JP2000328613A - 給水システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中高層建築の給水システムにおいて、安
価で容易に構築できる給水システムを得る。 【解決手段】 揚水管と給水管を一つにまとめ,高置水
槽を小容量とする。圧力水槽を高所に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は中高層建築等の給
水ポンプより給水枝管までの給水システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より中高層建築の給水システムとし
ては、 （イ）給水ポンプにて水源より水を汲み上げ、揚水管を
経て高置水槽に水を揚水貯留し、揚水管とは別の給水管
を経て、重力にて必要箇所に給水する重力給水システ
ム。 （ロ）給水ポンプの吐出口直近に、給水ポンプの電動機
が安全な範囲で最小起動間隔を保てる水量を空気にて蓄
圧した圧力水槽を設け、その圧力により必要箇所に給水
する圧力給水システム。。 （ハ）必要箇所の給水量に応じて、給水ポンプの運転台
数や回転数を制御して給水するポンプ直送給水システム
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これは次のような欠点
があった。 （イ）重力給水システムは、揚水と給水の二本の配管が
あり、それなりの配管コストと所要スペースを必要とし
た。 （ロ）また高所に貯留水量の大きい高置水槽があるた
め、大きな建築構造強度が必要とされ、特に地震時の横
方向の応力に対して不利な建築となっていた。（ハ）さ
らに高所の貯留水量の大きい高置水槽は塔屋屋上の外部
に設置されるが、寒冷地においては凍結対策や積雪対策
が必要であった。

【０００４】（イ）圧力給水システムには、給水ポンプ
の吐出口直近に圧力水槽があるために圧力水槽の保有圧
力は、圧力水槽より最高所の給水箇所までの実揚程およ
び流体の摩擦損失水頭と給水箇所の必要水圧を加えた大
きな圧力となり、圧力水槽は大きな構造強度が要求され
た。 （ロ）日本の場合、大きな圧力がかかる圧力水槽は、労
働安全衛生法の規制の対象の圧力容器ともなり法規にも
とずいた点検や、帳票類の作成保管の義務がかせられ
た。

【０００５】ポンプ直送給水システムには、給水ポンプ
の運転台数や回転数を給水量に応じて制御する複雑な制
御回路や制御部品が必要となり、多大なコストと煩雑な
維持管理を要した。

【０００６】本発明は、上記の欠点を解決した、給水シ
ステムを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の給水システムにおいては、揚水と給水の機
能を併せ持つ揚水給水管１にて主要な配管系として、高
置水槽１又は圧力水槽４の下部に接続する。

【０００８】また揚水給水管１を高置水槽２又は圧力水
槽４の付近で揚水管１１と給水管１２に分岐し、揚水管
１１を高置水槽１又は圧力水槽４の上部に接続し、給水
管１２は揚水時閉止弁７を介して高置水槽１又は圧力水
槽４の下部に接続することもできる。

【０００９】あるいは、揚水給水管１より高置水槽２又
は圧力水槽４の付近にて分岐した、高置水槽２又は圧力
水槽４の停止水面２１の直近の下部へ、揚水時閉止弁７
を有する副給水管１３を接続し、揚水給水管１は高置水
槽２又は圧力水槽４の下部に接続することもできる。

【００１０】さらに、給水ポンプ３の揚水量をピーク時
最大給水消費量とし、安全な範囲で給水ポンプの電動機
が最小起動間隔を保てるだけの少容量の高置水槽２又は
圧力水槽４とすることもできる。

