JPH08284872A

JPH08284872A - 給水装置

Info

Publication number: JPH08284872A
Application number: JP9078595A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakanishi; 正浩中西; Hisanori Mizuno; 久範水野
Original assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Current assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-10-29
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3414881B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ポンプの起動と停止を頻繁に繰り返すことな
く電力の無駄な消費を防ぐことができ、また検出器の故
障などで締切連続運転となった場合でもポンプケーシン
グの異常過熱を防ぐことができる給水装置を提供する。【構成】給水管５内の水の圧力Ｐが設定値Ｐ₁ 未満に
なると、ポンプ１を起動して同ポンプ１の運転を少なく
とも所定期間続ける。その後、給水管６内の水の流量ｆ
が所定値ｆ₁ 未満になると、ポンプ１を停止する。ポン
プ１の運転時は、給水管５内の圧力Ｐが設定値Ｐ₂ （＞
Ｐ₁ ）一定となるよう、運転周波数Ｆを増減する。ただ
し、ポンプ起動後の上記所定期間においては、給水管６
内の水の流量ｆが所定値ｆ₁ 未満で、かつ給水管５内の
水の圧力Ｐが設定値Ｐ₂ 以上のとき、運転周波数Ｆを通
常時より低い所定値Ｆ₁ に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ポンプおよび蓄圧手
段により給水を行なう給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルや集合住宅では、水が受水槽に蓄え
られ、その蓄えられた水がポンプの運転によって受水側
に供給される。ポンプと受水側とを結ぶ給水管には蓄圧
手段として圧力タンクが接続され、ポンプの運転による
給水圧力の一部がその圧力タンクに蓄えられる。この蓄
えられた圧力はポンプの停止時に給水圧力として給水管
に加わるので、ポンプを連続運転しなくても給水を続け
ることができる。

【０００３】ポンプの運転制御用として給水管に圧力検
出器および流量検出器が取付けられており、受水側の水
の使用が続いて検出圧力が設定値未満に下がるとポンプ
が起動され、その後、受水側での水の使用が減って検出
流量が所定値未満になるとポンプが停止される。

【０００４】ポンプの運転と停止が頻繁に繰り返される
のを防ぐため、ポンプの起動後、タイマ作動による所定
期間は、流量検出器の検出流量にかかわらずポンプの運
転が強制的に継続される。

【０００５】ポンプモータは回転数可変であり、その駆
動用にインバータ回路が設けられている。ポンプの運転
中は給水管内の圧力が設定値一定となるよう、このイン
バータ回路の出力周波数Ｆが増減される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】集合住宅に見られる給
水パターンとして、深夜から早朝にかけて水の使用量が
極端に少なくなる例がある。この場合、ポンプが一旦起
動すると、たとえ受水側の水の使用量が零であっても、
タイマ作動による所定期間は設定値一定を維持するため
の吐出圧力にてポンプの運転が継続される。この運転
は、電力の無駄使いである。

【０００７】対策として、ポンプ起動後、給水管内の水
の流量が所定値未満であれば、所定期間の経過にかかわ
らず直ちにポンプを停止することが考えられる。しかし
ながら、給水管内の圧力が回復しないまますぐにまたポ
ンプが起動される事態が生じ、ポンプの起動と停止が頻
繁に繰り返されてしまう。

【０００８】起動と停止の頻繁な繰り返しは、受水側で
風呂のシャワーや台所の給湯器が使用される場合に湯水
の温度変化となって現われる。たとえば、必要温度に達
しない低温の湯水が出たり、反対に必要温度以上の高温
の湯水が出てしまうことがある。

【０００９】複数台のポンプを備えた給水装置の場合、
各ポンプの単独運転、交互運転、並列運転を切換えるた
めに電磁接触器を用いており、上記のようにポンプの起
動と停止が頻繁に繰り返される状況では電磁接触器のオ
ン，オフも頻繁となり、電磁接触器の寿命に悪影響を与
える。

