特許 6469520 ポンプ装置、遠隔制御装置、及び、ポンプ装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6469520

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】ポンプ装置、遠隔制御装置、及び、ポンプ装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20190204BHJP

【ＦＩ】

   F04D15/00 F

   F04D15/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-100331(P2015-100331)

(22)【出願日】2015年5月15日

(65)【公開番号】特開2016-217195(P2016-217195A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年1月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100117411

【弁理士】

【氏名又は名称】串田 幸一

(72)【発明者】

【氏名】岡本 茂

(72)【発明者】

【氏名】山本 学

(72)【発明者】

【氏名】小松 崇秀

(72)【発明者】

【氏名】岡野 正一

【審査官】 井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１２３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２５４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０７７７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７０３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７３０２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０３７８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９７６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６８７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０９５７８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を移送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記ポンプの吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように前記モータの回転数を設定して当該モータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ポンプの目標圧力を取得して第１所定時間における前記取得した目標圧力の平均値が前記目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには前記目標圧力が小さくなるように前記目標圧力制御カーブを補正し、第２所定時間における前記モータの回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには前記目標圧力が大きくなるように前記目標圧力制御カーブを補正する、
ポンプ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のポンプ装置であって、
前記所定の回転数閾値は、前記モータの定格回転数である、ポンプ装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のポンプ装置であって、
前記所定の圧力閾値は、前記目標圧力制御カーブ上の目標圧力における中央値である、ポンプ装置。

【請求項4】

請求項１乃至３に記載のポンプ装置であって、
前記制御部は、前記取得した目標圧力の平均値が前記目標圧力制御カーブ上の前記所定の圧力閾値よりも小さい時には前記目標圧力が第１圧力だけ小さくなるように前記目標圧力制御カーブを補正し、前記回転数の平均値が前記所定の回転数閾値以上であるときには前記目標圧力が前記第１圧力よりも大きい第２圧力だけ大きくなるように前記目標圧力制御カーブを補正する、ポンプ装置。

【請求項5】

液体を移送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプの吐出側圧力が
目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように前記モータを制御する制御部と、を備えるポンプ装置と通信を行う遠隔監視装置であって、
前記モータの回転数を受信する回転数受信部と、
前記ポンプの目標圧力を受信する圧力受信部と、
第１所定時間における前記受信して取得した目標圧力の平均値が前記目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには前記目標圧力が小さくなるように前記目標圧力制御カーブを補正する指令を前記制御部に送信し、第２所定時間における前記受信されるモータの回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには前記目標圧力が大きくなるように前記目標圧力制御カーブを補正する指令を前記制御部に送信する補正指令送信部と、
を備える遠隔監視装置。

【請求項6】

液体を移送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、を備え、前記ポンプの吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるように前記モータが制御されるポンプ装置の制御方法であって、
前記モータの回転数を取得し、
前記ポンプの目標圧力を取得し、
第１所定時間における前記取得した目標圧力の平均値が前記目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには前記目標圧力が小さくなるように前記目標圧力制御カーブを補正し、第２所定時間における前記取得した回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには前記目標圧力が大きくなるように前記目標圧力制御カーブを補正する、
ポンプ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプ装置、遠隔制御装置、及び、ポンプ装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプ装置は、建物に水を供給する給水装置として広く使用されている。図１は一般的な給水装置を示す模式図である。図１に示すように、給水装置１００の吸込口は、導入管５を介して水道管４または図示しない受水槽に接続されている。給水装置１００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、建物の各階の給水器具（例えば蛇口）に連通している。給水装置１００は、水道管４または受水槽からの水を増圧して建物の各給水器具に水を供給する。

【0003】

水道管４にポンプの吸込側が導入管５を介して直結される給水装置１００は、ポンプ２と、このポンプ２を駆動する駆動源としてのモータ３と、モータ３を可変速駆動する駆動装置としてのインバータ２０と、を備える。また、給水装置１００は、ポンプ２の吸込側に配置された逆流防止装置２５と、逆流防止装置２５の吸込側に配置された圧力センサ２１と、ポンプ２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フロースイッチ２４、圧力センサ２６、および圧力タンク２８とを備えている。これら構成要素は、給水装置１００のキャビネット３０内に収容されている。なお、キャビネット３０を備えていないタイプの給水装置もある。

【0004】

水道管４の圧力のみで給水を行うためのバイパス管８が導入管５と給水管７との間に設けられており、バイパス管８には逆止弁２３が設けられている。図１に示す例では、ポンプ２、モータ３、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。直結式給水装置では、図１に示すようにポンプ２の吸込側が水道管４に接続されているが、受水槽式の給水装置では、ポンプ２の吸込側は導入管５を介して受水槽に接続される。この受水槽式の給水装置の場合、図１に示す逆流防止装置２５、吸込側の圧力センサ２１、及びバイパス管８は備えられない。

【0005】

逆止弁２２は、ポンプ２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２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、すなわち過少水量を検出する流量検出器である。圧力センサ２６は、ポンプ２の吐出側圧力（以降、吐出側圧力とは、圧力センサ２６にて測定した圧力値を示す。）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２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。

【0006】

給水装置１００は、給水動作を制御する制御部３５を備えている。インバータ２０、フロースイッチ２４、圧力センサ２１、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により過少水量が検出されると、制御部３５はポンプ２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２の運転を停止させる。

