JP6018833B2 - 流量制御システム - Google Patents

Description

本発明は、流量センサと流量制御バルブとを給水側配管系統のヘッダ管と給湯側配管系統のヘッダ管とにそれぞれ取り付け、流量制御バルブの開度を制御することにより、管内を流水する湯水を減量制御して不必要にシングルレバー式の水栓から吐出することがないようしてある流量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。

ヘッダ方式は、配管の接続個所の数を抑えることができるので、漏水発生の危険性を少なくでき、複数の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、ヘッダ方式で用いられる配管は、樹脂で形成されている場合が多く、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、循環型社会及び低炭素社会が着目され、このような社会を目指すにあたり、水道施設においては、給水用の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、住宅内においては、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。更にまた、住宅内における湯水の使用量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。

また、エネルギや資源の削減を推進するべく「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することにより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が最適となるように制御すること（最適制御）とが推進されている。

そこで、上述する「見える化」と「最適制御」とを実現するために、従来、ヘッダ管を用いて分水した湯水の使用量をヘッダ管を介して集中管理する流量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、近年、戸建て住宅や集合住宅において、「シングルレバー式」の水栓が広く採用されている。シングルレバー式の水栓は、一つの操作レバーにより湯と水とを簡単に切り換えることができ、温度調整も比較的容易となるため、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。

また、シングルレバー式の水栓は、バルブを備えた旧来の蛇口式の水栓に比べて、開閉操作が容易である一方、吐出流量を細かく調整することが困難であり、必要以上に湯水を吐出させてしまう。その結果、例えば、一般家庭において、湯水の必要流量と実際の吐出流量との差が開き気味となり、湯水を無駄に吐出している。そのため、市場では、特許文献１及び２に記載されたシステムのようにヘッダ管を介して集中管理するのみでなく、シングルレバー式の水栓を用いた際の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、流量センサと流量制御バルブとを給水側配管系統のヘッダ管と給湯側配管系統のヘッダ管とにそれぞれ取り付け、流量制御バルブの開度を制御することにより、管内を流水する湯水を減量制御し、不必要にシングルレバー式の水栓から吐出することがないようしてある流量制御システムを提案している。

ところで、シングルレバー式の水栓を含む湯水混合水栓は、水栓レバーが手動操作され、給水側配管系統を流れる水と給湯側配管系統を流れる湯との混合比が調整されることにより、湯水の温度が調整される。出湯温度は、使用用途に応じて変化するため、適宜調整される必要がある。

従って、給水側配管系統を流れる水の流量と給湯側配管系統を流れる湯の流量とを別個独立して減量制御する場合には、水栓から吐出する湯水の混合比が不安定となり、出湯温度を調整することが困難となる。

このような事態を防ぐために、水栓から吐出した湯水の温度を計測し、その計測値に基づいて各配管系統を流れる湯水の流量を調整するシステムが別途提案されているが、制御方法が複雑となり、システム構築に膨大な費用を要する。

本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、バルブの弁開閉を制御する際に、給湯側ヘッダ管の流量を調整する流量制御バルブと給湯側ヘッダ管の流量を調整する流量制御バルブとに対して、これらの開度が常に同一となるように制御することにより、水栓から吐出する湯水の混合比を一定に保ち、出湯温度を安定的に調整することができる流量制御システムを提供することを目的とする。

本願請求項１に係る流量制御システムは、給水源から供給される水を流す給水主管と該給水主管を流れる水を分水して各水栓へと導水する複数の給水枝管とを有する給水側ヘッダと、給湯源から供給される湯を流す給湯主管と該給湯主管を流れる湯を分水して前記各水栓へと導水する複数の給湯枝管とを有する給湯側ヘッダと、これらのヘッダから前記各水栓へと導水される湯水の流量を計測する流量センサと、計測した値に基づき、前記各水栓へと導水されるべき湯水の流量を調整する流量制御バルブとを備える流量制御システムにおいて、前記各水栓は、シングルレバー式の水栓であって、前記各水栓へと導水されるべき湯水の流量を設定する設定手段と、該設定手段により設定された制御目標となるターゲット流量値と前記流量センサで計測した湯水の合計流量との差が所定の許容流量誤差範囲内に収まるように前記流量制御バルブの弁開閉を制御する制御手段とを更に備え、前記制御手段は、バルブの弁開閉を制御する際に、前記給水側ヘッダの流量を調整する流量制御バルブの開度と前記給湯側ヘッダの流量を調整する流量制御バルブの開度とが常に同一となるように従属的に作動させることを特徴とする。

本発明にあっては、バルブの弁開閉を制御する際に、給水側ヘッダ管の流量を調整する流量制御バルブと給湯側ヘッダ管の流量を調整する流量制御バルブとを従属的に制御し、これらの開度が常に同一となるように作動させることにより、湯水混同水栓から吐出する湯水の混合比を変化させることなく、出湯温度を安定的に調整する。

