JP6247857B2

JP6247857B2 - 給液装置

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Publication number: JP6247857B2
Application number: JP2013159585A
Authority: JP
Inventors: 哲則坂谷; 修平山崎; 順平小川; 早川　義則; 義則早川
Original assignee: 株式会社川本製作所
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP2015031176A

Description

本発明は、推定末端圧力一定制御を行う給液装置に関する。

従来、給水装置において推定末端圧力一定制御を行う場合、ポンプの目標圧力値を、ポンプに供給される電力の周波数に基づいて求めることが行われている。具体的には、給水装置における吐出し圧力は、給水量によって変化する。そして、吐出し圧力は、ポンプに供給される電力の周波数によって変化する。これらのことより、ポンプに供給される電力の周波数を変数として、任意の給水量を得るための目標圧力値を求めている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−８２３６１号公報

上述のように、推定末端圧力一定制御を行う際に、ポンプに供給される電力の周波数を変数として用いて給水量に対する目標圧力値を求める場合、この求める過程において発振現象が生じるおそれがある。

この点について具体的に説明する。一例として、目標圧力値に向って圧力を上昇する場合について説明する。まず、任意の給水量においてポンプに入力される電力の周波数に基づいて目標圧力値を設定する。すると、周波数が一定のために、吐出圧力が減少する。この結果、減少した吐出圧力を増加するためにポンプに供給される電力の周波数を増加する。すると、周波数増加によって、目標圧力値が増加する。このように、ポンプの圧力は、収束することなく、発振してしまう。

一方、給水装置におけるシステム抵抗曲線は、給水量を変数とする関数である。このため、給水量を変数として、目標圧力値を求めることが望まれるが、給水装置の大型化に伴い、流量を検出する流量計も、電磁流量計など高価な装置が要求される。流量計が高価になることによって、給液装置も高価になる。給水装置が高価になることは、好ましくない。

本発明は、ポンプの吐出圧力を発振することなく目標圧力値に設定することができるとともに、コストを抑えることができる給液装置を提供することを目的とする。

本発明の給液装置は、並列に配置される複数のポンプ装置と、前記複数のポンプ装置の各々に対して設けられて当該ポンプ装置を通過する流量を検出する流量検出部と、前記各ポンプ装置を通過した液の合流部の下流に設けられて前記各ポンプ装置を通過した前記液の合わさった流れの圧力を検出する圧力検出部と、前記複数のポンプ装置の動作を制御する制御部と、装置全体の定格流量と、装置全体の停止流量と、前記定格流量を吐出する圧力である第１の目標圧力値と、前記停止流量を吐出する圧力である第２の目標圧力値とを記憶する記憶部とを備える。

前記制御部は、全ての前記流量検出部の検出結果の合計が前記定格流量となったときに前記圧力検出部の検出結果が前記第１の目標圧力値となり、かつ、前記流量検出部の検出結果の合計が前記停止流量となったときに前記圧力検出部の検出結果が前記第２の目標圧力値となる、装置全体の給液量を変数とする目標圧力値算出関数に基づいて、前記流量検出部の検出結果の合計を前記給液量として用いて目標圧力値を算出し、かつ、前記圧力検出部の検出結果が前記算出結果となるように前記各ポンプ装置を制御する。前記複数のポンプ装置は、各々同一性能を有する。前記制御部は、前記記憶部に前記定格流量が記憶されていない場合、前記複数のポンプ装置のうち１つを駆動するとともに、この駆動されるポンプ装置に対して吐出圧力一定制御を行い、出力周波数が最大定格周波数になったときの前記流量検出部の検出結果と前記ポンプ装置の数との積の値を、前記定格流量として記憶する。

本発明は、ポンプの吐出圧力を発振することなく目標圧力値に設定することができるとともに、コストを抑えることができる給液装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る給水装置を示す概略図。同給水装置の流路部を示す断面図。同給水装置の一方のポンプ装置に連結される第１の連結管と逆止弁と流量検出装置とを示す断面図。図３に示すＦ４−Ｆ４線に沿って示す同第１の連結管の断面図。同第１の連結管の平面図である。同給水装置の流量―圧力特性を示すグラフ。両ポンプ装置に対する供給電力の周波数の制御タイミングを示すタイムチャート。

本発明の一実施形態に係る給液装置を、図１〜７を用いて説明する。図１は、給液装置の一例である給水装置１０を示す概略図である。給水装置１０は、液の一例として、水を供給する。図１に示すように、給水装置１０は、複数のポンプ装置２０と、複数のポンプ装置２０の各々に対して設けられて各ポンプ装置２０から吐出される水が流れる流路を形成する流路部４０と、各ポンプ装置２０に対して設けられる流路部４０が合流する合流部６０と、圧力検出装置８０と、逆止弁９０と、流量検出装置１００、制御装置１２０と、記憶装置１２１と、電源装置５とを備えている。合流部６０の下流には、例えば蛇口などの給水口へ給水する給水管１１０が接続される。

本実施形態では、ポンプ装置２０は、複数用いられており、本実施形態では一例として、２台用いられている。各ポンプ装置２０は、同じ構造である。ポンプ装置２０は、ポンプ２１と、ポンプ２１を駆動する駆動部２２とを備えている。駆動部２２は、一例として電動モータである。各ポンプ装置２０は、並列に配置されている。

