JP2011127460A

JP2011127460A - 給水装置

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Publication number: JP2011127460A
Application number: JP2009284839A
Authority: JP
Inventors: Takahide Komatsu; 崇秀小松; Kazuhiro Kaneda; 一宏金田; Shoko Miyauchi; 祥子宮内
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP5736438B2; JP2014031796A; JP5417147B2

Abstract

【課題】給水装置を長時間停止した後に初めてポンプを始動するに際して、ウォーターハンマーの発生を防止することができる給水装置を提供する。
【解決手段】給水装置１は、ポンプＰと、ポンプＰを駆動するモータＭと、吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合にポンプＰを始動して、吐出側圧力が目標圧力になるようにインバータ２０にポンプＰの回転速度の指令を行う制御部３５とを備える。制御部３５は、吐出側圧力が始動圧力以下であるときに、給水装置１への電源投入後初めてポンプＰが始動されるか否かを判断し、給水装置１への電源投入後初めてのポンプＰ始動でなければ通常の始動動作を行い、給水装置１への電源投入後初めてのポンプＰ始動であれば、吐出側圧力の上昇が通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、オフィスビルやマンションなどの建物に水を供給するための給水装置に関するものである。

図１は、建物に給水するための給水システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すように、給水装置１００は、建物１０内に設けられている給水管７に接続され、水道本管または受水槽からの水をポンプにより増圧して給水管７の末端に設けられている給水栓（蛇口など）９に移送する。水道本管に直接接続される給水装置は、一般に、直結式給水装置と呼ばれ、受水槽に接続される給水装置は受水槽式給水装置と呼ばれている。

給水装置１００は、その吐出側圧力を測定する圧力センサ（図示せず）を有しており、この圧力センサの出力値が所定の始動圧力にまで低下したときに、ポンプが始動される。ポンプの運転中は、圧力センサの出力値に基づいて推定末端圧力一定制御または吐出圧力一定制御が行われる。より具体的には、圧力センサの出力値と予め設定されている目標圧力との偏差を０とするためのフィードバック制御に基づき、ポンプがモータにより駆動される。

停電や給水装置１００の故障などの理由により、給水装置１００が長い間停止することは起こりうる。給水装置１００が停止しているときに建物１０内で水が使用されると、給水装置１００の吐出側圧力は大きく低下する。この状態で、給水装置１００が再起動されると、圧力センサの出力値と目標圧力との偏差が大きいため、ポンプは急激に最高速度まで加速される。これは、フィードバック制御においては、一般的に定常運転時に最適な制御がなされるように設定されており、偏差が想定外に大きいと、ポンプの加速が急になるからである。

給水装置１００が停止しているときに建物１０内で水が使用されると、空気が給水栓９から給水管７内に入り込むことがある。このような状態で、給水装置１００が再起動されてポンプが急激に加速されると、ポンプにより送り出された水は、大きな運動エネルギーを伴って給水管７を進み、給水管７内に滞留している空気を押しつぶす。水により押しつぶされた空気の圧力は、ポンプの性能を遥かに超えた高い圧力となる。この圧力は空気から水に伝わり、ウォーターハンマー現象を引き起こす。このウォーターハンマーが起こると、給水管７およびその周囲の機器に衝撃を与え、これらに損傷を与える要因となる。

通常、空気は給水管７の最上部に滞留するため、建物１０によっては、図１に示すように、給水管７の最上部に吸排気弁１１が設けられていることがある。この吸排気弁１１は、給水管７内の空気を抜くため、または給水管７内に負圧が形成されたときに空気を給水管７に取り込むために設けられる。このような吸排気弁１１が設けられている建物１０では、上述のウォーターハンマーは防止される場合もある。しかしながら、ポンプによる送水の勢いが特に大きい場合や、吸排気弁１１が設けられている場所とは異なる場所に空気が滞留している場合には、ウォーターハンマーは起こりうる。

特開平８−２００２３３号公報特開平９−２１７６８２号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、給水装置を長時間停止した後に初めてポンプを始動するに際して、ウォーターハンマーの発生を防止することができる給水装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータを可変速駆動する駆動装置と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、前記制御部は、前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記給水装置への電源投入後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、前記給水装置への電源投入後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、前記給水装置への電源投入後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする。

本発明の他の態様は、ポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータを可変速駆動する駆動装置と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、前記制御部は、前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、停電からの復電後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、停電からの復電後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、停電からの復電後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする。

本発明の他の態様は、水道本管に直結されるポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータを可変速駆動する駆動装置と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、前記制御部は、前記ポンプの流入圧力が所定の保護圧力以下の場合に前記ポンプの運転を禁止し、前記流入圧力が前記所定の保護圧力よりも高くなったときに前記ポンプの運転の禁止を解除し、前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記ポンプの運転禁止が解除された後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、前記ポンプの運転禁止が解除された後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、前記ポンプの運転禁止が解除された後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする。

