JP2012506047A - 水位検知装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】水位検知装置は、流体タンクの内部に露出するように配置され、内部に収容空間が形成されたボディーと、上記ボディーの収容空間に収容される静電容量検知部とを含み、上記静電容量検知部は、上側の静電容量値と下側の静電容量値を比較して、出力信号をＯＮまたはＯＦＦする。ボディーの基準面と検知面の静電容量値が同時に変化する変動レファレンスを使用することにより、ボディーに湿気や異物が接触した場合であっても、基準面と検知面が同様に湿気や異物による影響を受け、誤作動の発生が減少する。

Description

本発明は、静電容量の変化を利用した水位検知装置に関する。

一般的に、浄水器、ビデ、加湿装置、製氷装置など水や流体を使用する機器には、流体タンクが配置される。上記流体タンクには、内部に満たされる水のような流体の水位を一定に保持するために、水位検知装置が設けられる。上記水位検知装置には、機械式と電子式がある。

上記機械式水位検知装置は、流体の浮力によりフロート（ｆｌｏａｔ）が昇降することで、磁気力の変化を検知して流体の水位を検知する。上記機械式水位検知装置には、リードスイッチ（ｒｅｅｄ ｓｗｉｔｃｈ）、ホールセンサー（ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）及びＭＲスイッチ（ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ）などがある。

上記電子式水位検知装置には、静電容量の変化を検知して流体の水位を検知する静電容量センサーなどがある。

しかし、従来の機械式水位検知装置は、フロートの機械的な動作を必要とするため、フロートの機械的な構造により動作不良となる場合がある。また、上記フロートの動作不良によりマグネットの検知が悪くなるため、流体タンク内の流体の水位を正確に測定できないことがある。

また、上記機械式水位検知装置は、機械的な構造の特性上、フロートやフロート支持構造に水垢のような異物が付いて、磁力が正常に検知されないことがあった。

また、上記機械式水位検知装置を分離した後、水垢を除去する場合、水位検知装置の複雑な形状により異物を除去することが困難であったり、異物を除去するために必要な時間が増えていた。

また、浄水器の流体タンクは、その内壁面にスクラッチ（scratches）が形成されないように、最大限滑らかに製作されて、流体タンクの内壁面に異物が付いて汚れるのを可能な限り最小化している。そして、流体タンクの内部に構造物が設けられる場合は、その構造物に異物が付くため、浄水器を設計する際、流体タンクの内部にはなるべく構造物を設けないように努めた。

しかし、上記流体タンクの内部に外形の複雑な機械式水位検知装置を設けると、上記水位検知装置の外側面に異物が付きやすくて浄水を汚染させることがある。さらに、この場合では、流体タンクの内部と水位検知装置をより頻繁に掃除しなければならない。

また、上記機械式水位検知装置はフロートが昇降することができる構造、流体タンクに結合固定させる構造などが複雑であるため、水位検知装置のサイズが大きくなり、製造単価が増加し得る。

また、従来の静電容量センサーは、流体タンクの外壁面に設けられるため、流体タンク周囲の湿度及び異物などの影響により、誤作動を起こすことがあった。

上記の諸般の問題点を解決するため、本発明の目的は、外形を滑らかに形成して異物が付くことを最小化させることができる水位検知装置を提供することである。

本発明の他の目的は、異物の除去を容易にして掃除時間を減らすことができる水位検知装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、製造単価を減少させることができる水位検知装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、湿度及び異物などの外部影響により誤作動を起こすことを防止することができる水位検知装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明による水位検知装置は、流体タンクの内部に露出するように配置され、内部に収容空間が形成されたボディーと、上記ボディーの収容空間に収容される静電容量検知部を含み、上記静電容量検知部は上側の静電容量値と下側の静電容量値を比較して‘ＯＮ’または‘ＯＦＦ’の出力信号を発生させることを特徴とする。

