JP2005248899A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの始動・停止に伴うポンプ駆動用電動機の故障を容易に防止できるポンプ装置を提供する。
【解決手段】 電動機２１０で駆動して、取扱液を吐出するポンプ３１０と、ポンプの運転条件に基づいて、ポンプを自動的に始動し又は停止する制御装置２３０とを備え、制御装置は、前記運転条件に基づいてポンプを停止した後、前記運転条件に基づいてポンプを自動的に始動する際、始動信号に電動機が応じない場合は一旦停止信号を発する操作を、所定の時間間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３で複数回行い、最後の始動信号で前記電動機が応じない場合に停止信号を発すると共に警報信号を発するように構成され、前記所定の時間間隔は、最後の始動信号の直前の時間間隔ｔ３が、最初の時間間隔ｔ１よりも長いポンプ装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ポンプ装置に関し、特に、始動・停止に伴う電動機の故障防止の可能なポンプ装置に関する。

従来から、家庭に給水を行うために、受水槽に蓄えた水や井戸水を供給するのにカスケードポンプを使用した自動給水装置が多く用いられている。カスケードポンプを用いるのは、コンパクトな構造で取扱が容易であるというのが主な理由である。ポンプは電動機で駆動される。このような従来の自動給水装置は、ポンプの運転条件に基づいて自動的に始動し又は停止するように構成されている。（例えば特許文献１参照）。

特開昭６０−１４２０９７号公報

しかしながら、井戸水等を扱うポンプでは、水垢がたまったり、異物を噛みこんだりして始動できないことがある。そのようなときに無理に始動しようとすると、駆動用電動機の故障を招きかねない。

そこで本発明は、ポンプの始動・停止に伴うポンプ駆動用電動機の故障を容易に防止できるポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明によるポンプ装置は、例えば、図２、図３に示すように、電動機２１０で駆動して、取扱液を吐出するポンプ３１０と；ポンプ３１０の運転条件に基づいて、ポンプ３１０を自動的に始動し又は停止する制御装置２３０とを備え；制御装置２３０は、前記運転条件に基づいてポンプ３１０を停止した後、前記運転条件に基づいてポンプ３１０を自動的に始動する際、始動信号に電動機２１０が応じない場合は一旦停止信号を発する操作を、所定の時間間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３で複数回行い、最後の始動信号で前記電動機が応じない場合に停止信号を発すると共に警報信号を発するように構成され、前記所定の時間間隔は、最後の始動信号の直前の時間間隔ｔ３が、最初の時間間隔ｔ１よりも長い。

ここで典型的には、最後の所定の時間間隔が、最初の所定の時間間隔を含めた他の所定の時間間隔のいずれよりも長い。ポンプの運転条件は、例えば供給側の圧力の低下であり、吐出流量が閾値を下回ったときに停止し、供給側の圧力が閾値を下回ったときに始動する。複数回の操作は最初と最後の２回であってもよいが、典型的には３回とし、最初と２回目は所定の時間間隔を例えば１秒、最後の所定の時間間隔を例えば３秒とする。電動機が応じない場合とは、例えば、ポンプへの異物の噛み込み、水垢の溜まり過ぎ、軸受異常のため設定回転速度まで上昇せず、典型的には回転を始めない場合である。

また請求項１に記載のポンプ装置では、請求項２に記載のように、吐出された取扱液がポンプ３１０に戻らないように逆止するチェッキ弁３２１と；ポンプ３１０の吐き出す取扱液を貯留する圧力タンク３２２を備え；ポンプ３１０の始動の運転条件が吐出側の低下であるようにするとよい。

また請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置では、請求項３に記載のように、ポンプ３１０の吐出流量を検出するフロースイッチ３２４を備え；ポンプ３２４の停止の運転条件の一つが前記フロースイッチ３２４の検出する低流量であるものとしてもよい。

