JP2005172257A - 給湯温度制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の湯出路に対して同時に給湯を行った場合でも、給湯温度を迅速に安定させる給湯温度制御装置を提供する。
【解決手段】湯流路1と水流路2からの湯水を混合する混合弁31、61を備えた複数の湯出路3、6と、湯出路3、6の温度を各々検出する温度センサ32、62と、温度センサ32、62の出力に基づいて混合弁31、61を制御する制御手段10とを備え、制御手段10は、2つ以上の混合弁31、61が同時に作動するとき、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることによって、自身の湯出路に備えられた温度センサによるフィードバック制御に加えて、他方の湯出路に備えられた混合弁の開度による湯量および水量の変化の影響をあらかじめ反映した制御ができるので、複数の湯出路への同時給湯を行った際にも安定した給湯温度制御を行うことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、浴槽や台所等に給湯を行う給湯装置において、給湯温度を安定に制御することができる給湯温度制御装置に関する。
従来、この種の給湯温度制御装置は、一般蛇口給湯用の混合弁と浴槽給湯用の混合弁をそれぞれに設けることによって、各給湯温度を互いに独立に制御することができるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
図1は、前記特許文献1に記載された従来の給湯温度制御装置を備えた給湯装置の配管も含めたシステム構成図である。
図1において、1は温源に接続され湯を供給する湯流路、2は水源に接続され水を供給する水流路である。3は浴槽給湯路であり、浴槽アダプタ4を介して浴槽5に接続されている。浴槽給湯路3は、浴槽5へ供給するお湯を適温にするための浴槽混合弁31と、浴槽5への給湯温度を検出する浴槽温度センサ32と、浴槽5への給湯量を測定する浴槽流量センサ33と、浴槽5への給湯を開始又は停止するための開閉弁34を備えている。
6は一般蛇口給湯路であり、蛇口7に接続されている。一般蛇口給湯路6は、蛇口7へ供給するお湯を適温にするための蛇口混合弁61と、蛇口7への給湯温度を検出する蛇口温度センサ62とを備えている。
8は浴室リモコン、9は台所リモコンであり、給湯温度の設定や浴槽への給湯の開始又は停止等の操作を行うことができる。10は全体の制御を行う制御部である。
次に、動作について説明する。一般蛇口からの給湯動作、例えば台所の蛇口7を開くと、制御部10は、蛇口混合弁61に対して、設定されている蛇口給湯温度となるように蛇口温度センサ62の入力値に基づいたフィードバック制御を行い、湯流路1および水流路2よりそれぞれ供給される湯と水を適温に混合して蛇口7へ供給する。
浴槽5への給湯動作としては、湯張り、高温差し湯、足し湯、差し水の4つのパターンがある。例えば、浴室リモコン8の高温差し湯スイッチが押されると、制御部10は開閉弁34を開いて浴槽5への給湯を開始すると同時に、浴槽混合弁31を湯側一杯に開いていき、湯源の湯を直接供給するように制御する。浴槽5への高温差し湯開始後、流量センサ33により、積算流量をカウントし、一定量に到達すると、開閉弁34を閉じさせて高温差し湯を完了する。
続いて、同時給湯を行った場合の動作について説明する。例えば、蛇口7へ給湯温度40℃でお湯が供給されている最中に、浴槽5に対して高温差し湯が開始されたとする。蛇口混合弁61は蛇口温度センサ62の検出温度が40℃になるように調節されており、湯流路1から所定の湯量が、そして水流路2から所定の水量が供給された状態となっている。このときに、浴槽5へ高温差し湯が開始されると、制御部10は開閉弁34を開くとともに、浴槽混合弁31を湯側一杯に開いいき、湯源の湯を直接供給しようとする。
特開平11−211220号公報
