JP6184792B2

JP6184792B2 - 給水装置

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Publication number: JP6184792B2
Application number: JP2013156182A
Authority: JP
Inventors: 手嶋　友治; 友治手嶋; 展宏檜垣; 陽介原田; 祥子宮内; 康貴小西; 一宏金田; 亮太郎唐木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2017-08-23
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Description

本発明は、ポンプを使用して、集合住宅やオフィスビルなどの建物に水を供給する給水装置に関する。

集合住宅やオフィスビルなどの建物に設置され、各給水端へ水を供給する装置として給水装置がある。図８は、このような給水装置の典型例を示すもので、給水装置は、水を加圧して送水する２台のポンプ１０２と、各ポンプ１０２を駆動するためのモータ１０３と、モータ１０３に電力を供給するインバータ（周波数変換器）１２０とを備えている。給水装置は、ポンプ１０２の吐出側に、圧力タンク１２８と吐出側圧力センサ１２６とを備え、それぞれのポンプ１０２毎にフロースイッチ（流量検出手段）１２４と逆止弁１２２とを備えている。これら圧力タンク１２８、吐出側圧力センサ１２６、フロースイッチ１２４、および逆止弁１２２は、ポンプ１０２の吐出口に接続された吐出管１３２に設けられている。

ポンプ１０２の吸込口に接続された吸込管１０５は、水道管４に接続されている。この吸込管１０５には、吸込側圧力センサ１２１と逆流防止装置１２５とが設けられている。更に、水道管４の圧力のみで給水を行うためのバイパス管１０８が吸込管１０５と吐出管１３２との間に設けられている。そして、バイパス管１０８の途中には逆止弁１２３が設けられている。ポンプ１０２の制御を行う制御部１４０は、これらのセンサからの信号に基づき、状況に応じたポンプ１０２の回転速度制御及び台数制御を行う。

このような給水装置において、給水端での水の使用量が少ない時には、ポンプ１０２の締切運転による加熱を防止し、かつ無駄な運転時間の削減（省エネルギー）を図るため、以下に説明する少水量停止動作が行われる。まず、フロースイッチ１２４が少水量を検出すると、このフロースイッチ１２４は、流量低下信号を発生する。そして、所定の時間、少水量状態が継続していることが確認される。この少水量状態が継続されていることを確認する時間および運転は、それぞれ、様子見時間および様子見運転と称されている。様子見運転が完了すると、ポンプ１０２は、圧力タンク１２８に蓄圧し、その後、停止するように制御される。フロースイッチ１２４が少水量を検出してからポンプ１０２が停止するまでが、少水量停止動作である。

ポンプ１０２が停止している状態で水が給水端で使用されると、まずは、圧力タンク１２８から各給水端に水が供給される。そして、圧力タンク１２８の圧力が所定の始動圧力値にまで低下したときに、再びポンプ１０２が始動させられるようになっている。ポンプ１０２は、給水端における水圧を所定の圧力に維持するように可変速運転を行い、その後、給水端での水の使用量が低下すると、再び少水量停止動作を行うようになっている。

少水量停止動作の目的は、ポンプ１０２の締切運転によるモータ１０３の過熱防止、および無駄な運転時間の削減である。この少水量停止動作時の蓄圧圧力が高すぎる場合、ポンプ１０２の停止前の蓄圧による急激な圧力上昇が頻繁に繰り返されることとなり、給水装置の機械的寿命に問題を及ぼす。さらには、各給水端では、頻繁な圧力変動が起こり、給水装置としての使い勝手が悪くなるという問題が生じる。少水量停止時の蓄圧による圧力上昇値を低く抑えれば、各給水端での急激な圧力上昇がなくなるため、給水装置としての使い勝手は良くなる。しかしながら、蓄圧による圧力上昇値が低い為、ポンプ１０２が停止されてからポンプ１０２が再始動されるまでの時間が短くなり、ポンプ１０２の始動停止の頻度が増えることになる。

