JP2002115291A - 湯水混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の湯水混合装置では、一つの混合弁から
湯が出湯されている時に他の混合弁から湯が同時に出湯
されると湯水の混合比が変化して出湯温度が大きく変動
してしまうという問題点があった。さらには混合比の変
化率も大きくなり、出湯温度がハンチング現象を起こし
てしまうという問題点もあった。 【解決手段】 同時出湯時は、給湯流量の比に基づきに
湯水混合比Ｒと弁体２０３の回転角度θとの関係線をあ
らかじめ複数記憶しておき、給湯管８Ａからの湯の出湯
量と浴槽６２への湯の出湯量の比に基づき関係線を決定
するようにする。同時使用時はこの関係線に基づき混合
弁を制御することで良好な出湯性能を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水と高温水を混合
するための湯水混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高温給湯管と給水管の合流部
に設けられ高温水と水の混合比を調整する混合弁を複数
備えた湯水混合装置があり、複数の出湯箇所に各々異な
る温度の湯を供給していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
湯水混合装置では、一つの混合弁から湯が出湯されてい
る時に他の混合弁から湯が同時に出湯されると湯水の混
合比が変化して出湯温度が大きく変動してしまうという
問題点があった。さらには混合比の変化率も大きくな
り、出湯温度がハンチング現象を起こしてしまうという
問題点もあった。図６はこの従来の湯水混合装置におい
て一つの混合弁を通して湯が出湯されている時に他の混
合弁を通して湯が同時に出湯された時の出湯温度の変化
を示すチャートである。他の混合弁から出湯されると同
時に出湯温度は大きく低下し、その後ハンチング現象を
起こしている。

【０００４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、本発明の目的は、複数の混合弁から同時に湯
を出湯した場合でも湯温の変化の少ない湯水混合装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及びその作用・効果】上記
目的を達成するために請求項１では、水を加熱する加熱
部と、加熱部の高温水を供給するための高温給湯管と、
前記加熱部をバイパスさせ水を供給するためのバイパス
給水管と、前記高温給湯管と前記バイパス給水管の合流
部に設けられ高温水と水の混合比を調整する第一混合弁
ならびに前記第一混合号弁と並列に配置された第二混合
弁と、前記第一混合弁により混合される混合湯の流量を
検出するための第一水量センサーと、前記第二混合弁に
より混合される混合湯の流量を検出するための第二水量
センサーと、前記第一混合弁ならびに前記第二混合弁の
開度を制御する制御部とを備えた湯水混合装置におい
て、前記制御部は前記第一水量センサーと前記第二水量
センサーが共に流量を検出している場合に、前記第一混
合弁を前記第一水量センサーの検出値に基づき制御する
こととした。よって、第一混合弁を通して湯が出湯され
ている時に、第二混合弁を通して湯が出湯されると、第
一混合弁の湯水の混合比が変化するが、第一混合弁は第
一水量センサーの検出値に基づき補正制御されため、第
一混合弁から出湯される湯の温度の変動を防止すること
ができる。

【０００６】請求項２では、水を加熱する加熱部と、加
熱部の高温水を供給するための高温給湯管と、前記加熱
部をバイパスさせ水を供給するためのバイパス給水管
と、前記高温給湯管と前記バイパス給水管の合流部に設
けられ高温水と水の混合比を調整する第一混合弁ならび
に前記第一混合号弁と並列に配置された第二混合弁と、
前記第一混合弁により混合される混合湯の流量を検出す
るための第一水量センサーと、前記第二混合弁により混
合される混合湯の流量を検出するための第二水量センサ
ーと、前記第一混合弁ならびに前記第二混合弁の開度を
制御する制御部とを備えた湯水混合装置において、前記
制御部は前記第一水量センサーと前記第二水量センサー
が共に流量を検出している場合に、前記第一混合弁を前
記第一水量センサーと前記第二水量センサーの検出値の
比に基づき制御することとした。よって、第一混合弁を
通して湯が出湯されている時に、第二混合弁を通して湯
が出湯されると、第一混合弁の湯水の混合比が変化する
が、第一混合弁は第一水量センサーの検出値と前記第二
水量センサーの検出値の比に基づき補正制御されため、
第一混合弁から出湯される湯の温度の変動を防止するこ
とができる。ここで第一水量センサーの検出値と前記第
二水量センサーの検出値の比を使用することで第二混合
弁からの出湯量が変動するような場合においても第一混
合弁から出湯される湯の温度の変動を防止することがで
きる。

