(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変換器と、周波数変換器を収容して外気との気密を確保するケースと、該ケースに設けられ外気との気密を確保できるようにした電力の入・出力手段と、出力周波数を調整できる出力周波数調整手段とを備えた流体機械の性能調整装置であって、
前記流体機械はターボ式のモータポンプであり、
前記モータポンプに接続される既設の配管の表面に沿って、前記周波数変換器の発生熱を配管側に伝える放熱手段を設けたことを特徴とする流体機械の性能調整装置。
【請求項２】
周波数変換器と、周波数変換器を収容して外気との気密を確保するケースと、該ケースに設けられ外気との気密を確保できるようにした電力の入・出力手段と、出力周波数を調整できる出力周波数調整手段とを備えた流体機械の性能調整装置であって、
前記流体機械はターボ式のモータポンプであり、
前記モータポンプに接続される既設の配管の表面に沿って、前記周波数変換器の発生熱を配管側に伝える放熱手段を設け、
前記周波数変換器に電力が供給されると、自動的に出力を開始するように構成したことを特徴とする流体機械の性能調整装置。
【請求項３】
前記出力周波数調整手段は、段階的な切替スイッチであることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械の性能調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体機械の性能調整装置に係り、特に冷温水の循環などに使用される循環用ポンプに好適な流体機械の性能調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ（周波数変換器）を使用して、モータポンプの回転数を制御する技術が知られている。そして、この手法は、給水装置のような激しい負荷変動を伴う用途のみではなく、循環用ポンプなどでも、極めて有効な省エネルギー手段となる。
【０００３】
汎用ポンプは要項基準ではない。即ち、要項（流量・揚程）に合わせてポンプを製作するのではなく、在庫品の中から要項を上まわるポンプを選定して使用する。加えて、一般に計画要項は流量に余裕を見て最大流量にて算出され、かつ、配管損失にも余裕と経年変化が見込まれる。したがって、実際の運転は過大流量を抑えるためのバルブ調整を伴い、無駄の多いものとなる。つまり計算式通りにポンプを選定しても、大なり小なり無駄が生じることになる。
【０００４】
省エネルギーの決め手は、「真」の要項（現地で運転してみることで初めてわかる必要最小限の流量・揚程）にポンプの運転を一致させ、無駄のない効率的運転を行うことである。
例えば、現地で運転してみたらポンプの容量に余裕がありすぎたというような場合、下記の方法でも省エネルギーを図ることは可能である。
（１）  ポンプを１クラス容量の小さなものと交換する。
（２）  羽根車の外径を加工し、ポンプの性能を適正値まで下げる。
しかし、これらの方法は別途の費用がかかるとともに、いざというとき性能をＵＰする（元に戻す）ことが困難である。これに対して、インバータはポンプ性能を簡便に、かつ可逆的に調整できるため、その都度思い切った省エネルギー運転を実現できる。
【０００５】
ところが、既設のポンプ設備にインバータを追加して省エネルギーを図ろうとする場合、次のような方法があるが、各々、長所、短所を持っている。
（１）  既設モータポンプをインバータ制御する手法
（長所）モータポンプそのものは変更不要である。
（短所）ポンプの周囲は、湿気の多い場所である可能性が高く、一般のインバータの設置には不向きである。従って、インバータは、制御盤に内蔵させることが望ましい。このため、インバータの他に、制御盤の改造又は新規製作が必要となる。
（２）  既設モータポンプをインバータ実装ポンプに取替える手法
（長所）制御盤の改造などは、実質的に不要である。
（短所）ポンプを全体的に交換する必要がある。従って、耐用年数に達していない既設ポンプを取替える場合には、コスト的に不利になる。
（３）  既設モータポンプのモータのみをインバータ実装モータに取替える手法
（長所）モータのみの交換で済む。但し、カップリング直結型のポンプ以外は、実質的にポンプ部も分解・再組立する必要がある。制御盤の改造などは実質的に不要である。
（短所）耐用年数に達していないモータを取替えると、コスト的に不利となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、容易にポンプの性能調整ができ、省エネルギーを図ることができる技術を提供するものであり、即ち、既設ポンプと制御盤を実質的に変更することなく、単にインバータを追加するだけでポンプの性能調整を可能にすることができる流体機械の性能調整装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の第１の態様では、インバータに代表される周波数変換器と、周波数変換器を収容して外気との気密を確保するケースと、該ケースに設けられ外気との気密を確保できるようにした電力の入・出力手段と、出力周波数を調整できる出力周波数調整手段とを備えた流体機械の性能調整装置であって、前記流体機械はターボ式のモータポンプであり、前記モータポンプに接続される既設の配管の表面に沿って、前記周波数変換器の発生熱を配管側に伝える放熱手段を設けたことを特徴とする流体機械の性能調整装置を構成した。
【０００８】
本発明によれば、周波数変換器は、外気と完全に遮断されるため、ポンプ周辺の湿気や屋外における雨の影響を受けない。また後述の水冷構造などを採用した場合にも、ケース内が結露して周波数変換器の絶縁抵抗を劣化させる恐れがない。
また、入・出力手段にはいわゆる水中ケーブルを使用しており、芯線と絶縁体及び絶縁体とケーブル被覆材の間から空気が行き来できないように、気密処理を施している。
【０００９】
