JP7043065B2 - 水中ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯水タンク等に設置される自動運転型の水中ポンプ装置に関する。

貯水タンクに貯留された水を排出するため、貯水タンクには水中ポンプ装置が設置されている。このような水中ポンプ装置として、貯水タンク内の水位を検知するフロートスイッチ等の水位検知センサと、この水位検知センサの水位信号に応じてポンプを運転・停止する運転制御回路とを備え、水が一定量以上に達するとポンプを始動させる自動運転型のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、水位検出センサの代わりに圧力検出センサを使用した自動運転型の水中ポンプ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

水中ポンプ装置は、ポンプやポンプを駆動するモータ、及びモータを駆動制御する電装部を筐体内に収容して形成されている。また、水位検出センサは、筐体外部に設置され、ケーブル等を介して電装部に接続される構成であった。

特開２００３－２８６９９０号公報 特開平８－２１０２９１号公報

フロートスイッチを用いた自動運転型の水中ポンプ装置にあっては次のような問題があった。すなわち、フロートスイッチは、筐体外部に配置される構成であるため、フロートスイッチと電装部とを接続するケーブルを通す孔部を筐体に形成しなければならず、孔加工等の追加の作業が必要になると共に、孔部からの漏水を防止するための部品が必要になり、製造コストが上昇していた。また、フロートスイッチはある程度の大きさがあるため、狭い設置場所に水中ポンプ装置を設置する場合に、電源ケーブルや配管等に接触して正確な水位が検出できない虞があった。

そこで、本発明は、フロートスイッチを用いることなく、貯水タンク内の水位を検出してポンプの始動・停止制御を行うことができる水中ポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様として、貯水部に設置され、前記貯水部内の水を前記貯水部外に排水する水中ポンプ装置は、前記貯水部内に配置された筐体と、前記筐体に設けられたポンプと、前記筐体内に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、前記筐体内に配置され、前記モータを駆動するインバータと、前記モータの停止後の経過時間及び始動後の経過時間を計測する時間計測部と、前記筐体内の温度を測定する温度計測部と、前記モータへの印加電流を計測する電流計測部と、前記モータの運転周波数を計測する運転周波数計測部と、予め決められた前記モータの停止後の経過時間における停止設定時間、前記モータの始動後の運転設定時間、前記温度計測部における設定温度、前記電流計測部における設定電流値、前記運転周波数計測部における設定周波数を記憶する記憶部と、前記モータの前回停止後から前記停止設定時間経過、又は、前記温度計測部により検出された温度が設定温度未満の少なくとも一方の条件を満たした時に、前記モータを始動し、前記モータの始動後の運転時間が運転設定時間を越えたことを判定し、その後前記温度計測部により検出された温度が設定温度以上であることを判定し、その後前記印加電流が前記設定電流値未満、または前記運転周波数が前記設定周波数以上であることを判定すると、前記モータを停止する制御部と、を具備する。

本発明によれば、フロートスイッチを用いることなく、貯水タンク内の水位を検出してポンプの始動・停止制御を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置の構成を示す説明図。 同水中ポンプ装置における始動・停止判定プロセスの一例を示すフロー図。 同水中ポンプ装置における始動・停止判定プロセスの別の例を示すフロー図。

図１は、本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置１０の構成を示す説明図である。なお、図１中１００は貯水タンク、２００は外部配管を示している。貯水タンク１００は外部から水が流入可能に形成されている。

水中ポンプ装置１０は、貯水部内に配置された筐体２０を備えている。筐体２０の下部にはポンプ３０が配置されている。また、筐体２０内にはポンプ３０を駆動するモータ４０と、このモータ４０を駆動制御する電装部５０が収容されている。ポンプ３０は、吸入孔３１及び吐出口３２を備えている。

電装部５０は、制御部５１、インバータ５２、時間計測部５３、温度計測部５４、電流計測部５５、運転周波数計測部５６、記憶部５７及び外部入力部５８を備える。制御部５１と、インバータ５２、時間計測部５３、温度計測部５４、電流計測部５５、運転周波数計測部５６、記憶部５７及び外部入力部５８とは、システムバスにより接続されている。

