可変速給水装置
【課題】多量の水が短時間に使用された場合でも、給水圧力の変動を抑えることができる可変速給水装置を提供する。
【解決手段】本発明の可変速給水装置は、ポンプ１Ａと、ポンプ１Ａを駆動するモータ２Ａと、モータ２Ａの回転速度を変える変速手段３と、変速手段３を介してポンプ１Ａの回転速度を変えることによりポンプ１Ａの吐き出し側の水圧を制御する制御部４とを備える。制御部４は、ポンプ１Ａの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときにポンプ１Ａを停止させ、ポンプ１Ａの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときはポンプ１Ａを始動させ、さらに、予め設定された始動時刻において、ポンプ１Ａが停止している場合は、ポンプ１Ａを所定の回転速度で回転させるように構成されている。
【解決手段】本発明の可変速給水装置は、ポンプ１Ａと、ポンプ１Ａを駆動するモータ２Ａと、モータ２Ａの回転速度を変える変速手段３と、変速手段３を介してポンプ１Ａの回転速度を変えることによりポンプ１Ａの吐き出し側の水圧を制御する制御部４とを備える。制御部４は、ポンプ１Ａの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときにポンプ１Ａを停止させ、ポンプ１Ａの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときはポンプ１Ａを始動させ、さらに、予め設定された始動時刻において、ポンプ１Ａが停止している場合は、ポンプ１Ａを所定の回転速度で回転させるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変速給水装置に関し、特に給水圧力の変動を抑えることができる可変速給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給水装置では、一般に、ポンプの吐出側に設置された圧力センサにより吐出管内の水圧（以下、吐出圧力という）を検出し、ポンプの回転速度を変化させることで吐出圧力（給水圧力）を一定にしている。通常、水の使用量は時間帯によって大きく変動し、例えば、夜間では水使用量が大幅に減少する。そこで、省エネルギーの観点から、給水装置は、水の使用量がある程度低下したときはポンプを停止させる小水量停止機能を一般に備えている。
【０００３】
吐出管には、水を一時的に溜めておく圧力タンクが連結されており、ポンプを再び始動しなくても、しばらくの間は圧力タンクから水が需要先に供給されるようになっている。水が使用されるにつれて圧力タンク内の水は少なくなり、吐出管内の水圧（吐出圧力）が低下する。そして、この吐出圧力がポンプの始動圧力にまで低下すると、圧力センサがこれを検知し、ポンプが再始動される。
【０００４】
通常、集合住宅やオフィスビルでは、多量の水が短時間に使用されることがほとんどないため、ポンプ始動後に水の使用に起因する吐出圧力（給水圧力）の変動は少ない。しかしながら、学校やイヴェントビルなどでは、休み時間のトイレなどで大量の水が急激に使用されるため、ポンプによる水の供給が水の使用に追いつかず、しばしば圧力不足を招くなどの支障をきたす場合があった。このような理由から、屋上に設置された水槽から給水する方法が採用されることが多いが、屋上に水槽を設置するための施工や水位検出の配線など、コストが高かった。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９９５７６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、多量の水が短時間に使用された場合でも、給水圧力の変動を抑えることができる可変速給水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記モータの回転速度を変える変速手段と、前記変速手段を介して前記ポンプの回転速度を変えることにより前記ポンプの吐き出し側の水圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときに前記ポンプを停止させ、前記ポンプの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときは前記ポンプを始動させ、さらに、予め設定された始動時刻において、前記ポンプが停止している場合は、前記ポンプを所定の回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする可変速給水装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記始動時刻は複数であり、該複数の始動時刻は変更可能に構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記始動時刻から所定の時間が経過した後、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水圧が所定の目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプから吐き出された水を逃がす逃がし管と、前記逃がし管に設けられた逃がし弁とをさらに備え、前記始動時刻において、前記ポンプが停止している場合、前記逃がし弁を開いてから、前記ポンプを始動するように構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が前記始動圧力よりも高くなる回転速度であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が、給水末端への給水に必要な最低圧力よりも高くなる回転速度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポンプの始動時刻を休み時間の１分前などに設定しておき、休み時間の前に予めポンプの回転速度を上げておけるので、水が使われ始めたときのポンプの対応が早く、給水圧力（吐出圧力）の変動を最小限に抑えることができる。また、イヴェント会場などではイヴェントによって設定時間を変えて、休憩時間に給水圧力不足が起きないように対応することができる。本発明は、学校やイヴェント会場のほか、映画館、劇場など、トイレ等の使用が集中しやすい休憩時刻が決まっている建物にも効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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１は、本発明の第１の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。この給水装置は、水を加圧する２台のポンプ１Ａ，１Ｂと、これらポンプ１Ａ，１Ｂをそれぞれ駆動する２台のモータ２Ａ，２Ｂと、これらモータ２Ａ，２Ｂの回転速度を変えるための２台のインバータ（変速手段）３，３と、これらインバータ３，３を介してモータ２Ａ，２Ｂを制御して、ポンプ１Ａ，１Ｂの回転速度を変える制御部４とを備えている。なお、本実施形態に係る給水装置は２台のポンプを備えているが、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、本発明に係る給水装置は、１台のポンプのみを備えていてもよく、また３台以上のポンプを備えていてもよい。
【００１１】
