JPH0861246A - 可変速ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第２の所定流量の流量以下の流量を検出する
と中大流量状態において交互運転を行うことによって、
交互運転の機会を増大し、停止中のポンプの水の滞留の
防止や、運転時間や運転頻度のより最適な平準化をはか
ること。 【構成】 圧力検出手段と第１の流量検出手段と圧力タ
ンクとを備え、第１の流量検出手段が所定の極小流量以
下を検出すると、ポンプを停止し、ポンプ停止中に給水
を補われる圧力タンクの圧力が低下し、上記圧力検出手
段が所定の起動圧力以下を検出すると、ポンプを起動す
る制御部１６を備えた可変速ポンプ装置において、上記
制御部１６は上記所定の極小流量より大きな値を有する
第２の所定流量を検出する第２の流量検出手段とを備
え、この第２の流量検出手段が第２の所定の流量以下の
流量を検出したときに、交互運転を行うようにしたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は交互運転機能を有する可
変速ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６，図７及び図８を参照して従来の可
変速ポンプ装置について説明する。図６において、１は
受水槽である。この受水槽１からは２つの吸水管２ａ，
２ｂが取り出されている。

【０００３】この吸水管２ａは仕切弁３ａを介してポン
プ４の吸込み側に接続され、ポンプ（p1）４の吐出側は
逆止弁５ａ，仕切弁６ａを介して給水管７に接続され
る。さらに、吸水管２ｂは仕切弁３ｂを介してポンプ
（p2）５の吸込み側に接続され、ポンプ５の吐出側は逆
止弁５ｂ，仕切弁６ｂを介して前述した給水管７に接続
される。

【０００４】ポンプ４の回転はモ−タ（M1）８により制
御され、ポンプ５の回転はモ−タ（M2）９により制御さ
れる。また、給水管７には仕切弁１０を介して圧力タン
ク１１が接続される。

【０００５】さらに、この圧力タンク１１の下流には給
水管７の水圧を検出する圧力センサ１２が設置される。
さらに、この圧力センサ１２の下流には給水管７を流れ
る水の流量が所定の極小流量以下になると検知信号をオ
ン・オフ的に出力する流量センサ１３が接続されてい
る。

【０００６】さらに、この流量センサ１３の下流側の給
水管７には仕切弁１４が設けられている。圧力センサ１
２及び流量センサ１３の出力信号は制御盤１５に設けら
れた制御部１６にそれぞれ出力される。

【０００７】この制御部１６の構成については、図７を
参照して後述する。この制御部１６はインバ−タ１７，
１８に速度信号ａ，ｂを出力する。インバ−タ１７，１
８にはそれぞれ商用電源１９が入力されている。

【０００８】インバ−タ１７，１８は前述した速度信号
ａ，ｂに応じて周波数を可変してモ−タ８，９に出力す
る。このようにして、モ−タ８，９はインバ−タ１７，
１８に入力される速度信号ａ，ｂに応じた回転数で回転
する。

【０００９】次に、図７を参照して制御部１６の詳細な
構成について説明する。図７において、圧力センサ１２
で検出された給水管７の圧力信号はアンプ２１で増幅さ
れた後、Ａ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換され、
入力ポ−ト２３を介してＣＰＵ（中央処理装置）２４に
取り込まれる。

【００１０】さらに、流量センサ１３から出力される検
知信号は入力ポ−ト２３を介してＣＰＵ２４に出力され
る。このＣＰＵ２４には制御部１６の図８に示す処理プ
ログラムなどを格納するメモリ２５が接続されている。

