【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力タンク式給水装置に係り、特に、変速ポンプの吐き出し側圧力をほぼ一定に保つとともに変速ポンプのＯＮ，ＯＦＦ運転時の圧力低下を規定範囲内に押え使用水量が大きく急変してもこれにすばやく応動できる圧力タンク式給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプの吐き出し側に圧力タンクを連結したポンプ装置では、給水量の変動で吐き出し圧力が大きく変化してしまわないようにポンプを運転制御する必要がある。 このため、ポンプ装置の吐き出し側圧力を測定し、吐き出し圧力が吐き出し目標圧力に保たれるよう常時両圧力を比較し、偏差に応じた大きさの制御信号を取り出し、この制御信号を基にポンプを連続的に可変速運転する方法が考えられる。 この場合、高価な圧力測定器の替わりに可変速段数に見合うだけの圧力スイッチを使用することで段階的可変速運転を可能にし、装置の低コスト化を図ることもできる。

【０００３】しかし、段階的可変速運転を可能にする圧力タンク式給水装置では、吐き出し側の圧力変動が大きくなってしまうことがあり、変動幅を圧縮することが難しいという問題がある。 そこで、小数の圧力センサを設け、この圧力センサの信号を基にポンプの運転速度を予め定めた一定幅だけ、順次、増速または減速してゆくことが考えられている。 しかし、使用水量が少ない時には、ポンプを増・減速ではなく、ＯＮ，ＯＦＦ運転しなければならず、経済的な見地から極端に小さな容量の圧力タンクしか持たない設備では、ポンプ停止時に給水圧力が下限圧力よりも低下してしまうという問題が生じる。 即ち、変速ポンプが最低回転速度で運転している状態で使用水量が少なくなると、圧力タンクやその近傍の給水管内圧力が上昇して上限圧力に達し、変速ポンプが停止してしまうが、このとき、圧力タンク容量が小さいと圧力が急激に下限圧力まで下がり、再び、変速ポンプが最低回転速度で始動し始める。

【０００４】尚、従来技術に関連するものとして、例えば実開昭５６―１６１１９３号記載のものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように圧力が下限圧力まで下がって変速ポンプが始動しても、最低回転速度に達するまでには数秒を要する。 このため、この間に圧力タンクやその近傍の給水管内の圧力は、下限圧力よりもさらに低圧力の状態まで低下してしまう。 やがて変速ポンプが最低回転速度に達すると、次第に圧力を回復するが、結果的に圧力変動が大きくなってしまう。
この圧力変動は、量水計や瞬間湯沸器等に悪影響を与えるため、好ましくない。 また、段階的に変速指定を行なうときに使用水量に大きな過不足が生じると、使用水量に見合う回転速度に達するまでの遅れ時間が長くなり、
精度の良い自動制御特性が得にくいという難点がある。

【０００６】そこで、常に圧力を監視してその圧力が目標圧力範囲内となるようにフィードバック制御するのが好ましいが、使用水量が少ないときにこの圧力一定制御を行うと、ポンプの停止・始動が頻繁に行われ、また、
速度の増減速が頻繁に行われるとポンプの劣化を速めることになり、好ましくない。

【０００７】本発明の目的は、精度の良い自動制御特性を得ると共にポンプやモートルの劣化が少ない圧力タンク式給水装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、可変速モートルによって変速駆動され水を需要側に吐き出すポンプと、該ポンプと需要側との配管途中に設けられた圧力タンクと、前記ポンプの吐き出し側圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段により前記ポンプの吐き出し側圧力を許容圧力範囲内で駆動するように制御される圧力タンク式給水装置において、前記圧力検出手段が所定圧力範囲を越える圧力を一定時間継続したことを検出したことに基づき前記ポンプの速度を変化させる速度制御手段を備えることで、達成される。