このような問題を解決するために、特許文献１や特許文献２では、ファジイ推論機能を少水量停止動作に適用する構成が開示されている。この構成によれば、ポンプの締切運転による加熱防止および無駄な運転時間の削減という本来の少水量停止機能の目的を達成しながら、ポンプの始動停止頻度の低減および少水量停止前の蓄圧による急激な圧力上昇の低減という、相反する目的をそれぞれある程度バランス良く達成することができる。

しかしながら、各給水端における給水パターンは、人々のライフスタイルと同様に、千差万別、多種多様であり、一概にファジイ推論機能に基づく少水量停止動作は万能ではない。特に、戸数が多い住居等においては、夜間に断続的に少水量の給水がなされることがある。このような場合には、一度少水量の給水がなされてポンプが始動され、その後少水量停止動作を行ってポンプを停止した後に、次にいつポンプが始動されるかは給水装置は知るすべがない。例えば、数分毎に１分間に満たない少水量の給水が断続的に行われる時間帯が存在する場合もあれば、１時間以上全く給水がなされない場合もある。

近年、省エネルギーが社会的なニーズとなっている。ところが、従来のファジイ推論機能に基づく少水量停止動作は、直前の運転時間が短い場合には、様子見運転時間を長めにするというものである。夜間などの給水量が比較的少ない時間帯では、直前運転時間が短くなる場合が多く、従来のファジイ推論機能に基づく少水量停止動作を夜間に行った場合、ポンプが無駄に運転されることがあり、省エネルギーの観点からは矛盾が生じる場合がある。このように、始動頻度の抑制を考慮しすぎるあまり、給水の需要が少なくなった後も所定の時間様子見運転を行うと、無駄にエネルギーを消費することになる。

特開平７−７１０６０号公報特開平９−９６２７８号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプ始動頻度の過多を抑制しながらも、省エネルギーを達成することが可能な給水装置を提供することを目的とする。

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、前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を通常モードまたは省エネモードのいずれかで実行するように構成され、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を通常モードで実行し、前記運転時間が前記第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を省エネモードで実行し、省エネモードでの前記様子見運転の時間は、０以上であって、かつ通常モードでの前記様子見運転の時間よりも短いことを特徴とする給水装置である。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記少水量停止動作は現在選択されているモードを維持することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、省エネモードでの前記圧力保持運転の時間は、０以上であって、かつ通常モードでの前記圧力保持運転の時間よりも短いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続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、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を通常モードで実行するとともに、前記第１の目標圧力制御カーブを選択し、前記運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を省エネモードで実行するとともに、前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合であって、前記ポンプが始動される直前の前記ポンプの停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記目標圧力制御カーブは第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させ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と、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を実行するように構成され、前記制御部は、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記様子見運転を行わない省エネモードで前記少水量停止動作を実行し、かつ前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする給水装置である。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記目標圧力制御カーブは現在選択されている目標圧力制御カーブを維持するとともに前記少水量停止動作は前回と同一の少水量停止動作を維持することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、前記少水量停止動作を省エネモードで実行するときは、前記様子見運転および前記圧力保持運転を行わないことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記ポンプの運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させることを特徴とする。

本発明のさらに他の態様は、水を移送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、前記制御部はエコ運転ボタンを備え、前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を実行するように構成され、前記制御部は、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、前記エコ運転ボタンを押すと、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間によらず、前記様子見運転を行わない省エネモードで前記少水量停止動作を実行し、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする給水装置である。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記目標圧力制御カーブは現在選択されている目標圧力制御カーブを維持することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、前記少水量停止動作を省エネモードで実行するときは、前記様子見運転および前記圧力保持運転を行わないことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記ポンプの運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプの最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、少水量停止動作が通常モードまたは省エネモードのいずれかで実行される。つまり、水の使用が多いときには通常モードで少水量停止動作が行われ、水の使用が少ないときには省エネモードで少水量停止動作が行われる。したがって、ユーザーに不便さを感じさせることなく、ポンプ始動頻度の過多を抑制しながら、省エネルギーを実現することができる。

