JPS63167096A - 自動給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集合住宅等の給水に好適な自動給水装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来より、集合住宅や大店舗等を給水対象とする自動給
水装置においては、例えば特公昭５９−７２０号公報等
に開示されるように、圧力タンクと複数台のポンプを組
合すせて給水を行っている。第５図は、この種自動給水
装置の従来例を示すものである。同図において、３０は
貯水タンクのタンク水、３１は吸込管、３２は先行ポン
プ、３２′は追従ポンプ、３３は吐出管、３４は圧力タ
ンク。

３５は先行ポンプ制御用の圧力スイッチ、３６は追従ポ
ンプ制御用の圧力スイッチ、３７はポンプ制御装置であ
る。圧力スイッチ３５．３６は、圧力タンク３４内の圧
力変化から給水量の変化を検知するもので、タンク圧が
設定圧力値以下になるとスイッチが閉じるもので、その
圧力設定値は夫夫ずらしである。しかして、このような
給水システムを構成することにより、所定の給水量の範
囲内では、先行ポンプ制御用の圧力スイッチ３５が圧力
タンク３４の圧力状態を検知して、先行ポンプ３２を単
独運転制御し、給水量が更に増大した時には追従圧力ス
イッチ３６も閉じ、この検出信萼に基づき、制御装置３
７が先行ポンプ３２の他に追従ポンプ３２′にも運転指
令を与えて、ポンプ３２．３２’の並列運転が行われる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来の給水システムは、一般に中規模（２０世
帯）以上の集合住宅や大店舗給水を対象として使用され
ているが、給水装置が比較的大形で且つ容量も給水規模
に応じて様々であるので。

圧力タンク、ポンプ、モータ等を受注設計・生産する方
式が採用されている。ところで、最近の住宅傾向は、３
，４階建ての１０〜２０世帯の小規模集合住宅が増加す
る傾向にあり、このような小規模集合住宅にも前述した
如き自動給水システムが採用されつつある。しかしなが
ら、小規模集合住宅に前述の自動給水システムを採用し
た場合には、この場合にも中規模以上の給水システム同
様に給水装置を受注設計・生産しなければならず、給水
規模の割には装置及び設置コストが高価なものとなり、
しかも受注方式なので設置までに時間を要したり、収容
スペースが大形化して設置面積比率が高くなる等の改善
すべき点があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、個々の家庭にも使用できる汎用型の
自動式ポンプを任意に複数組合わせて小規模集合住宅に
対応でき、しかも簡易に且つ低コストで設置できる自動
給水装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、複数のポンプを並列に組合おせ。

揚水量の変化に応じて前記ポンプを単独或いは並列運転
に切換制御して給水運転を行う方式の自動給水装置にお
いて１次の手段を講じることで達成される。なお、本発
明の内容の理解を容易にするため、第１図に示す本発明
の一実施例の符号を引用しながら説明する。

本発明は、（１）複数の各ポンプ５．５の夫々が、各自
のポンプ運転状態を検出する検出素子１８と、ポンプ運
転状態に応じて各ポンプ５を設定の揚水特性に基づき個
別に運転制御する運転制御部８とを有して、ポンプ５自
身が単独の給水装置として使用できる汎用型のポンプよ
りなる。

（２）また、前記各ポンプ５の運転制御部８には、検出
素子１８で検出したポンプ運転状態検出信号を外部に出
力させる出力端子と、外部からポンプ運転・停止指令信
号を入力するための入力端子を設け、この入出力端子及
び信号線１０．１１を介して前記各ポンプ５の運転制御
部を外部の中央制御装置９に電気的に接続する。（３）
一方、前記中央制御装置９は、前記ポンプ運転状態検出
信号に応じてポンプ単独運転、並列運転のいずれかを必
要に応じて選択し、その選択に応じて前記各ポンプ５の
運転制御部８にポンプ運転・停止指令信号を送るよう設
定する。