【００１１】さらに、ＣＰＵ２４には出力ポ−ト２６が
接続される。この出力ポ−ト２６はＤ／Ａ変換器２７、
アンプ２８を介して前述したインバ−タ１７に接続され
る。

【００１２】さらに、出力ポ−ト２６はＤ／Ａ変換器２
９、アンプ３０を介してインバ−タ１８に接続されてい
る。次に、上記のように構成された従来の可変速ポンプ
装置の動作について図８のフロ−チャ−トを参照ながら
説明する。今、ポンプ４が運転中として説明する。ま
ず、流量センサ１２により検出される流量が所定の極小
流量以下が検出されると、ステップＡで「ＹＥＳ」と判
定され、制御部１６はインバータ１７に対して出力して
いる速度信号ａを零にし、モータ８を停止し、ポンプ４
を停止させる。このようにして、給水管７を流れる流量
が極小流量以下となると、水の需要が減ったと判断し
て、ポンプ４を停止させるようにしている。

【００１３】そして、ポンプ４が停止中での水の供給
は、圧力タンク１１により行われる。圧力タンク１１の
水が給水管７を介して供給されると、圧力タンク１１の
圧力は低下し、これに伴って給水管７の圧力も低下す
る。

【００１４】そして、ポンプ４，５の停止中に、圧力セ
ンサ１２で検出される圧力が起動圧力以下を検出する
と、制御部１６はインバータ１８に対し速度信号ｂを出
力し、モータ９を起動し、ポンプ５を起動させる。する
と、ポンプ５より給水管７に水が送られ、圧力タンク１
１に水が蓄えられる。

【００１５】以上のように、使用流量が所定の極小流量
以下のときは、自動的にポンプの起動停止し、省エネル
ギーをはかるとともに、起動停止毎に交互運転すること
により、停止ポンプの水の滞留防止や、各ポンプの運転
の平準化などをはかっている。

【００１６】以上のような従来の例では、流量センサ１
３が所定の極小流量を検出し、ポンプが停止したときし
か交互運転しない。このため、常に給水管７を流れる水
量が極小流量より多い中大流量で水を使用しているとき
などは、一方のポンプばかりが運転することになる。

【００１７】従って、他方の停止中のポンプの水が停滞
したり、運転頻度や運転時間が平準化されず、寿命がア
ンバランスとなったりするという問題点がある。このよ
うな問題点を解消するために、タイマを設け、所定時間
毎に強制的に交互運転させる方法も考えられるが、中大
流量で水を使用しているときに交互運転を行うと、一方
のポンプを停止した後、他方のポンプを起動している間
に、圧力タンク１１の蓄水を使い果たし、圧力の低下を
招いてしまう。

【００１８】このため、このような圧力の低下を防止す
るために、他方のポンプを起動してから、運転中のポン
プを停止する方法も考えられる。しかし、交互運転のみ
を行い並列運転を行わない仕様のポンプ制御を行ってい
る場合には、ポンプ１台分の電源容量しか用意されてお
らず、交互運転途中に２台のポンプが並列運転すると消
費電力が過大となり、配電盤のブレーカがトリップして
しまう恐れがある。

【００１９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は所定の極小流量より大きな、第２の所定
流量の流量以下の流量を検出すると中大流量状態におい
て交互運転を行うことによって、交互運転の機会を増大
し、停止中のポンプの水の滞留の防止や、運転時間や運
転頻度のより最適な平準化をはかることができる可変速
ポンプ装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる可変速
ポンプ装置は、圧力検出手段と第１の流量検出手段と圧
力タンクとを備え、第１の流量検出手段が所定の極小流
量以下を検出すると、ポンプを停止し、ポンプ停止中に
給水を補われる圧力タンクの圧力が低下し、上記圧力検
出手段が所定の起動圧力以下を検出すると、ポンプを起
動する制御手段を備えた可変速ポンプ装置において、上
記制御手段は上記所定の極小流量より大きな値を有する
第２の所定流量を検出する第２の流量検出手段とを備
え、この第２の流量検出手段が第２の所定の流量以下の
流量を検出したときに、交互運転を行うようにしたこと
を特徴とする。

【００２１】請求項２に係わる可変速ポンプ装置は、制
御手段は上記ポンプの運転電流値によって第２の所定流
量を検出し、停止中のポンプを起動した後、運転中のポ
ンプを停止することにより交互運転を行うようにしたこ
とを特徴とする。

