JP2017194411A - 流量検出装置およびこれを備えた温水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも流量検出精度を高めることが可能な流量検出装置を提供する。
【解決手段】流体の旋回流に伴って環状流路１０ｂを周回するように環状流路１０ｂ内に配された磁性ボール３と、環状流路１０ｂの外周囲または内周囲のいずれかの位置に配され、かつ磁性ボール３が接近する都度、その旨を検知するための磁気センサＳと、を備えている、流量検出装置Ａであって、環状流路１０ｂの内側に設けられた磁性体４を、さらに備えており、磁性ボール３は、磁性体４との間で働く磁力によって旋回中心軸部２０の外周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま環状流路１０ｂを周回可能な構成とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、いわゆるボール回転方式（ボール旋回方式）の流量検出装置、およびこれを備えた温水装置に関する。

流量検出装置の具体例として、特許文献１，２に記載のものがあり、その基本的な構成の概要を、図７に示す。
同図に示す流量検出装置Ａｅは、旋回中心軸部２０と円筒状の外周壁部１３とを備えており、これらの相互間領域は、流量検出対象の流体が旋回流として流れる環状流路１０ｂとなっている。環状流路１０ｂ内には、磁石３０が内蔵された磁性ボール３が配され、流体の旋回流に伴って磁性ボール３は環状流路１０ｂを周回する。その一方、外周壁部１３の外側には、磁性ボール３が接近する都度、その旨を検知するための磁気センサＳが設けられている。
このような構成によれば、磁気センサＳによって磁性ボール３が検出される都度出力される検出信号の頻度などに基づき、流体の流量検出が可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地がある。

すなわち、磁性ボール３が環状流路１０ｂを周回する際には、磁性ボール３が、図８の矢印Ｎａで示す方向に回転（自転）する。このような自転を生じたのでは、磁性ボール３が磁気センサＳに接近した際に、磁気センサＳに対して磁石３０のＮ極が向かう場合、Ｓ極が向かう場合、およびＮ極とＳ極との双方が向かう場合とが発生する。磁気センサＳによって磁性ボール３が接近したことを正確に検出する上では、磁気センサＳに作用する磁極は一定であることが好ましく、前記したように磁気センサＳに作用する磁極が変化したのでは、磁性ボール３を正確に検出できない虞がある。

さらに、磁性ボール３は、図８（ｂ）の矢印Ｎｂで示す方向に回転（自転）する虞もある。このため、磁石３０が傾いた状態で磁気センサＳに対向し、磁石３０の強い磁力線の向き（矢印Ｎｃの向き）が磁気センサＳからずれるような場合も発生する。このような現象も、磁性ボール３の検出が不正確となる要因、ひいては流体の流量検出精度を低下させる要因となる。

実開平１−１３１１１８号公報 特公平４−７２１７２号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、従来よりも流量検出精度を高めることが可能な流量検出装置、およびこれを備えた温水装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される流量検出装置は、旋回中心軸部を囲む外周壁部を有し、かつこれら旋回中心軸部および外周壁部の相互間領域を流体の旋回流が流れる環状流路としている流路形成部材と、前記流体の旋回流に伴って前記環状流路を周回するように前記環状流路内に配され、かつ磁石を用いて構成された磁性ボールと、前記環状流路の外周囲または内周囲のいずれかの位置に配され、かつ前記磁性ボールが接近する都度、その旨を検知するための磁気センサと、を備えている、流量検出装置であって、前記環状流路の内側に設けられた磁性体を、さらに備えており、前記磁性ボールは、前記磁性体との間で働く磁力によって前記旋回中心軸部の外周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま前記環状流路を周回することが可能な構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、環状流路に流体の旋回流が生じた際に、磁性ボールは、環状流路の内側に設けられた磁性体との間で働く磁力により、旋回中心軸部の外周面に接触した状態のまま環状流路を周回するため、この周回時においては、磁性ボールに旋回中心軸部の軸長方向視における回転（図８（ａ）の矢印Ｎａの自転）を生じないようにすることが可能である。したがって、磁性ボールが磁気センサに接近する都度、前記回転に起因して磁気センサに作用する磁極が変化することを解消することができる。
また、磁性ボールが旋回中心軸部の外周面に接触する場合、磁性ボールの磁石は、その磁力が磁性体に対して最も強く作用する向きとなる（たとえば、磁石が旋回中心軸部の軸長方向に対して傾いていない向きとなる）。このことを利用し、磁性ボールの磁石の向きを、その磁力が磁気センサに対して最も強く作用する好ましい向きに設定することが可能である。その一方、本発明によれば、磁性ボールの周回方向正面視における回転（図８（ｂ）の矢印Ｎｂの自転）も防止することができるため、磁石が磁気センサに対して強い磁力を作用させる好ましい向きがずれないようにすることもできる。
このようなことから、本発明によれば、前記従来技術と比較して、磁気センサによる磁性ボールの検出をより正確に行なうことが可能となり、流体の流量検出精度を高めることができる。