より具体的には以下の通りである。例えば、湯水混合水栓側で湯水の混合比が、湯（４０℃）：水（１０℃）＝７：３に設定され、３１℃に温度調整された湯水を１０リットル／分で吐出する場合であって、合計流量を６リットル／分に減量制御するとき、各流量制御バルブの開度をそれぞれ全開時の６０％となるように従属的に制御することにより、湯水の混合比である「７：３」を変化させることなく、湯水の合計流量を６リットル／分（湯が４．２リットル／分、水が１．８リットル／分）に減量させる。

また、本願請求項２に係る流量制御システムは、前記流量制御バルブは、弁を駆動するステッピングモータを備え、前記制御手段は、前記ステッピングモータの一パルスあたりの単位動作量が該ステッピングモータの最小動作角度の倍数となる角度に基づくように作動させることを特徴とする。

本発明にあっては、流量制御バルブの弁を駆動させるステッピングモータの一パルスあたりの単位動作量を、このステッピングモータの最小動作角度の倍数となる角度となるように作動させることにより、弁の制御反応時間を短縮させる。

より具体的には以下の通りである。ステッピングモータは、市場において比較的安価に供給されているサーボモータであり、駆動パルスを受け付ける都度、少なくとも１ステップ（最小動作角度）作動する。従って、ステッピングモータを用いて流量制御バルブを駆動させる場合には、「流量センサによる検出」、「検出値が許容流量誤差範囲内であるか否かの判定」、「駆動パルス出力」、「ステッピングモータの単位動作」及び次ループの「流量センサの検出」というループ処理を繰り返して制御処理を行うこととなる。仍って、ステッピングモータの一パルスあたりの単位動作量が小さいと、目標開度に達するまでに実行すべきループ処理が多数となり、弁の制御反応時間が遅くなる。

例えば、最小動作角度が０．１１７°のステッピングモータを用いる場合、流量制御バルブの弁を２０°変化させるためには、上述するループ処理を１７１回実行する必要がある。そこで、ステッピングモータの一パルスあたりの単位動作量を最小動作角度の１０倍となるように作動させることにより、上述するループ処理の実行を１７回に短縮し、弁の制御反応時間を短縮させる。

また、本願請求項３に係る流量制御システムは、前記許容流量誤差範囲の下限未満の所定の閾値と前記流量センサで計測した湯水の合計流量との関係に基づいて、前記各水栓が閉栓されているか否かを判定する判定手段を更に備え、該判定手段は、前記湯水の合計流量が前記所定の閾値以下となる場合に各水栓が閉栓されていると判定し、前記制御手段は、各水栓が閉栓されていると判定した場合に、前記流量制御バルブの制御を停止することを特徴とする。

本発明にあっては、各水栓が閉栓されていると判定された場合に流量制御バルブの制御を停止することにより、水栓からの吐出量が閉栓時から開栓再開時までの間に大幅に変化することを抑える。

より具体的には以下の通りである。各水栓を閉栓した場合には、各ヘッダの流量が減量するため、それに応じて流量制御バルブが開方向へ制御され、最終的に流量制御バルブが全開状態となる。その結果、閉栓後暫くした後に水栓を再度開栓した場合には、瞬間的に大量の湯水が一気に吐出し、その後次第に所定の許容流量誤差範囲内に落ち着くこととなるため、水栓の使用感が非常に劣悪になる場合がある。

そこで、流量センサで計測した湯水の合計流量と所定の閾値との関係に基づいて各水栓が閉栓されているか否かを判定し、各水栓が閉栓されていると判定した場合には、流量制御バルブの制御を停止することにより、流量制御バルブが不用意に全開状態とならないようにする。

その結果、各水栓を閉栓し、暫くした後に当該水栓を再度開栓した場合であっても、開栓時に、大量の湯水が必要以上に吐出することなく、水栓の使用感が低下することがない。

また、本願請求項４に係る流量制御システムは、前記制御手段は、各水栓が閉栓されているとの判定した時点から所定の停止遅延時間が経過した後に、前記流量制御バルブの制御を停止することを特徴とする。

本発明にあっては、各水栓が閉栓されているとの判定による流量制御バルブの制御の停止を、所定の停止遅延時間が経過するまで遅延させることにより、水栓からの吐出量が閉栓時から開栓再開時の間に大幅に変化することを抑えつつ、閉栓以外の理由によって湯水の流量が一時的に低下する場合には、流量制御バルブの制御が不用意に停止することがないようにする。

より具体的には以下の通りである。一般的な湯水混合水栓において、湯水の流量の調整は、給水側配管系統と給湯側配管系統と水栓吐出口との重なり部分に流入する湯水の混合比を調整することにより行う。

ところで、近年普及が進んでいるエコキュート（登録商標）やエネファーム（登録商標）などの貯湯式給湯器には、貯湯タンクの耐圧的な保護や安全性確保の観点から、その給水口に減圧弁が設置され、貯湯タンク内が０．１６９ＭＰａに減圧されているものが多い。仍って、給湯器から給湯側ヘッダ及び各水栓へと導水される湯についても、同じように減圧された状態で供給される。一方、水道管から給水側ヘッダ及び各水栓へと導水される水については、例えば、水道管の給水圧である０．５ＭＰａのままで供給される。
その結果、給水側配管系統から流入する水と、給湯側配管系統から流入する湯とでは、水栓への流入量が大幅に異なるため、水栓レバーの操作により給水から給湯に瞬時に切り換えた場合には、湯水の合計流量が一時的に大幅に減少する場合がある。

