JPH08291798A

JPH08291798A - 給水装置

Info

Publication number: JPH08291798A
Application number: JP9490495A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kaneko; 久夫金子; Masao Obata; 征夫小畑; Tomotaka Honda; 智孝本多
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で末端の給水圧の安定化と省エネル
ギー効果を得る。【構成】制御装置６は、電動ポンプ２，３の初期の駆動
周波数を末端水栓に必要な圧力と水道水圧から算出し、
電動ポンプの特性から初期の吐き出し圧力を設定し、次
に、吐き出し圧力を検出し、設定値からの変動圧力の大
きさによって駆動周波数を増減する。このとき設定値
は、初期の駆動周波数からの周波数変化に対して給水シ
ステムの配管損失，建屋高さ，配管の構成（各階におけ
る給水口の個数）などで定めた建屋係数で補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に１０階建て程度ま
での建屋を対象として、受水槽を省略して衛生管理を容
易にする観点から、水道給水を電動ポンプ（ブースタポ
ンプ）を用いて加圧して末端給水口に供給する直結給水
型の給水装置に関し、特に前記電動ポンプの運転制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の給水装置では、送水量が変わっ
ても水を使用する末端での水圧を一定に保つために、電
動ポンプの吐き出し圧力のみならず使用水量も検出し、
マイクロコンピュータなどによる演算手段により前記検
出値に基づく制御処理で電動ポンプの吐き出し圧力の設
定値を変化させる推定末端圧力一定制御方法が多く用い
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】３階から１０階程度の
建屋の給水装置として、このような推定末端圧力一定制
御方法は、使用水量が変化した場合には電動ポンプの運
転点を変えていくので省エネルギー効果も大きく、給水
圧を安定にする点で有利であるが、使用水量の検出が不
可欠となる。使用水量を検出するためには、管路内に羽
根車を挿入してその回転を磁気センサなどで検出して流
水量を検出する流量計や電磁誘導作用による起電力に基
づいて流水量を検出する流量計などを設置する必要があ
る。しかしながらこのような流量計の設置は、設備が高
価になる欠点がある。

【０００４】本発明の目的は、簡単な構成で末端の給水
圧を安定させることができ且つ省エネルギー効果が得ら
れる給水装置を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、流量計を使用せずに
末端の給水圧を安定させることができ且つ省エネルギー
効果が得られる給水装置を提供することにある。

【０００６】本発明の更に他の目的は、建屋全体でも少
ない数の検出装置を利用して末端の給水圧を安定させる
ことができ且つ省エネルギー効果が得られる給水装置を
提供することにある。

【０００７】本発明の更に他の目的は、建屋内部の給水
設備の配置及び構成に対応して末端の給水圧を安定させ
ることができ且つ省エネルギー効果も得られる給水装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
前述した目的を達成するために、駆動周波数を変えて回
転速度を変えることにより吐き出し圧力の制御を行う電
動ポンプにより水道水を加圧して供給する給水装置にお
いて、末端水栓に必要な圧力と水道水圧に基づいて初期
の駆動周波数と初期の吐き出し設定圧力とを算出する第
１の演算手段と、前記吐き出し圧力と設定圧力との差で
ある圧力変動が所定の範囲内であるかどうかを判定する
変動量判定手段と、前記圧力変動が、吐き出し圧力が設
定圧力よりも小さい領域で前記所定の範囲を越えたとき
は前記駆動周波数を上昇させ、吐き出し圧力が設定圧力
よりも大きい領域で前記所定の範囲を越えたときは前記
駆動周波数を低下させる駆動周波数変更手段と、前記設
定圧力を流水量変化に対する給水配管における水圧変化
特性係数に応じて変化させる設定圧力変更手段とを設け
たことにある。

【０００９】そして、前記設定圧力変更手段は、前記流
水量変化を前記駆動周波数の初期の駆動周波数からの変
化量に基づいて推定するようにした。

【００１０】また、前記駆動周波数変更手段は、駆動周
波数に下限値を設定する手段と上限値を設定する手段を
備え、前記駆動周波数の下限値を３５Ｈｚ，上限値を６
０Ｈｚとした。

