(57)【要約】【課題】需要側の水の圧力変動を抑え、ポンプの始動頻度を少なくする可変速給水装置を提供する。【解決手段】ポンプ１２と、吐出管１４と、圧力タンク１６と、逆止め弁１８と、圧力検出手段２０と、モータ２２と、制御手段２４とを有する給水装置であって、吐出管１４の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段２６と、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定する圧力設定手段２８と、上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づいてポンプ１２の停止圧力を演算すると共に、停止圧力に基づいて、ポンプの始動圧力を演算する圧力演算手段３２と、を備え、制御手段２４は、過小水量に達した段階で過小水量検出手段２６から検出信号を受信し、ポンプの吐出し圧力を目標圧力から停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、モータ２２を停止させるように構成する。【選択図】　　　　　図１
2004084582.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吐出管と、前記吐出管に設けられた圧力タンクと、前記ポンプが停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁と、前記吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの速度を制御する制御手段とを有する、前記ポンプの吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力として前記モータの速度を可変制御する給水装置であって；
前記吐出管の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段と；
前記推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定する圧力設定手段と；
前記上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づいて前記ポンプの停止圧力を演算すると共に、前記停止圧力に基づいて、前記ポンプの始動圧力を演算する圧力演算手段と、を備え；
前記制御手段は、過小水量に達した段階で前記過小水量検出手段から検出信号を受信し、前記ポンプの吐出し圧力を前記目標圧力から前記停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、前記モータを停止させる；
可変速給水装置。
【請求項２】
前記ポンプの吐出し圧力が前記始動圧力に達した段階で、前記ポンプを始動する請求項１に記載の可変速給水装置。
【請求項３】
ポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出管と、前記吐出管に設けられた圧力タンクと、前記ポンプが停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁と、前記吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの速度を制御する制御手段とを有する、前記ポンプの吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力として前記モータの速度を可変制御する給水装置であって；
前記吐出管の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段と；
前記推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定する圧力設定手段と、を備え；
前記制御手段は、前記過小水量検出手段から過小水量検出信号を受信した際に、前記上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの圧力差と予め設定された差圧ＤＰとを比較し、前記圧力差が前記差圧ＤＰより大きい場合は、前記下限圧力ＰＢと差圧ＤＰとを加算した値のポンプの吐出し圧力まで前記モータを一定時間運転し、所定時間後に、前記モータを停止させると共に、前記圧力差が前記差圧ＤＰより小さい場合は、前記上限圧力ＰＡのポンプの吐出し圧力まで前記モータを一定時間運転し、所定時間後に、前記モータを停止させる；
可変速給水装置。
【請求項４】
前記吐出管内の圧力が、前記モータを停止させた際のポンプの吐出し圧力から前記差圧ＤＰを減算した圧力に達した段階で、前記ポンプを始動する請求項３に記載の可変速給水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変速給水装置に係り、特に、過小水量停止型の可変速給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、給水装置の吐出側に設置した配管内圧力を極力一定にして、需要側に設けられた給湯器からのシャワー等の温度変化を抑えている。この給水装置は、夜間等の水を使用しない時間帯にはポンプを停止させていた。ポンプが再始動する配管内の始動圧はポンプが停止する際の停止圧より一定値以下に設定され、ポンプの吐出側の配管圧力が始動圧に下がるまでは、圧力タンクの保有水から水が需要側へ供給されている。この圧力タンクからの水供給期間はポンプが停止しており、ポンプの始動頻度を低く抑えていた。
【０００３】
