(57)【要約】【課題】１台の遠心ポンプに｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能と｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能を持たせることにより、適宜運転状況に応じて、この１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法を提供する。【解決手段】管路および機器からなる負荷抵抗に給液する１台の遠心ポンプ８の運転において、高い揚程を必要とする場合は、遠心ポンプ８のインペラー９の回転方向を吐出口１１の方向と一致した正転１２により運転し、低い揚程を必要とする場合は遠心ポンプ８のインペラー９の回転方向を吐出口１１の方向と異なった逆転１３により運転する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路および機器からなる負荷抵抗に給液する１台の遠心ポンプの運転において、高い揚程を必要とする場合は該遠心ポンプのインペラーの回転方向を吐出口の方向と一致した正転により運転し、低い揚程を必要とする場合は該遠心ポンプのインペラーの回転方向を吐出口の方向と異なった逆転により運転することを特徴とする１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法。
【請求項２】
遠心ポンプは内蔵直流モータで直接駆動されるＤＣポンプであることを特徴とする請求項１に記載の１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遠心ポンプの運転方法に関し、特に暖房用機器などの熱源器機からの温湯を送給するために用いるＤＣモータ内蔵の遠心ポンプ（このＤＣモータ内蔵の遠心ポンプを本発明では「ＤＣポンプ」という。）の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用ポンプとして大量の液体を圧送する遠心ポンプは、渦巻き状のインペラーを有し、インペラーの軸心部からインペラーの回転方向と同方向に配設されたポンプ吐出口に遠心力により液体を吐出して送給している。このような遠心ポンプにおいて、図１に示すように、縦軸に全揚程［ｍ］をとり横軸に揚水量［ｌ／ｍ］をとって性能曲線図にグラフとして描くとき、同一の動作点Ａを通る遠心ポンプには、性能曲線１で示される締め切り揚程が低く開放揚水量が大きい｜dH/dQ｜の小さい（ここでdHは揚程の変化、dQは揚水量の変化を示す。）ポンプ性能の遠心ポンプと、性能曲線２で示される締め切り揚程が高く開放揚水量が小さい｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の遠心ポンプの２種が通常ある。一方、遠心ポンプに接続の配管および機器などから受ける負荷抵抗は二次曲線からなる負荷曲線３として性能曲線図に示される。
【０００３】
ところで、配管や機器など負荷抵抗に接続した遠心ポンプは、その駆動するモータの回転数制御により遠心ポンプの回転数を低回転にしていくと、その揚程および揚水量はこの負荷曲線３に沿って減っていく。しかし、ある程度以下に回転数を減らしていくと、揚程が低くなるに連れて揚水量の減り方が急増しだして負荷曲線３は寝てくる。従って、僅かの揚程の変動で揚水量が大きく変化することとなり、揚水量がばらつき易くなるので、制御性が悪くなってくる。すなわち、図１において、性能曲線１は回転数を減らしていくと揚程が下がり、性能曲線４となるが、この状態からさらに回転数を減らして揚程を変化量ｘだけ減らすと性能曲線４’となる。すなわち、負荷曲線３との交点の動作点Ａ’は動作点Ｃ’となる。この時の揚水量は変化量ｐとなる。この変化量ｐは、性能曲線１の負荷曲線３との交点の動作点Ａが回転数を減らして揚程を変化量ｘだけ減らした時の性能曲線１’の負荷曲線３との交点の動作点Ｃとなるときの揚水量の変化量ｍよりも明らかに大きく、少しの揚程の変化で揚水量が変動し易いことを示している。
【０００４】
