特許 6772316 給水装置及び給水装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6772316

(24)【登録日】2020年10月2日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】給水装置及び給水装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20201012BHJP

   F04B 49/06 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   F04D15/00 F

   F04D15/00 D

   F04B49/06 321B

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-25431(P2019-25431)

(22)【出願日】2019年2月15日

(65)【公開番号】特開2020-133452(P2020-133452A)

(43)【公開日】2020年8月31日

【審査請求日】2019年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】坂谷 哲則

(72)【発明者】

【氏名】山崎 修平

(72)【発明者】

【氏名】加代 将士

【審査官】 角田 貴章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７５６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２９６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５６８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１３２８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１２３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／００−５１／００

Ｆ０４Ｄ １５／００−１５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次側に接続される吐出流路を介して高さの異なる複数の給水ゾーンに接続される、複数のポンプ装置と、
複数の前記ポンプ装置を、前記複数の前記給水ゾーンの高さに応じてそれぞれ設定された目標圧力に基づき圧力制御する、制御部と、を備えるとともに、
前記複数のポンプ装置の二次側にそれぞれ接続された複数の吐出流路を連通するとともに、低層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点から、高層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点に向かうように流れが規制された、連結流路を備え、
前記制御部は、各ポンプ装置の二次側の前記吐出流路の圧力を検出し、検出された吐出圧力と、対応ゾーンの目標圧力に基づいて、圧力フィードバック制御する、第１運転モードと、
所定のバックアップ条件を満たす場合に、少なくともいずれかの前記ポンプ装置を、前記第１運転モードよりも高層側の検出位置にて検出される高層側吐出圧力と、前記対応ゾーンの目標圧力よりも高い高層側目標圧力とに基づいて、バックアップ運転する、第２運転モードと、を切替える給水装置。

【請求項2】

前記第２運転モードにおいて、少なくとも１台のポンプ装置について、検出圧力を前記対応ゾーンより高層の前記給水ゾーンに対応する高層側ポンプの吐出流路の圧力とし、目標圧力を前記高層側ポンプの前記第１運転モードの目標圧力と同等にする、請求項１に記載の給水装置。

【請求項3】

複数の前記ポンプ装置は、最も高層の前記給水ゾーンに給水可能な所定の揚水性能を有し、
前記制御部は、前記第１運転モードにおいて、最も低層の前記給水ゾーンに対応する検出圧力及び目標圧力に基づいて、２台以上の低層用の前記ポンプ装置を交互運転し、前記第２運転モードにおいて、前記低層用の前記ポンプ装置の少なくとも１台を、前記第１運転モードよりも高層の前記給水ゾーンに対応する高層側吐出圧力及び高層側目標圧力に基づいて運転するとともに、バックアップ運転中の前記ポンプ装置が所定の回転速度以上になった場合は、前記低層用の前記ポンプ装置の残りの１台を前記検出圧力及び前記目標圧力に基づいて並列運転する、請求項１または請求項２に記載の給水装置。

【請求項4】

前記第１運転モードにおいて、高層側の１以上の給水ゾーンについてそれぞれ２台以上の所定の台数のポンプ装置で交互運転し、最も低層の給水ゾーンは、前記高層側のポンプ装置の台数よりも１台以上多い台数で、交互運転する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の給水装置。

【請求項5】

前記第２運転モードにおいて、バックアップ運転中の前記ポンプ装置が所定の回転速度以上であり、かつ、吐出圧力が所定の閾値を下回った場合に、当該バックアップ運転中の前記ポンプ装置よりも低層側の給水ゾーンに対応する低層側ポンプの目標圧力を上げてバックアップ運転する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の給水装置。

【請求項6】

前記制御部は、吐出圧力一定制御方式または推定末端圧一定制御方式にて個々の前記ポンプ装置をフィードバック制御する、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の給水装置。

【請求項7】

二次側に接続される吐出流路を介して高さの異なる複数の給水ゾーンに接続される、複数のポンプ装置を、前記複数の前記給水ゾーンの高さに応じてそれぞれ設定された目標圧力に基づき圧力フィードバック制御するとともに、
前記複数のポンプ装置の二次側にそれぞれ接続された複数の吐出流路は、低層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点から、高層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点に向かうように流れが規制された、連結流路により接続され、
各ポンプ装置の二次側に接続された前記吐出流路の圧力を検出し、前記検出された吐出圧力と、対応ゾーンの目標圧力に基づいて、フィードバック制御する第１運転モードと、 所定のバックアップ条件を満たす場合に、少なくともいずれかの前記ポンプ装置を、前記第１運転モードよりも高層側の検出位置にて検出される高層側吐出圧力と、前記対応ゾーンの目標圧力よりも高い高層側目標圧力とに基づいて、バックアップ運転する、第２運転モードと、を切替える、給水装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の給水先に給水する給水装置及び給水装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

