(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加圧して送水する複数のポンプと、該ポンプのケーシングの吸込側及び吐出側に接続された配管と、前記ポンプを駆動するモータと、該モータに電力を供給する駆動電源回路と、前記ポンプの運転を制御する制御手段とを備えた給水装置において、
前記ポンプは一定の最大電流を越えない運転を行うように制御され、先発ポンプの回転速度が追加設定の回転速度に到達しない場合に、前記先発ポンプの速度指令値と実回転速度の差が所定の設定値を越えたときに後発ポンプの追加動作を行うことを特徴とする給水装置の制御方法。
【請求項２】
前記速度指令値と実回転速度の差が所定の設定値を所定の時間越えたときに、前記追加動作を行うことを特徴とする請求項１記載の給水装置の制御方法。
【請求項３】
前記追加動作の判断の前に、少水量状態であるか否かをチェックし、少水量状態である場合には、前記追加動作の判断を行わないことを特徴とする請求項１記載の給水装置の制御方法。
【請求項４】
前記モータは、ＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の給水装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプを使用して、集合住宅、ビル等に水道水等の給水を行う給水装置の制御方法に係り、特に複数のポンプの追加運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記給水装置は、例えば貯水槽に接続され、貯水槽の水を所定圧に加圧して集合住宅・ビル等の末端の需要者に給水を行う。このため給水装置には、ポンプと、そのポンプケーシングの吸込側、及び吐出側に接続された配管と、配管内の圧力を検出する圧力センサ等のセンサ類と、圧力タンク等を備えている。ここで、圧力タンクはその内部にポンプで加圧された水を蓄えることで、ポンプの頻繁な起動停止を防止し、供給水圧を常に一定に保つ作用を果たしている。また、ポンプを駆動するモータと、そのモータに電力を供給するインバータ装置等の駆動電源回路と、ポンプの運転を制御する制御手段とを備え、これらは上記ポンプや配管と共にキャビネット内に収容されている。
【０００３】
このような給水装置においては、通常２台または３台のポンプを備え、負荷水量に対応してポンプの台数制御運転が行われる。即ち、負荷水量が少ない場合には１台のポンプのみを運転し、他のポンプを停止しておく。そして、負荷水量が増大し、１台のポンプで供給が間に合わない場合には、２台目のポンプを起動する。そして２台のポンプで需要家側への給水を行い、需要家側の供給水量が減少した場合には、再び１台運転に戻るようにしている。
【０００４】
図４は、従来のポンプの追加動作フローを示す。即ち、需要家側の使用水量が増加すると、１台目の先発ポンプの運転から、２台目の後発ポンプを追加運転するためのフローである。このポンプの追加動作は、まず少水量検出手段が少水量状態であることを検知していないことを確認する。即ち、給水装置の配管管路に設けられたフロースイッチが開いているか否かを確認する。フロースイッチが開いていれば、水量があることが示され、これにより少水量状態でないことが検知される。次に、ポンプの速度がその追加設定の回転速度であるか否かが判断される。即ち、先発ポンプが最高回転速度で運転していることは、そのポンプの能力いっぱいで運転していることを意味し、追加遅延タイマによりそのような状態が一定時間継続していることを確認して、後発ポンプの追加動作に入る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来のポンプの追加動作フローでは、ポンプが例えば誘導電動機により駆動され、インバータ装置によりその最高回転速度（追加設定の回転速度）まで運転できる場合には、特に問題が生じない。しかしながら、ポンプがＤＣブラシレスモータ（永久磁石型電動機）によりインバータ装置を用いて可変速駆動される場合には、その保護機能の関係から問題が生じる。即ち、このような電子制御機能を備えたＤＣブラシレスモータによりポンプを駆動する場合には、その負荷が大きくなると電流がその許容最大電流以上に流れないように制御して、これにより自己保護機能が働くようになっている。
【０００６】
このようなポンプでは、需要家側への負荷水量が増大しても、ポンプがその追加設定の回転速度に到達する前に、上述した自己保護機能が働き最高回転速度（追加設定の回転速度）まで到達しないという問題がある。このため、上述した図４に示す後発ポンプの追加動作条件が整わないことになり、このため需要家側で要求水量が増加しても、２台目ポンプの追加運転動作に入れず、結局１台運転の状態が維持され、ポンプの回転速度が低下し、供給圧力が低下し、十分な水量を需要家側に供給できなくなる。