JP3288635B2 - 水道用給液装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水道本管に直結され
る水道用給液装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水道本管に直結して使用する水道用給液
装置の従来技術として、例えば特開平２−２８６８８８
号公報記載のものがある。この従来技術では、オンオフ
ポンプで水道本管の水を吸い込み圧力タンクおよび減圧
弁を介して一定圧とした水を末端に給水すると共に、圧
力タンク内の圧力を検出し、タンク内圧力が高くなった
ときはポンプを停止させ低くなったときはポンプを始動
させる一方、水道本管側圧力を検出し、本管圧力が低下
したときポンプ出側を絞り、少なくなった水道本管の水
を必要以上にポンプで吸い上げることを防止し、給水平
等を図る技術を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本管直結方式の給水装
置は、水道本管の圧力を利用して給水できるため省エネ
ルギーを図ることができるという利点がある。しかし、
上述した従来技術による本管直結方式の給水装置は、圧
力タンクの出側に減圧弁を介装し、この減圧弁で水を一
定圧に減圧してから末端に給水する構成としているた
め、圧力タンクに水を蓄えるまでは本管圧力を利用して
いるといえるが、末端への給水に本管圧力を利用してい
るものではない。更に、圧力タンク出側に減圧弁を設け
て流出圧を一定圧に減圧すると共にオンオフポンプで給
水を図る構成のため、最近の給水装置に要求される配管
抵抗まで考慮した末端圧一定制御を精度よく行うことが
できないという問題もある。

【０００４】本発明の目的は、末端圧一定制御を行うこ
とができしかも十分な省エネルギーを図ることのできる
本管直結方式の水道用給液装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、水道本管の
水を吸い込む吸込管と、需要側に接続される給水管と、
該給水管に設けられ該給水管へ供給される給水の圧力を
検出する圧力検出手段と、電源からの受電電力を速度指
令に従って変換し出力するインバータと、該インバータ
からの受電電力で速度制御される電動機と、該電動機に
より駆動され前記吸込管を通して吸い込んだ水を前記給
水管側に吐き出すポンプと、前記圧力検出手段の検出圧
力に基づき水道本管圧力を利用した末端圧一定制御を行
う前記速度指令を出力する制御手段とを備え、水道本管
の水を加圧して末端に給水する構成とすることで、達成
される。

【０００６】

【作用】圧力検出手段では、水道本管の圧力がポンプで
加圧された状態として検出されていることから、水道本
管圧力の変動の影響を受けたこの検出圧力に応じてポン
プが速度制御される場合は、水道本管圧力を利用した末
端圧一定制御が可能とされているばかりか、また、十分
な省エネルギー化が図れるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１〜
図１３を参照して説明する。図１〜図１２は、本発明の
第１実施例を示す図である。最近、図１，図２に示すよ
うに、水道用給液装置（以下、給水装置という。）を水
道本管に直結して使用することが行われ始めている。こ
の場合、水道本管に多数の給水装置が直結されるため、
各給水装置のポンプ始動／停止による圧力変動の影響が
水道本管に及ぶことが心配される。そのため、水道本管
に直結して使用される給水装置は、ポンプの始動／停止
による圧力変動が極小となることが必要であり、以下で
述べる本発明の実施例に係る給水装置は、この圧力変動
を極小とする技術を提供するものである。

【０００８】図１は、本発明の第１実施例に係る給水装
置の全体概略構成図である。この給水装置の２台のポン
プ８，９は、水道本管に逆止め弁２０２を介して直接接
続されたステンレス製の吸込管であって逆止め弁２０２
下流で２本に分岐された分岐管部分に各々に取り付けら
れている。ポンプ８，９の下流には夫々逆止め弁２０
６，２０７および仕切弁２０８，２０９が接続され、配
管はそれらの下流で合流されて需要家に導かれる給水管
２１３となっている。そして、この給水管２１３に、内
部に空気溜りを持つ圧力タンク（ダイヤフラムタンクで
もよい）２１０と、給水管２１３内の圧力に応じて圧力
信号を発する圧力センサ２１１が接続される。