集合住宅などへ送水する給水装置において、インバータにより、ポンプ装置を駆動するモータの回転速度を制御するものが知られている。例えば給水装置は、吸込側の流路が受水槽に接続され、吐出側の流路が複数に分岐して給水先の複数の水道機器に接続される。給水装置において、吐出圧力一定制御方式や推定末端圧一定制御方式等により吐出圧力のフィードバック制御を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−２１７１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような給水装置において、例えば高低差のある複数の階層に給水先がある場合、最上階の末端の給水先から吐出させることを前提として、最上階層の高さに基づいて設定される目標圧力にて、フィードバック制御を行っている。

【0005】

このような給水装置において、省エネルギー効果を向上する技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一形態にかかる給水装置は、二次側に接続される吐出流路を介して高さの異なる複数の給水ゾーンに接続される、複数のポンプ装置と、複数の前記ポンプ装置を、前記複数の前記給水ゾーンの高さに応じてそれぞれ設定された目標圧力に基づき圧力制御する、制御部と、を備えるとともに、前記複数のポンプ装置の二次側にそれぞれ接続された複数の吐出流路を連通するとともに、低層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点から、高層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点に向かうように流れが規制された、連結流路を備え、前記制御部は、各ポンプ装置の二次側の前記吐出流路の圧力を検出し、検出された吐出圧力と、対応ゾーンの目標圧力に基づいて、圧力フィードバック制御する、第１運転モードと、所定のバックアップ条件を満たす場合に、少なくともいずれかの前記ポンプ装置を、前記第１運転モードよりも高層側の検出位置にて検出される高層側吐出圧力と、前記対応ゾーンの目標圧力よりも高い高層側目標圧力とに基づいて、バックアップ運転する、第２運転モードと、を切替える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、省エネルギー効果の高い給水装置及び給水装置の制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。

【図2】同給水装置の構成を示す正面図。

【図3】同給水装置の構成を示す断面図。

【図4】同給水装置の構成を示す平面図。

【図5】同給水装置の構成を示す側面図。

【図6】同給水装置の目標圧力を示す説明図。

【図7】他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。

【図8】他の実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施の形態に係る給水装置について、図１乃至図５を用いて説明する。図１乃至図５は本発明の一実施の形態に係る給水装置の構成を示す。図１は給水先を示す説明図、図２は正面図、図３は断面図、図４は平面図、図５は側面図である。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。

【0010】

図１乃至図５に示すように、給水装置１０は、架台１１と、複数のポンプ装置１２（１２Ａ〜１２Ｄ）と、配管ユニット１３と、複数のインバータ４３や制御基板４２を収容する制御盤１４と、を備え、例えば複数の階層を有する建物に設けられる複数の給水先に送水する。給水装置１０の一次側の吸込側配管３１は、受水槽を介して、あるいは直接、水道配管に接続される。給水装置１０の二次側の吐出側配管３２は、分岐して複数の給水先に接続される。

【0011】

架台１１は、ポンプ装置１２、配管ユニット１３、及び制御盤１４、を所定の設置箇所に支持する防振架台である。

【0012】

ポンプ装置１２は、モータ２１と、モータ２１に接続されたインペラを有する１段または複数段のポンプ部２２と、を備え、流体を増圧して二次側に圧送する。本実施形態においては４台のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが架台１１上に縦置きで第１方向に並んで設置されている。本実施形態においては、一例として５４階の建物において、各階においてそれぞれ５つの流路に分岐し、５つの給水先が設けられる。本実施形態において、５４階を３分割して１８階ずつ、３つのゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３に分ける例を示す。水道機器１８は例えば蛇口等であり、例えば高さの異なる複数の階層の、各階層にそれぞれ複数、設けられている。

【0013】

モータ２１は例えばブラシレスモータである。モータ２１はケーブルによって制御盤１４に接続される。モータ２１はインバータ４３を介して制御基板４２に接続され、制御基板４２に搭載された制御部４４の制御によって回転数制御される。

