(57)【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に維持するように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；
前記過小水量検出手段の出力信号に応答し、過小水量時のモータ回転速度に基づく増速回転数を演算して前記モータを前記増速回転数に上昇させてから、所定時間後にモータを停止させる過小水量停止手段と；
前記過小水量を検出した後に、前記ポンプを停止した時点の吐出管内の圧力を検出し、この検出した圧力より低い所定の圧力に再始動圧力を逐次演算する演算手段とを備え；
前記ポンプの吐出し圧力が前記再始動圧力に達した段階で、前記モータを再始動させる；
可変速給水装置。
【請求項２】
前記増速回転数が前記ポンプの最大回転速度を超えると判定したときは、前記増速回転数をポンプの最大回転速度に制限する請求項１に記載の可変速給水装置。
【請求項３】
前記ポンプの始動圧力の初期値を設定する手段をさらに備える請求項１又は請求項２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力はポンプが停止する際の停止圧力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力に下がるまでは、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させる場合は、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が出る回転速度でポンプを運転し吐出管内を制御目標圧力より高く加圧してからポンプを停止させ、その後、吐出管内の圧力が制御目標圧力に達した段階でポンプを再始動させる小水量加圧停止方法や、制御目標圧力に達した段階でポンプを停止させ、その後、制御目標圧力より低い始動圧力の検出によりポンプを再始動させる小水量目標圧力停止方法を採用していた。
【０００４】
さらに、ポンプを最大回転数にて運転した後にポンプを停止する方法では、ポンプ停止時の吐出し圧力が高くなり過ぎる場合がある。この時のポンプ最大回転速度よりも低い回転速度Ｎに固定して、停止時のポンプ吐出し圧力を低く抑えることができる。図８は、ポンプを回転速度Ｎに固定したときのポンプのＱ−Ｈ特性を示す図である。
【０００５】
ポンプ吐出し圧力の設定は、可変速給水装置が設置されるビルの高さ、配管長、若しくは配管直径等の諸条件により、装置の据付時に決定される。図示した接点５２は設定圧力値がポンプの回転速度Ｎで発生するポンプ吐出し圧力よりも高い値である。すなわち、矢印５９で示すポンプ性能曲線までポンプ停止時の加圧運転が遂行されないため、ポンプの停止時に不具合を生じる。
【０００６】
したがって、従来は、ポンプ並びにモータの回転速度を個別に調整するように構成していても、小水量停止時のモータ並びにポンプの回転数を接点５２及び接点５０を通過するポンプ性能曲線に達する最大回転速度に設定せざる得なかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の小水量加圧停止方法では、ポンプ停止の直前に配管内を常にポンプの最大揚水能力で加圧しているため、ポンプを停止したときに需要側の給水端末へ過剰な水圧を与え、上限圧力を超過するという不具合が生じていた。また、従来の小水量目標圧力停止方法では、ポンプの再始動時に水使用量が多い場合は給水される水の圧力が制御目標圧力から極端に低いため、給水端末への圧力変動が大きいという課題も存在する。さらに、制御目標圧力より高い適正な増圧値に達するポンプの回転速度を設定するのは困難であった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、小水量停止機構において、需要側の水の圧力変動を極力抑えながら、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。
【０００９】
【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に維持するようにモータ２２の速度を可変制御する給水装置１０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、過小水量検出手段２６の出力信号に応答し、過小水量時のモータ回転速度に基づく増速回転数を演算してモータ２２を増速回転数に上昇させてから、所定時間後にモータ２２を停止させる過小水量停止手段３２と、を備える。
【００１０】
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。さらに、増速回転数は、過小水量時のモーター回転速度が低いほど増速率を高く設定することが望ましい。
【００１１】
このように構成すると、過小水量時のモータ回転速度に基づく増速回転数を演算してモータ２２を増速回転数に上昇させてから、所定時間後にモータ２２を停止させる過小水量停止手段３２を備えるため、吐出管１４内の圧力を適切な高圧に保持し需要側が必要とする水圧を確保することができ、適切な頻度でポンプ１２の停止と始動を繰り返すことができる。
【００１２】
さらに、請求項１にかかる発明による可変速給水装置は、過小水量を検出した後に、ポンプ１２を停止した時点の吐出管１４内の圧力を検出し、この検出した圧力より低い所定の圧力に再始動圧力を逐次演算する演算手段３２を備え、ポンプ１２の吐出し圧力が再始動圧力に達した段階で、モータ２２を再始動させるように構成する。
【００１３】
このように構成すると、停止圧力より低い再始動圧力を逐次演算し、ポンプ１２の吐出し側の圧力が再始動圧力に達した段階で、モータ２２を再始動させるため、ポンプ１２の始動頻度が減少しポンプ及びモータ２２の劣化を抑制することができる。
【００１４】
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、増速回転数がポンプ１２の最大回転速度を超えると判定したときは、増速回転数をポンプ１２の最大回転速度に制限するように構成する。
【００１５】
ここで、ポンプの最大回転速度は、ポンプ１２の回転速度又はポンプ１２を駆動するモータ２２の回転速度を用いることができる。また、増速回転数は、過小水量時のポンプ１２またはモータ２２の回転速度に増速値を加算した回転速度を用いる。
【００１６】
このように構成すると、過小水量加圧方法においてポンプ１２又はモータ２２の回転速度を最大回転速度に制限するリミッタ機能を付加させることができる。
【００１７】
