JP2018003786A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出圧力の低下を発生させずに、ポンプを始動させることができるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置は、ポンプ２と、ポンプ２を駆動する電動機３と、ポンプ２の吐出側圧力を測定する圧力センサ１３と、ポンプ２の吐出側圧力を保持するための圧力タンク１５と、吐出側圧力の測定値と目標圧力値との偏差に基づいて、ポンプ２の回転速度指令値を算出する制御部２０とを備える。制御部２０は、ポンプ２の運転情報に基づいて、ポンプ２の始動回転速度を決定する。【選択図】図４

Description

本発明は、液体を汲み上げるポンプ装置に関するものである。

井戸内の水を地上の供給先に移送するためのポンプ装置が知られている。このタイプのポンプ装置は、井戸内に配置された水中ポンプユニットと、吸込管を通じて水中ポンプユニットに接続された陸上ユニットとを備えている。水中ポンプユニットは、水を吸い上げるポンプと、このポンプを駆動するための電動機とを備えている。陸上ユニットは、水中ポンプユニットの電動機を変速可能とするインバータ、該インバータの動作を制御する制御部などの構成要素を備えている。水中ポンプユニットが駆動されると、井戸内の水は吸込管を通じて陸上ユニットに送られ、さらに陸上ユニットに接続された排出管を流れる。

供給先にて水の使用が少なくなり、陸上ユニット内を流れる水の流量が所定の値にまで低下すると、制御部は、ポンプの吐出側に設けられた圧力タンクに水を貯めるため、インバータに指令を出して、吐出側圧力が所定の圧力（停止圧力）となるように蓄圧運転を行った後にポンプの運転を停止させる。また、供給先にて水の使用があり、ポンプの吐出側圧力が所定の値（始動圧力）まで低下すると、図１６に示すように、制御部は、インバータに指令を出して、ポンプを始動させる。ポンプが運転されている間は、制御部は、ＰＩ制御によりポンプの吐出側圧力を制御する。具体的には、上記吐出側圧力と目標圧力との偏差を基にしたＰＩ演算にて、電動機の回転速度指令値を算出して、インバータに出力する。その結果、ポンプは、給水先に必要な吐出側圧力にて、水を供給することができる。

特許第４５８９０２６号公報

圧力タンクに蓄圧された状態で、供給先にて水の使用があったとき、まずは圧力タンク内の水が供給されるため、吐出側圧力は緩やかに下降する。したがって、ポンプの始動直後は、ポンプの吐出側圧力と目標圧力との偏差が非常に小さい。

ここで、ポンプ装置におけるＰＩ制御の演算方法として、前回の偏差と今回の偏差との差分より操作量を演算し、その操作量を前回の演算結果に加算し、回転速度の指令値としている。このＰＩ演算方法では、吐出側圧力の急変を防ぎ安定した圧力にて水を供給できる。ポンプ始動時の１回目のＰＩ演算時は、前回の偏差並びに前回の演算結果が存在しない為、固定の始動速度を回転速度の指令値とする（図１６参照）。以降のＰＩ演算では、ポンプの吐出側圧力と目標圧力との偏差の差分により回転速度の操作量を算出し、その操作量を前回の回転速度に加算することになる。よって、ポンプ始動後は、始動速度より徐々に回転速度を上昇させることとなるが、特に、井戸の水位と供給先の高低差が大きい場合は、供給先までポンプにて加圧した水が到着するのには時間がかかるため、ポンプの始動速度が低いと、圧力不足により給水が途切れてしまう虞がある。

そこで、本発明は、吐出圧力の低下を発生させずに、ポンプを始動させることができるポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ポンプと、前記ポンプを駆動する電動機と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記ポンプの吐出側圧力を保持するための圧力タンクと、前記吐出側圧力の測定値と目標圧力値との偏差に基づいて、前記ポンプの回転速度指令値を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ポンプの運転情報に基づいて、前記ポンプの始動回転速度を決定することを特徴とするポンプ装置である。

本発明の好ましい態様は、前記ポンプの運転情報とは、前記ポンプの吸込み側水位の情報であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプの運転情報とは、前記ポンプが停止する前の運転情報であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記ポンプの蓄圧運転時の前記ポンプの回転速度指令値を基に前記始動回転速度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプの回転速度指令値を基に決定された前記始動回転速度は、前記ポンプを次に始動するときの前記ポンプの始動回転速度であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記始動回転速度は、前記蓄圧運転時の最大回転速度指令値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記蓄圧運転時の前記ポンプの回転速度指令値に係数を加算または乗算することで前記始動回転速度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記ポンプの前回の始動時の吐出側圧力の低下に従って前記係数を変化させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記目標圧力値に従って前記係数を変化させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記吐出側圧力の測定値、目標圧力値、前記ポンプの回転速度の目標値を表示や設定する表示器をさらに備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、外部表示器と有線通信または無線通信で接続することができることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、有線通信または無線通信で接続した外部機器より、前記運転情報を受信することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、近距離無線通信（ＮＦＣ）によって前記外部表示器に接続できることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記外部表示器からの電波を受信して該電波を電力に変換する制御部側アンテナ部と、前記電力によって駆動される集積回路および記憶部とを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吐出側圧力の制御の実行履歴を示すデータを前記記憶部に記憶し、前記集積回路は、前記記憶部から前記データを読み取り、前記制御部側アンテナ部は前記データを前記外部表示器に送信することを特徴とする。

