以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に部材の位置関係を表現することがある。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る貯湯式給湯装置の構成を表すシステム図である。本実施形態の給湯装置は、貯湯ユニット10とヒートポンプユニット12を備える。貯湯ユニット10は、貯湯タンク14のほか、湯水を循環または供給するための配管、湯水の流れを制御する制御弁、湯水の温度や流量を検出するためのセンサ等を備える。なお、以下の給水管等の「配管」は、流体が流通可能な管路を意味し、装置や部品間をつなぐ部材のほか、装置内の流通路も含む。給湯装置は、貯湯ユニット10にて適温に調整された湯水を、浴槽13やカラン15等の給水設備に供給する。給湯装置は、貯湯タンク14から送出されて適温に調整された湯水を浴槽13へ落とし込む給湯回路のほか、浴槽13に溜められた湯水を追い焚きするための追い焚き循環回路を備える。
上水道から供給される低温水は、給水管16によって貯湯ユニット10に供給される。給水管16は、貯湯ユニット10内にて第1給水管17,第2給水管18および第3給水管19に分岐している。このうち、第1給水管17が貯湯タンク14の下部に接続されている。貯湯タンク14とヒートポンプユニット12との間には沸上循環回路が形成されている。すなわち、貯湯タンク14の下部に接続された導出管20がヒートポンプユニット12に接続され、ヒートポンプユニット12に接続された戻り管22が貯湯タンク14の上部に接続されている。なお、カラン15には、給水管16を介して給湯装置とは別系統で低温水が供給される。
このような構成により、貯湯タンク14には上部に高温水、中間部に中温水、下部に低温水が存在する温度成層が形成される。貯湯タンク14の下部に溜まった冷温水は、ヒートポンプユニット12にて熱交換されて高温水となり、貯湯タンク14に戻される。導出管20には、このような沸上循環回路における湯水の循環を促進するためのポンプ23が設けられている。
ヒートポンプユニット12は、冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルを備える。この冷凍サイクルは圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器を含む冷媒循環回路を備えるが、それらの構成および動作については公知であるため、その詳細な説明を省略する。上述の沸上循環回路を流れる低温水は、その熱交換器を経る際に沸き上げられて高温水となる。
貯湯タンク14にはまた、追い焚きのための追い焚き熱源回路が接続されている。すなわち、貯湯タンク14の上部と下部とを接続する加熱循環路24が設けられ、その中途に熱交換器70およびポンプ72が配設されている。追い焚きの際にはポンプ72が駆動される。それにより、貯湯タンク14の上部に溜まった高温水が熱交換器70に導かれ、浴槽13側の循環通路82を流れる湯水との間で熱交換が行われる。熱交換により温度低下した湯水は、貯湯タンク14に戻される。
一方、貯湯タンク14の上部には、高温水を導出する給湯管25が接続されている。給湯管25は、第1給湯管26と第2給湯管28に分岐している。第1給湯管26は第2給水管18と接続され、第2給湯管28は第3給水管19と接続されている。各給湯管を流れる高温水と各給水管を流れる低温水とは、それらの配管の接続部(合流部)において混合される。第1給湯管26の高温水と第2給水管18の冷温水との混合によって適温となった湯水は、配管30を介して台所等のカラン15に供給される。一方、第2給湯管28の高温水と第3給水管19の冷温水との混合によって適温となった湯水は、給湯配管32を介して浴槽13に供給される。
第1給湯管26と第2給水管18と配管30との接続点には、第1混合弁36が設けられている。第1混合弁36は、第1給湯管26を介して供給された高温水と、第2給水管18を介して供給された低温水との混合比を調整し、配管30に適温の湯水を導出する。第1給湯管26における第1混合弁36の上流側には、逆止弁40が設けられている。第2給水管18における第1混合弁36の上流側には、逆止弁42が設けられている。配管30には上流側から温度センサ48、フローセンサ50が設けられている。図示しない制御部は、温度センサ48の温度を取得し、使用者が図示しないリモートコントローラにて設定した給湯温度となるよう第1混合弁36の開度を制御する。逆止弁40は、給湯が停止されたときに合流部の湯水が第1給湯管26に逆流することを防止する。逆止弁42は、給湯が停止されたときに合流部の湯水が第2給水管18に逆流することを防止する。
一方、第2給湯管28と第3給水管19と給湯配管32との接続点には、第2混合弁38が設けられている。第2混合弁38は、第2給湯管28を介して供給された高温水と、第3給水管19を介して供給された低温水との混合比を調整し、給湯配管32に適温の湯水を導出する。第2給湯管28における第2混合弁38の上流側には、逆止弁44が設けられている。第3給水管19における第2混合弁38の上流側には、逆止弁46が設けられている。給湯配管32には上流側から温度センサ52、制御弁ユニット54が設けられている。図示しない制御部は、温度センサ52の温度を取得し、使用者が図示しないリモートコントローラにて設定した給湯温度となるよう第2混合弁38の開度を制御する。逆止弁44は、給湯が停止されたときに合流部の湯水が第2給湯管28に逆流することを防止する。逆止弁46は、給湯が停止されたときに合流部の湯水が第3給水管19に逆流することを防止する。