しかしながら、前記従来の構成では、一般蛇口給湯路6での給湯を行っている最中に、浴槽給湯路3への高温差し湯を行い、浴槽給湯路3の開閉弁34を開き、その後に浴槽混合弁30を湯側一杯まで高速に開いていくと、浴槽給湯路3に流れる湯流路1の湯が急激に増加していく。そして、その影響として一般蛇口給湯路6へ湯流路1から供給される湯量が急激に減少し、結果として一般蛇口給湯路6の給湯温度に著しいアンダーシュートが発生したり、またそのアンダーシュートが長時間継続してしまうという課題を有していた。
なお、湯張り、足し湯、差し水を行った際にも同様の原因で、オーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生する。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、浴槽と一般蛇口への同時給湯時にも安定した温度で給湯できる給湯温度制御装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯温度制御装置は、湯流路と水流路からの湯水を混合する混合弁を備えた複数の湯出路と、湯出路の温度を各々検出する温度センサと、温度センサの出力に基づいて混合弁を制御する制御手段とを備え、制御手段は、2つ以上の混合弁が同時に作動するとき、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させるようにしたものである。
これによって、自身の湯出路に備えられた温度センサによるフィードバック制御に加えて、他方の湯出路に備えられた混合弁の開度変化に起因して発生する湯量および水量の変化の影響をあらかじめ反映した制御ができるので、複数の湯出路への同時給湯を行った際にも安定した給湯温度制御を行うことができる。
本発明の給湯温度制御装置は、複数の湯出路に対して同時に給湯を行った場合でも、それぞれの湯出路の給湯温度を迅速に安定させることができ、安全性に優れ、かつ使い勝手のよい給湯器を実現することができる。
第1の発明は、湯流路と水流路からの湯水を混合する混合弁を備えた複数の湯出路と、湯出路の温度を各々検出する温度センサと、温度センサの出力に基づいて混合弁を制御する制御手段とを備え、制御手段は、2つ以上の混合弁が同時に作動するとき、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることにより、それぞれの湯出路の給湯温度を迅速に安定させるので、安全性に優れかつ使い勝手のよい給湯器を実現することができる。
第2の発明は、特に、第1の発明の制御手段を、制御手段は、混合弁の作動開始が遅い混合弁を影響度の高い混合弁として制御することにより、第一の湯出路にて給湯を行っている最中に、第2の湯出路の給湯を開始もしくは停止した際に発生する、湯流路および水流路の外乱の第一の湯出路に対する影響を積極的に抑えるので、外乱が発生した時に迅速な温度制御を行うことができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の制御手段を、更に、影響度の高い混合弁の作動速度が所定の速度以上の場合のみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることにより、湯流路および水流路の外乱が急激である時のみ、その外乱による影響を積極的に抑え、外乱が緩慢である時には、温度センサによるフィードック制御のみで対応するので、通常時の温度安定性を損なうことなく、外乱が発生した時のみ確実に迅速な温度制御を行うことができる。
第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明の制御手段を、更に、影響度の高い混合弁の作動開始から所定の期間内のみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることにより、湯流路および水流路の外乱が発生してから一定期間のみ、その外乱による影響を積極的に抑え、外乱が発生してから十分に時間が経過した後は、温度センサによるフィードバック制御のみで対応するので、通常時の温度安定性を損なうことなく、外乱が発生した時のみ確実に迅速な温度制御を行うことができる。
