JP2021085381A - 学習機能付き給水装置、学習機能付き給水システム - Google Patents

Abstract

【課題】人々のライフスタイルに合わせて、現在時刻の適切な様子見運転時間を決定し、省エネ効果を高め、ポンプの始動頻度過多を防止できる給水装置の提供。【解決手段】学習機能付き給水装置は、ポンプの吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、少水量状態が継続していることを確認するポンプの様子見運転を経て、ポンプを停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置４０を備え、制御装置４０は、ポンプの吐出側の水の使用頻度に基づいて、少水量停止動作にてポンプが様子見運転する様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習部４２と、学習部４２よる学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する決定部４３と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、学習機能付き給水装置、学習機能付き給水システムに関するものである。

下記特許文献１〜２には、ポンプを使用して、集合住宅やオフィスビルなどの建物に水を供給する給水装置が開示されている。この給水装置は、ポンプと、該ポンプの吐出側に設けた少水量検出手段及び圧力検出手段と、ポンプ制御手段とを具備し、該ポンプ制御手段は、前記少水量検出手段が少水量検知信号を発生して、ある少水量検知時間保持してから（以下、この時間を様子見運転時間と称する）、前記ポンプを蓄圧運転させた後、前記ポンプを停止する機能と、前記ポンプ停止中に前記圧力検出手段により圧力信号がポンプ始動圧力設定値以下になった時に、前記ポンプを始動する機能とを有する。

特開平７−７１０６０号公報 特開平９−９６２７８号公報

上記少水量停止動作の目的は、ポンプの締切運転によるモータの過熱防止、および無駄な運転時間の削減である。しかしながら、この少水量停止動作が多すぎると（ポンプの始動停止の頻度を増やすと）、少水量停止前の蓄圧による急激な圧力上昇が頻繁に発生し、給水装置としての機械的寿命に問題を及ぼすとともに、負荷（給水端）側の圧力変動等の問題も生じる。逆に、この少水量停止動作が少なすぎると（ポンプの始動停止の頻度を減らすと）、その間のポンプの継続運転によって消費電力が増大する。

ポンプの始動停止の頻度は、少水量停止動作の様子見運転時間の長さに依存する。上記従来技術では、この少水量停止動作の様子見運転時間を、給水装置の直近の運転状況のデータ、例えば、前回ポンプ停止時間や、直前ポンプ運転時間などに基づいて決定していた。しかしながら、給水端での水の使用頻度（給水パターン）は、人々のライフスタイルに応じて千差万別、多種多様である。このため、給水パターンが急激に変化する場合があり、直近の運転状況データからでは、現在時刻の適切な様子見運転時間を決定できない場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、人々のライフスタイルに合わせて、現在時刻の様子見運転時間を決定し、省エネ効果を高め、ポンプの始動頻度過多を防止できる学習機能付き給水装置、学習機能付き給水システムの提供を目的とする。

本発明の一態様に係る学習機能付き給水装置は、水を吐出するポンプと、前記ポンプの吐出側の圧力を計測する圧力センサと、前記ポンプの吐出側の流量を計測する流量センサと、前記ポンプの吐出側の圧力が低下したとき、前記ポンプを始動させ、前記吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、前記ポンプの吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、前記少水量状態が継続していることを確認する前記ポンプの様子見運転を経て、前記ポンプの吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる前記ポンプの蓄圧運転の後に、前記ポンプを停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ポンプの吐出側の水の使用頻度に基づいて、前記少水量停止動作にて前記ポンプが様子見運転する様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習部と、前記学習部による学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する決定部と、を有する。

上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、曜日毎に分けて、前記学習を行っており、前記決定部は、前記学習結果、前記現在時刻、さらに、入力された曜日、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、前記流量センサの出力がＯＦＦからＯＮに切り替わった回数、すなわち使用された水の流量の増加を検知した回数を、時間帯毎に取得してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、前記流量センサの出力がＯＦＦとなっている（流量が少ない状態の）継続時間を、時間帯毎に取得してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計を取得してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、単位時間当たりの前記ポンプの起動回数を、時間帯毎に取得してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、予め設定された、単位時間当たりの前記ポンプの最大起動可能回数を制約事項として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計が最小となるように、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習してもよい。
上記学習機能付き給水装置においては、前記学習部は、さらに、予め設定された、前記蓄圧運転での蓄圧目標圧力上限値及び蓄圧目標圧力下限値を制約事項として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計が最小となるように、前記蓄圧運転での蓄圧目標値を学習してもよい。