図１は、給水装置の一実施形態を示す模式図である。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図である。図３は、ポンプの運転状態を示すグラフである。図４は、省エネモードの少水量停止動作を示すグラフである。図５は、様子見運転および圧力保持運転の時間が０である場合の省エネモードの少水量停止動作を示すグラフである。図６は、第１の目標圧力制御カーブと第２の目標圧力制御カーブとを備えた給水装置の運転特性図である。図７は、蓄圧運転を示すグラフである。図８は、従来の給水装置を示す模式図である。

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１は、給水装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、給水装置１の吸込口は水道管４または図示しない受水槽に接続されている。給水装置１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、建物の各階の給水端（例えば蛇口）に連通している。給水装置１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端に水を供給する。

ポンプが水道管４に直結される直結式の給水装置１は、ポンプ２と、このポンプ２を駆動する駆動装置としてのモータ３と、モータ３を可変速駆動する周波数変換器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１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３０を備えていないタイプの給水装置もある。

ポンプ２の吸込口には吸込管５が接続され、ポンプ２の吐出口には吐出管３２が接続されている。水道管４の圧力のみで給水を行うためのバイパス管８は、吸込管５と吐出管３２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が吸込管５を介して水道管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は吸込管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は設けられない。

逆止弁２２は吐出管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。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１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１は、ポンプ２の動作を制御する制御部４０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４０に信号線を介して接続されている。給水装置１は、水が使用されている給水動作中である場合、吐出側圧力の目標圧力を維持するように運転が行われる。水の流量が所定の値にまで低下したことがフロースイッチ２４により検出されると、制御部４０はポンプ２の回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）が所定の始動圧力値まで低下すると、制御部４０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４０には、ポンプ２を始動させるトリガーとなる始動圧力値が予め記憶されている。

ポンプ２が停止している状態で水が建物内で使用されると、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値にまで低下すると、制御部４０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や吐出側圧力一定制御などの圧力制御が行われる。

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、流量低下信号を制御部４０に送る。制御部４０はこの流量低下信号を受け、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。このようなポンプ停止動作は、少水量停止動作と呼ばれている。

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、給水端（蛇口など）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、縦軸は吐出側圧力すなわち揚程（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、給水端（蛇口など）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。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４０は吐出圧力一定制御を実行する。この場合は、制御部４０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。

図３は、ポンプ２の運転状態を示すグラフである。図３において、縦軸はポンプ２の回転速度を表し、横軸は時間を表している。ポンプ２の吐出側圧力が低下して所定の始動圧力値に達すると、制御部４０はポンプ２を始動させる（時間Ｔ１）。制御部４０は、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の回転速度を制御する。給水端での水の使用が低下して水の流量が所定の値に達すると、フロースイッチ２４は流量低下信号を制御部４０に送信する（Ｔ２）。時間Ｔ１から時間Ｔ２までは給水装置１（ポンプ２）を運転して給水動作を行う。制御部４０は、流量低下信号を受けても直ちには蓄圧運転を行わず、ある所定の時間の間だけ様子見運転を行う（Ｔ２からＴ３まで）。この様子見運転は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認するための運転であり、ポンプ２の頻繁な停止および起動を避けるため、およびフロースイッチ２４の流量低下検出の精度を高めるために行われる。

この様子見運転中に、吐出側圧力が概ね一定に保たれている場合は、制御部４０は、ポンプ２の目標圧力を一時的に上昇させて圧力タンク２８に蓄圧し（Ｔ３からＴ４まで）、そして所定の時間だけポンプ２の目標圧力を一定に保つ圧力保持運転を行い（Ｔ４からＴ５まで）、その後ポンプ２を停止させる（Ｔ５）。このように、少水量停止動作は、吐出側圧力を監視する様子見運転、ポンプ２を増速させて圧力タンク２８に蓄圧する蓄圧運転、圧力タンク２８に蓄圧した後にポンプ２の目標圧力を一定に保って吐出側圧力を保持する圧力保持運転、およびポンプ２の停止から構成される。

