JP7362122B2 - 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回路が設けられる。このような給湯システムにおいては、落とし込み給湯路及び追い焚き循環回路にフローセンサが設けられ、湯水の流量や循環が検出される。落とし込み給湯路と追い焚き循環回路との接続部に共用の流量検出ユニットを設ける構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。このような流量検出ユニットは一般に、流れを受けて回転する回転体を備え、その回転数から流量を検出する。

特許文献１に記載の流量検出ユニットのボディには、落とし込み給湯路を構成する第１流路と、追い焚き循環回路を形成する第２流路が設けられる。第１流路の途中に第２流路が接続される。回転体は、第１流路における第２流路との接続点よりも上流側に配設されている。第１流路には接続点の位置に内筒が設けられ、二重管構造が形成されている。第２流路の上流側から接続点に流入する湯水を、ボディの内周面と内筒の外周面との間に形成される環状通路に導くことで旋回させる。それにより、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誘発し、回転体の回転を促している。

特開２０１７－００９３４９号公報

ところで、このような渦流誘発構造の機能を有効に発揮させるためには、接続点において湯水の旋回流を十分に発生させるとともに、それによる渦流を内筒の内部通路を介して第１流路の上流側に効率良く伝えなければならない。この点につき、内筒そのものが渦流伝達の障壁にもなりうるため、内筒の高さを必要最小限に抑えることも考えられる。しかし、第２流路に流入した湯水に異物が含まれる場合、その渦流の伝達とともに回転体側に引き込まれる可能性がある。発明者らの検証によれば、特に毛髪等のように軽くて長い繊維状の異物の場合、旋回流に沿って浮遊しながら内筒の開口端に導かれる傾向があることが分かった。このような異物が回転体の軸に巻き付いたり、その軸受に侵入すると、流量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、検出性能を良好に維持しつつ、外部から侵入した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、直線状の第１流路と、第１流路の途中において接続する第２流路と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流路における第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、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。内筒から第１流路の下流側に向けて突出する複数のガイド部が設けられる。複数のガイド部は、内筒の開口端の周囲に間隔をあけて設けられ、内筒の開口端よりも第１流路の下流側へ延出している。

この態様によると、内筒により環状通路を形成することで、渦流誘発機能を良好に維持できる。一方、内筒の開口端の周囲に複数のガイド部が配設され、それぞれ内筒の開口端よりも第１流路の下流側へ延出している。このため、第２流路の上流側から接続点に流入した流体に繊維状の異物が含まれ、その異物が旋回流にのって浮遊したとしても、ガイド部に絡むことで内筒への侵入が抑制され、第１流路の下流側へ導出しやすくなる。

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回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、回転体側への異物の侵入を抑制できる。追い焚き時に循環する湯水に毛髪等の繊維状の異物が含まれていたとしても、環状通路を浮遊する過程でガイド部に絡みながら下流側に導かれ排出される。追い炊き時に異物を排出できなかったとしても、次回の湯張り時における通水により排出することができる。すなわち、この態様の検出ユニットを給湯システムに適用することにより、繊維状の異物が回転体側へ導かれることを防止又は抑制できる。

本発明によれば、検出性能を良好に維持しつつ、外部から侵入した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。 第１ボディの構成を表す図である。 図２（Ｂ）のＣ－Ｃ矢視断面図である。 第２ボディを示す図である。 ガイド部を設けたことによる異物排出作用を表す図である。 ガイド部を設けたことによる異物排出作用を表す図である。 変形例に係る異物排出構造を模式的に表す図である。 変形例に係る異物排出構造を模式的に表す図である。

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。

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。
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回路とを備える。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、接続通路８０と循環通路８２に分岐する。接続通路８０及び循環通路８２は、いずれも浴槽１３に接続されている。これらの分岐点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。

追い焚き循環回路は、循環通路８２及び接続通路８０によって構成される。循環通路８２には、熱交換器７０及びポンプ８４が配置されている。追い焚き時には、ポンプ８４が駆動される。また、熱交換器７０が熱源として機能する。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。

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、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から循環通路８２へと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、接続通路８０を介して再び浴槽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９１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とはそれらの接続位置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９１内には、第１開口端１０６と第３開口端１１０とをつなぐ直線状の第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。

直管部９５は、接続点１１１の位置において拡径する拡管部１４１を有する。すなわち、第１流路１０５において接続点１１１の位置の流路径がその上流側の流路径より大きくなるように、ボディ９１の内径及び外径が拡径されている。