【0007】

ポンプ２が停止している状態で建物内で水が使用されると、ポンプ２の吐出側圧力が低下する。この吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下すると、制御部３５はポンプ２を始動させる。具体的には、制御部３５はモータ３の駆動を開始するようにインバータ２０に指令を出す。ポンプ２の運転中は、吐出側圧力に基づいて推定末端圧力一定制御が行われる。

【0008】

建物での水の使用が少なくなると、フロースイッチ２４は、過少水量を検出し、その検出信号を制御部３５に送る。制御部３５はこの検出信号を受け、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２の回転数を増加させ、圧力タンク２８に蓄圧した後ポンプ２を停止させる。

【0009】

推定末端圧力一定制御では、建物内の給水管での抵抗損失に応じて目標圧力を適切に変化させることにより、給水装置１００から末端に位置する給水器具での水圧が一定に制御される。図２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２の左図において、横軸は水の流量であり、縦軸は吐出し圧力すなわち揚程（ヘッド）である。また、図２の右図において横軸はポンプ回転数であり、縦軸は吐出し圧力すなわち揚程(ヘッド)である。

【0010】

図２に示すＰＡは、給水装置１００から末端の給水器具における最大流量時の吐出側圧力(以下、ＰＡと記す)である。ここでいう最大流量とは、建物内のすべての給水器具において最大水量が使用される状態である。また、ＰＢは、給水装置１００から末端の給水器具における締切運転時の吐出側圧力(以下ＰＢと記す)である。ここでいう締切運転時とは建物内のすべての給水器具において流量０の時に、給水装置１００から最も高く且つ最も遠くの位置（すなわち末端の位置）にある給水器具に必要な供給圧力とその給水器具までの管路に生じる圧力損失を加えた値である。記号ＮＭＡＸで示される曲線は、ポンプ２の性能により決まる最高回転数ＮＭＡＸでポンプ２を運転したときのポンプ２の揚程曲線である。記号ＮＭＩＮで示される曲線は、圧力ＰＢを達成する回転数（締切回転数）ＮＭＩＮでポンプ２を運転したときのポンプ２の揚程曲線である。また、Ｐ０５は、最高回転数ＮＭＡＸにおける締切運転時の吐出側圧力(以下、最高回転数をＮＭＡＸ、締切り運転時のＰＢにおける回転数をＮＭＩＮ、ＮＭＡＸにて締切運転時の揚程をＰ０５と記す)である。一般的にポンプの吐出し流量とポンプの回転数とは比例し、且つ、ポンプの全揚程はポンプの回転数の２乗に比例するため、ＰＡとＰＢとを通る２次曲線は、末端の給水器具における管路抵抗曲線Ｒとなる。ポンプ２が任意の回転数における揚程曲線Ｎｍと管路抵抗曲線Ｒとの交点である運転点で運転されることにより、末端の給水器具における圧力はＰＢ一定に保たれる。

【0011】

推定末端圧力一定制御に用いられる目標圧力制御カーブＣについて図２の右図を用いて説明する。図中のＣ０は締切運転カーブである。ポンプ２の吸込み側圧力が０の場合、Ｃ０は、圧力＝０と回転数＝０、及び、Ｐ０５とＮＭＡＸ、を通る２次曲線である。目標圧力制御カーブＣは、ＰＡとＮＭＡＸ、及び、ＰＢとＮＭＩＮ、を通る２次曲線である。給水装置１００から末端の給水器具において圧力をＰＢ一定に制御する（すなわち目標圧力ＰＡにて推定末端圧一定制御を行う）場合、先に述べたようにポンプ２の吐出し流量はポンプ２の回転数に比例するため、現在の流量ＱＮに対応したポンプ２の回転数Ｎｍと目標圧力制御カーブＣとから目標圧力ＰＮを設定する。

【0012】

したがって、流量が少ないときは、吐出側圧力の目標圧力が低くなり、その分ポンプ２の必要動力が低くなって回転数が小さくなることにより、省エネルギー運転が実現される。

【0013】

なお、図２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は推定末端圧一定制御ではなく吐出圧力一定制御を実行する。この場合は、制御部３５は、吐出側圧力がＰＡ（＝ＰＢ）を保つように、ポンプ２の回転数を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１２／０９９２４２号

【特許文献2】特開２０１４−２１４７１５号公報

【特許文献3】特開２０１４−２１４７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

上述した推定末端圧一定制御において目標圧力制御カーブＣは、設置された建物のＰＡとＰＢを正確に実測することは困難なため、建物内すべての給水器具（例えば蛇口）に十分な圧力で水を供給できるようにＰＡとＰＢがある程度余裕のある値に設定される。そこで、特許文献１は、必要な流量を確保しつつ、ポンプをより低い回転数で運転することができる給水装置を提案している。特許文献１によれば、複数の目標圧力制御カーブが予め制御部内に記憶されており、ポンプはいずれか１つの目標圧力制御カーブに基づいて制御されるようになっている。したがって、予め用意された複数の目標圧力制御カーブから最適なものを選択することによって、省エネルギー運転を実現することができる。

