JP2008156852A - Instantaneous hot-water supply type shower toilet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気ヒータを用いた瞬間給湯式シャワートイレに関し、より詳細には交流電源の周波数を検出して電気ヒータを制御する制御装置に関する。 The present invention relates to an instantaneous hot water type shower toilet using an electric heater, and more particularly to a control device that controls the electric heater by detecting the frequency of an AC power source.
洗浄ノズルから洗浄用の温水を噴出するシャワートイレでは、従来は温水タンクを備えて相当量の温水を常備する方式が一般的であった。しかしながら、温水タンクは大形で設置スペースが必要であり、また温水の温度を維持するために保温電力が必要とされていた。そこで最近では省スペース及び省エネルギの観点から、温水タンクに代えて瞬間給湯器を備えたシャワートイレの開発が進められている。瞬間給湯式シャワートイレの構成としては、給水管路、流量調整弁、電気ヒータ、水温センサを備え、さらに温水の温度や流量などを制御する制御装置を備えるのが一般的になっていた。制御装置は、使用者の操作に応じて動作し、水温を検出しつつ、電気ヒータに通電して適温の温水を供給するように構成されている。 Conventional shower toilets that eject hot water for washing from a washing nozzle are generally equipped with a hot water tank and always have a considerable amount of hot water. However, the hot water tank is large and requires an installation space, and heat retaining power is required to maintain the temperature of the hot water. Therefore, recently, from the viewpoint of space saving and energy saving, the development of a shower toilet equipped with an instantaneous water heater instead of a hot water tank has been promoted. As a configuration of the instantaneous hot water type shower toilet, it has been generally provided with a water supply pipe, a flow rate adjusting valve, an electric heater, a water temperature sensor, and a control device for controlling the temperature and flow rate of the hot water. The control device is configured to operate in response to a user's operation, and to supply hot water having an appropriate temperature by energizing the electric heater while detecting the water temperature.
シャワートイレは一般家庭などに広く普及しており、電源には通常低圧交流電源が用いられている。周知のように、日本国内の交流電源の周波数は地域により50Hzと60Hzのどちらか一方が用いられており、海外でも周波数は国によって異なっている。そして、どちらの周波数にも適用できるように、シャワートイレは50/60Hz共用とされ、制御装置自身が周波数を判定して制御を行うように構成されている場合が多い。例えば、特許文献1〜3に開示された制御装置は、いずれも周波数の判定を行う制御部を備えている。
Shower toilets are widely used in general households, and a low-voltage AC power source is usually used as a power source. As is well known, either 50 Hz or 60 Hz is used as the frequency of the AC power supply in Japan depending on the region, and the frequency varies from country to country even overseas. And so that it can apply to either frequency, the shower toilet is shared with 50/60 Hz, and it is often configured that the control device itself determines the frequency and performs control. For example, each of the control devices disclosed in
特許文献1の制御部は、電源投入時だけでなく便座への着座があったときにも周波数の判定を行い、周波数が誤判定されたまま長時間続くことを防止している。周波数の判定方法は、交流電源の電圧ゼロ点を検出し、一定時間内例えば100ms内の電圧ゼロ点の個数をカウントして、50Hzか60Hzかを判定している。特許文献2では、着座がない場合にも一定時間毎に周波数を判定するようにして、信頼性を向上している。さらに、特許文献3では、電源投入時に周波数を複数回判定することにより、ノイズや電源不安定に起因する誤判定を除去するようにしている。
ところで、特許文献1及び特許文献2の制御部では周波数の判定に100ms以上、特許文献3の制御部では最低でも200ms以上の判定時間が必要になる。この判定時間は、従来の温水タンク式シャワートイレではあまり問題にならないが、瞬間給湯式シャワートイレでは使用者の利便性を低下させることになる。なぜなら、温水タンク式では常備している温水を供給するだけでよいのに対し、瞬間給湯式では周波数判定後速やかに電気ヒータに通電して水を加熱する必要があるからである。たとえわずかであっても待ち時間の存在は、使用者の利便性、快適性を損ねるおそれがある。
By the way, the control units of
さらに、特許文献1〜3の制御部では、不規則なノイズや電源電圧の波形変歪などに起因する周波数の誤判定がないとは断言できず、判定の信頼性を一層向上して安全性を高めることが好ましい。
Furthermore, in the control units of
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、交流電源の周波数判定に要する判定時間を従来よりも短縮するとともに、判定信頼性及び安全性を一層向上した制御装置を備える瞬間給湯式シャワートイレを提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned background. An instant hot water type shower toilet provided with a control device that shortens the determination time required for frequency determination of an AC power supply as compared with the prior art and further improves determination reliability and safety. I will provide a.