本発明によれば、蓄圧運転時のポンプの回転速度を基準にして、ポンプの始動回転速度を決定することにより、給水源の水位との給水先との高低差に応じたポンプの始動回転速度にてポンプを始動することができる。これにより、ポンプの始動時の圧力低下を防止するとともに、定常運転時の圧力変動を抑止することができる。更には、圧力変動が抑制されるため、圧力タンクを小型化することができる。

本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。 図１に示すポンプ装置の詳細を示す図である。 ポンプの自動運転制御を説明するためのグラフである。 ポンプの自動運転制御を更に詳細に説明するためのグラフである。 ポンプの特性を示す締切運転カーブを示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。 制御部のより詳細な構成を示す図である。 記憶部の詳細を示す図である。 ポンプ装置の他の実施形態を示す図である。 ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。 ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。 ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。 ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。 ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。 従来のポンプ装置の始動時の吐出側圧力とポンプの回転速度の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。図２は図１に示すポンプ装置の詳細を示す図である。図１および図２に示すように、ポンプ装置は、井戸内などの水中に設置することができる水中ポンプユニット１と、吸込管４を介して水中ポンプユニット１に接続された陸上ユニット５とを備えている。水中ポンプユニット１は、羽根車（図示しない）を有するポンプ２と、このポンプ２を回転させる電動機３とを備えている。電動機３が駆動されると、ポンプ２が回転し、水は吸込管４を通じて陸上ユニット５に送られる。図１の符号Ｈ０，Ｈ１は、ポンプ２によって汲み上げられる水の水位を表している。

陸上ユニット５は地上に配置されている。陸上ユニット５は、水中ポンプユニット１の動作を制御する制御ユニット１０と、吸込管４に接続された配水管１１と、配水管１１を流れる水の流量が所定の値にまで低下したことを検知するフロースイッチ１２と、ポンプ２の吐出側圧力を測定する圧力センサ１３とを備えている。フロースイッチ１２および圧力センサ１３は配水管１１に接続されており、圧力センサ１３はフロースイッチ１２の下流側に設けられている。配水管１１の一端は吸込管４に接続され、他端は排出管１８に接続されている。排出管１８には水栓などの給水器具１９が接続されている。吸込管４には、逆止弁２１が取り付けられている。この逆止弁２１は、ポンプ２が停止したときの水の逆流を防止するために設けられている。さらに、本実施形態では、配水管１１には空気抜き管３３が接続されており、空気抜き管３３には、開閉弁３５が配置されている。

陸上ユニット５は、ポンプ２の吐出側圧力を保持するための圧力タンク１５をさらに備えている。圧力タンク１５は配水管１１に接続されており、圧力センサ１３の下流側に設けられている。圧力タンク１５は、その耐圧容器の内部にゴム製のブラダを有している。ポンプ２の吐出側圧力が上昇すると、ブラダの外側の空気は圧縮され、水が加圧状態で貯留される。配水管１１内の圧力が低下すると、ブラダに保持された水は圧縮された空気によって配水管１１内に押し出される。このようにして、ポンプ２が停止しても、しばらくの間、圧力タンク１５から配水管１１に水が供給される。

制御ユニット１０は、電動機３を変速可能とするインバータ２２と、インバータ２２の動作を制御する制御部２０を備えている。インバータ２２は制御部２０に接続されている。本実施形態では、インバータ２２および制御部２０には、電源１６から電力が供給される。制御部２０は、インバータ２２を構成するパワー素子（例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子）のスイッチング動作を制御することで、電動機３の回転速度、すなわちポンプ２の回転速度を制御する。

または、制御ユニット１０は、インバータ２２と、制御部２０は通信やアナログ信号や接点信号にて接続され、インバータ２２に制御部２０より周波数指令値や発停信号を指令してもよい。その場合、インバータ２２にＣＰＵ（不図示）を有し、インバータ２２のＣＰＵにてパワー素子（例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子）のスイッチング動作を制御することで、電動機３の回転速度、すなわちポンプ２の回転速度を制御する。

フロースイッチ１２および圧力センサ１３は信号線を介して制御部２０に接続されている。ポンプ２の吐出側圧力の測定値は、圧力センサ１３から制御部２０に送られる。配水管１１を流れる水の流量が減り、所定のポンプ停止条件が成立すると（例えば、水の流量が所定の値にまで低下したこと（小水量）を、フロースイッチ１２が検出すると）、制御部２０はポンプ２の指令速度を一時的に上げ、ポンプ２の吐出側圧力が所定の停止圧力になるまで、あるいは所定の蓄圧運転時間が経過するまで、圧力タンク１５に蓄圧する蓄圧運転を行ってから、ポンプ２の運転を停止させる。ポンプ２の吐出側圧力が所定の始動圧力まで低下したことを圧力センサ１３が検出すると、制御部２０はポンプ２を始動させる。

