(57)【要約】【課題】  本発明は、給水圧力の変動を短時間で解消して給水を行う給水装置を提供することを目的とする。【解決手段】  マイクロプロセッサを搭載したインバータ２と制御基板１、及びポンプ４、モータ３で構成される給水システムにおいて、制御基板にはポンプ性能、圧力制御のためのパラメータが記憶され、制御基板とインバータとを信号線Ｓ２で結線し、制御基板はインバータより運転周波数信号を受け取り、圧力センサ１０の検出信号とパラメータとを比較し、前記運転周波数と、前記圧力センサの検出信号と、前記パラメータより、使用水量、圧力目標値、適正運転周波数を算出し、算出した適正運転周波数をインバータに送り、圧力制御を行う。【選択図】  図１
2010174842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転駆動されるポンプと、
前記電動機を可変速に駆動する可変速手段と、を備え、
前記ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、
使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、
前記ポンプの周波数における水量−給水圧力曲線を作成する水量−給水圧力曲線作成手段と、
該水量−給水圧力曲線手段により作成された前記ポンプの周波数における水量−給水圧力曲線から使用水量を算定する使用水量算定手段と、
該使用水量算定手段により算定された使用水量と前記使用水量に応じた目標圧力とから目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、を備えたことを特徴とする給水装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器の検出値と前記目標圧力との差異が所定値以上であった場合に前記目標圧力設定手段により目標圧力が設定されることを特徴とする給水装置。
【請求項３】
請求項２において、前記目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線から設定され、前記目標圧力と前記圧力検出器の検出値とが同一になるように末端圧一定制御が行われることを特徴とする給水装置。
【請求項４】
可変速に回転駆動されるポンプと、
該ポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出器と、を備えた給水装置において、
使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、
前記圧力検出器の検出値が前記目標圧力から所定圧力下がった場合に、前記ポンプへの周波数の指令値を所定の周波数だけ増加させる周波数指令手段を備え、
前記増加させる所定の周波数は前記所定圧力の大きさに応じて変化することを特徴とする給水装置。
【請求項５】
請求項４において、前記所定圧力が大きいほど前記増加させる所定の周波数を大きく設定する増加周波数設定手段を備え、前記周波数指令手段は前記増加周波数設定手段により設定された所定の周波数だけ前記ポンプへの周波数の指令値を増加させることを特徴とする給水装置。
【請求項６】
請求項５において、前記目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線から設定され、前記目標圧力と前記圧力検出器の検出値とが同一になるように末端圧一定制御が行われることを特徴とする給水装置。
【請求項７】
ポンプを可変速に回転駆動することにより圧力制御を行う給水方法において、
使用水量に応じた目標圧力を予め設定し、
前記ポンプの周波数における水量−給水圧力曲線を作成するステップと、
前記作成した水量−給水圧力曲線から使用水量を算定するステップと、
前記算定した使用水量と前記使用水量に応じた目標圧力とから目標圧力を設定するステップと、を有することを特徴とする給水方法。
【請求項８】
請求項７において、前記ポンプの吐出側の圧力と前記目標圧力との差異が所定値以上であった場合に、前記水量−給水圧力曲線を作成するステップと、使用水量を算定するステップと、目標圧力を設定するステップと、により目標圧力を設定することを特徴とする給水方法。
【請求項９】
ポンプを可変速に回転駆動することにより圧力制御を行う給水方法において、
使用水量に応じた目標圧力を予め設定し、
