JP2007132299A - 遠心式ポンプとその制御システム、遠心式ポンプの設置方法および運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーシング内に混入した空気を外部へ効率的に排出すること。
【解決手段】 吐出口が吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、中心軸が鉛直方向に対して斜めに傾いた状態で、設置されている遠心式ポンプの運転方法は、ケーシング内に空気が混入しているか否かを判定するステップ（Ｓ２，Ｓ３）と、この判定ステップによってケーシング内に空気が混入していると判定された場合（Ｓ３のＮｏ）に、遠心式ポンプを間欠運転モードで運転するステップ（Ｓ４〜Ｓ９）とを含む。上記運転方法は、判定ステップによってケーシング内に空気が混入していない判定された場合（Ｓ３のＹｅｓ）に、遠心式ポンプを定常運転モードで運転するステップ（Ｓ１）を含む。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、遠心式ポンプに関し、特に、ポンプ内に滞留している空気を外部へ排出することが可能な遠心式ポンプとその制御システム、遠心式ポンプの設置方法および運転方法に関する。

ポンプは、水などの液体を圧送する機械であって、液体を吸込口（流入口）から吸い込んで吐出口（流出口）から吐き出す機械である。ポンプには種々の種類があるが、その１つの種類として、遠心式ポンプが知られている。遠心式ポンプは、水などの液体をインペラーにより外周部の渦巻室へ急速に加速して送り出す機械である。換言すれば、遠心式ポンプは、羽根車を回転させることによって得られる遠心力で液体を圧送する機械である。このような遠心式ポンプは、高流量かつ高揚程を得ることが出来、効率も良いことから、ポンプの形式として広く採用されている。

一方、周知のように、種々のパーソナルコンピュータが発売されているが、パーソナルコンピュータは、ＣＰＵや、メモリ等を内蔵している。ＣＰＵはクロック周波数が高くなるに伴い、動作中に発生する熱が高くなる傾向にある。従って、ＣＰＵで発生した熱を外部へ排出する必要がある。

従来一般的にＣＰＵの排熱機構としては、ヒートシンクと空冷ファンとを組み合わせた空冷システムを採用している。しかしながら、この空冷システムを採用したパーソナルコンピュータでは、騒音の主な原因である「風切り音」が発生するという問題がある。このような「風切り音」を極力低減するために、ＣＰＵの冷却に水冷システムを採用したパーソナルコンピュータが開発され、注目されている。

上述した遠心式ポンプは、このような水冷システムにおいて、水を圧送するために使用される。このような遠心式ポンプは、筐体（ケーシング）の中央部に設けられた吸込口（流入口）から供給される水（液体）を、回転する羽根車の遠心力を利用して圧送し、筐体（ケーシング）の外周部に設けられた吐出口（流出口）から吐き出すような構成を持つ。その結果、何らかの原因で遠心式ポンプのケース内に空気が混入すると、その空気は遠心力のために筐体（ケーシング）の中央部に滞留してしまう。このような滞留した空気の量が大きくなると、遠心式ポンプの効率（性能）が著しく低下（劣化）するという欠点がある。そこで従来から、何らかの手段を用いて、筐体内に滞留した空気を外部へ放出することが行われている。

例えば、ロータの羽根入口径より内側の後面シュラウドに還流穴を設けて、ロータ内部に滞留した空気を確実に放出できるようにしたポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、吸込口（流入口）から羽根車への流路における、急激な管路拡大による圧力損失を避けるため、筐体の中央部で円筒管を羽根車の方向へ向けて延在した構造を持つ遠心式ポンプが知られている。

また、上述したＣＰＵ水冷用途の小型遠心式ポンプにおいては、ポンプ本体を小型・薄型にする必要がある。その為、空気を排出するための機構、構造や羽根車の設置方向が限定されてしまう。その結果、従来の遠心式ポンプでは、後述するように、羽根車（吸込口）が鉛直方向の上方（すなわち、重力方向とは逆の側）に配置された構造をしている。換言すれば、モータの回転の中心軸が上下方向（鉛直方向）に延在するように、従来の遠心式ポンプは設置されている。

以下、図１及び図２を参照して、このような構造を持つ遠心式ポンプについて説明する。図示の遠心式ポンプ１０では、後述する羽根車を回転駆動するモータとしてＤＣブラシレスモータを採用している。図１において、遠心式ポンプ１０に対して、前後方向（奥行き方向）をＸ方向で、左右方向（横方向）をＹ方向で、上下方向（鉛直方向）をＺ方向で示してある。従って、奥行き方向Ｘと横方向Ｙとで形成される平面は、鉛直方向Ｚに垂直な水平面を構成する。

