JP2022170311A - 給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力制御に必要な領域における分解能及び応答性を向上することが可能な給水装置を提供すること。【解決手段】給水装置１は、モータ３１と、モータ３１を制御する可変速駆動部５７と、ポンプ３２の二次側に設けられ、所定の下限圧力乃至上限圧力の範囲で圧力を検出するとともに、下限圧力乃至前記上限圧力の範囲に対応する下限電圧乃至上限電圧の範囲で、検出した圧力に対応する電圧を出力する圧力検出器２１と、圧力検出器２１に接続される差動増幅回路部６１と、定格圧力Ｐ１からオフセット電圧を演算する演算部５８と、を備え、差動増幅回路部６１は、差動増幅回路部６１の差動入力の一方に、圧力検出器２１の出力電圧が入力され、差動入力の他方に、演算部５８で演算されたオフセット電圧が入力される。【選択図】 図５

Description

本発明は、建造物に給水を行う給水装置に関する。

集合住宅等の建造物に給水を行う給水装置として、ポンプの二次側の圧力を検出する圧力検出器を備え、圧力検出器により検出された圧力値に基づいてポンプの駆動を制御するものが知られている。また、このような給水装置として、所謂吐出し圧力一定制御や、推定末端圧一定制御といった、目標圧力一定制御を行うものも知られている。

このような給水装置は、例えば、モータ及びポンプを有する２台のタービンポンプを有し、ポンプの吐出口と連結した連結管に配置された圧力センサにより吐出し圧力を検出し、ポンプ個別のインバータを内蔵した制御装置により、吐出し圧力が目標圧力となるように、モータへの運転周波数を制御する技術が知られている。また、このような給水装置は、例えば、ポンプの二次側に、ポンプ個別の逆止弁と流量センサとを備え、各ポンプの給水量を検出し、停止流量以下で停止する。また、このような給水装置は、連結管にアキュムレータが接続される。

また、給水装置は、制御部において、最高運転周波数ｆｍａｘと最低運転周波数ｆｍｉｎをあらかじめ定め、最初の試運転時に、小水量停止した時点の運転周波数を検出して、小水量時運転周波数ｆ０とし、運転周波数が小水量時運転周波数ｆ０になる運転点で、最低値である末端圧力Ｐ２とし、運転周波数が最高運転周波数ｆｍａｘになる運転点で、最高値である設定圧力Ｐ１とし、そして、目標圧力Ｈと末端圧力Ｐ２との差圧ΔＰを、「運転周波数ｆと最高運転周波数ｆｍａｘとの比率」に比例するようにして、省エネ効果を目的とした推定末端圧一定制御を行う技術も知られている。

また、このような給水装置として、圧力センサの故障時に、予め設定された固定回転速度でポンプの運転を継続するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１０６３６３号公報

例えば、設定圧力Ｐ１が１００ｍ未満の給水装置の場合、最高使用圧力が０．９８ＭＰａの圧力センサを採用している。しかしながら、圧力センサ信号が入力される制御基板に搭載されたマイコンのＡＤ変換機能の分解能が１０ビットであったとすると、最高使用圧力が０．９８Ｍｐａの圧力センサの場合、分解能は１ビット当たり９．７７ｃｍであり、
精度が低く、推定末端圧一定制御における圧力変動の要因になっていた。

この問題を解決するために、ＡＤ変換機能の分解能が１２ビットであるマイコンを採用すれば、入力電圧は４０９６分割されるため、分解能は１ビット当たり２．４４ｃｍと改善されるが、ＡＤ変換速度が遅くなり，過渡応答性が劣化するといった難点があった。

また、インバータにより、ポンプを駆動するモータの回転速度を制御して、吐出し配管に、吐出し圧力を検出する圧力センサを配置し、各ポンプの吐出し側に、ポンプ個別の流量センサを配置し、設定圧力Ｐ１を目標圧力として、吐出し圧力一定制御を行う、もしくは、末端圧力Ｐ２と定格圧力Ｐ１の間を目標圧力として、推定末端圧一定制御を行う給水装置において、定格０．９８Ｍｐａの圧力センサの測定範囲１００ｍのうち、圧力制御する範囲は、１２ｍ程度の狭い範囲である。しかし、給水装置に使用されるポンプによって設定される目標圧力が異なり、高揚程機種と低揚程機種との揚程差は大きく、さらに、初期値である最高定格圧力と給水装置の設置後に調整される最低定格圧力との揚程差も考慮する必要があった。

例えば、図９に、同じポンプ機種（給水装置）の形式違いにおける、定格圧力、末端圧力及び起動圧力の一例を示す。なお、図９には、給水装置の出荷時に設定される初期値である最高定格圧力と、給水装置の設置後に調整され、実際に使用されるときの下限値である最低定格圧力とを、これら定格圧力にそれぞれ対応する末端圧力及び起動圧力を示す。図９にも示すように、ポンプ機種が同じであっても形式によって、ポンプ口径及びモータ出力が異なり、また、同じ形式であっても、出荷時と使用時の定格圧力などが異なることがわかる。

