JP2019510146A - 給水システム及びその容器、並びにブースターポンプ、給水方法 - Google Patents

Abstract

給水システムであって、第１給水管（２）、吸気弁（１）、容器（３）、第１ポンプ（４）、用水管（５）を備え、第１給水管（２）に吸気弁（１）が設けられ、容器（３）が第１給水管と第１ポンプ（４）の吸水管との間に接続され、第１ポンプ（４）の排水管が用水管（５）に接続され、前記容器（３）が空気圧水タンクであり、容器（３）内の圧縮されたガス量は吸気弁が真空を破って吸い込んだ空気量に等しい。容器、ブースターウォーターポンプ、給水方法も提供される。

Description

本発明は、給水分野に関し、特に給水システム及びその容器、並びにブースターポンプ、給水方法に関する。

非負圧又は非負圧型圧力重畳給水装置とは、給水管網に直接直列接続されて加圧する給水技術を意味し、タンク型非負圧給水装置は、給水本管と用水本管との間で貯水タンクを非負圧給水装置に並列接続することにより、貯水量を増加させることができる。

初期、ＣＮ２４３７７４６には、貯水容器に装設された開口又は密閉された密閉弁を有する加圧給水装置が開示され、ＣＮ２４３８７５１には、「ブイ、浮玉又はステンレスボールを出入口のスイッチとして真空レギュレータを制御する」加圧式安定給水装置が開示されている。

ＣＪ／Ｔ２５４−２０１４に、さらに給水管網の圧力を確保するために、「限界圧力」が提案されている。

従来技術において、吸排気弁又は真空ブレーカが公共管網及び用水システムに広く使用されるにつれて、真空の給水管網に対する損害が制御される。給水装置は、用水システムの給水率を向上させて、及び給水管網の供給する圧力及び水量に適する方向へ発展すべきである。

タンク型非負圧給水装置は、貯水量が大きいため、用水システムの給水を確保すると同時に、公共管網の運転条件に適する。しかしながら、貯水タンク内の水量が常圧状態にあるため、給水圧力と大きな圧力差があり、且つ、貯水タンク内の水の貯蔵時間がさらに用水量の変化によってランダム性を有するため、装置の制御が複雑となり、一部の非負圧による利点も失われてしまう。

本発明はタンク型非負圧給水技術を改良するものであり、タンク型非負圧給水装置と同じ作用を有するが、給水、貯水及び給水装置同士の接続が簡単になり、動作パラメータが連続する給水システム及びその容器、並びにブースターポンプ、給水方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を実現するために、以下の技術案を用いる。給水システムであって、第１給水管、吸気弁、容器、第１ポンプ、用水管を備え、第１給水管に吸気弁が設けられ、容器が第１給水管と第１ポンプの吸水管との間に接続され、第１ポンプの排水管が用水管に接続され、前記容器が空気圧水タンクであり、容器内の圧縮されたガス量は吸気弁が真空を破って吸い込んだ空気量に等しい。

前記容器内の圧縮されたガスは真空を破られた空気であってもよいし、ほかのクリーンガス、例えば濾過後の空気又は窒素ガスであってもよい。

前記吸気弁は、第１給水管の静圧が比較的低い箇所に設置され、複数設置されてもよい。

好ましくは、第１給水管には、吸気弁と容器との間にスロットル管又はスロットル板が設けられている。

従来技術によれば、前記吸気弁は、吸排気弁であってもよいが、大気圧に達する時に吸気できるほかの装置、例えば真空ブレーカであってもよい。

前記容器は、その貯水量が容器及び吸気弁後側の給水管に貯蔵される水量の合計を含む。

第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、第１水位及び第２水位が設定される容器であって、第１水位が常圧とも称される大気圧に対応し、第２水位が第１給水管の水圧に対応する。容器内の水位が前記第１水位と第２水位との間にあるとき、空気圧貯水モードであって、つまり貯蔵される水量が一定の圧力に対応する。

第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、さらに常圧水タンクとして用いられ、つまり、容器内の圧縮されたガス量が貯水量の一部のみを常圧又は常圧以上で給水するように維持し、最低水位及び第１水位が設定される容器であって、第１水位が大気圧に対応し、最低水位が第１水位より低い。前記容器は、第１水位で大気に接通することにより、空気圧給水モードにおける貯水量以外のほかの水量を使用する時に負圧を発生しないようにする。