所望の圧力を有する水が給水器具１９から吐出されるように、制御部２０は、ポンプ２の回転速度を制御するための目標圧力値、ポンプ２を停止するときの目標圧である停止圧力、および、ポンプ２を始動するときの閾値である始動圧力を予め記憶しており、且つ後述するＰＩ演算に必要な値を記憶するメモリなどの記憶部（後述する）を有する。さらに、制御部２０は、圧力センサ１３によって測定されるポンプ２の吐出側圧力を監視している。ポンプ２が始動すると、制御部２０は、ポンプ２の吐出側圧力の測定値と目標圧力値との偏差に基づいて、ポンプ２の回転速度を制御する。より具体的には、制御部２０は、目標圧力値とポンプ２の吐出側圧力の測定値との偏差を算出し、この偏差を０にするため、ＰＩ演算を行い、ポンプ２の回転速度指令値を算出する。上述したように、制御部２０は、ＰＩ演算に関連する値を記憶する記憶部を有する。制御部２０によって算出された回転速度指令値は、インバータ２２に送られ、インバータ２２は、送られた回転速度指令値に基づいて、電動機３の回転速度、すなわち、ポンプ２の回転速度を変更する。このように、制御部２０は、インバータ２２の動作を制御することで、ポンプ２の吐出側圧力を制御する。

図３は、ポンプ２の自動運転制御を説明するためのグラフである。図３の縦軸はポンプ２の吐出側圧力を表し、図３の横軸は時間を表す。図３に示されるように、インバータ２２の動作を制御するための目標圧力値ＰＳは一定（吐出圧力一定制御）とする。

まず、ポンプ装置が最初に設置されたときは、吸込管４と配水管１１（図２参照）内に水は存在しない。この場合、圧力センサ１３によって測定されるポンプ２の吐出側圧力の値は０である。このとき、制御部２０は、ポンプ２の吐出側圧力値は始動圧力ＰＯ以下であると判断して、ポンプ２を始動する。その後、所定のポンプの停止条件が成立すると（例えば、吐出側圧力がある設定値以上であって、且つフロースイッチ１２が小水量を検出すると）、圧力タンク１５に蓄圧するため、蓄圧運転を行う。蓄圧運転中は、制御部２０は、吐出側圧力を所定の停止圧力ＰＥまで徐々に上昇する様に回転速度指令値を変化させ、ポンプ２の吐出側圧力が所定の停止圧力ＰＥになるまで、あるいは所定の時間ポンプ２の運転を継続する。蓄圧運転が終了したらポンプ２を停止して小水量停止状態となる。この状態が、図３における時刻Ｔ０の状態である。

次に、時刻Ｔ１にて、ポンプ２の吐出側圧力が所定の始動圧力ＰＯまで低下すると、制御部２０は、給水器具１９にて水の使用があると認識し、ポンプ２を始動する（小停再始動）。制御部２０は、吐出側圧力と目標圧力値ＰＳの偏差ΔＰを基にＰＩ演算にて回転速度指令値を算出し、ポンプ２の回転速度を制御する。ポンプ２の始動後、吐出側圧力が目標圧力値ＰＳまで到達し安定したら（時刻：Ｔ２）ポンプ２は定常運転となる。定常運転中は吐出側圧力と目標圧力値ＰＳとの偏差を０にすべくＰＩ制御を行う。更に、定常運転中に配水管１１を流れる水の流量が減少（時刻：Ｔ３）しフロースイッチ１２が小水量を検知し所定の停止条件が成立する（時刻：Ｔ４）と、制御部２０は、給水器具１９にて水の使用が無くなったと判断して、ポンプ２に蓄圧運転を行わせる。所定の停止条件とは、例えば、小水量の状態が一定時間以上経過する、あるいは吐出側圧力が所定範囲内で、かつ小水量の状態が成立するなどである。蓄圧運転中は、吐出側圧力が停止圧力ＰＥに到達するまでポンプ２の回転速度を徐々に上昇させ一定時間停止圧力ＰＥを保つ。その後、ポンプを停止（時刻：Ｔ５）する。

なお、図３において、時刻Ｔ４から次にポンプ２が始動するまでの間、小水量検知が検知されているが、蓄圧運転中には、圧力タンク１５に貯水される流量によってフロースイッチ１２における小水量検知信号が途切れることがある。よって、制御部２０は、蓄圧運転中はフロースイッチ１２が小水量検知信号を出力していなくても蓄圧運転を継続してもよい。

一般的に、ＰＩ演算では、偏差に比例した操作量を出力するため任意の比例定数を用いる。この比例定数は使用する制御系にて所定の値に調整される。本実施形態のポンプ装置でも比例定数を調整する必要がある。ここで、定常運転に合わせて比例定数を調整すると、ポンプ２の始動後は、回転速度が指令回転数までに至るまでの間に圧力低下（偏差）が大きくなっていくため、この比例定数を用いたＰＩ演算結果による回転速度指令値では、結果的に始動時の吐出側圧力が不足し給水器具１９にて給水が途切れてしまう虞がある。一方、始動運転に合わせて調整した比例定数を用いると、制御部２０が定常運転中における吐出側圧力の変動に過敏に反応してしまい、結果、吐出側圧力がハンチングしてしまい、給水器具１９における給水量の安定性が悪くなる虞がある。これらの圧力変動を小さくするためには大きな容量の圧力タンクを設置し、圧力変動を圧力タンクにて吸収する等の対策が必要であった。

