JPH08159078A - 少水量停止機能付回転数制御給水システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】流量検出機器を用いることなく配管圧力とポン
プ運転周波数とを判断するだけで効率よくポンプの停止
ができる低コストの小水量停止機能付加圧給水システム
を提供する。 【構成】受水槽１中の水中ポンプ２と、これに連結した
管路と、前記管路に圧力センサ−９を設置し、吐出圧力
信号を制御部に入力し、制御部にて演算して周波数をイ
ンンバ−タ−に指令し、このインバ−タ−３を介してポ
ンプの回転数を制御する加圧給水システムであって、制
御部にｆ（運転周波数）≦Ｆ_m （最低周波数）、Ｐ≧Ｐ
₁ （目標圧力）なる信号が入力されたら、一定時間この
状態を保ってポンプを運転させ、Ｐ≧Ｐ₁ が維持された
らｆ＜Ｆ_m として一定時間運転し、ここでもＰ≧Ｐ₁ が
維持されたらポンプを停止させる少水量停止機能付回転
数制御給水システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転数制御加圧給水シス
テムの改良に関し、特に少水量停止機能付加圧給水シス
テムに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】高層住宅の給水設備にあって、一旦受水
槽に水を溜め、次いで屋上等の高置水槽へポンプにより
揚水し、この高置水槽より水の落差による圧力を利用し
て各蛇口等に供給するシステムが採用されている。しか
るに、これを改良したシステムとして減圧弁即ち揚水量
に関わらず吐出圧力を一定に保つシステムが開発され、
受水槽より直接各蛇口等に供給するシステムが採用され
るようになってきた。

【０００３】更に改良されたシステムとして、インバ−
タ−制御によってポンプを運転するに際し、可変速運転
中の最大回転数を記憶し、その点を基に配管抵抗曲線を
設定し、流量と制御目標圧力がその曲線上を動いてイン
バ−タ−に所定の周波数を入力することとなるが、前回
最大回転数を越える入力があった場合、その最大回転数
を制御部の設定部に送り、ポンプの回転速度毎の制御目
標圧力との関係を再設定し直すこととしている。しかる
に、本発明者等はシステム全体として低コストの加圧給
水システムをすでに提供している。即ち、選択されたポ
ンプの性能曲線から吐出末端圧を推定し、この推定され
た管路抵抗曲線に準じてポンプを運転するシステムであ
る。

【０００４】さて、従来からのこの種加圧給水システム
にあっては、ポンプの停止の際には流量を検出できる機
器を配管システム内に配置し、その機器のＯＮ／ＯＦＦ
信号又はアナログ信号により流量を検知し、かかる信号
が少水量を示した際にポンプを停止させることが行われ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、ポンプ停
止の際にはフロ−スイッチや流量計等の流量検出機器を
必要とし、このため、コストアップは勿論、システムの
メンテナンスの上でもかなりの工数が割かれることとな
っていた。本発明は流量検出機器を不要としてシステム
全体としてコストを低減を図り、更にメンテナンスの省
力化を達成しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、受水槽
中に配置された複数台の水中ポンプと、このポンプに連
結した管路と、この管路が各蛇口に連結され、前記管路
に圧力センサ−を設置し、ポンプからの吐出圧力を検知
してこの圧力信号を制御部に入力し、制御部にて所定信
号を演算して必要な周波数をインバ−タ−に指令し、こ
のインバ−タ−を介してポンプの回転数を制御する加圧
給水システムであって、制御部にｆ（運転周波数）≦Ｆ
_m （最低周波数）、Ｐ≧Ｐ₁ （目標圧力）なる信号が入
力されたら、一定時間この状態を保ってポンプを運転さ
せ、Ｐ≧Ｐ₁ が維持されたらｆ＜Ｆ_m として一定時間運
転し、ここでもＰ≧Ｐ₁ が維持されたらポンプを停止さ
せることを特徴とする少水量停止機能付回転数制御給水
システムに係る。