本発明の一態様に係る学習機能付き給水システムは、水を吐出するポンプと、前記ポンプの吐出側の圧力を計測する圧力センサと、前記ポンプの吐出側の流量を計測する流量センサと、前記ポンプの吐出側の圧力が低下したとき、前記ポンプを始動させ、前記吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、前記ポンプの吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、前記少水量状態が継続していることを確認する前記ポンプの様子見運転を経て、前記ポンプの吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる前記ポンプの蓄圧運転の後に、前記ポンプを停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置と、を備える、給水装置と、前記ポンプの吐出側の水の使用頻度に基づいて、前記少水量停止動作にて前記ポンプが様子見運転する様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習装置と、を備え、前記給水装置は、前記学習装置よる学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する。

上記本発明の態様によれば、人々のライフスタイルに合わせて、現在時刻の様子見運転時間を決定し、省エネ効果を高め、ポンプの始動頻度過多を防止できる学習機能付き給水装置、学習機能付き給水システムを提供できる。

第１実施形態に係る給水装置を示す模式図である。 第１実施形態に係るポンプの運転状態を示すグラフである。 第１実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る制御装置に入力される学習の入力パラメータ、学習の制約事項、学習の出力パラメータを示す説明図である。 第１実施形態に係る給水装置の始動頻度基準の一例を示す説明図である。 第１実施形態に係る学習結果の一例を示す説明図である。 第１実施形態に係るポンプの運転状態を示すグラフであって様子見運転時間を（長）に設定した例である。 第１実施形態に係るポンプの運転状態を示すグラフであって様子見運転時間を（短）に設定した例である。 第１実施形態に係る学習部での学習過程を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る入力パラメータ（状態変数）と学習との関係を説明する説明図である。 第２実施形態に係る制御装置に入力される学習の入力パラメータ、学習の制約事項、学習の出力パラメータを示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る学習機能付き給水装置１を示す模式図である。
図１に示す学習機能付き給水装置１の吸込側は、水道管４に接続されている。また、学習機能付き給水装置１の吐出側は、給水管７に接続されている。給水管７は、図示しない建物の各階の給水端（例えば蛇口）に連通している。学習機能付き給水装置１は、水道管４の水を増圧して建物の各給水端に水を供給する。

学習機能付き給水装置１は、ポンプ２と、このポンプ２を駆動する駆動装置としてのモータ３と、モータ３を可変速駆動する周波数変換器としてのインバータ２０と、ポンプ２の吸込側に配置された逆流防止装置２５と、逆流防止装置２５の吸込側に配置された圧力センサ２１と、ポンプ２の吐出側に配置された逆止弁２２と、逆止弁２２の吐出側に配置された圧力センサ２６、フロースイッチ２４（流量センサ）、および圧力タンク２８と、を備えている。これら構成要素は、学習機能付き給水装置１のキャビネット３０内に収容されている。なお、キャビネット３０を備えていないタイプの給水装置もある。また、インバータ２０とモータ３を一体化したインバータ一体型モータを使用してもよい。

ポンプ２の吸込口には、吸込管５が接続され、ポンプ２の吐出口には、吐出管３２が接続されている。バイパス管８は、水道管４の圧力のみで給水を行うための配管であり、吸込管５と吐出管３２との間を接続している。このバイパス管８には、逆止弁２３が設けられている。

図１に示す学習機能付き給水装置１には、ポンプ２、モータ３、逆止弁２２、およびフロースイッチ２４が２組設けられ、これらは並列に設けられている。なお、学習機能付き給水装置１には、１組、または３組以上のポンプ２、モータ３、逆止弁２２、およびフロースイッチ２４が設けられていても構わない。

