(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に運動エネルギーを与える羽根車と、前記羽根車とともに回転するロータと、電磁力によって前記ロータに回転力を発生させるステータと、前記ステータを構成する巻線への通電制御を行う駆動制御部と、前記羽根車に流体を導くための流体吸込み口に設けられ前記流体中の気泡の存在を検出する気泡検知手段と、前記気泡検知手段からの信号を受けて気泡排出を促すための運転動作を行う気泡排出運転手段を有し、前記気泡検知手段が光透過度センサーを備え、光透過度変化を検出して気泡を検知することを特徴とするターボ型ポンプ。
【請求項２】
前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間停止して気泡を排出することを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプ。
【請求項３】
前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間逆転して気泡を排出することを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプ。
【請求項４】
前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間の停止と逆転と正転の組み合わせ動作を行って気泡の排出を行うことを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプ。
【請求項５】
前記羽根車の回転速度を変化させることができる能力調整手段を備えた請求項１に記載のターボ型ポンプであって、前記気泡検知手段からの信号を受けると前記気泡排出運転手段が前記能力排出運転手段を一定時間の高速回転させて気泡の排出を行うことを特徴とするターボ型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根車を備え、羽根作用で運動量の授受を行って昇圧するターボ型ポンプ、とくに気泡が吸い込まれても速やかに排出できる比較的小型のターボ型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ型ポンプは羽根車を備えて運動量の授受を行うものであるが、この羽根車から吐出された流体が大体どの方向に向けられているかで、軸流型、斜流型、遠心型と呼ばれる３タイプの形式が存在する。ただ、例えば斜流型と遠心型の区別に代表されるように、これらは厳密な区別ではない。しかし、この３タイプのいずれになるかによって遠心力をどの程度利用したポンプなのかが分かり、性能がおおよそ予測できるものである。ところで、ターボ型ポンプはどのタイプであっても、羽根によって運動量の授受を行うため、羽根の周りを流れる流体が羽根の表面から剥がれた場合はポンプ性能が大きく損なわれる。すなわち、空気が液中に存在することでポンプ性能が低下する。なお、ここでいう流体は気体以外であればよく、水や油、化学薬品その他の液体、及びこれらの液体に気泡が混入したものである。
【０００３】
中でも運転開始の時点においては、羽根車が空気に曝されていて、吐出すべき流体が羽根の周囲に存在しないため、このままでは始動できない。そこで、ターボ型ポンプを起動するためには、通常呼び水が必要である。しかし、ポンプを始動するたびに外部から毎回呼び水する操作は煩わしく、遠心力を利用できる遠心型のターボ型ポンプに対して自吸式ポンプという新しいタイプのポンプが考案された。
【０００４】
この自吸式ポンプは、呼び水タンクと気液分離室等の構造を備えたもので、始動時に呼び水タンク内に溜まった流体を羽根車で空気とともに攪拌、かき出し、気液分離室で空気を気液分離した後、流体だけ吸込み側に戻すものである。この結果、運転後しばらくすると空気だけが吐出され、吸込み側が徐々に負圧になっていく。そして、最終的に自吸式ポンプ内に流体だけが充満するようになり、それ以降は通常運転に移行するものである。その上、自吸式ポンプは気泡が滞留し、エアロックしたときにも、いったん運転を停止して運転を再開すれば簡単にエアロックを解消できるものである。
【０００５】
このように、一般的にターボ型ポンプは空気に弱い性質を有しているが、この弱点を比較的解消したのが自吸式ポンプであるといえる。しかし、自吸式ポンプは呼び水タンク等を備えなければならず大型化してしまうし、気液分離室から吸込み側への循環流が通常運転時にも存在し、これはエネルギ損失となるため、ポンプ性能という点からはあまり芳しいポンプとはいえない。
【０００６】
そこで、ポンプを採用する際の１つの目安として、ポンプ効率の高いポンプを考える場合には非自吸式ポンプを採用し、自吸や混入気泡、自動化等を重視する場合には自吸式ポンプを採用することが目安になるが、これは絶対的なものではなく、非自吸式ポンプの中でも気泡混入に強いものと弱いものがある。比較的大型のターボ型ポンプは、混入してくる気泡が相対的に微小であるから、吐き出す流れにのせてほとんどすべての気泡をポンプ外へ排出できるが、比較的小型のターボ型ポンプでは、遠心力のため流体と気泡の比重差で羽根車中心付近に気泡が集まり、滞留したままとなり、気泡を流れにのせることができない。
【０００７】