本発明において、好ましくは、前記旋回中心軸部は、樹脂製であり、かつ前記磁性体は、前記旋回中心軸部に設けられた孔部内に挿入された状態、または前記旋回中心軸部の樹脂に覆われた埋設状態で、前記旋回中心軸部に取り付けられている。

このような構成によれば、磁性体を環状流路の内側に配置させることが、簡易な構成によって実現される。また、旋回中心軸部の全体を磁性体にする場合と比較して、全体の軽量化や製造コストの低減化を図ることもできる。

本発明において、好ましくは、前記旋回中心軸部と前記流路形成部材とは別体で形成されており、前記磁性ボールは、前記旋回中心軸部が前記流路形成部材に組み付けられていない状態で斜めに傾けられたときにおいても、前記旋回中心軸部の外周面に接触した状態が維持され、前記旋回中心軸部からの落下が防止される磁力をもっている。

このような構成によれば、流量検出装置の組み立て製造工程において、旋回中心軸部に磁性ボールを磁力吸着させた状態で、これらを流路形成部材に組み込む場合に、旋回中心軸部を斜めに傾けた場合であっても磁性ボールが旋回中心軸部から落下しないこととなる。したがって、流量検出装置の組み立て製造作業の容易化を図ることができる。

本発明の第２の側面により提供される流量検出装置は、旋回中心軸部を囲む外周壁部を有し、かつこれら旋回中心軸部および外周壁部の相互間領域を流体の旋回流が流れる環状流路としている流路形成部材と、前記流体の旋回流に伴って前記環状流路を周回するように前記環状流路内に配され、かつ磁石を用いて構成された磁性ボールと、前記環状流路の
外周囲または内周囲のいずれかの位置に配され、かつ前記磁性ボールが接近する都度、その旨を検知するための磁気センサと、を備えている、流量検出装置であって、前記環状流路の外周を囲むように設けられた環状の磁性体を、さらに備えており、前記磁性ボールは、前記磁性体との間で働く磁力によって前記外周壁部の内周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま前記環状流路を周回することが可能な構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、環状流路に流体の旋回流が生じた際に、磁性ボールは、環状流路の外周を囲むように設けられた環状の磁性体との間で働く磁力により、環状流路の外側に位置する外周壁部の内周面に接触した状態のまま環状流路を周回するため、本発明の第１の側面により提供される流量検出装置と同様な原理により、磁性ボールの旋回中心軸部の軸長方向視における回転（図８（ａ）の矢印Ｎａの自転）が防止される。また、磁性ボールについては、磁石の磁力が磁気センサに対して強く作用する向きに設定し得るとともに、磁性ボールの周回方向正面視における回転（図８（ｂ）の矢印Ｎｂの自転）も防止されるため、前記した磁石の好ましい向きがずれないようにすることもできる。このようなことから、磁気センサによる磁性ボールの検出を正確に行なうことが可能であり、流体の流量検出精度を高めることができる。

本発明において、好ましくは、前記旋回中心軸部の軸長方向において、前記磁性ボールの磁石の中心部と前記磁性体とは互いにオーバラップする配置とされている。

このような構成によれば、磁性ボールと磁性体との間で磁力を有効に働かせ、磁性ボールが環状流路を周回する際に、磁性ボールの回転（自転）を的確に防止する上で、一層好ましいものとなる。

本発明の第３の側面により提供される温水装置は、本発明の第１または第２の側面により提供される流量検出装置が、湯水流通経路に設けられていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１または第２の側面により提供される流量検出装置について述べたのと同様な効果を得ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明に係る流量検出装置の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIb−Ib断面図である。 図１（ａ）のIIa−IIa断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIb−IIb断面図である。 図１に示す流量検出装置の分解図である。 図１に示す流量検出装置を備えた温水装置の一例を示す概略説明図である。 （ａ）は、本発明の他の例を示す要部平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVb-Vb断面図である。 本発明の他の例を示す要部平面断面図である。 （ａ）は、従来技術の一例を示す要部平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIIb−VIIb断面図である。 （ａ）は、図７に示す従来技術の作用を示す要部平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIIIb−VIIIb断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、以降の説明においては、理解を容易にするため、図７および図８の従来技術と同一または類似の要素には、従来技術と同一の符号を用いることとする。

