JP2015137831A - 流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体洗浄水等を加熱する流体制御装置において、低温出水を適切に防止して快適な使用感が得られるようにする。
【解決手段】ヒータ１２の上流側に入水温センサ１４を設け、計測した入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを要件とする制御条件が成立するときに、出水指令を受けると、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、出水指令を受けると、出水量設定値に基づいて、ヒータにより流体を加熱して出水する瞬間加熱タイプの流体制御装置に関する。

前記のような流体制御装置はしばしば温水洗浄便器装置等に組み込まれるが、出水量に対するヒータの能力限界のため水を適温まで加熱できない状態、すなわち低温出水を起こすことが考えられる。そのような低温出水の防止に関する従来技術の例として、次の特許文献１や２を挙げることができる。

特許文献１は、洗浄中にヒータの能力限界に達したと判断すると流量を絞ることを教示する。また特許文献２は、着座を検知して、流量優先モード、温度優先モードの内から後者によって洗浄動作を開始することを教示する。

特開昭62-1946号公報 特開2004-92344号公報

しかしながら前記特許文献１のような構成としたとき、洗浄中に水温を検知して流量を絞るので、特に出水開始時等、低温出水となるタイミングが生じ得る。また前記特許文献２のような構成としたとき、温度優先モードで洗浄を始めるので最初から流量が絞られてしまい、流量を好みのものとするのに手動操作が必要とされる。よってこれらの構成では、温水洗浄便器装置等に適用したとき、使用者に不快感を与えることが考えられ、その改善が要望されている。本発明は、そのような要望を勘案してなされたものであり、低温出水を適切に抑制して快適な使用感が得られる流体制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、出水指令を受けると、出水指令を受けると、出水量設定値に基づいて、ヒータにより流体を加熱して出水する流体制御装置において、ヒータの上流側に入水温を計測する入水温センサを設け、計測した入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを要件とする制御条件が成立するときに、出水指令を受けると、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始することを特徴とする。

前記制御条件は、前記ヒータが所定通電率以上で駆動されていることを、更に要件としてもよい。

前記流体制御装置は、前記ヒータの下流側に出水温を計測する出水温センサを更に設け、前記制御条件は、計測した出水温と出水温設定値との差が所定値以上であることを、更に要件としてもよい。

前記流体制御装置は、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、前記ヒータが所定通電率未満で駆動されている場合は、流体の出水を継続させながら、出水量を減少前の値に戻すようにしてもよい。

前記流体制御装置は、前記ヒータの下流側に出水温を計測する出水温センサを更に設け、出水量設定値より出水量を減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、計測した出水温と出水温設定値との差が所定値未満である場合は、出水量を減少前の値に戻すようにしてもよい。

前記ヒータは人体洗浄水を加熱するようにしてもよい。

本発明では、低温出水を適切に抑制して快適な使用感が得られる。

本発明の実施形態の例とされる流体制御装置の概略構成図である。 （ａ）は、ヒータの実性能が許容差下限であると想定したときの出水温予測値を示すマトリックスであり、（ｂ）は、出水制限の適用範囲を説明するマトリックスであり、（ｃ）は、ヒータの実性能が許容差下限であると想定し、更に、図２（ｂ）のマトリックスに示す出水制限を行ったと想定した場合の出水温度予測値を示すマトリックスである。 実施形態の例とされる流体制御装置の基本動作の一例を示すフローチャートである。 基本動作の変形例を示すフローチャートである。 基本動作の他の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の例を、図を参照しながら説明する。

図１は、実施形態の例とされる流体制御装置の概略構成図である。
流体制御装置１０は、流水の出水を制御する電磁弁１１と、流体を加熱する電気式ヒータ１２と、出水量設定、出水温設定、出水指令等を受け付ける操作部１３とを備える。ヒータの上流側には、入水温を計測する入水温センサ１４が設けられ、ヒータ１２の下流側には、出水温を計測する出水温センサ１５が設けられている。これらのセンサ１４、１５は例えばサーミスタ等からなる。ヒータ１２は、所定電流を供給する電源部１６に接続されており、その給電経路に通電制御を行うためのスイッチ素子１７が設けられている。

流体は、水道水を想定している。したがって入水温の範囲は０℃−４０℃が予測される。また流体は、図示しない加圧ポンプ等によって予圧されており、電磁弁１１の開度によって、出水量が制御できる。

制御部１８は、出水温設定、出水量設定等を任意のタイミングで受け付けてその設定値を記憶し、出水指令を受けると、ヒータ１２による流体の加熱制御と、電磁弁１１による流体の出水制御とを並列に実行するように構成されている。

