JP2013217163A - 水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無負荷時消費電力を低減可能であり、かつ、安定した電力供給が可能な水栓装置を提供する。
【解決手段】水栓装置１は、商用電源１５からの電力を低電圧に変換する電源回路４と、電源回路４からの出力を蓄電するリチウムイオンキャパシタ７と、水の吐止水を行う電磁弁２と、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電力または電源回路４からの出力により電磁弁２を駆動させる電磁弁駆動回路５と、電磁弁駆動回路５及び電源回路４の動作を制御する制御回路６と、を備える。制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が所定の上限値より大きいとき電源回路４の動作を停止させる。また、制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が所定の下限値より小さいとき、電源回路４を動作させて、蓄電電圧が上限値となるまでリチウムイオンキャパシタ７を充電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水栓装置に関する。

従来、水の吐止水を電磁弁の開閉で行う水栓装置（自動水栓、自動洗浄式小便器など）が知られている。この水栓装置では、商用電源（例えば交流（ＡＣ）１００Ｖ）からの電力供給を、電源回路（例えばスイッチング方式のＡＣ／ＤＣアダプタ）で、低い直流（ＤＣ）電圧（例えばＤＣ５Ｖ）に変換し、それを電磁弁の駆動回路（付随するセンサや表示灯などの回路を含む）の電力源としている。

駆動回路は、電磁弁の開閉時には大電力（１Ａ程度。５Ｖ×１Ａ＝５Ｗ程度）が必要だが、それ以外の時間は、ごく微小な電力（数μＡ〜数ｍＡ程度。５Ｖ×１ｍＡ＝５ｍＷ程度）しか使わない。しかし、上記のように、ごく微小な電流しか出力しない時や、まったく電流を出力しない場合でも、電源回路では、一次側換算で数ｍＡ程度の電流が流れており電力が消費される（１００Ｖ×１ｍＡ＝１００ｍＷ程度）。水栓装置は一般に、電磁弁を開閉しない時間が大部分なので、殆どの電力が無駄に使われている。言い換えると、電源回路の無負荷時消費電力（負荷が無い場合に、電源回路自体が消費する電力）が大きい。

このような電力の無駄を低減する従来技術として、例えば特許文献１には、吐水エネルギを利用して自己発電し、これを電磁弁の制御に利用する水栓装置が記載されている。この水栓装置では、吐水の水流を利用して水力発電機により発電された電力がコンデンサに蓄電されて、コンデンサからの給電により電磁弁が制御される。これによれば、必要な電力（電源回路の無負荷時消費電力を含む）は、発電によって賄われるから、外部（例えば商用電源）から電力を供給する必要がない。

特開２００１−２０７４９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される従来の自己発電式の水栓装置では、例えば短時間の吐水を多回数繰り返すなど、仕様外の使われ方をした場合には、発電量不足で電磁弁に十分な電力供給ができなくなり、使用不能になる虞がある。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、無負荷時消費電力を低減可能であり、かつ、安定した電力供給が可能な水栓装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る水栓装置は、商用電源からの電力を低電圧に変換する電源回路と、前記電源回路からの出力を蓄電する蓄電素子と、水の吐止水を行う吐止水弁と、前記蓄電素子の蓄電電力または前記電源回路からの出力により前記吐止水弁を駆動させる駆動回路と、前記駆動回路及び前記電源回路の動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記蓄電素子の蓄電電圧が所定の上限値より大きいとき前記電源回路の動作を停止させ、前記蓄電素子の蓄電電圧が所定の下限値より小さいとき、前記電源回路を動作させて、前記蓄電電圧が前記上限値となるまで前記蓄電素子を充電させる
ことを特徴とする。