かかる場合、各水栓が閉栓されていないにもかかわらず、流量制御バルブの制御が停止する事態が生じる。そこで、流量制御バルブの制御の停止を、所定の停止遅延時間が経過するまで遅延させることにより、停止遅延期間の間に、湯水の合計流量が許容流量内の落ち着く場合には、これを閉栓と誤判定することなく、流量制御バルブの制御を継続させる。

更にまた、本願請求項５に係る流量制御システムは、前記制御手段は、前記流量センサで計測した湯水の合計流量が前記所定の許容流量誤差範囲の下限を下回る時点から所定の開始遅延時間が経過した後であって、且つ、各水栓が閉栓されていないと判定した場合に、前記流量制御バルブの開方向への制御を開始することを特徴とする。

本発明にあっては、流量制御バルブを開方向に制御する場合、この制御の開始を所定の開始遅延時間が経過するまで遅延させることにより、開始遅延時間の間に各水栓が閉栓されていると判定したときには、直ちに流量制御バルブの制御を停止する。

このように、流量センサで計測した湯水の合計流量が所定の許容流量誤差範囲の下限を下回る時点から各水栓が閉栓されていると判定されるまでの間、流量制御バルブを極力開方向に作動させることがないようにして、開栓時に、大量の湯水が必要以上に吐出することなく、水栓の使用感が低下することがないようにする。

本発明は、流量センサと流量制御バルブとを給水側配管系統のヘッダ管と給湯側配管系統のヘッダ管とにそれぞれ取り付け、流量制御バルブの開度を制御することにより、不必要にシングルレバー式の水栓から吐出することがないようにするとともに、水栓から吐出する湯水の混合比を一定に保ち、出湯温度を安定的に調整することができる。

本発明に係る流量制御システムの全体構成を示す模式図である。 本発明に係る流量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る。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、開度制御処理を説明するためのグラフである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、閉栓判定処理を説明するためのグラフである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、開方向制御開始遅延処理を説明するためのグラフである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、全開制御処理を説明するためのグラフである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、開度制御処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、許容流量誤差判定処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、閉栓判定処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、開方向制御開始遅延処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、全開制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１１とは異なる全開制御処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る流量制御システムにおける、許容流量誤差範囲などの設定値に応じた挙動状況の一例を示す図である。 許容流量誤差範囲についての挙動状況の一例を示すグラフである。 ステッピングモータの単位動作量についての挙動状況の一例を示すグラフである。 開始遅延時間についての挙動状況の一例を示すグラフである。 開始遅延時間についての挙動状況の一例を示すグラフである。

本発明に係る流量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。図１は本発明に係る流量制御システムの全体構成を示す模式図である。流量制御システムは、図１に示すように、給水側配管系統と給湯側配管系統とにそれぞれ設けられるヘッダ管１と、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を調整する流量制御バルブ２と、ヘッダ管１内を流れる湯水の流量を計測する流量センサ３と、これらを制御する制御装置４とを備える。

（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、一次側の流路となる引込配管と二次側の流路となる屋内配管とを接続する管寄せである。

ヘッダ管１は、給水源から供給される水を導く給水側配管系統に取り付けられた給水側ヘッダ管と、給湯源から供給される湯を導く給湯側配管系統に取り付けられた給湯側ヘッダ管とが別個独立して存在し、それぞれが湯水混同水栓に向かって配設されている。

各ヘッダ管１は、一本のヘッダ主管１０と、ヘッダ主管１０から分岐する複数のヘッダ枝管１１とを備える。ヘッダ主管１０は、一次側の流入口が引込配管と接続して引込配管を流れる湯水を流入させる。また、ヘッダ枝管１１は、二次側に流出口が屋内配管と接続して湯水を分水する。

（流量センサ３について）
流量センサ３は、ヘッダ枝管１１の中程に取り付けられ、ヘッダ枝管１１内を通過する湯水の流量を計測する。流量センサ３は、例えば、ロータ式流量センサなどが該当する。ロータ式流量センサは、湯水が本体を追加する際に、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、任意のヘッダ枝管１１に取り付けられている。流量制御バルブ２は、弁と、この弁を駆動させるアクチュエータとを備え、弁の開度に応じて各ヘッダ管１内の流路面積を変化させ、各ヘッダ管１内を通過する湯水の流量を調整する。各ヘッダ管１内を通過する湯水の流量と管内の流路面積とは、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は管内を通過す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。

また、流量制御バルブ２は、上述する式（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、各ヘッダ管１内の流路面積を広げて管内を通過する湯水の流量を増量制御する一方、開度を絞ることにより、各ヘッダ管１内の流路面積を狭めて管内を通過する湯水の流量を減量制御する。このように、流量制御バルブ２は、弁の開度が制御されることにより、各ヘッダ管１内の流路面積を変化させ、管内を通過する湯水の流量を調整する。