【０００７】そして、更に具体的には、受水槽中に配置
された複数台の水中ポンプと、このポンプに連結した管
路と、この管路が各蛇口に連結され、前記管路に圧力セ
ンサ−を設置し、ポンプからの吐出圧力を検知してこの
圧力信号を制御部に入力し、前記制御部に選択されたポ
ンプの性能曲線より得られる配管抵抗推定理論式を記憶
させ、かかる理論式に基づく周波数をこの制御部にて演
算して必要な周波数をインバ−タ−に指令し、このイン
バ−タ−を介してポンプの回転数を制御する加圧給水シ
ステムであって、制御部にｆ（運転周波数）≦Ｆ_m （最
低周波数）、Ｐ≧Ｐ₁ （目標圧力）なる信号が入力され
たら、一定時間この状態を保ってポンプを運転させ、Ｐ
≧Ｐ₁ が維持されたらｆ＜Ｆ_m として一定時間運転し、
ここでもＰ≧Ｐ₁ が維持されたらポンプを停止させるこ
とを特徴とする少水量停止機能付回転数制御給水システ
ムに係るものである。

【０００８】前記にあって、複数台の水中ポンプを交互
自動運転するに際し、配管抵抗推定理論式が数１で示さ
れ、水中ポンプを並列追従型とし１台のポンプを運転す
るに際しては、配管抵抗推定理論式が数２で示され、更
に、水中ポンプを並列追従型とし２台のポンプを並列運
転するに際しては、配管抵抗推定理論式が数３で示され
る少水量停止機能付回転数制御給水システムに係るもの
である。

【０００９】

【作用】先ず、本発明者等が既に提案した加圧給水シス
テムの概要を説明すれば、受水槽中に配置された複数台
の水中ポンプと、このポンプに連結した管路と、この管
路が各蛇口に連結され、前記管路に圧力センサ−を設置
し、ポンプからの吐出圧力を検知してこの圧力信号を制
御部に入力し、制御部にて所定信号を演算して必要な周
波数をインバ−タ−に指令し、このインバ−タ−を介し
てポンプの回転数を制御する加圧給水システムであっ
て、前記制御部に選択されたポンプの性能曲線より得ら
れる配管抵抗推定理論式を記憶させ、かかる理論式に基
づく周波数をインバ−タ−に指令することを特徴とする
配管抵抗推定理論組込型加圧給水システムである。

【００１０】そして、複数台の水中ポンプを交互自動運
転するに際し、配管抵抗推定理論式は数１で示され、複
数台の水中ポンプを並列追従型とし１台のポンプを運転
するに際しては、配管抵抗推定理論式が数２で示され、
２台のポンプを並列運転する際には、配管抵抗推定理論
式が数３で示される配管抵抗推定理論組込型加圧給水シ
ステムである。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】

【数３】

【００１４】ここで、この既提案の加圧給水システム
を、更にポンプの交互自動運転システムをもって説明す
ると、図１はこの加圧給水システムの概念図である。図
中、１は受水槽であり、この受水槽１中には、水中に没
して周波数を変えて回転数の制御を行うモ−タ−（図示
せず）を内蔵した水中ポンプ２₁ 、２₂ が２個横置きに
設置されている。この水中ポンプ２₁ 、２₂ には夫々別
個にインバ−タ−（周波数変換器）３₁ 、３₂ 、給水バ
ルブ４₁ 、４₂ 、逆止弁５₁ 、５₂ を備えている。尚、
水中ポンプ２₁ 、２₂ は回転駆動力を与えるモ−タ−
（図示せず）が夫々一体となっている。

【００１５】かかる水中ポンプ２₁ 、２₂ は、受水槽１
内の水を昇圧して受水槽外へに吐出するもので、この吐
出された水は夫々の給水バルブ４₁ 、４₂ 及び逆止弁５
₁ 、５₂ を経由してパイプ６に導かれ、夫々の蛇口７、
７、‥‥‥に送られる。そして、前記したパイプ６には
圧力タンク８、圧力センサ−９、送水バルブ１０が備え
られており、圧力センサ−９にて検知した圧力信号は制
御部１１に送られる。又、１２は電源、１３はブレ−カ
−、１４はスイッチであり、この他に水位測定用電極等
が備えられることは言うまでもない。尚、インバ−タ−
３₁ 、３₂ の故障等を考慮して図示のように各ポンプ２
₁ 、２₂ は商用電源に接続するように予め配線されるの
が好ましい。