本発明の瞬間給湯式シャワートイレは、洗浄ノズルに洗浄用の水を供給する給水管路と、該給水管路の途中に配設される流量調整弁と、水温を検出する水温センサと該水を加熱する電気ヒータとからなり該給水管路の途中に配設される加熱装置と、検出された該水温のデータが入力される水温入力部と該電気ヒータの交流電源の周波数を判定する周波数判定部と該電気ヒータを制御する加熱制御部と該流量調整弁を制御する流量制御部とを有する制御装置と、を備える瞬間給湯式シャワートイレにおいて、前記周波数判定部は、前記交流電源の電圧ゼロ点を検出するゼロ点検出回路と、検出された該電圧ゼロ点の時間間隔を求めさらに前記周波数を判定する演算手段と、を有し、前記加熱制御部は、判定した該周波数をもとにして制御を行う、ことを特徴とする。 The instant hot water type shower toilet according to the present invention includes a water supply pipe for supplying cleaning water to a cleaning nozzle, a flow rate adjusting valve disposed in the middle of the water supply pipe, a water temperature sensor for detecting a water temperature, and the water. A heating device that is provided in the middle of the water supply pipe, a water temperature input unit to which the detected water temperature data is input, and a frequency for determining the frequency of the AC power supply of the electric heater In an instantaneous hot water type shower toilet comprising a determination unit, a heating control unit that controls the electric heater, and a flow rate control unit that controls the flow rate adjustment valve, the frequency determination unit is configured to provide a voltage of the AC power source. A zero point detection circuit for detecting a zero point; and a calculation means for obtaining a time interval of the detected voltage zero point and further determining the frequency, wherein the heating control unit is based on the determined frequency. To control It is characterized in.
本発明の瞬間給湯式シャワートイレは、一定時間内の電圧ゼロ点の個数をカウントする方法に代え、電圧ゼロ点の時間間隔から交流電源の周波数を判定することにより、周波数判定時間を短縮することを要旨としている。 The instant hot water type shower toilet of the present invention reduces the frequency determination time by determining the frequency of the AC power source from the time interval of the voltage zero point instead of the method of counting the number of voltage zero points within a certain time. Is the gist.
まず、本発明の瞬間給湯式シャワートイレの構成について説明する。給水管路は、給水源と便器に設けられた洗浄ノズルとを接続し、洗浄用の水を供給する部位である。給水管路の途中には流量調整弁を配設することができる。流量調整弁は、給水管路の開閉及び開度の調整を行って、水の流量を調整する部位である。流量調整弁には、例えば、電気信号により遠隔制御可能な電磁弁を適用することができる。給水管路の途中にはさらに加熱装置を配設することができる。加熱装置は、水温を検出する水温センサと、水を加熱する電気ヒータと、で構成することができる。水温センサは、給水管路内を流れる水の温度を検出するものであり、その感温部は給水管路内に設けられることが好ましい。また水温検出の時間遅れを避けるために、感温部の熱容量は小さいことが好ましい。電気ヒータには、例えばジュール熱を発生するセラミックヒータを用いることができ、給水管路に巻回し管路壁を介して水を加熱するように配設することができる。あるいは、熱交換器を介して間接的に水を加熱するようにしてもよい。 First, the structure of the instant hot water type shower toilet of the present invention will be described. The water supply line is a part that connects a water supply source and a cleaning nozzle provided in the toilet and supplies cleaning water. A flow rate adjusting valve can be provided in the middle of the water supply pipeline. The flow rate adjustment valve is a part that adjusts the flow rate of water by opening and closing the water supply pipeline and adjusting the opening degree. For example, an electromagnetic valve that can be remotely controlled by an electric signal can be applied to the flow rate adjusting valve. A heating device can be further provided in the middle of the water supply pipeline. The heating device can be composed of a water temperature sensor that detects the water temperature and an electric heater that heats the water. The water temperature sensor detects the temperature of the water flowing in the water supply pipeline, and the temperature sensing part is preferably provided in the water supply pipeline. In order to avoid a time delay in detecting the water temperature, it is preferable that the heat capacity of the temperature sensing portion is small. For example, a ceramic heater that generates Joule heat can be used as the electric heater, and the heater can be arranged so as to be wound around a water supply pipe and heated through a pipe wall. Or you may make it heat water indirectly via a heat exchanger.
制御装置は、水温入力部と、周波数判定部と、加熱制御部と、流量制御部と、を有しており、例えば、マイクロコンピュータを応用した電子制御装置を用い、内蔵されたソフトウェアで制御を行うようにして、構成することができる。水温入力部には水温センサを配線接続して、検出された水温のデータが入力されるようにすることができる。 The control device includes a water temperature input unit, a frequency determination unit, a heating control unit, and a flow rate control unit. For example, an electronic control device using a microcomputer is used, and control is performed with built-in software. It can be configured to do. A water temperature sensor can be connected to the water temperature input unit so that data of the detected water temperature can be input.