本発明の他の態様は、ポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータを可変速駆動する駆動装置と、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、前記制御部は、前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記吐出側圧力と、前記始動圧力よりも低い所定の極低圧力とを比較し、前記吐出側圧力が前記極低圧力よりも高いときには、通常の始動動作を行い、前記吐出側圧力が前記極低圧力以下のときには、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記通常の始動動作時には、前記駆動装置は前記モータの回転速度を第１の加速度で上昇させ、前記保護始動動作時には、前記駆動装置は前記モータの回転速度を前記第１の加速度よりも小さい第２の加速度で上昇させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記駆動装置には、前記第１の加速度および前記第２の加速度が記憶されており、前記制御部は、前記保護始動動作を行う場合には、前記前記駆動装置に前記第２の加速度を使用するように指令することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部には、前記第１の加速度および前記第２の加速度が記憶されており、前記制御部は、前記保護始動動作を行う場合には、前記前記駆動装置に前記第２の加速度を使用するように指令することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吐出側圧力が予め設定された標準目標圧力に達したときに前記保護始動動作を終了させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部には、前記ポンプの運転時間と圧力との関係を示す圧力基準線が記憶されており、前記制御部は、前記吐出側圧力と、該吐出側圧力が測定された時間に対応する前記圧力基準線上の圧力との差に基づいて、前記保護始動動作中に前記第２の加速度を変化させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、所定の時間間隔で前記吐出側圧力と前記圧力基準線上の圧力とを比較し、前記吐出側圧力が前記圧力基準線上の圧力よりも低いときは、前記第２の加速度を大きくし、前記吐出側圧力が前記圧力基準線上の圧力よりも高いときは、前記第２の加速度を小さくすることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記通常の始動動作時には、前記制御部は前記吐出側圧力が第１の目標圧力に到達するように前記ポンプの回転速度を増加させ、前記保護始動動作時には、前記制御部は前記吐出側圧力が第２の目標圧力に到達するように前記ポンプの回転速度を増加させ、前記保護始動動作中、前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記第１の目標圧力よりも低い圧力から所定の圧力まで上昇させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記ポンプの運転時間と圧力との関係を示す目標圧力線として記憶しており、前記目標圧力線は、時間０から所定の時間までの間に、前記圧力が０から前記所定の圧力まで増加する上昇勾配を有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記目標圧力線を設定するための入力部を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記保護始動動作中、前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記ポンプの始動時の吐出側圧力から前記所定の圧力まで上昇させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記通常始動動作時には、前記制御部は、前記吐出側圧力が前記ポンプを締切運転しているときの目標圧力となる締切回転速度以上の速度領域で前記ポンプの運転を制御し、前記保護始動動作時には、前記制御部は、前記締切回転速度よりも低い回転速度を含む速度領域で前記ポンプの運転を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記保護始動動作中、前記制御部は、前記駆動装置に送る指令回転速度を所定の上昇勾配に沿って上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、通常の始動動作よりもゆっくりとポンプの回転速度を上昇させるので、建物の給水管内に空気が存在しているときであっても、ウォーターハンマーの発生を防止することができる。

建物に給水するための給水システムの全体構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る給水装置を示す模式図である。給水装置の基本的な動作フローを示す図である。推定末端圧力一定制御の一例を説明するためのポンプの運転特性曲線図である。制御部が保護始動動作または通常始動動作を選択的に行う制御フローを示す図である。インバータの構造を模式的に示す図である。保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。インバータの他の構成例を模式的に示す図である。インバータのさらに他の構成例を模式的に示す図である。保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。インバータのさらに他の構成例を模式的に示す図である。保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。図１２に示す保護始動動作の変形例を示す図である。制御部の一構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る給水装置を示す模式図である。図２に示すように、給水装置１の吸込口は、導入管５を介して水道管または受水槽に接続されている。給水装置１の吐出口には給水管７が接続されており、この給水管７は、建物１０の各層階の給水栓９に連通している。給水装置１は、水道管または受水槽からの水を増圧して建物１０の各給水栓９に水を供給するようになっている。

給水装置１は、ポンプＰと、このポンプＰを駆動する駆動源としてのモータＭと、モータＭを可変速駆動する駆動装置としてのインバータ２０と、ポンプＰの吐出側に配置された逆止弁２２と、逆止弁２２の吐出側に配置された圧力センサ２６、フロースイッチ２４、および圧力タンク２８とを備えている。これら構成要素は、キャビネット３０内に収容されている。本実施形態では、ポンプＰ、モータＭ、逆止弁２２、およびフロースイッチ２４が２組設けられ、これらは並列に設けられている。なお、１組、または３組以上のポンプ、モータ、逆止弁、およびフロースイッチを設けてもよい。

逆止弁２２は、ポンプＰの吐出口に接続された吐出管３２に設けられており、ポンプＰが停止したときの水の逆流を防止するための弁である。フロースイッチ２４は吐出管３２を流れる水の流量が所定の値にまで低下したことを検知する流量検知器である。圧力センサ２６は、吐出側圧力（すなわち、給水装置１に加わる背圧）を測定するための水圧測定器である。圧力タンク２８は、ポンプＰが停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。

