KR100816805B1 - 급수전 장치 - Google Patents

Abstract

발전에 의한 에너지를 이용하여 급수전을 제어하는 급수전 장치에 있어서, 사용 부재 모두가 장기간, 필요한 성능을 유지하고, 급수전 장치의 제품 수명에 이르기까지 전지 등 일체의 부품 교환이 불필요한, 진정한 메인터넌스 프리(maintenance-free)를 실현하는 급수전 제어장치를 제공한다. 콘덴서와, 이 콘덴서의 전압을 소정의 전압으로 변환하는 전압 변환 수단과, 이 전압 변환 수단으로부터의 급전(給電)에 의해 작동되는 급수전 제어 회로와, 이 급수전 제어 회로에 의해 유로를 개폐하는 전자 밸브를 가지는 급수전 제어장치에 있어서, 발전 수단과 1차 전지를 구비하고, 상기 콘덴서는 상기 발전 수단의 출력 또는 상기 1차 전지에 의해 충전되도록 하였다.

Description

급수전 장치{FAUCET APPARATUS}

본 발명은 급수전 제어장치에 관한 것으로, 특히 발전 기능을 구비한 제어장치에 관한 것이다.

발전 기능에 의해 급수전 제어장치를 구동하는 목적은, 장치의 전원에 관한 일체의 공사, 메인터넌스(maintenance)를 없애는 것이다. 이것이 사용 조건에 따라 동작이 정지하거나, 정기적으로 부품의 교환 등을 필요로 한다면, 발전 기능을 마련하는 의미가 없다.

종래, 일본국 실용신안 공고 평6-37096호 공보에 보여진 것을 상술하면, 아래와 같다.

발전기는 급수전의 유로에 마련된 익차(翼車)에 의해 구동되며, 이 발전기에 의해 축전지를 충전하고 축전지에 의해 급수전 제어기(제어 회로)에 급전(給電)하는 장치에 있어서, 축전지의 충전이 부족한 경우에 대비하여 건전지를 마련하여, 건전지로부터도 급수전 제어기에 급전할 수 있도록 한 것이다. 건전지는 발전량이 부족한 경우에 동작이 정지하는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.

종래의 발명에 의하면, 축전지를 제어 회로의 주전원으로 하고, 축전지의 전압 부족 시에는 건전지로부터 제어 회로로 전원 전류를 공급한다. 이것은 아래와 같은 문제가 있다.

먼저, 주전원으로 축전지를 사용하고 있으나, 축전지는 다른 전자 부품, 예를 들면 저항이나 콘덴서에 비교하여 사용 가능한 연수, 즉 수명이 짧다. 축전지는 휴대 기기나 전동 공구, 완구 등, 전력 소비가 많아 건전지를 사용하면 비경제적인 것에 적당하며, 급수전 장치와 같이 약간의 전력 소비로 장시간 사용되는 설비 기기로는 본질적으로 잘 맞지 않는다.

또한 축전지에는 그 종류마다 정(定)전압 충전, 저전류 충전, 온도 변동의 감시 등 적절한 충전 방법이 있으며, 마찬가지로 방전에 대해서도 전류값 등의 제한 조건이 있다. 이에 따르지 않을 경우에는, 축전지의 과충전, 혹은 과방전이 되어 성능이 현저히 열화(劣化)하는 경향이 있다.

급수전의 토수(吐水) 시에 발전기에 의해 충전하는 방법에서는, 발전이 행해지는 시간이 짧기 때문에 순간적으로 대전력을 발생하고, 또한 그 타이밍을 예측할 수 없다. 종래예에는 없지만 태양 전지를 발전기로 사용하는 경우는, 청천(晴天) 시에 대전류가 수시간 계속하여 흐르고, 이것이 며칠이나 계속된다. 마찬가지로 열수와 냉수의 온도차를 이용하여 열 발전 소자에 의해 발전하는 경우에도 발전의 컨트롤이 어렵다.

수력 발전, 태양 전지, 열발전의 어느 경우도 사용자가 충전기 등을 사용하여 축전지를 의식적으로 충전하는 경우와 달리, 상황에 따라 충전 조건은 다양하게 변화한다. 축전지에 추천되는 충전 룰(rule)을 만족시키기 어렵고, 축전지의 단수명화는 피할 수 없다.

이상과 같이 일반적으로 장수명을 기대할 수 없는 축전지를 사용하고, 또한 부적절한 방법으로밖에 충전할 수 없기 때문에, 축전지는 수년만에 교환해야 할 것으로 예상된다. 따라서 축전지의 사용에 의해 급수전 장치의 수명이 다하기 전에 축전지를 교환해야 하고 메인터넌스 프리(maintenance free)의 목적을 다할 수 없다. 따라서 축전지의 사용은 잘못된 선택이라 할 수 있다.

또한 축전지와 건전지는 제어 회로에 대하여 병렬로 접속되어, 어느 한 쪽의 전지, 혹은 양쪽에서 제어 회로로 통전(通電)된다. 종래예에서는 다이오드를 이용하여 전지 전압의 고저차에 따라 전환하는 방식이다. 이것은 아래와 같은 문제가 있다.

전지를 전환하여 사용한다는 것은, 축전지와 건전지가 동등한 성능을 가져야 한다는 것이다. 급수전의 제어 회로의 주된 소비는 전자 밸브의 구동이며, 전지를 사용한 급수전 장치에는 전자 밸브의 개(開)상태, 폐(閉)상태를 유지하는 래칭 솔레노이드(latching solenoid)가 일반적으로 사용되는데, 이것은 순간적으로 대전류를 필요로 한다. 따라서, 종래예에서는 축전지, 건전지, 동시에 대전류를 내보내는 능력을 가진 전지가 아니면 안된다.

그러나, 예를 들어, 10년간이라는 장기간 사용할 수 있는 건전지는 가스 미터(gas meter) 등 미소 전류로 장기간 소비되는 용도로 개발되어 있고, 전지의 내부 저항이 크고, 대전류의 통전 용도에는 적당하지 않다. 대전류를 통전하면 건전지가 열화하고, 축전지와 마찬가지로 수년 정도의 수명이 되며, 앞에서 설명한 전원의 메인터넌스 프리의 목적에 반한다.

또한 축전지와 건전지의 명확한 전환은, 현실적으로는 매우 곤란하다. 축전지도 건전지도 전지 잔량이 적어지면 출력 전압이 저하하는 경향이 있지만, 그의 성능은 전지의 종류에 따라 다양하다. 잔량뿐만 아니라, 온도 등의 환경에도 변화하며, 이것도 전지의 종류에 따라 다르다.

종래예에 있는 니카드(니켈-카드뮴) 전지는 방전 특성이 비교적 평탄한 타입의 전지이며, 방전 기간의 대부분을 1.2 V 정도로 유지하고, 그 후 급격히 전압이 저하한다. 축전지의 전압이 급격히 저하하는 상태는 과방전에 가까운 상태이고, 전류 공급 능력도 극단적으로 저하하고, 제어 회로를 구동할 수 없다.

따라서 급격한 전압 저하에 이르기 전에 건전지로 전환해야 하는데, 니카드 전지가 일정한 전지 전압을 유지하는 상태가 길기 때문에, 건전지와 축전지가 동시에 소비되는 경우가 많아진다. 건전지도 마찬가지로 전지 잔량에 따라 서서히 전압이 변화하기 때문에, 어느 전압을 경계로 전환한다는 것은 불가능하고, 축전지와 동시에 소비되는 것은 피할 수 없다.

