(57)【要約】【課題】  接地電極を設けることなく、水位検出センサの小型化および検出電極に対する付着物による誤作動防止を図った水中ポンプを提供する。【解決手段】  水中ポンプ１は、ポンプ本体１ａに支持された上下方向に延びる取付けロッド９に、静電容量センサ１１、１２が取付けられ、該静電容量センサ１１、１２による水位の検出・未検出に応じて駆動制御される。静電容量センサ１１、１２は、水位を検出するための検出電極１１ａ、１２ａと絶縁材料で液密状に覆われた発振回路１１ｂ、１２ｂとを備える。検出電極１１ａ、１２ａと発振回路１１ｂ、１２ｂとの相互間における浮遊容量２０、２１または検出電極１１ａ、１２ａ自体の静電容量の変化の検出によって水位が検出される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ本体に支持された上下方向に延びる取付けロッドに、水位検出センサが取付けられ、該水位検出センサによる水位の検出・未検出に応じて駆動制御される水中ポンプにおいて、
前記水位検出センサは、水位を検出するための検出電極と絶縁材料で液密状に覆われた発振回路とを備え、かつ接地電極を設けない静電容量センサとしたことを特徴とする水中ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の水中ポンプにおいて、
前記静電容量センサは孤立電極を前記検出電極とすることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の水中ポンプにおいて、
前記水位検出センサに、前記発振回路における発振周波数の変化、発振の振幅変化、発振の位相変化もしくは発振回路の消費電力の変化のうちのいずれかの変化を、電流変化に変換する回路が備えられ、水位検出センサに対する電源給電用の電線を通じて前記電流変化に変換された前記変化の情報が水中ポンプを駆動制御する駆動制御装置に伝送されることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の水中ポンプにおいて、
前記水位検出センサの上面が、上方向に対して漸次幅狭となるテーパ状に形成されていることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水中ポンプにおいて、
前記取付けロッドに前記水位検出センサが上下方向に高さ調整自在に取付けられていることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水中ポンプにおいて、
前記取付けロッドは上下方向の割り溝を有する筒状パイプ体よりなり、前記水位検出センサが前記取付けロッド内に高さ調整自在に挿入されると共に、その水位検出センサを取付けロッドに固定する固定手段が備えられていることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の水中ポンプにおいて、
前記検出電極も絶縁材料で液密状に覆われていることを特徴とする水中ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理槽等の貯留槽内に設置され、槽内の水を排水するための水中ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水中ポンプとして、ポンプ本体の外側下部に下部水位検出センサとしての下部フロートスイッチを装着すると共に、ポンプ本体の外側上部に取付けロッドを介して上部水位検出センサとしての上部フロートスイッチを装着し、水位の上昇により上部フロートスイッチが作動して起動水位を検出すれば、水中ポンプが起動されて排水を行い、その後、排水に伴う水位の低下により、下部フロートスイッチが復帰されて停止水位を検出すれば、水中ポンプが停止されるように制御される構造のものがある。
【０００３】