【０００７】請求項３では、水を加熱する加熱部と、加
熱部の高温水を供給するための高温給湯管と、前記加熱
部をバイパスさせ水を供給するためのバイパス給水管
と、前記高温給湯管と前記バイパス給水管の合流部に設
けられ高温水と水の混合比を調整する第一混合弁ならび
に前記第一混合号弁と並列に配置された第二混合弁と、
前記第一混合弁により混合される混合湯の流量を検出す
るための第一水量センサーと、前記第二混合弁により混
合される混合湯の流量を検出するための第二水量センサ
ーと、前記第一混合弁により混合される湯の温度を設定
する第一温度設定手段と、前記第一混合弁により混合さ
れた混合湯の温度を検出するための第一混合湯温センサ
ーと、前記第一混合弁ならびに前記第二混合弁の開度を
制御する制御部とを備え、さらに前記制御部には前記第
一温度設定部により設定された設定温度と前記第一混合
湯温センサーの検出温度に基づき前記第一混合弁をフィ
ードバック制御するフィードバック制御手段を備えた湯
水混合装置において、前記制御部は前記第一水量センサ
ーと前記第二水量センサーが共に流量を検出している場
合に、前記第一水量センサーのみが流量を検出している
場合に比べて前記フィードバック制御手段のゲインを小
さくするようにした。よって、第一混合弁を通して湯が
出湯されている時に、第二混合弁を通して湯が出湯され
ると、第一混合弁の混合比の変化比率も大きくなるた
め、フィードバックゲインを小さくすることで第一混合
弁の駆動速度を緩やかにすることができ出湯温度のハン
チング現象を防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明の一実施形態に係わる湯水
混合装置を電気温水器に適用した構成図である。

【００１０】給水源からの水は減圧弁１で減圧され、減
圧弁１の下流で給水管２と給水バイパス管３とに分岐さ
れる。給水バイパス管３は、給水逆止弁２３Ａを介して
下流の給湯混合弁４６Ａに通じており、給水温度を検出
する給水温度センサー４１、断水時など配管内に負圧が
生じた際に負圧をキャンセルするためのバキュームブレ
ーカー５１を備えている。給水管２は加熱部３１に通じ
ており、加熱部３１は貯湯タンク３２、下部ヒーター３
３、上部ヒーター３４から構成されている。貯湯タンク
３２内の水は、下部ヒーター３３、上部ヒーター３４に
よりタンク下部温度センサー３７、タンク上部温度セン
サー３８の検出温度が高温（例えば８５℃）になるよう
に加熱される。貯湯タンク３２の上部からの高温給湯管
４は、高温水逆止弁２２Ａを介して、給湯混合弁４６Ａ
に通じている。さらに、貯湯タンク３２の下部には排水
バルブ３６を備える。また、貯湯タンク３２の上部には
貯湯タンク３２内の水の加熱時に発生する膨張水を逃す
ための安全弁３５と、貯湯タンク３２からの高温水を出
湯するための高温給湯管４を備える。

【００１１】ステッピングモーターにより駆動される第
一混合弁（以下給湯混合弁と記す）４６Ａでは、給水バ
イパス管３からの水と高温給湯管４からの高温水を混合
し、適温の湯が給湯管８Ａへ供給される。給湯管８Ａに
は給湯温度を検出するための第一混合湯温センサー（以
下給湯温度センサーと記す）４３Ａ、給湯管８Ａへ供給
される湯の流量を検出するための第一水量センサー（以
下給湯流量センサーと記す）４４を備えている。さらに
高温給湯管４には加熱部３１から供給される高温の湯の
温度を検出するための高温水温度センサー４２を備えて
いる。

