JP4219613B2 - 可変速給水装置 - Google Patents
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Description
【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温水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】
【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圧力変動が少ないシステムの要望を満たすのには一定の限界が存在していた。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が存在する。したがって、制御目標圧力と独立したポンプの始動圧力と停止圧力を適切に設定可能な給水装置が望まれていた。
【０００５】
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。
【０００６】
【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上限圧力ＰＡ（例えば図２参照）と下限圧力ＰＢ（例えば図２参照）との間で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１２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、過小水量時の停止圧力を所定の推定末端圧力の上限圧力ＰＡ（例えば図２参照）及び下限圧力ＰＢ（例えば図２参照）とは別個に外部から任意に設定する圧力設定手段２８と、停止圧力に基づいてポンプ１２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が、過小水量検出手段の出力信号に応答し、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力になるようにモータ２２の回転速度を制御してから、所定時間後にモータ２２を停止させると共に、ポンプ１２の吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプ１２を再始動させるように構成する。
【０００７】
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。
【０００８】
このように構成すると、圧力設定手段２８により停止圧力を外部から任意に設定するだけで、圧力演算手段が停止圧力に基づいてポンプ１２の始動圧力を演算することができ、推定末端圧力から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１２の停止と始動を繰り返すことができる。しかも、過小水量検出手段の出力信号に応答し、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力になるようにモータ２２の回転速度を制御してから、所定時間後にモータ２２を停止させると共に、ポンプ１２の吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプ１２を再始動させるので、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。
【０００９】
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おいて、圧力演算手段は圧力設定手段で設定する差圧DPを停止圧力から減じて始動圧力を演算するように構成する。
【００１０】
このように構成すると、ポンプの停止圧力と始動圧力との差圧を適正に設定することができるので、常に、始動圧力は停止圧力より低い値となり、吐出管１４内が適正な圧力に低下した段階でポンプ１２を再始動することができる。
また、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及び図２を参照して示すと、請求項１又は請求項２に記載の可変速給水装置１０において、制御手段２４が、圧力設定手段２８により入力された停止圧力が上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲にあるときに入力された停止圧力を記憶する。
また、請求項４にかかる発明による可変速給水装置は、例えば図１及び図２を参照して示すと、請求項３に記載の可変速給水装置１０において、制御手段２４が、圧力設定手段２８により入力された停止圧力が上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲にないときに入力された停止圧力を記憶せずに停止圧力の再入力を促す。
【００１１】
【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７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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、推定末端圧力及び過小水量時の停止圧力並びに差圧ＤＰ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推定末端圧力、停止圧力、及び差圧ＤＰを各々設定する。また、制御手段２４は、モータ２２に設けられた光学式又は磁気式のロータリーエンコーダからの出力線２３に接続され、モータ２２又はポンプ１２の回転数を検出するが、回転数を検出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の回転数を検出することもできる。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。
【００１５】
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、ロータリーエンコーダからの出力線２３の信号を監視してフィードバックすることによりポンプ１２を効率良くかつ高回転させる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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中の圧力もしくは逆止め弁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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力に達するまで、矢印５５及び矢印５７で示すポンプ性能曲線に乗るように、モータ２２の回転速度を高めてポンプ１２を駆動制御するように構成されている。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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に設定された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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、始動圧力は、上述の如く設定した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つのパラメータを入力したり、停止圧力と差圧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。
【００３５】
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、推定末端圧力ポンプ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
