JP6840005B2 - 給水システム、および、給水システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、給水システム、および、給水システムの制御方法に関する。

オフィスビルまたは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。給水装置は、一般に、水を圧送するためのポンプと、このポンプの運転を制御する制御部と、を備えている。ポンプの吸込み口は水道管（水道本管）に接続されており、水道管からポンプに吸い込まれた水は、ポンプによって昇圧された後、建物内部に設けられた配水管を介して各給水栓（給水対象）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。

また、従来、水道管に直結される第１の給水装置と、第１の給水装置の吐出側に連結される第２の給水装置と、を備えた給水システムが提案されている。こうした給水システムは例えば高層建築物への給水に使用され、第１の給水装置が水道管からの水を昇圧して低層階に供給し、第２の給水装置が第１の給水装置からの水を更に昇圧して高層階に供給する。

このような直列に連結された２つの給水装置を備える給水システムでは、第１の給水装置が停止している状態で第２の給水装置が運転されると、第１の給水装置と第２給水装置とを連結する配水管の圧力が低下して負圧が形成されることがある。この状態で、排水管に連通する給水栓が開かれると、その給水栓から空気が吸い込まれてしまう。このため、特許文献１に記載の給水装置では、第１の給水装置の吐出側の圧力、第２の給水装置の吸込み側の圧力、または、第２の給水装置の吐出側の圧力がそれぞれの始動圧力に達したときに、第１の給水装置におけるポンプを始動させている。

特許５６４３３８５号明細書

上記したような給水システムでは、第１の給水装置のポンプの運転中においても、第２の給水装置の運転状態によって第１の給水装置と第２の給水装置とを連結する配水管の圧力が低下するおそれがある。これに対して、第１の給水装置のポンプの回転数が迅速に変化するように第１の給水装置を制御することが考えられる。しかし、第２の給水装置からの給水量が小さいときにも第１の給水装置のポンプの回転数を高い追従性で変化させると、少量の水の使用に対してもポンプの回転数が大きく変化し、第１の給水装置のポンプの停止する機会が減って給水システムのエネルギ効率が低下してしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、直列に連結された２つの給水装置を備える給水システムにおいて、エネルギ効率の向上を図るとともに２つの給水装置を連結する配管の圧力が意図しない低圧となることを防止することを目的とする。

［形態１］形態１によれば、給水対象に給水する給水システムが提案され、かかる給水システムは、水道管に連結される第１の給水装置と、第１の給水装置の吐出側に直列に連結される第２の給水装置と、を備える。第１の給水装置は、第１のポンプと、第１のポンプ
の吐出側圧力に基づいて第１のポンプの運転を制御する第１の制御部と、を有する。第２の給水装置は、第２のポンプと、第２のポンプの吐出側圧力に基づいて第２のポンプの運転を制御する第２の制御部と、を有する。そして、第１の制御部は、第２のポンプが第１の出力で運転しているときには、第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定して第１のポンプの運転を制御し、第２のポンプが第１出力より大きい第２出力で運転しているときには、第１の追従性より高い第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定して第１のポンプの運転を制御する。
かかる給水システムによれば、第２の給水装置のポンプが大きな出力で運転しているときには、高い追従性で第１の給水装置のポンプの回転数が変化する。これにより、第２の給水装置の運転状態の変化に応じて迅速に第１の給水装置の運転を変更させることができ、第１の給水装置と第２の給水装置とを接続する配管の圧力が意図しない低圧となることを防止できる。また、第２の給水装置のポンプが小さな出力で運転しているときには、低い追従性で第１の給水装置のポンプの回転数が変化する。これにより、第１の給水装置のポンプの回転数を緩やかに変化させて、給水システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。

［形態２］形態２によれば、形態１において、第１の制御部は、第２のポンプの回転数に基づいて第２のポンプの出力を判断する。
つまり、形態２によれば、第１の制御部は、第２のポンプが第１の回転数で運転しているときには、第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。また、第１の制御部は、第２のポンプが第１の回転数より大きい第２の回転数で運転しているときには、第１の追従性より大きい第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。

