(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内を流れる水流により発電する発電機と、前記発電機で発電される電力を蓄積する蓄電手段と、前記蓄電手段の電力が不足したとき前記蓄電手段に電力を補充する補助電源と、前記蓄電手段の電力で動作し前記流路の水量制御を行う給水制御手段と、前記給水制御手段を開閉制御する制御部とを備えた自動水栓において、
前記制御部は前記給水制御手段が流路を開状態にしている時間に基づいて演算された前記発電機の発電量に、給水制御手段電力消費量演算手段により演算された、前記給水制御手段が消費する電力消費量を加算し、さらに、待機電力消費量演算手段により演算された、制御部自身の待機時の電力消費量を減算することにより、前記蓄電手段の蓄電量を推定し、その推定値が所定値以下であれば前記給水制御手段の開動作を所定の時間継続することを特徴とする自動水栓。
【請求項２】
請求項１記載の自動水栓において、前記制御部は使用者に前記蓄電手段の蓄電量が低下したことを知らせる報知手段を備えたことを特徴とした自動水栓。
【請求項３】
請求項１又は２記載の自動水栓において、人体の一部を検出する人体検出手段を有し、前記制御部は前記人体検出手段の出力に応じて、前記給水制御手段の開閉動作を行うことを特徴とする自動水栓。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の自動水栓において、前記制御部は設定値を格納する不揮発性記憶手段を有するとともに、前記発電機が発電する発電量又は給水制御手段が消費する消費電力量を前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とする自動水栓。
【請求項５】
請求項４記載の自動水栓において、前記制御部は外部から前記不揮発性記憶手段に書き込む外部書込み用端子を有するとともに、前記外部書込み用端子から前記発電機が発電する発電量又は給水制御手段が消費する消費電力量を前記不揮発性記憶手段に書込むことを特徴とする自動水栓。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機を備えた自動水栓に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電機能を備えた水栓制御装置において、蓄電手段としてコンデンサを使用する考案がある。蓄電手段としてコンデンサを使用し、充電が足りなかったら補充するための補助電源（一次電池）を備え、その一次電池からコンデンサへの充電量を制御する事により、水栓装置の製品寿命に至るまで蓄電手段、電池等一切の部品交換が不要な水栓の制御装置を提供する事が可能となるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記自動水栓においては、流路内を流れる水流により水車を回転させ、その回転により発電した電気を蓄電手段に蓄電させる構成になっている。そのため、何らかの原因で蓄電手段に蓄電されている電気量が減少すると、電磁弁等で消費する電気量を蓄電手段側で充分に供給することができず、補助電源（一次電池）の供給に頼る割合が増加し、補助電源（一次電池）の寿命短縮につながってしまうという問題があった。
【０００４】
特開平１０-２６２４３では、水栓が長期間に亘り全く使用されず蓄電手段の蓄電量が低下した際に自動的に吐水を行い、その吐水により蓄電手段の蓄電を行うとしている。しかしこの従来例には以下の様な問題がある。
【０００５】
