JP2004265378A - 電子制御温度調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力変化時に温度の均衡を維持でき、高低の両流量の使用時に良好に作動する温度調整弁システムを提供する。
【解決手段】温度調整弁は電子制御モジュール（ＥＣＭ）から信号を受信するモータによって制御される。ＥＣＭは所望の排出流温度に対応する電気信号をモータに送り、これによって温度調整弁が所望の温度に対応する位置に移動される。ＥＣＭはまた、入口弁を制限および開けることによって温度調整弁の容量を排出流量要求に適合させ、これによって温度調整弁は高排出流量および低排出流量の使用の両方で温度の均衡を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に温度調整弁に関し、さらに詳しくは電子的に制御される温度調整弁に関する。

現在使用されている温度調整弁は、最終的に蛇口、シャワーヘッドまたは他の吐出し器から排出される流れの入口温度を制御するものである。温度調整弁は、例えば排出流へ流れる温水および冷水の量を調節して吸入流圧力および／または吸入流温度の変化を補正し、これによって排出流温度を確実に安定させる。弁の上限容量に近い流量を搬送する際に吸入側で（例えば、便所で水を流すことによって引き起こされる）圧力および／または温度の変化が起こった場合には、既知の高流量弁は温度の均衡を維持することができる。しかし、シャワーヘッドを１つのみ使用して適用しているような弁の容量以下の流量を搬送する時には、吸入側で圧力および／または温度の変化が起こると、同高流量弁は出口温度の均衡を維持することが困難となる。

さらに、高流量（例えば、毎分１０ガロン以上）での使用に設計されている温度調整弁の中には、低流量（例えば、毎分２．５ガロン以下）の使用では不安定となる傾向のものがあり、突然の圧力低下が起こった場合に出口温度が華氏１０〜１５度程度変動する。現在利用可能な温度調整弁は高排出量または低排出量環境のいずいれかにおいて作動するように設計されているが、性能が低下することなく異なる流量環境で作動することができる温度調整弁は知られていない。

突然の圧力変化時に温度の均衡を維持することができ、低流量および高流量の使用の両方において良好に作動することができる温度調整弁システムが要望されている。

(発明の開示)
本発明は電子的に制御される温度調整弁を有するシステムを対象とする。電子制御モジュール（ＥＣＭ）は温度調整弁を制御するモータに接続される。ＥＣＭは所望の排出流温度に対応する電気信号をモータへ送り、これによって温度調整弁が所望の温度に略対応する位置に移動される。排出流内に配置された温度センサは、正確に所望の温度に到達するためにＥＣＭがモータを調節し、且つそれに従って温度調整弁を調節することができるようにＥＣＭへフィードバック信号を送るようにしてもよい。

一実施の形態において、システムはまた、吸入供給をする弁を制御する吸入モータも含む。ＥＣＭは、システムの排出流量要求が温度調整弁の容量よりも低いことを検出した場合は、ＥＣＭは吸入モータを介して吸入供給をする弁を制限することによって弁の容量を低下させることができる。吸入流量を制御することによって、システムは排出流量要求に応じて温度調整弁の容量を変化させて、システム内で突然の圧力変化があった場合でも弁は確実に排出流における温度の均衡を維持することができる。

機械的に作動する温度調整弁を電子的に制御し、吸入制限を組み入れることによって低流量および高流量環境の両方において良好に作動する可変容量温度調整弁を実現する。さらに、より複雑な電子制御器の代わりにＥＣＭ制御される温度調整弁を用いることによってシステム設計が簡単且つ手入れが容易なものとなる。

図１は、本発明による温度調整弁システム１００の一実施の形態を示す概略ブロック図である。システム１００は、ボディースプレー、シャワーヘッド等の１つ以上の吐出し器１０２を通る流量を制御するように設計されている。システム１００は、弁システムの作動の制御ポイントとしての機能を果たす電子制御モジュール（ＥＣＭ）１０４を含む。手動の弁システム１００に電子制御を取り入れることで流水量だけでなく水温を迅速且つ正確に制御することができ、これによって圧力が突然変化してもシステム１００は確実に温度および圧力の均衡を維持する。

ＥＣＭ１０４自体は、バッテリーまたは有線電源接続によって電力が供給される事前にプログラム可能な如何なる既知の回路であることも可能である。ユーザインタフェース１０６をＥＣＭ１０４と連結させることによって、ユーザは温度の指定、使用する吐出口の選択、出口弁の開閉、さもなければ弁システム１００の動作の制御を行うことができる。ユーザインタフェース１０６自体はシャワーまた浴室に配置されてもよく、例えば防水面、デジタル表示、表示灯、およびボタンまたはスイッチ等のユーザ制御（制御部）を含む。一実施の形態において、デジタル表示は排出流１０７の温度およびユーザ制御を表示する。例えば、ＥＣＭ１０４に吐出口１０２の開閉を指示するユーザ入力信号のＥＣＭ１０４への送信、排出流温度の調節、さもなければ望ましい方法での排出流量の制御を特定のユーザ制御を実行することによって行うようにしてもよい。

