(57)【要約】【課題】送水量が少ない場合であってもポンプ装置の運転可能最小水量を正確かつ低コストで維持可能なポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法を提供する。【解決手段】ポンプ流量制御装置は、吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置１によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路２と、前記バイパス流路２で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁３とを備え、前記ポンプ装置１の吸込側と吐出側の圧力差ΔＰを指標として前記流量調整弁３の開度を調整する開度調整機構４を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁とを備えているポンプ流量制御装置であって、
前記ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を指標として前記流量調整弁の開度を調整する開度調整機構を備えているポンプ流量制御装置。
【請求項２】
前記開度調整機構は前記圧力差が所定値以下となるように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている請求項１に記載のポンプ流量制御装置。
【請求項３】
前記開度調整機構は前記ポンプ装置の吐出し量が所定の最小流量以下とならないように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている請求項１または２記載のポンプ流量制御装置。
【請求項４】
前記開度調整機構は前記ポンプ装置の吐出し量が所定の最小流量に維持されるように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている請求項３記載のポンプ流量制御装置。
【請求項５】
前記流量調整弁は前記バイパス流路を開閉する主弁体と前記主弁体を閉止方向または開放方向に付勢する付勢機構とを備え、前記開度調整機構は前記圧力差に応じて前記付勢機構による前記主弁体の付勢力を調整するように構成されている請求項１から４の何れかに記載のポンプ流量制御装置。
【請求項６】
前記付勢機構に前記吐出側の流体の圧力により前記主弁体を閉止方向に付勢する加圧部を備え、前記開度調整機構は前記圧力差に基づいて前記加圧部による前記主弁体への加圧状態を調整する調圧機構を備えている請求項５記載のポンプ流量制御装置。
【請求項７】
前記調圧機構は、前記吐出側の流路と連通する第１副流路と、前記吸込側の流路と連通する第２副流路と、前記第１副流路と前記第２副流路との間に備えた副弁体とを備え、前記第１副流路及び第２副流路を介して検知される前記圧力差に基づいて前記副弁体の開度を調整することにより前記加圧部に伝達する圧力を調整するように構成されている請求項６記載のポンプ流量制御装置。
【請求項８】
前記副弁体が閉止するように弾性付勢する副付勢機構と、前記副付勢機構の弾性付勢力を調整する弾性付勢力調整機構が設けられている請求項７記載のポンプ流量制御装置。
【請求項９】
前記圧力差が所定値以下になると前記副弁体が閉止され、前記第１副流路を介して前記加圧部に伝達される圧力により前記主弁体が閉止し、
前記圧力差が所定値以上になると前記副弁体が開放され、前記第１副流路と前記第２副流路が連通されるとともに前記加圧部に伝達される圧力が低減されて、前記主弁体が開放方向に変位するように構成されている請求項７または８記載のポンプ流量制御装置。
【請求項１０】
吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置と、
前記ポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、
前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁と、
吸込側と吐出側の圧力差を指標として前記流量調整弁の開度を調整する開度調整機構と、
を備えているポンプシステム。
【請求項１１】
前記ポンプ装置は、浄水場から配水場に水を送水するポンプ装置、浄水場から消費者に水を送水するポンプ装置、または配水場から消費者に水を送水するポンプ装置の何れかである請求項９記載のポンプシステム。