［形態３］形態３によれば、形態１または２において、第１の制御部は、第２のポンプの駆動源または第２の給水装置に流れる電流に基づいて第２のポンプの出力を判断する。
つまり、形態３によれば、第１の制御部は、第２のポンプの駆動源に第１電流が流れているときには、第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。また、第１の制御部は、第２のポンプの駆動源に第１電流より大きい第２電流が流れているときには、第１の追従性より大きい第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。

［形態４］形態４によれば、形態１から３の何れか１つにおいて、第１の制御部は、第２のポンプまたは第２の給水装置の消費電力に基づいて第２のポンプの出力を判断する。
つまり、形態４によれば、第１の制御部は、第２のポンプまたは第２の給水装置の消費電力が第１電力であるときには、第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。また、第１の制御部は、第２のポンプの消費電力が第１電力より大きい第２電力であるときには、第１の追従性より大きい第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。

［形態５］形態５によれば、形態１から４の何れか１つにおいて、第１の制御部は、第２のポンプの温度に基づいて第２のポンプの出力を判断する。
つまり、形態５によれば、第１の制御部は、第２のポンプの温度が第１温度であるときには第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。また、第１の制御部は、第２のポンプの温度が第１温度より高い第２温度であるときには、第１の追従性より大きい第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定する。

［形態６］形態６によれば、形態１から５の何れか１つにおいて、第１の制御部と第２の制御部とは通信機能を有し、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。
こうすれば、第１の制御部は、通信機能を介して第２の制御部から第２の給水装置の運転情報を受信し、受信した運転情報に基づいて上記した制御を実行することができる。

［形態７］形態７によれば、形態６において、第１の制御部と第２の制御部とは、電力線を通信回線として利用する。
こうすれば、新たに通信線を設ける場合などに比して、給水システムを簡易な構成とすることができる。

［形態８］形態１によれば、水道管に連結された第１のポンプを有する第１の給水装置と、前記第１の給水装置の吐出側に直列に連結された第２のポンプを有する第２の給水装置と、を備える給水システムの制御方法が提案される。かかる給水システムの制御方法では、第２のポンプが第１の出力で運転しているときには、第１の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定して第１のポンプの運転を制御する。また、第２のポンプが第１出力より大きい第２出力で運転しているときには、第１の追従性より高い第２の追従性で第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように第１のポンプの回転数を設定して第１のポンプの運転を制御する。
かかる給水システムの制御方法によれば、上記した給水システムと同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る給水システムの概略構成を示す図である。 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。 第２のポンプの出力と第１のポンプの追従性との関係の一例を示す図である。 第２のポンプの出力と第１のポンプの追従性との関係の別の一例を示す図である。 第２のポンプの出力と第１のポンプの追従性との関係の別の一例を示す図である。 第２のポンプの出力と第１のポンプの追従性との関係の別の一例を示す図である。 第２の給水装置の他の構成例を示す模式図である。 第１の給水装置の他の構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る給水システムの概略構成を示す図である。以下では、給水システムの一例として、高層建築物（例えば１６階以上の建物）である建物１６に水を供給するためのシステムを説明するが、これには限られない。図１に示すように、給水システム２０は、水道管（水道本管）１２に連結された第１の給水装置ＢＰ１と、第１の給水装置ＢＰ１の吐出側に直列に連結された第２の給水装置ＢＰ２と、を備えている。本実施形態では、第１の給水装置ＢＰ１は、地面または地下に設置されており、第２の給水装置ＢＰ１は、建物１６の中間層階に設置されている。

