(57)【要約】【課題】　ポンプ追加投入時や解列停止時に過渡的に吐出圧力が変動してしまうことを、フォーシング制御といった複雑で困難な制御を行うことなく、簡単な制御で抑制できるようにした可変速給水装置を提供する。【解決手段】　電動機により回転駆動される複数のポンプ１３ａ，１３ｂと、ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に設けた逆止弁と、逆止弁の下流側に設けた圧力検出器１８と、ポンプを可変速駆動する可変速手段１９ａ，１９ｂと、ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段１７とを備えた可変速給水装置において、制御手段１７は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプ１３ａ，１３ｂを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度としてポンプ締切時の制御目標圧力に対応した回転速度を出力する。【選択図】　　図２
2004011653.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複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、
　前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度として該ポンプ締切時の制御目標圧力に対応した回転速度を出力することを特徴とする可変速給水装置。
【請求項２】
　電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、
　前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度として該ポンプが締切で運転するような状態になる低い回転速度を出力することを特徴とする可変速給水装置。
【請求項３】
　電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、
　前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度としてポンプ締切時の圧力と回転速度の関係に基づいて決定された回転速度を出力することを特徴とする可変速給水装置。
【請求項４】
　電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、
　前記制御手段は、複数の運転中のポンプの内の１台を解列停止する時に、運転を継続する他のポンプのＰＩ制御を該ポンプの最高回転速度付近の回転速度から開始する手段を備えたことを特徴とする可変速給水装置。
【請求項５】
　前記複数のポンプは配水管に接続された流入管に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
【請求項６】
　推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
【請求項７】
　前記可変速手段は前記複数のポンプそれぞれを可変速駆動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
【請求項８】
　前記ポンプは３台以上あることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
【請求項９】
　電動機により回転駆動され配水管に接続された流入管に接続されている３台以上のポンプと、
　該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、
　該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、
　前記３台以上のポンプをそれぞれ可変速駆動する可変速手段と、
　前記ポンプを前記圧力検出器からの信号に基づいて推定末端圧力一定制御すると共に追加解列する制御手段とを備えたことを特徴とする可変速給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、２台以上のポンプを並列運転可能な可変速給水装置に係り、特に並列運転するポンプの追加・解列時の吐出圧力の変動を低減することができる制御系の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
　図１は、２台のポンプを備えた可変速給水装置のシステム概要を示す。例えば、水道の本管である配水管１１には流入管１２が接続され、２台のポンプ１３ａ，１３ｂがこの流入管１２に接続されている。流入管１２には、量水器（図示せず）が接続されて、使用水量が計測される。各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側には、末端給水機器１４へと連結された吐出管１５が接続されている。
【０００３】
　前記吐出管１５には、圧力タンク１６が接続されている。また、ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側には、吐出管１５におけるポンプの吐出圧力を検出してこの圧力信号を制御手段１７に送る吐出圧力検出器１８が備えられている。
　このポンプ１３ａ，１３ｂは、それぞれ例えば三相２００Ｖの商用電源に接続された周波数・電圧変換装置（インバータ）を備えた電動機からなる可変速手段１９ａ，１９ｂを備え、可変速で駆動される。
【０００４】
　前記制御手段１７は、吐出圧力検出器１８の信号に基づき、各可変速手段１９ａ，１９ｂに信号を送り、各ポンプ１３ａ，１３ｂの回転速度を所定の制御目標圧力となるようにフィードバック制御する。この速度制御は、通常制御の安定性等からＰＩ（比例積分）制御が用いられている。
