JP5564843B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の経路を介して供給される湯および水を混合することで、調整された温度の湯水を得るための湯水混合装置に関する。

一般に、例えば洗面台等においては、調整された温度の湯水を得るための湯水混合装置が備えられる。かかる湯水混合装置によれば、所定の経路を介して供給される湯および水が混合させられ、調整された温度の湯水が、洗面台等に備えられる水栓本体に供給される。すなわち、水栓本体の吐水口から吐出される湯水については、温度および流量の調整、ならびに吐止水（湯水の流出・停止）の切換えが、湯水混合装置によって行われる。ここで、水栓本体の吐水口から吐出される湯水の温度および流量の調整、ならびに吐止水の切換えは、湯水混合装置に備えられ水栓本体の近傍等に配置される操作部の操作によって行われる。

このような湯水混合装置においては、湯水の温度の制御のため、供給される湯および水を混合させる混合弁装置が備えられる。混合弁装置は、湯および水それぞれの流入口の開度を調整するための弁体を動作させることで、湯水の温度調整に関与する。したがって、混合弁装置においては、湯が供給される配管および水が供給される配管が接続され、弁体を介して湯および水が合流させられる。このため、混合弁装置における湯と水の合流部分は、湯および水それぞれの配管が連通する部分となる。なお、混合弁装置に備えられる弁体は、モータ等の電気的な駆動源によって動作させられる。

そして、このように混合弁装置を備える湯水混合装置においては、吐水温度（混合弁装置によって混合された湯水の温度）についてフィードバック制御が行われる（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、吐水温度についてのフィードバック制御においては、吐水温度が、サーミスタ等の温度センサによって検出される。そして、検出された吐水温度が、狙いの温度（操作部によって設定された温度）と比較され、その差に基づいて、混合弁装置が制御される。つまり、混合弁装置においては、検出された吐水温度と狙いの温度との差の大きさに応じてモータ等の駆動源が制御されることで、検出される吐水温度と狙いの温度とのギャップが埋まるように、弁体が移動させられる。これにより、吐水温度が、狙いの温度を目標として随時補正される。

このように吐水温度についてフィードバック制御が行われる湯水混合装置においては、供給される湯および水についての環境（圧力や流量等）の急激な変化により、吐水温度が狙いの温度以上となる可能性がある。すなわち、供給される湯および水についての環境が急激に変化すると、かかる環境の変化にフィードバック制御が対応できず、狙いの温度以上の温度の吐水が行われる場合がある。

そこで、給湯配管（湯が供給される配管）に温度センサを配置して給湯温度（供給される湯の温度）を常に監視しながらフィードバック制御を行う技術が提案されている。具体的には、例えば、給湯温度が所定の温度以上である条件下でのみ、吐水温度についてのフィードバック制御が実施される技術である。これにより、前述のような狙いの温度以上の温度の吐水が行われる現象が未然に防止され得る。なお、特許文献２には、給湯配管に設けられる温度センサによって検出される給湯温度が吐水温度についてのフィードバック制御に用いられる技術が開示されている。

しかしながら、給湯温度について所定の条件下でのみフィードバック制御が行われる構成においては、混合弁装置の構造上、次のような問題がある。すなわち、混合弁装置においては、前記のとおり湯と水の合流部分として、湯および水それぞれの配管が連通する部分が存在する。このため、供給される湯および水の圧力条件のブレや弁体の位置等によって、湯と水の合流部分に供給された水が給湯配管側に回り込んで流入する場合がある。こうした現象は、混合弁装置に供給される水の圧力・量が、同じく混合弁装置に供給される湯の圧力・量に対して比較的大きい場合に生じやすい。

このように、混合弁装置において合流部分に供給された水が給湯配管側に回り込んで流入することにより、給湯配管に設けられる温度センサによって検出される給湯温度が、実際の給湯温度に対応しない場合が生じる。つまり、給湯温度は給湯配管に設けられる温度センサの監視データに基づいて測定されるため、給湯配管に水が流入することで、測定される給湯温度が実際の給湯温度に対して誤差を有する。かかる給湯温度についての誤差は、給湯温度について所定の条件下でのみ行われるフィードバック制御による吐水温度の調整を妨げる原因となる。

特開平３−４５８３１号公報 特開昭６３−３０４８４１号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、給湯温度について所定の条件下で吐水温度についてのフィードバック制御が行われる構成において、狙いの温度に対する吐水温度のずれを低減することができるとともに、給湯温度を正確に検出することができ、確実なフィードバック制御を行うことができる湯水混合装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、所定の経路を介して供給される湯および水それぞれの供給管である給湯管および給水管をそれぞれ流入口を介して内部空間に連通させるケーシング、および該ケーシングの前記内部空間に移動可能に設けられその位置によって前記湯および水それぞれの前記流入口の開度を調整するための弁部材を有し、前記流入口から流入した前記湯および水が混合することで得られる湯水である混合水を流出させる混合弁と、前記混合水の温度についての目標値である設定温度を設定するための温度設定操作部と、前記混合弁から流出した前記混合水の温度を検出するための第一の温度センサと、前記混合弁に供給される前記湯の温度を検出するための第二の温度センサと、前記第一の温度センサからの検出信号に基づき、前記混合弁に対して前記弁部材を移動させるための制御信号を出力することで、前記混合水として前記設定温度の湯水が得られるように前記混合弁を制御するフィードバック制御を行うコントローラと、を備える湯水混合装置において、前記コントローラは、前記第二の温度センサにより検出される前記湯の温度の時間あたりの変化量が一定値以下であり、かつ、前記第二の温度センサにより検出される前記湯の温度が前記設定温度以上であると判断した場合に、前記フィードバック制御を開始するものであり、前記給湯管は、前記混合弁に対する前記湯の流れにおける下流側から上流側への前記湯の流れを規制する逆止弁を有するものであり、前記第二の温度センサが、前記給湯管における前記逆止弁の上流側に設けられているものである。

