(57)【要約】【課題】精密な停止流量の調整が可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供すること。【解決手段】  給水装置１は、ポンプ６１と、水の流れにより回転する羽根車５３ｂ、磁石５３ｃ、及び、回転する磁石５３ｃの磁束を検出してパルス信号を出力する磁気検出部５３ｄを有し、ポンプ６１の一次側又は二次側に設けられる流量検出部５３と、ポンプ６１を停止するパルス数が閾値として記憶された記憶部７２と、ポンプ６１の駆動中のパルス信号の単位時間あたりのパルス数を検出するとともに、単位時間の整数倍からなる検出時間におけるパルス数を積算することで積算パルス数を求め、検出時間を単位時間で除算した値で積算パルス数を除算することで平均パルス数を算出し、平均パルス数が記憶部７２に記憶された閾値以下である場合に、ポンプ６１を停止する制御装置４５と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、
水の流れにより回転する羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、及び、前記水の流れにより前記羽根車とともに回転する前記磁石の磁束を検出してパルス信号を出力する磁気検出部を有し、前記ポンプの一次側又は二次側に設けられる流量検出部と、
前記ポンプを停止するパルス数が閾値として記憶された記憶部と、
前記ポンプの駆動中の前記パルス信号の単位時間あたりのパルス数を検出するとともに、前記単位時間の整数倍からなる検出時間における前記パルス数を積算することで積算パルス数を求め、前記検出時間を前記単位時間で除算した値で前記積算パルス数を除算することで平均パルス数を算出し、前記平均パルス数が前記記憶部に記憶された閾値以下である場合に、前記ポンプを停止する制御装置と、
を備えることを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記ポンプを複数備え、
前記流量検出部は複数の前記ポンプの一次側又は二次側にそれぞれ設けられ、
前記閾値は、複数の前記ポンプ毎に設定され、前記記憶部に記憶され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】
ポンプの一次側又は二次側に設けられる流量検出部の、水の流れにより回転する羽根車に設けられた磁石の磁束を磁気検出部で検出して前記ポンプの駆動中に出力されたパルス信号の単位時間あたりのパルス数を検出し、
前記単位時間の整数倍からなる検出時間における前記パルス数を積算することで積算パルス数を算出し、
前記検出時間を前記単位時間で除算した値で前記積算パルス数を除算することで平均パルス数を算出し、
前記平均パルス数が記憶部に前記ポンプを停止するパルス数として記憶された閾値以下である場合に前記ポンプを停止する、
ことを特徴とする給水装置の制御方法。
【請求項４】
前記ポンプは複数設けられ、
前記流量検出部は複数の前記ポンプの一次側又は二次側にそれぞれ設けられ、
前記閾値は、複数の前記ポンプ毎に設定され、前記記憶部に記憶されることを特徴とする請求項３に記載の給水装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を送水する給水装置及び給水装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、定圧制御により２台のポンプを駆動する給水装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような給水装置は、ポンプの停止中に、ポンプの二次側に設けられた圧力検出部で検出された圧力が、起動圧力以下となった場合に、一台目のポンプを起動する。その後、給水量の減少を、流量検出部により検出すると、駆動中のポンプを停止する。
【０００３】
この、給水量の減少は、予め定められた停止流量をパドル式の流量検出部により検出することで判断される。この停止流量は一定値であり、省エネ性の観点から見ると、停止流量を大きく設計し、連続運転領域を極力狭くすることで、停止時間を長くし、断続運転領域を拡大することが望まれる。