可変速給水装置１０は、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、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力に達するまでモータ２２の回転速度を高めてから、所定時間後、モータ２２を停止させる。
【００３９】
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。
【００４０】
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により停止圧力以上に保たれている。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の回転速度を高めてから、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。
【００４５】
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ので、停止圧力は上限圧力ＰＡより０．５メートル低い。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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に停止圧力、上限圧力ＰＡ、及び下限圧力ＰＢを同一値で記憶している。
【００５１】
可変速給水装置１０は、同一値の停止圧力、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。
【００５２】
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停止圧力に達するまでモータ２２の回転速度を高めてから、所定時間後にポンプ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。
【００５３】
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もしくはＰＢ）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。
【００５５】
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】
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停止圧力以上に吐出管１４内の圧力を上昇させる。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
ＥＥＰＲＯＭ４０は、停止圧力、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、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、停止圧力、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。
【００６０】
ＲＡＭ４２は、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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。
【００６４】
図７は、本発明による実施の形態である可変速給水装置１０のデータ入力フロー図である。
【００６５】
可変速給水装置１０は、データ入力処理はステップＳ９０から開始し、次のステップＳ９１で圧力設定手段２８から過小水量検出時のポンプ１２の停止圧力ＳＰを設定する。停止圧力ＳＰの設定は、揚水圧力をビルの高さに相当する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、便宜的に推定末端圧力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。
【００６６】
次に、制御手段２４は、ステップＳ９２により入力された停止圧力ＳＰが上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲に入るか否かを判定する。即ち、停止圧力が上限圧力ＰＡ以下で且つ下限圧力ＰＢ以上であるか判定をする。
【００６７】
判定結果が是（ＹＥＳ）のときは、次のステップＳ９３へ分岐して始動圧力の演算を実行する。始動圧力は、例えば、予め内部メモリ３４に記憶している差圧ＤＰを読み出し、停止圧力から差圧ＤＰを減算することにより求める。演算結果は、次のステップＳ９４で停止圧力と共に始動圧力が内部メモリ３４へ記憶され、終了ステップＳ９５へ移行してデータ入力処理を終了する。
【００６８】
一方、ステップＳ９２の判定結果が否（ＮＯ）の場合は、ステップＳ９６へ分岐し、入力された停止圧力に不備が在ることを報知し、ステップＳ９１へ移行して停止圧力の再入力を促す。
【００６９】
こうして、本発明の実施の形態によれば、過小水量時のポンプ１２の停止圧力を外部から設定するだけで自動的に内部の演算処理により停止圧力より低いポンプ１２の始動圧力を推定末端圧力と独立して決定することができる。
【００７０】
また、本実施の形態の可変速給水装置１０は、需要側の要請として、過小水量停止時のポンプ１２の吐出し圧力が上限圧力ＰＡより多少低下しても、停止圧力を低く抑えたいときや、停止圧力が上限圧力ＰＡより多少高くなってもポンプ１２の始動圧力を低く設定したい場合など、種々の用途に対応できる。
【００７１】
さらに、本発明では、過小水量時の停止圧力と制御目標圧力とを個別に設定するように構成したので、種々の用途に対応するように任意の停止圧力を設定変更でき、停止圧力の設定変更に伴って自動的に始動圧力を演算出力する。従って、可変速給水装置１０と給水端末３８との間に配設された吐出管１２の配管長や配管直径による配管抵抗に応じて、可変速給水装置１０の設置現場において個々に停止圧力の設定が可能となる。
【００７２】
よって、可変速給水装置１０は、所定圧力の停止圧力パラメータを予め工場出荷段階で入力設定してから需要側の現場に設置するため、同一仕様の可変速給水装置１０を工場で量産することができ、仕掛かりの手間を省き、工場出荷テストを簡略化することができるので、従来に比して廉価な可変速給水装置１０を市場に提供することができる。しかも、始動圧力は設定する停止圧力との差圧の関係で演算決定されるため、各圧力パラメータの誤り設定を未然に防止することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
【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】本発明による実施の形態である可変速給水装置のデータ入力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
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
３２ 中央演算処理装置
【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温水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】
【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圧力変動が少ないシステムの要望を満たすのには一定の限界が存在していた。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が存在する。したがって、制御目標圧力と独立したポンプの始動圧力と停止圧力を適切に設定可能な給水装置が望まれていた。
