JP6404593B2

JP6404593B2 - ポンプ装置

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Publication number: JP6404593B2
Application number: JP2014100383A
Authority: JP
Inventors: 小松　崇秀; 崇秀小松; 正和駒井; 亮太郎唐木; 健太塚越; 孝英小澤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP2015218586A

Description

本発明は、ポンプ装置に係り、特にポンプが停止しているときに発生する錆付ロックや水垢ロックを防ぐ機能を備えたポンプ装置に関するものである。

ポンプに水を入れたまま運転しないで、例えば２〜３ヵ月という長期間放置すると、錆付ロックや水垢ロックという状態が発生する。錆付ロックとは、酸化物（いわゆる錆：酸化第二鉄）が、羽根車とポンプケーシングまたはケーシングカバー間等の回転部と固定部間の小さい間隙に蓄積し、異なる部品同士が一体となり、ポンプが起動できなくなる現象である。また、水垢ロックとは、羽根車とポンプケーシングまたはケーシングカバー間等の回転部と固定部間の間隙に水垢が蓄積して、ポンプが起動できなくなる現象である。

このような現象を防止する一般的な方法としては、水が使用されない状態で微速にてポンプの運転を継続する方法がある（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、水が使用されていない場合でもポンプの運転を継続するため、省エネルギーの観点から好ましくない。また、特に小型のポンプにおいては締切状態（ポンプの吐出流量が０の状態）で微速運転を継続するとポンプの運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、使用環境によってはポンプ内の温度が上昇してしまう可能性がある。ポンプ内の温度が上昇すると機器が破損したり、高温の水が出る危険性がある。

インバータによるソフトスタート／ソフトストップを行うことによりポンプ始動時の機器に対する衝撃は緩和されるので、ポンプを完全に停止しても特許文献１に記述されているようなフレッティングコロージョンの発生による機器の故障は避けることが可能である。

また、羽根車とポンプケーシングまたはケーシングカバーの形状を工夫し停止中の羽根車とポンプケーシングまたはケーシングカバーとの接触面を減らす方法がある（例えば特許文献２および特許文献３参照）。

しかしながら、この方法では、接触面が小さくなるのみで、接触面は無くならない。したがって、ポンプが、例えば中水(再利用水)のように水質が悪く錆や水垢が発生しやすい場所や、別荘などのように何か月間も水の使用がないような場所に設置される場合、回転部と固定部とが固着する可能性がある。また、固着させないためには錆や水垢が発生しにくい材料を使用すると効果的だが高価となる。更に、この方法を用いた場合、実際の使用環境下にて回転部と固定部とが固着した場合に、羽根車やポンプケーシングおよびケーシングカバーの形状を変更するなどの調整は簡単には出来ないので、定期的にポンプを運転させるかまたは水を完全に抜く必要がある。このような観点から上述した方法はどのような環境下でも適応できる方法ではない。

羽根車の回転軸への取り付け方法を工夫し、ポンプの停止中に羽根車とケーシングまたはケーシングカバーとが接触しないようにした方法もある（例えば特許文献４および特許文献５参照）。しかしながら、このような方法は、キーのみで回転軸と羽根車を固定する従来の方法に比べて、羽根車を回転軸に固定するための止めねじの調整が必要になる。この止めねじの調整には、羽根車の位置を調整するための治具等を用いる必要があり、組立て工程が複雑になる。また止めねじや係止部材などの部品点数が増えコストアップにつながる。

特開２００３−１７６７８７号公報実開昭６２−１８３９２号公報実開昭６２−７２４９８号公報実開昭６１−５３５８７号公報実開昭６１−１４０１９３号公報

本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、羽根車等の回転部と、ケーシングやケーシングカバー等の固定部との錆付きロックや水垢ロックによる固着を防止することができるポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、羽根車を有するポンプと、前記ポンプを駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するインバータ装置と、始動条件が満たされたときに前記ポンプを始動させ、前記ポンプの吐出側圧力が所定の目標吐出圧力に維持されるように前記ポンプの運転を制御し、停止条件が満たされたときに前記ポンプを停止させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ポンプの停止時間が設定値に達した場合は、前記ポンプの吐出側圧力が上昇しない回転速度で前記ポンプを予め定められた時間だけ運転させる固着防止運転を実行することを特徴とするポンプ装置である。

本発明の好ましい態様は、前記固着防止運転時の前記ポンプの前記回転速度は、前記ポンプの締切運転時に前記目標吐出圧力を達成するために必要な速度よりも低いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記ポンプの停止時間が前記設定値に達し、かつ前記ポンプの吐出側圧力が所定のしきい値よりも高い場合に、前記固着防止運転を実行することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記始動条件は、前記ポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下することであり、前記所定のしきい値は、前記始動圧力よりも高いことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記固着防止運転中に前記始動条件が満たされたときは、前記制御装置は前記固着防止運転を停止し、前記ポンプの通常運転を行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記始動条件は、前記ポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下することであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記始動条件は、前記ポンプの吐出側の流量が所定の値にまで増加したことであり、前記固着防止運転中に前記ポンプの吐出側の流量が所定の値にまで増加したときは、前記制御装置は前記固着防止運転を停止し、前記ポンプの通常運転を行うことを特徴とする。