【０００４】
しかし、ポンプが停止したときに、給水装置から吐出される吐出圧力は、給水装置に設けられたアキュムレータ内の蓄水により保持される。このため、停止流量を大きく設定すると、使用現場の給水条件によっては、ポンプの停止時間が短くなり、頻繁にポンプの起動及び停止が繰り返される虞がある。この結果、制御装置の駆動回路の故障につながる虞がある。
【０００５】
そこで、給水装置に搭載されるアキュムレータの個数や容量を増加させることで蓄水量を大きくし、ポンプの最短停止時間（最短停止時間＝蓄水量／停止流量）を確保することも考えられる。しかし、アキュムレータの増設に伴って停止流量を大きく設定するためには、流路検出部のパドルの大きさや、配管の流路断面積を代える必要がある。
【０００６】
また、給水装置は、流路検出部の水流方向が水平方向や垂直上昇方向等、種々設定されており、流路検出部の配管の内径も、ポンプの口径に伴って異なる。このため、流量検出部として、機種に応じてパドルの大きさを変えた流量センサをそれぞれ用いることで、給水装置の機種毎に停止流量を調整する技術も知られているが、生産性が悪い、という問題もある。
【０００７】
そこで、羽根車式の流量検出部を用いる技術が知られている。この流量検出部は、羽根車に磁石が装着されており、多極着磁された磁石の磁束を磁気検出部であるホールＩＣで検出し、単位時間あたりのパルス信号をカウントする。このように、羽根車を通過する流量に比例したパルス信号を取り出すことで、流量検出部は、流量を検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１６３７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した羽根車式の流量検出部は、原理的には、制御装置のパラメータを変更することで、停止流量を変更することが可能となる。しかし、ポンプ性能が損なわれないように、流路検出部の配管の流路断面積を大きくする必要がある。また、このように流路検出部の配管の流路断面積が大きくなると、羽根車が水流全体を受け止めることができない。例えば、給水装置の停止流量が１０Ｌ／ｍｉｎ近傍の小流量域に設定されると、羽根車の感度が低下し、毎秒３パルス〜４パルス程度の低感度しか得られない。
【００１０】
また、パルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅時間を検出して、その周波数を演算する方法もあるが、配管内を流れる水が乱流となることから、パルス信号の間隔に乱れが生じ、ＯＮ／ＯＦＦデューティー比は５０％にはならず、実流量に比例したデータとしてパルス信号を用いることができない。
【００１１】
また、１秒毎のパルス数が閾値以下となった場合に停止流量と判断する制御や、一秒毎のパルス数が連続して閾値以下となった場合に停止流量と判断する制御も考えられる。しかし、この制御においても、停止流量が決まった値にしか設定できない虞や、停止流量帯が広い範囲となる虞もあった。このため、簡単な構成で停止流量の調整を精密に行うことが可能な給水装置が求められている。
【００１２】
そこで本発明は、精密な停止流量の調整が可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給水装置及び給水装置の制御方法は次のように構成されている。
【００１４】
本発明の一態様として、給水装置は、ポンプと、水の流れにより回転する羽根車、前記羽根車に設けられた磁石、及び、前記水の流れにより前記羽根車とともに回転する前記磁石の磁束を検出してパルス信号を出力する磁気検出部を有し、前記ポンプの一次側又は二次側に設けられる流量検出部と、前記ポンプを停止するパルス数が閾値として記憶された記憶部と、前記ポンプの駆動中の前記パルス信号の単位時間あたりのパルス数を検出するとともに、前記単位時間の整数倍からなる検出時間における前記パルス数を積算することで積算パルス数を求め、前記検出時間を前記単位時間で除算した値で前記積算パルス数を除算することで平均パルス数を算出し、前記平均パルス数が前記記憶部に記憶された閾値以下である場合に、前記ポンプを停止する制御装置と、を備える。
