JPH08326683A - 可変速給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直結型可変速給水装置において、ポンプの現
場据付け時の設定が容易であり、流入圧力が変動しても
安定な推定末端圧力一定制御動作を行うことができる可
変速給水装置を提供する。 【構成】 推定末端圧力一定制御を行う直結型の可変速
給水装置であって、給水装置は、吐出圧力信号Ｐd と流
入圧力信号Ｐs の差圧信号ΔＰを算定する差圧検出手段
と、ポンプの回転速度Ｈｚを所定の間隔で上昇させて回
転速度に対応した差圧ΔＰをデータテーブル１０３に書
込む手段とを備え、給水装置の設置現場における据付け
調整時に、自動的にデータテーブルをポンプ締切運転時
の所定の間隔のポンプ回転速度と差圧ΔＰのデータに書
き換えることができる自動設定運転モード１０４を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配水管から加圧ポンプを
介して直接末端給水機器へと連結された、いわゆる直結
型の可変速給水装置に係り、特に給水水量の多い時にも
少ない時にも常に末端給水機器に供給される水圧を一定
とする、いわゆる推定末端圧力一定制御の可変速給水装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、直結型可変速給水装置のシステ
ム概要を示す。例えば、水道の本管である配水管１１に
は流入管１２が接続され、加圧ポンプ１３がこの流入管
に接続されている。流入管１２には、量水器１５と流入
側圧力タンク１６とが接続されている。加圧ポンプ１３
の吐出側には、末端給水機器１７へと連結された吐出管
１８が接続されている。吐出管１８には、吐出側圧力タ
ンク２０等が接続されている。

【０００３】加圧ポンプ１３の流入側には流入圧力検出
器２１が接続されており、加圧ポンプ１３の流入側の圧
力を検出し、その信号を制御部２２に送る。同様に、加
圧ポンプ１３の吐出側には吐出圧力検出器２３が備えら
れ、吐出側の圧力信号を制御部２２に送る。

【０００４】ポンプ１３は、三相２００Ｖの商用電源に
接続された周波数・電圧変換装置（インバータ）を備え
た電動機２５（可変速手段）により可変速で駆動され
る。制御部２２は、流入圧力検出器２１及び吐出圧力検
出器２３の信号に基づき、可変速手段２５に信号を送
り、ポンプ１３の回転数を任意の速度に加速又は減速制
御する。

【０００５】特公平６−１２１１６５号公報、特公平５
−４１８４０５号公報、特開平５−１１８２８０号公報
等によれば、推定末端圧力一定制御の方法が開示されて
いる。推定末端圧力一定制御とは、上述した可変速給水
装置において、ポンプ吐出側の圧力をポンプ回転速度の
調整で制御することにより、流量の変動の如何に係わら
ず常に末端給水機器側における給水水圧を一定に制御し
ようとするものである。即ち、給水水量が大きい時には
管路抵抗を見込んで加圧ポンプの吐出圧力を末端で必要
とする圧力よりも高くすることにより末端での必要給水
水圧を確保する。給水がほとんど停止してポンプが締切
運転に近い状態では、加圧ポンプの吐出圧力を末端で必
要とする最低限の圧力に制御することにより、末端での
必要給水水圧を確保する。

【０００６】高価な流量計を用いることなく、推定末端
圧力一定制御を行う従来の可変速給水装置の一例を図４
に示す。給水ポンプ３と、該ポンプ３を駆動するインバ
ータとモータからなる可変速電動機２と、該可変速電動
機２の回転速度を検出して、該回転速度Ｈｚｘの信号を
出力する回転速度検出手段５と、給水ポンプ３の吐出管
８に設けられ該吐出管８の吐出水圧を検出して該吐出水
圧Ｐd の信号を出力する圧力検出手段９と、使用水量最
大時の必要吐出圧力ＰA を設定する圧力設定手段１０１
と、締切運転時の必要最低吐出圧力ＰB を設定する圧力
設定手段１０２と、ポンプ締切圧力Ｐ0 と回転速度Ｈｚ
の関係を設定するデータテーブル１０３と、目標圧力演
算手段６と、回転制御手段７を具備する構成である。