【００２２】

【作用】請求項１において、第２の流量検出手段で検出
される流量が所定の極小流量より大きい第２の所定の流
量以下を検出した場合には、交互運転させるようにして
いる。

【００２３】このため、発生頻度の少ない所定以下の極
小流量状態に比べ、発生頻度がより多い、中大流量状態
において交互運転を行うことによって、交互運転の機会
を増大し、停止中のポンプの水の滞留の防止し、運転時
間や運転頻度のより最適な平準化をはかることができ
る。

【００２４】請求項２において、ポンプの運転電流値に
よって第２の所定流量を検出し、停止中のポンプを起動
した後、運転中のポンプを停止することにより交互運転
を行うようにした。

【００２５】このように、電流値によって、第２の所定
流量を検出し、停止中のポンプを起動した後、運転中の
ポンプを停止することにより、交互運転機種のように、
電源容量がポンプ１台しか用意されていないときでも、
交互運転の途中の、２台の並列運転状態のときでも電源
容量を越えること無く、従って電源のブレーカが働くこ
とを防ぐことができる。

【００２６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例に係わ
る可変速ポンプ装置について説明する。図１において、
１は受水槽である。この受水槽１からは２つの吸水管２
ａ，２ｂが取り出されている。

【００２７】この吸水管２ａは仕切弁３ａを介してポン
プ４の吸込み側に接続され、ポンプ（p1）４の吐出側は
逆止弁５ａ，仕切弁６ａを介して給水管７に接続され
る。さらに、吸水管２ｂは仕切弁３ｂを介してポンプ
（p2）５の吸込み側に接続され、ポンプ５の吐出側は逆
止弁５ｂ，仕切弁６ｂを介して前述した給水管７に接続
される。

【００２８】ポンプ４の回転はモ−タ（M1）８により制
御され、ポンプ５の回転はモ−タ（M2）９により制御さ
れる。また、給水管７には仕切弁１０を介して圧力タン
ク１１が接続される。

【００２９】さらに、この圧力タンク１１の下流には給
水管７の水圧を検出する圧力センサ１２が設置される。
さらに、この圧力センサ１２の下流には給水管７を流れ
る水の流量が所定の極小流量以下になると検知信号をオ
ン・オフ的に出力する流量センサ１３が接続されてい
る。

【００３０】さらに、この流量センサ１３の下流側の給
水管７には仕切弁１４が設けられている。圧力センサ１
２及び流量センサ１３の出力信号は制御盤１５に設けら
れた制御部１６にそれぞれ出力される。

【００３１】この制御部１６の構成については、図２を
参照して後述する。この制御部１６はインバ−タ１７，
１８に速度信号ａ，ｂを出力する。インバ−タ１７，１
８にはそれぞれ商用電源１９が入力されている。

【００３２】インバ−タ１７，１８は前述した速度信号
ａ，ｂに応じて周波数を可変してモ−タ８，９に出力す
る。このようにして、モ−タ８，９はインバ−タ１７，
１８に入力される速度信号ａ，ｂに応じた回転数で回転
する。

【００３３】次に、図２を参照して制御部１６の詳細な
構成について説明する。図２において、圧力センサ１２
で検出された給水管７の圧力信号はアンプ２１で増幅さ
れた後、Ａ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換され、
入力ポ−ト２３を介してＣＰＵ２４に取り込まれる。

【００３４】さらに、流量センサ１３から出力される検
知信号は入力ポ−ト２３を介してＣＰＵ２４に出力され
る。４１はポンプ４の運転電流を検出する電流検出手
段、４２はポンプ５の運転電流を検出する電流検出手段
である。これら電流検出手段４１，４２からの電流信号
は増幅器４３，４５で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４４，４
６によりアナログ値からデジタル値に変換され入力ポ−
ト２３から入力される。このＣＰＵ２４には制御部１６
の図４に示す処理プログラムなどを格納するメモリ２５
が接続されている。