また、水中ポンプユニット１を設置する井戸の水位は、各現場によって異なる。一例として、本実施形態におけるポンプ２の吸い上げ高さは８ｍ〜４０ｍまで対応可能である。したがって、井戸の水位と給水器具１９の高低差、配管の圧損、吐出側の目標圧力等のポンプ装置の設置環境に合わせて、最適なポンプの２の吐出側圧力の制御を行う必要がある。

そこで、ポンプ２の小停再始動時の始動回転速度Ｆ０を最適な値とし、小停再始動時の圧力低下時の応答性を向上するために、制御部２０は、ポンプ２が停止する前の運転情報に基づいて、ポンプ２を次に始動するときのポンプ２の始動回転速度を決定する。本実施形態では、制御部２０は、蓄圧運転時の回転速度指令値を監視し、制御部２０にて記憶して、次に小停再始動する際の始動回転速度Ｆ０は、前回の蓄圧運転時の回転速度指令値を基に決定する。以下では、始動回転速度Ｆ０を最適な値とするための自動設定方法が説明される。

図４は、ポンプ２の自動運転制御を更に詳細に説明するためのグラフである。図４において図３と同等の記号は同じ内容を意味する。図４の上側のグラフにおいて、縦軸はポンプ２の吐出側圧力を表し、横軸は時間を表す。図４の下側のグラフにおいて、縦軸はポンプ２の回転速度指令値を表し、横軸は時間を表す。また、図４の上側のグラフと下側のグラフは同一時間軸とする。

時刻Ｔ１にて、ポンプ２の吐出側圧力が所定の始動圧力ＰＯまで低下すると、制御部２０は、ポンプ２の回転速度指令値として所定の始動回転速度Ｆ０をインバータ２２に送る。ポンプ２の始動時の１回目のＰＩ演算時は、前回の偏差と前回の回転速度指令値が存在しないため、予め定められた始動回転速度Ｆ０を回転速度指令値とする。制御部２０は、吐出側圧力と目標圧力値ＰＳの偏差ΔＰ１を前回の偏差として記憶し、さらに始動回転速度Ｆ０を前回の回転速度指令値Ｆ１として記憶する。ここで、「前回の偏差」とは、前回のＰＩ演算時における吐出側圧力と目標圧力値ＰＳとの偏差であり、「前回の回転速度指令値」とは、前回のＰＩ演算によって算出された回転速度指令値をいう。

回転速度指令値をインバータ２２に送信してからＰＩ演算周期ΔＴ経過後、制御部２０は、ポンプ２の吐出側圧力と目標圧力値ＰＳとの偏差ΔＰ２を算出し、さらに偏差ΔＰ２と偏差ΔＰ１との差分を基に回転速度の差分を算出し、この算出した差分を前回の回転速度指令値Ｆ１に加算して、回転速度指令値Ｆ２を決定する。そして、ポンプ始動時の１回目の回転速度指令値の算出時と同様に、制御部２０は、吐出側圧力と目標圧力値ＰＳの偏差ΔＰ２を前回の偏差として記憶し、さらに回転速度指令値Ｆ２を前回の回転速度指令値Ｆ１として記憶する。以降、ポンプ２が停止する時刻Ｔ５に至るまで、最適な回転速度指令値を算出するため、前回のＰＩ演算のタイミングよりΔＴ経過後には、前回の偏差と前回の回転速度指令値を用いてＰＩ演算を行う。

ここで、ポンプ２の始動（時刻：Ｔ１）後は、回転速度を始動回転速度Ｆ０から徐々に上昇させることとなるが、特に、井戸の水位との給水器具１９の高低差が大きい場合は、ポンプ２にて加圧した水が給水器具１９まで到着するのには時間がかかるため、ポンプ始動回転速度Ｆ０が低いと、給水器具１９における圧力が不足して給水が途切れてしまう虞がある。逆にポンプ２の始動回転速度Ｆ０が井戸の水位との給水器具１９の高低差に対して大きすぎると、給水器具１９にて必要以上に加圧された水が噴きだしてしまう虞がある。

図５は、ポンプ２の特性を示す締切運転カーブを示したグラフである。Ｃ０は井戸の水位Ｈ０におけるポンプ２の締切運転カーブであり、Ｃ１は井戸の水位Ｈ１におけるポンプ２の締切運転カーブである。図５に示すように、井戸の水位Ｈ１と水位Ｈ０とでは、停止圧力ＰＥに達した時のポンプ２の回転速度が異なる。ここで、蓄圧運転時に、小水量検知状態である場合、蓄圧運転時のポンプ２の運転カーブは、ポンプ２の締切運転カーブにて近似できる。蓄圧運転時に、井戸の水位がＨ０の場合は、ポンプ２の回転速度は停止圧力にてＦ０_Ｈ０となり、井戸の水位がＨ１の場合は、ポンプ２の回転速度は停止圧力にてＦ０_Ｈ１となる。また、ポンプ設備における陸上ユニット５、および給水器具１９の地上からの高さは施工時に決定され不変であるため、蓄圧運転時の回転速度より井戸の水位と陸上ユニット５、あるいは給水器具１９との高低差を推測できる。

