JP5106930B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水装置に関し、特に複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置において、インバータトリップを防止しながら給水量の増加に対応し、給水圧低下を起こさず台数増減制御が可能な給水装置に関する。

複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置は、可変速駆動手段としてインバータが用いられ、使用水量増加に伴うこのインバータトリップ防止を図るために特許文献１、特許文献２（可変速ポンプを用いた給水装置）の技術が使用されている。即ち、本技術を採用しないと、ポンプ停止後あるいは少水量使用状態から一気に大量の水が使用されると過負荷状態となりインバータがトリップする。トリップすると、給水が十分に行えなくなり、極端な場合には断水することがある。このことは、学校や劇場など人の集中する用途では、休み時間に集中（トイレの水使用等）して水が使用されると顕著である。
特許第２５２３１３９号公報（特開平１−７７７９１号公報）

しかしながら、複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置に従来技術（前述した特許文献１）を用いると、一気に水が使用された場合、負荷状態が定格値設定手段で設定した定格値以内となるようにインバータの現周波数を制限するため、２台目以降の並列始動条件が成立せず複数ポンプの並列運転が出来ず給水圧力が低下し、断水となる問題がある。図１により補足説明をすると次のとおりである。

図１はポンプを２台並列運転した場合の運転特性図であり、縦軸に給水圧力ヘッド、横軸に使用水量をとって示している。使用水量がＱ３より小さい範囲ではポンプ１台運転、これより多い使用水量範囲ではポンプ２台の並列運転である。曲線Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは例えば、それぞれインバータ周波数がＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ３＋Ｎ４（１台が最高周波数Ｎ３、もう１台が周波数Ｎ４で並列運転）、Ｎ３＋Ｎ５、Ｎ３ｘ２（２台が最高周波数Ｎ３で並列運転）、のときのポンプＱ−Ｈ性能曲線であり、これらの周波数がこの間で変化すればポンプＱ−Ｈ性能曲線はこれらの周波数に対応して変化する。曲線Ｇは送水配管の抵抗曲線であり、使用水量が０〜１００％に変動した場合、ポンプ吐き出し側（圧力センサ取り付け位置）圧力が、この線上にくるようにインバータ周波数を変化させ、ポンプの台数を増減させていく。これを、一般的に末端圧力一定制御方式と呼んでおり、曲線Ｇは、左端Ｈ００（使用水量０の点とポンプ性能曲線Ａの交点で生成）、中点Ｈ０１（使用水量Ｑ３の点とポンプ性能曲線Ｃ、Ｄの交点で生成）、右端Ｈ０２（使用水量Ｑ４の点とポンプ性能曲線Ｆの交点で生成）をとおる線分である。

又、直線Ｊ、Ｋ、Ｌはそれぞれポンプを周波数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３で運転した場合の負荷状態（例えば電流）を示している。更に、Ｈｏｎは１台目（先発）ポンプ始動圧力、Ｈｔｏｎは２台目（次発）始動圧力、Ｈｔｏｆｆは２台から１台に減台する停止圧力であり、Ｉ２は使用水量Ｑ２と直線Ｋとの交点で定まる負荷状態（例えば電流）、同様にＩ３は使用水量Ｑ３と直線Ｌとの交点で定まる負荷状態（例えば電流）、Ｉｔは負荷状態（例えば電流）の定格値である。

ポンプ停止後あるいは少水量使用状態から一気に大量の水が使用されると過負荷状態となりインバータ電流がＩｔを越えると過負荷制限機能が働き、インバータ周波数がストールする（周波数が上がらない）。一方、２台目（次発）始動条件は給水圧力がＨｔｏｎ以下でこの状態が一定時間経過し、且つインバータ周波数が最高周波数Ｎ３に達していることであるため、始動条件が成立せず給水圧が低下する。

