JPH0651843A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の供給、停止、流量調節を行う流量制御
装置に関するもので、流量センサとモータを用いた流量
フィードバック制御において、開弁時の流量オーバーシ
ュートを防ぎ安定性と即応性を高める。 【構成】 開弁時に設定流量に応じた速度で、２つの入
口１８，１９と１つの出口２０を有する流路に、１つの
弁軸６に連結された２つの弁体２２，２４を設け、弁軸
の中央位置で２つの弁体をともに閉止状態とし、弁軸の
中央位置からのモータ１２の回転で左右への動きで２つ
の弁体のいずれかを選択して開くものである。そして、
開弁時に流量演算部１４で流量信号が得られるまでの
間、設定流量に応じた速度でモータ１２を駆動する開弁
時モータ制御部３１を有する。したがって、設定流量が
小さい時は遅く、大きい時は速くモータが駆動され、設
定流量が少ない時の流量検出の遅れによる流量のオーバ
ーシュートを防ぐように作用し、開弁時の制御を安定に
かつ設定流量に応じた最短の時間で行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴室や洗面あるいは台
所等で湯・水の出し止め、および所望の流量をうる給湯
流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の給湯装置に関し、例えば図
３に示すようなものがあった。

【０００３】ボデー１に流路入口２と流路出口３との間
に弁座４を設け、弁体５に連結された弁軸６と弁体５を
付勢するばね７を設け、弁軸６のねじ部８と回転直線交
換ネジ９と、弁軸５をギヤー１０およびギヤー１１を介
して回転駆動するモータ１２と、流量センサ１３と流量
演算部１４と、流量演算部１４からの流量信号と設定流
量との差に応じてモータ１２の速度を制御するフィード
バック制御部１５と、ギヤー１１と一体のカム１６と位
置検出器１７とで構成される。

【０００４】図４はフィードバック制御部１５の特性で
あり、流量信号と設定流量の差である流量誤差に比例し
た速度でモータ１２を駆動し、弁体５を開あるいは閉方
向に調節して流量信号が設定流量にほぼ一致したところ
でモータ１２を停止させ流量出口３から流出する流量を
設定流量に等しく調節するものである。同図Ａの流量誤
差が小さい範囲では誤差に比例した速度となるが同図Ｂ
の一定以上の流量誤差の範囲ではモータ１２のスピード
に限界があるためモータ速度は一定になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成のものにおいては次のような課題を有
していた。

【０００６】上記構成では、位置検出器１７は弁体５の
閉止位置を確実に検出するために弁体５が弁座４に当接
した位置から弁軸６がさらに右方の位置で弁軸６の先端
が弁体５から離れた位置を閉止位置として検出してい
る。

【０００７】図５は開弁時の流量変化の特性図である。
閉止状態から開弁動作を行う時、位置検出器１７が閉止
位置を検出している位置からＡ時点でモータ１２を回し
て弁軸６を左方に駆動するが、弁軸６の先端が弁体５を
押すまで流体は流れない。さらに弁軸６が弁体５を押し
開いて、Ｂ時点で流体が流路出口３へ流れると水量セン
サ１３が回りパルス信号を発生する。流量演算部１４は
流量センサ１３のパルス信号の１周期の時間Ｔを計測
し、時間の逆数を求めて単位時間当たりの流量である流
量信号を求めている。従って少なくとも２つめのパルス
信号がきたＣ時点でしか流量を計算できないため検出し
た流量信号は実際の流量よりも必ず遅れが生じる。さら
に流量センサ１３は通常、流体の流れにより羽根車を回
す構成であり羽根車の慣性による遅れがさらに加わる。
開弁時に流量信号が得られるまでの間、流量信号はゼロ
となり、図４の制御特性により、設定流量の大小にかか
わらずＢの範囲でモータを最大速度で動かすことにな
る。図５のＣ時点から設定流量に等しくなるようフィー
ドバック制御がかかるが、同図Ｄの設定流量が小さい時
の流量はＣ時点ですでに設定流量を越えるようになりオ
ーバーシュートが発生してしまう。同図Ｅの設定流量が
大きい時にはオーバーシュートは起こらない。

【０００８】オーバーシュートをなくすためにはモータ
１２の最高速度を低くすればよいが、そうすると上記の
弁軸６が弁体５に当たるまでの範囲を動かす時間（図５
のＡ時点からＢ時点までの時間）が長くなり、開弁を指
令してから実際に流体が流れ始めるまでの遅れが大きく
なり操作性を損なうことになる。

【０００９】本発明は上記の課題を解決し、設定流量が
小さい場合の開弁時のオーバーシュートを防ぎ開弁動作
の時間を短くして、操作性の良い流量制御装置を実現し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、弁の閉止位置からの開弁時に流量信号が得ら
れるまでの間、フィードバック制御部に代わって、設定
流量に応じた速度でモータを駆動する開弁時モータ制御
部を設けたものである。

