JPH0464833A - 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、浴室等の給湯設備に用いられ、湯と水を混合
して所定の温度の混合湯を得る湯水混合装置、或いは所
定の温度で且つ所定の流量の混合湯を得る湯水混合装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

上述の如き湯水混合装置における湯量弁と水量弁の制御
においては、湯温設定手段によって設定された目標温度
と、湯温検出手段によって検出された混合湯の実温度に
基づいて、目標温度の混合湯が得られるように両弁の操
作量が決められる。さらに、流量設定手段によって設定
された目標流量を得る為には、目標流量と、流量検出手
段によって検出された混合湯の実流量に基づいて求めた
補助操作量で両弁の操作量を補正する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の湯水混合装置にあっては、出湯開
始時に湯量弁に供給される湯の温度が変動し易いことに
起因して、出湯開始時に、混合湯の実温度が目標温度に
達するまでの時間が長くかかったり、必要以上の高温に
なる欠点かあり、改善の余地があった。説明を加えると
、湯量弁に供給される湯は、供給停止時において、湯沸
器等の給湯源から湯量弁への配管中において冷えて、い
わゆる死水となることがある。このため、出湯開始直後
においても単に制御を行うと、上記欠点を招くものとな
る。

本発明の目的は、上記に鑑み出湯開始がら目標温度の混
合湯が得られるまでの時間が短い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〕

本発明による第１の湯水混合装置（請求項１）は、混合
湯の目標温度を設定する湯温設定手段と、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と、前
記混合湯の実温度を検出する湯温検出手段と、前記目標
温度と前記実温度に基づいて、前記目標温度の混合湯が
得られるように前記湯量弁と前記水量弁を開閉制御する
制御手段を備えたものであって、その第１の特徴構成は
、出湯開始時から前記目標温度と前記実温度との偏差の
絶対値が予め定められた値以下になるまでの間は前記両
弁を前記目標温度に応じて予め定められた初期開閉度に
保持するように前記制御手段が構成されている点にある
。

本発明による第２の湯水混合装置（請求項２）は混合湯
の目標温度を設定する湯温設定手段と、混合湯の目標流
量を設定する流量設定手段と、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と、前記混合湯の
実温度を検出する湯温検出手段と、前記混合湯の実流量
を検出する流量検出手段と、前記目標温度、前記目標流
量、前記実温度、及び前記実流量に基づいて、前記目標
温度で且つ前記目標流量の混合湯が得られるように前記
湯量弁と前記水量弁を開閉制御する制御手段を備えたも
のであって、その第１の特徴構成は、第１の湯水混合装
置の第１特徴構成と同じである。

第２の特徴構成（請求項３）及び第３の特徴構成（請求
項４）も第１、第２の湯水混合装置に共通であって、下
記のとおりである。

第２の特徴構成は、目標温度に応じて定められる前記初
期Ｍ閉度を季節によって変更設定する初期ＨｒＡ度設定
手段が設けられている点にある。

第３の特徴構成は前記目標温度と前記実温度との偏差の
絶対値が予め定められた値を越える範囲において作動す
る警報手段が設けられている点にある。

〔作　用〕

第１の特徴構成によれば、出湯開始時には、制御装置が
湯量弁と水量弁を目標温度に応じて予め定められた初期
開閉度に操作し、この状態を目標温度と混合湯の実温度
との偏差の絶対値が予め定められた値以下になるまで保
つ。

第２の特徴構成によれば、前記初期開閉度は初期開閉度
設定手段によって、季節に応じて変更設定され得る。

第３の特徴構成によれば、目標温度と混合湯の実温度と
が大きく離れているときには、そのことを使用者に知ら
しめるべく警報手段が作動する。

〔発明の効果〕

第１の特徴構成によれば、出湯開始時には、制御装置が
湯量弁と水量弁を目標温度に応じて予め定められた初期
開閉度に操作した状態に保つので、死水の発生状態にお
いても目標温度の混合湯が迅速に得られる湯水混合装置
を得るに至った。

第２の特徴構成によれば、季節によって水温が異なって
も、それに応じて初期開閉度が変更設定され得るので、
第１の特徴構成における季節の影響を回避して、より良
く制御される湯水混合装置を得るに至った。

第３の特徴構成によれば、目標温度と混合湯の実温度と
が大きく離れているときには警報装置が作動して、使用
者にその事を知らしめるので、使用者が、出湯開始時等
に予想外に高温の出湯を浴びて火傷を負ったり、予想外
の低温水を浴びる虞を回避し、より安全なものとなった
。

〔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応用
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
器で作られた高温の湯が供給され、入水路（２）からは
低温の水が供給される。供給された湯と水は夫々湯量弁
（３）、水量弁（４）で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。

