(57)【要約】【課題】電圧計や流量計を用いない簡易な構成でも、供給する温水の温度と流量とを高精度に管理でき、省スペースで低コストである電熱式瞬間給湯器及びその制御方法を提供する。【解決手段】給水管路と、流量調整弁と、水温センサと電熱ヒータとからなる加熱部と、制御装置と、を備える電熱式瞬間給湯器の制御方法であって、前記流量調整弁を閉じ所定の静水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量とから電源電圧を算出する電圧算出ステップ(３)と、算出された前記電源電圧をもとにして前記電熱ヒータを制御する静水加熱ステップ(４)と、前記流量調整弁を開き所定の流水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量と目標流量とから電源電圧を再度算出する電圧再算ステップ(６)と、再度算出された前記電源電圧をもとにして前記電熱ヒータを制御する流水加熱ステップ(７)と、を有する。【選択図】図２
2008082055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を供給する給水管路と、該給水管路の途中に配設される流量調整弁と、水温を検出する水温センサと該水にジュール熱を加える電熱ヒータとからなり該給水管路の途中に配設される加熱部と、所望する目標流量と目標水温とを設定する設定部及び該水温センサの検出水温を取り込む入力部及び内部演算を行う演算部及び該流量調整弁と該電熱ヒータとを制御する出力部からなる制御装置と、を備える電熱式瞬間給湯器の制御方法であって、
前記流量調整弁を閉じ前記電熱ヒータで所定の静水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量とから電源電圧を算出する電圧算出ステップと、
算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する静水加熱ステップと、
前記目標流量にあわせるように前記流量調整弁を開き前記電熱ヒータで所定の流水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量と目標流量とから電源電圧を再度算出する電圧再算ステップと、
再度算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する流水加熱ステップと、
を有することを特徴とする電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項２】
前記電熱式瞬間給湯器はシャワートイレに用いられるとともに着座検出センサ及び洗浄指示スイッチを備え、使用者の着座を検出したときに前記電圧算出ステップ及び前記静水加熱ステップを実施し、該洗浄指示スイッチがオンされたときに前記電圧再算ステップ及び前記流水加熱ステップを実施する、請求項１に記載の電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項３】
前記水温センサは前記加熱部の入口水温及び出口水温をそれぞれ検出する入口水温センサ及び出口温度センサであり、入口水温、出口水温、または入口水温と出口水温との平均値、のいずれかを前記加熱部の水温とする請求項１または２に記載の電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項４】
前記電圧再算ステップで再度算出された前記電源電圧と、前記加熱部の前記熱容量及び前記温度上昇値と、外部への前記放熱量と、から実流量を算出する流量確認ステップを有する請求項１〜３に記載の電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項５】
前記静水加熱ステップ及び前記流水加熱ステップで、前記電熱ヒータに供与する電圧の実効値を制御する請求項１〜４に記載の電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項６】
前記静水加熱ステップ及び前記流水加熱ステップで、前記電熱ヒータの抵抗値を制御する請求項１〜４に記載の電熱式瞬間給湯器の制御方法。
【請求項７】
水を供給する給水管路と、該給水管路の途中に配設される流量調整弁と、水温を検出する水温センサと該水にジュール熱を加える電熱ヒータとからなり該給水管路の途中に配設される加熱部と、所望する目標流量と目標水温とを設定する設定部及び該水温センサの検出水温を取り込む入力部及び内部演算を行う演算部及び該流量調整弁と該電熱ヒータとを制御する出力部からなる制御装置と、を備える電熱式瞬間給湯器であって、
