JP2016205780A - 温水器 - Google Patents

Abstract

【課題】空焚きを抑止しうる温水器を提供する。【解決手段】温水器は、加熱部と、流量調整部と、流量センサと、制御部と、を備える。加熱部は、吐出部から吐出される水を加熱する。流量調整部は、吐出部から吐出される水の流量を目標流量に調整する。流量センサは、加熱部に流れ込む流体の流量を取得する。制御部、加熱部を制御する。制御部は、流量センサによって取得される流量が、目標流量よりも大きい所定の閾値以上の場合、加熱部による加熱を抑制する。【選択図】図４

Description

本発明は、温水器に関する。

水栓や温水洗浄便座に用いられる瞬間加熱式の温水器が知られている。この温水器は、ヒータを有する加熱部を備え、加熱部内を通過する水をヒータにより瞬間的に加熱する。

瞬間加熱式の温水器に用いられるヒータは出力が大きいため、加熱部内を水が流れていない状態でヒータが作動する（すなわち空焚きする）と、ヒータが過加熱状態となり故障する。そのため、フローセンサにより水の流れを検知した場合にヒータを作動させる温水器が提案されている（例えば特許文献１）。

特開昭６０−４４７５６号公報

フローセンサは、一般に、水以外の流体の流れも検知するため、例えば施工後やメンテナンス後に配管内に残っている空気が温水器に流れ込んだ場合にも流れを検知する。この場合、上述した従来の温水器では空焚きが発生しうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、空焚きを抑止しうる温水器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の温水器は、吐出部から吐出される水を加熱するための加熱部と、吐出部から吐出される水の流量を目標流量に調整するための流量調整部と、加熱部に流れ込む流体の流量を取得する流量取得部と、加熱部を制御する制御部と、を備える。制御部は、流量取得部によって取得される流量が、目標流量よりも大きい所定の閾値以上の場合、加熱部による加熱を抑制する。

流量調節部を含む水路を空気あるいは空気が混じった水が流れるとき、その流量は目標流量よりも大きくなる。これに対し、上述の態様によると、目標流量よりも大きい値に閾値が設定され、その閾値以上の流量が流量取得部によって取得された場合、加熱部による加熱が抑制される。これにより、空気あるいは空気が混じった水が加熱部に流れ込んでいるときの加熱部による加熱すなわち空焚きが抑止される。

閾値は、目標流量の２倍未満となるよう設定されてもよい。この場合、空焚きをより確実に抑止できる。

目標流量をＱ（Ｌ／ｍｉｎ）、目標流量がＱであるときの流量調整部の公称のマイナス誤差をＥ１（Ｌ／ｍｉｎ）、プラス誤差をＥ２（Ｌ／ｍｉｎ）とするとき、閾値ＴＨｈは、（Ｑ＋Ｅ２）＜ＴＨｈ＜（２×（Ｑ−Ｅ１））を満たすよう設定されてもよい。この場合、空焚きをより確実に抑止できる。

本発明の別の態様もまた、温水器である。この温水器は、吐出部から吐出される水を加熱するための加熱部と、加熱部に流れ込む流体の流量を取得する流量取得部と、加熱部を制御する制御部と、を備える。制御部は、流量取得部によって取得される流量が、加熱部に流れ込む流体に空気が含まれると想定される流量である場合、加熱部による加熱を抑制する。

流量調節部を含む水路を空気あるいは空気が混じった水が流れるとき、その流量は目標流量よりも大きくなる。これに対し、上述の態様によると、目標流量よりも大きい値に閾値が設定され、その閾値以上の流量が流量取得部によって取得された場合、加熱部による加熱が抑制される。これにより、空気あるいは空気が混じった水が加熱部に流れ込んでいるときの加熱部による加熱すなわち空焚きが抑止される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空焚きを抑止しうる温水器を提供できる。

実施の形態に係る温水器を備える水栓システムを示す斜視図である。 図１の温水器を示す模式図である。 図２の制御部の機能および構成を示すブロック図である。 水栓システムの動作を示すフローチャートである。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る温水器１０を備える水栓システム１００を示す斜視図である。水栓システム１００は、洗面所やトイレなどに設置され、手洗いなどに使用される。水栓システム１００は、温水器１０と、吐水管１２と、洗面器１４と、人体検知センサ１６と、を備える。人体検知センサ１６は、吐水管１２に取り付けられる。なお、人体検知センサ１６は、洗面器１４やその他の場所に取り付けられてもよい。人体検知センサ１６は、吐水管１２の吐水口１２ａの下方の領域に差し出される使用者の手を非接触で検知する。人体検知センサ１６は、手を検知している間、ケーブル１８を経由して温水器１０に信号を送る。

