JP2006200625A - アキュムレータおよびポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 給水システムを小型化し得るアキュムレータおよびポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】アキュムレータ２０では、液体を導入可能なブラダ２２の外側空間をケース２３で気密に覆うことで、ブラダ２２の外壁２２ｘおよびケース２３の内壁２３ｘによりガス室βが区画形成されるため、このガス室βに加圧気体を加圧して充填する。そして、このガス室β内のガス室圧をセンサユニット３０により検出し外部にガス室圧データとして出力可能にする。これにより、ブラダ２２内の圧力を、所定の範囲においてガス室β内のガス室圧を介して間接的に把握することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータ、および液体を加圧して流路に送出可能なポンプの加圧力制御をするポンプ制御装置に関するものである。

液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータは、例えば、給水システムを構成する自動式ポンプの蓄水装置として使用されている。具体的には、下記特許文献１に開示されているように給水システムに用いられ、ポンプの吐出管にアキュムレータおよび圧力スイッチを連結することで、吐出管の圧力に応動して圧力スイッチがオンオフする。これにより、ポンプの運転停止を制御可能にしている（特許文献１；段落番号００１８、図６）。
特開２０００−６５００１号公報（第２頁〜第４頁、図３，４，６）

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の給水システムによると、以下に列挙する技術的課題(1) 〜(3) が指摘されている。

(1) 給水システムでは、ポンプやアキュムレータのほかに、圧力センサ（または圧力スイッチ）や流量センサ等の給水状態を検出可能な各種センサを必要とすることから、これらのセンサを吐出管等の配管や流路の途中に設ける必要がある。そのため、これらのセンサの存在がシステム全体の小型化を阻害する要因となる。

(2) ポンプによる加圧状態を把握する目的で設けられる水圧検出に、機械的に水圧を検出してスイッチをオンオフさせる圧力スイッチを用いた場合、その構成および体格から、システム全体の小型化を困難にする。そのため、半導体を用いた圧力センサを圧力スイッチの代わりに用いることで小型化を容易にし得るが、液圧を検出可能な半導体圧力センサ（以下「液圧型半導体圧力センサ」という。）は、気圧を検出するもの（以下「気圧型半導体圧力センサ」という。）に比べて高価になり易いことから、システム全体の低コスト化を阻害する要因となる。

(3) また、液圧型半導体圧力センサの代わりに、気圧型半導体圧力センサを用いた場合には、水等の液体と半導体素子との接触を避けるために圧力センサの表面を隔膜等で覆う必要が生じる。そのため、このような隔膜による製造・調整・検査コストの増大が、システム全体の低コスト化を阻害する新たな要因となる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、給水システムを小型化し得るアキュムレータおよびポンプ制御装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、給水システムの製品コストを低減し得るアキュムレータおよびポンプ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項１のアキュムレータでは、液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータであって、前記ブラダの外側空間を気密に覆う容器と、前記ブラダの外壁および前記容器の内壁により区画形成される気密室内に加圧して充填される加圧気体と、前記気密室内の気密室圧を検出し外部に気圧情報として出力可能な圧力検出器と、を備えることを技術的特徴とする。

また、特許請求の範囲に記載された請求項２のアキュムレータでは、請求項１において前記ブラダは、ベローズを有することを技術的特徴とする。

さらに、特許請求の範囲に記載された請求項３のアキュムレータでは、請求項１または２において、前記容器は、前記加圧気体を、外部から前記気密室に導入可能かつ前記気密室から外部に導出不能な逆止弁を備えることを技術的特徴とする。

また、上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項４のポンプ制御装置では、液体を加圧して流路に送出可能なポンプの加圧力制御をするポンプ制御装置において、前記流路に圧送される液体をブラダ内に導入可能に、前記流路に接続された請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキュムレータの圧力検出器から気圧情報を取得可能に構成されるポンプ制御装置であって、前記液体による前記ブラダ内のブラダ圧と前記気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲で、前記圧力検出器から出力される前記気圧情報を前記流路の液体の圧力として前記加圧ポンプの加圧力制御に用いることを技術的特徴とする。

