JPH08151996A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エネルギーの無駄使いを無くすとともに末端水
栓の圧力を一定制御する汎用性に富む改良されたポンプ
装置を提供する。 【構成】顧客の要求水量の増減で変化する配管損失抵抗
によって生じる水栓の圧力変動を、前記インバータから
前記モータへ出力する運転周波数を制御しモータの回転
数を変速させることによって、配管損失抵抗分の水栓の
圧力変動をポンプの吐出圧力で補正する制御を行う。 【効果】水栓からの吐出圧力をほぼ一定制御することが
可能であるとともに、エネルギーの無駄使いを無くすこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水栓の開閉に伴い自動
的に運転開始／運転停止、または運転開始／運転停止／
並列運転開始／並列運転解除などを行うポンプ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のポンプ装置は圧力スイッチ、また
は圧力スイッチと流量スイッチとの組合せで運転開始や
運転停止をしているものが一般的である。そして、その
ほとんどが同期速度で運転するため、顧客の要求水量に
関係なくポンプが運転されることになりエネルギーの無
駄使いとなっていた。

【０００３】また、他の制御方法としては、顧客の要求
水量が変化しても、ポンプの吐出圧力を一定に保つ吐出
圧力一定制御が知られている。この制御を図４に基づき
説明する。

【０００４】図４は横軸に水量Ｑ，縦軸に供給圧力Ｐを
示している。給水設備の最上階の末端水栓に必要な圧力
と水量を得るためには、ポンプ吐出圧力Ｐｄは、給水設
備の建物高さに水栓の最低必要圧力を加えることによっ
てほぼ決定される末端水栓必要圧力Ｐａに最大水量時Ｑ
max 時の配管損失抵抗Ｐｂを加えた圧力が必要となる。
しかし、この制御においては、配管損失抵抗は水量の二
乗に比例して変化するため末端水栓圧力Ｐｚは図中の破
線のように変動する。すなわち、本制御においては、ポ
ンプ吐出圧力Ｐｄが一定であっても顧客の要求水量の変
化に伴い、末端水栓圧力Ｐｚが変動するので使い勝手が
悪かった。また、図中の斜線の範囲はエネルギーの無駄
使いと考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の構成に
よれば、顧客の要求水量の変化に伴い末端水栓の圧力が
変動するため使い勝手が悪く、エネルギーの無駄使いが
生じていた。

【０００６】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、顧客
の要求水量に応じてポンプの能力を十分に発揮して、エ
ネルギーの無駄使いを無くすとともに末端水栓の圧力を
一定制御する汎用性に富む改良されたポンプ装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、顧客の要求水量の増減で変化する配管損
失抵抗によって生じる水栓の圧力変動を、インバータか
らモータへ出力する運転周波数を制御しモータの回転数
を変速させることによって、配管損失抵抗分の水栓の圧
力変動をポンプの吐出圧力で補正する制御とした。

【０００８】

【作用】本発明によれば、顧客の要求水量の増減で変化
する配管損失抵抗によって生じる水栓の圧力変動を、イ
ンバータからモータへ出力する運転周波数を制御しモー
タの回転数を変速させることによって、配管損失抵抗分
の水栓の圧力変動をポンプの吐出圧力で補正する制御と
することにより、水栓からの吐出圧力をほぼ一定制御す
ることが可能であるとともに、エネルギーの無駄使いを
無くすことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図８に基づ
き説明する。

【００１０】まず、全体構成を図１により説明する。

【００１１】ポンプ装置の共通ベッド１上には、２台の
ポンプヘッド２，３が取り付けられ、各々のポンプヘッ
ド２，３の吸込側には、仕切弁４，５が接続され、バイ
パス管６を介して水源７に接続されている。ポンプヘッ
ド２，３の下流側は、合流管８，吐出管９を介して各々
の水栓１０に接続されている。合流管８には、吐出側圧
力センサー１１，圧力タンク１２が取り付けられ、バイ
パス管６には、流入側圧力センサー１３が取り付けられ
ている。また、共通ベッド１上には、架台１４が設置さ
れ、架台１４の上部に制御箱１５が取り付けられてい
る。