自動水栓の水量調節バルブが少量に設定されていたり、短い吐水が連続で行われたりすることにより、たとえ自動水栓が使用されている状態でも蓄電量が低下した場合には上記従来例ではこの問題は解決できない。また蓄電のためだけに自動的に吐水を行うため節水に反するという問題もあった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、上記したような問題を解決し、補助電源（一次電池）の寿命の長い自動水栓を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１は、流路内を流れる水流により発電する発電機と、前記発電機で発電される電力を蓄積する蓄電手段と、前記蓄電手段の電力が不足したとき前記蓄電手段に電力を補充する補助電源と、前記蓄電手段の電力で動作し前記流路の水量制御を行う給水制御手段と、前記給水制御手段を開閉制御する制御部とを備えた自動水栓において、
前記制御部は前記給水制御手段が流路を開状態にしている時間に基づいて演算された前記発電機の発電量に、給水制御手段電力消費量演算手段により演算された、前記給水制御手段が消費する電力消費量を加算し、さらに、待機電力消費量演算手段により演算された、制御部自身の待機時の電力消費量を減算することにより、前記蓄電手段の蓄電量を推定し、その推定値が所定値以下であれば前記給水制御手段の開動作を所定の時間継続することを特徴とする。このように、請求項１に係る発明では、制御部は前記給水制御手段が流路を開状態にしている時間によって前記発電機の発電量を推定することで、これまでの発電量を合計して、現時点の利用可能な蓄電量を把握することができる。
【０００８】
制御部は給水制御手段が消費する電力消費量を演算する給水制御手段電力消費量演算手段を備えたことで、これにより現時点の電力消費量を把握することができる。
【０００９】
制御部は制御部自身の待機時の電力消費量を待機時間に応じて演算する待機電力消費量演算手段を備えたことで、これにより現時点の待機時電力消費量を把握することができる。
【００１０】
制御部は発電機が発電する発電量に、給水制御手段が消費する電力消費量を加算し、さらに、制御部自身の待機時の電力消費量を減算することにより、前記蓄電手段の蓄電量を推定することで、これにより現時点の前記蓄電手段の蓄電量を把握することができる。
【００１１】
制御部は蓄電手段の蓄電量の推定量が所定値以下であれば給水制御手段の開動作を継続することで、これにより不足分の蓄電量を賄うために発電を続け蓄電量を増加することができる。
【００１２】
請求項２は、請求項１記載の自動水栓において、制御部は使用者に蓄電手段の蓄電量が低下したことを知らせる報知手段を備えたことで、これにより蓄電中の動作であることを使用者に正確に伝えることができ、製品の誤動作等でないことを知らせることができる。
【００１３】
請求項３は、請求項１又は２記載の自動水栓において、人体の一部を検出する人体検出手段を有し、制御部は前記人体検出手段の出力応じて、給水制御手段の開閉動作を行うことを特徴とすることで、使用者は気にすることなく、自動で人体検出手段の出力に応じて給水制御手段を開閉するので、毎回の洗浄行為が自動で行なわれ衛生的である。
【００１５】
請求項４は、請求項１乃至３記載の自動水栓において、制御部は設定値を格納する不揮発性記憶手段を有するとともに、発電機が発電する発電量又は給水制御手段が消費する消費電力量を前記不揮発性記憶手段に記憶することで、これにより現時点の自動水栓の発電量、消費電力量を保存することができ、定期的な検査、故障状況把握に利用できる。
【００１６】
請求項５は、請求項４記載の自動水栓において、制御部は外部から不揮発性記憶手段に書込む、外部書込み用端子を有するとともに、前記外部書込み用端子から発電機が発電する発電量又は給水制御手段が消費する消費電力量を前記不揮発性記憶手段に書込むことで、これにより自動水栓が設置される環境に応じた値を設定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の内容をより理解しやすくするため、以下に実施例を用いて解説する。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例を説明するための概略図である。図１において流路１の先端には自動水栓２が設置されており、水栓２はＬＥＤ等の表示部３設けられている。