【００１１】また、圧力水槽４はできるだけ建物高所に
設けて、圧力水槽の必要圧力を少ないものとすることも
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
ずき図面を参照して説明する。 （イ）図１において、一端がたとえば渦巻型の給水ポン
プ３の吐出口に接続され、他端がたとえばＦＲＰ製の高
置水槽２の下部に接続されたたとえば塩化ビニールライ
ニング鋼管製の揚水給水管１と、揚水給水管１より分岐
の単数、または複数のたとえば塩化ビニールライニング
鋼管製の給水枝管８により構成される。 （ロ）給水ポンプ３が起動すると、水は揚水給水管１よ
り高置水槽２へ揚水され停止水面２１に水面が達すると
給水ポンプ３を停止させる。 （ハ）その後給水消費箇所の水栓などを開栓すれば高置
水槽２より、揚水給水管１および給水枝管８をとうり給
水消費箇所へ重力にて給水される。 （ニ）給水消費が進むと高置水槽２の水面が下がり、や
がて水面が起動水面２２に達したとき、給水ポンプ３が
再び起動し水は高置水槽２へ揚水されるが、同時に給水
消費箇所の水栓などが開栓されていれば、そこにも給水
される。 （ホ）その場合に給水消費量が給水ポンプ３の揚水量よ
り多い場合には、同時に高置水槽２よりも水の供給があ
り、給水消費箇所の給水量をまかない高置水槽２の水面
は下がるが、やがて給水消費量が給水ポンプ３の揚水量
より少なくなると高置水槽２の水面は上昇し、停止水面
２１に水面が達すると給水ポンプ３を停止させる。 （ヘ）そのために、従来の技術と同様に算出した、高置
水槽２の容量と給水ポンプ３の揚水量および揚程とす
る。 （ト）あるいは、給水ポンプ３の揚水量をピーク時最大
給水消費量と同じにして、高置水槽２の容量を、少ない
給水消費量のときに給水ポンプ３用電動機の起動間隔が
安全な最小時間を確保できるだけの少容量にすることも
できる。 （チ）また高置水槽２の容量が少さい場合にはたとえば
硬質塩化ビニール管等を利用して高置水槽２を製作する
こともできる。 （リ）給水枝管８のうち高置水槽２に最も近いものを、
揚水給水管１の高置水槽２の接続部に近いところより取
り出し、高置水槽２の水の入れ換えをより早く促すこと
もできる。 （ヌ）さらに停止水面２１と起動水面２２に合わせた、
たとえばステンレス製の電極棒による水位センサーと連
動したリレーを設け、その信号にてポンプの起動停止の
自動化もできる。 （ル）さらに図２に示されるように、揚水給水管１を複
数とすることもできる。 （ヲ）また図３に示すように高置水槽２も複数にするこ
ともできるが、たとえば仕切弁を用いた弁５を開閉して
その内の１台をバックアップ用とすることができる。 （ワ）あるいは複数の高置水槽２の容量の合計が必要容
量として並列して使用し、どちらかがたとえば清掃時な
どに、他方のみ使用して不完全ながらも断水せぬように
することもできる。

【００１３】（イ）図４に示される実施例は、給水ポン
プ３を２台にしたものであるが、その場合の給水ポンプ
３の容量は、それぞれポンプが１台の場合と同じ容量と
し、互いにバックアップすることができる。 （ロ）あるいは必要揚水量を複数の給水ポンプ３で分け
あい、給水消費量が少ないときは複数の給水ポンプ３の
内の１台のみの運転とし、給水消費量が増えて１台のみ
の運転では給水量が足りない場合には別の給水ポンプ３
も同時に運転する、単独および追従運転とすることもで
きる。 （ハ）単独および追従運転の場合で水位リレーによる給
水ポンプ３の自動起動、自動停止を計る場合には、単独
運転用の起動水面２２と停止水面２１を定め、追従運転
用の追従起動水面２４を起動水面２２の下に、追従運転
用の追従停止水面２３を停止水面２１の下に定める。給
水ポンプ３が３台の場合はさらにそれらの下に３台目自
動運転用水面を定めることができる。 （ニ）単独および追従運転の場合の複数の給水ポンプ３
の揚水量をすべて同じとしても、あるいは違わせても良
い。 （ホ）複数の給水ポンプ３を単独および追従運転とし、
給水ポンプ３の合計水量をピーク時最大給水消費量とし
た場合には、給水ポンプ３の内の１台だけの揚水量を対
象として高置水槽２の容量とすることができ、その容量
はごく小さなものとなる。 （ヘ）単独および追従運転の場合でも互いにバックアッ
プしあい、不完全ながらも断水せぬようにすることもで
きる。

