JP2516193B2

JP2516193B2 - 圧力タンク式給水装置

Info

Publication number: JP2516193B2
Application number: JP6382082A
Authority: JP
Inventors: 幸一佐藤; 泰弘三田; 幸男田川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1982-04-19
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPS58180796A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は圧力タンク式給水装置に係り、特に、変速ポ
ンプの吐き出し側圧力をほぼ一定に保つとともに変速ポ
ンプのON,OFF運転時の圧力低下を規定範囲内に押え使用
水量が大きく変動してもこれにすばやく応動できる圧力
タンク式給水装置に関する。

〔従来の技術〕

ポンプの吐き出し側に圧力タンクを連結したポンプ装
置では、給水量の変動で吐き出し圧力が大きく変化して
しまわないようにポンプを運転制御する必要がある。こ
のため、ポンプ装置の吐き出し側圧力を測定し、吐き出
し圧力が吐き出し目標圧力に保たれるよう常時両圧力を
比較し、偏差に応じた大きさの制御信号を取り出し、こ
の制御信号を基にポンプを連続的に可変速運転する方法
が考えられる。この場合、高価な圧力測定器の替わりに
可変速段数に見合うだけの圧力スイッチを使用すること
で段階的可変速運転を可能にし、装置の低コスト化を図
ることもできる。

しかし、段階的可変速運転を可能にする圧力タンク式
給水装置では、吐き出し側の圧力変動が大きくなってし
まうことがあり、変動幅を圧縮することが難しいという
問題がある。そこで、少数の圧力センサを設け、この圧
力センサの信号を基にポンプの運転速度を予め定めた一
定幅だけ、順次、増速または減速してゆくことが考えら
れている。しかし、使用水量が少ない時には、ポンプを
増・減速ではなく、ON,OFF運転しなければならず、経済
的な見地から極端に小さな容量の圧力タンクしか持たな
い設備では、ポンプ停止時に給水圧力が下限圧力よりも
低下してしまうという問題が生じる。即ち、変速ポンプ
が最低回転速度で運転している状態で使用水量が少なく
なると、圧力タンクやその近傍の給水管内圧力が上昇し
て上限圧力に達し、変速ポンプが停止してしまうが、こ
のとき、圧力タンク容量が小さいと圧力が急激に下限圧
力まで下がり、再び、変速ポンプが最低回転速度で始動
し始める。

尚、従来技術に関連するものとして、例えば実開昭56
−161193号記載のものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように圧力が下限圧力まで下がって変速ポン
プが始動しても、最低回転速度に達するまでには数秒を
要する。このため、この間に圧力タンクやその近傍の給
水管内の圧力は、下限圧力よりもさらに低圧力の状態ま
で低下してしまう。やがて変速ポンプが最低回転速度に
達すると、次第に圧力を回復するが、結果的に圧力変動
が大きくなってしまう。この圧力変動は、量水計や瞬間
湯沸器等に悪影響を与えるため、好ましくない。また。
段階的に変速指定を行なうときに使用水量に大きな過不
足が生じると、使用水量に見合う回転速度に達するまで
の遅れ時間が長くなり、精度の良い自動制御特性が得に
くいという難点がある。

本発明の目的は、精度の高い自動制御を行うことので
きる圧力タンク式給水装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、可変速モートルによって変速駆動され水
を需要側に吐き出すポンプと、該ポンプと需要側との配
管途中に設けられた圧力タンクと、前記ポンプの吐き出
し圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段の検
出圧力を入力し前記ポンプの吐き出し側圧力が許容圧力
範囲内となるように前記ポンプを変速駆動する制御手段
を備えた圧力タンク式給水装置において、前記ポンプの
吐き出し側水量を検出する水量検出手段と、設定された
最低速度で前記ポンプが駆動している場合該ポンプが始
動してから前記最低速度に達するまでに前記ポンプの吐
き出し側圧力が需要側の最高位位置にある給水端末に給
水を行うことの可能な圧力より低下しない値として設定
された所定水量以下の水量を前記水量検出手段が検出し
たとき前記ポンプを停止する停止手段とを備えたこと
で、達成される。