次いで、性能曲線が同一動作点を通るものとしたとき、締め切り揚程（揚水量０のときの揚程）が低く開放揚水量が大きい｜dH/dQ｜の大きい性能曲線１で示されるポンプ性能の遠心ポンプと、締め切り揚程が高く開放揚水量が小さい性能曲線２で示される｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の遠心ポンプの２種の遠心ポンプを比較する。この場合、性能曲線１のポンプ性能の遠心ポンプの回転数を減らして性能曲線１’となるように揚程を変化量ｘだけ減らすとき、性能曲線１との交点である動作点Ａは負荷曲線３に沿って移動して動作点Ｃとなり、揚水量の変化は動作点Ａと動作点Ｃの間の揚水量の変化量ｍとなる。一方、同じ動作点Ａを通る性能曲線２のポンプ性能で示される締め切り揚程が高く開放揚水量が小さい｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の遠心ポンプの回転数を減らして性能曲線２’となるように揚程を上記と同様に変化量ｘだけ減らすとき、性能曲線２の動作点Ａは負荷曲線３に沿って移動して動作点Ｂとなり、揚水量の変化量は動作点Ａと動作点Ｂの間の揚水量の変化量ｎとなる。
【０００５】
図１から明らかなように揚水量の変化量ｍは揚水量の変化量ｎより大であるので、これら２種のポンプ性能では、同一の揚程の変化量ｘに対し、揚水量の変化量は、前者の｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能の揚水量の変化量ｍより後者の｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の揚水量の変化量ｎの方が小さい。そこで、｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の遠心ポンプの方が回転数の変化が生じて揚程が変わっても揚水量の変動すなわちバラツキは少なく、制御性が良いといえる。ただし、｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の遠心ポンプはポンプの最大効率は悪くなる傾向が｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能のポンプよりも高い。
【０００６】
以上のような理由から、通常ユーザーはポンプ効率の良い｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能で運転することを望んでいる。しかしながら、負荷曲線３の下方の揚程が０に近い領域の部分である低回転かつ揚水量の減って寝てくる制御性の悪くなる領域においては、｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能で運転することで制御性が悪くなることを少しでも少なくしたい。そこで、ユーザーのこれらの２種の要求を１台の遠心ポンプで満足するために、遠心ポンプの吐出口に流量バルブを設け、通常は流量バルブを開放して運転し、低回転数時には流量バルブを閉じることで負荷抵抗を増加し、揚程を減らすことになるが負荷曲線の寝ている部分を立ち上がらせることで、揚程の変動量に対する揚水量の変動量を小さくして制御性を確保する方法をとっている。
【０００７】
【非特許文献１】
山田  博著「実用モータ制御回路設計ガイド」総合電子出版社発行
【非特許文献２】
大町  正義著「うず巻きポンプの設計」株式会社パワー社発行
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記のように遠心ポンプの吐出口に流量バルブを設けることなく、１台の遠心ポンプ、特に１台のＤＣポンプ、に｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能と｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の２種の異なるポンプ性能を持たせることにより、適宜運転状況に応じて、この１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、管路および機器からなる負荷抵抗に給液する１台の遠心ポンプの運転において、高い揚程を必要とする場合は該遠心ポンプのインペラーの回転方向を吐出口の方向と一致した正転により運転し、低い揚程を必要とする場合は該遠心ポンプのインペラーの回転方向を吐出口の方向と異なった逆転により運転することを特徴とする１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法である。
【００１０】
