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技術 給水ユニット

出願人 株式会社川本製作所
発明者 坂谷哲則山崎修平伊藤智大渡邉章太
出願日 2016年12月27日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-254296
公開日 2017年6月15日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-106469
状態 特許登録済
技術分野 体積流量の測定(I) 非容積形ポンプの制御 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 増幅基板 電磁流量 気液分離板 圧力低下検出 正常停止 差動電圧出力 起動圧力 電気系部品
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

パドル式の流量センサを用いた場合に圧力損失を可能な限り抑えること。

解決手段

駆動モータにより駆動される渦流ポンプ吐出口側に設けられた自吸室と、この自吸室内に鉛直方向に沿って設けられた気液分離板と、前記気液分離板上方の前記自吸室内壁面であって前記自吸室の吐出口側に設けられた凹部と、この凹部の底面側に設けられた磁気センサと、前記凹部に設けられ、材の軸方向に交差する向きに配置された揺動軸と、この揺動軸に軸支され、前記流体通流が無い時は前記気液分離板側に位置し、前記流体の通流によって前記磁気センサに近接する方向に揺動すると共に凹部内に収容される磁石が内蔵されたパドルと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記駆動モータを制御する電装部を備えている。

概要

背景

流路を流れる水の流量を検出することで、給水末端の蛇口が閉じられたことを検出する流量スイッチが設けられた給水ユニットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。

図8は、フロート式の流量スイッチ240が自吸室220の上方に設けられた給水ユニット200を示す断面図である。給水ユニット200は、ベース210と、このベース210上に設けられ、電源投入時に受水槽井戸水から水を自吸するための自吸室220と、この自吸室220の上部に設けられたセンサ部230と、渦流ポンプ260と、この渦流ポンプ260を駆動する電動モータ270と、アキュムレータ280と、各部を制御する電装部290とを備えている。

自吸室220内には、上下方向に沿って気液分離板221が設けられている。センサ部230には、内部が空洞のセンサボディ231が備えられている。センサボディ231には、流路232が接続され、吐出口233に接続されている。センサボディ231の自吸室220側には流量スイッチ240が、アキュムレータ280側には圧力センサ250がそれぞれ設けられている。流量スイッチ240は、自吸室220側に設けられた筒状の流路を有するフロート受け部241と、このフロート受け部241の内部に設けられ、流量に応じて昇降する磁石を内蔵したフロート242と、このフロート242の位置により変化する磁力の有無によって開閉(ON/OFF)するリードスイッチ243とを備えている。

流量スイッチ244により検出する停止流量は、アキュムレータ280の容量と停止時間を案して、3〜4L/minに設定されている。

電装部290は、各部を駆動・制御するモータ回転子位置検出用ホールIC、圧力センサ、温度センサ操作コントローラマイクロコンピュータ駆動回路・温度センサ・周辺回路からなる制御部等の電気系部品が搭載されている。

フロ−ト式の流量スイッチ240は、フロート242が昇降するスペースが必要であるため、自吸室220等への取り付け位置が制約される場合や、自吸室220等が複雑な形状になる場合があった。さらに、給水ユニット200の標準的な停止流量である3〜4L/minといった少ない流量を検出するためには、フロート受け部241の内径壁とフロート242の外周部とのギャップを狭く設定する必要がある。このため、中・大流量域においては圧力損失が大きくなり、給水ユニット200の揚水性能が低下する。また、ポンプ起動時の急激な流量増加により、フロート242が急上昇してセンサボディ231に衝突し、その衝撃によりリードスイッチ243の接点密着することがある。これを防止するために、緩衝ゴムを追加する等すると、部品コストが増加する。また、緩衝ゴムを追加しても、センサボディ231への衝撃が残るため、流量スイッチ240と圧力センサ250とが一体となっている場合、衝撃が圧力センサ250側にも伝播し、圧力センサ250の故障の虞がある。また、フロート242への水あかの付着や、フロート242に内蔵された磁石への砂鉄の付着により、停止流量が変化する虞や、フロート242とフロート受け部241との間に細砂侵入し、フロート242が降下せず、ポンプ装置が停止しないといった虞がある。このような不具合を防止するためには、揚水した水の量を広範囲で検知できる流量スイッチが必要とされているが、その具体的構成は開示されていない。

また、揚水管落水等により、ポンプが揚水不能に陥った場合、本来、圧力センサが圧力低、流量スイッチが流量なしの状態を検出して故障停止するが、蛇口が閉まり、吐出し配管中に水が充満していることで、圧力センサが高圧を検出し、ポンプ自吸室内の気泡により、流量スイッチであるフロートが上下動を繰り返して、正常停止または圧力低下検出ができず、ポンプ自吸室が異常過熱する。