図示の遠心式ポンプ１０は、筐体（後述する）の中心で、所定の中心軸Ｏ方向（図示の例では上下方向（鉛直方向））Ｚに延在する固定軸１１を備え、この固定軸１１には軸受け１３を介してロータ１５が回転自在に取り付けられている。ロータ１５は、軸受け１３に回転自在に取り付けられた、中心軸Ｏ方向Ｚに延在する円筒部１５１と、この円筒部１５１の上端で、中心軸Ｏ方向Ｚと直交する面（半径方向外側の水平面）に延在する円環部１５３と、この円環部１５３の下面の外周端に固定された、固定軸１１と同心の円環状の永久磁石１５５とを有する。この永久磁石１５５は周方向に着磁されている。

固定軸１１の下端は、後述する下ケース（第１のケース）の支持部を介して、中心軸Ｏ方向Ｚと直交する面（半径方向外側の水平面）へ延在する略円形平板状の基板１７に固定されている。この基板１７の主面（上面）１７ａ上に、ＤＣブラシレスモータのステータ１９が固定して取り付けられている。ステータ１９は、固定軸１１を中心として半径方向へ放射状に延びる複数の固定子コア１９１と、複数の固定子コア１９１のそれぞれに巻回した固定子コイル１９３と有する。

ステータ１９とロータ１５との間に下ケース（第１のケース）２１が配置されている。詳述すると、下ケース（第１のケース）２１は、固定軸１１の下端部を固定して支持する略円柱状の下支持部２１１と、ロータ１５の円筒部１５１の下面と所定の空間を空けて対向するように、下支持部２１１の上端部側から半径方向外側（水平面）へ延在する第１の円環部２１２と、ロータ１５の円筒部１５１の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円環部２１２の外周端から鉛直方向Ｚの上方へ延在する第１の円筒部２１３と、ロータ１５の円板部１５３の下面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円筒部２１３の上端から半径方向外側（水平面）へ延在する第２の円環部２１４と、ロータ１５の永久磁石１５５の内周面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円環部２１４の外周端から鉛直方向Ｚの下方へ延在する第２の円筒部２１５と、ロータ１５の永久磁石１５５の下面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円筒部２１５の外周下端から半径方向外側（水平面）へ延在する第３の円環部２１６と、ロータ１５の永久磁石１５５の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第３の円環部２１６の外周端から鉛直方向Ｚの上方へ延在する第３の円筒部２１７と、この第３の円筒部２１７の上周端から半径方向外側（水平面）へ延在する第４の円環部２１８とを有する。

ステータ１９は、下ケース（第１のケース）２１の第１の円筒部２１３と、第２の円環部２１４と、第２の円筒部２１５との間に形成された空間内に配置される。一方、ロータ１５の永久磁石１５５は、下ケース（第１のケース）２１の第２の円筒部２１５と、第３の円環部２１６と、第３の円筒部２１７との間に形成された空間内に配置される。したがって、ロータ１５の永久磁石１５５とステータ１９とは、下ケース（第１のケース）２１の第２の円筒部２１５を間に挟んで、互いに対向して配置される。

下ケース（第１のケース）２１は、第４の円環部２１３の上面の内周縁近傍から上方へ、固定軸１１と同心に、突出する円環状突出部２１９を備えている。この円環状突出部２１９の外周壁にはリング状のシールゴム２３が配置されている。

ロータ１５の円環部１５３の上面には、固定軸１１を中心として、半径方向へ放射状に延在する複数枚の羽根１５７が固定されている。これら複数枚の羽根１５７と上記円環部１５３と上記円筒部１５１とによって、羽根車が構成されている。換言すれば、ロータ１５は、羽根車と永久磁石１５５とによって構成されている。

ロータ１５は、上述した下ケース（第１のケース）２１と後述する上ケース（第２のケース）２５との間に形成される空間内に配置される。

図１及び図２に加えて図３乃至図５をも参照して、上ケース（第２のケース）２５の構造について詳細に説明する。上ケース（第２のケース）２５は、固定軸１１の上端部を固定して支持する円筒状の上支持部２５１と、この上支持部２５１から所定距離だけ離れて、上支持部２５１との間で流路用の空間を形成する円筒管２５２と、上記複数枚の羽根１５７を覆うように、円筒管２５２から半径方向外側（水平面）へ延在するカップ状部２５３と、下ケース（第１のケース）２１の第４の円環部２１８の上面と対向するように、カップ状部２５３の外周下端から半径方向外側（水平面）へ延在する円環部２５４とを備えている。

上ケース（第２のケース）２５は、水などの液体を吸い込む（流入する）ための吸込管（流入管）２５６と、液体を吐き出す（流出する）ための吐出管（流出管）２５７とを更に備える。