従って、小型のターボ型ポンプにおいては、始動時の呼び水のほかに、運転中に羽根車に滞留する気泡の問題を解決しなければ、エアロックを起こす可能性があり、実質的に運転ができなくなるおそれがでてくる。しかも最近では、小型のターボ型ポンプに対して可搬性が求められることがあり、このような用途の場合には、高さや傾きが変化して、空気や気泡がさらに問題になる。このとき気泡はターボ型ポンプ内に滞留し、ポンプ内部における気泡の占める割合が増加して、羽根車による運動量の授受が低下し、ポンプ性能が低下する。このような状況ではそのまま運転を継続しても、ポンプ能力は低下し、流量は減少しているので、滞留した気泡を排出することはますます困難となる。
【０００８】
このように、ターボ型ポンプ、とくに小型のターボ型ポンプは、流体に混入した気泡に弱く、非自吸式の場合には自動化が難しいものであった。さらに、小型のターボ型ポンプは気泡に弱く、もともと効率が良くないため、開発は比較的遅れ、今でも一般化するまでには至っていない。従って、従来のターボ型ポンプは気泡が問題とならない比較的中、大型のものだけが利用され、小型ポンプはダイヤフラムポンプ等の容積型ポンプ等が多用されてきた。
【０００９】
このように、気泡の滞留が問題となり易い小型のターボ型ポンプは一般化していない状況にあり、大型のものはほとんどエアロックしないため、従来、気泡の滞留を検知してエアロックを防止する技術はあまり提案されていない。
【００１０】
しかし、このようなエアロック防止方法のなかに特開昭６０−１３９９号がある。以下、図１６を用いて、この従来の技術を説明する。図１６は従来のエアロック防止をしたターボ型ポンプを示す図である。
【００１１】
１０１は配管中の空気溜り、１０２はターボ型ポンプ、１０３はインペラである。図１６（イ）で示すターボ型ポンプ運転開始時に、空気溜り１０１がターボ型ポンプ１０２の回転部に入って（ロ）に示すようにエアロックを発生する。そこで、このときいったんターボ型ポンプを停止させると、空気は水圧の作用により同図（ハ）のように浮力で吐出管の方へ行ってしまう。この後再びターボ型ポンプを作動するという断続運転を図１６の（ハ）（ニ）（ホ）のように行うと、エアロックは防止される。この始動時の断続運転の期間は、水流検知装置などを設けて水流の有無を検知して行うものである。
【００１２】
このように、従来の技術では、配管中の空気溜りをターボ型ポンプ１０２の始動時の断続運転により吐出側へ排出するもので、吐出配管を上方に設ける必要があり、その気泡の排出には空気溜りの浮力を用いている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術は浮力を用いているから、吐出配管を上方へ向けて設けることができるような場合、すなわち、空気溜り１０１が浮力の作用で上昇し、分離、排出される場合に限定される。そして、吐出配管を上方に配置または固定できない場合には、気泡の排出は期待できないものであった。
【００１４】
また、断続運転期間を設定するために水流検知手段というターボ型ポンプ１０２とは別の検出装置が必要なものであった。しかも、この従来の技術は、循環風呂等でバーナ加熱開始動作前にターボ型ポンプを断続運転することで初期のエアーロックを防止するものであり、定常運転動作中に発生する空気溜りの排出に対して開示するものではない。
【００１５】
本発明はこのような従来の問題を解決するもので、吐出配管の配置方向によらず、小型であっても運転中に滞留した気泡を速やかに排出できるターボ型ポンプを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のターボ型ポンプは、流体に運動エネルギーを与える羽根車と、前記羽根車とともに回転するロータと、電磁力によって前記ロータに回転力を発生させるステータと、前記ステータを構成する巻線への通電制御を行う駆動制御部と、前記羽根車に流体を導くための流体吸込み口に設けられ前記流体中の気泡の存在を検出する気泡検知手段と、前記気泡検知手段からの信号を受けて気泡排出を促すための運転動作を行う気泡排出運転手段を有し、前記気泡検知手段が光透過度センサーを備え、光透過度変化を検出して気泡を検知することを特徴とする。
【００１７】
これにより、吐出配管の配置方向によらず、小型であっても運転中に滞留した気泡を速やかに排出できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載された発明は、流体に運動エネルギーを与える羽根車と、前記羽根車とともに回転するロータと、電磁力によって前記ロータに回転力を発生させるステータと、前記ステータを構成する巻線への通電制御を行う駆動制御部と、前記羽根車に流体を導くための流体吸込み口に設けられ前記流体中の気泡の存在を検出する気泡検知手段と、前記気泡検知手段からの信号を受けて気泡排出を促すための運転動作を行う気泡排出運転手段を有し、前記気泡検知手段が光透過度センサーを備え、光透過度変化を検出して気泡を検知することを特徴とするターボ型ポンプである。
【００２３】
そして、流体吸込み口に設けられた光透過度センサーにより受光強度変化により直接気泡の存在を検出するため、気泡を確実且つ簡単に検出できる。
【００２４】
請求項２に記載された発明は、前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間停止して気泡を排出することを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプであるから、気泡が滞留しても直ちに排出できる。
【００２５】