【請求項１２】
吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁とを備えているポンプシステムの運転方法であって、
前記ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を指標として流量調整弁の開度を調整して前記バイパス流路を介して前記吸込側に返送される流体の返送量を調整するポンプシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場で浄化処理された水は、浄水場に備えたポンプ装置により配水管及び給水管を介して配水場または消費者に送水され、或いは配水場に備えたポンプ装置により配水管及び給水管を介して消費者に送水される。
【０００３】
ポンプ装置の容量等を規定する型式や配水管の管径等は、宅地開発や工場誘致等、将来の需要の変動を見越して予め想定された計画水量に基づいて設定されている。
【０００４】
しかし、近年の国内人口の減少傾向に伴って急激な過疎化が進んだ地域等では水需要が当初の計画水量を大幅に下回ることがある。そのような場合に当初の計画水量で送水すると配水場の配水池が溢れる等の問題が生じる。
【０００５】
そこで、そのような地域の浄水場や配水場に備えられた既存のポンプ装置では、ポンプ装置の下流側に流量調整弁を設置し、弁開度を絞ったりポンプ装置の回転数を低下させたりして少量の送水量に調整することがある。
【０００６】
図５にはポンプの特性曲線が示されている。当初の計画水量に対応して効率曲線の最大効率点で運転されるように口径等のポンプの型式が選定される。しかし、既存のポンプ装置の下流側に流量調整弁を設けて、その流量調整弁の弁開度を絞ることにより最高効率点以下（例えば４０〜５０％）の吐出し量で運転すると、常時運転可能な小水量範囲よりも全揚程が上昇し且つ吐出し量が少ない不安定領域での運転となり、振動やキャビテーションが発生して当該ポンプ装置に損傷を来す虞があった。ポンプの回転数を低下させて吐出し量を低下させる場合においても、回転数を制御可能な範囲は限られており、水需要に応じて回転数を制御すると不安定領域での運転に到る可能性が高かった。
【０００７】
そこで、送水量に見合ったポンプ装置を新たに設置することも考えられるが、その場合には新たな設備コストが発生するため、新たなポンプ装置に置き換えるのも容易でなかった。
【０００８】
特許文献１には、小水量不安定領域での運転を回避するために、貯蔵槽からポンプによって需要側へ液体を供給する管路の途中から分岐して貯蔵槽に戻る循環管路を設け、該流量が所定の下限値以下に低下しないように、管路の流量の測定結果によって循環流量を調整するポンプの流量制御装置が提案されている。
【０００９】
特許文献２には、吐出し側の流路に圧力スイッチ及び流量スイッチを設けるとともに、途中に電磁弁を有し吐出側の流路より吸込側の流路に到るバイパス流路を設け、特定の量以上の流体が流れている状態で圧力が一定値を超えたときに前記電磁弁を開放状態とし流体の一部を吐出側から吸込側に戻すように制御する電気ポンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭６３−４９０７８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７０５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献１，２には、ポンプ装置から吐き出された送水量の一部を循環管路やバイパス管路を設けて吸込側に戻すことで、小水量不安定領域でのポンプ装置の運転を回避しつつ送水量を低減する流量制御方法を採用したポンプの流量制御装置が開示されている。
【００１２】
しかし、これらのポンプの流量制御装置に採用された流量制御方法は、ポンプ装置からの送水量が予め設定された下限値より低下するとバイパス管路に備えた流量調整弁を調整して最小流量を維持する構成であるために、ポンプ装置の吐出部に流量センサまたは圧力センサを備えて常時監視するとともに、該流量センサまたは圧力センサの検出値に基づいて流量調整弁の開度を調整する電気的な制御装置が必要となり、設備費のみならず電気代等のエネルギーコストが嵩むという問題があった。
【００１３】
