JP6682189B2

JP6682189B2 - 給水装置

Info

Publication number: JP6682189B2
Application number: JP2015077888A
Authority: JP
Inventors: 哲則坂谷; 修平山崎; 智大伊藤; 早川　義則; 義則早川
Original assignee: 株式会社川本製作所
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2035-04-06
Also published as: JP2016197082A

Description

本発明は、複数のポンプを用いて給水を行う給水装置に関する。

ビルやマンション等の建造物へ水（流体／流水）を供給する手段として、ポンプを用いて水を増圧させ、この圧力で建造物へ水を供給する給水装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような給水装置は、複数のポンプを順次起動し、給水を行っている。これにより、１つのポンプが故障した場合であっても、他のポンプが駆動することで、断水を防止する。このような給水装置には、それぞれのポンプに連結する流路が１つの管に合流し、この管から建造物への給水を行う。なお、各ポンプに連結する
管には、運転停止中のポンプに水が流れる逆流を防止するための逆止弁がそれぞれ設けられている。

逆止弁は、傘状弁体が、ポンプ停止時にバネにより付勢されて急速に閉止して、ポンプ吐出し側から吸込側を通過して受水槽へ逆流するのを防止している（図４参照）。

このような給水装置は、例えば定期点検や故障時には、２台のポンプ装置のうちの一方のポンプ装置の運転を停止させ、このポンプ装置の点検及び修理を行う。これにより、例えば定期点検や故障時等に、２台設けられたポンプ装置の一方の運転を停止させ、この停止させたポンプ装置の点検及び修理を行うことがある。このような場合には、点検又は修理を行うポンプ装置側に設けられた逆止弁により、他方のポンプ装置を運転しても、故障したポンプ装置へ水は流入しない。このため、一方のポンプ装置及び逆止弁の点検及び修理を行ったとしても断水させることなく、他方のポンプ装置で下流への給水が可能となる。

なお、ポンプ装置と逆止弁との間の連結管内部には、流量を計測する流量計測装置が設けられている場合がある。流量計測装置は、水流に応じて揺動し、揺動角度によって流量を検出するパドルを用いたパドル式流量検出計や、水によって回転する羽根車の回転速度によって流量を検出する羽根車式流量検出計等が知られている。これらの流量検出計はいずれも、回転部に取り付けられた磁石を磁力センサ等で磁気検出等を行い、角度や回転数を計測していた（例えば、特許文献２参照。）。

特開平８−２８４８７１号公報特開２０１３−１７０９１２号公報

上述した給水装置では、次のような問題があった。すなわち、各ポンプの二次側に設けられた逆止弁は、経時劣化により、シール性能が低下する。シール性能が低下している逆止弁の一次側に設けられたポンプが停止し、他のポンプが駆動していると、停止中のポンプ側に水が逆流する場合がある。この場合、使用場所へ流れる水が減少し、給水装置の性能を十分に発揮することができない。また、運転中のポンプから停止中のポンプへ流れた水が、再び運転中のポンプへと循環し、新たに水が供給されず、ポンプのケーシングやモータが冷却できない問題がある。さらに、アキュムレータ内に蓄えられた水が逆止弁が故障したポンプへ逆流することもなる。

そして、この逆流が増加すると、ポンプのインペラが逆回転することになり、逆止弁が故障したポンプが起動した場合、逆転トルクに抗して起動しなければならないため、拘束して保護回路が動作するといった弊害があった。

また、インバータにより可変速制御を行う直結式給水装置の場合は、逆流防止装置がポンプの１次側にあるため、上記のような逆流現象は生じないが、逆止弁が正常なポンプ側が運転している場合、吐出し側合流管へ流れ込む水流が、逆止弁がリークしているポンプの吐出し側から吸込側の合流管へ逆流し循環流となるため、吐出し側の需要がゼロになると、給水装置１次側の逆流防止装置から新しい水を引き込むことなく、同じ水流が循環することになるため、ケーシング、電動機の過熱にいたることがあった。

なお、上述したパドル式流量計は一方向の流量しか検知できず、また羽根車式流量検出計は、正逆両方向によって回転方向は変わるが、出力が同じであるため、逆流であるか否かは検出できなかった。

そこで本発明は、ポンプ動作状況及び流量検出計の出力に基づいて、逆止弁故障の検出を可能とする給水装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給水装置は次のように構成されている。

