JP5873322B2 - ヘッダ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ヘッダ本体とこのヘッダ本体から複数分岐するヘッダ分岐管とを備えるヘッダ管を配管系統に設置し、この配管系統を流れる湯水の流量を調整するヘッダ制御システムに関する。

従来、戸建て住宅や集合住宅の専有部における給湯給水配管の工法として、ヘッダ管を用いた「ヘッダ方式」が広く採用されている。ヘッダ方式に用いられる配管は、架橋ポリエチレン管、ポリブデン管及びポリエチレン−アルミニウム複合管などの、可撓性を有する樹脂により形成されているため、配管の接続箇所の数を抑えて接続箇所からの漏水の危険性を少なくし、複数の使用箇所（水栓）で同時使用された場合であっても、各水栓の流量変動を抑えることができる、というメリットを有する。また、腐食などによる劣化が少ないため、水質や衛生性を維持することができる、というメリットを有する。

また、近年、循環型社会及び低酸素社会が着目され、このような社会を目指すにあたり、水道施設において、配管に水を供給するポンプ装置に要するエネルギを削減することが望まれ、また、住宅内において、給湯器に要するエネルギを削減することが望まれている。併せて、住宅内における、湯水の使用量自体を削減することにより、エネルギの削減に寄与することが望まれており、これを実現するための技術開発や検討が進められている。

このようなエネルギ及び資源の削減を推進すべく、「エネルギの使用の合理化に関する法律」（以下「省エネ法」という。）が制定され、エネルギ及び資源の使用量を監視及び表示することにより節減及び節約に対する心理的作用を生じさせること（見える化）と、エネルギ及び資源の使用量を最適なものに制御すること（最適制御）とが推進されている。

そこで、従来、上述する「見える化」と「最適制御」とを実現するために、複数の水栓に供給する湯水をヘッダ管を用いて分水するとともに、分水する湯水の使用量をヘッダ管を介して集中管理する、ヘッダ制御システムが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特開２００２−２０６２６０号公報 特開２００３−３０２１０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明は、複数の水栓から湯水を同時吐水させた場合に、特定の水栓からの吐水を安定させることを目的とするものであり、減量制御を直接的な目的とするものでない。また、特許文献２に記載された発明は、水栓からの吐水の温度を安定させるものであり、減量制御を目的とするものでない。

近年、戸建て住宅や集合住宅において、「シングルレバー式」の水栓が、１つの操作レバーにより水と湯とを容易に切り換えることができるため、広く採用されており、台所や洗面所などの湯水混合水栓として設置されている。

シングルレバー式の水栓は、バルブを備えた蛇口式の水栓に比べて、開閉操作が容易である、というメリットを有する一方、吐水流量を微調整することが困難であり、必要以上に湯水を吐水させてしまう、という問題を有している。そのため、市場において、特許文献１及び特許文献２で提案されているシステムとは別に、住宅内における湯水の使用量を確実に減量制御することができる工夫が望まれている。

そこで、本願発明者は、管内に取り付けたバルブの開度を制御して、この管内を流れる湯水を減量制御することにより、必要以上の流量で水栓から湯水を吐水させることなく、水資源及びエネルギの節約に寄与する、ヘッダ制御システムを提案している。

本願発明者が提案しているシステムは、見える化及び最適制御を確実に実行するものであり、例えば、水栓からの吐水が定量である、百貨店の手洗いや、多数の企業が入居しているテナント型ビルディングの流しなどで利用される場合、水資源及びエネルギの節約に大いに寄与するものである。

しかしながら、一般家庭にあっては、水栓からの吐水を減量制御する場合であっても、水栓からの吐水を一時的に増やす方が使用感が向上する場合があり、水栓からの吐水を常に減量制御することで、却って、使用感が損なわれる場合がある。

このような場合として、例えば、鍋、バケツ及び洗面桶などに湯水を溜める場合や、給湯を開始する際に配管内に残留する冷めた湯水を吐き出させる場合などが挙げられる。かかる場合に水栓からの吐水を常に減量することは、それぞれの使用場面において従来より長時間を要することとなるため、却って、不便をきたすこととなる。

例えば、鍋、バケツ及び洗面桶などに湯水を溜めることがない場合として、食器、食物、手及び顔を洗う場合が挙げられ、このような場合には、個人に応じて嗜好に差があるものの、概ね毎分６リットル程度の吐水流量が必要となる。これに対して、通常、台所及び洗面所の水栓の吐水流量は、シングルレバー全開時に毎分１０乃至１２リットルである。即ち、シングルレバー式の水栓を用いて食器、食物、手及び顔を洗うことは、吐水の半分が無駄となっている。仍って、先に提案されているシステムを用いて水栓からの吐水を常に減量制御することは、無駄となる吐水を抑えることができ、水資源及びエネルギの節約に寄与する可能となる。

しかし、例えば、調理鍋や洗い桶に湯水を溜める場合には、水栓からの吐水を常に減量制御することにより、貯留に長時間を要することとなるため、水資源及びエネルギの節約に寄与する一方、利用者に不快感を与えることとなる。

また、給湯用の配管系統にあっては、配管内に残留する冷めた湯水を吐き出させる際に、以下のような問題を有する。給湯用の配管系統は、配管の末端に取り付けられた水栓を開くことにより、配管の一次側に取り付けられた給湯器から湯水が供給され、この湯水が配管内を通って水栓から吐水される一方、水栓が閉じられることにより、給湯器からの供給が停止して湯水が配管内に残留する。

