JPH0460317A - 湯水混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湯温設定手段によって設定される設定温度で
且つ流量設定手段によって設定される設定流量の混合湯
か得られるように、湯と水を混合する湯水混合装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、浴室等の給湯設備に用いられる上述の如き湯水混
合装置にあっては、例えば特開昭６０１３４１５３号公
報に示されるように、混合湯の温度を制御すべく湯と水
の混合比率を調節する、水量弁部と湯量弁部とを備えた
混合弁と、混合湯の流量を調節する流量弁とが各別に設
けられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来構成では、構造か複雑な混合
弁と、それに加えて流量弁とを要するものであるため、
装置の構造か複雑になり、コストの低減を図りにくいも
のとなっていた。

本発明の目的は、上記に鑑み、コスト低減を図り易い簡
単な構造の湯水混合装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による湯水混合装置は、湯温設定手段によって設
定される設定温度で且つ流量設定手段によって設定され
る設定流量の混合湯が得られるように、湯と水を混合す
るものであって、その第１の特徴構成は、前記湯の流入
量を調節する湯量弁と、前記水の流入量を調節する水量
弁と、前記混合湯の温度を検出する湯温検出手段と、前
記混合湯の流量を検出する流量検出手段と、それら両検
出手段の検出情報、前記設定温度、及び前記設定流量に
基づいて前記湯量弁及び前記水量弁を開閉制御する制御
手段を備えた点にある。

第２の特徴構成は、上記第１の特徴構成を実施する際の
好適な具体構成を特定するものであって、前記制御手段
かファジィ推論によって求められる制御情報に基づいて
前記湯量弁及び前記水量弁を開閉制御するように構成さ
れている点にある。

〔作　用〕

第１の特徴構成によれば、湯温設定手段によって設定さ
れる設定温度で且つ流量設定手段によって設定される設
定流量の混合湯か得られるように、湯と水を混合するに
、湯の流入量を調節する湯量弁と、水の流入量を調節す
る水量弁の開閉制御によってのみ行い、制御装置は湯温
検出手段と流量検出手段によって検出された検出湯温と
検出流量及び前記の設定温度と設定流量に基づいて前記
湯量弁及び前記水量弁を開閉制御する。

第２の特徴構成によれば、制御手段は検出湯温、検出流
量、設定湯温、設定流量に基づいてファジィ推論を行う
ことにより、湯量弁と水量弁の操作量を決定し、湯量弁
と水量弁の開閉制御を行う。

〔発明の効果〕

第１の特徴構成によれば、混合湯の湯温調節のみならず
流量調節をも湯量弁と水量弁による入湯量及び入水量の
調節によって行うので、従来に較べて弁構造か簡素とな
り、それによって、コスト低減を図ることかできる湯水
混合装置を得るに至った。

第２の特徴構成によれば、第１の特徴構成による湯量弁
と水量弁の開閉制御を行うにあたって、ファジィ推論を
用いることにより、従来は難しかった制御が比較的容易
に実現てきるようになった。又、外乱に対して影響され
にくく、設定湯温と設定流量の混合湯を安定して作り出
すことのできる湯水混合装置を得るに至った。

〔実施例〕

以下本発明による湯水混合装置を風呂のシャワーに適用
した実施例について説明する。第１図はそのシステム図
を示す。湯水混合装置（Ｃ）に入湯路（１）からは湯沸
器て作られた高温の湯が供給され、入水路（２）からは
水か供給される。

供給された湯と水は夫々湯量弁（３）、水量弁（４）て
流量を制限された後、混合されて混合湯となり、給湯路
（５）の先端に接続されたシャワー（６）から出湯され
る。

湯水混合装置（Ｃ）内部の給湯路には湯温センサ（７）
及び流量センサ（８）か設けられ、夫々混合湯の湯温及
び流量を検出して制御装置（９）にその検出情報を与え
る。制御装置（９）には湯温設定器（ｌＯ）、流量設定
器（１１）、及び運転スイッチ（１２）が備えられた操
作パネル（Ｐ）が接続されている。

操作及び制御の手順は次のようになる。先ず操作パネル
（Ｐ）の運転スイッチ（１２）を入れ、湯温設定器（１
０）によって設定温度を、流量設定器（１１）によって
設定流量（出湯量）を設定する。

この時、湯量弁（３）と水量弁（４）は予め定められた
開度に初期化される。その後シャワー（６）に設けられ
た手元操作弁（１３）を開ける。すると、湯水混合装置
（Ｃ）内部の給湯路に設けられた出湯検知器（１４）が
出湯開始を検知して出湯開始信号を制御装置（９）に与
える。制御装置（９）は湯温センサ（７）及び流量セン
サ（８）の検出情報のサンプリングを開始し、これらの
センサ（７）、　（８）て検出された検出湯温及び検出
流量を設定温度及び設定流量に近づけるように、湯量弁
（３）と水量弁（４）の開閉制御を行う。出湯を停止す
へく手元操作弁（１３）を閉じると制御装置（９）は出
湯検知器（１４）からの出湯停止信号によって上記制御
を停止する。

