(57)【要約】【課題】長期間作動しない場合であっても、インペラ等の固着や、孔の詰まり、圧力検出部の不具合等を防止すると共に、故障を事前に発見できる。【解決手段】消火用水を圧力送水するポンプ３０と、ポンプ３０を駆動する所定の定格周波数Ｆを有する電動機４０を可変速運転するインバータ６０と、インバータ６０により電動機４０を定格周波数Ｆより低い第１の低速周波数Ｆ１にて待機運転させるポンプ制御装置５０とを備え、ポンプ制御装置５０は、ポンプ３０又はインバータ６０の故障を検出して、故障信号を出力するとともに、起動信号入力時もしくは定期点検信号入力時に、インバータ６０により定格周波数Ｆにて電動機４０を運転する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消火用水を圧力送水する電動ポンプと、
この電動ポンプを駆動する所定の定格周波数を有する電動機を可変速運転するインバータと、
このインバータにより前記電動機をその定格周波数より低い低速周波数にて待機運転させる制御部とを備えていることを特徴とする消火ポンプユニット。
【請求項２】
前記制御部は、前記電動ポンプ又は前記インバータの故障を検出して、故障信号を出力するとともに、起動信号入力時もしくは定期点検信号入力時に、前記インバータにより定格周波数にて前記電動機を運転することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプユニット。        
【請求項３】
消火用水を圧力送水する電動ポンプと、
この電動ポンプを駆動する電動機を可変速運転するインバータと、
停止状態から所定時間毎に低速周波数にて前記電動機を試運転させ、この試運転中に、前記電動ポンプ又は前記インバータの故障を検出した場合は故障信号を出力し、故障異常のない場合は試運転を停止し、試運転時・停止時いずれの状態においても、起動信号入力時に、定格周波数にて前記電動機を運転する制御部とを備えていることを特徴とする消火ポンプユニット。
【請求項４】
定格周波数が商用周波数５０、６０Ｈｚとなる２種類のいずれかの電動ポンプを備え、
前記インバータには、前記商用周波数を供給する商用運転回路が電磁開閉器を介して並列に設けられ、
前記制御部は、前記インバータにより前記電動機が駆動されている場合において、前記インバータの故障を所定回数検出した場合には前記電動機を停止し、前記電磁開閉器による前記商用運転回路を介して、いずれかの前記商用周波数で前記電動機を駆動することを特徴とする請求項１又は３に記載の消火ポンプユニット。
【請求項５】
スプリンクラー用の圧力タンクと、
前記電動ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出部とをさらに具備し、
前記制御部は、連続又は間欠的に前記定格周波数より低い第１の低速周波数にて電動ポンプを運転し、前記吐出圧力が起動圧力より高い設定圧力以下に低下した時点で、前記電動機を前記第１の低速周波数より高い第２の低速周波数にて運転し、前記吐出圧力が停止圧力になった時点で、待機運転もしくは停止状態に戻すことを特徴とするとする請求項１又は３に記載の消火ポンプユニット。
【請求項６】
スプリンクラー用の圧力タンクと、
吐出圧力を検出する圧力検出部を有し、
前記圧力タンクのドレン部に設けられた電動開閉弁とをさらに具備し、
前記制御部は、所定時間毎に、前記電動開閉弁を開くとともに、一定時間経過後に、前記吐出圧力がユニット起動圧力より高く設定された圧力まで低下しない場合は、前記圧力検出部の故障信号を発生し、前記吐出圧力がユニット起動圧力より高く設定された圧力まで低下した場合は、前記第１の低速周波数よりも高く、かつ、前記定格周波数より低い第２の低速周波数にて運転し、前記吐出圧力がユニット停止圧力になった時点で、先行待機運転もしくは停止状態に戻すことを特徴とするとする請求項１又は３に記載の消火ポンプユニット。
【請求項７】
スプリンクラー用の圧力タンクと、
吐出圧力を検出する圧力検出部と、
補助加圧用のジョッキーポンプと、
前記圧力タンクのドレン部に設けられた電動開閉弁とをさらに具備し、
