JP2615059B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、混合湯水の温度を、湯側流路・水側流路の
圧力を検出して制御することを特徴とする湯水混合装置
に関する。

（ロ）従来の技術 従来の湯水混合装置の混合温度一定コントロールは、
第８図に示すように、温度調節バルブ１の後に流量セン
サ２や温度センサ３等を設け、この流量センサ２や温度
センサ３等から混合湯水の温度を一定にするためフィー
ドバック信号を制御器４に取り入れ、温度調節バルブ１
のモータ駆動をPID制御により実施し、温度一定コント
ロールを行っている。

なお、図中、５は制御器４を操作するための操作盤、
６は温度調節バルブ１の上流側に配設し、吐出金具流路
７とシャワー流路８に選択的に混合湯水を供給する流量
調節・止水・切換バルブである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる従来方法のように、温度調節バルブ１
の下流の温度センサ３により温度を感知し、その後制御
する方法では、一次側、即ち、温度調節バルブ１の上流
の湯側流路９や水側流路9aの水圧変動が急激に生じた場
合、 温度調節バルブから温度センサ位置までの距離による
応答遅れ（約0.1秒）、 温度センサの応答遅れ（約0.5〜１秒）、 モータ及び伝達系の遊びの応答遅れ（約0.1秒） 等の応答遅れがあり、合計して約0.7〜1.2秒、制御系の
動作が遅れていた。

従って、必然的に、圧力変動時には、第９図に示すよ
うに、設定温度Tsからの出湯温度のオーバーシュートΔ
toやアンダーシュートΔtuが生じており、そのため、使
用者に不快感を抱かせることになっていた。しかも、水
温、湯温の変動よりも、水圧、湯圧の変動の方が頻繁に
起こりやすいものであり、かかる圧力変動への対応が課
題となっていた。

なお、上記応答遅れについては、極力温度センサの
取付位置を温度調節バルブ取付位置にちかずける、応答
遅れについては、温度センサの物性値であり、サーミ
スタの時定数の小さいものを開発する、応答遅れにつ
いては、極力クリアランスがないような構造にする、等
の対策が考えられるが、前述した応答遅れの数字が、現
状技術では最高に少ない値である。

また、近年、特開昭61−278679号公報に記載されてい
る如く、湯水混合装置に、湯側と水側との一次圧力を減
圧し、減圧後の湯側、水側の２次圧力を等しくする圧力
調整弁を設けたものがあるが、同湯水混合装置は、機構
が複雑であり、また、全体構造を大型化することになっ
ていた。また、水側圧力と湯側圧力のどちらかを減圧し
て２次圧力を等しくするようにしているので、片側の圧
力がせっかく高くても大流量を得ることができないもの
であった。

さらに、別途考案されている湯水混合装置では、バル
ブ開閉速度を決定するための複数のゲインをメモリに記
憶しておき、混合湯水温度と設定温度との偏差に応じ
て、メモリから最適のゲインを選定し、バルブ開閉速度
を決定するようにしていた。

しかし、かかる湯水混合制御も、応答速度が遅く、上
記したオーバーシュートやアンダーシュートを効果的に
防止することができなかった。

本発明は、上記問題点を解決することができる湯水混
合制御装置を提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、湯側流路と水側流路とを湯水混合比を可変
とする温度調節バルブを介して混合湯水流路と連通連結
した湯水混合装置において、湯側流路と水側流路のうち
少なくともいずれかの流路水圧を検出する圧力センサ
と、前記混合湯水流路に設けられ混合湯水の温度を検出
する温度センサと、前記圧力センサ及び温度センサの検
出出力により、温度調節バルブを駆動して混合湯水の湯
水混合比を変えて混合湯水の温度を制御する制御器とを
具備することを特徴とする湯水混合装置に係るものであ
る。

また、本発明は、湯側流路と水側流路とを湯水混合比
を可変とする温度調節バルブを介して混合湯水流路と連
通連結した湯水混合装置において、湯側流路若しくは水
側流路と混合湯水流路との圧力差を検出する圧力センサ
と、同圧力センサの検出出力により、温度調節バルブを
駆動して混合湯水の湯水混合比を変えて混合湯水の温度
を制御する制御器とを具備することにも特徴を有する。

（ホ）作用及び効果 上記した構成により、本発明は、以下の効果を奏す
る。

温度調節バルブの上流に、給湯側及び／又は給水側の
圧力を検出する圧力センサを設けて、圧力変動時の制御
系の動作遅れを無くすことができる。

即ち、上記した応答遅れについては、感知量が圧力
のため、応答が音速で伝わり、センサ位置如何によって
応答性が変わることがなく、応答遅れについては、圧
力センサの物性値に関係するもので、数十msec以下の応
答性を確保できる。応答遅れについては、従来同様、
100msec以下である。