【0016】

しかしながら、特許文献１に記載の給水装置は、手動により目標圧力制御カーブが選択され、手動により切り替えられるようになっており、自動で目標圧力制御カーブの選択および切り替えが行われるようにはなっていない。また、使用される目標圧力制御カーブは、予め制御部に記憶された複数の目標圧力制御カーブから選択されるため、給水装置の運転状況に従って目標圧力制御カーブ自体の調整ができない。給水装置の運転状況は、時間によって変わり得る。例えば、学校においては休み時間に水の使用量が急に増え、夜間では水はほとんど使用されない。このように、給水装置の運転状況は時間またはその他の要因によって変わり得るため、最適な目標圧力制御カーブを自動で調整することが望まれる。さらに、より一層の省エネルギーを実現するために最適な目標圧力制御カーブを調整することも望まれる。

【0017】

また、特許文献２，３に記載の給水装置は、ポンプ始動時の吐出圧力の変化に基づいて最適な目標圧力制御カーブを調整している。しかしながら、例えば世帯数の多い大規模マンションにポンプ装置が用いられる場合などには、２４時間水が使用されていることも多い。この場合には、ポンプが停止および始動される機会が少なく、目標圧力制御カーブを調整する機会が少なくなる。特に、新築マンションなどで、徐々に入居者数が増える場合などには、入居者数が少ないときに設定された目標圧力制御カーブを用いると入居者数が増えたときに給水量が不足するおそれがある。また、初めから入居者数が増えた場合に備えて目標圧力制御カーブを設定すると、入居者数が少ないときにエネルギーロスが大きくなってしまう。

【0018】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、推定末端圧一定制御において運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを自動的に決定することを目標とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明のポンプ装置は、液体を移送するポンプと、ポンプを駆動するモータと、を備える。また、ポンプ装置は、ポンプの吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるようにモータを制御する制御部を備える。そして、制御部は、第１所定時間における目標圧力の平均値が目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには目標圧力が小さくなるように目標圧力制御カーブを補正する。また、制御部は、第２所定時間におけるモータの回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには目標圧力が大きくなるように目標圧力制御カーブを補正する。
かかる構成により、本発明のポンプ装置は、ポンプ装置の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを自動的に決定することができる。

【0020】

また、所定の回転数閾値は、モータの定格回転数であってもよい。
こうすれば、第２所定時間にわたってモータが高回転数で駆動されているときに、目標圧力を大きくすることができる。

【0021】

また、所定の圧力閾値は、目標圧力制御カーブ上の目標圧力における中央値であってもよい。
こうすれば、第１所定時間においてモータが目標圧力制御カーブ上の目標圧力の中央値よりも低圧側で頻繁に駆動されるときに、目標圧力を小さくすることができる。

【0022】

また、制御部は、目標圧力の平均値が目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さい時には目標圧力が第１圧力だけ小さくなるように目標圧力制御カーブを補正してもよい。そして、回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには目標圧力が第１圧力よりも大きい第２圧力だけ大きくなるように目標圧力制御カーブを補正してもよい。
こうすれば、ポンプの吐出側圧力が不足するのを抑制することができる。

【0023】

本発明の遠隔監視装置は、液体を移送するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ポンプの吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるようにモータを制御する制御部と、を備えるポンプ装置と通信を行う。遠隔監視装置は、モータの回転数を受信する回転数受信部と、ポンプの目標圧力を受信する圧力受信部と、目標圧力制御カーブを補正する指令を制御部に送信する補正指令送信部と、を備える。補正指令送信部は、第１所定時間における受信される目標圧力の平均値が目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには目標圧力が小さくなるように目標圧力制御カーブを補正する指令を制御部に送信する。また、補正指令送信部は、第２所定時間における受信されるモータの回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには目標圧力が大きくなるように目標圧力制御カーブを補正する指令を制御部に送信する。
かかる構成により、本発明の遠隔監視装置は、ポンプ装置の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを遠隔操作で自動的に決定することができる。

【0024】

本発明のポンプ装置の制御方法は、液体を移送するポンプと、ポンプを駆動するモータと、を備え、ポンプの吐出側圧力が目標圧力制御カーブ上の目標圧力になるようにモータが制御されるポンプ装置の制御方法である。このポンプ装置の制御方法では、モータの回転数を取得し、ポンプの目標圧力を取得する。そして、ポンプ装置の制御方法では、第１所定時間における取得した目標圧力の平均値が目標圧力制御カーブ上の所定の圧力閾値よりも小さいときには目標圧力が小さくなるように目標圧力制御カーブを補正する。また、ポンプ装置の制御方法では、第２所定時間における取得した回転数の平均値が所定の回転数閾値以上であるときには目標圧力が大きくなるように目標圧力制御カーブを補正する。
かかる構成により、本発明のポンプ装置の制御方法は、ポンプ装置の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを自動的に決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】一般的な給水装置を示す模式図である。

【図2】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3】本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一例である給水装置を示す模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係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。

【図5】制御カーブ設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】目標圧力制御カーブを低圧力側に補正する一例を示すグラフである。

【図7】目標圧力制御カーブを低圧力側に補正する他の一例を示すグラフである。

【図8】吐出側圧力の時間変化の一例を示すグラフである。

【図9】ポンプの目標圧力の時間変化の他の一例を示すグラフである。

【図10】本発明の一実施形態に係るポンプ装置と遠隔監視装置との一例を示す模式図である。

【図11】本発明の一実施形態に係るポンプ装置と遠隔監視装置との他の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。なお、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0027】

