JP2016217267A - ポンプユニット及びポンプユニットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適正な制御処理を実現できるポンプユニット及びポンプユニットの制御方法を提供する。
【解決手段】一実施形態にかかるポンプユニット１は、複数のポンプ１０と、複数の前記ポンプ１０の二次側における吐出圧力を検出可能な圧力センサ１４と、複数の前記ポンプ１０の個々の流量を検出可能な複数の流量センサ１１と、複数の前記ポンプ１０のいずれか１以上の前記ポンプ１０の運転時における吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力が所定の増台圧力以下となる場合に、他の前記ポンプを起動する増台処理を行うとともに、前記増台圧力以下となる際またはその直前における前記ポンプの検出流量である増台時検出流量の総和より、減台流量閾値を決定し、前記減台流量閾値と増台運転時の検出流量の総和とを比較し、増台運転時の検出流量の総和が減台流量閾値以下であった場合に、いずれかの前記ポンプを停止させる減台処理を行う、制御部２１と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、ポンプユニット及びポンプユニットの制御方法に関する。

流体を二次側に圧送する給水装置において、ポンプ装置を複数台備え、制御部により複数台のポンプ装置の制御を行うポンプユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

複数台、例えば２台のポンプを有する定圧制御方式の給水装置において、単独運転中に給水量が増加して圧力検出部の圧力が起動圧力以下になると、２台目のポンプを起動して並列運転に移行する。そして、給水量の減少を減台流量検出用の流量検出部により検出して、先発ポンプを停止して減台する。このような給水装置は、例えばフロートとばねを有し一定流量以下でＯＦＦする減台流量検出用の流量検出部を合流管に備える。

特許３１２７１６９号公報

上述した技術では以下のような問題がある。すなわち、一定流量を基準としてＯＦＦする減台流量検出用の流量検出部を備える構成では、例えばユーザーがポンプを起動の設定を変更した際等、減台の基準値を調整する必要がある場合、基準値を容易に変更することができず、適正な制御を行うことが困難となる。また、フロートの浮上を抑制するバネをバネ定数の異なるものと交換しなくてはならず、適正な制御を行うことが困難となる。

本発明は、適正な制御を行うことが可能なポンプユニット及びポンプユニットの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態にかかるポンプユニットは、複数のポンプと、複数の前記ポンプの二次側における吐出圧力を検出可能な圧力検出部と、複数の前記ポンプの個々の流量を検出可能な複数の流量検出部と、複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時における吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力が所定の増台圧力以下となる場合に、他の前記ポンプを起動する増台処理を行うとともに、前記増台圧力以下となる際またはその直前における前記ポンプの検出流量である増台時検出流量の総和より、減台流量閾値を決定し、前記減台流量閾値と増台運転時の検出流量の総和とを比較し、増台運転時の検出流量の総和が減台流量閾値以下であった場合に、いずれかの前記ポンプを停止させる減台処理を行う、制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、適正な制御処理を実現できるポンプユニット及びポンプユニットの制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるポンプユニットの構成を示す説明図。 同ポンプユニットの吐出側の配管を示す上面図。 同ポンプユニットの吐出側の配管を示す断面図。 同ポンプユニットの吐出側の配管を示す断面図。 同実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャート。 同実施形態にかかるポンプユニットの流量と揚程の関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる流量センサの流量特性を示すグラフ。 本発明の第２実施形態にかかるポンプユニットの構成を示す説明図。 同実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャート。 本発明の他の実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態にかかるポンプユニット１及びその制御方法について図１乃至図７を参照して説明する。図１は本実施形態に係るポンプユニット１の構成を示す説明図である。図２は、ポンプユニットの吐出側の配管を示す上面図であり、図３は同吐出側の配管を示す断面図である。図４は吐出側の配管の断面図である。

なお本実施形態では１例として２台のポンプ装置１０の運転制御を行うことで並列運転または単独運転可能なポンプユニット１について説明する。

図１に示すポンプユニット１は、複数のポンプ装置１０と、複数のポンプ装置１０に接続された制御盤２０と、所定の流路を形成する配管３０と、を備えている。

ポンプユニット１は、例えば、複数のポンプ装置１０によって流体を増圧して二次側に圧送する給水装置である。

各ポンプ装置１０は、回転駆動されるモータ１０ａと、モータ１０ａの動作に応じて回転駆動するインペラと、インペラを収容するポンプ室を構成するとともにポンプ室に連通する吸入口、及び吐出口を備えるポンプケーシングと、を備え、吸入口から吐出口に至る所定の流路を形成する。