このように、圧力センサを用いることによって、従来
の如く温度センサにより圧力変動状態を感知し、制御動
作を始めていた場合に要した応答遅れ700〜1200msecよ
り数倍速い百数十msecの時期に制御動作を始めることが
でき、オーバーシュート量やアンダーシュート量を著し
く低減することができ、使用者は、常時、安定した一定
温度の混合湯水を得ることができ、快適に混合湯水を利
用できる。

また、圧力変動時には、上記した如く、圧力の変化を
百数十msec以下の早い時期に感知して温度調節バルブを
最高速度で移動操作するとともに、その後、または同時
に温度センサの信号によりPID制御等の他の制御法で温
度調節をすることによって、湯水混合装置の適温制御の
信頼性をさらに向上することができる。

（ヘ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体
的に説明する。

第１図に、本発明に係る湯水混合装置Ａの概念的全体
構成を示しており、図中、10,11は湯側流路と水側流路
であり、両流路10,11には、それぞれ流量調整弁12,13が
設けられている。そして、両流路10,11間には、モータ
等の弁駆動装置14が介設されており、同弁駆動装置14に
よって流量調整弁12,13を駆動・開閉して、上流側に位
置する混合湯水流路15に混合湯水を流すことができると
ともに、弁開閉度を変えることによって湯と水の混合比
を変え、温度調節を行うことができる。

なお、上記構成において、流量調節弁12,13及び弁駆
動装置14とによって、温度調節バルブＢが形成されるこ
とになる。

また、混合湯水流路15の下流側は、それぞれ吐出金具
流路16とシャワー流路17とに分岐しており、分岐部に
は、切換弁18,19が設けられており、両切換弁18,19は、
モータ等の弁駆動装置20によって駆動され、混合湯水の
シャワーもしくは吐出金具への選択・流量調整・止水を
行うことができる。

なお、切換弁18,19及び弁駆動装置20によって、流量
調整・止水・切換バルブＣが形成されることになる。

さらに、第１図において、21と22は、それぞれ、混合
湯水流路15に設けた温度センサと流量センサであり、混
合湯水流路15内を流れる混合湯水の温度及び／又は水量
を検出し、その検出出力に基づいて制御器23は適当な操
作出力を発生して温度調節バルブＢを駆動し、同駆動に
よって、混合湯水の温度調節を図ることができる。

なお、第１図において、24は制御器23と連絡する操作
盤であり、同操作盤24上には、開始・停止ボタンａ、温
度設定ボタンｂ、切換ボタンｃ等が設けられており、こ
れらを操作することによって、制御器23や温度調節バル
ブＢを作動可能な状態とするとともに、弁駆動装置20を
駆動して、シャワー流路17と吐出金具流路16の流路選択
等を行うことができる。

本実施例は、上記構成において、さらに、温度調整バ
ルブＢを、同バルブＢの一次側（上流側）をなす湯側流
路10及び水側流路11と、同バルブの二次側（下流側）を
なす混合湯水流路15との間の水圧の圧力変化ΔP1,ΔP2
を検出する湯側・水側圧力センサ25,26（以下、圧力セ
ンサ25,26とする）の検出出力によっても駆動可能とし
た構成を特徴とする。

即ち、かかる圧力センサ25,26は、それぞれ、流量調
節弁12,13を上下流域間に設けたバイパス回路27,28に取
付けられており、それぞれ、上下流域間の差圧ΔP1（＝
P1−P3）及びΔP2（＝P2−P3）を検出することができ
る。

なお、ここで、P1:湯側流路10の一次側圧力、P2:水側
流路11の一次側圧力、P3:混合湯水流路の二次側圧力で
ある。

そして、かかる圧力センサ25,26によって検出された
検出出力に基づいて、制御器23を作動し、同制御器23の
作動によって、温度調節バルブＢを駆動して、給湯と給
水の混合比を変え、混合湯水の温度を設定温度に調節す
ることができる。

しかして、圧力センサ25,26の検出出力による制御器2
3の作動においては、感知量が圧力のため、応答が音速
で伝わり、センサ位置如何によって応答性が変わること
がなく、また、圧力センサ25,26自身の物性値を起因す
る応答遅れも数十msec以下の応答性を確保できる。

このように、圧力センサ25,26を用いることによっ
て、従来の如く温度センサにより圧力変動状態を感知
し、制御動作を始めていた場合に要した応答遅れ700〜1
200msecより数倍速い百数十msecの時期に制御動作を始
めることができ、第２図に示す如く、オーバーシュート
量ΔToを従来の制御法におけるオーバシュート量Δtoと
比較して著しく低減することができ、使用者は、常時、
安定した一定温度の混合湯水を得ることができ、快適に
混合湯水を利用できる。このことは、アンダーシュート
量の場合も同様である。

なお、第２図において、Tsは混合湯水の設定温度であ
る。

また、本実施例では、圧力センサ25,26の他に、温度
センサ21も具備しているので、圧力変動時には、上記し
た如く、圧力の変化を百数十msec以下の早い時期に感知
して温度調節バルブＢを最高速度で移動操作するととも
に、その後、即ち、通常時は、温度センサ21の検出信号
によりPID制御等の他の制御法で温度調節をすることが
でき、湯水混合装置Ａの適温制御の信頼性をさらに向上
することができる。

