JP4077277B2 - 可変速給水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は可変速給水装置に係り、特に、過小水量停止型の可変速給水装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、給水装置の吐出側に設置した配管内圧力を極力一定にして、需要側に設けられた給湯器からのシャワー等の温度変化を抑えている。この給水装置は、夜間等の水を使用しない時間帯にはポンプを停止させていた。ポンプが再始動する配管内の始動圧はポンプが停止する際の停止圧より一定値以下に設定され、ポンプの吐出側の配管圧力が始動圧に下がるまでは、圧力タンクの保有水から水が需要側へ供給されている。この圧力タンクからの水供給期間はポンプが停止しており、ポンプの始動頻度を低く抑えていた。
【0003】
また、ポンプ吐出側の配管内が小水量状態でポンプを停止する場合は、ポンプを停止させる直前に配管内の水圧を最大揚水能力でポンプを運転して加圧する小水量加圧停止方法があるが、需要側は極力圧力変動の少ない給水システムを希望しており、水を使用していないポンプ停止時とはいえ、配管内の圧力が高くなっていると水を使用してからポンプが始動するまでの期間に水の圧力が高圧状態であるため、需要側の使用感を向上させるには一定の限界が存在していた。
【0004】
一方、需要側の使用感を満足させるためにはポンプの始動圧力と停止圧力の差は極力小さい方がよい。しかしながら、あまり圧力差を小さくすると、ポンプ配管内圧力を検出する圧力検出回路の読み取り誤差等によりポンプが停止した直後にポンプが再始動してしまい、ポンプの始動頻度が増大するという不具合が生じる。したがって、ポンプ停止圧力と始動圧力との間には、最低限検出回路の読み取り誤差より大きい差圧を持たせる必要があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術では、小水量加圧停止方法で需要側の配管内を常に最大揚水能力で加圧しているため、適切な水圧で給水することが困難である。さらに、ポンプの始動圧力と停止圧力に差を設けない給水機構では、ポンプの始動頻度が増大することとなる。したがって、常にポンプの始動圧力を停止圧力より低く自動設定する給水装置が望まれていた。
【0006】
本発明は、斯かる実情に鑑み、小水量停止機構において、極力需要側の水の圧力変動を抑えながら、ポンプの始動頻度を少なくし、省エネルギ効果を引き出す可変速給水装置を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明による可変速給水装置は、例えば、図1に示すように、ポンプ12と、ポンプ12の吐出側に設けられた吐出管14と、吐出管14に設けられた圧力タンク16と、ポンプ12が停止中に吐出管14内の圧力を保つように配設された逆止め弁18と、吐出管14内の圧力を検出する圧力検出手段20と、ポンプ12を駆動するモータ22と、モータ22の速度を制御する制御手段24とを有する、ポンプ12の吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力としてモータ22の速度を可変制御する給水装置であって、吐出管14の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段26と、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定する圧力設定手段28と、上限圧力PA及び下限圧力PBに基づいてポンプ12の停止圧力を演算すると共に、停止圧力に基づいて、ポンプの始動圧力を演算する圧力演算手段32と、を備え、制御手段24は、過小水量に達した段階で過小水量検出手段26から検出信号を受信し、ポンプの吐出し圧力を目標圧力から停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、モータ22を停止させるように構成する。
【0008】
ここで、推定末端圧力は、例えば、需要側で使用する最高位位置に設置された給湯器や水道蛇口等の給水端末に給水を行うことが可能な圧力であって、給水装置から最高位位置の給水端末までの高さ及び蛇口ロス並びに配管抵抗を考慮し、例えば、最高位位置の給水端末の高さに配管ロスを加算した圧力を用いることが望ましい。また、モータ22を停止させるまでの所定時間は、ポンプ12の吐出し圧力が停止圧力に達するまでの数十秒に設定すればよい。
【0009】
このように構成すると、圧力設定手段28により上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定するだけで、この上限圧力PA及び下限圧力PBに基づいてポンプ12の停止圧力を演算すると共に、この停止圧力に基づいて、ポンプの始動圧力を演算することができ、推定末端圧力である目標圧力が上限圧力PA及び下限圧力PBをパラメータとして逐次演算させるため、需要側が必要とする水圧を確保することができ、停止圧力と始動圧力との相対関係を常に維持するので、適切な頻度でポンプの停止と始動を繰り返すことができる。しかも、過小水量の検知に伴いポンプの吐出し圧力を目標圧力から停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、モータ22を停止させるので、需要側の圧力変動を抑制し、可変速給水装置の省エネルギー化を達成させることができる。