また、本発明は、流体機械がターボ式のモータポンプである場合に最も有効である。即ち、ポンプ取扱液により周波数変換器を冷却する液冷方式の際に、結露（夏場に冷水循環するとケース内が結露）などの問題を生じることなく、かつ、一般のインバータで必要な空冷ファンも不要となる。
また、本発明は、ポンプに接続される配管の表面に沿って周波数変換器の発生熱を配管側に伝える放熱手段を設けている。この結果、周波数変換器の発生熱は取扱液によって効果的に放熱される。
【００１０】
また、ケースに放熱手段を設け、放熱手段にポンプ取扱液を通過させるための流通路を設けてもよい。ここでは、放熱手段を例えばステンレス製の水冷ヒートシンクとし、ヒートシンクには、ポンプ取扱液をバイパス配管（バイパスチューブ）を用いて導いている。
また、周波数変換器のケースに空冷式の放熱板を設けてもよい。例えば、放熱手段をアルミ合金製のカップリングガードとし、カップリングの回転に伴って生じる気流をカップリングガードに当てることで冷却を図る。なお、カップリングガードには図示しない放熱フィンを多数設けている。
【００１１】
また本発明の１態様では、出力周波数を段階的に、例えば５％きざみの８段階に切り替えられるスイッチを設けるようにしている。この結果、ユーザは容易に流体機械の性能を調整することができ、かつ、アナログ式のボリュームつまみではないため、確実に簡便に性能を切り替えることができる。ボリュームつまみの場合には出力周波数を表示する、例えば液晶表示モニターなどが必要となる。即ち、つまみを調整するだけでは実際にポンプがいかなる回転数で運転されているかがわからない。これに対して、段階的スイッチは、あらかじめ段階ごとのポンプ性能がわかっていれば、それを簡便に選択するだけで良いため、確実に簡便に再現性高く、ポンプ性能を調整できる。
【００１２】
また、周波数変換器を収容するケースと、ポンプ外面にケースが取付けられて水冷される周波数変換器組立体におけるケースと部品を共通化するようにしてもよい。この結果、新設のポンプ設備に対しては、例えばインバータ実装ポンプを提供し、耐用年数に至っていない既設のポンプ設備に対しては、流量調整装置として、個別に、かつ生産性高く、即ち低コストの機器を市場に供給できる。
【００１３】
本発明の第２の態様では、周波数変換器と、周波数変換器を収容して外気との気密を確保するケースと、該ケースに設けられ外気との気密を確保できるようにした電力の入・出力手段と、出力周波数を調整できる出力周波数調整手段とを備えた流体機械の性能調整装置であって、前記流体機械はターボ式のモータポンプであり、前記モータポンプに接続される既設の配管の表面に沿って、前記周波数変換器の発生熱を配管側に伝える放熱手段を設け、前記周波数変換器に電力が供給されると、自動的に出力を開始するように構成されている。この結果、制御盤の電源スイッチをオンにするだけで、流体機械を始動できるため、性能調整装置を配管に取付ける場合の位置に制約を受けない。例えば子供がいたずらしないように手のとどかない位置に取付けたり、あるいは狭い空間に取付けても、電源の入切りだけで流体機械は始動・停止するため、支障がない。
【００１４】
また本発明は、流体機械の性能調整装置としてばかりでなく、一般の電動機付機械の回転数を調整する周波数変換器としても好適である。特に、気密性が確保されているため、屋外の風雨下での使用において有効である。
また、本構造の周波数変換器は、一般の汎用インバータと異なり空冷用の電動ファンが不要であるため、ファンの故障によって冷却が阻害される心配がない。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、インバータに代表される周波数変換器と、周波数変換器を収容するケースと、該ケースに設けられた電力の入・出力手段と、出力周波数調整手段を備えた流体機械の性能調整装置であって、前記ケースを雨水が浸入しない程度の防雨型構造にしてもよい。
出力が小さなインバータは一般に自然空冷型のものが多い。この場合、水冷構造は不要となり、その結果、結露防止対策も不要となる。しかしながら、ポンプの設置場所は屋外である場合が多く、インバータも防雨型であることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る流体機械の性能調整装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る流体機械の性能調整装置を使用する際の取付施工の第１の態様を示す。符号１０１はポンプユニットであり、ポンプユニット１０１は共通ベース１０２の上部にポンプ１０３と電動機１０４とを設けた構成からなる。吸込配管１０５から導かれた流体は吸込側仕切弁１０６及び短管１０７を通過し、ポンプ吸込口１０３ａからポンプ１０３内に吸い込まれ昇圧された後、ポンプ吐出口１０３ｂから吐き出される。吐き出された流体は更に逆止弁１０８、吐出側仕切弁１０９を通過し、吐出配管１１０へ導かれる。
【００１７】
流体機械の性能調整装置（以下、調整装置と称する）１１１は熱伝導性の良好なアルミ合金からなる放熱手段１１２を介して短管１０７に取付けられている。
この実施態様において、放熱手段１１２は図示しないボルトによって調整装置１１１と固定され、同時に図示しないＵボルトによって短管１０７とも固定されている。
【００１８】
制御盤１１３から供給される電力は調整装置１１１の入力手段である入力側ケーブル１１４から調整装置１１１内に収容された周波数変換器に導かれ、周波数が変換される。周波数が変換された電力は調整装置１１１の出力手段である出力側ケーブル１１５から電動機１０４へと供給される。調整装置１１１における周波数変換には損失熱が伴うが、本態様では、上記損失熱は放熱手段１１２及び短管１０７を介してポンプ取扱流体に放熱される。
【００１９】
