JP2633589B2

JP2633589B2 - 湯水混合装置

Info

Publication number: JP2633589B2
Application number: JP27718487A
Authority: JP
Inventors: 修筒井; 久人原賀; 博文竹内; 真吾田中; 信次柴田
Original assignee: TOTO KIKI KK
Current assignee: TOTO KIKI KK
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPH01118035A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、混合湯水の温度を制御する湯水混合装置に
おいて、応答性を向上し、適温の混合湯水を、常時迅速
に得ることができる湯水混合装置に関する。

（ロ）従来の技術従来の湯水混合装置の混合温度一定コントロールは、
第９図に示すように、湯水混合バルブ１の後に温度セン
サ２を設け、この温度センサ２による検出温度と設定温
度との差、即ち、温度偏差に基づいて、フィードバック
信号を制御器３に取り入れ、湯水混合バルブ１のモータ
駆動を、例えば、PID制御により実施し、温度一定コン
トロールを行っている。

そして、かかるPID制御において、湯水混合バルブの
開閉速度Ｖは、以下の式で表されることになる。なお、
積分項を省略している。

Ｖ＝Kp〔（Ts−Tnew）−（Tnew−Told）／Δｔ・Kd〕式中、 V:湯水混合バルブの駆動モータ速度（゜/sec） Kp:比例ゲイン（゜/sec/℃） Ts:設定温度（℃） Tnew:現在出湯温度（℃） Δt:微分項サンプリング周期（sec） Told:Δｔ以前の出湯温度（℃） Kd:微分ゲイン（゜/sec/℃）かかる式において、Kp（Ts−Tnew）は温度偏差Ts−Tn
ewに基づいて比例制御を行うものであり、Kp・（Tnew−
Told）／Δｔ・Kdは、比例制御のような入力信号の現在
値ばかりでなく、その時間的変化も考慮して出力信号の
オーバーシュートを少なくしようとする微分制御を示
す。

なお、第10図において、４は制御器３を操作するため
の操作盤、５は湯水混合バルブ１の下流側に配設し、吐
出金具流路６とシャワー流路７に選択的に混合湯水を供
給する流量調節・止水・切換バルブである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかし、かかる従来の湯水混合装置においては、PID
制御の微分制御における温度分解能は、８ビットのマイ
コンを使用した場合、0.5℃とかなり粗く、従って、微
分制御を行っても応答性を未だ十分に改善することがで
きず、オーバーシュートやアンダーシュートを効果的に
防止することができず、そのため、収束までに要する時
間も効果的に短縮することができなかった。

なお、10ビットのマイコンを使用すれば、温度分解能
は、0.1℃とかなり細かくなり、応答性を改善すること
ができるが、特殊仕様となり、また分解能が高いA/Dコ
ンバーターを必要とするので、全体の装置が極めて高価
なものになる。

本発明は、上記問題点を解決することができる湯水混
合制御装置を提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明は、給湯管からの湯量を調節する給湯バルブ並
びに給水管からの水量を調節する給水バルブを駆動手段
により連続的に駆動し、所望温度の温水を混合湯水流路
において得るようにした湯水混合バルブと、設定温度と
湯水混合流路内の混合湯水の測定温度との温度偏差に基
づき、温度偏差が大きくなると前記湯水混合バルブの開
閉速度が速くなるように前記湯水混合バルブの開閉速度
を演算する制御器とを備えた湯水混合制御装置におい
て、温度分解能を、使用温度域では密にするとともに、
同使用温度域外の温度域では粗としたことを特徴とする
湯水混合装置に係るものである。

（ホ）作用及び効果上記した構成により、本発明は、以下の効果を奏す
る。

即ち、温度分解能を全温度域にわたって密とせず、使
用温度域のみ密にするとともに、同使用温度域外では粗
としたので、８ビットのマイコンを用いても、使用温度
域ではきめこまかな微分制御を行うことができ、装置コ
ストを上げることなく、制御機能を高めることができ
る。

（ヘ）実施例以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体
的に説明する。

第１図に、本発明に係る湯水混合装置Ａの概念的全体
構成を示しており、図中、10,11は給湯管と給水管であ
り、両管10,11には、それぞれ給湯バルブ12の給水バル
ブ13とが設けられている。

そして、両管10,11間には、モータ等のバルブ駆動装
置14が介設されており、同バルブ駆動装置14によって給
湯バルブ12と給水バルブ13を駆動・開閉して、下流側に
位置する混合湯水流路15に混合湯水を流すことができる
とともに、バルブ開閉度を変えることによって湯と水の
混合比を変え、温度調節を行うことができる。

