JP2007285992A - 水流スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】最大流量でも圧力損失が少なく、少ない流量でオン動作する水流スイッチを提供する。
【解決手段】ボディ１に貫通形成された流路を開閉するよう軸７によって軸支された開閉板６と、この開閉板６に形成された開口部１０を開閉するよう軸７によって軸支された流量検出板５と、この流量検出板５に固定された永久磁石１１と、流量検出板５が下流側に振れて永久磁石１１が近接することによりオン動作するリードスイッチ１６とを備えている。これにより、流路内に水が流れ始めると、水流スイッチは、まず、流量検出板５が少ない流量で浮上してオン動作し、さらに流量が増加すると開閉板６が開き、入口２の圧力と出口３の圧力との差圧が所定の差圧まで上昇すると、開閉板６が全開状態になり、その差圧は、最大流量まで大きく変わらない。
【選択図】図１

Description

本発明は水流スイッチに関し、特に追い焚き機能付きの風呂給湯器に適用される水流スイッチに関する。

風呂給湯器には、風呂桶に溜まっている水を給湯器との間で循環させて加温するようにした追い焚き機能または保温機能を有するものがある。このような風呂給湯器では、追い焚きを行う場合、風呂桶の水を循環ポンプで循環させ、これによって水が確実に循環していることを確認してから追い焚き用熱交換器のバーナを着火させるようにしている。これは、追い焚きを行おうとしたときに必ずしも風呂桶に水が入っているとは限らないので、空焚きを防止するために、風呂水の循環を先に検出するようにしている。そのような風呂水の循環を検出するのに水流スイッチが使用されている。

水流スイッチは、一般に、ボディ内側に形成される流路を横切るように揺動板が配置されてその基端部が回動可能に軸支され、その揺動板の下流側の面に永久磁石を取り付ける一方、ボディの外側に永久磁石によってオン・オフ動作するリードスイッチを取り付けた構成を有している（たとえば、特許文献１参照。）。

循環ポンプが動作していないときは、流路内に循環水の流れはないので、揺動板はその自重によって流路を塞ぐよう位置し、そのとき、永久磁石はリードスイッチから離れた位置にあるので、リードスイッチはオフの状態にある。循環ポンプが動作して流路内に循環水の流れが発生すると、その水流が揺動板を押し開けて流れるようになり、水流が多くなるに従って揺動板の振れ角が大きくなっていく。つまり、揺動板は、これを通過する循環水にとって抵抗となっているため流量にほぼ比例してその前後に差圧が発生するが、その差圧に応じた振れ角で揺動する。そして、最大流量の近くになると、永久磁石がボディの外側にあるリードスイッチに接近して、リードスイッチはオンの状態になる。風呂給湯器は、そのリードスイッチのオン信号を検出して追い焚き用熱交換器のバーナを着火させることになる。
特開２００１−３０３５８４号公報

従来の水流スイッチは、十分大きな流量の水が流れて揺動板が全開近傍まで揺動したときにリードスイッチがオンになるように構成されているので、流量が変動してしまうと、リードスイッチがオフしてしまうことがある。また、水流スイッチは、循環水路に配置されているので、水を循環させる循環ポンプにとっては圧力損失が生じる抵抗となっている。このため、循環ポンプは、そのような水流スイッチに対して、揺動板を全開させるだけの差圧をその揺動板の前後に発生させるような流量を常に流すことができなければならないので、揚程の大きなポンプを必要とするという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、最大流量でも圧力損失が少なく、少ない流量でオン動作する水流スイッチを提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、入口と出口との間の流路における小流量の流れを検出する流量スイッチと、前記入口と前記出口と圧力の差が前記流量スイッチによる検出時の流量に対応した差圧よりも大きくなると前記流路を開く差圧動作開閉部と、を備え、前記流量スイッチおよび前記差圧動作開閉部が水の流れに対して並列に配置されていることを特徴とする水流スイッチが提供される。

