JPH0799220B2 - 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 本発明は湯と水の混合比を調節し適温を得る給湯用の湯
水混合装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの種の湯水混合装置には第５図に示すようなも
のがあった。（例えば実開昭61−18424号公報） 第５図において水道１は２系統に分岐され、給湯機２を
経た給湯管路３と、給水管路４とが定温給湯装置５に接
続されている。定温給湯装置５の内部では給湯管路３に
湯量弁６が、また給水管路に水量弁７が持続されていて
混合比を調節している。混合管路８には、混合湯温を検
出するサーミスタ９が設けられており、このサーミスタ
９の信号と混合湯温を任意に調節するコントローラ10の
信号に基づき、制御装置11で湯量弁６と水量弁７が制御
される。混合湯は湯合管路８の端末に設けた蛇口12を経
て、給湯対象である浴槽13に供給される。湯量弁６と水
量弁７は制御装置11により制御される湯量弁モータ14と
水量弁モータ15により駆動されるが、湯量弁６と水量弁
７は弁位置を検出する手段を全く有していない。そし
て、コントローラ10の設定温度を得るように、サーミス
タ９の信号を利用して制御装置11を介して湯量弁モータ
15と水量弁モータ15が制御される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では次のような問題点を
有していた。

（１） 湯量弁６と水量弁７が全開あるいは全閉点を過
ぎても、混合湯温がコントローラ10で設定した温度に達
しない場合、弁位置検出手段を全く有していないため、
湯側弁６や水側弁７、また湯側モータ14や水側モータ15
に過大な負荷がかかり、弁部の損傷やモータの焼損を引
き起こしていた。

（２） 給湯機２から供給される湯温が低い場合や、油
圧が低い場合等、設定温度を得るために湯量弁６を開成
し水量弁７を閉成する方向に動作するが、弁位置を検出
する手段を有していないため、例えば湯量弁６が変位量
に対して流量の変化が少なくなるいわゆる弁感度の低い
領域に達してしまい、供給湯温が上昇したり湯圧が上昇
した場合に設定温度に戻す制御動作が遅れ、混合湯温が
一時的に大きく上昇して危険であった。本発明はこのよ
うな従来の問題点を解決するもので、弁の全開時や全閉
時に過大な負荷を弁自身や駆動手段にかけることのな
い、また過渡的な温度変動を低く押さえ安全性と快適性
に優れた湯水混合装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の湯水混合装置は、
電気的な湯側駆動手段により駆動される湯側弁と、同じ
く水側駆動手段によって駆動される水側弁と、弁位置を
連続的にあるいは多段階的に検出する湯側弁位置検出手
段と、水側弁位置検出手段と、混合湯温を設定する混合
湯温設定器と、この混合湯温設定器の設定に従い湯側駆
動手段と水側駆動手段を制御し混合湯温の調節を行うと
ともに、湯側弁位置検出手段と水側弁位置検出手段の信
号を利用し湯側弁と水側弁の製造ばらつきを補正し弁開
点を揃える制御を行う制御器を備えて構成するものであ
る。

