JP2012024504A - 消火ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータを用いて省エネを図った消火ポンプ装置を提供する。
【解決手段】水源１からの水を消火設備に対して送水するポンプ３と、ポンプを駆動する電動機４と、電動機の速度制御を行うインバータと、ポンプの吐出し側の圧力を検出する圧力検出手段８と、インバータを制御する制御手段１６と、を備え、制御手段は、圧力検出手段により検出された検出圧力が第１の設定値以下になった場合に、検出圧力が、第１の設定値よりも高い第２の設定値となるようにインバータを制御し、検出圧力が第１の設定値よりも低い第３の設定値以下になった場合に、検出圧力が、第３の設定値よりも高く第１の設定値よりも低い第４の設定値になるようにインバータを制御する消火ポンプ装置であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は消火ポンプ装置に関する。

特許文献１には、インバータにより駆動される電動式ポンプを備えた消火ポンプ装置について開示されている。そして、起動用圧力タンクの圧力低下によるスプリンクラー作動したとの誤判断を避けるため、加圧専用ポンプ(ジョッキーポンプ)を備えることが示されている。また、インバータを用いればジョッキーポンプを省略して、待機時の配管系の圧力を管理できることが示されている。

特開２０１０−１４１２６

上記特許文献１には、ジョッキーポンプを省略できることが開示されているが、インバータを用いて具体的にどのような制御を行うのか何ら開示されていない。特にジョッキーポンプは頻繁に運転するものであるため、このジョッキーポンプの運転方法が消火ポンプ装置の省エネを図るうえで大事であるが、この点について特許文献１には何ら開示されていない。そこで、本発明はインバータを用いて消火ポンプ装置の省エネを図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。 本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、 水源からの水を消火設備に対して送水するポンプと、ポンプを駆動する電動機と、電動機の速度制御を行うインバータと、ポンプの吐出し側の圧力を検出する圧力検出手段と、インバータを制御する制御手段と、を備え、制御手段は、圧力検出手段により検出された検出圧力が第１の設定値以下になった場合に、検出圧力が、第１の設定値よりも高い第２の設定値となるようにインバータを制御し、検出圧力が第１の設定値よりも低い第３の設定値以下になった場合に、検出圧力が、第３の設定値よりも高く第１の設定値よりも低い第４の設定値になるようにインバータを制御する消火ポンプ装置であることを特徴とする。

本発明によればインバータを用いて消火ポンプ装置の省エネを図ることができる。

スプリンクラー消火ポンプと補助加圧ポンプを備えた消火ポンプシステムの系統を説明する図。 スプリンクラー消火ポンプと補助加圧ポンプの運転特性図。 補助加圧ポンプ２０を省略した消火ポンプシステムの系統を説明する図。 可変速モータ４によって駆動される消火ポンプ装置の運転特性図。 消火ポンプ装置の制御回路図。 消火ポンプ装置のプログラム処理手順を示したフローチャート。 圧力一定制御のフローチャート。 実施例２のスプリンクラー消火ポンプシステムの配管系統図。 実施例２のポンプの運転特性図。 実施例２の消火ポンプ装置の制御回路図。 実施例３の補助加圧ポンプとスプリンクラー消火ポンプの運転特性図。 実施例３の消火ポンプ装置の制御回路図。

以下、本発明の実施例を図１〜図７により説明する。
スプリンクラーにより作動する消火ポンプ装置は火災時に送水管途中に取り付けているスプリンクラーが開放されると水圧の低下によって圧力検出手段がこれを検出するか、あるいは外部からの始動指令（始動リレー）、あるいは人為的な運転操作によって、速やかに運転され給水されなければならない。

図１はスプリンクラー消火ポンプ３と補助加圧ポンプ２０の双方を備え、双方が商用電源で作動する場合の消火ポンプシステムの系統図である。１は水源であり例えば消火水槽、２はフート弁、３はモータ４により駆動されるスプリンクラー消火ポンプ、７は送水管、９ａ，９ｂ，９ｃはこの送水管に設けられたスプリンクラーであり、火災時はこれが開放され散水し消火用水として供給される。また、これらスプリンクラー９ａ、９ｂ、９ｃには、開放時に信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を発するスイッチが備わっており、火災報知器１７がこれらの信号を受信し収集する。１６はスプリンクラー消火ポンプ３を運転制御する制御部であり、火災報知器１７からの始動指令信号Ｓ４を受信する。

１０は内部に空気溜まりを有しスプリンクラー消火ポンプ３の吐き出し側近くの送水管７に接続される圧力タンクである。８はスプリンクラー消火ポンプ３の吐き出し側近くの送水管７に取り付けられ、ここの圧力を検出する圧力検出手段（圧力スイッチ）である。圧力検出手段８は検出圧力が設定圧力以下になるとスイッチが入り、このとき信号が制御部１６に送られる。圧力検出手段８からの信号を受信した制御部１６はスプリンクラー消火ポンプを始動する信号を送信する。１３は注水手段１４（例えばボールタップ）を備え、これにより水道水を注水する呼水槽であり、呼び水配管１１、逆止め弁１２を介してスプリンクラー消火ポンプ３へ補水して吸込管内の空気を除去し、常に満水状態にしスプリンクラー消火ポンプ３が始動できる準備をしておく。また、呼水槽１３は水位検出手段１５を備えこれにより水位の監視制御がされる。