フロ−ト式以外の流量検出方式としては、電磁流量式、超音波式渦流量式、羽根車式パドル式等が知られている。

概要

パドル式の流量センサを用いた場合に圧力損失を可能な限り抑えること。駆動モータにより駆動される渦流ポンプの吐出口側に設けられた自吸室と、この自吸室内に鉛直方向に沿って設けられた気液分離板と、前記気液分離板上方の前記自吸室内壁面であって前記自吸室の吐出口側に設けられた凹部と、この凹部の底面側に設けられた磁気センサと、前記凹部に設けられ、材の軸方向に交差する向きに配置された揺動軸と、この揺動軸に軸支され、前記流体通流が無い時は前記気液分離板側に位置し、前記流体の通流によって前記磁気センサに近接する方向に揺動すると共に凹部内に収容される磁石が内蔵されたパドルと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記駆動モータを制御する電装部を備えている。

目的

本発明は、パドル式の流量スイッチを用いた場合であっても圧力損失を可能な限り抑えることができる給水ユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

ポンプと、このポンプを駆動する駆動モータと、前記ポンプの吐出口側に設けられた自吸室と、この自吸室内に鉛直方向に沿って設けられた気液分離板と、前記気液分離板上方の前記自吸室内壁面であって前記自吸室の吐出口側に設けられた凹部と、この凹部の底面側に設けられた磁気センサと、前記凹部に設けられ、流体通流方向に交差する向きに配置された揺動軸と、この揺動軸に軸支され、前記流体の通流が無い時は前記気液分離板側に位置し、前記流体の通流によって前記磁気センサに近接する方向に揺動すると共に凹部内に収容される磁石が内蔵されたパドルと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記駆動モータを制御する電装部とを備えていることを特徴とする給水ユニット

請求項2

前記磁気センサは、検出した磁束密度に比例した電圧を出力し、前記電装部は、前記磁気センサの出力に基づき、前記ポンプの停止流量を設定可能であることを特徴とする請求項1に記載の給水ユニット。

請求項3

前記電装部は、前記ポンプの複数の停止流量を選択可能であることを特徴とする請求項1に記載の給水ユニット。

請求項4

前記自吸室の上部に設けられた貫通孔と、この貫通孔を閉塞するダイヤフラムと、前記貫通孔に設けられ、前記ダイヤフラムとの間に、非腐食性液体充填した空洞部を形成すると共に、中央部に開口孔が設けられたカバー部材と、前記開口孔の内壁面に沿って配置された円筒状のパッキンと、このパッキンの中心に配置され、その先端側が前記空洞部側に向けて配置された圧力センサとを備えていること特徴とする請求項1に記載の給水ユニット。

請求項5

前記電装部は、一定時間、前記圧力センサの出力電圧が一定の閾値未満の場合、圧力センサの故障と判断して、圧力センサ故障信号を出力することを特徴とする請求項4に記載の給水ユニット。

請求項6

前記磁気センサは、前記自吸室に対し液密に、かつ、前記自吸室側の壁面が薄肉に形成されたセンサ収納部に温度センサと共に収納されていることを特徴とする請求項1に記載の給水ユニット。

請求項7

前記電装部は、一定時間、温度センサの出力電圧が予め設定された通常の動作範囲から外れている場合温度センサの故障と判断することを特徴とする請求項6に記載の給水ユニット。

請求項8

前記電装部は、ポンプ停止後に、前記温度センサにより測定された自吸室内温度を、基準水温として記憶し、ポンプ運転中の自吸室内温度を検出し、前記自吸室内温度が前記基準水温よりも所定の過熱温度差以上に上昇した場合、ポンプを故障停止することを特徴とする請求項6に記載の給水ユニット。

請求項9

前記電装部は、ポンプ停止中に検出した水温が、設定された凍結防止運転温度以下に低下した場合、ポンプを間欠運転し、運転または停止中に検出した水温が、上記の凍結防止運転温度より高く設定された凍結防止運転停止温度以上になった場合、間欠運転を中止することを特徴とする請求項6に記載の給水ユニット。

