JPS603705A

JPS603705A - 制御弁装置

Info

Publication number: JPS603705A
Application number: JP11213583A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yonekubo; 寛明米久保; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Yoshiyuki Yokoajiro; 義幸横網代
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-06-21
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1985-01-10
Also published as: JPH0583921B2

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、駆動装置を用いて流体の制御を行なう制御弁
装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点従来この種の制御弁装置には、第１図及び第２図に示す
ようなものがあった。

第１図は湯水混合装置を示すもので、揚入口１、水入口
２及び混合湯出口３を有する弁框体４の内部には、′湯
側弁体５及び水側弁体６が設ＧＪられており、湯と水の
量を反比例的に制御して混合比を調節している。

この湯側弁体５及び水側弁体６は、軸７に固定して設け
られており、この軸７は、外部のねじ機構８及び歯車９
を介して直流型のモータ１０により駆動される。

混合湯の温度は、温度検出器１１で検出され、温度設定
器１２との温度偏差を制御装置１３でめ、モータ１０が
温度偏差に応じ正逆転し、温度設定器１２で設定した混
合湯温が得られるように制御が行なわれていた。

第２図はこの従来例の制御方法の概念を示すものである
。温度偏差がプラス、マイナス側とも大きい領域（Ａ）
においては、モータ回転数は温度偏差に無関係に一定と
なっている。温度偏差が中位の領域（Ｂ）に沿いては、
温度偏差に比例して駆動が行なわれる。また温度偏差が
小さい、すなわち目標温度に近い領域（Ｃ）においては
、モータ１ｏの回転は停止される。この制御方法の考え
方は、温度検出器１１で検出する温度が、温度設定器１
２で設定した目標温度に近づくに従って、モータ１ｏの
回転数を下げ、ゆっくり駆動することにより、目標値前
後で温度がふらつくいわゆるハンティングを防止してい
る。領域（Ａ）は、所定の駆動力を得るために回転数に
上限を設けるものであり、また領域（Ｃ）は目標値近傍
の所定範囲においては、・外乱による温度変動を許容し
、制御動作が鋭敏になりすぎてモータ１０が連続的に修
正動作を行なうことを防止するためである。この第２図
の温度偏差とモータ回転数の関係は、理想的な状態を示
すものであり、実際の場合は揚圧と水圧の圧力差や弁位
置により必要駆動力が違うため、条件により差違を生ず
るものである。

上述のごとき従来の制御弁装置によれば次のような問題
点を有していた。

（１）温度偏差に比例してモータ回転数を制御してはい
たが、局や水などの流れにも慣性があり、かつ混合弁の
場合湯と水の量が同時に変るため、弁感度としては２倍
になったと同様となり特に温度設定を大きく変えた場合
などに、流量の変化も大きくなるため依然ハンティング
が生ずる可能性があり、領域（Ｃ）を広く取るか、ある
いは温度偏差に　１対するモータ回転数の比例定数を小
さくする必要があった。

（２）　このため、領域（Ｃ）を広く取ることにより制
御しない領域が広がることとなり、設定された目標温度
とのズレが大きくなったり、外乱を受けても修正がかか
らないため、温度変動が大きくなった。

（３）また、比例定数を小さくすると、駆動スピードが
遅くなるため、特に設定温度を変更した場合など、目標
温度に到達するのに時間がかかるという欠点を招来して
いた。

以上のように従来の制御弁装置は、ハンティングがなく
、かつ応答性も良いという制御弁装置の理想的な制御状
態を満足するものでなかった。

発明の目的本発明はこのような従来の問題点を解消した制御弁装置
を提供するものであり、ハンティングを防止した上で応
答性にも優れた制御弁装置を実現するものである。

発明の構成この目的を達するために本発明は、弁と、駆動装置と、
これを制御する制御装置と、流体の状態を検出する検出
器と、流体の状態を設定する設定器をもって制御弁装置
を構成し、前記制御装置は検出器と設定器の信号偏差の
絶対値が大゛きい範囲から小さい範囲に順に、偏差にか
かわらず弁の操作量を一定とした第１の領域と、偏差と
操作量が比例する第■の領域と、偏差と操作量の比例定
数を第■の領域とは段階的に異ならせ小さくした第■の
領域と、偏差にかかわらず操作量をゼロとした第１■の
領域をもって弁を制御することにより、いわば設定値に
近い領域において一旦ブレーキをかけるような制御とす
ることによって、ハンティングの防止と応答性の向上と
いう相反する要求を双方とも満たしているものである。