図１（ａ）に示す流量検出装置Ａは、流体の流入口１１および流出口１２を有するハウジング１、旋回中心軸部２０を有する補助部材２、ハウジング１内に形成された後述する環状流路１０ｂに配された磁性ボール３、磁気センサＳ、ならびに磁性体４を備えている。ハウジング１および補助部材２は、樹脂製（非磁性体）である。

ハウジング１は、本発明でいう流路形成部材の一例に相当し、流入口１１から流出口１２に到る一連の流路１０（１０ａ〜１０ｃ）を内部に形成している。補助部材２は、ハウジング１内にその上部から挿入されるようにしてハウジング１に取り付けられており、ハウジング１の流路１０内の一部に挿入されている。この補助部材２の先端寄り部分（下端寄り部分）が旋回中心軸部２０であり、この旋回中心軸部２０とハウジング１の略円筒状の外周壁部１３との相互間領域は、流体の旋回流が流れる環状流路１０ｂとなっている。

より具体的には、図１（ｂ）に示すように、ハウジング１の流入口１１側の流路１０ａは、環状流路１０ｂに対して略接線方向に流体を流れ込ませるように設けられている。このことにより、環状流路１０ｂには流体の旋回流が発生する。この旋回流は、旋回状態を維持したまま環状流路１０ｂを徐々に下降していき、その後は旋回中心軸部２０の先端部に形成されたフランジ部２０ａとハウジング１の外周壁部１３との隙間を通過して流出口１２側の流路１０ｃに流れ、流出口１２からその下流側に流れていく。

磁性ボール３は、図２によく表われているように、ブロック状などの適当な形態の磁石３０が、樹脂により覆われた構造をもち、その全体形状は、たとえば球状である。旋回中心軸部２０のうち、フランジ部２０ａの上側領域は、環状凹部２０ｂとして形成されており、磁性ボール３は、この環状凹部２０ｂ内に全体またはその一部が嵌入されるようにして環状流路１０ｂ内に位置している。したがって、磁性ボール３は、環状凹部２０ｂによって上下高さ方向（旋回中心軸部２０の軸長方向）における位置規制を受けつつ、前記した流体の旋回流に伴って環状流路１０ｂを周回可能である。

磁気センサＳは、ハウジング１の外周壁部１３の外面部に、図１（ａ）に示すブラケット片９０やビス９１などを用いて取り付けられている。この磁気センサＳは、環状流路１０ｂを周回する磁性ボール３が磁気センサＳに接近する都度、その旨を検知し、所定の検知信号を出力可能である。この検知信号に基づき磁性ボール３の周回回数のカウント動作などが可能であり、不図示のデータ処理手段において、流体の流量が演算される。磁気センサＳとしては、たとえばコイル方式やホール素子方式などの従来既知のものを用いることが可能である。

磁性体４は、たとえば鉄製の線材（針金）またはバー状部材であり、補助部材２に設けられた孔部２１内に挿入されていることにより、補助部材２への取り付けが図られている。この磁性体４は、旋回中心軸部２０の略中心に位置し、かつ上下高さ方向に延びており、上下高さ方向において磁性ボール３（少なくとも磁性ボール３の中心部）とオーバラップしている。好ましくは、磁性体４の上下長さは、磁性ボール３の磁石３０の上下・横幅・前後の幅寸法よりも長い寸法とされ、磁性体４と磁性ボール３とを互いに引き寄せる磁力ができる限り有効に働くように構成されている。このような構成に基づき、本実施形態においては、図２（ａ）に示すように、磁性ボール３は、磁性体４との間で働く磁力によって旋回中心軸部２０の外周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま環状流路１０ｂを周回するようになっている。

好ましくは、磁性ボール３と磁性体４との間で働く磁力は、図３に示すように、補助部材２がハウジング１に組み付けられていない状態において、同図仮想線で示すように補助部材２を斜めに傾けた場合であっても、磁性ボール３が旋回中心軸部２０から落下せず、旋回中心軸部２０に保持される磁力とされている。このような構成によれば、流量検出装置Ａの組み立て作業工程において、旋回中心軸部２０とともに磁性ボール３をハウジング１内に組み込む際に、旋回中心軸部２０に磁性ボール３を適切に保持させることができる。仮に、旋回中心軸部２０を傾けた場合であっても、磁性ボール３が落下しないため、それらをハウジング１内に組み込む作業が容易となる。