請求項２においては、前記混合弁は、前記混合水の温度変化にともなって変化する付勢力を前記弁部材に作用させることで前記弁部材を駆動させる感温部材を有するものである。

請求項１においては、給湯温度について所定の条件下で吐水温度についてのフィードバック制御が行われる構成において、狙いの温度に対する吐水温度のずれを低減することができるとともに、給湯温度を正確に検出することができ、確実なフィードバック制御を行うことができる。

請求項２においては、フィードバック制御が行われていない状態において、湯の供給管に対して突然に高温の湯が供給された場合であっても、感温部材の付勢力の変化による弁部材の移動により、混合水の温度が設定温度に近いところで制御される。これにより、混合水の温度についてのオーバーシュートの可能性が非常に小さくなる。

本発明の一実施形態に係る湯水混合装置を備える洗面台の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る湯水混合装置の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る混合弁装置の構成を示す一部断面図。 給湯温度の時間変化の一例を表すグラフを示す図。 検出される給湯温度の時間変化の一例を表すグラフを示す図。 検出される給湯温度の時間あたりの変化量の時間変化の一例を表すグラフを示す図。

本発明は、給湯温度について所定の条件下で吐水温度についてのフィードバック制御が行われる構成において、給湯温度を検出するための温度センサを設ける位置を工夫することにより、湯と水の混合部分から湯の供給経路に水が回り込んで流入することに起因する温度検出の誤差を防止しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の湯水混合装置は、洗面ボール３を有する洗面台２において備えられる。洗面台２において、洗面ボール３は、洗面カウンタ４上に設けられる。洗面台２においては、洗面ボール３に対して湯水を吐出するためのスパウトを構成する水栓本体５が備えられる。水栓本体５は、湯水の吐水口５ａを有し、この吐水口５ａからの湯水が洗面ボール３内に吐出されるように設けられる。

また、洗面台２においては、水栓本体５の吐水口５ａから吐出される湯水についての操作を行うための操作部６が備えられる。本実施形態では、操作部６は、洗面ボール３の鍔部（外周縁部）に配置された状態で設けられる。操作部６の操作により、水栓本体５の吐水口５ａから吐出される湯水についての温度および流量の調整、ならびに吐止水（湯水の流出・停止）の切換えが行われる。

具体的には、操作部６は、押し操作（図１矢印Ａ１参照）および回転操作（同図矢印Ａ２参照）が可能な取っ手状の部分として構成される。そして、操作部６の押し操作により、吐止水の切換えおよび湯水の流量の調整が行われ、操作部６の回転操作により、湯水の温度の調整が行われる。また、洗面台２においては、洗面カウンタ４の下側に、本実施形態の湯水混合装置を構成する機能部１０が備えられる。機能部１０は、洗面カウンタ４の下側において所定のケース内に収容された状態で設けられる。

このように、本実施形態の湯水混合装置は、洗面台２を構成する水栓本体５と、操作部６と、機能部１０とを含む。そして、本実施形態の湯水混合装置によれば、操作部６による操作のもと、機能部１０で得られた湯水が、所定の経路を介して水栓本体５に供給され、吐水口５ａから吐出される。

図２に示すように、本実施形態の湯水混合装置１は、所定の経路を介して供給される湯および水を混合することで、調整された温度の湯水を得るためのものである。したがって、図２に示すように、湯水混合装置１は、機能部１０において、所定の経路を介して供給される湯の供給管である給湯管１１と、所定の経路を介して供給される水の供給管である給水管１２とを有する。給湯管１１に対しては、図示せぬ給湯器等により得られた湯が所定の経路を介して供給される（矢印Ｈ参照）。給水管１２に対しては、上水等から導かれる水が所定の経路を介して供給される（矢印Ｃ参照）。つまり、湯水混合装置１においては、給湯管１１により、湯の供給経路が構成され、給水管１２により、水の供給経路が構成される。

機能部１０においては、湯または水、あるいはこれらが混合することで得られる湯水の流れにおける上流側（図２において下側、以下単に「上流側」という。）から下流側（同図において上側、以下単に「下流側」という。）にかけて、湯水の温度の調整を行う部分である温調機能部１３と、吐止水の切換えおよび湯水の流量の調整を行う部分である流調機能部１４とが構成される。すなわち、給湯管１１および給水管１２から供給される湯および水は、温調機能部１３にて混合されて調整された温度の湯水となった後、流調機能部１４を介して水栓本体５に供給される。

温調機能部１３は、混合弁装置３０により構成される。したがって、給湯管１１および給水管１２は、それぞれ混合弁装置３０に接続される。そして、給湯管１１により供給される湯、および給水管１２により供給される水は、混合弁装置３０にて混合された後、流調機能部１４に導かれる。混合弁装置３０は、サーモバルブ３１と、このサーモバルブ３１の駆動源として機能するモータ３２とを有する。サーモバルブ３１は、変化する付勢力を作用させることでサーモバルブ３１が有する弁部材を駆動させる感温部を有する機械式のサーモユニットとして構成される。