第１の給水装置ＢＰ１の吸込口は、導入管１３を介して水道管１２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の吸込口とは第１の配水管１４ａ
によって連結されており、この第１の配水管１４ａは、建物１６の低階層の各給水栓（第１の給水対象）１８ａに枝管１７ａを介して連結されている。また、第２の給水装置ＢＰ２の吐出口には、第２の配水管１４ｂが接続されており、この第２の配水管１４ｂは、建物の高層階の各給水栓（第２の給水対象）１８ｂに枝管１７ｂを介して連結されている。こうした構成により、第１の給水装置ＢＰ１は、水道管１２からの水を昇圧して建物１６の低階層の各給水栓１８ａに水を供給するようになっている。そして、第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１からの水を更に昇圧して建物１６の高階層の各給水栓１８ｂに水を供給するようになっている。

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１３を介して水道管１２に連結されるポンプ（第１のポンプ）Ｐ１を備えている。本実施形態では、ポンプＰ１は、駆動源としてのモータＭ１と、モータＭ１の回転速度を可変制御するインバータＩＮＶ１と、を含むものとして説明する。また、第１の給水装置ＢＰ１は、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、及び圧力タンクＰＴ１と、を備えている。これらの構成要素は、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（小水量）を検知する流量検知器である。圧力センサＰＳ１は、ポンプＰ１の吐出側圧力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１４ａに接続されている。

ポンプＰ１には、ポンプＰ１の回転数（周波数）を検出する回転数センサＲＳ１、モータＭ１に流れる電流値を計測する電流計ＡＳ１、ポンプＰ１で消費される電力量を計測する電力計ＥＳ１、及びポンプＰ１の温度を計測する温度計ＴＳ１が備えられていている。ここで、回転数センサＲＳ１は、ポンプＰ１の図示しないインペラの回転数を直接に計測するものでもよいし、モータＭ１の回転数を計測するものでもよい。また、ポンプＰ１の回転数は、回転数センサＲＳ１を設けずにインバータＩＮＶ１の出力周波数から推定してもよい。なお、本実施形態では、ポンプＰ１のインペラとモータＭ１とは同期しており、インペラの回転数とモータＭ１の回転数とは同一である。ポンプＰ１のインペラとモータＭ１とに変速器が介在する場合には、変速器の変速比（可変である場合には現在の変速比）とモータＭ１の回転数とに基づいて、ポンプＰ１の回転数を取得してもよい。また、電流計ＡＳ１または電力計ＥＳ１は、モータＭ１に流れる電流値または電力量を計測してもよいし、インバータＩＮＶ１に流れる電流値または電力量を計測してもよい。さらに、ポンプＰ１の電力量は、ポンプＰ１の電流値などに基づいて算出されてもよい。また、モータＭ１に流れる電流およびポンプＰ１の消費電力に代えて、給水装置ＢＰ１に流れる電流および消費電力が計測されてもよい。さらに、温度計ＴＳ１は、モータＭ１の温度を測定してもよいし、インバータＩＮＶ１の温度を測定してもよい。

ポンプＰ１の吸込口には逆流防止器２１が接続されている。この逆流防止器２１は、水道管１２への水の逆流を防止するために設置されている。なお、本実施形態では、逆流防止器２１として、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減圧式逆流防止器が用いられている。

また、第１の給水装置ＢＰ１は、給水動作を制御する制御部（コントローラ）ＣＮ１を備えている。制御部ＣＮ１には、インバータＩＮＶ１、フロースイッチＳＷ１、圧力センサＰＳ１、回転数センサＲＳ１、電流計ＡＳ１、電力計ＥＳ１、及び温度計ＴＳ１が信号線を介して接続されている。