また、自動水栓２にはセンサ４が設置されており、センサ４によって検出体５の有無を判断し、検出体５をセンサ４が感知すれば吐水、非感知となれば止水を行う。吐水、止水は流路１上流に設置されている電磁弁６からなる給水制御手段を開閉することによって行う。また、流路１には発電機７が設けられており、流路内を流れる水流により水車を回転させ発電を行いコンデンサ等からなる蓄電手段８に蓄電される、蓄電手段８の蓄電量が低下すると、一次電池９から電力が供給される。また、前記水栓２、電磁弁６，発電機７、一次電池９はコントローラ１０と接続されており、コントローラ１０には蓄電手段８、ＣＰＵ１１、音声発生部１２、外部ＳＷ１３、不揮発性メモリ１４、そしてＣＰＵ内部に発電量演算手段１８、電力消費量演算手段１９、待機電力消費量演算手段２０が設けられている。
【００１９】
このような構成の自動水栓において、ＣＰＵ１１にプログラムされている演算部が発電量α、電力消費量β、待機電力消費量γを演算する。そしてこの演算結果α、β、γを元に電磁弁の開動作を継続することができる。詳細な流れを図３に沿って説明する。
【００２０】
発電量αは、電磁弁の開動作時間によって演算する。前記発電機７の性能を１００ｍＪ/ｓ、電磁弁の開動作時間が３秒だとすると、発電量は１００ｍＪ×３ｓ＝３００ｍＪと演算する。
【００２１】
電力消費量βは、電磁弁の消費量によって演算する。５Ｖ、２Ａの電磁弁に、一回の電磁弁開閉動作で５０ｍｓ通電すると、電力消費量は５Ｖ×２Ａ×５０ｍｓ＝５００ｍＪと演算する。
【００２２】
待機電力消費量γは、センサ投光等による待機時の消費量によって演算する。センサによる感知、非感知で投光周期が変化する自動水栓だとし、センサ感知時の待機消費量を２ｍＪ/ｓ、センサ非感知時の待機消費量を１ｍＪ/ｓ、感知時間が７秒、非感知時間が３秒とすると、１０秒間の待機電力消費量は、（２ｍＪ/ｓ×７ｓ）＋（１ｍＪ/ｓ×３ｓ）＝１７ｍＪ と演算する。
【００２３】
以上の３項目を演算手段に用いることにより、現在の蓄電手段の蓄電量ωを推定することができる。まず、現在吐水中であるかどうかを判定し（Ｓ１０１）、止水中であれば電磁弁開要求（吐水要求）があるかどうかを判定し（Ｓ１０２）、要求がなければ何もせずに終了するが、要求があれば電磁弁を開して吐水を行い、それと同時に計時部での測定を開始する（Ｓ１０３）。そして次に吐水中であるかどうかの判定処理に来た時に（Ｓ１０１）吐水中と判断し、電磁弁閉要求（止水要求）があるかどうかの判定を行う（Ｓ１０４）。そこで要求がなければ何もせずに終了するが、要求があれば電磁弁を閉して止水を行い、それと同時に計時部での測定を終了する（Ｓ１０５）。計時部で測定した測定時間と発電機の発電性能を乗算し、発電量αを求め、加算して行く（Ｓ１０６）。また、この自動水栓の電力消費量βを電磁弁閉毎に加算して行く（Ｓ１０７）。所定回数の吐水が行われた時に（Ｓ１０８）αとβを減算し、その結果と閾値ψを比較する（Ｓ１０９）。この時減算結果が閾値ψより大きければ通常の開時間を設定し、閾値ψの方が大きければ通常よりも長い開時間を設定する（Ｓ１１０）。そしてこの演算結果を現在の蓄電量ωとし、加算していく（Ｓ１１１）。この時、発電量αと消費量βの比較は吐水毎に行っても良いし、５回毎といった様に所定回数毎に行っても良い。
【００２４】
また、待機電力消費量γを考慮する。定期的（この実施例では１０秒）に（Ｓ１１２）現在の蓄電量ωから待機電力消費量γの値を減算すれば（Ｓ１１３）、更に正確な蓄電量を推定することができる。
【００２５】
図４を用いて全体の流れを説明する。Ｔ４１で検出体を自動水栓が検出すると、電磁弁が開駆動を行い、電力消費量演算を開始する。Ｔ４２で自動水栓が検出体を非検出すると閉駆動を行い、電力消費量演算手段を終了する。ここで、蓄電量の推定値が閾値よりも低ければ、通常よりも長い開時間を設定する。Ｔ４３で再度、自動水栓が検出体検出すると、電磁弁開駆動を行い、電力消費量演算を開始する。Ｔ４４で自動水栓が検出体を非検出すると通常ならば閉駆動を行うが、Ｔ４２で通常よりも長い開時間が設定されているため、電磁弁開状態を保持し、この間不足分の蓄電量を賄うことができる。その後、設定した開時間がタイムアップすると閉駆動を行い、電力消費量演算を停止する。ここで、蓄電量が閾値よりも高くなっていれば、元の開時間を設定する。
