JP4938304B2 - ポンプの制御方法及び給水装置 - Google Patents

Description

本発明はポンプの制御方法及び給水装置に関し、特に吸込圧力の変動があっても推定末端圧力一定制御を行うことができるポンプの制御方法及び給水装置に関する。

家庭などの水を使用する場所に受水槽内の水や井戸水を供給するために、可変速ポンプを用いて推定末端圧力一定制御を行う給水装置が多く用いられている。推定末端圧力一定制御は、可変速ポンプの吐出水量が変動しても末端給水機器における水の吐出圧力が一定になるように、可変速ポンプの吐出圧力を制御するものである。一般に、可変速ポンプと末端給水機器とをつなぐ管路の抵抗は、管路内を流れる水量の２乗に比例して増加する。管路抵抗は管内圧力損失を招くため、その吐出水量での管路抵抗による圧力損失を見込んだ圧力を可変速ポンプの吐出圧力とすることで、可変速ポンプの吐出水量の変動にかかわらず末端給水機器における水の吐出圧力を一定にしている。

ところで、可変速ポンプの吸込圧力が変動すると、その背圧の影響により推定末端圧力一定制御を行うことが困難であるところ、ポンプの流入側に設けた圧力センサーにより流入水圧を検出し、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の流出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のような、吸込側の圧力を検出して推定末端圧力一定制御の基準となる吸込圧力を補正する給水装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１２０５８０号公報

しかしながら、吸込側に圧力センサーを設ける上記の給水装置では、吸込圧力の変動を直接的に把握することができる一方で、給水装置の部品点数が多くなって故障が発生する確率が高くなると共に、コスト高となってしまう。

本発明は上述の課題に鑑み、吸込側に圧力センサーを設けることなく吸込圧力の変動があっても末端圧力一定制御を行うことができるポンプの制御方法、及び部品点数を増加させることなく末端圧力一定制御を行うことができる給水装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るポンプの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、液体ｗを吐出するポンプ２１の吐出圧力を検出する工程（Ｓ２、Ｓ５）と；ポンプ２１の吸込圧力が第１の吸込圧力のときのポンプ２１の、締切運転時の吐出圧力及び回転速度並びに最大流量の液体ｗを吐出した時の吐出圧力及び回転速度から、ポンプ２１が推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを設定する工程（Ｓ１）と；前記運転カーブに従ってポンプ２１を運転する工程（Ｓ２）と；所定時間に渡ってポンプ２１の吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに、運転カーブを設定する基準を求めるためのポンプ２１の吸込圧力を補正する工程（Ｓ２、Ｓ５）とを備える。

このように構成すると、所定時間に渡ってポンプの吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに、運転カーブを設定する基準を求めるためのポンプの吸込圧力を補正する工程を備えるので、ポンプの吐出圧力が安定している状態でポンプの吸込圧力を補正することとなって正確な補正をすることができ、ポンプの吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる。

また、請求項１に記載の発明に係るポンプの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、ポンプ２１の吸込圧力を補正する工程（Ｓ５）が、ポンプ２１の第１の回転速度及び第１の回転速度におけるポンプ２１の第１の吐出圧力と、第１の回転速度とは異なるポンプ２１の第２の回転速度及び第２の回転速度におけるポンプ２１の第２の吐出圧力とを検出する工程と、第１の回転速度及び第１の吐出圧力並びに第２の回転速度及び第２の吐出圧力に基づいてポンプ２１の第２の吸込圧力を算出し、該第２の吸込圧力を補正後の吸込圧力とする工程とを備える。また、請求項２に記載の発明に係るポンプの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、請求項１に記載のポンプ２１の制御方法において、運転カーブを設定する工程（Ｓ１）が、予め関係付けられたポンプ２１の吸込圧力と締切運転時の吐出圧力を与える回転速度との関係に基づいて、第２の吸込圧力に対応するポンプ２１の締切運転時の吐出圧力を与える回転速度を求め、第２の吸込圧力に対応するポンプ２１の締切運転時の吐出圧力を与える回転速度を用いて、ポンプ２１が第２の吸込圧力の下で推定末端圧力一定制御を行うための新たな運転カーブを設定するように構成されている。

このように構成すると、第１の回転速度及び第１の吐出圧力並びに第２の回転速度及び第２の吐出圧力に基づいてポンプの第２の吸込圧力を算出し、該第２の吸込圧力を補正後の吸込圧力とする工程を備えるので、ポンプの相似則における回転速度と圧力との関係から第２の吸込圧力を簡単に求めることができる。また、予め関係付けられた第２の吸込圧力に対応するポンプの締切運転時の回転速度を用いて、ポンプが第２の吸込圧力の下で推定末端圧力一定制御を行うための新たな運転カーブを設定するので、ポンプの吸込圧力が第２の吸込圧力に変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる。

