JP3640914B2

JP3640914B2 - 自動給湯風呂装置

Info

Publication number: JP3640914B2
Application number: JP2001329563A
Authority: JP
Inventors: 軍司川嶋
Original assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Current assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: JP2002181379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浴槽水位等の状態量の検出信号処理を簡易化した自動給湯風呂装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の全自動式の給湯風呂装置は、自動的に一定温度の湯を所望水位まで浴槽に注湯する機能を有しているので、手間がかからず快適な入浴が可能である。
【０００３】
ところで、最近の住宅建築構造の多様化により、給湯器と浴槽との配置関係をその住宅建築構造に応じて設定する必要が出てきた。この点、前述の全自動式給湯風呂装置によれば、強力なポンプを備えているので、十分対応することができる。例えば、浴槽Ｂが二階で給湯器Ｗｈが一階というタイプ（図７参照）、浴槽Ｂが一階で給湯器Ｗｈが浴室外壁に埋設されたタイプ等が、新たに見受けられるようになってきた（図８参照）。
【０００４】
このために、浴槽と給湯器との設置位置の落差が拡大化し、浴槽の水位を検出しなければならない範囲が概ね＋４ｍ〜−２ｍに拡がることとなった。かかる浴槽の水位を精度よく測定することは、運転機能上重要なことである。
【０００５】
水位検出をするための具体的な手段としては、給湯器から浴槽に至る給湯配管に設けられた圧力センサＳによって水圧を検出し、この水圧にかかる信号を増幅器Ａにて増幅して制御回路Ｃに導入し、ＡＤ変換器によりディジタル信号に変換して制御処理を行う構成を挙げることができる（図９参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、問題になるのは検出精度である。圧力センサＳ及び増幅器Ａは精度上問題はないが、ここでのＡＤ変換器は８ビットであり、水位検出範囲のフルスケール（＋４ｍ〜−２ｍ）をカバーしようとすると、分解能は、
６０００（ｍｍ）／２⁸＝２３．４（ｍｍ）
となり、実用上要求される検出精度は±２０（ｍｍ）であるから、このままでは使用不能である。
【０００７】
この場合、高分解能のＡＤ変換器を採用することが考えられるが、ビット数の増加とともに、回路構成も複雑になり、部品点数が大幅に増加して大型化するので、当然、製品価格が大幅に上昇し、実用的でない。
【０００８】
そこで、本発明は、高分解能のＡＤ変換器等を用いることなく水位等の状態量の検出精度を高めた自動給湯風呂装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動給湯風呂装置は、検出された水位、温度等の状態量に応じて所定の制御を行う自動給湯風呂装置（全自動給湯風呂装置１）であって、特定の検出範囲内にある状態量を検出し、その状態量を表す検出信号を発生する検出手段（例えば、圧力センサ１３）と、この検出手段の前記検出範囲を一部に重複部分を持たせて複数の検出範囲に分割するとともに複数の増幅器を設け、各増幅器に前記検出範囲と対応する増幅範囲を割り当て、前記増幅範囲毎に前記検出信号を個別に増幅するとともに、ディジタル信号に変換し、このディジタル信号を処理して前記検出信号に応じた制御出力を発生する制御手段（給湯制御部１４）とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように状態量の検出範囲を分割するとともに複数の増幅器を設け、分割された各検出範囲に増幅器の増幅範囲を割り当て、増幅範囲毎にＡＤ変換を行って検出信号を処理している。