【００１１】また、変動量判定手段は、前記所定の範囲
の値を１０〜２０ｋＰａ（０．１〜０．２kgf／cm²）と
した。

【００１２】また、他の特徴は、駆動周波数の制御によ
って回転速度を変えことにより吐き出し圧力が圧力設定
値となるように制御を行う電動ポンプ装置により水道水
を加圧して多数階建ての建屋の各階に給水する給水装置
において、前記吐き出し圧力と設定圧力との差である圧
力変動が所定の範囲内であるかどうかを判定する変動量
判定手段と、前記圧力変動が、吐き出し圧力が設定圧力
よりも小さい領域で前記所定の範囲を越えれば前記駆動
周波数を上昇させ、吐き出し圧力が設定圧力よりも大き
い領域で前記所定の範囲を越えれば前記駆動周波数を低
下させる駆動周波数変更手段と、基準となる設定圧力を
流水量変化に対する給水配管における水圧変化特性係数
に応じて変化させる設定圧力変更手段とを設け、前記設
定圧力変更手段は、上層階での水使用に対応させて水圧
変化特性係数を変えるようにしたことにある。

【００１３】そして、設定圧力変更手段は、上層階に設
けた圧力スイッチからの圧力検出信号に応じて水圧変化
特性係数を変更するようにしたことを特徴とする。

【００１４】本発明の更に他の特徴は、駆動周波数の制
御によって回転速度を変えことにより吐き出し圧力が圧
力設定値となるように制御を行う電動ポンプ装置により
水道水を加圧して多数階建ての建屋の各階に給水する給
水装置において、前記吐き出し圧力と設定圧力との差で
ある圧力変動が所定の範囲内であるかどうかを判定する
変動量判定手段と、前記圧力変動が吐き出し圧力が設定
圧力よりも小さい領域で前記所定の範囲を越えれば前記
駆動周波数を上昇させ、吐き出し圧力が設定圧力よりも
大きい領域で前記所定の範囲を越えれば前記駆動周波数
を低下させる駆動周波数変更手段と、基準となる設定圧
力を流水量変化に対する給水配管における水圧変化特性
係数に応じて変化させる設定圧力変更手段とを設け、前
記設定圧力変更手段は、各階毎の水使用に対応させて水
圧変化特性係数を変えるようにしたことにある。

【００１５】そして、前記設定圧力変更手段は、各階に
設けた圧力スイッチからの圧力検出信号に応じて水圧変
化特性係数を変更するようにしたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】電動ポンプは、吐き出し圧力が設定値となるよ
うな回転速度になる駆動周波数で運転される。そして、
前記設定値は、駆動周波数の変化と給水配管に置ける水
圧変化特性係数に応じて変更され、末端での給水圧の変
動を軽減する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明になる給水装置の一実施例を説
明する。先ず、電動ポンプ（ブースタポンプ）装置及び
配水設備の全体構成を図１，２を参照して説明する。

【００１８】ブースタポンプ装置１には、２台の電動ポ
ンプ２，３が設けられ、各電動ポンプ２，３の吸い込み
側には仕切弁４，５が接続されている。その上流には圧
力センサ１５が接続され、複式仕切弁１０を介して水道
本管１１が接続される。各電動ポンプ２，３の吐き出し
側には、逆止弁１６，１７を介して圧力タンク１２が取
り付けられ、給水口１３へと通じる。圧力センサ１４
は、ブースタポンプ装置１から給水口１３に供給される
水圧を検出するように接続される。

【００１９】前記電動ポンプ２，３は、制御装置６内に
設けられた可変周波数インバータ電源８，９から出力さ
れる交流の駆動電圧で駆動するように接続される。可変
周波数インバータ電源８，９は、出力する交流駆動電圧
の周波数（駆動周波数）が、圧力センサ１４，１５の圧
力検出信号に基づいて制御部７によって制御される。