前記した流量検出装置Ａは、たとえば図４に示すような給湯装置ＷＨに組み込まれて使用される。
この給湯装置ＷＨは、入水口６０ａに供給された湯水が、入水路６０を介して熱交換器６に送り込まれ、かつガスバーナなどのバーナ７によって加熱されるように構成されている。加熱後の湯水は、出湯路６１を介して出湯口６１ａに到達する。一方、入水路６０と出湯路６１とは、バイパス流路６２を介して接続されており、出湯路６１を流れる加熱湯水に、パイパス流路６２を通過した非加熱の湯水が混合され、この混合比が流量調整弁Ｖ１，Ｖ２などを利用して調整されることにより、出湯口６１ａに到達する湯水温度が調整可能となっている。流量検出装置Ａは、入水路６０に設けられており、熱交換器６に送り込まれる湯水の流量検出に利用される。

次に、前記した流量検出装置Ａの作用について説明する。

まず、流入口１１に流体の一例として湯水が供給されると、この湯水は旋回流となって環状流路１０ｂを流れ、これに伴って磁性ボール３は環状流路１０ｂを周回することとなる。ここで、磁性ボール３の周回は、既述したように、磁性ボール３と磁性体４との間で働く磁力によって、磁性ボール３が旋回中心軸部２０の外周面に接触した状態のままで行なわれるため、図２（ａ）に示す平面視（旋回中心軸部２０の軸長方向視）において、磁性ボール３が自転しないようにすることができる。すなわち、図８（ａ）において矢印Ｎａで示した磁性ボール３の自転は防止される。図２（ａ）では、磁石３０のＳ極が磁性体４と引き合った例を示しているが、このような状態は、磁性ボール３が環状流路１０ｂを周回する際においても維持される。したがって、磁気センサＳに磁性ボール３が接近した際には、常に、磁石３０のＮ極が磁気センサＳ側を向くこととなる。その結果、磁気センサＳに作用する磁極が変化しないようにし、磁極の変化に起因して磁気センサＳによる磁性ボール３の検出精度が悪くなる不具合を解消することができる。

磁性ボール３は、旋回中心軸部２０の外周面に接触する場合、磁石３０と磁性体４との間で働く磁力が最も強くなる向きとなり、図２（ｂ）に示すように、磁石３０の中心軸ＣＬが上下高さ方向において傾きのない、または少ない状態となる。すると、同図から理解されるように、磁石３０は、磁気センサＳに対しても最も強い磁力を作用させ得る向き（矢印Ｎｄで示す強い磁力線が磁気センサＳからずれていない向き）となる。一方、磁性ボール３は、既述したように、磁性体４との間で働く磁力によって旋回中心軸部２０の外周面に接触したまま周回するため、図８（ｂ）の矢印Ｎｂで示した方向に回転することも防止される。したがって、磁気センサＳに磁性ボール３が接近した際には、常に、強い磁力を磁気センサＳに安定的に作用させ得ることとなる。

このようなことから、本実施形態の流量検出装置Ａにおいては、磁気センサＳによる磁性ボール３の検出精度をよくし、ひいては流体の流量検出精度もよくすることが可能となる。図３を参照して説明したように、流量検出装置Ａの組み立て作業性を向上させ得る利点も得られる。

図５および図６は、本発明の他の実施形態を示している。

図５に示す流量検出装置Ａａにおいては、ハウジング１の外周壁部１３の外周部分に、環状の磁性体４Ａが外嵌された状態に取り付けられている。前記実施形態とは異なり、旋回中心軸部２０の内部に磁性体４が設けられた構成とはされていない。本実施形態では、磁性ボール３と磁性体４Ａとの間で働く磁力により、磁性ボール３が外周壁部１３の内周面に接触し、かつこの接触状態を維持したまま環状流路１０ｂを周回可能とされている。
本実施形態においても、前記実施形態と同様な原理により、磁性ボール３の自転や、磁石３０の傾きなどが解消され、磁気センサＳよる磁性ボール３の検出精度を高めることが可能である。

図６に示す流量検出装置Ａｂにおいては、旋回中心軸部２０が円筒状に形成され、かつその内部に磁気センサＳが設けられている。このような構成においても、磁気センサＳを外周壁部１３の外側に設けた場合と同様に、磁性ボール３の周回回数のカウント動作を適切に行なうことが可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る流量検出装置、および温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

旋回中心軸部２０の内部に磁性体を設けるための手段としては、旋回中心軸部２０に設けられた孔部２１内に磁性体を挿入する手段以外として、たとえば旋回中心軸部２０を樹脂成形する際に、適当な形状およびサイズの磁性体をその内部に挿入させることにより、磁性体を旋回中心軸部２０内に埋設する手段を採用することもできる。
磁性ボール３を旋回中心軸部２０の外周面に接触させ、かつこの接触状態を維持させる場合、これを実現するための手段としては、旋回中心軸部２０とは別体の磁性体４を、旋回中心軸部２０の内部に配置させる手段に代えて、たとえば旋回中心軸部２０自体を磁性体とする手段を採用することもできる。要は、環状流路の内側（半径方向内側）に磁性体が設けられていればよい。

