JP6133672B2

JP6133672B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP6133672B2
Application number: JP2013094552A
Authority: JP
Inventors: 亮太郎唐木; 展宏檜垣; 陽介原田; 祥子宮内; 康貴小西; 一宏金田; 手嶋　友治; 友治手嶋
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014214715A

Description

本発明は、液体を移送するポンプ装置に関し、特に建物に水を供給する給水装置として好適に使用されるポンプ装置に関する。

ポンプ装置は、建物に水を供給する給水装置として広く使用されている。図１は一般的な給水装置を示す模式図である。図１に示すように、給水装置１００の吸込口は、導入管５を介して水道管４または図示しない受水槽に接続されている。給水装置１００の吐出口には給水管７が接続されており、この給水管７は、建物の各階の給水器具（例えば蛇口）に連通している。給水装置１００は、水道管４または受水槽からの水を増圧して建物の各給水器具に水を供給する。

水道管４にポンプの吸込側が導入管５を介して直結される給水装置１００は、ポンプ２と、このポンプ２を駆動する駆動源としてのモータ３と、モータ３を可変速駆動する駆動装置としてのインバータ２０と、ポンプ２の吸込側に配置された逆流防止装置２５と、逆流防止装置２５の吸込側に配置された圧力センサ２１と、ポンプ２の吐出側に配置された逆止弁２２と、逆止弁２２の吐出側に配置された圧力センサ２６、フロースイッチ２４、および圧力タンク２８とを備えている。これら構成要素は、給水装置１００のキャビネット３０内に収容されている。なお、キャビネット１００を備えていないタイプの給水装置もある。

水道管４の圧力のみで給水を行うためのバイパス管８が導入管５と給水管７との間に設けられており、バイパス管８には逆止弁２３が設けられている。本実施形態では、ポンプ２、モータ３、逆止弁２２、およびフロースイッチ２４が２組設けられ、これらは並列に設けられている。なお、１組、または３組以上のポンプ、モータ、逆止弁、およびフロースイッチを設けてもよい。直結式給水装置では、図１に示すようにポンプ２の吸込側が水道管４に接続されているが、受水槽式の給水装置では、ポンプ２の吸込側は導入管５を介して受水槽に接続される。この受水槽式の給水装置の場合、図１に示す逆流防止装置２５、吸込側の圧力センサ２１、及びバイパス管８は備えられない。

逆止弁２２は、ポンプ２の吐出口に接続された吐出管３２に設けられており、ポンプ２が停止したときの水の逆流を防止するための弁である。フロースイッチ２４は吐出管３２を流れる水の流量が所定の値にまで低下したことを検出する流量検出器である。圧力センサ２６は、吐出側圧力（すなわち、給水装置１００に加わる背圧）を測定するための水圧測定器である。圧力タンク２８は、ポンプ２が停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。

給水装置１００は、給水動作を制御する制御部３５を備えている。インバータ２０、フロースイッチ２４、圧力センサ２１、圧力センサ２６は、制御部３５に信号線を介して接続されている。フロースイッチ２４により水の流量が所定の値にまで低下したことが検出されると、制御部３５はポンプ２の運転速度を一時的に上げるようインバータ２０に指令を出し、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ２の運転を停止させる。吐出側圧力（吐出管３２内の水圧）が所定の始動圧力まで低下すると、制御部３５はポンプ２の運転を開始するようインバータ２０に指令を出す。制御部３５には、ポンプ２を始動させるトリガーとなる始動圧力が予め記憶されている。

ポンプ２が停止している状態で建物内で水が使用されると、ポンプ２の吐出側圧力が低下する。この吐出側圧力、すなわち圧力センサ２６の出力値が上記所定の始動圧力にまで低下すると、制御部３５はポンプ２を始動させる。ポンプ２の運転中は、圧力センサ２６の出力値に基づいて推定末端圧力一定制御が行われる。

建物での水の使用が停止されると、ポンプ２から吐き出される水の流量が低下する。フロースイッチ２４は、ポンプ２からの水の流量が所定の値まで低下したことを検出すると、その検出信号を制御部３５に送る。制御部３５はこの検出信号を受け、インバータ２０に指令を出して吐出側圧力が所定の停止圧力に達するまでポンプ２の回転速度を増加させ、その後ポンプ２を停止させる。

推定末端圧力一定制御では、建物内の給水管での抵抗損失に応じて目標圧力を適切に変化させることにより、給水器具での水圧が一定に制御される。図２は、推定末端圧力一定制御の一例を説明するためのポンプの運転特性曲線図である。図２において、横軸は水の流量であり、縦軸は吐出し圧力すなわち揚程（ヘッド）である。