この発明によれば、長時間水の使用がない場合でも回転部と固定部の固着による起動不可を防止することができる。すなわち、ポンプ内の水の停滞による水垢や錆が発生するより短いタイミングで定期的にポンプを起動、停止させることにより羽根車の位置を変位させるとともにポンプ内の水を撹拌する。本発明によれば、ポンプの形状や組立てを複雑にすることなく、ポンプの起動不可の原因である回転部と固定部間の水垢ロックや錆付きロックを予防して、ポンプが起動不可となることを防止することができる。そして、ポンプの起動後短時間でポンプを停止することによりポンプの固着防止運転のための消費エネルギーを最小限とすることができる。

水が使用されない時はポンプの吐き出し側の水栓を全て締め切られた状態となる。この締切り時はポンプの締切カーブ特性によってポンプ速度と圧力の関係は２次曲線となる。従って、ポンプの締切状態において目標吐出圧力（ポンプの通常運転時の目標圧力）に対応する回転速度よりも低い回転速度でポンプを回転させても、目標吐出圧力よりも圧力が上昇することはなく、次に水を使用するときにポンプの吐き出し側の圧力が目標吐出圧力以上になることはないので安全である。また、ポンプ温度が上昇しないように短時間のみポンプを運転させることにより、締切運転における温度上昇などの危険性がない。

本発明のポンプ装置は、ポンプの停止状態が継続した場合に目標吐出圧力よりも低い圧力に対応する回転速度でポンプを定期的に短時間で運転するため、ポンプ内の水を安全に撹拌することができる。ポンプの固着防止運転中に水が使われた場合は、速やかに通常の圧力制御運転が再開される。

図１（ａ）は自吸式渦流ポンプの一部断面正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は渦流ポンプの作用と原理を説明する斜視図と断面図である。図３（ａ）は本発明の一実施形態に係るポンプ装置としての給水装置の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す給水装置の正面図である。図３の給水装置を説明する模式図である。ポンプの特性曲線を示す図である。ポンプの動作を示すグラフである。ポンプの固着防止運転の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
図１の一部断面正面図と側面図を参照して自吸式渦流ポンプを説明する。渦流ポンプ３１０は、カスケードポンプ又は摩擦ポンプの名前でも呼ばれるポンプであり、周縁に多数の溝を切った円板として形成された羽根車３１１を備える。このポンプ３１０は小型であるが、１個の羽根車で数段の渦巻ポンプに匹敵する揚程を得られ、小水量高揚程の目的に適している。またこのポンプ３１０は自吸性を有するので、家庭に給水を行うために受水槽に蓄えた水や井戸水を供給するのに適している。羽根車３１１はポンプケーシング３１２に収納されている。ポンプケーシング３１２の羽根車３１１の軸の方向から見た正面には、ケーシングカバー３１３がボルトで取り付けられており、これを取り外すと羽根車３１１にアクセスでき、保守点検が容易である。

自吸式ポンプ３１０は、水を吸い込んで吐出す羽根車３１１を備える。羽根車３１１は、水平方向に配置された回転軸１１１に固定され回転する。羽根車３１１は、回転軸１１１の一端部に軸方向に移動自在に、かつキー１２を介して回転軸１１１とともに回転可能に取付けられている。図示省略した回転軸１１１の他端部は、ポンプケーシング３１２に収納される。ポンプケーシング３１２の上部には、羽根車３１１から吐き出される空気の混合した水（気液混合水）から気体を分離する気液分離室１１２が、羽根車３１１の水の吐き出し側に形成されている。

気液分離室１１２には、羽根車３１１から水を流出させる吐出流路１１３と、吐出流路１１３の下流側（鉛直方向上方）に形成され、吐出流路１１３から流入する気液混合水を水と空気に分離する気液分離部１１２ａと、気液分離部１１２ａで分離された水を羽根車３１１に戻す還流路１１４とが形成されている。吐出流路１１３と還流路１１４とは、鉛直方向に設けられた第１の分流壁１１５で隔てられている。分流壁１１５の根元には、還流路１１４から羽根車３１１に水を戻す還流口１１４ａが形成されている。

気液分離室１１２には、吐出流路１１３を流れる水の流れを２つに分岐させる第２の分流壁１１６が鉛直方向に設けられている。第２の分流壁１１６は、第１の分流壁１１５に沿って、鉛直方向に配置されている。本実施の形態では、第２の分流壁１１６は、吐出流路１１３から気液分離部１１２ａにかけて配置されている。