請求項10

前記電装部は、吐出し圧力一定制御を行うインバータを有し、前記ポンプの停止中に検出した水温が、所定の凍結防止運転温度以下に低下した場合、定格よりも低い低速運転で前記ポンプを運転し、運転中に検出した水温が、上記の凍結防止運転温度より高く設定された凍結防止運転停止温度以上になった場合、ポンプを停止するとともに、吐出し圧力が起動圧力より低下した場合は、通常の吐出し圧力一定制御運転に移行することを特徴とする請求項6に記載の給水ユニット。

請求項11

前記電装部は、基準水温が40℃超であった場合、吐出し圧力または最高回転速度を低減して可変速運転することを特徴とする請求項10記載の給水ユニット。

請求項12

前記磁気センサの近傍に温度センサが配置され、前記圧力センサ、前記磁気センサ及び前記温度センサの電圧出力デジタル化し、前記電装部との間でデジタル通信を行うことを特徴とする請求項4に記載の給水ユニット。

技術分野

0001

本発明は、受水槽からの送水井戸水揚水等に用いられる給水ユニットに関する。

背景技術

0002

流路を流れる水の流量を検出することで、給水末端の蛇口が閉じられたことを検出する流量スイッチが設けられた給水ユニットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。

0003

図8は、フロート式の流量スイッチ240が自吸室220の上方に設けられた給水ユニット200を示す断面図である。給水ユニット200は、ベース210と、このベース210上に設けられ、電源投入時に受水槽や井戸水から水を自吸するための自吸室220と、この自吸室220の上部に設けられたセンサ部230と、渦流ポンプ260と、この渦流ポンプ260を駆動する電動モータ270と、アキュムレータ280と、各部を制御する電装部290とを備えている。

0004

自吸室220内には、上下方向に沿って気液分離板221が設けられている。センサ部230には、内部が空洞のセンサボディ231が備えられている。センサボディ231には、流路232が接続され、吐出口233に接続されている。センサボディ231の自吸室220側には流量スイッチ240が、アキュムレータ280側には圧力センサ250がそれぞれ設けられている。流量スイッチ240は、自吸室220側に設けられた筒状の流路を有するフロート受け部241と、このフロート受け部241の内部に設けられ、流量に応じて昇降する磁石を内蔵したフロート242と、このフロート242の位置により変化する磁力の有無によって開閉(ON/OFF)するリードスイッチ243とを備えている。

0005

流量スイッチ244により検出する停止流量は、アキュムレータ280の容量と停止時間を案して、3〜4L/minに設定されている。

0006

電装部290は、各部を駆動・制御するモータ回転子位置検出用ホールIC、圧力センサ、温度センサ操作コントローラマイクロコンピュータ駆動回路・温度センサ・周辺回路からなる制御部等の電気系部品が搭載されている。

0007

フロ−ト式の流量スイッチ240は、フロート242が昇降するスペースが必要であるため、自吸室220等への取り付け位置が制約される場合や、自吸室220等が複雑な形状になる場合があった。さらに、給水ユニット200の標準的な停止流量である3〜4L/minといった少ない流量を検出するためには、フロート受け部241の内径壁とフロート242の外周部とのギャップを狭く設定する必要がある。このため、中・大流量域においては圧力損失が大きくなり、給水ユニット200の揚水性能が低下する。また、ポンプ起動時の急激な流量増加により、フロート242が急上昇してセンサボディ231に衝突し、その衝撃によりリードスイッチ243の接点密着することがある。これを防止するために、緩衝ゴムを追加する等すると、部品コストが増加する。また、緩衝ゴムを追加しても、センサボディ231への衝撃が残るため、流量スイッチ240と圧力センサ250とが一体となっている場合、衝撃が圧力センサ250側にも伝播し、圧力センサ250の故障の虞がある。また、フロート242への水あかの付着や、フロート242に内蔵された磁石への砂鉄の付着により、停止流量が変化する虞や、フロート242とフロート受け部241との間に細砂侵入し、フロート242が降下せず、ポンプ装置が停止しないといった虞がある。このような不具合を防止するためには、揚水した水の量を広範囲で検知できる流量スイッチが必要とされているが、その具体的構成は開示されていない。

0008

また、揚水管落水等により、ポンプが揚水不能に陥った場合、本来、圧力センサが圧力低、流量スイッチが流量なしの状態を検出して故障停止するが、蛇口が閉まり、吐出し配管中に水が充満していることで、圧力センサが高圧を検出し、ポンプ自吸室内の気泡により、流量スイッチであるフロートが上下動を繰り返して、正常停止または圧力低下検出ができず、ポンプ自吸室が異常過熱する。

