JP2017096293A - 自吸式ポンプの運転装置、液体供給装置、及び自吸式ポンプの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自吸式ポンプが自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させる。【解決手段】本願発明の自吸式ポンプの運転装置（インバータ３０）は、ウェスコポンプ５００を可変速に回転駆動する可変速電動機の駆動電流を検出する電流検出器３２を備えている。また、インバータ３０は、電流検出器３２によって検出された駆動電流に基づいて、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する判定部３３を備えている。可変速電動機の駆動電流に基づいてウェスコポンプ５００が自吸運転を行っているか否かの判定を行うので、判定の信頼性を簡易な構成で向上させることができる。【選択図】図２

Description

本願発明は、自吸式ポンプの運転装置、液体供給装置、及び自吸式ポンプの運転方法に関するものである。

従来、液体を移送するために様々な種類のポンプが用いられてきたが、これらの中で自吸式ポンプが知られている。自吸式ポンプとは、ポンプ内部又は吸込配管内に気体が混入していることによってポンプ内部又は吸込配管が液体で満たされていない状態でも、ポンプ自身の運転によって気体を排出して揚排液を行うことができるポンプである。

自吸式ポンプは、ポンプ内部又は吸入配管内に混入した気体を排出するための運転（自吸運転）の際には、羽根車を回転させることによって気液混合体を吸い込んで気液分離室に吐出し、気液分離室において気体と液体を分離する。また、自吸式ポンプは、自吸運転の際には、分離された気体を外部へ排気するとともに分離された液体を再び羽根車で吸い込む動作を繰り返すことによって、混合気体を徐々に排気して自吸作用を進行させる。自吸式ポンプは、混合気体を排出することによって自吸運転が終了したら、通常運転に移行する。通常運転では負荷運転となり、吐出し圧力一定制御、推定末端圧力一定制御により制御された回転速度で自吸式ポンプの運転が行われる。

ここで、自吸式ポンプの自吸特性は、羽根車の周速に大きく影響されることが知られている。すなわち、羽根車の周速が大きい場合には、自吸時間が短く良好な自吸特性が得られるが、周速が小さい場合には、自吸時間が長かったり、あるいは自吸できなかったりという傾向にある。

これに対して、特許文献１に記載されているように従来技術では、圧力センサ等を用いて検出された自吸式ポンプの吐出し圧力値が所定値以下である場合に自吸作用中であることを検出し、自吸運転中の羽根車を定常運転時の回転速度より大きい速度で回転する方法が知られている。

特開平４−２０３３８９号公報

しかしながら、従来技術は、自吸式ポンプが自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させることは考慮されていない。

すなわち、従来技術は、自吸式ポンプの吐出し圧力を圧力センサ又は圧力スイッチを用いて検出し、検出された圧力に基づいて自吸式ポンプが自吸運転を行っているか否かの判定をするものである。

これに対して、圧力センサ又は圧力スイッチは、使用環境や使用期間などによっては、比較的不具合が生じやすく、その検出値に誤差が生じやすくなる場合がある。また、信頼性の高い圧力センサ又は圧力スイッチを設置することも考えられるが、コストが高くなり構成も複雑化する。

そこで、本願発明は、自吸式ポンプが自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させることを課題とする。

本願発明の自吸式ポンプの運転装置は、上記課題に鑑みなされたもので、自吸式ポンプを可変速に回転駆動する電動機の駆動電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された駆動電流に基づいて、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

また、前記判定部によって前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された場合には、前記自吸式ポンプを通常運転する際の回転速度より高い回転速度で前記電動機を介して前記自吸式ポンプを回転駆動する運転指令部、をさらに備えることができる。

また、前記判定部は、あらかじめ設定された第１のしきい値を有し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい場合には前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値以上の場合には前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定する、ことができる。

また、前記判定部は、前記第１のしきい値より大きく設定された第２のしきい値をさらに有し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい場合には前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、前記駆動電流の値が前記第２のしきい値以上の場合には前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい状態から前記第１のしきい値以上であり前記第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、前記駆動電流の値が前記第２のしきい値以上の状態から前記第１のしきい値以上であり前記第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定する、ことができる。

また、前記判定部は、前記駆動電流の振幅があらかじめ設定された振幅しきい値より大きくなるか、又は前記駆動電流の振幅周期があらかじめ設定された周期しきい値より短くなったら、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定する、ことができる。

また、前記自吸式ポンプの温度を検出する温度検出部をさらに備えた場合、前記判定部は、前記自吸式ポンプの温度の変化率があらかじめ設定された温度しきい値よりも大きい場合に、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定する、ことができる。

また、前記判定部は、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された継続時間があらかじめ設定された時間しきい値よりも長くなったら、自吸運転から通常運転へ移行し、警報信号を出力する、ことができる

また、前記判定部は、前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定された状態から前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された状態へ移行したら、警報信号を出力する、ことができる。