また、ポンプ吐出側の配管内が小水量状態でポンプを停止する場合は、ポンプを停止させる直前に配管内の水圧を最大揚水能力でポンプを運転して加圧する小水量加圧停止方法があるが、需要側は極力圧力変動の少ない給水システムを希望しており、水を使用していないポンプ停止時とはいえ、配管内の圧力が高くなっていると水を使用してからポンプが始動するまでの期間に水の圧力が高圧状態であるため、需要側の使用感を向上させるには一定の限界が存在していた。
【０００４】
一方、需要側の使用感を満足させるためにはポンプの始動圧力と停止圧力の差は極力小さい方がよい。しかしながら、あまり圧力差を小さくすると、ポンプ配管内圧力を検出する圧力検出回路の読み取り誤差等によりポンプが停止した直後にポンプが再始動してしまい、ポンプの始動頻度が増大するという不具合が生じる。したがって、ポンプ停止圧力と始動圧力との間には、最低限検出回路の読み取り誤差より大きい差圧を持たせる必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術では、小水量加圧停止方法で需要側の配管内を常に最大揚水能力で加圧しているため、適切な水圧で給水することが困難である。さらに、ポンプの始動圧力と停止圧力に差を設けない給水機構では、ポンプの始動頻度が増大することとなる。したがって、常にポンプの始動圧力を停止圧力より低く自動設定する給水装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、小水量停止機構において、極力需要側の水の圧力変動を抑えながら、ポンプの始動頻度を少なくし、省エネルギ効果を引き出す可変速給水装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明による可変速給水装置は、例えば、図１に示すように、ポンプ１２と、ポンプ１２の吐出側に設けられた吐出管１４と、吐出管１４に設けられた圧力タンク１６と、ポンプ１２が停止中に吐出管１４内の圧力を保つように配設された逆止め弁１８と、吐出管１４内の圧力を検出する圧力検出手段２０と、ポンプ１２を駆動するモータ２２と、モータ２２の速度を制御する制御手段２４とを有する、ポンプ１２の吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力としてモータ２２の速度を可変制御する給水装置であって、吐出管１４の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段２６と、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定する圧力設定手段２８と、上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づいてポンプ１２の停止圧力を演算すると共に、停止圧力に基づいて、ポンプの始動圧力を演算する圧力演算手段３２と、を備え、制御手段２４は、過小水量に達した段階で過小水量検出手段２６から検出信号を受信し、ポンプの吐出し圧力を目標圧力から停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、モータ２２を停止させるように構成する。
【０００８】
ここで、推定末端圧力は、例えば、需要側で使用する最高位位置に設置された給湯器や水道蛇口等の給水端末に給水を行うことが可能な圧力であって、給水装置から最高位位置の給水端末までの高さ及び蛇口ロス並びに配管抵抗を考慮し、例えば、最高位位置の給水端末の高さに配管ロスを加算した圧力を用いることが望ましい。また、モータ２２を停止させるまでの所定時間は、ポンプ１２の吐出し圧力が停止圧力に達するまでの数十秒に設定すればよい。
【０００９】
このように構成すると、圧力設定手段２８により上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定するだけで、この上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づいてポンプ１２の停止圧力を演算すると共に、この停止圧力に基づいて、ポンプの始動圧力を演算することができ、推定末端圧力である目標圧力が上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢをパラメータとして逐次演算させるため、需要側が必要とする水圧を確保することができ、停止圧力と始動圧力との相対関係を常に維持するので、適切な頻度でポンプの停止と始動を繰り返すことができる。しかも、過小水量の検知に伴いポンプの吐出し圧力を目標圧力から停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、モータ２２を停止させるので、需要側の圧力変動を抑制し、可変速給水装置の省エネルギー化を達成させることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明による請求項１に記載の可変速給水装置は、ポンプの吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプを始動する。
【００１１】