【００１４】（イ）図５は高置水槽２の配管接続の実施
例を示すが、揚水給水管１の高置水槽２の付近にて分岐
し、高置水槽２の上部へ接続されたたとえば揚水給水管
１と同じ材質の揚水管１１と、高知水槽２への揚水時に
閉止するたとえば逆止弁を用いた揚水時閉止弁７を介し
て接続された、たとえば揚水給水管１と同じ材質の給水
管１２を高置水槽２の下部へ接続する。 （ロ）給水ポンプ３が運転され、給水消費量がポンプ揚
水量より少ないと、揚水給水管１と揚水管１１を経て高
置水槽２へ水が流入するが、高知水槽２への揚水時にの
み閉止する揚水時閉止弁７により給水管１２からの高置
水槽２への水の流入は無い。やがて停止水面２１に達す
れば給水ポンプ３を停止させる。 （ハ）引き続き給水消費が継続すれば給水管１２より高
知水槽２への揚水時にのみ閉止する揚水時閉止弁７を経
て給水消費箇所へ水が供給され、高知水槽２と揚水管１
１の水面が下がりやがて起動水面２２に達し給水ポンプ
３が起動するが、給水消費量が給水ポンプ３の揚水量よ
りも多い場合は揚水量のすべては給水消費箇所へ供給さ
れ、揚水量では足りない分は高知水槽２より供給され高
知水槽２の水面はさらに下がり続ける。 （ニ）やがて給水ポンプ３の揚水量よりも給水消費量が
少なくなリ高知水槽２へ揚水管１１より水の流入が始ま
る。 （ホ）以上のサイクルを繰り返して高置水槽２の水は高
置水槽２の下部より消費され、他方高置水槽２への水の
供給は上部よりなされ、水は常に入れ替わる。 （ヘ）この場合にも、給水枝管８のうち高置水槽２に最
も近いものは、揚水給水管１の揚水時閉止弁７に近い給
水ポンプ３側より取り出し、高置水槽２の水の入れ換え
をより早く促すこともできる。

【００１５】（イ）図６も高置水槽２の配管接続の実施
例を示すが、揚水給水管１の高置水槽２の付近にて分岐
し、高置水槽２への揚水時に閉止する弁７を介して高置
水槽２の上部へ接続されたたとえば揚水給水管１と同じ
材質の副給水管１３を設け、高知水槽２の下部へ揚水給
水管１を接続する。 （ロ）給水ポンプ３が運転され、給水消費量がポンプ揚
水量より少ないと、揚水給水管１より高置水槽２へ水が
流入し、徐徐に高置水槽２の水面が上がるが、揚水給水
管１より分岐された副給水管１３には高置水槽２への揚
水時にのみ閉止する揚水時閉止弁７により水は流入しな
い。 （ハ）やがて上昇した高置水槽２の水面が副給水管１３
の高置水槽２の接続部に達し、副給水管１３に水は流入
し充満するが、さらに水面は上昇しポンプ停止水面２１
に達すれば給水ポンプ３を停止させる。 （ニ）引き続き給水消費が継続すれば揚水給水管１より
給水消費箇所へ水が供給され、高知水槽２と副給水管１
３の水面が下がりやがて起動水面２２に達し給水ポンプ
３が起動するが、給水消費量が給水ポンプ３の揚水量よ
りも多い場合は揚水量のすべては給水消費箇所へ供給さ
れ、揚水量では足りない分は高知水槽２より供給され高
知水槽２の水面はさらに下がり続ける。 （ホ）やがて給水ポンプ３の揚水量よりも給水消費量が
少なくなリ高知水槽２へ揚水給水管１より水の流入が始
まる。 （ヘ）以上のサイクルを繰り返して高置水槽２の水は、
ポンプが起動し停止寸前に高置水槽２の上部より副給水
管１３に水は流入して消費され、水は常に入れ換わる。 （ト）この場合にも、給水枝管８のうち、高置水槽２に
最も近いものは揚水給水管１の高置水槽２の接続部に近
いところより取り出し、高置水槽２の水の入れ換えをよ
り早く促すこともできる。

