JPH07180691A - 水道用高置水槽式直結給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】配水管への影響がなく、衛生的な給水装置を提
供する。 【構成】水道配水管１に接続された分岐管２と、これに
配設したポンプ８と、ポンプ８の下流側通路に設けられ
た急閉逆止め弁９と、圧力タンク２０と、圧力センサ２
１と、仕切弁１０と、高置水槽１２と、高置水槽１２に
設けられた水位検出手段１４と、ポンプ８を制御する制
御装置で構成し、ポンプ８が常に一定量使用されること
に伴い発生する配水管１の圧力変動を防止するため、高
置水槽１２の水位検出手段１４が下限水位を検出したら
所定時間の立上り特性で始動し、上限水位を検出したら
所定時間の立下り特性で停止する。計画時の最大水量と
全揚程及び最低保証圧力の値を、データ設定手段により
設定し、停溜水の防止は一日に数回、任意の低水位で運
転する時間を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水道用高置の配水管に直
結して使用する高置水槽式給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水道用の給水ポンプは、逆流によ
る水の汚染防止、ウオータハンマーの影響による量水計
（水道メータ）の誤計測防止の観点から直結して使用さ
れる事が規制されていた。このため水道本管であるの配
水管から分岐して一旦受水槽に注入し、この水を給水ポ
ンプにより揚水してビル（又はアパート、マンション
等）屋上設置の水槽（以下高置水槽と略す）に貯水し、
そして落差を利用し各需要家に送水しているのが現状で
ある。

【０００３】この例を図１により説明すると次の通りと
なる。配水管１から分岐管２、量水計３、ボールタップ
４を介して受水槽５に一旦注入する。一旦、受水槽５に
貯水した水を給水ポンプ８により揚水して、建物１８の
屋上に設置してある高置水槽１２に貯水する。この貯水
した水を落差により、各戸メータ１７を介して需要家の
水栓１６に給水する。この際、給水ポンプ８は高置水槽
１２に設置してある液面リレー１４が、同水槽の下限水
位ＬＷＬを検知した時に始動し、上限水位ＨＷＬを検知
すると停止する。なお、６、１１は送水管、７、１０は
仕切弁、９は逆止弁、１３はボールタップである。

【０００４】最近、水道の配水管の圧力を利用するとと
もに不衛生な受水槽を排除するために、給水装置を同本
管に直結して給水する検討が始められている。この装置
は図１に於いて、排除した受水槽の代わりに点線配管１
９により給水装置に直結し、受水槽５を省略するもので
ある。又、この給水装置は次の点で可変周波数電源とし
てのインバータを用いた給水装置が有効であると考えら
れている。

【０００５】（１）インバータにはソフトスタート、ソ
フトストップの機能を有しており、始動、停止時の配水
管側の圧力変動を押えることができ、配水管１側への影
響を防止できる。

【０００６】（２）水道配水管１の圧力が低下したら、
インバータによりポンプ運転速度を下げて需要家への給
水調整ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高置水槽式の給水装置
を水道の配水管に直結して使用すると次の問題点があ
る。

【０００８】（１）ポンプは常に一定の運転点Ｑ（ポン
プ性能曲線Ａと管路抵抗曲線Ｆとの交点；図３参照）
で、数時間運転されるため、この間に大水量が消費され
る。従って、このシステムが普及し配水管に多数直結さ
れると配水管圧力が低下する恐れがある。又、ポンプは
使用量大の状態で停止するため配水管圧力が上昇する。

【０００９】（２）計画最大水量Ｑ0（図３参照）以上
の水量が消費される恐れがあり、この場合には配水管圧
力が計画値より低下する。

【００１０】（３）従来の高置水槽式給水装置の給水ポ
ンプは定速運転であり、同ポンプは水槽水位が下限水位
ＬＷＬの時始動し、上限水位ＨＷＬの時停止する。この
間の落差が大きいため、落下水により底に溜まっている
異物を巻上げ給水が濁る。