【０００９】

【作用】ポンプを停止した後に始動する場合や、ポンプの速度を増減速する場合に、直前の制御状態が一定時間継続していない場合には始動や増減速を行わず、直前の制御状態が一定時間継続した場合に限って始動や増減速を行うため、頻繁に停止・始動、増減速が行われることはなくなり、ポンプの長寿命化を図ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置では、マイコン等を使用して、予め変速モートルの回転速度を有限段階に変速可能なようにプログラミングしておき、一定時間毎に吐き出し設定（目標）圧力と実際の圧力を比較し、両圧力が一致していなかった場合はポンプの運転速度を変更していく。 特に、最低回転速度を変更していくのであるが、最低回転速度でポンプをＯＮしたりポンプをＯＦＦしたりするＯＮ・ＯＦＦ運転時には、ＯＦＦ時における圧力低下を押えるために、最低回転速度で運転する際のポンプ特性を詳細は後述するように適正に選んでおく。 そして、減速指令用の圧力センサあるいは流量センサなどから成る過少需要求量検出センサの検出値に基づいてポンプをＯＮ・ＯＦＦ運転したり、又、使用水量が大きく急変化した場合にも応答性を良くするために、変速する前に再度、前記センサの検出値の判定を実行する。 尚、以下の実施例で使用するセンサは、圧力スイッチや流量スイッチであるため、所定圧力や所定流量以上を検出しとき接点が開（ＯＦＦ）となり、それを下回るときに接点が閉（ＯＮ）となるものとして説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置の構成図である。 図２，図４，図５はポンプの運転特性図であり、図３は改善前の圧力変動パターンを示す図であり、図６に改善後の圧力変動パターンを示す。 また、図７は、本発明実施例に係るポンプの運転制御のフローチャートである。

【００１２】図１において、ＲＴは受水槽、ＳＬＶ1，
ＳＬＶ2は仕切弁、Ｐはポンプ、Ｍは可変速モートル、
ＣＨＶは逆止め弁、Ｔは圧力タンク、ＤＰは給水管、Ｐ
ＳＬは圧力タンク又はその近傍の給水管内の圧力が所定低圧力を検出する低圧側圧力センサである。 この低圧側圧力センサＰＳＬは、圧力が高圧力から低下して圧力Ｐ
1を下回ったとき閉路し、圧力が低圧力から上昇して圧力Ｐ2（＞Ｐ1）を上回ったとき開路する。 ＰＳＨは高圧側圧力センサであり、圧力が高圧力から低下して圧力Ｐ
3（＞Ｐ2）より下回ったとき閉路し、圧力が低圧力より上昇して圧力Ｐ4（＞Ｐ3）を上回ったとき開路する。 Ｖ
は末端の水栓を示す。

【００１３】図２は、縦軸に圧力，横軸に水量を取ったポンプの一般的なＱＨ特性図であり、圧力Ｐ1〜Ｐ4が前記各圧力センサＰＳＬ，ＰＳＨの各動作圧力である。 Ｐ
1は、最高位の末端の水栓Ｖへ給水するのに必要な圧力つまり下限圧力であり、Ｐ4は上限圧力値である。 曲線ａは、可変速モートルＭの回転速度が最低速度Ｎｍｉｎ
のときのポンプＰのＱＨ特性、同様に曲線ｂ，ｃ，ｄ，
ｅはそれぞれ可変速モートルＭの回転速度がＮ１，Ｎ
2，Ｎmax（最高回転速度）のときのポンプＰのＱＨ特性である。 また、水量Ｑ1，Ｑ2は、ＱＨ特性曲線ａ上の圧力Ｐ1，Ｐ4における水量である。

【００１４】可変速モートルＭ及びポンプＰの回転速度は、任意の回転速度で良いが簡単のためＮminに設定されており、可変速モートルＭ及びポンプＰは停止しているものと仮定する。 この仮定のもとで、マイクロコンピュータはまず、高圧側圧力センサＰＳＨの開閉判断を行ない、開路している場合にはそのまま停止状態を保ち、
閉路している場合には変速モートルＭ及びポンプＰを最低回転速度Ｎminで始動し始める。 この始動で、ポンプＰが最低回転速度に達するまでに数秒を要するが、この間、圧力タンクに保有している水量で給水を行なうので、下限圧力Ｐ1以上を確保できる。 しかし、図２に示すポンプ特性が平坦であったり、上限圧力Ｐ4を低く設定していた場合、最低回転速度Ｎmin時のポンプ特性曲線ａ上の圧力Ｐ4における水量Ｑ２が大きくなる。 この場合、もし、圧力タンク容量を小さくしていると、この水量Ｑ2を圧力タンクの保有水量でまかない切れず、圧力タンクＴ内及び近傍の給水管ＤＰ内の圧力が下限圧力Ｐ1以下に低下してしまう。

