JP6304623B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、湯水混合装置に関する。

従来、給湯路と給水路と混合水路に温度センサと流量センサを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平３−１９８１１４号公報

ところで、特許文献１に記載されている発明では、所望の温度と流量の混合水になるよう制御するために、給湯路と給水路と混合水路の全てに配設された温度センサと、給湯路と給水路に配設された流量センサを用いていた。ここで流量センサは、流量が計測範囲の下限に近いと、流水を検出し難くなるため、流量センサの計測精度が低下してしまう。そのため、給湯路又は給水路の流量が少なくなると、所望の温度と流量の混合水を得ることが困難になってしまっていた。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、流量センサの計測精度の低下を防止できる、湯水混合装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のような構成とする。

給湯源と接続され前記給湯源で設定される設定温度の湯が流れる給湯路と、給水源と接続され所定温度の水が流れる給水路と、前記給湯路を流れてきた湯と前記給水路を流れてきた水を混合し所望の温度と流量の混合水を生成する湯水調節部と、前記湯水調節部に接続され混合水が流れる混合水路と、混合水の止水と通水を切換える止水切換部と、を備え、前記混合水路には、混合水の流量を計測する混合水路流量センサが配設され、前記給湯路及び前記給水路のうち流量が多い方の流路に流量センサが配設され、前記給湯路と前記給水路と前記混合水路のうち少なくとも二つの流路に温度センサが配設され、前記湯水調節部は、前記給湯路及び前記給水路のうち流量が多い方の流路に配設される前記流量センサと、前記混合水流量センサと、前記温度センサの計測値を用いて湯と水の量を調節することを特徴とする。

また、前記給湯源の設定温度及び前記給水源の所定温度により決まる、給湯側想定流量及び給水側想定流量のうち流量が多い方の流路に前記流量センサが配設されることが好ましい。

本発明の湯水混合装置では、流量が多い流路の流量が流量センサにより計測されるので、流量センサの計測精度の低下を防止することができ、また安定した温度制御をすることができる。

第一の実施形態の湯水混合装置の概念図である。 第一の実施形態の湯水混合装置の変形例の概念図である。 湯水混合装置の斜視図である。 吐水装置の斜視図である。 吐水装置に湯水混合装置を設置したときの化粧カバーの上カバーを外した平面図である。 第二の実施形態の湯水混合装置の概念図である。

以下、本発明の第一の実施形態について図１乃至図５に基づいて説明する。

湯水混合装置１では、給湯源から供給される任意の温度に設定された湯と、給水源から供給される所定温度の水と、を混合させて、所望の温度の混合水を得ることを目的としている。湯水混合装置１は、例えば家庭用の浴室に設置されるシャワーやカランに、所望の温度の混合水を供給するために用いられることが考えられる。

湯水混合装置１は、図１に示すように、給湯源と接続され給湯源で設定された設定温度の湯が流れる給湯路１１と、給水源から供給される所定温度の水が流れる給水路１２と、を備える。

給湯源は、一般的に市場に流通している、例えば電気給湯器やガス給湯器や貯湯タンクや瞬間湯沸かし器といったものが用いられるが、限定されない。給湯源では、給湯源に供給された水をガスによる燃焼や電熱ヒータの加熱により、任意の設定温度にまで上昇させる。そして、この任意の設定温度にまで上昇した湯が給湯路１１に供給される。

給水源は、例えば水道や貯水タンクといったものが考えられるが、給水路１２への水の供給手段は特に限定されない。

湯水混合装置１は、給湯路１１を流れてきた湯と給水路１２を流れてきた水を混合し所望の温度と流量の混合水を生成する湯水調節部１３を備える。湯水調節部１３は、例えば給水側調節部と給湯側調節部を有することが考えられる。給水側調節弁は、給水路１２と接続され、給水路１２から流れてくる水の流量を調節する。給湯側調節弁は、給湯路１１と接続され、給湯路１１から流れてくる湯の流量を調節する。給水側調節弁と給湯側調節弁は、電動機（モータ）により弁の開度を調節できる電動弁により形成されることが好ましい。給水側調節弁と給湯側調節弁は、一般に市場に流通している電動弁が適宜用いられる。なお、湯水調節部１３の構成として二つの電動弁により混合水の流量と温度を調節するものを例示したが、湯水調節部１３の構成は上記したものに限定されない。