【０００９】ポンプ８，９は制御装置２１４により制御
され、ポンプ８，９を駆動するモータＩＭ１，ＩＭ２の
各回転速度を制御する２台のインバータと、これらのイ
ンバータを制御するマイクロコンピュータを有する制御
回路(コントローラ)とが制御装置２１４に内蔵されてい
る。

【００１０】図１２は、上述した実施例に係る給水装置
の外観図である。この給水装置は、コンパクトなパッケ
ージに収納され、取り扱いし易いように構成されてい
る。

【００１１】図３は、図１に示す制御装置の動力回路部
分を示す図であり、ＰＷは電源、４０１は配線用遮断
器、４０２ａ，４０３ａはそれぞれ１号機ポンプ８，２
号機ポンプ９用の各々の電磁接触器の主回路接点、４０
４，４０５は同じく各ポンプ８，９を駆動制御するイン
バータ、Ｎ１，Ｎ２は後で説明するが、各インバータ４
０４，４０５に速度を指令する信号であり、４０６ａ，
４０７ａは各インバータ４０４，４０５の運転指令用の
信号である。

【００１２】図４は、図１に示す制御装置２１４内に内
蔵されている制御回路５３０を示しており、５０１は電
源の入り／切りを行うスイッチ、５０２はトランス，ダ
イオードブリッジ，レギュレータなどで構成される安定
化電源、５０９はマイクロコンピュータ（以下、マイコ
ンと略称する。）５０８に前記電源を供給するための電
源端子、５０３は電磁接触器(のコイル)４０２，４０３
及びリレー(のコイル)４０６，４０７を開閉制御するた
めのインターフェースである。

【００１３】電磁接触器４０２，４０３が投入される
と、その主回路接点、即ち、図３に示す主回路接点４０
２ａ，４０３ａが閉じる。同じく、リレー４０６，４０
７が励磁されると、そのリレー接点４０６ａ，４０７ａ
が閉じられる。

【００１４】５１０，５１１は、中央演算処理装置(Ｃ
ＰＵ)５１３からの指令によりインバータ４０４，４０
５に、例えば速度指令Ｎ１，Ｎ２を出力するためのイン
ターフェースであり、Ｄ／Ａ変換器などにより構成され
る。

【００１５】５１８は、後で説明するが、図５に示すよ
うに、予め定めた関係に圧力制御する際での目標値、例
えばＨ０，Ｈ１，Ｈ３を設定するためのスイッチであ
り、これら目標値はインタフェース５１２を介してＣＰ
Ｕ５１３に取り込まれる。同様に、５１９は、予め定め
た指令速度である、例えば変速指令から固定速指令、ま
たはその逆に切り替えるための速度ポイントＮ１，Ｎ２
を設定するためのスイッチであり、これら速度ポイント
Ｎ１，Ｎ２はインターフェース５１６を介してＣＰＵ５
１３に取り込まれる。更に、５２０は、圧力センサ２１
１の検出した給水管２１３の圧力信号を取り込むための
インターフェースであり、その圧力信号はポート５１７
を介してＣＰＵ５１３に取り込まれる。以上によりコン
トローラ５３０が構成される。

【００１６】図５は、末端圧力一定制御を行った場合の
ポンプの運転特性を例示する線図である。６０５は配管
などの抵抗曲線である。６０１〜６０４は、使用水量が
変化した時、それぞれ運転速度を最高速度Ｎmax，Ｎ
１，Ｎmin，…と仮想した時のＱ−Ｈ性能曲線と前記抵
抗曲線との交点を示す。

【００１７】以上のように構成したものの作動について
図７を参照して説明する。今、図１，図５に於て、給水
管２１３内（圧力タンク２１０も概略同圧力となってい
る。）の圧力がＨ３（ここでは始動圧力とする。）より
高く、ポンプ８，９はいずれも停止しているものとす
る。又、この時、図３の配線用遮断器４０１は投入さ
れ、図４のスイッチ５０１は閉じて制御装置２１４が作
動し、待機状態にあるものとする。もちろん、Ｈ０，Ｈ
１，Ｈ３，Ｎ１，Ｎ２などのデータは、予めスイッチ５
１８，５１９から読み込まれ、メモリに格納されている
（７０１ステップ）。

