JP2010229859A - 給水装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】給水ポンプの二次側の圧力が過大となることを防止可能な給水装置を提供する。
【解決手段】給水装置1は、吸込管12を少なくとも三方向に分岐する分岐管にそれぞれ接続され、給水ポンプ及びモータを有する複数台のポンプユニット、及び、制御盤(制御手段)40を有ポンプパッケージ13と、このポンプパッケージ13の下流に設けられた吐出配管14と、この吐出配管14に接続され、水位検出器15が設けられた高架水槽(給水部)16と、高架水槽16の一次側に設けられた自動開閉弁19と、を備え、水位検出器15により検出した水位に基いて自動開閉弁19を閉とするとともに、制御盤40により、少なくとも2台のモータの周波数を、同一周波数で同調させて低下後、モータを停止させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、水道本管からの水を増圧する給水装置に関する。
ビル等の建造物へ水を供給するために、水道本管や貯水槽等の水を直接増圧させて給水する所謂直結式の給水装置が知られている。このような給水装置は、複数のポンプが並列に配置され、例えば、交互運転が成される。このような増圧給水装置は、増圧した水を、高架水槽へ給水して、高架水槽から蛇口へと給水する。
このような給水装置を用いて高架水槽へ給水する場合には、高架水槽が所定の水位(定水位)となった場合等に、定水位弁やパイロット式電磁弁等の開閉弁が閉となり、その後、増圧給水装置の運転を止め、高架水槽が満水となることを防止している。
また、高架水槽の下限及び上限の水位を測定して、下限水位を検出したら、所定の立ち上がり特性で始動し、上限水位を検出したら、所定の立下り特性で停止する直結型の給水装置が知られている(特許文献1参照)。
さらに、高架水槽の水位検出器がポンプ停止水位(上限水位)を検出後、ポンプをゆっくり停止させ、その後自動開閉弁を閉じることで、流入圧力が変動しても安定な給水動作を行なうことが可能な直結型の給水装置も知られている(特許文献2参照)。なお、この給水装置は、ポンプ運転水位(下限水位)を検出すると開閉弁が開となり、その後加圧ポンプをゆっくり起動させる。
これらの直結式の給水装置は、(社)日本水道協会規格「水道用直結加圧形ポンプユニット(JWWA B130)」に沿ったものが一般的である。しかし、(社)日本水道協会規格「水道用直結加圧形ポンプユニット(JWWA B130)」の現行の規格では、給水装置は、複数台の給水ポンプを並列に配置し、増圧給水時において、前記複数台の少なくとも1台を停止させておき、この給水ポンプ以外の給水ポンプを運転させる構成が定められている。
このような構成とすることで、万が一給水ポンプの故障時に、通常停止させている予備の給水ポンプを運転させて断水を防止する構成となる。なお、予備の給水ポンプとして常時停止させておくのではなく、停止させる給水ポンプを交互に変更する交互運転を行なう場合もある。また、3台以上の給水ポンプを有する給水装置は、少なくとも一台の給水ポンプを停止させるとともに、複数台の給水ポンプを運転させる、所謂並列運転を行うものもある。
このような並列運転を行なう給水装置において高架水槽の満水を防止する場合に、高架水槽は、定水位弁やパイロット式電磁弁を閉とし、並列運転から、いずれかの給水ポンプを解列させている。
特開平07−180691号公報 特開平08−277781号公報
上述した給水装置では、次のような問題があった。即ち、並列運転を行なう給水装置では、高架水槽が定水位となった場合に、開閉弁が閉となるが、所定の時間で開閉弁が閉となるため、給水ポンプを並列運転から解列動作を行う前に開閉弁が閉となることがある。このような場合には、開閉弁が閉であっても、給水ポンプが並列運転で行われているため、圧力が過大となる虞がある。即ち、解列動作による給水ポンプの圧力の追従がうまくいかないことがある。このような場合には、給水装置の安全のために、緊急停止するため、一時断水状態となる問題もある。
そこで、本発明は、給水ポンプの二次側の圧力が過大となることを防止可能な給水装置を提供することを目的としている。