【００３５】さらに、ＣＰＵ２４には出力ポ−ト２６が
接続される。この出力ポ−ト２６はＤ／Ａ変換器２７、
アンプ２８を介して前述したインバ−タ１７に接続され
る。

【００３６】さらに、出力ポ−ト２６はＤ／Ａ変換器２
９、アンプ３０を介してインバ−タ１８に接続されてい
る。また、ＣＰＵ２４にはポンプを交互運転する際の時
間間隔を計測する交互運転タイマ３１が接続されてい
る。このタイマ３１のカウントアップ時間は１時間に設
定されており、ＣＰＵ２４からの信号によりリセットさ
れ、１時間を計時するとカウントアップ信号をＣＰＵ２
４に出力する。

【００３７】次に、図３を参照して、ポンプの特性につ
いて説明する。図３は、ポンプの特性を示す曲線であ
り、横軸は流量を、縦軸は圧力とポンプの運転電流値を
示す。図中、曲線ａ，ｃは、商用電源で運転したときの
ポンプの流量−圧力特性、および流量−電流の各特性曲
線である。また、曲線ｂ，ｄは、目標圧力＝Ｈmax で吐
出圧力一定制御を行ったときの、ポンプの流量−圧力特
性、および流量−電流の各特性曲線である。

【００３８】さらに、曲線ｂ′，ｄ′は、締め切り流量
での目標圧力＝Ｈmin 、最大流量の目標圧力＝Ｈmax で
推定末端圧力一定制御を行ったときの、ポンプの流量−
圧力特性、および流量−電流の各特性曲線である。

【００３９】破線ｅは、可変速ポンプ装置の電流の許容
範囲上限値を示す。この上限値は、電源やブレーカの容
量に基づいて決定される。破線ｆは、電流の許容範囲の
半分の電流を示す。電流が破線ｆ以下のときは、２台で
並列運転しても、合計の電流値が、可変速ポンプ装置の
電流の許容範囲上限を越えることはない。

【００４０】商用電源での運転では、電流値は曲線ｃと
なり、負荷の少ない小流量域でも、破線ｆ以下にはなら
ない。従って、商用電源で運転しているときは、並列運
転を行うと電流値が許容範囲を越えるので、並列運転は
困難である。

【００４１】ところが、可変速運転しているときは、電
流値は曲線ｄあるいはｄ′となり、中小流量域で、破線
ｆを下回っている。吐出圧力一定制御を行っているとき
の電流は、曲線ｄとなり、破線ｆとの交点での流量、す
なわち直線ｈで示す流量以下においては、２台で並列運
転しても、電流が許容値を越えることは無い。推定末端
圧力一定制御を行っているときは、電流値はさらに下が
るので、直線ｉで示す流量以下であれば、２台で並列運
転しても、電流が許容値を越えることは無い。

【００４２】このように、定速運転を行ったときは、並
列運転できる流量域は無いが、可変速運転により吐出圧
力一定制御を行ったときは、中小流量域では、並列運転
が可能となり、推定末端圧力一定制御を行ったときは、
並列運転可能な範囲はさらに広くなる。

【００４３】以上のことから、可変速運転時は、直線ｈ
あるいはｉで示す流量以下のときは２台での並列運転を
行っても、許容電流値上限を越えることは無い。これら
の範囲以下で、ポンプの交互切り替えを行う方法を、図
４のフロ−チャ−トを参照しながら説明する。

【００４４】まず、交互運転タイマ３１により計数され
る交互運転時間を計数するタイマがタイムアップしてい
るかを判定する（ステップＳ１）。このタイマのカウン
トアップ時間は例えば、１時間に設定されている。これ
は、流量が並列運転可能な領域まで減少する機会が多
く、その都度、交互運転を行うと、交互運転の頻度が過
多となるため、１時間毎の交互運転とするように設定さ
れている。

【００４５】次に、電流検出手段４１で検出されるポン
プ４の電流値が判定値以下であるかどうかを判定する
（ステップＳ２）。すなわち、ポンプ４の電流値が図３
の破線ｆ以下にあるかを判定する（ステップＳ２）。