周波数判定部は、ゼロ点検出回路と演算手段とで構成することができる。ゼロ点検出回路は、例えば、入力として電気ヒータの交流電源の電圧信号を取り込み、電圧ゼロ点でパルスを出力する公知のアナログ回路を用いて、構成することができる。あるいは、電圧信号をA/D変換しディジタル計測して得た電圧波形データから電圧ゼロ点のタイミングを読みとるディジタル回路を用いて、構成することもできる。演算手段は、検出された電圧ゼロ点のタイミングを認識し、タイマを内蔵して計時することにより、電圧ゼロ点の時間間隔Tを求めることができる。さらに、電圧ゼロ点は交流1サイクル中に2回発生することから、時間間隔Tの逆数を2で除することにより周波数F(=1/(2×T))を求めることができる。あるいは、求めた時間間隔Tの値により、周波数Fを50Hzまたは60Hzのどちらかと判定するようにしてもよい。演算手段による時間間隔Tや周波数Fの演算は、前述の電子制御装置のソフトウェアで行うようにすることができる。 The frequency determination unit can be composed of a zero point detection circuit and a calculation means. The zero point detection circuit can be configured using, for example, a known analog circuit that takes in the voltage signal of the AC power supply of the electric heater as an input and outputs a pulse at the voltage zero point. Alternatively, it may be configured using a digital circuit that reads the timing of the voltage zero point from voltage waveform data obtained by A / D converting a voltage signal and performing digital measurement. The calculation means recognizes the timing of the detected voltage zero point, and can obtain the time interval T of the voltage zero point by measuring the time with a built-in timer. Further, since the zero voltage point occurs twice during one AC cycle, the frequency F (= 1 / (2 × T)) can be obtained by dividing the reciprocal of the time interval T by 2. Alternatively, the frequency F may be determined as either 50 Hz or 60 Hz based on the obtained time interval T. The calculation of the time interval T and the frequency F by the calculation means can be performed by the software of the electronic control device described above.
加熱制御部は、検出された水温を設定された適温にまで上昇させるために、周波数判定部で判定した周波数をもとにして電気ヒータの通電を制御するものである。流量制御部は、設定された流量を実現するために、流量調整弁の開閉及び開度を制御するものである。 The heating control unit controls energization of the electric heater based on the frequency determined by the frequency determination unit in order to raise the detected water temperature to a set appropriate temperature. The flow rate control unit controls the opening and closing and the opening degree of the flow rate adjustment valve in order to realize the set flow rate.
制御装置は、上述の他に、使用者が洗浄を指示したり好みの水温や流量、ノズル位置などを設定したりする操作部や、使用者の着座を自動検出する着座検出部など、を有するようにしてもよい。 In addition to the above, the control device includes an operation unit that instructs the user to perform cleaning, sets a desired water temperature, flow rate, nozzle position, and the like, and a seating detection unit that automatically detects the user's seating. You may do it.
次に、本発明の瞬間給湯式シャワートイレにおける周波数判定の方法、動作、作用について説明する。 Next, the frequency determination method, operation and action of the instant hot water type shower toilet of the present invention will be described.
前記周波数判定部は、前記加熱制御部が前記電気ヒータに通電する直前に動作し、さらに通電中にも動作する、ことが好ましい。使用者が洗浄を指示したときに温水が必要となるため、加熱制御部は電気ヒータに通電するが、通電する直前に周波数判定部で交流電源の周波数を判定することが好ましい。さらに通電中にも周波数を判定することが好ましい。他に、給水管路内の水の凍結防止のために電気ヒータに通電する場合にも、周波数を判定することが好ましい。通電直前及び通電中に周波数を判定することにより、誤った周波数のままで電気ヒータを制御することがなくなり、安全性が向上する。 It is preferable that the frequency determination unit operates immediately before the heating control unit energizes the electric heater and further operates during energization. Since warm water is required when the user instructs cleaning, the heating control unit energizes the electric heater, but it is preferable that the frequency determination unit determine the frequency of the AC power supply immediately before energization. Furthermore, it is preferable to determine the frequency even during energization. In addition, it is preferable to determine the frequency when the electric heater is energized to prevent freezing of water in the water supply pipeline. By determining the frequency immediately before and during energization, the electric heater is not controlled at the wrong frequency, and safety is improved.