そこで本発明は、圧力制御に必要な領域における分解能及び応答性を向上することが可能な給水装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、給水装置は、モータと、前記モータにより駆動するポンプと、前記モータを末端圧力Ｐ２と定格圧力Ｐ１の間を目標圧力として、推定末端圧一定制御を行う可変速駆動部と、前記ポンプの二次側に設けられ、所定の下限圧力乃至上限圧力の範囲で圧力を検出するとともに、前記下限圧力乃至前記上限圧力の範囲に対応する下限電圧乃至上限電圧の範囲で、検出した圧力に対応する電圧を出力する圧力検出器と、前記圧力検出器に接続される差動増幅回路部と、前記定格圧力に基づいてオフセット電圧を演算する演算部と、を備え、前記差動増幅回路部は、前記差動増幅回路部の差動入力の一方に、前記圧力検出器の出力電圧が入力され、前記差動入力の他方に、前記演算部で演算されたオフセット電圧が入力される。

本発明によれば、圧力制御に必要な領域における分解能及び応答性を向上することが可能な給水装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る給水装置の構成を示す正面図。 同給水装置の構成を示す平面図。 同給水装置の構成を示す側面図。 同給水装置に用いられる制御装置の構成を模式的に示すブロック図。 同制御装置の差動増幅回路の構成及び信号の流れを示すブロック図。 同給水装置の一例の定格圧力に基づく増幅電圧及びビット数の一例を示す説明図。 同給水装置の他の例の定格圧力に基づく増幅電圧及びビット数の一例を示す説明図。 本実施形態及び従来技術における、圧力及び電圧の関係を示す説明図。 給水装置の機種の例を示す説明図。

以下、本発明の一実施形態に係る給水装置１を、図１乃至図８を用いて説明する。図１は、給水装置１の構成を示す正面図、図２は、給水装置１の構成を示す平面図、図３は、給水装置１の構成を示す側面図である。図４は、給水装置１に用いられる制御装置２２の構成を模式的に示すブロック図、図５は、制御装置２２の差動増幅回路５６の構成及び信号の流れを示すブロック図である。図６は、給水装置１の一例の定格圧力に基づく増幅電圧及びビット数の一例を示す説明図であり、図７は、給水装置１の他の例の定格圧力に基づく増幅電圧及びビット数の一例を示す説明図である。図８は、本実施形態及び従来技術における、圧力及び電圧の関係を示す説明図である。

図１乃至図３に示すように、給水装置１は、ベース１１と、複数のポンプ装置１２と、複数の吐出管１３と、複数の逆止弁１４と、連結管１６と、蓄圧装置１８と、複数の流量検出器２０と、圧力検出器２１と、制御装置２２と、を備える。給水装置１は、複数のポンプ装置１２により水源の水を圧送し、給水先に給水を行う装置である。ここで、水源は、例えば受水槽であり、給水先は、例えば建造物に設置された蛇口やシャワーヘッド等の末端器具である。

ベース１１は、設置面に設置され、複数のポンプ装置１２及び制御装置２２を固定可能に構成される。

ポンプ装置１２は、モータ３１と、ポンプ３２と、を備える。ポンプ装置１２は、一次側が水源に接続され、二次側が吐出管１３に接続される。ポンプ装置１２は、水源から供給される水を増圧して二次側に吐出する。ポンプ装置１２は、例えば、回転軸が重力方向に沿って延設され、モータ３１がポンプ３２の上部に配置された、所謂横軸タービンポンプである。本実施形態では、ポンプ装置１２は、２台設けられる。なお、ポンプ装置１２は、縦軸であってもよく、また、タービンポンプ以外であってもよい。また、ポンプ装置１２の台数は２台に限定されず、３台以上であってもよい。

モータ３１は、モータケーシングに収容された固定子及び回転子を有し、回転軸を回転可能に構成される。モータ３１は、例えば、制御装置２２に設置される可変速駆動部５７に電気的に接続される。

ポンプ３２は、モータ３１により駆動される。ポンプ３２は、例えば、回転軸に固定される複数のインペラをそれぞれ収容する多段ポンプである。ポンプ３２は、例えば、下端側に吸込口３２ａ及び吐出口３２ｂを有する。吸込口３２ａには、例えば、水源に連続する配管が接続される。吐出口３２ｂには、例えば、吐出管１３が接続される。

吐出管１３は、各ポンプ装置１２の二次側に、例えば、ポンプ３２の吐出口３２ｂに接続される。吐出管１３は、一端がポンプ３２の吐出口３２ｂに接続され、他端が連結管１６に接続される。吐出管１３は、例えば、吐出口３２ｂに接続される一端側が重力方向に沿う上方延設され、中途部が９０°曲がり、水平方向に延びて、連結管１６に接続される。

