JP2000054965A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メカスイッチ式ポンプと同等の消費電力でマイ
コン式ポンプの即応性を備えた、高信頼性のポンプ装置
を提供する。 【解決手段】ポンプ制御回路１１ｂへの給電を、原則と
して水栓が開いた真に給電が必要な時のみとし（ただし
水栓を閉じた後でも所定の経過時間までは給電を係属す
る）、更に、制御回路１１ｂへの給電を前提として、ポ
ンプモータ１３ｂの駆動制御に用いる圧力検出手段７へ
の直流電源の給電を、マイコン１１ｄが圧力データを取
り込む時間に合わせて周期的に給電制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水栓の開閉に伴い
自動的に運転開始・運転停止をおこなうポンプ装置に係
り、さらに詳細には、エネルギを無駄なく利用して給水
するポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のポンプ装置には、例えば、使用者
の水栓開閉操作に伴い、自動的に、井戸内の水を揚水し
たり、または、吸込口に直接接続される水道本管の水を
増圧給水するものがある。

【０００３】また、この種のポンプ装置は、流量スイッ
チあるいは圧力スイッチによりポンプモータの運転を制
御する所謂メカスイッチ式（機械スイッチ式）ポンプ
と、マイコンを含む電子回路からなる制御回路によって
ポンプモータの運転を制御する所謂マイコン式ポンプと
がある。

【０００４】後者については、随時発生する利用者の水
使用へ即時に対応できるようにするため、ポンプ装置内
の圧力を２４時間連続して監視している。最近では、ポ
ンプ装置内の圧力検出手段（圧力センサ）として、直流
電源を利用する半導体素子を使用することで検出精度の
向上、および無接点化による長寿命化を図るものがあ
る。

【０００５】また、特開平２−１７３５３８号公報に
は、半導体圧力センサにおいて、抵抗値検出用の電流を
周期的に短時間間歇的に流すようにすることで、電力消
費の節約を図る技術が開示されている。また、特開平６
−２５８１１７号公報には、ガス保安装置のセンサ入出
力装置において、消費電流の低減のために、圧力セン
サ、Ａ／Ｄ変換回路、しきい値判別回路を間歇動作させ
る技術が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ポンプ装置のうち、メ
カスイッチ式ポンプは、ポンプ運転開始までに時間を要
し、水栓開に対する即応性には欠けるが、運転時以外は
電力を消費しないのに対し、マイコン式ポンプは、常に
水圧の変化を監視しており、ポンプ運転の即応性には優
れるものの、ポンプ運転を行わない待機状態でも制御回
路で電力を消費する。

【０００７】ここで、一般家庭での井戸ポンプ使用を例
にとると、一日２４時間中、実際にポンプが給水動作を
行う総運転時間は２時間程度であり、残りの時間は給水
を行わない待機状態にある。更に水栓操作は、一旦操作
が始ると短時間に繰り返し操作が行なわれる特徴があ
る。

【０００８】このような使用環境において、従来のマイ
コン式ポンプで、制御回路および圧力検出手段へ２４時
間給電を行うことは、消費電力の増加に加え、直流電源
を使用する圧力検出手段にあっては回路の絶縁耐力の低
下、漏れ電流増加の要因となり、このような不具合が生
じた場合には、正常なポンプ運転ができなくなることが
予想される。従来の電力消費技術には、既述したように
圧力センサに周期的に電流を流して、この通電時にセン
サ信号を取り込む技術があるが、ポンプ装置全体として
みれば、以前としてマイコンを含む制御回路には常時電
力を供給する状態にあり、ポンプの不使用時にも電力が
消費される。

【０００９】本発明は上記課題を解決するものであり、
特に、従来提案されている圧力センサへの周期的な電流
供給といった電力節約対策ではカバーしきれない電力の
節約を図ることで、メカスイッチ式ポンプと同等の消費
電力でマイコン式ポンプの即応性を備えた、高信頼性の
ポンプ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には、次のような課題解決手段を
提案する。

【００１１】すなわち、ポンプ装置内の水圧を検出する
圧力検出手段と、前記圧力検出手段の供給電源を制御す
ると共に、この圧力検出手段の検出信号を入力してポン
プモータを駆動制御する制御手段と、水栓が開くことを
条件に前記制御手段に電気を供給し、水栓が閉じること
を条件に或いは水栓が閉じた後にその閉じた状態で所定
時間（待機時間）経過することを条件に前記制御手段へ
の給電を停止する電源回路と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】このようにすれば、利用者が水栓を開くと
ポンプ装置の中枢たる制御手段に電気が供給され、水栓
を閉じているときは上記待機時間を除いて原則として制
御手段に電気が供給されず、また、制御手段が停止する
と圧力検出手段の供給電源の制御も停止して圧力検出手
段への給電も停止する。したがって、圧力検出手段に加
えて制御手段（制御回路）にも実際のポンプ運転に必要
な時だけに電力が供給される。