よって、制御部２０は、蓄圧運転時の回転速度指令値を監視および記憶し、次に小停再始動する際の始動回転速度Ｆ０を前回の蓄圧運転時の回転速度指令値を基に決定することにより、井戸の水位と給水器具の高低差を加味した始動回転速度Ｆ０とすることが出来る。ここで、上述したように蓄圧運転時には徐々に圧力を上昇させるため、始動回転速度Ｆ０の決定に用いる回転速度指令値は、蓄圧運転時における最大の回転速度指令値としてもよい。

図４に示す実施形態では、前回の蓄圧運転時の回転速度指令値が始動回転速度Ｆ０として使用される。一実施形態では、始動回転速度Ｆ０の算出方法として、前回の蓄圧運転時の回転速度指令値に任意の係数を加算または乗算してもよい。この係数は固定値でもよいし、変数でも良い。変数とする一例として、ポンプ２の前回の始動時の吐出側圧力の低下を加味して、始動回転速度Ｆ０を求めてもよい。例えば、給水器具１９がフラッシュ弁であると使用開始時に大量の水が使われるため、始動時の吐出側圧力の低下が大きくなる。そこで、前回のポンプ２の始動時の吐出側圧力の低下を制御部２０に記憶し、この記憶された吐出側圧力の低下に従って変化する係数を制御部２０にて決定し、前回の蓄圧運転時の回転速度指令値に係数を加算または乗算してもよい。具体的には、前回の始動時の吐出側圧力の低下に比例して係数を大きくするとよい。一実施形態では、前回の蓄圧運転時における最大の回転速度指令値に係数を加算または乗算してもよい。

あるいは、目標吐出圧力の設定値を加味して、始動回転速度Ｆ０を求めてもよい。例えば、目標吐出圧力の設定値が高い場合、始動時の始動回転速度Ｆ０が低いと、始動時の吐出側圧力の低下が大きくなる。そこで、ポンプ２の目標圧力値に従って変化する係数を制御部２０にて決定し、前回の蓄圧運転時の回転速度指令値に係数を加算または乗算してもよい。

上述のように始動回転速度Ｆ０の自動算出方法を説明したが、井戸の水位がほぼ一定の場合は、始動回転速度Ｆ０は固定値として、制御部２０より設定されてもよい。また、始動回転速度Ｆ０を自動算出するか固定値とするかの選択は、後述する表示器等により選択可能としてもよい。

よって、蓄圧運転時のポンプ２の回転速度を基準にして、ポンプ２の始動回転速度Ｆ０を決定することにより、井戸の水位との給水器具１９の高低差に応じたポンプ２の始動回転速度Ｆ０にてポンプ２を始動することができる。これにより、ポンプ２の始動時の圧力低下を防止するとともに、定常運転時の圧力変動を抑止することができる。更には、圧力変動が抑制されるため、圧力タンク１２を小型化することができる。

図６は本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。第２の実施形態と第１の実施形態との違いは、水中ユニットが存在せず、ポンプ２とモータ３が陸上ユニット５内に設置され、ポンプ２の吸込口に接続された吸込管６が井戸内に設置されている点である。給水源である井戸内の水を陸上のポンプ２にて揚水し、給水器具１９に給水を行う。その他の構成要素は第１の実施形態と同じなので説明を省略する。

本実施形態においても、井戸の水位の変動にて、ポンプ２の始動回転速度Ｆ０を変更することにより第１の実施形態と同様に最適なＰＩ制御を実施することが可能となる。

図７は本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置を示す模式図である。本実施形態のポンプ装置においては、ジェットポンプ部４０が使用される。その他の構成は第２の実施形態と同様のため説明を省略する。このジェットポンプ部４０は、陸上ユニット５内に設置されたポンプ２と、水の吸込口４１ａを有するジェット部４１と、ポンプ２とジェット部４１とを接続する圧力管４２および揚水管４３を備えている。本実施形態では、ジェット部４１は、給水源である井戸の内部に配置されており、ジェット部４１の吸込口４１ａは水中に没している。陸上のポンプ２から水が圧力管４２を通ってジェット部４１に供給されると、その揚水作用によって、井戸内の水が揚水管４３より吸い上げられる。本実施形態に係るポンプ装置は、他の実施形態より深い井戸の水を揚水することができる。

本実施形態においても、始動時において、第１の実施形態と同様のＰＩ制御を実施することにより、第１の実施形態と同様の効果を上げることができる。

次に、上述したポンプ装置のより詳細な構成について図８を参照して説明する。図８に示すように、ポンプ装置は、上述した始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを含む運転情報を表示する表示器４９をさらに備えている。制御部２０は、設定部４６、記憶部４７、演算部４８、Ｉ／Ｏ部５０、および運転パネル５１を備えている。運転パネル５１は、ヒューマンインターフェースとして機能する。設定部４６には、ポンプ２の運転制御に関する各種設定値が入力される。例えば、上述した圧力増加レートを算出するための設定時間ＴＳが設定部４６に入力される。設定部４６および表示器４９は、運転パネル５１に設けられている。表示器４９は液晶パネルであり、設定部４６はタッチパネル式操作器でもよい。本実施形態では、表示器４９は制御部２０に取り付けられているが、表示器４９は制御部２０から離れて配置されてもよい。また、表示器４９は液晶パネルと７セグメントＬＥＤや表示灯を組み合わせた構成でもよい。

