(57)【要約】【課題】特別な附帯設備が不要で、配管抵抗の変化に関わらずに、常に安定した流量を供給するポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプケーシング１とポンプケーシング１内に収容されたキャンドモータ６とキャンドモータ６の主軸７に固定された羽根車８とを有したキャンドモータポンプと、ポンプケーシング１の外面に固定され、キャンドモータ６に電力を供給する周波数変換器Ｆと、キャンドモータ６に供給する電流の電流値を検出する検出手段と、周波数と電流値の関係をあらかじめ記憶した周波数変換器Ｆに設けられた制御部とを備え、制御部は、実際に運転した場合の周波数及び電流値を、前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係と比較し、キャンドモータ６に供給する電流の電流値が前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係に合うように周波数変換器Ｆの発生周波数を変化させるようにした。【選択図】図３
2007162700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシングと該ポンプケーシング内に収容されたキャンドモータと該キャンドモータの主軸に固定された羽根車とを有したキャンドモータポンプと、
前記キャンドモータポンプのポンプケーシングの外面に固定され、前記キャンドモータに電力を供給する周波数変換器と、
前記キャンドモータに供給する電流の電流値を検出する検出手段と、
周波数と電流値の関係をあらかじめ記憶した前記周波数変換器に設けられた制御部とを備え、
前記制御部は、実際に運転した場合の周波数及び電流値を、前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係と比較し、前記キャンドモータに供給する電流の電流値が前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係に合うように前記周波数変換器の発生周波数を変化させるようにしたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
同一回転数の下では、流量が増加するに従って軸動力が増加するポンプ装置を使用し、発生圧力が変化しても流量が略一定となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
同一回転数の下では、流量が増加するに従って軸動力が減少するポンプ装置を使用し、流量が変化しても発生圧力が略一定となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記あらかじめ記憶した周波数（Hz）と電流値（Ａ）の関係をＡ＝ＫHzn（Ｋ及びｎは正の定数）としたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記Ｋ及びｎの値を切替える手段を前記周波数変換器に設けたことを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプ装置に係り、特に循環用ポンプにとって好適な定流量特性を容易に得られるようにしたうず巻ポンプ及び給水用ポンプにとって好適な定揚程特性を容易に得られるようにした軸流ポンプを含むポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から暖房・冷房用の冷温水循環ポンプには、うず巻ポンプが用いられてきた。この用途で重要な事柄は下記の通りである。
(1)  必要流量がわかっていても、計算上の配管損失と、実際の配管損失には微妙な違いがあるため、現地でバルブによる流量調整が必要となる。この場合、バルブの損失分だけエネルギーロスがある。
(2)  配管の経年変化や、バルブへの異物の詰まり等によって配管損失が増加すると、流量が減ってしまう。従って、定期的にバルブ等によって流量調整が必要となる。
(3)  現地には一般的に流量を測定する手段がないため、圧力計等によって圧力を把握し、流量をポンプ特性曲線に基づき、推定する必要がある。しかしながら、この手法は精度が低い。
【０００３】
これらの問題を解決する従来からの技術としては、以下に列挙するものがある。
(1)  電磁流量計の信号を制御盤にて処理し、電磁弁の開度をコントロールする。この手法は、高価であり、且つバルブの損失を伴うため、省エネルギーの効果が低いという欠点がある。
(2)  電磁流量計の信号を周波数変換器に取り込み、可変速運転する。この手法は、省エネルギーにはなるが、高価である。
(3)  ポンプに回転数切替えつまみが設けられており、ポンプのＱ−Ｈ特性を変化させると同時に、バルブを並用して必要流量に合わせて使用する。この方法はバルブの抵抗によるエネルギーロスを低減する効果はあるが、流量を安定させる効果はない。従って配管損失の増加等がある場合には、その都度、流量を調整する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述の問題点に鑑み、特別な附帯設備が不要で、配管抵抗の変化に拘わらずに、常に安定した流量を供給する渦巻ポンプ等のポンプ装置を提供することを技術的課題としている。