次に、湯量弁（３）及び水量弁（４）の開閉制御につい
て説明する。制御装置（９）は第２図の制御ブロック図
に示すように、設定湯温（Ｔ）と検出湯温（１）との偏
差（Ｔ−ｔ）及びその変化量Δ（Ｔ−ｔ）からファジィ
推論によって操作量ｆを決定する。又、設定流量（Ｑ）
と検出流量（ｑ）の偏差（Ｑ−ｑ）からはファジィ推論
によって操作量ｋを決定する。ファジィ推論の具体実施
例については後述する。

操作量ｆ、　　ｋは本実施例では湯量弁（３）及び水量
弁（４）を駆動するモータの回転速度に相当し、従って
両弁（３）、　（４）の開閉速度に比例する。

そしてｆは湯量弁（３）及び水量弁（４）を相反する方
向に開閉制御する操作量であり、ｋは両弁（３）、　（
４）を同方向に開閉制御する操作量である。

即ち、湯量弁の操作量は（−ｆ＋ｋ）、水量弁の操作量
は（ｆ十ｋ）となる。ここでｆ及びｋは何れも、正の値
か弁を開ける方向、負の値か弁を閉じる方向を意味する
。

以上の制御を前述のシャワー（６）の出湯開始から停止
までの流れ図に表すと、第３図のようになる。図中、フ
ァジィ推論を含むループは一定時間毎に実行される。

次に、湯量弁（３）及び水量弁（４）の操作量を決定す
るためのファジィ制御器の実施例について説明する。こ
こで、ファジィ制御器とは複数個の制御規則の集合とフ
ァジィ推論部を合わせたものをいう。本実施例のファジ
ィ制御器は第２図に示したように第１フアジイ制価器（
２０）と第２フアジイ制御器（２１）に分けられ、第１
フアジイ制御器（２０）は湯温偏差Ａ＝（Ｔ−ｔ）及び
その変化量である△Ａから操作量ｆを決定し、第２フア
ジイ制御器（２１）は流量偏差Ｂ−（Ｑ−ｑ）から操作
量ｋを決定する。

先ず第１フアジイ制御器（２０）について説明する。そ
の制御規則は前件部か二つのファジィ変数Ａ、△Ａによ
って記述され、それらのメンバシップ関数は夫々第４図
及び第５図に示される。

また制御規則後件部を記述する操作量ｆは第６図にメン
バシップ関数を示すように離散的なシングルトンの集合
とする。これらのファジィ変数によって記述される制御
規則は、例えばＩＦ　　Ａ＝ｐｂ　　＆　　ΔＡ＝ｐｂ
　　ＴＨＥＮｆ＝ｎｂ のように表されるか、本実施例では変数Ａのとり得る７
個の値と変数ΔＡのとり得る５個の値の組合せ３５通り
について操作量ｆを決める制御規則が定められている。

縦方向に変数Ａの値、横方向に変数△Ａの値をとり、操
作量ｆとの関係をマトリックス・テーブルで表すと、第
１表のようになる。

第１表 △Ａ 第１フアジイ制画器（２０）は制御ルールを第１表のテ
ーブル形式で記憶しており、温度偏差へとその変化量Δ
Ａの入力に基づいてテーブル・ルックアップによって制
御規則に基づく操作量ｆを求める。その際、入力量Ａ及
びΔＡの各制御規則への適合度は、制御規則の前件部を
記述するファジィ変数Ａ及び△Ａのメンバシップ関数（
第４図、第５図）への適合度（クルード）のうち小さい
方をもってその制御規則への適合度とする。その結果得
られる操作１ｆは適合度て重み付けしたものとなる。そ
して、各制御規則から得られる操作Ｊｉｆを荷重平均し
たものを第１フアジイ制御器（２０）が求める操作量ｆ
とする。

以下具体的な数値によって説明する。仮に、Ａ＝６　　
じＣ〕、△Ａ＝１．５じＣ〕であるとすれば第４図より
、Ａはｐｍ及びｐｓに共にグレード０．３で適合する。

またΔＡは第５図よりｐｂ及びｐｓに共にグレード０．
５で適合する。従って、第１表の二重線で囲まれた４通
りの制御規則が適用されることになり、夫々について操
作量ｆを求めると、二重線で囲まれた４通りの制御規則
について左上から時計回りに、０．３ｎｂ。

０．３ｎｂ、０．３ｎｍ、０．３ｎｍとなる。第６図か
ら操作量ｆの各位に具体数値を代入し、荷重平均をとれ
ば、 ｆ　＝　（０，３ｘ（−５０）＋０．３ｘ（−５０）＋
０．３ｘ（−１５）＋０．３ｘ（−１５））／（０，３
＋０．３＋０．３＋０．３）＝−３２，５［ｐｐｓｌ となる。これが、湯温偏差Ａ＝６　　じＣ〕及びその変
化量ΔＡ二１．５じＣ〕から第１フアジイ制御器（２０
）が求めた操作量である。