また、上記の水栓装置において、前記制御回路は、前記吐止水弁の駆動時に前記電源回路を動作させることが好適である。

また、上記の水栓装置は、吐水により発電可能な発電機を備え、前記蓄電素子は、前記発電機により発電された電力を蓄電することが好適である。

本発明に係る水栓装置では、電源回路は蓄電素子の蓄電電圧が下限値から上限値となるまでの間のみ動作するため、電源回路の動作時間を制限することができ、電源回路の無負荷時消費電力を大幅に削減できる。また、蓄電電圧が下限値を下回ると、直ちに電源回路による電力供給、即ち蓄電素子への充電が始まるので、蓄電素子の電圧が下限値未満になることがなく、電磁弁駆動回路に対して常時安定した電力供給が可能となる。この結果、本発明に係る水栓装置は、無負荷時消費電力を低減可能であり、かつ、安定した電力供給が可能であるという効果を奏する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図である。 図２は、本発明の第一実施形態に係る水栓装置において実施される電源制御信号の設定処理を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第二実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図である。 図４は、本発明の第二実施形態に係る水栓装置において実施される電源制御信号の設定処理を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第三実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図である。

以下に、本発明に係る水栓装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

［第一実施形態］
図１，２を参照して本発明の第一実施形態について説明する。

まず図１を参照して本実施形態に係る水栓装置１の構成について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図である。

本実施形態の水栓装置１は、吐止水スイッチ３の切替に応じて、電磁弁２の開閉動作を行うものである。このような水栓装置１としては、例えば、水栓の吐水口付近に差し出された手を、吐水口の近傍に設けられている検出センサによって検知し、吐水口から自動吐水する自動水栓や、小便器洗浄水の吐止水を電磁弁で行う自動洗浄式小便器などが挙げられる。

図１に示すように、水栓装置１は、電磁弁２（吐止水弁）と、吐止水スイッチ３と、電磁弁２に供給する直流電圧を商用電源１５から生成する電源回路４と、電磁弁２を駆動させる電磁弁駆動回路５（駆動回路）と、吐止水スイッチ３に基づいて電磁弁駆動回路５を制御する制御回路６と、電源回路４からの出力を蓄電するリチウムイオンキャパシタ７（蓄電素子）と、を備える。

電磁弁２は、開閉動作時のみ電力を必要とするラッチ式電磁弁である。つまり、電磁弁２に電力が供給され、電磁弁２を開方向または閉方向に駆動させた場合、その後に電磁弁２への電力供給を遮断しても、電磁弁２は開状態または閉状態に維持される。

吐止水スイッチ３は、水栓装置１による吐水動作及び止水動作を切り替えるスイッチである。水栓装置１では、吐止水スイッチ３のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、電磁弁２の開弁（吐水）と閉弁（止水）とが切り替えられる。吐止水スイッチ３は、例えば水栓装置１の利用者の手や体を検出するセンサ、タイマ、手動の操作スイッチ等に連動してＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。

電源回路４は、商用電源１５から入力された交流電圧を整流する整流ダイオード８と、整流ダイオード８により整流された電圧を平滑化する電解コンデンサ９と、一次巻線１０ａ及び二次巻線１０ｂを有し、一次側から二次側へエネルギを伝達するスイッチングトランス１０と、スイッチングトランス１０の二次巻線１０ｂの両端間に接続され、二次巻線１０ｂに伝達された電圧を整流・平滑化する整流ダイオード１１及びコンデンサ１２と、一次側回路に配置され回路をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子１３と、スイッチング素子１３によるスイッチング動作（回路のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すこと）を制御するスイッチング制御回路１４と、を備える。

スイッチング制御回路１４は、制御回路６から送信される電源制御信号がＯＮに設定されている場合には、スイッチング素子１３を制御してスイッチング動作を実行する。このとき、電源回路４は、商用電源１５から入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。一方、制御回路６から送信される電源制御信号がＯＦＦに設定されている場合には、スイッチング制御回路１４はスイッチング動作を完全停止する。このとき電源回路４は直流電圧を出力せず、無負荷時消費電力も０となる。また、スイッチング制御回路１４は、例えばスイッチング動作のパルス幅（スイッチングのＯＮ／ＯＦＦサイクルのＯＮの時間）等を調整することで、電源回路４の出力電圧を制御することができる。

リチウムイオンキャパシタ７は、電源回路４の出力側に並列接続されており、電源回路４からの出力を蓄電する蓄電素子として機能する。リチウムイオンキャパシタ７は、電源回路４の動作時は電源回路４からの出力を蓄電し、電源回路４の停止時には蓄電されている電力を放電して電磁弁駆動回路５に電力供給できるよう配置されている。