複数の逆止弁１４は、各ポンプ装置１２の二次側であって、連結管１６の一次側にそれぞれ設けられる。逆止弁１４は、例えば、各吐出管１３に設けられる。逆止弁１４は、吐出管１３内で、連結管１６側からポンプ３２の吐出口３２ｂ側へ向かう水の逆流を防止する。

連結管１６は、複数の吐出管１３のそれぞれに、各逆止弁１４を介して連結される。連結管１６は、連結された複数の吐出管１３を合流させる。連結管１６は、給水先に連続する送水管が接続される。連結管１６は、各吐出管１３を通過した水を合流させ、接続された送水管に連続する流路を構成する。

蓄圧装置１８は、連結管１６に配管等により接続される。蓄圧装置１８は、アキュムレータである。本実施形態において、図１乃至図３に示すように、蓄圧装置１８を１つ設ける例を説明するが、蓄圧装置１８の数は、これに限定されず、複数であってもよい。蓄圧装置１８は、連結管１６内の圧力が所定の圧力まで低下したときに、連結管１６に水を流す。

流量検出器２０は、各ポンプ３２の二次側の流量を検出可能に構成される。流量検出器２０は、各吐出管１３に設けられる。流量検出器２０は、例えば、ポンプ３２の二次側であって、逆止弁１４の一次側に設けられる。流量検出器２０は、制御装置２２に信号線等によって接続され、流量に対応する信号を制御装置２２に出力する。流量検出器２０は、例えば、パドル式の流量センサであるが、例えば、羽根車式の流量センサであってもよい。

圧力検出器２１は、例えば、連結管１６に接続され、各ポンプ３２の二次側の圧力を検出する。圧力検出器２１は、制御装置２２に信号線等によって接続され、圧力に対応する電圧（信号）を制御装置２２に出力する。

圧力検出器２１は、例えば、圧力によって歪むことで生じる抵抗値の変化により出力電圧が変化する歪ゲージを有する圧力センサである。具体例として、圧力検出器２１は、内圧によって変形するダイヤフラムと、ダイヤフラムの変形に伴い変位する歪ゲージとを有し、歪ゲージの抵抗値の変化により出力電圧を変化する、所謂ダイヤフラム式圧力センサである。

このような圧力検出器２１は、連結管１６内に生じる所定の圧力範囲の圧力に対し、対応する所定の電圧範囲の電圧を出力する。ここで、圧力検出器２１の所定の電圧範囲とは、１Ｖから５Ｖまでの範囲である。

圧力検出器２１は、検出可能とする圧力範囲の下限値及び上限値である下限圧力及び上限圧力と、下限圧力及び上限圧力に対応して出力する電圧である下限電圧及び上限電圧が設定されている。具体例として、圧力検出器２１は、下限圧力が０ＭＰａ（０ｍ）、上限圧力が０．９８ＭＰａ（１００ｍ）であり、下限圧力における下限電圧が１Ｖ、上限圧力における上限電圧が５Ｖである。このような圧力検出器２１は、０ＭＰａ乃至１ＭＰａの圧力に対応して、１Ｖ乃至５Ｖの電圧を出力する。なお、上限圧力は、１Ｍｐａに限定されず、ポンプ装置１２の性能に応じて適宜、異なる圧力検出器２１を選定できる。

制御装置２２は、通信部５１と、入力部５２と、インターフェース５３と、表示部５４と、記憶部５５と、差動増幅回路５６と、可変速駆動部５７と、演算部５８と、を備える。制御装置２２は、例えば、ケースやキャビネット内に、これら構成品が収納された制御盤である。

通信部５１は、演算部５８により制御され、ＵＳＢ等の有線通信技術や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈｅ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの規格（ＢＬＥ規格））、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）等の近距離無線通信技術、ＬＴＥ（Long Term Evolution）（登録商標）等の携帯電話回線を含めた汎用無線通信技術及びｓｉｇｆｏｘ（登録商標）等の専用無線通信技術等を含む遠距離無線通信技術等の無線通信技術を用いて、外部端末と通信可能な任意の通信インターフェースである。

通信部５１は、例えば、給水装置１の出荷時やメンテナンス時等に、検査用の外部端末と通信して、給水装置１の機能パラメータ、内部パラメータ、外部パラメータ等の各種パラメータとしてのデータ、目標圧力一定制御を行うための各種プログラム、及び、これらデータやプログラムを変更する変更指示を受信し、記憶部５５や演算部５８に送信する。

入力部５２は、ユーザ入力を受け付けるための入力インターフェースである。入力部５２は、例えば、ボタンを含む操作パネル、タッチパネル、キーボード、マウス、等のユーザ入力を受け付ける装置と、圧力センサ、マイクロフォン、カメラなどのセンサとの、少なくともいずれかを有する。

