JP2008101556A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のポンプ装置においては、最悪な据付条件を考慮して、ポンプ装置の運転条件を定めていた為、ポンプ装置の性能を十分に活用していないでいた。
【解決手段】前記従来技術に対し、本発明にあっては、ポンプ装置に電動機軸出力を推定できる制御部を具備させると共に、定められた軸出力で運転できる様にした。本発明によれば、全ての使用領域において、ポンプ装置の軸出力を検知し最大の軸出力で運転させることで揚水量のアップを図ることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用の井戸ポンプに関するものである。

従来の井戸ポンプは回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機が直結され羽根車を内蔵したポンプ部を具備している。ポンプ部で揚水、加圧された水は圧力タンクに送られ、圧力タンクに配管された管を通って水栓よりでる。この時ポンプ装置は水栓の開度及び使用数に応じて増減する圧力を圧力検出器からの信号により検知し制御装置に定められた一定の圧力になるように電動機の回転数を制御する。電動機の回転数にはさまざまな据付条件にも正常に運転・停止できるように上限が定められ水量が一定量を超えた時点で、電動機回転数上限となり一定圧力は保てなく圧力は低下する。また水栓を閉じていくと圧力の上昇を検知し電動機の回転数を低下させ圧力を一定に保つ。この時水栓を完全に閉じた時は圧力を保つ為の最低の回転数であり、ある一定の回転数以下の場合はポンプ装置を停止させていた。

特開昭６３−２５３１９３号公報

従来のポンプ装置において、水栓を開いていくと圧力の低下を検出し、電動機の回転数を上昇させ目標の回転数となるように制御する。電動機回転数の上限は、ポンプ装置のさまざまな据付条件を考慮し、最大負荷になる据付条件下で電動機及び制御装置に加わる電気的負荷が許容範囲内になるように定めている。

この為、最大負荷にならない据付条件下においては、電動機及び制御装置に加わる電気的負荷が低い状態で電動機の設定された回転数に達してしまう為、ポンプ装置自身の性能を最大限に引き出せない状態にある。また、据付条件に合わせポンプ装置の制御を変更した場合においても、季節によって変化する井戸の水位等により据付条件が異なる為、定期的に制御を変更するといった課題が有った。

次に井戸水位が深い場合において、水栓を開いていくと圧力の低下を検出し、電動機の回転数を上昇させ目標の回転数となるように制御する。この時、更に水栓を開いていくと電動機の回転数を上昇させるわけだが、電動機の回転数が定められた上限に達する前にキャビテーションが発生すると急激に圧力と揚水量が低下する。しかしポンプ装置の制御部は圧力の低下と判断し電動機回転数をさらに上昇させる為、それに伴いキャビテーションも増加し圧力、揚水量が非常に低下した状態で運転してしまう問題があった。

課題を解決するための手段として、回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機を設ける。電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設ける。制御装置内部に電動機の軸出力を検知又は推測させる機能を備える。この時、電動機の軸出力は、制御装置内部に流れる電流により推測する手段がある。

ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備えたポンプ装置にて、電動機の軸出力を検知する機能にて電気的負荷が許容範囲で且つ、電動機の軸出力が最大となる様に電動機の回転数を制御させる。また、吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に電動機軸出力が定められた上限に達するまで回転数を上昇させる事を可能とする。

次に、吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に増加する回転数と共に増加する電動機軸出力において、回転数の増加に電動機軸出力が追従しなくなって、電動機軸出力が逆に低下した場合に電動機回転数をΔN下げる制御を行う。

本発明によれば、ポンプ装置に回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、前記電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設ける。制御装置内部に電動機の軸出力の大小を判定する部品を設ける。ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、電動機の軸出力の大小を判定する部品にて、定められた回転数の中で軸出力が最大となる様に電動機を回転数制御することで
第一に
井戸水位が深い場合（吸上げ高さ8ｍ）においては、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機の回転数を上昇させ軸出力の上限値まで上昇させる。この時の回転数をN1とし水量をQ1とする。

また、水位が深い場合の方がポンプ装置の消費電力量が高いことから、従来のポンプ装置は水位が深い場合を基準に回転数の上限等を定めていた。

次に井戸の水位が浅井場合（吸上げ高さ0ｍ）において、電動機の回転数をN1として運転した時の水量はQ2となり、Q2-Q1＝ΔQ（2-1）が井戸の水位差によって変動する水量の差となる。

次に井戸の水位が浅井場合においては、設定された吐き出し圧力を保つ為に、電動機の回転数を上昇させ軸出力の上限値まで回転数を上昇させる。この時の回転数はN2となり、N1＜N2となり、その時の水量はQ3となる。Q3-Q2＝ΔQ（3-2）が回転数を上昇させて増加した水量になる。

