JP2010285862A - 増圧給水システム - Google Patents

Abstract

【課題】低層階用の給水装置と高層階用の給水装置との間にある給水栓からの空気の吸い込みを防止する増圧給水システムを提供する。
【解決手段】増圧給水システムは、水道管２に連結される低層階用の第１の給水装置ＢＰ１と、第１の給水装置ＢＰ１に直列に連結され、第１の給水装置ＢＰ１よりも高い位置に配置される高層階用の第２の給水装置ＢＰ２とを備える。第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２はそれぞれポンプと、ポンプの運転を制御する制御盤とを有する。制御盤はそれぞれ通信機能を有し、該通信機能を介して運転情報を通信する。第２の給水装置ＢＰ２のポンプを始動させるときは、第１の給水装置ＢＰ１ポンプを先に始動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オフィスビルやマンションなどの建物に水を供給するための増圧給水システムに関するものである。

オフィスビルやマンションなどの建物に水（水道水）を供給するための装置として給水装置が広く使用されている。この給水装置は、一般に、水を圧送するための遠心ポンプと、この遠心ポンプを駆動するためのモータと、このモータの運転を制御する制御盤とを備えている。遠心ポンプの吸込口は水道管に接続され、水道管により導入された水は遠心ポンプにより昇圧された後、建物内部に設けられた配水管を介して各給水栓に供給される。このような水道管に直結された給水装置は、一般に、直結式給水装置と呼ばれている。

最近では、高層建築物への給水に直結式給水装置を用いた増圧給水システムが使用されつつある。この増圧給水システムは、低層階用の第１の給水装置と、高層階用の第２の給水装置とを備えており、これらは直列に連結されている。第１の給水装置の吸込口は水道管に直結されており、建物の低層階には、この第１の給水装置によって水が供給される。一方、第２の給水装置は建物の中間層階に配置され、第１の給水装置から供給された水を増圧して高層階に供給する。

２つの給水装置を持つ増圧給水システムにおいては、それぞれが独立して運転されるため、次のような問題が起こりうる。すなわち、第１の給水装置が停止している状態で第２の給水装置が運転されると、第１の給水装置と第２の給水装置とを連結する配水管に負圧が形成されることがある。この状態で、配水管に連通する給水栓が開かれると、その給水栓から空気が吸い込まれてしまう。

特開２００８−２２３２６９号公報 特開２００８−２４０２７６号公報 特開平７−３３１７１１号公報

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、低層階用の給水装置と高層階用の給水装置との間にある給水栓からの空気の吸い込みを防止する増圧給水システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、建物に給水する増圧給水システムであって、水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、前記第１の給水装置に直列に連結され、前記第１の給水装置よりも高い位置に配置される高層階用の第２の給水装置とを備え、前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、前記第１の制御部および前記第２の制御部はそれぞれ通信機能を有し、前記第１の制御部と前記第２の制御部は、前記通信機能を介して運転情報を通信するように構成され、前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２のポンプが運転している間、前記第１の制御部は前記第１のポンプの運転を維持させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、前記第１の給水装置が故障したときは、前記第２の制御部は前記第２のポンプを停止させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２のポンプを停止させた後に前記第１のポンプを停止させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１の制御部は、前記第１のポンプの吐出側圧力が第１の始動圧力に達したとき、および前記第２のポンプの吐出側圧力が第２の始動圧力に達したときに、前記第１のポンプを始動させ、前記第２の制御部は、前記第２のポンプの吐出側圧力が第３の始動圧力に達したときに前記第２のポンプを始動させ、前記第２の始動圧力は、前記第３の始動圧力よりも高く設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、前記第２の給水装置が故障したときは、前記第１の給水装置の給水圧力を増加させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２の給水装置は、前記第２のポンプの上流側に配置された吸込側圧力センサをさらに有し、前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサの測定値が所定の目標値を維持するように前記第１のポンプの運転を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の給水装置は、前記第１のポンプの吐出側に圧力センサを持たないことを特徴とする。

本発明の他の態様は、建物に給水する増圧給水システムであって、水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、前記第１の給水装置に直列に連結され、前記第１の給水装置よりも高い位置に配置される高層階用の第２の給水装置と、前記第２の給水装置の運転状態と、前記第２の給水装置の吸込側圧力及び吐出側圧力とを前記第１の給水装置に送信する通信装置とを備え、前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１のポンプの吐出側圧力が第１の始動圧力に達したとき、または前記第２のポンプの吸込側圧力が第２の始動圧力に達したとき、または前記第２のポンプの吐出側圧力が第３の始動圧力に達したときに、前記第１の制御部は前記第１のポンプを始動させ、前記第２の制御部は、前記第２のポンプの吐出側圧力が第４の始動圧力に達したときに前記第２のポンプを始動させ、前記第３の始動圧力は、前記第４の始動圧力よりも高く設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のポンプを停止させるときは、前記第２のポンプを先に停止させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２のポンプの上流側には吸込側圧力センサが設けられ、前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサの測定値が所定の目標値を維持するように前記第１のポンプの運転を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のポンプの下流側には吐出側圧力センサが設けられ、前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサが故障したときに、前記吐出側圧力センサの測定値に基づいて推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、第１の給水装置と第２の給水装置との間で運転情報が伝送されるので、第１の給水装置と第２の給水装置との連携運転が可能となる。これにより、これら第２の給水装置の単独運転が防止され、低層階での空気の吸い込みを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。 第１の給水装置を示す模式図である。 第２の給水装置を示す模式図である。 第２の給水装置の他の構成例を示す模式図である。 複数のポンプを備えた第１の給水装置を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。 図６に示す増圧給水システムの詳細な構成を示す図である。 図６に示す増圧給水システムの具体例を示す図である。 ポンプの運転特性曲線図である。 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。 推定末端圧力一定制御の他の例を説明するためのポンプの運転特性曲線図である。