【０００５】
　更に、前記吐出管１５には、各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に位置して、例えばフロースイッチからなる少水量検出手段２０ａ，２０ｂと、逆流防止用の逆止弁２１ａ，２１ｂとがそれぞれ介装され、前記各少水量検出手段２０ａ，２０ｂからの信号が、前記制御手段１７に送られるようになっている。少水量検出手段により、需要家側１４で水の使用量がほとんど無い状態が検出されると、ポンプの締切運転を防止し省エネルギ化を図るため、ポンプ停止等の制御が制御手段１７により行なわれる。
【０００６】
　ところで２台のポンプ１３ａ，１３ｂは、送水水量に応じて１台又は２台で制御目標圧力を保つように回転速度が制御されて運転される。使用水量が少ない時は１台のみが運転され、使用水量が増加し、ポンプ１台の運転では足りず制御目標圧力を維持できなくなった時、即ち運転中の１台のポンプ１３ａの回転速度が最高回転速度に達した時に、２台目のポンプ１３ｂの運転を開始（追加投入）する。そして、その後、需要家側での使用水量が少なくなり、ポンプ１３ｂの回転速度が低下して、１台のポンプで制御目標圧力を維持できるようになった時に、２台の内の１台のポンプ１３ａ又は１３ｂを解列停止するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　図７はポンプの追加投入時の制御フローを示す。運転中の１台目のポンプ１３ａに対して、２台目のポンプ１３ｂの追加投入が決定されると、目標圧力値（ＳＶ）と実際圧力値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）が算出され、この偏差によりＰＩ演算が行われた後、この演算結果（ＤＭＶ）が前回の回転速度指令（ＭＶ）に加えられて新たな回転速度指令ＭＶが出力される。この時の前回の回転速度指令（ＭＶ）は、運転中のポンプは、最高回転速度で運転しているので、追加投入されるポンプに対する速度指令も最高回転速度が出力される。
【０００８】
　図８は、追加投入時のポンプ吐出圧力の変動の状況を示す。図示するように追加投入時に高い回転速度が出力され、吐出圧力が一瞬上昇した後に下ってくる現象が発生する。
【０００９】
　この場合、並列運転時は、１台のポンプを最高回転速度付近で定速運転し、他の１台のポンプを送水水量に応じて可変速運転する場合と、２台のポンプを揃速で可変速運転する場合とが考えられる。その後、使用水量が減少すると２台の内１台のポンプを解列停止する。その解列動作の条件は、使用水量が少なくなり可変速ポンプの回転速度が低下して、所定の回転速度に達するとポンプ１台が解列停止する。
【００１０】
　図９はポンプの解列停止時の制御フローを示す。運転中の２台のポンプ１３ａ，１３ｂに対して、１台のポンプ１３ｂの解列が決定されると、目標圧力値（ＳＶ）と実際圧力値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）が算出され、この偏差によりＰＩ演算が行われた後、この演算結果（ＤＭＶ）が前回の回転速度指令（ＭＶ）に加えられて新たな回転速度指令ＭＶが出力される。この時の前回の回転速度指令（ＭＶ）は、運転中のポンプは、最低回転速度で運転しているので、運転が継続されるポンプ１３ａに対する速度指令も最低回転速度が出力される。
【００１１】
　図１０は、解列停止時のポンプ吐出圧力の変動の状況を示す。解列時に最低回転速度が出力されその後上昇するので、図示するように吐出圧力が一瞬下降した後に上昇してくる現象が発生する。
【００１２】
　従来では、ポンプの追加又は解列動作を行った時の圧力変動の発生をフォーシング制御で避けることが行われていた。このフォーシング制御は、ポンプの追加動作時には、運転を継続するポンプの回転速度を下げつつ他のポンプの追加投入を行うものであり、ポンプの解列動作時には、運転を継続するポンプの回転速度を上げつつ、停止するポンプの解列を行うものである。
【００１３】
　フォーシング制御による圧力変動の抑制は、そのタイミングと負荷状況により左右され、設定調整が非常に難しい。つまり、フォーシング動作を先にスタートさせるが、早すぎると圧力が低下してから上昇する、又は上昇してから低下するといった圧力変動幅が逆に大きくなるといった問題がある。
【００１４】
　本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、ポンプ追加投入時や解列停止時に過渡的に吐出圧力が変動してしまうことを、フォーシング制御といった複雑で困難な制御を行うことなく、簡単な制御で抑制できるようにした可変速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】
【００１５】
　本発明の可変速給水装置は、電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度として該ポンプ締切時の制御目標圧力に対応した回転速度を出力することを特徴とする。
【００１６】
　本発明の他の可変速給水装置は、電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度として該ポンプが締切で運転するような状態になる低い回転速度を出力することを特徴とする。
【００１７】
　本発明の他の可変速給水装置は、電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、前記制御手段は少なくとも１台のポンプ運転時に他の停止中のポンプを追加投入するときに、追加したポンプの回転速度としてポンプ締切時の圧力と回転速度の関係に基づいて決定された回転速度を出力することを特徴とする。