また、ポンプ本体に支持された取付けロッドに、下部フロートスイッチや上部フロートスイッチ等の複数のフロートスイッチを取り付けて、駆動制御を行う水中ポンプもある（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、このようなフロートスイッチを使用したタイプの水中ポンプにおいては、フロートスイッチの浮き沈み揺動によってスイッチ部が作動する方式であるため、水位検出センサの大型化を招くと共に、貯留水中に浮遊する雑芥類等がフロートスイッチに絡みつくことにより、浮き沈み揺動が円滑になされず、フロートスイッチが動作不良を起こすという問題があった。
【０００５】
そこで、フロートスイッチのような浮き沈み揺動が不要でコンパクトな水位検出センサとして、水と空気の誘電率の相違により静電容量が変化したことを検出して水位を検出する静電容量センサを用いた水中ポンプも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８６９８８号公報
【特許文献２】特開平６−２４１１９１号公報
【特許文献３】特許３３１４２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来方式の静電容量センサによる水位検出方法によれば、静電容量センサの一方の電極を非接地電極の検出電極とし、他方の電極をアースとなる接地電極として構成し、検出電極と接地電極との相互間の静電容量の変化により、水が存在するかしないかを判定して水位を検出する方法とされていた。
【０００８】
従って、接地電極を構成する手間が必要であると共に、検出電極に導電性付着物が付着して水面と短絡状態にある場合、静電容量の変化による水位検出の誤判定により、誤作動が生じるという欠点がある。
【０００９】
そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、接地電極を設けることなく、水位検出センサの小型化および検出電極に対する付着物による誤作動防止を図った水中ポンプ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】
【００１０】
上記課題を解決するための技術的手段は、ポンプ本体に支持された上下方向に延びる取付けロッドに、水位検出センサが取付けられ、該水位検出センサによる水位の検出・未検出に応じて駆動制御される水中ポンプにおいて、前記水位検出センサは、水位を検出するための検出電極と絶縁材料で液密状に覆われた発振回路とを備え、かつ接地電極を設けない静電容量センサとした点にある。
【００１１】
また、前記静電容量センサは孤立電極を前記検出電極とする構造としてもよい。
【００１２】
さらに、前記水位検出センサに、前記発振回路における発振周波数の変化、発振の振幅変化、発振の位相変化もしくは発振回路の消費電力の変化のうちのいずれかの変化を、電流変化に変換する回路が備えられ、水位検出センサに対する電源給電用の電線を通じて前記電流変化に変換された前記変化の情報が水中ポンプを駆動制御する駆動制御装置に伝送される構造としてもよい。
【００１３】
また、前記水位検出センサの上面が、上方向に対して漸次幅狭となるテーパ状に形成されている構造としてもよい。
【００１４】
さらに、前記取付けロッドに前記水位検出センサが上下方向に高さ調整自在に取付けられている構造としてもよい。
【００１５】
また、前記取付けロッドは上下方向の割り溝を有する筒状パイプ体よりなり、前記水位検出センサが前記取付けロッド内に高さ調整自在に挿入されると共に、その水位検出センサを取付けロッドに固定する固定手段が備えられている構造としてもよい。
【００１６】
さらに、前記検出電極も絶縁材料で液密状に覆われている構造としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の水中ポンプによれば、水位検出センサは、水位を検出するための検出電極と絶縁材料で液密状に覆われた発振回路とを備え、かつ接地電極を設けない静電容量センサとした構造とされているため、従来のようなフロートスイッチと比較して、水位検出センサの小型化が図れると共に、接地電極を設けないため、従来のような付着物による誤作動も有効に防止できる。
【００１８】