以下、本発明の実施形態に係る増圧給水システムについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。この増圧給水システムは、高層建築物（例えば、１６階以上の建物）に使用される直結式の増圧給水システムである。図１に示すように、この増圧給水システムは、水道管２に連結された第１の給水装置ＢＰ１と、第１の給水装置ＢＰ１に直列に連結された第２の給水装置ＢＰ２とを有している。第１の給水装置ＢＰ１は、グランドレベルまたは地下に設置されており、第２の給水装置ＢＰ２は、建物１の中間層階に設置されている。

第１の給水装置ＢＰ１の吸込口は、導入管５を介して水道管２に接続されている。第１の給水装置ＢＰ１の吐出口と第２の給水装置ＢＰ２の吸込口とは第１の配水管７によって連結されており、この第１の配水管７は、建物１の低層階の各給水栓９に枝管１２を介して連通している。第２の給水装置ＢＰ２の吐出口には、第２の配水管１５が接続されており、この第２の配水管１５は、建物１の高層階の各給水栓１０に枝管１３を介して連通している。第１の給水装置ＢＰ１は、水道管２からの水を増圧して建物１の低層階の各給水栓９に水を供給し、第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１から移送された水を増圧して建物１の高層階の各給水栓１０に水を供給するようになっている。

図２は、第１の給水装置ＢＰ１を示す模式図である。図２に示すように、第１の給水装置ＢＰ１は、導入管５を介して水道管２に連結されるポンプＰ１と、このポンプＰ１を駆動する駆動源としてのモータＭ１と、モータＭ１の回転速度を増減するインバータＩＮＶ１と、ポンプＰ１の吐出側に配置された逆止弁ＣＶ１と、逆止弁ＣＶ１の吐出側に配置されたフロースイッチＳＷ１、圧力センサＰＳ１、および圧力タンクＰＴ１とを備えている。これら構成要素は、キャビネットＣＢ１内に収容されている。

逆止弁ＣＶ１は、ポンプＰ１の吐出口に接続された吐出管Ｌ１に設けられており、ポンプＰ１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ＳＷ１は吐出管Ｌ１を流れる水の流量が所定の値にまで低下したことを検知する流量検知器である。圧力センサＰＳ１は、吐出側圧力（すなわち、第１の給水装置ＢＰ１に加わる背圧）を測定するための水圧測定器である。圧力タンクＰＴ１は、ポンプＰ１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。吐出管Ｌ１は第１の配水管７に接続されている。

ポンプＰ１の吸込口には減圧式逆流防止器２０が接続されている。この減圧式逆流防止器２０は、水道管２への水の逆流を確実に防止するために設置することが義務付けられているものである。なお、減圧式逆流防止器とは、逃し弁が配置された中間室を２つの逆止弁が挟むように配置された構成を有する逆流防止器である。

第１の給水装置ＢＰ１は、給水動作を制御する制御盤（コントローラ）ＣＮ１をさらに備えており、インバータＩＮＶ１、フロースイッチＳＷ１、圧力センサＰＳ１は、制御盤ＣＮ１に信号線を介して接続されている。フロースイッチＳＷ１により水の流量が所定の値にまで低下したことが検知されると、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転速度を一時的に上げるようインバータＩＮＶ１に指令を出し、圧力タンクＰＴ１に蓄圧してからポンプＰ１の運転を停止させるようになっている。一方、吐出側圧力（吐出管Ｌ１内の水圧）が所定の値まで低下すると、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転を開始するようインバータＩＮＶ１に指令を出す。

この第１の給水装置ＢＰ１においては、フロースイッチＳＷ１や圧力センサＰＳ１の出力信号に基づいて、ポンプＰ１の運転速度（回転速度）がインバータＩＮＶ１によって可変速制御される。一般的には、圧力センサＰＳ１により測定された圧力信号が設定された目標圧力と一致するようにポンプＰ１の運転速度を制御してポンプＰ１の吐出圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、ポンプＰ１の吐出圧力の目標値を適切に変化させることにより末端の給水栓における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御などが行われる。これらの制御によれば、その時々の需要水量に見合った回転速度でポンプＰ１が駆動されるので、省エネルギーを達成することができる。

図３は、第２の給水装置ＢＰ２を示す模式図である。第２の給水装置ＢＰ２の基本的な構成および動作は、上述した第１の給水装置ＢＰ１と同様であり、同一の構成要素には対応する符号が付されている。この第２の給水装置ＢＰ２は、減圧式逆流防止器を備えていない点で第１の給水装置ＢＰ１と相違する。これは、水道管２に直結されていない第２の給水装置ＢＰ２には、減圧式逆流防止器を設けることは義務付けられていないからである。