また、図１に示す学習機能付き給水装置１は、ポンプ２が吸込管５を介して水道管４に接続される直結式の給水装置であるが、受水槽式の給水装置であってもよい。受水槽式の場合、ポンプ２は、吸込管５を介して受水槽に接続される。この受水槽式の場合、図１に示す逆流防止装置２５、吸込側の圧力センサ２１、及びバイパス管８は設けなくても構わない。

逆止弁２２は、吐出管３２に設けられており、ポンプ２が停止したときの水の逆流を防止する。フロースイッチ２４は、吐出管３２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流量検知器である。圧力センサ２６は、吐出側圧力（すなわち、学習機能付き給水装置１に加わる背圧）を測定するための水圧測定器である。圧力タンク２８は、ポンプ２が停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。

学習機能付き給水装置１は、ポンプ２の動作を制御する制御装置４０を備えている。インバータ２０、フロースイッチ２４、圧力センサ２１、圧力センサ２６は、制御装置４０に信号線を介して接続されている。制御装置４０は、ポンプ２の吐出側の圧力が低下したとき、ポンプ２を始動させ、吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、ポンプ２の吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、少水量状態が継続していることを確認するポンプ２の様子見運転を経て、ポンプ２の吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させるポンプ２の蓄圧運転の後に、ポンプ２を停止させる少水量停止動作を実行させる。

すなわち、ポンプ２が停止している状態で水が建物内で使用されると、ポンプ２の吐出側圧力が低下する。この吐出側圧力、すなわち圧力センサ２６の出力値が所定の始動圧力値にまで低下すると、制御装置４０は、ポンプ２を始動させる。ポンプ２の運転中は、圧力センサ２６の出力値に基づいて推定末端圧力一定制御や吐出側圧力一定制御などの圧力制御が行われる。

建物での水の使用が停止されると、ポンプ２から吐き出される水の流量が低下する。フロースイッチ２４は、ポンプ２からの水の流量が所定の値まで低下したことを検出すると、流量低下信号を制御装置４０に送る。制御装置４０は、この流量低下信号を受け、インバータ２０に指令を出して吐出側圧力が所定の停止圧力に達するまでポンプ２の回転速度を増加させ、その後、ポンプ２を停止させる。

図２は、一実施形態に係るポンプ２の運転状態を示すグラフである。なお、図２において、縦軸はポンプ２の回転速度を表し、横軸は時間を表している。
ポンプ２の吐出側圧力が低下して所定の始動圧力値に達すると、制御装置４０は、ポンプ２を始動させる（時間Ｔ１）。制御装置４０は、ポンプ２の吐出側圧力が目標圧力に昇圧するように圧力センサ２６の出力値に基づいてポンプ２の回転速度を制御する。

給水端での水の使用が低下して水の流量が所定の値に達すると、フロースイッチ２４は、流量低下信号を制御装置４０に送信する（Ｔ２）。つまり、時間Ｔ１から時間Ｔ２までは、ポンプ２が給水動作を行う。制御装置４０は、流量低下信号を受けても直ちには蓄圧運転を行わず、ある所定の時間だけ様子見運転を行う（Ｔ２からＴ３まで）。

この様子見運転は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認するための運転であり、ポンプ２の頻繁な停止および起動を避けるため、およびフロースイッチ２４の流量低下検出の精度を高めるために行われる。

この様子見運転中に、吐出側圧力が概ね一定に保たれている場合は、制御装置４０は、ポンプ２の目標圧力を一時的に上昇させて圧力タンク２８に蓄圧し（Ｔ３からＴ４まで）、そして所定の時間だけポンプ２の目標圧力を一定に保つ圧力保持運転を行い（Ｔ４からＴ５まで）、その後、ポンプ２を停止させる（Ｔ５）。

このように、少水量停止動作は、吐出側圧力を監視する様子見運転、ポンプ２を増速させて圧力タンク２８に蓄圧する蓄圧運転、圧力タンク２８に蓄圧した後にポンプ２の目標圧力を一定に保って吐出側圧力を保持する圧力保持運転、およびポンプ２の停止から構成される。なお、圧力保持運転は、後述する図８に示すように、少水量停止動作において必須ではなく、無くても構わない。