【００１６】（イ）従来より圧力給水システムは、重力
給水システムの採用が難しい、たとえば建物構造や形態
のため充分な高所に高置水槽を設置できない場合や、広
い敷地の広範囲に低層建物が分散していて、高置水槽を
設置を設置するためには高い給水塔を設けなければなら
ないような場合で、そのような給水塔が景観を損ねた
り、給水塔建設の予算が計上できなかったりした場合に
採用される。 （ロ）それで本発明においては、上記に述べた条件であ
っても設置可能な高さに圧力水槽４を設け、その圧力は
設置された高さで不足な給水圧力を持つだけのものとす
る。 （ハ）圧力水槽４の圧力は水槽上部に空気を封じ込め、
その弾性を利用して必要圧力を得る。その原理は、一定
量の理想気体の等温状態においては圧力と体積の積は常
に一定で、圧力と体積は逆比例の関係にある、ボイル−
シャールの法則を、空気を理想気体とみなして利用す
る。つまり絶対圧力が１．０３３Ｋｇｆ／平方ｃｍで
１，０００リットルの空気に圧力を加えて絶対圧力で
２．０６６Ｋｇｆ／平方ｃｍとした場合、体積は５００
リットルとなる。言い換えれば、大気中の１，０００リ
ットルの容器の下部より容器中の空気が流出せぬよう、
５００リットルの水を圧入すれば、水は非圧縮性である
から容器上部に絶対圧力で２．０６６Ｋｇｆ／平方ｃｍ
で５００リットルの空気と、下部に絶対圧力で２．０６
６Ｋｇｆ／平方ｃｍの５００リットルの水を有する、つ
まりゲージ圧１．０３３Ｋｇｆ／平方ｃｍ、有効水量５
００リットルの圧力水槽４となる。 （ニ）図７は図１、図２および図３の高置水槽２をたと
えば硬質塩化ビニール管で製作した圧力水槽４に置き換
えて、圧力水槽４付近を示したものであり、給水ポンプ
３、揚水給水管１、給水枝管８については図１、図２お
よび図３と同様とする。 （ホ）給水ポンプ３の起動水面２２と停止水面２１との
間隔を給水ポンプ３の電動機が安全な範囲で給水ポンプ
の最小起動間隔を保てるだけの容量となるよう定め、起
動水面２２の圧力を圧力水槽４の設置された高さでの不
足な給水圧力とし、停止水面４３の圧力とその上部の空
気容積をボイル−シャールの法則にて算定する。 （ヘ）停止水面２１の圧力とその上部の空気容積は逆比
例の関係にあるので、圧力を高くすれば空気容積は少な
くなる。つまり圧力を高くすれば有効水量に比して圧力
水槽４の全体容量は小さくなるが、それだけの圧力に耐
える構造強度が必要となり、さらに日本ではゲージ圧２
Ｋｇｆ／平方ｃｍを超える場合には労働安全衛生法の規
制の対象となり制約をうける場合があるので、それらを
比較考慮して停止水面２１の圧力をさだめる。 （ト）また給水枝管８のうち、圧力水槽４に最も近いも
のを停止水面２１に直近の下部より取り出し、圧力水槽
４の水の入れ換えをより早く促すこともできる。