【００１２】次に、本発明のポンプ装置の動作の概略に
ついて、図２を用いて説明する。

【００１３】運転待機状態から、Ｔ１で水栓１０を開き
水を使いはじめると、圧力タンク１２に蓄水された水が
流出し、ポンプ装置に設けられた吐出側圧力センサー１
１の検出圧力が（ｃ）のように、および水栓１０からの
吐出圧力が（ｂ）のように徐々に低下する。この結果、
圧力低下を連続して認めた時点Ｔ２で運転を開始する。
水栓１０の開度つまり水の使用量に応じて吐出側圧力セ
ンサー検出圧力も低下し、モータ回転数をインバータで
増して、水栓１０からの吐出圧力を一定に保持しながら
運転している。

【００１４】Ｔ３にて水の使用量を減じた場合には、吐
出側圧力センサー１１の検出圧力が上昇するので、モー
タ回転数は減じられて、同様に水栓１０からの吐出圧力
を一定に保持しながら運転している。同様にＴ４で再度
水の使用量が増す場合、Ｔ５で水の使用量が一定となる
場合、Ｔ６でさらに水の使用量が増す場合、Ｔ１１で使
用量が減る場合も各々の状況に応じて吐出側圧力センサ
ー１１の検出圧力に伴い、モータ回転数を変えて、水栓
１０からの吐出圧力を一定としているもので、これの繰
り返しで運転されるものである。

【００１５】そして、Ｔ１２にて、水の使用を終了し
て、水栓１０を閉じた時点では、モータに流れる電流が
一定となり、吐出側圧力センサー１１の検出圧力を増し
て、設定圧力まで上昇させて圧力低下方向への変化がな
いことを確認してＴ１４でポンプを停止し、待機状態と
なるものである。

【００１６】次に２台のポンプヘッド２，３を並列運転
する状況について、図３に基づき詳述する。運転待機状
態から、Ｔ１で水栓１０を開き水を使い始めると、圧力
タンク１２に蓄水された水が流出し、（ｄ）のようにポ
ンプ装置に設けられた吐出側圧力センサー１１の検出圧
力および水栓１０からの吐出圧力が徐々に低下する。こ
の結果、圧力低下を連続して認めた時点Ｔ２で（ｂ）の
ように先行機の運転を開始する。水栓の開度、つまり水
の使用量に応じてモータ回転数を増して水栓１０からの
吐出圧力を一定に保持しながら運転している。これは図
２の運転と同様である。

【００１７】Ｔ３にて、水の使用量を減じた場合には、
吐出側圧力センサー１１の検出圧力が上昇するのでモー
タ回転数を減じて同様に水栓１０からの吐出圧力を一定
に保持しながら運転している。その後、水の使用量が増
してモータ回転数が増し、モータ回転数が設定回転数に
到達しても、なおかつ圧力低下が認められた時点Ｔ５で
（ａ）のように追従機の運転を開始するとともに、その
時点の圧力値を記憶する。この時、吐出側圧力センサー
１１の検出圧力に応じて追従機のモータ回転数を変化せ
しめる。その後、圧力上昇を検出し、前記追従機運転開
始時に記憶した圧力値に到達した時点で、先行機の運転
を停止し、追従機のみで対応する。この繰り返しによ
り、大水量時には先行機と追従機が並列に運転するもの
である。

【００１８】次に本実施例の制御の詳細を説明する。

【００１９】まず最初に本実施例の制御の考え方を図５
に基づき説明する。図５は横軸に水量Ｑ，縦軸に供給圧
力Ｐを示している。図中Ｐａは給水設備の建物高さに水
栓の最低必要圧力を加えることによってほぼ決定される
末端水栓必要圧力である。Ｐｂはポンプ装置から設備の
最上階の末端水栓までの配管全長の配管損失抵抗であ
る。例えば、ポンプの吐出圧力を末端水栓必要圧力Ｐａ
一定で運転すると、顧客の要求水量がＱ１としたとき、
ポンプの運転周波数はｆ１である。しかし、実際は水量
Ｑ１時の配管損失抵抗Ｐｂの損失分Δｈだけ末端水栓圧
力は低下する。したがって、末端水栓圧力を変動させな
いためには、水量Ｑ１必要時には損失分Δｈに相当分の
ポンプの運転周波数を上げる（ｆ１→ｆ２）制御を行う
必要がある。つまり、配管損失抵抗Ｐｂの曲線にしたが
ってポンプの運転周波数を変化させれば末端水栓圧力は
一定とすることができる。