前記ポンプの吐出側の圧力が前記目標圧力から所定圧力下がった場合に、前記ポンプへの周波数の指令値を所定の周波数だけ増加させ、
前記増加させる所定の周波数は前記所定圧力の大きさに応じて変化させることを特徴とする給水方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記所定圧力が大きいほど前記増加させる所定の周波数を大きく設定し、該所定の周波数だけ前記ポンプへの周波数の指令値を増加させることを特徴とする給水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速駆動手段によって駆動するポンプを用いた給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビルなどに対して給水を行う給水装置として、ポンプの吐出口の圧力を検出するとともに、使用水量に応じた配管抵抗を想定し、これにより給水系末端の圧力を推定して可変速ポンプの回転数を制御する方法が知られており、推定末端圧一定制御と呼ばれている。この推定末端圧一定制御の例として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。この推定末端圧一定制御は上記した使用水量に応じた配管抵抗から目標圧力として配管抵抗曲線を予め設定し、ポンプの吐出し側の圧力が配管抵抗曲線上となるようにポンプの運転速度や台数が制御される。
【０００３】
また一方で、特許文献１の段落(０００２)に開示されているように、ポンプの吐出し側の圧力を一定に保つ吐出し圧力一定制御がある。この吐出し圧力一定制御の場合には、目標圧力となる抵抗曲線は傾きを０としたものが該当する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６２８７６
【特許文献２】特開平８−７４７８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術は、使用水量に応じて給水圧力が変化した場合に、目標圧力に向けてポンプを運転することにより推定末端圧一定制御や吐出圧力一定制御などを実現しようとするものである。しかしながら、特許文献１や特許文献２には使用圧力が急激に変化した場合の圧力制御については開示されていない。
【０００６】
ここで目標圧力に対する圧力制御を行う場合の一例を図９に示す。図９には推定末端圧一定制御を例に取り、使用水量が緩やかに変化する場合の、使用水量の変化に応じた圧力制御の様子を示している。曲線Ｃ１はポンプをＦ１の周波数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。同様にＣ２はポンプをＦ２で、Ｃ３はポンプをＦ３で、Ｃ４はポンプをＦ４で、Ｃ５はポンプをＦ５で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。曲線Ｃ１と曲線Ｌｒとが交差する点Ｖの給水圧力をＨ１とする。同様に曲線Ｃ２と曲線Ｌｒと、曲線Ｃ３と曲線Ｌｒと、曲線Ｃ４と曲線Ｌｒと、曲線Ｃ５と曲線Ｌｒと、が交差する点の給水圧力をそれぞれＨ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５とする。これらのＨ１〜Ｈ５がそれぞれの使用水量、運転周波数に対する目標圧力であり、この目標圧力よりｄ以上、或いはｄを超えて給水圧力が変化した場合に、使用水量が変化したと見なし、運転周波数を変化させる。
【０００７】
具体的な説明を行うと、前述の点Ｖ（水量Ｑｖ、給水圧力Ｈ３、運転周波数Ｆ３）で制御している状態から、使用水量が増加し、給水圧力がＨ３−ｄまで減少した時（点Ｕ：水量Ｑｕ、給水圧力Ｈ３−ｄ、運転周波数Ｆ３）、運転周波数をＦ３からＦ２へと変化させる。これにより運転点は点Ｔに変化する。ここで運転周波数がＦ２に変化した事により、目標圧力もＨ３からＨ２へと変化する。同様に、さらに使用水量が増え、給水圧力がＨ２−ｄまで減少した時（運転点は点Ｓとなる）、運転周波数をＦ２からＦ１へと変化させ、これにより運転点は点Ｒに、目標圧力はＨ１に変化する。
【０００８】