このように構成すると、始動圧力を上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づき算出するため、常に、適正な圧力に低下した段階でポンプ１２を始動する。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明による可変速給水装置は、例えば、図１、図３及び図４に示すように、ポンプ１２と、ポンプ１２の吐出側に設けられた吐出管１４と、吐出管１４に設けられた圧力タンク１６と、ポンプ１２が停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁１８と、吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段２０と、ポンプ１２を駆動するモータ２２と、モータ２２の速度を制御する制御手段２４とを有する、ポンプ１２の吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力としてモータ２２の速度を可変制御する給水装置であって、吐出管１４の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段２６と、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定する圧力設定手段２８と、を備え、制御手段２４は、過小水量検出手段２６から過小水量検出信号を受信した際に、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの圧力差と予め設定された差圧ＤＰとを比較し、圧力差が差圧ＤＰより大きい場合は、下限圧力ＰＢと差圧ＤＰとを加算した値のポンプの吐出し圧力までモータ２２を一定時間運転し、所定時間後に、モータ２２を停止させると共に、圧力差が差圧ＤＰより小さい場合は、上限圧力ＰＡのポンプの吐出し圧力までモータ２２を一定時間運転し、所定時間後に、モータを停止させるように構成する。
【００１３】
ここで、上限圧力ＰＡは、例えば、推定末端圧力の許容上限圧力に相当し、下限圧力ＰＢは推定末端圧力の許容下限圧力に相当する。この上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの間の圧力により需要側で使用する最高位位置に設置された給湯器や水道蛇口等の給水端末に給水を行う。また、下限圧力は、給水装置から最高位位置の給水端末までの高さ及び蛇口ロス並びに配管抵抗を考慮した圧力を用いることが望ましい。
【００１４】
このように構成すると、可変速給水装置は、制御手段２４が過小水量検出手段２６から過小水量検出信号を受信した際に、下限圧力ＰＢと差圧ＤＰとを加算した値、又は上限圧力ＰＡのいずれか一方のポンプの吐出し圧力に制限しているため、給水圧力の変動を抑制しながら、推定末端圧力を一定に制御する。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明による請求項３に記載の可変速給水装置は、吐出管１４内の圧力が、モータ２２を停止させた際のポンプの吐出し圧力から差圧ＤＰを減算した圧力に達した段階で、ポンプ１２を始動するように構成する。
【００１６】
このように構成すると、可変速給水装置は、始動圧力が過小水量停止を行った時点のポンプの吐出し圧力に基づいて算出されているため、適切な始動圧力でポンプを始動することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１から図８は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明による第１の実施の形態である可変速給水装置１０の模式的系統図である。可変速給水装置１０は、水道管又受水槽から水を供給する水配管３５と、水配管３５に接続されたポンプ１２と、ポンプ１２の吐出側に設けられた吐出管１４と、ポンプ１２を駆動するモータ２２と、このモータ２２をインバータ３６経由で制御する制御手段２４とを備える。
【００１９】
吐出管１４には、ポンプ１２の吐出し側から順に過小水量検出手段としてのフロースイッチ２６と、逆止め弁１８と、圧力センサ２０と、圧力タンク１６とが需要側の給水端末３８の方向に配設されている。
【００２０】
制御手段２４は、圧力センサ２０、フロースイッチ２６に接続され、吐出管１４内の水圧、水量を電気信号により受信している。また、制御手段２４は、圧力設定手段２８に接続され、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの数値を入力パネル３０から入力するように構成している。入力パネル３０は液晶画面等の数値表示手段と数値入力用のテンキー又は増減圧ボタンで構成し、液晶画面のタッチ入力方式や押圧ボタン方式で上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢを各々入力する。さらに、制御手段２４は、モータ２２に設けたロータリーエンコーダから出力線２３を介してモータ２２若しくはポンプ１２の回転数を受信する。
【００２１】
制御手段２４は、圧力設定手段２８から入力された上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの数値を内部の中央演算処理装置ＣＰＵ３２を介して内部メモリ３４に記憶し、内部で演算処理したモータ２２のゲート制御信号をインバータ３６へ送信することによりインバータ３６内部のゲートトランジスタを駆動する。インバータ３６は、電気的に接続されたモータ２２に速度制御信号を印加してポンプ１２を駆動させる。例えば、パルス幅変調方式ＰＷＭやパルス振幅変調方式ＰＡＭを用いて、交流電圧を無段階に制御し、ポンプ１２を効率良くかつ高回転させる。
【００２２】
次に、可変速給水装置１０の動作について説明する。水道管や受水槽から水配管３５を通じてモータ２２によって駆動されるポンプ１２により吐出される水は所定の圧力で吐出管１４を通し需要側の給水端末３８に給水される。給水端末３８は分岐した吐出管１４の各々に設けられた給湯器や給水栓であり、ポンプ１２により揚水した水は中層住宅や高層住宅や商業用ビル等の最高位位置に設けた給水端末３８にも十分給水できる圧力に加圧されている。
【００２３】
