(57)【要約】【課題】従来の流量計は衛生上好ましくなく、経済的な無駄があり、寿命も短かった。【解決手段】ダイアフラム式の圧力センサにより、フィルタに流れる液体の圧力を静電容量に変換し、静電容量を周波数に変換し、周波数から流量を測定するようにした。ダイアフラムと、可動電極板と、固定電極板とを備え、流液の圧力を静電容量に変換する圧力センサと、その静電容量を周波数に変換する周波数変換器と、その周波数から液体の流量を測定する処理器とにより、液体処理用フィルタの使用量検知装置を構成した。圧力センサのダイアフラムを流路の内側に向けて圧力センサを流路に取付けた。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体処理用フィルタに流れる液体の流量を測定してフィルタの使用量を検知する液体処理用フィルタの使用量検知方法において、フィルタに流れる液体の圧力をダイアフラム式の圧力センサで静電容量に変換し、その静電容量を周波数に変換し、その周波数からフィルタに流れる液体の流量を検知して、フィルタの使用量を検知することを特徴とする液体処理用フィルタの使用量検知方法。
【請求項２】
液体処理用フィルタの手前に設けて、フィルタに流れる液体の流量を静電容量に変換して検知するダイアフラム式の圧力センサと、圧力センサの静電容量を周波数に変換する周波数変換器と、周波数変換器で変換された周波数からフィルタに流れる液体の流量を算出する処理器とを備えたことを特徴とする液体処理用フィルタの使用量検知装置。
【請求項３】
請求項２記載の液体処理用フィルタの使用量検知装置において、ダイアフラム式の圧力センサがダイアフラムを通路の内側に向けて通路の周壁に取付けられたことを特徴とする液体処理用フィルタの使用量検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浄水器、整水器といった水処理機、飲料や液体薬品の製造ラインといった各種液体処理機や液体処理装置で使用されるフィルタの使用量を、フィルタに流れる液体の流量で検知するフィルタの使用量検知方法とそれに使用される検知装置に関するものであり、検知されたフィルタの使用量からフィルタの寿命、交換時期などを知ることができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年は都市部の水質悪化や人々の健康意識の高まり等から、各家庭や会社等では水道水をそのまま飲料水や生活水として用いずに、浄水器で浄水してから使用したり、整水器で水をアルカリ成分と酸性成分とに電気分解してから使用したりすることが多くなっている。例えば浄水器や整水器等の水処理機器には水を濾過するフィルタが使用されている。また、飲料や液体薬品を製造する際にも、浄化用、濾過用等のフィルタが使用されている。これらフィルタは長期間使用すると汚れて浄化機能、濾過機能が低下する（寿命がある）ため、所定の液量を浄化したり濾過したりすると交換する必要がある。交換時期を一律に使用月数で決める方法もあるが、水の使用量（浄水量、濾過量）は家庭や会社などで異なるため、水の使用量を月数で判断したのではフィルタの交換時期を的確に判断できない。そのためフィルタの交換時期を実際の浄水量、濾過量（使用量）によって判断するようになってきた。その判断はフィルタに流れる液体の流量を測定して行われる。このような液体の流量測定方式として従来はプロペラ方式と電磁スイッチ方式とがあった。
【０００３】
プロペラ方式は図５のように液体の流路（管路）Ａ内にプロペラ式の流量センサＢを設置し、流路Ａ内を流れる液体でプロペラＣが回転すると、プロペラＣの先に取り付けられている磁石Ｄが流路Ａの外のコイルＥと電磁結合してプロペラＣの回転数が検知され、その回転数によって液体の流量を検知する方式である。電磁スイッチ方式は図６に示すように流路Ａ内に可動片（羽根）Ｆを設け、流路Ａ内を流れる液体で羽根Ｆが動くと羽根Ｆの先に取り付けてある磁石Ｇが流路Ａの外のコイルＨと電磁結合し、その電磁結合の有無から液体の流れの有無を検知する方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロペラ方式は次のような課題があった。