給水装置１は、給水動作を制御する制御部３５をさらに備えている。インバータ２０、フロースイッチ２４、圧力センサ２６は、制御部３５に信号線を介して接続されている。フロースイッチ２４により水の流量が所定の値にまで低下したことが検知されると、制御部３５はポンプＰの運転速度を一時的に上げるようインバータ２０に指令を出し、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプＰの運転を停止させるようになっている。一方、吐出側圧力（吐出管３２内の水圧）が所定の始動圧力まで低下すると、制御部３５はポンプＰの運転を開始するようインバータ２０に指令を出す。制御部３５には、ポンプＰを始動させるトリガーとなる始動圧力が予め記憶されている。制御部３５は、給水装置１の運転に関する様々な設定値を入力するための入力部３５ａを備えている。

図３は、給水装置の基本的な動作フローを示す図である。ポンプＰが停止している状態で建物１０内で水が使用されると、ポンプＰの吐出側圧力が低下する。この吐出側圧力、すなわち圧力センサ２６の出力値が上記所定の始動圧力にまで低下すると、制御部３５はポンプＰを始動させる。制御部３５はポンプＰが始動されるごとにポンプ始動回数をカウントする。このポンプ始動回数は、給水装置１に電源が投入された後に何回ポンプＰが始動されたかを示す回数である。このポンプ始動回数は制御部３５の揮発性メモリー（図示せず）に記憶される。

ポンプＰの運転中は、圧力センサ２６の出力値に基づいて推定末端圧力一定制御または吐出圧力一定制御が行われる。建物１０での水の使用が停止されると、ポンプＰから吐き出される水の流量が低下する。フロースイッチ２４は、ポンプＰからの水の流量が所定の値まで低下したことを検知すると、その検知信号を制御部３５に送る。制御部３５はこの検知信号を受け、インバータ２０に指令を出して吐出側圧力が所定の停止圧力に達するまでポンプＰの回転速度を増加させ、その後ポンプＰを停止させる。

吐出圧力一定制御では、ポンプＰの吐出側圧力が所定の目標値を維持するように一定に制御される。推定末端圧力一定制御では、建物１０内の給水管７での抵抗損失に応じて目標値を適切に変化させることにより、給水管７の末端での水圧が一定に制御される。図４は、推定末端圧力一定制御の一例を説明するためのポンプの運転特性曲線図である。図４において、横軸は水の流量であり、縦軸は圧力すなわち揚程（ヘッド）である。

図４に示すＰＡは、最大流量時に目標推定末端圧力を達成するために必要なポンプＰの吐出側圧力であり、ＰＢは、ポンプＰの締切運転時に（すなわち流量０時に）目標推定末端圧力を達成するために必要なポンプＰの吐出側圧力である。記号Ｎ_ＭＡＸで示される曲線は、圧力ＰＡを達成する回転速度Ｎ_ＭＡＸでポンプＰを運転したときのポンプＰの性能曲線であり、記号ＮＢで示される曲線は、締切運転時の圧力ＰＢを達成する回転速度（締切回転速度）ＮＢでポンプＰを運転したときのポンプＰの性能曲線である。抵抗曲線Ｒは、ポンプＰから給水末端までの水の流量に応じた管路抵抗である。

推定末端圧力一定制御においては、水の流量に応じた（抵抗曲線Ｒで示される）管路抵抗を考慮して、ポンプＰの回転速度が制御される。すなわち、ポンプＰの吐出側圧力が抵抗曲線Ｒに沿って変化するように圧力センサ２６の出力値に基づいてポンプＰの回転速度が制御される。したがって、流量が少ないときは、管路抵抗が少ないので、その分ポンプＰの必要動力が低くなり、省エネルギー運転が実現される。

ポンプＰの運転中は、ポンプＰの吐出側圧力がＰＡとＰＢとの間で制御される。したがって、定常運転時では、ポンプＰはＮＢ以上の回転速度で駆動される。なお、図４において、圧力ＰＢが圧力ＰＡに等しくなるように圧力ＰＢを設定すると、制御部３５は吐出圧力一定制御を実行する。この場合は、制御部３５は、ポンプＰの吐出側圧力がＰＡ（＝ＰＢ）を保つように、ポンプＰの回転速度を制御する。

直結型給水装置は、水道本管からの水を増圧して建物１０内の給水管７に送水する。このような直結型給水装置では、何らかの原因で水道本管の圧力が低下しているときにポンプが始動されると、水道本管に負圧が形成されるおそれがある。そこで、水道本管に負圧が形成されないようにするために、給水装置１の吸込側圧力（以下、流入圧力という）が所定の保護圧力にまで低下しているときは、制御部３５はポンプＰを始動させないようにポンプＰの運転を禁止する。この場合は、ポンプＰの吸込側に圧力センサ（図示せず）が設けられ、制御部３５は、この圧力センサの出力値を監視する。そして、圧力センサの出力値、すなわちポンプＰの流入圧力が上記保護圧力にまで低下しているときは、ポンプＰの吐出側圧力が始動圧力に達したときであっても、ポンプＰは始動されない。流入圧力が増加して保護圧力を超えたときは、制御部３５はポンプＰの運転禁止を解除する。

