JP3929204B2 - 循環ポンプユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷温水機などに代表される冷温水機に使用する冷温水循環ポンプ又は冷却水循環ポンプに係り、特に変流量制御を導入することで省エネルギー化を図る際に有効な循環ポンプユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調設備に使用される冷温水機の循環ポンプを可変速制御に変更し、いわゆる変流量型に切り替えることでポンプの搬送動力を低減し、省エネルギー化を図る動きが活発化している。
【０００３】
変流量型ではない空調システムのうち、冷温水系の最も一般的な従来例を図４に示す。図４に示すように、冷温水ポンプ１によって昇圧された冷温水は、冷温水機２を流れた後に往ヘッダ３を介して空調機４に流れ、その後、還ヘッダ５を介して冷温水ポンプ１に戻るように構成されている。冷温水ポンプ１には動力盤６より動力が供給される。また冷温水機２は制御盤２ａを備えている。
冷温水ポンプ１は、固定速で運転されており、冷温水機２内を流れる冷温水の流量は、空調機４及び冷温水機２の負荷とは無関係にほぼ一定である。
冷温水機２がガス吸収冷温水機の場合、冷温水機の冷温水出口温度が一定となるように、主に燃焼ガス量を調整している。
【０００４】
冷水循環の場合、冷温水機２の出口温度は例えば７℃であり、この冷水は空調機側での熱交換に伴って温度上昇し、１００％負荷の場合に１２℃程度になって冷温水機２へ戻る。空調機４の負荷が小さい場合（例えば５０％負荷）には、７℃で冷温水機２から出た冷水は例えば１０℃程度で戻って来ることになるため、燃焼ガス量を減らしても出口温度を７℃に保つことができる。
【０００５】
図６は図４に示す空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図６（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図６（ｂ））を示すグラフである。図６に示すように、負荷の大小と冷温水機のガスの消費量はほぼ比例関係にある。ところが、冷温水ポンプは負荷の大小とは無関係に固定速（固定流量）で運転されるため、その消費電力も不変である。
【０００６】
これに対して、冷温水循環ポンプを可変速制御（即ち、変流量型）する場合は、例えば冷温水機の入口・出口の温度を両方ともに一定（従って、出入口温度差一定）にし、負荷が小さい場合には、ポンプの流量を負荷にほぼ比例させて減じることで省エネルギーを図る。
一般に循環ポンプは実揚程がゼロか極めてゼロに近い値となる。この場合、流量はポンプ回転数の１乗に比例し、揚程（配管損失に対応する）は回転数の２乗に比例する。故にポンプの消費電力（軸動力に比例）は、回転数の３乗に比例すると同時に流量の３乗に比例することになる。
【０００７】
図５は変流量型の空調システムの構成を示す図である。図５に示すように、図４に示す固定流量型の空調システムに対して往ヘッダ３と還ヘッダ５とを接続するバイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７が付加されている。なお、バイパス弁は、空調機側で流量が絞られた場合に、冷温水機にとっての最低流量（５０％）を確保するように働く。また液温センサ８、流量センサ９、周波数変換器（インバータ）１０、別途の制御盤１１が付加されている。
【０００８】
図７は変流量制御を行った場合の負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図７（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図７（ｂ））を示すグラフである。但し、図７では冷温水機の効率などを考慮して下限流量を５０％流量にした場合を示す。図７（ｂ）に示すように、変流量制御を行った場合のポンプの消費電力（消費エネルギー）の推移は図６（ｂ）に比べて減少している。
図７（ｂ）でハッチングで示される部分は図６（ｂ）の例に比較した省エネルギー量に相当する。つまり、変流量型は、冷温水循環ポンプの消費電力を低減できる分、固定流量型に比べて極めて省エネルギーとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５から明らかなように、固定流量型のシステムを変流量型に変更する場合には、次の部品が新たに必要となる。
▲１▼ 冷温水機２の冷温水入口温度を検出する液温センサ８と、液温センサ８からの信号を別途に設ける制御盤１１へ伝える信号線１２ａ。
▲２▼ 冷温水機２に流れる冷温水の流量を検出する流量センサ９と、流量センサ９からの信号を別途に設ける制御盤１１へ伝える信号線１２ｂ。
▲３▼ 往ヘッダ３と還ヘッダ５をつなぐバイパス管７と、バイパス管７に設けられ制御信号に基づきバルブの開度が調節されるバイパス弁Ｖｐと、別途に設ける制御盤１１からバイパス弁Ｖｐへ制御信号を伝えるための信号線１２ｃ。
▲４▼ モータポンプの回転数を変化させるための周波数変換器（インバータ）１０と、別途に設ける制御盤１１から周波数変換器１０へ増減速信号などを伝えるための信号線１２ｄ、及び周波数変換器１０の故障信号などを上記新設制御盤１１へ伝えるための信号線１２ｅ。
▲５▼ 上記▲１▼〜▲４▼の信号を制御し、且つ、冷温水機２の既設制御盤２ａとポンプＯＮ−ＯＦＦ信号などのやり取りをするための制御盤１１。
【００１０】
また、制御信号をうまく連継させて、機能させるためのシステム設計及び部品選定を行う必要があるとともに、上記▲１▼〜▲５▼の部品を各々適切に据付・施工する必要がある。
以上の通り、固定流量型の空調システムを変流量型の空調システムへ変更するには費用と手間が掛かり、容易ではない。このため、省エネルギー化の推進を阻害する要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、空調設備などに使用される冷温水機の循環ポンプシステムを、いわゆる変流量型に切り替える際に好適な循環ポンプユニットを提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため本発明は、ポンプと、ポンプから冷温水機に取扱液を圧送するための吐出管と、冷温水機から戻った取扱液を空調機又は冷却塔などの機器に導くための中継管と、空調機又は冷却塔などの機器から戻った取扱液をポンプへ導くための吸込管を備えたことを特徴とするものである。
即ち、（発明が解決しようとする課題）の項に記載した▲１▼〜▲５▼を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されるため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
【００１３】
空調システムの所定範囲（図１のＰＵ部分）をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。
また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【００１４】
また本発明の１態様は、ポンプを据付けるためのユニットベース及び配管類を支える枠体と、ポンプ及び配管類との固定部を断熱材で熱的に絶縁処理した絶縁部とを備えたことを特徴とするものである。
一般にこの種のポンプ及び配管類には取扱液の熱が大気に逃げないように、保温材が巻き付けられる。また、夏場に、冷水循環運転を行なうと、ポンプ及び配管類の表面が結露してしまうため、この観点からも保温材の巻き付けが行われる。
ところで、ポンプと、ユニットベースが直接接触していたり、配管類と枠体が直接接触していたりすると、取扱液の熱がユニットベースや枠体に伝わってしまうため、上記の保温材をユニット全体に巻き付ける必要が生じる。そこで、本発明の１態様では、ユニットベース及び枠体と、ポンプ及び配管類との固定部を断熱材で熱的に絶縁処理することにより、取扱液の熱がユニットベース等に伝わらないようにしたものである。即ち、ユニットベースとポンプの取付部には後述の防振ゴムのような断熱材を介し、枠体と配管類の固定部には木材等によって作られた枕木付固定金具を設けることで、熱的絶縁処理を行っている。
この結果、保温材はポンプと配管類にだけ巻き付ければ良く、且つ、この作業は、工場でユニットを製作する際に行えるため、その分、現場での保温工事の手間が少なくて済み、工期も短縮できる。
【００１５】