給水管16における第1給水管17との分岐点の上流側には、逆止弁55、減圧弁56および遮断弁58が設けられている。減圧弁56は、給水管16を介して供給される冷温水の圧力を適宜減圧する。すなわち、水圧により貯湯タンク14等が破損しないように適宜圧力調整を行うものである。遮断弁58は、貯湯タンク14に所定の湯水が溜まったときに給水管16を遮断し、冷温水の供給を適宜停止する。逆止弁55は、貯湯ユニット10への給水の停止時に給水管16における湯水の逆流を防止する。
また、制御弁ユニット54は、その上流側から制御弁60、逆止弁62、大気開放弁64および逆止弁66が設けられている。制御弁60は、電磁弁であり、給湯配管32を開閉することにより浴槽13への湯水の供給を許容又は遮断する。逆止弁66および逆止弁62は、浴槽13から貯湯タンク14側への湯水の逆流を段階的に防止する。大気開放弁64は、上流側(一次側)の圧力低下に応動して逆止弁62と逆止弁66との間の空間を大気に開放する。
すなわち、例えば浴槽13が貯湯ユニット10よりも高い位置に設置されるような場合、浴槽13の側に配置された逆止弁66が異物の噛み込みなどにより水密不良となっていた場合には、浴槽13内の汚水がその水頭圧により逆止弁66を介して大気開放弁64まで逆流してくる。このような場合であっても、その汚水は大気開放弁64によって大気に放出されるため、浴槽13内の汚水が貯湯ユニット10ひいては上水道の方まで逆流することを防止できる。
給湯配管32は、制御弁ユニット54の下流側の分岐点Pにて、浴槽13へ直接つながる接続通路80と、追い焚き循環回路を形成する循環通路82とに分岐する。分岐点Pには検出ユニット68が設けられている。検出ユニット68は、詳しくは後述するように、フローセンサ付きの分岐配管である。
接続通路80にはポンプ84が設けられ、循環通路82の中途には熱交換器70が設けられる。ポンプ84は、追い焚き時にのみ駆動される。すなわち、浴槽13の湯張りを行うときには制御弁60が開弁され、第2混合弁38にて適温に調整された湯水が供給される。その湯水は分岐点Pにて分岐し、図中実線矢印にて示すように、一方で接続通路80を介して浴槽13へ供給され、他方で循環通路82を介して浴槽13へ供給される。ただし、湯張り時にはポンプ72は駆動されないため、追い焚きが行われることはない。湯張り中の湯水の供給量は、検出ユニット68の検出値に基づいて算出される。所定流量の湯水の供給が完了すると、制御弁60が閉弁され、湯張りは停止される。
一方、追い焚き時には、ポンプ72,84が駆動される。その結果、図中点線矢印にて示すように、浴槽13内の湯水が熱交換器70へ向けて送り出され、追い焚き循環回路を循環する。浴槽13から排出された冷めた湯水は、熱交換器70にて熱交換されて昇温し、再び浴槽13へと戻される。この追い焚きにより、浴槽13内の湯水が適温に温められる。なお、追い焚き時には制御弁60が閉弁され、また逆止弁66が閉弁状態を維持するため、浴槽13内の汚水が給湯配管32に逆流することはない。
本実施形態では、湯張りを行う際に、検出ユニット68により検出される湯水の流量の積算値が演算され、その積算値が設定された湯量に達したときに制御弁60が閉弁される。それにより、湯張りが完了する。また、追い焚きを行う際にも、その追い焚き循環回路における湯水の循環有無が検出ユニット68により検出される。すなわち、検出ユニット68が、湯張りの際の出湯量を検出するためのフローセンサとして機能するとともに、追い焚きの際の湯水の循環有無を検出するためのフロースイッチとしても機能する。検出ユニット68が後者のフロースイッチとして機能するとき、その循環継続時間により追い焚き終了時間の目安を求めることもできる。この検出ユニット68の構成および動作の詳細については後述する。
次に、検出ユニットの具体的構成について説明する。図2は、検出ユニットの全体構成を表す断面図である。図3は、センサの回転軸および回転体の構成を表す説明図である。図3(a)〜(c)は、第1回転体および回転軸の組み付け構造を示す。(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、(c)は底面図である。図3(d)は第2回転体を表す斜視図である。図3(e)は、回転体と回転軸との組み付け構造を表す断面図である。図4は、図2のA−A矢視断面図である。
図2に示すように、検出ユニット68は、分岐配管90とセンサ92とを備える。分岐配管90はT字形のボディ93を有する管継手であり、導入管部94と導入出管部96と導出管部98とを接続し、三方向に開口する。ボディ93は、「メインボディ」として機能する。導入管部94には湯水を導入する導入ポートが設けられ、導入出管部96には湯水を導入又は導出する導入出ポートが設けられ、導出管部98には湯水を導出する導出ポートが設けられている。導入管部94と導出管部98とは同軸状に接続されて直管部95を構成し、それらに直交するように導入出管部96が接続されている。導入出管部96と導出管部98とはそれらの接続点111にて直角に曲がる曲がり管部97を構成する。
