JP2002130141A - 給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ポンプＰと、ポンプＰのチェッキ弁１１
を介した吐出側の圧力を検出する圧力センサ１４と、圧
力に対応してポンプＰ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、ポンプＰの回転速度と回転速度
に対応した締切圧力、又はポンプＰの吐出側の圧力と圧
力に対応した締切運転速度との関係のデータを備え、圧
力センサ１４の検出圧力と、ポンプＰの回転速度との関
係から、ポンプＰが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。

Description

【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１
２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１
４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、
前記ポンプの回転速度と該回転速度に対応した締切圧
力、又はポンプの吐出側の圧力と該圧力に対応した締切
運転速度との関係のデータを備え、前記圧力センサの検
出圧力と、ポンプの回転速度との関係から、ポンプが締
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】上記本発明によれば、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】又、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、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。

【００１２】又、前記ポンプの制御目標圧力が締切運転
時における目標圧力となった時に、前記ポンプの回転速
度を該締切運転時における目標圧力に対応した締切運転
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が好まし
い。これにより、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。

【００１３】又、前記ポンプの小水量停止動作は、ポン
プの目標吐出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
ンプの吐出圧力を上げて運転中に、ポンプ回転速度が前
記目標吐出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、前記一定時間の間
にポンプ回転速度が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。ポンプの目標吐出圧力
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吐出圧力とを計測し、これをマ
イクロコンピュータに付属したＥ^２ＰＲＯＭ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、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、動作点の検出圧力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Ｐ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、検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、検出圧力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、現在の圧力センサに
よる検出圧力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、検出圧力が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、現在の検出圧力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
力が吐出管内に保持され、制御目標圧力Ｐ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、係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。実際には係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、ポンプの制御目標圧力が締切運転時
における目標圧力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
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。ポンプの制御目標圧力が締切運転時におけ
る目標圧力ＰＢとなった時に、ポンプの回転速度Ｈｚを
目標圧力に対応した締切運転速度よりも１Ｈｚだけ低下
させた圧力（Ｈｚ＝Ｈｚ−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が対応するポンプの
吐出圧力（ＰＢ−１ｍ）以下であるか否かを確認する。
即ち、制御目標吐出圧力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設
定圧力（ＰＢ−１ｍ）以下に低下しない場合には、“Ｎ
ｏ”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、吐出圧力を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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 博和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 手嶋 友治 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 Ｆターム(参考） 3H020 AA05 BA02 BA03 BA11 BA12 BA15 BA18 BA21 CA01 CA05 DA01 DA04 DA21 DA28 EA11 EA12 3H045 AA09 AA16 AA23 BA03 BA07 BA32 BA36 CA01 CA09 CA26 DA07 DA47 DA48 EA13 EA17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記ポンプの回転速度と該回転速度に対応した締切圧
   力、又はポンプの吐出側の圧力と該圧力に対応した締切
   運転速度との関係のデータを備え、前記圧力センサの検
   出圧力と、ポンプの回転速度との関係から、ポンプが締
   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。
2. 【請求項２】 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、ポンプの小水量停止動作
   に入ることを特徴とした請求項１に記載の給水装置。
3. 【請求項３】 前記ポンプの制御目標圧力が締切運転時
   における目標圧力となった時に、前記ポンプの回転速度
   を該締切運転時における目標圧力に対応した締切運転速
   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
   請求項１に記載の給水装置。
4. 【請求項４】 前記ポンプの吐出圧力を上げて運転中
   に、ポンプ回転速度が前記目標吐出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、前記一定時間の間にポンプ回転速度が締切運転速
   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乃至３のいずれかに記載の給水装
   置。
5. 【請求項５】 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乃至４のいずれかに記載の給水装置。