JP4033954B2 - 給水装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動ポンプで給水する給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の上記した給水装置は、電動ポンプの下流の給水配管にフロースイッチおよび逆止め弁などを配設し、推定末端圧一定制御部または吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御する構成とされている。
【０００３】
この給水装置において、給水配管の末端側に配設した蛇口を開放して水を放出させると、各制御部は、フロースイッチなどからの水の流れを検出した信号、すなわち流量検出信号に基づいて推定末端圧一定または吐出圧一定となるように電動ポンプを回転させ、水を加圧して給水する。
そして、蛇口が閉成されると、フロースイッチなどが水の流れを検出しなくなった第１信号である流量非検出信号を出力するので、各制御部は、フロースイッチなどからの流量非検出信号に基づいて電動ポンプを停止させる。
【０００４】
なお、蛇口を開放させてから電動ポンプが稼働するまでの間、給水配管の水圧が低下するので、圧力タンクを設けることにより、圧力タンクから所定圧力の水を給水配管へ放出する。
そして、蛇口を閉成させてから電動ポンプが停止するまでの間、圧力タンクに所定圧力の水を所定量蓄える。
したがって、安定した水圧で給水することができるとともに、電動ポンプの発停を少なくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給水装置は、蛇口の開閉に基づいて電動ポンプを発停させるので、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプの稼働時に発生する大きな騒音が問題になる。
また、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が短くなるため、電動ポンプのメンテナンス費用が嵩むという問題がある。
【０００６】
この発明は、上記した不都合を解消するためになされたもので、騒音が小さく、メンテナンス費用を低減させることのできる給水装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、第１の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
【０００８】
次に、第２の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第３揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
次に、第３の発明は、第１発明において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、第２揚程制御部が電動ポンプを、インバータを介して制御した後も、流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【０００９】
次に、第４の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１１】
次に、第５の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
【００１２】
次に、第６発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第３揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
次に、第７発明は、第５発明において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、第２揚程制御部が電動ポンプを、インバータを介して制御した後も、流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１３】
次に、第８発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１５】
なお、バイパス管に絞り弁を設けたり、電動ポンプの吸い込み側に接続されたバイパス管の一端を、受水槽に接続する構成にしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
なお、制御部から電動弁への信号線は、図示が省略されている。
図１において、１は給水配管を示し、一端が図示を省略した水道管に接続され、他端に図示を省略した複数の蛇口が配設されている。
そして、給水配管１は、給水本管２と、この給水本管２の途中に、並列に挿入された２本の給水分岐管３Ａ，３Ｂとで構成されている。
【００１７】
１１は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも上流の給水本管２に配設された逆止め弁、１２Ａ，１２Ｂは電動機を内蔵した電動ポンプを示し、電動ポンプ１２Ａは給水分岐管３Ａに配設され、電動ポンプ１２Ｂは給水分岐管３Ｂに配設されている。
１３Ａは電動ポンプ１２Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された逆止め弁、１３Ｂは電動ポンプ１２Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された逆止め弁、１４Ａは逆止め弁１３Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された締め切り弁、１４Ｂは逆止め弁１３Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された締め切り弁を示す。
【００１８】
１５はバイパス管を示し、締め切り弁１４Ａ，１４Ｂよりも下流の給水本管２を、電動ポンプ１２Ａよりも上流の給水本管２に接続するものである。
１６はバイパス管１５に配設された電動弁を示し、後述する切換制御部２１ｗによって制御され、バイパス管１５の流路を開閉するものである。
１７はバイパス管１５に配設された絞り弁を示す。
【００１９】
１８は逆止め弁１１よりも上流の給水本管２に配設された圧力検出器、１９は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された流量検出手段としてのフロースイッチ、２０は逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された圧力検出器を示す。
２１は制御部を示し、圧力検出器１８，２０の出力に基づき、インバータ２２Ａ，２２Ｂを介して電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを制御するとともに、電動弁１６を制御するものである。
【００２０】
図２は図１に示した制御部の構成を示すブロック図である。
なお、切換制御部から電動弁および各選択スイッチへの信号線は、図示が省略されている。
図２において、２１ａは推定末端圧力設定器を示し、実揚程ｈa に管端圧力ｈk を加えた固定揚程ｈc と、この固定揚程ｈc に管路損失揚程ｋｑ2 を加えた推定末端圧力ｈs とを出力するものである。
【００２１】
２１ｂは減算器を示し、推定末端圧力設定器２１ａが出力する推定末端圧力ｈs から圧力検出器２０が検出した圧力ｈi を差し引いたものを出力するものである。
２１ｃは選択スイッチを示し、減算器２１ｂの出力、または後述する減算器２１ｍの出力を選択するものである。
２１ｄは比例積分制御器を示し、選択スイッチ２１ｃを介した減算器２１ｂの出力、または減算器２１ｍの出力を処理してインバータ２２Ａ，２２Ｂ、後述する直線指令器２１ｅへ出力するものである。
【００２２】
２１ｅは直線指令器を示し、インバータ２２Ａ，２２Ｂに内蔵させた直線指令器と同じ特性を有し、比例積分制御器２１ｄの出力を入力とするものである。
２１ｆは一次遅れ要素を示し、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂにおける電動機のその速度（回転数または周波数）までの伝達遅れに近似させて直線指令器２１ｅの出力をｎ* として出力するものである。
２１ｇは二乗演算器を示し、一次遅れ要素２１ｆの出力ｎ* を入力としてｎ*2を出力するものである。
【００２３】
２１ｈは定数乗算器を示し、二乗演算器２１ｇの出力ｎ*2に電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの特性である定数ａを掛けたａｎ*2をｈpoi として出力するものである。
２１ｉは第１揚程としての設定揚程ｈphを出力する第１揚程設定器、２１ｊは第２揚程としての締め切り揚程ｈpmを出力する第２揚程設定器、２１ｋは第３揚程としての設定最小締め切り揚程ｈpoを出力する第３揚程設定器を示す。
【００２４】
２１ｌは選択スイッチを示し、第１揚程設定器２１ｉの出力、第２揚程設定器２１ｊの出力、または第３揚程設定器２１ｋの出力を選択するものである。
２１ｍは減算器を示し、第１揚程設定器２１ｉの設定揚程ｈph、第２揚程設定器２１ｊの締め切り揚程ｈpm、または第３揚程設定器２１ｋの設定最小締め切り揚程ｈpoから定数乗算器２１ｈの出力ｈpoi を差し引いたものを出力するものである。
【００２５】
２１ｎは定数設定器を示し、補償揚程ｈominを設定するものである。
２１ｏは加算器を示し、推定末端圧力設定器２１ａが出力する固定揚程ｈc と、定数設定器２１ｎが出力する補償揚程ｈominとを加算したものを出力するものである。
２１ｐは定数設定器を示し、逆止め弁１１の固定損失揚程ｈsuc を設定するものである。
【００２６】
２１ｑは減算器を示し、圧力検出器１８の検出した圧力ｈsuから定数設定器２１ｐの固定損失揚程ｈsuc を差し引いたものを出力するものである。
２１ｒは減算器を示し、加算器２１ｏの出力から減算器２１ｑの出力を差し引いたものを出力するものである。
２１ｓは定数乗算器を示し、減算器２１ｒの出力に電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの特性である定数ａ分の１を掛けたものを出力するものである。
【００２７】
２１ｔは平方根演算器を示し、定数乗算器２１ｓの出力の平方根をｎ* min として出力するものである。
２１ｕは減算器を示し、平方根演算器２１ｔの出力から一次遅れ要素２１ｆの出力ｎ* を差し引いたものを出力するものである。
２１ｖは比較器を示し、減算器２１ｕの出力がゼロ以上であるか、負であるか、すなわちフロースイッチ１９が検知可能な最小流量ｑmin 以下になったか否かを判定するものである。
【００２８】
２１ｗは切換制御部を示し、比較器２１ｖの出力に基づき、電動弁１６および選択スイッチ２１ｃ，２１ｌを後述するように制御するものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、タイマなどで構成されている。
【００２９】