〔作用〕

このような構成よりなる本発明によれば、現在、一方の
ポンプ５（例えば給水ユニット４側のポンプ）が単独運
転にあれば、そのポンプ運転状態〔例えば、ポンプ運転
による圧力タンク内給水圧力（全揚程）、給水量（揚水
量）、ポンプモータの供給電流等の変化状態〕が検出素
子１８．運転制御部８．信号線１０を介して中央制御装
置９に信号として送られる。中央制御装置９は、このポ
ンプ運転状態に応じて、ポンプ５が単独運転でも充分で
あるか或いは並列運転の必要性があるかを判断し、単独
運転を続行すべきと判断した場合には、給水ユニット４
側の運転制御部８のみに信号線１１を介して運転指令を
送る。また、並列運転を続行すべきと判断した場合には
、他方のポンプ５（給水ユニット４′側）の運転制御部
８にも給水ユニット４同様に運転指令を送る。このよう
にして、ポンプの単独運転成いは並列運転が必要に応じ
て選択的に行われるが、中央制御装置９から運転指令を
受けた各ポンプ５の運転そのものは各自の運転制御部８
によって行うものである。

しかして１本発明では、小規模集合住宅にこのような給
水システムを適用する場合には、モータ５そのものが小
形で足り、且つ各ポンプ５は、各自が検出素子１８．運
転制御部８を有して、それ自身が単独の給水装置として
使用できるので１個々のポンプ（検出素子１８．運転制
御部８を含む）５が一般家庭用の汎用タイプの自動式給
水ポンプとして市販できる性質を有している。換言すれ
ば、本発明は自動給水システムを施工する場合に、従来
のように受注設計・生産方式により各ポンプ部品を組合
わせる必要がなく、市販される量産型の汎用自動給水ポ
ンプを任意に組合わせるだけで集合住宅対応の給水シス
テムを構成することができる。更に、その組立も、各ポ
ンプ５の運転制御部８に入出力端子を設けて、中央制御
装置９と信号線１０．１１を介して接続するだけで良い
ので、簡易且つ安価に給水システムを構成でき、更に必
要に応じてポンプを追加接続でき施工上の給水規模の変
更にも臨機応変に対応できる。また、小型ポンプの組合
わせが可能なので、設置スペースをさ程要さず、給水対
象に対する設置面積比率が低くなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づき説明す
る。

第１図は本発明の一実施例たる自動給水装置のシステム
構成図、第２図は本実施例に使用する各ポンプの制御回
路図、第３図及び第４図は本実施例の動作状態を説明す
るためのポンプの特性線図である。

第１図において、１は上水道より一度切り離されて貯水
されているタンク水、２は吸込管、３は吐出管であり、
吸込管２及び吐出管３よりなる給水系は複数に並列接続
され、一方の給水系に第１給水ユニツト４が、他方の給
水系に第２給水ユニツト４′が配置されている。第１．
第２の各給水ユニット４，４′の夫々は、汎用タイプの
小形ポンプ５（家庭用自動給水ポンプでモータを含む：
モータ容量０．７５ｋＷ程度）と、この小形ポンプ５に
見合った小形圧力タンク６と、圧力タンク６内の上限・
下限設定圧力値で開閉動作を行う圧力スイッチ７と、各
給水ユニット４，４′のポンプ５の単独運転特性が所定
の揚水特性（この特性については後述する）となるよう
制御する運転制御部８とで構成する。運転制御部８は、
給水が始まりタンク６内圧が下限設定値まで低下して、
圧力スイッチ７が閉じると回路動作が可能な状態となる
。ここで、運転制御部８で設定される各ポンプ５の単独
運転特性について第３図に基づき説明する。第３図は縦
軸を全揚程（Ｈｔ　）　、横軸を揚水量（Ｑ）として揚
水曲線（Ｈ−Ｑ特性）を表わし、符号Ａで示す実線は本
実施例における運転制御部８で設定する揚水特性である
。更に詳述すれば本実施例の揚水特性は、実線Ａのａ点
以下の揚程とならないように、揚水特性が予め設定され
た圧力スイッチ７のオン−オフの上下限範囲内で入るよ
うに設定するもので、この揚水特性を保つ手段として揚
水量（給水量）Ｑの変化に応じてポンプモータの電力（
回転数）制御を行っている。このように揚水特性を設定
するのは次の理由による。

