JP6747855B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水装置に関し、特に、騒音を低減することができる給水装置に関する。

従来から、井戸、水道本管または受水槽などから水を建物に供給する給水装置が知られている。このような給水装置は、例えば、自吸式ポンプ、自吸式ポンプを駆動するモータ、自吸式ポンプの運転を制御する制御部、自吸式ポンプ、モータ、および制御部とが配置されたベースを備えている。自吸式ポンプは、羽根車を収容するポンプケーシングを有している。さらに、給水装置は、ベースを囲み、自吸式ポンプ、モータ、および制御部を収容するカバーを備えている。

図７は、従来の給水装置のモータ、自吸式ポンプ、ベース、およびカバーを抽出して描いた模式図である。給水装置１０１のモータ１０３は、ステータおよびロータ（図示せず）などを収容するモータフレーム１０４を有している。モータ１０３の回転軸１０５は、水平方向に延びて、ポンプケーシング１０６の側壁を貫通しており、ポンプケーシング１０６に収容されている羽根車１１５に連結される。モータ１０３は、ベース１１０からモータフレーム１０４まで延びる支持脚１０８によって、ベース１１０に支持されている。支持脚１０８の一端は、ベース１１０に固定されており、支持脚１０８の他端は、モータフレーム１０４に固定されている。この給水装置１０１は、ベース１１０を囲むカバー１１２を有しており、このカバー１１２内に、自吸式ポンプ１０２、モータ１０３、および図示しない制御部が収容される。

自吸式ポンプ１０２のポンプケーシング１０６の底部は、ベース１１０に固定されている。モータ１０３とポンプケーシング１０６との間に、モータ１０３をポンプケーシング１０４に接続するための接続ブラケット１１６が配置されている。接続ブラケット１１６は、アルミニウムから構成され、モータ１０３の回転軸１０５は、接続ブラケット１１６を通って、ポンプケーシング１０６内に配置された羽根車１１５に連結される。接続ブラケット１１６の一方の端部は、モータフレーム１０４の端部に固定され、接続ブラケット１１６の他方の端部は、ポンプケーシング１０６の側面に固定される。したがって、モータ１０３は、下方から支持脚１０８によってベース１１０に支持され、さらに、側方から接続ブラケット１１６を介してポンプケーシング１０６に支持されている。

特開２００５−２４８９０１号公報

自吸式ポンプ１０２の運転中は、モータ１０３から振動が発生する。従来の給水装置では、この振動が支持脚１０８を介してベース１１０に伝達され、ベース１１０を振動させていた。さらに、モータ１０３から発生した振動は、接続ブラケット１１６を介してポンプケーシング１０６に伝達され、ポンプケーシング１０６を振動させていた。ベース１１０およびポンプケーシング１０６の振動は、給水装置１０１から発生する騒音の原因になってしまう。

さらに、自吸式ポンプ１０２の運転中は、回転する羽根車１１５、およびポンプケーシング１０６を通過する水によって、ポンプケーシング１０６から騒音が発生する。ポンプケーシング１０６から発生する騒音も、給水装置１０１から発生する騒音の原因になってしまう。

近年の給水装置では、騒音を低減するための様々な対策が取られているので、給水装置１０１から発生する騒音のレベルは、非常に小さくなってきている。しかしながら、閑静な住宅街などに給水装置１０１が配置されると、給水装置１０１から発生する騒音に気が付く近隣住人が存在する。特に、給水装置１０１は、建物内での水の使用状況に応じてその運転と停止が繰り返されるので、近隣住人は給水装置１０１から断続的に発生する騒音に気が付きやすい。

そこで、本発明は、騒音を低減することができる給水装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、羽根車を収容するポンプケーシングを有するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプケーシングを支持するベースと、前記モータを前記ポンプケーシングに接続する接続ブラケットと、前記ベースを囲んでおり、前記モータおよび前記ポンプケーシングを収容するカバーと、前記カバーに取り付けられる吸音材と、を備え、前記モータは、前記接続ブラケットのみによって支持されており、前記吸音材は、前記接続ブラケットとは反対側の、前記ポンプケーシングの側面と対向する前記カバーの内側面の一部に取り付けられていることを特徴とする給水装置である。