２２は注水手段２３（例えばボールタップ）を備えこれにより水道水を注水する貯水槽であり、水位検出手段３１を備えこれにより水位の監視制御がされる。２０はモータ２１により駆動される補助加圧ポンプ（ジョッキーポンプとも呼ぶ）であり、貯水槽２２の水を吸い込み管２４、仕切り弁２５を介して吸い込み、逆止め弁２６、仕切り弁２７、送水管２９を通して、送水管７を加圧する。２８は送水管２９に取り付けられ、ここの圧力を検出する圧力検出手段（圧力スイッチ）である。圧力検出手段２８は検出圧力が設定圧力以下になるとスイッチが入り、このとき信号が補助加圧ポンプ２０を運転制御する制御部３０に送られる。圧力検出手段２８からの信号を受信した制御部３０は補助加圧ポンプ２０を始動する信号を送る。後に詳述するが、圧力検出手段２８の設定圧力は、圧力検出手段８の設定圧力より高い圧力が設定されている。

ところで、送水管７は漏水により水圧低下を起こし、圧力検出手段８が作動して火災が発生していないにも係わらずスプリンクラー消火ポンプ３を運転させてしまうことがある。そこで、これを防止するためにスプリンクラー消火ポンプ３が運転する前に、補助加圧ポンプ２０を運転させ、送水管７及び２９を加圧しておくのである。

図２はスプリンクラー消火ポンプ３及び補助加圧ポンプ２０の運転特性図であり、横軸に水量Ｑ、縦軸に全揚程Ｈを取って示す。曲線Ａはスプリンクラー消火ポンプのＱ−Ｈ性能曲線であり、商用電源（周波数ｆ０）における運転で仕様点Ｏ１（水量Ｑ０、全揚程ＨＴＳ）を満足するものが選ばれる。同様に曲線Ｂは補助加圧ポンプのＱ−Ｈ性能曲線であり、商用電源（周波数ｆ０）における運転で仕様点Ｏ２（水量Ｑｍｉｎ、全揚程ＨＴＪ）を満足するものが選ばれる。

ＳＰＯＮはスプリンクラー消火ポンプ３の始動圧力であり、圧力検出手段８のＯＮ圧力として設定される。また、ＳＰＯＦＦはこれの復帰圧力である。同様にＪＰＯＮは補助加圧ポンプ２０の始動圧力、ＪＰＯＦＦは同じく停止圧力であり。圧力検出手段２８にて設定される。即ち、送水管７、２９の系統で漏水が生じた場合、圧力検出手段２８は圧力検出手段８より高い圧力で設定されているので、送水管圧力がＪＰＯＮ以下に低下すると補助加圧ポンプ２０が、スプリンクラー消火ポンプ３の始動する前に始動し、送水管圧力がＪＰＯＦＦを越えると停止する。

ここで、本実施例においては、頻繁に動作するのはスプリンクラー消火ポンプ３ではなく補助加圧ポンプ２０であることに着目し、この補助加圧ポンプの省エネを図る。つまり、以下で説明するように補助加圧ポンプ２０をインバータで駆動されるポンプで代用することで省エネを図るようにしている。さらに本実施例においては、インバータ駆動のポンプで補助加圧ポンプ２０及びスプリンクラー消火ポンプ３との双方の動作を行うようにするため、補助加圧ポンプ２０を省略して消火ポンプ装置を構成することができる。これにより、補助加圧ポンプ２０を省略でき、配管系統、制御系統を簡素化することができるので、装置の小型化が図れる。また、補助加圧ポンプ２０及びこれの送水系統、付帯の電気設備を省略することができ、低コスト化が図れるものである。

図３は補助加圧ポンプ２０を省略した場合のスプリンクラー消火ポンプシステムの配管系統図を示す。図１から補助加圧ポンプ２０、同駆動モータ２１、貯水槽２２、注水手段（ボールタップ）２３、吸い込み管２４、仕切り弁２５、逆止め弁２６、仕切り弁２７、送水管２９、水位検出手段３１、制御部３０を削除したものである。モータ４は図示していないインバータ４０により駆動される可変速モータに変更している。圧力検出手段８は圧力スイッチではなく、圧力センサを用いて説明する。圧力センサを用いると、圧力を常時検出することが可能となる。図１と同じ記号のデバイスは同じものであるから説明を省く。

図４は本発明実施例の可変速モータ４によって駆動される消火ポンプ装置の運転特性図であり、図２と同様に横軸に水量Ｑ、縦軸に全揚程Ｈを取って示す。曲線Ａはインバータ周波数ｆ０でポンプ３を運転した時のＱ−Ｈ性能曲線であり、仕様点Ｏ０（水量Ｑ０、全揚程ＨＴＳ）を満足するものが選ばれる。同様に曲線Ｂはインバータ周波数ｆ１で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線であり、曲線Ｃはインバータ周波数ｆ２で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線であり、曲線Ｄはインバータ周波数ｆ３で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線である。

さらに、曲線Ｅはインバータ周波数ｆ０１でポンプ３が運転したときのＱ−Ｈ性能であり、図１及び図２で説明した補助加圧ポンプと代替しこれの性能に対応し、仕様点Ｏ１１（水量Ｑ００、全揚程ＨＴＪ）を満足する前述の周波数ｆ０１が選ばれる。同様に曲線Ｆはインバータ周波数ｆ０２で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線であり、曲線Ｇはインバータ周波数ｆ０３で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線である。

