JP6759394B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の給水先に給水する給水装置に関する。

集合住宅などへ送水する給水装置において、インバータにより、ポンプ装置を駆動するモータの回転速度を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば給水装置は、吸込側の流路が受水槽に接続され、吐出側の流路が分岐して複数の給水先の水道機器に接続される。給水装置において、吐出圧力一定制御方式や推定末端圧一定制御方式等の圧力フィードバック制御を行っている。例えばポンプを複数備え、複数のポンプの吐出口を連通管により連通させ、当該連通管に配置された圧力センサにより吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力が所定の目標圧力になるように、モータへの出力周波数を制御している。また、各ポンプの吐出側には、逆止弁と流量センサが設けられ、流量が所定の停止流量以下となるとポンプを停止するように制御している。

特開２０１６−２１７１９５号公報

複数のポンプ装置を有する給水装置において、例えば高低差のある複数の階層に給水先がある場合、最上階の末端の給水先に送水することを前提として、給水先の建物の最上階層の地上高さに基づいて設定される目標圧力にて、個々のポンプ装置のフィードバック制御を行っている。このような給水装置において、省エネルギー効果を向上する技術が求められている。

本発明が解決しようとする課題は、省エネルギー効果の高い給水装置を提供することである。

一形態にかかる給水装置は、複数のポンプ装置と、前記ポンプ装置の吐出側にそれぞれ配される複数の個別吐出流路と、複数の前記個別吐出流路を連通する連結流路とを有する吐出流路と、を備える給水ユニットを、複数備え、複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は、高さの異なる複数の給水ゾーンに、それぞれ接続されるとともに、複数の前記給水ユニットは交換可能に構成された制御部をそれぞれ備え、複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は互いに開閉可能に連通され、ユーザーの操作によって前記制御部の運転方式を切替え可能な切替え部と、いずれかの前記制御部が制御不能である場合に報知する報知部と、を備える。

本発明によれば、省エネルギー効果の高い給水装置を提供できる。

本発明の第１実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。 同給水装置の構成を示す断面図。 同給水装置の構成を示す側面図 同給水装置の構成を示す平面図。 同給水装置の制御盤の構成を示す説明図。 同給水装置の設定条件を示す説明図。 同給水装置の電源容量、揚程及び消費電力の関係を示す説明図。 他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。 他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。 他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。 他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。

以下、本発明の第１実施形態に係る給水装置について、図１乃至図５を用いて説明する。図１乃至図５は本発明の第１実施の形態に係る給水装置の構成を示す。図１は給水装置の構成の説明図であり、階数と揚程の対応関係を併せて示している。図２は給水装置の構成を示す断面図、図３は側面図、図４は平面図である。図５は給水装置の制御盤の構成を示すブロック図である。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。

図１乃至図５に示すように、給水装置１は例えば直結給水装置であり、架台１１と、複数のポンプ装置１２と、配管ユニット１３と、複数のインバータ４３や複数の制御基板４２を収容する制御盤１４と、を備える。例えば本実施形態において、複数の階層にそれぞれ複数の給水先としての水道機器１８ａが設けられ、これらの給水先を高さの異なる複数のゾーンＺｘに分け、各ゾーンＺｘに対してそれぞれ給水ユニット１０が設けられる。例えば本実施形態においては、複数の給水先のうち低層の給水先を第１ゾーンＺ１とし、高層の給水先を第２ゾーンＺ２として２つに分け、各ゾーンＺ１，Ｚ２にそれぞれ送水管１８Ａ，１８Ｂを配し、これらの送水管１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ給水ユニット１０Ａ、１０Ｂが接続される。すなわち、給水装置１において、２系統の送水管１８Ａ，１８Ｂは、各給水ユニット１０Ａ、１０Ｂから、各ゾーンＺ１，Ｚ２において複数の階層に分岐し、さらに各階層において複数に分岐して、複数の給水先の水道機器１８ａに接続される。

本実施形態において、給水装置１は、共通の架台１１に搭載された２系統の給水ユニット１０Ａ、１０Ｂを備え、それぞれの給水ユニット１０Ａ、１０Ｂに、それぞれポンプ装置１２Ａ，１２Ｂが２台ずつ設けられる。給水装置１の一次側は、例えば水位検出器１７ａが設けられた受水槽１７を介して、あるいは直接、水道配管に接続される。給水装置１の各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの二次側は、高さの異なる複数のゾーンＺ１、Ｚ２にそれぞれ配される送水管１８Ａ，１８Ｂに、それぞれ接続される。本実施形態において、一例として、給水ユニット１０Ａを低層ゾーンに接続される低圧ユニット、給水ユニット１０Ｂを高層ゾーンＺ２に接続される高圧ユニットとする。

架台１１は、複数のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ、配管ユニット１３、及び制御盤１４、を所定の設置箇所に支持する防振架台である。

各ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂは、モータ２１Ａ，２１Ｂと、モータ２１Ａ，２１Ｂに接続されたインペラを有する１段または複数段のポンプ部２２Ａ，２２Ｂと、を備え、流体を増圧して二次側に圧送する。本実施形態においては給水先を低層側と高層側の２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分け、各ゾーンＺ１，Ｚ２にそれぞれ対応する２系統の給水ユニット１０Ａ、１０Ｂに、それぞれ２台ずつ、計４台のポンプ装置１２Ａ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｂが、架台１１上に横置きで第１方向に並んで設置されている。