また、静電容量センサは孤立電極を検出電極とする構造とすれば、検出電極の周囲における浮遊容量または検出電極自体の静電容量の変化により水位を検出できるため、検出電極に対する導電性等の付着物による影響を受け難く、付着物による誤動作を有効に防止できる。
【００１９】
さらに、水位検出センサに、発振回路における発振周波数の変化、発振の振幅変化、発振の位相変化もしくは発振回路の消費電力の変化のうちのいずれかの変化を、電流変化に変換する回路が備えられ、水位検出センサに対する電源給電用の電線を通じて電流変化に変換された変化の情報が水中ポンプを駆動制御する駆動制御装置に伝送される構造とすれば、電源給電用の電線を情報伝送用の電線に兼用できて別途配線する必要がなく、電線の軽量化が図れる。
【００２０】
また、水位検出センサの上面が、上方向に対して漸次幅狭となるテーパ状に形成されている構造とすれば、水位検出センサの上面での雑芥類等の堆積が有効に防止できる。
【００２１】
さらに、取付けロッドに水位検出センサが上下方向に高さ調整自在に取付けられている構造とすれば、水位検出センサの高さ調整により起動水位等の調整が容易に行える。
【００２２】
また、取付けロッドは上下方向の割り溝を有する筒状パイプ体よりなり、水位検出センサが取付けロッド内に高さ調整自在に挿入されると共に、その水位検出センサを取付けロッドに固定する固定手段が備えられている構造とすれば、水位検出センサを外部に張り出し状に取付ける従来構造と比較して、取付けロッド内に水位検出センサが配設されるため、よりコンパクトな構造となり、設置スペースの低減が図れると共に、水位検出センサに対する異物の絡まりや付着も有効に防止できる。
【００２３】
さらに、検出電極も絶縁材料で液密状に覆われている構造とすれば、検出電極の錆び発生および絶縁性付着物の影響も有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１ないし図３に示されるように、水中ポンプ１におけるポンプ本体１ａは、モータ部を収容する例えば金属製のモータケーシング部２と、該モータケーシング部２の上部を覆う例えば、樹脂製や金属製のモータカバー部３と、モータケーシング部２の下部に配置され、羽根車を収容する例えば樹脂製や金属製のポンプケーシング部４とを備える。
【００２５】
また、ポンプケーシング部４の下側には、ポンプケーシング部４の吸込口を囲繞して、周面に複数の連通開口５ａが形成された筒状の吸込口カバー体５が配設され、さらにまたポンプケーシング部４一側部の排出部には、排水管６が接続される。
【００２６】
そして、ポンプ本体１ａにおけるモータカバー部３の側部に、支持ブラケット８を介して適宜長さを有する絶縁性の樹脂パイプ等からなる取付けロッド９が上下方向に軸心を有した状態で取付け固定されている。この支持ブラケット８による取付け構造としては、取付けロッド９の周囲を抱持状として締結弛緩自在に締結する構造等、周知の構造を適宜採用すればよい。
【００２７】
そして、取付けロッド９の上部および下部に、起動水位や停止水位を検出するための水位検出センサとしての上部静電容量センサ１１と下部静電容量センサ１２とが、それぞれ上下方向に高さ調整自在に取付けられている。
【００２８】
前記各静電容量センサ１１、１２は、下端部に検出電極１１ａ、１２ａを外部露出状に備えると共に、検出電極１１ａ、１２ａの上部に、図４にも示されるようなＬＣ発振回路等から構成される発振回路１１ｂ、１２ｂや電流制御回路１１ｃ、１２ｃが絶縁材料としての絶縁樹脂でモールドされた柱状のセンサ回路部１１ｄ、１２ｄを備え、センサ回路部１１ｄ、１２ｄの上面は、上方向に対して漸次幅狭となる円錐のテーパ状に形成された傾斜面１１ｅ、１２ｅとされ、その中心部から電源給電用の２本線からなる電線１３、１４が引き出されている。そして、各発振回路１１ｂ、１２ｂや電流制御回路１１ｃ、１２ｃは樹脂モールドによって液密状に覆われた構造とされている。
【００２９】
また、各静電容量センサ１１、１２におけるセンサ回路部１１ｄ、１２ｄの一側部には、取付けロッド９が挿通状とされる円筒状のセンサ取付部１１ｆ、１２ｆが、センサ回路部１１ｄ、１２ｄの樹脂モールドと共に同じ樹脂材料により一体に形成された構造とされている。