上記ボディーと上記静電容量検知部は、流体タンクの内部から水平方向に延在する。

上記ボディーの下側の厚さは、上記ボディーの上側の厚さより薄く形成される。

上記静電容量検知部は上側の静電容量値が下側の静電容量値より大きいと、‘ＯＦＦ’の出力信号を発生させ、下側の静電容量値が上側の静電容量値より大きいと、‘ＯＮ’の出力信号を発生させる。

上記ボディーの収容空間は静電容量検知部が挿入された後、合成樹脂により密閉されることができる。

上記静電容量検知部は、上記ボディーの収容空間に対する上部ギャップと下部ギャップとが同一になるように挿入され、同じ誘電定数の合成樹脂により密閉されることができる。

上記静電容量検知部は、プリント基板アセンブリ（ＰＢＡ）とすることができる。

本発明の例示的な実施の形態によると、水位検知装置の外側面を滑らかに形成するので、水位検知装置の外側面に異物が付くことを最小化することができ、したがって、掃除周期を延ばすことができる。すなわち、水位検知装置の外側面に異物が容易に付き難くなるので、掃除の回数を少なくすることができる。

水位検知装置の外面を容易に掃除することができ、掃除時間を減らすことができる。

温度、湿度及び異物などのような外部的影響を受けた場合でも、殆ど誤作動を起こすことがない。

機械的運動を必要とするフロート、磁気センサーの動作のための磁石などが省かれるので、不良動作が発生する可能性を低くすることができる。

本発明による水位検知装置の第１実施例を示した斜視図である。

図１の水位検知装置を示した断面図である。

図１の水位検知装置のボディーを示した断面図である。

上記の目的を達成するための本発明による水位検知装置の具体的な実施例について説明する。

図１は、本発明による水位検知装置の第１実施例を示した斜視図である。

図１を参照すると、上記水位検知装置５０は、流体が収容される流体タンク１０の壁面または底面に設けることができる。上記流体タンク１０には、上記水位検知装置５０を挿入することができる可能な挿入孔１１を形成することができる。上記水位検知装置５０は、流体タンク１０に収容される水、オイルなどのような多様な流体の水位を検知する。

上記水位検知装置５０は、流体タンク１０の最高水位に、または、最高及び最低水位に設けることができる。また、上記水位検知装置５０は、流体タンク１０の様々な高さに設けることもできる。

上記水位検知装置５０は、流体タンク１０の内部に露出するように配置されるボディー１１０と、上記ボディー１１０の内部に収容される静電容量検知部１３０と、上記静電容量検知部１３０の出力値により流体タンク１０の水位を制御する制御部１５０とを含むことができる。上記ボディー１１０と静電容量検知部１３０は、流体タンク１０の内部に水平方向に延在するように設けられる。

上記ボディー１１０の外周面には、略円盤状のディスク部１１１が形成されることができる。また、上記ディスク部１１１と所定間隔離隔する回転防止部１１２が、上記ボディー１１０の外周面に突出して形成されることができる。この場合では、上記回転防止部１１２は、上記流体タンク１０の挿入孔１１と対応する多角形に形成することができる。従って、上記回転防止部１１２は、上記流体タンク１０の挿入孔１１に嵌め込まれて上記ボディー１１０が回転することを防止する。

上記ディスク部１１１と回転防止部１１２の間には、フレキシブル材質のパッキング１１３が設けられる。上記パッキング１１３は、上記ディスク部１１１と面接触するように設けることができる。上記パッキング１１３は、中心部に孔が形成された円盤状とすることができる。該パッキング１１３は、流体タンク１０の挿入孔１１から流体が漏れることを防止する。

上記ボディー１１０の外周面には、上記回転防止部１１２と所定間隔離隔して係止爪１１４が形成される。上記係止爪１１４は、ボディー１１０の外周面の両側に溝１１５を形成することで形成することができる。さらに、上記係止爪１１４は、ボディー１１０の外周面を外側に突出させて形成することができる。

上記ボディー１１０には、上記流体タンク１０の壁面方向に沿って上記溝１１５に嵌め込まれて上記パッキング１１３を流体タンク１０の壁面に圧着させるために、固定キー１２０が設けられる。