また、本発明は、流量が変化しても発生揚程が一定であり、給水用ポンプとして好適な軸流ポンプ等のポンプ装置を提供することを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明は、ポンプケーシングと該ポンプケーシング内に収容されたキャンドモータと該キャンドモータの主軸に固定された羽根車とを有したキャンドモータポンプと、前記キャンドモータポンプのポンプケーシングの外面に固定され、前記キャンドモータに電力を供給する周波数変換器と、前記キャンドモータに供給する電流の電流値を検出する検出手段と、周波数と電流値の関係をあらかじめ記憶した前記周波数変換器に設けられた制御部とを備え、前記制御部は、実際に運転した場合の周波数及び電流値を、前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係と比較し、前記キャンドモータに供給する電流の電流値が前記あらかじめ記憶した周波数と電流値の関係に合うように前記周波数変換器の発生周波数を変化させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の１態様においては、同一回転数の下では、流量が増加するに従って軸動力が増加するポンプ装置を使用し、発生圧力が変化しても流量が略一定となるようにしている。
本発明の１態様においては、同一回転数の下では、流量が増加するに従って軸動力が減少するポンプ装置を使用し、流量が変化しても発生圧力が略一定となるようにしている。
本発明の１態様においては、前記あらかじめ記憶した周波数（Hz）と電流値（Ａ）の関係をＡ＝ＫHzn（Ｋ及びｎは正の定数）としている。
本発明の１態様においては、前記Ｋ及びｎの値を切替える手段を前記周波数変換器に設けている。
【０００７】
また本発明の好ましい態様は、三相誘導電動機によって駆動されるうず巻ポンプと、該三相誘導電動機に電力を供給する周波数変換器と、周波数変換器に設けられた周波数及び電流値の検出手段と、周波数変換器に記憶された周波数と電流値の関係を規定するプログラムとを備えたポンプ装置において、実際に運転した場合の周波数及び電流値と、上記規定プログラムとを比較し、ポンプの運転点を上記規定プログラムに近づけるように周波数変換器の発生周波数が変化するようにし、ポンプの揚程が変化しても、流量が略同一となるようにしてもよい。
本発明の好ましい態様においては、周波数変換器の出力した時間と前記一定流量の値を乗ずることで、流量を積算する機能をもたせていてもよい。そして、周波数変換器に流量の表示部を設けてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特別な附帯設備が不要で、配管抵抗の変化に拘わらず、常に安定した流量を供給する渦巻ポンプ等のポンプ装置とすることができる。
また本発明によれば、流量が変化しても、発生揚程が一定の軸流ポンプ等のポンプ装置を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る流体機械の実施の形態について説明する。
図１は本発明の基本概念を説明する説明図であり、図１（ａ）は流体機械の１例である渦巻ポンプの流量（Ｑ）と揚程（Ｈ）との関係を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のI（ｂ）部を拡大して示す図である。図１（ａ）において、横軸は流量比、縦軸は揚程比を示す。本発明の渦巻ポンプを駆動するモータはインバータを具備している。そして、所要の流量を選択する複数のツマミ（選択手段）を具備している。
【００１０】
図１においては、インバータの周波数（Hz）と電流値（Ａ（アンペア））は、
ツマミＡ  Ａ＝０.００１×Hz2……流量比０.７
ツマミＢ  Ａ＝０.００１４×Hz2……流量比１.０
の２通りメモリーされている場合を例に挙げて説明する。
今、仮に、ツマミＢを選択したものとして説明する。
このとき配管の抵抗曲線は図１の（２）であったとする。
ポンプを起動すると、あらかじめ記憶しておいた周波数１００Hz（６０００ｒｐｍ）にて運転される。運転点は、抵抗曲線（２）との交点α１（１００Hz−１５Ａ）となる。この運転点は、あらかじめ記憶したＡ＝０.００１４Hz2（Ａ＝０.００１４×１００2＝１４Ａ）に比較して、電流値が高い。即ち、周波数１００Hzにとっては、電流値が過大であることを意味している。
【００１１】
そこで、インバータは周波数と電流値をＡ＝０.００１４Hz2に合わせるべく減速運転する。即ち、周波数を下げて運転する。
次に、ポンプが減速した結果、９０Hzで運転されたとする。運転点は抵抗曲線（２）との交点β１（９０Hz−１０Ａ）となる。この運転点は、あらかじめ記憶したＡ＝０.００１４Hz2（Ａ＝０.００１４×９０2＝１１.３４Ａ）に比較して、電流値が低い。即ち、周波数９０Hzにとっては、電流値が過小であることを意味している。
【００１２】
そこで、インバータは周波数と電流値をＡ＝０.００１４Hz2に合わせるべく増速運転する。即ち、周波数を上げて運転する。