【００３０】
そして、各センサ取付部１１ｆ、１２ｆの高さ方向中間部には、それぞれ固定ネジ１５、１６が螺挿されており、それら固定ネジ１５、１６を螺退させて弛緩することにより、各センサ取付部１１ｆ、１２ｆは取付けロッド９に対して上下方向に移動調整自在となり、固定ネジ１５、１６を螺進させて締結することにより、固定ネジ１５、１６の軸部がセンサ取付部１１ｆ、１２ｆ内に突出して、取付けロッド９外周面に押圧係合されて固定される構造とされている。
【００３１】
また、各静電容量センサ１１、１２に接続された各電線１３、１４の他端は、モータカバー部３内に内蔵されると共に水中ポンプ１を駆動制御するための駆動制御装置１８に接続されている。
【００３２】
そして、各静電容量センサ１１、１２は、それぞれの各検出電極１１ａ、１２ａの周囲に水が存在するかしないかによる水と空気との誘電率の違いにより、静電容量が変化したことを検出して水位を検出する構成とされている。
【００３３】
即ち、図４に示されるように、各静電容量センサ１１、１２は、検出電極１１ａ、１２ａと、回路構成要素の回路定数で定まる周期で発振または繰り返しパルスを発生する発振回路１１ｂ、１２ｂと、発振回路１１ｂ、１２ｂにおける発振周波数の変化を電流変化に変換する変換回路を備えると共に、発振回路１１ｂ、１２ｂおよび変換回路の電源電流を発振周波数の変化に応じて変化させる電流制御回路１１ｃ、１２ｃとをそれぞれ備え、各電流制御回路１１ｃ、１２ｃから各電線１３、１４を通じて伝送されてきた発振周波数の情報を、駆動制御装置１８の上部電流判定回路１８ａや下部電流判定回路１８ｂでその電流値を判定することにより起動水位や停止水位に達しているかどうかが判定され、その水位の判定信号に応じてポンプ制御回路１８ｃにより水中ポンプ１を駆動もしくは停止するように制御する構成とされている。
【００３４】
また、本実施形態において、各静電容量センサ１１、１２における発振回路１１ｂ、１２ｂの発振周波数は、センサ回路部１１ｄ、１２ｄから突出した検出電極１１ａ、１２ａと発振回路１１ｂ、１２ｂとの相互間における浮遊容量２０、２１が、検出電極１１ａ、１２ａの周囲に水がある状態の浮遊容量２０、２１で、発振周波数が概ね２０ＭＨｚ程度の高周波数となるように調整されている。従って、検出電極１１ａ、１２ａの周囲が水であるか空気であるかにより、発振周波数は変化する。
【００３５】
なお、発振回路１１ｂ、１２ｂにおける前記発振周波数は、検出電極１１ａ、１２ａと発振回路１１ｂ、１２ｂとの相互間における浮遊容量２０、２１が検出可能な高周波数であればよい。
【００３６】
本実施形態は以上のように構成されており、排水処理槽内に水中ポンプ１を設置した場合には、各電線１３、１４を通じて常に電源が供給された状態とされ、各静電容量センサ１１、１２により水位を計測する状態とされている。
【００３７】
そして、図１に示されるように、排水処理槽内の水位Ｈが、上部静電容量センサ１１よりも下にある場合には、下部静電容量センサ１２は水に漬かっていることを検出しているが、上部静電容量センサ１１は水に漬かっていないため、駆動制御装置１８の上部電流判定回路１８ａは起動水位に達していないと判定し、ポンプ制御回路１８ｃにより水中ポンプ１は停止状態に制御されている。
【００３８】
その後、流入管等からの水の流入により、水位Ｈが上昇して上部静電容量センサ１１の検出電極１１ａ位置に達した際には、上部静電容量センサ１１により検出される浮遊容量２０または検出電極１１ａ自体の静電容量が変化し、この浮遊容量２０または検出電極１１ａ自体の静電容量の変化に伴って発振回路１１ｂの発振周波数が変化する。そしてこの発振周波数の変化に応じて、電流制御回路１１ｃは発振回路１１ｂおよび変換回路の電源電流を変化させ、電線１３を通じて発振周波数の変化情報を上部電流判定回路１８ａに伝送する。
【００３９】