モータ２１Ａ，２１Ｂは例えばブラシレスモータである。モータ２１Ａ，２１Ｂはケーブルによって制御盤１４に接続される。モータ２１Ａ，２１Ｂは複数のインバータ４３Ａ、４３Ｂを介して制御基板４２Ａ，４２Ｂに接続され、制御基板４２Ａ，４２Ｂに搭載された制御部５０Ａ，５０Ｂの制御によって回転数制御される。

ポンプ部２２Ａ，２２Ｂは、例えば１以上のインペラと、ポンプ吸込口２２ａ及びポンプ吐出口２２ｂを備えるケーシングと、を備えるタービンポンプである。

ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂは、モータ２１Ａ，２１Ｂの回転に伴ってケーシング内ンペラが回転することにより、水道配管に接続されたポンプ吸込口２２ａから液体を吸込み、給水先に接続されるポンプ吐出口２２ｂから吐出する。複数のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂとして、例えば集合住宅全体の瞬間最大給水量をＱｍａｘとした場合に、第ｘゾーン用の給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの設定圧力Ｐｘ時の最大給水量ＱｘがＱｘ＝Ｑｍａｘ／Ｚ以上のポンプ装置を用いる。また、本実施形態において、第ｘゾーン用の給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの設定圧力Ｐｘ時の最大給水量Ｑｘを、Ｑｘ＝１．２ｘＱｍａｘ／Ｚ未満とした。すなわち個々のポンプ装置１２は、設定圧力Ｐｘの時に、最大給水量が、要求される瞬間最大給水量をゾーン数で除した値の１２０％が確保できる性能を有していれば、ポンプ装置の性能のばらつきと経年劣化、集合住宅の需要の推定誤差を考慮しても、給水に支障はないため、Ｑｘは１．２ｘＱｍａｘ／Ｚ未満とすることができる。

配管ユニット１３は、各ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの一次側に接続された複数の吸込側配管３１と、各ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの二次側に接続された吐出側配管３２と、を備える。

吸込側配管３１は、一端が例えば受水槽１７を介して水道配管に接続され、他端側が複数のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの吸込口２２ａに接続される。

一対の吐出側配管３２Ａ，３２Ｂは各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂ毎、すなわちゾーンＺ１，Ｚ２毎に、それぞれ設けられている。各吐出側配管３２Ａ、３２Ｂは、複数のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのポンプ吐出口２２ｂの二次側にそれぞれ配される複数の個別吐出管３３Ａ、３３Ｂと、同じ給水ユニット１０Ａ、１０Ｂにおける一対の個別吐出管３３Ａ、３３Ｂをそれぞれ連結する合流管３４Ａ、３４Ｂと、を備える。本実施形態において、２本の吐出側配管３２Ａ，３２Ｂが各ゾーンＺ１，Ｚ２にそれぞれ設けられ、ゾーンＺ１に設けられたポンプ装置１２Ａ，１２Ａの個別吐出管３３Ａ、３３Ａが、合流管３４Ａによって接続され、ゾーンＺ２に、設けられたポンプ装置１２Ｂ、１２Ｂの個別吐出管３３Ｂ，３３Ｂが、合流管３４Ｂによって接続されている。

個別吐出管３３Ａ、３３Ｂは、それぞれ２本設けられ、一端側が複数のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのポンプ吐出口２２ｂに接続され、他端側は合流管３４Ａ、３４Ｂに連続している。各２本、計４本の個別吐出管３３Ａ，３３Ｂには、それぞれ、流量センサ３５Ａ、３５Ｂ、逆止弁３６Ａ、３６Ｂ、ボール弁３７Ａ、３７Ｂ（開閉弁）が設けられている。

各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの合流管３４Ａ，３４Ｂはそれぞれ、各給水ゾーンＺ１，Ｚ２の送水管１８Ａ，１８Ｂに接続される。

送水管１８Ａ，１８Ｂは、各ゾーンＺ１，Ｚ２において複数に分岐して個々の水道機器１８ａにそれぞれ接続される。本実施形態においては、各ゾーンＺ１，Ｚ２には１１階層ずつ、各階層にそれぞれ８つの給水先１８が設けられる。

合流管３４Ａ，３４Ｂには、圧力センサ３８Ａ，３８Ｂ、及びアキュムレータ３９Ａ，３９Ｂが設けられている。

言い換えると、高さの異なる複数の複数の給水先を高層から低層に至る複数のゾーンに分割し、各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの吐出側の合流管３４Ａ，３４Ｂとゾーン毎の送水管１８Ａ，１８Ｂを個別に接続している。

流量センサ３５Ａ、３５Ｂは、各ポンプ吐出口２２ｂの二次側における個別吐出管３３の所定箇所にそれぞれ設けられている。流量センサ３５Ａ、３５Ｂは、例えば磁石が設けられた羽根車を備え、磁石に接続されたホールＩＣにて流量検出を行う回転式のセンサである。流量センサ３５Ａ，３５Ｂは、信号線を介して制御部５０Ａ，５０Ｂに接続され、検出した流量信号を制御部５０Ａ，５０Ｂに送信する。

逆止弁３６Ａ，３６Ｂは、各個別吐出管３３Ａ，３３Ｂの、流量センサ３５Ａ，３５Ｂの二次側であって合流管３４Ａ，３４Ｂとの合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。逆止弁３６Ａ，３６Ｂは、個別吐出管３３Ａ，３３Ｂ内の流路の流れを、一次側から二次側に向かう１方向となるように規制する。