【００１６】制御部１１は、制御目標圧力を出力する出
力部と、回転速度制御部と、ポンプの回転速度と制御目
標圧力との関係を設定する設定部と、可変速運転中の最
大回転数を記憶する記憶装置とを含んでいる。前記の出
力部は、インバ−タ−の出力信号を得、ポンプの回転速
度と制御目標圧力との関係から所定の目標圧力を出力す
る部位であり、回転速度制御部は、出力部からの出力信
号と圧力センサ−からの信号とからポンプの回転速度の
制御信号を出力する部位である。かかる制御部１１から
は周波数信号が出され、インバ−タ−３₁ 、３₂ にこの
信号が入力され、そしてインバ−タ−３₁ 、３₂ は所定
の周波数を出力して水中ポンプ２₁ 、２₂ と一体となっ
ている図示しないモ−タ−に送り、このモ−タ−が所要
速度で回転することとなる。

【００１７】さて、図１にて示す給水システムの制御部
１１にあっては、先ず圧力センサ−９によって得られた
信号Ｓ₁ は制御部１１に送られ、この制御部１１では、
一方でインバ−タ−３₁ 、３₂ から送られる信号Ｓ₂ を
基礎として制御目標圧力ＳＶが設定される。そして、Ｓ
₁ と制御目標圧力ＳＶとの差及びその変化速度等から、
ポンプ２₁ 、２₂ の吐出圧力が制御目標圧力ＳＶに近づ
くように周波数出力信号がインバ−タ−３₁ 、３₂ に送
られる。このようにインバ−タ−３₁ 、３₂ を介してモ
−タ−の回転を変速し、ポンプ２₁ 、２₂ からの吐出圧
力を変更することとなる。そして、制御部１１に、制御
目標圧力として、数１、数２、数３にて特定した配管抵
抗推定式を組込んでなるものである。

【００１８】自動交互運転する場合の数１は次のように
導かれる。建物内の配管が完成した際に、建物全体の配
管に必要な揚水量と制御目標圧力即ち揚程とが示され、
これによって必要なポンプが選定されることとなる。こ
の選定されたポンプの性能曲線Ｌ₀ は図２に示される
が、従来の吐出圧力を一定にするシステムにあっては、
図の直線Ｌ₁ をもってポンプが運転されることとなる。
しかるに、配管抵抗曲線は流量の２乗に比例することか
ら、この従来の吐出圧力一定システムでは、この抵抗曲
線Ｌ₂ よりも揚程の大なる運転システムであり、この直
線Ｌ₁ と抵抗曲線Ｌ₂ との差はエネルギ−ロスとなって
いた。

【００１９】そこで、この抵抗曲線Ｌ₂ に極く近似した
配管抵抗推定曲線Ｌ₃ を算出して制御部１１に記憶さ
せ、この推定曲線Ｌ₃ に基づいた周波数をインバ−タ−
に入力しようとするものである。

【００２０】さて、選択されたポンプの性能曲線Ｌ₀ に
あって先ず適当な基準点（ａ₀ 、ｂ₀ ）を設定し、配管
圧力損失をｃ％とすれば、基準点を通る配管抵抗推定曲
線Ｌ₃₁は、Ｈ＝ｂ₀ （１００−ｃ）／１００ａ₀ ・Ｑ²
＋ｂ₀ ｃ／１００［式ａ］、にて示される。そして、曲
線Ｌ₃₁［式ａ］を点（Ｑ₀ ，Ｈ₀ ）を通るように平行移
動すればよいことから、曲線Ｌ₃ は、Ｈ＝ｂ₀ ｃ／１０
０ａ² ・Ｑ² ＋Ｈ₀ −ｂ₀ ｃＱ² ／１００ａ² ［式ｂ］
で表される。

【００２１】そして揚水量Ｑは周波数ｆに比例関係があ
り、（Ｆ_M ，Ｑ₀ ）、（Ｆ_m ，０）より、Ｑ＝Ｑ₀ ／
（Ｆ_M −Ｆ_m ）・（ｆ−Ｆ_m ）［式ｃ］となる。尚、Ｆ
_m は最低周波数、Ｆ_M は最高周波数であるが、Ｑ₀ の時
には必ずしも最高周波数とは限らず、これはＦ_M 係数選
定図から得られることとなる。

【００２２】前記［式ｂ］と［式ｃ］より、揚程Ｈと周
波数ｆとの関係式は、Ｈ＝ｂ₀ ｃ／１００ａ² ・（Ｑ₀
／Ｆ_M −Ｆ_m ）² ・（ｆ−Ｆ_m ）² ＋（Ｈ₀ −ｂ₀ ｃＱ
₀ ²／１００ａ₀ ² ）［式ｄ］が得られる。そして、配
管抵抗損失は基準点を通る場合、全揚程の１５％にすれ
ば汎用性が認められるので、数１が得られることとなる
のである。

