JP3287528B2 - 給水装置 - Google Patents

給水装置

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JP3287528B2
JP3287528B2 JP13651895A JP13651895A JP3287528B2 JP 3287528 B2 JP3287528 B2 JP 3287528B2 JP 13651895 A JP13651895 A JP 13651895A JP 13651895 A JP13651895 A JP 13651895A JP 3287528 B2 JP3287528 B2 JP 3287528B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配水管の水を電動ポン
プにより末端給水栓に給水する給水装置に係り、特に、
省エネルギーを図るのに好適な給水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、水道配水管の水には元圧(静水
圧)がかかっているので、この元圧によって二階建の建
築物の末端給水栓には給水することが可能であることを
目標にしているが、三階建以上の中高層建築物になる
と、前記元圧だけでは不足して末端給水栓に給水するこ
とができないことがある。そこで、配水管からの水を一
旦受水槽に入れ、この受水槽から前記建築物の屋上に設
けられた高置水槽を介し各階の末端給水栓へ自然流下に
よって給水している。あるいは、一旦、受水槽に入れら
れた水を加圧ポンプによって末端給水栓に直接給水して
いた。しかし、最近、水道配水管の圧力を利用すると共
に、不衛生な受水槽を排除するために、給水装置を同水
道配水管に直結して給水する検討が始められている。こ
の公知例には特願平3−30560号(特開平4−33
0127号公報)がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば以下の問題点があった。 (1)電動ポンプより上流側の配水管元圧が、最低圧以
上から所定圧以下の範囲か及び、前記ポンプより下流側
の吐出圧力が一定圧に等しいかを判定して、ポンプを作
動させるために、実際の制御においては所定圧に不感帯
があり、負荷使用量が相当多い場合でも吐出圧が所定圧
に等しくなっており、負荷使用水量が多い場合には、ポ
ンプ停止後、即、始動し、以下始動、停止を繰返してポ
ンプの始動頻度が高くなりモータ及びこれの駆動手段が
摩耗劣化する。さらに、駆動手段はインバータ等であ
り、一般的なじか入れ始動方式と比べると応答性がよく
ないため、始動時に一時的に給水圧が低下する。
【0004】(2)元圧及び吐出圧を検出する圧力セン
サをそれぞれ設けてあるが、両者間にはポンプや弁類、
特に直結給水システムでは負荷側からの逆流による汚染
防止のために、吸込側には逆流防止弁が設置することと
されており、これでの抵抗損失が大きくなっている(例
えば、減圧式では10m程度の抵抗損失を有するものも
ある)。したがって、逆流防止弁での抵抗損失が配慮さ
れておらず、(1)の始動時での給水圧力の一瞬低下の
原因にもなっている。そこで、本発明は、配水管の元圧
が十分なときには、この元圧エネルギーを利用し、さら
に、ポンプを停止させる際には、前記した抵抗損失を考
慮の上、ポンプ停止を行うことによって、水道直結給水
システムの維持費を安くするとともに、安全衛生上にお
いて問題のない給水装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、配水管の元
圧が上昇し、電動ポンプの吐出側所要圧力に達しても前
記電動ポンプにより給水を行い、前記配水管の元圧が該
吐出側所要圧力よりも、前記元圧センサから吐出圧セン
サに至るまでの抵抗損失だけ高くなったとき、前記電動
ポンプを停止させる制御手段を備えることで達成され
る。
【0006】望ましくは、制御手段では、配水管の元圧
が吐出側所要圧力よりも、元圧センサから吐出圧センサ
に至るまでの抵抗損失だけ高くなった状態が所定時間継
続したときに、電動ポンプを停止させているものであ
る。
【0007】
【作用】元圧が高いときは電動ポンプを停止させ元圧を
利用して給水を行うため、省エネルギーを図ることがで
きる。その際、元圧が吐出側所要圧力を超えて、更に、
元圧センサから吐出圧センサに至るまでの抵抗損失だけ
高くなったときに、初めて電動ポンプは停止状態におか
れることから、電動ポンプ停止直後に給水圧力が始動圧
力以下に一瞬低下することは回避され、したがって、そ
の電動ポンプの停止直後に電動ポンプが直ちに始動され
ることは回避され得るものである。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図11によ
り説明する。本発明の第1の実施例を図1から図8によ