実施例の説明次に本発明の実施例について第３図から第７図を用いて
説明する。

第３図−は本発明の一実施例である湯水混合弁装置を、
給湯システムに適用した例を示すものである。

２１は流体を制御する混合弁であり、水道２２から導入
される水を、バーナ２３と熱交換器２４から構成される
熱源機２５側の湯側流路２６と、水側流路２７に振り分
けている。熱交換器２４を経て加熱された場は、水側流
路２７からの水と合流され混合が行なわれる。混合した
局は混合湯流路２８を経て端末の蛇口２９に送られ、給
湯が行なわれる。混合湯は混合湯流路２８に設けた温度
を検出する検出器であるサーミスタ３０により温度が検
出される。サーミスタ３０の信号は、蛇口２９の近傍に
設けた混合湯温を設定する設定器である温度設定器３１
で設定された信号と共に、制御装置３２に取り込まれる
。制御装置３２は、混合弁２１を制御する。ここで混合
弁２１は、第４図に示すように構成されている。混合弁
２１は弁部３３と駆動部３４より構成される。弁部３３
の内部には、水道２２からの水を、湯側流路２６と水側
流路２７に振り分ける、湯側弁体３４と水側弁体３５が
設けられている。

この湯側弁体３４と水側弁体３５は、軸３６により図に
おいて左右に並行移動し、湯側と水側への流量の比率を
反比例的に変えている。軸３６は、外部の駆動部３４の
構成要素であるねじ機構３７とギヤボックス３８を介し
てステンプモータ３９により駆動される。４０はマイク
ロスイ・ノチであり、湯側弁体３４と水側弁体３５の位
置検出を行なっている。

この湯水混合弁装置は、第５図のプロ２ｒり線図に示す
ように制御される。サーミスタ３０で検出した混合湯温
と、温度設定器３１て設定された混合湯温の差は、制御
装置３２で演算された駆動ｇ３４へ時間当りの駆動パル
ス数として信号伝達される。

駆動部３４では、ステンプモータ３９が駆動され、結果
的に弁部３３を駆動制御し７、混合湯温を設定値に到達
する迄連続的に駆動を行なう。

温度偏差と駆動パルス数（結果的にモータ回転数）の関
係は、第６図に示すような関係になっている。　＼温度偏差と駆動パルス数の関係は、４１３点を中心とし
て点対称となっているため、温度偏差の絶対値の大きい
範囲から小さい範囲に順に説明する。

制御は、温度偏差にかかわらず混合弁２１の操作量であ
る駆動パルス数を一定とした第１の領域と、温度偏差と
駆動パルス数が比例する第１１の領域と、温度偏差と駆
動パルス数の比例定数を第■の領域とは段階的に異なら
せた第■の領域と、温度偏差にかかわらず駆動パルス数
をゼロとした第■の領域をもって構成している。また、
温度偏差の小さい範囲から大きい範囲に向っては、第■
の領域を広げた第■′の領域、また第■の領域をずらし
た第■′の領域で示すように、温度偏差が大なる状態か
ら少なる状態に向う場合と、その反対に小なる状態から
大なる状態に向う場合とでヒステリシスを持たせている
。

このように制御される混合弁２１の動作を説明する。ま
ず、仮に各領域の範囲は、第６図に記入した数値（単位
ｄｅｇ　）の範囲で表わされるものとする。

今、温度設定器３１で低温３５°Ｃが設定されていて、
指示通りの温度の混合湯が蛇口２９から供給されている
ものとする。この状態から、高温が必要になり温度設定
器３１の設定値を３５°０力）ら６０℃に変更すると、
温度設定器３１と規在サーミスタ３０で検出している温
度偏差は、６０−３５で２　ｓ　ｄ　ｌ！Ｉ　ｇ　とな
り、温度偏差はプラス側の第１の領域内に入る。このた
め、ステップモータ３９Ｇよ第１の領域で定められた高
速の定ノＲ）レス数′？テ正方向に回転する。この結果
、湯側弁体３４は湯側流路２６を１ｌｌ−１成し、水側
弁体３５は水側流路２７を閉成して行く。第１の領域で
は定／　Ｎ６　ルス数τ゛駆動する理由は、あまりパル
ス数を上げると駆動トルりが落ちるため、安全率を見込
んだ所定駆動力を確保するためである。温度偏差が１ｏ
　ｄ　ｅ　ｇ　以下になると、第１Ｉの領域に入る。こ
のため、駆動、ｓ。

ルス数が温度偏差に比例した値を取るよう番どなり、目
標温度の６０’Ｃに近づくに従７．て、次第にスピード
がゆるめられる。そして、２　ｄｏｇ　以内に温度偏差
がなると、第■の領域に入るため、駆動／　−，６ルス
数は２　ｄ　ｅ　ｇ　を境に急速に減じられ、温度偏差
２　ｄ　ｅ　ｇ　から、ｄｅｇ　の範囲にお（１てＧよ
、一定の低パルス数でステンプモータ３９は駆動さＩ”
Ｌることになる。この領域で、今迄急速に湯側弁体３４
があけられ、水側弁体３５が絞られ、変化してきた湯と
水の流れの慣性は、いわば一旦仮にブレーキがかけられ
たと同様な効果により、減じられる結果となる。このた
め、第ｎの領域においては比例定数を大きく取ることが
可能となる。そして、温度偏差が、　ｄｏｇ　以下の第
ｎの領域に到ると、駆動パルス数は零となり、ステップ
モータ３９の駆動は停止される。この状態から再び元の
３５°Ｃへ温度設定器３１で設定変更すると、温度偏差
は３５−６０＝−２５”ｇ　となるため、今度はモータ
が逆方向に回転し、湯の量を減らし水を増やしていく制
御を行なう。以下領域に応じて上記と同様の制御を行な
う。