連結管がそれぞれ接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転する羽根車と、前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量を検出する流量検出部と、前記各ポンプの動作状況、及び、前記各流量検出部の出力に基づいて、いずれかの前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、ポンプ運転中に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出された場合、その連結管に接続された逆止弁の故障として検出し、全ポンプが停止中の場合は、前記逆止弁が故障と判断しないことを特徴とする。

連結管がそれぞれ接続された一対のポンプと、前記一対のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転軸周りに回転する羽根車と、前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量及び流れ方向を検出する流量検出部と、一方の連結管の前記流量検出部から逆流量が検出された場合、一方の連結管に設けられた逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、前記羽根車は、回転方向に沿った着磁ピッチ角度が不等配列に形成された磁石部を具備し、前記流量検出部は、前記磁石部の外周側又は内周側に対向配置された磁気検出部とを具備し、前記磁石部は、前記回転軸周りの周方向に沿って、第１Ｎ極部、第１Ｓ極部、第２Ｎ極部、第２Ｓ極部、第３Ｎ極部、及び、第３Ｓ極部を有し、前記第１Ｎ極部と前記第１Ｓ極部は、前記回転軸周りの第１角度範囲に形成され、前記第２Ｎ極部と前記第２Ｓ極部は、前記第１角度範囲より大である前記回転軸周りの第２角度範囲に形成され、前記第３Ｎ極部と前記第３Ｓ極部は、前記第２角度範囲より大であるとともに、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との合計が、３６０度である、前記回転軸周りの第３角度範囲に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプ動作状況及び流量検出計の出力に基づいて、逆止弁故障の検出が可能となる。

本発明の一実施の形態に係る給水装置を示す正面図。同給水装置を模式的に示すブロック図。同給水装置に組み込まれた合流管を示す断面図。同給水装置に組み込まれた連結管及び逆止弁を示す断面図。同連結管に組み込まれた流量検出部を示す縦断面図。同流量検出部に組み込まれた磁石部を示す模式図。同給水装置に組み込まれた故障検出部における判断原理を示す説明図。

図１は本発明の一実施の形態に係る給水装置を示す正面図、図２は同給水装置を模式的に示すブロック図、図３は同給水装置に組み込まれた合流管を示す断面図、図４は同給水装置に組み込まれた連結管及び逆止弁を示す断面図、図５は同連結管に組み込まれた流量検出部を示す縦断面図、図６は同流量検出部に組み込まれた磁石部を示す模式図、図７は同給水装置に組み込まれた故障検出部における判断原理を示す説明図である。

図１に示すように、給水装置１０は、ベース１１と、このベース１１に搭載され、並列に２台設けられたポンプ装置２０と、これらポンプ装置２０の後述する連結管４０に接続され、給水管等に接続される合流管７０と、合流管７０に接続され供給圧力を蓄圧するアキュムレータ８０とを備えている。

ポンプ装置２０は、ポンプ本体３０と、このポンプ本体３０からの連結管４０と、この連結管４０に取り付けられた流量検出部５０と、連結管４０と合流管７０との間に設けられポンプ本体３０への逆流を防止する逆止弁６０と、これらポンプ装置２０及び流量検出部５０に接続された制御部１００とを有している。

ポンプ装置２０の吸込側には、その上流側の受水槽や水道の配管等へと通じる吸込配管２１が設けられている。なお、図２中２２は、直結式給水装置の場合の吸込配管２１と合流管７０とを接続するバイパス管を示している。

流量検出部５０は、連結管４０の管内に突出形成された支持台５１と、この支持台５１にその回転軸を流れの方向に直交する向きに配置され、回転自在に設けられた羽根車５２と、羽根車５２の上部に設けられた磁石部５３、連結管４０の管内に固定され、磁石部５３の外周面側に対向配置されたホールＩＣ５４とを備えている。磁石部５３は、３方向・６極着磁に形成されると共に、回転方向に沿って着磁ピッチ角度が不等配列に形成されている。