り説明する。ここで、図1は、本発明に係る水道直結給
水システムの実施例を示す全体構成図、図2は、流入圧
力(元圧)の各設定圧力を示すグラフ、図3は、ポンプ
吐出圧が一定制御方式の一例を示すグラフ、図4は、ポ
ンプ末端圧が一定制御方式の一例を示すグラフ、図5は
元圧センサ位置から吐出圧センサ位置に至るまでの各器
具類の抵抗損失を示すグラフ、図6は、本発明に係る水
道直結給水システムの制御回路図、図7,図8は、本発
明の実施例の作動を示すフローチャートである。本実施
例は、水道本管(水道配水管)1に接続された吸込管2
から分岐された複数本の流路と、上記流路の各々にそれ
ぞれ設けられたポンプ10,11とポンプ10,11の
上流側と下流側でこの流路にそれぞれ設けられた仕切り
弁8,9,16,17と、下流側の仕切り弁16,17
の下流側で複数本の流路を一つにまとめるよう接続され
た給水管20と、給水管20に設けられた第1の圧力セ
ンサ18及び圧力タンク19と、吸込管2に設けられた
第2の圧力センサ7と、複数台のポンプ10,11を制
御する制御装置21を備えている。さらに、吸込管2と
給水管20との間には、途中に逆止め弁101を配設し
たバイパス管102を備えている。
【0009】制御装置21は水道本管1の元圧が吐出側
所要圧力に、両圧力センサ7,18間での抵抗損失を考
慮した値より一定時間以上に亘って高くなった場合に
は、上記ポンプ10,11を停止させ、前記水道本管1
の元圧が目標圧力以下に低下したら、即ち、始動圧力以
下に低下したら、上記ポンプ10,11を再始動させる
ように構成されたものである。さらに、負荷側の給水圧
力低下防止のために、前記条件が成立した後、少水量使
用状態かどうかを判定し、少水量状態の場合にはポンプ
10,11を停止させるようにしたものである。また、
図6に示すように、制御装置21は、ポンプ10,11
の速度を制御するインバータ26,27を備え、水道本
管1の圧力が予め定めた給水制限圧力bより低下した場
合には、この圧力bを越えて復帰するまで、現在の速度
でロックするようにしたものである。以下、詳細に説明
する。
【0010】図1は本実施例の給水装置の構成を示す。
6は汚染防止の逆止め弁(逆流防止)、7はポンプ吸い
込み側の水道本管1の元圧を検出するための第2の圧力
センサ、同じく、18は送水管側の圧力を検出するため
の第1の圧力センサ、8,9,16,17はそれぞれ仕
切り弁、14,15は逆止め弁、10,11はそれぞれ
電動機12,13によって駆動されるポンプ、102は
途中に逆止め弁101を備えたバイパス管であり、前述
したように、水道本管1元圧が十分高い元圧のみで給水
可能な際には、ポンプ10,11を停止させこのバイパ
ス管102を通して給水する。19は内部に空気留りを
有する圧力タンク、23,24は少水量使用状態を検出
するための流量スイッチである。
【0011】図6は、本実施例の給水装置の制御装置2
1の詳細を示し、PWは電源、23は配線用遮断器、2
4,25はそれぞれ電動機12,13を運転駆動するた
めの電磁接触器のコイルであり、24a,25aはその
主回路接点である。また、26,27は前記電動機1
2,13を運転駆動するためのインバータであり、4
5,46はインバータ26,27各々に対し各種設定
(例えば、同インバータの運転速度範囲の下限値などの
設定)を行うためのコンソール(キー入力装置)であ
る。N1,N2は後でのべるが、インバータ26,27
各々に速度を指令する信号であり、28a,29aは運
転指令信号であり、運転指令信号28a,29aがON
時にインバータ26,27は運転される。また、30は
スイッチであり、これを閉じることにより安定化電源ユ
ニット31が作動し、安定化電源ユニット31からの制
御電源が電源端子33に供給され自動運転の準備が完了
する。
【0012】34,35はそれぞれ前記したインバータ
26,27各々に速度指令を発するための、D/A変換
器などで構成されるインターフェース、36はCPU
(マイクロコンピュータ)であり、37はRAM,RO
Mから成るメモリであり、38,39,40,41は入
出力ポートである。42,43は圧力や速度のデータを
設定するためのスイッチである。
【0013】図2は設定データの例を示すもので、流入
側圧力(元圧)に対しては各種設定値a(最低圧力:ポ
ンプ空転保護停止圧力),b(給水制限圧力),c(流
入圧力高停止圧力)等が設定されている。尚、流入圧力
高停止圧力cは、図3を用いた場合には、吐出し圧力一
定目標値H0に圧力センサ7,18間の抵抗損失を加え
た値に、図4を用いた場合には、前述のH0の代わりに
H4としている。さらに、詳細は後で述べるが、図4に
示す圧力制御を行う場合の目標値である圧力H1(水量
0の点)、H4(水量Qイの点)、前述の流入側圧力の
設定値a,b,cなどの値をスイッチ42で設定し、同