前記周波数判定部は、求めた前記時間間隔が規定範囲を外れたときには無効として廃棄し無効回数をカウントアップするとともに該時間間隔を求める動作を繰り返し、該無効回数が規定回数に達する以前に該規定範囲内の有効な該時間間隔が得られた場合には前記周波数を判定し、該無効回数が規定回数に達した場合には装置異常と判定する、ようにしてもよい。 The frequency determination unit discards the determined time interval as invalid when it is out of a specified range, counts up the number of invalid times and repeats an operation for obtaining the time interval, and before the number of invalid times reaches the specified number, The frequency may be determined when a valid time interval within the range is obtained, and it may be determined that the apparatus is abnormal when the invalid count reaches a specified count.
電気的なノイズや電源不安定の影響により、電圧ゼロ点が必ずしも正しく検出できない場合に備えて、求めた時間間隔の有効性を確認する方法を用いることができる。以下に詳細に説明すると、電圧ゼロ点の時間間隔は、周波数50Hzで10ms、周波数60Hzで8.3msであり、この2値に対して有効な規定範囲の幅をそれぞれ設けることができる。そして、求めた時間間隔がどちらかの規定範囲内にあれば有効データとして周波数を50Hzまたは60Hzと判定し、規定範囲を外れたときには無効データとすることができる。無効データのときには、無効回数をカウントアップするとともに再度時間間隔を求める動作を繰り返すようにすることができる。無効回数が規定回数に達する以前に有効データが得られれば周波数を判定することができ、無効回数が規定回数に達した場合には、周波数の判定は不能として、装置異常と判定することができる。装置異常時には、制御装置の動作を中断するとともに、異常であることを表示または通報するように、構成しておくことが好ましい。 In preparation for the case where the voltage zero point cannot always be detected correctly due to the influence of electrical noise or power supply instability, a method of confirming the effectiveness of the obtained time interval can be used. As will be described in detail below, the time interval of the zero voltage point is 10 ms at a frequency of 50 Hz and 8.3 ms at a frequency of 60 Hz, and a width of an effective specified range can be provided for these two values. If the obtained time interval is within one of the specified ranges, the frequency is determined as 50 Hz or 60 Hz as valid data, and invalid data can be determined when the frequency is out of the specified range. In the case of invalid data, it is possible to repeat the operation of counting up the number of invalid times and obtaining the time interval again. If valid data is obtained before the invalid count reaches the specified count, the frequency can be determined. If the invalid count reaches the specified count, the frequency cannot be determined and the device can be determined to be abnormal. . It is preferable to configure so that the operation of the control device is interrupted and an abnormality is displayed or notified when the device is abnormal.
上述の周波数判定方法によれば、通常の動作では電圧ゼロ点が正しく検出され、高々10ms程度で周波数が判定され、判定時間は従来よりも格段に短縮される。偶発的なノイズなどにより電圧ゼロ点が正しく検出されなかった場合には、再度の動作によって正しい電圧ゼロ点が検出され、正しい周波数が判定される。また、恒常的なノイズや電源不安定により周波数判定が行えない場合には装置異常と判定され、周波数が不明の状態で動作することはなくなる。さらに、装置異常が使用者に認識されるため、対策を講じることができる。以上説明したように、周波数判定の信頼性は一層向上するとともに、フェイルセーフ機能を有して安全性も向上する。 According to the above-described frequency determination method, the zero voltage point is correctly detected in normal operation, the frequency is determined at most about 10 ms, and the determination time is significantly shortened compared to the conventional method. If the voltage zero point is not correctly detected due to accidental noise or the like, the correct voltage zero point is detected by the re-operation, and the correct frequency is determined. If the frequency cannot be determined due to constant noise or power supply instability, it is determined that the apparatus is abnormal, and the operation is not performed with the frequency unknown. Furthermore, since the user is aware of the device abnormality, measures can be taken. As described above, the reliability of frequency determination is further improved, and the safety is improved with the fail-safe function.
前記加熱制御部は、前記交流電源の通電位相を制御して前記電気ヒータに供給する、ことが好ましい。 It is preferable that the heating control unit controls an energization phase of the AC power supply and supplies the electric heater to the electric heater.
本発明は、加熱制御部が交流電源の通電位相を制御する方式の場合、特に効果が顕著である。なぜなら、サイリスタなどの電力用半導体を用いて通電位相を制御する方式では、制御の基本となるのは交流1周期のサイクルタイムであり、正しい周波数を判定することが前提条件とされているからである。 The present invention is particularly effective when the heating control unit controls the energization phase of the AC power supply. This is because in the method of controlling the energization phase using a power semiconductor such as a thyristor, the basis of control is a cycle time of one cycle of alternating current, and it is a prerequisite to determine the correct frequency. is there.