【０００７】上記構成の可変速給水装置において、目標
圧力演算手段６は回転速度Ｈｚｘに対応する目標吐出圧
力ＰV を、回転速度Ｈｚｘの関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚ
ｘ））により算出し、該目標吐出圧力ＰV と実際の吐出
圧力Ｐd とに応答して、該吐出圧力Ｐd が目標圧力ＰV
に一致するように、可変速電動機２を速度制御する。

【０００８】しかしながら、上記構成の可変速給水装置
においては、給水ポンプ３の流入側（一次側）に受水槽
等を持つ流入圧力Ｐs があまり変化しない配管系では有
効である。しかし、配管途中に給水ポンプ３を直結して
加圧するような配管系、言い換えればポンプ一次側の圧
力が水の使用状態によって著しく変化するような配管系
ではポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御すること
が困難であった。

【０００９】係る問題点を回避するため、特開平５−１
１８２８０号公報に開示された発明によれば、ポンプ一
次側（流入側）に設けた圧力センサよりの流入水圧を検
出し、この検出値により逐一制御演算式を修正すること
により、水の使用状態によってポンプ一次側圧力が変化
してもポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御するこ
とができる可変速給水装置が開示されている。

【００１０】図５に示すように、給水ポンプ３に連結さ
れ、該ポンプ３を駆動する可変速電動機２と、可変速電
動機２の回転速度Ｈｚｘを検出する回転速度検出手段５
と、給水ポンプ３の吐出圧力Ｐd を検出する吐出圧力検
出手段９と、使用水量最大時の設定圧力ＰA を設定する
圧力設定手段１０１と、締切運転時の設定圧力ＰB を設
定する圧力設定手段１０２と、ポンプ締切圧力Ｐ0 と回
転速度Ｈｚとの関係を設定するデータテーブル１０３と
を備える。そして、回転速度Ｈｚｘに対応する目標圧力
ＰV を、回転速度信号Ｈｚｘの関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚ
ｘ））により算出する目標圧力演算手段６と、目標圧力
信号ＰV と吐出圧力Ｐd とに応答して、吐出圧力Ｐd が
目標圧力信号ＰV に一致するように、可変速度電動機２
を速度制御する回転速度制御手段７とを具備する。給水
ポンプ３の流入側に設けられ流入側の水圧Ｐs を検出す
る圧力制御手段９Ｘを設け、目標圧力演算手段６の目標
圧力ＰV 算出関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚｘ））を流入水圧Ｐ
s によって逐一変化させ、それによって得られた関数
（ＰV ＝ｆ′（Ｈｚｘ））によって、目標圧力ＰV に演
算するようにしたことを特徴とする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】推定末端圧力一定制御
に用いる「ポンプ締切運転時の圧力とポンプ回転速度の
関係を記憶したデータテーブル」の圧力はポンプの実揚
程すなわち、流入側圧力がゼロにおけるポンプの吐出圧
力である必要がある。従来の受水槽がある場合には流入
側の圧力はゼロであり、ポンプの吐出圧力がそのままポ
ンプの特性となっていたため、現場に据付調整後の設定
運転モードで正しいデータテーブルを作成できた。しか
しながら、直結となりポンプ流入側に圧力がかかるた
め、従来の現場据付け時の設定運転モードではポンプの
特性に流入圧力が加えられた特性が取り込まれるため、
データテーブルを検索して得られた係数を用いて導かれ
る関数が正しくない。したがって、推定末端圧力一定制
御が正しくできない。また、現場で流入側の圧力をゼロ
にして設定運転することができないという不具合を生じ
ていた。