また、給湯管１１および給水管１２には、それぞれ、上流側から順に、止水栓１５、フィルタ１６、および逆止弁１７が設けられる。止水栓１５は、機能部１０についての部品の交換やメンテナンス等の際に用いられる。フィルタ１６は、給湯管１１または給水管１２内を流れる湯または水の内部に存在する不純物を取り除く。逆止弁１７は、給湯管１１または給水管１２内を流れる湯または水について、下流側から上流側への流れを規制する。

流調機能部１４は、混合弁装置３０と水栓本体５との間における湯水の通路となる吐水管１８を構成する。吐水管１８は、互いに分岐する第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂを有する。すなわち、吐水管１８は、その上流側の端部が混合弁装置３０に接続される一方、下流側の端部が水栓本体５に接続されるとともに、中間部分において、下流側にて合流する第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂを有する。

第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂには、それぞれ、上流側から順に、電磁弁１９および定流量弁２０が設けられている。電磁弁１９は、開閉弁として機能する。つまり、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂにおいては、電磁弁１９の開閉動作によって連通状態および非連通状態が切り換わる。定流量弁２０は、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂのそれぞれにおける湯水の流量を一定の量に制限する。

このような構成を備える流調機能部１４においては、次のようにして吐止水の切換えおよび湯水の流量の調整が行われる。本実施形態では、流調機能部１４による湯水の流量は、二段階に調整される。具体的には、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂは、管径の大きさや定流量弁２０により制限される流量等の違いによって、流通させる湯水の流量が異なるように構成される。本実施形態では、第一分岐管１８ａの方が第二分岐管１８ｂよりも多い流量の湯水を流通させる。

そして、流調機能部１４による湯水の流量の調整においては、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂのいずれもが連通した（電磁弁１９が開いた）状態と、第二分岐管１８ｂは連通しておらず（電磁弁１９が閉じており）第一分岐管１８ａのみが連通した状態との二つの状態が用いられる。つまり、流調機能部１４によれば、混合弁装置３０から水栓本体５に供給される湯水の流量が、第一分岐管１８ａによる流量および第二分岐管１８ｂによる流量の合計の流量（多流量）と、第一分岐管１８ａによる流量のみの流量（小流量）との二段階に切り換えられる。

したがって、流調機能部１４における吐止水の切換えは、多流量の状態については、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂの両方の電磁弁１９の開閉により行われる。また、小流量の状態においては、第二分岐管１８ｂ側の電磁弁１９は閉じた状態となるため、吐止水の切換えは、第一分岐管１８ａの電磁弁１９の開閉により行われる。

以上のような流調機能部１４による吐止水の切換えおよび湯水の流量の調整が、操作部６の押し操作によって行われる。なお、流調機能部１４の構成は、本実施形態に限定されるものではない。つまり、流調機能部１４における湯水の経路の構成（例えば分岐する管路の数等）や段階的に調整される流量の段階の数等は、湯水混合装置１の用途等により適宜設定される。

また、機能部１０においては、給湯管１１によって供給される湯の温度を検出するための給湯用サーミスタ２１と、混合弁装置３０から水栓本体５に供給される湯水の温度を検出するための湯水用サーミスタ２２とが備えられる。本実施形態では、給湯用サーミスタ２１は、給湯管１１における止水栓１５の上流側の位置に設けられている。また、湯水用サーミスタ２２は、吐水管１８における任意の位置に設けられる。本実施形態では、湯水用サーミスタ２２は、吐水管１８における上流側の端部の位置に設けられている。

機能部１０においては、湯水混合装置１における各部を制御するためのコントローラ５０が備えられる。コントローラ５０は、操作部６における操作や湯水用サーミスタ２２等により検出される温度に基づいて、第一分岐管１８ａおよび第二分岐管１８ｂのそれぞれに設けられる電磁弁１９の動作（開閉動作）、ならびに混合弁装置３０の動作を制御する。すなわち、コントローラ５０に対しては、操作部６からの操作信号、給湯用サーミスタ２１からの検出信号、および湯水用サーミスタ２２からの検出信号が入力される。また、コントローラ５０からは、各電磁弁１９に対する制御信号、および混合弁装置３０（のモータ３２）に対する制御信号が出力される。

コントローラ５０は、操作部６、給湯用サーミスタ２１、および湯水用サーミスタ２２からの入力信号を受けるための入力インターフェイス、ならびに各電磁弁１９および混合弁装置３０に対する制御信号を出力するための出力インターフェイスを有する。また、コントローラ５０は、制御プログラムや操作部６によって設定された湯水の流量・温度等を記憶する部分や、制御プログラム等に従って所定の演算を行う部分等を含む。なお、コントローラ５０は、図示せぬＡＣアダプタを介して電力の供給を受ける。

また、本実施形態の機能部１０においては、手動での操作が可能な開閉弁２３を有するバイパス管２４が設けられる。バイパス管２４は、給水管１２に供給される水を、混合弁装置３０および電磁弁１９を迂回して、水栓本体５に供給する。したがって、本実施形態では、バイパス管２４は、給水管１２における逆止弁１７の下流側の部分から分岐し、下流側の端部が吐水管１８（第一分岐管１８ａ）における定流量弁２０の下流側に接続される。バイパス管２４は、開閉弁２３の手動操作のもと、停電時等の非常時において水栓本体５に対する水の供給に用いられる。