【００１５】
本発明の一態様として、給水装置の制御方法は、ポンプの一次側又は二次側に設けられる流量検出部の、水の流れにより回転する羽根車に設けられた磁石の磁束を磁気検出部で検出して前記ポンプの駆動中に出力されたパルス信号の単位時間あたりのパルス数を検出し、前記単位時間の整数倍からなる検出時間における前記パルス数を積算することで積算パルス数を算出し、前記検出時間を前記単位時間で除算した値で前記積算パルス数を除算することで平均パルス数を算出し、前記平均パルス数が記憶部に前記ポンプを停止するパルス数として記憶された閾値以下である場合に前記ポンプを停止する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、精密な停止流量の調整が可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る給水装置の構成を示す説明図。
【図２】同給水装置の要部構成を示す断面図。
【図３】同給水装置に用いられる流路検出部の出力されたパルス信号の一例を示す説明図。
【図４】同給水装置の制御方法の一例を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る給水装置１の構成を示す説明図、図２は給水装置１に用いられる吐出配管１１及び流量センサ５３の構成を示す断面図、図３は給水装置１の流量センサ５３で出力されるパルス信号の一例を示す説明図、図４は給水装置１の制御方法の一例を示す流れ図である。
【００１９】
給水装置１は、例えば、水道本管に直結され、水道本管を流れる水を直接増圧し、建造物に設けられた蛇口やシャワーヘッド等の供給先に給水する、所謂直結増圧型給水装置が用いられる。
【００２０】
図１に示すように、給水装置１は、吸込配管１０と、吐出配管１１と、複数のポンプユニット４１を有するポンプパッケージ１２と、を備えている。給水装置１は、吸込配管１０の一部、吐出配管１１の一部及びポンプパッケージ１２を収納するポンプカバー１３を備えている。このような給水装置１は、ポンプパッケージ１２により、吸込配管１０の一次側の水を、吐出配管１１を介して二次側に揚水可能に形成されている。
【００２１】
吸込配管１０は、例えば、水道本管から分岐された水道分管及びポンプパッケージ１２を接続する。吸込配管１０は、水道分管に接続される吸込管２１と、吸込管２１に設けられ、ポンプユニット４１と同数に吸込管２１を分岐する分岐部２２と、分岐部２２に接続された複数の分岐管２３と、を備えている。吸込配管１０は、分岐部２２で分岐することで、ポンプパッケージ１２の複数のポンプユニット４１にそれぞれ接続される。
【００２２】
吐出配管１１は、ポンプパッケージ１２の二次側に設けられる。吐出配管１１は、ポンプユニット４１にそれぞれ接続された連結管３１と、これら連結管３１を合流させる合流管３２と、を備えている。吐出配管１１は、合流管３２で合流することで、複数のポンプユニット４１からの流路を合流させる。連結管３１は、例えば、図２に示すように、９０°屈曲する曲管である。
【００２３】
ポンプパッケージ１２は、分岐管２３にそれぞれ接続された複数のポンプユニット４１と、ポンプユニット４１の二次側に設けられたアキュムレータ４２と、ポンプユニット４１の一次側に設けられた第１圧力検出装置４３と、ポンプユニット４１の二次側に設けられた第２圧力検出装置４４と、制御装置４５と、を備えている。
【００２４】
ポンプユニット４１は、例えば、２台設けられる。ポンプユニット４１は、一次側開閉弁５１、ポンプ装置５２、流量センサ５３及び逆止弁５４を備えている。
【００２５】
一次側開閉弁５１は、ポンプ装置５２の一次側に設けられる。一次側開閉弁５１は、分岐管２３に配置される。一次側開閉弁５１は、例えば、手動で開閉が可能に形成されている。
【００２６】
ポンプ装置５２は、ポンプ６１と、ポンプ６１に回転軸６２を介して接続されたモータ６３と、を備えている。
【００２７】
