(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯器の熱交換器に通じる管路の途中に配置され、上記管路内の水流に回転運動を与えるように捩じって配置された整流羽根と、上記整流羽根の下流側において上記管路の管軸方向に配置された軸を中心に回転自在に配置された磁性体を含む羽根車と、上記羽根車の回転によって変化する磁界の変化を検出するために上記管路の外側に配置された磁気センサーと、上記整流羽根を回転駆動するための整流羽根駆動手段とを有することを特徴とする給湯器のポンプ機能付流量検出器。
【請求項２】
上記整流羽根駆動手段は上記管路内の下流側から上流側に水を流す方向に上記整流羽根を回転駆動する請求項１記載の給湯器のポンプ機能付流量検出器。
【請求項３】
永久磁石が取り付けられた回転子が回転自在に上記管路内に配置されて上記整流羽根に連絡され、上記管路外に配置された駆動コイルに通電することによって上記回転子が回転駆動される請求項１又は２記載の給湯器のポンプ機能付流量検出器。
【請求項４】
上記整流羽根に永久磁石が取り付けられていて、上記管路外に配置された駆動コイルに通電することによって上記整流羽根が回転駆動される請求項１又は２記載の給湯器のポンプ機能付流量検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、給湯器の熱交換器に通じる管路の途中に配置されたポンプ機能付流量検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器の流量検出器は一般に、磁性材を含む羽根車を水の流量に応じて回転速度が変化するように管路内に設け、その羽根車の回転によって生じる磁界の変化を管路の外側に設けた磁気センサーで検出することにより、管路内を流れる水の流量を検出している。
【０００３】
一方、給湯器には、給湯停止時に熱交換器に溜まっている水が加熱されることにより、給湯再開時に一時的に高温湯が出湯するいわゆるアンダーシュート現象が発生する問題がある。
【０００４】
そこで従来は、流量センサーの羽根車に磁性体が含まれていることに着目し、羽根車の周囲の管路の外部に駆動コイルを配置して、羽根車を回転子とするポンプを構成し、駆動コイルに通電することによって回転駆動される羽根車で管路内の水を強制的に循環させてアンダーシュート現象を防止していた（特開平８−５４１４５号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、流量検出器は、上述のように羽根車の回転によって生じる磁界の変化を管路の外側に設けた磁気センサーで検出するようになっているので、羽根車の周囲に鉄片等を配置すると羽根車の回転検出に支障が出てしまう。
【０００６】
そのため、羽根車の周囲にヨークの役目をするものを配置することができないので、羽根車に十分な回転トルクを与えるためには極めて大きな駆動コイルを配置しなければならず、エネルギ効率が非常に悪かった。また、羽根車を回転させている間は流量検出をすることができなかった。
【０００７】
そこで本発明は、流量検出器をエネルギ効率のよいポンプとして兼用することができ、しかもポンプとしての使用中にも流量検出を行うことができる給湯器のポンプ機能付流量検出器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の給湯器のポンプ機能付流量検出器は、給湯器の熱交換器に通じる管路の途中に配置され、上記管路内の水流に回転運動を与えるように捩じって配置された整流羽根と、上記整流羽根の下流側において上記管路の管軸方向に配置された軸を中心に回転自在に配置された磁性体を含む羽根車と、上記羽根車の回転によって変化する磁界の変化を検出するために上記管路の外側に配置された磁気センサーと、上記整流羽根を回転駆動するための整流羽根駆動手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記整流羽根駆動手段は上記管路内の下流側から上流側に水を流す方向に上記整流羽根を回転駆動するようにしてもよい。
そして永久磁石が取り付けられた回転子が回転自在に上記管路内に配置されて上記整流羽根に連絡され、上記管路外に配置された駆動コイルに通電することによって上記回転子が回転駆動されるようにしてもよい。
【００１０】
また、上記整流羽根に永久磁石が取り付けられていて、上記管路外に配置された駆動コイルに通電することによって上記整流羽根が回転駆動されるようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の給湯器のポンプ機能付流量検出器を示している。１は、図示されていない給湯器の熱交換器に通じる流路管であり、非磁性材料で形成されていて内部に水が流される。実線の矢印は通常の水の流れ方向を示している。
