JP2009013622A - 温水洗浄便座用加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】 瞬間式温水便座装置に、少ない電力で適温となった洗浄用温水を十分供給できる温水加熱システムを提供する。
【解決手段】 原水を洗浄用温水として加熱する瞬間湯沸し式の温水洗浄便座用加熱システムであって、配管内に通流された原水を加熱するヒータ１１と、ヒータ１１に供給する電力を蓄電する蓄電部（蓄電装置のリチウムイオンキャパシタ）１２とを備えてなり、ヒータ１１は、蓄電部（蓄電措置のリチウムイオンキャパシタ）１２より短時間で供給された大電流により、配管内を通流する原水を急速加熱することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、温水洗浄便座用の加熱システムに関し、特に蓄電装置から加熱装置へ短時間で大電流を供給して、原水を急速加熱する瞬間式湯沸し型の温水洗浄便座用加熱システムに関するものである。

従来、温水洗浄装置付き便座の洗浄水は、通常３０〜４０℃程度の温水を使用しているが、その湯沸し方式として、予めタンク内に洗浄用のお湯を貯めておく貯湯式と、使用の度に原水を瞬間湯沸器によって温水にする瞬間式の２種類が用いられている。

貯湯式の場合は洗浄用温水の吐出量が多く、一度の洗浄に使える湯量の多さが利点であるが、温水タンクの保温の為の電力が必要となり消費する電力量が大きくなり、さらにタンク内の温水を使いきってしまうと次の温水が得られるまで５分〜１０分程度を要してしまうという問題もあった。

これに対し、瞬間式の場合は使用時にのみ電力使用がなされることから消費する電力量は小さくなり、さらに瞬時に温水が得られという利点があるものの、貯湯式に比べ吐出される洗浄用温水の量が少ないという問題が指摘されている。

一般的な貯湯式の洗浄用温水の供給量は最大で２．０Ｌ／ｍｉｎ、平均で１．１Ｌ／ｍｉｎに対し、瞬間式では最大０．６Ｌ／ｍｉｎという調査資料がある（財団法人省エネルギーセンター監修・省エネ性能カタログ２００６年冬版）。

上記各問題点に対処すべく、温水洗浄装置の工夫について各種の提案がなされている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

上記特許文献１に記載の洗浄装置は、加熱された洗浄水を独立した略球状の水塊として連続的に噴出させることで、使用する温水量を低減させても洗浄感、洗浄力に優れたものとしたものであり、瞬間式の温水吐出量が少ないことの不備の解消を図っている。

また特許文献２に記載の洗浄装置では、瞬間式による電力使用量の多さによって生じる家庭内の電流遮断を、予め使用電力の監視によって洗浄装置の電力使用を制限する装置機構を設けて防止するものである。

さらに特許文献３に記載の急速流体加熱システムでは、蓄電装置から大電流を取り出し急速加熱することが提案されており、蓄電装置として電気二重層キャパシタや二次電池、更には燃料電池などを組み合わせて使用する構成とされている。
特開２００２−２１１５５号公報 特開２０００−１２０１３７号公報 特開２００４−５３０９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の洗浄装置では、温水の噴出に工夫をすることで使用温水量の低減を図るものであるが、温水使用量には個人差があり、例えば貯湯式並の温水使用量である１．０Ｌ／ｍｉｎを得ようとすると、冬場の水道水温度５℃から４０までの加温を想定した場合、必要なヒータの電気容量は２６００Ｗ程度必要であるが、一般家庭における契約電流などから通常ではこのような大電力のヒータは使用できないという制約がある。

また特許文献２に記載の洗浄装置では、家庭内の電気使用量に合わせて温水洗浄装置の機能制限させる構成は有効的であるが、トイレ外の電気製品の電力使用量をモニタする為の装置などの構成が複雑で大掛かりなものとなる反面、洗浄用温水の供給、加熱の工夫についてはなんら言及するものではない。