また、バイパス管路に備えた流量調整弁を制御することなく全開して、常時バイパス管路から送水量の一部を戻すように構成すると、計画点での流量損失が生じ、ポンプ装置を駆動する動力が無駄に消費されるという問題があった。
【００１４】
さらに、ポンプ装置が設置された吸込水槽の水位変動によって吐出部の圧力が変動するため、また、吸込水位が変動する可能性のある浄水場や配水場のポンプ井に備えたポンプ装置には正確な流量制御ができないため、特許文献２に開示されたようなポンプ装置の吐出部の圧力のみ検知して、所定圧力を超えたときにバイパス管路から送水量の一部を戻すような構成を採用することは困難であるという問題もあった。
【００１５】
本発明は、上述した問題点に鑑み、送水量が少ない場合であってもポンプ装置の運転可能最小水量を正確かつ低コストで維持可能なポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ流量制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁とを備えているポンプ流量制御装置であって、前記ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を指標として前記流量調整弁の開度を調整する開度調整機構を備えている点にある。
【００１７】
上述の構成によれば、流量調整弁の開度がポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差に基づいて調整されるので、例えばポンプ装置が設置された吸込水槽の水位が変動するような場合でも、従来のようにポンプ装置の吐出側の圧力のみを検知するのではなく、ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を検知するため、従来よりも正確に弁開度を調整することができるようになり、バイパス流路による適切な流量調整が可能になる。
【００１８】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記開度調整機構は前記圧力差が所定値以下となるように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている点にある。
【００１９】
例えば流体の必要量が低下してポンプ装置の吐出し側の配管側に備えた流量調整用の弁の開度が絞られる等によってポンプ装置の吐出し量が低下すると、揚程が上昇つまり吸込側と吐出側の圧力差が大きくなり、その結果、ポンプ装置の吐出し量が低下して不安定領域での運転状態に移行し、振動や小水量キャビテーションが発生する虞がある。そのような場合でも、ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差が所定値以下となるように、バイパス流路の流量調整弁の開度が調整されることにより、ポンプ装置からの余剰の吐出し量がバイパス流路を介して返送されるようになり、吐出し量を絞ることなく必要量を送水することができるようになる。所定値を不安定領域での運転に到るような圧力差に対応した値に設定することにより、ポンプ装置を常に安定領域で運転することができるようになる。
【００２０】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記開度調整機構は前記ポンプ装置の吐出し量が所定の最小流量以下とならないように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている点にある。
【００２１】
ポンプ装置が不安定領域で運転されることがないように、開度調整機構によって吐出し量が最小流量以下とならないように開度が調整され、送水する必要な量を超えて吐き出された流量がバイパス流路で返送される。
【００２２】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記開度調整機構は前記ポンプ装置の吐出し量が所定の最小流量に維持されるように前記流量調整弁の開度を調整するように構成されている点にある。
【００２３】
開度調整機構によって吐出し量が最小流量に維持されるので、バイパス流路を介した返送水量を最少に抑制することができるようになる。