前記制御部は、所定時間毎に、前記電動開閉弁を開くとともに、前記ジョッキーポンプの起動を禁止して、一定時間経過後に前記吐出圧力がユニット起動圧力より高く設定された圧力まで低下しない場合は、前記圧力検出部の故障信号を発生し、前記吐出圧力がユニット起動圧力より高く設定された圧力まで低下した場合は、前記電動開閉弁を閉じるとともに、前記ジョッキーポンプを起動して、前記吐出圧力がユニット停止圧力になった時点で、ジョッキーポンプを停止することを特徴とするとする請求項１又は３に記載の消火ポンプユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物に設置された消火ポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物には、火災時に放水するための消火ポンプユニットが設置されており、放水方式として、人力によりホースを介して放水する消火栓と、火災発生を検出して自動放水するスプリンクラー設備がある。
【０００３】
このような消火ポンプユニットには、火災発生時に確実に作動することが求められるが、平常時は停止した状態であるため、ポンプ内部には長期にわたり水が滞留することとなる。このため、水中の硬度成分がシール部に析出してインペラ等が固着し、ポンプ起動時に保護装置が動作したり、ポンプ起動時に流れる大きな起動電流により電圧降下が生じ電磁開閉器が正常動作しない等の虞があった。
【０００４】
このような起動不能事故を防止するため、定期点検を行うことでインペラ等のポンプ内部の固着を事前に発見することも考えられるが、点検の頻度にも限界があり、完全には防ぐことはできない。
【０００５】
また、火災時は、通常電源は停電が発生することがあり、非常電源を用いる場合がある。火災発生時には他の防災機器も同時に稼働するため、電源容量不足が生じ、試運転時ほど電源事情が良好でないケースも考えられる。
【０００６】
このような大きな起動電流による電圧降下を防止するため、インバータを用いて電動モータの回転数を徐々に上げていき、ポンプ吐出側の圧力が所定値に至るよう制御する様々な消火ポンプユニットが提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０１４１２６号公報
【特許文献２】特許４３１７０８８号公報
【特許文献３】特許４３１７０９３号公報
【特許文献４】特許４７７８９９４号公報
【特許文献５】特許５１３８５０５号公報
【特許文献６】特許５１３２６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したインバータを用いた消火ポンプユニットでは、次のような問題があった。すなわち、消火ポンプユニットのポンプを駆動する装置として、従来の電磁開閉器に比べてインバータはソフトスタート機能により起動電流を低減して電源電圧の降下を発生させない利点がある。しかしながら、始動時の「加速時過電流」により故障停止する虞があった。
【０００９】
また、スプリンクラー設備に対応して圧力タンクを装備した消火ポンプユニットの場合は、コンクリート製の消火水槽から溶出した水酸化カルシウムがポンプ起動用圧力スイッチ内部に析出して、水圧力検出孔が詰まり、圧力低下が検出できず電動ポンプが起動不能となる虞があった。        
そこで本発明は、長期間作動しない場合であっても、インペラ等の固着や、孔の詰まり、圧力検出部の不具合等を防止すると共に、故障を事前に発見できる消火ポンプユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の消火ポンプユニットは次のように構成されている。
【００１１】
消火用水を圧力送水する電動ポンプと、この電動ポンプを駆動する所定の定格周波数を有する電動機を可変速運転するインバータと、このインバータにより前記電動機をその定格周波数より低い低速周波数にて待機運転させる制御部とを備えている。
【００１２】
消火用水を圧力送水する電動ポンプと、この電動ポンプを駆動する電動機を可変速運転するインバータと、停止状態から所定時間毎に低速周波数にて前記電動機を試運転させ、この試運転中に、前記電動ポンプ又は前記インバータの故障を検出した場合は故障信号を出力し、故障異常のない場合は試運転を停止し、試運転時・停止時いずれの状態においても、起動信号入力時に、定格周波数にて前記電動機を運転する制御部とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、長期間作動しない場合であっても、インペラ等の固着や、孔の詰まり、圧力検出部の不具合等を防止すると共に、故障を事前に発見することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る消火ポンプユニットの構成を示す説明図。