図２は、流路部４０を示す断面図である。図２に示すように、流路部４０は、ポンプ２１の吐出口２３と後述される逆止弁９０とに連結される第１の連結管４１と、逆止弁９０と合流部６０とに連結される第２の連結管４２とを備えている。

図２に示すように、一方のポンプ２１と、一方の第１の連結管４１と、逆止弁９０とは、記載の順番に連結されている。他方のポンプ２１と、他方の第１の連結管４１と、他方の逆止弁９０とは、記載の順番に連結されている。

第２の連結管４２は、一方のポンプ装置２０と他方のポンプ装置２０とに対して共通して用いられており、一方のポンプ２１から吐出された水と、他方のポンプ２１から吐出された水とを合流部６０に導く。このため、ポンプ２１から吐出された水を合流部６０まで導く流路４３は、第１の連結管４１と逆止弁９０と第２の連結管４２内に設けられている。なお、図２は、流路部４０を、第１，２の連結管４１，４２内に形成される流路４３の中心線Ｘを通る平面に沿って切断した状態を示している。

一方のポンプ装置２０に対して設けられる第１の連結管４１と、逆止弁９０と、流量検出装置１００とは、他方のポンプ装置２０に対して設けられる第１の連結管４１と、逆止弁９０と、流量検出装置１００と同じである。

図３は、一方のポンプ装置２０に連結される第１の連結管４１と逆止弁９０と流量検出装置１００とを示す断面図である。図３は、第１の連結管４１内の流路４３の中心線Ｘを通る平面で切断された状態を示している。なお第１の連結管４１を中心線Ｘに垂直に切断すると、中心線Ｘは、流路４３の中心を通る。

第１の連結管４１は、第１の部分４４と、屈曲部４５と、第２の部分４６とを備えている。第１の部分４４は、ポンプ２１の吐出口２３と連結される流入口４４ａを有しており、直線状に延びている。第２の部分４６は、逆止弁９０に連結される流出口４６ａを有しており、直線状に延びている。このため、中心線Ｘにおいて第１の部分４４を通る部分は、直線であり、第２の部分４６を通る部分は、直線である。

屈曲部４５は、第１，２の部分４４，４５を連結している。屈曲部４５によって連結された第１，２の部分４４，４５の相対姿勢は、第１の部分４４の延びる方向と第２の部分４６の延びる方向とが互いに直交する姿勢である。このため、第１の連結管４１は、Ｌ字形状である。

本実施形態では、一例として、ポンプ２１の吐出口２３は、上に向って開口している。第１の連結管４１の第１の部分４４は、上下方向Ｖに沿って上方に延びている。第２の部分４６は、上下方向Ｖに対して垂直な方向に延びている。なお、上下方向Ｖは、重力の作用する方向に平行であり、重力の作用する方向が下方向である。

逆止弁９０は、逆止弁９０を通過した水が、ポンプ２１側に戻ることを防止する機能を有する。逆止弁９０は、ハウジング９１と、弁体９２と、付勢用ばね部材９３とを備えている。

ハウジング９１は、第１の連結管４１の流出口４６ａと連通する流入口９４と、第２の連結管４２に連通する流出口９５とを備えている。弁体９２は、ハウジング９１内に収容されている。弁体９２は、傘形状であって、ハウジング９１の内側から流入口９４を液密に塞ぐ大きさを有している。弁体９２は、流入口９４を液密に塞ぐ位置と、流入口９４を開く位置との間で変位可能である。

付勢用ばね部材９３は、ハウジング９１において流出口９５側の部分と弁体９２との間に設けられており、弁体９２を流入口９４側に付勢している。このため、弁体９２は、付勢用ばね部材９３の付勢力によって、流入口９４を液密に塞ぐ。

付勢用ばね９３の付勢力は、駆動部２２の駆動時にポンプ２１から吐出された水の圧力によって弁体９２が流入口９４を開く程度の付勢力を有している。このため、駆動部２２の駆動時には、ポンプ２１から吐出された水は、逆止弁９０を通過する。

駆動部２２の駆動停止時には、付勢用ばね部材９３の付勢力によって弁体９２が流入口９４を液密に塞ぐ。さらに、流入口９４がポンプ２１側に戻ろうとする際の水の流れに起因する圧力は、弁体９２を流入口９４に押し付けるので、弁体９２は、流入口９４側に付勢される。

第１の連結管４１の流入口４４ａの形状は、一例として、中心線Ｘからの距離が一定である円である、言い換えると、曲率が一定の円である。第１の連結管４１の流出口４６ａの形状は、一例として、中心線Ｘからの距離が一定である円である、言い換えると曲率が一定の円である。

流路４３において第１の連結管４１の流入口４４ａと流出口４６ａとの間の部分の中心線Ｘに垂直な断面形状は、一例として、中心線Ｘからの距離が一定の円である、言い換えると曲率が一定の円である。

また、第１の部分４４内の流路４３の径Ｄ１は、屈曲部４５に向うにつれて次第に縮小してＤ２になる。Ｄ１＞Ｄ２。屈曲部４５内の流路４３の径は、Ｄ２である。第２の部分４６内の流路４３の径は、Ｄ２である。

逆止弁９０のハウジング９１の流入口９４は、一例として、中心線Ｘからの距離が一定である円であり、言い換えると曲率が一定の円であり、第１の連結管４１の流出口４６ａと同じ大きさ、または、略同じ大きさである。本実施形態では、ハウジング９１の流入口９４は、第１の連結管４１の流出口と同じく円でありつまり同じ形状であり、かつ、流出口４６ａに対して若干大きい。逆止弁９０の流入口９４の径Ｄ３は、径Ｄ２より大きい。

