(57)【要約】【課題】フロートスイッチを用いなくても、２台の水中ポンプを交互・並列運転することが可能な水中ポンプ装置を提供すること。【解決手段】金属材料からなるモータフレーム４１を有する水中モータ１１、水中モータ１１に接続されたポンプ１０、電源アースにつながるモータフレーム４１と固定電極５１を上部に有する、水中モータ１１と絶縁されたモータカバー４２、及び、モータカバー４２内に設けられ、電極回路を有する制御基板５３を具備する一対の水中ポンプ１のうち、一方の水中ポンプ２を自動給水型とし、他方の水中ポンプ３を交互・並列運転型とし、水中ポンプ３の固定電極５１に、下方に延びる電極棒５１ｄを設ける。自動給水型の水中ポンプ２を、電極回路の入力電圧が第１電圧値Ｖ１になった場合に起動し、交互・並列型の水中ポンプ３を、停止中に電極回路の入力電圧が、第１電圧値Ｖ１よりも大きい値に設定された第２電圧値Ｖ２以上になった状態が一定時間継続した場合に起動する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる第１モータフレームを有する第１水中モータ、前記第１水中モータに接続された第１ポンプ、第１電源アースにつながる前記第１モータフレームと第１固定電極を上部に有する、前記第１水中モータと絶縁された第１モータカバー、及び、前記第１モータカバー内に設けられ、第１電極回路を有する第１制御基板を具備し、汚水槽に設置される、自動運転型の第１水中ポンプと、
金属材料からなる第２モータフレームを有する第２水中モータ、前記第２水中モータに接続された第２ポンプ、第２電源アースにつながる前記第２モータフレームと下方に延びる電極棒を含む第２固定電極を有する前記第２水中モータと絶縁された第２モータカバー、並びに、前記第２モータカバー内に設けられ、第２電極回路を有する第２制御基板を具備し、前記汚水槽に設置される、交互・並列運転型の第２水中ポンプと、を備え、
前記第１制御基板は、汚水により前記第１モータフレーム及び前記第１固定電極が導通して、前記第１電極回路の入力電圧が第１電圧値になった場合に、前記第１水中ポンプを起動し、
前記第２制御基板は、前記第２水中ポンプの停止中に、前記第２電極回路の入力電圧が、前記第１電圧値よりも大きい値に設定された第２電圧値以上になった状態が一定時間継続した場合に、前記第２水中ポンプを起動する、
水中ポンプ装置。
【請求項２】
前記第２固定電極に設けられた前記電極棒は、第２電極棒であり、
前記第１固定電極には、前記第２電極棒よりも短い、前記第１固定電極が設けられる、請求項１に記載の水中ポンプ装置。
【請求項３】
前記電極棒は、先端側から前記第２固定電極側までの間に設けられ、前記電極棒の外周面を覆う非導電性材料で形成された被覆部材を有する、請求項１に記載の水中ポンプ装置。
【請求項４】
前記第１制御基板は、前記第１水中ポンプの駆動時に、前記入力電圧が前記第１電圧値未満になり、且つ、所定の時間経過後に、前記第１水中ポンプを停止し、
前記第２制御基板は、前記第２水中ポンプの駆動時に、前記入力電圧が前記第１電圧値未満になり、且つ、所定の時間経過後に、前記第２水中ポンプを停止する、請求項１に記載の水中ポンプ装置。
【請求項５】
前記第１制御基板及び前記第２制御基板は、前記第１水中モータ及び前記第２水中モータの電流を測定し、前記電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、前記最大値及び前記最小値の比率である脈動比率を求め、前記求めた脈動比率が１よりも大きい比率である脈動判定比率以上である場合に、前記第１水中ポンプ及び前記第２水中ポンプの運転を停止する、請求項１に記載の水中ポンプ装置。
【請求項６】
前記第２水中ポンプは、初回の電源投入前に自動運転型であり、前記初回の電源投入後、一定時間の間に前記入力電圧が前記第１電圧値以上になった後、所定時間内に、前記入力電圧がゼロとなることが複数回繰り返された場合に、前記交互・並列運転型に切り替わる、請求項１に記載の水中ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水槽内に２台の水中ポンプを設ける水中ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、汚水槽内の汚水を排出する水中ポンプとして、リードスイッチを用いたフロートスイッチを水位検出器として用いて水中ポンプを制御する技術が知られていた。しかし、フロートスイッチは、水位の変化によりフロートの傾斜角度が変わることでリードスイッチのＯＮ／ＯＦＦがなされる。このため、フロートスイッチは、低水位での使用に制約があり、また、稼働スペ−スも必要である。また、水質が悪いと、水垢や汚物が付着しやすい、という問題がある。さらに、衝撃や振動によって誤作動や故障の虞がある、という問題があった。
