JP2863956B2

JP2863956B2 - 温水温度制御装置と、それを使用するシャワユニット

Info

Publication number: JP2863956B2
Application number: JP3075401A
Authority: JP
Inventors: 利治林; 政昭長谷川; 一鳴瀬
Original assignee: TAKARA SUTANDAADO KK; TEII ESU HOKURIKU KK
Current assignee: TAKARA SUTANDAADO KK; TEII ESU HOKURIKU KK
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH04309313A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高温水と冷水とを混
合して適温の温水を作るための温水温度制御装置と、そ
れを使用するシャワユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】温度調節機構を内蔵した電動ミキシング
バルブが知られている（図９）。

【０００３】このものは、高温水用の入口ポートＰ1 、
冷水用の入口ポートＰ2 、温水用の出口ポートＰ3 を有
する本体Ｐに対し、入口ポートＰ1 、Ｐ2 を差動的に開
閉する弁体Ｖ1 、Ｖ2 を組み込んでなる。弁体Ｖ1 、Ｖ
2 は、弁棒Ｖa を上下に駆動することにより、入口ポー
トＰ1 、Ｐ2 の一方の開度を大きくするとともに他方の
開度を小さくすることができ、したがって、同図の矢印
Ｋ1 、Ｋ2 方向に流入する高温水と冷水との混合比率を
調節し、矢印Ｋ3 方向に適温の温水を排出することがで
きる。

【０００４】弁棒Ｖa は、ばねＶa1により、常時上方に
付勢され、また、弁棒Ｖa の途中には、感熱部Ｖa2が装
着されている。感熱部Ｖa2には、温度変化により大きな
体積変化を示すワックスのような熱膨脹体が充填されて
いるものとし、感熱部Ｖa2の上方には、熱膨脹体の体積
変化に対応して上下に移動するピストンＶa3が配設され
ている。

【０００５】ピストンＶa3の上端は、本体Ｐに螺合する
設定部材Ｍ1 に当接している。また、設定部材Ｍ1 に対
しては、上方から、駆動部材Ｍ2 がスプライン結合さ
れ、駆動部材Ｍ2 は、減速機構Ｍ3 を介して設定モータ
Ｍに連結されている。設定モータＭを回転駆動すると、
減速機構Ｍ3 、駆動部材Ｍ2 を介して、設定部材Ｍ1 を
上下に移動することができ、温水の温度設定をすること
ができる。また、感熱部Ｖa2は、温水温度を検知し、ピ
ストンＶa3を介して弁体Ｖ1 、Ｖ2を上下に微調節する
ことにより、高温水や冷水の温度が多少変化したとして
も、温水温度を一定に保持することができる。すなわ
ち、このものは、設定モータＭ、減速機構Ｍ3 、駆動部
材Ｍ2 、設定部材Ｍ1 からなる温度設定機構の他に、感
熱部Ｖa2、ピストンＶa3からなる温度調節機構を内蔵し
ている。

【０００６】かかる電動ミキシングバルブは、温水温度
の遠隔設定ができるばかりでなく、高温水や冷水の温度
変化に対しても、温水温度を一定に保持する温度調節機
能を有するから、電気温水器や瞬間湯沸器、灯油または
ガスボイラ等の高温水源と組み合わせ、バスユニットや
シャワユニット等を構築する際に便利に使用することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、温度設定機構により温水温度を設定変更すると
き、大きなオーバシュートやアンダシュートが発生する
ために、使用上制約があるという問題がある。すなわ
ち、一般に、熱膨脹体を使用する感熱部は応答が遅く、
したがって、温度設定機構を操作して任意の温水温度を
実現しようとすると、温水温度に大きなオーバシュー
ト、アンダシュートが発生し、使用者に不快感を与える
おそれがあるからである。

【０００８】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、ファジー理論を適用する補助制御器を
設けることによって、オーバシュート等がない良好な制
御特性を簡単に実現することができる温水温度制御装置
と、それを使用するシャワユニットを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの出願に係る第１発明の構成は、設定温度に対す
る温水温度の温度偏差と温水温度の変化率とを入力し、
ファジー理論を適用して操作量を算出する補助制御器
と、補助制御器からの操作量により電動ミキシングバル
ブの温度設定機構を操作する設定制御器とを備えること
をその要旨とする。

【００１０】第２発明の構成は、起動制御器を付設した
第１発明に係る温水温度制御装置と、電動ミキシングバ
ルブと、シャワノズルとを組み合わせてなり、起動制御
器は、温水温度が設定温度の近傍に到達するまでは、設
定温度より低い目標温度を補助制御器に出力し、温水温
度が設定温度の近傍に到達すると、設定温度を目標温度
として補助制御器に出力するとともにシャワノズルを起
動することをその要旨とする。