【００２４】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記流量調整弁は前記バイパス流路を開閉する主弁体と前記主弁体を閉止方向または開放方向に付勢する付勢機構とを備え、前記開度調整機構は前記圧力差に応じて前記付勢機構による前記主弁体の付勢力を調整するように構成されている点にある。
【００２５】
主弁体が付勢機構によって閉止方向に付勢されるとバイパス流路の返送量が絞られ、開放方向に付勢されるとバイパス流路の返送量が増加する。開度調整機構によってポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差に応じて付勢機構による付勢力が調整されることで、バイパス流路を流れる流体の流量が適正に調整されるようになる。
【００２６】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、前記付勢機構に前記吐出側の流体の圧力により前記主弁体を閉止方向に付勢する加圧部を備え、前記開度調整機構は前記圧力差に基づいて前記加圧部による前記主弁体への加圧状態を調整する調圧機構を備えている点にある。
【００２７】
ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差に応じて、調圧機構によって加圧部に吐出側の流体の圧力が作用する程度が調整される。調圧機構が圧力差を検知するセンサとして機能するとともに、主弁体を閉止方向に付勢する加圧部の動作を制御するアクチュエータとして機能する。
【００２８】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記調圧機構は、前記吐出側の流路と連通する第１副流路と、前記吸込側の流路と連通する第２副流路と、前記第１副流路と前記第２副流路との間に備えた副弁体とを備え、前記第１副流路及び第２副流路を介して検知される前記圧力差に基づいて前記副弁体の開度を調整することにより前記加圧部に伝達する圧力を調整するように構成されている点にある。
【００２９】
ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差が第１副流路及び第２副流路を介して検知され、その値に基づいて副弁体の開度が調整される。その結果、加圧部に伝達される圧力が調整されて主弁体の開度が調整される。
【００３０】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七の特徴構成に加えて、前記副弁体が閉止するように弾性付勢する副付勢機構と、前記副付勢機構の弾性付勢力を調整する弾性付勢力調整機構が設けられている点にある。
【００３１】
副弁体の開度はポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差に応じて変化する。弾性付勢力調整機構によってポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差に対応して副弁体の開度が調整されるので、例えばポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差が所定の圧力差になったときに副弁体が閉止状態から開放方向に変位するように調整することができる。
【００３２】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第七または第八の特徴構成に加えて、前記圧力差が所定値以下になると前記副弁体が閉止され、前記第１副流路を介して前記加圧部に伝達される圧力により前記主弁体が閉止し、前記圧力差が所定値以上になると前記副弁体が開放され、前記第１副流路と前記第２副流路が連通されるとともに前記加圧部に伝達される圧力が低減されて、前記主弁体が開放方向に変位するように構成されている点にある。
【００３３】
ポンプ装置の吸込側と吐出側の流体の圧力が機械的に検知され、その結果に基づいて主弁体の開度が機械的に調整されるので、電気的なエネルギーで作動する圧力検知センサや主弁体の駆動機構が不要になる。
【００３４】
本発明によるポンプシステムの第一の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置と、前記ポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁と、吸込側と吐出側の圧力差を指標として前記流量調整弁の開度を調整する開度調整機構と、を備えている点にある。