【0014】

ポンプ部２２は、例えば１以上のインペラと、ポンプ吸込口２２ａ及びポンプ吐出口２２ｂを備えるケーシング２４と、を備えるタービンポンプである。

【0015】

ポンプ装置１２は、モータ２１の回転に伴ってケーシング２４内のインペラ２３が回転することにより、水道配管に接続されたポンプ吸込口２２ａから液体を吸込み、給水先に接続されるポンプ吐出口２２ｂから吐出する。複数のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄはいずれも、最も高層側のゾーンＺ３に給水可能な揚水性能を有する。例えば本実施形態において、４台のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄとして、同じ揚水性能を有する、同機種の立体多段タービンポンプを用いた。

【0016】

配管ユニット１３は、各ポンプ装置１２の一次側に接続された複数の吸込側配管３１と、各ポンプ装置１２の二次側に接続された吐出側配管３２と、を備える。

【0017】

吸込側配管３１は、一端が水道配管に接続され、他端側が各ポンプ装置１２の吸込口２２ａに接続される。

【0018】

吐出側配管３２は、複数の個別吐出管３３と、複数の個別吐出管３３同士を連結する吐出連結管３４と、を備える。

【0019】

個別吐出管３３は、複数のポンプ装置１２のポンプ吐出口２２ｂから各給水ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３にそれぞれ至り、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３において複数に分岐して個々の給水先にそれぞれ接続される。本実施形態においては、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３にそれぞれ１８階層ずつ、各階層にそれぞれ５つの給水先としての水道機器１８が設けられる例を示す。

【0020】

個別吐出管３３には、流量センサ３５、逆止弁３６、ボール弁３７（開閉弁）、圧力センサ３８、アキュムレータ３９、がそれぞれ設けられている。４つの個別吐出管３３のうち、最も低層側、すなわち後述する吐出連結管３４における最も上流側の個別吐出管３３は、ボール弁３７の二次側において屈曲して吐出連結管３４に接続され、他のポンプ装置１２の個別吐出管３３に連通する。

【0021】

流量センサ３５は、各ポンプ吐出口２２ｂの二次側における個別吐出管３３の所定箇所に設けられている。流量センサ３５は、例えば磁石が設けられた羽根車を備え、磁石に接続されたホールＩＣにて流量検出を行う回転式のセンサである。流量センサ３５は、信号線を介して制御部４４に接続され、検出した流量信号を制御部４４に送信する。

【0022】

逆止弁３６は、各個別吐出管３３の、流量センサ３５の二次側であって吐出連結管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。逆止弁３６は、個別吐出管内の流路の流れを、一次側から二次側に向かう１方向となるように規制する。

【0023】

ボール弁３７は、各個別吐出管の、流量センサ３５及び逆止弁３６よりも二次側であって吐出連結管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。ボール弁３７は回転により流路を開閉するボールと、ボールを回転させるレバーと、を備え、レバーの回動操作によって、流路を開閉する開閉弁である。

【0024】

圧力センサ３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）は、各個別吐出管３３の、吐出連結管３４との合流部近傍に設けられている。圧力センサ３８は、例えばダイヤフラム式のセンサであり、各ポンプ装置１２の、吐出連結管３４内部の流路の圧力を検出する。圧力センサ３８は、信号線を介して制御盤１４の制御部４４に接続され、検出した圧力信号を制御部４４に送信する。

【0025】

アキュムレータ３９は、例えば各個別吐出管３３の、吐出連結管３４との合流点よりも二次側の所定位置に接続される。

【0026】

圧力センサ３８及びアキュムレータ３９は、吐出連結管３４の最も上流に配される１台のポンプ装置１２を除く３台のポンプ装置１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの個別吐出管３３に、それぞれ配される。

【0027】

吐出連結管３４は、複数の個別吐出管３３内の個別吐出流路に連通する連結流路を形成する配管であり、個別吐出管３３と交差する第１方向に延びる。吐出連結管３４は、一端に配されるポンプ装置１２Ａの個別吐出管３３が水平方向に屈曲して形成されている。

【0028】

吐出連結管３４において、一対の個別吐出管３３同士の間を連結する部位に、逆止弁３６が、それぞれ配される。吐出連結管３４に設けられた逆止弁３６は、連結流路の流れが所定の一方向となるように、流れを規制する。