또한 축전지의 전압이 일단 저하되면, 충전에 의해 전압이 복귀하기 위해서는 상당량의 충전이 필요하다. 따라서 발전이 행해지더라도 건전지의 소비는 잇달아 계속된다. 더욱이 건전지는 축전지의 충전에도 사용되며, 축전지의 자기 방전분, 축전지의 충전 시의 발열 등의 손실분도 부담해야만 한다. 따라서 건전지의 소비는 점점 더 커지게 되고, 일단 건전지가 동작을 시작하면 그 용량의 대부분을 소비해 버려 건전지의 교환까지의 시간이 짧아진다.

이와 같이 종래의 방식에서는 축전지와 건전지의 쌍방으로부터 급수전 제어 회로에 급전 가능하게 되어 있으므로, 축전지의 잔량이 부족한 경우에 사용되어야 하는 건전지가 본의 아니게 소비되고 정말 건전지가 필요한 때에 그의 잔량이 충분하지 않게 될 우려가 있다. 또한 축전지와 건전지의 어느 것이 사용되는지 파악할 수 없기 때문에, 건전지가 소비되는 페이스를 예측할 수 없고, 건전지의 교환을 여유를 두고 더욱 빨리 행해야 한다. 이 또한 진술한 바와 같이, 발전에 따라 전원을 메인터넌스 프리로 하는 목적에 반한다.

이상과 같이 축전지와 건전지를 전환하면서 제어 회로에 통전하는 방식에서는 현실적으로 사용되는 전지의 특성에 따라 축전지, 건전지가 빠르게 수명을 다해 버려, 시스템이 목적하는 메인터넌스 프리를 실현할 수 없다.

또한 발전 수단으로서 특히, 수차(水車)와 발전기로 이루어지는 수력 발전기를 사용하는 경우, 메인터넌스 프리와는 별개로 아래와 같은 문제가 있다.

발전기의 잘 알려진 특성으로서, 발전기로부터 출력 전류가 나오면, 이 전류의 전자력에 의해 발전기의 회전을 막는 방향으로 토크(torque)가 발생한다. 이것은 발전기에 장착된 수차의 회전을 막음으로써, 수력 발전기 부분의 압력 손실을 증대시키고 급수전 장치의 유량은 저하된다.

발전기는 급수전 장치의 전원이 되는 축전 수단을 충전하는 것이 목적이고, 충전 전류를 출력하는 상태에서 급수전 장치의 유량은 적당량으로 설정된다.

그러나, 축전 수단이 최대로 충전이 되어 충전 불필요, 혹은 충전을 금지해야 하는 상태가 되면 그 때까지 충전 전류로서 출력되고 있던 발전기의 전류의 목적지가 없어지게 된다. 그러면 발전기의 출력 전류가 제로가 되어 수력 발전기 부 분의 압력 손실이 감소하여 급수전 장치의 유량이 증가한다.

이와 같이 수력 발전의 경우 축전 수단을 충전하는지 아닌지에 따라 발전기의 부하 전류가 변화하여 사용자의 의도와는 전혀 무관하게 급수전 장치의 유량이 변화한다는 문제가 있다.

예를 들어 일본국 공개 실용신안 공고 2-65046 공보에 「축전지가 최대로 충전이 되지 않은 경우에만 발전기와 축전지를 접속한다」는 고안이 개시되어 있다. 이 경우 축전지가 최대로 충전이 되면 발전기의 부하가 없어지기 때문에, 상술한 대로 축전지의 충전이 완료되면 갑자기 급수전의 유량이 증가되어 버린다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 발전기에 의한 에너지를 이용하여 급수전을 제어하는 급수전 장치에 있어서, 사용 부재 모두가 장기간, 필요한 성능을 유지하고, 급수전 장치의 제품 수명에 이르기까지 전지 등 일체의 부품 교환이 불필요한 진정한 메인터넌스 프리를 실현하는 급수전 제어장치를 제공하는 것에 있다.

또한 수력 발전을 사용하는 경우에, 축전 수단의 충전 상태와 관계없이, 유량이 안정한 급수전 제어장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 콘덴서와, 이 콘덴서의 전압을 소정의 전압으로 변환하는 전압 변환 수단과, 이 전압 변환 수단으로부터의 급전에 의해 작동되는 급수전 제어 회로와, 이 급수전 제어 회로에 의해 유로를 개폐하는 전자(電磁) 밸브와, 발전 수단과, 1차 전지를 구비하고, 상기 콘덴서는 상기 발전 수단의 출력 또는 상기 1차 전지에 의해 충전되도록 한 것을 특징으로 하는 급수전 제어장치가 제공되고, 이 급수전 제어장치에는, 수명이 짧은 부품이 없다.

또한, 상기 구성의 급수전 제어장치에 있어서, 상기 1차 전지로부터 상기 콘덴서로의 충전을 제어하는 충전 제어 수단을 구비하였으므로, 대전류 방전에 의한 1차 전지의 열화를 방지한다.

또한, 상기 충전 제어 수단은 상기 콘덴서의 전압에 따라 제어하도록 하였으므로, 1차 전지의 쓸데없는 소비를 방지한다.

또한, 상기 충전 제어 수단은 상기 1차 전지로부터 상기 급수전 제어 회로로의 급전(給電)을 제한하는 기능을 구비하였으므로, 1차 전지의 소비량을 관리할 수 있다.

또한, 일 실시형태에 의하면, 상기 충전 제어 수단은 스위치 수단으로 하였으므로, 제어가 간편하다.

또한, 다른 실시형태에 의하면, 상기 충전 제어 수단은 임피던스(impedance) 변경 수단으로 하였으므로, 고도의 제어가 가능하다.

또한, 상기 스위치 수단은 상기 급수전 제어 회로의 부하 전류에 따라 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하도록 하였다.

또한, 상기 스위치 수단은 상기 전압 변환 수단의 출력 저하 시에 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하도록 하였다.

또한, 상기 스위치 수단은 상기 전자 밸브의 통전 후 소정 시간, 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하도록 하였다.

또한, 상기 구성에서, 대전류 방전에 의한 1차 전지의 열화를 방지하고, 1차 전지의 소비를 관리할 수 있다.

또한, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 급수전 제어장치의 부하 전류에 따라 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 고임피던스로 하도록 하였다.

또한, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 전압 변환 수단의 출력 저하 시에 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 고임피던스로 하도록 하였다.

또한, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 전자 밸브의 통전 후 소정 시간 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 고임피던스로 하도록 하였다.

또한, 콘덴서의 충전 시간을 최적으로 제어하면서, 대전류 방전에 의한 1차 전지의 열화를 방지하고, 1차 전지의 소비를 관리할 수 있다.

또한, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로로 하였으므로, 콘덴서의 전압에 관계없이 전압 변환 수단의 효율이 좋다.

또한, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로이며, 상기 충전 제어 수단은 저항으로 하였으므로, 충전 제어 수단을 마이크로컴퓨터 등에 의해 제어할 필요가 없다.

또한, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로이며, 이 스위칭형 전압 변환 회로의 스위칭 동작 시에 상기 1차 전지와 상기 콘덴서의 접속을 차단하도록 하였으므로, 대전류 방전에 의한 1차 전지의 열화를 방지하고, 1차 전지의 소비를 관리할 수 있다.

또한, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로이며, 이 스위칭형 전압 변환 회로의 스위칭 동작 시에, 상기 1차 전지와 상기 콘덴서의 접속을 고임피던스로 하도록 하였으므로, 콘덴서의 충전 시간을 최적으로 제어하면서, 대전류 방전에 의한 1차 전지의 열화를 방지하고 1차 전지의 소비를 관리할 수 있다.

또한, 상기 전압 변환 회로는 승압 회로로 하였으므로, 1차 전지의 전압이 낮아져도 좋다.

