(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧変動を伴うケーシング内に設置される圧力センサであって、
水を通流させる管路に連結されて前記管路側から水圧を導く導圧管部と、
前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、
このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、
この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、
前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、
前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層と、
を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記センサ素子の背圧を前記ケーシング外に開放させる管路を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
水を溜める容器に連結された管路を通して前記容器内の水位を検出する水位検出装置であって、
前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、
このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、
この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、
前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、
前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層と、
を備えることを特徴とする水位検出装置。
【請求項４】
前記容器が浴槽であることを特徴とする請求項３記載の水位検出装置。
【請求項５】
前記センサ素子の背圧を前記ケーシング外に開放させる管路を備えたことを特徴とする請求項３記載の水位検出装置。
【請求項６】
浴槽に連結された管路を通じて水位を検出する給湯システムであって、
前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、
このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、
この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、
前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、
前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層と、
を備え、前記センサ素子によって前記浴槽の水位を検出することを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浴槽水位等の水位変化の検出や水位監視に用いられる圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯及び浴槽水の追焚等を自動化した全自動風呂給湯器では、浴槽水位の検出には風呂給湯器のケーシング内に設置された圧力センサが用いられている。水位検出に使用されてきた圧力センサの検出精度は浴槽水位を一定水位に保つという目的から、１０ｍｍ程度の最小分解能のものが使用されている。また、浴槽水を利用した体脂肪率の測定には、身体の体積を正確に測定する必要から、０．５ｍｍ以下の水位差が検出可能な最小分解能のものが要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧力センサが設置されている風呂給湯器のケーシングには、モータによって高速回転する燃焼用給気ファン等、ケーシングに内圧変動を生じさせる機器が設置されている。例えば、給気ファンが回転すると、ケーシング内に数ｍｍ程度の負圧を生じ、その負圧が圧力センサの背圧を形成し、この結果、圧力センサにはあたかも水位上昇が生じたかのような検出出力を生じ、この検出誤差が水位制御や体脂肪率の測定に悪影響を及ぼす原因になる。
【０００４】
このような不都合を回避する方法には、圧力センサをケーシングの外部に設置する等、設置位置の工夫や、給気ファンが回転したときに生じる負圧を予め測定しておき、ファンモータの回転時、圧力センサの出力値を負圧分で修正する方法がある。しかし、前者は圧力センサの設置位置の制約や他の機器との配置関係等に制約が生じ、また、後者では前者のような制約はないものの、ケーシングの給気口の給気フィルタが閉塞した場合にも、圧力センサの出力値に変動が生じるので、ファンモータの回転数と負圧の関係がずれ、正確な圧力検出、即ち、水位検出ができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ケーシング内の設置位置に制約を受けることなく、正確な圧力検出ができる圧力センサを提供すること、ケーシング内の内圧変動によって測定誤差を生じることがない水位検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサ又は水位検出装置は、圧力センサ（７４）が設置されるケーシング（４）の内圧変動で圧力センサに生じる背圧変化を抑制するため、センサ部（１１４）の背圧をケーシング外に開放し、ケーシングの内圧変動による影響を回避し、圧力検出又は水位検出の測定誤差を抑制したものである。