ウォーターハンマー現象は、建物１０の給水管７に空気が入り込んでいる状態でポンプＰが急激に加速されたときに発生しやすい。このようなウォーターハンマーが起きる状況は、ポンプＰが長期間に亘って起動できなかったときに成立しやすい。そこで、ウォーターハンマーの発生を防止するために、制御部３５は次のような保護始動動作を行う。図５は、制御部３５が保護始動動作または通常始動動作を選択的に行う制御フローを示す図である。図５に示すように、制御部３５は、ポンプＰの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下すると、ポンプＰの始動が以下に示す所定の条件を満たしているか否かを判断する。
（ｉ）停電からの復電後初めてのポンプ始動か？
（ii）給水装置への電源投入後初めてのポンプ始動か？
（iii）流入圧力低下による運転禁止が解除された後初めてのポンプ始動か？
（iv）ポンプの吐出側圧力が所定の極低圧力値よりも低いか？

上記条件（iv）に示す所定の極低圧力値とは、ポンプＰを始動させるトリガーとしての始動圧力よりもさらに低い圧力のことをいう。ポンプ始動時の吐出側圧力が、給水管７の最高位高さから給水装置１の設置高さまでの水頭圧よりも低いと、給水管７内が負圧になり、空気が混入している可能性が高い。そのため、極低圧力値は、そのような水頭圧に等しいか、または安全を見込んでそのような水頭圧よりもやや高い値（例えば、上記水頭圧に２〜３ｍを加えた値）に設定されているのが好ましい。

ポンプＰの始動が、上述した条件（ｉ）乃至（iv）のいずれにも当てはまらないときは、制御部３５は通常の始動動作を行う。一方、ポンプＰの始動が、上述した条件（ｉ）乃至（iv）のいずれかに当てはまるときは、制御部３５はポンプＰの吐出側圧力の上昇が通常の始動動作のときよりも緩やかな保護始動動作を行う。

次に、保護始動動作について詳細に説明する。上述した条件（ｉ）乃至（iv）は制御部３５によって判断される。条件（ｉ）および（ii）が満たされるか否かは、次のようにして決定することができる。上述したように、ポンプＰが始動されるたびに制御部３５の揮発性メモリーにはポンプ始動回数が記憶される。停電が起きると、この揮発性メモリーに記憶されているポンプ始動回数が消去される。したがって、停電から復電した後に初めてポンプＰが始動されるときは、ポンプ始動回数は１とカウントされる。同様に、給水装置１に電源を入れた後に初めてポンプＰが始動されるときも、ポンプ始動回数は１とカウントされる。制御部３５は、ポンプ始動回数が１であったときは、条件（ｉ）または（ii）が満たされると判断して保護始動動作を行う。なお、停電からの復電ではなく条件（ii）が満たされる場合としては、ポンプ故障や受水槽渇水信号によるポンプ停止等の重程度の故障により給水装置が運転不能になった際のメンテナンスを行った後の始動が考えられる。

条件（iii）は、直結型給水装置の場合に限定される。流入圧力の低下による運転禁止および運転禁止の解除は制御部３５によって実行されるので、制御部３５は、運転禁止が解除された後に初めてポンプＰが始動されるか否かを判断することができる。条件（iv）に関しては、制御部３５は、圧力センサ２６から送信されてくるポンプＰの吐出側圧力が予め設定された極低圧力値よりも低いか否かを判断することができる。

上記条件（ｉ）乃至（iv）のいずれかが満たされたとき、制御部３５は、以下に説明する保護始動動作に従ってポンプＰを始動させる。保護始動動作では、ポンプＰの吐出側圧力が急激に上昇しないように、ポンプＰの回転速度を通常の始動動作時よりも緩やかに上昇させる。図６は、インバータ２０の構造を模式的に示す図である。図６に示すように、インバータ２０は、比較部２０Ａ、変速部２０Ｂ、加速度切換部２０Ｃ、ドライブ信号生成部２０Ｄ、およびスイッチング素子２０Ｅを備えている。比較部２０Ａは、制御部３５から送信される指令回転速度と現在の回転速度とを比較し、その偏差を出力する。変速部２０Ｂは、その偏差が０となるように、加速度切換部２０Ｃによって特定される加速度に従って現在の回転速度を増加または減少させる。

加速度切換部２０Ｃには、加速度１および加速度２が予め設定されている。加速度１，２は、変速部２０Ｂが上記偏差に基づいて現在の回転速度を加減速するときの加速度を決定する。加速度１は、通常始動動作で使用される第１の加速度である。一方、加速度２は、保護始動動作で使用される第２の加速度であり、ポンプＰの回転速度を緩やかに上昇させるべく加速度１よりも低く設定されている（加速度１＞加速度２）。なお、本実施形態では、２つの加速度１および加速度２がインバータ２０に記憶されているが、３つ以上の加速度を記憶してもよい。