さらに、特許請求の範囲に記載された請求項５のポンプ制御装置では、請求項４において、前記気圧情報に基づいて前記気密室圧が所定値以下になったことを検出した場合、その旨を外部に告知することを技術的特徴とする。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項６のアキュムレータでは、液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータであって、前記液体による前記ブラダ内のブラダ圧を検出し外部に液圧情報を出力可能な圧力検出器を備えることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、液体を導入可能なブラダの外側空間を容器で気密に覆うことで、ブラダの外壁および容器の内壁により気密室が区画形成されるため、この気密室内に加圧気体を加圧して充填する。そして、この気密室内の気密室圧を圧力検出器により検出し外部に気圧情報として出力可能にする。これにより、ブラダ内の圧力、即ちブラダに流入する液体によるブラダ圧を、所定の範囲（液体によるブラダ内のブラダ圧と気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲）において、気密室内の気密室圧を介して間接的に把握することができるので、圧力検出器から出力される気圧情報からブラダ内の液体の圧力、つまりブラダ圧を検出すること（以下「ブラダ圧検出」という。）が可能となる。また、この圧力検出器は、気密室内の加圧気体による圧力を検出するので、高価な液圧型半導体圧力センサを用いることなく、安価な気圧型半導体圧力センサを用いることが可能となる。したがって、給水システムを構成するうえで、圧力センサや圧力スイッチを配管途中に別途設ける必要がなく、しかも安価に構成可能となるため、給水システムを小型化にでき、製品コストを低減させることもできる。

請求項２の発明では、ブラダは、ベローズを有することから、所定の範囲（液体によるブラダ内のブラダ圧と気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲）を広範囲にすることができる。つまり、ブラダがベローズを有することにより、ブラダ内に液体が導入されてなく気密室内の加圧気体による気密室圧によってブラダが萎んでいる状態（以下「干液状態」という。）におけるブラダ内の空間容積と、ブラダ内に液体が導入されておりブラダが膨らんでいる状態（以下「満液状態」という。）におけるブラダ内の空間容積と、差を大きくすることが可能となるので、液体によるブラダ内のブラダ圧と気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲を広くすることができる。したがって、広範囲において、気密室内の気密室圧を介して間接的に把握することができるので、ブラダ圧検出を可能な範囲を拡張することができる。

請求項３の発明では、ブラダの外側空間を気密に覆う容器は、加圧気体を、外部から気密室に導入可能かつ気密室から外部に導出不能な逆止弁を備えることから、外部から容易に加圧気体を充填することができる。これにより、例えば、ガス透過現象によりブラダの外側からブラダの内側に加圧気体が透過することによって気密室内の圧力が減少しても、外部から加圧気体を補充することができる。したがって、加圧気体の漏れ等により気密室内の圧力低下が発生しても、当該圧力を容易に元に戻すことが可能になるので、ブラダ圧検出の機能を維持することができる。なお「ガス透過現象」とは、高分子の膜で隔てられた気体間に圧力差がある場合、圧力の高い方から低い方に向かって膜を透過して気体が移る現象のことである（以下同じ）。

請求項４の発明では、流路に圧送される液体をブラダ内に導入可能に、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキュムレータを流路に接続し、当該アキュムレータの圧力検出器から出力される気圧情報をポンプ制御装置が取得可能に構成する。そして、当該ポンプ制御装置では、液体によるブラダ内のブラダ圧と気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲で、圧力検出器から出力される気圧情報を流路の液体の圧力として加圧ポンプの加圧力制御に用いる。これにより、別途、流路に圧力センサや圧力スイッチを設けることなく、当該流路を流れる液体の圧力を把握して加圧ポンプを加圧力制御できる。したがって、給水システムを小型化にすることができ、製品コストも低減させることができる。

請求項５の発明では、気圧情報に基づいて気密室圧が所定値以下になったことを検出した場合、その旨を外部に告知する。これにより、例えば、ブラダや容器等を介して加圧気体が外部に漏れ出ることによって気密室内の圧力が減少し所定値以下になると、外部（例えば保守作業者）はそれを知ることができる。したがって、加圧気体の漏れ等により気密室内の圧力低下が発生した場合、それに伴うブラダ圧検出の機能低下を把握することができる。なお、この場合、例えば、適正な処置として、加圧気体の補充や所定の範囲（液体によるブラダ内のブラダ圧と気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲）の設定変更あるいは当該アキュムレータの交換等、を施すことにより、ブラダ圧検出の機能を維持することができる。

請求項６の発明では、液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータであって、液体によるブラダ内のブラダ圧を検出し外部に液圧情報を出力可能な圧力検出器を備える。これにより、給水システムを構成するうえで、圧力センサや圧力スイッチを配管途中に別途設けることなく、当該圧力検出器によりブラダ内の液体の圧力を検出することができるので、給水システムを小型化することができる。

以下、本発明のアキュムレータの実施形態について図を参照して説明する。まず、本実施形態に係るアキュムレータ２０の構成を図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示すように、アキュムレータ２０は、主に、ベース２１、ブラダ２２、ケース２３、カバー２４、センサユニット３０等により構成され、例えば、給水システムを構成する自動式ポンプの蓄水装置として使用されるものである。なお、自動式ポンプのシステム構成例は、図６を参照して後述する。

