JP4216930B2

JP4216930B2 - 給水装置

Info

Publication number: JP4216930B2
Application number: JP28747298A
Authority: JP
Inventors: 盛行佐藤; 友山丹治; 章大林
Original assignee: 株式会社佐山製作所
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JPH11193792A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動ポンプで給水する給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の上記した給水装置は、電動ポンプの下流の給水配管にフロースイッチおよび逆止め弁などを配設し、推定末端圧一定制御または吐出圧一定制御で電動ポンプを、インバータを介して制御する構成とされているものがある。
【０００３】
この給水装置において、給水配管の末端側に配設した蛇口を開放して水を放出させると、制御部は、フロースイッチなどからの水の流れを検出した信号、すなわち流量検出信号に基づいて推定末端圧一定または吐出圧一定となるように電動ポンプを回転させ、水を加圧して給水する。
そして、蛇口が閉成されると、フロースイッチなどが水の流れを検出しなくなった信号、すなわち流量非検出信号を出力するので、制御部は、フロースイッチなどからの流量非検出信号に基づいて電動ポンプを停止させる。
【０００４】
なお、蛇口が開放されてから電動ポンプが稼働するまでの間、給水配管の水圧が低下するので、圧力タンクを設けることにより、圧力タンクから所定圧力の水を給水配管へ放出する。
そして、蛇口が閉成されてから電動ポンプが停止するまでの間、圧力タンクに所定圧力の水を所定量蓄える。
したがって、安定した水圧で給水することができるとともに、電動ポンプの発停を少なくすることができる。
【０００５】
しかしながら、蛇口の開閉に基づいて電動ポンプが発停するので、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプの稼働時に大きな騒音が発生する。
また、電動ポンプの発停が頻繁になることにより、電動ポンプのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が短くなるため、電動ポンプのメインテナンス費用が嵩むなどの不都合があった。
【０００６】
そこで、上述した不都合を解消する給水装置の一例として、図３にブロック図で示す構成の給水装置が考えられる。
図３において、１は給水配管を示し、一端が図示を省略した水道管に接続され、他端に図示を省略した複数の蛇口が配設されている。
そして、給水配管１は、給水本管２と、この給水本管２の途中に、並列に挿入された２本の給水分岐管３Ａ，３Ｂとで構成されている。
【０００７】
１１は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも上流の給水本管２に配設された逆止め弁、１２Ａ，１２Ｂは電動機を内蔵した電動ポンプを示し、電動ポンプ１２Ａは給水分岐管３Ａに配設され、電動ポンプ１２Ｂは給水分岐管３Ｂに配設されている。
１３Ａは電動ポンプ１２Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された逆止め弁、１３Ｂは電動ポンプ１２Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された逆止め弁、１４Ａは逆止め弁１３Ａよりも下流の給水分岐管３Ａに配設された締め切り弁、１４Ｂは逆止め弁１３Ｂよりも下流の給水分岐管３Ｂに配設された締め切り弁を示す。
【０００８】
１５Ａはバイパス管を示し、電動ポンプ１２Ａよりも下流で、逆止め弁１３Ａよりも上流の給水分岐管３Ａを、電動ポンプ１２Ａよりも上流の給水分岐管３Ａに接続するものである。
１５Ｂはバイパス管を示し、電動ポンプ１２Ｂよりも下流で、逆止め弁１３Ｂよりも上流の給水分岐管３Ｂを、電動ポンプ１２Ｂよりも上流の給水分岐管３Ｂに接続するものである。
【０００９】
１６Ａはバイパス管１５Ａに配設された電動弁を示し、後述する制御部２１によって制御され、バイパス管１５Ａの流路を開閉するものである。
１６Ｂはバイパス管１５Ｂに配設された電動弁を示し、制御部２１によって制御され、バイパス管１５Ｂの流路を開閉するものである。
１７Ａはバイパス管１５Ａに配設された絞り弁、１７Ｂはバイパス管１５Ｂに配設された絞り弁を示す。
【００１０】
１８は逆止め弁１１よりも上流の給水本管２に配設された圧力検出器、１９は給水分岐管３Ａ，３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された流量検出手段としてのフロースイッチ、２０は逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも下流の給水本管２に配設された圧力検出器を示す。