加速度切換部２０Ｃは制御部３５に接続されており、制御部３５から加速度指令信号が加速度切換部２０Ｃに送信されるようになっている。加速度切換部２０Ｃは、この加速度指令信号を受けて、変速部２０Ｂに送る指令加速度を加速度１と加速度２との間で切り換える。通常の運転では、加速度１が選択される。一方、上記条件（ｉ）乃至（iv）のいずれかが満たされたときは、制御部３５は、加速度１から加速度２に切り換えるように加速度切換部２０Ｃに加速度指令信号を発信する。加速度切換部２０Ｃは、この加速度指令信号を受けて、加速度１から加速度２に切り換える。加速度２は、吐出側圧力が始動圧力を大きく下回り、かつ給水管７内に空気が入り込んでいる場合であっても、ウォーターハンマーが起こらないような緩やかな回転速度の上昇勾配に設定される。

ドライブ信号生成部２０Ｄは、変速部２０Ｂから出力された回転速度に対応するドライブ信号を生成する。スイッチング素子２０Ｅは、このドライブ信号に基づいて動作し、モータＭの駆動電力がインバータ２０からモータＭに出力される。

図７は、保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。図７に示すグラフにおいて、縦軸はポンプＰの吐出側圧力、すなわち圧力センサ２６の出力値を示し、横軸はポンプＰの始動から経過した時間、すなわちポンプＰの運転時間を示す。図７に示すＰ０は、通常始動動作時に使用される所定の標準目標圧力であり、予め制御部３５に記憶されている。この標準目標圧力Ｐ０は、図４に示す圧力ＰＢから圧力ＰＡまでの範囲から選択されることが好ましい。典型的には、標準目標圧力Ｐ０は圧力ＰＡに設定される。

図７に示す例では、ポンプＰの始動時の吐出側圧力は０に近い値となっている。ポンプＰが始動されると、ポンプＰの回転速度は加速度２に従って緩やかに上昇する。ポンプＰの回転速度の上昇とともに、吐出側圧力も図７に示すように緩やかに上昇する。吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達すると、制御部３５は加速度切換部２０Ｃに加速度指令信号を送信する。この加速度指令信号を受け、加速度切換部２０Ｃは、変速部２０Ｂに送る指令加速度を加速度２から加速度１に切り換える。その後のポンプＰの回転速度は、加速度１に基づいて加減速される。保護始動動作は、吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに終了する。

なお、インバータ２０の加速度切換部２０Ｃを省き、制御部３５が変速部２０Ｂに加速度指令信号として加速度の値を直接送信してもよい。具体的には、図８に示すように、制御部３５は、指令加速度としての加速度１または加速度２を変速部２０Ｂに直接送信する。この場合でも、図７に示すような同様の保護始動動作が行なわれる。

図９は、インバータ２０のさらに他の構成例を模式的に示す図である。特に説明しない構成は、図６に示す構成と同様である。この例では、保護始動動作用の第２の加速度として、複数の加速度（加速度２ａ，加速度２ｂ，および加速度２ｃ）が加速度切換部２０Ｃに設けられている。加速度２ａは、通常始動動作時に使用される加速度１よりも小さく、加速度２ｂは加速度２ａよりも小さく、加速度２ｃは加速度２ｂよりも小さく設定されている（加速度１＞加速度２ａ＞加速度２ｂ＞加速度２ｃ）。

図１０は、保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。制御部３５には、ポンプＰの始動からの運転時間と吐出側圧力との関係を示す圧力基準線ＲＬが予め記憶されている。この圧力基準線ＲＬは、時間０から所定の時間Ｔ３までの間に、圧力が０から標準目標圧力Ｐ０までほぼ直線的に上昇する上昇勾配を有し、時間Ｔ３以降は圧力が標準目標圧力Ｐ０に固定されている。標準目標圧力Ｐ０は、上述したように、制御部３５に予め記憶されている値である。圧力基準線ＲＬの上昇勾配は、吐出側圧力が始動圧力を大きく下回り、かつ給水管７内に空気が入り込んでいる場合であっても、ウォーターハンマーが起こらないような緩やかな上昇勾配である。

制御部３５は、所定の時間が経過するたびに（図１０に示す例では時間Ｔ１，Ｔ２が経過するときに）、圧力センサ２６によって測定されたポンプＰの吐出側圧力と、同時間での圧力基準線ＲＬ上の対応する圧力とを比較する。現在の吐出側圧力が圧力基準線ＲＬ上の対応する圧力よりも高ければ、変速部２０Ｂに送る指令加速度を現在の加速度からより低い加速度に切り換える。一方、吐出側圧力が圧力基準線ＲＬ上の対応する圧力よりも低ければ、変速部２０Ｂに送る加速度の指令値を現在の加速度からより高い加速度に切り換える。図１０に示す例では、時間Ｔ１では、吐出側圧力が圧力基準線ＲＬを上回っているので、加速度２ｂから加速度２ｃに切り換えられる。一方、時間Ｔ２では、吐出側圧力が圧力基準線ＲＬを下回っているので、加速度２ｃから加速度２ｂに切り換えられる。