【0029】

制御盤１４は、制御ボックス４１と、制御ボックス４１内に収容された複数の制御基板４２と、複数のインバータ４３と、を備える。また、制御ボックス４１内には、漏電遮断器、直流リアクトル、電源端子台、ノイズフィルタ等の、各種制御機器が設けられている。また、拡張基板を増設することも可能である。

【0030】

制御基板４２は、回路基板であり、例えば記憶装置や、制御部４４等の各種制御機器が搭載されている。

【0031】

記憶装置は、例えばプログラムメモリやＲＡＭ、書き換え可能なＲＯＭを備える。記憶装置には、例えば、制御に必要な情報として、各種プログラム、算出式、データテーブル、基準値、閾値等が記憶されている。

【0032】

制御部４４は例えばプロセッサを備える。制御部４４は、流量センサ３５や圧力センサ３８等の各種検出装置によって検知した情報に基づき、予め記憶装置に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ装置１２の動作を制御する。具体的には、制御部４４は、インバータ４３に制御信号を送信し各ポンプ装置１２に対応するインバータ４３を制御する。

【0033】

例えば制御部４４は、各種センサによって検出される検出値に基づき、各種の演算処理を行い、インバータ４３の周波数制御により、ポンプ装置１２のモータ２１を変速運転し、または停止させる。具体的には、制御部４４は、圧力センサ３８で検出される吐出圧力が所定の目標圧力になるように、回転数制御及び運転停止制御を行い、圧力フィードバック制御をする。

【0034】

複数のインバータ４３は、信号線によってポンプ装置１２Ａ〜１２Ｄのモータ２１にそれぞれ電気的に接続されている。各インバータ４３は制御部４４からの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、接続されたポンプ装置１２Ａ〜１２Ｄのモータ２１をそれぞれ所定の回転速度で回転させる。

【0035】

次に、本実施形態にかかる給水装置１０の制御方法について、説明する。本実施形態において、給水先は複数の階層にそれぞれ複数配される水道機器１８であり、高さに応じて高層の第１ゾーンＺ３、中層の第２ゾーンＺ２、低層の第３ゾーンＺ１の３つのゾーンに分けられている。各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３は吐出側配管３２を介して４台のポンプ装置１２に接続されている。すなわち、給水装置１０は、給水先のゾーン数より１台多いポンプ装置１２を備える。

【0036】

制御部４４は、バックアップ条件に基づいて、第１運転モードである通常運転と、第２運転モードであるバックアップ運転とを、切替えて運転する。例えば制御部４４は、外部入力指示などによりポンプ装置を運転する指示を検出すると、各種データあるいは外部入力指示により、所定のバックアップ条件を満たすか否かを判定する所定のバックアップ条件を満たさない場合、すなわち全てのポンプ装置が正常に機能する場合には、通常運転モードにて、４台のポンプ装置１２の運転を開始する。

【0037】

制御部４４は、通常運転処理として、流量センサ３５や圧力センサ３８等の各種検出装置で検出した圧力値及び流量値を検出し、流量や圧力に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、制御部４４は、各ポンプ装置について、対応ゾーンに接続される吐出流路検出される検出圧力と、対応ゾーンに応じて設定される目標圧力に基づいて、各インバータに制御信号を出力することで、ポンプ装置１２を駆動する。インバータ４３は制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２のモータ２１を所定の回転速度で回転させる。

【0038】

また、制御部４４は、例えば個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５によってポンプ装置１２毎の吐出流量を検出し、検出された吐出流量が、予め定められた停止流量を下回ると、ポンプの回転を停止する。

【0039】

ここでは、一例として、３つのゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３毎に目標圧力を設定し、各ゾーンＺ１．Ｚ２．Ｚ３に接続される吐出流路で検出される吐出圧力及び流量に応じて、ポンプ装置のオンオフ制御及び周波数制御を行う。

【0040】

本実施形態において、４台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄについて、連結流路３４の流れ方向の一次側に配される２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂを、通常運転において低層ゾーンＺ１の目標圧力に基づいて交互運転される低層側ポンプとし、連結流路の流れ方向の最も下流側に配されるポンプ装置１２Ｄを、通常運転時に高層ゾーンＺ３の目標圧力に基づいて運転される高層側ポンプとする。連結流路の流れ方向において中間に配されるポンプ装置１２Ｃを、通常運転時に中層ゾーンＺ２の目標圧力に基づいて運転制御される中層ポンプとする。

