JPH03235103A - 湯水混合制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱源器からの高温湯と水道からの水を適温に
混合し、シャワー・バヌ久ブ等の蛇口から出湯する湯水
混合制御装置に関する。

従来の技術 従来の技術に基づく湯水混合制御装置を第６図に示す。

給湯手段１は電気温水器・ガス給湯器等の熱源器からの
高温湯を、給水手段２は水道から水をそれぞれ混合弁３
に供給する。混合弁３は供給された高温湯と水をその時
の弁位置に応じた混合比で混合し、吐出口より出湯する
。

混合湯温検出部４は混合湯の温度（以下、検出温度と略
す）を検出し、フィードバッグ制御部６にフィードバッ
グする。フィードバッグ制御部６は予め設定された温度
（以下、設定温度と略す）と比較し、検出温度の方が高
ければ水側駆動、設定温度の方が高ければ湯側駆動、そ
れぞれが等しければ停止するよう混合弁モータ６を介し
て混合弁３を制御する。

さらに、フィードバッグ制御部６は混合弁モータの駆動
速度を検出温度と設定温度の差（以下、温度偏差と略す
）の絶対値に比例して高くすることによって、温度ノ・
ンチングの収束性を高めている。

制御＃ヌイノ千部アは、混合弁位置検出部８と温度制御
部５のデータから判断して温度制御部５の混合弁モータ
への出力をオン、オフする。

混合弁位置検出部８のデータが水側全開かつ温度制御部
６のデータが水側へ駆動であった場合、オフする。まだ
、混合弁位置検出部８のデータが湯側全開かつ温度制御
部６のデータが水側駆動であった場合、オフする。それ
以外はオンする。

混合弁３は第７図に示すごとく湯側配管ａと、水側配管
すと、同軸上に配されそれぞれの配管の混合水路Ｃに対
する間隙を制御する弁体ｄによって構成されている。

弁体ｄが上側に移動すると湯側配管ａと混合水路Ｃとの
間隙が大きくなり水側配管すと混合水路Ｃとの間隙が小
さくなる。即ち湯の割合が多くなって混合湯温か高くな
る。

反対に弁体ｄが下側に移動すると水の割合が多くなって
混合湯温は低くなる。

混合弁３の混合弁位置−混合湯温特性を第３図に示す。

湯側全開での混合比は湯：水：＝１００：０となり、混
合湯温は供給水温と等しくなる。

逆に水側全開での混合比は湯：水−０：　１００となり
、混合湯温は供給湯温と等しくなる。

湯側全開から水側全開までの混合湯温は、混合弁位置に
対してほぼ直線に近い特性で変化する（第４図、ＴＭｌ
に示す）。

水側全開位置は、混合弁３の混合比が、湯：水＝ｏ：１
００となる位置であり、混合弁位置検出部８の対応する
データは予め記憶しておく。

湯側全開位置も原則として、水側全開位置同様混合弁３
の混合比が、湯：水＝１ｏｏ：ｏとなる位置に設定する
が、設定温度によって次のように補正する。

即ち、熱源器から供給される高温湯は常に安定して高温
とは限らず、死水状態（熱源器と混合弁との間の配管中
で湯が冷えて水になっている状Ｍ）やガス給湯器の失火
状態から、死水排除完了や失火回復によって、供給湯温
が急激に上昇する場合も考えられる。

この時混合弁は、湯側全開付近にあって急激に供給湯温
が上昇するので結果、混合湯温は大きくオーパンニート
する。

これを防ぐために従来の技術では、湯側全開位置を実際
の混合比が湯：水−１００：Ｏとなる位置よりも水側よ
りに設定していた。これによって混合湯温か設定に対し
て下回っていたとしても湯の混合比率は１００％にはな
らず、オーパンニートを小さく抑えることができる。

発明が解決しようとする課題 ところが、従来の技術は次のような問題点を有していた
。

たとえば、出湯開始時および設定温度変更時（以下、制
御過渡条件と略す）など温度偏差が、＠。

激に大きくなる条件では、フィードバッグ制御部６は混
合弁モータを高速で駆動しようとするだめに、大きな温
度ハンチングが発生しなかなか収束しないばかりか、特
にオーバシュートにあっては熱湯が出湯する可能性も有
り使用者にとり危険ですらあった。