また、請求項３に記載の発明に係るポンプの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、請求項１又は請求項２に記載のポンプ２１の制御方法において、ポンプ２１の吸込圧力を補正する工程（Ｓ６）が、所定時間に渡ってポンプ２１の吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに代えて、ポンプ２１からの送液量が所定の過小流量以下になったときに、ポンプ２１の吸込圧力を補正するように構成され；第１の吐出圧力が、ポンプ２１の締切運転時の吐出圧力に設定され、第２の吐出圧力が、ポンプ２１停止時の目標吐出圧力に設定されている。なお、ポンプからの送液量が所定の過小流量以下とは、典型的には、ポンプを停止する契機となる流量である。また、ポンプの締切運転時の吐出圧力に設定することは、典型的には、締切運転時の吐出圧力を与える回転速度にすることによって実現される。

このように構成すると、ポンプの停止制御の過程において第１の回転速度及び第１の吐出圧力並びに第２の回転速度及び第２の吐出圧力を検出して第２の吸込圧力を算出することができ、ポンプの吸込圧力が第２の吸込圧力に変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明に係る給水装置は、例えば図１（ａ）に示すように、末端給水機器４２（図１（ｂ）参照）に水ｗを送る給水ポンプ２１と；給水ポンプ２１を駆動する原動機２２と；原動機２２の回転速度を制御するコントローラ３１と；給水ポンプ２１の吐出圧力を検出する圧力センサー２８と；請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のポンプの制御方法を用いて給水ポンプ２１を制御する制御装置３０とを備える。

このように構成すると、上述のポンプの制御方法を用いて給水ポンプを制御するので、ポンプの吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる給水装置となる。

また、請求項５に記載の発明に係る給水装置は、例えば図１（ａ）に示すように、請求項４に記載の給水装置２０において、給水ポンプ２１から吐出される水量が所定の過小水量以下になったことを検出するフロースイッチ２７を備え；フロースイッチ２７が給水ポンプ２１から吐出される水量が所定の過小水量以下になったことを検出したときに、制御装置３０が請求項３に記載のポンプの制御方法を用いて給水ポンプ２１を制御するように構成されている。

このように構成すると、フロースイッチが給水ポンプから吐出される水量が所定の過小水量以下になったことを検出したときに、制御装置が請求項３に記載のポンプの制御方法を用いて給水ポンプを制御するので、ポンプの停止制御の過程において変動した吸込圧力を算出し、変動した吸込圧力に基づいて推定末端圧力一定制御を行うことができる給水装置となる。

本発明によれば、所定時間に渡ってポンプの吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに、運転カーブを設定する基準を求めるためのポンプの吸込圧力を補正する工程を備えるので、ポンプの吐出圧力が安定している状態でポンプの吸込圧力を補正することとなって正確な補正をすることができ、ポンプの吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる。

また、ポンプの吸込圧力を補正する工程が、所定時間に渡ってポンプの吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに代えて、ポンプからの送液量が所定の過小流量以下になったときに、ポンプの吸込圧力を補正するように構成される場合は、ポンプの停止制御の過程において第１の回転速度及び第１の吐出圧力並びに第２の回転速度及び第２の吐出圧力を検出して第２の吸込圧力を算出することができ、ポンプの吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る給水装置２０の構成を説明する。図１は、給水装置２０の構成及び設置状況を説明する図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給水装置２０を有する浅井戸給水システム１１の系統図である。浅井戸給水システム１１を構成する給水装置２０は、浅井戸ＳＷの水ｗを末端給水機器としての給水器具４２（例えば水栓）に送る給水ポンプ２１と、給水ポンプ２１を駆動する電動機２２と、給水ポンプ２１からの吐出水ｗを検出するフロースイッチ２７と、給水ポンプ２１から水ｗを送水する際の吐出圧力を検出する圧力センサー２８と、給水ポンプ２１の吐出圧力を蓄える圧力タンク２９と、原動機２２の軸の回転速度を制御するコントローラ３１と、給水ポンプ２１の推定末端圧力一定制御を行う制御装置３０とを備えている。

浅井戸給水システム１１においては、給水装置２０が地上に設置されており、給水装置２０の吸込側にサクション管４４が接続され、給水装置２０の吐出側にデリベリ管４５が接続されている。サクション管４４は、給水装置２０と接続されたのとは反対側の端部が浅井戸ＳＷ内の地下水ｗに没入している。デリベリ管４５は、給水器具４２と接続されている。以下、給水装置２０の詳細を説明する。

給水ポンプ２１は、典型的にはカスケードポンプである。カスケードポンプは摩擦ポンプの名前でも呼ばれるポンプであり、周縁に多数の溝を切った円板として形成された羽根車を有する。このポンプは小型であるが、１個の羽根車で数段の渦巻ポンプに匹敵する揚程を得られ、小容量高揚程の目的に適している。また自吸性を有するので、家庭に給水を行うために受水槽に蓄えた水や井戸水を供給するのに適している。羽根車は、取り外し可能なケーシングカバーを有するポンプケーシングに収納されている。ケーシングカバーは、ポンプケーシングにボルトで取り付けられており、これを取り外すと羽根車にアクセスでき、保守点検が容易にできるように構成されている。また、給水ポンプ２１には、電動機２２の焼損防止のために給水ポンプ２１内の水ｗの昇温を検出するサーミスタ２３が設けられている。

