２内で空気の一部と混合されバーナ２から燃焼室３に噴出する。

同時に制御装置１１が点火プラグ１０をスパークさせる事で燃料と空気の混合気に点火され燃焼室３内で燃焼する。燃焼した高温の排気ガスは、熱交換器４で水に熱交換され、温度が下がりその後排気通路５を通り排出される。次に図４を用いて、水量センサの動作について説明する。

水量センサのボディ１５内を通る水流によって羽根車１４が回転し、羽根車１４の近傍に配置されたホール素子１６は、羽根車１４の各羽根の発するＳ／Ｎ極の磁束を交互に受け、その磁束の変化に応じ、検知部１７はパルス信号を発する。水の流速に応じて羽根車１４の回転は増減し、その結果、検知部１７から発せられるパルス信号の周波数が、流速の速さに応じて変化する事で、流量を計測する事ができる。
特開２００５−１００７９号公報（Ｐ２００５−１００７９Ａ）

しかしながら、従来の水量センサの構成では、羽根車自体が永久磁石のため、水流に含まれる鉄粉、その他の異物を吸着してしまい、羽根車に付着した鉄粉等が成長し、羽根車の回転を阻害し、水量センサ自体の寿命を短くしてしまう課題が有った。

上記従来の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、流量センサの羽根車に鉄粉等の異物を付着しないようにして長寿命の流量センサを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、羽根車の材料に磁性体を用いながら非着磁のままとし、羽根車に永久磁石を用いず外部から羽根車に磁束を与え、非着磁磁性体の羽根車を通過した磁束を検知部で検知することで、羽根車に鉄粉、異物等を付着させにくくする機能を備え、長寿命の流量センサにしたものである。

本発明の流量センサは、羽根車への鉄粉等の付着を低減させ流量センサの長寿命化を図ることができる。

第１の発明は、羽根車に永久磁石を用いず、非着磁状態の磁性体材料を用い、外部の永久磁石から磁束を与えることで流体中の鉄粉等の羽根車への付着を軽減し、流量センサの長寿命化を図ることができる。

第２の発明は、羽根車に永久磁石を用いず、外部の電磁石から磁束を与えることで流体中の鉄粉等の羽根車への鉄粉等の付着を軽減し流量センサの長寿命化を図ることができる。

第３の発明は、第２の発明において、電磁石を任意にＯＮ／ＯＦＦする制御装置を設けたことで、ボディ内面および流体内の羽根車への鉄粉の付着を防ぎ流量センサの長寿命化を図ることができる。

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。また、本実施の形態の説明において、同一構成で同一作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における流量センサとしての水量センサの形状を示し、一部を破断面として内部構造をあらわしている。そして、実施の形態１における水量センサを搭載したガス給湯機の本体構成、燃焼の仕組みは背景技術の項に記載の例と同じであるため図３を利用し、その説明を省略する。

流量センサとしての水量センサ１３には、流体としての水の流れに応じて回転する羽根車１８が水の流れ方向を軸として回転するよう取り付けられている。羽根車１８は、軸を除く羽根車全体が、磁性体であるＳＵＳ４３０等の薄板で作られており、着磁されていない（非着磁状態の磁性体材料で形成している）。水量センサ１３の外郭を成すボディ１５の外表面において、羽根車１８の近傍には、ホール素子１６を内蔵した検知部１７が配置されている。また、検知部１７の対面側であるボディ１５の外表面には、永久磁石１９が取り付けられている。

次に水の流れと水流検知の仕組みについて、図１を用いて説明する。水量センサ１３の流体通路となるボディ１５を通る水によって羽根車１８が回転し、羽根車１８の先端が、永久磁石１９の近傍を通過する。その通過する際に、羽根車１８は永久磁石１９の磁束を対面に伝える。永久磁石１９の対面に配置されたホール素子１６は、羽根車１８の各羽根
が通過する度に、磁束を受ける。

磁束密度は、羽根車１８の羽根先端が永久磁石１９に最も近づいたときに最大となり、その対面に配置されたホール素子１６が受ける磁束も同時に最大となる。一方、羽根先端が永久磁石１９から最も離れたときに、羽根車１８を通過してホール素子１６に伝わる磁束は最小となる。その羽根車１８の回転角度に応じた磁束の変化に呼応して、検知部１７はパルス信号を発する。

従って、水流の流速に応じて羽根車１８の回転は増減し、その結果、検知部１７から発せられるパルス信号の周波数が、流速の速さに応じて変化する事で、その発信されたパルス信号の周波数で流量を計測する事ができる。
また、羽根車１８は非着磁状態の磁性体材料で形成しているので、羽根車に永久磁石を用いた従来例に比べ、羽根車が磁気を帯びる時間が短くなるため、水道水に含まれる鉄粉、異物等の羽根車への付着量を減少させる事ができ、羽根車の安定した回転を長く確保でき、寿命を長くできる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における流量センサとしての水量センサの形状を示し、一部を破断面として内部構造をあらわしている。そして、実施の形態２における水量センサを搭載したガス給湯機の本体構成、燃焼の仕組みは背景技術の項に記載の例と同じであるため図３を利用し、その説明を省略する。