リチウムイオンキャパシタ７は、一般に使用電圧範囲を２．３〜３．８(Ｖ)に設定されている。このため本実施形態では、後述するように、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が２．８〜３．８(Ｖ)の範囲となるよう制御回路６により制御されている。また、リチウムイオンキャパシタ７の容量は、例えば１００(Ｆ)である。

電磁弁駆動回路５は、電源回路４の出力端及びリチウムイオンキャパシタ７に接続されており、電源回路４から出力された直流電圧またはリチウムイオンキャパシタ７から放電された電力により、電磁弁２を開弁または閉弁駆動する。電磁弁駆動回路５は、制御回路６が電磁弁２を開弁または閉弁させるときに制御回路６から送信される制御指令に応じて作動する。

なお、本実施形態では、電磁弁２は、開弁及び閉弁動作時の各２０(ミリ秒)間に５(Ｖ)×１(Ａ)＝５(Ｗ)程度の電力を消費する。一方、上述のとおり、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧は２．８〜３．８(Ｖ)である。このため、電磁弁駆動回路５は、電源回路４またはリチウムイオンキャパシタ７から入力された電圧値を５Ｖまで昇圧した上で、電磁弁２の駆動に用いるよう構成されている。

制御回路６は、吐止水スイッチ３、電磁弁駆動回路５、及びスイッチング制御回路１４に接続され、吐止水スイッチ３の情報に基づいて、電磁弁駆動回路５及びスイッチング制御回路１４を制御する。制御回路６は、電源回路４の出力端及びリチウムイオンキャパシタ７に接続されており、常時動作可能に構成されている。すなわち、電源回路４またはリチウムイオンキャパシタ７から放電された電力が制御回路６に供給される。

制御回路６は、吐止水スイッチ３に基づき電磁弁２を開弁または閉弁させる。より詳細には、制御回路６は、吐止水スイッチ３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったときには、電磁弁駆動回路５に対して電磁弁２の開弁動作を行う制御指令を送信し、電磁弁２を開弁駆動させる。これにより水栓装置１は吐水状態となる。また、吐止水スイッチ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わったときには、電磁弁駆動回路５に対して電磁弁２の閉弁動作を行う制御指令を送信し、電磁弁２を開弁駆動させる。これにより水栓装置１は止水状態となる。

また、制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧の大きさに基づいて電源回路４の動作の実行／停止を決定する。具体的には、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧の上限値及び下限値が設定されており、制御回路６は、現在の蓄電電圧が上限値より大きいときに、電源制御信号をＯＦＦに設定してスイッチング制御回路１４に送信し、電源回路４の動作を停止させる。一方、現在の蓄電電圧が下限値より小さいときに、制御回路６は、電源制御信号をＯＮに設定してスイッチング制御回路１４に送信し、電源回路４の動作を実行させ、蓄電電圧が上限値となるまでリチウムイオンキャパシタ７を充電させる。蓄電電圧の上限値及び下限値は予め所定値を設定することができ、例えば上限値を３．８(Ｖ)、下限値を２．８(Ｖ)と設定できる。なお、制御回路６による電源制御信号の設定処理については、図２を参照して後述する。

次に図２を参照して本実施形態に係る水栓装置１の動作について説明する。図２は、本発明の第一実施形態に係る水栓装置において実施される電源制御信号の設定処理を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの処理は、制御回路６により、例えば所定時間ごとに実施される。