前記最低水位と第１水位との間の貯水量がタンク型非負圧給水装置における貯水タンクの貯水量に相当する。

第１水位は容器内の圧縮されたガス量によって決定される。

前記大気との連通とは、第１給水管に設置される吸気弁が吸気し始めることを意味し、さらに第１水位で吸排気弁を設置してもよい。

前記大気との連通は、さらにほかのクリーンガスに連通してもよい。

第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、さらに常圧水タンクとして用いられる容器であって、容器の排水口に渦流防止装置が設けられる。

前記空気圧水タンクは、さらに常圧水タンクとして用いられ、且つ、受圧水タンクとして用いられ、つまり、貯水容器は、圧力のある場合に貯水する時、ガス及び水の界面が直接接触し、容器がポンプに接続され、具体的に、従来技術における非負圧給水装置でのバッファタンク（装置）又は補償タンク（装置）を備える。

空気圧水タンクとして用いられるとともに、常圧水タンクとして用いられる前記容器の効果は、常圧で貯水した水を通常又は使用しない時に密閉状態にすることにより、衛生性及び安全性を確保することである。特に、空気圧貯水と常圧貯水を一体に設計する構想は、さらに貯水量とその使用圧力が連続的且つ一致するように維持されるという効果を有する。

本発明の給水システムにおいて空気圧水タンクと称される容器は、空気圧水タンクとして用いられるとともに、常圧水タンクとして用いられ、空気圧で貯水する水量を有するだけでなく、常圧で貯水する水量を有する前記容器を含む。

さらに、前記第２水位が設定される容器は、さらに第３水位が設けられてもよく、第３水位が第２水位より高く、第２水位が第１ポンプの吸水管の圧力に対応し、第３水位が第１ポンプの排水管の圧力に対応する。

第１ポンプを備え、第１ポンプの吸水管が容器に接続され、第１ポンプの排水管が用水管に接続されるブースターポンプであって、さらに第２ポンプを備え、第２ポンプが第１ポンプの吸水管に並列接続される。前記第２ポンプが第１ポンプの吸水管に並列接続される構造は、第２ポンプが第１ポンプに直列接続される場合を含むが、第２ポンプは第１ポンプの排水管に並列接続されてもよい。

前記第１ポンプ又は第２ポンプは、１台のポンプであってもよいし、並列接続又は直列接続される１組のポンプであってもよい。

前記ブースターポンプに第１管路、第２管路及び第３管路が設けられる。ブースターポンプの吸水管に第３管路が設けられ、第１ポンプの第２ポンプに接続される管路には第２管路が設けられ、第３管路は第２給水管に接続され、第２管路は容器に接続される。

前記第１管路に第１弁が設けられ、第２管路に第２弁が設けられ、第３管路に第３弁が設けられ、第１管路、第２管路及び第３管路は容器に接続される。

第２管路及び第３管路は第２給水管に接続される。

ブースターポンプの排水管に第１管路が設けられ、第１管路は容器に接続される。空気圧水タンクの作用は、圧力保持、すなわち、ブースターポンプを未使用又は流量が小さすぎる時に停止させることと、用水管の用水量が急に変化するとき、急に変化する流量を補充又は平衡化させて、第１ポンプの動作状態を安定化させることとがある。前記流量の急な変化については、流量が大きい場合、相対変化幅が小さく、影響が小さく、流量が小さい場合、相対変化幅が大きく、影響が大きい。容器がブースターポンプの吸水管に接続される場合、容器内の水位が低く、このことから、給水本管又は用水管の抵抗が大きく、流量が大きいことを示し、容器がブースターポンプの排水管に接続される場合、給水管又は用水管の抵抗が小さく、流量が小さいことを示している。これら特徴によれば、ブースターポンプの吸水管側に接続される容器はさらにブースターポンプの排水管側の空気圧水タンクとして用いられてもよい。

第２ポンプはさらに、第３ポンプを含んでもよく、第３ポンプは第２ポンプの吸水管に並列接続される。

このように、第３ポンプはさらに第１ポンプの排水管又は第２ポンプの排水管に並列接続されてもよい。前記第３ポンプは第２ポンプと同様である。

前記ブースターポンプの効果は以下のとおりである。給水システムは様々なモードで作動可能になり、具体的には、第１弁をオンにする場合、第１ポンプ及び容器から構成される調整装置無しの非負圧給水装置になり、第１ポンプの揚程を有し、第２弁をオンにする場合、第１ポンプ及び容器から構成されるタンク型非負圧給水装置になり、貯水量の使用が増加し、第１弁と第２弁を次々とオンにする場合、第２ポンプ及び容器から構成される調整装置無しの非負圧給水装置になり、第２ポンプの揚程を有し、第１弁と第３弁をオンにする場合、直接給水システムになる。このような多様化された作動方式を直接給水システムに用いると、省エネ性が向上する。

