JPS626123A - ボ−ル回転式流体流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、流体、特に液体の流量を測定する流量センサ
に関するものであり、特にガス給湯機に利用して給湯機
の流量変動を検出、制御する流体制御装置に関するもの
である。

従来の技術 従来のこの種の流量センサは、渦室の中に球体を入れ球
体を上下から抱束して一定位置で回転させ、渦室への流
体供給はこの球体の外周より接線方向に供給するととも
に、渦室の中心部より流体を流出させるようになってい
た。（例えば特開昭４８−５９８６４号公報） 発明が解決しようどする問題点 しかしながら上記のような構成では、球体が回転するさ
らに外周より流体を供給するため、形状が大きくなりガ
ス給湯機のような家庭用機器に要求される機器のコンパ
クト化に反するものとなり応用が出来ないのと、満室の
中心部から流体を流出させているため渦流による圧力損
失が大きく、大きな流量を計測するのに不向きで一般の
水道水圧を利用する給湯機では大流量が流れないという
問題点を有していた。さらに、球体を上下から抱束して
いるため異物が混入すると球体の運動面に入り回転を妨
害する問題もあった。そこでコンパクト化と異物混入に
強くするため、球体の上下抱束をやめ上下方向にフリー
にすることと、球体運動部に直接流体を流入させるとい
う方法がとられたが、球体がスムーズに円周運動をせず
、球体の回転音が発生して騒音の高いものになってしま
うという問題を有していた。

本発明はかかる従来の問題を解消するもので、異物混入
に強く、しかもコンパクトで音の静かな流量センサを提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のボール回転式流体
流量センサは、流体が流入する第１渦室と球体が回転す
る第２渦室とに渦室を上下に分離し、流体の出口を、中
心に存在する第１出口以外に円周部から流出する第２出
口を設け、第２渦室への流体の流入を渦室の中心部から
行なわせ、しかも第２渦室外周壁に球体案内溝を設ける
という構成を備えたものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、渦室を上下２分割する
ことで大きな外径になるのを防止してコンパクト形状を
達成し、第２渦室への流体の流入を渦室中心より行うた
め、球体を抱束しなくても渦室外周へ押されて回転する
ため球体の案内溝との作用で球体が安定に回転運動を行
うのと、円周部よりの流体流出を利用しているので、渦
室中心のみより流出する場合に比較して流体圧力損失が
小さくてすむようになるのである。

実施例 第５図はガス給湯機の内部を示したものであり、入口１
から入った水は熱交換器２を通過して制御装置３を通過
して出口４より流出する。熱交換器２はガスバーナ５に
より加熱され内部の水を温水にするので出口４からは温
水が流出する。制御装置３は、第１図、第２図に示す。

ハウジング６には熱交換器２よりの温水をハウジング６
の内部に導入する入口ノズル７と、出口４に温水を流出
する流出口８の２つの開口を有している。９は上面ガイ
ド、１０は下面ガイドでありそれぞれ円筒形状となって
おり、お互いが対向してハウジング６の内部に固定設置
されている。上面ガイド９は、中心部に上面ガイド９の
外径より小さな径の流体導入口１１を有している。下面
ガイド１ｏは中心部に円形の第１出口１２と外周部に第
２出口１３を有している。第２図に示すように第２出口
１３は半月状の形状とされている。さらに上面ガイド９
と下面ガイド１０の端部は切欠かれていて、両者を合わ
せると案内溝１４と第２渦室１５が形成される。第２渦
室１５内には磁性材料より成る球体１６が移動可能なよ
うに挿入されている。又、ハウジング６の上面には、ハ
ウジングと一体に保持体１７が内部に向って突出してお
り、第２渦室１５内へ入っていて球体１６が第１出口１
２より流出するのを防止している。ハウジング６と上面
ガイド９の上部には円筒形の空間が入口ノズル７□　　
と連通に存在し、第１渦室１８を形成している。

又、第２図のように入口ノズル７はこの第１渦室１８に
対して接線方向にその開口を向けて形成されている。ハ
ウジング６の球体１６に対向して外部には永久磁石１９
と磁束変化を検出する検出素子２０が存在し、球体１６
の第２渦室１５内での回転を電気パルスとして出力する
よう構成されている。すなわち球体１６が永久磁石１９
の磁力の方向を変化させるため検出素子２０に出力が出
るのである。第１出口１２と第２出口１３の下流には閉
止弁２１と調節弁２２が存在して流出口８への流路を開
閉するようにハウジング６と一体に成形されており、制
御軸２３の上下運動により弁の開閉を達成するようにさ
れている。制御軸２３はモータ２４とハウジング６に設
けられたネジ２５により、モータ２４の回転を制御軸２
３の上下運動に変換している。制御軸２３は０リング２
６により回転しても外部とは流体的にシールさ・れてい
る。