インターフェース５３は、各流量検出器２０及び圧力検出器２１が接続される。また、インターフェース５３は、他の機器が電気的に接続できる。即ち、インターフェース５３は、各種機器が電気的に接続される端子又は回路である。

表示部５４は、例えば、セグメントディスプレイ、液晶ディスプレイ若しくは有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイス、又は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等を用いた点灯部等を有している。

記憶部５５は、データの読出及び書込が可能な記憶媒体である。記憶部５５は、所謂メモリやストレージを含む。例えば、記憶部５５は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）（登録商標）、ＲＯＭ（Read only memory）又はＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。また、記憶部５５は、フラッシュメモリを搭載したＳＳＤ（Solid State Drive）を含む。なお、記憶部５５は、これらに限定されず、種々の記憶媒体を用いることができる。

記憶部５５は、演算部５８によって使用されるデータ、ポンプ３２の運転データ、ポンプ３２の制御に用いる各種データやプログラム等を格納する。記憶部５５は、例えば、ポンプ装置１２を起動する起動圧力Ｐ３と、各可変速駆動部５７の最高運転周波数ｆｍａｘと、各可変速駆動部５７の最低運転周波数ｆｍｉｎと、設定圧力（定格圧力）Ｐ１と、末端圧力Ｐ２と、を予め記憶する。記憶部５５は、目標圧力一定制御に用いる各種データやプログラムを予め記憶する。ここで、目標圧力一定制御とは、例えば、吐出し圧力一定制御又は推定末端圧一定制御である。また、記憶部５５は、推定末端圧一定制御における目標圧力を演算するデータ、演算式又は演算プログラムを予め記憶する。

また、記憶部５５は、給水装置１の試運転時に、流量検出器２０により停止流量を検出するときの可変速駆動部５７の運転周波数ｆ０を記憶する。

さらに、記憶部５５は、演算部５８において、差動増幅回路５６の出力値の下限値が、目標圧力の最低値より低く設定された起動圧力になり、差動増幅回路５６の出力値の上限値が目標圧力の最高値になるように、オフセット電圧を定格圧力Ｐ１より演算するための演算式又は演算プログラムを予め記憶する。

また、記憶部５５は、例えば、上述した各値を入力部５２の入力、又は、通信部５１を介した外部端末との通信によって書き換え可能に構成される。

差動増幅回路５６は、差動増幅回路部６１と、スルー回路部６２と、を有する。差動増幅回路５６は、ポンプ装置１２を制御するために、圧力検出器２１から出力された出力電圧（信号）を演算部５８に出力するための回路である。例えば、差動増幅回路５６は、差動増幅回路部６１において、圧力検出器２１から出力された出力電圧と演算部５８が定格圧力Ｐ１から求めたオフセット電圧との差動出力であるシフト電圧を増幅して増幅電圧を演算部５８に出力するとともに、スルー回路部６２により、圧力検出器２１から出力された出力電圧を無処理で演算部５８に出力する。

差動増幅回路部６１は、増幅電圧をクランプするダイオードを含む。例えば、図４及び図５に示すように、差動増幅回路部６１は、オペアンプを有し、差動増幅回路部６１（オペアンプ）の差動入力の一方に圧力検出器２１の出力電圧が入力され、オペアンプの差動入力の他方に、演算部５８において定格圧力Ｐ１より算出されたオフセット電圧が入力される。

また、差動増幅回路部６１は、圧力検出器２１の出力電圧とオフセット電圧との差動出力を演算部５８に出力する。より具体例として、差動増幅回路部６１は、圧力検出器２１の出力電圧よりオフセット電圧を減算して出力されたシフト電圧を増幅率に基づいて増幅し、演算部５８に出力する。

即ち、差動増幅回路部６１は、圧力検出器２１の出力電圧を一定電圧だけマイナス側へレベルシフトするとともに、レベルシフトしたシフト電圧を、定格圧力Ｐ１に基づいて演算部５８で設定された増幅率で増幅する。

スルー回路部６２は、圧力検出器２１で出力される出力電圧を、演算部５８に無処理で出力する。例えば、スルー回路部６２は、圧力検出器２１で出力された出力電圧が０Ｖであるときに、断線検出を演算部５８が判定すること、及び、表示部５４に表示することに使用される。また、例えば、スルー回路部６２は、給水装置１の製造時の差動増幅回路部６１の補正のための出力電圧を取得するために用いられる。具体的には、例えば、差動増幅回路部６１の補正において、スルー回路部６２は、スルー回路部６２及び差動増幅回路部６１に所定の出力電圧（例えば、３Ｖ）を出力し、スルー回路部６２及び差動増幅回路部６１からの出力値に基づいて、差動増幅回路部６１の出力値を補正するための出力電圧を取得するために用いられる。