また、前記判定部は、前記自吸式ポンプの始動時に、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する、ことができる。

また、前記自吸式ポンプは、遠心ポンプ又は渦流ポンプとすることができる。

また、本願発明の流体供給装置は、上記のいずれかの自吸式ポンプの運転装置と、前記
自吸式ポンプの運転装置によって電動機を介して回転駆動され、液体を揚排液する自吸式ポンプと、を備えることを特徴とする。

また、本願発明の自吸式ポンプの運転方法は、自吸式ポンプを可変速に回転駆動する電動機の駆動電流を検出し、前記検出された駆動電流に基づいて、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する、ことを特徴とする。

かかる本願発明によれば、自吸式ポンプが自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させることができる。

図１は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置（自吸式遠心ポンプ）、及びこれを用いた給水装置の構成を示す図である。 図２は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置（渦流ポンプ（ウェスコポンプ））、及びこれを用いた給水装置を示す図である。 図３は、本実施形態の給水装置の使用例を示す図である。 図４は、自吸式ポンプ（渦流ポンプ（ウェスコポンプ））の流量と電流との関係、及び周波数と電流との関係を示す図である。 図５は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替えの一例を示す図である。 図６は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置による処理フローの一例を示す図である。 図７は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置による処理フローの一例を示す図である。 図８は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替えの他の例を示す図である。 図９は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替えの他の例を示す図である。

以下、本願発明の一実施形態に係る自吸式ポンプの運転装置、液体供給装置、及び自吸式ポンプの運転方法を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、自吸式ポンプの可変速運転装置の一例としてインバータを説明し、液体供給装置の一例として給水装置を説明するが、これには限られない。

図１は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置（自吸式遠心ポンプ）、及びこれを用いた給水装置の構成を示す図である。図１は、自吸式ポンプの一例としての自吸式遠心ポンプ１の概略構成と、自吸式遠心ポンプ１を用いた給水装置を示している。

給水装置１００は、自吸式遠心ポンプ１を有する。図１に示すように、自吸式遠心ポンプ１は、一端（図で左側）に吸込口２が設けられ、自吸式遠心ポンプ１の内部には、吸込口２に連通された吸込室３が、隔壁４によってポンプ室８と隔離して設けられている。ポンプ室８には、羽根車５、それを取り巻くディフューザ６及び上部に気水分離室７等が備えられる。

吸込室３の上部には、逆止弁（フラップ弁）９が吸込口２と隔離して設けられている。逆止弁９は、自吸式遠心ポンプ１の運転に先立ち、ポンプ内部を満水して自吸を行わせるに必要な水を確保すると共に、ポンプ停止時の水の逆流を防止し、常にポンプ内部を満水
にする役割を有する。

羽根車５は電動機軸１１に取り付けられ、可変速電動機２０の発生する回転力を得る。図中、１２は仕切り鍔、１３は軸封装置（メカニカルシール）、１４はドレン抜栓である。

自吸式遠心ポンプ１の始動時、ポンプケーシング内部へ補給水（呼び水）を注入し、満水にした状態で羽根車５を回転させると、吸込室３の補給水は羽根車５の入口から吸込まれ、羽根車５からポンプ室８内に吐出される。この時、吸込室３が負圧になるので、逆止弁９が開いて吸込口２より吸込側の空気を吸い込み、空気と共にポンプ室８へ吐出される。

ポンプ室８へ吐出された気水混合体は気水分離室７で分離され、水のみがディフューザ６内に戻され、回転する羽根車５の翼内へ進入する。そして、吸込室３から羽根車５内へ新たに吸入された空気と一体となって、再びポンプ室８へ吐出される。気水混合体は、気水分離室７で再び分離され、空気は吐出し口１６より外へ排除され、水は再び羽根車５内へ戻され、このような動作を繰り返しながら、吸込側の空気を徐々に排気して自吸作用を進行させるようになっている。

気水分離室７で分離された水のみを羽根車５の翼内へ戻す手段として、例えば、ディフューザを２個（１対）に分割し、それぞれ羽根車を取り巻くようにして、ほぼ対称的に左右に配設するようにしたもの、或いはポンプ室８と吸込室３とを弁付循環用通路で連通させるようにしたものなどがある。

自吸式遠心ポンプ１は、始動後、自吸運転を経て通常運転に入るが、自吸運転中、羽根車内は空気と水が混合状態となっており、流体の見かけ比重は小さい。そのため、自吸運転中の軸動力は通常運転時に比べて遥かに小さい。したがって、自吸運転中は、通常運転時に比べて、回転速度を大きくすることができる。本実施形態は、この点に鑑みてなされたものであり、その詳細については後述する。なお、本明細書において、自吸運転とは、自吸式遠心ポンプ１の内部又は吸入配管内に気体が混入した状態において行われる運転であり、通常運転とは、自吸運転以外の運転、つまり、自吸式遠心ポンプ１の内部又は吸入配管内に気体が混入しておらず液体で満たされている状態において行われる運転である。

