JP6601073B2

JP6601073B2 - 流体加熱装置

Info

Publication number: JP6601073B2
Application number: JP2015176428A
Authority: JP
Inventors: 正人渡邉; 章吾大竹
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: EP3141756A1; EP3141756B1; CN206038060U; JP2017053513A

Description

本発明は、流体加熱装置に関する。

下記特許文献１には、流体をヒータで加熱する装置が記載されている。流体の有無（一定量以上の流体が存在しているかどうか）は羽根車の回転の有無により検出される。

特開２０１５−４５４２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、流体加熱装置における流体の検出性能を高めることである。

上記課題を解決するために本発明にかかる流体加熱装置は、ヒータによって加熱される流体の流れを検出する流れ検出領域内に配置された羽根車を備え、前記羽根車が有する各羽根部は、回転中心側である基端側から外側である先端側に向かうにつれて、回転方向とは反対側に向かって湾曲した部分を有するものである。

前記各羽根部の回転方向側の面は、外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含むとよい。

前記流れ検出領域を構成する底面は、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面を含むとよい。

前記流れ検出領域を構成する底面は、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面と、その内側に位置する平坦な面とを含むとよい。

前記流れ検出領域に流体を送る流路は、出口が前記流れ検出領域に繋がる第一の部分と、出口が前記第一の部分の入口に繋がる第二の部分と、を有し、前記第一の部分の断面積が、前記第二の部分の断面積よりも小さいとよい。

前記各羽根部の先端面は、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の長さを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含むとよい。

前記各羽根部の回転方向側の面は、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含むとよい。

本発明にかかる流体加熱装置が有する羽根車の各羽根部は、回転中心側である基端側から外側である先端側に向かうにつれて、回転方向とは反対側に向かって湾曲した部分を有する。したがって、流体から羽根車に及ぶ力は、羽根車の回転に作用する方向の成分が増加するため、羽根車を効率よく回転させることができる。つまり、流体の検出性能が向上する。

各羽根部の回転方向側の面が、外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含んでいれば、羽根車の回転に対する水の抵抗が低減されるため、羽根車を効率よく回転させることができる。つまり、流体の検出性能が向上する。

流れ検出領域を構成する底面が、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面を含んでいれば、当該底面と羽根車の間に生ずる摩擦抵抗が低減されるため、羽根車を効率よく回転させることができる。つまり、流体の検出性能が向上する。

流れ検出領域を構成する底面が、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面と、その内側に位置する平坦な面とを含んでいれば、曲面または傾斜面によって、当該底面と羽根車の間に生ずる摩擦抵抗が低減されるため、羽根車を効率よく回転させることができる。つまり、流体の検出性能が向上する。また、当該底面が含む平坦な面によって、羽根車を安定した状態で回転させることができる。

流れ検出領域に流体を送る流路は、出口が流れ検出領域に繋がる第一の部分の断面積が、第二の部分の断面積よりも小さい形状であれば、流れ検出領域に進入する流体の流速が高まる。つまり、流体が羽根車を押す力が高まるため、羽根車を効率よく回転させることができ、流体の検出性能が向上する。

各羽根部の先端面が、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の長さを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含んでいれば、流れ検出領域を構成する上面または下面（底面）と羽根車の間に生ずる摩擦抵抗が低減されるため、羽根車を効率よく回転させることができる。

各羽根部の回転方向側の面が、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含んでいれば、流れ検出領域を構成する上面または下面（底面）と羽根車の間に生ずる摩擦抵抗が低減されるため、羽根車を効率よく回転させることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態にかかる流体加熱装置の外観図であり、（ｂ）は蓋部を取り外した状態を示した図である。本発明の一実施形態にかかる流体加熱装置の断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図）である。流路および流れ検出領域（流れ検出領域内に配置された羽根車）を拡大して示した平面図である。流れ検出領域（流れ検出領域内に配置された羽根車）を拡大して示した断面図である。羽根車の外観図である。（ａ）は羽根車の平面図であり、（ｂ）は羽根部の断面図（図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。回転する羽根車における羽根部周辺の流体の流れを模式的に示した図である