【０００３】
また、合併処理槽等の汚水槽に設置される水中ポンプ装置は、汚水槽内に２台の水中ポンプを設置し、一方の水中ポンプが故障した時に、他方の水中ポンプの運転により汚水槽の水が溢れることを防止可能に構成されている。
【０００４】
具体例として、一方の水中ポンプは、通常の自動運転型の水中ポンプが使用され、他方の水中ポンプは、交互・並列運転型の水中ポンプが使用される。一方の水中ポンプは、停止用に下部側に設置された下部フロートスイッチと、起動用に上部側に設置された上部フロートスイッチと、から構成される２つのフロートスイッチを備える。
【０００５】
他方の水中ポンプは、一方の水中ポンプの２つのフロートスイッチの間の高さ位置に設けられた停止用の下部フロートスイッチ、起動用の中間フロートスイッチ及び一方の水中ポンプの上部フロートスイッチよりも高い位置に設けられた並列起動用の上部フロートスイッチから構成される３つのフロートスイッチを備える。
【０００６】
このような合併処理槽等に設置される水中ポンプ装置は、例えば、水中ポンプを運転毎に次回の運転を休止することで、２台の水中ポンプの交互運転が可能に構成される。また、当該水中ポンプ装置は、汚水槽への汚水の流入量が多く、１台の水中ポンプの運転では水位が上昇する場合には、汚水槽の水が溢れないように、２台の水中ポンプの並列運転を行う技術が知られている。
【０００７】
しかしながら、それぞれ２個及び３個のフロートスイッチを有する２台の水中ポンプを汚水槽内に設置すると、フロートスイッチの相互干渉の虞や汚水槽壁面による拘束の虞がある。このため、汚水槽の容積を大きくする必要があり、設備費用が上昇する問題があった。そこで、稼働スペースを要しない水位検出器として、固定電極式の水位検出器を用いた水中ポンプ（例えば、特許文献１参照）や、静電容量式の水位検出器を用いた水中ポンプ装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。このような固定電極式や静電容量式の水位検出器は、稼働スペースが不要で有り、また、振動や衝撃に強いと利点がある。さらに、静電容量式の水位検出器は、油分等を含む汚水でも水位を検出可能という特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２５７５８４号公報
【特許文献２】特開２００６−０２２６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した水中ポンプ装置においては、交互・並列運転ができない、という問題がある。即ち、特許文献１の水中ポンプにおいては、モータカバーを第１固定電極とし、モータハウジングを第２固定電極とし、水位の上昇により第１固定電極及び第２固定電極間が導通することで水位を検知し、第１固定電極及び第２固定電極の導通が遮断されたことを検知したあとに、一定時間経過後に水中ポンプを停止する技術が開示されているだけである。このような水中ポンプを２台用いたとしても、交互・並列運転ができない。
【００１０】
また、特許文献２には、静電容量センサにより起動水位を検出し、２台の水中ポンプの起動遅延時間を短時間と長時間の二種類の時間を交互に選択することで、起動より一定時間経過後に水中ポンプを停止する制御する技術が開示されている。しかし、この技術は、停止水位を検出するセンサを不要とし、一種類の同じ水中ポンプを２台用いた場合の制御をおこなっているが、自動運転型の水中ポンプと、交互・並列運転型の水中ポンプの並列起動を許容しており、交互・並列運転を行うことができない。
【００１１】
そこで本発明は、フロートスイッチを用いなくても、２台の水中ポンプを交互・並列運転することが可能な水中ポンプ装置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】
【００１２】