また本発明の１態様は、ポンプとユニットベースの間にゴム等の弾性材を介在させるとともに、ポンプと配管類の接続部にゴム等の弾性材からなるフレキシブルジョイントを介在させたことを特徴とするものである。
ポンプの振動がユニットベースや配管類に伝わると、思わぬ機械的共振が生じて、不適合を生じる場合がある。特にポンプを可変速制御する場合には、加振力の大きさと周波数が変化するため、いずれかの回転数において、共振が生じてしまう可能性がある。
そこで、本発明の１態様では、ポンプとユニットベースの取付部に、防振ゴムを介在させるとともに、ポンプと配管類の接続部にフレキシブルジョイントを設けたものである。この結果、空調システムの変流量型への変更に際して生じる振動トラブルを防止できる。
【００１６】
また本発明の１態様は、前記吐出管と中継管と吸込管の中心軸の方向を同一とし、各配管の両端部にユニット外の配管との接続が可能なフランジ部を設け、各配管の中心軸が同一平面内に納まるようにしたことを特徴とするものである。
本循環ポンプユニットは冷温水機側配管と空調機側配管の間に据付けられる。従って、冷温水機側の冷温水出入口と、空調機側の冷温水出入口はユニットの異なる側面に設けられ、且つ各々の側の入口と出口は同一平面内に配置されていると配管施工が比較的やり易い。そして、冷温水機側配管と空調機側配管に対するユニットの据付方向の自由度が高い程、不特定多数の現場に対応し易い。
【００１７】
また本発明の１態様は、前記ポンプが周波数変換器を実装しており、且つ、液温センサがポンプ内に設けられていることを特徴とするものである。そして、ポンプは全周流インライン型のキャンドモータポンプからなる。
インバータと液温センサを実装したポンプとして、出願人は先に「特願平１０−１６１３２６号」を出願している。この発明のポンプは取扱液の温度が設定温度で一定となるように自動可変速運転する機能を内蔵している。
このポンプを使用すれば、ユニットに別途に液温センサを設ける必要がなく、変流量型の空調システムを容易に実現できる。即ち、冷水循環においては、例えば設定温度を１２℃とし、温水循環においては、例えば設定温度を５５℃にする。
この冷温水機入口温度一定方式は、冷却水の循環ポンプにも使用できる。例えば冬場には、冷却塔から戻る冷却水の温度は、必要以上に低い値になっていることがある。このような場合、冷却水の循環量を低減しても十分に冷温水機は冷却できるため、ポンプの消費電力を抑えて省エネルギーを図ることができる。
【００１８】
また、このポンプはモータおよびインバータが取扱液による水冷構造になっているため、前述の保温材をポンプ全体に巻き付けることも可能であり、結果として同時に静音化も達成される。
ところで、変流量型の制御方法の一つに往ヘッダと還ヘッダの圧力の違い（差圧）を一定に保つ方式がある。
つまり、各々の空調機側で電磁弁などによって流量が絞られた場合に両ヘッダの差圧が大きくなるため、この値が規定値に合致するようにポンプの回転数を減じる方式である。
この制御方法を用いる場合には、バイパス管のバイパス弁の前後の差圧を検出する差圧センサなどを設け、この信号をユニットの制御盤に導いてポンプの回転数を制御すればよい。この差圧一定方式は、前述の冷温水機入口温度一定方式と組み合わせても良いし、単独で行っても良い。単独で行う場合には、前述の液温センサは不要となり、その替わりに差圧センサを適宜設ければよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る循環ポンプユニットの一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。
図１は本発明に係る循環ポンプユニットの基本構成を示す図である。図１に示すように、冷温水ポンプ１によって昇圧された冷温水は、冷温水機２を流れた後に往ヘッダ３を介して空調機４に流れ、その後、還ヘッダ５を介して冷温水ポンプ１に戻るように構成されている。冷温水ポンプ１には動力盤６より動力が供給される。また冷温水機２は制御盤２ａを備えている。また往ヘッダ３と還ヘッダ５とを接続するバイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７が設けられている。バイパス弁Ｖｐはバイパス管７に流れる取扱液の流量を調節する機能を有する。
【００２０】
また、冷温水機２の冷温水入口温度を検出する液温センサ８と、冷温水機２に流れる冷温水の流量を検出する流量センサ９と、モータポンプの回転数を変化させるための周波数変換器（インバータ）１０とが設けられいる。そして、液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、および周波数変換器１０を制御するとともに冷温水機２の制御盤とポンプＯＮ−ＯＦＦ信号などのやり取りをするための制御盤１１が設けられている。液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、および周波数変換器１０と制御盤１１とは、それぞれ信号線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅにより接続されている。
【００２１】
前記冷温水ポンプ１、液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、周波数変換器１０、および制御盤１１を含む図１のＰＵ部分は、１つの独立した循環ポンプユニットとして構成されている。即ち、（発明が解決しようとする課題）の項に記載した▲１▼〜▲５▼を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されているため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
図１のＰＵ部分をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【００２２】
図２は、図１に示す循環ポンプユニットＰＵの機械的構成を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図である。
図２（ａ）に示すように、循環ポンプユニットＰＵはユニットベース２０と、枠体２１とを備えている。周波数変換器１０を実装した冷温水ポンプ１は、ユニットベース２０に固定されている。冷温水ポンプ１とユニットベース２０との間には防振ゴム２２が介在されている。枠体２１の上部には吸込管２３および吐出管２４が固定されている。また枠体２１の上部には中継管２５が固定されている。吸込管２３、吐出管２４および中継管２５は、枕木付固定金具２６を介して枠体２１に固定されている。
【００２３】
即ち、ユニットベース２０とポンプ１の取付部には防振ゴム２２のような断熱材を介し、枠体２１と配管類の固定部には木材等によって作られた枕木付固定金具２６を設けることで、熱的絶縁処理を行っている。
この結果、保温材はポンプと配管類にだけ巻き付ければ良く、且つ、この作業は、工場でユニットを製作する際に行えるため、その分、現場での保温工事の手間が少なくて済み、工期も短縮できる。
【００２４】
吸込管２３の一端は閉止フランジ２７により閉止され、他端は開口され、開口端は還ヘッダ側に接続されるようになっている。吐出管２４の一端は閉止フランジ２８により閉止され、他端は開口され、開口端は冷温水機側に接続されるようになっている。また中継管２５の両端は開口され、一方の開口端は往ヘッダ側に接続されるようになっており、他方の開口端は冷温水機側に接続されるようになっている。中継管２５と吸込管２３とは、バイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７によって接続されている。
【００２５】
前記吸込管２３と冷温水ポンプ１の吸込口とは、ゴム等の弾性体からなるフレキシブルジョイント２９およびベント管３０等を介して接続されている。また吐出管２４と冷温水ポンプ１の吐出口とは、フレキシブルジョイント２９、ベント管３０、逆止弁Ｖｃ等を介して接続されている。また吐出管２４には、液温センサ８および流量センサ９が設けられている。また制御盤１１は枠体２１に固定されている。
【００２６】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）には示していないが、冷温水ポンプ１および、吸込管２３、吐出管２４、中継管２５、バイパス管７を含む各種配管類には保温材が巻き付けられている。