【００１１】
２１は制御部を示し、圧力検出器１８，２０からの圧力ｈ_su，ｈ_iおよび設定されている推定末端圧力値に基づき、インバータ２２Ａ，２２Ｂへ出力する信号ｆ_a，ｆ_bを決定し、後述するようにインバータ２２Ａ，２２Ｂを介して電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを制御するとともに、電動弁１６Ａ，１６Ｂを制御するものである。
なお、制御部２１から電動弁１６Ａ，１６Ｂへの信号線は、図示が省略されている。
【００１２】
次に、制御部の制御、すなわち給水について説明する。
なお、制御部２１が電動弁１６Ａを開放させ、電動ポンプ１２Ａを所定の低速回転数、例えば５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍで回転させて電動ポンプ１２Ａを待機状態、すなわち締め切り運転状態にするとともに、電動ポンプ１２Ｂを停止させ、電動弁１６Ｂを開放させることにより、給水装置が待機状態にあるものとする。
【００１３】
まず、図示を省略した蛇口を開放させて水を放出させると、圧力検出器２０が出力する圧力ｈ_iが低下するので、制御部２１は、検出値である圧力ｈ_iを設定されている推定末端圧力値にする信号ｆ_aをインバータ２２Ａへ出力して電動ポンプ１２Ａの回転数を上昇させ、電動弁１６Ａを閉成させて公知の推定末端圧一定制御で給水するとともに、所定の低速回転数で回転させる信号ｆ_bをインバータ２２Ｂへ出力して電動ポンプ１２Ｂを締め切り運転状態にする。
【００１４】
そして、蛇口が順次開放されて電動ポンプ１２Ａのみでは推定末端圧一定制御で給水が行えなくなると、電動弁１６Ｂを閉成させ、信号ｆ_a，ｆ_bを同じにして電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂを同じ回転数で回転させて推定末端圧一定制御で給水する。
このようにして給水を行っている状態で蛇口が順次閉成され、１台の電動ポンプで給水が可能になると、電動ポンプ１２Ｂで給水する信号ｆ_bをインバータ２２Ｂへ出力し、電動ポンプ１２Ａを所定の低速回転数の締め切り運転状態とする信号ｆ_aをインバータ２２Ａへ出力するとともに、電動弁１６Ａを開放させる。
【００１５】
そして、全ての蛇口が閉成されると、電動ポンプ１２Ｂを所定の低速回転数の締め切り運転状態とする信号ｆ_bをインバータ２２Ｂへ出力し、電動弁１６Ｂを開放させるとともに、電動ポンプ１２Ａを停止させる信号ｆ_aをインバータ２２Ａへ出力し、給水装置は待機状態となる。
以後は、同様な動作を繰り返して給水することになるが、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの駆動時間、停止時間を平均化するように、制御部２１は、内蔵した時計で電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの駆動時間および停止時間を計測して積算し、所定の低速回転数で締め切り運転を行う電動ポンプと、停止させる電動ポンプとを決定する。
【００１６】
なお、電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂが給水状態から締め切り運転状態へ移行する場合、逆止め弁１３Ａまたは逆止め弁１３Ｂはゆっくりと下流の給水配管１の圧力を保ちながら給水分岐管３Ａまたは給水分岐管３Ｂを閉じ、電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂから吐出される水は、バイパス管１５Ａまたはバイパス管１５Ｂを介して電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂの上流に還流する。
【００１７】
このように給水装置は１台の電動ポンプ、例えば１２Ａを所定の低速回転数で締め切り運転し、残りの電動ポンプ１２Ｂを停止させて待機状態になるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの発停が減少し、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメカニカルシールおよび軸受部の寿命が長くなり、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのメインテナンス費用を少なくすることができる。