各ポンプ装置１０のモータ１０ａはそれぞれ、信号線１６によって制御盤２０に電気的に接続される。

図１乃至図４に示すように、配管３０は、各ポンプ装置１０の吐出側にそれぞれ接続された複数の個別吐出管３１と、複数の個別吐出管３１の吐出側に接続される複数の分岐路３２ａと合流路３２ｂとを備える共通吐出管３２と、各ポンプ装置１０の吸込み側にそれぞれ設けられた吸込管３３と、を備える。

複数の個別吐出管３１は、各ポンプ装置１０の吐出側にそれぞれ接続されている。個別吐出管３１は、ポンプの吐出口から上に向けて延び、９０度屈曲して水平方向に向けて延びる。個別吐出管３１には、各ポンプ装置１０の吐出側の流量を検出する流量検出部である流量センサ１１と逆止弁１２とが、それぞれ設けられている。

また、各ポンプ装置１０の吐出側の流路に接続された共通吐出管３２の二次側には、圧力を蓄えるためのアキュムレータ１３と、吐出口における圧力を検出する圧力検出部である圧力センサ１４と、が設けられている。

各流量センサ１１は信号線１６を介して制御盤２０に接続されている。図２乃至図４に示すように、流量センサ１１は、各ポンプ装置１０の吐出し口に接続された個別吐出管３１内に設けられている。流量センサ１１は、例えば磁石が取付けられた羽根車１１ａと、羽根車１１ａの回転を検出する磁気検出回路を内蔵したセンサ部１１ｂと、個別吐出管３１に羽根車１１ａを支持する主軸１１ｃと、ねじ込みシール用のＯリングと、を備えて構成されている。

流量センサ１１は、個別吐出管３１の屈曲部分の二次側に隣接した位置に配置されている。流量センサ１１は、個別吐出管３１の水平に延びる流路の上方かつ一方の側方に偏った位置に設けられている。具体的には流量センサ１１の主軸１１ｃが流路の上部であって一方の外周部に位置し、羽根車１１ａの軸の一方側の羽根が流路内に配置されるように配設されている。

逆止弁１２は、配管３０において流量センサ１１の二次側に設けられる。

圧力センサ１４は、共通吐出管３２に設けられ吐出し圧力を検出する。圧力センサ１４は、信号線１６を介して制御盤２０に接続され、検出した圧力信号を制御盤２０に送信する。

制御盤２０は、制御部２１と、複数のポンプ装置１０にそれぞれ接続されたインバータ２２と、各種情報を記憶する記憶部としての記憶装置２３と、を備える。１台の制御部２１に対して、複数のポンプ装置１０が、それぞれインバータ２２を介して接続されている。

記憶装置２３は、制御に必要な情報として、各種基準値や閾値を記憶する。また、記憶装置２３は、例えば変数であるｎやαの値を記憶する。

制御部２１は、予め記憶装置２３に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ装置１０の動作を制御する。具体的には、制御部２１は、各インバータ２２に制御信号を送信し、個々のポンプ装置１０にそれぞれ対応する複数のインバータ２２を制御する。

例えば制御部２１は、圧力センサ１４で検出された圧力値と、例えば記憶装置２３に記憶された閾値や基準値との比較を行う。また、制御部２１は、各種の演算処理を行い、駆動するポンプ装置１０の台数及び駆動するポンプ装置１０を決定する。制御部２１は個々のポンプ装置１０にそれぞれ対応するインバータ２２の周波数制御により、モータ１０ａを変速運転または停止させる。

インバータ２２は、信号線１６によって各ポンプ装置１０のモータに電気的に接続されている。インバータ２２は制御部２１からの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１０のモータを所定の回転速度で回転させる。

以上の様に構成されたポンプユニット１の制御方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、一例として２台のポンプ装置を備えるポンプユニット１を説明する。ｎは駆動するポンプ装置１０の台数であり、αは増台数である。例えば本実施形態においてα＝１として、１台ずつ増台または減台処理を行う。すなわち、本実施形態において制御部２１は、個々のポンプ装置１０を吐出し圧力一定で変速運転（起動）または停止させる制御により、交互運転及び並列運転を切替える運転制御を行う。