前記加熱制御部は、検出された前記水温に対して比例項と積分項とからなるPI制御を行い、かつ積分項の定数は判定された前記周波数に従属して可変とされている、ようにしてもよい。 The heating control unit performs PI control including a proportional term and an integral term with respect to the detected water temperature, and the constant of the integral term is variable depending on the determined frequency. May be.
検出された水温を設定された適温にまで上昇させるために、加熱制御部はPI制御(比例積分制御、Proportional and Integral Control)を行うようにしてもよい。すなわち、検出水温と設定温度との差分に比例する比例項の熱量と、水温変化の積分量に比例する積分項の熱量と、の合算値が電気ヒータで発生するように制御してもよい。なお、検出水温のフィードバック及び制御条件の更新は、サイクルタイムの整数倍を制御周期として行うことが好ましい。そして、比例項及び積分項の定数を加熱装置の構造に合わせて適宜設定することにより、速やかでかつオーバーシュートのない滑らかな水温変化の収束特性を実現することができる。また、積分項には積分時間である制御周期が関与するため、積分項の定数が周波数に従属して可変になっていると、水温変化の収束特性は一層良好となる。実用上は、積分項の定数を50Hz用と60Hz用の2種類準備しておき、判定された周波数に基づいて使い分けるようにすることができる。 In order to raise the detected water temperature to a set appropriate temperature, the heating control unit may perform PI control (Proportional and Integral Control). That is, the electric heater may be controlled so that a sum value of the heat amount of the proportional term proportional to the difference between the detected water temperature and the set temperature and the heat amount of the integral term proportional to the integral amount of the water temperature change is generated by the electric heater. The feedback of the detected water temperature and the update of the control conditions are preferably performed using an integral multiple of the cycle time as a control cycle. Then, by appropriately setting the constants of the proportional term and the integral term according to the structure of the heating device, it is possible to realize a smooth convergence characteristic of the water temperature change quickly and without overshoot. In addition, since the integral term involves a control cycle that is an integral time, if the integral term constant is variable depending on the frequency, the convergence characteristics of the water temperature change are further improved. Practically, two types of integral term constants for 50 Hz and 60 Hz are prepared, and can be selectively used based on the determined frequency.
上述の本発明の瞬間給湯式シャワートイレによれば、電圧ゼロ点を検出してその時間間隔から周波数を求める周波数判定部を有するので、周波数の判定時間を従来よりも格段に短縮することができる。また、加熱制御部が前記電気ヒータに通電する直前及び通電中に周波数判定を行う態様では、誤った周波数のままで電気ヒータを通電制御することがなくなり、安全性が向上する。さらに、電圧ゼロ点の時間間隔の有効性を確認する態様では、判定信頼性及び安全性を一層向上することができる。 According to the instant hot water type shower toilet of the present invention described above, since the frequency determination unit that detects the voltage zero point and obtains the frequency from the time interval is provided, the frequency determination time can be significantly shortened compared to the conventional case. . Further, in the aspect in which the heating control unit performs frequency determination immediately before and during the energization of the electric heater, the electric heater is not energized and controlled with the wrong frequency, and safety is improved. Furthermore, in the aspect in which the validity of the time interval of the zero voltage point is confirmed, determination reliability and safety can be further improved.
本発明は、加熱制御部が交流電源の通電位相を制御する方式の場合に効果が顕著であり、とりわけ、検出水温に対してPI制御を行う際に積分項の定数を周波数に従属して可変とすることにより、水温変化の収束特性を極めて良好なものとすることができる。 The present invention is particularly effective when the heating control unit controls the energization phase of the AC power supply. In particular, when performing PI control on the detected water temperature, the constant of the integral term is variable depending on the frequency. As a result, the convergence characteristics of the water temperature change can be made extremely good.