ボディ９１は、Ｔ字管状の第１ボディ９３と直管状の第２ボディ９９とからなる。第１ボディ９３は導入管部９４、導入出管部９６及び拡管部１４１を構成し、第２ボディ９９は導出管部９８を構成する。第１ボディ９３はまた、拡管部１４１に連設され直管部９５と同軸状である接続部１０２を有している。接続部１０２には、第２ボディ９９が直管部９５と同軸状になるように組み付けられる。第２ボディ９９は、接続部１０２の内方（第１ボディ９３の内方）に上流側半部が配設され、第１ボディ９３の外方に下流側半部が配設される。第２ボディ９９の構造や接続部１０２への組付態様について詳細は後述する。

第２ボディ９９の外周面のうち、接続部１０２の内周面と対向する位置には、環状凹部１１９が設けられている。環状凹部１１９には環状のシール部材１２３が嵌着されている。すなわち、第２ボディ９９の外周面と接続部１０２（第１ボディ９３）の内周面との間には、シール部材１２３が介装される。この構成により、第２ボディ９９と第１ボディ９３との間のクリアランスを介した湯水の漏れが防止される。

第１開口端１０６は、給湯配管３２に接続される。第２開口端１０８は、循環通路８２に接続される。第３開口端１１０は、接続通路８０に接続される。このようにして、分岐配管９０は、給湯配管３２、接続通路８０および循環通路８２の接続部を形成する。

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。

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など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。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（不図示）により支持されている。隣接するステー間に連通孔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１０５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、３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を受け入れる第１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を第１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の第１ボディ９３に対する軸流方向の位置決め（圧入量）は、第１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の位置で拡管部１４１と二重管構造を形成する内筒１３６を有する。内筒１３６は、第１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。このように内筒１３６を配置したことにより、拡管部１４１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。

内筒１３６の外周面には、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）に対して対称となる態様でテーパ部１３７が設けられている。テーパ部１３７は、その外径が内筒１３６の開口端から基端側に向けて大きくなるように設けられている。すなわち、内筒１３６は、基端側ほど肉厚が大きくなるように設定されている。この構造により、本実施形態の環状通路１３８は、テーパ部１３７を設けない場合に比べて断面積が小さくされている。

図２は、第１ボディ９３の構成を表す図である。図２（Ａ）は第１ボディ９３の側面図であり、図１のＡ方向矢視図（第２ボディ９９を除いた状態）に対応する。図２（Ｂ）は図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。

図２（Ａ）に示すように、テーパ部１３７には、複数のガイド部１５０が下流側に向けて突設されている（図１参照）。複数のガイド部１５０は、それぞれ円柱状をなし、軸線Ｌ１を中心とした所定の仮想円ｃ上に配置されている。本実施形態では、３つのガイド部１５０が軸線Ｌ１を中心として９０度おきに設けられ、それぞれ軸線Ｌ１と平行に延出している。接続部１０２には、軸線Ｌ１に対して対称に径方向に延出する一対のフランジ部１５２が設けられ、各フランジ部１５２にねじ穴１１３が形成されている。

図２（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、第１流路１０５における接続点１１１より上流側の位置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、第２流路１０９の上流側流路１４２の軸線Ｌ２を第１流路１０５の軸線Ｌ１に対してねじれの位置に設定することにより実現されている。上流側流路１４２における接続点１１１への開口部１４３は、軸線Ｌ１に対して片側に偏り、かつ環状通路１３８に開口する位置に設けられる。開口部１４３は「第２開口部」として機能する。

このようにして、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Ｌ１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。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）、その湯水は開口部１４３を通って環状通路１３８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、拡管部１４１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。開口部１４３の延長線上（投影位置）に旋回流の流路があるため、渦流誘発機能が効率的に発揮される。

一方、複数のガイド部１５０は、開口部１４３の延長線上から外れた位置に設けられている。具体的には図示のように、軸線Ｌ１の上下にガイド部１５０ａ，１５０ｂが配設され、軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ２とは反対側となる位置にガイド部１５０ｃが配設されている。ガイド部１５０ａ～１５０ｃは、内筒１３６の開口端１３９に沿って配置されている（図２（Ａ）参照）。開口部１４３から軸線Ｌ２の方向にみて、ガイド部１５０ａは最も離れた位置にあり、ガイド部１５０ｂは最も近い位置にある。ガイド部１５０ｃは、軸線Ｌ２から最も離れた位置にある。なお、ガイド部１５０ａ～１５０ｃは同一の構造を有するため、これらを特に区別しないときは「ガイド部１５０」と総称する。

