(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、該ポンプのチェッキ弁を介した吐出側の圧力を検出する圧力センサと、該圧力に対応して前記ポンプの回転速度を制御する手段とを備えた給水装置において、
前記ポンプの制御目標圧力は、吐出圧力一定制御又は推定末端圧力一定制御に従って制御され、
前記ポンプの回転速度と該回転速度に対応した締切圧力との関係を示すデータテーブルを備え、
前記ポンプの回転速度が締切運転時における制御目標圧力に対応した締切運転速度に減少した時に、前記ポンプの回転速度を該締切運転時における前記制御目標圧力に対応した前記締切運転速度よりも少し低い速度迄低下させ、その時点で前記圧力センサの検出圧力が所定値以下に低下するか否かを一定時間監視し、低下しない場合に締切運転状態であると判断し、ポンプの小水量停止動作に入ることを特徴とした給水装置。
【請求項２】
前記ポンプの小水量停止動作は、ポンプの前記制御目標圧力を上げて所定時間運転し、その後ポンプを停止させる動作であり、前記ポンプの前記制御目標圧力を上げて運転中に、ポンプ回転速度が該制御目標圧力に対応した締切運転速度よりも大きくなった場合にポンプを通常運転に戻し、ポンプ回転速度が該制御目標圧力に対応した締切運転速度以下であった場合に、前記ポンプを停止させることを特徴とした請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
前記小水量停止後に、前記圧力センサの検出圧力の低下の時間的変化が大きい場合に、所定の始動圧力まで低下しなくてもポンプを始動させることを特徴とした請求項１または２に記載の給水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変速ポンプを用いて給水を行う可変速給水装置に係り、特に小水量時のポンプの運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば集合住宅等に水道水を供給する場合には、水道本管から供給される水を一旦受水槽に受け、これをポンプを用いて加圧して集合住宅の各戸の末端給水栓に供給する。このような用途の給水装置として、図７に示すものが知られている。この給水装置は、水道本管に接続された受水槽（図示しない）に水を一旦貯え、２台のポンプＰ１，Ｐ２を用いてチェッキ弁１１を介して吐出集合管１２から末端の需要家の給水栓（図示しない）に給水を行うものである。ここでポンプは、少なくとも１台を可変速運転により回転速度を変化させ、ポンプ吐出側の圧力を一定、又は末端の需要家までの管路損失を含めて、需要家側で圧力が一定となるようなポンプ吐出圧力が得られるように可変速運転をしている。そして、ポンプを２台並列に配置したのは、負荷水量が少ない場合にはポンプ１台で供給し、負荷水量が増大してポンプ１台では不十分な場合には２台のポンプを並列して運転する必要があるためである。
【０００３】
図７に示す給水装置においては、多少の締切運転を行っても故障しない複数のポンプＰ１，Ｐ２と、圧力タンク１３と、ポンプの吐出側の吐出集合管１２内の圧力を検出する圧力センサ１４と、ポンプの運転制御を行う制御盤１５とを備える。そして圧力センサ１４でポンプの吐出圧力を検出して、このポンプの吐出圧力を目標圧力となるようにポンプの回転速度を変化させる可変速運転制御を行っている。係る給水装置においては、需要家側で水が使われなくなったときに、ポンプを自動的に停止する小水量停止機構を備えているのが一般的である。これは、水が殆ど使われなくなった時には、ポンプは締切運転状態となり、ポンプが過熱する。このため、ポンプの過熱による損傷を防止し、又無駄なエネルギーの消費を防止するという省エネルギーの要請によるものである。
【０００４】
このような小水量時にポンプの運転停止を行う代表的な方法としては、フロースイッチを用いる方法がある。これは、ポンプの締切運転近傍の小水量付近で動作するフロースイッチ１６を吐出集合管１２に備え、末端需要家側への給水流量を検出する。フロースイッチにより給水流量が例えば１０L/min以下の小水量であると、タイマー等で一定時間の小水量状態の継続を確認し、一旦ポンプの回転速度を上昇させてポンプの吐出圧力を上昇させて圧力タンクに蓄圧し、しかる後にポンプを停止する方法である。ここでフロースイッチとしては、例えばマグネット付きフロートによりリードスイッチを動作させるものなどが用いられている。又、圧力タンク１３に蓄圧を行わずに、小水量状態が検知されるとポンプを停止させ、ポンプの始動圧力を停止時の圧力よりも低い圧力に設定する方法もある。
