JP2563264B2 - 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、湯と水を混合して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４図に示すよう
なものがあった。（例えば特開昭57-127171号公報） 第４図は機械式のサーモスタット自動混合栓を示すも
のであるが、湯配管１と水配管２には、湯側接続筒３と
水側接続筒４を介して、湯側接続口５と水側接続口６が
接続されている。弁框体７には、混合湯温を設定する設
定つまみ８、浴槽へ所定量の給湯を行なった後に自動的
に給湯を停止する定量止水用の設定つまみ９、シャワー
10側かカラン11側かに給湯先を切り替えるとともに止水
を設定する設定つまみ12等が設けられている。この従来
の湯水混合装置では、混合湯温を調節するサーモスタッ
ト部が第５図に示すような複雑な構造をしており、混合
湯温に応じて伸縮するワックスサーモエレメント13と、
混合弁体14から主要部が構成されていた。そして、設定
つまみ８を廻して混合湯温を設定すると、固定ねじ15に
嵌合した移動ねじ16が左右に移動し、ばね17を介してワ
ックスサーモエレメント13を移動させ、同時に保持筒18
を介して混合弁体14をばね19に抗して移動させる。ワッ
クスサーモエレメント13は、混合弁体14で調節される湯
と水の混合された温度によって動作し、混合弁体14を変
位させ混合湯温を設定値に調節する。このワックスサー
モエレメント13は、このように混合湯温によって相変化
し、膨張収縮するワックスの変位を利用したものであっ
たため、湯圧、水圧の高低にかかわらず混合湯温に対す
る混合弁体14を駆動する速度は一定であった。このた
め、特に水圧が高い地域においては混合弁体14を駆動す
る速度が相対的に過大となり、混合湯温が設定値前後で
行ったり来たりするいわゆるハンチング現象が起こっ
た。この対策として、水圧の高い地域においては第４図
に示すように、減圧弁20を水配管に付設して減圧を行な
いハンチング現象を防止していた。

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） 水圧の高い地域では、減圧弁20を付設しないと
混合湯温のハンチング現象を押えることができないた
め、工事の手間もかかり価格も高価になっていた。

（２） 通常は水圧が低くても、夜間や冬期に水圧の上
がる地域では減圧弁20を付設していない場合が多く、水
圧上昇時のハンチングを防げなかった。

（３） 水圧が高い地域で減圧弁20を付けて減圧する
と、ハンチングは防止できても出水量や混合湯量が少な
くなった。

本発明はこのような従来の問題点を解決するものであ
り、水圧や湯圧の高低に対し特別に減圧弁を用いること
なく混合湯温のハンチングを防止し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 上記の問題点を解決するために本発明の湯水混合装置
は、湯の流量を調節する湯側弁と、この湯側弁を駆動す
る湯側電気的駆動手段と、水の流量を調節する水側弁
と、この水側弁を駆動する水側電気的駆動手段と、混合
湯温を設定する混合湯温設定器と、混合湯温を検出する
混合湯温検出器と、湯圧、水圧を検出する圧力検出手段
と、この圧力検出手段の信号に応じて混合湯温設定器と
混合湯温検出器の温度偏差に基づいた湯側電気的駆動手
段と水側電気的駆動手段を制御するゲインを調節するゲ
イン調節手段と、このゲイン調節手段の出力に従い混合
湯温設定器と混合湯温検出器の温度偏差に基づいて湯側
電気的駆動手段と水側電気的駆動手段の駆動速度を制御
するとともに、湯側弁、水側弁の開閉動作時に圧力検出
手段の信号に応じて湯側電気的駆動手段と水側電気的駆
動手段をゲイン調節手段の設定よりも低いゲインで駆動
する制御を行な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、湯圧や水圧の高低
を、圧力検出手段で検出し混合湯温制御時の湯側電気的
駆動手段と水側電気的駆動手段を制御するゲインをゲイ
ン調節手段で調節し、このゲイン調節手段の出力に従い
温度偏差に基づいて湯側電気的駆動手段と水側電気的駆
動手段の駆動速度を制御し混合湯温の変動を押さえると
ともに、湯側弁、水側弁の開閉動作時に圧力検出手段の
信号に応じて湯側電気的駆動手段と水側電気的駆動手段
をゲイン調節手段の設定よりも低いゲインで駆動する制
御を行ない、圧力により異なってくる湯側弁、水側弁の
開閉動作時における駆動条件を最適な条件下で行うもの
である。