配管内に残留する湯水は、時間の経過とともに熱が配管外に放出されて冷めていく。そのため、給湯器を冬期に使用する場合、水栓を開いた直後に配管内に残留する冷めた湯水が吐水され、給湯器で加熱された湯水が水栓から吐水されるまでに数十秒の時間を要する。

この時間は、「湯待ち時間」と呼ばれ、この時間が長時間になるに応じて利用者の不快感が増大する。従って、このような湯待ち状態に水栓からの吐水を常に減量制御することは、湯待ち時間がより長くなるため、水資源及びエネルギの節約に寄与する一方で、利用者の不快感が増大する。

本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、ヘッダ本体とこのヘッダ本体から複数分岐するヘッダ分岐部とを備えるヘッダ管を配管系統に設置し、この配管系統を流れる湯水の流量を調整するヘッダ制御システムにおいて、ヘッダ分岐部に取り付けた流量制御バルブの開度を絞る減量制御を行う場合、計時を開始し、計時時間が所定の時間に達するまで流量制御バルブを全開状態とし、所定の時間に達した後、減量制御を実行することにより、吐水の使用感を損なうことなく、水資源及びエネルギの節約に寄与することができるヘッダ制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係るヘッダ制御システムは、ヘッダ本体と、該ヘッダ本体から複数分岐して、それぞれ個別の水栓に接続されるヘッダ分岐部とを備えるヘッダ管が、配管系統に設置されて該配管系統を流れる湯水の流量を調整するヘッダ制御システムであって、前記水栓として、シングルレバー式の水栓が設けられているヘッダ管におけるヘッダ分岐部に取り付けられて、該ヘッダ分岐部の流路面積を変化させる流量制御バルブと、前記流量制御バルブにおける前記流路面積である開度を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量制御バルブの開度を絞る減量制御を行う場合、所定の時間に達するまで、前記流量制御バルブを全開状態としておき、所定の時間に達した後、前記減量制御を実行することを特徴とする。

本発明にあっては、流量制御バルブの開度を絞る減量制御を行う場合、所定の時間に達するまで、流量制御バルブを全開状態としておき、所定の時間に達した後、減量制御を実行することにより、吐水の使用感を損なうことなく、水資源及びエネルギの節約に寄与することができる。

本発明に係るヘッダ制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。 ヘッダ制御システムが備える流量制御バルブの構成を示す模式図であり、（ａ）はポテンショメータ式ＤＣモータを備えるバルブの構成を示す模式図、（ｂ）はステッピングモータを備えるバルブの構成を示す模式図である。 ヘッダ制御システムが備える制御装置が実行する流量値表示処理の手順を示すフローチャートである。 制御装置がポテンショメータ式ＤＣモータを備える流量制御バルブを制御する処理の手順を示すフローチャートである。 制御装置がステッピングモータを備える流量制御バルブを制御する処理の手順を示すフローチャートである。 制御装置が流量制御バルブを全開制御する処理の手順を示すフローチャートである。 図６とは異なる、制御装置が流量制御バルブを全開制御する処理の手順を示すフローチャートである。 図１とは異なる、ヘッダ制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。 図４とは異なる、制御装置がポテンショメータ式ＤＣモータを備える流量制御バルブを制御する処理の手順を示すフローチャートである。 図５とは異なる、制御装置がステッピングモータを備える流量制御バルブを制御する処理の手順を示すフローチャートである。 図９及び図１０の処理過程で実行される流量値表示処理の手順を示すフローチャートである。 図９及び図１０の処理過程で実行される駆動決定処理の手順を示すフローチャートである。 図１及び図８とは異なる、ヘッダ制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。 図１、図８及び図１３とは異なる、ヘッダ制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。

実施の形態１．
本発明に係るヘッダ制御システムについて本実施の形態を示す図面に基づいて以下説明する。ヘッダ制御システムは、図１に示すように、ヘッダ管１と、ヘッダ管１内の湯水の流れを制御する流量制御バルブ２と、ヘッダ管１内の湯水の流れを検知する流量センサ３と、これらの制御装置４とを備える。

（ヘッダ管１について）
ヘッダ管１は、架橋ポリエチレン樹脂などの可撓性を有する合成樹脂により形成されており、一次側の流路となる引込配管（図示せず。以下同じ。）と、二次側の流路となる屋内配管（図示せず。以下同じ。）とを接続する管寄せである。

ヘッダ制御システムにあっては、給湯器で熱せられた湯が流れる給湯用の配管系統と、水道から直接引き込んだ水が流れる給水用の配管系統とが別個独立に存在する。ヘッダ管１は、給湯用の配管系統に設置されるものと、給水用の配管系統に設置されるものとが存在する。なお、本明細書では、特に限定しない場合、給湯用の配管系統に設置されたヘッダ管１と、給水用の配管系統に設置されたヘッダ管１とを示すものとする。

ヘッダ管１は、ヘッダ本体１０と、このヘッダ本体１から分岐する複数のヘッダ分岐部１１とを備え、ヘッダ本体１０の一次側の流入口には、引込配管が接続し、各ヘッダ分岐部１１の二次側の流出口には、屋内配管が接続する。

ヘッダ管１は、湯水が引込配管からヘッダ本体１０に流れ込み、ヘッダ本体１０に流れ込んだ湯水を各ヘッダ分岐部１１により分水し、分水した湯水を屋内配管を介して各水栓へと供給する。