【００１０】一方、流量検出器に何らかの故障が生じて
ポンプが停止不能の連続運転に陥った場合、受水側の水
の使用が零であれば、締切連続運転となる。しかも、設
定値一定のための吐出圧力を得ようとしてポンプモータ
の回転数が高い状態で締切連続運転となるため、ポンプ
ケーシングが異常過熱してコーティング材や樹脂部品等
に熱的な悪影響を与えてしまう。

【００１１】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、ポンプの起動と停止を頻繁に
繰り返すことなく電力の無駄な消費を防ぐことができ、
また検出器の故障などで締切連続運転となった場合でも
ポンプケーシングの異常過熱を防ぐことができる信頼性
にすぐれた給水装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明の給水装置
は、給水用のポンプと、このポンプから吐出される水を
所定の場所へ送るための給水管と、この給水管に接続さ
れ、ポンプの運転による給水圧力を受けて蓄圧し、その
蓄圧をポンプの停止時に給水管に加える蓄圧手段と、ポ
ンプへの駆動電力を出力するインバータ回路と、給水管
内の水の圧力が設定値以上か否か検出する圧力検出手段
と、給水管内の水の流量が所定値以上か否か検出する流
量検出手段と、圧力検出手段で設定値未満が検出される
とポンプを起動して同ポンプを少なくとも所定期間運転
し、その後、流量検出手段で所定値未満が検出されると
ポンプを停止する手段と、ポンプの運転時、圧力検出手
段の検出結果に応じてインバータ回路の出力周波数を増
減する手段と、上記所定期間において、流量検出手段で
所定値未満が検出され、かつ圧力検出手段で設定値以上
が検出されると、インバータ回路の出力周波数を通常時
より低い所定値に設定する手段とを備える。第２の発明
の給水装置は、第１の発明において、インバータ回路の
出力周波数の変化を、上昇時が下降時より速くなるよう
にしている。

【００１３】

【作用】第１の発明の給水装置では、給水管内の水の圧
力が設定値未満になると、ポンプが起動されて同ポンプ
の運転が少なくとも所定期間続けられる。このとき、ポ
ンプの運転による給水圧力が蓄圧手段に蓄えられる。そ
の後、給水管内の水の流量が所定値未満になると、ポン
プが停止される。このとき、蓄圧手段に蓄えられた圧力
が給水圧力として給水管に加わり、給水を続けることが
できる。ポンプの運転時は、給水管内の圧力が設定値一
定となるよう、インバータ回路の出力周波数が増減され
る。ただし、ポンプ起動後の上記所定期間においては、
給水管内の水の流量が所定値未満で、かつ給水管内の水
の圧力が設定値以上のとき、インバータ回路の出力周波
数が通常時より低い所定値に設定される。第２の発明の
給水装置では、第１の発明において、インバータ回路の
出力周波数の変化が、上昇時は下降時より速くなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１において、１は給水用のポンプ
で、複数台たとえば２台が用意されている。これらポン
プ１の取水口が吸込管２を介して受水槽３に接続され
る。受水槽３には液体たとえば水が収容されている。

【００１５】各ポンプ１の吐出口にそれぞれ逆止弁４を
介して給水管５が接続され、その給水管５に給水管６が
接続される。給水管６の先は水の受給が必要な場所まで
延設される。

【００１６】給水管５に蓄圧手段たとえば圧力タンク７
の下部が接続される。圧力タンク７は内部に柔軟性の隔
膜７ａを有しており、その隔膜７ａを挟む上側空間に空
気または窒素ガスなど圧縮性の気体があらかじめ充填さ
れ、下側空間には給水管５の水が収容される。すなわ
ち、圧力タンク７は、ポンプ１の運転による給水圧力を
受けて水を収容し、ポンプ１が停止して給水圧力がなく
なると収容水を充填気体の圧力にて給水管５へ送出する
機能を有している。