【００１２】高温給湯管４は下流の高温給湯管５と、高
温水逆止弁２２を介して、湯はり混合弁４６Ｂに通じて
いる。一方、給水バイパス管３はバキュームブレーカー
５１の下流で分岐し、給水バイパス管７と、給水逆止弁
２３を介して、湯はり混合弁４６Ｂに通じている。

【００１３】ステッピングモーターにより駆動される第
二混合弁（以下湯はり混合弁と記す）４６Ｂでは、給水
バイパス管７からの水と高温給湯管５からの高温水を混
合し、高温水、水、適温の湯のいずれかが湯はり給湯管
９へ供給される。湯はり給湯管９には、リモコン７１の
スイッチ操作に応じて浴槽６２への高温水、水、適温の
湯の供給／停止を行うための湯はり遮断弁２１、湯はり
温度を検出するための湯はり温度センサー４３Ｂ、湯は
り給湯管９へ供給される湯水の流量を検出するための第
二水量センサー（以下湯はり流量センサーと記す）４５
および湯はり逆止弁５２、５３を備えている。湯はり給
湯管９はさらに浴槽６２の壁面に取り付けられたアダプ
ター６１に通じている。

【００１４】さらに、加熱装置１００は、タンク下部温
度センサー３７、タンク上部温度センサー３８、給水温
度センサー４１、高温水温度センサー４２、給湯温度セ
ンサー４３Ａ、給湯流量センサー４４、湯はり温度セン
サー４３Ｂ、湯はり流量センサー４５等の検出信号およ
びリモコン７１からの指示に基づき、下部ヒーター３
３、上部ヒーター３４、給湯混合弁４６Ａ、湯はり混合
弁４６Ｂ、湯はり遮断弁２１等を制御するための制御部
７０を備えている。

【００１５】リモコン７１には、給湯管８Ａから供給さ
れる湯の設定温度Ｔsを設定する第一温度設定部（以
下、給湯温度設定スイッチと記す）８５、浴槽６２へ湯
はりする湯の設定温度Ｔfsを設定する湯はり温度設定ス
イッチ８６、浴槽６２へ湯はりする湯量を設定する湯は
り量設定スイッチ８７、浴槽６２へ湯張りする際にオン
操作する湯はりスイッチ８２、浴槽６２内に高温水を供
給する際にオン操作する高温差し湯スイッチ８３、浴槽
６２内に水を供給する際にオン操作する差し水スイッチ
８４、給湯設定温度Ｔs、湯はり設定温度Ｔfs等や加熱
装置の運転情報などを文字表示する表示部８１、音声に
より加熱装置の運転情報を報知するスピーカー８８を備
える。また、リモコン７１と制御部７０は通信線７２で
結ばれており、運転指示情報や運転情報を相互通信して
いる。

【００１６】図２は、本発明に係わる給湯混合弁４６Ａ
（または湯はり混合弁４６Ｂ）の構造図である。給湯混
合弁４６Ａ（または湯はり混合弁４６Ｂ）は、ステッピ
ングモータ２０１、ボディ２０２、弁体２０３、シール
部２０５、軸受け２０４から構成されている。弁体２０
３はステッピングモーター２０１により回転駆動し、湯
水の混合比を調整している。時計回り（湯側閉方向）に
回転すると給水量が増加、高温水量が減少し、逆に反時
計回り（水側閉方向）に回転すると給水量が減少、高温
水量が増加する。

【００１７】次に給湯管８Ａから単独で湯を出湯する場
合、つまり単独使用時の給湯混合弁４６Ａの制御方法に
ついて説明する。

【００１８】図３は、本発明に係わる給湯混合弁４６Ａ
の湯水の混合比Ｒと弁体２０３の回転角度θとの関係を
示す図である。ここで、混合比Ｒは混合弁に流入する湯
量（Ｑh）と湯と水の総量（Ｑ）との比（Ｑh ／Ｑ）を
示している。弁体２０３がステッピングモーター２０１
により回転駆動し、水側全閉位置（θ＝０ｄｅｇ）では
混合比Ｒは１．０、湯側全閉位置（θ＝１５０ｄｅｇ）
では混合比Ｒは０．０となっている。