なお流体制御装置１０の用途を、例えば温水洗浄便器での人体洗浄水の加熱に想定するなら、出水温設定値は例えば３５℃−５０℃の任意の値とし、出水量設定値は例えば５０ミリリットル刻みで３００ミリリットル／分−５５０ミリリットル／分の任意の値としてもよい。

加熱制御は、出水温設定値、出水量設定値、入水温に基づくフィードフォワード制御を基本とする。すなわち、出水量設定値によって規定される流体がヒータ１２を通じている間に、出水温設定値と入水温との差分だけ温度上昇させるのに必要な熱量を予測し、その熱量が発生するようにヒータ１２を通電制御するというものである。

ただしヒータ１２は、電熱を発する発熱体１２ａ、発熱体１２ａと流体との熱交換を行わせる熱交換部１２ｂ等の複数部品から組み立てられており、その各々の部品の実性能には許容差がある。また入水温センサ１４、出水温センサ１５にも許容差がある。また駆動電源とされる例えば呼称１００Ｖの商用電源も、標準電圧は１０１±６Ｖと規定されており、場所やタイミングによってバラつきがある。ヒータ１２を構成する部品の許容差に加えて、商用電源のバラつきまで考量すれば、ヒータ１２が１２００Ｗの規格であるとき、その実性能の許容差上限は１５００Ｗ、許容差下限は９００Ｗ程度になることが予測される。

そしてヒータ１２の実性能はその許容差上下限の間のどこかにあるが、具体的な値を予測するのは困難である。そのため加熱制御では、前記のようなフィードフォワード制御に、出水温と出水温設定値との差分に基づくフィードバック制御を組み合わせる等して、出水温と出水温設定値とのズレを小さくすることが望ましい。

一方、出水制御は、出水量設定値に基づくフィードフォワード制御とすれば充分である。なぜならば、電磁弁１１より上流における流体の圧力を減圧弁等によって予め調節しておけば、出水量設定値の出水量を得るために必要とされる電磁弁１１の開度は、正確に予測できるからである。

人体洗浄水を加熱する場合、使用者を不快にさせないために、出水温として許容される下限温度は例えば３２℃である。しかしながら、ヒータ１２の実性能に許容差上、下限があるのは前記の通りであり、最悪条件では、出水温設定値通りの出水温が得られないばかりか、出水温が許容可能な下限温度を下回ってしまうこと（以下、低温出水と呼ぶ）もあり得る。なお最悪条件となるのは、ヒータ１２の実性能が許容差下限であり、かつ出水量設定値が最大であり、かつ入水温が０℃に近いときである。

図２（ａ）は、ヒータの実性能が許容差下限であり、かつそのヒータを最大通電率（１００％）で駆動すると想定したときの、各出水量設定値、各入水温に対する出水温予測値を示すマトリックスの一例である。マトリックスＭ１の横軸は出水量設定値、縦軸は入水温であり、４５℃以上の出水温予測値は丸印によって表記し、それ未満は数値によって表記している。マトリックスＭ１では、右下の網掛け範囲で低温出水が生じている。なお出水温予測値の具体的な値は、例えば前記加熱制御におけるフィードフォワード制御の計算式等を用いれば算出できる。

すなわち出水量設定値が４５０ミリリットル／分、かつ入水温が０℃−５℃のときの出水温予測値は３０℃になっている。また出水量設定値が５００ミリリットル／分、かつ入水温が０℃−５℃のときの出水温予測値は２７℃になっており、出水量設定値が５００ミリリットル／分、かつ入水温が５℃−１０℃のときの出水温予測値は２７℃になっている。

本発明は、このような低温出水を防止することを趣旨とするものであり、その解決手段として、低温出水が予測されるときには、低温出水とならないように、出水制限する。すなわち実施形態の例とされる流体制御装置は、入水温センサを備え、計測した入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であるときに、出水指令を受けると、出水制限する。より具体的には、計測した入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを要件とする所定の制御条件が成立するときに、出水指令を受けると、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始する。なお、入水温及び出水量設定値から実際に出水温予測値を算出することに換えて、入水温が所定温度未満であり、かつ出水量設定値が所定量以上であることを要件とする制御条件によって出水制限を行ってもよい。このとき入水温に対する所定温度、出水量設定値に対する所定量は、ヒータの実性能が許容差下限であり、かつそのヒータを最大通電率で駆動したときに、低温出水が生じる値として予め算出されたものである。

このように、出水温予測値、あるいは入水温、出水量設定値が特定の条件を満たす場合にのみ出水制限を行うようにすれば、出水制限の頻度が抑えられる。また出水制限の際には、出水量を減少させた状態で出水を開始するので、低温出水となる期間もない。よって本発明を温水洗浄便器等に適用して、ヒータによって人体洗浄水を加熱するようにした場合、水温が低下する例えば寒冷時等での使用感が大いに向上する。