吸込管（流入管）２５６は、カップ状部２５３の上面上に中心軸Ｏ方向（鉛直方向）Ｚと直交する方向（半径方向又は水平方向、図１では横方向Ｙ）に延在して配置されており、吸込口（流入口）２５６ａを介して上ケース２５の中央部で上記円筒管２５２と連結されている。従って、液体は、吸込管２５６中を半径方向（横方向）Ｙに沿って外側から内側へ流れ、吸込口２５６ａで直角に中心軸Ｏ方向Ｚの下方へ曲げられて、円筒管２５２を通り、羽根車へ導出される。

吐出管（流出管）２５７は、円環部２５４の上面上に中心軸Ｏ方向Ｚと直交する面（水平面）内で横方向Ｙに延在して配置されており、吐出口（流出口）２５７ａを介して上ケース２５のカップ状部２５３と外周部で連結されている。従って、回転する羽根車によって圧送された液体は、カップ状部２５３の外周部から吐出口（流出口）２５７ａを介して、吐出管２５７中を流れて水平方向（横方向）Ｙに沿って吐き出される。

尚、円筒管２５２の上端は、円板状のキャップ２５８によって閉じられている。また、円環部２５４は、その下面側に円環状の凹部２５４ａを有する。この円環状の凹部２５４ａに、下ケース（第１のケース）２１の円環状突出部２１９とリング状のシールゴム２３とが挿入され、下ケース（第１のケース）２１と上ケース（第２のケース）２５との間に挟まれた空間を密閉している。とにかく、下ケース（第１のケース）２１と上ケース（第２のケース）２５との組み合わせによって、遠心式ポンプ１０のケーシング（筐体）が構成されている。換言すれば、ロータ１５は、このケーシング（筐体）に囲まれている。

図６に上ケース（第２のケース）２５とロータ１５とを組み合わせた組み立て体の断面図を示す。図７に上ケース（第２のケース）２５の円管２５２とロータ１５の複数枚の羽根１５７との間の配置関係を示す。上ケース（第２のケース）２５での吸込管（流入管）２５６から羽根車までの流路に関して、急激な管路拡大による圧力損失を避けるために、円筒管２５２を羽根車に近接する位置まで延在させている。

特開２００１−１５３０８３号公報

このような構造を有する従来の遠心式ポンプ１０においては、液体は吸込管（流入管）２５６中を、図８の矢印Ａで示されるように、半径方向（水平方向）Ｙに沿って外側から内側へ向けて流れ、吸込口（流入口）２５６ａを介して円筒管２５２中に入り、この円筒管２５２中を、図８の矢印Ｂで示されるように、中心軸Ｏ方向（鉛直方向）Ｚに沿って下方へ流れる。

これに対して、従来の遠心式ポンプ１０内に混入した空気は、その遠心式ポンプ１０の動作中においては、液体の遠心力により、中心軸Ｏの方（すなわち、半径方向内側）に集中する。しかしながら、円筒管２５２があるために、この混入した空気は、図８のＣの点線円で示される位置で、円筒管２５２の外周部に泡として滞留することになる。換言すれば、この滞留した空気（泡）は、液体の流路内に入ることがないので、遠心式ポンプ１０が動作している間、長時間にわたり、円筒管２５２の外周部に泡として滞留することなる。

換言すれば、従来の遠心式ポンプ１０は、中心軸Ｏが鉛直方向Ｚに延在するように設置されているので、ケーシング（２１、２５）内に混入した空気が常に吸込口２５６ａ付近に滞留するような構造となっている。すなわち、従来の遠心式ポンプ１０は、ケーシング（２１、２５）内に混入した空気を排出するのが困難な構造となっている。

そのため、従来の遠心式ポンプ１０では、性能が著しく劣化してしまうという問題がある。

したがって、本発明の課題は、ケーシング内に混入した空気を外部へ効率的に排出することが可能な、遠心式ポンプとその制御システム、遠心式ポンプの設置方法および運転方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、中心軸（Ｏ）の回りに回転可能に配置され、羽根車（１５１，１５３，１５７）を備えたロータ（１５）と、該ロータを囲むケーシング（２１，２５）とを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口（２５６ａ）と、外周部に設けられた吐出口（２５７ａ）とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプ（１０Ａ）において、前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向（Ｚ）において上方に配置されるように、前記中心軸（Ｏ）が前記鉛直方向（Ｚ）に対して斜めに傾いた状態で、前記遠心式ポンプ（１０）が設置されていることを特徴とする遠心式ポンプが得られる。

上記本発明の第１の態様による遠心式ポンプにおいて、前記中心軸（Ｏ）が前記鉛直方向（Ｚ）に垂直な水平方向（Ｘ）に延在し、前記吐出口（２５７ａ）は前記鉛直方向（Ｚ）において最上方位置に配置されていることが好ましい。前記ロータ（１５）は、前記中心軸（Ｏ）と同心の円環状の永久磁石（１５５）を持って良い。この場合、前記遠心式ポンプ（１０Ａ）は、前記ケーシング（２１，２５）を介して前記永久磁石（１５５）の対向面に配置されたステータ（１９）を備える。