また、第３図及び第４図に、本実施例に係る湯水混合
装置Ａの具体的構成が示されており、図示するごとく、
圧力センサ25,26は、温度調節バルブＢを構成する壁面
の一部にバイバス回路27,28を形成し、同バイパス回路2
7,28の中途に圧力センサ25,26の取付けることによって
構成している。

なお、圧力センサ25,26は、各種形態のものを用いる
ことができるが、本実施例では、第５図及び第６図に示
すものを用いている。即ち、同圧力センサ25（圧力セン
サ26も同じである）は、ラバー30内に、加圧導電物質31
をサンドイッチした構造で、圧力差ΔP1（＝P1−P3）
で、第５図に示した状態から第６図に示す湾曲した状態
に撓むことにより、加圧導電物質31の抵抗値が変化し、
この抵抗値の変化をリード線32で取出して差圧を感知す
るものである。

なお、第７図に同圧力センサ25,26の抵抗−差圧特性
を示す。

しかし、圧力センサ25,26は、図示のものに何ら限定
されるものではなく、例えば、半導体圧力センサや、ス
トレインゲージ等を用いることもできる。

また、本実施例において、基本的には、混合温度、即
ち混合湯水の温度T3を一定にするためには、以下の式
（ａ）に示すように、給湯温度T1と給水温度T2が一定の
場合、給湯側・給水側の圧力P1,P2に関係なく、給湯量Q
1,給水量Q2の水量比が一定になるようにすればよい。即
ち、 より P1−P3＝ΔP1,P2−P3＝ΔP2とすると、 圧力変動前の状態をi,後の状態をｏとすると、 の条件となり、 なお、上記式（ａ）〜（ｆ）において、α1:給湯側の流
量係数、α2:給水側の流量係数、A1:給湯側のバルブ流
路断面積、A2:給水側のバルブ流路断面積である。

従って、ΔP1,ΔP2の圧力変動に対し、（ｆ）式を満
足するように、α1A1,α2A2の設定を変えれば、自動的
に一定の温度の湯が供給されることになる。

なお、本実施例においては、温度調節バルブＢは、流
量調整弁12,13及びこれらを一体に駆動する弁駆動装置1
4とによって形成したが、弁駆動装置をそれぞれ有する
流量調節弁を、湯側流路10と水側流路11にそれぞれ独立
に設けるようにしても同一の作用効果を奏するものであ
る。

また、本実施例においては、圧力センサは湯側流路10
と水側流路11の水圧をそれぞれ検出する湯側圧力センサ
25と水側圧力センサ26とによって形成したが、いずかの
一方の流路（例えば、湯側流路10では圧力変動があまり
ない場合は、水側流路11）のみの水圧を検出する圧力セ
ンサのみによって形成し、同圧力センサの検出出力のみ
によって、制御器23を介して温度調節バルブＢを駆動
し、混合湯水の湯水混合比を変えて混合湯水の温度を制
御するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る湯水混合装置の概念的構成説明
図、第２図は従来の湯水混合装置と本発明に係る湯水混
合装置の適温制御性能を比較したグラフ、第３図は同湯
水混合装置の具体的実施例の一部断面正面図、第４図は
第３図Ｉ−Ｉ線による横断面図、第５図及び第６図は圧
力サンサの断面側面図、第７図は同圧力センサの抵抗−
差圧特性を示すグラフ、第８図は従来の湯水混合装置の
概念的構成説明図、第９図は従来の湯水混合装置の適温
制御性能を示すグラフである。 図中、 B:温度調節バルブ 10:湯側流路、11:水側流路 15:混合湯水流路、23:制御器 25:湯側圧力センサ、26:水側圧力センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湯側流路（10）と水側流路（11）とを湯水
   混合比を可変とする温度調節バルブ（Ｂ）を介して混合
   湯水流路（15）と連通連結した湯水混合装置において、 湯側流路（10）と水側流路（11）のうち少なくともいず
   れかの流路水圧を検出する圧力センサと、前記混合湯水
   流路に設けられ混合湯水の温度を検出する温度センサ
   と、前記圧力センサ及び温度センサの検出出力により、
   温度調節バルブ（Ｂ）を駆動して混合湯水の湯水混合比
   を変えて混合湯水の温度を制御する制御器（23）とを具
   備することを特徴とする湯水混合装置。
2. 【請求項２】湯側流路（10）と水側流路（11）とを湯水
   混合比を可変とする温度調節バルブ（Ｂ）を介して混合
   湯水流路（15）と連通連結した湯水混合装置において、 湯側流路（10）若しくは水側流路（11）と混合湯水流路
   （15）との圧力差を検出する圧力センサと、同圧力セン
   サの検出出力により、温度調節バルブ（Ｂ）を駆動して
   混合湯水の湯水混合比を変えて混合湯水の温度を制御す
   る制御器（23）とを具備することを特徴とする湯水混合
   装置。