〔作用〕

ポンプの吐き出し側の水量が所定水量以下となったと
きにポンプを停止すれば、このポンプが再び始動されて
からその応答遅れ時間が経過し圧力が低下しても、圧力
は下限圧力つまり需要側の最高位位置にある給水端末に
給水を行うことの可能な圧力を割り込むことはない。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置では、
マイコン等を使用して、予め変速モートルの回転速度を
有限段階に変速可能なようにプログラミングしておき、
一定時間毎に吐き出し設定（目標）圧力と実際の圧力を
比較し、両圧力が一致していなかった場合はポンプの運
転速度を変更していく。特に、最低回転速度でポンプを
ONしたりポンプをOFFしたりするON・OFF運転時には、OF
F時における圧力低下を押えるために、最低回転速度で
運転する際のポンプ特性を詳細は後述するように適正に
選んでおく。そして、減速指令用の圧力センサあるいは
流量センサなどから成る過少需要水量検出センサの検出
値に基づいてポンプをON・OFF運転したり、又、使用水
量が大きく急変化した場合にも応答性を良くするため
に、変速する前に再度、前記センサの検出値の判定を実
行する。尚、以下の実施例で使用するセンサは、圧力ス
イッチや流量スイッチであるため、所定圧力や所定流量
以上を検出したとき接点が開（OFF）となり、それを下
回るときに接点が閉（ON）となるものとして説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水
装置の構成図である。第２図，第４図，第５図はポンプ
の運転特性図であり、第３図は改善前の圧力変動パター
ンを示す図であり、第６図に改善後の圧力変動パターン
を示す。また、第７図は、本発明実施例に係るポンプの
運転制御のフローチャートである。

第１図において、RTは受水槽、SLV1,SLV2は仕切弁、
Ｐはポンプ、Ｍは可変速モートル、CHVは逆止め弁、Ｔ
は圧力タンク、DPは給水管、PSLは圧力タンク又はその
近傍の給水管内の圧力が所定低圧力を検出する低圧側圧
力センサである。この低圧側圧力センサPSLは、圧力が
高圧力から低下して圧力P1を下回ったとき閉路し、圧力
が低圧力から上昇して圧力P2（＞P1）を上回ったとき開
路する。PSHは高圧側圧力センサであり、圧力が高圧力
から低下して圧力P3（＞P2）より下回ったとき閉路し、
圧力が低圧力より上昇して圧力P4（＞P3）を上回ったと
き開路する。Ｖは末端の水栓を示す。

第２図は、縦軸に圧力，横軸に水量を取ったポンプの
一般的なQH特性図であり、圧力P1〜P4が前記各圧力セン
サPSL,PSHの各動作圧力である。P1は、最高位の末端の
水栓Ｖへ給水するのに必要な圧力つまり下限圧力であ
り、P4は上限圧力値である。曲線ａは、可変速モートル
Ｍの回転速度が最低速度NminのときのポンプＰのQH特
性、同様に曲線b,c,dはそれぞれ可変速モートルＭの回
転速度がN1,N2,Nmax（最高回転速度）のときのポンプＰ
のQH特性である。また、水量Q1,Q2は、QH特性曲線ａ上
の圧力P1,P4における水量である。

可変速モートルＭ及びポンプＰの回転速度は、任意の
回転速度で良いが簡単のためNminに設定されており、可
変速モートルＭ及びポンプＰは停止しているものと仮定
する。この仮定のもとで、マイクロコンピュータはま
ず、高圧側圧力センサPSHの開閉判断を行ない、開路し
ている場合にはそのまま停止状態を保ち、閉路している
場合には変速モートルＭ及びポンプＰを最低回転速度Nm
inで始動し始める。この始動で、ポンプＰが最低回転速
度に達するまでに数秒を要するが、この間、圧力タンク
に保有している水量で給水を行なうので、下限圧力P1以
上を確保できる。しかし、第２図に示すポンプ特性が平
坦であったり、上限圧力P4を低く設定していた場合、最
低回転速度Nmin時のポンプ特性曲線ａ上の圧力P4におけ
る水量Q2が大きくなる。この場合、ポンプの始動応答遅
れ期間においてこの水量Q2に不足する水量を圧力タンク
から供給する必要があるが、もし、圧力タンクの容量が
小さいと、この不足水量を圧力タンクの保有水量でまか
ない切れず、圧力タンクＴ内及び近傍の給水管DP内の圧
力が下限圧力P1以下に低下してしまう。