本発明の第２の態様によれば、上記遠心式ポンプ（１０Ａ）を制御する制御システム（３００）であって、前記ケーシング内に空気が混入しているか否かを判定する判定手段（３２０，３３０，Ｓ２，Ｓ３）と、該判定手段によって前記ケーシング内に空気が混入していると判定された場合に、前記遠心式ポンプ（１０Ａ）を間欠運転モードで運転する運転手段（３３０，Ｓ４〜Ｓ９）と、を備えた遠心式ポンプの制御システムが得られる。

上記本発明の第２の態様による遠心式ポンプの制御システムにおいて、前記運転手段（３３０，Ｓ１）は、前記判定手段によって前記ケーシング内に空気が混入していないと判定された場合に、前記遠心式ポンプを定常運転モードで運転する。前記判定手段は、例えば、前記遠心式ポンプの回転数を検出する回転数検出装置（３２０）と、前記検出された回転数が正常の範囲より高いときに、前記ケーシング内に空気が混入していると判断する判断手段（３２０、Ｓ２，Ｓ３）と、から構成されて良い。前記判断手段（３２０、Ｓ２，Ｓ３）は、前記検出された回転数が前記正常の範囲内にあるときに、前記ケーシング（２１，２５）内に空気が混入していないと判断する。前記間欠運転モードは、前記ロータ（１５）の回転を第１の所定時間（Ｔ１）だけ停止し（Ｓ５〜Ｓ７）、その後、前記ロータ（１５）の回転を第２の所定時間（Ｔ２）だけ再開する（Ｓ８，Ｓ９）動作を、少なくとも１回繰り返す運転モードであって良い。前記ロータ（１５）の回転停止を、前記遠心式ポンプ（１２Ａ）へ供給する電源をオフする（Ｓ５）ことより行い、前記ロータ（１５）の回転再開を、前記電源をオンする（Ｓ８）ことにより行って良い。

本発明の第３の態様によれば、中心軸（Ｏ）の回りに回転可能に配置され、羽根車（１５１，１５３，１５７）を備えたロータ（１５）と、該ロータを囲むケーシング（２１，２５）とを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口（２５６ａ）と、外周部に設けられた吐出口（２５７ａ）とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプ（１２Ａ）を設置する方法において、前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、前記中心軸（Ｏ）が前記鉛直方向（Ｚ）に対して斜めに傾いた状態で、前記遠心式ポンプを設置することを特徴とする遠心式ポンプの設置方法が得られる。

上記本発明の第３の態様による遠心式ポンプの設置方法において、前記中心軸（Ｏ）が前記鉛直方向（Ｚ）に垂直な水平方向（Ｘ）に延在し、前記吐出口（２５７ａ）が前記鉛直方向において最上方位置に配置されるように、前記遠心式ポンプ（１２Ａ）を設置することが好ましい。

本発明の第４の態様によれば、中心軸（Ｏ）の回りに回転可能に配置され、羽根車（１５１，１５３，１５７）を備えたロータ（１５）と、該ロータを囲むケーシング（２１，２５）とを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口（２５６ａ）と、外周部に設けられた吐出口（２５７ａ）とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプ（１０Ａ）であって、前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向（Ｚ）において上方に配置されるように、前記中心軸（Ｏ）が前記鉛直方向（Ｚ）に対して斜めに傾いた状態で、設置されている前記遠心式ポンプ（１０Ａ）を運転する方法において、前記ケーシング内に空気が混入しているか否かを判定するステップ（Ｓ２，Ｓ３）と、該判定ステップによって前記ケーシング内に空気が混入していると判定された場合に、前記遠心式ポンプを間欠運転モードで運転するステップ（Ｓ４〜Ｓ９）と、を含む遠心式ポンプの運転方法が得られる。