そして、給水時も低速回転から所定の回転数へ電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが急峻に立ち上がるので、所定の回転数への立ち上がり時の騒音が小さくなり、迅速な給水に対応することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給水装置は、待機状態で締め切り運転状態となる電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂの軸動力が全て電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ内で消費されて水温を上昇させるため、また、締め切り運転状態となる電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの吐出側と吸水側とを接続するバイパス管１５Ａ，１５Ｂの全長が短いため、水の熱を有効に放熱させて電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えることに限界があり、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの寿命をそれ程長くすることができなかった。
【００１９】
この発明は、上記した不都合を解消するためになされたもので、電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えて電動ポンプの寿命をさらに長くすることのできる給水装置を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、並列に配設された電動ポンプの下流の各給水配管に逆止め弁が配設され、各逆止め弁よりも上流に位置する各電動ポンプの吐出側をバイパス管でその電動ポンプの吸い込み側に接続し、推定末端圧一定制御または吐出圧一定制御で電動ポンプを回転させて給水するとともに、電動ポンプの少なくとも１台を停止させることなく所定の低速回転数で回転させ、電動ポンプの少なくとも１台を停止させた締め切り運転状態で待機状態となる給水装置において、各逆止め弁よりも上流に位置する各電動ポンプの吐出側をバイパス管でその電動ポンプ以外の吸い込み側に接続したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１実施形態である給水装置の要部を示すブロック図であり、図３と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
なお、図示を省略した部分は図３と同様に構成されている。
【００２２】
図１において、４は受水槽を示し、給水分岐管３Ａ，３Ｂの一端側が接続されている。
そして、バイパス管１５Ａは、電動ポンプ１２Ａよりも下流で、逆止め弁１３Ａよりも上流の給水分岐管３Ａと、電動ポンプ１２Ｂよりも上流の給水分岐管３Ｂとを接続している。
また、バイパス管１５Ｂは、電動ポンプ１２Ｂよりも下流で、逆止め弁１３Ｂよりも上流の給水分岐管３Ｂと、電動ポンプ１２Ａよりも上流の給水分岐管３Ａとを接続している。
【００２３】
Ｓは給水分岐管３Ａとバイパス管１５Ｂとの接続点、Ｔは給水分岐管３Ｂとバイパス管１５Ａとの接続点を示す。
なお、バイパス管１５Ａ，１５Ｂの一端を受水槽４に接続したので、圧力ｈ_suとして圧力検出器２０の圧力ｈ_iを代用すれば、推定末端圧一定制御で給水できる。
【００２４】
この発明の第１実施形態における各部の動作は先の説明と同様になるが、締め切り運転状態における水の流れが異なるので、以下に説明する。
この第１実施形態において、給水装置が待機状態となり、電動ポンプ１２Ａが締め切り運転状態で、電動ポンプ１２Ｂが停止する場合、受水槽４から給水分岐管３Ａを経由して接続点Ｓから電動ポンプ１２Ａへ吸い込まれる水は、電動ポンプ１２Ａの吐出側からバイパス管１５Ａ、接続点Ｔ、給水分岐管３Ｂを経由して受水槽４へ戻る。
【００２５】
また、電動ポンプ１２Ｂが締め切り運転状態で、電動ポンプ１２Ａが停止する場合、受水槽４から給水分岐管３Ｂを経由して接続点Ｔから電動ポンプ１２Ｂへ吸い込まれる水は、電動ポンプ１２Ｂの吐出側からバイパス管１５Ｂ、接続点Ｓ、給水分岐管３Ａを経由して受水槽４へ戻る。
【００２６】
ここで、第１実施形態における電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの電機子巻線およびメカニカルシールの温度上昇を従来例と比較した結果を示すと、表１のようになる。
なお、表１は、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂのモータを２Ｐの１．６ｋＷとし、流量を１３５ｌ／ｍｉｎ．とし、揚程を４０ｍとするとともに、バイパス流量を６．７５ｌ／ｍｉｎ．とした場合である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
この表１から分かるように、第１実施形態における電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの電機子巻線およびメカニカルシールの温度上昇は従来例よりも低く、特に、メカニカルシールの温度上昇が低くなっている。
なお、表１に軸受部の比較を示さなかったが、第１実施形態および従来例における軸受部の温度上昇は、メカニカルシールの温度上昇と殆ど同じ温度上昇を示した。
【００２９】