【０００５】
このようなポンプの小水量停止動作は、本来、ポンプの締切運転を防止するための動作であり、給水流量がゼロとなったときにポンプを停止するのが理想的である。しかしながら上述したフロースイッチでは、給水流量のゼロ点を検出することが難しく、実際には例えば約１０lit/min等の極小流量を検出するようになっている。ところでポンプの締切運転を行うと、ポンプが空運転状態となり、ポンプの回転エネルギーが熱に変わるので、ポンプの実際の温度上昇はポンプの回転エネルギーとポンプケーシングからの放熱とのバランスとによって決まってくる。従って、ポンプによっては数分の締切運転を行っても、発熱量は比較的少なく、実際の運転に支障がないことが知られている。特にポンプの回転速度を制御している場合には、一般に小水量領域では給水流量が殆どゼロとなっており、ポンプの回転速度は給水流量がある時よりも小さくなっており、発熱量は給水流量がある時の運転時よりも少なくなる傾向がある。
【０００６】
このようなポンプの小水量停止動作によれば、フロースイッチの動作水量以下で水が使用されている状態であると、ポンプは小水量停止動作により停止する。水量は微量であるが流れているため、ポンプ停止後に吐出配管内の圧力が低下し、圧力センサがこれを検出してすぐにポンプが再始動する。このような状態が継続すると、ポンプは始動停止を繰り返すことになり、いわゆるインチングを起こし、かえってポンプの損傷を招くこととなる。従って、小水量停止動作は、締切運転による過熱の危険性がない範囲において、給水流量がゼロになったことを持ってポンプを停止するのが理想的であるといえる。また、フロースイッチは、一般に高価であり、機械部品であるので寿命があり、検出フロートが動作の繰り返しにより摩耗する等の問題がある。
【０００７】
このようなポンプの締切運転状態の検出手段として、上述したフロースイッチを用いたものの他に、ポンプを駆動するモータの電流値の検出による方法、及び検索運転による方法等が知られている。電流値の検出による方法は、小水量時にはポンプの負荷が減るため、ポンプ駆動電流値が小さくなる。このため、電流値を見ながら小水量状態を検出することが理論的には可能である。しかしながら、電流値の変化が流量の変化に対して微小であるため、小水量停止動作の判断に際しては電流値判断の許容値を設けたり、動作のたびに検出電流値を設定し直す等の工夫が必要であり、制御が煩雑になるという問題がある。又、検索運転による方法は、ポンプの吐出水量が小水量付近になったときに、ポンプの回転速度を上下させることにより、小水量状態を確認する方法であるが、これも同様に制御が煩雑である。又、ポンプの回転速度の上下に伴い、吐出圧力が変動し、供給水圧が変動するという問題がある。更に、制御プログラムが複雑となり、運転のための設定値が多く必要となってきて煩雑となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、高価なフロースイッチを用いることなく、比較的簡単な方法で確実に水量ゼロの締切運転状態を検出して、小水量停止動作に入ることができる給水装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の給水装置は、ポンプと、該ポンプのチェッキ弁を介した吐出側の圧力を検出する圧力センサと、該圧力に対応して前記ポンプの回転速度を制御する手段とを備えた給水装置において、前記ポンプの制御目標圧力は、吐出圧力一定制御又は推定末端圧力一定制御に従って制御され、前記ポンプの回転速度と該回転速度に対応した締切圧力との関係を示すデータテーブルを備え、前記ポンプの回転速度が締切運転時における制御目標圧力に対応した締切運転速度に減少した時に、前記ポンプの回転速度を該締切運転時における前記制御目標圧力に対応した前記締切運転速度よりも少し低い速度迄低下させ、その時点で前記圧力センサの検出圧力が所定値以下に低下するか否かを一定時間監視し、低下しない場合に締切運転状態であると判断し、ポンプの小水量停止動作に入ることを特徴とする。
【００１０】