導入管部94は第1開口端106を有し、導入出管部96は第2開口端108を有し、導出管部98は第3開口端110を有する。第1開口端106は湯水を導入する導入ポートとして機能し、第2開口端108は湯水を導入又は導出する導入出ポートとして機能し、第3開口端110は湯水を導出する導出ポートとして機能する。これらの開口端はそれぞれ他の配管に分岐配管90を接続するための接続口である。ボディ93内には、第1開口端106と第3開口端110とをつなぐ第1流路105と、第1流路105から分岐して第2開口端108とつながる分岐流路107と、第2開口端108と第3開口端110とをつなぐ第2流路109とが形成される。第1流路105と第2流路109は、互いの中間部(第1流路105における分岐流路107への分岐点)にて接続されている。この接続点111は、上述した分岐点Pと一致する。
第1開口端106は、給湯配管32の浴槽13側の末端に接続される。図1を参照して説明したように、給湯配管32は、貯湯タンク14から送出されて適温に調整された湯水を浴槽13へ落とし込む給湯回路を、浴槽13に溜められた湯水を追い焚きするための循環回路に接続する配管である。第2開口端108は、追い焚き循環回路の接続通路80に接続される。第3開口端110は、追い焚き循環回路の循環通路82に接続される。このようにして、分岐配管90は、循環回路(接続通路80および循環通路82)と給湯配管32との接続部を形成する。第2開口端108と第3開口端110とをつなぐ管路は、追い焚きのための循環回路の一部となっている。
湯張り時(給湯時)には、図中実線矢印にて示すように、給湯配管32から第1開口端106を介して導入された湯水が、接続点111にて分岐するように流れる。すなわち、その湯水は、一方で接続点111をそのまま直進して第3開口端110を介して循環通路82へ導かれ、他方で接続点111にて90度進行方向を変え、第2開口端108を介して接続通路80へ導かれる。一方、追い焚き時には、図中点線矢印にて示すように、接続通路80から第2開口端108を介して導入された湯水が、接続点111にて90度進行方向を変え、第3開口端110を介して循環通路82へ導かれる。この追い焚き時には、図1に示した逆止弁66が閉弁状態となるため、第1開口端106を介した湯水の流通は遮断される。このため、第2開口端108から導入された湯水が第1開口端106側に導かれることはない。つまり、湯水が第1流路105を逆流することはない。
センサ92は、羽根車の回転に基づいて検出信号を出力する回転式のフローセンサである。センサ92は、センサ本体112と検出部114とを備える。センサ本体112は、有底円筒状のボディ116と、ボディ116の軸線に沿って延在する回転軸118を含む。ボディ116の内方には湯水を流通させる内部通路120が形成され、その内部通路120の上流端には湯水を導入するための入口ポート122が設けられ、下流端には湯水を導出するための出口ポート124が設けられている。
回転軸118は、金属製の回転軸126と、樹脂製の回転軸128とを軸線方向に同軸状に接続して構成される。回転軸126は「第1回転軸」として機能し、回転軸128は「第2回転軸」として機能する。回転軸126には樹脂製の羽根車130が一体に設けられ、回転軸128には樹脂製の羽根車132が一体に設けられている。羽根車130が「第1回転体」として機能し、羽根車132が「第2回転体」として機能する。ボディ116の上流側開口端部には整流器134が嵌着されている。これらボディ116と整流器134が「センサボディ」を構成する。
図3(a)〜(c)にも示すように、羽根車130は、回転軸126を中心に放射状に延びる4枚の羽根136を有する。図3(e)に示すように、回転軸126は、軸線方向中央に設けられた小さな切欠部138を除き、その全長にわたって均一な円断面を有する円柱状に形成されている。羽根136は平羽根からなり、回転軸126の外周面に90度ごとに設けられている。本実施形態では、これらの羽根136を磁性粉が混合された樹脂材のモールド成形により得ており、隣接する羽根136が異なる磁極を示すように構成されている。すなわち、隣接する平羽根にN極とS極とを交互に着磁させている。変形例においては、永久磁石等を羽根136の表面や内部に固定してもよい。各羽根136は、その内周面の中央部が切欠部138に嵌合する形となり、回転軸126の軸線方向にずれないように構成されている。
図3(b)および(e)に示すように、回転軸128は、所定の金型を用いた樹脂材の射出成形により段付円柱状に形成されている。回転軸128は、回転軸126よりも大径の本体を有し、その本体の上端部に半径方向外向きに突出する係止部140を有する。係止部140は、その外径および内径が上方に向かって段階的に拡径する段付円板状をなし、その内方には所定深さの嵌合穴142が形成されている。この嵌合穴142に回転軸126の一方の端部が圧入されることにより、回転軸126と回転軸128とが同軸状に固定されている。回転軸128の側面には部分的に平坦部144(いわゆるDカット形状)が設けられている。
図3(d)に示すように、羽根車132は、円筒状の本体133を有し、その本体133の軸線を中心に放射状に延びる4枚の羽根146と、その上方に設けられた円錐状のガイド部148を有する。ガイド部148は、上端部の外径が回転軸128の外径よりやや大きく、下端部の外径が4枚の羽根146の外接円の径とほぼ等しくされ、上流側から下流側に向けて大径化するテーパ面を有する。ガイド部148の下面は、下流側に面する壁面150を形成する。ガイド部148は、後述する「流路規制部材」として機能し、第1流路105において接続点111から上流側に向けて異物が流れることを抑制する「異物規制構造」を構成する。
図3(e)に示すように、羽根車132は、回転軸128に対して下方(係止部140とは反対側)から組み付けられ、止輪152により回転軸128に固定される。羽根車132の内周面にも図示しない平坦部が設けられており、その平坦部が回転軸128の平坦部144と係合するように組み付けられる。それにより、羽根車132が回転軸128に安定に固定され、両者の相対的な回転が防止されている。