他の例としては、逆止弁９０の流入口９４と第１の連結管４１の流出口４６ａとは、同じ形状であって、かつ、同じ大きさであってもよい。または、逆止弁９０の流入口９４は、同じ形状であって、かつ、第１の連結管４１の流出口４６ａに対して若干小さくてもよい。なお、第１の連結管４１の流出口４６ａと逆止弁９０の流入口９４の形状とは、互いに異なる形状であってもよい。この一例としては、第１の連結管４１の流出口４６ａの形状と逆止弁９０の流入口９４の形状とが略同じ形状であってもよい。

第１の連結管４１と逆止弁９０とは、流出口４６ａの中心と流入口９４の中心とを合わせて配置される。より具体的には、流路４３の中心線Ｘは、流出口４６ａと流入口９４との中心を通るとともに、流出口４６ａの中心から流入口９４までの間で屈曲することなく直線である。

このため、図３に示すように、流出口４６ａの縁部の全域は、流入口９４の縁よりも内側に位置する。しかしながら、流出口４６ａと流入口９４とが同じ形状であり、かつ、略同じ大きさであるので、流出口４６ａから流入口９４への段差は小さくなる。なお、流出口４６ａと流入口９４とが同じ形状であり、かつ、同じ大きさであると、段差は、なくなる。

図２に示すように、第２の連結管４２は、一方の逆止弁９０の流出口９５と、他方の逆止弁９０の流出口９５とに連結されている。第２の連結管４２の中心に、合流部６０が形成されている。

図３に示すように、流量検出装置１００は、第１の連結管４１内に収容される羽根車１０１と、羽根車１０１の回転数を検出する回転検出部１０２と、第１の連結管４１に形成されて羽根車１０１を収容する収容部１０３と、羽根車１０１を収容部１０３内で支持する支持部１０４と、後述される制御装置１２０とを備えている。

図４は、図３に示すＦ４−Ｆ４線に沿って示す第１の連結管４１の断面図である。図４は、第１の連結管４１を、収容部１０３を通るように切断した状態を示している。なお、図４では、後述される回転検出部１０２は省略されている。図５は、第１の連結管４１の平面図である。図５では、回転検出部１０２は、省略されている。

図４，５に示すように、第２の部分４６内の流路４３に、下部半円部４７と、上部半円部４８とを設定する。下部半円部４７は、第２の部分４６において中心線Ｘよりも下側の部分であり、上部半円部４８は、第２の部分４６において中心線Ｘよりも上側の部分である。

上部半円部４８は、直線状に延びるとともに、屈曲部４５において緩やかに曲がる屈曲部４５の上部に連続する部位であるので、水の流れが、下部半円部４７に対して安定している。なお、本実施形態では、屈曲部４５の上部は、屈曲部４５の外側部である。

収容部１０３は、第２の部分４６内において、中心線Ｘに対して、上下方向Ｖと第２の部分４６の延びる方向とに直交する方向にオフセットして設けられており、流路４３に連通している。収容部１０３は、流路４３と連通するとともに、流路４３に対して外側に凹んだ形状となる。

支持部１０４は、収容部１０３の下壁部に設けられており上方に向って延びている。支持部１０４の先端は、中心線Ｘよりも上側に位置している。上記のように、第２の部分４６内に形成される流路の断面形状は、円である。このため、支持部１０４の下部は収容部１０３内に収容されることによって、中心線Ｘの延びる方向に流路４３と重ならないが、支持部１０４の他の部分の一部は、中心線Ｘの延びる方向に流路４３と重なる。

羽根車１０１は、支持部１０４の上端部に回転自由に支持されている。羽根車１０１の回転軸Ｙは、上下方向Ｖに平行である。つまり、羽根車１０１の回転軸Ｙは、流路４３において羽根車１０１が設けられる部位の中心線Ｘと直交する。

図５に示すように、羽根車１０１は、軸部１０１ｂと、軸部１０１ｂに設けられて軸部１０１ｂから回転軸Ｙに対して直交する方向に延びる複数の羽根部１０１ｃを備えている。羽根部１０１ｃは、回転軸Ｙ回りに等間隔離間して配置されている。本実施形態では、一例として、羽根部１０１ｃは、８枚設けられている。

図４に示すように、第２の部分４６内の流路４３の中心線Ｘの延びる方向に見たときに、羽根車１０１において回転軸Ｙを挟んで一方側に配置される羽根部１０１ｃの一部は流路４３内に収容され、他方側に配置される羽根部１０１ｃは、収容部１０３内に収容される。このため、流路４３内を流れる水が、羽根車１０１において上記のように流路４３内に収容される羽根部１０１ｃを押すことによって、羽根車１０１は、一方向に回転する。

図３に示すように、回転検出部１０２は、第２の部分４６において、羽根車１０１に対向する部分に設けられている。本実施形態では、回転検出部１０２は、第２の部分４６において羽根車１０１と上下方向Ｖに対向する部分に設けられている。

第２の部分４６において羽根車１０１と上下方向Ｖに対向する部分には、第２の部分４６を貫通する貫通孔４６ｂが形成されている。貫通孔４６ｂは、羽根車１０１が通る大きさを有している。羽根車１０１は、貫通孔４６ｂを通して、支持部１０４に着脱することができる。貫通孔４６ｂの内周面には、雌ねじ部４６ｃが形成されている。