ベース２１は、断面Ｌ字形状のフランジ部２１ａを全周に亘って備えた円盤形状に形成される樹脂製部材で、その円形中心部には水道水等の液体を導入可能な導入路２１ｄを形成するポート２１ｃを備え、またこのフランジ部２１ａとポート２１ｃとの間には、周方向ほぼ６０度間隔でポート２１ｃから径方向外側に向かって延設されるリブ２１ｂを備えている（図２参照）。

このようにベース２１を形成することにより、次述するカップ形状のブラダ２２を当該ベース２１に覆い被せることで、ブラダ２２内に液体室αを区画形成可能にし、当該液体室α内に、外部からポート２１ｃの導入路２１ｄを介して水道水等の液体を導入可能にしている。なお、ポート２１ｃの外周壁には、液体を供給し得る配管をねじ結合可能にする雄ねじ部２１ｅが形成され、さらに当該配管を結合したときに両者の隙間から漏洩し得る水漏れ防止用のＯリング２６がポート２１ｃに装着されている。

ブラダ２２は、開口部２２ｂに向かって拡径するカップ形状に形成される有底筒状部材で、例えば、合成ゴム（ブチルゴム、スチレンゴムまたはこれらの混合等）からなる。このブラダ２２の開口部２２ｂは、前述したベース２１の円環状のフランジ部２１ａの全周に係止可能な内径に設定されており、他の胴部２２ｃに比べて厚肉に形成されている。またブラダ２２の底部２２ａも、開口部２２ｂと同様にその円形中心部分が他の胴部２２ｃに比べて厚肉に形成されている。なお、ブラダ２２内の圧力、つまり液体室αの圧力を「ブラダ圧」という。

ケース２３は、ブラダ２２の外側空間を気密に覆い得る金属製（例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等）の有底円筒部材で、前述したベース２１の円環状のフランジ部２１ａの外径とほぼ同径の内径に設定された開口部２３ｂを有する。このケース２３は、液体室αを形成するようにベース２１に組み付けられたブラダ２２の外側を、その全周に亘って取り囲むように覆い、ブラダ２２の開口部２２ｂをベース２１のフランジ部２１ａに挟み込むように、当該開口部２３ｂをフランジ部２１ａにカシメて固定される。

このようにブラダ２２の開口部２２ｂを挟み込んだカシメ固定を施すことで、ケース２３とブラダ２２との間やブラダ２２とベース２１との間がそれぞれの開口部において互いに密着し得るので、それぞれの間を気密封止可能にしている。これにより、ブラダ２２の外壁２２ｘとケース２３の内壁２３ｘとにより区画形成されるガス室βの密閉が可能になる。なおブラダ２２の開口部２２ｂは、前述したようにやや厚肉に形成されているため、気密封止の効果を高めている。

ブラダ２２の外側空間に形成されたガス室βには、ケース２３の底部２３ａに形成された注入孔２３ｄを介して外部から加圧気体（例えば加圧された窒素ガス）が充填される。充填される気体は、例えば、０．１６ＭＰａに加圧されている。このため、ポート２１ｃを介して外部からブラダ２２の液体室αに液体が導入されていない場合、つまり干液状態の場合にはこの加圧気体による圧力によってブラダ２２は萎んだ状態を保つ。

なお、加圧気体は、空気でも良いが、気体を構成する分子サイズが酸素や二酸化炭素よりも大きい窒素ガスを選択することにより、ガス透過現象によってブラダ２２から液体室α側に加圧気体が漏れ出るのを抑制している。また、ブラダ２２の材質として、ガス透過現象が発生し難いものを選択することも、加圧気体が漏れ出るのを抑制する。

ガス室βを区画するケース２３の底部２３ａには、センサ孔２３ｅが形成されている。このセンサ孔２３ｅは、ガス室βの内圧（気密室圧）（以下「ガス室圧」という。）を検出可能なセンサユニット３０に連通するもので、これによりガス室圧をセンサユニット３０によって検出し外部にガス室圧データ（気圧情報）を出力可能にしている。ガス室βに充填した加圧気体が外部に漏れるのを防止するため、ケース２３の底部２３ａにガスプラグ２８がねじ固定され、されにそれを覆うようにキャップ２９が取り付けられている。

カバー２４は、次述するセンサユニット３０を保護するためのもので、ケース２３の底部２３ａに覆い被さるように取り付けられる。即ち、カバー２４は、底部２３ａの外径よりも僅かに大径に形成される開口部２４ｂを有する有底筒形状の金属製部材（例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等）からなり、ほぼ平らな底部２４ａとその筒壁部にコネクタ穴２４ｃを有する。

このカバー２４は、センサユニット３０をケース２３に取り付ける取付板２５を介してカバー取付ねじ２７により間接的にケース２３に固定される。これにより、ケース２３の底部２３ａの外壁とカバー２４の内壁とによって、センサ室γを区画形成する。なお、この取付板２５は、後述するようにケース２３の底部２３ａの外壁に溶接固定されている。

