JP4335606B2 - キャビネット型の給水装置 - Google Patents

Description

本発明は給水装置、特にポンプ、吸込み配管、吐出し配管、駆動用モータ、駆動電源回路等を一体的にキャビネット内に収容したキャビネット型の給水装置に関するものである。

上記給水装置は、例えば水道本管又は受水槽に接続され、水道本管又は受水槽からの水を所定圧に加圧して集合住宅・ビル等の末端の需要者に給水を行う。このため給水装置には、ポンプと、そのポンプケーシングの吸込側、及び吐出側に接続された配管と、配管内の圧力を検出する圧力センサ類と、圧力タンク等を備えている。ここで、圧力タンクはその内部にポンプで加圧された水を蓄えることで、ポンプの頻繁な起動停止を防止し、供給水圧を常に必要な圧力に保持する作用を果たしている。また、ポンプを駆動するモータと、該モータに電力を供給するインバータ装置等の駆動電源回路と、ポンプの運転を制御する電気制御回路とを備え、これらは上記配管と共に、キャビネット内に収容されている。

例えば水道本管に接続され、末端需要者における給水水圧を所定圧に保つように末端圧力一定制御方式及び吐出し圧力一定制御方式を採用する給水装置においては、時々刻々に変動するポンプ流入圧力に対して末端需要者に常に一定の水圧の給水ができるように、インバータ装置等によりポンプを駆動する誘導モータ及びＤＣＢＬ（直流ブラシレスモータ）に可変周波数・電圧の交流及び直流電力を供給し、回転速度制御を行っている。

このような給水装置においては、インバータ装置等のモータ駆動電源回路が必須であるが、インバータ装置は電力半導体素子（インバータ素子）を備えるため、モータの駆動電流により発熱する。このため、何らかの冷却手段が必要であり、従来から下記の各種冷却方法が採用されてきた。

インバータ装置を水冷ジャケットに搭載する方法がある。この方法によれば、水冷ジャケットに通水して冷却するため、冷却の効率が高く、放熱部の面積を小さくすることが可能である。しかしながら、水冷のための配管が必要となり、更に過熱時のみ水冷するためには温度センサ、水路を開閉するための電磁弁等の専用部品が必要となり、コスト上昇と共に、余分な配管が必要となる。このため、全体としての給水装置の小型コンパクト化に支障となり、更にメンテナンスも必要となる。

また、特許文献１に示すように、モータとポンプとを同一の回転軸上に配置し、モータの回転軸の一端にポンプロータを取付け、他端にはファンを取付け、モータ回転によるファンの回転に伴う気流により、キャビネット内の冷却された空気をインバータ装置の放熱フィンに向うように構成したものがある。この給水装置は小型コンパクト化に適し、キャビネット内に循環流を形成でき、これにより全体的な冷却効果が得られるが、ポンプやモータが大型となり、モータやインバータ装置からの発熱量が大きくなると、十分な冷却効果が得られないという問題があった。
特開２００３−２１０５２号公報