第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１および第２の給水装置ＢＰ２の制御盤ＣＮ２は、それぞれ通信機能を有している。これらの制御盤ＣＮ１，ＣＮ２は、ＲＳ−２３２などのインターフェイス（シリアルポート）を有しており、通信線２５を介して互いに接続されている。制御盤ＣＮ１，ＣＮ２は、この通信線２５を通じて双方向のシリアル通信が可能となっている。なお、シリアル通信に代えて、接点信号（電気的なＯＮ／ＯＦＦ信号）を用いる通信を用いてもよい。ポンプＰ１，Ｐ２の運転状態（運転または停止）、ポンプＰ１，Ｐ２の回転速度、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の測定値（吐出側圧力）、給水装置ＢＰ１，ＢＰ２の故障情報、ポンプＰ１，Ｐ２に対する運転指令を含む運転情報は、制御盤ＣＮ１と制御盤ＣＮ２との間で双方向に伝送される。このような通信機能は、第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２の連携運転を可能とする。なお、通信線２５を用いた有線方式に代えて、通信線を用いない無線方式を採用してもよい。

第１の給水装置ＢＰ１のポンプＰ１と第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２がいずれも停止している状態から、ポンプＰ２のみが始動すると、第１の配水管７内に負圧が形成されることがある。この状態で低層階の給水栓９が開かれると、その給水栓９から空気が吸い込まれるおそれがある。そこで、このような空気の吸い込みを防止するために、必ずポンプＰ１を始動させてからポンプＰ２を始動させる。すなわち、ポンプＰ２の吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下すると、制御盤ＣＮ２は、制御盤ＣＮ１にポンプＰ１を始動するように指令を発する。制御盤ＣＮ１は指令を受けてポンプＰ１を始動し、制御盤ＣＮ２にポンプＰ１が始動されたことを示す信号を送る。そして、制御盤ＣＮ２はこの信号を受けてポンプＰ２を始動させる。

ポンプＰ２が運転している間は、ポンプＰ１の運転が維持される。さらに、ポンプＰ１とポンプＰ２の両方が運転している状態から給水動作を停止させるときは、ポンプＰ２を停止させた後に、ポンプＰ１が停止される。これらの連携動作は、制御盤ＣＮ１，ＣＮ２間で伝達される運転情報に基づいて行われる。このような連携動作により、ポンプＰ２が運転しているときは常にポンプＰ１が運転していることになり、第１の配水管７内に負圧が形成されることが防止される。

第１の給水装置ＢＰ１が故障したときに、第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２のみが運転されると、上述した空気吸い込みの問題が起こりうる。そこで、第１の給水装置ＢＰ１が故障したときは、制御盤ＣＮ１はその故障情報を制御盤ＣＮ２に送信し、制御盤ＣＮ２はポンプＰ２の運転を停止させる。この場合、仮に高層階で水が使用されていても、ポンプＰ２は強制的に停止される。

第２の給水装置ＢＰ２が故障すると、高層階では断水が起こる。第１の給水装置ＢＰ１の給水能力に余裕がある場合は、第１の給水装置ＢＰ１の給水圧力を最大値に引き上げることが好ましい。すなわち、第２の給水装置ＢＰ２が故障したときは、制御盤ＣＮ２はその故障情報を制御盤ＣＮ１に送信し、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１をその最大給水能力で運転させる。第１の給水装置ＢＰ１によって高層階のすべての給水栓１０に水を供給できるとは限らないが、第１の給水装置ＢＰ１は少なくとも高層階の一部に水を供給することはできるので、高層階全体での断水を避けることができる。

ポンプＰ１，Ｐ２は、吐出側圧力が所定の値にまで低下したときに始動される。したがって、制御盤ＣＮ１，ＣＮ２には、ポンプＰ１，Ｐ２を始動させるトリガーとなる始動圧力Ｓ１，Ｓ３がそれぞれ設定されている。さらに、制御盤ＣＮ１には、ポンプＰ１を始動させるための第２の始動圧力Ｓ２が設定されている。この第２の始動圧力Ｓ２は第２の給水装置ＢＰ２の圧力センサＰＳ２の測定値に基づく始動発令のための第２のしきい値である。一方、第１の始動圧力Ｓ１は圧力センサＰＳ１の測定値に基づく始動発令のための第１のしきい値である。第２の始動圧力Ｓ２は、ポンプＰ２の始動圧力Ｓ３よりも大きく設定されている（Ｓ２＞Ｓ３）。これは、上述したように、ポンプＰ２が始動される前にポンプＰ１を始動させるためである。

制御盤ＣＮ１は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２の両方の測定値を監視し、圧力センサＰＳ１の測定値が第１の始動圧力Ｓ１にまで低下したとき、および圧力センサＰＳ２の第２の始動圧力Ｓ２にまで低下したときの２つのトリガーに基づきポンプＰ１を始動させる。ポンプＰ２の吐出側圧力が低下すると、圧力センサＰＳ２は、始動圧力Ｓ３よりも先に始動圧力Ｓ２を検出する。制御盤ＣＮ１は、通信線２５を通じて送られてくる圧力センサＰＳ２の測定値（すなわち、ポンプＰ２の吐出側圧力）が始動圧力Ｓ２に達したときに、ポンプＰ１を始動させる。このような連携動作により、ポンプＰ１は、常にポンプＰ２よりも先に始動される。

ポンプＰ１が停止している状態で、低層階で水が使用されると、ポンプＰ１の吐出側圧力が低下する。そして、この吐出側圧力が始動圧力Ｓ１にまで低下すると、ポンプＰ１が始動される。このように、ポンプＰ１は、２つの圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の測定値に基づいて始動される。

