JPH07104732B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湯と水との混合比率を調節して適温の湯を得
る湯水混合装置に関する。

〔従来技術〕

従来、１本の軸に湯用弁体と水用弁体とを設けて成る１
軸方式の湯水混合弁は、例えば特開昭60−249782号公報
に記載されているように、水入口と連通する水用弁座
と、湯入口と連通する湯用弁座とが混合室に対向して開
口されており、水用弁座に係合する水用弁体と、湯用弁
座に係合する湯用弁体とが１本の弁軸に摺動可能に配設
され、両弁体の対向する内端をストッパにより位置規制
されるとともに、ばねで両弁体が対向する方向に付勢さ
れている。

弁軸の一端はカム等を介してステッピングモータにより
押圧され、弁軸が軸方向に移動されて、水用弁体と湯用
弁体のそれぞれの開度を調節し、給湯温度を低くする時
は、水用弁体の開度を大にし、湯用弁体の開度を小とし
て湯量Q_Hを減少させる一方水量Q_Cを増大させて湯温を低
下させており、給湯温度を高くする時は、水用弁体の開
度を小にし、湯用弁体の開度を大として湯量Q_Hを増大さ
せる一方水量Q_Cを減少させて湯温を上昇させるようにし
て、湯と水との混合比率ｂ（ｂ＝Q_C/Q_H）を調節して適
温の湯を得るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の１軸方式の湯水混合弁におい
ては、水用弁体と湯用弁体を開度を調節して所定の混合
比を得るためにステッピングモータによる動作量が適当
に定められており、湯温がハンチングしたり、安定する
までに時間がかかる等の問題があった。

また、ステッピングモータの動作量（即ち駆動軸の回転
角）θと、湯と水の混合比率ｂとの関係を、ｂ＝ｋ×θ
（ｋは湯水の圧力に依存する係数）の線形にしているか
ら、湯水の圧力ｐがp₁（ｋ＝k₁）,p₂（ｋ＝k₂）,p₃（ｋ
＝k₂）（但し、p₁＜p₂＜p₃）に変化する（第５図参照）
場合において、k₁＜k₂＜k₃であるから、混合比率ｂがb₁
からb₂（b₁＜b₂）に上昇した時の変化量Δｂ（Δｂ＝b₂
−b₁）に対する動作量θの変化量Δθは、ｐ＝p₁の時に
Δθ_１、ｐ＝p₂の時にΔθ_２、ｐ＝p₃の時にΔθ_３（Δ
θ_１＞Δθ_２＞Δθ_３）となり、湯水の圧力ｐが変化す
るとステッピングモータの動作量θの変化量Δθが変化
するという問題があった。

本発明の目的は、ハンチングの発生を防止するととも
に、制御速度が速く確実なステッピングモータ等の動作
量を決定することのできる湯水混合装置を提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の湯水混合装置は、ス
テッピングモータ等の駆動源の回転力がカム等で伝達さ
れて軸方向に移動する１本の弁軸と、弁軸に設けられた
水用弁体及び湯用弁体と、混合室に開口された水用弁座
及び湯用弁座とを備え、水用弁体及び湯用弁体を移動さ
せて水用弁座及び湯用弁座の開度を制御することによ
り、混合室に流入する水量と湯量とを調節して出湯温度
を制御する１軸方式の湯水混合装置において、湯量Q_Hと
水量Q_Cを混合した時の混合比率ｂ（ｂ＝Q_C/Q_H）と、駆
動源の駆動軸の回転角である動作量θとの間に、ｂ＝Ｋ
×ａ^θの関係を有するものである。

なお、Ｋは湯及び水の圧力により定まる係数、ａは混合
装置により定まる定数である。

〔作用〕

上記のとおり構成された本発明の湯水混合装置において
は、現在混合比b₁（動作量θ＝θ_１）から目標混合比b_s
（動作量θ＝θｓ）に変更する場合、動作量θの変動量
Δθ（Δθ＝θ_ｓ−θ_１）がΔθ＝〔log（b_s/b₁）/log
a〕 で求められる。

また、目標混合湯温T_S、現在混合湯温T_M、湯温T_H、水温
T_Cとにおいて、 b₁＝（T_H−T_M）／（T_M−T_C） b_s＝（T_H−T_S）／（T_S−T_C） の関係が成立するから、目標混合湯温T_S、現在混合湯温
T_M、湯温T_H、水温T_Cから現在動作量θ_１の値と無関係
に、駆動軸を回動すべき変動量Δθを得ることができ
る。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、湯は湯入口１から逆止弁２を経て圧力
バランサ３に流入し、圧力バランサ３から湯水混合弁５
の湯流路４に流入する。