ボール弁３７Ａ，３７Ｂは、各個別吐出管の、流量センサ３５Ａ，３５Ｂ及び逆止弁３６Ａ，３６Ｂよりも二次側であって合流管３４Ａ，３４Ｂとの合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。ボール弁３７Ａ，３７Ｂは回転により流路を開閉するボールと、ボールを回転させるレバーと、を備え、レバーの回動操作によって、流路を開閉する開閉弁である。

圧力センサ３８Ａ，３８Ｂは、合流管３４Ａ，３４Ｂの所定箇所に設けられている。圧力センサ３８Ａ，３８Ｂは、例えばダイヤフラム式のセンサであり、各ポンプ装置１２の、合流管３４Ａ，３４Ｂに設けられ、合流点よりも吐出側の流路の圧力を検出する。圧力センサ３８Ａ，３８Ｂは、信号線を介して制御盤１４の制御部５０Ａ，５０Ｂに接続され、検出した圧力信号を制御部５０Ａ，５０Ｂに送信する。

アキュムレータ３９Ａ，３９Ｂは、例えば合流管３４の所定位置に接続され、合流点よりも二次側において圧力を蓄積する。

圧力センサ３８Ａ、３８Ｂ及びアキュムレータ３９Ａ，３９Ｂは、各給水ユニット１０Ａ、１０Ｂ毎に、１つずつ、それぞれ設けられる。

水道機器１８ａは例えば蛇口等であり、例えば高さの異なる複数の階層の各階層に、それぞれ複数設けられている。本実施形態においては、一例として２２階の建物において、各階において８つの給水先に分岐している。２２階を２分割して１１階ずつ、２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分ける例を示す。

制御盤１４は、制御ボックス４１と、制御ボックス４１内にそれぞれ給水ユニット１０Ａ、１０Ｂ毎に設けられた、制御基板４２Ａ，４２Ｂ、複数のインバータ４３Ａ，４３Ｂ、漏電遮断器４４Ａ，４４Ｂ、直流リアクトル４５Ａ，４５Ｂ、ノイズフィルタ基板４６Ａ，４６Ｂ、等の各主制御機器と、集合端子台４７と、電源基板４８と、報知部としての一対の表示部４９と、を備える。さらに制御盤１４には拡張基板が設けられていてもよい。

制御盤１４内において、一方の制御基板４２Ａは低層ゾーンＺ１、他方の制御基板４２Ｂが高層ゾーンＺ２用に設けられており、低層用の制御基板４２Ａには低層用の２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ａに接続される一対のインバータ４３Ａ、４３Ａが接続され、高層用の制御基板４２Ｂには、高層用の２台のポンプ装置１２Ｂ，１２Ｂにそれぞれ接続される一対のインバータ４３Ｂ，４３Ｂが接続される。ここで、インバータ４３Ａ，４３Ｂは出力が異なり、例えば低層用（低圧用）のインバータ４３Ａの出力は３５ｋｗとし、高層用（高圧用）のインバータ４３Ｂの出力は７４ｋｗのものを用いた。

制御基板４２Ａ，４２Ｂは、回路基板であり、例えば記憶装置としてのＲＡＭ・ＲＯＭや、制御部５０Ａ，５０Ｂ等の各種制御機器が搭載されている。

集合端子台４７は例えば２つの給水ユニット１０Ａ，１０Ｂ用に共通で１つ設けられている。集合端子台４７はノイズフィルタ基板４６Ａを介して制御基板４２Ａに、ノイズフィルタ基板４６Ｂを介して制御基板４２Ｂに接続されている。

記憶装置は、例えばプログラムメモリやＲＡＭ、書き換え可能なＲＯＭを備える。記憶装置には、例えば、制御に必要な情報として、各種プログラム、算出式、データテーブル、基準値、閾値等が記憶されている。

制御部５０Ａ，５０Ｂは例えばプロセッサを備える。制御部５０Ａ，５０Ｂは、流量センサ３５Ａ，３５Ｂや圧力センサ３８Ａ，３８Ｂ等の各種検出装置に接続され、これらの検出装置によって検知した情報に基づき、予め記憶装置に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ装置１２の動作を制御する。具体的には、制御部５０Ａ，５０Ｂは、インバータ４３Ａ、４３Ｂに制御信号を送信し各ポンプ装置１２に対応するインバータ４３Ａ、４３Ｂを制御する。

なお、本実施形態において、水位検出器１７ａは２つの制御基板４２Ａ，４２Ｂのうち、一方の制御基板４２Ａにのみ接続されている。また、一対の制御基板４２Ａ、４２Ｂは、互いに通信可能に接続されている。例えば一方の制御基板４２Ａからの渇水信号（渇水情報）のｂ点出力は他方の制御基板の電極コモン端子とＯＮ電極端子に接続され、制御基板４２Ａ，４２Ｂ間で、渇水信号の送受信が可能に構成されている。したがって、一方の制御基板４２Ａの制御部５０Ａを介して、他方の制御基板４２Ｂの制御部５０Ｂによる運転制御を開始することが可能に構成されている。

例えば制御部５０Ａ，５０Ｂは、各種センサによって検出される検出値に基づき、各種の演算処理を行い、インバータ４３Ａ，４３Ｂの周波数制御により、ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのモータ２１Ａ，２１Ｂを変速運転し、または停止させる。具体的には、制御部５０Ａ，５０Ｂは、圧力センサ３８Ａ，３８Ｂで検出される吐出圧力が所定の目標圧力になるように、圧力フィードバック制御にて、回転数制御及び運転停止制御をする。