特許文献３に記載の加熱システムでは、電気二重層キャパシタ単体ではエネルギー密度が低いため、放電するエネルギーが小さく、また燃料電池や二次電池の単体では大電流を通電させる事が困難であり、流体への急速加熱には、組み合わせによる蓄電地装置が用いられ、通電に際しては、複雑な制御が必要となってしまう。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、瞬間式温水便座装置に、少ない電力で適温となった洗浄用温水を十分供給できる温水加熱システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明が提案するものは、 原水を洗浄用温水として加熱する瞬間湯沸し式の温水洗浄便座用加熱システムであって、配管内に通流された原水を加熱する加熱装置と、該加熱装置に供給する電力を蓄電する蓄電装置とを備えてなり、
前記加熱装置は、前記蓄電装置より短時間で供給された大電流により、前記配管内を通流する原水を急速加熱することを特徴とする温水洗浄便座用加熱システムである。

このように、蓄電装置に電力を蓄えておき、必要なときに蓄電装置から加熱装置に短時間で大電流を急速放電できる構成としたので、流体である原水を瞬間に加熱することができる。また蓄電装置に蓄電された電力を利用するので、家庭内の制限電流を超えることなく、瞬間的に流体である原水を加熱可能となり、かつ従来の瞬間式温水洗浄便座装置では得られなかった洗浄水量を得ることが可能となる。

さらにまた加熱が必要ないときは、所定の電力が蓄電装置に蓄えられているために待機電力を低減でき、省エネルギー化を図ることができる。

なお、短時間で大電流を供給するとは、温水洗浄便座の瞬間式湯沸し装置で、数秒程度の短時間で洗浄に必要な温水、たとえば０．６〜２．０リットル程度を加熱供給することが可能な電流をいうものとする。

また上記原水とは、温水に加熱される前の冷水であり、例えば水道水、井戸水、河川水等の流体をいう。

蓄電装置は、リチウムイオンキャパシタを有し、該リチウムイオンキャパシタに電力を蓄電する構成となっている。

リチウムイオンキャパシタは、従来の電気二重層キャパシタの利点である、大容量の電気を瞬間的に充放電できることと耐久性の高いことを保持しつつ、電気二重層の問題点であるエネルギー密度が小さいことの克服を図ったものである。すなわち、負極に多数のリチウムイオンが吸蔵させる「プレドーピング」を行い、負極の容量を増大させること等によりエネルギー密度の向上を図ったものである。

リチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度及び出力密度が高く、充電にかかる時間が極めて短い上に、瞬間的に大電流を放電することが可能である。すなわち、大電流を急速に充放電することができ、さらにこの充放電に伴う材料劣化がないため、充放電の繰り返し寿命が長く、半永久的に使用することができる。

上述したように、充電時間が短いことから、充電開始から流体である原水の加熱までの時間を従来に比べて更に低減することができる。また充放電の繰り返し寿命が長く、半永久的に使用可能なことにより、メンテナンス及び交換等の頻度が少なくなり、それらに伴う費用や手間の負担の低減を図ることができる。

前記加熱装置に通電される電流は１５Ａ以上、さらには２０Ａ以上であることが好ましい。これにより流体である原水を効率よく急速加熱することができる。

そして急速加熱により供給される洗浄用温水は、毎分６００ｍｌを超えた流量の提供が可能となるように、原水の供給、そして通電する電流値を設定する。

また１２００〜２６００Ｗの加熱装置、例えば円筒型セラミックヒータへ、３０秒〜２分程度通電させる為の電気量を蓄えることが好ましく、上記範囲の電流を放電し、上記範囲の電力を使用することで、効率よくヒータに大電流を通電し、原水を加熱することができる。特に円筒型セラミックヒータのように、洗浄用ノズルへ流れる洗浄水（原水）とヒータとを直接接触させることで、より効率よく配管内の洗浄水（原水）を加熱することができる。