可変速駆動部５７は、信号線を介して各モータ３１及び演算部５８に電気的に接続される。可変速駆動部５７は、モータ３１と同数設けられる。可変速駆動部５７は、出力周波数ｆを可変させることで、モータ３１の回転数を制御する。

例えば、可変速駆動部５７は、パワー素子基板、コンデンサ基板、リアクトル、ノイズフィルタ基板、制御操作基板等を有し、これらの各回路や素子等の実装品によってインバータユニットを構成する。また、可変速駆動部５７は、コンバータ回路を含むコンバータ部と、インバータ回路を含むインバータ部と、を有する。

なお、可変速駆動部５７は、演算部５８がモータ３１を駆動する制御回路を構成し、この演算部５８によって制御される構成であってもよく、また、モータ３１を駆動する制御回路としてプロセッサを有する構成であってもよい。例えば、可変速駆動部５７は、演算部５８又はプロセッサにより通信制御、周波数制御などの任意の処理によって出力されたインバータ制御信号に基づいてモータ３１に出力する出力周波数を生成し、モータ３１に出力することで、モータ３１を制御する。

演算部５８は、マイコンである。演算部５８は、ＡＤ変換回路を有する。例えば、演算部５８は、ＡＤ変換機能の分解能が１０ビットのマイコンが用いられる。

演算部５８は、可変速駆動部５７に圧力検出器２１から出力された出力電圧に基づいて、差動増幅回路５６で増幅されて出力された増幅電圧を圧力値に変換する。また、演算部５８は、求めた圧力値が目標圧力となるように、目標圧力一定制御すべく、可変速駆動部５７を制御し、又は、可変速駆動部５７に圧力値を出力し、モータ３１の回転速度をＰＩＤ制御する。

また、演算部５８は、モータ３１の停止時に、圧力検出器２１による圧力の検出値が、起動圧力以下であるときに、一方の可変速駆動部５７を制御して、一台のモータ３１を駆動する。演算部５８は、可変速駆動部５７の運転周波数が最高運転周波数であって、圧力検出器２１による圧力の検出値が目標圧力よりも小さい場合には、運転するポンプ装置１２を増台すべく、停止中の可変速駆動部５７を制御する。また、演算部５８は、各流量検出器２０による流量の検出結果を参照し、流量検出器２０により検出した流量が停止流量以下であると、当該流量検出器２０に対応するポンプ装置１２を停止すべく、可変速駆動部５７を停止する。

ここで、目標圧力一定制御は、吐出し圧力一定制御又は推定末端圧一定制御である。吐出し圧力一定制御として、制御部である演算部５８又は可変速駆動部５７が設定圧力Ｐ１を目標圧力としてモータ３１の制御を行う。また、推定末端圧一定制御として、制御部である演算部５８又は可変速駆動部５７が定格圧力Ｐ１と末端圧力Ｐ２との間を目標圧力として制御を行う。

例えば、最高運転周波数ｆｍａｘと最低運転周波数ｆｍｉｎをあらかじめ定め、演算部５８又は可変速駆動部５７は、最初の試運転時に、小水量停止した時点の運転周波数を検出して小水量時運転周波数ｆ０とし、運転周波数が小水量時運転周波数ｆ０になる運転点で、最低値である末端圧力Ｐ２とし、運転周波数が最高運転周波数ｆｍａｘになる運転点で、最高値である設定圧力Ｐ１とする。そして、演算部５８又は可変速駆動部５７は、目標圧力Ｈと末端圧力Ｐ２との差圧ΔＰを、運転周波数ｆと最高運転周波数ｆｍａｘとの比率に比例するようにして、推定末端圧一定制御として、モータ３１を制御する。本実施形態においては、推定末端圧一定制御を行う給水装置１の例を説明する。

演算部５８は、例えば、記憶部５５に記憶された複数の増幅率から、目標圧力設定部５９により設定された定格圧力Ｐ１に基づいて増幅率を決定し、差動増幅回路５６でシフト電圧を増幅する増幅率を切り替える。具体例として、演算部５８は、目標圧力設定部５９により設定された定格圧力Ｐ１に基づいて、記憶部５５に記憶された複数の所定値を判定し、切り替えて、差動増幅回路５６で増幅する増幅率Ｇを設定する。ここで、目標圧力設定部５９は、例えば、通信部５１、入力部５２及び記憶部５５により構成される。即ち、目標圧力は、通信部５１で外部端末から送信されるか、又は、入力部５２で入力されることで設定され、記憶部５５に記憶される。

具体的には、演算部５８は、複数の所定値（増幅率）から定格圧力Ｐ１に基づいて判定された所定値（増幅率）によって切り替えて、差動増幅回路部６１においてシフト電圧を増幅させる増幅率を切り替える。