前記制御装置は、
前記流量調整弁を閉じ前記電熱ヒータで所定の静水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量とから電源電圧を算出する電圧算出手段と、
算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する静水加熱手段と、
前記目標流量にあわせるように前記流量調整弁を開き前記電熱ヒータで所定の流水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量と目標流量とから電源電圧を再度算出する電圧再算手段と、
再度算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する流水加熱手段と、
を有することを特徴とする電熱式瞬間給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワートイレなどに用いられる電熱式瞬間給湯器に関し、より詳細には水温の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルから洗浄用の温水を噴出するシャワートイレでは、従来は温水タンクを備えて相当量の温水を常備する方式が一般的であった。しかしながら、温水タンクは大形で設置スペースが必要であり、また温水の温度を維持するために保温電力が必要とされていた。そこで最近では省スペース及び省エネルギの観点から、温水タンクに代えて瞬間給湯器を備えたシャワートイレの開発が進められている。
【０００３】
シャワートイレ用の瞬間給湯器では、給水管路中の水を加熱して温水とするために、ジュール熱を発生する抵抗式の電熱ヒータを備える場合が多い。また、快適な水温及び流量の温水を供給して使用者の利便性を高めるために、水温センサ及び流量計を備えるとともに、検出した水温と流量の情報から適切な制御を行う制御部を備えることも一般的に行われている。しかしながら、センサ類を備えることで装置構成が複雑化するとともにコストが上昇するため、装置を簡易化しつつ制御機能を高める方策が検討されている。例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるトイレ装置は、瞬間式加熱手段や制御手段などを備え、流量計を用いず推定によって流量を求めることにより、低コスト化を実現している。
【０００４】
さらに、特許文献１では電源電圧検出手段を備えて電源電圧の変化を検出し、ヒータの発熱量を高精度に管理するようになっている。発熱量管理の別法として、電源電圧を一定化する安定化電源を備える場合もある。
【特許文献１】特開２００３−２４７２６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１及び特許文献２における制御部の流量推定や温度制御では、加熱される部位の熱容量や、加熱部位から温度検出部位までの水の通過時間、センサの検出時間遅れ、推定や制御のタイミングが不明確、などの原因により、過渡状態では十分に高精度な制御が行えないおそれがあった。すなわち、各部の温度や流量が安定した定常状態では良好な制御が行えても、動作開始直後や温度や流量の設定変更が行われた直後の過渡状態では適切な制御が難しかった。また一方、発熱量を管理するために必要とされる電源電圧検出手段あるいは安定化電源は、コストを上昇させる要因となっており、かつ省スペース化の障害となっていた。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、電圧計や流量計を用いない簡易な構成でも、供給する温水の温度と流量とを高精度に管理でき、省スペースで低コストである電熱式瞬間給湯器及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電熱式瞬間給湯器の制御方法は、水を供給する給水管路と、該給水管路の途中に配設される流量調整弁と、水温を検出する水温センサと該水にジュール熱を加える電熱ヒータとからなり該給水管路の途中に配設される加熱部と、所望する目標水温と目標流量とを設定する設定部及び該水温センサの検出水温を取り込む入力部及び内部演算を行う演算部及び該流量調整弁と該電熱ヒータとを制御する出力部からなる制御装置と、を備える電熱式瞬間給湯器の制御方法であって、前記流量調整弁を閉じ前記電熱ヒータで所定の静水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量とから電源電圧を算出する電圧算出ステップと、算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する静水加熱ステップと、前記目標流量にあわせるように前記流量調整弁を開き前記電熱ヒータで所定の流水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量と目標流量とから電源電圧を再度算出する電圧再算ステップと、再度算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する流水加熱ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の電熱式瞬間給湯器の制御方法は、電源電圧や流量を検出するための電圧計や流量計を備えずに、制御装置のソフトウェア上の演算手段で算出することを特徴としている。特に、電源電圧の算出は、水の流れない静水状態と水の流れる流水状態とで随時行うことにより、精度を高めることができる。
【０００９】
まず、電熱式瞬間給湯器の構成について説明する。給水管路は、給水源に接続されて、水を供給する部位である。流量調整弁は、給水管路の途中に配設され、管路の開閉及び開度の調整を行って、水の流量を調整する部位である。流量調整弁は、制御装置から制御可能とされており、例えば電磁弁が適用可能である。給水管路の途中には、さらに、加熱部が配設されている。加熱部は、水温を検出する水温センサと、水にジュール熱を加える電熱ヒータと、からなっている。電熱ヒータは、ジュール熱を発生する抵抗体であり、例えば、給水管路に巻回し管路壁を介して水を加熱するように配設することができる。あるいは、熱交換器を介して間接的に水を加熱するようにしてもよい。水温センサは、給水管路内の静水あるいは流水の温度を検出するものであり、その感温部は給水管路内に設けられることが好ましい。また水温検出の時間遅れを避けるために、感温部自身の熱容量は小さいことが好ましい。
【００１０】
制御装置は、設定部、入力部、演算部、出力部からなり、例えば、マイクロコンピュータを応用した電子制御装置を用い、内蔵されたソフトウェアで制御を行うようにして、構成することができる。設定部は、使用者が所望する目標流量と目標水温とを設定する部位である。入力部は、水温センサの検出水温を電気信号の形態で取り込む部位である。演算部は、内蔵されたソフトウェアや定数テーブルに基づいて内部演算を行う部位である。出力部は、ソフトウェアの指示や内部演算の結果に基づいて、流量調整弁と電熱ヒータとに制御信号を出力する部位である。
【００１１】
次に、上述のように構成された電熱式瞬間給湯器の制御方法について説明する。本発明の制御方法は、電圧算出ステップ、静水加熱ステップ、電圧再算ステップ、流水加熱ステップの４ステップで構成されている。
【００１２】
電圧算出ステップでは、制御装置は、流量調整弁を閉じて水を静止した状態とし、電熱ヒータに通電して所定の静水加熱時間にわたり加熱する。ここで、加えられたジュール熱の総量から外部への放熱量を差し引いた有効熱量が、加熱部の水温上昇に寄与するという熱量収支の方程式を考えることができる。まず、加熱開始の時刻ｔ＝０から単位時間経過したときの方程式は数式１で与えられる。ここで、Ｒは電熱ヒータの抵抗値、Ｖは電源電圧、ｕは電圧低減率、Ｌは外部への放熱量、Ｃは加熱部の熱容量、Ｔ（ｔ）は時刻ｔにおける検出水温、をそれぞれ示している。電源電圧Ｖは、未知ではあるが電圧算出を行おうとする短い時間スパンでは一定と考えてもよい量である。電圧低減率ｕは、電熱ヒータに供給する電圧実効値を低減する比率を意味する。電圧低減率ｕは、制御装置自身が設定する時間的に可変な制御量である。外部への放熱量Ｌは、給湯器の構造に依存するが、良好な断熱性を有する場合には無視することができる。無視できない場合には、実験的に放熱量Ｌを求め、例えばジュール熱の関数で表現するようにしてもよい。関数形としては、例えばジュール熱の一定の比率とすることができ、あるいは二次以上の関数とすることもできる。加熱部の熱容量Ｃは、水だけでなく給水管路自体などの構成部材をも考慮したものである。外部への放熱量Ｌ及び加熱部の熱容量Ｃの数値は、前もって制御装置内に定数テーブルあるいは演算式として格納しておくことができる。検出水温Ｔ（ｔ）は、水温センサで実測される量である。なお、水の体積比熱は１であるため、数式中では省略してある。
【００１３】
【数１】
2008082055.tif 000003
【００１４】