（第１実施形態）
図３は本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一例である給水装置を示す模式図である。図３に示すように、給水装置１の制御部４０は、記憶部４７と、演算部４８と、Ｉ／Ｏ部５０と、設定部４６と、表示部４９と、を備えている。設定部４６及び表示部４９は、給水装置１の運転パネル５１に備えられている。なお、制御部４０以外の構成については、図１に示す従来の給水装置１００の構成とほぼ同様である。

【0028】

設定部４６は、外部操作により、ポンプ２の吐出流量Ｑと吐出側圧力Ｐの関係を示す目標圧力制御カーブ等の各種設定値を設定するのに使用される。設定部４６において設定された各種設定値は、記憶部４７に記憶される。一例として、ユーザーは、設定部４６を介して、ＰＢ、ＰＡ、ＮＭＡＸ、Ｐ０５、過少水量時の停止圧力Ｐｄ２、始動圧力Ｐｄ１、及び、その他制御に必要な情報を入力できるようになっている。

【0029】

表示部４９は、ヒューマンインターフェースとして機能し、記憶部４７に格納されている設定値等の各種データや、現在のポンプ２の運転状況（運転状態）、例えばポンプ２の運転または停止、運転周波数、電流、吐出側圧力、流入圧力（直結給水の場合）、受水槽警報等を表示する。

【0030】

記憶部４７としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリが使用される。記憶部４７には、図５の制御フローチャートで示す制御プログラムや各種データ、例えば演算部４８における演算結果のデータ（ＰＢ、運転時間、積算値等）、圧力値（吐出側圧力、流入圧力）、設定部４６を通じて入力されたデータ、及びＩ／Ｏ部５０を通じて入力される、またはＩ／Ｏ部５０を通じて出力されるデータ等が格納される。

【0031】

Ｉ／Ｏ部５０としては、ポート等が使用される。Ｉ／Ｏ部５０は、圧力センサ２６の出力値、及び、フロースイッチ２４の信号を受け入れて演算部４８に送る。また、本実施形態では、モータ３の回転数Ｎｍを検出する回転数センサ２０ａがインバータ２０に備えられている。Ｉ／Ｏ部５０は、インバータ２０を介して回転数センサ２０ａの検出値（モータ３の回転数Ｎｍ）を受け入れて演算部４８に送る。ただし、回転数センサ２０ａは、インバータ２０に設けられるものに限定されない。また、回転数センサレスにて回転数制御を行うインバータ２０を使用する場合には、回転数センサ２０ａは存在せず仮想的なものとする。Ｉ／Ｏ部５０は、通信における信号の入出力も行う。

【0032】

演算部４８としては、ＣＰＵが使用される。演算部４８は、記憶部４７に格納されているプログラム及び各種データ、並びにＩ／Ｏ部５０から入力される信号に基づいて、ＰＡ，ＰＢの決定、時間の計測（運転時間、停止時間）、積算の演算（積算値）、通信データの処理、目標圧力の演算、周波数指令値（目標回転数）の演算、目標圧力制御カーブの補正等を行う。演算部４８からの出力は、Ｉ／Ｏ部５０に入力される。

【0033】

また、Ｉ／Ｏ部５０とインバータ２０は、ＲＳ４２２，２３２Ｃ，４８５等の通信手段
により互いに接続される。Ｉ／Ｏ部５０からインバータ２０へは、各種設定値や周波数指令値、発停信号（運転・停止信号）などの制御信号が送られ、インバータ２０からＩ／Ｏ部５０へは、実際の周波数値や電流値等の運転状況（運転状態）が逐次送られる。

【0034】

なお、Ｉ／Ｏ部５０とインバータ２０との間で送受信される制御信号としては、アナログ信号および／またはデジタル信号を用いることができる。例えば、回転周波数等にはアナログ信号を用い、運転停止指令等にはデジタル信号を用いることができる。

【0035】

図４は、本発明の一実施形態に係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。特に記載がない限り図２と同じ記号を用いて説明を省略する。まず、ＰＡとＰＢは実測することが困難なため、給水装置１を設置時に建物の高さと戸数等による給水量の推測値によりＰＡとＰＢが設定される。

【0036】

図４に示すＰｄ１は、ポンプ２を始動させるための閾値である始動圧力である。ここでは、一例として、始動圧力Ｐｄ１は、ＰＡから３ｍ（メートル）を減じた値（ＰＡ−３ｍ）に設定されている。

【0037】

モータ３及びポンプ２が停止している状態で水が使用されると、吐出側圧力Ｐｍが低下する。そして、圧力センサ２６により検出される吐出側圧力Ｐｍが予め設定された始動圧力Ｐｄ１以下に低下すると、制御部４０は、モータ３を始動してポンプ２を始動する。

【0038】

制御部４０は、図４の右図に示すように目標圧力制御カーブＣと現在の回転数Ｎｍに基づいて目標圧力ＰＮを設定し、インバータ２０を介してモータ３（ポンプ２）の回転数（回転周波数）を可変速制御する。すなわち、制御部４０は、インバータ２０を制御して所定の交流電圧もしくは直流電圧をモータ３に印加し、モータ３を増減速させる。モータ３の回転が高速になるのに伴って、ポンプ２の吐出量が増大し、吐出側圧力Ｐｍが増加する。制御部４０は、吐出側圧力Ｐｍが目標圧力ＰＮに一致するように、ポンプ２の回転数を制御する。なお、ポンプ２の駆動にあたっては、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）やパルス振幅変調（ＰＡＭ）により交流電圧を無段階に制御することにより、効率良く高速でポンプ２を運転することができる。