インバータ４３Ａ，４３Ｂは、信号線によってポンプ装置１２Ａ、１２Ｂのモータ２１Ａ，２１Ｂに電気的に接続されている。インバータ４３Ａは制御部５０Ａからの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、２台のポンプ装置１２Ａのモータ２１Ａを所定の回転速度で回転させる。インバータ４３Ｂは制御部５０Ｂからの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、２台のポンプ装置１２Ｂのモータ２１Ｂを所定の回転速度で回転させる。

表示部４９は、警報や装置の状態等の各種の情報を表示する表示パネルを備える。

次に、本実施形態にかかる給水装置１の制御方法について、説明する。本実施形態において、給水先は、高さに応じて低層の第１ゾーンＺ１，高層の第２ゾーンＺ２の２つのゾーンに分けられている。各ゾーンＺ１，Ｚ２は吐出側配管３２を介してそれぞれ２台のポンプ装置１２に接続されている。

給水装置１において、制御部５０Ａは、合流管３４Ａに配置された圧力センサ３８Ａにより吐出圧力を検出する。また、制御部５０Ａは、各ポンプ装置１２Ａの吐出側に備えた流量センサ３５Ａにより、ポンプ装置１２Ａの給水量を検出し、制御部５０Ｂは、合流管３４Ｂに配置された圧力センサ３８Ｂにより吐出圧力を検出する。また、制御部５０Ｂは、ポンプ装置１２Ｂの吐出側に備えた流量センサ３５Ｂにより、ポンプ装置１２Ｂの給水量を検出する。

さらに、一方の給水ユニット１０Ａの制御部５０Ａは、受水槽１７に設けられた水位検出器１７ａにより、渇水信号を検出し、他方の給水ユニット１０Ｂの制御部５０Ｂに渇水信号を送出する。

各制御部５０Ａ，５０Ｂは、各種運転条件に基づいて、ポンプ装置１２Ａ、１２Ｂを運転する。例えば制御部５０Ａ、５０Ｂは、外部入力指示や各種検出条件に基づき、ポンプ装置１２Ａ、１２Ｂを運転する指示を検出すると、ポンプ装置１２Ａ、１２Ｂの運転を開始する。例えば、制御部５０Ａは、水位検出器１７ａからの信号に基づき２台のポンプ装置１２Ａの交互運転制御を開始するとともに、他方の制御基板４２Ｂ（制御部５０Ｂ）へ、運転開始指令を送ることで、他方の制御部５０Ｂによる２台のポンプ装置１２Ｂの交互運転制御を開始させる。

制御部５０Ａ，５０Ｂは、通常運転処理として、流量センサ３５Ａ，３５Ｂや圧力センサ３８Ａ，３８Ｂ等の各種検出装置で検出した圧力及び流量値を検出し、流量や圧力に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、制御部５０Ａ，５０Ｂは、各２台ずつのポンプ装置１２Ａ、１２Ｂについて、対応する給水ゾーンＺ１，Ｚ２に接続される吐出流路で検出される検出圧力と、対応する給水ゾーンＺ１，Ｚ２に応じてそれぞれ設定される目標圧力Ｐ１、Ｐ２に基づいて、各インバータ４３Ａ，４３Ｂに制御信号を出力することで、ポンプ装置１２Ａ、１２Ｂを駆動する。

インバータ４３Ａ，３４Ｂは制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのモータ２１Ａ，２１Ｂを所定の回転速度で回転させる。本実施形態においては、個々のゾーンＺ１，Ｚ２に接続される２台のポンプで交互運転する。例えば低層の給水ユニット１０Ａの低層ゾーンＺ１に接続される複数のポンプ装置１２Ａを低層ポンプとし、高層用の給水ユニット１０Ｂの高層ゾーンＺ２に接続される複数のポンプ装置１２Ｂを高層ポンプとする。

また、制御部５０Ａ，５０Ｂは、例えば複数の個別吐出管３３Ａ，３３Ｂにそれぞれ設けられた流量センサ３５Ａ，３５Ｂによってポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ毎の吐出流量を検出し、検出された吐出流量が、予め定められた停止流量を下回ると、ポンプの回転を停止する。

ここでは、一例として、２つのゾーンＺ１，Ｚ２毎に目標圧力Ｐ１、Ｐ２、を設定し、各ゾーンＺ１．Ｚ２に接続される吐出流路で検出される吐出圧力及び流量に応じて、ポンプ装置１２Ａ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｂのオンオフ制御及び周波数制御を行う。

制御部５０Ａは、通常運転として、低層ゾーンＺ１に接続されるポンプ装置１２Ａ，１２Ａは、低層ゾーンＺ１の目標圧力Ｐ１に基づいて交互運転する。制御部５０Ｂは、通常運転として、高層ゾーンＺ２に接続されるポンプ装置１２Ｂ，１２Ｂを高層ゾーンＺ２の目標圧力Ｐ２に基づいて交互運転する。