図示のように、ガイド部１５０の断面が内筒１３６の断面に対して半径方向外向きに突出するところ、その突出部が開口部１４３の延長線上から外れるようにしている。それにより、開口部１４３から環状通路１３８へ流入する湯水が旋回流となる初期段階で、ガイド部１５０がその流れの変化を阻害する要因とならないようにしている。

図３は、図２（Ｂ）のＣ－Ｃ矢視断面図である。図３は、図１におけるＸ－Ｘ矢視断面図に相当する。
本実施形態では図示のように、開口部１４３が長円状ないし長方形状をなし、環状通路１３８に開口している。内筒１３６の一部が開口部１４３の延長線上に位置するが、テーパ形状（テーパ部１３７）を採用することで、旋回流の発生に実質的に支障をきたさないようにされている。本実施形態では、内筒１３６の高さｈを、開口部１４３の幅ｔ（軸線Ｌ１方向の長さ）の１／２程度としているが、環状通路１３８の大きさや開口部１４３との位置関係等を考慮して旋回流を効果的に生成するための値を適宜設定できる。

ガイド部１５０は、内筒１３６の開口端１３９よりも第１流路１０５の下流側へ延出している。本実施形態では、ガイド部１５０の先端位置を、開口部１４３の下流側開口縁の位置（軸線Ｌ１方向下流側の端縁の位置）と一致させている。変形例においては、ガイド部１５０の長さをこれよりも長くしてもよい。隣接するガイド部１５０の間には十分に大きな空間が形成されるため、湯水の旋回流はこの空間を介しても渦流を誘発できる。

接続点１１１の位置で発生した渦流は、軸線Ｌ１を中心としたものになり、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、上流側流路１４２から開口部１４３をとおって接続点１１１に流入する流体の一部を、軸線Ｌ１周りに旋回させるように導く。これにより、接続点１１１における渦流の生成が促進される。

上述した渦流誘発構造により誘発された渦流は、羽根車１２０を回転させることができ、その回転が検出部１１４（図１参照）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、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。

図４は、第２ボディ９９を示す図である。図４（Ａ）は断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＣ方向矢視図である。図４（Ａ）に示される断面は、図３に示される断面に対応する。

図４（Ａ）に示すように、第２ボディ９９は円筒状となっている。第２ボディ９９の内周面には、その上流側開口端１０１から中央部にかけて縮径部１４９が設けられている。縮径部１４９は、下流側へ向けて縮径するテーパ形状を有する。縮径部１４９の内周面には、半径方向内向きへと突出する突出部１４７が４つ設けられている。突出部１４７は、下流側通路１４４の軸線Ｌ１と平行に伸びるリブである。４つの突出部１４７はそれぞれ、縮径部１４９の周囲に９０度ずつの間隔で配置されている。突出部１４７は、上流側開口端１０１から縮径部１４９におけるテーパ面の途中まで軸線方向に延在している。

図４（Ｂ）に示すように、第２ボディ９９の外周面には一対のフランジ部１１５が設けられている。フランジ部１１５の端部には、ねじ（後述）を挿通するための挿通部１１７が設けられている。本実施形態において挿通部１１７は、第２ボディ９９の軸線Ｌ１に対して対称な位置に２つ設けられている。

図１に戻り、第２ボディ９９の第１ボディ９３への組付態様について説明する。
第２ボディ９９を第１ボディ９３に組み付ける際には、挿通部１１７とねじ穴１１３とを合わせるように第２ボディ９９を第１ボディ９３に組み付け、ねじ１５を挿通して締結する。これにより、ねじ１５のねじ頭と第１ボディ９３の端面１０３との間にフランジ部１１５が挟持され、第２ボディ９９が第１ボディ９３に固定される。

上述した突出部１４７は、第１流路１０５における接続点１１１よりも下流側の流路（下流側通路１４４）において、ボディ９１の内壁から半径方向内向きへと突出する部分ともいえる。また、縮径部１４９はこの下流側通路１４４において、下流側へ向かう方向で縮径する部分ともいえる。