【００１２】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
もので、直結型可変速給水装置において、ポンプの現場
据付け時の設定が容易であり、流入圧力が変動しても安
定な推定末端圧力一定制御動作を行うことができる可変
速給水装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の可変速給水装置
は、配水管に接続された流入管と、前記流入管に連結し
該水圧を表す流入圧力信号Ｐs を出力する流入圧力検出
器と、この流入管に接続された加圧ポンプと、この加圧
ポンプの吐出側に連結した吐出管と、この吐出管に連結
し該水圧を表す吐出圧力信号Ｐd を出力する吐出圧力検
出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、
モータを変速させる可変速手段と、ポンプの回転速度を
検出して、該回転速度信号Ｈｚｘを出力する回転速度検
出手段と、使用最大水量時の必要吐出圧力ＰA を設定す
る圧力設定手段１と、締切運転時の必要最低吐出圧力Ｐ
B を設定する圧力設定手段２と、ポンプ締切運転時の圧
力Ｐとポンプ回転速度Ｈｚの関係を記憶したデータテー
ブルと、前記回転速度信号Ｈｚｘと流入圧力信号Ｐs と
により対応する目標圧力ＰV′ を、前記データテーブル
を検索して得られた係数を用いて導かれる関数により算
出し、該目標圧力を表す目標圧力信号ＰV′ を出力する
目標圧力演算手段と、前記目標圧力信号ＰV′ と前記吐
出圧力信号Ｐd に応答して、該目標圧力信号ＰV′ に対
して前記吐出圧力信号Ｐd により表される圧力が一致す
るように、前記可変速手段へ速度信号を出力しポンプを
速度制御する回転速度制御手段とを設けてなる可変速給
水装置であって、該給水装置は、前記吐出圧力信号Ｐd
と流入圧力信号Ｐs の差圧信号ΔＰを算定する差圧検出
手段と、前記ポンプの回転速度Ｈｚを所定の間隔で上昇
させて該回転速度に対応した前記差圧ΔＰを前記データ
テーブルに書込む手段とを備え、該給水装置の設置現場
における据付け調整時に、自動的に前記データテーブル
を該ポンプ締切運転時の所定の間隔のポンプ回転速度と
前記差圧ΔＰのデータに書き換えることができる自動設
定運転モードを備えたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、現場据付け時の設定運転モー
ドにおいて、各回転速度毎の吐出側圧力Ｐd と流入側圧
力Ｐs の差圧ΔＰを前記流入圧力検出器と吐出圧力検出
器の差圧として取り込むようにしてデータテーブルを作
成したことから、流入側に圧力がかかっていても正しい
データテーブルの作成が可能である。そして、データテ
ーブルの自動作成機能を備えたことから、現場で据付調
整時に流入側に圧力がかかっていても容易にデータテー
ブルの作成ができる。それ故、現場で据付調整後、自動
設定モードでデータテーブルを作成することにより、直
ちに正しいデータを用いて推定末端圧力一定制御が行え
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は同一又は
相当部分を示す。

【００１６】本実施例においても、配水管１１に加圧ポ
ンプ１３が直結され、末端給水機器１７に配水管１１か
ら貯水槽を介することなく直結給水するシステム構成は
図１に示すとおりである。そして、加圧ポンプ１３は吐
出圧力検出器２３の信号により、末端給水機器１７への
供給水圧が一定となるようにインバータ等の可変速手段
２５でポンプ回転速度を増減する吐出圧力制御が行われ
る。また、流入圧力が低下した場合に、配水管に悪影響
を及ぼさないように、一定の流入設定圧力以下にならな
いように、可変速手段２５でポンプ回転速度を減少す
る、又は停止する等の流入圧力制御が行われる。そし
て、吐出圧力制御は流入圧力Ｐs が選択設定圧力以下に
なった時に流入圧力制御に切り換えられる。

【００１７】図２は、本発明の一実施例の可変速給水装
置の制御部分２２の推定末端圧力一定制御に関する構成
を示す。流入圧力検出器２１から加圧ポンプ１３の流入
側の圧力Ｐs が入力され、吐出圧力検出器２３から加圧
ポンプ１３の吐出側の圧力Ｐd が入力される。末端給水
機器の制御目標圧力は、通常１〜２ｋｇ／ｃｍ² に設定
される。圧力設定手段１で設定される最大水量時の吐出
圧力ＰA は、末端給水機器に最大の水量を供給した時
に、管路抵抗による損失を見込んで設定した吐出圧力で
あり、通常ポンプの定格回転速度（東日本では５０Ｈ
ｚ、西日本では６０Ｈｚ）で想定した最大流量における
吐出圧力である。圧力設定手段２で設定される締切運転
時の吐出圧力ＰB は、ほとんど給水が無い締切状態では
管路抵抗による損失がほとんど無いため、末端給水機器
側で必要とされる最低圧力がそのままこの圧力となる。