【0010】
上記目的を達成するために、請求項2にかかる発明による請求項1に記載の可変速給水装置は、ポンプの吐出し圧力が始動圧力に達した段階で、ポンプを始動する。
【0011】
このように構成すると、始動圧力を上限圧力PA及び下限圧力PBに基づき算出するため、常に、適正な圧力に低下した段階でポンプ12を始動する。
【0012】
上記目的を達成するために、請求項3にかかる発明による可変速給水装置は、例えば、図1、図3及び図4に示すように、ポンプ12と、ポンプ12の吐出側に設けられた吐出管14と、吐出管14に設けられた圧力タンク16と、ポンプ12が停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁18と、吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段20と、ポンプ12を駆動するモータ22と、モータ22の速度を制御する制御手段24とを有する、ポンプ12の吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力としてモータ22の速度を可変制御する給水装置であって、吐出管14の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段26と、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定する圧力設定手段28と、を備え、制御手段24は、過小水量検出手段26から過小水量検出信号を受信した際に、上限圧力PAと下限圧力PBとの圧力差と予め設定された差圧DPとを比較し、圧力差が差圧DPより大きい場合は、下限圧力PBと差圧DPとを加算した値のポンプの吐出し圧力までモータ22を一定時間運転し、所定時間後に、モータ22を停止させると共に、圧力差が差圧DPより小さい場合は、上限圧力PAのポンプの吐出し圧力までモータ22を一定時間運転し、所定時間後に、モータを停止させるように構成する。
【0013】
ここで、上限圧力PAは、例えば、推定末端圧力の許容上限圧力に相当し、下限圧力PBは推定末端圧力の許容下限圧力に相当する。この上限圧力PAと下限圧力PBとの間の圧力により需要側で使用する最高位位置に設置された給湯器や水道蛇口等の給水端末に給水を行う。また、下限圧力は、給水装置から最高位位置の給水端末までの高さ及び蛇口ロス並びに配管抵抗を考慮した圧力を用いることが望ましい。
【0014】
このように構成すると、可変速給水装置は、制御手段24が過小水量検出手段26から過小水量検出信号を受信した際に、下限圧力PBと差圧DPとを加算した値、又は上限圧力PAのいずれか一方のポンプの吐出し圧力に制限しているため、給水圧力の変動を抑制しながら、推定末端圧力を一定に制御する。
【0015】
上記目的を達成するために、請求項4にかかる発明による請求項3に記載の可変速給水装置は、吐出管14内の圧力が、モータ22を停止させた際のポンプの吐出し圧力から差圧DPを減算した圧力に達した段階で、ポンプ12を始動するように構成する。
【0016】
このように構成すると、可変速給水装置は、始動圧力が過小水量停止を行った時点のポンプの吐出し圧力に基づいて算出されているため、適切な始動圧力でポンプを始動することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図1から図8は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。
【0018】
図1は、本発明による第1の実施の形態である可変速給水装置10の模式的系統図である。可変速給水装置10は、水道管又受水槽から水を供給する水配管35と、水配管35に接続されたポンプ12と、ポンプ12の吐出側に設けられた吐出管14と、ポンプ12を駆動するモータ22と、このモータ22をインバータ36経由で制御する制御手段24とを備える。
【0019】
吐出管14には、ポンプ12の吐出し側から順に過小水量検出手段としてのフロースイッチ26と、逆止め弁18と、圧力センサ20と、圧力タンク16とが需要側の給水端末38の方向に配設されている。
【0020】
制御手段24は、圧力センサ20、フロースイッチ26に接続され、吐出管14内の水圧、水量を電気信号により受信している。また、制御手段24は、圧力設定手段28に接続され、上限圧力PAと下限圧力PBの数値を入力パネル30から入力するように構成している。入力パネル30は液晶画面等の数値表示手段と数値入力用のテンキー又は増減圧ボタンで構成し、液晶画面のタッチ入力方式や押圧ボタン方式で上限圧力PAと下限圧力PBを各々入力する。さらに、制御手段24は、モータ22に設けたロータリーエンコーダから出力線23を介してモータ22若しくはポンプ12の回転数を受信する。
