JP5362438B2 - 増圧給水システム - Google Patents

Description

本発明は、オフィスビルやマンションなどの建物に水を供給するための増圧給水システムに関するものである。

オフィスビルやマンションなどの建物に水（水道水）を供給するための装置として給水装置が広く使用されている。この給水装置は、一般に、水を圧送するための遠心ポンプと、この遠心ポンプを駆動するためのモータと、このモータの運転を制御する制御盤とを備えている。遠心ポンプの吸込口は水道管に接続され、水道管により導入された水は遠心ポンプにより昇圧された後、建物内部に設けられた配水管を介して各給水栓に供給される。このような水道管に直結された給水装置は、一般に、直結式給水装置と呼ばれている。

最近では、高層建築物への給水に直結式給水装置を用いた増圧給水システムが使用されつつある。この増圧給水システムは、低層階用の第１の給水装置と、高層階用の第２の給水装置とを備えており、これらは直列に連結されている。第１の給水装置の吸込口は水道管に直結されており、建物の低層階には、この第１の給水装置によって水が供給される。一方、第２の給水装置は建物の中間層階に配置され、第１の給水装置から供給された水を増圧して高層階に供給する。

しかしながら、第２の給水装置の設置は、建物の内部に設置スペースを必要とするため、住居戸数の減少につながる。さらに、建物内に設置される第２の給水装置が騒音源となるおそれもある。

特開２００８−２２３２６９号公報 特開２００８−２４０２７６号公報 特開平７−３３１７１１号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、建物内に高層階用の給水装置の設置スペースを必要とせず、騒音問題を発生しない増圧給水システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、建物に給水する増圧給水システムであって、水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、前記第１の給水装置に直列に連結された高層階用の第２の給水装置とを備え、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置は、グランドレベルまたは地下に設置され、前記第２の給水装置は、前記第１の給水装置よりも高い揚水性能を有することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２の給水装置は、前記第１の給水装置よりも高い耐圧性を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、前記第１の制御部および前記第２の制御部はそれぞれ通信機能を有し、前記第１の制御部と前記第２の制御部は、前記通信機能を介して運転情報を通信するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のポンプおよび第２のポンプの両方が運転している状態から給水動作を停止させるときは、前記第２のポンプを先に停止させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、前記第１の給水装置が故障したときは、前記第２の制御部は前記第２のポンプを停止させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、前記第２のポンプが故障したときは、前記第１の給水装置を最大給水能力で運転させることを特徴とする。

本発明によれば、第１の給水装置および第２の給水装置のいずれもがグランドレベルまたは地下に設置されるので、建物内での第２の給水装置の設置スペースを必要とせず、また建物内に騒音源を持たない増圧給水システムを実現することができる。

本発明の一実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。 第１の給水装置を示す模式図である。 第２の給水装置を示す模式図である。 複数のポンプを備えた第１の給水装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る増圧給水システムについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る増圧給水システムを示す模式図である。この増圧給水システムは、高層建築物（例えば、１６階以上の建物）に使用される直結式の増圧給水システムである。図１に示すように、この増圧給水システムは、水道管２に連結された第１の給水装置ＢＰ１と、第１の給水装置ＢＰ１に直列に連結された第２の給水装置ＢＰ２とを有している。第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２は、いずれもグランドレベルまたは地下に設置されている。例えば、第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２は、建物１の１階または地下に設けられた機械室内に設置されるか、または建物１の外に設置される。

第１の給水装置ＢＰ１の吸込口は、導入管５を介して水道管２に接続されている。第１の給水装置ＢＰ１の吐出口と第２の給水装置ＢＰ２の吸込口とは連結管１４により接続されている。この連結管１４からは第１の配水管７が分岐しており、この第１の配水管７は、建物１の低層階の各給水栓９に枝管１２を介して連通している。第２の給水装置ＢＰ２の吐出口には、第２の配水管１５が接続されており、この第２の配水管１５は、建物１の高層階の各給水栓１０に枝管１３を介して連通している。

第１の給水装置ＢＰ１は、水道管２からの水を増圧して建物１の低層階の各給水栓９に水を供給し、第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１から移送された水を増圧して建物１の高層階の各給水栓１０に水を供給するようになっている。第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１よりも高い揚水性能および高い耐圧性を有している。具体的には、第２の給水装置ＢＰ２は、高層階の各給水栓１０に水を押し上げるのに十分に高い圧力で水を押し上げ、そして、高層階の水による背圧に十分に耐えうるだけの高い耐圧性を有している。