自吸式遠心ポンプ１は、吐出し口１６と吐出し配管１８との間、もしくはその近傍部分に、吐出し配管１８内の水が自吸式遠心ポンプ１内へ逆流することを防ぐために、逆止弁１７が配置される。さらに、逆止弁１７の下流側には圧力計１９が設置される。圧力計１９は、吐出し配管１８内の圧力を検出するとともに、検出した値を信号に変換し、外部へ出力する。

ここで、本実施形態の給水装置は、上述の自吸式遠心ポンプ１に限らず、渦流ポンプ（ウェスコポンプ）で構成する自吸式ポンプにも同様に適用できることができる。以下、ウェスコポンプについて説明する。

図２は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置（渦流ポンプ（ウェスコポンプ））、及びこれを用いた給水装置を示す図である。図２に示すように、給水装置３００は、ウェスコポンプ５００を有する。ウェスコポンプ５００の自吸運転においては、まず、呼び水栓５１２を開けて呼び水口５１４から呼び水を行う。これにより図２に示すようにケーシング５１６内は呼び水時水位５１８まで満水となる。この時、フロースイッチ５０６はフロート５０４の自重で閉じているため、吸込口５０２まで水は流れ込まない。

この状態でウェスコポンプ５００の運転を開始する。すると、ポンプ室５２０の羽根車５２４の回転によりケーシング５１６内の水が撹拌されると同時に吸込口５０２側に負圧が発生する。吸込口５０２から入ってくる吸込管内の空気はフロート５０４を押し上げポンプ室５２０内へ吸い込まれる。吸い込まれた空気とケーシング５１６内の水の混合液がポンプ室５２０より吐出される。

吐出された混合液は、ケーシング５１６内に設けられたバッフル５２６にぶつかり気水分離室５１０へ流れる。気水分離室５１０で分離された空気は吐出し口５２２側へ流れ、水は気水分離室５１０の下方の穴より再びポンプ室５２０へ戻る。ポンプ室５２０内では常に戻ってくる水により吸込口５０２側に負圧を発生させている。

吸込管内の空気がなくなり、水が上がってくると、気水分離室５１０の役目は終わり、ポンプ室５２０の吐出し側（気水分離室５１０を含む）は吐出し圧で満たされる。そして、ケーシング５１６内に完全に空気が無くなり、水で満たされると圧力が上昇する。これを圧力センサ５０８（又は圧力スイッチ）が検出することができる。

上述のように、本実施形態の給水装置は、自吸式遠心ポンプ１、及びウェスコポンプ５００のいずれに対しても適用できる。以下の説明では、代表的に、ウェスコポンプ５００を有する給水装置３００について説明する。まず、ウェスコポンプ５００を有する給水装置３００使用例を説明する。図３は、本実施形態の給水装置の使用例を示す図である。

図３に示すように、本実施形態の給水装置３００におけるウェスコポンプ５００の吸込口５０２には、一方の端部が井戸などの貯水内に埋没するように設置される吸込配管１５が接続される。吸込配管１５の端部には、貯水内の異物を除去するためのストレーナ１０５が設けられる。また、ウェスコポンプ５００の吐出し口５２２には、一方の端部が需要者側配管（例えば水栓２２０）へ接続される吐出し配管が接続される。

図２の説明に戻って、給水装置３００の構成について説明する。なお、給水装置３００は、以下に説明するインバータ３０及び給水装置コントローラ４０等を有するが、これらの構成は、図１の給水装置１００についても同様であるので、代表的に給水装置３００についてのみ説明を行う。給水装置３００は、任意の電圧／任意の周波数に電力の変換を行うインバータ３０（自吸式ポンプの運転装置）を有する。羽根車５２４には、図示していない可変速電動機（モータ）が接続されており、可変速電動機は、外部の商用電源２００から電力を受けて、インバータ３０から電力ケーブル３６を通じて電力を得て、動力源としての働きを行う。

また、インバータ３０は、運転信号線４６を介して給水装置コントローラ４０から送られてくる運転状態信号（周波数値、圧力値、流量、温度、電圧値、電流値等、装置の運転状態を示す信号）に基づいて、電圧や周波数の制御や各種演算を行うインバータ制御部３１を有する。また、インバータ３０は、自吸運転を行っているか否かを判定する際に用いられる電流検出器（電流検出部）３２を有する。なお、電流検出器３２は、インバータ３０が制御用に電流センサなどを用いている場合は、この電流センサの出力を利用してもよい。

