(57)【要約】【課題】　簡易・小型の経済的な給水装置においても、締切運転を避けて且つ頻繁な起動停止を避けて、バランスの取れた少水量停止動作を行うことができる給水装置を提供する。【解決手段】　ポンプ１と、ポンプ１の吐出側に設けられた圧力検出手段６と、ポンプ１の回転数を変化させる可変速手段２と、ポンプ１を制御する制御手段７とを備え、制御手段７は、少水量状態になったら、ポンプ１の回転数をそのまま固定して、一定時間圧力検出手段６の検出圧力が所定の圧力よりも低下しないことを判断して、ポンプ１を停止させる。【選択図】　　図１
2004003524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ポンプと、
　前記ポンプの吐出側に設けられた圧力検出手段と、
　前記ポンプの回転数を変化させる可変速手段と、
　前記ポンプを制御する制御手段とを備え、
　前記制御手段は、少水量状態になったら、前記ポンプの回転数をそのまま固定して、一定時間前記圧力検出手段の検出圧力が所定の圧力よりも低下しないことを判断して、前記ポンプを停止させることを特徴とする給水装置。
【請求項２】
　前記ポンプの吐出側に圧力タンクを備え、前記制御手段は、少水量状態になったら設定加圧圧力で前記圧力タンクに水を加圧してポンプを停止させることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
　前記所定の圧力は少水量状態になったときの圧力より低い圧力値であることを特徴とする請求項１または２に記載の給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は簡易・小型の給水装置に係り、特に負荷が少水量の時に給水ポンプを停止する少水量停止機能を有する給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　可変速給水装置は、給水を行うポンプの回転数を、インバータ等の可変速手段により負荷に応じて変化させて、流量及び吐出圧力を調整することができる給水装置である。図１は、可変速給水装置の全体構成を示す説明図である。この可変速給水装置は、吸い込み口１１より水を吸い込み、給水ポンプ１で加圧して負荷２０に給水する。流路１０の給水ポンプ１の吐出側には、水流の流量が一定値以下の少水量であることを検出するフロースイッチ３と、逆止弁４と、圧力タンク５と、ポンプの吐出側圧力（圧力タンクの水圧）を検出する圧力検出手段６とが設けられている。ポンプ１は、その回転数を変化する可変速手段２である周波数／電圧インバータによって駆動され、可変速手段２はポンプ制御手段７により制御される。
【０００３】
　このポンプ制御手段７は、フロースイッチ３が流路１０の流量がある一定値以下であることを検出し、少水量検知信号を発生して、一定の少水量検知時間保持して少水量状態が継続したことを確認してから、圧力タンク５に一定時間ある加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧した後、給水ポンプ１を停止する少水量停止機能を有する。また、ポンプ始動圧力設定値を有し、給水ポンプの停止中に圧力検出手段６の圧力信号がポンプ始動圧力設定値以下になった時には、給水ポンプ１を始動する機能を有する。
【０００４】
　従って、この可変速給水装置の動作は次のとおりである。まず負荷２０が中水量あるいは大水量を必要とする時は、ポンプ制御手段７は圧力検出手段６の圧力信号Ｓ1 から、給水ポンプ１を回転させ負荷２０における圧力が一定になるように、可変速手段２を比例積分（ＰＩ）制御する。負荷が少水量の時には、ポンプの締切運転による加熱を防止し、かつ無駄な運転時間の削減（省エネルギー）を図るため、前述の少水量停止動作を行う。すなわち、フロースイッチ３が少水量を検出して検知信号を発生し、ある少水量検知時間中、少水量状態が継続していることを確認してから、圧力タンク５に一定時間ある加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧して、その後給水ポンプ１を停止する。