【００２０】給水口１３の先は、図２に示す如く、建屋
１８の内部へ配管される。ここで、１階では、減圧弁１
９を介して各戸別の給水口１３−１，１３−２が接続さ
れる。圧力スイッチ２０は、減圧弁１９から吐出される
給水圧に応動する。

【００２１】２階では、分岐した配管が圧力スイッチ２
１を介して２階における各戸別の給水口１３−３，１３
−４に接続される。以下、同様に、３，４，５階におい
ても分岐した配管が圧力スイッチ２２，２３，２４を介
して給水口１３−５〜１３−１０に接続される。

【００２２】次に、ブースタポンプ装置１について説明
する。制御部７は、待機状態では、最上階の末端水栓で
ある給水口１３−１０において必要とされる最低圧力を
確保できる加圧性能が得られる程度に電動ポンプ２，３
を弱運転させるモータ回転数となるようにインバータ電
源８，９の駆動周波数を制御する。このとき、制御部７
は、圧力センサ１４で検出される吐き出し圧力（ｐ）が
圧力設定値（ｐｄ）となるような電動ポンプ２，３のモ
ータ回転数制御を可変周波数インバータ電源８，９の周
波数制御によって行う。このとき、１階での必要以上な
圧力上昇を防ぎ且つ各階における給水圧のムラをなくす
ために、この実施例では、減圧弁１９が１階の給水口１
３−１，１３−２への給水圧力を調整する。

【００２３】ここで、何処かの給水口が開いて水を使い
始めると、圧力タンク１２に蓄えられていた水が流出し
て減圧し、圧力センサ１４がこの減圧に応動する圧力検
出信号を制御部７へ伝える。制御部７は、この圧力検出
信号に応動して電動ポンプ２，３のモータ回転数を増加
させるように可変周波数インバータ電源８，９の駆動周
波数を増加させるように該可変周波数インバータ電源
８，９を制御し、吐き出し圧力の低下を防ぐ。逆に、給
水口が閉じられた場合は、吐き出し側の圧力が上昇する
ので圧力センサ１４がこの圧力上昇に応動した圧力検出
信号を制御部７へ伝える。制御部７は、この圧力検出信
号に応動して駆動周波数を減じて電動ポンプ２，３のモ
ータ回転数を減少させて圧力が過度に上昇しないように
可変周波数インバータ電源８，９を制御する。２台の電
動ポンプ２，３を並列に設けているのは、運転制御範囲
を広くして水使用量の大幅な変化に対応させるためであ
る。

【００２４】次に、運転制御特性を詳細に説明する。こ
のブースタポンプ装置１は、圧力変動の目標値を定常運
転時には制御圧力に対して±５％以内、水栓を急に開閉
した過渡時に±３０％以内としている。

【００２５】図４は、電動ポンプ２，３を駆動する交流
電圧の駆動周波数（３５，４０，４５，５０，５５，６
０Ｈｚ）毎の該電動ポンプ２，３の流量Ｑ（横軸）に対
する全揚程Ｈ（縦軸）を示す基本特性である。全揚程１
０ｍは、圧力１００ｋＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ²）に相当
する。ここで、３５Ｈｚ以下の周波数領域は、ポンプ性
能が十分に発揮できない電動ポンプ８，９の運転領域、
６０Ｈｚ以上の領域は、インバータ電源８，９のパワー
の限界領域である。

【００２６】図３は、電動ポンプ運転制御のために、前
記制御部７が実行するインバータ制御処理のフローチャ
ートを示している。

【００２７】先ず、末端水栓に必要な圧力（Ｐ）と水道
水圧（ＰＷ）に基づいて初期の駆動周波数（ｆ０）を設
定する。駆動周波数（ｆ０）は、図４における流量
（Ｑ）が「０」のとき、つまり締切運転点での全揚程
（Ｈ）に相当する締切圧力と駆動周波数（ｆ）は略直線
的な関係にあることから、単純な比例計算で求めること
ができる。また、初期の設定吐き出し圧力（ｐ０）は、
水道水圧（ＰＷ）を流入側の圧力センサ１５により知る
ことができるので、ｐ０＝Ｐ−ＰＷとして求める（ステ
ップ３０−１）。但し、駆動周波数（ｆ０）が３５Ｈｚ
以下のときは、正常なポンプ性能を発揮することができ
ないのでそれを判定し（ステップ３０−２）、駆動周波
数（ｆ０）の下限値を３５Ｈｚとする（ステップ３０−
３）。