また、洗浄用温水の温度を感知する温度センサーを備え、該温度センサーが感知する所定温度に至るまで、前記蓄電装置から前記加熱装置への通電を行うことが好ましい。

そして、便座への使用者の着座を感知する着座センサーをさらに備え、前記着座を前記着座センサーが感知したときに、予め蓄電されておいた前記蓄電装置から前記加熱装置へ通電すると共に、前記通電後に再度蓄電装置に充電を行うことにより、効率よく加熱することができる。

加熱装置での使用電力は、蓄電装置から放電された電力のみであってもよいが、商用電源と蓄電装置からの電力を併用して加熱装置へ供給する構成としてもよい。また、商用電源から電力が供給される加熱装置と、蓄電装置から供給される加熱装置とを併用する構成としてもよく、その場合の加熱装置の容量は、蓄電装置側の加熱装置の容量を大きくしても、商用電源側の加熱装置の容量を大きくしてもよい。

本発明によれば、蓄電装置に電力供給のための電気量を蓄えておき、洗浄用の所定量の原水を給水用の配管に流し、蓄電装置から短時間にて大電流を急速放電できるため、給水用の配管内の原水を加熱装置にて急速加熱し、吐出することができることにより、温水を貯留する温水タンクを用いることなく、常時温水を蓄えておかなくても、貯湯式に劣ることのない温水量を衛生洗浄用として供給することができる。

すなわち、瞬間式の温水便座装置に、少ない電力で適温となった洗浄用温水を十分供給できるものである。

また加熱の必要がない時には、相当の電力を供給でき電気量が蓄電装置に蓄えられているために、待機電力を低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。つまり、電気エネルギーを用いて、瞬間的に流体である原水を加熱することが可能となり、非常に効率よく、短時間にて流体を急速加熱することができる。

また、蓄電装置にリチウムイオンキャパシタを用いることで、リチウムイオンキャパシタ単体にて大電流を急速に充放電することが可能となり、電気二重層キャパシタのように他の蓄電装置との組み合わせの必要がないため、複雑な制御の必要性がない簡便な構成が可能となった。

リチウムイオンキャパシタは、大電流による電気量を急速に充電でき、充電から加熱に至るまでの時間を従来に比べて非常に短縮することができる。また、充放電回数にも制限がなく、半永久的に使用することができる。よって便座に着座する時点での充放電の繰り返し制御についても蓄電装置の寿命を犠牲にすることなく実施することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。この実施形態では、加熱装置として円筒型セラミックヒータを使用し、温水洗浄便座用加熱システムについて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明に係る温水洗浄便座用加熱システムが適用される温水洗浄用便座装置の概略全体構成図である。

図１に示すように、温水洗浄用便座装置は、温水洗浄便座用加熱システムを構成する加熱手段の円筒型セラミックヒータ１１と、円筒型セラミックヒータ１１に電流を通電させる蓄電装置等を含む蓄電部１２を備えている。この蓄電部１２には後述するように、蓄電装置、充電回路、コンバータ、インバータ等の各機器等が含まれている。そして蓄電部１２での商用電源（ＡＣ１００Ｖ）１３からの充電、円筒型セラミックヒータ１１への放電は制御部１５により制御されている。

円筒型セラミックヒータ１１（適宜、「ヒーター１１」と略す）は、急激な衝撃が加わっても割れない無機材料であり、しかも大電流に耐えられる発熱体で、円筒内を通流する原水を直接加熱するようになっている。

ヒータ１１で加熱される原水は、給水源である原水供給用の配管２１からヒータ１１に通流されるが、その途中に配管２１を開閉する電磁弁２２と、原水をヒータ１１等に送液するポンプ２３が設けられている。なお本実施形態では原水として水道水を使用しているが、これに限定するものでなく、原水として使用できるものであれば、井戸水、河川水等でもよい。