まず、リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値以上であるか否かが確認される（Ｓ１０１）。制御回路６は、例えばリチウムイオンキャパシタ７の両端の電圧値を計測することで、現在の蓄電電圧を取得することができる。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値以上である場合には（Ｓ１０１のＹｅｓ）、電源制御信号がＯＦＦに設定され（Ｓ１０２）、ステップＳ１０１に戻る。これにより、ＯＦＦに設定された電源制御信号が制御回路６からスイッチング制御回路１４に送信され、スイッチング制御回路１４が電源制御信号に応じてスイッチング素子１３のスイッチング動作を停止させる。この結果、電源回路４の動作が停止され、電源回路４からリチウムイオンキャパシタ７への電力供給が無くなる。リチウムイオンキャパシタ７に蓄電されている電力は、電磁弁駆動回路５と制御回路６で消費（放電）されるので、蓄電電圧は徐々に低下する。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値より小さい場合には（Ｓ１０１のＮｏ）、次に蓄電電圧が下限値より小さいか否かが確認される（Ｓ１０３）。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が下限値より小さい場合には（Ｓ１０３のＹｅｓ）、電源制御信号がＯＮに設定され（Ｓ１０４）、ステップＳ１０１に戻る。これにより、ＯＮに設定された電源制御信号が制御回路６からスイッチング制御回路１４に送信され、スイッチング制御回路１４が電源制御信号に応じてスイッチング素子１３のスイッチング動作を実行する。この結果、電源回路４の動作が実行され、電源回路４からリチウムイオンキャパシタ７へ電力が供給されるので、蓄電電圧が増加する。

一方、リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が下限値以上である場合には（Ｓ１０３のＮｏ）、現在の蓄電電圧が下限値と上限値との間にあるので、電源制御信号の設定を変更せずに現状を維持してステップＳ１０１に戻る。

例えば、現在の電源制御信号がＯＦＦに設定されており、蓄電電圧が、上限値以上の状態（Ｓ１０１のＹｅｓ）から、下限値と上限値との間まで低減してきた場合には、蓄電電圧が下限値より小さくなるまでは、電源制御信号がＯＦＦのまま維持される。すなわち、電源回路４が停止状態に維持され、リチウムイオンキャパシタ７からの放電によって電磁弁駆動回路５に電力供給される。

また、現在の電源制御信号がＯＮに設定されており、蓄電電圧が、下限値より小さい状態（Ｓ１０３のＹｅｓ）から、下限値と上限値との間まで増加してきた場合には、蓄電電圧が上限値より大きくなるまでは、電源制御信号がＯＮのまま維持される。すなわち、電源回路４が動作し続け、電源回路４から電磁弁駆動回路５に電力供給されると共に、リチウムイオンキャパシタ７が充電される。

つまり、本実施形態では、電源回路４は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が下限値まで低減したときに動作を開始し、蓄電電圧が下限値から上限値まで増加する間のみ動作を実行し、蓄電電圧が上限値に達すると動作を停止する。

次に、本実施形態に係る水栓装置１の効果について説明する。

本実施形態の水栓装置１は、商用電源１５からの電力を低電圧に変換する電源回路４と、電源回路４からの出力を蓄電するリチウムイオンキャパシタ７と、水の吐止水を行う電磁弁２と、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電力または電源回路４からの出力により電磁弁２を駆動させる電磁弁駆動回路５と、電磁弁駆動回路５及び電源回路４の動作を制御する制御回路６と、を備える。この水栓装置１において、制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が所定の上限値より大きいとき電源回路４の動作を停止させる。また、制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が所定の下限値より小さいとき、電源回路４を動作させて、蓄電電圧が上限値となるまでリチウムイオンキャパシタ７を充電させる。

この構成により、電源回路４は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が下限値と上限値との間にあるときのみ動作する。それ以外の大部分の時間には、電磁弁駆動回路５及び電磁弁２並びに制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７からの電力供給により作動可能となる。このように、電源回路４の動作時間を制限することができるので、電源回路４の無負荷時消費電力を大幅に削減できる。

ここで、本実施形態により電源回路の動作時間を制限できることについてさらに詳細に説明する。本実施形態の水栓装置１において、１日に１００回使用した（吐水させた）場合を考える。制御回路６の消費電力を１５０(μＷ)、電磁弁２の消費電力を開弁、閉弁時の各２０(ミリ秒)間で５(Ｗ)、電磁弁駆動回路５内の昇圧効率を８０(％)と仮定すると、１日の動作に必要な電力は次式で算出できる。
１日の動作に必要な電力
＝(制御回路６の消費電力＋電磁弁２の消費電力／昇圧効率)／電源効率
＝(150(μＷ)×3600(秒／時間)×24(時間)
＋5(Ｗ)×20(ミリ秒)×2×100(回)／0.8)／0.8
＝47.5(Ｗ秒)＝47.5(Ｊ)

