JP4849932B2

JP4849932B2 - 自動運転型水中ポンプ

Info

Publication number: JP4849932B2
Application number: JP2006090795A
Authority: JP
Inventors: 正実池田; 和秀笠松; 竜弘尾崎; 雅夫上田
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007263028A

Description

本発明は、一般家庭排水が貯留される貯水槽等における汚水を排水するのに適した自動運転型水中ポンプに関するものである。

従来、この種の自動運転型水中ポンプとしてフロートスイッチを用いた構造のものがあり、通常、起動水位検出用フロートスイッチと停止水位検出用フロートスイッチとを上下方向に離隔してそれぞれ備え、汚水の流入による水位の上昇により起動水位検出用フロートスイッチがオンされて起動水位を検出すると水中ポンプが起動されるように制御されていた。

そして、水中ポンプの駆動により汚水が排水されると、水位が漸次下降し、停止水位検出用フロートスイッチがオフされて停止水位を検出すると水中ポンプが停止されるように制御されていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このような自動運転型水中ポンプによれば、起動水位検出用フロートスイッチと停止水位検出用フロートスイッチとがそれぞれ必要とされるため、コストが嵩むという欠点があった。

そこで、単一のフロートスイッチで自動運転制御可能とすべく、起動水位検出用フロートスイッチとタイマとの組合せにより自動運転を可能とした水中ポンプも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。即ち、水位の上昇により起動水位検出用フロートスイッチが起動水位を検出すると水中ポンプが起動されると共にタイマが作動し、タイマに予め設定されている一定時間のポンプ運転時間経過後に水中ポンプが停止するように制御されている。

また、上部水位センサと下部水位センサを上下方向に僅かな間隔を隔てて対設した保持体を水中ポンプの上方部に装着し、水位上昇による上部水位センサの水位検出により水中ポンプが起動され、水位下降により上部水位センサの水位未検出後、下部水位センサの水位検出までに要した時間を基準として、予め定められた停止水位まで水位が低下するのに要する時間を演算し、その演算時間を限度として水中ポンプの運転を継続し、タイムアップにより停止される水中ポンプも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

実開平１−１７６７７２号公報実開昭５２−１７９０１号公報特開２００１−５９４９１号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示のようなタイマによりポンプ運転時間が予め一定時間に設定されている制御方法によれば、設置される貯水槽等の槽の容量や汚水流入量の変化で停止水位が大きく変動するおそれがあり、最悪の場合には、水中ポンプがエアロックを起こし、排水機能に支障が生じるおそれもあった。

また、前記特許文献３に開示のような水中ポンプの起動時における水位下降速度を勘案する制御方法によれば、停止水位の安定が図れるが、上部水位センサと下部水位センサとの複数のセンサが必要とされ、コスト高を招く欠点があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、単一の水位検出センサにより目標とする停止水位付近で安定して停止させることができる自動運転型水中ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための技術的手段は、水位検出センサによる水位の検出によって運転制御される自動運転型水中ポンプにおいて、前記水位検出センサが水中ポンプを起動させるタイミングを計るためのトリガー水位の検出位置に備えられ、前記水位検出センサによるトリガー水位の検出によりカウントが開始され、予め設定された設定時間経過後に水中ポンプを起動させるための起動用タイマと、水中ポンプの起動によりカウントが開始され、前記トリガー水位に下降するまでの水位下降時間を計測する下降時間計測タイマとが備えられ、前記下降時間計測タイマにより計測された水位下降時間から流入水量と排出水量の比を算出すると共に、前記流入水量と排出水量の比を基準として、予め設定された停止水位まで水位が下降するのに要する時間を、流入水がない場合の時間に流入水による増分時間を加算するようにして演算し、該演算により求められた時間の経過後に水中ポンプが停止されるように運転制御される点にある。