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給水装置は次のように構成されている。
本発明の一態様として、給水源に接続された吸込管と、この吸込管を少なくとも3方向に分岐する分岐管と、これら分岐管にそれぞれ設けられたポンプと、これらポンプをそれぞれ駆動するモータと、前記ポンプ及び前記モータを有するポンプユニットと、前記ポンプの二次側を合流させる吐出管と、この吐出管に設けられ、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、前記吐出管に接続された給水部と、この給水部の一次側に設けられた開閉弁と、前記モータの少なくとも2台を、前記ポンプの吐出圧力が目標圧力となる周波数に同一周波数で駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とする給水装置が提供される。
本発明によれば、給水ポンプの二次側の圧力が過大となることを防止可能な給水装置とすることが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る給水装置の構成を示す説明図。 同給水装置に用いられる給水ポンプユニットの構成を示す説明図。
図1は本発明の一実施の形態に係る給水装置1の構成を示す説明図、図2は同給水装置1に用いられるポンプパッケージ13の構成を示す説明図である。なお、図1,2中、Bは建造物を、Kは電源ケーブルを、Pは水道本管を、Sは信号線を、Tは給水口をそれぞれ示している。
給水装置1は、例えば、水道本管Pに直結され、水道本管Pを流れる水を直接増圧する、所謂直結増圧型給水装置が用いられる。図1に示すように、給水装置1は、水道本管Pから分岐された水道分管10と、この水道分管10に接続されたメータユニット(量水器)11と、このメータユニット11の下流に接続された吸込管12と、を備えている。
また、給水装置1は、吸込管12に接続されたポンプパッケージ13と、このポンプパッケージ13の下流に設けられた吐出配管14と、この吐出配管14に接続され、且つ、建造物Bの屋上等に配置され、水位検出器15が設けられた高架水槽(給水部)16と、を備えている。なお、給水装置1は、高架水槽16に接続され、建造物Bに設けられた蛇口等の各給水口Tに接続された給水配管17を有している。
また、給水装置1は、吐出配管14上であって、高架水槽16の一次側に、圧力検出器18及び自動開閉弁19が設けられている。この自動開閉弁19は、水位検出器15により検出した水位に基いて開閉可能に形成されている。例えば、自動開閉弁19は、電磁開閉弁であり、水位検出器15は電極により水位を検出する検出器で構成され、互いに信号線Sにより接続されている。自動開閉弁19は、水位検出器15で所定の水位が検出されると閉に、所定の水位以下で開に開閉可能に形成されている。なお、自動開閉弁19及び水位検出器15は、機械的に水位を検出するボールタップ及びボールタップにより開閉する開閉弁であってもよい。また、建造物Bは、一例として12階建の構造を図1に記載しているが、特にこれに限定されるものではない。
メータユニット11は、例えばメータの上流側と下流側とを分岐させてバイパス管を設けたメータバイパスユニットで形成されている。
図2に示すように、ポンプパッケージ13は、吸込管12を少なくとも3以上の複数、例えば三方向に分岐する分岐部21と、この分岐部21により3(複数)に分岐された分岐管22と、を備えている。
ポンプパッケージ13は、分岐管22にそれぞれ接続された少なくとも3台以上の複数台のポンプユニット23と、これらポンプユニット23にそれぞれ接続された合流管24と、これら合流管24を合流させる合流部25と、合流部25に接続された吐出管26と、を備えている。また、ポンプパッケージ13は、合流部25の二次側の吐出管26に、開閉弁27を介して接続された蓄圧が可能な蓄圧装置28を有している。なお、ポンプパッケージ13の吐出管26は、吐出配管14に接続されている。
ポンプユニット23は、少なくとも3台以上の複数台設けられていれば良い。なお、本形態では、一例として、三方向に分岐された分岐管22にそれぞれポンプユニット23を設けることから、3台のポンプユニット23を用いた形態にて説明する。