また、流量制御バルブ２は、例えば、弁を駆動させるアクチュエータとして「ステッピングモータ」を用いるものや「ポテンショメータ式ＤＣモータ」を用いるものが該当する。

また、流量制御バルブ２は、流量センサ３で計測した各ヘッダ管１内を通過する湯水の流量に基づき、その開度が実時間で調整される。流量制御バルブ２は、制御目標とする湯水の合計流量（「ターゲット流量値」という。以下同じ。）が指定されることにより、このターゲット流量値と流量センサ３で計測した湯水の合計流量との関係に基づいて、流量制御バルブ２の開度が制御され、湯水混合水栓から吐出する湯水の流量を調整する。

例えば、流量制御バルブ２は、洗面所の湯水混同水栓へと繋がるヘッダ管１について、ダーゲット流量値が「６リットル／分」となるように指定された場合、ターゲット流量値と流量センサ３で計測した湯水の合計流量との関係に基づいて、流量制御バルブ２の開度が動的に制御され、湯水混同水栓から吐出する湯水の流量を実時間で調整する。なお、ここで「湯水の合計流量」とは、給水側配管系統を導水された水と給湯側配管系統を導水された湯とが混合され、最終的に湯水混同水栓から吐出する際の湯水の合計流量を指す。

また、流量制御バルブ２は、水使用量の節約に寄与する水栓へと繋がるヘッダ枝管１１に取り付けられている。具体的には、台所、洗面化粧台及びユニットバスの水栓へと繋がるヘッダ枝管１１に取り付けられている。近年、台所や洗面化粧台などには、シングルレバー式の水栓が取り付けられており、シングルレバー式の水栓は、簡単な操作で全開となる一方、吐出流量の微調整が容易でないため、吐出流量が減量調整されることにより、水使用量を効果的に節約することができる。

これに対して、水栓式トイレや全自動洗濯機は、必要な水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し難い。従って、流量制御バルブ２は、水栓式トイレや全自動洗濯機へと繋がるヘッダ枝管１１には取り付けられていない。

（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、使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、以下同じ。）と記憶部（図示せず、以下同じ。）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を介して受け付け、受け付けた流量パルスを積算し、積算した流量パルスを湯水の合計流量に換算し、換算した湯水の合計流量を記憶部に格納する。ここで「換算された湯水の合計流量」とは、最終的に湯水混同水栓から吐出された湯水の合計流量を指す。

また、制御基盤４０は、操作部４１の操作に応じて、演算部が、記憶部に格納してある値を読み出し、読み出した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、例えば、瞬間の水使用量に関するデータ、所定期間の水使用量に関するデータ、複数の水使用量についての比較データ、及び、所定間隔をあけて生成した水使用量に関するデータなどを指す。また「水使用量」とは、湯水混同水栓から吐出する湯水の合計流量に相当する。

また、制御基盤４０は、記憶部が、データ生成に必要な計算式や演算処理に必要なプログラムを予め格納している。これらの情報は、上述するデータを生成する際に、記憶部から読み出され、演算部で用いられる。

図３は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、開度制御処理を説明するためのグラフである。制御基盤４０は、図３に示すように、換算した湯水の合計流量が、予め設定してあるターゲット流量値（図中Ｄ１）を中心とした許容流量誤差範囲（上限が図中Ｄ２、下限が図中Ｄ３）内に収まるように流量制御バルブ２の弁開閉を制御し、湯水混合水栓から吐出する湯水の流量を調整する（図３参照）。制御基盤４０は、湯水の合計流量が許容流量誤差範囲の上限（図中Ｄ２）を超える場合には流量制御バルブ２を閉方向に制御する（図中Ａ）一方、許容流量誤差範囲の下限（図中Ｄ３）未満の場合には流量制御バルブ２を開方向に制御する（図中Ｂ）。

図２は本発明に係る流量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の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に給電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、検出した開度情報を制御基盤４０に出力する。制御基盤４０は、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に給電してモータ軸を回転駆動させ、バルブの開度を調整する。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予め記憶しており、演算部が、これらの情報を用いて、検出時の回転位置から目標の回転位置に達するよう制御する。

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に出力することにより、モータ軸を回転駆動させる。制御基盤４０は、駆動パルスの出力を繰り返すことにより、検出時の回転位置から目標の回転位置に達するように制御する。ステッピングモータ２２が１回の駆動パルスで駆動する動作量は、本発明に係る「一パルスあたりの単位動作量」に該当する。また、単位動作量は、ステッピングモータ２２の最小動作角度の倍数となる角度に相当し、例えば、最小動作角度の数倍となるように設定することができる。

また、制御基盤４０は、給水側ヘッダ管１の流量制御バルブ２と給湯側ヘッダ管１の流量制御バルブ２とに同一の駆動パルスを出力することにより、これらの流量制御バルブ２が従属的に作動するように制御する。その結果、これらの流量制御バルブ２は、弁の開度が常に同一の状態となる。また、これらの流量制御バルブ２は、ステッピングモータ２２の最小動作角度が同一であり、一パルスあたりの単位動作量の設定についても同一の動作量となるように設定される。