【００１１】

【作用】かかる第１発明の構成によるときは、補助制御
器は、設定温度に対する温水温度の温度偏差と、温水温
度の変化率とを入力するから、これらの入力に対し、フ
ァジー理論を適用することにより、電動ミキシングバル
ブの応答を考慮して、最適の操作量を算出することがで
き、設定制御器は、この操作量に基づいて電動ミキシン
グバルブの温度設定機構を操作し、任意の温水温度を実
現することができる。

【００１２】なお、電動ミキシングバルブに温度調節機
構を内蔵すれば、温度調節機構による温水温度の保持機
能を併せ利用することができ、したがって、補助制御
器、設定制御器は、その動作が遅いものでよく、制御内
容も簡単なもので足りる。

【００１３】第２発明の構成によるときは、起動制御器
は、まず、設定温度より低い目標温度を補助制御器に出
力するから、全体制御系は、温水温度が、この目標温度
となるように制御動作を開始する。ただし、この間の温
水は、温度が低過ぎるから、外部に排出してしまうもの
とする。温水温度が設定温度の近傍に到達したら、起動
制御器は、設定温度を目標温度とし、シャワノズルを起
動する。よって、シャワの温度は、最初の設定温度より
やや低い温度から、設定温度にまで連続的に変化するこ
とになり、快適な使用感を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を以って実施例を説明する。

【００１５】温水温度制御装置は、補助制御器１１と、
設定制御器１２とを備えてなり（図１）、電動ミキシン
グバルブ１３を操作対象とする。

【００１６】電動ミキシングバルブ１３は、図９に示す
とおりのものであって、高温水用の入口ポートＰ1 、冷
水用の入口ポートＰ2 は、それぞれ、高温水源Ｈ、冷水
源Ｃに接続され、また、温水用の出口ポートＰ3 には、
給湯管Ｐ3aが接続されている。電動ミキシングバルブ１
３には、温度設定機構と温度調節機構とが組み込まれて
いるものとし、前者を遠隔操作するための設定モータＭ
には、温度設定機構に対する設定温度Ｔs を読み取るた
めのエンコーダＥが連結されている。また、給湯管Ｐ3a
には、温水温度Ｔを検出するための温度検出器ＴＳが配
設されている。

【００１７】補助制御器１１には、温度設定器１４、微
分器１５が接続されている。温度設定器１４の出力は、
加え合せ点１６を介して補助制御器１１に接続されてお
り、また、加え合せ点１６には、温度検出器ＴＳからの
温水温度Ｔがフィードバックされている。また、温水温
度Ｔは、微分器１５を介し、補助制御器１１に分岐入力
されている。

【００１８】補助制御器１１の出力は、電動ミキシング
バルブ１３に対する操作量ΔＵとして、設定制御器１２
を介し、電動ミキシングバルブ１３の設定モータＭに入
力されている。また、電動ミキシングバルブ１３のエン
コーダＥの出力は、設定制御器１２にフィードバックさ
れている。

【００１９】いま、温度設定器１４に設定温度Ｔo を設
定すると、加え合せ点１６は、設定温度Ｔo と温水温度
Ｔとを比較し、温度偏差ΔＴ＝Ｔ−Ｔo を補助制御器１
１に出力することができる。また、微分器１５は、温水
温度Ｔを入力し、その変化率Ｔd を算出して補助制御器
１１に出力する。

【００２０】そこで、補助制御器１１は、温度偏差Δ
Ｔ、温水温度Ｔの変化率Ｔd を入力し、操作量ΔＵを算
出して設定制御器１２に出力するから、設定制御器１２
は、操作量ΔＵに応じて電動ミキシングバルブ１３の設
定モータＭを操作することができる。電動ミキシングバ
ルブ１３は、設定モータＭの回転に従って、内蔵の温度
設定機構に対する設定温度Ｔs が変更され、最終的に、
温度設定器１４に設定される設定温度Ｔo に等しい温水
温度Ｔを実現することができる。なお、ここで、設定制
御器１２は、補助制御器１１からの操作量ΔＵと、現在
の設定温度Ｔs とを使用し、設定温度Ｔs を（Ｔs＋Δ
Ｔs ）に変更するものとする。すなわち、操作量ΔＵ
は、正または負の値をとり、現在の設定温度Ｔs に対す
る変更量ΔＴs に相当する設定モータＭの操作量を表わ
すものとする。