磁石部５３は、第１Ｎ極部、第１Ｓ極部、第２Ｎ極部、第２Ｓ極部、第３Ｎ極部、及び、第３Ｓ極部を有している。着磁ピッチ角度は、第１Ｎ極部と前記第１Ｓ極部は、回転軸周りの１１０°（第１角度範囲）に形成され、第２Ｎ極部と第２Ｓ極部は、回転軸周りの１２０°（第２角度範囲）に形成され、第３Ｎ極部と第３Ｓ極部は、回転軸周りの１３０°（第３角度範囲）に形成されている。第１角度範囲、第２角度範囲、第３角度範囲は、それぞれ異なる角度に設定され（着磁ピッチ角度が不等配列）、これらの合計は３６０°となる。

ホールＩＣ５４は、磁性検出部であるホールＩＣで検出して、その単位時間当りのパルス信号をカウントして、一定の係数を乗算することにより、実流量を演算する。図７に示すように、着磁ピッチ角度が不等配列であるため、正方向と逆方向の回転では、出力値が異なる。したがって、羽根車５２の正・逆回転を検出することで、水流の正逆方向の判別ができる。

なお、比較のため、１２０度ピッチで等配分となっている場合の出力値を示す。正転時と逆転時の出力値は全く同じであり、羽根車５２の正・逆回転を検出することができず、水流の正逆方向の判別ができない。

制御部１００では、各ポンプ装置２０の制御（自動運転モード、手動モード、停止の切り替え）を行うと共に、各ポンプ装置２０の起動・停止状況、流量検出部５０の出力（流量・流れ方向）、各部の圧力センサからの検出値等に基づいて、逆止弁６０の故障を判定する故障検出部としての機能を有している。なお、逆止弁６０の故障が検出された場合に、警報・ランプが点灯するアラーム１０１が設けられている。

このような給水装置１０では、次のように動作する。制御部１００によりポンプ装置２０の一方、あるいは、両方を作動させると、吸込配管２１を介してポンプ装置２０へと水が流入する。ポンプ装置２０に流入した水は、増圧されるとともに、連結管４０を介して吐出され、逆止弁６０を介して、合流管７０に流入し、給水される。

次に、逆止弁６０の故障判定について説明する。

自動運転モードでは、停止している側のポンプ装置２０の流量検出部５０において、検出流量が設定された検出流量以上である状態が、一定時間継続した時点で、逆止弁６０の故障と判断して運転停止するとともに、故障表示し、警報を出力する。

また、片方のポンプ装置２０のみが動作している場合、運転中のポンプ装置２０の流量検出部５０の検出流量（例：５０Ｌ／ｍｉｎ）から停止中のポンプ装置２０の流量検出部５０の検出流量（例：４０Ｌ／ｍｉｎ）を減算した値が、停止流量（例：１０Ｌ／ｍｉｎ）以下になった場合には、ほとんどの水は吸込配管２１に戻ることになるため、全てのポンプ装置２０を運転停止することとすれば、水道本管や受水槽へ還流するだけの無駄な運転を停止できる。

なお、合流管７０に接続された蛇口等が、水道本管の圧力や受水槽の水位より低い位置にあって開口された場合、全てのポンプ装置２０が停止中であっても、ポンプ装置２０のケーシングを通過して給水され、流量検出部５０は正方向の水流を検出し、逆止弁６０の故障と判断することがある。このような誤検出を防止するため、停止モードが設定されている場合は、逆止弁６０の故障を検出しないようにして、自動運転モードに設定されている場合のみ、逆止弁６０の故障を検出することとしている。

また、制御部１００から流量検出部５０の接続線を取り外して点検・清掃する時に、作業終了後、流量検出部５０を制御部１００に接続する時に接続間違いをした場合、そのまま、自動運転モードに移行すると、上記の条件から、片側のポンプ装置２０を作動すると、反対側のポンプ装置２０の流量検出部５０が水流を検出して逆止弁６０の故障として、誤検出することになる。

そこで、制御部１００ポンプの手動モードに設定されている場合、流量検出部５０の接続間違いとして検出することとしている。これにより、給水装置１０の点検終了時に、手動運転モードで最終点検を行えば、流量検出部５０の接続間違いを検出することが可能となる。

また、吸込側圧力が正圧となる直結給水型の給水装置１０においては、吸込圧力が起動圧力以上になると、全ポンプ装置２０が停止し、バイパス管２２と各ポンプ装置２０のケーシングを通過して、給水が行われるため、ポンプ停止中であっても流量検出部５０は正方向の水流を検出し、逆止弁６０の故障と判断する。このような誤判断を防止するため、吸込圧力が起動圧力以上で、ポンプ装置２０が停止中の場合は、逆止弁６０の故障を検出しないようにする。