なお、推定末端圧一定制御部は、推定末端圧力設定器２１ａ、減算器２１ｂおよび比例積分制御器２１ｄで構成されている。
そして、第１揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第１揚程設定器２１ｉおよび減算器２１ｍで構成されている。
さらに、第２揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第２揚程設定器２１ｊおよび減算器２１ｍで構成されている。
【００３０】
また、第３揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第３揚程設定器２１ｋおよび減算器２１ｍで構成されている。
そして、流量検出手段は、推定末端圧力設定器２１ａ、減算器２１ｂ、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、定数設定器２１ｎ，２１ｐ、加算器２１ｏ、減算器２１ｑ，２１ｒ，２１ｕ、定数乗算器２１ｓ、平方根演算器２１ｔおよび比較器２１ｖで構成されている。
【００３１】
図３は図１および図２に示した給水装置の動作を説明する揚程−流量特性図である。
この特性は、実効押し込み揚程がゼロの場合、すなわち吸い込み側押し込み揚程（図２における圧力ｈsu）から逆止め弁１１の固定損失揚程ｈsuc を差し引いた値がゼロの場合における推定末端圧一定制御の電動ポンプの揚程−流量特性を、単位法で示したものである。
【００３２】
図３において、Ａは推定末端圧一定制御曲線、Ｒはバイパス管１５の摩擦損失と絞り弁１７の絞り損失とを合計した損失曲線、Ｐ1 は推定末端圧一定制御曲線Ａ上のｑ＝１．０、ｈ＝１．０を通る定格流量、定格揚程の動作点、Ｐ2 は推定末端圧一定制御曲線Ａ上の最小流量ｑmin における動作点、Ｐ3 は第１揚程制御における動作点、Ｐ4 は第２揚程制御における動作点、Ｐ5 は第３揚程制御における動作点を示す。
なお、動作点Ｐ3 は推定末端圧一定制御曲線Ａと損失曲線Ｒとの交点に位置し、動作点Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6 は損失曲線Ｒ上に位置する。
【００３３】
図４は第１揚程制御における許容運転時間特性図である。
この特性は、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂで締め切り揚程を行った場合、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力を定格軸動力に対して変化させ、バイパス管１５のバイパス流量ｑB が電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格流量に対する５％または１０％の許容運転時間ＴB を、単位法で示したものである。
【００３４】
ここで、許容運転時間ＴB について説明すると、バイパス流量ｑB が少なくなることにより、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの水に与える仕事はほとんどゼロになるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大部分は、水の攪拌に消費される。
このように電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大部分が水の攪拌に消費されると、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ内の水、羽根車、パッキング、軸受部、メカニカルシール、電動機コイルなどの温度が上昇することになる。
【００３５】
したがって、少量のバイパス流量ｑB で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを許容温度以下とするための許容運転時間ＴB は、そのときの電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力が分かれば、求めることができる。
この軸動力は第（１）式で求めることができるので、バイパス流量ｑB に対する許容運転時間と、（バイパス流量ｑB ＋最小流量ｑmin ）／２に対する許容運転時間とを求め、短い方を許容運転時間ＴB とする。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ただし、ｌ0 ：締め切り軸動力（ｐ．ｕ．）＝Ｌ0 ／ＬN （ｐ．ｕ．）
Ｌ0 ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの締め切り軸動力（ｋＷ）
ＬN ：定格軸動力（ｋＷ）
ｈo ：締め切り揚程（ｐ．ｕ．）＜（ｈa ＋ｈk ）（ｐ．ｕ．）
ｈa ：実揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈa ／ＨN （ｐ．ｕ．）
ｈk ：管端圧力（ｐ．ｕ．）＝ＨK ／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈa ：実揚程（ｍ）
Ｈk ：管端圧力（ｍ）
ＨN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格揚程（ｍ）
ηqB：バイパス流量ｑB （ｐ．ｕ．）のときの電動ポンプ効率（ｐ．ｕ．）
ｑB ：第２揚程制御におけるバイパス流量（ｐ．ｕ．）
ｑmin ：締め切り揚程制御におけるバイパス流量（ｐ．ｕ．）
【００３８】
したがって、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの流量でもあるバイパス流量ｑB をパラメータとする軸動力と、許容温度まで上昇する許容運転時間ＴB との関係は、使用する電動ポンプ毎の試験値、実験値などにより、図４に示すように、電動ポンプ毎に求めることができる。
【００３９】
次に、各制御について説明する。
まず、推定末端圧一定制御になると、推定末端圧一定制御曲線Ａ上の動作点Ｐ1 と動作点Ｐ2 のとの間を移動しながら給水することになる。
そして、第１揚程制御になると、動作点は、動作点Ｐ3 となる。
さらに、第２揚程制御になると、動作点は、動作点Ｐ3 における設定揚程ｈphの９０％に相当する締め切り揚程ｈpmの動作点Ｐ4 となる。
この締め切り揚程ｈpmになると、揚程が減少することによって逆流がわずかに起こるものの、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂを緩やかに閉成することができる。
【００４０】
そして、第３揚程制御になると、揚程は設定最小締め切り揚程ｈpoとなる。
この設定最小締め切り揚程ｈpoは、第（２）式を満足する値で、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールを潤滑できて摩擦抵抗が最小となる許容最小締め切り揚程ｈpminに可能な限り近い値に設定する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
ただし、ｈpmax：許容最大締め切り揚程（ｐ．ｕ．）＜（ｈa ＋ｈk ）（ｐ．ｕ．）
ｈpo：設定最小締め切り揚程（ｐ．ｕ．）
ｈpmin：許容最小締め切り揚程（ｐ．ｕ．）
【００４３】
なお、許容最大締め切り揚程ｈpmaxは、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂを閉成させた状態で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの温度上昇を許容値以下とする揚程である。
そして、許容最小締め切り揚程ｈpminは、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールを潤滑できて摩擦抵抗が最小となる締め切り揚程である。
この第（２）式で与えられる第３揚程制御になると、低速度で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが運転され、静粛かつ省エネルギー運転となる。
そして、設定最小締め切り揚程ｈpoは電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転できるものの、許容最小締め切り揚程ｈpminは限られた時間だけ電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転できる。
【００４４】
さらに、流量検出手段の小流量検出について説明する。
図３において、小流量運転を（ｈ−ｑ）min とすれば、このとき電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが与える締め切り揚程は、ｈ−ｑ特性を電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度と流量の二次式で近似させた場合、第（３）式のように表すことができる。
【００４５】
【数３】
【００４６】
ただし、ｎ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度（ｐ．ｕ．）＝Ｎ／ＮN （ｐ．ｕ．）
Ｎ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度（ｒｐｍ）
ＮN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格速度（ｒｐｍ）
ｈa ：実揚程（ｐ．ｕ．）
ｈk ：管端圧力（ｐ．ｕ．）
ｈomin ：補償揚程（ｐ．ｕ．）
ｈsu：ポンプ押し込み揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈsu／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈsu：ポンプ押し込み揚程（逆止め弁１１の入り側）（ｍ）
ＨN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格揚程（ｍ）
ｈsuc ：逆止め弁１１の固定損失揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈsuc ／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈsuc ：逆止め弁１１の固定損失揚程（ｐ．ｕ．）
ａ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定数
【００４７】
この第（３）式の（ｈsu−ｈsuc ）は、実効押し込み揚程であり、図１に示すように、圧力検出器１８が水道管側に設けられた場合、検出値としての圧力ｈsuと、実際に測定された固定損失揚程ｈsuc との差によって得られる。
したがって、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも下流の給水本管２の流量が最小流量ｑmin になったのを検出することができる。