【００１７】給水管５に圧力検出器１１，１２が取付け
られ、給水管６に流量検出器１３が取付けられる。圧力
検出器１１は、ポンプ１の起動制御用で、給水管５内の
水の圧力Ｐが設定値Ｐ₁ 以上か否か検出する。すなわ
ち、設定値Ｐ₁ 以上（Ｐ≧Ｐ₁ ）のとき論理“１”信
号、設定値Ｐ₁ 未満（Ｐ＜Ｐ₁ ）のとき論理“０”信号
を出力する。

【００１８】圧力検出器１２は、ポンプ１の運転周波数
制御用で、給水管５内の水の圧力Ｐが設定値Ｐ₂ （＞Ｐ
₁ ）以上か否か検出する。すなわち、設定値Ｐ₂ 以上
（Ｐ≧Ｐ₂ ）のとき論理“１”信号、設定値Ｐ₂ 未満
（Ｐ＜Ｐ₂ ）のとき論理“０”信号を出力する。

【００１９】流量検出器１３は、ポンプ１の停止制御用
で、給水管６内を流れる水の流量ｆが所定値ｆ₁ 以上か
否か検出する。すなわち、所定値ｆ₁ 以上（ｆ≧ｆ₁ ）
のとき論理“１”信号、設定値ｆ₁ 未満（ｆ＜ｆ₁ ）の
とき論理“０”信号を出力する。

【００２０】一方、商用交流電源２０に、インバータ回
路３０および制御部４０が接続される。インバータ回路
３０は、電源電圧を整流し、それを制御部４０の指令に
応じた周波数（およびレベル）の電圧に変換し、出力す
る。このインバータ回路３０の出力端に、接触器接点４
１ａを介して一方のポンプモータ１Ｍが接続されるとと
もに、接触器接点４３ａを介して他方のポンプモータ１
Ｍが接続される。接触器接点４１ａ，４３ａは、インバ
ータ回路３０からポンプモータ１Ｍ，１Ｍのいずれか一
方に対する通電路を交互的に形成するために設けられて
いる。

【００２１】また、ポンプモータ１Ｍ，１Ｍは、接触器
接点４２ａ，４４ａをそれぞれ介して電源２０に接続さ
れる。接触器接点４２ａ，４４ａは、電源２０からポン
プモータ１Ｍ，１Ｍのいずれか一方に対する通電路を交
互的に形成するために設けられている。

【００２２】制御部４０は、当該給水装置の全般にわた
る制御を行なう。この制御部４０に、圧力検出器１１，
１２、流量検出器１３、インバータ回路３０、および電
磁接触器４１，４２，４３，４４が接続される。

【００２３】そして、制御部４０は、次の機能手段を備
える。［１］圧力検出器１１で設定値Ｐ₁ 未満が検出される
と、ポンプ１を起動して同ポンプ１を少なくとも所定期
間（たとえば60秒間）運転し、その後、流量検出器１３
で所定値ｆ₁ 未満が検出されるとポンプ１を停止する手
段。

【００２４】［２］ポンプ１の運転時、圧力検出器１２
の検出結果に応じてインバータ回路３０の出力周波数Ｆ
を増減する手段。［３］上記所定期間において、流量検出器１３で所定値
ｆ₁ 未満が検出され、かつ圧力検出器１２で設定値Ｐ₂
以上が検出されると、インバータ回路３０の出力周波数
Ｆを通常時より低い所定値Ｆ₁ に設定する手段。

【００２５】［４］インバータ回路３０の出力周波数Ｆ
の変化を上昇時が下降時より速くなるよう制御する手
段。つぎに、上記の構成の作用を図２のフローチャート
を参照して説明する。

【００２６】受水側で水が使用されない状態では、ポン
プ１が停止している。このとき、給水管５内の水の圧力
Ｐは、圧力タンク７から圧力を受けて設定値Ｐ₁ より高
い状態にある。

