便座加熱方式
【課題】トイレの便座の暖房の温度制御を短時間に行うことができ、トイレの未使用時間帯では電力の使用をオフにし、電力エネルギーの消費を極端に少なくすることができる便座の加熱方式を提供する。
【解決手段】トイレ室への利用者の入室を検知するまでは、便座を温めるヒータへの電力の供給を停止する。トイレ室への利用者の入室を検知すると、電力源として備えられた電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータに瞬間的に加熱電流を流し、便座を短時間で一定温度まで暖める。その後は、利用者がトイレ室を退室したことを検知するまで、電源からの電力をヒータに供給する。利用者がトイレ室から退室したこと（トイレ室に人がいないこと）を検知したら、電源からの電力を電気２重層キャパシタに供給し、電気２重層キャパシタの充電動作を行う。所定の値まで充電された後は、電源からの電力の供給が停止される。
【解決手段】トイレ室への利用者の入室を検知するまでは、便座を温めるヒータへの電力の供給を停止する。トイレ室への利用者の入室を検知すると、電力源として備えられた電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータに瞬間的に加熱電流を流し、便座を短時間で一定温度まで暖める。その後は、利用者がトイレ室を退室したことを検知するまで、電源からの電力をヒータに供給する。利用者がトイレ室から退室したこと（トイレ室に人がいないこと）を検知したら、電源からの電力を電気２重層キャパシタに供給し、電気２重層キャパシタの充電動作を行う。所定の値まで充電された後は、電源からの電力の供給が停止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トイレで使用される便座の暖房および人体洗浄用の水の加温を、電力エネルギーの消費を少なくして行うことができるトイレの便座加熱方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への配慮、原油価格の高騰などエネルギーを巡る状況は悪化しており、例えば、電力の需要の増大に対応して、新たに原子力や火力発電所を建設することは、安全性の観点からも環境汚染の増大への危惧により、特に建設予定地の住民からの強い反対があり容易ではない。
【０００３】
そのため、家庭や工場、オフィス等の広い範囲で使用されている電子、電気機器は極力その消費電力を少なくすることが求められている。この電子機器等の具体的な例としては、テレビ受像機、ビデオ機器などの家庭電気製品、パソコン、各種サーバー、コピー機等のＯＡ機器を挙げることができる。これらの電子機器は、夜間などの稼動されない時間帯では、電源をオフにして、電力負荷装置の動作を停止させることが省エネルギー化に貢献することになる。
【０００４】
この省エネルギーを考慮している製品として、トイレ関連製品が挙げられる。最近のトイレでは、洗浄用の水の温度を使用者が不快に感じるような冷たい温度のまま使用せず、体温よりは低いが使用者が冷たく感じる温度以上に暖めて洗浄用に使用者に照射している。また、トイレの便座も、ヒータにより暖めることができるように設計されており、例えば冬季に便座に座った際に便座が暖められていないと、使用者はその冷たさに不快感を持つことになる。特に冬季の夜間においては、冷たい便座に座ることは使用者の健康にも悪影響を及ぼす。
【０００５】
このため、最近のトイレの洗浄用の水は温められており、使用者は、適温に温められた温水により、洗浄をすることができる。また、便座も便座の中にヒータが埋めこめられており、そのヒータに通電することによって、常時便座の温度も使用者が座った際に冷たさを感じることがないような適温となるように作られている。
【０００６】
特許文献１には、自動で人体の有無を検知するセンサユニットを、本体とは別にトイレ室内に配設し、そのセンサユニットをトイレ入り口の壁へ配設することにより、トイレ室内の大きさに応じて人体に違和感を与えることなく、最適なタイミングで人体の有無を検出することができるトイレ装置が開示されている。この人体検知の信号に基づいて暖房便座の暖房温度制御などを実行し。電力エネルギーの効率的使用を実現している。
【特許文献１】特開２００６−３２０７４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、人体検知手段の検出状態に基づいて便座の暖房の設定温度を変えるようにすることを特徴とした暖房便座が示されている。この特許文献１では、便座の暖房の設定温度を変えること以外に、人体検出手段の検出状態に基づいて、便座暖房手段への通電状態を変えることを特徴とした暖房便座が示されている。そして、便座暖房手段への通電状態を変える例として、暖房手段の暖房の通電を停止すること、暖房手段の暖房の通電率を低下させることが開示されている。
【０００８】
この特許文献１に記載された暖房便座は、人体検出手段により人体無しの状態のとき、暖房手段への通電状態を変えるようにしたので、トイレの利用者がいないときの電力の消費を少なくすることが可能である。しかしながら、トイレ利用者がトイレ室に入って人体検出手段が人体検出してから、トイレの便座の加熱処理を行っても、トイレ利用者が便座に座るまでの短い時間内では、便座の温度が適温まで上昇しないケースも生じる。
【０００９】
この結果、便座の暖房は、トイレに人が入ったか、トイレ室内に人体がいないかなどの状態に無関係に通電し、便座の温度制御および洗浄用水の温度制御を１日中行っている。このため、人体がトイレ室に入り、便座に座っている時間および洗浄用の温水を照射する時間は数分から数１０分程度の短い時間であるにも拘らず、便座や温水の温度制御は１日２４時間継続して行われており、電力エネルギーの無駄な消費量は無視できないものである。