ポンプＰ１の停止中に吐出側圧力（吐出管Ｌ１内の水圧）が所定の始動圧力まで低下すると、制御部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。ポンプＰ１の運転中は、設定された圧力（設定圧）により推定末端圧力一定制御または目標圧力一定制御などの制御が行われる。具体的には推定末端圧力一定制御の場合は、ポンプＰ１の回転数と目標圧力制御カーブとを用いてポンプＰ１の吐出圧力に対する目標圧力（ＳＶ）を設定し、目標圧力一定制御の場合は、設定圧をそのまま目標圧力（ＳＶ）とする。また、圧力センサＰＳ１によって検出された吐出側圧力を現在圧（ＰＶ）とする。そして、ＳＶとＰＶの偏差にて比例ゲインＧｐ、及び、積分ゲインＧｉを用いたＰＩ演算、もしくは、比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、及び、微分ゲインＧｄを用いたＰＩＤ演算を行い、ポンプＰ１の指令回転数が設定される。なお、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ１の吸込側圧力（流入圧力）に基づいて目標圧力制御カーブを補正してもよい。具体的には目標圧力制御カーブを吸込側圧力だけ加算し、目標圧（ＳＶ）を算出すればよい。

ポンプＰ１の運転中に建物での水の使用が少なくなると、フロースイッチＳＷ１は、過少水量を検出し、その検出信号を制御部ＣＮ１に送る。制御部ＣＮ１はこの検出信号を受け、ポンプＰ１に指令を出して吐出側圧力が所定の運転停止圧力に達するまでポンプＰ１の回転数を増加させ、圧力タンクＰＴ１に蓄圧した後ポンプＰ１を停止（小水量停止）させる。ポンプＰ１が小水量停止した後に、再び建物内で水が使用されると吐出側圧力が始動圧力以下まで低下しポンプＰ１が始動する。なお、小水量を検知する方法としては、フロースイッチＳＷ１を用いずに、モータ部の電流値による低負荷や締切圧力等その他の手段を用いてもよい。

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。この第２の給水装置ＢＰ２は、逆流防止器を備えていない点で第１の給水装置ＢＰ１と相違する。ただし、第２の給水装置ＢＰ２は、第１の給水装置ＢＰ１と同様に逆流防止器を備えていてもよい。

本実施形態では、第１の給水装置ＢＰ１の制御部ＣＮ１および第２の給水装置ＢＰ２の制御部ＣＮ２は、電力線２２を通信回線としたいわゆるＰＬＣ（Power Line Communication （電力線通信））によって互いに運転情報を通信するように構成されている。ただし、こうした例に限定されず、制御部ＣＮ１および制御部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、通信線を介して互いに接続されることによって、通信機能を有していてもよい。また、制御部ＣＮ１，ＣＮ２は、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。さらに、制御部ＣＮ１，ＣＮ２は、有線によって互いに通信機能を有するものに限定されず、無線によって互いに通信可能に構成されてもよい。また、制御部ＣＮ１，ＣＮ２は、中継機または上位の制御部（コントローラ）を介して互いに通信可能に構成されてもよい。また、制御部ＣＮ１，ＣＮ２とは別に、第１の給水装置ＢＰ１または第２の給水装置ＢＰ２の運転情報を取得して、第２の給水装置ＢＰ２または第１の給水装置ＢＰ１に送信する通信機を備えてもよい。さらに、制御部ＣＮ１，ＣＮ２は通信機能を有するものに限らず、例えば制御部ＣＮ１は、第２の給水装置ＢＰ２の計測器から直接に信号を受信することにより、第２の給水装置ＢＰ２の運転情報を取得してもよい。

ポンプＰ１，Ｐ２の運転・停止、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の測定値（吐出側圧力）、回転数センサＲＳ１，ＲＳ２の測定値、電流計ＡＳ１，ＡＳ２の測定値、電力計ＥＳ１，ＰＳ２の測定値、温度計ＴＳ１，ＴＳ２の測定値、給水装置ＢＰ１，ＢＰ２の故障情報、および、ポンプＰ１，Ｐ２に対する運転指令などを含む運転情報は、制御部ＣＮ１と制御部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。

第１の給水装置ＢＰ１が停止している状態でポンプＰ２のみが運転していると、第１の配水管１４ａ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１８ａが開かれると、その給水栓１８ａ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、ポンプＰ１を始動させてからポンプＰ２を始動させる。