この為、従来のポンプ装置に対して、ΔQ（3-2）水量をアップすることが出来る。

第二に、設定された吐き出し圧力以上の圧力を必要とする場合で水量が比較的少ない場合は、設定を変更し電動機軸出力の上限値で運転するようにする。

次に、回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設ける。制御装置内部に電動機の軸出力の大小を判定する部品を設ける。ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、制御装置にてポンプの吐き出し圧力を一定に制御するポンプ装置にて吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に増加する回転数と共に増加する電動機軸出力において、回転数の増加に追従せず、電動機軸出力が低下した場合に回転数をΔN下げることで
井戸水位が深い場合（吸上げ高さ8ｍ）の配管条件において、地理的条件等にて配管径を細くした場合や、井戸からポンプ装置までの横引距離が長くなった場合に、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機の回転数を上昇させると、ポンプ装置の吸い込み側にキャビテーションが発生する場合がある。その時、電動機軸出力は極端に低下するので電動機回転数が上昇中に電動機軸出力が低下した場合は、キャビテーションや井戸の水量不足と判断させ回転数をΔN低下させる。それにより、電動機軸出力の増加し揚水量を確保することが出来る。

以下本発明の一実施例を図面に基づき詳述する。

図１はポンプ装置を示す。

電動機２に直結された羽根車（図示せず）をケーシング７およびケーシングカバー６に水密に内蔵しポンプ部１３が構成される。前記ポンプ部１３の上部には前記ケーシング７に構成された吸込み口（図示せず）と吐き出し口（図示せず）が水封材（図示せず）を介して内部に逆止弁（図示せず）を有する分離室３がボルト１４により取り付けられる。

前記ポンプ部１３により加圧された圧力を検出する圧力センサ４が前記分離室３と蓄圧を目的とした圧力タンク５をつなぐ吐き出し管１５に取り付けられている。

電動機２近傍には、ポンプ装置１の運転を制御するインバータ機能を有する制御装置２０が構成されている。前記制御装置２０は電源ケーブル１１により電気を供給される。

図２はポンプ装置１のフローを表す。

ポンプ部１３に接続させた電動機２のポンプ部１３の反対側には電動機２の回転数を検出する回転数センサ１８が取り付けられている。電動機２の回転数は回転数センサ１８より電気信号として制御装置２０へ送信される。

ポンプ部１３により揚水され加圧させた圧力を、圧力センサ４で検出し制御装置２０へ電気信号として送信される。送信された信号をもとに制御装置２０は、あらかじめ設定されていた吐き出し圧力になるように、電動機２の回転数を制御する。この際電動機２に流れる電流を検出する電流センサ１９が設けられている。

また制御装置２０には、ポンプ装置１の状態を表示できる表示部２０ａ及び外部から入力が可能なように入力スイッチ２０ｂが設けられている。

図３はポンプ装置１の施工状態を表す。

ポンプ装置１は吸込みフランジ９に管を配管し井戸９０まで水密に接続する。また吐き出しフランジ１６にも同様に管を用いて水栓８９まで配管する。

次にポンプ装置１の動作について説明する。

水栓８９を開くと圧力タンク５内の圧力により水栓８９より水が出る。この際、圧力タンク５内部の圧力が低下するのを圧力センサ４が検出して電動機２が起動する。

電動機２が起動することによりポンプ装置１内部の圧力が上昇する為、制御装置２０は圧力が設定された吐き出し圧力となるように圧力センサ４からの信号より電動機２の回転数を加減する。

水栓８９を閉めていくとポンプ装置１内部の圧力が上昇しそれに伴い電動機２の回転数も低下し最終的にポンプ装置１は停止する。

次に本発明の動作について説明する。

制御装置２０にはあらかじめ電動機２の電流値と軸出力、回転数のデータが入力されており、運転する電動機の回転数及び電流センサ１９が電流値を検出、制御装置２０に入力することで電動機の軸出力を推定することが出来る。

制御装置２０には電動機回転数の上限を特に定めず、電動機軸出力の上限値を設定する。
図４に示すように井戸水位が深い場合（吸上げ高さ8ｍ）の特性を
Curve1-1：軸出力-揚水量
Curve1-2：回転数-揚水量
Curve1-3：圧力-揚水量と表す。

水栓８９を開きポンプ装置１内部の圧力が低下し、電動機２が起動すると、制御装置２０は設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機２の回転数を上昇させる。軸出力は上限W1まで達しその後、Ｘ1点で圧力が低下するのと同じく低下する。この時の回転数をN1とし水量をQ1とする。