逆に、前述の点Ｖ（水量Ｑｖ、給水圧力Ｈ３、運転周波数Ｆ３）で制御している状態から、使用水量が減少し、給水圧力がＨ３＋ｄまで増加した時（点Ｗ：水量Ｑｗ、給水圧力Ｈ３＋ｄ、運転周波数Ｆ３）、運転周波数をＦ３からＦ４へと変化させる。これにより運転点は点Ｘに変化する。ここで運転周波数がＦ４に変化した事により、目標圧力もＨ３からＨ４へと変化する。同様に、さらに使用水量が減り、給水圧力がＨ４＋ｄまで増加した時（運転点は点Ｙとなる）、運転周波数をＦ４からＦ５へと変化させ、これにより運転点は点Ｚに、目標圧力はＨ５に変化する。
【０００９】
次に図１０を用いて推定末端圧一定制御を例に取り、使用水量が急激に変化する場合の、使用水量の変化に応じた圧力制御の様を示す。曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５及び運転周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、給水圧力Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５は図９と同じである為、説明を省く。
【００１０】
使用水量が急激に変化したときに従来技術による圧力制御を行った場合について説明する。点Ｒ’（水量Ｑｒ、給水圧力Ｈ５、運転周波数Ｆ５）で制御している状態から、使用水量が急激に増加し、給水圧力がＨｓまで減少した時（点Ｓ’：水量Ｑｓ、給水圧力Ｈｓ、運転周波数Ｆ５）、運転周波数をＦ５からＦ４へと変化させる。これにより運転点は点Ｔ’に変化し、目標圧力はＨ４へと変化するが、給水圧力ＨｔはＨ４−ｄより低い為、再び運転周波数をＦ４からＦ３へと変化させる。これを繰り返し、運転点がＴ’からＵ’、Ｖ’と移り変わり、最終的に運転点Ｗ’（水量Ｑｓ、給水圧力Ｈｗ、運転周波数Ｆ１）に落ち着く。
【００１１】
つまりこの場合は、急激な使用水量の変化があったときに目標圧力Ｈ１付近に到達するのに複数回の運転周波数変更を要することになる。なお、実際には運転周波数は瞬時に変化するものではなく、変化に多少の時間を要し、複数回の運転周波数変更の間は給水圧力が、目標とする給水圧力より、低い圧力である状態が続く。この状態においては、末端給水系において圧力が足りなくなるため、給水することができない等の問題が発生することなる。つまり、給水圧力の変動を短時間で解消したうえで給水を行う事ができない。
【００１２】
そこで本発明は、給水圧力の変動を短時間で解消して給水を行う給水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一実施態様においては、電動機により回転駆動されるポンプと、電動機を可変速に駆動する可変速手段と、を備え、ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、ポンプの周波数における水量−給水圧力曲線を作成する水量−給水圧力曲線作成手段と、該水量−給水圧力曲線手段により作成されたポンプの周波数における水量−給水圧力曲線から使用水量を算定する使用水量算定手段と、該使用水量算定手段により算定された使用水量と前記使用水量に応じた目標圧力とから目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、を備えている。
【００１４】
この態様において、さらに好適な実施形態は以下の通りである。  
(１)ポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器の検出値と目標圧力との差異が所定値以上であった場合に目標圧力設定手段により目標圧力が設定されること。  
(２)目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線から設定され、目標圧力と圧力検出器の検出値とが同一になるように末端圧一定制御が行われること。  
また、上記目的を解決するための本発明の別の実施態様においては、可変速に回転駆動されるポンプと、該ポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出器と、を備えた給水装置において、使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、圧力検出器の検出値が目標圧力から所定圧力下がった場合に、ポンプへの周波数の指令値を所定の周波数だけ増加させる周波数指令手段を備え、増加させる所定の周波数は所定圧力の大きさに応じて変化する。
【００１５】
そしてこの態様において、さらに好適な実施形態は以下の通りである。