図１に示すように、ポンプ１Ａ，１Ｂは、それぞれチェッキ弁７を介して１本の吐出管１０に連結されている。この吐出管１０は、建物の蛇口や水洗トイレなどの給水末端に接続されている。吐出管１０には、吐出管１０内の水圧（吐出圧力）を保持する圧力タンク１１が連結されている。さらに、吐出管１０には圧力センサ８が配設されており、吐出圧力を検出するようになっている。ポンプ１Ａ，１Ｂの吸込口は受水槽１２に連結されており、受水槽１２には受水槽１２内の水位を検出する電極棒（水位検出器）１３が設置されている。電極棒１３は制御部４に電気的に接続されており、制御部４にて受水槽１２の水位が監視されている。制御部４は、受水槽１２の水位が所定のレベルにまで下がると、ポンプ１Ａ，１Ｂが空運転しないように渇水警報を出してポンプ１Ａ，１Ｂを停止させる。
【００１２】
それぞれのポンプ１Ａ，１Ｂの吐出口の近傍には、水の流量が少なくなったことを検出する流量検出手段としてのフロースイッチ１５が設置されている。フロースイッチ１５は、それぞれのポンプ１Ａ，１Ｂから吐き出される水の流量が低下して所定の値に達した時に、信号を制御部４に送るようになっている。インバータ３，３は漏洩遮断器１６，１６を介して電源に接続される。制御部４には表示操作部１８が接続されており、作業員は表示操作部１８から目標圧力や始動圧力などの種々の設定を行なう。さらに、制御部４には、時計機能を有するタイマーユニット２０が接続されている。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る給水装置の通常の運転制御（吐出圧力一定制御）シーケンスを示すフローダイヤグラムである。制御部４には、ポンプ１Ａを始動させる始動圧力が表示操作部１８を介して予め設定されている。制御部４は、圧力センサ８から送られてきた吐出圧力Ｐが始動圧力Ｐstartよりも低いか否かを判断し、吐出圧力Ｐが始動圧力Ｐstartよりも低くなったときに（Ｐ＜Ｐstart）、ポンプ１Ａを始動させる。
【００１４】
吐出圧力は、表示操作部１８から入力された目標圧力と制御部４にて比較される。吐出圧力が目標圧力より低い場合、制御部４はインバータ３に増速指令を送る。吐出圧力が目標圧力より高い場合は、制御部４はインバータ３に減速指令を送る。より具体的には、制御部４は目標圧力Ｐｔと吐出圧力Ｐとを一致させるためのポンプ１Ａの回転速度Ｎを算出（圧力演算）する。そして、制御部４は、その算出された回転速度Ｎを指令値としてインバータ３に送り、ポンプ１Ａを回転速度Ｎで回転させる。このようにして、制御部４は吐出圧力を一定に保つようにインバータ３を介してモータ２Ａを制御する。なお、モータ２Ｂも同様にして制御部４により制御される。
【００１５】
一般に、本実施形態のように、給水装置は複数のポンプを有しており、故障時には自動的に待機中のポンプが始動するように構成される。蛇口が多く開かれて水が多く使われるほど、ポンプを増速することが必要とされ、水使用量が少なくなるとポンプは減速することになる。しかしながら、短時間に水使用量が増えると、ポンプの増速が水の需要に追いつかず、吐出圧力が低下する。
【００１６】
そこで、本実施形態では、運転中のポンプ１Ａの回転速度がその最高速度にまで上がり、なおかつ吐出圧力Ｐが目標圧力Ｐｔよりも低い（Ｐ＜Ｐｔ）状態が所定の時間継続した場合は、停止中のポンプ１Ｂが始動される（ポンプ追加）。このとき、先行して運転していたポンプ（先発ポンプ）１Ａの回転速度は最高速度または最高速度付近の速度に固定され、追加されたポンプ（後発ポンプ）１Ｂが回転速度Ｎで運転される。なお、制御部４にて算出される回転速度Ｎは、水の使用量に応じて変動するため、後発ポンプ１Ｂは変速運転されることとなる。
【００１７】
使用水量が減り、１台のポンプで目標圧力が得られるようになると、つまり変速運転中の後発ポンプ１Ｂの回転速度がその最低回転速度にまで下がり、かつ後発ポンプ１Ｂの流量がゼロとなった状態が所定時間継続すると、後発ポンプ１Ｂが停止され（ポンプ解列）、先発ポンプ１Ａが再び回転速度Ｎで運転される。
【００１８】
制御部４は、水が使用されなくなった時はポンプ１Ａを停止させるようになっている。具体的には、フロースイッチ１５が作動して所定時間経過すると、制御部４は水が使用されなくなったと判断する。水が使用されなくなったと判断すると、制御部４はポンプ１Ａに小水量停止動作を行わせて、ポンプ１Ａの運転を停止する。
【００１９】
小水量停止動作とは、ポンプ１Ａの回転速度を一時的に上げ、吐出圧力を上げた後、ポンプ１Ａを停止する動作である。ポンプ１Ａを停止すると、ポンプ１Ａの吐出側のチェッキ弁７により水は吐出管１０内に保持される。さらに、吐出管１０に連通する圧力タンク１１に水が送られ、圧力タンク１１により吐出管１０内の水圧、すなわち吐出圧力が保持される。ポンプ１Ａの停止後、水が使用されて吐出圧力が始動圧力まで下がると（Ｐ＜Ｐstart）、ポンプ１Ａが再び始動する。
【００２０】
小水量停止動作において、停止前に吐出圧力を上げる理由は、ポンプ１Ａの停止後すぐにポンプ１Ａが始動しないように、上記始動圧力と吐出圧力との差を持たせるためである。小水量停止動作としては、圧力差が設けられればよいので、目標圧力でポンプ１Ａを停止し、始動圧力を目標圧力よりも若干低い値に設定した小水量停止動作であってもよい。
【００２１】
制御部４は、吐出圧力が始動圧力以下になったことを判断してポンプ１Ａを始動する。このとき、ポンプ１Ａが停止している状態から始動するため、始動時に若干の吐出圧力（給水圧力）の低下が起こる。通常の状況では、水の使い始めの量は少ないため、吐出圧力の低下は支障のない範囲内に収まる。しかしながら、学校の休み時間のようにトイレの使用が集中し一度に多量の水が使用されると、ポンプ１Ａを停止状態から始動していたのでは、ポンプ運転による圧力増加が水の使用による圧力減少に追いつかない場合もある。このような場合、完全な断水が起こるわけではないが、圧力低下が原因で、使用当初に不快感がでることが懸念される。
【００２２】
そこで、本実施形態に係る給水装置は、上記のような多量の水の使用が予想される時刻の前に予めポンプ１Ａを始動させ、ポンプ１Ａを所定の回転速度で回転させる待機運転動作を行う。具体的には、予め設定された始動時刻になると、タイマーユニット２０から信号が制御部４に入り、制御部４はポンプ１Ａを始動して待機運転させる。タイマーユニット２０は制御部４と別に構成してもよく、または制御部４と一体に組み込んでもよい。タイマーユニット２０を制御部４とは別に設ける場合は、種々のタイマーを用いることができる。タイマーユニット２０を制御部４と一体的に組み込む場合は、制御部４に接続された表示操作部１８から時刻を設定することができる。
【００２３】
本実施形態では、タイマーユニット２０、制御部４、表示操作部１８、インバータ３，３は、制御盤として一つの筐体に収納されている。この制御盤は、ポンプ１Ａ，１Ｂ、モータ２Ａ，２Ｂ、フロースイッチ１５、チェッキ弁７、吐出管１０、圧力センサ８、圧力タンク１１が設置されたベース上に配設されている。
【００２４】
次に、時刻の設定方法と制御動作について説明する。ポンプ１Ａを待機運転させる始動時刻の設定はタイマーユニット２０を介して手動で行われる。本実施形態のタイマーユニット２０は、２４時間タイマーまたはカレンダータイマーから構成されている。このタイマーユニット２０は、ポンプ１Ａの始動時刻を所望の日時に設定することが可能である。例えば、ある特定の年月日の複数の時刻にポンプを始動させる、あるいは、月曜日から金曜日の所定の時刻にポンプを始動させるように設定することができる。
【００２５】
学校の休み時間であれば、１日６回程度の強制始動時刻が設定される。この場合、設定項目には、休み時間が始まる時刻Ａ（６点）と、強制始動後に予め設定された回転速度でポンプ１Ａの待機運転を続ける待機運転時間Ｂ分（初期値：２分）と、時刻Ａの何分前にポンプ１Ａを強制始動するかを指定する時間Ｃ分（初期値３０秒）とが含まれる。時間Ｃは、時刻Ａを実際の休み時間に設定する方がより感覚的にポンプ１Ａの始動時刻を設定できることから設けられている。時間Ｂ、時間Ｃは制御部４の設定値として表示操作部１８から設定できるようにしておいてもよい。そうすれば、市販のタイマーユニット２０では時間Ｂ、Ｃの設定ができない場合でも、これらの時間を表示操作部１８から設定することが可能である。