図４は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、閉栓判定処理を説明するためのグラフである。制御基盤４０は、図４に示すように、換算した湯水の合計流量が予め設定してある閉栓判定するための閾値（図中Ｄ４）以下であると判定した場合、各水栓が閉栓されていると判断し、この判断が予め設定してある所定の停止遅延時間（図中Ｄ５）が経過した時点まで継続した場合に、初めて流量制御バルブの制御を停止する。なお、閉栓判定するための閾値は、上述する許容流量誤差範囲の下限（図中Ｄ３）未満の値が設定される。

図５は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、開方向制御開始遅延処理を説明するためのグラフである。制御基盤４０は、図５に示すように、換算した湯水の合計流量が、予め設定してある許容流量誤差範囲の下限（図中Ｄ３）を下回る場合であって、所定の閾値（図中Ｄ４）を超えているとき、この状態が予め設定してある所定の開始遅延時間（図中Ｄ６）が経過した時点まで継続した場合に、初めて流量制御バルブの開方向への制御を開始する。

図６は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置が実行する、全開制御処理を説明するためのグラフである。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。ここ「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実行指示を受け付けたこと、又は、流量センサ３から出力される流量パルスが中断した後に再開したことをトリガとして、所定のキャンセル時間に到達するまで、流量制御バルブ２を全開状態にする処理である。

制御基盤４０は、実行指示を受け付けた場合、タイマ４４を用いて、キャンセル時間を計測し、タイマ４４の計時がキャンセル時間に到達するまでの間、流量制御バルブ２を一時的に全開制御する。

また、制御基盤４０は、給湯側の流量が所定の湯待ち流量値（図中Ｄ７）以下になる時点から、流量センサ３からの流量パルスを中断し、図６に示すように、タイマ４４を用いて、湯待ち時間（図中Ｄ８）を計測する。制御基盤４０は、タイマ４４の計時が湯待ち時間まで到達していない場合、配管内に残留する湯が未だ冷めていないと判断する一方、タイマ４４の計時が湯待ち時間を超える場合、配管内に残留する湯が冷めていると判断する。

また、制御基盤４０は、タイマ４４の計時が湯待ち時間を超えた時点から、タイマ４４を用いて、湯待ち開放時間（図中Ｄ９）を計測する。制御基盤４０は、タイマ４４の計時が湯待ち開放時間に到達するまでの間、流量制御バルブ２を一時的に全開制御し、配管内に残留した冷めた湯を水栓から強制吐出して湯温を安定させる。

操作部４１は、各種ボタンを備えており、使用者によ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。ここで「実行指示」とは、上述する各種データの生成処理の実行指示、上述する各種データの表示処理の実行指示、ターゲット流量値の設定処理の実行指示、許容流量誤差範囲の設定処理の実行指示、ステッピングモータの単位動作量の設定処理の実行指示、開始遅延時間の設定処理の実行指示、キャンセル時間の設定処理の実行指示、閉栓を判定するための閾値の設定処理の実行指示、停止遅延時間の設定処理の実行指示、湯待ち流量値の設定処理の実行指示、湯待ち時間の設定処理の実行指示、湯待ち開放時間の設定処理の実行指示、バルブ開度制限の設定処理の実行指示、閉栓判定処理の実行指示、開方向制御開始遅延処理の実行指示、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、使用者により各種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。ここでいう「数値」とは、例えば、ターゲット流量値として３乃至１０リットル／分、許容流量誤差範囲として±０．１乃至２リットル／分、ステッピングモータの単位動作量として１乃至１７段階、開始遅延時間として０乃至３０秒、キャンセル時間として１０乃至２００秒、閉栓を判定するための閾値として０乃至２リットル／分、停止遅延時間として０乃至１０秒、湯待ち流量値として０乃至２リットル／分、湯待ち時間として６０乃至６００秒、湯待ち開放時間として５乃至１００秒、バルブ開度制限として２０乃至５０％などである。

表示部４２は、操作部４１の操作に応じて、生成された各種データの表示画面（図示せず、以下同じ。）や、上述するターゲット流量値などの設定画面（図示せず、以下同じ。）などを出力する。表示部４２は、見える化の実行手段となる。

（見える化及び最適処理について）
制御基盤４０は、給水側配管系統の流量センサ３と給湯側配管系統の流量センサ３とでそれぞれ計測した湯水の合計流量が、予め設定してあるターゲット流量値を中心とした前後の許容流量誤差範囲内に収まるように、流量制御バルブ２の開度を制御し、湯水混合水栓から吐出する湯水の流量を調整する。

図７は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、開度制御処理の手順を示すフローチャートである。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７に示す手順で処理を実行する。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を介して受け付け（Ｓ１０１）、受け付けた流量パルスを積算し（Ｓ１０２）、積算したパルスを、給水側配管系統を流れる水と給湯側配管系統を流れる湯との合計流量に換算する（Ｓ１０３）。

制御基盤４０は、使用者により入力された操作に応じて、換算した合計流量に基づき各種データを生成し、生成した各種データを表示部４２に出力する（Ｓ１０４）。制御基盤４０は、換算した合計流量に基づき「許容流量誤差」の判定を実行する（Ｓ１０５）。なお、許容流量誤差の判定処理の手順については、後述にて詳しく説明する。