請求項２の発明では、遠心ポンプは内蔵直流モータで直接駆動されるＤＣポンプであることを特徴とする請求項１の手段の１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転する方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は全揚程と揚水量の関係でポンプ性能を示すグラフである。図２は本発明における実施例のポンプ性能を示すグラフである。図３は本発明に使用する遠心ポンプのインペラーの部分を模式的に示す側面図で、図４は本発明に使用するＤＣポンプの一部断面で示す側面図で、図５は図４のＤＣポンプの吸込口側から見た正面図である。
遠心ポンプ８のインペラー９は、図３に示すように、羽根の形状が正転１２の回転方向に対して逆方向の後側に渦巻き状に曲げられている。従って、インペラー軸１０によりインペラー９を正転１２した場合と逆転１３した場合はポンプ効率およびポンプ性能が相違する。本発明は、このインペラー９の回転方向の相違によるポンプ効率およびポンプ性能の相違を利用するものである。すなわち、インペラー９の回転方向がインペラー９の先端の回転円の接線方向に延びる吐出口１１の方向と一致した渦巻き方向と同じ方向のインペラー９の回転方向を正転１２とし、インペラー９の回転方向が吐出口１１の方向と異なったインペラーの渦巻き方向に逆方向のインペラー９の回転方向を逆転１３とするとき、インペラー９の正転１２の方向は、ポンプ効率が良く、｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能となる。これに対し、インペラー９の逆転１３の方向は、ポンプ効率が劣り、｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能となる。本発明はこれらのポンプ効率およびポンプ性能の相違を本発明は利用する。
【００１２】
そこで、請求項１の発明では、管路および機器からなる負荷抵抗に給液するための１台の遠心ポンプ８の運転において、高い揚程を必要とする場合はこの遠心ポンプ８のインペラー９の回転方向を吐出口１１の方向と一致した矢印方向で示す正転１２としてポンプ効率の良い、｜dH/dQ｜の小さいポンプ性能で運転し、低い揚程を必要とする場合はこの遠心ポンプ８のインペラー９の回転方向を吐出口１１の方向と異なった逆向きの矢印方向で示す逆転１３としてポンプ効率の劣る｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能で運転する方法である。上記において吐出口１１の方向とは、図５で示す、吐出口１１を送り出される液体の液流方向１５をいう。
【００１３】
上記において、遠心ポンプ８を駆動するモータはＤＣモータによるものと、ＡＣモータによるものがあるが、ＤＣモータの方が回転数の制御が容易であるので、請求項２の発明では、請求項１の発明の手段の方法において、遠心ポンプ８はＤＣポンプとして運転する方法としたものである。
【００１４】
本発明に使用する遠心ポンプ８を説明すると、図４および図５にに示すように、遠心ポンプ８は外装１６内に一体的に組み込まれたＤＣモータとこのＤＣモータに軸心１０で連結され駆動されるインペラー９からなっている。ＤＣモータはステータ１７側および磁石が嵌められている回転子１８側はそれぞれ密閉されており、それらのステータ１７側と回転子１８側の狭い隙間および軸心１０には汲み上げる液体が流通されている。ステータは、遠心ポンプ８は図４における右側に汲み上げる液体を吸い込むための吸込口１４があり、吸込口１４から吸い込まれた液体は軸心１０の部分からインペラー９中から遠心力により吐出口１１に送給されて汲み上げられる。
【００１５】
本発明の具体操業例を表１および図２により説明する。管路および機器からなる負荷抵抗に給液する１台の遠心ポンプ８により運転する。高い全揚程を必要とする場合、表１のａ〜ｄに示すように、遠心ポンプのインペラー９の回転方向を吐出口の方向と一致した正転１２により運転し、インペラーの回転数を毎分３０００回転とする。揚水量を毎分当たり０．０リットルから１５．０リットルに増加する。この場合の揚水量と全揚程の関係は図２の性能曲線６に示すように、｜dH/dQ｜の小さい性能曲線のグラフであり、揚水量が毎分当たり０．０リットルから１５．０リットルになっても、全揚程は８．０ｍから６．５ｍとそれほど減少しない。
【００１６】
これに対し、同じ、インペラー９の回転数の毎分３０００回転とするが、インペラー９の回転方向を吐出口の方向と反対向きの逆転１３により運転する。この場合は、表１のｅ〜ｆおよび図２の性能曲線７に示されるように、揚水量を毎分当たり０．０リットルから７．５リットルに上げていくと全揚程は６．１ｍから１．５ｍと極端に減少して、｜dH/dQ｜の大きい性能曲線のグラフとなる。従って、インペラー９の回転数を落とすことなく、インペラー９の回転方向を正転１２の方向から逆転１３の方向に切り換えるのみで、同一回転数でありながら、全揚程を下げて、かつ、制御性の良好な｜dH/dQ｜の大きい性能曲線とすることができた。