しかしながら、このような少水量停止動作を行うにはある程度の時間が掛かり、省エネルギーの観点からは好ましくない。特に、夜間などの給水の需要が少ないときに、長い時間をかけて少水量停止動作を行うことは好ましくない。

そこで、制御部４０は、ポンプ２の最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、少水量停止動作を通常モードと省エネモードとの間で自動的に切り替えるように構成されている。図１に示すように、制御部４０には、エコ運転ボタン４１が設けられている。このエコ運転ボタン４１は、給水装置１の運転を、通常運転と省エネ運転との間で切り替えるためのスイッチである。通常運転では、少水量停止動作は常に通常モードで実行される。省エネ運転では、上述したように、ポンプ２の最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、少水量停止動作は通常モードまたは省エネモードのいずれかで実行される。エコ運転ボタン４１を押すと、給水装置１の運転は、通常運転から省エネ運転に切り替えられ、エコ運転ボタン４１をもう一度押すと、給水装置１の運転は、省エネ運転から通常運転に切り替えられる。

図３を参照して説明した少水量停止動作は、通常モードでの少水量停止動作である。図４は、省エネモードの少水量停止動作を示すグラフである。ポンプ２の吐出側圧力が低下して所定の始動圧力値に達すると、制御部４０はポンプ２を始動させる（時間Ｔ１）。制御部４０は、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の回転速度を制御する。給水端での水の使用が低下して水の流量が所定の値に達すると、フロースイッチ２４は流量低下信号を制御部４０に送信する（Ｔ２）。制御部４０は、図３に示す通常モード時の様子見運転よりも短い時間で様子見運転を行う（Ｔ２からＴ３’まで）。制御部４０は、ポンプ２の回転速度を一時的に上昇させて圧力タンク２８に蓄圧し（Ｔ３’からＴ４’まで）、そして通常モード時の圧力保持運転よりも短い時間だけ圧力保持運転を行い（Ｔ４’からＴ５’まで）、その後ポンプ２の運転を停止させる（Ｔ５’）。

図３のグラフと図４のグラフとの対比から分かるように、省エネモードの少水量停止動作の時間は、通常モードの少水量停止動作の時間よりも短い。したがって、省エネモードの少水量停止動作を実行することにより、省エネルギーを実現することができる。

少水量停止動作の通常モードと省エネモードは、次のようにして切り替えられる。少水量停止動作の直前のポンプ２の運転時間ｔ１（図３および図４参照）が所定の第１のしきい値を超えている場合には、制御部４０は少水量停止動作を通常モードで実行する。上記運転時間ｔ１が上記第１のしきい値以下であって、かつポンプ２の前回の停止時間ｔ２（図３および図４参照）が所定の第２のしきい値を超えている場合には、制御部４０は少水量停止動作を省エネモードで実行する。上記運転時間ｔ１が上記第１のしきい値以下であって、かつポンプ２の前回の停止時間ｔ２が上記所定の第２のしきい値以下である場合には、現在選択されているモード（通常モードまたは省エネモード）がそのまま維持される。すなわち前回と同一の少水量停止動作が行われる。このように、ポンプ２の最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、少水量停止動作が通常モードと省エネモードとの間で切り替えられるので、ユーザーに不便さを感じさせることなく、ポンプ２の始動頻度の過多を抑制しながら、省エネルギーを実現することができる。

省エネモードでの様子見運転の時間は、０以上であって、かつ通常モードでの様子見運転の時間よりも短く設定される。さらに、省エネモードでの圧力保持運転の時間を、通常モードでの圧力保持運転の時間よりも短くしてもよい。この場合、省エネモードでの圧力保持運転の時間は０であってもよい。図５は、様子見運転および圧力保持運転の時間が０である場合の省エネモードの少水量停止動作を示すグラフである。図５から分かるように、様子見運転および圧力保持運転の時間が０であるということは、様子見運転および圧力保持運転が行われないことを意味する。この場合は、図４に示す省エネモードの少水量停止動作よりもさらなる省エネルギーを実現することができる。