第１の分流壁１１５は、下端が羽根車３１１の近傍になるように配置されている。第１の分流壁１１５の下端は、羽根車３１１の外周と所定の隙間となるような位置にある。第２の分流壁１１６の下端と羽根車３１１の外周との距離は、第１の分流壁１１５の下端と羽根車３１１の外周との距離よりも大きくなるように構成されている。また、第２の分流壁１１６の上端は、第１の分流壁１１５の下端より高い位置となるように位置決めされている。

気液分離室１１２は、ポンプ停止時に呼水が溜まるように、ポンプケーシング３１２内で上方が開放された容器状に構成され、上部が気液分離部１１２ａ、下方に吐出流路１１３と、吐出流路１１３と並列に還流路１１４が形成されている。自吸運転時は、羽根車３１１から吐出された水は、吐出流路１１３から気液分離部１１２ａへと下方から上方に流れる。還流路１１４内では、気液分離部１１２ａで気体と分離された水は上方から下方に流れるように構成されている。

また気液分離室１１２に溜まった水は、気液分離室隔壁１１７の上端を溢れて流れるように構成されている。気液分離室隔壁１１７は、気液分離室１１２と、ポンプ吐出水路１１８とを隔てる壁である。ポンプ吐出水路１１８は、鉛直方向に配置されその下端部にポンプ吐出口３２６ｂが形成されている。

一方、吸込側隔壁１２２が、吐出流路１１３とポンプ吸込流路１２１とを隔てる。ポンプ吸込流路１２１は、鉛直方向に配置され水は上方から下方に流れ、羽根車３１１に吸い込まれるように構成されている。またポンプ吸込口３２６ａから吸い込まれた水は、鉛直方向に配置されたポンプ吸込水路１２３を下方から上方に流れる。ポンプ吸込水路１２３の上端部には、チェッキ弁３２１が設けられ、これを通じて、ポンプ吸込水路１２３とポンプ吸込流路１２１とが連通する。

ポンプケーシング３１２の最上部、すなわち気液分離室１１２の気液分離部１１２ａの上方には、呼水栓３２８が取り付けられている。

図１を参照して、本実施の形態の自吸式ポンプの作用を説明する。呼水栓３２８からポンプケーシング３１２に呼び水を注入し栓を締める。呼水は気液分離室１１２の上流側、気液分離室１１２から羽根車３１１までのケーシング部分の空間を満たす。本実施形態では、チェッキ弁３２１があるので羽根車３１１から上方に存在する吸込流路１２１内の空気は抜けず、ここには呼水が入らない。しかしながら羽根車３１１が水に浸れば差し支えない。呼水完了後、運転を開始すると、羽根車３１１が回転し、ポンプ３１０の吸込側に備えられたチェッキ弁３２１よりも吸込側のポンプ部であるポンプ吸込水路１２３及び吸込配管部から空気が運ばれて来て（吸込流路１２１内の空気も一緒に）、ポンプケーシング３１２内の水と混ざり合って気液混合水となり、気液分離室１１２に流入する。

気液分離室１１２に向けて、吐出流路１１３に流出する気液混合水は、羽根車３１１から遠ざかる方向の速度成分と羽根車３１１の回転方向の速度成分をもっているため、第２の分流壁１１６によって分岐した２つの吐出流路のうち、吸込側隔壁１２２側の流路に主流が集まり、この流路内の平均流速はもう一方の流路内の平均流速より大きくなる。この時の刺激が気液分離作用を生み出す。

空気は上方に移動して吐出側の開放部からポンプ吐出水路１１８に抜ける一方で、水は還流路１１４を通って還流口１１４ａに戻る。還流口１１４ａに戻った水は、ポンプの吸込側に備えられたチェッキ弁３２１よりも吸込側のポンプ吸込水路１２３及び吸込配管部から運ばれてきた空気と混ざり合って気液混合水となり、再び気液分離室１１２にて気液分離される。

第２の分流壁１１６の下端を第１の分流壁１１５の下端より高い位置とすることにより、分岐前の吐出流路に適度な助走区間１１９を設けることができる。この助走区間１１９がないと、気液混合水は、羽根車３１１から遠ざかる方向の速度成分が殆どないうちに第２の分流壁１１６の下端に辿り着くため、分岐した２つの吐出流路のうち、吸込側隔壁１２２の側の流路のみが事実上の吐出流路となり、もう一方の流路と第１の分流壁１１５により形成された還流路１１４の２つの流路が共に、還流路となってしまう。この場合は、良好な気液分離作用が行われないだけではなく、吐出流路を狭くした状態に近くなる。言い換えれば、吐出流路１１３内に流出した直後の気液混合水は、極端に吸込側隔壁１２２の側へ偏った流れとなっているため、適度な助走区間１１９を設けて少し偏りを減少させないと、その後に分岐した２つの流路が共に吐出流路として機能するようにならない。