【００１８】本実施例においては、最大流量時の設定吐
出圧力ＰA と締切運転時の設定吐出圧力ＰB が与えられ
ると、ポンプの回転速度Ｈｚｘに対応した目標吐出圧力
ＰV′の演算が可能である。この目標吐出圧力ＰV′ の
演算は、目標圧力演算手段６により行われ、ポンプの回
転速度Ｈｚと締切圧力Ｐとの関係を記憶したデータテー
ブル１０３を参照して行われる。目標吐出圧力ＰV′ が
求められると、回転速度制御手段７で実際の吐出圧力Ｐ
d と比較され、圧力ＰV′ と圧力Ｐd とが一致するよう
に可変速手段２５に速度を増速又は減速する指令が出さ
れる。尚、回転速度検出手段５は、可変速手段２５のイ
ンバータのＰＷＭ信号から、ポンプの回転速度Ｈｚｘを
算出する。

【００１９】本実施例においては、吐出圧力Ｐd と流入
圧力Ｐs の差圧ΔＰを算定する差圧検出手段、ポンプの
回転速度を所定の間隔で徐々に上昇させる回転速度設定
手段、回転速度と差圧の関係を記憶部に書込む書込手段
等から構成される自動設定運転モード１０４を備える。

【００２０】図３は、自動設定運転モードのフローを示
す。設置現場へポンプを据付け後、差圧ΔＰと回転速度
Ｈｚとのデータテーブルを作成する。このフローは、ま
ずポンプの回転速度Ｈｚをゼロに設定し、例えば０．２
５Ｈｚの所定間隔で徐々に上昇させる。そして、その回
転速度Ｈｚにおける流入圧力Ｐs 、吐出圧力Ｐd を読込
み、その差圧ΔＰを差圧検出手段により求めてＮＶＲＡ
Ｍ等で構成される記憶部（データテーブル１０３）に書
込む。この作業を回転速度が定格速度に達する迄繰返
す。

【００２１】目標圧力演算の手順は次の通りである。ま
ず、任意の回転速度Ｈｚｘに対する目標吐出圧力ＰV
は、流入圧力がゼロであるとすると、（１）式のように
なる。

【数１】 但し、ＰA ： 定格運転（最大流量）時設定吐出圧力
（流入圧力はゼロ） ＰB ： 締切運転（最低流量）時設定吐出圧力（流入
圧力はゼロ） ＨｚO ： 定格運転時の回転速度 ＨｚB ： 締切運転時に対応する回転速度（流入圧力は
ゼロ）

【００２２】ところで、データテーブル１０３には、任
意の回転速度Ｈｚに対する締切圧力Ｐの関係のデータが
記憶されている。これは、例えば東日本地区では０Ｈｚ
から５０Ｈｚ迄、例えば０．２５Ｈｚの間隔で、これら
の回転数に対応した締切圧力がＮＶＲＡＭ等の記憶装置
によって記憶されている。尚、式（１）においては、こ
の締切圧力は流入圧力がゼロであることを前提としてい
る。本実施例では設置現場での据付調整時に、各回転速
度に対応した吐出圧力Ｐd と流入圧力Ｐs の差圧ΔＰが
取り込まれる。この差圧ΔＰは、とりもなおさず、流入
圧力がゼロである場合の締切圧力に相当する。即ち、自
動設定運転モード１０４によれば、ポンプの設置現場へ
の据付け後に作成したデータテーブルが、必要な流入圧
力がゼロである場合の締切圧力となる。そして、与えら
れた締切時の目標吐出圧力ＰB から、流入圧力がゼロの
時の回転速度ＨｚB がデータテーブルから与えられる。

