JP2018112162A - 給水装置及び給水装置の制御方法 - Google Patents

給水装置及び給水装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のポンプ装置の積算運転時間を平準化することが可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供すること。【解決手段】給水装置1は、並列に配置された複数のポンプ装置52と、複数のポンプ装置52の積算運転時間をそれぞれ記憶可能に構成される記憶部72と、複数のポンプ装置52のそれぞれの積算運転時間を求め、求めた前記積算運転時間を記憶部72に記憶させるとともに、記憶部72に記憶された積算運転時間のうち短い積算運転時間のポンプ装置52から駆動する制御部73と、を備える。【選択図】 図1

Description

本発明は、水を増圧するポンプを複数有する給水装置及び給水装置の制御方法に関する。
ビル等の建造物へ水を供給するために、水道本管の水を直接増圧させて給水する直結式の給水装置や、給水タンクの水を増圧する給水装置が知られている。このような給水装置として、複数のポンプが並列に配置される。
また、給水装置として、複数のポンプを交互に駆動する交互運転、及び、複数台を同時に駆動する並列運転を切り替える技術も知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3925956号公報
上述した給水装置では、次のような問題があった。即ち、複数のポンプを切り替えて駆動すると、複数のポンプの積算運転時間にばらつきが生じる。例えば、複数のポンプのうち、特定のポンプに運転が集中すると、一部のポンプが故障する虞がある。
そこで、本発明は複数のポンプ装置の積算運転時間を平準化することが可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給水装置及び給水装置の制御方法は次のように構成されている。
本発明の一態様として、給水装置は、並列に配置された複数のポンプ装置と、前記複数のポンプ装置の積算運転時間をそれぞれ記憶可能に構成される記憶部と、前記複数のポンプ装置のそれぞれの前記積算運転時間を求め、求めた前記積算運転時間を前記記憶部に記憶させるとともに、前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち短い積算運転時間の前記ポンプ装置から駆動する制御部と、を備える。
本発明の一態様として、給水装置の制御方法は、並列に配置された複数のポンプ装置の積算運転時間をそれぞれ求め、求めた前記積算運転時間を記憶部に記憶させ、前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち短い積算運転時間の前記ポンプ装置から駆動する。
本発明によれば、複数のポンプ装置の積算運転時間を平準化することが可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供することが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る給水装置の構成を示す説明図。 同給水装置を用いた給水時のポンプ装置の運転の一例を示す説明図。 同給水装置を用いた給水時のポンプ装置の運転の一例を示す説明図。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る給水装置1の構成を示す説明図、図2は給水装置1を用いた給水時のポンプ装置52の運転の一例を示す説明図、図3は給水装置1を用いた給水時のポンプ装置52の運転の一例を示す説明図である。
給水装置1は、例えば、水道本管に直結され、水道本管を流れる水を直接増圧し、建造物に設けられた蛇口やシャワーヘッド等の供給先に給水する、所謂直結増圧型給水装置が用いられる。
図1に示すように、給水装置1は、吸込配管10と、吐出配管11と、複数のポンプユニット41を有するポンプパッケージ12と、を備えている。このような給水装置1は、ポンプパッケージ12により、吸込配管10の一次側の水を、吐出配管11を介して二次側に揚水可能に形成されている。
吸込配管10は、例えば、水道本管から分岐された水道分管及びポンプパッケージ12を接続する。吸込配管10は、水道分管に接続される吸込管21と、吸込管21に設けられ、複数、具体的にはポンプユニット41と同数に吸込管21を分岐する分岐部22と、分岐部22に接続された複数の分岐管23と、を備えている。