本発明の好ましい態様は、前記モータの回転軸は、水平方向に延びて前記羽根車に接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、前記羽根車が収容される羽根車室を有しており、前記吸音材は、前記羽根車室と対向する前記カバーの内側面の一部に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記接続ブラケットは、鋳鉄から構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記カバーは、樹脂から構成されることを特徴とする。

本発明によれば、モータの振動は、ポンプケーシングだけに伝達され、ベースに直接伝達されない。したがって、ベースの振動が低減されるので、給水装置から発生する騒音を低減することができる。さらに、接続ブラケットとは反対側の、ポンプケーシングの側面と対向する位置に、吸音材が設けられているので、モータからポンプケーシングに伝達された振動、回転する羽根車、およびポンプケーシングを通過する水によってポンプケーシングから発生する騒音は吸音材に吸収される。したがって、給水装置から漏洩する騒音を低減することができる。その結果、給水装置から発生する騒音を低減することができる。

一実施形態に係る給水装置が配置された給水システムの一例を示す模式図である。 一実施形態に係る給水装置の概略斜視図である。 図２に示される給水装置に配置された自吸式ポンプの縦断面図である。 図３に示される逆止弁（フローチェッキ）を模式的に示した拡大図である。 図２に示される給水装置のモータ、自吸式ポンプ、ベース、およびカバーを抽出して描いた模式図である。 図５に示される吸音材の変形例を示す模式図である。 従来の給水装置のモータ、自吸式ポンプ、ベース、およびカバーを抽出して描いた模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る給水装置が配置された給水システムの一例を示す模式図である。図１に示される給水システム５０は、地上に配置された給水装置１と、給水装置１から井戸まで延びる吸込管３２と、給水装置１から建物３５まで延びる吐出管３６とを有する。吸込管３２の末端は、井戸の水位よりも下方に位置しており、吐出管３６には、建物３５の内部に配置された給水器具３７（例えば、蛇口）が接続される。さらに、吸込管３２の末端には、井戸水内に浮遊する砂などの異物が給水装置１まで運ばれることを防止するストレーナ３３が取り付けられている。給水装置１によって、井戸水を給水器具３７に供給することができる。

図２は、一実施形態に係る給水装置１の概略斜視図であり、図３は、図２に示される給水装置１に配置された自吸式ポンプ２の縦断面図である。図２に示される給水装置１は、例えば、図１に示される給水システム５０に配置される。図示はしないが、給水装置１を、水を水道本管から建物に供給する給水システムに配置してもよいし、水を受水槽から建物に供給する給水システムに配置してもよい。

図２および図３に示されるように、給水装置１は、羽根車１５を有する自吸式ポンプ２と、自吸式ポンプ２を駆動するモータ３と、給水装置１の給水動作（すなわち自吸式ポンプ２の運転）を制御する制御部７と、自吸式ポンプ２、モータ３、および制御部７が配置されるベース１０を有する。ベース１０は、自吸式ポンプ２のポンプケーシング６および制御部７を支持している。より具体的には、自吸式ポンプ２のポンプケーシング６の底部および制御部７の底部は、ベース１０の上面に支持されている。さらに、給水装置１は、ベース１０を囲い、自吸式ポンプ２、モータ３、および制御部７を収容するカバー１２を有する。

カバー１２は樹脂から構成され、好ましくは、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）とポリカーボネイトを含む樹脂から構成される。このようなカバー１２は、大きな剛性を有するので、ベース１０からカバー１２に伝達される振動を低減できる。したがって、給水装置１から発生する騒音を低減することができる。

