JP5107293B2 - 給水システム - Google Patents

Description

この発明は、オフィスビルやマンション等の受水槽、高置水槽等の貯水槽の水位を制御する水位制御部を有する給水システムに係り、特に、その水位制御部において冬季等の厳寒期に給水バルブやそれに接続された給水管等が凍結することを未然に防止する凍結防止機能を設けて、その給水バルブ近傍の気温に応じて前記バルブを開閉制御して、凍結防止用の通水を所定時間行うようにした貯水槽の水位制御部を有する給水システムに関する。

一般に、給水システムは、それにおける上流に設置した受水槽、高置水槽等の貯水槽に、給水バルブを有する給水管を経由して水道水を所定量いったん貯留し、この貯水槽から配水バルブまたは配水バルブの機能をも有する揚水ポンプ等の配水ポンプを有する配水管を介して、各需要家に配水するように構成されている。そして、給水、配水に必要な圧力は、水道本管の水圧、高置水槽への揚水ポンプ、高置水槽の位置エネルギー、配水管に設けられたポンプ等によって、それぞれ得られている。

そして、通常、このような給水システムにおける貯水槽内の水位は、それに設けられた水位センサによって検出されて、水の消費量、すなわち、その検出水位に応じて、水道水の本管から受水槽、高置水槽等の貯水槽への給水やこの貯水槽からの配水等を水位制御部によって制御されて、適切な水位が維持されるように構成されている。

具体的には、ビル、マンション、病院、学校等、水の消費量の多い建物では、屋上または地下、または屋外等に受水槽、高置水槽等の貯水槽が設置されており、供給された水道水をこの貯水槽内にいったん貯溜してから各末端の消費箇所まで給水または配水するように構成されている。

そして、従来のこのような貯水槽内の水位を制御する制御部を有する給水システムは、この貯水槽内の底部に水位センサを備えており、水位が所定の水位に達するとその水位センサの出力に応じて、電磁バルブである給水バルブを閉止して給水を停止し、また、水位が所定の低水位まで低下した場合には前記の給水バルブを開放し、この貯水槽内に給水を再開するように構成されている。

この給水バルブは、自力形の自動弁であることも可能であり、そのような給水バルブは内部にシリンダやピストンなどを内蔵しており、シリンダ内の水圧を放出することにより、給水の水圧で自動的に開閉する。この給水バルブのシリンダ内の水を放出するためにパイロット管および副バルブが接続されており、この副バルブが開放すると給水バルブも開放し、またこの副バルブが開放すると給水バルブも開放する。副バルブは、電気的に開閉する電磁バルブが使用されている。

また、一般に、給水バルブや給水管内の水は、通水が遮断されて静止状態のときは、例えば、非特許文献１には、外気温が−５°Ｃに達すると約１時間後に凍結が始まるとされ凍結し易いが、流水状態であれば凍結しないことが開示されている。このように寒冷地では、日常的に個々の需要家において、給水栓を少量開放した状態を維持して通水状態にすることによって、無駄を承知で、給水栓近傍の凍結を防止することが行われている。しかしながら、このような通水による凍結防止策は、末端におけるものであって、その結果が貯水槽のような水位変更を及ぼすほどの容量ではなされておらず、したがってそれによる給水バルブの開放、通水は期待できない。

さらに、給水バルブが地中に埋設されるような状況では凍結深度によって、凍結し難い環境もあるものの、貯水槽の場合にはそのような設置は稀である。

社団法人空気調和衛生工学会編著「建築設備の凍結防止と実務」 （平成８年３月２５日発行）

ところで、貯水槽や給配水管はその性質上屋外に設置されることが多く、したがって、冬季、特に厳寒期には外気温が低下するため、長時間放置されると、特に給水、停止を制御する給水バルブやそれに接続された給水管が凍結して、制御部による開閉動作ができず、したがって、給配水が不可能となって支障を来たし、状況によっては重大な事故になりかねない。

そのため、凍結防止用の加熱装置やカバーを設置するなど余分な設備や対応を余儀なくされることから、不具合を承知で放置されている設備も少なくない。しかしながら、気象条件の急変等で突然の凍結が発生すると、多大な不具合が発生しかねない。

この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、厳寒期における給水バルブの凍結を防止するために、貯水槽の水位制御部に、凍結防止のための給水、すなわち、通水を所定時間実行し得るタイマを設けたものである。

