特開 2023-84909 給水装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023084909

(43)【公開日】2023-06-20

(54)【発明の名称】給水装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/10 20060101AFI20230613BHJP

【ＦＩ】

F04B49/10 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021199295

(22)【出願日】2021-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】坂谷 哲則

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 章太

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA16

3H145AA23

3H145AA42

3H145BA41

3H145CA22

3H145DA02

3H145DA39

3H145EA26

(57)【要約】

【課題】 給水装置の設置現場毎に閾値を予め決定することは、非常に煩雑、かつ、時間を要する作業であるため、当該点に鑑みた給水装置の一例を開示する。
【解決手段】 給水装置１では、現実に同一の現場に設置された複数の電動ポンプ３それぞれの騒音値を比較し、最大値と最小値との差が所定値以上となったときに、最大値に対応する電動ポンプ３に異常が発生したと判断する。したがって、給水装置１の設置現場毎に閾値を予め決定することなく、容易、かつ、簡便に適切な摩耗や劣化の判断が可能となり得る。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の給水用の電動ポンプと、
複数の前記電動ポンプそれぞれの停止及び稼働を制御するポンプ制御部と、
前記電動ポンプの稼働状態が予め決められた状態になったときに、当該電動ポンプの発する音を検出するためのマイクロフォンと、
前記マイクロフォンの検出値を利用して前記電動ポンプに異常が発生したか否かを判断する異常判断部とを備え、
前記異常判断部は、前記マイクロフォンの最大検出値と最小検出値との差が予め決められた値以上となったときに、当該最大検出値が検出された前記電動ポンプに異常が発生した旨の信号を発する給水装置。

【請求項2】

前記異常判断部は、複数の前記電動ポンプが全て停止している状態からいずれか１台の前記電動ポンプが起動したときに前記マイクロフォンが検出した値を、当該電動ポンプについての検出値として利用する請求項１に記載の給水装置。

【請求項3】

前記異常判断部は、給水量が予め決められた流量以下となって前記電動ポンプが停止するときに前記マイクロフォンが検出した値を、当該電動ポンプについての検出値として利用する請求項１に記載の給水装置。

【請求項4】

複数の前記電動ポンプが全て停止している状態から最初に起動させる電動ポンプを先発ポンプとし、前記最小検出値が検出された前記電動ポンプを低騒音ポンプとし、少なくとも午前０時から午前４時までを含む時間帯を夜間帯としたとき、
前記ポンプ制御部は、少なくとも夜間帯においては、低騒音ポンプを先発ポンプとして起動させる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の給水装置。

【請求項5】

前記異常判断部により異常が発生したとみなされた前記電動ポンプを異常ポンプとしたとき、
前記ポンプ制御部は、異常ポンプの起動を禁止する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の給水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数の電動ポンプを備える給水装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に記載の給水装置では、電動ポンプの軸受部の摩耗や劣化を検知するために、振動センサや騒音センサを設けている。その理由は、軸受部の摩耗や劣化が進行すると、大きな振動や騒音が発生するからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１１３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

振動センサや騒音センサの検出値を利用した摩耗や劣化の判断は、通常、予め決められた閾値と現実の検出値とが比較されることにより行われる。当該閾値は、通常、摩耗や劣化及び不具合が全く無い新品の電動ポンプにて発生する振動や騒音の検出値（以下、基準値という。）を基準として予め決定される。

【0005】

ところで、電動ポンプが設置される環境、又は振動センサもしくは騒音センサの配置位置が異なると、同一の電動ポンプであっても基準値が異なる可能性が極めて高い。このため、理想的には、電動ポンプの環境や騒音センサ等の配置位置に応じた閾値、つまり給水装置の設置現場毎に決定された閾値を用いて劣化等の判断を行うことが望ましい。

【0006】

しかし、給水装置の設置現場毎に閾値を予め決定することは、非常に煩雑、かつ、時間を要する作業である。したがって、給水装置の設置現場毎に閾値を予め決定することは、非現実的である。本開示は、当該点に鑑みた給水装置の一例を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