次に、静水加熱時間ｔｓにわたる加熱を考えると、熱量収支は数式１の積分形である数式２によって与えられる。静水加熱時間ｔｓや前述の電圧低減率ｕは任意に設定することができるが、目標水温には到達せず、かつ電源電圧Ｖを精度良く算出できるくらいに加熱部の水温が上昇する程度とすることが好ましい。ここで、電源電圧Ｖ以外は既知量であるので、電源電圧Ｖを算出することができる。電圧算出ステップは給湯を行っていない任意の時間帯に、随意に行うことができる。
【００１５】
【数２】
2008082055.tif 000004
【００１６】
静水加熱ステップでは、算出された前記電源電圧をもとにして、検出水温を目標水温にあわせるように電熱ヒータを制御する。つまり、目標水温と検出水温との温度差に熱容量Ｃを乗じ、放熱量Ｌを加えた総熱量を電熱ヒータで発生させる。このとき、できるだけ短時間で定常状態に到達するために、フィードバック制御を行うことが好ましい。すなわち、最初は電熱ヒータの発熱量を大きめとしておき、検出水温が目標水温に近づくにつれて発熱量を低減するように制御することが好ましい。
【００１７】
検出水温が目標水温に一致した時点で、給湯の準備が完了したことになる。ここで、給湯の指示を受けると、制御装置の電圧再算ステップが機能する。
【００１８】
電圧再算ステップでは、制御装置は、目標流量にあわせるように流量調整弁を開いて水が流れる状態とし、電熱ヒータに通電して所定の流水加熱時間にわたり加熱する。そして、電源電圧Ｖを再度算出する。算出に際しては、数式２に加えて、さらに流れる水による熱輸送を考慮する必要があり、熱量収支の方程式は数式３に置き換えられる。ここで、Ａは単位時間あたりの流量、ΔＴは通過する水の加熱部内における温度上昇、をそれぞれ示している。流量Ａは、流量調整弁の開度を調整して設定した目標流量Ａ０である。温度上昇ΔＴは、例えば、加熱部の入口と出口とに水温センサを設け、検出水温の差から求めることができる。ここで、電源電圧Ｖ以外は既知量であるので、電源電圧Ｖを再度算出することができる。電圧再算ステップは、給湯開始時に行うことが好ましい。
【００１９】
【数３】
2008082055.tif 000005
【００２０】
流水加熱ステップでは、再度算出された前記電源電圧をもとにして、検出水温を目標水温にあわせるように電熱ヒータを制御する。ここでも、フィードバック制御を行い、供給される温水の目標水温からの逸脱を抑制することが好ましい。なお、流水加熱ステップの実施中に、随時電圧再算ステップを並行して行うこともできる。
【００２１】
前記電熱式瞬間給湯器はシャワートイレに用いられるとともに着座検出センサ及び洗浄指示スイッチを備え、使用者の着座を検出したときに前記電圧算出ステップ及び前記静水加熱ステップを実施し、該洗浄指示スイッチがオンされたときに前記電圧再算ステップ及び前記流水加熱ステップを実施する、ことが好ましい。
【００２２】
本発明の電熱式瞬間給湯器はシャワートイレに適用することができ、着座検出センサ及び洗浄指示スイッチを備えることが好ましい。そして、使用者の着座を検出したときに電圧算出ステップ及び静水加熱ステップを実施することが好ましい。これによって、加熱部内の水は短時間のうちに目標水温まで加熱されて待機状態となる。次いで、洗浄指示スイッチがオンされたときに電圧再算ステップ及び流水加熱ステップを実施することが好ましい。これによって、所望する目標流量、目標水温の温水が、遅滞なく供給される。
【００２３】
なお、流水加熱ステップを実施して給湯している最中に、目標流量、目標水温が設定変更されるケースも考えられる。このときには、一旦流量調整弁を閉じて電圧算出ステップから再度行うようにしてもよく、あるいは、流量調整弁や電熱ヒータの制御を連続的に変えながら、電圧再算ステップ及び流水加熱ステップを再度行うようにしてもよい。
【００２４】
前記水温センサは前記加熱部の入口水温及び出口水温をそれぞれ検出する入口水温センサ及び出口温度センサであり、入口水温、出口水温、または入口水温と出口水温との平均値、のいずれかを前記加熱部の水温とする、ことが好ましい。
【００２５】
加熱部の水温を検出する水温センサには、２つの機能が必要とされる。第１の機能は加熱部自体の温度変化を検出することであり、第２の機能は通過する水の温度上昇を検出することである。第２の機能を達成するためには、加熱部の入口水温と出口水温とを検出することが必要であり、センサの配置も必然的に定まる。一方、第１の機能を達成するためには、本来加熱部の平均温度を検出することが好ましい。電熱ヒータが加熱部内を均一に加熱する構造になっている場合、静水状態における加熱部内はすぐ等温となるが、過渡状態において入口と出口で温度差がある場合は、加熱部の平均温度を入口水温と出口水温との平均値とすることが妥当である。流水状態では、この平均値を加熱部の平均温度とすることが妥当である。勿論、加熱部の平均温度を求めるために、中央付近の平均温度を呈する箇所に３つめの水温センサを設けるようにしてもよい。構造上の制約で均一な加熱が期待できない場合、加熱部内の温度分布は複雑化する。したがって、入口水温や出口水温で平均温度を代表することは難しい。このときには、実験的な手法を用いて、検出した水温に何らかの補正を行って、加熱部の平均温度を求めることが好ましい。このとき、補正が複雑化しても、制御装置の演算部では定数テーブルまたは演算式により、自動で行うことができる。
