JP6955956B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水装置に関する。

圧力タンクの内圧によって、圧力タンク内の水を送水するようにした給水装置が知られている。圧力タンク内の空気は、水への溶解や圧力タンクの微小な隙間からの漏れによって、経時的に減少する。よって、圧力タンクには、内圧を維持するために空気を補充する必要がある。

特許文献１には、圧力タンクに水を補給する給水ポンプを配置した給水管に、圧力タンクに空気を補充するための空気補給槽を配置した給水装置が開示されている。この給水装置では、圧力タンクと給水管の空気補給槽の上流側とは接続管によって接続され、この接続管に空気補給槽内の水を圧力タンクに供給するラインポンプが配置されている。

実開平２−２９９５０号公報

特許文献１の給水装置では、ラインポンプの駆動によって、空気補給槽内の水を吸引し、空気補給槽内に外気を取り込む。これにより、給水ポンプの駆動によって圧力タンクに水を補給する際、空気補給槽内の空気を圧力タンクに補充できる。しかし、この特許文献１の給水装置では、圧力タンクへの水と空気の補給について、改良の余地がある。

本発明は、圧力タンクへの水と空気の補給を効率化できる給水装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、大気圧よりも高圧で水と空気が貯留され、内圧によって水を送水管に送水する圧力タンクと、水源に一端が接続され、前記圧力タンクに他端が接続された給水管と、前記給水管に配置され、前記水源の水を前記圧力タンクに供給する給水ポンプと、前記給水管のうち前記給水ポンプの下流側に一端が接続され、前記圧力タンクに他端が接続された給気管と、前記給気管に配置され、前記圧力タンクに供給する空気を取込可能な空気補給槽と、前記給水管のうち前記給水ポンプと前記給気管が接続された部分との間に一端が接続され、前記送水管に他端が接続された連通管と、前記圧力タンク内の水量を検出する水位センサと、前記圧力タンク内の圧力を検出する圧力センサと、前記水位センサの検出結果が定められた下限水位よりも低下したことを示すと、又は前記圧力センサの検出結果が定められた下限圧力よりも低下したことを示すと、前記給水ポンプを動作させて、前記連通管を通して前記水源の水を前記送水管に送水するコントローラとを備える、給水装置を提供する。

この給水装置によれば、空気補給槽内の圧力と圧力タンク内の圧力との差によって、圧力タンク内の水が給水管を逆流して空気補給槽内に流入し、空気補給槽内に取り込んだ空気が圧力タンクへ流入するため、圧力タンク内の水を空気に置換できる。つまり、給水管に接続した給気管に空気補給槽を配置しているため、給水ポンプを駆動させることなく、圧力タンクに空気を補充でき、給水ポンプの駆動により、圧力タンクに水を補給できる。よって、給水ポンプの駆動時間が削減されるため、給水ポンプの寿命を長期化できる。

前記給水管のうち前記連通管が接続された部分と前記給気管が接続された部分との間に配置され、前記圧力タンクに供給する水を加圧する加圧ポンプを更に備える。この態様によれば、定められた水位まで圧力タンクに水を補給でき、圧力タンク内を確実に設定圧力まで昇圧できる。

前記給気管のうち前記空気補給槽の上流側に、常閉の開閉弁を更に備える。この態様によれば、空気補給槽への空気の取込時に給水管への空気の混入を防止できる。よって、給水管に加圧ポンプを配置している場合、空気混入による加圧ポンプの吐出動作の不具合を回避できる。

前記給気管のうち前記空気補給槽と前記開閉弁の間に、前記空気補給槽内の水を排出する排水弁を更に備える。この態様によれば、空気補給槽内に空気を効率的に取り込むことができる。

前記コントローラは、前記排水弁を開弁して前記開閉弁を閉弁した第１状態と、前記排水弁を閉弁して前記開閉弁を開弁した第２状態とを交互に繰り返し、前記給気管を介して連通した前記圧力タンクと前記空気補給槽との圧力差を利用して前記圧力タンクに空気を補充する。この態様によれば、圧力タンクに貯留する水と空気の比率を最適化できるため、圧力タンク内を確実に定められた圧力に維持できる。