ポンプ６１は、ポンプケーシング内に、回転軸６２と接続される単数又は複数のインペラを備えている。ポンプ６１の吸込口には、分岐管２３が接続される。ポンプ６１の吐出口は、連結管３１に接続される。モータ６３は、例えば、永久磁石内蔵の同期モータである。モータ６３は、信号線９９を介して制御装置４５に電気的に接続される。
【００２８】
流量センサ５３は、ポンプ６１の一次側又は二次側に設けられ、流量を検出可能な流量検出部である。例えば、流量センサ５３は、連結管３１に設けられ、ポンプ６１の二次側の流量を検出可能に形成されている。流量センサ５３は、信号線９９を介して制御装置４５に接続され、検出した流量の情報を制御装置４５に送信可能に形成されている。
【００２９】
図２に示すように、流量センサ５３は、軸体５３ａと、軸体５３ａに設けられた羽根車５３ｂと、羽根車５３ｂに設けられた磁石５３ｃと、磁石５３ｃの磁束を検出する磁気検出部５３ｄと、を備えている。
【００３０】
軸体５３ａは、連結管３１の一部に固定される。羽根車５３ｂは、軸体５３ａに回転自在に支持される。羽根車５３ｂは、複数の羽根が設けられる。羽根車５３ｂは、複数の羽根の一部が連結管３１内の水の流路上に配置され、複数の羽根の残りは、当該水の流路上から離れて配置される。羽根車５３ｂは、連結管３１内を流れる水により回転する。
【００３１】
磁石５３ｃは、多極着磁された磁石である。磁気検出部５３ｄは、例えばホールＩＣである。磁気検出部５３ｄは、磁石５３ｃの磁束を検出してパルス信号を出力可能に形成されている。磁気検出部５３ｄは、信号線９９を介して制御装置４５に接続されている。磁気検出部５３ｄは、出力したパルス信号を制御装置４５に送信する。
【００３２】
このような流量センサ５３は、５Ｌ／ｍｉｎ乃至１５Ｌ／ｍｉｎ程度の小流量域において、例えば、１秒当たりのパルス数が３乃至４パルスで出力可能に形成されている。
【００３３】
逆止弁５４は、流量センサ５３の二次側の配管５６に設けられ、二次側から一次側への水の流れを規制可能に形成されている。
【００３４】
第１圧力検出装置４３は、吸込管２１に設けられ、複数のポンプユニット４１の一次側の圧力、換言すると、吸込圧力を検出可能に形成されている。第２圧力検出装置４４は、合流管３２に設けられ、複数のポンプユニット４１の二次側の圧力、換言すると吐出圧力を検出可能に形成されている。
【００３５】
制御装置４５は、信号線９９を介して、各モータ６３に電力を供給可能に形成されている。制御装置４５は、所定の回転数により、各モータ６３を駆動可能、且つ、各モータ６３を同時又は交互に駆動可能に形成されている。
【００３６】
制御装置４５は、信号線９９を介して、第１圧力検出装置４３及び第２圧力検出装置４４で検出された圧力の情報を受信可能に形成されている。制御装置４５は、信号線９９を介して、各流量センサ５３で出力されたパルス信号を受信可能に形成されている。
【００３７】
制御装置４５は、モータ６３を所定の回転数で駆動可能なインバータ７１、及び、ポンプ装置５２を制御するために必要な情報が記憶された記憶部７２を備えている。インバータ７１は、モータ６３の回転数を可変可能に形成されている。
【００３８】
記憶部７２は、ポンプ６１毎のポンプ６１の駆動を停止する所定の流量（停止流量）が閾値として記憶されている。なお、当該閾値は、流量から換算されたポンプ６１を停止する１秒間のパルス数（停止パルス数）である。閾値は、ポンプ６１の駆動を停止したい流量に対応する停止パルス数が適宜設定される。
【００３９】
また、制御装置４５は、以下の機能（１）及び（２）を有している。  
（１）流量センサ５３で出力されたパルス数から平均パルス数を求める機能。  
（２）平均パルス数と閾値から、ポンプ６１を停止する機能。  
次に、制御装置４５が有する機能（１）及び機能（２）について説明する。  
機能（１）は、所定の時間において検出されたパルス数を積算して積算パルス数を求め、積算パルス数を当該所定の時間で除算することで、単位時間当たりの平均パルス数を導出する機能である。
【００４０】