請求項３に記載された発明は、前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間逆転して気泡を排出することを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプであるから、逆転により気泡を微細化し、位置を変化させて排出するので排出がきわめて容易となる。
【００２６】
請求項４に記載された発明は、前記気泡排出運転手段が、前記気泡検知手段からの信号を受けて一定時間の停止と逆転と正転の組み合わせ動作を行って気泡の排出を行うことを特徴とする請求項１に記載のターボ型ポンプであるから、もっとも効果的に排出できる気泡排出運転を採用できる。
【００２７】
請求項５に記載された発明は、前記羽根車の回転速度を変化させることができる能力調整手段を備えた請求項１に記載のターボ型ポンプであって、前記気泡検知手段からの信号を受けると前記気泡排出運転手段が前記能力排出運転手段を一定時間の高速回転させて気泡の排出を行うことを特徴とするターボ型ポンプであるから、気泡の存在が検出されると能力調整手段が羽根車を高速回転させ、気泡をきわめて速やかに排出することができる。
【００２８】
（基本構成例１）
以下、基本構成例１について、図１から図６を用いて説明する。
【００２９】
図１は本発明の基本構成例１におけるターボ型ポンプの概略構造図である。
【００３０】
１は、ターボ型ポンプ本体、２は上側ケース、３は電気部品が取り付けられる防水隔壁、４は下側ケースである。防水隔壁３と下側ケース４で形成される空間は防水状態となり、内部に電気部品が収容される。
【００３１】
５は巻線を有しターボ型ポンプの駆動源となるモータのステータ、６はステータ５を構成する巻線への電流の供給を制御する基板、１９は基板６に必要な電力を供給する電源線、２０は電源である。
【００３２】
７はターボ型ポンプの回転駆動源となるモータのロータ、８はロータ７に取り付けられ、ステータ５に発生する回転磁界によって回転力を生じさせるためのマグネット、９はロータ７の回転運動を低抵抗で支持する軸受、９−１は摩擦発生を少なくする軸受板であって軸受９の下面は軸受板９−１に接している。１０は軸受９を貫通してロータ７の回転運動を支持する固定軸、１１はターボ型ポンプ本体１内に流体を導入する吸込み口、１２は昇圧された流体が流出する吐出口である。
【００３３】
１３は流体に運動エネルギーを与えるために所定ピッチで羽根が形成された羽根車で、ロータ７と一体に取り付けられている。１４は羽根車１３の回転によって流体に加えられた速度変化を圧力に変換するボリュートで、ボリュート１４の一部から吐出口１２に流体は取り出される。１５はシールリングである。
【００３４】
次に、このターボ型ポンプの動作について簡単に説明する。図２は本発明の基本構成例１における概略制御ブロック図である。図２において、５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれステータ５を構成する第１相，第２相，第３相巻線である。２１ａ，２１ｂ，２１ｃはロータ７のマグネット８の磁極位置を検知する磁気センサ、２２は磁気センサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの信号を受けてロータ７のマグネット８に回転力を発生させるようなタイミングで電流の流れを制御する駆動信号を発生させる駆動制御部であり、２２ａは第１相巻線５ａへの電流供給をＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子、２２ｂは第２相巻線５ｂへの電流供給をＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子、２２ｃは第３相巻線５ｃへの電流供給をＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子である。スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは駆動制御部２２からの駆動信号で動作する。なお、本基本構成例１においては、図２に示すように、ステータ５が第１相巻線５ａ，第２相巻線５ｂ，第３相巻線５ｃの３相巻線を有すものを採用しているが、とくに相の数が３相に限られるものでなく、単相巻線でも、多相巻線でもかまわない。同様に、駆動制御部２２は磁気センサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃによって駆動信号を検出し、スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃをＯＮ−ＯＦＦ制御するが、他の検出装置であってもよい。２３は駆動制御部２２からの回転パルスの信号を受け取り、ターボ型ポンプの運転状況を監視する運転監視手段、２４は運転監視手段２３からの運転監視情報を分析して気泡の吸い込みを検知する気泡検知手段、２５は気泡検知手段２４において気泡検知が行われたときの信号を受けて運転監視手段２３に対し気泡排出運転の命令を出力し、気泡排出を促す気泡排出運転手段である。
【００３５】