作用 本発明は上記した構成によって、混合湯温設定器の設定
に従って、湯側駆動手段と水側駆動手段を制御し混合湯
温の調節を行うとともに、湯側弁位置検出手段と水側弁
位置検出手段の信号を利用し湯側弁と水側弁の製造ばら
つきを補正し弁開点を揃える制御を行い、給湯の開始時
に起こる湯側弁と水側弁の製造ばらつきに起因した大き
な温度変動の防止と、湯側弁位置検出手段と水側弁位置
検出手段弁の信号を利用した制御を行うことにより、全
開時や全閉時に弁自身や駆動手段にかかる過大な負荷を
防止しているものである。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。給湯管路16と給水管路17を経て供給される湯と水
は、弁框体18内に入り湯と水の圧力を均等化する圧力バ
ランス弁19を経て湯側弁20と水側弁21に至る。湯側弁20
と水側弁21は、軸22と23を介して外部に設けた電気的な
駆動手段である湯側モータ24と水側モータ25により、減
速歯車26と27を介して駆動される。湯側弁20の弁位置は
湯側弁位置検出手段28で検出され、水側弁21の弁位置は
水側弁位置検出手段29で検出される。混合湯温はサーミ
スタ30で、混合流量は流量センサ31で検出され、給湯口
32から給湯対象に供給される。給湯の開始、停止の指示
や、混合湯温や流量の設定は設定器33で行なわれる。ス
イッチ34は予め設定した混合湯温と混合流量と混合流量
の積算値に従って給湯を行なうスイッチである。混合流
量の「大」「小」はスイッチ35で、混合湯温の下降はス
イッチ36で、上昇はスイッチ37で指示を行なう。給湯の
停止はスイッチ39で行なう。40は表示部でありサーミス
タ30で検出される混合湯温や、流量センサ31で検出され
る混合流量を表示する。制御器41にはサーミスタ30、流
量センサ31、設定器33の信号が伝えられ、制御器41は湯
側モータ24、水側モータ25及び設定器33の表示部40を制
御する。湯側弁20と水側弁21はいずれも第２図に示すよ
うに構成されている。開口部を有したセラミックの円板
が固定された固定弁体42、軸22、23の端部の嵌合部43に
より駆動される動弁体44とで弁の主要部を成している。
また、湯側弁位置検出手段28と水側弁位置検出手段29の
構成は第３図ａ、ｂに示される。軸22（23）には歯車45
が設けられていて、軸22（23）の回転によって歯車45が
回転し、歯車46に回転を伝達し、これによって弁位置を
連続的に検出するポテンショメータ47が回転される。歯
車45と歯車46の歯数は異ならせてあり、軸22（23）の回
転角度は拡大されてポテンショメータ47に伝えられる。
湯側弁20と水側弁21には寸法的な製造ばらつきが存在す
る。またポテンショメータ47にも製造ばらつきがある。
特に湯側弁20と水側弁21により本発明のような湯水混合
装置の場合、湯側弁20と水側弁21の開成するタイミング
が重要となる。すなわち湯側弁20と水側弁21は、固定弁
体42と動弁体44がお互に開口を塞ぐ点から、一定のシー
ルしろを見込んで回転した位置を、弁の全閉点として設
計するが、固定弁体22と動弁体44の寸法誤差、動弁体44
と嵌合部43のがた、ポテンショメータ47の製造ばらつき
等によりシールしろとして検出される弁位置が異なって
来る。このため、開成時に湯側弁20と水側弁21を例えば
等速で駆動しても、シールしろの大小により湯から先に
出始めたり水から先に出始めたりして過渡的に給湯され
る湯温が変動する。開成後の過渡的な湯と水の混合比率
を適正なものにするため、湯側モータ24と水側モータ25
の駆動速度を一定の関係を持たせて制御してもシールし
ろの影響により過渡的に大きく混合湯温が変動する。こ
れを防止するために本実施例では、固定弁体42と動弁体
44がお互に開口を塞ぎ流量が零となる点から、所定の角
度を組立後に調整して弁全閉点を設定し、湯側弁20と水
側弁21のシールしろを揃えている。具体的には第４図に
示すようにして行なっている。湯側と水側でポテンショ
メータ47の特性が図のように異なっていたとする。

Ａ、Ａ′点はシールしろを取った弁全閉点、Ｂ、Ｂ′は
弁全開点、Ｃ、Ｃ′は流量が零となる点である。調整時
にはＣ、Ｃ′点を流量センサ31を利用したり、あるいは
他の計測手段を用いたり、あるいは目視等によって定
め、Ｃ、Ｃ′点より所定の角度分だけ回転した位置を、
シールしろを見込んだ弁全閉点としてそれぞれ定め、
Ａ、Ａ′点とする。このＡ、Ａ′点に対応したポテンシ
ョメータ47の抵抗値をRA、RA′として制御器41に設定す
る。

また、弁の全開点Ｂ、Ｂ′は流量センサ31を利用した
り、あるいは他の計測手段を用いる等して弁感度の一定
範囲の領域内に定め、対応したポテンショメータ47の抵
抗値をRB、RB′として制御器41に設定する。これによっ
て湯側弁20は湯側弁位置検出手段28の抵抗値がRAからRB
の範囲で、水側弁21は水側弁位置検出手段29の抵抗値が
RA′からRB′の範囲で動作するようになり、かつ湯側弁
20と水側弁21のシールしろは同一に調整されることにな
る。