【００２１】補助制御器１１は、ファジー理論を適用し
て、操作量ΔＵを算出する。

【００２２】いま、補助制御器１１には、温度偏差Δ
Ｔ、温水温度Ｔの変化率Ｔd の各状態に応じ、図２に示
す各制御則ｉ（ｉ＝１、２…１０）を設定する。すなわ
ち、温度偏差ΔＴがやや高く、温水温度Ｔがやや速く下
降しているときは（同図の第１行）、操作量ΔＵは変化
させない。温水温度Ｔがやや速く下降していることは、
高温水の温度低下、または、電動ミキシングバルブ１３
の温度調節機構による調節機能に基づくと考えられ、温
度偏差ΔＴがやや高いことから、設定温度Ｔs を変化さ
せなくとも、設定温度Ｔo を実現することができるであ
ろうとの予測が可能であるからである。

【００２３】同様に、温度偏差ΔＴがやや低く、温水温
度Ｔがやや速く上昇しているときも、操作量ΔＵは変化
させない（同図の第２行）。また、温水温度Ｔが変化し
ないときは、温度偏差ΔＴにほぼ対応させて、操作量Δ
Ｕを変化させ（同図の第３行ないし第６行）、また、温
水温度Ｔが速く変化しているときは、そのときの温度偏
差ΔＴにより、操作量ΔＵを修正方向に設定する（同図
の第７行ないし第１０行）。温水温度Ｔが変化しないと
きは、温度調節機構は安定していると考えられ、温度偏
差ΔＴに基づく設定温度Ｔs の修正が必要であり、ま
た、温水温度Ｔが速く変化しているときは、温度調節機
構が作動中であると考えられるが、このままでは、大き
なオーバシュート、アンダシュートが見込まれるので、
同様に、設定温度Ｔs の修正が必要である。

【００２４】つづいて、温度偏差ΔＴが、かなり低い、
やや低い、なし、やや高い、かなり高いの各言語表現
を、図３（Ａ）の曲線ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢか
らなる各メンバシップ関数に対応させる。また、温水温
度Ｔが、速く下降、やや速く下降、変化なし、やや速く
上昇、速く上昇の各言語表現は、変化率Ｔd の大きさに
より、図３（Ｂ）の曲線ＮＭ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＭ
からなる各メンバシップ関数に対応させ、操作量ΔＵ
を、かなり下げる、下げる、やや下げる、変化させず、
やや上げる、上げる、かなり上げるの各言語表現は、同
図（Ｃ）の曲線ＮＢ、ＮＭ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＭ、
ＰＢからなる各メンバシップ関数に対応させる。ただ
し、図３の各図の縦軸は、それぞれの横軸変数に対する
適合度ａ、ｂ、ｃを表わす。

【００２５】温度偏差ΔＴ＝ΔＴ1 、変化率Ｔd ＝Ｔd1
であるときは、各制御則ｉの前件部に対応するメンバシ
ップ関数から、温度偏差ΔＴ1 、変化率Ｔd1に対する適
合度ａi 、ｂi （（ｉ＝１、２…１０）を見出し（図４
の左列、中列）、ｃi ＝min（ａi 、ｂi ）を決定す
る。ただし、min （ａi 、ｂi ）は、ａi 、ｂi の最小
値を示すものとする。次いで、適合度ｃi によって、各
制御則ｉの後件部のメンバシップ関数の頂部を裁断し、
各制御則ｉごとに、操作量ΔＵに対する固有メンバシッ
プ関数を得ることができる（同図左列）。

【００２６】たとえば、図４において、制御則２に着目
すると、温度偏差ΔＴ1 、変化率Ｔd1に対する前件部の
適合度ａ2 、ｂ2 であり、ａ2 ＜ｂ2 であるから、後件
部の適合度ｃ2 は、ｃ2 ＝ａ2 である。制御則４につい
ては、ａ4 ＞ｂ4 であるから、ｃ4 ＝ｂ4 であり、制御
則５については、ａ5 ＝０、ｂ5 ＞０であるから、ｃ5
＝０である。制御則６についても同様である。

【００２７】次ぎに、ｃi ≠０の制御則ｉに着目し、固
有メンバシップ関数を合成して合成メンバシップ関数Ａ
を作る（図５）。ただし、合成メンバシップ関数Ａは、
ｃi≠０の固有メンバシップ関数の最大値を連ねたもの
であり、このときの操作量ΔＵ＝ΔＵ1 は、合成メンバ
シップ関数Ａの重心位置、または、面積２等分線の位置
として決定することができる。