原動機２２は、典型的には直流ブラシレスモータ（以下「ＤＣＢＬモータ」という。）である。ＤＣＢＬモータは、直流電力を入力して仕事をするので、軸の回転速度を容易に変更することができる。電動機２２は、その軸に給水ポンプ２１の羽根車が取り付けられており、軸の回転速度を変えることによって給水ポンプ２１の羽根車の回転速度及び給水ポンプ２１の吐出圧力を可変にする可変速運転をすることができるように構成されている。なお、電動機２２は、インバータ装置に接続された交流電動機を用いてもよい。

給水ポンプ２１の吐出側には吐出管２５が配設されている。吐出管２５は給水装置２０外のデリベリ管４５に接続されている。吐出管２５には、フロースイッチ２７と、圧力タンク２９と、圧力センサー２８とが、上流から下流に向かってこの順番で配設されている。フロースイッチ２７は、給水ポンプ２１の吐出水量が所定の過小水量以下になったことを検出し、検出結果を制御装置３０に送信して給水ポンプ２１を停止に移行させる。圧力センサー２８は、吐出管２５内の圧力（給水ポンプ２１の吐出圧力を含む。）を検出し、検出結果を制御装置３０に送信する。圧力タンク２９は、耐圧容器内にゴム製のブラダが内蔵されており、吐出側の圧力が上昇するとブラダの外側の空気を圧縮し水ｗが加圧状態で貯留される。また、吐出側の圧力が低下するにつれて、圧縮された空気が膨張し、貯留された水ｗを吐出管２５に押し出す。このようにして、給水ポンプ２１が停止しても、しばらくは圧力タンク２９から吐出管２５に水ｗが供給されるように構成されている。なお、フロースイッチ２７は、圧力タンク２９よりも上流側に設置されているので、給水ポンプ２１が停止しているときに圧力タンク２９から供給される水流をフロースイッチ２７が検出することはない。

給水ポンプ２１の吸込側には吸込管２４が配設されている。吸込管２４は、給水装置２０外のサクション管４４に接続されている。吸込管２４には、チェッキ弁２６が配置されている。チェッキ弁２６は、給水ポンプ２１が停止したときに、水ｗが浅井戸ＳＷに逆流しないようにする逆止弁である。本実施の形態では、給水ポンプ２１がカスケードポンプであるので、給水ポンプ２１の始動時に吸込管２４中に空気があってもその空気を排出して水ｗを吸い上げることができるが、チェッキ弁２６が設けられているので給水ポンプ２１の発停ごとに空気を追い出す必要がない。なお吐出側の圧力維持の観点からは、チェッキ弁２６は、吸込管２４に限らず、吐出管２５の圧力タンク２９取り付け位置よりも上流側にあればよい。しかしながら、呼水保持の観点から、給水ポンプ２１の吸込側である吸込管２４に設けるのがよい。

コントローラ３１は整流器を有しており、交流電源４１から入力した交流電力を直流電力に変換し、直流電力の大きさを調節した上で電動機であるＤＣＢＬモータ２２に出力する。コントローラ３１は、出力する直流電力の大きさを制御することにより、ＤＣＢＬモータ２２の回転速度を制御することができるように構成されている。なお、コントローラ３１は、制御装置３０と、観念上区別されるにすぎず、物理的に区別されずに制御装置３０の一部を構成していてもよい。

制御装置３０は、フロースイッチ２７で検出した所定の過小水量以下の検出結果を受信し、圧力センサー２８で検出した給水ポンプ２１の吐出圧力の検出結果を受信する。また、制御装置３０は、コントローラ３１が出力した直流電力の値から給水ポンプ２１の回転速度を検出することができるようになっている。また、制御装置３０はＣＰＵを有しており、給水ポンプ２１の吸込圧力と締切運転時の回転速度とが予め関係付けられて、テーブル又は関数としてＣＰＵに記憶されている。

図２に、給水ポンプ２１の各吸込圧力における締切運転時の回転速度のテーブルを例示する。締切運転時の給水ポンプ２１の吐出圧力は、給水ポンプ２１から末端の給水器具４２までの実揚程及び給水器具４２における必要吐出圧力により定まる一定の値Ｐｂとなる。実揚程とは、実際の汲み上げ高さである。吸込圧力ＰｓＸは、水源水位が給水ポンプ２１の吐出口よりも高位置にある場合はプラスとなり、水源水位が給水ポンプ２１の吐出口よりも低位置にある場合はマイナスとなる。本実施の形態の場合、水源である浅井戸ＳＷの水面が給水ポンプ２１の吐出口よりも低い位置にあるので、吸込圧力ＰｓＸはマイナスとなる。図２から明らかなように、吸込圧力ＰｓＸが高いときほど比較的低い回転速度で吐出圧力Ｐｂとなり、吸込圧力ＰｓＸが低いときほど吐出圧力Ｐｂとするためには高い回転速度を要する。

