JP2016056738A - 真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】封式真空ポンプに液体が混入しても、故障や不具合の発生を抑制することのできる真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシステムを提供すること。【解決手段】三相交流電動機６０ａにより封水を入れたケーシング内で羽根車６６を回転させ、連通して接続する吸気室及び排気室にて吸引及び排出を行う水封式真空ポンプ６０を有する真空ポンプシステム１０において、稼働中における三相交流電動機６０ａの負荷を検知する電流センサ１４と、電流センサ１４により検知された負荷増減に応じて三相交流電動機６０ａの回転数を減増調整する制御部１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシステム、特に、水封式真空ポンプを有する真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシシテムに関する。

真空ポンプには様々な種類がある。その中で水封式真空ポンプは、１回転当たり１圧縮型の最も簡単な作動方式である。また、真空シールのために水を用いる水封式であるので、吸気に蒸気や水滴が混入しても使用が可能であり、軸受と軸封止部以外に機械的な接触部分がないので保守点検が容易であり、多くの分野で使用されている。

図４（ａ）に水封式真空ポンプ６０の概略構成図を示す。図４（ｂ）に回転軸を含む概略断面図を示す。原理を説明するために簡略化して示している。円筒形のケーシング７４と、このケーシング７４の中心から距離ｄだけ偏心した位置を中心として回転する羽根車（インペラー）６６と、羽根車６６を収納し封水により真空シールされる羽根車室６７とを有する。羽根車６６を回転駆動手段（図示していない）により回転させると、羽根車室内６７で羽根車室６７に入れた封水６８により環状の液膜が形成される。

羽根車６６の隣接し合う羽根と環状液膜とによって形成される気室が、羽根車６６の回転によって、拡大縮小を繰り返すため、その気体膨脹工程部分に吸い込み口７０を、気体圧縮工程部分に吐き出し口７２を設ける。これらは中板７４に形成されている。そして、羽根車室６７に吸い込み口７０を介して連通して隣接する吸気室７６、羽根車室６７に吐き出し口７２を介して連通して隣接する排気室７８が形成されている。吸気室７６と排気室７８は仕切り板８０により仕切られている。

この構成により羽根車６６を回転させると、吸気室７６に連通して接続する吸入管８２から気体が吸引され、吸引された気体は吸気室７６、吸い込み口７０を介して羽根車室６７に吸引され、そして吐き出し口７２、排気室７８を介して排気室７８に連通して接続された排出管８４に搬送するように構成されている。このような水封式真空ポンプ６０に関しては、封水の旋回により発生する摩擦損失やポンプの大型化等の改良が図られている（特許文献１参照）。

上記の様な水封式真空ポンプの適用例として、図５に湿式真空スプリンクラーシステム（特許文献２参照）の主要概略構成図を示す。この湿式真空システム１００は、二次側配管３４を水で充填した状態を常態とし、二次側配管３４内に充填された水を負圧状態に維持している。そのために水封式真空ポンプ５０を用いて吸引管４８を介して二次側配管３４を吸引している。

特開２００４−２８５８３３号公報 特許第３２６４９３９号公報

上述した封水式真空ポンプ６０は、基本的に気体を搬送するためのものである。この水封式真空ポンプ６０において液体が吸引された場合、液体は吸気室７６を通って羽根車室６７に入る。したがって、羽根車６６はこれまでの封水６８のみの負荷に加えて、液体の負荷が掛かり、羽根車６６を回転駆動する回転駆動手段が過負荷となり発熱し、故障や不具合の原因となっていた。これまで、水封式真空ポンプ６０は、原則として気体の搬送に使用するものであり、搬送すべき気体に液体が混入した場合については、何等対策が講じられていなかった。

図５に示した湿式真空スプリンクラーシステム１００においては、吸引管４８に水の溜まりが生じやすい。したがって、水封式真空ポンプ６０が過負荷となり発熱し、故障や不具合の原因となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水封式真空ポンプに液体が混入しても、故障や不具合の発生を抑制することのできる真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の真空ポンプシステムは、回転駆動手段により封水を入れたケーシング内で羽根車を回転させ、連通して接続する吸気室及び排気室にて吸引及び排出を行う水封式真空ポンプを有する真空ポンプシステムにおいて、稼働中における前記回転駆動手段の負荷を検知する負荷検知手段と、該負荷検知手段により検知された負荷増減に応じて前記回転駆動手段の回転数を減増調整する制御部と、を有することを特徴とする。