しかも、フィードバッグ制御部５は温度偏差の絶対値に
比例した。駆動速度で混合弁モータ６を１駆動するので
、検出温度が設定温度に近づくに連れて駆動速度が遅く
なり、制御過渡条件にて検出温度が設定温度と一致し安
定するまではきわめて時間がかかった。

また、オーバシュートを低く抑えるために行なっている
湯側全開位置の補正は、第４図に示すごとく、設定温度
に比例して湯の混合比率の上限が高くなるものである。

この位置は最も供給湯温、供給水温の低い場合の混合弁
のバランスする位置（混合弁３が最も湯側を開く側にバ
ランスする位置）よりも高めに設定し−でおり、死水排
除が終って供給湯温か急激に上昇してもオーバシュート
はわずかですむことになる。ところが、供給される湯と
水の温度は条件によってまちまちであり、仮にすくなめ
の湯側全開位置の補正を行なったとして、供給湯温が高
かった場合、非常に大きなオーバショートが発生ずる。

逆に多めの補正をしたときに供給湯温が低いと、オーバ
／ニートは小さく抑えることができるものの湯側の開度
が限定されてしまうために、十分な湯が供給されている
にもかかわらず設定された湯を出湯することができなく
なってしまう。このように従来の技術では、あらゆる条
件下で安定ｊ〜だ性能を得ることは不可能だった。

本発明は上記問題に鑑みなされたもので簡単な構成で制
御過渡状態において出湯温度を素早く設定温度に安定さ
せ、しかも死水排除時のオーバシュート量を安定して小
さく抑えることのできる、実用上きわめて有利な湯水混
合制御装置を提供するものである。

課題を解決するだめの手段 上記課題を解決するだめに、本発明の湯水混合制御装置
は、水道水を供給する給水手段と、高温湯を供給する給
湯手段と、給水手段と前記給湯手段の下流に位置し水道
水と高温湯を任意の混合比で混合する混合弁と、混合弁
を付勢し混合比に対応して弁開度を変化させる混合弁モ
ータと、混合弁の弁開度を弁の絶対位置として検出する
混合弁位置検出部と、混合弁の下流に位置し混合後の湯
温を検出する混合湯温検出部と、混合弁の給水手段側上
流に位置し水道水の温度を検出する給水温検出部と、出
湯のオン・オフ、出湯温度の設定を行なう出湯設定部と
、混合湯温検出部の入力データに基づいて混合湯温の安
定、不安定を判断する混合湯温過渡判断部と、混合湯温
過渡判断部が混合湯温を不安定と判断したときに、予め
決められた制御規則に基づいて推定した供給湯温と検出
した供給水温によって、混合弁モータに対してフィード
フォワード制御を行なうフィードフォワード制御部と、
混合湯温過渡判断部が混合湯温を安定と判断したときに
、混合湯温検出部の検出した湯温か設定された湯温にな
るよう前記混合弁モータに対してフィードバッグ制御を
行なうフィードバッグ制御部と、混合弁モータに対する
出力信号を前記混合弁位置検出部と混合湯温検出部と給
水温検出部と温度制御部からのデータに基づいて予め決
められた制御規則にのっとりオン・オフする制御スイッ
チ部とからなるものである。

作用 上記の構成において、まず給水手段と給湯手段は、それ
ぞれ水道と熱源器から水と高温湯を混合弁に供給し、混
合弁はその絶対位置に応じた混合比で湯と水を混合する
。

混合湯温検出部は混合弁の下流にあって混合湯の温度を
検出し、混合弁の給水手段側の上流にありて供給水温検
出部は水道より供給される水温を検出し、また混合弁位
置検出部は前記混合弁と同軸に配され絶対位置を検出し
各制御部に出力する。

フィードフォワード制御部は、混合湯温過渡判断部の出
力データに基づき出湯開始時や設定温度変更時の制御過
渡時にのみ起動し、混合湯温検出部と供給水温検出部と
前記混合弁位置検出部の各データから予め保持している
前記混合弁の“混合湯温−混合弁位置′°特性に基づい
て供給湯温を推定しさらに、求めた供給湯温と検出した
供給水温から混合弁モータを介して前記混合弁にフィー
ドフォワード制御をかける。

フィードバッグ制御部は、フィードフォワード制御の起
動時以外で起動し、混合湯温検出部のデータから設定温
度との温度偏差を求めてその絶対値に比例した駆動速度
で前記混合弁モータを駆動し、前記混合弁にフィードバ
ッグ制御をかける。