各ゾーンＺ１，Ｚ２の目標圧力Ｐ１，Ｐ２は、各ゾーンＺ１，Ｚ２内における末端、すなわち各ゾーンＺ１，Ｚ２での最高階の階数に基づいて決定される。例えばゾーンＺ１の目標圧力Ｐ１はゾーンＺ２の目標圧力Ｐ２と異なり、Ｐ１はＰ２よりも低く設定される。すなわち、少なくとも１つのゾーンＺ１に対応するポンプ装置１２Ａは、最も高層のゾーンＺ２に対応するポンプ装置１２Ｂよりも低い設定値（目標値）にて、圧力フィードバック制御を行う。

図６は給水装置の設定条件を示す説明図であり、図７は同給水装置の電源容量、揚程及び消費電力の関係を示す説明図である。

具体例として図１、図６、及び図７に示すように、集合住宅の総階数をＦ階とし、各階層をＺ層（２≦Ｚ≦Ｆ）のゾーンに分割した場合、階高をｈ（ｍ）とし、配管損失を実揚程ｈ・Ｆ（ｍ）のＫ％（０≦Ｋ≦５０）とし、末端器具必要圧力をＰ０（ｍ）とした場合に、第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定する。この場合、図７に消費電力及び電源容量を示すように、低圧のユニットにおいて、揚程、電源容量、消費電力が低くなり、したがって、給水装置１全体の合計の電源容量及び消費電力も低く抑えられ、比較例として、高層ゾーンＺ２の最高階への給水を前提としたポンプ装置により構成された３台ロータリーユニットに比べて、８１．４％の消費電力となる。なお、比較例に係る３台ロータリーユニットは、高層ゾーンＺ２の最高階へ給水して必要末端圧力を確保可能な条件で、目標圧力を設定した。

また、制御部５０Ａ，５０Ｂは、同じ給水ユニット１０Ａ、１０Ｂに設けられた２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのうちの一台が故障した場合には、他方のポンプ装置１２Ａまたは１２Ｂによる単独運転に切替えてバックアップ運転をする。

給水装置１によれば、二次側の流路が、高さの異なる複数の給水ゾーンＺ１，Ｚ２に、それぞれ接続される複数の給水ユニット１０Ａ，１０Ｂを備え、各ユニット１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ複数のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂを備え、ゾーン毎に複数台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂを交互運転し、低層ゾーンと高層ゾーンをゾーン別に運転制御することにより、省エネルギー効果が得られる。また、各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂにおいて、複数のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの二次側を合流管３４Ａ、３４Ｂによりそれぞれ連結し、ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの故障時には単独運転に切替えることにより、ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの故障時にも１００％の給水が可能である。

例えば、給水装置１において、集合住宅の総階数をＦ階とし、各階層をＺ層（２≦Ｚ≦Ｆ）のゾーンに分割して、階高をｈ（ｍ）とし、配管損失を実揚程ｈ・Ｆ（ｍ）のＫ％（０≦Ｋ≦５０）とし、末端器具必要圧力をＰ０（ｍ）とした場合に、第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定することにより、低層ゾーンにおいては目標値を低く設定することができ、省エネルギーが可能となる。すなわち、高低差のある給水先を複数のゾーンに分け、各ゾーン毎の末端圧を基準にゾーン毎に圧力制御することで、建物全体の末端圧を基準に圧力制御するよりも、低層のポンプ装置の目標圧力を低くすることができ、省エネルギー化が可能となる。したがって、低層用の目標圧力Ｐｘは、全てのゾーンを建物の最高層階の階数に基づいて設定した場合に比べ、目標圧力を低くすることができ、低圧のユニットにおいて、揚程、電源容量、消費電力が低くなり、したがって、給水装置１全体の合計の電源容量及び消費電力も低く抑えられる。

また、給水装置１によれば、各ゾーン毎に給水可能であればよいため、各ポンプの性能は、集合住宅全体の瞬間最大給水量をＱｍａｘとした場合に、第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ時の最大給水量ＱｘがＱｘ＝Ｑｍａｘ／Ｚ以上の性能を確保することで、最大需要時ＯＮ給水量をまかなうことができる。また、設定圧力Ｐｘを、最高階であるＦ階にて末端器具必要圧力Ｐ０を確保可能で、かつ、各階層すべての給水需要を満たす最大給水量Ｑｍａｘを要求されるものと比べて、各ポンプ装置に要求される性能を緩和できる。

また、給水装置１によれば、一方の制御部に接続された水位検出器１７ａに基づき、一方の制御部５０Ａを介して他方の制御部５０Ｂへ、運転開始指令を送ることで、他方のユニットの制御部５０Ｂによる運転制御を開始させるため、制御盤１４や電源基板４８を共通化でき、電源配線の配線作業を単純化できる。また、制御盤１４は既存の電源基板、制御基板、漏電遮断器、インバータなどの構成部品を利用できるため、コスト増を抑えられる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態にかかる給水装置１１０及び給水装置１１０の制御方法について、図８を参照して説明する。なお、第２実施形態にかかる給水装置１１０は、複数の給水ユニット１０Ａ、１０Ｂの合流管３４Ａ，３４Ｂを連結管１３０により開閉可能に接続し、バックアップ処理を行うが、その他の構成及び制御方法については上記第１実施形態にかかる給水装置１と同様である。

図８に示すように、複数の合流管３４Ａ，３４Ｂを連通可能に連結し、バックアップ可能に構成されている。具体的には、給水装置１１０は、合流管３４Ａと合流管３４Ｂの吐出側を連結する連結管１３０を備える。連結管１３０は、複数の個別吐出管３３内の個別吐出流路に連通する連結流路を形成する配管であり、個別吐出管３３と交差する第１方向に延びる。連結管１３０には、開閉弁１３１が設けられ、連結流路が連通あるいは閉止可能に構成されている。連結管１３０は通常状態においては閉じられており、後述するバックアップ処理の際に開けられる。