【図２】同消火ポンプユニットに組み込まれたポンプ装置を示す正面図。
【図３】同ポンプ装置を示す側面図。
【図４】同ポンプ装置の内部の水の流れを模式的に示す断面図。
【図５】同消火ポンプユニットによる吐出流量と揚程との関係を示す説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る消火ポンプユニットの構成を示す説明図。
【図７】同消火ポンプユニットに組み込まれたポンプ装置を示す正面図。
【図８】同ポンプ装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る消火ポンプユニット１０の構成を示す説明図、図２は消火ポンプユニットに組み込まれたポンプ装置を示す正面図、図３はポンプ装置２０を示す側面図である。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態に係る消火ポンプユニット１０は、ポンプ装置２０と、このポンプ装置２０を制御するためのポンプ制御装置５０と、ポンプ装置２０に接続された放水装置９０とを備えている。
【００１７】
ポンプ装置２０は、ポンプ３０と、このポンプ３０を駆動する電動機４０とを備えている。ポンプ３０の吸込側には水源である消火水槽に水没する吸込管が接続されている。
【００１８】
ポンプ３０は、ケーシング３００を備えている。ケーシング３００には、吸込口３０１、吐出口３０２が形成されている。ケーシング３００内には電動機４０に回転駆動される回転軸３１０が設けられ、この回転軸３１０に、１段目インペラ３２０、２段目インペラ３２０、３段目インペラ３４０が直列に設けられている。なお、図４中３２１は１段目インペラ３２０のマウス部を示している。
【００１９】
また、ポンプ３０の吐出側には、内部のキャビティに呼水を与える呼水槽３１が設けられている。この呼水槽３１には、常時一定レベルの水位が維持されるようになっている。
【００２０】
さらに、ポンプ３０の吐出側には、吐出圧力を検出する圧力検知器３２が接続されると共に、チェック弁３３及び供給配管３４を介して放水装置９０に接続されている。
【００２１】
電動機４０は、ポンプ制御装置（制御部）５０に接続され、後述するインバータ６０から入力された周波数に応じた回転数でポンプ３０を駆動する。
【００２２】
また、ポンプ３０は所定の定格周波数Ｆ（例えば、６０Ｈｚ）を前提として設計・製作されている。これは商用電源の周波数５０、６０Ｈｚに対応した２種類のポンプを製作すると、消火ポンプユニット自体も２種類となってしまうが、１種類の商用周波数に集約することで、共用化により調達コスト等を低減できるという利点がある。
【００２３】
ポンプ制御装置５０は、インバータ６０と、このインバータ６０、ポンプ装置２０等を制御すると共に及び各部に設けられた検出器からの出力信号に基づいて、各種演算を行う制御回路７０とを備えている。
【００２４】
インバータ６０は、電動機４０の定格周波数Ｆと、この定格周波数Ｆより低い第１の低速周波数Ｆ１（例えば、２０〜３０Ｈｚ）、この第１の低速周波数Ｆ１より高く、定格周波数Ｆより低い第２の低速周波数Ｆ２（例えば、４８〜５４Ｈｚ）を発生させる。なお、第１の低速周波数Ｆ１は省エネルギーの観点からは低いほど良いが、トリップが発生する周波数が有るため、トリップが発生しない周波数、第２の低速周波数Ｆ２は定格周波数Ｆの８０〜９０％となるように定めることが好ましい。
【００２５】
制御回路７０は、内部のマイコン等に組み込まれたプログラムに沿って、火災時の放水運転、待機運転、定期点検運転等を行い、不具合の防止及び不具合の検知等を行う。
【００２６】
制御回路７０には、インバータ６０をバイパスする商用周波数供給回路８０を備えており、インバータ６０の故障等に応じて直接電動機４０と電源とを直結する電磁開閉器８１が設けられている。
【００２７】
放水装置９０は、例えば、建物の天井部等に設けられ、ポンプ３０で増圧された水を散水する散水部９１及び火災検出部９２を備えている。
【００２８】
このように構成された消火ポンプユニット１０は、次のように作動する。消火ポンプユニット１０は、ポンプ制御装置５０により、放水運転、待機運転、間欠試運転で作動が行われる。各運転モードについて説明する。なお、待機運転と間欠試運転とは、使用者の設定により選択できる。
