JP2003343477A - 可変速給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 需要側の水の圧力変動を抑え、ポンプの始動
頻度を少なくする可変速給水装置を提供する。 【解決手段】 ポンプ１２と、吐出管１４と、圧力タン
ク１６と、逆止め弁１８と、圧力検出手段２０と、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、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。

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１
４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】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、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３にか
かる発明による請求項１又は請求項２のいずれか１項に
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４にか
かる発明による請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
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１
６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３
８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１
８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１
４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１
２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Ｐ
Ｂ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５
４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２
２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Ｐ
Ａ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ＣＰＵ３
２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２
４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２２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２
４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Ｐ
Ｂ）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１
２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６
６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ＣＰＵ３
２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／Ｏ
４６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Ｐ
Ｂ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ＥＰＲＯ
Ｍ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Ｎｍ
ｉｎ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＋５Ｈ
ｚ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１
２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ＣＰＵ３
２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

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H020 AA01 BA02 BA03 BA05 BA11 BA12 BA14 BA15 BA18 CA00 CA01 CA04 DA01 DA04 EA09 EA12 3H045 AA06 AA09 AA12 AA23 BA03 BA07 BA23 BA28 BA31 BA32 BA35 BA36 CA03 CA06 CA29 CA30 DA01 DA05 EA35 EA38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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；を備える可変速給水装置。
2. 【請求項２】 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請求
   項１に記載の可変速給水装置。
3. 【請求項３】 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乃至請求項２のい
   ずれか１項に記載の可変速給水装置。
4. 【請求項４】 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乃至請求項３のいずれか
   １項に記載の可変速給水装置。