このタイマは、少なくとも給水バルブ近傍の凍結可能温度検知に自動的に連動するか、その温度を予測して手動で作動されるかのいずれでもよい。

この発明によれば、単に水位制御部にタイマを設置するだけで、厳寒期においても、貯水槽の給水バルブの凍結を未然に防止することができる。

しかも、貯水槽の水位制御部においては、種々の異常管理に備えた対処がなされており、後述するように、一般的には、満水位検知後にも、所定量の給水が許容される貯水容量が備えられていることから、凍結防止用の通水は、実質的に貯水槽内に受入れられるものであって、無駄に排水されることはなく、また、格別な支障は生じない。

この発明の給水システムの一実施例を示す概略断面図である。 この発明の給水システムの一実施例を示すフローチャート兼回路図である。

以下、この発明の一実施例を示す図１の給水システムの概略断面図に従って、この発明を説明する。

貯水槽１０は、例えばオフィスビルの屋外の床面１２に設置され、この貯水槽１０の上部には給水管１４が開口され、この給水管１４には、給水バルブ１６が設けられている。この給水バルブ１６は、水位制御部１８からの制御信号によって開閉し、貯水槽１０への給水を制御する電磁バルブであって、例えば水道本管（図示せず）からの水道水、すなわち上水を給水バルブ１６を経由して給水管１４から貯水槽１０に給水して、一旦貯留するようになっている。

そして、この貯水槽１０の底部には、供給管、すなわち配水管２０が接続され、この配水管２０は、配水バルブ、または、接続された揚水ポンプ（いずれも図示せず）を介して、末端の消費側の配管、例えば、ビルやマンションなどの建物内の需要家の給水末端（図示せず）に接続され、前記水位制御部１８からの制御信号によって、その配水バルブ、または揚水ポンプが制御され、配水が適切に行われて、後述のように所定の水位が維持されるようになっている。前記給水末端は、例えば、分岐した配水管からそれぞれに設けられる給水栓や給湯器などである。

また、貯水槽１０には、その底部に水位センサ２４が設置され、その出力が水位制御部１８に伝達されて、その出力が処理され、貯水槽１０の水位に応じて、給水バルブ１６が制御されるようになっている。この水位制御部１８は、水位センサ２４からの水位信号に対応して前記給水バルブ１６を開閉作動し、この貯水槽１０内に供給される水の量を制御して、この貯水槽１０内の水位を後述するような所定の水位範囲、すなわち制御水位範囲に維持するように構成されているもので、図示するように、必要に応じて水位や後述するタイマの設定時間等の数値表示が目視できるような表示窓付の開閉可能な扉１８ａを有する制御盤を構成している。

一方、貯水槽１０内には、電極棒で構成される水位検出部２６が設けられ、４本の電極棒２６−１、２６−２、２６−３、２６−４が、貯水槽１０上部から垂下して配置構成されて、それぞれの電極棒によって水位検出が行われ、それぞれの検出信号は、図示しないポンプ制御部に送信されて、前記揚水ポンプの制御が行われる。

すなわち、電極棒２６−１は、最も長い共通接地電極であり、その他の電極棒２６−２、２６−３、２６−４は、各検出水位に応じた長さを有するもので、電極棒２６−２は、渇水位Ｌ１、すなわち、空転水位を検出してポンプの空転を防止するもの、電極棒２６−３は、減水位L２検出警報用、電極棒２６−４は、満水位Ｌ３検出警報用である。

詳述すると、渇水位Ｌ１は、貯水槽10内の水位がその先端よりも低くなると渇水警報を発する水位であり、電極棒２６−２により検出される。すなわち、水位が渇水位Ｌ１よりも低くなると、その制御部は、水位が渇水位Ｌ１を下回ったと判断して、外部に渇水警報を発し、ポンプの空運転を防止するためにポンプを停止する。

減水位Ｌ２は、水位がその先端よりも低くなると減水警報を発する水位であり、電極棒２６−３により検出される。すなわち、水位が減水位Ｌ２よりも低くなると、外部に減水警報を発する。