Ｉは図１における補助加圧ポンプ２０が担う運転領域を示しており、送水管増圧運転領域と呼ぶ。また、ＪＰＯＮは送水管増圧領域Ｉにおける始動圧力であり、ＪＰＯＦＦは送水管増圧領域Ｉにおける目標圧力である。圧力検出手段８の検出圧力の信号は制御部１６に送られ、この検出圧力に基づいて制御部１６から図３においては図示していないインバータ４０に対して制御指令が行われる。送水管が漏水し圧力検出手段８の検出圧力が始動圧力ＪＰＯＮ以下になると、制御部から制御指令が行われインバータ４０によってポンプ４が始動する。この場合、ポンプ３は送水管増圧領域Ｉで目標圧力をＪＰＯＦＦとして運転する。送水管の圧力は通常時はＪＰＯＦＦを保持するように運転されるため、この運転領域Ｉで運転されることが多い。したがって、この送水管増圧運転領域Ｉにおいてインバータ４０によりポンプを駆動することで特に消火ポンプ装置の省エネを図ることが可能である。

具体的には、漏水量がＱ００では運転点はＯ１１（周波数ｆ０１でＱ−Ｈ性能曲線Ｅと目標圧力ＪＰＯＦＦ線分とで交わる。）、使用水量Ｑ０１では運転点はＯ１２（周波数ｆ０２でＱ−Ｈ性能曲線Ｆと目標圧力ＪＰＯＦＦ線分とで交わる。）、使用水量Ｑ０２では運転点はＯ１３（周波数ｆ０３でＱ−Ｈ性能曲線Ｇと目標圧力ＪＰＯＦＦ線分とで交わる。）となる。

なお、ＪＰＯＮは図２における補助加圧ポンプ２０の始動圧力に対応し、ＪＰＯＦＦは同じく図２における補助加圧ポンプ２０の停止圧力に対応する。そして、ポンプ起動後に、圧力センサ８により検出された検出圧力が目標圧力ＪＰＯＦＦ一定なる運転（吐出圧一定制御）を行い、送水管を増圧するのに十分な保持時間、即ち所定時間が経過したら、制御部１６からインバータ４０に対してポンプを停止するように制御指令を行う。別の停止方法としては、前述の周波数ｆ０３を締め切り運転付近（水量０付近）で目標圧力ＪＰＯＦＦを上回るように、例えば数ｍ高く設定しておく。そうすれば、圧力センサ８の検出された検出圧力が目標圧力ＪＰＯＦＦ以上となり、補助加圧ポンプ２０は停止する。

Ｒは図１におけるスプリンクラー消火ポンプ３が担う運転領域を示しており、本実施例においてはスプリンクラー運転領域と呼ぶ。また、ＳＰＯＮはスプリンクラー運転領域Ｒで運転する際のスプリンクラー領域始動圧力、ＳＰＯＦＦは同じくスプリンクラー領域目標圧力である。なお、実際には圧力検出手段８の検出圧力がＪＰＯＮ以下になると、インバータ４０によりポンプ３を始動するため、検出圧力がＳＰＯＮになったときには既にポンプ３は始動している。さらに送水管圧力が低下して、つまり、圧力検出手段８の検出圧力が低下して、ＳＰＯＮ以下となると、制御部１６からインバータ４０に対してポンプ４をスプリンクラー運転領域Ｒで運転するように制御指令がなされる。

スプリンクラー運転領域Ｒにおいては、圧力検出手段８の検出圧力をＳＰＯＦＦ一定に保つように、インバータ４０によりポンプ３が運転する。具体的には、圧力検出手段８の検出圧力が低下して、ＳＰＯＮ以下となると、この圧力検出手段８からの信号を受信した制御部ポンプ３からインバータ４０に対して目標圧力をＳＰＯＦＦとしてポンプ３を制御するように制御指令がなされる。スプリンクラー運転領域Ｒにおいて、送水管のスプリンクラーが開放され使用水量Ｑ０では運転点はＯ０（周波数ｆ０でＱ−Ｈ性能曲線Ａと目標圧力ＳＰＯＦＦ線分とで交わる。）、使用水量Ｑ１では運転点はＯ１（周波数ｆ１でＱ−Ｈ性能曲線Ｂと目標圧力ＳＰＯＦＦ線分とで交わる。）、使用水量Ｑ２では運転点はＯ２（周波数ｆ２でＱ−Ｈ性能曲線Ｃと目標圧力ＳＰＯＦＦ線分とで交わる。）、使用水量Ｑ３では運転点はＯ３（周波数ｆ３でＱ−Ｈ性能曲線Ｄと目標圧力ＳＰＯＦＦ線分とで交わる。）となる。これらは、便宜上段階の周波数で示したが、スプリンクラーの数、散水量によって変化するものであり、理論的には無段階である。

なお、後で説明するが、スプリンクラー運転領域Ｒにおいては、送水管増圧運転領域Ｉと異なり圧力検出手段８の検出圧力が目標圧力（ＳＰＯＦＦ）以上になったとしてもインバータ４０はポンプ３の運転を継続する。スプリンクラー運転領域Ｒで運転するということは火災発生によりスプリンクラーが作動した信号を受信してポンプ３が運転すると考えられるため、消火ポンプ装置に備えられた停止スイッチが人為的に押されない限り止めないようにしたものである。これにより、たしかに消火が完了した、あるいは、スプリンクラーを作動させる必要がないことを確認してから消火ポンプ装置を止めることになるので、火災が発生しているにも関わらず消火ポンプ装置の作動が止まらないようにすることができる。

図５は本実施例の消火ポンプ装置の制御回路図である。Ｒ、Ｓ、Ｔは電源、ＥＬＢは漏電遮断器でありこれ以降の主回路の漏電及短絡保護を行う。Ｒ、Ｓは制御電源、ＩＮＶは可変速モータＩＭを変速運転制御する可変速制御手段（一般に使用されるインバータ４０で例示）であり、端子ＣＯＭ、ＦＷにＲＵＮａ及び端子Ｏ，Ｌに周波数指令信号ｆが入力されると始動し指令周波数ｆによる周波数及びこれに対応した電圧を可変速モータに出力する。ＳＳは制御装置ＣＴＬの運転、停止スイッチ、ＴＲはトランス、ＣＵは制御基板である。