またヒータ１１の周囲近傍には、加熱される原水の水位量を感知する水位センサー２５、加熱された原水、すなわち洗浄用温水の温度を感知する温度センサー２６が設けられている。

水位センサー２５は、温水洗浄便座装置の使用時において、ヒータ１１が設置された配管内の原水の水位を感知するものであり、所定水量に満たないときに制御部１５が電磁弁２２を開放して原水を導入させるようになっている。

温度センサー２６は、ヒータ１１によって加熱された温水の温度を感知するものであり、温度センサー２６からの感知によって、制御部１５が蓄電部１２からの通電の停止、続行を制御するようになっている。

ヒータ１１の下流には、ヒータ１１で加熱された洗浄用温水を噴出する温水洗浄ノズル２７が設けられていて、洗浄用温水の噴出は洗浄開始のスイッチ（図示せず）によってＯＮ−ＯＦＦの制御がなされている。

また便座には、使用者が着座したことを感知する着座センサー２８が設けられており、この着座センサー２８による使用者着座の感知により、制御部１５が蓄電部１２からヒータ１１に通電するようになっている。この着座センサー２８は、使用者の着座によって生じる圧力を感知する圧力センサー、または着座によって生じる変位を感知する変位センサー等が該当する。

図２は温水洗浄便座用加熱システムの第１の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図である。図２では温水加熱のための蓄電装置からの充放電を説明するもので、原水の通流、供給についての制御の説明は省略する。したがって図１で示した水位センサー２５、電磁弁２２及びポンプ２３の制御の説明も省略する。

図２に示すように、商用電源１３である交流電流を直流電流に変換するコンバータ３１と、コンバータ３１からの直流電流を蓄電装置（リチウムイオンキャパシタ）３２に充電させる充電回路３３と、蓄電装置（リチウムイオンキャパシタ）３２（以下適宜、蓄電装置３２と略す）からの直流電流を交流電流への変換と電圧の昇圧を行うインバータ３５と、コンバータ３１と充電回路３３との間の電流のＯＮ−ＯＦＦにより充電の作動と停止とを行う充電用スイッチ３６と、蓄電装置３２とインバータ３５との間の電流のＯＮ−ＯＦＦにより放電の作動と停止とを行う放電用スイッチ３６とで、図１に示す蓄電部１２を構成している。

そしてインバータ３５からの交流電流は、ヒータ１１に通電されて原水を急速に加熱するようになっており、この加熱された原水、すなわち洗浄用温水は温度センサー２６によって温度感知されるようになっている。

温度センサー２６の感知する温度や、使用者の着座を感知する着座センサー２８の感知圧力等によって、充電、放電の上記充電用スイッチ３６および放電用スイッチ３６を、図１の制御部１５に相当する制御回路３８がＯＮーＯＦＦの制御を行うようになっている。

次に温水洗浄便座用加熱システムが適用される温水洗浄便座装置の動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。

図５に示すように、温水洗浄装置が商用電源１３に通電され、作動スイッチがＯＮにされると、制御回路３８（制御部１５）により水位センサー２５に指令信号が送られ、水位が感知される。水位が所定値よりも低いときは、制御回路３８（制御部１５）により電磁弁２２の開放指令がなされ、さらにポンプ２３に送液の指示がなされる。そして充電用スイッチ３６が閉じられ（ＯＮ）、充電回路３３により充電装置（リチウムイオンキャパシタ）３２に充電が開始されて蓄電されて、スタンバイの状態になる。

使用者が便座に着座したときに、圧力センサーである着座センサー２８が圧力を感知して制御部１５（制御回路３８）に感知信号が送信される（Ｓ１０１）。

上記着座センサー２８からの感知信号により制御回路３８（制御部１５）は、洗浄用温水温度が設定温度であるかを検出する。設定温度以下であれば（Ｓ１０１a）、放電用スイッチ３７が閉じられ（ＯＮ）、蓄電装置（リチウムイオンキャパシタ）３２から放電されてインバータ３５によって交流に変換されて、ヒータ１１に通電される（Ｓ１０２）。