非負圧の第１利点は密閉貯水方法を用いることである。前記貯水を使用する時、真空レギュレータ又はエネルギー貯蔵装置を用いる。本発明は、配管の従来の真空破壊技術を利用し、用いた方法は、給水システムにおける容器として空気圧水タンクを用いて、真空を破られたガスを貯蔵圧縮することであり、本発明の第１特徴である。

前記真空を破られたガスの量は、水使用量の相違に起因してランダム性を示す。しかしながら、前回に容器内へ吸い込んだ空気によって、再び前回の水使用量に達する時に負圧が発生せず、溶解、ガス渦等が空気を消費したり、又は水使用量を増加させたりするため、真空破壊用の吸気弁が再び吸気するようになる。前記容器内の圧縮されたガス量が真空を破って吸い込んだ空気量に等しいことは、この特徴を反映している。

真空を破られたガスの量がランダムであるため、本発明では、真空を破って吸い込んだ空気を貯蔵圧縮することが好ましい。真空を破って吸い込んだ空気は既に給水システムに入ったガスであるため、真空破壊手段を講じる時に衛生上の要素を考慮すべきであるが、ほかの方法を用いてもよい。ほかのクリーンガスを用いる場合、さらに吸気弁又は容器に接続されてもよい。

第１給水管を負圧発生から保護する場合、空気圧貯水圧力が常圧まで連続的に低下し、給水管を限界圧力以上にするようにする場合、給水管に１つのスロットル装置が設置され、スロットル装置前の水圧を限界圧力以上に維持し、スロットル装置の後に、前記密閉させた貯水を使用することにより用水管の水量を確保する必要があるため、システムの圧力が低下し、負圧が発生するまで低下すると、真空破壊用の吸気弁が吸気する。

給水管を限界圧力以上にする場合、第１給水管には、吸気弁の状態を安定化させるために、吸気弁と容器との間にスロットル手段が設置されている。

空気圧水タンクは、圧縮ガスに対応する水量によってシステムの圧力変化を安定化させるという利点を有する反面、圧縮ガスが容器の容積の一部を占めるデメリットがある。ボイルマリオット原理に基づいて、本発明の方法を用いるときに、貯水量の容器の総容積での比率を計算することができる。限界圧力が０．１ＭＰａである場合、貯水量は５０％、限界圧力が０．２ＭＰａである場合、貯水量は６７％であり、一般的な空気圧水タンクに比べて、貯水効率が向上する。貯水量以外の容積がガスで占められ、この部分の容積をさらに減少させてもよい。

本発明の第２特徴は、タンク型非負圧給水装置における貯水タンクの貯水量に相当する貯水量と、真空を破られたガスを圧縮するときに発生した空気圧貯水量とを足し合わせるすることである。第１特徴による空気圧水タンクの容積が増加して、常圧で使用する貯水量を貯水することになる。このように貯水を足し合わせると、容器の貯水時間の問題を解決するだけでなく、常圧水を密閉させた状態で貯蔵するようにし、このようにして、衛生性を高めるとともに、装置の動作中の制御段階を簡素化させ、足し合わせた水量は動作中に圧力が連続的に変化し、装置の動作の安定化に役立ち、一連の有益な効果を奏する。

容器内の第２水位と第１水位との間の貯水量は、排水圧力の連続性を維持することを目的とする。容器内の第２水位と最低水位との間の貯水量は、用水管の需要を満たす総貯水量である。

従来技術に比べて、本発明の貯水用の第１給水管及び容器は、従来技術における安定化タンク又は補償タンクの形状を変えることに相当し、その効果の１つは、容器の水位が第１給水管の高点よりも低い場合、容器の「非負圧」による第１給水管の高点で生じた負圧への影響を解消し、第１給水管の貯水量を増加させ、弊害を利点に変えることである。それ以外、本方法では、空気圧の作用を維持して、空気圧タンクで界面により接続される水に対応圧力を発生させて、圧縮ガスで貯水量の圧力の連続低下を行い、総ガス量として貯水量の一部を使用しても負圧を発生させないほどに維持するという効果を有する。具体的に、給水管の非負圧又は限界圧力を維持するとき、ガスの圧力が貯水量の一部に効果的に作用し、総ガス量によって貯水量のほかの部分の圧力が連続的に低下することが維持され、負圧を発生させると、真空破壊用の吸気弁が吸気し始める。