【００４８】
図５は図１および図２に示した給水装置における切換制御部のフローチャートである。
図５において、ＳＴ１〜ＳＴ１３はステップを示す。
【００４９】
次に、切換制御部の制御、給水について説明する。
なお、図示を省略した蛇口が開放され、給水している状態で、比較器２１ｖは、流量が最小流量ｑmin よりも多い第２信号を出力している。
まず、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖの出力が最小流量ｑmin 以下の第１信号であるかを判定し（ステップＳＴ１）、比較器２１ｖの出力が最小流量ｑmin 以下の第１信号でなければ、すなわち流量が最小流量ｑmin よりも多い第２信号である給水状態であれば、選択スイッチ２１ｃ，２１ｌを接点ａ側へ切り換えるとともに、電動弁１６を閉成し（ステップＳＴ２）、ステップＳＴ１へ戻る。
【００５０】
このように選択スイッチ２１ｃ，２１ｌが切換制御部２１ｗの制御によって接点ａ側になると、圧力検出器２０の圧力ｈi を検出値、推定末端圧力設定器２１ａの推定末端圧力ｈs を設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化し、公知の推定末端圧一定制御となる。
したがって、図３の曲線Ａ上の動作点Ｐ1 と、動作点Ｐ2 のとの間を移動する推定末端圧力一定制御となる。
【００５１】
そして、全ての蛇口が閉じられることにより、流量が最小流量ｑmin 以下になると、比較器２１ｖから流量が最小流量ｑmin 以下の第１信号が出力される。
このように比較器２１ｖから第１信号が出力されると、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖからの信号が第１信号であることを確認した後（ステップＳＴ１）、タイマをセットする（ステップＳＴ３）。
そして、タイマを参照して第１所定時間、例えば６０秒が経過したかを判定し（ステップＳＴ４）、６０秒経過していなければ、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定する（ステップＳＴ５）。
【００５２】
このステップＳＴ５の判定で、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ１へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、ステップＳＴ４へ戻る。
そして、ステップＳＴ４の判定で６０秒が経過していれば、選択スイッチ２１ｃを接点ｂ側へ切り換え、電動弁１６を開放するとともに、タイマをセットする（ステップＳＴ６）。
【００５３】
このように選択スイッチ２１ｃが切換制御部２１ｗの制御によって接点ｂ側になると、比例積分制御器２１ｄの出力を検出値、第１揚程設定器２１ｉの設定揚程ｈphを設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化する第１揚程制御となり、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂから吐出される水は、バイパス管１５を介して電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの上流に還流する。
【００５４】
そして、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定し（ステップＳＴ７）、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ２へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、タイマを参照して許容運転時間ＴB から第１所定時間を差し引いた設定時間が経過したかを判定する（ステップＳＴ８）。
【００５５】
このステップＳＴ８の判定で、設定時間が経過していなければ、ステップＳＴ７へ戻り、設定時間が経過していれば、選択スイッチ２１ｌを接点ｂ側へ切り換え、電動弁１６を閉成するとともに、タイマをセットする（ステップＳＴ９）。
このように選択スイッチ２１ｌが切換制御部２１ｗの制御によって接点ｂ側になり、電動弁１６が閉成すると、比例積分制御器２１ｄの出力を検出値、第２揚程設定器２１ｊの締め切り揚程ｈpmを設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化する第２揚程制御となり、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂはゆっくりと閉成する。
【００５６】
そして、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定し（ステップＳＴ１０）、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ２へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、タイマを参照して第２所定時間、例えば２秒が経過したかを判定する（ステップＳＴ１１）。
このステップＳＴ１１の判定で、２秒が経過していなければ、ステップＳＴ１０へ戻り、２秒が経過していれば、選択スイッチ２１ｌを接点ｃ側へ切り換え（ステップＳＴ１２）、比較器２１ｓからの信号が第２信号になるのを待機し（ステップＳＴ１３）、第３揚程制御となる。
そして、比較器２１ｖからの信号が第２信号になると（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ２へ戻る。
【００５７】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂは停止することなく回転し、すなわち発停を繰り返さず、給水時も低速回転数から所定の回転数へ急峻に立ち上がるので、所定の回転数への立ち上がり時の騒音が小さくなり、迅速な給水に対応することができるとともに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが凍結によって損傷するのを防止することができる。
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂは発停を繰り返さずに回転しているので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が長くなるため、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメンテナンス費用を低減させることができる。
【００５８】
さらに、最小流量ｑmin となった後、第２揚程制御を完了するまでは電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大きな長期の待機状態となるので、給水要求に対して迅速に対応することができる。
また、第２揚程制御になると、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂをソフトに閉成させて保圧するので、ウォーターハンマによる騒音の発生を防止することができ、圧力タンクが不要になったり、圧力タンクを小形化できるため、給水装置をコンパクトに構成することができる。
【００５９】
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが低速回転の第３揚程制御で長期の待機状態になるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転させているにもかかわらず、給水していないときのランニングコストを、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを停止させる場合に匹敵する程の安価にすることができるとともに、静粛な運転となる。
さらに、絞り弁１７をバイパス管１５に設けたので、バイパス流量ｑB を調整することができるとともに、バイパス管１５による還流路に汎用性を持たせることができる。
【００６０】
なお、上記した実施形態において、推定末端圧一定制御で給水する例で説明したが、推定末端圧一定制御部を吐出圧一定制御部に変えることにより、吐出圧一定制御で給水する給水装置にも適用できることは言うまでもない。
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが２台の場合を示したが、電動ポンプは１台でも、または３台以上であってもよく、逆止め弁よりも下流の給水配管を電動ポンプの吸い込み側に接続した構成であれば、すなわち図１に示したバイパス管の接続方法以外にも、各電動ポンプの吸い込み部または吸い込み端にバイパス管の他端を接続しても、同様な効果を得ることができる。
【００６１】
さらに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの揚程が動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 ，Ｐ4 を経由して動作点Ｐ5 へ移行する例で説明したが、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ5 へ直接移行しなければ、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 を経由して動作点Ｐ4 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 を経由して動作点Ｐ5 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ4 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ4 を経由して動作点Ｐ5 へ移行させても同様な効果を得ることができる。
【００６２】
また、バイパス管１５に絞り弁１７を設けた例で説明したが、絞り弁１７を省いても同様な効果を得ることができる。
そして、各制御部の構成は一例を示したもので、同様に機能する他の構成であってもよいことは言うまでもない。
さらに、圧力検出器１８，２０などで流量検出手段を構成した例を示したが、フロースイッチ１９を流量検出手段として利用できることは言うまでもない。
【００６３】
また、第２揚程を設定揚程ｈphの９０％として説明したが、第２揚程を設定揚程ｈphの８０％〜９５％の間に設定しても、第２揚程を動作点Ｐ3 の設定揚程ｈphよりも大きな揚程にしても同様な効果を得ることができる。
そして、給水時に電動弁１６を閉成させたが、給水時にも電動弁１６を開放させたままにしておくことも可能である。
【００６４】
このように、給水時にも電動弁１６を開放させたままにしておくと、図３に示すように、常時バイパス流量ｑB で還流することになり、定格揚程、定格流量でのバイパス流量ｑB が多くなるので、前述の条件などを考慮して可能な限りバイパス流量ｑB を少量にして動力損失を少なくすると、電動弁１６の寿命を向上させることができる。