そこで、ポンプが始動して指定速度、いまの場合は最
低回転速度に達するまでの遅れ時間経過後でも、圧力が
下限圧力P1より低下しない需要水量（ポンプの吐き出し
量）Qminを実験より求めると、第２図に示すQminの位置
となる。

そこで、本実施例では、第４図に示すように、ポンプ
特性曲線ａと上限圧力P4との交点の水量Q2が、前記遅れ
時間経過後でも下限圧力P1より圧力降下の生じない需要
水量Qminより小さくなるようにポンプ特性を設定する。
即ち、変速モートルＭ及びポンプＰの回転速度Nmin又は
上限設定圧力P4を決める。

この様に適性に設定されたポンプ特性のもとで、第７
図に示す様に、マイクロコンピュータは高圧側圧力セン
サPSHの開閉判断を実行し、閉路（需要水量が少ない状
態が続いている）している場合には、ポンプＰを最低回
転速度Nminで運転し、開路している場合にはポンプＰを
停止させる。すなわち、最低回転速度Nminにおいては高
圧側圧力センサPSHの開・閉に伴なって停止・始動を繰
り返す。しかし、圧力センサPSHが開路するたびにポン
プを停止していたのでは、始動頻度が高くなり、モート
ルやポンプを劣化させる原因となる。

そこで、変速モートルＭ（すなわちポンプＰ）が最低
回転速度Nminで始動した後に高圧側圧力センサPSHの開
閉判断を実行し、この判断で開路している場合には待ち
時間ｔだけ待機し、この待機時間ｔ後に再度高圧側圧力
センサの開閉判断を実行する。そして、この再度の判断
で、未だ高圧側圧力センサPSHが開路している場合に、
変速モートルＭ（即ちポンプＰ）を停止させる。この再
度の判断で高圧側圧力センサPSHが開路していない場合
には、ポンプＰを継続して運転している状態で、ステッ
プJ3へジャンプする。

このように、例えポンプＰの締め切り運転になったと
しても安全に運転を継続できる時間内の一定時間ｔだけ
待つため、ポンプの始動頻度は小さくなる。また、この
待機時間ｔ後に再度高圧側圧力センサが開路しているか
否かを判定し、第４図に示す様に、開路している場合つ
まり圧力がP4以上の場合には、使用水量がQ2より少ない
ためポンプを停止させ、閉路している場合には圧力がP3
より小さく使用水量はQminより多いため、引き続きポン
プを運転する。この様に、使用水量が第４図の水量Q2よ
り小さいときにポンプを停止しても、第６図に示す様
に、圧力タンク及びその近くの給水管内圧力は下限圧力
P1より低下することはなく、所要圧力を維持することが
できる。

次に、ある任意の回転速度で運転している状態では使
用水量が減少すると、高圧側圧力センサPSHが開路し
（この時、当然低圧側圧力センサPSLも開路してい
る。）ポンプＰの回転速度はさらに下位の回転速度に減
速し、使用水量の増加に伴なって低圧側圧力センサPSL
が閉路すると（この時当然高圧側圧力センサPSHは閉路
している。）、ポンプＰの回転速度はさらに上位の回転
速度に増加する。下限圧力P1と上限圧力P4との間でバラ
ンスして運転している場合には、いずれかの圧力センサ
PSH,PSLの開閉判断ループを繰り返し実行し、現状の速
度を維持するように図示しないマイクロコンピュータは
処理を進めてゆく。

このように、ポンプの有限段階の工程歩進形のステッ
プ制御をとっていると、使用水量の急激な変化に対し
て、制御の応答性が悪くなることもある。そこで、本実
施例では、この点をさらに改良してある。これについて
以下説明する。

今、ポンプＰの回転速度をNminとし、マイクロコンピ
ュータは第７図のステップＡを実行しているものとす
る。つまり、低圧側圧力センサPSLの開閉状態を判定
し、開路している場合にはJ2へジャンプし、閉路してい
れば次のステップＢへ進み、ｔ秒間の時間だけ待機す
る。

この後、ポンプＰの回転速度としてN1を指定するとこ
ろであるが、その前に使用水量の変化に備えてステップ
Ｃで再度低圧側圧力センサPSLの開閉判断を実行し、閉
路していればステップＤで回転数N1を指定する。もしこ
の時に開路していたら、再びJ2へジャンプし、今度はス
テップＫで高圧側圧力センサPSHの開閉判断を実行し、
開路していればポンプＰを停止させる方向へと処理を進
めていく。このステップＫでの判定が“閉路”であれ
ば、もう一度、A,B,Cのステップの順に処理を進める。