満水位Ｌ３は、水位がその先端位置以上になると満水警報を発する水位であり、電極棒２６−４により検出され、ポンプ制御部は、外部に満水警報を発するように構成される。

ここで、例えば、貯水槽１０からのポンプ運転による配水によって貯水槽１０内の水位が減水位Ｌ２を下回ると、ポンプ制御部は外部に減水警報を発する。さらに水位が低くなるとともに、別途水位センサ２４による水位制御部１８の制御によって給水バルブ１６から水道水が給水されてもなお水位が低くなって渇水位Ｌ１を下回った場合には、渇水警報が発せられ、ポンプの運転が停止される。この場合、他の電極棒の設置により、その後、給水によって水位が上昇して復帰水位を越えると、ポンプが再始動可能な状態に設定することも可能である。

以上のように、このような電極棒方式の水位検出によって、主として警報とポンプの制御が行われるものである。

なお、図中２８は、溢水管で、前述した満水警報後も故障等何らかの原因で給水が継続されて貯水槽１０内の水位が上昇する事態が生じたときに、溢水管を超える貯水を排水するために設けられているものである。

つぎに、このような電極棒２６による警報およびポンプ制御に加えて、前述した水位センサ２４は、その検出された貯水槽１内の水位に基づく水位センサ２４の出力による制御部１８の制御によって、前記給水バルブ１６を開閉制御して、貯水槽１０内の前記電極棒２６−４による満水位Ｌ３と電極棒２６−２による渇水位Ｌ１との間の水位を、後述するそれぞれのレベルで、適切に、かつ安全に制御するように構成されている。

すなわち、図示するように、貯水槽１０の右側に、前記電極棒の検出水位に対応するように、水位センサ２４の各検出水位の意味するところを表記したもので、水位センサ２４は、６つの水位レベル、すなわち、上から、高水位給水停止位置Ｌa、現在水位Ｌｂ、高水位給水開始位置Ｌｃ、低水位給水停止位置Ｌｄ、低水位給水開始位置Ｌｅを検出するようになっている。
詳述すれば、例えば、現時点で現在水位Ｌｂの状態から、揚水ポンプが作動して揚水ないし配水が行われると、水位は高水位給水開始位置Ｌｃに至り、この時点で水位センサ２４の出力に応じて制御部１８により給水弁１６が開放して給水が行われる。この給水量が配水を上回れば、その後、高水位給水停止位置Ｌaが検知されて、給水が停止する。したがって、貯水槽１０内の水位は、消費容量に対応して制御部１８を高水位に設定しておけば、通常、高水位給水停止位置Ｌaと高水位給水開始位置Ｌｃとの間に維持される。

一方、配水がさらに給水を上回れば、低水位給水開始位置Ｌｃが検出されて、給水が開始され、低水位給水開始位置Ｌｃが検出されて、給水が開始され、低水位給水停止位置Ｌｄが検出されると、給水が停止する。したがって、この場合には、貯水槽１０内の水位は、低水位給水停止位置Ｌaと低水位給水開始位置Ｌｃとの間に維持される。さらに配水が給水を上回って電極棒２６−３（減水警報）、さらには電極棒２６−４（空転防止警報）を超えると揚水ホンプが停止されて配水が制限され、給水のみが継続されて正常の水位に回復することができる。

通常はこのように貯水槽１０内の水位制御が安定して行われるが、この貯水槽１０は屋外に設置されることが多いことから、その給水バルブ１６も外気に曝されているため、冬季等の厳寒期においては、この給水バルブ１６が凍結する可能性がある。

すなわち、ここで、一般的に外気に接して配置されている給水バルブまたはそれが設置されている給水管が、厳寒期に凍結する状況を想定すると、例えば、給水バルブが閉塞されて通水が停止されている状態では、前述したように、外気温が、例えば、−５°Cで、１時間継続する状況下では、その外気に接している給水バルブおよび給水管は凍結してしまう可能性がきわめて高い。

したがって、この発明は、このような状況下で、図２にそのフローチャート兼回路図で示すように、タイマを用いて、この給水バルブ１６を、凍結可能性がある給水停止時間経過以前に所定時間開放して通水することによって、この給水バルブおよびそれが接続された給水管に水が停止状態で停滞することによって凍結し易い状況を回避することができるようにしたものである。

そして、好ましくは、その凍結防止用の通水は、前述したとおり、その時点の水位から、溢水管２８の溢水水位未満の範囲で、凍結防止が可能である量を、断続的に実行するように構成して、この凍結防止用の通水をも貯水槽１０内に全て貯水することによって、無駄な排水を防止する。低水位制御の場合は、凍結防止用の通水量は殆んど問題なく貯水されるが、高水位制御の場合には、その水位から溢水管２８の溢水水位未満の範囲がさほど大きくないので、その範囲内において凍結防止が確実に実現するように、給水システムの設置環境に応じて、通水時間および通水回数等、通水量を予め設定しておく。