上記したように、ポンプＰ１，Ｐ２は、それぞれの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下したときに始動される。したがって、制御部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、制御部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の吐出側圧力（圧力センサＰＳ２の測定値）に基づく始動のための第２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が始動される前にポンプＰ１を始動させるためである。

制御部ＣＮ１は、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。制御部ＣＮ１は、電力線２２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。

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。

制御部ＣＮ２は、ポンプＰ１が始動されたことを確認した後にポンプＰ２を始動させることが好ましい。制御部ＣＮ２は、例えば、ポンプＰ１の回転数が所定回転数（例えば、定格回転数の３０％、４０％など）を超えたこと、モータＭ１の電流値または消費電力量が所定のしきい値を超えたこと、および、モータＭ１の温度が所定温度を超えたこと、の少なくとも１つに基づいて、ポンプＰ１が始動したか否かを判断してもよい。

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。ここで、ポンプＰ１の運転中においても、例えばポンプＰ２の吐出流量が急に大きくなるなど第２の給水装置の運転状態によって、ポンプＰ１，Ｐ２を連結する第１の配水管１４ａ内に負圧が形成されるおそれがある。このため、第１の給水装置ＢＰ１の制御部ＣＮ１は、第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２の出力に応じて、第１のポンプＰ１の追従性を変化させる。つまり、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２が第１出力で運転しているときには、第１の追従性でのポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の回転数（周波数）を設定してポンプＰ１の運転を制御する。また、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２が第１出力より大きい第２出力で運転しているときには、第１の追従性より高い第２の追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の回転数を設定してポンプＰ１の運転を制御する。

本実施形態では、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の出力が大きいほど高い追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の運転を制御する。ここで、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の回転数に基づいてポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。つまり、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の回転数が大きいほど高い追従性でポンプＰ１の吐
出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の運転を制御する。具体的には、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の回転数が大きいほど、ポンプＰ１の目標回転数（指令周波数）を設定するためのＰＩ制御またはＰＩＤ制御の比例ゲインＧｐを大きくしてもよい。このときには、予め実験等によりポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）と比例ゲインＧｐとの関係を定めたマップまたは関係式を用いて、制御部ＣＮ１がポンプＰ２の回転数に基づいて比例ゲインＧｐを定めることが考えられる。ここで、比例ゲインＧｐは、図４に示すように、ポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）に対して比例して大きくなるものとしてもよい。また、図５に示すようにポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）が大きくなるほど大きな変化量で比例ゲインＧｐが大きくなるものとしてもよいし、図６に示すようにポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）が大きくなるほど小さな変化量で比例ゲインＧｐが大きくなるものとしてもよい。さらに、図７に示すようにポンプＰ２の出力が所定回転数より小さいときにはポンプＰ２の出力が大きくなるほど大きな変化量で比例ゲインＧｐが大きくなり、ポンプＰ２の出力が所定回転数より大きいときにはポンプＰ２の出力が大きくなるほど小さな変化量で比例ゲインＧｐが大きくなるものとしてもよい。こうした制御により、第２の給水装置ＢＰ２のポンプＰ２が大きな出力で運転しているときには、高い追従性でポンプＰ１の回転数が変化する。これにより、ポンプＰ２の運転状態の変化に応じて迅速にポンプＰ１の出力を変更させることができ、第１の配水管１４ａ内が意図しない低圧となることを防止できる。また、ポンプＰ２が小さな出力で運転しているときには、低い追従性でポンプＰ１の回転数が変化する。これにより、ポンプＰ１の回転数を緩やかに変化させて、給水システム２０のエネルギ効率の向上を図ることができる。

