JP2591768B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 この発明は、湯水混合装置における温度制御方法に関
する。

（ロ） 従来の技術 従来、湯水混合装置の温度コントロールは、給湯部と
給水部に連通した湯水混合弁の下流に温度センサーを設
け、同センサーの温度検出値にもとづき湯水混合弁の開
度をフイードバック制御することにより混合水の温度を
一定に保つように構成されている。

（ハ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、温度センサーの温度検出値と、温度設
定値との偏差と湯水混合弁の開閉操作量との関係、すな
わちゲインを大きくして、制御動作を速めようとする
と、混合水の温度にオーバーシュート及びアンダーシュ
ートが繰返し起きるハンチングが発生して設定温度に収
束しなくなり、同ハンチングを防止するためにゲインを
小さくすれば制御動作が遅くなり、設定温度への収束も
遅くなるという欠点があった。

そこで、ハンチングを起さない範囲で、ハンチング発
生限界近くまでゲインを高めて制御するのが理想的であ
るが、実際には給湯、給水部にも温度及び圧力の変動等
の外乱があるため、現状では、ハンチングを起さない限
界よりも、かなり小さいゲインで制御が行われている。

（ニ） 問題点を解決するための手段 本発明では、湯側流路と水側流路とを、湯水混合比率
を可変とした温度調整弁を介して混合流路と連通させ、
同混合流路に設けた温度センサーの検出値と、予め設定
した混合水温度の目標値にもとづき、温度調整弁の操作
量を制御すべく構成した湯水混合装置において、予め設
定した一定時間内に、温度センサーの検出値が目標値と
クロスする回数を積算し、この積算回路にもとづき上記
偏差から操作量への変換中に介在するゲインを増減する
温度制御装置を有することを特徴とする湯水混合装置を
提供するものである。

（ホ） 作用・効果 この発明によれば、ゲイン過大が原因のハンチング周
波数がゲインの増大に伴って単調に増大することに着目
し、一定時間内に温度センサーからの検出値が目標値と
クロスする回数を積算してハンチングの程度を検知し
て、同積算回数が予め設定した上限回数よりも多い場合
はゲインを小さくし、下限回数よりも少い場合はゲイン
を大きくするようにゲイン制御を行うことで、ハンチン
グを許容範囲内に抑制すると共に、ゲインを限界近くま
で大きくして制御の応答速度を速めることが可能であ
る。

（ヘ） 実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、第１図
は、本発明による湯水混合装置における温度制御装置の
実施例を示しており、図中（１）（２）は湯側流路と水
側流路である。両方の流路（１）（２）にそれぞれ設け
た温度調整弁（Ｖ）内の流量調整弁（３）（４）は、制
御装置（Ｃ）で制御されたステッピングモーター（６）
と連動連結しており、湯側の流動調整弁（３）の開度を
大きくすると、水側の流量調整弁（４）の開度が小さく
なるように構成されている。

両方の流量調整弁（３）（４）の下流側は、混合流路
（７）に連通しており、同流路（７）中で湯水混合が行
われるものであり、ステッピングモーター（６）の作動
を、後述の制御装置（Ｃ）で制御して、予め設定した一
定温度の混合水を、ステッピングモーター及び一対の流
量調整弁からなる切換弁（14）を介してシャワー（15）
又はカラン（16）から吐出する。

混合流路（７）には、サーミスタ等の温度センサー
（Ｓ）を設けており、同センサー（Ｓ）の検出出力を制
御装置（Ｃ）に入力するようにしている。

制御装置（Ｃ）は第２図で示すように、マイクロプロ
セッサー（５），メモリー（８），入出力インターフェ
ース（９）（10）で構成されている。

また、制御装置（Ｃ）には、第１図に示すように、表
示部と設定部とを兼ねた制御パネル（11）が接続されて
おり、同パネル（11）に設けた設定器（12）で混合水温
度の目標値を設定する。

そして、温度センサー（Ｓ）からの検出値を入力イン
ターフェース（９）を介してマイクロプロセッサー
（５）に入力し、メモリー（８）に記憶させておいたプ
ログラムに従って、同検出値と前記の目標値とを比較演
算処理して、同演算処理の結果にもとづき、出力インタ
ーフェース（10）及びドライバー（13）を介してステッ
ピングモーター（６）を駆動するように構成している。