Ｚは安定化電源であり前記トランスＴＲより電源の供給を受け直流電源を生成して、制御基板ＣＵに供給する。ＣＰＵはマイクロプロセッサー、ＯＰはタッチースイッチ、表示部を有するデジタルオペレータ、Ｍはメモリー（記憶部）であり、プログラム（制御手順）及び各種データが記憶されている。また、メモリーには、送水管増圧運転領域Ｉとこの運転機能及び圧力パラメータＪＰＯＮ（始動圧力）、ＪＰＯＦＦ（目標圧力）、ＪＰＯＦＦ（目標圧力）の保持時間が記憶され、さらにスプリンクラー運転領域Ｒとこの運転機能及び圧力パラメータＳＰＯＮ（始動圧力）、ＳＰＯＦＦ（目標圧力）、さらには圧力センサーの検出データが記憶されている。

なお、ここで、始動圧力及び目標圧力をそれぞれ、ＪＰＯＮ、ＳＰＯＮとして、ＪＰＯＦＦ、ＳＰＯＦＦを適宜省略しても良い。ＲＵＮはリレー、ＲＵＮａはその接点であり始動条件が成立すると、ＣＰＵより出力回路Ｉ／Ｏ１、端子台ＴＢ１を介して出力される。合わせて、周波数指令信号ｆをアナログ信号出力回路Ｄ／Ａ、端子台ＴＢ３を介してＩＮＶ端子Ｏ，Ｌに出力する。この周波数信号ｆは送水管加圧運転の場合は目標圧力ＪＰＯＦＦを一定に保つためのｆ０１〜ｆ０３（図４参照）、スプリンクラー運転の場合は目標圧力ＳＰＯＦＦを一定に保つためのｆ０〜ｆ３（図４参照）である。ＧＲＱＵは外部運転指令信号（例えば始動リレー）のスイッチ部であり、これらは端子台ＴＢ２、入力回路Ｉ／Ｏ２を介してＣＰＵに読み込まれ記憶部Ｍに記憶される。また、圧力検出手段８（例えば圧力センサ）からの信号は、端子台ＴＢ４、入力回路Ｉ／Ｏ３を介してＣＰＵに読み込み圧力データとして記憶部Ｍに記憶しておく。

図６、図７は前記ＣＰＵのプログラム処理手順を示したフローチャートである。本実施例におけるスプリンクラー消火ポンプシステムは、通常は据付初期時の試運転等によって、送水管圧力は同保持圧力ＪＰＯＦＦ以上に加圧されてこの圧力を保持している。図６の４００ステップでは外部運転指令信号ＧＲＱＵにより運転要求があったか否かを判定する。あれば、４１１、４１２ステップにより始動する。始動後は後で、４０８ステップに進み図７に示す目標圧力ＳＰＯＦＦとする送水管圧力一定制御（吐き出し圧力一定制御と同意）実行する。なお、４１１ステップで既に運転中であれば、４０８ステップへ進み前述と同様の処理を行う。

４００ステップで運転要求がなかった場合には、４０１ステップで記憶部に記憶している圧力データＨを読み出す。４０２ステップではこの圧力データＨ（ここでは便宜上Ｈとして示す。）と、送水管増圧運転領域Ｉにおける始動圧力ＪＰＯＮと比較する。この結果、Ｈ＜＝ＪＰＯＮであれば４０３ステップ以降に処理を進め、ここで始動指令処理を実行する。Ｈ＞ＪＰＯＮであれば４１３ステップへ抜ける。即ち、送水管で漏水が生じて送水管圧力が始動圧力ＪＰＯＮ以下に低下すると、圧力検出手段８からの信号を制御部ＣＵで受信して、ＣＰＵから可変速制御手段ＩＮＶにＲＵＮａ及び周波数信号ｆが出力される。

インバータ４０からの周波数信号ｆが送られてポンプ３は送水管増圧運転領域Ｉにおいて運転を開始する。始動後は４０４ステップで前述の４０８ステップと同様に図７に示す目標圧力ＪＰＯＦＦとする送水管圧力一定制御（吐き出し圧力一定制御と同意）実行する。目標圧力は送水管増圧運転領域Ｉでの運転の際はＪＰＯＦＦ、スプリンクラー運転領域Ｒでの運転の際はＳＰＯＦＦである。ここで、図７の圧力一定制御アルゴリズムについて説明する。便宜上目標圧力をＨ０（実際には前述のように送水管増圧運転領域ＩにおいてはＪＰＯＦＦ、スプリンクラー運転領域ＲにおいてはＳＰＯＦＦである。）として示す。

図７の５００ステップで圧力センサによって検出され記憶部に記憶されている送水管圧力データＨ（説明の便宜上圧力データをＨとする）を、５０１ステップで記憶部に記憶している目標圧力Ｈ０をそれぞれ読み出す。５０２ステップ゜ではこれらを比較し次のように処理する。

（１） Ｈ０＞Ｈ ∧ Ｈ０−Ｈ＞ａ ならば 増速処理を実行（５０３ステップ）して次の５０５ステップへ進む。
（２） ｜Ｈ０−Ｈ｜ ＜＝ａ ならば 増速及び減速処理を実行せず次の５０５ステップへ進む。
Ｈ０＜Ｈ ∧ Ｈ−Ｈ０＞ａ ならば 減速処理を実行（５０４ステップ）して次の５０５ステップへ進む。ここで、ａは目標圧力の不感滞であり例えば数ｂｉｔ、１〜２ｍである。以下、これらの処理を繰り返せば目標圧力Ｈ０が保持される。又、増速及び減速処理によってインバータ４０へ指令する周波数ｆが決定される。なお、５０５ステップにおいては、停止処理となっているが、実際には図６の４０５ステップ又は４０９ステップの処理を介して停止処理が行われる。