(１)所定圧力が大きいほど増加させる所定の周波数を大きく設定する増加周波数設定手段を備え、周波数指令手段は増加周波数設定手段により設定された所定の周波数だけポンプへの周波数の指令値を増加させること。  
(２)目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線から設定され、目標圧力と圧力検出器の検出値とが同一になるように末端圧一定制御が行われること。  
また、上記目的を解決するための本発明の別の実施態様においては、ポンプを可変速に回転駆動することにより圧力制御を行う給水方法において、使用水量に応じた目標圧力を予め設定し、ポンプの周波数における水量−給水圧力曲線を作成するステップと、作成した水量−給水圧力曲線から使用水量を算定するステップと、算定した使用水量と使用水量に応じた目標圧力とから目標圧力を設定するステップと、を有する。
【００１６】
そしてこの態様において、ポンプの吐出側の圧力と目標圧力との差異が所定値以上であった場合に、水量−給水圧力曲線を作成するステップと、使用水量を算定するステップと、目標圧力を設定するステップと、により目標圧力を設定することが望ましい。
【００１７】
さらに、上記目的を解決するための本発明の別の実施態様においては、ポンプを可変速に回転駆動することにより圧力制御を行う給水方法において、使用水量に応じた目標圧力を予め設定し、ポンプの吐出側の圧力が目標圧力から所定圧力下がった場合に、ポンプへの周波数の指令値を所定の周波数だけ増加させ、増加させる所定の周波数は所定圧力の大きさに応じて変化させる。
【００１８】
そしてこの態様において、所定圧力が大きいほど増加させる所定の周波数を大きく設定し、該所定の周波数だけポンプへの周波数の指令値を増加させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記手段によれば、給水圧力の変動を短時間で解消し、安定した給水を行う給水装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。  
図１はシステムの構成図を示している。４はモータ３で駆動されるポンプである。このポンプの吸込み側は吸込み管５を介して水源側と接続される。水源側は、直結方式では図示していない水道本管からの水の供給を受ける。受水槽方式では、図示していない受水槽からの水の供給を受ける。７は逆止め弁、６、８はそれぞれ仕切り弁、９は給水管、１０はこの給水管９に備わり、ここの圧力に応じて電気信号を発する圧力センサである。このセンサの圧力信号を基にポンプの吐出し圧力を制御（例えば吐出し圧一定制御、推定末端圧一定制御）する。１１は圧力タンクであり給水管９のポンプに近い部位に設ける。更に、需要側として、給水管９末端の先が直送式の場合には、需要側給水管と接続して例えば集合住宅等の水栓に給水する。高置水槽式の場合には、この需要側給水管と接続して高置水槽へ給水する。
【００２１】
２は前述のモータ３を駆動するインバータの本体であり、漏電遮断器ＥＬＢを介して電源側より電源の供給を受け、マイクロプロセッサＭＣＵを備えた制御基板１により自己のインバータ本体の駆動及び制御を行う。この制御基板は、表示部、操作部を備えるとともに、ポンプ性能、圧力制御のためのパラメータ、圧力センサの検出した圧力信号等を記憶するメモリＭＯ（例えばＥＥＰＲＯＭ）を備えている。
【００２２】
制御基板とインバータ本体とは通信信号線Ｓ２で結線し、制御基板とインバータ本体間は前述の信号線Ｓ２によって自身の駆動、制御、及び状態監視をする。通信制御には例えばＲＳ４８５を用いる。制御基板と圧力センサとは信号線Ｓ１で結線し、制御基板は圧力センサより前述の信号線Ｓ１によって、圧力センサの検出した圧力信号を受け取る。
【００２３】
以上のように本実施例は１組のインバータ本体、制御基板及びポンプ、モータで構成しているが、これを拡張して複数の組のインバータ本体、制御基板及びポンプ、モータから成る給水システムを構成することができる。
【００２４】