図２に示すＰＡは、最大流量時のポンプ２の吐出側圧力であり、ＰＢは、ポンプ２の締切運転時（すなわち流量０時）のポンプ２の吐出側圧力である。記号Ｎ_ＭＡＸで示される曲線は、圧力ＰＡを達成する回転速度Ｎ_ＭＡＸでポンプ２を運転したときのポンプ２の性能曲線であり、記号Ｎ_ＭＩＮで示される曲線は、圧力ＰＢを達成する回転速度（締切回転速度）Ｎ_ＭＩＮでポンプ２を運転したときのポンプ２の性能曲線である。目標圧力制御カーブＲは、建物の最大の揚程、給水器具を使用するために必要な圧力、及び流量に依存する配管損失の合計に基づいて定められた曲線である。この目標圧力制御カーブＲは、推定末端圧力の一定制御を行うために使用される曲線であり、一般的には２次曲線としている。目標圧力制御カーブＲは、ポンプ２の吐出し流量とポンプ２の目標圧力との関係を表している。ポンプ２は、性能曲線Ｎと目標圧力制御カーブＲとの交点である運転点で運転される。

推定末端圧力一定制御においては、水の流量に応じた（目標圧力制御カーブＲで示される）管路抵抗を考慮して、ポンプ２の回転速度が制御される。すなわち、ポンプ２の吐出側圧力が目標圧力制御カーブＲに沿って変化するように圧力センサ２６の出力値に基づいてポンプ２の回転速度が制御される。したがって、流量が少ないときは、管路抵抗が少ないので、その分ポンプ２の必要動力が低くなり、省エネルギー運転が実現される。

ポンプ２の運転中は、ポンプ２の吐出側圧力がＰＡとＰＢとの間で制御される。したがって、定常運転時では、ポンプ２はＮ_ＭＩＮ以上の回転速度で駆動される。なお、図２において、圧力ＰＢが圧力ＰＡに等しくなるように圧力ＰＢを設定すると、制御部３５は吐出圧力一定制御を実行する。この場合は、制御部３５は、ポンプ２の吐出側圧力がＰＡ（＝ＰＢ）を保つように、ポンプ２の回転速度を制御する。

国際公開第ＷＯ２０１２／０９９２４２号

上述した目標圧力制御カーブＲは、建物の給水器具（例えば蛇口）に十分な圧力で水を供給できるようにある程度余裕のある設定がされている。しかしながら、実際に必要な水の流量が確保されれば、高い給水圧力を不要とする場合もある。そこで、特許文献１は、必要な流量を確保しつつ、ポンプをより低い回転速度で運転することができる給水装置を提案している。特許文献１によれば、複数の目標圧力制御カーブが予め制御部内に記憶されており、ポンプはいずれか１つの目標圧力制御カーブに基づいて制御されるようになっている。したがって、予め用意された複数の目標圧力制御カーブから最適なものを選択することによって、省エネルギー運転を実現することができる。

しかしながら、特許文献１に記載の給水装置は、手動により目標圧力制御カーブが選択され、手動により切り替えられるようになっており、自動で目標圧力制御カーブの選択および切り替えが行われるようにはなっていない。また、使用される目標圧力制御カーブは、予め制御部に記憶された複数の目標圧力制御カーブから選択されるため、給水装置の運転状況に従って目標圧力制御カーブ自体の調整ができない。給水装置の運転状況は、時間によって変わり得る。例えば、学校においては休み時間に水の使用量が急に増え、夜間では水はほとんど使用されない。このように、給水装置の運転状況は時間またはその他の要因によって変わり得るため、最適な目標圧力制御カーブを調整することが望まれる。さらに、より一層の省エネルギーを実現するために最適な目標圧力制御カーブを調整することも望まれる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを自動的に決定することができるポンプ装置を提供することを目標とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、水を移送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータを可変速駆動する駆動装置と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下したときに前記ポンプを始動し、前記吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように前記駆動装置を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記制御部は、前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最低値を決定し、前記最低値と前記吐出側圧力の所定の下限値との差分を算出し、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正するように構成され、前記下限値は、前記ポンプ装置に求められる最低限の給水圧力であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも大きい場合は、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを低揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも大きい場合は、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力から前記差分を減算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを高揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力に前記差分を加算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最初の極小値を前記最低値とすることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吐出側圧力が安定した後に前記最低値を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吐出側圧力が安定した後に前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吐出側圧力が所定の基準値よりも大きい状態が所定の監視時間継続した場合は、前記吐出側圧力が安定したと判断することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、所定の推移時間に亘って現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、所定の変化率で現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記下限値は、ポンプ装置から最も高い位置にある給水器具までの揚程に前記給水器具で生じる圧力損失を加えた圧力であることを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最低値を決定し、前記最低値と前記吐出側圧力の所定の下限値との差分を算出し、前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得し、前記複数の差分の平均を算出し、前記複数の差分の平均に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、所定の時間の間に前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記ポンプの始動回数が所定の回数に達するまで、前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも大きいことを条件として、前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得することを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記複数の差分の平均に基づいて前記目標圧力制御カーブを低揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記複数の差分の平均を、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力から減算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記最低値と前記下限値との差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記最低値と前記下限値との差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを高揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。
本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記最低値と前記下限値との差分を、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力に加算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、所定の時間の間、前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得し、前記複数の差分のうち、前記最低値が前記下限値よりも大きいときの差分の平均である第１の平均値を算出し、前記複数の差分のうち、前記最低値が前記下限値よりも小さいときの差分の平均である第２の平均値を算出し、前記第１の平均値から前記第２の平均値を減算することにより補正値を算出し、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力から前記補正値を減算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の好ましい参考例は、前記制御部は、前記ポンプの始動回数が所定の回数に達するまで、前記ポンプが始動されるたびに前記差分の算出を繰り返して複数の差分を取得し、前記複数の差分のうち、前記最低値が前記下限値よりも大きいときの差分の平均である第１の平均値を算出し、前記複数の差分のうち、前記最低値が前記下限値よりも小さいときの差分の平均である第２の平均値を算出し、前記第１の平均値から前記第２の平均値を減算することにより補正値を算出し、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力から前記補正値を減算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする。