第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明の制御手段を、更に、影響度の高い混合弁を備えた湯出路の温度センサの検出温度と制御目標温度との差が所定の温度差よりも大きいときのみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることにより、湯流路および水流路の外乱が大きい時のみ、その外乱による影響を積極的に抑え、外乱が小さい時には、温度センサによるフィードック制御のみで対応するので、通常時の温度安定性を損なうことなく、外乱が発生した時のみ確実に迅速な温度制御を行うことができる。
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明の湯出路を、浴槽に接続された浴槽給湯路と、一般蛇口に接続された一般給湯路とを含み、前記浴槽給湯路には開閉弁を備えたことにより、浴槽給湯を開閉弁で行うような給湯器においても、それぞれの湯出路の給湯温度を迅速に安定させるので、安全性に優れかつ使い勝手のよい給湯器を実現することができる。
第7の発明は、特に、第6の発明の制御手段を、更に、浴槽給湯路に備えられた混合弁を影響度の高い混合弁として、一般給湯路に備えられた混合弁を影響度の低い混合弁として制御することにより、一般給湯路にて給湯を行っている最中に、浴槽給湯路の給湯を開始もしくは停止した際に発生する、湯流路および水流路の外乱の一般給湯路に対する影響を積極的に抑えるので、一般給湯路の給湯温度を確実かつ迅速に安定させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における給湯温度制御装置を備えた給湯装置の配管も含めたシステム構成図であり、構成は従来例と同一であるので、説明は省略する。
図2は本実施の形態の浴槽混合弁31および蛇口混合弁61に用いる比例式混合弁の構成図である。比例式混合弁は、入口201 が湯流路1に、入口202 が水流路2に接続されており、弁体204を正逆に回転させることにより、弁体の開口部205を介して湯流路1の入口201、水流路2の入口202を出口203に連続的に連通させる(図2−A)。すなわち、弁体204は、水流路2の入口202 を全開にし、湯流路1の入口201 を全閉にして湯流路1の開度θ=0%(図2−B)を実現し、水流路2の入口202 を全閉にし、湯流路1の入口201 を全開にして開度θ=100%(図2−D)を実現するまで、湯流路1の開度θを正逆に連続的に変化させることができる。
次に、動作について説明する。蛇口7からの給湯湯温は、予め台所リモコン9又は浴室リモコン8で設定されている。また蛇口給湯湯温は、最高設定湯温に上限値(例えば60℃)を設け、瞬間火傷を防止するような配慮がなされている。
一般蛇口からの給湯動作、例えば台所の蛇口7を開くと、制御部10は蛇口混合弁61に対して、設定されている蛇口給湯温度となるように蛇口温度センサ62の入力値に基づくフィードバック制御を行い、湯流路1および水流路2よりそれぞれ供給される湯と水を適温に混合して蛇口7へ供給する。
ここで、蛇口混合弁61の温度制御動作について、詳しく説明する。例えば、台所リモコン9で蛇口給湯温度が40℃に設定されている場合、蛇口温度センサ62の検出温度T1<40℃の状態のときは、蛇口混合弁61を開度θ1が大きくなる方向に、検出温度T1>40℃の状態のときは、開度θ1が小さくなる方向に弁体204を駆動することによって、開口部205の湯流路1と水流路2に対する面積比を変化させて40℃での給湯を行う。このとき、検出温度T1と設定温度40℃との偏差ΔT1が大きい場合には、弁体204の駆動速度v1を速く、偏差ΔT1が小さい場合には駆動速度v1を遅くすることによって、応答性と安定性を両立させて温度制御を行うことができる。また、偏差ΔT1が40±1℃の範囲内であれば、弁体204の駆動は行わないようにすることによって、蛇口混合弁61のハンチング動作を防止することができる(表1)。