（１）流路Ａに配置した流量センサＢが邪魔になり液体の流れが悪くなる。また、流量センサＢに汚れがつき易く、細菌が繁殖し易く、衛生上好ましくない。
（２）長期間不使用の場合は細菌が特に繁殖し易いため、使用再開時には液体を流して汚れや細菌を洗い流さなければならず、液体が無駄になり、経済的にも無駄があった。
（３）プロペラの心棒Ｊが磨耗し、回転が不安定になり、精度の高い測定が難しい。また、センサの寿命が短い。
【０００５】
従来の電磁スイッチ方式は次のような課題があった。
（１）液体の流れの有無は検知できるが流量は測定できない。
（２）プロペラ式よりは少ないが、流路Ａ内に配置した羽根Ｆに汚れがつき易く、細菌が繁殖し易く、衛生上好ましくない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、液体の流量を正確に測定でき、衛生的であり、液体の無駄が無く経済的であり、液体の過圧状態をも検知可能な液体処理用フィルタの使用量検知方法及びそれに使用される検知装置を提供することにある。
【０００７】
本件出願の請求項１記載の液体処理用フィルタの使用量検知方法は、液体処理に使用されるフィルタに流れる液体の流量を検知してフィルタの使用量を検知する液体処理用フィルタの使用量検知方法において、流液の圧力をダイアフラム式の圧力センサで静電容量に変換し、その静電容量を周波数に変換し、その周波数からフィルタに流れる液体の流量を検知して、液体処理用フィルタの使用量を検知する方法である。
【０００８】
本件出願の請求項２記載の液体処理用フィルタの使用量検知装置は、液体処理用フィルタの手前に設けてそれらフィルタに流れる液体の流量を静電容量に変換して検知するダイアフラム式の圧力センサと、圧力センサで検知した静電容量を周波数に変換する周波数変換器と、周波数変換器で変換された周波数からフィルタに流れる液体の流量を算出する処理器とを備えたものである。
【０００９】
本件出願の請求項３記載の液体処理用フィルタの使用量検知装置は、請求項２記載の液体処理用フィルタの使用量検知装置において、ダイアフラム式の圧力センサがダイアフラムを通路の内側に向けて通路の周壁に取付けられたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の液体処理用フィルタの使用量検知方法及びそれに使用される検知装置の実施形態の一例を、家庭の水道水を浄水器で浄水する場合について詳細に説明する。図１に示す液体処理用フィルタの使用量検知装置は、浄水器（以下、液体処理機１とする）のフィルタ２に水道水（以下、液体とする）を供給する流路３のうち、フィルタ２の手前にダイアフラム方式の圧力センサ４を設けて、その圧力センサ４により流路３内を流れる液体の圧力を容量に変換し、その容量を周波数変換器５により周波数変換し、その周波数に基づいて処理器６によりフィルタ２に流れた液体の流量を算出し、その算出値に基づいてフィルタ２の使用量を検出するようにしてある。
【００１１】
圧力センサ４には既存の圧力センサでも新たに開発された圧力センサでも使用可能である。図２に示す圧力センサ４はベース１１とシールド１２との間にダイアフラム１３の周縁部１０を挟んで周縁部１０を固定し、ダイアフラム１３の内側に円板状の可動電極１４が配置され、ダイアフラム１３の中心部が接着剤１６で可動電極１４に固定され、その内側に間隔をあけて円板状の固定電極１５が配置されている。この圧力センサ４はダイアフラム１３が流路３内を流れる液体の圧力を受けると矢印方向に変動し、その変動が可動電極１４に伝達され、可動電極１４が同方向に変動して固定電極１５に近づいたり離れたりして両電極１４、１５間の距離（ギャップ）が変化し、これにより両電極１４、１５間の静電容量が変化するようにしてある。また、圧力センサ４はベース１１の通孔１７が開口されており、その通孔１７からダイアフラム１３の裏側に大気圧が加圧されるようにした大気開放型にしてある。
【００１２】
図２の圧力センサ４は図３のように円筒状のケース２１の周壁２２に取付けられる。この場合、圧力センサ４の前面外周にパッキン２３を被せ、ダイアフラム１３をケース２１の内側（管路２０側）に向けて周壁２２に形成されている開口部２４の外周の受座２５に嵌合し、圧力センサ４の裏側に押さえ板２６を被せ、押さえ板２６をケース２１の周壁２２にネジ２７で止めて圧力センサ４を周壁２２に固定してある。これにより圧力センサ４の前面周縁の液密性を確保し、ダイアフラム１３を内側（管路２０側）に露出させてある。