給水装置１１０の表示部４９は、警報として、例えばいずれか制御基板が故障した場合に、どちらの制御基板が故障しているかを表示する。例えばマイコン異常警報もしくは、圧力発信器異常警報を表示・送出する。

給水装置１１０において、制御基板４２Ａ，４２Ｂには、運転方式を切替える切替え部としての設定スイッチ５１Ａ，５１Ｂが設けられている。制御基板４２Ａ，４２Ｂの切替え部としての設定スイッチ５１Ａ，５１Ｂにより、交互運転方式及び交互並列運転方式が、切り替え可能である。制御基板４２Ａ，４２Ｂは、着脱可能であり、交換可能に構成されている。

例えば、一方の制御基板が制御不能となった場合に、例えばユーザーが表示部４９の警報により、どの制御基板が制御不能となったかを判別し、必要に応じて制御基板４２Ａ，４２Ｂを取り替えて、他方の故障した制御基板に代えて故障していない制御基板を代わりに配設及び接続することが可能に構成されている。

また、制御基板４２Ａ，４２Ｂに設けられた運転方式を切替える設定スイッチ５１Ａ，５１Ｂは、手動または制御部の制御により、運転方式が切替え可能に構成されている。例えば、複数の制御基板４２Ａ、４２Ｂの一方が、制御不能となった場合に、他の制御基板４２Ａ、４２Ｂによって、２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂを交互運転方式から並列運転方式に切替えることで、給水量を確保できるように構成されている。

給水装置１１０において、制御部５０は、通常運転中に、制御基板４２Ａ，４２Ｂのいずれか故障した場合に、報知処理を行う。具体的には、例えばバックアップ条件として、各給水ユニット１０Ａ，１０Ｂの制御基板４２Ａ，４２Ｂのマイコン部がトリップするか、もしくは、圧力発信器の信号が異常値となるなどの所定の制御不能条件を満たす場合に、報知処理として、いずれかの制御基板が制御不能になったことと、連結管１３０の開通と、運転方式の切替え操作を促す表示を行う。また、制御部５０Ａ，５０Ｂは、制御不能となった制御基板が高層側の制御基板４２Ｂである場合には、制御基板４２Ａ，４２Ｂを取り替える作業を促す表示をする。

ユーザーは報知内容にしたがって、連結管１３０を開ける作業を行うとともに、設定スイッチの操作により高層用のポンプ装置１２Ｂの運転方式を交互運転から並列運転に切替える操作と、を行う。また、ユーザーは、必要に応じて、すなわち制御不能となった制御基板が高層側の制御基板４２Ｂである場合には報知内容に従って、制御基板４２Ａ，４２Ｂを取り替える作業を行う。

例えば通常状態において低層ユニット１０Ａの制御基板４２Ａが制御不能になった場合には、報知処理として、連結管１３０の開通を促す。ユーザーは表示部４９の報知情報を見て連通管の開閉弁１３１を開ける。また、ユーザーの設定スイッチ５１Ｂの切替え操作によって、残りの制御基板４２Ｂの制御部５０Ｂを交互運転から並列運転に切替えられることにより、高層側の２台のインバータ４３Ｂにより２台のポンプ装置１２Ｂで並列運転する。連結管１３０によって高層側から低層側に水が流れ、２台の高層のインバータ４３Ｂにより２台のポンプ装置１２Ｂ，１２Ｂが駆動されることで、バックアップされる。

一方、高層ゾーンＺ２に接続される高層用の制御基板４２Ｂが制御不能となった場合には、報知処理として、連結管１３０の開通に加え、制御基板４２Ａ，４２Ｂの交換と、運転方式の切替え操作を促す報知処理を行う。ユーザーは表示部４９を見て連結管１３０の開閉弁１３１を開け、制御基板４２Ａ，４２Ｂを交換するとともに、ユーザーの設定スイッチ５１Ａの切替え操作によって残りの制御基板４２Ａの制御部５０Ａの運転方式が交互運転から並列運転に切替えられ、低層側の制御部５０Ａで並列運転制御をすると、交換接続により低層の制御基板４２Ａには高層用のインバータ４３Ｂが接続されているため、２台のインバータ４３Ｂによりポンプ装置１２Ｂ，１２Ｂが並列運転させられる。すると、連結管１３０を介して、高層側の流路から、故障中の制御部５０Ｂに接続されていた低層側の流路にも水が流れ、合計で２台の高層用のインバータ４３Ｂにより２台のポンプ装置１２Ｂが駆動されることで、バックアップされる。

本実施形態にかかる給水装置１１０は、通常運転時には、低層の複数のポンプ装置１２Ａの目標圧力を低くすることで、省エネ効果が得られる。また、各給水ユニットの吐出し側連結管１３０を、常時閉止された開閉弁１３１を介して相互に連結するとともに、制御基板４２Ａ，４２Ｂの設定スイッチ５１Ａ，５１Ｂにより、交互運転方式及び交互並列運転方式に切り替え可能とすることにより、制御基板４２Ａ、４２Ｂの故障時にバックアップすることが可能であり、断水が回避できる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、停止圧力や目標圧力は上記に限られるものではなく、例えば各種検出データや設置値、演算式に基づいて、演算して決定してもよい。