モータ３は、ロータおよび該ロータと対向して配置されたステータなどを収容するモータフレーム４を有する。ロータおよびステータの図示は省略されている。モータ３は、誘導モータであってもよいが、ロータに永久磁石が配置されたＰＭモータ（Permanent Magnet Motor）であるのが好ましい。特に、ロータの内部に永久磁石が配置されたＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）であるのが好ましい。ＰＭモータ（特に、ＩＰＭモータ）は高効率を有するので、モータ３を小型化することができる。

給水装置１は、吸込管３２（図１参照）が接続される吸込口１８と、吐出管３６（図１参照）が接続される吐出口１９を有している。吸込口１８は、ポンプケーシング６の入口６ａ（図３参照）と連通しており、吐出口１９は、ポンプケーシング６の出口６ｂ（図３参照）と連通している。自吸式ポンプ２は、ポンプケーシング６の内部を液体で満たしておくだけで、ポンプ自身の運転によって吸込管３２内の空気を排出することが可能なポンプである。自吸式ポンプ２は、吸込管３２内の空気をポンプケーシング６と連通する吐出口１９から排出させる自吸運転を行い、その後、水のみを吐出口１９から排出する揚液運転を行う。

図２に示されるように、制御部７は、モータ３を変速可能とするインバータ１３を備えているのが好ましい。インバータ１３は、制御部７に収容されており、図示しないモータケーブルによってモータ３に接続される。制御部７は、インバータ１３を介して、モータ３を所望の回転速度で回転させることができる。したがって、自吸式ポンプ２をゆっくりと始動または停止させることができるので、自吸式ポンプ２の始動または停止時に発生する騒音を低減することができる。

図３に示されるように、自吸式ポンプ２は、羽根車１５を収容する羽根車室２３が形成されたポンプケーシング６を有している。ポンプケーシング６は、さらに、羽根車室１５の上流側に形成された吸込室２６と、羽根車室１５の下流側に形成された気液分離室２７とを有する。吸込室２６は、羽根車室１５に接続され、羽根車室１５は、気液分離室２７に接続される。吸込室２６の上流側には、吸込口１８（図２参照）と連通する吸込流路３０が形成されており、気液分離室２７の下流側には、吐出口１９（図２参照）と連通する吐出流路３１が形成されている。吸込口１８は、例えば、ベース１０内に配置された入口管（図示せず）を介して吸込流路３０に連通し、吐出口１９は、ベース１０内に配置された出口管（図示せず）を介して吐出流路３１に連通する。

吸込流路３０は、ポンプケーシング６の入口６ａから吸込室２６まで延びており、吸込流路３０の末端には、逆止弁１４が配置される。逆止弁１４は、自吸式ポンプ２の運転時に、空気または水がポンプケーシング６の吸込室２６に流入することを許容しつつ、自吸式ポンプ２の運転が停止されたときに、水が吸込流路３０を通って、吸込管３２に逆流することを防止する。

本実施形態では、逆止弁１４は、水の逆流を防止する機能だけでなく、給水装置１を流れる水の流量が所定の小水量以下であることを検出する流量検出器の機能も有する。以下では、流量検出器の機能も有する逆止弁１４を、「フローチェッキ」と称することがある。

図４は、図３に示される逆止弁（フローチェッキ）１４を模式的に示した拡大図である。図４では、制御部７は想像線（一点鎖線）で描かれている。フローチェッキ１４の弁体１４ａは、その上面から突出する突出部１４ｂを有する。突出部１４ｂは、吸込室２６に形成された凹部２６ａに挿入されている。突出部１４ｂには、磁石２０が配置されており、吸込室２６の凹部２６ａの近傍には、磁石２０の磁力を検出可能なリードスイッチ２１が配置されている。リードスイッチ２１は、信号線を介して制御部７に接続される。自吸式ポンプ２の運転を開始すると、図４に示されるように、フローチェッキ１４の弁体１４ａが吸込室２６に流入する水または空気によって上昇する。リードスイッチ２１が突出部１４ｂに配置された磁石２０の磁力を検出すると、リードスイッチ２１からｏｎ信号が制御部７に送信される。建物３５（図１参照）での水の使用量が低下すると、弁体１４ａは自重により下降して、リードスイッチ２１は、磁石２０の磁力を検出できなくなる。これにより、リードスイッチ２１からｏｆｆ信号が制御部７に送信される。