本発明の一態様によれば、水中ポンプ装置は、金属材料からなる第１モータフレームを有する第１水中モータ、前記第１水中モータに接続された第１ポンプ、第１電源アースにつながる前記第１モータフレームと、第１固定電極を上部に有する、前記第１水中モータと絶縁された第１モータカバー、及び、前記第１モータカバー内に設けられ、第１電極回路を有する第１制御基板を具備し、汚水槽に設置される、自動運転型の第１水中ポンプと、金属材料からなる第２モータフレームを有する第２水中モータ、前記第２水中モータに接続された第２ポンプ、第２電源アースにつながる前記第２モータフレームと、下方に延びる電極棒を含む第２固定電極を有する前記第２水中モータと絶縁された第２モータカバー、並びに、前記第２モータカバー内に設けられ、第２電極回路を有する第２制御基板を具備し、前記汚水槽に設置される、交互・並列運転型の第２水中ポンプと、を備え、前記第１制御基板は、汚水により前記第１モータフレーム及び前記第１固定電極が導通して、前記第１電極回路の入力電圧が第１電圧値になった場合に、前記第１水中ポンプを起動し、前記第２制御基板は、前記第２水中ポンプの停止中に、前記第２電極回路の入力電圧が、前記第１電圧値よりも大きい値に設定された第２電圧値以上になった状態が一定時間継続した場合に、前記第２水中ポンプを起動する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、フロートスイッチを用いなくても、２台の水中ポンプを交互・並列運転することが可能な水中ポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置の構成を一部断面で示す側面図。
【図２】同水中ポンプ装置に用いられる水中ポンプの構成を示す平面図。
【図３】同水中ポンプの制御基板の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水中ポンプ装置の構成を一部断面で示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置１００を、図１乃至図３を用いて説明する。  
図１は本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置１００の構成を一部断面で示す側面図、図２は水中ポンプ装置１００に用いられる水中ポンプ１の構成を示す平面図、図３は制御基板５３の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、水中ポンプ装置１００は、合併処理槽等の汚水槽２００内に並べて配置される一対の水中ポンプ１を備える。水中ポンプ装置１００は、汚水槽２００内の汚物等の異物を含む汚水を排水する。一対の水中ポンプ１は、一方が自動運転型の第１水中ポンプ２であり、他方が交流・並列運転型の第２水中ポンプ３である。
【００１７】
第１水中ポンプ２は、第１ポンプ１０と、第１ポンプ１０の上部に固定される第１水中モータ１１と、第１ポンプ１０及び第１水中モータ１１の間に設けられた第１メカニカルシール１２と、第１ポンプ１０及び第１水中モータ１１を接続する第１回転軸１３と、第１電装部１４と、を備えている。
【００１８】
第１ポンプ１０は、第１回転軸１３に固定される羽根車２１と、羽根車２１を収納するポンプケーシング２２と、ポンプケーシング２２を覆うケーシングカバー２３と、を備えている。
【００１９】
羽根車２１は、ポンプケーシング２２内に収容される。羽根車２１は、ポンプケーシング２２内で回転することで、水を圧送可能に形成されている。羽根車２１は、例えば、一枚の円板状のシュラウドに羽根が複数設けられたセミオープンタイプのインペラである。
【００２０】
図１に示すように、ポンプケーシング２２は、第１水中ポンプ２を設置面に設置した状態で下方に配置される吸込口３１と、外周面の一部に形成された吐出口３２と、吸込口３１及び吐出口３２と接続されるポンプ室３３と、ポンプ室３３の上方に設けられた開口部３４と、を備えている。また、ポンプケーシング２２は、吸込口３１を覆うストレーナ３６と、第１水中ポンプ２を設置させるための複数の脚部３７を下面に複数備えている。
【００２１】
吸込口３１は、第１水中ポンプ２を設置する設置面から所定の間隙を有して配置される。吐出口３２は、例えば、ポンプ室３３の径方向の一部に流体的に接続される。吐出口３２は、開口端の軸心方向が上方に向って開口する。吐出口３２には排水管が接続される。
【００２２】
ポンプ室３３は、羽根車２１を収納可能に形成されている。また、ポンプ室３３は、羽根車２１によって増圧された液体を吐出口３２に案内可能な、ボリュート形状の流路を構成する。
【００２３】
開口部３４は、羽根車２１をポンプ室３３に挿入可能な内径を有している。脚部３７は、吸込口３１の周囲に等間隔に複数配置されている。脚部３７は、第１水中ポンプ２を設置面に設置した状態で、吸込口３１を第１水中ポンプ２の設置面から所定の高さに配置可能な長さに構成される。