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、電流制限機能を備えた永久磁石型電動機によりポンプが駆動される場合においても、安定したポンプの追加動作を行うことができる給水装置の制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の給水装置は、水を加圧して送水する複数のポンプと、該ポンプのケーシングの吸込側及び吐出側に接続された配管と、前記ポンプを駆動するモータと、該モータに電力を供給する駆動電源回路と、前記ポンプの運転を制御する制御手段とを備えた給水装置において、前記ポンプは一定の最大電流を越えない運転を行うように制御され、先発ポンプの回転速度が追加設定の回転速度に到達しない場合に、前記先発ポンプの速度指令値と実回転速度の差が所定の設定値を越えたときに後発ポンプの追加動作を行うことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明によれば、運転中の先発ポンプの回転速度が、増速指令にもかかわらず、追加設定の回転速度に到達しない場合に、速度指令値と実回転速度の差が開いたときに、運転中のポンプがその最大能力に到達したものと判断するようにしたものである。従って、この判断により後発ポンプの追加動作を行うことで、運転対象のポンプが一定の最大電流を越えない保護機能を有するポンプであっても、安定した追加動作を行うことが可能となる。
【００１０】
また、前記速度指令値と実回転速度の差が所定の設定値を所定の時間越えたときに、前記追加動作を行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記追加動作の判断の前に、少水量状態であるか否かをチェックし、少水量状態である場合には、前記追加動作の判断を行わないことが好ましい。
【００１２】
また、複数の可変速運転ポンプを備え、該複数のポンプの追加解列動作が可能な給水装置において、先発のポンプの実回転速度の検出手段と、該検出手段により検出された速度が前記ポンプの追加設定の回転速度であるか否かを判断する手段と、前記ポンプの速度が前記追加設定の回転速度に達しない場合に、速度指令値と実回転速度の差を求め、その差が所定値を越えたときに追加動作を行う手段とを備えることが好ましい。
【００１３】
また、前記ポンプは、ＤＣブラシレスモータにより駆動されるポンプであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の給水装置の構成例を示す。
給水装置１０には、２台のポンプ１１，１２を備え、それぞれが一定の最大電流を越えない保護機能を有するＤＣブラシレスモータ１３，１４により駆動される。インバータ装置１５，１６は、それぞれＤＣブラシレスモータ１３，１４に可変周波数・電圧の交流電力を供給し、これによりポンプ１１，１２を可変速運転する。インバータ装置１５，１６の制御は、マイクロプロセッサ等の制御手段１７により行われる。制御手段１７は、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段１８を備え、これらの記憶手段により記憶されたプログラムに従い、後述する追加動作フローを含む給水装置１０の全体的な運転制御が行われる。
【００１６】
また、給水装置１０の吸込側から吐出側に至る配管管路には、フロースイッチ２１，２２を備え、管路に流れる水量が極めて少ない少水量状態を検出する。このフロースイッチ２１，２２により少水量状態が検出されると、圧力タンク２３に加圧水を蓄圧し、ポンプの運転を停止する少水量停止動作に入る。これにより、略締め切り状態でのポンプの運転が防止され、またポンプの頻繁な起動停止を避けることができる。また、配管管路には圧力検出器２４を備え、この圧力検出器２４で検出された圧力に基づいて、上述した制御手段１７によりポンプ１１，１２の可変速運転を行う。また、配管管路には逆止弁２５，２６を備え、ポンプ停止時等の吐出側から吸込側への逆流を防止する。
【００１７】
図２（ａ）は、ポンプの流量・圧力特性を示す。ポンプの水量と、吐出圧力と、回転速度との関係は、図示する通りである。これらのポンプでは、使用水量が増加すると、吐出圧力が設定圧になるように、回転速度を、例えばＮ１からＮ３（最高回転速度）に向かって増やすように制御する。給水装置の負荷側の制御曲線が図示のＡの場合で、設定圧がＰＡの場合には、先発ポンプを起動すると、ポンプの回転速度は、例えばＮ１からＮ３に到達する。このときの水量がそのポンプの有する最大能力である場合には、回転速度の上昇が抑制される機能が動作する水量Ｌを越えない場合である。この場合には、ポンプは最高回転速度（Ｎ３）に到達し、従来の図４に示す制御フローに従って、２台目ポンプの追加動作を行うことができる。
【００１８】
しかしながら、制御曲線が図示のＢであり、設定圧力がＰＢである場合には、ポンプの起動時に回転速度がＮ１からＮ２まで上昇すると、回転速度の上昇が抑制される機能の働く水量Ｌに到達する。この負荷水量Ｌ以上の水量では、図２（ｂ）に示すように、モータの負荷電流Ｉが一定値ＩＯに抑制される。このため、回転速度Ｎ３の水量・吐出圧力の特性曲線は、図中点線で示す部分が維持できなくなる。水量Ｌ以上においては、水量が増大すると回転速度Ｎ３よりも回転速度が図中実線Ｓで示すように低下する。この状態では、インバータ装置よりモータに供給される電流は、ＩＯ一定で制御されるので、負荷水量が増大してもポンプとしては、図示の実線Ｓで示す特性曲線上をポンプの動作点が移動する。従って、負荷水量が増大すると、ポンプの回転速度は緩やかに低下する。このため、設定圧力がＰＢの場合には、負荷水量が増大すると、回転速度はモータ負荷電流一定の制御機能が働き、更に負荷水量が増大しても、ポンプ回転速度は増速指令にもかかわらず、Ｎ３（最高回転速度）に到達し得ず、Ｎ３−αにまでしか到達しない。従って、従来の図４に示す追加動作フローでは、ポンプの回転速度が追加設定の回転速度Ｎ３（最高回転速度）という条件が満たされないので、後発ポンプを追加動作させることができない。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態の制御フローを示す。