さらに省エネルギーを向上させるために、少水量停止動作の通常モードと省エネモードとの切り替えと同時に、目標圧力制御カーブを、第１の目標圧力制御カーブＲ１と、この第１の目標圧力制御カーブＲ１よりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブＲ２との間で切り替えることが好ましい。図６は、上述した目標圧力制御カーブＲとして、第１の目標圧力制御カーブＲ１と第２の目標圧力制御カーブＲ２とを備えた給水装置１の運転特性図である。第１の目標圧力制御カーブＲ１は、上述した目標圧力制御カーブＲと同じである。これら第１の目標圧力制御カーブＲ１と第２の目標圧力制御カーブＲ２は、制御部４０に記憶されている。

制御部４０は、ポンプ２の最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、少水量停止動作を通常モードと省エネモードとの間で切り替えると同時に、第１の目標圧力制御カーブＲ１と第２の目標圧力制御カーブＲ２のいずれかを選択するように構成されている。具体的には、少水量停止動作の直前のポンプ２の運転時間ｔ１が第１のしきい値を超えている場合には、制御部４０は、少水量停止動作を通常モードで実行するとともに、第１の目標圧力制御カーブＲ１を選択する。この場合、ポンプ２が始動した後は、制御部４０は、この第１の目標圧力制御カーブＲ１に基づいてポンプ２の回転速度を制御する。運転時間ｔ１が第１のしきい値以下であって、かつポンプ２の前回の停止時間ｔ２が第２のしきい値を超えている場合には、制御部４０は、少水量停止動作を省エネモードで実行するとともに、第２の目標圧力制御カーブＲ２を選択する。また、第２の目標圧力制御カーブＲ２を選択して、ポンプ２が始動した後、ポンプ２の運転時間ｔ１が第１のしきい値を超えた場合には、制御部４０は、ポンプ２の運転中に、第１の目標圧力制御カーブＲ１に切り替えて（を選択して）ポンプ２の運転を継続する。また、ポンプ２の前回の運転時間ｔ１が第１のしきい値を超えている場合であっても、ポンプ２の始動直前の停止時間ｔ２が第２のしきい値を超えている場合には、制御部４０は、第２の目標圧力制御カーブＲ２を選択する。この場合、ポンプ２が始動した後は、制御部４０は、この第２の目標圧力制御カーブＲ２に基づいてポンプ２の回転速度を制御する。

他の態様として、制御部４０は、エコ運転ボタン４１を押すと、少水量停止動作を省エネモードで実行して省エネを実現することができる。すなわち、制御部４０は、エコ運転ボタン４１を押すと、少水量停止動作を省エネモードで実行すると同時に、ポンプ２の最新の運転履歴（運転状況）に基づいて、第１の目標圧力制御カーブＲ１と第２の目標圧力制御カーブＲ２のいずれかを選択するように構成することができる。具体的には、エコ運転ボタン４１を押すと、制御部４０は、少水量停止動作の直前のポンプ２の運転時間ｔ１によらず、少水量停止動作を省エネモードで実行する。その後、制御部４０は、少水量停止動作の直前のポンプ２の運転時間ｔ１が第１のしきい値を超えている場合には、第１の目標圧力制御カーブＲ１を選択し、ポンプ２が始動した後は、この第１の目標圧力制御カーブＲ１に基づいてポンプ２の回転速度を制御する。ポンプ２の前回の停止時間ｔ２が第２のしきい値を超えている場合には、制御部４０は、少水量停止動作を省エネモードで実行するとともに、第２の目標圧力制御カーブＲ２を選択する。この場合、ポンプ２が始動した後は、制御部４０は、この第２の目標圧力制御カーブＲ２に基づいてポンプ２の回転速度を制御する。また、第２の目標圧力制御カーブＲ２を選択して、ポンプ２が始動した後、ポンプ２の運転時間ｔ１が第１のしきい値を超えた場合には、制御部４０は、ポンプ２の運転中に、第１の目標圧力制御カーブＲ１に切り替えて（を選択して）ポンプ２の運転を継続する。また、上記運転時間ｔ１が上記第１のしきい値以下であって、かつポンプ２の前回の停止時間ｔ２が上記所定の第２のしきい値以下である場合には、現在選択されている目標圧力制御カーブ（すなわち第１の目標圧力制御カーブＲ１または第２の目標圧力制御カーブＲ２）がそのまま維持される。