図４は、第２の給水装置ＢＰ２の他の構成例を示す模式図である。図４に示すように、ポンプＰ２の上流側には、ポンプＰ２の吸込側圧力を測定する圧力センサ（吸込側圧力センサ）３０が設置されている。第２の給水装置ＢＰ２のその他の構成は、図３に示す構成と同様である。圧力センサ３０は、制御盤ＣＮ２に信号線を介して接続されている。圧力センサ３０の測定値（すなわち、吸込側圧力）は、運転情報として通信線２５を介して第１の給水装置ＢＰ１に送られる。

第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１は、第２の給水装置ＢＰ２から送られてくる圧力センサ３０の測定値に基づき、低層階の給水栓９の給水圧力（末端圧力）が所定の目標値となるようにフィードバック制御する。具体的には、制御盤ＣＮ１は、圧力センサ３０の測定値が所定の目標値を維持するようにポンプＰ１の運転を制御する。低層階の末端圧力は、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力に実質的に等しいので、圧力センサ３０の測定値は低層階の給水栓９の給水圧力（末端圧力）を示していると考えることができる。したがって、圧力センサ３０の測定値から、低層階の実際の末端圧力を監視することができる。

このような運転制御方法によれば、実際の末端圧力に基づいてポンプＰ１の運転が制御されるので、配水管内の摩擦抵抗に起因する圧力降下の影響を受けない末端圧力一定制御が実現される。したがって、所望の末端圧力での給水が可能となる。なお、第２の給水装置ＢＰ２の圧力センサ３０は、第１の給水装置ＢＰ１の圧力センサＰＳ１の代用として用いることができるので、圧力センサＰＳ１は省略することができる。

上述した第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２は、いずれも１台のポンプのみを有しているが、図５に示すように複数のポンプを有してもよい。図５は、複数のポンプを備えた第１の給水装置ＢＰ１を示す模式図である。図示しないが、第２の給水装置ＢＰ２も、同様の配置に従って複数のポンプを備えることができる。複数のポンプを備えることにより、追加解列を伴う複数台運転を行ったり、運転中にあるポンプやインバータの異常が検知された場合に、他の正常なポンプやインバータに運転を切り替えて給水を継続することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る増圧給水システムについて説明する。なお、以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を引用し、第１の実施形態と同一の動作についての説明は省略する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。上述した第１の実施形態では、給水装置ＢＰ１，ＢＰ２のそれぞれの制御盤ＣＮ１，ＣＮ２の間で通信が直接行われるが、第２の実施形態では、第２の給水装置ＢＰ２に通信盤（通信装置）３０が接続されており、この通信盤３０を介して給水装置ＢＰ１，ＢＰ２の間で通信が行われる。

図７は、図６に示す増圧給水システムの詳細な構成を示す図である。本実施形態における給水装置ＢＰ１，ＢＰ２は、それぞれ複数の（図７では２台の）ポンプを有しているが、図２および図３に示すような１台のポンプを有する給水装置も本発明に係る増圧給水システムに使用することができる。低層階用の第１の給水装置ＢＰ１と高層階用の第２の給水装置ＢＰ２の基本的構成は同一である。

図７に示すように、第１の給水装置ＢＰ１において、ポンプＰ１の上流側には減圧式逆流防止器２０が接続されており、この減圧式逆流防止器２０の上流側には吸込側圧力センサＰＳ１１（以下、単に圧力センサＰＳ１１という）が設けられている。この圧力センサＰＳ１１は第１の給水装置ＢＰ１の吸込側圧力を測定するセンサである。圧力センサＰＳ１１は制御盤ＣＮ１に接続されており、制御盤ＣＮ１は圧力センサＰＳ１１の測定値に基づいて第１の給水装置ＢＰ１の吸込側圧力を監視している。

第１の給水装置ＢＰ１が運転中に、何らかの原因で水道管２の圧力が低下すると、水道管２に負圧が形成されるおそれがある。そこで、水道管２に負圧が形成されないようにするために、第１の給水装置ＢＰ１の吸込側圧力、すなわち圧力センサＰＳ１１の測定値が所定のしきい値にまで低下したときは、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転を停止させるようになっている。

同様に、第２の給水装置ＢＰ２にも、吸込側圧力センサＰＳ２１（以下、単に圧力センサＰＳ２１という）が設けられている。この圧力センサＰＳ２１は減圧式逆流防止器２０の上流側に配置され、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力を測定する。圧力センサＰＳ２１は制御盤ＣＮ２に接続されており、制御盤ＣＮ２は圧力センサＰＳ２１の測定値に基づいて第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力を監視している。

圧力センサＰＳ２１を設ける理由は、圧力センサＰＳ１１を設ける理由と基本的に同様である。すなわち、給水装置ＢＰ１，ＢＰ２のいずれもが運転しているときに、故障などの理由により第１の給水装置ＢＰ１の吐き出し圧力が大きく低下すると、配水管７に負圧が形成されるおそれがある。そこで、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力、すなわち圧力センサＰＳ２１の測定値が所定のしきい値にまで低下したときは、制御盤ＣＮ２はポンプＰ２の運転を停止させる。

第１の給水装置ＢＰ１に設けられている吐出側圧力センサＰＳ１２（以下、単に圧力センサＰＳ１２という）および第２の給水装置ＢＰ２に設けられている吐出側圧力センサＰＳ２２（以下、単に圧力センサＰＳ２２という）は、第１の実施形態における圧力センサＰＳ１，ＰＳ２にそれぞれ対応するものである。