回転検出部１０２は、センサ１０５と、ハウジング１０６とを備えている。ハウジング１０６は、センサ１０５が固定されている。センサ１０５は、本実施形態では、一例として、ホールＩＣを備えている。ハウジング１０６は、例えば、筒形状であり、外周面に雄ねじ部１０７が形成されている。ハウジング１０６は、貫通孔４６ｂに螺合可能である。貫通孔４６ｂの周縁部には、シール部材の一例であるＯリング１０９が設けられている。回転検出部１０２が貫通孔４６ｂに螺合したとき、回転検出部１０２と貫通孔４６ｂとの間は、Ｏリング１０９によって液密にシールされる。

羽根車１０１には、磁石１０１ａが設けられており、羽根車１０１の回転に伴って、磁石１０１ａも回転する。回転検出部１０２が第２の部分４６に螺合されると、センサ１０５は、磁石１０１ａの周囲に配置される。

磁石１０１ａは、回転軸Ｙに対してずれた位置に配置されている。このため、羽根車１０１が回転することによって、磁石１０１ａがセンサ１０５を横切る、言い換えると、磁石１０１ａがホールＩＣを横切るので、ホールＩＣが磁石に起因する磁束を検出する。センサ１０５は、検出した磁束に応じた信号、言い換えると、羽根車１０１の回転に応じた信号を制御装置１２０に送信する。この信号は、羽根車１０１の回転数を示す。つまり、単位時間、例えば１秒間当たりの羽根車１０１の回転数を示す。

図１に示すように、圧力検出装置８０は、合流部６０の下流の給水管１１０に設けられており、各ポンプ装置２０から吐出された水の合わさった流れの圧力を検出する。圧力検出装置８０は、検出した圧力に応じた信号を制御装置１２０に送信する。

電源装置５は、ポンプ装置２０の駆動部２２に電力を供給する。また、電源装置５は、インバータを備えており、各駆動部２２に供給する電力の周波数を可変制御可能である。

制御装置１２０は、圧力検出装置８０の検出結果と、流量検出装置１００の検出結果とに基づいて、推定末端圧力一定制御を行うべく、各ポンプ装置２０の動作を制御する。具体的には、制御装置１２０は、電源装置５を制御して、各ポンプ装置２０の駆動部２２への電力供給および電力の供給の解除と、供給される電力の周波数を制御する。

記憶装置１２１には、定格流量Ｑ１の情報と、停止流量Ｑ２の情報と、第１の目標圧力値Ｐ１の情報と、第２の目標圧力値Ｐ２の情報とが記憶されている。記憶装置１２１の近傍には、作業者によって操作される操作部が設けられている。上述の情報は、この操作部によって、作業者が入力することができる。制御装置１２０は、記憶装置１２１の情報を用いて、ポンプ装置２０を制御する。

定格流量Ｑ１は、給水装置１０の定格流量である。停止流量Ｑ２は、給水装置１０の停止流量である。本実施形態では、一例として、１０Ｌ／ｍｉｎである。

目標圧力値算出用関数ｆ（Ｑ）と、第１，２の目標圧力値Ｐ１，Ｐ２について、具体的に説明する。図６は、給水装置１０の流量―圧力特性を示すグラフである。図６では、横軸は、流量、つまり単位時間当たりの給水量を示しており、矢印に沿って進むにつれて値が大きくなる。縦軸は、給水装置１０に用いられる複数のポンプ装置２０の吐出圧力の合計値を示している。本実施形態では、２つのポンプ装置２０が用いられるので、縦軸は、２つのポンプ装置２０の吐出圧力の合計値を示している。なお、図６中Ｘは、ポンプ性能曲線を示している。

第１の目標圧力値Ｐ１は、給水装置１０が定格流量Ｑ１を給水するために必要な圧力である。第２の目標圧力値Ｐ２は、給水装置１０の給水量が停止流量Ｑ２を給水するための圧力である。また、圧力検出装置８０の検出結果が停止流量Ｑ２になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０を停止する。

また、制御装置１２０は、Ｑ１，Ｑ２，Ｐ１，Ｐ２に基づいて、目標圧力値算出用関数ｆ（Ｑ）を算出し、記憶装置１２１に記憶する。目標圧力値算出用関数ｆ（Ｑ）は、図６中に示される曲線であり、給水量Ｑを変数とする関数である。目標圧力値算出用関数ｆ（Ｑ）は、給水量Ｑが零のとき圧力が必要末端圧力Ｐ０となり、給水量Ｑが停止流量Ｑ２のとき目標圧力値が第２の目標圧力値Ｐ２となり、給水量Ｑが定格流量Ｑ１のとき目標圧力値が第１の目標圧力値Ｐ１となる関数である。必要末端圧力値は、末端に水を給水するために必要な圧力値であり、実揚程である。末端は、本実施形態では、一例として、蛇口である。なお、図６中では、停止流量Ｑ２の近傍を拡大して示している。

目標圧力値算出用関数Ｑ（ｆ）は、必要末端圧力値に、配管抵抗値を加えた値を示す。配管抵抗値は、給水量Ｑの２乗に比例する。このため、目標圧力値算出用関数は、給水量Ｑを変数とする、２次関数となる。目標圧力値算出用関数Ｑ（ｆ）は、上述の、定格流量Ｑ１と、第１の目標圧力値Ｐ１と、停止流量Ｑ２と、第２の目標圧力値Ｐ２と、必要末端圧力Ｐ０とに基づいて、得ることができる。