また、比例ゲインＧｐを変化させるものに代えて、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）が大きいほど、現在のポンプＰ１の回転数と目標回転数（指令周波数）との差が大きくなるように、ポンプＰ１の目標回転数を補正するものとしてもよい。たとえば、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ１の吐出側圧力（ＰＶ）と目標圧力（ＳＶ）とに基づいて仮の目標回転数を設定する。続いて、設定した仮の目標回転数から現在のポンプＰ１の回転数を減じてポンプＰ１の回転数変化量を算出する。そして、算出したポンプＰ１の回転数変化量にポンプＰ２の回転数Ｎｐ２（出力）が大きいほど大きくなる補正係数Ｋｐを乗じることにより、ポンプＰ１の回転数変化量を補正する。そして、制御部ＣＮ１は、現在のポンプＰ１の回転数に対して、補正した回転数変化量を加えることにより、ポンプＰ１の目標回転数（指令周波数）を設定する。ここで、補正係数Ｋｐについては、比例ゲインＧｐにおいて図４〜７を用いて説明したのと同様に、ポンプＰ２の回転数Ｎｐ２に対して予め実験等によりマップまたは関係式などが定められればよい。こうした制御においても、上記した比例ゲインＧｐを変更する場合と同様の効果を奏することができる。

さらに、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２のモータＭ２に流れる電流値Ａ２に基づいてポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。つまり、制御部ＣＮ１は、モータＭ２に流れる電流値が大きいほど高い追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の運転を制御する。この場合には、一例として電流値Ａ２と比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐとの関係を示すマップまたは関係式を実験等により予め定めることにより（図４〜７参照）、上記したポンプＰ２の回転数Ｎｐ２を用いた場合と同様にポンプＰ１の運転を制御することができる。なお、制御部ＣＮ１は、モータＭ２に流れる電流値Ａ２に代えて、第２の給水装置ＢＰ２に流れる電流値を用いて、ポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。

また、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２が消費する電力量Ｅ２に基づいてポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。つまり、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の消費する電力量Ｅ２が大きいほど高い追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の運転を制御する。この場合には、一例として電力量Ｅ２と比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐとの関係を示すマップまたは関係式を実験等により予め定めることにより（図４〜図
７参照）、上記したポンプＰ２の回転数Ｎｐ２などを用いた場合と同様にポンプＰ１の運転を制御することができる。なお、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２が消費する電力量Ｅ２に代えて、第２の給水装置ＢＰ２が消費する電力量を用いて、ポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。

また、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の温度Ｔ２に基づいてポンプＰ２の出力の大きさを判断してもよい。つまり、制御部ＣＮ１は、ポンプＰ２の温度Ｔ２が高いほど高い追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の運転を制御する。この場合には、一例として温度Ｔ２と比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐとの関係を示すマップまたは関係式を実験等により予め定めることにより（図４〜図７参照）、上記したポンプＰ２の回転数Ｎｐ２などを用いた場合と同様にポンプＰ１の運転を制御することができる。

なお、図４〜図７に示す例では、比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐは、ポンプＰ２の出力が大きいほど大きくなる傾向に滑らかに変化するものとした。しかし、これに限らず、比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐは、ポンプＰ２の出力に応じて、２段階以上で段階的に変化するものとしてもよい。

そして、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、制御部ＣＮ１，ＣＮ２間で伝達される運転情報に基づいて行われる。制御部ＣＮ１は、例えば、ポンプＰ２の回転数が所定回転数（例えば、定格回転数の３０％、４０％など）未満であること、モータＭ２の電流または電力が所定のしきい値未満であること、および、モータＭ２の温度が所定温度未満であること、の少なくとも１つに基づいて、ポンプＰ２が停止したか否かを判断してもよい。このような連携動作により、ポンプＰ２が停止する前にポンプＰ１が停止することを防止でき、第１の配水管１４ａ内に負圧が形成されることを防止できる。

なお、本実施形態の給水システム２０では、２つの給水装置ＢＰ１，ＢＰ２を備えるものとしたが、３段以上の給水装置を直列に繋げた場合も、同様に、階層の低い順からポンプが始動され、階層の高い順からポンプが停止されればよい。

