JP6467569B2 - 検出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、配管を流れる流体の流動状態を検出するための検出ユニットに関する。

給湯システムには一般に、適温に調整された湯水を浴槽へ落とし込む落とし込み給湯路のほか、浴槽に溜められた湯水を追い焚きするための追い焚き循環路が設けられる。このような給湯システムにおいては、落とし込み給湯路にフローセンサが設けられ、湯張りを行う際に浴槽に落とし込む流量が監視される。また、追い焚き循環路にも湯水の循環を検出するために同様のフローセンサ又はフロースイッチが設けられる。しかしながら、このようなセンサ・スイッチの増加は装置の大型化、複雑化、製造コストの上昇につながる。そこで、その落とし込み流量や追い焚き循環流量を検出するための共用の流量検出装置を、落とし込み給湯路と追い焚き循環路との接続部に設ける構成も提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような流量検出装置は一般に、流れを受けて回転する羽根車を備え、その回転数から流量を検出する。

特開平１０−１８５６３６号公報

しかしながら、追い焚きは通常、人が入浴したあとに行われるため、循環する湯水は皮膚等の汚れや毛髪などの異物が含まれる汚水となっている。このため、その汚水中の異物が流量検出用の羽根車の回転軸に巻き付いたり、その軸受に侵入すると、回転軸の円滑な回転を阻害し、正確な検出に支障をきたす虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、異物の影響を受け難い検出ユニットを提供することにある。

本発明のある態様は、流体の流動状態を検出するための検出ユニットである。この検出ユニットは、第１流路と第２流路が形成され、第１流路と第２流路との接続点が内部に設けられたボディと、第１流路に沿って延在する回転軸を有し、第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、第１流路に設けられ、回転軸を回転可能に支持する軸受部と、回転体の回転状態を検出するための検出部と、第２流路における上流側から接続点へ向かう流体を第１流路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流路における接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、第１流路に沿って軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、接続点の位置でボディと二重管構造を形成する内筒と、を備える。

ボディの内周面と内筒の外周面との間に、第２流路の上流側から接続点に流入した流体を第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成される。そして、軸受部の下流側位置にて内筒の側面に開口し、内筒の周囲を旋回する流体の一部を内筒に導入可能な開口部が設けられている。

この態様によると、渦流誘発構造を設けたことにより、第２流路において接続点へ向かう流体の流れを第１流路の軸線に対して偏った位置に導き、それによって接続点を流れる流体により、第１流路の軸線周りに旋回する渦流を発生させることができる。その際、接続点に流入する流体の少なくとも一部が、ボディと内筒との間の環状通路に沿って流れることで、その渦流の生成を促進することができる。この渦流により上記回転体を回転させることができ、第２流路における流体の流動状態についても上記検出部により検出することが可能となる。

また、第１流路を落とし込み給湯路とし、第２流路を追い焚き循環路とするように当該検出ユニットを給湯システムに組み込むことにより、軸受部への異物の侵入を抑制することができる。すなわち、仮に追い焚き時に循環する湯水に異物が含まれていたとしても、内筒が遮蔽壁の如く機能し、軸受部への異物の直接的な侵入を抑制できる。一方、内筒の側壁に開口部を設け、その周囲の旋回流の一部を内部に導入可能とすることで、内筒の内面に沿った渦流を発生させ易くなる。その結果、仮に異物が内筒に侵入してきたとしても、これを旋回させておくことができ、軸受部への侵入を防止又は抑制することができる。このため、異物の影響を受け難い検出ユニットを提供することができる。

本発明によれば、異物の影響を受け難い検出ユニットを提供することができる。

検出ユニットを中心に給湯システムの概略構成を表す図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 検出ユニットの要部拡大図である。 開口部を設けることによる異物侵入抑制効果を示す図である。 開口部を設けることによる異物侵入抑制効果を示す図である。 開口部の配置パターンを示す図である。 開口部の有無および配置とセンサ感度との関係を表す図である。 開口部を有しない場合における内筒の長さとセンサ感度との関係を表す図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。 他の変形例に係る検出ユニットの要部拡大図である。