【００１０】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、トイレの便座の暖房や人体に照射する温水の温度制御を短時間に行うことができ、トイレの未使用時間帯では電力の使用をオフにし、電力エネルギーの消費を極端に少なくすることができるトイレの温水および便座の加熱方式を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に基づく便座加熱方式は、トイレ室に置かれた便座と、便座を暖めるために設けられた便座ヒータと、便座ヒータによって暖められる便座の温度を制御する制御回路と、トイレ室に利用者が入ったことを検知するための人体検知手段と、便座ヒータに加熱電力を供給する電源と、電源の入力側に設けられ、電源への電力の供給のオンとオフの切り換えを行う第１のスイッチと、電源の出力側に設けられた電気２重層キャパシタと、電気２重層キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御回路と、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間に設けられた第２のスイッチと、人体検知手段からの人体検知信号に基づき、人体がトイレ室にいないことを検出している期間、第１のスイッチをオフとし、電源への電力供給を停止し、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第１のスイッチをオンにして電源に電力の供給を行うように制御する第１のスイッチ制御回路と、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータにその電力を供給するように制御する第２のスイッチ制御回路とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に基づく便座加熱方式では、人体洗浄用の水を加熱する洗浄水加熱手段も備えており、電気２重層キャパシタと洗浄水の加熱手段との間には第２のスイッチが設けられており、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検出すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータおよび洗浄水加熱手段との間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータと共に洗浄水加熱手段にその電力を供給するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、例えば、トイレ室への利用者の入室を検知するまでは、便座を温めるヒータへの電力の供給を停止する。すなわち、ヒータ電源への入力電力の供給を完全に停止する。トイレ室への利用者の入室を検知すると、電力源として備えられた電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータに瞬間的に加熱電流を流す。すなわち、本発明では、電気２重層キャパシタの急速な充放電特性を最大限活用し、必要な電力を必要なときに使用するように構成したので、大きな省エネルギー効果が達成できる。
【００１４】
この結果、便座は、短時間に一定温度まで暖められ、その後は、利用者がトイレ室を退室したことを検知するまで、電源からの電力をヒータに供給する。利用者がトイレ室から退室したこと（トイレ室に人がいないこと）を検知したら、電源からの電力を電気２重層キャパシタに供給し、電気２重層キャパシタの充電動作を行う。電気２重層キャパシタの充電電圧はモニターされ、所定の値まで充電された後には、電源への電力の供給が停止される。
【００１５】
このように、便座を暖めるためのヒータへの電力の供給は、実際にトイレの利用者がトイレ室に入っている時間に限定され、トイレ室が空きの状態のときには、電源には電力の供給が停止されているので、便座加熱用のヒータへの通電は、１日のうち、トイレが使用されているトータルの時間である数十分の間だけになり、１日中ヒータを加熱する従来方式に比べて大幅な省エネルギー効果が達成される。このような便座加熱方式と同様に洗浄水の適温への加熱も実行される。したがって、便座の加熱方式による省エネルギー効果に加えて、洗浄水の加熱時間をも著しく短くすることができ、使用エネルギーの削減効果は非常に大きいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、電力エネルギーの消費を著しく少なくし、短時間に便座を適温まで暖めることができ、また、洗浄用の温水の温度を短時間に適温にすることができる本発明を用いたトイレの基本的な構成を示している。なお、図中実線で示された経路は、電力の供給経路であり、点線で示された経路は、制御信号や検出データ類の信号の供給経路である。
【００１７】
図１において、１はＡＣ商用電力の入力端子であり、入力端子１は、第１のスイッチ２を介してスイッチング電源３に接続されている。スイッチング電源３は、交流入力電力を整流しており、整流された直流電力は、人体に照射する洗浄水の水量を調節するためのモータ５と、洗浄水を暖めるための洗浄水ヒータ６と、便座を暖めるための便座ヒータ７に供給される。モータ５は、洗浄水の照射水量を任意に調節するための水量制御回路８によって制御されている。また、洗浄水を暖める洗浄水ヒータ６は、先浄水の温度を所定の範囲に調整するための制御回路９によって加熱電流が調整される。
【００１８】
また、便座を暖めるためのヒータ７は、便座の温度を調整するための制御回路１０によって加熱電流が調整される。なお、スイッチング電源３とモータ５との間には第２のスイッチ１１が設けられており、スイッチング電源３と洗浄水ヒータ６および便座ヒータ７との間には第３のスイッチ１２が設けられている。この第１と第２のスイッチ１１、１２は、リレー１３によってオン、オフされる。
【００１９】