目標圧力値算出用関数Ｑ（ｆ）の求め方の一例を説明する。第１，２の目標圧力値Ｐ１，Ｐ２の差を、ΔＨとする。つまり、Ｐ１−Ｐ２＝ΔＨとなる。Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２は、事前に得られる値である。

目標圧力値算出用関数ｆ（Ｑ）は、給水量Ｑを変数とすると、Ｆ（Ｑ）＝ａ（Ｑ）^２＋ｂ（Ｑ）＋ｃとしてあらわされる。

ここで、上述の既知を代入すると、Ｐ２＝Ｐ１−ΔＨ＝ａ（Ｑ）^２＋ｂ（Ｑ）＋ｃとなる。ΔＨ＝ａ｛（Ｑ２）^２−（Ｑ１）２｝−ｂ（Ｑ２−Ｑ１）となる。Ｐ１＝ａ（Ｑ１）２＋ｂ（Ｑ１）＋ｃとなる。これら３つの式に基づいて、ａ，ｂ，ｃの値を求めることができるので、目標圧力値算出関数ｆ（Ｑ）を得ることができる。

制御装置１２０には、各ポンプ装置２０の流量検出装置１００の検出結果が送信される。制御装置１２０は、各ポンプ装置の検出結果である羽根車１０１の回転数に対応する流量の情報を備えており、流量検出装置１００の検出結果に応じた流量を算出する。以降では、流量検出装置１００は、ポンプ装置２０から吐出された流量を検出するものとする。制御装置１２０は、各ポンプ装置２０の流量検出装置１００の検出結果の総和を算出する。算出結果は、給水装置１０の給水量Ｑである。

次に、給水装置１０の動作を説明する。まず、給水量Ｑが増加する場合について、説明する。末端である蛇口が開かれることによって給水量が零より大きくなり、吐出し圧力が低下すると、制御装置１２０は、一方のポンプ装置２０を駆動する。これにより、一方のポンプ装置２０の単独運転が行われる。単独運転の場合、運転する一方のポンプ装置２０に対して設けられた流量検出装置１００が、給水量Ｑを検出する。

制御装置１２０は、給水量Ｑと目標圧力値算出関数ｆ（Ｑ）とに基づいて、目標圧力値を算出するとともに、圧力検出装置８０の検出結果がこの目標圧力値になるように、上述の一方のポンプ装置２０に供給される電力の周波数を増加する。この際、給水量Ｑを変数として用いているため、目標圧力値が発振することがない。

制御装置１２０は、一方のポンプ装置２０への供給電力の周波数が最大値に到達し、かつ、圧力検出装置８０の検出結果が目標圧力値未満となる状態を検出すると、他方のポンプ装置２０も駆動する。

この状態では、２台のポンプ装置２０が同時に駆動する状態になるので、給水装置１０としての給水能力は、１台のポンプ装置２０のみが駆動する状態に対して、増加する。制御装置１２０は、２台のポンプ装置２０の各々に供給される電力の周波数を同じにしつつ、各流量検出装置１００の検出結果の合計を給水量Ｑとして用いて算出された目標圧力値と圧力検出装置８０の検出結果とを比較して、各ポンプ装置２０に供給する電力の周波数を制御する。

また、制御装置１２０は、２台のポンプ装置２０が駆動している状態では、各ポンプ装置２０へ供給される電力の周波数を調整するタイミングの間隔を、それぞれ異なる間隔にしている。本実施形態では、一例として、２台のポンプ装置の給水量を１回検出する間に、ポンプ装置の吐出圧力を５回検出する。

この点を、図７を用いてより具体的に説明する。本実施形態では、予め設定された間隔で、各流量検出装置１００で流量を算出して目標圧力値を算出し、予め設定された間隔で、圧力検出装置８０によって圧力を検出している。一例としては、６６０ｍｓ間隔で流量を算出してこの算出結果に基づいて目標圧力値を算出している。１１０ｍｓ間隔で圧力検出装置８０を用いて圧力を検出している。言い換えると、６６０ｍｓを１周期としている。

図７は、両ポンプ装置２０に対する供給電力の周波数を制御するための流量と圧力検出のタイムチャートである。

なお、各ポンプ装置２０への供給電力の周波数の算出は、圧力検出装置８０による圧力の検出に対して若干の遅れがあるが、この説明では、この遅れが生じず、圧力検出装置８０による圧力の検出時に直ぐに各ポンプ装置２０への供給電力の周波数が算出されるものとする。

制御装置１２０は、時間ｔ１において流量が検出されると、各ポンプ装置２０に、同じタイミングで、同じ周波数で同じ値の電力を供給する。そして、次の目標圧力値の算出までの間に、制御装置１２０は、時間ｔ１後に、１１０ｍｓ間隔で、時間ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６のときに圧力検出装置８０を用いて圧力を検出する。そして、圧力検出装置８０で圧力を検出する度に、検出結果が時間ｔ１で算出された目標圧力値に近づくように、両方のポンプ装置２０に供給される電力の周波数を制御する。