第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２の基本的構成は同一であるため、高層階用の第２の給水装置ＢＰ２も減圧式逆流防止器２０を有している。上述したように、第２の給水装置ＢＰ２に減圧式逆流防止器を設けることは必要とされていないが、次のような理由から第２の給水装置ＢＰ２にも減圧式逆流防止器を設けることが好ましい。第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２が停止しているとき、高層階の配水管１５内の水頭圧は第２の給水装置ＢＰ２の逆止弁ＣＶ２によって受け止められる。ところが、この逆止弁ＣＶ２が故障すると、高層階の配水管１５の上端から低層階の配水管７の下端までの高さ分の水頭圧が第１の給水装置ＢＰ１に作用することになる。第１の給水装置ＢＰ１がその水頭圧を受け止めるのに十分な耐圧性能を有していない場合は、第１の給水装置ＢＰ１が故障または破損してしまう。そこで、このような２次的な故障、破損を防止するために、第２の給水装置ＢＰ２にも、図７に示すように、減圧式逆流防止器２０を設けることが好ましい。

ポンプＰ２の上流側には、吸込側圧力センサＰＳ５（以下、単に圧力センサＰＳ５という）がさらに設けられており、ポンプＰ２の下流側には、吐出側圧力センサＰＳ６（以下、単に圧力センサＰＳ６という）がさらに設けられている。圧力センサＰＳ５は、圧力センサＰＳ２１の上流側に配置され、これらは実質的に同じ高さに位置している。したがって、圧力センサＰＳ５の測定値と圧力センサＰＳ２１の測定値とは実質的に同じ値を示す。圧力センサＰＳ６は、圧力センサＰＳ２２および圧力タンクＰＴ２の下流側に配置され、圧力センサＰＳ６と圧力センサＰＳ２２とは実質的に同じ高さに位置している。したがって、圧力センサＰＳ６の測定値と圧力センサＰＳ２２の測定値とは実質的に同じ値を示す。

圧力センサＰＳ５および圧力センサＰＳ６は通信盤３０に接続されており、圧力センサＰＳ５，ＰＳ６の測定値は通信盤３０に送信されるようになっている。この通信盤３０は、第２の給水装置ＢＰ２に隣接して配置されている。通信盤３０は、第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１と第２の給水装置ＢＰ２の制御盤ＣＮ２とに接続されている。この通信盤３０は、第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２との間で連携した運転制御を可能とする通信装置であり、第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２とは通信盤３０を介して運転情報を送受信する。

一般的に、給水装置の制御盤には、装置外部との単純なオンオフ信号の入出力を行うための端子を備えている。そして、多くの装置が、ポンプの運転を行っているかどうかを出力する運転状態出力端子と、ポンプの運転を外部から強制的に停止するためのインターロック信号を入力するためのインターロック信号入力端子とを備えている。本実施形態の給水装置ＢＰ１、ＢＰ２の制御盤ＣＮ１、ＣＮ２にも、この入出力端子が備えられており、通信盤３０は、制御盤ＣＮ２の入出力端子、具体的には、運転信号出力端子とインターロック信号入力端子に接続されている。このような構成により、制御盤ＣＮ２からは、通信盤３０を介してポンプＰ２の運転信号（ポンプＰ２が運転しているかまたは停止しているかの運転状態を示す信号）が制御盤ＣＮ１に送信される。また、制御盤ＣＮ１からは、通信盤３０を介して制御盤ＣＮ２にインターロック信号を送信することができる。さらに、圧力センサＰＳ５，ＰＳ６の測定値、すなわちポンプＰ２若しくは給水装置ＢＰ２の吸込側圧力および吐出側圧力は、通信盤３０を介して第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１に送信されるようになっている。

第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２は、通信盤３０を介して互いに連携して運転される。より具体的には、高層階用のポンプＰ２が始動される前に、低層階用のポンプＰ１が始動され、ポンプＰ２が停止される前に、ポンプＰ１が停止される。このような連携運転により、低層階の配水管７に負圧が形成されることが防止される。以下、本実施形態における第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２の運転方法について詳細に説明する。

ポンプＰ１は、必ずポンプＰ２よりも先に始動される。このようなポンプＰ１，Ｐ２の始動順序を確立するために、制御盤ＣＮ１は３つの圧力センサＰＳ１２，ＰＳ５，ＰＳ６の測定値に基づいてポンプＰ１を始動させる。制御盤ＣＮ１には、ポンプＰ１を始動させるトリガーとなる始動圧力Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２が記憶されている。これらの始動圧力は、圧力センサＰＳ１２，ＰＳ５，ＰＳ６の測定値に対してそれぞれ設定されたしきい値である。すなわち、制御盤ＣＮ１は、圧力センサＰＳ１２によって測定されたポンプＰ１の吐出側圧力、圧力センサＰＳ５によって測定されたポンプＰ２の吸込側圧力、および圧力センサＰＳ６によって測定されたポンプＰ２の吐出側圧力のいずれかがその対応する始動圧力に達したときに、ポンプＰ１を始動させる。