【００１８】
　本発明の他の可変速給水装置は、電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、前記制御手段は、複数の運転中のポンプの内の１台を解列停止する時に、運転を継続する他のポンプのＰＩ制御を該ポンプの最高回転速度付近の回転速度から開始する手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
　このように構成した本発明によれば、追加投入されるポンプは、その投入時に吐出圧力の変動に影響のない所定の低い回転速度出力からＰＩ制御が開始される。これによって、追加投入時の回転速度出力の偏差が小さくなり、吐出圧力が一瞬上昇してしまうことを防止することができる。
　また、本発明によれば、１台のポンプを解列した後に運転を継続するポンプは、その解列時に最高回転速度付近の回転速度出力からＰＩ制御が開始される。これによって、運転を継続するポンプのＰＩ制御が応答遅れによって吐出圧力が一時的に低下してしまうことを防止することができる。
【００２０】
　また、前記複数のポンプは配水管に接続された流入管に接続されていることを特徴とする。
　また、推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする。
　また、前記可変速手段は前記複数のポンプそれぞれを可変速駆動することを特徴とする。
　また、前記ポンプは３台以上あることを特徴とする。
【００２１】
　本発明の他の可変速給水装置は、電動機により回転駆動され配水管に接続された流入管に接続されている３台以上のポンプと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力検出器と、前記３台以上のポンプをそれぞれ可変速駆動する可変速手段と、前記ポンプを前記圧力検出器からの信号に基づいて推定末端圧力一定制御すると共に追加解列する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
　本発明によれば、フォーシング制御といった複雑で困難な制御を行うことなく、ポンプ追加運転時や解列停止時に過渡的に吐出圧力が変動してしまうことを簡単な制御で抑制することができる。従って、本発明の可変速給水装置によれば安定に圧力変動の無い水を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
　以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
　なお、以下の各実施例におけるポンプ運転制御の前提となるシステムの概要は、図１に示す通りである。配水管１１に接続された流入管１２と、この流入管１２に接続された複数のポンプ１３ａ，１３ｂと、この各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に接続され末端給水機器１４へと連結された吐出管１５と、この吐出管１５に設けられ前記ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出圧力を検出する吐出圧力検出器１８と、前記各ポンプ１３ａ，１３ｂをそれぞれ可変速駆動する可変速手段１９ａ，１９ｂと、前記各ポンプ１３ａ，１３ｂをＰＩ制御で可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段１７とが備えられている。
【００２４】
　更に、前記吐出管１５には、各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に位置して少水量検出手段２０ａ，２０ｂと逆止弁２１ａ，２１ｂとが介装され、この各少水量検出手段２０ａ，２０ｂからの信号が、前記制御手段１７に送られるようになっている。
【００２５】
　図２乃至図４は、本発明の第１実施例を示すもので、図２は、制御フロー図、図３は、ポンプ締切時圧力と回転速度との関係を示す図、図４は、圧力変動測定結果を示すグラフである。
【００２６】
　この実施例は、前記図１に示す制御手段１７に、１台のポンプ１３ａの運転時に他の停止中のポンプ１３ｂを追加運転させる時に、１台のポンプ１３ａの回転速度を固定し、他のポンプ１３ｂのＰＩ制御を所定の回転速度出力から開始する手段を備えたものである。
　この実施例では、追加運転するポンプ１３ｂの所定の回転速度出力をポンプ締切時の圧力と回転速度との関係から、締切時の制御目標圧力に対応した回転速度に設定するようにしている。
【００２７】
　即ち、１台のポンプ１３ａが可変速で運転中に使用水量が増加し、この回転速度が最高回転速度に達して所定時間が経過すると、送水水量を補うため、図２に示すように、他のポンプ１３ｂの追加始動を決定し、１台目のポンプ１３ａの回転速度を固定する。
【００２８】
　そして、追加運転するポンプ１３ｂを可変速にＰＩ制御するのであるが、この時、図２に示すように、追加後１回目の計算の時には、回転速度指令ＭＶに所定回転速度ＨｚＢを代入し、この回転速度を出力して、追加ポンプ１３ｂのＰＩ制御を行う。その後、追加後２回目以降は、従来例と同様に、目標値（ＳＶ）と実際値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）を算出し、この偏差によりＰＩ演算を行った後、この演算結果（ＤＭＶ）を前回の回転速度指令（ＭＶ）に加えて新たな回転速度指令ＭＶを出力する。
【００２９】