【0021】
制御手段24は、圧力設定手段28から入力された上限圧力PAと下限圧力PBの数値を内部の中央演算処理装置CPU32を介して内部メモリ34に記憶し、内部で演算処理したモータ22のゲート制御信号をインバータ36へ送信することによりインバータ36内部のゲートトランジスタを駆動する。インバータ36は、電気的に接続されたモータ22に速度制御信号を印加してポンプ12を駆動させる。例えば、パルス幅変調方式PWMやパルス振幅変調方式PAMを用いて、交流電圧を無段階に制御し、ポンプ12を効率良くかつ高回転させる。
【0022】
次に、可変速給水装置10の動作について説明する。水道管や受水槽から水配管35を通じてモータ22によって駆動されるポンプ12により吐出される水は所定の圧力で吐出管14を通し需要側の給水端末38に給水される。給水端末38は分岐した吐出管14の各々に設けられた給湯器や給水栓であり、ポンプ12により揚水した水は中層住宅や高層住宅や商業用ビル等の最高位位置に設けた給水端末38にも十分給水できる圧力に加圧されている。
【0023】
吐出管14には、フロースイッチ26と、ポンプ12が停止中に吐出管内の圧力を保つ逆止め弁18とが挿入配置され、吐出管14から枝管17を介して圧力タンク16に吐出管14中の水が貯えられる。
【0024】
また、逆止め弁18の下流側に配置した圧力センサ20は、吐出管14から枝管21を介して圧力タンク16中の圧力若しくは逆止め弁18の吐出し側の圧力を検知し、電気信号を制御手段24へ送信する。フロースイッチ26は、ポンプ12から吐出管14へ吐出される吐出量が過小水量以下に達すると動作し過小水量検出信号を制御手段24へ送信する。
【0025】
また、可変速給水装置10の運転スイッチにより給水が開始されるが、ポンプ12の始動開始後一定時間においては、過小水量停止処理がキャンセルされるように構成することもできる。つまり、給水設備の諸条件により、ポンプ12の始動後しばらくは水が流れないような条件があった場合、過小水量停止処理が遂行される不具合を抑えるためである。
【0026】
さらに、ポンプが運転中にポンプ吐き出し圧力が常に一定値以下に下がらないようにするため、ポンプ吐き出し圧力が一定値以下の場合は、フロースイッチ26が過小水量を検知しても制御手段24が過小水量停止処理を開始しないようにプログラムしてもよい。このようにプログラムすることで、ポンプ吐出し圧力を優先し、過小水量停止処理の頻度を低減させる。
【0027】
需要側の水使用により吐出管14内の圧力が下限圧力PBを超えるときは、モータ22で駆動されるポンプ12が連続運転する。需要側の水使用が増大して吐出管14内の水圧がさらに低下すると圧力センサ20で給水圧力の低下を検知する。検知した圧力信号は制御手段24へ送られ、制御手段24が需要側の推定末端圧力である目標圧力を上限圧力PA及び下限圧力PBをパラメータとして逐次演算し内部メモリ34に一時的に記憶する。
【0028】
上記上限圧力PA及び下限圧力PBは、ポンプ12が設置するときの条件、すなわち、給水を行うビルの高さや、給水栓までの配管の長さ、保証すべき吐出管14内の圧力等を考慮して、外部の圧力設定手段28により設定変更が可能なように構成されている。
【0029】
制御手段24は、インバータ36を制御して交流電圧をモータ22に印加させ増速させる。モータ22が増速回転するに伴いポンプ12の吐出量は増大する。吐出管14内の水圧は増加し圧力センサ20により逐次検出され、圧力検知信号が制御手段24へ送られている。制御手段24は、上限圧力PAと下限圧力PBの範囲内に吐出管14内の水圧を制御するように圧力検知信号と上限圧力PAと下限圧力PBとを比較しながら逐次的に推定末端圧力を演算し、モータ22の回転速度がインバータ36を介して制御される。
【0030】
図2は、本発明による第1の実施の形態である可変速給水装置10の運転特性図である。横軸に水量Q、縦軸に圧力Hを取りポンプ12のQ−H性能を示す。ポンプ性能曲線上の仮想的な接点50は、ポンプ12が水使用量の増大に伴い増速回転し最高出力状態で運転しているときの水量Q1と圧力Hを示し、この時点の圧力は下限圧力PBに演算されている。本実施の形態では、需要側の使用水量が減少し吐出管14内の圧力がポンプ性能曲線上の接点52まで上昇した状態で運転をしている。圧力センサ20は給水圧力の上昇を検知してその検知信号を制御手段24に送信する。例えば、この時点の圧力は上限圧力PA、水量はQ2である。
【0031】
制御手段24は、圧力センサ20からの検知信号に基づき、モータ22を減速するようにインバータ36に制御信号を送信し、インバータ36からモータ22を減速させる交流出力を供給する。モータ22は印加される交流出力の周波数又は電圧の減少に応動して減速し、駆動しているポンプ12を減速させ水の吐出量を減少させる。
【0032】