【００２３】一方、２台のポンプによる並列追従運転の
場合であって、ポンプ１台の運転時には数２が得られ、
ポンプ２台の運転時には数３が得られる。

【００２４】この加圧給水システムにあっては、これら
各数式を制御部１１に予め記憶させておき、ポンプの運
転状況に応じてこの各式より演算された最適と推定され
る周波数をインバ−タ−に入力し、ポンプのエネルギ−
ロスを低減することを目的としている。

【００２５】ここで使用されるポンプの２．２ＫＷ、５
０Ａの基準点を揚水量３００リットル、揚程２０ｍと
し、前記したように配管損失はこの基準点を通る場合を
全揚程の１５％として上記式を具体的に求めると、数１
は、Ｈ＝３／３００² ・Ｑ₀ ² ／（Ｆ_M −Ｆ_m ）² ・
（ｆ−Ｆ_m ）² ＋（Ｈ₀ −３Ｑ₀ ²／３００² ）［式１
１］、が得られ、以下同様に、数２は、Ｈ＝３／６００
² ・（Ｑ₀ ／２）² ／（Ｆ_M −Ｆ_m ）² ・（ｆ−Ｆ_m ）
² ＋（Ｈ₀ −３Ｑ₀ ²／６００² ）［式１２］、数３は、
Ｈ＝３／６００² ・Ｑ₀ ² ／（Ｆ_M −Ｆ_m ）² ・（ｆ−
Ｆ_m ）² ＋（Ｈ₀ −３Ｑ₀ ²／６００² ）［式１３］とな
る。

【００２６】さて、数１において、これを周波数と圧力
との関係としてみれば、揚程＝１０×圧力との関係か
ら、図３の如く示される。ここで、ｆ≦Ｆ_m であれば、
通常の配管内を水が流れている状態のポンプの運転にあ
っては、ポンプの回転が必要以上に遅いため配管内の圧
力は下がってしまうはずである。しかるに、依然として
配管内の圧力Ｐは、Ｐ≧Ｐ₁ なる状態であることは、配
管内にて水の流量がゼロ又は極く少ないことを予測させ
るものである。一方、ポンプを常時にＯＮ／ＯＦＦにし
ていることはエネルギ−のロスにつながるためこれを避
けなければならない。そこで、ポンプ保護のために、水
の流量がゼロでありことを確認し、その後にポンプを停
止させることとしたものである。即ち、前記の状態で一
定時間Ｔ₁ これ又運転を継続し、この状態でも依然とし
てＰ≧Ｐ₁であることを確認し、更に運転周波数を下げ
（Ｆ₁ ）てＴ₂ 時間運転し、ここでもＰ≧Ｐ₁ であれば
初めてポンプを停止させるものである。

【００２７】一般にはＴ₁ は１０〜３０秒程度、Ｔ₂ は
１０秒程度でよく、Ｆ₁ はポンプが回転する最低条件よ
りやや多い程度でよい。勿論、Ｔ₁ 時間内にＦ＞Ｆ_m 、
又は、Ｐ＜Ｐ₁ となったら通常の運転に戻り、又、イン
バ−タ−指令周波数をＦ₁ とした時、Ｔ₂ 時間内で配管
の圧力が低下したら通常の運転に戻ることとなる。いず
れも配管内より水の流れが認められるからである。

【００２８】

【実施例】以下、図４の制御指令図によって実施例を説
明する。この例では、数１に基づくポンプの自動交互運
転システムが採用され、圧力センサ−（ＰＳ）とインバ
−タ−（ＩＮＶ）とから制御部１内に信号が入力される
が、この信号がＦ≦Ｆ_m 、Ｐ≧Ｐ₁ となったところでポ
ンプをＯＮの状態に保つタイマ−（Ｔ）がＴ₁ 時間作動
する。そして、制御部１１にてＦ≦Ｆ_m 、Ｐ≧Ｐ₁ であ
ることを確認してから、ｆ＝Ｆ₁ なる指令をインバ−タ
−（ＩＮＶ）に送る。そして、この運転をＴ₂ 時間継続
しても、Ｐ≧Ｐ₁ なる状態であれば制御部よりポンプを
停止する信号（ｆ＝０）をインバ−タ−（ＩＮＶ）に送
ることとなる。ここでは、Ｔ₁ は３０秒、Ｔ₂ は１０
秒、Ｆ₁ は３０ｃ／ｓであった。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上のようなシステムであるた
め、流量検出機器を用いることなく配管圧力とポンプ運
転周波数とを判断するだけで効率よくポンプの停止がで
きることとなったもので、システムのコストが安価とな
り、更に、給水システム全体として耐久性が向上するこ
ととなったものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に用いられる加圧給水システムの
概念図である。