スイッチング電源３の出力側にはキャパシタブロック１４が接続されている。このキャパシタブロック１４は、例えば、４つの電気２重層キャパシタセルＣ１〜４が直列に接続され、直列接続されたキャパシタブロック１４は、スイッチング電源３からモータ５、ヒータ６および７への電力供給ラインに並列に接続されている。この複数の電気２重層キャパシタを直列に接続した理由は、十分な電力容量を確保し、所定の電圧の電力を供給するためである。
【００２０】
このキャパシタブロック１４には４つのキャパシタの残存電力量をモニターする機能と、モニターした残存電力量が規定値以下となった場合には、キャパシタの充電モードを開始するための信号を発生するキャパシタ制御回路１５が接続されている。このキャパシタ制御回路１５は、キャパシタブロック１１内のキャパシタＣ１〜４を充電するモードにされたときに、各キャパシタの充電状態を制御する機能も有している。
【００２１】
なお、前記したＡＣ入力端子１とスイッチング電源３との間に設けられた第１のスイッチ２は、リレー１６によってオンオフされ、このリレー１６によって第１のスイッチ２がオンの状態とされると、ＡＣ入力端子２とスイッチング電源３との間は電気的に接続され、電源３にはＡＣ電力が供給される。一方、リレー１６によって第１のスイッチ２がオフの状態とされると、ＡＣ入力端子２からスイッチング電源３へのＡＣ電力の供給は停止される。
【００２２】
このリレー１６を介しての第１のスイッチ２のオンオフの制御、および、リレー１３を介しての第２と第３のスイッチ１１、１２のオンオフの制御は、主制御回路１８によって行われる。この主制御回路１８には、トイレ室の中に設けられ、人体がトイレ室内に入ったこと、逆にトイレの中からトイレの利用者が出て行ったことをモニターする人体検知手段１７からの信号も供給される。なお、キャパシタブロック１４内のキャパシタから放電により出力される電力の電圧は、例えば、キャパシタブロック１４の出力側に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ２０により、例えば、１２Ｖの一定電圧に維持される。このような構成の動作を次に説明する。
【００２３】
主制御回路１８には、キャパシタ制御回路１５によって得られる各キャパシタＣ１〜Ｃ４の蓄電容量に関する情報が供給され、適宜な入力手段によって、洗浄水の温度や便座の暖房温度などが設定される。更に、主制御回路１５には、人体検知手段１９からの検知信号も供給されており、主制御回路１８は、供給や設定された各種データに基づいて各構成要素の制御を行う。
【００２４】
初期状態では、キャパシタブロック１４内の電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４は充電されていない。したがって、まずキャパシタへの充電動作が実行される。この充電に当たっては、キャパシタ制御回路１５によって各キャパシタの充電がバランスよく行われており、充電による電力の損失は極めて少なくされている。キャパシタ制御回路１５によって、所定のキャパシタの充電が終了すると、キャパシタ制御回路１５から供給される充電終了の信号に基づき、主制御回路１８はリレー１６を駆動し、第１のスイッチ２をオフとする。
【００２５】
この結果、スイッチング電源３には電力の供給が停止され、洗浄水の水量を調節するモータ５、洗浄水を温める洗浄水ヒータ６、便座を温める便座ヒータ７への電流の供給もストップする。当然のことながら、例えば、冬季であれば、ヒータへの電流の供給を停止すると、短時間に便座ヒータや洗浄水の温度が低下し。仮にその状態で人が便座に座り、洗浄水を用いると、その冷たさに大きな不快感を持つことになる。なお、ここまでに説明した初期状態では、トイレ室に人が入っていない状態を前提としている。
【００２６】
このトイレ室へ人が入っていない初期状態で、第１のスイッチ２がオフとされているが、同様に電源回路３の出力側に設けられた第２と第３のスイッチ１１、１２もオフにされている。ここで、トイレ室に人が入ると人体の検知手段１９が人の入室を検知し、その入室検知信号は、主制御回路１８に供給される。主制御回路１７は、入室検知信号の供給を受けて、リレー１３を駆動し、第２と第３のスイッチ１１、１２をオンにすると共にキャパシタ制御回路１５を制御し、キャパシタブロック１４内の各電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４に蓄積されていた電力エネルギーを瞬間的に放電させる。なお、キャパシタブロック１４から放電された電力は、例えば、キャパシタブロック１４の後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ２０によって、例えば、１２Ｖに昇圧され、モータ５、洗浄水ヒータ６、便座ヒータ７に供給される。
【００２７】
この結果、便座ヒータ７および洗浄水ヒータ６には、キャパシタブロック１４内の各キャパシタＣ１〜Ｃ４に蓄電されていた電力が短時間に供給され、ヒータ６，７は高い温度にまで一気に加熱される。この結果、ヒータへの通電が停止されていた便座と洗浄水の温度は、ヒータ６、７への急速な加熱電流の供給により、短時間に適温近辺の所定の温度範囲にまで上昇させられる。
【００２８】
なお、ヒータ６、７には、キャパシタブロック１４からの放電による加熱電流が、瞬間的に供給されるが、このとき、第１のスイッチ２がオンとなっているので、スイッチング電源３にはＡＣ入力端子１からの電力が供給される。第１のスイッチ２を介してスイッチング電源３に供給されたＡＣ電力は、直流に整流され、直流電力が、第１のスイッチ２と同様にオンとされた第２と第３のスイッチ１１、１２を介してモータ５、ヒータ６、７に供給される。このようなスイッチの接続状態とすることにより、従来の便座や洗浄水の温度を人体にとって好適な温度に維持する機能を有した便器と、同様な電力の供給ラインを実現することができる。