制御装置３０は、給水ポンプ２１の締切運転時の吐出圧力及び最大流量時の吐出圧力から、管摩擦損失水頭と相関関係を有する２次曲線である、給水ポンプ２１が推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを算出し、算出した運転カーブで給水ポンプ２１が運転するようにコントローラ３１の出力電力を制御することができるように構成されている。

以下、図１及び図３を参照して、給水装置２０の作用と併せて給水ポンプ２１の制御方法を説明する。図３は、給水ポンプ２１の制御方法を説明するフローチャートである。給水装置２０は、給水ポンプ２１の停止中も圧力センサー２８により吐出管２５内の圧力を検出し、制御装置３０に送信している。給水ポンプ２１の停止中に水栓等の給水器具４２から流水があると吐出管２５内の圧力が低下し、圧力センサー２８で検出した圧力が所定の圧力以下になったら給水ポンプ２１を起動する。ここで「所定の圧力」は、典型的には給水器具４２から必要な圧力で水ｗを吐出することができる下限の圧力である。なお、給水ポンプ２１が停止しているときは、圧力タンク２９に蓄えられた圧力により、給水器具４２から必要な圧力で水ｗを吐出することとなる。

給水ポンプ２１を起動したら、制御装置３０は、給水ポンプ２１が推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを設定する（Ｓ１）。ここで図４を参照して、運転カーブについて説明する。
図４は、第１の吸込圧力としての吸込圧力Ｐｓ１のときの給水ポンプ２１の運転カーブＲ１を説明する図であり、（ａ）は横軸を吐出水量Ｑ、縦軸を吐出圧力ＰとしたＱ−Ｐ線図、（ｂ）は横軸を回転速度Ｎ、縦軸を吐出圧力ＰとしたＮ−Ｐ線図である。図４（ａ）では、給水ポンプ２１の回転速度をパラメータとしている。給水装置２０には、水量ゼロのときの給水ポンプ２１の吐出圧力Ｐｂ（締切圧力Ｐｂ）、及び最大流量Ｑｍ１のときの給水ポンプ２１の吐出圧力Ｐａを予め設定しておく。運転カーブＲ１は、給水ポンプ２１の締切運転時の吐出圧力Ｐｂと、最大流量Ｑｍ１の水ｗを吐出した時の吐出圧力Ｐａとから設定する。ここで、締切運転時の吐出圧力Ｐｂとは、水量ゼロの時の給水器具４２の必要吐出圧力と実揚程とを加えた圧力である。最大流量Ｑｍ１時の吐出圧力Ｐａは、計画された最大使用水量Ｑｍ１を流したときの吐出管２５及びデリベリ管４５での損失分の圧力に末端給水器具４２の吐出圧力Ｐｂを加えた圧力である。図４中、吸込圧力Ｐｓ１のときの吐出圧力Ｐｂにおける給水ポンプ２１の回転速度をＮｂ１と表す。また、吸込圧力Ｐｓ１のときの吐出圧力Ｐａにおける給水ポンプ２１の回転速度をＮｍ１と表す。

図４（ａ）において、給水ポンプ２１が推定末端圧力一定制御を行うための、吸込圧力Ｐｓ１のときの運転カーブＲ１は、水量ゼロにおける吐出圧力Ｐｂの点Ｘｂ１と、最大流量Ｑｍ１において末端圧力をＰｂに維持するのに必要な吐出圧力Ｐａの点Ｘａ１とを結ぶ２次曲線で表される。推定末端圧力一定制御は、流量Ｑが変化した場合のその吐出水量での管路抵抗による圧力損失を見込んだ圧力を給水ポンプ２１の吐出圧力とするため、ダルシー−ワイスバッハの式によって算出される、管摩擦損失水頭Ｐを吐出水量Ｑとの関数とした抵抗曲線と相関関係がある。

図４（ｂ）において、２次曲線Ｃｓ１は、吸込圧力Ｐｓ１における、給水ポンプ２１の締切運転時の回転速度Ｎと吐出圧力Ｐとの関係を示す締切運転カーブである。図４（ｂ）においては、運転カーブＲ１は、締切運転カーブＣｓ１上となる吐出圧力Ｐｂを与える回転速度Ｎｂ１の点Ｙｂ１と、吐出圧力Ｐａにおける回転速度Ｎｍ１の点Ｙａ１とを結ぶ線で表される。図４（ｂ）では、運転カーブＲ１は略直線となる。

再び図３を主に参照し、図１及び図４を適宜参照して、給水ポンプ２１の制御方法の説明を続ける。運転カーブＲ１を設定したら（Ｓ１）、運転カーブＲ１から現在の回転速度Ｎｃ１における目標吐出圧力ＴＰｃを演算し、圧力センサー２８で検出された実際の圧力Ｐｃと比較して、目標吐出圧力ＴＰｃと実際の圧力Ｐｃとの差がゼロになるように、給水ポンプ２１の回転速度Ｎｃ１を調整する（Ｓ２）。例えば、給水ポンプ２１を回転速度Ｎｃ１で運転しているときの実際圧力Ｐｃが、運転カーブＲ１から定まる目標吐出圧力ＴＰｃよりも低いときは回転速度を上げ、逆に目標吐出圧力ＴＰｃよりも高いときは回転速度を下げる。このように給水ポンプ２１の回転速度Ｎｃ１を調整して、目標吐出圧力ＴＰｃと実際の圧力Ｐｃとが等しくなったところで安定した推定末端圧力一定制御の運転を行うことができる。