そして、時間ｔ１から６６０ｍｓ経過する時間ｔ７になると、再び、両流量検出装置１００を用いて給水量Ｑを算出する。そして、圧力検出装置８０によって圧力を５回検出し、再び、両ポンプ装置２０に対して、同じ周波数の電力を供給する。

次に、給水装置１０の、給水量Ｑが減少する場合の動作を説明する。制御装置１２０は、２台のポンプ装置２０が駆動している状態で給水量Ｑが減少して、定格流量Ｑ１の半分以下、つまり、駆動しているポンプ装置２０の台数をｎとし給水装置１０が備えるポンプ装置２０の台数をＮとするとき（この説明ではｎ＝２，Ｎ＝２となる）、給水量Ｑが、定格流量Ｑ１の｛（ｎ−１）／Ｎ｝以下となると、この説明では、定格流量Ｑ１の１／２以下になると、先発のポンプ装置２０への電力供給を停止し、１つのポンプ装置２０のみが駆動するようにする。さらに給水量Ｑが減少して、給水量Ｑが停止流量Ｑ２以下になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０への電力供給を停止する。

また、制御装置１２０は、記憶装置１２１に定格流量Ｑ１の情報が記憶されていない場合は、給水装置１０を運転することによって、定格流量Ｑ１の情報を得ることができる。この点について、具体的に説明する。

制御装置１２０は、記憶装置１２１に定格流量Ｑ１の情報が記憶されていない場合は、複数のポンプ装置２０のうちの１つのポンプ装置２０を運転し、吐出圧力一定制御を行う。

制御装置１２０は、出力周波数が最大定格周波数になった時点で、運転しているポンプ装置２０に対して設けられる流量検出装置１００の検出結果と、給水装置１０が備えるポンプ装置２０の台数との積を算出する。この算出結果が、給水装置１０の定格流量Ｑ１となる。制御装置１２０は、上述のように算出された定格流量Ｑ１を、記憶装置１２１に記憶する。定格流量Ｑ１が得られると、制御装置１２０は、目標圧力算出用関数ｆ（Ｑ）を算出し、記憶装置１２１に記憶する。

このように構成される給水装置１０の給水量Ｑは、各ポンプ装置２０に対して各々設けられる流量検出装置１００の検出結果の合計として算出される。このため、各流量検出装置は、少なくとも、停止流量Ｑ２と、ポンプ装置２０の最大仕様流量、つまりポンプ装置２０の最大の吐出流量を検出できる機能を有していればよい。これに対して、合流部６０より下流に１つの流量検出装置が設けられて、この流量検出装置が給水量を検出する場合では、この１つの流量検出装置は、停止流量Ｑ２と定格流量Ｑ１とを検出できる機能を有する必要があり、それゆえ、高価になる傾向にある。

しかしながら、本実施形態では、流量検出装置１００は、少なくとも、停止流量Ｑ２とポンプ装置２０の最大仕様流量を検出できればよく、それゆえ、上述のように１つの流量検出装置１００を用いる場合に比べて、小型化することができるので、コストを抑えることができる。この結果、給水装置１０のコストが高騰化することを抑えることができる。

さらに、各ポンプ装置２０に対して流量検出装置１００を用いることによって給水装置１０の給水量Ｑを算出することができるので、推定末端圧力一定制御を行うための目標圧力値の算出の変数として、給水量Ｑを用いることができる。

この結果、ポンプ装置２０の吐出圧力を発振することなく、目標圧力値に設定することができる。

このように、本実施形態の給水装置１０は、ポンプ装置２０の吐出圧力を発振することなく目標圧力値に設定することができるとともに、コストを抑えることができる。

また、２台のポンプ装置２０が並列運転をする場合では、両ポンプ装置２０に対して供給される電力の周波数は、同じである。

なお、上述のように、流量検出と目標圧力値の算出タイミングは、一例として５５０ｍｓであり、長い。そして、両ポンプ装置２０に対する周波数の制御は、目標圧力値の算出タイミング間に行われる。このため、各ポンプ装置２０に対する周波数の制御タイミングの間隔も小さくなるので、圧力検出装置８０による圧力の検出結果に応じて２台のポンプの周波数を変動させることによって、圧力変動の少ない安定した制御が可能となる。

このように、２台のポンプ装置２０が並列して運転する場合、両ポンプ装置２０は、同じ周波数で運転し、かつ、給水量Ｑが、定格流量Ｑ１の１／２倍になると、先発ポンプ装置２０の運転が停止されることによって、給水装置１０の駆動中において、ポンプ装置２０は、各ポンプ装置２０の定格流量の近傍の運転点で運転するようになるので、両ポンプ装置２０は、効率のよい運転をすることが可能となる。

このように、ポンプ装置２０を複数備える構造では、複数のポンプ装置２０が駆動している並列運転状態では各ポンプ装置２０に供給される電力の周波数は同じとなり、給水装置１０が備えるポンプ装置１０の台数をＮとし、駆動しているポンプ装置１０の台数をｎとした場合、給水量Ｑが定格流量Ｑ１の｛（ｎ−１）／Ｎ｝倍になると、駆動中のポンプ装置２０のうち先発のポンプ装置２０を停止して駆動される台数を１台削減し、残りのポンプ装置２０に供給される電力の周波数を同じにする。このように制御することによって、ポンプ装置２０を効率よく運転することができる。