図２は、本発明に係る調整装置を使用する際の取付施工の第２の態様を示す。符号１０１はポンプユニットであり、ポンプユニット１０１は共通ベース１０２の上部にポンプ１０３と電動機１０４とを設けた構成からなる。吸込配管１０５から導かれた流体は吸込側仕切弁１０６及び短管１０７を通過し、ポンプ吸込口１０３ａからポンプ１０３内に吸い込まれ昇圧された後、ポンプ吐出口１０３ｂから吐き出される。吐き出された流体は更に逆止弁１０８、吐出側仕切弁１０９を通過し、吐出配管１１０へ導かれる。
【００２０】
制御盤１１３から供給される電力は調整装置１１１の入力手段である入力側ケーブル１１４から調整装置１１１内に収容された周波数変換器に導かれ、周波数が変換される。周波数が変換された電力は調整装置１１１の出力手段である出力側ケーブル１１５から電動機１０４へと供給される。
【００２１】
図２の実施態様において、放熱手段１１２はステンレス製の水冷ジャケットを構成しており、図示しないボルトによって調整装置１１１と固定され、同時にＬ字形の取付金具１１６によって、短管１０７のフランジボルトに共締め固定されている。放熱手段１１２には、ポンプの吐出側流体が小配管１１７から導かれ、小配管１１８を通過してポンプの吸込側にバイパスされる。
【００２２】
本態様では、周波数変換に伴う損失熱は放熱手段１１２及び小配管１１７，１１８によってポンプ取扱流体に放熱される。
本態様では図２に破線１１９で示すような断熱処理が行われている。これは、冷温水循環用途などにおいて配管表面から大気中に熱が移動しないように行われるものである。この場合、調整装置１１１を断熱処理１１９の内側に設置できないので、図１の第１の態様を採用することは困難であり、本態様が有効となる。
【００２３】
図３Ａおよび図３Ｂは図１に示す調整装置の詳細を示す図であり、図３Ａは部分的に断面された正面図、図３Ｂは側面図である。
放熱手段１１２は短管１０７にＵボルト１２０で固定される。また入力側ケーブル１１４及び出力側ケーブル１１５は、例えば水中モータポンプで使用される水中ケーブルと同様な方法で調整装置１１１と外気との気密を確保している。更に１２１で示すＯリングは放熱手段１１２と調整装置１１１との接触面から外気が調整装置内に侵入しないように配慮したものである。
【００２４】
次に、図３ＡのIV−IV線断面図である図４を参照して、調整装置１１１の周辺構造を説明する。周波数変換器本体４８はベース４６及びカバー４７からなるケースに収容される。また、ベース４６とカバー４７は熱伝導性の良好なアルミ合金からなり、両者は間にシール部材５８を介して図示しないボルトによって固定され、外気との気密を保っている。図４に示すように、入力側ケーブル１１４はベース４６に設けられ、図３Ａに示すように出力側ケーブル１１５は放熱手段１１２に設けられている。
【００２５】
周波数変換器本体４８はベース４６に密着性高く固定され、その発生熱をベース４６に伝える。同様にベース４６と放熱手段１１２、放熱手段１１２と短管１０７についても各々密着性高く固定される。この結果、周波数変換器の発生熱は取扱流体に好適に放熱されるため、一般の汎用インバータに用いられる空冷ファンなどは不要である。即ち、ファン故障による冷却不良の心配がない。なお、ベース４６と放熱手段１１２はボルト５５にて締結されている。また上述のように、ケース内は外気と遮断されているため、周波数変換器は風雨や結露による絶縁劣化を生じにくい。
【００２６】
図５Ａおよび図５Ｂは図２に示す装置の詳細を示す図であり、図５Ａは部分的に断面された正面図、図５Ｂは平面図である。放熱手段１１２はステンレス製の水冷ジャケットをなし、取扱流体の出入口１２２を備えている。なお、入力側ケーブル、出力側ケーブル、Ｏリング１２１は図３Ａに示す例と同様の構成となっている。
【００２７】
次に、図５ＡのVI−VI線断面図である図６を参照して、本態様における調整装置１１１の周辺構造について説明する。周波数変換器本体４８はベース４６及びカバー４７からなるケースに収容される。また、ベース４６とカバー４７は間にシール部材５８を介して図示しないボルトによって固定され、外気との気密を保っている。
【００２８】
周波数変換器本体４８はベース４６に密着性高く固定され、その発生熱をベース４６に伝える。同様にベース４６と放熱手段１１２についても密着性高く固定される。この結果、周波数変換器の発生熱は取扱流体に好適に放熱されるため、一般の汎用インバータに用いられる空冷ファンなどは不要である。
【００２９】
リブ１２３は３つの役割を有する。その１つは、取扱流体の圧力によって水冷ジャケットが変形しないように強度・剛性を向上させる役割である。もう１つは、取扱流体のジャケット内における滞留時間を確保するための流れの案内装置としての役割である。さらにもう１つは、取扱流体との接触面積を増加させることで、放熱効果を向上させる役割である。なお、本態様によれば、前述のように配管周辺が断熱施工されていても、装置を容易に効果的に冷却できる。
【００３０】
次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本発明に係る調整装置を使用する際の取付施工の第３の実施態様について説明する。図７Ａは全体構成を示す側面図、図７Ｂは図７ＡのVII矢視図である。第３の態様における基本的な構成は、第１および第２の態様と同様である。しかしながら、第３の態様では、ポンプ１０３とモータ１０４を連結するカップリング１２６の回転に伴う気流を利用した空冷型の調整装置１１１をなしている。
【００３１】
一般にカップリング１２６の周囲には、図７Ｂに示すように事故防止のためのカップリングガードが設けられるが、本態様では、このカップリングガードを放熱手段１１２として活用するものである。
ここでは、カップリングガード（放熱手段）１１２をアルミ合金製とし、かつ前述の気流による空冷効果を向上させるため、複数の空冷用リブ（フィン）１２８を設けている。ケース周辺の構造は第１および第２の態様と同様であるため、屋外の風雨にも耐えられる。
【００３２】