続いて、図３を用いて、混合弁装置３０の構成について説明する。混合弁装置３０は、前記のとおりサーモバルブ３１とモータ３２とを有する。図３に示すように、サーモバルブ３１は、略筒状のケーシング３３の内部に、円筒状の部材である弁体３４を有する。弁体３４は、ケーシング３３の内部空間を形成するケーシング３３の内周面に沿う外形（外径寸法）を有し、ケーシング３３の内部においてケーシング３３の筒軸方向（長手方向、図３における左右方向）に往復摺動可能に設けられる。以下では、ケーシング３３の内部における弁体３４の往復摺動方向（矢印Ｂ参照）を「弁移動方向」という。

ケーシング３３の内部には、給湯管１１により供給される湯、および給水管１２により供給される水が流入し、混合する。このため、図３に示すように、ケーシング３３は、混合弁装置３０における湯の流入口である湯供給口３３ａと、同じく水の流入口である水供給口３３ｂとを有する。湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂは、ケーシング３３の内部空間を外部に連通させる。したがって、前記のとおり混合弁装置３０に接続される給湯管１１および給水管１２については、給湯管１１がケーシング３３の湯供給口３３ａに接続され、給水管１２がケーシング３３の水供給口３３ｂに接続される。

弁体３４は、その外周面によって湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂのケーシング３３内部に対する開口部の少なくとも一部を塞ぐことにより、湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂからケーシング３３の内部に流入する湯および水の流量を制限する。すなわち、弁体３４は、ケーシング３３の内部において弁移動方向に所定の範囲で移動可能に設けられ、その弁移動方向における位置によって、湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂを塞ぐ面積を変化させる。したがって、湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂは、ケーシング３３の内部空間に対して、弁体３４の弁移動方向の動きによって開度（湯供給口３３ａと水供給口３３ｂとの開放比率）が調整されるように設けられる。

サーモバルブ３１において、弁体３４の弁移動方向の動きによって湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂの開度が変化することは、ケーシング３３の内部において混合する（ケーシング３３の内部に供給される）湯と水との割合が変化することに対応する。つまり、サーモバルブ３１において弁体３４の弁移動方向における位置が調整されることにより、湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂから流入した湯および水が混合することで得られる湯水である混合水（以下単に「混合水」という。）の温度が調整される。

このような構成において、湯供給口３３ａから流入する湯（矢印Ｃ１参照）、および水供給口３３ｂから流入する水（矢印Ｃ２参照）は、弁体３４を介してケーシング３３の内部において混合水となり、ケーシング３３において所定の部分に設けられる流出口３３ｃから流れ出る（矢印Ｃ３参照）。本実施形態では、流出口３３ｃは、ケーシング３３の長手方向の一側（図３において右側）端部に形成される壁部３３ｄに設けられる。また、円筒状の部材である弁体３４においては、筒軸方向の両側が開口しており、弁体３４はその内周面３４ａによって形成される空間に湯を通過させる。

このように、本実施形態の湯水混合装置１においては、混合弁装置３０に設けられる弁体３４が、移動可能に設けられその位置によって湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂの開度を調整するための弁部材として機能する。

弁体３４は、ケーシング３３内において弁移動方向の両側から付勢された状態で支持される。弁移動方向における一側（流出口３３ｃが設けられる側）については、弁体３４は感温バネ３５により付勢され、弁移動方向における他側（流出口３３ｃが設けられる側と反対側）については、弁体３４は付勢部材としてのバイアスバネ３６により付勢される。これらのバネは、ケーシング３３内において弁体３４に付勢力を作用させて弁体３４を駆動させる方向が弁移動方向に沿う姿勢で設けられ、弁体３４を押圧付勢する。つまり、感温バネ３５およびバイアスバネ３６によって弁体３４に作用する付勢力（押圧力）は、互いに対向し、感温バネ３５の付勢力とバイアスバネ３６の付勢力とが釣り合う位置に、弁体３４が移動する。以下では、弁移動方向（ケーシング３３の長手方向）について、弁体３４に対して感温バネ３５が位置する側（図３において右側）を「流出側」とし、その反対側（バイアスバネ３６が位置する側、図３において左側）を「反流出側」とする。

感温バネ３５は、形状記憶合金（ＳＭＡ；Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）により構成されるコイルバネであり、温度の変化によって弁体３４に作用させる付勢力を変化させ、弁体３４を駆動させる。つまり、感温バネ３５は、サーモバルブ３１において、湯水の温度によって変化する付勢力を作用させることでサーモバルブ３１が有する弁部材を駆動させる感温部を構成する。本実施形態では、感温バネ３５による弁体３４に対する付勢力は、温度が高くなることによって増加し、温度が低くなることによって減少する。感温バネ３５は、ケーシング３３において流出口３３ｃが設けられる壁部３３ｄと弁体３４との間に挟まれた状態で設けられる。

バイアスバネ３６は、ケーシング３３内に設けられるバネ押さえ３７によって押さえられるとともに、バネ押さえ３７と弁体３４との間に挟まれた状態で設けられる。バネ押さえ３７は、略円筒状の部材であり、弁移動方向に移動可能に設けられる。

バイアスバネ３６は、ケーシング３３内に設けられるスピンドル３８によってその移動方向について位置決めされる。具体的には、バネ押さえ３７の内周面には、雌ネジ部３７ａが形成されている。バネ押さえ３７の雌ネジ部３７ａには、スピンドル３８の雄ネジ部３８ａが螺合する。スピンドル３８は、ケーシング３３内において、弁移動方向について所定の位置にて回転可能に支持された状態で設けられる。