【００１１】

【作用】この構成により、開弁時に設定流量が大きい時
はモータを高速で、設定流量が小さいときはモータを低
速で駆動するよう作用し、設定流量が小さいときの流量
のオーバーシュートを防止でき、設定流量が大きいとき
には遅れを小さくするよう作用する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１〜図２を
参照しながら説明する。

【００１３】図１において湯が流入する第１の入口１８
と水が流入する第２の入口１９と、１つの出口２０と、
第１の入口１８と出口２０の間に第１の弁座２１と第１
の弁体２２とが、第２の入口１９と出口２０の間に第２
の弁座２３と第２の弁体２４とが設けてある。第１の弁
体２２と第２の弁体２４とにそれぞれ閉方向に付勢する
第１のばね２５および第２のばね２６とが設けられ、弁
軸６は第２の弁体２４を貫通してその先端は第１の弁体
２２の穴部２７に摺動可能に連結され、また止め輪２８
で第２の弁体２４に当接している。第２の弁体２４と弁
軸６の貫通部にはＯリング２９が設けられ摺動部をシー
ルしている。出口２０には流量センサ１３が設けられ、
流量センサ１３の信号は流量演算部１４で周期を測定さ
れ流量信号が演算される。流量信号は設定流量信号と比
較される。そして、その偏差信号を入力したフィードバ
ック制御部１５はモータ１２を駆動しギヤ１１およびギ
ヤ１０により弁軸６を回動し弁軸６のねじ部８と回転直
線変換ネジ９により弁軸６をスラスト方向に駆動する。
ギヤ１１にはカム１６および位置検出器１７が設けら
れ、弁軸６の中央位置を検出する。流量演算部１４と連
動して流量確定検出部３０が設けられ開弁時モータ制御
部３１に流量検出タイミング信号を伝える。開弁時モー
タ制御部３１には湯出／止スイッチ３２、水出／止スイ
ッチ３３および設定流量信号とが接続され、その出力は
切替スイッチ３４によりフィードバック制御部１５に代
わってモータ１２を駆動する。

【００１４】そして上記構成により、弁軸６が中央位置
のときは第１および第２の弁体２２，２４共にそれぞれ
第１の弁座２１、第２の弁座２３に当接しており出口２
０には流量は流れない。

【００１５】図２は開弁時のモータ速度、流量の変化を
示す特性図である。実線は設定流量が小さい時、波線は
設定流量が大きいときの特性である。

【００１６】出口２０からの流出する設定流量が小さい
時、Ｆ時点で湯出／止スイッチ３２を操作すると開弁時
モータ制御部３１は弁軸６を左方へ動かす方向にモータ
１２を同図Ｇの低速度で駆動する。すると、第２の弁体
２４は第２の弁座２３に当接したまま弁軸６はＯリング
２９で摺動し、同図Ｈ時点で第１の弁体２２を開き出口
２０に湯を供給する。流量センサ１３が回転を始め同図
Ｉ時点で２つ目の流量センサ１３のパルス信号により流
量演算部１４は周期Ｔを得て流量信号を算出する。Ｉ時
点で流量確定検出部３０は流量検出タイミング信号を開
弁時モータ制御部３１に伝え、モータ１２の制御はフィ
ードバック制御部１５に切り替わる。以後流量誤差がゼ
ロになるＪ時点でモータ１２は停止し流量が設定流量に
等しくなるよう制御される。設定流量が小さいときはモ
ータ速度をＧの低速で駆動するのでＩ時点で水量信号を
検出したときには設定流量より小さい流量Ｋに留まって
おりオーバーシュートすることなく制御できる。

【００１７】出口２０から流出する設定流量が大きいと
きには、設定流量に比例し同図Ｌの高速度でモータ１２
は動き始め弁軸６が第１の弁体２２に前述より早く当た
るのでＭ時点で弁が開く。速い速度で弁体２２を開くの
で流量の増加速度も速く、２つ目のパルスがくるＮ時点
では流量Ｋより大きな流量Ｐに達しているが設定流量が
大きいためオーバーシュートすることなく安定に制御さ
れる。

【００１８】上記のように設定流量が小さいときはＨ時
点までの時間が長くなるがオーバーシュートを起こすこ
とはなく、設定流量が大きいときはＭ時点で流れ始めす
ばやい開弁動作ができる。

【００１９】一方、水出／止スイッチ３３を操作する
と、弁軸６が右方に駆動され、第１の弁体２２は第１の
弁座２１に当接し、さらに弁軸６は穴部２７の摺動で右
方に動き、止め輪２８が第２の弁体２４を押し開け第２
の入口１９の水を出口２０に供給する。位置検出器１７
が検出する閉止位置から、止め輪２８が第２の弁体２４
にあたるまでの遊びがあるのは湯側の場合と同様であり
図２と同様に制御される。