【００６５】
そして、水道管に接続した給水装置の例で説明したが、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂよりも上流の給水本管２に接続されたバイパス管１５の一端を、受水槽に接続することにより、受水槽から給水する給水装置にも適用でき、同様な効果を得ることができる。
このようにバイパス管１５の一端を、受水槽に接続した場合、第（３）式における圧力ｈsuとして圧力検出器２０の圧力ｈi を代用すればよい。
【００６６】
さらに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを同時に運転する例で説明したが、電動ポンプを交互運転して給水する給水装置にも適用できることは言うまでもない。
また、時計およびカレンダを設け、凍結しない時期の夜中の１２時頃から翌朝の５時頃までのように水道を使用しない時間帯と、発停の少ない時間帯とを記憶させ、その時間帯は電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを停止させる構成とすることも可能であり、凍結時期の夜中の１２時頃から翌朝の５時頃まで水道を使用しない時間帯は、凍結を防止できる間隔で強制的に第１揚程制御にして電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの凍結を防止する構成とすることも可能である。
【００６７】
また、給水要求を流量検出手段の出力で判断する構成としたが、圧力検出器２０の圧力ｈi で判断する構成としてもよい。
そして、タイマを参照することによって各時間の経過を確認し、各締め切り揚程制御へ移行する例で説明したが、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、または水の温度を検出する各温度検出手段の出力に基づいて各締め切り揚程制御へ移行する構成とすることも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、本来であれば電動ポンプを停止させるところを、電動ポンプを第１揚程で制御する構成にしたので、電動ポンプの軸動力の大きな待機時間を長くとることができ、給水要求に対して迅速に対応することができる。
そして、電動ポンプを停止させることなく回転させ、すなわち発停を繰り返さず、給水時も低速回転数から所定の回転数へ急峻に立ち上がる構成にしたので、所定の回転数への立ち上がり時の騒音が小さくなり、給水要求に対して迅速に対応することができ、電動ポンプが凍結によって損傷するのを防止することができるとともに、給水装置の構成部品を収納ケース内に設置することで、給水装置全体の凍結防止も可能になる。
【００６９】
さらに、電動ポンプは発停を繰り返さずに回転しているので、電動ポンプのメカニカルシールおよび軸受けの寿命が長くなるため、電動ポンプのメンテナンス費用を低減させることができる。
また、第２揚程制御になると、逆止め弁をソフトに閉成させて保圧するので、ウォーターハンマによる騒音の発生を防止することができ、圧力タンクが不要になったり、圧力タンクを小形化できるため、給水装置を安価に製作できるとともに、コンパクトに構成することができ、設置場所の制約が緩和できる。
【００７０】
そして、電動ポンプが低速回転の第３揚程制御で長期の待機状態になるので、電動ポンプを連続運転させているにもかかわらず、給水していないときのランニングコストを、電動ポンプを停止させる場合に匹敵する程の安価にすることができるとともに、静粛な運転となる。
さらに、第３揚程を許容最小締め切り揚程にすると、給水していないときのランニングコストを、さらに安価にすることができる。
また、絞り弁をバイパス管に設けたので、バイパス流量を調整することができるとともに、バイパス管による還流路に汎用性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した制御部の一例の構成を示すブロック図である。
【図３】図１および図２に示した給水装置の動作を説明する揚程−流量特性図である。
【図４】第１揚程制御における許容運転時間特性図である。
【図５】図１および図２に示した給水装置における切換制御部のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 給水配管
２ 給水本管
３Ａ，３Ｂ 給水分岐管
１１ 逆止め弁
１２Ａ，１２Ｂ 電動ポンプ
１３Ａ，１３Ｂ 逆止め弁
１４Ａ，１４Ｂ 締め切り弁
１５ バイパス管
１６ 電動弁
１７ 絞り弁
１８，２０ 圧力検出器
１９ フロースイッチ
２１ 制御部
２１ａ 推定末端圧力設定器
２１ｂ 減算器
２１ｃ 選択スイッチ
２１ｄ 比例積分制御器
２１ｅ 直線指令器
２１ｆ 一次遅れ要素
２１ｇ 二乗演算器
２１ｈ 定数乗算器
２１ｉ 第１揚程設定器
２１ｊ 第２揚程設定器
２１ｋ 第３揚程設定器
２１ｌ 選択スイッチ
２１ｍ 減算器
２１ｎ，２１ｐ 定数設定器
２１ｏ 加算器
２１ｑ，２１ｒ 減算器
２１ｓ 定数設定器
２１ｔ 平方根演算器
２１ｕ 減算器
２１ｖ 比較器
２１ｗ 切換制御部
２２Ａ，２２Ｂ インバータ
ｈa 実揚程
ｈk 管端圧力
ｈc 固定揚程
ｈs 推定末端圧力
ｈi 圧力
ｎ* 出力
ｎ*2 出力
ａ 定数
ｈpoi 出力
ｈph 設定揚程
ｈpm 締め切り揚程
ｈpo 設定最小締め切り揚程
ｈomin 補償揚程
ｈsuc 固定損失揚程
ｈsu 圧力
ｎ* min 平方根
ｑmin 最小流量
ｑB バイパス流量
ＴB 許容運転時間
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動ポンプで給水する給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の上記した給水装置は、電動ポンプの下流の給水配管にフロースイッチおよび逆止め弁などを配設し、推定末端圧一定制御部または吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御する構成とされている。
【０００３】
この給水装置において、給水配管の末端側に配設した蛇口を開放して水を放出させると、各制御部は、フロースイッチなどからの水の流れを検出した信号、すなわち流量検出信号に基づいて推定末端圧一定または吐出圧一定となるように電動ポンプを回転させ、水を加圧して給水する。
そして、蛇口が閉成されると、フロースイッチなどが水の流れを検出しなくなった第１信号である流量非検出信号を出力するので、各制御部は、フロースイッチなどからの流量非検出信号に基づいて電動ポンプを停止させる。
【０００４】
なお、蛇口を開放させてから電動ポンプが稼働するまでの間、給水配管の水圧が低下するので、圧力タンクを設けることにより、圧力タンクから所定圧力の水を給水配管へ放出する。
そして、蛇口を閉成させてから電動ポンプが停止するまでの間、圧力タンクに所定圧力の水を所定量蓄える。
したがって、安定した水圧で給水することができるとともに、電動ポンプの発停を少なくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給水装置は、蛇口の開閉に基づいて電動ポンプを発停させるので、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプの稼働時に発生する大きな騒音が問題になる。
また、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が短くなるため、電動ポンプのメンテナンス費用が嵩むという問題がある。
【０００６】
この発明は、上記した不都合を解消するためになされたもので、騒音が小さく、メンテナンス費用を低減させることのできる給水装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、第１の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
【０００８】
次に、第２の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第３揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
次に、第３の発明は、第１発明において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、第２揚程制御部が電動ポンプを、インバータを介して制御した後も、流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【０００９】
次に、第４の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を推定末端圧一定制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１１】
次に、第５の発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
【００１２】
次に、第６発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程以上の揚程を第１揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第１揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第１揚程制御部に切り換え、流量検出手段が第１信号を第１所定時間の後も引き続けて設定時間以内出力すると、電動ポンプの制御を第１揚程制御部から第３揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる構成にしたものである。
次に、第７発明は、第５発明において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、第２揚程制御部が電動ポンプを、インバータを介して制御した後も、流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１３】
次に、第８発明は、電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、逆止め弁よりも下流の給水配管を、電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第２揚程制御部と、流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、電動ポンプの制御を吐出圧一定制御部から第２揚程制御部に切り換えるとともに、電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として電動ポンプを、インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、切換制御部を、流量検出手段が第１信号を所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、電動ポンプの制御を第２揚程制御部から第３揚程制御部に切り換える構成にしたものである。