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。また、以下に述べる「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。

図１は、検出ユニットを中心に給湯システムの概略構成を表す図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、検出ユニットの要部拡大図である。図３（Ａ）は図１のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＣ方向矢視図である。なお、図１に示される検出ユニットの断面図は、図３（Ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図に対応する。

図１に示すように、本実施形態の給湯システムは、適温に調整した湯水を浴槽１３へ落とし込む落とし込み給湯路と、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路とを備える。浴槽１３と熱交換器７０とをつなぐ循環通路８２が、追い焚き循環路を構成する。追い焚きの際には、循環通路８２に配置されたポンプ８４が駆動される。それにより、浴槽１３から送り出された湯水と熱交換器７０との間で熱交換が行われる。

一方、落とし込み給湯路を介した湯水は、給湯配管３２を介して浴槽１３に供給される。給湯配管３２は、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。その分岐点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。

浴槽１３の湯張りを行うときには、適温にされた湯水が分岐点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。なお、湯張り時にはポンプ８４が停止され、熱交換器７０は熱源として機能しない。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、湯張りは停止される。

一方、追い焚き時には、ポンプ８４が駆動される。また、熱交換器が熱源として機能する。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。

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給湯が停止される。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。

検出ユニット６８は、分岐配管９０とセンサ部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。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の端部に接続される。給湯配管３２は、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循環通路８２に接続される。第３開口端１１０は、追い焚き循環回路の接続通路８０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を介して接続通路８０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を介して循環通路８２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、循環通路８２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を介して接続通路８０へ導かれる。この追い焚き時には、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。

センサ部９２は、羽根車（回転体）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からなる。センサ部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と、回転軸１１８に固定された羽根車１２０（「回転体」として機能する）を含む。ボディ１１６の上流側開口端部には、整流器１２１が嵌着されている。

羽根車１２０は、回転軸１１８を中心に放射状に延設された４枚の羽根１２２を有する。羽根１２２は平羽根からなり、回転軸１１８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１２２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１２２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１２２の表面や内部に固定してもよい。

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１２０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１２０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、例えば金属や樹脂で形成することができるが、回転軸１１８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。回転軸１１８は、ボディ１１６の底部中央に設けられた第１軸受１２４と、整流器１２１の中央に設けられた第２軸受１２６とにより回転自在に二点支持されている。

すなわち、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第１軸受１２４が設けられている。ボディ１１６の底部における第１軸受１２４の周囲には、内外を連通する複数の連通孔１２８が設けられている。第１軸受１２４は、ボディ１１６の端部にて放射状に配設される複数のステー１２５により支持されている。隣接するステー１２５間に連通孔１２８が形成されている。

一方、整流器１２１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１１８との対向面に設けられた嵌合溝により第２軸受１２６が構成されている。回転軸１１８の上流側端部が第２軸受１２６に摺動可能に挿通されている。一方、回転軸１１８の下流側端部が第１軸受１２４に摺動可能に挿通されている。第１軸受１２４および第２軸受１２６は、「軸受部」として機能し、いずれも第１流路１０５における接続点１１１の上流側に位置する。

整流器１２１は、湯水が第１流路を流れるときに羽根車１２０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１２０の羽根１２２が回転軸１１８に対して平行な平羽根からなる場合、羽根１２２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１２１には、羽根車１２０の上流側に渦流を形成するための複数枚の整流羽根１３２が配設されている。この整流羽根１３２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１３２が等間隔で配置されている（図１には一枚のみ表示）。

複数枚の整流羽根１３２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１０６を介して流れ込む湯水は、整流羽根１３２を通過することにより、その整流羽根１３２の捩れに応じた渦流となり、羽根車１２０に導かれる。その結果、羽根車１２０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１２０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１０６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。