制御手段24は、ポンプ12の減速時において、例えば、ポンプ性能曲線上の接点52から接点54を経由し接点56までの配管抵抗特性カーブで示すように、上限圧力PAと下限圧力PBと実時間の吐出管14内の圧力とを比較し推定末端圧力を演算しながらモータ22を制御する。図示した水量Qxの時点の圧力はPxに演算され、このように推定末端圧力は、典型的には配管抵抗特性カーブに乗って、このときの流量に対応して上限圧力PAと下限圧力PBの範囲で変化する。
【0033】
需要側の水使用量がさらに減少した場合に、ポンプ12はポンプ性能曲線上の接点56に対応する水量Qminを下回って給水する。この場合、モータ22及びポンプ12の回転はさらに低下して効率が極めて低くなり、また、そのまま運転を継続するとポンプ内温度が上昇する等の不具合が生じるため、このような水量Qmin以下の過小水量状態をフロースイッチ26が検知するように設定されている。
【0034】
制御手段24は、フロースイッチ26が動作した段階で、一定時間過小水量が継続し、なおかつポンプ吐き出し圧力が低下していないことを一定時間確認した後に、過小水量停止処理を開始することが望ましい。
【0035】
上記過小水量状態が確実であることを確認する時間は、例えば、直前のポンプ12の運転状態により逐次変化させる。過小水量状態を確認する時間はポンプ12の始動頻度を減らすため、第1に、直前にポンプ12が運転している時間が長い場合や、第2に、前回ポンプ12が停止している時間が長い場合や、第3に、フロースイッチ26の開閉頻度が少ない場合等の諸条件を考慮して、過小水量停止処理の確認時間を短くすることができる。
【0036】
過小水量停止処理の確認時間の長短は、上記一定時間を決定する要素をファジー推論させることにより達成することができる。この一定時間は、例えば、ゼロ秒から160秒の間で任意の値に設定するとよい。このように過小水量停止処理の確認時間を設けることにより、ポンプ12の始動頻度を減少させ、可変速給水装置10の省エネルギー化も実現できる。
【0037】
制御手段24は、フロースイッチ26から過小水量に達したことを示す検出信号を受信し、ポンプ12の吐出し圧力を目標圧力としての推定末端圧力から停止圧力に一時的に置きかえる。この目標圧力は制御手段24の内部メモリ34に一時的に記憶されたデータであり、停止圧力は入力された上限圧力PA及び下限圧力PBの値に基づいて演算されたデータである。したがって、制御手段24は、逐次演算している目標圧力である推定末端圧力データを停止圧力データへ強制的に置き換えてモータ22の回転速度を増速制御し吐出管14内の水圧が矢印55で示すポンプ特性曲線上に乗るように増速制御する。引き続き、モータ22は増速してポンプ12を駆動し、矢印57で示すポンプ特性曲線上に乗るようにポンプを増速制御する。このようにポンプ12の吐出し圧力は停止圧力に達すように構成されている。
【0038】
モータ22は、上述した過小水量の検出信号をトリガとして停止圧力に近づくようにポンプ12を連続駆動するが、平行して制御手段24内のタイマ52の時計を監視しタイムアップを検出するようにプログラムされている。引き続き、需要側の水使用量がさらに低下又はゼロに達した状態でも、制御手段24がタイムアップを検出するまで、ポンプ12は回転している。制御手段24はタイマがタイムアップした時点でモータ22を停止させる。例えば、本願発明者の実験結果からタイムアップする所定時間は、過小水量の検出後、ポンプ12から吐出管14を通って圧力タンク16へ流入する水により圧力タンク16内の水位を上昇させ、吐出管14内の水圧、言い換えれば圧力タンク16内の水圧を停止圧力である上限圧力PA又はそれ以上の圧力まで上昇させるのに十分な時間であるゼロ秒から160秒の間で任意に選択すればよい。
【0039】
このように過小水量停止時にポンプで加圧する際は、過小水量停止処理により加圧値である停止圧力を制御手段24で演算し内部メモリ34に一時的に記憶することで、ポンプ12は加圧動作を開始する。このように構成した可変速給水装置10は、停止圧力を予め内部メモリ34に記憶していなくても過小水量停止処理を遂行することができる。
【0040】
上述した制御手段24は、演算手段としての中央演算処理装置CPU32を備え、内部メモリ34に入力された上限圧力PA及び下限圧力PBに基づいてポンプの停止圧力を演算する。例えば、上述の如く停止圧力を上限圧力PA又はこれ以上の圧力の値を算出するように演算する。また、この停止圧力の値に基づいてポンプの始動圧力も演算するようにプログラムされている。例えば、始動圧力は下限圧力PBと同等の圧力又は下限圧力PBより若干低い圧力に演算させるようにプログラムすることが望まれる。
【0041】
さらに、可変速給水装置10は、工場出荷後に現場で設置される段階で上限圧力PAを、例えば、給水端末38の最高位位置がビルの5階である場合には、14メートルの高さに給水可能な水圧を入力し、約15%低い12メートルの高さに給水可能な下限圧力PBを入力する。この入力の単位はビルの高さをメートル単位で入力してもよく、水圧を直接入力してもよいが、一般に、ビルの高さが給水端末38の最高位位置より高いため、便宜的に上限圧力PAに相当するビルの高さ値をメートル単位で入力することが誤入力を未然に防止するため望ましい。なお、下限圧力PBの値を上限圧力PAより約15%低く入力するのは、配管抵抗分がおよそ15%程度と見積もられるからである。