給水装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、複数の給水用の電動ポンプ（３）と、複数の電動ポンプ（３）それぞれの停止及び稼働を制御するポンプ制御部（１１）と、電動ポンプ（３）の稼働状態が予め決められた状態になったときに、当該電動ポンプ（３）の発する音を検出するためのマイクロフォン（５）と、マイクロフォン（５）の検出値を利用して電動ポンプ（３）に異常が発生したか否かを判断する異常判断部（１１）とを備え、異常判断部（１１）は、マイクロフォン（５）の最大検出値と最小検出値との差が予め決められた値以上となったときに、当該最大検出値が検出された電動ポンプ（３）に異常が発生した旨の信号を発することである。

【0008】

これにより、当該給水装置では、現実に同一の現場に設置された複数の電動ポンプ（３）それぞれの検出値を比較することにより、電動ポンプ（３）の異常、つまり摩耗や劣化の判断をする構成となる。

【0009】

具体的には、当該給水装置では、複数の電動ポンプ（３）それぞれの検出値のうち、最大検出値と最小検出値との差が予め決められた値以上となったときに、異常判断部（１１）は、当該最大検出値が検出された電動ポンプ（３）に異常が発生したものみなす。

【0010】

したがって、当該給水装置では、給水装置の設置現場毎に閾値を予め決定することなく、容易、かつ、簡便に適切な摩耗や劣化の判断が可能となり得る。

【0011】

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る給水装置を示す図である。

【図2】第１実施形態に係る給水装置を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る給水装置を示す図である。

【図4】第１実施形態に係る異常判制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

【0014】

少なくとも符号が付されて説明された機器や部材等の構成要素は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該構成要素は２以上設けられていてもよい。本開示に示された給水装置は、少なくとも符号が付されて説明された構成要素等を備える。

【0015】

（第１実施形態）
＜１．給水装置の概要＞
本実施形態は、例えば、マンションや商業ビル等の建物に適用される給水装置に本開示に係る給水装置の一例が適用されたものである。

【0016】

本実施形態に係る給水装置１は、図１に示されるように、複数（例えば、３つ）の電動ポンプ３、少なくとも１つ（本実施形態では、電動ポンプ３と同数）のマイクロフォン５及び流量センサ７、圧力センサ９並びに制御装置１１等を少なくとも備える。

【0017】

各電動ポンプ３は、全て同一構造である。具体的には、各電動ポンプ３は、ポンプ部３Ａ及びモータ部３Ｂを有する電動式のポンプである。以下、電動ポンプ３のうち任意の電動ポンプを意図する場合又は総称する場合は電動ポンプ３と記す。

【0018】

各電動ポンプ３の吐出し口から吐出された水は、連結管４Ａ（図２参照）を介して合流管４Ｂ（図３参照）に集合する。なお、合流管４Ｂは建物の配水管（図示せず。）に接続される。このため、給水装置１の給水量とは、合流管４Ｂから配水管に供給される給水量をいう。

【0019】

各電動ポンプ３は、ポンプ制御部より制御される。つまり、ポンプ制御部は各モータ部３Ｂを制御する。当該ポンプ制御部は、各モータ部３Ｂを駆動するための駆動回路（本実施形態では、インバータ方式の駆動回路）３Ｃを介して各電動ポンプ３制御する。

【0020】

各駆動回路３Ｃは、ポンプ制御部から出力される指令周波数に応じた周波数を有する駆動電流を対応するモータ部３Ｂに供給する。これにより、モータ部３Ｂの回転速度がポンプ制御部により可変制御される。

【0021】

ポンプ制御部には、流量センサ７の検出値及び圧力センサ９の検出値が入力されている。なお、本実施形態では、電動ポンプ３と同数の流量センサ７が設けられている。そして、各流量センサ７は、各電動ポンプ３の吐出し側に配置されて、その吐出し流量を検出する。

【0022】

したがって、給水装置１の給水量は、各流量センサ７の検出流量の和となる。圧力センサ９は、給水装置１の給水圧を検出する。具体的には、圧力センサ９は、合流管４Ｂ内の水圧を検出する。

