JP4249891B2 - 圧力センサ、水位検出装置及び給湯システム - Google Patents
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Description
【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。
Claims (6)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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