また、前記水位検出センサが静電容量センサからなる構造としてもよい。

以上のように、本発明の自動運転型水中ポンプによれば、水位検出センサが水中ポンプを起動させるタイミングを計るためのトリガー水位の検出位置に備えられ、水位検出センサによるトリガー水位の検出によりカウントが開始され、予め設定された設定時間経過後に水中ポンプを起動させるための起動用タイマと、水中ポンプの起動によりカウントが開始され、トリガー水位に下降するまでの水位下降時間を計測する下降時間計測タイマとが備えられ、下降時間計測タイマにより計測された水位下降時間から流入水量と排出水量の比を算出すると共に、前記流入水量と排出水量の比を基準として、予め設定された停止水位まで水位が下降するのに要する時間を、流入水がない場合の時間に流入水による増分時間を加算するようにして演算し、該演算により求められた時間の経過後に水中ポンプが停止されるように運転制御される構造とされているため、設置される貯水槽等の槽の容量や汚水流入量の変化に影響されずに目標とする停止水位付近で安定して停止させることができる。また、水中ポンプの運転制御に必要とされる水位検出センサが単一でよいため、製造コスト削減も図れる利点がある。

また、水位検出センサが静電容量センサからなる構造とすれば、フロートスイッチのように浮き沈み揺動によって検出する方式でないため、コンパクトに構成でき、貯留水中に浮遊する雑芥類等の絡みつきによる動作不良も有効に防止でき、水中ポンプの駆動制御が良好に行える利点がある。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は自動運転型の水中ポンプ１を示しており、ポンプ本体２と、設置される貯水槽内の液面高さを検出する水位検出センサとしての静電容量センサ３と、静電容量センサ３の検出信号に応じてポンプ本体２を運転制御するポンプコントローラ４とを備えている。

ポンプ本体２は、モータ部２ａを収容するモータケーシング部２ｂと、該モータケーシング部２ｂの上部を覆うモータカバー部２ｃと、モータケーシング部２ｂの下部に配置され、羽根車５を収容するポンプケーシング部２ｄとを備える。

また、ポンプケーシング部２ｄの下側には、ポンプケーシング部２ｄの吸込口を囲繞して、周面に複数の連通開口６ａが形成された筒状の吸込口カバー体６が配設され、さらにまたポンプケーシング部２ｄの一側部の排出部には、排水管７が接続される構造とされている。

前記静電容量センサ３は、水中ポンプ１を起動させるタイミングを計るべく、適宜高さ水位であるトリガー水位ＴＬの検出位置に対応して、ポンプ本体２におけるモータカバー部２ｃの上部一側部に取付け固定されている。

この静電容量センサ３は、センサ本体３ａより一側方突出状に検出電極３ｂを備え、センサ本体３ａ内には、図２にも示されるように、回路構成要素の回路定数で定まる周期で発振または繰り返しパルスを発生する発振回路３ｃや、発振回路３ｃにおける発振周波数の変化を電流変化に変換する変換回路を備えると共に、発振回路３ｃおよび変換回路の電源電流を発振周波数の変化に応じて変化させる電流制御回路３ｄが備えられている。そして、検出電極３ｂ付近の水の有無での電流変化を検出することにより、水位Ｈが検出電極３ｂ位置に達しているかどうかを検出する構成とされている。

前記ポンプコントローラ４は、槽内における波立ちの影響を排除すべく、静電容量センサ３の検出信号を所定時間間隔で平均化する平均化処理部４ａと、平均化処理部４ａから出力された電流値により水位Ｈがトリガー水位ＴＬに達しているかどうかを判定する電流値判定部４ｂと、電流値判定部４ｂから出力される判定信号等に基づき、タイマのカウントやポンプ継続運転時間を演算するタイマ演算部４ｃと、タイマ演算部４ｃから出力される制御信号に基づき、水中ポンプ１を駆動制御するポンプ制御部４ｄとを備えている。

即ち、前記タイマ演算部４ｃは、トリガー水位ＴＬの検出の判定信号によりカウントが開始され、予め起動時間として設定された設定時間Ｔａ経過後に水中ポンプ１を起動させる起動用タイマと、水中ポンプ１の起動によりカウントが開始され、トリガー水位ＴＬに下降するまでの水位下降時間Ｔｂを計測する下降時間計測タイマとを備え、下降時間計測タイマにより計測された水位下降時間Ｔｂを基準として、予め設定された所望の停止水位ＬＬまで水位Ｈが下降するのに要する時間としての残りのポンプ継続運転時間Ｔｃを演算し、このポンプ継続運転時間Ｔｃを経過すると停止信号を出力する構成とされている。