まず、電源２０から電源線１９に電力を供給すると、基板６から構成される制御部は、ロータ７のマグネット８に回転力を与える電磁力を発生するようにステータ５の巻線に電流を流すとともに、運転中その回転が維持されるように制御する。これによりロータ７は回転を続け、それとともに複数の羽根を有する羽根車１３も回転を続ける。このとき、羽根車１３が流体の充満した中にあると、流体は羽根車１３が回転することにより運動量を得て外部へ送り出される。基本構成例１のターボ型ポンプは遠心型ポンプであるから、遠心作用が強く働き、流体は羽根車１３の吐出方向（半径方向）へ移動していく。その結果、羽根車１３の固定軸１０近傍の中心部分は圧力が低下し、これとは逆に羽根車１３の外周側では流速が増大する。相対速度、絶対速度も増加するが、支配的なのは回転数に比例した周速度であり、この運動エネルギーがボリュート１４で圧力エネルギーに変換される。羽根車１３の固定軸１０近傍では圧力が低下するから、継続的に吸込み口１１から流体が吸引される。この吸引された流体が羽根車１３内で運動量を得て、ボリュート１４で圧力回復されて、吐出口１２から吐出される。
【００３６】
本基本構成例１では、駆動力を発生するモータとして、ＤＣブラシレスモータを使用している。しかし、ターボ型ポンプ１の羽根車１３に回転力を与えられるものであれば、ＡＣモータやＤＣブラシモータ、ステッピングモータ、超音波モータ、静電モータ、その他のモータ、もしくは内燃エンジン、蒸気機関、その他動力源になるものであればどのようなものでも構わない。
【００３７】
続いて、本基本構成例１のターボ型ポンプにおいて気泡排出がどのようにして行われるのか、羽根車内１３の中の現象と関連させて説明する。本基本構成例１においては、気泡が滞留したことを次のようにして判断する。すなわち、ターボ型ポンプ本体１内に気泡の滞留が起こると、羽根車１３内部に存在する流体の量が減少し、これによってロータ７の回転駆動に要するトルクが減少し、結果として回転数が急上昇する。従って、回転数変化をチェックし、回転数が増大した場合に羽根車１３の中の気泡の割合が高まったと判断するものである。
【００３８】
羽根車１３が回転して固定軸１０近傍が負圧になると、吸い込み口１１からターボ型ポンプ本体１内へ流体が吸引されるが、このとき気泡も同時に吸い込まれ、流れにのって羽根車１３の中心部分から羽根側へ導かれる。気泡が微小な場合には、気泡は吸い込まれた流体の遠心作用によって、そのまま流体とともに羽根車１３の外側の方へ押し出される。しかし、気泡の大きさが羽根車１３を流れる流体に影響を及ぼすほど成長した場合には、滞留する気泡によって羽根車１３内部は閉塞されてしまう。すなわち、気泡は相対的に流体より比重が小さいため遠心作用を受けにくく、いったん閉塞状態になると、ターボ型ポンプ本体１の外へ排出されるのがきわめて困難になる。気泡の一部が羽根車１３の羽根によって攪拌、粉砕され、微細化されて外部へ排出されることもないではないが、稀であり、仮に排出されても閉塞状態解消には長時間を要する。
【００３９】
そこで、このような状況でターボ型ポンプの運転を停止させると、羽根車１３内部の気泡は表面張力の作用で集まろうとし、同時に、重力の作用を受けて浮力で上方へ浮き上がろうとする。これにより、外部の配管を含む圧力分布に従って、成長した気泡は吐出口１２側へ移動する。この結果、羽根車１３の中心部側には再び流体が充満するようになり、エアロック状態が解消される。この時点に再度ターボ型ポンプ本体１の運転を開始すると、充満した流体が遠心作用を受けて羽根車１３の外側へ移動していき、気泡もそれにのって吐出口１２から排出される。なお、圧力分布によっては一部の気泡が吸い込み口１１側に移動したり、停止時間が短いため外部でなく、羽根部分にまでしか到達しない場合もあるが、このような場合も羽根車１３を再度回転させると、羽根によって気泡を砕いて微細化し、流れにのせて排出することができる。
【００４０】
続いて、本基本構成例１のターボ型ポンプにおける気泡の吸い込みの検知と気泡の排出運転動作を図３〜図６のフローチャートを用いて説明する。図３は本発明の基本構成例１における全体フローチャート、図４は本発明の基本構成例１における回転数データ演算処理ステップフローチャート、図５は本発明の基本構成例１における平均回転数データ演算処理ステップフローチャート、図６は本発明の基本構成例１における気泡排出処理ステップフローチャートである。
【００４１】
図３の全体フローチャートにおいて、ステップ１は運転監視手段２３からの回転パルスを計数して回転数データを演算する回転数データ演算処理ステップで、その詳細な処理内容は図４に示すフローチャートの通りである。すなわち、回転数データ演算処理ステップ１ではタイマ動作を用いて回転数を演算する。図４において、ステップ１１はタイマがタイムアップしているかどうかを判断するステップであり、タイムアップしていない場合、ステップ１２に進む。ステップ１２では回転パルスが入力されたかどうかをチェックする。ステップ１２で回転パルスの入力があると、ステップ１３で回転パルス数計数用メモリーＮｒの計数を１つ増やす。ステップ１１においてタイマ１がタイムアップしたと判断された場合は、ステップ１４に進んで、回転数データＮｖが計算される。これが排出運転のための回転数信号として出力される。そしてその後、ステップ１５でタイマ１はリセット・リスタートされ、ステップ１６で回転パルス数計数用メモリーＮｒは０にリセットされる。以上の動作によって、タイマ１の周期毎に、回転数データＮｖが生成される。
【００４２】
