JP2009134564A - 電気機器の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停電中においても制御部の時計機能を長時間にわたって有効な状態に維持できるため停電からの復帰時にも停電前と略同様な運転制御を行え、しかも低コストに実施可能な電気機器、例えば貯湯式給湯機の運転制御装置を提供する。
【解決手段】交流電源１にスイッチング電源２を介して接続された制御部１０を有する貯湯式給湯機の運転制御装置である。停電検出手段２０を備え、また、制御部１０とは並列にバックアップコンデンサ２８を接続する。上記停電検出手段２０は、停電時のスイッチング電源２のコンデンサの放電が終了する前の段階で停電検出信号を出力可能に構成する。そして、停電検出信号が出力されたときに制御部１０がスタンバイモードへと移行する。スイッチング電源２のコンデンサ放電の後は上記バックアップコンデンサ２８から制御部１０へと給電を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気機器、例えば貯湯式給湯機の運転制御装置に関するものであり、特に停電からの復帰時に不具合が生じるのを抑制した電気機器の運転制御装置に係るものである。

電気機器の一例としての貯湯式給湯機は、この発明の実施形態を示す図でもある図３に示すように、ヒートポンプユニットＨと、ヒートポンプユニットＨによって加熱された温湯を貯湯するタンクユニットＴとを有している。タンクユニットＴは、貯湯タンク３３と、この貯湯タンク３３に連結される循環路４２と、この循環路４２に介設される熱交換路４４とを備え、この熱交換路４４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３３から循環路４２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３３に返流する運転が可能である。そして、この貯湯タンク３３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。

この場合、貯湯タンク３３には、その底壁に給水口３５が設けられると共に、その上壁に給湯口３６が設けられている。そして、給水口３５から貯湯タンク３３に水道水が供給され、給湯口３６から給湯用流路３７を介して高温湯が出湯される。また、貯湯タンク３３には、その底壁に取水口４０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口４１が開設され、取水口４０と湯入口４１とが上記循環路４２にて連結されている。そして、この循環路４２に水循環用ポンプ４３と熱交換路４４とが介設されている。なお、給水口３５には給水用流路３８が接続されている。

ところで、貯湯タンク３３には、上下方向に所定ピッチで配列された４個の残湯量検出サーミスタ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄから成る残湯量検出手段４８と、給水温度検出手段（給水サーミスタ）４９とが設けられている。また、上記循環路４２には、熱交換路４４の上流側に入水温度検出手段（入水サーミスタ）５０が設けられると共に、熱交換路４４の下流側に出湯温度検出手段（出湯サーミスタ）５１が設けられている。さらに、上記給湯用流路３７には、給湯温度検出手段（給湯サーミスタ）５２と給湯量測定手段（流量センサ）５３とが設けられている。

そして、ヒートポンプユニット（加熱源）Ｈは冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機５５と、熱交換路４４を構成する水熱交換器５６と、電動膨張弁（減圧機構）５７と、空気熱交換器（蒸発器）５８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機５５の吐出管５９を水熱交換器５６に接続し、水熱交換器５６と電動膨張弁５７とを冷媒通路６０にて接続し、電動膨張弁５７と蒸発器５８とを冷媒通路６１にて接続し、蒸発器５８と圧縮機５５とをアキュームレータ６２が介設された冷媒通路６３にて接続している。これにより、圧縮機５５を駆動すると、水熱交換器５６において熱交換路４４を流れる水が加熱されることになる。また、蒸発器５８にはこの蒸発器５８の能力を調整するファン６４が付設されている。

上記のように構成された給湯機によれば、圧縮機５５を駆動すると共に、水循環用ポンプ４３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３３の底部に設けた取水口４０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路４２の熱交換路４４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器５６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口４１から貯湯タンク３３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３３に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は主として、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行うものである。なお、このような貯湯式給湯機は、例えば、特許文献１に開示されているように公知である。