【0039】

ポンプ２の運転中に、水の使用量が少なくなり、水量が少なくなってフロースイッチ２４が動作すると、ポンプ２の運転が停止される。このポンプ２の停止にあたっては、一時的にポンプ２（モータ３）の運転速度を上げて吐出側圧力Ｐｍを所定の停止圧力Ｐｄ２まで上げることによって、圧力タンク２８内に十分な水を蓄圧（蓄圧運転）する。最終的には、圧力タンク２８内の水が停止圧力Ｐｄ２に昇圧された状態でモータ３が停止される。

【0040】

なお、ポンプ２の始動開始後一定の時間においては、フロースイッチ２４からの信号をキャンセルするようにしてもよい。このようにすることで、給水設備の諸条件により、ポンプ２が始動してからしばらくの間は水が流れないような場合であっても、過少水量の検出によってポンプ２が停止されることを防止することができる。また、ポンプ２の吐出側圧力Ｐｍが所定の値よりも低い場合には、フロースイッチ２４から信号が送られてもポンプ２の停止処理を行わないように制御部４０をプログラムしてもよいこのようにすることで、ポンプ２の停止処理およびそれに続くポンプ２の起動処理の頻度を減らし、装置の耐久性の向上および長寿命化を図ることができる。

【0041】

制御部４０は、記憶部４６に記憶されたＰＡおよびＰＢに基づいて停止圧力Ｐｄ２を演算できるようになっている。例えば、停止圧力Ｐｄ２は、ＰＡ、または、ＰＢ＋３ｍとなるように演算される。また、制御部４０は、ポンプ２の始動圧力Ｐｄ１も演算できるようになっており、例えば、ＰＡとＰＢとの差が３ｍ以内ならば始動圧力Ｐｄ１はＰＡ−３ｍ
となるように演算される。

【0042】

また、入力されたＰＡからＰＢを演算してもよい。例えば、給水末端の最高位置がビルの５階である場合には、ＰＡを１４ｍとし、ＰＡから約１５％低い１２ｍをＰＢとしてもよい。このように、ＰＢをＰＡよりも約１５％低く設定するのは、配管抵抗分がおよそ１５％程度と見積もられるからである。

【0043】

例えば、上述した制御部４０の設定部４６を介してＰＡと割合Ｄ％とを入力し、ＰＢをＰＢ＝ＰＡ−（ＰＡ×Ｄ％）により求めてもよい。あるいは、圧力ＰＡと差圧ＰＤとを入力し、ＰＢをＰＢ＝ＰＡ−ＰＤにより求めてもよい。

【0044】

制御部４０は、ポンプ２の運転状態に基づいて目標圧力制御カーブを補正する。図５は、制御部により実行される制御カーブ設定処理の一例を示すフローチャートである。なお、図５のステップＳ１１０以降は推定末端圧一定制御が行われている場合にのみ実行し、ポンプ停止中および小水量停止時の蓄圧運転時には実行されない。

【0045】

制御部４０の電源が起動すると、制御部４０は、まず、初期の目標圧力制御カーブＣを設定する（ステップＳ１００）。この初期の目標圧力制御カーブＣは、ＰＡとＰＢとＮＭＡＸ、ＮＭＩＮにより決定される目標圧力制御カーブＣであり、補正の基準となるものである。初期の目標圧力制御カーブＣの設定は、例えば、工場出荷時にポンプ性能であるＮＭＡＸと締切圧力Ｐ０５を記憶部４７に記憶し、給水装置１設置時にユーザーが設定部４６にＰＡ，ＰＢを入力して記憶部４７に記憶されたデータに基づいて設定することができる。また、現在利用されている目標圧力制御カーブが記憶部４７に記憶されている場合には、記憶されている目標圧力制御カーブを用いることができる。

【0046】

続いて、制御部４０は、ポンプ２が起動して推定末端圧一定制御が開始されると初期処理として回転数積算値Ｓｎと圧力積算値Ｓｐとを値０にリセットし（ステップＳ１１０）、計時値ｔａの計時をリセットスタートする（ステップＳ１２０）。計時を開始すると、制御部４０は、回転数センサ２０ａからのモータ３の回転数Ｎｍと、推定末端圧制御にて演算した目標圧力ＰＮと、を取得する（ステップＳ１３０）。制御部４０は、取得した回転数Ｎｍを回転数積算値Ｓｎに積算するとともに、取得した目標圧力ＰＮを圧力積算値Ｓｐに積算する（ステップＳ１４０）。そして、制御部４０は、計時値ｔａが参照値ｔｒ１以上になるまで（ステップＳ１５０）、ステップＳ１３０，Ｓ１４０の処理を繰り返し実行する。つまり、制御部４０は、所定時間ｔｒ１の間、モータ３の回転数Ｎｍと目標圧力ＰＮとを積算するのである。

【0047】

計時値ｔａが参照値ｔｒ１以上になると、制御部４０は、回転数積算値Ｓｎと圧力積算値Ｓｐとを、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の繰り返し回数Ｋ１で除して、平均回転数Ｍｎと平均目標圧力Ｍｐとを算出する（ステップＳ１６０）。