制御スイッチ部は前記混合弁モータに対する出力信号を
混合弁位置検出部と混合湯温検出部と給水温検出部と温
度制御部からのデータに基づいて、推定した供給湯温と
検出した供給水温の関係から湯側全開位置の補正を行な
い混合弁の制御可動範囲を演算し制御する。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１
図において、給湯手段１高温湯と、給水手段２は水を混
合弁３に供給する。混合弁３は供給された高温湯と水を
その時の弁位置に応じた混合比で混合し、吐出口より出
湯する。

混合湯温検出部４は混合湯の温度を検出し、フィードバ
ッグ制御部６にフィードバッグする。

第３図においてフィードバッグ演算部１６はフィードバ
ッグされた温度データより弁モータ６の駆動条件を出力
し、フィードバッグ駆動部１７へ出力する。

制御スイッチ部７は、混合弁位置検出部８と温度制御部
６のデータから判断して温度制御部５の混合弁モータへ
の出力をオン・オフする。

フィードフォワード制御部９は、出湯開始時および設定
温度変更時から、制御過渡判断部１０が制御過渡時と判
断している間処理を起動する。

フィードフォワード制御部９は、まず供給湯温の推定を
行なう。混合湯温検出部４にて検出した出湯温度と、混
合弁位置検出部８によって検出した混合弁の絶対位置と
、給水温検出部１１によって検出した給水温度を第３図
に代入すると混合弁の特性が予めわかっている（水側全
開で水１００チ、湯側全開で湯１００％となる点を結ぶ
直線的な特性となる。）のでおのずと供給湯温を推定す
ることができる。

第４図に示すごとく、供給水温をＴｅ３．混合湯温をＴ
Ｄ２、弁位置をＣＴ１とすると供給湯温ＴＨ２は、次の
ようになる。

次に、同様にして第３図に検出した給水温度と、推定し
た設定温度を代入すると、おのずと設定温度に対応した
混合弁位置を出力することができる（フィードフォワー
ド制御）。

これと混合弁位置検出器８のデータが等しくなるよう混
合弁駆動モータ６を介して混合弁３を制御することによ
り、出湯温度を素早り、シかもノ・ンチングすること無
しに設定温度に近づけることができる。

第２図はフィードフォワード制御部のブロック図であり
前記混合湯温検出部と前記給水温検出部と前記混合弁位
置検出部のデータに基づいて供給湯温を推定する、供給
湯温推定部１３のデータを受けて、フィードフォワード
演算部１４は出湯設定部１２のデータに応じて弁位置を
演算し、フィードフォワード駆動部によって概弁位置ま
で駆動する。

第４図において推定した供給湯温ＴＨ２と、検出し、た
供給湯温ＴＣ２，および設定湯温にＴＤ２を代入すると
弁位＃ＣＴ１は次の式で求められる。

フィードフォワード駆動部は、上式によって求めた弁位
置と検出した弁位置とが等しくなるように弁モータ６を
最高速度で駆動する。

次に、制量スイッチ部了の動作について説明する。

水側全開位置は、混合弁３の混合比が、湯：水○：１０
０となる位置であり、混合弁位置検出部８の対応するデ
ータは予め記・はしておく。

湯側全開位置も原則として、水側全開位置同様混合弁３
の混合比が、湯：水：１００：Ｏとなる位置に設定する
が、供給湯温推定部１３（第２図）によって推定した供
給湯温と出湯設定部１２の保持する設定温度によって第
５図のように補正する。

ＬＭ１〜ＬＭ３は設定温度と補正後の湯全開位置を表し
たものであり、推定した供給湯温を３段階に分けて供給
湯温か高のときばＬＭ３　（補正量多め）、中のときは
ＬＭ２（補正量中）、低のときはＬＭｌ　（補正量少な
目）とする。このように供給湯温を推定することによっ
てフィードフォワード制御が可能となり、出湯開始時や
設定温度変更時の特性がきわめて安定かつ高速になる一
方湯側全開の補正量が最適に行なわれ、供給湯温に死水
排除等の急激な上昇が起こっても混合湯温のオーパンニ
ート量をあらゆる供給湯温でも安定して抑えることがで
きる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、従来のフィードバッグ制
御のみのシステムに、供給水温を検出する手段を付けた
だけで供給湯温を求めることができるようになり、次の
ような効果がある。