そこで、本発明は、複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置においてインバータトリップ防止を図り、且、給水圧力低下をさせることなくスムーズな複数ポンプの並列運転ができる給水装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、複数の可変速駆動手段によって駆動される複数の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する圧力設定手段と、該圧力設定手段によって設定した圧力目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記複数のポンプを可変速運転する可変速制御手段と、複数ポンプの台数増減圧力設定手段とを備えた給水装置において、前記複数のポンプの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記複数のポンプの負荷状態の定格値を設定する定格値設定手段と、前記負荷状態検出手段の検出値と前記定格値設定手段で設定された定格値との大小を比較し前記検出値が前記定格値設定手段で設定された定格値以内となるように前記可変速制御手段の可変速運転に優先して前記複数のポンプの速度を制限する可変速運転制御手段と、前記定格値設定手段によって設定された定格値よりは軽い負荷状態を複数ポンプの並列始動条件として設定する並列始動設定手段とを備え、可変速運転に優先して前記ポンプの最高速度が制限される前に前記並列設定手段の設定条件によって、複数のポンプが並列運転して給水圧力低下を防止するようにした給水装置である。

また、本発明は、前記複数のポンプの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記ポンプの負荷電流の定格値を設定する定格値設定手段と、を備え、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動を行う給水装置である。

そして、本発明は、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動させる際、負荷電流確認用タイマーを圧力確認用タイマーより短い間隔で動作するよう設定し、負荷電流検出による始動を優先させるようにした給水装置である。

更に、本発明は、複数の可変速駆動手段によって駆動される複数のポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する圧力設定手段と、該圧力設定手段によって設定した圧力目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記複数のポンプを可変速運転する可変速制御手段と、複数ポンプの台数増減圧力設定手段とを備えた給水装置において、前記複数のポンプの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記ポンプの負荷状態が次発ポンプの始動すべき状態であるか比較する設定値を設定する次発ポンプ始動設定手段と、を備え、前記負荷状態検出手段の検出値と前記次発ポンプ始動設定手段で設定された設定値との大小を比較し前記検出値が前記次発ポンプ始動設定手段で設定された設定値より大きくなり次発ポンプの始動すべき状態となったとき、次発ポンプの始動指令を発し複数のポンプが並列運転して給水圧力低下を防止するようにし、前記複数のポンプの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記ポンプの負荷電流が次発ポンプの始動すべき負荷電流であるか比較する設定値を設定する次発ポンプ始動設定手段と、を備え、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動を行い、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動させる際、負荷電流確認用タイマーを圧力確認用タイマーより短い間隔で動作するよう設定し、負荷電流検出による始動を優先させるようにした給水装置である。

本発明によれば、複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置においてインバータトリップ防止を図り、且、給水圧力低下をさせることなくスムーズな複数ポンプの並列運転ができる給水装置を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の第１の実施態様に於いては、前述した定格値設定手段によって設定された定格値を複数ポンプ並列始動条件として設定する並列始動設定手段と、ポンプ吐出側の圧力に応じて信号を発する圧力センサと、並列始動圧力を設定する設定手段とを設けた構成にしたものである。第２の実施態様に於いては、インバータ駆動時のポンプ負荷状態が使用水量増に伴って単調増加ではなく、飽和した際の実施態様として、両並列始動条件に論理和をとるポンプ並列始動運転手段を設けたものである。即ち、ポンプの負荷状態は種類によって、使用水量増に伴って単調に増加するものと、ある負荷状態となるとそこで飽和してしまうものとがある。第３の実施態様は第２も実施態様において、電流と圧力とを併用して並列始動させる際、電流確認タイマーを圧力確認用タイマーより短く設定し電流始動を優先させるようにしたものである。

本発明の第４の実施態様においては、前述した定格値設定手段によって設定された定格値より軽い負荷状態を複数ポンプ並列始動条件として設定する並列始動設定手段と、ポンプ吐出側の圧力に応じて信号を発する圧力センサと、並列始動圧力を設定する設定手段とを設けた構成にしたものである。第５の実施態様においては、第２の実施態様と同様に両並列始動条件に論理和をとるポンプ並列始動運転手段を設けたものである。第６の実施態様においては、第５の実施態様において、電流と圧力とを併用して並列始動させる際、電流確認タイマーを圧力確認用タイマーより短く設定し電流始動を優先させるようにしたものである。