【００４６】このステップＳ２の判定の判定で「ＹＥ
Ｓ」と判定された場合には、停止中のポンプ５を起動す
る。ポンプ４，５の２台で並列運転しても、合計の電流
値が可変速ポンプ装置全体の許容値、すなわち図３の破
線ｅを越えることはない。従って、停止中のポンプ５の
起動を開始する（ステップＳ３）。

【００４７】ここで、ポンプ５を起動するときは、イン
バータ１８の出力周波数を瞬時に増大して起動させると
起動電流の増大によりインバータ１８の保護回路が動作
し、停止してしまう。このため、数秒たとえば３秒間か
けて起動する。

【００４８】この起動時の電流波形と周波数との関係を
図５に示しておく。図５に示すように、起動の初期に若
干電流値が増大するが、起動完了後の定常の電流に比べ
十分小さく全く問題とならない範囲である。

【００４９】次に、電流検出手段４１で検出されるポン
プ４と電流検出手段４２で検出されるポンプ５との運転
電流の合計が許容値以下かを判定する（ステップＳ
４）。このステップＳ４の判定は、ポンプを起動する数
秒間の間、ポンプ４，５の電流値の合計が許容値以下か
調べ、許容値を越えるときは、ブレーカが動作するのを
防ぐために行われる。

【００５０】このステップＳ４の判定で「ＮＯ」と判定
された場合、つまりポンプ４と５との運転電流の合計が
許容値を越えた場合には、ブレ−カが動作するのを防止
するために、起動途中にあるポンプ５の運転が停止され
る（ステップＳ５）。

【００５１】そして、交互運転タイマ３１をリセットす
る（ステップＳ６）。そして、交互運転したときと同
様、所定時間の間は、交互運転を禁止し、高頻度での繰
り返しを防ぐようにしている。

【００５２】前述したステップＳ４の判定で「ＹＥ
Ｓ」、つまりポンプ４と５との運転電流の合計が許容値
を越えないときは、ポンプ５の起動が完了したかを判定
する（ステップＳ７）。

【００５３】このステップＳ７の判定で「ＹＥＳ」と判
定された場合には、このポンプ５の起動が完了したと判
定され、今まで運転していたポンプ４を停止し、交互運
転を完了する（ステップＳ８）。

【００５４】そして、交互運転タイマ３１をリセットす
る（ステップＳ９）。そして、ステップＳ１の判定処理
に戻る。このステップＳ１の判定で交互運転タイマ３１
がタイムアップしているかが判定される。そして、所定
時間後に交互運転タイマ３１がタイムアップすると、前
述したステップＳ２以降の交互運転動作を繰り返す。

【００５５】なお、起動途中に許容電流値を越えること
は極めてまれである。これを図３に基づいて説明する。
図３において、使用流量がｈあるいはｉのときに、２台
のポンプで並列運転を行ったときは、各々のポンプの電
流値は、吐き出す流量に応じた電流値となる。例えば、
使用流量がｉのときに、一方のポンプの吐き出す流量が
ｉのときには、他方のポンプの吐き出す流量は、ｉ−ｉ
＝０となる。したがって一方のポンプの電流値は、流量
＝ｉでの電流値となり、他方のポンプの電流値は、流量
＝０での電流値となる。この２つの合計は、破線ｅ（す
なわち、ポンプ１台あたりの許容電流値の２倍）を越え
ることは無い。逆に、破線ｅを越えるときは、２台のポ
ンプの吐き出す流量が、ともにｉとなり、合計の流量が
ｉの２倍になったときである。一般には、使用流量≦ｉ
を検出し、他方のポンプを起動している数秒間たとえば
３秒間の間に、使用流量が急に２倍になることは起こり
にくい。まれに２倍になることが有ったとしても、交互
運転を１回見送るだけなので、実用上の支障は無い。

【００５６】以上のように、省エネのために、極小流量
時にポンプを停止し圧力タンクより給水を行う可変速ポ
ンプ装置において、極小流量とは別に、極小流量より大
きい流量で交互運転を行うために、交互運転の機会が増
大し、停止中のポンプの水の停滞による水質劣化や、運
転頻度や運転時間の片寄りによる寿命のアンバランスを
防ぐことができる。