本実施形態で電源回路４が動くのは、リチウムイオンキャパシタ７に充電するときだけである。リチウムイオンキャパシタ７の蓄電エネルギは、容量を１００(Ｆ)、蓄電電圧の上限値及び下限値をそれぞれ３．８(Ｖ)，２．８(Ｖ)とすると、０．５×１００(Ｆ)×(３．８(Ｖ)＾２−２．８(Ｖ)＾２)＝３３０(Ｊ)である。このエネルギで水栓装置１を動作可能な時間は、(蓄電エネルギ)／(１日の動作に必要な電力)＝３３０(Ｊ)／４７．５(Ｊ／日)＝６．９５(日)となる。１秒間に１Ｗの電力をリチウムイオンキャパシタ７に充電できる電源回路を使ったとして、一度の充電の所要時間は３３０(Ｊ)／１(Ｗ)＝３３０(秒)であり、１日当たりの充電時間は３３０(秒)／６．９５(日)＝４７．５(秒)である。すなわち、本実施形態の水栓装置１において、電源回路４が作動して無負荷時消費電力が発生する時間は、１日当たり４７．５秒となり、電源回路４の動作時間を十分に制限できることがわかる。

電源回路４の１日当たりの無負荷時消費電力は、時間当たりの無負荷時消費電力を０．５(Ｗ)とすると、０．５(Ｗ)×４７．５(秒)＝２３．８(Ｊ)である。以上の計算から、本実施形態の水栓装置１の１日当たりの消費電力は、(１日の動作に必要な電力)＋(１日当たりの無負荷時消費電力)＝４７．５(Ｊ)＋２３．８(Ｊ)＝７１．３(Ｊ)となる。もし電源回路４を常時動作させると、無負荷消費電力は、０．５（Ｗ）×１（日）＝４３２００（Ｊ）となるので、本発明は十分な省エネ効果があるといえる。

また、上記構成により、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が下限値より小さいときには、制御回路６が電源回路４を動作させて、蓄電電圧が上限値となるまでリチウムイオンキャパシタ７を充電させ、かつ、電源回路４からの出力によって電磁弁駆動回路５へ電力が供給される。これにより、例えば、短時間の吐水を多回数繰り返すなど、仕様外の使われ方によって、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が突発的に不足する状況が発生しても、蓄電電圧が下限値より小さくなれば電源回路４により電力供給されるので、電磁弁駆動回路５に対して常時安定した電力供給が可能となる。また、蓄電電圧が下限値を下回ると、直ちに電源回路４の電力供給によりリチウムイオンキャパシタ７への充電が始まるので、リチウムイオンキャパシタ７の電圧が下限値未満になることがない。

このように本実施形態の水栓装置１によれば、無負荷時消費電力を低減可能であり、かつ、安定した電力供給が可能である。

また、電磁弁駆動回路５はリチウムイオンキャパシタ７の蓄電電力または電源回路４からの出力により電磁弁２を駆動させることができるので、停電時に電源回路４が強制的に停止された場合でも、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電量に応じた期間は使用可能にできる。

停電後に使用できる期間は、停電後の経過時間や吐止水回数により変化する。仮に蓄電電圧が２．３（Ｖ）以上で水栓が使える設計とした場合において、リチウムイオンキャパシタ７が満充電の場合、使用可能な蓄電電力は、０．５×１００(Ｆ)×(３．８(Ｖ)＾２−２．３(Ｖ)＾２)＝４５７．５(Ｊ)であり、また、１回の吐止水に必要な電磁弁消費電力は、５(Ｗ)×２０(ミリ秒)×２／０．８＝０．２５(Ｊ)であるので、停電後に可能な吐止水回数は、４５７．５(Ｊ)／０．２５(Ｊ)＝１８３０(回)である。また、リチウムイオンキャパシタ７の充電が下限の場合（蓄電電圧が下限値の場合）、使用可能な蓄電電力は、０．５×１００(Ｆ)×(２．８(Ｖ)＾２−２．３(Ｖ)＾２)＝１２７．５(Ｊ)であるので、停電後に可能な吐止水回数は、１２７．５(Ｊ)／０．２５(Ｊ)＝５１０(回)である。