ところで、このような少水量停止動作を行うにはある程度の時間が掛かり、省エネルギーの観点からは好ましくない。特に、水の使用頻度が少ない時間帯で、長い時間をかけて少水量停止動作を行うことは好ましくない。

そこで、制御装置４０は、ポンプ２の吐出側の水の使用頻度に基づいて、少水量停止動作にてポンプ２が様子見運転する様子見運転時間ｔ１（Ｔ２からＴ３まで）の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習し、その学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを決定する。
以下、制御装置４０の構成について、詳しく説明する。

図３は、第１実施形態に係る制御装置４０の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、制御装置４０は、指令部４１と、学習部４２と、決定部４３と、を有している。制御装置４０は、ＣＰＵと、メモリと、インタフェイスなどを備えている。ＣＰＵは、制御装置４０の種々の機能を実行するための演算処理を実行する。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性メモリを備えている。ＲＯＭには、制御装置４０の機能を制御するプログラムが格納されている。ＲＡＭは、種々のセンサの出力値およびＣＰＵの演算結果などが一時的に記憶するために使用される。メモリには、インバータ２０（ポンプ２）に対する指令を作成するための制御プログラムおよび種々のパラメータなどが格納されている。

指令部４１は、インバータ２０（ポンプ２）に対する動作指令を出力する。指令部４１は、メモリに記憶されている動作プログラムおよびパラメータに従って動作指令を作成する。指令部４１によって作成される動作指令には、上述した少水量停止動作における様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さが含まれており、この様子見運転時間ｔ１は、後述する決定部４３によって決定される補正処理によって補正される。

学習部４２は、ポンプ２の吐出側の水の使用頻度に基づいて、上述した少水量停止動作における様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを学習する。学習部４２は、水の使用頻度を表す状態変数として、フロースイッチ２４の出力がＯＦＦからＯＮに切り替わった回数、フロースイッチ２４の出力がＯＦＦとなっている継続時間、１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計、単位時間当たりのポンプ２の起動回数を取得する。

決定部４３は、学習部４２による学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを決定する。なお、本実施形態では、学習部４２は、曜日毎に分けて、学習を行っており、決定部４３は、学習結果、現在時刻、さらに、入力された曜日、に基づいて、様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを決定するようになっている。

図４は、第１実施形態に係る制御装置４０に入力される学習の入力パラメータ、学習の制約事項、学習の出力パラメータを示す説明図である。
図４に示すように、学習の入力パラメータは、「時間」、「曜日」、「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」、「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」、「様子見運転時間の累計（２４時間）」、「起動回数」である。また、学習の制約事項は、単位時間当たりのポンプ２の「最大起動可能回数」であって、学習の出力パラメータは、「様子見運転時間」である。

「時間」は、制御装置４０が有する時計機能の入力パラメータである。
また、「曜日」は、制御装置４０が有するカレンダー機能の入力パラメータである。

「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」は、フロースイッチ２４がポンプ２の吐出側の流量増加を検知した回数であって、曜日及び時間帯と紐付けられた入力パラメータである。
「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」は、ポンプ２の吐出側の流量が少ない若しくはポンプ２の吐出側の流れが無い状態の継続時間であって、曜日及び時間帯と紐付けられた入力パラメータである。

「様子見運転時間の累計（２４時間）」は、１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計であって、曜日と紐付けられた入力パラメータである。
「起動回数」は、上述した給水動作によってポンプ２が起動する、単位時間当たりのポンプ２の起動回数であって、曜日及び時間帯と紐付けられた入力パラメータである。

図５は、一実施形態に係るポンプ２の最大起動可能回数の一例を示す説明図である。
図５に示すように、ポンプ２の最大起動可能回数は、７．５ｋＷ以下の場合は６回／ｈ、１１〜１５ｋＷの場合は４回／ｈ、２６ｋＷ以上の場合は３回／ｈと設定されている。起動頻度過多の場合、ポンプ２の主軸のキーの摩耗、主軸のねじれによる疲労、モータ３や軸受などの劣化が早まる。つまり、ポンプ２の機械的寿命が短くなる。なお、本実施形態のようにインバータ２０を実装し、ソフトスタートを行うものは、劣化が少なくなるため、出力に関係なく６回／ｈとする。