ここで、所定の時間とは、単位時間の整数倍であり、例えば、数秒である。所定の時間は、１秒当たりの平均パルス数を求めるために、毎秒毎に検出されたパルス数をｎ回積算するための任意の検出時間であり、適宜設定され、記憶部７２に記憶される。
【００４１】
例えば、図３に、連結管３１内の流量が１５Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、５Ｌ／ｍｉｎにおける１秒毎のパルス数を流量センサ５３により検出時間として５秒間、パルス数を計測した一例を用いて説明する。
【００４２】
流量が１５Ｌ／ｍｉｎ時における１秒毎のパルス数が４、４、３、４、４であった場合には、積算パルス数は１９となる。このため、平均パルス数は３．８となる。
【００４３】
流量が１０Ｌ／ｍｉｎ時における１秒毎のパルス数が４、３、４、３、４であった場合には、積算パルス数は１８となる。このため、平均パルス数は３．６となる。
【００４４】
流量が５Ｌ／ｍｉｎ時における１秒毎のパルス数が３、４、３、４、３であった場には、積算パルス数は１７となる。このため、平均パルス数は３．４となる。
【００４５】
このように、機能（１）として、制御装置４５は、所定の時間における平均パルス数を、流量センサ５３で所定の検出時間の間に検出されたパルス数によって算出する。
【００４６】
機能（２）は、機能（１）で導出された平均パルス数と閾値とを比較し、平均パルス数が閾値以下となった場合に、ポンプ６１を停止する機能である。
【００４７】
具体的には、ポンプ６１の駆動時において、導出された平均パルス数と閾値との比較を行う。平均パルス数が閾値以下となったらポンプ６１を停止し、平均パルス数が閾値よりも大きいときは、ポンプ６１の駆動を継続する。このように平均パルス数と閾値との比較をポンプ６１の停止まで繰り返し行う。
【００４８】
例えば、図３の例を用いて説明すると、閾値である停止パルス数が３．８に設定された場合には、機能（１）で導出した平均パルス数が３．８となった１５Ｌ／ｍｉｎのときにポンプ６１を停止する。
【００４９】
閾値である停止パルス数が３．６に設定された場合には、流量が１５Ｌ／ｍｉｎのときは平均パルス数が３．８のため、ポンプ６１は停止させず、機能（１）で導出した平均パルス数が３．６となった流量が１０Ｌ／ｍｉｎのときにポンプ６１を停止する。
【００５０】
同様に、閾値である停止パルス数が３．４に設定された場合には、機能（１）で導出した平均パルス数が３．４となった流量が５Ｌ／ｍｉｎのときにポンプ６１を停止する。
【００５１】
このように、機能（２）として、制御装置４５は、所定の検出時間の平均パルス数が予め設定された閾値以下となった場合に、流量が停止流量に到達したと判断し、ポンプ６１を停止する。
【００５２】
次に、このように構成された給水装置１の制御方法につて、図４に示す流れ図を用いて説明する。
【００５３】
先ず、給水装置１が指導すると、制御装置４５は、一方のモータ６３を所定の回転数で回転させて、ポンプ６１を駆動する（ステップＳＴ１）。このとき、制御装置４５は、末端圧が所定の圧力となるようにインバータ７１を制御する。
【００５４】
次に、制御装置４５は、記憶部７２に記憶された所定の時間の間、流量センサ５３から出力されたパルス数から、単位時間当たりの平均パルス数を導出する（ステップＳＴ２）。
【００５５】
次に、制御装置４５は、導出した平均パルス数と記憶部７２に記憶された閾値とを比較し、平均パルス数が閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ３）。
【００５６】
平均パルス数が閾値よりも大きい場合（ステップＳＴ３のＮＯ）には、流量が停止流量に達していない、即ち、給水先での水の使用が多いと判断し、ポンプ６１の駆動を継続し、再び平均パルス数を導出する（ステップＳＴ２）。
【００５７】
平均パルス数が閾値以下である場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）には、流量が停止流量に達した、即ち、給水先での水の使用が少なく、小流量であると判断し、ポンプ６１の駆動を停止する（ステップＳＴ４）。