【００２７】水が使用されると、その給水圧が圧力タン
ク７の蓄圧によってまかなわれる。圧力タンク７の蓄圧
が減ると、給水管５内の水の圧力Ｐが下がるようにな
る。圧力Ｐが設定値Ｐ₁ 未満に下がると（Ｐ＜Ｐ₁ ）、
それが圧力検出器１１で検出され、インバータ回路３０
が駆動されるとともに、電磁接触器４１が付勢されて接
点４１ａが閉じる。これにより、一台のポンプ１が起動
される。このポンプ１の運転により、受水槽３内の水が
給水管５，６へと供給される。

【００２８】この運転開始時、インバータ回路３０の出
力周波数Ｆが所定速度（下降時より速い速度）で増大さ
れていき、それに伴いポンプ１の吐出圧力が増大して給
水管５内の水の圧力Ｐが上昇する。

【００２９】なお、水の使用量が多い場合、ポンプ１の
単独運転では圧力Ｐがいつまでも設定値Ｐ₁ 未満のまま
回復しないことがある。この場合は、新たに電磁接触器
４４が付勢されて接点４４ａが閉じ、もう一台のポンプ
１が商用電源駆動される。これにより、インバータ駆動
と商用電源駆動の二台のポンプ１による並列運転とな
る。

【００３０】圧力Ｐが設定値Ｐ₂ に達すると（Ｐ≧Ｐ
₂ ）、そのときの運転周波数Ｆが保持される。この時点
で運転周波数Ｆの上昇が止まることになるが、運転周波
数Ｆの上昇時の変化の速度を速めていることもあって、
圧力Ｐは設定値Ｐ₂ をオーバーシュートして十分に高い
値となる。

【００３１】ポンプ１の運転時、給水管６内の水の流量
ｆが流量検出器１３で検出されており、受水側で水が使
用されて流量ｆが所定値ｆ₁ 以上になると（ｆ≧ｆ
₁ ）、圧力検出器１２の検出結果に応じてインバータ回
路３０の出力周波数（以下、運転周波数と称す）Ｆが増
減される。

【００３２】すなわち、圧力検出器１２で設定値Ｐ₂ 以
上が検出されると（Ｐ≧Ｐ₂ ）、運転周波数ＦがΔＦだ
け減少される（Ｆ＝Ｆ−ΔＦ）。これにより、ポンプ１
の吐出圧力が減少される。圧力検出器１２で設定値Ｐ₂
未満が検出されると（Ｐ＜Ｐ₂ ）、運転周波数ＦがΔＦ
だけ増大される（Ｆ＝Ｆ＋ΔＦ）。これにより、ポンプ
１の吐出圧力が増大される。

【００３３】こうして、運転周波数Ｆが増減されること
により、圧力Ｐがほぼ設定値Ｐ₂ 一定に維持される（Ｐ
＝Ｐ₂ ）。設定値Ｐ₂ については、図３に示すように、
たとえば 4.0Kgf/cm² を定めている。この吐出圧力を得
るため、運転周波数Ｆが許容最高運転周波数Ｆmax の 7
0%〜 80%の範囲で増減される。

【００３４】圧力Ｐがほぼ設定値Ｐ₂ 一定の状態にある
とき、水の使用量が減って給水管６内の水の流量ｆが所
定値ｆ₁ 未満になると（ｆ＜ｆ₁ ）、運転周波数Ｆが所
定の速度で徐々に下げられていき、やがてインバータ回
路３０の駆動が停止されるともに、電磁接触器４１が消
勢されて接点４１ａが開く。これにより、ポンプ１が停
止される。

【００３５】その後、水が再び使用されると、上記の動
作が繰り返される。なお、次回のポンプ起動に際して
は、二台のポンプ１の使用頻度に偏りが生じないよう、
両ポンプ１の起動順序が逆になる（交互運転）。