吐出管１４には、フロースイッチ２６と、ポンプ１２が停止中に吐出管内の圧力を保つ逆止め弁１８とが挿入配置され、吐出管１４から枝管１７を介して圧力タンク１６に吐出管１４中の水が貯えられる。
【００２４】
また、逆止め弁１８の下流側に配置した圧力センサ２０は、吐出管１４から枝管２１を介して圧力タンク１６中の圧力若しくは逆止め弁１８の吐出し側の圧力を検知し、電気信号を制御手段２４へ送信する。フロースイッチ２６は、ポンプ１２から吐出管１４へ吐出される吐出量が過小水量以下に達すると動作し過小水量検出信号を制御手段２４へ送信する。
【００２５】
また、可変速給水装置１０の運転スイッチにより給水が開始されるが、ポンプ１２の始動開始後一定時間においては、過小水量停止処理がキャンセルされるように構成することもできる。つまり、給水設備の諸条件により、ポンプ１２の始動後しばらくは水が流れないような条件があった場合、過小水量停止処理が遂行される不具合を抑えるためである。
【００２６】
さらに、ポンプが運転中にポンプ吐き出し圧力が常に一定値以下に下がらないようにするため、ポンプ吐き出し圧力が一定値以下の場合は、フロースイッチ２６が過小水量を検知しても制御手段２４が過小水量停止処理を開始しないようにプログラムしてもよい。このようにプログラムすることで、ポンプ吐出し圧力を優先し、過小水量停止処理の頻度を低減させる。
【００２７】
需要側の水使用により吐出管１４内の圧力が下限圧力ＰＢを超えるときは、モータ２２で駆動されるポンプ１２が連続運転する。需要側の水使用が増大して吐出管１４内の水圧がさらに低下すると圧力センサ２０で給水圧力の低下を検知する。検知した圧力信号は制御手段２４へ送られ、制御手段２４が需要側の推定末端圧力である目標圧力を上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢをパラメータとして逐次演算し内部メモリ３４に一時的に記憶する。
【００２８】
上記上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢは、ポンプ１２が設置するときの条件、すなわち、給水を行うビルの高さや、給水栓までの配管の長さ、保証すべき吐出管１４内の圧力等を考慮して、外部の圧力設定手段２８により設定変更が可能なように構成されている。
【００２９】
制御手段２４は、インバータ３６を制御して交流電圧をモータ２２に印加させ増速させる。モータ２２が増速回転するに伴いポンプ１２の吐出量は増大する。吐出管１４内の水圧は増加し圧力センサ２０により逐次検出され、圧力検知信号が制御手段２４へ送られている。制御手段２４は、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲内に吐出管１４内の水圧を制御するように圧力検知信号と上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを比較しながら逐次的に推定末端圧力を演算し、モータ２２の回転速度がインバータ３６を介して制御される。
【００３０】
図２は、本発明による第１の実施の形態である可変速給水装置１０の運転特性図である。横軸に水量Ｑ、縦軸に圧力Ｈを取りポンプ１２のＱ−Ｈ性能を示す。ポンプ性能曲線上の仮想的な接点５０は、ポンプ１２が水使用量の増大に伴い増速回転し最高出力状態で運転しているときの水量Ｑ１と圧力Ｈを示し、この時点の圧力は下限圧力ＰＢに演算されている。本実施の形態では、需要側の使用水量が減少し吐出管１４内の圧力がポンプ性能曲線上の接点５２まで上昇した状態で運転をしている。圧力センサ２０は給水圧力の上昇を検知してその検知信号を制御手段２４に送信する。例えば、この時点の圧力は上限圧力ＰＡ、水量はＱ２である。
【００３１】
制御手段２４は、圧力センサ２０からの検知信号に基づき、モータ２２を減速するようにインバータ３６に制御信号を送信し、インバータ３６からモータ２２を減速させる交流出力を供給する。モータ２２は印加される交流出力の周波数又は電圧の減少に応動して減速し、駆動しているポンプ１２を減速させ水の吐出量を減少させる。
【００３２】
制御手段２４は、ポンプ１２の減速時において、例えば、ポンプ性能曲線上の接点５２から接点５４を経由し接点５６までの配管抵抗特性カーブで示すように、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢと実時間の吐出管１４内の圧力とを比較し推定末端圧力を演算しながらモータ２２を制御する。図示した水量Ｑｘの時点の圧力はＰｘに演算され、このように推定末端圧力は、典型的には配管抵抗特性カーブに乗って、このときの流量に対応して上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲で変化する。
【００３３】
需要側の水使用量がさらに減少した場合に、ポンプ１２はポンプ性能曲線上の接点５６に対応する水量Ｑｍｉｎを下回って給水する。この場合、モータ２２及びポンプ１２の回転はさらに低下して効率が極めて低くなり、また、そのまま運転を継続するとポンプ内温度が上昇する等の不具合が生じるため、このような水量Ｑｍｉｎ以下の過小水量状態をフロースイッチ２６が検知するように設定されている。
【００３４】
制御手段２４は、フロースイッチ２６が動作した段階で、一定時間過小水量が継続し、なおかつポンプ吐き出し圧力が低下していないことを一定時間確認した後に、過小水量停止処理を開始することが望ましい。
【００３５】