制御盤ＣＮ２には、ポンプＰ２を始動させるトリガーとなる始動圧力Ｓ１３が記憶されている。この始動圧力Ｓ１３は、圧力センサＰＳ２２の測定値に対して設定されたしきい値である。すなわち、制御盤ＣＮ２は、圧力センサＰＳ２２によって測定されたポンプＰ２の吐出側圧力が始動圧力Ｓ１３に達したときに、ポンプＰ２を始動させる。この始動圧力Ｓ１３は、上記始動圧力Ｓ１２よりも小さく設定される（Ｓ１２＞Ｓ１３）。これは、ポンプＰ２が始動される前にポンプＰ１を始動させるためである。

ポンプＰ１の上記始動条件の具体例について、図８を参照して説明する。なお、以下の説明では、圧力［Ｐａ］は揚程［ｍ］として表されている。図８に示すように、第１の給水装置ＢＰ１から第２の給水装置ＢＰ２までの高さＨ１は４５ｍ、第２の給水装置ＢＰ２から最も高い給水栓１０（高層階での給水末端）までの高さＨ２は５５ｍである。第１の給水装置ＢＰ１の目標吐出圧力（目標揚程、後述する第１の給水装置ＢＰ１の推定末端圧力一定制御を行う場合の目標圧力Ｐｂ）は、高さＨ１よりも大きい７０ｍに設定されており、これは、第１の給水装置ＢＰ１の目標末端圧力（第２の給水装置ＢＰ２の吸込側における目標圧力、２０ｍに設定されている）と高さＨ１とを考慮して設定された値になっている。第２の給水装置ＢＰ２の目標吐出圧力（目標揚程）は、高さＨ２よりも大きい７０ｍに設定されている。

この例において、ポンプＰ１の３つの始動圧力、すなわち第１の始動圧力Ｓ１０，第２の始動圧力Ｓ１１，第３の始動圧力Ｓ１２は、それぞれ７０ｍ，２０ｍ，７０ｍに設定されている。また、ポンプＰ２の始動圧力Ｓ１３は、始動圧力Ｓ１２よりもやや小さい６８ｍに設定されている。

次に、上述の条件の下でのポンプＰ１，Ｐ２の始動動作について説明する。ポンプＰ１，Ｐ２の両方が停止している場合に低層階で水が使用されると、ポンプＰ１の吐出側圧力およびポンプＰ２の吸込側圧力が低下する。制御盤ＣＮ１は、ポンプＰ１の吐出側圧力（すなわち、圧力センサＰＳ１２の測定値）が７０ｍ（始動圧力Ｓ１０）まで低下したとき、またはポンプＰ２の吸込側圧力（すなわち、圧力センサＰＳ５の測定値）が２０ｍ（始動圧力Ｓ１１）まで低下したときに、ポンプＰ１を始動させる。

ポンプＰ１，Ｐ２の両方が停止している場合に高層階で水が使用されると、ポンプＰ２の吐出側圧力が低下する。ポンプＰ２の吐出側圧力は圧力センサＰＳ２２，ＰＳ６によって測定されている。これらの圧力センサの測定値は実質的に同じであるが、上述したように、圧力センサＰＳ６の測定値は第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１によって監視され、圧力センサＰＳ２２の測定値は第２の給水装置ＢＰ２の制御盤ＣＮ２によって監視される。ポンプＰ２の吐出側圧力が７０ｍ（始動圧力Ｓ１２）まで低下したとき、すなわち圧力センサＰＳ６の測定値が７０ｍにまで低下したとき、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１を始動させる。その後、ポンプＰ２の吐出側圧力が６８ｍ（始動圧力Ｓ１３）まで低下したとき、すなわち圧力センサＰＳ２２の測定値が６８ｍにまで低下したとき、制御盤ＣＮ２はポンプＰ２を始動させる。

ポンプＰ１の始動圧力Ｓ１２（７０ｍ）は、ポンプＰ２の始動圧力Ｓ１３（６８ｍ）よりも高く設定されているので、ポンプＰ２の吐出側圧力は、ポンプＰ２の始動圧力Ｓ１３（６８ｍ）よりも先にポンプＰ１の始動圧力Ｓ１２（７０ｍ）に達する。したがって、高層階のみで水が使用されている場合であっても、ポンプＰ１がポンプＰ２よりも先に始動される。このような通信盤３０を介した第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２との連携動作により、低層階での配水管７に負圧が形成されることが防止される。

低層階および高層階の両方で水が使用された場合は、上述の始動動作に従って、ポンプＰ１，Ｐ２がこの順に始動される。なお、第１の給水装置ＢＰ１が故障した場合など、第２の給水装置ＢＰ２を始動させるべきでないときには、制御盤ＣＮ１から通信盤３０を介して制御盤ＣＮ２にインターロック信号が送信される。この場合は、上述した始動条件が満たされた場合であっても、ポンプＰ２は始動されない。

次に、ポンプＰ１，Ｐ２の停止動作について説明する。低層階および高層階の両方で水が使用されている場合において、高層階での水の使用が停止されると、ポンプＰ２の吐出流量が低下する。フロースイッチＳＷ２は、この吐出流量が所定の値（少水量停止のための設定値）にまで低下したことを検知すると、その検知信号を制御盤ＣＮ２に送る。制御盤ＣＮ２はこの検知信号を受け、インバータＩＮＶ２に指令を出してポンプＰ２の回転速度を一時的に増加させて圧力タンクＰＴ２に始動圧力Ｓ１２（７０ｍ）よりも高い圧力まで蓄圧し、その後ポンプＰ２を停止させる。