ポンプＰの吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに、保護始動動作が終了し、変速部２０Ｂに送る加速度の指令値は加速度１に切り換えられる。保護始動動作の後は、通常の運転制御の下でポンプＰが運転される。所定の時間Ｔ３に達したときに保護始動動作を終了することは可能であるが、時間Ｔ３の経過後に吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０を大きく下回っていると、保護始動動作の終了と同時にポンプＰが急加速する可能性がある。したがって、安全を確保する観点から、ポンプＰの吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに、保護始動動作を終了させることが好ましい。

保護始動動作に使用される第２の加速度の数はこの例では３つであるが、４つ以上の第２の加速度をインバータ２０に記憶してもよい。また、図８の例と同じように、インバータ２０の加速度切換部２０Ｃを省き、制御部３５が直接変速部２０Ｂに指令加速度（加速度１，加速度２ａ，加速度２ｂ，…）を送信してもよい。さらに、吐出側圧力と圧力基準線ＲＬ上の対応圧力とを比較する時間を、より細かい時間間隔で設定することも可能である。

図１１は、インバータ２０のさらに他の構成例を模式的に示す図である。特に説明しない構成は、図６に示す構成と同様である。この例では、インバータ２０には、保護始動動作に用いるための加速度切換部２０Ｃは設けられていなく、制御部３５からインバータ２０には加速度指令信号は送信されない。これに代えて、制御部３５は、保護始動動作中に目標圧力を徐々に増加させ、これによりポンプＰの回転速度を緩やかに増加させる。

図１２は、保護始動動作を行ったときの吐出側圧力の変化を示す図である。制御部３５には、上記標準目標圧力（第１の目標圧力）Ｐ０に加えて、図１２に示すような緩やかな上昇勾配を有する目標圧力線（第２の目標圧力）ＴＬが予め記憶されている。制御部３５は、通常始動動作時には、ポンプＰの吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に一致するようにフィードバック制御に基づいてポンプＰの回転速度を制御する。一方、保護始動動作時には、制御部３５はポンプＰの吐出側圧力がこの目標圧力線ＴＬに沿って上昇するように、インバータ２０を介してポンプＰの回転速度を制御する。この目標圧力線ＴＬは、時間０から所定の標準時間Ｔ０までの間に、圧力が０から標準目標圧力Ｐ０まで直線的に増加する上昇勾配を有し、標準時間Ｔ０以降は圧力が標準目標圧力Ｐ０に固定されている。目標圧力線ＴＬの上昇勾配は、吐出側圧力が始動圧力を大きく下回り、かつ給水管７内に空気が入り込んでいる場合であっても、ウォーターハンマーが起こらないような緩やかな上昇勾配である。

制御部３５は、通常始動動作時と同様に、圧力センサ２６の出力値と目標圧力線ＴＬ上の目標圧力との偏差が０となるようにフィードバック制御を行う。すなわち、制御部３５は、運転時間に従って目標圧力を目標圧力線ＴＬに沿って変化させながらフィードバック制御に基づいてポンプＰの回転速度を制御する。ポンプＰの定常運転時および通常始動動作時では、制御部３５は、図４に示す締切運転時の回転速度ＮＢ以上の速度領域でポンプＰが回転するようにインバータ２０に回転速度指令信号を発する。一方、保護始動動作時には、ウォーターハンマーの発生を防止するために、ポンプＰをより低い回転速度で駆動する必要がある。したがって、保護始動動作時では、制御部３５は、回転速度ＮＢよりも低い回転速度を含む広い速度領域でポンプＰが回転するようにインバータ２０に回転速度指令信号を発する。

図１２に示すように、目標圧力線ＴＬは時間０から標準時間Ｔ０までの時間領域では緩やかな上昇勾配を有しているので、ポンプＰの吐出側圧力もこの目標圧力線ＴＬに追随して緩やかに上昇する。図１２に示す例では、ポンプＰの吐出側圧力は、０に近い値Ｐ１から目標圧力線ＴＬに沿って緩やかに上昇し、標準時間Ｔ０をやや超えた時点で標準目標圧力Ｐ０に達する。保護始動動作は、吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに終了する。

上述したように、標準目標圧力Ｐ０は制御部３５に予め記憶されている。したがって、目標圧力線ＴＬは、標準時間Ｔ０および上昇勾配（目標圧力線ＴＬの傾き）のいずれか一方を決定することによって設定することができる。具体的には、目標圧力線ＴＬの設定は、標準時間Ｔ０または上昇勾配を入力部３５ａを介して制御部３５に入力することによって行われる。