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請求項１又は請求項２に記載の可変速給水装置は、ポンプの始動圧力の初期値を設定する手段２８をさらに備える。
【００１８】
このように構成すると、可変速給水装置が据付けられた際に、強制的に再始動圧力でポンプ１２が再始動するので、適正な頻度でポンプ１２の停止及び再始動を制御することができる。
【００１９】
【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６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。
【００２０】
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。
【００２１】
吐出管１４には、ポンプ１２の吐出し側から順に過水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。
【００２２】
制御手段２４は、圧力センサ２０、フロースイッチ２６、モータ２２に設けたロータリーエンコーダからの出力線２３に接続され、吐出管１４内の水圧と水量や、ポンプ１２又はモータ２２の回転速度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、過小水量時の停止圧力及び差圧ＤＰ等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停止圧力及び差圧ＤＰ等を各々入力する。
【００２３】
制御手段２４は、圧力設定手段２８により設定された停止圧力と差圧ＤＰ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、所定の推定末端圧力を維持するように内部で演算処理した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（交流出力）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、直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。また、制御装置２４は、モータ２２の回転数を光学式又は磁気式のロータリーエンコーダから出力線２３を通して受信する。なお、モータ２２の回転数はポンプ１２の回転数と等しく、制御手段２４は出力線２３に伝送される信号からモータ２２及びポンプ１２の回転数を判定するが、回転数を判定する別の方法として、制御手段２４が処理する速度指令情報を用いて、モータ２２又はポンプ１２の回転数を判定することもできる。よって、ロータリーエンコーダを必ずしも設ける必要はない。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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へ吐出される水の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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、ポンプの吐き出し圧力が下限圧力ＰＢより低い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制御手段２４を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。
【００２９】
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が連続運転し、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がポンプ１２の吐出し圧力を需要側の推定末端圧力に近づけるようにモータ２２をインバータ３６経由で制御する。
【００３０】
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、吐出管１４内の水圧を推定末端圧力に制御するように圧力検知信号と推定末端圧力とを比較しながら逐次的にモータ制御シーケンスを演算し、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。
【００３１】
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、この時点の圧力は内部メモリ３４に記憶された需要側の下限圧力ＰＢに演算されている。本実施の形態では、ポンプ１２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、この時点の圧力は内部メモリ３４に記憶された需要側の上限圧力ＰＡ、水量はＱ２である。
【００３２】
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。
【００３３】
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との間に位置する推定末端圧力と吐出管１４内の圧力とを比較演算しながらモータ２２を制御する。図示した水量Ｑｘの時点の推定末端圧力は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。
【００３４】
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の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（過小水量時）をフロースイッチ２６が検知するように設定されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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決定することができる。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。
【００３８】
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出力信号に応答し、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転速度をロータリーエンコーダの出力線２３を通じて受信する。受信した現時点のモータ２２又はポンプ１２の回転速度情報を内部の中央演算処理装置ＣＰＵ３２のレジスタに入力し、内部メモリ３４に記憶したデルタ増速値と加算演算を実行し所定の増速回転数を演算出力する。この増速回転数は、例えば、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転数に対して＋５から＋１５Ｈｚ程度の回転数を用いるとよい。