【００２４】
ケーシングカバー２３は、ポンプケーシング２２の開口部３４に固定され、開口部３４を覆う。ケーシングカバー２３には、第１水中モータ１１が固定される。例えば、ケーシングカバー２３は、第１水中モータ１１の後述する第１モータフレーム４１の下面とともに、第１メカニカルシール１２の第１シール室１２ａを構成する。
【００２５】
第１水中モータ１１は、第１モータフレーム４１と、第１モータフレーム４１内に設けられた固定子と、固定子により回転する回転子と、第１モータフレーム４１の上端部に設けられた第１モータカバー４２と、を備えている。第１水中モータ１１は、例えば単相誘導モータである。
【００２６】
第１モータフレーム４１は、例えば、ステンレス材等の導電性材料で構成される。固定子は、第１モータフレーム４１内に固定される。回転子には、第１回転軸１３が固定される。第１モータフレーム４１は、後述する第１固定電極５１と対の電極を構成する。
【００２７】
第１モータカバー４２は、第１モータフレーム４１の上端に液密に固定される。第１モータカバー４２は、非導電性材料である樹脂材料で構成される。第１モータカバー４２は、内部に第１電装部１４を収容する。
【００２８】
第１メカニカルシール１２は、ケーシングカバー２３と第１回転軸１３との間、及び、第１モータフレーム４１と第１回転軸１３との間を密封する。
【００２９】
第１回転軸１３は、第１水中モータ１１の回転子と直接的又は間接的に接続され、回転子の回転に追従して回転可能に形成されている。第１回転軸１３は、例えば、ケーシングカバー２３又は第１モータフレーム４１にベアリング等の軸受を介して回転自在に支持されている。第１回転軸１３は、一端がポンプケーシング２２内に配置され、羽根車２１が固定される。
【００３０】
第１電装部１４は、第１固定電極５１と、第１電源ケーブル５２と、第１制御基板５３と、を含む。
【００３１】
第１固定電極５１は、第１制御基板５３の後述する第１電極接続部６２に電気的に接続される。第１固定電極５１は、第１モータカバー４２の上端部に一部が露出して配置される。第１固定電極５１は、汚水が接触したときに、汚水を介して第１水中ポンプ２の電源アース（第１電源アース）に電気的に接続される第１モータフレーム４１と導通可能に構成される。第１固定電極５１は、金属材料からなる。例えば、第１固定電極５１は、ステンレス材料からなり、鋳造により製造される。
【００３２】
具体的には、第１固定電極５１は、第１モータカバー４２に固定される第１電極部５１ａと、第１電極部５１ａの一方の主面に設けられた第１回路接続部５１ｂと、を備えている。第１固定電極５１は、第１回路接続部５１ｂが第１モータカバー４２内に配置されるとともに、フランジパッキンを介して第１モータカバー４２に固定される。
【００３３】
第１電極部５１ａは、一端が他よりも突出する略菱形形状を有し、第１モータカバー４２にボルト等を介して固定される。第１電極部５１ａは、突出する一端が、第１モータカバー４２の外周面よりも径方向に突出して、第１モータカバー４２に配置される。また、第１電極部５１ａは、第１モータカバー４２の外周面よりも突出する先端に、ネジ穴５１ｃを有する。
【００３４】
第１回路接続部５１ｂは、一端が第１電極部５１ａに一体に設けられた円柱状に構成される。第１回路接続部５１ｂは、先端に、第１電極接続部６２と接続する配線を固定可能に、例えばネジ穴等を有する。このような第１固定電極５１は、第１回路接続部５１ｂを介して接続された第１電極接続部６２から電圧が印加される。  
第１電源ケーブル５２は、外部の電源に接続される。
【００３５】
第１制御基板５３は、図３に示すように、電流検出部６１と、第１電極接続部６２と、演算部６３と、設定部６４と、記憶部６５と、駆動回路６６と、切換スイッチ６７と、第１制御部６８と、を備えている。また、第１制御基板５３は、第１水中モータ１１に供給され、演算部６３に接続された、電源電圧を測定する回路を含む。
【００３６】
電流検出部６１は、第１水中モータ１１の電流値を測定する回路である。電流検出部６１は、電流変換器、負荷抵抗、電増回路及び第１制御部６８への入力部を含む。  
第１電極接続部６２は、第１固定電極５１に接続され、電圧を印加する回路（第１電極回路）である。第１電極接続部６２は、第１固定電極５１の第１回路接続部５１ｂと接続する接続部、第１固定電極５１へ電圧を印加する電圧印加回路、負荷抵抗及び第１制御部６８への入力部を含む。第１電極接続部６２は、第１固定電極５１に電圧を印加するとともに、第１固定電極５１がモータフレーム４１と導通したときに、当該情報を信号に変換し、当該信号を第１制御部６８に送信する。