上記本発明の第４の態様による遠心式ポンプの運転方法において、前記判定ステップによって前記ケーシング内に空気が混入していない判定された場合に、前記遠心式ポンプを定常運転モードで運転するステップ（Ｓ１）を更に含んで良い。前記判定ステップは、例えば、前記遠心式ポンプの回転数を検出するサブステップ（Ｓ２）と、前記検出された回転数が正常の範囲より高いときに、前記ケーシング内に空気が混入していると判断するサブステップ（Ｓ３のＮｏ）と、含んでて良い。前記判定ステップは、前記検出された回転数が前記正常の範囲内にあるときに、前記ケーシング内に空気が混入していないと判断するサブステップ（Ｓ３のＹｅｓ）を更に含んで良い。前記間欠運転モードは、前記ロータ（１５）の回転を第１の所定時間（Ｔ１）だけ停止し（Ｓ４〜Ｓ７）、その後、前記ロータ（１５）の回転を第２の所定時間（Ｔ２）だけ再開する（Ｓ８，Ｓ９）動作を、少なくとも１回繰り返す運転モードであって良い。前記ロータ（１５）の回転停止を、前記遠心式ポンプ（１０Ａ）へ供給する電源をオフする（Ｓ４）ことより行い、前記ロータ（１５）の回転再開を、前記電源をオンする（Ｓ８）ことにより行って良い。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、吐出口が吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、中心軸が鉛直方向に対して斜めに傾いた状態で、遠心式ポンプを設置しているので、遠心式ポンプの運転が停止したときに、ケーシング内に混入した空気を吐出口付近に集めることができる。そして、ケーシング内に空気が混入していると判定された場合に、遠心式ポンプを間欠運転モードで運転するようにすれば、ケーシング内に混入された空気を効率良く外部へ排出することが可能となる。これにより、従来の遠心式ポンプの問題であった、空気混入時の性能劣化（流量、揚程の劣化）を回避することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明が適用される遠心式ポンプ本体の基本的な構成は、図１及び図２を参照して説明した従来の遠心式ポンプ１０と同じであり、異なる点は、後で詳述するように、その設置方法と運転方法にある。従って、図１及び図２に示されたものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、以下においては、説明を簡略するために、従来の遠心式ポンプ１０と異なる点についてのみ説明する。

図９を参照して、本発明の一実施の形態に係る遠心式ポンプ１０Ａについて説明する。図９は遠心式ポンプ１０Ａの正面図である。図９において、遠心式ポンプ１０Ａに対して、前後方向（奥行き方向）をＸ方向で、左右方向（横方向）をＹ方向で、上下方向（鉛直方向）をＺ方向で示してある。従って、奥行き方向Ｘと横方向Ｙとで形成される平面は、鉛直方向Ｚに垂直な水平面を構成する。

図９に示されるように、中心軸Ｏが鉛直方向Ｚに垂直な水平方向（図示の例では、前後方向Ｘ）に延在し、吐出管２５７の吐出口２５７ａ（図２参照）が鉛直方向Ｚにおいて最上方位置に配置されるように、遠心式ポンプ１０Ａが設置されている。

したがって、図１乃至図８を参照して説明した従来の遠心式ポンプ１０の説明を、鉛直方向Ｚを水平方向Ｘに読み替え、かつ、水平面を鉛直面と読み替えたものが、図９に示した遠心式ポンプ１０Ａである。

このように遠心式ポンプ１０Ａを設置することにより、遠心式ポンプ１０Ａの運転が停止したときに、ケーシング（２１、２５）（図１参照）内に混入した空気は吐出口２５７ａ付近に集まる。これは、遠心式ポンプ１０Ａの運転が停止したとき、ケーシング（２１、２５）内に混入した空気は浮力によって重力と反対方向に移動するためである。したがって、この状態から遠心式ポンプ１０Ａの運転を再開すると、吐出口２５７ａ付近に集まっていた空気は吐出管２５７を通して外部へ排出される。

尚、遠心式ポンプ１０Ａの通常の運転状態においては、後述するような判定手段によってケーシング（２１，２５）内に空気が混入されていると判定されたときに、遠心式ポンプ１０Ａの運転を停止し、その後に、運転を再開するという動作を、少なくとも１回繰り返せば、混入した空気を外部に効率良く排出することができる。

図１に示した遠心式ポンプ１０Ａにおいては、中心軸Ｏが鉛直方向Ｚに垂直な水平方向に延在し、吐出口２５７ａが鉛直方向Ｚにおいて最上方位置に配置されるように、遠心式ポンプ１０Ａを設置している。しかしながら、遠心式ポンプ１０Ａの設置の仕方はこれに限定されない。すなわち、一般化すると、吐出口２５７ａが吸込口２５６ａ（図５参照）よりも鉛直方向Ｚにおいて上方に配置されるように、中心軸Ｏが鉛直方向Ｚに対して斜めに傾いた状態で、遠心式ポンプ１０Ａを設置すれば良い。

次に、図１０乃至図１２を参照して、図９に示した遠心式ポンプ１０Ａの運転方法について説明する。

図１０は遠心式ポンプ１０Ａに使用されるＤＣブラシレスモータのトルク・回転数特性を示す特性図である。図１０において、横軸はトルク［ｍＮ・ｍ］を示し、縦軸は回転数［ｒ．ｐ．ｍ．］を示す。図１０の例では、遠心式ポンプ１０Ａに流入する液体として水を使用した場合のトルク・回転数特性を示している。図１０の曲線Ｄで示されるように、ＤＣブラシレスモータは、一般的に、トルクが大きくなると回転数が低くなり、トルクが小さくなると回転数が高くなる特性を持っている。

遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータは、正常運転時（すなわち、ケーシング内に空気の混入が無い場合）には、その負荷に応じた所定の正常回転数Ｒｎを持っている。図１０に示す例では、この正常運転時の正常回転数Ｒｎは３１５０ｒ．ｐ．ｍ．である。

この状態において、遠心式ポンプ１０Ａのケーシング（２１、２５）内に空気が混入したとする。この場合、水による負荷が、図１０の矢印Ｅで示されるように、減少するので、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数は、上記正常運転時の正常回転数Ｒｎよりも、図１０の矢印Ｆで示されるように、上昇する。そこで、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数が、上記正常運転時の正常回転数Ｒｎよりも所定の回転数差分ΔＲだけ上昇したことを検出した場合、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入したと判断することができる。その場合、後で詳述するように、遠心式ポンプ１０Ａを間欠運転モードで運転することによって、その混入した空気を外部へ効率良く排出することが出来る。図１０に示す例では、この所定の回転数差分ΔＲは＋５００ｒ．ｐ．ｍ．である。

換言すれば、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数が、３１５０ｒ．ｐ．ｍ．の正常運転時の正常回転数Ｒｎより＋５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数差分ΔＲだけ高い、３６５０ｒ．ｐ．ｍ．の異常回転数Ｒａ以上になったとき、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入したと判断することができる。逆に言えば、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数が、３１５０ｒ．ｐ．ｍ．±５００ｒ．ｐ．ｍ．の範囲にあれば、正常の範囲とみなすことができる。

尚、図１０に示したＤＣブラシレスモータのトルク・回転数特性の回転数の数値は、液体として水を使用した場合の例であるので、水以外の他の液体を使用した場合には、各々の運転点（正常運転時の正常回転数Ｒｎと、空気混入時の異常回転数Ｒａ）を設定する必要がある。

図１１は、遠心式ポンプ１０Ａであるポンプ本体を制御する制御システム３００の構成を示すブロック図である。ポンプ本体（遠心式ポンプ）１０Ａは、電源回路３１０と回転数検出装置（ＦＧ）３２０とを備えている。電源回路３１０は、ポンプ本体１０ＡのＤＣブラシレスモータへ電源を供給する回路である。回転数検出装置（ＦＧ）３２０は、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数を検出する装置である。

制御システム３００は、回転数検出装置３２０で検出された回転数に基づいて、後述するように、電源回路３１０のオン／オフを制御するコントローラとして動作するＣＰＵ３３０を備えている。

図１１に加えて図１２をも参照して、本発明による遠心式ポンプ１０Ａの運転方法について説明する。図１２は、図１１に示した制御システム３００中のＣＰＵ（コントローラ）３３０の処理フローを示すフローチャートである。

先ず、ＣＰＵ３３０は電源回路３１０をオンして、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータへ電源を供給し、定常運転をする（ステップＳ１）。そして、ＣＰＵ３１０は、回転数検出装置３２０で検出された回転数をチェックする（ステップＳ２）。ＣＰＵ３３０は、検出された回転数が正常の範囲（３１５０±５００ｒ．ｐ．ｍ．）内にあるか否かを判断する(ステップＳ３)。検出された回転数が正常の範囲内にあるとき（ステップＳ３のＹｅｓ）、ＣＰＵ３３０は、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入していないと判断して、ステップＳ１に戻り、定常運転を継続する。従って、遠心式ポンプ１０Ａは定常運転モードで運転される。

一方、検出された回転数が正常の範囲より高いとき（ステップＳ３のＮｏ）、ＣＰＵ３３０は、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入していると判定し、後述するように、遠心式ポンプ１０Ａを間欠運転モードで運転する。

とにかく、回転数検出装置３２０とＣＰＵ３３０におけるステップＳ２、Ｓ３との組み合わせは、ケーシング２１、２５内に空気が混入しているか否かを判定する判定手段（判定ステップ）として働く。

間欠運転モードでは、ＣＰＵ３３０は、先ず、電源回路３１０をオフして、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータへ電源供給を停止する（ステップＳ４）。引き続いて、ＣＰＵ３３０は、回転数検出装置３２０で検出された回転数をチェックして（ステップＳ５）、回転数が０ｒ．ｐ．ｍ．であるか否かを判定する（ステップＳ６）。回転数が０ｒ．ｐ．ｍ．になると（ステップＳ６のＹｅｓ）、ＣＰＵ３３０は、第１の所定時間Ｔ１である３［秒］だけ待つ（ステップＳ７）。

遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータが停止した時点（ステップＳ６のＹｅｓ）から第１の所定時間Ｔ１経過した時点で、ＣＰＵ３３０は、再び、電源回路３１０をオンして、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータへ電源を供給する（ステップＳ８）。引き続いて、ＣＰＵ３３０は、第２の所定時間Ｔ２である３［秒］だけ待ち（ステップＳ９）、ステップＳ２の処理に戻る。

したがって、遠心式ポンプ１０ＡのＤＣブラシレスモータの回転数が正常の範囲内に入るまで、ＣＰＵ３３０は、上述したステップＳ２〜Ｓ９を繰り返す。

上記の説明から明らかなように、間欠運転モードでは、ロータ１５（図１）の回転を第１の所定時間Ｔ１だけ停止し、その後、ロータ１５を第２の所定時間Ｔ２だけ回転させる動作を、少なくとも１回繰り返す。また、本実施の形態では、ロータ１５の回転停止を、遠心式ポンプ１０Ａへ供給する電源をオフする（ステップＳ４）ことにより行い、ロータ１５の回転再開を、上記電源をオンする（ステップＳ８）ことにより行っている。

以上の説明から明らかなように、ＣＰＵ３３０におけるステップＳ４〜Ｓ９は、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入していると判定された場合（ステップＳ３のＮｏ）に、遠心式ポンプ１０Ａを間欠運転モードで運転するステップ（運転手段）として働き、ＣＰＵ３３０におけるステップＳ１は、ケーシング（２１、２５）内に空気が混入していないと判定された場合（ステップＳ３のＹｅｓ）に、遠心式ポンプ１０Ａを定常運転モードで運転するステップ（運転手段）として働く。

尚、本実施の形態では、ロータ１５の回転停止および回転再開を、電源をオフおよびオンすることにより行っているが、他の手段を用いても良いのは勿論である。

上述したように、遠心式ポンプ１０Ａを間欠運転モードで運転することにより、ケーシング（２１、２５）内に混入した空気を効率良く外部へ排出することができる。すなわち、遠心式ポンプ１０Ａの運転を止めると、上述したように吐出口２５７ａ（図２）付近に空気が集まる。その後直ぐに、遠心式ポンプ１０Ａの運転を再開すると、吐出口２５７ａに集められた空気が吐出管２５７を通って外部へ排出される。このように、遠心式ポンプ１０Ａの運転停止と運転再開を繰り返すことによって、ケーシング（２１，２５）内に混入した空気の排出を迅速に行うことが出来る。これにより、従来の遠心式ポンプ１０の問題であった、空気混入時の性能劣化（流量、揚程の劣化）を回避することができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。

従来の遠心式ポンプの外観構成を示す斜視図である。 図１の線II−IIについての断面図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される上ケース（第２のケース）を、底面側の一方向から見た斜視図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される上ケース（第２のケース）を、底面側の別方向から見た斜視図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される、上ケース（第２のケース）の線Ｖ−Ｖについての断面図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される、上ケース（第２のケース）とロータとを組み合わせた組立て体の拡大断面図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される、上ケース（第２のケース）の円管とロータの複数枚の羽根との間の配置関係を示す平面図である。 図１に示した従来の遠心式ポンプの動作を説明するための上ケース（第２のケース）の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る遠心式ポンプを示す正面図である。 図９に示した遠心式ポンプに使用されるＤＣブラシレスモータのトルク・回転数特性を示す特性図である。 図９に示した遠心式ポンプであるポンプ本体を制御する制御システムの構成を示すブロック図である。 図１１に示した制御システム０中のＣＰＵ（コントローラ）の処理フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１０、１０Ａ 遠心式ポンプ（ポンプ本体）
１１ 固定軸
１３ 軸受け
１５ ロータ
１７ 基板
１９ ステータ
２１ 下ケース（第１のケース）
２３ シールゴム
２５ 上ケース（第２のケース）
２５１ 上支持部
２５２ 円筒管
２５３ カップ状部
２５４ 円環部
２５６ 吸込管（流入管）
２５６ａ 吸込口（流入口）
２５７ 吐出管（流出管）
２５７ａ 吐出口（流出口）
３００ 制御システム
３１０ 電源回路
３２０ 回転数検出装置（ＦＧ）
３３０ ＣＰＵ（コントローラ）
Ｏ 中心軸
Ｘ 前後方向（奥行き方向）
Ｙ 左右方向（横方向）
Ｚ 鉛直方向（上下方向）

Claims (17)