【００２６】
ここで長い開時間とは、開から閉までの最低吐水時間を指す。例えば最低吐水時間が１秒と設定されていたとすると、一度吐水を行えばたとえ人体を感知していなくても１秒を吐水することになる。ここで蓄電量が低下した時に最低吐水時間を延長すれば、たとえ人体を感知していなくても吐水を行うことになるので、その分だけ発電を行い、不足分の蓄電量を賄うことができる。また、最低吐水時間を延長した時に人体の感知状態が続いていれば（図４点線部分）、使用者から見ると全く余分な吐水をすることもなく不足分の蓄電量を賄うことができるという利点もある。この様に発電量と消費量を演算することにより、蓄電手段の蓄電量を制御し一次電池の寿命短縮を防ぐことができる。
【００２７】
また図３に示すように、一般に使用されている、センサ２２、手動ＳＷ３６、センサと手動ＳＷの併用にて吐止水を決定するどの自動水栓においても、水車により発電し、電磁弁開閉により消費するという点においては共通のため、現在の蓄電量により最低吐水時間を変更する手段は有効になる。
【００２８】
また、開時間を長くした時に、現在不足分の蓄電量を充電中である、又は誤動作では無いという意図を、ＬＥＤ等の表示部３７による光や、音声発生部３８による音で、使用者に伝えることができる。
【００２９】
また、不揮発性メモリ３９にＣＰＵからの書き込み配線を設け、定期的に現在の発電量、電力消費量、蓄電量等を書き込んでおけば、故障等が発生した際の各制御定数の値を把握することができ、故障原因を解明することができる。
【００３０】
また、設置場所や部品性能により、前記発電量、消費量等の定数は異なるため、不揮発性メモリ３９に外部からの書き込み用端子を設け、自動水栓の設置環境に応じた値を書き込めば、ＣＰＵ１１がその値を読み込み配線を通じて読む込むことにより、各環境に応じた最適な値で動作することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、自動水栓の水量調節バルブが少量に設定されていたり、短い吐水が連続で行われたりすることにより、たとえ自動水栓が使用されている状態で蓄電量が低下した場合でも、節水の意に反することなく蓄電手段への蓄電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明における自動水栓の概略構成図
【図２】    本発明における自動水栓の実施回路例
【図３】    本発明における自動水栓の吐水時間延長のフローチャート
【図４】    本発明における自動水栓の吐水時間延長のタイミングチャート
【符号の説明】
１…流路、２…水栓、３…ＬＥＤ、４…センサ、５…検出体、６…電磁弁、
７…発電機、８…蓄電手段、９…補助電源（一次電池）、１０…コントローラ、
１１…制御部、１２…音声発生部、１３…外部ＳＷ、１４…不揮発性メモリ
１５…ＣＰＵからの書き込み配線、１６…外部書き込み用端子
１７…ＣＰＵからの読み込み配線、１８…発電量演算手段、
１９…電力消費量演算手段、２０…待機電力消費量演算手段
２１…マイコン、２２…人体検出回路、２３…ソレノイド、
２４…ソレノイド通電回路、２５…コンデンサ、２６…電圧変換回路、
２７…発電機、２８…全波整流器、２９…ツェナーダイオード、
３０…一次電池、３１…抵抗、３２…ダイオード、３３…抵抗、
３４…トランジスタ、３５…インバータ、３６…手動ＳＷ、３７…表示部
３８…音声発生部、３９…不揮発性メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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