本発明の他の態様は、水を移送するポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下したときに前記ポンプを始動し、前記吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように、前記ポンプの運転を制御する制御装置であって、前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最低値を決定し、前記最低値と前記吐出側圧力の所定の下限値との差分を算出し、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正するように構成され、前記下限値は、前記ポンプに求められる最低限の給水圧力であることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプの始動後に測定される吐出側圧力の最低値と吐出側圧力の下限値との差分に基づいて目標圧力制御カーブが自動的に補正される。したがって、ポンプの運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを得ることができる。

一般的な給水装置を示す模式図である。推定末端圧力一定制御の一例を説明するためのポンプの運転特性曲線図である。本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一例である給水装置を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る目標圧力制御カーブを示す図である。圧力センサによって測定された吐出側圧力の時間変化を示すグラフである。低揚程側に補正された目標圧力制御カーブを示すグラフである。補正された目標圧力制御カーブの他の例を示すグラフである。圧力センサによって測定された吐出側圧力の時間変化の他の例を示すグラフである。高揚程側に補正された目標圧力制御カーブの他の例を示すグラフである。目標圧力制御カーブの補正を許容しない不感帯を示すグラフである。制御部によって実行されるポンプの制御動作を示すフローチャートである。制御部によって実行されるポンプの他の制御動作を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態に係るポンプ装置の模式図である。図１３に示すポンプ装置の平面図である。図１５（ａ）は、ガイドカバーを示す側面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すガイドカバーを下方向から見た図である。制御部（制御装置）の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図３は本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一例である給水装置を示す模式図である。図３に示す給水装置１は、制御部４０以外は図１に示す給水装置１００と同じ構成を有しているので、その重複する説明を省略する。図４は、本発明の一実施形態に係る目標圧力制御カーブを示す図である。図４において、縦軸はポンプ２の吐出側圧力（揚程）を表し、横軸はポンプ２から吐き出される水の流量を表している。

図４において、ＰＡは、最大流量時のポンプ２の吐出側圧力であり、ＰＢは、ポンプ２の締切運転時（すなわち流量０時）のポンプ２の吐出側圧力である。記号Ｎ_ＭＡＸで示される曲線は、最大流量のときに圧力ＰＡを達成することができる回転速度Ｎ_ＭＡＸでポンプ２を運転したときのポンプ２の性能曲線であり、記号Ｎ_ＭＩＮで示される曲線は、流量０のときに圧力ＰＢを達成することができる回転速度（締切回転速度）Ｎ_ＭＩＮでポンプ２を運転したときのポンプ２の性能曲線である。目標圧力制御カーブＲは、建物の最大の揚程、給水器具を使用するために必要な圧力、及び流量に依存する配管損失の合計に基づいて定められた曲線である。この目標圧力制御カーブＲは、推定末端圧力の一定制御を行うために使用される曲線であり、一般的には２次曲線としている。目標圧力制御カーブＲは、ポンプ２の吐出し流量とポンプ２の目標圧力との関係を表している。ポンプ２は、性能曲線Ｎと目標圧力制御カーブＲとの交点である運転点で運転される。

図４に示すＰｓは、ポンプ２を始動させるためのしきい値である始動圧力である。ここでは、１つの例として、この始動圧力Ｐｓが圧力ＰＢと圧力ＰＡの間に設定される例を示す。圧力センサ２６によって測定された吐出側圧力が始動圧力Ｐｓにまで低下すると、制御部４０はポンプ２を始動させる。図４に示すＰｚは、ユーザーが必要とする最低限の吐出側圧力（揚程）、すなわち吐出側圧力の下限値である。この下限値Ｐｚは、給水装置１から最も高い位置にある給水器具まで水を押し上げるために必要な圧力に、その給水器具で生じる圧力損失を加えることにより決定される。下限値Ｐｚは制御部４０に予め記憶されている。下限値Ｐｚは、給水装置の使用状況（使用環境）に合わせて変更される場合がある。給水装置１の吐出し圧力が下限値Ｐｚを下回らないように、締め切り運転時の目標圧力（以下、締切目標圧力という）ＰＢは、下限値Ｐｚよりも大きな値に設定される。

