JP2000073959A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧力スイッチのヒステリシスに基づく水とぎれ
や水細り現象を解消する。 【構成】圧力センサーを用いてポンプモータをインバー
タ制御することによって要求ポンプ特性を得る。 【効果】水とぎれや水細り現象をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水栓の開閉に伴い自動
的に運転開始・運転停止、または運転開始・運転停止・
並列運転開始，並列運転解除などを行うポンプ装置に係
り、さらに詳細には、エネルギーを無駄なく利用して給
水するとともに、使い勝手を向上させたポンプ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来形ポンプ装置は圧力スイッチ、また
は圧力スイッチと流量スイッチとの組合せで運転開始や
運転停止をしているものが一般的である。

【０００３】そして顧客が水栓を開いて水を得ようとす
ると圧力スイッチが閉となり、その後圧力スイッチが閉
となってから、モータが回り出すため、顧客が急に水栓
を開いて多量の水を得ようとすると、圧力タンク内の蓄
水量とモータが回り出すまでの時間差の関係で、水とぎ
れや、水細り現象が生じ、さらには圧力変動に伴いシャ
ワーの温度が変化するといった、使い勝手の悪い問題が
あった。

【０００４】この現象を図５に基づき詳述する。

【０００５】Ｔ１で水栓を開いて水を使い始めると、圧
力タンクに蓄水した水が流出し、ポンプ装置に設けられ
た圧力スイッチによって検出される検出圧力および水栓
吐出圧力が徐々に低下し、Ｔ２にて圧力スイッチの閉圧
力値に達すると、ポンプは即運転開始されるが、この時
モータが同期速度に達するのは時間差を持ちＴ３とな
り、このＴ２，Ｔ３の時間差により、水栓吐出圧力は異
常に低下して、上記現象が生ずるものである。Ｔ３でポ
ンプが働き出す水栓吐出圧は上昇しＴ４とＴ５の間でバ
ランスするようになる。そしてＴ５にて水の使用が終了
して水栓が閉じられると、吐出圧が更に上昇しＴ６にて
圧力スイッチの開圧力に達してポンプは停止し、待期状
態となるものである。

【０００６】また、圧力スイッチは、ポンプ装置内圧と
バネ圧との差により接点を開閉するものであるが、機械
的面から開圧と閉圧とのヒステリシスを小さくすること
が困難なうえ、バネ力によるため圧力の調整域も限られ
ていた。また、ポンプ装置を自動運転させるためには、
最高水栓までの高さ、いわゆる押上げ高さは、圧力スイ
ッチの閉圧より若干小さくなる（位置水頭により水栓を
開放しても、圧力スイッチの閉圧に達しない）ことは当
然である。したがってポンプ装置の能力または用途に応
じて、さらにはポンプ装置から水面までの高さ、いわゆ
る吸上げ高さ、つまり水源側の圧力変化に応じて、圧力
スイッチの設定圧力を変える必要があった。

【０００７】また、同期速度で運転するため、顧客の要
求水量に関係なくポンプが運転されることになりエネル
ギーの無駄となっている。

【０００８】なお、ポンプ装置の流量を圧力の形で検出
する従来技術は、例えば特公平1−29998 号公報に記載
されている。また、圧力センサーを用いて、自動的に押
上げ高さを設定する従来技術は、例えば特開平3−13429
4号に記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来技術によ
れば、使い勝手が悪いうえに、押上げ高さは圧力スイッ
チの閉圧等で固定されているため、ポンプの能力が十分
発揮されない状態で使用される問題があった。

【００１０】本発明の目的は従来形ポンプ装置で使用さ
れていた圧力スイッチの開圧等、ポンプ運転開始の固定
圧力値および、停止の圧力スイッチの開圧固定値をなく
し、使い勝手を向上させ、吸上げ高さの影響を受けるこ
となくかつ、顧客の要求水量に応じてポンプの能力を十
分に発揮して、エネルギーの無駄使いをなくした、汎用
性に富む改良されたポンプ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的は、水栓の開閉
に伴い自動的に運転・停止を行うポンプ装置において、
ポンプ装置内の圧力を比例的に検出する圧力センサーか
らの情報により、圧力低下が認められた時点で、顧客が
水を必要としていると判断し、ポンプの運転を開始し、
また圧力変化がなく一定圧力と認めた時点で、顧客が水
使用を終了したと判断し、運転停止を行い、さらには顧
客の要求している水量を判断して、モータ回転数を制御
する装置を具備することによって達成される。