【００２６】
前記電圧再算ステップで再度算出された前記電源電圧と、前記加熱部の前記熱容量及び前記温度上昇値と、外部への放熱量と、から実流量を算出する流量確認ステップを有する、ことが好ましい。
【００２７】
電圧再算ステップで、数式３を用いて電源電圧Ｖを算出した後の任意の時刻では、数式３の流量Ａを未知数と考え、算出した電源電圧Ｖを代入することにより、実流量Ａ１を求めることができる。この流量確認ステップにより、実流量Ａ１が目標流量Ａ０に一致しているか、また実流量Ａ１が時間的に変動していないか、を確認することができる。
【００２８】
前記静水加熱ステップ及び前記流水加熱ステップで、前記電熱ヒータに供与する電圧の実効値を制御する、ことが好ましい。また、前記静水加熱ステップ及び前記流水加熱ステップで、前記電熱ヒータの抵抗値を制御する、ようにしてもよい。
【００２９】
制御部が行う電熱ヒータの制御としては、供与する電圧の実効値を制御することが好ましく、既に説明した電圧低減率ｕの制御が相当する、電圧低減率ｕの変更は、例えば通電位相制御により交流電圧１サイクル中の通電時間範囲を制御することで実現される。あるいは変圧比可変の変圧機能を備えるようにしてもよい。また、別法として電熱ヒータの抵抗値を制御するようにしてもよい。例えば、電熱ヒータを複数の抵抗体で形成してやれば、適宜結線を変更して抵抗値を変更することができる。また、摺動式の可変抵抗を用いてもよい。勿論、供与する電圧と抵抗値との両方を可変に制御するようにしてもよい。いずれの方法でも、電熱ヒータのジュール発熱量を可変に制御することができる。
【００３０】
本発明の電熱式瞬間給湯器は、水を供給する給水管路と、該給水管路の途中に配設される流量調整弁と、水温を検出する水温センサと該水にジュール熱を加える電熱ヒータとからなり該給水管路の途中に配設される加熱部と、所望する目標流量と目標水温とを設定する設定部及び該水温センサの検出水温を取り込む入力部及び内部演算を行う演算部及び該流量調整弁と該電熱ヒータとを制御する出力部からなる制御装置と、を備える電熱式瞬間給湯器であって、前記制御装置は、前記流量調整弁を閉じ前記電熱ヒータで所定の静水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量とから電源電圧を算出する電圧算出手段と、算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する静水加熱手段と、前記目標流量にあわせるように前記流量調整弁を開き前記電熱ヒータで所定の流水加熱時間にわたり加熱したとき、前記加熱部の熱容量及び水温上昇値と外部への放熱量と目標流量とから電源電圧を再度算出する電圧再算手段と、再度算出された前記電源電圧をもとにして前記検出水温を前記目標水温にあわせるように前記電熱ヒータを制御する流水加熱手段と、を有することを特徴とする。
【００３１】
本発明の制御方法を構成する４ステップは、制御装置のソフトウェア上の手段で実現することができ、したがって電熱式瞬間給湯器として実現することができる。本発明の電熱式瞬間給湯器は、電圧計や流量計を必要としないので、省スペースで低コストとすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
上述の本発明の電熱式瞬間給湯器及の制御方法によれば、電圧算出ステップ及び電圧再算ステップで電源電圧を算出するので、供給する温水の温度を高精度に管理でき、また流量確認ステップにより流量を高精度に管理できる。さらに、電圧計や流量計を必要としないので、省スペースで低コストである電熱式瞬間給湯器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例の電熱式瞬間給湯器を説明する図である。実施例の電熱式瞬間給湯器１はシャワートイレに組み込まれて使用されるものであり、給水管路２、流量調整弁３、加熱部４、制御装置５、で構成されている。
【００３４】