湯水混合装置１は、湯水調節部１３に接続され混合水が流れる混合水路１４を備える。

湯水混合装置１は、混合水路１４を流れる混合水の止水と通水を切換える止水切換部１５を備える。止水切換部１５により、シャワーやカランへの混合水の供給を開始したり停止したりすることができる。なお、例えば給水側調節弁の故障により水が流れなくなり、混合水路１４に高温の湯が流れてしまった場合、混合水路１４を止水状態にし、高温の湯が流れないようにしてもよい。止水切換部１５は、弁の開閉を切換えることができる電磁弁により形成されることが好ましい。止水切換部１５は、一般に市場に流通している電磁弁が適宜用いられる。

湯水混合装置１は、湯水調節部１３、止水切換部１５、後述する流量センサ２１、２２及び温度センサ２３、と電気的に接続される制御部を備える。制御部は、マイクロコンピュータから形成される。制御部は、流量センサ２１、２２及び温度センサ２３の計測値とユーザーが所望する混合水の設定温度と流量から、湯水調節部１３の給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度を制御する。給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度の制御には、例えばフィードバック制御が用いられる。制御部は、止水切換部１５の弁の開閉を切換える制御を行う。

給湯路１１を流れる湯の温度は給湯源の設定温度とほぼ等しい温度であり、給水路１２を流れる水の温度は外気温度等に対応した所定温度（常温）である。そして、湯と水を混合させることにより、混合水が生成される。混合水の温度には、混合水の用途に応じてある範囲内の想定温度が定められる。想定温度は、例えば浴室の浴槽の湯張りであれば４３℃〜４５℃、浴室のシャワーであれば４０℃〜４３℃、といったように定められる。

湯の温度と水の温度の差により、給湯路１１を流れる湯の給湯側想定流量と、給水路１２を流れる水の給水側想定流量と、が決定される。湯の設定温度と混合水の設定温度の差が小さいと、湯を冷やすために少量の水で済むため、給湯側想定流量が多量になり給水側想定流量が少量になる。例え混合水の設定温度が４０℃、水の温度が２０℃であるとき、給湯源の設定温度が５０℃であると、湯を多量に流し水を少量流すことになる。湯の設定温度と混合水の設定温度の差が大きいと、湯を冷やすために多量の水が必要となるため、給湯側想定流量が少量になり給水側想定流量が多量になる。例えば混合水の設定温度が４０℃、水の温度が２０℃であるとき、給湯源の設定温度が９０℃であると、湯を少量流し水を多量に流すことになる。

このように、給湯源の設定温度と給水源の所定温度と混合水の設定温度のこれら三つの温度から給湯側想定流量と給水側想定流量が決められる。そして、給湯側想定流量と給水側想定流量とのうち流量が多い方の流路と混合水路１４に、流量センサ２１、２２が配設される。

流量センサ２１、２２は、市場に一般に流通しているものが適宜用いられ、例えば羽根車式流量センサ、差圧式流量センサ、といったものが考えられるが、限定されない。流量センサ２１、２２は、流量が計測範囲の下限に近いと、流水の移動が少なくなり流水を検出し難くなるため、流量センサ２１、２２の計測精度が低下してしまう。そこで、本実施形態の湯水混合装置１では、給湯側想定流量と給水側想定流量の流量が多い方の流路に流量センサ２１が配設される。そして、湯の流量と水の流量が合わさる混合水路１４に、混合水の流量を計測する混合水路流量センサ２２が配設される。流量センサ２１が配設されない給湯路１１又は給水路１２の一方の流量は、混合水路流量センサ２２の計測値から給湯路１１又は給水路１２の他方に配設された流量センサ２１の計測値を引くことにより求める。

湯水混合装置１では、混合水路流量センサ２２の計測値と、給湯路１１又は給水路１２に配設された流量センサ２１の計測値と、利用者が設定した所望の流量とを基にして、給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度を制御する。これにより、利用者が設定した所望の流量で所望の温度の混合水を得ることができる。

なお、給湯側想定流量及び給水側想定流量のうち流量が多い方が決まらない場合は、給湯路１１と給水路１２の両方に流量センサ２１を配設してもよい。ここで、実際に測定した給湯路１１の流量センサ２１の値と、給水路１２の流量センサ２１の値を比較する。そして、このうち流量の多い方の流量センサ２１の計測値と、混合水路流量センサ２２の計測値を用いて制御することになる。

本実施形態の湯水混合装置１では、図１及び図２に示すように、給湯路１１と給水路１２と混合水路１４のうち二つの流路に温度センサ２３が配設される場合を考える。温度センサ２３は、市場に一般に流通しているものが適宜用いられ、例えばサーミスタが考えられるが、限定されない。