即ち、全体の検出範囲に比較して狭い分割された検出範囲毎に個別に信号処理するようにしたので、見かけ上の分解能を上げることができ、検出精度の向上とともに、質の高い制御を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の自動給湯風呂装置において、前記制御手段は、前記検出手段の前記検出範囲を一部に重複部分を持たせて複数の検出範囲に分割するとともに複数の増幅器（オペアンプ２２、２３、２５、２６）を設け、各増幅器に前記検出範囲と対応する増幅範囲を割り当て、前記増幅範囲毎に前記検出信号を個別に増幅して出力する増幅手段（増幅回路１５、１６）と、この増幅手段で得られた複数の前記出力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号を処理して前記検出信号に応じた制御出力を発生する演算回路（１７）とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の自動給湯風呂装置において、前記状態量が浴槽水位であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の自動給湯風呂装置において、前記検出範囲から分割された前記検出範囲の重複部分は、浴槽（３）の水位検出部からその浴槽の最高水位までの高さより大きく設定したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して説明する。
【００１５】
図１ないし図４は自動給湯風呂装置の実施例を示し、図１はその全体構成、図２及び図３はその給湯制御部の構成、図４は増幅回路の構成を示している。
【００１６】
全自動給湯風呂装置１は、給湯装置２から浴槽３に配管４ａ、４ｂを介して注湯、並びに浴槽水の追焚循環を行う構成である。
【００１７】
給湯装置２は給湯器５と追焚熱交換器６とホッパ７とを具備し、給湯器５から冷水、温水が配管８を通り弁９を介してホッパ７に供給されるようになっており、ホッパ７から流路切換弁１０、循環ポンプ１１、流路切換弁１２、追焚熱交換器６、配管４ａを介して浴槽３に至るように構成されている。また、浴槽３から温水が配管４ｂ、流路切換弁１０、循環ポンプ１１、流路切換弁１２を介して追焚熱交換器６に至るように構成されている。さらに、給湯装置２内の配管４ｂには、浴槽水の水位を検知するための圧力センサ１３が設けられている。
【００１８】
そして、給湯装置２には、給湯装置２を構成する要素を操作制御するための給湯制御部１４が設けられている。
【００１９】
給湯制御部１４は、圧力センサ１３等、各種の検出手段による検出信号ｍを取り込み、リモコン手段（図示せず）からの操作指令信号Ｖ_Cを取り込んで信号処理を行い、操作制御信号Ｖ_Oを導出するものである。
【００２０】
そこで、給湯制御部１４は、図２に示すように、圧力センサ１３による検知信号（電圧信号）を取り込んで信号増幅する第１、第２の増幅回路１５、１６を有し、これら増幅信号をディジタル信号に変換して、演算回路１７にて信号処理を行う構成である。また、給湯制御部１４は、例えば、図３に示すように、増幅回路１５、１６からの出力信号をアナログスイッチで切り換えて一つのＡＤ変換器を用いて処理を行ってもよい。
【００２１】
そして、増幅回路１５は、図４に示すように、反転増幅回路１８、１９を２段に接続構成し、また、増幅回路１６も、反転増幅回路２０、２１を２段に接続構成している。
【００２２】
この増幅回路１５において、第１段側の反転増幅回路１８は、オペアンプ２２と抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂によって構成され、第２段側の反転増幅回路１９は、オペアンプ２３と抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄によって構成される。第１段側の反転増幅回路１８の出力側を第２段側の反転増幅回路１９の抵抗器Ｒ₃に接続している。また、これらオペアンプ２２、オペアンプ２３の＋入力端子を、シフト回路２４を構成する可変抵抗器ＶＲ₁を介して接地している。
【００２３】
また、増幅回路１６において、反転増幅回路２０は、オペアンプ２５と抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂によって構成され、反転増幅回路２１は、オペアンプ２６と抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄によって構成される。また、これらオペアンプ２５、２６の＋入力端子を、シフト回路２７を構成する可変抵抗器ＶＲ₂を介して接地している。
【００２４】
以上のように構成された各増幅回路１５、１６において、圧力センサ１３からの検知信号（電圧信号）は、増幅回路１５の反転増幅回路１８におけるオペアンプ２２に抵抗器Ｒ₁を介して印加されるとともに、さらに、増幅回路１６の反転増幅回路２０におけるオペアンプ２５に、抵抗器Ｒ₁を介して印加されるようになっている。
【００２５】