この種の機器において停電が生じた場合、例えば特許文献２では、停電時の浴室乾燥機の運転状態を不揮発性記憶手段に書き込み、停電前の状態を保存するような対策が講じられている。ここで、運転状態とは、「換気ファン、ヒータ、循環ファンを駆動する換気運転」「循環ファン、ヒータを駆動する暖房運転」「換気ファンだけを駆動する換気運転」「循環ファン、換気ファンを駆動する涼風運転」のことである。さらにこの特許文献２には、停電の検出は、電源電圧のゼロクロスを検出することによって行い、また、場合によってはバックアップ電源を用いることも記載されている。なお、電源電圧のゼロクロスを検出することで停電を検出することは、特許文献３にも記載されている。
特開２００３−２２２４０６号公報 特開２００２−１０８４０５号公報 特開２００７−１２１１７６号公報

ところで、上記のような貯湯式給湯機は、給湯運転だけを行う単能機であることから、上記浴室乾燥機のように、停電時の運転状態を記憶しておく必要性はあまり高いものではない。その反面、貯湯式給湯機においては、主たる運転を深夜時間帯で行うものであるから、制御部に設けた時計機能をそのまま維持しておくことが特に重要なこととなる。それはもし仮に、時計機能が停止ししてそのままの状態で停電から復帰し、誤った時刻認識の下で運転制御が行なわれた場合には、深夜に行うはずの沸き上げ運転が電気料金の高い昼間に行われるという不具合が生じてしまうからである。そしてさらに、このように誤った運転が行われても、使用者はそれ以前と全く変わりなく温湯を使用可能であるため、誤った運転が行われていることを認識し難く、その結果、電気料金が著しく高額になって初めてそのことに気付くこともある。

このような不具合を防止しようとすれば、バックアップ電源として電池を用いればよい。しかしながら、電池を用いるのは大きなコストアップを招くことになる。また、電池寿命が充分なものではないために、頻繁に電池の交換作業を必要とし、使用者にとっては煩雑な作業となる。殊に、貯湯式給湯機は室外に設置されるものであるため、電池交換は煩雑なものになる。

また、上記のような不具合は、深夜電力を使用する他の種類の電気機器にも当然のこととして生じるし、また、時計機能が重要視されるビデオ、ＤＶＤレコーダなどの他の電気機器においても時計機能の停止に起因する不具合が生じることになる。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、停電中においても制御部の時計機能を長時間にわたって有効な状態に維持でき、そのため停電からの復帰時にも停電前と略同様な運転制御を行え、しかも低コストに実施可能な電気機器の運転制御装置を提供することにある。

そこで、請求項１の電気機器の運転制御装置は、交流電源１にスイッチング電源２を介して接続された制御部１０を有する電気機器の運転制御装置において、停電検出手段２０を備え、また、制御部１０とは並列にバックアップコンデンサ２８を接続し、上記停電検出手段２０は、停電時のスイッチング電源２のコンデンサの放電が終了する前の段階で停電検出信号を出力可能に構成し、停電検出信号が出力されたときに制御部１０がスタンバイモードへと移行し、スイッチング電源２のコンデンサ放電の後は上記バックアップコンデンサ２８から制御部１０へと給電を行うことを特徴としている。

請求項２の電気機器の運転制御装置は、上記スイッチング電源２は、ダイオードブリッジ３、平滑コンデンサ４、電圧変換機構５を有し、上記制御部１０は時計機能を有することを特徴としている。

請求項３の電気機器の運転制御装置は、上記バックアップコンデンサ（２８）は、電気二重層コンデンサであることを特徴としている。

請求項４の電気機器の運転制御装置は、上記停電検出手段は、交流電源１のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路２０を有し、所定時間にわたるゼロクロスの欠落を検出することで停電と判断することを特徴としている。

請求項５の電気機器の運転制御装置は、上記ゼロクロス検出回路２０は、マルチフォトカプラ（２５）を有することを特徴としている。

請求項６の電気機器の運転制御装置は、上記スタンバイモードへと移行する前の段階において、所定時間にわたるゼロクロスの欠落を検出することで停電予備信号を出力し、停電予備信号が出力されたときに停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止することを特徴としている。

請求項７の電気機器の運転制御装置は、上記停電検出手段は、スイッチング電源出力あるいは入力電源の電圧監視回路を有し、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを下回ったことを検出することで停電と判断することを特徴としている。

請求項８の電気機器の運転制御装置は、上記スタンバイモードへと移行する前の段階において、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを下回ったことを検出することで停電予備信号を出力し、停電予備信号が出力されたときに停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止することを特徴としている。