【００２８】補助制御器１１は、このようにして算出し
た操作量ΔＵを設定制御器１２に出力すればよい。

【００２９】以上の説明において、各制御則の後件部の
メンバシップ関数から固有メンバシップ関数を作る際
に、適合度ｃi により、各メンバシップ関数の頂部を裁
断するに代えて、適合度ｃi により、各メンバシップ関
数の高さをｃi 倍して、全体を圧縮修正するようにして
もよい。ただし、ｃi≦１である。

【００３０】なお、電動ミキシングバルブ１３は、温度
調節機構を内蔵しない形式であってもよい。また、補助
制御器１１に設定する制御則と、それに対応する各メン
バシップ関数は、単なる一例であって、これらは、操作
対象となる電動ミキシングバルブ１３の制御特性に合わ
せ、任意に変更することができるものとする。

【００３１】

【他の実施例】電動ミキシングバルブ１３は、シャワユ
ニット２０に組み込むことができる（図６）。

【００３２】電動ミキシングバルブ１３の入口ポートＰ
1 、Ｐ2 は、図示しない高温水源、冷水源に接続するた
めに、継手Ｐ1a、Ｐ2aを介して外部に引き出されてい
る。また、出口ポートＰ3 は、温度検出器ＴＳを配設し
た給湯管Ｐ3a、絞り弁２１、電磁弁２２を介してヘッダ
Ｐ3bに接続され、ヘッダＰ3bには、電磁弁２３ａ、２３
ｂ、２３ｃを介し、３種類のシャワノズルＮa 、Ｎb 、
Ｎc 、Ｎc が接続されている。また、ヘッダＰ3bには、
別の電磁弁２４を介し、排水管を接続する継手２４ａが
接続されている。

【００３３】シャワユニット２０内の電動ミキシングバ
ルブ１３は、起動制御器１７を付設した温水温度制御装
置の操作対象となっている（図７）。

【００３４】起動制御器１７は、温度設定器１４と、補
助制御器１１の前段の加え合せ点１６との間に介装され
ており、加え合せ点１６に対し、目標温度Ｔo1を出力し
ている。起動制御器１７には、図示しない操作器からの
使用開始信号Ｓ1 と、温度検出器ＴＳからの温水温度Ｔ
とが併せ入力されており、起動制御器１７は、シャワユ
ニット２０に対し、起動信号Ｓ2 を出力している。

【００３５】いま、操作器により、シャワノズルＮa を
選択すると、使用開始信号Ｓ1 が出力される。そこで、
起動制御器１７は、まず、電磁弁２２、２４を開き、高
温水源からシャワユニット２０までの配管、給湯管Ｐ3
a、ヘッダＰ3bを含む配管系内の冷水を外部に排出す
る。なお、このとき、起動制御器１７は、目標温度Ｔo1
として、Ｔo1＝Ｔo −δＴ（ただし、δＴは、数度Ｃ程
度の小さな定数）を補助制御器１１に出力するものとす
る。

【００３６】温水温度Ｔが目標温度Ｔo1になると、起動
制御器１７は、起動信号Ｓ2 を出力し、目標温度Ｔo1を
設定温度Ｔo に変更する。これにより、電磁弁２３ａが
開き、電磁弁２４が閉じ、シャワノズルＮaからのシャ
ワを開始することができる。シャワノズルＮa からの水
量調節は、絞り弁２１の手動調節による。

【００３７】シャワノズルＮb を選択したときも、全く
同様であり、このときは、電磁弁２３ａに代えて、電磁
弁２３ｂを開けばよい。

【００３８】シャワノズルＮc 、Ｎc を選択すると、起
動制御器１７は、目標温度Ｔo1を冷水に近い低温に強制
設定した上、起動信号Ｓ2を出力する。これにより、電
磁弁２２、２３ｃが開き、冷水シャワを開始させること
ができる。なお、シャワノズルＮc 、Ｎc は、細かい霧
状のシャワが得られるようにするとよい。また、シャワ
ノズルＮa 、Ｎb は、湯滴のサイズを異ならせ、異なる
シャワ感覚が得られるものとする。