また、インバータ３０は、電流検出器３２によって検出された駆動電流に基づいて、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する判定部３３を有する。さらに、インバータ３０は、自吸運転要否の判定基準の各種データを記憶する記憶装置３４、及び判定部３３によって自吸式遠心ポンプ１が自吸運転をしていると判定された場合には、ウェスコポンプ５００を通常運転する際の回転速度より高い回転速度で可変速電動機２０を介してウェスコポンプ５００を回転駆動する運
転指令部３５を有する。

また、給水装置３００は、給水装置コントローラ４０を有する。給水装置コントローラ４０は、圧力信号線４７を介して圧力計１９からの信号を受信し、この信号に基づいて、あらかじめ記憶装置４５に記憶された運転プログラムに従って給水装置制御部４４で演算処理を行い、その結果を運転信号線４６を介してインバータ３０へ出力する。運転プログラムは、給水装置として運転するために必要なプログラムであり、給水装置の運転方法、すなわち制御方法としては、例えば、吐出し圧力一定制御や推定末端圧力一定制御などがある。通常運転では負荷運転となり、吐出し圧力一定制御、推定末端圧力一定制御により制御された回転速度で自吸式ポンプの運転が行われる。

給水装置制御部４４による演算結果は、表示器４１、警報機４２、外部出力端子４３などを用いて、外部へ通知することも可能である。なお、運転信号線４６での通信は給水装置コントローラ４０からインバータ３０への出力だけではなく、給水装置コントローラ４０が過電流などのインバータ３０の異常も把握できることを可能とするために、インバータ３０から給水装置コントローラ４０への信号送信も可能な双方向通信となっている。

そして、例えばウェスコポンプ５００の運転始動後の自吸運転中、羽根車５２４内は空気と水の混合状態となっており、流体の見かけ比重が小さいため、可変速電動機の電動機軸を介して駆動される羽根車５２４の軸動力は、定常運転時に比べて遥かに小さい。そのため、可変速電動機の運転電流も定常運転時と比べ遥かに小さい。

そこで、本実施形態では、例えばウェスコポンプ５００の運転始動時に、判定部３３が電流検出器３２の値と記憶装置３４に記憶された電流値を比較し、自吸運転要否判定を行う。自吸運転が必要と判定した場合、始動後、ウェスコポンプ５００の最大回転速度で自吸運転が行われる。ここで、ウェスコポンプ５００の最大回転速度とは、ウェスコポンプ５００の駆動電流が所定の値以下になるようにウェスコポンプ５００の回転速度を制御する方式と、ウェスコポンプ５００の機械的に許容できる最大の回転速度以下になるようにウェスコポンプ５００の回転速度を制御する方式とを併用して制御される回転速度である。また、通常運転時の負荷と同様の負荷における回転速度とすることもできる。判定部３３による自吸運転要否判定は随時行われ、自吸運転不要と判定された時は、該自吸作用が終了（完了）し、ウェスコポンプ５００の回転速度を通常運転時の回転速度に自動的に下げるようになっている。

本実施形態によれば、上記のように自吸運転時、羽根車５２４の回転速度を上げ、羽根車５２４の周速を大きくすることにより、自吸作用が促進され、良好な自吸特性、すなわち、大きな自吸高さと短い自吸時間を得ることができる。

また、本実施形態においては可変速電動機が用いられているので、自吸作用終了後、ウェスコポンプ５００が通常運転に入った後も、使用状態（環境条件）に応じて最適の揚程、水量になるように回転速度を変化させ、圧力、流量制御を行なうことによって無駄のない省エネルギ効果を奏することもできる。

上記した羽根車５２４の回転速度の切換えは、可変速電動機の運転電流をインバータ３０が備える電流検出器３２で検出することで行われる。より具体的には、羽根車５２４の大きさや可変速電動機の出力に応じて、運転電圧および／または周波数と運転電流の関係をテーブルデータとし、予め記憶装置３４へ記憶させておく。そして、ウェスコポンプ５００が始動を開始したら、判定部３３は運転電圧および／または周波数における運転電流の値と、予め記憶させておいたテーブルデータの運転電流値を比較し、動作中の運転電流の値の方が小さい場合は、空気と水の混合状態であると判定し、自吸運転を行う信号をイ
ンバータ制御部３１へ出力する。

また、ウェスコポンプ５００が始動を開始したら、判定部３３は運転電圧および／または周波数における運転電流の値と、予め記憶させておいたテーブルデータの運転電流値を比較し、動作中の運転電流の値の方が大きい場合や、小さい値から大きい値へと変化した場合、通常状態であると判定し、通常のポンプ運転を行う信号をインバータ制御部３１へ出力する。

次に、ウェスコポンプ５００が通常状態となっている場合からの制御について説明する。この場合は、判定部３３は予め記憶させておいたテーブルデータの運転電流値を比較し、動作中の運転電流の値が大きい値から小さい値へ変化した場合は、空気と水の混合状態であると判定し、自吸運転を開始する信号をインバータ制御部３１へ出力する。