0009

フロ−ト式以外の流量検出方式としては、電磁流量式、超音波式渦流量式、羽根車式パドル式等が知られている。

先行技術

0010

特開2007−187002号公報

発明が解決しようとする課題

0011

上述した給水ユニットにおいては、次のような問題があった。すなわち、電磁流量式及び超音波式は、流量検出の精度が高いものの測定機構が複雑であるため高コストとなる。
渦流量式は、流路内に形成したバッフルプレート2次側に発生するカルマン渦振動周波数圧電素子等で検出するものであるが、バッフルによる圧力損失が生じる。羽根車式は、流量に比例したパルス出力が得られる特長があるが、羽根車を正回転させるために流路断面絞り込んで変形するため圧力損失が生じる。

0012

一方、パドル式は安価であり、パドルの稼働スペースも小さく、大流量時にパドルが通流方向に沿って回動するため、フロート式、渦流量式、羽根車式と比べれば圧力損失が抑えられるといった利点が知られている。

0013

図9はこのようなパドル式の流量スイッチ300を用いた給水ユニットの要部を示している。図9中K1〜K3は、給水ユニットから受水槽や井戸から水を吸い上げる管部材を示している。流量スイッチ300は、管部材K1の外壁部に取り付けられ、内部に基板等が設けられた支持部310と、管部材K1内に突出され棒状に形成されたセンサ本体320と、管部材K1の流路内に配置されてセンサ本体320に対し揺動可能に支持されるパドル部材330とを有している。

0014

センサ本体320には、永久磁石の磁力によって作動するラッチ式ホールIC321が設けられている。パドル部材330には、永久磁石331が設けられている。永久磁石331の磁力は、パドル部材320が揺動していない初期位置(下向き)にある状態においてラッチ式ホールIC321の検出範囲にあり、出力信号はHとなり、パドル部材330が初期位置に対して揺動した状態(図9中破線M)においてラッチ式ホールIC321の検出範囲から外れ、出力信号はLとなり、停止流量をH/Lレベル計測することが可能となる。

0015

パドル式の流量スイッチ300は、センサ本体320が管部材K1内に突出しており、圧力損失が生じるという問題があった。

0016

なお、給水ユニットは屋外に設置されることが多く、寒冷期には、サーミスタ等の感温素子を自吸室に挿入して、保温用ヒータ通電し、凍結を防止していた。また、吐出し圧力一定制御を行うインバータ給水ユニットは、電装部内に内蔵する温度センサにより、自吸室温度を推定し、凍結の虞のある温度より高くマージンを取った低温値を設定して、ポンプ停止中に、電装部内が上記の低温値以下になると、ポンプを強制起動して、目標圧力になるよう、運転していた。

0017

しかし、感温素子を自吸室に装着する場合は、製造コストコストアップ配線の煩雑さがあり、感温素子を電装部内の基板上に配置した場合は、コストアップを最小限に抑えることが可能であるが、正確に自吸室の温度を検出できず、無駄な電力消費が生じるといった欠点があった。

0018

そこで本発明は、パドル式の流量スイッチを用いた場合であっても圧力損失を可能な限り抑えることができる給水ユニットを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0019

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給水ユニットは次のように構成されている。

0020

ポンプと、このポンプを駆動する駆動モータと、前記ポンプの吐出口側に設けられた自吸室と、この自吸室内に鉛直方向に沿って設けられた気液分離板と、前記気液分離板上方の前記自吸室内壁面であって前記自吸室の吐出口側に設けられた凹部と、この凹部の底面側に設けられた磁気センサと、前記凹部に設けられ、流体の通流方向に交差する向きに配置された揺動軸と、この揺動軸に軸支され、前記流体の通流が無い時は前記気液分離板側に位置し、前記流体の通流によって前記磁気センサに近接する方向に揺動すると共に凹部内に収容される磁石が内蔵されたパドルと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記駆動モータを制御する電装部とを備えていることを特徴とする。

発明の効果

0021

本発明によれば、パドル式の流量スイッチを用いた場合であっても圧力損失を可能な限り抑えることが可能となる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の一実施形態に係る給水ユニットを一部切欠して示す平面図。
同給水ユニットに組み込まれた自吸室を示す縦断面図。
同給水ユニットに組み込まれた自吸室を拡大して示す平面図。
同給水ユニットに組み込まれた自吸室を図3中A−A線で切断して示す断面図。
同給水ユニットに組み込まれた圧力センサを示す縦断面図。
同給水ユニットの流量と揚程との関係を示すグラフ
同給水ユニットに組み込まれた磁気センサにおける磁束密度出力電圧との関係を示すグラフ。
給水ユニットの一例を示す縦断面図。
パドル式の流量スイッチが組み込まれた給水ユニットの要部を示す縦断面図。