標準時間Ｔ０は、吐出側圧力が０から標準目標圧力Ｐ０まで上昇するのに要する時間である。この標準時間Ｔ０は、給水装置１が設置される現場の状況によって調整されることが好ましいが、通常は３０秒から２分の範囲内で設定される。上昇勾配は、単位時間当たりの圧力または揚程の増加幅として表される。例えば、上昇勾配は、１秒間当たりに１ｍ程度の揚程の増加幅として設定される。いずれの場合でも、標準目標圧力Ｐ０は予め設定された値であるので、標準時間Ｔ０および上昇勾配のいずれか一方が設定されれば、他方も一意的に定まる。

保護始動動作は、ポンプＰの吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに終了する。そして、保護始動動作の後は、通常の運転制御の下でポンプＰが運転される。標準時間Ｔ０に達したときに保護始動動作を終了することは可能であるが、標準時間Ｔ０の経過後に吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０を大きく下回っていると、保護始動動作の終了と同時にポンプＰが急加速する可能性がある。したがって、この例においても、安全を確保する観点から、ポンプＰの吐出側圧力が標準目標圧力Ｐ０に達したときに、保護始動動作を終了させることが好ましい。

図１３は、図１２に示す保護始動動作の変形例を示す図である。ポンプＰの始動時の吐出側圧力Ｐｘは、状況ごとに変わりうる。保護始動動作の時間を短くするためには、図１３に示すように、ポンプＰの始動時の吐出側圧力に応じて目標圧力線の始点を変化させることが好ましい。具体的には、図１３に示すように、ポンプＰの始動時の吐出側圧力Ｐｘを始点とする新たな目標圧力線ＴＬ’を設定する。この場合、目標圧力線ＴＬ’の上昇勾配（傾き）はオリジナルの目標圧力線ＴＬと同じである。すなわち、時間０での目標圧力線ＴＬ’の傾きはそのままに維持される。さらに、目標圧力線ＴＬ’の最大値も不変であり、標準目標圧力Ｐ０に維持される。

図１３に示すような目標圧力線ＴＬ’は、次のようにして設定することができる。当初の目標圧力線ＴＬ（図１３の一点鎖線で示す）は、上述したように、標準時間Ｔ０または上昇勾配（目標圧力線ＴＬの傾き）を特定することによって設定される。標準時間Ｔ０から目標圧力線が設定される場合、ポンプＰの始動時の吐出側圧力Ｐｘに対応する時間Ｔｘは、図１３に示すように、目標圧力線ＴＬから求められる。制御部３５は、標準時間Ｔ０から時間Ｔｘを引き算することにより時間Ｔ０’を求め、時間０から時間Ｔ０’までの間に吐出側圧力がＰｘからＰ０まで上昇する上昇勾配を有する新たな目標圧力線ＴＬ’を生成する。一方、上昇勾配から目標圧力線が設定される場合は、制御部３５は、入力された上昇勾配（傾き）と、時間０での圧力Ｐｘの値と、標準目標圧力Ｐ０とから目標圧力線ＴＬ’を生成することができる。このように、ポンプＰの始動時における吐出側圧力に応じて目標圧力線を平行移動させることにより、図１２に示す例に比べて、保護始動動作の時間を短くすることができる。

図１４は、インバータ２０への指令回転速度を徐々に増加させる制御部３５の一構成例を示す模式図である。図１４に示すように、比較部３５Ａは、目標圧力と圧力センサ２６によって測定された吐出側圧力との偏差を算出し、その偏差をＰＩ動作部３５Ｂに送る。ＰＩ動作部３５Ｂは、偏差を０とするためのポンプＰの指令回転速度を演算し、それを加速度リミッタ３５Ｃに送る。加速度リミッタ３５Ｃは、指令回転速度の増加幅を所定の値に制限するように構成される。具体的には、加速度リミッタ３５Ｃは、ＰＩ動作部３５Ｂで演算された指令回転速度が加速度リミッタ３５Ｃに入力されるたびに、該加速度リミッタ３５Ｃに一時的に記憶されている前回の指令回転速度に対する増加幅を計算する。そして、加速度リミッタ３５Ｃは、その増加幅が所定の限度幅を超えている場合には、入力された指令回転速度にその限度幅の上限値または下限値を加えた新たな指令回転速度を出力する。

インバータ２０は、上述のように生成された指令回転速度に基づいて、モータＭを駆動する。このような加速度リミッタ３５Ｃの動作により、指令回転速度はポンプＰの運転時間とともに所定の上昇勾配に沿って増加する。したがって、上述した例と同様に、保護始動動作時のポンプＰの吐出側圧力は緩やかに上昇する。保護始動動作が終了した後は、加速度リミッタ３５Ｃはバイパスされ、これにより通常の制御動作が行なわれる。

以上述べたように、本発明の上記実施形態によれば、ポンプＰの吐出側圧力が緩やかに上昇するので、建物１０の給水管７内に空気が滞留している状態でポンプが始動されたときであっても、ウォーターハンマーの発生を防止することが可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１給水装置
２０インバータ
２２逆止弁
２４フロースイッチ
２６圧力センサ
２８圧力タンク
３５制御部
Ｐポンプ
Ｍモータ