このように構成することにより、ウェスコポンプ５００の定常運転中、多量の空気を吸込んで一時的にポンプ作用が中断され、再び自吸作用が必要とされる事態（現象）が生じたとき、自吸運転を開始し、羽根車の回転速度が増速されるので、自吸時間が短縮され、速やかに定常時のポンプ運転が再開される。

本実施形態のウェスコポンプ５００の運転装置についてさらに詳細に説明する。図４は、自吸式ポンプの流量と電流との関係、及び周波数と電流との関係を示す図である。

図４の左図において、横軸はウェスコポンプ５００の吐出し流量、縦軸は可変速電動機の駆動電流を示している。また、図４の右図において、横軸はウェスコポンプ５００の周波数、縦軸は可変速電動機の駆動電流である。

図４の左図は、ウェスコポンプ５００の回転速度ごとの、ウェスコポンプ５００の吐出し流量と可変速電動機の駆動電流との関係を示している。例えば、曲線３０２は、回転速度が通常運転速度又は定格運転速度の場合の吐出し流量と駆動電流との関係を示しており、曲線３０４は、最大回転速度の場合の吐出し流量と駆動電流との関係を示している。

図４に示すように、ウェスコポンプ５００は、流量が大きくなるにしたがって駆動電流が小さくなる傾向にある。また、ウェスコポンプ５００は、回転速度が高くなるにしたがって駆動電流が大きくなる。

本実施形態では、ウェスコポンプ５００を定格周波数で、かつ、最大の流量で運転した場合の駆動電流の値を第２のしきい値として設定している。そして、第２のしきい値より小さい値を第１のしきい値として設定している。

図４の右図に示すように、ウェスコポンプ５００を締切運転した場合の周波数と駆動電流の関係は曲線３０６のようになり、ウェスコポンプ５００を最大流量で運転した場合の周波数と駆動電流の関係は曲線３０８のようになる。一方、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された場合には、まず、曲線３１０に示すように、ウェスコポンプ５００の周波数（回転速度）を最大回転速度まで上昇させる。すると、可変速電動機の駆動電流は自吸運転による自吸作用の進展と共に徐々に上昇し、第２のしきい値以上になる。すると、ウェスコポンプ５００は自吸完了と判定し自吸運転から通常運転に移行したと判定され、ウェスコポンプ５００の周波数は通常運転時の周波数へ減少される。

次に、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替え判定の態様について説明する。図５は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替え（移行）としきい値との関係を示す図である。図５において横軸は時間経過を示しており、縦軸は可変速電動機の駆動電
流を示している。また、図５において、特性線４０２，４０６は、ウェスコポンプ５００が自吸運転を行っている状態を示し、特性線４０４は、ウェスコポンプ５００が通常運転を行っている状態を示している。

まず、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値より小さい場合にはウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定する。すなわち、判定部３３は、図５に示すように、特性線４０２のうち、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値より小さい場合、及び特性線４０６のように可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値より小さい場合には、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定する。

また、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第２のしきい値以上の場合にはウェスコポンプ５００が通常運転をしていると判定する。すなわち、判定部３３は、図５に示すように、特性線４０４のうち、可変速電動機の駆動電流の値が第２のしきい値以上の場合には、ウェスコポンプ５００が通常運転をしていると判定する。

また、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値以上であり、かつ、第２のしきい値より小さい場合には、それまでの運転状態により判定が分かれる。つまり、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値より小さい状態から第１のしきい値以上であり第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定する。これは、図５における特性線４０２のうち、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値以上であり第２のしきい値より小さい場合を示している。

一方、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第２のしきい値以上の状態から第１のしきい値以上であり第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、ウェスコポンプ５００が通常運転をしていると判定する。これは、図５における特性線４０６のうち、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値以上であり第２のしきい値より小さい場合を示している。

なお、上記の例は、第１のしきい値と第２のしきい値を設けることにより、可変速電動機の駆動電流の値のハンチング等によって自吸運転と通常運転との判定の切り替えが頻繁に起こるのを抑制しているが、これには限られない。例えば、判定部３３は、１つのしきい値（例えば、第１のしきい値）だけを設定することもできる。この場合、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値が第１のしきい値より小さい場合にはウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定し、駆動電流の値が第１のしきい値以上の場合にはウェスコポンプ５００が通常運転をしていると判定することができる。

次に、１つのしきい値だけを設定した場合の処理フローについて説明する。図６は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置による処理フローの一例を示す図である。

まず、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＮされる（ステップＳ１０１）。

給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＮされたら、インバータ制御部３１は、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を開始する（ステップＳ１０２）。

続いて、判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過していない場合は（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理を繰り返す。

一方、判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過したら（ステップＳ１０３，Ｙｅ
ｓ）、ウェスコポンプ５００を駆動する可変速電動機の駆動電流値（電流検出器３２によって検出された電流値）≧電流しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