【００２６】
待機運転時間Ｂの間に水が使われて、ポンプ１Ａの回転速度を設定速度よりも高くしなければ目標圧力が維持できなくなった時点で、運転モードは、待機運転モードから通常運転モード（すなわち、吐出圧力一定制御運転モード）に戻される。待機運転時間Ｂの間に水が使われなければ、時間Ｂの経過後、ポンプ１Ａの回転速度を下げて、通常の小水量停止動作が行われ、ポンプ１Ａが停止される。
【００２７】
具体的な待機運転の制御シーケンスを図３に示す。時刻が始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）になると、待機運転が開始される。すなわち、ポンプ１Ａが設定速度Ｎｓで始動される。制御部４は圧力演算を行い、吐出圧力（吐出管１０内の圧力）を目標圧力にまで上げるために必要とされるポンプ１Ａの回転速度Ｎを算出する。ＮがＮｓよりも小さければ回転速度はＮｓのまま変更されないが、ＮがＮｓ以上であれば、ポンプ１Ａの回転速度が設定速度Ｎｓを上回らないと目標圧力が維持できなくなった状態であるから、ポンプ１Ａは通常運転（吐出圧力一定制御運転）に戻って必要な圧力が出るように制御される。また、ＮがＮｓよりも小さい場合でも、時刻Ａから時間Ｂを経過した時刻ＴＢになると、ポンプ１Ａは通常運転に戻される。このとき、水の流量が低くければ少水量停止動作が行われる。始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）になったときにポンプ１Ａが運転されていたら待機運転は行われない。
【００２８】
設定速度Ｎｓは、給水末端で水が使用されていない、いわゆる締切状態のときに、ポンプ１ＡがＮｓで回転したときの吐出圧力が始動圧力よりも高くなる回転速度に設定される。好ましくは、設定速度Ｎｓは、締切状態において給水末端への給水に必要な最低圧力よりも吐出圧力が高くなる回転速度である。
【００２９】
図４は待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。この例では、設定速度Ｎｓとしてはポンプ１Ａの上限値が設定される。始動時刻になるとポンプ１Ａが始動され、そのときの圧力Ｐよりもやや高い圧力（例えば、圧力Ｐに所定の圧力αを加えた圧力）Ｐｓが目標圧力として設定される。制御部４は目標圧力Ｐｓに到達するためのポンプの回転速度Ｎを算出する。そして、この算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓを下回る場合であれば、制御部４は回転速度Ｎを指令値としてインバータ３に送信し、ポンプ１Ａを回転させる。一方、算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓ以上であれば、制御部４は設定速度Ｎｓを指令値としてインバータ３に送信し、ポンプ１Ａの回転速度をＮｓに制限する。また、現在の圧力Ｐが通常運転での目標圧力Ｐｔを下回る場合は、ポンプ１Ａは通常運転に戻る。一方、現在の圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ以上であれば、時刻ＴＢでポンプ１Ａは通常運転に戻る。
【００３０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る給水装置を示す模式図である。本実施形態に係る給水装置は、吐出管１０と受水槽１２との間を連通する逃がし管２２と、この逃がし管２２を開閉する逃がし弁２３とをさらに有している点で、第１の実施形態に係る給水装置と異なっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００３１】
本実施形態では、待機時間Ｂの間は、逃がし弁２３が開かれて少量の水が逃がし管２２を通じて吐出管１０から受水槽１２に戻される。時間Ｂ経過後は逃がし弁２３が閉じられる。その時水が使われていなければ、小水量停止動作が行われてポンプ１Ａが停止する。一方、水が使われていれば、通常運転である吐出圧力一定制御運転が継続される。図６に示すように、逃がし弁２３は待機運転になると開かれ、通常運転に戻る前に閉じられる。逃がし弁２３が開かれている間の運転制御は、本明細書に説明する多様の形態が適用可能であるため、重複する説明を省略する。
【００３２】
本実施形態においても、設定速度Ｎｓは、締切状態のときに、ポンプ１ＡがＮｓで回転したときの吐出圧力が始動圧力よりも高くなる回転速度に設定される。好ましくは、設定速度Ｎｓは、締切状態において給水末端への給水に必要な最低圧力よりも吐出圧力が高くなる回転速度である。本実施形態においては、待機運転中は、逃がし弁２３が開かれているので、第１の実施形態と異なり、締切状態では僅かながら水が流れる。
【００３３】
年間を通じて始動時刻を設定できるカレンダータイマーを用いてタイマーユニット２０を構成すれば、夏休みや、冬休みなどにも強制運転を行わない設定が可能である。ただし、このようなカレンダータイマーは一般に高価であるので、タイマーユニット２０を２４時間タイマーで構成してもよい。この場合は、１日６回の強制始動が起こるだけで、無駄な運転動作が起こるものの、通常の給水動作に支障はない。
【００３４】
本発明の趣旨は、水が大量に使われる時刻が予め予想できる場合、その時刻の前に通常の制御動作（吐出圧力一定制御動作）とは別の制御動作（待機制御動作）を行って、水の大量使用による吐出圧力の低下を未然に防ぐことにある。吐出圧力の低下をより効果的に防ぐ動作として、上記説明した動作の他に以下のような動作を行ってもよい。
【００３５】
上述の図２及び図３に示すシーケンスでは、待機運転中に水が使用された結果、設定速度Ｎｓでは必要な水の量が供給できない場合には、ポンプ１Ａは通常運転に戻って水を供給する。そのため、時間Ｂや少水量停止条件の設定によっては、時刻ＴＢになっていなくても、少水量停止動作が行われてポンプが停止してしまうこともある。そこで、時間Ｂの間はポンプ１Ａ，１Ｂのうち少なくとも１台は設定速度Ｎｓを下回らないように制御するのが図７に示したシーケンスである。
【００３６】
図７に示すように、始動時刻がくると、ポンプが始動され、設定速度Ｎｓで回転される。制御部４は、現在の吐出圧力と予め設定された目標圧力とを比較し、目標圧力に到達するために必要とされる回転速度Ｎを算出する（圧力演算）。その後、制御部４は、運転中のポンプが１台であるかどうかを判定する。そして、運転中のポンプが１台であって、かつ算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓよりも低い場合は、制御部４は設定速度Ｎｓを指令値としてポンプを回転させる。一方、先行して運転されているポンプ（先発ポンプ）があり、および／または回転速度Ｎが設定速度Ｎｓ以上である場合は、制御部４は算出値Ｎを指令値としてポンプ（後発ポンプ）を回転させる。その後、図２に示す追加解列制御に従ってポンプの追加または解列が行なわれる。時刻ＴＢに達すると、給水装置の運転は、通常運転に切り替わる。
【００３７】
ポンプが複数台ある場合は２台以上のポンプで待機動作を行ってもよい。図８は、複数のポンプを待機運転させるときの制御シーケンスを示すフローチャートである。図８に示すように、待機運転が始まると、複数台のポンプが揃速で始動され、設定速度Ｎｓで運転される。待機運転中は回転速度がＮｓを下回らないように複数台のポンプが運転される。そして、始動時刻から時間Ｂが経過して時刻ＴＢになると、１台のポンプを残して他のポンプを停止させ、通常運転に戻る。ポンプは、瞬時に停止させるのではなく、運転中の１台のポンプで圧力制御を行いながら、ゆっくり停止させると圧力の変動が少なくて済む。また、ポンプを停止させる際に目標圧力が維持できなくなれば、複数のポンプを並列運転させたまま通常運転に戻るようにすればよい。
