(57)【要約】【課題】必要に応じて実揚程を変化させ、吐出量を定格以上にすることを可能にする。【解決手段】吐出管路４３に対して吐出位置調整手段（伸縮部材１１）を設け、その吐出位置調整手段１１を流出槽４４の深さ方向に伸縮させることにより、吐出位置１１ａを流出槽４４の水位以下に位置させて吐出管路４３にサイホンを形成し、頂部曲がり部４３ｂから流出槽４４の底部まで間の範囲内で実揚程を変化（縮小）させる。また、プロセスコントローラを用いて流出槽４４の水位データを検出し、その検出結果に基づいて前記伸縮部材１１を伸縮制御する。さらに、ポンプ本体４０のモータ４２にＶＶＶＦを接続し、そのＶＶＶＦの電流変化を検出してポンプ本体４０の揚水量を算出して、その算出結果に基づいてモータ４２の出力制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ槽内の流体を吸込むポンプ本体と、その吸込まれた流体を流出槽に吐出する吐出管路と、を備えたポンプ装置において、
流出槽に対する流体の吐出位置を調整する手段を備え、その吐出位置が流出槽の水位以下となるように調整して、吐出管路にサイホンを形成することが可能なことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記の吐出位置調整手段は、前記流出槽の深さ方向へ伸縮することが可能な手段から成ることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記の吐出位置調整手段は、複数個の配管をそれぞれ軸方向に対し摺動自在に貫装して構成、または可動式管継手から構成され、
前記吐出管路の一部に連通して備えられたことを特徴とする請求項１または２記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ポンプ本体の駆動源の出力をＶＶＶＦにより制御することを特徴とする請求項１乃至３記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出量を変化させることが可能なポンプ装置であって、例えば上水施設，下水施設や大深度地下に建設された排貯水機能を有する洪水対策用施設等に適用されるポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体を移送すること、例えば低所に位置する流体（例えば、水）を高所に移送することが可能なポンプ装置は、上水施設，下水施設や大深度地下に建設された排貯水機能を有する洪水対策用施設等に適用されている。
【０００３】
図４は、一般的に知られているポンプ装置の一例を示す概略説明図である。図４において、符号４０はポンプ槽（例えば、低所に位置する槽）４１内の水を揚水することが可能なポンプ本体（例えば、立軸式の渦巻ポンプ）を示すものであり、例えばポンプ槽４１内の水を吸込むための管路（以下、吸込管路と称する）４０ａ，該吸込管路４０ａ内に配置されたプロペラシャフト４０ｂとから構成され、そのプロペラシャフト４０ｂには例えば該プロペラシャフト４０ｂを駆動するためのモータ（例えば、交流モータ）４２がコネクタ手段４２ａを介して接続される。符号４３は前記吸込管路４０ａに連通された吐出管路を示すものであり、前記ポンプ本体４０で吸込まれた水を流出槽（流出渠；例えば、高所に位置する槽）４４に吐出させるものである。
【０００４】
前記の吸込管路４０ａや吐出管路４３には、必要に応じて、例えば吐出管路４３内の水の逆流を防止するための逆止弁（例えば、スルース弁，チェック弁）４３ａや、ポンプ装置の揚水量を調整することが可能な開閉弁（図示省略）等が備えられる。
【０００５】
図４に示したようなポンプ装置に使用するポンプ本体４０の規模等（出力，種類等）は、そのポンプ装置の目的とする揚水量、すなわち吐出管路４３からの吐出量（Ｑ）に応じて選定される。この吐出量Ｑは、主にポンプ装置における実揚程（ｈ；図４中ではポンプ槽４１水面から吐出管路４３の頂部曲がり部４３ｂまでの間の垂直距離），管路抵抗（パイプロス）を要素とした全揚程（Ｈ）によって変化する。
【０００６】
前記の実揚程ｈ，管路抵抗は、例えばポンプ本体４０の稼働率（例えば、プロペラシャフト４０ｂの回転速度）や開閉弁の開度等を変更しない限り、機械的構造上の点で一義的に一定となる。また、前記実揚程ｈは、ポンプ槽４１の深さの範囲内で変化する
例えば、図４に示したポンプ装置の管路抵抗（開閉弁を備えてない場合、または開閉弁の開度が１００％の場合の管路抵抗）をＰα，ポンプ本体４０の出力が１００％の場合（例えば、プロペラシャフト４０ｂの回転速度が１００％速度の場合）のＱ−Ｈ特性をＬ１００％とすると、図５のポンプ特性曲線に示すようにＱ−Ｈ特性曲線Ｌ１００％と管路抵抗曲線Ｐαとの交点Ｔａの位置が吐出量（ＱＡ）となる。
【０００７】
前記のポンプ本体４０の出力をｎ％（ｎは０＜ｎ＜１００を満たす実数）に制限すると、その際のポンプ本体４０のＱ−Ｈ特性曲線Ｌｎ％と管路抵抗曲線Ｐαとが交点Ｔｂにて交差し、前記の吐出量ＱＡは減少して吐出量ＱＢとなる。また、例えば吸込管路４０ａや吐出管路４３に備えられた開閉弁の開度を調整した場合においても、その際の管路抵抗曲線ＰβとＱ−Ｈ特性曲線Ｌ１００％とが交点Ｔｃにて交差し、前記の吐出量ＱＡは減少して吐出量ＱＢとなる。このように吐出量を減少させる作業は、例えばポンプ槽４１内の水量が少ない場合やポンプ装置の待機運転時に行われる。