例えば、他の一例として、集合住宅のゾーン分割数Ｚを２とするとともに、各給水ユニットを２台のポンプ装置を有する交互または交互並列運転方式の高圧及び低圧給水ユニットとして、総階数Ｆが偶数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・Ｆ／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘとなるポンプ装置を備え、総階数Ｆが奇数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・（Ｆ＋１）／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝（Ｆ−１）／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝（Ｆ＋１）／２・Ｑｍａｘとなるポンプ装置を備える構成としてもよい。

また、例えば上記第１実施形態においては２２階建ての建物を２ゾーンに分けるとともに、４台のポンプ装置１２を用いた例を示したが、これに限られるものではなく、給水先の階数やゾーンの分割数あるいはポンプ装置の台数等は適宜変更可能である。例えば３ゾーン以上に分けてもよい。

また、上記第１実施形態においては吐出圧一定制御を例示したが、これに限られるものではなく、例えば推定末端圧一定制御としてもよい。例えば他の実施形態として、第ｘゾーン用の給水ユニット推定末端圧力Ｐｔｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｔｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ＋Ｐ０に設定するとともに、目標圧力Ｈと推定末端圧力Ｐｔｘとの差圧△Ｐが、出力周波数ｆと最高周波数ｆｍａｘとの比率の２乗に比例するように、ポンプの回転速度を制御する推定末端圧一定制御を行ってもよい。すなわち、本実施形態においては、目標圧力Ｈを、推定末端圧力Ｐｔｘに基づいて、Ｐｔｘとの差圧ΔＰとの比率の２乗似比例するように、補正し、検出した吐出圧力がその補正した目標圧力Ｈに近づくように、ポンプ装置１２Ａ，１２Ｂの回転速度を制御する。

本実施形態においても、設定圧力Ｐｘをゾーン毎の最高層の高さによってＰｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定し、推定末端圧力Ｐｔｘを配管損失Ｋが０％となるＰｔｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ＋Ｐ０と低く設定して目標圧力を補正することができるため、省エネルギー化が可能となる。

また、他の実施形態として、図９乃至図１１に示すように、複数の給水ユニット１０に、異なる種別のポンプ装置１２を用いてもよい。例えば、図９乃至図１１に示す給水装置１２０において、ポンプ装置１２Ａがポンプ装置１２Ｂよりも低圧・小出力である。この場合においても、上記実施形態と同様に、低層及び高層ゾーン毎にそれぞれ運転制御することで、省エネルギー化が可能となる。

上記実施形態においては、２つの制御基板４２Ａ、４２Ｂを備える例を示したが、これに限られるものではない。１つの基板に２つの制御部５０Ａ，５０Ｂを備えてもよい。例えばこの場合に取り外し可能なカートリッジタイプとすれば、断水せずに交換可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
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）
複数のポンプ装置と、複数の前記ポンプ装置の二次側において連通する吐出流路と、を備える、給水ユニットを、複数備え、
複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は、高さの異なる給水ゾーンに、それぞれ接続される、給水装置。
（２）
前記給水ゾーンに複数の給水先が設けられ、
前記給水先の総階数をＦ階、前記給水ゾーンの総数をＺ（２≦Ｚ≦Ｆ）、各階の高さをｈ（ｍ）、配管損失を実揚程ｈ・Ｆ（ｍ）のＫ％（０≦Ｋ≦５０）、末端器具必要圧力をＰ０（ｍ）、とした場合に、下からｘ番目の第ｘゾーン用の前記給水ユニットの設定圧力Ｐｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定する、（１）に記載の給水装置。
（３）
各給水ユニットはそれぞれ制御部を備え、
複数の前記制御部において、第ｘゾーン用の給水ユニットの推定末端圧力Ｐｔｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｔｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ＋Ｐ０に設定するとともに、
目標圧力Ｈと推定末端圧力Ｐｔｘとの差圧△Ｐを、出力周波数ｆと最高周波数ｆｍａｘとの比率の２乗に比例するように、ポンプの回転速度を制御する推定末端圧一定制御を行う、（１）に記載の給水装置。
（４）
前記ポンプ装置は、集合住宅全体の瞬間最大給水量をＱｍａｘとした場合、
第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ時の最大給水量ＱｘがＱｘ＝Ｑｍａｘ／Ｚ以上である、（２）または（３）に記載の給水装置。
（５）
ゾーン数Ｚは２であり、
前記給水ユニットとして高圧給水ユニットと低圧給水ユニットを備え、
前記給水ユニット毎に２台の前記ポンプ装置が接続され、当該２台の前記ポンプ装置を交互または交互並列運転するとともに、
総階数Ｆが偶数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・Ｆ／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、前記ポンプ装置は、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘであり、
総階数Ｆが奇数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・（Ｆ＋１）／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、前記ポンプ装置は、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝（Ｆ−１）／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝（Ｆ＋１）／２・Ｑｍａｘである、（１）に記載の給水装置。
（６）
複数の前記給水ユニットはそれぞれ制御部を備え、
一方の給水ユニットの制御部から他の給水ユニットの制御部に、渇水情報を送信可能に接続される、（１）乃至（５）のいずれかに記載の給水装置。
（７）
複数の前記給水ユニットは交換可能に構成された制御部をそれぞれ備え、
複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は互いに開閉可能に連通され、
ユーザーの操作によって前記制御部の運転方式を切替え可能な切替え部と、
いずれかの前記制御部が制御不能である場合に報知する報知部と、
を備える、（１）乃至（６）のいずれかに記載の給水装置。
（８）
集合住宅の総階数をＦ階とし、各階層をＺ層（２≦Ｚ≦Ｆ）のゾーンに分割して、
階高をｈ（ｍ）とし、配管損失を実揚程ｈ・Ｆ（ｍ）のＫ％（０≦Ｋ≦５０）とし、末端器具必要圧力をＰ０（ｍ）とした場合に、第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定する、給水装置の制御方法。