さらに、気液分離室２７には、圧力タンク３４（図２参照）が接続されている。圧力タンク３４は、自吸式ポンプ２が停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。

図３に示される自吸式ポンプ２は、ポンプケーシング６の吸込室２６、羽根車室２３、および気液分離室２７の内部を液体で満たしておくだけで、ポンプ自身の運転によって吸込管３２内の空気を排出することが可能なポンプである。自吸式ポンプ２を運転するときは、最初に、ポンプケーシング６の上部に形成された給水口６ｃからポンプケーシング６の吸込室２６、羽根車室２３、および気液分離室２７に水を供給する。吸込室２６、羽根車室２３、および気液分離室２７に給水口６ｃから供給される水は、「呼び水」と称される。給水口６ｃから呼び水を吸込室２６、羽根車室２３、および気液分離室２７に供給しているときは、フローチェッキ１４の弁体１４ａは、自重により吸込流路３０の末端に固定された弁座１４ｃに押し付けられている。したがって、呼び水が吸込流路３０を通って、吸込管３２に逆流することが防止される。呼び水の供給が完了した後に、給水口６ｃは、該給水口６ｃに係合するキャップ２９により閉じられる。

この状態で、自吸式ポンプ２の運転を開始する。モータ３の駆動により羽根車１５が回転すると、羽根車室２３内の水が撹拌され、羽根車室２３の上流側の吸込室２６に負圧が形成される。この負圧により、フローチェッキ１４の弁体１４ａが押し上げられて弁座１４ｃから離間する（すなわち、フローチェッキ１４が開く）ので、吸込管３２内の空気が吸込流路３０および吸込室２６を通って羽根車室２３に流入する。フローチェッキ１４の突出部１４ｂに配置された磁石２０（図４参照）の磁力をリードスイッチ２１が検出すると、リードスイッチ２１からｏｎ信号が制御部７に送信される。羽根車室２３に流入した空気は、該羽根車室２３内の水と混合され、空気と水の混合流体は、羽根車室２３から気液分離室２７に吐出される。

気液分離室２７には、羽根車室２３から吐出された水と空気の混合流体が衝突するバッフル９が設けられている。水と空気の混合流体がバッフル９に衝突することにより、空気が水から分離される。水から分離された空気は、気液分離室２７から吐出流路３１を通って、給水装置１の吐出口１９から吐出される。一方で、空気が分離された水は、気液分離室２７の下部に形成された環流孔２８を通って羽根車室２３に戻される。環流孔２８を通って羽根車室２３に戻された水は、吸込管３２から吸い込まれた空気と再び混合される。このような動作を繰り返すことにより、吸込管３２内の空気がポンプケーシング６から排出される。吸込管３２が水で満たされると、自吸式ポンプ２は、水のみを排出する揚液運転を開始する。

気液分離室２７の上部には、該気液分離室２７内の流体の圧力を測定する圧力センサ１１が接続されている。吸込管３２内の空気を給水装置１から排出する自吸運転時には、気液分離室２７の上部に存在する流体は空気だけであり、圧力センサ１１の測定値は、ほぼ大気圧である。一方で、揚液運転時は、気液分離室２７が水で満たされているので、圧力センサ１１は、羽根車１５の回転により昇圧された水の圧力を測定する。