図５は、圧力センサ２６によって測定された吐出側圧力の時間変化（圧力変化曲線）を示すグラフである。水の流量が所定の値にまで下がったことがフロースイッチ２４によって検出されると（時間ｔ１）、ポンプ２の回転速度が一時的に上昇されて圧力タンク２８内に蓄圧され、その後、ポンプ２が停止される（時間ｔ２）。この状態で、給水器具を通じて水が使用されると、吐出側圧力が急激に低下する。そして、吐出側圧力が始動圧力Ｐｓに達すると、ポンプ２が始動される（時間ｔ３）。ポンプ２の始動後は、その回転速度が立ち上がるまでに時間を要するため、極めて短い間ではあるが、吐出側圧力が低下し、その後、上昇に転じる（時間ｔ４）。

図５に示すように、ポンプ２の始動直後は、ハンチング現象のために吐出側圧力はしばらくの間は比較的大きく変動するが、吐出側圧力の変動幅は時間とともに減衰して小さくなり、やがて吐出側圧力はほぼ一定値に安定する（時間ｔ５）。ここで、変動幅とは、目標圧力と吐出側圧力の極小値との差及び目標圧力と吐出側圧力の極大値との差をいう。安定した後の吐出側圧力は、締切目標圧力ＰＢと等しいか又はＰＢよりもやや高い圧力を示す。

制御部４０は、ポンプ２が始動された後、吐出側圧力の最低値ＰＬを次のようにして決定する。吐出側圧力の変化（圧力変化曲線の接線の傾き）が最初に低下（負）から上昇（正）に転じたとき（時間ｔ４）の吐出側圧力の値、すなわちポンプ２が始動された後の吐出側圧力の最初の極小値が最低値ＰＬに決定される。制御部４０は、決定された最低値ＰＬを下限値Ｐｚと比較し、最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分ΔＰ１（絶対値）を算出する。最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きい場合、すなわち、ポンプ２の始動後に吐出側圧力が下限値Ｐｚまで下がらなかった場合には、制御部４０は、目標圧力制御カーブＲ上の締切目標圧力ＰＢから差分ΔＰ１を減算することによって、目標圧力制御カーブＲを低揚程側（低圧力側）に移動（シフト）させる。目標圧力制御カーブＲはこのようにして差分ΔＰ１に基づいて補正され、ポンプ２の運転は補正後の目標圧力制御カーブに基づいて制御される。

制御部４０は、ポンプ２の始動後に吐出側圧力が安定したか否かを判断し、吐出側圧力が安定した後に最低値ＰＬを決定してもよい（時間ｔ５）。具体的には、制御部４０は、圧力センサ２６によって測定された吐出側圧力を所定の基準値と比較し、吐出側圧力が基準値よりも大きい状態が所定の監視時間ｔｃの間継続した場合には、吐出側圧力が安定したと判断する。所定の基準値は、現在の締切目標圧力ＰＢでもよいし、現在の締切目標圧力ＰＢよりも小さい値であってもよい。吐出側圧力が安定したか否かをより早く判断するためには、基準値は現在の締切目標圧力ＰＢよりも小さい値であることが好ましい。

図６は、補正された目標圧力制御カーブＲ’を示すグラフである。制御部４０は、現在の締切目標圧力ＰＢから差分ΔＰ１を引くことによって新たな締切目標圧力ＰＢ’を算出し、図６の座標系において吐出し流量０と締切目標圧力ＰＢ’とから特定される点と、最大流量Ｑ_ＭＡＸと対応する圧力ＰＡとから特定される点を、２次曲線で結ぶことにより、新たな目標圧力制御カーブＲ’を決定する。このような補正の結果、現在の目標圧力制御カーブＲのほぼ全体が低揚程側に移動（シフト）する。

最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きいということは、ポンプ２の吐出し圧力を下げても十分な給水動作を達成できることを示している。したがって、現在の目標圧力制御カーブＲを低揚程側に補正することによって省エネルギー運転を実現することができる。

図７に示すように、現在の目標圧力制御カーブＲの全体を差分ΔＰ１だけ低揚程側に平行移動させることによって目標圧力制御カーブを補正してもよい。

ポンプ２の吐出し圧力の急激な変動を避けるために、現在の目標圧力制御カーブＲから新たな目標圧力制御カーブＲ’に徐々に切り替えることが好ましい。例えば、所定の推移時間（例えば１０秒）に亘って現在の目標圧力制御カーブＲから新たな目標圧力制御カーブＲ’にゆっくりと切り替えてもよく、または所定の変化率で現在の目標圧力制御カーブＲから新たな目標圧力制御カーブＲ’にゆっくりと切り替えてもよい。

図８は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚを下回った場合の吐出側圧力の時間変化を示すグラフである。この場合は、制御部４０は、最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分ΔＰ２（絶対値）を目標圧力制御カーブＲ上の締切目標圧力ＰＢに加算することによって、目標圧力制御カーブＲを高揚程側（高圧力側）に補正する。図９は、補正された目標圧力制御カーブＲ’を示すグラフである。図９に示すように、現在の目標圧力制御カーブＲのほぼ全体が高揚程側にシフトする。