また、助走区間１１９が大きすぎると、吐出流路１１３内の流速分布が平均化され過ぎて、第２の分流壁１１６により２つの吐出流路に分岐しても気液分離作用を高めることができない。

吐出流路１１３内の流速分布が適度に偏っている時に第２の分流壁１１６を設けると、極端に吸込側隔壁１２２の側へ偏った流れが反対側へ移行しつつある時にそれに対抗する障壁ができ、より気液分離が促進される。適正な助走区間１１９の目安は概ね、吐出流路１１３幅と同程度であることが実験的に分かっている。

これに加えて、第２の分流壁１１６の上端を第１の分流壁１１５の上端より高い位置とすることにより、ポンプケーシング３１２上部に移動していく空気が、還流路１１４の水の流れに巻き込まれて還流口１１４ａに戻るのを防止することができる。

図２の斜視図と断面図を参照して、本発明に用いるのに適したポンプの例として渦流ポンプの原理を説明する。先に説明したように、渦流ポンプ３１０は、カスケードポンプ又は摩擦ポンプの名前でも呼ばれるポンプである。回転軸１１１に支持された羽根車３１１は、図２（ａ）に示すように、円板の周縁に多数の溝を切って構成される。

羽根車３１１の外周に沿って、通路壁１３１で断面がコの字型に囲まれた水通路１３２が形成されている。水通路１３２は、吸込流路１２１の羽根車３１１への流入口から吐出流路１１３の入口まで、断面形状が一様のコの字型に形成されている。吸込側隔壁１２２の部分では、水通路１３２は絞られており、羽根車３１１の外周と通路壁１３１は、僅かな隙間をもって配置されている。

一つ一つの溝を羽根と考えると、一つの羽根溝中の水は回りながら遠心力により外に放出される。その運動のエネルギーを水通路１３２内の水に伝えてだんだんと圧力を上げて行く。放出された水のあとには水通路１３２から羽根の根元に水が入り込むので、結局水の流れは吸込から吐出までの間に数多くの渦を巻くことになる。このようなところから、本ポンプは渦流ポンプと呼ばれる。

一方水は溝の形成された羽根車３１１に、摩擦により引っ張られて圧力を生じ、また水流が生じると考えることもできるところから、摩擦ポンプとも呼ばれる。このような構造と原理から、渦流ポンプは自吸性能に優れている。

渦流ポンプ３１０においては、ポンプ運転中には羽根車３１１の軸方向両端面と、これらと対向するポンプケーシング３１２およびケーシングカバー３１３の各内端面との間に微小間隙６が保たれている。すなわち、羽根車３１１の軸方向変位を容易にするために、羽根車３１１の軸孔を回転軸１１１の外径より若干大きめに形成するとともに、キー１２を介して回転力を伝達する。ポンプ運転中は羽根車室内における圧力バランスにより自動的に上記間隙６が調整される。

しかしながら、羽根車３１１は軸方向に対して固定されていないため、ポンプ３１０の停止中は羽根車３１１が自重によりポンプケーシング３１２またはケーシングカバー３１３と接触した状態となる可能性がある。この接触部分に錆や水垢が発生し易い。錆や水垢が発生してしまうと羽根車３１１がポンプケーシング３１２またはケーシングカバー３１３と固着してしまい、起動条件が成立してポンプを起動しようとしたときに電動機が過負荷となりポンプが起動できない。

図２は横軸の渦流ポンプであるが、立軸の渦流ポンプも錆付きロックや水垢ロックが発生する原理は同様である。また、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどのターボ型ポンプや容積形ポンプ等の上述の渦流ポンプとは構造が異なるポンプにおいても停止中に流体がポンプ内に残る場合には錆付きロックや水垢ロックが発生する可能性がある。

図３（ａ）の平面図と図３（ｂ）の一部断面正面図を参照して、本発明の実施形態であるポンプ装置の一例としての給水装置２０１を説明する。給水装置２０１は、ポンプ３１０を駆動する電動機２１０と、ポンプ３１０の可変速運転を行なうインバータ装置２３０を備える。インバータ装置２３０は、電動機２１０の近傍に配置されている。

羽根車３１１の下流側の気液分離室１１２の下流側にフロースイッチ３２４が配置され、フロースイッチ３２４の近傍に圧力センサ３２３が配置されている。フロースイッチ３２４は吐出管３２５を流れる水の流量が所定の値まで低下したことを検出する流量検出器である。フロースイッチ３２４と圧力センサ３２３とは、気液分離室１１２の下流に設けられた吐出管３２５に配置されている。吐出管３２５の下流には、給水装置２０１の吐出口３２７が設けられている。吐出管３２５には圧力タンク３２２が接続されている。ポンプケーシング３１２の最上部には呼水栓３２８が設けられている。圧力タンク３２２は、ポンプ３１０の吐出側で、フロースイッチ３２４よりも下流側に設けられている。