ポンプユニット１が始動され、運転開始の指示を検出すると（ＳＴ１）、制御部２１は、例えばあらかじめ設定されたプログラムに基づき、所定のｎ台のポンプ装置１０を起動し、運転する（ＳＴ２）。ここでは例えば一台のポンプ装置１０を所定の出力で駆動し、吐出し圧力一定で運転する。本実施形態では例えば２台のポンプ装置１０のうち所定の１台の先発ポンプとなるポンプ装置１０の単独運転を行う。

また、制御部２１は、運転中のｎ台のポンプ装置１０の吐出側にそれぞれ設けられた各流量センサ１１によって、吐出流量に比例するパルス周波数を一定時間毎に検出する（ＳＴ３）とともに、一定時間毎に、圧力センサ１４によって吐出圧力を検出する（ＳＴ４）。

そして、制御部２１は、ｎ台での運転中において、圧力センサ１４で検出した吐出圧力が、所定の増台条件を満たすか否かを判定する（ＳＴ５）。具体的には、増台条件として、圧力センサ１４で検出した吐出圧力が予め設定された所定の増台圧力Ｐ０以下となるか否かを判定する。ＳＴ５において、増台条件を満たさない、すなわち検出圧力値Ｐｎが増台圧力Ｐ０より大きい場合には（ＳＴ５のＮｏ）、ＳＴ２に戻る。なお、ｎ=ｎｍａｘである場合には、増台処理は行わずｎ台運転を継続する。

ＳＴ５において、増台条件を満たす、すなわち検出圧力値Ｐｎが増台圧力Ｐ０以下となる場合には（ＳＴ５のＹｅｓ）、制御部２１は、増台時における個々のポンプの検出流量である増台時流量に基づいて、減台流量閾値ｆｎを設定し、記憶部である記憶装置２３に記憶する（ＳＴ６）。具体的には、増台時、すなわち例えば増台条件を満たした際、またはその直前の、ｎ台のポンプ装置１０の流量センサ１１で検出されるパルス周波数の総和、すなわちｎ台分の流量の総和に比例するパルス周波数を、ｎ+１台運転からｎ台運転への減台流量閾値ｆｎとして、記憶する。

また、制御部２１は、待機中の他のポンプ装置１０を起動して運転ポンプ数を増やす増台処理を行う（ＳＴ７）ここでは２台のうちもう一方のポンプ装置１０を起動し、並列運転に切替える。このとき、ｎ+１台のポンプ装置１０は一例として、同一周波数にて駆動し、同一回転速度で運転する。

図６は、本実施形態にかかる定圧運転方式のポンプユニット１の揚程（ｍ）と、流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示すグラフである。図６に示すように、増台処理、すなわち並列運転に移行することにより、共通吐出管３２の圧力センサ１４で検出される検出圧力が約４５ｍから約５５ｍ上昇する。またポンプ２台の運転に移行することにより、流量も約２５０Ｌ／ｍｉｎから３６０Ｌ／ｍｉｎに増加する。

図７は、流量センサ１１の流量特性を示すグラフであり、縦軸はパルス周波数（Ｈｚ）、横軸は流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示している。図７に示すように、単独運転時の増台直前の流量（並列起動流量）２５０Ｌ／ｍｉｎ時のパルス周波数は７２Ｈｚであり、並列運転時の各ポンプの減台流量（解列流量）１３８Ｌ／ｍｉｎである。合成すると２７６Ｌ／ｍｉｎ＝２５０ｘ１．１でのパルス周波数は４１Ｈｚ、総和は８２Ｈｚである。

そして、制御部２１は、増台運転時、すなわち並列運転中において、減台条件を満たすか否かを判定する（ＳＴ８）。具体的には、減台条件として、駆動中のｎ+１台のポンプの流量センサ１１で検出されるパルス周波数の総和ｆａが、ＳＴ８で設定した減台流量閾値ｆｎ（＝２ｘ４１Ｈｚ）以下である状態が予め設定した一定期間続くか否かを検出する。