制御部５１は、予め定められたプログラムに従い、時間計測部５３、温度計測部５４、電流計測部５５、運転周波数計測部５６、記憶部５７及び外部入力部５８からの出力値に基づいて制御を行う。制御部５１は、「周波数一定モード」及び「電流値一定モード」を必要に応じて切り換えることが可能である。インバータ５２は、モータ４０を駆動する。時間計測部５３は、インバータ５２の動作に基づいてモータ４０の停止後の経過時間Ｔ１及び始動後の経過時間Ｓ１を計測する。温度計測部５４は、筐体２０内部の温度ｔ１を計測する。電流計測部５５は、インバータ５２の動作に基づいてモータ４０に印加される電流値ｃ１を計測する。運転周波数計測部５６は、インバータ５２の動作に基づいてモータ４０の運転周波数ｆ１を計測する。

記憶部５７は、予め決められた各種値、すなわちモータ４０の停止後の経過時間における停止設定時間Ｔｋ及び始動後の経過時間における運転設定時間Ｓｋ、温度計測部５４における設定温度ｔｋ、電流計測部５５における設定電流値ｃｋ、運転周波数計測部５６における設定周波数ｆｋを記憶する。外部入力部５８は、筐体２０外部に配置された圧力式水位検出センサ６０に接続されている。

以下、このように構成された水中ポンプ装置１０によって行われる排水動作について説明する。始めに、図２のフロー図に沿って説明する。この例においては、制御部５１は、圧力式水位検出センサ６０からの出力値を用いないため、圧力式水位検出センサ６０を省略してもよい。

記憶部５７が記憶する各種値として、例えば、停止設定時間Ｔｋ＝３分、運転設定時間Ｓｋ＝３分、設定温度ｔｋ＝摂氏２０°、設定電流値ｃｋ＝１０Ａ（モータ４０の定格電流の５０％）、設定周波数ｆｋ＝６０Ｈｚとする。なお、これらの各種値はあくまでも一例であり、貯水タンク１００の容量、ポンプ３０の形式、モータ４０の定格によって適宜変更することが可能である。

使用者が電源をＯＮにすると、制御部５１が起動する（ステップＳＴ１０）。制御部５１は、ポンプ３０の動作の停止を確認する（ステップＳＴ１１）。制御部５１は、始動条件を満たしたか否か、すなわち計測温度ｔ１が設定温度ｔｋ未満か否か、又は、停止時間Ｔ１が停止設定時間Ｔｋ以上か否かの少なくとも一方を満たしているかを判定する（ステップＳＴ１２）。少なくとも一方を満たしていれば（ステップＳＴ１２のＹｅｓ）、ポンプ３０を始動する（ステップＳＴ１３）。両方を満たしていなければ（ステップＳＴ１２のＮｏ）、ＳＴ１２に戻る。ステップＳＴ１２における始動条件は、モータ４０が停止してから一定時間が経過するか、貯水タンク１００の水位が筐体２０の電装部５０が収容されている付近の高さに達し、温度計測部５４が冷却されていることである。

その後、制御部５１は、停止条件を満たしたか否かをステップＳＴ１４～ステップＳＴ１６に基づいて判定する。すなわち、運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ以上か否かを満たしているかを判定する（ステップＳＴ１４）。そして、運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ未満であれば（ステップＳＴ１４のＮｏ）、制御部５１は、ステップＳＴ１４に戻る。運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ以上であった場合には（ステップＳＴ１４のＹｅｓ）、制御部５１は、ステップＳＴ１５に進む。制御部５１は、温度計測部５４の温度が設定温度ｔｋ以上か否かを判定する（ステップＳＴ１５）。そして、設定温度ｔｋ未満であれば、制御部５１はステップＳＴ１５に戻り（ステップＳＴ１５のＮｏ）、設定温度ｔＫ以上であれば制御部５１はステップＳＴ１６に進む（ステップＳＴ１５のＹｅｓ）。

制御部５１は、モータ４０への印加電流ｃ１が設定電流ｃｋ未満か否か（電流値一定モードの場合）、又は、モータ４０の運転周波数ｆ１が設定周波数ｆｋ以上か否か（周波数一定モードの場合）を判定する（ステップＳＴ１６）。そして、設定電流ｃｋ以上、又は、設定周波数ｆｋ未満であれば、制御部５１はステップＳＴ１６に戻り（ステップＳＴ１６のＮｏ）、設定電流ｃｋ未満、又は、設定周波数ｆｋ以上であれば、制御部５１はステップＳＴ１１に戻る（ステップＳＴ１６のＹｅｓ）。