図示を省略するが、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。回転軸１１８の軸線は、第１流路１０５の軸線に一致する。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１３４にボディ１１６の底部（第１軸受１２４側の端部）を当接させることで行える。

検出ユニット６８は、第１流路１０５に沿って軸線方向に延在し、接続点１１１の位置でボディ９３と二重管構造を形成する内筒１３６を有する。内筒１３６は、ボディ９３と一体に設けられ、接続点１１１の上流側から接続点１１１の中央に向けて円筒状に延在する。第２流路１０９において接続点１１１よりも上流側に位置する上流側流路１４２と、接続点１１１よりも下流側に位置する下流側通路１４４とは、接続点１１１にて直交する。下流側通路１４４は、第１流路１０５の下流側通路でもあり、内筒１３６と同軸状に設けられる。なお、本実施形態では、内筒１３６の先端を接続点１１１の中央よりも下流側に位置させているが、接続点１１１の中央に位置させてもよい。このように内筒１３６を配置したことにより、ボディ９３の内周面と内筒１３６の外周面との間に環状通路１３８が形成される。

図２に示すように、内筒１３６にはその片側面が斜めに切り欠かれることによる開口部１４０が設けられている。第１流路１０５の軸線Ｌ１（つまり第２流路１０９の下流側通路１４４の軸線Ｌ１）と第２流路１０９の上流側流路１４２の軸線Ｌ２とは、図示のように互いに９０度をなすが、互いにねじれの位置の関係にある。軸線Ｌ１と軸線Ｌ２との距離ｌは、上流側流路１４２の半径よりもやや大きいが、ほぼ等しい。

開口部１４０は、内筒１３６における軸線Ｌ２寄りの側面に開口するように設けられている。開口部１４０は、軸線Ｌ２に対してほぼ平行な切り口を有し、上流側流路１４２の延長線上に内筒１３６の部分が位置することを抑制するように（実質的に回避するように）形成されている。開口部１４０の切り口は、テーパ面とされており、その基端が内筒１３６の基端近傍に位置し、先端が軸線Ｌ１と交わるように設定されている。その結果、内筒１３６の先端面（下端面）が半円状となっている（図３（Ａ）参照）。開口部１４０は、内筒１３６の周囲を旋回する湯水（つまり環状通路１３８を流れる湯水）の一部を内筒１３６に導入し、内筒１３６の内周面に沿った渦流（旋回流）の生成を促進するが、その詳細については後述する。

図３（Ａ）および（Ｂ）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。すなわち、上述のように、軸線Ｌ２を軸線Ｌ１に対して偏心した位置（距離ｌだけ離間した位置）に設定することにより渦流誘発構造が実現されている。

すなわち、第２流路１０９にて接続点１１１へ向かう湯水を第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。図３（Ａ）に示すように、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）、その湯水は接続点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。

この渦流は、第１流路１０５の軸線を中心としたものとなり、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。その際、環状通路１３８が、第２流路１０９の上流側から接続点１１１に流入する流体の一部を、第１流路１０５の軸線Ｌ１の周りに旋回させるように導く。その結果、接続点１１１における渦流の生成が促進される。

図１に戻り、上述した渦流誘発構造により発生させた渦流は、羽根車１２０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１２０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１２０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。なお、本実施形態では、湯張り時と追い焚き時とで羽根車１２０の回転方向が逆方向となるように、第１流路１０５の軸線Ｌ１と第２流路１０９の上流側の軸線Ｌ２との位置関係が定められている。なお、軸線Ｌ２を軸線Ｌ１に対して図３（Ａ）に示す側とは反対側に設けることで、逆回転の渦を発生させることもできる。湯張り時と追い焚き時とで羽根車１２０の回転方向を同方向とする場合には、そのように構成すればよい。

なお、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１２０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１２０をフロースイッチとして利用する。変形例においては、羽根車１２０を湯水の流量を算出するためのフローセンサとして用いてもよい。