図2に戻り、検出部114は磁気センサからなり、例えばリードスイッチやホール素子等磁界の変化を検出するセンサ素子を用いることができる。なお、検出部114は羽根車130の回転状態を検出できればよく、その種類は適宜選択できる。検出部114は、羽根車130の側方の配管壁内に埋設されているが、配管外面に配置してもよい。
回転軸118は、整流器134の中央に設けられた軸受160と、ボディ116の底部中央に設けられた軸受162とにより回転自在に二点支持されている。軸受162が「第1軸受」として機能し、軸受160が「第2軸受」として機能する。より詳細には、回転軸126の一端部が軸受160に挿通されて回転可能に支持され、回転軸128の一端部が軸受162に挿通されて回転可能に支持されている。
すなわち、整流器134は、リング状の本体の中央部に軸部を有し、その軸部の回転軸126との対向面に設けられた嵌合溝により軸受160が構成されている。回転軸126の上流側端部が軸受160に摺動可能に挿通されている。一方、ボディ116の底部には、内方に向けてやや突出する円ボス状の軸受162が設けられている。ボディ116の底部における軸受162の周囲には、内外を連通する複数の連通孔164が設けられている。連通孔164は、出口ポート124として機能する。なお、図示のように、係止部140が軸受162の上流側端面に係止されることにより、回転軸128の脱落が防止されている。回転軸128は、第1流路105と第2流路109との接続点111に到るまで延出し、片持ち状に支持されている。羽根車132は、その4つの羽根146が接続点111に位置するように配置されている。
整流器134は、湯水が第1流路を流れるときに羽根車130の上流側近傍にて渦流を生成する。すなわち、上述のように羽根車130の羽根136が回転軸126に対して平行な平羽根からなる場合、羽根136を回転させるための湯水の流れは、渦巻き状の軸流であることが必要となる。このため、整流器134には、羽根車130の上流側に渦流を形成するための複数枚の整流羽根135が配設されている。この整流羽根135は、軸線周りに捩じられたスクリュー状に形成されている。本実施形態では、7枚の整流羽根135が等間隔で配置されている(図2には一枚のみ表示)。隣接する整流羽根135間に形成される通路が、入口ポート122として機能する。
複数枚の整流羽根135は、外縁部分で環状に連結されて整流リングを形成している。給湯配管32から第1開口端102を介して流れ込む湯水は、整流羽根135を通過することにより、その整流羽根135の捩れに応じた渦流となり、羽根車130に導かれる。その結果、羽根車130は、渦流の軸流速度、つまり湯水の流速に応じた回転速度で回転することになる。そして、羽根車130の回転速度に応じた磁界の変化を検出部114にて検出することにより、第1開口端102から流入する湯水の流量を算出することができる。図示しない演算部は、この流量を積算することにより、浴槽13への注湯量を算出することができる。この演算部は、給湯システムの制御部の一部を構成するが、制御部とは別に構成されてもよい。例えば、検出部114と一体または検出部114に隣接して配置してもよい。
ボディ116の円筒側面の一部は平坦部(Dカット形状)とされている。また、センサ本体112を受け入れるボディ93の内壁も同様に平坦部とされている。センサ本体112をボディ93内に組み付ける際には、これらの平坦部同士の係合により、センサ本体112の軸線周りの回転方向の位置決めを正確に行うことができる。センサ本体112のボディ93に対する軸流方向の位置決め(圧入量)は、ボディ93の内壁面に形成された段部166にボディ116の底部(軸受162側の端部)を当接させることで行うことができる。
図4に示すように、第2流路109における接続点111の上流側近傍には、羽根車130に回転力を与える方向に湯水を導くための誘導構造(渦流誘発構造)が設けられている。この誘導構造は、接続点111の上流側にて第2流路109の流路の半分を遮蔽する遮蔽壁170により実現される。すなわち、遮蔽壁170により第2流路109の半分を遮蔽することで、追い焚き時に第2開口端108を介して湯水が導入されると(図中点線矢印参照)、その湯水を羽根車132の軸線に対して偏った位置に導くことができる。その結果、羽根車132を水車のような態様で常に図中時計方向に回転させることが可能となる。
なお、誘導構造は、第2流路109を流れる湯水を羽根車132が回転しやすい所定の位置に誘導できればよく、図示の構造以外にも、例えば第2流路109の内壁に整流翼を設けたり、凹凸を設けることによって実現してもよい。なお、本実施形態では、湯張り時と追い焚き時とで羽根車132の回転方向(つまり羽根車130の回転方向)が逆方向となるように遮蔽壁170が形成されている。
図2に戻り、このような羽根車132の回転は、回転軸118を介して羽根車130に伝達され、検出部114により検出される。すなわち、羽根車130は、第2流路109を流れる湯水によっても、その流速に応じた回転速度で回転することになる。そして、羽根車130の回転速度に応じた磁界の変化を検出部114で検出することにより、図示しない演算部は、第2流路109を流れる湯水の流量を算出することができる。