例えば、ポンプ２の最大起動可能回数が６回／ｈの場合、様子見運転時間ｔ１が１０分あれば、ポンプ２の最大起動可能回数を超えることはない。よって、このポンプ２の最大起動回数を超えない範囲において、様子見運転時間ｔ１が学習される。これにより、学習機能付き給水装置１の機械的寿命が短くなることを防止できる。なお、このポンプ２の最大起動可能回数は、試験や長年の実践経験により設定するとよい。

図６は、第１実施形態に係る学習結果の一例を示す説明図である。
図６に示す学習結果は、曜日ごとに分かれ、さらに、月〜金の平日のカテゴリー、土、日の休日のカテゴリーに分かれている。また、学習結果の様子見運転時間ｔ１は、（長）、（中）、（短）の３段階で設定されている。この学習結果は、例えば、オフィスビル（学校などであってもよい）に設置された学習機能付き給水装置１が学習したものである。

月〜金の６〜８時の時間帯は、朝の通勤時間であり、オフィスビルに居る人数は未だ少なく、水の使用頻度は低い。したがって、この時間帯での様子見運転時間ｔ１は、（短）に設定されている。
月〜金の９〜１８時の時間帯は、勤務時間であり、オフィスビルに居る人数は多く、水の使用頻度は高い。したがって、この時間帯での様子見運転時間ｔ１は、（長）に設定されている。

月〜金の１９〜２１時の時間帯は、夜間であるが、残業などでオフィスビルには一定数の人数がおり、水の使用頻度は中程度である。したがって、この時間帯での様子見運転時間ｔ１は、（中）に設定されている。
月〜金の０〜５時、２２〜２４時の時間帯は、早朝、深夜であり、オフィスビルに居る人数は少なく、水の使用頻度は低い。したがって、この時間帯での様子見運転時間ｔ１は、（短）に設定されている。

対して、土、日は、休日でオフィスビルにいる人数は少なく、前時間帯で水の使用頻度は低い。したがって、土、日の全時間帯での様子見運転時間ｔ１は、（短）に設定されている。

図７は、第１実施形態に係るポンプ２の運転状態を示すグラフであって様子見運転時間ｔ１を（長）に設定した例である。図７に示す様子見運転時間ｔ１（長）は、上述した図２に示す様子見運転時間ｔ１（中）よりも長くなっている。
図８は、第１実施形態に係るポンプ２の運転状態を示すグラフであって様子見運転時間ｔ１を（短）に設定した例である。図８には、様子見運転時間ｔ１を極端に短くした場合の例であって、様子見運転時間ｔ１（短）は０になっている。なお、様子見運転時間ｔ１（短）は、０でなく、図２に示す様子見運転時間ｔ１（中）より短ければよい。

制御装置４０の決定部４３は、上述した月〜金の６〜８時の時間帯、月〜金の０〜５時、２２〜２４時の時間帯、及び、土、日の全時間帯では、水の使用頻度が低いことから、図６に示す学習結果を参照し、様子見運転時間ｔ１を（短）に決定する（図８参照）。この構成によれば、ポンプ２の始動頻度が少なくなる時間帯で、ポンプ２が直ぐに停止するため、ポンプ２の締切運転によるモータ３の過熱防止でき、また、無駄な運転時間を削減でき、高い省エネ効果が得られる。

また、制御装置４０の決定部４３は、上述した月〜金の９〜１８時の時間帯では、水の使用頻度が高いことから、図６に示す学習結果を参照し、様子見運転時間ｔ１を（長）に決定する（図７参照）。この構成によれば、ポンプ２の始動頻度が多くなる時間帯で、ポンプ２が直ぐに停止しないため、少水量停止前の蓄圧による急激な圧力上昇が頻繁に生じず、給水端側での圧力変動を抑制することができる。また、学習機能付き給水装置１としての機械的寿命も延ばすことができる。