【００１７】
一方、インペラー９の回転方向を同じ正転１２の方向として全揚程を低下する場合には、インペラー９の回転数を毎分３０００回転から毎分２１４０回転に低下することで、表１のｉ〜ｍに示すように、あるいは、図２の性能曲線６’に示すように達成し得る。しかし、この場合は、図２の性能曲線６’に見られるように｜dH/dQ｜の小さい性能曲線となる。従って、図２において図１と同様に負荷曲線を仮に重ねるとき、全揚程の低い部分では、｜dH/dQ｜の大きい性能曲線７とした方が｜dH/dQ｜の小さい性能曲線６’よりも負荷曲線から見られる揚水量の変動が小さくなり、制御が容易である。
【００１８】
【表１】
2004197621.tif 000003
【００１９】
すなわち、十分に低い揚程を必要とする場合は、遠心ポンプ８のインペラー９の回転方向を吐出口１１の方向と異なった方向の逆転１３により運転することにより１台の遠心ポンプ８を２種のポンプ性能の異なるポンプとして運転する。この場合、遠心ポンプ８は内蔵する直流モータで直接駆動されるＤＣポンプとする。直流モータは電圧を変えることで回転数を容易に変更できるので、本発明に使用するモータをＤＣポンプとすることで、回転数を変更しかつＤＣポンプのインペラー９の回転方向を逆転とすることを併用することで、目的とする全揚程の高さを容易に達成することができ、さらに｜dH/dQ｜の大きいポンプ性能の性能曲線を得ることができるので、１台の遠心ポンプ８でポンプ性能の制御が容易にコントロールすることができる。遠心ポンプ８のインペラー９の正転逆転は、モータ駆動ロジックＩＣには正転逆転端子が通常は設けられており、Ｈ／Ｌ信号をこの端子に与えることで容易に入力して行うことができる。遠心ポンプ８は以上のように回転数の変更が容易にできるＤＣモータにより駆動するＤＣポンプとしているが、インペラー９の正転逆転による本発明の効果は、ＡＣモータにより駆動するものであってもよいことはいうまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、遠心ポンプにおいて、インペラーの回転方向を正転および逆転に変更することで、回転速度を落とすことと合わせて、ポンプ性能が｜dH/dQ｜の小さい性能曲線のものから｜dH/dQ｜の大きい性能曲線のものに変更することで、低揚程で使用する場合に良好な制御特性の遠心ポンプとすることが可能であり、従来のもののように配管や機器など負荷抵抗を、遠心ポンプの吐出口に流量バルブを設け、低回転数時に流量バルブを閉じることで負荷抵抗を増加し、揚程を減らして負荷曲線の寝ている部分を立ち上がらせる必要を無くすなど、余分な設備を必要とせずに１台の遠心ポンプを２種の異なるポンプ性能のポンプとして運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全揚程と揚水量の関係でポンプ性能を示すグラフである。
【図２】本発明における実施例のポンプ性能を示すグラフである。
【図３】本発明に使用する遠心ポンプのインペラーの部分を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明に使用するＤＣポンプの一部断面で示す側面図である。
【図５】図４のＤＣポンプの吸込口側から見た正面図である。
【符号の説明】
１  性能曲線
１’  性能曲線
２  性能曲線
２’  性能曲線
３  負荷曲線
４  性能曲線
４’  性能曲線
５  性能曲線
５’  性能曲線
６  性能曲線
６’  性能曲線
７  性能曲線
８  遠心ポンプ
９  インペラー
１０  軸心
１１  吐出口
１２  正転
１３  逆転
１４  吸込口
１５  液流方向
１６  外装
１７  ステータ
１８  回転子
Ａ  動作点
Ｂ  動作点
Ｃ  動作点
Ａ’  動作点
Ｂ’  動作点
Ｃ’  動作点
ｘ  変化量
ｍ  変化量
ｎ  変化量
ｐ  変化量
ｑ  変化量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004197621.tif 000007
【図５】
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