典型的には、フロースイッチの検出する低流量の他に圧力を見てもよい。所定の圧力以上であることを条件とする。

本発明のポンプ装置によれば、制御装置を備え、該制御装置は、所定の運転条件に基づいてポンプを停止した後、前記運転条件に基づいてポンプを自動的に始動する際、始動信号に電動機が応じない場合は一旦停止信号を発する操作を、所定の時間間隔で複数回行い、最後の始動信号で前記電動機が応じない場合に停止信号を発すると共に警報信号を発するように構成され、前記所定の時間間隔は、最後の始動信号の直前の時間間隔が、最初の時間間隔よりも長いので、ポンプの始動・停止に伴うポンプ駆動用電動機の故障を容易に防止できるポンプ装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１の平面図（ａ）と一部断面正面図（ｂ）を参照して、本発明の実施の形態のポンプ装置としての給水装置２０１を説明する。本実施の形態では、ポンプとしてカスケードポンプ３１０を備える。カスケードポンプは摩擦ポンプの名前でも呼ばれるポンプであり、周縁に多数の溝を切った円板として形成された羽根車３１１を備える。このポンプは小型であるが、１個の羽根車で数段の渦巻ポンプに匹敵する揚程を得られ、小容量高揚程の目的に適している。また自吸性を有するので、家庭に給水を行うために受水槽に蓄えた水や井戸水を供給するのに適している。羽根車３１１はポンプケーシング３１２に収納されており、周縁部がこれを円環状に囲む水通路を水を摩擦力で引っ張って移動することにより水を昇圧する。周縁部と水通路とは、吸込部と吐出部とを隔てる部分では僅かな隙をもって配置される。したがって水垢等により、回転抵抗が異常に増えることがある。

また、ポンプケーシング３１２の羽根車の軸方向から見た正面には、ポンプケーシングカバー３１３がボルトで取り付けられており、これを取り外すと羽根車３１１にアクセスでき、保守点検が容易である。また自動給水装置２０１は、ポンプ３１０を駆動する電動機２１０を備える。

また、ポンプ３１０は可変速運転を行なうことにより吐出圧を制御できるように、本発明の制御装置としてのインバータ装置２３０を備える。インバータ装置２３０は、電動機２１０の近傍に配置されている。

ポンプ吸込口３２６と羽根車３１３との間の流路には、チェッキ弁３２１が配置されている。

羽根車３１１の下流側には、気水分離室が設けられ、気水分離室の下流側にフロースイッチ３２４、その近傍に圧力センサ３２３が配置されている。フロースイッチ３２４と圧力センサ３２３とは、気水分離室の下流に設けられた吐出管３２５に配置されている。吐出管３２５の下流には、ポンプ装置の吐出口３２７が設けられている。吐出管３２５には圧力タンク３２２が接続されている。圧力タンク３２２の鉛直方向上部には呼水栓３２８が設けられている。圧力タンク３２２は、ポンプ３１０の吐出側で、フロースイッチ３２４よりも下流側に設けられている。

以上の構成機器、ポンプ３１０、電動機２１０、インバータ装置２３０、圧力タンク３２２は、ユニットベース３３２の上に載置されボルトで固定されており、全体としてコンパクトにまとめられている。またこれらの機器全体を覆う、樹脂製のユニットカバー３３１を備える。ユニットカバー３３１には、ポンプ３１０の吸込口３２６と吐出口３２７に外部からアクセスできる開口３３１ａ、３３１ｂがそれぞれ形成されているが、ユニットカバー３３１とユニットベース３３２とで、前記構成機器全体をほぼ密閉的に覆っている。したがって、風雨から構成機器を守ることができると共に、高い防音効果を与えている。

ポンプケーシング３１２の外側、ほぼ気水分離室の外側には、凍結防止ヒータ３３３が、吐出管３２５の外側には、凍結防止ヒータ３３４が、それぞれ貼り付けられている。

図２のフローシートを参照して、給水装置２０１の各構成機器の水の流れに則した配置と作用を説明する。ここで給水装置２０１は自動給水装置であり、水の使用量に応じてポンプ３１０を自動的に発停し、また運転速度を自動的に可変速する。

図２において、地上Ｓから掘られた井戸Ｗｅｌｌには水ＷがレベルＬの所まで溜まっている。自動給水装置２０１は井戸Ｗｅｌｌに近接して、地上Ｓに据え付けられている。

吸込管３０９は給水装置２０１のポンプ３１０の吸込口３２６に接続されている。吸い込まれた水は、チェッキ弁３２１を経てポンプ３１０の羽根車に吸い込まれる。チェッキ弁３２１は、ポンプ３１０が停止したときに、水が井戸Ｗｅｌｌに逆流しないようにする逆止弁である。ポンプ３１０はカスケードポンプであるので、始動時に吸込管３０９中に空気があっても、それを排出して水Ｗを吸い上げることができるが、チェッキ弁３２１が設けられているので、発停ごとに空気を追い出す必要がない。

フロースイッチ３２４は、ポンプ３１０の吐出水量を検出し、検出結果をインバータ装置２３０に送信し電動機２１０を発停する。圧力センサ３２３は、ポンプ３１０の吐出圧力を検出し、検出結果をインバータ装置２３０内の制御部２３４に送信する。