ただし、第2流路109を流れる湯水は、遮蔽壁170の影響を受けて渦流となり、その渦流が羽根車132ひいては羽根車130の回転を促進する方向に作用する。そのため、検出部114により検出される羽根車130の回転数と、第2流路109を流れる湯水の流量との関係を対応付けるのは必ずしも容易でない。そこで本実施形態では、演算部は、第2流路109を流れる湯水によって羽根車132が回転している場合は、湯水が流動しているか否かのみを検出する。つまり、本実施形態では基本的に、羽根車132をフロースイッチとして利用する。
以上のような構成において、検出部114は、羽根車130の回転に応じた検出信号を出力する。図示しない制御部は、湯張り時に検出部114の検出値をサンプリングし、それを積算することにより給湯配管32を流れる湯水の流量を算出する。そして、その算出値が設定された湯量に到達すると、ソレノイドへの通電を停止して制御弁60を閉弁させ、給湯を停止する。
一方、追い焚き時には制御弁60が閉弁状態とされているため、逆止弁62および逆止弁66がともに閉弁状態を維持する。一方、ポンプ84が駆動されるため、浴槽13から湯水が導出され、追い焚き循環回路を流れるようになる。その結果、羽根車130の回転方向は湯張り時とは逆方向となる。制御部は、その検出部114の検出値に基づいて浴槽13の湯水の循環有無を判定する。
本実施形態では、ポンプ84が駆動されており、かつ検出部114により検出される羽根車130の回転数が所定回転数以上となっている場合に、制御部は、浴槽13の湯水が追い焚き循環回路を循環している(追い焚き中である、あるいは追い焚き機能が正常に動作している)と判定する。ポンプ84が駆動されているにもかかわらず、羽根車130の回転数が所定回転数以上とならない場合には、制御部は、浴槽13の湯水が追い焚き循環回路を循環していない(追い焚き中ではない、あるいは追い焚き機能が正常に動作していない)と判定する。
すなわち、検出ユニット68は、湯張りの際の出湯量を検出するためのフローセンサとして機能するとともに、追い焚きの際の湯水の循環有無を検出するためのフロースイッチとしても機能する。制御部は、検出される湯水の流れが注湯であるか循環であるかを識別することも可能である。検出ユニット68がフロースイッチとして機能するとき、その循環継続時間により追い焚き終了時間の目安を求めることもできる。なお、変形例においては、追い焚き時においても検出部114の検出値を積算して湯水の流量を算出するようにしてもよい。すなわち、検出ユニット68を、湯張り時および追い焚き時のいずれにおいてもフローセンサとして機能させてもよい。
次に、センサ92への異物の絡みを防止するための異物規制構造について説明する。図5は、異物規制構造およびその作用を示す説明図である。なお、同図には説明の便宜上、羽根車132の断面ではなく外観が示されている。
追い焚き時に循環する湯水には、浴槽13の利用者の入浴によって毛髪や湯垢等の異物が混入している場合がある。特に羽根車130,132の回転により摺動する部分、つまり回転軸118と各軸受160,162との間に異物が絡み付くと、それらの回転不良を引き起こす要因となる。またそのような場合、絡み付いた異物をメンテナンス等により除去する必要があり、ランニングコストが嵩む。
そこで、本実施形態ではこのような事態を回避又は少なくとも抑制するために、図5にも示すように、接続点111に近い側の軸受162を、第1流路105におけるその接続点111よりも上流側に配置している。このような構成により、仮に追い焚き循環回路を流れる湯水に汚物が混入していたとしても、その異物が軸受162および軸受160に導かれ難くしている。
一方、本実施形態を実施するにあたり検証試験を行ったところ、接続点111には第1流路105の軸線を中心とした渦流(旋回流)が発生し、その渦流の影響が第1流路105における接続点111の上流側にも及ぶことが確認された。このため、その渦流によって異物を接続点111の上流側へ導く作用が発生する可能性はあるが、ガイド部148によって接続点111よりも上流側の位置にて第1流路105を狭めることにより、その可能性が低減されている。すなわち、ガイド部148により第1流路105を狭める構造が、異物が軸受162の側へ流れることを抑制する「異物規制構造」として機能する。このため、追い焚き循環回路を流れる湯水は、センサ本体112が配置された領域には導かれ難く、第2開口端108から第3開口端110に向けて流れ易くなる。すなわち、検出ユニット68が異物の影響を受け難くすることができる。
また、羽根車132の構造および配置にも工夫がなされている。すなわち、上述のように、羽根車132の上部にはガイド部148が設けられ、そのガイド部148の側面がテーパ面とされており、その下端が複数の羽根146の側面に滑らかにつながっている。また、ガイド部148の下面が下流側に面した壁面150とされている。そして図示のように、ガイド部148が、第1流路105における接続点111よりも上流側に位置するように配置されている。図示の例では、ガイド部148の下流端が、第2流路109の接続点111への開口端よりも第1流路105の上流側にhの距離に位置するよう設定されている。
このような配置構成により、毛髪等の異物が羽根車132に対して絡み付き難くされている。すなわち、第2流路109を流れる異物は、そのほとんどがガイド部148の下方を通ってそのまま下流側に導かれるか(波線矢印参照)、又は壁面150にて跳ね返るようにして下流側に導かれる(一点鎖線矢印参照)。仮に、異物の一部が浮遊してガイド部148の側に侵入したとしても、そのテーパ面を滑るように下流側に導かれるようになる(点線矢印参照)。その結果、羽根車132への異物の絡み付きを効果的に防止又は抑制することができる。