【００３５】
同第二の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記ポンプ装置は、浄水場から配水場に水を送水するポンプ装置、浄水場から消費者に水を送水するポンプ装置、または配水場から消費者に水を送水するポンプ装置の何れかである点にある。
【００３６】
本発明によるポンプシステムの運転方法の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路と、前記バイパス流路で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁とを備えているポンプシステムの運転方法であって、前記ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を指標として流量調整弁の開度を調整して前記バイパス流路を介して前記吸込側に返送される流体の返送量を調整する点にある。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、送水量が少ない場合であってもポンプ装置の運転可能最小水量を正確かつ低コストで維持可能なポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明によるポンプシステムの説明図、（ｂ）は流量調整弁の説明図
【図２】（ａ）は開放方向へ変位した流量調整弁の説明図、（ｂ）は閉止状態にある流量調整弁の説明図
【図３】ポンプ流量制御装置による制御特性の説明図
【図４】Ｈ−Ｑ特性線図
【図５】ポンプ想定特性曲線の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明によるポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法を説明する。
図１（ａ）に示すように、ポンプシステム１００は、浄水池や配水池から水を吸い上げて吐き出すポンプ装置１と、ポンプ装置１によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路２となるバイパス管２と、バイパス流路２で返送される水の返送量を調整する流量調整弁３と、流量調整弁３の開度を調整する開度調整機構４を備えている。
【００４０】
浄水池や配水池に設置されるポンプ装置１として、吸込側である吸込み管１Ａから吐出側である吐出し管１Ｂに水を送水するターボ型ポンプである横軸渦巻ポンプが好適に用いられる。尚、当該横軸渦巻ポンプは両吸込型、片吸込型の何れであってもよく、さらに渦巻ポンプ以外に軸流ポンプや斜流ポンプを用いることも可能である。
【００４１】
バイパス管２の一端がポンプ装置１の吐出し側に接続されるとともに他端がポンプ装置１の吸込み側に接続され、バイパス管２に備えた流量調整弁３の開度が開度調整機構４により調整されることにより、ポンプ装置１から吐き出された水の一部が吸込側に返送可能に構成されている。
【００４２】
吐出し管１Ｂの下流側には配水管５が接続され、ポンプ装置１から吐き出された水の内、バイパス管へ流れる水（Ｑｂ）を除いた配水量（Ｑｄ）が配水管５を介して中継用の配水池や末端の需要先に送水され、配水管に分岐接続された複数の給水管を経由して需要家である各種工場、事業所、または一般家庭の消費者に給水されるように構成されている。
【００４３】
配水管５の基端側に配水流量調整弁６が設けられ、需要家への送水量に見合うように配水流量調整弁６の開度が調整される。人口減少の影響等による水需要の低下に応じて適正量の水を中継用の配水池や末端の需要先に供給するためにも用いられ、この場合には開度が大きく絞られる。
【００４４】
配水流量調整弁６が大きく絞られると、ポンプ装置１の適正な吐出し水量から大幅に吐出し水量が低下して不安定領域での運転となる虞があり、その結果生じる振動やキャビテーションによりポンプ装置１が損傷する虞がある。
【００４５】
そこで、そのような場合にバイパス流路２に設けた流量調整弁３の弁開度を調整して、ポンプ装置１が適正な吐出し水量範囲で運転されるように開度調整機構４が設けられている。開度調整機構４は、ポンプ装置１の吸込側と吐出側の圧力差ΔＰ（ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｉ）（以下、単に「ΔＰ」とも記す。）を指標として流量調整弁３の開度を調整するように構成されている。