【０００８】
なお、図４に示したようなポンプ装置においては、例えば特開平０５−１７１６６１号公報に示すように、予め吐出管路の端部（図４中では吐出口４３ｃ）を流出槽の水位よりも低い位置に配置することにより、その吐出管路内にサイホンを形成した構成が知られている。この公報では、前記吐出管路におけるサイホンを大気と連通させたり高圧空気を吹き込むことにより、吐出量を減少させる方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０５−１７１６６１号公報（段落［０００６］，［０００７］）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４や前記の公報に示した構成のポンプ装置において、例えばポンプ槽４１内に対して予期しない大量の水等が流入（例えば、洪水対策用施設の場合には大量の雨水が流入）し水位が上昇した場合には、吐出量を定格以上（計画当初の範囲を超える吐出量）にして揚水することが要求される。
【００１１】
しかしながら、前記のポンプ装置では、ポンプ本体４０のモータ４２等を例えば交換して大型化しない限り、吐出量を定格以上（例えば、図５においてはＱＡよりも大きい吐出量）にすることは物理的に不可能である。
【００１２】
本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、必要に応じて実揚程を変化させ吐出量を定格以上に調整することができ、ポンプ本体の駆動源の過負荷を防止することが可能なポンプ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、ポンプ槽（例えば、低所に位置するポンプ槽等）内の流体（例えば、水等）を吸込むポンプ本体（例えば、揚水管路，プロペラシャフト，駆動源から成るポンプ本体等）と、その吸込まれた流体を流出槽（例えば、高所に位置する流出槽）に吐出する吐出管路と、を備えたポンプ装置において、流出槽に対する流体の吐出位置を調整する手段を備え（例えば、吐出管路に備え）、その吐出位置が流出槽の水位以下となるように調整して、吐出管路にサイホンを形成することが可能なことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記の吐出位置調整手段において、前記流出槽の深さ方向へ伸縮することが可能な手段から成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記の吐出位置調整手段において、複数個の配管をそれぞれ軸方向に対し摺動自在に貫装して構成、または可動式管継手から構成され、前記吐出管路の一部に連通して備えられたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記ポンプ本体の駆動源（例えば、交流モータ）の出力をＶＶＶＦにより制御することを特徴とする。
【００１７】
前記の公報に示したポンプ装置の場合、例えばポンプ本体のモータの交換等をしない限り、実揚程を２パターン（サイホンを形成した場合とサイホンを防止した場合）以外で変化させることはできない。これに対して本発明によれば、前記の公報と比較して広い範囲で、実揚程を任意に変化させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるポンプ装置を図面等に基づいて詳細に説明する。なお、図４，図５に示すものと同様なものには同一符号等を用い、その詳細な説明を省略する。
【００１９】
本発明者は、例えば図４に示したようなポンプ装置において、そのポンプ装置から流体が吐出する位置（以下、吐出位置と称する）、すなわち吐出口４３ｃが流出槽４４の水位よりも低く配置されている場合には、その吐出管路４３にサイホンが形成され実揚程が変化することに着目した。すなわち、本発明は、流出槽に対する流体の吐出位置を調整することが可能な手段（以下、吐出位置調整手段と称する）を備えることにより、その吐出位置を必要に応じて流出槽の水位以下に位置させ、吐出管路内に対してサイホンを形成できるようにしたものである。
【００２０】
図１の概略説明図は、本実施の形態における吐出位置調整手段を備えたポンプ装置の一例を示すものである。図１において、符号１１は、吐出管路４３の端部（吐出口４３ｃ）に設けられ流出槽４４の深さ方向に伸縮（例えば、流出槽４４の開口部から底部の間を伸縮）可能な部材（以下、伸縮部材と称する）を示すものであり、径の異なる複数個の配管をそれぞれ軸方向に対し摺動自在に貫装して構成される。
【００２１】
符号１２は前記伸縮部材１１を流出槽４４の深さ方向に伸縮させるモータ（例えば、ステッピングモータ）を示すものである。このモータ１２の駆動により伸縮部材１１を伸縮させることにより、図示するように吐出位置１１ａが流出槽４４の水位以下に位置し、吐出管路４３にサイホンが形成される。
【００２２】
前記のように伸縮部材１１によってサイホンが形成された場合、ポンプ装置の実揚程ｈはポンプ槽４１水面から吐出管路４３の流出槽４４の水面までの間の垂直距離となる。すなわち、前記の流出槽４４の水位変化に応じて伸縮部材１１を伸縮させることにより、頂部曲がり部４３ｂから流出槽４４の底部まで間の範囲内で実揚程を変化（縮小）させることが可能となる。