実施例

0023

図1は本発明の一実施形態に係る給水ユニット10を一部切欠して示す平面図、図2は給水ユニット10に組み込まれた自吸室50を示す縦断面図、図3は給水ユニット10に組み込まれた自吸室50を拡大して示す平面図、図4は給水ユニット10に組み込まれた自吸室を図3中A−A線で切断して示す断面図、図5は給水ユニット10に組み込まれた圧力センサを示す縦断面図、図6は給水ユニット10の流量と揚程との関係を示すグラフ、図7は給水ユニット10に組み込まれた磁気センサにおける磁束密度と出力電圧との関係を示すグラフである。

0024

給水ユニット10は、インバータにより吐出し圧力一定制御が行われる給水ユニットである。図1に示すように、給水ユニット10は、床面等に固定されるベース11を備えている。このベース11上に、受水槽や井戸等に連結される吸込管20と、吸込管20を介して水を吸い上げるための渦流ポンプ30と、この渦流ポンプ30を駆動する電動モータ(駆動モータ)40と、電源投入時に受水槽や井戸から水を自吸するための自吸室50と、この自吸室50の上部に設けられた流量検出部70及び圧力検出部80と、自吸室50に接続された吐出管90と、この吐出管90の一方の端部に取り付けられたアキュムレータ100と、吐出管90の他方の端部に取り付けられた吐出口110と、各部を制御する電装部120とが設けられている。流量検出部70と圧力検出部80とは、水平方向に離間している。電装部120は、所定の動作プログラムに基づいて演算を行う演算部121及び電源電圧における磁束密度と出力電圧との関係を決定するテーブル、基準水温等を記憶する記憶部122を備えている。

0025

図2に示すように、自吸室50は、有底筒状で金属製の下部自吸室51と、下部自吸室51に設けられた気液分離壁52と、下部自吸室51の開口部を覆う樹脂材製の上部自吸室53と、この上部自吸室53に設けられ鉛直方向に沿って形成された気液分離板54とを備えている。下部自吸室51と上部自吸室53とはパッキン55により液密に接続されている。下部自吸室51の底部は渦流ポンプ30の吐出口と連通している。また、上部自吸室53の上部側の側壁には吐出孔53aが設けられ、連結曲管88を介して、吐出管90に接続されている。気液分離板54は、上部自吸室53の内部のうち略下半分側を渦流ポンプ30側と吐出管90側とに仕切っている。

0026

さらに、上部自吸室53の上部(被された状態で天井側)には、凹部56が設けられており、この凹部56には流量検出部70が設けられている。凹部56は、パドル72が磁気センサ74に近接する方向に揺動した場合にパドル72が収納され、その際のパドル72の下面が吐出孔53aの上壁面と面一になる寸法に形成されている。

0027

流量検出部70は、吐出孔53a近傍に設けられている。流量検出部70は、上部自吸室53の上部に取り付けられ、自吸室50内に露出して取り付けられた軸受部71と、この軸受部71に揺動自在に取り付けられたパドル72と、軸受部71と水平方向に離間した位置に設けられた液密のセンサ収納部73とを備えている。センサ収納部73内部には、永久磁石72cの磁束を検出する磁気センサ74及び温度センサ76が収容されており、これらの出力信号は出力基板77を介して、電装部120に出力される。センサ収納部73の下底面は薄肉に形成され、かつ下方へ突出させて設けられているため、上部自吸室53内の水温を温度センサ76により精度よく検出可能である。

0028

軸受部71は、図3に示すように下方へ突出した1組の突起部71aと、これら突起部71a間に設けられた軸71bとを有している。パドル72は、板状のパドル板72aと、このパドル板72aに設けられた円筒部72bと、パドル72内部に取り付けられた永久磁石72cとを有している。円筒部72bが軸71bに係合することで、軸受けが形成されている。

0029

また、パドル72が揺動する空間は、自吸室50の吐出孔53aと正対する位置にある。すなわち、図2に示すように下方側に位置するパドル72表面の法線Rと、吐出孔53aの法線Tとが平行になるように位置決めされている。

0030

磁気センサ74は、例えば、検出した磁束密度に比例した電圧を出力するリニア出力タイプを用いる。磁気センサ74において、流量の増加に伴いパドル72が正方向に回転すると、検出される磁束密度が増加して出力電圧が増加し、流量の減少に伴いパドル72が静止方向に回転すると、検出される磁束密度が減少して、出力電圧が減少するよう設定する。これにより、電装部120において、流量を計測することができ、給水ユニット10の停止流量を調整可能とする。