【0041】

制御部４４は、通常運転時には、ゾーンＺ１、Ｚ２，Ｚ３に接続された個別吐出管３３で検出される吐出圧力と、ゾーンＺ１、Ｚ２，Ｚ３毎に設定された目標圧力Ｐａ１、Ｐａ２，Ｐａ３に基づいて、ゾーンＺ１、Ｚ２，Ｚ３毎の圧力フィードバック制御にて、周波数制御を行う。

【0042】

各ゾーンの目標圧力Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３は、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３内における末端、すなわちゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３における最高階の階数に基づいて決定される。一例として図６に示すように、１階当りの高さＨ（ｍ）、階数をＦ、一階当りの高さ寸法をＨ（ｍ）、末端器具必要圧力をＰｋ（ｍ）、とすると、目標圧力ＰａはＰａ＝Ｆ×Ｈ＋Ｐｋとする。例えば一階当りの高さ寸法Ｈ＝２．７ｍ、末端器具必要圧力Ｐｋ＝１５ｍである場合、階層Ｆと目標圧力の関係は図６の対応関係になる。

【0043】

制御部４４は、通常運転時において、吐出連結管３４の流れ方向において下流側に配される第１のポンプ装置１２Ｄを、高層の第１ゾーンＺ３に応じた目標圧力Ｐａ３にて圧力制御にて圧力センサ３８ｃにて検出される圧力が目標圧力Ｐａ３となるように、出力制御し，単独運転する。例えば図６によれば、目標圧力Ｐａ３＝１６１（ｍ）となる。

【0044】

吐出連結管３４の流れ方向において、中間に配される第２のポンプ装置１２Ｃは、中層の第２ゾーンＺ２に応じた目標圧力Ｐａ２にて圧力センサ３８ｂにて検出される圧力が目標圧力Ｐａ２となるように、出力制御し、単独運転する。例えば図６によれば、目標圧力Ｐａ２は１１２（ｍ）となる。

【0045】

吐出連結管３４の流れ方向において、一次側に配される２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂは、低層の第３ゾーンＺ１に応じた目標圧力Ｐａ１にて、圧力センサ３８ａにて検出される圧力が目標圧力Ｐａ１となるように、交互運転を行う。例えば図６によれば、目標圧力Ｐａ１＝６４（ｍ）となる。

【0046】

一方、制御部４４は、通常運転中に、いずれかのポンプ装置１２が故障した場合など、所定のバックアップ条件を満たす場合には、バックアップ運転を行う第２運転モードに切替える。

【0047】

例えばバックアップ条件として、ポンプ装置１２のインバータ４３が過電流トリップした場合、空気の混入などにより吐出流量がゼロになった場合、吐出し圧力が目標圧力Ｐａの７０％以下になった場合には、当該ポンプ装置１２の故障であるとして、バックアップ運転に切替える。上記の実施例で、吐出し圧力が目標圧力Ｐａの７０％以下になった場合をバックアップ条件としているのは、計画流量より開放側での大流量運転が発生した場合を考慮して誤動作を防止するためである。なお、バックアップ条件はこれに限られるものではなく、また手動により、バックアップ運転に切替えてもよい。例えば他にメカニカルシールの漏水を検出した場合をバックアップ運転の条件としてもよい。

【0048】

バックアップ運転として、制御部４４は、当該故障対象のポンプ装置１２よりも低層のポンプ装置１２を、当該故障した高層側の被バックアップポンプの吐出側の検出圧力である高層側吐出圧力及び被バックアップポンプの通常運転時の目標圧力である高層側目標圧力に基づいて、低層側のバックアップポンプの回転数を制御する。すなわち、バックアップ用のポンプ装置１２の検出圧力として高層側の被バックアップ対象のポンプ装置１２の吐出側の圧力を検出し、目標圧力を高層側の被バックアップ対象のポンプ装置１２の高層側目標圧力と同じあるいは±１０％の制御誤差を許容した範囲の目標圧力に設定して、運転制御する。すなわち、第２運転モードにおいて、第１運転モードよりも、吐出圧力の検出位置を高層側、つまり連結流路における二次側にずらし、目標圧力を上げる。

【0049】

例えば高層側ポンプであるポンプ装置１２Ｄが故障した場合には中層ポンプであるポンプ装置１２Ｃについて、圧力センサ３８ｃで検出される圧力値、すなわち高層のポンプ装置１２の二次側の吐出流路の吐出圧力と、高層ゾーンＺ３の目標圧力Ｐａ３＝１６１ｍとに基づいて運転制御する。