上部電流判定回路１８ａでは、この発振周波数の変化情報としての電流値を判定し、水位が起動水位に達したと判定し、その判定信号をポンプ制御回路１８ｃに出力する。ポンプ制御回路１８ｃはこの判定信号を受けて、水中ポンプ１を起動する。
【００４０】
そして、水中ポンプ１が始動されると、吸込口カバー体５の各連通開口５ａを通じて排水処理槽内の貯留水が吸い込まれ、排水管６を通じて槽外に貯留水が排水される。
【００４１】
その後、水中ポンプ１による排水に伴う水位Ｈの低下により、水位Ｈが上部静電容量センサ１１の検出電極１１ａ位置よりも下がっても排水が継続され、最終的に、下部静電容量センサ１２の検出電極１２ａよりも下に水位Ｈが下がった際に、下部静電容量センサ１２により検出される浮遊容量２１または検出電極１２ａ自体の静電容量が変化し、この浮遊容量２１または検出電極１２ａ自体の静電容量の変化に伴って発振回路１２ｂの発振周波数が変化する。そしてこの発振周波数の変化に応じて、電流制御回路１２ｃは発振回路１２ｂおよび変換回路の電源電流を変化させ、電線１４を通じて発振周波数の変化情報を下部電流判定回路１８ｂに伝送する。
【００４２】
下部電流判定回路１８ｂでは、この発振周波数の変化情報としての電流値を判定し、水位が停止水位に達したと判定し、その判定信号をポンプ制御回路１８ｃに出力する。ポンプ制御回路１８ｃはこの判定信号を受けて、水中ポンプ１を停止する。
【００４３】
その後は再度、水位Ｈが上部静電容量センサ１１の検出電極１１ａに達するまで停止した状態とされる。
【００４４】
本実施形態における水中ポンプ１は以上のように駆動制御される構成とされており、水位検出センサとして静電容量センサ１１、１２を採用しているため、従来のようなフロートスイッチと比較して小型化が図れる。また、静電容量センサ１１、１２における孤立電極とされた検出電極１１ａ、１２ａと発振回路１１ｂ、１２ｂとの相互間における浮遊容量２０、２１または検出電極１１ａ、１２ａ自体の静電容量の変化により水位を検出する方式であるため、従来のような接地電極を設ける必要がなく、さらには、検出電極１１ａ、１２ａに対して導電性物質や絶縁性物質が付着した場合であっても、周囲の浮遊容量２０、２１または検出電極１１ａ、１２ａ自体の静電容量の変化のみに影響されるため、検出電極１１ａ、１２ａに対する導電性や絶縁性の電極付着物による影響を受け難く、電極付着物による誤動作を有効に防止できる。
【００４５】
また、各静電容量センサ１１、１２に対する電源給電用の電線１３、１４を、浮遊容量２０、２１または検出電極１１ａ、１２ａ自体の静電容量の変化による発振回路１１ｂ、１２ｂの発振周波数の変化情報を伝送する情報伝送用の電線に兼用した構造であり、別途配線する必要がなく、全体としての電線１３、１４の軽量化が図れる。
【００４６】
さらに、各静電容量センサ１１、１２におけるセンサ回路部１１ｄ、１２ｄの上面が、上方向に対して漸次幅狭となるテーパ状に形成された構造であるため、静電容量センサ１１、１２の上面での雑芥類等の堆積が有効に防止でき、雑芥類等に起因する誤作動を有効に防止できる。
【００４７】
また、取付けロッド９に各静電容量センサ１１、１２が上下方向に高さ調整自在に取付けられているため、各静電容量センサ１１、１２の高さ調整により起動水位や停止水位の調整が容易に行える。
【００４８】
なお、取付けロッド９は、パイプ体に限らず、中実棒状であってもよい。
【００４９】
図５ないし図７は第２の実施形態を示しており、第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
即ち、本実施形態においては、取付けロッド９が上下方向の割り溝９ａを有する筒状パイプ体から構成されており、各静電容量センサ１１、１２は取付けロッド９内に高さ調整自在に挿入される構造とされている。また、各静電容量センサ１１、１２におけるセンサ回路部１１ｄ、１２ｄの側面には、固定手段としての固定ネジ２３、２４が進退自在に螺合されている。
【００５１】
そして、図７に示されるように、固定ネジ２３、２４の軸部が割り溝９ａ位置に配置され、固定ネジ２３、２４の締結によって、固定ネジ２３、２４とセンサ回路部１１ｄ、１２ｄとで取付けロッド９を挟持状態として固定され、固定ネジ２３、２４の弛緩により、取付けロッド９の挟持状態を解除して高さ調整自在となる構造とされている。