【００１３】
前記ケース２１は図１のように流路３に接続して使用する。流路３内を流れる液体がケース２１内を通過すると、ケース２１内を通過する液体の液圧Ｐはパスカルの原理により液体の流れる方向だけでなくケース２１の周方向（図１の上下の矢印方向）にも伝達される。このため、ケース２１の周壁２２に取り付けられている圧力センサ４のダイアフラム１３（図２）に液圧が加わり、ダイアフラム１３が押されて動き、ダイアフラム１３の動きに連動して可動電極１４も動き、可動電極１４と固定電極１５間との間の間隔（ギャップ）が変化して、両電極１４、１５間の静電容量が変化する。静電容量Ｃは誘電率をε、電極板の面積をＳ、両電極１４、１５間の距離（ギャップ）をｄとすると次式の関係になる。
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従って、圧力がかかるとダイアフラム１３が動き、電極間のギャップｄが小さくなり、静電容量Ｃは大きくなる。圧力センサ４で検出された静電容量は可動電極１４、固定電極１５から周波数変換器５へ出力される。
【００１４】
流路３内を流れる液体の流量（質量）は次式で求められる。
Ｑ＝Ｃ・ΔＰ
Ｃ：コンダクタンス（比例定数）
ΔＰ：（Ｐ１−Ｐ２）の圧力差
Ｃ（コンダクタンス）は導管の形状、長さ、流れの乱流、層流、流体の密度、粘性係数等により異なる。また、圧力関係はＰ１＞Ｐ２となる。
【００１５】
図１の実施形態において前記式により流量Ｑを求めるためには、フィルタ２の前後の位置の圧力Ｐ１、Ｐ２を求めなければならない。しかし、フィルタ２の出力後の圧力は大気圧とほぼ同視でき、圧力センサ４は背面側が大気開放型であるため、圧力センサ４はフィルタ２の出力側と背面側との両方から大気圧を受けることになる。このため、両大気圧は相殺され、図１の実施形態ではフィルタ２の後方の圧力Ｐ２は測定する必要が無く、フィルタ２の前方に配置した圧力センサ４で流路３内を流れる液体の圧力を測定すれば実質的にはＰ１−Ｐ２を測定したことになる。このため図１の実施形態ではフィルタ２の出力側には圧力センサを設けない。結局、図１ではＰ１−Ｐ２はフィルタ２の入力側に設けた圧力センサ４の静電容量Ｃとして求められる。
【００１６】
圧力センサ４の静電容量Ｃの変化は極めて微小であるため、そのままでは実用に適しない。そこで本発明ではその静電容量Ｃを図１の周波数変換器５により周波数変換する。ここで、周波数変換器５の発振周期は次式で表される。
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Ｃは圧力センサの静電容量、Ｒは周波数変換器（発振回路）中の発振周波数を定める抵抗、ＶＤＤは電源電圧、ＶＴＨはヒステリシス電圧である。
【００１７】
周期Ｔと周波数ｆとはｆ＝１／Ｔの関係にあるため、本発明の周波数変換器５は前記式の周期Ｔが周波数ｆとして出力されるようにしてある。周波数変換器５の後の処理器６（図１）はコンピュータ、シーケンサ、ディスプレイ等を備えており、周波数変換器５で得られた周波数ｆをフィルタに流れた液体の流量に変換して実用に適したデータに加工（処理）するためのものである。そのデータは例えば表示器に入力して、フィルタに流れた液体の積算流量が所定量に近づいた（フィルタの交換時期に近づいた）ことを知らせるフィルタ交換予告信号を出力したり、フィルタに流れた液体の積算流量が所定量になった（フィルタ交換時期になった）ことを知らせるフィルタ交換信号を出力したりする。或いは、それら信号により警告用のＬＥＤを点灯させたり、フィルタの使用経緯（フィルタへの液体の流量経緯）を液晶でアナログ表示させたりすることができる。ちなみに、流量―圧力特性、流量―容量特性、流量―周波数特性の概要は図４（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになる。
【００１８】