【0050】

中層ポンプであるポンプ装置１２Ｃが故障した場合には、低層側ポンプであるポンプ装置１２Ｂの制御において、吐出圧力を圧力センサ３８ｂで検出し、目標圧力を低層ゾーンＺ１に対応する検出圧力及び目標圧力６４ｍから、中層ゾーンＺ２に対応する検出圧力及び目標圧力１１２ｍに切替える。

【0051】

また、低層側ポンプである２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのいずれか故障した場合には、交互運転としていた２台のポンプ装置１２Ａ，１２Ｂのうち、故障していないポンプ装置１２をバックアップポンプとして、低層ゾーンＺ１の目標圧力６４ｍにて単独運転する。

【0052】

また、制御部４４は、バックアップ運転中の各ポンプ装置１２の吐出流量を検出し、バックアップ移行後に当該バックアップ運転中のポンプ装置の出力が所定の回転速度、例えば最高回転速度に達し、かつ吐出圧力が目標圧力以下になった場合には、さらに低層側のポンプ装置１２を、当該バックアップポンプの目標圧力に切替え、バックアップ運転を行う。すなわち、吐出圧力に基づき、高位の層から順番にバックアップ運転に切替え、複数のポンプ装置をバックアップ運転する。

【0053】

例えばポンプ装置１２Ｄが故障し、ポンプ装置１２Ｃを高層ゾーンＺ３の目標圧力にて運転するバックアップ運転中に、ポンプ装置１２Ｃが所定の回転速度、例えば最高回転速度に達し、かつ高層ゾーンＺ３の吐出圧力が当該ゾーンの目標圧力以下となった場合には、さらに低層側の１台の低層側ポンプ１２Ａまたは１２Ｂの目標圧力を高層ゾーンＺ３の目標圧力にまで上げて運転する。そして、バックアップ運転中に最高回転速度に達した場合は、残りの１台の低層側ポンプ１２Ｂまたは１２Ａを高層ゾーンＺ３の目標圧力にて並列運転する。

【0054】

本実施形態にかかる給水装置１０によれば、高低差のある給水先を複数のゾーンに分け、通常運転時にゾーン毎の目標値を設定することで、建物全体の末端圧を基準に圧力制御するよりも、低層及び中層のポンプ装置の目標圧力を低くすることができ、省エネルギー化が可能となる。

【0055】

また、ゾーン数よりも１台多いポンプ装置を接続することで、高層側のポンプ装置１２の故障時に低層側のポンプ装置１２にてバックアップ運転をすることが可能となり、断水を回避できる。

【0056】

通常運転において、吐出連結管３４により複数の個別吐出管３３は連通しているが、その流れ方向は低層側ポンプ側から高層側ポンプ側に向かうように規制されている。このため、通常運転において、圧力の大小の関係から、低層から高層へ流れないため、実質的には個別の制御が可能であるが、高層側のポンプ装置が故障したバックアップ時には高層側の圧力が低くなり低層側から高層側へ送水することが可能となるため、モード切替えのための流路開閉作業が不要となる。

【0057】

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記第１実施形態においては５４階建ての建物を３ゾーンに分けるとともに、４台のポンプ装置１２を用いた例を示したが、これに限られるものではなく、給水先の階数やゾーンの分割数あるいはポンプ装置の台数等は適宜変更可能である。例えば４ゾーン以上に分けてもよいし、２ゾーンに分けてもよい。また、各ゾーンについて１台の単独運転または２台の交互運転とした例を示したが、これに限られるものではなく、各ゾーンを複数台で並列運転してもよい。また、各ゾーンについて複数のポンプ装置で交互並列運転してもよい。

【0058】

例えば他の実施形態として、図７に示す給水装置１０Ａは、２つのゾーンＺ１，Ｚ２に接続される３台のポンプ装置１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを備える。

【0059】

給水装置１０Ａにおいて、制御部４４は、正常時には、高層ゾーンＺ２をポンプ装置１１２Ｃで単独運転するとともに、低層ゾーンＺ１を当該ポンプ数より１台多い台数、すなわち２台のポンプ装置１１２Ａ，１１２Ｂで交互運転する。そしてポンプ装置１１２Ｃが故障した場合には、その低層側のゾーンに対応するポンプ装置１１２Ａ，１１２Ｂのうち一方、例えば１１２Ａについて、高層ゾーンＺ２の吐出圧力を検出し、目標圧力を高層ゾーンＺ２の目標圧力に上げるとともに、低層ゾーンＺ１は残りのポンプ装置１１２Ｂの単独運転とする、バックアップ運転に切替える。