そして圧力タンク５から負荷２０に水を供給し、圧力タンク５の圧力が所定のポンプ始動圧力設定値以下に低下したときには、再び給水ポンプを始動し、負荷２０における水圧を所定圧に保持する可変速運転に復帰する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　少水量停止動作の目的は、ポンプ締切運転による加熱防止、無駄な運転時間の削減であるが、逆にこの少水量停止動作時の蓄圧圧力が高すぎると、ポンプ停止前の蓄圧による急激な圧力上昇を頻繁に繰り返すこととなり、給水装置としての機械的寿命に問題を及ぼし、又、負荷側の頻繁な圧力変動等の問題が生じる。また、少水量停止前の蓄圧による圧力上昇値を低く抑えれば、負荷側の急激な圧力上昇がなくなり給水装置としての使い勝手がよくなるが、蓄圧が低いため再始動までのポンプの停止時間があまり稼げず、ポンプの始動停止の頻度が増えることになる。
【０００６】
　ところで、本発明者等は特願平５−２４０５２７号特許出願にて、負荷あるいは直近の運転状況のデータに応じて、加圧圧力（周波数）値、少水量検知時間を含むポンプの運転パラメータを自動設定する手段を備えた可変速給水装置を開示している。また、運転パラメータを自動設定する手段は、ファジィ推論機能によるものであることも同様に開示している。係る可変速給水装置によれば、ポンプの締切運転による加熱防止、無駄運転時間の削減という本来の少水量停止機能の目的を満たしながら、ポンプの始動停止頻度の低減、少水量停止前の蓄圧による急激な圧力上昇の低減という相反する目的をそれぞれある程度バランス良く達成することができる。
【０００７】
　しかしながら、上述した可変速給水装置は、簡易・小型の給水装置に適用する場合には、次のような問題点がある。
(1)制御のために用いる入力要素信号（情報）が多くなり、制御装置の価格が高くなる。
(2)ファジィ推論機能を用いる場合、データ量が多くなりメモリ容量が指数関数的に増加する。このため、大容量のメモリと処理速度の速いＣＰＵを必要とし、制御装置の価格が高くなる。
【０００８】
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、簡易・小型の経済的な給水装置においても、締切運転を避けて且つ頻繁な起動停止を避けて、バランスの取れた少水量停止動作を行うことができる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】
【０００９】
　上述した目的を達成するため、本発明の給水装置は、ポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた圧力検出手段と、前記ポンプの回転数を変化させる可変速手段と、前記ポンプを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、少水量状態になったら、前記ポンプの回転数をそのまま固定して、一定時間前記圧力検出手段の検出圧力が所定の圧力よりも低下しないことを判断して、前記ポンプを停止させることを特徴とする。
【００１０】
　本発明の一態様によれば、前記ポンプの吐出側に圧力タンクを備え、前記制御手段は、少水量状態になったら設定加圧圧力で前記圧力タンクに水を加圧してポンプを停止させる。
　本発明の一態様によれば、前記所定の圧力は少水量状態になったときの圧力より低い圧力値である。
【００１１】
　本発明の給水装置の好ましい態様は、給水ポンプと、該給水ポンプの回転数を変化する可変速手段と、該給水ポンプの吐出側に設けたフロースイッチ及び逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力タンク及び圧力検出手段と、ポンプ制御手段とを具備し、該ポンプ制御手段は、前記フロースイッチが少水量検知信号を発生して、ある少水量検知時間保持してから前記圧力タンクに一定時間、ある加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧した後、前記給水ポンプを停止する機能と、ポンプ始動圧力設定値を有し、前記給水ポンプ停止中に前記圧力検出手段により圧力信号が前記ポンプ始動圧力設定値以下になった時に、前記給水ポンプを始動する機能とを有し、前記少水量検知時間は、前回ポンプ停止時間と、直前ポンプ運転時間と、前記フロースイッチの開閉回数とに基づいて、自動設定する機能とを備えた。
【００１２】
　また、前記制御手段は、前記フロースイッチが閉じてから、少水量検知時間のタイマをスタートさせると共に周波数を固定で若干上昇した圧力監視運転を行い、該タイマのカウントアップにより前記蓄圧運転に入るものである。