さて、浅井戸給水システム１１では、浅井戸ＳＷの水位の変動に伴って、給水ポンプ２１の吸込圧力が変動する。
図５は、吸込圧力が変動したときの締切運転カーブの変化（Ｃｓ１→Ｃｓ２）を説明するＮ−Ｐ線図である。図５に示すように、吸込圧力Ｐｓ１で運転していた給水ポンプ２１が、浅井戸ＳＷの水位の変化により第２の吸込圧力である吸込圧力Ｐｓ２に変化したとすると、締切運転時の吐出圧力Ｐｂを与える給水ポンプ２１の回転速度は、Ｎｂ１からＮｂ２に変化することとなる。言い換えると、吸込圧力Ｐｓ１から吸込圧力Ｐｓ２に変化したときの回転速度Ｎｂ１における締切運転時の吐出圧力Ｐｚは、圧力Ｐｂよりも高くなる。これは、本実施例の場合、吸込圧力の変動によって、回転速度Ｎｂ１より少ない回転速度Ｎｂ２で吐出圧力Ｐｂとすることができることを意味している。したがって、吸込圧力がＰｓ１からＰｓ２に変化したときに推定末端圧力一定制御を行うには、吸込圧力Ｐｓ１における運転カーブＲ１を、吸込圧力Ｐｓ２のときの締切運転時の吐出圧力Ｐｂを与える回転速度Ｎｂ２の点Ｙｂ２を起点とする新たな運転カーブＲ２に置き換える必要がある。この置き換えは、制御装置３０にて行われるべきものである。仮に、浅井戸ＳＷの水位変動によって吸込圧力が変化しても運転カーブを更新しないと、以下に説明するように、推定末端圧力一定制御を行うことはできない。

図６は、吸込圧力の変動に対して更新前の運転カーブに従った場合の実際のポンプの運転状態を説明するＱ−Ｐ線図である。上述のように、吸込圧力Ｐｓ１から吸込圧力Ｐｓ２に変化した場合は、回転速度Ｎｂ１より少ない回転速度Ｎｂ２で吐出圧力Ｐｂとすることができる。ところが、吸込圧力の変動に伴って運転カーブが更新されていないと、制御装置３０では依然として吐出圧力Ｐｂを与える最低回転速度が回転速度Ｎｂ１であると認識しているため、回転速度Ｎｂ１を下限とした運転をすることとなる。すると、吐出圧力Ｐｂとする回転速度Ｎｂ１における吐出水量Ｑｂ１よりも吐出水量が少なくなったときも回転速度Ｎｂ１を維持することとなり、吐出水量がゼロに近づくにつれて吐出圧力が上昇することとなる。結果として、吸込圧力の変動に対して運転カーブを更新しない場合、実際の給水ポンプ２１は、点Ｘｚ１、Ｘｂ１、Ｘａ１で結ばれる曲線Ｒｒで運転することとなる。これは、吸込圧力Ｐｓ２における推定末端圧力一定制御の運転カーブＲ２とは異なることが明らかである。

そこで、図３に示す運転カーブを設定する工程（Ｓ１）で必要な吸込圧力の見直しを、以下の手順で行う。目標吐出圧力ＴＰｃと実際の圧力Ｐｃとの差がゼロになるように、給水ポンプ２１の回転速度Ｎｃ１を調整したら（Ｓ２）、フロースイッチ２７がＯＦＦであるか否かを判断する（Ｓ３）。フロースイッチ２７がＯＦＦとは、給水ポンプ２１の吐出水量が所定の過小水量以下になった状態である。所定の過小水量は、典型的には、実質的に吐出水量がゼロの流量である。

フロースイッチ２７がＯＦＦでないときは、所定時間に渡って給水ポンプ２１の吐出圧力の変動幅が所定の範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ４）。所定時間は、正確な吸込圧力を算出するために必要な、吐出圧力の安定を得るための時間であり、例えば１分以内の適切な時間を設定するとよい。また、所定の範囲内は、正確な吸込圧力を算出するのに差し支えない程度の吐出圧力の変動幅であり、例えば１ｍ（０．０１ＭＰａ）としてもよい。なお、吐出圧力が安定している状態の例示としては、給水機器４２が水栓の場合、必要な水量が得られ、水栓の開度の変更が必要のない状態が挙げられる。

