JP2016057249A - 流量センサ、および、それを備えたヒートポンプ給湯機 - Google Patents

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【課題】冷熱繰り返しにより固定羽根や羽根受けが外れることがない構造の流量センサを提供する。
【解決手段】筒状の器体１０と、筒状器体の上流側に設けられ軸受けを有する固定羽根２０と、筒状器体の下流側に設けられ軸受けを有する羽根受け４０と、中央軸と磁化された羽根３２を備えた回転羽根３０と、磁化された羽根３２の磁束密度の変化を検知する素子を備えた基板５０とを有し、筒状の器体１０と固定羽根２０は、上流側ではスナップフィット構造で固定され、下流側では筒状の器体１０に設けられた段差に固定羽根２０が当接する構造で固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯機等の流体用配管の途中に設置し、流体の流量を検出する流量センサ、および、それを備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。
従来、流量センサは、筒状の器体と、器体の上流側に設けられ器体内に旋回流を発生させる固定羽根と、磁化した材料を含む回転羽根と、羽根受けと、回転羽根の回転数を検知する素子を備えた基板とを有し、回転羽根の回転数を基板で検知することで流量を出力する構造となっている。回転羽根は中央に軸を有し、筒状の器体内で固定羽根と羽根受けに設けられた軸受けで回転羽根の軸を挟むように組み立てる。
特開2011-117757号公報
流量センサは、流路内に設けられ常時水流の力を受けつつも各部品を所定の位置で固定する必要がある。このために、固定羽根や羽根受けを筒状の器体に圧入してその位置を固定させる手段があるが、樹脂材料が異なると線膨張係数も異なり冷熱繰り返しにより固定羽根や羽根受けが筒状の器体から外れることが懸念される。
そこで、本発明は、冷熱繰り返しにより固定羽根や羽根受けが外れることがない構造の流量センサを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の流量センサは、筒状の器体と、筒状器体の上流側に設けられ軸受けを有する固定羽根と、筒状器体の下流側に設けられ軸受けを有する羽根受けと、中央軸と磁化された羽根を備えた回転羽根と、磁化された羽根の磁束密度の変化を検知する素子を備えた基板とを有し、筒状の器体と固定羽根は上流側と下流側が別の方法で位置が規制されていることを特徴とする。
本発明によれば、常時は固定羽根に設けた圧入代により流体の力を受けても固定羽根が動かずに安定した特性を維持することができる。また、冷熱繰り返しにおいても抜け防止により固定羽根が筒状の筐体からはずれることがなく、上下流に微小に設けるクリアランスにより材料の膨張が起こっても破壊に至ることがない。また、止め輪等で固定するのに比べて材料を削減することができる。
本実施形態に係る流量センサを示す概略構成図 固定羽根の圧入部説明図 固定羽根圧入部の寸法変化説明図 実施例１の流量センサを採用した給湯機の概略ブロック図
以下、本実施形態に係る流量センサ１００について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、流量センサ１００は筒状の器体１０と、上流側に設けられ軸受け２１と凸状の保持部２２を有する固定羽根２０と、中央部の軸３１と磁化された羽根３２を備えた回転羽根３０と、下流側に設けられ軸受け４１を備えた羽根受け４０と、ホール素子を備えた基板５０とを有する。
固定羽根２０の軸受け２１と羽根受け４０の軸受け４１により回転羽根３０の軸３１が固定され、上流側から下流側へ流体が流れる際に羽根３２に設け有られた傾斜が流体の力を受けることで回転羽根３０が回転する構造になっている。回転羽根３０の羽根３２は磁化されているため、その磁束密度の変化を基板５０内に設けられたホール素子が検出し流体の流量を出力する。
羽根受け４０は、筒状の器体１０に設けられた段差１１に支えられることでその位置を固定する。固定羽根２０は、保持部２２が筒状の器体１０に設けられた凹状の保持穴１２に引っかかるように上流側から取付ける。このとき保持部２２は、スナップフィット構造に代表されるように材料の弾性を利用することで保持穴１２に組立することが可能であり、且つ組立後保持部２２が保持穴１２に引っかかることで固定羽根２０は上流側へ抜けない構造となっている。
図２に示すように、保持部２２と保持穴１２はそれぞれ２カ所設けられており、中央から対称的に配置されている。また、固定羽根２０は凸状の圧入部２３を４カ所備えており、筒状の器体１０に同じく４カ所設けられた凹状の圧入受け部１３を嵌めあう構造となっている。圧入部２３の中央付近には凸状の圧入代２４を備え、圧入代２４が圧入受け部１３と重なることで、固定羽根２０は筒状の器体１０に固定される。また、筒状の器体１０に設けられた段差１４に圧入部２３が支えられる構造になっており、固定羽根２０はそれ下流側へ抜けない構造となっている。
各部品の材料は、筒状の器体１０は耐圧性の優れたＰＰＳ樹脂、固定羽根２０及び羽根受け４０はそれぞれ軸受け部を有するため摺動性に優れたＰＯＭ樹脂、中央部軸３１は硬さと耐食性を有するステンレス鋼、羽根３２は磁化させることができるプラスチックマグネットである。
材料が異なると線膨張係数は異なり、温度変化時に変化する寸法が異なる。例えば、ＰＰＳ樹脂（ガラス入り）の線膨張係数は、3.3×10-5〔/K〕であるのに対し、ＰＯＭ樹脂（カーボン入り）の線膨張係数は1.8×10-5〔/K〕である。流量センサ１００内を流れる流体の温度が初期状態の20℃から80℃まで変化した場合、図３に示すとおり、圧入代２４と圧入受け部１３との接触部長さが1mmとすると、圧入代２４はＰＯＭ樹脂であるため1mmの寸法が1.00108mmまで増大する。一方圧入受け部１３はＰＰＳ樹脂であるため1mmの寸法が1.00198mmまで増大する。80℃から20℃に流体の温度が戻った際に、初期状態時の位置に完全に戻らない場合があり、圧入で固定する以上の力で樹脂材料の膨張は起こるため、１回の冷熱サイクルで最大0.0009mm（1.00198mm−1.00108mm）分だけ固定羽根２０の位置がズレてしまう。
固定羽根２０を圧入のみの方法で固定する場合、前記冷熱サイクルを繰り返すことにより、最終的には固定羽根２０が上流側へ抜けてくる可能性があるが、本構造においては上流側をスナップフィット構造により抜け防止しているため上流側へ固定羽根２０が抜ける心配がない。また、下流側への抜け防止は前記段差１４により行っており、上流側への抜け防止とは異なる方法を用いることにより、固定羽根２０が上下流へ微小に移動するためのクリアランスを設けることができる。
このように、本実施例の流量センサ１００は、固定羽根部と筒状の器体を上流側と下流側で別の方法で抜け防止をし、固定羽根は上下流に微小に動くことができるクリアランスを設けると同時に、固定羽根に圧入代を設け、常時は固定羽根と筒状の器体の位置は固定されていることとした。これにより、固定羽根２０は、常時は圧入代２４部により固定されているため安定した特性を維持するとともに、温度変化による膨張の大きな力で寸法変化を余儀なくされても、上下流の抜け防止方法を変えることでクリアランスを設けているため、前記クリアランスの範囲内で常に留まることができる。
次に、図４の概略ブロック図を用いて、実施例１の流量センサ１００をヒートポンプ給湯機２００に用いた実施例２を示す。なお、ヒートポンプ給湯機２００の周知の構成、機能については、詳細説明を省略することとする。
ここに示すように、ヒートポンプ給湯機２００は、ヒートポンプユニット６３で沸かした湯水を、貯湯ユニット６８の貯湯タンクに蓄え、ふろリモコン６１や台所リモコン６２からの操作によって、浴槽８５や一般給湯に供給するものであり、流路Ａを介して供給される高温の湯水と、流路Ｂを介して供給される水が、給湯混合弁７１またはふろ混合弁７３で混合し、温度を調節した湯水となって流路Ｃまたは流路Ｄを介して一般給湯、または、浴そう８５に給湯される。
本実施例のヒートポンプ給湯機２００では、流路Ｃの給湯流量センサ６９と、流路Ｄのふろ流量センサ７６の２ヶ所に流量センサを設けている。流路Ｃ、流路Ｄには、台所リモコン６２の指令に応じて５〜８０℃の湯水が流れるため、これらの流路に設けられた給湯流量センサ６９、ふろ流量センサ７６にも５〜８０℃の湯水が流れる。すなわち、両流量センサには、冷熱の繰り返しによって熱膨張/収縮が発生しても固定羽根２０が脱落しないことが求められる。ここで、実施例１の流量センサ１００では、固定羽根２０の上流側をスナップフィット構造で固定し、下流側を筒状の器体１０に設けられた段差に固定羽根２０が当接する構造とした。このような構造とすることによって、５〜８０℃という広い温度域の湯水が流量センサ１００中を流れても、固定羽根２０が抜けるのを防止することができ、常に正確な流量を測定することができる。
１０ 筒状の器体
１１ 段差
１２ 保持穴
１３ 凹状の圧入受け部
１４ 段差
２０ 固定羽根
２１ 軸受け
２２ 凸状の保持部
２３ 凸状の圧入部
２４ 凸状の圧入代
３０ 回転羽根
３１ 中央部の軸
３２ 磁化された羽根
４０ 羽根受け
４１ 軸受け
５０ 基板
６３ ヒートポンプユニット
６８ 貯湯ユニット
６９ 給湯流量センサ
６１ ふろリモコン
６２ 台所リモコン
７１ 給湯混合弁
７３ ふろ混合弁
７６ ふろ流量センサ
８５ 浴槽
１００ 流量センサ
２００ ヒートポンプ給湯機