ところで、給湯システムの施工時において屋外に配置される給湯器と浴槽とを配管で接続する際、屋外に存在していた小石等の異物がその配管に入り込むことがある。追い焚き時に循環する湯水とともにこれらの異物が第２流路１０９に入り込むと、渦流とともに異物がセンサ部９２に導かれる可能性がある。その結果、異物が羽根車１２０等を破損させる虞がある。

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、第１ボディ９３に拡管部１４１を設けている。拡管部１４１は第１流路１０５における接続点１１１の位置に設けられている。拡管部１４１での流路径が、第１流路１０５における接続点１１１より上流側での流路径より大きくなるように、拡管部１４１の内径及び外径が拡径されている。また、拡管部１４１の内周面と内筒１３６の外周面との間に環状通路１３８が形成されている。図３に関連して説明したとおり、環状通路１３８に導かれた流体は渦流となる。この構成により、仮に第２流路１０９内に異物が混入したとしても、その異物が渦流の遠心力によって拡管部１４１の内周面に押しやられる。

本実施形態では、拡管部１４１を設けることで、接続点１１１におけるボディ９１（第１ボディ９３）の内周面と内筒１３６の開口端との間の距離を十分に大きくしている。言い換えれば、接続点１１１におけるボディ９１の内径を十分に大きくするために、本実施形態においてはボディ９１を接続点１１１において拡管している。この構成により、異物が内筒１３６の開口端１３９からセンサ部９２側へ流れることを抑制している。それにより、検出ユニット６８は羽根車１２０等の破損を防止できる。

一方、第１ボディ９３を拡管（拡径）したことにより、湯水の旋回速度成分が軸流速度成分よりも相当大きくなること、つまり湯水が接続点１１１から第１流路１０５の下流側へ流れ難くなる可能性がある。そこで、図３にも示したとおり、第２ボディ９９の内周面（下流側通路１４４の上流端部）に突出部１４７を設けている。突出部１４７は、湯水の旋回速度成分を軸流速度成分に変換する機能を有する。それにより、下流側通路１４４における湯水の軸線方向への流れを促進できる。つまり、第２流路１０９から侵入した異物を効率的に下流側へ導けるようになる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図５および図６は、ガイド部１５０を設けたことによる異物排出作用を表す図である。図５は、ＣＡＥ（Computer aided Engineering）による解析結果を表し、第２流路１０９の開口部１４３から接続点１１１へ導入された湯水の流れを示す。同図において、湯水の流れは流線によって示され、その流速が濃淡によって示されている。なお、湯水の流れは、内筒１３６の開口端１３９よりも下流側に存在する部分のみ表示されている。

この解析結果によれば、上流側流路１４２から接続点１１１に流入した湯水が環状通路１３８に沿って旋回し、渦流へと変化している。先に流入した湯水が後続の湯水の内側に回り込む態様で渦流が形成される。言い換えれば、開口部１４３から接続点１１１へ流入する湯水は、先に流入した湯水により外側に押しやられながら旋回し始める。このため、仮に開口部１４３から流入した湯水に毛髪等の繊維状の異物が混入していたとしても、環状通路１３８の径方向外側寄りを流れることとなり、開口部１４３から内筒１３６の内部へ直接的に導かれる可能性は低い。この渦流を形成する湯水は、図中手前側（不図示）の下流側通路１４４へと導かれる。

図６は、検出ユニット６８を模擬した可視化装置を用いて行った実験結果を示す。同実験では、毛髪（異物）を含む湯水を開口部１４３から接続点１１１へ導入し、その毛髪がいかなる挙動を示すかの検証を行った。図６（Ａ）～（Ｈ）は、その実験経過を示している。図中矢印が毛髪を指し示している。

この実験結果によれば、開口部１４３から接続点１１１に侵入した毛髪は、湯水とともに環状通路１３８に導かれ、旋回流に沿って環状に延びるように流れる（図６（Ａ）～（Ｂ））。毛髪は、旋回が進むにつれて半径方向内向きに移動するが、ガイド部１５０によってその移動が規制される（図６（Ｃ））。毛髪は、３つのガイド部１５０に絡みつきつつ下流側へ導かれ、湯水とともに排出される（図６（Ｄ）～（Ｈ））。

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及び第１流路１０５における接続点１１１より上流の位置において軸線Ｌ１周りに旋回する渦流を発生させることができる。この渦流によって羽根車１２０を回転させることができ、センサ部９２の検出性能を確保できる。