本発明の給水装置では、給水管に接続した給気管に空気補給槽を配置しているため、圧力タンクと空気補給槽の圧力差によって、空気補給槽内の空気と圧力タンク内の水を置換できる。よって、給水ポンプの駆動により圧力タンクに水を補給でき、給水ポンプを駆動させることなく圧力タンクに空気を効率的に補充できる。

本発明の実施形態に係る給水装置の構成を示す概略図。 給水装置の送水時の状態を示す概略図。 給水装置の送水時の他の状態を示す概略図。 圧力タンクへの水の補給時の状態を示す概略図。 圧力タンクへの空気の補充時の一工程を示す概略図。 圧力タンクへの空気の補充時の他の工程を示す概略図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る給水装置１０を示す。この給水装置１０は、圧力タンク１２の内圧によって水栓１に水を送水するもので、例えば水道が通っていない地域、及び草木への散水設備等に用いられる。本実施形態では、圧力タンク１２内への水と空気の補給の効率化を図り、圧力タンク１２内の圧力を常に最適な状態に維持する。

（給水装置の概要）
圧力タンク１２は、大気圧よりも高圧で（例えば６０ＭＰａ）で水と空気を貯留可能な容器である。圧力タンク１２には、検出部として、内部の水の量を検出するための水位センサ１３と、内部の圧力を検出するための圧力センサ１４とが配置されている。水位センサ１３は、例えば全長が異なる２以上の電極を用いた電極式レベルセンサによって構成される。圧力センサ１４は、例えば圧力タンク１２内の空気層の圧力と大気圧の圧力差を検出する差圧センサによって構成される。

水栓１と圧力タンク１２は送水管１６によって接続され、貯水槽（水源）２と圧力タンク１２は給水管２２によって接続されている。また、給水管２２と送水管１６は、連通管２５、及び還流管２８によって連通されている。

送水管１６は、圧力タンク１２の下端に第１端（一端）１６ａが接続され、水栓１に第２端（他端）１６ｂが接続された配管である。送水管１６には、圧力タンク１２から水栓１に向けた水の流動を許容し、逆向きの水の流動を阻止する逆止弁１７が配置されている。送水管１６の逆止弁１７の下流側には、止水弁２０を配置したドレン管１９が接続されている。

給水管２２は、貯水槽２に第１端（一端）２２ａが接続され、圧力タンク１２の下部に第２端（他端）２２ｂが接続された配管である。給水管２２の貯水槽２側（第１端２２ａ）は３つに分岐され、これらの分岐管に給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃが配置されている。給水管２２の第２端２２ｂは、圧力タンク１２に対して、送水管１６の第１端１６ａよりも上側、かつ、設定された下限水位よりも下側に接続されている。

連通管２５は、給水管２２に第１端（一端）２５ａが接続され、送水管１６に第２端（他端）２５ｂが接続された配管である。詳しくは、連通管２５の第１端２５ａは、給水管２２の給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃの下流側に接続され、連通管２５の第２端２５ｂは、送水管１６の逆止弁１７の下流側に接続されている。連通管２５には、給水管２２から送水管１６に向けた水の流動を許容し、逆向きの水の流動を阻止する逆止弁２６が配置されている。

還流管２８は、送水管１６に第１端（一端）２８ａが接続され、給水管２２に第２端（他端）２８ｂが接続された配管である。詳しくは、還流管２８の第１端２８ａは、逆止弁１７の下流側、かつ送水管１６の連通管２５が接続された部分（第２端２５ｂ）の上流側に位置するように、送水管１６に接続されている。還流管２８の第２端２８ｂは、給水管２２の連通管２５が接続された部分（第１端２５ａ）よりも下流側に位置するように、給水管２２に接続されている。

図１に二点鎖線で示すように、水位センサ１３、圧力センサ１４、及び給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃは、コントローラ３０に電気的に接続されている。コントローラ３０は、水位センサ１３と圧力センサ１４の検出結果に基づいて給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃを制御するもので、単一又は複数のマイクロコンピュータ、及びその他の電子デバイスにより構成されている。