또한, 상기 임피던스 변경 수단은 저항과 스위치 소자의 직렬 또는 병렬 회로로 하였으므로 스위치 소자의 제어로 다양한 임피던스 변경이 가능하다.

또한, 상기 임피던스 변경 수단은 스위치 소자의 ON/OFF 제어의 변경에 의한 것으로 하였으므로, 소부품으로 해결하고 마이크로컴퓨터 등에 의한 제어에 최적이다.

또한, 상기 콘덴서 전압이 소정 전압 이상인 경우, 상기 콘덴서를 방전하는 방전 수단을 구비하도록 하였으므로 발전 수단의 출력이 너무 큰 경우의 불합리를 회피할 수 있다.

또한, 상기 방전 수단은 저항과 스위치 소자에 의해 구성되었으므로 부품이 저가로, 제어도 간단하다.

또한, 급수전 제어장치의 사용자를 검출하는 인체 검출 수단을 구비하고, 상기 콘덴서의 전압에 따라 상기 인체 검출 수단의 작동 빈도를 제어하도록 하였으므로, 방전 수단을 위한 추가 부품이 불필요하다.

또한, 상기 발전 수단은 급수전 장치의 유로에 설치된 수력 발전기로 하였으므로 급수전을 사용할 때마다 발전이 이루어진다.

또한, 상기 발전 수단은 급수전 장치의 본체 또는 근처에 설치된 태양 전지로 하였으므로 상시 발전이 가능하다.

또한, 상기 발전 수단은 급수전 장치의 유로에 열적(熱的)으로 결합된 열발전 소자로 하였으므로, 급수전을 사용할 때마다 발전이 이루어져, 가동 기계 부품이 없으므로 내구성이 우수하다.

또한, 상기 발전 수단은 급수전 장치의 유로에 설치된 수력 발전기, 또는 급수전 장치의 본체 또는 근처에 설치된 태양 전지, 또는 급수전 장치의 유로에 열적으로 결합된 열 발전 소자 중 어느 2개 이상을 조합시키도록 하였으므로 사용 상황에 따른 설정이 가능하다.

또한, 상기 발전 수단은 다른 발전 수단과 교환 가능하게 구성하였으므로, 급수전 장치의 설치 후에도 상황에 따라 변경할 수 있다.

또한, 상기 발전 수단의 출력에 출력 전압 제한 회로를 구비하였으므로, 발전 수단의 조합 시에 신뢰성이 향상된다.

또한, 전력 소비 회로를 구비하여, 상기 콘덴서 또는 전력 소비 회로를 발전기 출력에 접속하기 위한 전환 수단을 구비하였으므로, 발전기의 출력 전류가 도중에 끊기는 일이 없어, 급수전 장치의 유량이 안정된다.

또한, 상기 전환 수단은 상기 콘덴서의 충전 전압에 따라 제어하도록 하였으므로, 급수전 장치의 유량 안정과 동시에 콘덴서의 충전 제어도 가능하게 된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 급수전 장치의 유로에 설치된 수력 발전기와, 이 발전기에 의해 충전되는 축전 수단과, 이 축전 수단으로부터의 급전에 의해 작동되는 급수전 제어 회로와, 이 급수전 제어 회로에 의해 유로를 개폐하는 전자 밸브를 가지는 급수전 제어장치에 있어서, 전력 소비 회로를 구비하고, 또한, 이 전력 소비 회로 또는 상기 축전 수단을 상기 발전기의 출력에 접속하기 위한 전환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 급수전 제어장치가 제공되고, 이 급수전 제어장치에서는, 발전기의 출력 전류가 도중에 끊기는 일이 없어, 급수전 장치의 유량이 안정된다.

상기 급수전 장치에 있어서, 상기 전환 수단은 축전 수단의 충전 전압에 따라 제어되도록 하였으므로, 급수전 장치의 유량 안정과 동시에 축전 수단의 충전 제어도 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예의 회로도이며,

도 2는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예의 메인 루틴(main routine)의 플로 차트이며,

도 3은 본 발명의 제 1 내지 제 3 및 제 5 실시예의 개통전(開通電)의 플로 차트이며,

도 4는 본 발명의 제 1 내지 제 3 및 제 5 실시예의 폐통전(閉通電)의 플로 차트이며,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 충전 제어의 플로 차트이며,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 동작을 나타내는 타이밍 차트이며,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 충전 제어의 플로 차트이며,

도 8은 본 발명의 제 3 및 제 5 실시예의 충전 제어의 플로 차트이며,

도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 회로도이며,

도 10은 본 발명의 제 4 실시예의 동작을 나타내는 타이밍 차트이며,

도 11은 본 발명의 제 5 실시예의 회로도이며,

도 12는 본 발명의 제 5 실시예의 메인 루틴의 플로 차트이며,

도 13은 본 발명의 제 6 실시예의 회로도이며,

도 14는 본 발명의 제 7 실시예의 회로도이며,

도 15는 본 발명의 제 8 실시예의 회로도이며,

도 16은 본 발명의 제 9 실시예의 회로도이다.

본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해 아래에 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하는 회로도이다.

도 1에 있어서, 부호 1은 급수전 장치를 제어하는 급수전 제어회로의 중추가 되는 마이크로컴퓨터, 부호 2는 급수전 장치의 사용자를 검출하는 인체 검출 회로, 부호 3은 급수전 장치의 수로를 개폐하는 전자(電磁) 밸브의 솔레노이드, 부호 4는 솔레노이드(3)를 통전하는 솔레노이드 통전 회로이다.

마이크로컴퓨터(1), 인체 검출 회로(2), 솔레노이드 통전 회로(4)는 급수전 장치의 제어에 관한 부품이며, 급수전 제어 회로를 구성한다.

인체 검출 회로(2)는 급수전 장치가 자동 세면기인 경우 손을 검출하는 센서에 해당하며, 마이크로컴퓨터(1)의 포트(PO3)에 의해 검출 동작을 수행하고, 그 검출 결과를 마이크로컴퓨터(1)의 포트(PI1)에 출력한다. 또한, 인체 검출 회로(2)는 반드시 센서일 필요는 없고, 급수전 장치의 제어 조건이 되는 것이라면 수동 조작 스위치나 타이머 등이어도 좋다.

솔레노이드(3)는 전자 밸브의 개/폐 전환 시 이외에 전류를 소비하지 않고, 래칭식의 솔레노이드이며, 솔레노이드 통전 회로(4)는 솔레노이드(3)를 전자 밸브의 개·폐에 따라, 정/역 통전하는 H 브릿지 회로이며, 마이크로컴퓨터(1)의 포트(PO1)가 Hi인 때에 개통전(開通電), 포트(PO2)가 Hi인 때에 폐통전(閉通電)이 행해진다. 또한, 마이크로컴퓨터(1) 및 인체 검출 회로(2)의 통전 전류에 대하여 솔레노이드 통전 회로(4)의 통전 전류는 압도적으로 크다.

부호 5는 콘덴서이며, 전압 변환 회로(6)와 함께 급수전 제어 회로의 전원을 구성한다. 전압 변환 회로(6)는 드롭형의 정전압 회로이며, 도 1의 구성에 의해서뿐만 아니라, 3단자 레귤레이터 IC와 평활용(平滑用) 콘덴서에 의해서도 구성될 수 있다.

부호 7은 수로에 설치된 수차에 장착된 발전기이며, 그의 출력은 전파정류기(全波整流機)(8)에서 전파정류된 후, 다이오드(12a)를 통하여 콘덴서(5)를 충전한다. 정(定)전압 다이오드(9)는 전파정류기(8)의 출력이 콘덴서(5)의 최대 정격(定格) 전압을 넘지 않도록 하기 위한 보호 소자이고, 다이오드(12a)는 정전압 다이오드(9)의 리크(leak) 전류에 의해 콘덴서(5)가 방전되는 것을 방지한다.