圧力センサ１１は、図示しない信号線を介して制御部７に接続されており、制御部７は、圧力センサ１１から出力される出力値に基づいて、揚液運転時の自吸式ポンプ２の運転速度（すなわち、羽根車１５の回転速度）を制御する。一般的には、圧力センサ１１により測定された圧力信号が設定された目標圧力と一致するように自吸式ポンプ２の運転速度を制御して自吸式ポンプ２の吐出圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、自吸式ポンプ２の吐出圧力の目標値を適切に変化させることにより給水器具３７（図１参照）における水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御などが行われる。

建物３５内での水の使用量が低下して、フローチェッキ１４のｏｆｆ信号が制御部７に送信されると、制御部７は自吸式ポンプ２の運転速度を一時的に上げるようインバータ１３に指令を出し、圧力タンク３４に蓄圧してから自吸式ポンプ２の運転を停止させる（小水量停止）。自吸式ポンプ２の運転を停止すると、吸込管３２からポンプケーシング６への水の流入が停止され、フローチェッキ１４が閉じる。フローチェッキ１４は、ポンプケーシング６内に存在する水が吸込管３２に逆流することを阻止し、水をポンプケーシング６内に溜めておくことができる。ポンプケーシング６内に溜められた液体は、次の自吸運転のために用いられる。

図５は、図２に示される給水装置１のモータ３、自吸式ポンプ２、ベース１０、およびカバー１２を抽出して描いた模式図である。図５に示されるように、モータ３は、接続ブラケット１６のみによって支持される。すなわち、モータ３を支持する構造体は、接続ブラケット１６だけであり、従来の給水装置１０１（図７参照）で必要とされる支持脚１０８は用いられない。接続ブラケット１６の一端は、モータ３のモータフレーム４の端面にねじまたは六角ボルトなどの固定具（図示せず）を用いて固定され、接続ブラケット１６の他端は、ねじまたは六角ボルトなどの固定具（図示せず）を用いてポンプケーシング６の側面６ｄに固定される。一実施形態では、接続ブラケット１６をモータフレーム４と一体に構成してもよい。モータ３の回転軸５は、接続ブラケット１６を通って、ポンプケーシング６の羽根車室２３に収容される羽根車１５に接続される。本実施形態では、モータ３の回転軸５は、水平方向に延びており、ポンプケーシング６の側壁を貫通している。

本実施形態では、モータ３は、接続ブラケット１６だけで、ポンプケーシング６に支持される。したがって、自吸式ポンプ２の運転時に発生するモータ３の振動は、接続ブラケット１６を介してポンプケーシング６だけに伝達され、ベース１０には直接伝達されない。したがって、ベース１０の振動が低減されるので、給水装置１から発生する騒音を低減することができる。さらに、従来の給水装置１０１（図７参照）で必要とされる支持脚１０８が不要であるため、給水装置１の製造コストを低減することができる。

モータ３を接続ブラケット１６のみによってポンプケーシング６に支持させるために、接続ブラケット１６は、モータ３を支持するのに十分な剛性を有する材料から構成される。接続ブラケット１６は、好ましくは、鋳鉄から構成される。鋳鉄は、モータ３を支持するのに十分な剛性を有している。さらに、鋳鉄から構成される接続ブラケット１６は、アルミニウムから構成される従来の接続ブラケット１１６（図７参照）よりも大きな剛性を有するので、モータ３から接続ブラケット１６を介してポンプケーシング６に伝達される振動を低減することができる。その結果、給水装置１から発生する騒音を低減することができる。

さらに、接続ブラケット１６とは反対側の、ポンプケーシング６の側面６ｅと対向する位置に、吸音材１７が設けられる。より具体的には、接続ブラケット１６が固定されるポンプケーシング６の側面６ｄとは反対側の、ポンプケーシング６の側面６ｅに対向する位置に、吸音材１７が設けられる。本実施形態では、吸音材１７は、ポンプケーシング６の側面６ｅと対向するカバー１２の内側面１２ａに取り付けられている。吸音材１７は、カバー１２の内側面１２ａに取り付けられてもよいし、カバー１２の内側面１２ａとポンプケーシング６の側面６ｅとの間に配置されてもよい。吸音材１７は、例えば、多孔質材である。多孔質材の内部の空気が音のエネルギを吸収する。このような吸音材１７は、ウレタンなどの発泡樹脂から構成されてもよいし、グラスウール、ロックウールなどの繊維から構成されてもよい。繊維から構成される吸音材１７は、シート形状に成形される。このような吸音材１７は、市場で入手可能である。