【００１１】（４）高置水槽は一般に余裕を大きく取っ
て決めてあるため、水の停溜時間が長く、不衛生とな
る。

【００１２】そこで、本発明は上記問題点を解消し、配
水管への影響がなく、高置水槽が濁水となることがな
く、衛生的な給水装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、水道用給水
装置を、水道配水管に接続された分岐管と、これに配設
したポンプと、上記ポンプの下流側通路にそれぞれ設け
られた急閉逆止め弁と、圧力タンクと、圧力センサと、
仕切弁と、建物屋上設置の高置水槽と、この高置水槽に
設けられた水位検出手段と、上記ポンプを制御する制御
装置で構成し、そしてポンプが常に一定量使用されるこ
とに伴い発生する配水管の圧力変動を防止するため、上
記水槽の水位検出手段が下限水位ＬＷＬを検出したら図
５に示す時間ｔ1〜ｔ2の立上り特性で始動し、上限水位
ＨＷＬを検出したら同様に図５に示す時間ｔ3〜ｔ4の立
下り特性で停止することで達成される。

【００１４】又、計画時の最大水量Ｑ0と図４に示した
全揚程ＨＴ及び最低保証圧力ＨCの値を、データ設定手
段（デジタルスイッチ等）により予め設定しておくこと
により、計画値以上の水量が消費されるのを防止する。

【００１５】さらに停溜水の防止は一日に数回、任意の
低水位運転時間を設けることで達成される。

【００１６】

【作用】ポンプ（給水装置）は水道本管である配水管に
直結され、本管の不足分を加圧して、ビルの屋上設置の
高置水槽に給水する。水位検出手段は高置水槽に備わ
り、下限水位、上限水位、低水位運転水位又は連続的な
水位信号を発する。圧力センサは吐出し側の送水管に備
わり、ここの圧力に応じて圧力信号を発する。

【００１７】前記水位検出手段の検出した水位信号、圧
力センサの検出した圧力信号及び予め設定してある制御
系の設定値（たとえば、上下限水位、全揚程、最低保証
圧力など）とに基いて、インバータは速度制御及び運転
制御し、水位検出手段の信号により次のように作用す
る。

【００１８】（１）ポンプは下限水位で始動、上限水位
で停止するが速度あるいは圧力の立上り、立下り特性は
図５に基いて動作する。

【００１９】（２）計時手段からのアクセスによりポン
プを停止させるか減速運転して、高置水槽水位をＬＷＬ
まで下げ、揚水量を需要水量がこの水位付近で見合うよ
う、この間はＬＷＬ一定制御を行う。

【００２０】また、圧力センサの信号により次のように
作用する。

【００２１】（１）減速運転に入った場合、ポンプ吐出
し圧力が予め設定してある最低保証圧力ＨC以下に低下
させないよう速度制御する。

【００２２】（２）増速運転に入った場合、ポンプ吐出
し圧力が予め設定してある全揚程ＨＴを越えないように
速度制御する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図２は本発明の実施例の構成図を示し、従来
技術で引用した図１と同一符号については同じものであ
るから説明を省く。２０は内部に空気溜まりを有する圧
力変動吸収用の圧力タンク、２１はポンプ吐出し側圧力
を検出する圧力センサ、２２は需要側からの汚染を防止
する逆流防止弁、１４は高置水槽１２に備わり、高置水
槽１２の水位を検出する水位検出手段であり、たとえば
下限水位ＬＷＬ、上限水位ＨＷＬ、ＬＷＬより若干高い
低水位での運転を行うための水位ＬＬを検出する。

【００２４】図４は本発明のポンプ性能曲線図であり、
縦軸に全揚程Ｈ、横軸に水量Ｑを取って示す。同図に於
いて、Ｆは管路抵抗曲線であり給水系統により固有の値
を示す。また、Ｑ0は計画最大給水量（瞬時最大水
量）、ＨＴは全揚程であり、図２に示した給水系に所望
な諸元である。一般には１００％Ｎ時（曲線Ａ）、この
Ｑ0、ＨＴを満足するようにポンプを選定する。しかし
汎用されるポンプは多量生産により必らずしもＱ0とＨ
Ｔが一致しない。これに対して曲線Ｂは計画最大水量Ｑ
0のとき全揚程ＨＴとなる特性を満足するポンプ運転速
度がＮBの時のＱ−Ｈ性能である。曲線Ｄは任意の水量
ＱD、揚程ＨDを満足する運転速度がＮDの時のＱ−Ｈ性
能である。同様に曲線Ｃは水量が０の時に最低保証圧力
ＨCを満足する運転速度ＮCの時のＱ−Ｈ性能である。尚
同図は吸込側圧力を最小値で示してあるので、この圧力
が変化すると前述した運転速度ＮB、ＮD、ＮCは変わる
のは明らかである。