一実施の形態において、ＥＣＭ１０４は、水温の制御、選択された吐出口への水の進路変更（方向転換）、および吸入（入口）流量の変化の３つの機能を実行する。これら各々の機能を図１および２を参照して以下により詳細に説明する。

水温制御のため、ＥＣＭ１０４はモータ１０８等の弁駆動装置と連結され、またこの装置は温度調整弁１１０に連結されている。モータ１０８は、ステップモータ、サーボモータ、または弁を作動することができる他のモータ等の如何なる種類のモータであることも可能である。モータ１０８は温度調整弁１１０をＥＣＭ１０４から受信した温度調整弁制御信号に対応する位置に移動させる。例えば、ユーザがユーザインタフェース１０６を介して華氏１００度の水温を要求する場合、ＥＣＭ１０４は選択された温度に対応する電圧レベルを有する電気信号をモータ１０８に送る。モータ１０８は電気信号の電圧レベルに対応する位置へ移動し、これによって温度調整弁１１０のノブを選択された温度に対応する位置へ移動させる。

一実施の形態において、ＥＣＭ１０４は、所定の温度を獲得するためにモータ１０８が温度調整弁１１０を移動させなければならないおおよその位置を事前にプログラムされている。しかし実際には、温度調整弁１１０は選択された温度の排出流を一貫して供給しない傾向がある。付加的な温度制御を提供するため、システム１００は、ＥＣＭ１０４に温度信号を送り返してフィードバックループを形成する熱電対（サーモカップル）または同様の装置等の出口温度センサ１１２を含んでもよい。温度信号は次にＥＣＭ１０４によって処理され、且つモータ１０８に送られる信号を調節するために使用され、これによって温度調整弁１１０を調節し、必要に応じて出口温度を微調整する。この結果、ＥＣＭ１０４およびモータ１０８は、出口温度センサ１１２からのフィードバックに従って、吐出口１０２からの水が正確に選択温度となることを確実にする。

さらに出口温度の精度を確実にするため、ＥＣＭ１０４は吸入流の温度が安定するまでモータ１０８を調節しないようにプログラムすることができる。これを制御するため、システム１００は、一方を冷水供給源１１８と結合させ、他方を温水供給源１２０と結合させる入口温度センサ１１４を含むようにしてもよい。ＥＣＭ１０４は入口温度センサ１１４を監視し、吸入水温が安定状態に達したことを入口温度センサ１１４が示すまで待機してから温度調整弁１１０に連結したモータ１０８へ信号を送る。

上記のように、ユーザインタフェース１０６によりユーザは選択した吐出口１０２の開閉を行うことができる。一実施の形態において、各吐出口１０２は、ＥＣＭ１０４からの出口弁制御信号によって開閉することができる出口弁１２１を含み、ＥＣＭ１０４にダイバータの機能をさせる。例えば、出口弁１２１は電磁弁１２１または他の開閉型の弁であることが可能である。一実施の形態において、出口弁１２１は通常は閉められ、ＥＣＭ１０４から電気信号を受信した時のみ開く。

温度調整弁１１０は、例えば水洗便所または作動された洗濯機が引き起こす排出流１０７の圧力変化によって出口温度が変化しないように内部調節を行うやけど保護装置として使用してもよい。しかし、高流量に設計された温度調整弁は多くの場合（例えば、低流量を要求する吐出口１０２をユーザが選択した場合）低流量に対処することができず、このために温度が変動する。このような場合システム１００は、結合された吸入モータ１２６を有する入口弁１２２を組み入れることによって厳密な温度制御を維持する。入口弁１２２は如何なる種類の弁であってもよく、温度調整弁容量に対して最適な制御を可能にする可変制御弁であることが好ましい。温度調整弁１１０のためのモータ１０８と同様に、吸入モータ１２６はＥＣＭ１０４から電気信号を受信し、入口弁１２２の位置を制御し、これによって温度調整弁１１０に送られる各供給源１１８、１２０からの水量を制御する。入口弁１２２自体は、第１の位置において指定された制限をし、第２の位置において完全な流量を可能にする開閉型の弁（例えば、電磁弁）だけでなく、無限に調節可能な弁を含む如何なる種類の弁であってもよい。

低流量でのシステム１００の性能を向上させるため、ＥＣＭ１０４はシステム１００の排出流量要求を判断し、その後入口弁１２２を制限または開くようにすることができ、これによって弁の容量を縮小または拡大して排出流量要求を満たす。従ってＥＣＭ１０４は排出流量要求に関わらず吐出口温度の均衡を維持することができるように温度調整弁１１０の容量を最適化することができる。