本発明の作用について、実施態様別に説明する。
まず、第１の実施態様を説明する。
１）需要水量が急激に増大すると、これに伴って、ポンプを駆動するモータ、インバータの負荷も増大し、負荷状態検出手段の検出値も定格値に向かって増大していく。又、インバータ周波数も定格値（最高周波数）に向かって上昇していく。
２）インバータ周波数も定格値（最高周波数）に到達する少し前から負荷状態検出手段の検出値が増加し、負荷状態定格値設定手段の定格値を越えたらこの状態を一定時間経過させて確認し、圧力による始動条件が成立していなくても複数ポンプの運転を指令する。

次に、第２の実施態様を説明する。
需要水量が徐々に増大した場合、ポンプを駆動するモータ、インバータの負荷も徐々に増加するので、負荷状態検出手段の検出値も定格値を越えることがない。そこで、周波数が最高周波数に到達し、給水圧力が２台目（次発）始動圧力以下となりこれが一定時間経過すると、負荷状態検出手段の検出値が、負荷状態定格値設定手段の定格値を越えていなくても圧力条件で始動条件が成立し複数ポンプの運転を指令する。

次に、第３の実施態様を説明する。
圧力又は負荷状態の始動条件をそれぞれ検出する両確認タイマーのうち負荷状態確認タイマーを圧力確認タイマーより短く設定しておく。これによって、負荷状態の始動条件が優先的に働く。すなわち、第１の実施態様を、第２の実施態様より優先させることができる。

次に、第４の実施態様を説明する。
１）需要水量が急激に増大すると、これに伴って、ポンプを駆動するモータ、インバータの負荷も増大し、負荷状態検出手段の検出値も定格値に向かって増大していく。又、インバータ周波数も定格値（最高周波数）に向かって上昇していく。
２）インバータ周波数も定格値（最高周波数）に到達する少し前から負荷状態検出手段の検出値が増加し、複数ポンプ負荷状態並列始動設定手段の並列始動設定値を一定時間で検出して、圧力による始動条件が成立していなくても複数ポンプの運転を指令する。

第５の実施態様は、第２の実施態様に同じであり、その説明を省略する。また、第６の実施態様は、第３の実施態様に同じであり、その説明を省略する。
以下、本発明の給水装置の実施例を、図面を用いて説明する。

実施例１を説明する。本発明の第一の実施例を図１〜図４により説明する。
図１は従来技術でも引用した運転特性図で、本実施例では、更に次発ポンプ始動条件として圧力条件として並列に第１の実施態様では定格値Ｉｔを用い、第４の実施態様では並列始動負荷状態Ｉｔｏｎを用いる。破線を付記して表示している。

図２は実施例の給水装置の配管系統図及び制御回路図を示したものである。１−１、１−２は吸込み管、２−１〜２−４は仕切り弁、３−１、３−２はそれぞれモータ４−１、４−２によって駆動され吸込み管１−１、１−２を介して吸込み側の水を需要側へ送水するポンプ、５−１、５−２は逆止め弁、６は給水管、７は圧力タンク、８は給水管６に備わりここの圧力を検出し、これに応じて圧力信号を発する圧力センサである。又、ＰＷは電源、ＥＬＢ１、ＥＬＢ２はそれぞれ１号機系、２号機系の漏電遮断器でありこれ以降の系統の漏電保護を行う。ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はそれぞれモータ４−１、４−２を変速駆動するインバータであり、後で述べる制御装置ＣＵからの速度指令信号ｆ１，ｆ２によって所定の周波数、電圧を与える。更に、電流、周波数、運転及び故障状態を表示するあるいはキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２を備えている。又、運転指令信号ＲＵＮ１、ＲＵＮ２がＯＮすると始動しＯＦＦすると停止する。そして、それぞれその負荷状態Ｌ１，Ｌ２を後で述べる制御装置ＣＵに返す。Ｒ，Ｓは制御電源、ＴＲはトランスであり、その二次側は制御装置ＣＵの電源端子に接続している。制御装置ＣＵは運転及び故障状態を表示するあるいはキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ３を備える。そして、インバータ負荷状態Ｌ１，Ｌ２、圧力センサの信号ＳＷ、運転用スッチＳＷの入力端子を備え、インバータへの速度指令信号ｆ１，ｆ２、同じく運転信号ＲＵＮ１，ＲＵＮ２を発するリレーへ出力する出力端子も備える。