【００２５】図５は始動、停止時の立上げ、立下げ特性
図を示したもので、横軸に時間、縦軸に速度、圧力を概
念的に示す。また破線は従来の定速ポンプの例である。

【００２６】図２に示す水位検出手段の具体的実施例を
図６、図７に示す。図６はフロート式水位検出器の例、
図７は電極棒Ｅ1〜Ｅ4を使った水位検出器の例である。
これらの水位検出器は公知であるので説明は省略する。

【００２７】図８は本発明の制御回路図を示す。３０は
商用電源、３１は配線用しゃ断器、３２はヒューズ、Ｒ
及びＳは制御電源、３３はインバータ、３４はインバー
タに加減速時間などの制御定数を設定するコンソール、
３５はポンプを駆動するインダクションモートル、３６
は入、切操作用のスイッチ、３７はコントロールユニッ
トＣＵ用の電源用トランス、３８はインバータ運転指令
用のリレーでありこれの接点Ｘ９が閉じるとインバータ
は始動し、開くと停止する。３９は前記リレー３８を駆
動するためのインターフェース回路、４０はＣＵの安定
化電源、４１はＣＰＵからの指令によりインバータの速
度Ｎを指令するためのインターフェース回路（デジタル
／アナログ変換器Ｄ／Ａで構成される。）、４２はメモ
リ（ＲＯＭ、ＲＡＭで構成される）、４３は演算ユニッ
トＣＰＵ、４４〜４８は入力用インターフェース回路、
４９は定数ＨＴ、ＨC、ＬＷＬ、ＨＷＬ、ＬＬなどを設
定するデジタルスイッチ、５０は同様に最高速度ＮB、
時間ｔ1'、ｔ2、ｔ3、ｔ4'などを設定するディジタルス
イッチ、５１は水位検出手段の液面リレーの例、５２は
同じく水位センサ、５３は圧力センサ、５４は計時手段
である。

【００２８】計時手段５４はΔｔ（例えば１０ｍｓｅ
ｃ）の割込みタイマと図１４に示すタイムチャートのタ
イマーで構成してある。

【００２９】図９〜図１３は制御手順を示すフローチャ
ートであり、予めプログラムとして、前述したメモリ４
２に記述してある。

【００３０】このように構成したものの詳細について説
明する。配線用しゃ断器３１を投入し、スイッチ３６を
閉じると制御電源が確立し、コントローラＣＵは図９で
示す９００ステップの初期設定までの処理を実行する。
即ち、ここで、ＣＰＵのレジスタ、インターフェース回
路４４〜４８、割込レジスターメモリ等の初期値の設定
を行い、さらに、ディジタルスイッチ４９、５０から各
設定値ＨＴ（計画最大水量Ｑ0に対応した全揚程）、ＨC
（水量０時保証揚程）、ＬＷＬ（下限水位）、ＬＬ（低
水位運転開始水位）ＨＷＬ（上限水位）、ＮB（最高速
度）、図５に示すタイムコンスタントｔ1'、ｔ2、ｔ3、
ｔ4'を読み込みそれぞれの値をメモリ４２のＲＡＭに書
込み記憶しておく。またメモリＴＲＯを００Ｈに設定し
ておく（ＴＲＯは低水位運転するかどうかのデータを入
れておく）。次に９０１ステップで割込処理に必要な時
間のソフトタイマΔｔ1を実行する。