【００１３】上記のように給電停止に待機時間（水栓が
閉じた後にその閉じた状態で所定時間経過するまでの時
間）を設定する意図は、水作業では短時間の間に利用者
が水栓を開けたり閉めたりする動作を何回も行うことが
あるため、水圧検出やポンプモータの駆動制御を水栓を
閉じた後もある程度の時間だけ確保することで、即応性
にほとんど支障がないようにするためである。

【００１４】なお、上記の水栓の開閉は、直接，間接い
ずれでとらえてもよく、例えば、水栓の開閉により変化
するポンプ装置内の水の流れを流量スイッチで検出する
ことでとらえられることが簡易な手法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。

【００１６】図１は本発明の適用対象となるポンプ装置
の一例を示す斜視図、図２は本発明の一実施例に係るポ
ンプ装置の電気回路図、図３は本実施例に用いる圧力セ
ンサ部への給電、および圧力データ取り込みタイミング
を示すタイミングチャート、図４は水栓が閉じられたと
判断した時の本実施例の処理を示すフローチャートであ
る。

【００１７】まず、ポンプ装置の全体構成を図１により
説明する。

【００１８】ポンプ装置は、大別すると、ベース１，こ
れに実装される部品及びこれら全体を保護するカバー１
２からなる地上部と、水中ポンプ１３からなる水中部と
から構成される。

【００１９】地上部はベース１上に構成され、水中ポン
プ１３から揚水された水を取水する吸込口２、吸込口２
から吸水した水の逆流を防止する逆止弁３、逆止弁３と
ベース１を接続する連通管４、連通管４の温度を検出す
る温度センサ８、連通管４により導かれた水をベース１
を介して吐出しを行う吐出口５、ベース１内の配管で接
続され使用水量の急変による吐出し圧力の変化を緩衝す
る圧力タンク６、ポンプ装置内の吐出圧力を直線的に検
出する圧力センサ（圧力検出手段）７、ポンプ装置内の
配管内の流量変化を検出する流量スイッチ１４（図２に
示す）、電気部品への給電を行う電源コード９、ポンプ
本体の金属部分を接地するためのアース線１０、電気部
品を収納する電気部品ケース１１、電気部品ケース１１
内に設置され各種の表示，入力を行う表示／入力基板１
１ａ、ポンプ運転の制御を行う制御回路（制御手段）１
１ｂ、流量スイッチ１４により制御される給電リレー１
５（図２に示す）、制御回路１１ｂが自信の電源供給を
確保するための自己保持リレー１６（図２に示す）、水
中モータ１３ｂのスイッチングを行う双方向性半導体素
子１１ｃを備える。

【００２０】水中部である水中ポンプ１３は、水封処理
された水中モータ１３ｂ、水を取込むストレーナ１３
ｃ、ストレーナ１３ｃから取水した水を加圧するタービ
ンポンプ１３ｄ、タービンポンプ１３ｄにて加圧した水
を地上部へ送水する吐出管１３ａ、地上部の電気部品ケ
ース１１と水中ポンプ１３を接続するモータケーブル１
３ｅとからなる。

【００２１】次に図２を用いて本実施例のポンプ装置の
電気回路を説明する。

【００２２】図２における電源回路は商用電源（交流電
源）をＡＣ−ＤＣ変換回路２０ａを介して所定電圧の直
流に変換して制御回路１１ｂに供給する構成としてあ
る。

【００２３】制御回路１１ｂはマイクロコンピュータ
（以下、マイコンと称する）１１ｄを中心に構成され
る。

【００２４】本実施例に係るポンプ装置は、水栓が開い
てポンプ装置内に水の流れが生じると、この水の流れが
生じている時に流量スイッチ１４が閉じて給電リレー１
５のコイル１５ａが通電し、この通電により給電リレー
接点１５ｂが閉じ、制御回路１１ｂの電源回路２０が閉
じてＡＣ−ＤＣ変換回路２０ａを介して制御回路１１ｂ
に電気（直流電源）が供給される。給電リレー１５は、
水栓が開いている間だけ接点１５ｂが閉じる。