（圧力タンクからの送水）
図２Ａに一点鎖線で示すように、水栓１が開かれると圧力タンク１２内の水は、圧力タンク１２の内圧によって、送水管１６を通して水栓１へ送水される。コントローラ３０は、水位センサ１３又は圧力センサ１４による検出結果が、定められた下限水位又は下限圧力よりも低下したと判断すると、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃを動作させる。これにより、図２Ｂに一点鎖線で示すように、貯水槽２の水が、給水管２２から連通管２５を通して送水管１６に直接供給される。

給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃによる送水管１６への送水の一部は、圧力タンク１２へ供給（還流）される。この還流は、還流管２８と給水管２２の第１区間２２Ａ（第２端２２ｂと還流管２８の第２端２８ｂとの間）とを通して行われる。なお、後述する加圧ポンプ３８を動作させて、給水管２２を通して圧力タンク１２への給水を同時に行ってもよい。

（圧力タンクへの水と空気の補給構造）
圧力タンク１２内の水は、水栓１への送水によって減少する。圧力タンク１２内の空気は、水への溶解や圧力タンク１２の微小な隙間からの漏れによって、経時的に減少する。特に空気の減少は圧力タンク１２内の圧力不足に繋がるため、圧力タンク１２内の水が適量であっても、水を十分に送水することが困難になる。この場合、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃが頻繁に駆動することになり、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃの寿命（使用可能な期間）が短くなる。そこで、本実施形態では、圧力タンク１２内の圧力を常に最適な状態に維持できるように、給気管３２、空気補給槽３５、加圧ポンプ３８、開閉弁４０、及び排水弁４２が配置されている。

給気管３２は、給水管２２に第１端（一端）３２ａが接続され、圧力タンク１２の上部に第２端（他端）３２ｂが接続された配管である。詳しくは、給気管３２の第１端３２ａは、給水管２２の給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃの下流側、かつ給水管２２の還流管２８が接続された部分（第２端２８ｂ）の上流側に分岐接続されている。給気管３２には、給水管２２から圧力タンク１２に向けた流体（気体と液体）の流動を許容し、逆向きの流体の流動を阻止する逆止弁３３が配置されている。

空気補給槽３５は、圧力タンク１２に補充する空気を内部に取込可能な容器であり、逆止弁３３の上流側に位置するように、給気管３２に配置されている。空気補給槽３５は、空気補給槽３５内に向けた外気の流動を許容し、逆向きの空気及び水の流動を阻止する吸気弁３６を備える。

加圧ポンプ３８は、圧力タンク１２に供給する水を加圧するもので、電気的に接続されたコントローラ３０によって制御される。加圧ポンプ３８は、給水管２２の給気管３２が接続された部分（第１端３２ａ）の上流側、かつ給水管２２の連通管２５が接続された部分（第１端２５ａ）の下流側に接続されている。

開閉弁４０は、給気管３２の空気補給槽３５の上流側に配置されている。開閉弁４０は、給水管２２と空気補給槽３５が連通した状態と、給水管２２と空気補給槽３５の連通を遮断した状態とに切り換えるもので、電気的に開弁と閉弁が可能な電磁弁によって構成されている。開閉弁４０は、電気的に接続されたコントローラ３０によって制御され、定常時には閉弁状態に維持され、必要時のみ開弁状態に切り換えられる（常閉）。

排水弁４２は、空気補給槽３５内の水を外部へ排出するもので、給気管３２の空気補給槽３５と開閉弁４０の間に分岐接続された排水管４３に配置されている。排水弁４２は、空気補給槽３５内と大気が連通した状態と、空気補給槽３５内と大気の連通を遮断した状態とに切り換えるもので、電気的に開弁と閉弁が可能な電磁弁によって構成されている。排水弁４２は、電気的に接続されたコントローラ３０によって制御され、定常時には閉弁状態に維持され、必要時のみ開弁状態に切り換えられる（常閉）。