すなわち、従来は一般にポンプモータの電力制御につい
ては行わないので、揚水曲線も破線Ａ′に示すように揚
水量Ｑが減少すると全揚程（タンク圧力）の上昇が急勾
配となり、そのため、全揚程の所定範囲ａ点で圧力スイ
ッチオン、ｂ点で圧力スイッチオフさせて、ポンプの駆
動・停止制御を行っているが、この方式では揚水量Ｑの
変化によって給水圧力の変動が比較的大きく、またポン
プ起動・停止の頻度が多くなる。そこで、本実施例では
、このような事態が生じないようにするため、揚水特性
が圧力スイッチ７のオン・オフ間（ａ点−ｇ点間）に入
るように設定するものである。揚水特性Ａを保つための
具体的ポンプ運転制御については後述する。

９は中央制御装置で、中央制御装置９は各給水ユニット
４，４′の運転制御部８と信号線１０゜１１を介して接
続され、信号線１０を介して各運転制御部８から送られ
てきたポンプ運転情報に基づき給水ユニット４，４′の
いずれかのポンプ５を単独運転すべきか並列運転すべき
を判断し、その指令信号を各信号同［１１を介して各ポ
ンプの運転制御部８に送る機能を有する。ポンプ５の単
独運転・並列運転の判断基準となるものは第３図の単独
運転特性のａ点であり、一方のポンプ５のみが単独運転
している時に、その単独運転特性の全揚程が第３図に示
すａ点以上であれば単独運転、ａ点以下になろうとする
と並列運転に移行する。

次に１本実施例の各給水ユニット４，４′内に組込まれ
る運転制御部８の具体的回路構成を第２図に基づき説明
する０図中、第１図と同一符号は同一部分を示す、運転
制御部８は、マイクロコンピュータよりなる運転制御素
子２４や、その他の周辺機器（電流センサ１８．Ｄ／Ａ
変換審２１゜交流電力制御素子１３，１４．比較器２０
等）で構成される。

１２はポンプ５のモータで、モータ１２は圧力スイッチ
７が閉じると運転が可能な状態にセラ］−され、交流電
力制御素子１３．１４を介して電力制御される。交流電
力制御素子１３は光電形層方向制御素子を、１４は双方
向制御素子を使用し、運転制御素子２４の出力ポートＰ
２０からの信号で作動制御される。１５は運転制御素子
２４の電源トランス、１６は整流・平滑回路、１７は定
電圧回路である。

１８はモータ１０の電流変化によりポンプ５の運転状態
を検出する電流センサで、本実施例はカレント・トラン
ス形の電流センサ１８を用いて検出電流値を電圧変換し
、整流回路１９を通した後の電圧値が検出値として、比
較器２０の一方側に入力される。また、比較器２０の他
方側にＤ／Ａ変換器２１のアナログ電圧値が入力される
。Ｄ／Ａ変換器２１は、運転制御素子２４のＰ２Ｏ。

Ｐ３１．Ｐ３２．Ｐ３３ボートから出力される４ビツト
のデジタル値をアナログ変換するものである。Ｐ３０〜
Ｐ３３のデジタル信号は４ビツトの組合わせを順々に変
えて出力され、そのビット組合わせのプログラムルーチ
ンが商用交流電源の半サイクル単位で終わるように、運
転制御素子２４で設定されている。このようなビットの
組合わせで順々に変化するデジタル信号値ひいてはアナ
ログ信号値は、ポンプモータ１２の負荷電流（すなわち
電流センサ１８の検出値）が現在どの程度にあるか判断
する基準信号値となるものである。比較器２０は、電流
センサ１８の検出値と、　Ｄ／Ａ変換器２１の変化する
基準アナログ値を比較し、電流センサ１８の検出値が現
在どの基準アナログ値に達しているか比較判断して、そ
の結果を運転制御素子２４のＰ４０ポートに入力する。