実施例 以下本発明の実施例を第１図から第３図にもとづいて
説明する。第１図において、湯配管21と水配管22から供
給される湯と水は、弁框体23内に設けた湯と水の圧力を
バランスさせる圧力バランス弁24を経て、湯と水の流量
を調節するとともに止水を行なう湯側弁25と水側弁26に
導入される。湯側弁25と水側弁26はいずれも、弁座27に
対し当接可能に設けられた開度調節を行なう弁体28と軸
29とから成っている。軸29はいずれも外部に設けた電気
的駆動手段である湯側モータ30と水側モータ31により、
いずれも減速歯車32と直線運動変換機構33を介して駆動
される。こうして湯側弁25と水側弁26で流量が調節され
た湯と水は混合して、混合湯温検出器であるサーミスタ
34により混合湯温が検出される。また混合湯の流量は、
流量センサ35により検出される。そして混合湯は混合湯
流路36を経て離れた場所に設置した蛇口37から給湯対象
に供給される。蛇口37の近傍には、給湯の開始、停止を
指示するとともに、混合湯温、混合流量、混合流量の積
算値を設定し、またこれらの現在値や圧力状態を表示、
告知する設定器38が設けられている。設定器38の信号、
サーミスタ34の信号、流量センサ35の信号は制御器39に
伝えられ、制御器39は湯側モータ30、水側モータ31、設
定器38を制御する。制御器39には設定器38で設定した混
合湯温とサーミスタ34で検出される混合湯温の偏差に対
し、どういった駆動速度で湯側モータ30と水側モータ31
を駆動するかを調節するゲイン調節器40が継がってい
る。このゲイン調節器40には、圧力検出手段である圧力
センサ41の信号が伝えられ、圧力に応じてゲインが調節
されている。この圧力センサ41は圧力バランス弁24の下
流の湯側経路に取り付けられているが、圧力バランス弁
24を用いる場合は湯側、水側どちらでもよい。圧力バラ
ンス弁24を有していない場合は、圧力の高い方に設ける
か双方に設ける。第２図はこの実施例の制御ブロック図
であるが、ゲイン調節器40は、設定器38とサーミスタ34
の信号の偏差を増幅し、湯側モータ30と水側モータ31に
制御信号を出す調節部42に連結されている。なお制御器
39には、混合湯温を調節する部分の他に、混合流量や設
定器38を制御する部分43も設けられおり、湯側弁25と水
側弁26の開閉動作時の制御もここで行われる。

上記した構成により、設定器38で所望の混合湯温と混
合流量また混合流量の積算値を設定して給湯の開始を指
示すると、制御器39の指令により湯側モータ30と水側モ
ータ31が駆動され、湯側弁25と水側弁26が流路を開成す
る。湯側弁25と水側弁26は設定器38で設定した混合流量
が得られる開度まで、流量センサ35の信号と比較されな
がら制御器39によって開成される。同時に混合湯温はサ
ーミスタ34の信号と設定器38の設定値が比較され、制御
器39により湯側モータ30と水側モータ31の駆動速度が調
節されて混合比率が制御される。湯圧と水圧に差がある
場合は、圧力バランス弁24により両者の圧力が均衡され
るが、湯と水の圧力のわずかな脈動は残る。この脈動に
よりサーミスタ34で検出される混合湯温もわずかに変動
しようとするが、制御器39により混合比率が調節され変
動を押える。また例えば混合湯温の上昇を設定器38で指
示すると、制御器39は湯側モータ30を介し湯側弁25を開
成方向に駆動し、水側モータ31を介し水側弁26を閉成方
向に駆動する。そしてサーミスタ34で検出される混合湯
温と設定器38で設定された設定値の偏差がなくなる混合
比率に湯と水の量を調節する。これら給湯の開始時や定
常時、また混合湯温の設定変更時において、湯側モータ
30と水側モータ31をどのような速度で駆動するかが重要
な問題となる。すなわち設定値近傍では駆動速度を遅く
しないと設定値を行き過ぎ、あわてて戻りまた行き過ぎ
る現象が起こり、混合湯温がハンチング的になる。更に
重要なことは、水圧や湯圧が高い状態で低い状態と同じ
駆動速度で駆動すると大きなハンチングが起こる点であ
る。これは圧力が高くなると弁体の変位に対する流量の
変化が大きくなるため、相対的に駆動速度が上ったこと
と同等になるためである。本実施例においてはゲイン調
節器40にて、圧力センサ41の信号に応じてゲインが自動
的に調節される。この詳細は第３図に示すように、圧力
の状態に応じてゲインが３段階に調節されている。温度
偏差が少ない領域においては湯側モータ30と水側モータ
31を駆動しない領域を設けている。このため結果的に、
圧力の小さな変動や脈動でゲインが振動的に変わること
が防止できている。ゲイン調節はこの実施例のように段
階的に調節する方法以外に、リニアに調節する方法もあ
るが、リニアに調節する場合でも圧力の小さな変動や脈
動を除外する不感帯を設けることは有効である。

圧力センサ41で検出される圧力に応じゲイン調節器40
にて、設定器38で設定した混合湯温とサーミスタ34で検
出される混合湯温の差である温度偏差に対するモータの
駆動速度は、圧力が高い場合はゆっくりと、また圧力が
低い場合は速く動かすように調節されている。このよう
に、一般の使用者あるいは施工者は、その地域の水圧や
給湯システムの油圧に応じて手動でゲイン調節すること
なく、自動的にゲイン調節が行なえる。