吐出配管11は、ポンプパッケージ12の二次側に設けられる。吐出配管11は、ポンプユニット41にそれぞれ接続された合流管31と、これら合流管31を合流させる合流部32と、合流部32に接続され、二次側の給水先に接続される吐出管33と、を備えている。
ポンプパッケージ12は、分岐管23にそれぞれ接続され、並列に配置された複数のポンプユニット41と、ポンプユニット41の二次側に設けられたアキュムレータ42と、ポンプユニット41の一次側に設けられた圧力検出装置43と、ポンプユニット41の二次側に設けられた圧力検出装置44と、制御装置45と、を備えている。
ポンプユニット41は、2台以上設けられる。ポンプユニット41は、分岐管23と合流管31との間に、一次側開閉弁51、ポンプ装置52、流量センサ53、逆止弁54及び二次側開閉弁55を順次備えている。ポンプユニット41は、一次側開閉弁51、ポンプ装置52、流量センサ53及び二次側開閉弁55が配管56により接続される。
一次側開閉弁51は、ポンプ61の一次側の配管56に設けられる。一次側開閉弁51は、例えば、手動で開閉が可能に形成されている。
ポンプ装置52は、ポンプ61と、ポンプ61に回転軸62を介して接続されたモータ63と、モータ63の回転を検出可能な回転センサ64と、を備えている。
ポンプ61は、ポンプケーシング内に、回転軸62と接続される単数又は複数の羽根車を備えている。ポンプ61の吸込口は、配管56が接続され、当該配管56により、一次側開閉弁51を介して分岐管23に接続される。ポンプ61の吐出口は、配管56が接続され、当該配管56により、流量センサ53、逆止弁54及び二次側開閉弁55を介して、合流管31に接続される。モータ63は、例えば、永久磁石内蔵の同期モータである。モータ63は、信号線99を介して制御装置45に電気的に接続される。
回転センサ64は、例えば、モータ63に内蔵され、モータ63の回転数(周波数)を検出可能に形成されている。回転センサ64は、信号線99を介して制御装置45に電気的に接続され、検出したモータ63の回転数の情報を制御装置45に送信可能に形成されている。
流量センサ53は、ポンプ61の二次側の配管56に設けられ、ポンプ61の二次側の流量を検出可能に形成されている。流量センサ53は、信号線99を介して制御装置45に接続され、検出した流量の情報を制御装置45に送信可能に形成されている。
逆止弁54は、流量センサ53の二次側の配管56に設けられ、二次側から一次側への水の流れ(逆流)を規制(防止)可能に形成されている。二次側開閉弁55は、逆止弁54の二次側の配管56に設けられ、例えば手動で開閉が可能に形成されている。
圧力検出装置43は、吸込管21に設けられ、複数のポンプユニット41の一次側の圧力、換言すると吸込圧力を検出可能に形成されている。圧力検出装置44は、吐出管33に設けられ、複数のポンプユニット41の二次側の圧力、換言すると吐出圧力を検出可能に形成されている。
制御装置45は、各モータ63に電力を供給可能に形成されている。制御装置45は、所定の回転数により、各モータ63を駆動可能、且つ、各モータ63を同時又は交互に駆動可能に形成されている。制御装置45は、給水運転として、ポンプパッケージ12を目標圧力一定運転で駆動可能に構成される。
制御装置45は、圧力検出装置43、44で検出された圧力の情報を受信可能に形成されている。制御装置45は、各流量センサ53で検出された流量の情報を受信可能に形成されている。制御装置45は、各回転センサ64で検出されたモータ63の回転数等のモータ63の駆動情報を受信可能に形成されている。
例えば、制御装置45は、各モータ63を所定の回転数で駆動可能なインバータ71と、ポンプ装置52を制御するために必要な情報が記憶された記憶部72と、インバータ71を介してポンプ装置52を制御する制御部73と、を備えている。
インバータ71は、例えば複数設けられ、各モータ63にそれぞれ接続される。インバータ71は、モータ63の回転数を可変可能に構成されている。
記憶部72は、複数のポンプ装置52の積算運転時間をそれぞれ記憶可能に構成される。記憶部72には、目標圧力が記憶されている。
記憶部72には、第1閾値を求める定数及び第2閾値が記憶されている。ここで、第1閾値は、複数のポンプ装置52の各積算運転時間を積算した総積算運転時間に定数を乗算することで求められ、各ポンプ装置52の積算運転時間と比較される時間である。また、第1閾値を求めるための定数は、総積算運転時間に乗算することで複数のポンプ装置52の平均積算運転時間か、又は、当該平均積算運転時間よりも若干大きい時間を求めることができる値である。第2閾値は、総積算運転時間と比較をされる時間である。