【００３１】この処理中に最初の割込み処理図１２と図
１３を実行する。先ず１１０ステップを実行して圧力セ
ンサ５３の検出した圧力（ポンプ吐出し圧力）をインタ
ーフェース回路４７より読込み、メモリ４２のＲＡＭに
格納する。同様にして次の１１１ステップで高置水槽１
４の水位を水位検出手段５１又は５２の信号をインター
フェース４６、４７を介して読込みメモリ４２のＲＡＭ
に格納する。水位検出手段として一般には液面リレー５
１がよく用いられ、きめ細い連続的な制御を行う際には
水位センサを用いる。次に、割込処理の１２０ステップ
を実行する。ここで、Ｔ2がＯＮか判定し、ＯＮであれ
ば、１２１のステップへ進みＴＲＯの値を０ＦＦＨに設
定し、ここでＴ2がＯＮでなければＴＲＯの値を１２２
ステップで００Ｈに設定して、このループから抜け、９
０２ステップへもどる。尚、このＴＲＯの設定は計時手
段４３のＴ1周期毎に発生するＴ2パルスのＯＮの状態の
時０ＦＦＨを、そうでない時には００Ｈにする。また、
この割込処理図１２、図１３は９０２ステップ以降のメ
ーンルーチンを実行中でも、計時手段のアクセスにより
ΔＴ時間毎に実行されるものである。

【００３２】９０２ステップへもどると、ここで、ＴＲ
Ｏのデータが００Ｈか判定され、００Ｈであれば９０３
ステップへ進みこれ以降の処理が実行される。９０３ス
テップでは高置水槽の水位がＬＷＬか判定し、このレベ
ルになければこれに達するまで９０２〜９０３ステップ
を実行し、達している場合には次の９０４、９０５ステ
ップで、リレー３８のＯＮ信号を出力して、インバータ
を駆動して、速度指令信号として最低速度ＮCの信号を
出力する。また、インバータはコンソール３４により図
５に示すように加速時間（ｔ1'−ｔ1）と減速時間（ｔ4
−ｔ4'）が予め設定されている。これにより、インバー
タ３３及びポンプモートル３５は加速時間（ｔ1'−ｔ
1）でソフトスタートにより運転を始める。９０６ステ
ップでは初期設定時にメモリ４２に格納したＮB、ＮC、
ｔ2、ｔ1'を読出し、（ＮB−ＮC）＝Ｎ、（ｔ2−ｔ1'）
／Ｎ＝Δｔ2を求める。９０７ステップで圧力センサ５
３の検出したポンプ吐出し圧力がＨＴを越えたか判定
し、越えている場合には増速せずに９１１ステップへジ
ャンプし、計画最大水量以上の水が流れないよう抑制す
る。越えていない場合には９０８ステップで、現状の速
度より１ＨＺ（制御上１ｂｉｔとしても良い）だけ増速
し、９０９ステップで前記求めたΔｔ2だけの待ち時間
を実行し、９１０ステップでＮだけ増速が終了したか判
定し、終了するまで９０７ステップ以降の処理を実行す
る。Ｎだけの増速が終了し最高速度に到達したら９１１
ステップへ進む。ところで、この状態では図４、図５に
於いて、ポンプは速度Ｎｃの状態で運転を始め、徐々に
増速、昇圧しｔ1'からｔ2時間で速度ＮB、揚程ＨＴに到
達している。９１１ステップでは水槽水位がＨＷＬに達
したか判定し、達していない場合には達するまで９１２
〜９１１のステップを実行する。達したら図１０の９１
３ステップへ進み、ここでＮB−ＮC＝Ｎ'（ｔ4'−ｔ4）
／Ｎ'＝Δｔ3を求め、９１４ステップへ進む。９１４ス
テップではポンプ吐出側圧力がＨC以下に到達していな
いか判定し、到達している場合に減速せず９１９ステッ
プへジャンプし、ＨC以上の場合には９１５ステップで
現状の速度より１Ｈｚ（制御上１ｂｉｔとしても良い）
だけ減速し、９１６ステップで前記求めたΔｔ3だけの
待時間を実行し、９１７ステップでは減速がＮ'だけ変
化するか判定し、Ｎ'減速するまで９１４ステップ以降
の処理を実行する。そして９１９ステップではリレー３
８をＯＦＦし、速度指令データを０とする信号を出力し
て、インバータ３３及びポンプ８を停止させる。この
時、減速時菅は（ｔ4−ｔ4'）であり、ソフトストップ
となる。尚、この状態を図４、図５を用いて説明する
と、ＮB、ＨＴの状態から徐々に減速、減圧を始めｔ3か
らｔ4'時間でＮC、ＨCに到達した後停止する。この後図
９の９０２ステップへもどり、これ以降の処理を繰返し
実行する。