本発明の一実施形態にかかる流体加熱装置１について詳細に説明する。なお、以下の説明における上下方向とは、羽根車５０の回転軸方向に沿う方向（図２の上下方向）をいい、平面方向とは、上下方向に直交する面方向をいうものとする。

図１および図２に示す本実施形態にかかる流体加熱装置１は、人体の局部を洗浄する洗浄水を加熱するために用いられるもの（人体局部洗浄装置の一部）である。流体加熱装置１は、本体部１０、ヒータ３０、および羽根車５０を備える。図２に示すように、本体部１０には、流体（例えば水）が通過する流通空間１１が形成されている。当該流通空間１１内に筒状のヒータ３０が配置されている。水源から送られた水は流通空間１１に進入することで加熱される。具体的には、ヒータ３０の内側および外側を通る間に加熱される。本体部１０の流通空間１１を構成する外壁の外側（上側）には、流れ検出領域４０が形成されている。流通空間１１の出口１１１（図１（ａ）参照）から出た流体は、流路１２を通過して流れ検出領域４０内に進入する。

図１（ｂ）に示すように、流れ検出領域４０は、略円柱形状の空間である。本体部１０には、流れ検出領域４０となる上方に向かって開放された空間が形成され、図１（ａ）に示すように本体部１０に対して蓋部２０が固定されることにより、当該流れ検出領域４０となる空間が封鎖される。つまり、蓋部２０は流れ検出領域４０の上壁を構成する。また、本体部１０には、上記流路１２となる上方に向かって開放された空間が形成され、本体部１０に対して蓋部２０が固定されることにより当該流路１２となる空間が封鎖される。つまり、蓋部２０は、上記流路１２の上壁も構成する。

流れ検出領域４０を構成する底面４１（下側の面）から上方に向かって突出した支持軸に対し、羽根車５０が回転自在に支持されている。本実施形態では、かかる羽根車５０の回転により、ヒータ３０の過熱対象となる所定量以上の流体が存在しているかどうかを判断する。具体的には、羽根車５０の回転速度が所定の閾値以上であるかどうかを判断し、閾値未満のときには、空焚きのおそれがあるとしてヒータ３０を停止する。このように、本実施形態では、所定量以上の流体が存在しているかどうかを判断するものであるが、羽根車５０の回転によって流体の流量を検出するものとすることもできる。羽根車５０の回転を検出する手法はどのようなものであってもよい。本実施形態では、羽根車５０に固定された磁石５０１を、蓋部２０に固定されたセンサ２１が検出する。本実施形態における羽根車５０の回転方向は、上方から見て時計回りである。

以下、羽根車５０、流れ検出領域４０、および流路１２の形状等について説明する。

１）羽根部の全体形状
羽根車５０は、その回転中心側から径方向外側に向かって延びる複数の羽根部５１を有する。各羽根部５１は同形状であり、周方向に等間隔に位置する。図３、図５、図６（ａ）等に示すように、各羽根部５１は、上下方向から見て、その回転中心側である基端側から径方向外側である先端側に向かうにつれて湾曲した部分を有する。本実施形態では、羽根部５１の全体が湾曲している。羽根部５１は、その基端側から先端側にかけて、羽根車５０の回転方向とは反対側に湾曲している。つまり、本実施形態では、上方から見て、基端側から先端側にかけて、反時計回り側に向かうように湾曲している。

羽根車５０の回転方向位置がどのような位置であっても、少なくとも一部の羽根部５１は、流れ検出領域４０の入口側に向かって湾曲するように位置する。具体的には、流れ検出領域４０に繋がる流路１２の末端の直線状の部分（後述する第一の部分１２１）の中心軸をそのまま真っすぐ伸ばした仮想線Ｌ（第一の部分１２１の中心軸を伸ばした線）と、流れ検出領域４０内に位置する少なくとも一つの羽根部５１の先端側（羽根部５１の長手方向における中央よりも先端側）は交差する（図３参照）。したがって、直線状の部分で勢いがついて流れ検出領域４０内に進入した流体が、そのまま湾曲した羽根部５１の先端側に衝突することになる。