ポンプユニット23は、分岐管22と合流管24との間に上流側開閉弁32、給水ポンプ33、逆止弁34及び下流側開閉弁35を順次備えている。ポンプユニット23には、給水ポンプ33と逆止弁34との間に、流量スイッチ37が設けられている。また、ポンプパッケージ13は、その内部に制御盤(制御手段)40を有している。尚、制御盤40は、ポンプパッケージ13とは別体に設けられていても良い。
上流側開閉弁32及び下流側開閉弁35は、例えば手動で開閉が可能に形成されている。給水ポンプ33は、給水ポンプ33を駆動するモータ36が接続されている。給水ポンプ33は、複数台を並列、且つ、モータ36により所定の回転数で駆動することで、目標圧力及び目標流量を吐出可能となるポンプ性能を有している。
例えば、ポンプ33は、3台中2台駆動することで、圧力検出器18で検出される圧力、及び、高架水槽16に給水される給水量(流量)の水を供給可能なポンプ性能に形成されている。逆止弁34は、その二次側から給水ポンプ33への逆流を防止可能に形成されている。モータ36は制御盤40に信号線Sを介して接続されている。
流量スイッチ37は、所定の流量によって、内部のスイッチが離接することで、流量を検出可能に形成されている。このような流量スイッチ37は、例えば、給水ポンプ33から吐出される水の流量が所定の流量以下となった場合に、内部に設けられたスイッチが接点することで、その情報を制御盤40に送信可能に形成されている。
制御盤40は、供給電源に接続可能な電源ケーブルKを有し、供給電源から供給された電力により、モータ36を駆動可能に形成されている。制御盤40は、圧力検出器18、複数のモータ36及び複数の流量スイッチ37に信号線Sを介してそれぞれ接続されている。制御盤40は、圧力検出器18で検出された圧力データを受信可能に形成されている。
制御盤40は、複数のモータ36を駆動することで、給水ポンプ33の駆動が可能に形成されている。制御盤40は、複数のモータ36をそれぞれ駆動・停止可能、且つ、複数のモータ36を同一周波数(回転数)で可変可能に形成されている。
制御盤40は、駆動する給水ポンプ33を並列運転及び交互運転を行うポンプ制御機能を有している。即ち、制御盤40のポンプ制御機能は、複数の給水ポンプ33の回転数となるように、モータ36を同一周波数で並列に駆動させる並列運転と、給水ポンプ33の駆動時に少なくとも1台停止させる(停止状態とする)給水ポンプ33を交互に変更する交互運転と、を行う機能である。
制御盤40は、並列運転等の給水ポンプ33及びモータ36(ポンプユニット23)を、PI制御にて駆動するPI制御機能を有している。具体的には、制御盤40のPI制御機能は、モータ36を駆動した際の給水ポンプ33からの吐出圧力を、圧力検出器18で検出し、この検出データ(吐出圧力)と目標とする目標圧力とを比較する。なお、目標圧力は、例えば、高架水槽16(末端)での推定末端圧力である。
制御盤40は、吐出圧力と目標圧力とが略同一の圧力となるまで、吐出圧力と目標圧力との偏差状況に応じて比例・積分計算を行い、インバータによってモータ36の周波数を同一周波数で可変(上昇)させ、給水ポンプ33の回転数を可変(上昇)させる。このように、制御盤40は、複数の給水ポンプ33の回転数を同調させて可変し、吐出圧力が目標圧力と略同一、且つ、圧力略一定とするPI制御が可能に形成されている。
さらに、制御盤40は、圧力検出器18により検出された圧力が通常使用時の圧力(目標圧力)よりも所定圧力高い過大圧力であった場合には、給水装置1の各構成品等の破損を防止するための停止機能を有している。
この停止機能は、例えば、過大な圧力が検出された場合に、モータ36の駆動を急停止させる機能である。なお、ここで、過大圧力とは、給水装置1の各構成品の破損等の悪影響の虞がある給水装置1の破壊圧力や保証圧力等の圧力以上であり、構成等により適宜設定可能である。
また、制御盤40は、複数のモータ36又は給水ポンプ33のいずれかが故障又は不調等の異常発生時(以下、故障として説明する。)に、これらの故障(異常)を検出すると、故障した給水ポンプ33に接続されたモータ36、又は、故障したモータ36を停止させる。即ち、制御盤40は、故障したポンプユニット23の駆動を停止させるとともに、停止中のモータ36を駆動することで、少なくとも2台の給水ポンプ33を駆動させるスキップ機能を有している。