上記のように、キャビネット型の給水装置の冷却方法には、水冷方式と空冷方式があるが、水冷方式はコスト高になると共に、小型化の支障となり、更に水冷部を構成する機器のメンテナンスも必要となるという問題がある。また、特許文献１に記載の空冷式のものはポンプ容量の小さいキャビネット型の給水装置では有効であるが、ポンプ容量が大きくなり、駆動モータが大きくなると十分な冷却効果を得られないという問題がある。本発明はこのような問題点を除去し、冷却効果を十分に発揮でき、且つ小型化に適したキャビネット型の給水装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、水を加圧して送水するポンプと、該ポンプのケーシングの吸込側及び吐出側に接続された配管と、ポンプを駆動するモータと、該モータに電力を供給するインバータ装置とを、一体的にキャビネット内に収容したキャビネット型の給水装置において、
インバータ装置は、インバータ素子部及びモータを制御する制御部が搭載された基板部と、該基板部で発生する熱を放熱するフィン部と、冷却を促進させる冷却促進ファンを具備する構成であり、キャビネットの側面には、吸気口及び排気口を設け、キャビネット内には、一端が吸気口に連通した吸気ダクトと、一端が排気口に連通した排気ダクトと、内部にインバータ装置を収納した収納配管を配置し、収納配管内のインバータ装置に備わった冷却促進ファンを設けると共に、端部に追加ファンを設け、ポンプの運転時、冷却促進ファン及び追加ファンを運転し、冷却促進ファンの運転により外気を吸気口から吸気ダクト内を通して収納配管内に導き、インバータ装置が発する熱と熱交換させてキャビネット内に導入し、モータ周辺の空気を強制的に循環させ、追加ファンの運転により収納配管内に導入された外気を強制的に排気し、該収納配管からキャビネット内に導入されモータ周辺で循環した空気に混入させ排気ダクトを通って排気口からキャビネット外に排気することを特徴とする。このようにキャビネット内に外気を強制的に取り入れることにより、モータを充分に冷却することができると共に、基板部やフィン部からなるインバータ装置が充分に冷却できる。また、キャビネット内に収納配管を設け、該収納配管内のインバータに備わった冷却促進ファンにより、外気を強制的にキャビネット内に取り入れるので、外気をキャビネット内のモータやインバータ装置の発熱場所に効率良く導くことができる。また、収納配管内にインバータ装置を配置することにより、収納配管内を流れる外気により、インバータ装置を効率良く冷却できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のキャビネット型の給水装置において、キャビネットの側面に設けた吸気口及び排気口の位置をインバータ装置の取付け位置より下方に位置させたことを特徴とする。このように吸気口及び排気口の位置をインバータ装置の取付け位置より下方に位置させたことにより、雨水がインバータ装置に浸入し、絶縁不良を発生させる恐れがなくなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のキャビネット型の給水装置において、収納配管の少なくともインバータ装置を配置した部分は、配管形状の骨組にカバーを着脱自在に取り付けた構成であることを特徴とする。このように収納配管のインバータ装置を配置した部分は、配管形状の骨組にカバーを着脱自在に取り付けた構成とすることにより、インバータ装置のメンテナンス等の際、カバーを取り外すことにより、メンテナンス等の作業を容易に実施できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、収納配管のインバータ装置を配置した部分を該インバータ装置の基板部とフィン部の間に設けた仕切板で通気部分を２系統とし、フィン部側通気部には冷却促進ファンにより導入した外気を、基板部側通気部にはキャビネット内の空気を導くように構成したことを特徴とする。このようにフィン部側通気部には冷却促進ファンにより導入した外気を導くことにより、フィン部側通気部に露出するフィンは外気により効率良く冷却され、しかもフィンは外気と伴に多少の塵芥が流入し、フィン表面に付着しても大きな支障とはならない。また、基板部側通気部にはキャビネット内の空気を導くので、基板部には実装されている半導体素子からなるインバータ素子や制御部を構成する電気部品に塵芥等が付着して絶縁不良等を発生させることが少なくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、追加ファンは２系統の通気部分に強制的に空気を導くことができるように配置されていることを特徴とする。このように追加ファンにより、フィン及び基板部が効率良く冷却できると共に、キャビネット内の空気を強制的に流すことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、追加ファンは１台又は複数台であることを特徴とする。このように追加ファンは１台又は複数台であることにより、インバータ装置により強制的に空気を導くことができ、より効率的にインバータ装置を冷却できる。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載のキャビネット型の給水装置において、追加ファンによる２系統の通気部分の通気割合を調整することを特徴とする。このように追加ファンによる２系統の通気部分の通気割合を調整することにより、基板部とフィン部の放熱量に応じた適切な冷却ができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、ファン制御手段、インバータ装置又はキャビネット内の所定位置の温度を検知するセンサを設け、ファン制御手段はセンサで検知した検知温度が所定温度を越えたら追加ファンを運転し、所定温度以下となったら停止することを特徴とする。追加ファンを検知温度が所定温度を越えたら運転し、所定温度以下となったら停止するので、必要時のみ追加ファンを運転することになり、追加ファンの寿命が長くなる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、収納配管に配管を追加し、空気の通過面積を増大させることを特徴とする。このように収納配管に配管を追加したことにより、導かれる空気流量が多くなり、冷却能力が増大する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、収納配管入出口、途中、インバータ装置の流入直前の少なくとも１箇所に、防虫、防塵のためのフィルタを取付けたことを特徴とする。このようにフィルタを取付けることにより、インバータ装置に虫や塵芥が入り込むことがない。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、吸気口及び排気口に、指が入らない網を設けたことを特徴とする。このように吸気口及び排気口に、網を設けることにより、指を差し込んで負傷するということがない。