【００２９】
放水運転は、通常の消火に用いられる運転である。建物で火災が発生すると、火災検出部９２が火災を検知し、散水部９１から散水される。この散水によって供給配管３４の内圧は急激に低下し、その低下信号を検知してポンプ制御装置５０は電動機４０を起動し、ポンプ３０を定格周波数Ｆで回転させる。図５中Ｆは、放水運転における吐出流量と揚程との関係を示している。
定格周波数Ｆの運転であるため、過電流・過電圧発生の要因となる加速・減速運転が行われない。火災の検知が終了したら電動機４０を停止する。
【００３０】
待機運転は、インペラの固着等を防止するための運転である。すなわち、インバータ６０は、火災が発生していないような通常時において、第１の低速周波数Ｆ１で電動機４０を駆動する。これに伴いポンプ３０は低速で回転する。この時、逃しオリフィスを介して呼水槽３１へ還流する流量での運転で、供給配管３４へは水は吐出されず、また、ポンプ３０のポンプケーシングは加熱しない。図４は、ポンプ３０内の水の流れを示している。
【００３１】
ここで、逃しオリフィスとは、ポンプが締切運転になった場合でもポンプ内の温度上昇を抑え、破損防止するためのものである
なお、静水頭３０ｍ＞１４ｍ（３０Ｈｚの第１の低速運転時の発生揚程）であるため、ポンプ全体として見ると締切運転となるが、１段目インペラ３２０のマウス部３２１から吸込口３０１への逆流漏れがあるため、ポンプ内部には水の循環がある。すなわち、吸込口３０１〜１段目インペラ３２０〜２段目インペラ３３０〜３段目インペラ３４０〜吐出口３０２〜１段目インペラ３２０のマウス部３２１〜吸込口３０１である。
【００３２】
なお、火災を検知した場合には、放水運転に移行する。この場合、インバータ６０の制御は、吐出圧力を所定値となるような可変速制御ではないため、過電流・過電圧発生の要因となる加速・減速運転が行われない。
【００３３】
図５は消火ポンプユニット１０による吐出流量と揚程との関係を示す説明図である。図５中Ｆ１は、待機運転における吐出流量と揚程との関係を示している。
【００３４】
なお、待機運転中に、ポンプ装置２０及びインバータ６０の故障を検出した場合、異常として故障信号が出力される。これにより、使用者は電源を切った後、点検等を行い、放水運転の際のトラブルを未然に防ぐことができる。
【００３５】
なお、インバータ６０の第１の低速周波数Ｆ１による待機運転を、故障検出機能としてのみ使用し、初回の故障発生時に、故障信号を出力するとともに、さらにリトライ機能により、一定時間経過後に、再度、待機運転を開始して、所定回数の故障が検出された場合、リトライ機能を停止することとしてもよい。
【００３６】
間欠試運転は、待機運転のように連続して運転するのではなく、省エネルギの観点から間欠的に運転するものである。すなわち、電源投入後，一定時間毎（例：２４時間毎）にポンプ３０を第１の低速周波数Ｆ１で電動機４０を駆動することで試運転する。この一定時間の試運転中に、故障発生を検出した場合は故障信号を出力するとともに、異常のない場合は停止する。なお、試運転時・停止時いずれの状態においても、火災を検知する等の起動信号が入力された場合には、前述した放水運転に移行する。
【００３７】
また、信頼性を重要視して、定格周波数が商用周波数５０、６０Ｈｚとなる２種類いずれかの電動ポンプを備えた２種類の消火ポンプユニットを製作するとともに、
上述したいずれの運転モードにおいても、インバータ６０に関する故障が発生（１回もしくは複数回）した場合は、電動ポンプを停止したのち、電磁開閉器による商用運転回路に切り替えることとした。
【００３８】
これにより、万が一、インバータに関する故障発生があったとしても、電磁開閉器８１による商用周波数供給回路８０に切り替え、定格周波数５０または６０Ｈｚで電動機４０を駆動することができるため、さらに、消火ポンプユニット１０の信頼性を向上することができる。
【００３９】
上述したように本実施の形態に係る消火ポンプユニット１０によれば、火災発生時には定格周波数で、定速運転することとしており、過電流・過電圧発生の要因となる加速・減速運転を全く行わないようにし、ユニットの信頼性を向上している。火災発生時に、商用運転のように起動電流による電圧降下もなく、インバータ固有の起動時の加速時過電流も発生せず、インペラ、メカニカルシール等は、常に回転しているため、水中成分の析出による固着事故の虞もない。