【００３３】９０２ステップで判定した結果、ＴＲＯが
０ＦＦＨの場合は、９２３ステップへジャンプし、低水
位状態でのＬＷＬ一定運転制御を行う。即ち、９２３ス
テップで高置水槽水位がＬＷＬより上位か判定し、上位
でない場合は９２６ステップへジャンプし、上位にある
場合には９２４ステップへ進みここで９１５ステップと
同様の減速処理を実行し、９２５ステップで一定時間
（例ば数秒）の待時間を実行し再び９０２ステップへも
どる。９２６ステップではヒステリシスを設ける処理
（ＬＷＬをＬＷＬ−ΔＬとする処理、例ば数分程度最低
速度近くで運転するように決める処理）を実行し、９２
７ステップでは水位が更新後のＬＷＬより下位にあるか
判定する。下位にある場合は９２８ステップで９０８ス
テップと同様な増速処理を実行して９２５へ進み、下位
にない場合は変速せず９２５ステップへ進む。このよう
にして、ここではＬＷＬ一定制御を行う。また、図１１
では図９のＸ部のＬＷＬ一定制御を水位センサではな
く、液面リレーを用いた例を示したものである。９２９
ステップで水位がＬＬより上位であるか判定し、ヒステ
リシス演算することなく９３２ステップで水位がＬＷＬ
より下位か判定する。他は図９と同じであるから説明を
省く。

【００３４】

【発明の効果】

（１）始動時は水面が低く、揚水量が多いと落下時に水
が濁るという問題が生じていたが図５に示すよう揚水量
を絞って徐々に立上げるため、濁り防止ができる。

【００３５】（２）高置水槽方式の場合には、従来、一
定の運転状態で停止されると圧力上昇が生じていたが、
図５に示すように停止させる前に水量を絞って、停止さ
せるため圧力上昇が生じない。

【００３６】（３）定期的に高置水槽の水位をＬＷＬ近
くまでに下げた状態で運転を行うようにしたので停溜水
がなく、衛生的である。

【００３７】（４）外部スイッチにより計画最大水量に
対応した全揚程を設定し、リミッターをかけているの
で、一時的に過剰に水が消費されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の水道用給水装置の構成図である。

【図２】本発明による具体的一実施例の給水装置の構成
図である。

【図３】従来のポンプ運転特性図である。

【図４】本発明による実施例のポンプ運転特性図であ
る。

【図５】本発明による実施例のポンプ運転スケジュール
図である。

【図６】水位検出手段の具体的実施例を示す図である。

【図７】水位検出手段の他の具体的実施例を示す図であ
る。

【図８】本発明による具体的一実施例の制御回路図であ
る。

【図９】本発明による具体的一実施例の制御フローチャ
ートである。

【図１０】本発明による具体的一実施例の制御フローチ
ャートである。

【図１１】本発明による具体的一実施例の制御フローチ
ャートである。

【図１２】本発明による具体的一実施例の制御フローチ
ャートである。

【図１３】本発明による具体的一実施例の制御フローチ
ャートである。

【図１４】本発明による計時手段のタイムチャートの一
例を示す図である。

【符号の説明】

１…配水管、８…ポンプ、２１…圧力センサ、１２…高
置水槽、１４…水位検出手段、３３…インバータ、ＣＵ
…コントロールユニット、４９、５０…制御定数設定用
ディジタルスイッチ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】始動時は定速、低圧で徐々に立上げ、規定
   速度、揚程で運転し、停止時は定速、低圧に徐々に立下
   げて運転するようスケジュール制御する手段を備えたこ
   とを特徴とする水道用高置水槽式給水装置。
2. 【請求項２】前記スケジュール運転制御に必要なタイム
   コンスタントを外部スイッチにより設定できるようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の水道用高置水槽式給
   水装置。
3. 【請求項３】定期的に高置水槽の水位を下限水位近くま
   で下げて、下限水位一定制御を行う手段を備えたことを
   特徴とする水道用高置水槽式給水装置。
4. 【請求項４】計画最大水量に対応した全揚程を外部スイ
   ッチにより設定する設定手段と、給水時にポンプ吐出し
   揚程が前記設定手段で設定された計画最大水量を越えな
   いようインバータの上限速度を規定する手段を備えたこ
   とを特徴とする水道用高置水槽式給水装置の制御装置。