【００１８】図示しない需要端の水栓を開くと、給水圧
力が低下する。これを圧力センサ２１１により検出する
（７０２ステップ）。この圧力センサ２１１の検出した
圧力が始動圧力Ｈ３より低下していると、ＣＰＵ５１３
はポート５１５を介し、例えば電磁接触器４０２，リレ
ー４０６をＯＮする信号をインターフェース５０３に出
力するとともに、インターフェース５１０から速度指令
信号Ｎ１を出力する。これにより、一方のポンプ８が始
動される。

【００１９】この始動により、ポンプ８は、図５の点６
０４で運転される。使用量が増大すると、抵抗曲線６０
５上に沿って運転を続けてゆくが、一方、使用量が少な
くなると、次第に減速して低速度ＮMIN運転を続ける
（７０３ステップ）。

【００２０】この状態を一定時間継続すると、７０４ス
テップの極低速度のスタンバイ状態に移行する。この
後、７０５ステップで一定時間タイミングをとった後、
７０６ステップで圧力がＨ０以下か否かを確認し、も
し、以下になったら速度をＮMIN（７０７ステップ）に
更新して７０３ステップより再度実行する。

【００２１】Ｈ０以上の状態にあれば、ＣＰＵ５１３よ
り、今度は電磁接触器４０３、リレー４０７をＯＮする
信号をインターフェース５０３に出力するとともに、イ
ンバータ４０５へ速度指令信号Ｎ２として、極低速度信
号（ＮMINよりも小さい速度）を出力する。この状態で
は、ポンプの運転特性曲線は曲線６０８よりも下の方に
あることから、ポンプは仕事せずアイドリング運転とな
り、給水圧力は所定の圧力（曲線６０５上の圧力）を保
持している。一定時間後、先発して運転していたポンプ
８を停止させる信号を出力してポンプ８を停止させ、後
に運転されるポンプ９の低速スタンバイ運転を行い、待
機させる。

【００２２】使用量が増大し給水圧力がＨ０以下に下が
り始めると、ポンプを増速してこれに対応する。使用量
が更に増加すると、更にポンプを増速する。今運転中の
ものがポンプ８であるとすると、このポンプ８の運転速
度が予め定めた速度Ｎ１に到達したとき、休止している
ポンプ９を極低速度運転をするための信号４０２，４０
６，５１０を出力する。

【００２３】次に、増速及び増台時の作動について図６
を用いて説明する。 １)先行機はその運転速度がＮminからＮ１へ増速し、且
つ給水圧力が規定値Ｈｉより低下（確実に行うには、こ
こで、一定時間のタイミングをとり、真に規定値以下で
あることを確認の上、次の動作に向かうのが良い。）し
たら、１００％Ｎに向かって増速を開始すると共に、追
従機をＮmin以下で始動させる。

【００２４】２）この後、給水圧力が規定値より低下す
るのに伴って、先行機は増速を続けるが、追従機はＮmi
nの速度を維持する。ここで、追従機をＮminとするの
は、給水圧力が目標値とする規定圧力より上昇しないよ
うにするためである。

【００２５】３）このようにして、先行機が１００％Ｎ
に達し、且つ、一定時間が経過しても、給水圧力が規定
値Ｈ３よりも低下する状態になったら、給水圧力が規定
値となるように、追従機をＮminから１００％Ｎに向か
って増速指令する。

【００２６】次に、減速及び減台時の作動について説明
する。 １）両方のポンプが共に１００％Ｎに達した場合、追従
機の運転速度を１００％Ｎに固定する。

【００２７】２）使用水量の減少に伴い、給水圧力が規
定値より高くなると、先行機の速度を１００％ＮからＮ
minに向かって減速するように指令する。

【００２８】３）更に、使用量が少なくなり、先行機の
速度がＮminに達し、且つ一定時間経過しても給水圧力
が規定値Ｈ４より高い状態になったら、先行機の速度を
極低速にし、しかる後に先行機を停止させる。これは、
停止時での過渡電流によるインバータの悪影響を排除す
るためである。