すなわち、先ず図1に示すように、給水バルブ１６の近傍、例えば、バルブ本体表面に温度センサ３０を設置し、この温度センサ３０の外気温に連動するバルブ本体表面の所定温度、例えば−５℃における出力を受ける温度調節器３２を設け、後述するタイマ３４、３６を介して前記給水バルブ１６を時限的に開閉作動するようにしたものである。この温度センサ３０の設置位置は、給水バルブ１６本体表面であるが、この位置は外気温に直接影響される位置であり、給水バルブ１６内の水の凍結も外気温に影響されて生じるものであるから、この位置で先行的に凍結可能性を検知することができることから、好適である。また、この外表面への設置は、既存のシステムにおいて新たに凍結防止機能を付加する場合に、内部に設置するものに比して、後付けが容易であるから優位である。

ここで、凍結防止用の通水量は、流速１ｍ／秒で２−３分間、貯水槽１０における高水位給水停止位置Ｌaと電極棒２６−１の満水警報位置との間で受入れられる容量内にとどまる程度に設定される。

前述したとおり、高水位給水停止位置Ｌaと電極棒２６−１の満水警報位置との間には一定の容量が存在しており、高水位給水停止位置Ｌaを超えて凍結防止用の通水が行われても、その全量は貯水槽１０内に貯水され、無駄に排水されるようなことはなく、格別な支障は生ずることなく、さらには、万一、その容量を超過する程の通水が必要である異常が生じても、過剰な水位の上昇分は、溢水管２８によって支障なく排水することができる。

したがって、通常は凍結防止用の、所定時間、所定容量の通水によって、給水バルブ１６内の水温は上昇するが、さらに外気温によって、その給水バルブ１６の外表面が−５°Cの検知を継続するような場合には、再度、この凍結防止通水を１時間後に実行し、その後も、さらに繰り返して実行することが可能であり、これを想定すると、それが都合７、８回可能であるような通水量として設定されることが望ましい。また、再度以降の給水バルブの通水は、温度センサの出力とは無関係に繰り返すようにすることも可能である。

そして、水位制御部１８には、図２に示すようにタイマ、すなわち調整タイマ３４およびバルブ開閉タイマ３６が接続され、調整タイマ３４は、前記温度センサ３０の温度出力を受けた温度調節器３２によってスタートし１時間後に作動して、バルブ開閉タイマ３６を作動する。このバルブ開閉タイマ３６は、その出力によって給水バルブ１６を、例えば３分間開放して凍結防止用の通水を実行する。タイマ３４、および３６は、前者は、３０分から１、２時間程度の比較的長い遅延時間設定が選択でき、また、後者は、１分から５分程度の通水時間設定が選択できるものである。

したがって、図２に示すように、例えば、給水バルブ１６の表面温度が−５℃に達した場合に、この温度センサ３０からの温度出力によって、調整タイマ３４がスタートし、例えば、それから１時間経過後に、バルブ開閉タイマ３６を作動して、給水バルブ１６を一定時間、例えば３分間開放作動して、給水管１４から貯水槽１０に給水を行なう。この給水による給水バルブ１６自身または給水管１４内の通水によって、その時点の、それらの内部における凍結が確実に防止される。その後についても、なお再度表面が−５℃になった場合には、同様に前記給水バルブ１６の開放動作を繰り返して実行することができる。

なお、この凍結防止用の通水によって温度センサ３０の検知温度が大幅に上昇したような場合には、敢えて前記タイマ３４、３６による給水バルブの時限的開閉制御を中断して、初期状態の閉止状態に戻して、温度検知から再スタートすることも可能である。

なお、前述した実施例においては、温度センサ３０を給水バルブ１６の外面に設けたが、パイロット管および副バルブを設けた給水バルブにあっては、この副バルブを含んでパイロット管に設けるようにしてもよく、さらには、給水バルブ近傍に設けることもできる。もちろん、それぞれの場合に、それぞれの温度センサ３０の温度出力と給水バルブないし給水管の凍結温度、凍結時間等を経験的に予測しながら、温度センサ３０の温度出力、タイマの時間設定を最適な値に設定することが望ましい。

