JP2012185003A

JP2012185003A - 羽根車式流量計

Info

Publication number: JP2012185003A
Application number: JP2011047549A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kamata; 大輔鎌田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】羽根車の回転を検出する磁気センサの故障を確実に検出することの可能な羽根車式流量計を提供する。
【解決手段】羽根車式流量計３０は、流路２０に設置され、磁化された複数の羽根を有する羽根車３３と、羽根車３３に対向して配置され、磁界の変化により羽根車３３の回転を検出する、少なくとも二つの磁気センサ４１と、磁気センサ４１の出力に基づいて、流路２０を流れる流体の流量を算出する制御手段４５と、を備えると共に、制御手段４５は、一方の磁気センサ４１の出力の立ち上がり時及び立ち下がり時における他方の磁気センサ４１の出力が所定の回数連続して変化していないとき、当該他方の磁気センサ４１が故障していると判定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、流路を流れる流体の流量を測定する流量計に関し、特に、被計測流体の流体圧力により羽根車を回転させ、その羽根車の回転により流量を計測する羽根車式流量計に関する。

従来より、流体の流量を測定する流量計としては、複数の羽根を有する羽根車を流体の流路に設けた羽根車式流量計が知られている。羽根車式流量計は、流路内を流れる被計測流体の流体圧力によって回転させられる羽根車の回転数から被計測流体の流量を計測するように構成されている。

例えば、下記特許文献１に羽根車式流量計が開示されている。特許文献１では、ボイラの給水ライン上の給水ポンプと逆止弁との間に流量計を設置し、給水ラインを流れる水の流体圧力によって回転させられる羽根車の回転数から被計測流体の流量を計測するように構成されている。

また、特許文献１では、この羽根車の回転方向を検知することでボイラ水の逆流を検知することも開示されている。ここで、特許文献１の羽根車式流量計においては、磁化された複数の羽根を有する羽根車の回転を２つのホールＩＣにより検出している。

特開２００９−１３９０２５号公報

特許文献１に開示された羽根車式流量計において何れかのホールＩＣが故障した場合には、流量の検出や逆流の検出ができなくなるだけでなく、逆流が発生しているときにも常に正流判定してしまったり、正常に給水されているときにも逆流判定してしまうといった不具合が発生してしまう。しかし、特許文献１においては、ホールＩＣの故障への対策が開示されておらず、さらなる改良が望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、羽根車の回転を検出する磁気センサの故障を確実に検出することの可能な羽根車式流量計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る羽根車式流量計は、流路に設置され、磁化された複数の羽根を有する羽根車と、前記羽根車に対向して配置され、磁界の変化により前記羽根車の回転を検出する磁気センサと、前記磁気センサの出力に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を算出する制御手段と、を備える羽根車式流量計において、前記磁気センサを少なくとも二つ備えると共に、前記制御手段は、一方の磁気センサの出力の立ち上がり時及び立ち下がり時における他方の磁気センサの出力が所定の回数連続して変化していないとき、当該他方の磁気センサが故障していると判定することを特徴とする。

本発明に係る羽根車式流量計によれば、羽根車の回転を検出する磁気センサの故障を確実に検出することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式図である。図２は、本実施形態に係る羽根車式流量計の正面図である。図３は、本実施形態に係る羽根車式流量計の右側面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線による断面図である。図５は、図２のＡ−Ａ線による断面図である。図６は、本実施形態に係るホールＩＣの通常時の出力を示す図である。図７は、本実施形態に係るホールＩＣの故障時の出力を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る羽根車式流量計について詳細に説明する。本実施形態では、燃料を燃焼させて得た熱を水に伝え、蒸気や温水に変える熱源機器であるボイラに適用される羽根車式流量計を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係るボイラ１は、ボイラ本体１０、ボイラ制御回路１１、給水タンク１５とボイラ本体１０とをつなぐ給水ライン２０、給水ライン２０上に設置された給水ポンプ２２、羽根車式流量計３０及び逆止弁２３を備えている。

図１に点線で示すように、ボイラ制御回路１１は、給水ポンプ２２及び羽根車式流量計３０の流量計制御回路４５と配線４６で接続されており、給水ポンプ２２の動作を制御すると共に、流量計制御回路４５から羽根車式流量計３０を通過する給水の流量・温度や逆流検知、故障等を示す信号を受信するように構成されている。また、流量計制御回路４５は、後述する羽根車式流量計３０に設置された各種センサと配線４６で接続されている。