記憶部４７は、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴なども記憶する。演算部４８としては、ＣＰＵが使用される。表示器４９は、ヒューマンインターフェースとして機能し、始動回転速度Ｆ０を用いたＰＩ制御が実行されていることを含む運転情報を表示する。ユーザーは、設定部４６上のクリアボタン５３を押すことにより、表示器４９での表示を消去することができる。

図９は記憶部４７の詳細を示す図である。図９に示すように、記憶部４７は、不揮発性メモリから構成された不揮発性記憶領域４７ａと、揮発性メモリから構成された揮発性記憶領域４７ｂを備えている。不揮発性記憶領域４７ａは、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴、ポンプ２の運転に必要な各種設定値、故障履歴、運転履歴などを記憶する領域である。揮発性記憶領域４７ｂは、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行、圧力信号、ポンプ回転速度、電流値、故障、警報などを記憶する領域である。

図１０はポンプ装置の他の実施形態を示す図である。本実施形態では、表示器４９に加えて、外部表示器６１がさらに設けられている。図１０に示すように、制御部２０は通信部６０をさらに備えている。制御部２０は有線通信または無線通信によって外部表示器６１に接続されている。外部表示器６１として、例えばスマートフォンや携帯電話、パソコン、タブレットの汎用端末機器または遠隔監視器などの専用端末機器が採用される。本実施形態では、表示器４９は７セグメントＬＥＤや表示灯などの簡易な表示器であり、外部表示器６１は液晶画面と液晶画面のタッチ入力方式や押圧ボタン方式用いた高機能表示器である。簡易な表示器４９に比べて外部表示器６１は表示できる情報量が格段に多いため、外部表示器６１に始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを表示することによって、ポンプ装置に不慣れなユーザーは誤解することなく、始動回転速度Ｆ０を用いたＰＩ制御が実行されていることを認識することが出来る。

ポンプ装置は機械室やポンプ室などの電気的なノイズの多い環境に設置されることがある。本実施形態によれば、ポンプ装置に組み込まれる表示器４９として、液晶表示やタッチパネルよりも電気的ノイズに強い７セグメントＬＥＤや表示灯、機械的な押圧ボタンなどにて構成された表示器を使用することにより、外部環境から発生される電気的なノイズにより外部表示器６１の液晶表示やタッチパネル操作に異常が発生した場合でも、表示器４９によりポンプ装置の運転に必要な最低限度の表示や操作を行うことが可能なため、ポンプ装置を電気的ノイズの多い環境下にも設置することができる。さらに、外部表示器６１として、スマートフォン、携帯電話、パソコン、タブレットなどの汎用端末機器を使用すると、ユーザーは専用のアプリケーションソフトウエアを用いて、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを表示させることができるため、専用のアプリケーションソフトウエアを複数用意し使い分けることによりユーザーのレベルに沿った始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の表示を提供することが可能である。

図１１はポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。本実施形態では、制御部２０に表示器４９は設けられていなく、代わりに外部表示器（高機能表示器）６１のみが設けられる。その他の構成は、図１０に示す実施形態と同様である。図１１に示す実施形態によれば、ポンプ装置には表示器自体を設ける必要がなくなるので、ポンプ装置全体のコストを更に下げることが可能である。

図１２はポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。図１２において、表示器４９は７セグメントＬＥＤや表示灯などの簡易な表示器である。通信部６０は公衆回線を介して保守管理会社または管理人室に設けられた外部表示器６５に接続されている。制御部２０は、始動回転速度Ｆ０を用いたＰＩ制御が実行されていることを判断し、外部表示器６５は制御部２０に公衆回線を通じて定期的に通信し、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されているか否かを制御部２０に問い合わせる。そして、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されている場合は、外部表示器６５は始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを表示する。外部表示器６５は始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを他の情報に追加的に表示してもよい。

本実施形態の制御部２０は、図８に示すクリアボタン５３を備えていなく、代わりに、外部表示器６５は、図１２に示すように、クリアボタン６６を備えている。ユーザーがこのクリアボタン６６を押すと、外部表示器６５上に表示されている始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の表示が消去される。

図１３はポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。本実施形態の制御部２０の基本的構成は図１１に示す実施形態の制御部２０の構成と同じであるが、制御部２０が通信部６０に代えて、制御部側アンテナ部６７を備えている点、および制御部側アンテナ部６７に接続された集積回路６８を備えている点で異なっている。集積回路６８は、不揮発性記憶領域４７ａ、揮発性記憶領域４７ｂを有する記憶部４７に電気的に接続されている。なお、本実施形態の制御部２０は表示器４９を備えていないが、制御部２０に表示器４９を設けてもよい。