また、前述したように冷温水ポンプ１とユニットベース２０の取付部に防振ゴム２２を介在させるとともに、冷温水ポンプ１と配管類の接続部にフレキシブルジョイント２９を設けている。この結果、空調システムの変流量型への変更に際して生じる振動トラブルを防止できる。
【００２７】
さらに、本循環ポンプユニットＰＵにおいては、吐出管２３と吸込管２４と中継管２５の中心軸の方向が同一方向に設定されており、各配管２３，２４，２５の接続側の端部にはフランジ部２３ｆ，２４ｆ，２５ｆが設けられている。そして、各配管２３，２４，２５の中心軸は同一平面に位置するようになっている。図２（ｂ）に示すように、本ポンプユニットＰＵは冷温水機側配管と空調機側配管の間に据付けられる。従って、冷温水機側の冷温水出入口と、空調機側の冷温水出入口はユニットの異なる側面に設けられ、且つ各々の側の入口と出口は同一平面内に配置されていると配管施工が比較的やり易い。そして、冷温水機側配管と空調機側配管に対するユニットの据付方向の自由度が高い程、不特定多数の現場に対応し易い。
【００２８】
図３は、図１および図２に示すポンプユニットＰＵで使用される冷温水ポンプ１の詳細構造を示す断面図である。冷温水ポンプ１は全周流インライン型のキャンドモータポンプから構成されている。
図３に示すように、冷温水ポンプ１は、ポンプケーシング１０１と、このポンプケーシング１０１内に収容されたキャンドモータ１０６と、このキャンドモータ１０６の主軸１０７の端部に固定された羽根車１０８とを備えている。ポンプケーシング１０１はポンプケーシング外筒１０２と、このポンプケーシング外筒１０２の両端にケーシングフランジ１６１，１６２によってそれぞれ接続された吸込ケーシング１０３と、吐出ケーシング１０４とからなっている。ケーシングフランジ１６１，１６２は外筒１０２に吸込ケーシング１０３及び吐出ケーシング１０４を固定するためのルーズ型のリング状ケーシングフランジを構成している。ポンプケーシング外筒１０２、吸込ケーシング１０３および吐出ケーシング１０４はステンレススチール等からなる板金によって形成されている。
【００２９】
外筒１０２の外側面には、ブラケット１４５が取付けられている。そして、ブラケット１４５には周波数変換器組立体１５０が取付けられている。周波数変換器組立体１５０は、ブラケット１４５に取付けられるベース１４６と、ベース１４６に取付けられるカバー１４７と、ベース１４６及びカバー１４７によって囲まれる周波数変換器（インバータ）１０と、制御回路１４９とから構成されている。周波数変換器１０と制御回路１４９とは信号線１８１によって接続されている。
【００３０】
前記ブラケット１４５およびベース１４６には、キャンドモータ１０６と周波数変換器１０をリード線１８２によって電気的に接続するための穴１４５ａおよび１４６ａが形成されている。ブラケット１４５、ベース１４６及びカバー１４７は、それぞれアルミ合金からなる熱良導体にて構成されている。
【００３１】
一方、キャンドモータ１０６は、固定子１１３と、この固定子１１３の外周部に設けられたモータフレーム外胴１１４と、モータフレーム外胴１１４の両開放端に溶接固定されるモータフレーム側板１１５，１１６と、固定子１１３の内周部に嵌着され上記モータフレーム側板１１５，１１６に溶接固定されるキャン１１７とを備えている。また固定子１１３内に回転可能に収容されている回転子１１８は主軸１０７に焼き嵌め固定されている。モータフレーム外胴１１４と外筒１０２との間には環状空間（流路）１４０が形成されている。
【００３２】
また、キャンドモータ１０６のモータフレーム側板１１６には、流体を半径方向外方から内方に導くガイド部材１１１が保持されている。そして、ガイド部材１１１には羽根車１０８を収容する内ケーシング１１２が固定されている。また、ガイド部材１１１の外周部には、シール部材１８５が介装されている。
【００３３】
ガイド部材１１１の内端にはライナリング１７６が設けられ、このライナリング１７６は羽根車１０８の前面部（吸込マウス側）と摺動するようになっている。内ケーシング１１２は概略ドーム形状を有し、キャンドモータ１０６の主軸１０７の軸端を覆いかくす形状になっている。この内ケーシング１１２は羽根車１０８から吐出された流体を案内するガイドベーン又はボリュートからなる案内装置１１２ａを有している。また、内ケーシング１１２は先端部に空気抜き穴１１２ｂを有している。
【００３４】
モータフレーム外胴１１４にはターミナルケース１２０が溶接によって固定されており、このターミナルケース１２０を介してモータフレーム外胴１１４内のコイルからリード線１８２を外部に引出し、ブラケット１４５の穴１４５ａ、ベース１４６のリード線取出穴１４６ａを介してベース１４６及びカバー１４７内の周波数変換器（インバータ）１４８に接続している。前記外筒１０２には穴１０２ａが形成されており、この穴１０２ａにターミナルケース１２０が挿入されている。ターミナルケース１２０内には、温度検出素子であるサーミスタ１５１が設置されている。そして、サーミスタ１５１はゴム製のブッシュ１５２によって固定されている。サーミスタ１５１は制御部１４９に信号線１８３によって接続されている。
【００３５】
次に羽根車１０８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット１２１には、ラジアル軸受１２２と、固定側スラスト軸受１２３が設けられている。ラジアル軸受１２２の端面は、固定側スラスト摺動部材としての機能も付与されている。ラジアル軸受１２２と固定側スラスト軸受１２３を挟んで両側には、回転側スラスト摺動部材である回転側スラスト軸受１２４と回転側スラスト軸受１２５が設けられている。回転側スラスト軸受１２４は、スラストディスク１２６に固定され、このスラストディスク１２６はキーを介して主軸１０７に固定されている。回転側スラスト軸受１２５は、スラストディスク１２７に固定され、このスラストディスク１２７はキーを介して主軸１０７に固定されている。
【００３６】
前記軸受ブラケット１２１はモータフレーム側板１１６に設けられたインローに弾性材からなるＯリング１２９を介して挿入されている。なお、図中１３１はラジアル軸受１２２と摺動部を形成するスリーブである。
【００３７】
次に反羽根車１０８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット１３２には、ラジアル軸受１３３が設けられている。図中１３４はラジアル軸受１３３と摺動部を形成するスリーブであり、スリーブ１３４は座金１３５に当接し、この座金１３５は主軸１０７の端部に設けられたネジおよびダブルナット１３６によって固定されている。軸受ブラケット１３２は、モータフレーム側板１１５に設けられたインローに弾性材からなるＯリング１３７を介して挿入されている。
【００３８】
また、モータフレーム外胴１１４にはステー１４３が溶接されており、このステー１４３と外筒１０２とは溶接により固定されている。キャンドモータ１０６の回転数は、周波数変換器１０によって商用電源の周波数より高い周波数に変換することにより４０００ｒｐｍ以上に設定されている。
【００３９】
吐出ケーシング１０４には吐出ノズル１７０が溶接によって固定されている。吐出ノズル１７０は、外径及び肉厚が大きい環状部材からなっている。吐出ノズル１７０はケーシング本体と同材質のステンレススチール等からなり、その前端面が相手側フランジ（図示せず）とのシール面１７０ｓになっている。一方、吐出ノズル１７０に固定される吐出フランジ１７１は、ケーシング本体とは異なった材料、例えば、鋳鉄（ＦＣ）等からなり、吐出ノズル１７０に螺合されている。吐出フランジ１７１は、図３に示すように上部が一部面取りされている。また吐出フランジ１７１には据付用の脚１７１Ｌが一体に形成されている。
【００４０】
また吐出ノズル１７０には、圧力取出用パイプ１７２の先端部が螺合されている。圧力取出用パイプ１７２にはプラグ１７３が着脱可能に取り付けられている。圧力取出用パイプ１７２は、吐出フランジ１７１の最大外径部を避けた面取り位置に取り付けられている。プラグ１７３を取り外して圧力取出用パイプ１７２に圧力ゲージを取り付ければ、吐出圧を測定することができる。
【００４１】
また、図３に示すように、ケーシング本体を構成する吸込ケーシング１０３にも同様に吸込ノズル１７４が固定され、吸込ノズル１７４に吸込フランジ１７５が固定されている。吸込フランジ１７５には脚１７５Ｌが一体に形成されている。吐出フランジ１７１及び吸込フランジ１７５の外径はケーシングフランジ１６１，１６２の内径よりも大きくなっている。脚１７１Ｌ，１７５Ｌとユニットベース２０との間には防振ゴム２２が介在されている。