■　求めた供給湯温と供給水温から、設定された湯温で
出湯する弁位置を割り出すことができるのでフィードフ
ォワード制御が可能となって、フィードバッグ制御と両
方を用いて最適な制御アルゴリズムを実現することが可
能となり、出湯開始時や設定温度変更時等の過渡時にも
ノ・ノチングすることなく、安定かつ高速な湯温の切り
替えが可能である。

■　推定した混合湯温から、死水排除等の供給湯温の急
変時の変化量が分かるので、それに応じて湯側全開位置
を補正することにより、あるゆる条件（供給湯温）でオ
ーバシュート量を一定以下に抑えることができる。

【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制御装置の
ブロック図、第２図は同装置におけるフィードフォワー
ド制御部のブロック図、第３図は同装置におけるフィー
ドバッグ制御部のブロック図、第４図は同装置における
混合弁の特性図、第６図は同混合弁における湯側全開位
置補正の特性図・第６図は従来の湯水混合制御装置にお
けるフロック図、第７図は同装置における混合弁の断面
図である。 １　・・・・給湯手段、２　・　給水手段、３・・・混
合弁、４・・・混合湯温検出部、５　・・・・フィード
フォワード制御部、６　　弁モータ、７　　・制御スイ
ッチ部、８・・・・弁位置検出部、９・・・フィードバ
ッグ制御部、１０・・・・制御過渡判断部、１１給水温
検出部、１２　・・・・出湯設定部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水道水を供給する給水手段と、高温湯を供給する
   給湯手段と、前記給水手段と給湯手段の下流に位置し水
   道水と高温湯を任意の混合比で混合する混合弁と、前記
   混合弁を付勢し混合比に対応して弁開度を変化させる混
   合弁モータと、前記混合弁の弁開度を弁の絶対位置とし
   て検出する混合弁位置検出部と、前記混合弁の下流に位
   置し混合後の湯温を検出する混合湯温検出部と、前記混
   合弁の給水手段側上流に位置し水道水の温度を検出する
   給水温検出部と、出湯のオン・オフおよび出湯温度の設
   定を行なう出湯設定部と、前記混合湯温検出部より入力
   したデータの変化率が一定量以上のときは過渡状態と判
   断し、一定量以下のときは安定状態と判断する混合湯温
   過渡判断部と、前記混合湯温過渡判断部が過渡状態と判
   断したときに予め決められた制御規則に基づいて推定し
   た供給湯温と検出した供給水温から割りだした設定湯温
   を出湯することのできる弁位置に混合弁モータを駆動す
   るフィードフォワード制御部と、前記混合湯温過渡判断
   部が混合湯温を安定状態と判断したときに、前記混合湯
   温検出部の検出した湯温が設定された湯温になるよう混
   合弁モータに対して負帰還制御を行なうフィードバッグ
   制御部と、前記混合弁モータに対する出力信号を混合弁
   位置検出部と混合湯温検出部と給水温検出部と温度制御
   部からのデータに基づいて予め決められた制御規則にの
   っとりオン・オフする制御スイッチ部からなる湯水混合
   制御装置。
2. （２）フィードフォワード制御部は、混合湯温検出部と
   給水温検出部と混合弁位置検出部のデータに基づいて供
   給湯温を推定する、供給湯温推定部と、前記給水温検出
   部と供給水温検出部のデータから、設定温度に応じた混
   合弁位置を演算するフィードフォワード演算部と、制御
   過渡判断部が制御過渡状態と判断したときに処理を起動
   し、混合弁位置検出部のデータがフィードフォワード演
   算部の出力に等しくなるよう混合弁モータを駆動するフ
   ィードフォワード駆動部からなる請求項１記載の湯水混
   合制御装置。
3. （３）制御スイッチ部は混合弁位置検出部と温度制御部
   のデータから水側全開を越えて混合弁モータを駆動しよ
   うとしたときにオフする水側全開監視部と、前記混合弁
   位置検出部と温度制御部のデータから湯側全開を越えて
   混合弁モータを駆動しようとしたときにオフする湯側全
   開監視部と、前記混合弁位置検出部のデータに対応した
   水側全開位置を保持し設定する水側全開位置設定部と、
   混合湯温検出部と給水温検出部と混合弁位置検出部のデ
   ータから供給される湯温を推定し湯側全開位置を設定す
   る湯側全開位置設定部からなる請求項１記載の湯水混合
   制御装置。