【００２５】制御回路１１ｂが給電により作動状態にあ
ると、該制御回路１１ｂのマイコン１１ｄから出される
指令信号１１ｇにより給電リレー１５とは別に自己保持
リレー１６により電源回路２０を閉じる。

【００２６】マイコン１１ｄは、自身が給電されて作動
状態にある時に圧力センサ７が所定の周期で給電制御さ
れるよう指令１１ｅを出し、この圧力センサ７の給電時
に圧力センサ７の検出信号を圧力検知回路２１を介して
取り込むよう設定されている。

【００２７】本実施例のポンプ装置は、基本的には、ポ
ンプ装置内の水圧を検出する圧力センサ７の検出信号に
基づいてポンプモータ１３ｂを駆動制御する。

【００２８】また、マイコン１１ｄは、圧力センサ７の
信号に基づいて水栓が閉じたことを判断すると（水栓が
閉じたことの判断は流量スイッチ１４の信号からも判断
することが可能である）、この水栓が閉じた後の所定時
間経過（待機時間）後に自己保持リレー１６に電源回路
２０を開くように指令を出すように設定されている。

【００２９】上記の動作において、自己保持用リレー１
６のコイル１６ａは、制御回路１１ｂが給電状態にある
時にマイコン１１ｄからのトリガ信号（自己保持制御信
号）１１ｇにより双方向性半導体素子１１ｈがオンして
通電し、自己保持リレー接点１６ｂが閉じる。

【００３０】ポンプの主たる機能である揚水を行なう水
中モータ（ポンプモータ）１３ｂは、マイコン１１ｄか
らのトリガ信号により運転／停止を行なう。

【００３１】ポンプモータ運転時の回路動作の詳細は次
の様になる。制御回路１１ｂは圧力センサ７へ直流電源
を供給し、圧力センサ７はポンプ装置内の圧力変化に対
応した電圧を出力する。制御回路１１ｂ内のマイコン１
１ｄは圧力センサの出力を一定時間毎（所定の周期毎）
に、二値化して取り込み、この値を前回測定時の圧力セ
ンサデータと比較して、その比較結果から、予め設定さ
れた判断基準に基き制御内容を決定し、ポンプモータ１
３ｄを駆動するトリガ信号の制御を行なう。この処理を
繰り返すことで、随時発生する利用者の水使用への対応
を可能としている。

【００３２】本実施例における圧力データの取り込みを
図３のタイミングチャートにて詳細に説明する。図３に
おいて、Ｔはマイコン１１ｄの圧力センサデータの取り
込み周期、Ｔsenはマイコンの圧力センサデータ取り込
みに要する時間、Ｔｄは圧力センサ７の電源投入後に出
力が安定するまでに要する時間、Ｔon（＝Ｔd＋Ｔsen）
はマイコン１１ｄが出力する圧力センサ７への給電制御
信号１１ｅの出力時間である。マイコン１１ｄは、圧力
データの取り込みにＴｄ時間先立ち、給電制御回路１１
ｆに対し、給電制御信号１１ｅを出力して圧力センサ７
への給電を始めＴｄ時間経過後、圧力センサ７の出力電
圧が安定した時点でＴsen時間だけデータの取り込みを
行なう。その後、給電制御信号１１ｅの出力を停止し
て、圧力センサ７への給電を止める。以降、Ｔ周期毎に
上記一連の処理を繰り返す。上述の手段によれば、圧力
センサ７への直流電源の２４時間連続通電を行なわず
に、機能的には連続通電と同等の性能を確保し、圧力セ
ンサ７の消費電力および総給電時間を、連続給電を行な
う場合に対し、Ｔon/Ｔに削減することができる。

【００３３】マイコン１１ｄは、圧力センサ７の入力デ
ータによって、水使用が終了したと判断すると、水中モ
ータ１３ｂを制御するトリガ信号の出力を止めると共
に、次回の水栓開に備え、一定時間の待機に入る。

【００３４】これを、図４のフローチャートで詳細に説
明すると、マイコン１１ｄは圧力センサ７の信号の変化
から水栓が閉じたと判断すると、水中モータ（ポンプモ
ータ）１３ｂを制御するトリガ信号の出力を止め、水中
モータを停止した後、一定時間Ｔwait待機状態に移行す
る。Ｔwait時間中に圧力センサ７の出力データが変化し
て、マイコン１１ｄにより水栓開かれたと判断すると、
待機状態から運転状態に移行し再びトリガ信号を出力
し、水中モータ１３ｂを駆動する。