給水装置２０１の構成機器である、ポンプ３１０、電動機２１０、インバータ装置２３０、圧力タンク３２２は、ユニットベース３３２の上に載置されボルトで固定されており、全体としてコンパクトにまとめられている。またこれらの機器全体を覆う、樹脂製のユニットカバー３３１が設けられている。ユニットカバー３３１には、ポンプ３１０の吸込口３２６と吐出口３２７に外部からアクセスできる開口３３１ａ、３３１ｂがそれぞれ形成されているが、ユニットカバー３３１とユニットベース３３２とで、前記構成機器全体をほぼ密閉的に覆っている。したがって、風雨から構成機器を守ることができると共に、高い防音効果が得られる。

ポンプケーシング３１２の外側、ほぼ気液分離室１１２の外側には、凍結防止ヒータ３３３が、吐出管３２５の外側には、凍結防止ヒータ３３４が、それぞれ貼り付けられている。

図４の模式図を参照して、給水装置２０１の各構成機器の水の流れに則した配置と作用を説明する。ここで給水装置２０１は自動給水装置であり、ポンプ３１０の吐出側圧力の低下により水が使用されたと判断してポンプ３１０を始動し、ポンプ３１０の吐出流量が低下した時にポンプ３１０を停止する。この運転を自動給水運転といい、また運転速度を自動的に可変速し吐出し圧力の制御を行う。

図４において、地上Ｓから掘られた井戸Ｗｅｌｌには水ＷがレベルＬの所まで溜まっている。給水装置２０１は井戸Ｗｅｌｌに近接して、地上Ｓに据え付けられている。吸込管３０９は給水装置２０１のポンプ３１０の吸込口３２６に接続されている。吸い込まれた水は、チェッキ弁３２１を経てポンプ３１０に吸い込まれる。チェッキ弁３２１は、ポンプ３１０が停止したときに、水が井戸Ｗｅｌｌに逆流しないようにする逆止弁である。ポンプ３１０はカスケードポンプであるので、始動時に吸込管３０９中に空気があっても、それを排出して水Ｗを吸い上げることができるが、チェッキ弁３２１が設けられているので、ポンプ３１０の始動、停止ごとに空気を追い出す必要がない。

フロースイッチ３２４は、ポンプ３１０の吐出流量が所定の値まで低下したことを検出し、検出結果を制御装置２３４に送信する。圧力センサ３２３は、ポンプ３１０の吐出側圧力を検出し、検出結果を制御装置２３４に送信する。

吐出管３２５に設けられた圧力タンク３２２は、耐圧容器内にゴム製のブラダが内蔵されており、吐出圧力が上昇するとブラダの外側の空気を圧縮し水が加圧状態で貯留される。また、吐出管３２５内の圧力が低下するにつれて、圧縮された空気が膨張し、貯留された水を吐出管３２５に押し出す。このようにして、ポンプ３１０が停止しても、しばらくは圧力タンク３２２から吐出管３２５に水が供給される。圧力タンク３２２は、フロースイッチ３２４よりも下流側に設置されているので、圧力タンク３２２から供給される水流をフロースイッチ３２４が検出することはない。

インバータ装置２３０は、電動機としての直流ブラシレスモータ２１０に駆動電力を供給するＩＰＭ（Intelligent Power Module）２３２を備える。インバータ装置２３０内には、ＩＰＭ２３２をコントロールする制御装置２３４が組み込まれている。制御装置２３４は、ＩＰＭ２３２をコントロールできればインバータ装置２３０の外に設けてもよい。制御装置２３４はＤＣＢＬ（直流ブラシレス）コントローラ２３５を含んで構成されている。

ＩＰＭ２３２は、直流ブラシレスモータ２１０から磁極信号を受けて、駆動電力の周波数を直流ブラシレスモータ２１０の回転数に同期させ、モータ２１０の固定子に回転磁界を形成する。ＤＣＢＬ（直流ブラシレス）コントローラ２３５は、ＩＰＭ２３２に電圧信号を送信する。

また、制御装置２３４は、不図示の圧力コントローラ部と速度コントローラ部とを備えるとともに、制御に必要な設定値および運転プログラム等を保存する記憶部２３６を備える。記憶部２３６は給水運転における吐出圧力の制御や後述する固着防止運転に必要な設定値を保存している。記憶部２３６は、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）またはフラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、データの書き換えが可能である。電源を遮断しても記憶部２３６内のデータは消えない。

制御装置２３４には表示パネルなどの表示設定部(不図示)を設けてもよいし、リモコン形式にて表示設定器(不図示)を別途設けて運転状態の確認や設定値の変更を可能としてもよい。または、制御装置２３４に通信ポートを備えた通信部(不図示)を設け、この通信部を介してパソコン等の外部機器を接続し、運転状態の確認や設定値の変更を可能としてもよい。また、給水装置２０１で状態表示や設定変更を行うだけでなく、例えば監視センターなどの遠方から状態表示や設定変更を行うことができるようにしてもよい。更に複数の表示設定部(不図示)を組み合わせてもよい。上述の表示設定部(不図示)では、固着防止運転中であることを表示できる。