【００１９】給湯混合弁４６Ａは、給湯流量センサー４
４が水流を検出している時に次のように給湯設定温度Ｔ
sと給湯温度Ｔm（給湯温度センサー４３Ａの検出温度）
とが一致するように温度制御を行う。まず、目標回転角
度θtは式（１）により算出される。 θt＝ｆ{Ｒt}…式（１） 式（１）においてＲtは目標混合比、ｆ{Ｒt}は、目標混
合比Ｒtから、図３に示す混合比Ｒに対する弁体２０３
の回転角度θとの関係により目標回転角度θtを算出す
る関数を示している。混合比Ｒに対する弁体２０３の回
転角度θの関係は、変換テーブルとして予めＲＯＭ等メ
モリに記憶させておく。目標混合比Ｒtが決定されると
目標回転角度θtが設定され、目標回転角度θtに基づい
てステッピングモータが駆動されて混合弁の弁体２０３
を駆動させる。

【００２０】また、目標混合比Ｒtは式（２）により算
出される。 Ｒt＝Ｒff＋Ｒfb…式（２） ここで、Ｒffはフィードフォワード量であり、式（３）
により算出される。 Ｒff＝Ｑh／Ｑ＝（Ｔs−Ｔc）／（Ｔh−Ｔc）…式（３） ここで、Ｔsは給湯設定温度、Ｔcは給水温度（＝給水温
度センサー４１の検出温度）、Ｔhは高温水温度（高温
水温度センサー４２の検出温度）である。また、Ｒfbは
フィードバック量であり、式（４）により、給湯設定温
度Ｔsと給湯温度Ｔm（給湯温度センサー４３Ａの検出温
度）の偏差から算出される。 Ｒfb＝ｆpid{Ｋ×（Ｔs−Ｔm）}…式（４） ここでｆpid関数は、フィードバック演算を行う関数で
あり、比例、積分、微分演算により給湯温度Ｔmを給湯
設定温度Ｔsに一致させるるためのフィードバック量を
算出する。また、定数Ｋはフィードバックゲインであ
る。

【００２１】次に給湯管８Ａからの湯の出湯と湯はり給
湯管９を通じて浴槽６２への湯の出湯を同時に行う場
合、つまり同時使用時の給湯混合弁４６Ａの制御方法に
ついて説明する。

【００２２】図４は、本発明に係わる給湯混合弁４６Ａ
の同時使用時の湯水の混合比Ｒと弁体２０３の回転角度
θとの関係を示す図である。関係線１は前述の図３に示
した単独使用時の関係線であり、同時使用時は関係線２
となる。同時使用時は高温給湯管４から供給される湯が
給湯管８Ａ側と浴槽６２側に分配されるため給湯混合弁
４６Ａへ供給される湯量は単独使用時に比べると少なく
なる。よって、湯水の混合比Ｒと弁体２０３の回転角度
θとの関係は関係線２の関係となり、弁体２０３回転角
度θが同じでも関係線１に比べて混合比Ｒが低くなる。
つまり、湯量が少なくなる。また、同時使用時の湯水の
混合比Ｒと弁体２０３の回転角度θとの関係は給湯管８
Ａからの湯の出湯量（つまり、給湯流量センサー４４の
検出する水量）と浴槽６２への湯の出湯量（つまり、湯
はり流量センサー４５の検出する水量）によって変化す
る。給湯管８Ａからの湯の出湯量が浴槽６２への湯の出
湯量に比べて少ないほどさらに弁体２０３回転角度θが
同じでも関係線１に比べて混合比Ｒが低くなり、図４に
示す関係線３の関係に近づくことになる。よって、これ
らの関係線を給湯流量の比に基づきにあらかじめ複数記
憶しておき、給湯管８Ａからの湯の出湯量と浴槽６２へ
の湯の出湯量の比に基づき関係線を決定するようにす
る。ここで浴槽６２への湯の出湯量のように出湯量の変
動がほとんどない場合は給湯管８Ａからの湯の出湯量の
みに基づき関係線を決定すればよい。