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、制御部ＣＮ１はその故障情報を制御部ＣＮ２に送信し、制御部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、制御部ＣＮ２はその故障情報を制御部ＣＮ１に送信し、制御部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１８ｂ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。

図８は、第２の給水装置ＢＰ２の他の構成例を示す模式図である。図８に示すように、ポンプＰ２の上流側には、ポンプＰ２の吸込側圧力を測定する圧力センサ（吸込側圧力センサ）３０が設置されている。第２の給水装置ＢＰ２のその他の構成は、図３に示す構成と同様である。圧力センサ３０は、制御部ＣＮ２に信号線を介して接続されている。圧力
センサ３０の測定値（すなわち、吸込側圧力）は、運転情報として電力線２２を介して第１の給水装置ＢＰ１に送られる。

第１の給水装置ＢＰ１の制御部ＣＮ１は、第２の給水装置ＢＰ２から送られてくる圧力センサ３０の測定値に基づき、低層階の給水栓１８ａの給水圧力（末端圧力）が所定の目標値となるようにフィードバック制御する。つまり、第１の給水装置ＢＰ１は、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力をポンプＰ１の吐出側圧力としてポンプＰ１の運転を制御する。具体的には、制御部ＣＮ１は、圧力センサ３０の測定値を現在圧（ＰＶ）として所定の目標圧（ＳＶ）を維持するようにポンプＰ１の運転を制御する。低層階の末端圧力は、第２の給水装置ＢＰ２の吸込側圧力に実質的に等しいので、圧力センサ３０の測定値は低層階の給水栓１８ａの給水圧力（末端圧力）を示していると考えることができる。したがって、圧力センサ３０の測定値から、低層階の実際の末端圧力を監視することができる。

このような運転制御方法によれば、実際の末端圧力に基づいてポンプＰ１の運転が制御されるので、配水管内の摩擦抵抗に起因する圧力降下の影響を受けない末端圧力一定制御が実現される。したがって、所望の末端圧力での給水が可能となる。なお、第２の給水装置ＢＰ２の圧力センサ３０は、第１の給水装置ＢＰ１の圧力センサＰＳ１の代用として用いることができるので、圧力センサＰＳ１を省略してもよい。

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９に示すように複数のポンプを有してもよい。図９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、ローテーションおよび台数制御を伴う複数台運転を行ったり、運転中にあるポンプまたは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。

第２の給水装置ＢＰ２が複数のポンプＰ２を備える場合には、第１の給水装置ＢＰ１の制御部ＣＮ１は、複数のポンプＰ２の合計出力に基づいて、ポンプＰ１の運転を制御してもよい。つまり、制御部ＣＮ１は、複数のポンプＰ２の合計出力が大きいほど高い追従性でポンプＰ１の吐出側圧力が目標圧力に至るようにポンプＰ１の回転数を設定してポンプＰ１の運転を制御してもよい。一例として、制御部ＣＮ１は、複数のポンプＰ２のそれぞれの最大回転数の合計に対する複数のポンプＰ２のそれぞれの現在の回転数の合計の割合が大きいほど、第１の給水装置ＢＰ１における比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐを大きく設定してもよい。また、制御部ＣＮ１は、複数のポンプＰ２の平均回転数が大きいほど、第１の給水装置ＢＰ１における比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐを大きく設定してもよい。さらに、複数のポンプＰ２の回転数に代えて、複数のポンプＰ２のモータＭ２に流れる電流値、複数のポンプＰ２で消費される電力量、または、複数のポンプＰ２の温度に基づいて、複数のポンプＰ２の回転数を用いる場合と同様に第１の給水装置ＢＰ１における比例ゲインＧｐまたは補正係数Ｋｐを設定してポンプＰ１を制御してもよい。