【００４２】
図３に示す全周流型ポンプの作用を簡単に説明すると、吸込ケーシング１０３に接続された吸込ノズル１７４より吸い込まれた流体は、吸込ケーシング１０３を通って外筒１０２とキャンドモータ１０６のモータフレーム外胴１１４との間に形成された環状流路１４０に流入し、この流路１４０を通ってガイド部材１１１に案内されて羽根車１０８内に導かれる。羽根車１０８から吐出された流体は、案内装置１１２ａを経て吐出ケーシング１０４に接続された吐出ノズル１７０より吐出される。
【００４３】
全周流型ポンプのターミナル部には、温度検出素子であるサーミスタ１５１が配設されており、このサーミスタ１５１はゴム製のブッシュ１５２で固定されている。ゴム製のブッシュ１５２は、周波数変換器１０の発熱をサーミスタ１５１に伝えにくくする効果がある。従って、ポンプ内の取扱液の温度を正確に捉えることができる。ターミナル部は、モータ固定子１１３と周波数変換器１０の中間に位置し、且つ、流路に面しているため、ポンプ内の取扱液の温度を正確に検知できる。また、ターミナル部を構成するターミナルケース１２０は、金属製（ステンレス鋼の薄板）であり、比較的良好にポンプ内の取扱液の温度をターミナルケース１２０の内側にあるサーミスタ１５１に伝えることができる。
即ち、ターミナル部に設けた温度検出素子であるサーミスタ１５１は、取扱液の温度を比較的正確に捉えてこれを信号化し、周波数変換器１０の制御部１４９に導く。
周波数変換器１０とその制御部１４９とからなる周波数変換器組立体１５０には、基準温度を段階的に切替えできるスイッチが設けてあり、例えば、５５℃・・・−１２℃などの値を選択できるようになっている。
【００４４】
図３に示す構造の全周流型インラインポンプを冷温水ポンプとして使用することにより、ユニットに別途に液温センサを設ける必要がなく、変流量型の空調システムを容易に実現できる。即ち、冷水循環においては、例えば設定温度を１２℃とし、温水循環においては、例えば設定温度を５５℃にする。その結果、ポンプユニットは取扱液の設定温度を維持するように増減速運転を行い、水温が１２℃（冷水循環）又は５５℃（温水循環）付近で一定となる。
この冷温水機入口温度一定方式は、冷却水の循環ポンプにも使用できる。例えば冬場には、冷却塔から戻る冷却水の温度は、必要以上に低い値になっていることがある。このような場合、冷却水の循環量を低減しても十分に冷温水機は冷却できるため、ポンプの消費電力を抑えて省エネルギーを図ることができる。
【００４５】
また、図３に示す全周流型インラインポンプはモータ１０６および周波数変換器１０が取扱液による水冷構造になっているため、前述の保温材をポンプ全体に巻き付けることも可能であり、結果として同時に静音化も達成される。
ところで、変流量型の制御方法の一つに往ヘッダ３と還ヘッダ５の圧力の違い（差圧）を一定に保つ方式がある。つまり、各々の空調機側で電磁弁などによって流量が絞られた場合に両ヘッダの差圧が大きくなるため、この値が規定値に合致するようにポンプの回転数を減じる方式である。
この制御方法を用いる場合には、バイパス管７のバイパス弁Ｖｐの前後の差圧を検出する差圧センサなどを設け、この信号をポンプユニットＰＵの制御盤１１に導いてポンプの回転数を制御すればよい。この差圧一定方式は、前述の冷温水機入口温度一定方式と組み合わせても良いし、単独で行っても良い。単独で行う場合には、前述の液温センサは不要となり、その替わりに差圧センサを適宜設ければよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、所定の機器を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されるため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
空調システムの所定範囲（図１のＰＵ部分）をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。
また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る循環ポンプユニットの基本構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す循環ポンプユニットの機械的構成を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図である。
【図３】図１および図２に示すポンプユニットで使用される冷温水ポンプの詳細構造を示す断面図である。
【図４】従来の変流量型ではない空調システムのうち、冷温水系の最も一般的な例を示す図である。
【図５】従来の変流量型の空調システムの構成を示す図である。
【図６】図４に示す空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図６（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図６（ｂ））を示すグラフである。
【図７】変流量制御を行った場合の空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図７（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図７（ｂ））を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 冷温水ポンプ
２ 冷温水機
２ａ 冷温水機の制御盤
３ 往ヘッダ
４ 空調機
５ 還ヘッダ
６ 動力盤
７ バイパス管
８ 液温センサ
９ 流量センサ
１０ 周波数変換器（インバータ）
１１ 制御盤
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 信号線
２０ ユニットベース
２１ 枠体
２２ 防振ゴム
２３ 吸込管
２３ｆ，２４ｆ，２５ｆ フランジ部
２４ 吐出管
２５ 中継管
２６ 枕木付固定金具
２７，２８ 閉止フランジ
２９ フレキシブルジョイント
３０ ベント管
１０１ ポンプケーシング
１０２ ポンプケーシング外筒
１０３ 吸込ケーシング
１０４ 吐出ケーシング
１０６ キャンドモータ
１０７ 主軸
１０８ 羽根車
１１２ 内ケーシング
１１３ 固定子
１１４ モータフレーム外胴
１１５，１１６ モータフレーム側板
１１７ キャン
１１８ 回転子
１２０ ターミナルケース
１２１，１３２ 軸受ブラケット
１２２，１３３ ラジアル軸受
１２３ 固定側スラスト軸受
１２４，１２５ 回転側スラスト軸受
１２６，１２７ スラストディスク
１２９，１３７ Ｏリング
１３１，１３４ スリーブ
１３５ 座金
１３６ ダブルナット
１４０ 環状空間（流路）
１４３ ステー
１４５ ブラケット
１４５ａ 穴
１４６ ベース
１４６ａ リード線取出穴
１４７ カバー
１４９ 制御部
１５０ 周波数変換器組立体
１５１ サーミスタ
１５２ ゴム製ブッシュ
１６１，１６２ ケーシングフランジ
１７０ 吐出ノズル
１７１ 吐出フランジ
１７１Ｌ 脚
１７４ 吸込ノズル
１７５ 吸込フランジ
１７５Ｌ 脚
１７６ ライナリング
１８１ 信号線
ＰＵ ポンプユニット
Ｖｃ 逆止弁
Ｖｐ バイパス弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷温水機などに代表される冷温水機に使用する冷温水循環ポンプ又は冷却水循環ポンプに係り、特に変流量制御を導入することで省エネルギー化を図る際に有効な循環ポンプユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調設備に使用される冷温水機の循環ポンプを可変速制御に変更し、いわゆる変流量型に切り替えることでポンプの搬送動力を低減し、省エネルギー化を図る動きが活発化している。
【０００３】
変流量型ではない空調システムのうち、冷温水系の最も一般的な従来例を図４に示す。図４に示すように、冷温水ポンプ１によって昇圧された冷温水は、冷温水機２を流れた後に往ヘッダ３を介して空調機４に流れ、その後、還ヘッダ５を介して冷温水ポンプ１に戻るように構成されている。冷温水ポンプ１には動力盤６より動力が供給される。また冷温水機２は制御盤２ａを備えている。
冷温水ポンプ１は、固定速で運転されており、冷温水機２内を流れる冷温水の流量は、空調機４及び冷温水機２の負荷とは無関係にほぼ一定である。