インバータ制御部３１は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値であると判定されたら（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ１０５）。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が通常運転を行っていると判定されたので、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動するということである。

一方、運転指令部３５は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値ではないと判定されたら（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ウェスコポンプ５００の回転速度を高速化する（ステップＳ１０６）。言い換えれば、ウェスコポンプ５００を自吸運転用の回転速度で運転する。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が自吸運転を行っていると判定されたので、これに応じて高い回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動するということである。運転指令部３５は、例えば、ウェスコポンプ５００の最大回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動することができる。

ステップＳ１０６でウェスコポンプ５００を高い回転速度で駆動した後、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

インバータ制御部３１は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値であると判定されたら（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ１０５）。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと判定されたので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。

一方、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値ではないと判定したら（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力（圧力センサ５０８で検出された圧力）≧圧力しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

インバータ制御部３１は、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力≧圧力しきい値であると判定されたら（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ１０５）。これは、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力がある程度高くなったら、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと推測することができるので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。

一方、判定部３３は、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力≧圧力しきい値ではないと判定したら（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、ステップＳ１０６で回転速度を高速化してから所定の時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。

インバータ制御部３１は、所定の時間以上経過していると判定されたら（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ１０５）。これは、自吸運転の時間がある程度続いたら、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと推測することができるので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。このように制御することによって、何らかの理由で自吸が完了しない場合の保護をすることができる。

一方、判定部３３は、所定の時間以上経過していないと判定したら（ステップＳ１０９
，Ｎｏ）、ステップＳ１０７へ戻って処理を繰り返す。

判定部３３は、ステップＳ１０５において通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行った後、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされたと判定したら（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、処理を終了し、一方、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされていないと判定したら（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、ステップＳ１０４へ戻って処理を繰り返す。

この実施例によれば、ウェスコポンプ５００の駆動電流を検出し、検出された駆動電流に基づいて、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定することができる。これにより、従来技術のように圧力センサ又は圧力スイッチ等を用いて自吸運転と通常運転の判定を行う必要がないので、ウェスコポンプ５００が自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させることができる。

なお、上記の例では、ウェスコポンプ５００を可変速に回転駆動するためにインバータ３０を用いる例を示したが、これには限られない。例えば、ウェスコポンプ５００を変速機を介して定速電動機によって駆動し、自吸運転時には、回転速度を通常運転時より大きくすることも可能である。

また、上記の例では、判定部３３及び運転指令部３５をインバータ３０に設ける例を示したが、これには限らず、例えば給水装置コントローラ４０に設けることもできる。また、給水装置３００は、ウェスコポンプ５００、可変速電動機、インバータ３０、及び給水装置コントローラ４０を一つの筐体に納めてもよい。さらに、可変速電動機とインバータ３０が一体構成でもよく、インバータ３０と給水装置コントローラ４０が一体構成でもよい。また、インバータ３０内の各機能ブロックと給水装置コントローラ４０の各機能ブロックを一つの基板や一つのＣＰＵに集約してもよい。また、上記の例では、インバータ３０及び給水装置コントローラ４０の双方に商用電源２００から電力の供給を行う例を示したが、これに限らず、例えば、インバータ３０のみに商用電源２００から電力の供給を行い、インバータ３０から給水装置コントローラ４０へ電力の供給を行うこともできる。

また、上記の例では、ウェスコポンプ５００の始動時における自吸運転と通常運転との判定を主に説明したが、これには限られない。例えば、ウェスコポンプ５００の配管接続部分の漏れなどで、ウェスコポンプ５００内部が空気と水の混合状態のままとなり、自吸運転を継続してしまうことがある。この自吸運転継続状態を避けるために、判定部３３は、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された継続時間があらかじめ設定された時間しきい値よりも長くなったら、外部へ警報信号を出力することができる。具体的には、判定部３３は、自吸運転が長時間続いている旨を警報機４２から出力することができる。

また、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された継続時間があらかじめ設定された時間しきい値よりも長くなったら、運転指令部３５は、自吸運転を中止して、ウェスコポンプ５００を停止することができる。なお、上記の時間しきい値は、運転指令部３５に入力・設定機能を持たせたり、給水装置コントローラ４０を通じて任意に設定したりできるようにする。また、判定部３３は、ウェスコポンプ５００が通常運転をしていると判定された状態からウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された状態へ移行した場合にも、上記と同様に外部へ警報信号を出力することができる。

また、上記の例では、ウェスコポンプ５００の始動時における自吸運転と通常運転との
判定を主に説明したが、ウェスコポンプ５００が小水量停止から始動した場合にも同様に行うことができる。この点について、図７を用いて説明する。

図７は、本実施形態の自吸式ポンプの運転装置による処理フローの一例を示す図である。まず、ウェスコポンプ５００が小水量停止したら（ステップＳ２０１）、判定部３３は、小水量停止からの始動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２は、小水量停止からの始動条件が成立するまで繰り返される。