ここで、停電後に吐止水をしないで制御回路６が動き続けられる時間は、リチウムイオンキャパシタ７の充電が下限の場合で、(使用可能な蓄電電力)／(制御回路６の消費電力)＝１２７．５(Ｊ)／１５０(μＷ)＝８５００００(秒)＝９．８(日)である。したがって、例えば週末に元電源を切るような施設であっても、本実施形態の水栓装置１は動作を継続することが可能であり、少ない回数の使用なら吐止水も可能である。また、リチウムイオンキャパシタ７の容量を大きくしたり、外部からの操作や内蔵のプログラム制御で、元電源の遮断前にリチウムイオンキャパシタ７を満充電にする機構を設けることで、さらに長期、例えば学校施設の夏期休暇時の元電源遮断などに、対応することも可能となる。

また、本実施形態の水栓装置１では、電源回路４からの出力を蓄電する蓄電素子として、原理的に寿命の無い物理的素子の一つであるリチウムイオンキャパシタ７を用いる。これにより、蓄電素子の交換が不要となるので、水栓装置１のメンテナンスが容易となり、また、ランニングコストを低減できる。また、リチウムイオンキャパシタ７は、容量が大きく、自己放電が小さく、充放電時の損失（内部直列抵抗）が小さいという特性があるので、蓄電素子としてリチウムイオンキャパシタ７を用いることで蓄電効率を向上できる。

［第二実施形態］
次に、図３，４を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。図３は、本発明の第二実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図であり、図４は、本発明の第二実施形態に係る水栓装置において実施される電源制御信号の設定処理を示すフローチャートである。

図３，４に示すように、本実施形態の水栓装置１ａは、（１）リチウムイオンキャパシタ７から電磁弁駆動回路５に電力供給が行われない点、及び（２）電磁弁２の駆動時に電源制御信号をＯＮに設定して電源回路４を動作させる点で、第一実施形態の水栓装置１と異なるものである。

図３に示すように、電源回路４と電磁弁駆動回路５との接続経路と、リチウムイオンキャパシタ７との間には、整流ダイオード１６が接続されている。整流ダイオード１６は、電源回路４からリチウムイオンキャパシタ７へ電流が流れることを可能とし、かつ、リチウムイオンキャパシタ７から電磁弁駆動回路５への電流を遮断する向きで接続されている。

制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７と整流ダイオード１６との間の回路上の位置から電力が供給されて、常時動作可能に構成されている。すなわち、電源回路４の作動／停止に関わらず、常にリチウムイオンキャパシタ７から制御回路６に電力が供給される。

制御回路６は、第一実施形態と同様に、現在の蓄電電圧が所定の上限値より大きいときに、電源制御信号をＯＦＦに設定してスイッチング制御回路１４に送信し、また、現在の蓄電電圧が所定の下限値より小さいときに、電源制御信号をＯＮに設定してスイッチング制御回路１４に送信する。さらに、本実施形態では、制御回路６は、電磁弁２の駆動時にも電源制御信号をＯＮに設定するよう構成されている。

リチウムイオンキャパシタ７は、上述のように本実施形態では電磁弁駆動回路５への電力供給を行わないので、第一実施形態と比べて容量を小さくすることができ、その容量は例えば１(Ｆ)である。

電源回路４には、出力電圧をスイッチング制御回路１４にフィードバックするフィードバック経路１７が設けられている。スイッチング制御回路１４は、制御回路６から送信される電源制御信号がＯＮに設定されている場合には、フィードバック経路１７から取得した出力電圧の値に基づき、出力電圧が一定に保たれるよう、スイッチング素子１３によるスイッチング動作をフィードバック制御する。本実施形態では、電源回路４の出力電圧が５Ｖに一定になるよう設定されている。