【００４６】
流量調整弁３の開度がポンプ装置１の吸込側と吐出側の圧力差ΔＰに基づいて調整されるので、例えばポンプ装置が設置された吸込水槽の水位が変動するような場合でも、従来のようにポンプ装置の吐出側の圧力のみを検知するのではなく、ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を検知するため、従来よりも正確に弁開度を調整することができるようになり、バイパス流路による適切な流量調整が可能になる。
【００４７】
図４には、遠心ポンプＨ−Ｑ特性線図が示されている。ポンプ装置１の全揚程Ｈと、吐出し量Ｑとは負の相関がある。全揚程Ｈはポンプ装置１の吸込側の圧力Ｐｉが一定の場合は、吸込側と吐出側の圧力差ΔＰと見なすことができるので、吐出し量Ｑが低下すると圧力差ΔＰが大きくなり、吐出し量Ｑが増加すると圧力差ΔＰが小さくなる。尚、遠心ポンプ以外のＨ−Ｑ特性図でも吐出し量Ｑが低下すると圧力差ΔＰが大きくなる傾向はあり、遠心ポンプ以外でも同じことが言える。
【００４８】
そこで、開度調整機構４は圧力差ΔＰが所定値以下となるように流量調整弁３の開度を調整するように構成されている。バイパス流路２の流量調整弁３の開度が調整されることにより、ポンプ装置１からの吐出し量の内、送水に不要な余剰分がバイパス流路２を介して返送されるようになり、吐出し量を絞ることなく需要家へ必要な配水量を送水することができるようになる。
【００４９】
所定値を不安定領域での運転に到るような圧力差に対応した値、例えば不安定領域に到る圧力差ΔＰ＝Ｐ０に対応する流量Ｑｍｉｎより若干多めの流量Ｑ１に対応する圧力差ΔＰ＝Ｐ１に設定することにより、ポンプ装置１を常に安定領域で運転することができるようになる。尚、所定値として設定する値は特に制限されることはなく、適宜のマージンを加味して設定すればよい。
【００５０】
また、開度調整機構４はポンプ装置１の吐出し量Ｑが所定の最小流量Ｑｍｉｎ以下とならないように流量調整弁３の開度を調整するように構成されていることが好ましく、ポンプ装置１の吐出し量が所定の最小流量Ｑｍｉｎに維持されるように流量調整弁３の開度を調整するように構成されていることがさらに好ましい。
【００５１】
配水量Ｑｄが吐出し量の最小水量Ｑｍｉｎを下回ったとき、ポンプ装置１が不安定領域で運転されることがないように、つまり開度調整機構４によって吐出し量が最小流量Ｑｍｉｎ以下とならないように流量調整弁３の開度が調整され、当該最小流量を超えて吐き出された流量のうちの最小水量Ｑｍｉｎから配水量Ｑｄを減じた余剰の吐出し量Ｑｂがバイパス流路２で返送される。
【００５２】
図３には、所定値が不安定領域に到る最小流量Ｑｍｉｎに対応する圧力差ΔＰ＝Ｐ０に設定されている場合の開度調整機構４による調整動作の一例が示されている。配水管５に備えた配水流量調整弁６が調整されることによりポンプ装置１から吐出され、配水管５を介して需要家に送水される配水量Ｑｄが最小流量Ｑｍｉｎに達すると、開度調整機構４は圧力差ΔＰ＝Ｐ０を検知して、吐出し量が最小流量Ｑｍｉｎを維持するようにバイパス流路２に備えた閉止状態の流量調整弁３の開度を調整する。ここに、ポンプ装置１の吸込み量と吐出量は等しくＱａである。
【００５３】
その結果、配水量Ｑｄが最小流量Ｑｍｉｎより低下しても、流量調整弁３の開度が調整されて余剰水がバイパス流路２で返送されるので、ポンプ装置１の吐出し量Ｑａは常にＱｍｉｎとなる。尚、ポンプ装置１の吐出し量ＱａがＱｍｉｎ以上であれば、不安定領域での運転を回避できることはいうまでもない。
【００５４】
以下に、流量調整弁３及び開度調整機構４の一例を詳述する。
図１（ｂ）に示すように、流量調整弁３はバイパス流路２に設けられ、バイパス流路２を開閉する主弁体３０及び主弁座３１と、主弁座３１に対して主弁体３０を閉止方向または開放方向に付勢する付勢機構３２と、付勢機構３２による付勢状態にかかわらず主弁体３０を主弁座３１方向に付勢する弾性部材であるスプリング３３を備えている。
【００５５】