図２は、第１の給水装置ＢＰ１を示す模式図である。図２に示すように、第１の給水装置ＢＰ１は、導入管５を介して水道管２に連結されるポンプＰ１と、このポンプＰ１を駆動する駆動源としてのモータＭ１と、モータＭ１の回転速度を増減するインバータＩＮＶ１と、ポンプＰ１の吐出側に配置された逆止弁ＣＶ１と、逆止弁ＣＶ１の吐出側に配置されたフロースイッチＳＷ１、圧力センサＰＳ１、および圧力タンクＰＴ１とを備えている。これら構成要素は、キャビネットＣＢ１内に収容されている。

逆止弁ＣＶ１は、ポンプＰ１の吐出口に接続された吐出管Ｌ１に設けられており、ポンプＰ１が停止したときの水の逆流を防止するための弁である。フロースイッチＳＷ１は吐出管Ｌ１を流れる水の流量が所定の値にまで低下したことを検知する流量検知器である。圧力センサＰＳ１は、吐出側圧力（すなわち、第１の給水装置ＢＰ１に加わる背圧）を測定するための水圧測定器である。圧力タンクＰＴ１は、ポンプＰ１が停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。吐出管Ｌ１は第１の配水管７に接続されている。

ポンプＰ１の吸込口には減圧式逆流防止器２０が接続されている。この減圧式逆流防止器２０は、水道管２への水の逆流を確実に防止するために設置することが義務付けられているものである。なお、減圧式逆流防止器とは、逃し弁が配置された中間室を２つの逆止弁が挟むように配置された構成を有する逆流防止器である。

第１の給水装置ＢＰ１は、給水動作を制御する制御盤（コントローラ）ＣＮ１をさらに備えており、インバータＩＮＶ１、フロースイッチＳＷ１、圧力センサＰＳ１は、制御盤ＣＮ１に信号線を介して接続されている。フロースイッチＳＷ１により水の流量が所定の値にまで低下したことが検知されると、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転速度を一時的に上げるようインバータＩＮＶ１に指令を出し、圧力タンクＰＴ１に蓄圧してからポンプＰ１の運転を停止させるようになっている。一方、吐出側圧力（吐出管Ｌ１内の水圧）が所定の値まで低下すると、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１の運転を開始するようインバータＩＮＶ１に指令を出す。

この第１の給水装置ＢＰ１においては、フロースイッチＳＷ１や圧力センサＰＳ１の出力信号に基づいて、ポンプＰ１の運転速度（回転速度）がインバータＩＮＶ１によって可変速制御される。一般的には、圧力センサＰＳ１により測定された圧力信号が設定された目標圧力と一致するようにポンプＰ１の運転速度を制御してポンプＰ１の吐出圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、ポンプＰ１の吐出圧力の目標値を適切に変化させることにより末端の給水栓における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御などが行われる。これらの制御によれば、その時々の需要水量に見合った回転速度でポンプＰ１が駆動されるので、省エネルギーを達成することができる。

図３は、第２の給水装置ＢＰ２を示す模式図である。第２の給水装置ＢＰ２の基本的な構成および動作は、上述した第１の給水装置ＢＰ１と同様であり、同一の構成要素には対応する符号が付されている。ただし、上述したように、第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１よりも高い揚水性能および高い耐圧性を有している。また、この第２の給水装置ＢＰ２は、減圧式逆流防止器を備えていない点で第１の給水装置ＢＰ１と構成上相違する。これは、水道管２に直結されていない第２の給水装置ＢＰ２には、減圧式逆流防止器を設けることは義務付けられていないからである。

第１の給水装置ＢＰ１の制御盤ＣＮ１および第２の給水装置ＢＰ２の制御盤ＣＮ２は、それぞれ通信機能を有している。これらの制御盤ＣＮ１，ＣＮ２は、ＲＳ−２３２などのインターフェイス（シリアルポート）を有しており、通信線２５を介して互いに接続されている。制御盤ＣＮ１，ＣＮ２は、この通信線２５を通じて双方向のシリアル通信が可能となっている。なお、シリアル通信に代えて、接点信号（電気的なＯＮ／ＯＦＦ信号）を用いる通信を用いてもよい。ポンプＰ１，Ｐ２の運転状態（運転または停止）、ポンプＰ１，Ｐ２の回転速度、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の測定値（吐出側圧力）、給水装置ＢＰ１，ＢＰ２の故障情報、ポンプＰ１，Ｐ２に対する運転指令を含む運転情報は、制御盤ＣＮ１と制御盤ＣＮ２との間で双方向に伝送される。このような通信機能は、第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２の連携運転を可能とする。なお、通信線２５を用いた有線方式に代えて、通信線を用いない無線方式を採用してもよい。