制御基盤４０は、許容流量誤差の判定処理において、湯水の合計流量が許容流量誤差範囲を逸脱しているか否か判定し（Ｓ１０６）、誤差範囲以内と判定した場合（Ｓ１０６でＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、誤差範囲を逸脱していると判定した場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、パルス発信部を介して、駆動パルスを出力する（Ｓ１０７）。ステッピングモータ２２は、駆動パルスを受け付けることにより、予め設定してある単位動作量だけモータ軸を回転駆動させ、流量制御バルブ２の弁を開閉させる。その後、ステップＳ１０１に戻り処理を繰り返す。

このとき、制御基盤４０は、出力した駆動パルスに応じて、給水側配管系統に配置されたステッピングモータ２２と、給湯側配管系統に配置されたステッピングモータ２２とを同一の単位動作量で駆動させることにより、いずれの系統に配置された流量制御バルブ２についても常に同一の開度となるように制御する。

例えば、湯水混合水栓側で湯水の混合比が、湯：水＝７：３に設定され、温度調整された湯水を１０リットル／分で吐出する場合であって、これを６リットル／分に減量制御するとき、いずれの系統に配置された流量制御バルブの開度についてもそれぞれ全開時の６０％となるように制御することにより、湯水の混合比である「７：３」を変化させることなく、合計流量が６リットル／分（湯が４．２リットル／分、水が１．８リットル／分）となるように減量する。

制御基盤４０は、ステップＳ１０１に戻り、引き続き流量パルスを受け付け、換算した合計流量が許容流量誤差範囲内に収まるまで処理を繰り返す。

（許容流量誤差判定処理について）
図８は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、許容流量誤差判定処理の手順を示すフローチャートである。制御基盤４０は、図８に示す手順に従い、上述するステップＳ１０５の許容流量誤差の判定処理を実行する。制御基盤４０は、ターゲット流量値を変数Ｑ１に代入し、許容流量誤差を変数Ｑ２に代入し、ステップＳ１０３で換算した湯水の合計流量を変数Ｑ３に代入する（Ｓ２０１）。

制御基盤４０は、変数Ｑ１と変数Ｑ３との差を求め、求めた差が変数Ｑ２以内であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。言い換えれば、変数Ｑ３が、変数（Ｑ１＋Ｑ２）以内であるか否か又は変数（Ｑ１−Ｑ２）以内であるか否かを判定する。その結果、制御基盤４０は、差が変数Ｑ２以内であると判定した場合（Ｓ２０２でＹＥＳ）、上述するステップＳ１０６において「許容流量誤差範囲以内である」と判定し（Ｓ２０３）、判定処理を終了する。

一方、制御基盤４０は、差が変数Ｑ２を超えていると判定した場合（Ｓ２０２でＮＯ）、上述するステップＳ１０６において「許容流量誤差範囲を逸脱している」と判定し（Ｓ２０４）、判定処理を終了する。

（閉栓判定処理について）
図９は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、閉栓判定処理の手順を示すフローチャートである。制御基盤４０は、閉栓判定処理の実行指示を受け付けた場合、図９に示す手順で処理を実行する。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を介して受け付け（Ｓ３０１）、受け付けた流量パルスを積算し（Ｓ３０２）、積算したパルスを、給水側配管系統を流れる水と給湯側配管系統を流れる湯との合計流量に換算する（Ｓ３０３）。

制御基盤４０は、換算した湯水の合計流量が、予め設定してある閉栓判定するための閾値以下であるか否かを判定し（Ｓ３０４）、湯水の合計流量が所定の閾値を超えていると判定した場合（Ｓ３０４でＮＯ）、各水栓が閉栓されていないと判断し、並行する開度制御処理を継続実行させ（Ｓ３０５）、ステップＳ３０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、湯水の合計流量が所定の閾値以下であると判定した場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、各水栓が閉栓されていると判断し、タイマ４４を計時させる（Ｓ３０６）。制御基盤４０は、タイマ４４の計時が予め設定してある停止遅延時間に到達したか否かを判定し（Ｓ３０７）、所定の停止遅延時間に到達していないと判定した場合（Ｓ３０７でＮＯ）、並行する開度制御処理を継続実行させつつ（Ｓ３０８）、ステップＳ３０６に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、所定の停止遅延時間に到達したと判定した場合（Ｓ３０７でＹＥＳ）、並行して実行する開度制御処理を停止させ（Ｓ３０９）、ステップＳ３０１に戻り処理を繰り返す。