【0042】
上述の如く、上限圧力PA及び下限圧力PBは、外部からマニュアルで設定可能に構成されているが、設定値としては上限圧力PAと低下パーセント(D%)の2つのパラメータを入力したり、上限圧力PAと差圧DPを入力するように構成することにより、マニュアル設定の誤操作で上限圧力PAが下限圧力PBより小さな値となることを未然に防止することができる。
【0043】
例えば、下限圧力PBは、PB=PA―(PA×D%)を制御手段24で演算することにより求めることができ、別の方法として、PB=PA−DPのように、制御手段24で演算すればよい。また、上限圧力PAが下限圧力PBと同一の値に入力設定するとポンプ12の吐き出し圧力が一定に制御することができる。この場合、ポンプ停止圧力はPA(=PB)となり、始動圧力はPA−DPとなるので、ポンプ12による過剰な加圧は行われない。
【0044】
図3は、本発明による第2の実施の形態である可変速給水装置10に用いられるポンプ12の停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。可変速給水装置10は上記実施の形態と同様の装置を用いるため重複する説明を省略する。
【0045】
横軸にポンプの回転制御状態を経時的に示し、縦軸に圧力Hを取った停止圧力と始動圧力の関係を示す。制御手段24の内部メモリ34には予め差圧DPのデータが記憶されている。例えば、5階建て程度のビルに用いる可変速給水装置10では、差圧DPを2.5メートルに設定している。
【0046】
可変速給水装置10は、推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定し、制御手段24は、過小水量検出手段26から過小水量検出信号を受信した際に、上限圧力PAと下限圧力PBとの圧力差と予め設定された差圧DPとを比較し、圧力差が差圧DPより小さい場合は、目標圧力を停止圧力に置き換えて上限圧力PAのポンプの吐出し圧力までモータ22を一定時間運転し、所定時間の経過後に、モータを停止させるように構成されている。
【0047】
図示した接点56は、過小水量が検出された時点の吐出管14内の水圧を示している。制御手段24は、タイマのタイムアップを開始しており、平行してモータ22を回転させてポンプ12の吐出し圧力を停止圧力としての上限圧力PAに向かうように上昇させている。本実施の形態では、上限圧力PAと下限圧力PBの差は2メートルに設定され、差圧DPは2.5メートルに設定されている。
【0048】
図示した接点58は、ポンプ12が継続して運転している状態であり吐出管14内の圧力は停止圧力又はそれ以上の圧力に上昇している。その後、モータ22は制御手段24がタイムアップを検知した段階で停止し、吐出管14内の圧力は圧力タンク16により上限圧力PA以上に保たれている。
【0049】
引き続き、吐出管14内の圧力は上限圧力PA以上に保たれているが、需要側の水使用又は吐出管14系統の漏水等により、吐出管14内の水圧が徐々に低下して行く。図示した接点60は、吐出管14内の水圧がモータ22を停止させた際のポンプ12の吐出し圧力である停止圧力(上限圧力PA)から差圧DPを減算した圧力を示している。
【0050】
例えば、上限圧力PAより2.5メートルに相当する低い圧力まで吐出管14内の圧力が低下した段階で、圧力センサ20が始動圧力を検出し制御手段24へ信号を送り、制御手段24からインバータ36を経由してモータ22を回転させて、ポンプ12を駆動させることにより吐出管14内の圧力を上昇させることができる。しかも、始動圧力は下限圧力PBより0.5メートル低く設定されているため、ポンプ12の停止と始動との期間をより長くとることができる。
【0051】
ここで、始動圧力は接点58の後でモータ12を停止した時点の停止圧力PAを基準にして、差圧DPを減算した圧力を用いているが、可変速給水装置10の構成を簡略化する意味で有効であり、予め内部メモリ34に始動圧力を記憶させる必要がなく、仮に外部から始動圧力を設定した場合に数値の入力ミスよる誤動作を未然に防止することができる。
【0052】
図4は、本発明による第2の実施の形態である可変速給水装置10に用いられるポンプ12の停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。図示した上限圧力PAと下限圧力PBとの差が差圧DPより大きい場合について説明をする。すなわち、可変速給水装置10は、上限圧力PAと下限圧力PBの圧力差が差圧DPより大きい場合に、下限圧力PBと差圧DPとを加算した値のポンプの吐出し圧力までモータ22を一定時間運転し、所定時間後に、モータ22を停止させるように構成されている。
【0053】