冷温水機２がガス吸収冷温水機の場合、冷温水機の冷温水出口温度が一定となるように、主に燃焼ガス量を調整している。
【０００４】
冷水循環の場合、冷温水機２の出口温度は例えば７℃であり、この冷水は空調機側での熱交換に伴って温度上昇し、１００％負荷の場合に１２℃程度になって冷温水機２へ戻る。空調機４の負荷が小さい場合（例えば５０％負荷）には、７℃で冷温水機２から出た冷水は例えば１０℃程度で戻って来ることになるため、燃焼ガス量を減らしても出口温度を７℃に保つことができる。
【０００５】
図６は図４に示す空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図６（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図６（ｂ））を示すグラフである。図６に示すように、負荷の大小と冷温水機のガスの消費量はほぼ比例関係にある。ところが、冷温水ポンプは負荷の大小とは無関係に固定速（固定流量）で運転されるため、その消費電力も不変である。
【０００６】
これに対して、冷温水循環ポンプを可変速制御（即ち、変流量型）する場合は、例えば冷温水機の入口・出口の温度を両方ともに一定（従って、出入口温度差一定）にし、負荷が小さい場合には、ポンプの流量を負荷にほぼ比例させて減じることで省エネルギーを図る。
一般に循環ポンプは実揚程がゼロか極めてゼロに近い値となる。この場合、流量はポンプ回転数の１乗に比例し、揚程（配管損失に対応する）は回転数の２乗に比例する。故にポンプの消費電力（軸動力に比例）は、回転数の３乗に比例すると同時に流量の３乗に比例することになる。
【０００７】
図５は変流量型の空調システムの構成を示す図である。図５に示すように、図４に示す固定流量型の空調システムに対して往ヘッダ３と還ヘッダ５とを接続するバイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７が付加されている。なお、バイパス弁は、空調機側で流量が絞られた場合に、冷温水機にとっての最低流量（５０％）を確保するように働く。また液温センサ８、流量センサ９、周波数変換器（インバータ）１０、別途の制御盤１１が付加されている。
【０００８】
図７は変流量制御を行った場合の負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図７（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図７（ｂ））を示すグラフである。但し、図７では冷温水機の効率などを考慮して下限流量を５０％流量にした場合を示す。図７（ｂ）に示すように、変流量制御を行った場合のポンプの消費電力（消費エネルギー）の推移は図６（ｂ）に比べて減少している。
図７（ｂ）でハッチングで示される部分は図６（ｂ）の例に比較した省エネルギー量に相当する。つまり、変流量型は、冷温水循環ポンプの消費電力を低減できる分、固定流量型に比べて極めて省エネルギーとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５から明らかなように、固定流量型のシステムを変流量型に変更する場合には、次の部品が新たに必要となる。
▲１▼ 冷温水機２の冷温水入口温度を検出する液温センサ８と、液温センサ８からの信号を別途に設ける制御盤１１へ伝える信号線１２ａ。
▲２▼ 冷温水機２に流れる冷温水の流量を検出する流量センサ９と、流量センサ９からの信号を別途に設ける制御盤１１へ伝える信号線１２ｂ。
▲３▼ 往ヘッダ３と還ヘッダ５をつなぐバイパス管７と、バイパス管７に設けられ制御信号に基づきバルブの開度が調節されるバイパス弁Ｖｐと、別途に設ける制御盤１１からバイパス弁Ｖｐへ制御信号を伝えるための信号線１２ｃ。
▲４▼ モータポンプの回転数を変化させるための周波数変換器（インバータ）１０と、別途に設ける制御盤１１から周波数変換器１０へ増減速信号などを伝えるための信号線１２ｄ、及び周波数変換器１０の故障信号などを上記新設制御盤１１へ伝えるための信号線１２ｅ。
▲５▼ 上記▲１▼〜▲４▼の信号を制御し、且つ、冷温水機２の既設制御盤２ａとポンプＯＮ−ＯＦＦ信号などのやり取りをするための制御盤１１。
【００１０】
また、制御信号をうまく連継させて、機能させるためのシステム設計及び部品選定を行う必要があるとともに、上記▲１▼〜▲５▼の部品を各々適切に据付・施工する必要がある。
以上の通り、固定流量型の空調システムを変流量型の空調システムへ変更するには費用と手間が掛かり、容易ではない。このため、省エネルギー化の推進を阻害する要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、空調設備などに使用される冷温水機の循環ポンプシステムを、いわゆる変流量型に切り替える際に好適な循環ポンプユニットを提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため本発明は、ポンプと、ポンプから冷温水機に取扱液を圧送するための吐出管と、冷温水機から戻った取扱液を空調機又は冷却塔などの機器に導くための中継管と、空調機又は冷却塔などの機器から戻った取扱液をポンプへ導くための吸込管を備えたことを特徴とするものである。
即ち、（発明が解決しようとする課題）の項に記載した▲１▼〜▲５▼を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されるため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
【００１３】
空調システムの所定範囲（図１のＰＵ部分）をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。
また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【００１４】
また本発明の１態様は、ポンプを据付けるためのユニットベース及び配管類を支える枠体と、ポンプ及び配管類との固定部を断熱材で熱的に絶縁処理した絶縁部とを備えたことを特徴とするものである。
一般にこの種のポンプ及び配管類には取扱液の熱が大気に逃げないように、保温材が巻き付けられる。また、夏場に、冷水循環運転を行なうと、ポンプ及び配管類の表面が結露してしまうため、この観点からも保温材の巻き付けが行われる。
ところで、ポンプと、ユニットベースが直接接触していたり、配管類と枠体が直接接触していたりすると、取扱液の熱がユニットベースや枠体に伝わってしまうため、上記の保温材をユニット全体に巻き付ける必要が生じる。そこで、本発明の１態様では、ユニットベース及び枠体と、ポンプ及び配管類との固定部を断熱材で熱的に絶縁処理することにより、取扱液の熱がユニットベース等に伝わらないようにしたものである。即ち、ユニットベースとポンプの取付部には後述の防振ゴムのような断熱材を介し、枠体と配管類の固定部には木材等によって作られた枕木付固定金具を設けることで、熱的絶縁処理を行っている。
この結果、保温材はポンプと配管類にだけ巻き付ければ良く、且つ、この作業は、工場でユニットを製作する際に行えるため、その分、現場での保温工事の手間が少なくて済み、工期も短縮できる。
【００１５】
また本発明の１態様は、ポンプとユニットベースの間にゴム等の弾性材を介在させるとともに、ポンプと配管類の接続部にゴム等の弾性材からなるフレキシブルジョイントを介在させたことを特徴とするものである。
ポンプの振動がユニットベースや配管類に伝わると、思わぬ機械的共振が生じて、不適合を生じる場合がある。特にポンプを可変速制御する場合には、加振力の大きさと周波数が変化するため、いずれかの回転数において、共振が生じてしまう可能性がある。
そこで、本発明の１態様では、ポンプとユニットベースの取付部に、防振ゴムを介在させるとともに、ポンプと配管類の接続部にフレキシブルジョイントを設けたものである。この結果、空調システムの変流量型への変更に際して生じる振動トラブルを防止できる。
【００１６】
また本発明の１態様は、前記吐出管と中継管と吸込管の中心軸の方向を同一とし、各配管の両端部にユニット外の配管との接続が可能なフランジ部を設け、各配管の中心軸が同一平面内に納まるようにしたことを特徴とするものである。
本循環ポンプユニットは冷温水機側配管と空調機側配管の間に据付けられる。従って、冷温水機側の冷温水出入口と、空調機側の冷温水出入口はユニットの異なる側面に設けられ、且つ各々の側の入口と出口は同一平面内に配置されていると配管施工が比較的やり易い。そして、冷温水機側配管と空調機側配管に対するユニットの据付方向の自由度が高い程、不特定多数の現場に対応し易い。