下限値Ｐｚは、給水装置１に求められる最低限の給水圧力である。もし給水圧力がこの下限値Ｐｚを下回ると、建物全体に水を供給することができなくなるおそれがある。そこで、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さい場合は、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブＲを高揚程側に補正することによって、十分な給水圧力を確保する。このように、制御部４０は、ポンプ２の運転状況に従って、省エネルギー運転を実行する場合においても、十分な給水圧力を確保することができる。

制御部４０は、最低値ＰＬを決定した後、または決定すると同時に目標圧力制御カーブを以下に述べる判断結果に基づいて補正する。すなわち、制御部４０は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きい場合（ＰＬ＞Ｐｚ）および最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さい場合（ＰＬ＜Ｐｚ）は、上述したように現在の目標圧力制御カーブＲを補正するが、最低値ＰＬが下限値Ｐｚと等しい場合（ＰＬ＝Ｐｚ）は、目標圧力制御カーブＲを補正しない。

目標圧力制御カーブは、ポンプ２の吐出し圧力に大きく影響するため、目標圧力制御カーブＲの頻繁な補正は、ポンプ２の吐出し圧力を不安定にさせることがある。そこで、目標圧力制御カーブＲの頻繁な補正（切り替え）を避けるために、最低値ＰＬについての不感帯を設けてもよい。

図１０は、目標圧力制御カーブＲの補正を許容しない不感帯を示すグラフである。この不感帯ＤＺは、ポンプ２の始動後に決定される吐出側圧力の最低値ＰＬについて設定される。すなわち、最低値ＰＬが不感帯ＤＺ内にある場合は、制御部４０は目標圧力制御カーブＲを補正しない。図１０に示す例では、不感帯ＤＺの下限値はＰｚであり、上限値はＰｚ＋Ｐ_ａｄｄである。すなわち、最低値ＰＬがＰｚ＋Ｐ_ａｄｄ以下で、かつＰｚ以上であるとき、制御部４０は目標圧力制御カーブＲを補正しない。このような不感帯ＤＺを設けることにより、頻繁な圧力制御カーブＲの頻繁な補正（切り替え）を回避して、安定した給水を実現することができる。

図１０に示すように、不感帯ＤＺは吐出側圧力の下限値Ｐｚ以上であることが好ましい。これは、不感帯ＤＺを下限値Ｐｚよりも低く設定すると、給水装置１が建物全体に給水できなくなるおそれがあるからである。給水装置１の使用環境によっては、不感帯ＤＺは下限値Ｐｚを含んだ範囲であってもよい。

制御部４０は、前述のように最低値ＰＬを決定した後、または決定すると同時に上述の最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分ΔＰ１またはΔＰ２に基づいて目標圧力制御カーブを補正する。このように目標圧力制御カーブを補正することにより、省エネルギー運転を実現する場合においてもポンプの運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを得ることができる。

図１１は、制御部４０によって実行されるポンプの制御動作を示すフローチャートである。給水装置１の電源スイッチが入れられると、制御部４０に予め記憶されている初期の目標圧力制御カーブを用いたポンプ制御が開始される。制御部４０は、ポンプ２が回転しているか否かを判断し、ポンプ２が回転しているときは、次にポンプ２が始動直後であるか否かを判断する。ポンプ２が始動直後である場合には、制御部４０は、吐出側圧力が最初の極小値に到達したかどうかを判断する。最初の極小値に到達したと判断したら、制御部４０はその極小値を最低値ＰＬに決定する。その後、制御部４０は、上述した目標圧力制御カーブＲの補正の要否判断を行う。目標圧力制御カーブＲを補正する場合は、制御部４０は吐出側圧力が安定したか否かを判断し、現在の目標圧力制御カーブＲから補正後の目標圧力制御カーブＲ’に徐々に切り替える（変化させる）。補正後の目標圧力制御カーブＲ’への切り替えが完了したら、制御部４０はポンプ２を補正後の目標圧力制御カーブＲ’に基づいて制御する。

図１２は、制御部４０によって実行されるポンプの他の制御動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、ポンプ２の始動直後の判断までは上述の図１１のフローチャートと同様である。ポンプ２が始動直後である場合には、制御部４０は吐出側圧力が安定したか否かを判断し、吐出側圧力が安定していれば最低値ＰＬを決定する。

制御部４０は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚに等しいか、または最低値ＰＬが不感帯ＤＺ内にあるときは、目標圧力制御カーブＲを補正せず、それ以外の場合には目標圧力制御カーブＲを補正する。目標圧力制御カーブＲを補正するときは、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブＲから補正後の目標圧力制御カーブＲ’に徐々に切り替える（変化させる）。目標圧力制御カーブの補正後、制御部４０は、補正後の目標圧力制御カーブＲ’に基づいて制御する。