（開方向への制御の開始遅延処理について）
図１０は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、開方向制御開始遅延処理の手順を示すフローチャートである。制御基盤４０は、開方向への制御の開始遅延処理の実行指示を受け付けた場合、図１０に示す手順で処理を実行する。制御基盤４０は、上述する開度制御処理のステップＳ１０６において、湯水の合計流量が許容流量誤差範囲を逸脱していると判定した場合、判定時の湯水の合計流量がターゲット流量値未満であるか否かを判定する（Ｓ４０１）。その結果、制御基盤４０は、ターゲット流量値以上であると判定した場合（Ｓ４０１でＮＯ）、湯水の合計流量が許容流量誤差範囲の上限（Ｑ１＋Ｑ２）を上回ることとなるので、通常の開度制御処理を実行して流量制御バルブ２を閉方向へ制御し（Ｓ４０２）、ステップＳ４０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、ターゲット流量値未満であると判定した場合（Ｓ４０１でＹＥＳ）、湯水の合計流量が許容流量誤差範囲の下限（Ｑ１−Ｑ２）を下回ることとなるが、直ちに流量制御バルブ２を開方向へ制御することなく、タイマ４４を計時させる（Ｓ４０３）。制御基盤４０は、タイマ４４の計時が予め設定してある所定の開始遅延時間に到達したか否かを判定し（Ｓ４０４）、所定の開始遅延時間に到達していないと判定した場合（Ｓ４０４でＮＯ）、ステップＳ４０３に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、所定の開始遅延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の開方向への制御を開始し（Ｓ４０５）、ステップＳ４０１に戻り処理を繰り返す。

（全開制御処理について）
制御基盤４０は、上述する開度制御処理において流量制御バルブ２を減量制御する場合であって、実行指示を受け付けるか又は給湯側配管系統に配置された流量センサ３から出力される流量パルスが一時中断した後に再開するかしたときをトリガーとして全開制御処理を実行する。

図１１は本発明に係る流量制御システムが備える制御装置４が実行する、全開制御処理の手順を示すフローチャートである。制御基盤４０は、例えば、全開制御処理の実行指示を受け付けることをトリガーとする場合、図１１に示す手順で処理を実行する。制御基盤４０は、減量制御を実行する間に、全開制御処理の実行指示を受け付けた否かを判定し（Ｓ５０１）、実行指示を受け付けていないと判定した場合（Ｓ５０１でＮＯ）、全開制御処理を実行することなく減量制御を実行し（Ｓ５０２）、ステップＳ５０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、実行指示を受け付けたと判定した場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、開度制御処理を一時停止させ（Ｓ５０３）、タイマ４４の計時を開始する（Ｓ５０４）。制御基盤４０は、流量制御バルブ２を全開制御し（Ｓ５０５）、給湯系配管に残留する冷めた湯を強制吐出させる。その後、ステップＳ５０１に戻り処理を繰り返す。

制御基盤４０は、タイマ４４の計時が予め設定してあるキャンセル時間に到達したか否かを判定し（Ｓ５０６）、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（Ｓ５０６でＮＯ）、ステップＳ５０４に戻って処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、所定のキャンセル時間に到達したと判定した場合（Ｓ５０６でＹＥＳ）、流量制御バルブ２の全開制御を停止し（Ｓ５０７）、一時停止中の開度制御処理の実行を再開し（Ｓ５０８）、ステップＳ５０１に戻り処理を繰り返す。

図１２は図１１とは異なる全開制御処理の手順を示すフローチャートである。制御基盤４０は、例えば、給湯側の流量が所定の湯待ち流量値以下となって流量センサ３から出力される流量パルスが一時中断し、その後、所定の湯待ち流量値が再度超えて流量センサ３から流量パルスが再開されることをトリガーとする場合、図１２に示す手順で処理を実行する。制御基盤４０は、減量制御を実行する間に、給湯側の流量が所定の湯待ち流量値以下であるか否かを判定し（Ｓ６０１）、給湯側の流量が所定の湯待ち流量値を超えると判定した場合（Ｓ６０１でＮＯ）、全開制御処理を実行することなく減量制御を実行し（Ｓ６０２）、ステップＳ６０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、給湯側の流量が所定の湯待ち流量値以下であると判定した場合（Ｓ６０１でＹＥＳ）、流量パルスが一時中断した時点から再開される時点までの中断時間が、予め設定してある湯待ち時間に到達したか否かを判定する（Ｓ６０３）。制御基盤４０は、中断時間が湯待ち時間に到達していないと判定した場合（Ｓ６０３でＮＯ）、配管内に残留する湯が未だ冷めていないと判断し、全開制御処理を実行することなく通常の開度制御処理を実行し（Ｓ６０４）、配管内に残留する湯を吐出させる。制御基盤４０は、その後、ステップＳ６０１に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、中断時間が湯待ち時間以上であると判定した場合（Ｓ６０３でＹＥＳ）、配管内に残留する湯が既に冷めていると判断して、流量制御バルブ２を全開制御し（Ｓ６０５）、配管内に残留する湯を強制的に吐出させる。また、制御基盤４０は、タイマ４４の計時を開始させ（Ｓ６０６）、タイマ４４の計時が予め設定してある湯待ち開放時間に到達したか否かを判定する（Ｓ６０７）。制御基盤４０は、タイマ４４の計時が湯待ち開放時間に到達していないと判定した場合（Ｓ６０７でＮＯ）、ステップＳ６０５に戻り処理を繰り返す。

一方、制御基盤４０は、タイマ４４の計時が湯待ち開放時間に到達したと判定した場合（Ｓ６０７でＹＥＳ）、流量制御バルブ２の全開制御を停止し（Ｓ６０８）、通常の開度制御処理を再開し（Ｓ６０９）、配管内に残留する湯を吐出させる。その後、ステップＳ６０１に戻り処理を繰り返す。