上記固定キー１２０は、上記係止爪１１４と上記流体タンク１０の外面との間に形成され、溝１１５に嵌め込まれて上記パッキング１１３を圧着させるための圧着リブ１２１を含むことができる。

上記回転防止部１１２の厚さは、上記流体タンク１０の壁面または底面の厚さより薄く形成することができる。上記圧着リブ１２１の端部には、くさび状のテーパ部１２２を形成することができる。上記テーパ部１２２は、固定キー１２０の圧着リブ１２１が上記係止爪１１４と回転防止部１１２の間に容易に挟まれるようにする。次に、上記圧着リブ１２１のテーパ部１２２の上側は、上記パッキング１１３を流体タンク１０の内面にさらに圧着させて上記シーリング能力を向上させる。

上記固定キー１２０は、掴んで固定キー１２０を引き抜くことができるようにするための取っ手部１２３を含むことができる。上記取っ手部１２３は、圧着リブ１２１と略垂直に突出した形態とすることができる。

上記圧着リブ１２１は、上記溝１１５から抜けることを防止するように中央に向かって突出する係止突起１２４を含むことができる。

図２は水位検知装置を示した断面図であり、図３は水位検知装置のボディーを示した断面図である。

図２及び図３を参照すると、上記ボディー１１０は収容空間を有しており、上記収容空間には静電容量検知部１３０（図２参照）が挿入される。上記静電容量検知部１３０には、電線１５が連結される。上記電線１５は、制御部１５０に連結される。上記ボディー１１０は、プラスチックのように誘電定数が空気の誘電定数よりは大きいが、流体の誘電定数よりは小さい材料からなる。

上記静電容量検知部１３０は、板状のプリント基板アセンブリ（ＰＢＡ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｂｏａｒｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ））とすることができる。ここで、ＰＢＡは、完全に加工処理された印刷回路（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、または印刷配線（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ）を一般に意味する。

上記ボディー１１０の収容空間は、静電容量検知部１３０が挿入された後、合成樹脂１３２により密閉されシーリングされる。従って、上記静電容量検知部１３０が流体タンク１０の内部の湿気や異物などにより影響を受けるのを防止することができる。上記静電容量検知部１３０は、上記ボディー１１０の収容空間に対する上部ギャップと下部ギャップとが同一になるように挿入配置することができる。上記ボディー１１０の収容空間を同一の誘電定数の合成樹脂１３２で密閉しシーリングすることにより、基準面と検知面間の検知公差を最小化することができる。

上記合成樹脂１３２として、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ）を適用することができる。勿論、上記ボディー１１０の収容空間を密閉することができるものであれば、多様な種類の合成樹脂を適用することができる。

上記エポキシ樹脂は次のような長所がある。

先ず、接着力が強く、反応時に副生性物がない上、常温で硬化される。また、硬化される時に反応収縮が非常に小さいため、寸法変形に対する安全性に優れる。さらに、電気的性質、耐水性、耐磨耗性及び接着性、耐気候性、耐薬品性などに優れる。従って、上記エポキシ樹脂は、多様な流体に安定して用いることができる。

上記静電容量検知部１３０を基準に、上記ボディー１１０の上側１１０ａの厚さ（Ｔ）と、上記ボディー１１０の下側１１０ｂの厚さ（ｔ）は、異なっている。上記ボディーの下側１１０ｂの厚さ（ｔ）は、ボディーの上側１１０ａの厚さ（Ｔ）よりも薄い（Ｔ＞ｔ）。その理由は、上記ボディーの下側に流体が接触されると、静電容量の変化幅が大きくなり、上記水位をより敏感に検知することができるためである。

上記ボディー１１０の上側１１０ａと下側１１０ｂの厚さ（Ｔとｔ）が異なっているため、上記ボディー１１０が流体と接触しているかどうかによって、上記ボディー１１０の上側１１０ａの静電容量値と下側１１０ｂの静電容量値とが変化する。