所定時間に渡って給水ポンプ２１の吐出圧力の変動幅が所定の範囲内にあるとはいえない場合、言い換えると所定時間内に所定の範囲を超える吐出圧力の変動があった場合、目標吐出圧力ＴＰｃと実際の圧力Ｐｃとの差がゼロになるように、給水ポンプ２１の回転速度Ｎｃ１を調整する工程（Ｓ２）に戻る。反対に、所定時間に渡って給水ポンプ２１の吐出圧力の変動幅が所定の範囲内にある場合は、異なる２点について、第１の点における給水ポンプ２１の第１の回転速度及びその時の給水ポンプ２１の第１の吐出圧力と、第２の点における給水ポンプ２１の第２の回転速度及びその時の給水ポンプ２１の第２の吐出圧力とを検出し、検出した第１の回転速度及び第１の吐出圧力並びに第２の回転速度及び第２の吐出圧力に基づいて給水ポンプ２１の第２の吸込圧力を算出する（Ｓ５）。このとき、給水ポンプ２１運転時現在の回転速度から第１及び第２の回転速度を決定し、それらの回転速度で運転したときの吐出圧力を検出することにより第１及び第２の吐出圧力を検出してもよく、現在の吐出圧力から第１及び第２の吐出圧力を決定し、それらの吐出圧力になるように給水ポンプ２１の回転速度を制御することで第１及び第２の回転速度を検出するようにしてもよい。

図７は、異なる２点の回転速度と吐出圧力の検出を説明するＮ−Ｐ線図である。図７のＮ−Ｐ線図は、吸込圧力Ｐｓ１と仮定したものとする。給水ポンプ２１の現在の運転点が、吐出圧力Ｐｃ、回転速度Ｎｃ１の点Ｙｃであるとしたとき、現在の運転点Ｙｃよりも高吐出圧力、高回転速度の任意の運転点を吐出圧力Ｐｄ、回転速度Ｎｄ１の点Ｙｄで表し、現在の運転点Ｙｃよりも低吐出圧力、低回転速度の任意の運転点を吐出圧力Ｐｅ、回転速度Ｎｅ１の点Ｙｅで表すこととする。上述の第２の吸込圧力を算出するための異なる２点は、運転点Ｙｃ、Ｙｄ、Ｙｅの中から任意の２点を選択すればよい。ここで、第２の吸込圧力の算出精度を高めるためには異なる２点の幅は大きい方がよく、流動変動や吸込圧力変動幅を小さくするためには異なる２点の幅は小さい方がよい。したがって、ある程度の精度を維持しつつ流動変動や吸込圧力変動幅を小さくするために、現在の運転点Ｙｃから大きく離れることなく２点の幅をできるだけ大きく取るためには、点Ｙｃの上下の２点Ｙｄ、Ｙｅを上記の異なる２点とするのが好ましい。

第１及び第２の吐出圧力、回転速度を検出したら、この検出した値に基づいて第２の吸込圧力Ｐｓ２を算出する。吸込圧力Ｐｓ２は、ポンプ揚程は回転速度の２乗に比例するというポンプの相似則を表す以下に示す式から求めることができる。なお、以下の式では、異なる２点を点Ｙｄ及び点Ｙｅとした場合を示す。

上記（１）式を吸込圧力Ｐｓ２で解くと下記の（２）式となる。

上記（２）式に、検出した、点Ｙｄにおける吐出圧力Ｐｄ、回転速度Ｎｄ１、点Ｙｅにおける吐出圧力Ｐｅ、回転速度Ｎｅ１を代入することで、吸込圧力Ｐｓ２を求めることができる。なお、算出の結果吸込圧力の変動がない場合、第２の吸込圧力Ｐｓ２は第１の吸込圧力Ｐｓ１と等しいこととなる。

図３を参照して説明を続ける。上記（２）式により吸込圧力Ｐｓ２を求めたら、給水ポンプ２１が推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを設定する工程（Ｓ１）に戻り、運転カーブを設定する基準となる締切運転時の吐出圧力Ｐｂを与える給水ポンプ２１の回転速度を決定するのに必要な吸込圧力を、新たに算出した吸込圧力Ｐｓ２として運転カーブを補正する。新たな運転カーブに更新したら、給水ポンプ２１の推定末端圧力一定制御を行い、目標吐出圧力ＴＰｃと実際の圧力Ｐｃとの差がゼロになるように、給水ポンプ２１の回転速度Ｎｃ１を調整し（Ｓ２）、上述のフローを繰り返す。

他方、フロースイッチ２７がＯＦＦであるか否かを判断する（Ｓ３）工程において、フロースイッチ２７がＯＦＦである場合、制御装置３０は給水ポンプ２１を停止するための制御に入る。上述のように、フロースイッチ２７がＯＦＦのときは給水ポンプ２１の吐出水量が所定の過小水量以下になっている（このときの運転点を「停止指令点」ということとし、停止指令点の吐出圧力を「停止指令吐出圧力」、回転速度を「停止指令回転速度」ということとする）。給水ポンプ２１は、停止制御に入ると、予め設定されたポンプ停止圧力まで吐出圧力が昇圧する運転をした後に停止する。ポンプ停止圧力は、典型的には停止するまでに行っていた推定末端圧力一定制御運転における最大吐出水量Ｑｍ１のときの吐出圧力Ｐａである。なお、停止指令吐出圧力は、典型的には水量ゼロの時の給水ポンプ２１の吐出圧力である。このように、給水ポンプ２１を停止する直前に吐出圧力が昇圧する運転をすると圧力タンク２９に蓄圧され、この圧力タンク２９に蓄えられた圧力により、給水ポンプ２１を起動させなくても、蓄えた圧力がなくなるまで給水器具４２から必要な圧力で水ｗを吐出することができる。このような蓄圧運転により給水ポンプ２１の発停頻度を少なくすることができ、給水ポンプ２１の寿命を延ばすことができる。