このような水流スイッチによれば、流量スイッチが小流量を検出することで水の流れ始めを検出し、流量がさらに増えて、流量スイッチが検出したときの入口と出口と圧力の差よりも大きな差圧になると、その差圧で差圧動作開閉部が全開するようにした。これにより、水流スイッチに水が流れると、まず、流量スイッチが少ない流量で動作する。それ以降の流量の増加に対しては、差圧動作開閉部がすぐに全開状態になるため、最大流量まで差圧の上昇なく流量スイッチの動作を維持させることができる。

本発明の水流スイッチは、小流量で敏感に動作する流量スイッチと、流量スイッチが動作した後にその前後の差圧で全開状態となる差圧動作開閉部とを備えたことにより、少ない流量でオン動作が可能になるとともに、引き続いて増加する流量により発生する差圧で差圧動作開閉部が全開状態になることから、最大流量になるまで差圧の上昇が継続することはないので、圧力損失が少なく、少ない流量でオン動作する水流スイッチを提供することができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。
この水流スイッチは、図の左右方向に流路が貫通形成された断面略矩形形状のボディ１を有し、その左側の開口端は水が導入される入口２を構成し、右側の開口端は水が導出される出口３を構成している。出口３を構成する空間は、断面矩形の形状を有していて、入口２よりも大きな流路断面積を有し、入口２と出口３との境界は、上部が下部よりも入口２の側へ傾斜した形に形成されている。

出口３には、その空間の奥の天井にブラケット４が配置されており、そのブラケット４には、入口２からの流路を開閉するよう流量検出板５および開閉板６が同一の軸７によって回動可能に軸支されている。開閉板６は、軸７によって取り付けられている側とは反対側の自由端近傍に錘ホルダ８を備えていて、その錘ホルダ８には棒状の錘９が保持されている。これにより、開閉板６は、流路に水が流れていない待機状態では、自重により自由端側が垂れ下がって入口２からの流路を出口３の側から閉じるように位置している。その開閉板６が閉じる方向に作用する荷重は、棒状に形成された錘９の長さを適当に設定することで調節される。開閉板６は、また、その略中央部に入口２と出口３とを連通させる開口部１０が穿設されている。

一方、流量検出板５は、開閉板６に形成された開口部１０をその下流側から開閉するよう設けられており、中央部の下流側の面には永久磁石１１が磁石ホルダ１２によって固定され、その自由端側には錘１３が錘ホルダ１４によって保持されている。流量検出板５は、また、その上流側の面から開閉板６の開口部１０を貫通して延出された延出部１５を有している。この延出部１５は、流量検出板５が軸７を中心に回動しても、流量検出板５によって開けられた開口部１０における開口面積が変化しないようにするためのもので、軸７側の面および軸７と反対側の面は、中心を軸７の中心と同一とした円弧面に形成されている。また、この延出部１５は、永久磁石１１を固定している面が略水平の状態になるまで浮上したときに、永久磁石１１が載っている面と反対側の面が流路を閉じているときの開閉板６の傾斜角度と同じになるように形成され、これによって、流量検出板５が浮上した後もその面に水流を受けて流量検出板５が浮上し続ける機能をも有している。

そして、ボディ１の外側には、流量検出板５が揺動したときに、これに連動して永久磁石１１が近接することによって動作される感磁素子が設けられている。この感磁素子としては、リードスイッチ１６が用いられている。ここで、流量検出板５、永久磁石１１およびリードスイッチ１６は、小流量の流れを検出する流量スイッチを構成している。

なお、この水流スイッチでは、ブラケット４、流量検出板５および開閉板６を出口３の側からボディ１内に組み込む構成にしてあるので、ボディ１には、組み込み用の開口部およびその開口部を閉止する蓋体を有しておらず、水漏れの原因となる構成上の要素を極力なくしている。

次に、以上の構成の水流スイッチの動作について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る水流スイッチの動作を説明する図であって、（Ａ）はスイッチ動作時の状態を示し、（Ｂ）は最大流量時の動作状態を示している。図３は第１の実施の形態に係る水流スイッチの流量−差圧特性を示す図である。