ＥＣＭ１０４は様々な方法によって排出流量要求を検出することができる。一選択肢としては、どの吐出口１０２が開いているかを検出し、各開けられた吐出口１０２によって要求された流量を予測することである。上記のように、ＥＣＭ１０４は出口弁１２１への出口弁制御信号によって出口弁１２１を開けるので、ＥＣＭ１０４は単にどの出口弁１２１に電気信号が送られているかを確認することによって開いている吐出口１０２を検出することができる。各吐出口１０２に対する排出流量要求はＥＣＭ１０４に記憶されている。開いている吐出口１０２が確認されると、ＥＣＭ１０２は開いている吐出口１０２および記憶している排出流量データから排出流量要求を計算することができる。そして、ＥＣＭ１０４は吸入モータ１２６を介して入口弁１２２を調節して流量要求を満たすことができる。ユーザが低排出流量を要求する吐出口１０２の組み合わせを選択した場合、ＥＣＭ１０４は吸入モータ１２６に入口弁制御信号を送って入口弁１２２の制限および温度調整弁１１０の容量の縮小を行うことができる。同様に、ユーザが高排出流量を要求する吐出口１０２の組み合わせを選択した場合、ＥＣＭ１０４は入口制御弁１２２を開いて温度調整弁１１０の容量を拡大する。

図２に示される他の実施の形態では、出口圧力センサ１３２が排出流１０７内に設置される。ＥＣＭ１０４は圧力センサ１３２を読み取って排出流１０７における全流量を判断し、その後この全流量に対応するように入口弁１２２の制限量を調節することができる。所定の全流量に対する入口弁１２２の具体的な制限の程度をＥＣＭ１０４に記憶させることができる。この選択肢は、ＥＣＭ１０４が個々の吐出口１０２に対応するデータを記憶する必要がないため図１に示された選択肢に比べてより大きな自由度を提供する。その代わりに、ＥＣＭ１０４は圧力センサ１３２の読み取り値を対応する入口弁１２２、１２４の制限量と結びつけるデータを記憶すればよい。このデータはＥＣＭ１０４内に参照テーブルの形式で記憶させることができる。

使用される特定の方法に関わらず、ＥＣＭ１０４および入口弁１２２は吸入流量を変更することによって排出流量に関係なく一貫した温度制御を提供して排出流量要求を満たす。本質的に、システム１００は、如何なる排出流量にも適合し、性能を低下させることなく高および低排出流量の両方で所望の温度の均衡を維持する可変容量温度調整弁１１０を実現する。さらに、機械的な弁の電子制御を組み入れることによってシステム設計全体を簡単なものとし、ＥＣＭ１０４が故障した場合、または電源障害があった場合でも温度調整弁の性能を維持する。一実施の形態において、温度調整弁は、単に弁カートリッジを交換するだけで修理維持をすることができる従来の温度調整弁である。

当然のことながら、ここにおいて説明された本発明の実施の形態を様々に変化させて本発明を実施してもよい。添付された請求の範囲は本発明の範囲を画定するものであり、また請求の範囲は、これらの請求およびそれに相当するものの範囲内における方法および装置を保護することを目的とする。

本発明の一実施の形態による電子制御温度調整弁システムのブロック図である。 本発明の他の実施の形態による電子制御温度調整弁システムのブロック図である。

Claims (27)