制御部73は、モータ63の駆動状況から、ポンプ装置52の駆動時間を検出し、記憶部72に記憶された当該ポンプ装置52の駆動時間と検出した駆動時間を積算することで、当該ポンプ装置52の積算運転時間を求めることが可能に構成される。また、制御部73は、輪番でポンプ装置52を駆動して給水運転を行う通常運転機能、及び、ポンプ装置52の平準化を行いながら給水運転を行う平準化運転機能を有している。
通常運転機能として、1号機からN号機までのポンプ装置52がある場合、制御部73は、先ずは番号の若い号機、例えば1号機のポンプ装置52を駆動する。このとき、目標圧力に達しない場合には、制御部73は、1号機のポンプ装置52の次に若い号機である2号機のポンプ装置52も駆動し、さらに目標圧力に達しない場合には、次に若い号機である3号機を駆動する、所謂並列運転を行う。目標圧力に達した場合には、制御部73は、最も若い号機、例えば1号機のポンプ装置52から停止させる。次いで、目標圧力に達しない場合には、制御部73は、次に若い号機、例えば4号機のポンプ装置52を駆動する。このように、通常運転機能は、目標圧力が一定となるように、ポンプ装置52を輪番で駆動させる機能である。
平準化運転機能は、ポンプパッケージ12の始動時又はポンプ装置52の増台若しくは減台時において、駆動、停止を行うポンプ装置52を選択することで、複数のポンプ装置52の積算運転時間の平準化を行う機能と、ポンプ装置52の駆動中に駆動中のポンプ装置52と停止中のポンプ装置52の積算運転時間に基づいて、駆動するポンプ装置52を切り替えることで、複数のポンプ装置52の積算運転時間の平準化を行う機能の双方を有する。
第一に、平準化運転機能として、先ず、制御部73は、通常運転から平準化運転へと切り替えるか否かの判断を行う。具体的には、制御部73は、記憶部72に記憶された各ポンプ装置52の積算運転時間から、複数のポンプ装置52の総積算運転時間を求め、この総積算運転時間に定数を乗算して、第1の閾値を求める。次いで制御部73は、各ポンプ装置52の積算運転時間と第1閾値とを比較し、複数のポンプ装置52の全てにおいて、積算運転時間が第1閾値以上であるか否かを判断するとともに、総積算運転時間と第2閾値とを比較し、総積算運転時間が第2閾値を超えているか否かを判断する。
いずれのポンプ装置52の積算運転時間も第1閾値より高い場合、又は、総積算運転時間が第2閾値を超えていない場合は、制御部73は、通常運転により給水運転を継続する。いずれかのポンプ装置52の積算運転時間が第1閾値よりも低い場合であって、総積算運転時間が第2閾値を超えている場合には、制御部73は、平準化運転を行うと判断する。制御部73は、平準化運転を行うと判断すると、最も積算運転時間が少ないポンプ装置52から駆動し、給水運転を行う。次いで検出された圧力に応じてポンプ装置52を増大する場合には、積算運転時間が少ないポンプ装置52から順に駆動する。又、検出された圧力に応じてポンプ装置52を減台する場合には、積算運転時間が多いポンプ装置52から順に減台する。
例えば、図2に示すように、三台のポンプ装置52を有する構成を用い、積算運転時間が最も短いポンプ装置52をポンプA、ポンプAよりも積算運転時間が長いポンプ装置52をポンプB、及び、ポンプBよりも積算運転時間が長いポンプ装置52をポンプCとし、平準化運転の一例を説明する。
図2のt1に示すように、先ず、制御部73は、先ず、ポンプA乃至ポンプCの積算運転時間の確認及び比較を行い、上述の平準化運転の条件を満たした場合には、最も積算運転時間が短いポンプAを駆動する。次いで、検出された圧力が目標圧力よりも低い場合には、図2のt2に示すように、ポンプAの次に積算運転時間が短いポンプBを駆動する。次いで、検出された圧力が目標圧力以上である場合には、図2のt3に示すように、ポンプAよりも積算運転時間が長いポンプBを停止する。次いで、検出された圧力が目標圧力よりも低い場合には、図2のt4に示すように、ポンプCよりも積算運転時間が短いポンプBを再び駆動する。次いで、検出された圧力が目標圧力以上である場合であって、ポンプAの積算運転時間がポンプBの積算運転時間を越えた場合には、図2のt5に示すように、ポンプAを停止する。
このように、ポンプ装置52の増減台を行うときに、制御部73は、各ポンプ装置52の積算運転時間の長短を判断し、積算運転時間の短いポンプ装置52を駆動するか、又は、積算運転時間の長いポンプ装置52を停止し、複数のポンプ装置52の積算運転時間を平準化する。
第二に、平準化運転機能として、制御部73は、複数のポンプ装置52を一台以上駆動している場合に、当該駆動しているポンプ装置52の積算運転時間が、停止しているポンプ装置52の積算運転時間を越えたか否かを一定時間毎に判断し、越えたと判断した場合には、駆動するポンプ装置52を切り替える。