請求項９の電気機器の運転制御装置は、停電発生後、ゼロクロス検出回路（２０）にて、所定回数のゼロクロスを検出することで、電源が停電から復帰したと判断することを特徴としている。

請求項１０の電気機器の運転制御装置は、停電発生後、スイッチング電源出力あるいは入力電源の電圧監視回路にて、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを上回ったことを検出することで電源が停電から復帰したと判断することを特徴としている。

請求項１１の電気機器の運転制御装置は、上記電気機器は、貯湯式給湯機であることを特徴としている。

請求項１〜請求項１１の電気機器の運転制御装置では、停電中においては、制御部は全ての制御動作を停止したスタンバイモードとされているので、消費電力が大幅に抑制される。従って、制御部の時計機能を長時間にわたって有効な状態に維持でき、そのため停電からの復帰時にも停電前と略同様な運転制御を行える。しかも、バックアップコンデンサを付設するだけでよいので、電池を用いる場合と比較して、低コストに実施可能である。また、請求項３のように、バックアップコンデンサとして、電気二重層コンデンサを用いれば、大きな静電容量が得られるので、バックアップコンデンサとしての機能を長時間にわたって確保することができる。そして、請求項４、請求項５のように、ゼロクロス検出回路を用いて停電を検出すれば、短時間内での検出が可能であり、請求項１の制御を短時間内に実施することができる。さらに、また、請求項６のように、長時間にわたるスタンバイモードへと移行する前の段階において、動作中の停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止するようにした場合には、停電から復帰後のトラブルを未然に防止することができる。なお、停電の検出は、上記ゼロクロス検出回路を利用して行うことができるが、請求項７、請求項８のように、スイッチング電源出力の電圧監視回路を利用して行うこともできる。さらに、請求項９、請求項１０のように、上記ゼロクロス検出回路やスイッチング電源出力の電圧監視回路を利用して電源が停電から復帰したと判断することも可能である。なお、請求項１１のように、請求項１〜請求項１０の考え方を貯湯式給湯機に適用すれば、特に効果的である。

次に、この発明の電気機器の運転制御装置について、その具体的な実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明では、電気機器の一例として貯湯式給湯機を挙げているが、貯湯式給湯機そのものは、図に関して説明したものと略同一であるため、このでは説明を省略する。図１は、貯湯式給湯機の運転制御装置の実施形態における電気系統の構成を示すブロック図である。同図に示すように、商用電源（２００Ｖ）１は、スイッチング電源２に接続されている。このスイッチング電源２は、各部に必要な直流電力を供給する直流電源として機能するものである。また、上記商用電源１からは直接的にヒートポンプＨへと交流電力が供給されている。なお、図１に示す回路は、主としてタンクユニットＴのプリント基板に形成されている。

上記スイッチング電源２は、ダイオードブリッジ３、電解コンデンサからなる平滑コンデンサ４、電圧変換機構としてのトランス（ＤＣ／ＤＣコンバータ）から成るものであって、その出力が、循環ポンプ４３、循環ポンプ制御部６、流量センサ５３や各種開閉弁７、室内リモコン８、残湯量検出サーミスタ４８ａ〜４８ｄのような各種サーミスタ９、及びマイコンから成る制御部（ＣＰＵ）１０に供給されている。上記サーミスタ９と制御部１０とは、リモコン８への供給ラインが分岐され、分岐ラインにレギュレータ１１を介設し、レギュレータ１１で降圧された出力（５Ｖ）が独立してそれぞれサーミスタ９と制御部１０とに供給されている。サーミスタ９と制御部１０とへの独立した電力供給ラインにはそれぞれダイオード１２、１３が介設されている。

またこの装置は、上記ヒートポンプＨへの電源供給ラインに停電検出手段としてのマルチタイプのゼロクロス検出回路２０が付設されている。この回路２０では、ダイオード２１、２２により１次側入力電圧を直接整流した上で、抵抗２３、２４で電流を制限している。そしてそれにより、１次側の入力電圧がゼロクロス付近になるごとに抵抗２３、２４の電流はほぼゼロになるために、フォトカプラ２５がＯＦＦ動作する。そして、フォトカプラ２５のＯＦＦ動作ごとに抵抗２６を介して所定レベルの信号を制御部１０に出力し、制御部１０において、ゼロクロス信号の有無に基づいて、停電であるのか否かの判断が行われる。なお、マルチタイプのゼロクロス検出回路２０とは、６０Ｈｚの商用電源に対して、１２０パルスの検出信号を出力するということである。