低層階および高層階の両方で水が使用されている場合において、低層階での水の使用が停止されると、ポンプＰ１の吐出流量が低下する。この場合、ポンプＰ１の吐出流量が少水量停止のための設定値にまで低下しても、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転を停止させない。これは、ポンプＰ２の運転が継続されているからである。ポンプＰ２の運転信号は、通信盤３０を介して制御盤ＣＮ２から制御盤ＣＮ１に送信されており、制御盤ＣＮ１は、ポンプＰ２が運転しているときは、ポンプＰ１を停止させない。このような通信盤３０を介した第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２との連携動作により、低層階での配水管７に負圧が形成されることが防止される。

低層階での水の使用が停止された後に高層階での水の使用が停止されると、上述した動作に従って制御盤ＣＮ２はポンプＰ２を停止させる。その後、ポンプＰ１の吐出流量が低下して所定の値（少水量停止のための設定値）に達すると、フロースイッチＳＷ１はその検出信号を制御盤ＣＮ１に送信する。制御盤ＣＮ１は、ポンプＰ２が停止していることを条件として、ポンプＰ１を停止させる。ポンプＰ１を停止させる直前に、制御盤ＣＮ１は、インバータＩＮＶ１に指令を発してポンプＰ１の回転速度を一時的に上げ、ポンプＰ１の吐出側圧力が始動圧力Ｓ１０よりも高い所定の停止圧力以上に達し、且つ、ポンプＰ２の吸込側圧力が始動圧力Ｓ１１よりも高い所定の停止圧力以上に達するまで昇圧して、圧力タンクＰＴ１に蓄圧する。

このように、本実施形態においても、通信盤３０を介した通信により、ポンプＰ１，ポンプＰ２の順で始動され、ポンプＰ２，ポンプＰ１の順で停止される。したがって、ポンプＰ２が運転しているときは、常にポンプＰ１が運転していることになり、低層階での配水管７での負圧の形成を防止することができる。なお、３段以上の給水装置を直列に繋げた場合も、同様に、階層の低い順からポンプが始動され、階層の高い順からポンプが停止される。

以上の通り、ポンプＰ１，Ｐ２の始動と停止について詳しく説明したが、第２の実施形態における２つの圧力センサＰＳ２１，ＰＳ５を第１の実施形態におけるポンプＰ２の吸込側に配置される圧力センサ３０（図４参照）に、第２の実施形態における２つの圧力センサＰＳ２２，ＰＳ６を第１の実施形態におけるポンプＰ２の吐出側に配置される圧力センサＰＳ２に当てはめれば、第２の実施形態における増圧給水システムでの始動と停止の動作は第１の実施形態でも同様となる。

ポンプＰ１の運転中、第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１は、通信盤３０から送られてくる圧力センサＰＳ５の測定値に基づき、低層階の給水栓９の給水圧力（低層階での末端圧力）が所定の目標値となるようにフィードバック制御する。具体的には、制御盤ＣＮ１は、圧力センサＰＳ５の測定値が所定の目標値を維持するようにポンプＰ１の運転を制御する。圧力センサＰＳ５が故障した場合には、制御盤ＣＮ１は、圧力センサＰＳ１２の測定値に基づいて推定末端圧力一定制御を行う。圧力センサＰＳ５の故障は、その出力値が所定時間の間に全く変化しない等の条件により制御盤ＣＮ１によって検知することが可能である。

ここで、推定末端圧力一定制御について、図９の運転特性曲線図を参照して説明する。図９において、横軸は水量すなわち流量であり、縦軸はヘッドすなわち揚程（以下適宜「圧力」ともいう）であり、曲線ＮｘはポンプＰ１の回転速度を一定としたときの運転特性を示す。抵抗曲線Ｒは、ポンプＰ１から給水末端（給水栓９）までの使用水量に応じた管路抵抗である。推定末端圧力一定制御においては、使用水量に応じた（抵抗曲線Ｒで示される）管路抵抗を考慮して、ポンプＰ１の回転速度が制御される。すなわち、ポンプＰ１の吐出し圧力が抵抗曲線Ｒに沿って変化するように圧力センサＰＳ１２の測定値に基づいてポンプＰ１の回転速度が制御される。したがって、水量が少ないときは、管路抵抗が少ないので、その分ポンプＰ１の必要動力が低くなり、省エネルギー運転が実現される。

図９の例では、ポンプＰ１の回転速度は、Ｎａ（最大水量時に目標推定末端圧力（図８の例でいえば２０ｍ）を達成するための回転速度）とＮｂ（水量０のとき上記目標推定末端圧力を達成するための回転速度）との間で制御される。例えば、流量Ｑ１では、ポンプＰ１は回転速度Ｎｃで運転される。図９のＰａは、最大水量時に目標推定末端圧力を達成するために必要なポンプＰ１の吐出側圧力であり、Ｐｂは、水量０時に目標推定末端圧力を達成するために必要なポンプＰ１の吐出側圧力である。

圧力センサＰＳ１２の測定値に基づいて推定末端圧力一定制御を行っている場合、圧力センサＰＳ５を使用した末端圧力一定制御に較べると、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力の確実性が低く、推定した圧力よりも低くなっている可能性がある。また、推定末端圧力一定制御では、通常、ポンプＰ１の回転速度から水量Ｑを推定するため、末端圧力一定制御に較べて、水の使用量の急変動に対する追従性が悪くなる傾向がある。したがって、特に低層階での水使用量が少ないときに高層階での水の使用量が急に増大した場合など、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力が著しく低下して、配水管７に負圧が形成されるおそれがある。これに対しては以下のように対応することができる。