給水管路２は、図略の給水源に接続されて、水を供給する部位である。給水管路の途中には、給水源側から加熱部４と流量調整弁３とが配設されている。流量調整弁３には電磁弁が用いられ、後述するように制御部５の出力部５４によって制御され、給水管路２の開閉及び開度の調整が行われて、水の流量が調整されるようになっている。
【００３５】
加熱部４は、セラミックヒータ４１と入口水温センサ４５及び出口温度センサ４６とからなっている。セラミックヒータ４１はジュール熱を発生する抵抗体であり、給水管路の外周面に配設されている。また、セラミックヒータ４１には温度ヒューズ４１１が付属され、水温過昇時に電流ＩＨを遮断するようになっている。セラミックヒータ４１は、制御部５の電圧調整部５５と、電源線４１２によって接続されている。入口水温センサ４５は、セラミックヒータ４１の上流側付近の給水管路２内部に感温部４５１が配置され、出力線４５２は制御部５の入力部５２に接続されている。出口水温センサ４６は、セラミックヒータ４１の下流側付近の給水管路２内部に感温部４６１が配置され、出力線４６２は制御部５の入力部５２に接続されている。入口水温センサ４５と出口水温センサ４６とにより、給水管路２内の水温が検出されるようになっている。
【００３６】
制御装置５は、設定部５１、入力部５２、演算部５３、出力部５４、電圧調整部５５からなり、マイクロコンピュータを応用した電子制御装置で構成されている。設定部５１は、目標水温Ｔ０を設定する水温設定スイッチ５１１、目標流量Ａ０を設定する流量設定スイッチ５１２、温水の供給を指示する洗浄指示スイッチ５１３、便座９１への着座状態を検出する着座検出センサ５１４を備えている。水温設定スイッチ５１１及び流量設定スイッチ５１２は可変式で、使用者が所望する値を選択設定できるようになっている。洗浄指示スイッチ５１３は、使用者がオンとオフとを指示できるようになっている。着座検出センサ５１４は、使用者の着座及び脱座を自動検出するようになっている。これらの情報は演算部５３に伝達されるように構成されている。入力部５２は、入口水温センサ５１及び出口水温センサ４６の検出水温を電気信号の形態で取り込み、演算部５３に伝達するように構成されている。
【００３７】
演算部５３は、内蔵されたソフトウェアや定数テーブルに基づいて、数式１〜数式３の内部演算を行う部位である。内部演算に先立ち、設定部５１及び入力部５２から必要な情報を取り込むのは当然である。そして、演算結果に基き、出力部５４に制御信号を伝達するように構成されている。出力部５４は、演算部５３からの制御信号にしたがって、流量調整弁３に開度を指示する制御信号を出力し、また電圧調整部５５を制御するように構成されている。
【００３８】
電圧調整部５５は、一般家庭用の交流電源９２を入力とし、出力部５４の制御にしたがって電圧低減率ｕを制御した後、セラミックヒータ４１へ給電するように構成されている。電圧低減率ｕは、交流電圧１サイクル中の通電位相範囲を可変制御することによって変更され、電熱ヒータ４１に供与される電圧実効値ＶＨが調整されるようになっている。なお、制御部５自体も交流電源９２で駆動されるように構成されており、水温センサ４５、４６の動作電源は制御部５から供給するようになっている。
【００３９】
次に、図１の実施例の電熱式瞬間給湯器１の操作手順、制御方法について、図２を参考にして説明する。図２は実施例の電熱式瞬間給湯器１の動作を説明する動作フロー図であり、図中のカッコ付きの項目番号は以降の説明中に対応して記載されている。
【００４０】
まず、使用者により目標水温Ｔ０と目標流量Ａ０とが、制御装置５の設定部５１で設定される（１）。設定値はいつでも変更できるようになっており、演算部５３は常に設定値を把握している。制御装置５は、常時は着座待機状態(２)で着座検出センサ５１４の検出状態に注目している。そして、使用者が便座９１に着座して着座検出センサ５１４が着座状態を検出すると、電圧算出ステップ(３)を実行し、数式２を用いて交流電源９２の電源電圧Ｖを算出する。続いて静水加熱ステップ(４)を実行して、検出温度が目標温度Ｔ０に達するまで加熱を行う。加熱が終了した時点で給湯の準備が完了したことになり、洗浄指示を待つ待機状態となる。
【００４１】
洗浄指示待機状態(５)では、着座検出センサ５１４の検出状態と、洗浄指示スイッチ５１３に注目している。ここで、使用者が脱座すなわち便座から離れると、着座検出センサ５１４は脱座を検出し、着座待機状態(２)に戻る。つまり、使用者が温水を使用することなくトイレを去ったものと判断して、次の使用の機会を待機することを意味している。使用者が一時的に便座９１から腰を浮かしただけの場合、着座待機状態(2)で再度着座が検出されて、短時間のうちに洗浄指示待機状態(５)まで戻る。洗浄指示待機状態(５)で、着座しつつも洗浄指示スイッチ５１３が操作されない間は、同じ待機状態(５)を維持する。着座状態で洗浄指示スイッチ５１３がオンされると、電圧再算ステップ(６)を実行し、数式３を用いて交流電源９２の電源電圧Ｖを再度算出する。続いて流水加熱ステップ(７)を実行して、目標温度Ｔ０の温水を供給する。