次に図８Ａおよび図８Ｂに示す実施態様について説明する。図８Ａおよび図８Ｂは図１乃至図７Ａに示す装置本体の別の実施態様であり、図８Ａは正面図、図８Ｂは側面図である。簡単に言えば、本実施態様は出力側ケーブル１１５がベース４６に設けられている点のみが異なっている。
放熱手段に出力側ケーブルを取付ける必要がないので、より構造が単純となっている。本態様の装置が水冷ジャケット型や、空冷型にも応用できるのは勿論のことである。
【００３３】
なお、図３Ａ，３Ｂ、図５Ａ，５Ｂおよび図８Ａ，８Ｂにおいて、符号１２４で示されるネジ止め式キャップは、図示しないＯリングを介して外気との気密を確保するものである。キャップ内には、出力周波数調整手段が設けられている。例えば、ロータリー式の段階式スイッチになっており、流体機械の回転数を適宜に調節できる。
【００３４】
また、本発明では、図面中に記載がない通り、周波数変換器の出力をオン−オフするためのスイッチに相当する部品は設けていない。即ち、周波数変換器に電力が供給されると自動的に出力を開始するように構成されている。したがって、装置を配管に取付ける場合の位置に制約を受けない。例えば子供がいたずらしないように手のとどかない位置に取付けたり、あるいは狭い空間に取付けても、電源の入切りだけで流体機械は始動・停止するため、支障がない。
【００３５】
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の装置が少なくとも部品の共用化を図るべき周波数変換器が一体に設けられたポンプの態様について説明する。
なお、図９乃至図１１のポンプの態様を説明する前に、この共用化の利点について簡単に述べておくと、新設のポンプ設備に対しては、図９乃至図１１に示すようなインバータ実装ポンプを提供し、耐用年数に達していない既設のポンプ設備に対しては流量調整装置を供給することで、部品の量産化を図り、低コスト化を実現することができる。したがって、省エネルギーに貢献できる機器を市場に浸透し易くすることができる。図９は本発明の流体機械の性能調整装置と部品を共用化した周波数変換器組立体が取付けられた全周流型インラインポンプを示す断面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【００３６】
本実施例に示す全周流型モータポンプは、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２と、このポンプケーシング外筒２の両端にフランジ６１，６２によって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。フランジ６１，６２は外筒２に吸込ケーシング３及び吐出ケーシング４等の別部材を固定するための固定手段を構成している。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。
【００３７】
外筒２の外側面には、ブラケット４５が取付けられている。そして、ブラケット４５には周波数変換器組立体５０が取付けられている。周波数変換器組立体５０は、ブラケット４５に取付けられるベース４６と、ベース４６に取付けられるカバー４７と、ベース４６及びカバー４７によって囲まれる周波数変換器本体４８とから構成されている。
【００３８】
前記ブラケット４５には、キャンドモータ６と周波数変換器本体４８を電気的に接続するための穴４５ａが形成されている。ブラケット４５、ベース４６及びカバー４７は、それぞれアルミ合金からなる熱良導体にて構成されている。ブラケット４５には周波数変換器本体４８を冷却するための冷却液を通過させる冷却液通過穴４５ｂが形成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
また、キャンドモータ６のモータフレーム側板１６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。
【００４１】
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。
【００４２】
モータフレーム外胴１４にはリード線ハウジング２０が溶接によって固定されており、このリード線ハウジング２０を介してモータフレーム外胴１４内のコイルからリード線を外部に引出し、ブラケット４５の穴４５ａ、ベース４６のリード線取出穴４６ａを介してベース４６及びカバー４７内の周波数変換器本体４８に接続している。また、ベース４６及びカバー４７内で周波数変換器本体４８のリード線を電源ケーブル６３と接続するようになっている。前記外筒２には穴２ａが形成されており、この穴２ａに前記リード線ハウジング２０が挿入されている。
【００４３】
次に羽根車８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット２１には、ラジアル軸受２２と、固定側スラスト軸受２３が設けられている。ラジアル軸受２２の端面は、固定側スラスト摺動部材としての機能も付与されている。ラジアル軸受２２と固定側スラスト軸受２３を挟んで両側には、回転側スラスト摺動部材である回転側スラスト軸受２４と回転側スラスト軸受２５が設けられている。回転側スラスト軸受２４は、スラストディスク２６に固定され、このスラストディスク２６はキーを介して主軸７に固定されている。回転側スラスト軸受２５は、スラストディスク２７に固定され、このスラストディスク２７はキーを介して主軸７に固定されている。
【００４４】
前記軸受ブラケット２１はモータフレーム側板１６に設けられたインローに弾性材からなるＯリング２９を介して挿入されている。また軸受ブラケット２１は弾性材からなるガスケット３０を介してモータフレーム側板１６に当接している。なお、図中３１はラジアル軸受２２と摺動部を形成するスリーブである。
【００４５】