図２は推定末端圧一定制御を例に取った、ポンプの使用水量−給水圧力特性図である。横軸に使用水量、縦軸に給水圧力を取って示している。ここで曲線Ｌｒはポンプで揚水した場合に生じる弁類、配管等の配管抵抗曲線であり、ポンプの吐出し側圧力を制御する際の目標値となる。Ｈ００は水量０の点での目標圧力であり、前述した配管抵抗曲線Ｌｒと、ポンプをＦｍｉｎの周波数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線Ｃｍｉｎとの交点で示される。曲線ＣｍａｘはポンプをＦｍａｘの周波数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示し、曲線Ｃｍａｘと曲線Ｌｒとが交差する、点Ｅの水量をＱ００ｉ、給水圧力をＨ００ｉとする。前述の通り、曲線Ｌｒを目標圧力として制御する為、制御基板は水量０では運転周波数Ｆｍｉｎで給水圧力Ｈ００を、水量Ｑ００ｉでは運転周波数Ｆｍａｘで給水圧力Ｈ００ｉを、圧力目標値として制御を行う。
【００２５】
また、図３に示すように、これらのポンプ性能、圧力制御のパラメータは、制御基板のメモリＭＯに格納されている。説明は省くが、前記パラメータは、制御基板に備わる表示部、操作部等の設定手段によって設定する事ができる。
【００２６】
そして図４は制御基板の圧力制御手順を示したフローチャートであり、これがプログラムとしてマイクロプロセッサＭＣＵに搭載されている。以下、詳細に説明する。
【００２７】
図４の１０３ステップでは、データテーブルに記憶されている圧力データのうち、最も古いデータを削除し、新しいデータを記憶させる。具体的には図３のＲＡＭのＭ１０３に記憶されている圧力データＰ３ＤＰをＭ１０４にＰ４ＤＰとして記憶する。同様にＭ１０２に記憶されているＰ２ＤＰをＭ１０３に、Ｍ１０１に記憶されているＰ１ＤＰをＭ１０２に、Ｍ１００に記憶されているＮＤＰをＭ１０１に記憶し、最後に直前の１０２ステップ（図４）で算出した現在の給水圧力をＭ１００に、それぞれＰ３ＤＰ、Ｐ２ＤＰ、Ｐ１ＤＰ、ＮＤＰとして記憶する。これでＭ１００〜Ｍ１０４に記憶されているデータはそれぞれ１つずつ新しいデータに入れ替わる。
【００２８】
図４の１０９ステップでは前述のＰ４ＤＰとＮＤＰとを比較し、  
Ｐ４ＤＰ−ＮＤＰ  （式１）  
の値がＤ未満か否かを判定する。式１の解がＤ未満である場合は、水量は緩やかに変化していると判断し、Ｄ以上である場合は、水量は急激に変化していると判断する。同様に１１１ステップでは、Ｐ４ＤＰとＮＤＰとを比較し、  
ＮＤＰ−Ｐ４ＤＰ  （式２）  
の値がＤ未満か否かを判定する。式２の解がＤ未満である場合は、水量は緩やかに変化していると判断し、Ｄ以上である場合は、水量は急激に変化していると判断する。
【００２９】
図４の１１４ステップ（使用水量算出処理）について詳細を説明する。使用水量を求めるには、その時点の運転周波数ＮＦ（図３のＭ１０５）における使用水量−給水圧力特性を利用し、給水圧力より使用水量を算出する。データテーブルに記憶されているポンプ性能データＭ７〜Ｍ１７（図３）はある運転周波数Ｆｓｅｔにおける使用水量−給水圧力特性である為、これを実際の運転周波数ＮＦでの使用水量−給水圧力特性における性能データに換算する。使用水量−給水圧力特性がポンプの相似則に従うことを利用し、使用水量は周波数の１乗、給水圧力は周波数の２乗に比例する事より  
ＦＣ１  ＝  （  ＮＦ  ÷  Ｆｓｅｔ  ）   （式３）  
ＦＣ２  ＝  （  ＮＦ  ÷  Ｆｓｅｔ  ）２  （式４）  
使用水量に関するデータＭ７〜Ｍ１１はそれぞれＦＣ１を掛け算し、ＱＮ１ｓｅｔ、ＱＮ２ｓｅｔ、ＱＮ３ｓｅｔ、ＱＮ４ｓｅｔ、ＱＮ５ｓｅｔとし、これらをＲＡＭ上のＭ１１０〜Ｍ１１４に保存する。同様に、給水圧力に関するデータＭ１２〜Ｍ１６はそれぞれＦＣ２を掛け算し、ＨＮ１ｓｅｔ、ＨＮ２ｓｅｔ、ＨＮ３ｓｅｔ、ＨＮ４ｓｅｔ、ＨＮ５ｓｅｔとし、これらをＲＡＭ上のＭ１１５〜Ｍ１１９に保存する。つまり、これは周波数ＮＦにおける使用水量−給水圧力特性曲線上の離散値を保存したことになる。
【００３０】
次に図５を用いて、運転周波数ＮＦにおけるポンプ性能データ（Ｍ１１０〜Ｍ１１９）を補間し、運転周波数ＮＦにおける使用水量−給水圧力特性曲線を求める。例えばニュートンの補間法を用いて特性曲線Ｈｉ（Ｑｉ）（図５の曲線ＣＮＦ）を求めると、ここでＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を  
Ｃ０  ＝  ＨＮ１ｓｅｔ  
Ｃ１  ＝ （ ＨＮ２ｓｅｔ − ＨＮ１ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ２ｓｅｔ − ＱＮ１ｓｅｔ ）  
Ｃ２’＝ （ ＨＮ３ｓｅｔ − ＨＮ１ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ３ｓｅｔ − ＱＮ１ｓｅｔ ）  