センサユニット３０は、前述したセンサ室γに収容されてガス室圧（気密室圧）を検出し外部にガス室圧データ（気圧情報）を出力し得るものである。ここで図３には、図１に示す一点鎖線円III 内を拡大したものが示されているので、ここからは、図３を参照しながらセンサユニット３０について説明する。

図３に示すように、センサユニット３０は、主に、プリント基板３１、圧力センサ３３、端子３４、係止部３５等により構成されており、取付板２５を介してケース２３の底部２３ａの外壁に取り付けられている。取付板２５には、センサ取付孔２５ａと基板取付用のねじ穴２５ｂが形成されている。このセンサ取付孔２５ａは、前述したケース２３のセンサ孔２３ｅとほぼ同径に形成されており、両者が連通するように取付板２５の位置に合わせた状態で、センサ取付孔２５ａの周囲に位置する取付板２５とセンサ孔２３ｅの周囲に位置するケース２３とが例えばプロジェクション溶接により溶接固定されている（図３
に示す符号Ｐ）。

なお、このプロジェクション溶接は、例えば、センサ孔２３ｅの周囲全周に亘って凸状に形成される円環状の突起を設けることにより、ケース２３と取付板２５との間において抵抗溶接を行うもので、これにより底部２３ａと取付板２５との間で当該センサ孔２３ｅ（センサ取付孔２５ａ）の周囲全周を気密封止可能にしている。また「センサ孔２３ｅを形成するケース２３の底部２３ａ」と「センサ取付孔２５ａを形成する取付板２５」とを当該センサ孔２３ｅ（センサ取付孔２５ａ）の周囲全周に亘って気密封止可能なものであれば、ここで説明したプロジェクション溶接に限られることはなく、例えば、他の溶接方法や溶接と接着剤との併用、あるいはＯリング、パッキンやガスケット等の気密封止部材を底部２３ａと取付板２５との間に介在させた機械的な取付構造等によって、ケース２３と取付板２５とを固定しても良い。

図略のプリント配線が印刷等されているプリント基板３１には、圧力センサ３３等の電子部品や端子３４がハンダ付けされている。圧力センサ３３は、例えば、半導体歪みゲージにより気体による圧力を検出し得る気圧型半導体圧力センサで、気体取込用の導入パイプ３３ｂが本体部３３ａからプリント基板３１方向に延設されている。そのため、プリント基板３１は、当該導入パイプ３３ｂが取付板２５のセンサ取付孔２５ａに挿入された状態を維持し得るように、取付板２５のねじ穴２５ｂに螺合する基板取付ねじ３２によりねじ止め固定されている。なお、取付板２５とプリント基板３１との間には、導入パイプ３３ｂの外周に設けられたＯリング３７を介在させることで、取付板２５とプリント基板３１との間を気密封止可能にしている。

プリント基板３１には、圧力センサ３３により検出されたガス室圧データを外部に出力可能な端子３４が設けられている。この端子３４は、Ｌ字形状に形成されており、図略のプラグに電気的に接続可能に構成されている。また、プリント基板３１には、このプラグに係止可能な係止部３５が設けられている。この係止部３５は、端子３４と同様に、Ｌ字形状に形成されており、当該プラグをワンタッチでプリント基板３１に取付たり取り外したりし得るように、先端に係止爪３５ａが形成されている。なお、これら端子３４および係止部３５は、プリント基板３１を取付板２５に取り付けた状態で、カバー２４のコネクタ穴２４ｃ内に先端部が位置するように、プリント基板３１上でレイアウトされている。

このようにセンサユニット３０を構成することで、ガス室βのガス室圧を圧力センサ３３により検出することが可能となり、検出されたガス室圧は、端子３４を介して外部にガス室圧データ（気圧情報）として出力することが可能になる。

なお、図４(A) に示すように、ケース２３の底部２３ａに取り付けられるガスプラグ２８に代えて、ガス導入バルブ４０を取り付けても良い。即ち、加圧気体を、外部からガス室βに導入可能かつガス室βから外部に導出不能なガス導入バルブ４０（逆止弁）をケース２３の注入孔２３ｄに取り付ける構成にする。これにより、例えば、ブラダ２２等を介してガス透過現象により加圧気体が外部に漏れ出ることによってガス室圧が低くなっても、外部から加圧気体を容易に補充することができる。なお、図４(B) には、入力ポート４１ａからキャップ４２を取り外して加圧気体を充填するイメージが示されている。