なお、上記の演算処理は、次式にもとづいて行われ
る。

ｙ＝Kp（ｚ＋1/Ti∫zdt＋Td・dz/dt） ただし、ｙは、流量調整弁（３）（４）に加える操作
量であり、ステッピングモーター（６）を駆動するパル
ス数と対応している。

Kpは演算上のゲインであり、同ゲイン（Kp）、温度セ
ンサー（Ｓ）の出力特性，入力インターフェース（９）
のA/D変換特性、ステッピングモーター（６）の１パル
ス当りの回動角度、流量調整弁（３）（４）の単位回動
角度当りの流量変化率とで定まるトータルゲインとモノ
トナスに対応させている。

ｚは、前記目標値から温度センサー（Ｓ）の検出値を
差引いた偏差であり、入力インターフェース（９）での
サンプリングインターバル及びA/D変換によって時間的
及び数値的に離散値となっているが、サンプリング周波
数とA/D変換の分解能を充分大きくとっているので連続
量として取扱っても差支えない。

Ti,Tdはそれぞれ積分及び微分期間である。

dtは、微分時間であり、前記サンプリングインターバ
ルと同時間か、又はその整数倍を用いている。

かかる湯水混合装置の温度制御において本発明では、
制御プログラム中に、第３図のフローチャートで示すゲ
イン制御用のルーチンを設けて、予め設定した時間（T
1）内に、第４図で示すように、温度センサー（Ｓ）の
検出値（D1）が目標値（Ｄ）をクロスした回数を積算し
てハンチングの程度を検知し、この積算回数（Ｎ）が、
予め設定した上限回数（N1）と等しいか又は多い場合、
前記のゲイン（Kp）を１段階小さくする、ゲインの制御
を行っており、かかるゲイン制御動作を繰返し行うこと
で、ハンチングを許容範囲内に抑制しながら、ゲイン
（Kp）を限界の近くまで大きくして制御の応答を速める
ことを可能としている。

なお、上記実施例では、制御のための演算処理をマイ
クロプロセッサーを用い、PID制御方式にもとづいて行
うようにしているが、アナログ制御回路でも、温度セン
サーからの検出出力を、リファレンス電圧を目標値に対
応させたコンパレーターに入力して、検出出力が目標値
とクロスしたとき信号を発生させ、同信号をモノマルチ
バイブレーターなどで波形整形して、一定時間ごとにリ
セットされる積分回路に入力し、同回路の出力電圧を積
分回路と同期させてクランプすることで前記の積算クロ
ス回数に対応した電圧を得ることができ、この電圧を用
いて制御回路のゲインを制御することで前記実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

また、制御方式がＰ制御又はPD制御の場合もゲインの
制御によりハンチングを抑制することができるのである
から、この場合も前記同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による温度制御装置を有する湯水混合
装置の構成を示す説明図。 第２図は、制御装置の構成を示すブロック図。 第３図は、制御動作のフローチャート。 第４図は、ハンチング状態における温度の検出値と目標
値と時間との関係を示すグラフ。 （Ｄ）：検出値 （D1）：目標値 （Kp）：ゲイン （Ｓ）：温度センサー （Ｖ）：温度調整弁 （ｚ）：偏差 （ｙ）：操作量 （１）：湯側流路 （２）：水側流路 （７）：混合流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 博文 神奈川県茅ケ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社茅ケ崎工場内 (72)発明者 田中 真吾 神奈川県茅ケ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社茅ケ崎工場内 (72)発明者 柴田 信次 神奈川県茅ケ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社茅ケ崎工場内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湯側流路（１）と水側流路（２）とを、湯
   水混合比率を可変とした温度調整弁（Ｖ）を介して混合
   流路（７）と連通させ、同混合流路（７）に設けた温度
   センサー（Ｓ）の検出値（Ｄ）と、予め設定した混合水
   温度の目標値（D1）にもとづき、温度調整弁（Ｖ）の操
   作量（ｙ）を制御すべく構成した湯水混合装置におい
   て、予め設定した一定時間内に、温度センサー（Ｓ）の
   検出値（Ｄ）が目標値（D1）とクロスする回数を積算
   し、この積算回数（Ｎ）にもとづき上記偏差（ｚ）から
   操作量（ｙ）への変換中に介在するゲイン（Kp）を増減
   する温度制御装置を有することを特徴とする湯水混合装
   置。