この構成により、何らかの原因で回転駆動手段の負荷が増減したとき、負荷検知手段がその負荷増減を検知し、その検知結果に応じて回転駆動手段の回転数が減増調整される。例えば、搬送すべき気体に液体が混入し、回転駆動手段が過負荷となった場合は、負荷検知手段によりその過負荷状態が検知され、制御部が回転駆動手段の回転数を下げる制御を行う。この制御により回転駆動手段の過負荷状態が解除される。したがって、過負荷状態が続くことによる水封式真空ポンプの発熱等が抑制され、それに起因する故障や不具合の発生を抑制することができる真空ポンプシステムを提供することができる。

請求項２に記載の真空ポンプシステムは、請求項１に記載の真空ポンプシステムにおいて、前記回転駆動手段は、三相交流電動機であり、前記負荷検知手段は、前記三相交流電動機に流れる電流を検知する電流センサであり、前記制御部は、前記電流センサにより検知された電流値の増減に応じて前記三相交流電動機を駆動する周波数を下上調整するインバータを有することを特徴とする。

この構成により、羽根車を回転駆動する三相交流電動機の回転数は、インバータにより生成される周波数による調整される。インバータにより生成される周波数を下げると三相交流電動機の回転数が下がり流れる電流値が小さくなる。したがって、例えば、三相交流電動機が過負荷になり電流センサにより三相交流電動機に流れる電流が規定値を超えた場合、制御部はインバータにより生成される三相交流電動機を駆動する周波数を下げる制御を行う。このようにして、封水式真空ポンプは、簡単な構成で、過負荷になった場合に回転数が下げられ、発熱等に起因する故障や不具合の発生が抑制される。

上目的を達成するため、請求項３記載の湿式真空スプリンクラーシステムは、個別作動式のスプリンクラーヘッドと、該スプリンクラーヘッドへの水の供給が可能な水供給手段と、該水供給手段へ連結された一次側配管と、該一次側配管から連通して分岐され前記スプリンクラーヘッドへ連結された、水で充填された状態を常態とする二次側配管と、前記二次側配管部内に充填された水を負圧状態に維持する負圧状態確保部と、を有する湿式真空スプリンクラーシステムにおいて、前記負圧状態確保部は、請求項１又は２に記載の真空ポンプシシテムを有することを特徴とする。

この構成により、湿式真空スプリンクラーシステムの負圧状態確保部では、請求項１又は２に記載の真空ポンプシステムが用いられる。したがって、二次側配管に接続された吸引管に水が混入した場合でも、真空ポンプシステムは発熱等に起因する故障や不具合等の発生が抑制され、二次側配管内を負圧状態にし続けることができる。

本発明の真空ポンプシステム及びそれを用いた湿式真空スプリンクラーシステムによれば、封水式真空ポンプの過負荷による発熱等に起因する故障や不具合の発生が抑制される。したがって、長期間に亘り故障のない信頼性の高い真空ポンプシステムが構築され、この真空ポンプシステムを用いた湿式真空スプリンクラーシステムの信頼性も向上する。

本発明の真空ポンプシステムの概略構成図である。 図１に示した真空ポンプシステムの制御の例を示す図である。 本発明の真空ポンプシステムを、湿式真空スプリンクラーシステムに用いた場合の主要概略構成図を示す。 水封式真空ポンプの原理を説明する説明図である。図４（ａ）は、概略正面断面図、図４（ｂ）は概略横断面図である。 水封式真空ポンプを用いた湿式真空スプリンクラーシステムの主要概略構成図を示す。

本発明の実施の形態を、以下図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明の真空ポンプシステム１０の概略構成図である。真空ポンプシステム１０は、水封式真空ポンプ６０、負荷検出手段である電流センサ１４、インバータを含む制御部１２を有する。

水封式真空ポンプ６０の羽根車６６は、三相交流電動機６０ａにより回転駆動される。この三相交流電動機６０ａは、三相交流電源１６により電気エネルギが供給される。電源１６と水封式真空ポンプ６０との間には、スイッチ１８を介して制御部１２、電流センサ１４が直列に接続されている。