【００１５】そこで、ポンプが始動して指定速度、いまの場合は最低回転速度に達するまでの遅れ時間経過後でも、圧力が下限圧力Ｐ1より低下しない需要水量（ポンプの吐き出し量）Ｑminを実験より求めると、図２に示すＱminの位置となる。

【００１６】そこで、本実施例では、図４に示すように、ポンプ特性曲線ａと上限圧力Ｐ4との交点の水量Ｑ2
が、前記遅れ時間経過後でも下限圧力Ｐ1より圧力降下の生じない需要水量Ｑminより小さくなるようにポンプ特性を設定する。 即ち、変速モートルＭ及びポンプＰの回転速度Ｎmin又は上限設定圧力Ｐ4を決める。

【００１７】この様に適性に設定されたポンプ特性のもとで、第７図に示す様に、マイクロコンピュータは高圧側圧力センサＰＳＨの開閉判断を実行し、閉路（需要水量が少ない状態が続いている）している場合には、ポンプＰを最低回転速度Ｎminで運転し、開路している場合にはポンプＰを停止させる。 すなわち、最低回転速度Ｎ
minにおいては高圧側圧力センサＰＳＨの開・閉に伴なって停止・始動を繰り返す。 しかし、圧力センサＰＳＨ
が開路するたびにポンプを停止していたのでは、始動頻度が高くなり、モートルやポンプを劣化させる原因となる。

【００１８】そこで、変速モートルＭ（すなわちポンプＰ）が最低回転速度Ｎminで始動した後に高圧側圧力センサＰＳＨの開閉判断を実行し、この判断で開路している場合には待ち時間ｔだけ待機し、この待機時間ｔ後に再度高圧側圧力センサの開閉判断を実行する。 そして、
この再度の判断で、未だ高圧側圧力センサＰＳＨが開路している場合に、変速モートルＭ（即ちポンプＰ）を停止させる。 この再度の判断で高圧側圧力センサＰＳＨが開路していない場合には、ポンプＰを継続して運転している状態で、ステップＪ3へジャンプする。

【００１９】このように、例えポンプＰの締め切り運転になったとしても安全に運転を継続できる時間内の一定時間ｔだけ待つため、ポンプの始動頻度は小さくなる。
また、この待機時間ｔ後に再度高圧側圧力センサが開路しているか否かを判定し、図４に示す様に、開路している場合つまり圧力がＰ4以上の場合には、使用水量がＱ2
より少ないためポンプを停止させ、閉路している場合には圧力がＰ3より小さく使用水量はＱminより多いため、
引き続きポンプを運転する。 この様に、使用水量が図４
の水量Ｑ2より小さいときにポンプを停止しても、図６
に示す様に、圧力タンク及びその近くの給水管内圧力は下限圧力Ｐ1より低下することはなく、所要圧力を維持することができる。

【００２０】次に、ある任意の回転速度で運転している状態では使用水量が減少すると、高圧側圧力センサＰＳ
Ｈが開路し（この時、当然低圧側圧力センサＰＳＬも開路している。）ポンプＰの回転速度はさらに下位の回転速度に減速し、使用水量の増加に伴なって低圧側圧力センサＰＳＬが閉路すると（この時当然高圧側圧力センサＰＳＨは閉路している。）、ポンプＰの回転速度はさらに上位の回転速度に増速する。 下限圧力Ｐ1と上限圧力Ｐ４との間でバランスして運転している場合には、いずれかの圧力センサＰＳＨ，ＰＳＬの開閉判断ループを繰り返し実行し、現状の速度を維持するように図示しないマイクロコンピュータは処理を進めてゆく。