【００１２】
２及び３は、羽根車５の下流側と上流側とに配置された整流羽根である。下流側整流羽根２は、複数の羽根が管軸方向に真っ直ぐに配列されて流路管１内に嵌め込み固定されていて、水の流れを管軸に沿う真っ直ぐな流れに整流する。
【００１３】
一方、上流側整流羽根３は、図２に側面図が示されるように、複数の羽根がスクリュー状に管軸周りに捩じって形成されており、水の流れを螺旋状の流れに整流する。
【００１４】
二つの整流羽根２，３の間には、軸線位置から放射状に真っ直ぐに複数の羽根が突出形成された羽根車５が配置されており、その軸棒５ｃの両端が管軸中心に回転自在に整流羽根２，３の中心位置に軸支されている。
【００１５】
この実施の形態の羽根車５は、図３にＩＩＩ−ＩＩＩ断面が示されるような十字状の断面形状に形成された磁性材（例えば、永久磁石粉が混合されたプラスチック）からなる磁性羽根車５ａと、それと同じ断面形状に形成された非磁性のプラスチック材からなる非磁性羽根車５ｂとを一体的に連結して構成されている。軸棒５ｃは、非磁性羽根車５ｂと一体成形されている。
【００１６】
羽根車５を囲む位置の流路管１の外周部には、ホール素子等を用いた磁気センサー６が配置されていて、羽根車５の回転によって生じる磁界の変化を検出して出力する。
【００１７】
このような構成により、流路管１内を流れる水の流量に応じて羽根車５の回転速度が変化し、それによって生じる磁界の変化を検出する磁気センサー６からの出力信号から羽根車５の回転速度を割り出して、流路管１内を流れる水の流量が検出される。
【００１８】
この実施の形態の流路管１はＬ字状に曲がって形成されており、その角部の背部にあたる位置に、上流側整流羽根３を回転駆動するための駆動モータ１０が配置されている。
【００１９】
駆動モータ１０のヨーク１１は流路管１に埋め込まれて配置されており、図４に示されるように、四個の鉄製ヨーク片が各々の端部で一つに繋がれた形状に形成されている。そして、その繋ぎ部分に駆動コイル１３とサーチコイル１２とが並んで巻回されている。
【００２０】
Ｖ−Ｖ断面を示す図５にも示されるように、ヨーク１１の内側に位置する流路管１内の軸線位置には固定軸７が配置され、その固定軸７に回転自在に嵌合する回転子１５の外周部に、一対の半円筒状の永久磁石１６ａ，１６ｂが、ヨーク１１に対向するように固着されている。
【００２１】
駆動コイル１３に電流を与える駆動回路２０は、図６に示されるように、サーチコイル１２と駆動コイル１３を一対のオペアンプ２１，２２の入力側と出力側とに分けて接続して構成されている。２３はコンデンサー、２４と２５は、電圧設定用の抵抗器である。
【００２２】
このような駆動回路２０に直流電流を投入すると、駆動コイル１３に交流状の電流が流れ、ヨーク１１の磁性が交互に変化して、永久磁石１６ａ，１６ｂが取り付けられた回転子１５が回転駆動される。
【００２３】
図１に示されるように、固定軸７の先端は、上流側整流羽根３の位置まで達しており、固定軸７に回転自在に被嵌された連結筒８によって、回転子１５と上流側整流羽根３とが一体的に連結されている。
【００２４】
この実施の形態においては、上流側整流羽根３と回転子１５と連絡筒８とがプラスチックモールドによって一体成形されている。９は、それらが軸線方向に不必要に移動するのを阻止するために固定軸７の先端部分に固着されたストッパである。
【００２５】
このように構成された実施の形態のポンプ機能付流量検出器においては、駆動モータ１０がオフになっているときは、一対の永久磁石１６ａ，１６ｂとヨーク１１とが引きつけ合う力によって、回転子１５が回転しないように固定されている。したがって、上流側整流羽根３は回転せずに水流回転機能だけを発揮し、磁気センサー６における通常の流量検出が行われる。
【００２６】
給湯器の水流が停止したら、駆動モータ１０をオンにすることにより上流側整流羽根３が回転駆動され、それによって、流路管１内の水が通常の方向とは逆方向に破線で示される矢印方向に流され（駆動モータ１０をその方向に回転させる）て熱交換器に通じる管路内を循環し、アンダーシュートが防止される。
【００２７】
また、上流側整流羽根３が駆動モータ１０によって回転駆動されている最中に羽根車５の回転に変動があると、それが磁気センサー６によって検出されるので、流量検出器をポンプとして作動させている間でも、給水等による流路管１内の水の流量変動を検出することができる。
【００２８】
そして、流量検出器をポンプとして作動させるときは、上流側整流羽根３が駆動モータ１０によって回転駆動されるので、しっかりしたヨーク１１を有する駆動モータ１０により、小電流で十分な回転トルクを得ることができる。
【００２９】