４０４ステップにおいて送水管圧力一定制御（目標圧力ＪＰＯＦＦ）を行った後、４０５ステップで目標圧力保持時間が設定時間経過したか判定する。判定の結果、ＹＥＳであれば、４０６ステップで停止処理を実行して４１３ステップへ抜ける。即ち、ＪＰＯＦＦ一定制御で、送水管を加圧するのに必要十分な時間だけ（前記所定時間）送水管加圧運転を行い、送水管圧力の保持圧力ＪＰＯＦＦに保持する。そして、所定時間が過ぎると停止し次の送水管加圧運転に備える。別の方法として、前述したように、周波数ｆ０３を締め切り運転付近（水量０付近）で目標圧力ＪＰＯＦＦを上回るように、例えば数ｍ高く設定しておく。そして、４０５ステップの処理を、目標圧力ＪＰＯＦＦを越えたかどうかの判定処理とする。ＹＥＳであれば、４０６ステップで停止処理を実行することになる。更に、これらを適宜組み合わせて処理してもよい。このようにすると、補助加圧ポンプの始動頻度を抑制することができる。

４０５ステップでＮＯと判定されると４０７ステップへ進む。つまり、送水管増圧運転領域Ｉにおいて運転したが、目標圧力ＪＰＯＦＦを保持できなかった場合である。ここで、記憶部に記憶している圧力データＨを読出し、スプリンクラー運転領域における始動圧力ＳＰＯＮと比較する。この結果、Ｈ＜＝ＳＰＯＮであれば４０８ステップ以降に処理を進める。詳しい説明は４０４の圧力一定制御と同様なので省略するが、図７に示す圧力一定制御処理（目標圧力ＳＰＯＦＦ）を実行する。

即ち、火災時に送水管途中に取り付けられたスプリンクラーが開放されると送水管圧力はＪＰＯＮを超えてさらにＳＰＯＮ以下に低下する。この圧力を検出した圧力検出手段８からの信号が制御部ＣＵに入力され、ＣＰＵは可変速制御手段ＩＮＶにＲＵＮａ及び周波数信号ｆ０〜ｆ３を出力する。インバータ４０からの信号を受けたモータ４によりポンプ３が駆動され、目標圧力をＳＰＯＦＦとして圧力一定制御運転する。つまり、送水管増圧運転領域Ｉからスプリンクラー運転領域Ｒに移行する。

ここで、スプリンクラー運転領域においては、４０８ステップで圧力一定制御が行われた後、４０９ステップで人為的な停止操作がなされないと停止処理が行われない（４１０ステップ）。つまり、本実施例の消火ポンプ装置は、停止スイッチを備えており、この停止スイッチが人為的に押されることで図５の停止スイッチＳＳがＯＮとなる。停止スイッチＳＳからの信号を受信した制御部ＣＵは停止処理を行う。つまり、送水管増圧運転領域Ｉと異なり、目標圧力を超えたからといって停止処理は行わない。これにより確かに消火が完了した、あるいはスプリンクラー作動が不要であることを確認したうえで消火ポンプ装置の停止を行うことができる。なお、停止処理後は、４１３ステップへ抜ける。以下、前述の処理を繰り返し実行する。

本発明の実施例２について図面を用いて説明する。実施例１においては、圧力検出手段として圧力センサを用いて常時圧力を検出し、この検出圧力に基づいてインバータを制御する。しかしながら、圧力センサは高価なものである。そこで本実施例においては低コスト化を図るために圧力センサに代わって圧力スイッチで代用する。

図８は本実施例のスプリンクラー消火ポンプシステムの配管系統図を示し、図１から補助加圧ポンプ２０、同駆動モータ２１、貯水槽２２、注水手段（ボールタップ）２３、吸い込み管２４、仕切り弁２５、逆止め弁２６、仕切り弁２７、送水管２９、水位検出手段３１、制御部３０を削除したものである。また、モータ４は可変速モータに変更し、圧力検出手段２８を送水管７に取り付け圧力検出手段８の近くとする。本実施例において、これらの圧力検出手段は圧力スイッチを用いる。その他の図１と同じ記号のデバイスは同じものであるから説明を省く。

図９は本実施例の可変速モータ４によって駆動されるポンプ３の運転特性図であり、図２と同様に横軸に水量Ｑ、縦軸に全揚程Ｈを取って示す。曲線Ａはインバータ周波数ｆ０でスプリンクラー消火ポンプを運転した時のＱ−Ｈ性能曲線であり、仕様点Ｏ１（水量Ｑ０、全揚程ＨＴＳ）を満足するものが選ばれる。同様に曲線Ｂはインバータ周波数ｆ１で運転した場合のＱ−Ｈ性能曲線であり、図１の補助加圧ポンプ２０と代替しこれの性能に対応する。さらに曲線Ｂは、送水管の漏水量Ｑｍｉｎと次に述べる送水管保持圧力ＪＰＯＦＦをキープして交点Ｏ２を形成するよう周波数ｆ１が決定される。