圧力センサ３２３からの圧力信号は、制御装置２３４の圧力コントローラ部に入力される。自動給水によるポンプ運転中、圧力コントローラ部は目標吐出圧力と実際の圧力を比較して、制御値を演算し設定速度として速度コントローラ部に送る。速度コントローラ部は、設定速度と実際の運転速度との差に応じた制御信号をＩＰＭ２３２に出力する。ＩＰＭ２３２はこの制御信号に基づいて電動機２１０に駆動電力を供給する。

本実施形態の固着防止運転について図５及び図６を参照して説明する。図５の締切カーブはポンプの特性曲線と呼ばれるもので、締切状態でのポンプの回転速度と圧力の関係は２次曲線となる。なお、図５に記載されている圧力及び速度の値は上述した記憶部２３６に記憶され、ポンプの性能や使用状況、設置場所等の要因により設定変更が可能である。

制御装置２３４は、始動条件が満たされたときにポンプ３１０を始動させ、ポンプ３１０の吐出側圧力が所定の目標吐出圧力に維持されるようにポンプ３１０の運転を制御し、停止条件が満たされたときにポンプを３１０停止させる。ポンプ３１０の停止条件は、ポンプ３１０の吐出流量が所定の値にまで低下したことである。すなわち、水の流量の下限値を設定しておき、フロースイッチ３２４がその下限値を検出すると、制御装置２３４が電動機２１０を、ひいてはポンプ３１０を停止する。

流量が低下して電動機２１０を停止する際に、一時的にポンプ３１０の目標吐出圧力を段階的に上昇させることにより所定の停止圧力まで吐出圧力を上昇させ、圧力タンク３２２内に十分な水が貯留されるようにする。水の流量低下によるポンプ３１０の停止は、フロースイッチ３２４によらず、羽根車３１１の回転速度の下限値に基づいて行なってもよい。

ポンプ３１０の吐出流量が低下してポンプ３１０を停止させる場合、すなわち小水量停止時には圧力タンク３２２内に十分な水が貯留されるように、吐出圧力を図５及び図６に示す停止圧力まで上昇させる。この停止圧力まで上昇させる時のポンプ３１０の回転速度は図５に示す停止動作速度である。ポンプ３１０は、ポンプ３１０の吐出側圧力が停止圧力に達した後、すなわち、圧力センサ３２３からの圧力信号が停止圧力に達した後に停止する。

その後、水が使用されるとしばらくは圧力タンク３２２から水が供給されるが、圧力タンク３２２内の水が少なくなり、圧力センサ３２３の値が所定の始動圧力以下に低下したことを圧力センサ３２３が検知すると、制御装置２３４は電動機２１０を始動し、ポンプ３１０を起動する。すなわち、ポンプ３１０の始動条件は、ポンプ３１０の吐出側圧力が始動圧力にまで低下したことであり、この始動条件が満たされたときに、制御装置２３４はポンプ３１０を起動する。

他の実施形態として、ポンプ３１０の始動条件は、ポンプ３１０の吐出流量が所定の値にまで増加したこととしてもよい。この場合、ポンプ３１０の吐出流量が所定の値にまで低下したことをフロースイッチ３２４が検出しなくなったときに、ポンプ３１０を始動させるか、またはポンプ３１０の吐出流量が所定の値にまで増加したことを別のフロースイッチが検出したときに、ポンプ３１０を始動させる。

上述の始動圧力は停止圧力よりも低い圧力である。始動圧力とポンプ３１０の目標吐出圧力（ポンプ３１０の通常運転時の目標圧力）は異なる値でも同じ値でもよい。ポンプ３１０の始動開始後、制御装置２３４はポンプ３１０の吐出圧力が目標吐出圧力に維持されるようにポンプ３１０の運転を制御する。

制御装置２３４はポンプ３１０の停止時間を計測する固着防止タイマー３５０を備えている。図６に示すように、ポンプ３１０が運転されているときは、固着防止タイマー３５０は動作せず、ポンプ３１０が停止すると、固着防止タイマー３５０はポンプ３１０の停止時間の計測を開始する。

水が使用されず、固着防止タイマー３５０によって計測されたポンプ３１０の停止時間が設定値に達した場合は、制御装置２３４は、予め定められた固着防止運転速度にてポンプ３１０を起動させて、固着防止運転を開始する。この固着防止運転のトリガーとなるポンプ停止時間の設定値は、羽根車３１１の固着が起きる時間よりも短いことが必要である。羽根車３１１の固着時間は水質や使用温度などの環境や、ポンプの構造などにより左右されるので、上述した渦流ポンプにて家庭用の水道水を使用する場合は、停止時間の設定値は１２時間〜４８時間とする。停止時間の設定値は、固着すると予想される時間の１/２〜１/３程度の時間を目安とするが、固着が予想される時間よりも短ければよい。