0031

流量検出部70は、気液分離板54の上端と吐出孔53aとの間の位置に設けられているため、少水量の場合であってもパドル72が上方へ揺動するので、流量を検出することが可能となる。

0032

上部自吸室53の上底部には、凹部56とは水平方向に離間した位置に上部自吸室53を貫通する貫通孔57が設けられている。この貫通孔57の上部に圧力検出部80が配置されている。圧力検出部80は、図4、5に示すように、圧力検出部80は、貫通孔57の内壁面に形成された係止部81と、この係止部81に係止され、貫通孔57を閉塞するゴム製のダイヤフラム82と、このダイヤフラム82の上方に設けられた円盤状のカバー部材83と、このカバー部材83に積層配置されるブリッジ電圧増幅基板84と、このブリッジ電圧増幅基板84及びカバー部材83とを締結する樹脂材製の押え板85並びに締結具85aとを備えている。

0033

カバー部材83の中央には開口部83aが設けられ、開口部83aの内壁面には後述する圧力センサ86の脱落防止用段差部83eが形成された有底筒状のパッキン83bが収容されている。カバー部材83には、上側円環部83cと下側円環部83dは、同軸的に設けられている。下側円環部83dの外周面は係止部81の内周面に係止されると共に、ダイヤフラム82を押圧している。

0034

パッキン83b内部には、ブリッジ電圧増幅基板84の下面に取り付けられた半導体式の圧力センサ86の先端側から上方より挿入配置されている。パッキン83bの下端は、カバー部材83とダイヤフラム82との間に形成されたシリコンオイル室87に露出している。

0035

シリコンオイル室87には、シリコンオイルSが充填されている。なお、シリコンオイル以外の非腐食性液体を用いてもよい。パッキン83bにより、シリコンオイルが外部へ漏出しないよう、圧力センサ86とカバー部材83とを液密に締結している。

0036

ブリッジ電圧増幅基板84には、圧力センサ86の差動電圧出力増幅シングルエンド出力に変換する回路が搭載されている。さらに、ブリッジ電圧増幅基板84は、出力基板77に接続されている。

0037

なお、磁気センサ74、温度センサ76、圧力センサ86の電源は、例えば5Vに統一した上で磁気センサ74、温度センサ76、圧力センサ86の出力電圧をデジタル化してデジタル通信とすれば、圧力センサ86の増幅信号と、磁気センサ74及び温度センサ76の電圧出力グランド(0V)の5線式複合センサが構成される。このような複合センサ化により、電装部120との接続作業単純化できる。なお、圧力センサ86として、増幅・信号変換回路内蔵の半導体式圧力センサを採用すれば、ブリッジ電圧増幅基板84に増幅回路が不要となる。

0038

また、出力基板77に、圧力センサ86用の増幅・変換回路を内蔵するマイコン77aを搭載し、直流電源とグランド(0V)、データ送信線、データ受信線の4線式センサとして、少ない信号線により通信を行ってもよい。
また、電装部120との調歩同期シリアル通信により、圧力・磁気・温度の3種類データを送信する方式とすることで、信号線をより少なく、ノイズに強い構成をとってもよい。
また、パラレル通信としてもよい。

0039

このように構成された給水ユニット10は、次のように動作する。最初に通常の給水動作、次に故障自己判断動作、最後に凍結防止動作について説明する。

0040

給水プロセスでは、次のように動作する。電源が投入されると、電動モータ40が回転し、渦流ポンプ30により受水槽や井戸から揚水する自吸運転が開始される。この時、自吸室50内部では、気液分離板54により、揚水管内部の空気を含んだ水から空気を分離して排気する。揚水完了後は、渦流ポンプ30の吐出し口からの水流は気液分離板54の上部を通過する。したがって、ポンプ運転時には、水流が流量検出部70のパドル72近傍に案内される。すなわち、少水量であっても、パドル72が吐出孔53aへ向かう水流を受け止め、上方へ押し上げられて磁気センサ74に近接することで、給水ユニット10の標準的な停止流量である4L/min(約67mL/s)といった低い流量を検出することが可能となる。