（流量センサ３について）
流量センサ３は、ヘッダ管１のヘッダ本体１０の一次側の流入口に取り付けられている。流量センサ３は、ヘッダ本体１０に流れ込む湯水の流量を計測するものであり、例えば、ロータ式流量センサなどが挙げられる。ロータ式流量センサは、湯水が本体を通過する際に、本体内の磁気ロータが流量に応じて回転し、回転する磁気ロータの羽根がホール素子を励磁させて流量に応じた流量パルスを出力する。

（流量制御バルブ２について）
流量制御バルブ２は、少なくとも一つの任意のヘッダ分岐部１１に取り付けられている。流量制御バルブ２は、弁と、この弁を動かすモータとを備え、弁の開度に応じてヘッダ管１内の流路面積を変化させ、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を調整する。ヘッダ管１内を流れる湯水の流量とヘッダ管１内の流路面積とは、以下の式（１）のような比例関係が成立する。

Ｑ＝α×Ｓ×ΔＰ^1/2 …（１）
但し、Ｑは管内を流れる湯水の流量を示す。また、αは定数を示す。また、Ｓは管内の流路面積を示す。また、ΔＰは、流路前後の差圧を示す。

実施の形態１に係るヘッダ制御システムは、流量センサ３がヘッダ管１内を流れる湯水の流量を検出し、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量に基づいて流量制御バルブ２が制御されるものではない。

しかし、流量制御バルブ２は、式（１）の比例関係が成立することから、バルブの開度を開くことにより、ヘッダ管１内の流路面積を広げて、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を増やす一方、開度を絞ることにより、ヘッダ管１内の流路面積を狭めて、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を減らす。このように、流量制御バルブ２は、バルブの開度を制御することにより、管内の流路面積を変化させ、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を調整する。

そこで、流量制御バルブ２は、所定の開度となるための設定値（以下「開度設定値」という。）が予め設定され、予め設定された開度設定値に基づいて減量制御すべきヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を指定することができる。ここで、開度設定値とは、バルブを全開とした状態を「１００」とした場合における、バルブの開き状態の割合、言い換えれば、全開状態に対する流路内のバルブの開度の割合である。また、指定された開度設定値は、流量制御バルブ２の開度の目標値となる。

流量制御バルブ２は、予め設定された開度設定値に基づきバルブの開度が制御（以下「指定開度制御」という。）されることにより、配管系統の全圧力損失の大きさを調整し、減量制御すべきヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を調整する。例えば、開度設定値が「６０」と指定された場合、開度設定値が「１００」の場合に比べて、対応する配管系統の圧力損失の大きさが増大して、減量すべきヘッダ分岐部１１と繋がる水栓からの吐水流量が絞り込まれる。

流量制御バルブ２は、ポテンショメータ式ＤＣモータを備えたバルブや、ステッピングモータを備えたバルブが該当する。

減量制御すべきヘッダ分岐部１１は、住宅内における水使用量の節約に寄与する水栓へと繋がる配管が被制御対象となる。具体的には、台所及び洗面化粧台の水栓へと繋がるヘッダ分岐部１１が被制御対象となる。近年、台所や洗面化粧台には、シングルレバー式の湯水混合水栓が設置されており、簡単な操作で全開となり、また、吐水流量の微調整が困難であるため、吐水流量を減量制御することにより、水消費量を効果的に削減することができる。

これに対して、水洗式トイレや全自動洗濯機などは、必要な使用量が機器側で設定されているため、水使用量の節約に寄与することはない。仍って、水洗式トイレや全自動洗濯機へと繋がるヘッダ分岐部１１は、被制御対象とならない。また、近年、浴槽は、全自動又は半自動の給水機能を備える給湯器から給湯され、給湯される湯水の流量が予め設定されているものが主流となっているので、浴槽へと繋がるヘッダ分岐部１１は、被制御対象とならない。

（制御装置４について）
制御装置４は、信号線２０を介して流量制御バルブ２と接続し、信号線３０を介して流量センサ３と接続し、これらを集中管理している。制御装置４は、制御基盤４０と、操作部４１と、表示部４２と、電源４３と、タイマ４４とを備え、これらがバス４５を介して接続している。制御装置４は、利用者が操作し易い場所、例えば、リビングルーム、洗面化粧台及び台所などに設置されている。

制御基盤４０は、演算部（図示せず）と記憶部（図示せず）とを備える。制御基盤４０は、流量センサ３から出力された流量パルスを信号線３０を介して入力し、入力した流量パルスを積算してヘッダ管１内を流れる湯水の積算流量に換算し、換算した流量値を記憶部に記憶する。

また、制御基盤４０は、操作部４１の操作に応じて、演算部が、記憶している流量値に基づいて各種データを生成する。ここで、各種データとは、住宅全体における、瞬間の水使用量データ、所定期間の水使用量データ、複数の所定期間の水使用量の比較データ、及び、毎年同月同日の水使用量の比較データなど、様々な水使用量に関するデータである。

また、制御基盤４０は、記憶部が、データ生成のための計算式及び計算処理の手順に関する情報を予め記憶している。これらの情報は、各種データを生成する際、記憶部から適宜読み出され、演算部により用いられる。

また、制御基盤４０は、流量制御バルブ２に対して全開制御処理を実行する。全開制御処理とは、制御基盤４０が、減量制御を実行する場合、操作部４１を介して入力された全開制御の指示を受け付けたこと、又は、流量センサ３から出力された流量パルスを入力したことをトリガーとして、一定の時間、流量制御バルブ２を全開状態にする処理である。なお、全開制御処理の手順については、後述にて詳しく説明する。

操作部４１は、各種ボタンを備えており、ボタンが押下されることにより、対応する処理の実行指示を制御基盤４０に出力する。出力する指示とは、例えば、水使用量に関するデータの生成処理の実行指示、水使用量に関するデータの表示指示、指定開度制御処理の実行指示、及び、全開制御処理の実行指示などである。