次に、回転速度N1の状態で、高圧側センサPSHの開閉
判断処理ステップＥを実行し、閉路していればステップ
Ｆ（低圧側圧力センサPSLの開閉判断），ステップＧ
（ｔ秒間の待ち時間処理）の順に処理を進める。ステッ
プＥの判定結果が“開路”であれば、ステップＨに進
み、ｔ秒間の待ち時間処理を実行した後、使用水量の急
変に備えステップＩで再度、高圧側圧力センサの開閉判
断を実行し、閉路していればJ4にジャンプし、もう一度
E,F,Gのステップを実行する。即ち、ポンプＰの回転速
度がN1からNminへ即時に減少させることがないようにす
る。ステップＩの判定で開路している場合には、J3へジ
ャンプし、Ａステップから再度実行する。以下、逐次、
前述した作動を各回転速度ごとに行なう。このように、
増速指令を行なう前に、再度、低圧側圧力センサの開閉
判断を実行し、減速指令を行なう前に、再度、高圧側圧
力センサの開閉判断を実行するようにしているので、使
用水量の急激な変化に即応でき、精度の良好な速度制御
が可能となる。

次に、ポンプＰの回転速度が最低速度の時に実行させ
るポンプのON・OFF運転制御について説明する。第５図
は、ON・OFF運転時の圧力タンクＴ内及び給水管DT内の
圧力降下防止を説明する図である。一般的に、ポンプは
長年の使用でハネグルマやマウスリングなど摺動部が摩
耗し、特性が低下したり、ポンプの吸込揚程が当初計画
時よりも低下する。これらの事態が生じると、第４図の
特性曲線ａは原点方向に低下し、ポンプ締切圧力PSは、
最低速度時に吐き出し水量が最小水量Qminであるときの
上限圧力P4に近づく。当初計画時に締切圧力PSの値に十
分余裕を見ていれば問題ないが、そうでない場合には制
御に支障を来し、もし、締切圧力PSが上限圧力P4以下に
低下してしまうと、ポンプを停止させることができな
り、ポンプの焼き付き等の問題が生じてしまう。

そこで、本実施例では、需要水量がポンプＰを停止す
るまでに少なくなったか否かを直接検出する流量センサ
FS（図１には図示省略）を設け、この流量センサの検出
値に基づいて、ポンプのON・OFF運転制御を行う。即
ち、ポンプ起動後に最低回転数に達するまでの待ち時間
中に下限圧力P1まで圧力降下の生じない需要水量Qminよ
り小さい値に設定した水量Q4を流量センサで検出し、水
量がこの値Q4より低下したときポンプＰを停止させるよ
うにする。

この流量センサは、水量Q4以下になったとき開路し、
それより大きな水量Q3を越えたとき閉路するように設定
しておく。つまり、最低回転速度Nminでポンプが運転し
ているときに流量センサが水量Q4以下を検出したときポ
ンプを停止し、停止中に水量がQ3以上となったときポン
プを始動する。勿論、本実施例で重要な所は流量センサ
をポンプ停止の判断に用いるところにあり、ポンプ起動
を高圧側圧力センサの閉信号で行ってもよいことはいう
までもない。また。本実施例でも、ポンプＰの変速指令
は圧力センサPSH,PSLの検出値により行なう。

最後に、第８図により、上述した実施例を実行する制
御装置の構成を説明する。第８図において、CONはマイ
クロコンピュータを内蔵した制御装置であ、。各種セン
サFS,PSH,PSLの信号を取り込み、メモリＭに予め記憶し
たプログラムに従い、各種指令を発する。INVはインバ
ータ装置であり、交流電流PWより交流電流を供給され、
制御装置CONよりの速度指令に応じて、可変速モートル
Ｍを可変速運転するための可変周波数交流電力を発生す
る。SWはインバータ装置INVと可変速モートルＭを電気
的に接続するためのポンプ停止回路であり、制御装置CO
Nからの運転指令・停止指令により動作する。