上述したように、この発明の第１実施形態によれば、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂよりも下流で、逆止め弁１３Ａ，１３Ｂよりも上流の給水分岐管３Ａ，３Ｂをバイパス管１５Ａ，１５Ｂでその電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂ以外の上流の給水分岐管３Ａ，３Ｂに接続したので、電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂの締め切り運転状態においても、受水槽４から電動ポンプ１２Ａまたは電動ポンプ１２Ｂへ流入する水に熱を放熱することにより、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの温度上昇を低く抑えることができる。
【００３０】
したがって、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えることができるので、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの寿命をさらに長くすることができる。
また、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂの電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えるためのバイパス管１５Ａ，１５Ｂの長さが短くて済むので、所期の目的を安価な構成で達成することができる。
【００３１】
図２はこの発明の第２実施形態である給水装置の要部を示すブロック図であり、図１および図３と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
図２において、３Ｃは給水配管１を構成する給水分岐管を示し、給水分岐管３Ａ，３Ｂと並列に配設され、一端が受水槽４に接続されている。
１２Ｃは給水分岐管３Ｃに配設された電動ポンプ、１３Ｃは電動ポンプ１２Ｃよりも下流の給水分岐管３Ｃに配設された逆止め弁、１４Ｃは逆止め弁１２Ｃよりも下流の給水分岐管３Ｃに配設された締め切り弁を示す。
【００３２】
１５Ｃはバイパス管を示し、電動ポンプ１２Ｃよりも下流で、逆止め弁１３Ｃよりも上流の給水分岐管３Ｃと、電動ポンプ１２Ｂよりも上流の給水分岐管３Ｂとを接続するものである。
１６Ｃはバイパス管１５Ｃに配設された電動弁を示し、前述した制御部２１によって制御され、バイパス管１５Ｃの流路を開閉するものである。
１７Ｃはバイパス管１５Ｃに配設された絞り弁を示す。
Ｕは給水分岐管３Ａとバイパス管１５Ｂとの接続点、Ｖは給水分岐管３Ｂとバイパス管１５Ａ，１５Ｃとの接続点を示す。
【００３３】
なお、図示を省略した部分は図３と同様に構成されている。
そして、待機状態では１台の電動ポンプ、例えば１２Ａ（１２Ｂまたは１２Ｃ）を締め切り運転状態とし、残りの電動ポンプ１２Ｂ，１２Ｃ（１２Ｃ，１２Ａ、または１２Ａ，１２Ｂ）を停止させ、また、給水は末端圧を一定とするように１台から３台の電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃを回転させる。
また、その電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃが給水状態になると、対応する電動弁１６Ａ〜１６Ｃはバイパス管１５Ａ〜１５Ｃの流路を閉成する。
【００３４】
この発明の第２実施形態における各部の動作は先の説明と同様になるが、締め切り運転状態における水の流れが異なるので、以下に説明する。
この第２実施形態においては、給水装置が待機状態となり、電動ポンプ１２Ａが締め切り運転状態で、電動ポンプ１２Ｂ，１２Ｃが停止する場合、第１実施形態と同様に、受水槽４から給水分岐管３Ａを経由して接続点Ｕから電動ポンプ１２Ａへ吸い込まれる水は、電動ポンプ１２Ａの吐出側からバイパス管１５Ａ、接続点Ｖ、給水分岐管３Ｂを経由して受水槽４へ戻る。
【００３５】
また、電動ポンプ１２Ｂが締め切り運転状態で、電動ポンプ１２Ｃ，１２Ａが停止する場合、第１実施形態と同様に、受水槽４から給水分岐管３Ｂを経由して接続点Ｖから電動ポンプ１２Ｂへ吸い込まれる水は、電動ポンプ１２Ｂの吐出側からバイパス管１５Ｂ、接続点Ｕ、給水分岐管３Ａを経由して受水槽４へ戻る。
さらに、電動ポンプ１２Ｃが締め切り運転状態で、電動ポンプ１２Ａ，１２Ｂが停止する場合、受水槽４から給水分岐管３Ｃを経由して電動ポンプ１２Ｃへ吸い込まれる水は、電動ポンプ１２Ｃの吐出側からバイパス管１５Ｃ、接続点Ｖ、給水分岐管３Ｂを経由して受水槽４へ戻る。
【００３６】
上述したように、この発明の第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
なお、電動ポンプが２台の場合を第１実施形態とし、電動ポンプが３台の場合を第２実施形態として示したが、電動ポンプは４台以上であってもよく、各逆止め弁よりも上流に位置する各電動ポンプの吐出側をバイパス管でその電動ポンプ以外の吸い込み側に接続した構成であれば、すなわち第１および第２実施形態に示したバイパス管の接続方法以外にも、電動ポンプの吐出部または吐出端にバイパス管の一端を接続し、電動ポンプの吸い込み部または吸い込み端にバイパス管の他端を接続しても、同様な効果を得ることができる。