【００３９】シャワノズルＮa 、Ｎb を選択するときの
起動制御器１７の動作は、図８のプログラムフローチャ
ートによって表わすことができる。

【００４０】プログラムは、まず、設定温度Ｔo を読み
取る（図８のプログラムステップ（１）、以下、単に
（１）のように記す）。次いで、プログラムは、温水温
度Ｔを読み取り（２）、Ｔ＜Ｔo −δＴのときは
（３）、目標温度Ｔo1をＴo1＝Ｔo −δＴとして出力す
るから（４）、補助制御器１１は、温水温度Ｔが目標温
度Ｔo1となるように、ファジー制御を開始する。プログ
ラムは、温水温度ＴがＴ≧Ｔo−δＴに到達するのを待
つ（（４）、（２）、（３）、（４））。

【００４１】温水温度ＴがＴ≧Ｔo −δＴに到達すると
（３）、プログラムは、目標温度Ｔo1をＴo1＝Ｔo に変
更し（５）、起動信号Ｓ2 を出力して、シャワノズルＮ
a またはシャワノズルＮb を起動する（６）。シャワノ
ズルＮa 、Ｎb からの温水温度Ｔは、シャワ開始時にお
いては、先きの目標温度Ｔo1＝Ｔo −δＴにほぼ等しい
が、シャワ開始後は、速やかに設定温度Ｔo にまで昇温
されることになり、快適なシャワ感覚を得ることができ
る。

【００４２】なお、目標温度Ｔo1は、Ｔo −δＴからＴ
o に急変させても、補助制御器１１がファジー理論を適
用しているために、温水温度Ｔには殆んどオーバシュー
トが見られない。ただし、起動制御器１７は、より一層
安定な制御を実現するために、起動信号Ｓ2 を出力した
後、目標温度Ｔo1を設定温度Ｔo にまで徐々に変化させ
るようにしてもよいものとする。また、図８において、
プログラムステップ（４）は、Ｔo1＝Ｔo−δＴ1 （δ
Ｔ1 ＜δＴ）としてもよい。温水温度Ｔは、まず、目標
温度Ｔo1になるように昇温され、その途中において、確
実に、Ｔ≧Ｔo−δＴとなるから、制御動作を一層確実
にすることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この出願に係る第
１発明によれば、ファジー理論を適用して操作量を算出
する補助制御器と、補助制御器からの操作量により電動
ミキシングバルブの温度設定機構を操作する設定制御器
とを備えることにより、補助制御器は、電動ミキシング
バルブの制御特性に合わせ、その制御能力を補完するよ
うに作動することができるから、オーバシュート等がな
い良好な制御特性を極めて簡単に実現することができる
という優れた効果がある。

【００４４】第２発明によれば、起動制御器を付設した
第１発明に係る温水温度制御装置と、電動ミキシングバ
ルブと、シャワノズルとを組み合わせ、起動制御器は、
温水温度が設定温度の近傍に到達したときに、設定温度
より低い目標温度を設定温度に変更し、シャワノズルを
起動することによって、シャワノズルからの温水温度
は、シャワの開始時点から速やかに設定温度に昇温され
るから、体感温度に異和感がなく、快適なシャワ感覚を
実現することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体ブロック系統図

【図２】制御則を示す図表

【図３】メンバシップ関数を示す線図

【図４】固有メンバシップ関数を示す線図

【図５】合成メンバシップ関数を示す線図

【図６】他の実施例を示す全体構成図

【図７】要部ブロック系統図

【図８】プログラムフローチャート

【図９】電動ミキシングバルブの構造図

【符号の説明】

Ｔ…温水温度Ｔo …設定温度Ｔo1…目標温度 ΔＴ…温度偏差Ｔd …変化率 ΔＵ…操作量Ｎa 、Ｎb 、Ｎc …シャワノズル１１…補助制御器１２…設定制御器１３…電動ミキシングバルブ１７…起動制御器２０…シャワユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鳴瀬一石川県河北郡津幡町字東荒屋ヌ48番地４ベッカー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A47K 3/22 E03C 1/044 G05B 13/02 G05D 23/19

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】設定温度に対する温水温度の温度偏差と
温水温度の変化率とを入力し、ファジー理論を適用して
操作量を算出する補助制御器と、該補助制御器からの操
作量により電動ミキシングバルブの温度設定機構を操作
する設定制御器とを備えてなる温水温度制御装置。
【請求項２】起動制御器を付設した請求項１記載の温
水温度制御装置と、電動ミキシングバルブと、シャワノ
ズルとを組み合わせてなり、前記起動制御器は、温水温
度が設定温度の近傍に到達するまでは、設定温度より低
い目標温度を前記補助制御器に出力し、温水温度が設定
温度の近傍に到達すると、設定温度を目標温度として前
記補助制御器に出力するとともに前記シャワノズルを起
動することを特徴とするシャワユニット。