上記した実施形態では、第１の給水装置ＢＰ１の制御部ＣＮ１は、第２の制御装置ＢＰ２のポンプＰ２の回転数、電流値、電力量、または、温度に基づいて、ポンプＰ２の出力を判断するものとした。しかし、制御部ＣＮ１は、これらのうち２つ以上のパラメータを用いてポンプＰ２の出力を判断してもよい。一例として、複数のパラメータに対するポンプＰ２の出力の大きさを示すマップまたは関係式を実験等により予め定めて制御部ＣＮ１に記憶しておいてもよい。または、制御部ＣＮ１は、それぞれのパラメータに基づいて推定されるポンプＰ２の出力のうち最も大きいものに基づいて、ポンプＰ１の運転を制御してもよい。こうすれば、第１の配水管１４ａが負圧になることをより確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１２…水道管
１３…導入管
１６…建物
２０…給水システム
２１…逆流防止器
２２…電力線
３０…圧力センサ
１４ａ…第１の配水管
１４ｂ…第２の配水管
１８ａ，１８ｂ…給水栓
ＢＰ１，ＢＰ２…給水装置
Ｐ１，Ｐ２…ポンプ
ＣＮ１，ＣＮ２…制御部
Ｍ１，Ｍ２…モータ
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２…インバータ
ＳＷ１，ＳＷ２…フロースイッチ
ＰＳ１，ＰＳ２…圧力センサ
ＣＮ１，ＣＮ２…制御部
ＡＳ１，ＡＳ２…電流計
ＥＳ１，ＥＳ２…電力計
ＲＳ１…回転数センサ

Claims (8)

1. 給水対象に給水する給水システムであって、
   水道管に連結される第１の給水装置と、
   前記第１の給水装置の吐出側に直列に連結される第２の給水装置と、を備え、
   前記第１の給水装置は、第１のポンプと、前記第１のポンプの吐出側圧力に基づいて前記第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、前記第２のポンプの吐出側圧力に基づいて前記第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の制御部は、前記第２のポンプが第１の出力で運転しているときには、第１の追従性で前記第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように前記第１のポンプの回転数を設定して前記第１のポンプの運転を制御し、前記第２のポンプが前記第１出力より大きい第２出力で運転しているときには、前記第１の追従性より高い第２の追従性で前記第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように前記第１のポンプの回転数を設定して前記第１のポンプの運転を制御する、
   給水システム。
2. 前記第１の制御部は、前記第２のポンプの回転数に基づいて前記第２のポンプの出力を判断する、
   請求項１に記載の給水システム。
3. 前記第１の制御部は、前記第２のポンプの駆動源または前記第２の給水装置に流れる電流に基づいて前記第２ポンプの出力を判断する、
   請求項１または２に記載の給水システム。
4. 前記第１の制御部は、前記第２のポンプまたは前記第２の給水装置の消費電力に基づいて前記第２のポンプの出力を判断する、
   請求項１から３の何れか１つに記載の給水システム。
5. 前記第１の制御部は、前記第２のポンプの温度に基づいて前記第２のポンプの出力を判断する、
   請求項１から４の何れか１つに記載の給水システム。
6. 前記第１の制御部と前記第２の制御部とは通信機能を有し、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、
   請求項１から５の何れか１つに記載の給水システム。
7. 前記第１の制御部と前記第２の制御部とは、電力線を通信回線として利用する、
   請求項６に記載の給水システム。
8. 水道管に連結された第１のポンプを有する第１の給水装置と、前記第１の給水装置の吐出側に直列に連結された第２のポンプを有する第２の給水装置と、を備える給水システムを制御する方法であって、
   前記第２のポンプが第１の出力で運転しているときには、第１の追従性で前記第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように前記第１のポンプの回転数を設定して前記第１のポンプの運転を制御し、前記第２のポンプが前記第１出力より大きい第２出力で運転しているときには、前記第１の追従性より高い第２の追従性で前記第１のポンプの吐出側圧力が目標圧力に至るように前記第１のポンプの回転数を設定して前記第１のポンプの運転を制御する、
   給水システムの制御方法。

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