２３はゼロクロスのタイミング入力回路であり。

タイミング信号が運転制御素子２４に入力される。

運転制御素子２４は、Ｄ／Ａ変換１ｌｉ１２１にビット
を順次組換えてデジタル信号を出力する他に。

ポンプ（モータ１２）５の単独運転特性が既述した揚水
運転特性（第３図の実線Ａの揚水特性）となるように制
御する機能を有する。具体的には、比較器２０からの出
力信号に基づきタイミング回路２３のゼロクロスのタイ
ミングを任意時間遅らせてＰ２０ポートに出力し、この
出力信号に基づき光電双方向制御素子１３ひいては双方
向制御素子１４を作動制御して、モータ１２の電力制御
を行う。運転制御素子２４のＰ２Ｏは、ポンプ運転状態
を示す検出電流値の信号を中央制御装置９に送る出力ポ
ート、Ｐ５１は中央制御装置９から送られてきた運転指
令信号を入力するための入力ポートで、Ｐ５１ポートに
信号が入ると、Ｐ２０ポート出力が可能となり、ポンプ
運転制御が行い得る。Ｐ５０ポート、Ｐ５１ポートは信
号線１０゜１１を介して中央制御装置９の入力ポート、
出力ポートに夫々接続される。中央制御装置９は、各給
水ユニット４，４′の運転制御部８と電気的接続を可能
にするため、２台以上の給水ユニットからの信号線１０
．１１を接続できる各２個以上の入力・出力ポートを備
えたマイクロコンピュータ或いはディスクリート回路で
構成されている。

次に本実施例の動作について説明する。

本実施例の給水システムは、基本的にはポンプ５の単独
運転、並列運転のいずれの場合でも、選択されたポンプ
５（単独運転の場合は給水ユニット４側のポンプ、並列
運転の場合は給水ユニット４．４′双方のポンプ）がタ
ンク水１を吸込管２を通して吸上げ、吸上げた水を加圧
した後に吐出管４を通して各階上の先端蛇口へ給水する
ものである。ポンプ５は給水当初から作動するものでは
なく、給水が始まり、圧力タンク６の内圧が低下すると
、圧力スイッチ７．が閉じ、これによって各給水ユニッ
トのポンプ５の運転が可能な状態にセットされる。そし
て、先ず中央制御装置９から先行給水ユニット４側の運
転制御素子２４のＰ５１ポートに信号線１１を通して信
号が送られ、交流電力制御素子１３．１４の作動により
、先行給水ユニット４のポンプ（モータ１２）５が単独
運転制御される。給水ユニット４の単独運転は、第３図
に示すように全揚程Ｈｔがａ点以下にならない限り、揚
水特性Ａが圧力スイッチ７のオン−オフ間に入るように
ポンプ運転制御される。このポンプ５の単独運転制御の
具体的動作は次のように行ねれる。先ず、第２図に示す
よやに、電流センサ１８がモータ１２の電流値（第３図
実線Ｉで示すもの、なお、破線■′は従来の電流状態で
ある。）を検出し、この電流値が比較器２０に入力され
、Ｄ／Ａ変換器２１から順次送られてくる基準アナログ
値と比較される。比較４１１２０は、電流センサ１７の
検出値が現在Ｄ／Ａ変換器２１のどの程度のアナログ値
に達してるか比較判断して、その結果を運転制御素子２
４のＰ４０ポートに送る。運転制御素子２４は、この比
較器２０の出力信号（電流センサ１８の電流検出値）に
基づき、ポンプ５の運転状態（揚水量、揚程等）を判断
し、揚水量Ｑが減少する程（すなわち全揚程ひいてはモ
ータ電流値■が上昇する程）に、Ｐ２０ポートから出力
されるタイミング信号を、タイミング入力回路２３で設
定されるゼロクロスのタイミングより任意時間遅らせて
Ｐ２０ボートに出力する。そして、この遅れたタイミン
グ信号で光電双方向制御素子１３を介してスイッチング
素子の双方向制御素子１４を駆動し、モータ電流の位相
制御が行われる。これによりモータ１２に印加される交
流波形がカットされ、電力が低減され、モータ回転数が
低下する。このようにして、揚水量Ｑが減少する程にモ
ータ電流の位相制御が大きくかけられ、ポンプ運転特性
が落され、常にポンプ５の単独運転特性が圧力スイッチ
７のオン−オフ間に入り。