【０００５】
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。
【０００６】
【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上限圧力ＰＡ（例えば図２参照）と下限圧力ＰＢ（例えば図２参照）との間で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１２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、過小水量時の停止圧力を所定の推定末端圧力の上限圧力ＰＡ（例えば図２参照）及び下限圧力ＰＢ（例えば図２参照）とは別個に外部から任意に設定する圧力設定手段２８と、停止圧力に基づいてポンプ１２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が、過小水量検出手段の出力信号に応答し、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力になるようにモータ２２の回転速度を制御してから、所定時間後にモータ２２を停止させると共に、ポンプ１２の吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプ１２を再始動させるように構成する。
【０００７】
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。
【０００８】
このように構成すると、圧力設定手段２８により停止圧力を外部から任意に設定するだけで、圧力演算手段が停止圧力に基づいてポンプ１２の始動圧力を演算することができ、推定末端圧力から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１２の停止と始動を繰り返すことができる。しかも、過小水量検出手段の出力信号に応答し、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力になるようにモータ２２の回転速度を制御してから、所定時間後にモータ２２を停止させると共に、ポンプ１２の吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプ１２を再始動させるので、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。
【０００９】
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おいて、圧力演算手段は圧力設定手段で設定する差圧DPを停止圧力から減じて始動圧力を演算するように構成する。
【００１０】
このように構成すると、ポンプの停止圧力と始動圧力との差圧を適正に設定することができるので、常に、始動圧力は停止圧力より低い値となり、吐出管１４内が適正な圧力に低下した段階でポンプ１２を再始動することができる。
また、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及び図２を参照して示すと、請求項１又は請求項２に記載の可変速給水装置１０において、制御手段２４が、圧力設定手段２８により入力された停止圧力が上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲にあるときに入力された停止圧力を記憶する。
また、請求項４にかかる発明による可変速給水装置は、例えば図１及び図２を参照して示すと、請求項３に記載の可変速給水装置１０において、制御手段２４が、圧力設定手段２８により入力された停止圧力が上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲にないときに入力された停止圧力を記憶せずに停止圧力の再入力を促す。
【００１１】
【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７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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、推定末端圧力及び過小水量時の停止圧力並びに差圧ＤＰ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推定末端圧力、停止圧力、及び差圧ＤＰを各々設定する。また、制御手段２４は、モータ２２に設けられた光学式又は磁気式のロータリーエンコーダからの出力線２３に接続され、モータ２２又はポンプ１２の回転数を検出するが、回転数を検出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の回転数を検出することもできる。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。
【００１５】
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、ロータリーエンコーダからの出力線２３の信号を監視してフィードバックすることによりポンプ１２を効率良くかつ高回転させる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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中の圧力もしくは逆止め弁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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力に達するまで、矢印５５及び矢印５７で示すポンプ性能曲線に乗るように、モータ２２の回転速度を高めてポンプ１２を駆動制御するように構成されている。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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に設定された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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、始動圧力は、上述の如く設定した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つのパラメータを入力したり、停止圧力と差圧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。
【００３５】
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、推定末端圧力ポンプ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
可変速給水装置１０は、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、ポンプ１２の吐出し圧力を停止圧力に達するまでモータ２２の回転速度を高めてから、所定時間後、モータ２２を停止させる。
【００３９】
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。
【００４０】
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により停止圧力以上に保たれている。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の回転速度を高めてから、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。