【００３７】
演算部６３は、電流検出部６１により運転時の電流を所定の時間毎に測定し、所定の検出点数で一周期中の波形、即ち正値毎の極大電流値を判定し、極大値を決定する。
【００３８】
また、演算部６３は、電流検出部６１で測定した運転電流の電流波形の一周期毎の極大値を記憶部６５に記憶する。演算部６３は、電流検出部６１で測定された所定の時間内に得られた当該極大電流値の最大値と最小値を検出し、当該検出した最大値及び最小値を比較して、脈動判定を行うための最大値と最小値の比率である脈動比率ｋを求める。演算部６３は、求めた脈動比率ｋを第１制御部６８に送信する。
【００３９】
設定部６４は、外部から各値等を設定又は入力する入力部である。
【００４０】
記憶部６５には、一定値である第１電圧値Ｖ１及び第２電圧値Ｖ２が記憶されている。第１電圧値Ｖ１は、第１固定電極５１及びモータフレーム４１が汚水により通電したときに、第１電極接続部６２の入力電圧と同等の電圧である。また、記憶部６５には、自動運転型及び交互・並列運転型の運転プログラムが記憶されている。なお、運転プログラムは、制御基板上に設けられた切換スイッチ６７のON/OFF状態によって、自動運転型と交互・並列運転型の運転プログラムを自動的に識別している。
【００４１】
例えば、第１電圧値Ｖ１は、２．５Ｖである。これは、本実施形態の水中ポンプ２のモータフレーム４１が、直径φ１２．９ｃｍ、長さ１５．４ｃｍであり、モータフレーム４１の半周が電極として作用するとした場合、表面積が３１２ｃｍ２となる。また、モータフレーム４１及び第１固定電極５１間の電流は、電極側の表面積で決定される。ここで、第１固定電極５１とモータフレーム４１が正対していると仮定すると、第１固定電極５１とモータフレーム４１間の平均距離Ｌ（ｃｍ）、汚水の比抵抗ｒ（ｋΩ・ｃｍ）、第１電極の表面積Ａ（ｃｍ２）としたときに、第１固定電極５１とモータフレーム４１の間の電気抵抗ＲＣは
ＲＣ＝ｒ・Ｌ／Ａ
から求められる。そして、印加電圧をＤＣ１２Ｖ、電流検出部６１の負荷抵抗を１５ｋΩ、検出抵抗を１０ｋΩとすると、第１固定電極５１及びモータフレーム４１間の電気抵抗ＲＣが２３ｋΩまで低下したときに、第１電極接続部６２の入力電圧が約２．５Ｖとなるためである。
【００４２】
第２電圧値Ｖ２は、第１電極値Ｖ１よりも大きい値に設定される。例えば、第１電圧値Ｖ１が２．５Ｖであるときに、第２電圧値Ｖ２は、４．０Ｖに設定される。
【００４３】
また、記憶部６５には、第１ポンプ１０の駆動を停止するか否かの判断を行う閾値が記憶されている。ここで、閾値は、モータ１１の運転電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値の比である脈動比率ｋと比較する脈動判定比率ｋ０であり、ｋ０＞１に設定される。記憶部６５に記憶される脈動判定比率ｋ０は、設定部６４によって、単相・三相、出力（ｋＷ）等、第１水中ポンプ２の第１水中モータ１１の種別に応じて設定される。
【００４４】
ここで、脈動判定比率ｋ０について説明する。まず、渇水運転として、第１水中ポンプ２により排水されて汚水槽の水位が低下し、渇水運転になった場合、液面が瞬時的に第１ポンプ１０の吸込口３１より下がり、空気を吸い込むと、第１水中モータ１１の電流の最大値が最も低い空転時の無負荷電流となる。また、液面の波立ちにより瞬間的に吸込口３１より液面が上昇すると、吐出口３２に接続された排水管内の水頭により加圧されて電流の最大値が増加する。このため、渇水運転においては、極大電流値の最大値と最小値の比率である脈動比率ｋが増減するように、一周期が０．６ｓ程度の周期的な脈動挙動を示す。例えば、極大電流値の最大値と最小値の比率は約１３０％程度となる。
【００４５】
これに対し、揚水運転においては、電流波形から求められる極大電流値の最大値と最小値の比率は、例えば１００．３〜１０１．５％程度と、ほとんど脈動挙動を示さない。
【００４６】
このため、脈動判定比率ｋ０を、１よりも大きく、且つ、揚水運転時の極大電流値の最大値と最小値の比率である脈動比率ｋよりも大きい値とすることで、渇水運転であるのか、揚水運転であるのかを判断できる。
【００４７】
駆動回路６６は、第１制御部６８からの第１水中モータ１１の駆動及び停止の指令に基づいて、第１水中モータ１１に電力の供給及び供給停止を行う回路である。