なお、仮に追い焚きにより循環した異物が羽根車132に付着するなどして残留したとしても、次に湯張りが行われたときに第1開口端106から導入された湯水により洗い流されるため、その残留した異物が悪影響を及ぼす可能性は低い。
以上に説明したように、本実施形態によれば、追い焚き循環回路と給湯配管32との接続部に分岐配管90が設けられ、その分岐配管90に検出ユニット68が設けられるところ、その羽根車の回転軸を支持する軸受160,162が、第1流路105における接続点111よりも上流側に設けられる。さらに、第1流路105における軸受部よりも下流側かつ接続点111よりも上流側の位置にて第1流路105を狭めることによる異物規制構造が設けられている。このため、仮に循環回路を流れる汚水に異物が含まれていたとしても、その異物が異物規制構造を超えて第1流路105の上流側へ侵入するのは難しく、循環回路に沿って第2流路109の下流側へ導かれるようになる。このため、接続点111よりも上流側に位置する軸受160,162に異物が侵入する可能性は低い。すなわち、異物の影響を受け難い検出ユニットひいては給湯システムを提供することができる。また、浴槽13への注湯量計測のためのフローセンサと循環運転検知のためのフロースイッチの2つの機能を1つのフローセンサにより実現することができる。これにより、部品点数の削減や配管接続の簡素化が実現でき、給湯システム全体の価格低減につなげることができる。
また、本実施形態では、回転軸126に回転軸128を直列に接続することにより、軸線方向に2つの羽根車130,132を配置するセンサ92を簡易に実現することができる。特にセンサ92の構成においては、整流器134、羽根車130、回転軸126などについて、既存のセンサの部品をそのまま流用することもでき、部品コストの低減が可能となる。
[第2実施形態]
本実施形態の検出ユニットは、第2回転体を設けることなく第2流路における流体の流動状態を検出する点が第1実施形態と異なる。以下では、第1実施形態との相異点を中心に説明する。第1実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどしてその説明を省略する。図6は、第2実施形態に係る検出ユニットの全体構成を表す断面図である。図7は、センサおよびその周辺の構造を表す図である。図7(a)はセンサ周辺の構造を示す部分拡大図であり、図7(b)は流路規制部材を表す斜視図である。図8は、図6のA−A矢視断面図である。
図6に示すように、検出ユニット268は、分岐配管290とセンサ292とを備える。分岐配管290はT字形のボディ293を有する管継手であり、導入管部294、導入出管部296および導出管部298を有する。導入管部294と導出管部298とが直管部295を構成し、それらに直交するように導入出管部296が接続されている。導入出管部296と導出管部298とはそれらの接続点111にて直角に曲がる曲がり管部297を構成する。導入管部294の奥方の内周面には、図示しない外部配管の挿入量を規定するための複数のリブ250が突設されている。また、導入管部294、導入出管部296および導出管部298の開口部近傍には、外部配管を接続するためのピンが挿通される複数の挿通孔252が設けられている。
センサ292は、センサ本体212と検出部114とを備える。センサ本体212は、有底円筒状のボディ116と、ボディ116の軸線に沿って延在する回転軸218を含む。回転軸218は、金属製の回転軸126のみからなる。回転軸218は、整流器134の中央に設けられた軸受160と、ボディ116の底部中央に設けられた軸受262とにより回転自在に二点支持されている。軸受262にはガイド部材230が一体に設けられている。ガイド部材230は、第1流路105において軸受262の下流側に延在し、その先端部が接続点111の近傍に位置する。ガイド部材230は、後述する「流路規制部材」として機能し、第1流路105において接続点111から上流側に向けて異物が流れることを抑制する「異物規制構造」を構成する。
図7(a)および(b)にも示すように、センサ本体212の下流側端部には、円環状の端部材220が嵌合するようにして取り付けられる。端部材220、軸受262およびガイド部材230は、樹脂材の射出成形により同軸状に一体成形され、軸受ユニット260を構成する。端部材220と軸受262とは半径方向に延びる一対の支持片222により接続されている。すなわち、軸受262およびガイド部材230は、端部材220により一対の支持片222を介して支持されている。
軸受262は、回転軸218の一端部を摺動可能に挿通させる挿通孔224と、その回転軸218の先端を係止可能なストッパ226を有する。また、軸受262の側面を径方向に貫通するように貫通孔228が設けられている。貫通孔228は挿通孔224と連通し、それらが連通する空間にストッパ226が配置されている。挿通孔224を介して軸受262の内方に微細な異物が侵入したとしても、貫通孔228を介してその異物を排出できるようにしたものである。
軸受262の下流側にガイド部材230が連設されている。ガイド部材230は、有底円筒状をなし、その先端部(下流側端部)がテーパ状に広がるガイド部232となっている。図示の例では、ガイド部232の下流端が、第2流路109の接続点111への開口端よりも第1流路105の上流側にhの距離に位置するよう設定されている。ガイド部232は、第1流路105の下流側に向けて外径が徐々に大きくなる外周面を有するため、第1流路105の流路断面が接続点111の近傍位置において狭くなっている。すなわち、ガイド部232は、軸受262よりも下流側かつ接続点111よりも上流側の位置にて第1流路105を狭めることにより、接続点111から上流側に向けて異物が流れることを抑制する「異物規制構造」を構成する。