【００１３】
　また、前記制御手段は、前記フロースイッチが閉じてから、少水量検知時間のタイマをスタートさせると共に周波数をそのまま固定した圧力監視運転を行い、該タイマのカウントアップにより前記蓄圧運転に入るものである。
【００１４】
　また、前記制御手段は、前記フロースイッチが閉じてから、少水量検知時間のタイマをスタートさせると共に圧力監視運転を行い、該タイマのカウントアップにより前記蓄圧運転に入るものである。
【００１５】
　また、前記少水量検知時間を自動設定する手段は、データテーブルを参照したファジィ推論により行うものである。
【００１６】
　本発明によれば、ポンプ締切運転による無駄運転時間を低減し、省エネルギーに寄与することができると共に、急激なポンプの吐出側圧力の上昇を避け、給水系統の機械的寿命を伸ばし、かつ負荷側の圧力変動の少ない快適な給水装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
　本発明によれば、ポンプ締切運転による加熱防止、運転時間の低減などの少水量停止動作の目的を満足しながら、運転停止（始動）頻度の低減を簡易小型の給水装置で達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
　以下、本発明の一実施例について添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
　図１は、簡易・小型の経済的な可変速給水装置の全体構成を示すブロック図である。図１から明らかなように、給水ポンプ１と、給水ポンプ１の回転数を変化する可変速手段２と、給水ポンプの吐出側に設けたフロースイッチ３と逆止弁４と、逆止弁の下流側に設けた圧力タンク５及び圧力検出手段６とからなる構成は、従来の技術の項で述べた可変速給水装置と同様である。また、ポンプ制御手段７は、フロースイッチ３が少水量検知信号Ｓ2 を発生して、ある少水量検知時間保持してから、圧力タンク５に蓄圧し、その後給水ポンプ１を停止する少水量停止機能を有し、またポンプ始動圧力設定値を有し、給水ポンプ１の停止中に圧力検出手段６により圧力信号Ｓ1 がポンプ始動圧力設定値以下になったときに給水ポンプ１を始動する始動機能等を有することも前述の従来技術と同様である。
【００２０】
　本実施例の給水装置においては、ポンプ制御手段７に少水量状態の継続を確認する少水量検知時間を運転状況に応じて、最適値を自動的に設定する自動設定手段１５を備える。ここで運転状況とは、例えば、直前の給水ポンプ運転時間、前回のポンプ停止時間、フロースイッチ開閉回数等である。少水量検知時間を自動設定する手段は、ファジィ推論機能によるものであり、ファジィ推論部と規則を具備し、運転状況の各種情報を取り込んでファジィ推論の規則に従った推論結果を抽出し、その値を運転パラメータとして新たに設定する。
【００２１】
　図２は、少水量停止動作のフローを示す。まず、圧力検出手段６で検出された現在圧力が締切運転時の最低圧力ＰB 以上であることを判断する（ＳＴ１）。これがＹＥＳであれば、フロースイッチが閉であるか、開であるかが判断される（ＳＴ２）。フロースイッチが閉であるということは、負荷側への供給水量がほとんど無い少水量状態であることを示している。ＹＥＳである場合、即ち少水量状態が検出されると少水量検知時間タイマがスタートする（ＳＴ３）。ここでタイマ値がデータテーブルよりファジィ推論により自動設定される。この詳細については後述する。次にタイマがカウントアップしたか否かが判断される（ＳＴ４）。タイマがカウントアップしたか否かということは、所定の少水量検知時間が経過したか否かが判断される。
【００２２】
　この段階で、ＮＯとなるとタイマがカウントアップしていない状態であるので、圧力監視運転が開始される（ＳＴ５）。この運転は、フロースイッチが閉じたときの周波数よりも若干高い一定の周波数でポンプが運転される。そして、圧力監視遅延タイマがスタートする（ＳＴ６）。このタイマは数秒程度の短時間のタイマであり、そして圧力監視遅延タイマがカウントアップしたか否かが判断される（ＳＴ７）。このタイマのカウントアップにより、現在圧力を読み込める状態となるので、現在圧力がフロースイッチを閉じたときの圧力（ＰF ）よりも大きいか否かが判断される（ＳＴ８）。現在圧力がフロースイッチの閉じたときの圧力ＰF 以上である場合には、少水量状態が継続していると判断され、ＳＴ２に戻り、以降、ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７のループを繰り返すことになる。