上記静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の公式は、Ｃ＝ε（Ｋ＊（Ａ／ｄ））である。ここで、Ｃは静電容量［ｐＦ］、εは自由空間での絶対誘電定数［ｐＦ／ｍｍ］、Ｋは絶縁体の誘電定数、Ａは導体間の有効対向断面積、ｄは導体間の距離である。

上記静電容量は、誘電体（絶縁体）が電位の異なる２個の導体間に配置されると、形成される。静電容量の大きさは、導体間の距離ｄ、導体間対向断面積Ａ、及び誘電体の誘電定数Ｋにより決まる。

一般的な静電容量センサーでは、静電容量センサーの検知面（流体タンクに接触された一面）に流体が接触したときに、基準面（外部に露出する一面）の固定値と検知面の変化した誘電値を比較することによって水位を検知する固定レファレンスを使用する。この場合では、上記検知面に湿気や異物が接触すると、湿気や異物により静電容量値に差が生じて水位検知の誤作動を引き起こすこととなる。

しかし、本発明の例示的な実施の形態による静電容量水位検知装置５０の場合には、ボディー１１０が流体タンク１０の内部に露出するように設けられることにより、上記ボディー１１０の基準面（ボディーの上側１１０ａ）と検知面（ボディーの下側１１０ｂ）に同時に異物及び湿気が接触されても、上記ボディーの基準面と検知面の静電容量値が同時に変化する変動レファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を使用している。従って、上記静電容量水位検知装置５０は、ボディー１１０に湿気や異物が接触されても、基準面（ボディーの上側１１０ａ）と検知面（ボディーの下側１１０ｂ）が同様に湿気や異物の影響を受けるため、上記水位検知装置５０の誤作動を防止することができる。

一方、上記水位検知装置５０は、フロートとフロートの昇降構造などがなく、静電容量検知部１３０が電子的に検知するため、上記ボディー１１０の外側面を滑らかに形成することができる。従って、上記水位検知装置５０の外面に水垢などが付着するのを防止することができる。さらに、水位検知装置５０を掃除するのに必要な時間を短縮し、掃除周期を延長することができる。

上記のように構成された本発明による水位検知装置の作用について説明する。

先ず、上記水位検知装置５０が最高水位を測定する最高水位検知装置として設けられる場合について説明する。

図２を参照すると、上記流体タンク１０の水位が水位検知装置５０の下に位置する場合、上記水位検知装置５０のボディーの上側１１０ａと下側１１０ｂは、両方とも空気と接触している。この状態のとき、基準面であるボディーの上側１１０ａの厚さが検知面であるボディーの下側１１０ｂの厚さより大きく形成されるため、上記ボディーの上側１１０ａの静電容量値は、ボディーの下側１１０ｂの静電容量値より大きい。また、空気の誘電定数の方がボディー１１０の誘電定数よりも低いため、空気は、ボディーの上側１１０ａと下側１１ｂの静電容量値の変化に大きく影響しない。

このとき、上記ボディー１１０の上側１１０ａの静電容量値と空気の静電容量値の和は、上記ボディーの下側１１０ｂの静電容量値と空気の静電容量値の和よりも大きくなる。従って、上記ボディー１１０の上側１１０ａと下側１１０ｂが空気と接触している状態では、上側１１０ａの静電容量値が下側１１０ｂの静電容量値よりも大きいので、上記静電容量検知部１３０は、‘ＯＦＦ’の出力信号を発生させる。

また、上記ボディーの上側１１０ａと下側１１０ｂが湿気と接触していても、上記ボディー１１０の上側１１０ａと下側１１０ｂの静電容量値が同時に変化するので、上記水位検知装置の誤作動を防止することができる。

次いで、上記制御部１５０は、流体タンク１０の水位がまだ低いと判断する。そして、上記制御部１５０は、バルブを開放して上記流体タンク１０に流体を継続的に供給するように制御することができる。