その結果、モータ５の断続運転が避けられ、また給水圧
力の変化も極力押さえることができる。逆に揚水量が増
して圧力が下がり、さらに単独運転における最大揚水量
に達すると、給水ユニット４゜４′のポンプ５による並
列運転に移行する。実施例においては、タンク７圧力が
低下し、任意点ａに達する電流値すによって２台目を追
従させる方式を取っている。具体的には、揚水量が増し
、先行給水ユニット４のポンプ５のタンク圧力が任意点
ａに達した時、給水ユニット４側の運転制御部８のＰ５
０ポート信号線１０を介して中央制御装置９に電流検知
によるポンプ状態信号を出力し、並列運転を要請する。

そして、中央制御袋［９は、追従給水ユニット４′のＰ
５１ボート信号線１１を介して信号を出力し、このよう
にして追従給水ユニット４′のポンプ５が自身の運転制
御部８を介して、前述の給水ユニット４の運転動作同様
に運転制御される。

第４図にポンプ単独運転から２台並列運転に移行した時
の揚水特性を表わす、揚水特性は、給水始動時は単独運
転のＡ特性であるが、揚水量が増えａ点に達すると先に
述べた通り、並列運転に移行する。この時の揚水特性は
Ｂとなる。揚水特性Ｂは、給水ユニット４，４′の各ポ
ンプ５の単独運転特性を合成したものであり、合成され
た揚水特性Ｂは、圧力スイッチ７のオン−オフ間に入る
揚水特性Ｂを単独運転特性Ａの倍程度に拡張できる。そ
して、並列運転に移行すると、その移行時点に、白抜矢
印で示すように給水特性が変化して。

ポンプ運転状態がａ点から給水特性ｉに基づき特性Ｂの
０点に変わる。なお、並列ポンプ運転の揚水特性が０点
にある時には、これを各ポンプ運転特性Ａの任意の点に
置き換えると、それぞれのポンプ運転状態は０点からの
矢印で示すように給水特性五のａ点に位置することにな
る。すなわち、この特性の和がＣ点となる。このように
並列運転時の運転状態を単独運転状態に置き換えたのは
、各給水ユニット４，４′の運転制御部８が自身の運転
状態を個別に中央制御装置９に送るためである。そして
、並列運転時の揚水量が所定値まで減少した場合（黒矢
印で示す）、換言すれば１台のポンプ運転でも圧力の変
動が少なく、供給可能な揚水量に達した時（給水特性■
１組合おせ点ｈ）には、各ポンプ５は実際には０点で運
転されており、この時の検出電流値ｆをしきい値として
並列運転を終了させ、再び給水ユニット４による単独運
転制御がなされる。具体的には、電流センサ１８が電流
値ｆを検出すると、運転制御部８の制御素子２４が検出
値ｆｔ＆Ｐ５０ボート及び信号線１０を介して中央制御
装置！９に送り、この検出信号に基づき中央制御袋［９
が単独運転をすべき判断をして、追従給水ユニット４′
のポンプ運転制御部８に運転停止指令、すなわちＰ５１
ポートへの出力を停止して、先行給水ユニット４のみに
ポンプ運転指令を与える。