吐出管３２５に設けられた圧力タンク３２２は、耐圧容器内にゴム製のブラダが内蔵されており、吐出圧が上昇するとブラダの外側の空気を圧縮し水が加圧状態で貯留される。また、吐出圧が低下するにつれて、圧縮された空気が膨張し、貯留された水を吐出管３２５に押し出す。このようにして、ポンプ３１０が停止しても、しばらくは圧力タンク３２２から吐出管３２５に水が供給される。

インバータ装置２３０は、電動機としての直流ブラシレスモータ２１０に駆動電力を供給するＩＰＭ（Intelligent Power Module）２３２と、ＩＰＭ２３２をコントロールする制御部２３４を備える。制御部２３４はＤＣＢＬ（直流ブラシレス）コントローラ２３５を含んで構成されている。圧力タンク３２２は、フロースイッチ３２４よりも下流側に設置されているので、圧力タンク３２２から供給される水流をフロースイッチ３２４が検出することはない。

ＩＰＭ２３２は、直流ブラシレスモータ２１０から磁極信号を受けて、駆動電力の周波数を直流ブラシレスモータ２１０の回転数に同期させ、モータ２１０の固定子に回転磁界を形成する。

ＤＣＢＬ（直流ブラシレス）コントローラ２３５は、ＩＰＭ２３２に電圧信号を送信する。制御部２３４は、不図示の圧力コントローラ部と速度コントローラ部とを備える。

圧力センサ３２３からの圧力信号は、圧力コントローラ部に入力され、圧力コントローラ部は速度コントローラ部に速度設定値を送る。速度コントローラ部は、設定速度と実際の運転速度との差に応じた制御信号をＩＰＭ２３２に出力する。

本自動給水装置２０１は、水の使用量の下限を設定しておき、フロースイッチ３２３がその下限値を検出すると、制御部２３４が作動して電動機２１０を、ひいてはポンプ３１０を停止する。その後水が使用されるとしばらくは圧力タンク３２２から水が供給されるが、圧力タンク３２２内の水が少なくなり、さらに圧力が低下すると、圧力センサ３２３がこれを検出して、制御部２３４が電動機２１０を始動する。

このとき、水量が低下して電動機２１０を停止する際に、一時的にポンプの運転速度を上昇させることにより吐出圧力を上昇させ、圧力タンク３２２内に十分な水が貯留されるようにするとよい。水の流量低下によるポンプ３１０の停止は、フロースイッチ３２３によらず、回転速度の下限値に基づいて行なってもよい。

次に図３のタイムチャートを参照して、正常始動と異常時の始動状態を説明する。チャートには、横軸に経過時間（秒）、立軸に吐出圧力（閾値を併せて示してある）、始動信号、電動機の回転速度、警報信号を示す。

（ａ）は、羽根車への異物の噛み込み等の異常がなく、ポンプが正常に始動される場合のチャートである。吐出圧力が閾値を下回った時を経過時間０とする。ここで制御装置としてのインバータ装置２３０は、吐出圧力の低下を検知して電動機２１０を始動する信号を発する。１秒間に電動機の回転速度が十分に上昇したときは、始動信号はそのまま維持され電動機は回転し続ける。したがって警報信号は発せられない。

（ｂ）は、羽根車への異物の噛み込み等の異常があった場合のチャートの一例である。吐出圧力が閾値を下回った時即ち経過時間０で、インバータ装置２３０は吐出圧力の低下を検知して電動機２１０を始動する信号を発する。１秒間電動機２１０に電力を供給しても電動機２１０の回転速度が上昇しないか、又は十分に上昇しないときは、一旦停止信号が発せられる。ここで、停止信号が積極的に発せられる（オンとなる）場合の他、始動信号のオフという形も、停止信号が発せられた場合（オンとなった場合）の概念に含まれるものとする。

ここで所定の時間間隔ｔ１としての１秒間、電動機に電力の供給をしない。処置の時間間隔としての１秒間（ｔ１）だけ休んだ後に（経過時間２秒で）再度始動信号をオンとする。これをリトライという。ここで（ａ）に示した場合の経過時間０から始まる挙動と同様に電動機の回転速度が上昇したときは、そのままポンプの運転は継続される。しかしながら、再度の始動操作でも１秒間に電動機の回転速度が上昇しないときは、始動信号を再度オフとし、所定の時間間隔としての１秒間（ｔ２）だけ休む。同様な操作をもう一度行なう。それでも電動機の回転速度が上昇しないときは、始動信号をオフとし、今度は前回までの１秒間よりも長い最後の所定の時間間隔としての３秒間（ｔ３）休んだ後に最後の始動信号としての４度目の始動信号を発する。