まず、給湯路１１あるいは給水路１２のどちらか一方と混合水路１４に温度センサ２３が配設される場合を考える。この場合は、混合水路１４の温度センサ２３の計測値と所望の混合水の温度を基にして、フィードバック制御により給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度を制御する。これにより、所望の温度の混合水を得ることができる。

そして、温度センサが配設されない給湯路１１あるいは給水路１２の他方の温度は、給湯路１１の湯と給水路１２の水が混合され混合水になったとしても熱量は保存されるという熱量保存の法則から算出する。

例として、図１に示すように、給湯路１１に流量センサ２１と温度センサ２３が配設され、給水路１２に流量センサ２１と温度センサ２３が配設されない場合を考える。Ｖ１を給湯路１１の流量、Ｖ２を給水路１２の流量、Ｖ３を混合水路１４の流量、Ｔ１を給湯路１１の温度、Ｔ２を給水路１２の温度、Ｔ３を混合水路１４の温度、ｃを水の比熱とする。このとき、以下の式が成立する。

ｃＶ１（Ｔ１−Ｔ３）＝ｃＶ２（Ｔ３−Ｔ２）
Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２

給水路１２の温度は、以下のように算出することができる。

Ｔ２＝（Ｖ１Ｔ１−Ｖ３Ｔ３）／Ｖ２

次に、図２に示すように、給湯路１１と給水路１２に温度センサ２３が配設される場合を考える。この場合では、混合水路１４に温度センサ２３が配設されない。そのため、混合水の温度は熱量保存の法則から算出する。このとき、混合水路１４の温度は以下のように算出することができる。

Ｔ３＝（Ｖ１Ｔ１＋Ｖ２Ｔ２）／Ｖ３

この混合水路１４の温度の算出値を基にして、フィードバック制御により給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度を制御する。流量センサ２１は流量が多い流路に配設されているので計測値の精度は高く、その計測値から求まる流量が少ない流路の算出値も精度が高くなる。よって給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度の制御も精度が高くなり、安定した温度制御を行なうことができる。

また、温度センサ２３が給水路１２と給湯路１１の両方に配設されている場合、給水路１２と給湯路１１の夫々の温度変化勾配から現在よりも先の給水路１２と給湯路１１の夫々の温度を予測することができる。そして、予測された給水路１２と給湯路１１の温度と、給水路１２と給湯路１１と混合水路１４の流量から混合水の温度を算出するようにしてもよい。その算出された予測温度を基に混合水路１４の温度を所望の温度とするための制御を行う。これにより、先回りをして湯と水の量を湯水調節部１３で調節することができる。従って、水又は湯に温度変化が生じたとしても、混合水の所望の温度からのオーバーシュートやアンダーシュートを抑制することができる。

上記した構成の湯水混合装置１では、流量が多い流路の流量が流量センサ２１により計測されるので、流量センサ２１の計測精度の低下を防止することができる。流量が少ない流路の流量は、混合水路流量センサ２２の計測値から給湯路１１あるいは給水路１２のうち流量が多い方の流路に配設された流量センサ２１の計測値を引いて算出する。流量センサ２１は流量が少ないと計測精度が低くなるので、流量の少ない流路の流量は算出値によって流量センサ２１で計測するよりも精度の高い値を得ることができる。そして、混合水路１４に温度センサ２３が配設されない場合でも、流量と温度の値から混合水路１４の温度を高い精度で算出することができる。従って、温度の算出値を基にしたフィードバック制御は、混合水路１４に温度センサ２３が配設されたフィードバック制御と同等の精度で混合水の温度を制御することができる。

上記した構成の湯水混合装置１を、浴室に設置されカランやシャワーを備えた吐水装置３に取付けた例を以下に示す。

湯水混合装置１には上流側から順に、図３に示すように、給水路１２及び給湯路１１と、湯水調節部１３と、止水切換部１５と、混合水路１４と、バッファータンク１６と、流路切替部１７と、が配設される。

バッファータンク１６は、湯水調節部１３から流れてくる混合水を一時的に溜めておく。これにより、給水路１２の水の温度と給湯路１１の湯の温度に急激な温度変化が生じても、カランやシャワーから吐水される混合水の温度変化を緩和することができる。

流路切替部１７は、シャワーとカランを切替える。流路切替部１７は、一般に市場に流通している電動弁により設けられる。

吐水装置３は、図４に示すように、前面に混合水の所望の温度や流量を決める操作部３１と、操作部３１以外を覆う化粧ケース３２と、を備える。吐水装置３では、図５に示すように、操作部３１の裏側に制御部が設置される。吐水装置３は、湯水混合装置１及び制御部が収納される収納ケースを化粧ケース３２によって覆う、二重構造であるのが好ましい。