【００２９】
すなわち、モータ５は洗浄水の流量の調整を行うもので、流量制御回路８によって、モータ５への電力の調整がなされ、洗浄水の水量は主制御回路１８からの水量に関する制御信号に基づき、流量制御回路８によるモータ５の回転数の制御により調整することができる。このとき同時に洗浄水ヒータ６にも第３のスイッチ１２を介して洗浄水の加熱電流が供給される。この加熱電流の値は、設定された水温に応じた電流がヒータ６に流されるように、洗浄水温度制御回路９によって制御される。
【００３０】
さらに、便座加熱ヒータ７用の電流がスイッチ１２を介して流され、ヒータ７への電流値は、便座の温度を参照して便座温度制御回路１０によって制御し、あらかじめ主制御回路１８に設定した温度に便座の温度が一致するように制御回路１０は動作する。このように、第１から第３のスイッチ２、１１、１２がすべてオンとされ、便座や洗浄水の温度が設定した温度に維持される。この状態で、電源３からの電力に余剰がある場合には、その余剰電力は、キャパシタブロック１４内の各電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４の充電に用いられる。
【００３１】
このような状態から、トイレの利用者が退室すると、人体検知手段１７は、トイレ室内に人がいないことを検知してその信号を主制御回路１８に供給する。主制御回路１８は、トイレ利用者の退室信号に基づいて第２と第３のスイッチ１１、１２をオフにし、モータ５やヒータ６、７への電力の供給を停止する。この後は電源３からの電力は専らキャパシタブロック１４内の各キャパシタの充電に用いられる。キャパシタ制御回路１５は、各キャパシタＣ１〜Ｃ４がバランスよく充電されるように制御する。
【００３２】
また、各キャパシタの充電が満充電、あるいは、満充電レベルに対して所定の割合にまで行われると、充電終了の信号が主制御回路１８に供給される。主制御回路１８は、充電終了の信号に基づいてリレー１６を駆動し、第１のスイッチ２をオフにする。この結果、スイッチング電源３には電力が供給されないので、電源駆動電力も発生せず、また、モータ５、ヒータ６，７の各電力負荷にも電力の供給は行われず、トイレの利用者がいない期間には、電力の消費がほとんどなくなり、省エネルギー効果は極めて大きいものとなる。例えば、一般家庭におけるトイレの使用時間は、１日２４時間のうちの数１０分程度、長くても１時間程度であることに鑑みると、便座や洗浄水を暖めるための電力の供給時間の短縮に伴う節電効果は極めて大きいことが理解される。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、スイッチ９のオンオフ制御をメカニカルリレー８によって行ったが、寿命やノイズによる影響が少ないなどの理由から、トライアックやＳＳＲなどの半導体によるオンオフ制御を行うことが望ましい。また、電気２重層キャパシタの範疇には、純電気２重層キャパシタのみならず、リチウムイオンキャパシタのごとき、その一部に電気２重層が形成されるハイブリッドキャパシタも含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に基づく便座加熱方式を用いたトイレの基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ＡＣ入力端子
２ 第１のスイッチ
３ スイッチング電源
５ モータ
６ 洗浄水ヒータ
７ 便座ヒータ
８ モータ制御回路
９ 洗浄水温度制御回路
１０ 便座温度制御回路
１１、１２ スイッチ
１３、１６ リレー
１４ キャパシタブロック
１５ キャパシタ制御回路
１７ 人体検知手段
１８ 主制御回路
２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トイレで使用される便座の暖房および人体洗浄用の水の加温を、電力エネルギーの消費を少なくして行うことができるトイレの便座加熱方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への配慮、原油価格の高騰などエネルギーを巡る状況は悪化しており、例えば、電力の需要の増大に対応して、新たに原子力や火力発電所を建設することは、安全性の観点からも環境汚染の増大への危惧により、特に建設予定地の住民からの強い反対があり容易ではない。
【０００３】
そのため、家庭や工場、オフィス等の広い範囲で使用されている電子、電気機器は極力その消費電力を少なくすることが求められている。この電子機器等の具体的な例としては、テレビ受像機、ビデオ機器などの家庭電気製品、パソコン、各種サーバー、コピー機等のＯＡ機器を挙げることができる。これらの電子機器は、夜間などの稼動されない時間帯では、電源をオフにして、電力負荷装置の動作を停止させることが省エネルギー化に貢献することになる。
【０００４】
この省エネルギーを考慮している製品として、トイレ関連製品が挙げられる。最近のトイレでは、洗浄用の水の温度を使用者が不快に感じるような冷たい温度のまま使用せず、体温よりは低いが使用者が冷たく感じる温度以上に暖めて洗浄用に使用者に照射している。また、トイレの便座も、ヒータにより暖めることができるように設計されており、例えば冬季に便座に座った際に便座が暖められていないと、使用者はその冷たさに不快感を持つことになる。特に冬季の夜間においては、冷たい便座に座ることは使用者の健康にも悪影響を及ぼす。
【０００５】
このため、最近のトイレの洗浄用の水は温められており、使用者は、適温に温められた温水により、洗浄をすることができる。また、便座も便座の中にヒータが埋めこめられており、そのヒータに通電することによって、常時便座の温度も使用者が座った際に冷たさを感じることがないような適温となるように作られている。
【０００６】