【００２８】初期設定値としては、駆動周波数（ｆ）＝
ｆ０，設定圧力（ｐｄ）＝ｐ０とする（ステップ３０−
４）。

【００２９】駆動周波数（ｆ）（図４の場合には略３７
Ｈｚ）で電動ポンプ２，３の運転を開始した後は、吐き
出し側の圧力センサ１４によって吐き出し圧力（ｐ）を
検出し、圧力設定値（ｐｄ）からの圧力変動（Δｐ）が
所定値として定めた１０ｋＰａ（０．１ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）の範囲内にあるかどうかを判定する（ステップ３
０−５）。この圧力変動（Δｐ）の大小を判定する所定
値は、安定した水圧制御を行うためには、１０〜２０ｋ
Ｐａ（０．１〜０．２kgf／cm²）に設定することが望ま
しい。圧力変動（Δｐ）が所定の範囲内にあれば、使用
水量に変化がないと判断して初期の駆動周波数（ｆ０）
を維持する（ステップ３０−６）。所定の範囲を越えた
ときには、この圧力変動（Δｐ）の正負を判定する（ス
テップ３０−７）。

【００３０】圧力変動（Δｐ）が負のときは、建屋内部
での使用水量が増加したと判断して駆動周波数（ｆ）を
上昇させ、吐き出し圧力（ｐ）を圧力設定値（ｐｄ）に
近付けるように電動ポンプ２，３を増速制御する（ステ
ップ３０−８）。次に、圧力設定値（ｐｄ）を、図４の
直線Ｌで示すように、駆動周波数（ｆ）の初期値（ｆ
０）からの変化量（使用水量の変化量に対応）に応じて
補正する（ステップ３０−９）。この圧力設定値の補正
は、直結給水システムの配管損失，建屋高さ，配管の構
成（各階における給水口の個数）などに基づいて定めた
建屋係数（使用水量の変化に伴う吐き出し圧力と末端水
圧の差分の水圧変化特性係数で、この実施例では、０．
０２６２５に定めた）に従った演算処理によって行う。
また、この補正特性は、一意的に建屋係数として定める
のでなく、各階に設けた圧力スイッチ２０，２１，２
２，２３，２４からの圧力検出信号（オン／オフ信号）
に基づいてどこの階での使用水量が増えたかなどを判定
して、図４の直線Ｌの勾配を変えたり、使用水量により
図４の直線Ｍに示すような階段状に補正するようにする
ことも可能である。つまり、例えば、５階での使用水量
が増えた場合には、圧力スイッチ２４から得られる圧力
検出信号（オン信号）によって圧力低下を検出すること
ができるので、このようなときには、１階あるいは２階
の圧力スイッチ２０，２１によって圧力低下を検出した
ときに比べて設定値（ｐｄ）を大きくすることができ、
５階での急激な圧力変動を避ける制御が可能となる。

【００３１】一方、駆動周波数（ｆ）の上限値は消費電
力などから６０Ｈｚとして定めてあり、駆動周波数
（ｆ）の上昇を該上限値に制限する（ステップ３０−１
５，３０−１６）。

【００３２】圧力変動（Δｐ）が正のときは、建屋内部
での使用水量が減少したと判断して駆動周波数（ｆ）を
低下させる（ステップ３０−１７）。このときも圧力設
定値（ｐｄ）については、前述と同様な補正を行う（ス
テップ３０−１８）。

【００３３】図５は、前述したような圧力設定値（ｐ
ｄ）の補正を階段状に行う例を示すインバータ制御処理
のフローチャートを示している。この制御処理は、図３
を参照して説明したステップ３０−９に対応する補正制
御処理をステップ３０−１０〜３−１４で行い、ステッ
プ３０−１８に対応する補正制御処理をスッテプ３０−
１８〜３０−２２で行うように置き換えたものである。
このインバータ制御処理は、予め用意した複数の補正値
を駆動周波数（ｆ）に基づく使用水量推定値に従って選
択して圧力設定値（ｐｄ）の補正に使用する制御処理で
ある。