【００１２】

【作用】しかして、本発明によれば、ポンプ装置内の圧
力を感知して、顧客が水を必要としているか否か、水の
使用を終了したか、さらには要求水量を自動的に判定す
ることにより、従来形ポンプ装置で使用されていた開圧
力値，閉圧力値の固定された圧力スイッチ，流量スイッ
チを使用することなく、ポンプを吸上げ高さの異なる場
所へ設置しても、自動的に運転，停止ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を、図１ないし図４にもとづい
て説明すると、図１は本発明に係るポンプ装置の一実施
例を示す斜視図、図２は図１に示すポンプ装置のブロッ
ク回路図である。

【００１４】図１において、ポンプ装置の共通ベッド１
上には、２台のポンプヘッド２，３が取り付けられ、そ
れぞれのポンプヘッド２，３は、吸込管４，５を介して
水源６に接続されている。ポンプヘッド２，３の下流側
は、合流管７，吐出管８を介してそれぞれの水栓９に接
続されている。合流管７には、圧力センサー１０，圧力
タンク１１が取り付けられている。また、共通ベッド１
上には、制御箱１２が取り付けられている。

【００１５】制御箱１２内には、図２に示すように、電
源１３と２台のモータ１４とを結線する端子台１５，モ
ータ１４の回路を開閉するスイッチ１６、および各種入
力情報を演算して制御信号を出力するマイコン（図示せ
ず）が搭載されたマイコン付基板１７などが備えられて
いる。マイコン付基板１７への入力情報としては、ポン
プ内圧力に比例した信号を発生する圧力センサー１０の
信号，ポンプの運転状況をモータ１４に流れる電流を介
して検出するカレントトランス１８の信号、およびポン
プ停止圧力を外部より設定する外部入力端子１９の信号
などがあり、マイコン付基板１７からの出力情報として
は、ポンプ運転状況を判定して過電流や空運転などの異
常を表示する表示ランプ２０および、モータ１４の速度
制御を行うインバータ２１への入力などがある。

【００１６】次に本発明になるポンプ装置の動作につい
て図３を用いて説明する。

【００１７】運転待期状態から、Ｔ１で水栓９を開き水
を使い始めると、圧力タンク１１に蓄水された水が流出
し、ポンプ装置に設けられた圧力センサー１０の検出圧
力が（ｄ）のように、および水栓９からの吐出圧力が
（ｃ）のように徐々に低下する。モータ１４に流れる電
流が（ａ）のように零であることも、カレントトランス
１８を介して確認し、この結果圧力低下を連続して認め
た時点Ｔ２で運転を開始する。水栓９の開度つまり水の
使用量に応じて圧力センサー検出圧力も低下し、モータ
回転数をインバータで増して、水栓９からの吐出圧力を
一定に保持しながら運転している。

【００１８】Ｔ３にて水の使用量を減じた場合には、圧
力センサー１０の検出圧力が上昇するので、モータ回転
数は減じられて、同様に水栓９からの吐出圧力を一定に
保持しながら運転している。同様にＴ４で再度水の使用
量が増す場合，Ｔ５で水の使用量が一定となる場合，Ｔ
６でさらに水の使用量が増す場合，Ｔ７で水の使用量が
減る場合，Ｔ１０で水の使用量が増す場合，Ｔ１１で使
用量が減る場合も各々の状況に応じて圧力センサー１０
の検出圧力に伴い、モータ回転数を変えて、水栓９から
の吐出圧力を一定としているもので、これの繰り越しで
運転されるものである。したがって、常時水栓９からの
吐出圧力は一定となり、水のとぎれ現象や水細り現象、
さらには圧力変動に伴うシャワーの温度変化が皆無とな
るものである。

【００１９】そして、Ｔ１２にて、水の使用を終了し
て、水栓９を閉じた時点では、モータ１４に流れる電流
が一定となり、圧力センサー１０の検出圧力を増して、
設定圧力まで上昇させて圧力低下方向への変化がないこ
とを確認してＴ１４でポンプを停止し、待期状態となる
ものである。

【００２０】上記の如く、停止前に設定圧力値まで圧力
上昇をさせない場合には、速度制御により一定圧力とし
ているため、待期状態の圧力が、運転する毎に徐々に下
がる問題が生じる。また、Ｔ７からＴ９までの状況にお
いて水の使用を終了したと誤判定してしまう問題も生じ
る。したがって、現地の水源６や使用状況に応じて、前
記設定圧力値を外部から入力可能とする、外部入力端子
１９を備えていることが重要である。

【００２１】尚、圧力値が連続上昇し、その後一定圧力
と判定した時点でモータ回転数を増して一担昇圧させ、
その後圧力値が変化しないことを確認したのち、運転を
停止して、待期状態としても前記問題を解決できる。