まず、この水流スイッチの流路に水が流れていない待機状態では、図１に示したように、流量検出板５および開閉板６は、それらの自重によって軸７を中心に時計回り方向に回転する作用を受けて流路を閉じている。

ここで、水流スイッチの流路に水が流れ始めると、流量検出板５および開閉板６の前後に差圧が発生し、その差圧が大きくなって所定の差圧になると、流量検出板５が軸７を中心に反時計回り方向に回転して開閉板６の開口部１０を開ける。その後、開口部１０を介して流れる水の流量が増えるに連れて前後の差圧も大きくなって、流量検出板５は開口部１０を通過する水により押し開けられていき、図２の（Ａ）に示したように、比較的少ない流量で水平に近くなるまで跳ね上げられるようになる。このとき、流量検出板５に取り付けられた永久磁石１１がリードスイッチ１６に近接するので、この比較的少ない流量の水が流れた時点で、リードスイッチ１６は、オン動作することになる。

その後、さらに流量が増えていくと、今度は、開閉板６が差圧によって押し開けられるようになり、軸７を中心に反時計回り方向に回転して流路が開けられていって、すぐに図２の（Ｂ）に示したように浮上し、流路は全開状態になる。この差圧で動作する開閉板６においても、比較的少ない流量にて流路が全開する。このとき、流量検出板５は、その延出部１５に水流を受けて浮上する作用を受けているので、永久磁石１１がリードスイッチ１６に近接している状態は維持される。

以上の水流スイッチの動作を流量と差圧の観点から見てみると、図３に示したように、水が流れ始めて流量検出板５の前後の差圧が所定の差圧になると、流量検出板５がその差圧によって浮上し、リードスイッチ１６がオン動作する。その後、流量が増加し、それによる差圧が増加して開閉板６が浮上していく。さらに、流量が増加して開閉板６が全開状態になると、それ以降は、水流によって開閉板６を押し開けようとする力が開閉板６の自重による閉じようとする力よりもはるかに大きくなるので、流量が増加しても差圧は大きくならない。

図３に示した例では、最大流量が毎分５０リットルの水流センサにおいて、毎分３リットル程度の水が流れたときに流量検出板５が浮上してリードスイッチ１６がオン動作する。その後、流量が増えて差圧が５ＫＰａまで増加すると、開閉板６が全開状態になり、それ以降では、流量が増加しても差圧はあまり変化しなくなり、最大流量までその５ＫＰａの差圧が維持されることになる。従来の水流スイッチと比較してみると、従来の水流スイッチは、図３に破線で示したように、最大流量近傍まで水量が増えることによってスイッチが動作するが、本発明の水流スイッチは、十分に少ない流量でスイッチが動作し、その後は、流量が増えても差圧が増えない特性を有している。したがって、この水流スイッチは、最大流量の水が流れても圧力損失が小さいので、循環ポンプとして揚程の小さなポンプを使用することが可能になる。

図４は第２の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。この図４において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係る水流スイッチは、第１の実施の形態に係る水流スイッチと比較して、流量検出板５および開閉板６を異なる流路に独立して配置した点で異なる。すなわち、この水流スイッチは、その入口２と出口３との間に主流路２０および副流路２１がボディ１内に並列に形成され、大流量を流す主流路２０には開閉板６が配置され、小流量を流す副流路２１には永久磁石１１を搭載した流量検出板５が配置されている。

流量検出板５および開閉板６は、それぞれ出口３側の空間の奥の天井に配置されたブラケット４に軸７によって回動自在に軸支されており、入口２に導入された水の流量に応じて副流路２１および主流路２０を開閉する。流量検出板５は、第１の実施の形態に係る水流スイッチと同様、副流路２１を流れる水の流量が増加して毎分３リットル程度になったときに十分に浮上してリードスイッチ１６をオン動作させる。そして、開閉板６は、さらに流量が増加すると開いて、入口２の圧力と出口３の圧力との差圧が５ＫＰａ程度まで上昇すると、全開状態になり、その差圧は、最大流量まで大きく変わらない。