２）羽根部の回転方向側の面の形状
図３、図５、図６等に示される各羽根部５１の回転方向側の面５１１は、外縁に向かうにつれて各羽根部５１の厚みを小さくするように形成された曲面５１１ａ（特に図５、図６（ｂ）参照）を含む（「回転方向側の面５１１」とは、羽根車５０の回転方向における前側の面をいう。つまり、流体空間内にある流体を押し分ける側の面をいう）。当該羽根部５１の回転方向側の面５１１は、外縁から内側に向かうにつれて、盛り上がるような山型形状を呈する。なお、本実施形態における各羽根部５１の回転方向側の面５１１は、外縁に向かうにつれて各羽根部５１の厚みを小さくするように形成された「曲面」を含むものであるが、外縁から内側に向かって傾斜する「傾斜面」を含む構成としてもよい。図６（ｂ）に示すように、長手方向に直交する平面で切断した羽根部５１の断面は、略Ｄ字形状を呈する。具体的には、当該断面における上下方向の外縁から、上下方向における中央に向かってなだらかに湾曲した形状を呈する。当該断面の一方側（回転方向側）の上下の角が丸められた（面取りされた）形状であるともいえる。

３）羽根部の先端面の形状
各羽根部５１の先端面５１２は、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部５１の長さを小さくするように形成された曲面５１２ａ（特に図４、図５参照）を含む。本実施形態では、上側および下側の両方に当該曲面５１２ａを含む。なお、本実施形態における各羽根部５１の先端面５１２は、外縁に向かうにつれて各羽根部５１の長さを小さくするように形成された「曲面」を含むものであるが、傾斜する「傾斜面」を含む構成としてもよい。各羽根部５１を平面方向に沿って見たとき、羽根部５１の先端の上側の角と下側の角が丸められた（面取りされた）形状であるともいえる。

４）流れ検出領域の底面の形状
図４に示すように、流れ検出領域４０を構成する底面４１（本体部１０に形成される）は、径方向外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面（以下、曲面部４１１と称することもある）を含む。かかる曲面部４１１は、羽根部５１の先端と上下方向に重なるように形成されている。本実施形態における流れ検出領域４０を構成する底面４１は、上記曲面部４１１と、その内側に形成された平面方向に沿う平坦な面（以下、平坦部４１２と称することもある）を含む。つまり、流れ検出領域４０を構成する底面４１は、平坦部４１２の径方向外側から、次第に下方に向かって変位するような形状を呈する。なお、曲面部４１１が傾斜面に置換された構成、すなわち、平坦部４１２よりも径方向外側に、径方向外側に向かって真っすぐに下方に向かって傾斜する傾斜面（以下、傾斜部と称することもある）が形成された構成としてもよい。

羽根車５０は、流れ検出領域４０を構成する底面４１の平坦部４１２に接触した状態にある。一方、平坦部４１２よりも径方向外側の曲面部４１１（傾斜部）には接触しない。つまり、羽根車５０が回転したとき、羽根車５０と平坦部４１２との間には摩擦抵抗が生じるが、羽根車５０と曲面部４１１（傾斜部）との間には摩擦抵抗が生じない。

５）流路の形状
流れ検出領域４０に流体を送る流路１２は、図３等に示すように、一部がＵターンするように屈曲した状態とされることによって、その占める範囲が小さくなるようにコンパクトにまとめられた形状を呈する。当該流路１２の流れ検出領域４０側（下流側）の直線状の部分は、出口が流れ検出領域４０に繋がる（流路１２における最も下流側の部分である）第一の部分１２１と、出口が第一の部分１２１の入口に繋がる（第一の部分１２１より上流側の部分である）第二の部分１２２とを含む。第一の部分１２１の断面積は、第二の部分１２２の断面積よりも小さい。つまり、第二の部分１２２から第一の部分１２１に至るところで、流路１２が絞られている。第二の部分１２２と第一の部分１２１の境界部分の壁面は、流路１２が徐々に狭くなっていくようなテーパ形状とされている。