また、図４には、マルチタイプのゼロクロス検出回路２０の変更例を示している。この回路２０では、ヒートポンプＨへの電源供給ラインの入力電圧がゼロクロス付近になるごとに抵抗２６の電流はほぼゼロになるために、マルチフォトカプラ２７がＯＦＦ動作する。そして、マルチフォトカプラ２７のＯＦＦ動作ごとに抵抗２７を介して所定レベルの信号を制御部１０に出力するように構成されている。

ここでこの実施形態における特徴点は、上記制御部１０とダイオード１３との間において、制御部１０とは並列にバックアップコンデンサとして電気二重層コンデンサ２８を接続してあることである。その機能については、後述する。

次に、上記装置の作動状態について、図２に基づいて説明する。同図のように、停電が発生すると、ゼロクロス検出回路２０から連続的に出力されていたゼロクロス信号の出力が停止する。そして、ゼロクロス信号の出力の停止から一定時間（例えば、８０ｍＳ程度）Ｔ１が経過すると、制御部１０から停電予備信号が出力される。この停電予備信号が出力されると、動作中の停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止する。具体的にいうと、停電予備信号は、リモコンに出力され、リモコンでは、伝言機能（特に、録音）を直ちに禁止する。そして停電予備信号が出力された後、ゼロクロス信号の出力の停止から一定時間（例えば、１６０ｍＳ程度）Ｔ２が経過すると、制御部１０はスタンバイモード（スリープモード）に突入し、全ての制御動作を停止し、時計機能だけが動作している状態へと移行する。

上記停電の発生（ゼロクロス信号の停止）直後においては、スイッチング電源の平滑コンデンサ４から各部６〜１０、４３に対して、停電の直前に蓄積されている電荷によって電力が供給され、上記各動作は、この平滑コンデンサ４での蓄積電荷によって供給される電力によって行われる。この蓄積電荷による電力供給は、上記動作を行った後、数秒間は継続する。そして、上記動作を行った後、数秒が経過して平滑コンデンサ４の蓄積の放電が終了段階に至り、供給電圧が所定電圧（５Ｖ）以下に低下すると、今度は、電気二重層コンデンサ２８から蓄積電荷が放電されるようになる。このとき、制御部１０はスタンバイモードとなっているので、電気二重層コンデンサ２８での蓄積電荷は、制御部内の時計機能を維持するためだけに消費される。この結果、制御部１０内の時計機能は、電気二重層コンデンサ２８での蓄積電荷によって、１２時間以上という長時間にわたって、継続して動作することになる。なお、上記スタンバイモードへの移行を行わない場合には、電気二重層コンデンサ２８で蓄積されている電荷は、数秒程度の短い時間で放電されてしまうことになる。

そして、電源１が停電から復帰すると、上記ゼロクロス検出回路２０では、再びゼロクロス信号が出力されることになるので、ゼロクロス信号が所定数だけ出力されたことを検出した後、停電から復帰したと判断して制御部１０のスタンバイモードを解除する。

上記実施形態の貯湯式給湯機の運転制御装置によれば、停電中においても制御部の時計機能を長時間にわたって有効な状態に維持でき、そのため停電からの復帰時にも停電前と略同様な運転制御を行える。しかも、電気二重層コンデンサ２８を付設するだけでよいので、電池を用いる場合と比較して、低コストに実施可能である。また、上記のように、マルチタイプのゼロクロス検出回路２０を用いて停電を検出すれば、短時間内での正確な検出が可能であり、停電後の必要な処理を短時間内に実施することができる。さらに、バックアップコンデンサとして、電気二重層コンデンサ２８を用いているので、大きな静電容量が得られ、そのためバックアップコンデンサとしての機能を長時間にわたって確保することができる。また、スタンバイモードへと移行する前の段階において、リモコンにおける伝言機能（特に、録音）を禁止するようにすれば、停電から復帰後のトラブルを未然に防止することができる。