【００２０】具体的に順を追って本発明を説明すると、
図５の制御を実施するにあたっては、まず末端水栓必要
圧力Ｐａ時の締切運転点のポンプの運転周波数ｆｘを設
定する必要がある。ポンプの運転周波数ｆｘを設定する
方法を、図６に基づき説明する。

【００２１】図６は横軸にポンプの運転周波数ｆｘ，縦
軸に締切圧力Ｐｔを示している。ポンプの運転周波数ｆ
ｘと締切圧力Ｐｔの関係は１次式で近似することができ
るので、ポンプの運転周波数ｆｘは式で表すことがで
きる。

【００２２】 ｆｘ＝〔(Ｐｔ−Ｐ１)(ｆｘ２−ｆｘ１)／(Ｐ２−Ｐ１)〕＋ｆｘ１ … 例えば本ポンプ装置を水道本管に直結して使用する場合
は、水道本管の圧力、すなわち水道水圧Ｐｗを考慮する
必要があるので式は式に変換される。

【００２３】 ｆｘ＝｛〔(Ｐｔ−Ｐｗ)−Ｐ１〕〔ｆｘ２−ｆｘ１〕 ／〔Ｐ２−Ｐ１〕｝＋ｆｘ１ … ここで、式のＰｔは末端水栓必要圧力Ｐａに置換して
考えることができる。すなわち本発明では、末端水栓必
要圧力Ｐａを設備の建物高さに水栓の最低必要圧力を加
えた数値とし、その数値を外部から入力可能な構成とす
るとともに、水道水圧Ｐｗは図１の流入側圧力センサー
１３によって判断することができるので、式により末
端水栓必要圧力Ｐａ時の締切運転点のポンプの運転周波
数ｆｘは容易に設定することができる。ちなみに、式
のＰ１，Ｐ２，ｆｘ１，ｆｘ２はポンプの性能から容易
に求まる数値である。

【００２４】次に、図７のフローチャートと図８によっ
て本実施例をさらに詳細に説明する。

【００２５】本ポンプ装置の運転開始から運転停止まで
の動作の概略については前述したので図７のフローチャ
ートでは省略する。

【００２６】ポンプ運転開始後、ステップ５０では前述
したように末端水栓必要圧力時の締切運転点のポンプの
運転周波数ｆｘを設定する。

【００２７】ステップ５１では、ポンプ運転開始後の圧
力変動を吐出側圧力センサー１１の圧力勾配で判定す
る。圧力勾配がマイナスであれば顧客の要求水量が増加
していると判断し、ステップ５２でインバータからモー
タへ出力する運転周波数ｆをΔｆ増加させる。

【００２８】ステップ５３では、運転周波数ｆがステッ
プ５０で設定したｆｘからΔｆ１増加しているか判定す
ることにより顧客の要求水量を判定している。すなわち
図８に示すように、水量Ｑ１時の運転周波数はｆｘ＋Δ
ｆ１となり、この数値はポンプ特性で決定されるので容
易に顧客の要求水量を判定することができる。

【００２９】ステップ５３で運転周波数ｆ＝ｆｘ＋Δｆ
１と判定すれば、ステップ５４で運転周波数ｆをΔｆｎ
増加させる。これは、図８に示すように、水量Ｑ１時の
配管損失抵抗Ｐｂの損失分Δｈをポンプの吐出圧力で補
正するために損失分Δｈに相当する運転周波数Δｆｎを
増加させている。

【００３０】このステップ５１からステップ５４までの
一連の動作を図８に示す水量Ｑ２時，Ｑ３時……と同様
に繰り返すことにより配管損失抵抗Ｐｂによって生じる
水栓の圧力変動を無くすことができる。