制御部１２は、インバータ１２ａとＣＰＵ１２ｂを有する。インバータ１２ａは、三相交流電動機６０ａを駆動する電源周波数を自在に変える装置である、周波数を変えることで三相交流電動機６０ａの回転数を調整することができる。周波数を下げると三相交流電動機６０ａの回転数は下がり、消費される電流値も小さくなる。

制御部１２内のＣＰＵ１２ｂは、電流センサ１４で検知された電流値が規定値（閾値）を越えたとき、三相交流電動機６０ｂを駆動する周波数を下げるようにインバータ１２ａを制御する。更に、検知された電流値に応じて三相交流電動機６０ａの回転数を調整するように構成されており、例えば、負荷が軽減され検知した電流値が下がった場合には、適切な回転数になるように三相交流電動機６０ａを駆動する周波数を上げる調整をすることができる。

電流センサ１４は、三相交流電流を計測する。三相交流電流の各相について電流値をそれぞれ計測するものであり、汎用のものを使用することができる。検知した電流値はＣＰＵ１２ｂに入力される。また、交流電源１８と制御部１２との間にはスイッチ１８が設けられており、真空ポンプシステム１０全体の入切スイッチとなっている。

図２は、図１の真空ポンプシステムの制御の例を示す図である。横軸は時間（分）、縦軸は電流（Ａ）及び回転数（ｒｐｍ）を示す。時間ｔ１において、水封式真空ポンプ６０に水が混入したものとする。その時点で、羽根車６６に負荷が掛かり、羽根車６６の回転数が下がる。三相交流電動機６０ａに供給される電流は、当初設定した回転数を達成しようとするために、時間と共に増加する。時間ｔ２は、電流値が規定値（閾値）Ｉｓに達した時点であり、制御部１２は、インバータ１２ａで生成される周波数を下げる制御を行う。その結果、三相交流電動機６０ａの回転数は、インバータ１２ａで決められた周波数に対応する回転数で落ち着くこととなる。時間ｔ２以降は、この下げられた回転数で三相交流電動機６０ａが駆動される。電流値は規定値（閾値）を維持したままとなる。

その後、三相交流電動機６０ａの負荷が軽減されると、電流値が規定値（閾値）Ｉｓから下がる。その時点をｔ３として示している。電流センサ１４がそれを検知して、制御部１２に三相交流電動機６０ａを駆動する周波数を当初の周波数に上げる制御を行う。これにより三相交流電動機６０ａは、当初の回転数及び電流値に戻ることとなる。戻った時点をｔ４として示している。

したがって、本実施の形態の真空ポンプシステム１０によれば、何らかの原因で回転駆動手段である三相交流電動機６０ａの負荷が増減したとき、負荷検知手段である電流センサ１４がその負荷増減を検知し、その検知結果に応じて三相交流電動機６０ａの回転数が減増調整される。例えば、搬送すべき気体に液体が混入し、三相交流電動機６０ａが過負荷となった場合は、電流センサ１４によりその過負荷状態が検知され、制御部１２が三相交流電動機６０ａの回転数を下げる制御を行う。この制御により三相交流電動機６０ａの過負荷状態が解除される。したがって、過負荷状態が続くことによる発熱等が抑制され、それに起因する故障や不具合の発生を抑制することができる。

図３は、本発明の真空ポンプシステム５２を、真空湿式スプリンクラーシステムに適用させた場合の概略構成を示す。真空湿式スプリンクラーシステム１００において、消火水槽４４に蓄えられた水は、送水ポンプ３４、一次側配管３２、仕切り弁３６、二次側配管３４、スプリンクラーヘッド３２を経由して放水される。仕切り弁３６は、各階で分岐された一次側配管３２と、二次側配管３４との間に通水可能に接続され、電動弁３６ａと警報弁３６ｂとから構成されている。平常時において電動弁３６ａは閉状態に維持される。なお、警報弁３６ｂは、電動弁３６ａが開状態となり、送水が所定時間行われた時に、流水を検知し、警報を発する機能を有するものである。