給湯中は設定器38に、サーミスタ34で検出される混合
湯温や流量センサ35で検出される混合流量が表示され
る。また給湯中と給湯停止中に、圧力センサ41で検出さ
れる圧力を制御器39で判断して、湯、水の圧力が異常に
変動した場合設定器38で警告をする。これは例えば湯を
供給するボイラの安全弁が故障し圧力が異常に上昇した
場合とか、給湯圧力をより上昇させるために設ける補助
ポンプが故障し圧力が低下した場合等である。また設定
器38で流量積算を指示した場合は、流量センサ35の信号
が制御器39で積算され、所定量に達した段階で湯側弁25
と水側弁26が閉成され、給湯は自動的に停止される。使
用中に湯圧あるいは水圧に急な変化があると圧力バラン
ス弁24が機能し、湯、水の圧力をバランスさせ、混合湯
温の変動を押える。また混合湯量は、湯、水圧が高くて
もハンチング防止のための減圧をしないので、多量に出
湯することができる。通常使用時で給湯を停止したい場
合は、設定器38で給湯の停止を指示すると、湯側弁25と
水側弁26は閉成され給湯は停止する。給湯の開始、停止
時において、特に湯、水の圧力が高くて湯側モータ30や
水側モータ31にかかる負荷が大きい場合は、圧力センサ
41の信号を利用して、更に開始、停止時だけ駆動速度を
落としてトルクを増し、確実に開閉するように制御器39
は機能する。

この実施例の効果としては、圧力センサ41は単数であ
り、湯圧と水圧が圧力バランス弁24で均衡化されている
ため湯側に設けているが、湯、水双方に圧力センサ41を
付ける方式に比べて単数で済み、かつ双方の圧力を比較
する比較器を要さないため構造が簡単で安価に提供でき
る点がまず挙げられる。

また、ゲイン調節器40は圧力センサ41の信号に応じて
段階的にゲインを調節しており、小さな信号変動によっ
てゲインが常に変わることがないため、安定した制御が
できる効果を有している。

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、次のよ
うな効果が得られる。

（１） 特別に減圧弁を用いることなく、圧力検出手段
の信号を利用したゲイン調節手段の調節により、水圧や
湯圧が高い地域や条件下における混合湯温のハンチング
が防止できる。

（２） 水圧や湯圧の変動に対応して自動的にゲイン調
節が行なえるため、使用者や施工者の手をわずらわせる
ことがない。

（３） ハンチング防止に減圧弁を用いないため、出水
量や出湯量が低下することがない。

（５） 湯圧、水圧を検出する圧力検出手段で検出され
る信号に応じ湯側弁と水側弁で混合湯温の調節と経路の
開閉を行うため、混合湯温という異種の量のゲインを調
節し、混合湯温の変動を押さえることができる。

（６） 湯側弁、水側弁の開閉動作時に、圧力検出手段
の信号に応じて湯側電気的駆動手段と水側電気的駆動手
段をゲイン調節手段の設定よりも低いゲインで駆動する
ため、圧力により異なってくる湯側弁、水側弁の開閉動
作時における駆動条件が最適な条件で行え、開閉動作が
確実にできる。

【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
切欠構成図、第２図は同装置の制御ブロック図、第３図
は同装置の制御線図、第４図は従来の湯水混合装置の外
観図、第５図は同要部拡大断面図である。25 ……湯側弁（湯水混合弁）、26……水側弁（湯水混合
弁）、30……湯側モータ（電気的駆動手段）、31……水
側モータ（電気的駆動手段）、34……サーミスタ（混合
湯温検出器）、38……設定器（混合湯温設定器）、39…
…制御器、40……ゲイン調節器（ゲイン調節手段）、41
……圧力センサ（圧力検出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝 文一 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−201172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−17008（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【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
   を駆動する湯側電気的駆動手段と、水の流量を調節する
   水側弁と、この水側弁を駆動する水側電気的駆動手段
   と、混合湯温を設定する混合湯温設定器と、混合湯温を
   検出する混合湯温検出器と、湯圧、水圧を検出する圧力
   検出手段と、この圧力検出手段の信号に応じて前記混合
   湯温設定器と前記混合湯温検出器の温度偏差に基づいた
   前記湯側電気的駆動手段と前記水側電気的駆動手段を制
   御するゲインを調節するゲイン調節手段と、このゲイン
   調節手段の出力に従い前記混合湯温設定器と前記混合湯
   温検出器の温度偏差に基づいて前記湯側電気的駆動手段
   と前記水側電気的駆動手段の駆動速度を制御するととも
   に、前記湯側弁、前記水側弁の開閉動作時に前記圧力検
   出手段の信号に応じて前記湯側電気的駆動手段と前記水
   側電気的駆動手段を前記ゲイン調節手段の設定よりも低
   いゲインで駆動する制御を行う制御器とを備えた湯水混
   合装置。