以上の構成で動作をのべる。

モータ２４をオンして制御軸２３を回転させると制御軸
２ａは上方に移動し閉止弁２１と調節弁２２を押し開け
る。すると、入口ノズル７より温水が流入し、まず第１
渦室１８で渦流となり流体導入口１１より第２渦室１５
に流入する。するとこの渦流に合わせて球体１６が回転
し、流入する流量に比例した回転数に対応した出力パル
スが検出素子２０に出てくる。あらかじめ設定された周
期の出力パルスが出るまで、モータ２４は回転を続け、
閉止弁２１と調節弁２２を開放してゆき、所定の周期の
出力パルスが確認されるとモータ２４は停止する。反対
に入口ノズル７の温水流量が増大する場合、すなわち水
道水圧が上昇した時などにこの現象が生ずるのであるが
、出力パルス数が増大するので、所定の出力パルスにな
るまでモータ２４を逆転させて、閉止弁２１と調節弁２
２を閉じる方向に働かし、温水流量を低下させる。以上
の動作で熱交換器２を流れる水の量を制御し、一定量の
温水を出すようにフィードバック制御するのである。閉
止弁２１と調節弁２２が２存在する意味は、閉止弁２１
の止水パツキン２７が流水で劣化しないように、調節弁
２２で流量調節させるようにするためである。すなわち
流水の閉止は閉止弁２１で行い、流量の調節は調節弁２
２で行うのである。

この状態で、第３図のように流体導入口１１と第１渦室
１８および案内溝１４がない場合、入口ノズル７より入
った水流は旋回しながら、水流ＡとＢに分離されて第２
出口１３、第１出口１２より流出してゆく。水流Ａは大
きな外径で旋回しながら流出するので流体抵抗が少なく
流出し第１出口１２のみで流体を流出させる場合に比較
して流体抵抗が小さくて大きな流量を流すことが出来る
。

水流Ｂは大きな径から小さな径に絞られるので中心方向
を向いた流れとなり、この流れによって球体１６は中心
方向への力を受ける。水流入は同一径で流出するので球
体１６を下方に押えつける力のみを発生する。球体１６
が中心方向への力を受けると、球体１６の遠心力による
外向きの力とバランスした場合、球体１６自体が半径方
向に不規則な運動をはじめ、球体ガイド２８へ当ったり
、中心にある保持体１７に当ったりして音を発生する。

不規則な運動の原因は流体の乱れによるものであり通常
の水流は常に乱れ成分を有していることによる。この球
体１６が衝突して発する音は、熱交換器２に共鳴して大
きな騒音を発するのである。本発明のものでは、第４図
に示すように、第１渦室１８での旋回流は、流体導入口
１１で一度絞られ水流Ｃ１水流りに分かれて第２出口１
３、第１出口１２へ流出するので、水流りは中心向きに
力を発生するが、それと等しく水流Ｃが外向きに力を発
生するようになり、球体１６は自分の遠心力のみで、上
面ガイド９、下面ガイド１０に常に当接しながら回転す
ることになる。さらに案内溝１４があるので、この案内
溝１４に沿ってきれいに回転するのである。故に音の発
生は押えられる。さらに、球体１６は上下方向には抱束
する必要がないため、案内溝１４に多少の異物が存在し
ても、それをのりこえて回転を続け、異物に強いものと
なるのである。

発明の効果 以上のように本発明のボール回転式流体流量センサによ
れば次ぎの効果が得られる。

（１）第１渦室と第２渦室は同一の外径上で構成される
ので、半径方向の大きな径の部分で工夫する必要がなく
、コンパクトに構成できる。

（■　流体導入口の作用で球体が外向きに力を受け、案
内溝との作用で安定回転するため騒音の心配が全くない
。

（３）球体を２面で抱束せず、外周部のみがガイドとな
っているため、移動の自由度が高く、異物で回転しなく
なることはない。高い信頼性が得られる。

（４）第１出口に加え第２出口を外周部に設けているの
で、流体抵抗の小さなセンサを提供でき、応用範囲の広
いものとすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のボール回転式流体流量セン
サを組みこんだ流体制御装置の正面断面図、第２図は同
ボール回転式流体流量センサの平面断面図、第３図は従
来のボール回転式流体流量センサの水流流れパターン図
、第４図は本発明のボール回転式流体流量センサの水流
流れパターン図、＠５図はガス給湯機の構成図である。 ６・・・・・・ハウジング、７・・・・・・入口ノズル
、９・・・・・・上面ガイド、１ｏ・・・・・・下面ガ
イド、１１・・・・・・流体導入口、１２・・・・・・
第１出口、１３・・・・・・第２出口、１４・・・・・
・案内溝、１５・・・・・・第２渦室、１６・・・・・
・球体、１７・・・・・・保持体、１８・・・・・・第
１渦室、２ｏ・・・・・・検出素子。 代理人の氏名　弁理士　中足　敏　男　はが１名に一−
−へウシ″ング クーー人ロノ入゛ル Ｗ′１　　図　　　　　　　　　　　　　　　　、−一
一よ。□、イド１０−−−下勿η゛ｆド ／／　−−−；克４本導入口 第　２５１１ に 第　３　図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒形の渦室を上下に分離し第１渦室と第２渦室となし
   、その第１渦室に円筒の接線方向から流体を流入させる
   入口ノズルと、前記第２渦室の底部に円筒の中心より流
   体を流出する第１出口と外周部より流出する第２出口を
   設け、前記第２渦室の外周壁に案内溝を有し、前記第１
   、第２の渦室をその渦室の径より小さな径を有する流体
   導入口で連結するとともに、前記第２渦室に球体を挿入
   し、その球体が前記第１出口より流出しないよう配設さ
   れた保持体を設け、前記球体の渦室内での回転を検出す
   る検出器より成るボール回転式流体流量センサ。