上記１）〜５）で説明したような形状等とすることによる作用効果は以下の通りである。

１）で説明したような羽根車５０（羽根部５１）の形状とすることにより、流路１２より流れ検出領域４０に進入した流体の力が、効率的に羽根車５０に伝達される。つまり、各羽根部５１は、回転方向とは反対側に向かって湾曲し、少なくとも一の羽根部５１が流れ検出領域４０の入口側に向かう態様にあるから、羽根車５０を効率よく回転させることができる。

２）で説明したような羽根車５０（羽根部５１）の形状とすることにより、回転する羽根車５０（羽根部５１）に対する水の抵抗を低減することができる。つまり、羽根車５０が回転する際、各羽根部５１は、羽根部５１同士の間に存在する流体を掻き分けて進むことになるが、羽根部５１の進行方向側の面（回転方向側の面５１１）が外縁に向かうにつれて各羽根部５１の厚みを小さくするように形成された曲面５１１ａ（または傾斜面）を含むため、進行する羽根部５１に対する流体の抵抗が小さくなる。具体的には、図７に示すように、羽根部５１の回転方向側の面５１１側の角が丸められている（面取りされている）ため、流体の流れが妨げられることが抑制される。よって、羽根車５０を効率よく回転させることができる。さらに、各羽根部５１に、その上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて厚みを小さくするように形成された曲面５１１ａ（または傾斜面）が形成された分、羽根部５１と流れ検出領域４０の底面４１、羽根部５１と流れ検出領域４０の上面４３（蓋部２０の下側の面）の接触面積が小さくなり、両者の間に生ずる摩擦抵抗を低減することができる。したがって、羽根車５０を効率よく回転させることができる。

３）で説明したような羽根車５０（羽根部５１）の形状とすることにより、回転する羽根車５０（羽根部５１）と流れ検出領域４０を構成する壁面との間の摩擦抵抗を低減することができる。つまり、各羽根部５１に、その上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて長さを小さくするように形成された曲面５１２ａ（または傾斜面）が形成された分、羽根部５１と流れ検出領域４０の底面４１、羽根部５１と流れ検出領域４０の上面（蓋部２０の下側の面）の接触面積が小さくなり、両者の間に生ずる摩擦抵抗を低減することができる。上記曲面５１２ａ（または傾斜面）は、羽根部５１と流れ検出領域４０を構成する壁面との接触面積を小さくするために形成されるものであるが、羽根部５１の先端側に形成されるものであるため、流体から羽根部５１に対する力の伝達効率が大きく低下することもない。したがって、羽根車５０を効率よく回転させることができる。

４）で説明したような流れ検出領域４０を構成する底面４１の形状とすることにより、回転する羽根車５０（羽根部５１）と流れ検出領域４０を構成する底面４１との間の摩擦抵抗を低減することができる。つまり、流れ検出領域４０を構成する底面４１は、径方向外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面部４１１を含むため、当該曲面部４１１が形成される分、羽根部５１と流れ検出領域４０の底面４１の接触面積が小さくなり、両者の間に生ずる摩擦抵抗を低減することができる。

また、流れ検出領域４０を構成する底面４１は、上記曲面部４１１と、その内側に形成された平坦部４１２を含む。羽根車５０は、当該平坦部４１２に接触し、曲面部４１１に接触しない状態となる。このように、羽根車５０は平坦部４１２に支持されるから、羽根車５０を安定した状態で回転させることができる。また、羽根部５１と平坦部４１２の間には隙間が存在しない（隙間が微小である）から、羽根部５１を押す流体は当該箇所を通過することができない（ほとんど通過しない）。つまり、流体が羽根部５１と平坦部４１２との間からから逃げてしまい。羽根部５１に対する力の伝達効率が大きく低下することもない。したがって、羽根車５０を効率よく回転させることができる。