吐水装置３の上端部に湯水混合装置１が設置される。そして、給湯路１１が給湯管に接続され、給水路１２が給水管に接続され、流路切替部１７がカランとシャワーに接続される。また、湯水調節部１３と止水切換部１５と流路切替部１７と流量センサ２１と混合水路流量センサ２２と温度センサ２３とが、制御部に電気的に接続される。

次に、第二の実施形態について図６に基づいて説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態の変形例であり、第一の実施形態と同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態の湯水混合装置１では、給湯路１１と給水路１２と混合水路１４の全ての流路に温度センサ２３が配設される場合を考える。

このとき、混合水路１４の温度センサ２３の計測値を基にして、フィードバック制御により給水側調節弁及び給湯側調節弁の開度を制御し、混合水の温度を所望の温度にする。さらに、温度センサ２３が給水路１２と給湯路１１の両方に配設されているので、給水路１２と給湯路１１の夫々の温度変化勾配から現在よりも先の給水路１２と給湯路１１の夫々の温度を予測することができる。

上記した構成の湯水混合装置１では、混合水路１４の温度センサ２３の計測値を基にしたフィードバック制御と、給水路１２と給湯路１１の予測温度に基づいたフィードフォワード制御と、を組み合わせている。従って、混合水路１４の温度センサ２３の計測値を基にしたフィードバック制御だけの場合より、混合水の所望の温度からのオーバーシュートやアンダーシュートを抑制することができる。

第一の実施形態及び第二の実施形態の湯水混合装置１は、以下のような構成となっている。

湯水混合装置１は、給湯源と接続され給湯源で設定される設定温度の湯が流れる給湯路１１と、水が流れる給水路１２と、を備える。湯水混合装置１は、給湯路１１を流れてきた湯と給水路１２を流れてきた水を混合し所望の温度と流量の混合水を生成する湯水調節部１３を備える。湯水混合装置１は、湯水調節部１３に接続され混合水が流れる混合水路１４と、混合水の止水と通水を切換える止水切換部１５と、を備える。混合水路１４には、混合水の流量を計測する混合水路流量センサ２２が配設される。湯水混合装置１では、給湯路１１及び給水路１２のうち流量が多い方の流路に流量センサ２１が配設される。湯水混合装置１では、給湯路１１と給水路１２と混合水路１４のうち少なくとも二つの流路に温度センサ２３が配設される。湯水調節部１３は、給湯路１１及び給水路１２のうち流量が多い方の流路に配設される流量センサ２１と、混合水路流量センサ２２と、温度センサ２３の計測値を用いて湯と水の混合量を調節することを特徴とする。

これにより、流量が多い流路の流量が流量センサ２１により計測されるので、流量センサ２１の計測精度の低下を防止することができ、安定した温度制御をすることができる。

また、湯水混合装置１では、給湯源の設定温度及び給水源の所定温度により決まる、給湯側想定流量と給水側想定流量のうち流量が多い方の流路に流量センサ２１が配設されることが好ましい。

これにより、給湯路１１及び給水路１２の両方に流量センサ２１を配設しなくとも、給湯路１１及び給水路１２のうち流量が多い方の流路を決定することができる。

１ 湯水混合装置
１１ 給湯路
１２ 給水路
１３ 湯水調節部
１４ 混合水路
１５ 止水切換部
２１ 流量センサ
２２ 混合水路流量センサ
２３ 温度センサ

Claims (2)

1. 給湯源と接続され前記給湯源で設定される設定温度の湯が流れる給湯路と、
   給水源と接続され所定温度の水が流れる給水路と、
   前記給湯路を流れてきた湯と前記給水路を流れてきた水を混合し所望の温度と流量の混合水を生成する湯水調節部と、
   前記湯水調節部に接続され混合水が流れる混合水路と、
   混合水の止水と通水を切換える止水切換部と、を備え、
   前記混合水路には、混合水の流量を計測する混合水路流量センサが配設され、
   前記給湯路及び前記給水路のうち流量が多い方の流路に流量センサが配設され、
   前記給湯路と前記給水路と前記混合水路のうち少なくとも二つの流路に温度センサが配設され、
   前記湯水調節部は、前記給湯路及び前記給水路のうち流量が多い方の流路に配設される前記流量センサと、前記混合水流量センサと、前記温度センサの計測値を用いて湯と水の量を調節することを特徴とする湯水混合装置。
2. 前記給湯源の設定温度及び前記給水源の所定温度により決まる、給湯側想定流量及び給水側想定流量のうち流量が多い方の流路に前記流量センサが配設されることを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。

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