請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、吸気口及び排気口に、ルーバーを設けたことを特徴とする。このように吸気口及び排気口に、ルーバーを設けることにより、横から雨が吹き付けても、ルーバーを流れ落ちる雨水が横からの雨水を遮断するためルーバー内部には、雨水が入らない。

本発明によれば、大容量のキャビネット型の給水装置でも、構成が簡単で、冷却効果が十分に発揮でき、且つ小型化が可能な給水装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１乃至図２は本発明に係る給水装置の構成を示す図で、図１はキャビネット内の機器の配置構成を示す正面図、図２はキャビネット内の機器の配置構成を示す側面図である。

図において、１０はキャビネットであり、該キャビネット１０内には、ポンプ１１、１２が配置されている。ポンプ１１、１２はその回転軸が鉛直方向に配置され、ポンプケーシングの上部側にそれぞれモータ１３、１４が配置されている。そして、ポンプ１１、１２の吸込口１１ａ、１２ａは吸込管１５に接続され、吸込管１５に内蔵している逆止弁を介して吐出集合管１６に接続されている。この逆止弁は、例えば水道本管に接続された吸込管１５の流入水圧が充分に高い場合にはポンプ１１、１２を介さず給水でき、流入側の圧力が低い場合には逆流を防止するためのものである。吐出集合管１６には加圧水を蓄圧する圧力タンク１９が接続されている。圧力タンク１９は、加圧水を蓄圧することでポンプ１１、１２の頻繁な起動停止を防止し、且つ給水圧力を円滑に一定に保つ作用をする。

吸込管１５は、逆流防止装置２１、ストレーナ２２、ボール弁２３を介して吸込口２４に接続され、該吸込口２４で図示しない水道本管等の管路に接続されている。吐出集合管１６はボール弁１８を介して吐出口２５に接続され、吐出口２５で図示しない末端需要者側への配管管路に接続される。キャビネット１０の内底部には架台２６にポンプ１１、１２及び吸込管１５、吐出集合管１６等の各種配管類及び弁類がゴムパッド４３等の防振装置を介して固定されている。なお、２７は吸込圧力センサ、３９はフロースイッチ、４０はチェッキ弁内蔵ボール弁である。

キャビネット１０の内上部には、インバータ装置２９、３０が配置されている。該インバータ装置２９、３０は収納配管３１内に配置されている。ここでインバータ装置２９はモータ１３に図示しないケーブルを介して可変周波数・電圧の交流電力を供給することでモータ１３を可変速駆動する。また、インバータ装置３０はモータ１４に図示しないケーブルを介して可変周波数・電圧の交流電力を供給することでモータ１４を可変速駆動する。モータ１３とポンプ１１は同一の回転軸線上に配置され、同様にモータ１４とポンプ１２は同一の回転軸線上に配置されている。

キャビネット１０の一方の側面には、吸気口３２が設けられ、他方の側面には排気口３３が設けられ、更にインバータ装置２９、３０を収納する収納配管３１の一端には後述する追加ファン３４が設けられている。また、吸気口３２に連通して吸気ダクト３５が設けられ、排気口３３に連通して排気ダクト３６が設けられている。この吸気口３２や排気口３３には網やルーバーを設け、指が入らないようにする。

図３はインバータ装置２９、３０及び収納配管３１を示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。インバータ装置２９はインバータ素子部及び制御部が搭載された基板部２９−１と、該基板部２９−１から発生する熱を放熱するフィン部２９−２と、冷却を促進させる冷却促進ファン２９−３を具備する。同様にインバータ装置３０もインバータ素子部及び制御部が搭載された基板部３０−１と、該基板部３０−１から発生する熱を放熱するフィン部３０−２と、冷却を促進させる冷却促進ファン３０−３を具備する。この２台のインバータ装置２９、３０は収納配管３１内に並んで配置されている。収納配管３１の基板部２９−１、３０−１とフィン部２９−２、３０−２の境部には仕切板３７を配置し、収納配管３１内をフィン側通気部３１−１と基板部側通気部３１−２の２系統に区分し、フィン側通気部３１−１には冷却促進ファン２９−３、３０−３で外気を導くようにしている。