なお、上記構成において、給湯バルブ12と給水バルブ
13及びバルブ駆動装置14によって、湯水混合バルブＢが
形成されることになる。

また、混合湯水流路15の下流側は、それぞれ吐出金具
流路16とシャワー流路17とに分岐しており、分岐部に
は、切換バルブ兼用の流量調整バルブ18,19が設けられ
ており、両流量調整バルブ18,19は、モータ等のバルブ
駆動装置20によって駆動され、混合湯水のシャワーもし
くは吐出金具への選択・流量調整・止水を行うことがで
きる。

即ち、流量調整バルブ18,19及びバルブ駆動装置20に
よって、流量調整・止水・切換バルブＣが形成されるこ
とになる。

さらに、第１図において、21は混合湯水流路15に設け
た温度センサであり、混合湯水流路15内を流れる混合湯
水の温度を検出し、その検出出力に基づいて、後述する
如く、制御器23は適当な操作出力を発生して温度調節バ
ルブＢを駆動し、同駆動によって、混合湯水の温度調節
を図ることができる。

また、22は混合湯水流路15内を流れる混合湯水の流量
を検出し、その検出出力に基づいて、制御器23に適当な
操作出力を発生して湯水混合バルブＢを駆動し、同駆動
によって、混合湯水の温度調節を図ることができるもの
である。

また、制御器23は、その内部に、PID制御で制御され
る湯水混合バルブ開閉速度制御手段と、同湯水混合バル
ブ開閉速度制御手段からの制御信号によって、駆動手段
である湯水混合バルブ２を駆動するための駆動回路とを
具備している。

さらに、本実施例において、第１図に示すように、制
御器23と温度センサ21との間には、後述するように、内
部に引き算掛け算回路Ｒ及び比較選択回路30を具備する
分解能制御手段24がバイパス回路として介設されてい
る。

そして、かかる分解能制御手段24は、第２図に示す如
く、全温度域を０℃〜100℃とすると、35℃から45℃の
使用温度域Ｘにおいては温度分解能を密（例えば、0.1
℃）にしており、一方、その両側の位置する他の温度域
Y,Zでは、温度分解能を粗（例えば、0.7℃）にしてい
る。

これによって、微分制御において、使用温度域Ｘにお
いては、温度分解能を高めて微分制御を行ることができ
る。

なお、使用温度域Ｘは、必ずしも、本実施例のよう
に、例えば、35℃〜45℃と一定範囲に固定する必要はな
く、設定温度をパラメータとして設定することもでき
る。

次に、温度分解能制御手段24を形成する引き算掛け算
回路Ｒ及び比較選択回路30の構成を、第３図に示す。

図示するように、温度検出センサ21からの温度センサ
データＤは、引き算掛け算回路Ｒからなる温度分解能制
御手段24及び比較選択回路30を介して制御器23に送られ
ることになる。

また、第４図に、混合湯水回路15内を流れる混合湯水
の温度と、温度センサデータＤとの関係を示す。

図中、横軸は混合湯水の温度であり、縦軸はかかる混
合湯水の温度に対応する温度データ出力を示す。

そして、横軸におけるt₁〜t₂は使用温度域であり、t_o
は最低温度（例えば、０℃）であり、ｔmaxは最高温度
（例えば100℃）であり、ｔは測定温度である。

つぎに、第５図及び第６図を参照して、上記温度分解
能制御手段24による制御動作を説明する。

まず、第５図に示すように、温度センサ21によって温
度センサデータＤを得る（50）。

ついで、同温度センサデータＤを引き算回路で処理し
て、使用温度域Ｘの下限温度データD₁を引き、Ｄ−D₁→
D₃とする（51）。

そして、同引き算回路で得た温度センサデータD₃を温
度データD₀と比較して、最低温度データD₀より小さい場
合は（52）、D₃→D₀とみなし（53）、一方、温度データ
D₃が、温度データD₀より大きい場合は、D₃を以下のよう
に掛け算回路で処理する。