図示した接点56は、過小水量が検出された時点の吐出管14内の水圧を示している。制御手段24は、タイマのタイムアップを開始しており、平行してモータ22を回転させてポンプ12の吐出し圧力を停止圧力としての下限圧力PBと差圧DPとを加算した値の圧力に向かうように上昇させている。本実施の形態では、上限圧力PAと下限圧力PBの差は3メートルに設定され、差圧DPは2.5メートルに設定されている。
【0054】
図示した接点62は、ポンプ12が継続して運転している状態であり吐出管14内の圧力は停止圧力又はそれ以上の圧力に上昇している。その後、モータ22は制御手段24がタイムアップを検知した段階で停止し、吐出管14内の圧力は圧力タンク16により停止圧力以上に保たれている。
【0055】
引き続き、吐出管14内の圧力は停止圧力以上に保たれているが、需要側の水使用又は吐出管14系統の漏水等により、吐出管14内の水圧が徐々に低下して行く。図示した接点64は、吐出管14内の水圧がモータ22を停止させた際のポンプ12の吐出し圧力である停止圧力から差圧DPを減算した圧力(下限圧力PB)を示している。
【0056】
例えば、停止圧力より2.5メートルに相当する低い圧力まで吐出管14内の圧力が低下した段階で、圧力センサ20が始動圧力を検出し制御手段24へ信号を送り、制御手段24からインバータ36を経由してモータ22を回転させて、ポンプ12を駆動させることにより吐出管14内の圧力を上昇させることができる。しかも、停止圧力は上限圧力PAより0.5メートル低く設定されているため、制御手段24がタイムアップするまで吐出管14内の圧力をポンプ12で上昇させても、上限圧力PAを過剰に超えることがないので給水端末38の圧力変動を抑制することができる。
【0057】
このように、本実施の形態によれば、ポンプ12の停止圧力を上限圧力PA、下限圧力PB、差圧DPの各々のパラメータに基づき決定しているため、ポンプ12の過小水量停止処理における最大加圧値の上限を自動的に制限することができ、吐出管14内の圧力の変動を抑制させることができる。
【0058】
図5を参照して、本発明による第3の実施の形態である可変速給水装置10に用いられるポンプ12の停止圧力と始動圧力の関係を説明する。可変速給水装置10は、圧力設定手段28から同一の値を上限圧力PAと下限圧力PBに入力する。
【0059】
可変速給水装置10は、同一の上限圧力PA及び下限圧力PBがセットされた後に電源がONにされると運転モードに移行し、自動的に上限圧力PAと下限圧力PBとの差が差圧DPより小さいパラメータであると制御手段24が判断する。そして、制御手段24は上限圧力PA及び下限圧力PBを関数として推定末端圧力を演算しながら、モータ22を制御しポンプ12を増速させる。
【0060】
可変速給水装置10がビル等の現場に設置された直後であれば、吐出管14内の圧力はゼロである。したがって、ポンプ12の吐出し圧力は、ゼロから上限圧力PAに向けて給水を実行する。図示した接点66は、過小水量を検出した後に所定時間に亘りポンプ12を運転してからポンプ12を停止した状態であり、吐出管14内の圧力が圧力タンク16によって上限圧力PA以上に保たれている状態を示す。
【0061】
次に、需要側の給水端末38から水が使用され又は漏水により吐出管14内の圧力が徐々に低下する。図示した接点68は、吐出管14内の水圧がモータ22を停止させた際の停止圧力(PA若しくはPB)から差圧DPを減算した圧力を示している。
【0062】
例えば、上限圧力PAより2.5メートルに相当する低い圧力まで吐出管14内の圧力が低下した段階で、圧力センサ20が始動圧力を検出し制御手段24へ信号を送り、制御手段24からインバータ36を経由してモータ22を回転させて、ポンプ12を駆動させることにより吐出管14内の圧力を上昇させることができる。しかも、始動圧力は上限圧力PAより2.5メートル低く演算出力されているため、ポンプ12の停止と始動とのタイミングをより長くとることができる。
【0063】
また、始動圧力は接点66でモータを停止した時点の停止圧力PA又はPBを基準にして、差圧DPを減算した圧力を用いているが、可変速給水装置10の構成を簡略化する意味で有効であり、仮に圧力センサ20で吐出管14内の圧力を逐次検出してポンプ停止時の圧力から差圧DPを減算するよりも、制御手段24で始動圧力を演算するほうが装置の製造コストを低減させることができる。
【0064】
さらに、日常運転の可変速給水装置10においても、同一の値の上限圧力PA及び下限圧力PBをパラメータとして推定末端圧力を演算しながらモータ22を可変速に回転させてポンプ12を駆動し需要側の給水端末38へ給水を行う。
【0065】
図6は、本発明による実施の形態である可変速給水装置10に用いられる制御手段24のブロック図である。制御手段24は、中央演算処理装置CPU32と、このCPU32とバス48を介して接続する内部メモリ34と、タイマ52と、インターフェースI/O46を備える。
【0066】
内部メモリ34は、電気的書換可能なプログラマブルリードオンリーメモリEEPROM40、ランダムアクセスメモリRAM42、リードオンリーメモリROM44を備え、それぞれCPU32に接続されている。