締切運転状態となると、実際の圧力センサによる検出圧力と回転速度に対応した締切圧力を比較することで、水量がゼロの状態であることを確実に検出することができる。即ち、圧力センサが検出する圧力は、チェッキ弁によりポンプの回転速度が低下しても吐出圧力が低下せず、締切運転状態となると、ポンプの吐出圧力よりも高くなる。このためポンプの回転速度はＰＩ（比例積分）制御により低下する。しかしながら、ポンプの吐出圧力が低下しても、流量が殆どゼロの締切運転状態であると、吐出集合管内の圧力はチェッキ弁に保持されて低下しない。このため、ポンプの回転速度は低下し続けるので、その回転速度に対応した締切圧力と検出圧力とを比較することで、締切状態を確実に検出することができる。これに対して、負荷流量がある場合には、チェッキ弁の上流側であるポンプの吐出口の方がチェッキ弁の下流側である圧力センサの検出位置よりも圧力が僅かに高い。このため、水量に応じてポンプの回転速度は負荷線に沿って移動し、その回転速度における締切圧力は、必ず動作点の圧力より高いものとなる。従って、その回転速度に対応した締切圧力と検出圧力とを比較することで、締切状態でないことを確実に検出することができる。これにより、高価なフロースイッチを用いることなく、確実且つ容易に殆ど水量ゼロの締切運転状態を検出できる。
【００１１】
上記本発明によれば、前記ポンプの回転速度が締切運転時における制御目標圧力に対応した締切運転速度に減少した時に、前記ポンプの回転速度を該締切運転時における前記制御目標圧力に対応した前記締切運転速度よりも少し低い速度迄低下させ、その時点で前記圧力センサの検出圧力が所定値以下に低下するか否かを一定時間監視し、低下しない場合に締切運転状態であると判断し、ポンプの小水量停止動作に入ることにより、比較的簡単な操作で確実に小水量状態であることを検出し、ポンプの小水量停止動作にはいることができる。
【００１２】
又、ポンプと、該ポンプのチェッキ弁を介した吐出側の圧力を検出する圧力センサと、該圧力に対応して前記ポンプの回転速度を制御する手段とを備えた給水装置において、前記ポンプの回転速度と該回転速度に対応した締切圧力との関係のデータを備え、前記圧力センサの検出圧力が、前記ポンプの回転速度に対応した締切圧力よりも大きい場合に、締切運転状態であると判断し、前記ポンプの小水量停止動作に入ることが好ましい。これにより、給水流量がゼロの状態でポンプの小水量停止動作にはいることができる。
【００１３】
又、前記ポンプの小水量停止動作は、ポンプの制御目標圧力を上げて一定時間運転し、その後ポンプを停止させるものであることが好ましい。
又、前記ポンプの前記制御目標圧力を上げて運転中に、ポンプ回転速度が該制御目標圧力に対応した締切運転速度よりも大きくなった場合にポンプを通常運転に戻し、ポンプ回転速度が該制御目標圧力に対応した締切運転速度以下であった場合に、前記ポンプを停止させることが好ましい。これにより給水流量が生じた場合には、すぐに通常運転に戻すことができる。
又、前記小水量停止後に、前記圧力センサの検出圧力の低下の時間的変化が大きい場合に、所定の始動圧力まで低下しなくてもポンプを始動させることが好ましい。これにより給水流量に変化が生じた場合に迅速な対応が可能である。
【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６を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態の給水装置を示す。２台のポンプＰ１，Ｐ２があり、それぞれの吸い込み側の配管が受水槽（図示しない）に接続されている。ポンプの吐出側配管は、チェッキ弁１１を介して吐出集合管１２に接続され、図示しないが末端の需要家の給水栓に配管を介して接続されている。吐出集合管１２には圧力タンク１３及び圧力センサ１４が接続され、圧力タンク１３はポンプによる加圧水を蓄圧して、小水量時にはポンプの運転を停止し、省エネルギー運転ができるようになっている。又、圧力センサ１４は、吐出集合管１２におけるポンプの吐出圧力を検出し、これを制御盤１５に入力することで、ポンプの吐出圧力が所定の目標値となるようにポンプの回転速度を変化させる。即ち、制御盤１５には、ポンプの回転速度を変化させるインバータ装置が備えられ、圧力センサ１４からの信号を入力し、ポンプ吐出圧力が制御目標圧力になるようにポンプをＰＩ（比例積分）制御する。ポンプの制御目標圧力は、給水流量の大小に係わらず一定に制御されるか、または給水流量の大小により需要家末端までの配管抵抗を考慮して、流量に対応して概略抵抗曲線に沿ってポンプの回転速度を変化させる推定末端圧力一定制御により制御される。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態の給水装置の運転制御装置の概略を示すブロック図である。