ここで、演算部５８の目標圧力に基づいて増幅率を判定する例を説明する。先ず、記憶部５５に、複数の増幅率Ｇが記憶される。例えば、演算部５８がマイコンであり、回路上の都合により上限の電圧値が５Ｖである場合には、記憶部５５には、例えば２つの増幅率Ｇが記憶される。増幅率Ｇが２つ記憶される場合の例として、２つの増幅率Ｇは、例えば、５及び１０である。

そして、演算部５８は、定格圧力の１０％に、起動圧力差（末端圧力Ｐ２及び起動圧力Ｐ３の差）である４ｍと、上下マージン値の和である４ｍ（上マージン値２ｍ、下マージン値２ｍ）とを加えた判定値が、１０ｍ以上の場合は、２つの増幅率Ｇのうち、低い増幅率である５倍に設定し、測定圧力範囲を２０ｍに定めて、測定感度を５倍に向上させる。また、演算部５８は、該判定値が１０ｍ未満の場合には、２つの増幅率Ｇのうち、高い増幅率である１０倍に設定し、測定圧力範囲を１０ｍに定めて、測定感度を１０倍に向上させる。なお、判定値は、好適な一例を記載したが、定格圧力の１０％以外であってもよく、また、起動圧力差及び上下マージン値は、給水装置１の性能や、圧力検出器２１の性能、演算部５８の性能等によって適宜設定できる。

また、吐出し圧力のオーバーシュートを検出するために、増幅電圧の上限電圧（５Ｖ）の上限圧力は、定格圧力よりも２ｍ高い値に設定され、そして、吐出し圧力のアンダーシュートを検出するために、増幅電圧の下限電圧（１Ｖ）の下限圧力は、起動圧力Ｐ３よりも低い値、例えば、２～５ｍ低い値に設定される。

また、演算部５８は、差動増幅回路５６の出力値の下限値が、目標圧力の最低値より低く設定された起動圧力になり、差動増幅回路５６の出力値の上限値が、目標圧力の最高値になるように、演算式又は演算プログラムにより、目標圧力からオフセット電圧を演算し、差動増幅回路５６に入力する。

具体的には、演算部５８は、以下の式（１）乃至式（３）に基づいて、オフセット電圧Ｖｏｆｆを演算する。以下の式において、Ｐは目標圧力又は定格圧力であり、Ｖｍａｘは圧力検出器２１から出力される最大電圧である５Ｖであり、Ｖｍｉｎは圧力検出器２１から出力される最小電圧である１Ｖであり、Ｇは増幅率である。

Ｖｍａｘ＝Ｇ・{４・（Ｐ＋２）／１００＋１－Ｖｏｆｆ} （１）
Ｖｍｉｎ＝Ｇ・{４・（Ｐ－（１００／Ｇ－２））／１００＋１－Ｖｏｆｆ （２）
Ｖｏｆｆ＝４Ｐ／１００＋１．０８－５／Ｇ （３）
例えば、定格圧力Ｐが８６ｍである場合、（０．１Ｐ＋４＋２＋２）≧１０ｍとなり、演算部５８は、増幅率Ｇを５と判定する。このため、式（３）から、定格圧力Ｐが８６ｍであるときのオフセット電圧Ｖｏｆｆは３．５２Ｖとなる。

また、例えば、定格圧力Ｐが１４ｍである場合、（０．１Ｐ＋４＋２＋２）＜１０ｍとなり、演算部５８は、増幅率Ｇを１０と判定する。このため、式（３）から、定格圧力Ｐが１４ｍであるときのオフセット電圧Ｖｏｆｆは、１．１４Ｖとなる。

そして、演算部５８は求めたオフセット電圧Ｖｏｆｆを差動増幅回路５６に入力する。なお、差動増幅回路５６は、入力されたオフセット電圧Ｖｏｆｆ及び、測定圧力Ｈは、以下の式（４）乃至式（６）により演算される。なお、Ｖは差動増幅回路５６から入力される入力電圧（増幅電圧）である。

Ｖ＝Ｇ・（４・Ｈ／１００＋１－０．０４Ｐ－（１．０８－５／Ｇ）） （４）
このため、増幅率Ｇが５、定格圧力が８６ｍであるときに、式（４）は、
Ｖ＝５・（４・Ｈ／１００＋１－０．０４Ｐ－０．０８）
となる。このため、以下の式（５）から式（６）が求まる。

Ｈ／５＝Ｖ－５＋０．２Ｐ＋０．４ （５）
Ｈ＝５・Ｖ＋Ｐ１－２３ （６）
となる。よって、例えば、定格圧力Ｐ１が８６ｍであり、差動増幅回路５６から入力された入力電圧（増幅電圧）が２．０８Ｖである場合に、演算部５８で式（６）から演算される測定圧力は７３ｍとなる。