従来技術では、常圧状態での排水口のガス渦の現象についての研究が多く、実用化されている渦流防止板又は旋回流防止装置は、貯水タンク（又はプール）で排水口と最低水面との差を減少させることにより有効水深を増加させるものとして用いられるが、このような技術はまだ非負圧給水装置に適用されていない。特に、容器がポンプに接続されるという非負圧給水装置の第１特徴により、水中に混入するガスによるポンプへのキャビテーションが発生しやすい。従って、本発明はＧＢ５００１５−２００３（２００９年版）第３．４．１３条に記載された現象に基づき、ガス及び水の界面で直接接触する空気圧水タンクに渦流防止装置を増設する手段を提案している。前記空気圧水タンクはさらに、常圧水タンク、及び加圧貯水容器として用いられ、ポンプに接続されるものであり、上記手段により、このような容器によるガス渦のポンプに対する影響が解消される。

前記渦流防止装置は、容器の排水口に設けられる水平な円形バッフルであってもよく、円形バッフルの断面を流れる水流の速度を吸水口の水流速度より低くする。円形バッフルの下方と容器の壁との間に、さらに水流方向に沿った垂直板が設けられてもよい。

本発明の前記容器に最低水位が設定される場合、容器が第１水位にあるとき、真空破壊又は吸気手段が必要であり、第１水位と最低水位との間の貯水量を補充する場合、容器は排気手段が必要である。容器に用いた真空破壊又は吸気手段は第１水位以上又は以下にすることができる。容器の排気手段は第１水位に対応し、自動制御手段を取ってもよく、例えば信号で排気弁の開閉を制御する。

同時に、第１給水管は好ましくは第１水位に接続される。第１給水管は、真空破壊時にガスを補充する役割を有するが、排気時の方向が給水方向と逆になる。

第１給水管の水圧がランダムに変化するため、第２水位の水圧が第１給水管の限界圧力に相当する場合、給水管の最高圧力に対応する水位が最高水位である。最高水位は第２水位上側に位置し、最高水位と第２水位との間の貯水量は、本発明の第１給水管が限界圧力以上にあるが、圧力が低下する時の、第１給水管と用水管の水量の差であり、第１給水管又は公共管網の圧力が低下するときに給水量を減少させる役割を果たし、給水管又は公共管網の圧力維持に役立つ。

第２水位はさらにブースターポンプの吸水管の圧力に対応する。さらに、容器内の圧縮されたガスを十分に利用し、つまり、本発明の第２特徴は、容器に第３水位が設けられ、第３水位がブースターポンプの排水管の圧力に対応することをさらに含む。インバータポンプに配置される空気圧水タンク内の水量も足し合わせることに相当する。このように、システムに１つ又は１組のみの容器が設けられるが、それによって、容器がブースターポンプの吸水管に接続されるだけでなく、ブースターポンプの排水管に接続されるため、容器が圧力の変化に応じて時間帯をずらして異なる管路に接続される必要があるという問題がある。

第２水位と第３水位との間に、さらに起動水位がある。前記起動水位は、用水管システムの用水量がより小さい場合、配管の抵抗が減少するため、所望のブースターポンプの排水管が有してもよい低圧力に対応する。起動水位が最高水位より低いとき、直接給水方式で給水してもよい。

既存の建物の直接給水区域では、第３水位に対応する圧力と第２水位に対応する圧力との差がより小さい場合、起動水位が最高水位より低い確率が高い場合が多い。本発明により既存の建物の直接給水区域での圧力が不足するという問題を解決するとき、給水本管に悪影響を与えることがないため、本発明を用いることにより、既存の給水本管又は公共管網の水圧を十分に利用することを促進することもできる。

起動水位が最高水位より高い場合、起動水位と最高水位又は第２水位との間の水量によって、ブースターポンプ揚程を減少できる反面、給水管の給水も制限される。

ブースターポンプの動作方式であって、ブースターポンプの第２管路が容器に接続される。第２ポンプによる第２給水管への１回目の加圧によって、容器内の圧力が高まり、それにより容器内の貯水量を増加させると同時に、第２給水管の給水を連続的にし、その作用としては、用水バレー時に第２給水管の給水量の使用を増加させ、用水ピーク時に第２給水管の給水量の使用を減少させ、このように、ピーク負荷シフトの作用を果たすことをさらに含む。

本発明の容器は、常圧貯水量の場合、空気圧貯水方式を含むため、第２給水管の圧力を十分に利用することができ、省エネが可能であり、空気圧貯水方式では、常圧貯水の水量が含まれ、その利点として、圧縮空気量を減少させて、貯水容積を増加させることと、常圧貯水量の衛生性を確保するとともに、常圧貯水と空気圧貯水を足し合わせることにより、用水周期への配慮も解消することにある。