【００３６】ところで、ポンプ１の起動と同時に制御部
４０内の60秒タイマが作動され、起動から少なくとも60
秒間はポンプ１の運転が強制的に継続される。この強制
運転の期間では、給水管６内の水の流量ｆが所定値ｆ₁
未満で（ｆ＜ｆ₁ ）、しかも圧力Ｐが設定値Ｐ₂ 以上で
あれば（Ｐ≧Ｐ₂ ）、運転周波数Ｆが通常時（Ｆmax の
70%〜 80%；50Hz前後）より低い所定値Ｆ₁ に設定され
る（Ｆ＝Ｆ₁ ）。所定値Ｆ₁ は、許容最高運転周波数Ｆ
max （たとえば60Hz）の 50%の値（＝30Hz）であり、図
３に示すように、最大で 1.6Kgf/cm² の吐出圧力が得ら
れる。

【００３７】受水側の水の使用量が少なくて、しかも給
水管５内の水の圧力Ｐが設定値Ｐ₂以上を保っている状
況では、ポンプ１の吐出圧力を高めておく必要性があま
りないとの下に、運転周波数Ｆを通常時より低い所定値
Ｆ₁ に設定して電力の消費を少なくするのである。電力
の無駄な消費を防ぐことにより、省エネルギ効果が得ら
れる。

【００３８】運転周波数Ｆ、圧力Ｐ、および圧力検出器
１３の出力の関係を実験データとして示したのが図４で
ある。一般にポンプ負荷は、回転数の三乗に比例して低
減する。したがって、運転周波数Ｆを許容最高運転周波
数Ｆmax の 50%に下げ、これによりポンプモータ１Ｍの
回転数を最高時の1/2 とすることにより、ポンプ負荷は
最高時の (1/2)³ となる。消費電力も最高時の (1/2)
³ 、つまり1/8 と少なくなる。

【００３９】しかも、ポンプなどの低減トルク負荷の場
合、標準モータをインバータ駆動するときに許容される
連続運転トルクより負荷トルクが小さいため、低回転数
域まで冷却を考慮せずに使用できる。すなわち、ポンプ
モータ１Ｍには冷却用ファンが付属されており、ポンプ
モータ１Ｍが低回転数動作すると冷却作用が損なわれる
心配が生じるが、ポンプ負荷は回転数の三乗に比例して
低減するため小さく、よって冷却についての心配は不要
である。

【００４０】なお、運転周波数Ｆを所定値Ｆ₁ に下げて
しまうと、圧力Ｐを設定値Ｐ₂ に維持できなくなる心配
が生じるが、ポンプ１の運転開始に際し圧力Ｐが設定値
Ｐ₂をオーバーシュートして十分に高い値となるので、
その心配は不要である。

【００４１】また、ポンプ１を停止せずに消費電力の低
減を達成するので、ポンプ１の起動と停止が頻繁に繰り
返される事態を回避することができる。よって、受水側
で風呂のシャワーや台所の給湯器が使用される場合にお
いて湯水の温度変化を防ぐことができ、また電磁接触器
４１，４２，４３，４４のオン，オフが頻繁とならず同
電磁接触器の寿命に悪影響を与えない。

【００４２】一方、流量検出器１３に何らかの故障が生
じてポンプ１が停止不能の連続運転に陥った場合、受水
側の水の使用が零であれば、いわゆる締切連続運転とな
ってしまう。この場合、設定値Ｐ₂ 一定のための吐出圧
力を得ようとしてポンプモータ１Ｍの回転数が高い状態
にあると、ポンプケーシングが異常過熱してコーティン
グ材や樹脂部品等に熱的な悪影響を与える心配がある。

【００４３】しかしながら、締切連続運転に入ると、給
水管６内の水の流量ｆが所定値ｆ₁未満（ｆ＜ｆ₁ ）
で、しかも圧力Ｐが設定値Ｐ₂ 以上（Ｐ≧Ｐ₂ ）という
上記同様の条件が成立するので、運転周波数Ｆが所定値
Ｆ₁ に設定される（Ｆ＝Ｆ₁ ）。したがって、締切連続
運転が続いてしまうという不具合は残るものの、ポンプ
モータ１Ｍの回転数が低い状態に押さえられることにな
り、ポンプケーシングが異常過熱するという不具合は少
なくとも解消される。