Ｃ２  ＝ （     Ｃ２’   − ＨＮ２ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ３ｓｅｔ − ＱＮ２ｓｅｔ ）  
Ｃ３’’＝（ ＨＮ４ｓｅｔ − ＨＮ１ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ４ｓｅｔ − ＱＮ１ｓｅｔ ）  
Ｃ３’＝ （     Ｃ３’’  − ＨＮ２ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ４ｓｅｔ − ＱＮ２ｓｅｔ ）  
Ｃ３  ＝ （     Ｃ３’   − ＨＮ３ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ４ｓｅｔ − ＱＮ３ｓｅｔ ）  
Ｃ４’’’＝（ ＨＮ５ｓｅｔ − ＨＮ１ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ５ｓｅｔ − ＱＮ１ｓｅｔ ）  
Ｃ４’’＝（    Ｃ４’’’  − ＨＮ２ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ５ｓｅｔ − ＱＮ２ｓｅｔ ）  
Ｃ４’＝ （     Ｃ４’’  − ＨＮ３ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ５ｓｅｔ − ＱＮ３ｓｅｔ ）  
Ｃ４  ＝ （     Ｃ４’   − ＨＮ４ｓｅｔ ）÷（ ＱＮ５ｓｅｔ − ＱＮ４ｓｅｔ ）  
とすると、  
Ｈｉ（Ｑｉ）  
＝  Ｃ０  ＋  Ｃ１  ×（  Ｑｉ  −  ＱＮ１ｓｅｔ  ）
＋  Ｃ２  ×（  Ｑｉ  −  ＱＮ１ｓｅｔ  ）×（  Ｑｉ  −  ＱＮ２ｓｅｔ  ）  
＋  Ｃ３  ×（  Ｑｉ  −  ＱＮ１ｓｅｔ  ）×（  Ｑｉ  −  ＱＮ２ｓｅｔ  ）  
×（  Ｑｉ  −  ＱＮ３ｓｅｔ  ）  
＋  Ｃ４  ×（  Ｑｉ  −  ＱＮ１ｓｅｔ  ）×（  Ｑｉ  −  ＱＮ２ｓｅｔ  ）  
×（  Ｑｉ  −  ＱＮ３ｓｅｔ  ）×（  Ｑｉ  −  ＱＮ４ｓｅｔ  ）  
（式５）  
となる。４次式の解法は困難である為、例えば代入法を用い、式５より給水圧力がＨｘとなる使用水量Ｑｘを得る。
【００３１】
ここで、本実施例においては、使用水量−給水圧力特性がポンプの相似則に従うことを利用し、水量が急激に変化した時点の運転周波数における、ポンプの使用水量−給水圧力特性曲線を算出しているが、より正確に算出するために複数の運転周波数における使用ポンプの性能データを保存することとしている。つまり、メモリＭＯに複数の運転周波数における使用ポンプの性能データを保存し、その性能データの中から最も現在の運転周波数に近いデータを選択し、前述の性能データ換算処理を行う。これにより、水量が急激に変化した時点の運転周波数における使用水量−給水圧力特性曲線をより正確に求めることができる。
【００３２】
図４の１１５ステップ（目標圧力算出処理）について詳細を説明する。前述の通り、目標圧力Ｈｘは、使用水量Ｑｘにおける配管抵抗曲線Ｌｒの圧力値である。配管抵抗曲線は配管抵抗によって定まる抵抗率Ｒｓｅｔを用いて  
Ｈｊ（Ｑｊ）  ＝  （  Ｒｓｅｔ  ×  Ｑｊ２  ）＋  Ｈ００  （式６）  
と表され、式６より、使用水量Ｑｘにおける目標圧力Ｈｘが求まる（図５の運転点Ｘ’の給水圧力）。
【００３３】
図４の１１６ステップ（適正周波数算出処理）について詳細を説明する。前述の式５、式６より算出された使用水量Ｑｘ、目標圧力Ｈｘと、原点（使用水量０、給水圧力０）とを通る２次曲線Ｈｚ（Ｑｚ）（図５の曲線ＣＨｚ）をある係数ｋを用いて  
Ｈｚ（Ｑｚ）  ＝  ｋ  ×  Ｑｚ２  （式７）  
（  ｋ  ＝  Ｈｘ  ÷  Ｑｚ２  ）  
と表す。一方、運転周波数Ｆｓｅｔにおける使用水量−給水圧力特性曲線を、ポンプ性能データ（Ｍ７〜Ｍ１７）を用いて、式５と同様に算出する（図５のＣＦｓｅｔ）。算出した運転周波数Ｆｓｅｔにおける使用水量−給水圧力特性曲線ＣＦｓｅｔと、２次曲線ＣＨｚの交点Ｋを求め、その交点Ｋの水量Ｑkを得る。使用水量と周波数の関係がポンプの相似則に従うこと事より  
ＣＦ  ＝  Ｆｓｅｔ  ×（  Ｑｘ  ÷  Ｑｋ  ）   （式８）  