ガス導入バルブ４０は、加圧気体を導入可能な入力ポート４１ａ、入力ポート４１ａから導入された加圧気体を導出可能な出力ポート４１ｂ、両ポート間の外周に環状に形成される鍔部４１ｃ等を備える弁本体４１と、入力ポート４１ａに取付可能なキャップ４２と、出力ポート４１ｂ側から鍔部４１ｃに取り付けられるパッキン４５と、から構成されている。弁本体４１の内部には、入力ポート４１ａから出力ポート４１ｂへの導出を可能にしつつ出力ポート４１ｂから入力ポート４１ａに導出を遮断する逆止弁が構成されており、出力ポート４１ｂ側をケース２３の注入孔２３ｄに取り付ける。これにより、加圧気体を、外部からガス室βに導入可能かつガス室βから外部に導出不能にしている。

このようにアキュムレータ２０を構成することによって、センサユニット３０によりガス室βの内圧、つまりガス室圧を検出しガス室圧データとして外部に出力することが可能になる。ここで、図５に示すように、ガス室βのガス室圧は、ブラダ２２内の液体室αの内圧、つまりブラダ圧と所定の範囲においてほぼ等しくなる。そのため、この所定の範囲においては、ガス室圧を検出すれば、間接的にブラダ圧検出が可能になる。

なお、図５には、ブラダ圧（横軸[ＭＰａ］）に対する「ガス室圧とブラダ圧との差（縦軸[ＭＰａ］）」をガス室βに充填されている加圧気体の封入圧ごと（０．１６ＭＰａ（○（白丸））、０．１３ＭＰａ（□（白四角））、０．１０ＭＰａ（▲（黒三角）））に表したものが示されており、ガス室圧とブラダ圧との差（縦軸）が０．００[ＭＰａ］に近いほど、ガス室圧とブラダ圧とが互いに等しくなり、当該所定の範囲に該当し得ることを表している。

例えば、ガス室βに充填されている加圧ガスの封入圧が０．１０ＭＰａの場合（図５に示す▲（黒三角）によりプロットされた一点鎖線の特性）、加圧ガスの封入圧０．１０ＭＰａよりもブラダ圧が低いときには、その差（封入圧−ブラダ圧）が縦軸のガス室圧とブラダ圧との差として現れる。このとき、ブラダ圧が０．００ＭＰａから０．１０ＭＰａの範囲では、ブラダ２２は加圧気体による外圧により最も萎んだ状態を維持し、ブラダ圧が０．００ＭＰａのときには、その差圧は０．１０ＭＰａとなる。そして、加圧ガスの封入圧０．１０ＭＰａとブラダ圧とがほぼ等しくなると（ブラダ圧０．１０ＭＰａ）、縦軸のガス室圧とブラダ圧との差がほぼゼロ（０．００ＭＰａ）になる。この状態が前記所定の範囲の下限に相当する。

これに対し、ブラダ圧が０．１０ＭＰａを超え始めると、萎んだ状態のブラダ２２が膨らみ始める。さらに、導入路２１ｄから液体が導入されて液体室αに液体が流入すると、ブラダ２２の萎みがなくなるまで、縦軸のガス室圧とブラダ圧との差がほぼゼロのままブラダ圧が上昇する。そして、ブラダ２２内が流入した液体で満たされて萎みが完全に無くなると、液体室α内が満液状態になる。つまりこれ以上液体を導入した場合には、ブラダ２２が膨らみ始めるため、水圧により与えられるエネルギが合成ゴムからなるブラダ２２の収縮力に抗して膨らませる仕事により消費されることから、徐々に縦軸のガス室圧とブラダ圧との差が開き始める。したがって、満液状態の直後が所定の範囲の上限に相当する。例えば、封入圧が０．１０ＭＰａの場合には、０．２２ＭＰａ付近が当該上限に相当する（図５に示す「所定の範囲(1) 」）。

同様に、ガス室βに充填されている加圧ガスの封入圧が０．１３ＭＰａの場合（図５に示す□（白四角）によりプロットされた破線の特性）、所定の範囲の下限は０．１３ＭＰａで、同上限は、０．２５ＭＰａ付近であることが図５からわかる（図５に示す「所定の範囲(2) 」）。また、ガス室βに充填されている加圧ガスの封入圧が０．１６ＭＰａの場合（図５に示す○（白丸）によりプロットされた実線の特性）、所定の範囲の下限は０．１６ＭＰａで、同上限は、０．２９ＭＰａ付近であることが図５からわかる（図５に示す「所定の範囲(3) 」）。

以上説明したように、本実施形態によるアキュムレータ２０では、液体を導入可能なブラダ２２の外側空間をケース２３で気密に覆うことで、ブラダ２２の外壁２２ｘおよびケース２３の内壁２３ｘによりガス室βが区画形成されるため、このガス室βに加圧気体を加圧して充填する。そして、このガス室β内のガス室圧をセンサユニット３０により検出し外部にガス室圧データとして出力可能にする。