なお、給水ポンプ33及びモータ36の故障の検出については、どのような手法であってもよい。例えば、給水ポンプ33がロック状態等になった場合に、制御盤40に設けられたインバータが過電流を検出することで、故障を検出する構成としてもよい。また、制御盤40の制御による目標の圧力と、圧力検出器18で検出される圧力との比較によって故障を検出する構成でもよい。
このように構成された給水装置1を用いた建造物Bの給水口Tへの給水について説明する。
先ず、制御盤40に電力が供給されている状態で、開閉弁19が開くと、給水装置1内の蓄圧が下がり、圧力検出器18によりその情報が制御盤40に送信される。この情報に基いて、制御盤40は、複数のモータ36のうち、少なくともいずれか一つを停止状態とするとともに、他の複数のモータ36を駆動させる。
ここで、本実施の形態のモータ36は、3台設けられている。説明の便宜上、3つのモータ36をそれぞれモータ36A、36B、36Cとして以下説明する。
先ず、制御盤40は、モータ36A,36Bの駆動を開始させるとともに、モータ36Cには電力を供給せず、停止状態を維持する。
このとき、制御盤40は、駆動を開始したモータ36A,36Bの周波数を、同一周波数にて回転数を上昇させる。制御盤40は、モータ36A,36Bにより駆動する各給水ポンプ33によって増圧された水圧を圧力検出器18から受信するとともに、目標とする所定の圧力となるまでモータ36A,36Bの回転数を上昇させる。
各給水ポンプ33により増圧された水は、吐出配管14を通過して揚水されるとともに、高架水槽16内に一時的に貯留される。また、高架水槽16に貯留された水は、高架水槽16に接続された給水配管17の二次側の給水口Tが開となった場合には、落差により各給水口Tに水が供給され、建造物B内に給水されることとなる。
このような給水装置1の運転において、高架水槽16への貯留量より建造物B内への給水量(給水口Tからの放水量)が少ない場合には、高架水槽16の貯留量が増加し、高架水槽16の水位が高くなる。
高架水槽16の水位が所定の水位以上となった場合には、水位検出器15は、所定の水位を検出するとともに、自動開閉弁19を閉とする。自動開閉弁19が閉となると、供給水量が減少するため、制御盤40は、圧力検出器18の検出データから給水圧力の増加を受信しモータ36A,36Bを同一周波数にて回転数を低下させ、流量スイッチ37が閉を検出するとモータ36A,36Bを停止させる。
これにより、給水ポンプ33による高架水槽16への水の供給が停止することとなる。高架水槽16の水位が所定の水位以下となった場合には、水位検出器15がこれを検出し、自動開閉弁18を開とする。
自動開閉弁18が開となることで、蓄圧装置28の蓄水量が減少し、圧力検出器18で検出される圧力が低下する。この検出データを制御盤40が受信すると、制御盤40は、モータ36B,36Cを駆動し、同一周波数で回転数を上昇させる。制御盤40は、給水ポンプ33から吐出された水の圧力が所定の圧力となるまで、モータ36B,36Cの回転を上昇させる。
同様に、各給水ポンプ33により増圧された水を高架水槽16内に貯留させるとともに、高架水槽16の水位が所定の水位となるまで、各給水ポンプ33を所定の圧力で運転を継続させる。上述と同様に、高架水槽16の水位が所定の水位となった場合には、水位検出器15により自動開閉弁19が閉となる。また、自動開閉弁19が閉による給水圧力の増加した検出データを圧力検出器18から制御盤40が受信すると、制御盤40は、モータ36B,36Cを同一周波数にて回転数を低下させ、モータ36B,36Cを停止させる。
その後、高架水槽16の水位が所定の水位以下となった場合には、自動開閉弁19が開となる。圧力検出器18で検出されたデータにより自動開閉弁19が開である旨を制御盤40が検知すると、制御盤40が、モータ36C,36Aを駆動し、同一周波数にて回転数を上昇させる。
このように、制御盤40は、自動開閉弁19が開となると、モータ36を、同一周波数で、給水ポンプ33から吐出される水の圧力が所定の圧力となる回転数まで上昇させて駆動させる。制御盤40は、駆動するモータ36を、例えば、モータ36A,36B、モータ36B,36C及びモータ36C,36Aの順で、各モータ36の駆動停止毎(高架水槽16への給水停止毎)に停止及び駆動させる各モータ36を交換し、ポンプユニット23を交互に運転させる。