目標圧力制御カーブの頻繁な補正（切り替え）を避けるために、上記不感帯ＤＺを設けることに代えて、または不感帯ＤＺを設けることに加えて、ポンプ２が複数回始動した後に目標圧力制御カーブＲを補正してもよい。例えば、制御部４０はポンプ２が始動するたびに目標圧力制御カーブＲを補正する判断となってもその判断結果にかかわらず補正することなく、最低値ＰＬと吐出側圧力の所定の下限値との差分を１回分又は複数回分記録（保存）し、記録された結果に基づいて補正してもよい。より具体的には、制御部４０は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きい場合は、目標圧力制御カーブＲを補正せずに最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分ΔＰ１を保存する。さらに、制御部４０は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きいことを条件として、ポンプ２が始動するたびに差分ΔＰ１の算出と保存を行うことにより複数の差分ΔＰ１を取得し、保存された複数の差分ΔＰ１の平均値を算出し、目標圧力制御カーブＲ上のポンプ締切運転時の目標圧力ＰＢから差分ΔＰ１の平均値を減算することにより、目標圧力制御カーブＲを補正する。上述した差分ΔＰ１の算出と保存は、ポンプ２の始動回数が所定の回数に達するまで繰り返される。最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さい場合は、制御部４０は、上述したように最低値ＰＬと下限値Ｐｚの差分ΔＰ２を目標圧力ＰＢに加算することによって目標圧力制御カーブＲを直ちに補正してもよい。すなわち、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きい場合は、差分ΔＰ１を上述のように保存する。最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さく差分ΔＰ２を算出した場合は、例外的に直ちに上述の補正をしてもよい。それまでに保存された差分ΔＰ１が１回分（１個）も無くても、又は１回分あるいは２回分以上あったとしても、例外的に差分ΔＰ２に基づいて補正をする。このようにすることで、万が一、目標圧力制御カーブが低揚程側にシフトすることによって断水のおそれが高くなった場合には、高揚程側へ切り替えることができ、より安定した給水を実現することができる。

上記例に代えて、ポンプ２の所定の時間経過後に目標圧力制御カーブＲを補正するようにしてもよい。より具体的には、制御部４０は、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きい場合は、目標圧力制御カーブＲを補正せずに最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分ΔＰ１を所定の時間の間に前記ポンプが始動するたびに保存し、保存された差分ΔＰ１の平均を算出し、目標圧力制御カーブＲ上のポンプ締切運転時の目標圧力ＰＢから差分ΔＰ１の平均を減算することにより、目標圧力制御カーブＲを補正する。最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さい場合は、制御部４０は、上述したように最低値ＰＬと下限値Ｐｚの差分ΔＰ２を目標圧力ＰＢに加算することによって目標圧力制御カーブＲを直ちに補正してもよい。

上記所定の時間は、例えば２４時間に設定される。この場合は、前日のポンプ２の運転状況に基づいて目標圧力制御カーブＲが補正される。目標圧力制御カーブＲの補正は一日に一回だけ行われるので、頻繁な給水圧力の変動が回避される。

最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きいか小さいかにかかわらず、所定の時間の間に算出されたすべての差分ΔＰ１，ΔＰ２に基づいて目標圧力制御カーブＲを補正してもよい。また、それらすべての差分ΔＰ１，ΔＰ２の平均に基づいて目標圧力制御カーブＲを補正してもよい。より具体的には、制御部４０は、所定の時間の間、ポンプ２が始動されるたびに最低値ＰＬと下限値Ｐｚの差分ΔＰ１，ΔＰ２を保存し、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも大きいときの差分ΔＰ１の平均である第１の平均値（絶対値）を算出し、最低値ＰＬが下限値Ｐｚよりも小さいときの差分ΔＰ２の平均である第２の平均値（絶対値）を算出し、第１の平均値から第２の平均値を減算することにより補正値を算出し、目標圧力制御カーブＲ上のポンプ締切運転時の目標圧力ＰＢから補正値を減算することにより、目標圧力制御カーブＲを補正する。この補正値は、正の値または負の値である。すなわち、第１の平均値が第２の平均値よりも大きい場合は、補正値は正の値となり、第１の平均値が第２の平均値よりも小さい場合は、補正値は負の値となる。したがって、目標圧力ＰＢから補正値を減算することにより、目標圧力制御カーブＲは低揚程側または高揚程側のいずれかに補正される。

上記例では、制御部４０は、所定の時間の間に算出された差分ΔＰ１，ΔＰ２の平均に基づいて目標圧力制御カーブＲを補正するが、他の例として、制御部４０は、ポンプ２の始動回数が所定の回数に達するまで、ポンプ２が始動されるたびに差分ΔＰ１，ΔＰ２を算出および保存し、保存されたすべての差分ΔＰ１，ΔＰ２の平均に基づいて上述の例に従って目標圧力制御カーブＲを補正してもよい。