【００１５】
なお、バイパス管に絞り弁を設けたり、電動ポンプの吸い込み側に接続されたバイパス管の一端を、受水槽に接続する構成にしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
なお、制御部から電動弁への信号線は、図示が省略されている。
図１において、１は給水配管を示し、一端が図示を省略した水道管に接続され、他端に図示を省略した複数の蛇口が配設されている。
そして、給水配管１は、給水本管２と、この給水本管２の途中に、並列に挿入された２本の給水分岐管３Ａ，３Ｂとで構成されている。
【００１７】
１１は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも上流の給水本管２に配設された逆止め弁、１２Ａ，１２Ｂは電動機を内蔵した電動ポンプを示し、電動ポンプ１２Ａは給水分岐管３Ａに配設され、電動ポンプ１２Ｂは給水分岐管３Ｂに配設されている。
１３Ａは電動ポンプ１２Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された逆止め弁、１３Ｂは電動ポンプ１２Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された逆止め弁、１４Ａは逆止め弁１３Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された締め切り弁、１４Ｂは逆止め弁１３Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された締め切り弁を示す。
【００１８】
１５はバイパス管を示し、締め切り弁１４Ａ，１４Ｂよりも下流の給水本管２を、電動ポンプ１２Ａよりも上流の給水本管２に接続するものである。
１６はバイパス管１５に配設された電動弁を示し、後述する切換制御部２１ｗによって制御され、バイパス管１５の流路を開閉するものである。
１７はバイパス管１５に配設された絞り弁を示す。
【００１９】
１８は逆止め弁１１よりも上流の給水本管２に配設された圧力検出器、１９は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された流量検出手段としてのフロースイッチ、２０は逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された圧力検出器を示す。
２１は制御部を示し、圧力検出器１８，２０の出力に基づき、インバータ２２Ａ，２２Ｂを介して電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを制御するとともに、電動弁１６を制御するものである。
【００２０】
図２は図１に示した制御部の構成を示すブロック図である。
なお、切換制御部から電動弁および各選択スイッチへの信号線は、図示が省略されている。
図２において、２１ａは推定末端圧力設定器を示し、実揚程ｈa に管端圧力ｈk を加えた固定揚程ｈc と、この固定揚程ｈc に管路損失揚程ｋｑ2 を加えた推定末端圧力ｈs とを出力するものである。
【００２１】
２１ｂは減算器を示し、推定末端圧力設定器２１ａが出力する推定末端圧力ｈs から圧力検出器２０が検出した圧力ｈi を差し引いたものを出力するものである。
２１ｃは選択スイッチを示し、減算器２１ｂの出力、または後述する減算器２１ｍの出力を選択するものである。
２１ｄは比例積分制御器を示し、選択スイッチ２１ｃを介した減算器２１ｂの出力、または減算器２１ｍの出力を処理してインバータ２２Ａ，２２Ｂ、後述する直線指令器２１ｅへ出力するものである。
【００２２】
２１ｅは直線指令器を示し、インバータ２２Ａ，２２Ｂに内蔵させた直線指令器と同じ特性を有し、比例積分制御器２１ｄの出力を入力とするものである。
２１ｆは一次遅れ要素を示し、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂにおける電動機のその速度（回転数または周波数）までの伝達遅れに近似させて直線指令器２１ｅの出力をｎ* として出力するものである。
２１ｇは二乗演算器を示し、一次遅れ要素２１ｆの出力ｎ* を入力としてｎ*2を出力するものである。
【００２３】
２１ｈは定数乗算器を示し、二乗演算器２１ｇの出力ｎ*2に電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの特性である定数ａを掛けたａｎ*2をｈpoi として出力するものである。
２１ｉは第１揚程としての設定揚程ｈphを出力する第１揚程設定器、２１ｊは第２揚程としての締め切り揚程ｈpmを出力する第２揚程設定器、２１ｋは第３揚程としての設定最小締め切り揚程ｈpoを出力する第３揚程設定器を示す。
【００２４】
２１ｌは選択スイッチを示し、第１揚程設定器２１ｉの出力、第２揚程設定器２１ｊの出力、または第３揚程設定器２１ｋの出力を選択するものである。
２１ｍは減算器を示し、第１揚程設定器２１ｉの設定揚程ｈph、第２揚程設定器２１ｊの締め切り揚程ｈpm、または第３揚程設定器２１ｋの設定最小締め切り揚程ｈpoから定数乗算器２１ｈの出力ｈpoi を差し引いたものを出力するものである。
【００２５】
２１ｎは定数設定器を示し、補償揚程ｈominを設定するものである。
２１ｏは加算器を示し、推定末端圧力設定器２１ａが出力する固定揚程ｈc と、定数設定器２１ｎが出力する補償揚程ｈominとを加算したものを出力するものである。
２１ｐは定数設定器を示し、逆止め弁１１の固定損失揚程ｈsuc を設定するものである。
【００２６】
２１ｑは減算器を示し、圧力検出器１８の検出した圧力ｈsuから定数設定器２１ｐの固定損失揚程ｈsuc を差し引いたものを出力するものである。
２１ｒは減算器を示し、加算器２１ｏの出力から減算器２１ｑの出力を差し引いたものを出力するものである。
２１ｓは定数乗算器を示し、減算器２１ｒの出力に電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの特性である定数ａ分の１を掛けたものを出力するものである。
【００２７】
２１ｔは平方根演算器を示し、定数乗算器２１ｓの出力の平方根をｎ* min として出力するものである。
２１ｕは減算器を示し、平方根演算器２１ｔの出力から一次遅れ要素２１ｆの出力ｎ* を差し引いたものを出力するものである。
２１ｖは比較器を示し、減算器２１ｕの出力がゼロ以上であるか、負であるか、すなわちフロースイッチ１９が検知可能な最小流量ｑmin 以下になったか否かを判定するものである。
【００２８】
２１ｗは切換制御部を示し、比較器２１ｖの出力に基づき、電動弁１６および選択スイッチ２１ｃ，２１ｌを後述するように制御するものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、タイマなどで構成されている。
【００２９】
なお、推定末端圧一定制御部は、推定末端圧力設定器２１ａ、減算器２１ｂおよび比例積分制御器２１ｄで構成されている。
そして、第１揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第１揚程設定器２１ｉおよび減算器２１ｍで構成されている。
さらに、第２揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第２揚程設定器２１ｊおよび減算器２１ｍで構成されている。
【００３０】
また、第３揚程制御部は、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、二乗演算器２１ｇ、定数乗算器２１ｈ、第３揚程設定器２１ｋおよび減算器２１ｍで構成されている。
そして、流量検出手段は、推定末端圧力設定器２１ａ、減算器２１ｂ、比例積分制御器２１ｄ、直線指令器２１ｅ、一次遅れ要素２１ｆ、定数設定器２１ｎ，２１ｐ、加算器２１ｏ、減算器２１ｑ，２１ｒ，２１ｕ、定数乗算器２１ｓ、平方根演算器２１ｔおよび比較器２１ｖで構成されている。
【００３１】
図３は図１および図２に示した給水装置の動作を説明する揚程−流量特性図である。
この特性は、実効押し込み揚程がゼロの場合、すなわち吸い込み側押し込み揚程（図２における圧力ｈsu）から逆止め弁１１の固定損失揚程ｈsuc を差し引いた値がゼロの場合における推定末端圧一定制御の電動ポンプの揚程−流量特性を、単位法で示したものである。
【００３２】
図３において、Ａは推定末端圧一定制御曲線、Ｒはバイパス管１５の摩擦損失と絞り弁１７の絞り損失とを合計した損失曲線、Ｐ1 は推定末端圧一定制御曲線Ａ上のｑ＝１．０、ｈ＝１．０を通る定格流量、定格揚程の動作点、Ｐ2 は推定末端圧一定制御曲線Ａ上の最小流量ｑmin における動作点、Ｐ3 は第１揚程制御における動作点、Ｐ4 は第２揚程制御における動作点、Ｐ5 は第３揚程制御における動作点を示す。
なお、動作点Ｐ3 は推定末端圧一定制御曲線Ａと損失曲線Ｒとの交点に位置し、動作点Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6 は損失曲線Ｒ上に位置する。
【００３３】
図４は第１揚程制御における許容運転時間特性図である。
この特性は、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂで締め切り揚程を行った場合、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力を定格軸動力に対して変化させ、バイパス管１５のバイパス流量ｑB が電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格流量に対する５％または１０％の許容運転時間ＴB を、単位法で示したものである。
【００３４】
ここで、許容運転時間ＴB について説明すると、バイパス流量ｑB が少なくなることにより、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの水に与える仕事はほとんどゼロになるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大部分は、水の攪拌に消費される。
このように電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大部分が水の攪拌に消費されると、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ内の水、羽根車、パッキング、軸受部、メカニカルシール、電動機コイルなどの温度が上昇することになる。
【００３５】
したがって、少量のバイパス流量ｑB で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを許容温度以下とするための許容運転時間ＴB は、そのときの電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力が分かれば、求めることができる。