温水器１０は、壁に取り付けられる。温水器１０は、人体検知センサ１６が手を検知している間、吐水管１２にホース２０を介して水を供給する。温水器１０は特に、給水管（不図示）から壁に取り付けられた止水栓（不図示）を経由して供給される水を温めてから吐水管１２に供給する。吐水管１２は、温水器１０において温められた水を吐水口１２ａから吐水する。洗面器１４は、壁に取り付けられる。洗面器１４は、吐水管１２から吐水された水を受けて排水管（不図示）へ排水する。

図２は、温水器１０を示す模式図である。温水器１０は、入水管３０と、電磁弁３２と、流量調整部３４と、流量センサ３８と、加熱部４０と、出水管４６と、制御部５０と、を備える。

止水栓から供給される水は、給水部３０ａと、入水管３０と、加熱部４０と、出水管４６と、吐出部４６ａと、をこの順に通って吐水管１２に供給される。したがって、これらは温水器１０内の水路５２を構成する。

電磁弁３２は入水管３０に設けられる。電磁弁３２は、制御部５０から開弁指示を受けると開弁する。また電磁弁３２は、制御部５０から閉弁指示を受けると閉弁する。電磁弁３２が開くと水路５２を水が流れ、吐水管１２に水が供給され、吐水管１２の吐水口１２ａから吐水される。電磁弁３２が閉じると水路５２の水の流れが止まり、吐水管１２に水が供給されなくなり、吐水管１２の吐水口１２ａからの吐水が止まる。つまり電磁弁３２は水路５２を開閉する。

流量センサ３８は、入水管３０に設けられる。流量センサ３８は、入水管３０を流れる水の流量、すなわち加熱部４０に流れ込む水の流量を測定する。流量センサ３８は、例えば羽根車式の流量センサであり、水が流れたときの羽根車の回転数から流量を算出する。流量センサ３８は、空気など、水以外の流体にも反応し、その流量を測定してしまう。したがって、流量センサ３８が流体の流れを検知した場合（すなわちゼロより大きい流量を測定した場合）でも、水ではなく、空気あるいは空気が混じった水が入水管３０内を流れ、加熱部４０内に流れ込んでいることがある。

流量調整部３４は、入水管３０に設けられる。流量調整部３４は、減圧弁により構成され、入水管３０を流れる水の流量が目標流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）（例えば２（Ｌ／ｍｉｎ））となるよう調整する。これにより、入水管３０や加熱部４０を含む水路５２を流れて吐出部４６ａから吐出される水の流量、ひいては吐水管１２の吐水口１２ａから吐水される水の流量が調整される。なお、目標流量Ｑは、例えば流量調整部３４の製造時に決まる値であってもよい。また例えば、流量調整部３４は、目標流量Ｑを変えられる可変式の流量調整部であってもよい。この場合、温水器１０を施工する作業者が目標流量Ｑを設定しても、温水器１０を使用する使用者が目標流量Ｑを設定してもよい。

水路５２、特に入水管３０を水が流れる場合、すなわち流量調整部３４を水が通過する場合、流量調整部３４によって調整されて目標流量Ｑと略同一の流量の水が入水管３０を流れる。この場合、流量センサ３８によって目標流量Ｑと略同一（誤差±Ａ％以内）の流量が測定される。一方、入水管３０を空気あるいは空気が混じった水が流れる場合、すなわち流量調整部３４を空気あるいは空気が混じった水が通過する場合、空気と水の動粘度の差により、流量調整部３４によって目標流量Ｑには調整されず、目標流量Ｑよりも大きい流量の空気あるいは空気が混じった水が入水管３０を流れる。この場合、流量センサ３８によって目標流量Ｑよりも大きい流量が測定される。発明者が行った実験によると、入水管３０を空気が流れる場合、すなわち流量調整部３４を空気が通過する場合、目標流量Ｑの約２倍（すなわち約２×Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ））の空気が流れることが確認された。

加熱部４０は、いわゆる瞬間式の加熱器である。加熱部４０は、その内部に電気式のヒータ４０ａを有する。加熱部４０は、制御部５０から「加熱指示」を受けるとヒータ４０ａによる加熱を開始する。入水管３０から加熱部４０内に流れ込んだ水は、加熱部４０内を流れる間にヒータ４０ａにより加熱されて所定の温度（例えば３０度）に温められ、出水管４６に流れ出る。加熱部４０は、制御部５０から「停止指示」を受けるとヒータ４０ａによる加熱を停止する。

制御部５０は、電磁弁３２による水路５２の開閉と、加熱部４０による加熱と、を制御する。

図３は、制御部５０の機能および構成を示すブロック図である。これら各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