【００４５】
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ので、停止圧力は上限圧力ＰＡより０．５メートル低い。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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に停止圧力、上限圧力ＰＡ、及び下限圧力ＰＢを同一値で記憶している。
【００５１】
可変速給水装置１０は、同一値の停止圧力、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。
【００５２】
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停止圧力に達するまでモータ２２の回転速度を高めてから、所定時間後にポンプ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。
【００５３】
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もしくはＰＢ）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。
【００５５】
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】
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停止圧力以上に吐出管１４内の圧力を上昇させる。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
ＥＥＰＲＯＭ４０は、停止圧力、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、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、停止圧力、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。
【００６０】
ＲＡＭ４２は、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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。
【００６４】
図７は、本発明による実施の形態である可変速給水装置１０のデータ入力フロー図である。
【００６５】
可変速給水装置１０は、データ入力処理はステップＳ９０から開始し、次のステップＳ９１で圧力設定手段２８から過小水量検出時のポンプ１２の停止圧力ＳＰを設定する。停止圧力ＳＰの設定は、揚水圧力をビルの高さに相当する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、便宜的に推定末端圧力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。
【００６６】
次に、制御手段２４は、ステップＳ９２により入力された停止圧力ＳＰが上限圧力ＰＡと下限圧力ＰＢの範囲に入るか否かを判定する。即ち、停止圧力が上限圧力ＰＡ以下で且つ下限圧力ＰＢ以上であるか判定をする。
【００６７】
判定結果が是（ＹＥＳ）のときは、次のステップＳ９３へ分岐して始動圧力の演算を実行する。始動圧力は、例えば、予め内部メモリ３４に記憶している差圧ＤＰを読み出し、停止圧力から差圧ＤＰを減算することにより求める。演算結果は、次のステップＳ９４で停止圧力と共に始動圧力が内部メモリ３４へ記憶され、終了ステップＳ９５へ移行してデータ入力処理を終了する。
【００６８】
一方、ステップＳ９２の判定結果が否（ＮＯ）の場合は、ステップＳ９６へ分岐し、入力された停止圧力に不備が在ることを報知し、ステップＳ９１へ移行して停止圧力の再入力を促す。
【００６９】
こうして、本発明の実施の形態によれば、過小水量時のポンプ１２の停止圧力を外部から設定するだけで自動的に内部の演算処理により停止圧力より低いポンプ１２の始動圧力を推定末端圧力と独立して決定することができる。
【００７０】
また、本実施の形態の可変速給水装置１０は、需要側の要請として、過小水量停止時のポンプ１２の吐出し圧力が上限圧力ＰＡより多少低下しても、停止圧力を低く抑えたいときや、停止圧力が上限圧力ＰＡより多少高くなってもポンプ１２の始動圧力を低く設定したい場合など、種々の用途に対応できる。
【００７１】
さらに、本発明では、過小水量時の停止圧力と制御目標圧力とを個別に設定するように構成したので、種々の用途に対応するように任意の停止圧力を設定変更でき、停止圧力の設定変更に伴って自動的に始動圧力を演算出力する。従って、可変速給水装置１０と給水端末３８との間に配設された吐出管１２の配管長や配管直径による配管抵抗に応じて、可変速給水装置１０の設置現場において個々に停止圧力の設定が可能となる。
【００７２】
よって、可変速給水装置１０は、所定圧力の停止圧力パラメータを予め工場出荷段階で入力設定してから需要側の現場に設置するため、同一仕様の可変速給水装置１０を工場で量産することができ、仕掛かりの手間を省き、工場出荷テストを簡略化することができるので、従来に比して廉価な可変速給水装置１０を市場に提供することができる。しかも、始動圧力は設定する停止圧力との差圧の関係で演算決定されるため、各圧力パラメータの誤り設定を未然に防止することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
【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】本発明による実施の形態である可変速給水装置のデータ入力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
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
３２ 中央演算処理装置
Claims (4)
- 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上限圧力と下限圧力との間で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；
過小水量時の停止圧力を前記所定の推定末端圧力の前記上限圧力及び前記下限圧力とは別個に外部から任意に設定する圧力設定手段と；
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；
前記制御手段が、過小水量検出手段の出力信号に応答し、前記ポンプの吐出し圧力を前記停止圧力になるように前記モータの回転速度を制御してから、所定時間後にモータを停止させると共に、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、前記ポンプを再始動させる；
可変速給水装置。 - 前記圧力演算手段は、前記圧力設定手段で設定する差圧DPを前記停止圧力から減じて始動圧力を演算する請求項１に記載の可変速給水装置。
- 前記制御手段が、前記圧力設定手段により入力された停止圧力が前記上限圧力と前記下限圧力の範囲にあるときに前記入力された停止圧力を記憶する、請求項１又は請求項２に記載の可変速給水装置。
- 前記制御手段が、前記圧力設定手段により入力された停止圧力が前記上限圧力と前記下限圧力の範囲にないときに前記入力された停止圧力を記憶せずに前記停止圧力の再入力を促す、請求項３に記載の可変速給水装置。
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