例えば、図3に示すように、積算運転時間が短いポンプA、ポンプAよりも積算運転時間が長いポンプBの二台のポンプ装置52を有する構成で平準化運転の一例を説明する。
先ず、平準化運転の条件を満たすと、制御部73は、図3のt11に示すように、先ず、最も積算運転時間が短いポンプAを駆動する。制御部73は、ポンプAの駆動後、一定時間Eが経過する毎に、駆動中のポンプAの積算運転時間と、停止中のポンプBの積算運転時間を比較する。ポンプAは駆動していることから、積算運転時間が増加していることから、ポンプBの積算運転時間をポンプAの積算運転時間が越える。
例えば、ポンプAの駆動から3E時間を経過した後に、ポンプAの積算運転時間がポンプBの積算運転時間を越えた場合には、図3のt12に示すように、ポンプAの駆動後であって4E時間経過時に、制御部73は、ポンプAの積算運転時間がポンプBの積算運転時間を越えたと判断する。次いで、制御部73は、ポンプAの駆動からポンプBの駆動へと切り替える。具体的には、制御部73は、目標圧力を維持させるために、ポンプAを減速させるとともに、ポンプBの駆動を開始し、その後、ポンプAを停止させ、ポンプBの駆動を継続させる。
このように、ポンプ装置52の駆動中に、制御部73は、各ポンプ装置52の積算運転時間の長短を判断し、駆動中のポンプ装置52よりも積算運転時間の短いポンプ装置52が停止中である場合には、当該停止中のポンプ装置52を駆動し、駆動中のポンプ装置52を停止することで、複数のポンプ装置52の積算運転時間を平準化する。
このように構成された給水装置1によれば、制御部73が複数のポンプ装置52の駆動及び停止時に、積算運転時間に基づいて駆動及び停止するポンプ装置52を選択することで、複数のポンプ装置52の積算運転時間の平準化が可能となる。また、制御部73は、運転中においても、一定時間毎に、駆動しているポンプ装置52の積算運転時間と停止しているポンプ装置52の積算運転時間を比較し、駆動しているポンプ装置52の積算運転時間が停止しているポンプ装置52の積算運転時間を越えた場合に、駆動するポンプ装置52を切り替える。これにより、給水装置1は、ポンプ装置52の駆動中であっても積算運転時間の平準化が行える。結果、給水装置1は、複数のポンプ装置52の積算運転時間のばらつきが生じることが防止できることから、特定のポンプ装置52が他のポンプ装置52よりも長時間駆動されることで負荷が集中することを防止できる。結果、ポンプ装置52やポンプ装置52の部品の寿命を向上させることが可能となる。
上述したように本発明の第1の実施形態に係る給水装置1によれば、複数のポンプ装置52の積算運転時間を平準化が可能となる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る給水装置1について説明する。なお、第2の実施形態に係る給水装置1は、上述した第1の実施形態に係る給水装置1と制御部73の機能の一部が異なる以外は同様の構成であるため、同等の構成には同一符号を用いて説明紙、その詳細な説明は省略する。
給水装置1の制御部73は、上述の通常運転機能及び平準化運転機能に加えて、通常運転時にポンプ装置52の駆動及び停止の運転回数の平準化を行う運転回数平準化機能を備える。
運転回数平準化機能として、制御部73は、複数のポンプ装置52のそれぞれの駆動及び停止を行った回数である積算運転回数をカウントする。次に、制御部73は、平準化運転へと切り替えるか否かの判断を行う。平準化運転を行わないと判断したら、制御部73は、ポンプパッケージ12の始動時、及び、ポンプ装置52の増台時に、積算運転回数が、複数のポンプ装置52のうち最大となる積算運転回数から一定回数を減算した回数以下となるポンプ装置52の中から最も運転回数が少ないポンプ装置52を駆動する。
また、一定回数だけ駆動及び停止を連続して繰り返したポンプ装置52は、上記条件、即ち積算運転回数が、複数のポンプ装置52のうち最大となる積算運転回数から一定回数を減算した回数以下となる条件を満たしたときでも、一定回数だけ当該ポンプ装置52を駆動させることをスキップし、他のポンプ装置52から駆動するポンプ装置52を選択する。
このように構成された給水装置1によれば、上述の第1の実施形態に係る給水装置1の効果に加え、通常運転時に、通常運転機能に加えて、運転回数平準化機能によってポンプ装置52の運転回数の平準化を行うことが可能となる。これにより、運転時間に加えて、駆動及び停止である運転回数も平準化できることから、特定のポンプ装置52に負荷が集中することを防止できる。結果、ポンプ装置52やポンプ装置52の部品の寿命を向上させることが可能となる。