ところで、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１２０の回転により摺動する部分、つまり回転軸１１８と各軸受１２４，１２６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１に示すように、接続点１１１に近い側の第１軸受１２４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。より詳細には、図２に示すように、第１軸受１２４を、内筒１３６の開口部１４０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、その異物が第１軸受１２４および第２軸受１２６に導かれないようにしている。上述のように、追い焚き時においては第１開口端１０６を介した湯水の流通が遮断されている。一方、第１流路１０５における接続点１１１よりも上流側領域には渦が誘発されるが、湯水が淀んだまま旋回して壁のように機能する。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に向けて流れるようになる。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、内筒１３６の適切な位置に開口部１４０を設けることが、渦流誘発効果を促進し、検出ユニットのセンサ感度を向上させるが、その詳細については後述する。

なお、仮に追い焚きにより循環した異物が第２流路１０９に残留したとしても、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軸受１２４，１２６に悪影響を及ぼす可能性は低い。

以上のような構成において、検出部１１４は、羽根車１２０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、給湯を停止する。

一方、追い焚き時にはポンプ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１２０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１２０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１２０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、内筒１３６に開口部１４０を設けたことによる効果について説明する。
本実施形態では上述のように、二重管構造の内側を形成する内筒１３６に開口部１４０を設け、図３（Ａ）に二点鎖線にて示したように、環状通路１３８のみならず、内筒１３６内での渦流（旋回流）の生成を促進している。発明者は、この内筒１３６内での旋回流の生成が、第１流路１０５の上流側への異物侵入抑制効果につながることを見出した。また、開口部１４０の形状および配置を工夫することにより渦流誘発効果を促進でき、その結果、検出ユニットのセンサ感度をできるとの考えに到った。以下にそれらの検証結果を示す。

まず、開口部１４０を設けることによる効果について説明する。
図４および図５は、開口部１４０を設けることによる異物侵入抑制効果を示す図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態として開口部１４０を設けた場合の実験結果を時系列で示す画像である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、比較例として開口部１４０を設けない場合の実験結果を時系列で示す画像である。これらの画像は、第２流路１０９の上流側から人為的に異物（毛髪）を流したときの接続点１１１付近の様子を高速度カメラで捉えたものである。なお、この実験では撮影の便宜上、透明のアクリル樹脂からなる配管構造を用いている。

本実施形態によれば、図４（Ａ）に示すように上流側から異物Ｆ（図中矢印参照）が流入し、内筒１３６内に侵入したとしても、図４（Ｂ）に示すように、その異物Ｆは内筒１３６内のステー１２５よりも下流側で旋回しつつ留まる傾向となる。その後、図４（Ｃ）に示すように、第２流路１０９内の湯水の流れに導かれるようにして内筒１３６から下流側に排出される。このような作用により、異物Ｆが検出ユニットの軸受部へ侵入することを防止又は抑制できる。

これに対し、比較例において異物Ｆが内筒１３７に侵入する場合、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上流側からの異物Ｆが直進し、その先端が内筒１３７の先端開口部に引っ掛かるようにして侵入する傾向にある。このような場合、図５（Ｃ）に示すように、異物Ｆは、内筒１３７内を上流側に向けて直進し、ステー１２５を超えて検出ユニットの軸受部へ侵入し易くなる。言い換えれば、本実施形態によれば、比較例のように異物Ｆが軸受部に向けて直進することを防止でき、その軸受部への異物の侵入を効果的に抑制することができる。

次に、開口部１４０の配置構成による効果について説明する。
以下、開口部１４０の配置パターンとセンサ感度との関係について検証した実験結果を示す。なお、ここでは、第２流路１０９を流れる湯水の流量に対する羽根車１２０の回転数を「センサ感度」と定義する。すなわち、流量に対する回転数が大きければセンサ感度が高いと評価し、流量に対する回転数が小さければセンサ感度が低いと評価する。