となり、使用水量に対し最適な運転周波数ＣＦを得る。
【００３４】
図４の１００ステップでは、前回の圧力制御処理から時間ｔ経過している事を確認し、時間ｔ経過していない場合は、時間ｔ経過するのを待ち、時間ｔ経過した場合は、次のステップへと進む。ここで時間ｔの待ち時間を設けるのは圧力検出信号の取得間隔を一定にする為である。１０１ステップで給水配管に備わる圧力センサからの、圧力信号を受け取り、１０２ステップで給水圧力の計算を行い、前述の給水圧力の計算結果を１０３ステップで保存する。１０４ステップでインバータ本体からの運転周波数を受け取り、１０５ステップでこれを保存する。１０６ステップで運転周波数が、指令周波数と一致することを確認し、運転周波数が指令周波数と一致しない場合には、処理を終了し、１００ステップに戻り、運転周波数が指令周波数と一致する場合には、続く圧力制御ステップへと進む。ここで、指令周波数とは、制御基板がインバータ本体に対し、圧力制御の為に指令した周波数値を意味する。１０６ステップにおいて運転周波数が、指令周波数と一致する事を確認するのは、制御基板がインバータ本体に対し、圧力制御の為に運転周波数を指令してから、実際にインバータ運転周波数が、指令周波数と一致するまでには時間がかかる為である。
【００３５】
さてポンプが図９に示す点Ｖで運転している際、使用水量が変化しない場合、制御基板は前述の１００〜１０６（図４）ステップを経た後、１０７、１０８ステップ（図４）の処理を実行する。これにより運転点は変化しない。
【００３６】
次にポンプが図９に示す点Ｖで運転している際、使用水量が緩やかに増加し、給水圧力がＨ３−ｄまで減少した場合、運転点は点Ｕとなり、前述の１００〜１０６ステップ（図４）を経た後、制御基板は１０７、１０９、１１０ステップ（図４）の処理を実行し、制御基板がインバータ本体への指令する周波数値を増加させ、１１３ステップ（図４）を実行し、指令周波数の変化に合わせ圧力目標値を更新し、１１８ステップ（図４）の処理を実行し、制御基板がインバータ本体へ前述の周波数値を送ることで、運転周波数をＦ３からＦ２へと変化させる。これにより運転点は点Ｔに変化する。更に使用水量が増え、給水圧力がＨ２−ｄまで減少した場合、運転点は点Ｓとなり、同様に１００〜１０６、１０７、１０９、１１０、１１３、１１８（図４）ステップの処理を実行し、運転周波数がＦ２からＦ１に、運転点が点Ｒに変化する。
【００３７】
逆にポンプが図９に示す点Ｖで運転している際、使用水量が緩やかに減少し、給水圧力がＨ３＋ｄまで増加した場合、運転点は点Ｗとなり、前述の１００〜１０６ステップ（図４）を経た後、制御基板は１０７、１０８、１１１、１１２ステップ（図４）の処理を実行し、制御基板がインバータ本体への指令する周波数値を減少させ、１１３ステップ（図４）を実行し、指令周波数の変化に合わせ圧力目標値を更新し、１１８ステップ（図４）の処理を実行し、制御基板がインバータ本体へ前述の周波数値を送ることで、運転周波数をＦ３からＦ４へと変化させる。これにより運転点は点Ｘに変化する。更に使用水量が減り、給水圧力がＨ４＋ｄまで増加した場合、運転点は点Ｙとなり、同様に１００〜１０６、１０７、１０８、１１１、１１２、１１３、１１８ステップ（図４）の処理を実行し、運転周波数がＦ４からＦ５に、運転点が点Ｚに変化する。
【００３８】
ここで、図６を用いて圧力変動幅が大きい場合の対応策の一例について説明する。これは本実施例のように現在の使用水量を給水圧力から算出するものではなく、もっとシンプルに圧力変動幅が大きい場合には、運転周波数の変化量を大きくするという方法である。図６では給水圧力が目標圧力よりｄ１以上かつｄ２未満、またはｄ１を超え、かつｄ２以下の範囲で変化した場合は運転周波数を変化量小で変更し、給水圧力が目標圧力よりｄ２以上、またはｄ２を超えて変化した場合は運転周波数を変化量大で変更した例を示している。この方法によれば、従来のどのような圧力変動に対しても一定の変化量で運転周波数を変更するという方法と比較して、短時間で目標圧力にたどりつけると考えられる。しかしながら、圧力の変動量によっては１回の運転周波数変更では対処しきれず、やはり安定した給水を行うことができない場合がある。詳細な説明は省くが、複数回の運転周波数変更を要することがある。
【００３９】