上述した実施形態は、本発明のポンプ装置を給水装置に適用した例であるが、本発明は給水装置以外のポンプ装置にも適用することができる。例えば、図１３に示すようなインバータがモータの側面に固定された一体型ポンプ装置にも本発明を適用することができる。図１３は本発明の他の実施形態に係るポンプ装置の模式図である。図１３において、図３に示す各構成要素に対応する要素には同一の符号を付す。

このポンプ装置は、液体を移送するポンプ２と、ポンプ２に連結されたモータ３と、モータ３を可変速駆動させる駆動装置としてのインバータ２０と、モータ３とインバータ２０とを連結する２つの支持部材４４とを備えている。インバータ２０はモータ３に隣接して配置されており、制御部４０はインバータ２０の内部に配置されている。図１３に示すポンプ装置には、図３に示す逆止弁２２、フロースイッチ２４、および圧力タンク２８を記載せずに省略している。

ポンプ２はモータ３により駆動され、液体を吸込口２ａから吸込み、加圧し、そして吐出口２ｂから吐出する。ポンプ２の例としては遠心ポンプが挙げられるが、他の型式のポンプを用いることもできる。

図１４は図１３に示すポンプ装置の平面図である。モータ３の上部には冷却ファン４３が配置されており、この冷却ファン４３は、モータ３の回転軸１０に連結されている。したがって、冷却ファン４３はモータ３の回転軸１０と一体的に回転するようになっている。冷却ファン４３は、気体を半径方向外側に吐き出す遠心式ファンである。冷却ファン４３を覆うガイドカバー４５がモータ３の上に設けられている。このガイドカバー４５は、冷却ファン４３の回転により発生した気体の流れをインバータ２０に導く役割を有している。図１４ではガイドカバー４５は仮想線で描かれている。

図１５（ａ）は、ガイドカバー４５を示す側面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すガイドカバー４５を下から方向から見た図である。ガイドカバー４５は、気体取り入れ孔（空気取り入れ孔）４５ｃを有する平面部４５ａと、下から見たときにＵ字型の形状を有した側部４５ｂとを有している。冷却ファン４３の回転に伴い、周囲の気体（一般的には空気）は、気体取り入れ孔４５ｃからガイドカバー４５内に流入し、ガイドカバー４５の側部４５ｂに沿ってインバータ２０に送られる。図１４に示すように、モータ３の軸方向から見たときに、ガイドカバー４５とモータ３との間には隙間が形成されている。冷却ファン４３の回転によって生じる気流の一部は、この隙間を通ってモータ３の外周面上を流れてモータ３を冷却する。

２つの支持部材４４は互いに離間しており、これら支持部材４４の間には、冷却ファン４３から送られる気流の通路となる空間が形成されている。インバータ２０は、その外面上を流れる気流によって冷却される。また、モータ３とインバータ２０との間の空間を流れる気流は同時にモータ３も冷却することができる。

ポンプ２の吐出口２ｂには圧力センサ２６が配置されている。この圧力センサ２６はポンプ２の吐出側圧力を測定し、その測定値を制御部４０に送信する。制御部４０は、上述した実施形態と同様に、ポンプ２の始動後に吐出側圧力の最低値ＰＬを決定し、最低値ＰＬと所定の下限値Ｐｚとの差分を算出し、その差分に基づいて目標圧力制御カーブを補正する。

図１６は、図３及び図１３に示す制御部（制御装置）４０の構成例を示す図である。図１６は給水装置を示しているが、図１６の制御部４０の構成は図１３に示す制御部４０にも適用可能である。

図１６に示すように、制御部（制御装置）４０は、設定部４６、記憶部４７、演算部４８、表示部４９、Ｉ／Ｏ部５０、及び運転パネル５１を備えている。設定部４６及び表示部４９は、運転パネル５１に設けられている。

運転パネル５１は、設定部４６と表示部４９を有し、例えばスイッチ、入力確認用ブザー及び入力確認用表示を有し、ヒューマンインターフェースとして機能する。設定部４６には、目標圧力制御カーブＲを作成する各種設定値、例えばポンプ２の締切運転時（すなわち流量０時）のポンプ２の吐出側圧力ＰＢ、最大流量時のポンプ２の吐出側圧力ＰＡ等が入力される。また、設定部４６には、目標圧力制御カーブＲを補正するための各種設定値として、給水装置１から最も高い位置にある給水器具まで水を押し上げるために必要な圧力に、その給水器具で生じる圧力損失を加えることにより決定される吐出側圧力の下限値Ｐｚ、ポンプ始動後の吐出側圧力の最低値ＰＬを決定するタイミングを設定するための圧力変化曲線の変化パタ−ン（接線の傾きが負から正へ変化するパタ−ン）、圧力変化の監視時間ｔｃの入力、目標圧力制御カーブＲを補正するタイミングを設定するための監視時間（所定時間）、最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分を記憶する回数、下限値Ｐｚの不感帯の設定値、および目標圧力制御カーブＲを切り換える場合の推移時間または変化率が入力される。設定部４６に入力されたデータは、記憶部４７に記憶される。なお、別の形態として、運転パネル５１はＣＰＵを使用した運転パネル用演算部を搭載してもよい。このタイプの運転パネル５１は、設定部４６および表示部４９と、演算部４８との間でのデータ通信をＩ／Ｏ部５０を経由して行うことができる。