부호 10은 1차 전지로, 저항(11), 트랜지스터(13), 다이오드(12)를 통하여 콘덴서(5)를 충전한다. 트랜지스터(13)는 마이크로컴퓨터(1)의 포트(PO4)에 의해 ON/OFF가 되며, 포트(PO4)가 Lo인 경우에 트랜지스터(13)는 ON으로 된다. 다이오드(12)는 1차 전지(10)의 역충전 방지용이다.

또한 전압 변환 회로(6)의 출력인 급수전 제어 회로의 전원 전압을 VDD, 콘덴서(5)의 전압을 VC라 하면, VDD와 VC는 각각 마이크로컴퓨터(1)의 A/D 변환 포트인 AD1와 AD2에 입력되고, 마이크로컴퓨터(1)는 각각의 전압을 알 수 있게 된다.

도 2는 급수전 장치의 메인 루틴의 플로 차트이다.

주기적으로 인체 검출 회로(2)를 동작시켜, 인체를 감지하면 솔레노이드(3)를 구동하여 토수(吐水)를 행하는 것으로, 자동 세면기로 잘 알려진 동작이다.

도 2의 메인 루틴의 프로그램 스텝 S001(이하, S001이라 함)에서 인체 검출 회로(2)를 작동시키고, 인체를 감지하고 있는 경우에는 S003으로부터 S004의 전자 밸브의 개통전, 인체를 감지하지 않는 경우에는 S005로부터 S006의 폐통전으로 진행한다.

다음으로 S007에서 콘덴서(5)의 충전 제어인 마이크로컴퓨터(1)의 PO4 제어 서브 루틴을 실행하고, S008에서 1초간 기다려 S001로 복귀하여, 루프(loop)를 형성한다.

S004의 개통전, S006의 폐통전의 서브 루틴의 플로 차트를 각각 도 3, 도 4에, S007의 PO4 제어 서브 루틴의 플로 차트를 도 5에 나타낸다.

도 3에 있어서, S301에서 PO4를 Hi로 하고, 트랜지스터(13)를 OFF로 하여 1차 전지(10)로부터의 급전(給電)을 정지한다. S302에서 PO1을 Hi로 하여 솔레노이드(3)를 개(開) 방향으로 통전하고, S303에서 20 msec 기다리고, S304에서 PO1을 Lo로 하여 통전을 종료하고, S305에서 PO4를 Lo로 되돌려 메인 루틴으로 복귀한다.

도 4는 도 3과 비교하여, 솔레노이드 통전을 제어하는 포트가 PO1로부터 PO2로 바뀐 것 뿐이다.

도 5에 있어서, S501에서, 먼저, 전압 변환 회로(6)의 출력 전압이고 급수전 제어 회로의 전원 전압인 VDD를 A/D 변환한다. S502에서, VDD가 전압 변환 회로(6)의 설정 전압(안정화하여 출력하는 정전압값)으로 되어 있는지, 즉, 순간적인 부하 전류의 증가 등으로 전압 변환 회로(6)의 출력이 본래의 설정값보다 저하되어 있는지 아닌지를 체크한다. 전압 변환 회로(6)에 사용하는 트랜지스터나 3단자 레귤레이터 등의 회로 소자는 모두 소자마다 한계 능력이 있고, 부하 전류에 의해 반드시 출력 전압 변동이 발생하기 때문이다.

VDD가 설정 전압을 충족시키지 않는 경우는, 급수전 제어 회로의 부하 전류가 급격히 증가한 경우이며, 이 때는 S505에서 PO4를 Hi로 하고 트랜지스터(13)를 OFF로 하여 1차 전지(10)로부터 급수전 제어 회로, 특히 솔레노이드 통전 회로(4)로의 전원 공급을 방지한다.

S502에서 VDD가 설정 전압인 경우에는, S503에서 콘덴서(5)의 전압(VC)을 A/D 변환한다. S504에서 VC가 충분히 높은 값인지 어떤지, 즉 VC가 「VDD의 설정값에 1V(전압 변환 회로(6)의 전압 강하분)를 더한 값」보다 높은지를 판단하여, 높은 경우에는 콘덴서(5)를 충전할 필요가 없으므로, S505에서 트랜지스터(13)를 OFF하고, 낮은 경우에는 S506에서 트랜지스터(13)를 ON으로 한다. 그리고, S507에서 메인 루틴으로 복귀한다.

도 6은 제 1 실시예의 동작예의 타이밍 차트이다. 먼저, 시각 T1(이하, T1이라 함) 이전에는, VC가 낮기 때문에 트랜지스터(13)는 ON으로 되고, 1차 전지(10)의 출력 전압과 거의 같은 값으로 되어 있다. T1에서 인체가 검출되면 솔레노이드 개통전이 행해진다. 이 통전 시에, 단시간이기는 하지만, 대전류가 솔레노이드(3)로 통전된다. 그러나, 도 3의 플로 차트에 의해 트랜지스터(13)는 OFF로 되고, 1차 전지(10)는 방전되지 않는다.

또한, 부하 전류의 급격한 증가에 의해 VDD가 저하되기 때문에, 개통전 종료 후에도 도 5의 S502의 판단에 의해 트랜지스터(13)를 OFF로 하고, 1차 전지(10)로부터의 전류 공급을 방지한다. 토수가 개시되면 발전기(7)가 발전을 시작하고, VC는 상승한다. 그리고, VDD가 설정값으로 돌아가기 때문에, T2에서 트랜지스터(13)는 일단 ON으로 되지만, T3에서 VC가 (VDD 설정 전압 + 1V)를 넘기 때문에 트랜지스터(13)는 OFF로 된다. 이 상태에서는 콘덴서(5)에 의해 급수전 제어 회로가 작동 가능한 상태이므로, 1차 전지(10)의 방전을 완전히 방지한다.

T4에서 인체의 검출이 없어지면 폐통전을 행하지만, 이 때도 1차 전지(10)로부터 통전되는 일은 없다. 토수를 종료하면, 마이크로컴퓨터(1), 인체 검출 회로(2) 등의 약간의 소비나 콘덴서(5)의 리크 전류 등에 의해 VC는 서서히 저하한다. 마이크로컴퓨터(1)는 VC의 저하를 검출하고, T5에서 트랜지스터(13)를 ON으로 하고, 콘덴서(5)의 전압은 1차 전지(10)에 의해 유지된다. 미약한 전류이기 때문에, 저항(11)의 영향은 거의 없다.

이와 같이, 대전류 부하가 발생한 때에 트랜지스터(13)를 OFF로 하기 때문에, 1차 전지(10)가 대전류 방전을 할 우려가 없다. 또한, 저항(11)이 콘덴서(5)의 충전 회로에 들어가 있기 때문에, 트랜지스터(13)가 ON으로 되어 있는 경우에도 1차 전지(10)의 출력 전류를 어느 정도 제한한다. 즉, 트랜지스터(10)의 제어가 순간적으로 늦어지는 등의 잘못된 상황에서도, 저항(11)이 1차 전지(10)의 대전류 방전을 완화한다.

또한 콘덴서(5)는 최저에서도 1차 전지(10)의 전압과 거의 같은 값으로 유지되고, 발전이 있으면 축전지와 달리 곧 전압이 상승한다. 즉, 발전이 시작되면 곧 1차 전지의 소비를 정지한다. 종래예에 있는 축전지는 발전 개시와 동시에 전지 전압이 높아지는 일 없이, 발전 개시와 동시에 1차 전지의 소비를 정지할 수 있다.