一方、吸込圧力が起動圧力未満で、全ポンプ装置２０が停止中または１台以上のポンプ装置２０が運転中の場合は、上記のような正方向の水流は発生しないため、逆方向の水流を検出すれば、逆止弁６０の故障と判断する。

この他、次のようにして自動運転モード、手動モード、停止のいずれでも、逆止弁６０の故障を検出することが可能である。すなわち、流量検出部５０の羽根車５２が逆方向の回転を生じている場合である。

すなわち、図７に示すように、正方向の回転であれば、１１０度→１２０度→１３０度、１２０度→１３０度→１１０度、１３０度→１１０度→１２０度となり、逆方向の回転であれば、１３０度→１２０度→１１０度、１２０度→１１０度→１３０度、１１０度→１３０度→１２０度となる。そして、ホールＩＣ５４が検出する信号の立ち上がり間隔を計測し、３種類の間隔（短・中・長）を検出して、例えば、最も短く間隔を計測基点として、短→中→長の順に変化する場合は、正方向の水流であり、逆止弁６０の故障を検出しない。一方、短→長→中の順に変化する場合は、逆方向の水流として、逆流による逆止弁６０の故障と判断する。

このような給水装置１０では、制御部１００のプログラムを変更したり、羽根車５２の磁石部５３の着磁ピッチ角度を不等配列に形成するだけで、逆止弁６０の故障を検出することができる。すなわち、特別な装置を付加することがなく、低コストで逆止弁６０の故障を検出することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、逆止弁の故障を検知した場合に、警告するだけではなく、給水装置自体の動作を停止してもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］連結管がそれぞれ接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転する羽根車と、前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量を検出する流量検出部と、前記各ポンプの動作状況、及び、前記各流量検出部の出力に基づいて、いずれかの前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備える給水装置。
［２］ポンプ運転中に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出された場合、その連結管に接続された逆止弁の故障として検出する［１］に記載の給水装置。
［３］前記複数のポンプは、その吸込側が水道本管と直結され、前記故障検出部は、吸込圧力が起動圧力未満で、１台以上のポンプが運転中の場合に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出されれば、前記逆止弁が故障と判断し、吸込圧力が起動圧力以上で、全ポンプが停止中の場合は、前記逆止弁が故障と判断しない［１］又は［２］に記載の給水装置。
［４］連結管がそれぞれ接続された一対のポンプと、前記一対のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、前記連結管にそれぞれ設けられた流量検出部と、前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、前記故障検出部は、前記流量検出部の一方に接続される第１接続配線と、前記流量検出部の他方に接続される第２接続配線とを有し、前記一方の流量検出部のみから流量が検出された場合、前記流量検出部の一方に前記第２接続部が接続され、前記流量検出部の他方に前記第１接続部が接続されているという流量検出部の接続間違いとして検出する給水装置。
［５］前記故障検出部は、一方のポンプが運転中、他方のポンプが停止中の場合に、前記一方のポンプの流量検出部の検出流量から、前記他方のポンプの流量検出部の検出流量を減算した値が停止流量以下になった場合、運転停止する［４］に記載の給水装置。
［６］連結管がそれぞれ接続された複数のポンプと、前記一対のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転する羽根車と、前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量及び流れ方向を検出する流量検出部と、一方の連結管の前記流量検出部から逆流量が検出された場合、一方の連結管に設けられた逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備える給水装置。
［７］前記羽根車は、回転方向に沿った着磁ピッチ角度が不等配列に形成された磁石部を具備し、前記流量検出部は、前記磁石部の外周側又は内周側に対向配置された磁気検出部とを具備している［６］に記載の給水装置。
［８］前記磁石部は、前記回転軸周りの周方向に沿って、第１Ｎ極部、第１Ｓ極部、第２Ｎ極部、第２Ｓ極部、第３Ｎ極部、及び、第３Ｓ極部を有し、前記第１Ｎ極部と前記第１Ｓ極部は、前記回転軸周りの第１角度範囲に形成され、前記第２Ｎ極部と前記第２Ｓ極部は、前記第１角度範囲より大である前記回転軸周りの第２角度範囲に形成され、前記第３Ｎ極部と前記第３Ｓ極部は、前記第２角度範囲より大であるとともに、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との合計が、３６０度である、前記回転軸周りの第３角度範囲に形成されている［７］に記載の給水装置。