特許文献１には、自動で人体の有無を検知するセンサユニットを、本体とは別にトイレ室内に配設し、そのセンサユニットをトイレ入り口の壁へ配設することにより、トイレ室内の大きさに応じて人体に違和感を与えることなく、最適なタイミングで人体の有無を検出することができるトイレ装置が開示されている。この人体検知の信号に基づいて暖房便座の暖房温度制御などを実行し。電力エネルギーの効率的使用を実現している。
【特許文献１】特開２００６−３２０７４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、人体検知手段の検出状態に基づいて便座の暖房の設定温度を変えるようにすることを特徴とした暖房便座が示されている。この特許文献１では、便座の暖房の設定温度を変えること以外に、人体検出手段の検出状態に基づいて、便座暖房手段への通電状態を変えることを特徴とした暖房便座が示されている。そして、便座暖房手段への通電状態を変える例として、暖房手段の暖房の通電を停止すること、暖房手段の暖房の通電率を低下させることが開示されている。
【０００８】
この特許文献１に記載された暖房便座は、人体検出手段により人体無しの状態のとき、暖房手段への通電状態を変えるようにしたので、トイレの利用者がいないときの電力の消費を少なくすることが可能である。しかしながら、トイレ利用者がトイレ室に入って人体検出手段が人体検出してから、トイレの便座の加熱処理を行っても、トイレ利用者が便座に座るまでの短い時間内では、便座の温度が適温まで上昇しないケースも生じる。
【０００９】
この結果、便座の暖房は、トイレに人が入ったか、トイレ室内に人体がいないかなどの状態に無関係に通電し、便座の温度制御および洗浄用水の温度制御を１日中行っている。このため、人体がトイレ室に入り、便座に座っている時間および洗浄用の温水を照射する時間は数分から数１０分程度の短い時間であるにも拘らず、便座や温水の温度制御は１日２４時間継続して行われており、電力エネルギーの無駄な消費量は無視できないものである。
【００１０】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、トイレの便座の暖房や人体に照射する温水の温度制御を短時間に行うことができ、トイレの未使用時間帯では電力の使用をオフにし、電力エネルギーの消費を極端に少なくすることができるトイレの温水および便座の加熱方式を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に基づく便座加熱方式は、トイレ室に置かれた便座と、便座を暖めるために設けられた便座ヒータと、便座ヒータによって暖められる便座の温度を制御する制御回路と、トイレ室に利用者が入ったことを検知するための人体検知手段と、便座ヒータに加熱電力を供給する電源と、電源の入力側に設けられ、電源への電力の供給のオンとオフの切り換えを行う第１のスイッチと、電源の出力側に設けられた電気２重層キャパシタと、電気２重層キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御回路と、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間に設けられた第２のスイッチと、人体検知手段からの人体検知信号に基づき、人体がトイレ室にいないことを検出している期間、第１のスイッチをオフとし、電源への電力供給を停止し、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第１のスイッチをオンにして電源に電力の供給を行うように制御する第１のスイッチ制御回路と、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータにその電力を供給するように制御する第２のスイッチ制御回路とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に基づく便座加熱方式では、人体洗浄用の水を加熱する洗浄水加熱手段も備えており、電気２重層キャパシタと洗浄水の加熱手段との間には第２のスイッチが設けられており、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検出すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータおよび洗浄水加熱手段との間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータと共に洗浄水加熱手段にその電力を供給するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、例えば、トイレ室への利用者の入室を検知するまでは、便座を温めるヒータへの電力の供給を停止する。すなわち、ヒータ電源への入力電力の供給を完全に停止する。トイレ室への利用者の入室を検知すると、電力源として備えられた電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータに瞬間的に加熱電流を流す。すなわち、本発明では、電気２重層キャパシタの急速な充放電特性を最大限活用し、必要な電力を必要なときに使用するように構成したので、大きな省エネルギー効果が達成できる。
【００１４】
この結果、便座は、短時間に一定温度まで暖められ、その後は、利用者がトイレ室を退室したことを検知するまで、電源からの電力をヒータに供給する。利用者がトイレ室から退室したこと（トイレ室に人がいないこと）を検知したら、電源からの電力を電気２重層キャパシタに供給し、電気２重層キャパシタの充電動作を行う。電気２重層キャパシタの充電電圧はモニターされ、所定の値まで充電された後には、電源への電力の供給が停止される。
【００１５】