【００４８】
第１制御部６８は、電源投入後、第１電極接続部６２を介して第１固定電極５１と電源アース（第１モータフレーム４１）との間に、例えば、１００ｍｓ毎に、５ｍｓの間ＯＮとなるパルス上の直流電圧を印加する。
【００４９】
第１制御部６８は、第１固定電極５１がモータフレーム４１と導通した信号を第１電極接続部６２から受信すると、第１固定電極５１及び電源アースとの間が一定時間、例えば１秒以上導通したか否かを判断する。１秒以上導通した場合には、第１制御部６８は、汚水の水位が所定の水位であると判断し、駆動回路６６に第１水中モータ１１の駆動の指令を行う。
【００５０】
また、第１制御部６８は、汚水により第１モータフレーム４１及び第１固定電極５１が導通して、第１電極接続部６２の入力電圧が第１電圧値Ｖ１になった場合に、駆動回路６６に第１水中モータ１１の駆動指令を行い、第１水中ポンプ２を起動する。
【００５１】
また、第１制御部６８は、例えば、切換スイッチ６７のＯＮ状態によって、運転プログラムが交互・並列運転型に切り替わった状態において、第１水中ポンプ２の停止中に、第１電極接続部６２の入力電圧が第２電圧値Ｖ２以上になった状態が一定時間、例えば１分継続した場合に、駆動回路６６に第１水中モータ１１の駆動指令を行い、第１水中ポンプ２を起動する。
【００５２】
第１制御部６８は、第１水中ポンプ２の停止制御として、第１水中ポンプ２の駆動時に、入力電圧が第１電圧値Ｖ１未満になり、且つ、所定の時間、例えば、１０分経過後に、駆動回路６６に第１水中モータ１１の停止指令を行い、第１水中ポンプ２を停止する。
【００５３】
さらに、第１制御部６８は、第１水中ポンプ２の停止制御として、演算部６３で求めた脈動比率kを、閾値である、記憶部６５に記憶された脈動判定比率ｋ０と比較し、渇水運転であるか、又は、揚水運転であるかを判断する。第１制御部６８は、脈動判定比率ｋ０よりも脈動比率ｋが大きい場合（ｋ＞ｋ０）には、渇水運転であるとして、駆動回路６６に第１水中モータ１１の停止指令を行う。また、第１制御部６８は、脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以下である場合（ｋ≦ｋ０）には、揚水運転と判断し、駆動回路６６に第１水中モータ１１の駆動を継続する指令を行う。
【００５４】
第２水中ポンプ３は、第２ポンプ１０と、第２ポンプ１０の上部に固定される第２水中モータ１１と、第２ポンプ１０及び第２水中モータ１１の間に設けられた第２メカニカルシール１２と、第２ポンプ１０及び第２水中モータ１１を接続する第２回転軸１３と、第２電装部１４Ａと、を備えている。なお、第２水中ポンプ３は、第２電装部１４Ａの第２固定電極５１Ａに電極棒５１ｄ及び被覆部材５１ｅを設ける構成を除き、第１水中ポンプ２と、同等の構成であることから、同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、説明の便宜上、第２水中ポンプ３の構成には、第２を付して説明する。
【００５５】
第２電装部１４Ａは、第２固定電極５１Ａと、第２電源ケーブル５２と、第２制御基板５３と、を含む。第２固定電極５１Ａは、第２制御基板５３の第２電極接続部６２に電気的に接続される。第２固定電極５１Ａは、第２モータカバー４２の上端部に一部が露出して配置される。第２固定電極５１Ａは、汚水が接触したときに、汚水を介して第２水中ポンプ３の電源アースに電気的に接続される第２モータフレーム４１と導通可能に構成される。第２固定電極５１は、金属材料からなる。例えば、第２固定電極５１は、ステンレス材料からなり、鋳造により製造される。
【００５６】
具体的には、第２固定電極５１Ａは、第２モータカバー４２に固定される第２電極部５１ａと、第２電極部５１ａの一方の主面に設けられた第２回路接続部５１ｂと、を備えている。また、第２固定電極５１Ａは、第２電極部５１ａのネジ穴５１ｃに固定され、第２電極部５１ａから下方に延びる電極棒５１ｄと、電極棒５１ｄの先端側から第２電極部５１ａまでを覆う被覆部材５１ｅと、を備えている。
【００５７】
電極棒５１ｄは、下方に位置する先端が、第１水中ポンプ２の第１電極部５１ａよりも下方に配置される。被覆部材５１ｅは、非導電性材料により構成された、例えばビニールチューブである。被覆部材５１ｅは、電極棒５１ｄの先端以外の外周面を被覆する。
【００５８】
