JP2016223337A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸い込み環境や揚水量により発生するキャビテーションを抑制し、揚水性能の向上、騒音や振動の低減、腐食を防止するポンプを提供する。【解決手段】電動機で回転駆動される羽根車を有し、該羽根車の外周を覆うように位置すると共に外郭でポンプ室を形成するケーシングを有するポンプ部と、該ポンプ部から吐出された液体の流量を検出する流量センサと、ポンプ室内の圧力値の圧力を検知する圧力センサを具備する。【選択図】図１

Description

本発明はポンプ装置に関するものである。

特許文献１に記載のポンプは、ポンプ部と、ポンプ部を駆動する電動機と、電動機を制御する制御部と、を有しており、ポンプ部から吐出された流体が流れる通水路に設置されて、その液体の吐出を検知するフロースイッチと、同じく通水路に取り付けられた圧力センサと蓄圧のための圧力タンクとから構成されている。制御部はフロースイッチが小水量検知信号を発生して、所定の小水量検知時間の間保持した後に、圧力タンクに一定時間所定の加圧圧力値で蓄圧を行い、電動機を停止する機能とポンプ始動圧力設定値を有している。

特開2005-248899号公報

ポンプの吸い込み条件として、例えば井戸水源などの多様な設置環境においても安定した給水が求められるが、水位が深い、吸込管径が細い、吸込管の横引きが長いなどの条件下では、キャビテーションが発生し、ポンプ効率の低下や気泡混入によって発生する騒音や振動、さらには腐食が進行し揚水不能となる恐れがあった。特許文献１に記載のフロースイッチ等では、キャビテーションの発生を検知することはできない。

本発明では、吸い込み環境や揚水量により発生するキャビテーションを抑制し、揚水性能の向上、騒音や振動の低減、腐食を防止するポンプを提供することを目的とする。

課題を解決するために、電動機で回転駆動される羽根車を有し、該羽根車の外周を覆うように位置すると共に外郭でポンプ室を形成するケーシングを有するポンプ部と、ポンプ部から吐出された液体が流れる通水路に設置された液体の流量を検知する流量センサと、同じく通水路に取り付けられポンプ室内の圧力値を検出する圧力センサを具備することを特徴とする。

ポンプ部から吐出された液体が流れる通水路に設置された液体の流量を検知する流量センサと、同じく通水路に取り付けられポンプ室内の圧力値を検出する圧力センサを具備したことにより、揚水量と圧力値を同時に検出することが可能となり、例えばキャビテーションの発生による揚水性能低下を検出し、電動機回転数を最適値まで自動調整させることで上記の課題を解決できる。これにより、吸い込み環境や揚水量により発生するキャビテーションを抑制し、揚水性能の向上、騒音や振動の低減、腐食を防止する効果を奏する。

本発明の実施例であるポンプ装置の斜視図である。 本発明の実施例であるポンプ装置にポンプカバーを装着した図である。 本発明の実施例であるポンプ装置の揚水特性曲線図(ポンプ室内の圧力値と揚水量)である。 本発明の実施例であるポンプ装置の揚水特性曲線図(消費電力、揚水量、ポンプ効率と回転数)である。 本発明の実施例であるポンプ装置の片側断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照し説明する。以下、図に示すように、ポンプ装置１００におけるベース５側を下方向として上下方向を規定して説明する。

図１は、本発明に係るポンプ装置１００からポンプカバー１１を取り外した状態の斜視図である。図２は、本発明に係るポンプ装置１００の斜視図である。

ポンプ装置１００は、電動機１と、羽根車４と、この羽根車４を内置するケーシング２と、ケーシング２の前面を閉じるケーシングカバー３を有するポンプ部１０１と、ベース５と、圧力タンク６と、圧力センサ７と、流量センサ８と、ポンプカバー１１と、から構成されている。

ベース５は、略直方体形状の部材である。ベース５の上方には、圧力タンク６と、圧力センサ７と、流量センサ８と、ポンプ部１０１とが、並べて配置され、ベース５の上面に固定されている。

圧力タンク６は、ポンプ部１０１で加圧した水を蓄水するものである。

圧力センサ７は、ポンプ部１０１から吐出された液体が流れる通水路に取り付けられ、ポンプ室内の圧力値を検出するセンサである。

流量センサ８は、ポンプ部から吐出された液体が流れる通水路に設置された液体の流量を検出するセンサである。

圧力センサ７の検出結果と、流量センサ８の検出結果は、制御用コントローラ９に入力され、制御用コントローラ９により統合制御されることで、ポンプ部１０１の起動・停止を制御するものである。
ポンプカバー１１は、下面が開口した略直方体凹形状の部材である。ポンプカバー１１はベース５に対し着脱自在である。これは、ポンプ部１０１や制御用コントローラ９等を操作、修理可能とするためである。

ポンプカバー１１は、ベース５に固定することで、ポンプカバー１１とベース５との間で、ポンプ部１０１の大部分と、圧力タンク６と圧力センサ７と流量センサ８の全部と、を覆うものである。ポンプカバー１１により、ポンプ部１０１等から発生する音がポンプ装置１００の外に伝わる恐れを低減することできる。

次にポンプにおけるキャビテーションによる問題点について説明する。

ポンプは水位が深い、吸込管径が細い、吸込管の横引きが長いなどの吸上揚程が高い条件では、キャビテーションが発生する恐れがある。

ポンプにおけるキャビテーションとは、ポンプヘッド部１０１に発生する高速の液体の流れにおいて、流速が極めて大きいところで圧力が著しく低下し、さらに飽和蒸気圧以下になると、蒸気が発生して流れの中に空洞が発生することをいう。空洞が発生すると、ポンプ効率の低下や気泡混入によって発生する騒音や振動、さらには揚水不能となる恐れがある。