本実施例の湯水混合装置（Ｃ）は混合湯の温度と流量を
調節できるタイプのものであって、その内部の給湯路に
は湯温センサ（７）及び流量センサ（８）が設けられ、
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（１
２）等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を第２図の流れ図を併用して説明す
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（ｌＯ）によって目標温度（以下設定湯
温という）を、流量設定器（１１）によって目標流量（
以下設定流量という）を設定する。この時、湯量弁（３
）と水量弁（４）は、後述するように設定湯温に応じて
予め定められた初期開閉度に初期化される（第２図（イ
）部）。

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）による混合湯の実温度（以下検出湯
温という）のサンプリングを開始し、設定湯温と検出湯
温との偏差の絶対値が予め定められた値（５°Ｃ）以下
になるまでは、湯量弁（３）と水量弁（４）の初期開閉
度を保持する（第２図（ロ）部）。ここで、偏差の絶対
値としたのは、前回の出湯からあまり時間が経過してお
らず、且つその出湯温度が今回より高かった場合には出
湯開始時の検出湯温が設定湯温より高いことがあるから
である。

設定湯温と混合湯温との偏差の絶対値が５°Ｃ以下にな
ると、後述するファジィ推論によって制御装置（９）は
検出湯温を設定湯温に近づけ、流量センサ（８）が検出
する混合湯の実流量（以下検出流量という）を設定流量
に近づけるように、湯量弁（３）と水量弁（４）の開閉
制御を開始する（第２図（ハ）部）。

出湯を停止すべく手元操作弁（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（第２図（ニ）部）。

湯量弁（３）と水量弁（４）の初期開閉度について説明
を加えると、設定湯温の可変範囲全域を複数の範囲に分
け、夫４の範囲に対応させて湯量弁（３）の初期開閉度
と水量弁（４）の初期開閉度を定めたテーブルが制御装
置（９）内のメモリ（９ａ）に記憶されている。実際に
は、両弁（３）、　（４）はパルスモータによって駆動
され、夫々の弁を全閉状態から初期開閉度まで操作する
ためのパルス数ＰＩ、Ｐ２が初期開閉度として定められ
ている。さらに、夏と冬では水温が異なり、それによっ
て得られる混合湯の温度も異なることを補正するために
、両弁の初期開閉度ＰＩＰ２を季節に応じて変更設定で
きるようにしている。本実施例では設定湯温の範囲ごと
に定められたＰＩ、Ｐ２のペアを２組設け、その２組を
切換え設定する切換えスイッチ（Ｓ１）を操作パネル（
Ｐ）に設けて初期開閉度設定手段としている。

次に、ファジィ推論による湯量弁（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３
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△（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。そし
て操作量ｆ、　　ｋは本実施例では湯量弁（３）及び水
量弁（４）を駆動するパルスモータに一秒間に与えるパ
ルス数に相当し、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
の値が弁を閉じる方向を意味する。

制御装置（９）が行うファジィ推論について説明を加え
ると、制御装置（９）内のファジィ制御器は第３図に示
したように第１フアジイ制御器（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ΔＡ
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。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。

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が二つのファジィ変数Ａ１ΔＡ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ＴＦ　　Ａ＝ｐｂ　　＆　　ΔＡ＝ｐｂ
　　ＴＨＥＮｆ＝ｎｂ のように表されるが、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。

縦方向に変数への値、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 ΔＡ 第１フアジイ制御器（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Ａ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ΔＡのメンバシップ関数（
第４図、第５図）への適合度（グレード）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
られる操作量ｆは適合度で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量ｆ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．
３ｎ　ｂ、　０．３ｎｍ、　０．３ｎｍとなる。第６図
から操作量ｆの各僅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［ｐｐｓ］ となる。これが、湯温偏差Ａ＝６　じＣ〕及びその変化
量△Ａ＝１．５じＣ〕から第１フアジイ制御器（２０）
か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が一つ
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
プ関数が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／ｍｉｎ］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
則が適用され、夫々について操作量に＝０．３ｐｂ及び
に＝０．７ｐｓが求まる。第８図から操作量ｆの各値に
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　［ｐｐｓ］ となる。これが、流量偏差Ｂ＝１０　［１／ｍ１ｎｌ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）が求めた操
作量ｆ　＝−３２，５［１１ｐＳ］と第２フアジイ制御
器（２１）が求めた操作量ｋ　＝　８　［ｐｐｓ］　と
から、第３図に示すように湯量弁（３）の操作量−ｆ　
＋　ｋ　＝４０．５［１）Ｉ）Ｓ］及び水量弁（４）の
操作量 ｆ　＋　ｋ　＝−２４，５［ｐｐＳ］ が決定される。

このようにして、制御装置（９）は湯量弁（３）を操作
量［４０，５］に比例する速度で開方向に制御すると共
に、水量弁（４）を操作量［−２４，５１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）が小さくなると共に、流量偏差Ｂ−（Ｑ−ｑ）が小
さくなる方向に調節されることになる。