【００２３】流入圧力Ｐs が存在する時には、任意の回
転速度Ｈｚｘに対応した目標吐出圧力ＰV′ は、（２）
（３）（４）式に示す補正演算が行われる。

【００２４】

【数２】

【００２５】従って目標圧力演算手段６から出力された
補正された目標圧力ＰV′と実際の吐出圧力Ｐd とが回
転速度制御手段７で比較される。比較の結果、吐出圧力
が目標圧力に近づくように回転速度が増減され、吐出圧
力が末端圧力を一定とするような目標圧力に調整され
る。

【００２６】尚、上述したデータテーブル１０３は、回
転速度Ｈｚと締切圧力の差圧ΔＰとの実測データを収納
したテーブルであるが、必ずしもテーブルである必要は
無く、関数を用いてもよいのは勿論のことである。

【００２７】又、推定末端圧力一定制御の目標圧力演算
手段についても、一例を述べたのにすぎないもので、各
種の変形演算式が利用可能であるのも勿論のことであ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
末端圧力一定制御方式の可変速給水装置で、ポンプの回
転速度と締切圧力の関係のデータテーブルに吐出圧力Ｐ
d と流入圧力Ｐs の差圧ΔＰを自動設定運転モードで取
込むようにしたものである。従って、ポンプ据付後に、
自動設定運転モードで目標吐出圧力演算に必要な正しい
データテーブルを作成することができる。それ故、可変
速給水装置において、末端圧力一定制御を設置現場で容
易に、且つ正確に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直結型の可変速給水装置のシステム構成の説明
図。

【図２】本発明の一実施例の制御系の説明図。

【図３】自動設定運転モードのフロー図。

【図４】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明
図。

【図５】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明
図。

【符号の説明】

５ 回転速度検出手段 ６ 目標圧力演算手段 ７ 回転速度制御手段 ３，１３ ポンプ ２１，２３ 圧力検出器 ２５ 可変速手段 １０１ 圧力（ＰA ）設定手段 １０２ 圧力（ＰB ）設定手段 １０３ データテーブル １０４ 自動設定運転モード Ｐs 流入側圧力 Ｐd 吐出側圧力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配水管に接続された流入管と、前記流入
   管に連結し該水圧を表す流入圧力信号Ｐs を出力する流
   入圧力検出器と、この流入管に接続された加圧ポンプ
   と、この加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、この
   吐出管に連結し該水圧を表す吐出圧力信号Ｐd を出力す
   る吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動す
   るモータと、モータを変速させる可変速手段と、 ポンプの回転速度を検出して、該回転速度信号Ｈｚｘを
   出力する回転速度検出手段と、 使用最大水量時の必要吐出圧力ＰA を設定する圧力設定
   手段と、締切運転時の必要最低吐出圧力ＰB を設定する
   圧力設定手段と、 ポンプ締切運転時の圧力Ｐとポンプ回転速度Ｈｚの関係
   を記憶したデータテーブルと、 前記回転速度信号Ｈｚｘと流入圧力信号Ｐs とにより対
   応する目標圧力ＰV′を、前記データテーブルを検索し
   て得られた係数を用いて導かれる関数により算出し、該
   目標圧力を表す目標圧力信号ＰV′ を出力する目標圧力
   演算手段と、 前記目標圧力信号ＰV′ と前記吐出圧力信号Ｐd に応答
   して、該目標圧力信号ＰV′ に対して前記吐出圧力信号
   Ｐd により表される圧力が一致するように、前記可変速
   手段へ速度信号を出力しポンプを速度制御する回転速度
   制御手段とを設けてなる可変速給水装置であって、 該給水装置は、前記吐出圧力信号Ｐd と流入圧力信号Ｐ
   s の差圧信号ΔＰを算定する差圧検出手段と、前記ポン
   プの回転速度Ｈｚを所定の間隔で上昇させて該回転速度
   に対応した前記差圧ΔＰを前記データテーブルに書込む
   手段とを備え、該給水装置の設置現場における据付け調
   整時に、自動的に前記データテーブルを該ポンプ締切運
   転時の所定の間隔のポンプ回転速度と前記差圧ΔＰのデ
   ータに書き換えることができる自動設定運転モードを備
   えたことを特徴とする可変速給水装置。