続いて、図２〜図５を参照しながら本実施形態に係る羽根車式流量計の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る羽根車式流量計の正面図、図３は、本実施形態に係る羽根車式流量計の右側面図、図４は、図３のＢ−Ｂ線による断面図、図５は、図２のＡ−Ａ線による断面図である。

羽根車式流量計３０は、ハウジング３１、羽根車３３、軸受け３５、サーミスタ４０、２つのホールＩＣ４１、流量計制御回路４５及び配線４６を備えている。ハウジング３１は、ほぼ円筒状のハウジングＡ３１−１とハウジングＢ３１−２とを、Ｏリング３２を挟んで、４つの六角ネジ３８で同軸上に固定接続して構成されている。

ハウジング３１内には、給水が流れる流路が形成されている。図２及び図４において、左側が給水ポンプ２２及び給水タンク１５へとつながる上流側であり、右側が逆止弁２３及びボイラ本体１０へとつながる下流側である。

ハウジング３１の流路内には、羽根車３３が設置されており、羽根車３３の軸は、ハウジング３１のリブ３１ａ，３１ｂに固定された２つの軸受け３５によって回転可能に保持されている。そして、流路内を水が流れると、羽根車３３が回転する。上流から下流へと水が流れる正流の場合と、下流から上流へと水が流れる逆流の場合とでは、羽根車３３は逆方向に回転する。

羽根車３３は、プラスチックと磁性粉を混合して形成された4つの羽根を有し、この4つの羽根は軸周りに90°間隔で設置されると共に、各羽根は交互にＳ極又はＮ極に磁化されている。

リブ３１ａは、ハウジングＡ３１−１に一体に形成され、リブ３１ｂは、ハウジングＢ３１−２に一体に形成されており、図３〜図５に示すように、120°間隔で３つのリブ板が、ハウジング３１の中心軸近傍から外壁まで延在している。このリブ３１ａ，３１ｂは、流路内を流れる流体を整流する作用も奏している。

サーミスタ４０は、図３及び図４に示すように、そのセンサ部分が流路内のリブ３１ｂの下流側に隣接して位置するように、ハウジングＢ３１−２に固定されている。サーミスタ４０は、配線４６によって流量計制御回路４５に接続されている。流量計制御回路４５は、サーミスタ４０の出力信号から流路内の温度を算出し、ボイラ水（缶水）の逆流を検知することが可能である。

第一ホールＩＣ４１−１及び第二ホールＩＣ４１−２は、図５に示すように、羽根車３３の羽根の先端に対向する位置において、樹脂製のホルダ３７に保持され、同一円周上に45°間隔で設置されている。

羽根車３３が回転すると、ホールＩＣ４１近傍の磁界が変化し、ホールＩＣ４１から磁界の変化を示すパルス信号が出力される。羽根車３３の羽根は90°間隔で設置されているため、羽根車３３が一回転する毎に各ホールＩＣ４１からは２つのパルスが出力されることになる。すなわち、羽根車３３の一回転がホールＩＣ４１の出力の二周期分に相当する。

また、羽根車式流量計３０は、羽根車式流量計３０内の給水が正流の場合には、図５において羽根車３３が時計回りに正転し、羽根車式流量計３０内でボイラ水の逆流が発生した場合には、図５において羽根車３３が反時計回りに逆転するように構成されている。

２つのホールＩＣ４１は、配線４６によって流量計制御回路４５に接続されている。流量計制御回路４５は、２つのホールＩＣ４１からの出力信号に基づいて、羽根車３３の回転方向及び回転速度を算出し、羽根車式流量計３０を通過する水の流量を求めることができる。また、流量制御回路４５は、羽根車３３の回転方向からボイラ水の逆流を検知することもできる。

さらに、本実施形態においては、羽根車式流量計３０の流量計制御回路４５は、ホールＩＣ４１の出力に基づいて、後述するように、ホールＩＣ４１の故障を検知することが可能である。流量制御回路４５は、ホールＩＣ４１の故障やボイラ水の逆流を検知すると、そのことを示す信号をボイラ制御回路１１へと出力するように構成されている。