【００３９】
制御手段２４は、増速回転数に対応したインバータ制御信号をインバータ３６へ送り、インバータ３６から増速用の交流出力をモータ２２へ供給する。増速用の交流出力は、例えば、交流の周波数を高める又は交流の振幅を増加させることによりモータ２２の回転数を上昇させてポンプ１２の回転数を増速させ、ポンプ吐出し圧力を停止圧力に達するまで所定時間に亘りモータ２２の回転速度を高めるように制御するように構成されている。
【００４０】
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増速回転で回転し停止圧力に近づくようにポンプ１２を連続駆動する。例えば、接点５６近傍のポンプ性能曲線で運転するポンプ１２を増速回転させ、矢印５５で示す次のポンプ性能曲線でポンプ１２を駆動する。制御手段２４は、平行して制御手段２４内のタイマ５２の計時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、タイムアップを検出するまで、ポンプ１２は増速回転数で回転し、吐出し圧力を増加させている。
【００４１】
制御手段２４は、タイムアップするまで所定時間毎に、圧力センサ２０とロータリーエンコーダの出力線２３の信号を監視して、第２回目の増速回転制御を実行するか判定する。圧力センサ２０から停止圧力信号が送信されず、且つ、出力線２３から最大回転数信号が送信されない場合には、内部のＣＰＵ３２は第２回目の増速回転制御を実行する。矢印５７で示すように、モータ２２は、第１回目の増速運転中のポンプ性能曲線から第２回目の増速運転のポンプ性能特性でポンプ１２を駆動する。このようなマルチステップの増速回転制御を用いると、デルタ増速値を細かく（小さく）設定してもモータ２２及びポンプ１２の増速回転をリニアな特性で上昇させることができる。また、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転速度が高い場合にも、デルタ増速値が小さく設定されているため吐出管１４内の圧力を過剰に加圧するという不具合を未然に防止することもできる。
【００４２】
一方、上述した第１回目又は第２回目の増速回転制御を実行する前に、ＣＰＵ３２は、演算出力した増速回転数が内部メモリ３４に記憶したモータ２２又はポンプ１２の最大回転速度を超えるか判定する。演算出力した増速回転数が最大回転速度を超えるときは、モータ２２及びポンプ１２を最大回転速度で運転するようにインバータ３６へ制御信号を出力する。したがって、デルタ増速値が過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転数に対して過剰であっても、ＣＰＵ３２によりモータ２２及びポンプ１２の最大回転速度を超えることを未然に防止するというリミッタ機能を付加させることができる。
【００４３】
また、制御手段２４はタイマがタイムアップした時点で増速回転中のモータ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、増速回転するポンプ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。
【００４４】
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、上述した増速回転数やポンプ停止時に検出する停止圧力に基づいてポンプの始動圧力を演算する。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しい。
【００４５】
可変速給水装置１０の上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢは、工場出荷段階で可変速給水装置の仕様に従い予め設定されている。可変速給水装置１０の仕様がビルの５階の給水端末３８に給水する仕様である場合には、１４メートルの高さに給水可能な水圧を上限圧力ＰＡとして予め内部メモリ３４に記憶している。また、配管抵抗分がおよそ１５％と見積もられるため、下限圧力ＰＢは上限圧力ＰＡより約１５％低く設定されている。
【００４６】
また、始動圧力は、停止圧力に基づいて演算される。例えば、停止圧力と低下パーセント（Ｄ％）の２つのパラメータを設定したり、停止圧力と差圧ＤＰを設定するように構成することにより、誤入力操作で停止圧力が始動圧力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。
【００４７】
従って、始動圧力は、停止圧力にＤ％を乗じた値に演算することにより求めることができ、別の方法として、停止圧力から差圧ＤＰを減算するように制御手段２４で演算すればよい。また、上限圧力ＰＡが下限圧力ＰＢと同一の値に設定されている場合、ポンプ１２の吐き出し圧力を一定に制御することができる。この場合、ポンプ停止圧力を上限圧力ＰＡ並びに下限圧力ＰＢと同一の値で設定し、始動圧力を上限圧力から差圧ＤＰを減算するように演算をするので、ポンプ１２による過剰な加圧は行われない。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
可変速給水装置１０は、制御手段２４により上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢに基づき推定末端圧力を逐次演算する。制御手段２４は、過小水量検出手段２６から過小水量を表す出力信号に応答し、内部のＣＰＵ３２により過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転速度に基づく増速回転数を演算してモータ２２又はポンプ１２を増速回転数に上昇させてから、所定時間後にモータ２２を停止させる。
【００５１】
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、内部のＣＰＵ３２で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又はポンプ１２を増速回転させてポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力に向かうように上昇させている。本実施の形態では、停止圧力は上限圧力ＰＡの値に設定し、上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢとの差は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。
【００５２】