ここで、■、■′及び■、■′領領域おけるヒステリシ
について説明する。一旦、設定変更した温度が目標値に
到達し、混合湯温が設定値を中心として第ｎの領域内に
収まっているものとする。ここで、湯と水の混合が十分
に行なわれていないような場合に、平均温度的には設定
通りの混合湯温が得られていても、サーミスタ３０の検
出湯温は変動する場合がある。このような状態では、サ
ーミスタ３０のある局所的温度変動が、第ｎの領域を越
えたからといって修正動作をかけると、かえって平均温
度的に変動を生じる結果となる。ヒステリシスは、これ
を防止するため設けているものであり、一旦、目標値に
到達した後は領域をずらし、誤動作をなくしている。

なお、第ｎの領域はこの実施例においては、ステップモ
ータ３９の駆動パルス数を温度偏差にかかわらず一定と
しているが、第７図に示すように温度偏差に比例したも
のとしてもよい。Ｆ、　ＩＩの領域と第ｎの領域の境界
に段階を設けることである。

また第ｎの領域は１次比例となっているが、例えば２次
とか３次とか他の比例関係でもよい。

また、上記の実施例は、温度偏差に応じて混合弁を制御
する例を用いたが、本発明は通常の制御弁、わ、工あ、
ｓ４．ｏ”ｒあ０、偏え、１偏え。　ｌ他に流量偏差、
圧力偏差を使った弁の制御も同様な考え方で制御性が向
上できるものである。

本実施例における効果としては、第ｎと第ｎ及び第ｎと
第ｎの領域の境界は、偏差が大きい状態から小さい状態
に向う場合と、偏差が小さい状態から大きい状態に向う
場合の境界点偏差を異ならせ、ヒステリシスを設けてい
るため、場の水の混合が十分に行なわれていない場合等
の誤動作をなくし、駆動部が頻繁に修正動作することを
防ぐ点が挙げられる。また湯と水の量を反比例的に変え
る混合弁などの場合、通常の弁とは弁感度が２倍になっ
たと同様の結果となり鋭敏なものであるが、本発明のよ
うに制御することにより安定した混合湯温を得ることが
可能となる。

発明の効果本発明は偏差にかかわらず操作量を零とした目標値近傍
の第ｎの領域と、偏差と操作量が比例する第ｎの領域の
間に、第ｎの領域とは比例定数が段階的に異ならせ小さ
くした第ｎの領域を設けているため次のような効果を有
する。

（１）第ｎの領域で急激に操作量を落とし、目標値に向
う流体の慣性をなくしているため、第ｎの領域における
比例定数を大きくとっても、目標値前後で値がふらつく
ハンティングが防止で゛き、かつ比例定数も大きく取れ
ることは、設定された目標値に到達する時間が短縮でき
応答性が向上する。

（２）第ｎの領域は広く取らなくても、上記の理由でハ
ンティングは起こらないため、目標値と制御値のズレが
少なくてすみ、外乱を受けても従来と比べ修正が、ズレ
の少ない範囲でかけられるため安定性は一層良くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弁装置の構成を示す断面図、第２図は従
来の弁装置の制御特性図、第３図は本発明の制御弁装置
の一実施例を用いた給湯システム図、第４図は同システ
ムに用いた混合弁の断面図、第５図は同システムに用い
た制御方法を示すブロック線図−１第６図は同システム
の制御特性図、第７図は制御特性の他の実施例を示す特
性図である。２１・・・・・混合弁、３０　・サーミスタ（検出器）
、３１　・・・温度設定器（設定器）、３２　・制御装
置、３３・・弁部（弁）、３４−・駆動部（駆動装置）
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図！３　鬼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体を制御する弁と、弁を駆動する駆動装置と、
駆動装置を制御する制御装置と、流体の状態を検出する
検出器と、流体の状態を設定する設定器とを有し、前記
制御装置は、前記検出器と設定器の信号の偏差の絶対値
が、大きい範囲から小さい範囲に順に、偏差にかかわら
ず前記弁の操作量を一定とする第１の領域と、偏差と操
作量の関係が比例する第■の領域と、偏差と操作量の比
例定数を第■の領域とは段階的に異ならせ小さくする第
■の領域と、偏差にかかわらず操作量を零とする第■の
領域をでもって前記弁を制御してなる制御弁装置。
（２）第■と第ｍ及び第■と第■の領域の境界は、偏差
が大きい状態から小さい状態に向う場合と、偏差が小さ
い状態から大きい状態に向う場合で境界点の偏差を異な
らせ、ヒステリシスを持たせた特許請求の範囲第１項記
載の制御弁装置。
（３）弁は局と水の量を反比例的に制御す゛る混合弁と
し、検出器は混合湯温を検出する温度検出器とし、設定
器は混合湯温を設定する温度設定器とした特許請求の範
囲第１項または第２項記載の制御弁装置。