このように、便座を暖めるためのヒータへの電力の供給は、実際にトイレの利用者がトイレ室に入っている時間に限定され、トイレ室が空きの状態のときには、電源には電力の供給が停止されているので、便座加熱用のヒータへの通電は、１日のうち、トイレが使用されているトータルの時間である数十分の間だけになり、１日中ヒータを加熱する従来方式に比べて大幅な省エネルギー効果が達成される。このような便座加熱方式と同様に洗浄水の適温への加熱も実行される。したがって、便座の加熱方式による省エネルギー効果に加えて、洗浄水の加熱時間をも著しく短くすることができ、使用エネルギーの削減効果は非常に大きいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、電力エネルギーの消費を著しく少なくし、短時間に便座を適温まで暖めることができ、また、洗浄用の温水の温度を短時間に適温にすることができる本発明を用いたトイレの基本的な構成を示している。なお、図中実線で示された経路は、電力の供給経路であり、点線で示された経路は、制御信号や検出データ類の信号の供給経路である。
【００１７】
図１において、１はＡＣ商用電力の入力端子であり、入力端子１は、第１のスイッチ２を介してスイッチング電源３に接続されている。スイッチング電源３は、交流入力電力を整流しており、整流された直流電力は、人体に照射する洗浄水の水量を調節するためのモータ５と、洗浄水を暖めるための洗浄水ヒータ６と、便座を暖めるための便座ヒータ７に供給される。モータ５は、洗浄水の照射水量を任意に調節するための水量制御回路８によって制御されている。また、洗浄水を暖める洗浄水ヒータ６は、先浄水の温度を所定の範囲に調整するための制御回路９によって加熱電流が調整される。
【００１８】
また、便座を暖めるためのヒータ７は、便座の温度を調整するための制御回路１０によって加熱電流が調整される。なお、スイッチング電源３とモータ５との間には第２のスイッチ１１が設けられており、スイッチング電源３と洗浄水ヒータ６および便座ヒータ７との間には第３のスイッチ１２が設けられている。この第１と第２のスイッチ１１、１２は、リレー１３によってオン、オフされる。
【００１９】
スイッチング電源３の出力側にはキャパシタブロック１４が接続されている。このキャパシタブロック１４は、例えば、４つの電気２重層キャパシタセルＣ１〜４が直列に接続され、直列接続されたキャパシタブロック１４は、スイッチング電源３からモータ５、ヒータ６および７への電力供給ラインに並列に接続されている。この複数の電気２重層キャパシタを直列に接続した理由は、十分な電力容量を確保し、所定の電圧の電力を供給するためである。
【００２０】
このキャパシタブロック１４には４つのキャパシタの残存電力量をモニターする機能と、モニターした残存電力量が規定値以下となった場合には、キャパシタの充電モードを開始するための信号を発生するキャパシタ制御回路１５が接続されている。このキャパシタ制御回路１５は、キャパシタブロック１１内のキャパシタＣ１〜４を充電するモードにされたときに、各キャパシタの充電状態を制御する機能も有している。
【００２１】
なお、前記したＡＣ入力端子１とスイッチング電源３との間に設けられた第１のスイッチ２は、リレー１６によってオンオフされ、このリレー１６によって第１のスイッチ２がオンの状態とされると、ＡＣ入力端子２とスイッチング電源３との間は電気的に接続され、電源３にはＡＣ電力が供給される。一方、リレー１６によって第１のスイッチ２がオフの状態とされると、ＡＣ入力端子２からスイッチング電源３へのＡＣ電力の供給は停止される。
【００２２】
このリレー１６を介しての第１のスイッチ２のオンオフの制御、および、リレー１３を介しての第２と第３のスイッチ１１、１２のオンオフの制御は、主制御回路１８によって行われる。この主制御回路１８には、トイレ室の中に設けられ、人体がトイレ室内に入ったこと、逆にトイレの中からトイレの利用者が出て行ったことをモニターする人体検知手段１７からの信号も供給される。なお、キャパシタブロック１４内のキャパシタから放電により出力される電力の電圧は、例えば、キャパシタブロック１４の出力側に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ２０により、例えば、１２Ｖの一定電圧に維持される。このような構成の動作を次に説明する。
【００２３】
主制御回路１８には、キャパシタ制御回路１５によって得られる各キャパシタＣ１〜Ｃ４の蓄電容量に関する情報が供給され、適宜な入力手段によって、洗浄水の温度や便座の暖房温度などが設定される。更に、主制御回路１５には、人体検知手段１９からの検知信号も供給されており、主制御回路１８は、供給や設定された各種データに基づいて各構成要素の制御を行う。
【００２４】
初期状態では、キャパシタブロック１４内の電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４は充電されていない。したがって、まずキャパシタへの充電動作が実行される。この充電に当たっては、キャパシタ制御回路１５によって各キャパシタの充電がバランスよく行われており、充電による電力の損失は極めて少なくされている。キャパシタ制御回路１５によって、所定のキャパシタの充電が終了すると、キャパシタ制御回路１５から供給される充電終了の信号に基づき、主制御回路１８はリレー１６を駆動し、第１のスイッチ２をオフとする。
【００２５】
この結果、スイッチング電源３には電力の供給が停止され、洗浄水の水量を調節するモータ５、洗浄水を温める洗浄水ヒータ６、便座を温める便座ヒータ７への電流の供給もストップする。当然のことながら、例えば、冬季であれば、ヒータへの電流の供給を停止すると、短時間に便座ヒータや洗浄水の温度が低下し。仮にその状態で人が便座に座り、洗浄水を用いると、その冷たさに大きな不快感を持つことになる。なお、ここまでに説明した初期状態では、トイレ室に人が入っていない状態を前提としている。
【００２６】