　ここに、前記ポンプ１３ｂの最初の出力である所定回転速度ＨｚＶは、ポンプ始動直後の圧力上昇に影響がないように決定されるのであり、図３に示すように、ポンプ締切時（流量０）の制御目標カーブ上の目標圧力（ＰB）を発生させる最低回転速度（ＮB）としている。
【００３０】
　このように構成することにより、追加するポンプ１３ｂのＰＩ制御を、例えば、ポンプが締切（フロースイッチが閉じる状態）で運転する状態になるような吐出圧に影響がない低い回転速度の出力から開始して、過渡的な吐出圧力の上昇を抑制することができる。
【００３１】
　この実施例の圧力変動測定結果を図４に示す。
　この測定結果から明らかなように、本実施例によれば、ポンプの追加運転時に吐出圧力が上昇してしまったり、応答遅れが生じてしまうことを防止して、常時安定した吐出圧力を保つことができる。
【００３２】
　なお、ポンプ締切時の吐出圧力と回転速度との関係は、予めデータテーブルとして記憶しておいてもよく、ポンプ試運転時などに自動的に測定して記憶するようにしてもよい。
　また、圧力制御方法としては、吐出圧力一定制御または需要先の圧力を一定とする推定末端圧力一定制御のどちらを採用しても良い。
【００３３】
　図５及び図６は、第２実施例であるポンプの解列の場合を示すもので、図５は、制御フロー図、図６は、その圧力変動の測定結果を示すグラフである。
　この実施例は、前記図１に示す制御手段１７に、運転中の複数のポンプの内の１台を解列停止した時に、運転中の他のポンプのＰＩ制御を該ポンプの最高回転速度付近の回転速度出力から開始する手段を備えたものである。
【００３４】
　即ち、２台のポンプ１３ａ，１３ｂの並列運転に際して、１台目のポンプ１３ａを固定回転速度で運転し、２台目のポンプ１３ｂを可変速で運転させておく。そして、この状態から使用水量が少なくなり、２台目のポンプ１３ｂの回転速度が減少し、所定の回転速度に達した時、図５に示すように、ポンプ１３ａの解列停止の決定を行う。この時、運転を継続する解列直前の１台目のポンプ１３ａは、最高回転速度またはそれに近い速度に固定して運転を行っている。
【００３５】
　そして、ポンプ１３ｂを解列停止するとともに、ポンプ１３ａを可変速にＰＩ制御しつつその運転を継続する。この時、図５に示すように、解列後１回目の計算の時には、回転速度指令ＭＶに最高回転速度を代入し、この回転速度を出力して、ポンプ１３ａのＰＩ制御を行う。その後、解列後２回目以降は、従来例と同様に、目標値（ＳＶ）と実際値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）を算出し、この偏差によりＰＩ演算を行った後、この演算結果（ＤＭＶ）を前回の回転速度指令（ＭＶ）に加えて新たな回転速度指令ＭＶを出力しつつ回転速度制御を行うようになっている。
【００３６】
　このように構成することにより、運転を継続するポンプ１３ａの回転速度を、実際に必要な回転速度と近い出力とするため、速やかにＰＩ制御で追従して必要回転速度になり、応答遅れによる圧力の一時的低下を防止することができる。
　この実施例の圧力変動測定結果を図６に示す。この測定結果から明らかなように、本実施例によれば、並列運転中の１台のポンプの解列停止時に、吐出圧力が一時的に低下してしまうことを防止して、常時安定した吐出圧力を保つことができる。
【００３７】
　なお、この実施例では、解列後の１回目の計算の時に、回転速度指令ＭＶに最高回転速度を代入しているが、この最高回転速度に近い値を代入してもよく、システムの個別の状況に応じて適宣決定すればよい。
【００３８】
　尚、上記実施例では１台のポンプの解列停止前に、運転を継続するポンプを最大回転速度近くで運転していたが、揃速で運転していてもよい。この場合は、解列直前に運転を継続するポンプの回転速度が低下しているので、より効果的に吐出圧力の変動を抑制することができる。
【００３９】
　また、上記各実施例においては、２台のポンプを備えた可変速給水装置に適用した例を示しているが、３台以上のポンプを備えた可変速給水装置にも同様に適用できることは勿論である。また、上記各実施例は水道の本管等に直結した可変速給水装置の例について説明したが、貯水槽等に一旦水を貯留して需要先に供給する可変速給水装置についても同様に適用できることも、勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】可変速給水装置のシステム構成の概要図。
【図２】本発明の第１実施例の制御フロー図。
【図３】ポンプ締切時圧力と回転速度との関係を示す図。
【図４】第１実施例の圧力変動の測定結果を示すグラフ。
【図５】本発明の第２実施例の制御フロー図。
【図６】同じく、圧力変動の測定結果を示すグラフ。
【図７】従来例のポンプ追加運転時の制御フロー図。
【図８】図７における圧力変動の測定結果を示すグラフ。
【図９】従来例のポンプ解列停止時の制御フロー図。
【図１０】図９における圧力変動の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４１】
　１２　　流入管
　１３ａ，１３ｂ　　ポンプ
　１４　　末端給水機器
　１５　　吐出管
　１６　　圧力タンク
　１７　　制御手段
　１８　　吐出圧力検出器
　１９ａ，１９ｂ　　可変速手段
　２０ａ，２０ｂ　　少水量検出手段（フロースイッチ）
　２１ａ，２１ｂ　　逆止弁
【図１】
2004011653.tif 000003
【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】
2004011653.tif 000009
【図８】
2004011653.tif 000010
【図９】
2004011653.tif 000011
【図１０】
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