なお、本実施形態では、ポンプ装置２０は、一例として、２台用いられている。つまり、給水装置１０が備えるポンプ装置２０の台数Ｎ＝２となる。他の例としては、３台以上が用いられてもよい。ここで、一例として、ポンプ装置２０が５台用いられる場合について説明する。つまり、Ｎ＝５となる。

５台のポンプ装置２０が並列運転する場合では、つまりｎ＝５となる場合では、各ポンプ装置２０は、同じ周波数で運転する。給水量Ｑが、減少して定格流量Ｑ１の４／５倍になると、制御装置１２０は、５台のポンプ装置２０のうち、最初に駆動されたポンプ装置２０の運転を停止するとともに、残りの４台のポンプ装置２０を、同じ周波数で運転する。

次に、給水量Ｑが、定格流量Ｑ１の、｛（駆動している台数ｎ−１）／（備える台数Ｎ）｝倍となると、言い換えると、定格流量Ｑ１の３／５倍になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０のうち、駆動開始時間が最も早いポンプ装置２０の駆動を停止する。そして、残りの３台のポンプ装置２０を同じ周波数で運転する。

次に、給水量Ｑが、定格流量Ｑ１の２／５倍になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０のうち、駆動開始時間が最も早いポンプ装置２０の駆動を停止する。そして、残りの２台のポンプ装置２０を同じ周波数で運転する。次に、給水量Ｑが、定格流量Ｑ１の１／５倍になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０のうち、駆動開始時間が最も早いポンプ装置２０の駆動を停止する。この状態では、１つのポンプ装置２０のみが運転している。次に、給水量Ｑが停止流量Ｑ２になると、制御装置１２０は、駆動しているポンプ装置２０の駆動を停止する。

また、一方のポンプ装置２０に対する周波数の調整タイミングの間隔と、他方のポンプ装置２０に対する周波数の調整タイミングの間隔とが異なることによって、一方のポンプ装置２０が定速運転している間に他方のポンプ装置２０に対して供給される電力の周波数が複数回調整されるようになるので、圧力がハンチングすることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、ポンプ装置２０が一例として２台用いられているが、ポンプ装置２０が３台以上用いられる場合は、３台のうち、周波数の調整タイミングの間隔が異なるポンプ装置２０の組み合わせが１つ以上あれば、圧力がハンチングすることを抑制することができる。

例えば、５台のポンプ装置２０が用いられる場合、５台のうち、３台のポンプ装置２０に対する周波数の調整タイミングの間隔が同じであり、残りの２台のポンプ装置２０に対する周波数の調整タイミングの間隔は互いに異なるともに、上述の３台のポンプ装置２０に対する調整タイミングの間隔とも異なるようにする。

このように、目標圧力値が決定された直後に各ポンプ装置２０に対して行われる周波数の調整のタイミングは、同じであるが、その後、次の目標圧力値が決定されるまでの間に行われる各ポンプ装置２０に対する周波数の調整のタイミングは、互いに異なる組み合わせが少なくとも１つできるように、設定されている。また、周波数の制御の直前には、圧力検出装置８０によって圧力が検出されており、周波数の制御は、この圧力検出装置８０検出結果に基づいて行われる。

また、記憶装置１２１に定格流量Ｑ１の情報が記憶されていない場合であっても、１つのポンプ装置２０の定格流量を吐出する最大定格周波数での運転状態での給水量と、用いられるポンプ装置２０の台数とに基づいて、定格流量Ｑ１を算出することができる。

なお、本実施形態では、各ポンプ装置２０は、互いに同じ性能を有している。また、２台のポンプ装置２０が並列して駆動される場合、各ポンプ装置２０に供給される電力の周波数は、同じである。このため、一方のポンプ装置２０の吐出量と、他方のポンプ装置２０の吐出量とは、同じである。

このため、２台のポンプ装置２０が並列して駆動される場合では、制御装置１２０は、一方のポンプ装置２０に対して設けられる流量検出装置１００の検出結果を２倍したものを、給水量Ｑとして演算してもよい。

このように、複数のポンプ装置２０が用いられ、各ポンプ装置２０の性能が同じであり、かつ、複数のポンプ装置２０が並列して駆動される場合に当該駆動されるポンプ装置２０に供給される電力の周波数が同じである場合においては、駆動されるポンプ装置２０のうち１つに対して設けられる流量検出装置１００の検出結果ｑと、駆動しているポンプ装置２０の台数ｎとの積値、つまり、（ｑ×ｎ）とを、給水量Ｑとして演算することもできる。

また、流量検出装置１００の検出結果の合計値を給水量として用いて目標圧力が算出された後、圧力検出装置８０によって圧力を複数回検出し、その都度、駆動している複数台のポンプ装置２０に対して、算出された目標圧力になるように、同じ周波数の電力を供給する。そして、当該複数回の周波数制御が終了すると、再び、流量検出装置１００の検出結果の合計値を給水量として用いて目標圧力が算出される。

このように、駆動しているポンプ装置１００に供給する電力の周波数の制御回数に対して目標圧力値を変更する頻度を減らすことによって、給水量が多少変動しても、目標圧力値を暫時固定して圧力を検出して各ポンプ装置１００に供給する電力の周波数を調整するので、複数のポンプ装置１００に供給する電力の周波数を同時に調整してもハンチングのない安定した推定末端圧力制御を行うことができる。