図６は、開口部１４０の配置パターンを示す図である。ここでは便宜上、開口部１４０の開口方向を、図３（Ａ）に示した断面でみた場合の方向として定義し、軸線Ｌ１を中心とした反時計回りの角度によって開口方向を表すこととした。より詳細には、内筒１３６において開口部１４０が指向する方向の半径方向成分とした。第２流路１０９の上流側流路１４２での湯水の流れ方向を０°としている。図６（Ａ）は０°、図６（Ｂ）は９０°、図６（Ｃ）は１８０°、図６（Ｄ）は２７０°の場合をそれぞれ示している。図３（Ａ）に示した本実施形態の構成は、図６（Ｂ）に対応する。

図７は、開口部１４０の有無および配置とセンサ感度との関係を表す図である。同図は、検出ユニットを追い焚き時にフロースイッチとして機能させた場合の検出感度を表す図である。同図の横軸は第２流路１０９を流れる流量（L/min）を示し、縦軸はセンサ部９２により検出される回転数（pps：単位時間(s)あたりに検出される回転パルス数）を示す。図中の太線について、実線は開口部１４０の開口方向を９０°とした場合を示し（図４，図６（Ｂ）参照）、一点鎖線は開口部１４０を設けない場合を示す（図５参照）。図中の細線について、二点鎖線が開口方向を０°とした場合（図６（Ａ）参照）、点線が開口方向を３０°とした場合、一点鎖線が開口方向を６０°とした場合、実線が開口方向を１８０°とした場合（図６（Ｃ）参照）、破線が開口方向を２７０°とした場合（図６（Ｄ）参照）をそれぞれ示している。

図７に示すように、開口方向が０°〜９０°について、開口部１４０を設けない場合よりもセンサ感度が高くなっていることが分かる。一方、開口方向が２７０°については、開口部１４０を設けない場合と同等のセンサ感度が得られ、開口方向が１８０°については、開口部１４０を設けない場合よりもセンサ感度が大きく低下していることが分かる。これは、例えば以下の理由によると考えられる。

すなわち、本実施形態のように開口方向が９０°の場合、図２に示したように、上流側流路１４２の延長線上に内筒１３６の部分が位置することが抑制される（以下、湯水の流れの遮蔽を抑制する効果として「遮蔽抑制効果」ともいう）。このため、環状通路１３８による渦流誘発が促進されるとともに、開口部１４０を介した旋回流の流入により、内筒１３６内での渦流誘発も促進される。その結果、渦流誘発効果が相乗的に高められ、センサ感度の向上に寄与するものと考えられる。

一方、開口方向が６０°，３０°については、その遮蔽抑制効果が９０°の場合ほど得られないため、センサ感度の向上の度合いは相対的に小さい。開口方向が０°については、その遮蔽抑制効果はほとんどないと考えられるが、開口部１４０を介した渦流誘発効果がセンサ感度の向上に寄与していると考えられる。

これに対し、開口方向が２７０°については、その遮蔽抑制効果がないことに加え、上流側流路１４２と環状通路１３８との接続部について、旋回方向とは逆方向の通路が相対的に広くなるため、その逆方向への湯水の漏洩等により渦流誘発効果が阻害されているものと考えられる。

開口方向が１８０°については、開口部１４０を設けない場合よりもセンサ感度が低下している。これは、上流側流路１４２からの湯水の直進成分の多くを内筒１３６に直接受け入れる形となるため、渦流の生成が大きく阻害されるためと考えられる。このような特性では、検出ユニットをフロースイッチとして機能させることは難しい。

以上より、軸線Ｌ１と軸線Ｌ２とが図示のような位置関係を有し、内筒１３６が図示のような配置関係を有する場合、開口部１４０の開口方向を０°〜９０°に設定すると、開口部１４０を設けない場合と比べてセンサ感度が向上することが分かった。また、例えば開口方向が０°の場合と１８０°の場合との対比により、開口部１４０が、上流側流路１４２における流れに対して上流側方向よりも下流側方向に向けて大きく開口するほうが、センサ感度が良好となることが分かった。