【００３４】この実施例は、使用水量検出装置として圧
力スイッチ２０〜２４を用いる場合には制御処理が簡単
になる利点がある。

【００３５】図６は、図３を参照して説明した制御処理
に５階の圧力スイッチ２４の圧力検出信号を反映させた
制御処理を示している。ステップ３０−１〜３０−８の
制御処理は、前述した制御処理と同一である。５階での
使用水量が増加すると、圧力スイッチ２４がこの使用水
量の増加に伴う圧力低下を検出した圧力検出信号を出力
する。制御部７は、圧力スイッチ２４からの圧力低下検
出信号（オン信号）を入力すると（ステップ３０−３
０）、圧力設定値（ｐｄ）の補正に使用する建屋係数の
値を０．０３６２５とし（ステップ３０−３２）、それ
以外のときは０．０２６２５とする（ステップ３０−３
１）。従って、ステップ３０−９の処理で圧力設定値
（ｐｄ）の補正に使用する建屋係数は、使用水量の増加
に対して圧力低下が大きい５階における使用水量の増加
に対しては大きな値となり、使用水量の増加に伴う末端
水圧の大幅な低下を抑えることができる。

【００３６】また、制御部７は、５階で使用水量が減少
したのを検出する圧力スイッチ２４からの圧力上昇検出
信号（オフ信号）を入力すると（ステップ３０−３
３）、圧力設定値（ｐｄ）の補正に使用する建屋係数の
値を０．０３６２５とし（ステップ３０−３５）、それ
以外のときには０．０２６２５とする（ステップ３０−
３４）。

【００３７】従って、ステップ３０−１８の処理で圧力
設定値（ｐｄ）の補正に使用する建屋係数は、使用水量
の減少に対して圧力上昇が大きい５階における使用水量
の減少に対しては大きな値となり、使用水量の減少に伴
う末端水圧の大幅な上昇を抑えることができる。

【００３８】この実施例は、５階の圧力スイッチ２４に
よる圧力検出信号を考慮した建屋係数の設定について説
明したが、その他の階の圧力スイッチ１９，２１〜２３
による圧力検出信号を参照して各階毎に異なる建屋係数
を設定する制御方法も同様に実現することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、建屋係数と駆動周波数を用い
た推定末端圧力一定制御によって、使用水量を検出する
流量計をことなく、簡単な構成で末端の給水圧を安定さ
せることができ且つ省エネルギー効果が得られる給水装
置を実現することができる。

【００４０】また、全体でも少数の圧力スイッチなどに
よる水使用検出装置を用いるだけで、省エネルギー効果
が大きく、且つ、末端での使用水量の変化に対して給水
圧が安定な給水装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる給水装置におけるブースタポンプ
装置を詳細に示したブロック図である。

【図２】本発明になる給水装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明になる給水装置における制御部が電動ポ
ンプ運転のために実行するインバータ制御処理の一例を
示すフローチャート（ＰＡＤ）である。