外部表示器７０は、電波を送受信する表示器側アンテナ部７１と、表示器側アンテナ部７１で受信したデータを読み取るデータリーダー７４と、データリーダー７４によって読み取られたデータ（例えば、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行、ポンプ２の運転状態、吐出し圧力など）を表示する表示部７２と、データリーダー７４、表示器側アンテナ部７１、および表示部７２に電力を供給するバッテリー７３とを備えている。外部表示器７０として、例えばスマートフォンや携帯電話、パソコン、タブレット等の汎用端末機器でもよく、遠隔監視器などの専用の端末機器でもよい。特に、スマートフォンなどの汎用端末機器を外部表示器として使用すれば、専用の表示器を制作するコストが削減できるので、ポンプ装置のコストを下げることができる。また、複数のユーザーが個々の汎用端末機器に始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行を表示させることができるので、マンションやビルの管理人のようなポンプ装置に関する専門知識のないユーザーに対しても、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御が実行されていることを分かり易く知らせることができるポンプ装置を安価に提供することができる。

外部表示器７０は、近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）の技術によって制御部２０と接続される。より具体的には、外部表示器７０を制御部２０に近づけた状態で、表示器側アンテナ部７１が電波を発生すると、その電波を制御部側アンテナ部６７が受け取り、制御部側アンテナ部６７は電波を電力に変換する。この電力は集積回路６８および記憶部４７に供給されてこれら集積回路６８および記憶部４７を駆動する。集積回路６８は記憶部４７に記憶されている上記データを読み取り、制御部側アンテナ部６７にデータを送る。制御部側アンテナ部６７は、データとともに電波を表示器側アンテナ部７１に送信する。データリーダー７４は、表示器側アンテナ部７１が受信したデータを読み取り、そのデータを表示部７２に表示させる。

外部表示器７０は、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の表示を消去するためのクリアボタン６６を備えている。ユーザーがこのクリアボタン６６を押すと、表示部７２に表示されている始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の表示が消去される。本実施形態のクリアボタン６６は、表示部７２の画面上に現れる仮想的なボタンであるが、クリアボタン６６は表示部７２の外に設けられた機械的なボタンであってもよい。本実施形態の制御部２０はクリアボタンを備えていないが、制御部２０にクリアボタンを設けてもよい。なお、これらの操作には、操作制限を設けてもよい。具体的には、ユーザーが主に使用する外部表示器７０にクリアボタン６６を設け、メンテナンス員が主に使用する制御部２０にリセットボタン５２を設ける。このように制御部２０にのみリセットボタン５２を設けることで、ユーザーのリセットボタン５２の誤操作を防ぐことができる。パスワード等の複雑な使用制限の解除方法ではなく、外部表示器７０を設けることで、ユーザーの誤操作による始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行のクリアを防止することができる。

本実施形態では、外部表示器７０と制御部２０との間で無線通信が行われ、記憶部４７に記憶されている始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行などを含むデータは、制御部２０から外部表示器７０に送られる。本実施形態によれば、ポンプ装置の電源が入っていない場合でも、制御部側アンテナ部６７は外部表示器７０から発せられる電波から電力を発生し、集積回路６８および記憶部４７を駆動することができる。したがって、ポンプ装置のメンテンナンス中などにおいて制御部２０に電力が供給されていないときでも、外部表示器７０は、制御部２０の記憶部４７から始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴を含むデータを取得し、該データを表示することができる。

制御部２０が故障した場合には新制御部２０に交換する必要がある。この制御部２０の交換時に、故障した旧制御部２０はすでに電源が入らない状態においても、本実施形態では、旧制御部２０の始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴に関するデータを新制御部２０の記憶部４７に継承することが可能となる。具体的には、旧制御部２０の記憶部４７の該データを外部表示器７０にて表示し、その表示を確認しながらメンテナンス員が新制御部２０の操作部より入力し、新制御部２０の記憶部４７に該データを記憶させてもよいし、旧制御部２０の該データを外部表示器７０にて取得し、外部表示器７０から新しい制御部２０の記憶部４７へと通信手段にて書き込んでもよい。制御部２０の電源が入らない状態で故障しても、不揮発性記憶領域４７ａに記憶されているデータを新制御部２０の記憶部４７に継承できるので、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴のデータが損失されることない。これは、ポンプ装置が新制御部２０にて自動運転を開始した後でも、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴を表示することができることを意味する。

本実施形態によれば、ポンプ装置に電力が供給されていないときでも、ユーザーやメンテナンス員が外部表示器７０を制御部２０に近づけるだけで、記憶部４７から始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の履歴を含む情報を取得することが可能である。

本実施形態で採用される近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）は、数ｃｍの近距離でのみ相互通信が可能な技術である。したがって、外部表示器７０に始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行やその他の各種情報を表示させるためには、ユーザーやメンテナンス員は外部表示器７０を制御部２０に近づける必要がある。このことは、外部表示器７０を操作するときは、ユーザーやメンテナンス員はポンプ装置の近くにいることを意味する。したがって、ユーザーやメンテナンス員はポンプ装置を目視しながら外部表示器７０を操作することになり、誤操作に起因したポンプ装置の予期しない動作を防止することに繋がる。また、複数のポンプ装置が設置された現場では、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行を表示したいポンプ装置の近距離でのみ通信可能となる為、無線通信にてよくある意図しない別のポンプ装置の始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行を表示してしまうという誤表示を防止することが出来る。