錆付きロックや水垢ロックが発生し、羽根車３１１がロックしてポンプ３１０の起動不可となるまでの停止時間は数日〜数か月間と、ポンプの形状や材質、または水質、気温、使用状況等により時間的にかなり幅がある。そのため、ポンプ３１０の固着防止運転を開始するトリガーとしての停止時間の設定値を上述した表示設定部で調整可能にすることにより、より効果的な固着防止運転を行うことができる。作業者が停止時間の設定値を調整してもよく、ポンプの停止時間を制御装置２３４に学習させて制御装置２３４が自動調整してもよい。

ポンプ３１０が固着防止運転を開始したと同時に固着防止タイマー３５０はリセットされ、固着防止タイマー３５０は、ポンプ３１０の固着防止運転時間の計測を開始する。予め定められた固着防止運転時間に達したら、制御装置２３４はポンプ３１０を停止させ、固着防止運転を終了させる。同時に、固着防止タイマー３５０をリセットする。

制御装置２３４は、固着防止運転中、ポンプ３１０を所定の固着防止運転速度で運転する。固着防止運転時間は、羽根車３１１が確実に変位する時間に設定し、羽根車３１１が回転して同じ場所で止まることのないように設定する必要がある。また、固着防止運転により、ポンプ３１０内の滞留している水が撹拌されなければならない。小型の渦流ポンプであれば、固着防止運転時間は１秒間〜数十秒間でよい。ポンプ３１０の締切運転を長時間行うとポンプ温度が上昇し、機器に影響を与えたり、またポンプの温度が上昇した状態で水を使用すると高温の水が吐き出されて危険である。したがって、水温や設置場所等の使用環境により固着防止運転時間は調整可能である。

固着防止運転中は締切運転であるため、ポンプ３１０の吐出圧力が目標吐出圧力よりも上昇してはいけない。よって、固着防止運転速度にて運転した時の圧力を、図５に示す締切カーブから算出して目標吐出圧力よりも小さな圧力となるようにする。より具体的には、固着防止運転時のポンプ３１０の回転速度（すなわち固着防止運転速度）は、ポンプ３１０の締切運転時に目標吐出圧力を達成するために必要な回転速度（図５では目標速度）よりも低い回転速度である。このような低い回転速度でポンプ３１０が運転されるので、固着防止運転中はポンプ３１０の吐出側圧力が上昇しない。さらに、固着防止運転時でのポンプ３１０の運転音も低く抑えることができる。図６に示すように、固着防止運転中のポンプ３１０の吐出側圧力は、停止圧力以下である。

固着防止運転中、制御装置２３４は圧力センサ３２３から送られてくるポンプ３１０の吐出圧力の測定値を監視し、何らかの外因によりポンプ３１０の吐出圧力が目標吐出圧力よりも上昇した場合には直ちにポンプ３１０を停止し、固着防止タイマー３５０をリセットする。

また、使用目的やポンプの形状等が明確であれば、ポンプ３１０の停止時間の設定値、固着防止運転時間、及び固着防止運転速度は固定値でもよい。

固着防止運転中の羽根車３１１の回転方向は正転でも、逆転でもよい。羽根車３１１を逆転させる場合は水道本管の汚染防止のためチェッキ弁３２１にて逆流を防止する必要がある。また、逆転動作は水の撹拌力は高いが、逆転中に水が使用された場合は直ちに正転に戻す必要があるため、逆転時間は短い方がよい。

また、正転及び逆転を一回の固着防止運転中に繰り返してもよい。この場合、例えば正転時間を２秒、逆転時間１秒と、正転時間を逆転時間よりも長くすることにより、羽根車３１１が固着防止運転前の位置より変位する。また、前回の固着防止運転とは異なる回転方向で羽根車３１１を回転させてもよい。

制御装置２３４は、固着防止運転中の羽根車３１１の回転を監視し、羽根車３１１が回転しない場合、羽根車３１１がすでに固着していると判断してもよい。この場合、制御装置２３４は、ポンプ３１０の運転を一旦停止し、再度、固着防止運転をリトライし、リトライを繰り返しても固着が解消されない場合は警報表示を行ってもよい。

ポンプ３１０の固着防止運転中にポンプ３１０の始動条件が満たされた場合、すなわち、吐出側圧力が所定の始動圧力まで低下した場合、またはポンプ３１０の吐出流量が所定の値まで増加した場合は、制御装置２３４は直ちにポンプ３１０の通常の運転を行い、ポンプ３１０の吐出圧力が目標吐出圧力に維持されるようにポンプ３１０を運転する。