上述したように本発明の第2の実施形態に係る給水装置1によれば、複数のポンプ装置52の積算運転時間を平準化が可能となる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、給水装置1は、給水源として水道本管に、水道分管を介して接続される構成を説明したがこれに限定されない。例えば、給水装置1は、給水源として、水を貯留する貯留タンクに接続される構成であってもよい。このような構成の給水装置であっても、上述した給水装置1と同様に、複数のポンプ装置52の積算運転時間又は当該時間に加えて運転回数の平準化が可能となる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
1…給水装置、10…吸込配管、11…吐出配管、12…ポンプパッケージ、21…吸込管、22…分岐部、23…分岐管、31…合流管、32…合流部、33…吐出管、41…ポンプユニット、42…アキュムレータ、43、44…圧力検出装置、45…制御装置、51…一次側開閉弁、52…ポンプ装置、53…流量センサ、54…逆止弁、55…二次側開閉弁、56…配管、61…ポンプ、62…回転軸、63…モータ、64…回転センサ、71…インバータ、72…記憶部、73…制御部、99…信号線。

Claims (7)

  1. 並列に配置された複数のポンプ装置と、
    前記複数のポンプ装置の積算運転時間をそれぞれ記憶可能に構成される記憶部と、
    前記複数のポンプ装置のそれぞれの前記積算運転時間を求め、求めた前記積算運転時間を前記記憶部に記憶させるとともに、前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち短い積算運転時間の前記ポンプ装置から駆動する制御部と、
    を備えることを特徴とする給水装置。
  2. 前記制御部は、前記複数のポンプ装置のうち2台以上が駆動されているときに、前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち長い積算運転時間の前記ポンプ装置から停止することを特徴とする請求項1に記載の給水装置。
  3. 前記記憶部には、前記複数のポンプ装置のそれぞれの前記積算運転時間と比較される時間である第1閾値を求めるために前記複数のポンプ装置の各積算運転時間を積算した総積算運転時間に乗算される定数及び前記総積算運転時間と比較をされる時間である第2閾値が記憶され、
    前記制御部は、前記記憶部に記憶された全ての前記ポンプ装置の前記積算運転時間が前記第1閾値未満のポンプ装置であって、且つ、前記総積算運転時間が第2閾値を超えている場合には、前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち短い積算運転時間の前記ポンプ装置から駆動し、前記記憶部に記憶された全ての前記ポンプ装置の前記積算運転時間のいずれも前記第1閾値以上であるか又は前記総積算運転時間が第2閾値以下である場合に、前記複数のポンプ装置を輪番で駆動することを特徴とする請求項2に記載の給水装置。
  4. 前記制御部は、駆動している前記ポンプ装置の前記積算運転時間が停止中の前記ポンプ装置の前記積算運転時間を越えた場合に、当該停止中の前記ポンプ装置を駆動するとともに、前記駆動している前記ポンプ装置を停止することを特徴とする請求項2に記載の給水装置。
  5. 前記制御部は、前記複数のポンプ装置を輪番で駆動するときに、前記ポンプ装置の前記駆動及び停止である積算運転回数が、前記複数のポンプ装置の前記積算運転回数のうち最大となる前記積算運転回数から一定回数を減算した回数を超える複数の前記ポンプ装置のうち、最も少ない前記ポンプ装置を駆動することを特徴とする請求項3に記載の給水装置。
  6. 前記複数のポンプ装置の二次側に圧力検出装置が設けられ、
    前記記憶部には、目標圧力が記憶され、
    前記制御部は、前記目標圧力よりも前記圧力検出装置で検出された圧力が低い場合に、前記ポンプ装置を増台し、前記目標圧力よりも前記圧力検出装置で検出された圧力が高い場合に、前記ポンプ装置を減台することを特徴とする請求項2に記載の給水装置。
  7. 並列に配置された複数のポンプ装置の積算運転時間をそれぞれ求め、
    求めた前記積算運転時間を記憶部に記憶させ、
    前記記憶部に記憶された前記積算運転時間のうち短い積算運転時間の前記ポンプ装置から駆動することを特徴とする給水装置の制御方法。
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