図８は、開口部１４０を有しない場合における内筒の長さとセンサ感度との関係を表す図である。同図の横軸は第２流路１０９を流れる流量（L/min）を示し、縦軸はセンサ部９２により検出される回転数（pps）を示す。図中の実線は内筒の先端位置を接続点１１１の中央位置（便宜上「基準位置」ともいう）に一致させた場合を示し、二点鎖線は内筒の長さをその基準位置よりも上流側流路１４２の半径分短くした場合を示す。破線および一点鎖線は、内筒の長さを二点鎖線の場合よりも長く、実線の場合よりも短くした場合を示す。破線の場合のほうが、一点鎖線の場合よりも内筒が長い。

図８に示されるように、内筒の長さが短いほど、センサ感度は向上する。二点鎖線の場合、内筒は上流側流路１４２からの湯水の流れに対する遮蔽物とはならない。すなわち、センサ感度を高くするためには、このように内筒の長さを短くすればよい。しかしながら、内筒を短くすると、それによる異物侵入抑制効果が得られない。

この点に関し、図７を再度参照すると、開口部１４０の配置を適切に設定することにより、内筒を長くしつつ、内筒を短くした場合と同様のセンサ感度が得られるようになる。例えば、開口部１４０の開口方向を９０°に設定した場合、図８において内筒を最短に設定した場合よりも高いセンサ感度が得られるようになる。すなわち、開口部１４０の形状および配置を適切に設定することにより、内筒の長さを短くしなくとも、短くした場合と同等以上のセンサ特性が得られるようになる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、渦流誘発構造を設けたことにより、第２流路１０９において接続点１１１へ向かう湯水の流れを第１流路１０５の軸線Ｌ１に対して偏った位置に導くことができる。それにより、接続点１１１において軸線Ｌ１周りに旋回する渦流を発生させることができる。その際、接続点１１１に流入した湯水の一部が、内筒１３６の周囲を環状通路１３８に沿って流れることで、その渦流の生成を促進することができる。この渦流により羽根車１２０を回転させることができ、第２流路１０９における湯水の流動状態についてもセンサ部９２により検出することが可能となる。

また、第１流路１０５を落とし込み給湯路とし、第２流路１０９を追い焚き循環路とするように検出ユニット６８を給湯システムに組み込むことにより、軸受部への異物の侵入を抑制することができる。すなわち、仮に追い焚き時に循環する湯水に異物が含まれていたとしても、内筒１３６が遮蔽壁の如く機能し、軸受部への異物の侵入を抑制できる。一方、内筒１３６の側壁に開口部１４０設け、その周囲の旋回流の一部を内部に導入可能とすることで、内筒１３６の内面に沿った渦流を発生し易くなる。その結果、仮に異物が内筒１３６に侵入してきたとしても、これを旋回させておくことができ、その後に下流側に排出することができる。その結果、軸受部への侵入を防止又は抑制することができる。

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。しかも、上述した渦流誘発構造により渦流を発生させる構造であるため、フローセンサとフロースイッチの各機能に対して個別の羽根車（回転体）等の部品を設ける必要もない。また、別途整流器等を設ける必要もない。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。

さらに、内筒１３６における開口部１４０の形状および配置を適切に設定することにより、センサ部９２の感度を向上させることができる。このことは、検出ユニット６８をフロースイッチはもとより、フローセンサとして使用しても信頼性の高い検出精度が得られることを意味する。

（変形例）
図９〜図１３は、変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。図９は第１変形例を示し、図１０は第２変形例を示し、図１１は第３変形例を示し、図１２は第４変形例を示し、図１３は第５変形例を示す。各図（Ａ）は図２に対応し、各図（Ｂ）は図３（Ａ）に対応する。