また、操作部４１は、ボタンが押下されることにより、対応する数値を制御基盤４０に出力する。出力する数値は、例えば、開度設定値、所定のキャンセル時間、所定の停止時間、及び、所定の解放時間などである。ここで、キャンセル時間及び解放時間とは、全開制御処理を実行させる時間である。また、停止時間とは、流量センサ３からの流量パルスの出力が中断したときからこれが再開されるまでの時間、即ち、ヘッダ管１内に湯水が残留している時間であって、時間を経過した場合に湯水が冷めた状態にあると判断するための基準である。

表示部４２は、操作部４１の操作に応じて、開度設定値、所定のキャンセル時間、所定の停止時間、所定の解放時間、及び、制御基盤４０で生成した水使用量に関するデータなどを出力する。ヘッダ制御システムは、「見える化」を実現することができる。

また、制御基盤４０は、操作部４１の操作に応じて、流量制御バルブ２の開度を以下のように制御する。

制御基盤４０は、流量制御バルブ２がポテンショメータ式ＤＣモータ２０を備える場合、図２（ａ）に示すように、電源４３からＤＣモータ２０に電流を流してモータ軸を回転駆動させ、モータ軸の回転位置に応じてバルブの開度を変化させる。ポテンショメータ２１は、モータ軸の回転位置を測定することにより、現在の開度を検出し、検出した開度の情報を制御基盤４０に出力する。

制御基盤４０は、ポテンショメータ２１から出力された開度情報を受け付け、受け付けた開度情報に応じて、更に、ＤＣモータ２０に電流を流してモータ軸を回転駆動させてバルブの開度を調整する。なお、制御基盤４０は、記憶部が、バルブの開度に対応するモータ軸の回転位置を示す対照情報を記憶しており、演算部が、この対照情報を用い、現在の開度に応じた電流を流してモータ軸の回転位置を調整する。

また、制御基盤４０は、流量制御バルブ２がステッピングモータ２２を備える場合、図２（ｂ）に示すように、駆動パルスを出力し、駆動パルスと同期する電流を電源４３からステッピングモータ２２に流すことにより、モータ軸を回転させてバルブの開度を調整する。なお、制御基盤４０は、記憶部が、バルブの開度に対応する駆動パルスを示す対照情報を記憶しており、演算部が、この対照情報を用い、所定の開度となるように駆動パルスを出力してモータ軸の回転位置を調整する。

（タイマ４４について）
制御基盤４０は、流量制御バルブ２の開度を絞る減量制御を実行する場合、全開制御の指示を受け付けたこと、又は、流量センサ３から出力された流量パルスを入力したことをトリガーとして、タイマ４４を用いて、流量制御バルブ２の開度を全開とする全開時間の計時を開始し、タイマ４４の計時がキャンセル時間又は解放時間に到達したか否かを判定する。

また、制御基盤４０は、流量センサ３からの流量パルスの出力が中断したとき、タイマ４４を用いて計時を開始し、これが再開されるまでの時間（以下「流量パルス中断時間」という。）を計時する。即ち、湯水の流れが止まり配管内に湯水が残留している時間であり、この時間が長くなるほど、残留湯水が冷めていく。

このように、ヘッダ制御システムは、複数の装置から構成されており、これらの装置が動作することにより、住宅内での水使用量を節約する。以下、これらの装置の動作について説明する。

（見える化について）
ヘッダ制御システムは、制御基盤４０の記憶部に記憶してある流量値に基づいて各種データを生成し、生成したデータを表示部４２を介して画面出力することにより、「見える化」を実現する。

制御基盤４０は、図３に示すように、流量センサ３から出力された流量パルスを信号線３０を介して入力し（Ｓ１０１）、システムがＯＮの状態にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。その結果、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態でないと判定した場合（Ｓ１０２でＮＯ）、処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態にあると判定した場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、入力した流量パルスを積算し（Ｓ１０３）、積算した流量パルスをヘッダ管１内を流れる湯水の流量に換算し（Ｓ１０４）、換算した流量値を記憶部に記憶する（Ｓ１０５）。

制御基盤４０は、操作部４１を介して表示指示を受け付けたか否かを判定し（Ｓ１０６）、表示指示を受け付けていないと判定した場合（Ｓ１０６でＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り、流量センサ３から出力された流量パルスを引き続き入力する。

一方、制御基盤４０は、表示指示を受け付けたと判定した場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、記憶部から流量値を読み出し、読み出した流量値に基づく各種データから、表示部４２に表示するための表示値を演算する（Ｓ１０７）。制御装置４は、例えば、「所定期間の水使用量データ」の表示指示を受け付けた場合、記憶部に記憶してある流量値に基づいて「所定期間の水使用量データ」を生成し、生成したデータから、表示部４２に表示するための表示値を演算する。制御基盤４０は、演算した表示値を表示部４２を介して出力する（Ｓ１０８）。

制御基盤４０は、ステップＳ１０１に戻り、流量センサ３から出力された流量パルスを引き続き入力する。

（最適制御について）
ヘッダ制御システムは、制御基盤４０が、予め設定してある開度設定値に基づき流量制御バルブ２の開度を制御（指定開度制御）する。指定開度制御は、流量制御バルブ２の開度を絞る減量制御と、流量制御バルブ２の開度を開く増量制御とを含むものである。なお、指定開度制御処理については、流量制御バルブ２がポテンショメータ式ＤＣモータ２０を備える場合と流量制御バルブ２がステッピングモータ２２を備える場合とで工程が異なるため、場合分けをして以下説明する。