なお、水は、本発明で言う液の一例である。なお、本実施形態では、本発明は、ポンプ装置２０が一例として２台用いられる構造に適用されたが、複数用いる構造に適用できる。他の例としては、上述のように、ポンプ装置２０は例えば５台であってもよい。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
並列に配置される複数のポンプ装置と、
前記複数のポンプ装置の各々に対して設けられて当該ポンプ装置を通過する流量を検出する流量検出部と、
前記各ポンプ装置を通過した液の合流部の下流に設けられて前記各ポンプ装置を通過した前記液の合わさった流れの圧力を検出する圧力検出部と、
前記複数のポンプ装置の動作を制御する制御部と、
装置全体の定格流量と、装置全体の停止流量と、前記定格流量を吐出する圧力である第１の目標圧力値と、前記停止流量を吐出する圧力である第２の目標圧力値とを記憶する記憶部と
を具備し、
前記制御部は、全ての前記流量検出部の検出結果の合計が前記定格流量となったときに前記圧力検出部の検出結果の合計が前記第１の目標圧力値となり、かつ、前記流量検出部の検出結果の合計が前記停止流量となったときに前記圧力検出部の検出結果が前記第２の目標圧力値となる、装置全体の給液量を変数とする目標圧力値算出関数に基づいて、前記流量検出部の検出結果の合計を前記給液量として用いて目標圧力値を算出し、かつ、前記圧力検出部の検出結果が前記算出結果となるように前記各ポンプ装置を制御する
ことを特徴とする給液装置。
［２］
前記複数のポンプ装置は、各々同一性能を有し、
前記制御部は、前記記憶部に前記定格流量が記憶されていない場合、前記複数のポンプ装置のうち１つを駆動するとともに、この駆動されるポンプ装置に対して吐出圧力一定制御を行い、出力周波数が最大定格周波数になったときの前記流量検出部の検出結果と前記ポンプ装置の数との積の値を、前記定格流量として記憶する
ことを特徴とする［１］に記載の給液装置。
［３］
前記複数のポンプ装置は、各々同一性能を有し、
前記制御部は、前記ポンプ装置の数をＮとし、駆動している前記ポンプ装置の数をｎとすると、駆動している前記ポンプ装置の各々に供給される電力の周波数を、全て同じにし、前記給液量が前記定格流量の｛（ｎ−１）／Ｎ｝倍になると、駆動している前記ｎ個の前記ポンプ装置のうちの先発ポンプ装置の駆動を停止する
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の給液装置。
［４］
前記制御部は、前記流量検出部の検出結果の合計を前記給液量として用いて前記目標圧力値を算出した後、前記圧力検出部に前記圧力を複数回検出させ、その都度、前記圧力検出部の検出結果が前記目標圧力値となるように、駆動しているポンプ装置の各々に互いに同じ値の周波数の電力を供給する
ことを特徴とする［１］〜［３］のうちのいずれか１に記載の給液装置。

１０…給水装置（給液装置）、２０…ポンプ装置、８０…圧力検出装置（圧力検出部）、１００…流量検出装置（流量検出部）、１２０…制御装置（制御部）、１２１…記憶装置（記憶部）。

Claims

並列に配置される複数のポンプ装置と、
前記複数のポンプ装置の各々に対して設けられて当該ポンプ装置を通過する流量を検出する流量検出部と、
前記各ポンプ装置を通過した液の合流部の下流に設けられて前記各ポンプ装置を通過した前記液の合わさった流れの圧力を検出する圧力検出部と、
前記複数のポンプ装置の動作を制御する制御部と、
装置全体の定格流量と、装置全体の停止流量と、前記定格流量を吐出する圧力である第１の目標圧力値と、前記停止流量を吐出する圧力である第２の目標圧力値とを記憶する記憶部と
を具備し、
前記制御部は、全ての前記流量検出部の検出結果の合計が前記定格流量となったときに前記圧力検出部の検出結果が前記第１の目標圧力値となり、かつ、前記流量検出部の検出結果の合計が前記停止流量となったときに前記圧力検出部の検出結果が前記第２の目標圧力値となる、装置全体の給液量を変数とする目標圧力値算出関数に基づいて、前記流量検出部の検出結果の合計を前記給液量として用いて目標圧力値を算出し、かつ、前記圧力検出部の検出結果が前記算出結果となるように前記各ポンプ装置を制御し、
前記複数のポンプ装置は、各々同一性能を有し、
前記制御部は、前記記憶部に前記定格流量が記憶されていない場合、前記複数のポンプ装置のうち１つを駆動するとともに、この駆動されるポンプ装置に対して吐出圧力一定制御を行い、出力周波数が最大定格周波数になったときの前記流量検出部の検出結果と前記ポンプ装置の数との積の値を、前記定格流量として記憶する
ことを特徴とする給液装置。
前記制御部は、前記ポンプ装置の数をＮとし、駆動している前記ポンプ装置の数をｎとすると、駆動している前記ポンプ装置の各々に供給される電力の周波数を、全て同じにし、前記給液量が前記定格流量の｛（ｎ−１）／Ｎ｝倍になると、駆動している前記ｎ個の前記ポンプ装置のうちの先発ポンプ装置の駆動を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の給液装置。
前記制御部は、前記流量検出部の検出結果の合計を前記給液量として用いて前記目標圧力値を算出した後、前記圧力検出部に前記圧力を複数回検出させ、その都度、前記圧力検出部の検出結果が前記目標圧力値となるように、駆動しているポンプ装置の各々に互いに同じ値の周波数の電力を供給する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の給液装置。