同様に、増幅率Ｇが１０、定格圧力が１４ｍであるときに、
演算部５８で式（４）から求まる式（７）は
Ｈ＝５・Ｖ＋Ｐ１－１０．５ （７）
となる。よって、例えば、定格圧力Ｐ１が１４ｍであり、差動増幅回路５６から入力された入力電圧（増幅電圧）が２．０４Ｖである場合に、演算部５８で式（７）から演算される測定圧力は９ｍとなる。

このように構成された給水装置１を用いた場合における、圧力検出器２１の測定上限値、増幅電圧上限圧力、定格圧力Ｐ１、末端圧力Ｐ２、起動圧力Ｐ３、増幅電圧下限圧力、圧力検出器２１の測定下限値における、揚程（ｍ）、入力電圧（ｍＶ）、シフト電圧（ｍＶ）、増幅電圧（ｍＶ）、ビット数（ｂｉｔ）の一例を図６及び図７に示す。

なお、図６は、増幅率Ｇが５、定格圧力Ｐ１が８６ｍに設定された給水装置１の例であり、図７は、増幅率Ｇが１０、定格圧力Ｐ１が１４ｍに設定された給水装置１の例である。

図６に示すビット数及び揚程から分解能を求めると、増幅率Ｇが５で定格圧力Ｐ１が８６ｍである場合には、分解能は１ビット当たり１．９５ｃｍとなる（１．９５ｃｍ／ｂｉｔ）。また、図７に示すビット数及び揚程を求めると、増幅率Ｇが１０で定格圧力Ｐ１が１４ｍである場合には、分解能を１．５６ｃｍ／ｂｉｔとすることができる。

図８に、図６及び図７で示した圧力（ｍ）と電圧（ｍＶ）の関係を示す。図８中、縦軸は、電圧であり、横軸は圧力である。また、図８中、特性１は、圧力検出器２１から差動増幅回路５６へ入力される入力電圧（圧力検出器２１の出力電圧）の電圧と圧力の関係を示しており、特性２及び特性３は、差動増幅回路５６から演算部５８へ入力される入力電圧（増幅電圧）の電圧と圧力の関係を示している。特性２は、定格圧力が１４ｍであるときの電圧値と圧力値の関係を、特性３は、定格圧力が８６ｍであるときの電圧値と圧力値の関係を示す。また、特性１は、入力電圧の電圧と圧力の関係を示すが、特性１の内実線で示す２つの領域は、定格圧力が１４ｍであるときの入力電圧（圧力検出器２１の出力電圧）と圧力の関係と、定格圧力が８６ｍであるときの入力電圧（圧力検出器２１の出力電圧）と圧力の関係との、それぞれを示す。

図８に示すように、演算部５８が差動増幅回路５６により圧力検出器２１から入力された入力電圧をシフトして増幅した増幅電圧から測定圧力を演算する構成とすることで、高い分解能で測定圧力を求め、その測定圧力を用いて可変速駆動部５７により、モータ３１を制御することができる。また、増幅電圧の上限圧力を定格圧力よりも高い値に設定し、そして、下限圧力を起動圧力Ｐ３よりも低い値とすることで、給水装置１は、吐出し圧力のオーバーシュート及びアンダーシュートを検出することが可能となる。

このような給水装置１によれば、差動増幅回路５６の一方に圧力検出器２１の出力電圧を入力し、差動増幅回路５６の他方に、定格圧力Ｐ１に基づいて演算部５８が求めたオフセット電圧を入力してシフト電圧を出力し、シフト電圧を、定格圧力Ｐ１に基づいて演算部５８が設定した増幅率で増幅する。そして、演算部５８が差動増幅回路５６から入力された増幅電圧から測定圧力を演算することで、例えば、マイコンのＡＤ変換速度が速い１０ビットのＡＤ変換機能を使用しつつ、分解能を１ビット当たりの圧力を高くすることができる。

よって、給水装置１は、推定末端圧一定制御の場合には、末端圧力Ｐ２から定格圧力Ｐ１までの圧力制御に必要な領域において、高い分解能と高速応答性を両立することができる。即ち、給水装置１は、推定末端圧一定制御の精度を向上することができる。

なお、吐出し圧力一定制御においても、同様に、設定圧力Ｐ１の圧力制御において、高い分解能と高速応答性を両立することができる。即ち、給水装置１は、推定末端圧一定制御及び吐出し圧力一定制御を含む目標圧力一定制御の精度を向上することができる。

また、給水装置１は、圧力検出器２１及び演算部５８との間に、差動増幅回路部６１とは別に、スルー回路部６２を有する構成であることから、演算部５８には、圧力検出器２１からの出力電圧が、差動増幅回路部６１を通さず、スルー回路部６２を通って演算部５８に入力される。