Claims

ポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを可変速駆動する駆動装置と、
前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、
前記制御部は、
前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記給水装置への電源投入後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、
前記給水装置への電源投入後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、
前記給水装置への電源投入後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする給水装置。
ポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを可変速駆動する駆動装置と、
前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、
前記制御部は、
前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、停電からの復電後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、
停電からの復電後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、
停電からの復電後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする給水装置。
水道本管に直結されるポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを可変速駆動する駆動装置と、
前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、
前記制御部は、
前記ポンプの流入圧力が所定の保護圧力以下の場合に前記ポンプの運転を禁止し、
前記流入圧力が前記所定の保護圧力よりも高くなったときに前記ポンプの運転の禁止を解除し、
前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記ポンプの運転禁止が解除された後初めて前記ポンプが始動されるか否かを判断し、
前記ポンプの運転禁止が解除された後初めてのポンプ始動でなければ通常の始動動作を行い、
前記ポンプの運転禁止が解除された後初めてのポンプ始動であれば、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする給水装置。
ポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを可変速駆動する駆動装置と、
前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサと、
前記吐出側圧力が所定の始動圧力以下の場合に前記ポンプを始動して、前記吐出側圧力が目標圧力になるように前記駆動装置に前記ポンプの回転速度の指令を行う制御部とを備えた給水装置であって、
前記制御部は、
前記吐出側圧力が前記始動圧力以下であるときに、前記吐出側圧力と、前記始動圧力よりも低い所定の極低圧力とを比較し、
前記吐出側圧力が前記極低圧力よりも高いときには、通常の始動動作を行い、
前記吐出側圧力が前記極低圧力以下のときには、前記吐出側圧力の上昇が前記通常の始動動作よりも緩やかな保護始動動作を行うことを特徴とする給水装置。
前記通常の始動動作時には、前記駆動装置は前記モータの回転速度を第１の加速度で上昇させ、
前記保護始動動作時には、前記駆動装置は前記モータの回転速度を前記第１の加速度よりも小さい第２の加速度で上昇させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。
前記駆動装置には、前記第１の加速度および前記第２の加速度が記憶されており、
前記制御部は、前記保護始動動作を行う場合には、前記前記駆動装置に前記第２の加速度を使用するように指令することを特徴とする請求項５に記載の給水装置。
前記制御部には、前記第１の加速度および前記第２の加速度が記憶されており、
前記制御部は、前記保護始動動作を行う場合には、前記前記駆動装置に前記第２の加速度を使用するように指令することを特徴とする請求項５に記載の給水装置。
前記制御部は、前記吐出側圧力が予め設定された標準目標圧力に達したときに前記保護始動動作を終了させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の給水装置。
前記制御部には、前記ポンプの運転時間と圧力との関係を示す圧力基準線が記憶されており、
前記制御部は、前記吐出側圧力と、該吐出側圧力が測定された時間に対応する前記圧力基準線上の圧力との差に基づいて、前記保護始動動作中に前記第２の加速度を変化させることを特徴とする請求項５に記載の給水装置。
前記制御部は、所定の時間間隔で前記吐出側圧力と前記圧力基準線上の圧力とを比較し、前記吐出側圧力が前記圧力基準線上の圧力よりも低いときは、前記第２の加速度を大きくし、前記吐出側圧力が前記圧力基準線上の圧力よりも高いときは、前記第２の加速度を小さくすることを特徴とする請求項９に記載の給水装置。
前記制御部は、前記吐出側圧力が予め設定された標準目標圧力に達したときに前記保護始動動作を終了させることを特徴とする請求項９または１０に記載の給水装置。
前記通常の始動動作時には、前記制御部は前記吐出側圧力が第１の目標圧力に到達するように前記ポンプの回転速度を増加させ、
前記保護始動動作時には、前記制御部は前記吐出側圧力が第２の目標圧力に到達するように前記ポンプの回転速度を増加させ、
前記保護始動動作中、前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記第１の目標圧力よりも低い圧力から所定の圧力まで上昇させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。
前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記ポンプの運転時間と圧力との関係を示す目標圧力線として記憶しており、
前記目標圧力線は、時間０から所定の時間までの間に、前記圧力が０から前記所定の圧力まで増加する上昇勾配を有していることを特徴とする請求項１２に記載の給水装置。
前記制御部は、前記目標圧力線を設定するための入力部を有していることを特徴とする請求項１３に記載の給水装置。
前記保護始動動作中、前記制御部は、前記第２の目標圧力を、前記ポンプの始動時の吐出側圧力から前記所定の圧力まで上昇させることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の給水装置。
前記通常始動動作時には、前記制御部は、前記吐出側圧力が前記ポンプを締切運転しているときの目標圧力となる締切回転速度以上の速度領域で前記ポンプの運転を制御し、
前記保護始動動作時には、前記制御部は、前記締切回転速度よりも低い回転速度を含む速度領域で前記ポンプの運転を制御することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の給水装置。
前記保護始動動作中、前記制御部は、前記駆動装置に送る指令回転速度を所定の上昇勾配に沿って上昇させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。