また、水位が深い場合の方がポンプ装置１の消費電力量が高いことから、従来のポンプ装置１は水位が深い場合を基準に回転数の上限等を定めているのが一般的である。

次に井戸の水位が浅い場合（吸上げ高さ0ｍ）の特性を
Curve2-1：軸出力-揚水量
Curve2-2：回転数-揚水量
Curve1-3：圧力-揚水量と表す。

水栓８９を開きポンプ装置１内部の圧力が低下し、電動機２が起動すると、制御装置２０は設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機２の回転数を上昇させる。軸出力は上限W1まで達しその後、Ｘ2点で圧力が低下するのと同じく低下する。この時の回転数をN1とし水量をQ2とする。

電動機の回転数をN1として運転した時の水量はQ2となり、Q2-Q1＝ΔQ（2-1）が井戸の水位差によって変動する水量の差となる。

次に井戸の水位が浅い場合において、本発明の特性を
Curve3-1：軸出力-揚水量
Curve3-2：回転数-揚水量
Curve3-3：圧力-揚水量と表す。

水栓８９を開きポンプ装置１内部の圧力が低下し、電動機２が起動すると、制御装置２０は設定された吐き出し圧力を保つ為に、電動機２の回転数を上昇させる。さらに水栓８９を開き水量を増加させると、軸出力の上限値W1まで上昇し維持させた状態で回転数を増加させるとＸ3点で圧力は低下し始める。この時の回転数Ｎ2はN1+ΔＮとなり、N1＜N2となり、その時の水量はQ3となる。Q3-Q2＝ΔQ（3-2）が軸出力の上限まで回転数を上昇させて増加した水量になる。

この為、従来のポンプ装置に対して、ΔQ（3-2）水量をアップすることが出来る。

次に井戸水位が深い場合（吸上げ高さ8ｍ）の配管条件において、地理的条件等にて配管径を細くした場合や、井戸からポンプ装置１までの横引距離が長くなった場合に、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機２の回転数を上昇させると、ポンプ装置１の吸い込み側にキャビテーションが発生する場合がある。その時、電動機２の軸出力は極端に低下するので電動機２の回転数が上昇中に電動２の軸出力が低下した場合は、キャビテーションや井戸の水量不足と判断させ回転数をΔN低下させる。それにより、電動機２の軸出力が増加し揚水量を確保することが出来る。

また、設定された吐き出し圧力以上の圧力を必要とする場合で、水量が比較的少ない場合は、設定を変更し常に電動機２の軸出力の上限値で運転するようにする。

ポンプ装置１の仕事量は係数×水量Q×圧力Pにて表すことが出来ることから、水量が少ない場合は圧力を上げて電動機軸出力の上限値で運転することで電気的な負荷を与えすぎず高い圧力を得ることができる。

本発明を含むポンプ装置の外観図。 ポンプ装置のフロー図。 ポンプ装置の配管例を示す図。 ポンプ特性を説明する図。

符号の説明

１…ポンプ装置、２…電動機、３…分離室、４…圧力センサ、５…圧力タンク、６…ケーシングカバー、７…ケーシング、８…吸込み管、９…吸込みフランジ、１０…ベース、１１…電源ケーブル、１２…ポンプカバー、１３…ポンプ部、１４…ボルト、１５…吐出し管、１６…吐き出しフランジ、１８…回転数センサ、１９…電流センサ、２０…制御部、８９…水栓、９０…井戸。

Claims (3)

1. 回転数を制御できる制御装置を備え、前記制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、前記電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設け、前期制御装置内部に前記電動機の軸出力を検知又は推測する機能を備え、また、前記ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備えたポンプ装置において、
   前記ポンプ装置の揚水中に前記電動機の軸出力を検知又は推測させて軸出力が最大となる様に前記電動機を回転数制御することを特徴としたポンプ装置。
2. 回転数を制御できる制御装置を備え、前記制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、前記電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設け、前期制御装置内部に前記電動機の軸出力を検知又は推測させる機能を備え、また、前記ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、前期制御装置にてポンプの吐き出し圧力を一定に制御するポンプ装置において、
   前記吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に増加する回転数と共に増加する前記電動機軸出力において、回転数の増加に追従せず、電動機軸出力が低下した場合に回転数をΔN下げることを特徴としたポンプ装置。
3. 回転数を制御できる制御装置を備え、前記制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、前記電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設け、前期制御装置内部に前記電動機の軸出力を検知又は推測させる機能を備え、また、前記ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、前期制御装置にてポンプの吐き出し圧力を一定に制御するポンプ装置において、
   前記吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に電動機軸出力が定められた上限に達するまで回転数を上昇させる事を特徴としたポンプ装置。
   

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