図５は第３の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。この図５において、図４に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る水流スイッチは、第２の実施の形態に係る水流スイッチと比較して、開閉板６を差圧制御弁で構成した点で異なる。すなわち、この水流スイッチは、主流路２０に入口２側よりも出口３側を拡大して段差を形成することで弁座３０を構成し、その弁座３０に対して弁体３１が接離自在に出口３側に配置され、かつばね３２によって弁体３１が弁座３０に着座する方向に付勢されている。これにより、主流路２０に水の流れがないときには、弁体３１が弁座３０に着座されて主流路２０が閉じられ、前後の差圧が所定値を越えるとばね３２が撓んで主流路２０が開く差圧制御弁を構成している。

以上の構成の水流スイッチにおいても、第１および第２の実施の形態に係る水流スイッチと同様、副流路２１を流れる水の流量が増加して毎分３リットル程度になったときに流量検出板５が十分に浮上してリードスイッチ１６がオン動作し、さらに流量が増加すると差圧制御弁が開き始め、入口２の圧力と出口３の圧力との差圧が５ＫＰａ程度まで上昇すると、全開状態になり、それ以降、最大流量まで差圧は大きく変化しない。

第１の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る水流スイッチの動作を説明する図であって、（Ａ）はスイッチ動作時の状態を示し、（Ｂ）は最大流量時の動作状態を示している。 第１の実施の形態に係る水流スイッチの流量−差圧特性を示す図である。 第２の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る水流スイッチの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ボディ
２ 入口
３ 出口
４ ブラケット
５ 流量検出板
６ 開閉板（差圧動作開閉部）
７ 軸
８ 錘ホルダ
９ 錘
１０ 開口部
１１ 永久磁石
１２ 磁石ホルダ
１３ 錘
１４ 錘ホルダ
１５ 延出部
１６ リードスイッチ（感磁素子）
２０ 主流路
２１ 副流路
３０ 弁座
３１ 弁体
３２ ばね

Claims (8)

1. 入口と出口との間の流路における小流量の流れを検出する流量スイッチと、
   前記入口と前記出口と圧力の差が前記流量スイッチによる検出時の流量に対応した差圧よりも大きくなると前記流路を開く差圧動作開閉部と、
   を備え、前記流量スイッチおよび前記差圧動作開閉部が水の流れに対して並列に配置されていることを特徴とする水流スイッチ。
2. 前記流量スイッチは、前記流路に配置され水の流れを受けて揺動する流量検出板と、前記流量検出板に固定された永久磁石と、前記流量検出板が小流量の流れを検出することに対応した前記永久磁石の近接状態を感知する感磁素子とを有していることを特徴とする請求項１記載の水流スイッチ。
3. 前記差圧動作開閉部は、所定の大きさの開口部が穿設されていて前記流路を開閉するよう配置された開閉板であり、前記流量検出板は、前記開閉板の下流側にて前記開口部を開閉するよう配置されていて、前記開閉板および前記流量検出板が同一の軸によって揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項２記載の水流スイッチ。
4. 前記流量検出板は、前記開口部を貫通して延出されていて前記軸を中心に回動しても前記開口部における開口面積が変化しないようにした延出部を有していることを特徴とする請求項３記載の水流スイッチ。
5. 前記差圧動作開閉部および前記流量検出板の少なくとも一方は、前記流路を閉じる方向に作用する荷重を調節するための錘を有していることを特徴とする請求項２記載の水流スイッチ。
6. 前記流路は、大流量を流す主流路および小流量を流す副流路を並列に接続することによって構成され、前記主流路には前記差圧動作開閉部が配置され、前記副流路には前記流量検出板が配置されていることを特徴とする請求項２記載の水流スイッチ。
7. 前記差圧動作開閉部は、前記主流路を開閉するよう揺動可能に支持された開閉板であることを特徴とする請求項６記載の水流スイッチ。
8. 前記差圧動作開閉部は、前記主流路の前後の差圧で開閉する差圧制御弁であることを特徴とする請求項６記載の水流スイッチ。
   

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