したがって、スピンドル３８が正逆方向に回転することにより、バネ押さえ３７が弁移動方向の両側に移動する。つまり、バイアスバネ３６から弁体３４に作用する付勢力については、スピンドル３８の回転にともなって、バネ押さえ３７が流出側に移動する（弁体３４側に近付く）ことによって増加し、バネ押さえ３７が反流出側に移動する（弁体３４から遠ざかる）ことによって減少する。

スピンドル３８は、混合弁装置３０に備えられるモータ３２を駆動源として回転する。つまり、スピンドル３８は、モータ３２の出力軸３２ａに連結され、モータ３２の回転にともなって回転する。モータ３２の出力軸３２ａとスピンドル３８の連結部分は、ケーシング３３の反流出側の壁部３３ｅを貫通する。したがって、モータ３２は、ケーシング３３に対して反流出側に配置され、ケーシング３３の反流出側から、スピンドル３８に対して回転を伝達する。そして、モータ３２の回転方向および回転量（回転角度）により、バネ押さえ３７の位置、つまりバイアスバネ３６からの弁体３４に対する付勢力の大きさが調整される。

このような構成において、ケーシング３３内の混合水の温度が上昇することにより、感温バネ３５の付勢力がバイアスバネ３６の付勢力を上回ることで、弁体３４がバイアスバネ３６の付勢力に抗して反流出側に移動して、感温バネ３５の付勢力とバイアスバネ３６の付勢力とが釣り合う位置にくる。弁体３４の反流出側への移動は、湯供給口３３ａを閉じる（開口部分を狭める）とともに水供給口３３ｂを開く（開口部分を広げる）方向への移動に対応する。かかる弁体３４の移動により、ケーシング３３内に供給される湯の量は減少して水の量が増加することから、混合水の温度が低下する。

一方、ケーシング３３内の混合水の温度が低下することにより、感温バネ３５の付勢力がバイアスバネ３６の付勢力を下回ることで、弁体３４が感温バネ３５の付勢力に抗して流出側に移動して、感温バネ３５の付勢力とバイアスバネ３６の付勢力とが釣り合う位置にくる。弁体３４の流出側への移動は、湯供給口３３ａを開くとともに水供給口３３ｂを閉じる方向への移動に対応する。かかる弁体３４の移動により、ケーシング３３内に供給される湯の量は増加して水の量が減少することから、混合水の温度が上昇する。

また、混合水の温度は、モータ３２の駆動による弁体３４の動作によっても調整される。すなわち、前述したようにモータ３２の回転によってスピンドル３８およびバネ押さえ３７を介して調整されるバイアスバネ３６の弁体３４に対する付勢力が感温バネ３５の付勢力を上回ることで、弁体３４が感温バネ３５の付勢力に抗して流出側に移動する。一方、モータ３２の回転によってスピンドル３８およびバネ押さえ３７を介してバイアスバネ３６の弁体３４に対する付勢力が感温バネ３５の付勢力を下回ることで、弁体３４がバイアスバネ３６の付勢力に抗して反流出側に移動する。

このように、混合弁装置３０においては、感温バネ３５の温度変化にともなう付勢力の変化による弁体３４の動作、およびモータ３２の駆動による弁体３４の動作により、湯供給口３３ａおよび水供給口３３ｂの開度が変化し、混合水の温度が調整される。そして、温調機能部１３を構成する混合弁装置３０による混合水の温度の調整が、操作部６の回転操作によって行われる。

以上のように、本実施形態の湯水混合装置１においては、混合弁装置３０に設けられる感温バネ３５が、混合水の温度変化にともなって変化する付勢力を弁体３４に作用させることで弁体３４を駆動（弁移動方向に往復移動）させる感温部材として機能する。つまり、本実施形態の湯水混合装置１においては、混合弁装置３０が、給湯管１１および給水管１２が連通され、弁体３４および感温バネ３５を有し、混合水を流出させる混合弁として機能する。

また、本実施形態の湯水混合装置１においては、操作部６（図２参照）が、混合水の温度についての目標値である設定温度（以下「設定温度」という。）を設定するための温度設定操作部として機能する。また、湯水用サーミスタ２２が、混合弁装置３０から流出した混合水の温度を検出するための第一の温度センサとして機能し、給湯用サーミスタ２１が、混合弁装置３０に供給される湯の温度を検出するための第二の温度センサとして機能する。

そして、本実施形態の湯水混合装置１においては、コントローラ５０が、混合弁装置３０に対して弁体３４を移動させるための制御信号を出力することで、混合水として設定温度の湯水が得られるように混合弁装置３０を制御するフィードバック制御を行う。ここで、コントローラ５０から混合弁装置３０に対して出力される、弁体３４を移動させるための制御信号は、モータ３２に対する制御信号である。

以上のような構成を備える湯水混合装置１においては、吐水温度（混合水の温度）についてのフィードバック制御は、コントローラ５０によって、操作部６からの操作信号および湯水用サーミスタ２２からの検出信号に基づいて、混合弁装置３０（のモータ３２）が制御されることにより行われる。以下では、コントローラ５０から混合弁装置３０（のモータ３２）に対して出力される制御信号を「弁制御信号」という。つまり、弁制御信号は、回転することで弁体３４を弁移動方向に移動させるスピンドル３８を回転させるための信号である（図３参照）。したがって、弁制御信号は、スピンドル３８の回転角度（以下「スピンドル角度」という。）および回転方向についての信号である。