本発明を実施するための最良の形態を、図1〜図4を参考にして説明する。図1は、本発明の実施例の瞬間給湯式シャワートイレの構成を説明するブロック図である。実施例の瞬間給湯式シャワートイレ1は、給水管路2、流量調整/水路切替バルブ3、ヒータユニット4、電子制御装置5、操作部6を備えている。なお、図中の矢印は信号及び制御の流れを示している。
The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an instantaneous hot water shower toilet according to an embodiment of the present invention. The instant hot water
給水管路2は、給水源に接続され、便器に設けられた洗浄ノズルに洗浄用の水を供給する部位である。流量調整弁に相当する流量調整/水路切替バルブ3は、給水管路2の途中に配設され、給水管路2の開閉及び開度の調整を行って、水路の切替及び流量調整を行う部位である。流量調整/水路切替バルブ3は電磁操作方式であり、制御装置5から制御されるようになっている。
The
加熱装置に相当するヒータユニット4は、給水管路2の途中に配設されている。ヒータユニット4は、セラミックヒータ41と入口水温検知サーミスタ45及び出口水温検知サーミスタ46とからなっている。セラミックヒータ41はジュール熱を発生する抵抗体であり、給水管路2の内部に配設されて、管路2内の水を加熱するように構成されている。また、セラミックヒータ41は、後述の制御部5の位相制御回路54から通電されるように配線接続されている。2個のサーミスタ45、46は、加熱装置4内の給水管路2の入口と出口と設けられて水温を検出する水温センサである。また、2個のサーミスタ45、46の出力線はそれぞれ、電子制御装置5のサーミスタ入力回路51、52に配線接続されている。
The
電子制御装置5は、2組のサーミスタ入力回路51、52、ゼロ点検出回路53、位相制御回路54、マイクロコンピュータ55で構成され、マイクロコンピュータ55のソフトウェアにより周波数演算ロジック部56及び温度制御ロジック部57が実現されている。水温入力部に相当する2組のサーミスタ入力回路51、52は、入口水温検知サーミスタ45及び出口水温検知サーミスタ46が検出した入口水温及び出口水温のデータを、温度制御ロジック部57に受け渡すものである。
The
周波数判定部は、ゼロ点検出回路51と周波数演算ロジック部56とで構成されている。ゼロ点検出回路51は、低圧交流電源の電圧Vを入力とし、電圧ゼロ点を検出して、所定のゼロ点信号S0を出力する回路である。周波数演算ロジック部56は、2個のゼロ点信号S0の時間間隔Tを内蔵されたタイマにより計時し、周波数Fを50Hzまたは60Hzのどちらかと判定するものである。周波数演算ロジック部56が行う時間間隔Tの有効性の確認については、後のフローチャートで詳述する。
The frequency determination unit includes a zero
加熱制御部は、温度制御ロジック部57と位相制御回路54とで構成されている。温度制御ロジック部57は、周波数演算ロジック部56で判定された周波数Fと、2組のサーミスタ入力回路51、52から受け取った水温のデータと、をもとにして、セラミックヒータ41の負荷率を演算し、さらに負荷率に適合する通電開始位相P1を演算して、位相制御回路54に制御信号を指令出力している。位相制御回路54は、サイリスタを用いることにより、低圧交流電源の位相を制御してセラミックヒータ41に供給する回路である。すなわち、位相制御回路54は、指令された通電開始位相P1から次の電圧ゼロ点までの間に限り、低圧交流電源をセラミックヒータ41に供給し、発熱量の多少を制御するようになっている。例えば、通電開始位相P1が60°のとき、正の電圧位相60〜180°及び負の電圧位相240〜360°の範囲だけセラミックヒータ41が発熱するようになっている。
The heating control unit includes a temperature
操作部6は、洗浄を指示する洗浄スイッチや好みの水温や流量を設定する設定スイッチと、動作状態を表示する表示部とをもち、使用者がスイッチを操作及び表示を確認できるようになっている。そして、操作された情報はマイクロコンピュータ55によって認識され、制御に反映されるように構成されている。
The
なお、制御装置5をはじめとする全ての電装品は、低圧交流電源が分岐されて電源供給されている。
Note that all the electrical components including the
次に、図1の実施例の瞬間給湯式シャワートイレ1の操作手順、動作について、図2を参考にして説明する。図2は実施例の瞬間給湯式シャワートイレ1の全体動作を説明するフローチャートであり、図中のカッコ付きの項目番号は以降の説明中に対応して記載されている。
Next, the operation procedure and operation of the instant hot
低圧交流電源が投入されると(1)、電子制御装置5は、まず水温のデータが一定温度以下であるか否かを確認する(2)。水温が一定温度以下の場合には、給水管路2中の水の凍結を防止するため、セラミックヒータ41に通電するが、通電する直前に電源の周波数Fを判定する(3)。次に、判定された周波数Fと水温とに基づいて、通電開始位相P1が演算され、セラミックヒータ41が通電されて、給水管路2内の水が加熱される(4)。電子制御装置5は、通電中にも随時、電源の周波数Fを判定する(5)。次に、電子制御装置5は、操作部6の洗浄スイッチの操作の有無を確認する(6)。洗浄スイッチがオンされていない場合、電子制御装置5は待機モードとなり、水温の確認(2)と、必要に応じて凍結防止のための周波数判定(3)(5)及び通電(4)と、を繰り返す。
When the low-voltage AC power is turned on (1), the