単独運転に戻った時の運転組合わせ点はｈ′となる。

以上のように本実施例によれば、ポンプの運転状態に応
じて、適宜ポンプを単独・並列運転に切換制御し揚水量
が変化しても給水圧力の変動のないポンプ特性の運転を
行い得る他に次の効果を奏し得る。すなわち、この種の
自動給水装置を小規模集合住宅に適用する場合には、各
給水ユニット４．４′のポンプ５は圧力タンク６等のポ
ンプ要素と共に小形のもので足り、更に本実施例では。

各ポンプ５が自身のポンプ運転制御部８により自動給水
運転を行い得るので、各ポンプ５（或いは給水ユニット
４．４’　）自身が汎用の給水装置（例えば小型の家庭
用自動給水ポンプ）として市販できる性質を有している
。裏返せば１本実施例の給水装置は、汎用形のポンプを
複数組合わせて構成することができ、特に各ポンプ５の
運転制御部８に中央制御装置９と接続できる入出力端子
（ボートＰ５０．Ｐ５１）を設けることで、汎用形ポン
プ５を簡易に組合わせて給水システムも構成することが
できる。従って、従来の自動給水システムのように、受
注設計・生産方式を採用することなく、市販の小形汎用
自動ポンプを必要な数だけ複数組合わせて、給水システ
ムを構成することができる。しかも簡易に組立てること
ができるので、受注から設置までに要する時間が短縮化
され、且つ小型・量産化されたポンプを使用できるので
、設置スペースの簡略化、設置コストの低減化を図り得
る。

本実施例において状態検出を電流センサ１８で行い、電
流値をポンプ運転状態としたが、揚水量に対応する圧力
、入力、さらに揚水量そのものの状態を検出してポンプ
運転状態を表わしても良く、またポンプ特性の制御は位
相制御の他、交流断続運転１周波数変化運転などでも可
能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、各ポンプそれ自身が運転
制御機能を有する汎用形の自動ポンプを複数組合わせて
給水システムを構成できるので、小規模集合住宅に対応
でき、且つ簡易にして低コストで設置できる自動給水装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す自動給水装置のブロッ
ク構成図、第２図は上記実施例に使用する各ポンプの運
転制御部の回路図、第３図は上記実施例のポンプ単独運
転特性を従来の単独運転特性と比較して表わす線図、第
４図は上記実施例のポンプ並列運転特性を従来の並列運
転特性と比較して表わす線図、第５図は従来の自動給水
装置の一例を示すブロック構成図である。 １・・・タンク水、４，４′・・・給水ユニット、５・
・・ポンプ、６・・・圧力タンク、７・・・圧力スイッ
チ、８・・・運転制御部、９・・・中央制御装置、１０
．１１・・・信号線、１２・・・ポンプモータ、１８・
・・検出素子（電流センサ）、Ｐ２Ｏ・・・出力端子（
出力ボート）、Ｐ５１・・・入力端子（入力ボート）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数のポンプを並列に組合わせ、揚水量の変化に応
   じて前記ポンプを単独或いは並列運転に切換制御して給
   水運転を行う方式の自動給水装置において、前記各ポン
   プは、各自のポンプ運転状態を検出する検出素子と、ポ
   ンプ運転状態に応じて前記各ポンプを設定の揚水特性に
   基づき個別に運転制御する運転制御部とを有して、それ
   自身が単独の給水装置として使用できる汎用型のポンプ
   よりなり、且つ前記各ポンプの運転制御部には、前記検
   出素子で検出したポンプ運転状態検出信号を外部に出力
   させる出力端子と、外部からポンプ運転・停止指令信号
   を入力するための入力端子を設け、該入出力端子及び信
   号線を介して前記各ポンプの運転制御部を外部の中央制
   御装置に電気的に接続し、一方、前記中央制御装置は、
   前記ポンプ運転状態検出信号に応じてポンプ単独運転、
   並列運転のいずれかを必要に応じて選択し、その選択に
   応じて前記各ポンプの運転制御部にポンプ運転・停止指
   令信号を送るよう設定してなることを特徴とする自動給
   水装置。