じく運転速度ND、NAのデータをスイッチ43で設定
しそれぞれ入出力ポート39,40を介してメモリ37
に読み込む(RAMに格納しておく)。当然ながら、こ
のメモリ37内のROMには、後述の通り、運転制御手
順などのプログラムが予め書き込まれている。尚、ND
は初期値であり、予め設定されているものとする。
【0014】また、44は圧力センサ7,18各々から
の圧力信号をA/D変換して読み込むためのインターフ
ェースであり、同様にして、入出力ポート41を介して
メモリ37内のRAMに格納しておく。以上のようにし
て、制御装置21を構成する。
【0015】図3は一般的な吐き出し圧力一定制御の場
合の運転特性図を示し、縦軸は全揚程Hを、横軸は水量
Qを示す。曲線A,B,C,Dは、運転速度は連続であ
るがそれぞれ、速度をNA(最高速度)NB,NC,N
D(最低速度)と仮想した場合のポンプQ−H性能であ
り、H0はこの際の吐出し圧力一定目標値である。
【0016】図4は同じく、一般的な末端圧力一定制御
方式の場合の運転特性図示し、図3と同一符号として示
したものである。同図に於いて、曲線Eは送水管等の抵
抗損失曲線である。この方式では、使用水量がQイ,Q
ロ,Qハ,Qニと変化すると、当然、インバータの運転
速度はNA,NB,NC,NDと変化し、ポンプの運転
点は曲線E上をイ,ロ,ハ,ニと変化する。また、図
3,図4において、Qsは流量スイッチ23,24の動
作流量を示し、これより少ないと、例えばその接点を閉
じ、これより若干多い水量で接点を開く。
【0017】通常、ポンプの実揚程に対し配管抵抗が小
さいアパート、マンションなどの給水では、吐き出し圧
力一定制御が使用されることが多い。実揚程に対して配
管抵抗が大きい、長い送水管の場合には、末端圧力一定
制御が使用される。これら方式のうち、給水系に最適な
ものが選定された上、前述した運転特性図に従って予め
プログラミングされた運転手順により運転制御される。
【0018】ところで、図1に於いて、ポンプ10,1
1を運転せず、水道本管1元圧のみで給水することを考
えると、逆止め弁6,14,15、ポンプ10,11、
仕切弁8,9,16,17等での抵抗損失が考慮されな
ければならない。即ち、吐出側圧力センサ18の位置で
負荷側の所定圧力(図3ではH0、図4ではH4にそれ
ぞれ相当)が確保されるとすれば、圧力センサ7の位置
では圧力センサ18での所定圧力に前述の抵抗損失を加
えた圧力以上が確保されなければ、十分な給水はできな
いというものである。図5はこの抵抗損失を示したもの
であり、jは最大使用水量Qイ時の抵抗損失Pfであ
り、同様に、Kは過少水量Qsのときの抵抗損失Pfを
示している。従来技術で述べたように、もしも、流入圧
高停止圧力cをH0、またはH4と等しく決めている
と、流入側圧力がcとなればポンプは停止されるが、ポ
ンプが停止すると、圧力センサ18の位置ではその抵抗
損失分だけcより圧力が低下してしまう結果として、ポ
ンプが即始動されてしまい、インチングするか、あるい
は高所負荷側水栓では、一時的に給水圧力が低下するこ
とは否めないというものである。
【0019】そこで、図7に破線表示のX枠として示す
ように、元圧SPDATAがc(吐出側所定圧力H0、
またはH4に抵抗損失Pfを加算した値)以上となっ
て、停止条件が成立しているか否かを判定し、成立して
いるならばポンプを停止させるようにしたものである。
より詳細に説明すれば、ステップS700では、運転
上、必要とされるCPU36への初期設定が行われ、そ
の後、ステップS701では、図8に示すタイマ割込処
理(ステップS800〜S806)TIMINTへのジ
ャンプが許可されるものとなっている。ステップS80
1では圧力センサ7で元圧を検出し、SPDATAとし
て結果をメモリに格納する。同様に、ステップS802
では圧力センサ18によりポンプ吐出圧力を検出し、D
PDATAとしてメモリに格納する。さらに、ステップ
S803では流量スイッチ23,24の状態をチェック
し、結果をメモリに格納し、ステップS804ではポン
プ等の故障状態を検出してメモリに格納し、ステップS
805ではスイッチ42,43で設定したデータを読み
込み、それぞれメモリに格納する。この後、ステップS
806で割込処理TIMINTからステップS702へ
戻る。ステップS702では始動条件が確立しているか
判定する。
【0020】例えば図3,図4に於いて、給水圧力(ポ
ンプ吐出圧)がH3以下に下がるとステップS703で
ポンプを始動し、インバータ周波数がNDとなる信号を
出力する。次のステップS704では元圧SPDATA
が図2に示すb以下にあるか判定し、これ以下でなけれ
ばステップS709へジャンプし、b以下にある場合に
は後で詳細に説明するが、ステップS705へ進む。ス
テップS709ではH4とH1とを比較して、吐出圧力