以下に説明するような本発明に係る構成により、吸い込み環境により発生するキャビテーションを抑制し、揚水性能の向上、騒音や振動の低減、腐食を防止する効果を奏する。

圧力センサ７と流量センサ８を用いたキャビテーション抑制制御について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施例であるポンプ装置の揚水特性曲線図(ポンプ室内の圧力値と揚水量)である。ポンプの揚水特性は、吐出圧力と、揚水量との関係により図３のように表すことができる。すなわち、圧力センサ７と流量センサ８を具備することにより吐出圧力と揚水量を検知することで、揚水特性曲線(キャビテーション抑制無し)２０およびキャビテーション発生点２３を把握することが可能となる。先述のとおり、キャビテーションは流速が極めて大きいところで圧力が著しく低下したとき、つまり大水量域において発生するものである。しかしながら、従来構造である圧力センサとフロースイッチの併用による制御では、停止水量である４Ｌ／分付近すなわち１点でしか水量検知できないため、揚水量の変化を把握することができないため、キャビテーション発生点２３を検知することはできなかった。更に制御上、最大回転数２４を維持してしまうため、高い流速を保つため、キャビテーションの発生をより顕著にさせる恐れがある。

続いてキャビテーションを抑制する手段について、図４を用いて説明する。

キャビテーションは流速が極めて大きいところで圧力が著しく低下したとき、飽和水蒸気圧以下になると発生するため、飽和水蒸気圧以上を保てるように回転数を低下することで解決できる。ただし、闇雲に回転数を低下させるだけではポンプ性能の低下に繋がるため、最適な回転数調整が不可欠である。本実施形態では、圧力センサ７と流量センサ８を具備することにより揚水特性を把握することでキャビテーション発生点２３を的確に捉え、最適回転数２５に調整することで、揚水特性曲線(キャビテーション抑制有り)２１のような改善が可能となる。

次に各種流量センサの方式とその利点について説明する。

流量センサの方式としては、検出部の機械的可動部の有無により大別できる。

検出部に機械的可動部が有るセンサには、水通路内部に羽根車を設け、流量に比例して増減する回転数により検知する羽根車式流量センサがある。羽根車式流量センサは、構造や制御が容易なため低コストで構成可能である。

検出部に機械的可動部が無いセンサには、電磁誘導に関するファラデーの法則を用いた電磁式流量センサや、図５に示すように、通水路に渦発生柱１６を配し、水の流れ１５が渦発生柱１６を通過することでカルマン渦１８を発生させ、超音波センサ１７により位相差を検出するカルマン渦式超音波流量センサ１０２がある。両センサとも、利点としては検出部に機械的可動部が無いため、異物混入により詰まる恐れが少なく、通水抵抗が少ないことが挙げられる。

本実施形態においては、異物混入に強く、比較的安価に形成可能なカルマン渦式超音波流量センサ１０２を採用した例を示している。主な特性としては、３〜６０Ｌ/分と水量検知範囲が比較的広範囲であること、電極を用いないため、温度や水質による影響を受けにくいことが上げられる。

更に、流量センサを搭載することにより、以下の４つの機能を有することができる。

１つ目の機能は、表示用コントローラ１０を用いたリアルタイムで水量を表示することができる機能である。

２つ目の機能は、使用水量と運転時間を積算し、積算の使用水量を表示させることができる機能である。

３つ目の機能は、制御用コントローラ９に水量と時間の可変調整機能を設け、任意水量と任意運転時間を設定することで、自動運転させる機能である。例えば、庭水散水や屋根上融雪としての使用などに活用できる。本機能によると初期設定以後、自動運転を実現することができるため、日々の電源投入の手間を省くことができる。

４つ目の機能は、ポンプ停止水量条件を任意に変更することができる機能である。例えば、地中の配管漏水等で容易に配管修理できない場合、停止水量を初期値の4Ｌ/分以下から漏水量を超えた8Ｌ/分以下に変更することで、ポンプ動作を連続運転から断続運転にすることができ、省エネと部品摩耗を抑制することが期待できる。

１ 電動機
２ ケーシング
３ ケーシングカバー
４ 羽根車
５ ベース
６ 圧力タンク
７ 圧力センサ
８ 流量センサ
９ 制御用コントローラ
１０ 表示用コントローラ
１１ ポンプカバー
１５ 水の流れ
１６ 渦発生柱
１７ 超音波センサ
１８ カルマン渦 ２０ 揚水特性曲線（キャビテーション抑制無し）
２１ 揚水特性曲線（キャビテーション抑制有り）
２３ キャビテーション発生点
２４ 最大回転数
２５ 最適回転数 １００ ポンプ装置
１０１ ポンプ部
１０２ カルマン渦式超音波流量センサ

Claims (4)

1. 電動機で回転駆動される羽根車を有し、該羽根車の外周を覆うように位置すると共に外郭でポンプ室を形成するケーシングを有するポンプ部と、該ポンプ部から吐出された液体の流量を検出する流量センサと、ポンプ室内の圧力値を検知する圧力センサを具備することを特徴とするポンプ装置。
   
2. 前記流量センサは、流量検出部に機械的可動部を有しないことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
   
3. 前記流量センサは、超音波カルマン渦式であることを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
   
4. 前記流量センサは、流量検出部に機械的可動部を有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。

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