【0048】

続いて、制御部４０は、平均回転数Ｍｎを回転数閾値Ｎｒ１と比較する（ステップＳ１７０）。ここで、回転数閾値Ｎｒ１は、本実施形態では、回転数Ｎｍａｘとした。このステップＳ１７０の処理は、目標圧力制御カーブＣ上の最大圧力の運転ポイント近傍でモータ３が駆動されていたか否かを判定するものである。ただし、回転数閾値Ｎｒ１は、回転数Ｎｍａｘから所定のマージンを減じて設定してもよい。

【0049】

平均回転数Ｍｎが回転数閾値Ｎｒ１未満であるときには（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、制御部４０は、モータ３が頻繁に高出力の運転ポイントで駆動されてはいないと判断する。この場合には、続いて制御部４０は、平均圧力Ｍｐを圧力閾値Ｐｓと比較する（ステップＳ１９０）。本実施形態では、圧力閾値Ｐｓは、目標圧力制御カーブのＰＡとＰＢの中
央値とした。このステップＳ１９０の処理は、目標圧力制御カーブ上の低出力の運転ポイントでモータ３が駆動されていたか否かを判定するものである。ただし、ステップＳ１９０の処理では、平均圧力Ｍｐを目標圧力制御カーブ上の圧力閾値と比較するものであればよく、ＰＡとＰＢの中央値に限定されない。

【0050】

制御部４０は、平均回転数Ｍｎが回転数閾値Ｎｒ１未満で平均圧力Ｍｐが圧力閾値Ｐｓ以上であるときには（ステップＳ１７０：Ｎｏ，ステップＳ１９０：Ｎｏ）、現在の目標圧力制御カーブによってモータ３は好ましい運転ポイントで駆動されていると判断する。この場合には、目標圧力制御カーブを補正することなく、ステップＳ１１０の処理に戻る。

【0051】

制御部４０は、平均回転数Ｍｎが回転数閾値Ｎｒ１未満で平均圧力Ｍｐが圧力閾値Ｐｓ未満であるときには（ステップＳ１７０：Ｎｏ，ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、現在の目標圧力制御カーブでは、低出力の運転ポイントだけでモータ３が駆動されていると判断する。この場合には、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブを低圧側にシフトすることができると判断し、目標圧力制御カーブを低圧力側に補正して（ステップＳ２００）、ステップＳ１１０の処理に戻る。

【0052】

一方、制御部４０は、平均回転数Ｍｎが回転数閾値Ｎｒ１以上であるときには（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、現在の目標圧力制御カーブによって、目標圧力制御カーブ上の最大圧力の運転ポイント近傍でモータ３が駆動されていると判断する。この場合には、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブでは、給水設備への給水が不足している可能性があると判断し、目標圧力制御カーブを高圧力側に補正して（ステップＳ１８０）、ステップＳ１１０の処理に戻る。ここで、制御部４０は、目標圧力制御カーブを高圧力側に補正するときには、低圧力側に補正するときよりも大きく補正することが好ましい。

【0053】

以上説明した制御カーブ設定処理では、ステップＳ１１０以下の処理が繰り返し実行されて、目標圧力制御カーブが補正される。しかし、こうした例に限定されず、予め決められた回数だけステップＳ１１０以下の処理を実行したときには、制御部４０は、制御カーブ設定処理を終了するものとしてもよい。また、目標圧力制御カーブが補正されないときには、現在の目標圧力制御カーブが適したものであると判断して、制御部４０は、制御カーブ設定処理を終了するものとしてもよい。制御部４０は、制御カーブ設定処理を終了したときには、予め定められたタイミング（例えば、数日毎など）で制御カーブ設定処理を再度実行してもよいし、外部からの指令に基づいて制御カーブ設定処理を再度実行してもよい。また、設定する制御カーブはステップＳ１００にて設定した初期の目標圧力制御カーブＣを基準とした上下限値を設けてもよい。

【0054】

また、上記した制御カーブ設定処理では、モータ３の回転数Ｎｍと目標圧力ＰＮとを同一の時間にわたって積算するものとした。しかし、回転数Ｎｍの積算時間が目標圧力ＰＮの積算時間より長くてもよいし短くてもよい。

【0055】

また、回転数Ｎｍはインバータ２０からのフィードバック信号を用いたが、制御部４０からインバータ２０への指令回転数（目標回転数）を用いても良い。

【0056】

図６は、制御部によって目標圧力制御カーブを低圧力側に補正する一例を示すグラフである。図６に示す例では、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブＣのＰＡとＰＢを所定値ΔＰだけ圧力が低くなるように（低揚程側に）平行移動させることにより、新たな目標圧力制御カーブＣ’を決定している。これにより、モータ３（ポンプ２）は吐出し流量ＱＮに対して、低い回転数Ｎｍ’で運転される。

【0057】

図７は、制御部によって目標圧力制御カーブを低圧力側に補正する他の一例を示すグラフである。図７に示す例では、制御部４０は、ＰＢから所定値ΔＰを引くことによって新たなＰＢ’を算出している。そして、図７の座標系において吐出し流量０とＰＢ’とから特定される点と、最大流量ＱＭＡＸと対応する圧力ＰＡとから特定される点を、２次曲線で結ぶことにより、新たな管路抵抗曲線Ｒ’を決定している。このような補正の結果、現在の目標圧力制御カーブＣのほぼ全体が低揚程側に移動（シフト）する。この場合にも、モータ３（ポンプ２）は吐出し流量ＱＮに対して、低い回転数Ｎｍ’で運転される。また、ＰＢに代えて、ＰＡから所定値ΔＰを引くことによって新たなＰＡ’を算出し、新たな管路抵抗曲線Ｒ’を決定してもよい。