すなわち、制御装置CONは圧力センサから圧力低下を
示す信号が入力されたとき、モートルＭの始動あるいは
増速操作を行ない、ポンプ停止回路SWの閉指令（運転指
令）およびインバータ装置INVの発振周波数の一定幅の
増加指令（増速指令）を発する。逆に、センサから需要
水量の過少を示す信号が入ったとき、モートルＭの減速
あるいは停止操作を行なうようにインバータ装置INVの
発振周波数の一定幅の減少指令（減速指令）あるいはポ
ンプ停止回路SWの開指令（停止指令）を発する。

このように、本実施例によれば、（１）最低回転数の時のポンプ特性から適正に上限圧力
P4を選べば、圧力タンク及び給水管内の圧力が下限圧力
より降下することがなく、量水計や瞬間湯沸器に悪影響
を及ぼすことがない。

（２）上記（１）において、流量センサにより、ポンプ
が最低回転数に達するまでの遅れ時間中に下限圧力P1を
下回ることのない最低水量を検出し、ポンプの停止を行
なうようにするので、ポンプの吸込揚程が低下しても、
所要の最小水量を確保できる。

（３）変速指令を実行する前に再度、圧力センサの開閉
判定をマイクロコンピュータで実行するので、使用水量
の急激な変化に容易に即応でき、精度の良い速度制御が
可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポンプの吐き出し側の水量が所定水
量（）以下となったときにポンプを停止するため、この
ポンプが再び始動されてからその応答遅れ時間が経過し
圧力が低下しても、圧力は下限圧力つまり需要側の最高
位位置にある給水端末に給水を行うことの可能な圧力を
割り込むことはなく、圧力変動が少なく制御精度が高く
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置
の構成図、第２図は一般的なポンプ特性図、第３図は従
来におけるポンプの圧力変動パターンを示すグラフ、第
４図は本発明の一実施例におけるポンプ特性図、第５図
は本発明の別実施例におけるポンプ特性図、第６図は本
発明による改善後のポンプの圧力変動パターンを示す
図、第７図は本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水
装置の制御手順を示すフローチャート、第８図は第７図
の制御を実行する制御装置の構成図である。Ｍ……可変速モートル、Ｐ……ポンプ、Ｔ……圧力タン
ク、PLS……圧力センサ、PSH……過少需要水量検出セン
サ、CON……制御装置、SW……ポンプ停止回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可変速モートルによって変速駆動され水を
需要側に吐き出すポンプと、該ポンプと需要側との配管
途中に設けられた圧力タンクと、前記ポンプの吐き出し
圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段の検出
圧力を入力し前記ポンプの吐き出し側圧力が許容圧力範
囲内となるように前記ポンプを変速駆動する制御手段を
備えた圧力タンク式給水装置において、前記ポンプの吐
き出し側水量を検出する水量検出手段と、設定された最
低速度で前記ポンプが駆動している場合該ポンプが始動
してから前記最低速度に達するまでに前記ポンプの吐き
出し側圧力が需要側の最高位位置にある給水端末に給水
を行うことの可能な圧力より低下しない値として設定さ
れた所定水量以下の水量を前記水量検出手段が検出した
とき前記ポンプを停止する停止手段とを備えたことを特
徴とする圧力タンク式給水装置。
【請求項２】前記許容圧力範囲内は予め定めた下限圧力
を検出する低圧側圧力センサと該下限圧力より高い予め
定めた上限圧力を検出する高圧側圧力センサからなる前
記圧力検出手段により検出され、前記制御手段は前記低
圧側圧力センサと前記高圧側圧力センサの検出圧力を入
力して前記ポンプの吐き出し側圧力が許容圧力範囲内と
なるように前記ポンプを変速駆動することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の圧力タンク式給水装置。
【請求項３】前記最低速度で前記ポンプが駆動されたと
き該ポンプを少なくとも予め定めた一定時間継続して駆
動する手段を備えることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の圧力タンク式給水装置。
【請求項４】前記停止手段は、前記最低速度で前記ポン
プが駆動され且つ前記水量検出手段の検出水量が前記所
定水量以下となったとき前記最低速度で前記ポンプを予
め定めた一定時間継続駆動し該一定時間駆動終了時点で
前記水量検出手段により再度水量を検出し該検出水量が
前記所定水量以下となったことを検出した場合に前記ポ
ンプを停止させることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の圧力タンク式給水装置。