上記の結果、ポンプはＡ＝０.００１４×９５2≒１２.５Ａ（９５Hz−１２.５Ａ）の点γ１で運転される。
即ち、選択したツマミＢの流量によって運転される訳である。この手法を用いると、配管抵抗の大きさや変動とは無関係に、一定の流量で運転され、且つ、必要最小限の消費電力で運転されるため、循環用ポンプにとって最適である。
尚、図１に真の要項と記載した点δは、例えば温水循環用に用いた場合に、最も好適な熱量を供給する運転点のことである。この点は、あらかじめ計算した運転熱量と若干ずれる場合がある。これは、計算上、余裕を見たりするためである。
【００１３】
この問題を解決するため、インバータの流量選択ツマミの選択できる種類を増やす（図１のようにＡ、Ｂの２種類でなく例えば８種類程度）こともできる。
以上は、一定回転数（一定周波数（Hz））の下で流量が増加する程、軸動力（消費電力及び電流値）が増加するうず巻ポンプの事例である。
【００１４】
図２は一定回転数（一定周波数（Hz））の下で流量が増加する程、軸動力が低下する軸流ポンプを圧力一定で制御した事例を示す説明図である。図２において、横軸は流量比、縦軸は揚程比を示す。
【００１５】
図２においては、インバータの周波数（Hz）と電流値（Ａ（アンペア））は、
Ａ＝０．００１２×Hz2……揚程比０．７５
の１通りメモリーされている場合を例に挙げて説明する。
このとき配管の抵抗曲線は図２の（１）であったとする。
ポンプを起動すると、あらかじめ記憶しておいた周波数１００Hz（６０００ｒｐｍ）にて運転される。運転点は、抵抗曲線（１）との交点α２（１００Hz−１４Ａ）となる。この運転点は、あらかじめ記憶したＡ＝０．００１２×Hz2（Ａ＝０．００１２×１００2＝１２Ａ）に比較して、電流値が高い。即ち、周波数１００Hzにとっては、電流値が過大であることを意味している。
【００１６】
そこで、インバータは周波数と電流値をＡ＝０．００１２Hz2に合わせるべく減速運転する。即ち、周波数を下げて運転する。
次に、ポンプが減速した結果、９０Hzで運転されたとする。運転点は、抵抗曲線（１）との交点β２（９０Hz−９Ａ）となる。この運転点は、あらかじめ記憶したＡ＝０．００１２Hz2（Ａ＝０．００１２×９０2＝９．７２Ａ）に比較して、電流値が低い。即ち、周波数９０Hzにとっては、電流値が過小であることを意味している。
【００１７】
そこで、インバータは周波数と電流値をＡ＝０．００１２Hz2に合わせるべく増速運転する。すなわち、周波数を上げて運転する。
上記の結果、ポンプはＡ＝０．００１２×９５2Ａ≒１１Ａ（９５Hz−１１Ａ）の点で運転される。即ち、選択した圧力によって運転される。この手法を用いると、配管抵抗の大きさや変動とは無関係に、一定の圧力（揚程）で運転され、且つ必要最小限の消費電力で運転されるため、給水用ポンプとして好適である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本発明によれば、電磁流量計や圧力計（又は圧力センサー）等を用いることなく、ポンプ単体にて流量又は圧力を一定に保つことができるため、ユーザは特別の附帯設備を必要とせず、また、バルブの調整等の手間も不要となる。
【００１９】
図３は本発明を実施するための、好適なポンプ装置を示している。本ポンプ装置は、モータの周囲を取扱液が流れる全周流型キャンドモータポンプである。
【００２０】
本実施例に示す全周流型キャンドモータポンプは、ポンプケーシング１と、このポンプケーシング１内に収容されたキャンドモータ６と、このキャンドモータ６の主軸７の端部に固定された羽根車８とを備えている。ポンプケーシング１はポンプケーシング外筒（バレル）２と、このポンプケーシング外筒２の両端にそれぞれ接続された吸込ケーシング３と、吐出ケーシング４とからなっている。吸込ケーシング３は外筒２に溶接によって接続され、吐出ケーシング４はフランジ６１，６２によって外筒２に接続されている。ポンプケーシング外筒２、吸込ケーシング３および吐出ケーシング４はステンレススチール等からなる板金によって形成されている。
【００２１】
一方、キャンドモータ６は、固定子１３と、この固定子１３の外周部に設けられたモータフレーム外胴１４と、モータフレーム外胴１４の両開放端に溶接固定されるモータフレーム側板１５，１６と、固定子１３の内周部に嵌着され上記モータフレーム側板１５，１６に溶接固定されるキャン１７とを備えている。また固定子１３内に回転可能に収容されている回転子１８は主軸７に焼き嵌め固定されている。モータフレーム外胴１４と外筒２との間には環状空間（流路）４０が形成されている。モータの周囲に取扱液を内包する外筒（バレル）２の外面にはインバータ（周波数変換器）Ｆが固定されている。インバータＦはケース２０内に収容されており、このケース２０には流量表示計及び流量設定ツマミも内蔵されている。
【００２２】
また、キャンドモータ６のモータフレーム側板１５には、流体を半径方向外方から内方に導くガイド部材１１が保持されている。そして、ガイド部材１１には羽根車８を収容する内ケーシング１２が固定されている。また、ガイド部材１１の外周部には、シール部材１３が介装されている。
【００２３】