まず、フロースイッチ２１，２２の開閉状態をチェックする。これによりポンプが少水量状態で動作しているか否かを確認する。フロースイッチが閉じている場合には、少水量状態であるので、ポンプは略締め切り運転状態であり、後発ポンプの追加動作は必要がないので、このプログラムはこのまま終了する。なお、このフロースイッチのチェックは、回転速度のチェックを以下に述べる後発ポンプの追加動作で行うので、追加動作を行う場合には必ず必要である。次に、ポンプの回転速度が最高回転速度（追加設定の回転速度）であるか否かをチェックする。上述したように、ポンプ性能曲線と設定圧と、回転速度の上昇が抑制される機能の働く水量との関係から、ポンプ回転速度が設定した最高回転速度に到達する場合には、「ＹＥＳ」であり、追加遅延タイマをスタートする。この追加遅延タイマは、所定時間同一の状態が維持されることを追加遅延タイマカウントアップで確認して、その結果が、「ＹＥＳ」であるならば追加動作を行う。
【００２０】
本発明の追加動作フローにおいては、
速度指令−実回転速度＞設定値
の判断ルーチンを備えている。この判断は、設定吐出圧力がＰＢである場合には、負荷水量の増減に対応して回転速度がＮ３−α以下の範囲で動作する。しかしながら、上述したようにモータの最大電流がＩＯに制限された場合には、図２（ａ）に実線で示す電流一定制御の曲線Ｓ上で動作し、負荷水量が増大した場合には吐出圧力が低下し、ポンプの回転速度が低下する。ポンプの実回転速度は、各ポンプに備えたインバータにより検出される。そのような状況にあるときには、ポンプの速度指令は、実際の吐出圧力が目標吐出圧力に到達しないので、ポンプの回転速度を上昇させる方向で速度指令が出される。これに対して、実回転速度は到達予定の回転速度よりも低いことは上述したとおりである。従って、速度指令値から実回転速度を減算する演算を行い、この差がある程度の大きさである場合には、「ＹＥＳ」とする。これにより、追加遅延タイマがスタートし、所定時間この状態の継続が確認されると、追加遅延タイマがカウントアップし、後発ポンプの追加動作にはいる。この、速度指令値と実回転速度との差は、例えば速度指令値が２４０Ｈｚ程度である場合には、例えば５Ｈｚ程度が好適である。速度指令値と実回転速度との差が検出されることで、後発ポンプを確実に追加投入することができる。これにより、先発ポンプが給水能力の限界に達したことを的確に判断して、後発ポンプの追加動作を行える。
【００２１】
なお、上述した実施形態においては、２台のポンプを台数制御する例について説明したが、３台以上のポンプがある場合にも同様に制御できることは勿論である。また、上述した実施形態では貯水槽から給水する装置について説明したが、水道本管に直結した直結型の給水装置においても同様に適用が可能である。また、電流制限機能を有するモータとしてＤＣブラシレスモータについて説明したが、他の形式のモータでも電流一定制限機能を有する場合には同様に適用が可能である。このように、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータへの供給電流を一定に保つ保護機能を備えた永久磁石型（ＤＣブラシレス）モータを使用しても、追加運転制御を確実に行える。このため、ＤＣブラシレスモータ等の高効率モータを用い、そのモータの能力をフルに発揮しつつ、複数のポンプの台数制御運転を容易に行える給水装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の給水装置の構成例を示す図である。
【図２】（ａ）はポンプの流量・圧力特性を示す図であり、（ｂ）は水量とモータ電流との関係を示す図であり、水量Ｌ以上でモータ電流が一定に制御される特性を示す。
【図３】本発明の実施形態の後発ポンプの追加運転制御を示すフロー図である。
【図４】従来の後発ポンプの追加運転制御を示すフロー図である。
【符号の説明】
１１，１２      ポンプ
１３，１４      ＤＣブラシレスモータ
１５，１６      インバータ装置
１７      制御手段
１８      記憶手段
２１，２２      フロースイッチ（少水量検出手段）
２３      圧力タンク
２４      圧力検出器
２５，２６      逆止弁
ＰＡ，ＰＢ      圧力設定値
Ｌ      回転速度の上昇が抑制される機能（モータ電流一定制御）の働く水量
【図１】
0004684478.tif 000002
【図２】
0004684478.tif 000003
【図３】
0004684478.tif 000004
【図４】
0004684478.tif 000005