表示部４９は、ヒューマンインターフェースとして機能し、記憶部４７に格納されている設定値等の各種データや、現在のポンプ２の運転状況（運転状態）、例えばポンプ２の運転または停止、運転周波数、電流、吐出し圧力、流入圧力（直結給水の場合）、受水槽警報等を表示する。

記憶部４７としては、ＲＡＭ等のメモリが使用される。記憶部４７には、図１１、図１２の制御フローチャートで示す制御プログラムや各種データ、例えば演算部４８における演算結果のデータ（吐出側圧力の最低値ＰＬ、最低値ＰＬと下限値Ｐｚとの差分、運転時間、積算値等）、圧力値（吐出し圧力、流入圧力）、設定部４６により入力されたデータ、及びＩ／Ｏ部５０により入力される、またはＩ／Ｏ部５０により出力されるデータ等が格納される。

Ｉ／Ｏ部５０としては、ポート等が使用される。Ｉ／Ｏ部５０は、吐出側圧力センサ２６の出力値やフロースイッチ２４の信号を受け入れて演算部４８に送る。Ｉ／Ｏ部５０は、通信における信号の入出力も行う。

演算部４８としては、ＣＰＵが使用される。演算部４８は、記憶部４７に格納されているプログラム及び各種データ、並びにＩ／Ｏ部５０から入力される信号に基づいて、最低値ＰＬの決定、差分の演算、時間の計測（運転時間、停止時間）、積算の演算（積算値）、通信データの処理、目標圧力の演算、周波数指令値の演算、目標圧力制御カーブの補正等を行う。演算部４８からの出力は、Ｉ／Ｏ部５０に入力される。

また、Ｉ／Ｏ部５０とインバータ２０は、ＲＳ４８５等の通信手段により互いに接続され、Ｉ／Ｏ部５０からインバータ２０へは、各種設定値や周波数指令値、発停信号（運転・停止信号）などの制御信号が送られ、インバータ２０からＩ／Ｏ部５０へは、実際の周波数値や電流値等の運転状況（運転状態）が逐次送られる。

なお、Ｉ／Ｏ部５０とインバータ２０との間で送受信される制御信号としては、アナログ信号および／またはデジタル信号を用いることができる。例えば、回転周波数等にはアナログ信号を用い、運転停止指令等にはデジタル信号を用いることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１，１００給水装置
２ポンプ
３モータ
８バイパス管
１０回転軸
２０インバータ
２１圧力センサ
２２，２３逆止弁
２４フロースイッチ
２５逆流防止装置
２６圧力センサ
２８圧力タンク
３５，４０制御部
４３冷却ファン
４４支持部材
４５ガイドカバー
４６設定部
４７記憶部
４８演算部
４９表示部
５０Ｉ／Ｏ部
５１運転パネル

Claims

水を移送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを可変速駆動する駆動装置と、
前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
前記吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下したときに前記ポンプを始動し、前記吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように前記駆動装置を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、
前記制御部は、
前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最低値を決定し、
前記最低値と前記吐出側圧力の所定の下限値との差分を算出し、
前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正するように構成され、
前記下限値は、前記ポンプ装置に求められる最低限の給水圧力であることを特徴とするポンプ装置。
前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも大きい場合は、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを低揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも大きい場合は、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力から前記差分を減算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを高揚程側に移動させることにより前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記最低値が前記下限値よりも小さい場合は、前記目標圧力制御カーブ上のポンプ締切運転時の目標圧力に前記差分を加算することにより、前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最初の極小値を前記最低値とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記吐出側圧力が安定した後に前記最低値を決定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記吐出側圧力が安定した後に前記目標圧力制御カーブを補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記制御部は、前記吐出側圧力が所定の基準値よりも大きい状態が所定の監視時間継続した場合は、前記吐出側圧力が安定したと判断することを特徴とする請求項７又は８に記載のポンプ装置。
前記制御部は、現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記制御部は、所定の推移時間に亘って現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする請求項１０に記載のポンプ装置。
前記制御部は、所定の変化率で現在の目標圧力制御カーブから補正後の目標圧力制御カーブに徐々に切り替えることを特徴とする請求項１０に記載のポンプ装置。
前記下限値は、ポンプ装置から最も高い位置にある給水器具までの揚程に前記給水器具で生じる圧力損失を加えた圧力であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のポンプ装置。
水を移送するポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下したときに前記ポンプを始動し、前記吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように、前記ポンプの運転を制御する制御装置であって、
前記ポンプが始動された後の前記吐出側圧力の最低値を決定し、
前記最低値と前記吐出側圧力の所定の下限値との差分を算出し、
前記差分に基づいて前記目標圧力制御カーブを補正するように構成され、
前記下限値は、前記ポンプに求められる最低限の給水圧力であることを特徴とする制御装置。