以上、本実施形態に係る羽根車式流量計３０の構成ついて説明したが、続いて、本実施形態におけるホールＩＣ４１の故障検知処理の流れについて図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係るホールＩＣの通常時の出力を示し、図６（ａ）が正転時の出力、図６（ｂ）が逆転時の出力を示している。なお、図６において、実線が第一ホールＩＣ４１−１の出力、一点鎖線が第二ホールＩＣ４１−２の出力を示している。

また、図７は、本実施形態に係るホールＩＣの故障時の出力を示し、図７（ａ）が第二ホールＩＣが故障したときの出力、図７（ｂ）が第一ホールＩＣが故障したときの出力を示している。なお、図７において、実線が第一ホールＩＣ４１−１の出力、一点鎖線が第二ホールＩＣ４１−２の出力を示している。

まず、羽根車式流量計３０内を給水が正常に正流方向に流れている場合には、図６（ａ）に示すように、第一ホールＩＣ４１−１から所定の周期（羽根車３３の半回転に相当）でパルス信号が出力されると共に、第二ホールＩＣ４１−２からは第一ホールＩＣ４１−１と同波形のパルス信号が1/4周期遅れで出力される。これは、図５に示すように、羽根車３３の正転方向（時計回り方向）において、第一ホールＩＣ４１−１が第二ホールＩＣ４１−２よりも45°（1/4周期に相当）上流側に設置されているからである。

一方、羽根車式流量計３０内をボイラ水が逆流している場合には、図６（ｂ）に示すように、第一ホールＩＣ４１−１のほうが1/4周期遅れとなって、第一ホールＩＣ４１−１及び第二ホールＩＣ４１−２から上述した正流の場合と同じパルス波形がそれぞれ出力される。なお、流量制御回路４５は、第一及び第二ホールＩＣ４１から図６（ｂ）に示すようなパルス波形を受信すると、ボイラ水の逆流が発生していると判定して、逆流検知信号をボイラ制御回路１１へと送信する。

このように、第一及び第二ホールＩＣ４１の何れも故障していない場合には、一方のホールＩＣ４１の出力の立ち上がり時である立ち上がりエッジ及び立ち下がり時である立ち下がりエッジにおいて、他方のホールＩＣ４１の出力は、順次、Ｈ信号又はＬ信号が交互に繰り返されることになる。

続いて、ホールＩＣ４１が故障した場合には、故障したホールＩＣ４１からは、Ｈ固定又はＬ固定の信号が出力されることになる。これは、ホールＩＣは一般的にスイッチング素子として機能し、磁界の変化に応じてホールＩＣが開閉することで、Ｈ信号又はＬ信号が生成される。そして、ホールＩＣの故障は、一般的にショートか断線であり、故障が発生するとスイッチング素子として機能できなくなり、出力がＨ固定又はＬ固定となる状態が継続することになるからである。

よって、羽根車３３が正転しているときに第二ホールＩＣ４１−２が故障（Ｈ固定）した場合には、第一ホールＩＣ４１−１の出力は、図６（ａ）と同じパルス信号となるのに対して、第二ホールＩＣ４１−２の出力は、Ｈ固定信号となる（図７（ａ）参照）。

また、羽根車３３が正転しているときに、第一ホールＩＣ４１−１が故障（Ｌ固定）した場合には、第二ホールＩＣ４１−２の出力は、図６（ａ）と同じパルス信号となるのに対して、第一ホールＩＣ４１−１の出力は、Ｌ固定信号となる（図７（ｂ）参照）。

このように、ホールＩＣ４１が故障した場合には、故障していないホールＩＣ４１の出力が所定の周期のパルス信号となるのに対して、故障したホールＩＣ４１の出力は、Ｈ固定又はＬ固定の信号となる。すなわち、故障していない一方のホールＩＣ４１の出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおいて、故障した他方のホールＩＣ４１の出力はＨ信号又はＬ信号に固定されたままとなる。

したがって、一方のホールＩＣ４１の出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおける他方のホールＩＣ４１の出力が連続して変化していないか否かを監視することで、当該他方のホールＩＣの故障を検知することが可能となる。