【0067】
EEPROM40は、差圧DP、上限圧力PA、及び下限圧力PBのデータを記憶する。これらデータは、工場出荷段階に初期値が書き込まれているが、需要先に設置する際に圧力設定手段28からCPU32を経由してマニュアルで入力し書き換えることができる。EEPROMは、可変速給水装置10が通電していない状態においても上限圧力PA及び下限圧力PB並びに差圧DPのデータを保持しているため、制御手段24内に目標圧力データを記憶又は設定をする必要がなく、モータ22又はポンプ12の経時変化による性能劣化に対して、上限圧力PA又は下限圧力PBのパラメータを適宜再入力して効率の良い運転状態を維持させ、省エネルギー化を図ることができる。
【0068】
RAM42は、上限圧力PA及び下限圧力PBをパラメータとして目標圧力である推定末端圧力をCPU32で演算した結果を一時的に記憶する。RAM42は、可変速給水装置10が所定時間に亘り通電していない状態ではデータを消滅させてしまうが、比較的単価が安いため可変速給水装置10のコストを低減させることができる。
【0069】
ROM44は、マスクROM又はEPROM等の読み出し専用のメモリであり、可変速給水方法のプログラムを収納している。また、推定末端圧力を算出するための演算テーブルを格納することもできる。例えば、演算テーブルの上位アドレスラインに上限圧力PA値を入力し、下位アドレスラインに下限圧力PB値を入力してデータ出力ラインに推定末端圧力を出力するように構成する。このような演算テーブルを用いるとCPU32のレジスタを用いた場合に比して演算速度がより高速となり、木目細かなポンプ制御を遂行することができる。
【0070】
インターフェースI/O46は、フロースイッチ26、圧力センサ20、圧力設定手段28、ロータリーエンコーダの出力線23から電気信号を受けて、CPU32に渡すバッファ機能と信号レベルの変換を遂行する。また、CPU32から出力される制御信号をインバータ36へ送信する。
【0071】
タイマ52は、カレンダ機能を有し、実時間の計時データをCPU32へ出力する。タイマ52は、不図示のバックアップ電源としてのボタン電池等から電源の供給を受けて不揮発性のカレンダー情報を更新する。また、可変速給水装置10は通常運転中は常に通電しているため、商用電源を変圧した直流電圧でタイマ52のバックアップ電源を確保することもできる。
【0072】
図7及び図8は、本発明による実施の形態である可変速給水装置10の制御フロー図である。図7を参照して、可変速給水装置10が、ポンプ性能曲線の接点52から接点56の範囲で加圧運転をしている状態から説明をする。
【0073】
ステップ70は、フロースイッチ26が過小水量を検出した段階の工程を示す。制御手段24はステップ71で上限圧力PAと下限圧力PBとの差が差圧DPより小さいか否かを判定する。判定結果が否(大)のときはステップ72へ分岐し、下限圧力PBに差圧DPを加算した停止圧力を目標圧力である推定末端圧力と置き換えてから、所定時間に亘りポンプ12を運転して吐出管14内の圧力を停止圧力以上に上昇させ、ステップ73へ移行してポンプ12の停止処理を遂行する。なお、所定時間は、例えば、20秒から160秒に任意の値を設定する。
【0074】
一方、ステップ71の判定結果が是(小)のときはステップ74へ分岐し、上限圧力PAの値を停止圧力として演算出力し目標圧力である推定末端圧力と置き換えてから、所定時間に亘りポンプ12を運転して吐出管14内の圧力を停止圧力以上に上昇させ、ステップ73へ移行してポンプ12の停止処理を遂行する。なお、所定時間は、上述と同様に、20秒から160秒の間で値を設定する。
【0075】
図8を参照して、可変速給水装置10のポンプ12の再始動プロセスを説明する。制御手段24は、定期的に圧力センサ20の出力信号を監視している。ステップ75はポンプ12が停止して圧力タンク16の圧力で吐出管14内の圧力を保持しているか、または水を需要側に供給している状態である。
【0076】
制御手段24は、ステップ76で上限圧力PAと下限圧力PBとの差が差圧DPより小さいか否かを判定する。判定結果が否(大)のときはステップ77へ分岐し、吐出管14内の圧力PFが下限圧力PBより大きいか否かを判定する。判定結果が是(大)であれば処理はステップ78へ分岐してポンプ12の再始動を中止し次の監視タイミングで圧力センサ20からの信号を取得する。また、ステップ77の判定結果が否(小)であれば処理はステップ80へ分岐してポンプ12の再始動を開始する。
【0077】
一方、ステップ76の判定結果が是(小)のときはステップ79へ分岐し、吐出管14内の圧力PFが上限圧力PAから差圧DPを減じた圧力より大きいか否かを判定する。判定結果が是(大)であれば処理はステップ78へ分岐してポンプ12の再始動を中止し次の監視タイミングで圧力センサ20からの信号を取得する。また、ステップ79の判定結果が否(小)であれば処理はステップ80へ分岐してポンプ12の再始動を開始する。
【0078】