流量制御バルブ２がポテンショメータ式ＤＣモータ２０を備える場合、制御基盤４０は、図４に示すように、指定開度制御処理を実行する。制御基盤４０は、操作部４１を介して開度設定値の入力を受け付け（Ｓ２０１）、受け付けた開度設定値に応じた目標開度を演算する（Ｓ２０２）。

制御基盤４０は、ポテンショメータ２１を介して流量制御バルブ２の現在の開度を検出し（Ｓ２０３）、検出した現在の開度を変数ｊに代入するとともに、ステップＳ２０２で演算した目標開度を変数ｉに代入する（Ｓ２０４）。制御基盤４０は、変数ｉと変数ｊとの差が零であるか否かを判定し（Ｓ２０５）、差が零であると判定した場合（Ｓ２０５でＹＥＳ）、現在の開度が目標開度に到達したと判断し、処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、差が零でないと判定した場合（Ｓ２０５でＮＯ）、ポテンショメータ２１から受け付けた開度情報に応じてＤＣモータ２０を駆動させ（Ｓ２０６）、流量制御バルブ２の開度を調整する。制御基盤４０は、ステップＳ２０３に戻り、差が零となるまで、現在の開度の検出を含む処理を繰り返す。

これに対して、流量制御バルブ２がステッピングモータ２２を備える場合、図５に示すように、制御基盤４０は、指定開度制御処理を実行する。制御基盤４０は、開度設定値の入力を受け付け（Ｓ３０１）、受け付けた開度設定値に応じた目標開度を演算する（Ｓ３０２）。

制御基盤４０は、駆動パルスを出力し（Ｓ３０３）、出力した駆動パルスに応じてステッピングモータ２２を駆動させ、流量制御バルブ２の開度を調整する。制御基盤４０は、調整した流量制御バルブ２の開度が目標開度に達したか否かを判定し（Ｓ３０４）、調整した開度が目標開度に達したと判定した場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、調整した開度が目標開度に達していないと判定した場合（Ｓ３０４でＮＯ）、ステップＳ３０３に戻り、駆動パルスの出力を含む処理を繰り返す。

（全開制御処理について）
制御基盤４０は、上述する指定開度制御処理において減量制御を実行する場合、全開制御の指示を受け付けたこと、又は、流量センサ３から出力された流量パルスを入力することをトリガーとして、全開制御処理を実行する。例えば、制御基盤４０は、全開制御の指示を受け付けたことをトリガーとして全開制御処理を実行する場合、図６に示す処理を実行する。制御基盤４０は、減量制御を実行する間に全開制御の指示を受け付けたか否かを判定し（Ｓ４０１）、指示を受け付けてないと判定した場合（Ｓ４０１でＮＯ）、全開制御を実行することなく処理を一旦停止し、所定時間経過後にステップＳ４０１から再開する。

一方、制御基盤４０は、指示を受け付けたと判定した場合（Ｓ４０１でＹＥＳ）、並行する指定開度制御処理を一旦停止し、タイマ４４に全開時間を計時させ（Ｓ４０２）、減量制御の対象となる流量制御バルブ２の開度を全開状態にする全開制御を実行し（Ｓ４０３）、大量の湯水を水栓から吐水させる。

制御基盤４０は、全開時間が所定のキャンセル時間に到達したか否かを判定し（Ｓ４０４）、所定のキャンセル時間に到達していないと判定した場合（Ｓ４０４でＮＯ）、ステップＳ４０２に戻り、全開制御を含む処理を継続する。

一方、制御基盤４０は、全開時間が所定のキャンセル時間に到達したと判定した場合（Ｓ４０４でＹＥＳ）、流量制御バルブ２の全開制御処理を停止し、通常の指定開度制御処理を復帰させる。

その結果、ヘッダ制御システムは、利用者の使用感を損ねることなく、水資源及びエネルギの節約に寄与することができる。

また、制御基盤４０は、流量センサ３から出力された流量パルスを入力したことをトリガーとして全開制御処理を実行する場合、制御基盤４０は、図７に示す処理を実行する。制御基盤４０は、減量制御を実行する間に、流量センサ３から出力された流量パルスを入力しているか否かを判定し（Ｓ５０１）、流量パルスを入力していないと判定した場合（Ｓ５０１でＮＯ）、全開制御を実行することなく処理を一旦停止し、所定時間経過後にステップ５０１から再開する。

一方、制御基盤４０は、流量パルスを入力していると判定した場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、ヘッダ分岐部１１内に残留する湯水が流れ始めたと判断し、更に、入力している流量パルスが前回中断されたときから再開されるまでの時間、即ち、流量パルス中断時間が予め設定してある所定の停止時間より短いか否かを判定する（Ｓ５０２）。制御基盤４０は、所定の停止時間より短いと判定した場合（Ｓ５０２でＹＥＳ）、配管内に残留する湯水が冷めていないと判断し、全開制御を行うことなく処理を停止し、所定時間経過後にステップＳ５０１から再開する。

一方、制御基盤４０は、所定の停止時間以上であると判定した場合（Ｓ５０２でＮＯ）、配管内に残留する湯水が冷めていると判断し、並行する指定開度制御処理を一旦停止し、タイマ４４に全開時間を計時させ（Ｓ５０３）、減量制御の対象となる流量制御バルブ２の開度を全開状態にする全開制御を実行し（Ｓ５０４）、大量の湯水を水栓から吐水させる。