一方、小水量停止からの始動条件が成立したら（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、インバータ制御部３１は、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を開始する（ステップＳ２０３）。

続いて、判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過していない場合は（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、ステップＳ２０４の処理を繰り返す。

一方、判定部３３は、運転開始から所定の時間が経過したら（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ウェスコポンプ５００を駆動する可変速電動機の駆動電流値（電流検出器３２によって検出された電流値）≧電流しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。

インバータ制御部３１は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値であると判定されたら（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ２０６）。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が通常運転を行っていると判定されたので、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動するということである。

一方、運転指令部３５は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値ではないと判定されたら（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、ウェスコポンプ５００の回転速度を高速化する（ステップＳ２０７）。言い換えれば、ウェスコポンプ５００を自吸運転用の回転速度で運転する。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が自吸運転を行っていると判定されたので、これに応じて高い回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動するということである。運転指令部３５は、例えば、ウェスコポンプ５００の最大回転速度でウェスコポンプ５００を回転駆動することができる。

ステップＳ２０７でウェスコポンプ５００を高い回転速度で駆動した後、判定部３３は、可変速電動機２０の駆動電流値≧電流しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

インバータ制御部３１は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値であると判定されたら（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ２０６）。これは、判定部３３によってウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと判定されたので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。

一方、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流値≧電流しきい値ではないと判定されたら（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力（圧力センサ５０８で検出された圧力）≧圧力しきい値であるか否かを判定する（ステップＳ２０９）。

インバータ制御部３１は、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力≧圧力しきい値であると判定されたら（ステップＳ２０９，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ
５００の運転を行う（ステップＳ２０６）。これは、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力がある程度高くなったら、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと推測することができるので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。

一方、判定部３３は、ウェスコポンプ５００の吐出し側圧力≧圧力しきい値ではないと判定されたら（ステップＳ２０９，Ｎｏ）、ステップＳ２０７で回転速度を高速化してから所定の時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

インバータ制御部３１は、所定の時間以上経過していると判定されたら（ステップＳ２１０，Ｙｅｓ）、通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行う（ステップＳ２０６）。これは、自吸運転の時間がある程度続いたら、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行したと推測することができるので、ウェスコポンプ５００を高回転速度から通常運転時の低い回転速度へ戻すということである。

一方、判定部３３は、所定の時間以上経過していないと判定したら（ステップＳ２１０，Ｎｏ）、ステップＳ２０８へ戻って処理を繰り返す。

判定部３３は、ステップＳ２０６において通常運転時の回転速度でウェスコポンプ５００の運転を行った後、ウェスコポンプ５００の運転が終了したか否かを判定する（ステップＳ２１１）。判定部３３は、ウェスコポンプ５００の運転が終了していないと判定したら（ステップＳ２１１，Ｎｏ）、ステップＳ２０５へ戻って処理を繰り返す。

一方、判定部３３は、ウェスコポンプ５００の運転が終了したと判定したら、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされたか否かを判定する（ステップＳ２１２）。判定部３３は、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされたと判定したら（ステップＳ２１２，Ｙｅｓ）、処理を終了し、一方、給水装置コントローラ４０のスイッチがＯＦＦされていないと判定したら（ステップＳ２１２，Ｎｏ）、ステップＳ２０１へ戻って処理を繰り返す。

この実施例によれば、ウェスコポンプ５００の駆動電流を検出し、検出された駆動電流に基づいて、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定することができる。これにより、従来技術のように圧力センサ又は圧力スイッチ等を用いて自吸運転と通常運転の判定を行う必要がないので、ウェスコポンプ５００が自吸運転を行っているか否かの判定の信頼性を簡易な構成で向上させることができる。

なお、自吸式ポンプがウェスコポンプ５００ではなく自吸式遠心ポンプ１である場合、吐出し流量と駆動電流値の関係は通常運転に達するまではウェスコポンプ５００の場合の関係と同様である。通常運転に達すると、自吸式遠心ポンプ１においてはウェスコポンプ５００の場合とは異なり、吐出し流量の増加に伴い駆動電流値は増加する。

なお、上記の例では、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の値としきい値との比較結果に基づいて、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしているか、又は通常運転をしているかを判定する例を示したが、これには限られない。

図８は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替えの他の例を示す図である。図８において横軸は時間経過を示しており、縦軸は可変速電動機の駆動電流を示している。図８は、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行した際の可変速電動機の駆動電流を模式的に示した図である。

図８に示すように、自吸運転をしている際は、羽根車５２４内は空気と水が混合状態となっているため、可変速電動機の駆動電流の振幅（α）は、通常運転を行っている場合に比べて大きく変化する傾向にある。そこで、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の振幅（α）があらかじめ設定された振幅しきい値より大きくなったら、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定することができる。