（水と空気の補給処理）
コントローラ３０は、定められた時間（例えば１０分）毎に、水位センサ１３と圧力センサ１４によって圧力タンク１２内の水位と圧力を検出し、その検出結果に基づいて圧力タンク１２への給水工程と給気工程の実行の要否を判断する。詳しくは、コントローラ３０は、まず、水位センサ１３の検出結果が定められた上限水位よりも低いことを示す場合に給水工程を実行し、水位センサ１３の検出結果が上限水位を示す場合には給水工程を実行しない。給水工程の実行後、又は給水工程のスキップ後、コントローラ３０は、圧力センサ１４の検出結果が定められた上限圧力よりも低いことを示す場合に給気工程を実行し、圧力センサ１４の検出結果が上限圧力を示す場合には給気工程を実行しない。

給水工程では、コントローラ３０は、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃと加圧ポンプ３８を動作させる。これにより、図３に一点鎖線で示すように、貯水槽２内の水が給水管２２を通して圧力タンク１２に補給される。この給水は、水位センサ１３の検出結果が上限水位を示すことで停止される。なお、給水工程で開閉弁４０は、閉弁状態から開弁状態に切り換えられてもよいし、閉弁状態を維持されてもよい。開閉弁４０が開弁された場合、水は、給気管３２からも圧力タンク１２に補給される。

給気工程では、コントローラ３０は、まず、排水弁４２を開弁させる。これにより図４Ａに一点鎖線で示すように、空気補給槽３５内と大気が連通することで、空気補給槽３５内の水が排水管４３を通して外部へ排出され、吸気弁３６を通して空気補給槽３５の内部に外気が流入する。なお、空気は、空気補給槽３５の内部だけでなく、空気補給槽３５から排水管４３の接続部分までの給気管３２の一部と、排水管４３全体にも流入する。但し、開閉弁４０が閉弁状態であるため、給気管３２の排水管４３の接続部分から開閉弁４０までの間は、水で満たされている。勿論、給水管２２の内部も水で満たされている。

排水弁４２の開弁後、定められた時間が経過すると、コントローラ３０は、排水弁４２を閉弁させ、開閉弁４０を開弁させる。この状態では、圧力タンク１２内は給水によって大気圧よりも高圧になっており、空気補給槽３５内は外気の取り入れによって大気圧になっている。よって、図４Ｂに示すように、圧力タンク１２内と空気補給槽３５内の圧力差によって、圧力タンク１２内の水（一点鎖線）と空気補給槽３５内の空気（破線）とが置換される。

詳しくは、圧力タンク１２内の水は、低圧側である給水管２２の第１区間２２Ａと第２区間２２Ｂ（還流管２８の第２端２８ｂと給気管３２の第１端３２ａとの間）を逆流し、給気管３２を通って空気補給槽３５内に流入する。よって、空気補給槽３５内に取り込んだ空気は、流入した水に押し出され、逆止弁３３を通って圧力タンク１２内に流入する。

この給気工程を定められた時間毎（所定回数）に実行することで、圧力タンク１２内の空気量を最適化できる。よって、給水工程によって上限水位まで水を補給することで、圧力タンク１２内を確実に設定圧力まで昇圧できる。

このように、本実施形態の給水装置１０では、給水管２２に分岐接続した給気管３２に空気補給槽３５を配置しているため、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃと加圧ポンプ３８を駆動させることなく圧力タンク１２に空気を補充できる。よって、給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃと加圧ポンプ３８の駆動時間が削減されるため、これらの寿命を長期化できる。つまり、空気の補充に給水ポンプ２３Ａ〜２３Ｃと加圧ポンプ３８を駆動させる場合、運転頻度と運転時間の増加に繋がるため、製品寿命の低下と故障の問題が生じるが、このような問題を解消できる。

