(57)【要約】【課題】カスケードポンプを用いて推定末端圧力一定制御を行う場合に、最高回転数や吸込み水位が不明であっても正しく制御できるようにすること。【解決手段】カスケードポンプ（２）を駆動するモータ（４）のコントローラ（１１）が運転による最高回転数や締切圧力により自動的にマップを書き換えて、最高回転数を求めて効率のよい推定末端圧力一定制御を行う。【選択図】  図３
2004316434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケードポンプとそのカスケードポンプの吐出し側に設けた圧力センサとそのカスケードポンプを駆動するモータと、そのモータの回転数を制御するコントローラとからなる可変速給水装置において、そのコントローラはポンプ回転速度と吐出し管の圧力とを記憶する記憶部を備え、最高回転数を求めて推定末端圧力一定制御を行い、使用中にさらに最高回転数が上昇したときその上昇した最高回転数により推定末端圧力一定制御を行う機能を有することを特徴とする可変速給水装置。
【請求項２】
カスケードポンプとそのカスケードポンプの吐出し側に設けた圧力センサとそのカスケードポンプを駆動するモータと、そのモータの回転数を制御するコントローラとからなる可変速給水装置において、そのコントローラはポンプ特性を記憶する記憶部を備え、吸込側の水位の上昇下降に伴う運転圧力を判断して、推定末端圧力一定制御を行う機能を有することを特徴とする可変速給水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカスケードポンプとそのカスケードポンプの吐出し側に設けた圧力センサとカスケードポンプを駆動するモータと、ポンプの回転速度を制御するコントローラとからなる可変速給水装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、家庭に給水を行うために、受水槽に蓄えた水や井戸水を供給するのにカスケードポンプを使用した自動給水装置が多く用いられている。カスケードポンプを用いる理由は省エネおよび低騒音の点から好ましい。このような従来の自動給水装置はインバータを搭載しており、吐出し圧力一定制御を行っている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また配管の末端の家庭において所定の圧力や水量を得たい要請に応えるために推定末端圧力一定制御が知られている（例えば特許文献２、３および４参照）。
【０００４】
特許文献１    特開平１０−２８８１８５号公報
特許文献２    特開昭６０−１４２０９７号公報
特許文献３    特開昭６０−１５６９９５号公報
特許文献４    特開昭６０−１８９５１９号公報
【０００５】
しかしながら、本発明者は種々研究の結果、さらに改良すべき点があることを見出した。特に従来は最大回転数の設定や井戸の場合の水位に関して推定末端圧力一定制御が不充分であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、カスケードポンプを用いてさらに正確に推定末端圧力制御を行うことのできる可変速給水装置を提供するにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、カスケードポンプの最大回転数の変化や井戸の水位の変化に応じて正しく制御できる可変速給水装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、カスケードポンプとそのカスケードポンプの吐出し側に設けた圧力センサとそのカスケードポンプを駆動するモータと、そのモータの回転数を制御するコントローラとからなる可変速給水装置において、そのコントローラはポンプ回転速度と吐出し管の圧力とを記憶する記憶部を備え、最高回転数を求めて推定末端圧力一定制御を行い、使用中にさらに最高回転数が上昇したときその上昇した最高回転数により推定末端圧力一定制御を行う機能を有している。
【０００９】