【図４】本発明になる給水装置における電動ポンプの各
駆動周波数毎の流量Ｑに対する全揚程Ｈを示す基本特性
及び運転の様子を示す関係図である。

【図５】本発明になる給水装置における制御部が電動ポ
ンプ運転のために実行するインバータ制御処理の他の例
を示すフローチャート（ＰＡＤ）である。

【図６】本発明になる給水装置における制御部が電動ポ
ンプ運転のために実行するインバータ制御処理の更に他
の例を示すフローチャート（ＰＡＤ）である。

【符号の説明】

１…ブースタポンプ装置、２，３…電動ポンプ、６…制
御装置、７…制御部、８，９…インバータ電源、１１…
水道本管、１３…給水口、１４，１５…圧力センサ、２
０〜２４…圧力スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動周波数を変えて回転速度を変えること
により吐き出し圧力の制御を行う電動ポンプにより水道
水を加圧して供給する給水装置において、末端水栓に必要な圧力と水道水圧に基づいて初期の駆動
周波数と初期の吐き出し設定圧力とを算出する第１の演
算手段と、前記吐き出し圧力と設定圧力との差である圧力変動が所
定の範囲内であるかどうかを判定する変動量判定手段
と、前記圧力変動が、吐き出し圧力が設定圧力よりも小さい
領域で前記所定の範囲を越えたときは前記駆動周波数を
上昇させ、吐き出し圧力が設定圧力よりも大きい領域で
前記所定の範囲を越えたときは前記駆動周波数を低下さ
せる駆動周波数変更手段と、前記設定圧力を流水量変化に対する給水配管における水
圧変化特性係数に応じて変化させる設定圧力変更手段と
を設けたことを特徴とする給水装置。
【請求項２】請求項１において、前記設定圧力変更手段
は、前記流水量変化を前記駆動周波数の初期の駆動周波
数からの変化量に基づいて推定することを特徴とする給
水装置。
【請求項３】請求項１において、前記駆動周波数変更手
段は、駆動周波数に下限値を設定する手段と上限値を設
定する手段を備えたことを特徴とする給水装置。
【請求項４】請求項３において、前記駆動周波数変更手
段は、前記駆動周波数の下限値を３５Ｈｚ，上限値を６
０Ｈｚとしたことを特徴とする給水装置。
【請求項５】請求項１において、変動量判定手段は、前
記所定の範囲の値を１０〜２０ｋＰａ（０．１〜０．２
kgf／cm²）としたことを特徴とする給水装置。
【請求項６】駆動周波数の制御によって回転速度を変え
ことにより吐き出し圧力が圧力設定値となるように制御
を行う電動ポンプ装置により水道水を加圧して多数階建
ての建屋の各階に給水する給水装置において、前記吐き出し圧力と設定圧力との差である圧力変動が所
定の範囲内であるかどうかを判定する変動量判定手段
と、前記圧力変動が、吐き出し圧力が設定圧力よりも小さい
領域で前記所定の範囲を越えれば前記駆動周波数を上昇
させ、吐き出し圧力が設定圧力よりも大きい領域で前記
所定の範囲を越えれば前記駆動周波数を低下させる駆動
周波数変更手段と、基準となる設定圧力を流水量変化に対する給水配管にお
ける水圧変化特性係数に応じて変化させる設定圧力変更
手段とを設け、前記設定圧力変更手段は、上層階での水使用に対応させ
て水圧変化特性係数を変えるようにしたことを特徴とす
る給水装置。
【請求項７】請求項６において、前記設定圧力変更手段
は、上層階に設けた圧力スイッチからの圧力検出信号に
応じて水圧変化特性係数を変更するようにしたことを特
徴とする給水装置。
【請求項８】駆動周波数の制御によって回転速度を変え
ことにより吐き出し圧力が圧力設定値となるように制御
を行う電動ポンプ装置により水道水を加圧して多数階建
ての建屋の各階に給水する給水装置において、前記吐き出し圧力と設定圧力との差である圧力変動が所
定の範囲内であるかどうかを判定する変動量判定手段
と、前記圧力変動が吐き出し圧力が設定圧力よりも小さい領
域で前記所定の範囲を越えれば前記駆動周波数を上昇さ
せ、吐き出し圧力が設定圧力よりも大きい領域で前記所
定の範囲を越えれば前記駆動周波数を低下させる駆動周
波数変更手段と、基準となる設定圧力を流水量変化に対
する給水配管における水圧変化特性係数に応じて変化さ
せる設定圧力変更手段とを設け、前記設定圧力変更手段は、各階毎の水使用に対応させて
水圧変化特性係数を変えるようにしたことを特徴とする
給水装置。
【請求項９】請求項８において、設定圧力変更手段は、
各階に設けた圧力スイッチからの圧力検出信号に応じて
水圧変化特性係数を変更するようにしたことを特徴とす
る給水装置。