そして、流量センサ１１のパルス周波数の総和ｆａが、減台流量閾値ｆｎ以下である状態が予め設定した一定時間続く場合には（ＳＴ８のＹｅｓ）、制御部２１は、いずれかのポンプ装置１０を停止する減台処理を行う（ＳＴ９）。本実施形態では再び単独運転に移行する。なお、このとき、ロータリー運転方式とするため、後発ポンプではなく先発ポンプを停止する。以降、給水量がさらに低下して停止流量以下になった場合は、小水量停止し、逆に給水量が増加して検出圧力値Ｐｎが増台圧力Ｐ０以下となる場合には、停止指示があるまで（ＳＴ１０のＹｅｓ）上記の制御を繰り返す（ＳＴ１０のＮｏ）。

一方、流量センサ１１のパルス周波数の総和ｆａが、減台流量閾値ｆｎ以下である状態が予め設定した一定時間継続しない場合には（ＳＴ８のＮ０）、ＳＴ５に戻る。

本実施形態におけるポンプユニット１及びこの制御方法によれば、増台時の検出流量に基づいて減台条件となる閾値を自動設定することにより、ポンプ装置の揚水性能の相違や、増台圧力の変更条件に適応した高精度の制御が可能となる。また、流量センサ１１は、定格流量の１００％〜５０％といった、比較的狭い流量域において、パルス信号の周波数がある程度の直線性をもって流量に比例していればよい。このため、簡単な構造の流量センサを各ポンプ装置の吐出側若しくは吸込側に配置すればよい。このため、低コストにて信頼性の高い給水装置が実現できる。

なお、一般に、圧力検出部により検出された吐出圧力が一定値以上に上昇した時点で、先発ポンプを減台する方法では、減台圧力を機種毎に設定する必要がある。また高揚程を要する設備用向けに起動圧力を高く設定すると、締切圧力との圧力差を小さく設定せざるを得ないため、ポンプのインペラ磨耗などにより揚水性能が低下した場合、給水量が減少し、小水量運転になっても減台されない、すなわち２台構成の場合は単独運転に移行されず、締切運転によりポンプが異常過熱する恐れが生じる。これに対し、上記実施形態にかかるポンプユニット１においては、個別の流量に基づいてサンプリングして、基準閾値を自動設定するため、口径、出力、ポンプ台数など、さまざまな揚水性能の機種に対応できるとともに、また高揚程であっても適切な制御が実現できる。

また、一般に、ポンプの運転電流を検出して並列運転より減台する方法では、制御部に電流検出回路が必要となるため製造コストが上昇する。また、流量が一定以上の領域で運転電流が流量に比例しない軸動力飽和タイプのポンプには使用できない。また電圧の不平衡により、検出電流に誤差が生じる。さらに同じポンプであっても単相、三相、等モータの種別や電圧の違いによって検出回路や減台電流の設定値の変更が必要となる。これに対し、上記実施形態にかかるポンプユニット１においては、低コストで製造できるとともに、運転電流が流量に比例しないタイプのポンプにも使用できる。また、モータの種別や電圧の違いがあっても、検出回路や設計値の変更が不要となる。

また、一般に、合流管の二次側に給水量に応じてアナログ信号を出力する電磁式流量計または超音波式流量計を接続することも考えられるが、製造コストが増大する。また、流量計方式とした場合、減台流量を制御盤に設定する必要があり、制御盤の出荷時設定が必要となるため、製造工程が増加するという課題がある。これに対し、上記第１実施形態に係るポンプユニット１は、実機運転において、単独運転時の増台直前に２台から１台への減台流量を、２台運転時の増台直前に３台から２台への減台流量を、自動設定できる。このため、工場出荷時の調整が不要となり、製造工程を簡略化できる。また、経年変化に伴うポンプの揚水性能低下に対して自動的に減台流量が更新されるという効果が得られる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態にかかるポンプユニット２及びポンプユニットの制御方法について、図８及び図９を参照して説明する。図８は第２実施形態に係るポンプユニットを示すブロック図であり、図９は第２実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャートである。なお、第２実施形態に係るポンプユニット２は２台より大きい台数のポンプ装置１０を備える。この場合ｎ＝１以上であってポンプの台数ｎｍａｘより小さい、いずれかの整数となる。

なお、ポンプユニット２は、多数のポンプ装置１０を備えるとともに、ポンプの運転台数に応じて基準値が設定されている点について上記第１実施形態に係るポンプユニット１と異なるが、その他の構成は第１実施形態にかかるポンプユニット１と同様である。したがって、重複する説明は省略する。