【００２３】よって、同時使用時の給湯混合弁４６Ａは
次のように制御される。まず、目標回転角度θt'は式
（５）により算出される。 θt'＝ｆ'{Ｒt'}…式（５） 式（５）においてＲt'は同時使用時の目標混合比、ｆ'
{Ｒt}は、目標混合比Ｒt'から、図４に示す混合比Ｒに
対する弁体２０３の回転角度θとの関係線により同時使
用時の目標回転角度θt'を算出する関数を示している。
この関係線は前述のとおり、給湯管８Ａからの湯の出湯
量と浴槽６２への湯の出湯量によって変化するため、給
湯管８Ａからの湯の出湯量や、給湯管８Ａからの湯の出
湯量と浴槽６２への湯の出湯量の比に基づきあらかじめ
記憶している関係線を選択する。

【００２４】また、同時使用時の目標混合比Ｒt'は式
（６）により算出される。 Ｒt'＝Ｒff＋Ｒfb'…式（６） Ｒfb'は同時使用時のフィードバック量であり、式
（７）により、給湯設定温度Ｔsと給湯温度Ｔm（給湯温
度センサー４３Ａの検出温度）の偏差から算出される。 Ｒfb'＝ｆpid{Ｋ'×（Ｔs−Ｔm）}…式（７） ここでｆpid関数は、前述したとおり、フィードバック
演算を行う関数である。また、定数Ｋ'は同時使用時の
フィードバックゲイン（Ｋ'＜Ｋ）である。図４に示す
ように同時使用時は弁体２０３の回転角度θの変化に対
する混合比Ｒの変化が大きいため、定数Ｋ'は単独使用
時の定数Ｋよりも小さくして給湯混合弁４６Ａが過敏に
駆動し、混合湯温が変動するのを防止している。図５は
本発明の湯水混合装置における同時使用時の出湯温度の
変化を示すチャートであり、給湯管８Ａから湯を出湯し
ている時に湯はり給湯管９を通じて浴槽６２へ湯を出湯
しても、給湯管８Ａからの出湯温度はほとんど変動せ
ず、使い勝手がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係わる湯水混合装置を
電気温水器に適用した構成図