１、１１０…給水装置、１０（１０Ａ、１０Ｂ）…給水ユニット、１１…架台、１２（１２Ａ、１２Ｂ）…ポンプ装置、１３…配管ユニット、１４…制御盤、１７…受水槽、１７ａ…水位検出器、１８…給水先、１８Ａ…送水管、１８Ｂ…送水管、１８ａ…水道機器、２１Ａ、２１Ｂ…モータ、２２Ａ、２２Ｂ…ポンプ部、２２ａ…ポンプ吸込口、２２ｂ…ポンプ吐出口、３１…吸込側配管、３２（３２Ａ，３２Ｂ）…吐出側配管、３３（３３Ａ，３３Ｂ）…個別吐出管、３４（３４Ａ、３４Ｂ）…合流管、３５（３５Ａ，３５Ｂ）…流量センサ、３６Ａ、３６Ｂ…逆止弁、３７Ａ、３７Ｂ…ボール弁、３８Ａ、３８Ｂ…圧力センサ、３９Ａ、３９Ｂ…アキュムレータ、４１…制御ボックス、４２（４２Ａ，４２Ｂ）…制御基板、４３Ａ、４３Ｂ…インバータ、４４Ａ、４４Ｂ…漏電遮断器、４５Ａ、４５Ｂ…直流リアクトル、４６Ａ、４６Ｂ…ノイズフィルタ基板、４７…集合端子台、４９…表示部、５０（５０Ａ、５０Ｂ）…制御部、１３０…連結管、１３１…開閉弁、Ｚ１…低層ゾーン（給水ゾーン）、Ｚ２…高層ゾーン（給水ゾーン）。

Claims (6)

1. 複数のポンプ装置と、複数の前記ポンプ装置の二次側において連通する吐出流路と、を備える、給水ユニットを、複数備え、
   複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は、高さの異なる給水ゾーンに、それぞれ接続されるとともに、
   複数の前記給水ユニットは交換可能に構成された制御部をそれぞれ備え、
   複数の前記給水ユニットの前記吐出流路は互いに開閉可能に連通され、
   ユーザーの操作によって前記制御部の運転方式を切替え可能な切替え部と、
   いずれかの前記制御部が制御不能である場合に報知する報知部と、
   を備える、給水装置。
2. 前記給水ゾーンに複数の給水先が設けられ、
   前記給水先の総階数をＦ階、前記給水ゾーンの総数をＺ（２≦Ｚ≦Ｆ）、各階の高さをｈ（ｍ）、配管損失を実揚程ｈ・Ｆ（ｍ）のＫ％（０≦Ｋ≦５０）、末端器具必要圧力をＰ０（ｍ）、とした場合に、下からｘ番目の第ｘゾーン用の前記給水ユニットの設定圧力Ｐｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定する、請求項１に記載の給水装置。
3. 複数の前記制御部において、第ｘゾーン用の給水ユニットの推定末端圧力Ｐｔｘ（１≦ｘ＜≦Ｚ）を、Ｐｔｘ＝ｈ・Ｆ・ｘ／Ｚ＋Ｐ０に設定するとともに、
   目標圧力Ｈと推定末端圧力Ｐｔｘとの差圧△Ｐを、出力周波数ｆと最高周波数ｆｍａｘとの比率の２乗に比例するように、ポンプの回転速度を制御する推定末端圧一定制御を行う、請求項１に記載の給水装置。
4. 前記ポンプ装置は、集合住宅全体の瞬間最大給水量をＱｍａｘとした場合、
   第ｘゾーン用の給水ユニットの設定圧力Ｐｘ時の最大給水量ＱｘがＱｘ＝Ｑｍａｘ／Ｚ以上である、請求項２または請求項３に記載の給水装置。
5. ゾーン数Ｚは２であり、
   前記給水ユニットとして高圧給水ユニットと低圧給水ユニットを備え、
   前記給水ユニット毎に２台の前記ポンプ装置が接続され、当該２台の前記ポンプ装置を交互または交互並列運転するとともに、
   総階数Ｆが偶数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・Ｆ／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、前記ポンプ装置は、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝Ｆ／２・Ｑｍａｘであり、
   総階数Ｆが奇数の場合、高圧給水ユニット設定圧力ＰＨ＝ｈ・Ｆ・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に、低圧給水ユニット設定圧力ＰＬ＝ｈ・（Ｆ＋１）／２・（１＋Ｋ／１００）＋Ｐ０に設定するとともに、前記ポンプ装置は、高圧給水ユニットの設定圧力ＰＨ時の最大給水量ＱＨ＝（Ｆ−１）／２・Ｑｍａｘ以上、低圧給水ユニットの設定圧力ＰＬ時の最大給水量ＱＬ＝（Ｆ＋１）／２・Ｑｍａｘである、請求項１に記載の給水装置。
6. 一方の給水ユニットの制御部から他の給水ユニットの制御部に、渇水情報を送信可能に接続される、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の給水装置。