図７はポンプ３１０の固着防止運転の一例を示すフローチャートである。フロースイッチ３２４が吐出流量が所定の値まで低下したことを検出すると、ポンプ３１０は停止する。固着防止タイマー３５０はポンプ３１０の停止時間を計測し、制御装置２３４は、計測されたポンプ３１０の停止時間が所定の設定値に達したか否かを決定する。

図７に示すように、ポンプ３１０の停止時間が設定値に達した場合、制御装置２３４は、ポンプ３１０の吐出側圧力が所定のしきい値よりも高いか否かを決定する。この所定のしきい値は始動圧力よりも高く、停止圧力よりも低く設定される。図６の例では、しきい値は始動圧力および目標吐出圧力よりも高く、停止圧力よりも低い。ポンプ３１０の停止時間が設定値に達し、かつポンプ３１０の吐出側圧力が所定のしきい値よりも高い場合、制御装置２３４は、所定の固着防止運転速度でポンプ３１０を始動し、固着防止運転を開始する。所定の固着防止運転時間（例えば５秒）が経過した後、制御装置２３４はポンプ３１０を再び停止する。

ポンプ３１０の固着防止運転を開始するための条件として、ポンプ３１０の停止時間が設定値に達したことに加えて、ポンプ３１０の吐出側圧力が所定のしきい値よりも高いことを含む理由は、ポンプ３１０の吐出側圧力が始動圧力の近くまで低下していれば、ポンプ３１０がすぐに始動されると予想され、不要な固着防止運転を回避して消費電力を削減するためである。

ポンプ３１０の使用環境によっては、低温下での使用によりポンプ３１０が凍結し、羽根車３１１がポンプケーシング３１２またはケーシングカバー３１３に固着する場合がある。ポンプ３１０には温度センサ３４０（図４参照）が設けられており、ポンプ３１０の温度を検出するようになっている。ポンプ３１０の温度が凍結温度に近い場合は、制御装置２３４は固着防止運転を行わない。

上述の例では、小水量停止時のポンプ３１０の動作を説明したが、故障等によるポンプ３１０の停止中にも、固着防止タイマー３５０によって計測された停止時間が設定値に達したした場合には、ポンプ３１０の故障が解除されているのを確認したうえで固着防止運転を行う。

なお、本発明のポンプ装置は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、また図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは言うまでもない。

６微小間隙
１２キー
１１１回転軸
１１２気液分離室
１１３吐出流路
１１４還流路
１１５第１の分流壁
１１６第２の分流壁
１１７気液分離室隔壁
１１８ポンプ吐出水路
１１９助走区間
１２１ポンプ吸込流路
１２２吸込側隔壁
１２３ポンプ吸込水路
１３１通路壁
１３２水通路
２０１給水装置
２１０電動機
２３０インバータ装置
２３２ＩＰＭ
２３４制御装置
２３５直流ブラシレスコントローラ
２３６記憶部
３０９吸込管
３１０ポンプ
３１１羽根車
３１２ポンプケーシング
３１３ケーシングカバー
３２１チェッキ弁
３２２圧力タンク
３２３圧力センサ
３２４フロースイッチ（流量検出器）
３２５吐出管
３２７吐出口
３２８呼水栓
３３１ユニットカバー
３３２ユニットベース
３３３，３３４凍結防止ヒータ
３４０温度センサ
３５０固着防止タイマー

Claims

羽根車を有するポンプと、
前記ポンプを駆動する電動機と、
前記電動機に電力を供給するインバータ装置と、
始動条件が満たされたときに前記ポンプを始動させ、前記ポンプの吐出側圧力が所定の目標吐出圧力に維持されるように前記ポンプの運転を制御し、停止条件が満たされたときに前記ポンプを停止させる制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ポンプの停止時間が設定値に達した場合は、前記ポンプの吐出側圧力が上昇しない回転速度で前記ポンプを予め定められた時間だけ運転させる固着防止運転を実行し、
前記固着防止運転時の前記ポンプの前記回転速度は、前記ポンプの締切運転時に前記目標吐出圧力を達成するために必要な速度よりも低いことを特徴とするポンプ装置。
前記制御装置は、前記ポンプの停止時間が前記設定値に達し、かつ前記ポンプの吐出側圧力が所定のしきい値よりも高い場合に、前記固着防止運転を実行することを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
前記始動条件は、前記ポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下することであり、
前記所定のしきい値は、前記始動圧力よりも高いことを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
前記固着防止運転中に前記始動条件が満たされたときは、前記制御装置は前記固着防止運転を停止し、前記ポンプの通常運転を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
前記始動条件は、前記ポンプの吐出側圧力が所定の始動圧力にまで低下することであることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
前記始動条件は、前記ポンプの吐出側の流量が所定の値にまで増加したことであり、
前記固着防止運転中に前記ポンプの吐出側の流量が所定の値にまで増加したときは、前記制御装置は前記固着防止運転を停止し、前記ポンプの通常運転を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。