1. 流量制御システムであって、
   温度調整弁と、
   温度調整弁に接続された弁作動装置と、
   弁作動装置に接続された電子制御モジュールと、
   を備え、弁作動装置は電子制御モジュールからの温度調整弁制御信号に応じて温度調整弁を制御する、流量制御システム。
2. 弁作動装置はステップモータおよびサーボモータからなるグループより選択されるものである、請求項１に記載の流量制御システム。
3. 電子制御モジュールからの温度調整弁制御信号は選択された温度に対応する、請求項１に記載の流量制御システム。
4. 排出流内に且つ電子制御モジュールと通信するように配置されてフィードバックループを形成する温度センサをさらに備える、請求項３に記載の流量制御システム。
5. 排出流内に且つ電子制御モジュールと通信するように配置される圧力センサをさらに備え、電子制御モジュールは圧力センサからの排出流量要求を判断する、請求項１に記載の流量制御システム。
6. 電子制御モジュールに連結されたユーザインタフェースをさらに備える、請求項１に記載の流量制御システム。
7. ユーザインタフェースはディスプレイと、電子制御モジュールにユーザ入力信号を送る少なくとも１つのユーザ制御と、を備える、請求項６に記載の流量制御システム。
8. 電子制御モジュールと通信する少なくとも１つの入口弁をさらに備える、請求項１に記載の流量制御システム。
9. 前記少なくとも１つの入口弁に連結された少なくとも１つの入口弁作動装置をさらに備え、入口弁作動装置は電子制御モジュールからの入口弁制御信号に応答する、請求項８に記載の流量制御システム。
10. 入口弁作動装置は第１の位置において流量を制限し、第２の位置において流体の流れを可能にする開閉型の弁である、請求項９に記載の流量制御システム。
11. 入口弁作動装置はモータである、請求項９に記載の流量制御システム。
12. 電子制御モジュールと通信する少なくとも１つの入口温度センサをさらに備え、電子制御モジュールは入口温度センサから安定した吸入流状態を検出してから温度調整弁制御信号を送る、請求項１に記載の流量制御システム。
13. 少なくとも１つの吐出口と、
    前記少なくとも１つの吐出口に結合し、電子制御モジュールと通信する少なくとも１つの出口弁と、をさらに備え、電子制御モジュールは出口弁制御信号によって少なくとも１つの出口弁を援助する、請求項１に記載の流量制御システム。
14. 流量制御システムであって、
    温度調整弁と、
    温度調整弁に接続された弁作動装置と、
    弁作動装置に接続された電子制御モジュールであって、電子制御モジュールからの温度調整弁制御信号に応じて弁作動装置が温度調整弁を制御する電子制御モジュールと、
    少なくとも１つの吐出口と、
    前記少なくとも１つの吐出口に結合し、電子制御モジュールと通信する少なくとも１つの出口弁であって、電子制御モジュールが出口弁制御信号によって制御する少なくとも１つの出口弁と、
    少なくとも１つの入口弁と、
    前記少なくとも１つの入口弁に連結された少なくとも１つの入口弁作動装置であって、電子制御モジュールからの入口弁制御信号に応答する入口弁作動装置と、
    を備える流量制御システム。
15. 温度調整弁制御信号は選択された温度に対応し、入口弁制御信号は排出流量要求に対応する、請求項１４に記載の流量制御システム。
16. 電子制御モジュールには各吐出口に対する流量要求がプログラムされ、どの排出流弁が出口弁制御信号を受信しているかを検出することによって排出流量要求を判断する、請求項１５に記載の流量制御システム。
17. 排出流内に且つ電子制御モジュールと通信するように配置される圧力センサをさらに備え、電子制御モジュールは圧力センサから排出流量要求を判断する、請求項１５に記載の流量制御システム。
18. 弁作動装置および前記少なくとも１つの入口弁作動装置はモータである、請求項１４に記載の流量制御システム。
19. 排出流内に且つ電子制御モジュールと通信するように配置されてフィードバックループを形成する温度センサをさらに備える、請求項１４に記載の流量制御システム。
20. 電子制御モジュールに連結され、ディスプレイと、電子制御モジュールにユーザ入力信号を送る少なくとも１つのユーザ制御と、を有するユーザインタフェースをさらに備える、請求項１４に記載の流量制御システム。
21. 電子制御モジュールと通信する少なくとも１つの入口温度センサをさらに備え、電子制御モジュールは入口温度センサから安定した吸入流状態を検出してから温度調整弁制御信号を送る、請求項１４に記載の流量制御システム。
22. 流量を制御する方法であって、
    所望の排出流温度を判断することと、
    所望の排出流温度に対応する温度調整弁制御信号を弁作動装置に送ることと、
    温度調整弁制御信号に応じて弁作動装置を介して温度調整弁を制御することと、
    を含む流量を制御する方法。
23. 排出流量要求を判断することと、
    判断した排出流量から入口弁制御信号を生成することと、
    入口弁制御信号に基づいて入口弁を制御することと、
    を含む請求項２２に記載の方法。
24. 制御動作が、
    入口弁制御信号を少なくとも１つの入口弁作動装置に送ることと、
    入口弁制御信号に応じて入口弁作動装置を介して入口弁を制御することと、
    を含む請求項２３に記載の方法。
25. 排出流量要求を判断する動作が、
    前記少なくとも１つの吐出口のどれが動作可能であるかを検出することと、
    各動作可能な吐出口に対する流量要求を割り出すことと、
    各動作可能な吐出口の流量要求の組み合わせから排出流量要求を計算することと、
    を含む請求項２３に記載の方法。
26. 排出流量を判断する動作が、
    排出流における圧力を検出することと、
    検出された圧力から排出流量要求を計算することと、
    を含む請求項２３に記載の方法。
27. ユーザインタフェースから電子制御モジュールへのユーザ入力信号を受信することと、
    ユーザ入力信号に基づいて温度調整弁制御信号を生成することと、
    をさらに含む請求項２２に記載の方法。

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