0041

さらに、流量検出部70のパドル72は、大流量時に略水平方向まで揺動すると、凹部56内に全体が収容されることになる。この時、パドル72の下面が上部自吸室53の内壁面と面一になるため、水流の抵抗とならない。これにより、圧力損失を最小限に抑えることができる。図6は同じパドル式の流量検出部を用いた場合に、パドル72が凹部56内に収納される構成を有する給水ユニット10における揚水性能α1とポンプ効率η1と、一般的な凹部が設けられない構成を有する給水ユニットにおける揚水性能α2とポンプ効率η2とを比較して示す説明図である。図6に示すように、給水ユニット10は一般的な給水ユニットよりも約10L/min以上の流量域で揚水性能及びポンプ効率が向上している。例えば、ポンプ効率の場合、ポンプ効率η2が最大38%(29L/min)であったものが、ポンプ効率η1が最大40%(31L/min)へ向上している。

0042

また、センサ収納部73の外底面が下方へ突出し、パドル72が上方に回転した時、狭い面積で突き当たる。このため、パドル72の90度を超える回転を規制するストッパとして機能する。これにより、大流量時にパドル72が自吸室外壁上部に長時間密着することで固着して、少流量時にパドル72が静止方向へ回転しなくなることを防止できる。

0043

電装部120では、流量検出部70における流量検出時において、次のような処理が行われている。すなわち、ポンプの発生する水流はその流量が一定であっても、パドル72は多少揺動する。このため、例えば、電装部120のマイコンにて毎秒、100ms間隔で10個のデータを平均化する処理を行うことが好ましい。水流によるパドル72の揺動の乱れを平均化するためである。

0044

電装部120は、所定の間隔(例えば1秒)で、磁気センサ74の出力電圧を平均化処理し、運転インタロック終了後に、出力電圧が停止流量相当以下の状態が一定時間(例えば2秒)継続した場合、停止流量以下であると判断して、ポンプ運転を停止する。

0045

次に、電源電圧とパドル72の回転角、磁束密度、磁気センサ74の出力電圧、流量との関係について説明する。すなわち、例えば、給水ユニット10は、図7に示すように、電源(Vcc)が5Vの場合については、パドル72の回転角0〜90°に対して、磁束密度はN極0.5〜48mTに変化し、磁気センサ74の出力電圧は2.5〜5.0Vとなる。

0046

そして、流量2L/minにおける回転角は約60°となり、磁気センサ74位置での磁束密度は約6.6mTであり、磁気センサ74の出力電圧は2.9Vとなる。さらに、停止流量である流量4L/minにおける回転角は約80°となり、磁気センサ74位置での磁束密度は約11mTであり、磁気センサ74の出力電圧は3.3Vであった。

0047

このようなマイコンパラメータについて図7に示すテーブルを電装部120の記憶部122に記憶しておくことで、停止流量等の設定を行うことができる。なお、電源が4V、3Vについても図7に示すように同様のテーブルを記憶するようにしてもよい。

0048

このように給水動作において圧力損失を防止できるという効果がある。また設計時においては、次のような効果がある。一般的にパドル式の流量検出部を設計する場合、一般的に、パドルの受圧面積比重、内蔵する磁石の表面磁束密度、磁束の磁気センサへの貫流角度、磁気センサの磁束感度、要求される停止流量と、自吸室の気液分離板上部及び吐出し口の断面積によって定まる流速等、様々なパラメータを検討する必要がある。

0049

流量検出部70では、検出したい流量域に適合した磁気感度の磁気センサ74を選定することにより、図7に示すように、停止流量の近傍で流量の減少に伴い検出される磁束密度が大きく減少する。

0050

そして、実機試験により、所望の停止流量(例えば、4L/min)における磁束密度(例えば11mT)に対応した出力電圧(例えば3.3V)を決定し、マイコンパラメータとして設定すればよいため、精度よく、停止流量を設定可能となる。

0051

また、実機試験により停止流量にて運転して、電装部120の操作により、磁気センサ74の出力電圧を読み込むこととすれば、磁気センサ74や磁石の磁束密度等のバラツキ補正することが可能となる。また、設置現場において、アキュムレータを増設した時に断続運転領域を拡大するために停止流量を大きくしたい場合、電装部120を操作して、停止流量を変更することも可能となる。

0052

次に、故障自己判断動作について説明する。電装部120は、一定時間、圧力センサ86の出力電圧が一定の閾値、例えば0.3V(=吐出揚程0m)未満の場合、圧力センサ86の故障と判断する。