水は水入口11から逆止弁12を経て圧力バランサ３に流入
し、圧力バランサ３から湯水混合弁５の水流路14に流入
する。

湯水混合弁５には、湯流路４に連通して混合室９に開口
する湯用弁座８と、水流路14に連通して混合室９に開口
する水用弁座18とが設けられており、弁軸６に対向して
取り付けられた湯用弁座８に係合する湯用弁体７と、水
用弁座18に係合する水用弁体17とが混合室９内に設置さ
れている。

弁軸６は湯水混合弁５の外部に設置されたステッピング
モータ10の駆動軸の回転により、カム、歯車等（図示せ
ず）を介して、軸方向に移動されて湯用弁体７の湯用弁
座８に対する開度、及び水用弁体17の水用弁座18に対す
る開度を調節して、湯用弁体７の開度が大きくなる時は
水用弁体17の開度を小さくし、湯用弁体７の開度が小さ
くなる時は水用弁体17の開度を大きくしている。

混合室９で混合された湯は流量センサ20、ステッピング
モータ22により駆動される流量調整止水弁21を経てシャ
ワー、或いはその他の給湯栓に出湯される。

また、湯水混合弁５の湯流路４には入湯サーミスタ23が
設置されて入湯温度T_Hを検出し、水流路14には入水サー
ミスタ24が設置されて入水温度T_Cを検出するとともに、
混合室５の出口側流路には出湯サーミスタ25が設置され
て出湯温度即ち現在温度湯温T_Mを検出し、これらの温度
検出信号及び流量センサ20からの検出信号はコントロー
ラ（図示せず）に入力され、コントローラからの出力信
号によりステッピングモータ10、22の動作量が制御され
る。

ここで、湯量Q_Hと水量Q_Cを混合した時の混合比率ｂ（ｂ
＝Q_C/Q_H）と、ステッピングモータ10の駆動軸の回転角
である動作量θの間に、 ｂ＝Ｋ×ａ^θ 関係が成立する特性（第２図参照）で制御を行うもので
ある。

なお、Ｋは湯及び水の圧力により定まる係数、ａは混合
装置により定まる定数である。

ここで、ｂ＝Ｋ×ａ^θの関係を備えるためには、弁の開
閉動作方向が逆であるから、水側の弁と湯側の弁がそれ
ぞれ動作量θの指数関数で示される水量Q_Cと湯量Q_Hの特
性を備えていれば良いものである。即ち、 水側の弁は、Q_C＝K_C×A_C ^θ 湯側の弁は、Q_H＝K_H×▲Ａ^−θ _Ｈ▼ となるようにすれば良い。

但し、K_Cは水の圧力で定まる係数、K_Hは湯の圧力で定ま
る係数、A_Cは水側の弁により定まる定数、A_Hは湯側の弁
により定まる定数である。

上記特性により、ｂ＝Q_C/Q_H＝（K_C×A_C ^θ）／（K_H×▲
Ａ^−θ _Ｈ▼） ＝（K_C/K_H）×（A_C×A_H）^θ ＝Ｋ×ａ^θ となる。但し、Ｋ＝（K_C/K_H）,a＝（A_C×A_H）である。

そして、水側の弁が上述の特性を備えるためには、水用
弁座18の半径をR_C、水用弁体17の全閉位置から開方向に
移動した距離をｘ、水用弁体17の全閉位置から距離ｘの
位置における半径をr_Cとすると、水量Q_Cは水用弁座18と
水用弁体17との間に形成される開口面積D_C＝πR_C ²−πr
_C ²に比例するから、 Q_C＝Ｇ×D_C＝Ｇ×（πR_C ²−πr_C ²）＝K_C×A_C ^θ とすれば良い。

なお、動作量θ即ち弁軸６の回転角と、水用弁体17の移
動距離ｘとは比例関係にあるから、θ＝ｆ・ｘとする
と、 Q_C＝Ｇ×（πR_C ²−πr_C ²）＝K_C×A_C ^θ ＝K_C×▲Ａ^ｆ・ｘ _Ｃ▼ したがって、 πr_C ²＝πR_C ²−（K_C/G）×▲Ａ^ｆ・ｘ _Ｃ▼ 即ち、r_C＝｛R_C ²（K_C/πＧ）×▲Ａ^ｆ・ｘ _Ｃ▼｝^1/2 で示される形状に水用弁体17を形成すればよいものであ
る。