【００３５】Ｔwait中に圧力センサ７のデータに変化が
無い場合には、マイコン１１ｄは、一定時間水使用が行
なわれなかったと（換言すれば水栓の閉状態が継続して
いるものと）判断して、自己保持制御信号の出力を止
め、自己保持リレー１６の接点を開くことで、制御回路
１１ｂへの給電を停止する。

【００３６】本実施例によれば、圧力センサ７に加えて
制御回路１１ｂにも実際のポンプ運転に必要な時だけに
電力が供給されるので、消費電力の削減を図ると共に、
回路の絶縁耐力の低下や漏れ電流増加の要因を排除でき
るので、高信頼性の実現が可能なポンプ装置を提供する
ことができる。

【００３７】また、本実施例によれば、給電停止に待機
時間Ｔwaitを設定することで、短時間の間に利用者が水
栓を開けたり閉めたりする動作を何回も行う場合には、
水圧検出やポンプモータの駆動制御を水栓を閉じた後も
ある程度の時間だけ確保することで、即応性にほとんど
支障がないポンプ装置を提供することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御回路
及び圧力センサに実際に必要とする時だけ電力を供給す
るので、メカスイッチ式ポンプと同等の消費電力でマイ
コン式ポンプの即応性を備えた、高信頼性のポンプ装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象となるポンプ装置の一例を示
す斜視図。

【図２】本発明の一実施例に係るポンプ装置の電気回路
図。

【図３】本実施例に用いる圧力センサ部への給電、およ
び圧力データ取り込みタイミングを示すタイミングチャ
ート。

【図４】水栓が閉じられたと判断した時の本実施例の処
理を示すフローチャート。

【符号の説明】

７…圧力センサ（圧力検出手段）、１１ｂ…制御回路
（制御手段）、１１ｃ…モータ用双方向性半導体素子、
１１ｄ…マイコン、１１ｅ…給電制御信号、１１ｆ…給
電制御回路、１１ｇ…自己保持制御信号、１１ｈ…自己
保持リレー用双方向性半導体素子、１３…水中ポンプ
（モータポンプ）、１４…流量スイッチ、１５…給電リ
レー、１６…自己保持リレー、２０…電源回路、２０ａ
…ＡＣ−ＤＣ変換回路（直流電源）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 智孝 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内 (72)発明者 五十嵐 信 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 日 立多賀テクノロジー株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB20 CC60 DD20 EE35 EE40 FF31 GG31 3H020 AA01 BA12 CA01 DA01 EA12 3H045 AA09 AA12 AA23 BA32 CA03 CA25 CA29 DA01 EA35 EA38 EA49

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水系の水圧を検出する圧力検出手段
   と、 前記圧力検出手段の供給電源を制御すると共に、この圧
   力検出手段の検出信号を入力してポンプモータを駆動制
   御する制御手段と、 水栓が開くことを条件に前記制御手段に電気を供給し、
   水栓が閉じることを条件に或いは水栓が閉じた後にその
   閉じた状態で所定時間経過することを条件に前記制御手
   段への給電を停止する電源回路と、を備えたことを特徴
   とするポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記圧力検出手段は、前記制御手段が給
   電されて作動状態にあるときに該制御手段の指令により
   所定の周期で給電制御され、この圧力検出手段の給電時
   に、前記制御手段が前記圧力検出手段の検出信号を取り
   込むように設定されている請求項１記載のポンプ装置。
3. 【請求項３】 ポンプ装置内の水圧を検出する圧力セン
   サと、前記圧力センサの検出信号に基づいてポンプモー
   タを駆動制御する制御手段とを備えたポンプ装置におい
   て、 水栓が開いてポンプ装置内に水の流れが生じるとこの水
   の流れが生じている間は前記制御手段の電源回路を閉じ
   て該制御手段に電気を供給する給電リレーと、 前記制御手段が給電により作動状態にあると該制御手段
   から出される指令信号により前記給電リレーとは別に前
   記制御手段の電源回路を閉じる自己保持リレーとを備
   え、 前記制御手段は、自身が給電されて作動状態にある時に
   前記圧力センサが所定の周期で給電制御されるよう指令
   を出し、この圧力センサの給電時に該圧力センサの検出
   信号を取り込むよう設定され、且つ、前記水栓が閉じた
   ことを判断するとこの水栓が閉じた後の所定時間経過後
   に前記自己保持リレーに前記電源回路を開くように指令
   を出すように設定されていることを特徴とするポンプ装
   置。
4. 【請求項４】 前記水栓が閉じたことの判断は、前記圧
   力センサの検出信号に基づいて行うようにした請求項３
   記載のポンプ装置。