ステップ１で回転数データを演算した後、図３の全体フローチャートの中でステップ２に進み、気泡吸い込みフラグをチェックする。通常は、気泡が滞留していることは無いのでそのままステップ３に進む。ステップ３では回転数変動ΔＮｖ（回転数信号の変化量）を演算する。図５にステップ３で行われる具体的な内容のフローチャートを示す。まずステップ３１では、過去の回転数データから求められ記憶されている平均回転数Ｎａｖのデータを読み出し、ステップ３２ではステップ１で演算された回転数データＮｒと平均回転数データＮａｖの差ΔＮｖを計算する。ΔＮｖは絶対値である。次いでステップ３３において、ΔＮｖの大きさを回転数変動許容値Ｎｏｋと比較演算する。そして、ΔＮｖの大きさが回転数変動許容値Ｎｏｋよりも小さい場合、回転数は安定していると判断して、ステップ３４において平均回転数Ｎａｖを更新する。すなわち、通常の運転で回転数が安定している場合には、平均回転数Ｎａｖは１／２定率無限級数平均値（Ｎａｖ＋Ｎｖ）／２として更新される。また万一回転数に乱れが生じた場合は、ステップ３３の比較演算において、ΔＮｖの大きさが回転数変動許容値Ｎｏｋよりも大きいと判断され、ステップ３４の処理はスキップされるので、平均回転数データＮａｖは新しい平均値に更新されることはなく、そのままの平均値が維持される。
【００４３】
ステップ３で回転数変動データΔＮｖを演算した後、図３に示す全体のフローチャートの中でステップ５に進み、その回転数変動のレベルをチェックする。すなわち、ステップ5では、回転数変動データΔＮｖと、気泡吸い込みが発生したと判断する回転数変動の許容値Ｎａｉｒとを比較演算する。ステップ５において、回転数変動データΔＮｖが、気泡の吸い込み発生と判断する回転数変動の許容値Ｎａｉｒを上回ったとき、気泡検知手段２４はステップ６において気泡吸い込みフラグをＯＮにする。そして、本フローチャートがサイクリックに処理されているので、ステップ６から再びステップ１に戻る。なお、気泡吸い込みフラグがＯＦＦのままの場合はＯＮになるまでこれを繰り返す。そしてステップ２において気泡吸い込みフラグがＯＮになった場合には、気泡排出運転手段２５が気泡排出処理ステップ４を実行する。
【００４４】
気泡排出処理ステップ４の具体的内容を示すフローチャートを図６に示す。気泡排出処理ステップ４では気泡排出運転手段２５が停止タイマを用いて一定時間停止動作を行う。図６において、ステップ４１で停止タイマの動作をチェックし、停止タイマが動作していない場合、ステップ４２において停止タイマをスタートさせる。本フローチャートもサイクリックに実行されるので、再びステップ４が実行されたときには、ステップ４１で停止タイマがスタートしていると判断されてステップ４３において運転停止命令が運転監視手段２３に出力される。
【００４５】
そして、ステップ４４で停止タイマのタイムアップをチェックし、停止時間を完了して停止タイマがタイムアップしたと判断されると、気泡排出運転手段２５はステップ４５で運転停止命令を解除するとともに、ステップ４６で気泡吸い込みフラグをＯＦＦにする。
【００４６】
本基本構成例１においては、気泡吸い込み検知時に１度の停止を行うように説明しているが、停止動作後に再び回転数が上昇しているようであれば再度気泡検知することなるから、気泡が排出されるまで停止と運転を繰り返し行うのも適当である。
【００４７】
（基本構成例２）
本発明の基本構成例２におけるターボ型ポンプを、図７のフローチャートを用いて説明する。図７は本発明の基本構成例２におけるターボ型ポンプの気泡排出処理ステップフローチャートである。
【００４８】
基本構成例２のターボ型ポンプは、気泡吸込み発生時に、ロータ７を一時的に逆転させて、ターボ型ポンプ本体１の内部、羽根車１３の内部もしくは羽根等に付着もしくは滞留している気泡を砕いたり、位置を変化させて、その後運転を再開して気泡の排出を促すものである。気泡排出処理ステップ４以外の全体フローチャートは基本構成例１と同様であるから、詳細な説明は省略する。
【００４９】
図７において、ステップ４０１で気泡排出運転手段２５が停止完了フラグをチェックし、一時停止動作が完了したことを示す停止完了フラグがＯＮの場合は、逆転運転動作へ進む。停止完了フラグがＯＮでない場合は、ステップ４０２に進み停止タイマの動作をチェックし、停止タイマが動作中であればステップ４０４に進み、運転監視手段２３に運転停止命令を出力する。停止タイマが動作中でなかったら、ステップ４０３に進んで停止タイマをスタートさせる。さらに、ステップ４０５において停止タイマのタイムアップをチェックする。ここで停止タイマがタイムアップしていると判断されると、気泡排出運転手段２５はステップ４０６で停止完了フラグをＯＮするとともにステップ４０７で運転停止命令を解除する。
【００５０】
ステップ４０５において、停止タイマタイムアップのチェックを行って未だタイムアップしていないと判断された場合は、逆転運転のステップをスキップして本ルーチンをぬける。なお、このルーチンはサイクリックに実行されるので、そのたび毎に停止タイマのタイムアップチェックが行われることになる。
【００５１】
次に、ステップ４０８で逆転タイマの動作をチェックし、逆転タイマが動作中はステップ４１０で逆転命令を出力する。ステップ４０８で逆転タイマが動作していないと判断された場合はステップ４０９に進んで逆転タイマをスタートさせる。ステップ４１１では逆転タイマのタイムアップをチェックする。逆転タイマがタイムアップしていない場合は本ルーチンをぬける。そしてこのルーチンはサイクリックに実行されるので、そのたび毎に逆転タイマのタイムアップチェックが行われることになる。逆転タイマがタイムアップしていると判断されるとステップ４１２で停止完了フラグをＯＦＦするとともにステップ４１３で気泡吸込みフラグをＯＦＦして、かつ、ステップ４１４で逆転停止命令を解除する。
【００５２】