図8に示すように、第2流路109における接続点111の上流側には、接続点111にて渦流を発生させるための渦流誘発構造が設けられている。この渦流誘発構造は、接続点111の上流側にて第2流路109の流路断面の片側半部を遮蔽する遮蔽壁170により実現される。遮蔽壁170は、第2開口端108側からみて第1流路105の軸線L1に対して片側を遮蔽するように設けられている。遮蔽壁170が形成される通路断面において、その遮蔽壁170の反対側領域が接続点111への入口開口部172を形成している。すなわち、遮蔽壁170を設けることにより、第2流路109の一部の断面が半円状となり、第2流路109の軸線に対して非対称となるようにされている。
このように遮蔽壁170により第2流路109にて接続点111へ向かう流体を第1流路105の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、第1流路105における接続点111の位置に渦流を発生させることができる。すなわち、追い焚き時に第2開口端108を介して湯水が導入されると、その湯水は入口開口部172を介して接続点111に導かれる。この湯水は、図中二点鎖線にて示すように、第2開口端108側からみて奥方の管壁面の片側半部に突き当たり、第1流路105の内周面に沿って旋回しつつ下流側に導かれるようになる。この湯水の旋回流が渦流を生成する。すなわち、この渦流誘発構造は、接続点111へ導出する湯水の流れを第1流路105の軸線に対して偏った位置に導くことにより、接続点111において第1流路105の軸線周りに旋回する渦流を発生させるものである。この渦流は、第1流路105の軸線を中心としたものとなる。
図7(a)にも示すように、この渦流は、第1流路105における接続点111の上流側にも渦を誘発する。それにより、羽根車130を回転させることができ、その回転が検出部114により検出される。すなわち、羽根車130は、第2流路109を流れる湯水によっても、その流速に応じた回転速度で回転することになる。つまり、第1実施形態のように羽根車132を設けなくとも、渦流により羽根車130が回転することにより、第2流路109を流れる湯水の流動状態を検出することができる。ただし、羽根車130のより安定した回転状態を得るためには、第1実施形態のように接続点111に別途の羽根車132(第2回転体)を設けることが好ましい。
ところで、このような渦流の発生状態を観察したところ、第2流路109を流れる湯水の一部がその渦流により第1流路105における接続点111の上流側に導かれることが分かった。すなわち、図中太い二点鎖線にて示すように、この湯水の一部は、管壁に沿って旋回しつつセンサ292側に導かれた後、管中央側を通って接続点111に戻り、下流側に導かれるような挙動を示す。このため、この湯水の挙動に乗じて毛髪等の異物がセンサ292側に導かれないようにする必要がある。
この点、本実施形態では上述のように、ガイド部232が第1流路105を狭めることにより、接続点111から上流側に向けて異物が流れることを抑制している。それにより、毛髪等の異物がセンサ本体212の軸受に対して絡み付き難くされている。第2流路109を流れる異物は、そのほとんどがガイド部材230の下方を通ってそのまま下流側に導かれるか(波線矢印参照)、又はガイド部材230にて跳ね返るようにして下流側に導かれる(一点鎖線矢印参照)。仮に、異物の一部が浮遊してガイド部232の側に侵入したとしても、そのテーパ面を滑るように下流側に導かれるようになる(点線矢印参照)。その結果、羽根車132への異物の絡み付きを効果的に防止又は抑制できる。
以上に説明したように、本実施形態においても、羽根車130の回転軸128を支持する軸受部が、第1流路105における接続点111よりも上流側に設けられる。さらに、第1流路105における軸受部よりも下流側かつ接続点111よりも上流側の位置にて第1流路105を狭めることによる異物規制構造が設けられている。このため、仮に循環回路を流れる汚水に異物が含まれていたとしても、その異物が異物規制構造を超えて第1流路105の上流側へ侵入することを防止又は抑制できる。すなわち、異物の影響を受け難い検出ユニットひいては給湯システムを提供することができる。また、渦流を利用した羽根車130の回転により、接続点111に別途の羽根車を設けなくとも第2流路109における湯水の流動状態を検出することができる。このため、第1実施形態と比較してさらなる部品点数の削減が可能となる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
図9は、第2実施形態の変形例に係るセンサおよびその周辺の構造を表す図である。図9(a)はセンサ周辺の構造を示す部分拡大図であり、図9(b)は端部材の構造を表す斜視図であり、図9(c)は流路規制部材を表す斜視図である。なお、第2実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどしてその説明を省略する。