次に第２フアジイ制御器（２１）について第１フアジイ
制御器（２０）と異なる点に絞って説明する。

第２フアジイ制御器（２１）は制御規則の前件部か一つ
のファジィ変数Ｂのみによって記述され、そのメンバシ
ップ関数は第７図に示される。制御規則後件部の操作量
には第１フアジイ制御器（２０）と同様に、メンバシッ
プ関数か離散的なシングルトンで表され、これを第８図
に示す。そして制御規則は、例えば、 ＩＦ　　Ｂ＝ｐｂ　　ＴＨＥＮ　　ｋ＝ｐｂのように表
され、５個の制御規則について、Ｂとｋの関係は第２表
に示すようになる。

第２表 以下、第１フアジイ制御器（２０）の説明と同様に具体
的な数値によってファジィ推論の過程を説明する。仮に
、Ｂ＝１０　［１／ｍ１ｎｌであるとすれば第７図より
、Ｂはｐｂにグレード０．３で適合し、ｐｓにグレード
０．７で適合する。従って、第２表のうち２個の制御規
則か適用され、夫々について操作量に＝０．３ｐｂ及び
に＝０．７ｐｓか求まる。第８図から操作量ｆの各位に
具体数値を代入し、荷重平均をとれば、 ｋ　＝　（０，３ｘ１５＋０．７ｘ５）／（０，３＋０
．７）＝　８　［１）ｐｓ］ となる。これが、流量偏差Ｂ＝１０　［１／ｍｉｎ］か
ら第２フアジイ制御器（２１）が求めた操作量である。

このようにして第１フアジイ制御器（２０）か求めた操
作量ｆ　＝−３２，５［ｐｌ）ＳＦ　と第２フアジイ制
御器（２１）か求めた操作量に＝８　［ｐｐｓｌ　とか
ら、第２図に示すように湯量弁（３）の操作量−ｆ　十
ｋ　＝４０，５　［ｐｌ）ＳＦ及び水量弁（４）の操作
量 ｔ　十に＝−２４，５［ｐｐｓｌ か決定される。

このようにして、制御装置（９）は湯量弁（３）を操作
量［４０，５］に比例する速度て開方向に制御すると共
に、水量弁（４）を操作量［−２４，５］に比例する速
度で閉方向に制御する。その結果、湯温偏差Ａ＝（Ｔ−
ｔ）か小さくなると共に、流量偏差Ｂ＝（Ｑ−ｑ）か小
さくなる方向に調節されることになる。

〔別実施例〕

上記実施例では制御規則を記述する前件部のファジィ変
数Ａ、△ＡＳＢは連続型のファジィ変数としたか、入力
量の適合度を求める演算を簡単にするために、段階的に
グレードか変化するメンバシップ関数で表しても良い。

例えばグレードか０，０．３．０．７．１．０の４個の
段階的な値をとるとして第７図のＢ＝ｐｓのメンバシッ
プ関数を描き直すと第９図の実線のようになる。

このようにすれば、入力量の各制御規則に対する適合度
の演算は単にテーブル・ルックアップによって実現でき
る。

その他、ファジィ推論のアルゴリズムについては、メン
バーシップ関数、制御規則の決め方を含めて種々変更で
きる。

また、実施例における出湯検知器（１４）は、流量検出
手段（８）にその機能を兼ねさせる事により省略するこ
ともできる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の実施例に係る湯水制御装置
に関する図であって、第１図はその応用例、第２図は制
御ブロック図、第３図は制御の流れ図、第４図乃至第８
図はファジィ変数のメンバシップ関数を示す。第９図は
別実施例に係るメンバシップ関数を示す図である。 （３）・・・・・・湯量弁、（４）・・・・・・水量弁
、（７）・・・・・・湯温検出手段、（８）・・・・・
流量検出手段、（９）・・・・・・制御手段、（１０）
・・・・・・湯温設定手段、（１１）・・・・・・流量
設定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湯温設定手段（１０）によって設定される設定温度
   で且つ流量設定手段（１１）によって設定される設定流
   量の混合湯が得られるように、湯と水を混合する湯水混
   合装置であって、前記湯の流入量を調節する湯量弁（３
   ）と、前記水の流入量を調節する水量弁（４）と、前記
   混合湯の温度を検出する湯温検出手段（７）と、前記混
   合湯の流量を検出する流量検出手段（８）と、それら両
   検出手段（７）、（８）の検出情報、前記設定温度、及
   び前記設定流量に基づいて前記湯量弁（３）及び前記水
   量弁（４）を開閉制御する制御手段（９）を備えた湯水
   混合装置。 ２、前記制御手段（９）はファジィ推論によって求めら
   れる制御情報に基づいて前記湯量弁（３）及び前記水量
   弁（４）を開閉制御するように構成されている請求項１
   記載の湯水混合装置。