一定制御方式であるか、末端圧力一定制御方式であるか
を判定する。H4=H1=H0(図3,図4参照)であ
れば、吐出圧力一定制御方式であり、ステップS714
へ進み、そうでなければ、ステップS710へ進み、そ
れぞれの処理を実行する。
【0021】ステップS715では吐出圧力一定制御に
より前述した抵抗損失Pf=j(図5参照)を、また、
末端圧力一定制御では、図5に示すように、ステップS
711で運転速度Nに基づく抵抗損失Pf=f(N)を
与え、ステップS712では元圧SPDATAがc(吐
出圧力一定制御方式の場合にはH0+jであり、末端圧
力一定制御方式の場合には、目標値である曲線E上の圧
力にf(N)(Pf=f(N))を加えた値)より高い
かを確認し、高ければステップS713へ、そうでなけ
ればステップS716へ進み、ステップS713では元
圧SPDATAがcより高い状態が△t時間継続したか
を確認し、継続していれば、元圧SPDATAのみで十
分給水が可能であるから、ステップS717へ進み、ポ
ンプの停止処理を実行する。また、ステップS712,
713各々での判定結果として、が元圧SPDATAの
みによる給水が不可能な場合には、ステップS716以
降の吐出側による通常の制御を行う。
【0022】次に、圧力センサ7,18間での圧力差が
抵抗損失以上となった場合に、ポンプを停止させる別の
実施例を図9により説明する。図9は図7に示すX部を
変更したものである。これによる場合、ステップS90
0で元圧SPDATAと吐出圧DPDATAとの差DE
LTAPを求め、次のステップS901で前述した抵抗
損失Pf以上となっているかを判定し、その抵抗損失P
f以上であれば、図7での説明と同様に、ステップS9
02で△t時間この状態が継続しているか判定し、継続
していれば、元圧にて十分給水可能な状態であるから、
ステップS903でポンプを停止させ、元圧で給水を行
う。これ以外については、図7の説明と同じであるから
説明を省く。
【0023】以上のようにすれば、従来技術で述べた、
ポンプがインチングしたり、一時的に水圧が低下する、
という問題を解決することが可能である。これらの問題
点を解決し、さらに始動頻度を低く改良した実施例を図
10により説明する。同図は図7、又は図9で示した元
圧が停止条件を満足した後、水の使用状態が少ないとき
にポンプを停止させるようにするために、その停止条件
にステップS103をAND条件として挿入したもので
ある。即ち、ステップS100〜S102は図9に示す
ものと同様とされているが、元圧での停止条件が成立し
た後、ステップS103で流量スイッチが動作している
か判定し、使用量が少なく(通常10〜20l/m以
下)動作していれば、次のステップS104でポンプを
停止するものである。
【0024】このようにすれば、ポンプが停止するの
は、元圧のみで給水が可能で、且つ負荷側での水使用が
殆どない時であるから、ポンプ始動頻度をさらに低減す
ることが可能となる。さらに、従来技術で述べたように
(図11参照)、元圧によるポンプ停止圧力cをc=H
0、またはc=H4と選んだ場合も、図10に示したよ
うに、使用水量が極く少ないときのみポンプを停止させ
て元圧で給水するようにすれば、前述した従来の問題点
を解決することができる。
【0025】ところで、この水道本管に直結した本給水
方式では、他の給水方式と比較して、給水制限時でも直
結給水方式の方が優先的に水が使用され、不公平である
との懸念がある。これを対策したものの実施例を図7に
より説明する。即ち、同図ステップS704で元圧SP
DATAがb以下であると判定されれば、次のステップ
S705では元圧がbを越えるまで現状のポンプ運転速
度をロックするよう、インバータ26(またはインバー
タ27)に速度指令信号N1(または速度指令信号N
2)を出力する。さらに、ステップS706以降では、
元圧が図2に示す最低圧力a以下か判定し、a以下であ
ればポンプを空転保護のために停止させる。このように
給水制限圧力bを予め決めておき、これ以下に元圧が下
がった場合には、ポンプの運転速度は現状速度にロック
されるため、給水が制限され、不公平感が解消する。
【0026】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、配水管にかかっている元圧が、吐出側所要圧力と元
圧センサから吐出圧センサに至るまでの抵抗損失との和
を上回った際に、元圧給水が可能と判断するようにして
あるため、元圧の有するエネルギーを利用することがで
き、省エネルギーとなるばかりでなく、始動頻度が低
く、一時的な給水圧低下を未然に防ぐことが可能とな
り、安定給水ができる。また、受水槽の設置が不要とな
るので、安全衛生管理やこのための高い人件費等が不要
となり、したがって、この水道直結給水システムの維持
費を安くすることができるとともに、安全衛生上におい