収納配管３１の端部には、追加ファン３４を設け、該追加ファン３４によりフィン側通気部３１−１と基板部側通気部３１−２に強制的に空気が流れるようにしている。ポンプ１１、１２の運転中に冷却促進ファン２９−３、３０−３、追加ファン３４を回転することにより、吸気口３２より流入する外気は矢印Ａに示すように吸気ダクト３５を通ってインバータ装置２９、３０を収納する収納配管３１内のフィン側通気部３１−１を通って他端からキャビネット１０内のモータ１３、１４の周辺へ流れ込み、ここでフィン部２９−２、３０−２から放熱される熱やモータ１３、１４のケーシングから放熱される熱と熱交換される。また、基板部側通気部３１−２にはキャビネット１０内の空気が流れ込み、ここで基板部２９−１、３０−１から放熱される熱と熱交換され追加ファン３４が取付けられている一端からキャビネット１０内に流出する。

上記のように、フィン側通気部３１−１には外気を導くことにより、該フィン側通気部３１−１に露出するフィン部２９−２、３０−２のフィンは外気に曝され、効率良く冷却される。しかもフィンは外気と伴に多少の塵芥が流入し、フィン表面に付着しても大きな障害とならない。また、基板部側通気部３１−２にはキャビネット１０内の空気を導くので、基板部２９−１、３０−１には実装されている半導体素子からなるインバータ素子や制御部を構成する電気部品に塵芥等が付着して絶縁不良等の障害を発生させることが少なくなる。

なお、図示は省略するが、追加ファン３４の運転停止を行うファン制御手段を設けると共にインバータ装置２９、３０又はキャビネット１０内の所定位置に温度を検出する温度センサを設け、該ファン制御手段で温度センサで検知した検知温度が所定温度を越えたら追加ファン３４を運転し、所定温度以下となったら停止するようにする。これにより、追加ファン３４をモータ１３、１４やインバータ２９、３０の発熱量が多いときのみ運転することになり、追加ファン３４の寿命が長くなる。なお、追加ファン３４の台数は１台に限定されるものではなく、複数台でもよい。故障時の対策として、予備機を設けて交互運転させてもよい。また、故障時には自動的に他方に切替わるようにする。

また、収納配管３１内のスペースが充分でなく、インバータ装置２９、３０に流入又は流出する空気流量が充分でない場合は、図４に示すように、収納配管３１の下方側面に追加配管４１を追加し、空気の通過面積を増大させる。これにより、インバータ装置２９、３０に導かれ、流入及び流出する空気流量が多くなり、冷却能力が増大する。

また、吸気口３２、吸気ダクト３５の途中、収納配管３１のインバータ装置２９の流入直前の少なくとも１箇所に、防虫、防塵のためのフィルタを取付けることにより、インバータ装置２９、３０に虫や塵芥が入り込むことがない。特にフィン側通気部３１−１にフィルタを設けることにより、インバータ装置２９、３０の基板部２９−１、３０−１に実装されているインバータ素子や制御部を構成する電気部品に塵芥等が付着するのを効果的に防止でき絶縁不良等の事故を防止できる。

上記構成のキャビネット型の給水装置において、インバータ装置２９、３０の冷却促進ファン２９−３、３０−３及び追加ファン３４を運転することにより、矢印Ａに示すように、吸気口３２から吸気ダクト３５に流入する外気は、強制的にモータ１３、１４の周辺の空気を循環させ、キャビネット１０内を循環し、追加ファン３４から吐出される空気と混入し、排気ダクト３６を通って、排気口３３から外部に排出される。これにより、外気はインバータ装置２９、３０を収納する収納配管３１内に流れ込み、インバータ装置２９、３０を強制的に冷却すると共に、モータ１３、１４も強制的に冷却される。

収納配管３１を構造を図５に示すように、収納配管３１の形状の骨組４２に、図示しないカバーを着脱自在に取り付けた構成とすることにより、収納配管３１内に配置されたインバータ装置２９、３０のメンテナンス等の際、カバーを取り外すことにより、メンテナンス等の作業を容易に実施できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記例でインバータ装置２９、３０が収納される収納配管３１を基板部２９−１、３０−１とフィン部２９−２、３０−２を境に仕切板３７を配置し、収納配管３１内の通気部分をフィン側通気部３１−１と基板部側通気部３１−２の２系統としたが、例えば図６に示すように収納配管３１の空気流入口にフィルタ４４を設け、外気を該フィルタ４４を通して導入するような場合は、通気部を２系統に分ける必要がない。

本発明に係る給水装置のキャビネット内の機器の配置構成を示す正面図である。 本発明に係る給水装置のキャビネット内の機器の配置構成を示す側面図である。 本発明に係るインバータ装置の構成例を示す図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。 収納配管の構成を示す図である。 収納配管の構成を示す図である。 本発明に係るインバータ装置の構成例を示す正面図である。