本基本構成例２では、気泡吸い込み検知時に１度の停止と１度の逆転を行うように運転するものとして説明しているが、気泡排出動作後に通常運転動作に戻った場合であっても、再び回転数が上昇しているようであれば再度気泡検知することなるから、気泡が排出されるまで停止と逆転と通常運転が繰り返し行うのも適当である。
【００５３】
（基本構成例３）
本発明の基本構成例３におけるターボ型ポンプについて、図８，図９，図１０を用いて説明する。図８は本発明の基本構成例３におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図、図９は本発明の基本構成例３におけるターボ型ポンプの能力調整制御ブロック図、図１０は本発明の基本構成例３における気泡排出処理ステップフローチャートである。
【００５４】
図８において、２６はターボ型ポンプの能力を変更調整する能力調整手段である。なお、基本構成例１で使用した符号と同符号のものは同様の作用を奏するものであるから、詳細な説明は基本構成例１の説明に譲る。
【００５５】
図９は能力調整制御ブロックを示すが、２２ｄは駆動制御部２２の一部を構成する駆動パターン発生回路であって、ホールセンサー２１ａ，２１ｂ，２１ｃの信号からロータ７が回転動作するタイミングでスイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを動作させる駆動信号を生成するものである。
【００５６】
能力調整手段２６において、２６ｄはＰＷＭ信号用三角波発生回路、２６ｅはＰＷＭ信号用三角波信号と能力指令信号のレベルを比較し、能力指令信号のレベルの方がＰＷＭ信号用三角波信号を上回った場合に出力が高いレベルになるように動作する比較器、２６aは駆動パターン発生回路２２ｄからスイッチング素子２２ａに出される信号と比較器２６ｅの出力する信号の論理積を演算するＡＮＤ回路、２６ｂは駆動パターン発生回路２２ｄからスイッチング素子２２ｂに出される信号と比較器２６ｅの出力する信号の論理積を演算するＡＮＤ回路、２６ｃは駆動パターン発生回路２２ｄからスイッチング素子２２ｃに出される信号と比較器２６ｅの出力する信号の論理積を演算するＡＮＤ回路である。このような能力調整手段２６の構成において、能力指令の信号レベルを変化させると、スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃをＰＷＭ制御することができるようになる。これにより、ターボ型ポンプの回転速度を変化させることができる。
【００５７】
このように本基本構成例３では、ＰＷＭ制御を用いて能力調整しているが、能力調整手段２６として、供給する電源の電圧を変更するようにするもの、あるいは、抵抗値を変化させるものなど、ターボ型ポンプの能力を変化させることができるいかなる方法でも構わない。
【００５８】
次に、基本構成例３の気泡排出動作に関して、図１０のフローチャートを用いて説明する。気泡排出運転手段２５の気泡排出処理ステップ４では、高速運転タイマを用いて一定時間高速運転動作を行う。高速運転動作を行うと、ターボ型ポンプの能力が増大し、流体の流量が増加して気泡排出性がよくなる。しかも、羽根車１３が高速回転することによって、滞留している気泡を羽根が砕いて微細化して、流れにのり易くすることができるため、
【００５９】
図１０に示すように、気泡排出運転手段２５はステップ４２１において高速運転タイマの動作をチェックする。高速運転タイマが動作していない場合には、ステップ４２２において高速運転タイマをスタートさせる。本フローチャートもサイクリックに実行されるので、再びステップ４が実行された場合は、ステップ４２１において停止タイマがスタートしていると判断して、ステップ４２３で高速運転命令が運転監視手段２３に出力される。
【００６０】
次に、気泡排出運転手段２５はステップ４２４で高速運転タイマのタイムアップをチェックし、高速運転時間が完了して高速運転タイマがタイムアップしたと判断されると、ステップ４２５において気泡吸い込みフラグをＯＦＦにするとともに、ステップ４２６で高速運転命令を解除する。
【００６１】
本基本構成例３では、気泡吸い込み検知時に１度の高速運転を行うように説明しているが、高速運転動作後に再び回転数が上昇するのであれば再度気泡を検知することになるから、気泡が排出されるまで高速運転と通常運転が繰り返し行われる運転も適当である。
【００６２】
（基本構成例４）
本発明の基本構成例４のターボ型ポンプについて、図１１を用いて説明する。図１１は本発明の基本構成例４におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図、図１２は本発明の基本構成例４における全体フローチャート、図１３は本発明の基本構成例４における平均電流データ演算処理ステップフローチャートである。
【００６３】
図１１において、２７はステータ５の巻線５ａ，５ｂ，５ｃに流れる電流を電圧に変換する抵抗Ｒａである。本基本構成例４では、基本構成例１の回転パルス信号に代えて、この抵抗Ｒａ２７に流れる電流値を用いて気泡の吸込みを検知するものである。なお、基本構成例４において、基本構成例１と同符号のものは同様のものであるから、詳細な説明は基本構成例１に譲ってここでは省略する。
【００６４】
ターボ型ポンプが気泡を吸い込むと、羽根車１３内の流体量は減少し、遠心効果は減少するので、結果として、ロータ７を回転駆動するために必要なトルクが減少する。これにより、モータの負荷が軽減されるから、ステータ５の巻線５ａ，５ｂ，５ｃに流れる電流値は減少することになる。従って、抵抗Ｒａ２７を流れる電流値を監視すれば、気泡の吸込みを検知することができる。