また、第１ボディ９３（ボディ９１）は、第１流路１０５における接続点１１１の位置に拡管部１４１を有する。このため、仮に異物が第２流路１０９へ侵入し、湯水とともに接続点１１１へ流入したとしても、その異物が渦流によって拡管部１４１の内周面へ向けて押しやられる。それにより、異物がセンサ本体１１２内部へ導かれることを防止でき、異物による羽根車１２０等の損傷を防止できる。小石等のように比較的質量が大きい異物である場合は直進性が大きいが、渦流に沿って回転することで遠心力も大きくなるため外側に押しやることができる。毛髪等のように比較的軽くて長い異物である場合、上述のように、ガイド部１５０がこれを絡み取りながら下流側へと導くことができる。

一方、このように接続点１１１を拡径することで環状通路１３８の流路断面積が必要以上に大きくなり、湯水の旋回速度成分が不足してしまうと、十分な渦流が得られず、センサ部９２の検出性能を低下させる可能性がある。この点、本実施形態では、内筒１３６にテーパ部１３７を設け、内筒１３６の外径がその開口端から基端側へ向けて大きくなるようにした。この構造により、環状通路１３８の流路断面積の増大を抑制でき、環状通路１３８における旋回流の流速を十分に保つことができる。それにより、渦流誘発構造を十分に機能させることができ、センサ部９２の検出性能を確保できる。

本実施形態ではさらに、下流側通路１４４には突出部１４７が設けられる。この構造により、環状通路１３８において発生した旋回流（渦流）の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させる。それにより、異物を拡管部１４１に滞留させることなく、効率的に下流側へ導くことができる。

（変形例）
図７および図８は、変形例に係る異物排出構造を模式的に表す図である。図７（Ａ）は第１変形例を示し、図７（Ｂ）は第２変形例を示す。第１および第２変形例は、ガイド部の数が上記実施形態とは異なる。図８（Ａ）は第３変形例を示し、図８（Ｂ）は第４変形例を示す。第３および第４変形例は、ガイド部の形状が上記実施形態とは異なる。これらの変形例は、特に毛髪のように軽くて長い異物の排出に効果を発揮する。

図７（Ａ）に示すように、第１変形例では、上記実施形態の３つのガイド部１５０のうち、軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ２とは反対側に位置するガイド部１５０ｃが省略される。開口部１４３から接続点１１１に侵入した毛髪は、環状通路１３８を流れる湯水とともに旋回するが、後続で開口部１４３から流入する湯水により径方向内向きに押しやられる可能性がある。この点、第１変形例においては、後続の湯水との合流部（つまり開口部１４３の近傍）の手前でガイド部１５０ｂによりその内向きへの付勢を打ち消す作用が得られるため、センサ側への毛髪の侵入を抑制できる。上記実施形態のガイド部１５０ｃについても設けるほうが好ましいものの、これを省略してもガイド部１５０ｂを省略するほどの影響はない。

図７（Ｂ）に示すように、第２変形例では、４つのガイド部１５０（ガイド部１５０ａ，１５０ｄ～１５０ｆ）が設けられる。ガイド部１５０ｄは軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ２と同じ側に設けられ、ガイド部１５０ｅ，１５０ｆは、軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ２とは反対側に設けられている。隣接するガイド部１５０の間隔は等しくされている。ガイド部１５０ｄは、開口部１４３の延長線上からは外れているが、その延長線の至近に配置されている。このような構成により、後続の湯水との合流部の直前でガイド部１５０ｄによりその内向きへの付勢を打ち消す作用が得られる。さらに上記実施形態よりもガイド部１５０の数が多いため、より良好な異物排出効果が期待できる。

なお、ガイド部１５０の配置や数については、上記実施形態、第１変形例および第２変形例に限らず適宜設定できる。ガイド部１５０の数を増加させると、異物排出効果は高まるが、ガイド部１５０間の空間が減少するため、渦流誘発効果を低下させる可能性がある。このため、渦流誘発効果および異物排出効果の双方を適切に得られるよう設定するのが好ましい。

図８（Ａ）に示すように、第３変形例では、上記実施形態のガイド部１５０ａ～１５０ｃに代えてガイド部１６０ａ～１６０ｃが設けられる。以下、これらを特に区別しない場合には、「ガイド部１６０」と総称する。ガイド部１６０は、断面長円形状（断面楕円形状）を有する。ガイド部１６０ａ～１６０ｃは、その長径が内筒１３６の接線方向を向くように配設される。このような形状を採用することにより、旋回流に対する抵抗を低減できる。