ヒータ１１では、通流されている原水を加熱して温水とするが、このとき温度センサー２６が加熱された原水、すなわち洗浄用温水の温度が設定温度になったかを感知する（Ｓ１０３）。

設定温度に至らないときは、そのまま通電が続行され、設定温度に至ったときは、温度センサー２６が設定温度に至ったことを知らせる信号を制御回路３８に送信し、制御回路は放電スイッチを開いて（ＯＦＦ）放電を終了するとともに、充電スイッチを閉じて（ＯＮ）充電を開始する（Ｓ１０４）。

所定温度の温水になったときは、洗浄開始のスイッチ（図示せず）がＯＮとされると、温水洗浄ノズルより洗浄用温水が噴出される。なお所定の温度に至らないときは、洗浄開始のスイッチがＯＮにされても洗浄用温水の噴出がなされないように設定することが可能である。

使用者がなお着座しており、かつ温水使用により水位が低下しているときは、水位センサー２５の信号に応じて電磁弁２２を開き、ポンプ２３の作動によりヒータ１１への原水の通流を行うようにする。そして着座時（着座センサー２８が圧力を感知している状態）には、常に温度センサー２６からの信号を受けて、蓄電装置３２からヒータ１１への電力供給と、充電とを繰り返し行い洗浄用温水の吐出までのスタンバイ状態としておく。

使用者が使用終了となり、便座から立ち上がったときは（１０５）、作動スイッチがＯＮの状態であるときは、次の使用者の着座までスタンバイ状態となる。温水洗浄便座装置の作動スイッチを切ったときは、装置の使用が終了となる。

このように本実施形態によれば、蓄電装置（リチウムイオンキャパシタ）に電力供給のための電気量を蓄えておき、洗浄用の所定量の原水を給水用の配管に流し、蓄電装置から短時間にて大電流を急速放電できるため、給水用の配管内の原水を加熱装置にて急速加熱し、吐出することができることにより、温水を貯留する温水タンクを用いることなく、常時温水を蓄えておかなくても、貯湯式に劣ることのない温水量を衛生洗浄用として供給することができる。

すなわち、瞬間式の温水便座装置に、少ない電力で適温となった洗浄用温水を十分供給できるものである。

また加熱の必要がない時には、相当の電力を供給でき電気量が蓄電装置に蓄えられているために、待機電力を低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。つまり、電気エネルギーを用いて、瞬間的に流体である原水を加熱することが可能となり、非常に効率よく、短時間にて流体を急速加熱することができるものである。

次に、温水洗浄便座用加熱システムの第２の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図である、図３を参照して説明する。説明は第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と共通する部分は適宜省略する。また図３においては、図２の構成部分と同一部分については同一番号を付すものである。

図３に示すように、第２の実施形態では、ヒータ１１への通電を蓄電装置（イオンリチウムキャパシタ）３２のほかに、商用電源１３から通電させて、その電力を補助的に使用するものである。すなわちコンバータ３１とインバータ３５との間に商用電源用スイッチ５１設けて接続したものである。

これは洗浄用温水の吐出が使用者によって開始されたときは、蓄電装置３２への充電はＯＦＦ状態にされ、ヒータ１１への加熱は蓄電装置３２からの電力供給によっておこなわれるが、吐出時間によって蓄電装置３２からの電力不足が生じた場合には商用電源１３からの電力を補助的に使用し、ヒータ１１へ電力供給できる回路としたものである。すなわち洗浄用温水の提供をより安定的に行うことができるようにしたものである。

第２の実施形態においては、蓄電装置３２からヒータ１１への加熱用電力供給を主とし、商用電源１３を補助的に使用することとしたが、第１の実施形態である図２と同様の回路構成にて、商用電源１３からの供給を主とし、蓄電装置３２からの大電流を短時間供給の補助電力として使用することも可能である。