図３は制御装置ＣＵの内部のマイコンメモリアドレスの一例を示したもので、コントローラとインバータに関し、図１と同じ記号で示しているものは同じ値、同じ意味を持つ。運転初期時にコンソールＣＯＮＳ１〜ＣＯＮＳ３によって設定され保存される。特に、メモリＭ０４には次発ポンプの並列始動圧力が、同じくメモリＭ３０、Ｍ３１には次発ポンプの並列始動負荷状態が保存されている。図４は運転手順を示したフローチャートであり、予め制御装置ＣＵ内部のマイコンメモリにプログラムとして格納されている。

以上のように構成されたものにおいて、図２に示した漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２を投入し運転用スイッチＳＳを入れると、制御装置ＣＵが作動し図４に示したプログラムが立ち上がり初期設定を行い運転準備が完了する。勿論、既に図３に示した複数のポンプを運転するためのパラメータは設定されて記憶されているものとする。

図４において、説明を簡単にするため今、需要側で水が使用されており、ステップ４００で例えば１号機が先行機として運転しているものとする。当然、制御装置ＣＵからインバータＩＮＶ１に対して、運転信号ＲＵＮ１及び速度指令信号ｆ１が出力されている。更に、この時の水使用とポンプの運転状態は、図１運転特性図の使用水量Ｑ２、給水圧力Ｈ２、インバータ周波数Ｎ２、モータ運転電流Ｉ２である。尚、水量Ｑ２はポンプ１台で賄える最大水量の５０％位とする。この状態より水が一気にＱ３以上に多く使用される場合について考える。この場合、インバータ周波数が最高周波数Ｎ３に到達する前にモータ運転電流が急激増加して並列始動負荷状態に達する。即ち、ステップ４０１の判定はＮＯであり次のステップ４０２へ処理が進む。制御装置ＣＵはインバータＩＮＶ１から負荷状態信号Ｌ１を入力し、第１の実施態様ではこれが定格値Ｉｔであるか調べる。第４の実施態様ではこれが並列始動負荷状態Ｉｔｏｎとなっているか調べる。この結果ステップ４０３へ進み、真に始動負荷状態であるか（Ｉｔ又はＩｔｏｎ）一定時間により確かめる。始動条件が成立していることを確認した後、ステップ４０６へ進み、次発ポンプの始動（並列運転）処理を実行する。
この時、制御装置ＣＵは、並列運転指令用リレーＲＵＮ２を作動させ追従機である２号機に運転信号ＲＵＮ１及び速度指令信号ｆ２を出力する。

次に、第２の実施態様について説明する。これは、図４のフローチャートに第１の実施例で説明した処理４０２、４０３と同じ処理を、圧力と負荷状態の両条件の論理和をとるポンプ並列始動運転手段を設けたステップ４０１とステップ４０６の間に追加したものである。即ち、ステップ４０１でインバータ周波数が最高周波数Ｎ３に達した後、負荷状態が並列始動負荷状態Ｉｔ又はＩｔｏｎ以上となっているか、あるいは給水圧力が並列始動圧力Ｈｔｏｎ以下となっているかいずれかの条件で並列運転処理ができるようにしたものである。

更に、第３の実施例を図５に示す。これは、図２に示した制御装置ＣＵ及びその周辺回路Ｘ部を複数のインバータそれぞれに内部に入れたものである。複数のインバータ間は相互信号１０によって運転及び故障状態を連絡しあう。又、圧力センサの信号９は複数のインバータ共通に取り込む。こうして、図３のパラメータ（それぞれコンソールＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２によって登録保存される）、図４のプログラムは、それぞれ複数のインバータに同じものが格納される。作動は前述のとおりであるから、その説明を省略する。