【0060】

また、給水装置１０Ａにおいて、制御部４４は、例えば低層用のポンプ装置１１２Ａ，１１２Ｂのいずれかが故障した場合には他のポンプ装置の単独運転とすることで、バックアップが可能となる。

【0061】

例えば図８に示す給水装置１０Ｂは、３つのゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３に接続される７台のポンプ装置２１２Ａ〜２１２Ｇを備える。

【0062】

給水装置１０Ｂにおいて、制御部４４は、正常時には、中層ゾーンＺ２を２台のポンプ装置２１２Ｄ、２１２Ｅで、高層ゾーンＺ３を２台のポンプ装置２１２Ｆ，２１２Ｇで、それぞれ交互並列運転するとともに、低層ゾーンＺ１を当該ポンプ数より１台多い数、すなわち３台のポンプ装置２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃで交互並列運転する。そして、いずれか、例えば高層のポンプ装置２１２Ｇが故障した場合には、その低層側のゾーンに対応するポンプ装置２１２について、検出圧力及び目標圧力を、高層側のゾーンの検出圧力及び目標圧力に切替える。すなわち高層ゾーンＺ３の吐出圧力を検出し、目標圧力を高層ゾーンＺ３の目標圧力に上げる、バックアップ運転に切替える。また、例えば低層用のポンプ装置２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃのいずれかが故障した場合には他のポンプ装置２台による交互並列運転とすることで、バックアップが可能となる。

【0063】

また、制御部４４は、バックアップ運転中の各ポンプ装置２１２の吐出流量を検出し、バックアップ移行後に当該バックアップ運転中のポンプ装置２１２の出力が所定の回転速度、例えば最高回転速度に達し、かつ吐出圧力が目標圧力以下になった場合には、さらに低層側のポンプ装置２１２の運転の検出圧力及び目標圧力を、当該被バックアップの吐出圧力及び目標圧力に切替える。すなわち、高位の層から順番にバックアップ運転に切替え、複数台のポンプ装置をバックアップ運転する。

【0064】

これらの実施形態においても、通常運転時には、低層のポンプ装置１１２，２１２あるいは低層及び中層のポンプ装置１１２，２１２の目標圧力を低くすることで、省エネ効果が得られる。また、故障時などには低層側のポンプ装置１１２，２１２によりバックアップすることが可能であり断水が回避できる。

【0065】

また、給水装置１０Ｂによれば、バックアップ運転中のポンプ装置が所定の回転速度、例えば最高回転速度に到達しない場合には、低層用のポンプの目標圧力を低く抑えたままで運転するため、バックアップ時にも省エネ運転が可能となる。

【0066】

停止圧力や目標圧力は上記に限られるものではなく、例えば各種検出データや設置値、演算式に基づいて、演算して決定してもよい。例えば、上記実施形態においては通常運転において、各ゾーン毎に吐出圧力を制御する例として、吐出圧力一定制御方式を用いたが、これに限られるものではない。例えば、各ゾーン毎に、配管損失を考慮した推定末端圧一定制御方式を用いてもよい。この場合においても、ゾーン毎の高さに応じた目標圧力に設定することで、全てのポンプ装置について最高層階の高さに応じた目標圧力に設定するよりも、低層または中層のポンプ装置の目標圧力を低く設定できるため、省エネ効果が得られる。