【００３８】
また、待機状態で電動ポンプの１台を５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍで低速回転させ、残りの電動ポンプを停止させる例で説明したが、少なくとも１台の電動ポンプを低速回転させ、少なくとも１台の電動ポンプを停止させて待機状態となる給水装置にも適用でき、同様な効果を得ることができる。
そして、制御部の構成は一例を示したもので、同様に機能する他の構成であってもよいことは言うまでもない。
【００３９】
さらに、推定末端圧一定制御で給水する例で説明したが、推定末端圧一定制御を吐出圧一定制御に変えることにより、吐出圧一定で給水できることは言うまでもない。
また、電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃの停止時に対応する電動弁１６Ａ〜１６Ｃでバイパス管１５Ａ〜１５Ｃの流路を開放させたが、電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃの停止時に対応する電動弁１６Ａ〜１６Ｃでバイパス管１５Ａ〜１５Ｃの流路を閉成させてもよい。
【００４０】
そして、バイパス管１５Ａ〜１５Ｃに電動弁１６Ａ〜１６Ｃおよび絞り弁１７Ａ〜１７Ｃを設けた例で説明したが、電動弁１６Ａ〜１６Ｃおよび絞り弁１７Ａ〜１７Ｃを省いても同様な効果を得ることができるとともに、バイパス管１５Ａ〜１５Ｃによる還流路に汎用性を持たせることができる。
このように電動弁１６Ａ〜１６Ｃおよび絞り弁１７Ａ〜１７Ｃを省くと、常時バイパス流量で還流することになるので、電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃの冷却を考慮して可能な限りバイパス流量を少量にして動力損失を少なくする必要がある。
【００４１】
さらに、圧力検出器１８，２０などで流量検出手段を構成した例を示したが、フロースイッチ１９を流量検出手段として利用できることは言うまでもない。
また、受水槽４から給水する給水装置の例で説明したが、図３に示すように、水道管に接続する給水装置にも適用でき、同様な効果を得ることができる。
そして、時計およびカレンダを設け、凍結しない時期の夜中の１２時頃から翌朝の５時頃までのように水道を使用しない時間帯と、発停の少ない時間帯とを記憶させ、その時間帯は電動ポンプ１２Ａ〜１２Ｃを停止させる構成とすることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、各逆止め弁よりも上流に位置する各電動ポンプの吐出側をバイパス管でその電動ポンプ以外の吸い込み側に接続したので、各電動ポンプの締め切り運転状態においても、受水槽から各電動ポンプへ流入する水に熱を放熱することにより、各電動ポンプの温度上昇を低く抑えることができる。
【００４３】
したがって、電動ポンプの電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えることができるので、電動ポンプの寿命をさらに長くすることができる。
また、電動ポンプの電機子巻線、軸受部およびメカニカルシールの温度上昇を低く抑えるためのバイパス管の長さが短くて済むので、所期の目的を安価な構成で達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態である給水装置の要部を示すブロック図である。
【図２】この発明の第２実施形態である給水装置の要部を示すブロック図である。
【図３】従来の給水装置の一例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１給水配管
２給水本管
３Ａ〜３Ｃ給水分岐管
４受水槽
１１逆止め弁
１２Ａ〜１２Ｃ電動ポンプ
１３Ａ〜１３Ｃ逆止め弁
１４Ａ〜１４Ｃ締め切り弁
１５Ａ〜１５Ｃバイパス管
１６Ａ〜１６Ｃ電動弁
１７Ａ〜１７Ｃ絞り弁
１８，２０圧力検出器
１９フロースイッチ
２１制御部
２２Ａ，２２Ｂインバータ
Ｓ〜Ｖ接続点
ｈ_i，ｈ_su 圧力
ｆ_a，ｆ_b 信号

Claims

並列に配設された電動ポンプの下流の各給水配管に逆止め弁が配設され、前記各逆止め弁よりも上流に位置する前記各電動ポンプの吐出側をバイパス管でその電動ポンプの吸い込み側に接続し、推定末端圧一定制御または吐出圧一定制御で前記電動ポンプを回転させて給水するとともに、前記電動ポンプの少なくとも１台を停止させることなく所定の低速回転数で回転させ、前記電動ポンプの少なくとも１台を停止させた締め切り運転状態で待機状態となる給水装置において、
前記各逆止め弁よりも上流に位置する前記各電動ポンプの吐出側を前記バイパス管で前記その電動ポンプ以外の吸い込み側に接続した、
ことを特徴とする給水装置。