次に本実施例の湯水混合装置が備える警報手段について
説明する。本実施例の湯水混合装置は前述のように、出
湯開始時には湯量弁（３）と水量弁（４）を設定温度に
応じて予め定められた初期開閉度に保持することにより
、混合湯の温度をできるだけ速く設定温度に近づけるも
のであるが、それでも出湯後、一定時間は死水のために
低温水がでるのは免れない。又、逆に、前回の出湯停止
からあまり時間が経過しておらず、且つ、前回の設定温
度か非常に高かった場合、或いは外乱により、予想外に
高温の湯が出ることがある。これら予想外の低温水或い
は高温湯がでるときには、何らかの警報手段で使用者に
知らせることが安全上望ましい。そこで、本実施例の湯
水混合装置は第１図に示すように、操作パネルに警報手
段としての警報ランプ（Ｌ１）を設け、湯温偏差Ａの絶
対値が予め定められた値（１０°Ｃ）より大きければ警
報ランプ（Ｌ１）を点灯或いは点滅させるようにしてい
る。

〔別実施例〕

前述の実施例では、湯量弁と水量弁の駆動にパルスモー
タを用いて、パルス数をカウントすることによって定め
られた初期開閉度に操作しているが、弁の開閉度を制御
する方法はこれに限らず、例えば、直流モータで弁を駆
動し、ロータリーエンコーダによってモータの回転数及
び回転角度を検出してもよい。この場合は、ファジィ推
論によって得られる操作量である一秒当たりのパルス数
を直流電圧に変換してモータに印加することによって、
前述の実施例と同様にして、湯量弁と水量弁の開閉速度
を制御することができる。

また、前記初期開閉度設定手段としては、２組の初期開
閉度を切換えスイッチによって人為的に切換えるものに
限らず、例えば制御装置にカレンダー機能を有する実時
間計時手段を備えさせ、自動的に季節に応じて初期開閉
度を切り換えてもよく、又、切換え段数を増やしてもよ
い。或いは、水温を検出する手段を設け、水温に応じて
きめ細か（初期開閉度を変更設定するように構成しても
よい。

尚、前述の実施例は混合湯の温度と流量の両方を制御す
るタイプの湯水混合装置であるが、混合湯の温度のみを
制御するタイプ、即ち流量設定手段を備えていない湯水
混合装置においても、実施例と同様に出湯開始時に湯量
弁と水量弁を初期開閉度に保持する制御や、その初期開
閉度を季節に応じて変更設定すること、警報手段を備え
ることを適用できることはいうまでもない。

また、前記警報ランプ（Ｌ１）は出湯中に点灯する出湯
ランプと兼用させて、警報時には点滅させるように構成
してもよい。また警報手段としてはランプに限らず、例
えば、ブザーであってもよい。

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
御の流れ図、第３図は制御ブロック図、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。 （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、（Ｓ１）・・・・・・初期開閉度設定手段
、（Ｌ１）・・・・・・警報手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、混合湯の目標温度を設定する湯温設定手段（１０）
   と、湯の流入量を調節する湯量弁（３）と、水の流入量
   を調節する水量弁（４）と、前記混合湯の実温度を検出
   する湯温検出手段（７）と、前記目標温度と前記実温度
   に基づいて、前記目標温度の混合湯が得られるように前
   記湯量弁（３）と前記水量弁（４）を開閉制御する制御
   手段（９）を備えた湯水混合装置であって、出湯開始時
   から前記目標温度と前記実温度との偏差の絶対値が予め
   定められた値以下になるまでの間は前記両弁（３）、（
   ４）を前記目標温度に応じて予め定められた初期開閉度
   に保持するように前記制御手段（９）が構成されている
   湯水混合装置。 ２、混合湯の目標温度を設定する湯温設定手段（１０）
   と、混合湯の目標流量を設定する流量設定手段（１１）
   と、湯の流入量を調節する湯量弁（３）と、水の流入量
   を調節する水量弁（４）と、前記混合湯の実温度を検出
   する湯温検出手段（７）と、前記混合湯の実流量を検出
   する流量検出手段（８）と、前記目標温度、前記目標流
   量、前記実温度、及び前記実流量に基づいて、前記目標
   温度で且つ前記目標流量の混合湯が得られるように前記
   湯量弁（３）と前記水量弁（４）を開閉制御する制御手
   段（９）を備えた湯水混合装置であって、出湯開始時か
   ら前記目標温度と前記実温度との偏差の絶対値が予め定
   められた値以下になるまでの間は前記両弁（３）、（４
   ）を前記目標温度に応じて予め定められた初期開閉度に
   保持するように前記制御手段（９）が構成されている湯
   水混合装置。 ３、目標温度に応じて定められる前記初期開閉度を季節
   によって変更設定する初期開閉度設定手段（Ｓ１）が設
   けられた請求項１又は２記載の湯水混合装置。 ４、前記目標温度と前記実温度との偏差の絶対値が予め
   定められた値を越える範囲において作動する警報手段（
   Ｌ１）が設けられた請求項１乃至３記載の湯水混合装置
   。