次に反羽根車８側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット３２には、ラジアル軸受３３が設けられている。図中３４はラジアル軸受３３と摺動部を形成するスリーブであり、スリーブ３４は座金３５に当接し、この座金３５は主軸７の端部に設けられたネジおよびダブルナット３６によって固定されている。軸受ブラケット３２は、モータフレーム側板１５に設けられたインローに弾性材からなるＯリング３７を介して挿入されている。そして、軸受ブラケット３２はモータフレーム側板１５に当接している。
また、モータフレーム外胴１４にはステー４３が溶接されており、このステー４３と外筒２とは溶接により固定されている。キャンドモータ６の回転数は周波数変換器本体４８によって４０００ｒｐｍ以上に設定されている。
【００４６】
図９に示す全周流型ポンプの作用を簡単に説明すると、吸込ケーシング３に接続された吸込ノズル３ａより吸い込まれた流体は、吸込ケーシング３を通って外筒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に接続された吐出ノズル４ａより吐出される。
【００４７】
本実施例においては、周波数変換器組立体５０とポンプケーシング外筒２の間にブラケット４５を設けている。ブラケット４５は、取合い寸法の調整のために機能し、周波数変換器組立体５０のベース４６よりも小さな形状に設定されている。ブラケット４５は小形の部品であるため、その種類が多くなっても生産性を阻害しない。
【００４８】
図９に示すように、外筒２にはボルト５２を植設した２つの固定部材５３が所定間隔をおいて溶接によって固定されている。一方、ブラケット４５には、図１１に示すように、両端に切欠き４５ｃが形成されている。ブラケット４５は、両端の切欠き４５ｃを前記固定部材５３に嵌合させた後に、ナット５４をボルト５２に締め込むことにより外筒２に固定されるようになっている。
【００４９】
次に、周波数変換器組立体５０をモータポンプに固定する方法を説明する。
まず、周波数変換器本体４８をベース４６及びカバー４７内に収納して周波数変換器組立体５０を単独で組み立てる。周波数変換器組立体５０を組み立てた後、ブラケット４５と周波数変換器組立体５０とを固定する。この固定は、図１０に示すようにボルト５５をブラケット４５側から周波数変換器組立体５０のベース４６に締め込むことにより行われ、この作業は周波数変換器組立体５０の外部にて実施できる。ブラケット４５と周波数変換器組立体５０を固定した後に、ブラケット４５の切欠き４５ｃを固定部材５３に嵌合させ、ナット５４をボルト５２に締め込むことにより、ブラケット４５がモータポンプの外筒２に固定される。
【００５０】
このように、周波数変換器組立体５０は、ブラケット４５に取付けられるベース４６と、ベース４６に取付けられるカバー４７と、ベース４６及びカバー４７によって囲まれる周波数変換器本体４８とから構成されている。この結果、周波数変換器組立体５０は単独で組み立てることができる。そして、ブラケット４５と周波数変換器組立体５０の固定は、周波数変換器組立体５０の外部にて実施できる。さらに、ブラケット４５と周波数変換器組立体５０を固定した後に、ブラケット４５とモータポンプの外筒２とを固定できる。カバー４７とベース４６は、周波数変換器本体４８の単独のメンテナンスの場合を除いて、原則的に分解する必要がない。即ち、周波数変換器をポンプに取付け、取外す際、高度集積回路等が外部に露出することがない。高度集積回路や電気的基板類は、一般にほこりやチリに弱いため本構成は有効である。
【００５１】
本実施例においては、キャンドモータ６と周波数変換器本体４８を電気的に接続するために、ブラケット４５に穴４５ａを設けている。この結果、周波数変換器組立体５０とモータポンプの組付けは支障なく行える。
【００５２】
本実施例においては、ブラケット４５、ベース４６及びカバー４７をそれぞれ熱良導体、特にアルミ合金で構成している。この種の周波数変換器は主にポンプ取扱液によって冷却されるため、アルミ合金の使用は好適である。又、材料に金属を使用することで、周波数変換器からの輻射ノイズを遮蔽することができる。特にブラケットが金属であるため、周波数変換器２次側の高調波ノイズを遮蔽できる。
【００５３】
また本実施例においては、ブラケット４５に冷却液を通す冷却液通過穴４５ｂを形成している。通常、周波数変換器はポンプ取扱液にて冷却される。しかし、例えば、取扱液が高温である場合には、周波数変換器は冷却不良となる。このような場合、ブラケット４５に冷却液通過用の穴４５ｂを設けておき、外部から別途の冷却液を通過させることによって、周波数変換器は充分に冷却することができ支障なく機能する。
【００５４】
本実施例においては、モータポンプの外筒２とブラケット４５の隙間、またはブラケット４５とベース４６の隙間、またはベース４６とカバー４７の隙間に熱伝達改善材料を介在させている。部材間に隙間があると、そこに熱伝達性が悪い空気が介在するため、冷却不良となる。そこで、部材間の隙間に液状シリコン等の熱伝達改良材料を介在させている。
【００５５】
本実施例においては、モータポンプの外筒２とブラケット４５の間、ブラケット４５とベース４６の間、及びベース４６とカバー４７の間に、それぞれ気密保持用のシール部材５６，５７，５８を設けている。この結果、周波数変換器本体４８を収容するケース内に水蒸気が侵入し、この水蒸気がポンプ取扱液によって冷却されて結露し、周波数変換器を痛めてしまう恐れがない。
【００５６】
また本実施例においては、キャンドモータ６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外周面との間に環状空間４０を形成する外筒２と、環状空間４０に取扱液を導く羽根車８を含むポンプ部と、外筒２の軸方向端部に設けられ、吸込ケーシング３や吐出ケーシング４等の別部材を固定するためのフランジ６１，６２からなる固定手段を備えたポンプ組立体において、モータポンプの外筒２の外周部に周波数変換器組立体５０を固定し、この周波数変換器組立体５０の一部を、外筒２の軸方向端部に設けられる固定手段（６１，６２）よりも軸方向に延設した構成を有している。