【0067】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
二次側に接続される吐出流路を介して高さの異なる複数の給水ゾーンに接続される、複数のポンプ装置と、
複数の前記ポンプ装置を、前記複数の前記給水ゾーンの高さに応じてそれぞれ設定された目標圧力に基づき圧力制御する、制御部と、を備える給水装置。
（２）
前記複数のポンプ装置の二次側にそれぞれ接続された複数の吐出流路を連通するとともに、低層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点から、高層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点に向かうように流れが規制された、連結流路を備え、
前記制御部は、各ポンプ装置の二次側の前記吐出流路の圧力を検出し、検出された吐出圧力と、対応ゾーンの目標圧力に基づいて、圧力フィードバック制御する、第１運転モードと、
所定のバックアップ条件を満たす場合に、少なくともいずれかの前記ポンプ装置を、前記第１運転モードよりも高層側の検出位置にて検出される高層側吐出圧力と、前記対応ゾーンの目標圧力よりも高い高層側目標圧力とに基づいて、バックアップ運転する、第２運転モードと、を切替える、（１）に記載の給水装置。
（３）
前記第２運転モードにおいて、少なくとも１台のポンプ装置について、検出圧力を前記対応ゾーンより高層の前記給水ゾーンに対応する高層側ポンプの吐出流路の圧力とし、目標圧力を前記高層側ポンプの前記第１運転モードの目標圧力と同等にする、（２）に記載の給水装置。
（４）
複数の前記ポンプ装置は、最も高層の前記給水ゾーンに給水可能な所定の揚水性能を有し、
前記制御部は、前記第１運転モードにおいて、最も低層の前記給水ゾーンに対応する検出圧力及び目標圧力に基づいて、２台以上の低層用の前記ポンプ装置を交互運転し、前記第２運転モードにおいて、前記低層用の前記ポンプ装置の少なくとも１台を、前記第１運転モードよりも高層の前記給水ゾーンに対応する高層側吐出圧力及び高層側目標圧力に基づいて運転するとともに、バックアップ運転中の前記ポンプ装置が所定の回転速度以上になった場合は、前記低層用の前記ポンプ装置の残りの１台を前記検出圧力及び前記目標圧力に基づいて並列運転する、（２）または（３）に記載の給水装置。
（５）
前記第１運転モードにおいて、高層側の１以上の給水ゾーンについてそれぞれ２台以上の所定の台数のポンプ装置で交互運転し、最も低層の給水ゾーンは、前記高層側のポンプ装置の台数よりも１台以上多い台数で、交互運転する、（２）乃至（４）のいずれかに記載の給水装置。
（６）
前記第２運転モードにおいて、バックアップ運転中の前記ポンプ装置が所定の回転速度以上であり、かつ、吐出圧力が所定の閾値を下回った場合に、当該バックアップ運転中の前記ポンプ装置よりも低層側の給水ゾーンに対応する低層側ポンプの目標圧力を上げてバックアップ運転する、（２）乃至（５）のいずれかに記載の給水装置。
（７）
前記制御部は、吐出圧力一定制御方式または推定末端圧一定制御方式にて個々の前記ポンプ装置をフィードバック制御する、（１）乃至（６）のいずれかに記載の給水装置。
（８）
二次側に接続される吐出流路を介して高さの異なる複数の給水ゾーンに接続される、複数のポンプ装置を、前記複数の前記給水ゾーンの高さに応じてそれぞれ設定された目標圧力に基づき圧力フィードバック制御する、給水装置の制御方法。
（９）
前記複数のポンプ装置の二次側にそれぞれ接続された複数の吐出流路は、低層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点から、高層側の給水ゾーンに接続される前記吐出流路との合流点に向かうように流れが規制された、連結流路により接続され、
各ポンプ装置の二次側に接続された前記吐出流路の圧力を検出し、前記検出された吐出圧力と、対応ゾーンの目標圧力に基づいて、フィードバック制御する第１運転モードと、 所定のバックアップ条件を満たす場合に、少なくともいずれかの前記ポンプ装置を、前記第１運転モードよりも高層側の検出位置にて検出される高層側吐出圧力と、前記対応ゾーンの目標圧力よりも高い高層側目標圧力とに基づいて、バックアップ運転する、第２運転モードと、を切替える、（８）に記載の給水装置の制御方法。

【符号の説明】

【0068】

１０、１０Ａ、１０Ｂ…給水装置、１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）、１３…配管ユニット、１４…制御盤、１８…水道機器、２１…モータ、２２…ポンプ部、２２ａ…ポンプ吸込口、２２ｂ…ポンプ吐出口、２３…インペラ、２４…ケーシング、３１…吸込側配管、３２…吐出側配管、３３…個別吐出管、３４…連結管、３４…連結管、３４…連結流路、３５…流量センサ、３６…逆止弁、３７…ボール弁、３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）…圧力センサ、３９…アキュムレータ、４１…制御ボックス、４２…制御基板、４３…インバータ、４４…制御部、１１２（１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ）…ポンプ装置、２１２（２１２Ａ〜２１２Ｇ）…ポンプ装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】