第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２との間の管路抵抗を考慮して設定される最大水量時のポンプＰ１の吐出側必要圧力Ｐａと、Ｐａから管路抵抗分を差し引いたＰｂ（水量０時のポンプＰ１の吐出側必要圧力）について、Ｐａの値はそのままとして、Ｐｂをより高い圧力Ｐｂ’（水量０時に推定末端圧力が目標推定末端圧力となるときに必要なポンプＰ１の吐出側必要圧力より高い圧力）に設定し、図１０に示すように、管路抵抗Ｒに代えて新たな曲線Ｒ’を設定する。これにより、第１の給水装置ＢＰ１が水量が少水量に近いところで運転されていても第１の給水装置ＢＰ１の吐き出し圧力に余裕ができるため、高層階での水使用の急増に対応できる。更に、図１１に示すように、Ｐｂをより高い圧力Ｐｂ”に設定し、Ｐａ＝Ｐｂ”としてもよい。この場合は、推定末端圧力一定制御ではなく、吐出圧力一定制御となる。つまり、低層階の給水装置ＢＰ１では吐出圧力一定制御を行うことにより、水使用の急増に対する給水装置ＢＰ２の吸込側圧力の低下を防ぐことができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 建物
２ 水道管
５ 導入管
７ 第１の配水管
９，１０ 給水栓
１２，１３ 枝管
１５ 第２の配水管
２０ 減圧式逆流防止器
２５ 通信線
３０ 通信盤
ＢＰ１，ＢＰ２ 給水装置
Ｍ１，Ｍ２ モータ
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ
ＣＶ１，ＣＶ２ 逆止弁
ＳＷ１，ＳＷ２ フロースイッチ
ＰＳ１，ＰＳ２，３０，ＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ５，ＰＳ６ 圧力センサ
ＰＴ１，ＰＴ２ 圧力タンク
ＣＮ１，ＣＮ２ 制御盤
ＣＢ１，ＣＢ２ キャビネット
Ｌ１，Ｌ２ 吐出管

Claims (13)

1. 建物に給水する増圧給水システムであって、
   水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、
   前記第１の給水装置に直列に連結され、前記第１の給水装置よりも高い位置に配置される高層階用の第２の給水装置とを備え、
   前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、
   前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、
   前記第１の制御部および前記第２の制御部はそれぞれ通信機能を有し、
   前記第１の制御部と前記第２の制御部は、前記通信機能を介して運転情報を通信するように構成され、
   前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする増圧給水システム。
2. 前記第２のポンプが運転している間、前記第１の制御部は前記第１のポンプの運転を維持させることを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
3. 前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、
   前記第１の給水装置が故障したときは、前記第２の制御部は前記第２のポンプを停止させることを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
4. 前記第２のポンプを停止させた後に前記第１のポンプを停止させることを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
5. 前記第１の制御部は、前記第１のポンプの吐出側圧力が第１の始動圧力に達したとき、および前記第２のポンプの吐出側圧力が第２の始動圧力に達したときに、前記第１のポンプを始動させ、
   前記第２の制御部は、前記第２のポンプの吐出側圧力が第３の始動圧力に達したときに前記第２のポンプを始動させ、
   前記第２の始動圧力は、前記第３の始動圧力よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
6. 前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、
   前記第２の給水装置が故障したときは、前記第１の給水装置の給水圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
7. 前記第２の給水装置は、前記第２のポンプの上流側に配置された吸込側圧力センサをさらに有し、
   前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサの測定値が所定の目標値を維持するように前記第１のポンプの運転を制御することを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
8. 前記第１の給水装置は、前記第１のポンプの吐出側に圧力センサを持たないことを特徴とする請求項７に記載の増圧給水システム。
9. 建物に給水する増圧給水システムであって、
   水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、
   前記第１の給水装置に直列に連結され、前記第１の給水装置よりも高い位置に配置される高層階用の第２の給水装置と、
   前記第２の給水装置の運転状態と、前記第２の給水装置の吸込側圧力及び吐出側圧力とを前記第１の給水装置に送信する通信装置とを備え、
   前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、
   前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、
   前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする増圧給水システム。
10. 前記第１のポンプの吐出側圧力が第１の始動圧力に達したとき、または
    前記第２のポンプの吸込側圧力が第２の始動圧力に達したとき、または
    前記第２のポンプの吐出側圧力が第３の始動圧力に達したときに、前記第１の制御部は前記第１のポンプを始動させ、
    前記第２の制御部は、前記第２のポンプの吐出側圧力が第４の始動圧力に達したときに前記第２のポンプを始動させ、
    前記第３の始動圧力は、前記第４の始動圧力よりも高く設定されていることを特徴とする請求項９に記載の増圧給水システム。
11. 前記第１のポンプを停止させるときは、前記第２のポンプを先に停止させることを特徴とする請求項９に記載の増圧給水システム。
12. 前記第２のポンプの上流側には吸込側圧力センサが設けられ、
    前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサの測定値が所定の目標値を維持するように前記第１のポンプの運転を制御することを特徴とする請求項９に記載の増圧給水システム。
13. 前記第１のポンプの下流側には吐出側圧力センサが設けられ、
    前記第１の制御部は、前記吸込側圧力センサが故障したときに、前記吐出側圧力センサの測定値に基づいて推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする請求項１２に記載の増圧給水システム。

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