このような制御により、水中ポンプ装置１０では、ポンプ３０が始動条件を満たすと始動し、停止条件を満たすと停止する。

なお、ステップＳＴ１４～ステップＳＴ１７における停止条件は、貯水タンク１００の水位がポンプ３０の吸入孔に達せず、ポンプ３０が空転（無負荷運転）しているときである。すなわちポンプ３０が空転している場合は、ポンプ３０を駆動するモータ４０に印加される印加電流ｃ１は、揚水時の電流値より小さい値となると共に、運転周波数ｆ１が増加する。また、ポンプ３０が水に浸されていないため、温度計測部５４で検出される温度が上昇する。

このように、水中ポンプ装置１０は、フロートスイッチを用いることなく、ポンプ３０の始動・停止を制御することができる。したがって、部品コスト・製造コストを抑えることができると共に、狭い設置場所に水中ポンプ装置を設置した場合に、フロートスイッチが電源ケーブルや配管等に接触して正確な水位が検出できないという問題が生じない。

次に、圧力式水位検出センサ６０を用いた排水動作について、図３に示すフロー図に沿って説明する。この例においては、制御部５１には、外部入力部５８を介して圧力式水位検出センサ６０から水位Ｌ１が入力される。なお、記憶部５７が記憶する各種値として上述したものと同様の数値を用いる。また、始動設定水位Ｌｋ１及び停止設定水位Ｌｋ２が記憶されている。なお、始動設定水位Ｌｋ１は停止設定水位Ｌｋ２よりも高く設定されている。これらの各種値はあくまでも一例であり、貯水タンク１００の容量、ポンプ３０の形式、モータ４０の定格によって適宜変更することが可能である。

使用者が電源をＯＮにすると、制御部５１が起動する（ステップＳＴ２０）。制御部５１は、ポンプ３０の動作の停止を確認する（ステップＳＴ２１）。制御部５１は、始動条件を満たしたか否か、すなわち計測温度ｔ１が設定温度ｔｋ未満か否か、停止時間Ｔ１が停止設定時間Ｔｋ以上か否か、又は水位Ｌ１が始動設定水位Ｌｋ１のいずれかを満たしているかを判定する（ステップＳＴ２２）。少なくとも１つの条件を満たしていれば（ステップＳＴ２２のＹｅｓ）、ポンプ３０を始動する（ステップＳＴ２３）。全ての条件を満たしていなければ（ステップＳＴ２２のＮｏ）、ＳＴ２２に戻る。ステップＳＴ２２における始動条件は、モータ４０が停止してから一定時間が経過するか、貯水タンク１００の水位が筐体２０の電装部５０が収容されている付近の高さに達し、温度計測部５４が冷却されているか、実際に水位Ｌ１が十分に高いことである。

その後、制御部５１は、停止条件を満たしたか否かをステップＳＴ２４～ステップＳＴ２８に基づいて判定する。すなわち、運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ以上か否かを満たしているかを判定する（ステップＳＴ２４）。そして、運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ未満であれば（ステップＳＴ２４のＮｏ）、制御部５１は、ステップＳＴ２４に戻る。運転時間Ｓ１が運転設定時間Ｓｋ以上であった場合には（ステップＳＴ２４のＹｅｓ）、制御部５１は、ステップＳＴ２５に進む。

制御部５１は、圧力式水位検出センサ６０で計測された水位Ｌ１が停止設定水位Ｌｋ２未満か否かを判定する（ステップＳＴ２５）。そして、停止設定水位Ｌｋ２未満であれば、制御部５１はステップＳＴ２１に戻り（ステップＳＴ２５のＹｅｓ）、停止設定水位Ｌｋ２以上であれば制御部５１はステップＳＴ２６に進む（ステップＳＴ１５のＮｏ）。

制御部５１は、温度計測部５４の温度が設定温度ｔｋ以上か否かを判定する（ステップＳＴ２６）。そして、設定温度ｔｋ未満であれば、制御部５１はステップＳＴ２６に戻り（ステップＳＴ２６のＮｏ）、設定温度ｔＫ以上であれば制御部５１はステップＳＴ２７に進む（ステップＳＴ２６のＹｅｓ）。