この軸動力は第（１）式で求めることができるので、バイパス流量ｑB に対する許容運転時間と、（バイパス流量ｑB ＋最小流量ｑmin ）／２に対する許容運転時間とを求め、短い方を許容運転時間ＴB とする。
【００３６】
【数１】
ただし、ｌ0 ：締め切り軸動力（ｐ．ｕ．）＝Ｌ0 ／ＬN （ｐ．ｕ．）
Ｌ0 ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの締め切り軸動力（ｋＷ）
ＬN ：定格軸動力（ｋＷ）
ｈo ：締め切り揚程（ｐ．ｕ．）＜（ｈa ＋ｈk ）（ｐ．ｕ．）
ｈa ：実揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈa ／ＨN （ｐ．ｕ．）
ｈk ：管端圧力（ｐ．ｕ．）＝ＨK ／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈa ：実揚程（ｍ）
Ｈk ：管端圧力（ｍ）
ＨN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格揚程（ｍ）
ηqB：バイパス流量ｑB （ｐ．ｕ．）のときの電動ポンプ効率（ｐ．ｕ．）
ｑB ：第２揚程制御におけるバイパス流量（ｐ．ｕ．）
ｑmin ：締め切り揚程制御におけるバイパス流量（ｐ．ｕ．）
【００３８】
したがって、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの流量でもあるバイパス流量ｑB をパラメータとする軸動力と、許容温度まで上昇する許容運転時間ＴB との関係は、使用する電動ポンプ毎の試験値、実験値などにより、図４に示すように、電動ポンプ毎に求めることができる。
【００３９】
次に、各制御について説明する。
まず、推定末端圧一定制御になると、推定末端圧一定制御曲線Ａ上の動作点Ｐ1 と動作点Ｐ2 のとの間を移動しながら給水することになる。
そして、第１揚程制御になると、動作点は、動作点Ｐ3 となる。
さらに、第２揚程制御になると、動作点は、動作点Ｐ3 における設定揚程ｈphの９０％に相当する締め切り揚程ｈpmの動作点Ｐ4 となる。
この締め切り揚程ｈpmになると、揚程が減少することによって逆流がわずかに起こるものの、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂを緩やかに閉成することができる。
【００４０】
そして、第３揚程制御になると、揚程は設定最小締め切り揚程ｈpoとなる。
この設定最小締め切り揚程ｈpoは、第（２）式を満足する値で、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールを潤滑できて摩擦抵抗が最小となる許容最小締め切り揚程ｈpminに可能な限り近い値に設定する。
【００４１】
【数２】
ただし、ｈpmax：許容最大締め切り揚程（ｐ．ｕ．）＜（ｈa ＋ｈk ）（ｐ．ｕ．）
ｈpo：設定最小締め切り揚程（ｐ．ｕ．）
ｈpmin：許容最小締め切り揚程（ｐ．ｕ．）
【００４３】
なお、許容最大締め切り揚程ｈpmaxは、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂを閉成させた状態で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの温度上昇を許容値以下とする揚程である。
そして、許容最小締め切り揚程ｈpminは、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールを潤滑できて摩擦抵抗が最小となる締め切り揚程である。
この第（２）式で与えられる第３揚程制御になると、低速度で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが運転され、静粛かつ省エネルギー運転となる。
そして、設定最小締め切り揚程ｈpoは電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転できるものの、許容最小締め切り揚程ｈpminは限られた時間だけ電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転できる。
【００４４】
さらに、流量検出手段の小流量検出について説明する。
図３において、小流量運転を（ｈ−ｑ）min とすれば、このとき電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが与える締め切り揚程は、ｈ−ｑ特性を電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度と流量の二次式で近似させた場合、第（３）式のように表すことができる。
【００４５】
【数３】
ただし、ｎ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度（ｐ．ｕ．）＝Ｎ／ＮN （ｐ．ｕ．）
Ｎ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの速度（ｒｐｍ）
ＮN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格速度（ｒｐｍ）
ｈa ：実揚程（ｐ．ｕ．）
ｈk ：管端圧力（ｐ．ｕ．）
ｈomin ：補償揚程（ｐ．ｕ．）
ｈsu：ポンプ押し込み揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈsu／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈsu：ポンプ押し込み揚程（逆止め弁１１の入り側）（ｍ）
ＨN ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定格揚程（ｍ）
ｈsuc ：逆止め弁１１の固定損失揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈsuc ／ＨN （ｐ．ｕ．）
Ｈsuc ：逆止め弁１１の固定損失揚程（ｐ．ｕ．）
ａ：電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの定数
【００４７】
この第（３）式の（ｈsu−ｈsuc ）は、実効押し込み揚程であり、図１に示すように、圧力検出器１８が水道管側に設けられた場合、検出値としての圧力ｈsuと、実際に測定された固定損失揚程ｈsuc との差によって得られる。
したがって、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも下流の給水本管２の流量が最小流量ｑmin になったのを検出することができる。
【００４８】
図５は図１および図２に示した給水装置における切換制御部のフローチャートである。
図５において、ＳＴ１〜ＳＴ１３はステップを示す。
【００４９】
次に、切換制御部の制御、給水について説明する。
なお、図示を省略した蛇口が開放され、給水している状態で、比較器２１ｖは、流量が最小流量ｑmin よりも多い第２信号を出力している。
まず、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖの出力が最小流量ｑmin 以下の第１信号であるかを判定し（ステップＳＴ１）、比較器２１ｖの出力が最小流量ｑmin 以下の第１信号でなければ、すなわち流量が最小流量ｑmin よりも多い第２信号である給水状態であれば、選択スイッチ２１ｃ，２１ｌを接点ａ側へ切り換えるとともに、電動弁１６を閉成し（ステップＳＴ２）、ステップＳＴ１へ戻る。
【００５０】
このように選択スイッチ２１ｃ，２１ｌが切換制御部２１ｗの制御によって接点ａ側になると、圧力検出器２０の圧力ｈi を検出値、推定末端圧力設定器２１ａの推定末端圧力ｈs を設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化し、公知の推定末端圧一定制御となる。
したがって、図３の曲線Ａ上の動作点Ｐ1 と、動作点Ｐ2 のとの間を移動する推定末端圧力一定制御となる。
【００５１】
そして、全ての蛇口が閉じられることにより、流量が最小流量ｑmin 以下になると、比較器２１ｖから流量が最小流量ｑmin 以下の第１信号が出力される。
このように比較器２１ｖから第１信号が出力されると、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖからの信号が第１信号であることを確認した後（ステップＳＴ１）、タイマをセットする（ステップＳＴ３）。
そして、タイマを参照して第１所定時間、例えば６０秒が経過したかを判定し（ステップＳＴ４）、６０秒経過していなければ、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定する（ステップＳＴ５）。
【００５２】
このステップＳＴ５の判定で、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ１へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、ステップＳＴ４へ戻る。
そして、ステップＳＴ４の判定で６０秒が経過していれば、選択スイッチ２１ｃを接点ｂ側へ切り換え、電動弁１６を開放するとともに、タイマをセットする（ステップＳＴ６）。
【００５３】
このように選択スイッチ２１ｃが切換制御部２１ｗの制御によって接点ｂ側になると、比例積分制御器２１ｄの出力を検出値、第１揚程設定器２１ｉの設定揚程ｈphを設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化する第１揚程制御となり、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂから吐出される水は、バイパス管１５を介して電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの上流に還流する。
【００５４】
そして、切換制御部２１ｗは、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定し（ステップＳＴ７）、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ２へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、タイマを参照して許容運転時間ＴB から第１所定時間を差し引いた設定時間が経過したかを判定する（ステップＳＴ８）。
【００５５】
このステップＳＴ８の判定で、設定時間が経過していなければ、ステップＳＴ７へ戻り、設定時間が経過していれば、選択スイッチ２１ｌを接点ｂ側へ切り換え、電動弁１６を閉成するとともに、タイマをセットする（ステップＳＴ９）。