이상의 동작에 의해 본 실시예에서 얻을 수 있는 효과를 열거한다.

(1) 1차 전지(10)가 대전류의 공급을 하지 않게 되고, 1차 전지의 품종으로 서 대전류의 공급 능력이 없는 타입의 것으로도 사용할 수 있다. 즉, 가스 미터 등의 용도로 개발된 10년 정도의 수명을 가지는 1차 전지가 사용될 수 있다.

(2) 발전이 시작되면 곧 1차 전지의 소비가 정지하기 때문에, 1차 전지의 최대 소비량은 「발전이 이루어지지 않는 기간의 소비량」으로서, 정확하게 예측할 수 있다. 따라서, 1차 전지의 전용량(全用量)으로부터 최단 수명을 계산할 수 있게 되어 필요한 용량의 1차 전지를 선택하면, 1차 전지의 수명을 보증할 수 있다.

(3) 콘덴서는 축전지와 달리 충방전 횟수의 제한은 실질적으로 없는 것이나 다름없다. 용량이 1F 정도인 대용량의 콘덴서를 사용하면 1일 1회의 충방전으로 끝난다. 만약 10년의 수명으로 하더라도, 충방전 횟수는 3650회로, 콘덴서의 부품 수명으로서 전혀 문제가 없다. 따라서, 종래의 축전지와 달리, 수년만에 교환할 필요가 없다.

(4) 콘덴서의 충전은 전압을 인가할 뿐이므로 축전지에 있는 것과 같은 충전 제어가 불필요하다. 도 1과 같이 제너 다이오드(Zener diode)에 의해, 발전 출력을 콘덴서(5)의 내압 이하로 제한하는 것만으로도 좋고, 종래예의 축전지와 같은 과충전에 의한 열화의 걱정이 없다.

(5) 콘덴서(5)의 전압이 (VDD 설정 전압 + 1V)를 초과하면 충전을 정지하기 때문에, 만약 1차 전지(10)에 전압이 높은 것을 사용하더라도 콘덴서(5)의 충전에 문제는 없다.

(6) 콘덴서(5)는 충방전에 따라 전압 변동하지만, 전압 변환 회로(6)를 구비하고 있으므로, 콘덴서(5)의 전압이 상승하더라도 급수전 제어회로의 동작에 영향 을 미치지 않는다.

이상과 같이 콘덴서도 1차 전지도 본질적으로 장수명인 부품을 사용하고, 또한 동작 조건에서도 부품 열화의 걱정이 없고, 1차 전지가 본의 아니게 소비되는 일도 없기 때문에 1차 전지의 수명이 보증되고, 장기간, 부품이나 전지의 교환이 불필요한 완전히 메인터넌스 프리의 급수전 장치를 실현할 수 있다.

또한 콘덴서(5)의 충전 회로는 저항(11)과 트랜지스터(13)의 직렬 회로로 되어 있지만, 트랜지스터(11)의 ON 저항을 조정하면 저항(11)은 불필요하다. 트랜지스터(13)에 ON 저항이 큰 것을 선택하는 게이트 신호 전압의 조정, 게이트 신호의 초퍼(chopper) 제어 등의 방법으로 저항(11)을 삭제할 수 있다. 또한 발전 출력의 전압을 제한하는 수단으로서, 제너 다이오드(9)를 사용하고 있으나, 저항이나 정전압 IC를 사용하여도 좋다.

[실시예 2]

다음에 제 2 실시예를 설명한다. 제 1 실시예와는 PO4 제어의 플로 차트가 다르다. 이것을 도 7에 나타낸다.

도 7에 있어서, 도 5와 같은 작용을 하는 스텝에는 같은 스텝 번호를 사용한다. S502에서 VDD가 설정 전압으로 되어 있지 않은 경우, S705에서 PO4를 10% 듀티에서 Lo로 하는 초퍼 제어를 행한다. S705에서는 트랜지스터(13)가 ON으로 되어 있는 시간의 비율이 적기 때문에, 트랜지스터(13)의 임피던스는 높다. 따라서 1차 전지(10)로부터 대전류가 흐르는 일은 없지만, VC가 극단적으로 저하한 경우는 충전 전류가 흐른다.

VDD가 설정값인 경우는 S504로 진행하고, VC가 (VDD 설정 전압 + 1V)보다 높은 경우에는 S707에서 PO4를 50% 듀티에서 Lo로 하는 초퍼 제어를 행하는 중간 정도의 임피던스로 한다. VC가 높아 충전할 필요는 없지만, VC가 갑자기 저하하는 경우에 마이크로컴퓨터(1)의 PO4 제어가 곧 대응할 수 없더라도, 어느 정도의 충전을 행할 수 있다.

S504에서 VC가 (VDD 설정 전압 + 1V) 이하인 경우에는 S706에서 트랜지스터(13)를 완전히 ON으로 하여 저임피던스로 한다. 충전 시정수가 작고, 적은 전압차에서도 충전한다.

이와 같이 1차 전지(10)와 콘덴서(5)의 접속을 단순한 ON/OFF 제어로 하지 않고, 임피던스(ON 저항)를 제어 가능한 방식으로 하면, 콘덴서(5)의 충전 회로의 시정수를 임의로 제어할 수 있다. 이에 따라 1차 전지의 열화를 일으키지 않는 정도의 전류 범위에서 콘덴서의 충전 시간을 최단으로 할 수 있다.

예를 들어 보통은 임피던스를 낮게 하여 충전의 응답성을 좋게 해 두고, 회로의 부하 전류가 증가한 경우나 콘덴서의 전압이 높아 충전의 필요가 없는 경우 등은 임피던스를 높게 하여 충전 전류를 제한한다. 종래의 경우 축전지의 충전 전류에 적정 범위가 결정되어 있기 때문에, 이와 같이 1차 전류로부터의 충전 전류를 광범위로 제어하는 방법은 불가능하다.

또한 충전 제어 수단의 임피던스를 조정하는 방법은 도 7과 같은 트랜지스터의 ON 듀티를 바꾸는 방법 외에, 저항과 트랜지스터를 직렬, 병렬로 조합시킨 것 등 다양한 타입의 것이 가능하다.

[실시예 3]

다음에 제 3 실시예를 설명한다. 제 1 실시예와는 PO4 제어의 플로 차트가 다르다. 이것을 도 8에 나타낸다.

도 8에 있어서, S801에서 솔레노이드(3)의 개통전으로부터 1초 이내인지 아닌지를 체크한다. 개통전으로부터 1초 이내라는 것은, 급수전 제어 회로에 있어서 큰 부하 전류가 흐른 직후로, VDD가 일시적으로 저하하여 있는 것이 예상된다. 이 때는 1차 전지(10)로부터 전류가 공급될 우려가 있으므로 S803에서 트랜지스터(13)를 OFF로 한다. S802에서도 마찬가지로, 폐통전으로부터 1초 이내의 경우에는 S803에서 트랜지스터(13)를 OFF로 한다. 그 이외에는 S804에서 트랜지스터(13)를 ON으로 해 둔다.

제 3 실시예에서는 마이크로컴퓨터(1)의 타이머 만으로 콘덴서(5)의 충전 제어가 가능하며, A/D 변환이 불필요하게 되어, 쉽게 제어할 수 있다. 또한 제 1 실시예의 각 전압 조건과 조합하여 동작시켜도 좋다. 또한 제 2 실시예와 같은 트랜지스터(13)의 초퍼 제어와 조합하여, 솔레노이드(3)의 통전에서부터 1초간은 임피던스를 높이는 방법으로 하여도 좋다. 혹은 솔레노이드의 통전으로부터 경과한 시간에 따라 트랜지스터(13)의 ON 듀티를 서서히 높여가는 방법도 좋다.