【００５７】
図１２および図１３Ａ，１３Ｂは調整装置１１１の他の実施形態を示す図である。図１２は調整装置１１１の縦断面図であり、図１３Ａおよび図１３Ｂは調整装置１１１の外観を示す図であり、図１３Ａは正面図、図１３Ｂは底面図である。
【００５８】
図１２に示すように、周波数変換器本体４８はベース４６Ａ及びカバー４７Ａからなるケースに収容されている。また、ベース４６Ａとカバー４７Ａは熱伝導性の良好なアルミ合金からなり、両者は間にシール部材５８を介して図示しないボルトによって固定されている。周波数変換器本体４８はベース４６Ａに密着性高く固定されている。ベース４６Ａは底部に空冷用フィン４６ａを有しており、この空冷用フィン４６ａによって周波数変換器の変換ロスに伴って生ずる熱を大気に放熱するようにしている。またベース４６Ａの床部（地面側）には、空気を取り入れるための穴４６ｂが設けられている。
【００５９】
またカバー４７Ａの天井部（反地面側）には、換気用パイプ７１が例えば図示した形で設けられており、雨水はケース内に入りにくいが、空気の出入りは自由になっている。
上述のように構成した結果、周波数変換器（インバータ）の発生熱は、
（ｉ）空冷用フィン４６ａから放熱されると同時に、
（ii）ケース内の温風（熱風）が直接外気と入れ替わるため、効果的に放熱される。
即ち、ケース内の空気は発生熱によって温度が上昇し、その比重（密度）が小さくなるため、天井部へ導かれ、換気用パイプ７１から外へ排出される。排出された分の空気は、ベース４６Ａの穴４６ｂから外気を吸引することで補充されることになる。この結果、インバータの発生熱を外気へ効果的に放出できる。
【００６０】
前記換気用パイプ７１の形状や位置、そして空気取入用の穴４６ｂの位置などは、調整装置１１１の相手部品への取付方および取付方向などに合わせて適宜選択される。
また、万が一、換気用パイプ７１から雨水が入ったり、何らかの原因でケース内が結露した場合でも、ベース４６Ａの穴４６ｂから水が外へ排出されるため、ほとんどの現場で支障なく使用することができる。
【００６１】
また前述のような換気用パイプを設けなくとも、冷却が十分である場合にはケースを気密構造にする。この場合には、いかなる方向からいかなる量の雨が当たっても、ケース内部に水分が浸入しない。
従って、電源の入・出力手段として、水中ケーブルを使用すれば、性能調整装置を水中に没することもできる。これは、例えば水中モータポンプの性能調整の場合に極めて都合が良く、加えて周波数変換器の冷却の上でも好適である。
【００６２】
図１２、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、ベース４６Ａには、入力側ケーブル１１４と出力側ケーブル１１５とが固定されている。
図１４は、図１２および図１３Ａ，１３Ｂに示す調整装置を使用する際の取付施工の態様を示す。符号１０１はポンプユニットであり、ポンプユニット１０１はインラインポンプ１０３Ａと電動機１０４Ａとを設けた構成からなる。吸込配管１０５から導かれた流体は吸込側仕切弁１０６及び短管１０７を通過し、ポンプ吸込口１０３ａからポンプ１０３Ａ内に吸い込まれ昇圧された後、ポンプ吐出口１０３ｂから吐き出される。吐き出された流体は更に逆止弁１０８、吐出側仕切弁１０９を通過し、吐出配管１１０に導かれる。
【００６３】
制御盤１１３から供給される電力は調整装置１１１の入力手段である入力側ケーブル１１４から調整装置１１１内に収容された周波数変換器に導かれ、周波数が変換される。周波数が変換された電力は調整装置１１１の出力手段である出力側ケーブル１１５から電動機１０４Ａへと供給される。調整装置１１１における周波数変換には損失熱が伴うが、本態様では、上述したように、上記損失熱が空冷用フィン４６ａから放熱されると同時にケース（ベース４６Ａおよびカバー４７Ａからなる）内の温風（熱風）が直接外気と入れかわるため効果的に放熱される。
【００６４】
次に、周波数変換器を収納したケースを相手部材に帯状又は紐状の部材を使用して取付ける実施形態を図１５Ａ乃至図１７Ｂを参照して説明する。
流体機械が水ポンプの場合には、調整装置１１１をポンプに接続される配管に取付けるのが好ましい。なぜなら、水ポンプには必ず配管（ホースの場合もある）が接続されるため、取付スペースの上で都合が良いからである。
【００６５】
図１５Ａおよび図１５Ｂは自然空冷型の調整装置１１１を配管に取付けた場合を示す図であり、図１５Ａは部分断面を有する正面図、図１５Ｂは側面図である。自然空冷の場合には、相手部材は配管でなくとも良く、例えば、立木や柱のようなものでも良い。
【００６６】
この実施例では、ケースに取付バンド７２（例えばステンレス製の薄板からなる）をボルト７３で固定し、図示したような締付けネジ７４によって、直径Ｄの配管７５にケースを適当な締付け力で取付ける。ケースと配管７５の間には、例えばゴムやスポンジのようなクッション材７６を介装すると、いわゆる取付け時の「座わり」が良くなる。
このように帯状又は紐状の部材を使用して、相手部材にケースを取付ける方法は、施工済の配管を特別変更したりする手間が掛からず、簡便である。
図１６Ａおよび図１６Ｂは水冷型の調整装置１１１を配管に取付けた場合を示す図であり、図１６Ａは部分断面を有する正面図、図１６Ｂは側面図である。図１６Ａおよび図１６Ｂに示す例においては、周波数変換器の発生熱を配管表面から取扱液に放熱する。取付バンド７２の構造は図１５Ａ，１５Ｂに示すものと同一である。
【００６７】
ケース（ベース４６Ａおよびカバー４７Ａからなる）と配管は、直接接触させるのが最も冷却効果が高いが、配管径の種類の数だけ性能調整装置を別個に用意するのは、いかにも生産性が悪い。そこで、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すようにケースと配管７５の間に、取付ブラケット８０を介装させる。この場合、取付ブラケット８０は寸法吸収用部材として機能する。こうすると、１種類の調整装置１１１で複数の配管径、即ち、例えば、口径３２，４０，５０，６５，８０，１００，１２５，１５０，２００ｍｍの９種類の配管径に対応させることができる。