これにより、ブラダ２２内の圧力、即ちブラダ２２に流入する液体によるブラダ圧を、所定の範囲（液体によるブラダ２２内のブラダ圧とガス室β内のガス室圧との差がほぼゼロになる範囲）において、ガス室β内のガス室圧を介して間接的に把握することができるので、センサユニット３０から出力されるガス室圧データからブラダ２２内の液体の圧力を検出することが可能となる。また、このセンサユニット３０は、ガス室β内の加圧気体による圧力を検出するので、高価な液圧型半導体圧力センサを用いることなく、安価な気圧型半導体圧力センサを用いることが可能となる。したがって、給水システムを構成するうえで、圧力センサや圧力スイッチを配管途中に別途設ける必要がなく、しかも安価に構成可能となるため、給水システムを小型化にでき製品コストを低減させることもできる。

また、図４に示すように、ブラダ２２の外側空間を気密に覆うケース２３には、加圧気体を、外部からガス室βに導入可能かつガス室βから外部に導出不能なガス導入バルブ４０を備えることにより、外部から容易に加圧気体を充填することができる。これにより、例えば、ガス透過現象によりブラダ２２の外側からブラダ２２の内側に加圧気体が透過することによってガス室βの圧力が減少しても、外部から加圧気体を補充することができる。したがって、加圧気体の漏れ等によりガス室β内の圧力低下が発生しても、当該圧力を容易に元に戻すことが可能になるので、ブラダ圧検出の機能を維持することができる。

次に、上述のアキュムレータ２０を用いた自動式ポンプシステム１００の構成等を図６に基づいて説明する。
図６(A) に示すように、自動式ポンプシステム１００は、例えば、水道水（以下「水」という。）が供給される配管９０の途中に設けられる給水システムで、配管９０の上流側に設けられるポンプ７０と、このポンプ７０よりも下流側の配管９０途中に設けられる流量計８０、さらに下流側の配管９０途中に設けられるアキュムレータ２０、そして、流量計８０やアキュムレータ２０から送出されるセンサ信号を入力しこれらの信号情報に基づいてポンプ７０を駆動するインバータ６０を制御可能な制御装置５０と、から構成されている。アキュムレータ２０よりも下流側の配管９０には、水道水を吐出可能な水栓９５が取り付けられている。

制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等からなるマイクロコンピュータ（情報処理装置）で、入出力インタフェースを介してアキュムレータ２０や流量計８０から出力されるセンサ信号を取得することで、ポンプ７０による水の圧送状態を把握しそれに基づいてポンプ７０を駆動するインバータ６０を制御可能に構成されている。なお、これらの制御は、メモリに格納された制御プログラムに従ってＣＰＵが行う。

即ち、制御装置５０に接続される電気ケーブルのコネクタを前述したアキュムレータ２０のコネクタ穴２４ｃに挿入して係止部３５に係止することで、当該コネクタ内の電極がセンサユニット３０の端子３４に電気的に接続される。これにより、センサユニット３０によって検出されたガス室βの気圧、つまりガス室圧データを制御装置５０に出力可能にする。また、流量計８０は、配管９０を流れる水等の液体流量を検出し得るように構成されており、アキュムレータ２０と同様に、センサ信号として流量データ（流量情報）を制御装置５０に出力可能に構成している。

このように自動式ポンプシステム１００を構成することで、制御装置５０は、センサユニット３０から送出されてくるガス室圧データに基づいて、当該ガス室圧データが図５に示した所定の範囲（ブラダ圧とガス室圧との差がほぼゼロになる範囲）にある場合には、当該ガス室圧データを配管９０の水圧、つまりポンプ７０による送出圧力として把握してポンプ７０を駆動するインバータ６０を制御する。なお、当該所定の範囲は、ガス室βに充填される加圧気体の封入圧に基づいて適宜選択される（図５に示す所定の範囲(1)〜(3)）。これにより、別途、配管９０に圧力センサや圧力スイッチを設けることなく、当該配管９０の水圧を把握してポンプ７０を加圧力制御できる。したがって、自動式ポンプシステム１００を小型化にすることができ、製品コストも低減させることができる。

なお、図６(B) に示すように、制御装置５０に警報装置５５を接続するように自動式ポンプシステム１００を構成し、センサユニット３０から送られてくるガス室圧データに基づいてガス室圧が所定値以下（例えば０．０８ＭＰａ）になったことを検出した場合、警報装置５５によってその旨を警告音や警告灯等で外部に告知するように制御装置５０を制御しても良い。これにより、ブラダ２２やケース２３等を介して加圧気体が外部に漏れ出ることによってガス室β内の圧力が減少しても、所定値以下になると、例えば保守作業者がそれを知ることができる。したがって、加圧気体の漏れ等によりガス室β内の圧力低下が発生した場合、それに伴うブラダ圧検出の機能低下を把握することができる。なお、この場合、例えば、適正な処置として、加圧気体の補充や所定の範囲の設定変更あるいは当該アキュムレータ２０の交換等、を施すことにより、ブラダ圧検出の機能を維持することができる。