接続ブラケット１６とは反対側の、ポンプケーシング６の側面６ｅと対向する位置に、吸音材１７が設けられているので、モータ３からポンプケーシング６に伝達された振動、回転する羽根車１５、およびポンプケーシング６を通過する水によってポンプケーシング６から発生する騒音は吸音材１７に吸収される。その結果、ポンプケーシング６から発生する騒音が給水装置１の外部に漏洩しないので、給水装置１から発生する騒音を低減することができる。

吸音材１７は、ポンプケーシング６の側面６ｅと対向するカバー１２の内側面１２ａの全体に取り付けられていてもよいし、カバー１２の内側面１２ａの一部に取り付けられていてもよい。例えば、図６に示されるように、吸音材１７は、自吸式ポンプ２の羽根車室２３と対向するカバー１２の内側面１２ａの一部に取り付けられる。図６は、図５に示される吸音材１７の変形例を示す模式図である。回転する羽根車１５、およびポンプケーシング６を通過する水によってポンプケーシング６から発生する騒音は、主としてポンプケーシング６の羽根車室２３から発生する。したがって、吸音材１７を羽根車室２３と対向するカバー１２の内側面１２ａの一部に取りつけることにより、給水装置１の外部に漏れる騒音を低減しつつ、吸音材１７の製造コストを低減することができる。

上述した実施形態では、自吸式ポンプ２を備えた給水装置１が説明されたが、自吸運転が不要である場合（すなわち、吸込管３２が常に水で満たされている場合）は、給水装置１は、自吸性能を有さないポンプ（例えば、遠心ポンプ）を備えていてもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、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。

１ 給水装置
２ 自吸式ポンプ
３ モータ
４ モータフレーム
５ 回転軸
６ ポンプケーシング
７ 制御部
９ バッフル
１０ ベース
１１ 圧力センサ
１２ カバー
１３ インバータ
１４ 逆止弁（フローチェッキ）
１５ 羽根車
１６ 接続ブラケット
１７ 吸音材
１８ 吸込口
１９ 吐出口
２０ 磁石
２１ リードスイッチ
２３ 羽根車室
２６ 吸込室
２７ 気液分離室
２８ 環流孔
２９ キャップ
３０ 吸込流路
３１ 吐出流路
３２ 吸込管
３６ 吐出管
３３ ストレーナ
３４ 圧力タンク
３５ 建物
３７ 給水器具
５０ 給水システム

Claims (5)

1. 羽根車を収容するポンプケーシングを有するポンプと、
   前記ポンプを駆動するモータと、
   前記ポンプケーシングを支持するベースと、
   前記モータを前記ポンプケーシングに接続する接続ブラケットと、
   前記ベースを囲んでおり、前記モータおよび前記ポンプケーシングを収容するカバーと、
   前記カバーに取り付けられる吸音材と、を備え、
   前記モータは、前記接続ブラケットのみによって支持されており、
   前記吸音材は、前記接続ブラケットとは反対側の、前記ポンプケーシングの側面と対向する前記カバーの内側面の一部に取り付けられていることを特徴とする給水装置。
2. 前記モータの回転軸は、水平方向に延びて前記羽根車に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
3. 前記ポンプケーシングは、前記羽根車が収容される羽根車室を有しており、
   前記吸音材は、前記羽根車室と対向する前記カバーの内側面の一部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
4. 前記接続ブラケットは、鋳鉄から構成される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給水装置。
5. 前記カバーは、樹脂から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。

Images