フィードバック制御においては、湯水用サーミスタ２２によって検出された吐水温度（以下「検出温度」という。）が、狙いの温度（操作部６によって設定された設定温度）と比較され、その差に基づいて、サーモバルブ３１が制御される。つまり、サーモバルブ３１においては、検出温度と設定温度との差の大きさに応じてモータ３２が制御されることで、検出温度と設定温度とのギャップが埋まるように、スピンドル３８およびバネ押さえ３７を介して弁体３４が移動させられる。これにより、吐水温度が、設定温度を目標として随時補正される。

具体的には、フィードバック制御において、コントローラ５０は、操作部６からの操作信号および湯水用サーミスタ２２からの検出信号に基づき、検出温度と設定温度とを比較演算し、この演算結果に基づいて、弁制御信号を生成する。コントローラ５０は、比較演算の結果、検出温度が設定温度よりも低い場合には、吐水温度を上昇させる弁制御信号を生成する。一方、コントローラ５０は、比較演算の結果、検出温度が設定温度よりも高い場合には、吐出温度を下降させる弁制御信号を生成する。

ここで、コントローラ５０において生成される弁制御信号は、検出温度と設定温度との温度差の大きさに応じて算出される。コントローラ５０による弁制御信号の算出は、例えば、コントローラ５０においてあらかじめ設定され記憶される設定温度とスピンドル角度との関係に基づいて行われる。

そして、本実施形態の湯水混合装置１においては、給湯管１１によって供給される湯の温度（以下「給湯温度」という。）について所定の条件下で、前述のようなフィードバック制御が行われる。具体的には、給湯温度について、その時間あたりの変化量が一定値以下であり、かつ、設定温度以上である場合に、フィードバック制御が行われる。したがって、コントローラ５０は、給湯用サーミスタ２１により検出される給湯温度の時間あたりの変化量が一定値以下であり、かつ、給湯温度が設定温度以上であると判断した場合に、フィードバック制御を開始する。

図４は、吐水が開始されてからの給湯温度の時間変化の一例を示す。図４に示すグラフにおいて、横軸は吐水開始からの時間であり、縦軸は給湯温度である。図４に示すように、給湯温度は、一般的に、給湯管１１に湯を供給する給湯器等からの配管内や給湯器内の滞留水等の影響を受けるため、吐水が開始されてから安定する温度となるまで（時刻ｔ１０参照）、若干の時間を要する。

そこで、本実施形態の湯水混合装置１においては、フィードバック制御の開始タイミングが、給湯温度が安定し、かつ、給湯温度が設定温度（図４、温度Ｌ０参照）以上である時とされる。つまり、フィードバック制御の開始タイミングが、コントローラ５０によって、給湯温度が安定し、かつ、給湯温度が設定温度以上であると判断された時とされる。ここで、給湯温度の安定の度合いについては、給湯温度の時間あたりの変化量（以下「給湯温度変化量」という。）が一定値以下であるかどうかが、指標として用いられる。

このように、給湯温度について所定の条件下においてフィードバック制御が行われることにより、フィードバック制御が、給湯温度が設定温度以上であって安定した状態で行われる。これにより、より短時間で安定した設定温度の混合水が得られる。

このような給湯温度について所定の条件下のもとに行われるフィードバック制御は、設定温度に応じて、再吐水時を含み、吐水が開始された際に行われる。つまり、コントローラ５０は、止水状態から一定時間経過後に吐水を再び開始する際等、吐水を開始する際に、その際の設定温度に応じて、給湯温度が安定し、かつ、給湯温度が設定温度以上であると判断した時に、フィードバック制御を開始する。

給湯温度について所定の条件下のもとに開始されるフィードバック制御について、具体的に説明する。図５は、給湯用サーミスタ２１により検出される給湯温度の時間変化の一例を示す。図５に示すように、吐水開始時点（時刻ｔ０）では、給湯器内の滞留水等の影響により、給湯温度は、設定温度である温度Ｌ１よりも低く、所定の傾きで上昇する（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）。給湯器内の滞留水等の影響が消え始めると、実際の給湯温度が検出され始め、やがて給湯温度が設定温度を超える（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）。

コントローラ５０は、吐水を開始した際に、給湯温度変化量を算出する。図６は、給湯温度変化量の時間変化の一例を示す。図６に示すグラフは、図５のグラフにより表わされる結果が微分されることにより得られるものである。図６に示すように、給湯温度が所定の傾きで上昇する時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、給湯温度変化量は、所定の値αで略一定である。この給湯温度変化量の値αは、フィードバック制御が開始される条件に含まれる給湯温度変化量の基準となる、一定値である給湯温度変化量（以下「基準変化量」という。）Ｍ１よりも大きい。

その後、時刻ｔ２までは、給湯温度の変化について、時刻ｔ１までの傾きよりも小さな傾きで給湯温度が変化しているため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、給湯温度変化量の値βは、基準変化量Ｍ１よりも小さい。図６に示すように、本実施形態では、基準変化量Ｍ１の値が、給湯温度変化量の値αと値βとの間において設定されているが、図５に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、給湯温度が、設定温度である温度Ｌ１よりも低い。このため、フィードバック制御は開始されない。

図５に示すように、時刻ｔ２以降、給湯器内の滞留水等の影響が消え始めることで、給湯温度が設定温度をある程度超えるまで急上昇する（時刻ｔ２〜時刻ｔ４）。この時間範囲においては、給湯温度について、設定温度に達する直前から設定温度を超えるまでの間は、温度変化が急勾配であるため、給湯温度変化量の値は、基準変化量Ｍ１よりも大きい。