【００２０】ここで水側の第２の入口１９は図示しない
給水源に直接接続されるが、上記の湯側の場合第１の入
口１８は図示しない給湯熱源を介して接続されるため一
般に第１の入口１８の圧力より第２の入口１９の圧力の
方が高くなり、第２の弁体２４の開度の変化に対する流
量の変化が第１の弁体のそれよりも大きくなる。従って
開弁時の流量の行き過ぎが起こりやすいので、同一設定
流量に対する開弁時のモータ速度の関係を第１の弁体２
２の場合より遅く設定しておけば同様の開弁時の特性が
得られる。

【００２１】上記のように、開弁時に流量演算部１４で
流量信号が得られるまでの間、開弁時モータ制御部３１
が設定流量に応じた速度でモータ１２を駆動するので、
設定流量が小さいときは遅く、設定流量が大きいときは
速く弁体２２，２４を動かすので、流量検出の遅れによ
る流量のオーバーシュートを防ぎ、安定にかつ設定流量
に応じた最短の時間で開弁動作を行うことができる。

【００２２】また、入口１８及び入口１９からの圧力の
異なる流体の開閉・流量調節を共通の弁軸に連結された
複数の弁体２２及び弁体２４でそれぞれ行い、開弁時の
設定流量に対するモータ速度の関係をそれぞれ独立して
設定することができ、圧力の影響を除いて同等の開弁時
間の特性を得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
装置によれば、弁体と弁軸と弁軸を駆動するモータと、
開弁時に流量信号が得られるまでの間設定流量に応じた
速度で前記モータを制御する開弁時モータ制御部とで構
成したので、開弁時に設定流量が小さいときは遅く、設
定流量が大きいときは速くモータが駆動され流量検出の
遅れによる流量のオーバーシュートを防ぎ、安定にかつ
設定流量に応じた最短の時間で開弁動作を行わせること
ができる。

【００２４】また、２つの入口と１つの出口を有する流
路に、１つの弁軸に連結された２つの弁体を設け、弁軸
の中央位置で２つの弁体をともに閉止状態とし、弁軸の
中央位置からの動きで２つの弁体のいずれかを選択して
開き、開弁時の設定流量に対するモータ速度の関係を２
つの弁体に対応してそれぞれ個別に設定したモータ駆動
部とで構成したので、それぞれ圧力の異なる２つの入口
からの流体に対して２つの弁体が受けるそれぞれの圧力
に対応して開弁時のモータ速度が適切に調整されるよう
作用し、圧力の影響を除いて、同等の開弁時間の特性を
得ることができ、２流体の選択開閉・流量調節が、良好
な操作感覚で、かつ安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流量制御装置の全体
構成図

【図２】同装置の開弁時のモータ速度および流量の特性
図

【図３】従来の流量制御装置の構成図

【図４】従来の流量制御装置の流量誤差に対するモータ
速度の特性図

【図５】従来の流量制御装置の開弁時の流量の特性図

【符号の説明】

６ 弁軸 １２ モータ １３ 流量センサ １５ フィードバック制御部 １８ 第１の入口 １９ 第２の入口 ２０ 出口 ２１ 第１の弁座 ２２ 第１の弁体 ２３ 第２の弁座 ２４ 第２の弁体 ２５ 第１のばね ２６ 第２のばね ３１ 開弁時モータ制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口と出口とを有する流路と、前記流路に
   設けられ流路の開閉及び流量調節を行う弁座および弁体
   と、前記弁体に連結される弁軸と、前記弁軸を駆動する
   モータと、前記流路に設けられた流量センサと、前記流
   量センサの流量信号と設定流量とを比較して前記モータ
   を駆動するフィードバック制御部と、開弁時に前記流量
   信号が得られるまでの間前記フィードバック制御部に代
   わって前記モータを設定流量に応じた速度で駆動する開
   弁時モータ制御部からなる流量制御装置。
2. 【請求項２】流量に応じた周波数のパルス信号を発生す
   る流量センサと、前記流量センサのパルス周期の時間を
   測定し、前記時間から流量信号を演算する流量演算部と
   を有する請求項１記載の流量制御装置。
3. 【請求項３】２つの入り口と１つの出口を有する流路
   と、前記２つの入り口に対応する対向した２組の弁座及
   び弁体と、前記２つの弁体を１つの弁軸で弁軸の中央位
   置で２つの弁体とも閉止状態、中央位置からの動きで前
   記２つの弁体のいずれかを単独で開放するよう連結し、
   前記２つの弁体の下流で１つの出口に合流した流路に流
   量センサを設け、開弁時の設定流量に対するモータ速度
   の関係を前記第１の弁体を開く場合と前記第２の弁体を
   開く場合とで別々に設定した開弁時モータ制御部からな
   る請求項１または２記載の流量制御装置。