それでも１秒間に電動機の回転速度が上昇しないときは、始動信号をオフとし、さらに始動信号を発することはせずに、警報信号を発する。警報信号は、故障を使用者にしらせる警報ランプの点灯や警報ブザーの起動に使ってもよいし、メンテ会社の中央監視装置に送信して同様な警報動作を行なわせてもよい。

以上の例では、始動信号による電力の供給時間は１秒としたが、これに限らず電動機の容量等から定まる適切な時間に決めればよい。
電力供給を停止する時間も、最初の所定の時間間隔を１秒としたが、これに限らず０．５秒〜３秒くらいの間で適切な長さに定めればよい。最後の所定の時間間隔は、最初の所定の時間間隔の１．５〜３倍程度とするのがよい。
以上の例では、リトライの回数は３回（最初の始動を含めると４回の始動動作）としたが、これに限らず２回としてもよいし、４回以上としてもよい。但し、回数を多くすると電動機の損傷を招くことがあるので、３回が最も好ましい。

リトライが３回の場合は、所定の時間間隔としての電動機の休み時間は、３回あり、前の２回が同じ間隔の１秒、３回目が前２回よりも長い３秒に設定されている。この場合は、最初の所定の時間間隔が１秒であり、最後の所定の時間間隔が３秒である。リトライが２回の場合は、２回目が最後の所定の時間間隔ということになる。
休み時間が複数あり、最後の所定の時間間隔を最大の時間間隔とするのが本実施の形態の特徴である。

電動機が回転しないままに、大きな電力を電動機に供給し続けると、電動機のコイルを焼いてしまう等の問題が起こり得る。休みの時間を挟むことにより、それを防止する。また１回で警報を発してしまうと、軽度の噛み込みでもメンテ活動を強いることになり煩わしい。また再度の電力供給停止時間を長くすることにより、電動機のコイルの焼き付きを効果的に防止し、且つ長い休みの後で最後のリトライをすることにより、噛み込み解除の機会を増やすことができる。

なお、本発明のポンプ装置は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、また図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態による給水装置の平面図及び正面図である。 本発明の実施の形態による給水装置を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態のポンプ装置の正常始動と異常時の始動状態を説明するタイムチャートの図である。

符号の説明

２０１ 給水装置
２１０ 電動機
２３０ インバータ装置
２３２ ＩＰＭ素子
３０９ 吸込管
３１０ ポンプ
３１１ 羽根車
３１２ ポンプケーシング
３１３ ポンプケーシングカバー
３２１ チェッキ弁
３２２ 圧力タンク
３２３ 圧力センサ
３２４ フロースイッチ
３２５ 吐出管
３２６ 吸込口
３２７ 吐出口
３２８ 呼水栓
３３１ ユニットカバー
３３１ａ ユニットカバー開口（吸込側）
３３１ｂ ユニットカバー開口（吐出側）
３３２ ユニットベース
３３３、３３４ 凍結防止ヒータ
Ｌ レベル
Ｓ 地上
Ｗ 水
Ｗｅｌｌ 井戸

Claims (3)

1. 電動機で駆動して、取扱液を吐出するポンプと；
   前記ポンプの運転条件に基づいて、前記ポンプを自動的に始動し又は停止する制御装置とを備え；
   前記制御装置は、前記運転条件に基づいて前記ポンプを停止した後、前記運転条件に基づいて前記ポンプを自動的に始動する際、始動信号に前記電動機が応じない場合は一旦停止信号を発する操作を、所定の時間間隔で複数回行い、最後の始動信号で前記電動機が応じない場合に停止信号を発すると共に警報信号を発するように構成され、前記所定の時間間隔は、最後の始動信号の直前の時間間隔が、最初の時間間隔よりも長い；
   ポンプ装置。
2. 前記吐出された取扱液が前記ポンプに戻らないように逆止するチェッキ弁と；
   前記ポンプの吐き出す取扱液を貯留する圧力タンクを備え；
   前記ポンプの始動の運転条件が吐出側の圧力の低下である；
   請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプの吐出流量を検出するフロースイッチを備え；
   前記ポンプの停止の運転条件の一つが前記フロースイッチの検出する低流量である；
   請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置。
   

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