【０００７】
本発明の圧力センサは、内圧変動を伴うケーシング内に設置される圧力センサであって、水を通流させる管路に連結されて前記管路側から水圧を導く導圧管部と、前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層と、
を備えることを特徴とする。即ち、センサ素子の背圧を支持台の透孔とセンサフレームの突出部にある透孔より径大な背圧口よりケーシング外の大気に開放することで、ケーシング内の圧力変動の影響を回避でき、検出精度を高めることができる。
【０００８】
本発明の圧力センサにおいて、前記センサ素子の背圧を前記ケーシング外に開放させる管路を備えたことを特徴とする。即ち、管路を通じてセンサ素子の背圧をケーシング外に開放することで、ケーシング内の圧力変動の影響を回避でき、検出精度を高めることができる。
【０００９】
本発明の水位検出装置は、水を溜める容器に連結された管路を通して前記容器内の水位を検出する水位検出装置であって、前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層とを備えることを特徴とする。管路を通じてセンサ素子の背圧を支持台の透孔とセンサフレームの突出部にある透孔より径大な背圧口よりケーシング外の大気に開放することで、ケーシング内の圧力変動の影響を回避でき、圧力による水位の検出精度を高めることができる。
【００１０】
本発明の水位検出装置において、前記容器が浴槽（２）であることを特徴とする。即ち、圧力センサを給湯機器のケーシング内に設置し、ケーシング内の内圧変動の影響を受けることなく、浴槽水の検出精度を高めることができ、精度の高い水位制御等を実現することができる。
【００１１】
本発明の水位検出装置において、前記センサ素子の背圧を前記ケーシング外に開放させる管路を備えたことを特徴とする。即ち、センサ素子の背圧を排気手段を通じて外気に開放しても、背圧変化を抑制することができる。
また、本発明の給湯システムは、浴槽に連結された管路を通じて水位を検出する給湯システムであって、前記導圧管部に挿入される筒部を一面側に設け、他面側に突出部を設け、該突出部に前記筒部側に挿通する背圧口を設け、前記導圧管部に固定されたセンサフレームと、このセンサフレームの前記筒部に包囲されて前記センサフレームに設置され、前記背圧口より小径の透孔が形成され、該透孔を前記背圧口と前記筒部側に挿通させた支持台と、この支持台に支持され、前記導圧管部の内部に受圧面を向けて設置され、背圧を前記透孔及び前記背圧口により大気に開放させたセンサ素子と、前記センサフレームの前記筒部に設置されて前記センサ素子の前記受圧面を覆う導圧ゲル材と、前記導圧管部に導入された前記水と前記導圧ゲル材との間に形成され、前記センサ素子の受圧面に前記水の圧力を作用させる空気層とを備え、前記センサ素子によって前記浴槽の水位を検出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明及びその実施の形態を図面に示した実施例を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの実施例である風呂給湯器を示している。風呂給湯器は、上水Ｗを加熱して温水ＨＷを浴槽２等に給湯するとともに、浴槽水ＢＷを再加熱（追焚）する給湯システムを構成している。この風呂給湯器のケーシング４の内部には、燃料ガスＧを燃焼させる区画された燃焼室６が設けられている。この燃焼室６にはバーナ８、１０、給湯用熱交換器１２、風呂用熱交換器１４が設置されているとともに、その下部には燃焼用給気ファン１６、その上部には煙道１７を介して排気手段である排気口１８、２０が設けられている。即ち、ケーシング４の内部に設置された燃焼用給気ファン１６やバーナ８、１０等は回転や燃焼によって外気を燃焼室６に吸い込むため、ケーシング４内の内圧変動要因となるものである。この実施例では、風呂給湯器であるため、容器として浴槽２を例示しているが、水位を圧力によって検出する対象としては、浴槽２以外の水を溜める手段として容器を備えていればよく、浴槽に限定されるものではない。
【００１４】
バーナ８、１０に燃料ガスＧを供給する燃料管２２には元弁２４が設けられているとともに、バーナ８側には比例弁２６、開閉弁２８、バーナ１０側には比例弁３０、開閉弁３２等が設けられ、燃料ガスＧの供給又は供給遮断、供給量の調整等が行われる。バーナ８、１０に着火する手段として点火プラグ３４、３６及びイグナイタ３８等が設けられている。
【００１５】