次にこの実施例の動作を説明する。まず、給湯の停止中
は湯側弁20と水側弁21が共に閉成され、動弁体44が固定
弁体42とお互に開口部を塞ぐ位置に臨み、湯側弁位置検
出手段29は抵抗値RAを、水側弁位置検出手段29を抵抗値
RA′を示している。給湯を行なうためにスイッチ34を押
すと、湯側弁20と水側弁21は開成される。開成時におい
て、湯側弁20は湯側弁位置検出手段28の抵抗値RAからRC
までのシールしろ分、また水側弁21は水側弁位置検出手
段29の抵抗値RA′からRC′までのシールしろ分、等速で
駆動される。湯と水が流動し始めた以降は設定流量に達
するまで、湯と水の混合比率を一定に維持する速度で駆
動される。このため湯側弁20と水側弁21の開成タイミン
グがずれることなく、また開成動作中も混合湯温が大き
く変動することがない。混合湯温はサーミスタ30の信号
が設定器33のスイッチ34に対応した設定値と比較され、
制御器41により湯側弁20と水側弁21で混合比が調節され
る。混合流量は流量センサ31の値とスイッチ34に対応し
た設定値とが比較され、湯側弁20と水側弁21で流量が調
節される。スイッチ34が押されると同時に制御器41で流
量センサ31の信号が積算され、スイッチ34に対応した設
定値に達したら給湯を自動的に止める。これは浴槽に湯
を張る時などに利用される。流量積算中に止めたい場合
はスイッチ39を押すと給湯は停止される。給湯時に湯の
圧力が低い場合や湯温が低い場合で大流量給湯が行なわ
れる場合等は、湯側弁20は全開になるが、この場合全開
点は湯側弁位置検出手段28の全開点RBで検出され、弁開
度は感度の純い領域に入らないように制御器41で制限さ
れる。水圧が低い場合や混合湯温の設定値が低い場合等
も同様に水側弁位置検出手段29の全開点RB′点で検出さ
れ、弁開度が制限される。このため供給湯温や油圧、水
圧等の変動により混合湯温が大きく変動することがな
い。また、弁の全開点、全閉点で駆動が制限されるた
め、湯側弁20や水側弁21に過大な力がかかったり、湯側
モータ24や水側モータ25に過負荷がかかることがない。
本実施例においては、湯側弁位置検出手段28と水側位置
検出手段29には無段階的に弁位置を検出するポテンショ
メータ47を用いたが、多段階的に弁位置を検出するイン
クリメント型のロータリーエンコーダ等を用いてもよ
い。また、ポテンショメータ47の信号は、弁全開点と全
閉点に対応する抵抗を利用したが、流量が零となるＣ、
Ｃ′点も利用したり、他の任意の点を利用する制御方法
も考えられる。例えば、給湯開始時に湯側弁20と水側弁
21を最初から異なる速度で駆動しＣ、Ｃ′点に早く倒達
した方を待期させ、もう一方が倒着した時点で双方を混
合比率が適正となるような駆動速度で駆動する方法があ
る。また、Ｃ、Ｃ′点を基本的に信号として利用し、弁
のシールしろは湯側モータ24と水側モータ25にステップ
モータを用い、シールしろ相当分の所定のパルス分送り
込んで弁全閉点とし、特にＡ、Ａ′点の信号は利用しな
かったり、万が一ステップモータのパルスカウントが故
障した場合にのみ最終的な停止手段として利用する方法
がある。更に、RC、RC′点のみ検出し、シールしろは製
造ばらつきのままとしておいて、調整時には湯側弁20と
水側弁21のシールしろのばらつきを計測し、制御器41に
登録しておき、給湯開始時においては双方のシールしろ
に反比例した駆動スピードで湯側モータ24と水側モータ
25を駆動して、湯、水が流れ始めるＣ、Ｃ′点に到着す
るタイミングを揃える方法もある。また、油圧、水圧や
供給湯温、水温が一定の場合には、適温が得られる弁位
置を割り出し、湯側弁位置検出手段28と水側弁位置検出
手段29を利用して湯側弁20と水側弁21で位置制御して素
早く給湯を開始し、サーミスタ30の信号を利用して混合
湯温を微調節する方法がある。