図８に示すように、ポンプユニット２は、３台以上のポンプ装置１０を備える。制御部２１はこれらｎｍａｘ台のポンプ装置１０をそれぞれ運転制御する。

図９に示すように、本実施形態に係るポンプユニット２の制御方法は、例えばＳＴ７で増台した後、増台運転時に減台条件を満たすことなく（ＳＴ８のＮｏ）、減台せずにＳＴ５に戻る場合には、ＳＴ１１として、増台した状態の台数ｎ+αが、次の制御手順におけるｎとなるように、ｎの値を更新してＳＴ５へ戻る。すなわち、例えば本実施形態ではｎ＝１，α＝１とした場合、１台目から２台目への並列運転に以降した後、減台しない場合に、ｎ＝２として（ＳＴ１１）更新し、ＳＴ５に戻る。このため、その後はｎ＝２となるため、ｎ台運転は２台での運転となり、ＳＴ６で増台する場合には３台の並列運転を行う。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、増台時の検出流量に基づいて減台条件となる閾値を設定することにより、口径、出力、ポンプ台数など、さまざまな揚水性能のポンプ装置に適応した高精度の制御が可能となる。また、簡単な構造の流量センサを各ポンプ個別に配置すればよいため、運転台数が多い大口径機種に適用する場合であっても、流量検出部を拡大設計する必要が無い。したがって、低コストで信頼性の高い給水装置が実現できる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態にかかるポンプユニット３及びポンプユニットの制御方法について、図１０を参照して説明する。図１０は第３実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャートである。なお、第３実施形態に係るポンプユニット３は１例として、圧力低下率に応じて増台数が変化する点において上記第２実施形態に係るポンプユニット２と異なるが、その他の構成は第２実施形態にかかるポンプユニット２と同様である。したがって、重複する説明は省略する。

図１０に示されるように、本実施形態に係るポンプユニット３においてα≧１であり、制御部２１は、増台処理において、複数台のポンプを順次起動し、減台処理において、複数台のポンプを順次停止させる。

具体的には、ポンプユニット３の制御方法において、例えばＳＴ５にて、圧力低下を検出すると（ＳＴ５のＹｅｓ）、制御部２１は圧力低下率Ｐｖを算出し、この圧力低下率Ｐｖが、所定の基準低下率Ｐｖ０を超えるか否かを判定する（ＳＴ１２）。圧力低下率Ｐｖは例えば一定時間当たりの圧力変化とする。
圧力低下率Ｐｖが、所定の基準低下率Ｐｖ０を超える場合（ＳＴ１２のＹｅｓ）、αを設定する（ＳＴ１３）。αは例えば一度の増台処理で順次増台するポンプの台数である。例えば、圧力低下率Ｐｖが基準低下率ＰＶ０に比べ２倍以上に過大な場合は、αを２台以上に設定している。圧力低下率Ｐｖが基準低下率Ｐｖ０を超えない場合（ＳＴ１３のＮｏ）、αを１に設定する（ＳＴ１５）。

制御部２１は、ＳＴ６の増台処理において、ＳＴ１３でαとして設定された台数のポンプを順次起動し、増台する。例えば本実施形態ではα＝ｎmax−ｎとし、全てのポンプ装置１０の台数を起動するまで、所定の時間間隔で１台ずつ順次ポンプ装置１０を起動し、増台処理する。例えば６台のポンプ装置１０において、３台運転時に、急激な圧力低下を検出すると、４台運転から６台運転まで、一定の増台インターバルで順次ポンプ装置１０を起動し、増台していく。例えば本実施形態において増台インターバルは０.２秒とする。増台インターバルを確保することによりポンプの同時起動をなくし、複数のポンプ装置を同時に起動して過大な起動電流が流れることにより、電源電圧が低下したり、急激な電流増加△Ｉ／△Ｔに伴うラインノイズが発生したりするのを防止し、電源を共用する他の機器に害を及ぼさないようにしている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、複数台の増台を迅速に行うことが可能となるため、給水量の変動が大きい用途の場合であっても、適正な給水が実現できる。すなわち学校やスポーツ施設などの、例えばトイレのフラッシュバルブが頻繁に開閉されるなど、給水量が急激に増大する場合には、待機ポンプの増台が追いつかず、吐出し圧力が急激に低下し、給水が滞るといった複数のアキュムレータの増設では満足に対処できない不具合がある。これに対し、本実施形態にかかるポンプユニット３においては、圧力低下率に応じて増台処理台数を設定できるため、高速かつ適正な増台処理が可能である。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