【００３８】
図９及び図１０は、複数のポンプを待機運転させるときの別の制御シーケンスを示すフローチャートである。図９及び図１０に示す制御シーケンスでは、始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）に１台のポンプが運転中であるときは、停止中のポンプに待機運転をさせる。制御部４は、ポンプ追加が必要か否かを判定し、ポンプ追加が必要と判定したらポンプ追加を迅速に行って圧力低下を抑える。
【００３９】
より具体的には、始動時刻になると、制御部４は運転中のポンプがあるかどうかを判断する。そして、運転中のポンプがなければ、１台目のポンプを始動させて待機運転を行う。一方、運転しているポンプがある場合は、追加のポンプが始動される。図９及び図１０に示す制御シーケンスでは、始動時刻に運転中のポンプがなかった場合は、図７の制御シーケンスに従って待機運転が実行される。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、上述した他の制御シーケンスと組み合わせてもよい。
【００４０】
図９では、待機運転中は、少なくとも１台のポンプは設定速度Ｎｓを下回ることなく運転される。すなわち、追加のポンプ（図９の左側のフローダイヤグラム参照）および１台目のポンプ（図９の右側のフローダイヤグラム参照）は、待機運転の間は、いずれも設定速度Ｎｓ以上の回転速度で回転される。
【００４１】
ここで、図９の左側のフローダイヤグラムについて説明する。上述したように、運転中のポンプがある場合は、追加のポンプ（後発ポンプ）が始動され、設定速度Ｎｓで運転される。制御部４は、現在の吐出圧力と予め設定された目標圧力とを比較し、目標圧力に到達するための回転速度Ｎを算出する（圧力演算）。そして、制御部４は、算出された回転速度Ｎを指令値として先発ポンプを回転速度Ｎで回転させる。ここで追加判定が行われ、先発ポンプの回転速度が最高速度まで上昇しても目標圧力に到達できない場合は、先発ポンプを最高速度で固定速運転して、回転速度Ｎの指令先を後発ポンプに変更し、この後発ポンプが変速運転される。
【００４２】
また、ポンプ（先発ポンプまたは後発ポンプ）に対する指令値Ｎが最低速度になり、かつそのポンプの流量がないと判定されると、そのポンプが解列される。この解列の際に回転速度Ｎで可変速運転されていたポンプが後発ポンプであれば、先発ポンプは最高速度で運転されている状態であるため、後発ポンプを回転速度Ｎｓに固定するとともに、回転速度Ｎの指令先を先発ポンプに戻す。一方、解列の際に回転速度Ｎで可変速運転されていたポンプが先発ポンプであれば、後発ポンプが回転速度Ｎｓで運転されているだけで必要な圧力が賄える状態であるから、先発ポンプを停止する。この状況は図９の右側のフローダイヤグラムでのポンプ始動の時点と同じであるから、以後の制御は図９の右側のフローダイヤグラムに移行する。左側のフローダイヤグラムで時刻ＴＢになると、後発ポンプが停止されて通常運転に戻る。このとき、回転速度Ｎの指令先が後発ポンプであれば、後発ポンプを変速運転させたまま通常運転に戻ればよい。
【００４３】
図１０に示す制御シーケンスは、図７に示す制御シーケンスと図８に示す制御シーケンスとの組み合わせである。この制御シーケンスでは、先発ポンプが運転されている時に始動時刻となると、追加ポンプが始動され、その後、それらのポンプを揃速運転に移行させる。揃速運転になった後は図８に示した制御シーケンスに従ってポンプが運転される。
【００４４】
図１１は、図９および図１０に示す制御シーケンスの変形例を示すフローダイヤグラムである。この例では、先発ポンプの回転速度が最高速度Ｎｍａｘに近い所定の回転速度以上であり、トイレの使用などにより水の使用量が急増するとポンプを追加しなくてはならない可能性が高い場合に追加ポンプが始動される。すなわち、先発ポンプの回転速度ＮがＮｍａｘの８５％を上回ると追加ポンプを始動し、回転速度Ｎｓで運転するようになっている。ポンプ始動後の制御シーケンスには図９および図１０に示す各制御シーケンスを適用することができるため、重複する説明を省略する。
【００４５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る給水装置の通常の運転制御（吐出圧力一定制御）シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図３】待機運転の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図４】待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。
【図６】第２の実施形態における待機運転の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図７】待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図８】複数のポンプを待機運転させるときの制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図９】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図１０】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図１１】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ，１Ｂ ポンプ
２Ａ，２Ｂ モータ
３ インバータ（変速手段）
４ 制御部
７ チェッキ弁
８ 圧力センサ
１０ 吐出管
１１ 圧力タンク
１２ 受水槽
１３ 電極棒（水位検出器）
１５ フロースイッチ
１６ 漏洩遮断器
１８ 表示操作部
２０ タイマーユニット
２２ 逃がし管
２３ 逃がし弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変速給水装置に関し、特に給水圧力の変動を抑えることができる可変速給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給水装置では、一般に、ポンプの吐出側に設置された圧力センサにより吐出管内の水圧（以下、吐出圧力という）を検出し、ポンプの回転速度を変化させることで吐出圧力（給水圧力）を一定にしている。通常、水の使用量は時間帯によって大きく変動し、例えば、夜間では水使用量が大幅に減少する。そこで、省エネルギーの観点から、給水装置は、水の使用量がある程度低下したときはポンプを停止させる小水量停止機能を一般に備えている。
【０００３】
吐出管には、水を一時的に溜めておく圧力タンクが連結されており、ポンプを再び始動しなくても、しばらくの間は圧力タンクから水が需要先に供給されるようになっている。水が使用されるにつれて圧力タンク内の水は少なくなり、吐出管内の水圧（吐出圧力）が低下する。そして、この吐出圧力がポンプの始動圧力にまで低下すると、圧力センサがこれを検知し、ポンプが再始動される。
【０００４】