ここで、流れ検出領域４０を構成する底面４１の外側に上記のような曲面部４１１が形成されているということは、流れ検出領域４０を構成する底面４１と側面４２（上下方向に沿う面）がなす角度が鋭角になるということである。したがって、羽根車５０の羽根部５１の先端面５１２と流れ検出領域４０を構成する側面４２との距離が近い場合であっても、羽根部５１の先端の下側の角と流れ検出領域４０を構成する底面４１と側面４２が形成する角の接触が避けられ、その点においても羽根車５０の回転の効率を向上させることができるという利点がある。

５）で説明したような流路１２の形状とすることにより、流れ検出領域４０に進入する流体の流速を高めることができる。つまり、流れ検出領域４０に流体を送る流路１２は、出口が流れ検出領域４０に繋がる第一の部分１２１の断面積が、第二の部分１２２の断面積よりも小さい形状である（第一の部分１２１と第二の部分１２２の境界部分が「絞り」となっている）ため、流れ検出領域４０に進入する流体の流速が高まる。これにより、流体が羽根車５０を押す力が高まり、羽根車５０を効率よく回転させることができる。

特に、本実施形態では、流れ検出領域４０に繋がる流路１２の末端の部分である第一の部分１２１をそのまま真っすぐ伸ばした仮想線Ｌと、流れ検出領域４０内に位置する少なくとも一つの羽根部５１の先端側が交差する。したがって、勢いよく流れ検出領域４０内に進入した流体が、そのまま湾曲した羽根部５１の先端側に衝突することになるため、羽根車５０を回転させる効率が高い。

以上説明したように、本実施形態にかかる流体加熱装置１によれば、羽根車５０の回転特性を向上させることができるため、流体の有無の検出性能が向上する。本実施形態のように、流体（流量）が閾値未満の場合に空焚きを防止するためにヒータ３０を停止させるものである場合においては、当該閾値以上か否かの検出性能が高まるということである。羽根車５０の回転によって流体の流量を検出する装置とした場合には、当該流量の検出性能（算出精度）が向上することになる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

上記実施形態にかかる流体加熱装置１は、人体局部洗浄装置に用いられるものであることを説明したが、その他の装置に適用することも可能である。また、羽根車５０の回転によって検出される対象となる流体は、水には限られない。

１流体加熱装置
１２流路
１２１第一の部分
１２２第二の部分
３０ヒータ
４０流れ検出領域
４１底面
４１１曲面部
４１２平坦部
５０羽根車
５１羽根部
５１１回転方向側の面
５１２先端面

Claims

ヒータによって加熱される流体の流れを検出する流れ検出領域と、
前記流れ検出領域内に配置された羽根車と、
を備え、
前記流れ検出領域を構成する底面は、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面を含み、
前記羽根車が有する各羽根部は、回転中心側である基端側から外側である先端側に向かうにつれて、回転方向とは反対側に向かって湾曲した部分を有する、流体加熱装置。
前記流れ検出領域を構成する底面は、外側に向かうにつれて下方に変位するように形成された曲面または傾斜面と、その内側に位置する平坦な面とを含む、請求項１に記載の流体加熱装置。
前記各羽根部の回転方向側の面は、外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含む、請求項１または請求項２に記載の流体加熱装置。
前記流れ検出領域に流体を送る流路は、
出口が前記流れ検出領域に繋がる第一の部分と、
出口が前記第一の部分の入口に繋がる第二の部分と、
を有し、
前記第一の部分の断面積が、前記第二の部分の断面積よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体加熱装置。
前記各羽根部の先端面は、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の長さを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流体加熱装置。
前記各羽根部の回転方向側の面は、上側の外縁または下側の外縁に向かうにつれて各羽根部の厚みを小さくするように形成された曲面または傾斜面を含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流体加熱装置。