第１の給水装置ＢＰ１のポンプＰ１と第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２がいずれも停止している状態から、ポンプＰ２のみが始動すると、第１の配水管７内に負圧が形成されることがある。この状態で低層階の給水栓９が開かれると、その給水栓９から空気が吸い込まれるおそれがある。そこで、このような空気の吸い込みを防止するために、必ずポンプＰ１を始動させてからポンプＰ２を始動させる。すなわち、ポンプＰ２の吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下すると、制御盤ＣＮ２は、制御盤ＣＮ１にポンプＰ１を始動するように指令を発する。制御盤ＣＮ１は指令を受けてポンプＰ１を始動し、制御盤ＣＮ２にポンプＰ１が始動されたことを示す信号を送る。そして、制御盤ＣＮ２はこの信号を受けてポンプＰ２を始動させる。

ポンプＰ２が運転している間は、ポンプＰ１の運転が維持される。さらに、ポンプＰ１とポンプＰ２の両方が運転している状態から給水動作を停止させるときは、ポンプＰ２を停止させた後に、ポンプＰ１が停止される。これらの連携動作は、制御盤ＣＮ１，ＣＮ２間で伝達される運転情報に基づいて行われる。このような連携動作により、ポンプＰ２が運転しているときは常にポンプＰ１が運転していることになり、第１の配水管７内に負圧が形成されることが防止される。

第１の給水装置ＢＰ１が故障したときに、第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２のみが運転されると、上述した空気吸い込みの問題が起こりうる。そこで、第１の給水装置ＢＰ１が故障したときは、制御盤ＣＮ１はその故障情報を制御盤ＣＮ２に送信し、制御盤ＣＮ２はポンプＰ２の運転を停止させる。この場合、仮に高層階で水が使用されていても、ポンプＰ２は強制的に停止される。

第２の給水装置ＢＰ２が故障すると、高層階では断水が起こる。第１の給水装置ＢＰ１の給水能力に余裕がある場合は、第１の給水装置ＢＰ１の給水圧力を最大値に引き上げることが好ましい。すなわち、第２の給水装置ＢＰ２が故障したときは、制御盤ＣＮ２はその故障情報を制御盤ＣＮ１に送信し、制御盤ＣＮ１はポンプＰ１をその最大給水能力で運転させる。第１の給水装置ＢＰ１によって高層階のすべての給水栓１０に水を供給できるとは限らないが、第１の給水装置ＢＰ１は少なくとも高層階の一部に水を供給することはできるので、高層階全体での断水を避けることができる。

ポンプＰ１，Ｐ２は、吐出側圧力が所定の値にまで低下したときに始動される。したがって、制御盤ＣＮ１，ＣＮ２には、ポンプＰ１，Ｐ２を始動させるトリガーとなる始動圧力Ｓ１，Ｓ３がそれぞれ設定されている。さらに、制御盤ＣＮ１には、ポンプＰ１を始動させるための第２の始動圧力Ｓ２が設定されている。この第２の始動圧力Ｓ２は第２の給水装置ＢＰ２の圧力センサＰＳ２の測定値に基づく始動発令のための第２のしきい値である。一方、第１の始動圧力Ｓ１は圧力センサＰＳ１の測定値に基づく始動発令のための第１のしきい値である。第２の始動圧力Ｓ２は、ポンプＰ２の始動圧力Ｓ３よりも大きく設定されている（Ｓ２＞Ｓ３）。これは、上述したように、ポンプＰ２が始動される前に第ポンプＰ１を始動させるためである。

制御盤ＣＮ１は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２の両方の測定値を監視し、圧力センサＰＳ１の測定値が第１の始動圧力Ｓ１にまで低下したとき、および圧力センサＰＳ２の第２の始動圧力Ｓ２にまで低下したときの２つのトリガーに基づきポンプＰ１を始動させる。ポンプＰ２の吐出側圧力が低下すると、圧力センサＰＳ２は、始動圧力Ｓ３よりも先に始動圧力Ｓ２を検出する。制御盤ＣＮ１は、通信線２５を通じて送られてくる圧力センサＰＳ２の測定値（すなわち、ポンプＰ２の吐出側圧力）が始動圧力Ｓ２に達したときに、ポンプＰ１を始動させる。このような連携動作により、ポンプＰ１は、常にポンプＰ２よりも先に始動される。