図８（Ｂ）に示すように、第４変形例では、上記実施形態のガイド部１５０ａ～１５０ｃに代えてガイド部１７０ａ～１７０ｃが設けられる。以下、これらを特に区別しない場合には、「ガイド部１７０」と総称する。ガイド部１７０は断面流線形状を有する。ここでいう「流線形状」は翼形状や涙滴形状など、旋回流の流れ方向に沿って厚みが小さくなる形状を含む。ガイド部１７０ａ～１７０ｃは、その断面の長手方向が内筒１３６の接線方向を向くように配設される。このような形状を採用することにより、旋回流を受けるガイド部１７０の下流側にカルマン渦が発生することを効果的に抑制できる。その結果、旋回流の流れを滑らかにでき、旋回流に対する抵抗を低減できる。

なお、他の変形例においては、このような断面長円形状ないし断面流線形状を有するガイド部を、その断面の長手方向が内筒１３６の接線方向とは異なる方向を向くように配設してもよい。その断面の長手方向が、旋回流に対する抵抗をより低減可能な方向（最適方向）を向くようにしてもよい。

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。

上記実施形態では、ガイド部として円柱状（断面円形状）のものを内筒に一体成形する構成を例示した。変形例においては、ガイド部としてピンを内筒に組み付けてもよい。あるいは、内筒の開口端と同等の曲率を有する断面弧状のガイド部を複数設けてもよい。ボディに二重管構造を成形する際、内側管部の先端に凹状の切欠きを複数設けることで、その残余の部分によりガイド部を形成してもよい。その場合、切欠きによる凹部の端面が、内筒の開口端を構成することとなる。

上記実施形態では、図２に示したように、開口部１４３を第２流路１０９の軸線Ｌ２上（つまり導入出管部９６の軸線上）に設ける構成を例示した。変形例においては、開口部１４３を第２流路１０９の軸線Ｌ２からオフセットした位置に設けてもよい。すなわち、開口部１４３の中心軸を軸線Ｌ２に対して平行にずらしてもよい。それにより、例えば軸線Ｌ１と軸線Ｌ２との距離を近づけ、第１ボディ９３をコンパクトに構成できる。

上記実施形態では、図２に示したように、複数のガイド部１５０が開口部１４３（第２開口部）の延長線上から外れた位置に設けられる構成を例示した。変形例においては、第２開口部の延長線上にもガイド部（「特定ガイド部」ともいう）を設けてもよい。そして、特定ガイド部を他のガイド部と比較して小さく構成してもよい。具体的には、特定ガイド部の高さを他のガイド部の高さよりも小さくしてもよい。また、特定ガイド部の断面を他のガイド部の断面よりも小さくしてもよい。特定ガイド部を小さくすることで、当該特定ガイド部が湯水の旋回を阻害することを抑制できる。一方、特定ガイド部を設けることにより、毛髪等の繊維状の異物を外側に押しやる作用が高められる。

上記実施形態では、ガイド部１５０の基端を内筒１３６の開口端１３９（先端近傍）に設定する例を示した。変形例においては、ガイド部の基端を内筒の基端や高さ方向中間位置に設定してもよい。その場合も、複数のガイド部は、内筒の開口端の周囲に間隔をあけて設けられることとなる。ガイド部については、内筒の開口端よりも第１流路の下流側へ延出させるようにする。

上記実施形態では述べなかったが、ガイド部を基端から先端に向けて断面が小さくなるように構成してもよい。それにより、毛髪等の繊維状の異物を下流側に導き易くなる。

上記実施形態では、内筒をボディと一体成形する例を示したが、センサの軸受部と一体成形してもよい。あるいは、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１ボディと第２ボディとを組み付けて検出ユニットのボディとした。この構造は、第３開口端に接続される配管等の径が変わる場合に、第２ボディ（導出管部）のみ取り換えて第１ボディを共用できる構造である。変形例においては、導出管部をボディに一体成形した単一のボディを検出ユニットのボディとしてもよい。この場合には、ボディの第２流路における接続点より下流側において突出部（突出部１４７）を一体成形してもよいし、突出部を第３開口端から内挿させてボディへ圧入固定してもよい。いずれの場合においても、突出部を接続点における第２流路の上流側通路の開口端よりも下流側に設ける。突出部の数については適宜設定できる。