【００１７】（イ）図７にもとずいて、起動水面２２の
圧力をゲージ圧０．５Ｋｇｆ／平方ｃｍ（絶対圧１．５
３３Ｋｇｆ／平方ｃｍ）、有効水量４５０リットル、停
止水面４３のゲージ圧１．５Ｋｇｆ／平方ｃｍ（絶対圧
２．５３３Ｋｇｆ／平方ｃｍ）の条件での実施例とすれ
ば、停止水面２１の上部の空気容積はボイル−シャール
の法則にて算定すれば６９０リットルとなり、起動水面
２２の上部の容積は、６９０リットルに４５０リットル
を加えた１，１４０リットルとなる。さらにゲージ圧
０．５Ｋｇｆ／平方ｃｍ（絶対圧１．５３３Ｋｇｆ／平
方ｃｍ）の起動水面２２の上部容積１，１４０リットル
を得るためには大気圧（絶対圧１．０３３Ｋｇｆ／平方
ｃｍ）の１，６９２リットルの空気をゲージ圧０．５Ｋ
ｇｆ／平方ｃｍ（絶対圧１．５３３Ｋｇｆ／平方ｃｍ）
となるよう圧力をかけて得られる。 （ロ）それで大気圧水面４１をその上部に１，６９２リ
ットルの空気容積を得られるよう定め、たとえばボール
弁を用いた排水弁９を開放すれば大気圧水面４１を得ら
れるように設ける。 （ハ）起動水面２２を上部に１，１４０リットルの容積
を得られるよう定め、停止水面２１も上部に６９０リッ
トルの容積を得られるよう定めて、それぞれにたとえば
ステンレス製の電極棒による水位センサーにより動作す
るリレーを設け、給水ポンプ３がそれぞれの水面で起
動、停止となるよう制御回路を設ける。 （ニ）停止水面２１の上部にたとえばボール弁の吸排気
弁６を設ける。 （ホ）吸排気弁６を開放し給水ポンプ３を手動運転し
て、吸排気弁６より空気を排出しつつ給水配管系に水を
充満させ、続いて排水弁９を開放して大気圧水面４１を
定める。 （ヘ）大気圧水面４１が定まったなら、排水弁９と吸排
気弁６を閉止し、給水ポンプ３をそれぞれの水面で起
動、停止となるよう制御回路にて自動運転となるようス
イッチを入れる。 （ト）給水ポンプ３は運転を開始し、停止水面２１にて
自動停止するがそのときの圧力はゲージ圧１．５Ｋｇｆ
／平方ｃｍとなる。 （チ）給水消費が継続すると圧力水槽４の水位が下がり
同時に圧力も下がるが、給水消費が４５０リットルにな
ると起動水面２２となり、給水ポンプ３は再び起動する
が、そのときの圧力はゲージ圧０．５Ｋｇｆ／平方ｃｍ
である。 （リ）圧力給水システムの場合、給水ポンプ３の容量は
あらかじめピーク時給水最大消費量と同じにしてあるの
で、給水消費が継続していれば、給水消費箇所に給水し
つつ、徐徐に停止水面２１に向かって水面は上昇しやが
て停止水面２１となり、給水ポンプ３は自動停止とな
る。 （ヌ）このサイクルを繰り返して給水消費箇所に給水し
つづけるが、圧力水槽４の空気がごく少量ずつ水に溶け
込んで運転圧力が下がっていくので、一定期間自動運転
したら圧力水槽４の水位のリセットを行う。 （ル）排水弁９と吸排気弁６たとえば電磁弁として、制
御回路にタイムスイッチを組み込み一定期間通常運転を
したら、圧力水槽４の水位のリセットも自動的とした全
自動運転とすることもできる。

【００１８】また圧力水槽４のまわりにも図５と同様に
揚水管１１と、圧力水槽４への揚水時に閉止する揚水時
閉止弁７、および給水管１２を設け圧力水槽４の水を常
に入れ換えることもできる。

【００１９】あるいは圧力水槽４のまわりにも図６と同
様に圧力水槽４への揚水時に閉止する揚水時閉止弁７、
および副給水管１３を設け圧力水槽４の水を常に入れ換
えることもできる。

【００２０】さらに図３の実施例と同様に圧力水槽４を
複数にしたり、図４の実施例と同様に給水ポンプ３を複
数とすることもできる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２２】揚水給水管が１本であるので、従来の重力
給水工法においての揚水管と給水主管の２本の管路に比
して、コストが従来の技術のほぼ６７％および建物内の
配管スペースがほぼ６０％と大幅に少なくなる。

【００２３】給水ポンプ３の揚水量をピーク時最大給水
消費量とし、安全な範囲で給水ポンプの電動機が最小起
動間隔を保てるだけの少容量の高置水槽２とすることで
高置水槽２の重量、大きさが従来の技術の重力給水シス
テムの場合のほぼ１２％と格段に小さくなり安価となる
上、建物構造への影響や設置スペースも少なくてすみ、
寒冷地における凍結対策や積雪対策も容易となる。