また、給気管３２における空気補給槽３５の上流側に開閉弁４０を備えるため、空気補給槽３５への空気の取込時に給水管２２（加圧ポンプ３８）への空気の混入を防止できる。よって、空気混入による加圧ポンプ３８の吐出動作の不具合を回避できる。さらに、給気管３２の空気補給槽３５と開閉弁４０の間に排水弁４２を備えため、空気補給槽３５内に空気を効率的に取り込むことができる。そして、コントローラ３０は、圧力タンク１２内の圧力と水位に基づいて給気工程と給水工程を実行するため、圧力タンク１２内の水と空気の比率を最適化でき、圧力タンク１２内を確実に定められた圧力に維持できる。

なお、本発明の給水装置１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、給水ポンプは、１個だけであってもよいし、４個以上配置してもよいし、その数は必要に応じて変更が可能である。給水ポンプによる圧力タンクへの給水圧力が確保できるならば、加圧ポンプは配置しなくてもよい。開閉弁は、給気管の代わりに、給水管の加圧ポンプの下流側に配置してもよい。圧力タンク内の圧力と水位を検出する手段（検出部）は、必要に応じて変更が可能である。

１…水栓
２…貯水槽
１０…給水装置
１２…圧力タンク
１３…水位センサ（検出部）
１４…圧力センサ（検出部）
１６…送水管
１６ａ…第１端（一端）
１６ｂ…第２端（他端）
１７…逆止弁
１９…ドレン管
２０…止水弁
２２…給水管
２２Ａ…第１区間
２２Ｂ…第２区間
２２ａ…第１端（一端）
２２ｂ…第２端（他端）
２３Ａ〜２３Ｃ…給水ポンプ
２５…連通管
２５ａ…第１端（一端）
２５ｂ…第２端（他端）
２６…逆止弁
２８…還流管
２８ａ…第１端（一端）
２８ｂ…第２端（他端）
３０…コントローラ
３２…給気管
３２ａ…第１端（一端）
３２ｂ…第２端（他端）
３３…逆止弁
３５…空気補給槽
３６…吸気弁
３８…加圧ポンプ
４０…開閉弁
４２…排水弁
４３…排水管

Claims (6)

1. 大気圧よりも高圧で水と空気が貯留され、内圧によって水を送水管に送水する圧力タンクと、
   水源に一端が接続され、前記圧力タンクに他端が接続された給水管と、
   前記給水管に配置され、前記水源の水を前記圧力タンクに供給する給水ポンプと、
   前記給水管のうち前記給水ポンプの下流側に一端が接続され、前記圧力タンクに他端が接続された給気管と、
   前記給気管に配置され、前記圧力タンクに供給する空気を取込可能な空気補給槽と、
   前記給水管のうち前記給水ポンプと前記給気管が接続された部分との間に一端が接続され、前記送水管に他端が接続された連通管と、
   前記圧力タンク内の水量を検出する水位センサと、
   前記圧力タンク内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記水位センサの検出結果が定められた下限水位よりも低下したことを示すと、又は前記圧力センサの検出結果が定められた下限圧力よりも低下したことを示すと、前記給水ポンプを動作させて、前記連通管を通して前記水源の水を前記送水管に送水するコントローラと
   を備える、給水装置。
2. 前記給水管のうち前記連通管が接続された部分と前記給気管が接続された部分との間に配置され、前記圧力タンクに供給する水を加圧する加圧ポンプを更に備える、請求項１に記載の給水装置。
3. 前記給気管のうち前記空気補給槽の上流側に、常閉の開閉弁を更に備える、請求項１又は２に記載の給水装置。
4. 前記給気管のうち前記空気補給槽と前記開閉弁の間に、前記空気補給槽内の水を排出する排水弁を更に備える、請求項３に記載の給水装置。
5. 前記コントローラは、前記排水弁を開弁して前記開閉弁を閉弁した第１状態と、前記排水弁を閉弁して前記開閉弁を開弁した第２状態とを交互に繰り返し、前記給気管を介して連通した前記圧力タンクと前記空気補給槽との圧力差を利用して前記圧力タンクに空気を補充する、請求項４に記載の給水装置。
6. 前記送水管のうち前記連通管が接続された部分よりも上流側に一端が接続され、前記給水管のうち前記連通管が接続された部分よりも下流側に他端が接続されたた還流管を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の給水装置。

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