【００１７】
また本発明の１態様は、前記ポンプが周波数変換器を実装しており、且つ、液温センサがポンプ内に設けられていることを特徴とするものである。そして、ポンプは全周流インライン型のキャンドモータポンプからなる。
インバータと液温センサを実装したポンプとして、出願人は先に「特願平１０−１６１３２６号」を出願している。この発明のポンプは取扱液の温度が設定温度で一定となるように自動可変速運転する機能を内蔵している。
このポンプを使用すれば、ユニットに別途に液温センサを設ける必要がなく、変流量型の空調システムを容易に実現できる。即ち、冷水循環においては、例えば設定温度を１２℃とし、温水循環においては、例えば設定温度を５５℃にする。
この冷温水機入口温度一定方式は、冷却水の循環ポンプにも使用できる。例えば冬場には、冷却塔から戻る冷却水の温度は、必要以上に低い値になっていることがある。このような場合、冷却水の循環量を低減しても十分に冷温水機は冷却できるため、ポンプの消費電力を抑えて省エネルギーを図ることができる。
【００１８】
また、このポンプはモータおよびインバータが取扱液による水冷構造になっているため、前述の保温材をポンプ全体に巻き付けることも可能であり、結果として同時に静音化も達成される。
ところで、変流量型の制御方法の一つに往ヘッダと還ヘッダの圧力の違い（差圧）を一定に保つ方式がある。
つまり、各々の空調機側で電磁弁などによって流量が絞られた場合に両ヘッダの差圧が大きくなるため、この値が規定値に合致するようにポンプの回転数を減じる方式である。
この制御方法を用いる場合には、バイパス管のバイパス弁の前後の差圧を検出する差圧センサなどを設け、この信号をユニットの制御盤に導いてポンプの回転数を制御すればよい。この差圧一定方式は、前述の冷温水機入口温度一定方式と組み合わせても良いし、単独で行っても良い。単独で行う場合には、前述の液温センサは不要となり、その替わりに差圧センサを適宜設ければよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る循環ポンプユニットの一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。
図１は本発明に係る循環ポンプユニットの基本構成を示す図である。図１に示すように、冷温水ポンプ１によって昇圧された冷温水は、冷温水機２を流れた後に往ヘッダ３を介して空調機４に流れ、その後、還ヘッダ５を介して冷温水ポンプ１に戻るように構成されている。冷温水ポンプ１には動力盤６より動力が供給される。また冷温水機２は制御盤２ａを備えている。また往ヘッダ３と還ヘッダ５とを接続するバイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７が設けられている。バイパス弁Ｖｐはバイパス管７に流れる取扱液の流量を調節する機能を有する。
【００２０】
また、冷温水機２の冷温水入口温度を検出する液温センサ８と、冷温水機２に流れる冷温水の流量を検出する流量センサ９と、モータポンプの回転数を変化させるための周波数変換器（インバータ）１０とが設けられいる。そして、液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、および周波数変換器１０を制御するとともに冷温水機２の制御盤とポンプＯＮ−ＯＦＦ信号などのやり取りをするための制御盤１１が設けられている。液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、および周波数変換器１０と制御盤１１とは、それぞれ信号線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅにより接続されている。
【００２１】
前記冷温水ポンプ１、液温センサ８、流量センサ９、バイパス弁Ｖｐ、周波数変換器１０、および制御盤１１を含む図１のＰＵ部分は、１つの独立した循環ポンプユニットとして構成されている。即ち、（発明が解決しようとする課題）の項に記載した▲１▼〜▲５▼を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されているため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
図１のＰＵ部分をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【００２２】
図２は、図１に示す循環ポンプユニットＰＵの機械的構成を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図である。
図２（ａ）に示すように、循環ポンプユニットＰＵはユニットベース２０と、枠体２１とを備えている。周波数変換器１０を実装した冷温水ポンプ１は、ユニットベース２０に固定されている。冷温水ポンプ１とユニットベース２０との間には防振ゴム２２が介在されている。枠体２１の上部には吸込管２３および吐出管２４が固定されている。また枠体２１の上部には中継管２５が固定されている。吸込管２３、吐出管２４および中継管２５は、枕木付固定金具２６を介して枠体２１に固定されている。
【００２３】
即ち、ユニットベース２０とポンプ１の取付部には防振ゴム２２のような断熱材を介し、枠体２１と配管類の固定部には木材等によって作られた枕木付固定金具２６を設けることで、熱的絶縁処理を行っている。
この結果、保温材はポンプと配管類にだけ巻き付ければ良く、且つ、この作業は、工場でユニットを製作する際に行えるため、その分、現場での保温工事の手間が少なくて済み、工期も短縮できる。
【００２４】
吸込管２３の一端は閉止フランジ２７により閉止され、他端は開口され、開口端は還ヘッダ側に接続されるようになっている。吐出管２４の一端は閉止フランジ２８により閉止され、他端は開口され、開口端は冷温水機側に接続されるようになっている。また中継管２５の両端は開口され、一方の開口端は往ヘッダ側に接続されるようになっており、他方の開口端は冷温水機側に接続されるようになっている。中継管２５と吸込管２３とは、バイパス弁Ｖｐを具備したバイパス管７によって接続されている。
【００２５】
前記吸込管２３と冷温水ポンプ１の吸込口とは、ゴム等の弾性体からなるフレキシブルジョイント２９およびベント管３０等を介して接続されている。また吐出管２４と冷温水ポンプ１の吐出口とは、フレキシブルジョイント２９、ベント管３０、逆止弁Ｖｃ等を介して接続されている。また吐出管２４には、液温センサ８および流量センサ９が設けられている。また制御盤１１は枠体２１に固定されている。
【００２６】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）には示していないが、冷温水ポンプ１および、吸込管２３、吐出管２４、中継管２５、バイパス管７を含む各種配管類には保温材が巻き付けられている。
また、前述したように冷温水ポンプ１とユニットベース２０の取付部に防振ゴム２２を介在させるとともに、冷温水ポンプ１と配管類の接続部にフレキシブルジョイント２９を設けている。この結果、空調システムの変流量型への変更に際して生じる振動トラブルを防止できる。
【００２７】
さらに、本循環ポンプユニットＰＵにおいては、吐出管２３と吸込管２４と中継管２５の中心軸の方向が同一方向に設定されており、各配管２３，２４，２５の接続側の端部にはフランジ部２３ｆ，２４ｆ，２５ｆが設けられている。そして、各配管２３，２４，２５の中心軸は同一平面に位置するようになっている。図２（ｂ）に示すように、本ポンプユニットＰＵは冷温水機側配管と空調機側配管の間に据付けられる。従って、冷温水機側の冷温水出入口と、空調機側の冷温水出入口はユニットの異なる側面に設けられ、且つ各々の側の入口と出口は同一平面内に配置されていると配管施工が比較的やり易い。そして、冷温水機側配管と空調機側配管に対するユニットの据付方向の自由度が高い程、不特定多数の現場に対応し易い。
【００２８】
図３は、図１および図２に示すポンプユニットＰＵで使用される冷温水ポンプ１の詳細構造を示す断面図である。冷温水ポンプ１は全周流インライン型のキャンドモータポンプから構成されている。