なお、停止指令回転速度は、現実の吸込圧力の変動に伴い変化する。これを図６を参照して説明する。図６は、設定された運転カーブが第１の吸込圧力Ｐｓ１のときの締切運転時の吐出圧力を与える回転速度を基準としたものであるが、浅井戸ＳＷの水位の上昇により吸込圧力がＰｓ２となっているが運転カーブを更新していない場合、実際は運転カーブＲｒに従った運転をすることとなる。この場合、設定された締切運転時の吐出圧力Ｐｂを与える回転速度Ｎｂ１になっても未だＱｂ１の流量が流れている。フロースイッチ２７がＯＦＦになるためにはさらに流量が小さくなる必要があるが、運転カーブＲｒに従った運転をすると流量が小さくなるにつれて吐出圧力が上昇することとなる。そこで、制御装置３０は、給水ポンプ２１の回転速度がＮｂ１のままであるにも拘わらず吐出圧力が上昇したら、実際には吸込圧力が変動している状況下で吐出水量が小さくなっていると判断し、吐出圧力Ｐｂを維持するように回転速度を小さくしていく制御に切り替える。吐出圧力Ｐｂが一定のまま吐出水量が小さくなって行き、やがてフロースイッチ２７がＯＦＦになったときに給水ポンプ２１の回転速度を検出する。このようにフロースイッチ２７がＯＦＦになったときに検出した回転速度が停止指令回転速度となる。逆に浅井戸ＳＷの水位が低下したときは、停止指令回転速度のみならず停止指令吐出圧力も変化する。浅井戸ＳＷの水位が低下したときは、吐出圧力がＰｂまで下がる前かつ回転速度がＮｂ１まで下がる前にフロースイッチ２７がＯＦＦとなる。この場合、フロースイッチ２７がＯＦＦになったときに検出した回転速度が停止指令回転速度、検出した吐出圧力が停止指令吐出圧力となる。

フロースイッチ２７がＯＦＦであり、給水ポンプ２１を停止するための制御に入ったときは、停止指令吐出圧力及び停止指令回転速度と、ポンプ停止圧力及びこのときの回転速度を検出し、これらの吐出圧力及び回転速度を異なる２点の吐出圧力及び回転速度として、上述の（２）式より第２の吸込圧力Ｐｓ２を算出する（Ｓ６）。停止指令吐出圧力及び停止指令回転速度と、ポンプ停止圧力及びこのときの回転速度から吸込圧力Ｐｓ２を算出したら、制御装置３０に記憶させて、給水ポンプ２１を停止する。次回、給水ポンプ２１起動して、推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを設定する工程（Ｓ１）に至ったときは、停止前に算出した吸込圧力における締切運転時の吐出圧力Ｐｂを基準として運転カーブを設定する。

以上の説明では、給水装置２０が浅井戸給水システム１１に設けられているとして説明したが、他の給水システムにおいても適用可能である。
図８は、本発明の実施の形態に係る給水装置２０を有する受水槽給水システム１８の系統図である。受水槽給水システム１８は、給水装置２０と、給水装置２０よりも高位に設置された受水槽ＴＬと、サクション管４４とを含んで構成されている。受水槽給水システム１８においては、給水装置２０の吐出側にデリベリ管４５が接続されており、デリベリ管４５の末端には、末端給水機器としての給水器具４２（例えば水栓）が設けられている。給水装置２０の構成及び作用は、浅井戸給水システム１１（図１参照）の給水装置２０と同様である。受水槽給水システム１８では、受水槽ＴＬ内の水位変動により給水ポンプ２１の吸込圧力が変動するが、受水槽給水システム１８においても、上述した、吸込圧力の変動に応じた運転カーブを設定する制御を行う。これにより、吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことが可能である。なお、受水槽ＴＬに代えて、高層建物の中間階に設けられる中間水槽としても、同様に適用可能である。

図９は、本発明の別の実施の形態に係る給水装置９０の構成及び設置状況を説明する図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給水装置９０を有する深井戸給水システム１９の系統図である。給水装置９０は、給水装置２０における給水ポンプ２１（図１参照）に代えて、水中ポンプ９１が深井戸ＤＷ内に配設されている。水中ポンプ９１には、原動機９２が内蔵されており、原動機９２の軸が水中ポンプ９１の羽根車に接続されている。水中ポンプ９１は、地上ユニット内のユニット内配管９５と吸込管９４を介して接続されている。地上ユニット内には、ユニット内配管９５の他、フロースイッチ２７、圧力センサー２８、圧力タンク２９、コントローラ３１を有する制御装置３０が配設されている。フロースイッチ２７、圧力センサー２８、圧力タンク２９は、給水装置２０（図１参照）のものと同様の構成を有しており、ユニット内配管９５に上流から下流に向かってこの順番で配設されている。ユニット内配管９５の、吸込管９４が接続された端部と反対側には、末端に末端給水機器としての給水器具４２（例えば水栓）が設けられたデリベリ管４５が接続されている。深井戸給水システム１９では、深井戸ＤＷ内の水位変動により水中ポンプ９１の吸込圧力が変動するが、深井戸給水システム１９においても、上述した、吸込圧力の変動に応じた運転カーブを設定する制御を行う。これにより、吸込圧力が変動しても推定末端圧力一定制御を行うことが可能である。