次に、学習部４２での学習過程の一例について説明する。

図９は、第１実施形態に係る学習部４２での学習過程を示すフローチャートである。
図９に示すように、学習が開始されると、学習部４２は、予め設定された行動価値関数を更新する（ステップＳ１）。行動価値関数には、任意の初期値が入力される。次に、学習部４２は、入力された状態変数に応じて、動作指令の補正量を決定する。学習の初期段階では、決定部４３が、ランダムに動作指令の補正量を決定してもよい。

図１０は、第１実施形態に係る入力パラメータ（状態変数）と学習との関係を説明する説明図である。
図１０に示すように、学習部４２は、入力された状態変数の「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」が、上述した「最大起動可能回数」以下の場合、様子見運転時間ｔ１を短くする。また、学習部４２は、上述した「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」が「最大起動可能回数」を超える場合、様子見運転時間ｔ１を長くする。

上述した様子見運転時間ｔ１の補正量は、「最大起動可能回数」と「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」との差に応じて決定する。したがって、「最大起動可能回数」と「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」とが一致する場合には、補正量は０で、様子見運転時間ｔ１はそのままである。

また、学習部４２は、入力された状態変数の「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」が、予め設定した「基準時間」より短ければ、様子見運転時間ｔ１を長くする。また、学習部４２は、上述した「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」が「基準時間」より長ければ、様子見運転時間ｔ１を短くする。なお、「基準時間」は、水の使用頻度の高い低い、を判定する基準となる時間であって、試験や長年の実践経験により設定するとよい。

上述した様子見運転時間ｔ１の補正量は、「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」と「基準時間」との差に応じて決定する。したがって、「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」と「基準時間」とが一致する場合には、補正量は０で、様子見運転時間ｔ１はそのままである。
なお、「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」による補正量の重みは、「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」による補正量の重みより大きく設定されている。

また、学習部４２は、入力された状態変数の「様子見運転時間の累計（２４時間）」を、上述した様子見運転時間ｔ１を短くする際の重みの調整に使用する。すなわち、学習部４２は、「様子見運転時間の累計（２４時間）」が、予め設定した「基準累計時間」より長ければ、上述した様子見運転時間ｔ１を短くする際の重みを大きくする。

また、学習部４２は、「様子見運転時間の累計（２４時間）」が、「基準累計時間」より短ければ、上述した様子見運転時間ｔ１を短くする際の重みを小さくする。なお、「基準累計時間」は、様子見運転時間ｔ１の累計が長い短い、を判定する基準となる累計時間であって、試験や長年の実践経験により設定するとよい。

また、学習部４２は、入力された状態変数の「起動回数」を、上述した様子見運転時間ｔ１を長くする際の重みの調整に使用する。すなわち、学習部４２は、「起動回数」が大きくなる程、上述した様子見運転時間ｔ１を長くする際の重みをより大きくする。

図９に戻り、以上のように状態変数に応じて補正量を決定したら、次に、学習部４２は、１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計が、前回よりも短縮されたか否かを判定する（ステップＳ３）。「前回」とは、例えば、曜日毎に学習を行っている場合、一週間前の同じ曜日の１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計のことを言う。

１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計が短縮された場合、当該行動に対する報酬を増大させる（ステップＳ４）。他方、１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計が延長された場合、当該行動に対する報酬を減少させる（ステップＳ５）。

ステップＳ４、ステップＳ５における報酬計算の後、ステップＳ１に戻り、行動価値関数を更新する。以上のような処理は、学習部４２による学習効果が十分に得られるまで繰り返し実行される。

このように、学習機能付き給水装置１に、人々のライフスタイルに応じた水の使用頻度（給水パターン）を時間帯毎に学習させ、その給水パターンから、現在時刻の最適な少水量停止動作の様子見運転時間ｔ１を決定する。これによって、給水端での圧力変動を起こすことなく、また、ポンプ２が無駄に運転される事も防ぐことができる。