上記実施形態では、内筒１３６の開口端を接続点１１１の中央に位置させているが、接続点１１１の中央よりも上流側に位置させてもよい。あるいは、接続点１１１の下流側に位置させてもよい。

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。上記実施形態と同様に、内筒に複数のガイド部を設け、回転体側への毛髪等の侵入を抑制する構造としてもよい。

上記実施形態では、管接手を検出ユニットのボディとした。検出ユニットのボディについては配管状に限らない。変形例においては、樹脂製のブロックに流路を形成して検出ユニットのボディとしてもよい。また、ボディの材質については樹脂に限らず、ステンレス鋼等の他の材質からなるとしてもよい。

上記実施形態においては、内筒の外周面をテーパ面とした。変形例においては、凸曲面、凹局面その他の傾斜面としてもよい。内筒の外径が、内筒の開口端から基端側に向けて大きくなる形状を採用するのが好ましい。

上記実施形態では、第１流路を横向きとして検出ユニットを使用する態様について説明した。変形例においては、第３開口端を下向きとする態様で第１流路を縦向きとなるように検出ユニットを配置してもよい。実施形態及び変形例のどちらにおいても、下流側流路に突出部を設ける効果は発揮されるが、変形例においては第２流路における接続点より下流側の位置において石等の異物は重力によって導出方向へ流れやすくなっている。実施形態における検出ユニットの方が、突出部がより効果的に機能する。

上記実施形態では、第１ボディに対して第２ボディをねじによって取り付ける態様を説明した。第１ボディと第２ボディとの組付態様についてはこれに限らず、第１ボディに係止腕部、第２ボディに係止突起部をそれぞれ設けて両者を互いに係止させる等の種々の組付態様を適用できる。

なお、上記実施形態では、検出ユニットに混入する異物として小石や毛髪を想定したが、プラスチック片や埃等の他の異物に対しても良好な排出効果が得られる。

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、７０ 熱交換器、９０ 分岐配管、９１ ボディ、９２ センサ部、９３ 第１ボディ、９４ 導入管部、９５ 直管部、９６ 導入出管部、９８ 導出管部、９９ 第２ボディ、１０１ 上流側開口端、１０５ 第１流路、１０６ 第１開口端、１０８ 第２開口端、１０９ 第２流路、１１０ 第３開口端、１１１ 接続点、１１２ センサ本体、１１４ 検出部、１１８ 回転軸、１２０ 羽根車、１２４ 第１軸受、１２６ 第２軸受、１３２ 整流羽根、１３６ 内筒、１３７ テーパ部、１３８ 環状通路、１３９ 開口端、１４１ 拡管部、１４２ 上流側流路、１４３ 開口部、１４４ 下流側通路、１４７ 突出部、１５０ ガイド部、１６０ ガイド部、１７０ ガイド部、Ｌ１ 軸線、Ｌ２ 軸線。

Claims (8)

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、
   直線状の第１流路と、前記第１流路の途中において接続する第２流路と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流路における前記第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、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、
   前記内筒から前記第１流路の下流側に向けて突出する複数のガイド部が設けられ、
   前記複数のガイド部は、前記内筒の開口端の周囲に間隔をあけて設けられ、前記内筒の開口端よりも前記第１流路の下流側へ延出していることを特徴とする検出ユニット。
2. 前記渦流誘発構造は、前記第２流路における前記接続点への開口部である第２開口部を、前記第１流路の軸線に対して片側に偏り、かつ前記環状通路に開口する位置に設けることで実現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. 前記複数のガイド部は、前記第２開口部の延長線上から外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の検出ユニット。
4. 前記複数のガイド部は、前記第１流路の軸線を中心とした所定の仮想円上に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の検出ユニット。
5. 前記ガイド部は、ピン状ないし柱状をなしてい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. 前記ガイド部は、前記環状通路における流体の旋回方向に沿う断面長円状ないし断面流線形状を有することを特徴とする請求項５に記載の検出ユニット。
7. 前記内筒の外径が、前記内筒の開口端から基端側に向けて大きくなり、
   前記複数のガイド部は、前記内筒の開口端に沿って配置されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の検出ユニット。
8. 前記ボディは、前記第１流路における前記接続点の位置において前記接続点より上流側よりも内径及び外径が共に拡径している拡管部を有し、
   前記拡管部に前記二重管構造が形成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の検出ユニット。

Images