Figure 2005172257
浴槽5への給湯湯温は、予め浴室リモコン8で設定される。浴槽5への給湯動作としては、湯張り、高温差し湯、足し湯、差し水の4つのパターンがある。
湯張り動作を行うには、まず浴室リモコン8で、湯張りスイッチを押す。これにより湯張りの指令が出力され、制御部10が、開閉弁34を開いて浴槽5への給湯を開始し、その後に浴槽温度センサ32の検出温度が浴室リモコン8で設定されている浴槽温度となるように浴槽給湯混合弁31に対してフィードバック制御を行う。浴槽5への湯張り開始後、流量センサ33により、積算流量をカウントし、浴室リモコン8であらかじめ設定された浴槽湯量に到達するまで、湯張りを継続する。積算流量が、設定された浴槽湯量に到達すると、開閉弁34を閉じさせて湯張りを完了する。
浴槽5内のお湯の温度が下がった時に高温差し湯を行うには、まず浴室リモコン8で、高温差し湯スイッチを押す。これにより高温差し湯の指令が出力され、制御部10が、開閉弁34を開いて浴槽5への給湯を開始する。その後に、浴槽温度センサ32の検出温度が高温(例えば80℃)になるように、浴槽給湯混合弁31に対してフィードバック制御を行う、もしくはフィードバック制御は行わず、浴槽混合弁31を湯側一杯に開き、湯源の湯を直接供給するようにする。浴槽5への高温差し湯開始後、流量センサ33により、積算流量をカウントし、一定量(例えば20L)に到達すると、開閉弁34を閉じさせて高温差し湯を完了する。
また、浴槽5内のお湯の量が減った時に足し湯を行うには、まず浴室リモコン8で、足し湯スイッチを押す。これにより足し湯の指令が出力され、制御部10が、開閉弁34を開いて浴槽5への給湯を開始し、その後に浴槽温度センサ32の検出温度が浴室リモコン8で設定されている浴槽温度となるように浴槽給湯混合弁31に対してフィードバック制御を行う。浴槽5への足し湯開始後、流量センサ33により、積算流量をカウントし、一定量(例えば20L)に到達すると、開閉弁34を閉じさせて足し湯を完了する。
差し水を行うには、まず浴室リモコン8で、差し水スイッチを押す。これによりぬるめの指令が出力され、制御部10が、開閉弁34を開き、その後に浴槽混合弁31を水側一杯に開き、水源の水を直接給水するように制御する。浴槽5への差し水開始後、流量センサ32により、積算流量をカウントし、一定量(例えば20L)に到達すると、開閉弁34を閉じさせて差し水を完了する。
浴槽混合弁31の温度制御動作の詳細は、先に述べた蛇口混合弁61と同一であるので、説明は省略する。
続いて、同時給湯を行った場合の動作について説明する。例えば、蛇口7へ給湯温度40℃でお湯が供給されている最中に、浴槽5に対して給湯温度80℃で高温差し湯が開始されたとする。蛇口混合弁61は蛇口温度センサ62の検出温度が40℃になるように調節されており、湯流路1から所定の湯量がそして水流路2から所定の水量が供給された状態となっている。このときに、浴槽5へ給湯温度80℃で高温差し湯が開始されると、制御部10は開閉弁34を開く。そして、浴槽混合弁31を浴槽温度センサ32の検出温度が80℃になるように調節しようとし、それと同時に蛇口混合弁61も調節しようとする。
例えば、高温差し湯開始直後に浴槽温度センサ32が検出した温度T2=40℃であれば、設定80℃との偏差ΔT2>10℃であるので、浴槽混合弁61の開度θ2が大きくなるように駆動速度v2=15[開度%/s]で高速駆動を行う。この動作によって、浴槽湯流路1への湯流路1から供給される湯量が急激に増加していくので、一般蛇口給湯路6へ供給される湯量が急激に減少する。しかし、同時に、蛇口混合弁61の開度θ1も大きくなるように駆動しているので、蛇口混合弁61で混ぜ合わせる湯と水の比率は湯側が大きくなってきており、湯流路1より一般蛇口給湯路6へ供給される湯量が急激に減少していくことによって発生する一般蛇口湯流路1の給湯温度のアンダーショートを防止もしくは、そのアンダーシュートの絶対量を低減、および発生時間の短縮を実現することができる。