【００２３】
　尚、圧力監視運転は、フロースイッチが閉じた時の加圧周波数に固定してポンプを運転してもよい。この場合には、比較のための圧力値（ＰF ）を少し下げて、例えば９５％として演算し、圧力監視運転を行い、その後蓄圧運転に入る。
　又、圧力監視運転は、加圧周波数を固定せずに供給未端圧力を一定とする可変速（ＰＩ）制御運転を継続したままとしてもよい。
【００２４】
　そして、ＳＴ４でタイマがカウントアップして、ＹＥＳとなると、少水量状態が一定時間継続したことが確認される。そして、圧力タンクに水を加圧する蓄圧運転に入る（ＳＴ９）。即ち、この少水量検知時間中に、フロースイッチが一回も開かれないということを意味している。蓄圧運転は、所定の設定加圧圧力（又は周波数）で行われる。
【００２５】
　現在圧力の確認のステップ（ＳＴ８）において、現在圧力がフロースイッチの閉じたときの圧力ＰFよりも低下した場合には、少水量状態でないと判断され、フロースイッチ検知タイマ、圧力監視検知タイマがリセットされ、少水量検知動作がキャンセルされる。同様に、スタート直後の圧力確認のステップ（ＳＴ１）において現在圧力が締切運転時の最低圧力ＰB よりも低下した場合にも、同様に少水量状態ではないと判断され、少水量停止状態がキャンセルされる。又、フロースイッチが開又は閉であることを検知するステップ（ＳＴ２）において、フロースイッチが開であるときには、同様に少水量状態でないと判断され、少水量停止動作がキャンセルされる。
【００２６】
　図３は、少水量停止動作の一例を示すタイムチャートである。時刻Ｔ1 で前回の蓄圧運転に入り、時刻Ｔ2 でポンプの運転を停止する。そして、時刻Ｔ3 で圧力が始動圧力以下に低下したことを検知して再びポンプが始動し、末端の給水機器における圧力を一定とするような可変速（ＰＩ制御）が行われる。この時刻Ｔ2 からＴ3 に至る時間が前回停止時間として制御装置に記憶される。即ち、前回停止時間とは、ポンプ運転速度がゼロとなってから、再始動して周波数が上昇するまでの停止時間である。そして、時刻Ｔ4 でフロースイッチ閉が検知されると、少水量状態が一定時間継続したことを確認する少水量検知時間のタイマがスタートする。そしてポンプは、フロースイッチが少水量状態を検知したときの周波数よりも若干高い周波数一定で圧力監視運転に入る。この間に、フロースイッチが開となったり、現在圧力がフロースイッチが閉となったときの圧力（ＰF ）よりも低下した場合などの、少水量状態でなくなった場合を除いて、少水量検知時間が満了するとポンプは蓄圧運転（ＳＴ９）に入る。
【００２７】
　少水量検知時間は、少水量状態の継続を確認してポンプ停止を行い、始動頻度を押さえるための様子見時間である。この少水量検知時間を長くすると、水量変動が多い場合にはポンプの無駄な始動停止の繰り返しを避けられるが、無送水が継続しているときにはこの間無駄な運転を行うことになる。逆に、少水量検知時間を短くすれば、無送水状態が長く続くときには無駄な運転が少なくなるが、水量変動が多い場合には停止・始動頻度が増えてしまうという弊害がある。
【００２８】
　即ち、上述した少水量検知時間の自動設定で以下の(1)、(2)を適度にバランスよく達成できるようにする。
(1)少水量停止・始動の回数を減らす（始動頻度の低減により流量変動、圧力変動を小さくする）。
(2)無駄な運転時間の低減（省エネ、ポンプ締切運転による加熱の防止）。
【００２９】
　ここで少水量検知時間は、前回停止時間と、直前運転時間と、フロースイッチ開閉回数とからファジィ推論により決定される。直前運転時間は、ポンプが始動してからフロースイッチ閉が検出されるまでの時間であり、図３ではＴ3 からＴ4 に至る時間である。尚、圧力監視運転中にフロースイッチが閉から開状態になると、その時点から再びフロースイッチが閉になるまでの時間を直前運転時間に加算する。
　フロースイッチ開閉回数とは、前回蓄圧運転に入った時点（Ｔ1 ）から、少水量検知時間が満了する迄（Ｔ5 ）の時間中に、フロースイッチが何回開閉したか回数をカウントする。圧力監視運転中にフロースイッチが閉から開になると、開閉回数を累積カウントする。