それに対応して、容器内の圧力が連続的に変化することは、ポンプの動作の安定化に役立つ。しかしながら、圧力の変化幅が大きすぎると、速度変動率の範囲が広すぎることによりポンプの動作効率を低下させてしまう。このため、直列接続されるブースターポンプを用いることは省エネを実現できる。

直列接続されるブースターポンプを用いる場合、どのように効果的に制御するかの難問がある。

本発明の第３特徴は、容器がブースターポンプの第１管路又は第３管路に接続される場合、第１ポンプが、第１ポンプの排水管を定圧に維持するように制御され、第２ポンプが、第２ポンプの排水管を定圧に維持するように制御されることである。さらに、第２ポンプが設定周波数以上で動作してもよく、第２ポンプの排水管の圧力がある設定値より高い場合、第２ポンプは動作を終了する。

第２ポンプは第１ポンプの吸水管の圧力を確保し、第２ポンプの排水管の圧力がある設定値より高い場合、第１ポンプの加圧揚程が小さすぎ、速度変動率によって第１ポンプが低効率で動作する。

本発明の第４特徴は、容器がブースターポンプの第２管路に接続される場合、第１ポンプが依然として排水管の圧力で制御され、第２ポンプが第２ポンプの排水管の圧力に応じて一定幅の周波数変換範囲を設定し、次に第２ポンプの吸水管の圧力で周波数が決定され、第２ポンプの吸水管の圧力が低い場合、前記一定幅の周波数変換範囲内から比較的低い周波数で動作し、圧力が高い場合に、比較的高い周波数で動作することである。

ポンプの特性曲線に基づき、第２ポンプが平衡容器の圧力で動作し、且つ、第２給水管の圧力が高い場合、第２ポンプの流量が大きく、圧力が低い場合、第２ポンプの流量が小さい。

第４特徴は、ポンプの制御方法であって、第１パラメータポイントに基づいて１つの周波数変換範囲を設定し、第２パラメータポイントに基づいて具体的な周波数変換周波数を決定し、前記周波数変換範囲は、ポンプの特性曲線によって決定され、流量及び揚程を調整する。

上記いずれか１つの特徴も独立して用いることができる。

従来技術において、ＣＥＣＳ ２１１−２０１２第５．０．６条には、安定化タンクの水容積が１分間の設計流量以上であると規定され、この容積はＣＪ／Ｔ ２５４−２０１４第５．４．３．１条に規定されるものに等しく、ＧＢ ５００１５−２００３（２００９年版）第３．７．４条におけるポンプのポンプ井戸の容積（３分間）より小さい。真空レギュレータを起動させ、用水ピーク時に、ポンプが設計流量で動作し、これらの要素が互いに補完する確率は高いため、容器に渦流防止装置を用いる必要がある。

ＣＥＣＳ ２１１−２０１２第５．０．６条には、タンク型非負圧低位貯水タンクの容積が１時間−２時間のうちの１時間当たりの最大流量であると規定され、ＧＢ ５００１５−２００３（２００９年版）第３．７．２条又は第３．７．３条における用水調整量又は有効容積（日間用水量の２０％が約２時間のうちの１時間当たりの最大流量である）に近い。

本発明の出願人は、非負圧給水装置の使用効果が高い地域で、貯水タンクを使用する複数の事例を追跡したところ、安全貯水量が大きすぎることを見出した。それは、ＧＢ ５０９７４−２０１４第５．１．１３条における要件が以前のＧＢ ５００１５−２００３（２００９年版）第３．８．６条に重視化されておらず、代表例として、側壁出口を用いた貯水タンクがいずれの手段も取らないという現象に繋がる可能性がある。

慎重に、磁気フラップレベルゲージを用いて、既存の貯水タンク内の水位の変化を連続的に記録することができる。

図１は給水システムを示す図である。 図２は本発明の給水システムを示す図である。 図３は本発明の容器内の水位を示す図である。 図４は渦流防止装置が設けられる容器を示す図である。 図５は本発明のブースターポンプの接続管路を示す図である。 図６は本発明のブースターポンプの接続管路を示す図である。 図７は本発明のブースターポンプの接続管路を示す図である。 図８は本発明を分析するための図である。 図９は本発明を分析するための図である。

図１に給水システムを示しており、該給水システムは、第１給水管２、吸気弁１、容器３、第１ポンプ４、用水管５から構成される。さらに、第２給水管６、第２ポンプ１０を備え、さらに第１弁７、第２弁８、第３弁９を備え、さらに給水本管１１と、容器３に接続される管路１２とを備える。