通常、集合住宅やオフィスビルでは、多量の水が短時間に使用されることがほとんどないため、ポンプ始動後に水の使用に起因する吐出圧力（給水圧力）の変動は少ない。しかしながら、学校やイヴェントビルなどでは、休み時間のトイレなどで大量の水が急激に使用されるため、ポンプによる水の供給が水の使用に追いつかず、しばしば圧力不足を招くなどの支障をきたす場合があった。このような理由から、屋上に設置された水槽から給水する方法が採用されることが多いが、屋上に水槽を設置するための施工や水位検出の配線など、コストが高かった。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９９５７６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、多量の水が短時間に使用された場合でも、給水圧力の変動を抑えることができる可変速給水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記モータの回転速度を変える変速手段と、前記変速手段を介して前記ポンプの回転速度を変えることにより前記ポンプの吐き出し側の水圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときに前記ポンプを停止させ、前記ポンプの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときは前記ポンプを始動させ、さらに、予め設定された始動時刻において、前記ポンプが停止している場合は、前記ポンプを所定の回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする可変速給水装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記始動時刻は複数であり、該複数の始動時刻は変更可能に構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記始動時刻から所定の時間が経過した後、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水圧が所定の目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプから吐き出された水を逃がす逃がし管と、前記逃がし管に設けられた逃がし弁とをさらに備え、前記始動時刻において、前記ポンプが停止している場合、前記逃がし弁を開いてから、前記ポンプを始動するように構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が前記始動圧力よりも高くなる回転速度であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が、給水末端への給水に必要な最低圧力よりも高くなる回転速度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポンプの始動時刻を休み時間の１分前などに設定しておき、休み時間の前に予めポンプの回転速度を上げておけるので、水が使われ始めたときのポンプの対応が早く、給水圧力（吐出圧力）の変動を最小限に抑えることができる。また、イヴェント会場などではイヴェントによって設定時間を変えて、休憩時間に給水圧力不足が起きないように対応することができる。本発明は、学校やイヴェント会場のほか、映画館、劇場など、トイレ等の使用が集中しやすい休憩時刻が決まっている建物にも効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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１は、本発明の第１の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。この給水装置は、水を加圧する２台のポンプ１Ａ，１Ｂと、これらポンプ１Ａ，１Ｂをそれぞれ駆動する２台のモータ２Ａ，２Ｂと、これらモータ２Ａ，２Ｂの回転速度を変えるための２台のインバータ（変速手段）３，３と、これらインバータ３，３を介してモータ２Ａ，２Ｂを制御して、ポンプ１Ａ，１Ｂの回転速度を変える制御部４とを備えている。なお、本実施形態に係る給水装置は２台のポンプを備えているが、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、本発明に係る給水装置は、１台のポンプのみを備えていてもよく、また３台以上のポンプを備えていてもよい。
【００１１】
図１に示すように、ポンプ１Ａ，１Ｂは、それぞれチェッキ弁７を介して１本の吐出管１０に連結されている。この吐出管１０は、建物の蛇口や水洗トイレなどの給水末端に接続されている。吐出管１０には、吐出管１０内の水圧（吐出圧力）を保持する圧力タンク１１が連結されている。さらに、吐出管１０には圧力センサ８が配設されており、吐出圧力を検出するようになっている。ポンプ１Ａ，１Ｂの吸込口は受水槽１２に連結されており、受水槽１２には受水槽１２内の水位を検出する電極棒（水位検出器）１３が設置されている。電極棒１３は制御部４に電気的に接続されており、制御部４にて受水槽１２の水位が監視されている。制御部４は、受水槽１２の水位が所定のレベルにまで下がると、ポンプ１Ａ，１Ｂが空運転しないように渇水警報を出してポンプ１Ａ，１Ｂを停止させる。
【００１２】
それぞれのポンプ１Ａ，１Ｂの吐出口の近傍には、水の流量が少なくなったことを検出する流量検出手段としてのフロースイッチ１５が設置されている。フロースイッチ１５は、それぞれのポンプ１Ａ，１Ｂから吐き出される水の流量が低下して所定の値に達した時に、信号を制御部４に送るようになっている。インバータ３，３は漏洩遮断器１６，１６を介して電源に接続される。制御部４には表示操作部１８が接続されており、作業員は表示操作部１８から目標圧力や始動圧力などの種々の設定を行なう。さらに、制御部４には、時計機能を有するタイマーユニット２０が接続されている。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る給水装置の通常の運転制御（吐出圧力一定制御）シーケンスを示すフローダイヤグラムである。制御部４には、ポンプ１Ａを始動させる始動圧力が表示操作部１８を介して予め設定されている。制御部４は、圧力センサ８から送られてきた吐出圧力Ｐが始動圧力Ｐstartよりも低いか否かを判断し、吐出圧力Ｐが始動圧力Ｐstartよりも低くなったときに（Ｐ＜Ｐstart）、ポンプ１Ａを始動させる。
【００１４】
吐出圧力は、表示操作部１８から入力された目標圧力と制御部４にて比較される。吐出圧力が目標圧力より低い場合、制御部４はインバータ３に増速指令を送る。吐出圧力が目標圧力より高い場合は、制御部４はインバータ３に減速指令を送る。より具体的には、制御部４は目標圧力Ｐｔと吐出圧力Ｐとを一致させるためのポンプ１Ａの回転速度Ｎを算出（圧力演算）する。そして、制御部４は、その算出された回転速度Ｎを指令値としてインバータ３に送り、ポンプ１Ａを回転速度Ｎで回転させる。このようにして、制御部４は吐出圧力を一定に保つようにインバータ３を介してモータ２Ａを制御する。なお、モータ２Ｂも同様にして制御部４により制御される。
【００１５】
一般に、本実施形態のように、給水装置は複数のポンプを有しており、故障時には自動的に待機中のポンプが始動するように構成される。蛇口が多く開かれて水が多く使われるほど、ポンプを増速することが必要とされ、水使用量が少なくなるとポンプは減速することになる。しかしながら、短時間に水使用量が増えると、ポンプの増速が水の需要に追いつかず、吐出圧力が低下する。
【００１６】
そこで、本実施形態では、運転中のポンプ１Ａの回転速度がその最高速度にまで上がり、なおかつ吐出圧力Ｐが目標圧力Ｐｔよりも低い（Ｐ＜Ｐｔ）状態が所定の時間継続した場合は、停止中のポンプ１Ｂが始動される（ポンプ追加）。このとき、先行して運転していたポンプ（先発ポンプ）１Ａの回転速度は最高速度または最高速度付近の速度に固定され、追加されたポンプ（後発ポンプ）１Ｂが回転速度Ｎで運転される。なお、制御部４にて算出される回転速度Ｎは、水の使用量に応じて変動するため、後発ポンプ１Ｂは変速運転されることとなる。
【００１７】
使用水量が減り、１台のポンプで目標圧力が得られるようになると、つまり変速運転中の後発ポンプ１Ｂの回転速度がその最低回転速度にまで下がり、かつ後発ポンプ１Ｂの流量がゼロとなった状態が所定時間継続すると、後発ポンプ１Ｂが停止され（ポンプ解列）、先発ポンプ１Ａが再び回転速度Ｎで運転される。