制御部５１は、モータ４０への印加電流ｃ１が設定電流ｃｋ未満か否か（電流値一定モードの場合）、又は、モータ４０の運転周波数ｆ１が設定周波数ｆｋ以上か否か（周波数一定モードの場合）を判定する（ステップＳＴ２７）。そして、設定電流ｃｋ以上、又は、設定周波数ｆｋ未満であれば、制御部５１はステップＳＴ２７に戻り（ステップＳＴ２７のＮｏ）、設定電流ｃｋ未満、又は、設定周波数ｆｋ以上であれば、制御部５１はステップＳＴ１１に戻る（ステップＳＴ２７のＹｅｓ）。

このような制御により、水中ポンプ装置１０では、ポンプ３０が始動条件を満たすと始動し、停止条件を満たすと停止する。

なお、ステップＳＴ２４～ステップＳＴ２８における停止条件は、貯水タンク１００の水位がポンプ３０の吸入孔に達せず、ポンプ３０が空転（無負荷運転）していることである。すなわちポンプ３０が空転している場合は、ポンプ３０を駆動するモータ４０に印加される印加電流ｃ１は、揚水時の電流値より小さい値となると共に、運転周波数ｆ１が増加する。また、ポンプ３０が水に浸されていないため、温度計測部５４で検出される温度が上昇する。

このように、水中ポンプ装置１０は、フロートスイッチを用いることなく、ポンプ３０の始動・停止を制御することができる。したがって、また、フロートスイッチのように機械的可動部分の無い圧力式水位検出センサ６０を用いることで、狭い設置場所に水中ポンプ装置を設置した場合に、フロートスイッチが電源ケーブルや配管等に接触して正確な水位が検出できないという問題が生じない。また、水中ポンプ装置１０においては、圧力式水位検出センサ６０による水位検出に基づく始動・停止制御と、水位センサを用いない始動・停止制御を並行して行っているため、動作をより確実に行われる。

なお、上述した実施形態においては、制御部５１は、計測温度ｔ１、モータ４０への印加電流ｃ１、モータ４０の運転周波数ｆ１が全て条件を満たしている場合にのみ、ポンプ停止しているが、いずれか１つ、あるいは２つの条件が満たされれば、ポンプ停止するようにしてもよい。また、制御部５１は、「周波数一定モード」及び「電流値一定モード」を必要に応じて切り換えると説明したが、「周波数一定モード」及び「電流値一定モード」を同時に設定することも可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］
貯水部に設置され、前記貯水部内の水を前記貯水部外に排水する水中ポンプ装置において、
前記貯水部内に配置された筐体と、
前記筐体に設けられたポンプと、
前記筐体内に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、
前記筐体内に配置され、前記モータを駆動するインバータと、
前記モータの停止後の経過時間及び始動後の経過時間を計測する時間計測部と、
前記筐体内の温度を測定する温度計測部と、
前記モータへの印加電流を計測する電流計測部と、
前記モータの運転周波数を計測する運転周波数計測部と、
予め決められた前記モータの停止後の経過時間における停止設定時間、前記モータの始動後の運転設定時間、前記温度計測部における設定温度、前記電流計測部における設定電流値、前記運転周波数計測部における設定周波数を記憶する記憶部と、
前記モータの前回停止後から前記停止設定時間経過、又は、前記温度計測部により検出された温度が設定温度未満の少なくとも一方の条件を満たした時に、前記モータを始動し、前記温度計測部により検出された温度が設定温度以上、前記印加電流が前記設定電流値未満、前記運転周波数が前記設定周波数以上のいずれかを満たした時に、前記モータを停止する制御部と、
を具備する水中ポンプ装置。
［２］
貯水部に設置され、前記貯水部内の水を前記貯水部外に排水する水中ポンプ装置において、
前記貯水部内に配置された筐体と、
前記筐体に設けられたポンプと、
前記筐体内に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、
前記筐体内に配置され、前記モータを駆動するインバータと、
前記モータの停止後の経過時間及び始動後の経過時間を計測する時間計測部と、
前記筐体内の温度を測定する温度計測部と、
前記モータへの印加電流を計測する電流計測部と、
前記モータの運転周波数を計測する運転周波数計測部と、
前記貯水部の水位を計測する水位検出部と、
予め決められた前記モータの停止後の経過時間における停止設定時間、前記モータの始動後の運転設定時間、始動設定水位、停止設定水位、前記温度計測部における設定温度、前記電流計測部における設定電流値、前記運転周波数計測部における設定周波数を記憶する記憶部と、
前記モータの前回停止後から前記停止設定時間経過、前記温度計測部により検出された温度が設定温度未満、前記水位検出部により検出された水位が前記始動設定水位以上のいずれかの条件を満たした時に、前記モータを始動し、前記モータの始動後から前記始動設定時間経過、又は、前記水位検出部により検出された水位が前記停止設定水位未満、前記温度計測部により検出された温度が設定温度以上、前記印加電流が前記設定電流値未満、前記運転周波数が前記設定周波数以上のいずれかを満たした時に、前記モータを停止する制御部と、
を具備する水中ポンプ装置。
［３］
前記水位検出部は、圧力式水位検出センサである［２］に記載の水中ポンプ装置。