流量センサとしての水量センサ１３には、流体としての水の流れに応じて回転する羽根車１８が水の流れ方向を軸として回転するよう取り付けられている。羽根車１８は、軸を除く羽根車全体が、磁性体であるＳＵＳ４３０等の薄板で作られており、着磁はされていない（非着磁状態の磁性体材料で形成している）。水量センサの外郭を成すボディ１５（流体通路となる）の外表面における羽根車１８の近傍には、ホール素子１６を内蔵した検知部１７が配置されている。また、水量センサの外郭を成すボディ１５における検知部１７の対面側には電磁石２０が取り付けられている。

次に水の流れと水流検知の仕組みについて、図２を用いて説明する。水量センサ１３のボディ１５を通る水によって羽根車１８が回転し、羽根車１８の先端が電磁石２０の近傍を通過する。その通過する際に、羽根車１８は電磁石２０の磁束を対面に伝える。電磁石２０の対面に配置されたホール素子１６は、羽根車１８の各羽根が通過する度に磁束を受ける。

この時の磁束密度は、羽根車１８の羽根先端が電磁石２０に最も近づいたときに最大となり、その対面に配置されたホール素子１６が受ける磁束も同時に最大となる。一方、羽根先端が電磁石２０から最も離れたときに、羽根車を通過してホール素子１６に伝わる磁束は最小となる。その羽根車１８の回転角度に応じた磁束の変化に呼応して、検知部１７はパルス信号を発する。

従って、水流の流速に応じて羽根車１８の回転は増減し、その結果、検知部１７から発せられるパルス信号の周波数が、流速の速さに応じて変化する事で、その発信されたパルス信号の周波数で流量を計測する事が出来る。また、この間において、羽根車１８は非着磁状態の磁性体材料で形成しているので、羽根車に永久磁石を用いた従来例に比べ、羽根車が磁気を帯びる時間は短くなるため、水道水に含まれる鉄粉、異物等の羽根車への付着量を減少させる事ができ、羽根車の安定した回転を長く確保でき、寿命を長くできる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、本発明の流量センサとしての実施の形態２の水量センサを搭載したガス給湯機で、そのガス給湯機の本体構成、燃焼の仕組みは背景技術の項に記載の例と同じであるため図３を利用し、その説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

流量センサとしての水量センサ自体の構成は、実施の形態２の発明と同じなので図２を利用し、説明を省略する。

図３はガス給湯機の構成を示している。実施の形態３では、水量センサ１３の電気信号を受信する制御装置１１に、任意のタイミングで電磁石２０をＯＮ／ＯＦＦ出来る機能が組み込まれている。これにより、給湯機のバーナ２の非燃焼中に、断続的あるいは電磁石２０を一定時間ＯＦＦにする事で磁束を消し、運転中に磁気を帯びて羽根車１８に付着した鉄粉を剥離する事が出来る。

以上のように、本実施の形態においては、直接水道水と触れる羽根車部分には非着磁状態の磁性体を用いる事で、羽根車への水道水中の鉄粉の付着を防ぎ、あるいは、電磁石の意図的なＯＮ／ＯＦＦで磁界を消し、吸着した鉄粉を分離することで、鉄粉付着の低減を図ることができる。

なお、本発明の水量センサの羽根車はＳＵＳ４３０の薄板で作られている事から、従来のフェライトを混入して成形した樹脂性の羽根車より、質量、体積を小さくする事ができ、その結果、回転による羽根車の慣性力も小さくなる事から、センサとしての流量追従性、応答性も良くなるといった効果もある。

特に使用者が出湯回路のカランを止める瞬間に流速が減少するときに、羽根車の回転は、慣性が小さい事から速い応答で減速し、さらには永久磁石１９または電磁石２０の磁束で羽根車が吸着されて、ブレーキの役割を果たすため、減速時に特に応答が良くなる効果がある。

以上のように本発明にかかる流量センサの構成は、瞬間式ガス給湯機の給水流路をはじめ、流体中に鉄粉等が含まれる恐れのある流通路に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における水量センサの要部の破断面斜視図 本発明の実施の形態２における水量センサの要部の破断面斜視図 従来及び本発明の給湯機の構成図 （ａ）は従来の水量センサの要部の破断面斜視図（ｂ）同縦断面図

符号の説明

１１ 制御装置
１３ 水量センサ
１７ 検知部
１８ 羽根車
１９ 永久磁石
２０ 電磁石

Claims (3)

1. 流体の流れで回転する羽根の全部または一部を非着磁状態の磁性体材料で形成した羽根車と、前記羽根車に磁束を与える永久磁石と、磁性体の前記羽根車を通過した前記永久磁石の磁束を検知する検知部を備えた流量センサ。
2. 流体の流れで回転する羽根の全部または一部を非着磁状態の磁性体材料で形成した羽根車と、前記羽根車に磁束を与える電磁石と、磁性体の前記羽根車を通過した前記電磁石の磁束を検知する検知部を備えた流量センサ。
3. 電磁石を任意の時期にＯＮ／ＯＦＦさせる制御装置を設けた流量センサ。

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