図２（ｂ）は、そのような出水制限の適用範囲を説明するマトリックスの一例である。マトリックスＭ２は、各入水温、各出水量設定値に対する出水量の制御値を示している。マトリックスＭ２では、右下の網掛け範囲で出水制限を行っている。すなわち、入水温が１０℃未満、かつ出水量設定値が４５０ミリリットル／分以上であるとき、出水量を４００ミリリットル／分の制限レベルに制限し、それ以外の所では、出水量は、出水量設定値のままとしている。ここに制限レベルは、ヒータの実性能が許容差下限であっても低温出水とならないことを条件として予め選択した任意の値である。

図２（ｃ）は、ヒータの実性能が許容差下限であると想定し、更に、図２（ｂ）のマトリックスＭ２に示す出水制限を行ったと想定した場合の出水温度予測値を示すマトリックスの一例である。マトリックスＭ３の横軸は出水量設定値、縦軸は入水温であり、４５℃以上の出水温予測値は丸印によって表記し、それ未満の値のみ数値によって表記している。マトリックスＭ３では、右下の網掛け範囲で出水制限を行うことを想定しており、そこでの出水温予測値が、図２（ａ）のマトリックスＭ２の対応部分とは異なっている。一方、それ以外の所では、出水温予測値は、図２（ａ）のマトリックスＭ２の対応部分と一致している。

具体的には、出水量設定値が４５０ミリリットル／分、かつ入水温が０℃−５℃のときの出水温予測値は３３℃になっており、出水量設定値が４５０ミリリットル／分、かつ入水温が５℃−１０℃のときの出水温予測値は３７℃になっている。また、出水量設定値が５００ミリリットル／分、かつ入水温が０℃−５℃のときの出水温予測値は３３℃になっており、出水量設定値が５００ミリリットル／分、かつ入水温が５℃−１０℃のときの出水温予測値は３７℃になっている。

図３は、流体制御装置の本発明に係る基本動作の一例、つまり出水指令を受けたときの動作の例を説明するフローチャートである。ここでは、入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを、出水制限を行うための制御条件の要件としている。

ステップ１００−１０４は、出水温予測値を算出し、その値を所定温度と比較して出水制限を行うか否かを判断し、出水制限を行う場合は、出水量設定値を制限レベルに変更してから、出水を開始する処理である。当然であるが、出水量設定値を制限レベルに変更することによって、出水量設定値はそれまでの値から減少されることになる。

ステップ１０５−１０９は、出水指令が継続している間、出水を続ける処理である。出水中は、出水量変更指令を監視しており、出水量変更指令があれば出水量を変更する。ここで出水量が増大すれば、低温出水となる可能性はある。

ステップ１１０−１１１は、出水を終了する処理である。

なおステップ１００では、ステップ１０３での出水量設定値の変更に備えて、出水量設定値の当初の値を保存し、ステップ１０７では、出水量変更指令に基づいて変更されたあとの出水量設定値の値を保存している。これに対してステップ１１１では、出水量設定値をその時点で保存されている値に復元するから、復元されたあとの出水量設定値は、当初の値又は、出水量変更指令に基づいて変更されたあとの値となる。

前記基本動作では、最初のステップ１００、つまり出水指令を受けた直後に、出水制限を行うか否かの判断をしている。しかしながらその判断は定期的に行い、出水指令を受けた時点で、直近の判断結果を採用するようにしてもよい。つまり、出水制限を、出水の開始前に行うことが肝要であり、出水制限を行うか否かの判断は、出水開始前であればどの時点で行ってもよい。

前記基本動作の変形例として、出水制限を行うための制御条件は、ヒータが所定通電率以上で駆動されていることを、更に要件としてもよい。つまりヒータが所定通電率、例えば８０％未満で駆動されているならば、ヒータに余力がありその能力限界に達していないから、出水制限しなくても低温出水は生じないということである。

あるいは、出水制限を行うための制御条件は、ヒータが所定通電率以上で駆動されていることに加えて、又は換えて、出水温と出水温設定値との差が所定値以上であることを、更に要件としてもよい。つまり出水温と出水温設定値との差が所定値未満、例えば２℃未満であれば、正常な加熱制御が行われていることから、ヒータに余力がありその能力限界に達していないから、出水制限をしなくても低温出水は生じないということである。

図４は、そのような基本動作の変形例を説明するフローチャートである。ここでは、出水量設定値が所定値以上であること、かつ入水温が所定温度未満であること、ヒータが所定通電率以上で駆動されていること、かつ出水温と出水温設定値との差が所定値以上であることを、出水制限を行うための制御条件の要件としている。