このように、上述した本実施形態によれば、水を吐出するポンプ２と、ポンプ２の吐出側の圧力を計測する圧力センサ２６と、ポンプ２の吐出側の流量を計測するフロースイッチ２４と、ポンプ２の吐出側の圧力が低下したとき、ポンプ２を始動させ、吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、ポンプ２の吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、少水量状態が継続していることを確認するポンプ２の様子見運転を経て、ポンプ２の吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させるポンプ２の蓄圧運転の後に、ポンプ２を停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置４０と、を備え、制御装置４０は、ポンプ２の吐出側の水の使用頻度に基づいて、少水量停止動作にてポンプ２が様子見運転する様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習部４２と、学習部４２による学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、様子見運転時間ｔ１の要否ないしその長さを決定する決定部４３と、を有する、という構成を採用することによって、人々のライフスタイルに合わせて、現在時刻の適切な様子見運転時間ｔ１を決定し、省エネ効果を高め、ポンプ２の始動頻度過多を防止できる学習機能付き給水装置１を提供できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１１は、第２実施形態に係る制御装置４０に入力される学習の入力パラメータ、学習の制約事項、学習の出力パラメータを示す説明図である。
図１１に示すように、第２実施形態では、学習の制約事項として、「蓄圧目標圧力上限値」及び「蓄圧目標圧力下限値」が追加され、また、学習の出力パラメータとして、「蓄圧目標値」が追加されている。

「蓄圧目標圧力上限値」は、上述した図２に示す蓄圧運転での蓄圧目標圧力上限値である。蓄圧運転での蓄圧圧力が、「蓄圧目標圧力上限値」を超えると、図１に示す吐出管３２や、吐出管３２に付属する機器類の寿命が短くなる。但し、「蓄圧目標圧力上限値」を超えない範囲で、蓄圧目標値を上げることは、圧力タンク２８のみで給水できる時間が長くなることから、ポンプ２の起動頻度を下げることができる。

「蓄圧目標圧力下限値」は、上述した図２に示す蓄圧運転での蓄圧目標圧力下限値である。蓄圧運転での蓄圧圧力が、「蓄圧目標圧力下限値」を下回ると、ポンプ２が起動頻度過多になり、ポンプ２の主軸のキーの摩耗、主軸のねじれによる疲労、モータ３や軸受などの劣化が早まる。

第２実施形態の学習部４２は、第１実施形態に係る学習に加え、さらに、予め設定された、蓄圧運転での蓄圧目標圧力上限値及び蓄圧目標圧力下限値を制約事項として、１日当たりの様子見運転時間ｔ１の累計が最小となるように、蓄圧運転での蓄圧目標値を学習する。具体的に、学習部４２は、上述した「起動回数」が「最大起動可能回数」以下の場合、「様子見運転時間の累計（２４時間）」が最小となるように、「蓄圧目標値」を増加、あるいは減少させる。このような学習は、「様子見運転時間の累計（２４時間）」が最小、かつ「蓄圧目標値」が最小になる様に、出力パラメータを調整するとよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上述した制御装置４０の学習機能（学習部４２）を、別個の学習装置として、制御装置４０（給水装置）から隔離した場所に設けてもよい。この場合、この学習装置は、ネットワークを介して制御装置４０に接続される。あるいは、当該学習装置は、クラウドサーバーに存在していてもよい。このように、給水装置と学習装置とを分けた学習機能付き給水システムであってもよい。インバータ２０とモータ３を一体化したインバータ一体型モータを使用する場合、インバータ部内に制御装置４０の機能も搭載してクラウドサーバーと通信することで、学習機能付きのインバータ一体型モータ使用ポンプとしてもよい。この場合、インバータ一体型モータ使用ポンプをコンパクトにしつつネットワークを介して高度な学習機能を有することが可能となる。

また、例えば、上述した学習部４２は、公知の「教師あり学習」、「教師なし学習」、「強化学習」などの学習モデルを使用してもよい。また、「教師あり学習」、「教師なし学習」、「強化学習」での価値関数の近似アルゴリズムとして、ニューラルネットワークを用いてもよい。また、その他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って学習を実行してもよい。なお、上述した給水装置の学習モデルとして、「強化学習」を使用する場合、Ｑ学習、Sarsa、モンテカルロ法などのアルゴリズムを使用してもよい。