【0058】

低出力の運転ポイントだけでモータ３が駆動されているということは、管路損失により水量を調整している可能性が高く、ポンプ２の回転数を下げても十分な給水動作を達成できる可能性が高いことを示している。したがって、現在の目標圧力制御カーブＣを低揚程側に補正することによって省エネルギー運転を実現することができる。

【0059】

ポンプ２の吐出し圧力の急激な変動を避けるために、現在の目標圧力制御カーブＣから新たな目標圧力制御カーブＣ’に徐々に切り替えることが好ましい。例えば、所定の推移時間（例えば１０秒）に亘って現在の目標圧力制御カーブＣから新たな目標圧力制御カーブＣ’にゆっくりと切り替えてもよく、または所定の変化率で現在の目標圧力制御カーブＣから新たな目標圧力制御カーブＣ’にゆっくりと切り替えてもよい。

【0060】

目標圧力制御カーブを高圧力側に補正するときについても、低圧力側に補正するときと同様である。つまり、制御部４０は、現在の目標圧力制御カーブＣのＰＡとＰＢを所定値ΔＰだけ高くなるように平行移動させて新たな目標圧力制御カーブＣ’を決定してもよい。また、ＰＡとＰＢの一方に所定値ΔＰを加えて、新たな目標圧力制御カーブＣ’を決定してもよい。

【0061】

図８は、吐出側圧力の時間変化の一例を示すグラフである。図８に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に吐出側圧力Ｐｍの平均値Ｍｐが算出され、平均圧力Ｍｐが圧力閾値Ｐｓ未満であるため、目標圧力制御カーブが低揚程側に補正されている。これにより、給水装置１の省エネルギー化が図られる。

【0062】

図９は、ポンプの目標圧力の時間変化の他の一例を示すグラフである。図９に示す例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で目標圧力ＰＮがＰＡ近傍となっている。このときには、モータ３の回転数Ｎｍは、最大回転数Ｎｍａｘ近傍となる。このため、図９に示す例では、時刻ｔ４で目標圧力制御カーブが高揚程側に補正されている。この時、回転数ＮｍがＮＭＡＸならば、目標圧力ＰＮはＰＡ’となる。ここで、本実施形態では、図９に示すように、目標圧力制御カーブを高揚程側に補正するときには、目標圧力制御カーブを低揚程側に補正するときよりも、大きく補正している。これにより、給水装置１からの給水が不足するのをより確実に抑制することができる。

【0063】

図８及び図９に示すように、本実施形態の給水装置１では、ポンプ２が運転されているときに、ポンプ２の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを自動的に決定することができる。これにより、過剰な管路抵抗分の昇圧を少なくし給水装置１の省エネルギー化を図ることができるとともに、給水装置１からの給水が不足するのを抑制することができる。

【0064】

（第２実施形態）
図１０は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置と遠隔監視装置との一例を示す模式図である。本実施形態の遠隔監視装置６０は、公衆回線９０を通じて給水装置１と通信を行
う。公衆回線９０は、アナログ電話回線網、ＩＳＤＮ回線網、光ファイバ網、無線ＬＡＮ、ＰＨＳ回線網、携帯電話回線網、インターネット等の、任意の通信手段である。公衆回線９０は、これらの任意の複数の通信手段の組合せであってもよい。ここで、図１０に示す構成のうち給水装置１は、外部と通信を行うための通信部５２を制御部４０が備える点を除いて、図３に示す第１実施形態の給水装置１と同様である。なお、公衆回線９０は、有線に限られず、無線であってもよい。また、公衆回線９０に代えて、又は加えて、給水装置１と公衆回線９０とを接続する専用回線が用いられてもよい。

【0065】

遠隔監視装置６０は、図１０に示すように、記憶部６７と、演算部６８と、Ｉ／Ｏ部７０と、設定部６６と、表示部６９と、通信部７２を備えている。設定部６６及び表示部６９は、遠隔監視装置６０の運転パネル７１に備えられている。なお、遠隔監視装置６０の各機能は、２以上の装置に分散して配置されていてもよい。

【0066】

遠隔監視装置６０は、通信部７２から給水装置１の制御部４０に指令データを送信することができるように構成されている。制御部４０の通信部５２は、遠隔監視装置６０からの命令データを受け取り、この命令データをＴＣＰ／ＩＰネットワークデータから演算部４８が認識可能なデータに変換する。制御部４０は、指令データに従ってポンプ２の運転を制御し、あるいは要求された運転情報を遠隔監視装置６０に送信する。制御部４０から遠隔監視装置６０へのデータの送信は、常時行われるものとしてもよいし、所定の期間毎（例えば、数日など）に行われるものとしてもよいし、遠隔監視装置６０から要求された場合に行われるものとしてもよい。

【0067】

こうした構成により、遠隔監視装置６０は、給水装置１のモータ３の回転数Ｎｍおよび目標圧力ＰＮを取得することができる。なお、遠隔監視装置６０は、回転数Ｎｍと目標圧力ＰＮ以外のデータを給水装置１から受信してもよい。例えば、遠隔監視装置６０は、給水装置１の現在の目標圧力制御カーブＣを受信してもよいし、記憶部４７に格納されているＰＡ，ＰＢ等の設定値の各種データを受信してもよい。さらに、遠隔監視装置６０は、給水装置１の異常情報を受信してもよい。