【００１８】
制御部４は、水が使用されなくなった時はポンプ１Ａを停止させるようになっている。具体的には、フロースイッチ１５が作動して所定時間経過すると、制御部４は水が使用されなくなったと判断する。水が使用されなくなったと判断すると、制御部４はポンプ１Ａに小水量停止動作を行わせて、ポンプ１Ａの運転を停止する。
【００１９】
小水量停止動作とは、ポンプ１Ａの回転速度を一時的に上げ、吐出圧力を上げた後、ポンプ１Ａを停止する動作である。ポンプ１Ａを停止すると、ポンプ１Ａの吐出側のチェッキ弁７により水は吐出管１０内に保持される。さらに、吐出管１０に連通する圧力タンク１１に水が送られ、圧力タンク１１により吐出管１０内の水圧、すなわち吐出圧力が保持される。ポンプ１Ａの停止後、水が使用されて吐出圧力が始動圧力まで下がると（Ｐ＜Ｐstart）、ポンプ１Ａが再び始動する。
【００２０】
小水量停止動作において、停止前に吐出圧力を上げる理由は、ポンプ１Ａの停止後すぐにポンプ１Ａが始動しないように、上記始動圧力と吐出圧力との差を持たせるためである。小水量停止動作としては、圧力差が設けられればよいので、目標圧力でポンプ１Ａを停止し、始動圧力を目標圧力よりも若干低い値に設定した小水量停止動作であってもよい。
【００２１】
制御部４は、吐出圧力が始動圧力以下になったことを判断してポンプ１Ａを始動する。このとき、ポンプ１Ａが停止している状態から始動するため、始動時に若干の吐出圧力（給水圧力）の低下が起こる。通常の状況では、水の使い始めの量は少ないため、吐出圧力の低下は支障のない範囲内に収まる。しかしながら、学校の休み時間のようにトイレの使用が集中し一度に多量の水が使用されると、ポンプ１Ａを停止状態から始動していたのでは、ポンプ運転による圧力増加が水の使用による圧力減少に追いつかない場合もある。このような場合、完全な断水が起こるわけではないが、圧力低下が原因で、使用当初に不快感がでることが懸念される。
【００２２】
そこで、本実施形態に係る給水装置は、上記のような多量の水の使用が予想される時刻の前に予めポンプ１Ａを始動させ、ポンプ１Ａを所定の回転速度で回転させる待機運転動作を行う。具体的には、予め設定された始動時刻になると、タイマーユニット２０から信号が制御部４に入り、制御部４はポンプ１Ａを始動して待機運転させる。タイマーユニット２０は制御部４と別に構成してもよく、または制御部４と一体に組み込んでもよい。タイマーユニット２０を制御部４とは別に設ける場合は、種々のタイマーを用いることができる。タイマーユニット２０を制御部４と一体的に組み込む場合は、制御部４に接続された表示操作部１８から時刻を設定することができる。
【００２３】
本実施形態では、タイマーユニット２０、制御部４、表示操作部１８、インバータ３，３は、制御盤として一つの筐体に収納されている。この制御盤は、ポンプ１Ａ，１Ｂ、モータ２Ａ，２Ｂ、フロースイッチ１５、チェッキ弁７、吐出管１０、圧力センサ８、圧力タンク１１が設置されたベース上に配設されている。
【００２４】
次に、時刻の設定方法と制御動作について説明する。ポンプ１Ａを待機運転させる始動時刻の設定はタイマーユニット２０を介して手動で行われる。本実施形態のタイマーユニット２０は、２４時間タイマーまたはカレンダータイマーから構成されている。このタイマーユニット２０は、ポンプ１Ａの始動時刻を所望の日時に設定することが可能である。例えば、ある特定の年月日の複数の時刻にポンプを始動させる、あるいは、月曜日から金曜日の所定の時刻にポンプを始動させるように設定することができる。
【００２５】
学校の休み時間であれば、１日６回程度の強制始動時刻が設定される。この場合、設定項目には、休み時間が始まる時刻Ａ（６点）と、強制始動後に予め設定された回転速度でポンプ１Ａの待機運転を続ける待機運転時間Ｂ分（初期値：２分）と、時刻Ａの何分前にポンプ１Ａを強制始動するかを指定する時間Ｃ分（初期値３０秒）とが含まれる。時間Ｃは、時刻Ａを実際の休み時間に設定する方がより感覚的にポンプ１Ａの始動時刻を設定できることから設けられている。時間Ｂ、時間Ｃは制御部４の設定値として表示操作部１８から設定できるようにしておいてもよい。そうすれば、市販のタイマーユニット２０では時間Ｂ、Ｃの設定ができない場合でも、これらの時間を表示操作部１８から設定することが可能である。
【００２６】
待機運転時間Ｂの間に水が使われて、ポンプ１Ａの回転速度を設定速度よりも高くしなければ目標圧力が維持できなくなった時点で、運転モードは、待機運転モードから通常運転モード（すなわち、吐出圧力一定制御運転モード）に戻される。待機運転時間Ｂの間に水が使われなければ、時間Ｂの経過後、ポンプ１Ａの回転速度を下げて、通常の小水量停止動作が行われ、ポンプ１Ａが停止される。
【００２７】
具体的な待機運転の制御シーケンスを図３に示す。時刻が始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）になると、待機運転が開始される。すなわち、ポンプ１Ａが設定速度Ｎｓで始動される。制御部４は圧力演算を行い、吐出圧力（吐出管１０内の圧力）を目標圧力にまで上げるために必要とされるポンプ１Ａの回転速度Ｎを算出する。ＮがＮｓよりも小さければ回転速度はＮｓのまま変更されないが、ＮがＮｓ以上であれば、ポンプ１Ａの回転速度が設定速度Ｎｓを上回らないと目標圧力が維持できなくなった状態であるから、ポンプ１Ａは通常運転（吐出圧力一定制御運転）に戻って必要な圧力が出るように制御される。また、ＮがＮｓよりも小さい場合でも、時刻Ａから時間Ｂを経過した時刻ＴＢになると、ポンプ１Ａは通常運転に戻される。このとき、水の流量が低くければ少水量停止動作が行われる。始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）になったときにポンプ１Ａが運転されていたら待機運転は行われない。
【００２８】
設定速度Ｎｓは、給水末端で水が使用されていない、いわゆる締切状態のときに、ポンプ１ＡがＮｓで回転したときの吐出圧力が始動圧力よりも高くなる回転速度に設定される。好ましくは、設定速度Ｎｓは、締切状態において給水末端への給水に必要な最低圧力よりも吐出圧力が高くなる回転速度である。
【００２９】
図４は待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。この例では、設定速度Ｎｓとしてはポンプ１Ａの上限値が設定される。始動時刻になるとポンプ１Ａが始動され、そのときの圧力Ｐよりもやや高い圧力（例えば、圧力Ｐに所定の圧力αを加えた圧力）Ｐｓが目標圧力として設定される。制御部４は目標圧力Ｐｓに到達するためのポンプの回転速度Ｎを算出する。そして、この算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓを下回る場合であれば、制御部４は回転速度Ｎを指令値としてインバータ３に送信し、ポンプ１Ａを回転させる。一方、算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓ以上であれば、制御部４は設定速度Ｎｓを指令値としてインバータ３に送信し、ポンプ１Ａの回転速度をＮｓに制限する。また、現在の圧力Ｐが通常運転での目標圧力Ｐｔを下回る場合は、ポンプ１Ａは通常運転に戻る。一方、現在の圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ以上であれば、時刻ＴＢでポンプ１Ａは通常運転に戻る。
【００３０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る給水装置を示す模式図である。本実施形態に係る給水装置は、吐出管１０と受水槽１２との間を連通する逃がし管２２と、この逃がし管２２を開閉する逃がし弁２３とをさらに有している点で、第１の実施形態に係る給水装置と異なっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００３１】