ポンプＰ１が停止している状態で、低層階で水が使用されると、ポンプＰ１の吐出側圧力が低下する。そして、この吐出側圧力が始動圧力Ｓ１にまで低下すると、ポンプＰ１が始動される。このように、ポンプＰ１は、２つの圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の測定値に基づいて始動される。

上述した本実施形態によれば、第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２が同一の高さレベル（グランドレベルまたは地下）に設置されるので、建物１内に第２の給水装置ＢＰ２の設置スペースを必要とせず、また建物１内に騒音源を持たない増圧給水システムが実現される。したがって、第２の給水装置ＢＰ２の設置コストを下げることができる。また、本実施形態によれば、第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２のメンテナンスを同時に行うことができ、さらに、第１の給水装置ＢＰ１と第２の給水装置ＢＰ２との間で通信を行うための機器の設定やメンテナンスも容易に行うことができる。したがって、メンテナンスコストを下げることができる。

上述した第１の給水装置ＢＰ１および第２の給水装置ＢＰ２は、いずれも１台のポンプのみを有しているが、図４に示すように複数のポンプを有してもよい。図４は、複数のポンプを備えた第１の給水装置ＢＰ１を示す模式図である。図示しないが、第２の給水装置ＢＰ２も、同様の配置に従って複数のポンプを備えることができる。複数のポンプを備えることにより、追加解列を伴う複数台運転を行ったり、運転中にあるポンプやインバータの異常が検知された場合に、他の正常なポンプやインバータに運転を切り替えて給水を継続することができる。さらに、本発明は、３台以上の給水装置を有する増圧給水システムにも適用することが可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 建物
２ 水道管
５ 導入管
７ 第１の配水管
９，１０ 給水栓
１２，１３ 枝管
１４ 連結管
１５ 第２の配水管
２０ 減圧式逆流防止器
２５ 通信線
ＢＰ１，ＢＰ２ 給水装置
Ｍ１，Ｍ２ モータ
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ
ＣＶ１，ＣＶ２ 逆止弁
ＳＷ１，ＳＷ２ フロースイッチ
ＰＳ１，ＰＳ２ 圧力センサ
ＰＴ１，ＰＴ２ 圧力タンク
ＣＮ１，ＣＮ２ 制御盤
ＣＢ１，ＣＢ２ キャビネット
Ｌ１，Ｌ２ 吐出管

Claims (7)

1. 建物に給水する増圧給水システムであって、
   水道管に連結される低層階用の第１の給水装置と、
   前記第１の給水装置に直列に連結された高層階用の第２の給水装置とを備え、
   前記第１の給水装置および前記第２の給水装置は、グランドレベルまたは地下に設置され、
   前記第２の給水装置は、前記第１の給水装置よりも高い揚水性能を有することを特徴とする増圧給水システム。
2. 前記第２の給水装置は、前記第１の給水装置よりも高い耐圧性を有することを特徴とする請求項１に記載の増圧給水システム。
3. 前記第１の給水装置は、第１のポンプと、該第１のポンプを駆動する第１の駆動源と、前記第１のポンプの運転を制御する第１の制御部とを有し、
   前記第２の給水装置は、第２のポンプと、該第２のポンプを駆動する第２の駆動源と、前記第２のポンプの運転を制御する第２の制御部とを有し、
   前記第１の制御部および前記第２の制御部はそれぞれ通信機能を有し、
   前記第１の制御部と前記第２の制御部は、前記通信機能を介して運転情報を通信するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の増圧給水システム。
4. 前記第２のポンプを始動させるときは、前記第１のポンプを先に始動させることを特徴とする請求項３に記載の増圧給水システム。
5. 前記第１のポンプおよび第２のポンプの両方が運転している状態から給水動作を停止させるときは、前記第２のポンプを先に停止させることを特徴とする請求項３または４に記載の増圧給水システム。
6. 前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、
   前記第１の給水装置が故障したときは、前記第２の制御部は前記第２のポンプを停止させることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の増圧給水システム。
7. 前記運転情報には、前記第１の給水装置および前記第２の給水装置の故障情報が含まれ、
   前記第２のポンプが故障したときは、前記第１の給水装置を最大給水能力で運転させることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の増圧給水システム。

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