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

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。