上記実施形態では、内筒１３６に形成する開口部１４０の形状および配置の一例を示したが、それ以外の構成を採用してもよい。図９（Ａ）および（Ｂ）に示す第１変形例では、内筒２１０の側面に開口部２１２が設けられる。この開口部２１２は、切り口がテーパ状に形成される点で上記実施形態と同様であるが、そのテーパ角度が異なる。図示のように、開口部２１２の切り口は、その基端が内筒２１０の片側面の基端近傍に位置し、先端が内筒２１０の反対側面の先端に達するように設定されている。

図１０（Ａ）および（Ｂ）に示す第２変形例では、内筒２２０の片側半部を大きく切り欠いた開口部２２２が設けられる。内筒２２０は、半円弧状に形成されている。

図１１（Ａ）および（Ｂ）に示す第３変形例では、内筒２３０の片側面とその反対側面に開口部２３２，２３４が設けられる。本変形例では、開口部の切り口がテーパ状に形成される点で上記実施形態と同様であるが、開口部が複数設けられる点で上記実施形態と異なる。このような構成においても、２つの開口部２３２，２３４間において内筒２３０の長さが確保されるため、異物侵入抑制効果は得られる。

図１２（Ａ）および（Ｂ）に示す第４変形例では、内筒２４０の片側半部が側面視円弧状に切り欠かれることによる開口部２４２が設けられる。本変形例では、内筒２４０の片側半部が大きく切り欠かれる。

図１３（Ａ）および（Ｂ）に示す第５変形例では、内筒２５０の片側面の軸線方向中間部が１／２円弧状に切り欠かれることによる開口部２５２が設けられる。内筒２５０は、センサ部９２のボディ１１６（つまり第１軸受１２４）と一体成形されている。このように、開口部２５２が内筒２５０の先端に開放されない構成であっても、旋回流の一部を内筒２５０内に導くことができ、渦流の生成を促進することができる。

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。

上記実施形態および第１〜第４変形例では、内筒を配管のボディと一体成形する例を示したが、第５変形例のように軸受部と一体成形してもよい。逆に、第５変形例の内筒を配管のボディと一体成形してもよい。あるいは、配管のボディと軸受部との間にそれらと別体の内筒（筒部品）を配設してもよい。

上記実施形態では、第２流路１０９の軸線Ｌ２を第１流路１０５の軸線Ｌ１から離間させることにより渦流誘発構造を実現する例を示した。変形例においては、第２流路１０９における接続点１１１よりも上流側に設けられた流路接続構造により渦流誘発構造を実現してもよい。

図１４は、他の変形例に係る検出ユニットの要部拡大図である。この検出ユニットでは、第１流路１０５の軸線Ｌ１と、第２流路１０９の軸線Ｌ２とが交わるように（同一平面上に位置するように）設定されている。そして、渦流誘発構造が、第２流路１０９の一部の断面をその第２流路１０９の軸線Ｌ２に対して非対称とすることにより実現されている。すなわち、第２流路１０９の断面の一部を遮蔽する遮蔽壁２３８が設けられている。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態では、接続点１１１に近い側の第１軸受１２４を接続点１１１よりも上流側に配置する例を示した。変形例においては、第１軸受１２４を内筒１３６の内方にて接続点１１１に位置するように配置してもよい。また、内筒１３６を軸線方向に大きく形成し、その内方に羽根車１２０を配置する構成としてもよい。ただし、第１軸受１２４は、内筒１３６の側面に設けられる開口部１４０よりも上流側に配置するものとする。

上記実施形態では、内筒１３６の先端を接続点１１１の中央よりも下流側に位置させているが、接続点１１１の中央に位置させてもよい。あるいは、接続点１１１の上流側に位置させてもよい。ただし、渦流誘発効果や整流効果（渦流の流れを一方向に整流する効果）を良好に得る観点、および異物の侵入防止の観点からは、接続点１１１の中央又はその下流側に位置させるのが好ましい。