このトイレ室へ人が入っていない初期状態で、第１のスイッチ２がオフとされているが、同様に電源回路３の出力側に設けられた第２と第３のスイッチ１１、１２もオフにされている。ここで、トイレ室に人が入ると人体の検知手段１９が人の入室を検知し、その入室検知信号は、主制御回路１８に供給される。主制御回路１７は、入室検知信号の供給を受けて、リレー１３を駆動し、第２と第３のスイッチ１１、１２をオンにすると共にキャパシタ制御回路１５を制御し、キャパシタブロック１４内の各電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４に蓄積されていた電力エネルギーを瞬間的に放電させる。なお、キャパシタブロック１４から放電された電力は、例えば、キャパシタブロック１４の後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ２０によって、例えば、１２Ｖに昇圧され、モータ５、洗浄水ヒータ６、便座ヒータ７に供給される。
【００２７】
この結果、便座ヒータ７および洗浄水ヒータ６には、キャパシタブロック１４内の各キャパシタＣ１〜Ｃ４に蓄電されていた電力が短時間に供給され、ヒータ６，７は高い温度にまで一気に加熱される。この結果、ヒータへの通電が停止されていた便座と洗浄水の温度は、ヒータ６、７への急速な加熱電流の供給により、短時間に適温近辺の所定の温度範囲にまで上昇させられる。
【００２８】
なお、ヒータ６、７には、キャパシタブロック１４からの放電による加熱電流が、瞬間的に供給されるが、このとき、第１のスイッチ２がオンとなっているので、スイッチング電源３にはＡＣ入力端子１からの電力が供給される。第１のスイッチ２を介してスイッチング電源３に供給されたＡＣ電力は、直流に整流され、直流電力が、第１のスイッチ２と同様にオンとされた第２と第３のスイッチ１１、１２を介してモータ５、ヒータ６、７に供給される。このようなスイッチの接続状態とすることにより、従来の便座や洗浄水の温度を人体にとって好適な温度に維持する機能を有した便器と、同様な電力の供給ラインを実現することができる。
【００２９】
すなわち、モータ５は洗浄水の流量の調整を行うもので、流量制御回路８によって、モータ５への電力の調整がなされ、洗浄水の水量は主制御回路１８からの水量に関する制御信号に基づき、流量制御回路８によるモータ５の回転数の制御により調整することができる。このとき同時に洗浄水ヒータ６にも第３のスイッチ１２を介して洗浄水の加熱電流が供給される。この加熱電流の値は、設定された水温に応じた電流がヒータ６に流されるように、洗浄水温度制御回路９によって制御される。
【００３０】
さらに、便座加熱ヒータ７用の電流がスイッチ１２を介して流され、ヒータ７への電流値は、便座の温度を参照して便座温度制御回路１０によって制御し、あらかじめ主制御回路１８に設定した温度に便座の温度が一致するように制御回路１０は動作する。このように、第１から第３のスイッチ２、１１、１２がすべてオンとされ、便座や洗浄水の温度が設定した温度に維持される。この状態で、電源３からの電力に余剰がある場合には、その余剰電力は、キャパシタブロック１４内の各電気２重層キャパシタＣ１〜Ｃ４の充電に用いられる。
【００３１】
このような状態から、トイレの利用者が退室すると、人体検知手段１７は、トイレ室内に人がいないことを検知してその信号を主制御回路１８に供給する。主制御回路１８は、トイレ利用者の退室信号に基づいて第２と第３のスイッチ１１、１２をオフにし、モータ５やヒータ６、７への電力の供給を停止する。この後は電源３からの電力は専らキャパシタブロック１４内の各キャパシタの充電に用いられる。キャパシタ制御回路１５は、各キャパシタＣ１〜Ｃ４がバランスよく充電されるように制御する。
【００３２】
また、各キャパシタの充電が満充電、あるいは、満充電レベルに対して所定の割合にまで行われると、充電終了の信号が主制御回路１８に供給される。主制御回路１８は、充電終了の信号に基づいてリレー１６を駆動し、第１のスイッチ２をオフにする。この結果、スイッチング電源３には電力が供給されないので、電源駆動電力も発生せず、また、モータ５、ヒータ６，７の各電力負荷にも電力の供給は行われず、トイレの利用者がいない期間には、電力の消費がほとんどなくなり、省エネルギー効果は極めて大きいものとなる。例えば、一般家庭におけるトイレの使用時間は、１日２４時間のうちの数１０分程度、長くても１時間程度であることに鑑みると、便座や洗浄水を暖めるための電力の供給時間の短縮に伴う節電効果は極めて大きいことが理解される。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、スイッチ９のオンオフ制御をメカニカルリレー８によって行ったが、寿命やノイズによる影響が少ないなどの理由から、トライアックやＳＳＲなどの半導体によるオンオフ制御を行うことが望ましい。また、電気２重層キャパシタの範疇には、純電気２重層キャパシタのみならず、リチウムイオンキャパシタのごとき、その一部に電気２重層が形成されるハイブリッドキャパシタも含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に基づく便座加熱方式を用いたトイレの基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ＡＣ入力端子
２ 第１のスイッチ
３ スイッチング電源
５ モータ
６ 洗浄水ヒータ
７ 便座ヒータ
８ モータ制御回路
９ 洗浄水温度制御回路
１０ 便座温度制御回路
１１、１２ スイッチ
１３、１６ リレー
１４ キャパシタブロック
１５ キャパシタ制御回路
１７ 人体検知手段
１８ 主制御回路