【００４０】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る消火ポンプユニット１０Ａの構成を示す説明図、図７は、消火ポンプユニット１０Ａに組み込まれたポンプ装置２０Ａを示す正面図、図８は消火ポンプユニット１０Ａに組み込まれたポンプ装置２０Ａを示す側面図である。なお、図５〜図７において図１〜図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
消火ポンプユニット１０Ａには、ポンプ装置２０Ａが設けられている。ポンプ装置２０Ａは、スプリンクラー用の圧力タンク１００が供給配管３４に電動開閉弁１０１を介して接続されている。また、起動用の圧力タンク１００の圧力低下を補うことで誤作動を防止するためのジョッキーポンプ１１０を備えている。
【００４２】
消火ポンプユニット１０Ａは、上述した消火ポンプユニット１０と同様に、ポンプ制御装置５０により、放水運転、待機運転、間欠試運転で作動が行われると共に、さらに追加の運転モードを有している。したがって、追加の運転モードＤ１〜運転モードＤ３について説明する。なお、待機運転と間欠試運転とは、使用者の設定により選択できる。
【００４３】
運転モードＤ１は、待機運転または間欠試運転において、第１の低速周波数Ｆ１にて電動機４０を運転している際、吐出圧力Ｐｔを一定時間毎に検出する。吐出圧力Ｐｔが、ユニット起動圧力Ｐｋより高い設定圧力Ｐ１以下になった時点で、第２の低速周波数Ｆ２にて運転し、吐出圧力Ｐｔがユニット停止圧力Ｐｚになった時点で、待機運転または間欠試運転に戻す。
【００４４】
第２の低速周波数Ｆ２は、ポンプ３０がユニット起動圧力Ｐ１を発生する時に圧力タンク１００内に小水量を送水可能な運転周波数であるため、このモードの場合には、ジョッキーポンプ１１０を用いなくても、起動用の圧力タンク１００の圧力低下を補うことができる。すなわち、ジョッキーポンプ１１０の設置が不要となる。
【００４５】
図５中Ｆ２は、圧力タンクへの水供給時における吐出流量と揚程との関係を示している。必要な流量は２０Ｌ／ｍｉｎであるため、図５中Ｘ２で示す揚程を発生する。
【００４６】
運転モードＤ２は、待機運転または間欠試運転において、一定期間毎に、電動開閉弁を開くとともに、吐出圧力Ｐｔを、一定時間毎に検出する。一定時間経過後、吐出圧力Ｐｔがユニット起動圧力Ｐｋより高く設定された設定圧力Ｐ１まで低下しない場合は、圧力検出部の故障信号を発生し、吐出圧力Ｐｔが設定圧力Ｐ１まで低下した場合は、第２の低速周波数Ｆ２にて運転し、検出圧力がユニット停止圧力になった時点で、先行待機運転（先行待機運転タイプ）または、停止状態（間欠試運転タイプ）に戻すこととしている。
【００４７】
これにより、圧力検出部の詰まり事故を発見し、火災時の起動不能事故を未然に防止することが可能となる。
【００４８】
運転モードＤ３は、一定期間毎に、電動開閉弁１０１を開くとともに、ジョッキーポンプ１１０の起動を禁止して、一定時間経過後に吐出圧力Ｐｔがユニット起動圧力より高く設定された設定圧力Ｐ１まで低下しない場合は、圧力検出部の故障信号を発生し、設定圧力Ｐ１まで低下した場合は、電動開閉弁を閉じるとともに、ジョッキーポンプ１１０を起動して、吐出圧力Ｐｔがユニット停止圧力Ｐｚになった時点で、ジョッキーポンプ１１０を停止する。
【００４９】
この運転モードＤ３を用いる場合、ジョッキーポンプ１１０を必要とするが、ポンプ３０に補助加圧機能を負担させないため、ユニットの信頼性がより高く、さらに、圧力検出部の詰まり事故を発見し、火災時の起動不能事故を未然に防止することが可能となる。
【００５０】
上述したように本実施の形態に係る消火ポンプユニット１０Ａによれば、上述した消火ポンプユニット１０と同様の効果が得られると共に、さらに圧力タンク１００が用いられている場合には、圧力検出部の詰まり事故を未然に防止することができる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１０Ａ…消火ポンプユニット、２０…ポンプ装置、３０…ポンプ、４０…電動機、５０…ポンプ制御装置（制御部）、６０…インバータ、７０…制御回路、８０…商用周波数供給回路、９０…放水装置。
【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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