そして、時刻ｔ３以降は、給湯温度が設定温度を上回っており（図５参照）、さらに給湯温度が急勾配で変化した後に給湯温度の変化の勾配が緩やかとなる時刻ｔ４以降は、給湯温度変化量の値は、徐々に小さくなり、やがて基準変化量Ｍ１よりも小さくなるように推移する（図６参照）。

本例においては、図５および図６に示すように、時刻ｔ４以降の時刻である時刻ｔ５の時点が、給湯温度が安定し（給湯温度変化量が基準変化量Ｍ１を下回り）、かつ、給湯温度が設定温度である温度Ｌ１以上となる時点に該当する。したがって、本例においては、コントローラ５０は、時刻ｔ５の時点から、フィードバック制御を開始する。

このように、給湯温度および給湯温度変化量がパラメータとして用いられ、これらのパラメータについて所定の条件が満たされた場合、フィードバック制御が開始される。これにより、給湯温度が設定温度以上であるとともに安定した時点で、吐水温度についてのフィードバック制御が即座に開始されることから、より短時間で安定した設定温度の混合水が得られる。

例えば、冬場等、給湯管１１内に比較的低温の水が残存する場合、吐水が開始されると、その低温の水が混合弁装置３０を介して流出し、湯水用サーミスタ２２による温度検出の対象となる。この場合、フィードバック制御が行われると、吐水温度を最大限に上昇させるように（湯供給口３３ａ側を最大に開口させるように）混合弁装置３０が制御される。しかし、給湯管１１には、給湯器等から供給される比較的温度の高い湯が流入するため、低温の水が流出した直後に、その温度の高い湯が混合弁装置３０に供給される。つまり、湯供給口３３ａ側が最大に開口したような状態で、温度の高い湯が混合弁装置３０に供給される事態が生じる。このため、水栓本体５の吐水口５ａから、設定温度を大きく上回る温度の混合水が吐出される場合がある。そこで、本実施形態のように、給湯温度が設定温度以上であるとともに安定した時点でフィードバック制御が開始されることで、設定温度を大きく上回る温度の混合水が吐出されるといった現象が防止される。

ところで、本実施形態の湯水混合装置１においては、混合弁装置３０において、給湯管１１によって供給される湯および給水管１２によって供給される水の合流部分として、給湯管１１および給水管１２が連通する部分が存在する。本実施形体では、図３に示すように、混合弁装置３０において、給湯管１１が接続される湯供給口３３ａ、および給水管１２が接続される水供給口３３ｂが開口するケーシング３３の内部空間が、湯と水の合流部分となる。

このように混合弁装置３０において湯と水の合流部分が存在する構成においては、供給される湯および水の圧力条件のブレや弁体３４の位置等によって、給水管１２から湯と水の合流部分に供給された水が給湯管１１側に回り込んで流入する場合がある。こうした現象は、混合弁装置３０に供給される水の圧力・量が、同じく混合弁装置３０に供給される湯の圧力・量に対して比較的大きい場合に生じやすい。また、本実施形態のように給湯管１１において下流側から上流側への湯の流れを規制する逆止弁１７が設けられる構成においては、給湯管１１における逆止弁１７の下流側の部分に、給水管１２側から給湯管１１側に回り込んで流入した水が滞留する場合もある。

このように、混合弁装置３０において湯と水の合流部分に供給された水が給湯管１１側に回り込んで流入することにより、給湯管１１に設けられる給湯用サーミスタ２１によって検出される給湯温度が、実際の給湯温度に対応しない場合が生じる。つまり、給湯温度は給湯管１１に設けられる給湯用サーミスタ２１の監視データに基づいて測定されるため、給湯管１１に水が流入することで、測定される給湯温度が実際の給湯温度に対して誤差を有する。かかる給湯温度についての誤差は、前述したように給湯温度について所定の条件下で行われるフィードバック制御による吐水温度の調整を妨げる原因となる。

例えば、前記のとおり給水管１２から湯と水の合流部分に供給された水が給湯管１１側に回り込んで流入することで、給湯管１１における逆止弁１７の下流側の部分に、給水管１２側から給湯管１１側に回り込んで流入した水が滞留する場合、給湯管１１に設けられる給湯用サーミスタ２１によって検出される給湯温度が設定温度にまで上昇しにくいという現象が生じることがある。かかる現象が生じた場合、給湯用サーミスタ２１によって検出される給湯温度が設定温度以上とならない限り、フィードバック制御が開始されない。

そこで、本実施形態の湯水混合装置１は、次のような構成を備える。すなわち、混合弁装置３０において湯と水の合流部分に連通する給湯管１１は、混合弁装置３０に対する下流側から上流側への湯の流れを規制する逆止弁１７を有する。そして、給湯用サーミスタ２１が、給湯管１１における逆止弁１７の上流側に設けられている。

具体的には、給湯管１１に上流側から順に、止水栓１５、フィルタ１６、および逆止弁１７が設けられる構成において、給湯用サーミスタ２１が、止水栓１５の上流側に配置される。したがって、給湯管１１における止水栓１５の上流側の部分の湯についての給湯温度が、給湯用サーミスタ２１によって検出される。

このように、フィードバック制御が開始される条件を規定する給湯温度を検出するための給湯用サーミスタ２１が、給湯管１１において逆止弁１７の上流側に設けられることで、給湯温度について所定の条件下で吐水温度についてのフィードバック制御が行われる構成において、狙いの温度（設定温度）に対する吐水温度のずれを低減することができるとともに、給湯温度を正確に検出することができ、確実なフィードバック制御を行うことができる。