図４を参照して、本実施形態の水栓装置１ａの動作について説明する。

まず、リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値以上であるか否かが確認される（Ｓ２０１）。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値以上である場合には（Ｓ２０１のＹｅｓ）、電源制御信号がＯＦＦに設定され（Ｓ２０２）、ステップＳ２０１に戻る。これにより、ＯＦＦに設定された電源制御信号が制御回路６からスイッチング制御回路１４に送信され、スイッチング制御回路１４が電源制御信号に応じてスイッチング素子１３のスイッチング動作を停止させる。この結果、電源回路４の動作が停止され、電源回路４から電磁弁駆動回路５への電力供給が無くなる。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が上限値より小さい場合には（Ｓ２０１のＮｏ）、次に蓄電電圧が下限値より小さいか否かが確認される（Ｓ２０３）。

リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が下限値より小さい場合には（Ｓ２０３のＹｅｓ）、電源制御信号がＯＮに設定され（Ｓ２０４）、ステップＳ２０１に戻る。これにより、ＯＮに設定された電源制御信号が制御回路６からスイッチング制御回路１４に送信され、スイッチング制御回路１４が電源制御信号に応じてスイッチング素子１３のスイッチング動作を実行する。この結果、電源回路４の動作が実行され、電源回路４からリチウムイオンキャパシタ７へ電力が供給されるので、蓄電電圧が増加する。

一方、リチウムイオンキャパシタ７の現在の蓄電電圧が下限値以上である場合には（Ｓ２０３のＮｏ）、現在の蓄電電圧が下限値と上限値との間にあるものとして、次に、電磁弁２が駆動中であるか否かが確認される（Ｓ２０５）。

電磁弁２が駆動中でない場合には（Ｓ２０５のＮｏ）、電源制御信号の設定を変更せずに現状を維持してステップＳ２０１に戻る。つまり、現在の蓄電電圧が上限値から減少している場合には、引き続き電源回路４の動作が停止され、電源回路４から電磁弁駆動回路５への電力供給が無い。また、現在の蓄電電圧が下限値から増加している場合には、引き続き電源回路４の動作が実行され、電源回路４から電磁弁駆動回路５に電力供給されると共に、リチウムイオンキャパシタ７が充電される。

電磁弁２が駆動中である場合には（Ｓ２０５のＹｅｓ）、電源制御信号がＯＮに設定され（Ｓ２０４）、ステップＳ２０１に戻る。これにより、電磁弁２の駆動時には電源回路４の動作が実行され、電源回路４から電磁弁駆動回路５に電力供給される。電磁弁駆動回路５は、電源回路４から供給される電力を利用して電磁弁２を駆動する。

つまり、本実施形態では、電源回路４は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧が下限値から上限値まで増加する間に動作を実行し、さらに、電磁弁２の駆動時にも動作を実行する。

このように本実施形態の水栓装置１ａによれば、制御回路６が電磁弁２の駆動時に電源回路４を動作させる構成であるので、大電力が必要な電磁弁駆動時には、必ず電源回路４から電磁弁駆動回路５への電力供給が行われ、電磁弁駆動回路５は、電源回路４から供給される電力を利用して電磁弁２を駆動することができる。このため、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電量を小さく（すなわち容量を小さく）することが可能となり、コストダウンできる。

［第三実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。図５は、本発明の第三実施形態に係る水栓装置の概略構成を示す回路図である。

図５に示すように、本実施形態の水栓装置１ｂは、吐水により発電可能な発電機１８を備える点で、第一実施形態の水栓装置１及び第二実施形態の水栓装置１ａと異なるものである。なお、図５には、本実施形態の水栓装置１ｂの構成の一例として、第一実施形態の水栓装置１に発電機１８を追加する構成を例示しているが、第二実施形態の水栓装置１ａに発電機１８を追加する構成としてもよい。

発電機１８は、水栓装置１の通水路に設けられ、電磁弁２が開いたときの吐水時の水の運動エネルギを電気エネルギに変換することで発電することができる。発電機１８は、例えばクローポール式の水力発電機である。発電機１８は、図５の回路図上では、電源回路４及びリチウムイオンキャパシタ７の間にて、リチウムイオンキャパシタ７と並列接続されている。

電源回路４と電磁弁駆動回路５との接続経路と、発電機１８との間には、整流ダイオード１９が接続されている。整流ダイオード１９は、発電機１８からリチウムイオンキャパシタ７へ電流が流れることを可能とする向きで接続されている。