図示した接点５８は、ポンプ１２が継続して増速回転数で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内のＣＰＵ３２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（上限圧力ＰＡ）以上に保たれている。
【００５３】
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。
【００５４】
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ている。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。
【００５５】
ここで、始動圧力は接点５８の後でモータ１２を増速回転から停止させた時点の停止圧力を基準にして、差圧ＤＰを減算した圧力を用いている。これは、外部から設定した停止圧力に基づき自動的に始動圧力を演算しているので、始動圧力は常に停止圧力より低い値に算出できる。従って、始動圧力が停止圧力を超えるような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。
【００５６】
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。図示した停止圧力は上限圧力ＰＡより低く且つ下限圧力ＰＢより高く設定されている。可変速給水装置１０は、ポンプの吐出し圧力を停止圧力に達するまでモータ２２及びポンプ１２を増速回転数で回転させてから、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。
【００５７】
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、内部のＣＰＵ３２で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及びポンプ１２を増速回転させてポンプ１２の吐出し圧力が停止圧力になる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ので、停止圧力は上限圧力ＰＡより０．５メートル低い。
【００５８】
図示した接点６２は、ポンプ１２が増速回転で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内のＣＰＵ３２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
このように、本実施の形態によれば、ポンプ１２の始動圧力を停止圧力に基づき演算しているため、常に始動圧力が停止圧力より低く演算される。また、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停止圧力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。
【００６２】
図５を参照して、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説明する。可変速給水装置１０は、内部メモリ３４に上限圧力ＰＡ、及び下限圧力ＰＢを同一値で記憶している。
【００６３】
可変速給水装置１０は、同一値の上限圧力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、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。
【００６４】
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時点からモータ２２及びポンプ１２の回転速度を増速回転数に上昇させ、所定時間後にモータ２２及びポンプ１２を停止させた状態であり、吐出管１４内の圧力が圧力タンク１６によって停止圧力以上に保たれている状態を示す。
【００６５】
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。
【００６６】
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、始動圧力は停止圧力より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。
【００６７】
また、始動圧力は接点６６でモータを増速回転させてから停止させた時点の停止圧力を基準にして、差圧ＤＰを減算した圧力を用いている。これは、停止圧力に基づき自動的に始動圧力を演算しているので、始動圧力は常に停止圧力より低い値に算出できる。従って、始動圧力が停止圧力を超えるような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。
【００６８】
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へ給水を行い、過小水量停止処理によりモータ２２及びポンプ１２を増速回転数に上昇させて停止圧力以上に吐出管１４内の圧力を上昇させる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
ＥＥＰＲＯＭ４０は、差圧ＤＰ、デルタ増速値、モータ又はポンプの最大回転数、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、可変速給水装置の工場出荷段階に初期値が書き込まれているが、需要先に可変速給水装置を設置する際に圧力設定手段２８からＣＰＵ３２を経由して設定入力し書き換えることができる。ＥＥＰＲＯＭは、電気的に書き換えが可能なため、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、差圧ＤＰ、デルタ増速値、モータ又はポンプの最大回転数、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。
【００７２】
ＲＡＭ４２は、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転速度に基づき演算された増速回転数を一時的に記憶し、また、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。
【００７３】
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。同様に、増速回転数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過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転数を入力し、下位アドレスラインにデルタ増速値を入力してデータ出力ラインに増速回転数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。