制御部５０は、受信部７２と、開閉制御部７４と、流量情報取得部７８と、加熱制御部７６と、を含む。受信部７２は、人体検知センサ１６から信号を受け取る。開閉制御部７４は、電磁弁３２の開閉を制御する。開閉制御部７４は、受信部７２が信号を受け取ると、ケーブル５４を介して電磁弁３２に開弁指示を送り、電磁弁３２に開弁動作を開始させる。また、開閉制御部７４は、受信部７２が信号を受け取らなくなると、ケーブル５４を介して電磁弁３２に閉弁指示を送り、電磁弁３２に閉弁動作を開始させる。なお、開閉制御部７４は、受信部７２が信号を受け取らなくなり、かつ、後述するように加熱制御部７６が加熱部４０に停止指示を送った後に、電磁弁３２に閉弁指示を送ってもよい。

流量情報取得部７８は、電磁弁３２の開弁後の所定のタイミング（例えば開閉制御部７４が電磁弁３２に開弁指示を送ってから０．１秒後）に、流量センサ３８によって取得される流量に関する情報をケーブル５６を介して取得する。

加熱制御部７６は、加熱部４０による加熱を制御する。加熱制御部７６は、流量情報取得部７８が取得した流量が後述のように設定される閾値ＴＨｈ（Ｌ／ｍｉｎ）よりも小さいか否かを判定する。加熱制御部７６は、流量が閾値ＴＨｈよりも小さいとき、ケーブル５５を介して加熱部４０に加熱指示を送る。加熱部４０は、この加熱指示を受けるとヒータ４０ａによる加熱を開始する。一方、加熱制御部７６は、流量が閾値ＴＨｈ以上であるとき、加熱部４０に加熱指示を送らない。つまり、加熱部４０による加熱を開始させない。

ここで、閾値ＴＨｈが目標流量Ｑと同一または目標流量Ｑよりも小さいと、水路５２を水が流れているにもかかわらず加熱部４０に加熱指示が送られず、水が加熱されない場合がある。また、閾値ＴＨｈが目標流量Ｑの２倍よりも大きいと、水路５２を空気が流れているにもかかわらず加熱部４０に加熱指示が送られ、空焚きが発生する場合がある。そこで、本実施の形態では、閾値ＴＨｈは、少なくとも以下の式１を満たすよう設定される。
Ｑ＜ＴＨｈ＜２×Ｑ …（式１）
つまり、閾値ＴＨｈは、流量センサ３８の目標流量Ｑよりも大きく、流量センサ３８の目標流量Ｑの２倍よりも小さい流量に設定される。
なお、閾値ＴＨｈは、以下の式２を満たすよう設定されてもよい。
Ｑ＜ＴＨｈ＜３／２×Ｑ …（式２）
つまり、閾値ＴＨｈは、流量センサ３８の目標流量Ｑの２倍よりも、流量センサ３８の目標流量Ｑに近い値に設定されてもよい。この場合、より確実に空焚きを抑止できる。

また、加熱制御部７６は、受信部７２が信号を受け取らなくなると、ケーブル５５を介して加熱部４０に停止指示を送り、加熱部４０による加熱を停止させる。

以上のように構成された温水器１０を備える水栓システム１００の動作を説明する。
図４は、温水器１０を備える水栓システム１００の動作を示すフローチャートである。使用者が吐水管１２の吐水口１２ａの下方の領域に手を差し出すと、人体検知センサ１６はこれを検知する（Ｓ１０）。開閉制御部７４は電磁弁３２に開弁指示を送り（Ｓ１２）、電磁弁３２は開弁する（Ｓ１４）。流量情報取得部７８は、流量センサ３８が測定した流量に関する情報を取得する（Ｓ１６）。加熱制御部７６は、流量が閾値ＴＨｈより小さい場合（Ｓ１６のＹ）、加熱部４０に加熱指示を送る（Ｓ１８）。加熱部４０は、その内部を通る水の加熱を開始する（Ｓ２０）。すると、加熱部４０で加熱されて温められた水が温水器１０から吐水管１２に吐出され、吐水口１２ａから吐水される。

流量が閾値ＴＨｈ以上である場合（Ｓ１６のＮ）、Ｓ１８、Ｓ２０はスキップされる。つまり、加熱制御部７６は加熱部４０に加熱指示を送らず、加熱部４０は加熱を開始しない。この場合、空気あるいは空気が混じった温められていない水が温水器１０から吐水管１２に吐出され、吐水口１２ａから吐出される。