具体的には、流量制御回路４５は、第一ホールＩＣ４１−１の出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおける第二ホールＩＣ４１−２の出力が8回（羽根車３３の2回転に相当）連続して変化していない場合には、第二ホールＩＣ４１−２が故障していると判定する。

また、流量制御回路４５は、第二ホールＩＣ４１−２の出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおける第一ホールＩＣ４１−１の出力が8回連続して変化していない場合には、第一ホールＩＣ４１−１が故障していると判定する。もちろん、故障と判定する回数は適宜変更可能であるが、故障の誤検出を防ぐためには、4回以上とするのが望ましい。

このように、一方を基準にして相互に出力を監視することで、何れのホールＩＣ４１が故障した場合であっても確実に検知することができる。流量制御回路４５は、ホールＩＣ４１の故障を検知すると、ホールＩＣ４１の故障を示す信号をボイラ制御回路１１へと出力する。故障信号を受信したボイラ制御回路１１は、ホールＩＣ４１の故障を示すアラームを音や光で発生し、保守点検員等に知らせる。

なお、上述したホールＩＣ４１の故障判定の処理等は、制御手段としての流量制御回路４５及びボイラ制御回路１１内のメモリに格納されているプログラムを各制御回路１１，４５内の演算回路が実行することで実現される。

以上、本実施形態に係る羽根車式流量計３０及び羽根車式流量計３０における故障判定処理について詳細に説明したが、本実施形態によれば、ホールＩＣ４１の出力に基づいて、ホールＩＣ４１の故障を確実に検知することができるので、ホールＩＣ４１の故障による流量の異常積算や、逆流の誤検知といった不具合を防止することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本発明に係る羽根車式流量計は、ボイラ以外の機器に設置することができるのは言うまでもない。

また、上記実施形態では、磁化された羽根車の回転を検出する磁気センサとしてホールＩＣを用いたが、ＭＲセンサ、その他の磁気センサを用いても良い。また、ボイラ制御手段としてのボイラ制御回路と、流量計制御手段としての流量計制御回路４５とを別々の制御回路としたが、単一の制御手段（制御回路）で両制御回路の機能を実現しても良い。

また、第一及び第二ホールＩＣの設置位置は、45°間隔に限定されるものでなく、同様の波形出力が得られる135°間隔でも良いし、一方のホールＩＣの出力の立ち上がり時と立ち下がり時とで、他方のホールＩＣの出力がＨ信号からＬ信号又はＬ信号からＨ信号に変化するような位置、すなわち、両ホールＩＣのＨ信号が少なくとも一部で重なるような位置であれば、例えば、50°や60°等の任意の位置に設置することができる。

但し、羽根車式流量計の故障を精度良く検知するためには、両ホールＩＣの出力変化のタイミング（立ち上がり時及び立ち下がり時）が最も離れることになる45°又は135°間隔が望ましい。

また、羽根車の羽根の枚数も適宜変更可能であり、例えば、6枚や8枚であっても良い。なお、第一及び第二ホールＩＣの設置間隔は、6枚の場合には30°、8枚の場合には22.5°とするのが望ましい。

１ボイラ
１０ボイラ本体
１１ボイラ制御回路
１５給水タンク
２０給水ライン
２２給水ポンプ
２３逆止弁
３０羽根車式流量計
３１ハウジング
３３羽根車
３５軸受け
４０サーミスタ
４１ホールＩＣ
４５流量計制御回路
４６配線

Claims

流路に設置され、磁化された複数の羽根を有する羽根車と、
前記羽根車に対向して配置され、磁界の変化により前記羽根車の回転を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を算出する制御手段と、を備える羽根車式流量計において、
前記磁気センサを少なくとも二つ備えると共に、
前記制御手段は、一方の磁気センサの出力の立ち上がり時及び立ち下がり時における他方の磁気センサの出力が所定の回数連続して変化していないとき、当該他方の磁気センサが故障していると判定することを特徴とする羽根車式流量計。
前記制御手段は、一方の磁気センサの出力の立ち上がり時及び立ち下がり時における他方の磁気センサの出力から当該他方の磁気センサの故障を監視すると共に、他方の磁気センサの出力立上がり時及び立ち下がり時における一方の磁気センサの出力から当該一方の磁気センサの故障を監視するように制御することを特徴とする請求項１記載の羽根車式流量計。