【００２９】以上の作動を、図８，図９のフローチヤー
トにより更に、詳細に説明する。先ずステップ８０１で
給水圧力を検出し、給水圧力が規定圧力以下か否かを判
定する（ステップ８０２）。規定圧力より高いときは減
速処理に入り、規定圧力以下のときは先行機を増速し
（ステップ８０３）、次のステップ８０４で先行機運転
速度がＮ１に達しているか否かを判定する。先行機運転
速度がＮ１以下であればステップ８０１へ戻り、Ｎ１以
上であれば次の８０５ステップに進み、追従機をＮmin
以下の速度で始動する。そして、この速度を維持する。

【００３０】次に、ステップ８０６でΔｔの待ち時間処
理を行ってから給水圧力を検出し（ステップ８０７）、
この検出圧力が規定値以下かを判定する（ステップ８０
８）。規定値以下の場合にはステップ８１５に進み、先
行機の運転速度を検出し、８１６ステップで先行機の運
転速度が最高速度Ｎmaxに達しているか判定する。Ｎmax
に達していれば、この時点より追従機の速度ロックを解
除し、速度制御を再開するとともに、先行機を最高速度
Ｎmaxに固定する（８１８ステップ）。この状態では、
ポンプの運転点は図５の点６０２にあるので圧力変動は
生じない。Ｎmaxに達していない場合には、追従機の速
度をロックしたまま、先行機の増速を行い（ステップ８
１７）、ステップ８０６に戻る。

【００３１】ステップ８０８で規定値以下ではないと判
定された場合には、使用量が１台運転でまかなえるた
め、ステップ８０９で先行機の運転速度を検出し、この
運転速度が最低速度Ｎminであるか否かを判定する（ス
テップ８１０）。Ｎmin以下であれば、図５の点６０４
付近の状態にあるので、ステップ８１１でΔｔの待ち時
間処理を行った後、ステップ８１３で圧力が規定圧力以
上あるか否かを判定し、規定圧力以上のとき８１４ステ
ップに進んで先行機を停止させ、追従機の速度ロックを
解除して８０１ステップへもどり、ここより再び実行す
る。ステップ８１０でＮminでないと判定された場合に
は、先行機を減速して（ステップ８１２）、ステップ８
０６に戻る。

【００３２】ステップ８１８の次にステップ８１９に進
み、Δｔの待ち時間処理を実行してから給水圧力を検出
し（ステップ８２０）、次のステップ８２１でこの圧力
検出値が規定値以下か否かを判定する。規定値以下の場
合には図９（ａ）のステップ８２２に進んで追従機の運
転速度を検出し、この運転速度が最低速度Ｎminである
か否かを判定する（ステップ８２３）。最低速度Ｎmin
に達していれば、ステップ８２５のΔｔの待ち時間処理
を実行した後に、８２６ステップで規定圧力Ｈ４以上か
否かを判定する。判定した結果、図５のＨ４以上であれ
ば、ステップ８２７で先行機をＯＦＦするとともに、追
従機の運転速度ロックを解除し、８０１ステップへ戻
り、ここより再実行する。ステップ８２３でＮminに達
していないと判定されたときは、ステップ８２４で減速
処理を行い、ステップ８１９に戻る。

【００３３】ステップ８２１で規定値以下と判定された
場合には、図９（ｂ）のステップ８２８に進み、追従機
の運転速度を検出し、この運転速度がステップ８２９の
判定で最高速度Ｎmaxに達しているときは速度変更を行
わず（ステップ８３１）、最高速度Ｎmaxに達していな
いときは、増速処理を行って（ステップ８３０）から、
ステップ８１９に戻る。

【００３４】以上説明したようなポンプ制御を行えば、
ポンプを停止させるとき、先行して運転されていたポン
プ程、先に停止させることができるので、複数台のポン
プの運転負担の等分化が図れる。