なお、図１における８は電源供給用のケーブルである。

次に、図３に示されるフローチャートに基づき、水中ポンプ１の自動運転制御について説明する。

貯水槽内に水中ポンプ１が設置された状態において、静電容量センサ３は汚水に漬かっておらず、静電容量センサ３は水位未検出状態となっている（ステップＳ１）。その後、時間の経過と共に汚水が槽内に流入してくると貯留される汚水の水位Ｈが漸次上昇していく。

そして、静電容量センサ３による水位Ｈの検出・未検出によりトリガー水位ＴＬに達したかどうかが判断され（ステップＳ２）、静電容量センサ３により水位Ｈが検出されると、トリガー水位ＴＬに達したと判断されて、起動用タイマに設定された設定時間Ｔａのカウントが開始され（ステップＳ３）、その後、設定時間Ｔａが経過したかどうかが判断される（ステップＳ４）。またこの設定時間Ｔａのカウントが行われている間に、槽内の水位Ｈは流入する汚水によって漸次上昇していく。

この設定時間Ｔａが経過するとポンプ制御部４ｄに起動信号が出力され、水中ポンプ１が起動されると共に、下降時間計測タイマによる水位下降時間Ｔｂのカウントが開始される（ステップＳ５）。この水中ポンプ１の起動時には、水位Ｈが適宜高さ上昇しており、例えば、図１に示されるような適宜高さの起動水位ＳＬとなっている。

その後、水中ポンプ１の起動により槽内の汚水が排水管７を通じて漸次排水され、水位Ｈが漸次下降していく。そして、静電容量センサ３により水位Ｈがトリガー水位ＴＬまで下降したかどうか、即ち、静電容量センサ３による水位Ｈの検出が水位Ｈの未検出状態になったかどうかが判断され（ステップＳ６）、水位Ｈがトリガー水位ＴＬまで下降したことが検出されると、下降時間計測タイマによる水位下降時間Ｔｂのカウントが終了し、トリガー水位ＴＬに至るまでの水位下降時間Ｔｂが計測される（ステップＳ７）。

次に、下降時間計測タイマにより計測された水位下降時間Ｔｂを基準として、停止水位ＬＬまで水位Ｈが下降するのに要する残りのポンプ継続運転時間Ｔｃを演算により求める（ステップＳ８）。

このポンプ継続運転時間Ｔｃを求める演算式としては、例えば、汚水の単位時間あたりの流入水量をＲ、水中ポンプ１による単位時間あたりの排水水量をＰと仮定すると、設定時間Ｔａが経過するまでに流入する総流入水量と、水中ポンプ１の起動後、水位下降時間Ｔｂにおいて排水できる総排水水量との関係は、Ｒ×Ｔａ＝（Ｐ−Ｒ）×Ｔｂとなる。

従って、この時間帯における流入水量Ｒが求められる。即ち、
Ｒ＝Ｐ×Ｔｂ／（Ｔａ＋Ｔｂ）…（１）となる。

また、槽の断面積をＳ、トリガー水位ＴＬと停止水位ＬＬとの高低差をＬａとすると、水位Ｈがトリガー水位ＴＬから停止水位ＬＬに至るまでに排水する必要がある総排水水量と、ポンプ継続運転時間Ｔｃに排水できる水量との関係は、
Ｓ×Ｌａ＝（Ｐ−Ｒ）×Ｔｃ…（２）となる。

この（２）式の流入水量Ｒに前記式（１）を代入すると、
Ｔｃ＝Ｓ×Ｌａ×（Ｔａ＋Ｔｂ）／Ｐ×Ｔａ…（３）となり、ここに（３）式より、ポンプ継続運転時間Ｔｃが演算により求めることができる。