上記過小水量状態が確実であることを確認する時間は、例えば、直前のポンプ１２の運転状態により逐次変化させる。過小水量状態を確認する時間はポンプ１２の始動頻度を減らすため、第１に、直前にポンプ１２が運転している時間が長い場合や、第２に、前回ポンプ１２が停止している時間が長い場合や、第３に、フロースイッチ２６の開閉頻度が少ない場合等の諸条件を考慮して、過小水量停止処理の確認時間を短くすることができる。
【００３６】
過小水量停止処理の確認時間の長短は、上記一定時間を決定する要素をファジー推論させることにより達成することができる。この一定時間は、例えば、ゼロ秒から１６０秒の間で任意の値に設定するとよい。このように過小水量停止処理の確認時間を設けることにより、ポンプ１２の始動頻度を減少させ、可変速給水装置１０の省エネルギー化も実現できる。
【００３７】
制御手段２４は、フロースイッチ２６から過小水量に達したことを示す検出信号を受信し、ポンプ１２の吐出し圧力を目標圧力としての推定末端圧力から停止圧力に一時的に置きかえる。この目標圧力は制御手段２４の内部メモリ３４に一時的に記憶されたデータであり、停止圧力は入力された上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢの値に基づいて演算されたデータである。したがって、制御手段２４は、逐次演算している目標圧力である推定末端圧力データを停止圧力データへ強制的に置き換えてモータ２２の回転速度を増速制御し吐出管１４内の水圧が矢印５５で示すポンプ特性曲線上に乗るように増速制御する。引き続き、モータ２２は増速してポンプ１２を駆動し、矢印５７で示すポンプ特性曲線上に乗るようにポンプを増速制御する。このようにポンプ１２の吐出し圧力は停止圧力に達すように構成されている。
【００３８】
モータ２２は、上述した過小水量の検出信号をトリガとして停止圧力に近づくようにポンプ１２を連続駆動するが、平行して制御手段２４内のタイマ５２の時計を監視しタイムアップを検出するようにプログラムされている。引き続き、需要側の水使用量がさらに低下又はゼロに達した状態でも、制御手段２４がタイムアップを検出するまで、ポンプ１２は回転している。制御手段２４はタイマがタイムアップした時点でモータ２２を停止させる。例えば、本願発明者の実験結果からタイムアップする所定時間は、過小水量の検出後、ポンプ１２から吐出管１４を通って圧力タンク１６へ流入する水により圧力タンク１６内の水位を上昇させ、吐出管１４内の水圧、言い換えれば圧力タンク１６内の水圧を停止圧力である上限圧力ＰＡ又はそれ以上の圧力まで上昇させるのに十分な時間であるゼロ秒から１６０秒の間で任意に選択すればよい。
【００３９】
このように過小水量停止時にポンプで加圧する際は、過小水量停止処理により加圧値である停止圧力を制御手段２４で演算し内部メモリ３４に一時的に記憶することで、ポンプ１２は加圧動作を開始する。このように構成した可変速給水装置１０は、停止圧力を予め内部メモリ３４に記憶していなくても過小水量停止処理を遂行することができる。
【００４０】
上述した制御手段２４は、演算手段としての中央演算処理装置ＣＰＵ３２を備え、内部メモリ３４に入力された上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢに基づいてポンプの停止圧力を演算する。例えば、上述の如く停止圧力を上限圧力ＰＡ又はこれ以上の圧力の値を算出するように演算する。また、この停止圧力の値に基づいてポンプの始動圧力も演算するようにプログラムされている。例えば、始動圧力は下限圧力ＰＢと同等の圧力又は下限圧力ＰＢより若干低い圧力に演算させるようにプログラムすることが望まれる。
【００４１】
さらに、可変速給水装置１０は、工場出荷後に現場で設置される段階で上限圧力ＰＡを、例えば、給水端末３８の最高位位置がビルの５階である場合には、１４メートルの高さに給水可能な水圧を入力し、約１５％低い１２メートルの高さに給水可能な下限圧力ＰＢを入力する。この入力の単位はビルの高さをメートル単位で入力してもよく、水圧を直接入力してもよいが、一般に、ビルの高さが給水端末３８の最高位位置より高いため、便宜的に上限圧力ＰＡに相当するビルの高さ値をメートル単位で入力することが誤入力を未然に防止するため望ましい。なお、下限圧力ＰＢの値を上限圧力ＰＡより約１５％低く入力するのは、配管抵抗分がおよそ１５％程度と見積もられるからである。
【００４２】
上述の如く、上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢは、外部からマニュアルで設定可能に構成されているが、設定値としては上限圧力ＰＡと低下パーセント（Ｄ％）の２つのパラメータを入力したり、上限圧力ＰＡと差圧ＤＰを入力するように構成することにより、マニュアル設定の誤操作で上限圧力ＰＡが下限圧力ＰＢより小さな値となることを未然に防止することができる。
【００４３】
例えば、下限圧力ＰＢは、ＰＢ＝ＰＡ―（ＰＡ×Ｄ％）を制御手段２４で演算することにより求めることができ、別の方法として、ＰＢ＝ＰＡ−ＤＰのように、制御手段２４で演算すればよい。また、上限圧力ＰＡが下限圧力ＰＢと同一の値に入力設定するとポンプ１２の吐き出し圧力が一定に制御することができる。この場合、ポンプ停止圧力はＰＡ（＝ＰＢ）となり、始動圧力はＰＡ−ＤＰとなるので、ポンプ１２による過剰な加圧は行われない。
【００４４】
図３は、本発明による第２の実施の形態である可変速給水装置１０に用いられるポンプ１２の停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。可変速給水装置１０は上記実施の形態と同様の装置を用いるため重複する説明を省略する。
【００４５】
横軸にポンプの回転制御状態を経時的に示し、縦軸に圧力Ｈを取った停止圧力と始動圧力の関係を示す。制御手段２４の内部メモリ３４には予め差圧ＤＰのデータが記憶されている。例えば、５階建て程度のビルに用いる可変速給水装置１０では、差圧ＤＰを２．５メートルに設定している。