さらに本発明によれば、カスケードポンプとそのカスケードポンプの吐出し側に設けた圧力センサとそのカスケードポンプを駆動するモータと、そのモータの回転数を制御するコントローラとからなる可変速給水装置において、そのコントローラはポンプ特性を記憶する記憶部を備え、吸込側の水位の上昇下降に伴う運転圧力を判断して、推定末端圧力一定制御を行う機能を有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２は本発明を実施したカスケードポンプを備えた自動給水装置Ａの正面図および上面図を示し、配管機能を備えたユニットベース１上にモータ４で駆動されるカスケードポンプ２が設置され、ユニットベース１はユニットカバー３で覆われている。そしてユニットカバー３の中には吸込管５、吐出し管６がユニットベース１に固定されている。
【００１１】
ポンプ２の回転に伴い、水は吸込管５を経由して、ポンプ停止時に吐出し側から吸込側への逆流を防止するための逆止弁７と、ポンプ停止のための水量を検知するフロースイッチ８とを介してポンプ２に吸込まれる。そしてポンプ２からの吐出し水は吐出し側に設けた圧力タンク９に流れる。この圧力タンク９はポンプ２の停止時に蓄水するためのものである。ポンプ２の吐出し側にはさらに吐出し側の圧力を検出する圧力センサ１０が設けられており、その圧力センサ１０の下流側に吐出し管６が設けられ、ポンプ２からの吐出し水は上述のようにして吐出し管６に導かれる。図中１１はポンプの起動停止を行うためのコントローラである。
【００１２】
図３は本発明を実施した可変速給水装置の説明図である。図３において地上Ｓから掘られた井戸１２には水ＷがレベルＬの所まで溜まっている。自動給水装置Ａは井戸１２に近接して地上Ｓに設置されている。
【００１３】
図示の通り吸込管５には逆止弁７とフロースイッチ８とが設けられている。カスケードポンプ２の吐出し管６には圧力センサ１０と圧力タンク９とが設けられている。この圧力センサ１０からの信号はコントローラ１１の制御部１１ａに送られ、後述するが制御部１１ａからの周波数指令がインバータ１１ｂに送られてモータ４を制御するようになっている。図中Ｍは記憶部を示し、これに関しては後述する。
【００１４】
図４は本発明に従って吐出し圧力一定制御よりも推定末端圧力一定制御の方がより効率がよくいわゆる省エネであることを説明する図であり、横軸に水量Ｑをそして縦軸は下側が消費電力Ｌ、上側が圧力Ｈを示し、回転数をパラメータとして図示してある。図中ｕは１００％、ｖは９０％、ｗは８０％の曲線を示している。上図において水平な直線ｘは圧力Ｈ０で吐出し圧力一定制御をした場合であり、曲線ｙは本発明に従って推定末端圧力一定制御をした場合の特性である。
【００１５】
この図４の上図と下図とを参照して、吐出し圧力一定制御の場合、線ｘと線ｕ、ｖ、ｗとの交点Ｈ０、Ｈ２、Ｈ１はそれぞれ回転数１００％、９０％、８０％のときの水量Ｑ０、Ｑ２、Ｑ１を示しており、同様に推定末端圧力一定制御の場合は交点Ｈ０、Ｈ４、Ｈ３の水量がＱ０、Ｑ４、Ｑ３である。下図の回転数曲線の各水量に対応する点が吐出し圧力一定制御ではＬ０、Ｌ２、Ｌ１であり、これを結ぶ線ｘが吐出し圧力一定制御のときの消費電力Ｌの特性であり、同様に点Ｌ０、Ｌ４、Ｌ３を結ぶ線ｙが推定末端圧力一定制御の特性となる。
この線ｘと線ｙとを比べれば解る通り、回転数が１００％以外ではいずれも消費電力が少なく効率的であることが解る。
【００１６】
図３の記憶部Ｍは一実施例においてあらかじめポンプの回転速度と吐出し側の配管の内圧力との関係を記憶している。
また、他の実施例においてあらかじめ定められた複数の回転速度と給水管内圧力との関係を記憶している。
このような記憶部を有することで好適に推定末端圧力を求めることができる。
【００１７】
またさらに他の実施例によれば、記憶部は可変速運転中の最大回転を記憶するようになっている。このようにすれば最大回転数をこえる正常な回転数が制御部に入力されたときに、その最大回転数の値を設定してポンプの回転速度毎の制御目標圧力を再設定できるようにするとさらに好適である。
【００１８】
図４の説明から解るように水量Ｑ０の点すなわち使用最高回転数の設定が必要となる。しかしながら本発明によれば、使用最高回転数の設定がなくても推定末端圧力一定制御ができるようになっている。