また、上述したアキュムレータ２０では、ブラダ２２にカップ形状のものを用いた例を説明したが、例えば、図７に示すように、ベローズ（蛇腹構造）２２’ａを有するブラダ２２’を用いアキュムレータ２０’を構成しても良い。なお、図７に示すアキュムレータ２０’において、上述したアキュムレータ２０と実質的の同一の構成部分には同一符号を付し、それらの説明を省略する。

このようなベローズ２２’ａのあるブラダ２２’を用いることにより、干液状態におけるブラダ２２’内の空間容積と、満液状態おけるブラダ２２’内の空間容積と、の差を大きくすることが可能となるので、液体によるブラダ２２’内のブラダ圧とガス室β内のガス室圧との差がほぼゼロになる範囲、つまり所定の範囲を広くすることができる。したがって、アキュムレータ２０’では、ブラダ圧検出が可能な範囲を拡張することができる。

続いて本発明の他の実施形態として、ブラダ圧を直接検出可能なセンサユニット１３０をベース１２１に設けたアキュムレータ１２０の例を図８〜図１０に基づいて説明する。なお、図８〜図１０では、上述したアキュムレータ２０と実質的の同一の構成部分には同一符号を付し、それらの説明を省略する。

図８〜図１０に示すように、アキュムレータ１２０は、ブラダ２２内の圧力、つまり液体室αの圧力（ブラダ圧）を直接検出し外部に液体室圧データとして出力可能なセンサユニット１３０を備える。このセンサユニット１３０は、ベース１２１のフランジ部１２１ａとリブ１２１ｂとによって形成される空間内に設けられ、ベース１２１に形成されたセンサ孔１２１ｆを介して、液体室αの液体による圧力を検出する。なお図８〜図１０に示す符号１２１ａ〜１２１ｅは、それぞれ順に、フランジ部、リブ、ポート、導入路、雄ねじ部を示し、上述したアキュムレータ２０のベース２１を構成するフランジ部２１ａ、リブ２１ｂ、ポート２１ｃ、導入路２１ｄ、雄ねじ部２１ｅと実質的に同一に構成される。

ここで、図９および図１０を参照して、センサユニット１３０の構成を説明する。なお、図９は、図８に示すIX線方向から見た平面図、図１０(A) は、図８に示す符号XAによる一点鎖線円内の拡大図、図１０(B) は、図９に示す符号XBによる一点鎖線円内をXB'-XB'線断面から見た拡大図である。

図９に示すように、センサユニット１３０は、同図中に斜線部分で表された扇形状のプリント基板１３１に構成されている。このプリント基板１３１には、前述したセンサユニット３０のプリント基板３１と同様に、圧力センサ１３３により検出された液体室圧データを外部に出力可能な端子１３４が設けられているほか、図略のプラグに係止可能な係止部１３５が設けられている（図１０(B) ）。なお、このセンサユニット１３０では、圧力センサ１３３が設けられる位置と係止部１３５や端子１３４が設けられる位置とが、円盤形状のベース１２１において約６０度ずれて設定されている。また、ベース１２１のフランジ部１２１ａとリブ１２１ｂとによって形成される空間内に設けられるセンサユニット１３０の周囲空間には、ウレタン樹脂Ｕが充填されており、センサユニット１３０を保護している（図１０(A) 、(B) 参照）。

図１０(A) に示すように、センサユニット１３０は、ベース１２１のセンサ孔１２１ｆに連通するすり鉢形状の蓄液室１３８ａを形成し得るベース１３８と、このベース１３８の大径側開口部を閉塞するダイヤフラム１３７と、このダイヤフラム１３７をベース１３８と挟み込むように支持しかつダイヤフラム１３７側にオイル室１３６ｂを形成し得るセンサホルダ１３６と、このセンサホルダ１３６に形成されるセンサ取付孔１３６ａに挿入される圧力センサ１３３と、この圧力センサ１３３から出力されるセンサ信号を電気的に処理し得る回路を構成するプリント基板１３１と、から構成されている。なお、プリント基板１３１は、センサホルダ１３６に基板取付ねじ１３２によりねじ止めされている。