このような第２固定電極５１Ａは、被覆部材５１ｅにより被覆されていない電極棒５１ｄの先端で、第２水中ポンプ３の起動水位を検出するとともに、電極棒５１ｄが当該起動水位より上方において、電極棒５１ｄ部分とモータフレーム４１の間に電極間電流が流れないように構成している。
【００５９】
また、第２固定電極５１Ａは、水位が第２電極部５１ａまで到達したときに、電極棒５１ｄの先端及び第２モータフレーム４１の間に流れる電極間の電流に、第２電極部５１ａ及び第２モータフレーム４１の間に流れる電極間の電流が加算されるように、第２電極部５１ａは非導電性材料で被覆されない。即ち、同水位において、第１固定電極５１を用いた第１水中ポンプ２よりも、第２固定電極５１Ａを用いた第２水中ポンプ３は、電極間電流が大きくなる。さらに言えば、電極棒５１ｄの先端が汚水に接触しているときよりも、電極棒５１ｄ及び第２電極部５１ａが汚水に接触しているときに当該電流が高くなり、結果、入力電圧が第２電圧値Ｖ２以上に上昇するため、第２水中ポンプ３で第２電極部５１ａまで水位が達したことを判断できる。
【００６０】
第２制御部６８は、このような電極棒５１ｄを有する第２固定電極５１Ａの特性を生かし、上述した第２水中ポンプ３が並列起動するための機能により、第２水中モータ１１を駆動し、第２水中ポンプ３を第１水中ポンプ２に対して並列起動させる。
【００６１】
このように構成された水中ポンプ装置１００は、第１水中ポンプ２を、第１固定電極５１及びモータカバー４２が導通したときに入力電圧が第１電圧値Ｖ１以上になり、且つ、所定の時間経過後に、第１水中モータ１１を駆動する構成とする。また、水中ポンプ装置１００は、第２水中ポンプ３の停止中に、当該入力電圧が第２電圧値Ｖ２以上になり、且つ、所定の時間経過後に、駆動中の第１水中ポンプ２と並列運転となるように第２水中ポンプ３を駆動する。また、第１水中ポンプ２及び第２水中ポンプ３は、入力電圧が第１電圧値Ｖ１未満となり、所定の時間経過後に駆動を停止する。このような構成とすることで、水中ポンプ装置１００は、フロートスイッチを用いなくても、一対の水中ポンプ１（第１水中ポンプ２及び第２水中ポンプ３）により並列・交互運転が可能となる。
【００６２】
また、第２水中ポンプ３を並列起動する場合には、第２電圧値Ｖ２以上となった状態が所定の時間、例えば１分維持された場合としている。これは、第２水中ポンプ３の入力電圧が第２電圧値Ｖ２となった場合には、同じ構成の第１水中ポンプ２の入力電圧が第１電圧値Ｖ１となる。このため、第１水中ポンプ２が先に駆動する。しかし、所定の時間が経過しても第２水中ポンプ３の入力電圧が第２電圧値Ｖ２以上を維持するということは、第１水中ポンプ２の１台での運転では、第１水中ポンプ２の排水量よりも水位上昇量（増加水量）が上回っているためであり、この判断を行うために、第２電圧値Ｖ２以上となった状態が所定の時間維持された場合に第２水中ポンプ３を駆動する。また、水中ポンプ２、３は、モータカバー４２の上部に設けられた固定電極５１、５１Ａのみで起動制御及び停止制御が可能となる。
【００６３】
また、上述した切換スイッチ６７を制御基板上に設けずに、自動運転型から交互・並列運転型に水中ポンプ２の制御を切り換え可能に構成してもよい。例えば、水中ポンプ２の制御の切換えは、水中ポンプ２の製造時に、初回の電源投入後に第１電極接続部６２の入力電圧が第１電圧値Ｖ１以上になった後、一定時間内、例えば２秒内に、入力電圧がゼロとなる現象が複数回、例えば３回繰り返された場合に、初期設定の自動運転型から交互・並列運転型に水中ポンプ２が切り換わるように構成することも可能である。
【００６４】
第１制御部６８は、水中ポンプ２の制御の切り換え確認のために、初回の電源投入後に、所定の時間、例えば、１０秒の間、第１水中モータ１１の駆動を行わない。なお、第１制御部６８のこの機能は、水中ポンプ１を製造する最後の工程において、後述する電極棒５１ｄを電極部５１ａに取り付けた後、制御部６８に通電し、短絡用のリード線でモータフレーム４１と電極棒５１ｄを３回導通することで、自動運転型から交互・並列型に切り換えられる。
【００６５】
このように、水中ポンプ１は、制御部６８により、電極棒５１ｄの有無以外、同じ水中ポンプ１で自動運転型の第１水中ポンプ２及び交互・並列型の第２水中ポンプ３の双方を制御することが可能になる。
【００６６】
すなわち、自動運転型の第１水中ポンプ２と交互・並列運転型の第２水中ポンプ３は、電極部５１ａに、被覆部材５１ｅで外周面が覆われた電極棒５１ｄを有するか否かのみが異なる。また、交互・並列運転型の第２水中ポンプ３は、製造工程の最後に、電極棒５１ｄを取り付けた自動運転型の水中ポンプ１に電源を投入し、所定の回数だけ電極棒５１ｄ及びモータフレーム４１を導通させること製造される。このため、水中ポンプ１は、略同じ構成及び製造工程で自動給水型及び交互・並列運転型のそれぞれを製造することができる。