【００６５】
電流値を用いて気泡検知する処理方法を図１２、図１３のフローチャートで説明する。気泡排出運転手段２５がステップ５２で電流値を読み込み、ステップ５３に進んで、気泡吸い込みフラグをチェックする。通常、気泡が滞留していることは無いためステップ５４に進む。ステップ５４では電流値変動ΔＩを演算する。
【００６６】
図１３がその詳細な内容のフローチャートを示している。ステップ５７では、過去の電流値データから求められ記憶されている平均電流値データＩａｖを気泡検知手段２４が読み出し、ステップ５８で先ほど読み込まれた電流値データＩと平均電流値データＩａｖの差ΔＩの絶対値を計算する。
【００６７】
次いで、気泡検知手段２４は、ステップ５９において、ΔＩの大きさを電流値変動許容値Ｉｏｋと比較演算するが、ΔＩの大きさが電流値変動許容値Ｉｏｋよりも小さい場合は電流値は安定していると判断して、ステップ６０において平均電流値Ｉｏｋを更新し、記憶する。ここで、通常の運転で電流値が安定している場合、平均電流値Ｉｏｋは１／２定率無限級数平均値（Ｉａｖ＋Ｉ）／２として更新される。万一、気泡が滞留したため電流値に乱れが生じた場合は、ステップ５９の比較演算において気泡検知手段２４によって電流値が減少したと判断され、ステップ６０の処理はスキップされる。
【００６８】
ステップ５４で電流値変動データΔＩを演算した後、図１２に示すようにステップ５５に進み、その電流値変動のレベルをチェックする。ステップ５５では、電流値変動データΔIと、気泡吸い込み発生と判断する電流値変動の許容値Ｉａｉｒと比較演算する。ステップ５５で電流値変動データΔＩｒが、気泡吸い込みを発生したと判断する電流値変動の許容値Ｉａｉｒを上回ったとき、ステップ５６において気泡吸い込みフラグをＯＮにする。本フローチャートはサイクリックに処理されるので、ステップ５６から再びステップ５２に戻り、ステップ５３において気泡吸い込みフラグがＯＮと判断されるから、気泡排出運転手段２５において気泡排出処理ステップ４が実行される。
【００６９】
（基本構成例５）
本発明の基本構成例５におけるターボ型ポンプを図１４を用いて説明する。図１４は本発明の基本構成例５におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図である。
【００７０】
基本構成例５のターボ型ポンプは、気泡の吸込みを吸込み口１１に設けられた電極によって検知するものである。基本構成例１と同符号のものは同様の作用を奏するものであるから、詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１４において、３１は吸込み口１１に配置された第１流体電気伝導率測定電極である。３２は第１流体電気伝導率測定電極３１と対向して吸込み口１１に設けられた第２流体電気伝導率測定電極であり、電源２０に接続されている。３３は増幅器、３４は第１流体電気伝導率測定電極３１と第２流体電気伝導率測定電極３２の間に流れる電流値を電圧値に変換する検出抵抗Ｒｓである。
【００７２】
いま、吸込み口１１に気泡が存在せず、水など導電性を少しでも有す流体が管路内を満たしていると、電源２０に接続されている電極３２から検出抵抗Ｒｓ３４を介して接地されている電極３１に電流が流れる。一般的には非常に小さい電流値であるが、増幅器３３により気泡検知手段がチェックできる信号レベルにまで増幅される。
【００７３】
ここで、もし気泡が吸込まれると、吸込み口１１の第１流体電気伝導率測定電極３１と第２流体電気伝導率測定電極３２との間に空隙（非流体部分）が存在するようになるので、第１流体電気伝導率測定電極３１と第２流体電気伝導率測定電極３２との間に流れる電流は減少し、増幅器３３の出力信号のレベルも低下する。
【００７４】
このように、増幅された流体の電気伝導度を含む信号をチェックすることによって、気泡の吸込みを検知することができる。なお、気泡吸込みを検知する手段として、基本構成例１の回転数データ、また基本構成例４の電流値データの代わりに、本基本構成例５の電気伝導度を含む信号を用いることがそれぞれで可能である。
【００７５】
（実施の形態）
本発明の実施の形態のターボ型ポンプとして図１５を用いて説明する。図１５は本発明の実施の形態におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図である。
【００７６】
本実施の形態は、気泡の吸込みを吸込み口１１に設けられた光透過度センサーによって検知するものである。基本構成例１と同符号のものは同様の作用を奏すものであるから、詳細な説明は基本構成例１に譲って省略する。
【００７７】
図１５において、４１は吸込み口１１に設けられた発光素子、４２は発光素子４１と対向して吸込み口１１に設けられた受光素子で、それぞれ電源２０に接続されていて、この発光素子４１と受光素子４２の一対の素子で光透過度センサーを構成している。
【００７８】