オペアンプ２２、２３の＋入力端子の可変抵抗器ＶＲ₁と、オペアンプ２５、２６の＋入力端子の可変抵抗器ＶＲ₂の抵抗値を調整することによって、検出範囲にかかる検知信号（電圧信号）を分割し、それぞれ、分割された検出範囲にかかる検知信号を増幅する構成である。
【００２６】
即ち、増幅回路１５のオペアンプ２２のシフト回路２４において、可変抵抗器ＶＲ₁を調整して、＋入力端子にかかる電圧が１Ｖ（水位−２ｍに対応する）とし、増幅回路１６のオペアンプ２５のシフト回路２７において、可変抵抗器ＶＲ₂を調整して、＋入力端子にかかる電圧が２．５Ｖ（水位＋１ｍ）となるように調整している。
【００２７】
次に、作用を説明すると、全自動給湯風呂装置１において、給湯装置２から浴槽３に配管４ａ、４ｂを介して浴槽３に設定水位まで注湯を行うと、給湯装置２内の配管４ｂを介して浴槽水が圧力センサ１３まで導入され、圧力センサ１３によって、浴槽水の圧力を検知することができる。
【００２８】
給湯制御部１４において、圧力センサ１３からの検知信号（電圧信号）１〜４Ｖが増幅回路１５の反転増幅回路１８における抵抗器Ｒ₁を介してオペアンプ２２に印加されるとともに、増幅回路１６の反転増幅回路２０における抵抗器Ｒ₁を介してオペアンプ２３に印加される。
【００２９】
ここで、増幅回路１５のオペアンプ２２のシフト回路２４において、可変抵抗器ＶＲ₁を調整して＋入力端子にかかる電圧が１Ｖ（水位−２ｍに対応する）とし、増幅回路１６のオペアンプ２５のシフト回路２７において、可変抵抗器ＶＲ₂を調整して＋入力端子にかかる電圧が２．５Ｖ（水位＋１ｍ）となるように調整すると、検知信号（電圧信号）が２．５Ｖで増幅回路１５は飽和（出力５Ｖ）し、増幅回路１６は検知信号２．５Ｖで出力が０Ｖで、検知信号４Ｖで飽和（出力５Ｖ）する。
【００３０】
これによって検出範囲（−２ｍ〜＋４ｍ）にかかる検知信号（１〜４Ｖ）を、検出範囲（−２ｍ〜＋１ｍ）内の検知信号（１〜２．５Ｖ）を増幅回路１５で増幅して取り出し、検出範囲（＋１ｍ〜＋４ｍ）内の検知信号（２．５Ｖ〜４Ｖ）を増幅回路１６で増幅して取り出し、分割された検出範囲毎に増幅出力を個別に取り出すことができる。
【００３１】
このようにして圧力センサ１３からの検知信号は、検出範囲（−２ｍ〜＋１ｍ）と検出範囲（＋１ｍ〜＋４ｍ）とに分割して出力を取り出すことができ、それぞれ、ディジタル信号に変換して、演算回路１７にて信号処理が実行される。
【００３２】
ここで、増幅回路１５、１６の入出力特性を図５に示す。増幅回路１５により増幅される検出範囲（−２ｍ〜＋１ｍ）にかかる検知信号（１〜２．５Ｖ）、増幅回路１６により増幅される検出範囲（＋１ｍ〜＋４ｍ）にかかる検知信号（２．５Ｖ〜４Ｖ）において分解能は、
３０００（ｍｍ）／２⁸≒１１．７２（ｍｍ）
ということになり、実用上要求される分解能±２０（ｍｍ）からすると、分解能が向上し、検出精度が向上したことがわかる。
【００３３】
次に、本発明の自動給湯風呂装置では、検出された状態量に対して以下の通り検出範囲を分割処理することもできる。本実施例においても、信号処理装置は、前述の実施例と同構成であるので、構成説明を省略する。
【００３４】
本実施例においても、全体の検出範囲を分割して処理を行うが、例えば、図６に示すように、全体の検出範囲の中から実際に必要な検出範囲を特性が重複するように構成して分割処理を行うようにしてもよい。図中、ｈ₂は、図７又は図８に示す装置において、検出口から浴槽Ｂに設定した最高水位までの高さｈ₁より大きくなるように範囲を設定したものである。
【００３５】
ここで、分割処理の具体例を挙げて説明する。高さｈ₁を例えば５５ｃｍとすると、図６に示す高さｈ₂を６０ｃｍと設定する。そして、全体の高さ（−２ｍ〜＋４ｍ）の範囲の中間の＋１ｍを中心として、ここより±３０ｃｍをｈ₂の範囲として設定する。
【００３６】
増幅回路１５において、可変抵抗器ＶＲ₁が１Ｖになるように調整し、増幅回路１５の出力特性が＋１．３ｍの点（２．６５Ｖ）で飽和するように抵抗器Ｒ₄を調整する。
【００３７】
一方、増幅回路１６では、可変抵抗器ＶＲ₂を＋０．７ｍの点（入力電圧２．３５Ｖ）に調整し、増幅回路１６の出力特性が＋４ｍの点（４Ｖ）で飽和するように抵抗器Ｒ₄を調整する。
【００３８】
浴槽Ｂの水位検出口の水位が増幅回路１５、１６の増幅範囲の重複部より下側に外れたａ点であるときには、浴槽Ｂに設定した最高水位ｂ点までの間隔が重複部中に包含されるため、増幅回路１５で増幅してＡＤ変換器に信号を送り、ｂ−ａの水位を検出する。
【００３９】
また、浴槽Ｂの水位検出口の水位が増幅回路１５、１６の増幅範囲の重複部中にあるｃ点であるときには、浴槽Ｂに設定した最高水位ｄ点までの間隔が重複部中を逸脱するため、増幅回路１６で増幅してＡＤ変換器に信号を送り、ｄ−ｃの水位を検出するものである。