１０…水中ポンプ装置、２０…筐体、３０…ポンプ、３１…吸入孔、３２…吐出口、４０…モータ、５０…電装部、５１…制御部、５２…インバータ、５３…時間計測部、５４…温度計測部、５５…電流計測部、５６…運転周波数計測部、５７…記憶部、５８…外部入力部、６０…圧力式水位検出センサ、１００…貯水タンク、２００…外部配管。

Claims (3)

1. 貯水部に設置され、前記貯水部内の水を前記貯水部外に排水する水中ポンプ装置において、
   前記貯水部内に配置された筐体と、
   前記筐体に設けられたポンプと、
   前記筐体内に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、
   前記筐体内に配置され、前記モータを駆動するインバータと、
   前記モータの停止後の経過時間及び始動後の経過時間を計測する時間計測部と、
   前記筐体内の温度を測定する温度計測部と、
   前記モータへの印加電流を計測する電流計測部と、
   前記モータの運転周波数を計測する運転周波数計測部と、
   予め決められた前記モータの停止後の経過時間における停止設定時間、前記モータの始動後の運転設定時間、前記温度計測部における設定温度、前記電流計測部における設定電流値、前記運転周波数計測部における設定周波数を記憶する記憶部と、
   前記モータの前回停止後から前記停止設定時間経過、又は、前記温度計測部により検出された温度が前記設定温度未満の少なくとも一方の条件を満たした時に、前記モータを始動し、前記モータの始動後の運転時間が前記運転設定時間を越えたことを判定し、その後前記温度計測部により検出された温度が前記設定温度以上であることを判定し、その後前記印加電流が前記設定電流値未満、または前記運転周波数が前記設定周波数以上であることを判定すると、前記モータを停止する制御部と、
   を具備する水中ポンプ装置。
2. 貯水部に設置され、前記貯水部内の水を前記貯水部外に排水する水中ポンプ装置において、
   前記貯水部内に配置された筐体と、
   前記筐体に設けられたポンプと、
   前記筐体内に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、
   前記筐体内に配置され、前記モータを駆動するインバータと、
   前記モータの停止後の経過時間及び始動後の経過時間を計測する時間計測部と、
   前記筐体内の温度を測定する温度計測部と、
   前記モータへの印加電流を計測する電流計測部と、
   前記モータの運転周波数を計測する運転周波数計測部と、
   前記貯水部の水位を計測する水位検出部と、
   予め決められた前記モータの停止後の経過時間における停止設定時間、前記モータの始動後の運転設定時間、始動設定水位、停止設定水位、前記温度計測部における設定温度、前記電流計測部における設定電流値、前記運転周波数計測部における設定周波数を記憶する記憶部と、
   前記モータの前回停止後から前記停止設定時間経過、前記温度計測部により検出された温度が設定温度未満、前記水位検出部により検出された水位が前記始動設定水位以上のいずれかの条件を満たした時に、前記モータを始動し、前記モータの始動後から前記運転設定時間経過を判定し、その後前記水位検出部により検出された水位が前記停止設定水位未満であることを判定すると前記モータを停止し、または、前記モータの始動後から前記運転設定時間経過を判定し、その後前記水位検出部により検出された水位が前記停止設定水位以上であることを判定し、その後、前記温度計測部により検出された温度が前記設定温度以上であることを判定し、その後、前記印加電流が前記設定電流値未満、または前記運転周波数が前記設定周波数以上であることを判定すると、前記モータを停止する制御部と、
   を具備する水中ポンプ装置。
3. 前記水位検出部は、圧力式水位検出センサである請求項２に記載の水中ポンプ装置。

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