JPH0464834A - 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〕

しかしなから、上記の湯水混合装置から出る混合湯は、
出湯開始時には、湯の供給源から湯水混合装置までの配
管内に溜まっている、いわゆる死水が排出されるまでは
所定の温度にならない。さらに湯量弁、水量弁の開閉速
度が遅いことや制御遅れも影響して、出湯開始時に、混
合湯の実温度か目標温度に達するまでの時間が長くかか
る欠点があり、改善の余地があった。

本発明の目的は、上記に鑑み出湯開始から目標温度の混
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
、前記制御手段が、出湯開始信号を受けた後、前記実温
度が前記目標温度から設定温度を減じた初期目標温度よ
り高くなるまでの間は前記湯量弁を全開、前記水量弁を
全閉状態にするように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）も第】、第２の湯水混合装
置に共通であって、前記制御手段（９）は、前記実温度
が前記初期目標温度より高くなった後、前記実温度の変
化が上昇から下降に転するまでの間は前記湯量弁（３）
を閉方向に、前記水量弁（４）を開方向に操作するよう
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、制御装置が、出湯開始信号を
受けてから混合湯の実温度が前記初期目標温度より高く
なるまでの間は、湯量弁を全開、水量弁を全閉状態に保
持する。

第２の特徴構成によれば、第１の特徴構成において、実
温度が初期目標温度より高くなると、制御装置は湯量弁
を閉方向に、前記水量弁を開方向に操作する。その操作
は実温度の変化が上昇から下降に転するまで行われる。

〔発明の効果〕

第１の特徴構成によれば、出湯開始から実温度が初期目
標温度より高くなるまでの間は湯量弁が全開、水量弁が
全閉状態に保持されるので、前記の死水は最短時間で排
出され、その後、混合湯の温度は最大速度で上昇する。

よって、速く目標温度の混合湯が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、第１の特徴構成において、実
温度が初期目標温度より高くなった後、−旦、湯量弁が
閉方向に、前記水量弁が開方向に操作されるので、実温
度が目標温度を越えてしまう、いわゆるオーバシュート
現象を回避し、或いはオーバシュートの度合いを緩和し
、より良く制御され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
（１０）、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（１０）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
）は全開状態に、水量弁（４）は全閉状態に初期化され
る（第２図（イ）部）。これは、出湯開始時に入湯路（
１）に溜まっている、いわゆる死水を最大速度で排出す
るために行う。但し、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十分高かった場合には
その必要がない。そこで、前回の出湯停止からの経過時
間をカウントし、又前回の設定湯温を記憶しておいて、
それらの情報に応じて両弁（３）、　（４）を定められ
た開閉度に初期化しているが、その制御についての説明
は省略し、以下の説明は低温の死水が入湯路（１）に溜
まっている状態からの出湯制御について行う。

上記の湯温設定及び流量設定の後、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（１
４）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、検出湯温か、設定湯温から予め定められた温
度（５°Ｃ）を減じた温度（以下初期目標温度という）
を越えるまで、湯量弁の全開状態及び水量弁の全閉状態
を保持する（第２図（ロ）部）。

検出湯温か初期目標温度を越えると、制御装置（９）は
湯量弁（３）を全開状態から閉じる方向に操作し、水量
弁（４）を全閉状態から開ける方向に操作する。この時
の開閉速度は予め定められている。混合湯の温度（検出
湯温）はそれから少し遅れて上昇から下降に転するので
、前記開閉速度を適切に定めれば、混合湯の温度は、は
ぼ設定温度付近に達した後、下降に転することになり、
オーバシュート現象を避けることができる（第２図（ハ
）部）。

検出湯温の変化が上昇から下降に転すると、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（ニ）部）。

出湯を停止すべく手元操作弁（１３）を閉しると制御装
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（ホ）部）。

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Ｍｆ、に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、正の値が弁を
開ける方向、負の値が弁を閉じる方向を意味する。

＃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Ｍｋ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　　＆　　△Ａ＝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ｆｆ１ｆ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、横方向に変数へ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〕、ΔＡ＝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の各値に具体数値を代入し、荷電子均
をとれば、 ｆ　＝　（０，３Ｘ（−５０）＋０．３Ｘ（−５０）＋
０．３Ｘ（−１５）＋０．３ｘ（−１５））／（０，ｓ
＋ｏ、ｓ十ｏ、３＋０．３）３２．５　［Ｉ］ＩＩＳ］ となる。これが、湯温偏差Ａ＝６　じＣ〕及びその変化
量ΔＡ　＝　１．５じＣ〕から第１フアジイ制御器（２
０）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、 ＴＦ　　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　［１）１．ｓ］ となる。これか、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）が求めた操
作量ｆ　＝　−３２，５［ｐｐｓ］　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　
十ｋ　＝　４０．５［ｐｐｓ］ 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［−２４，５］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）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。

〔別実施例〕

前述の実施例は混合湯の温度と流量の両方を調節するタ
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、出湯開始からファジィ推論による定常
制御までの一連の制御を適用できる。即ち出湯開始時に
は湯量弁を全開状態に、且つ水量弁を全閉状態に保持し
、検出湯温か初期目標温度に達した後、湯量弁を閉じる
方向、水量弁を開ける方向に操作し、検出湯温の変化が
上昇から下降に転じた時点でファジィ推論による制御を
行うといった一連の制御によって、死水を速く排出し、
混合湯の温度を設定温度に速く到達させることがてきる
点は同様である。

またオーバシュートを回避すべく、設定湯温から予め定
められた温度（５°Ｃ）を減じた温度を初期目標温度と
して制御を行っているが、この予め定められた温度は５
°Ｃに限らず、適当に定めればよい。或いは、この温度
を変更設定する手段を設けてもよい。

また、オーバシュートを回避するために検出湯温か初期
目標温度に達した後、検出湯温の変化が上昇から下降に
転するまでの間、湯量弁を閉じる方向、水量弁を開ける
方向に操作する制御をファジィ推論の制御規則に組み入
れることによって、当該制御ステップを省略することも
可能である。

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。

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、前記制御手段
   （９）は、出湯開始信号を受けた後、前記実温度が前記
   目標温度から設定温度を減じた初期目標温度より高くな
   るまでの間は前記湯量弁（３）を全開、前記水量弁（４
   ）を全閉状態にするように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、前記制御手段
   （９）は出湯開始信号を受けた後、前記実温度が前記目
   標温度から設定温度を減じた初期目標温度より高くなる
   までの間は前記湯量弁（３）を全開、前記水量弁（４）
   を全閉状態にするように構成されている湯水混合装置。 ３、請求項１又は２記載の湯水混合装置であって、前記
   制御手段（９）は、前記実温度が前記初期目標温度より
   高くなった後、前記実温度の変化が上昇から下降に転す
   るまでの間は前記湯量弁（３）を閉方向に、前記水量弁
   （４）を開方向に操作するように構成されている湯水混
   合装置。