本発明の実施の形態に係る給水装置の構成及び設置状況を説明する図である。（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給水装置を有する浅井戸給水システムの系統図である。 ポンプの各吸込圧力における締切運転時の回転速度のテーブルの図である。 給水ポンプの制御方法を説明するフローチャートである。 第１の吸込圧力のときの給水ポンプの運転カーブＲ１を説明する図である。（ａ）はＱ−Ｐ線図、（ｂ）はＮ−Ｐ線図である。 吸込圧力変動時の締切運転カーブの変化を説明するＮ−Ｐ線図である。 吸込圧力の変動に対して更新前の運転カーブに従った場合の実際のポンプの運転状態を説明するＱ−Ｐ線図である。 異なる２点の回転速度と吐出圧力の検出を説明するＮ−Ｐ線図である。 本発明の実施の形態に係る給水装置を有する受水槽給水システムの系統図である。 本発明の別の実施の形態に係る給水装置の構成及び設置状況を説明する図である。（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給水装置を有する深井戸給水システムの系統図である。

符号の説明

１１ 浅井戸給水システム
１８ 受水槽給水システム
１９ 深井戸給水システム
２０ 給水装置
２１ 給水ポンプ
２２ 原動機
２７ フロースイッチ
２８ 圧力センサー
３０ 制御装置
３１ コントローラ
４２ 末端給水機器
ｗ 水
ＤＷ 深井戸
ＳＷ 浅井戸
ＴＬ 受水槽

Claims (5)

1. 液体を吐出するポンプの吐出圧力を検出する工程と；
   前記ポンプの吸込圧力が第１の吸込圧力のときの前記ポンプの、締切運転時の吐出圧力及び回転速度並びに最大流量の液体を吐出した時の吐出圧力及び回転速度から、前記ポンプが推定末端圧力一定制御を行うための運転カーブを設定する工程と；
   前記運転カーブに従って前記ポンプを運転する工程と；
   所定時間に渡って前記ポンプの吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに、前記運転カーブを設定する基準を求めるための前記ポンプの吸込圧力を補正する工程とを備え；
   前記ポンプの吸込圧力を補正する工程が、
   前記ポンプの第１の回転速度及び前記第１の回転速度における前記ポンプの第１の吐出圧力と、前記第１の回転速度とは異なる前記ポンプの第２の回転速度及び前記第２の回転速度における前記ポンプの第２の吐出圧力とを検出する工程と、
   前記第１の回転速度及び前記第１の吐出圧力並びに前記第２の回転速度及び前記第２の吐出圧力に基づいて前記ポンプの第２の吸込圧力を算出し、該第２の吸込圧力を補正後の吸込圧力とする工程とを備える；
   ポンプの制御方法。
2. 前記運転カーブを設定する工程が、
   予め関係付けられた前記ポンプの吸込圧力と締切運転時の吐出圧力を与える回転速度との関係に基づいて、前記第２の吸込圧力に対応する前記ポンプの締切運転時の吐出圧力を与える回転速度を求め、前記第２の吸込圧力に対応する前記ポンプの締切運転時の吐出圧力を与える回転速度を用いて、前記ポンプが前記第２の吸込圧力の下で推定末端圧力一定制御を行うための新たな運転カーブを設定するように構成された；
   請求項１に記載のポンプの制御方法。
3. 前記ポンプの吸込圧力を補正する工程が、所定時間に渡って前記ポンプの吐出圧力の変動幅が所定の範囲内のときに代えて、前記ポンプからの送液量が所定の過小流量以下になったときに、前記ポンプの吸込圧力を補正するように構成され；
   前記第１の吐出圧力が、前記ポンプの締切運転時の吐出圧力に設定され、前記第２の吐出圧力が、前記ポンプ停止時の目標吐出圧力に設定された；
   請求項１又は請求項２に記載のポンプの制御方法。
4. 末端給水機器に水を送る給水ポンプと；
   前記給水ポンプを駆動する原動機と；
   前記原動機の回転速度を制御するコントローラと；
   前記給水ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサーと；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のポンプの制御方法を用いて前記給水ポンプを制御する制御装置とを備える；
   給水装置。
5. 前記給水ポンプから吐出される水量が所定の過小水量以下になったことを検出するフロースイッチを備え；
   前記フロースイッチが前記給水ポンプから吐出される水量が前記所定の過小水量以下になったことを検出したときに、前記制御装置が請求項３に記載のポンプの制御方法を用いて前記給水ポンプを制御するように構成された；
   請求項４に記載の給水装置。
   

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