【００７４】
インターフェースＩ／Ｏ４６は、ロータリーエンコーダの出力線２３、フロースイッチ２６、圧力センサ２０、圧力設定手段２８からの電気信号を受けて、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。
【００７５】
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。
【００７６】
図７は、本発明の他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。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。需要側の水使用量が減少した場合に、ポンプ１２はポンプ性能曲線上の接点５６で最低回転数Ｎｍｉｎで駆動されている。この接点５６の水量は水量Ｑｍｉｎを下回っている。この場合、モータ２２及びポンプ１２の最低回転数Ｎｍｉｎは効率が極めて低く、また、そのまま運転を継続するとポンプ内の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（過小水量時）をフロースイッチ２６が検知するように設定されている。
【００７７】
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出力信号に応答し、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転速度をロータリーエンコーダの出力線２３を通じて受信する。受信した現時点のモータ２２又はポンプ１２の最低回転速度Ｎｍｉｎを内部の中央演算処理装置ＣＰＵ３２のレジスタに入力し、内部メモリ３４に記憶したデルタ増速値ΔＮと加算演算を実行し所定の増速回転数（Ｎｍｉｎ＋ΔＮ）を演算出力する。この増速回転数は、例えば、過小水量時のモータ２２又はポンプ１２の回転数に対して＋５Ｈｚから＋１５Ｈｚ程度の回転数を用いるとよい。
【００７８】
制御手段２４は、増速回転数に対応したインバータ制御信号をインバータ３６へ送り、インバータ３６から増速用の交流出力をモータ２２へ供給する。増速用の交流出力は、例えば、交流の周波数を高める又は交流の振幅を増加させることによりモータ２２の回転数を上昇させてポンプ１２の回転数を増速させ、ポンプ吐出し圧力を停止圧力に達するまで所定時間に亘りモータ２２の回転速度を高めるように制御するように構成されている。
【００７９】
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最小回転数Ｎｍｉｎから増速回転数に変化し停止圧力に近づくようにポンプ１２を連続駆動する。例えば、接点５６上のポンプ性能曲線で運転するポンプ１２をデルタ増速値ΔＮの分だけ増速回転させ、接点５４を通過するような次のポンプ性能曲線でポンプ１２を駆動する。制御手段２４は、平行して制御手段２４内のタイマ５２の計時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、タイムアップを検出するまで、ポンプ１２は制御手段２４で演算された増速回転数で回転し、吐出し圧力を増加させている。
【００８０】
さらに、制御手段２４内のＣＰＵ３２は、上述した過小水量を検出した後に、ポンプ１２を停止した時点の吐出管１４内の圧力を検出し、この検出した圧力より低い所定の圧力に再始動圧力を逐次演算する。その後、ポンプ１２の吐出し圧力が再始動圧力に達した段階で、モータ２２を再始動させるように制御する。例えば、停止圧力が上限圧力ＰＡのときはＰＡから差圧ＤＰを減算した値、または停止圧力が上限圧力ＰＡより低い場合は、停止した時の圧力から差圧ＤＰを減算した値を内部メモリ３４へ記憶して、ポンプ１２の再始動のパラメータとして用いる。
【００８１】
上記実施の形態では、過小水量を検出した後に、ポンプ１２を停止した時点の吐出管１４内の圧力に基づき始動圧力をＣＰＵ３４で逐次演算していたが、さらに他の実施の形態では、ポンプ１２の始動圧力の初期値を圧力設定手段２８から内部メモリ３４へ設定するように構成する。すなわち、可変速給水装置１０が設置された後に、第１回目の運転時に強制的に設定される始動圧力であり、第２回目の運転時には上述したＣＰＵ３２で演算する始動圧力を用いるように構成する。この始動圧力の初期設定値は、例えば下限圧力ＰＢを用いてもよい。
【００８２】
強制的に始動圧力の初期値を設定することにより、装置が据付けられた初期稼動時に需要側の給水配管や給水端末３８の不備から生じる停止圧力異常に対し、安全な始動圧力でポンプ１２を再始動するように機能させるためである。従って、装置の初期稼動時において、始動圧力が過剰に高くなることもなく、また過剰に低くなることもないので、ポンプ１２の停止と始動の頻度を適正な間隔に維持させることができる。
【００８３】
こうして、本発明の実施の形態によれば、過小水量時のモータ２２の回転速度を検出して、検出したモータ２２の回転数に基づき増速回転数を演算してモータ２２を増速回転数に上昇させてから、所定時間後にモータ２２を停止させるため、停止圧力を所望の水圧に制御することができる。
【００８４】
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。
【００８５】
【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、過小水量停止機構において、需要側の水の圧力変動を極力抑えながら、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】本発明の他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８】従来の可変速給水装置の運転特性図である。
【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】
0004130749.tif 000002
【図２】
0004130749.tif 000003
【図３】
0004130749.tif 000004
【図４】
0004130749.tif 000005
【図５】
0004130749.tif 000006
【図６】
0004130749.tif 000007
【図７】
0004130749.tif 000008
【図８】
0004130749.tif 000009