【００４４】運転周波数Ｆとポンプケーシングの温度と
の関係を実験データとして図５に示している。図６は、
運転周波数Ｆと省エネルギ運転との係わりを参考として
示している。

【００４５】なお、上記実施例では、ポンプ１の台数が
２台の場合を例に説明したが、ポンプ１の台数に限定は
ない。また、所定値Ｆ₁ として、許容最高運転周波数Ｆ
maxの 50%の値を用いたが、必ずしも 50%の値である必
要はなく、要は通常時より低い値であればよい。その
他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、給
水用のポンプと、このポンプから吐出される水を所定の
場所へ送るための給水管と、この給水管に接続され、ポ
ンプの運転による給水圧力を受けて蓄圧し、その蓄圧を
ポンプの停止時に給水管に加える蓄圧手段と、ポンプへ
の駆動電力を出力するインバータ回路と、給水管内の水
の圧力が設定値以上か否か検出する圧力検出手段と、給
水管内の水の流量が所定値以上か否か検出する流量検出
手段と、圧力検出手段で設定値未満が検出されるとポン
プを起動して同ポンプを少なくとも所定期間運転し、そ
の後、流量検出手段で所定値未満が検出されるとポンプ
を停止する手段と、ポンプの運転時、圧力検出手段の検
出結果に応じてインバータ回路の出力周波数を増減する
手段と、上記所定期間において、流量検出手段で所定値
未満が検出され、かつ圧力検出手段で設定値以上が検出
されると、インバータ回路の出力周波数を通常時より低
い所定値に設定する手段とを備えたので、ポンプの起動
と停止を頻繁に繰り返すことなく電力の無駄な消費を防
ぐことができ、また検出器の故障などで締切連続運転と
なった場合でもポンプケーシングの異常過熱を防ぐこと
ができる信頼性にすぐれた給水装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の配管構成および制御回路
のブロック図。

【図２】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。

【図３】同実施例における給水管内の水の圧力とポンプ
能力との関係を示す図。

【図４】同実施例における運転周波数Ｆ、圧力Ｐ、およ
び圧力検出器１３の出力の関係を実験データとして示す
図。

【図５】同実施例における運転周波数Ｆとポンプケーシ
ングの温度との関係を実験データとして示す図。

【図６】同実施例における運転周波数Ｆと省エネルギ運
転との係わりを参考として示す図。

【符号の説明】

１…ポンプ、３…受水槽、５，６…給水管、７…圧力タ
ンク、７ａ…隔膜、１１，１２…圧力検知器、１３…流
量検知器、２０…商用交流電源、３０…インバータ回
路、４０…制御部、４１，４２，４３，４４…電磁接触
器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給水用のポンプと、このポンプから吐出される水を所定の場所へ送るための
給水管と、この給水管に接続され、前記ポンプの運転による給水圧
力を受けて蓄圧し、その蓄圧を前記ポンプの停止時に給
水管に加える蓄圧手段と、前記ポンプへの駆動電力を出力するインバータ回路と、前記給水管内の水の圧力が設定値以上か否か検出する圧
力検出手段と、前記給水管内の水の流量が所定値以上か否か検出する流
量検出手段と、前記圧力検出手段で設定値未満が検出されると前記ポン
プを起動して同ポンプを少なくとも所定期間運転し、そ
の後、前記流量検出手段で所定値未満が検出されると前
記ポンプを停止する手段と、前記ポンプの運転時、前記圧力検出手段の検出結果に応
じて前記インバータ回路の出力周波数を増減する手段
と、前記所定期間において、前記流量検出手段で所定値未満
が検出され、かつ前記圧力検出手段で設定値以上が検出
されると、前記インバータ回路の出力周波数を通常時よ
り低い所定値に設定する手段と、を具備したことを特徴とする給水装置。
【請求項２】請求項１に記載の給水装置において、前記インバータ回路の出力周波数の変化は、上昇時が下
降時より速いことを特徴とする給水装置。