この運転制御装置（制御盤）１５には、ポンプの回転速度とその締切圧力との関係のデータテーブル２１を備える。これは、マイクロコンピュ−タを利用した給水ポンプの運転制御装置においては、例えば設定モードにしておき、ポンプ吐出側のバルブを閉じて締切状態として、ポンプの回転速度を徐々に上げていき、その時の回転速度と圧力センサで検出される締切圧力とを計測し、これをマイクロコンピュータに付属したＥ２ＰＲＯＭ等の記憶装置に記憶することにより行える。又、予め使用するポンプの特性曲線は判明している場合が多い。この場合には既知の特性データから、ポンプ回転速度とその締切圧力とのデータテーブルの作成を行い、これを運転制御装置１５のマイクロコンピュータの記憶装置に記憶するようにしてもよい。又、給水装置においては、他の制御項目、例えば推定末端圧力一定制御においては、別途ポンプ回転速度とその締切圧力とのデータが必要となる。このため、別途準備されたデータテーブルを利用してもよい。
【００１７】
この運転制御装置１５においては、給水装置の運転制御プログラム２２に従って、ＣＰＵ２３が全体的な演算制御動作を行う。即ち、ＣＰＵ２３はこのプログラム２２に従って、圧力センサ１４の吐出圧力信号に従い、吐出圧力一定制御、又は推定末端圧力一定制御方式によるポンプの可変速運転を行うべく、インバータ装置２４に速度指令を与える。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態の締切運転状態の検出の原理を示すＱＨ線図である。現在の運転状態は、吐出圧力Ｐ、水量Ｑであるとする。このときポンプの回転速度がＮ＋であり、この回転速度における締切圧力がＰ＋であるとする。このように、通常の給水流量がある場合には、動作点の吐出圧力Ｐと、そのときの回転速度Ｎ＋に対応する締切圧力Ｐ＋は、必ず
Ｐ＋＞Ｐ
という関係になる。
これに対して、吐出圧力Ｐが一定で、水量Ｑが殆どゼロとなった場合には、いわゆる締切運転状態となり、チェッキ弁は一方通行の弁であるので、圧力センサの設置位置を含めてチェッキ弁の下流側の圧力が吐出集合管に保持され、その圧力が制御目標圧力よりも僅かに高い状態となる場合がある。
このような場合には、吐出圧力が制御目標圧力を上回るので、ポンプには減速指令が与えられる。しかしながら、締切運転状態においてはポンプ速度が低下しても吐出集合管内の圧力はチェッキ弁に保持されて吐出圧力Ｐ以下には下がらない。このため、例えば回転速度がＮ−まで低下するとそのときの対応する締切圧力Ｐ−は、吐出圧力Ｐよりも低下する。即ち、
Ｐ＞Ｐ−
という関係になる。従って、これにより給水流量がゼロの完全な締切運転状態と判断することができる。
【００１９】
図４は、上述した締切運転状態を検出するフロー図である。図示するように、圧力センサにより検出される現在の吐出圧力Ｐと、現在の回転速度Ｎに対応したポンプ締切圧力Ｐｘの関係が判断される。図３に示すように現在の給水流量がＱであり、吐出圧力がＰであるとする。現在の回転速度Ｎ＋に対して、その対応する締切時の圧力Ｐ＋は、現在の吐出圧力Ｐよりも大である。従って、この状態はポンプが締切運転状態ではないと判断され、通常運転が継続される。これに対して、水量Ｑがゼロとなり、締切運転状態となると、チェッキ弁により吐出圧力Ｐが吐出管内に保持され、制御目標圧力以下に下がらなくなる。この場合には、ポンプの吐出圧力を低下させるように回転速度の減速指令がポンプに与えられる。そして、ポンプの回転速度が低下してゆき、回転速度がＮに対応する締切圧力Ｐｘが、
Ｐ＞Ｐｘ
という関係となる。従って、かかる状態においてはポンプは締切運転状態であると判断し、小水量停止動作にはいる。実際にはかかる状態をタイマ等で所定の時間検出して、この状態が継続することをもってポンプ締切運転状態と判断するようにしている。
【００２０】
図５は、本発明の他の実施の形態のポンプの締切運転状態の検出を示すＱＨ線図である。この実施の形態においては、ポンプの回転速度Ｈｚが締切運転時における制御目標圧力ＰＢに対応した回転速度ＨｚＢに減少した時に、ポンプの回転速度をその締切運転時における制御目標圧力ＰＢに対応した締切運転速度ＨｚＢよりも少し低い回転速度（ＨｚＢ−１Ｈｚ）まで低下させる。そして、その時点で圧力センサの検出圧力が所定値（ＰＢ−１ｍ）以下に低下するか否かを一定時間監視する。検出圧力が低下しない場合には、ポンプ回転速度を低下させてもチェッキ弁により圧力センサの検出圧力が変化しないので、締切運転状態であると判断する。ポンプの回転速度を下げて運転して、圧力センサによる検出圧力が低下する場合には、完全な締切運転状態ではないので、ポンプの通常運転を継続する。そしてポンプの小水量停止動作は、締切運転検出時の圧力ＰＢに対して、例えば＋３ｍ程度の吐出圧力となるように、回転速度をＨｚＢ′に上げて一定時間運転し、その後ポンプを停止させる。