このように、リチウムイオンキャパシタ（蓄電装置）に蓄電し、必要なときにリチウムイオンキャパシタ（蓄電装置）から短時間で大電流を急速放電できるため、給水用の原水を加熱するヒータに短時間で大電流を通電させることができる。よって、電気エネルギーを用いて、瞬間的に流体である原水を加熱可能とするので、非常に効率よく、短時間にて原水を急速加熱することができる。

次に、温水洗浄便座用加熱システムの第３の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図である、図４を参照して説明する。説明は第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と共通する部分は適宜省略する。また図４においては、図２の構成部分と同一部分については同一番号を付すものである。

図４に示すように、第３の実施形態では、別途、新たにインバータ５２とヒータ５３とを設け、インバータ５２はコンバータ３１に接続されるとともに、その接続途中に商用電源用スイッチ５１を設けたものである。

これは洗浄用温水の吐出が使用者によって開始されたときは、蓄電装置３２への充電はＯＦＦ状態にされ、ヒータ１１への加熱は蓄電装置３２からの電力供給によっておこなわれるが、吐出時間によって蓄電装置３２からの電力不足が生じた場合には商用電源１３からの電力を補助的に使用し、別途新たに設けたヒータ５３へ電力供給できる回路としたものである。すなわち第２の実施例同様、商用電源を補助的に使用することで、洗浄用温水の提供をより安定的に行うことができるようにしたものである。

なお、第３の実施の形態ではヒータ１１の容量を大きく設定しても、あるいはヒータ５３の容量を大きく設定しても、洗浄用温水を設定温度にする目的を達成することができる。

本発明に係る温水洗浄便座用加熱システムが適用される温水洗浄用便座装置の概略全体構成図。 温水洗浄便座用加熱システムの第１の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図。 温水洗浄便座用加熱システムの第２の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図。 温水洗浄便座用加熱システムの第３の実施形態にかかる通電回路のブロック構成図。 本発明に係る温水洗浄便座用加熱システムが適用される温水洗浄便座装置の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１１ ヒータ（加熱装置）
１２ 蓄電部
１３ 商用電源
１５ 制御部
２２ 電磁弁
２３ ポンプ
２５ 水位センサー
２６ 温度センサー
２７ 温水洗浄ノズル
２８ 着座センサー

Claims (7)

1. 原水を洗浄用温水として加熱する瞬間湯沸し式の温水洗浄便座用加熱システムであって、配管内に通流された原水を加熱する加熱装置と、該加熱装置に供給する電力を蓄電する蓄電装置とを備えてなり、
   前記加熱装置は、前記蓄電装置より短時間で供給された大電流により、前記配管内を通流する原水を急速加熱することを特徴とする温水洗浄便座用加熱システム。
2. 前記蓄電装置は、リチウムイオンキャパシタを有することを特徴とする請求項１に記載の温水洗浄便座用加熱システム。
3. 前記蓄電装置から前記加熱装置に通電される電流が１５Ａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の温水洗浄便座用加熱システム。
4. 前記加熱装置により加熱された洗浄用温水は、毎分６００ｍｌを超えた流量の提供であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の温水洗浄便座用加熱システム。
5. 前記加熱装置が、電気容量１２００Ｗを超えたヒータを含んでなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の温水洗浄便座用加熱システム。
6. 前記加熱装置により加熱された洗浄用温水の温度を感知する温度センサーをさらに備え、該温度センサーが感知する所定温度に至るまで、前記蓄電装置から前記加熱装置への通電を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の温水洗浄便座用加熱システム。
7. 便座への使用者の着座を感知する着座センサーをさらに備え、前記着座を前記着座センサーが感知したときに、予め蓄電されておいた前記蓄電装置から前記加熱装置へ通電すると共に、前記通電後に再度蓄電装置に充電を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の温水洗浄便座用加熱システム。

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