【0023】

ポンプ制御部は制御装置１１に設けられている。制御装置１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータ等にて構成されている。そして、ポンプ制御用のソフトウェアが制御装置１１にて実行されることにより、ポンプ制御部が実現される。なお、当該ソフトウェアは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。

【0024】

＜１．１ ポンプ制御＞
ポンプ制御部、つまり制御装置１１は、各電動ポンプ３の制御として、（ａ）小水量停止制御、（ｂ）目標圧力制御、（ｃ）増台制御・減台制御、（ｄ）起動制御、及び（ｅ）ローテーション制御等が実行可能である。

【0025】

＜小水量停止制御＞
小水量停止制御は、給水量が予め決められた流量（以下、停止流量という。）まで低下したときに、稼働中の電動ポンプ３を停止させる制御である。なお、給水量が停止流量まで低下したときには、下記の減台制御により、稼働中の電動ポンプ３は１台となっている。このため、小水量停止制御が実行されると、全ての電動ポンプ３が停止する。

【0026】

＜目標圧力制御＞
目標圧力制御は、圧力センサ９の検出圧力が目標とする圧力（以下、目標圧力という。）となるように稼働している１つ又は複数の電動ポンプ３の稼働状態を調整する制御である。

【0027】

具体的には、制御装置１１は、検出圧力が目標圧力に近づくように指令周波数を、ＰＩＤ制御等により変化させる。なお、目標圧力は、予め決められた固定値、又は給水量もしくは指令周波数の関数値である。

【0028】

＜増台制御・減台制御＞
増台制御は、稼働している電動ポンプ３のみで十分な給水量を確保できなくなったときに、停止している電動ポンプ３を稼働させる制御である。減台制御は、増台制御と逆に、稼働している電動ポンプ３の台数を漸次減らしていく制御である。

【0029】

「十分な給水量を確保できなくなったとき」とは、例えば、稼働している電動ポンプ３に対する指令周波数が予め決められた上限周波数に到達している状態で、圧力センサ９の検出圧力が目標圧力を下回っているとき等である。

【0030】

因みに、本実施形態では、少なくとも１台の電動ポンプは、電動ポンプの故障時に備えたバックアップ用電動ポンプである。つまり、本実施形態では、増台制御が実行されても、最大２台の電動ポンプ３が同時に稼働し、３台の電動ポンプ３が稼働することはない。

【0031】

＜起動制御＞
起動制御は、全ての電動ポンプ３が停止している状態において、圧力センサ９の検出圧力が予め決められた圧力以下となったときに、予め決められた規則に従って、複数の電動ポンプ３のうちいずれかの電動ポンプ３を起動させる制御である。

【0032】

なお、制御装置１１は、起動制御の実行時には、吐出し圧力が予め決められた圧力（以下、起動時目標圧力という。）となるまで電動ポンプ３の回転速度を加速する。そして、吐出し圧力が起動時目標圧力と到達すると、ポンプ制御は、起動制御から目標圧力制御に移行する。

【0033】

＜ローテーション制御＞
ローテーション制御は、全ての電動ポンプ３が停止している状態から最初に起動させる電動ポンプ３（以下、先発ポンプという。）を予め決められた規則に従って順次変更する制御をいう。

【0034】

すなわち、制御装置１１は、前回、先発ポンプとして起動させた電動ポンプと異なる電動ポンプを今回の先発ポンプとして起動する。具体的には、制御装置１１は、原則として、電動ポンプ３１→電動ポンプ３２→電動ポンプ３３→電動ポンプ３１→電動ポンプ３２→電動ポンプ３３→電動ポンプ３１→・・・・の順に先発ポンプを変更する。

【0035】

＜２．電動ポンプの異常（摩耗・劣化）判断＞
制御装置１１には、異常判断部が設けられている。異常判断部は、電動ポンプ３（特に、モータ部３Ｂ）の軸受部の摩耗や劣化を判断する。なお、本実施形態に係る異常判断部は、制御装置１１にて異常判断用ソフトウェアが実行されることにより実現される。なお、当該ソフトウェアは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。