ても問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水道直結給水システムの実施例を
示す全体構成図。
【図2】流入圧力(元圧)の各設定圧力を示すグラフ。
【図3】ポンプ吐出圧が一定制御方式の一例を示すグラ
フ。
【図4】ポンプ末端圧が一定制御方式の一例を示すグラ
フ。
【図5】元圧センサ位置から吐出圧センサ位置に至るま
での各器具類の抵抗損失を示すグラフ。
【図6】本発明に係る水道直結給水システムの制御回路
図。
【図7】同上の各実施例の作動を示すフローチャート。
【図8】同上の各実施例の作動を示すフローチャート。
【図9】同上の各実施例の作動を示すフローチャート。
【図10】同上の各実施例の作動を示すフローチャー
ト。
【図11】流入圧力(元圧)の各設定圧力を示すグラ
フ。
【符号の説明】
1…水道本管、6,14,15…逆止め弁、7…元圧セ
ンサ、18…吐出圧センサ、10,11…ポンプ、19
…圧力タンク、21…制御装置、26,27…インバー
タ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−240186(JP,A) 特開 平5−263444(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E03B 5/00 E03B 11/16 F04B 49/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配水管の水を末端給水栓へ給水する給水
    管と、該給水管の途中に介設され、前記末端給水栓へ水
    を吐出する少なくとも1つの電動ポンプと、該電動ポン
    プより上流側の給水管に配設され、前記配水管の元圧を
    検知する元圧センサと、前記電動ポンプより下流側の給
    水管に配設され、吐出圧を検知する吐出圧センサとを含
    給水装置であって、前記配水管の元圧が上昇し、前記
    電動ポンプの吐出側所要圧力に達しても前記電動ポンプ
    により給水を行い、前記配水管の元圧が該吐出側所要圧
    力よりも、前記元圧センサから吐出圧センサに至るまで
    の抵抗損失だけ高くなったとき、前記電動ポンプを停止
    させる制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて可
    変電力を前記電動ポンプに供給する駆動手段とを備えた
    ことを特徴とする給水装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記制御手段では、
    前記配水管の元圧が前記吐出側所要圧力よりも、前記元
    圧センサから吐出圧センサに至るまでの抵抗損失だけ高
    くなった状態が所定時間継続したときに、前記電動ポン
    プを停止させることを特徴とする給水装置。
  3. 【請求項3】 配水管の水を末端給水栓へ給水する給水
    管と、該給水管の途中に介設され、前記末端給水栓へ水
    を吐出する少なくとも1つの電動ポンプと、該電動ポン
    プより上流側の給水管に配設され、前記配水管の元圧を
    検知する元圧センサと、前記電動ポンプより下流側の給
    水管に配設され、吐出圧を検知する吐出圧センサとを含
    む給水装置であって、前記配水管の元圧が上昇し、前記
    電動ポンプの吐出側所要圧力に達しても、前記配水管の
    元圧が該吐出側所要圧力よりも、前記元圧センサから吐
    出圧センサに至るまでの抵抗損失だけ高くなるなるまで
    は、前記電動ポンプによる給水を行う一方、前記元圧セ
    ンサから吐出圧センサに至るまでの抵抗損失だけ高くな
    ったときは、前記電動ポンプを停止させる制御手段と、
    該制御手段からの信号に基づいて可変電力を前記電動ポ
    ンプに供給する駆動手段とを備えたことを特徴とする給
    水装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記吐出圧が前記吐
    出側所要圧力に達したか否かは前記吐出圧センサで検出
    され、前記配水管の元圧は前記元圧センサで検出される
    ことを特徴とする給水装置。
  5. 【請求項5】 請求項3、または請求項4において、前
    記電動ポンプを停止させたときに、前記配水管の元圧に
    より末端給水栓に給水を行うバイパス管を該電動ポンプ
    に対し並列に設けたことを特徴とする給水装置。
JP13651895A 1995-06-02 1995-06-02 給水装置 Expired - Lifetime JP3287528B2 (ja)

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