[실시예 4]

도 9에 제 4 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 1과는 전압 변환 회로의 구성과, 트랜지스터(13), 이것을 제어하는 포트(PO4)가 없다는 점, VC의 A/D 변환 단자가 없다는 점이 다르다. 동작 플로 차트는 제 1 실시예에서 PO4의 제어를 삭제한 것이다.

도 9의 전압 변환 회로(61)는 스위칭형 승압 회로이다. 출력 전압이 일정하게 되도록 자동적으로 스위칭을 ON/OFF 제어하는 전용의 승압 IC를 사용하면 간단하게 높은 정밀도로 저소비 회로를 구성할 수 있다.

도 10은 그 동작예의 타이밍 차트이다. T1에서 인체를 검출하면 솔레노이드(3)의 개통전을 행한다. 이 때, 개통전을 위해 전압 변환 회로(61)의 출력 전압 VDD는 저하된다. VDD가 저하되면 승압 IC에 의해 전압 변환 회로(61)는 스위칭 동작을 개시하고, VDD는 상승한다.

이 사이, 스위칭 동작의 전원으로서, 콘덴서(5)의 전하가 소비되는데, 1차 전지(10)는 소비되지 않는다. 이것은 스위칭형의 승압 회로가 순간적으로 큰 펄스 전류를 필요로 하기 때문에, 저항(11)에 의해 1차 전지(10)의 출력 전류에 제한이 걸려, 스위칭 동작의 전원이 되는 것은 출력 임피던스가 낮은 콘덴서(5)만으로, 1차 전지(10)는 거의 기여할 수 없기 때문에 소비하는 일도 없다.

T5 이후에도 VDD가 저하하면, 전압 변환 회로(61)가 단시간의 스위칭 동작을 간헐적으로 행하여 VDD를 설정값으로 유지한다. 이 때에도 전원이 되는 것은 콘덴서(5)뿐이다.

본 실시예에는 아래와 같은 효과가 있다.

(1) 부하가 스위칭형이므로 저항(11)만으로 1차 전지의 소비를 제어할 수 있고, 충전 제어 회로나 그 제어 방법이 간단하다.

(2) 스위칭형의 전압 변환 회로이기 때문에 VC로부터 VDD로의 변환 효율이 좋다. 도 1의 전압 변환 회로(6)는 간단한 구성의 회로이기 때문에 가격이 싸지만, 전압의 드롭분은 손실이 된다. 도 9의 스위칭형의 회로라면, 전압에 상관없이 거의 일정한 효율을 유지할 수 있다. 또한 승압형(昇壓型)뿐만 아니라, 강압형(降壓型)의 스위칭 회로로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(3) 승압하는 것에 의해 전원이 되는 콘덴서(5)의 전압 범위를 넓게 취할 수 있다. 예를 들면 1차 전지(10)가 1.5V, 콘덴서(5)의 최저 전압이 1.0V, VDD는 5.0V와 같은 조건도 좋다. 콘덴서(5)의 사용 전압 범위가 넓을 수록, 1차 전지(10)로부터의 충전을 적게 할 수 있다.

(4) 전압 변환 회로(61)가 승압형이므로, VDD보다 VC는 낮아서 좋고, 1차 전지(10)도 전압이 낮은 것을 사용할 수 있다. 1차 전지(10)의 셀(cell)수를 감소시키거나, 콘덴서(5)에 내압이 낮은 것을 사용할 수 있고, 급수전 장치의 소형화, 저가화에 기여한다.

[실시예 5]

도 11은 제 5 실시예의 회로도이다. 도 11은 도 9와 비교하여, 트랜지스터(13)를 설치하고 포트(PO4)로 제어하고 있다. 또한, 저항(14) 및 트랜지스터(15)에 의해 콘덴서(5)의 방전 회로를 구성하고, 마이크로컴퓨터(1)의 포트(PO5)에 의해 제어된다. 또한, 콘덴서(5)의 전압(VC)은 마이크로컴퓨터(1)의 A/D 변환 입력 포트인 AD2에 입력되고 있다.

제 5 실시예의 메인 플로 차트를 도 12에 나타낸다. 개통전 및 폐통전의 플로 차트는 각각 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 같고, PO4 제어의 플로 차트는 도 8에 나타낸 것과 같다. 먼저, 도 12의 플로 차트를 설명한다.

도 12에 있어서, 도 2에서와 같은 동작을 하는 스텝에는 같은 스텝 번호를 사용한다. 도 12의 S007 이후, 콘덴서(5)의 전압(VC)을 A/D 변환한다. S111에서 VC가 콘덴서의 내압, 즉, 부품으로서 인가하여 좋은 전압 이상으로 되어 있지 않은지 체크한다. VC가 내압 이하이면 S112에서 PO5를 Lo, 즉, 트랜지스터(15)를 OFF하여 S008로 진행한다. 이하는 도 2와 동일하다.

S111에서 VC가 콘덴서(5)의 내압 이상이 되어 있는 경우는 S113에서 PO5를 Hi로 하여 트랜지스터(15)를 ON으로 하고, 저항(14)을 통하여 콘덴서(5)를 방전한다. 또한, S114에서 0.1초라는 짧은 시간을 기다려 S001로 복귀한다.

또한, 도 8의 포트(PO4)의 제어는 실시예 3에서 설명한 것과 같으며, 전압 변환 회로(61)에 있어서 가장 부하가 큰 상태인 솔레노이드(3)의 통전후 1초간 트랜지스터(13)를 OFF로 한다.

제 5 실시예에서는 아래와 같은 효과가 있다.

(1) 콘덴서(5)의 전압은 제너 다이오드(9)를 사용하여 제한하고 있으나, 이와 같은 소자도 전력적으로 한계가 있다. 그 외에 3단자 레귤레이터 등의 정전압 출력 회로를 사용하는 방법도 있는데, 발전 수단의 출력 전압이 너무 높아지면, 이와 같은 전압 제한 수단의 부품 내압을 초과할 우려가 있다. 수력 발전에 한하지 않고, 발전 수단은 출력 전류가 큰 경우 출력 전압이 내려가는 경향이 있으며, 콘덴서(5)를 저항(14), 트랜지스터(15)에 의해 방전하면, 그것만으로 발전 수단의 출력 전압을 억제하는 효과가 있으며, 발전 수단에 직접 연결되는 부품의 고전압 인 가에 의한 파괴를 방지할 수 있다.

(2) 도 12의 S114에서 타이머를 0.1초로 짧게 하는 것에 의해, 도 12의 메인 루틴을 루프(loop)하는 스피드가 올라간다. S001의 인체 검출 회로나 A/D 변환 등을 포함하는 마이크로컴퓨터(1)의 소비가 증가하여, 콘덴서(5)의 방전을 촉진하는 효과가 있다. 발전 수단의 능력이 비교적 작은 경우에는, 소비가 많은 회로 부분의 동작 횟수를 증가시키는 등, 마이크로컴퓨터(1)의 동작 변환 만으로 콘덴서(5)의 전압 상승을 방지할 수 있다.

(3) 솔레노이드(3)의 통전 직후는 VDD가 저하하고, 전압 변환 회로(61)는 연속하여 스위칭 동작을 행한다. 이 때, 부분적으로라도 1차 전지(10)가 소비되면, 1차 전지(10)의 정확한 소비 계산이 가능하지 않게 된다. 특히 저항(11)은 콘덴서(5)의 충전 시정수를 결정하기 때문에, 무조건으로 고저항으로 하는 것이 가능하지 않다. 그러나 본 실시예에서는 부하 전류가 가장 클 때 트랜지스터(13)에서 차단하기 때문에, 저항(11)의 값을 최악의 조건에서의 콘덴서(5)의 충전 시정수로서 결정할 수 있다.