【0036】

＜２．１ 異常判断部の概要＞
＜異常判断制御＞
異常判断部、つまり制御装置１１は、異常判断制御が実行可能である。異常判断制御は、各マイクロフォン５の検出値（以下、騒音値ともいう。）を利用して電動ポンプ３に異常が発生したか否かを判断する制御である。

【0037】

各マイクロフォン５は、対応する電動ポンプ３の発する音を検出するための騒音センサである。各マイクロフォン５は、その指向性が対応する電動ポンプ３のモータ部３Ｂに向かう向きと一致するように配置されている。

【0038】

このため、図３に示されるように、マイクロフォン５１は、その指向性が電動ポンプ３１のモータ部３Ｂに向かう向きと一致するように配置されている。同様に、マイクロフォン５２、５３は、それぞれの指向が対応するモータ部３Ｂに向かって配置されている。

【0039】

そして、制御装置１１は、騒音値の最大値と騒音値の最小値との差が予め決められた値以上となったときに、当該最大値の騒音値が検出された電動ポンプ３に異常が発生したと判断し、その旨の信号を発する。

【0040】

すなわち、制御装置１１は、複数の電動ポンプ３が全て停止している状態からいずれか１台の電動ポンプ３が起動したときに、当該電動ポンプ３に対応するマイクロフォン５が検出した値を、当該電動ポンプ３についての検出値として利用する。

【0041】

具体的には、制御装置１１は、先発ポンプが起動した時から当該先発ポンプの吐出し圧力が起動時目標圧力に到達した時までにマイクロフォン５が検出した検出値のうち、最大の検出値を当該先発ポンプの騒音値とする。

【0042】

つまり、制御装置１１は、１台の電動ポンプ３が稼働し、かつ、その稼働中の電動ポンプ３が加速状態にあるときに検出された騒音値を異常判断に利用する。以下、電動ポンプ３１の騒音値を第１騒音値と記し、電動ポンプ３２の騒音値を第２騒音値と記し、電動ポンプ３３の騒音値を第３騒音値と記す。

【0043】

そして、制御装置１１は、第１騒音値、第２騒音値及び第３騒音値のうち最大の騒音値と最小の騒音値とを比較し、その差が予め決められた値以上となったときに、最大の騒音値に対応する電動ポンプ３（以下、異常ポンプという。）に異常が発生したと判断する。

【0044】

＜起動禁止制御、静音起動制御＞
制御装置１１は、起動禁止制御、及び静音起動制御も実行可能である。

【0045】

起動禁止制御は、異常ポンプが発見されたとき以降に実行される制御であって、異常ポンプの起動を禁止する制御である。なお、異常ポンプが発見された時に当該異常ポンプが稼働中である場合には、次回の起動制御時から起動禁止制御が実行される。

【0046】

具体的には、例えば、電動ポンプ３１が異常ポンプとされた場合には、制御装置１１は、電動ポンプ３２→電動ポンプ３３→電動ポンプ３２→電動ポンプ３３→・・・・の順に先発ポンプを変更する。

【0047】

静音起動制御は、少なくとも夜間帯においては、最小の騒音値が検出された電動ポンプ３（以下、低騒音ポンプという。）を先発ポンプとして起動させる制御である。なお、「夜間帯」とは、例えば、少なくとも午前０時から午前４時までを含む時間帯をいう。因みに、本実施形態では、午後１０時から翌日の午前４時までを夜間帯としている。

【0048】

つまり、本実施形態に係る制御装置１１は、異常ポンプが発見されたとき以降の夜間帯においては、ローテーション制御を実行することなく、低騒音ポンプを先発ポンプとして起動制御を実行するとともに、異常ポンプの起動を禁止する。

【0049】

＜２．１ 異常判断制御の詳細＞
異常判断制御は、起動制御の実行回数が電動ポンプ３の台数ｎの自然数倍となった場合に実行される。具体的には、本実施形態では、電動ポンプ３の台数ｎが３であるため、起動制御の実行回数が３の自然数倍、つまり、３、６、９・・・・・になったときに異常判断制御が実行される。