（実施例１）
最後に、上述する許容流量誤差範囲、ステッピングモータ２２の単位動作量、開始遅延時間、閉栓を判定するための閾値、及び、停止遅延時間について、設定値に応じた挙動状況の一例を示す。

図１３は本発明に係る流量制御システムにおける、許容流量誤差範囲などの設定値に応じた挙動状況の一例を示す図である。図中、１は許容流量誤差範囲についての一例を示す。許容流量誤差範囲にあっては、最適条件より範囲が狭くなるとハッチングが発生する（図１４参照）。また、２はステッピングモータ２２の単位動作量についての一例を示す。単位動作量にあっては、最適条件より倍数が大きくなると制御速度が速くなるがハッチングが発生する。一方、最適条件より倍数が小さくなると制御即誤が遅くなり流量制御に時間がかかる（図１５参照）。また、３は開始遅延時間についての一例を示す。開始遅延時間にあっては、最適条件より短時間になると、開栓時に過流量となる（図１６参照）。一方、最適条件より長時間になると、湯への切り替え時の復帰不良が発生する（図１７参照）。また、４は閉栓を判定するための閾値についての一例を示す。所定の閾値にあっては、最適条件より値が小さくなると、開栓時に過流量となる。一方、最適条件より値が大きくなると、湯への切り替え時の復帰不良が発生する。更にまた、５は停止遅延時間についての一例を示す。停止遅延時間にあっては、最適条件より短時間となると開栓時に過流量となる。一方、最適条件より長時間になると、湯への切り替え時の復帰不良が発生する。

図１４は許容流量誤差範囲についての挙動状況の一例を示すグラフである。図中、ａは湯水混合状態、ｂは湯状態、ｃは閉栓状態、ｄは湯水混合状態、ｅは湯状態である。また、ｆ及びｇは、ハッチングが発生した時点を示す。

図１５はステッピングモータ２２の単位動作量についての挙動状況の一例を示すグラフである。図中、ｈ及びｉは、開栓後の流量安定まで時間がかかる時点を示す。

図１６及び図１７は開始遅延時間についての挙動状況の一例を示すグラフである。図中、ｊは、開栓時に過流量が生じる時点を示す。ｋ及びｌは、水から湯への切り替え時に制御不良が発生する時点を示す。

１ ヘッダ管
１０ ヘッダ主管
１１ ヘッダ枝管
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
４５ バス

Claims (5)

1. 給水源から供給される水を流す給水主管と該給水主管を流れる水を分水して各水栓へと導水する複数の給水枝管とを有する給水側ヘッダと、給湯源から供給される湯を流す給湯主管と該給湯主管を流れる湯を分水して前記各水栓へと導水する複数の給湯枝管とを有する給湯側ヘッダと、これらのヘッダから前記各水栓へと導水される湯水の流量を計測する流量センサと、計測した値に基づき、前記各水栓へと導水されるべき湯水の流量を調整する流量制御バルブとを備える流量制御システムにおいて、
   前記各水栓は、シングルレバー式の水栓であって、
   前記各水栓へと導水されるべき湯水の流量を設定する設定手段と、
   該設定手段により設定された制御目標となるターゲット流量値と前記流量センサで計測した湯水の合計流量との差が所定の許容流量誤差範囲内に収まるように前記流量制御バルブの弁開閉を制御する制御手段と
   を更に備え、
   前記制御手段は、バルブの弁開閉を制御する際に、前記給水側ヘッダの流量を調整する流量制御バルブの開度と前記給湯側ヘッダの流量を調整する流量制御バルブの開度とが常に同一となるように従属的に作動させることを特徴とする流量制御システム。
2. 前記流量制御バルブは、弁を駆動するステッピングモータを備え、
   前記制御手段は、前記ステッピングモータの一パルスあたりの単位動作量が該ステッピングモータの最小動作角度の倍数となる角度に基づくように作動させることを特徴とする請求項１に記載の流量制御システム。
3. 前記許容流量誤差範囲の下限未満の所定の閾値と前記流量センサで計測した湯水の合計流量との関係に基づいて、前記各水栓が閉栓されているか否かを判定する判定手段を更に備え、
   該判定手段は、前記湯水の合計流量が前記所定の閾値以下となる場合に各水栓が閉栓されていると判定し、
   前記制御手段は、各水栓が閉栓されていると判定した場合に、前記流量制御バルブの制御を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の流量制御システム。
4. 前記制御手段は、各水栓が閉栓されているとの判定した時点から所定の停止遅延時間が経過した後に、前記流量制御バルブの制御を停止することを特徴とする請求項３に記載の流量制御システム。
5. 前記制御手段は、前記流量センサで計測した湯水の合計流量が前記所定の許容流量誤差範囲の下限を下回る時点から所定の開始遅延時間が経過した後であって、且つ、各水栓が閉栓されていないと判定した場合に、前記流量制御バルブの開方向への制御を開始することを特徴とする請求項３又は４に記載の流量制御システム。