第１給水管２及び第２給水管６は給水本管１１に接続され、第１給水管２、第２給水管６にはそれぞれ開閉弁が設けられている。給水本管１１又は第１給水管２又は第２給水管６の管路の高点に吸気弁１が設けられ、逆流防止装置の前側にさらに１つの吸気弁が設けられ、該吸気弁によって給水本管１１に負圧を発生させないようにする。第１給水管２は容器３に接続され、容器３は第１ポンプ４の吸水管に接続され、第１ポンプ４の排水管は用水管５に接続されている。

通常、水が給水本管１１、第１給水管２を通して容器３に入り、容器３内の水が第１ポンプ４によって用水管５に加圧供給される。

給水本管１１の水圧が低下すると、給水本管１１に接続される管路又は公共管網の流量が大きく、抵抗が増加することが示されており、その結果、給水本管１１の水圧が低下し、それに応じて容器３の圧力が低下し、容器３内のガスが膨張して、貯水量が減少し、減少した貯水量は、用水管５の用水量として補充され、このように、給水量を減少させて、公共管網の流量を減少させ、抵抗を減少させ、給水圧力を維持する役割を果たす。

限界圧力に対応するまで給水本管の給水量がさらに減少する場合、給水本管１１は給水を停止し、この時、容器３内の水位が第２水位に対応する。容器３内の第２水位から第１水位までの貯水量を用水管５の用水量として連続的に補充し、容器３内のガスの膨張に従って、第１給水管２に設置される吸気弁１が吸気するまで圧力が連続的に低下する。容器内にさらに最低水位が設定される場合、前記吸気を容器３に補充し、容器３内の第１水位から最低水位までの貯水量を用水管５の用水量として連続的に補充する。タンク型非負圧給水装置の貯水タンクの給水状態に相当する。

給水本管１１の給水量が減少し又は水圧が限界圧力まで低下する場合、第２給水管６を閉じ、容器３内の水位が第２水位以下である場合、第３弁９をオンにすることができ、容器３は第１ポンプの吸水管に接続されるとともに、第２ポンプ１０の吸水管に接続され、このように、いつでも給水揚程を増加させることができる。

給水本管１１の水圧が高く、給水量が十分であり、容器３が最高水位に対応する場合、第１給水管２を閉じ、第２給水管６を第１ポンプ４の吸水管に接続し、又は、第１弁７をオンにして、容器３を第１ポンプ４の排水管に接続することができ、この場合、容器３は第１ポンプ４の空気圧水タンクとして使用される。調整装置無しの非負圧給水装置に相当する。

給水本管１１の水圧が用水管５に必要な圧力より高い場合、第１弁７、第３弁９を次々とオンにし、第２給水管を用水管５に接続して、それにより、直接給水システムを構成する。

図２は本発明の給水システムを示し、該給水システムは、基本的な給水システム形態である。図１中の第１給水管２、吸気弁１、容器３、第１ポンプ４、用水管５を備える。さらに第１ポンプ４の空気圧水タンク１３を備える。

空気圧水タンク１３の作用としては、圧力保持、すなわち、第１ポンプ４を未使用又は流量が小さすぎる時に停止することと、用水管５の用水量が急に変化する場合、急に変化する流量を補充又は平衡化させ、第１ポンプの動作状態を安定化することとがある。前記流量の急な変化は、流量が大きい場合、相対変化幅が小さく、影響が小さく、流量が小さい場合、相対変化幅が大きく、影響が大きい。図１中、容器３がブースターポンプ４（又は第２ポンプ１０を含む。以下同様）の吸水管に接続される場合、容器３の水位が低く、最高水位以下にあり、それは、給水本管１１又は用水管５の抵抗が大きく、流量が大きいことを示しており、容器３がブースターポンプ４の排水管に接続される場合、最高水位以上にあり、それは、給水管２又は用水管５の抵抗が小さく、流量が小さいことを示しており、流量が急に変化する特徴に一致する。

図３は本発明の容器３内の水位を示す。第１水位１０１及び第２水位１０２が設定される。第１水位１０１の高さに対応するように、第１給水管２が接続され、さらに排気弁１４が設けられている。容器３にはさらに排水管１７が設けられている。第１水位１０１以下にさらに最低水位１０４が設定され、第２水位１０２以上にさらに第３水位１０３が設定される。第２水位１０２と第３水位１０３との間に、さらに最高水位１０５及び起動水位１０６がある。