制御基盤４０は、全開時間が所定の解放時間に到達したか否かを判定し（Ｓ５０５）、所定の解放時間に到達していないと判定した場合（Ｓ５０５でＮＯ）、ステップＳ５０２に戻り、全開制御を含む処理を継続する。

一方、制御基盤４０は、全開時間が所定の解放時間に到達したと判定した場合（Ｓ５０５でＹＥＳ）、流量制御バルブ２の全開制御処理を停止し、通常の指定開度制御処理を復帰させる。

その結果、上述したヘッダ制御システムの構成を、例えば、給湯用の配管系統に採用することにより、湯待ち時間が無駄に長くなることを回避し、利用者の不快感を和らげることができる。

（作用について）
このように、ヘッダ流量制御システムは、表示部４２を介して住宅内の水使用量に関するデータを画面出力（見える化）することにより、利用者に水使用量を意識付け、節水に対して積極的に取り組む意識を高める。また、シングルレバー式の水栓など、吐出調整し難くて全開か全閉かで操作される水栓に対して、使用時の吐出流量を最適化させて水の出過ぎを防ぎ、無駄に消費される水資源の削減に寄与する。

実施の形態２．
また、本発明に係るヘッダ制御システムは、上述した実施の形態１の指定開度制御処理と異なり、任意のヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を検出し、検出した流量に応じて流量制御バルブ２の開度を実時間で調整する「フィードバック制御」を行ってもよい。以下、実施の形態２として、実施の形態１の構成とは異なる部分のみ説明し、対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

ヘッダ制御システムは、図８に示すように、給湯用と給水用とに分けられたヘッダ管１と、ヘッダ管１内の湯水の流れを制御する流量制御バルブ２と、ヘッダ管１内の湯水の流れを検出する流量センサ３と、これらを制御する制御装置４とを備える。

（流量制御バルブ２及び流量センサ３について）
流量制御バルブ２は、少なくとも一つの任意のヘッダ分岐部１１に取り付けられている。流量センサ３は、ヘッダ管１のヘッダ分岐部１１の中程に取り付けられている。流量センサ３は、ヘッダ本体１０から分水してヘッダ分岐部１１に流れ込んだ湯水の流量を計測するものである。

また、流量センサ３は、流量制御バルブ２が取り付けられたヘッダ分岐部１１において、流量制御バルブ２よりヘッダ分岐部１１の二次側に取り付けられている。その結果、流量センサ３は、流量制御バルブ２により減量制御された湯水の流量を正確に計測することができ、制御装置４は、正確に計測した湯水の流量をフィードバックすることにより、流量制御バルブ２の開度を実時間に且つ正確に制御することができる。

また、任意のヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量の目標値（以下「流量設定値」という。）を指定することにより、任意の水栓から吐水する湯水の流量を減量制御することができる。例えば、洗面所の水栓に繋がるヘッダ分岐部１１に対して、流量設定値を毎分６リットルと指定することにより、このヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量をフィードバック処理により動的に制御し、洗面所の水栓から吐水される湯水の流量を毎分６リットルにすることができる。

（制御装置４について）
制御装置４は、流量センサ３から出力された流量パルスを信号線３０を介して入力し、入力した流量パルスを積算して、ヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の積算流量を換算し、換算した流量値を記憶部に記憶する。

また、制御基盤４０は、操作部４１の操作に応じて、演算部が、記憶してある流量値に基づいて演算するともに個々のヘッダ分岐部１１を識別してヘッダ分岐部１１毎に水使用量に関するデータを生成する。制御基盤４０は、記憶部が、ヘッダ分岐部１１に付された識別情報を予め記憶している。ヘッダ分岐部１１の識別情報は、演算部が個々のヘッダ分岐部１１を識別する際に記憶部から適宜読み取られて用いられる。

また、制御基盤４０は、操作部４１の操作に応じて、演算部が全てのヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を合計することにより、住宅全体についての水使用量に関するデータを生成することができる。

操作部４１は、ボタンが押下されることにより、所定の情報及び数値を制御基盤４０に出力する。出力する情報及び数値は、例えば、減量制御すべきヘッダ分岐部１１の指定、データを生成すべきヘッダ分岐部１１の指定、流量設定値、及び、一単位当たりの開度などである。ここで、一単位当たりの開度とは、後述する駆動決定処理が一回ループする場合に変化するバルブの開度を示す。

表示部４２は、操作部４１の操作に応じて、流量設定値、指定されたヘッダ分岐部１１についての水使用量に関するデータ、及び、住宅全体についての水使用量に関するデータなどを出力する。

（見える化及び最適処理について）
ヘッダ制御システムは、制御基盤４０の記憶部に記憶してある流量値に基づいて各種データを生成し、生成したデータを表示部４２を介して画面出力するとともに、予め設定してある流量設定値に基づいて流量制御バルブ２の開度をフィードバック制御する。

流量制御バルブ２がポテンショメータ式ＤＣモータ２０を備える場合、制御基盤４０は、図９に示す処理を実行する。制御基盤４０は、流量センサ３から出力された流量パルスを信号線３０を介して入力し（Ｓ６０１）、システムがＯＮの状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０２）。その結果、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態でないと判定した場合（Ｓ６０２でＮＯ）、処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態にあると判定した場合（Ｓ６０２でＹＥＳ）、入力した流量パルスを積算し（Ｓ６０３）、積算した流量パルスをヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量に換算する（Ｓ６０４）。