上記第１実施形態においては、増台時（増台直前）の運転ポンプの個々の検出流量のパルス周波数の総和ｆａを減台流量閾値ｆｎとして設定する例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、例えば、増台直前のパルス周波数の総和ｆａに、所定の係数ｋを乗じた値ｋ・ｆａを減台流量閾値ｆｎとして記憶してもよい。例えば１≦ｋ≦1.2の値で設定する場合には、大流量域でｎ台運転に移行できるため、省エネ運転を重視した減台処理が可能となる。

さらに、他の実施形態として、制御部２１は、増台処理及び減台処理を行った後、前回の増台処理から所定時間以内に再び増台処理をした場合に、減台流量閾値を、増台時検出流量のパルス周波数の総和ｆａよりも低く設定してもよい。例えば0.8≦ｋ≦1の範囲の係数ｋを乗じた値ｋ・ｆａを減台流量閾値ｆｎとして記憶する。すなわち、制御部２１は、先発ポンプを減台してから、予め設定した所定時間ｔ１以内に、再び吐出圧力が再び起動圧力よりも低下し、増台を行う場合には、減台流量閾値ｆｎが過大で、チャタリング動作が発生したと判断し、１よりも小さい係数ｋを乗じた減台流量閾値ｆｎを再記憶させる、すなわち減台流量閾値を更新する。

本実施形態によれば、省エネ運転を可能としつつ、ポンプのチャタリングを抑制する安定した処理が可能となる。また、ｎ台運転中に小水量停止した時点で、上記の係数ｋを初期の値（例えば１）にリセットすることで、再び上記増減処理に復帰できる。

上記第３実施形態において、低下圧力率に応じて増台数を設定する例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態に係るポンプユニットは、図１１に示すように、給水量の急激な減少を検出し、流量の低下率に応じて減台数を設定する。

すなわち、具体的には、ポンプユニット４の制御方法において、例えばＳＴ８にて、流量減少を検出すると（ＳＴ８のＹｅｓ）、制御部２１は流量減少率ｆvを算出し、この流量減少率ｆvが、所定の基準減少率ｆVOを超えるか否かを判定する（ＳＴ１３）。流量減少率ｆvは例えば一定時間当たりの検出流量の総和の変化とする。ＳＴ１３において、流量減少率ｆvが、所定の基準減少率ｆVOを超える場合（ＳＴ１３のＹｅｓ）、αを設定する（ＳＴ１４）。αは例えば、一度の減台処理で順次減台するポンプの台数である。流量減少率ｆｖが基準減少率ｆV0に比べ過大な場合は、αを２台以上に設定している。ＳＴ１３において、流量減少率ｆvが、所定の基準減少率ｆVOを超えない場合（ＳＴ１３のＮｏ）、αを１に設定する（ＳＴ１５）。

制御部２１は、ＳＴ９の減台処理において、ＳＴ１４またはＳＴ１５でαとして設定された台数のポンプを順次停止し、減台する。例えば本実施形態ではα＝ｎmax−ｎとし、所定の減台数αまで、所定の時間間隔で１台ずつ順次ポンプ装置１０を減台し、ｎ台運転とする。例えば６台のポンプ装置１０において、６台運転時に、急激な流量低下を検出すると、６台運転から３台運転まで、一定の減台インターバルで順次ポンプ装置１０を停止し、減台していく。例えば本実施形態において減台インターバルは０.２秒とする。

本実施形態によれば、複数台の減台を迅速に行うことが可能となるため、給水量の変動が大きい用途の場合であっても、適正な給水が実現できる。すなわち学校やスポーツ施設などの、例えばトイレのフラッシュバルブが頻繁に開閉されるなど、給水量が急激に減少する場合は運転ポンプの減台が追いつかず、吐出し圧力の急激な上昇により配管から漏水するなどの不具合がある。これに対し、本実施形態にかかるポンプユニットは、流量の低下率に応じて減台処理数を設定できるため、高速かつ適正な減台処理が可能である。