図７は、本発明の第２の実施の形態の給湯器のポンプ機能付流量検出器を示しており、真っ直ぐに形成された流路管１内にポンプ機能付流量検出器が配置されている。
【００３０】
この実施の形態においては、流路管１の管軸位置に配置された固定軸１７の下流側端部が下流側整流羽根２によって受けられており、固定軸１７の上流側端部は、流路管１内に固定された軸受け輪１８によって受けられている。軸受け輪１８には羽根は形成されておらず、スポーク１８ａによって外縁部と中心部が連結されている。
【００３１】
このように配置された固定軸１７に、上流側整流羽根３と羽根車５とが各々回転自在に嵌合しており、上流側の上流側整流羽根３と下流側の羽根車５との間には、両者が干渉し合わないように固定軸１７にスペーサ１９が取り付けられている。
【００３２】
羽根車５は、十字状の断面形状に形成された磁性羽根車のみによって構成されており、その位置の流路管１の外側に配置された磁気センサー６によって羽根車５の回転速度が検出される。
【００３３】
上流側整流羽根３には、水の流れを螺旋状の流れに整流するために複数の羽根がスクリュー状に管軸周りに捩じって形成されており、その外縁部に、一対の半円状の永久磁石１６ａ，１６ｂが一体的に取り付けられている。
【００３４】
そして、上流側整流羽根３が位置する流路管１の外部には、第１の実施の形態の駆動モータ１０と同じ作動原理の駆動モータ１０が配置されていて、そのヨーク１１が、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す図８に示されるように、流路管１の外側から上流側整流羽根３を囲むように配置されている。１２及び１３はサーチコイルと駆動コイル、２０は、図６に示される駆動回路である。
【００３５】
このように構成された第２の実施の形態のポンプ機能付流量検出器も、駆動モータ１０がオフになっているときは、一対の永久磁石１６ａ，１６ｂとヨーク１１とが引きつけ合う力によって上流側整流羽根３が回転しないように固定され、磁気センサー６における通常の流量検出が行われる。
【００３６】
そして給湯器の水流が停止したら、駆動モータ１０をオンにすることにより上流側整流羽根３が回転駆動され、それによって、流路管１内の水が通常の方向とは逆方向に破線で示される矢印方向に流されて熱交換器に通じる管路内を循環し、アンダーシュートが防止される。また、上流側整流羽根３が駆動モータ１０によって回転駆動されている最中でも、磁気センサー６において流量変動を検出することができる。
【００３７】
そして、流量検出器をポンプとして作動させるときは、上流側整流羽根３が駆動モータ１０によって回転駆動されるので、しっかりしたヨーク１１を有する駆動モータ１０により、小電流で十分な回転トルクを得ることができる。
【００３８】
なお、ヨーク１１は、この実施の形態のように複数の部品をつなぎ合わせて形成してもよく、全体を一部品で形成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、管路内の水流に回転運動を与えるように捩じって配置された整流羽根を回転駆動してポンプとして作動させるようにしたので、給湯器の水流が停止したら、管路内の水を循環させてアンダーシュートを防止することができ、整流羽根の駆動にはしっかりしたヨークを有する駆動モータを用いて小電流で十分な回転トルクを得ることができ、また、整流羽根を回転駆動してポンプとして作動させている最中でも、羽根車の回転から給水等による流量変動を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の給湯器のポンプ機能付流量検出器の側面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の整流羽根の側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の駆動モータのヨークと駆動コイルの斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態のモータ駆動回路の回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の給湯器のポンプ機能付流量検出器の側面断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１  流路管
３  上流側整流羽根
５  羽根車
６  磁気センサー
８  連絡筒
１０  駆動モータ
１１  ヨーク
１３  駆動コイル
１６ａ，１６ｂ  永久磁石
１５  回転子
２０  駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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