【００５２】
また、本実施形態においては、センサ回路部１１ｄ、１２ｄの外径に対して検出電極１１ａ、１２ａの外径の方がより小さく構成されている。なお、その他の構造は第１の実施形態と同様に構成されている。
【００５３】
従って、本実施形態においても上記第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、取付けロッド９内に各静電容量センサ１１、１２を配設する構造としているため、第１の実施形態のように各静電容量センサ１１、１２を外部に配設する構造と比較して、よりコンパクトな構造となり、設置スペースの低減が図れると共に、各静電容量センサ１１、１２に対する異物の絡まりや付着も有効に防止できる利点がある。
【００５４】
なお、上記各実施形態において、検出電極１１ａ、１２ａが外部に露出した構造を示しているが、各検出電極１１ａ、１２ａも発振回路１１ｂ、１２ｂ等と同様、樹脂モールド等により絶縁材料で液密状に覆う構造としてもよく、この場合にはそれによる防水構造により検出電極１１ａ、１２ａの錆び発生が有効に防止できると共に、絶縁性付着物の影響も有効に防止できる。
【００５５】
また、取付けロッド９に高さ調整用の目盛りを設ける構造としてもよく、この場合には、目盛りによって取付けロッド９における各静電容量センサ１１、１２の取付け位置による起動水位や停止水位等の検出水位が容易に確認でき、起動水位や停止水位の調整が容易に行える利点がある。
【００５６】
さらに、上記各実施形態において、取付けロッド９の上下２個所位置に、静電容量センサ１１、１２を取付けた構造を示しているが、取付けロッド９の上下方向に離隔した３個所位置にそれらを取付ける構造としてもよい。そして、２個所位置に静電容量センサを取付けた水中ポンプと３個所位置に静電容量センサを取付けた水中ポンプの２台を排水処理槽内に設置して、従来同様、交互運転させるように駆動制御することもできる。
【００５７】
また、駆動制御装置１８をポンプ本体１ａ内に備えた構造を示しているが、地上に設置される制御盤内に設置する構造としてもよい。
【００５８】
さらに、発振回路１１ｂ、１２ｂにおける発振周波数の変化の情報を検出することにより、水位を検出する構成を示しているが、発振回路１１ｂ、１２ｂにおける発振の振幅変化、発振の位相変化もしくは発振回路の消費電力の変化等のいずれかの情報を検出することによって、水位を検出する構成としてもよく、実施形態の方式に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる水中ポンプを示す側面図である。
【図２】同要部拡大図である。
【図３】図２のIII−III線断面矢視図である。
【図４】同制御ブロック図である。
【図５】第２の実施形態にかかる要部分解斜視図である。
【図６】同組付け状態の斜視図である。
【図７】同断面平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  水中ポンプ
９  取付けロッド
９ａ  割り溝
１１  上部静電容量センサ
１１ａ  検出電極
１１ｂ  発振回路
１１ｃ  電流制御回路
１１ｄ  センサ回路部
１１ｅ  傾斜面
１１ｆ  センサ取付部
１２  下部静電容量センサ
１２ａ  検出電極
１２ｂ  発振回路
１２ｃ  電流制御回路
１２ｄ  センサ回路部
１２ｅ  傾斜面
１２ｆ  センサ取付部
１３  電線
１４  電線
１５  固定ネジ
１６  固定ネジ
１８  駆動制御装置
１８ａ  上部電流判定回路
１８ｂ  下部電流判定回路
１８ｃ  ポンプ制御回路
２０  浮遊容量
２１  浮遊容量
２３  固定ネジ
２４  固定ネジ
【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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