【００１９】
図５において縦軸の圧力Ｈが、そして横軸に水量Ｑが示されている。図６はフローチャートを示している。図５の曲線ａ、ｂ、ｃは図４と同様にカスケードポンプの特性曲線であり、カスケードポンプの回転数はａよりｂが大であり、ｂよりｃがさらに大である。
【００２０】
図５および図６を参照して制御の態様を説明する。使用最高回転数のデータがない場合は、基準圧力ＰＡを設定し、その基準圧力で吐出し圧力一定制御を行う（ステップＳ１）。その際カスケードポンプは直線ｄで示す運転を行う。そしてカスケードポンプ２の回転数の上昇に伴い、点ｅの所で最高回転数に達したものとする（ステップＳ２）。すなわち曲線ａの回転数が一回目の最高回転数である。そこでコントローラ１１はこの点ｅの回転数を最高回転数と設定して、推定末端圧力一定制御を行う（ステップＳ３）。その際のカスケードポンプ２の運転は曲線ｆで示す通りである。
【００２１】
その後の運転において一回目の最高回転数ａより大きい回転数例えば回転数ｂで運転された場合（ステップＳ４）、コントローラ１１はその後の最高回転数ｂ上の点ｇを新たな最高回転数として推定末端圧力一定制御を行う（ステップＳ５）。その際のカスケードポンプ２の特性は曲線ｈで示す通りである。
【００２２】
また基準圧力ＰＡを設定変更する場合はその使用最高回転数をキャンセルして再度前記の作動を行えばよい。
このようにして基準圧力と最高回転数のマップを記憶させておくと配管変更その他に対して便利である。
【００２３】
また適切な最大回転数が得られない場合に、あらかじめ定めた仮の最大回転数に基づいて圧力を設定するのが好ましい。
【００２４】
次に井戸１２内の水位Ｌが変化した場合、吐出圧力一定制御では問題が生じないが、推定末端圧力一定制御ではカスケードポンプの性能曲線が変化するので、その水位に合わせて補正する必要がある。
まずこの点を図７を参照して説明する。なお図７は実質的に図４と同じである。
【００２５】
図７において縦軸に圧力Ｈが、横軸に水量Ｑが示されており、線ｕが回転数１００％すなわち最高回転数（最高周波数）のときのカスケードポンプの性能曲線である。前述のように、推定末端圧力一定制御では曲線ｙで示す通り、水量の零のときに圧力ＰＢで始動し、最大水量時に圧力ＰＡになるように水量別にカスケードポンプの吐出し圧力を制御しており、圧力ＰＢは締切時の圧力となり、そのときのカスケードポンプの運転周波数は曲線ＨｚＢで示されている。なお、制御上、運転周波数はこの値ＨｚＢを最低運転周波数とし、これより下がらないように制御する。
【００２６】
さて、井戸１２の水位Ｌが上昇した場合、水位Ｌの上昇に伴い吸込圧が変化するので、図８に示すようにカスケードポンプの性能曲線も前記の曲線ｕからその外側に破線で示す曲線ｕａに変化する。このとき当然推定末端圧力一定制御も曲線ｙａで示すように変化する。しかしながら曲線ｙａで制御すると、曲線ＨｚＢと曲線ｙａとの交点Ａから水量の少ないところは最低運転周波数ＨｚＢの曲線に沿う曲線部分ｙｂで運転されるので、締切圧はＰＢａとなり、前記の締切圧ＰＢより高いので、最低運転周波数ＨｚＢより低い周波数ＨｚＢａで運転されなければならない。
【００２７】
図９は水位Ｌが下降した場合のカスケードポンプの推定末端圧力一定制御の態様を示している。
図８の場合とは逆に、この場合はカスケードポンプの特性は曲線Ｕの内側の曲線Ｕｂとなり、その結果、推定末端圧力一定制御は曲線ｙｃの通り変化する。このときの最低圧力ＰＢの運転周波数は最低運転周波数ＨｚＢより高い周波数ＨｚＢｂで運転される。
【００２８】
井戸の水位の上下は勿論水位計を用いれば検知できる。またポンプの特性曲線がわかれば、吸込圧力と吐出し圧力から例えばマップを用いて演算できる。
しかしながら、図８、図９に基づいてカスケードポンプの特性曲線はコントローラに記憶されているので、これを用いれば水位計や吸込圧力を検出しなくても井戸の水位の上昇、下降による推定末端圧力一定制御を行うことができる。
【００２９】