第１水位１０１は常圧、第２水位１０２は第１給水管２の限界圧力、最高水位１０５は第１給水管２の最高圧力、起動水位１０６は用水管の最小給水圧力であるブースターポンプの起動圧力に対応し、第２水位はさらにブースターポンプの給水管の圧力に対応し、第３水位１０３はブースターポンプの排水管の圧力に対応する。最高水位１０５は、給水管網の流量が減少して、抵抗が減少するときの水位であり、起動水位１０６は、用水管網の流量が減少して、抵抗が減少するときの水位である。最高水位１０５が起動水位１０６より高く、ひいては第３水位１０３より高い場合、給水には、直接給水方式を用いてもよい。

好ましくは、第１給水管２は第１水位１０１の高さに接続されるが、第１水位１０１の高さ以上又は以下に接続されてもよい。第１給水管２が最高水位１０５以上に接続される場合、実際水位が最高水位１０５より高い時、以上の説明のとおり、第１給水管２は閉状態にあり、実際水位が最高水位１０５より低い時、第１給水管２は容器３内のガスに連通し、給水機関の許可を得た上、配管の抵抗を減少させて給水圧力を十分に利用するために給水本管１１に設けられる逆流防止装置を省略することができる。

さらに排気弁１４の高さ以上に排気弁１５を設置してもよく、さらに排気弁１４の高さ以下に排気弁１６を設置してもよい。排気弁１５及び排気弁１６を設置する目的は、容器内の圧縮されたガス量を調整し、つまり第１水位Ａ１の設置高さを調整することにある。排気弁１５の弁をオンにすると、圧縮空気量を減少させることに相当し、排気弁１６の弁をオンにすると、圧縮空気量を増加させることに相当する。第１水位が排気弁１５又は排気弁１６の高さに設けられる場合、第２水位、第３水位の高さ及び対応する貯水量は対応して変化するが、対応する圧力は変化しない。

圧縮空気量を減少させることは、タンク型非負圧給水装置における貯水タンクの貯水量を増加させることに相当し、圧縮空気量を増加させることは、タンク型非負圧給水装置における貯水タンクの貯水量を減少させることに相当する。このように、本発明の容器は、所定容積に対して、その貯水量をさらに調整することができる。

排気弁１４、排気弁１５、排気弁１６は、従来技術によるものを用いてもよいし、吸排気弁を用いてもよい。

図４は容器を示し、該容器は空気圧水タンクであるとともに、常圧水タンクとして用いられ、排水管１７に接続される容器内に渦流防止装置１８が設けられている。

図５は本発明のブースターポンプの接続管路の最初の図面である。第１ポンプ４の吸水管１９に第２ポンプ１０が並列接続され、第２ポンプ１０に並列接続される管路には、第２ポンプ１０の迂回管である逆止弁２１が設けられている。第２ポンプ１０はさらに第１ポンプ４の排水管２０に並列接続されてもよい。

図６は本発明のブースターポンプの接続管路の２番目の図面である。第１管路２２は第１ポンプ４の排水管２０に接続され、第１管路２２には第１弁７が設けられている。第２管路２３及び第１ポンプ４の吸水管１９は第２ポンプ１０の排水管の片側に接続され、第２管路２３には第２弁８が設けられている。第３管路２４は第２ポンプ１０の吸水管に接続され、第３管路２４には第３弁９が設けられている。第１管路２２、第２管路２３、第３管路２４は管路１２に接続されている。逆止弁２１は第２ポンプ１０の迂回管に設けられている。

図７は本発明のブースターポンプの接続管路の３番目の図面である。第２ポンプ１０の吸水管はさらに第３ポンプ２７に並列接続されてもよく、接続管路の各圧力部にさらに第１管路２２、第２管路２３、第３管路２４及び管路２６が設けられていてもよい。

図５−図７に対して、第２ポンプ１０を第１ポンプ４の排水管２０に接続し、又は第３ポンプ２７を第１ポンプ４の排水管２０又は第２ポンプ１０の排水管に接続する等は、当業者が上記構想に基づいて実現できるため、詳細な説明は省略する。

図８は本発明を分析するための最初の図面である。図８から分かるように、本発明では、第１給水管２及び容器３から構成される貯水容積が２つのシステムの高点を形成するが、さらに２つ以上のシステムの高点を形成してもよい。水流方向において、第１システムの高点に吸気弁１が設けられ、ほかのシステムの高点がガスを貯蔵及び圧縮する容積を形成する。容器内に貯蔵される水量を使用するとき、吸気弁１から吸気し、第１水位以下の貯水を補充するとき、排気弁１４から排気する。吸気弁１は管路の高点に設置され、配管内の真空破壊時に生成したガス以外のガスを排出するように吸排気弁を使用してもよく、排気弁１４も、第１水位以下の貯水を使用する時の吸気量を補充するように、吸排気弁を用いてもよい。