また、例えば、上述した学習部４２は、水の使用頻度を表す状態変数として、「フローＳＷのＯＦＦ→ＯＮ回数」、「フローＳＷのＯＦＦ継続時間」、「様子見運転時間の累計（２４時間）」、「起動回数」を取得すると説明したが、水の使用頻度を表す状態変数としては、これらのうちの少なくとも１つを取得すればよい。

１ 学習機能付き給水装置
２ ポンプ
３ モータ
４ 水道管
５ 吸込管
７ 給水管
８ バイパス管
２０ インバータ
２１ 圧力センサ
２２ 逆止弁
２３ 逆止弁
２４ フロースイッチ（流量センサ）
２５ 逆流防止装置
２６ 圧力センサ
２８ 圧力タンク
３０ キャビネット
３２ 吐出管
４０ 制御装置
４１ 指令部
４２ 学習部
４３ 決定部
ｔ１ 様子見運転時間

Claims (9)

1. 水を吐出するポンプと、
   前記ポンプの吐出側の圧力を計測する圧力センサ２６と、
   前記ポンプの吐出側の流量を計測するフロースイッチ２４と、
   前記ポンプの吐出側の圧力が低下したとき、前記ポンプを始動させ、前記吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、前記ポンプの吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、前記少水量状態が継続していることを確認する前記ポンプの様子見運転を経て、前記ポンプの吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる前記ポンプの蓄圧運転の後に、前記ポンプを停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ポンプの吐出側の水の使用頻度に基づいて、前記少水量停止動作にて前記ポンプが様子見運転する様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習部と、
   前記学習部による学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する決定部と、を有する、ことを特徴とする学習機能付き給水装置。
2. 前記学習部は、曜日毎に分けて、前記学習を行っており、
   前記決定部は、前記学習結果、前記現在時刻、さらに、入力された曜日、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の学習機能付き給水装置。
3. 前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、前記流量センサの出力がＯＦＦからＯＮに切り替わった回数を、時間帯毎に取得する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の学習機能付き給水装置。
4. 前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、前記流量センサの出力がＯＦＦとなっている継続時間を、時間帯毎に取得する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の学習機能付き給水装置。
5. 前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計を取得する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の学習機能付き給水装置。
6. 前記学習部は、前記水の使用頻度を表す状態変数として、単位時間当たりの前記ポンプの起動回数を、時間帯毎に取得する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の学習機能付き給水装置。
7. 前記学習部は、予め設定された、単位時間当たりの前記ポンプの最大起動可能回数を制約事項として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計が最小となるように、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の学習機能付き給水装置。
8. 前記学習部は、さらに、予め設定された、前記蓄圧運転での蓄圧目標圧力上限値及び蓄圧目標圧力下限値を制約事項として、１日当たりの前記様子見運転時間の累計が最小となるように、前記蓄圧運転での蓄圧目標値を学習する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の学習機能付き給水装置。
9. 水を吐出するポンプと、
   前記ポンプの吐出側の圧力を計測する圧力センサと、
   前記ポンプの吐出側の流量を計測する流量センサと、
   前記ポンプの吐出側の圧力が低下したとき、前記ポンプを始動させ、前記吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる給水動作、及び、前記ポンプの吐出側の水の使用量が少なくなった少水量状態を検知したときに、前記少水量状態が継続していることを確認する前記ポンプの様子見運転を経て、前記ポンプの吐出側の圧力を所定の圧力まで昇圧させる前記ポンプの蓄圧運転の後に、前記ポンプを停止させる少水量停止動作を実行させる制御装置と、を備える、給水装置と、
   前記ポンプの吐出側の水の使用頻度に基づいて、前記少水量停止動作にて前記ポンプが様子見運転する様子見運転時間の要否ないしその長さを、時間帯毎に学習する学習装置と、を備え、
   前記給水装置は、前記学習装置よる学習結果と、入力された現在時刻と、に基づいて、前記様子見運転時間の要否ないしその長さを決定する、ことを特徴とする学習機能付き給水システム。

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