洗浄スイッチがオンされると電子制御装置5は洗浄モードとなり、通電する直前の電源の周波数判定(7)と、セラミックヒータ41通電(8)と、通電中の周波数判定(9)とが行われる。そして、水温が適温になった時点で、流量調整/水路切替バルブ3が開路されて洗浄ノズルに温水が供給され、洗浄が行えるようになる(10)。洗浄が行われている間に随時、電子制御装置5は洗浄スイッチの操作の有無を確認し(11)、オフされない間は、セラミックヒータ41通電(8)が継続し、割り込み処理により一定時間間隔で周波数判定(9)が行われる。洗浄スイッチがオフされると、電子制御装置5は、流量調整/水路切替バルブ3を閉路し(12)、水温確認(2)を行う待機モードに戻る。
When the cleaning switch is turned on, the
なお、通電直前または通電中の周波数判定(3)(5)(7)(9)の際に装置異常と判定されたときには、電子制御装置5は動作を停止するとともに、操作部6の表示部に異常を表示する(13)。
When it is determined that the device is abnormal immediately before energization or during frequency determination (3), (5), (7), and (9) during energization, the
次に、通電する直前の周波数判定動作の詳細について、図3を参考にして説明する。図3は実施例の瞬間給湯式シャワートイレ1の周波数判定の動作を説明するフローチャートであり、図中のカッコ付きの英字記号は以降の説明中に対応して記載されている。
Next, details of the frequency determination operation immediately before energization will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining the frequency determination operation of the instantaneous hot
周波数判定を行う際に、周波数演算ロジック部56は、まず内部に設けられた無効カウンタをクリアし(a)、内蔵されたタイマをクリアする(b)。次に、ゼロ点信号S0の割り込み受付を開始して(c)、ゼロ点信号S0を待つ(d)。ゼロ点検出回路51が電圧ゼロ点を検出してゼロ点信号S0を出力すると、周波数演算ロジック部56はこのゼロ点信号S0を検出してタイマをスタートさせ(e)、随時ゼロ点信号S0の有無を確認する(f)。そして、所定のタイムアウト値に達する以前に次のゼロ点信号S0を検出するとタイマをストップして(g)、2つのゼロ点信号S0の時間間隔Tを計時する(h)。
When performing frequency determination, the frequency calculation logic unit 56 first clears an invalid counter provided therein (a) and clears a built-in timer (b). Next, the interrupt reception of the zero point signal S0 is started (c), and the zero point signal S0 is waited (d). When the zero
ここで、求めた時間間隔Tの有効性を確認する(i)。具体的には、10ms及び8.3msの2値に対して有効な規定範囲の幅を設定し、時間間隔Tがどちらかの幅に入っているか否かを確認する。そして、時間間隔Tが10msを中心とする幅に入っていれば周波数Fは50Hzと判定され、8.3msを中心とする幅に入っていれば周波数Fは60Hzと判定される(j)。 Here, the effectiveness of the obtained time interval T is confirmed (i). Specifically, the width of the effective specified range is set for the binary values of 10 ms and 8.3 ms, and it is confirmed whether or not the time interval T falls within either width. If the time interval T falls within the width centered at 10 ms, the frequency F is determined to be 50 Hz. If the time interval T falls within the width centered at 8.3 ms, the frequency F is determined to be 60 Hz (j).
時間間隔Tを求める際にタイマがタイムアウト値に達した場合(k)及び、時間間隔Tが求められてもどちらの幅にも入っていない場合には、周波数判定は無効とされ、無効カウンタがカウントアップされる(l)。そして、無効カウンタが規定回数以下であれば(m)、タイマクリア(b)に戻って、再度周波数判定を行う。無効カウンタが規定回数に達した場合は装置異常と判定し(n)、図2の異常表示(13)に戻る。 If the timer reaches a timeout value when determining the time interval T (k), and if the time interval T is determined but does not fall within either range, the frequency determination is invalid and the invalid counter is Counts up (l). If the invalid counter is less than or equal to the specified number (m), the process returns to timer clear (b) and frequency determination is performed again. When the invalid counter reaches the specified number of times, it is determined that the device is abnormal (n), and the display returns to the abnormality display (13) in FIG.