【００４６】
可変速給水装置１０は、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとを外部から任意に設定し、制御手段２４は、過小水量検出手段２６から過小水量検出信号を受信した際に、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの圧力差と予め設定された差圧ＤＰとを比較し、圧力差が差圧ＤＰより小さい場合は、目標圧力を停止圧力に置き換えて上限圧力ＰＡのポンプの吐出し圧力までモータ２２を一定時間運転し、所定時間の経過後に、モータを停止させるように構成されている。
【００４７】
図示した接点５６は、過小水量が検出された時点の吐出管１４内の水圧を示している。制御手段２４は、タイマのタイムアップを開始しており、平行してモータ２２を回転させてポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力としての上限圧力ＰＡに向かうように上昇させている。本実施の形態では、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの差は２メートルに設定され、差圧ＤＰは２．５メートルに設定されている。
【００４８】
図示した接点５８は、ポンプ１２が継続して運転している状態であり吐出管１４内の圧力は停止圧力又はそれ以上の圧力に上昇している。その後、モータ２２は制御手段２４がタイムアップを検知した段階で停止し、吐出管１４内の圧力は圧力タンク１６により上限圧力ＰＡ以上に保たれている。
【００４９】
引き続き、吐出管１４内の圧力は上限圧力ＰＡ以上に保たれているが、需要側の水使用又は吐出管１４系統の漏水等により、吐出管１４内の水圧が徐々に低下して行く。図示した接点６０は、吐出管１４内の水圧がモータ２２を停止させた際のポンプ１２の吐出し圧力である停止圧力（上限圧力ＰＡ）から差圧ＤＰを減算した圧力を示している。
【００５０】
例えば、上限圧力ＰＡより２．５メートルに相当する低い圧力まで吐出管１４内の圧力が低下した段階で、圧力センサ２０が始動圧力を検出し制御手段２４へ信号を送り、制御手段２４からインバータ３６を経由してモータ２２を回転させて、ポンプ１２を駆動させることにより吐出管１４内の圧力を上昇させることができる。しかも、始動圧力は下限圧力ＰＢより０．５メートル低く設定されているため、ポンプ１２の停止と始動との期間をより長くとることができる。
【００５１】
ここで、始動圧力は接点５８の後でモータ１２を停止した時点の停止圧力ＰＡを基準にして、差圧ＤＰを減算した圧力を用いているが、可変速給水装置１０の構成を簡略化する意味で有効であり、予め内部メモリ３４に始動圧力を記憶させる必要がなく、仮に外部から始動圧力を設定した場合に数値の入力ミスよる誤動作を未然に防止することができる。
【００５２】
図４は、本発明による第２の実施の形態である可変速給水装置１０に用いられるポンプ１２の停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。図示した上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの差が差圧ＤＰより大きい場合について説明をする。すなわち、可変速給水装置１０は、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの圧力差が差圧ＤＰより大きい場合に、下限圧力ＰＢと差圧ＤＰとを加算した値のポンプの吐出し圧力までモータ２２を一定時間運転し、所定時間後に、モータ２２を停止させるように構成されている。
【００５３】
図示した接点５６は、過小水量が検出された時点の吐出管１４内の水圧を示している。制御手段２４は、タイマのタイムアップを開始しており、平行してモータ２２を回転させてポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力としての下限圧力ＰＢと差圧ＤＰとを加算した値の圧力に向かうように上昇させている。本実施の形態では、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの差は３メートルに設定され、差圧ＤＰは２．５メートルに設定されている。
【００５４】
図示した接点６２は、ポンプ１２が継続して運転している状態であり吐出管１４内の圧力は停止圧力又はそれ以上の圧力に上昇している。その後、モータ２２は制御手段２４がタイムアップを検知した段階で停止し、吐出管１４内の圧力は圧力タンク１６により停止圧力以上に保たれている。
【００５５】
引き続き、吐出管１４内の圧力は停止圧力以上に保たれているが、需要側の水使用又は吐出管１４系統の漏水等により、吐出管１４内の水圧が徐々に低下して行く。図示した接点６４は、吐出管１４内の水圧がモータ２２を停止させた際のポンプ１２の吐出し圧力である停止圧力から差圧ＤＰを減算した圧力（下限圧力ＰＢ）を示している。
【００５６】
例えば、停止圧力より２．５メートルに相当する低い圧力まで吐出管１４内の圧力が低下した段階で、圧力センサ２０が始動圧力を検出し制御手段２４へ信号を送り、制御手段２４からインバータ３６を経由してモータ２２を回転させて、ポンプ１２を駆動させることにより吐出管１４内の圧力を上昇させることができる。しかも、停止圧力は上限圧力ＰＡより０．５メートル低く設定されているため、制御手段２４がタイムアップするまで吐出管１４内の圧力をポンプ１２で上昇させても、上限圧力ＰＡを過剰に超えることがないので給水端末３８の圧力変動を抑制することができる。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、ポンプ１２の停止圧力を上限圧力ＰＡ、下限圧力ＰＢ、差圧ＤＰの各々のパラメータに基づき決定しているため、ポンプ１２の過小水量停止処理における最大加圧値の上限を自動的に制限することができ、吐出管１４内の圧力の変動を抑制させることができる。