本実施形態では、待機時間Ｂの間は、逃がし弁２３が開かれて少量の水が逃がし管２２を通じて吐出管１０から受水槽１２に戻される。時間Ｂ経過後は逃がし弁２３が閉じられる。その時水が使われていなければ、小水量停止動作が行われてポンプ１Ａが停止する。一方、水が使われていれば、通常運転である吐出圧力一定制御運転が継続される。図６に示すように、逃がし弁２３は待機運転になると開かれ、通常運転に戻る前に閉じられる。逃がし弁２３が開かれている間の運転制御は、本明細書に説明する多様の形態が適用可能であるため、重複する説明を省略する。
【００３２】
本実施形態においても、設定速度Ｎｓは、締切状態のときに、ポンプ１ＡがＮｓで回転したときの吐出圧力が始動圧力よりも高くなる回転速度に設定される。好ましくは、設定速度Ｎｓは、締切状態において給水末端への給水に必要な最低圧力よりも吐出圧力が高くなる回転速度である。本実施形態においては、待機運転中は、逃がし弁２３が開かれているので、第１の実施形態と異なり、締切状態では僅かながら水が流れる。
【００３３】
年間を通じて始動時刻を設定できるカレンダータイマーを用いてタイマーユニット２０を構成すれば、夏休みや、冬休みなどにも強制運転を行わない設定が可能である。ただし、このようなカレンダータイマーは一般に高価であるので、タイマーユニット２０を２４時間タイマーで構成してもよい。この場合は、１日６回の強制始動が起こるだけで、無駄な運転動作が起こるものの、通常の給水動作に支障はない。
【００３４】
本発明の趣旨は、水が大量に使われる時刻が予め予想できる場合、その時刻の前に通常の制御動作（吐出圧力一定制御動作）とは別の制御動作（待機制御動作）を行って、水の大量使用による吐出圧力の低下を未然に防ぐことにある。吐出圧力の低下をより効果的に防ぐ動作として、上記説明した動作の他に以下のような動作を行ってもよい。
【００３５】
上述の図２及び図３に示すシーケンスでは、待機運転中に水が使用された結果、設定速度Ｎｓでは必要な水の量が供給できない場合には、ポンプ１Ａは通常運転に戻って水を供給する。そのため、時間Ｂや少水量停止条件の設定によっては、時刻ＴＢになっていなくても、少水量停止動作が行われてポンプが停止してしまうこともある。そこで、時間Ｂの間はポンプ１Ａ，１Ｂのうち少なくとも１台は設定速度Ｎｓを下回らないように制御するのが図７に示したシーケンスである。
【００３６】
図７に示すように、始動時刻がくると、ポンプが始動され、設定速度Ｎｓで回転される。制御部４は、現在の吐出圧力と予め設定された目標圧力とを比較し、目標圧力に到達するために必要とされる回転速度Ｎを算出する（圧力演算）。その後、制御部４は、運転中のポンプが１台であるかどうかを判定する。そして、運転中のポンプが１台であって、かつ算出された回転速度Ｎが設定速度Ｎｓよりも低い場合は、制御部４は設定速度Ｎｓを指令値としてポンプを回転させる。一方、先行して運転されているポンプ（先発ポンプ）があり、および／または回転速度Ｎが設定速度Ｎｓ以上である場合は、制御部４は算出値Ｎを指令値としてポンプ（後発ポンプ）を回転させる。その後、図２に示す追加解列制御に従ってポンプの追加または解列が行なわれる。時刻ＴＢに達すると、給水装置の運転は、通常運転に切り替わる。
【００３７】
ポンプが複数台ある場合は２台以上のポンプで待機動作を行ってもよい。図８は、複数のポンプを待機運転させるときの制御シーケンスを示すフローチャートである。図８に示すように、待機運転が始まると、複数台のポンプが揃速で始動され、設定速度Ｎｓで運転される。待機運転中は回転速度がＮｓを下回らないように複数台のポンプが運転される。そして、始動時刻から時間Ｂが経過して時刻ＴＢになると、１台のポンプを残して他のポンプを停止させ、通常運転に戻る。ポンプは、瞬時に停止させるのではなく、運転中の１台のポンプで圧力制御を行いながら、ゆっくり停止させると圧力の変動が少なくて済む。また、ポンプを停止させる際に目標圧力が維持できなくなれば、複数のポンプを並列運転させたまま通常運転に戻るようにすればよい。
【００３８】
図９及び図１０は、複数のポンプを待機運転させるときの別の制御シーケンスを示すフローチャートである。図９及び図１０に示す制御シーケンスでは、始動時刻（時刻Ａよりも時間Ｃだけ前の時刻）に１台のポンプが運転中であるときは、停止中のポンプに待機運転をさせる。制御部４は、ポンプ追加が必要か否かを判定し、ポンプ追加が必要と判定したらポンプ追加を迅速に行って圧力低下を抑える。
【００３９】
より具体的には、始動時刻になると、制御部４は運転中のポンプがあるかどうかを判断する。そして、運転中のポンプがなければ、１台目のポンプを始動させて待機運転を行う。一方、運転しているポンプがある場合は、追加のポンプが始動される。図９及び図１０に示す制御シーケンスでは、始動時刻に運転中のポンプがなかった場合は、図７の制御シーケンスに従って待機運転が実行される。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、上述した他の制御シーケンスと組み合わせてもよい。
【００４０】
図９では、待機運転中は、少なくとも１台のポンプは設定速度Ｎｓを下回ることなく運転される。すなわち、追加のポンプ（図９の左側のフローダイヤグラム参照）および１台目のポンプ（図９の右側のフローダイヤグラム参照）は、待機運転の間は、いずれも設定速度Ｎｓ以上の回転速度で回転される。
【００４１】
ここで、図９の左側のフローダイヤグラムについて説明する。上述したように、運転中のポンプがある場合は、追加のポンプ（後発ポンプ）が始動され、設定速度Ｎｓで運転される。制御部４は、現在の吐出圧力と予め設定された目標圧力とを比較し、目標圧力に到達するための回転速度Ｎを算出する（圧力演算）。そして、制御部４は、算出された回転速度Ｎを指令値として先発ポンプを回転速度Ｎで回転させる。ここで追加判定が行われ、先発ポンプの回転速度が最高速度まで上昇しても目標圧力に到達できない場合は、先発ポンプを最高速度で固定速運転して、回転速度Ｎの指令先を後発ポンプに変更し、この後発ポンプが変速運転される。
【００４２】
また、ポンプ（先発ポンプまたは後発ポンプ）に対する指令値Ｎが最低速度になり、かつそのポンプの流量がないと判定されると、そのポンプが解列される。この解列の際に回転速度Ｎで可変速運転されていたポンプが後発ポンプであれば、先発ポンプは最高速度で運転されている状態であるため、後発ポンプを回転速度Ｎｓに固定するとともに、回転速度Ｎの指令先を先発ポンプに戻す。一方、解列の際に回転速度Ｎで可変速運転されていたポンプが先発ポンプであれば、後発ポンプが回転速度Ｎｓで運転されているだけで必要な圧力が賄える状態であるから、先発ポンプを停止する。この状況は図９の右側のフローダイヤグラムでのポンプ始動の時点と同じであるから、以後の制御は図９の右側のフローダイヤグラムに移行する。左側のフローダイヤグラムで時刻ＴＢになると、後発ポンプが停止されて通常運転に戻る。このとき、回転速度Ｎの指令先が後発ポンプであれば、後発ポンプを変速運転させたまま通常運転に戻ればよい。
【００４３】
図１０に示す制御シーケンスは、図７に示す制御シーケンスと図８に示す制御シーケンスとの組み合わせである。この制御シーケンスでは、先発ポンプが運転されている時に始動時刻となると、追加ポンプが始動され、その後、それらのポンプを揃速運転に移行させる。揃速運転になった後は図８に示した制御シーケンスに従ってポンプが運転される。
【００４４】