流体が光透過性を有している場合、発光素子４１の発光強度と受光素子４２の受光感度は、滞留する気泡のため流体の屈折率が変化し、これにより光透過量が減少し、検出信号が変化するように設定される。また、逆に流体が光透過性を有していない場合であっても、滞留する気泡のため吸込み口１１内部の流体の量が減少して、光透過量が増加するから、このような場合は光透過量が増加したときに検出信号が変化するように設定すればよい。このように設定することで、受光素子４２が出力する検出信号の変化は、気泡を吸い込んだ場合に発生する。従って、受光素子４２の検出信号を気泡検知手段２４でチェックすることにより、気泡吸込みを検知することができる。なお、気泡吸込みを検知する手段として、基本構成例１の回転数データ、また基本構成例４の電流値データの代わりに、本実施形態の受光素子の検出信号を用いることがそれぞれで可能である。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明は、流体吸込み口に設けられた流体中の気泡の存在を検出する気泡検知手段と、気泡排出を促すための運転動作を行う気泡排出運転手段を有するから、流体吸込み口に設けられた気泡検知手段で気泡の存在を直接検出でき、気泡の存在を誤って検出することがない。
【００８４】
そして、気泡検知手段が光透過度センサーを備えて、光透過度変化を検出して気泡を検知するから、流体吸込み口に設けられた光透過度センサーにより受光強度変化により直接気泡の存在を検出するため、気泡を確実且つ簡単に検出できる。
【００８５】
請求項２に記載された発明は、気泡排出運転手段が気泡検知手段からの信号を受けて一定時間停止して気泡を排出するから、気泡が滞留しても直ちに排出できる。
【００８６】
請求項３に記載された発明は、気泡排出運転手段が気泡検知手段からの信号を受けて一定時間逆転して気泡を排出するから、逆転により気泡を微細化し、位置を変化させて排出するので排出がきわめて容易となる。
【００８７】
請求項４に記載された発明は、気泡排出運転手段が気泡検知手段からの信号を受けて一定時間の停止と逆転と正転の組み合わせ動作を行って気泡の排出を行うから、もっとも効果的に排出できる気泡排出運転を採用できる。
【００８８】
請求項５に記載された発明は、羽根車の回転速度を変化させることができる能力調整手段を備えたターボ型ポンプであって、気泡排出運転手段が能力排出運転手段を一定時間の高速回転させて気泡の排出を行うから、気泡の存在が検出されると能力調整手段が羽根車を高速回転させ、気泡をきわめて速やかに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成例１におけるターボ型ポンプの概略構造図
【図２】本発明の基本構成例１における概略制御ブロック図
【図３】本発明の基本構成例１における全体フローチャート
【図４】本発明の基本構成例１における回転数データ演算処理ステップフローチャート
【図５】本発明の基本構成例１における平均回転数データ演算処理ステップフローチャート
【図６】本発明の基本構成例１における気泡排出処理ステップフローチャート
【図７】本発明の基本構成例２におけるターボ型ポンプの気泡排出処理ステップフローチャート
【図８】本発明の基本構成例３におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図
【図９】本発明の基本構成例３におけるターボ型ポンプの能力調整制御ブロック図
【図１０】本発明の基本構成例３における気泡排出処理ステップフローチャート
【図１１】本発明の基本構成例４におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図
【図１２】本発明の基本構成例４における全体フローチャート
【図１３】本発明の基本構成例４における平均電流データ演算処理ステップフローチャート
【図１４】本発明の基本構成例５におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図
【図１５】本発明の実施の形態におけるターボ型ポンプの概略制御ブロック図
【図１６】従来のエアロック防止をしたターボ型ポンプを示す図
【符号の説明】
１  ターボ型ポンプ本体
２  上側ケース
３  防水隔壁
４  下側ケース
５  ステータ
５ａ  第１相巻線
５ｂ  第２相巻線
５ｃ  第３相巻線
６  基板
６−１  電源線
７  ロータ
８  マグネット
９  軸受け
９−１  軸受板
１０  固定軸
１１  吸込み口
１２  吐出口
１３  羽根車
１４  ボリュート
１５  シールリング
１９  電源線
２０  電源
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  ホールセンサー
２２  駆動制御部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  スイッチング素子
２２ｄ  駆動パターン発生回路
２３  運転監視手段
２４  気泡検知手段
２５  気泡排出運転手段
２６  能力調整手段
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  ＡＮＤ回路
２６ｄ  ＰＷＭ信号用三角波発生回路
２６ｅ  比較器
２７  抵抗Ｒａ
３１  第１流体電気伝導率測定電極
３２  第２流体電気伝導率測定電極
３３  増幅器
３４  検出抵抗Ｒｓ
４１  発光素子
４２  受光素子
１０１  空気溜り
１０２  ターボ型ポンプ
１０３  インペラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004590677.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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