【００２１】このように、ポンプの有限段階の工程歩進形のステップ制御をとっていると、使用水量の急激な変化に対して、制御の応答性が悪くなることもある。 そこで、本実施例では、この点をさらに改良してある。 これについて以下説明する。

【００２２】今、ポンプＰの回転速度をＮminとし、マイクロコンピュータは図７のステップＡを実行しているものとする。 つまり、低圧側圧力センサＰＳＬの開閉状態を判定し、開路している場合にはＪ2へジャンプし、
閉路していれば次のステップＢへ進み、ｔ秒間の時間だけ待機する。

【００２３】この後、ポンプＰの回転速度としてＮ1を指定するところであるが、その前に使用水量の変化に備えてステップＣで再度低圧側圧力センサＰＳＬの開閉判断を実行し、閉路していればステップＤで回転数Ｎ1を指定する。 もしこの時に開路していたら、再びＪ2へジャンプし、今度はステップＫで高圧側圧力センサＰＳＨ
の開閉判断を実行し、開路していればポンプＰを停止させる方向へと処理を進めていく。 このステップＫでの判定が“閉路”であれば、もう一度、Ａ，Ｂ，Ｃのステップの順に処理を進める。

【００２４】次に、回転速度Ｎ1の状態で、高圧側センサＰＳＨの開閉判断処理ステップＥを実行し、閉路していればステップＦ（低圧側圧力センサＰＳＬの開閉判断），ステップＧ（ｔ秒間の待ち時間処理）の順に処理を進める。 ステップＥの判定結果が“開路”であれば、
ステップＨに進み、ｔ秒間の待ち時間処理を実行した後、使用水量の急変に備えステップＩで再度、高圧側圧力センサの開閉判断を実行し、閉路していればＪ4にジャンプし、もう一度Ｅ，Ｆ，Ｇのステップを実行する。
即ち、ポンプＰの回転速度がＮ1からＮminへ即時に減少させることがないようにする。 ステップＩの判定で開路している場合には、Ｊ3へジャンプし、Ａステップから再度実行する。 以下、逐次、前述した作動を各回転速度ごとに行なう。 このように、増速指令を行なう前に、再度、低圧側圧力センサの開閉判断を実行し、減速指令を行なう前に、再度、高圧側圧力センサの開閉判断を実行するようにしているので、使用水量の急激な変化に即応でき、精度の良好な速度制御が可能となる。

【００２５】次に、ポンプＰの回転速度が最低速度の時に実行されるポンプのＯＮ・ＯＦＦ運転制御について説明する。 図５は、ＯＮ・ＯＦＦ運転時の圧力タンクＴ内及び給水管ＤＴ内の圧力降下防止を説明する図である。
一般的に、ポンプは長年の使用でハネグルマやマウスリングなど摺動部が摩耗し、特性が低下したり、ポンプの吸込揚程が当初計画時よりも低下する。 これらの事態が生じると、図４で説明した様にして圧力Ｐ4が最小の水量Ｑminの値は、ポンプ締切圧力ＰＳに対して余り余裕がない場合などが生じることがある。

【００２６】そこで、本実施例では、需要水量がポンプＰを停止するまでに少なくなったか否かを直接検出する流量センサＦＳ（図1）を設け、この流量センサＦＳの検出値に基づいて、ポンプのＯＮ・ＯＦＦ運転制御を行う。 即ち、ポンプ起動後に最低回転数に達するまでの待ち時間中に下限圧力Ｐ1まで圧力降下の生じない需要水量Ｑminより小さい値に設定した水量Ｑ4を流量センサＦ
Ｓで検出し、水量がこの値Ｑ4より低下したときポンプＰを停止させるようにする。