通電中の周波数判定動作は、図3に示された通電直前の周波数判定動作と類似しているが、一部異なる点がある。すなわち、通電中に判定された周波数F1は通電直前に判定された周波数Fと比較され、万一異なる場合は後に求めた周波数F1が温度制御ロジック部57に提供される。また、通電中の周波数判定が無効のときに、無効カウンタのカウントアップのみを行い、周波数判定のリトライは行わない。なぜなら、周波数判定の機会は割り込み処理により一定時間間隔で与えられるので、リトライよりもセラミックヒータ41へ通電することを優先したほうが好ましいからである。
The frequency determination operation during energization is similar to the frequency determination operation immediately before energization shown in FIG. 3, but there are some differences. That is, the frequency F1 determined during energization is compared with the frequency F determined immediately before energization, and in the unlikely event that the frequency F1 determined later is provided to the temperature
次に、温度制御ロジック部57が行うPI制御について説明する。PI制御は、比例項と積分項の合算値により、セラミックヒータ41の発熱量を制御する手法である。比例項は、検出水温と設定温度との差分に比例する発熱量であり、水温を設定温度に近づける作用がある。ただし、設定温度に近づくにしたがい発熱量が減少するため収束特性が悪く、これを補うために積分項を用いる。積分項は、水温変化の積分量に比例する発熱量であり、適切な定数を乗じて比例項に合算することにより収束特性を改善することができる。温度制御ロジック部57は、積分項の定数を50Hz用と60Hz用の2種類もち、周波数演算ロジック部56によって判定された周波数Fに基づいて使い分けている。
Next, PI control performed by the temperature
図4は実施例の瞬間給湯式シャワートイレ1を用いた温度制御の実験結果を説明する図であり、(A)はPI制御の積分項の定数を2種類使い分けた場合、(B)は積分項の定数を60Hz用に固定した場合である。図中の横軸は経過時間を示し、縦軸は上段がセラミックヒータ41の電力、下段が洗浄ノズル出口の水温を示している。また、グラフは電源周波数が50Hzの場合を実線で、60Hzの場合を破線でそれぞれ示している。図4(A)では、周波数50Hzと60Hzのグラフは概ね重なっており、洗浄ノズル出口の水温は急峻に立ち上がった後速やかに適温に収束している。図4(B)では、実線で示される電源周波数50Hzのグラフが(A)と異なっている。すなわち、洗浄ノズル出口の水温は急峻に立ち上がった後に振動しており、適温への収束特性が劣っている。これは、上段のグラフに示されるセラミックヒータ41の電力が過大に増減したこと、すなわち、積分項の定数が60Hz用であって電源周波数50Hz対して不適合であったことに起因している。したがって、この実験結果により、PI制御の積分項の定数を周波数に従属して可変とする態様の効果が確認された。
FIG. 4 is a diagram for explaining the experimental results of temperature control using the instant hot water
1:瞬間給湯式シャワートイレ
2:給水管路
3:流量調整/水路切替バルブ
4:ヒータユニット
41:セラミックヒータ
45:入口水温検知サーミスタ 46:出口水温検知サーミスタ
5:電子制御装置
51、52:サーミスタ入力回路 53:ゼロ点検出回路
54:位相制御回路 55:マイクロコンピュータ
56:周波数演算ロジック部 57:温度制御ロジック部
6:操作部
V:電圧
S0:ゼロ点信号
F:周波数
P1:通電開始位相
1: Instant hot water shower toilet 2: Water supply line 3: Flow rate adjustment / water channel switching valve 4: Heater unit
41: Ceramic heater
45: Inlet water temperature detection thermistor 46: Outlet water temperature detection thermistor 5: Electronic control unit
51, 52: Thermistor input circuit 53: Zero point detection circuit
54: Phase control circuit 55: Microcomputer
56: Frequency calculation logic unit 57: Temperature control logic unit 6: Operation unit V: Voltage S0: Zero point signal F: Frequency P1: Energization start phase
Claims (5)
前記周波数判定部は、前記交流電源の電圧ゼロ点を検出するゼロ点検出回路と、検出された該電圧ゼロ点の時間間隔を求めさらに前記周波数を判定する演算手段と、を有し、前記加熱制御部は、判定した該周波数をもとにして制御を行う、ことを特徴とする瞬間給湯式シャワートイレ。 A water supply line comprising a water supply line for supplying cleaning water to the cleaning nozzle, a flow rate adjusting valve disposed in the middle of the water supply line, a water temperature sensor for detecting the water temperature, and an electric heater for heating the water. A heating device disposed in the middle of the pipe, a water temperature input unit to which the detected water temperature data is input, a frequency determination unit that determines the frequency of the AC power supply of the electric heater, and heating that controls the electric heater In an instantaneous hot water type shower toilet provided with a control unit having a control unit and a flow rate control unit that controls the flow rate adjustment valve,
The frequency determination unit includes: a zero point detection circuit that detects a voltage zero point of the AC power supply; and a calculation unit that obtains a time interval of the detected voltage zero point and further determines the frequency, and the heating The instantaneous hot water type shower toilet, wherein the control unit performs control based on the determined frequency.
Priority Applications (1)
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JP2006345010A JP2008156852A (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Instantaneous hot-water supply type shower toilet |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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