ステップ２００−２０３は制御条件が成立するか否かを判断する処理、ステップ２０５はその制御条件が成立するときに出水量設定値を制限レベルに変更する処理、ステップ２０６は出水を開始する処理である。例えば、出水量設定値が４５０ミリリットル／分以上、入水温が１０℃未満、ヒータの通電率が８０バーセント以上、出水温と出水温設定値との差が２℃以上という制御条件の要件が全て成立すれば、出水量設定値を４００ミリリットル／分の制限レベルに変更する。

なおステップ２０７−２１３は、図３のフローチャート中のステップ１０５−１１１と同一の処理内容なので説明を割愛する。

この変形例では、ヒータの能力限界がより正確に見極められ、その結果、出水制限の発生が最小限に抑えられるので、ヒータによって人体洗浄水を加熱するようにした場合、水温が低下する例えば寒冷時等での使用感が向上する。

基本動作の他の変形例として、入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを要件とする制御条件が成立するときに出水指令を受けると、出水制限して出水を開始し、その後、特定の条件が成立すれば出水量を元に戻すようにしてもよい。

すなわち制御条件の成立によって、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、前記ヒータが所定通電率未満で駆動されている場合は、流体の出水を継続させながら、出水量を減少前の値に戻すようにしてもよい。つまりヒータが所定通電率、例えば８０％未満で駆動されているならば、ヒータに余力がありその能力限界に達していないから、出水量を元に戻しても、低温出水は生じないということである。

あるいは制御条件の成立によって、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、計測した出水温と出水温設定値との差が所定値未満である場合は、出水量を減少前の値に戻すようにしてもよい。つまり出水温と出水温設定値との差が所定値未満、例えば２℃未満であれば、正常な加熱制御が行われていることから、ヒータに余力がありその能力限界に達していないから、出水量を元に戻しても低温出水は生じないということである。一方、計測した出水温と出水温設定値との差が所定範囲から外れていれば、ヒータの余力不足のため正常な加熱処理は行われておらず、出水制限を解除すれば低温出水が生じてしまうと考えられる。

図５は、そのような基本動作の他の変形例を説明するフローチャートである。

ここでステップ３００−３０４、ステップ３０８−３１４は、図３のフローチャート中のステップ１００−１０４、ステップ１０５−１１１と同一の処理内容なので、説明を割愛する。

ステップ３０５−３０７は、出水制限して出水開始したあと、その出水を継続させながら、ヒータに余力があるか否かを判断し、ヒータに余力がある場合は、出水制限を解除する処理である。

出水制限の解除、すなわち出水量を減少させる前の値に戻す処理は、ステップ２０６ー２０７で、出水量設定値を当初の値（ステップ２００で保存している）に復元し、その復元された出水量設定値に基づいて出水量を再変更することでなされる。

この変形例では、ヒータの余力、能力限界を通電率によって判断している。しかしながら、それを出水温と出水温設定値との差によって判断するようにしてもよい。

なおヒータの余力の判断では、ヒータの通電率に基づく判断方法と、計測した出水温と出水温設定値との差に基づく判断方法とを組み合わせてもよい。いずれにしても、これらのような改良例では、ヒータの能力限界まで、出水量が絞られないので（絞られても元に戻る）、ヒータによって人体洗浄水を加熱するようにした場合、水温が低下する例えば寒冷時等での使用感が向上する。

１０ 流体制御装置
１２ ヒータ
１４ 入水温センサ
１５ 出水温センサ

Claims (6)

1. 出水指令を受けると、出水量設定値に基づいて、ヒータにより流体を加熱して出水する流体制御装置において、
   ヒータの上流側に入水温を計測する入水温センサを設け、
   計測した入水温及び出水量設定値により定められる出水温予測値が所定温度未満であることを要件とする制御条件が成立するときに、出水指令を受けると、出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始することを特徴とする流体制御装置。
2. 請求項１において、
   前記制御条件は、前記ヒータが所定通電率以上で駆動されていることを、更に要件とすることを特徴とする流体制御装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記ヒータの下流側に出水温を計測する出水温センサを更に設け、
   前記制御条件は、計測した出水温と出水温設定値との差が所定値以上であることを、更に要件とすることを特徴とする流体制御装置。
4. 請求項１において、
   出水量を出水量設定値よりも減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、前記ヒータが所定通電率未満で駆動されている場合は、流体の出水を継続させながら、出水量を減少前の値に戻すことを特徴とする流体制御装置。
5. 請求項１又は４において、
   前記ヒータの下流側に出水温を計測する出水温センサを更に設け、
   出水量設定値より出水量を減少させた状態で、流体の出水を開始したあと、計測した出水温と出水温設定値との差が所定値未満である場合は、出水量を減少前の値に戻すことを特徴とする流体制御装置。
6. 請求項１−３のいずれか１項において、
   前記ヒータは人体洗浄水を加熱することを特徴とする流体制御装置。
   

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