【００６８】
一つの選択肢として、ブラケット８０を熱伝導性の良いアルミ合金製とする方法がある。この場合、ブラケット８０の製作方法としては、引抜き成形金型を用いた引抜き成形が好適である。引抜き成形されたブラケット８０の長手方向は、モータポンプの取扱液が流れる配管の長手方向と合致している。
【００６９】
また、別の選択肢としては、ブラケット（寸法吸収用部材）を例えば、時硬化性の樹脂とし、ケースと配管を取付バンドで仮固定した後で、樹脂をすきまに注入して硬化させる方法もある。この場合、樹脂には金属粉などを混入させて熱伝導性を改善するのが好ましい。
【００７０】
さらに別の方法として、ブラケットを熱良導性のゴムのような弾性体としたり、あるいは、熱良導性の粘土のような塑性体とすることも選択できる。
バンドのような取付部材には、一部にバネ作用のある部材を設けておくと、締付けネジが緩んでも、ケースと配管がしっかりと密着するのでよい。また、バンド（紐）をいわゆるゴムバンドのような弾性体で構成することも有効である。
【００７１】
図１７Ａおよび図１７Ｂは水冷型の調整装置１１１を配管に取付けた場合の他の例を示す図であり、図１７Ａは部分断面を有する正面図、図１７Ｂは側面図である。本例は配管への放熱を期待できない場合の水冷構造である。例えば、配管の周囲に断熱材が巻かれている（ラギング処理）場合に適用する。取付バンドの構造は、図１５Ａ，１５Ｂおよび図１６Ａ，１６Ｂに示すものと同一であるが、ケース（べース４６Ａおよびカバー４７Ａからなる）と配管７５の周囲の断熱材７８の間に水冷ジャケット８１を挟み込んで固定している。水冷ジャケット８１に冷却水を導くことで周波数変換器を効果的に冷却できる。冷却水には、ポンプ取扱液の一部を導くことも可能であり、また、取扱液が高温である場合などには、別途に水道水などを導くこともできる。
【００７２】
本発明では、同一の調整装置１１１を図１６Ａ，１６Ｂおよび図１７Ａ，１７Ｂに示す例のように、配管条件に合わせて、使い回しできるため、施工に当たっての自由度が高い。
本発明は、流体機械の性能調整装置としてばかりでなく、周波数変換器ユニットとしても意義深い。即ち、屋外での使用に耐えるからである。
【００７３】
周波数変換器を収容するためのケースではあるが、このケースは他にも使いみちが多い。一般に電気部品は、雨水や湿気によって絶縁抵抗が劣化してトラブルを生じることがある。本発明は、このような電気部品を密封ケースに収容できるため、トラブルを避けることができる。
【００７４】
また、前述の性能調整装置の中身だけを入れ替えれば良いので、部品共用化の観点からも生産性が良い。
また、周波数変換器の入力側には高調波対策用のＡＣリアクトルやラインノズル低減用のノイズフィルタが必要となる場合がある。
そこで、本発明の１態様では、図１８に示すように周波数変換器ユニット２００と、ＡＣリアクトルやノイズフィルタから構成される電気部品ユニット２１０を直列に接続している。
【００７５】
周波数変換器ユニット２００および電気部品ユニット２１０は、図１６Ａ，１６Ｂに示す構造のケースおよびブラケットと同一の構造である。周波数変換器ユニット２００には周波数変換器が収納され、電気部品ユニット２１０にはＡＣリアクトルやノイズフィルタが収納されている。
【００７６】
モータポンプおよびポンプ周辺機器の構成は、図１に示す例と同一である。
既存の制御盤とモータポンプの間に、周波数変換器ユニット（性能調整装置）を設けた場合、現場の事情によっては、ラインノイズ対策を施す必要がある。本発明では、ノイズフィルタ設置のために制御盤を改造する必要はなく、その都度、電気部品ユニットを例えば配管上に並べて設置すればよいので、極めて便利である。
【００７７】
次に、図１９および図２０Ａ，２０Ｂを参照して、本発明の更に他の態様について説明する。図１９は図８Ａおよび図８Ｂに対応する図面である。図２０Ａおよび図２０Ｂは図１９に示す構造のユニットの詳細図であり、図２０Ａは図１９に示すユニットの分解図、図２０Ｂは薄板９０の斜視図である。周波数変換器本体４８はベース４６及びカバー４７からなるケースに収容される。アルミ合金からなるブラケット８０には、配管７５の曲率に合わせた曲面８０ａが設けられている。
【００７８】
しかしながら、配管の曲率（直径）は、製造上のバラツキや、表面のキズ・サビによるバラツキによって、各々の現場で微妙に異なっている。
このため、微視的に見ると、ブラケットと配管を直接取付けた場合、隙間があき、冷却不良を生じることも考えられ、しかも、その程度は、各々の現場でまちまちになってしまう。
【００７９】
そこで、本発明では、この隙間を効果的に埋めるために、薄板９０を介装させる。薄板９０は、熱伝導性の良い銅製で、その板厚は０．２〜０．５ｍｍ程度であり、容易に塑性変形するやわらかさである。そして、例えば薄板９０は、図２０Ａに示すように波状に成形しておく。
【００８０】
この薄板９０をブラケット８０と配管７５の間に介装して、取付バンド７２（図１７Ａ，１７Ｂ参照）を締め込むと、取付面の面圧が上がるために板は隙間を埋めるように変形し、結果として、広い面積でブラケットと配管が熱的に接続されることになる。故に、配管の曲率に多少のバラツキがあっても、発熱体の熱は効果的に配管側に放熱される。
【００８１】
より効果的にするためには、銅板の両面にシリコンなどの充填材を塗っておく。わずかに残った隙間を埋めることができ、より伝熱性が向上する。両面のシリコンの塗りムラを緩和するため、図２０Ｂに示すように薄板９０に穴９０ａを設けておく。取付バンド７２を締め込むに従って、シリコンが両面に均等に行き渡る効果がある。
【００８２】