【００５８】
その後、制御装置４５は、第２圧力検出装置４４で検出された圧力が予め設定されたポンプ６１を駆動する圧力となるまで、ポンプ６１を停止させる。第２圧力検出装置４４で検出された圧力がポンプ６１を駆動する圧力となった場合には、制御装置４５は、再びポンプ６１を駆動し（ステップＳＴ１）、以下同様の工程を繰り返す。
【００５９】
このように構成された給水装置１によれば、ポンプ６１の駆動中に、流量センサ５３で所定の検出時間の間に検出した単位時間当たりのパルス数から、単位時間当たりの平均パルス数を導出する。この平均パルス数を、予め設定され、閾値として記憶部７２に記憶されたポンプ６１を停止する停止パルス数と比較し、平均パルス数が停止パルス数以下である場合に、ポンプ６１を停止する。
【００６０】
このように平均パルス数を用いてポンプ６１の停止を判断することで、給水装置１の停止流量として要求される小流量域での流量センサ５３の感度が低くても、精密な停止流量の調整が可能、且つ、精度の高い停止流量の検出が可能となる。
【００６１】
より具体的に説明すると、給水装置１は、単位時間当たりに検出される整数のパルス数を停止パルス数と比較する場合と比べ、所定の検出時間を５秒として平均パルス数を求めると、０．２パルス単位でパルス数を比較することが可能となる。即ち、所定の検出時間の長さに応じて、平均パルス数の分解能を高くすることが可能となり、精密なポンプ６１の停止流量の調整及びポンプ６１の制御が可能となる。結果、低感度域での流量センサ５３の使用においても、正確且つ精密なポンプ６１の停止制御が可能となる。
【００６２】
また、図２に示すように、連結管３１は曲管であり、ポンプ６１を２台設ける構成とすると、ポンプ６１の回転方向と連結管３１の水流方向が異なる場合に、小水量域での流量と流量センサ５３で出力されるパルス信号特性が変化する場合がある。しかし、閾値である停止パルス数をポンプ６１毎に設定することで各ポンプ６１の停止流量を揃えることが可能となる。
【００６３】
上述したように本発明の一実施形態に係る給水装置１によれば、ポンプ６１の停止流量の精密な調整が可能となる。
【００６４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。上述した例では、給水装置１は、ポンプユニット４１を２台備える構成を説明したがこれに限定されず、３台以上のポンプユニット４１を備える構成であってもよい。
【００６５】
また、上述した例では、平均パルス数を導出して閾値と比較する構成を説明したがこれに限定されず、所定の検出時間で検出されたパルス数の積算値と所定の検出時間を停止パルス数に乗算した値とを比較する構成であってもよい。
【００６６】
また、上述した例では、所定の検出時間に検出されたパルス数から平均パルス数を求めて閾値と比較する構成を説明したがこれに限定されず、所定のパルス数となる時間を閾値と比較する構成であってもよい。
【００６７】
また、上述した例では、給水装置１は、給水源として水道本管に、水道分管を介して接続される構成を説明したがこれに限定されない。例えば、給水装置１は、給水源として、水を貯留する貯留タンクに接続される構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１…給水装置、１０…吸込配管、１１…吐出配管、１２…ポンプパッケージ、１３…ポンプカバー、２１…吸込管、２２…分岐部、２３…分岐管、３１…連結管、３２…合流管、４１…ポンプユニット、４２…アキュムレータ、４３…第１圧力検出装置、４４…第２圧力検出装置、４５…制御装置、５１…一次側開閉弁、５２…ポンプ装置、５３…流量センサ（流量検出部）、５３ａ…軸体、５３ｂ…羽根車、５３ｃ…磁石、５３ｄ…磁気検出部、５４…逆止弁、５６…配管、６１…ポンプ、６２…回転軸、６３…モータ、７１…インバータ、７２…記憶部、９９…信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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