このような凍結防止用の通水は、前述したように、例えば、凍結防止用の通水を前記貯水槽の満水位からさらに許容される容量範囲の中で行うようにすることによって、凍結防止用の通水は、全く無駄にならずに貯水槽内に貯蔵することができ、しかも、凍結は、確実に未然に防止できることに着目してなされたもので、前述した不具合に充分対処することができる給水システムを提供することができるものである。

もちろん、この満水位警報から実際の溢水管から溢水されるまでには一定の水量が余裕をもって設定されている。すなわち、満水位検知後、給水管から一定の通水が行われることがあっても、それは実質的に貯水槽内に貯水されて、無駄に排水されることはなく、装置全体には何らの支障もない。この発明では、その余裕の受入可能容量を巧みに利用することによって、凍結防止のための通水を自動的に実行できるようにしたものであるが、万一、凍結防止のための通水が異常状態によってその余裕容量を超過したとしても、溢水処理されるだけであるので、格別な支障はない。

このようにして、必要に応じて外気温の測定結果に応じて、自動的に、本来停止している貯水槽への給水バルブを予定時間開放して凍結防止用の通水を行い、停水状態では凍結の恐れがある状態を未然に回避することができるようにした水位制御部を有する給水システムを提供するものである。

この通水時間ないし通水量は、前述したとおり、外気温に連動して温度センサの出力およびタイマの動作時間を予め設定しておくことにより、自動的に凍結防止機能が働くように構成することができる。

以上説明したこの発明の実施例においては、凍結防止用の通水は、給水バルブ１６の外面に設けた温度センサ３０の測定結果に基づいて、水位制御部１８を制御するように構成したが、制御部の制御は、外気温の測定結果に基づくことなく、例えば、当該地区における凍結の可能性があるという気象予報、または気温実測によって、実際の温度センサによる給水バルブ外面ないし外気温の測定結果とは無関係に、水位制御部において押しボタンスイッチのような操作部（図示せず）を手動操作することによって、給水バルブ１６に対するタイマをスタートして駆動をするように構成することも可能である。

換言すれば、前述したように、所定温度下、凍結しないために必要な最小限の通水時間または通水量を設定しておくことにより、手動で、または外気温の実測とは独立して無関係にその設定された通水動作を開始するように構成することもできる。
また、凍結防止用の通水を、一定量連続して実行するか、時間的に断続的に実行するかは、その凍結防止効果の程度によって、さらには貯水槽の安全限度内の貯水容量によって、いずれをも選択することができるが、いずれでも可能である。

１０・・・貯水槽、 １２・・・床面、 １４・・・給水管、 １６・・・給水バルブ、 １８・・・水位制御部（制御盤）、 １８ａ・・・開閉扉、 ２０・・・配水管、 ２４・・・水位センサ、 ２６・・・水位検出部、 ２６−１・・・共通電極棒（Ｌ１）、 ２６−２・・・空転防止警報用電極棒（Ｌ２）、 ２６−３・・・減水警報用電極棒（Ｌ３）、 ２６−４・・・満水警報用電極棒（Ｌ４）、 ２８・・・溢水管、 ３０・・・温度センサ、 ３２・・・温度調節器、 ３４・・・調整タイマ、 ３６・・・バルブ開閉タイマ、 Ｌａ・・・高水位停止位置、 Ｌｂ・・・現在水位、 Ｌｃ・・・高水位開始位置、 Ｌｄ・・・低水位停止位置、 Ｌｅ・・・低水位開始位置

Claims (4)

1. 給水バルブを経由して給水し、貯水槽に所定量の水を貯溜するとともに、この貯水槽から配水するようにした水位制御部を有する給水システムにおいて、前記給水バルブの外表面に温度センサを設け、この温度センサが前記給水バルブの凍結可能外気温度を検知するとスタートし、給水バルブが凍結する可能性がある給水停止時間経過以前に前記給水バルブを制御して、所定時間、凍結防止用の給水をするタイマを設けたことを特徴とする給水システム。
2. 前記凍結防止用の給水量は、前記タイマが作動する時点の水位から、前記貯水槽の溢水水位までの範囲内で設定されることを特徴とする請求項１記載の給水システム。
3. 前記温度センサの温度出力は、約−５℃であり、凍結防止用の給水は、その出力から約1時間以内であることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項記載の給水システム。
4. 前記タイマは、所定時間の通水後その制御を所定回数繰返すことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項記載の給水システム。

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