図３に示すように、冷温水ポンプ１は、ポンプケーシング１０１と、このポンプケーシング１０１内に収容されたキャンドモータ１０６と、このキャンドモータ１０６の主軸１０７の端部に固定された羽根車１０８とを備えている。ポンプケーシング１０１はポンプケーシング外筒１０２と、このポンプケーシング外筒１０２の両端にケーシングフランジ１６１，１６２によってそれぞれ接続された吸込ケーシング１０３と、吐出ケーシング１０４とからなっている。ケーシングフランジ１６１，１６２は外筒１０２に吸込ケーシング１０３及び吐出ケーシング１０４を固定するためのルーズ型のリング状ケーシングフランジを構成している。ポンプケーシング外筒１０２、吸込ケーシング１０３および吐出ケーシング１０４はステンレススチール等からなる板金によって形成されている。
【００２９】
外筒１０２の外側面には、ブラケット１４５が取付けられている。そして、ブラケット１４５には周波数変換器組立体１５０が取付けられている。周波数変換器組立体１５０は、ブラケット１４５に取付けられるベース１４６と、ベース１４６に取付けられるカバー１４７と、ベース１４６及びカバー１４７によって囲まれる周波数変換器（インバータ）１０と、制御回路１４９とから構成されている。周波数変換器１０と制御回路１４９とは信号線１８１によって接続されている。
【００３０】
前記ブラケット１４５およびベース１４６には、キャンドモータ１０６と周波数変換器１０をリード線１８２によって電気的に接続するための穴１４５ａおよび１４６ａが形成されている。ブラケット１４５、ベース１４６及びカバー１４７は、それぞれアルミ合金からなる熱良導体にて構成されている。
【００３１】
一方、キャンドモータ１０６は、固定子１１３と、この固定子１１３の外周部に設けられたモータフレーム外胴１１４と、モータフレーム外胴１１４の両開放端に溶接固定されるモータフレーム側板１１５，１１６と、固定子１１３の内周部に嵌着され上記モータフレーム側板１１５，１１６に溶接固定されるキャン１１７とを備えている。また固定子１１３内に回転可能に収容されている回転子１１８は主軸１０７に焼き嵌め固定されている。モータフレーム外胴１１４と外筒１０２との間には環状空間（流路）１４０が形成されている。
【００３２】
また、キャンドモータ１０６のモータフレーム側板１１６には、流体を半径方向外方から内方に導くガイド部材１１１が保持されている。そして、ガイド部材１１１には羽根車１０８を収容する内ケーシング１１２が固定されている。また、ガイド部材１１１の外周部には、シール部材１８５が介装されている。
【００３３】
ガイド部材１１１の内端にはライナリング１７６が設けられ、このライナリング１７６は羽根車１０８の前面部（吸込マウス側）と摺動するようになっている。内ケーシング１１２は概略ドーム形状を有し、キャンドモータ１０６の主軸１０７の軸端を覆いかくす形状になっている。この内ケーシング１１２は羽根車１０８から吐出された流体を案内するガイドベーン又はボリュートからなる案内装置１１２ａを有している。また、内ケーシング１１２は先端部に空気抜き穴１１２ｂを有している。
【００３４】
モータフレーム外胴１１４にはターミナルケース１２０が溶接によって固定されており、このターミナルケース１２０を介してモータフレーム外胴１１４内のコイルからリード線１８２を外部に引出し、ブラケット１４５の穴１４５ａ、ベース１４６のリード線取出穴１４６ａを介してベース１４６及びカバー１４７内の周波数変換器（インバータ）１４８に接続している。前記外筒１０２には穴１０２ａが形成されており、この穴１０２ａにターミナルケース１２０が挿入されている。ターミナルケース１２０内には、温度検出素子であるサーミスタ１５１が設置されている。そして、サーミスタ１５１はゴム製のブッシュ１５２によって固定されている。サーミスタ１５１は制御部１４９に信号線１８３によって接続されている。
【００３５】
次に羽根車１０８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット１２１には、ラジアル軸受１２２と、固定側スラスト軸受１２３が設けられている。ラジアル軸受１２２の端面は、固定側スラスト摺動部材としての機能も付与されている。ラジアル軸受１２２と固定側スラスト軸受１２３を挟んで両側には、回転側スラスト摺動部材である回転側スラスト軸受１２４と回転側スラスト軸受１２５が設けられている。回転側スラスト軸受１２４は、スラストディスク１２６に固定され、このスラストディスク１２６はキーを介して主軸１０７に固定されている。回転側スラスト軸受１２５は、スラストディスク１２７に固定され、このスラストディスク１２７はキーを介して主軸１０７に固定されている。
【００３６】
前記軸受ブラケット１２１はモータフレーム側板１１６に設けられたインローに弾性材からなるＯリング１２９を介して挿入されている。なお、図中１３１はラジアル軸受１２２と摺動部を形成するスリーブである。
【００３７】
次に反羽根車１０８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット１３２には、ラジアル軸受１３３が設けられている。図中１３４はラジアル軸受１３３と摺動部を形成するスリーブであり、スリーブ１３４は座金１３５に当接し、この座金１３５は主軸１０７の端部に設けられたネジおよびダブルナット１３６によって固定されている。軸受ブラケット１３２は、モータフレーム側板１１５に設けられたインローに弾性材からなるＯリング１３７を介して挿入されている。
【００３８】
また、モータフレーム外胴１１４にはステー１４３が溶接されており、このステー１４３と外筒１０２とは溶接により固定されている。キャンドモータ１０６の回転数は、周波数変換器１０によって商用電源の周波数より高い周波数に変換することにより４０００ｒｐｍ以上に設定されている。
【００３９】
吐出ケーシング１０４には吐出ノズル１７０が溶接によって固定されている。吐出ノズル１７０は、外径及び肉厚が大きい環状部材からなっている。吐出ノズル１７０はケーシング本体と同材質のステンレススチール等からなり、その前端面が相手側フランジ（図示せず）とのシール面１７０ｓになっている。一方、吐出ノズル１７０に固定される吐出フランジ１７１は、ケーシング本体とは異なった材料、例えば、鋳鉄（ＦＣ）等からなり、吐出ノズル１７０に螺合されている。吐出フランジ１７１は、図３に示すように上部が一部面取りされている。また吐出フランジ１７１には据付用の脚１７１Ｌが一体に形成されている。
【００４０】
また吐出ノズル１７０には、圧力取出用パイプ１７２の先端部が螺合されている。圧力取出用パイプ１７２にはプラグ１７３が着脱可能に取り付けられている。圧力取出用パイプ１７２は、吐出フランジ１７１の最大外径部を避けた面取り位置に取り付けられている。プラグ１７３を取り外して圧力取出用パイプ１７２に圧力ゲージを取り付ければ、吐出圧を測定することができる。
【００４１】
また、図３に示すように、ケーシング本体を構成する吸込ケーシング１０３にも同様に吸込ノズル１７４が固定され、吸込ノズル１７４に吸込フランジ１７５が固定されている。吸込フランジ１７５には脚１７５Ｌが一体に形成されている。吐出フランジ１７１及び吸込フランジ１７５の外径はケーシングフランジ１６１，１６２の内径よりも大きくなっている。脚１７１Ｌ，１７５Ｌとユニットベース２０との間には防振ゴム２２が介在されている。
【００４２】
図３に示す全周流型ポンプの作用を簡単に説明すると、吸込ケーシング１０３に接続された吸込ノズル１７４より吸い込まれた流体は、吸込ケーシング１０３を通って外筒１０２とキャンドモータ１０６のモータフレーム外胴１１４との間に形成された環状流路１４０に流入し、この流路１４０を通ってガイド部材１１１に案内されて羽根車１０８内に導かれる。羽根車１０８から吐出された流体は、案内装置１１２ａを経て吐出ケーシング１０４に接続された吐出ノズル１７０より吐出される。
【００４３】
全周流型ポンプのターミナル部には、温度検出素子であるサーミスタ１５１が配設されており、このサーミスタ１５１はゴム製のブッシュ１５２で固定されている。ゴム製のブッシュ１５２は、周波数変換器１０の発熱をサーミスタ１５１に伝えにくくする効果がある。従って、ポンプ内の取扱液の温度を正確に捉えることができる。ターミナル部は、モータ固定子１１３と周波数変換器１０の中間に位置し、且つ、流路に面しているため、ポンプ内の取扱液の温度を正確に検知できる。また、ターミナル部を構成するターミナルケース１２０は、金属製（ステンレス鋼の薄板）であり、比較的良好にポンプ内の取扱液の温度をターミナルケース１２０の内側にあるサーミスタ１５１に伝えることができる。