【００２１】
図６はこの実施の形態における運転のフロー図を示す。ポンプの回転速度Ｈｚが締切運転時における制御目標圧力ＰＢに対応した回転速度ＨｚＢに減少した時に、ポンプの回転速度Ｈｚを制御目標圧力ＰＢに対応した締切運転速度ＨｚＢよりも１Ｈｚだけ低下させた回転速度（Ｈｚ＝ＨｚＢ−１Ｈｚ）に設定する。そしてそのときの圧力センサの検出圧力Ｐが所定値（ＰＢ−１ｍ）以下であるか否かを確認する。即ち、制御目標圧力ＰＢから１ｍだけ低減した圧力以上であるかを確認する。ここで所定時間例えば１０秒だけ様子を見る。この時点で圧力センサの検出圧力が所定値（ＰＢ−１ｍ）以下に低下しない場合には、“Ｎｏ”となり、蓄圧運転を行いその後ポンプを停止させる小水量停止動作にはいる。
【００２２】
小水量停止動作は、制御目標圧力をＰＢ＋３ｍに上げて蓄圧運転を行う。蓄圧運転中に、ポンプの回転速度が対応した締切運転速度ＨｚＢ′よりも１Ｈｚ以上大きくなった場合には、ポンプを通常運転に戻して運転する。即ち、通常の蓄圧運転が継続される場合にはポンプは制御目標圧力（ＰＢ＋３ｍ）で、これに対応した回転速度ＨｚＢ′で運転される。しかしながら、この蓄圧運転中に締切運転状態が解除されるべく、給水流量が増加した場合には、小水量停止状態が解除されたと考えられ、ポンプは通常運転に戻る。尚、ポンプの運転停止後に、圧力センサの検出圧力の低下の状況をチェックすることが好ましい。検出圧力の低下の時間的変化が大きい場合には、需要家側への給水流量が増加したと判断され、所定の始動圧力まで圧力センサの検出圧力が低下しなくても、ポンプを始動させることが好ましい。これにより、突然給水流量が増加したような場合に、迅速な対応が可能であり給水圧力の低下を未然に防止できる。
【００２３】
尚、上記実施の形態においては、ポンプの締切運転状態を回転速度に対応した締切運転圧力と検出圧力とを比較する例について述べたが、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なことは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、高価なフロースイッチを用いることなく、給水流量がゼロの状態を検出して小水量停止動作に入ることができる。このため、フロースイッチが不要となるので、長寿命で安価な給水装置を提供することができる。そして、給水流量がゼロで蓄圧運転に入りポンプを停止できるため、理想的な小水量停止動作を実現することができる。又、需要家側で給水流量の変化があった場合にも、素早くポンプを始動する事ができるので、圧力低下等をきたすことなく、安定した給水動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の給水装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の給水装置の運転制御装置の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のポンプの締切運転状態の検出を説明するＱＨ特性図である。
【図４】図３に対応した制御フロー図である。
【図５】本発明の他の実施の形態のポンプの締切運転状態の検出を説明するＱＨ特性図である。
【図６】図５に対応した制御フロー図である。
【図７】従来の給水装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０        受水槽
１１        チェッキ弁
１２        吐出集合管
１３        圧力タンク
１４        圧力センサ
１５        制御盤（運転制御装置）
２１        ポンプ回転速度と締切圧力とのテーブル
Ｐ１，Ｐ２  ポンプ
【図１】
0004668403.tif 000002
【図２】
0004668403.tif 000003
【図３】
0004668403.tif 000004
【図４】
0004668403.tif 000005
【図５】
0004668403.tif 000006
【図６】
0004668403.tif 000007
【図７】
0004668403.tif 000008