すなわち、給湯管１１における逆止弁１７より上流側の部分においては、逆止弁１７によって流れが規制されるため、管内の湯が、給水管１２側から給湯管１１側に回り込む水の影響を受けない。したがって、給水管１２側から給湯管１１側に水が回り込んだとしても、給湯用サーミスタ２１は、給湯器等から給湯管１１に供給される湯の温度を検出する。このため、フィードバック制御の開始タイミングが、正確な給湯温度に基づいて到来する。そして、例えば給水管１２からの水が給湯管１１側に回り込んだ状態であっても、フィードバック制御が開始された後は、湯水用サーミスタ２２によって給水管１２からの水の温度が検出されることで、フィードバック制御により、湯供給口３３ａの開度を大きくする方向に弁体３４が移動する。これにより、給湯管１１から供給される湯が、混合弁装置３０における湯と水の合流部分に流れ込むこととなり、結果として、より短時間で安定した設定温度の混合水が得られる。

なお、給湯用サーミスタ２１は、給湯管１１において、逆止弁１７よりも上流側に設けられればよい。したがって、本実施形態においては、給湯用サーミスタ２１は、給湯管１１において、止水栓１５とフィルタ１６との間、またはフィルタ１６と逆止弁１７との間に設けられてもよい。

また、給湯管１１および給水管１２が連通される混合弁装置３０の構成は、本実施形態に特に限定されるものではない。ただし、混合弁装置３０が、本実施形態のように感温バネ３５を内蔵するサーモバルブ３１を備える構成であることから、次のような効果が得られる。

すなわち、フィードバック制御が行われていない状態において、給湯管１１に対して突然に高温の湯が供給された場合であっても、感温バネ３５の付勢力の変化による弁体３４の移動により、混合水の温度が設定温度に近いところで制御される。これにより、混合水の温度についてのオーバーシュートの可能性が非常に小さくなる。

具体的には、例えば、前回の止水時よりも高い温度の湯が、給湯管１１から湯供給口３３ａを介してケーシング３３内に供給されると、感温バネ３５が、混合水の温度を感知してその感知温度によって付勢力を変化させて弁体３４に対する付勢力を増大させる。これにより、弁体３４は反流出側（図３において左側）に移動し、前回の止水時よりも高い温度の湯が湯供給口３３ａからケーシング３３内に流入することを規制する。つまり、感温バネ３５が、温度変化によって弁体３４に対する付勢力を変化させることで、弁体３４を反流出側に変位させ、ケーシング３３内に対する高温の湯の急激な流入を規制する。これにより、混合弁装置３０が設定温度に近いところで制御され、オーバーシュートの可能性が低くなる。このように、混合弁装置３０として、感温部材としての感温バネ３５を有する構成が用いられることにより、フィードバック制御の開始時点までに、可及的に早く設定温度に近い安定した温度の混合水を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述してきた各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。したがって、本発明は、例えば、上下方向および左右方向に回動可能に設けられる一本の操作レバー（シングルレバー）を温度設定操作部とし、その変位にともなう機械的な動きによって、湯水について、操作レバーの上下方向の回動による流量の調整、および操作レバーの左右方向の回動による温度の調整が行われる、いわゆるシングルレバーの水栓を備える構成であっても適用可能である。

１ 湯水混合装置
６ 操作部（温度設定操作部）
１１ 給湯管（湯の供給管）
１２ 給水管（水の供給管）
１７ 逆止弁
２１ 給湯用サーミスタ（第一の温度センサ）
２２ 湯水用サーミスタ（第二の温度センサ）
３０ 混合弁装置（混合弁）
３３ａ 湯供給口（湯の流入口）
３３ｂ 水供給口（水の流入口）
３４ 弁体（弁部材）
３５ 感温バネ（感温部材）
５０ コントローラ

Claims (2)

1. 所定の経路を介して供給される湯および水それぞれの供給管である給湯管および給水管をそれぞれ流入口を介して内部空間に連通させるケーシング、および該ケーシングの前記内部空間に移動可能に設けられその位置によって前記湯および水それぞれの前記流入口の開度を調整するための弁部材を有し、前記流入口から流入した前記湯および水が混合することで得られる湯水である混合水を流出させる混合弁と、
   前記混合水の温度についての目標値である設定温度を設定するための温度設定操作部と、
   前記混合弁から流出した前記混合水の温度を検出するための第一の温度センサと、
   前記混合弁に供給される前記湯の温度を検出するための第二の温度センサと、
   前記第一の温度センサからの検出信号に基づき、前記混合弁に対して前記弁部材を移動させるための制御信号を出力することで、前記混合水として前記設定温度の湯水が得られるように前記混合弁を制御するフィードバック制御を行うコントローラと、を備える湯水混合装置において、
   前記コントローラは、
   前記第二の温度センサにより検出される前記湯の温度の時間あたりの変化量が一定値以下であり、かつ、前記第二の温度センサにより検出される前記湯の温度が前記設定温度以上であると判断した場合に、前記フィードバック制御を開始するものであり、
   前記給湯管は、
   前記混合弁に対する前記湯の流れにおける下流側から上流側への前記湯の流れを規制する逆止弁を有するものであり、
   前記第二の温度センサが、
   前記給湯管における前記逆止弁の上流側に設けられている、
   ことを特徴とする湯水混合装置。
2. 前記混合弁は、
   前記混合水の温度変化にともなって変化する付勢力を前記弁部材に作用させることで前記弁部材を駆動させる感温部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の湯水混合装置。

Images