ここで、蛇口混合弁61の駆動速度v1’は浴槽混合弁31の駆動速度v1に応じて決定し、その絶対値は実験的に求めるが、例えば、浴槽混合弁31の1/2の速度で駆動するというように、浴槽混合弁31の駆動速度より遅くするのが好ましい。浴槽混合弁31の駆動速度よりも速い速度で蛇口混合弁61を駆動すると、逆に蛇口混合弁61の動作による影響が浴槽湯流路1に発生する恐れがあるためである。
また、制御部10は、蛇口混合弁61に対して、高温差し湯開始時に、上記に示した浴槽混合弁31に連動した制御に加え、通常時どおりの蛇口温度センサ62によるフィードバック制御を行ってもよい。例えば、通常のフィードバック制御による速度成分v1と浴槽混合弁31の動作に連動した速度成分v1’を加算した駆動速度v2’’=v2+v2’で制御すればよい。この場合には、通常の温度制御による駆動速度成分v2が存在するので、浴槽混合弁31に連動した駆動速度成分v2’はv2の1/2よりも遅くする方が好ましい。
また、上記に示した蛇口混合弁61に対する浴槽混合弁31に連動した制御は、浴槽混合弁31の駆動速度が特に速いときのみ、本実施例であれば、例えばv2=15[開度%/s]である高速駆動中のみ行うようにしてもよい。この場合、浴槽混合弁31の駆動に起因する湯流路1の湯量変動が最も大きいときのみ、連動した制御を行うので、一般蛇口給湯路6における通常の温度制御への影響を及ぼすことなく、高温差し湯開始時のアンダーシュートを改善することができる。
また、上記に示した蛇口混合弁61に対する浴槽混合弁31に連動した制御は、浴槽温度センサ32の検出温度T2と設定温度との偏差ΔT2が大きいときのみ行っても、同様に、浴槽混合弁31の駆動に起因する湯流路1の湯量変動が最も大きいときのみ、連動した制御を行うことができるので、一般蛇口給湯路6における通常の温度制御への影響を及ぼすことなく、高温差し湯開始時のアンダーシュートを改善することができる。
また、上記に示した蛇口混合弁61に対する浴槽混合弁31に連動した制御は、高温差し湯を開始してから所定の期間のみ行うようにしてもよい。所定の期間は実際にアンダーシュートが発生している期間を測定して決定する。この場合、浴槽混合弁31の駆動に起因する湯流路1の供給湯量変動が発生している時のみ確実に、前述の連動した制御を行うことができるので、一般蛇口給湯路6における通常の温度制御への影響を及ぼすことなく、高温差し湯開始時のアンダーシュートを改善することができる。
なお、ここまでは、高温差し湯を開始時に、開閉弁34を開き、その後に浴槽混合弁31を検出温度T2が80℃になるまで駆動していく間に継続的に発生する湯流路1からの供給湯量の変動について述べたが、浴槽混合弁31の開度θ2の値によっては、開閉弁34を開いた瞬間にも、アンダーシュート/オーバーシュートが発生する。例えば、高温差し湯開始時の浴槽温度センサ32の検出温度T2=90℃であった場合を考えてみる。湯流路1の湯の温度が90℃、水流路2の水の温度が20℃であったとすれば、この時の浴槽混合弁31の開度θ2=100%である。つまり、開閉弁34を開いた瞬間に湯流路1から大量の湯が浴槽給湯路3に流れ、一般蛇口給湯路6への湯の供給量が減少し、結果的に一般蛇口給湯路6の給湯温度にアンダーシュートが発生してしまう。
逆に高温差し湯開始時の浴槽温度センサ32の検出温度T2=20℃であった場合は、浴槽混合弁31の開度θ2=0%である。今度は逆に、開閉弁34を開いた瞬間に水流路2から大量の水が浴槽給湯路3に流れ、一般蛇口給湯路6への水の供給量が減少し、結果的に一般蛇口給湯路6の給湯温度にオーバーシュートが発生する。このように、開閉弁34が開いた瞬間のオーバーシュート/アンダーシュートが最大値をとるのは、浴槽混合弁31の開度θ2が前述のように湯側、水側に著しく偏った時である。そこで、開閉弁34を開く際には浴槽混合弁31の開度θ=50%(図2−C)もしくは、その近傍とすれば、その影響の最大値を抑えることができる。
なお、本実施例では、一般蛇口給湯路6にて給湯中に、浴槽5へ高温差し湯を開始した場合を例にあげて説明したが、湯張り、足し湯、差し水についても、蛇口7への給湯温度と浴槽5への給湯温度の関係から、発生する現象がオーバーシュートとアンダーシュートといったように異なるだけであり、同様の制御を行うことによって、オーバーシュート/アンダーシュートを改善することができる。