このスルー回路部６２から入力された圧力検出器２１からの入力電圧に基づいて、圧力値を表示部５４に表示する場合には、例えば、定格０．９８Ｍｐａ（１００ｍ）の圧力検出器２１であれば、「０～１００ｍ」と全圧力領域を表示可能となる。また、演算部５８は、スルー回路部６２から入力された圧力検出器２１からの入力電圧に基づいて、圧力検出器２１の電圧が１Ｖ未満であれば断線として判定し、そして、５Ｖ超であれば、圧力検出器２１の故障として判定することが可能となる。即ち、演算部５８は、スルー回路部６２から入力された入力電圧（前記圧力検出器２１の出力電圧）が圧力検出器２１の下限電圧より低い電圧又は圧力検出器２１の上限電圧より高い電圧であると、圧力検出器２１、差動増幅回路部６１又はスルー回路部６２の異常と判定する。

上述したように本発明の一実施形態に係る給水装置１によれば、圧力制御に必要な領域における分解能及び応答性を向上することが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述したい例では、増幅率Ｇを「５」及び「１０」の２つの増幅率の例を説明したがこれに限定されない。２つの増幅率の値は、これらに限定されない。また、給水装置１は、３つ以上の増幅率を記憶部５５に記憶し、目標圧力から用いる増幅率を演算部５８が判定する構成としてもよい。また、上述した例では、演算部５８は、１０ビットのマイコンの例を説明したがこれに限定されない。例えば、分解能を向上させる効果をより生じさせる必要があれば、１２ビットのマイコンであってもよい。また、演算部５８は、マイコン以外のプロセッサであってもよい。

また、上述した例では、給水装置１の例として、定格圧力が８４ｍの例と、１４ｍの例を用いて実施形態を説明したが、給水装置１の定格圧力は、これに限定されない。給水装置１は、例えば、図９に示す機種（形式）に適用することもできるし、また、図９に示す機種以外に適用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…給水装置、１１…ベース、１１…ベース、１２…ポンプ装置、１３…吐出管、１４…逆止弁、１６…連結管、１８…蓄圧装置、２０…流量検出器、２１…圧力検出器、２２…制御装置、３１…モータ、３２…ポンプ、３２ａ…吸込口、３２ｂ…吐出口、５１…通信部、５２…入力部、５３…インターフェース、５４…表示部、５５…記憶部、５６…差動増幅回路、５７…可変速駆動部、５８…演算部、５９…目標圧力設定部、６１…差動増幅回路部、６２…スルー回路部。

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータにより駆動するポンプと、
   定格圧力を目標圧力として、前記モータを制御する可変速駆動部と、
   前記ポンプの二次側に設けられ、所定の下限圧力乃至上限圧力の範囲で圧力を検出するとともに、前記下限圧力乃至前記上限圧力の範囲に対応する下限電圧乃至上限電圧の範囲で、検出した圧力に対応する電圧を出力する圧力検出器と、
   前記圧力検出器に接続される差動増幅回路部と、
   前記定格圧力に基づいてオフセット電圧を演算する演算部と、
   を備え、
   前記差動増幅回路部は、前記差動増幅回路部の差動入力の一方に、前記圧力検出器の出力電圧が入力され、前記差動入力の他方に、前記演算部で演算されたオフセット電圧が入力される、給水装置。
2. 前記差動増幅回路部は、前記圧力検出器の出力電圧と前記オフセット電圧との差であるシフト電圧を、設定された増幅率に基づいて増幅した増幅電圧を前記演算部に出力し、
   前記演算部は、前記増幅電圧を圧力値に演算する、請求項１に記載の給水装置。
3. 前記可変速駆動部は、前記演算部で演算された前記圧力値が前記目標圧力となるように、前記モータを制御する、請求項２に記載の給水装置。
4. 複数の異なる前記増幅率を記憶する記憶部を有し、
   前記演算部は、前記定格圧力に基づいて前記複数の増幅率から、前記差動増幅回路部で前記シフト電圧を増幅する前記増幅率を設定する、請求項３に記載の給水装置。
5. 前記演算部は、前記差動増幅回路部の出力電圧の上限値が、前記定格圧力の最高値以上であり、前記差動増幅回路部の出力電圧の下限値が前記定格圧力の最低値より低く設定された起動圧力以下となるよう前記増幅率を設定する、請求項３又は請求項４に記載の給水装置。
6. 前記圧力検出器及び前記演算部に接続され、前記圧力検出器の出力電圧を，無処理で前記演算部に入力するスルー回路部を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の給水装置。
7. 前記演算部は、前記スルー回路部から入力された入力電圧が前記下限電圧より低い電圧、又は前記上限電圧より高い電圧であると、前記圧力検出器、前記差動増幅回路部又は前記スルー回路部の異常を判定する、請求項６に記載の給水装置。
   
   
   

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