【0068】

また、遠隔監視装置６０は、給水装置１のモータ３の回転数Ｎｍおよび目標圧力ＰＮを取得し、取得したデータに基づいて目標圧力制御カーブＣを補正するように給水装置１の制御部４０に指令を送信することができる。この場合には、遠隔監視装置６０は、例えば上記の図５に示す制御カーブ設定処理を実行し、目標圧力制御カーブＣを補正するように給水装置１の制御部４０に指令を送信する。制御部４０への指令の送信は、単にＰＡ，ＰＢを高揚程側または低揚程側に補正することを指令として送信してもよい。また、遠隔監視装置６０は、新たな目標圧力制御 カーブＣ’を決定して、目標圧力制御 カーブＣ’を制御部４０に送信してもよい。

【0069】

本実施形態によれば、給水装置１の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを遠隔監視装置６０が遠隔操作で自動的に決定することができる。特に、既に給水装置１の運転状況などを遠隔地で取得して監視する装置がある場合には、その遠隔監視装置６０に例えば図５に示す制御カーブ設定処理を実行させることにより、既存の設備を利用して給水装置１の目標圧力制御カーブを補正することができる。また、この場合には、複数の給水装置を監視する遠隔監視装置６０に目標圧力制御カーブを補正する処理を行わせることによって、既存の給水装置１のそれぞれに目標圧力制御カーブを補正する処理を行わせる場合に比して、処理を導入する対象を少なくすることができる。

【0070】

また、図１０に示すように、遠隔監視装置６０は、他の給水装置１Ａとも通信を行って複数の給水装置１，１Ａのデータを一括に蓄積して管理することができる。これにより、地域、時間（１日における時間帯、季節など）、建物の構造（世帯数、階数、向きなど）
毎に、給水装置のデータを参照することもできる。これらのデータを基に回転数閾値Ｎｒ１や圧力閾値Ｐｓ、目標圧力制御カーブＣの補正値などの値を決定することもできる。

【0071】

なお、本実施形態では、遠隔監視装置６０のうち、給水装置１と通信してモータ３の回転数Ｎｍおよび目標圧力ＰＮを受信する通信部７２が「回転数受信部」および「圧力受信部」に相当する。また、回転数Ｎｍおよび目標圧力ＰＮに基づいて目標圧力制御カーブＣを補正する指令を出力する演算部４８など、及び、演算部４８の指令を給水装置１の制御部４０に送信する通信部７２が「補正指令送信部」に相当する。

【0072】

（第３実施形態）
図１１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置と遠隔監視装置との他の一例を示す模式図である。本実施形態の構成は、給水装置１の制御部４０が通信部５２を備えない代わりに、給水装置１と遠隔監視装置６０との通信を仲介する通信装置８０が設けられている点を除いて、図１０に示す構成と同様である。

【0073】

通信装置８０は、給水装置１と同じ敷地内に設置され、給水装置１と遠隔監視装置６０との通信を仲介する。通信装置８０は、制御部４０のＩ／Ｏ部５０と信号をやりとりする。通信装置８０とＩ／Ｏ部５０とは、例えばＲＳ４２２，２３２Ｃ，４８５等の有線による通信手段や赤外線通信等の無線通信手段により互いに接続される。通信装置８０は、通信部とプロトコル変換器とを備えている（図示せず）。通信装置８０の通信部は、制御部４０から給水装置１の運転情報および故障情報を一定間隔（例えば、２５０ｍｓ毎）で取得するように構成されている。通信装置８０のプロトコル変換器は、制御部４０から取得した各種情報（データ）をＴＣＰ／ＩＰネットワークデータに変換するためのものである。このプロトコル変換器により、ＮＴＴ回線またはインターネットなどの公衆回線９０を通じて、遠隔監視装置６０と制御部４０との間のデータの送受信がなされる。

【0074】

本実施形態においても、給水装置１の運転状況に応じた最適な目標圧力制御カーブを遠隔監視装置６０が自動的に決定して、通信装置８０を介して給水装置１の目標圧力制御カーブの補正を行うことができる。つまり、第２実施形態の構成と同様の効果を奏することができる。また、公衆回線９０の技術革新により通信装置８０と公衆回線９０間のプロトコル等の変更を余儀なくされることがある。その場合でも、通信装置８０を給水装置１と分けることにより、ライフラインである給水を止めることなく、通信装置８０のみを変更すればよい。

【0075】

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【符号の説明】

【0076】

１，１Ａ，１００ 給水装置
２ ポンプ
３ モータ
８ バイパス管
２０ インバータ
２０ａ 回転数センサ
２１ 圧力センサ
２２，２３ 逆止弁
２４ フロースイッチ
２５ 逆流防止装置
２６ 圧力センサ
２８ 圧力タンク
３５，４０ 制御部
４６ 設定部
４７ 記憶部
４８ 演算部
４９ 表示部
５０ Ｉ／Ｏ部
５１ 運転パネル
５２ 通信部
６０ 遠隔監視装置
６６ 設定部
６７ 記憶部
６８ 演算部
６９ 表示部
７０ Ｉ／Ｏ部
７１ 運転パネル
７２ 通信部
８０ 通信装置
９０ 公衆回線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】