二次側配管３４は、その一端が仕切り弁３６に連通接続され、各階毎に天井に略平行に伸長したのちに更に分岐し、鉛直方向に垂下した立ち下げ配管３４ｂを形成している。そして、その先端部には、各階の天井部から露出した状態でスプリンクラーヘッド３２が取り付けられている。二次側配管３４の他端には試験的に水を流した後に、若しくはシステムが誤動作して二次側配管３４に水が流れた後に、二次側配管３４内を開放状態とするための試験弁３８が設けられている。

ここで、二次側配管３４内部は、水が充填された後、吸引電磁弁５４が開かれて本発明の真空ポンプシステム５２により、吸引管４８内部及び二次側配管３４内部が吸引される。このとき、二次側配管３４の最上部である上がり分岐管３４ａ以外の端部はすべて閉鎖されていることから、二次側配管３４に貯留された水は、大気圧以下であって真空ポンプシステム５２の吸引に応じた負圧状態となり、二次側配管３４内に残り続ける。これにより、非火災時にスプリンクラーヘッド３２から水が吹き出して水被害が生じることを回避すると共に、火災時には火災感知器４０からの信号により水噴出による消火動作が可能となっている。これらは全て制御盤５０により制御されている。なお、一次側配管３２に接側されている圧力スイッチ４２、及び火災検知器４０は、湿式真空スプリンクラーシステム１００には必須の構成要素であるが、本願発明には関係がないので説明は省略する。

従来、吸引管４８には、単に水封式真空ポンプが接続されていた。この吸引管４８には、システムの構成上水が溜まり、水封式真空ポンプが過負荷となる場合が発生していた。この部分に本発明の真空ポンプシステム５２を採用することにより、吸引管４８に水が多量に溜まっても、真空ポンプシステム５２により使用している水封式真空ポンプが過負荷になることがなくなった。これにより故障にない信頼性の高い真空湿式スプリンクラーシステム１００を構築することができた。

本実施の形態の湿式真空スプリンクラーシステム１００によれば、負圧状態維持確保部に、本発明の真空ポンプシステム１０を採用することにより、水封式真空ポンプが過負荷状態で発熱することが抑制され、それに起因する故障や不具合が発生することが抑制される。したがって、負圧状態確保部が常に正常に機能し、信頼性の高い湿式真空スプリンクラーシステムが構築できる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、真空ポンプシステムを湿式真空スプリンクラーシステムに適用した例を示したが、この他にも、真空ポンプで吸引する気体に液体が混入するあらゆるケースに使用できる。

１０、５２ 真空ポンプシステム
１２ 制御部
１２ａ インバータ
１２ｂ ＣＰＵ
１４ 電流センサ（負荷検知手段）
１６ 三相交流電源
３２ 一次側配管
３４ 二次側配管
４８ 吸引管
６０ 水封式真空ポンプ
６０ａ 三相交流電動機
６６ 羽根車
１００ 真空湿式スプリンクラーシステム

Claims (3)

1. 回転駆動手段により封水を入れたケーシング内で羽根車を回転させ、連通して接続する吸気室及び排気室にて吸引及び排出を行う水封式真空ポンプを有する真空ポンプシステムにおいて、
   稼働中における前記回転駆動手段の負荷を検知する負荷検知手段と、
   該負荷検知手段により検知された負荷増減に応じて前記回転駆動手段の回転数を減増調整する制御部と、
   を有することを特徴とする真空ポンプシステム。
2. 前記回転駆動手段は、三相交流電動機であり、
   前記負荷検知手段は、前記三相交流電動機に流れる電流を検知する電流センサであり、
   前記制御部は、前記電流センサにより検知された電流値の増減に応じて前記三相交流電動機を駆動する周波数を下上調整するインバータを有することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプシステム。
3. 個別作動式のスプリンクラーヘッドと、
   該スプリンクラーヘッドへの水の供給が可能な水供給手段と、
   該水供給手段へ連結された一次側配管と、
   該一次側配管から連通して分岐され前記スプリンクラーヘッドへ連結された、水で充填された状態を常態とする二次側配管と、
   前記二次側配管部内に充填された水を負圧状態に維持する負圧状態確保部と、を有する湿式真空スプリンクラーシステムにおいて、
   前記負圧状態確保部は、
   請求項１又は２に記載の真空ポンプシシテムを有することを特徴とする湿式真空スプリンクラーシステム。

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