上記実施形態では述べなかったが、第２流路１０９における接続点１１１よりも上流側の少なくとも一部に、上流側から下流側への流れに沿う平面部を設けてもよい。それにより、第１流路１０５において渦流を安定に発生させることができ、検出部による検出精度を高く維持することができる。その平面部は、第２流路１０９の内側面に形成されてもよいし、第２流路１０９において径方向にリブを突設し、そのリブの側面に形成されてもよい。その場合、平面部は、第１流路１０５の軸線Ｌ１に対して平行な面を有するのが好ましい。例えば未公開の特許出願（特願２０１５−７４９１６号）に記載の構成を採用してもよい。

上記実施形態では羽根車１２０として平羽根を採用したが、例えば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、センサ本体１１２の整流器１２１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。このような構成でも回転軸１１８が２点支持される形となるため、羽根車１２０の安定した回転を維持し易くなる。

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部９２（検出部）の上流側に逆止弁を配置してもよい。

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叉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、共通の回転軸に羽根車（回転体）を設け、その羽根車を第１流路の上流側流路に配置してもよい。

そのような構成において、第２流路における上流側から接続点へ向かう流体を、第１流路の上流側流路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流路における接続点への開口部よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造を設けてもよい。そして、第１流路の上流側通路から接続点に向けて円筒状の内筒を延出させ、ボディとの間に二重管構造を形成させてもよい。その場合も、内筒の側面に開口し、内筒の周囲を旋回する流体の一部を内筒の内部に導入可能な開口部を設けるようにする。

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。

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。

１３ 浴槽、３２ 給湯配管、６８ 検出ユニット、９２ センサ部、９３ ボディ、１０５ 第１流路、１０９ 第２流路、１１１ 接続点、１１４ 検出部、１２０ 羽根車、１２４ 第１軸受、１２６ 第２軸受、１３６ 内筒、１３８ 環状通路、１４０ 開口部、１４２ 上流側流路、１４４ 下流側通路、２１０ 内筒、２１２ 開口部、２２０ 内筒、２２２ 開口部、２３０ 内筒、２３２ 開口部、２３８ 遮蔽壁、２４０ 内筒、２４２ 開口部、２５０ 内筒、２５２ 開口部。

Claims (7)

1. 流体の流動状態を検出するための検出ユニットであって、
   第１流路と第２流路が形成され、前記第１流路と前記第２流路との接続点が内部に設けられたボディと、
   前記第１流路に沿って延在する回転軸を有し、前記第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、
   前記第１流路に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する軸受部と、
   前記回転体の回転状態を検出するための検出部と、
   前記第２流路における上流側から前記接続点へ向かう流体を前記第１流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、前記第１流路における前記接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、
   前記第１流路に沿って前記軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、前記接続点の位置で前記ボディと二重管構造を形成する内筒と、
   を備え、
   前記ボディの内周面と前記内筒の外周面との間に、前記第２流路の上流側から前記接続点に流入した流体を前記第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成され、
   前記軸受部の下流側位置にて前記内筒の側面に開口し、前記内筒の周囲を旋回する流体の一部を前記内筒に導入可能な開口部が設けられていることを特徴とする検出ユニット。
2. 前記開口部が、前記第２流路の前記接続点よりも上流側流路の延長線上に前記内筒の部分が位置することを回避又は抑制するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の検出ユニット。
3. 前記開口部が、前記上流側流路の軸線に向けて開口し、その軸線に対してほぼ平行な切り口を有することを特徴とする請求項２に記載の検出ユニット。
4. 前記開口部が、前記第２流路の前記接続点よりも上流側流路における流れ方向上流側よりも、その流れ方向下流側に向けて大きく開口することを特徴とする請求項１または２に記載の検出ユニット。
5. 前記内筒の先端が、前記接続点の中央又はその中央よりも下流側に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検出ユニット。
6. 前記渦流誘発構造は、前記第２流路の前記接続点よりも上流側流路の軸線を前記第１流路の軸線から離間させることにより実現されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の検出ユニット。
7. 前記渦流誘発構造は、前記第２流路における前記接続点よりも上流側に設けられた流路接続構造により実現されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の検出ユニット。