【図２】図２はポンプ性能曲線である。

【図３】図３はポンプの運転周波数と配管圧力との関係
曲線である。

【図４】図４は制御指令系統図である。

【符号の説明】

１‥‥受水槽、 ２₁ 、２₂ ‥‥水中ポンプ、 ３₁ 、３₂ ‥‥インバ−タ−、 ４₁ 、４₂ ‥‥給水バルブ、 ５₁ 、５₂ ‥‥逆止弁、 ６‥‥パイプ、 ７‥‥蛇口、 ８‥‥圧力タンク、 ９‥‥圧力センサ−、 １０‥‥送水バルブ、 １１‥‥制御部、 １２‥‥電源、 １３‥‥ブレ−カ−、 １４‥‥スイッチ、 Ｈ₀ ‥‥設計揚程、 Ｑ₀ ‥‥設計揚水量、 Ｆ₀ ‥‥基底周波数、 ＰＳ‥‥圧力センサ−、 ＩＮＶ‥‥インバ−タ−、 Ｔ‥‥タイマ−。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受水槽中に配置された複数台の水中ポン
   プと、このポンプに連結した管路と、この管路が各蛇口
   に連結され、前記管路に圧力センサ−を設置し、ポンプ
   からの吐出圧力を検知してこの圧力信号を制御部に入力
   し、制御部にて所定信号を演算して必要な周波数をイン
   バ−タ−に指令し、このインバ−タ−を介してポンプの
   回転数を制御する加圧給水システムであって、制御部に
   ｆ（運転周波数）≦Ｆ_m （最低周波数）、Ｐ≧Ｐ₁ （目
   標圧力）なる信号が入力されたら、一定時間この状態を
   保ってポンプを運転させ、Ｐ≧Ｐ₁ が維持されたらｆ＜
   Ｆ_m として一定時間運転し、ここでもＰ≧Ｐ₁ が維持さ
   れたらポンプを停止させることを特徴とする少水量停止
   機能付回転数制御給水システム。
2. 【請求項２】 受水槽中に配置された複数台の水中ポン
   プと、このポンプに連結した管路と、この管路が各蛇口
   に連結され、前記管路に圧力センサ−を設置し、ポンプ
   からの吐出圧力を検知してこの圧力信号を制御部に入力
   し、前記制御部に選択されたポンプの性能曲線より得ら
   れる配管抵抗推定理論式を記憶させ、かかる理論式に基
   づく周波数をこの制御部にて演算して必要な周波数をイ
   ンバ−タ−に指令し、このインバ−タ−を介してポンプ
   の回転数を制御する加圧給水システムであって、制御部
   にｆ（運転周波数）≦Ｆ_m （最低周波数）、Ｐ≧Ｐ₁
   （目標圧力）なる信号が入力されたら、一定時間この状
   態を保ってポンプを運転させ、Ｐ≧Ｐ₁ が維持されたら
   ｆ＜Ｆ_m として一定時間運転し、ここでもＰ≧Ｐ₁ が維
   持されたらポンプを停止させることを特徴とする少水量
   停止機能付回転数制御給水システム。
3. 【請求項３】 複数台の水中ポンプを交互自動運転する
   に際し、配管抵抗推定理論式が数１で示される請求項第
   ２項記載の配管抵抗推定理論組込型加圧給水システム。 【数１】
4. 【請求項４】 複数台の水中ポンプを並列追従型とし１
   台のポンプを運転するに際し、配管抵抗推定理論式が数
   ２で示される請求項第２項記載の配管抵抗推定理論組込
   型加圧給水システム。 【数２】
5. 【請求項５】 複数台の水中ポンプを並列追従型とし２
   台のポンプを並列運転するに際し、配管抵抗推定理論式
   が数３で示される請求項第２項記載の配管抵抗推定理論
   組込型加圧給水システム。 【数３】