給湯用熱交換器１２には、その入口側に給水管４０、その出口側に給湯管４２が接続され、上水Ｗが熱交換器１２によって加熱された後、給湯管４２を通して温水ＨＷが給湯される。給水管４０には水量センサ４４、入水温センサ４６等が設けられ、また、給湯管４２側には出湯温センサ４８、水制御弁５０等が設けられ、給水管４０と給湯管４２との間にはバイパス管５２及び電磁弁５４が設けられている。給湯管４２から分岐された風呂用給湯管５６から温水ＨＷが浴槽２側の循環路５８の戻管６０に供給される。風呂用給湯管５６には注湯電磁弁６２、逆止弁６４、注湯量センサ６６等が設けられている。
【００１６】
浴槽２に取り付けられた循環具６８と風呂用熱交換器１４との間には往管７０及び戻管６０によって循環路５８が構成されており、戻管６０側には圧送手段としてポンプ７２、浴槽水ＢＷの水位を検出する手段として圧力センサ７４、また、循環する浴槽水ＢＷの温度を検出する温度センサ７６、循環流水の有無を検知する水流スイッチ７８等が設けられている。往管７０と戻管６０との間には、バイパス弁８０を備えるバイパス管８２が設けられている。そして、圧力センサ７４には、センサ部１１４（図２）の背圧をケーシング４外の大気に通じさせる管路８４が連結され、その開放端がケーシング４外に導かれている。
【００１７】
また、このケーシング４の内部には、各種センサからの検出出力を受けて必要な制御を行う制御手段として電装基板８６が設置され、この電装基板８６には交流電源が給電されている。
【００１８】
そして、圧力センサ７４は、戻管６０を通じて浴槽２中の浴槽水ＢＷに通じており、浴槽水ＢＷの水位に応じた圧力を検出する手段であって、例えば、図２に示すように、戻管６０の中途部分に介挿させたセンサ取付部材としてのアタッチメント８８を以て取り付けられている。アタッチメント８８は戻管６０に連結する連結管部９０、９２と導圧管部９４とを備えており、連結管部９０、９２と戻管６０とは水密部材であるＯリング９６、９８を介在させるとともに、固定手段である係止め具１００、１０２で密着結合されている。
【００１９】
導圧管部９４のフランジ部１０４には圧力センサ７４のセンサフレーム１０６が固定手段である複数のビス１０８を以て固定されるとともに、導圧管部９４にはセンサフレーム１０６の円筒部１１０が挿入され、この円筒部１１０側に嵌合させた水密部材であるＯリング１１２によって導圧管部９４とセンサフレーム１０６とが密着結合されている。
【００２０】
センサフレーム１０６の円筒部１１０にはセンサ部１１４が設置されている。即ち、円筒部１１０にはその中央凹部にガラス等の環状の支持台１１６が設置されてシリコンチップからなるセンサ素子１１８が配置されるとともに、これらセンサ素子１１８や支持台１１６を覆う導圧材としてシリコンゲル１２０が設置されている。このシリコンゲル１２０の下面側には空気層１２２が形成され、この空気層１２２を介して浴槽水ＢＷの水位に応じて生じる圧力Ｐがセンサ素子１１８の受圧面に作用している。
【００２１】
センサ素子１１８には出力導出部材である金線１２４、１２６が接続され、その出力が金線１２４、１２６を通して取り出される。各金線１２４、１２６の端部はセンサフレーム１０６を貫通させて取り付けられた出力端子であるリード１２８、１３０に電気的に接続されている。
【００２２】
また、センサフレーム１０６の外面中央に形成された突出部１３２には、支持台１１６の透孔１３４に連通するとともに透孔１３４より径大である背圧口１３６が形成されている。この突出部１３２にはセンサ素子１１８の背圧をケーシング４（図１）外に導く管路８４が連結されている。この管路８４は例えば、可撓性ホースで構成することができる。そして、センサフレーム１０６の上面部には、リード１２８、１３０、突出部１３２と管路８４との連結部分を覆うカバー１４２が設けられ、管路８４はカバー１４２の天井面に形成された透孔１４４より引き出されている。
【００２３】
次に、この圧力センサ７４等の各種センサの出力情報を以て浴槽２内の水位制御を行う制御装置について説明する。
【００２４】
浴槽２の水位制御には、例えば、図３に示すように、圧力センサ７４、出湯温センサ４８、入水温センサ４６、他のセンサ４４、６６等が設置され、各検出出力は制御部２００の各検出回路２０２、２０４、２０６、２０８によって検出され、Ａ／Ｄ変換器２１０、２１２、２１４、２１６を以てディジタル信号に変換された後、演算手段であるＣＰＵ２１８に加えられる。ＣＰＵ２１８には、記憶手段としてＲＯＭ２２０やＲＡＭ２２２が接続され、ＣＰＵ２１８から出力される制御出力は、駆動回路２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、２３４、２３６、２３８等に加えられ、元弁２４、開閉弁２８、３２、比例弁２６、点火プラグ３４、３６、水制御弁５０、ポンプ７２等に対して駆動出力が加えられる。図示しないが、他の比例弁３０等の制御手段も同様の駆動回路によって制御されるものである。そして、制御部２００には外部とのデータ授受を行う手段として送受信回路２４０が設けられ、この送受信回路２４０を介してＣＰＵ２１８と遠隔操作手段としてのリモートコントローラ２４２が有線又は無線によって接続されている。無線では電波、光等の各種の信号伝送媒体を用いることができる。
【００２５】