【００２２】次に２台のポンプヘッド２，３を並列運転
する状況について、図４に基づき詳述する。運転待期状
態から、Ｔ１で水栓９を開き水を使い始めると、圧力タ
ンク１１に蓄水された水が流出し、（ｄ）のようにポン
プ装置に設けられた圧力センサー１０の検出圧力および
水栓９からの吐出圧力が徐々に低下する。またモータ１
４に流れる電流がカレントトランス１８を介して零であ
ることをも確認し、圧力低下を連続して認めた時点Ｔ２
で（ｂ）のように先行機の運転を開始する。水栓の開
度、つまり水の使用量に応じてモータ回転数を増して水
栓９からの吐出圧力を一定に保持しながら運転してい
る。これは図３の運転と同様である。

【００２３】Ｔ３にて、水の使用量を減じた場合には、
圧力センサー１０の検出圧力が上昇するのでモータ回転
数を減じて同様に水栓９からの吐出圧力を一定に保持し
ながら運転している。その後、水の使用量が増してモー
タ回転数が増し、モータ回転数が設定回転数に達して
も、なおかつ圧力低下が認められた時点Ｔ５で（ａ）の
ように追従機の運転を開始するとともに、その時点の圧
力値を記憶する。この時、圧力センサー１０の検出圧力
に応じて追従機のモータ回転数を変化せしめる。その
後、圧力上昇を検出し、前記追従機運転開始時に記憶し
た圧力値に達した時点で、先行機の運転を停止し、追従
機のみで対応する。この繰り返しにより、大水量時には
先行機と追従機が並列に運転するものである。

【００２４】停止時においては、図３において説明した
状況と同じ判定で停止し、待期状態となるものである。

【００２５】尚、追従機の運転を開始する先行機のモー
タ回転数設定値は、騒音，モータ温度上昇，寿命面から
みて、４,０００〜４,５００rpm が最適である。

【００２６】次に本実施例のフローチャートを説明す
る。

【００２７】図６は図３に示す動作を実行するためのフ
ローチャートであり以下の動作を行う。

【００２８】このステップ６０では圧力センサから圧力
Ｐを検出し、カレントトランスから電流Ｉを検出する。
次にステップ６２では現在ポンプが動作中か否かポンプ
フラグをチェックする。フラグが「１」であればポンプ
が動作中であり、ステップ７２へ進む。

【００２９】ステップ６２でポンプ停止中であれば、ス
テップ６４で水栓が開かれたかどうかを圧力センサーの
圧力勾配で判定する。圧力勾配がマイナスであれば水栓
が開かれたと判定する。

【００３０】またステップ６６では圧力センサーによる
圧力信号の前回値Ｐn-1と今回値Ｐnの差ΔＰset 以上低
下したかどうかを判定し、これも水栓の開きを判定す
る。

【００３１】ステップ６８ではモータに流れる電流をチ
ェックしモータが回転しているかどうかを判定する。

【００３２】ステップ６４，６６，６８の判定の結果ポ
ンプが動作していなく、かつ水栓が開かれたと判定され
るとステップ７０へ移行する。ステップ７０ではポンプ
を起動し、この時ポンプが運転されることを示すポンプ
フラグに「１」を立てる。

【００３３】次にポンプが運転を開始するとステップ７
２で圧力センサーによる圧力信号から圧力勾配を判定す
る。圧力勾配が「−」であれば水が消費され、「＋」で
あれば水の消費が減少し、「０」であればバランスして
いることを示す。

【００３４】したがって、ステップ５７２で「−」と判
定されればステップ７４で前回値Ｐn-1と今回値Ｐnの差
ΔＰを求め、ステップ７６でこのΔＰに対応した分だけ
モータの回転を増加して水を補給する。

【００３５】一方、ステップ７２で「＋」と判定されれ
ばステップ７８及びステップ８０で逆にモータの回転を
減少させる。

【００３６】更にステップ７２で「０」と判定されれば
ステップ８４でモータの回転数を維持する。

【００３７】次にステップ８６で圧力勾配が「０」かど
うかを判定し、この判定が「０」の場合、ステップ８８
で設定圧力Ｐset1より大きいかどうかを判定する。次に
ステップ９０で圧力変化がない時間Ｔ（ｄｐ／ｄｔ）が
所定時間Ｔset1をこえたかどうかを判定し、こえていた
ならばステップ９２でモータを所定割合で増速させる。

【００３８】次にステップ９４で設定圧力Ｐset2に達し
たかどうかを判定し、次にステップ９６で圧力が所定時
間Ｔset2変化しないか、ステップ９８でモータ電流が流
れていないかをチェックし、ステップ１００でポンプを
停止し、ステップ１０２でポンプフラグを「０」にリセ
ットする。

【００３９】ここでＰset1はＰset2より若干小さい値に
設定してある。

【００４０】次に図７を用いて図４の動作を説明する。

【００４１】図７は図６のブロックＡの内容であり、ス
テップ１０４で先行機モータの回転数がＮset に達する
と、ステップ１０６でその時の圧力を記憶し、次いでス
テップ１０８で追従機モータの運転を開始する。この時
ステップ１０７で先行機はＮset で運転されている。