符号の説明

１０ キャビネット
１１ ポンプ
１２ ポンプ
１３ モータ
１４ モータ
１５ 吸込管
１６ 吐出集合管
１８ ボール弁
１９ 圧力タンク
２１ 逆流防止装置
２２ ストレーナ
２３ ボール弁
２４ 吸込口
２５ 吐出口
２６ 架台
２７ 吸込圧力センサ
２９ インバータ装置
３０ インバータ装置
３１ 収納配管
３２ 吸気口
３３ 排気口
３４ ファン
３５ 吸気ダクト
３６ 排気ダクト
３７ 仕切板
３９ フロースイッチ
４０ チェッキ弁内蔵ボール弁
４１ 追加配管
４２ 骨組
４３ ゴムパッド
４４ フィルタ

Claims (12)

1. 水を加圧して送水するポンプと、該ポンプのケーシングの吸込側及び吐出側に接続された配管と、前記ポンプを駆動するモータと、該モータに電力を供給するインバータ装置とを、一体的にキャビネット内に収容したキャビネット型の給水装置において、
   前記インバータ装置は、インバータ素子部及び前記モータを制御する制御部が搭載された基板部と、該基板部で発生する熱を放熱するフィン部と、冷却を促進させる冷却促進ファンを具備する構成であり、
   前記キャビネットの側面には、吸気口及び排気口を設け、
   前記キャビネット内には、一端が前記吸気口に連通した吸気ダクトと、一端が前記排気口に連通した排気ダクトと、内部に前記インバータ装置を収納した収納配管を配置し、
   前記収納配管内のインバータ装置に備わった前記冷却促進ファンを設けると共に、端部に追加ファンを設け、
   前記ポンプの運転時、前記冷却促進ファン及び前記追加ファンを運転し、前記冷却促進ファンの運転により外気を前記吸気口から前記吸気ダクト内を通して前記収納配管内に導き、前記インバータ装置が発する熱と熱交換させて前記キャビネット内に導入し、前記モータ周辺の空気を強制的に循環させ、前記追加ファンの運転により前記収納配管内に導入された前記外気を強制的に排気し、該収納配管から前記キャビネット内に導入され前記モータ周辺で循環した空気に混入させ前記排気ダクトを通って前記排気口から前記キャビネット外に排気することを特徴とするキャビネット型の給水装置。
2. 請求項１に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記キャビネットの側面に設けた前記吸気口及び排気口の位置を前記インバータ装置の取付け位置より下方に位置させたことを特徴とするキャビネット型の給水装置。
3. 請求項１又は２記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記収納配管の少なくとも前記インバータ装置を配置した部分は、配管形状の骨組にカバーを着脱自在に取り付けた構成であることを特徴とするキャビネット型の給水装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記収納配管のインバータ装置を配置した部分を該インバータ装置の基板部とフィン部の間に設けた仕切板で通気部分を２系統とし、フィン部側通気部には前記冷却促進ファンにより導入した外気を、基板部側通気部には前記キャビネット内の空気を導くように構成したことを特徴とするキャビネット型の給水装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記追加ファンは前記２系統の通気部分に強制的に空気を導くことができるように配置されていることを特徴とするキャビネット型の給水装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記追加ファンは１台又は複数台であることを特徴とするキャビネット型の給水装置。
7. 請求項５又は６に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記追加ファンによる前記２系統の通気部分の通気割合を調整することを特徴とするキャビネット型の給水装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
   ファン制御手段、前記インバータ装置又は前記キャビネット内の所定位置の温度を検知するセンサを設け、前記ファン制御手段は前記センサで検知した検知温度が所定温度を越えたら前記追加ファンを運転し、所定温度以下となったら停止することを特徴とするキャビネット型の給水装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
   前記収納配管に配管を追加し、空気の通過面積を増大させることを特徴とするキャビネット型の給水装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
    前記収納配管入出口、途中、インバータ装置の流入直前の少なくとも１箇所に、防虫、防塵のためのフィルタを取付けたことを特徴とするキャビネット型の給水装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
    前記吸気口及び排気口に、指が入らない網を設けたことを特徴とするキャビネット型の給水装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のキャビネット型の給水装置において、
    前記吸気口及び排気口に、ルーバーを設けたことを特徴とするキャビネット型の給水装置。

Images