そして、水位Ｈがトリガー水位ＴＬ以下になった時点から求められたポンプ継続運転時間Ｔｃのカウントが開始され、ポンプ継続運転時間Ｔｃが経過したかどうかが判断される（ステップＳ９）。そして、ポンプ継続運転時間Ｔｃが経過すれば、水位Ｈが下降して停止水位ＬＬに達したと判断され、水中ポンプ１の運転が停止される（ステップＳ１０）。

その後、上記同様にして水位Ｈの上下動に連動して、水中ポンプ１の起動・停止の自動運転制御が繰り返される。

本実施形態は以上のように構成されており、水位Ｈの上昇により静電容量センサ３によるトリガー水位ＴＬの検出後、起動用タイマに設定された設定時間Ｔａが経過した後、水中ポンプ１が起動され、この水中ポンプ１の起動による排水作用により水位Ｈが下降してトリガー水位ＴＬに達するまでの水位下降時間Ｔｂを計測し、この計測された水位下降時間Ｔｂを基準として、停止水位ＬＬまで水位Ｈが下降するのに要するポンプ継続運転時間Ｔｃを求め、ポンプ継続運転時間Ｔｃの経過後、水中ポンプ１を停止する運転制御であるため、排水量の多い時間帯や排水量の少ない時間帯にかかわらず、その時々の汚水流入量に応じて所望の停止水位ＬＬに至るまでの理想的なポンプ継続運転時間Ｔｃを割り出すことができるため、貯水槽内に対する汚水流入量の変化に影響されずに、目標とする停止水位ＬＬ付近で安定して停止させることができる利点がある。

従って、水中ポンプ１の起動に無駄が無く、エアロックも有効に防止でき、起動頻度や運転時間を最適にすることができるため、水中ポンプ１の寿命の向上も図れる利点がある。

また、水中ポンプ１の運転制御に際して、必要とされる静電容量センサ３が単一でよいため、製造コスト削減も図れる利点がある。

さらに、水位検出センサとして静電容量センサ３を採用しているため、フロートスイッチのように浮き沈み揺動によって検出する方式でなく、コンパクトに構成でき、貯留水中に浮遊する雑芥類等の絡みつきによる動作不良も有効に防止でき、水中ポンプ１の駆動制御が良好に行える利点がある。

なお、上記実施形態において、静電容量センサ３をモータカバー部２ｃの上部一側部に取付け固定した構造を示しているが、ポンプ本体２に装着された取付けロッド等に高さ調整自在に取付ける構造であってもよく、実施形態の検出位置に何ら限定されない。

また、水位検出センサとして静電容量センサ３を採用した構造を示しているが、従来より採用されている電極式センサやフロートスイッチであってもよい。

本発明の実施形態にかかる側断面説明図である。同制御ブロック図である。運転制御のフローチャートである。

符号の説明

１水中ポンプ
２ポンプ本体
３静電容量センサ
４ポンプコントローラ

Claims

水位検出センサによる水位の検出によって運転制御される自動運転型水中ポンプにおいて、
前記水位検出センサが水中ポンプを起動させるタイミングを計るためのトリガー水位の検出位置に備えられ、
前記水位検出センサによるトリガー水位の検出によりカウントが開始され、予め設定された設定時間経過後に水中ポンプを起動させるための起動用タイマと、水中ポンプの起動によりカウントが開始され、前記トリガー水位に下降するまでの水位下降時間を計測する下降時間計測タイマとが備えられ、
前記下降時間計測タイマにより計測された水位下降時間から流入水量と排出水量の比を算出すると共に、前記流入水量と排出水量の比を基準として、予め設定された停止水位まで水位が下降するのに要する時間を、流入水がない場合の時間に流入水による増分時間を加算するようにして演算し、該演算により求められた時間の経過後に水中ポンプが停止されるように運転制御されることを特徴とする自動運転型水中ポンプ。
請求項１に記載の自動運転型水中ポンプにおいて、
前記水位検出センサが静電容量センサからなることを特徴とする自動運転型水中ポンプ。