【図２】 本発明に係わる給湯混合弁４６Ａ（または湯
はり混合弁４６Ｂ）の構造図

【図３】 本発明に係わる給湯混合弁４６Ａの単独使用
時の湯水混合比Ｒと弁体２０３の回転角度θとの関係を
示す図

【図４】 本発明に係わる給湯混合弁４６Ａのの同時使
用時の湯水混合比Ｒと弁体２０３の回転角度θとの関係
を示す図

【図５】 本発明の湯水混合装置における同時使用時の
出湯温度の変化を示すチャート

【図６】 従来の湯水混合装置における同時使用時の出
湯温度の変化を示すチャート

【符号の説明】

１…減圧弁 ２…給水管 ３…給水バイパス管 ４…高温給湯管 ５…高温給湯管 ７…給水バイパス管 ８Ａ…給湯管 ９…湯はり給湯管 ２１…湯はり遮断弁 ２２…高温水逆止弁 ２２Ａ…高温水逆止弁 ２３…給水逆止弁 ２３Ａ…給水逆止弁 ３１…加熱部 ３２…貯湯タンク ３３…下部ヒーター ３４…上部ヒーター ３５…安全弁 ３６…排水バルブ ３７…タンク下部温度センサー ３８…タンク上部温度センサー ４１…給水温度センサー ４２…高温水温度センサー ４３Ａ…給湯温度センサー（第一混合湯温センサー） ４３Ｂ…湯はり温度センサー ４４…給湯流量センサー（第一水量センサー） ４５…湯はり流量センサー（第二水量センサー） ４６Ａ…給湯混合弁（第一混合弁） ４６Ｂ…湯はり混合弁（第二混合弁） ５１…バキュームブレーカー ５２…湯はり逆止弁 ５３…湯はり逆止弁 ６１…アダプター ６２…浴槽 ７０…制御部 ７１…リモコン ７２…通信線 ８１…表示部 ８２…湯はりスイッチ ８３…高温差し湯スイッチ ８４…差し水スイッチ ８５…給湯温度設定スイッチ（第一温度設定部） ８６…湯はり温度設定スイッチ ８７…湯はり量設定スイッチ ８８…スピーカー １００…加熱装置 ２０１…ステッピングモータ ２０２…ボディ ２０３…弁体 ２０４…軸受け ２０５…シール部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 匠示 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 鶴田 透 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜43番１号 日本 ユプロ株式会社内 (72)発明者 井本 正弘 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜43番１号 日本 ユプロ株式会社内 (72)発明者 城戸 輝希 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜43番１号 日本 ユプロ株式会社内 (72)発明者 志智 義範 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜43番１号 日本 ユプロ株式会社内 (72)発明者 桑原 浩樹 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜43番１号 日本 ユプロ株式会社内 Ｆターム(参考） 2D060 BB01 BC02 BC11 CA04 CA05 3L024 CC30 DD03 GG17 HH19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を加熱する加熱部と、加熱部の高温水
   を供給するための高温給湯管と、前記加熱部をバイパス
   させ水を供給するためのバイパス給水管と、前記高温給
   湯管と前記バイパス給水管の合流部に設けられ高温水と
   水の混合比を調整する第一混合弁ならびに前記第一混合
   号弁と並列に配置された第二混合弁と、前記第一混合弁
   により混合される混合湯の流量を検出するための第一水
   量センサーと、前記第二混合弁により混合される混合湯
   の流量を検出するための第二水量センサーと、前記第一
   混合弁ならびに前記第二混合弁の開度を制御する制御部
   とを備えた湯水混合装置において、前記制御部は前記第
   一水量センサーと前記第二水量センサーが共に流量を検
   出している場合に、前記第一混合弁を前記第一水量セン
   サーの検出値に基づき制御することを特徴とした湯水混
   合装置。
2. 【請求項２】 水を加熱する加熱部と、加熱部の高温水
   を供給するための高温給湯管と、前記加熱部をバイパス
   させ水を供給するためのバイパス給水管と、前記高温給
   湯管と前記バイパス給水管の合流部に設けられ高温水と
   水の混合比を調整する第一混合弁ならびに前記第一混合
   号弁と並列に配置された第二混合弁と、前記第一混合弁
   により混合される混合湯の流量を検出するための第一水
   量センサーと、前記第二混合弁により混合される混合湯
   の流量を検出するための第二水量センサーと、前記第一
   混合弁ならびに前記第二混合弁の開度を制御する制御部
   とを備えた湯水混合装置において、前記制御部は前記第
   一水量センサーと前記第二水量センサーが共に流量を検
   出している場合に、前記第一混合弁を前記第一水量セン
   サーと前記第二水量センサーの検出値の比に基づき制御
   することを特徴とした湯水混合装置。
3. 【請求項３】 水を加熱する加熱部と、加熱部の高温水
   を供給するための高温給湯管と、前記加熱部をバイパス
   させ水を供給するためのバイパス給水管と、前記高温給
   湯管と前記バイパス給水管の合流部に設けられ高温水と
   水の混合比を調整する第一混合弁ならびに前記第一混合
   号弁と並列に配置された第二混合弁と、前記第一混合弁
   により混合される混合湯の流量を検出するための第一水
   量センサーと、前記第二混合弁により混合される混合湯
   の流量を検出するための第二水量センサーと、前記第一
   混合弁により混合される湯の温度を設定する第一温度設
   定手段と、前記第一混合弁により混合された混合湯の温
   度を検出するための第一混合湯温センサーと、前記第一
   混合弁ならびに前記第二混合弁の開度を制御する制御部
   とを備え、さらに前記制御部には前記第一温度設定部に
   より設定された設定温度と前記第一混合湯温センサーの
   検出温度に基づき前記第一混合弁をフィードバック制御
   するフィードバック制御手段を備えた湯水混合装置にお
   いて、前記制御部は前記第一水量センサーと前記第二水
   量センサーが共に流量を検出している場合に、前記第一
   水量センサーのみが流量を検出している場合に比べて前
   記フィードバック制御手段のゲインを小さくすることを
   特徴とした湯水混合装置。