図１０は水位の変化による補正のフローチャートを示している。まずスタートし、補正を行うタイミングとして所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１としては、タイミングとして所定時間の他に始動時、停止時等のいずれかのタイミングを用いることができる。したがって、例えば始動時をタイミングとした場合は、以下の各ステップにおける「所定時間内」を「始動時」と読み代えるものとする。
【００３０】
そしてコントローラ１１は所定時間内に図７の最低周波数ＨｚＢに達したときに圧力がＰＢまで低下したか否かを判断する（ステップＳ１２）。低下していない場合、すなわちＮＯの場合は図８の状態であるから、水位上昇と判断する（ステップＳ１３）。この場合、図８から解るように現状では周波数ＨｚＢで圧力ＰＢａなので、最低周波数ＨｚＢａで圧力ＰＢになるように補正する（ステップＳ１４）。
【００３１】
この補正は、井戸水位の上昇度合いが不明のためにその上昇度合いを好適に把握できるものである。
すなわち、所定の値の周波数のみに仮に低下させ、その時の吐出し圧力を捉え、最終的に圧力がＰＢまで低下するように最低周波数をさげ、ＰＢに到達した時を新たな最低周波数ＨｚＢａとし、それ以降周波数ＨｚＢとＨｚＢａとの差分だけ補正をかけ、推定末端圧力一定制御を行うようにするものである。
【００３２】
ステップＳ１２がＹＥＳの場合、コントローラ１１は所定時間内に圧力がＰＢに達したときに最低周波数ＨｚＢまで低下したか否かを判断する（ステップＳ１５）。ＹＥＳの場合は水位の変化はないものと判断して補正は行わない。
【００３３】
しかしながら、ステップＳ１５がＮＯの場合、水位下降と判断し（ステップＳ１６）、そして現状では周波数ＨｚＢｂで圧力ＰＢなので、周波数ＨｚＢとＨｚＢｂとの差分だけ水位が下降したものとして補正する（ステップＳ１７）。
【００３４】
この補正は仮に締切まで行ったものと想定し、所定時間内の最も低い運転周波数ＨｚＢｂと初期の運転周波数との差分だけ井戸水位が下降したものと、補正を行い、推定末端圧力一定制御を行う。
【００３５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、下記のすぐれた効果を奏する。
（ａ）  最大回転数のデータがなくても、運転により最大回転数を設定でき、正しい推定末端圧力一定制御ができる。
（ｂ）  カスケードポンプは大水量運転の方が小水量運転より騒音が少ないので、騒音の少ない運転ができる。
（ｃ）  吸込側の水位の変化があっても、正しい推定末端圧力一定制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する可変速給水装置の正面図。
【図２】図１の上面図。
【図３】本発明の一実施例を示す説明図。
【図４】カスケードポンプを用いて推定末端圧力一定制御を行った場合に消費電力が節約されることを説明するための図。
【図５】使用最高回転数を設定しなくても自動的に推定末端圧力一定制御を行うことを説明するための図。
【図６】図５に従って推定末端圧力一定制御を行うためのフローチャート。
【図７】吸込側の水位の上下により推定末端圧力一定制御の変化を説明するための基本図。
【図８】水位の上昇により推定末端圧力一定制御の変化を説明するための図。
【図９】水位の下降により推定末端圧力一定制御の変化を説明するための図。
【図１０】運転に先立って水位の上下の検知の態様を示すフローチャート。
【符号の説明】
２・・・カスケードポンプ
４・・・モータ
６・・・吐出し管
７・・・逆止弁
８・・・フロースイッチ
９・・・圧力タンク
１０・・・圧力センサ
１１・・・コントーラ
１１ａ・・・制御部
１１ｂ・・・インバータ
１２・・・井戸
Ｍ・・・記憶部
Ｌ・・・水位
【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】
2004316434.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004316434.tif 000011
【図１０】
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