２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トイレ室に置かれた便座と、便座を暖めるために設けられた便座ヒータと、便座ヒータによって暖められる便座の温度を制御する制御回路と、トイレ室に利用者が入ったことを検知するための人体検知手段と、便座ヒータに加熱電力を供給する電源と、電源の入力側に設けられ、電源への電力の供給のオンとオフの切り換えを行う第１のスイッチと、電源の出力側に設けられた電気２重層キャパシタと、電気２重層キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御回路と、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間に設けられた第２のスイッチと、人体検知手段からの人体検知信号に基づき、人体がトイレ室にいないことを検出している期間、第１のスイッチをオフとし、電源への電力供給を停止し、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第１のスイッチをオンにして電源に電力の供給を行うように制御する第１のスイッチ制御回路と、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータにその電力を供給するように制御する第２のスイッチ制御回路とを備えた便座加熱方式。
【請求項２】
電気２重層キャパシタは、複数の電気２重層キャパシタを直列に接続してキャパシタブロックを構成し、キャパシタブロックは電源から便座を加熱するヒータへの電力供給ラインに並列に接続されている請求項１記載の便座加熱方式。
【請求項３】
キャパシタ制御回路は、電気２重層キャパシタの端子電圧をモニターしており、端子電圧が所定の電圧以下まで放電したときは、第１のスイッチをオンとし、電源からの電力によって電気２重層キャパシタを充電するように構成した請求項１〜２の何れかに記載の便座加熱方式。
【請求項４】
人体洗浄用の水を加熱する洗浄水加熱ヒータを有しており、洗浄水加熱ヒータは、前記第２のスイッチ手段の便座ヒータが接続された一方の端子に共通接続されており、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータと共に洗浄水加熱ヒータにその電力を供給するように構成された請求項１〜３の何れかに記載の便座加熱方式。
【請求項５】
電源へ供給される電力は、ＡＣ商用電力であり、ＡＣ電力は電源により直流電力に変換される請求項１〜４の何れかに記載の便座加熱方式。
【請求項１】
トイレ室に置かれた便座と、便座を暖めるために設けられた便座ヒータと、便座ヒータによって暖められる便座の温度を制御する制御回路と、トイレ室に利用者が入ったことを検知するための人体検知手段と、便座ヒータに加熱電力を供給する電源と、電源の入力側に設けられ、電源への電力の供給のオンとオフの切り換えを行う第１のスイッチと、電源の出力側に設けられた電気２重層キャパシタと、電気２重層キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御回路と、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間に設けられた第２のスイッチと、人体検知手段からの人体検知信号に基づき、人体がトイレ室にいないことを検出している期間、第１のスイッチをオフとし、電源への電力供給を停止し、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第１のスイッチをオンにして電源に電力の供給を行うように制御する第１のスイッチ制御回路と、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、電気２重層キャパシタと便座ヒータとの間の第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータにその電力を供給するように制御する第２のスイッチ制御回路とを備えた便座加熱方式。
【請求項２】
電気２重層キャパシタは、複数の電気２重層キャパシタを直列に接続してキャパシタブロックを構成し、キャパシタブロックは電源から便座を加熱するヒータへの電力供給ラインに並列に接続されている請求項１記載の便座加熱方式。
【請求項３】
キャパシタ制御回路は、電気２重層キャパシタの端子電圧をモニターしており、端子電圧が所定の電圧以下まで放電したときは、第１のスイッチをオンとし、電源からの電力によって電気２重層キャパシタを充電するように構成した請求項１〜２の何れかに記載の便座加熱方式。
【請求項４】
人体洗浄用の水を加熱する洗浄水加熱ヒータを有しており、洗浄水加熱ヒータは、前記第２のスイッチ手段の便座ヒータが接続された一方の端子に共通接続されており、人体検知手段からの検知信号に基づき、人体がトイレ室に入ったことを検知すると、第２のスイッチをオンにし、電気２重層キャパシタに蓄積された電力を急速放電させ、便座ヒータと共に洗浄水加熱ヒータにその電力を供給するように構成された請求項１〜３の何れかに記載の便座加熱方式。
【請求項５】
電源へ供給される電力は、ＡＣ商用電力であり、ＡＣ電力は電源により直流電力に変換される請求項１〜４の何れかに記載の便座加熱方式。
【図１】
【公開番号】特開２００９−９５３６６（Ｐ２００９−９５３６６Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６６６２（Ｐ２００７−２６６６６２）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（５０７３０６２８５）株式会社サンデン (3)
【出願人】（５０４２１６７２３）アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（５０７３０６２８５）株式会社サンデン (3)
【出願人】（５０４２１６７２３）アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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