水栓装置１ｂが通常の使用状態である場合には、発電機１８は、リチウムイオンキャパシタ７の蓄電電圧を下限値と上限値との間に維持するために十分な電力を供給可能に構成されている。すなわち、リチウムイオンキャパシタ７は、発電機１８からの供給電力により蓄電され、電磁弁駆動回路５及び制御回路６は、リチウムイオンキャパシタ７から電力供給を受けて作動することができる。

このとき、リチウムイオンキャパシタ７の蓄圧電圧が下限値と上限値との間に保持されるため、制御回路６からスイッチング制御回路１４に送信される電源制御信号は常にＯＦＦである。このため、水栓装置１ｂが通常の使用状態である場合には、電源回路４は作動せず、商用電源１５の電力は一切使用されない。

一方、水栓装置１ｂに万一想定外の異常状態（例えば、ごく短い吐水が多数回発生、吐水の水量が少なすぎる、発電機１８が故障する、など）が発生する場合が考えられ、発電機１８による発電量が不足する状況が起こり得る。このような状況でも、本実施形態の水栓装置１ｂでは、制御回路６により電源回路４が作動され、商用電源１５による電力供給が行われるので、電磁弁駆動回路５に対して電磁弁２を駆動するのに十分な電力を供給することが可能であり、水栓装置１ｂが使用不能になるのを回避できる。

このように、本実施形態の水栓装置１ｂは、吐水により発電可能な発電機１８を備え、リチウムイオンキャパシタ７が発電機１８により発電された電力を蓄電する構成であるので、水栓装置１ｂが通常の使用状態である場合には、電源回路４を常時停止させることが可能となり、電源回路４の無負荷時消費電力をより一層に削減できる。また、水栓装置１ｂに万一想定外の異常状態が発生した場合にも、電源回路４による電力供給で電磁弁２を駆動させることができるので、利便性を向上できる。

なお、本実施形態の水栓装置１ｂにおいて、商用電源１５からの電力供給が発生している場合には、その情報を表示する機能を設けて、使用者に使用状態や発電機の確認を促すように提示する構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記実施形態では、水栓装置１が電磁弁２により水の吐止水を行う構成を例示したが、水栓装置１は水の吐止水を行う吐止水弁を備えていればよく、電磁弁２の代わりに例えば電動弁など他の弁構造を適用してもよいし、ラッチ式以外の電磁弁を適用してもよい。

また、上記実施形態では、電源回路４からの出力を蓄電する蓄電素子としてリチウムイオンキャパシタ７を例示したが、蓄電素子は原理的に寿命の無い物理的素子であればよく、例えばＥＤＬＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ：電気二重層コンデンサ）などの他の物理的素子を適用してもよい。なお、物理的素子には、マンガン一次電池やリチウム二次電池など、化学的原理に基づく寿命を有する素子は含まれない。

１，１ａ，１ｂ 水栓装置
２ 電磁弁（吐止水弁）
４ 電源回路
５ 電磁弁駆動回路（駆動回路）
６ 制御回路
７ リチウムイオンキャパシタ（蓄電素子）
１５ 商用電源
１８ 発電機

Claims (3)

1. 商用電源からの電力を低電圧に変換する電源回路と、
   前記電源回路からの出力を蓄電する蓄電素子と、
   水の吐止水を行う吐止水弁と、
   前記蓄電素子の蓄電電力または前記電源回路からの出力により前記吐止水弁を駆動させる駆動回路と、
   前記駆動回路及び前記電源回路の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記蓄電素子の蓄電電圧が所定の上限値より大きいとき前記電源回路の動作を停止させ、
   前記蓄電素子の蓄電電圧が所定の下限値より小さいとき、前記電源回路を動作させて、前記蓄電電圧が前記上限値となるまで前記蓄電素子を充電させる
   ことを特徴とする水栓装置。
2. 前記制御回路は、前記吐止水弁の駆動時に前記電源回路を動作させることを特徴とする、請求項１に記載の水栓装置。
3. 吐水により発電可能な発電機を備え、
   前記蓄電素子は、前記発電機により発電された電力を蓄電する
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の水栓装置。

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