또한, PO4 제어는 도 5 및 도 7과 같이 제어하여도 좋다. 또한, 전압 변환 회로(61)의 스위칭 파형을 마이크로컴퓨터(1)의 포트에 입력하면, 스위칭 동작이 행해지는지 어떤지를 직접 판단할 수 있다. 따라서, 마이크로컴퓨터(1)가 스위칭 동작 중 그것을 검출하여 트랜지스터(13)를 OFF로 하는 것도 또는 고임피던스로 하는 것도 가능하다.

또한, 외부 신호에 의해 스위칭 동작의 작동/부작동의 설정이 가능한 승압 IC를 사용하면, 마이크로컴퓨터(1)에 의해 스위칭 동작과 트랜지스터(13)의 ON/OFF 제어와 동기시키는 것도 가능하다.

[실시예 6]

도 13에 제 6 실시예를 나타낸다. 도 13은 도 11에 대하여 트랜지스터(13)가 삭제되고, 발전 수단으로서 태양 전지(20) 및 열발전 소자(21)가 추가되어 있다.

태양 전지(20)는 급수전 장치의 상부 등 조명 조건이 좋은 곳에 설치되며, 다이오드(22)를 통하여 콘덴서(5)를 충전한다. 태양 전지는 최대 출력 전압이 한정되어 있으며, 일반적인 전기 부품을 파괴하는 정도의 발전력은 없으므로, 콘덴서(5)의 방전 수단이 있으면, 출력 전압 제한 회로가 필요없는 경우도 있다.

부호 21은 열발전 소자이며, 열수와 냉수를 사용하는 급수전 장치의 배관에 부착하면, 충분한 발전 능력이 있다. 최대 출력 전압을 제너 다이오드(24)로 제한하고, 다이오드(23)를 통하여 콘덴서(5)를 충전한다.

또한 부호 25 내지 28은 착탈할 수 있는 커넥터이며, 발전기(7), 태양 전지(20), 열발전 소자(21)의 발전 수단과 1차 전지(10)를 콘덴서(5)에 접속한다.

도 13의 각부의 작용에 관하여 설명한다. 먼저, 저항(14) 및 트랜지스터(15)로 구성되는 방전 회로의 동작은 실시예 5에서 설명하였지만, 도 13과 같이 복수의 발전 수단을 접속한 경우는 더욱 효과가 크다. 방전 회로를 설치하는 것에 의해 콘덴서(5)가 항상 적당한 부하로 되어, 콘덴서(5)의 전압과, 접속된 모든 발전 수단의 출력 전압을 억제할 수 있다. 기본적으로는 개개의 발전 수단의 최대 출력 전압이 소정의 전압 이하가 되도록 관리하여야 하지만, 콘덴서(5)가 방전 회로를 구비하는 것으로 안전성이 높아진다.

또한 도 13에서는 수력에 의한 발전기(7), 태양 전지(20), 열발전 소자(21)와 같은 상이한 발전 수단을 동시에 사용하는 구성으로 되어 있다. 이들 발전 수단은 각각 완전히 다른 발전 특성을 가지기 때문에 충전을 임의의 조건으로 제어하는 것은 불가능하다.

그러나 본 발명에서는 충전 수단으로서 콘덴서(5)를 사용하고 있으므로, 수력 발전과 같은 대전류에 의한 충전이라도 성능 열화의 걱정이 없고, 태양 전지와 같은 미소(微少)한 전류라도 충전 가능하다. 전압의 대응 범위도 넓기 때문에 상이한 발전 수단을 조합시키더라도 전혀 문제가 없다.

종래예와 같이 축전지를 사용한 경우, 축전지에 추천되는 충전 조건을 만족할 수 없기 때문에, 축전지의 열화는 물론 충전조차 만족하게 행해질 수 없는 상황이 예상된다. 따라서, 축전지에서는 상이한 발전 수단과의 조합은 불가능하다.

또한 도 13에서는 커넥터(25 내지 28)의 부분으로부터 콘덴서(5) 측의 회로는 완전히 같은 구성으로 되어 있다. 콘덴서(5)가 다양한 충전 조건에 대응할 수 있기 때문에 발전 수단 또는 1차 전지의 극성만 구비하고 있으면, 자유롭게 접속, 탈착, 교환이 가능하다.

급수전 장치의 사용 환경, 사용 빈도에 따라, 수력 발전과 태양 전지를 조합시키는 것도 가능하며, 수력 발전만을 복수 사용하거나, 발전 수단을 교환, 1차 전지를 전압이 다른 것으로 교환, 1차 전지를 복수 사용하여 백업 능력을 높이는 것등 다양한 사양(仕樣) 변경이 설치 후 또는 사용 중도 포함하여 항상 가능하다. 애초에 발전량 부족 시에 1차 전지를 사용한다는 것은 발전 능력과 사용 빈도의 예측을 할 수 없는 것에 기인하고 있으며, 상황에 따라 발전 수단을 변경할 수 있다는 것은 매우 유효하다.

[실시예 7]

도 14에 제 7 실시예의 회로도를 도시한다. 실시예 5의 도 11에 대하여 아래의 점이 상이하다.

먼저, 도 11의 트랜지스터(13) 대신에 인버터(31)가 사용되고 있다. 인버터(31)는 도 11의 트랜지스터(13)와 동일한 기능을 가지고 있는데, 1차 전지(10)의 출력이 인버터(31)의 전원 단자에 접속되고 있기 때문에, 전지의 장착 시에 소자에 걸리는 스트레스(stress)가 트랜지스터(13)에 비교하여 작다. 따라서, 콘덴서(5)의 충전 제어 수단으로서, 보다 취급하기 쉽게 된다.

또한, 도 14는 도 11의 저항(14) 및 트랜지스터(15)로 이루어지는 콘덴서(5)의 방전 회로가 없고, 콘덴서(5)의 전압은 마이크로컴퓨터(1)에 입력되어 있지 않다. 그래서, 전파정류기(8)의 출력에, 저항(32), 트랜지스터(33), 제너 다이오드(9)로 이루어지는 전력 소비 회로가 접속되어 있다. 기능적으로는 도 11의 제너 다이오드(9)에 의한 전압 제한 회로에 상당하지만, 발전기(7)의 출력을 적극적으로 소비한다는 점이 상이하다.

본 실시예의 전력 소비 회로는 발전기의 부하 전류가 변화하는 것에 의해 급수전 장치의 유량이 변동하는 문제를 해결하는 것이다.

통상, 발전기(7)는 콘덴서(5)의 충전 전류를 출력하는 상태에 있고, 이 상태 에서 급수전 장치의 유량은 적량으로 설정된다. 그러나, 콘덴서(5)가 최대로 충전이 되어 충전 불필요, 혹은 충전을 금지해야 하는 상태가 되면, 발전기(7)의 출력 전류의 목적지가 없어지게 된다. 예를 들면, 발전 수단의 출력 전압 제한 회로로서 정전압 IC를 사용한 경우이다.

어떠한 수단에 의해 콘덴서(5)의 충전을 정지하면, 발전기의 출력 전류가 제로가 되어, 수력 발전기 부분의 압력 손실이 감소하여 급수전 장치의 유량이 증가한다. 이와 같이, 수력 발전의 경우, 축전 수단의 충전 상태에 따라 발전기의 부하 전류가 변화하여 사용자의 의도와는 전혀 무관하게 급수전 장치의 유량이 변화한다.