【００５８】
図５を参照して、本発明による第３の実施の形態である可変速給水装置１０に用いられるポンプ１２の停止圧力と始動圧力の関係を説明する。可変速給水装置１０は、圧力設定手段２８から同一の値を上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢに入力する。
【００５９】
可変速給水装置１０は、同一の上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢがセットされた後に電源がＯＮにされると運転モードに移行し、自動的に上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの差が差圧ＤＰより小さいパラメータであると制御手段２４が判断する。そして、制御手段２４は上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢを関数として推定末端圧力を演算しながら、モータ２２を制御しポンプ１２を増速させる。
【００６０】
可変速給水装置１０がビル等の現場に設置された直後であれば、吐出管１４内の圧力はゼロである。したがって、ポンプ１２の吐出し圧力は、ゼロから上限圧力ＰＡに向けて給水を実行する。図示した接点６６は、過小水量を検出した後に所定時間に亘りポンプ１２を運転してからポンプ１２を停止した状態であり、吐出管１４内の圧力が圧力タンク１６によって上限圧力ＰＡ以上に保たれている状態を示す。
【００６１】
次に、需要側の給水端末３８から水が使用され又は漏水により吐出管１４内の圧力が徐々に低下する。図示した接点６８は、吐出管１４内の水圧がモータ２２を停止させた際の停止圧力（ＰＡ若しくはＰＢ）から差圧ＤＰを減算した圧力を示している。
【００６２】
例えば、上限圧力ＰＡより２．５メートルに相当する低い圧力まで吐出管１４内の圧力が低下した段階で、圧力センサ２０が始動圧力を検出し制御手段２４へ信号を送り、制御手段２４からインバータ３６を経由してモータ２２を回転させて、ポンプ１２を駆動させることにより吐出管１４内の圧力を上昇させることができる。しかも、始動圧力は上限圧力ＰＡより２．５メートル低く演算出力されているため、ポンプ１２の停止と始動とのタイミングをより長くとることができる。
【００６３】
また、始動圧力は接点６６でモータを停止した時点の停止圧力ＰＡ又はＰＢを基準にして、差圧ＤＰを減算した圧力を用いているが、可変速給水装置１０の構成を簡略化する意味で有効であり、仮に圧力センサ２０で吐出管１４内の圧力を逐次検出してポンプ停止時の圧力から差圧ＤＰを減算するよりも、制御手段２４で始動圧力を演算するほうが装置の製造コストを低減させることができる。
【００６４】
さらに、日常運転の可変速給水装置１０においても、同一の値の上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢをパラメータとして推定末端圧力を演算しながらモータ２２を可変速に回転させてポンプ１２を駆動し需要側の給水端末３８へ給水を行う。
【００６５】
図６は、本発明による実施の形態である可変速給水装置１０に用いられる制御手段２４のブロック図である。制御手段２４は、中央演算処理装置ＣＰＵ３２と、このＣＰＵ３２とバス４８を介して接続する内部メモリ３４と、タイマ５２と、インターフェースＩ／Ｏ４６を備える。
【００６６】
内部メモリ３４は、電気的書換可能なプログラマブルリードオンリーメモリＥＥＰＲＯＭ４０、ランダムアクセスメモリＲＡＭ４２、リードオンリーメモリＲＯＭ４４を備え、それぞれＣＰＵ３２に接続されている。
【００６７】
ＥＥＰＲＯＭ４０は、差圧ＤＰ、上限圧力ＰＡ、及び下限圧力ＰＢのデータを記憶する。これらデータは、工場出荷段階に初期値が書き込まれているが、需要先に設置する際に圧力設定手段２８からＣＰＵ３２を経由してマニュアルで入力し書き換えることができる。ＥＥＰＲＯＭは、可変速給水装置１０が通電していない状態においても上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢ並びに差圧ＤＰのデータを保持しているため、制御手段２４内に目標圧力データを記憶又は設定をする必要がなく、モータ２２又はポンプ１２の経時変化による性能劣化に対して、上限圧力ＰＡ又は下限圧力ＰＢのパラメータを適宜再入力して効率の良い運転状態を維持させ、省エネルギー化を図ることができる。
【００６８】
ＲＡＭ４２は、上限圧力ＰＡ及び下限圧力ＰＢをパラメータとして目標圧力である推定末端圧力をＣＰＵ３２で演算した結果を一時的に記憶する。ＲＡＭ４２は、可変速給水装置１０が所定時間に亘り通電していない状態ではデータを消滅させてしまうが、比較的単価が安いため可変速給水装置１０のコストを低減させることができる。
【００６９】
ＲＯＭ４４は、マスクＲＯＭ又はＥＰＲＯＭ等の読み出し専用のメモリであり、可変速給水方法のプログラムを収納している。また、推定末端圧力を算出するための演算テーブルを格納することもできる。例えば、演算テーブルの上位アドレスラインに上限圧力ＰＡ値を入力し、下位アドレスラインに下限圧力ＰＢ値を入力してデータ出力ラインに推定末端圧力を出力するように構成する。このような演算テーブルを用いるとＣＰＵ３２のレジスタを用いた場合に比して演算速度がより高速となり、木目細かなポンプ制御を遂行することができる。