制御基盤４０は、換算した流量に基づき流量値表示処理を実行する（Ｓ６０５）。流量値表示処理の手順については、後述にて詳しく説明する。

また、制御基盤４０は、流量値表示処理を実行した後、流量制御バルブ２の駆動決定処理を実行する（Ｓ６０６）。駆動決定処理の手順については、後述にて詳細に説明する。

また、制御基盤４０は、駆動決定処理において、流量制御バルブ２の駆動を決定したか否かを判定し（Ｓ６０７）、駆動を決定していないと判定した場合（Ｓ６０７でＮＯ）、ステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１以降の処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、駆動を決定したと判定した場合（Ｓ６０７でＹＥＳ）、ポテンショメータ２１を介して流量制御バルブ２の現在の開度を検出し（Ｓ６０８）、検出した現在の開度を変数ｊに代入するとともに、予め設定してある一単位当たりの開度に変数ｉを代入する（Ｓ６０９）。

制御基盤４０は、変数ｉと変数ｊとの差が零であるか否かを判定し（Ｓ６１０）、差が零であると判定した場合（Ｓ６１０でＹＥＳ）、現在の開度が一単位当たりの開度に到達したと判断して、ステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１以降の処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、差が零ではないと判定した場合（Ｓ６１０でＮＯ）、ステップＳ６０６の駆動決定処理にて決定された開閉方向に一単位当たりの開度分だけＤＣモータ２０を駆動させ（Ｓ６１１）、ステップＳ６０８に戻り、差が零となるまで、現在の開度の検出を含む処理を繰り返す。

これに対して、流量制御バルブ２がステッピングモータ２２を備える場合、制御基盤４０は、図１０に示す処理を実行する。制御基盤４０は、流量センサ３から出力された流量パルスを信号線３０を介して入力し（Ｓ７０１）、システムがＯＮの状態にあるか否かを判定する（Ｓ７０２）。その結果、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態でないと判定した場合（Ｓ７０２でＮＯ）、処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、システムがＯＮの状態にあると判定した場合（Ｓ７０２でＹＥＳ）、入力した流量パルスを積算し、積算した流量をヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量に換算する（Ｓ７０４）。

制御基盤４０は、換算した流量に基づき流量値表示処理を実行する（Ｓ７０５）。流量値表示処理の手順については、後述にて詳しく説明する。

また、制御基盤４０は、流量値表示処理を実行した後、流量制御バルブ２の駆動決定処理を実行する（Ｓ７０６）。駆動決定処理の手順については、後述にて詳しく説明する。

また、制御基盤４０は、駆動決定処理において、流量制御バルブ２の駆動を決定したか否かを判定し（Ｓ７０７）、駆動を決定していないと判定した場合（Ｓ７０７でＮＯ）、ステップＳ７０１に戻り、ステップＳ７０１以降の処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、駆動を決定したと判定した場合（Ｓ７０７でＹＥＳ）、駆動決定処理において決定された開閉方向であって一単位当たりの開度に応じた駆動パルスを出力し（Ｓ７０８）、駆動パルスに応じてステッピングモータ２２がバルブの開度を調整する。このとき、ステッピングモータ２２は、バルブを一単位当たりの開度分だけ開閉させる。

制御基盤４０は、ステップＳ７０１に戻り、流量パルスを引き続き入力し、ステップＳ７０２以降の処理を繰り返す。

（流量値表示処理について）
次に、ステップＳ６０５（及びステップＳ７０５）で実行する流量値表示処理の手順について説明する。制御基盤４０は、図１１に示すように、ステップＳ６０４（及びステップＳ７０４）で換算した流量値を記憶部に記憶する（Ｓ８０１）。制御基盤４０は、操作部４１を介して表示指示を受け付けたか否かを判定し（Ｓ８０２）、表示指示を受け付けていないと判定した場合（Ｓ８０２でＮＯ）、流量値表示処理を停止し、ステップＳ６０６（及びステップＳ７０６）に移行する。

一方、制御基盤４０は、表示指示を受け付けたと判定した場合（Ｓ８０２でＹＥＳ）、記憶部から流量値を読み出し、読み出した流量値に基づく各種データから、表示部４２に表示するための表示値を演算する（Ｓ８０３）。制御基盤４０は、演算した表示値を表示部４２を介して出力する（Ｓ８０４）。その後、制御基盤４０は、流量値表示処理を停止し、ステップＳ６０６（及びステップＳ７０６）に移行する。

（駆動決定処理について）
次に、ステップＳ６０６（及びステップＳ７０６）で実行する駆動決定処理の手順について説明する。制御基盤４０は、図１２に示すように、流量センサ３から出力された流量パルスに応じて流量制御バルブ２の開閉を決定するフィードバック制御を実行する。制御基盤４０は、ステップＳ６０４（及びステップＳ７０４）で換算した流量値を現在の流量値とみなして変数Ｑ２に代入するとともに、流量設定値を変数Ｑ１に代入する（Ｓ９０１）。

制御基盤４０は、変数Ｑ１と変数Ｑ２との差が零であるか否かと判定し（Ｓ９０２）、差が零であると判定した場合（Ｓ９０２でＹＥＳ）、現在の流量値が流量設定値と一致していると判断し、モータの駆動を決定することなく、駆動決定処理を停止し、ステップＳ６０７（及びステップＳ７０７）に移行する。

一方、制御基盤４０は、差が零ではないと判定した場合（Ｓ９０２でＮＯ）、現在の流量値が流量設定値と一致していないと判断し、更に、差が零未満であるか否かを判定する（Ｓ９０３）。その結果、制御基盤４０は、差が零未満であると判定した場合（Ｓ９０３でＹＥＳ）、現在の流量値が流量設定値を超えていると判断し、バルブを閉じる方向にモータを駆動させることを決定する（Ｓ９０４）。制御基盤４０は、駆動決定処理を停止し、ステップＳ６０７（及びステップＳ７０７）に移行する。