こうして、本発明の実施の形態によれば、ポンプ12の停止圧力や始動圧力を予めEEPROM40に記憶させなくても、上限圧力PA等の所定のパラメータを入力するだけで自動的に内部の演算処理によりポンプ12の停止圧力や始動圧力を決定することができる。
【0079】
尚、本発明の可変速給水装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0080】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の可変速給水装置によれば、需要側の水の圧力変動を抑えながら、ポンプの始動及び停止頻度を少なくし、省エネルギ効果を引き出す可変速給水装置を提供することができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施の形態である可変速給水装置の模式的系統図である。
【図2】本発明による第1の実施の形態である可変速給水装置の運転特性図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に用いられるポンプの停止圧力と始動圧力の関係を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態に用いられる制御手段の模式的ブロック図である。
【図7】本発明による実施の形態である可変速給水装置の処理フローチャートである。
【図8】本発明による実施の形態である可変速給水装置の処理フローチャートである。
【符号の説明】
10可変速給水装置
12ポンプ
14吐出管
16圧力タンク
18逆止め弁
20圧力センサ
22モータ
24制御手段
26フロースイッチ
28圧力設定手段
30入力パネル
32中央演算処理装置
34内部メモリ
35水配管
36インバータ
38給水端末
52タイマ
Claims (4)
- ポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出管と、前記吐出管に設けられた圧力タンクと、前記ポンプが停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁と、前記吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの速度を制御する制御手段とを有する、前記ポンプの吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力の目標圧力として前記モータの速度を可変制御する給水装置であって;
前記吐出管の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段と;
前記推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定する圧力設定手段と;
前記上限圧力PA及び下限圧力PBに基づいて前記ポンプの停止圧力を演算すると共に、前記停止圧力に基づいて、前記ポンプの始動圧力を演算する圧力演算手段と、を備え;
前記制御手段は、過小水量に達した段階で前記過小水量検出手段から検出信号を受信し、前記ポンプの吐出し圧力を前記目標圧力から前記停止圧力に一時的に置き替えてから、所定時間後に、前記モータを停止させる;
可変速給水装置。 - 前記ポンプの吐出し圧力が前記始動圧力に達した段階で、前記ポンプを始動する請求項1に記載の可変速給水装置。
- ポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出管と、前記吐出管に設けられた圧力タンクと、前記ポンプが停止中に吐出管内の圧力を保つように配設された逆止め弁と、前記吐出管内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの速度を制御する制御手段とを有する、前記ポンプの吐き出し側の圧力を所定の推定末端圧力として前記モータの速度を可変制御する給水装置であって;
前記吐出管の水量が所定の過小水量に達したことを検出する過小水量検出手段と;
前記推定末端圧力を逐次演算するパラメータとしての上限圧力PAと下限圧力PBとを外部から任意に設定する圧力設定手段と、を備え;
前記制御手段は、前記過小水量検出手段から過小水量検出信号を受信した際に、前記上限圧力PAと下限圧力PBとの圧力差と予め設定された差圧DPとを比較し、前記圧力差が前記差圧DPより大きい場合は、前記下限圧力PBと差圧DPとを加算した値のポンプの吐出し圧力まで前記モータを一定時間運転し、所定時間後に、前記モータを停止させると共に、前記圧力差が前記差圧DPより小さい場合は、前記上限圧力PAのポンプの吐出し圧力まで前記モータを一定時間運転し、所定時間後に、前記モータを停止させる;
可変速給水装置。 - 前記吐出管内の圧力が、前記モータを停止させた際のポンプの吐出し圧力から前記差圧DPを減算した圧力に達した段階で、前記ポンプを始動する請求項3に記載の可変速給水装置。
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