使用者が吐水管１２の吐水口１２ａの下方の領域から手を引っ込めると、人体検知センサ１６が使用者の手を検知していない状態になる（Ｓ２２）。加熱部４０が水を加熱している場合（Ｓ２４のＹ）、加熱制御部７６は、加熱部４０に停止指示を送り（Ｓ２６）、加熱部４０は加熱を停止する（Ｓ２８）。加熱部４０が水を加熱していない場合（Ｓ２４のＮ）、Ｓ２６、Ｓ２８はスキップされる。開閉制御部７４は、電磁弁３２に閉弁指示を送り（Ｓ３０）、電磁弁３２は閉弁する（Ｓ３２）。すると、温水器１０から吐水管１２に水が吐出されなくなり、吐水管１２からの吐水は止まる。

以上説明した実施の形態に係る温水器１０によると、閾値ＴＨｈは流量センサ３８の目標流量Ｑよりも大きい値に設定され、その閾値ＴＨｈ以上の流量が流量センサ３８によって測定された場合、制御部５０は加熱部４０に加熱指示を送らない。したがって、加熱部４０による加熱は開始されない。目標流量Ｑよりも大きい流量が流量センサ３８によって測定された場合は入水管３０や加熱部４０を空気あるいは空気が混じった水が流れている可能性が高いところ、加熱部４０による加熱が開始されないため、空焚きが抑止される。

また、実施の形態に係る温水器１０によると、閾値ＴＨｈは流量センサ３８の目標流量Ｑの２倍よりも小さい値に設定される。このとき、流量センサ３８によって測定された流量が２×Ｑ以上である場合、流量は閾値ＴＨｈ以上になるため、制御部５０は加熱部４０に加熱指示を送らない。したがって、加熱部４０による加熱は開始されない。流量センサ３８によって測定された流量が２×Ｑである場合は加熱部４０を空気が流れている可能性が高いところ、上述のように閾値ＴＨｈが２×Ｑよりも小さい値に設定されることにより、空焚きがさらに抑止される。

加熱部内の水位を測定する水位測定部（例えばフロート）を設けて、流量センサと水位測定部とによって空焚きを抑止することも考えられる。すなわち、流量センサ３８が水の流れを検知し、かつ、水位測定部によって測定された加熱部内の水位が所定の水位以上の場合に加熱部を作動させることも考えられる。この場合も、例えば施工後やメンテナンス後における空焚きを抑止しうるが、流量センサに加えてフロートが必要になる。これに対し、本実施の形態によると、流量センサ３８だけで空焚きを抑止できる。したがって、部品コストを低減できる。

以上、実施の形態に係る水栓システムについて説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
実施の形態では特に言及しなかったが、流量調整部３４（すなわち減圧弁）によって調整される流量には、流量調整部３４の製造誤差に基づく誤差が生じうる。この誤差を考慮して閾値ＴＨｈを設定してもよい。具体的には、流量調整部３４の公称のマイナス誤差がＥ１（Ｌ／ｍｉｎ）で、流量調整部３４の公称のプラス誤差がＥ２（Ｌ／ｍｉｎ）の場合、少なくとも以下の式３を満たすよう設定される。
（Ｑ＋Ｅ２）＜ＴＨｈ＜（２×（Ｑ−Ｅ１）） …（式３）

例えば流量調整部３４が公称値で±１０％の誤差が生じうる流量調整部である場合、流量調整部３４の目標流量Ｑが２（Ｌ／ｍｉｎ）のとき、流量調整部３４によって調整される流量には±０．２（Ｌ／ｍｉｎ）の誤差が生じる。つまり、流量調整部３４の目標流量Ｑが２（Ｌ／ｍｉｎ）のときのプラス誤差Ｅ２およびマイナス誤差Ｅ１はいずれも０．２（Ｌ／ｍｉｎ）であり、１．８〜２．２（Ｌ／ｍｉｎ）の水が水路５２を流れる。この場合、（２＋０．２）＜ＴＨｈ＜（２×（２−０．２））を満たすよう閾値ＴＨｈが設定される。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、水路５２を流れる水の流量が小さすぎると、水路５２を流れる水の速度が遅くなり、水が加熱部４０内を通過するのに要する時間が比較的長くなり、水が過加熱される。この場合、温水器１０を使用する使用者が不快な思いをする虞がある。そのため、流量センサ３８によって測定される流量が閾値ＴＨｈ以上であるときに加え、流量センサ３８によって測定される流量が閾値ＴＨｌ（Ｌ／ｍｉｎ）（＜Ｑ＜ＴＨｈ）以下であるときにも、加熱制御部７６が加熱部４０に加熱指示を送らないよう構成してもよい。言い換えると、流量センサ３８によって測定される流量がＴＨｌより大きくかつＴＨｈより小さい場合、加熱制御部７６が加熱部４０に加熱指示を送るよう構成してもよい。本変形例によれば、水が過加熱されて使用者が不快な思いをするのが抑止される。