【００３５】図１０（ａ）は、上述した本実施例に係る
給水装置で各ポンプをインバータ制御したときの圧力変
動が抑制される様子を示した図である。なお、比較のた
めの図１０（ｂ）は、インバータ運転のポンプと定格運
転のポンプを組合わせた例であるが、切替え時に定格運
転のポンプが運転されると、急激な圧力変動が発生する
ことを示している。

【００３６】本実施例では、図１１に示すように、受水
槽を用いている現状の方式に比し、水道本管の圧力が利
用できるので、その分、ポンプの圧力は少なくて済み、
省エネルギ化を図ることができる。

【００３７】図１３は、本発明の第２実施例に係る給水
装置の制御回路の構成図である。本実施例では、インバ
ータへの速度指令信号を１点としている。今、使用水量
が少なく、図５に示す極低速Ｎminで特性曲線６０９の
下でポンプ８が運転されているものとする。

【００３８】この状態で使用水量の少ない状態を検出し
たら、もう一方のポンプを駆動するインバータ４０５の
運転指令信号４０７aをＯＮし、先行しているインバー
タと同じ速度指令信号Ｎを出力して両ポンプを共に極低
速度で運転する。そして、一定時間後に、先行したポン
プを停止させる。このようにした場合も、ラップさせて
ポンプの運転を切替えるので、圧力変動が生じないのは
云うまでもなく、更に速度指令信号が１点で済むので、
制御装置２１４を安価に構成できる効果がある。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、本管直結方式の利点を
十分に活用した省エネルギー化を実現でき、しかも、末
端圧一定制御も可能な水道用給液装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る給水装置の概略構成
図である。

【図２】本実施例の給水装置を用いた給水システムの構
成図である。

【図３】図１に示す制御装置の動力回路図である。

【図４】図１に示す制御装置の制御回路図である。

【図５】図１に示す給水装置により末端圧力一定制御の
運転を行った場合の運転特性図である。

【図６】第１実施例における増速および増台時の動作を
示す運転特性図である。

【図７】第１実施例における運転手順を示すフローチャ
ートである。

【図８】第１実施例における運転手順を示すフローチャ
ートである。

【図９】第１実施例における運転手順を示すフローチャ
ートである。

【図１０】第１実施例における圧力変動抑制効果を説明
する特性図である。

【図１１】第１実施例における省エネルギ効果を示す図
である。

【図１２】第１実施例の給水装置の外観図である。

【図１３】本発明の第２実施例に係る給水装置の動力回
路図である。

【符号の説明】

２０２，２０６，２０７…逆止め弁、２０８，２０９…
仕切弁、８，９…ポンプ、ＩＭ１，ＩＭ２…電動機、２
１０…圧力タンク、２１１…圧力センサ、４０１…配線
用遮断器、４０２，４０３…電磁接触器、ＩＮＶ１，Ｉ
ＮＶ２…インバ−タ、Ｎ１，Ｎ２…速度指令信号，４０
６a，４０７a…インバータ運転指令信号，５０１，５１
８，５１９…スイッチ，５０２…安定化電源、５０８…
マイクロコンピュータ(マイコン)、５１４…メモリ、５
１３…中央演算処理装置、４０６，４０７…リレー、５
３０…制御回路(コントローラ)。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 15/00 - 15/02 F04D 27/00 - 27/02 F04B 49/00 - 49/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水道本管に直結される吸込管と、需要側
   に接続される給水管と、該給水管に設けられ該給水管へ
   供給される水道本管の水を加圧した後の給水の圧力を検
   出する圧力検出手段と、電源からの受電電力を速度指令
   に従って変換し出力するインバータと、該インバータか
   らの受電電力で速度制御される電動機と、該電動機によ
   り駆動され前記吸込管を通して吸込んだ水を前記給水管
   側に吐き出すポンプと、前記圧力検出手段の検出圧力に
   基づき末端圧一定制御を行う前記速度指令を出力する制
   御手段とを備え、水道本管の水を加圧して末端に給水す
   る水道用給液装置。