以上説明したように、本発明の第１の実施例では、インバータ定格値（ＩＴ）より小さな値として複数ポンプ負荷状態並列始動設定値を設け、インバータ周波数が最高周波数に達し、且つ給水圧力が並列始動圧力とならなくても、複数ポンプの並列運転ができるようにした。第２の実施例では、インバータ周波数が最高周波数に達した後、圧力でも負荷状態でも設定値を満足すれば複数ポンプの並列運転ができるようにした。以上により急激な水使用に対応でき、給水圧力が低下することがない。

更に、第３の実施例では、制御装置ＣＵ及びその周辺回路Ｘ部を複数のインバータそれぞれの内部に入れたので制御回路全体が簡単となり、小型化、コスト低減が可能となり信頼性も向上する。

実施例１の給水装置における運転特性の一例の説明図。 実施例１の給水装置の説明図。 実施例１の給水装置におけるパラメータの一例の説明図。 実施例１の給水装置におけるポンプ並列運転の一例のフローの説明図。 実施例２の給水装置の説明図。

符号の説明

１ 吸い込み管、２ 仕切り弁、３ ポンプ、４ モータ、５ 逆止め弁、６ 給水管、７ 圧力タンク、８ 圧力センサ。

Claims (4)

1. 複数の可変速駆動手段によって駆動される複数の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する圧力設定手段と、該圧力設定手段によって設定した圧力目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記複数のポンプを可変速運転する可変速制御手段と、複数ポンプの台数増減圧力設定手段とを備えた給水装置において、
   前記複数のポンプの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記複数のポンプの負荷状態の定格値を設定する定格値設定手段と、前記負荷状態検出手段の検出値と前記定格値設定手段で設定された定格値との大小を比較し前記検出値が前記定格値設定手段で設定された定格値以内となるように前記可変速制御手段の可変速運転に優先して前記複数のポンプの速度を制限する可変速運転制御手段と、前記定格値設定手段によって設定された定格値よりは軽い負荷状態を複数ポンプの並列始動条件として設定する並列始動設定手段とを備え、可変速運転に優先して前記ポンプの最高速度が制限される前に前記並列設定手段の設定条件によって、複数のポンプが並列運転して給水圧力低下を防止するようにしたことを特徴とする給水装置。
2. 請求項１記載の給水装置において、
   前記複数のポンプの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記ポンプの負荷電流の定格値を設定する定格値設定手段と、を備え、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動を行うことを特徴とする給水装置。
3. 請求項２記載の給水装置において、
   負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動させる際、負荷電流確認用タイマーを圧力確認用タイマーより短い間隔で動作するよう設定し、負荷電流検出による始動を優先させるようにしたことを特徴とする給水装置。
4. 複数の可変速駆動手段によって駆動される複数のポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する圧力設定手段と、該圧力設定手段によって設定した圧力目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記複数のポンプを可変速運転する可変速制御手段と、複数ポンプの台数増減圧力設定手段とを備えた給水装置において、
   前記複数のポンプの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記ポンプの負荷状態が次発ポンプの始動すべき状態であるか比較する設定値を設定する次発ポンプ始動設定手段と、を備え、前記負荷状態検出手段の検出値と前記次発ポンプ始動設定手段で設定された設定値との大小を比較し前記検出値が前記次発ポンプ始動設定手段で設定された設定値より大きくなり次発ポンプの始動すべき状態となったとき、次発ポンプの始動指令を発し複数のポンプが並列運転して給水圧力低下を防止するようにし、
   前記複数のポンプの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記ポンプの負荷電流が次発ポンプの始動すべき負荷電流であるか比較する設定値を設定する次発ポンプ始動設定手段と、を備え、負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動を行い、
   負荷電流検出と圧力検出とを併用して並列始動させる際、負荷電流確認用タイマーを圧力確認用タイマーより短い間隔で動作するよう設定し、負荷電流検出による始動を優先させるようにしたことを特徴とする給水装置。
   

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