【００２４】圧力水槽４を設置可能な建物上部に設ける
ことで、圧力水槽４の設定圧力は小さくなり構造強度も
小さいものとなり、製作コストも安価となる。

【００２５】さらに小さな圧力で済むことは、日本にお
いて労働安全衛生法の規制の対象外となり煩雑な法規上
の対応が不必要となる。

【００２６】あるいは従来の技術では労働安全衛生法の
規制の対象外とするために、４０リットル以下の圧力水
槽を必要数設けて対処したが、そのような姑息で複雑な
手段は不必要となる。

【００２７】従来の技術では圧力水槽内の空気が水に溶
け込むことが無いように隔膜を設けたりしていたが、本
発明は隔膜は不要であるので圧力水槽４の構造は従来の
技術に比して簡便となり、圧力水槽４の水面を電極棒に
よる水位センサーにての圧力制御を採用することができ
る。

【００２８】電極棒を用いた水位センサーによる制御
は、従来の技術で採用されている圧力センサーによる制
御に比して動作は確実で、微細な設定もできる上に安価
であり、保守点検も容易となり維持管理コストも安価と
なる。

【００２９】さらに給水ポンプの台数や回転数を給水量
に応じて制御する、複雑な制御回路や制御部品が必要
で、多大なコストと煩雑な維持管理を要するポンプ直送
給水システムを敢えて採用する必要はない。

【００３０】小容量の高置水槽や圧力水槽の場合には、
各種配管材を自由な形に組合せて高置水槽や圧力水槽と
することができ、建物の狭い場所や小屋裏を利用して高
置水槽や圧力水槽の設置場所とすることができる。

【００３１】さらに小容量の高置水槽や圧力水槽の場合
には、水槽内における水の貯留時間が短くなり、より新
鮮な水を給水消費箇所に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】重力給水システムの図である。

【図２】図１の重力給水システムの揚水給水管を複数と
した図である。

【図３】重力給水システムの高置水槽を複数とした場合
の図である。

【図４】重力給水システムの給水ポンプを複数とした場
合の図である。

【図５】重力給水システムの高置水槽付近の配管実施例
の図である。

【図６】重力給水システムの高置水槽付近の配管実施例
の図である。

【図７】圧力給水システムの圧力水槽付近の図である。

【符号の説明】

１ 揚水給水管 ２ 高置水槽 ３ 給水ポンプ ４ 圧力水槽 ５ 弁 ６ 吸気弁 ７ 揚水時閉止弁 ８ 給水枝管 ９ 排水弁 １１ 揚水管 １２ 給水管 １３ 副給水管 ２１ 停止水面 ２２ 起動水面 ２３ 追従停止水面 ２４ 追従起動水面 ４１ 大気圧水面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高置水槽２と一端が給水ポンプ３の吐出
   口に接続され他端が高置水槽２に接続された揚水給水管
   １、揚水給水管１より分岐の給水枝管８よりなる給水シ
   ステム。
2. 【請求項２】 揚水給水管１を高置水槽２の付近にて分
   岐し、高置水槽２の上部へ接続された揚水管１１と、高
   置水槽２の下部へ揚水時閉止弁７を介して接続された給
   水管１２からなる《請求項１》の給水システム。
3. 【請求項３】 揚水給水管１より高置水槽２の付近にて
   分岐し、高置水槽２の停止水面２１の直近の下部へ高置
   水槽２へ揚水時閉止弁７をかいして接続された副給水管
   １３を有する《請求項１》の給水システム。
4. 【請求項４】 高置水槽２の起動水面２２と停止水面２
   １との間の水量を給水ポンプ３の電動機が安全な範囲で
   最小起動間隔とした《請求項１》、《請求項２》および
   《請求項３》の給水システム。
5. 【請求項５】 高置水槽２を圧力水槽４に置き換えた
   《請求項１》、《請求項２》、《請求項３》および《請
   求項４》の給水システム。