ＪＰＯＮは送水管増圧運転領域Ｉにおけるポンプ３の始動圧力であり、図２における補助加圧ポンプ２０の始動圧力に対応する。なお、本実施例においては、圧力検出手段２８は圧力スイッチであり、ＪＰＯＮでＯＮ信号を出力するように設定されている。このＯＮ信号は制御部１６に送られて制御部１６からインバータ４０に周波数ｆ１で始動指令が送られる。ＪＰＯＦＦは送水管保持圧力であり、図２における補助加圧ポンプ２０の停止圧力に対応する。圧力検出手段２８はＪＰＯＦＦ以上になるＯＦＦ信号を出力するように設定されている。ポンプ始動後に、送水管圧力がＪＰＯＦＦ以上となると、圧力検出手段２８からＯＦＦ信号が制御部ＣＵに送られる。制御部ＣＵで圧力検出手段２８からのＯＦＦ信号を受信すると、ポンプ３を停止するようにインバータ４０に対して指令がなされる。又は、ＪＰＯＦＦ以上となり送水管を増圧するのに十分な保持時間が経過したら停止指令を発するようにしてもよい。このようにすると送水管を十分に増圧するばかりでなく、補助加圧ポンプの始動頻度を抑制することができる。

一方でＳＰＯＮはスプリンクラー運転領域におけるポンプ３の始動圧力であり、図２におけるスプリンクラー消火ポンプ３の始動圧力に対応する。送水管圧力がＳＰＯＮ以下になると、圧力検出手段８からＯＮ信号が出力されるように設定される。圧力検出手段８からのＯＮ信号を制御部１６にて受信すると、制御部１６はインバータ４０に対して周波数ｆ０で始動するように、制御指令を行う。なお、実際には送水管圧力がＪＰＯＮ以下になった時点でポンプ３は始動しているため、ＳＰＯＮになったときには、ポンプは既に始動している。

また、ＳＰＯＦＦは復帰圧力であり、図２におけるスプリンクラー消火ポンプ３の復帰圧力に対応する。周波数ｆ０でポンプ３が運転した後に、送水管圧力がＳＰＯＦＦ以上になると、圧力検出手段８はＯＦＦ信号を制御部１６に送る。このＯＦＦ信号を受信した制御部１６は、ポンプを停止することなく運転を継続するようにインバータ４０を制御する。この場合には消火ポンプ装置に備えられた停止スイッチが人為的に押されないと、ポンプは停止しないようになっている。これにより、たしかに消火が完了したことを確認してから消火ポンプ装置が停止するようにしたものである。

図１０は本発明実施例のスプリンクラー消火ポンプシステム制御系の制御回路図である。図５と同様の構成があるので適宜省略して説明する。上記した停止スイッチが押されると、停止スイッチＳＳがＯＮとなり、このＯＮ信号を制御部１６で受信して受信部はポンプ３を停止するようにインバータ４０に制御指令を行う。

ＲＵＮはリレー、ＲＵＮａはその接点であり始動条件が成立すると、ＣＰＵより出力回路Ｉ／Ｏ１、端子台ＴＢ１を介して出力される。合わせて、周波数指令信号ｆをアナログ信号出力回路Ｄ／Ａ、端子台ＴＢ３を介してＩＮＶ端子Ｏ，Ｌに出力する。この周波数信号ｆは送水管増圧運転領域Ｉの場合はｆ１、スプリンクラー運転領域の場合はｆ０である。ＰＳ１は圧力検出手段８のスイッチ部、ＰＳ２は圧力検出手段２８のスイッチ部、ＳＳ１は、送水管加圧運転選択スイッチ、ＳＳ２はスプリンクラー運転選択スイッチであり、これらは端子台ＴＢ２、入力回路Ｉ／Ｏ２を介してＣＰＵに読み込まれ記憶部Ｍに記憶される。

またＲ１は送水管増圧運転領域で運転していることを示す送水管増圧運転表示ランプ、同様にＲ２はスプリンクラー領域運転で運転していることを示すスプリンクラー運転表示ランプである。この表示を見ることでどちらの領域で運転しているか確認することができる。またＫ１は送水管増圧運転警報ブザー（又は外部警報出力端子）、同様にＫ２はスプリンクラー運転警報ブザー（又は外部警報出力端子）でありＣＰＵより出力回路Ｉ／Ｏ１、端子台ＴＢ１を介して出力される。送水管増圧領域で運転していることが分かれば、安全上の措置をとる必要がないことが確認できる。

本発明の実施例３を図面を用いて説明する。本実施例は図１において補助加圧ポンプ２０がインバータ４０で駆動され、スプリンクラー消火ポンプ３は定速モータで駆動される。このように本実施例においては、図１において頻繁に運転する補助加圧ポンプ２０に着目し、この補助加圧ポンプ２０の省エネを図ることにより、消火ポンプ装置としての省エネを図ろうとしたものである。ここでは図１を用いて説明する。

本実施例において圧力検出手段２８は圧力センサであり、この圧力センサ２８の信号は制御部３０に入力される。この圧力センサ２８からの信号に基づいて制御部３０から補助加圧ポンプ２０を駆動するインバータ４０に対して制御指令が行われる。一方で本実施例において圧力検出手段８は圧力スイッチであり、設定された圧力でＯＮ・ＯＦＦするように設定されている。圧力検出手段８からのＯＮ信号（又はＯＦＦ信号）は制御部１６に入力され、この信号を受信した制御部１６から定速モータ４に対して始動指令が行われる。

なお、圧力検出手段８は省略して双方のポンプを圧力検出手段２８（圧力センサ）で行うようにしてもよい。また、ここでは、補助加圧ポンプ２０の制御部３０とスプリンクラー消火ポンプ３の制御部１６とを別に示しているが、共通の制御部で制御するようにしてもよい。本実施例の電気回路図は図１２に示す。同図は、前述の図５にスプリンクラーポンプの駆動回路を追加したものであり、これとほぼ同様であるので、説明を省略する。