【００４２】
続いて、流量確認ステップ(８)を実行し、数式３を用いて実流量Ａ１を確認する。なお、この流量確認ステップ(８)は必須ではなく、省略しても、あるいはある頻度で間欠的に実施してもよい。次の終了待機状態(９)では、温水の供給と並行して、着座検出センサ５１４の検出状態と、洗浄指示スイッチ５１３に注目している。ここで、使用者が脱座すなわち便座から離れると、着座検出センサ５１４は脱座を検出し、着座待機状態(２)に戻る。つまり、使用者がトイレを去ったものと判断して、次の使用の機会を待機することを意味している。終了待機状態で、着座しつつも洗浄指示スイッチ５１３が操作されない間は、流水加熱ステップ(７)による温水の供給を継続する。着座状態で洗浄指示スイッチ５１３がオフされると、洗浄の終了が指示されたと判断して洗浄指示待機状態(５)に戻る。ここで、再度洗浄指示スイッチ５１３がオンされれば、電圧再算ステップ(６)及び流水加熱ステップを実行して、温水を再度供給し、脱座されれば着座待機状態(２)に戻る。
【００４３】
次に、熱量収支の考え方について、図３を参考にして説明する。図３は実施例の電熱式瞬間給湯器１における熱量フローを模式的に説明する図である。図示されるように、電気エネルギは交流電源９２から供給され、電圧制御部５５で低減され、セラミックヒータ４１で熱エネルギに変換される。熱エネルギは、温水の加熱と、加熱部４の温度上昇と、外部への放熱量Ｌと、によって消費される。図中斜線を付した帯の幅は、概略熱量の大小を示している。図示されるように、交流電源９２の電源電圧Ｖは、電圧調整部５５によって電圧低減率ｕが乗じられ、実効値ｕＶの供与電圧ＶＨがセラミックヒータ４１に給電される。これによって、抵抗値Ｒのセラミックヒータ４１では電気エネルギがジュール熱の熱量Ｑに変換される。熱量Ｑの一部は利用されずに外部への放熱量Ｌとなり、残りの有効熱量は、温水の加熱と加熱部４自体の温度上昇とに利用される。温水の加熱に利用された熱量は、水の流量Ａ０と体積比熱（＝１）と温度上昇ΔＴとの積で表される。加熱部４自体の温度上昇に利用された熱量は、加熱部の熱容量Ｃと温度上昇分との積で表される。
【００４４】
上述の説明を数式で表現した数式が数式３であり、数式３で流量Ａ０＝０とした数式が数式２である。セラミックヒータは、加熱部４内をほぼ一様に加熱するため、数式２中の加熱部の温度Ｔ（ｔ）には、出口温度センサ４６の検出水温を用いることができる。また、数式３における水の温度上昇ΔＴは、出口温度センサ４６の検出水温から入口温度センサ４５の検出水温を差し引いて求めることができる。
【００４５】
以上説明したように、実施例の電熱式瞬間給湯器１によれば、本発明の制御方法を実行することができる。実施例の電熱式瞬間給湯器１は電流計も流量計も不要であり、省スペースで低コストとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例でシャワートイレに組み込まれた電熱式瞬間給湯器を説明する図である。
【図２】図１の実施例の電熱式瞬間給湯器の動作を説明する動作フロー図である。
【図３】図１の実施例の電熱式瞬間給湯器における熱量フローを模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：電熱式瞬間給湯器
２：給水管路
３：流量調整弁
４：加熱部
４１：セラミックヒータ    ４５：入口水温センサ    ４６：出口温度センサ
５：制御部
５１：設定部              ５２：入力部            ５３：演算部
５４：出力部              ５５：電圧調整部
９１：便座
９２：交流電源
Ｖ：電源電圧      ｕ：電圧低減率      ＶＨ：供与電圧（＝ｕＶ）
Ｒ：電熱ヒータ（セラミックヒータ）の抵抗値
Ｌ：外部への放熱量
Ｃ：加熱部の熱容量
Ｔ０：目標水温          Ａ０：目標流量
Ｔ（ｔ）：時刻ｔにおける検出水温
Ａ１：実流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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