【００３１】すなわち、顧客の要求水量の増減で変化す
る配管損失抵抗によって生じる水栓の圧力変動を、イン
バータからモータへ出力する運転周波数を制御しモータ
の回転数を変速させることによって、配管損失抵抗分の
水栓の圧力変動をポンプの吐出圧力で補正する制御とす
ることにより、水栓からの吐出圧力をほぼ一定制御する
ことが可能であるとともに、エネルギーの無駄使いを無
くすことができる。

【００３２】また、顧客の要求水量を、インバータから
モータへ出力する運転周波数の変化によって推定するこ
とが可能な制御とすることにより、水量の検知を行う流
量センサー等の高価な機器が不必要となる。

【００３３】さらには、本ポンプ装置によって給水され
る設備の最上階の末端水栓必要圧力を供給するのに必要
なポンプの運転周波数を、ポンプ装置の流入側の圧力を
略直線的に検出する流入側圧力センサーの圧力値と、設
備の建物高さを外部から入力することによって推定する
ことが可能な制御とすることにより、例えば本ポンプ装
置を水道本管と直結して使用する場合、水道本管の圧力
が利用できるうえに、設備の建物高さに応じたポンプの
運転周波数が設定できるので省エネルギー運転が可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上のごときであり、本発明に
よれば、顧客の要求水量の増減で変化する配管損失抵抗
分の水栓の圧力変動をポンプの吐出圧力で補正する制御
とすることにより、水栓からの吐出圧力をほぼ一定制御
することが可能であるとともに、エネルギーの無駄使い
を無くすことができる。

【００３５】したがって、本ポンプ装置はエネルギーの
無駄使いを無くすとともに末端水栓の圧力を一定制御す
る汎用性に富む改良された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】本発明に係るポンプ装置の一実施例を示す斜視
図。

【図２】運転開始から停止するまでを時系列的に記載し
た運転状況図。

【図３】並列運転開始および並列運転解除を加えた運転
開始から停止するまでを時系列的に記載した運転状況
図。

【図４】従来の制御方法を示す線図。

【図５】本発明に係るポンプ装置の制御方法を示す線
図。

【図６】運転周波数ｆｘと締切圧力Ｐｔの関係図。

【図７】本発明に係るポンプ装置の制御方法を示すフロ
ーチャート図。

【図８】図８のフローチャート図の説明線図。

【符号の説明】

１…共通ベッド、２，３…ポンプヘッド、４，５…仕切
弁、６…バイパス管、７…水源、８…合流管、９…吐出
管、１０…水栓、１１…吐出側圧力センサー、１２…圧
力タンク、１３…流入側圧力センサー、１４…架台、１
５…制御箱。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプヘッドと、前記ポンプヘッドに各々
   直結しこれを駆動させるモータと、前記モータに各々設
   置し出力する周波数を変化させることによりモータの回
   転数を変速させるインバータと、ポンプヘッドまたは、
   ポンプヘッドから水栓までの任意の位置の圧力を略線形
   的に検出する吐出側圧力センサーと、前記ポンプヘッド
   の流入側の圧力を略線形的に検出する流入側圧力センサ
   ーを有し、前記ポンプヘッドが水栓の開閉に伴い自動的
   に運転，停止を行うポンプ装置において、顧客の要求水
   量の増減で変化する配管損失抵抗によって生じる水栓の
   圧力変動を、前記インバータから前記モータへ出力する
   運転周波数を制御しモータの回転数を変速させることに
   よって、配管損失抵抗分の水栓の圧力変動をポンプの吐
   出圧力で補正する制御を行うことを特徴とするポンプ装
   置。
2. 【請求項２】顧客の要求水量を、前記インバータから前
   記モータへ出力する運転周波数の変化によって推定する
   ことが可能な制御としたことを特徴とする請求項１記載
   のポンプ装置。
3. 【請求項３】給水される設備の最上階の末端水栓必要圧
   力を供給するのに必要なポンプの運転周波数を、ポンプ
   装置の流入側の圧力を略線形的に検出する流入側圧力セ
   ンサーの圧力値と、設備の建物高さを外部から入力する
   ことによって推定することが可能な制御としたことを特
   徴とする請求項１記載のポンプ装置。