１０…給水装置、２０…ポンプ装置、３０…ポンプ本体、４０…連結管、５０…流量検出部、５２…羽根車、５３…磁石部、５４…ホールＩＣ、６０…逆止弁、７０…合流管、８０…アキュムレータ、１００…制御部（故障検出部）。

Claims

連結管がそれぞれ接続された複数のポンプと、
前記複数のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、
前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、
前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量を検出する流量検出部と、
前記各ポンプの動作状況、及び、前記各流量検出部の出力に基づいて、いずれかの前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、ポンプ運転中に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出された場合、その連結管に接続された逆止弁の故障として検出し、全ポンプが停止中の場合は、前記逆止弁が故障と判断しないことを特徴とする給水装置。
前記複数のポンプは、その吸込側が水道本管と直結され、
前記故障検出部は、吸込圧力が起動圧力未満で、１台以上のポンプが運転中の場合に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出されれば、前記逆止弁が故障と判断し、吸込圧力が起動圧力以上で、全ポンプが停止中の場合は、前記逆止弁が故障と判断しないことを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
連結管がそれぞれ接続された複数のポンプと、
前記複数のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、
前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量を検出する流量検出部と、
前記各ポンプの動作状況、及び、前記各流量検出部の出力に基づいて、いずれかの前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、
前記複数のポンプは、その吸込側が水道本管と直結され、
前記故障検出部は、吸込圧力が起動圧力未満で、１台以上のポンプが運転中の場合に、停止中のポンプの前記流量検出部から流量が検出されれば、前記逆止弁が故障と判断し、吸込圧力が起動圧力以上で、全ポンプが停止中の場合は、前記逆止弁が故障と判断しないことを特徴とする給水装置。
連結管がそれぞれ接続された一対のポンプと、
前記一対のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、
前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、
前記連結管にそれぞれ設けられた流量検出部と、
前記逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、
前記故障検出部は、前記流量検出部の一方に接続される第１接続配線と、
前記流量検出部の他方に接続される第２接続配線とを有し、
前記一方の流量検出部に該当するポンプを手動運転した際に、他方の流量検出部から流量が検出された場合、前記流量検出部の一方に前記第２接続配線が接続され、前記流量検出部の他方に前記第１接続配線が接続されているという流量検出部の接続間違いとして検出することを特徴とする給水装置。
前記故障検出部は、一方のポンプが運転中、他方のポンプが停止中の場合に、前記一方のポンプの流量検出部の検出流量から、前記他方のポンプの流量検出部の検出流量を減算した値が停止流量以下になった場合、運転停止することを特徴とする請求項４に記載の給水装置。
連結管がそれぞれ接続された一対のポンプと、
前記一対のポンプの連結管によりそれぞれ形成された流路を一の流路とする合流管と、
前記連結管にそれぞれ設けられた逆止弁と、
前記連結管にそれぞれに設けられ、流体を受けて回転軸周りに回転する羽根車と、
前記羽根車の回転動作に基づき、前記流体の流量及び流れ方向を検出する流量検出部と、
一方の連結管の前記流量検出部から逆流量が検出された場合、一方の連結管に設けられた逆止弁の故障を検出する故障検出部とを備え、
前記羽根車は、回転方向に沿った着磁ピッチ角度が不等配列に形成された磁石部を具備し、
前記流量検出部は、前記磁石部の外周側又は内周側に対向配置された磁気検出部とを具備し、
前記磁石部は、前記回転軸周りの周方向に沿って、第１Ｎ極部、第１Ｓ極部、第２Ｎ極部、第２Ｓ極部、第３Ｎ極部、及び、第３Ｓ極部を有し、前記第１Ｎ極部と前記第１Ｓ極部は、前記回転軸周りの第１角度範囲に形成され、前記第２Ｎ極部と前記第２Ｓ極部は、前記第１角度範囲より大である前記回転軸周りの第２角度範囲に形成され、前記第３Ｎ極部と前記第３Ｓ極部は、前記第２角度範囲より大であるとともに、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との合計が、３６０度である、前記回転軸周りの第３角度範囲に形成されていることを特徴とする給水装置。