図１１は、図９および図１０に示す制御シーケンスの変形例を示すフローダイヤグラムである。この例では、先発ポンプの回転速度が最高速度Ｎｍａｘに近い所定の回転速度以上であり、トイレの使用などにより水の使用量が急増するとポンプを追加しなくてはならない可能性が高い場合に追加ポンプが始動される。すなわち、先発ポンプの回転速度ＮがＮｍａｘの８５％を上回ると追加ポンプを始動し、回転速度Ｎｓで運転するようになっている。ポンプ始動後の制御シーケンスには図９および図１０に示す各制御シーケンスを適用することができるため、重複する説明を省略する。
【００４５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る給水装置の通常の運転制御（吐出圧力一定制御）シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図３】待機運転の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図４】待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る可変速給水装置を示す模式図である。
【図６】第２の実施形態における待機運転の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図７】待機運転の他の制御シーケンスを示すフローダイヤグラムである。
【図８】複数のポンプを待機運転させるときの制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図９】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図１０】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図１１】複数のポンプを待機運転させるときの他の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ，１Ｂ ポンプ
２Ａ，２Ｂ モータ
３ インバータ（変速手段）
４ 制御部
７ チェッキ弁
８ 圧力センサ
１０ 吐出管
１１ 圧力タンク
１２ 受水槽
１３ 電極棒（水位検出器）
１５ フロースイッチ
１６ 漏洩遮断器
１８ 表示操作部
２０ タイマーユニット
２２ 逃がし管
２３ 逃がし弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を変える変速手段と、
前記変速手段を介して前記ポンプの回転速度を変えることにより前記ポンプの吐き出し側の水圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ポンプの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときに前記ポンプを停止させ、
前記ポンプの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときは前記ポンプを始動させ、さらに、
予め設定された始動時刻において、前記ポンプが停止している場合は、前記ポンプを所定の回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする可変速給水装置。
【請求項２】
前記始動時刻は複数であり、該複数の始動時刻は変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変速給水装置。
【請求項３】
前記始動時刻から所定の時間が経過した後、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水圧が所定の目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の可変速給水装置。
【請求項４】
前記ポンプから吐き出された水を逃がす逃がし管と、
前記逃がし管に設けられた逃がし弁とをさらに備え、
前記始動時刻において、前記ポンプが停止している場合、前記逃がし弁を開いてから、前記ポンプを始動するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の可変速給水装置。
【請求項５】
前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が前記始動圧力よりも高くなる回転速度であ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可変速給水装置。
【請求項６】
前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が、給水末端への給水に必要な最低圧力よりも高くなる回転速度であ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可変速給水装置。
【請求項１】
ポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を変える変速手段と、
前記変速手段を介して前記ポンプの回転速度を変えることにより前記ポンプの吐き出し側の水圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ポンプの吐き出し側の水の流量が所定の値にまで低下したときに前記ポンプを停止させ、
前記ポンプの吐き出し側の水圧が予め設定された始動圧力にまで低下したときは前記ポンプを始動させ、さらに、
予め設定された始動時刻において、前記ポンプが停止している場合は、前記ポンプを所定の回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする可変速給水装置。
【請求項２】
前記始動時刻は複数であり、該複数の始動時刻は変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変速給水装置。
【請求項３】
前記始動時刻から所定の時間が経過した後、前記制御部は、前記ポンプの吐き出し側の水圧が所定の目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の可変速給水装置。
【請求項４】
前記ポンプから吐き出された水を逃がす逃がし管と、
前記逃がし管に設けられた逃がし弁とをさらに備え、
前記始動時刻において、前記ポンプが停止している場合、前記逃がし弁を開いてから、前記ポンプを始動するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の可変速給水装置。
【請求項５】
前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が前記始動圧力よりも高くなる回転速度であ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可変速給水装置。
【請求項６】
前記所定の回転速度は、給水末端で水が使われていない締切状態において、前記吐き出し側の水圧が、給水末端への給水に必要な最低圧力よりも高くなる回転速度であ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可変速給水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
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【図５】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−６２９２７（Ｐ２００９−６２９２７Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３２９９２（Ｐ２００７−２３２９９２）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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