【００６７】
また、固定電極５１、５１Ａは、フランジパッキンを介して電極部５１ａをモータカバー４２に固定する構成であることから、ゴム製のコードや水密シール部が不要である。このため、水密シール部の為の金型も不要となる。このため、固定電極５１、５１Ａは安価に製造できる。
【００６８】
さらに、停止用の電極が不要となり、水中ポンプ１の組立性の向上、及び、部品点数の低減が可能となり、製造コストの低減となる。結果、水中ポンプ２、３の製造コストを低減できる。
【００６９】
また、固定電極５１に供給する直流電圧は、所定の時間、例えば１００ｍｓ毎に所定の時間の間、例えば５ｍｓの間ＯＮとなるパルス状の直流電圧とすることで、固定電極５１及びモータフレーム４１の電気分解を極力防止できる。
【００７０】
さらに、水中ポンプ装置１００は、運転中に求めた脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合に、第１水中ポンプ２及び第２水中ポンプ３の運転を停止する。この構成とすることで、停止水位を低くすることが可能となり、低水位まで運転することにより、汚水槽２００内の残水からの汚臭の発生を抑制することが可能となる。また、水中ポンプ１の入力電圧が第１電圧値Ｖ１未満となった後、一定時間経過前に水位が下がった場合においても停止できることから、運転コストを低減することも可能となる。
【００７１】
上述したように、本発明の一実施形態に係る水中ポンプ装置１００によれば、フロートスイッチを用いなくても、２台の水中ポンプ１を交互・並列運転することが可能、且つ、安価に製造することができる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図４に示すように、水中ポンプ装置１００は、第１水中ポンプ２に、電極棒５１ｄを有する構成であってもよい。この場合、第２水中ポンプ３の電極棒５１ｄは、第１水中ポンプ２の電極棒５１ｄよりも長く設定する。このような構成とすることで、自動運転型の第１水中ポンプ２の起動水位を低下させることが可能となり、交互・並列運転型の第２水中ポンプ３の並列起動の水位を高く、例えば５０ｍｍ程度高くすることができる。これにより、水中ポンプ装置１００は、安定的に、且つ、確実に並列運転を行う水位を検出できる。なお、この場合においては、並列起動の水位を第２水中ポンプ３が検出してから並列起動するまでの時間を、上記一実施形態の時間、例えば１分よりも短い時間、例えば３秒程度に設定できる。
【００７３】
また上述した例では、水中ポンプ１の入力電圧が第１電圧値Ｖ１未満となった後、一定時間経過前に水位が下がった場合、及び、求めた脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合に、水中ポンプ１の運転を停止する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、水中ポンプ装置１００は、水中ポンプ１の入力電圧が第１電圧値Ｖ１未満となった後、一定時間経過前に水位が下がった場合、及び、求めた脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合の一方の場合においてのみ、水中ポンプ１を停止する構成としてもよい。
【００７４】
即ち、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。
【符号の説明】
【００７５】
１００…水中ポンプ装置、１、２、３…水中ポンプ、１０…ポンプ、１１…モータ、１２…メカニカルシール、１３…回転軸、１４…電装部、２１…羽根車、２２…ポンプケーシング、２３…ケーシングカバー、３１…吸込口、３２…吐出口、３３…ポンプ室、３４…開口部、３６…ストレーナ、３７…脚部、４１…モータフレーム、４２…モータカバー、５１…固定電極、５２…電源ケーブル、５３…制御基板、６１…電流検出部、６２…電極接続部、６３…演算部、６４…設定部、６５…記憶部、６６…駆動回路、６７…切換スイッチ、６８…制御部、２００…汚水槽。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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