ガイド部材１１の内端にはライナリング５１が設けられ、このライナリング５１は羽根車８の前面部（吸込マウス側）と摺動するようになっている。内ケーシング１２は概略ドーム形状を有し、キャンドモータポンプ６の主軸７の軸端を覆いかくす形状になっている。この内ケーシング１２は羽根車８から吐出された流体を案内するガイドベーン又はボリュートからなる案内装置１２ａを有している。また、内ケーシング１２は先端部に空気抜き穴１２ｂを有している。
【００２４】
軸受は、シリコンカーバイド製の滑り軸受であり、全ての軸受が、モータ回転子１８と羽根車８の間の空間に収容されている。軸受は自液にて潤滑される。
軸受ブラケット２１は、ステンレス鋳物製で、軸方向の両側に固定側ラジアル軸受２２，２３が焼ばめ固定され、更に外周部から樹脂を注入することで廻り止めされている。また固定側ラジアル軸受２２，２３の軸方向端部は、回転側スラスト軸受２４，２５と摺動するように構成されている。回転側スラスト軸受２４，２５及び回転側ラジアル軸受２６，２７は、主軸７に羽根車８及びディスタンスピース２８を適宜に介してハネ止めナット２９によって固定されている。
【００２５】
図３に示す全周流型キャンドモータポンプの作用を簡単に説明すると、吸込ケーシング３より吸い込まれた流体は、外筒２とキャンドモータ６のモータフレーム外胴１４との間に形成された環状流路４０に流入し、この流路４０を通ってガイド部材１１に案内されて羽根車８内に導かれる。羽根車８から吐出された流体は、案内装置１２ａを経て吐出ケーシング４より吐出される。
【００２６】
次に本発明における周波数変換器の実施例について、図４を参照して説明する。図４においては、ポンプ等の流体機械はＭで示され、周波数変換器はＦで示されている。三相交流を入力として用いる場合、周波数変換器Ｆは、交流を直流にする整流回路４１と整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサ４２からなるコンバータ部分と、直流から交流に変換するインバータ部４３とからなる。直流部分であるコンバータには、補助電源部４４と、コンバータ部の直流電圧を検出する電圧検出部４５が接続されている。周波数変換器Ｆは、更に発生周波数と電流値の関係を予め記憶した制御部４６を備え、制御部４６からＰＷＭ信号を出力し、インバータ部４３をドライブする。
【００２７】
三相インバータ４３の出力部には電流検出センサ４８が設けてあり、検出された電流は検出部４７により信号に変換されて制御部４６に入力される。三相インバータ４３の出力側にはモータ６が接続されている。なお、符号４９は温度センサである。
【００２８】
制御部４６には、予め発生周波数と電流値を特定する関数をメモリーしたＲＯＭと、電流検出部４７からの信号とＲＯＭの設定内容とを比較して、演算処理を行い所定のＰＷＭ信号を出力させるＣＰＵと、制御ＩＣが設けられている。
【００２９】
周波数変換器Ｆは、前述の通り制御部４６を有し、自らが出力した時間を記憶することができる。また、前述の流量一定制御による運転を行えば、周波数変換器Ｆは、ポンプが搬送している時々刻々の流量を検知することができる。また、周波数変換器Ｆには、演算機能がある。従って、周波数変換器Ｆは時々刻々の流量に加えて、積算流量を表示することができる。即ち、このポンプ装置そのものを流量計として使用できる。
【００３０】
更に、周波数変換器Ｆのメモリー機能を活用し、所定時間（例えば２４時間）おきに所定量（例えば１ｍ3）の水を搬送する作業を所定日数（例えば５日間）連続で行い、所定日数（例えば２日間）休止し、更に所定日数（例えば５日間）連続で作業を行うような自動運転を行える。この方法は、１日の給水量を制限して、節水を行う場合等に好適であり、特別な附帯設備を設けることなく自動給水できる点が特徴である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る流体機械の基本概念を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る流体機械の基本概念を説明する説明図である。
【図３】本発明を実施するために好適なポンプ装置を示す断面図である。
【図４】本発明における周波数変換器の回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ポンプケーシング
２    外筒（バレル）
３    吸込ケーシング
４    吐出ケーシング
６    キャンドモータ
７    主軸
８    羽根車
１１    ガイド部材
１２    内ケーシング
１３    固定子
１８    回転子
２１    軸受ブラケット
２２，２３    固定側ラジアル軸受
２４，２５    回転側スラスト軸受
２６，２７    回転側ラジアル軸受
４１    整流回路
４２    平滑コンデンサ
４３    三相インバータ
４４    補助電源部
４５    電圧検出部
４６    制御部
４７    電流検出部
Ｆ    周波数変換器
Ｍ    流体機械
【図１】
2007162700.tif 000003
【図２】
2007162700.tif 000004
【図３】
2007162700.tif 000005
【図４】
2007162700.tif 000006