【００２３】
例えば、図１に示したポンプ装置において、伸縮部材１１の吐出位置１１ａを流出槽４４の水位よりも高く位置させた場合には、図２に示すように（図５と同様に）Ｑ−Ｈ特性曲線Ｌ１００％と管路抵抗曲線Ｐαとの交点Ｔａの位置が吐出量（ＱＡ）となる。
【００２４】
そして、前記の管路部材１１の吐出位置１１ａを流出槽４４の水位よりも低く位置させ吐出管路４３にサイホンを形成した場合には、実揚程の減少（図２中ではｈからｈ１に減少）および管路抵抗の変化（図２中では管路抵抗曲線ＰαからＰγに変化）に伴って吐出量ＱＡは増加し、管路抵抗曲線ＰγとＱ−Ｈ特性曲線Ｌ１００％との交点Ｔｄが吐出量（ＱＤ）となる。
【００２５】
前記のサイホンが形成された状態にて前記の吐出量を定格以下（吐出量ＱＤ以下）にする場合には、例えばポンプ本体４０の出力をｎ％に制限することにより、その際のポンプ本体４０のＱ−Ｈ特性曲線Ｌｎ％と管路抵抗曲線Ｐγとが交点Ｔｅにて交差し、前記の吐出量ＱＤは減少する（図２中では吐出量ＱＡとなる）。これにより、モータ４２が過負荷になることを防止できる。
【００２６】
また、例えばポンプ槽４１内の水量が少なく吐出量を制限する場合やポンプ装置を待機運転させる場合には、前記伸縮部材１１の吐出位置１１ａを流出槽４４の水位よりも高く位置させたり、吸込管路４０ａや吐出管路４３に備えられた開閉弁の開度を調整したり、前記ポンプ本体４０の出力をさらに制限する。
【００２７】
図３の概略説明図は、図１のポンプ装置を運転制限する方法の一例を示すものである。図３において、符号３０はポンプ装置を制御するプロセスコントローラ（ＰＬＣ）、符号３１は流出槽４４用の水位計、符号３２はポンプ本体４０のモータ４２に接続されたＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を示すものである。
【００２８】
前記プロセスコントローラ３０にて、前記水位計３１で得られたデータ（水位データ）を検出し、その検出結果に基づいてモータ１２を駆動し伸縮部材１１を伸縮（伸縮制御）させることにより、流出槽４４に対する吐出位置１１ａの位置を調整する。また、前記ＶＶＶＦ３２の電流変化を検出してポンプ本体４０による揚水量を算出し、その算出結果に基づいてモータ４２に対するＶＶＶＦ３２の出力制御（速度制御）を行うことにより、ポンプ本体４０による揚水量を調整する。
【００２９】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００３０】
例えば、本実施の形態では、吐出位置調整手段として複数個の配管から成る伸縮部材を吐出管路の端部に連通させて設けた構成を示したが、流出槽に対する流体の吐出位置を調整し吐出管路内にサイホンを形成できる手段であれば、種々の形態（例えば、吐出管路の一部に可動式管継手を設けた構成）のものを適用しても良い。
【００３１】
また、前記吐出位置調整手段は、例えば流出槽自体を垂直方向へ移動させ該流出槽に対する流体の吐出位置を調整することにより、吐出管路内にサイホンを形成する構成でも良い。
【００３２】
さらに、前記の吐出管路や該吐出管路に連接された吐出位置調整手段には、必要に応じて吐出管路内にサイホンを形成されるように、シール部材等を用いても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上示したように本発明によれば、吐出位置調整手段を介して吐出管路にサイホンを形成（必要に応じて形成）し、流出槽の水位に応じて実揚程を変化させることができるため、例えばポンプ槽内において予期しない大量の水等が流入（例えば、洪水対策用施設の場合には大量の雨水が流入）し水位が上昇した場合、その吐出量を定格以上（例えば、計画当初の範囲を超える吐出量）に調整することが可能となる。
【００３４】
また、前記サイホンが常に形成されるように吐出位置調整手段を制御し、吐出量を定格以下に調整する場合には、ポンプ本体の駆動源の出力を抑制（過負荷を防止）できるため、ポンプ装置の省電力化およびポンプ能力の暫定的な向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態におけるポンプ装置の一例を示す概略説明図。
【図２】図１のポンプ装置の流量（Ｑ）に対する全揚程特性図。
【図３】図１のポンプ装置を運転制限する方法の一例を示す概略説明図。
【図４】一般的なポンプ装置の一例を示す概略説明図。
【図５】一般的なポンプ装置の流量（Ｑ）に対する全揚程特性図。
【符号の説明】
１１…伸縮部材（吐出位置調整手段）
１１ａ…吐出位置
１２…モータ（伸縮部材１１用）
１２…外部加熱手段
３０…プロセスコントローラ
３１…水位計
３２…ＶＶＶＦ
４０…ポンプ本体
４０ａ…吸込管路
４１…ポンプ槽
４２…モータ（ポンプ本体４０用）
４３…吐出管路
４３ｂ…頂部曲がり部
４４…流出槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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