第２の目標圧力制御カーブＲ２の目標圧力は、第１の目標圧力制御カーブＲ１の目標圧力よりも低く設定されている。したがって、給水動作において第２の目標圧力制御カーブＲ２を使用することによって、省エネルギーを実現することができる。このように、少水量停止動作の省エネモードと、第２の目標圧力制御カーブＲ２とを組み合わせることによって、従来の給水装置では達成できなかった省エネルギー運転を実現することがきる。

省エネモードの少水量停止動作では、図４および図５に示すように、様子見運転が短い時間で行われるか、様子見運転が行われない。この場合、省エネルギーは実現されるが、その一方で、ポンプ２の起動および停止の頻度が増加することがある。そこで、ポンプ２の起動および停止の頻度を下げるために、運転時間ｔ１と停止時間ｔ２との合計が、所定の基準時間ＳＴよりも短い場合は（ｔ１＋ｔ２＜ＳＴ）、制御部４０は、運転時間ｔ１と停止時間ｔ２との合計が所定の基準時間ＳＴに達するまでポンプ２の運転を継続してもよい。この場合におけるポンプ２の運転を継続させる時間（すなわち、ＳＴ−（ｔ１＋ｔ２））は、付加的な運転時間であり、この付加的な運転時間の経過後に少水量停止動作が省エネモードで実行される。一方、運転時間ｔ１と停止時間ｔ２との合計が、所定の基準時間ＳＴ以上である場合は（ｔ１＋ｔ２≧ＳＴ）、制御部４０は直ちに少水量停止動作を省エネモードで実行する。所定の基準時間ＳＴは、例えば６０秒である。このような運転を実行することにより、省エネルギーとポンプ２の起動停止の頻度低減とをバランスさせることができる。

図３乃至図５に示す蓄圧運転において、吐出側圧力が急激に上昇すると、圧力タンク２８や配管系統にダメージを与える可能性がある。このため、蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させることが好ましい。例えば、図７に示すように、制御部４０は、所定の蓄圧時間ｔ３に亘ってポンプ２の目標圧力を段階的に上昇させ、吐出側圧力を現在の値Ｐ１から所定の停止圧力値Ｐ２まで段階的に徐々に上昇させる。より具体的には、制御部４０は、停止圧力値Ｐ２から現在の値Ｐ１を引いた値ΔＰを所定の蓄圧時間ｔ３で割ることにより、単位時間ｄｔあたりに上昇させる圧力増分ｄＰを算出し、単位時間ｄｔごとに圧力増分ｄＰだけ吐出側圧力を増加させる。

他の例では、単位時間ｄｔあたりに上昇させる圧力増分ｄＰを予め設定しておき、吐出側圧力が停止圧力値Ｐ２に達するまで、単位時間ｄｔごとに圧力増分ｄＰだけ吐出側圧力を増加させてもよい。さらに他の例では、単位時間ｄｔごとに次の目標圧力増分ｄＰを決定し、吐出側圧力が停止圧力値Ｐ２に達するまで、次の目標圧力増分ｄＰの決定と、この決定された目標圧力増分ｄＰだけ吐出側圧力を増加させることを繰り返してもよい。このように徐々に吐出側圧力を増加させることにより、圧力タンク２８や配管系統にダメージを与えることを防止することができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。