（変形例３）
実施の形態では特に言及しなかったが、すでに加熱部４０による加熱が開始されているときに流量センサ３８によって測定される流量が閾値ＴＨｈ以上になった場合、すなわち、はじめは流量が閾値ＴＨｈよりも小さかったものの途中から流量が閾値ＴＨｈ以上になった場合、加熱制御部７６は加熱部４０に停止指示を送ってもよい。この場合は、加熱部４０は、吐水中にもかかわらず、加熱を停止する。あるいはまた、加熱制御部７６は、ヒータ４０ａによる加熱の出力を下げるよう加熱部４０に指示してもよい。つまり、加熱部による加熱を停止せずに、その出力を下げるだけでもよい。

（変形例４）
温水器１０は、タッチパネル式の表示部を有する操作部をさらに備えてもよい。また、制御部５０は、閾値ＴＨｈの入力を受け付けるさらに入力受付部を含んでもよい。この場合、例えば温水器１０を施工・メンテナンスする作業者が、操作部を介して閾値ＴＨｈを入力し、入力受付部がこれを受け付ける。加熱制御部７６は、入力受付部が受け付けた閾値ＴＨｈに基づいて、加熱部４０に加熱指示を送るか否かを判断する。

（変形例５）
実施の形態では、温水器１０が流量調整部３４を備える場合について説明したが、これに限られず、温水器１０は流量調整部３４を備えていなくてもよい。この場合、水路５２を流れる水の流量は、止水栓を経由して温水器１０に供給される水（すなわち水道水）の圧力によって決まる。閾値ＴＨｈは、その圧力によって決まる流量よりも大きい値に設定される。これにより、流量センサ３８によって測定される流量が水道水の圧力によって決まる流量よりも大きく、空気あるいは空気が混じった水が入水管３０を流れて加熱部４０に流れ込んでいると想定される場合、加熱制御部７６は加熱部４０に加熱指示を送らず、加熱部による加熱が開始されないことになる。すでに加熱部４０による加熱が開始されている場合は、加熱制御部７６は、加熱部４０に停止指示を送ってもよく、あるいはヒータ４０ａによる加熱の出力を下げるよう加熱部４０に指示してもよい。

（変形例６）
実施の形態では、電磁弁３２および流量調整部３４が入水管３０に設けられる場合について説明したが、これに限られない。電磁弁３２および流量調整部３４のうちの少なくともひとつは、出水管４６に設けられてもよい。

（変形例７）
実施の形態では、温水器１０を水栓システム１００に用いる場合について説明したが、これに限られない。温水器１０は、温水洗浄便座やその他の装置・システムにも用いることができる。

１０ 温水器、 １２ 吐水管、 １４ 洗面器、 １６ 人体検知センサ、 ３２ 電磁弁、 ３４ 流量調整部、 ３８ 流量センサ、 ４０ 加熱部、 ５０ 制御部、 ７６ 加熱制御部、 １００ 水栓システム。

Claims (4)

1. 吐出部から吐出される水を加熱するための加熱部と、
   前記吐出部から吐出される水の流量を目標流量に調整するための流量調整部と、
   前記加熱部に流れ込む流体の流量を取得する流量取得部と、
   前記加熱部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記流量取得部によって取得される流量が、前記目標流量よりも大きい所定の閾値以上の場合、前記加熱部による加熱を抑制することを特徴とする温水器。
2. 前記閾値は、前記目標流量の２倍未満となるよう設定されることを特徴とする請求項１に記載の温水器。
3. 前記目標流量をＱ（Ｌ／ｍｉｎ）、前記目標流量がＱであるときの前記流量調整部の公称のマイナス誤差をＥ１（Ｌ／ｍｉｎ）、プラス誤差をＥ２（Ｌ／ｍｉｎ）とするとき、前記閾値ＴＨｈは、（Ｑ＋Ｅ２）＜ＴＨｈ＜（２×（Ｑ−Ｅ１））を満たすよう設定されることを特徴とする請求項１に記載の温水器。
4. 吐出部から吐出される水を加熱するための加熱部と、
   前記加熱部に流れ込む流体の流量を取得する流量取得部と、
   前記加熱部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記流量取得部によって取得される流量が、前記加熱部に流れ込む流体に空気が含まれると想定される流量である場合、前記加熱部による加熱を抑制することを特徴とする温水器。

Images