【００２７】この流量センサＦＳは、水量Ｑ4以下になったとき開路し、それより大きな水量Ｑ3を越えたとき閉路するように設定しておく。 つまり、最低回転速度Ｎ
minでポンプが運転しているときに流量センサＦＳが水量Ｑ4以下を検出したときポンプを停止し、停止中に水量がＱ3以上となったときポンプを始動する。 勿論、本実施例で重要な所は流量センサをポンプ停止の判断に用いるところにあり、ポンプ起動を高圧側圧力センサの閉信号で行ってもよいことはいうまでもない。 また、本実施例でも、ポンプＰの変速指令は圧力センサＰＳＨ，Ｐ
ＳＬの検出値により行なう。

【００２８】最後に、図８により、上述した実施例を実行する制御装置の構成を説明する。 図８において、ＣＯ
Ｎはマイクロコンピュータを内蔵した制御装置であり、
各種センサＦＳ，ＰＳＨ，ＰＳＬの信号を取り込み、メモリＭに予め記憶したプログラムに従い、各種指令を発する。 ＩＮＶはインバータ装置であり、交流電源ＰＷより交流電流を供給され、制御装置ＣＯＮよりの速度指令に応じて、可変速モートルＭを可変速運転するための可変周波数交流電力を発生する。 ＳＷはインバータ装置Ｉ
ＮＶと可変速モートルＭを電気的に接続するためのポンプ停止回路であり、制御装置ＣＯＮからの運転指令・停止指令により動作する。

【００２９】すなわち、制御装置ＣＯＮは圧力センサから圧力低下を示す信号が入力されたとき、モートルＭの始動あるいは増速操作を行ない、ポンプ停止回路ＳＷの閉指令（運転指令）およびインバータ装置ＩＮＶの発振周波数の一定幅の増加指令（増速指令）を発する。 逆に、センサから需要水量の過少を示す信号が入ったとき、モートルＭの減速あるいは停止操作を行なうようにインバータ装置ＩＮＶの発振周波数の一定幅の減少指令（減速指令）あるいはポンプ停止回路ＳＷの開指令（停止指令）を発する。

【００３０】このように、本実施例によれば、 （１） 最低回転数の時のポンプ特性から適正に上限圧力Ｐ4を選べば、圧力タンク及び給水管内の圧力が下限圧力より降下することがなく、量水計や瞬間湯沸器に悪影響を及ぼすことがない。

【００３１】（２） 上記（１）において、流量センサにより、ポンプが最低回転数に達するまでの遅れ時間中に下限圧力Ｐ1を下回ることのない最小水量を検出し、
ポンプの停止を行なうようにするので、ポンプの吸込揚程が低下しても、所要の最少水量を確保できる。

【００３２】（３） 変速指令を実行する前に再度、圧力センサの開閉判定をマイクロコンピュータで実行するので、使用水量の急激な変化に容易に即応でき、精度の良い速度制御が可能となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプが予め定めた最低運転速度で運転を続けているときセンサの信号を受け需要水量が少なくなったと判断したときポンプを予め定めた一定時間運転した後、再度センサの信号を取り込み需要水量が少ない状態が続いていると判断されるときポンプの停止操作を行なうので、ポンプの起動，停止や速度変化の頻度が少なくなってポンプ，モートルの劣化が抑制され、また、需要水量が減少した場合にも十分な制御性を確保してゆくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置の構成図である。

【図２】一般的なポンプ特性図である。

【図３】従来におけるポンプの圧力変動パターンを示すグラフである。

【図４】本発明の一実施例におけるポンプ特性図である。

【図５】本発明の別実施例におけるポンプ特性図である。

【図６】本発明による改善後のポンプの圧力変動パターンを示す図である。

【図７】本発明の一実施例に係る圧力タンク式給水装置の制御手順を示すフローチャートである。

【図８】図７の制御を実行する制御装置の構成図である。

【符号の説明】

Ｍ…可変速モートル、Ｐ…ポンプ、Ｔ…圧力タンク、Ｐ
ＳＬ…圧力センサ、ＰＳＨ，ＦＳ…過少需要求量検出センサ、ＣＯＮ…制御装置、ＳＷ…ポンプ停止回路。