このように選択スイッチ２１ｌが切換制御部２１ｗの制御によって接点ｂ側になり、電動弁１６が閉成すると、比例積分制御器２１ｄの出力を検出値、第２揚程設定器２１ｊの締め切り揚程ｈpmを設定値とし、両者の差をゼロとするように比例積分制御器２１ｄの出力が変化する第２揚程制御となり、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂはゆっくりと閉成する。
【００５６】
そして、比較器２１ｖからの第１信号が継続しているかを判定し（ステップＳＴ１０）、比較器２１ｖからの第１信号が継続していなければ、ステップＳＴ２へ戻り、比較器２１ｖからの第１信号が継続していれば、タイマを参照して第２所定時間、例えば２秒が経過したかを判定する（ステップＳＴ１１）。
このステップＳＴ１１の判定で、２秒が経過していなければ、ステップＳＴ１０へ戻り、２秒が経過していれば、選択スイッチ２１ｌを接点ｃ側へ切り換え（ステップＳＴ１２）、比較器２１ｓからの信号が第２信号になるのを待機し（ステップＳＴ１３）、第３揚程制御となる。
そして、比較器２１ｖからの信号が第２信号になると（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ２へ戻る。
【００５７】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂは停止することなく回転し、すなわち発停を繰り返さず、給水時も低速回転数から所定の回転数へ急峻に立ち上がるので、所定の回転数への立ち上がり時の騒音が小さくなり、迅速な給水に対応することができるとともに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが凍結によって損傷するのを防止することができる。
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂは発停を繰り返さずに回転しているので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が長くなるため、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメンテナンス費用を低減させることができる。
【００５８】
さらに、最小流量ｑmin となった後、第２揚程制御を完了するまでは電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの軸動力の大きな長期の待機状態となるので、給水要求に対して迅速に対応することができる。
また、第２揚程制御になると、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂをソフトに閉成させて保圧するので、ウォーターハンマによる騒音の発生を防止することができ、圧力タンクが不要になったり、圧力タンクを小形化できるため、給水装置をコンパクトに構成することができる。
【００５９】
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが低速回転の第３揚程制御で長期の待機状態になるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを連続運転させているにもかかわらず、給水していないときのランニングコストを、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを停止させる場合に匹敵する程の安価にすることができるとともに、静粛な運転となる。
さらに、絞り弁１７をバイパス管１５に設けたので、バイパス流量ｑB を調整することができるとともに、バイパス管１５による還流路に汎用性を持たせることができる。
【００６０】
なお、上記した実施形態において、推定末端圧一定制御で給水する例で説明したが、推定末端圧一定制御部を吐出圧一定制御部に変えることにより、吐出圧一定制御で給水する給水装置にも適用できることは言うまでもない。
そして、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが２台の場合を示したが、電動ポンプは１台でも、または３台以上であってもよく、逆止め弁よりも下流の給水配管を電動ポンプの吸い込み側に接続した構成であれば、すなわち図１に示したバイパス管の接続方法以外にも、各電動ポンプの吸い込み部または吸い込み端にバイパス管の他端を接続しても、同様な効果を得ることができる。
【００６１】
さらに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの揚程が動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 ，Ｐ4 を経由して動作点Ｐ5 へ移行する例で説明したが、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ5 へ直接移行しなければ、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 を経由して動作点Ｐ4 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ3 を経由して動作点Ｐ5 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ4 へ移行させたり、動作点Ｐ2 から動作点Ｐ4 を経由して動作点Ｐ5 へ移行させても同様な効果を得ることができる。
【００６２】
また、バイパス管１５に絞り弁１７を設けた例で説明したが、絞り弁１７を省いても同様な効果を得ることができる。
そして、各制御部の構成は一例を示したもので、同様に機能する他の構成であってもよいことは言うまでもない。
さらに、圧力検出器１８，２０などで流量検出手段を構成した例を示したが、フロースイッチ１９を流量検出手段として利用できることは言うまでもない。
【００６３】
また、第２揚程を設定揚程ｈphの９０％として説明したが、第２揚程を設定揚程ｈphの８０％〜９５％の間に設定しても、第２揚程を動作点Ｐ3 の設定揚程ｈphよりも大きな揚程にしても同様な効果を得ることができる。
そして、給水時に電動弁１６を閉成させたが、給水時にも電動弁１６を開放させたままにしておくことも可能である。
【００６４】
このように、給水時にも電動弁１６を開放させたままにしておくと、図３に示すように、常時バイパス流量ｑB で還流することになり、定格揚程、定格流量でのバイパス流量ｑB が多くなるので、前述の条件などを考慮して可能な限りバイパス流量ｑB を少量にして動力損失を少なくすると、電動弁１６の寿命を向上させることができる。
【００６５】
そして、水道管に接続した給水装置の例で説明したが、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂよりも上流の給水本管２に接続されたバイパス管１５の一端を、受水槽に接続することにより、受水槽から給水する給水装置にも適用でき、同様な効果を得ることができる。
このようにバイパス管１５の一端を、受水槽に接続した場合、第（３）式における圧力ｈsuとして圧力検出器２０の圧力ｈi を代用すればよい。
【００６６】
さらに、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを同時に運転する例で説明したが、電動ポンプを交互運転して給水する給水装置にも適用できることは言うまでもない。
また、時計およびカレンダを設け、凍結しない時期の夜中の１２時頃から翌朝の５時頃までのように水道を使用しない時間帯と、発停の少ない時間帯とを記憶させ、その時間帯は電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを停止させる構成とすることも可能であり、凍結時期の夜中の１２時頃から翌朝の５時頃まで水道を使用しない時間帯は、凍結を防止できる間隔で強制的に第１揚程制御にして電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの凍結を防止する構成とすることも可能である。
【００６７】
また、給水要求を流量検出手段の出力で判断する構成としたが、圧力検出器２０の圧力ｈi で判断する構成としてもよい。
そして、タイマを参照することによって各時間の経過を確認し、各締め切り揚程制御へ移行する例で説明したが、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、または水の温度を検出する各温度検出手段の出力に基づいて各締め切り揚程制御へ移行する構成とすることも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、本来であれば電動ポンプを停止させるところを、電動ポンプを第１揚程で制御する構成にしたので、電動ポンプの軸動力の大きな待機時間を長くとることができ、給水要求に対して迅速に対応することができる。
そして、電動ポンプを停止させることなく回転させ、すなわち発停を繰り返さず、給水時も低速回転数から所定の回転数へ急峻に立ち上がる構成にしたので、所定の回転数への立ち上がり時の騒音が小さくなり、給水要求に対して迅速に対応することができ、電動ポンプが凍結によって損傷するのを防止することができるとともに、給水装置の構成部品を収納ケース内に設置することで、給水装置全体の凍結防止も可能になる。
【００６９】
さらに、電動ポンプは発停を繰り返さずに回転しているので、電動ポンプのメカニカルシールおよび軸受けの寿命が長くなるため、電動ポンプのメンテナンス費用を低減させることができる。
また、第２揚程制御になると、逆止め弁をソフトに閉成させて保圧するので、ウォーターハンマによる騒音の発生を防止することができ、圧力タンクが不要になったり、圧力タンクを小形化できるため、給水装置を安価に製作できるとともに、コンパクトに構成することができ、設置場所の制約が緩和できる。
【００７０】
そして、電動ポンプが低速回転の第３揚程制御で長期の待機状態になるので、電動ポンプを連続運転させているにもかかわらず、給水していないときのランニングコストを、電動ポンプを停止させる場合に匹敵する程の安価にすることができるとともに、静粛な運転となる。
さらに、第３揚程を許容最小締め切り揚程にすると、給水していないときのランニングコストを、さらに安価にすることができる。
また、絞り弁をバイパス管に設けたので、バイパス流量を調整することができるとともに、バイパス管による還流路に汎用性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した制御部の一例の構成を示すブロック図である。
【図３】図１および図２に示した給水装置の動作を説明する揚程−流量特性図である。
【図４】第１揚程制御における許容運転時間特性図である。
【図５】図１および図２に示した給水装置における切換制御部のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 給水配管
２ 給水本管
３Ａ，３Ｂ 給水分岐管
１１ 逆止め弁
１２Ａ，１２Ｂ 電動ポンプ
１３Ａ，１３Ｂ 逆止め弁
１４Ａ，１４Ｂ 締め切り弁
１５ バイパス管
１６ 電動弁
１７ 絞り弁