本変形例では、センサ本体312とガイド部材330とが個別に作製された後、分岐配管90内にて組み付けられている。すなわち、端部材320とガイド部材330とは一体成形されていない。端部材320は、半径方向に延びる3つの支持片222を介して軸受262を支持している。一方、ガイド部材330は、有底円筒状の本体332の一端側に円環状の支持部334を有し、他端側にガイド部232を有する。本体332と支持部334とは、半径方向に延びる3つの支持片322を介して接続されている。端部材320とガイド部材330とが組み付けられたときに、その3つの支持片322が3つの支持片222と重なるような位置関係となる。このような構成によっても、第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、センサ392として端部材320を備える市販のものをそのまま利用することにより、製造コストの削減を図ることもできる。
図10および図11は、第2実施形態の他の変形例に係るセンサおよびその周辺の構造を表す図である。各図の(a)はセンサ周辺の構造を示す部分拡大図であり、(b)は流路規制部材を表す斜視図である。
図10に示す変形例では、ガイド部材430のガイド部432が半球面を有するように構成されている。また、図11に示す変形例では、ガイド部材530が段付円筒状をなし、ガイド部532が本体332より大径の円筒面を有するように構成されている。このような構成を採用しても、軸受部側への異物の侵入を防止又は抑制することができる。
上記実施形態では羽根車130の羽根として平羽根を採用したが、スクリュー状に捻られた羽根(「ねじり羽根」ともいう)としてもよい。それにより、整流器134を単なる軸受部材に置き換えることができ、部品コストを削減することができる。
上記第1実施形態では、回転軸128を樹脂材にて構成したが、金属材にて構成してもよい。また、上記実施形態では、回転軸126を金属材にて構成したが、樹脂材にて構成してもよい。その場合、回転軸126を支持する軸受との摺動性を確保するために、フッ素樹脂やポリアセタール樹脂等のような潤滑性のよい樹脂材で形成することが望ましい。
上記第1実施形態では、回転軸126と回転軸128とを圧入により固定する例を示した。変形例においては圧入ではなく、接着、接合、嵌合、加締め、螺合その他の手段により両者を固定してもよい。
上記第1実施形態では、検出部114を羽根車130に対応する位置に配置した。変形例においては、検出部114を羽根車132に対応する位置、つまり接続点111に対応する位置に配置してもよい。その場合、羽根車132に着磁させるようにする。
上記実施形態では述べなかったが、検出ユニットにおけるセンサ92の上流側に逆止弁を配置してもよい。その場合、図1に示した逆止弁66を省略してもよい。すなわち、ボディにおける検出部の上流側に逆止弁を設けてもよい。
上記実施形態では、検出ユニットのボディを一体成形により得る例を示したが、別体で成形した複数の管部材を組み付けてボディを形成してもよい。また、例えば検出ユニット68のボディと制御弁ユニット54のボディとを一体に組み付け、共用のボディとしてもよい。
上記実施形態では、回転体を4枚の羽根を有する羽根車として構成する例を示したが、羽根の枚数は4枚に限られず、適宜設定することができる。また、回転体として平板や整流形状(整流羽根のような形状)のものを採用することもできる。
上記実施形態では、上記検出ユニットを3つの開口端を備える三つ又の分岐配管に設ける例を示したが、4つの開口端を備える分岐配管など、種々の配管に設けてもよいことは言うまでもない。4つの開口端を備える分岐配管とする場合、例えば、第1開口端と第2開口端とをつなぐ第1流路と、第3開口端と第4開口端とをつなぐ第2流路とを形成し、両流路が互いの中間部にて接続される構成としてもよい。その場合、第1開口端につながる第1流路の上流側流路と、第4開口端につながる第2流路の下流側流路とが接続点を介して直線状に接続されるようにしてもよい。そして、第1流路の上流側流路に回転体および異物規制構造を配置してもよい。
上記実施形態では、ポンプ84の駆動と検出ユニットによる回転検出により、追い焚き循環回路を湯水が正常に循環しているか否かを判定する例を示した。変形例においては、検出ユニットの検出情報に基づいて羽根車の回転方向を判定し、湯水の循環有無を検出できるようにしてもよい。すなわち、羽根車の回転方向に応じて磁気センサが出力する検出信号のパルス波形が異なるように羽根を着磁させてもよい。例えば、隣接するN極とS極の幅に変化をもたせる、あるいは羽根車の平羽根を奇数本とするなどにより、羽根車が正回転しているときと逆回転しているときを判別可能としてもよい。
これにより、磁気センサの検出値が湯張り時とは逆、つまり羽根車の回転方向が湯張り時とは逆方向であることを示す値となっている場合に、制御部は、浴槽13の湯水が追い焚き循環回路を循環している(追い焚き中である、あるいは追い焚き機能が正常に動作している)と判定するようにしてもよい。また、磁気センサの検出値が湯張り時と同じ、つまり羽根車の回転方向が湯張り時とは同方向であることを示す値となっている場合には、制御部は、浴槽13の湯水が追い焚き循環回路を循環していない(追い焚き中ではない、あるいは追い焚き機能が正常に動作していない)と判定するようにしてもよい。このように、羽根車の回転方向を判定可能とすれば、例えば追い焚き循環回路を流れる湯水の流量を検出することも可能となる。すなわち、2つのフローセンサの機能を兼ね備えた検出ユニットを構成することができる。
上記実施形態では、本発明の制御弁ユニットを貯湯式給湯装置に適用する例を示した。変形例においては即時式給湯装置の必要箇所に適用してもよい。また、湯水以外を作動流体とし、その作動流体の流量の調整や遮断が必要となる流体循環装置に適用してもよい。
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。