【0050】

なお、異常ポンプが発見されたとき以降においては、電動ポンプ３の台数を（ｎ－１）とし、当該台数の自然数倍となったときに異常判断制御が実行される。具体的には、本実施では、ｎ＝３であるため、異常ポンプが発見されたときを基準（起動回数を０）として、以降、起動制御の実行回数が偶数となったときに異常判断制御が実行される。

【0051】

そして、異常判断制御が起動されると、制御装置１１は、図４に示されるように、最大騒音値と最小騒音値との差が予め決められた値（以下、所定値という。）以上であるか否かを判断する（Ｓ１）。

【0052】

最大騒音値と最小騒音値との差が所定値未満である場合には（Ｓ１：ＮＯ）、制御装置１１は、異常判断制御を終了する。最大騒音値と最小騒音値との差が所定値以上である場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御装置１１は、起動禁止制御及び静音起動制御を実行する（Ｓ３、Ｓ５）。

【0053】

＜３．本実施形態に係る給水装置の特徴＞
本実施形態に係る給水装置１では、現実に同一の現場に設置された複数の電動ポンプ３それぞれの検出値を比較することにより、電動ポンプ３の異常、つまり摩耗や劣化の判断をする。したがって、給水装置１の設置現場毎に閾値を予め決定することなく、容易、かつ、簡便に適切な摩耗や劣化の判断が可能となり得る。

【0054】

制御装置１１は、は、全ての前記電動ポンプ３が停止している状態からいずれか１台の電動ポンプ３が起動したときにマイクロフォン５が検出した値、つまり起動制御時にマイクロフォン５が検出した値を当該電動ポンプ３についての騒音値として利用する。

【0055】

これにより、当該給水装置１では、給水装置１の利用者が最も耳障りと感じる音域を利用して異常判断制御が実行される。したがって、利用者が大きな不快感を覚える前に電動ポンプ３の交換又は修理を実行することが可能となり得る。

【0056】

制御装置１１は静音起動制御を実行する。これにより、夜間帯において、利用者が大きな不快感を覚えることを未然に抑制でき得る。さらに、本実施形態では、異常ポンプが発見されたとき以降に静音起動制御が実行される。これにより、利用者が大きな不快感を覚えることが確実に抑制され得る。

【0057】

（第２実施形態）
上述の実施形態に係る制御装置１１は、１台の電動ポンプ３が稼働し、かつ、その稼働中の電動ポンプ３が加速状態にあるときに検出された騒音値を異常判断に利用した。

【0058】

これに対して、本実施形態に係る制御装置１１は、電動ポンプ３が停止するとき、つまり小水量停止制御により電動ポンプ３が減速状態にあるときにマイクロフォン５が検出した値を、当該電動ポンプ３についての検出値として利用する。

【0059】

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る制御装置１１は、異常ポンプが発見されたとき以降の夜間帯においては、静音起動制御を実行した。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、異常ポンプの有無によらず、夜間帯においては、常に静音起動制御を実行してもよい。

【0060】

上述の実施形態では、電動ポンプ３の起動後、加速状態にあるとき、又は電動ポンプ３を停止させる減速状態にあるときの騒音値を用いて異常判断制御を実行した。しかし、本開示はこれに限定されない。

【0061】

すなわち、当該開示は、例えば、電動ポンプ３の稼働状態が予め決められた状態となったときの騒音値であれば十分である。例えば、電動ポンプ３が予め決められた回転速度で稼働しているときの騒音値を用いて異常判断を実行する構成であってもよい。

【0062】

同様に、制御装置１１は、静音起動制御における低騒音ポンプの選択においても、例えば、電動ポンプ３が予め決められた回転速度で稼働しているときの騒音値を用いて、低騒音ポンプを選択してもよい。

【0063】

上述の実施形態では、電動ポンプ３の同数のマイクロフォン５が設けられていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、電動ポンプ３の台数より少ない数のマイクロフォン５であってもよい。

【0064】

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

【符号の説明】

【0065】

１… 給水装置
３… 電動ポンプ
５… マイクロフォン
７… 流量センサ
９… 圧力センサ
１１… 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】