付勢機構３２は、弁室３４の上方空間に形成された圧力室３５と、弁室３４と圧力室３５とを仕切るダイヤフラム３６で構成されている。ポンプ吐出側（５０）の圧力と圧力室３５の圧力が等しい場合にダイヤフラム３６はスプリング３３の力により弁室３４方向に付勢されて、ダイヤフラム３６に固定された支軸３６Ａを介して主弁体３０が主弁座３１に向けて押圧されることにより閉止する。この時、スプリング３３は主弁体３０を主弁座３１に向けて押圧する力を補助する。逆に、ポンプ吐出側（５０）の圧力よりも圧力室３５の圧力が低い場合にスプリング３３の付勢力に抗してダイヤフラム３６が圧力室３５側に付勢され、ダイヤフラム３６に固定された支軸３６Ａを介して主弁体３０が主弁座３１から離隔することにより開放側に移動する。主弁体が付勢機構３２によって閉止方向に付勢されるとバイパス流路２を介した返送量が減少し、開放方向に付勢されるとバイパス流路２を介した返送量が増加する。
【００５６】
開度調整機構４は、ポンプ装置１の吸込み管１Ａとバイパス流路２を介して連通して吸込み側圧力Ｐｉを伝達する吸込み側圧力伝達管３７と、ポンプ装置１の吐出し管１Ｂとバイパス流路２を介して連通して吐出し側圧力Ｐｏを伝達する吐出し側圧力伝達管３８と、圧力室３５と連通する圧力伝達管３９とが接続されたパイロット弁４０で構成されている。
【００５７】
パイロット弁４０は、吸込み側圧力伝達管３７で伝達される吸込み側圧力Ｐｉ及び吐出し側圧力伝達管３８で伝達される吐出し側圧力Ｐｏの差圧ΔＰで変形するダイヤフラム４１と、ダイヤフラム４１の変形に連動して開閉する副弁体４２及び副弁座４３を備えている。
【００５８】
吐出し側圧力Ｐｏと吸込み側圧力Ｐｉの差分ΔＰが所定値以上になると、副弁体４２が開放されるとともに圧力室３５に充填された水が圧力伝達管３９から吸込み側圧力伝達管３７に逃げて、圧力室３５の圧力がＰｏより下がり主弁体３０が開放方向に移動する。
【００５９】
吐出し側圧力Ｐｏと吸込み側圧力Ｐｉの差分ΔＰが所定値よりも小さくなると、副弁体４２が閉止されるとともに吐出し側圧力伝達管３８から圧力伝達管３９を経由して圧力室３５に吐出し側圧力Ｐｏの水が充填されて、主弁体３０が閉止方向に移動する。
【００６０】
副弁体４２には所定圧で副弁体４２が作動するように調圧するスプリング４４と、スプリング４４による弾性応力を微調整する調整ネジ４５が設けられている。符号４６は副弁体４２が開いたときに吐出し側圧力伝達管３８から吸込み側圧力伝達管３７へ流れる水を絞るニードル弁である。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、ΔＰが不安定領域に到る圧力ΔＰ＝Ｐｏに対応する流量Ｑｍｉｎより若干多めの流量Ｑ１に対応する上述した所定値Ｐ１より高い場合に、副弁体４２が所定量開放されて、吐出し側圧力伝達管３８が吸込み側圧力伝達管３７側と連通する。そのため、圧力伝達管３９を介して吸込み側伝達管３７と連通する圧力室３５の圧力は吐出し側圧力Ｐｏよりも小さくなる。そのため、主弁体３０をポンプ吐出側から押圧する圧力Ｐｏが圧力室３５からダイヤフラム３６を押圧し主弁体３０を閉止しようとする力より大きくなるため、主弁体３０が開放方向に移動する。その結果、ポンプ装置１によって吐き出された水の一部がバイパス流路２を介して吸込み側に返送される。つまり、ポンプ装置１が不安定領域に到る手前の最小流量Ｑｍｉｎ以上の吐出し量で安定に動作するようになる。需要家に送水される配水量Ｑｄは吸込み量Ｑａから返送量Ｑｂを減じた量になる。
【００６２】
図２（ｂ）に示すように、ΔＰが上述した所定値Ｐ１よりも低ければ、副弁体４２が閉止されて、吐出し側圧力Ｐｏが吐出し側圧力伝達管３８と圧力伝達管３９を介して圧力室３５に伝達される。ダイヤフラム３６の面積は、主弁体３０の面積とほぼ等しいので、圧力室３５から押圧する力と主弁体３０をポンプ装置１の吐出側から押圧する力はほぼ釣り合うが、主弁体３０のポンプ装置１の吸込側には付勢力を与えるスプリング３３が設けられており、この付勢力により主弁体３０が閉止方向に移動する。その結果、ポンプ装置１によって吐き出された水の全量が需要家に送水される。
【００６３】
尚、この時、圧力室３５内の圧力は、Ｐｏとなる。また、ダイヤフラム３６の面積を主弁体３０の面積より大きく設けることによって、圧力室３５からダイヤフラム３６を押圧する力が、主弁体３０側から押圧する力より大きくする構成を採用してもよく、この場合スプリング３３が省略可能な構成となる。
【００６４】
以上説明したように、開度調整機構４は、圧力差ΔＰに応じて付勢機構３２による主弁体３０の付勢方向及び付勢力を調整するように構成されている。また、付勢機構３２に備えたダイヤフラム３６が吐出側の流体の圧力により主弁体３０を閉止方向に付勢する加圧部として機能するように構成されている。