【００５７】また、一方のポンプの運転中に、他方の停
止中のポンプを起動し、その後、運転中だったポンプを
停止することにより、ポンプを停止することなく、従っ
て、短時間の断水を伴うことなく、交互運転を行うこと
ができる。

【００５８】また、電流値が許容範囲以下となったとき
に交互運転を行うことにより、交互運転機種のような、
ポンプ１台分の電源容量しかないときでも、交互運転の
途中、短時間の間、２台のポンプが並列運転してもブレ
ーカの動作を招くことなく、容易に交互運転を行うこと
ができる。

【００５９】なお、上記実施例では、図３の破線ｆで示
すポンプ１台あたりの許容電流を、破線ｅで示す全体の
許容電流の半分としたが、半分でなくてもよい。２台の
並列運転の状態のときに、合計の電流値が問題とならな
い範囲であれば良い。

【００６０】さらに、上記実施例では、図３の破線ｅで
示す許容電流は、ブレーカなどの電源容量に基づいて決
定したが、適切に交互運転できる値であれば何でも良
い。たとえば、ブレーカなどの電源容量に安全率を加味
した値でも良い。なお、上記実施例では、ポンプ２台の
可変速ポンプ装置で説明したがポンプが３台以上の可変
速ポンプ装置にも同様に適用することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、所
定の極小流量より大きな、第２の所定流量の流量以下の
流量を検出すると中大流量状態において交互運転を行う
ことによって、交互運転の機会を増大し、停止中のポン
プの水の滞留の防止や、運転時間や運転頻度のより最適
な平準化をはかることができる可変速ポンプ装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる可変速ポンプ装置の
構成を示すブロック図。

【図２】同実施例に係わる制御部の詳細な構成を示すブ
ロック図。

【図３】同実施例に係わるポンプ特性を示すブロック
図。

【図４】同実施例の動作を説明するためのフロ−チャ−
ト。

【図５】同実施例の動作を説明するための図。

【図６】従来の可変速ポンプ装置の構成を示すブロック
図。

【図７】同制御部の詳細な構成を示すブロック図。

【図８】従来の可変速ポンプ装置の動作を説明するため
のフロ−チャ−ト。

【符号の説明】 １…受水槽、２ａ，２ｂ…吸水管、３ａ，３ｂ…仕切
弁、４，５…ポンプ、５ａ，５ｂ…逆止弁、６ａ，６ｂ
…仕切弁、７…給水管、８，９…モ−タ、１０，１４…
仕切弁、１１…圧力タンク、１２…圧力センサ、１３…
流量センサ、１５…制御盤、１６…制御部、１７，１８
…インバ−タ、１９…商用電源、２１…アンプ、２２…
Ａ／Ｄ変換器、２３…入力ポ−ト、２４…ＣＰＵ（中央
処理装置）、２５…メモリ、２６…出力ポ−ト、２７…
Ｄ／Ａ変換器、２８…アンプ、２９…Ｄ／Ａ変換器、３
０…アンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０４Ｄ 15/00 Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力検出手段と第１の流量検出手段と圧
   力タンクとを備え、第１の流量検出手段が所定の極小流
   量以下を検出すると、ポンプを停止し、ポンプ停止中に
   給水を補われる圧力タンクの圧力が低下し、上記圧力検
   出手段が所定の起動圧力以下を検出すると、ポンプを起
   動する制御手段を備えた可変速ポンプ装置において、 上記制御手段は上記所定の極小流量より大きな値を有す
   る第２の所定流量を検出する第２の流量検出手段とを備
   え、この第２の流量検出手段が第２の所定の流量以下の
   流量を検出したときに、交互運転を行うようにしたこと
   を特徴とする可変速ポンプ装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は上記ポンプの運転電流値
   によって第２の所定流量を検出し、停止中のポンプを起
   動した後、運転中のポンプを停止することにより交互運
   転を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の可
   変速ポンプ装置。