このような給水装置1の運転において、例えば、何らかの要因により、各ポンプユニット23で増圧される圧力が過大な圧力となった場合には、制御盤40は、この過大な圧力の検出データを圧力検出器18から受信する。制御盤40は、受信した検出データから、過大な圧力である旨を判断すると、先ず、モータ36への給電を停止し、給水ポンプ33及びモータ36を停止させる。
次に、制御盤40による、スキップ機能を用いた給水装置1の運転を説明する。制御盤40は、例えば、モータ36A,36Bを駆動中に、モータ36B又はモータ36Bに接続された給水ポンプ33が故障した場合には、スキップ機能として、制御盤40は、モータ36Bへの給電を停止させるとともに、モータ36Cへ電力を供給する。制御盤40は、モータ36Cの周波数を上昇させるとともに、モータ36Cの周波数をモータ36Aの周波数と略同一とし、以下、モータ36A,36Cを駆動させることで、高架水槽16へ水を給水する。
なお、高架水槽16の水位が所定の水位以上となった場合には、水位検出器15は、所定の水位を検出するとともに、自動開閉弁19を閉とする。制御盤40は、圧力検出器18の検出データを受信すると、モータ36A,36Cを同一周波数にて回転数を低下させ、モータ36A,36Cを停止させる。
このモータ36A、36Cの停止により、給水ポンプ33による高架水槽16への水の供給が停止することとなる。次に起動する時にはこのとき、故障したモータ36Bへの通電は行わず、モータ36B以外のモータ36へ通電を行う。
なお、モータ36が3台設けられている場合には、モータ36Bの修理が行われるまで、モータ36A,36C(2台のモータ36)により各給水ポンプ33を駆動させる。モータ36が4台以上設けられている場合には、故障したモータ36以外のモータ36により、並列運転及び交互運転を行う。
このように構成された給水装置1によれば、制御盤40は、高架水槽16へ給水する際に、給水ポンプ33から吐出する水の圧力を所定の圧力となるまで複数のモータ36の周波数(回転数)を、同一周波数にて上昇させる。また、制御盤40は、自動開閉弁19が閉となると、複数のモータ36を同一周波数にて回転数を低下させ、モータ36を停止させる。
これらのように、制御盤40は、複数のモータ36を同一周波数にて上昇・低下(停止)させることで、圧力検出器18で検出される圧力が過大な圧力となることがない。即ち、給水ポンプ33による流入圧力の変動を極力防止することが可能となる。また、自動開閉弁19の急閉による流入圧力の変動(圧力上昇)による過大圧力の発生を防止することで、緊急停止機能の誤作動を防止することが可能となる。
このように、過大圧力の発生を防止し、緊急停止機能の誤作動による給水装置1の停止、即ち、断水を防止することが可能となる。このため、給水装置1により、建造物Bへの安定した給水が可能となり、給水装置1の信頼性が向上される。
また、制御盤40により、複数のモータ36を駆動するとともに、少なくとも1台のモータ36を停止させる並列運転を行い、駆動するモータ36を交互に交換する交互運転を行うことで、給水ポンプ33及びモータ36の故障を防止することが可能となる。給水ポンプ33及びモータ36は、使用時間によって、摺動部位やシール部等が摩耗や劣化により、機能の低下や破損等が発生する虞が高くなる。しかし、制御盤40によりポンプユニット23を並列運転及び交互運転させることで、給水ポンプ33及びモータ36の駆動時間を平均化し、使用の偏りを低減させることが可能となる。このため、ポンプユニット23の故障を低下させ、信頼性を向上させることが可能となる。
さらに、複数のポンプユニット23のいずれかが故障した場合であっても、正常なポンプユニット23のモータ36を駆動することで給水ポンプ33を駆動することが可能となる。このため、モータ36や給水ポンプ33の故障による断水を防止可能となる。これにより、確実に給水可能となる。