【００７０】
インターフェースＩ／Ｏ４６は、フロースイッチ２６、圧力センサ２０、圧力設定手段２８、ロータリーエンコーダの出力線２３から電気信号を受けて、ＣＰＵ３２に渡すバッファ機能と信号レベルの変換を遂行する。また、ＣＰＵ３２から出力される制御信号をインバータ３６へ送信する。
【００７１】
タイマ５２は、カレンダ機能を有し、実時間の計時データをＣＰＵ３２へ出力する。タイマ５２は、不図示のバックアップ電源としてのボタン電池等から電源の供給を受けて不揮発性のカレンダー情報を更新する。また、可変速給水装置１０は通常運転中は常に通電しているため、商用電源を変圧した直流電圧でタイマ５２のバックアップ電源を確保することもできる。
【００７２】
図７及び図８は、本発明による実施の形態である可変速給水装置１０の制御フロー図である。図７を参照して、可変速給水装置１０が、ポンプ性能曲線の接点５２から接点５６の範囲で加圧運転をしている状態から説明をする。
【００７３】
ステップ７０は、フロースイッチ２６が過小水量を検出した段階の工程を示す。制御手段２４はステップ７１で上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの差が差圧ＤＰより小さいか否かを判定する。判定結果が否（大）のときはステップ７２へ分岐し、下限圧力ＰＢに差圧ＤＰを加算した停止圧力を目標圧力である推定末端圧力と置き換えてから、所定時間に亘りポンプ１２を運転して吐出管１４内の圧力を停止圧力以上に上昇させ、ステップ７３へ移行してポンプ１２の停止処理を遂行する。なお、所定時間は、例えば、２０秒から１６０秒に任意の値を設定する。
【００７４】
一方、ステップ７１の判定結果が是（小）のときはステップ７４へ分岐し、上限圧力ＰＡの値を停止圧力として演算出力し目標圧力である推定末端圧力と置き換えてから、所定時間に亘りポンプ１２を運転して吐出管１４内の圧力を停止圧力以上に上昇させ、ステップ７３へ移行してポンプ１２の停止処理を遂行する。なお、所定時間は、上述と同様に、２０秒から１６０秒の間で値を設定する。
【００７５】
図８を参照して、可変速給水装置１０のポンプ１２の再始動プロセスを説明する。制御手段２４は、定期的に圧力センサ２０の出力信号を監視している。ステップ７５はポンプ１２が停止して圧力タンク１６の圧力で吐出管１４内の圧力を保持しているか、または水を需要側に供給している状態である。
【００７６】
制御手段２４は、ステップ７６で上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの差が差圧ＤＰより小さいか否かを判定する。判定結果が否（大）のときはステップ７７へ分岐し、吐出管１４内の圧力ＰＦが下限圧力ＰＢより大きいか否かを判定する。判定結果が是（大）であれば処理はステップ７８へ分岐してポンプ１２の再始動を中止し次の監視タイミングで圧力センサ２０からの信号を取得する。また、ステップ７７の判定結果が否（小）であれば処理はステップ８０へ分岐してポンプ１２の再始動を開始する。
【００７７】
一方、ステップ７６の判定結果が是（小）のときはステップ７９へ分岐し、吐出管１４内の圧力ＰＦが上限圧力ＰＡから差圧ＤＰを減じた圧力より大きいか否かを判定する。判定結果が是（大）であれば処理はステップ７８へ分岐してポンプ１２の再始動を中止し次の監視タイミングで圧力センサ２０からの信号を取得する。また、ステップ７９の判定結果が否（小）であれば処理はステップ８０へ分岐してポンプ１２の再始動を開始する。
【００７８】
こうして、本発明の実施の形態によれば、ポンプ１２の停止圧力や始動圧力を予めＥＥＰＲＯＭ４０に記憶させなくても、上限圧力ＰＡ等の所定のパラメータを入力するだけで自動的に内部の演算処理によりポンプ１２の停止圧力や始動圧力を決定することができる。
【００７９】
尚、本発明の可変速給水装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の可変速給水装置によれば、需要側の水の圧力変動を抑えながら、ポンプの始動及び停止頻度を少なくし、省エネルギ効果を引き出す可変速給水装置を提供することができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態である可変速給水装置の模式的系統図である。
【図２】本発明による第１の実施の形態である可変速給水装置の運転特性図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に用いられる制御手段の模式的ブロック図である。
【図７】本発明による実施の形態である可変速給水装置の処理フローチャートである。
【図８】本発明による実施の形態である可変速給水装置の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０可変速給水装置
１２ポンプ
１４吐出管
１６圧力タンク
１８逆止め弁
２０圧力センサ
２２モータ
２４制御手段
２６フロースイッチ
２８圧力設定手段
３０入力パネル
３２中央演算処理装置
３４内部メモリ
３５水配管
３６インバータ
３８給水端末
５２タイマ
【図１】
2004084582.tif 000003
【図２】
2004084582.tif 000004
【図３】
2004084582.tif 000005
【図４】
2004084582.tif 000006
【図５】
2004084582.tif 000007
【図６】
2004084582.tif 000008
【図７】
2004084582.tif 000009
【図８】
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