前記システムの高点は、静圧の比較的低い点、又はガスが集中した箇所である。前記ほかのシステムの高点は、第１水位の水面高さを平衡化させるために、管路に接続されてもよい。

第１給水管２に第１システムの高点を形成させることは容易である。

図９は本発明を分析するための２番目の図面である。容器３の圧力が第１給水管２の水圧に対応するため、排気弁１４が排気するとき又は容器３内の圧縮ガスが圧力を増加させるとき、第１給水管２は給水状態にあり、水流方向は排気方向と逆である。一方、静止状態にある時、第１給水管２が容器３内のガス集中箇所に接続される場合、ガス遮断手段を取るべきである。又は、吸気弁１の排気機能をなくし、又は容器外にガス遮断装置２８を設置し、又は容器内にガス遮断装置２９を設置する。

以上のように、本発明の給水システム及びその容器、並びにブースターポンプは、本発明の構想の基本的な形態であり、給水方法を含むいかなる改良も本発明の保護範囲内に含まれる。

Claims (12)

1. 第１給水管、吸気弁、容器、第１ポンプ、用水管を備え、第１給水管に吸気弁が設けられ、容器が第１給水管と第１ポンプの吸水管との間に接続され、第１ポンプの排水管が用水管に接続され、前記容器が空気圧水タンクである給水システムであって、
   容器内の圧縮されたガス量は前記吸気弁が真空を破って吸い込んだ空気量に等しいことを特徴とする容器。
2. 第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、第１水位及び第２水位が設定される容器であって、
   第１水位は大気圧に対応し、第２水位は第１給水管の水圧に対応し、前記第１水位と第２水位との間において空気圧貯水モードとなることを特徴とする容器。
3. 第２水位より高い第３水位がさらに設定され、第２水位はさらに第１ポンプの吸水管の圧力に対応し、第３水位は第１ポンプの排水管の圧力に対応することを特徴とする請求項３に記載の容器。
4. 第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、常圧水タンクとしても用いられ、最低水位及び第１水位が設定される容器であって、
   第１水位は大気圧に対応し、最低水位は第１水位より低く、第１水位で大気に連通していることを特徴とする容器。
5. 第１給水管と第１ポンプとの間に接続された空気圧水タンクであり、常圧水タンクとしても用いられる容器であって、
   排水口に渦流防止装置が設けられていることを特徴とする容器。
6. 第１ポンプを備え、第１ポンプの吸水管が容器に接続され、第１ポンプの排水管が用水管に接続されるブースターポンプであって、
   さらに第２ポンプを備え、第２ポンプは第１ポンプの吸水管に並列接続されていることを特徴とするブースターポンプ。
7. ブースターポンプの吸水管に第３管路が設けられ、第１ポンプの第２ポンプに接続される管路には、第２管路が設けられた請求項６に記載のブースターポンプであって、
   第３管路は第２給水管に接続され、第２管路は前記容器に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のブースターポンプ。
8. ブースターポンプの排水管に第１管路が設けられている請求項６に記載のブースターポンプであって、
   第１管路は前記容器に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のブースターポンプ
9. 給水方法であって、
   給水システムにおける容器として空気圧水タンクを用いて、真空を破られたガスを貯蔵及び圧縮することを特徴とする給水方法。
10. 給水方法であって、
    タンク型非負圧給水装置における貯水タンクの貯水量に相当する貯水量と、真空を破られたガスを圧縮する時に生成した空気圧貯水量とを足し合わせることを特徴とする給水方法。
11. 給水方法であって、
    ブースターポンプの制御方法を含み、容器がブースターポンプの第１管路又は第３管路に接続される場合、第１ポンプが、第１ポンプの排水管を定圧に維持するように制御され、第２ポンプが、第２ポンプの排水管を定圧に維持するように制御され、
    第２ポンプは設定周波数以上で動作し、第２ポンプの排水管の圧力がある設定値より高い場合、動作を終了することを特徴とする給水方法。
12. 給水方法であって、
    ポンプの制御方法を含み、第１パラメータポイントに基づいて１つの周波数変換範囲を設定し、第２パラメータポイントに基づいて具体的な周波数変換周波数を決定し、
    前記周波数変換範囲は、ポンプの特性曲線によって決定され、流量及び揚程を調整することを特徴とする給水方法。

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