また、給水装置1は、複数のモータ36を並列運転させることにより、必要とする所定の吐出圧力及び吐出流量となる給水ポンプ33を用いることで、給水ポンプ33及びモータ36一台あたりの寸法形状が小型及び小出力となる。このため、給水ポンプ33及びモータ36は、一台で同一の吐出圧力及び吐出流量となるポンプ及びモータを用いるよりも省エネになる。
上述したように本実施の形態に係る給水装置1によれば、3台以上の複数の給水ポンプ33及びモータ36を設け、これら複数の給水ポンプ33及びモータ36の少なくとも1台を停止させるとともに、残りの給水ポンプ33及びモータ36を制御盤40により並列運転及び交互運転させる。これにより、給水ポンプ33及びモータ36の使用の偏りをなくすことが可能となり、故障を低下させ、信頼性を向上させることが可能となる。
また、駆動する複数のモータ36は、制御盤40により同一周波数に周波数を上昇・低下させることで、高架水槽16の水位が所定の水位となった際に、自動開閉弁19が急閉しても、過大な圧力となることを防止することができる。これにより、自動開閉弁19の急閉時に、緊急停止機能が作動し、給水装置1を停止することがない。
また、給水ポンプ33及びモータ36が故障しても、他の給水ポンプ33及びモータ36を駆動することで、断水を防止することが可能となる。これらのことにより、給水装置1の信頼性を向上することが可能となる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、給水ポンプ33及びモータ36の台数は3台で説明したが、3台以上の複数台であれば良い。また、上述した例では、高架水槽16を設ける構成としたが、給水ポンプ33により増圧した水を供給する給水部であれば高架水槽16でなく、貯留タンク等であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
1…給水装置、10…水道分管、11…メータユニット、12…吸込管、13…ポンプパッケージ、14…吐出配管、15…水位検出器、16…高架水槽、17…給水配管、18…圧力検出器、19…自動開閉弁、21…分岐部、22…分岐管、23…ポンプユニット、24…合流管、25…合流部、26…吐出管、27…開閉弁、28…蓄圧装置、32…上流側開閉弁、33…給水ポンプ、34…逆止弁、35…下流側開閉弁、36、36A〜36C…モータ、37…流量スイッチ、40…制御盤(制御手段)、B…建造物、K…電源ケーブル、P…水道本管、S…信号線、T…給水口。

Claims (5)

  1. 給水源に接続された吸込管と、
    この吸込管を少なくとも3方向に分岐する分岐管と、
    これら分岐管にそれぞれ設けられたポンプと、
    これらポンプをそれぞれ駆動するモータと、
    前記ポンプ及び前記モータを有するポンプユニットと、
    前記ポンプの二次側を合流させる吐出管と、
    この吐出管に設けられ、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、
    前記吐出管に接続された給水部と、
    この給水部の一次側に設けられた自動開閉弁と、
    前記モータの少なくとも2台を同一周波数で駆動可能、且つ、これらモータの周波数を同調させて可変可能な制御手段と、
    を備えることを特徴とする給水装置。
  2. 前記制御手段は、前記開閉弁の閉後に前記モータの周波数を同一周波数で漸次低下させて停止させることを特徴とする請求項1に記載の給水装置。
  3. 前記制御手段は、目標圧力よりも所定の圧力高い過大圧力を前記圧力検出器で検出した場合に、前記複数のモータの駆動を全て停止させることを特徴とする請求項2に記載の給水装置。
  4. 前記制御手段は、前記モータの駆動時に、前記モータの少なくとも1台を停止状態とするとともに、前記停止状態とする前記モータを前記モータの駆動毎に交互に変更することを特徴とする請求項2に記載の給水装置。
  5. 前記制御手段は、前記モータ又は前記ポンプの異常時に、異常な前記モータ又は異常な前記ポンプを駆動する前記モータを停止させるとともに、他の前記モータの少なくとも2台を同一周波数に同調させて駆動させることを特徴とする請求項4に記載の給水装置。
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