一方、制御基盤４０は、差が零を超えていると判定した場合（Ｓ９０３でＮＯ）、現在の流量値が流量設定値に達していないと判断し、バルブを開く方向にモータを駆動させることを決定する（Ｓ９０５）。制御基盤４０は、駆動決定処理を停止し、ステップＳ６０７（及びステップＳ７０７）に移行する。

（全開制御処理について）
制御基盤４０は、上述する通常の開度制御処理において減量制御を実行する場合、全開制御の指示を受け付けたこと、又は、流量センサ３から出力された流量パルスを入力したことをトリガーとして、全開制御処理を実行する。なお、全開制御処理は、実施の形態１の全開制御処理の手順（図６及び図７参照）と同様であるので、その説明を省略する。

（作用について）
このように、ヘッダ制御システムは、流量センサ３が検出したヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量に基づき、流量制御バルブ２の開度を調整し、ヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量が常に所定の流量となるようにフィードバック制御するので、給水元圧の変動や他水栓での同時使用に拘わらず、各水栓から最適な流量の湯水を吐水させることができる。また、ヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を実時間で減量制御することができる。また、指定されたヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を細かく制御することができる。また、台所や洗面所の水栓は、吐出流量が使用感や快適感に影響するが、フィードバック制御により最適な流量を安定して吐水することができるので、利用者の使用感や快適感が損なわれない。

実施の形態３．
また、本発明に係るヘッダ制御システムは、上述した実施の形態の構成と異なり、少なくとも一つの任意のヘッダ分岐部１１に流量制御バルブ２が取り付けられ、流量制御バルブ２が取り付けられているヘッダ分岐部１１に流量センサ３を取り付けることにより、ヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を検出し、検出した流量に応じて実時間でヘッダ分岐部１１内を流れる湯水の流量を調整する「フィードバック制御」を行ってもよい（図１３参照）。また、流量センサ３は、実施の形態２と同様、ヘッダ分岐部１１において、流量制御バルブ２よりヘッダ分岐部１１の二次側に取り付けられている。

また、ヘッダ制御システムは、ヘッダ本体１の一次側の流入口に流量センサ３を取り付けることにより、全てのヘッダ分岐部１１に流量センサ３を取り付けることなく、ヘッダ管１内を流れる湯水の総流量を検出することができる（図１３参照）。

実施の形態４．
また、本発明に係るヘッダ制御システムは、上述した実施の形態の構成と異なり、緊急用止水バルブ５を加えた構成であってもよい。以下、上述した実施の形態の構成と異なる部分のみ説明し、対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

ヘッダ制御システムは、図１４に示すように、給湯用と給水用とに分けられたヘッダ管１と、ヘッダ管１内の湯水の流れを制御する流量制御バルブ２と、ヘッダ管１内の湯水の流れを検出する流量センサ３と、これらを制御装置４と、緊急用止水バルブ５とを備える。

（緊急用止水バルブ５について）
緊急用止水バルブ５は、内部に開閉弁を備え、この開閉弁が閉じることにより、ヘッダ管１内に湯水が流れ込むことがないように遮断する。

（制御装置４について）
制御装置４は、信号線５０を介して緊急用止水バルブ５と接続してこれを制御する。制御装置４は、遮断指示の入力を受け付けた場合、遮断指示に応じて緊急用止水バルブ５を閉じる。その結果、作業員は、ヘッダ管１内へ流れ込む湯水を遮断し、水栓のパッキンを交換するなどのメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、制御基盤４０は、流量センサ３が湯水の流量の急激な増大（又は減少）を検出した場合、管路に異常が発生したと判断して緊急用止水バルブ５を自動的に作動させて開閉弁を閉じるようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態のうち、実施の形態１にあっては、特に、システムを構成する部品の点数が抑えられているので、比較的安価に構築することができる。

１ ヘッダ管
１０ ヘッダ本体
１１ ヘッダ分岐部
２ 流量制御バルブ
２０ ＤＣモータ
２１ ポテンショメータ
２２ ステッピングモータ
３ 流量センサ
４ 制御装置
４０ 制御基盤
４１ 操作部
４２ 表示部
４３ 電源
４４ タイマ（計時手段）
４５ バス
５ 緊急用止水バルブ

Claims (2)

1. ヘッダ本体と、該ヘッダ本体から複数分岐して、それぞれ個別の水栓に接続されるヘッダ分岐部とを備えるヘッダ管が、配管系統に設置されて該配管系統を流れる湯水の流量を調整するヘッダ制御システムであって、
   前記水栓として、シングルレバー式の水栓が設けられているヘッダ管におけるヘッダ分岐部に取り付けられて、該ヘッダ分岐部の流路面積を変化させる流量制御バルブと、
   前記流量制御バルブにおける前記流路面積である開度を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記流量制御バルブの開度を絞る減量制御を行う場合、所定の時間に達するまで、前記流量制御バルブを全開状態としておき、所定の時間に達した後、前記減量制御を実行することを特徴とするヘッダ制御システム。
2. 前記制御手段は、前記流量制御バルブを全開状態とする指示を受け付けた場合、又は、給湯用の配管系統に設置された前記ヘッダ管のヘッダ分岐部の内部に残留する湯水が流れ始めた場合に、前記流量制御バルブを全開状態とするように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッダ制御システム。

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