본 실시예의 경우, 충전 중의 콘덴서(5)는 입력 임피던스가 작고, 거의 정전압 부하라고 볼 수 있다. 전파정류기(8)의 출력 전압은 콘덴서(5)의 전압에 다이오드(12a)의 순방향 전압을 더한 값이 되고, 발전기(7)의 부하 전류는 안정된다. 콘덴서(5)의 충전이 목표의 전압까지 진행하면, 제너 다이오드(9)와 저항(32), 트랜지스터(33)에 의한 전력 소비 회로가 발전기의 출력 전류를 콘덴서(5)의 충전 전류를 대신하여 계속적으로 소비한다.

따라서, 발전기에서 보면, 콘덴서(5)의 충전 상태에 따라, 제너 다이오드(9)가 ON으로 되는 전압 이하에서는 콘덴서(5)가, 그 이상의 전압에서는 저항(32)이 부하되어, 상시 출력 전류가 흐르게 된다. 따라서, 발전기에 발생하는 토크도 계속되고, 급수전 장치의 유량을 변화시키는 일도 없다.

전력 소비 회로는 콘덴서(5)의 전압을 제한하는 효과도 있지만, 출력 전압 제한 회로로도 작용한다. 출력 전압을 억제하기 때문에 전파정류기(8)의 다이오드에 걸리는 역전압도 제한되며, 전파정류기(8)는 부품 내압이 낮은 것이 사용될 수 있다. 특히 손실이 적은 쇼트키 다이오드(Schottky diode)는 부품 내압이 낮은 것이 많은데, 이것이 사용하기 쉽게 되기 때문에 장치로서의 고효율화에도 공헌한다.

[실시예 8]

또한, 이와 같은 전력 소비 회로는, 도 14의 콘덴서를 축전 수단으로 하는 회로에 한정되지 않고, 수력 발전에 의해 축전을 행하는 급수전 장치 모두에 유효하다. 도 15에 축전 수단으로서 2차 전지를 사용한 예를 나타낸다.

2차 전지는 과충전을 행하면 열화하기 때문에 최대 충전 상태에서 충전을 정지하지 않으면 안된다. 가장 간단한 충전 방법은 정전압 충전이고, 도 15와 같이 구성하면 좋다.

전압 검출 IC(34)는 2차 전지(35)의 충전 완료 전압을 검출한다. 2차 전지(35)가 최대 충전 상태가 되면, 전압 검출 IC(34)가 트랜지스터(33)를 ON시켜 저항(32)이 발전기(7)의 부하가 된다. 저항(32)의 임피던스를 2차 전지(35)보다 작게 해 두면 전파정류기(8)의 출력 전압은 저하하고, 2차 전지(35)가 그 이상 충전되는 일은 없다.

저항(32)은 2차 전지(35) 대신 부하가 되어, 발전기(7)에서 계속적으로 전류를 끌어내므로, 실시예 7과 마찬가지로, 급수전 장치의 유량이 갑자기 변화하는 일이 없다.

[실시예 9]

도 15에서는 2차 전지(35)의 충전 상태를 전압 검출 IC(34)로 판단하여, 전압의 고저만으로 일의적으로 전환을 행하였으나, 마이크로컴퓨터(1)의 A/D 변환 기능을 이용하여, 2차 전지(35)의 충전 특성에 따라 충방전의 판단을 행하여, 마이크로컴퓨터(1)의 포트를 사용하여 트랜지스터(33)를 제어하여도 좋다. 이 회로를 도 16에 나타낸다.

도 16에서는 마이크로컴퓨터(1)에 의해 발전기(7)의 부하로서, 2차 전지(5) 혹은 저항(32)의 어느 것을 임의로 선택하는 것이 가능하다. 예를 들면, 얕은 충방전을 반복하면 메모리 효과가 발생하는 니켈 카드뮴 전지는 깊은 방전을 행한 후, 충전하는 편이 바람직하다. 이와 같은 경우에도, 급수전 장치의 유량을 변화시키는 일 없이, 마이크로컴퓨터(1)의 프로그램에 따라, 임의로 2차 전지(35)의 충전을 행하거나 휴지(休止)하거나 할 수 있다.

이상 설명해 온 대로, 본 발명의 구성에 의하면, 발전에 의한 에너지를 이용하여 급수전을 제어하는 급수전 장치에 있어서, 사용 부재 모두가 장기간, 필요한 성능을 유지하고, 급수전 장치의 제품 수명에 이르기까지 전지 등 일체의 부품 교환이 불필요한 진정한 메인터넌스 프리를 실현하는 급수전 제어장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한 발전기의 출력 전류를 계속적으로 취출하기 위한 전력 소비 회로를 설치함으로써, 축전 수단의 충전 상태에 의해 유량이 변동하는 일이 없다.

Claims (32)

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5. 발전 수단과, 1차 전지와, 상기 발전 수단의 출력 또는 상기 1차 전지에 의해 충전되는 콘덴서와, 이 콘덴서의 전압을 소정의 전압으로 변환하는 전압 변환 수단과, 이 전압 변환 수단으로부터의 급전(給電)에 의해 작동되는 급수전 제어 회로와, 이 급수전 제어 회로에 의해 유로를 개폐하는 전자(電磁) 밸브를 가지는 급수전 장치에 있어서,

   상기 1차 전지로부터 상기 콘덴서에의 충전을 제어하는 스위치 수단을 구비하고, 상기 스위치 수단은 상기 급수전 제어 회로의 부하 전류에 따라 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
6. 발전 수단과, 1차 전지와, 상기 발전 수단의 출력 또는 상기 1차 전지에 의해 충전되는 콘덴서와, 이 콘덴서의 전압을 소정의 전압으로 변환하는 전압 변환 수단과, 이 전압 변환 수단으로부터의 급전(給電)에 의해 작동되는 급수전 제어 회로와, 이 급수전 제어 회로에 의해 유로를 개폐하는 전자(電磁) 밸브를 가지는 급수전 장치에 있어서,

   상기 1차 전지로부터 상기 콘덴서에의 충전을 제어하는 임피던스 변경 수단을 구비하고, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 급수전 제어 회로의 부하 전류에 따라 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 고(高)임피던스로 하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
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8. 제 5 항에 있어서, 상기 스위치 수단은 상기 전압 변환 수단의 출력 저하 시 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 스위치 수단은 상기 전자 밸브의 통전 후 소정 시간 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
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11. 제 6 항에 있어서, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 전압 변환 수단의 출력 저하 시 상기 1차 전지와 상기 콘덴서와의 접속을 고임피던스로 하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
12. 제 6 항에 있어서, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 전자 밸브의 통전 후 소정 시간 상기 1차 전지와 상기 콘덴서의 접속을 고임피던스로 하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
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15. 제 5 항에 있어서, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로이고, 상기 스위치 수단은 상기 스위칭형 전압 변환 회로의 스위칭 동작 시에 상기 1차 전지와 상기 콘덴서의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
16. 제 6 항에 있어서, 상기 전압 변환 수단은 스위칭형 전압 변환 회로이고, 상기 임피던스 변경 수단은 상기 스위칭형 전압 변환 회로의 스위칭 동작 시에 상기 1차 전지와 상기 콘덴서의 접속을 고임피던스로 하는 급수전 장치.
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18. 제 6 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스 변경 수단은 저항과 스위치 소자의 직렬 또는 병렬 회로인 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
19. 제 6 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스 변경 수단은 스위치 소자의 ON/OFF 제어의 변경에 의한 것을 특징으로 하는 급수전 장치.
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