このような構成によれば、戻管６０を通じて浴槽水ＢＷが圧力センサ７４に連通し、浴槽水ＢＷの水位に応じた圧力Ｐが圧力センサ７４のセンサ素子１１８に作用する。この圧力センサ７４の出力、即ち、浴槽水ＢＷの水位に比例した電圧がリード１２８、１３０に発生する。
【００２６】
ところで、給湯時には、バーナ８を燃焼させるため、その燃焼や給気ファン１６の給気により、ケーシング４内は大気圧より低い状態、即ち、負圧状態となる。このような負圧状態下にケーシング４内が変化すると、圧力センサ７４の背圧がケーシング４内に開放されている場合には、その影響が検出出力に顕著に現れるが、圧力センサ７４の背圧はケーシング４外の大気に開放されているので、ケーシング４内の内圧変動の影響を受けることがない。このため、圧力センサ７４は戻管６０を通じて作用する水圧のみを検出することができ、水位を表す圧力を高精度に検出することができる。
【００２７】
このような圧力検出に基づく水位検出は、バーナ１０を燃焼させる追焚運転時にも同様に圧力センサ７４の背圧変動を来すことがないので、高精度に行うことができる。
【００２８】
したがって、このような圧力センサ７４の出力を用いれば、給湯時には浴槽２の水位を正確に制御でき、全自動の保温時にも浴槽２の水位を正確に制御することができる。
【００２９】
次に、図４は、本発明の圧力センサを用いた水位検出装置の具体的な実施例を示している。この実施例では、ケーシング４に内蔵された戻管６０側に水位検出装置を構成する圧力センサ７４が設置され、この圧力センサ７４の背圧をケーシング４外に導く可撓管からなる管路８４が連結され、その端部がケーシング４の上方に導かれ、その端部が外気に開放されている。このような構成によれば、圧力センサ７４の取付位置に何らの制限を受けることなく、圧力センサ７４の背圧を外気に開放してケーシング４内の内圧変動の影響を確実に回避することができ、水位検出を高精度に行うことができる。
【００３０】
なお、圧力センサ７４の背圧をケーシング４外に導く管路８４は、図５に示すように、煙道１７内に導き、排気口１８又は２０を通じて外気に放出するようにしてもよく、また、図６に示すように、排気口１８又は２０側から外気に放出するようにしてもよい。
【００３１】
また、実施例では、背圧を導く手段として管路８４を用いたが、管路８４を省略することができる。例えば、図７に示すように、循環路５８の一部である戻管６０を貫通するケーシング４の内面側に、ケーシング４内の内圧変動を回避する圧力検出室２４３が形成されるとともに、この圧力検出室２４３は、ケーシング４に透孔２４４が形成されて大気に開放されている。この圧力検出室２４３内に水位検出装置としての圧力センサ７４を設置すれば、圧力センサ７４の背圧口１３６（図２）を圧力検出室２４３を通じて大気に開放することができ、ケーシング４内の内圧変動の影響を回避することができる。この場合、圧力センサ７４の背圧口１３６をケーシング４に形成された透孔２４４に連結して大気に開放するようにしてもよい。また、図２に示した圧力センサ７４のカバー１４２の透孔１４４をケーシング４の透孔２４４に合致させ、カバー１４２を通じて背圧口１３６を大気に開放しても、同様の効果が期待できる。
【００３２】
また、実施例では、浴槽水の水位検出装置として圧力センサを設置した場合について説明したが、本発明は、圧力変動を伴う包囲された空間内に設置される圧力センサであれば、どのような形態にも適用できるものであり、実施例に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ  内圧変動を伴うケーシング内に圧力センサを設置すれば、その背圧を管路を通して大気等に開放することができるので、ケーシング内の内圧変動の影響を受けることなく、圧力の検出精度を高めることができる。
ｂ  給湯機器等の内圧変動を生じさせる機器が内蔵されるケーシング内に圧力センサを設置しても、水位の検出精度を高めることができる。
ｃ  浴槽水位の検出精度を高め、質の高い水位制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの実施例である風呂給湯器を示す配管構成図である。
【図２】  本発明の圧力センサの実施例を示す縦断面図である。
【図３】  風呂給湯器の制御装置を示すブロック図である。
【図４】  本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの具体的な実施例である風呂給湯器を示す部分断面図である。
【図５】  本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの他の実施例である風呂給湯器を示す配管構成図である。
【図６】  本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの他の具体的な実施例である風呂給湯器を示す部分断面図である。
【図７】  本発明の圧力センサ、水位検出装置及び給湯システムの他の実施例を示す部分拡大図である。
【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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