図１１は本実施例の補助加圧ポンプ２０とスプリンクラー消火ポンプ３の運転特性図であり、図２と同様に横軸に水量、縦軸に全揚程を取って示し、同じ符号で示しているものは同じ意味であるから説明を省く。曲線Ｂはインバータ周波数ｆ１で補助加圧ポンプ２０を運転した時のＱ−Ｈ性能曲線であり、仕様点Ｏ２（設計漏水量Ｑ００、全揚程ＪＰＯＦＦ）を満足するものが選ばれる。同様に曲線Ｃはインバータ周波数ｆ２で運転した場合の補助加圧ポンプ２０のＱ−Ｈ性能曲線であり、送水管の想定漏水量Ｑ１に対応する。同様に曲線Ｄはインバータ周波数ｆ３で運転した場合の補助加圧ポンプ２０のＱ−Ｈ性能曲線であり、送水管の想定漏水量Ｑ２に対応する。

補助加圧ポンプ２０の目標圧力は図中のＪＰＯＦＦであり、始動圧力はＪＰＯＮである。補助加圧ポンプ２０は図１１の送水管増圧運転領域Ｉで運転する。すなわち、送水管が漏水して送水圧力がＪＰＯＮ以下となると始動する。そして漏水量がＱ００→Ｑ１→Ｑ２と変化すると目標圧力ＪＰＯＦＦを保持して交点Ｏ２（周波数ｆ０、ポンプ性能はＢ）→Ｏ３（周波数ｆ１、ポンプ性能はＣ）→Ｏ４（周波数ｆ２、ポンプ性能はＤ）と周波数を変えて運転する。このように送水管増圧運転領域Ｉにおいてインバータ制御を行うことにより特に省エネを図ることが可能となる。

なお、スプリンクラー送水系統は、通常は据付初期時の試運転等によって、送水管圧力は同保持圧力ＪＰＯＦＦ以上に加圧されてこの圧力を保持している。この状態より、送水管で漏水が生じると送水管圧力が低下する。そして送水管加圧運転開始圧力ＪＰＯＮ以下に低下すると、圧力検出手段２８からの信号を受信した制御部３０からインバータ４０に対して制御指令がなされる。具体的には図１２において、ＣＰＵが可変速制御手段ＩＮＶにＲＵＮａ及び周波数信号ｆを出力する。

これによって、補助加圧ポンプは曲線Ｂで運転し送水管圧力を目標圧力ＪＰＯＦＦに保持する。更に、加圧するのに必要十分な時間を予め求めておきこの時間だけ運転を行うと送水管圧力の保持がより顕著となる。目標圧力ＪＰＯＦＦ以上となると、圧力検出手段２８からの圧力信号を受けた制御部３０からインバータ４０に対して補助加圧ポンプ２０を停止するように制御指令が送られる。なお、目標圧力ＪＰＯＦＦの圧力一定制御のフローについては図７と同様であるため、説明を省略する。

火災発生時には、送水管途中に取り付けられたスプリンクラーが開放され、送水管圧力がＳＰＯＮ以下に低下する。すると、圧力検出手段８がこれを検出して、スプリンクラー消火ポンプを始動しＱ−Ｈ性能曲線Ａで運転する。より具体的には圧力検出手段８からＯＮ信号が制御部１６に送られ、この制御部１６から一定速モータ４に対して始動指令がなされる。このように本実施例において、スプリンクラー消火ポンプ３は一定速で運転する。更に、外部から始動指令（火災報知器等からの始動指令）が入力された場合も、前述同様にスプリンクラーポンプが運転を行うことは言うまでもない。

ＳＰＯＮはスプリンクラー消火ポンプ３の始動圧力であり、圧力検出手段８のＯＮ圧力として設定される。又、ＳＰＯＦＦはこれの復帰圧力である。ここで復帰圧力としているのは、このＳＰＯＦＦ以上となって、制御部１６に信号が送られたとしても、スプリンクラー消火ポンプ３に停止指令を送ることはなく、運転を継続することによる。スプリンクラー消火ポンプ３は消火ポンプ装置に備えられた停止スイッチが人為的に入らなければ停止することがないように設定されている。具体的には図１２のスイッチＳＳが閉じられた場合に停止する。これにより確実に消火動作を行うことを可能とすることができる。

以上本実施例によれば以下のような効果を奏することができる。
（１）補助加圧ポンプは吐き出し量１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ、全揚程〜２００ｍ程度のものが採用されており、この補助加圧ポンプは始動圧力で始動し、停止圧力で停止するシステムとなっていることから、送水系の漏水１０Ｌ／ｍｉｎ程度に対して補助加圧ポンプの吐き出し量が大きく上回ると、始動後送水管圧力が急峻に上昇して停止してこれを繰り返すため、この補助加圧ポンプがインチングする。これを対策するには、従来技術では説明を省いているが補助加圧ポンプの吐き出し側に流量調整弁を設置する等が必要となるが、本実施例によればこれを省略することができる。
（２）インチング防止として、停止圧力となっても一定時間（インチング防止に必要な時間）強制運転させる電気的な手段を講ずることも考えられる。しかし、この方法ではポンプが締め切り付近（漏水量と補助加圧ポンプＱ−Ｈ性能で決まる）での運転となる。そのため、送水圧力が高くなるため配管耐圧をアップする等の対応が必要となるが、本実施例によればこれを不要とすることができる。
（３）インチングすることによって送水配管圧力が変動したり、送水配管が振動することもあるが、本実施例によればこの問題を解消することができる。
つまり、本実施例によれば補助加圧ポンプをインバータ駆動して流量調整弁や、配管耐圧をアップさせることなくインチング防止を図ると共に送水管送水圧力の安定化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい

３…スプリンクラー消火ポンプ、４…モータ、７…送水管、９ａ，９ｂ，９ｃ…スプリンクラー、１６…スプリンクラー消火ポンプの制御部、８・２８…圧力制御手段、２０…補助加圧ポンプ、３０…補助加圧ポンプの制御部、４０…インバータ。

Claims (15)

1. 水源からの水を消火設備に対して送水するポンプと、
   該ポンプを駆動する電動機と、
   該電動機の速度制御を行うインバータと、
   前記ポンプの吐出し側の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記インバータを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出された検出圧力が第１の設定値以下になった場合に、前記検出圧力が、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値となるように前記インバータを制御し、
   前記検出圧力が前記第１の設定値よりも低い第３の設定値以下になった場合に、前記検出圧力が、前記第３の設定値よりも高く前記第１の設定値よりも低い第４の設定値になるように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
2. 請求項１に記載の消火ポンプ装置において、
   前記制御手段は、前記検出圧力が前記第１の設定値以下になって前記インバータを制御した場合に、前記検出圧力が前記第２の設定値以上になったとき、前記ポンプが停止するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
3. 請求項１に記載の消火ポンプ装置において、
   前記制御手段は、前記検出圧力が前記第３の設定値以下になって前記インバータを制御した場合に、前記検出圧力が前記第４の設定値以上になっても、前記ポンプが運転継続するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
4. 請求項１に記載の消火ポンプ装置において、
   前記ポンプを停止させるためのスイッチを備え、
   前記制御手段は、前記検出圧力が前記第３の設定値以下になって前記インバータを制御した場合で、前記スイッチからの信号を受信した場合に、前記ポンプが停止するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
5. 請求項１に記載の消火ポンプ装置において、
   前記ポンプを停止させるためのスイッチを備え、
   前記制御手段は、前記検出圧力が前記第３の設定値以下になって前記インバータを制御した場合に、前記検出圧力が前記第４の設定値以上になっても、前記ポンプが運転継続するように前記インバータを制御し、
   前記スイッチからの信号を受信した場合に、前記ポンプが停止するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
6. 請求項２に記載の消火ポンプ装置において、
   前記制御手段は、前記検出圧力が前記第２の設定値以上になった場合で、設定時間経過した場合に、前記ポンプが停止するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
7. 水源からの水を消火設備に対して送水するポンプと、
   該ポンプを駆動する電動機と、
   該電動機の速度制御を行うインバータと、
   前記ポンプの吐出し側の圧力が第１の設定値になると第１の信号を発する第１の圧力検出手段と、
   前記ポンプの吐出し側の圧力が前記第１の設定値よりも低い第２の設定値になると第２の信号を発する第２の圧力検出手段と、
   前記インバータを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第１の圧力検出手段から発せられた前記第１の信号を受信すると、前記ポンプを第１の設定周波数で駆動するように前記インバータを制御し、
   前記第２の圧力検出手段から発せられた前記第２の信号を受信すると、前記ポンプを前記第１の設定周波数よりも低い第２の設定周波数で駆動するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
8. 請求項７に記載の消火ポンプ装置において、
   前記第１の圧力検出手段及び前記第２の圧力検出手段は圧力スイッチであることを特徴とする消火ポンプ装置。
9. 請求項７に記載の消火ポンプ装置において、
   前記第１の圧力検出手段は、前記ポンプの吐出し側の圧力が、前記第１の設定値よりも高い第３の設定値になると第３の信号を発し、
   前記制御手段は、前記第１の圧力検出手段から発せられた前記第３の信号を受信すると、前記ポンプを停止するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
10. 請求項７に記載の消火ポンプ装置において、
    前記第２の圧力検出手段は、前記ポンプの吐出し側の圧力が、前記第２の設定値よりも高く前記第１の設定値よりも低い第４の設定値になると第４の信号を発し、
    前記制御手段は、前記第２の圧力検出手段から発せられた前記第４の信号を受信しても、前記ポンプの運転を継続するように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
11. 水源からの水を消火設備に対して送水する消火ポンプ装置において、
    前記消火設備に送水するための送水管と、
    該送水管の圧力を検出する圧力検出手段と、
    該圧力検出手段により検出した検出圧力が第１の規定値以下になると駆動する第１のポンプと、
    該第１のポンプを、前記検出圧力に応じて可変速に制御するインバータと、
    前記圧力検出手段により検出した圧力が前記第１の規定よりも低い第２の規定値以下になると設定速度で駆動して前記水源からの水を前記消火設備に対して送水する第２のポンプと、を備えたことを特徴とする消火ポンプ装置。
12. 請求項１１に記載の消火ポンプ装置において、
    前記第１のポンプが前記圧力検出手段により検出した圧力が第１の規定値以下になって駆動した場合で、前記第１の規定値より大きい第３の規定値以上になった場合に、前記インバータは前記第１のポンプを停止するように制御することを特徴とする消火ポンプ装置。
13. 請求項１１に記載の消火ポンプ装置において、
    前記第１のポンプが駆動している場合に、前記第１のポンプが駆動していることを表示する表示部を備えたことを特徴とする消火ポンプ装置。
14. 請求項１３に記載の消火ポンプ装置において、
    前記表示部は、前記第２のポンプが駆動している場合に、前記第２のポンプが駆動していることを表示することを特徴とする消火ポンプ装置。
15. 請求項１〜１４の何れかに記載の消火ポンプ装置において、
    前記消火設備はスプリンクラーが作動して放水を行うことを特徴とする消火ポンプ装置。

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