同様にして湯側の弁は、 r_H＝｛R_H ²−（K_H/πＧ）×▲Ａ^ｆ・ｘ _Ｈ▼｝^1/2 で示される形状に湯用弁体７を形成すればよいものであ
る。

但し、R_Hは湯用弁座８の半径、r_Cは湯用弁体17の全閉位
置から距離ｘの位置における半径であり、同軸であるか
ら、動作量θと移動距離ｘは水側の弁と等しいものであ
る。

上記特性の制御において、現在混合比b₁（動作量θ＝θ
_１）から目標混合比b_s（動作量θ＝θ_ｓ）に変更する場
合には、変動量ΔθはΔθ＝θ_ｓ−θ_１であるから、 したがって、動作量θの変動量Δθは、 Δθ＝〔log（b_s/b₁）/log a〕 で求められる。

また、目標混合湯温T_S、現在混合湯温T_M、入湯温T_H、入
水温T_Cとにおいて、 T_M（Q_H＋Q_C）＝T_H・Q_H＋T_C・Q_C であるから、 Q_C/Q_H＝（T_H−T_M）／（T_M−T_C） となり、 b₁＝（T_H−T_M）／（T_M−T_C） b_s＝（T_H−T_S）／（T_S−T_C） の関係が成立する。

したがって、目標混合湯温T_S、現在混合湯温T_M、湯温
T_H、水温T_Cから、駆動軸を回動すべき変動量Δθを得る
ことができる。

ここで、第３図において、湯水の供給圧力ｐがp₁（この
時、Ｋ＝K₁になる）,p₂（同じくＫ＝K₂）,p₃（同じくＫ
＝K₂）（但し、p₁＜p₂＜p₃）に変化した場合において
も、上述の如く、動作量θの変動量Δθは圧力ｐまたは
係数Ｋと無関係であり、圧力ｐが変動した場合において
も現在混合比b₁と目標混合比b_sが同等であれば、変動量
Δθは常に一定である。

換言すれば、湯水の圧力ｐに関係なく、現在混合比b₁と
目標混合比b_sが定まれば、即ち設定される目標混合湯温
T_Sと、検出される現在混合湯温T_M、湯温T_H、水温T_Cとか
ら変動量Δθが定められるものである。

なお、上記の式 ｂ＝Ｋ×ａ^θ が成立するような湯量Q_H及び水量Q_Cの特性の一例を第４
（ａ）図及び第４（ｂ）図に示す。

上述の構成によると、目標混合湯温T_Sにするために必要
なステッピングモータ10の駆動軸の回転角が求められる
から、ハンチングしないレベルで最大の速度をもって目
標混合湯温T_Sに収束させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のとおり構成されているから、以下に述べ
るとおりの効果を奏する。

湯水の圧力に関係なく、現在混合比と目標混合比が定ま
れば、即ち設定される目標混合湯温と、検出される現在
混合湯温、湯温、水温とから駆動軸の回転角の変動量が
求められるから、駆動源の駆動量の設定が容易になり、
且つ安定した制御を行うことができる。

さらに、目標混合湯温にするために必要な駆動軸の回転
角が求められるから、ハンチングしないレベルで最大の
速度をもって目標混合湯温に収束させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する湯水混合装置の概略断面図、
第２図は本発明による制御特性図、第３図は同じく圧力
が異なる場合の制御特性図、第４（ａ）図及び第４
（ｂ）図は湯量及び水量の特性図、第５図は従来の制御
特性図である。 ４……湯流路、６……弁軸、 ７……湯用弁体、８……湯用弁座、 ９……混合室、14……水流路、 17……水用弁体、18……水用弁座、 22……入湯サーミスタ、 23……入水サーミスタ、 24……出湯サーミスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神馬 幸弘 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式会 社ノーリツ内 (72)発明者 市丸 秀仁 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式会 社ノーリツ内 (56)参考文献 特開 昭62−267801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−267802（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステッピングモータ等の駆動源の回転力が
   伝達されて軸方向に移動する１本の弁軸と、弁軸に設け
   られた水用弁体及び湯用弁体と、混合室に開口された水
   用弁座及び湯用弁座とを備え、水用弁体及び湯用弁体を
   移動させて水用弁座及び湯用弁座の開度を制御すること
   により、混合室に流入する水量と湯量とを調節して出湯
   温度を制御する１軸方式の湯水混合装置において、湯と
   水の混合比率ｂと、駆動源の駆動軸の回転角である動作
   量θとの間に、Ｋを湯及び水の圧力により定まる係数、
   ａを混合装置により定まる定数とする時に、 ｂ＝Ｋ×ａ^θの関係を有することを特徴とする湯水混合
   装置。