この他、例えば対象となるポンプの機種数が少ない場合には、上述のサンプリング方式ではなく、例えば試作や実験に基づき、同一のモータ出力のポンプ口径毎に対応し、運転台数に比例した複数の減台周波数または減台出力を固定値である減台基準値として制御部２１に設定してもよい。すなわち、異なる口径のポンプに対応し、運転台数に比例した複数の減台基準値を記憶装置２３に予め記憶する。例えば、３台のポンプを制御する制御部２１の場合、ポンプ口径３２mmの場合は、減台基準値として、１５０Ｌ／ｍｉｎ（２台→１台）、３００Ｌ／ｍｉｎ（３台→２台）に相当するパルス周波数を設定し、ポンプ口径４０mmの場合は、減台基準値として、２５０Ｌ／ｍｉｎ（２台→１台）、５００Ｌ／ｍｉｎ（３台→２台）に相当するパルス周波数を設定し、ポンプ口径５０mmの場合は、減台基準値として、３００Ｌ／ｍｉｎ（２台→１台）、６００Ｌ／ｍｉｎ（３台→２台）に相当するパルス周波数を設定しておく。

そして、実機運転時に、流量センサ１１で検出されたパルス周波数の総和が、予め設定された減台基準値以下となる状態が、所定時間続いた場合に、減台してｎ台運転とすることが可能である。この場合、制御盤設定において、複数のポンプ口径から選択するだけでよいため、従来のフロートとばねを用いた一定流量でＯＮ／ＯＦＦする減台流量検出部を設ける構成よりも、減台流量の設定変更が飛躍的に容易である。

また、電磁式流量計や超音波式流量計を採用した場合に比べ、複数の減台流量を数値設定する必要がなく製造工程が簡略化でき、製造コストが安価で済むといった利点がある。

上記実施形態においては、ＯＮ／ＯＦＦ制御方式のポンプユニット１について説明したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、制御部２１は、予め記憶された圧力一定制御プログラムに従って、吐出し圧力が所定の目標圧力値となるように、インバータ２２を制御することで、ポンプ装置１０の増減及び圧力制御を行うこととしてもよい。

この際、例えば全ての運転ポンプを等速回転速度で運転することにより、最も総合効率を高めることができる。すなわち、例えば最高周波数で運転するポンプ群と可変速運転する１台のポンプにて給水して可変速運転しているポンプの流量検出部のＯＦＦ信号により、減台する場合には、給水装置全体の総合効率が低下するが、本実施形態では、全ての運転ポンプを等速回転速度で運転することで、最も総合効率を高めることが可能である。

他の実施形態として、制御部２１は、例えば推定末端圧力一定制御プログラムに従って、いわゆる推定末端圧力一定制御することとしてもよい。推定末端圧力一定制御の場合、ＳＴ２，ＳＴ６，ＳＴ９におけるポンプ運転時に、制御部２１は定格流量時に高圧側の第１の目標圧力となり、停止流量時に定圧側の第２の目標圧力となるように、給水量を変数として個々のポンプ装置１０の出力及び駆動ポンプ台数を制御する。

この際、例えば全ての運転ポンプを等速回転速度で運転することにより、ユニット全体の総合効率を、最も高めることができる。

なお、上記に加え、ポンプ個別に設けた流量センサ１１を用いて、単独運転時に、流量検出部のパルス周波数を一定時間毎に計測し、吐出し圧力が増台圧力以下であるにもかかわらず、一定時間、小水量を検出した場合、揚水不能と判断して運転ポンプを停止する故障検出を行うこととしてもよい。あるいは並列運転時に流量検出部のパルス周波数を一定時間毎に計測し、揚水不能を検出して運転ポンプを停止するといった故障検出を行うこととしてもよい。

また、図７に示すように流量検出部で検出されるパルス周波数の出力と実流量は比例しているため、他の実施形態として、制御部２１は、流量検出部で検出されるパルス周波数の出力を実流量に換算し、個別の各ポンプ装置１０、またはポンプユニット全体の、瞬時流量あるいは積算流量を例えば制御盤２０に備えられた表示部に表示するように制御してもよい。