図２１は、水冷ジャケット型調整装置１１１の別の実施例である。
市販の規格化された鋼管（例えばＳＧＰなど）の外径に合わせた立型タイプで、外周部に性能調整装置（周波数変換器ユニット）１１１を取付けてある。即ち、市販の規格化された鋼管９５の一端にベースプレート９６、もう一端に空気抜弁９７が設けてある。調整装置１１１は鋼管９５の外周部に取付けてある。鋼管９５の下部から入った冷却水は、調整装置１１１内の周波数変換器の熱を奪って上部から外へ導かれる。モータポンプおよびポンプ周辺機器の構成は、図１に示す例と同一である。
【００８３】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、性能調整装置１１１の取付け方の別の実施例を示す図であり、図２２Ａは正面図、図２２Ｂは側面図である。
周波数変換器のベース４６にＬ字金具９２がボルト９３で固定されている。Ｌ字金具９２はストッパ部９２ａを備え、取付バンド７２の脱落を防止しており、その材料はステンレス鋼板などである。Ｌ字金具９２は、配管７５の中心位置に向かって位置決めされてボルト９３で固定されている。またＬ字金具９２は、配管表面から２〜３ｍｍ離れており、この結果、バネ作用が付与されバンドの緩みを防止する。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、周波数変換器を主要部品とした流体機械の性能調整装置を、屋外環境における雨の影響や結露の影響を受けない省エネルギー装置として具現化できる。
また、一般のインバータで必要な空冷用の電動ファンが不要で、信頼性を向上できる。また、同一の調整装置に複数の冷却手段を取付けることができるため、現場の状況に応じた据付施工が可能である。
さらに、回転数切替が容易なため、誰もが省エネルギーに参画できる。また、部品の共用性が高いため、生産性が良い。
その他、前述の通り、本発明の省エネルギーに寄与するところは大である。
【００８５】
本発明は、冷温水の循環などに使用される循環用ポンプ等の流体機械に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る流体機械の性能調整装置を使用する際の取付施工の第１の態様を示す側面図である。
【図２】図２は本発明に係る流体機械の性能調整装置を使用する際の取付施工の第２の態様を示す側面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは図１に示す装置の詳細を示す図であり、図３Ａは部分的に断面された正面図、図３Ｂは側面図である。
【図４】図４は図３ＡのIV−IV線断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは図２に示す装置の詳細を示す図であり、図５Ａは部分的に断面された正面図、図５Ｂは平面図である。
【図６】図６は図５ＡのVI−VI線断面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは本発明に係る流体機械の性能調整装置を使用する際の取付施工の第３の態様を示す図であり、図７Ａは側面図、図７Ｂは図７ＡのVII矢視図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは図１乃至図７Ｂに示す装置本体の別の実施態様であり、図８Ａは正面図、図８Ｂは側面図である。
【図９】図９は本発明の流体機械の性能調整装置と部品を共用化した周波数変換器組立体が取付けられた全周流型インラインポンプを示す断面図である。
【図１０】図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図１１はブラケットの平面図である。
【図１２】図１２は本発明の他の実施形態を示す図であり、性能調整装置の縦断面図である。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは性能調整装置の外観を示す図であり、図１３Ａは正面図、図１３Ｂは底面図である。
【図１４】図１４は図１２および図１３Ａ，１３Ｂに示す装置を使用する際の取付施工の態様を示す図である。
【図１５】図１５Ａ及び図１５Ｂは自然空冷型の性能調整装置を配管に取付けた場合を示す図であり、図１５Ａは部分断面を有する正面図、図１５Ｂは側面図である。
【図１６】図１６Ａ及び図１６Ｂは水冷型の性能調整装置を配管に取付けた場合を示す図であり、図１６Ａは部分断面を有する正面図、図１６Ｂは側面図である。
【図１７】図１７Ａ及び図１７Ｂは水冷型の性能調整装置を配管に取付けた場合の他の例を示す図であり、図１７Ａは部分断面を有する正面図、図１７Ｂは側面図である。
【図１８】図１８は周波数変換器ユニットと電気部品ユニットを直列に接続した例を示す図である。
【図１９】図１９は本発明の更に他の態様を示す図であり、図１９は図８Ａおよび図８Ｂに対応する図である。
【図２０】図２０Ａ及び図２０Ｂは図１９に示す構造のユニットの詳細図であり、図２０Ａは図１９に示すユニットの分解図、図２０Ｂは薄板９０の斜視図である。
【図２１】図２１は水冷ジャケット型性能調整装置の別の実施例を示す側面図である。
【図２２】図２２は性能調整装置の取付け方の別の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004072808.tif 000017
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
0004072808.tif 000020
【図１５Ａ】
0004072808.tif 000021
【図１５Ｂ】
0004072808.tif 000022
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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