また、図８に示すように、自吸運転をしている際は、羽根車５２４内は空気と水が混合状態となっているため、可変速電動機の駆動電流の振幅周期（β）は、通常運転を行っている場合に比べて短くなる傾向にある。そこで、判定部３３は、可変速電動機の駆動電流の振幅周期（β）があらかじめ設定された周期しきい値より短くなったら、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定することができる。この駆動電流の振幅周期（β）による自吸運転の判定は、駆動電流値による判定に替えて行うこともできる。さらに、可変速電動機の駆動電流値及びその振動周期（β）に基づいて自吸運転の判定をすることにより、駆動電流値の絶対値が小さく判定しにくい場合でも、振動周期（β）は検出可能であることから判定の信頼性がより一層向上する。ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された後の処理は、上記と同様である。

図９は、自吸式ポンプの自吸運転と通常運転との切り替えの他の例を示す図である。図９において横軸は時間経過を示しており、縦軸はウェスコポンプ５００の温度を示している。図９は、ウェスコポンプ５００が自吸運転から通常運転へ移行した際のウェスコポンプ５００の温度を模式的に示した図である。

図９に示すように、自吸運転が完了して通常運転に移行した後は、ウェスコポンプ５００のケーシング内は例えば井戸水などの液体で十分に満たされるため、ウェスコポンプ５００の温度の変化はある程度抑えられる。これに対して、自吸運転をしている際は、羽根車５２４内は空気と水が混合状態となっており、空気と水の温度は異なる場合が多いため、ウェスコポンプ５００の温度の変化は大きくなる。そこで、判定部３３は、ウェスコポンプ５００の温度の変化率があらかじめ設定された温度しきい値よりも大きい場合に、ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定することができる。この温度による自吸運転の判定は、駆動電流値による判定に替えて行うこともできる。さらに、可変速電動機の駆動電流値と、ケーシングの外表面又は液体の流路内の温度とに基づいて自吸運転の判定をすることにより、駆動電流値の絶対値が小さく判定しにくい場合でも、温度を検出することで判定の信頼性がより一層向上する。ウェスコポンプ５００が自吸運転をしていると判定された後の処理は、上記と同様である。

１ 自吸式遠心ポンプ
１９ 圧力計
２０ 可変速電動機
３０ インバータ
３２ 電流検出器
３３ 判定部
３５ 運転指令部
４０ 給水装置コントローラ
４２ 警報機
１００ 給水装置
５００ ウェスコポンプ
５０８ 圧力センサ

Claims (12)

1. 自吸式ポンプを可変速に回転駆動する電動機の駆動電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された駆動電流に基づいて、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
2. 請求項１の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部によって前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された場合には、前記自吸式ポンプを通常運転する際の回転速度より高い回転速度で前記電動機を介して前記自吸式ポンプを回転駆動する運転指令部、
   をさらに備えることを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
3. 請求項１又は２の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、あらかじめ設定された第１のしきい値を有し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい場合には前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値以上の場合には前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定する、
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、あらかじめ設定された第１のしきい値と、該第１のしきい値より大きく設定された第２のしきい値とをさらに有し、前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい場合には前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、
   前記駆動電流の値が前記第２のしきい値以上の場合には前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定し、
   前記駆動電流の値が前記第１のしきい値より小さい状態から前記第１のしきい値以上であり前記第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定し、
   前記駆動電流の値が前記第２のしきい値以上の状態から前記第１のしきい値以上であり前記第２のしきい値より小さい状態に移行した場合には、前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定する、
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、前記駆動電流の振幅があらかじめ設定された振幅しきい値より大きくなるか、又は前記駆動電流の振幅周期があらかじめ設定された周期しきい値より短くなったら、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定する、
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記自吸式ポンプの温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   前記判定部は、前記自吸式ポンプの温度の変化率があらかじめ設定された温度しきい値よりも大きい場合に、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定する
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された継続時間があらかじめ設定された時間しきい値よりも長くなったら、警報信号を出力する
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
8. 請求項７の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、前記自吸式ポンプが前記通常運転をしていると判定された状態から前記自吸式ポンプが自吸運転をしていると判定された状態へ移行したら、警報信号を出力する
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
   前記判定部は、前記自吸式ポンプの始動時に、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する
   ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置において、
    前記自吸式ポンプは、遠心ポンプ又は渦流ポンプである、
    ことを特徴とする自吸式ポンプの運転装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項の自吸式ポンプの運転装置と、
    前記自吸式ポンプの運転装置によって電動機を介して回転駆動され、液体を揚排液する自吸式ポンプと、
    を備えることを特徴とする液体供給装置。
12. 自吸式ポンプを可変速に回転駆動する電動機の駆動電流を検出し、
    前記検出された駆動電流に基づいて、前記自吸式ポンプが自吸運転をしているか、又は自吸運転以外の通常運転をしているかを判定する、
    ことを特徴とする自吸式ポンプの運転方法。

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