0053

さらに、電装部120は、一定時間、温度センサ76の出力電圧が通常の動作範囲である一定の閾値範囲、例えば0.7V(100℃)〜2.2V(−20℃)から外れている場合、温度センサ76の故障と判断する。
また、出力基板77にマイコン77aを搭載して、上記の圧力センサ故障と温度センサ故障を検出して、電装部120へ圧力センサ故障信号と温度センサ故障信号を送出すれば、電装部120側の演算部121で、上記圧力・磁気・温度の3データをAD変換したり、故障検出する必要がなく、吐出し圧力一定制御のためのモータ制御出力回路の保護検出に専念でき、圧力の変動に対応して、高精度かつ高速応答が可能となる。

0054

さらに、電装部120側では、一定時間、圧力・流量(磁気)・温度データの送信がなかった場合、センサ側のマイコンの故障と判断して、故障停止する。

0055

一方、給水ユニット10は、温度センサ76により、ポンプ停止後に、自吸室内温度を測定して、電装部120にて基準水温として記憶する。一方、ポンプ運転中に、自吸室内温度を測定して、電装部120において、「基準水温+過熱温度差」以上に上昇した場合、渦流ポンプ30を故障停止する。これにより、渦流ポンプ30が何らかの原因で締切運転や揚水不能となり自吸室内部の温度が上昇したことを検出して渦流ポンプ30を安全に故障停止する。これにより、過熱温度差を水温の変動を考慮して十分なマージンである例えば10℃に決定すれば、基準水温との比較により過熱状態を判定することで、少ない温度上昇で故障検出できる。したがって、樹脂製のハウジング等の過熱変形を防止することができる。

0056

さらに、基準水温を設定すれば、通常の清水用の給水ユニットと温水用の給水ユニットにおいて、個別に過熱状態の水温について設定する必要がなく、同一製品で対応可能となる。

0057

また、基準水温が40℃超であった場合、電動モータ40の温度上昇が過大にならないよう、吐出し圧力または最高回転速度を低減して可変速運転することも可能となる。

0058

次に、凍結防止プロセスについて説明する。凍結防止プロセスとして、温度低下時の低速運転間欠運転とがあり、いずれも自吸室50及びその周辺部に収容された水を渦流ポンプ30の種類、制御方法使用者の選択等によって適宜設定を行う。

0059

低速運転は、電装部120は、ポンプ停止中に温度センサ76により検出した水温が、設定された凍結防止運転温度(例えば3℃)以下に低下した場合、定格の最高回転速度の約50%の低速運転でポンプを運転する。また、吐出し圧力が起動圧力より低下した場合、通常の吐出し圧力一定制御運転に移行するようにしている。なお、凍結防止運転は、運転中に検出した水温が設定された凍結防止運転停止温度(例えば6℃)以上になった場合、停止される。

0060

低速運転では、回転速度を低速に設定することにより、消費電力を低減して、効率よく、ポンプ部と自吸室を保温することが可能となる。

0061

間欠運転は、電装部120は、ポンプ停止中に温度センサ76により検出した水温が、設定された凍結防止運転温度(例:3℃)以下に低下した場合、ポンプを、間欠運転(例:10秒運転・10秒停止)することとしている。なお、間欠運転は、運転または停止中に検出した水温が設定された凍結防止運転停止温度(例:6℃)以上になった場合、中止される。

0062

間欠運転では、通常の誘導電動機を使用したポンプの場合、回転速度を制御できないため、連続運転すると、ポンプ部において、急激に水温が上昇する一方で、感温素子に伝導されるまでにタイムラグが存在するためであり、間欠運転時の停止中の水温を検出することにより、運転再開を決定して、ポンプ部の異常過熱を防止している。

0063

このように本実施の形態に係る給水ユニット10によれば、パドル式の流量検出部を用いた場合であっても圧力損失を可能な限り抑えることが可能となる。また、センサが故障した場合でも、その他の部位に影響を与えることなくポンプを停止することができるので、ハウジングや電動モータの故障等を未然に防止することができる。さらに、凍結防止に際して、消費電力を大幅に節減することが可能となる。

0064

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなくこの他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

0065

10…給水ユニット、20…吸込管、30…渦流ポンプ、40…電動モータ(駆動モータ)、50…自吸室、53…上部自吸室、53a…吐出孔、54…気液分離板、56…凹部、70…流量検出部、71…軸受部、72…パドル、73…センサ収納部、75…磁気センサ、76…温度センサ、77…出力基板、80…圧力検出部、82…ダイヤフラム、83…カバー部材、83b…パッキン、84…ブリッジ電圧増幅基板、86…圧力センサ、88…連結曲管、90…吐出管、100…アキュムレータ、110…吐出口、120…電装部、S…シリコンオイル。

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