図１に示す実施形態ではフィルタに流れた液体の流量を検知することができるだけでなく、流路内を流れる液量の過多を検知することもできる。流量過多の場合は圧力センサの容量Ｃが大きくなり周波数ｆが低くなる。その周波数から過圧状態であるか否かを検知して、流量調整をすることもできる。
【００１９】
（実施形態２）
実施形態１は大気開放型の圧力センサ４をフィルタ２の前にだけ設けた相対式圧力検知方式であるが、本発明は大気遮断型の圧力センサをフィルタの前後に設けて、両センサの測定値の差（Ｐ１−Ｐ２）を測定する絶対式圧力検知方式とすることもできる。
【００２０】
本発明の液体処理用フィルタの使用量検知方法とそれに使用される検知装置は、前記分野に限らず、あらゆる分野に使用され、各種液体処理用フィルタの使用量検知に使用することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
本件出願の第１の液体処理用フィルタの使用量検知方法は次のような効果がある。
（１）流量をダイアフラム式の圧力センサで静電容量として検知するので、プロペラ式、電磁スイッチ方式のように流路内にプロペラや羽根を設ける必要が無く、プロペラや羽根の汚れがなく、それに起因する細菌の発生も無く、汚れや細菌を洗い流すための面倒や無駄も無く、経済的でもある。
（２）圧力センサがダイアフラム式であるため、プロペラ方式のプロペラのような回転機構や、電磁スイッチ方式の羽根のような可動機構が無く、機械的に破損、磨耗する部分がなく、耐久性に優れ、故障しにくい。このため、長期間に渡ってフィルタに流れる液体の流量を正確に算出して、フィルタの使用量を的確に検知することができ、フィルタの交換管理に適する。
（３）圧力センサを用いて測定を行うため、流路内を流れる液体の過度の圧力を検知することも可能であり、流路内の液体の流れ過ぎを検知して流量調整することができ、フィルタの破損を未然に防ぐことができる。
【００２２】
本件出願の第２の液体処理用フィルタの使用量検知装置は次のような効果がある。
（１）流量をダイアフラム式の圧力センサで静電容量として検知するので、プロペラ式、電磁スイッチ方式のように流路内にプロペラや羽根を設ける必要が無く、プロペラや羽根の汚れがなく、それに起因する細菌の発生も無く、汚れや細菌を洗い流すための面倒や無駄も無く、経済的でもある。
（２）圧力センサがダイアフラム式であるため、プロペラ式のプロペラのような回転機構や、電磁スイッチ方式の羽根のような可動機構が無いため、機械的に破損、磨耗する部分がなく、耐久性に優れ、故障しにくい。このため、長期間に渡ってフィルタに流れる液体の流量を正確に算出して、フィルタの交換時期を的確に検知することができる。
（３）圧力センサを用いて測定を行うため、流路内を流れる液体の過度の圧力を検知することも可能であり、流路内の液体の流れ過ぎを検知して流量調整することができ、フィルタの破損を未然に防ぐことができる。
（４）大気開放の圧力センサをフィルタの前にだけ設け、フィルタの後には圧力センサを設けない相対式圧力センサ方式とすれば、流量検知装置が簡素化され、小型、軽量化も可能となり、コストダウンが可能となる。
（５）圧力センサをフィルタの前後に備える絶対式圧力センサ方式を用いた場合には、より精度の高い測定が実現でき、より正確に流量を算出してフィルタの交換時期や寿命を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体処理用フィルタの使用量検知装置の実施形態の一例を示す説明図。
【図２】図１に示す液体処理用フィルタの使用量検知装置における圧力センサの説明図。
【図３】図１に示す液体処理用フィルタの使用量検知装置の圧力センサの組立説明図。
【図４】（ａ）は流量―圧力特性、（ｂ）は流量―容量特性、（ｃ）は流量―周波数特性の概要を夫々示すグラフ。
【図５】従来のプロペラ式の流量センサを示す説明図。
【図６】従来の電磁スイッチ方式の流量センサを示す説明図。
【符号の説明】
１　液体処理機
２　フィルタ
３　流路
４　圧力センサ
５　周波数変換器
６　処理器
【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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