上記流体タンク１０に流体が供給されるにつれ、上記流体タンク１０の水位は漸次上昇する。

暫くして、空気より誘電定数が著しく高い流体が、上記ボディー１１０の下側１１０ｂに接触する。そのため、上記ボディー１１０の下側１１０ｂの静電容量値と流体の静電容量値の和は、上記ボディー１１０の上側１１０ａの静電容量値と空気の静電容量値の和よりも著しく大きくなる。ボディーの下側の静電容量値がボディーの上側の静電容量値より大きい場合、上記静電容量検知部１３０は、‘ＯＮ’の出力信号を発生させて、同様に制御部１５０へ送る。

出力信号により流体タンク１０に流体が最高水位まで満されたと上記制御部１５０が判断すると、上記制御部１５０は、バルブを閉鎖するように制御して上記流体タンク１０に流体の供給を止める。

次に、上記水位検知装置５０が流体タンク１０の最低水位位置と最高水位位置に設けられた場合について説明する。以下では最低水位位置に設けられた水位検知装置５０を最低水位検知装置５０と、最高水位位置に設けられた水位検知装置５０を最高水位検知装置５０という。

最低水位検知装置５０のボディー１１０が流体に浸った状態では、上記最低水位検知装置５０のボディーの上側１１０ａと下側１１０ｂの両方が流体と接触している。このとき、上記ボディー１１０の誘電定数は流体の誘電定数より小さいため、上記ボディー１１０は、ボディー１１０の上側１１０ａと下側１１０ｂの静電容量値に大きく影響しない。また、ボディー１１０の下側１１０ｂと流体との間の間隔がボディー１１０の上側１１０ａと流体間との間の間隔より小さいため、流体の接触による静電容量値の影響は、ボディー１１０の上側１１０ａよりも、ボディー１１０の下側１１０ｂに相対的に大きく作用する。

従って、上記ボディーの下側１１０ｂの静電容量値と流体の静電容量値の和は、上記ボディーの上側１１０ａの静電容量値と流体の静電容量値の和よりも大きくなる。このとき、上記静電容量検知部１３０は、 ‘ＯＮ’の出力信号を発生させて、制御部１５０に出力する。

上記制御部１５０は、流体タンク１０の最低水位と同じ水位に流体が供給されたことを認識し、対応する装置を制御する。

上記流体タンクの流体が最高水位検知装置のボディーの下側と接触すると、上述したように水位検知装置の下側に流体が接触した時と同様の方式で、出力信号が出力される。そして、上記制御部は、バルブを制御して流体の供給を中断する。

上記水位検知装置は浄水器の水タンク、空気清浄器や加湿器の水槽、ビデの水タンクなどに適用可能である。また、各種液体が保存されることができるタンクに適用可能である。

本発明は、水位検知装置の外側面に異物が付くこと（たとえば、水垢の付着）を最小化し、掃除が容易で、外部の影響により誤作動を殆ど発生させないため、産業上著しい利用可能性がある。

Claims (7)

1. 流体タンクの内部に露出するように配置され、内部に収容空間が形成されたボディーと、
   前記ボディーの収容空間に収容される静電容量検知部とを含み、
   前記静電容量検知部は上側の静電容量値と下側の静電容量値を比較して、‘ＯＮ’または‘ＯＦＦ’の出力信号を発生させることを特徴とする水位検知装置。
2. 前記ボディーと前記静電容量検知部は、流体タンクの内部から水平方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。
3. 前記ボディーの下側の厚さは、前記ボディーの上側の厚さより薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。
4. 前記静電容量検知部は、上側の静電容量値が下側の静電容量値より大きいと、‘ＯＦＦ’の出力信号を発生させ、下側の静電容量値が上側の静電容量値より大きいと、‘ＯＮ’の出力信号を発生させることを特徴とする請求項３に記載の水位検知装置。
5. 前記ボディーの収容空間は、前記静電容量検知部が挿入された後、合成樹脂により密閉されることを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。
6. 前記静電容量検知部は、前記ボディーの収容空間に対する上部ギャップと下部ギャップとが同一になるように挿入され、同じ誘電定数の合成樹脂により密閉されることを特徴とする請求項５に記載の水位検知装置。
7. 前記静電容量検知部は、プリント基板アセンブリ（ＰＢＡ）であることを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。

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