なお、本実施例では、一般蛇口給湯路6にて給湯中に、浴槽5へ高温差し湯を開始する場合を例に挙げて説明したが、同時給湯中に高温差し湯を終了する場合についても同様である。例えば、高温差し湯を終了するときに、開閉弁34の開閉による影響の最大値が小さくなる開度θ2=50%まで浴槽混合弁31を駆動してから開閉弁34を閉じる場合、高温差し湯開始時とは逆に、浴槽混合弁31の開度が水側に高速駆動するため水流路2から供給される水量が変動しオーバーシュートが発生する。オーバーシュートとアンダーシュートの違いはあるが、原理は同様であり、本実施例の制御を行うことによって改善できる。
なお、本実施例では、一般蛇口給湯路6にて給湯中に、浴槽5へ高温差し湯を開始した場合を例にあげて説明したが、逆に、浴槽5への給湯中に、蛇口7への給湯を開始した場合についても同様に適用することができる。
本発明の実施の形態においては、浴槽給湯路3および一般蛇口給湯路3が複数の湯出路に相当し、浴槽混合弁31および蛇口混合弁61が混合弁に相当し、制御部10が制御手段に相当する。
以上のように、本発明にかかる給湯温度制御装置を備えた給湯装置は、複数の湯出路に対して同時に給湯を行った場合でも、それぞれの湯出路の給湯温度を迅速に安定させることができ、安全性に優れかつ使い勝手のよい給湯器を実現することができる。
本発明の実施の形態における給湯装置のシステム構成図 同給湯装置における比例式混合弁の構成図
符号の説明
1 湯流路
2 水流路
3 浴槽給湯路
5 浴槽
6 一般蛇口給湯路
7 蛇口
10 制御部
31 浴槽混合弁
32 浴槽温度センサ
34 開閉弁
61 蛇口混合弁
62 蛇口温度センサ

Claims (7)

  1. 湯流路と水流路からの湯水を混合する混合弁を備えた複数の湯出路と、前記湯出路の温度を各々検出する温度センサと、前記温度センサの出力に基づいて前記混合弁を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、2つ以上の前記混合弁が同時に作動するとき、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることを特徴とする給湯温度制御装置。
  2. 制御手段は、混合弁の作動開始が遅い混合弁を影響度の高い混合弁として制御することを特徴とする請求項1に記載の給湯温度制御装置。
  3. 制御手段は、更に、影響度の高い混合弁の作動速度が所定の速度以上の場合のみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることを特徴とする請求項1または2に記載の給湯温度制御装置。
  4. 制御手段は、更に、影響度の高い混合弁の作動開始から所定の期間内のみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の給湯温度制御装置。
  5. 制御手段は、更に、影響度の高い混合弁を備えた湯出路の温度センサの検出温度と制御目標温度との差が所定の温度差よりも大きいときのみ、影響度の高い混合弁の制御量を、影響度の低い混合弁の制御量に反映させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の給湯温度制御装置。
  6. 湯出路は、浴槽に接続された浴槽給湯路と、一般蛇口に接続された一般給湯路とを含み、前記浴槽給湯路には開閉弁を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の給湯温度制御装置。
  7. 制御手段は、更に、浴槽給湯路に備えられた混合弁を影響度の高い混合弁として、一般給湯路に備えられた混合弁を影響度の低い混合弁として制御することを特徴とする請求項6に記載の給湯温度制御装置。
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