さらに、上記実施形態では、流量に応じたパルス周波数を検出する羽根車式の流量センサ１１を用いたが、これに限られるものではない。例えば、パドル式の流量センサとして、磁気検出回路に、出力電圧が検出した磁束密度に比例するリニア出力タイプの磁気センサを採用して、流量が増加するとパドルに内蔵された磁石が磁気センサに接近することにより、検出される磁束密度が増加し、出力電圧が増加する方式とすれば、上記の流量に応じたパルス周波数に変えて、流量に比例した直流電圧を検出すればよい。

さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。

１０…ポンプ装置、１１…流量センサ（流量検出部）、１２…逆止弁、１３…アキュムレータ、１４…圧力センサ（圧力検出部）、２０…制御盤、２１…制御部、２２…インバータ。

Claims (9)

1. 複数のポンプと、
   複数の前記ポンプの二次側における吐出圧力を検出可能な圧力検出部と、
   複数の前記ポンプの個々の流量を検出可能な複数の流量検出部と、
   複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時における吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力が所定の増台圧力以下となる場合に、他の前記ポンプを起動する増台処理を行うとともに、前記増台圧力以下となる際またはその直前における前記ポンプの検出流量である増台時検出流量の総和より、減台流量閾値を決定し、
   前記減台流量閾値と増台運転時の検出流量の総和とを比較し、増台運転時の検出流量の総和が減台流量閾値以下であった場合に、いずれかの前記ポンプを停止させる減台処理を行う、制御部と、を備えることを特徴とするポンプユニット。
2. 前記流量検出部は、個々の前記ポンプの吐出流量に比例したパルス信号を出力する羽根車式の流量センサであって、
   前記制御部は、増台運転時の検出流量の総和が、増台条件を満たした時点における運転ポンプの個々の検出流量に比例するパルス周波数の総和に基づいて決定される減台流量閾値以下となる状態が、一定時間継続する場合に、前記減台処理を行うことを特徴とする請求項１記載のポンプユニット。
3. 前記減台流量閾値は、前記増台条件を満たした時点における運転ポンプの個々の検出流量の総和の１倍〜１．２倍の範囲に設定することを特徴とする請求項２記載のポンプユニット。
4. 前記制御部は、前記増台処理及び前記減台処理を行った後、前記増台処理から所定時間以内に再び前記増台処理をした場合に、前記減台流量閾値を、前記増台時検出流量の総和の０．８倍以上１倍以下の範囲に設定することを特徴とする請求項２または請求項３記載のポンプユニット。
5. 複数のポンプと、
   複数の前記ポンプの二次側における吐出圧力を検出可能な圧力検出部と、
   複数の前記ポンプの個々の流量に比例したパルス信号、またはアナログ信号を出力する複数の流量検出部と、を備え、
   複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時における、吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力が所定の増台圧力以下となる場合に、他の前記ポンプを起動する増台処理を行うとともに、
   異なる口径のポンプに対応し、運転台数に比例した複数の減台基準値を記憶部に記憶し、
   増台運転時に検出される前記ポンプの個々の流量が、上記の減台基準値以下となる状態が所定時間継続した場合に、いずれかの前記ポンプを停止する減台処理を行う制御部と、を備えることを特徴とするポンプユニット。
6. 前記制御部は、前記増台処理において、複数台の前記ポンプを順次起動し、
   前記減台処理において、複数台の前記ポンプを順次停止させる、ことを特徴とする請求項１または５記載のポンプユニット。
7. 前記制御部は、前記ポンプの運転時に、圧力一定制御、または推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする請求項１または５記載のポンプユニット。
8. 前記制御部は、前記流量検出部で検出されるパルス周波数の出力を実流量に換算し、各ポンプ個別またはユニット全体の、瞬時流量あるいは積算流量を表示部に表示することを特徴とする請求項２または６記載のポンプユニット。
9. 複数のポンプの動作を制御するポンプユニットの制御方法であって、
   複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時において、複数の前記ポンプの二次側における吐出圧力を検出することと、
   複数の前記ポンプの個々の流量を検出することと、
   検出した吐出圧力が所定の増台圧力以下となる場合に別の前記ポンプを起動することと、
   前記増台圧力以下となる際またはその直前における前記ポンプの検出流量である増台時検出流量に基づいて、いずれかの前記ポンプを停止させることと、を備えるポンプユニットの制御方法。