一方、前記とは異なり、磁性ボール３を外周壁部１３に接触させ、かつこの接触状態を維持させる場合、これを実現するための手段としては、外周壁部１３とは別体の環状の磁性体４Ａを、外周壁部１３に外嵌させる手段に代えて、磁性体４Ａを外周壁部１３内に埋設する手段、あるいは外周壁部１３の内周面自体を磁性体４Ａを用いて形成し、この磁性体４Ａに磁性ボール３を直接吸着させる手段などを採用することもできる。要は、環状の磁性体が環状流路の外周を囲むように設けられていればよい。磁性体は、単一部材でなくてもよく、たとえば半円弧状の２つ磁性体を環状に組み合わせるといった手段を採用することも可能である。

磁性ボールは、磁石を樹脂で覆った構造でなくてもよく、たとえば磁性ボールの全体が磁石であってもよい。また、磁性ボールは、必ずしも球状でなくてもよく、他の形状にすることもできる。磁気センサの具体的な種類も限定されない。本発明に係る流量検出装置は、温水装置用に限定されず、温水装置以外の様々な装置・機器類、および配管部などにおける流体の流量検出用途に用いることが可能である。したがって、流体の種類も限定されない。

Ａ，Ａａ，Ａｂ 流量検出装置
Ｓ 磁気センサ
１ ハウジング（流路形成部材）
１０ｂ 環状流路
１３ 外周壁部
２ 補助部材
２０ 旋回中心軸部
２１ 孔部
３ 磁性ボール
３０ 磁石
４，４Ａ 磁性体

Claims (6)

1. 旋回中心軸部を囲む外周壁部を有し、かつこれら旋回中心軸部および外周壁部の相互間領域を流体の旋回流が流れる環状流路としている流路形成部材と、
   前記流体の旋回流に伴って前記環状流路を周回するように前記環状流路内に配され、かつ磁石を用いて構成された磁性ボールと、
   前記環状流路の外周囲または内周囲のいずれかの位置に配され、かつ前記磁性ボールが接近する都度、その旨を検知するための磁気センサと、
   を備えている、流量検出装置であって、
   前記環状流路の内側に設けられた磁性体を、さらに備えており、
   前記磁性ボールは、前記磁性体との間で働く磁力によって前記旋回中心軸部の外周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま前記環状流路を周回することが可能な構成とされていることを特徴とする、流量検出装置。
2. 請求項１に記載の流量検出装置であって、
   前記旋回中心軸部は、樹脂製であり、かつ前記磁性体は、前記旋回中心軸部に設けられた孔部内に挿入された状態、または前記旋回中心軸部の樹脂に覆われた埋設状態で、前記旋回中心軸部に取り付けられている、流量検出装置。
3. 請求項１または２に記載の流量検出装置であって、
   前記旋回中心軸部と前記流路形成部材とは別体で形成されており、
   前記磁性ボールは、前記旋回中心軸部が前記流路形成部材に組み付けられていない状態で斜めに傾けられたときにおいても、前記旋回中心軸部の外周面に接触した状態が維持され、前記旋回中心軸部からの落下が防止される磁力をもっている、流量検出装置。
4. 旋回中心軸部を囲む外周壁部を有し、かつこれら旋回中心軸部および外周壁部の相互間領域を流体の旋回流が流れる環状流路としている流路形成部材と、
   前記流体の旋回流に伴って前記環状流路を周回するように前記環状流路内に配され、かつ磁石を用いて構成された磁性ボールと、
   前記環状流路の外周囲または内周囲のいずれかの位置に配され、かつ前記磁性ボールが接近する都度、その旨を検知するための磁気センサと、
   を備えている、流量検出装置であって、
   前記環状流路の外周を囲むように設けられた環状の磁性体を、さらに備えており、
   前記磁性ボールは、前記磁性体との間で働く磁力によって前記外周壁部の内周面に接触し、かつこの接触状態が維持されたまま前記環状流路を周回することが可能な構成とされていることを特徴とする、流量検出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の流量検出装置であって、
   前記旋回中心軸部の軸長方向において、前記磁性ボールの磁石の中心部と前記磁性体とは互いにオーバラップする配置とされている、流量検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の流量検出装置が、湯水流通経路に設けられていることを特徴とする、温水装置。

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