さらに図７には、圧力変動幅が大きい場合の対処方法として、運転周波数の変化量を単に大きくした場合について示す。しかしながらこの場合には、運転周波数を変更量大で変化させた事で、給水圧力が制御目標圧を超える可能性があり、さらには給水圧力が目標圧力付近で発振する可能性もある。また、ポンプの使用水量−給水圧力特性の性質より、周波数変化量に対する、給水圧力変化量は常に一定ではない為、運転周波数の変更回数を常に少ない回数で抑えるよう、圧力変動幅に対する運転周波数の変化量を適切に設定するのは困難である。
【００４０】
そこで本実施例においては、上記したように、給水圧力の変化に応じてそのときの使用水量を算出することにより、正確な目標圧力を短時間で求めることを可能としている。  
図８を用いて本実施例の圧力変動に対応するポンプ制御方法について説明する。ポンプが図８に示す点Ｒ’で運転している際、使用水量が急激に増加し、給水圧力がＤ以上減少し、運転点が点Ｓ’となった場合、前述の１００〜１０６ステップ（図４）を経た後、制御基板は１０７、１０９ステップ（図４）の処理を実行し、１１４ステップ（図４）で運転周波数、及び給水圧力から使用水量を算出し、１１５ステップ（図４）で前述の算出した使用水量における圧力目標値を算出し、１１６ステップ（図４）で前述の算出した使用水量、及び前述の算出した圧力目標値を満たす使用水量−給水圧力特性曲線となる運転周波数を求める。１１７ステップ（図４）の処理を実行し、１１５ステップ（図４）で算出した圧力目標値を、圧力制御の目標値として設定し、１１８ステップ（図４）の処理を実行し、制御基板がインバータ本体へ前述の算出した周波数値を送ることで、運転周波数をＦ３からＦｇへと変化させる。これにより運転点は点Ｇに変化する。使用水量が急激に減少した場合は、制御基板における処理はほぼ同じである為、説明は省く（１００〜１０６、１０７、１０８、１１１、１１４〜１１８ステップを順に実行する）。
【００４１】
なお、本実施例においては、この水量が急激に変化していると判断した場合にのみ、使用水量を算出して最適な目標圧力を設定することとしているが、これに限る必要はない。つまり、どのような圧力変動であっても、その度に使用水量の算出を行えば最適な目標圧力を設定できるため、より短時間で圧力変動から脱し安定した給水ができる。
【００４２】
本実施例の給水装置によれば、従来の、運転周波数の加速、或いは減速を繰り返すことによって最適な運転周波数を求める方法と比べて、給水圧力の変動を短時間で解消し、安定した給水を行う事ができる。つまり、本実施例の給水装置は、給水圧力急変時に、運転状況から現在の使用水量を算出し、使用水量に対する最適な運転周波数で制御する事で、圧力変動からの復帰時間を短くし、より安定した給水を行う給水システムを提供する事を可能とするのである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施例の給水システムの構成を示したシステム構成図。
【図２】一般的なポンプの使用水量−給水圧力特性と、推定末端圧一定制御を示した運転特性図。
【図３】本実施例におけるポンプ性能、及び圧力制御に関するパラメータを持つデータテーブル。
【図４】本実施例における圧力制御の制御手順を示したフローチャート。
【図５】本実施例における使用水量算出から目標圧力算出、適正周波数算出までの過程を説明するための図。
【図６】本実施例における圧力制御において、圧力変動量に応じて運転周波数の変化量を変えた場合の圧力制御方法の説明するための図。
【図７】本実施例における圧力制御において、圧力変動量が大きい場合に運転周波数の変化量を非常に大きくし、給水圧力が発振する場合の原理を説明するための図。
【図８】本実施例における使用水量が急激に変化する場合の圧力制御方法を説明するための図。
【図９】本実施例における使用水量が緩やかに変化する場合の圧力制御方法を説明するための図。
【図１０】本実施例における圧力制御において、使用水量が急激に変化する場合の圧力制御方法の説明するための図。
【符号の説明】
【００４４】
１  制御基板、２  インバータ、３  モータ、４  ポンプ、５  吸込み管、６  仕切り弁、７  逆止め弁、８  仕切り弁、９  給水管、１０  圧力センサ、１１  圧力タンク、Ｓ１、Ｓ２  信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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