即ち、ターミナル部に設けた温度検出素子であるサーミスタ１５１は、取扱液の温度を比較的正確に捉えてこれを信号化し、周波数変換器１０の制御部１４９に導く。
周波数変換器１０とその制御部１４９とからなる周波数変換器組立体１５０には、基準温度を段階的に切替えできるスイッチが設けてあり、例えば、５５℃・・・−１２℃などの値を選択できるようになっている。
【００４４】
図３に示す構造の全周流型インラインポンプを冷温水ポンプとして使用することにより、ユニットに別途に液温センサを設ける必要がなく、変流量型の空調システムを容易に実現できる。即ち、冷水循環においては、例えば設定温度を１２℃とし、温水循環においては、例えば設定温度を５５℃にする。その結果、ポンプユニットは取扱液の設定温度を維持するように増減速運転を行い、水温が１２℃（冷水循環）又は５５℃（温水循環）付近で一定となる。
この冷温水機入口温度一定方式は、冷却水の循環ポンプにも使用できる。例えば冬場には、冷却塔から戻る冷却水の温度は、必要以上に低い値になっていることがある。このような場合、冷却水の循環量を低減しても十分に冷温水機は冷却できるため、ポンプの消費電力を抑えて省エネルギーを図ることができる。
【００４５】
また、図３に示す全周流型インラインポンプはモータ１０６および周波数変換器１０が取扱液による水冷構造になっているため、前述の保温材をポンプ全体に巻き付けることも可能であり、結果として同時に静音化も達成される。
ところで、変流量型の制御方法の一つに往ヘッダ３と還ヘッダ５の圧力の違い（差圧）を一定に保つ方式がある。つまり、各々の空調機側で電磁弁などによって流量が絞られた場合に両ヘッダの差圧が大きくなるため、この値が規定値に合致するようにポンプの回転数を減じる方式である。
この制御方法を用いる場合には、バイパス管７のバイパス弁Ｖｐの前後の差圧を検出する差圧センサなどを設け、この信号をポンプユニットＰＵの制御盤１１に導いてポンプの回転数を制御すればよい。この差圧一定方式は、前述の冷温水機入口温度一定方式と組み合わせても良いし、単独で行っても良い。単独で行う場合には、前述の液温センサは不要となり、その替わりに差圧センサを適宜設ければよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、所定の機器を標準装備した独立ポンプユニットとして構成されるため、ポンプユニットは予め工場で製作することができ、現場での作業は簡単になり、工期の短縮も可能となる。
空調システムの所定範囲（図１のＰＵ部分）をユニット化することにより、現場での実質的な施工範囲は、簡単な配管工事及び冷温水機制御盤との信号線の布設工事のみとなる。
また、変流量型の制御の主体をポンプユニットに設けているため、既存の空調設備を変更することなく、変流量型の空調システムによる省エネルギー化を市場に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る循環ポンプユニットの基本構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す循環ポンプユニットの機械的構成を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図である。
【図３】図１および図２に示すポンプユニットで使用される冷温水ポンプの詳細構造を示す断面図である。
【図４】従来の変流量型ではない空調システムのうち、冷温水系の最も一般的な例を示す図である。
【図５】従来の変流量型の空調システムの構成を示す図である。
【図６】図４に示す空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図６（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図６（ｂ））を示すグラフである。
【図７】変流量制御を行った場合の空調システムにおける負荷率（％）と循環ポンプ流量（％）との関係（図７（ａ））および負荷率（％）と消費エネルギー（％）との関係（図７（ｂ））を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 冷温水ポンプ
２ 冷温水機
２ａ 冷温水機の制御盤
３ 往ヘッダ
４ 空調機
５ 還ヘッダ
６ 動力盤
７ バイパス管
８ 液温センサ
９ 流量センサ
１０ 周波数変換器（インバータ）
１１ 制御盤
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 信号線
２０ ユニットベース
２１ 枠体
２２ 防振ゴム
２３ 吸込管
２３ｆ，２４ｆ，２５ｆ フランジ部
２４ 吐出管
２５ 中継管
２６ 枕木付固定金具
２７，２８ 閉止フランジ
２９ フレキシブルジョイント
３０ ベント管
１０１ ポンプケーシング
１０２ ポンプケーシング外筒
１０３ 吸込ケーシング
１０４ 吐出ケーシング
１０６ キャンドモータ
１０７ 主軸
１０８ 羽根車
１１２ 内ケーシング
１１３ 固定子
１１４ モータフレーム外胴
１１５，１１６ モータフレーム側板
１１７ キャン
１１８ 回転子
１２０ ターミナルケース
１２１，１３２ 軸受ブラケット
１２２，１３３ ラジアル軸受
１２３ 固定側スラスト軸受
１２４，１２５ 回転側スラスト軸受
１２６，１２７ スラストディスク
１２９，１３７ Ｏリング
１３１，１３４ スリーブ
１３５ 座金
１３６ ダブルナット
１４０ 環状空間（流路）
１４３ ステー
１４５ ブラケット
１４５ａ 穴
１４６ ベース
１４６ａ リード線取出穴
１４７ カバー
１４９ 制御部
１５０ 周波数変換器組立体
１５１ サーミスタ
１５２ ゴム製ブッシュ
１６１，１６２ ケーシングフランジ
１７０ 吐出ノズル
１７１ 吐出フランジ
１７１Ｌ 脚
１７４ 吸込ノズル
１７５ 吸込フランジ
１７５Ｌ 脚
１７６ ライナリング
１８１ 信号線
ＰＵ ポンプユニット
Ｖｃ 逆止弁
Ｖｐ バイパス弁
Claims (9)
- ポンプと、ポンプから冷温水機に取扱液を圧送するための吐出管と、冷温水機から戻った取扱液を空調機又は冷却塔などの機器に導くための中継管と、空調機又は冷却塔などの機器から戻った取扱液をポンプへ導くための吸込管を備えたことを特徴とする循環ポンプユニット。
- 前記中継管と吸込管をつなぐバイパス管と、バイパス管に流れる取扱液の流量を調節するためのバイパス弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の循環ポンプユニット。
- ポンプを据付けるためのユニットベースと、ポンプを駆動するモータの回転数を変化させる周波数変換器と、周波数変換器に回転数の制御信号を送る制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環ポンプユニット。
- 取扱液の温度を検出して検出信号を発生する液温センサと、取扱液の流量を検出して検出信号を発生する流量センサとを備えたことを特徴とする請求項３に記載の循環ポンプユニット。
- ポンプを据付けるためのユニットベース及び配管類を支える枠体と、ポンプ及び配管類との固定部を断熱材で熱的に絶縁処理した絶縁部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の循環ポンプユニット。
- ポンプとユニットベースの間にゴム等の弾性材を介在させるとともに、ポンプと配管類の接続部にゴム等の弾性材からなるフレキシブルジョイントを介在させたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の循環ポンプユニット。
- 前記吐出管と中継管と吸込管の中心軸の方向を同一とし、各配管の両端部にユニット外の配管との接続が可能なフランジ部を設け、各配管の中心軸が同一平面内に納まるようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の循環ポンプユニット。
- 前記ポンプが周波数変換器を実装しており、且つ、液温センサがポンプ内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の循環ポンプユニット。
- 前記ポンプが全周流インライン型のキャンドモータポンプであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の循環ポンプユニット。
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