【００４２】次にステップ１１０で圧力勾配を判定し、
「０」，「＋」，「−」の判定の結果それぞれステップ
１１２，ステップ１１４，ステップ１１６で一定速，増
速，減速の制御を行う。

【００４３】次ステップ１１８で圧力勾配が「＋」かど
うか判定し、「＋」であればステップ１２０で先に記憶
した圧力Ｐ0 に現在の圧力が復帰したか判定し、復帰し
ているとステップ１２２で先行機の運転を停止する。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上のごときであり、本発明に
よれば、従来形ポンプ装置で使用されていた圧力スイッ
チ等による、運転開始圧力値，運転停止圧力値を固定す
ることなく、ポンプ装置の運転および停止を可能とした
もので、吸上げ高さの影響を受けることなく、常時安定
した給水を行うことができポンプの能力を十分に発揮し
て、エネルギーの無駄使いをなくしたものである。ま
た、運転開始時や並列運転開始時および並列運転解除時
特に発生しやすい、水細りや水とぎれさらには圧力変化
に伴うシャワー温度変化などの現象が皆無となり使い勝
手を大幅に向上できる、汎用性に富む改良されたポンプ
装置を提供することができる。

【００４５】尚、本発明は、水道本管など常時圧力変化
を伴う水源に直結して用いても、同様の効果が得られる
のはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポンプ装置の一実施例を示す斜視
図。

【図２】図１に示すポンプ装置のブロック回路図。

【図３】運転開始から停止するまでを時系列的に記載し
た運転状況図。

【図４】並列運転開始および並列運転解除を加えた運転
開始から停止するまでを時系列的に記載した運転状況
図。

【図５】従来形ポンプ装置の運転開始から停止するまで
を時系列的に記載した運転状況図。

【図６】図３の動作を実行するフローチャート図。

【図７】図４の動作を実行するフローチャート図。

【符号の説明】

１…共通ベッド、２，３…ポンプヘッド、４，５…吸込
管、６…水源、７…合流管、８…吐出管、９…水栓、１
０…圧力センサー、１１…圧力タンク、１２…制御箱、
１３…電源、１４…モータ、１５…端子台、１６…スイ
ッチ、１７…マイコン付基板、１８…カレントトラン
ス、１９…外部入力端子、２０…表示ランプ、２１…イ
ンバータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水栓の開閉に伴い自動的に運転，停止を行
   うポンプ装置において、ポンプ装置または、ポンプ装置
   から水栓までの任意の位置の圧力を略直線的に検出する
   圧力センサーを有し、前記圧力センサーによる検出圧力
   値を随時記憶し、記憶した圧力値より低い圧力値を連続
   検出した時点で運転開始することを特徴とするポンプ装
   置。
2. 【請求項２】水栓の開閉に伴い自動的に運転，停止を行
   うポンプ装置において、モータに流れる電流を検出する
   電流センサーを有し、モータに流れる電流が概略零と判
   定した後、特許請求の範囲第１項の判定を行いポンプ装
   置を運転開始させることを特徴としたポンプ装置。
3. 【請求項３】水栓の開閉に伴い自動的に運転，停止を行
   うポンプ装置において、ポンプ装置または、ポンプ装置
   から水栓までの任意の位置の圧力を略直線的に検出する
   圧力センサーを有し、前記圧力センサーによる検出圧力
   値を随時記憶し、記憶した圧力値より高い圧力値を検出
   した場合には、モータの回転数を減じ、記憶した圧力値
   より低い圧力値を検出した場合には、モータの回転数を
   増して、常時水栓から吐出される圧力値を一定にしたこ
   とを特徴とするポンプ装置。
4. 【請求項４】共通ベッド上に複数台のポンプヘッドを有
   し、それぞれのポンプヘッドが順次または、順次および
   並列に運転，停止を行うポンプ装置において、ポンプ装
   置またはポンプ装置から水栓までの任意の位置の圧力を
   略直線的に検出する圧力センサーを有し、前記圧力セン
   サーによる検出圧力値を随時記憶し、記憶した圧力値よ
   り低い圧力値を検出した場合にはモータの回転数を増
   し、その回転数がある設定値に達した際に休止ポンプを
   追従運転させて、並列運転にする。追従機が運転を開始
   した時の圧力値を記憶し、記憶した圧力値に再度達した
   際に、先行機の運転を停止せしめ並列運転を、解除させ
   ることを特徴としたポンプ装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項において、追従機が
   運転を開始する先行機のモータ回転数を４,０００から
   ４,５００rpm に設定したことを特徴としたポンプ装
   置。