圧力センサ１３３は、液圧型半導体圧力センサである点を除いては、前述のアキュムレータ２０の圧力センサ３３と変わりなく構成されている。即ち、圧力センサ１３３は、例えば、半導体歪みゲージにより液体による圧力を検出し得る液圧型半導体圧力センサで、本体部からダイヤフラム１３７方向に延びる液体取込用の導入パイプによって、オイル室１３６ｂに充填されるシリコンオイルＳを圧力センサ１３３内に導入する。これにより、液体室α内の液体による圧力が、ベース１２１のセンサ孔１２１ｆを介して蓄液室１３８ａ内の液体による圧力としてダイヤフラム１３７を変形させ、ダイヤフラム１３７の変形による圧力変動がシリコンオイルＳを圧力媒体として圧力センサ１３３の半導体歪みゲージに伝わる。これによりブラダ圧を圧力センサ１３３により検出する。

このように本実施形態に係るアキュムレータ１２０では、液体によるブラダ２２内のブラダ圧を検出し外部に液体室圧データを出力可能なセンサユニット１３０を備える。これにより、例えば、図６(A) に示すような自動式ポンプシステム１００を構成するうえで、圧力センサや圧力スイッチを配管９０の途中に別途設けることなく、当該センサユニット１３０によりブラダ２２内の液体の圧力を直接検出することができる。したがって、自動式ポンプシステム１００等の給水システムを小型化することができる。

本発明の実施形態に係るアキュムレータの構成を示す部分半断面図である。 図１に示す符号IIの矢印方向から見た平面図である。 図１に示す符号III による一点鎖線円内の拡大図である。 本実施形態のアキュムレータを構成するケースにガス導入バルブを取り付けた例を示す説明図で、図４(A) はガス導入バルブの構成を示すもの、図４(B) はキャップを取り外したガス導入バルブから加圧気体を充填するイメージを示すものである。 本実施形態のアキュムレータのブラダ圧（横軸）に対する「ガス室圧とブラダ圧との差（縦軸）」をガス室に充填されている加圧気体の封入圧ごとに表した特性図である。 図６(A) は、本実施形態のアキュムレータを備えた自動式ポンプシステムの構成を示すブロック図、図６(B) は、図６(A) に示す自動式ポンプシステムに警報装置を加えた場合の構成を示すブロック図である。 ブラダにベローズ構造を備えたものを用いた例を示すアキュムレータの半断面図である。 本発明の他の実施形態に係るアキュムレータの構成を示す部分半断面図である。 図８に示すIX線方向から見た平面図である。 図１０(A) は、図８に示す符号XAによる一点鎖線円内の拡大図で、図１０(B) は、図９に示す符号XBによる一点鎖線円内をXB'-XB'線断面から見た拡大図である。

符号の説明

２０、２０’、１２０…アキュムレータ
２１、１２１…ベース
２２、２２’…ブラダ
２２ｘ…外壁
２３…ケース（容器）
２３ｘ…内壁
２４…カバー
３０、１３０…センサユニット（圧力検出器）
３３、１３３…圧力センサ（圧力検出器）
４０…ガス導入バルブ（逆止弁）
４２…キャップ
４５…パッキン
５０…制御装置（ポンプ制御装置）
５５…警報装置
６０…インバータ
７０…ポンプ
８０…流量計
９０…配管（流路）
９５…水栓
１００…自動式ポンプシステム
Ｐ…溶接箇所
α…液体室
β…ガス室
γ…センサ室

Claims (6)

1. 液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータであって、
   前記ブラダの外側空間を気密に覆う容器と、
   前記ブラダの外壁および前記容器の内壁により区画形成される気密室内に加圧して充填される加圧気体と、
   前記気密室内の気密室圧を検出し外部に気圧情報として出力可能な圧力検出器と、
   を備えることを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記ブラダは、ベローズを有することを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
3. 前記容器は、前記加圧気体を、外部から前記気密室に導入可能かつ前記気密室から外部に導出不能な逆止弁を備えることを特徴とする請求項１または２記載のアキュムレータ。
4. 液体を加圧して流路に送出可能なポンプの加圧力制御をするポンプ制御装置において、前記流路に圧送される液体をブラダ内に導入可能に、前記流路に接続された請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキュムレータの圧力検出器から気圧情報を取得可能に構成されるポンプ制御装置であって、
   前記液体による前記ブラダ内のブラダ圧と前記気密室内の気密室圧との差がほぼゼロになる範囲で、前記圧力検出器から出力される前記気圧情報を前記流路の液体の圧力として前記加圧ポンプの加圧力制御に用いることを特徴とするポンプ制御装置。
5. 前記気圧情報に基づいて前記気密室圧が所定値以下になったことを検出した場合、その旨を外部に告知することを特徴とする請求項４記載のポンプ制御装置。
6. 液体を導入可能なブラダを備えたアキュムレータであって、
   前記液体による前記ブラダ内のブラダ圧を検出し外部に液圧情報を出力可能な圧力検出器を備えることを特徴とするアキュムレータ。

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