【００６５】
さらに、吸込み側圧力伝達管３７と吐出し側圧力伝達管３８と副弁体４２が、圧力差ΔＰに基づいて副弁体４２の開度を調整することにより吐出し側圧力伝達管３８を介して加圧部３５に伝達する圧力を調整する調圧機構として機能する。調圧機構が圧力差ΔＰを検知するセンサとして機能するとともに、主弁体３０を閉止方向に付勢する加圧部３６の動作を制御するアクチュエータとして機能する。尚、吸込み側圧力伝達管３７が吸込側の流路１Ａと連通する第２副流路となり、吐出し側圧力伝達管３８が吸込側の流路１Ｂと連通する第１副流路となる。
【００６６】
スプリング４４は副弁体４２が閉止するように弾性付勢する副付勢機構として機能し、調整ネジ４５は副付勢機構の弾性付勢力を調整する弾性付勢力調整機構として機能する。
【００６７】
上述した流量調整弁３と開度調整機構４によって本発明のポンプ流量制御装置が構成され、このような構成を採用することにより、ポンプ装置１の吸込側と吐出側の流体の圧力が機械的に検知され、その結果に基づいて主弁体の開度が機械的に調整されるので、電気的なエネルギーで作動する圧力検知センサや主弁体の駆動機構が不要になる。水質を加味して、たとえば、吸込み側圧力伝達管３７、吐出し側圧力伝達管３８にフィルタ３８Ｂを設けてもよいし、メンテナンスができるようにコック弁３７Ａ，３８Ａ等を適宜設けてもよい。
【００６８】
尚、本発明によるポンプ流量制御装置を構成する開度調整機構は、上述した構成に限定されることはなく、ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を指標として流量調整弁の開度を調整する開度調整機構であればよい。
【００６９】
例えば、ポンプ装置の吸込側と吐出側の圧力差を検知して電気信号に変換して出力するする圧力センサと、圧力センサから出力された電気信号を受けて流量調整弁の弁開度を調整する電磁モータや油圧機構等の各種のアクチュエータで実現することができ、それらアクチュエータに対応して電磁式や油圧式の各種の流量調整弁を採用することができることは言うまでもない。
【００７０】
本発明によるポンプシステムは、浄水場から配水場に水を送水するポンプ装置、浄水場から消費者に水を送水するポンプ装置、または配水場から消費者に水を送水するポンプ装置に適用することができる。
【００７１】
上述したポンプシステムによって、吸込側から吐出側へ送液するポンプ装置１によって吐き出された流体の少なくとも一部を吸込側に返送可能なバイパス流路２と、バイパス流路２で返送される流体の返送量を調整する流量調整弁３とを備えているポンプシステムの運転方法であって、ポンプ装置１の吸込側と吐出側の圧力差を指標として流量調整弁３の開度を調整してバイパス流路２を介して吸込側に返送される流体の返送量を調整することにより、ポンプ装置の吐出し量が所定の最小流量以下とならないように調整するポンプシステムの運転方法が実現されている。
【００７２】
上述した実施形態では、上水の給配水設備に組み込まれるポンプ流量制御装置、ポンプシステム、及びポンプシステムの運転方法を説明したが、上水の給配水設備に限らず工業用水の給配水設備や、農業用水の給配水設備にも適用可能である。
【００７３】
また、上述した実施形態では、ポンプ装置で送液される流体が水である場合を説明したが、本発明は水以外の各種の液体の送液にも適用可能である。
【００７４】
上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲で適宜変更設計可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１：ポンプ装置
１Ａ：吸込み管
１Ｂ：吐出し管
２：バイパス流路
３：流量調整弁
４：開度調整機構
５：配水管
６：配水流量調整弁
３０：主弁体
３１：主弁座
３２：付勢機構
３３：スプリング
３４：弁室
３５：圧力室
３６：加圧部（ダイヤフラム）
３６Ａ：支軸
３７：第２副流路（吸込み側圧力伝達管）
３８：第１副流路（吐出し側圧力伝達管）
４０：パイロット弁
４１：ダイヤフラム
４２：副弁体
１００：ポンプシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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