【００３０】
　そして、少水量検知時間は、データテーブルを参照して、前回停止時間、直前運転時間、及びフロースイッチ開閉回数の三項目のそれぞれの範囲に該当するデータを選択する。尚、圧力監視運転中にフロースイッチが閉から開になると、少水量停止動作をキャンセルし、タイマをリセットし、再びフロースイッチが閉になった時点で新しい少水量検知時間を選択し、その時間に基づいて圧力監視運転を再スタートする。
【００３１】
　図４は、少水量検知時間の選択のためのデータテーブルを示す。フロースイッチ開閉回数を少、中、多の三分類とし、前回停止時間を短、長の二分類とし、直前運転時間を短、長の二分類とする。ＮA ，ＮB ，ＮC ，ＮD ，ＮE は、それぞれフロースイッチの閉状態を検出する少水量検知時間の長短を表している。
ここで、
　　　　ＮA　　　短時間
　　　　ＮB　　　やや短時間
　　　　ＮC　　　中位
　　　　ＮD　　　やや長時間
　　　　ＮE　　　長時間
【００３２】
　従って、例えばフロースイッチ開閉回数が少であり、前回直前運転時間が短であり、前回停止時間が短である場合には、少水量検知時間はＮC （中位）となる。このように、フロースイッチが閉じていることを検出する時間は、フロースイッチ開閉回数、直前運転時間、前回停止時間のテーブルを参照することにより求めている。
【００３３】
　このデータテーブルを参照して、ファジィ推論を行うことは汎用マイコンを利用してソフトウエアで対応している。この方式は予めファジィ推論の結果を、離散的なデータとしてＲＯＭに書き込んで入力時に対応する出力値を参照する方法である。今回のファジィ推論のルールは、三入力・一出力であり、ルール数が比較的少ないので、高速応答性が必要なく、比較的低速度のマイコンを使用し、メモリ容量も少なくて済む。このため、制御回路部分の製造コストを抑えることができる。尚、ファジィ推論に使用するマイコンは、末端圧力一定制御にすでにマイコンが採用されているから、そのマイコンと共用することができる。
【００３４】
　上述したファジィ推論機構を組み込んだ可変速給水装置を、小規模の集合住宅に適用してフィールドテストを行った。その結果、ファジィ推論のデータテーブルを使用した場合、使用しないものと比較して約６０％程度の少水量停止回数の削減効果があることが確認された。少水量停止時間についても、ファジィ推論による自動設定を用いない場合と比較して、一回あたりの停止時間が３倍程度長くなっており、適切な少水量停止が行われていることが判る。
　尚、蓄圧時の圧力設定値は、本実施例では必要最低圧力（ＰB ）よりも少し高い圧力としている。蓄圧時の加圧圧力をファジィ推論により求めることもできるが、複雑な演算を必要とする割には蓄圧時の圧力の取りうる設定範囲が狭いため、その範囲内で細かい設定を行っても大きな効果は期待できないためである。従って、蓄圧時の圧力設定値は予め定めた一定の設定値とすることにより、十分に効果のある少水量停止動作を行うことができる。
【００３５】
　なお、本実施例においては他のファジィコントローラにより、予め推論を行い推論結果をデータテーブル化して少水量検知時間の設定を行ったが、ファジィ推論に限定されるものではないが、ファジィ推論を用いればあらゆる負荷状況に対し望ましい運転状態にする制御が行え、経験知識を制御内容に反映することができる。また、データテーブルの分割を上述した実施例よりも、もっと多くしても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】可変速給水装置の全体構成を示す説明図。
【図２】少水量停止動作のフローを示す説明図。
【図３】少水量停止動作の一例を示すタイムチャート。
【図４】少水量検知時間を推論するテーブルの一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３７】
　１　給水ポンプ
　２　可変速手段
　３　フロースイッチ
　４　逆止弁
　５　圧力タンク
　６　圧力検出手段
　７　ポンプ制御手段
１０　流路
１１　吸い込み口
１５　自動設定手段
２０　負荷
【図１】
2004003524.tif 000003
【図２】
2004003524.tif 000004
【図３】
2004003524.tif 000005
【図４】
2004003524.tif 000006