１８，２０ 圧力検出器
１９ フロースイッチ
２１ 制御部
２１ａ 推定末端圧力設定器
２１ｂ 減算器
２１ｃ 選択スイッチ
２１ｄ 比例積分制御器
２１ｅ 直線指令器
２１ｆ 一次遅れ要素
２１ｇ 二乗演算器
２１ｈ 定数乗算器
２１ｉ 第１揚程設定器
２１ｊ 第２揚程設定器
２１ｋ 第３揚程設定器
２１ｌ 選択スイッチ
２１ｍ 減算器
２１ｎ，２１ｐ 定数設定器
２１ｏ 加算器
２１ｑ，２１ｒ 減算器
２１ｓ 定数設定器
２１ｔ 平方根演算器
２１ｕ 減算器
２１ｖ 比較器
２１ｗ 切換制御部
２２Ａ，２２Ｂ インバータ
ｈa 実揚程
ｈk 管端圧力
ｈc 固定揚程
ｈs 推定末端圧力
ｈi 圧力
ｎ* 出力
ｎ*2 出力
ａ 定数
ｈpoi 出力
ｈph 設定揚程
ｈpm 締め切り揚程
ｈpo 設定最小締め切り揚程
ｈomin 補償揚程
ｈsuc 固定損失揚程
ｈsu 圧力
ｎ* min 平方根
ｑmin 最小流量
ｑB バイパス流量
ＴB 許容運転時間
Claims (10)
- 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程以上の揚程を第１揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第１揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記推定末端圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から前記第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、前記電動ポンプの制御を前記推定末端圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換え、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間の後も引き続けて前記設定時間以内出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第１揚程制御部から前記第２揚程制御に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる、
ことを特徴とする給水装置。 - 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程以上の揚程を第１揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第１揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記推定末端圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から前記第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、前記電動ポンプの制御を前記推定末端圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換え、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間の後も引き続けて前記設定時間以内出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第１揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる、
ことを特徴とする給水装置。 - 請求項１に記載の給水装置おいて、
前記第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記第２揚程制御部が前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御した後も、前記流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第２揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換える、
ことを特徴とする給水装置。 - 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、推定末端圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第２揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記推定末端圧一定制御部から前記第２揚程制御部に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第２揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換える、
ことを特徴とする給水装置。 - 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程以上の揚程を第１揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第１揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記吐出圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第１揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第２揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から前記第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、前記電動ポンプの制御を前記吐出圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換え、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間の後も引き続けて前記設定時間以内出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第１揚程制御部から前記第２揚程制御部に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる、
ことを特徴とする給水装置。 - 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小 流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程以上の揚程を第１揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第１揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を第１所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記吐出圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換える切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第１揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間継続して出力すると、許容運転時間から前記第１所定時間を差し引いた設定時間以内だけ、前記電動ポンプの制御を前記吐出圧一定制御部から前記第１揚程制御部に切り換え、前記流量検出手段が第１信号を前記第１所定時間の後も引き続けて前記設定時間以内出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第１揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる、
ことを特徴とする給水装置。 - 請求項５に記載の給水装置おいて、
前記第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記第２揚程制御部が前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御した後も、前記流量検出手段が第１信号を引き続けて所定時間出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第２揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換える、
ことを特徴とする給水装置。 - 電動ポンプの下流の給水配管に逆止め弁が配設され、吐出圧一定制御部で前記電動ポンプを、インバータを介して制御することによって給水する給水装置であって、
前記逆止め弁よりも下流の前記給水配管を、前記電動ポンプの吸い込み側に接続するバイパス管と、
このバイパス管の流路を開閉する電動弁と、
前記逆止め弁よりも下流の流量が、最小流量以下のときに第１信号を出力し、前記最小流量よりも多いときに第２信号を出力する流量検出手段と、
設定揚程の８０％〜９５％の揚程を第２揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第２揚程制御部と、
前記流量検出手段が第１信号を所定時間継続して出力すると、前記電動ポンプの制御を前記吐出圧一定制御部から前記第２揚程制御部に切り換えるとともに、前記電動弁を閉成させる切換制御部とを設けた給水装置において、
前記第２揚程よりも小さく、設定最小締め切り揚程以上の揚程を第３揚程として前記電動ポンプを、前記インバータを介して制御する第３揚程制御部を設け、
前記切換制御部は、前記流量検出手段が第１信号を前記所定時間の後も引き続けて所定時間出力すると、前記電動ポンプの制御を前記第２揚程制御部から前記第３揚程制御部に切り換える、
ことを特徴とする給水装 - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の給水装置において、
前記バイパス管に絞り弁を設けた、
ことを特徴とする給水装置。 - 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の給水装置において、
前記電動ポンプの吸い込み側に接続された前記バイパス管の一端を、受水槽に接続した、
ことを特徴とする給水装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP29775697A Expired - Fee Related JP4033954B2 (ja) | 1996-10-15 | 1997-10-15 | 給水装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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