【００４０】
以上のように検出信号を分割して処理すれば、重複部ｈ₂の範囲を浴槽Ｂの水位検出口の位置から浴槽Ｂに設定した最高水位までの高さｈ₁より大きく設定することにより、信号検出を増幅回路１５と、増幅回路１６にそれぞれ依存させることができ、測定効率が良好となる。
【００４１】
ところで、オペアンプ２２、２３、２５、２６は、動作中の周囲温度の変化や、抵抗器の発熱によって温度ドリフトが発生し、増幅回路１５、１６の出力特性は変動して図６の特性の傾きが変化するが、増幅はリニアに行っているから、ａ点、ｂ点の位置関係は変わりがなく、温度補償回路を特別に設けなくても良好に水位を検出することができる。
【００４２】
以上、実施例を挙げて説明したが、何れにしても検出範囲を分割して、それぞれ別に出力を取り出すようにし、ＡＤ変換を行って演算回路に導入し、信号処理を行うようにしたので、分解能を小さくすることができ、高分解能のＡＤ変換器を使用しなくても検出精度を高めることができる。なお、実施例においては、検出範囲を二つに分けた実例を挙げて説明したが、必要に応じて三つ、四つに分割し、信号処理を行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
ａ水位等の状態量を一部に重複部分を持たせて複数の検出範囲に分割して各増幅器の増幅範囲に割り当て、各増幅出力にＡＤ変換を行い、ディジタル信号を処理して制御を行うので、見かけ上の分解能を高めることができ、高分解能のＡＤ変換器を用いることなく検出精度を高めることができるとともに、コストアップを抑えることができ、簡易で制御性の良好な給湯制御等を実現することができる。
ｂ全体の検出範囲に対して、一部を重複させて分割すると、増幅回路の温度補償が不要となり、その調整が簡単になるとともに、良好な信号処理を行うことができる。
ｃ給湯装置と浴槽の設置位置関係に左右されることなく、精度の高い水位検出等の状態量の検出が可能となり、良好な水位制御等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動給湯風呂装置を示す系統図である。
【図２】給湯制御部の一例を示すブロック図である。
【図３】給湯制御部の他の例を示すブロック図である。
【図４】検出信号の分割範囲に対応して増幅範囲を割り当てた増幅回路の一例を示す図である。
【図５】増幅回路の検出信号と出力信号の関係特性を示す図である。
【図６】増幅回路の検出信号と出力信号の関係を示す特性グラフである。
【図７】浴槽と給湯器の配置関係の一例を示す説明図である。
【図８】浴槽と給湯器の配置関係のもう一つの例を示す説明図である。
【図９】水位検出の信号処理のための説明図である。
【符号の説明】
１全自動給湯風呂装置
３浴槽
２２、２３、２５、２６オペアンプ（増幅器）
１３圧力センサ（検出手段）
１４給湯制御部（制御手段）
１５、１６増幅回路（増幅手段）
１７演算回路

Claims

検出された水位、温度等の状態量に応じて所定の制御を行う自動給湯風呂装置であって、
特定の検出範囲内にある状態量を検出し、その状態量を表す検出信号を発生する検出手段と、
この検出手段の前記検出範囲を一部に重複部分を持たせて複数の検出範囲に分割するとともに複数の増幅器を設け、各増幅器に前記検出範囲と対応する増幅範囲を割り当て、前記増幅範囲毎に前記検出信号を個別に増幅するとともに、ディジタル信号に変換し、このディジタル信号を処理して前記検出信号に応じた制御出力を発生する制御手段と、
を備えたことを特徴とする自動給湯風呂装置。
前記制御手段は、
前記検出手段の前記検出範囲を一部に重複部分を持たせて複数の検出範囲に分割するとともに複数の増幅器を設け、各増幅器に前記検出範囲と対応する増幅範囲を割り当て、前記増幅範囲毎に前記検出信号を個別に増幅して出力する増幅手段と、
この増幅手段で得られた複数の前記出力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号を処理して前記検出信号に応じた制御出力を発生する演算回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動給湯風呂装置。
前記状態量が浴槽水位であることを特徴とする請求項１記載の自動給湯風呂装置。
前記検出範囲から分割された前記検出範囲の重複部分は、浴槽の水位検出部からその浴槽の最高水位までの高さより大きく設定したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の自動給湯風呂装置。