以上にこの発明の貯湯式給湯機の運転制御装置について、その具体的な実施の形態を説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施形態では、停電予備信号の出力、スタンバイモードへの突入、停電からの復帰についての各制御を、ゼロクロス検出回路２０を利用して行っているが、ゼロクロス検出回路２０に代えて、あるいはゼロクロス検出回路２０と併用する形態で、スイッチング電源出力の電圧監視回路を設け、このスイッチング電源出力の電圧監視回路を利用して行うようにしてもよい。上記のような考え方は、貯湯式給湯機以外の電気機器、すなわち深夜電力を使用する他の種類の電気機器にも当然のこととして適用可能である。また、時計機能が重要視されるビデオ、ＤＶＤレコーダなどの他の電気機器、すなわち時計機能の停止に起因する不具合が生じる他の電気機器にも同様に適用可能である。

この発明の電気機器の運転制御装置において、貯湯式給湯機を一例とした実施形態における電気系統の構成を示すブロック図である。 上記実施形態における制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 上記実施形態及び従来の貯湯式給湯機を示す回路図である。 ゼロクロス検出回路の変形例を示す回路図である。

符号の説明

１・・電源、２・・スイッチング電源、３・・ダイオードブリッジ、４・・平滑コンデンサ、５・・トランス（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、１０・・制御部（ＣＰＵ）、２０・・ゼロクロス検出回路、２８・・バックアップコンデンサ（電気二重層コンデンサ

Claims (11)

1. 交流電源（１）にスイッチング電源（２）を介して接続された制御部（１０）を有する電気機器の運転制御装置において、停電検出手段を備え、また、制御部（１０）とは並列にバックアップコンデンサ（２８）を接続し、上記停電検出手段は、停電時のスイッチング電源（２）のコンデンサの放電が終了する前の段階で停電検出信号を出力可能に構成し、停電検出信号が出力されたときに制御部（１０）がスタンバイモードへと移行し、スイッチング電源（２）のコンデンサ放電の後は上記バックアップコンデンサ（２８）から制御部（１０）へと給電を行うことを特徴とする電気機器の運転制御装置。
2. 上記スイッチング電源（２）は、ダイオードブリッジ（３）、平滑コンデンサ（４）、電圧変換機構（５）を有し、上記制御部（１０）は時計機能を有することを特徴とする請求項１の電気機器の運転制御装置。
3. 上記バックアップコンデンサ（２８）は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１または請求項２の電気機器の運転制御装置。
4. 上記停電検出手段は、交流電源（１）のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路（２０）を有し、所定時間にわたるゼロクロスの欠落を検出することで停電と判断することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの電気機器の運転制御装置。
5. 上記ゼロクロス検出回路（２０）は、マルチフォトカプラ（２７）を有することを特徴とする請求項４の電気機器の運転制御装置。
6. 上記スタンバイモードへと移行する前の段階において、所定時間にわたるゼロクロスの欠落を検出することで停電予備信号を出力し、停電予備信号が出力されたときに停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止することを特徴とする請求項４または請求項５の電気機器の運転制御装置。
7. 上記停電検出手段は、スイッチング電源出力あるいは入力電源の電圧監視回路を有し、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを下回ったことを検出することで停電と判断することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの電気機器の運転制御装置。
8. 上記スタンバイモードへと移行する前の段階において、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを下回ったことを検出することで停電予備信号を出力し、停電予備信号が出力されたときに停電によって不具合が発生する可能性のある動作を禁止することを特徴とする請求項７の電気機器の運転制御装置。
9. 停電発生後、ゼロクロス検出回路（２０）にて、所定回数のゼロクロスを検出することで、電源が停電から復帰したと判断することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかの電気機器の運転制御装置。
10. 停電発生後、スイッチング電源出力あるいは入力電源の電圧監視回路にて、スイッチング電源出力あるいは入力電源が所定電圧レベルを上回ったことを検出することで電源が停電から復帰したと判断することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかの電気機器の運転制御装置。
11. 上記電気機器は、貯湯式給湯機であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかの電気機器の運転制御装置。