即ち、D₃×α→D₄として温度データD₄を得る（54）。
なお、α＝（Dmax−D₀）／（D₂−D₁）とする。

その後、温度データD₄を、最高温度データDmaxと比較
し（55）、温度データD₄が大きい場合はD₄→Dmaxとみな
す（56）。

一方、温度データD₄が小さい場合は、そのままD₄とし
て次に出力し、（D₀,D₄,Dmax）→D₅とみなし（57）、比
較選択回路30に送る（58）。

そして、第３図及び第６図に示すように、温度比較選
択回路30に入った温度センサデータＤと、温度データD₅
を以下のように処理する。

即ち、温度データD₅＝D₀若しくはD₅＝Dmaxがある場合
は（59）、Ｄ→D₆とみなすとともに選択符号Ｃ→０とし
て（60）、制御器23に送る（61）。

一方、温度データD₅＝D₀若しくはD₅＝Dmaxでない場合
は（58）、D₅→D₆とみなすとともに選択符号Ｃ→１とし
て（62）、制御器23に送る（61）。

このように、上記引き算掛け算回路Ｒと比較選択回路
30を用いることによって、使用温度域における分解能を
密にすることができる。

ついで、上記構成を有する混合湯水装置Ａによる混合
湯水の温度制御を、第７図を参照して説明する。

まず、操作盤25上の開始・停止ボタンａを押して、制
御器23,操作盤25及び湯水混合バルブＢ及び各種センサ
等を作動可能状態にする（101）。

操作盤25上の温度設定ボタンｂを押して、設定温度Ts
を、所望の温度に設定する（102）。

温度センサ21によって混合湯水の温度Tmを測定し、Tn
ewを更新する。

後述するPID制御を行うべく、比例ゲインKp及び微分
ゲインKdを設定する（104）。

設定温度Tmと設定温度Tsとの温度偏差ΔＴと、比例ゲ
インKp及び微分ゲインKdに基づき、PID制御を行う（10
5）。

この際、分解能制御手段24により、使用温度域におい
ては、温度分解能を高めて、つまり、検出温度をより細
かなピッチで与えることができ、比例制御を有効に補完
して、オーバーシュートやアンダーシュートを効果的に
防止することができるとともに、収束時間を可及的に短
縮することができる。

また、PID制御における微分制御の温度分解能を全温
度域にわたって密とせず、使用温度域のみ密にするとと
もに、同使用温度域外では粗としたので、８ビットのマ
イコンを用いても、使用温度域ではきめこまかな微分制
御を行うことができ、装置コストを上げることなく、温
度制御を行うことができる。

また、給水・給湯圧力の変動等外乱があった場合、温
度設定値が変更された場合にも、同様の制御により混合
湯温が設定値に収束される。

その後、出湯を停止して（106）終了する（107）とと
もに、出湯を停止しない場合は、さらに、上記動作を繰
り返す。

なお、上記実施例において、分解能制御手段24は、上
記引き算掛け算回路としたが、これに何ら限定されるも
のではなく、例えば、第８図に示すようなトランジスタ
40を組み込んだ回路において、同トランジスタ40の特性
曲線Ｃ（第９図）を利用したものが考えられる。なお、
第８図において、41は増幅器である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る湯水混合装置の概念的構成説明
図、第２図は分解能制御手段による分解能制御状態の説
明図、第３図は分解能制御手段の一具体例の構成説明
図、第４図は同分解能制御手段に用いる混合湯水の温度
と、温度センサデータとの関係を示すグラフ、第５図及
び第６図は同分解能制御手段による制御動作のフローチ
ャート、第７図は本発明に係る湯水混合制御装置におけ
る温度制御動作のためのフローチャート、第８図は分解
能制御手段の他の実施例の構成説明図、第９図は同分解
能制御手段に用いるトランジスタの特性曲線を示す線
図、第10図は従来の湯水混合装置の概念的構成説明図で
ある。図中、 B:湯水混合バルブ 10:給湯管、11:給水管 13:給湯バルブ、14:給水バルブ 23:制御器、24:分解能制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中真吾滋賀県甲賀郡甲西町大字朝国１番地東陶機器株式会社滋賀工場内 (72)発明者柴田信次滋賀県甲賀郡甲西町大字朝国１番地東陶機器株式会社滋賀工場内 (56)参考文献特開昭61−112879（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】給湯管からの湯量を調節する給湯バルブ並
びに給水管からの水量を調節する給水バルブを駆動手段
により連続的に駆動し、所望温度の温水を混合湯水流路
において得るようにした湯水混合バルブと、設定温度と
湯水混合流路内の混合湯水の測定温度との温度偏差に基
づき、温度偏差が大きくなると前記湯水混合バルブの開
閉速度が速くなるように湯水混合バルブの開閉速度を演
算する制御器とを備えた湯水混合制御装置において、温度分解能を、使用温度域では密にするとともに、同使
用温度域外の温度域では粗としたことを特徴とする湯水
混合装置。