1. 中心軸の回りに回転可能に配置され、羽根車を備えたロータと、該ロータを囲むケーシングとを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口と、外周部に設けられた吐出口とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプにおいて、
   前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、前記中心軸が前記鉛直方向に対して斜めに傾いた状態で、前記遠心式ポンプが設置されていることを特徴とする遠心式ポンプ。
2. 前記中心軸が前記鉛直方向に垂直な水平方向に延在し、前記吐出口は前記鉛直方向において最上方位置に配置されている、請求項１に記載の遠心式ポンプ。
3. 前記ロータは、前記中心軸と同心の円環状の永久磁石を持ち、前記遠心式ポンプは、前記ケーシングを介して前記永久磁石の対向面に配置されたステータを備える、請求項１又は２に記載の遠心式ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の遠心式ポンプを制御する制御システムであって、
   前記ケーシング内に空気が混入しているか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段によって前記ケーシング内に空気が混入していると判定された場合に、前記遠心式ポンプを間欠運転モードで運転する運転手段と、
   を備えた遠心式ポンプの制御システム。
5. 前記運転手段は、前記判定手段によって前記ケーシング内に空気が混入していないと判定された場合に、前記遠心式ポンプを定常運転モードで運転する、請求項４に記載の遠心式ポンプの制御システム。
6. 前記判定手段は、
   前記遠心式ポンプの回転数を検出する回転数検出装置と、
   前記検出された回転数が正常の範囲より高いときに、前記ケーシング内に空気が混入していると判断する判断手段と、
   から構成されている、請求項４又は５に記載の遠心式ポンプの制御システム。
7. 前記判断手段は、前記検出された回転数が前記正常の範囲内にあるときに、前記ケーシング内に空気が混入していないと判断する、請求項６に記載の遠心式ポンプの制御システム。
8. 前記間欠運転モードは、前記ロータの回転を第１の所定時間だけ停止し、その後、前記ロータの回転を第２の所定時間だけ再開する動作を、少なくとも１回繰り返す運転モードである、請求項４に記載の遠心式ポンプの制御システム。
9. 前記ロータの回転停止を、前記遠心式ポンプへ供給する電源をオフすることより行い、前記ロータの回転再開を、前記電源をオンすることにより行う、請求項８に記載の遠心式ポンプの制御システム。
10. 中心軸の回りに回転可能に配置され、羽根車を備えたロータと、該ロータを囲むケーシングとを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口と、外周部に設けられた吐出口とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプを設置する方法において、
    前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、前記中心軸が前記鉛直方向に対して斜めに傾いた状態で、前記遠心式ポンプを設置することを特徴とする遠心式ポンプの設置方法。
11. 前記中心軸が前記鉛直方向に垂直な水平方向に延在し、前記吐出口が前記鉛直方向において最上方位置に配置されるように、前記遠心式ポンプを設置する、請求項１０に記載の遠心式ポンプの設置方法。
12. 中心軸の回りに回転可能に配置され、羽根車を備えたロータと、該ロータを囲むケーシングとを有し、該ケーシングは、前記中心軸が延在する中央部に設けられた吸込口と、外周部に設けられた吐出口とを持ち、前記吸込口から吸い込まれた液体を、回転する前記羽根車の遠心力を利用して圧送し、前記吐出口から吐き出す遠心式ポンプであって、前記吐出口が前記吸込口よりも鉛直方向において上方に配置されるように、前記中心軸が前記鉛直方向に対して斜めに傾いた状態で、設置されている前記遠心式ポンプを運転する方法において、
    前記ケーシング内に空気が混入しているか否かを判定するステップと、
    該判定ステップによって前記ケーシング内に空気が混入していると判定された場合に、前記遠心式ポンプを間欠運転モードで運転するステップと、
    を含む遠心式ポンプの運転方法。
13. 前記判定ステップによって前記ケーシング内に空気が混入していない判定された場合に、前記遠心式ポンプを定常運転モードで運転するステップを更に含む、請求項１２に記載の遠心式ポンプの運転方法。
14. 前記判定ステップは、
    前記遠心式ポンプの回転数を検出するサブステップと、
    前記検出された回転数が正常の範囲より高いときに、前記ケーシング内に空気が混入していると判断するサブステップと、
    を含む、請求項１２又は１３に記載の遠心式ポンプの運転方法。
15. 前記判定ステップは、前記検出された回転数が前記正常の範囲内にあるときに、前記ケーシング内に空気が混入していないと判断するサブステップを更に含む、請求項１４に記載の遠心式ポンプの運転方法。
16. 前記間欠運転モードは、前記ロータの回転を第１の所定時間だけ停止し、その後、前記ロータの回転を第２の所定時間だけ再開する動作を、少なくとも１回繰り返す運転モードである、請求項１２に記載の遠心式ポンプの運転方法。
17. 前記ロータの回転停止を、前記遠心式ポンプへ供給する電源をオフすることより行い、前記ロータの回転再開を、前記電源をオンすることにより行う、請求項１６に記載の遠心式ポンプの運転方法。
    

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