本実施例の効果としては、湯側弁位置検出手段28と水側
弁位置検出手段29にて、湯側弁20と水側弁21と双方の検
出手段28、29のポテンショメータ47の製造ばらつきが吸
収できるため、給湯の開始時に湯あるいは水が先に出て
混合湯温が大きく変動することを防止できる効果がまず
挙げられる。また、湯側弁20と水側弁21は止水機能を有
しているため、混合弁と止水弁の機能を兼ねることがで
き、構成が簡略化できる効果を有している。更に、湯側
弁位置検出手段28と水側弁位置検出手段29は、湯側弁20
と水側弁21のシールしろを見込んだ弁全閉位置Ａ、Ａ′
点を検出するため、シールしろが確実に確保でき、湯側
モータ24と水側モータを過回転させることも防止できる
効果を有する。

なお本実施例ではサーミスタ30の信号をフィードバック
する制御方法を例にとったが、湯温、湯量、水温、水量
を計測し、混合湯温を演算して求め制御を行なう、いわ
ゆるフィードフオワード制御にも本発明の思想は適用で
きるものである。

発明の効果 以上のように本発明の湯水混合装置によれば次の効果が
得られる。

（１）湯側弁位置検出手段と水側弁位置検出手段の信号
を利用し、湯側弁と水側弁の製造ばらつきを補正し弁開
点を揃える制御を行うことにより、湯側と水側に独立し
た弁を有し、電気的に制御される湯水混合弁に特有な、
給湯の開始時に起こる湯側弁と前記水側弁の製造ばらつ
きに起因した大きな温度変動を防止し、安全性と快適性
を確保できる。

（２）湯側弁と水側弁の製造ばらつきを補正のために設
けた湯湯側弁位置検出手段と水側弁位置検出手段の信号
を利用して弁の全開時や全閉時に弁自身や駆動手段にか
かる過大な負荷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における湯水混合装置の一部
切欠断面図、第２図は同装置の湯側弁、水側弁を示す分
解斜視図、第３図（ａ）は同装置の湯側弁位置検出手
段、水側弁位置検出手段の上面図、第３図（ｂ）は同平
面図、第４図は同検出手段の特性図、第５図は従来の湯
水混合装置を示す構成図である。 20……湯側弁、21……水側弁、24……湯側モータ（湯側
駆動手段）、25……水側モータ（水側駆動手段）、28…
…湯側弁位置検出手段、29……水側弁位置検出手段、33
……設定器（混合湯温設定器）、41……制御器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−249783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−109987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−201173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−153423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−59211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−129511（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−1076（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−18424（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湯の流量を調節する湯側弁と、この湯側弁
   を電気的に駆動する湯側駆動手段と、前記湯側弁の弁位
   置を連続的に、あるいは多段階的に検出する湯側弁位置
   検出手段と、水の流量を調節する水側弁と、この水側弁
   を電気的に駆動する水側駆動手段と、前記水側弁の弁位
   置を連続的に、あるいは多段階的に検出する水側弁位置
   検出手段と、混合湯温を設定する混合湯温設定器と、こ
   の混合湯温設定器の設定に従い前記湯側駆動手段と前記
   水側駆動手段を制御し混合湯温の調節を行うとともに、
   前記湯側弁位置検出手段と前記水側弁位置検出手段の信
   号を利用し前記湯側弁と前記水側弁の製造ばらつきを補
   正し弁開点を揃える制御を行う制御器を備えた湯水混合
   装置。
2. 【請求項２】制御器は、湯側弁位置検出手段と水側弁位
   置検出手段の信号を利用して、湯側弁の水側弁のシール
   しろを見込んだ位置に弁閉点を設定した特許請求の範囲
   第１項記載の湯水混合装置。