図１４はポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。本実施形態では、制御部２０は通信部６０を備えている。通信部６０は、有線通信または無線通信によって外部表示器７５の通信部７６に接続されている。外部表示器７５は制御部８０を備えており、制御部８０は通信部７６、記憶部７７、演算部７８、および表示部７９を備えている。制御部２０は、表示器４９を備えていてもよい。また、記憶部７７は記憶部４７と同様に図９の構成とする。

図１５はポンプ装置のさらに他の実施形態を示す図である。本実施形態では、制御部２０には表示器は設けられておらず、代わりに、外部表示器７５に表示部７９と設定部８２が設けられている。その他の構成は図１４に示す実施形態と同様である。本実施形態では、始動回転速度Ｆ０の自動調整機能を用いたＰＩ制御の実行の状態は表示部７９に表示され、その他各種設定値の入力は、外部表示器７５の設定部８２を通じて行われる。

上述した実施形態において、定常時の圧力制御として圧力一定制を例として説明したが、該知の推定末端圧制御でもよい。また、小水量の検知はフロースイッチ１２を用いたが、フロースイッチ１２を用いずに他の手段にて小水量を検知してもよい。例えば、小水量時はインバータの負荷が減るため、電流値が過少となる。この過少電流値を監視してもよいし、電磁流量計等の他の検出手段でも良い。更には、ポンプ１２の台数は複数台でもよい。

また、上述した実施形態において、Ｉ／Ｏ部５０は制御部２０に備えられているが、外部表示器７５、あるいは外部機器（図示しない）内に備えていてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 水中ポンプユニット
２ ポンプ
３ 電動機
４，６ 吸込管
５ 陸上ユニット
１０ 制御ユニット
１１ 配水管
１２ フロースイッチ
１３ 圧力センサ
１５ 圧力タンク
１６ 電源
１８ 排出管
１９ 給水器具
２０，８０ 制御部
２１ 逆止弁
２２ インバータ
３３ 空気抜き配管
３５ 開閉弁
４０ ジェットポンプ部
４１ ジェット部
４２ 圧力管
４３ 揚水管
４６ 設定部
４７ 記憶部
４７ａ 不揮発性記憶領域
４７ｂ 揮発性記憶領域
４８ 演算部
４９ 表示部
５０ Ｉ／Ｏ部
５１ 運転パネル
５２ リセットボタン
５３，６６ クリアボタン
６０ 通信部
６１，６５，７０，７５ 外部表示器
６７ 制御部側アンテナ部
６８ 集積回路
７１ 表示器側アンテナ部
７２ 表示部
７３ バッテリー
７４ データリーダー
７９ 表示部
８２ 設定部

Claims (15)

1. ポンプと、
   前記ポンプを駆動する電動機と、
   前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
   前記ポンプの吐出側圧力を保持するための圧力タンクと、
   前記吐出側圧力の測定値と目標圧力値との偏差に基づいて、前記ポンプの回転速度指令値を算出する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ポンプの運転情報に基づいて、前記ポンプの始動回転速度を決定することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ポンプの運転情報とは、前記ポンプの吸込み側水位の情報であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプの運転情報とは、前記ポンプが停止する前の運転情報であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
4. 前記制御部は、前記ポンプの蓄圧運転時の前記ポンプの回転速度指令値を基に前記始動回転速度を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
5. 前記ポンプの回転速度指令値を基に決定された前記始動回転速度は、前記ポンプを次に始動するときの前記ポンプの始動回転速度であることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記始動回転速度は、前記蓄圧運転時の最大回転速度指令値であることを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
7. 前記制御部は、前記蓄圧運転時の前記ポンプの回転速度指令値に係数を加算または乗算することで前記始動回転速度を決定することを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
8. 前記制御部は、前記ポンプの前回の始動時の吐出側圧力の低下に従って前記係数を変化させることを特徴とする請求項７に記載のポンプ装置。
9. 前記制御部は、前記目標圧力値に従って前記係数を変化させることを特徴とする請求項７に記載のポンプ装置。
10. 前記吐出側圧力の測定値、目標圧力値、前記ポンプの回転速度の目標値を表示や設定する表示器をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のポンプ装置。
11. 前記制御部は、外部表示器と有線通信または無線通信で接続することができることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のポンプ装置。
12. 前記制御部は、有線通信または無線通信で接続した外部機器より、前記運転情報を受信することを特徴とする請求項１１に記載のポンプ装置。
13. 前記制御部は、近距離無線通信（ＮＦＣ）によって前記外部表示器に接続できることを特徴とする請求項１１に記載のポンプ装置。
14. 前記制御部は、前記外部表示器からの電波を受信して該電波を電力に変換する制御部側アンテナ部と、前記電力によって駆動される集積回路および記憶部とを備えることを特徴とする請求項１３に記載のポンプ装置。
15. 前記制御部は、前記吐出側圧力の制御の実行履歴を示すデータを前記記憶部に記憶し、
    前記集積回路は、前記記憶部から前記データを読み取り、前記制御部側アンテナ部は前記データを前記外部表示器に送信することを特徴とする請求項１４に記載のポンプ装置。

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