１給水装置
２ポンプ
３モータ
４水道管
５吸込管
７給水管
８バイパス管
２０インバータ
２１圧力センサ
２２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
３０キャビネット
３２吐出管
４０制御部
４１エコ運転ボタン

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、
前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、
前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、
目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を通常モードまたは省エネモードのいずれかで実行するように構成され、
前記制御部は、
前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を通常モードで実行し、
前記運転時間が前記第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を省エネモードで実行し、
省エネモードでの前記様子見運転の時間は、０以上であって、かつ通常モードでの前記様子見運転の時間よりも短いことを特徴とする給水装置。
前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記少水量停止動作は現在選択されているモードを維持することを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、
省エネモードでの前記圧力保持運転の時間は、０以上であって、かつ通常モードでの前記圧力保持運転の時間よりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の給水装置。
前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続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給水装置。
前記制御部は、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、
前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を通常モードで実行するとともに、前記第１の目標圧力制御カーブを選択し、
前記運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記少水量停止動作を省エネモードで実行するとともに、前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。
前記ポンプの運転時間が第１のしきい値を超えている場合であって、前記ポンプが始動される直前の前記ポンプの停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記目標圧力制御カーブは第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする請求項５に記載の給水装置。
前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させ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給水装置。
水を移送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、
前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、
目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を実行するように構成され、
前記制御部は、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、
前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記様子見運転を行わない省エネモードで前記少水量停止動作を実行し、かつ前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする給水装置。
前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記目標圧力制御カーブは現在選択されている目標圧力制御カーブを維持するとともに前記少水量停止動作は前回と同一の少水量停止動作を維持することを特徴とする請求項８に記載の給水装置。
前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、
前記少水量停止動作を省エネモードで実行するときは、前記様子見運転および前記圧力保持運転を行わないことを特徴とする請求項８または９に記載の給水装置。
前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記ポンプの運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の給水装置。
前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の給水装置。
水を移送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータに電力を供給して前記ポンプを可変速運転する周波数変換器と、
前記ポンプの吐出側圧力を保持する圧力タンクと、
目標圧力制御カーブに従って前記ポンプの運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部はエコ運転ボタンを備え、
前記制御部は、水の使用量が少ない状態が継続していることを確認する様子見運転、前記ポンプを増速させて前記圧力タンクに蓄圧する蓄圧運転、および前記ポンプの停止を含む少水量停止動作を実行するように構成され、
前記制御部は、前記目標圧力制御カーブとして、第１の目標圧力制御カーブ、および前記第１の目標圧力制御カーブよりも目標圧力が低い第２の目標圧力制御カーブのうちのいずれか１つを選択するように構成されており、
前記エコ運転ボタンを押すと、前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間によらず、前記様子見運転を行わない省エネモードで前記少水量停止動作を実行し、
前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値を超えている場合には、前記第２の目標圧力制御カーブを選択することを特徴とする給水装置。
前記制御部は、前記少水量停止動作の直前の前記ポンプの運転時間が第１のしきい値以下であって、かつ前記ポンプの前回の停止時間が第２のしきい値以下である場合には、前記目標圧力制御カーブは現在選択されている目標圧力制御カーブを維持することを特徴とする請求項１３に記載の給水装置。
前記少水量停止動作は、前記圧力タンクに蓄圧した後に前記吐出側圧力を保持する圧力保持運転をさらに含み、
前記少水量停止動作を省エネモードで実行するときは、前記様子見運転および前記圧力保持運転を行わないことを特徴とする請求項１３または１４に記載の給水装置。
前記少水量停止動作を省エネモードで実行する場合に、前記ポンプの運転時間と前記停止時間との合計が、所定の基準時間よりも短い場合は、前記制御部は、前記運転時間と前記停止時間との合計が前記所定の基準時間に達するまで前記ポンプの運転を継続することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の給水装置。
前記蓄圧運転では、吐出側圧力を現在の値から所定の停止圧力値まで段階的に徐々に上昇させることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の給水装置。