Claims (5)

  1. 筒状の器体と、筒状器体の上流側に設けられ軸受けを有する固定羽根と、筒状器体の下流側に設けられ軸受けを有する羽根受けと、中央軸と磁化された羽根を備えた回転羽根と、磁化された羽根の磁束密度の変化を検知する素子を備えた基板とを有し、筒状の器体と固定羽根は上流側と下流側が別の方法で位置が規制されていることを特徴とする流量センサ。
  2. 前記筒状の器体と前記固定羽根の上流側の位置規制方法は、スナップフィット構造であり、
    下流側の位置規制方法は、前記筒状の器体に設けられた段差に前記固定羽根が当接する構造であることを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
  3. 前記固定羽根は、上流側の当接部、下流側の当接部の間には所定のクリアランスを設けていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量センサ。
  4. 前記固定羽根は、前記筒状の器体に圧入により常時は固定されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の流量センサ。
  5. ヒートポンプユニットと、貯湯ユニットを備えたヒートポンプ給湯機であって、
    前記貯湯ユニットの貯湯タンクからの湯水が通る第一の流路と、
    水道管からの水が通る第二の流路と、
    前記第一の流路と前記第二の流路が混合する混合弁と、
    該混合弁で混合した湯水が流れる第三の流路と、
    前記混合弁の混合比を制御することで前記第三の流路を流れる湯水の温度を調節する制御装置と、
    を具備しており、
    前記第三の流路には、請求項１〜４何れか一項に記載の流量センサを備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
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