(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、容器内に設けられ内部の満水および渇水を検知する水位センサと、前記容器の下部とポンプ又はポンプに接続された配管とを接続する接続管とを備え、前記接続管の下端又は両端が水平軸又は垂直軸に対して直交せずに傾斜し、
前記容器は、容器内の空気抜きを行ったとき、頂部にわずかに空気が残る空気溜り室を有することを特徴とする満水検知器。
【請求項２】
前記水位センサはフロート式センサであることを特徴とする請求項１記載の満水検知器。
【請求項３】
前記接続管の下端の一部に接続管の軸方向に延びるスリットを設けていることを特徴とする請求項１記載の満水検知器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の満水検知器をポンプ又はポンプに接続された配管に取り付け、前記満水検知器がポンプ内部の渇水を検知すると、ポンプが自動停止する保護機能を有することを特徴とする満水検知器を備えたポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の満水検知器をポンプの吸込圧力側に接続し、ポンプ内部の渇水又は吸込圧力異常低下を検知すると、ポンプが自動停止する保護機能を有することを特徴とする満水検知器を備えたポンプ。
【請求項６】
周波数変換器により商用電源周波数より高い周波数でモータを駆動することにより、高速小型化を図ったモータポンプにおいて、モータポンプ自身に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の満水検知器を装備していることを特徴とするモータポンプ。
【請求項７】
前記周波数変換器を実装し、満水検知器の外部出力信号を周波数変換器に取り込んで、ポンプ内部の渇水時には、モータへの電気供給を周波数変換器が自動的に停止する保護機能を有することを特徴とする請求項６記載のモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプあるいはポンプを使用した設備（装置）に使用され、特にポンプや設備の渇水、空気の吸込、呼水不足等によるポンプの空運転を防止し、ポンプを保護する満水検知器及び該満水検知器を備えたポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の満水検知器は、ポンプの吐出圧力側に取り付けられ、ポンプ内が渇水状態になったとき、確実に満水検知器内部の水が落水し、渇水を検知できるように、ポンプとの接続に所定径、例えば１／２B（１／２インチ）以上の短管を用いる等、接続部の開口面積を大きくすることにより対処している。しかし、開口部面積を大きくすると、満水検知器内への異物の流入が生じることがあり、電極棒への異物のからみつきによる誤動作を起こしたりする。また、フロート式のように可動部をもつ水位センサを使用すると、可動部への異物のかみ込みによる動作不良等が懸念される。その結果、必要な開口面積の確保及び電極棒間に適度な空間をとる為、従来の満水検知器はかなり大型なもので、重量が１０ｋｇ以上である。従って、スペース、重量の問題から、小型ポンプへの取り付けは困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、小型かつ軽量で動作不良のない満水検知器および該満水検知器を備えたポンプを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の満水検知器は、容器と、容器内に設けられ内部の満水および渇水を検知する水位センサと、前記容器の下部とポンプ又はポンプに接続された配管とを接続する接続管とを備え、前記接続管の下端又は両端が水平軸又は垂直軸に対して直交せずに傾斜し、前記容器は、容器内の空気抜きを行ったとき、頂部にわずかに空気が残る空気溜り室を有することを特徴とするものである。
【０００５】
接続管の開口面積を小さくすると相対的に水の表面張力が大きくなり、ポンプ内が渇水であるにもかかわらず、接続管で水と空気が表面張力でバランスし満水検知器内の水が落水せずに、ポンプ内の渇水を検知できないことがある。そこで、接続管の下端あるいは両端も、水平軸又は垂直軸に対し直交させずにいずれかの軸に対して傾斜させている。その結果、接続管での水と空気の表面張力のバランスは保たれなくなり、ポンプ内が渇水の場合には確実に満水検知器内の水が落水するようになる。この手法で、接続管のサイズは小径、例えば１／４B（１／４インチ）でも可能となる。
【０００６】
また本発明のポンプは、上述した満水検知器をポンプ又はポンプに接続された配管に取り付け、前記満水検知器がポンプ内部の渇水を検知すると、ポンプが自動停止する保護機能を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、上記満水検知器がポンプ内部の渇水を検知すると、ポンプが自動停止を行なう。これにより、ポンプの空運転を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る満水検知器の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の満水検知器を示す断面図である。図１に示すように、満水検知器は、円筒容器状の本体部１と、本体部１の上端開口部を閉塞して本体部１とともに密閉容器を形成するカバー２と、密閉容器内に収容されるとともにカバー２に取り付けられた電極棒からなる水位センサ３と、カバー２の頂部に取り付けられた空気抜き弁４とからなっている。本体部１の下部には、開口部５が形成されており、接続管６が取り付けられるようになっている。
【０００８】
接続管６はポンプあるいは配管等に接続され、ポンプに呼び水を行うときに空気抜き弁４を開き、満水検知器内も満水にする。このとき、水位センサ３は満水を検知し、外部信号を出力する。ポンプの運転・停止中を問わず、ポンプ内が渇水になると、接続管６から満水検知器内の水が落水し、水位センサ３が渇水を検知する。
【０００９】
一般に、接続管６の開口面積を小さくすると、相対的に水の表面張力が大きくなり、ポンプ内が渇水であるにもかかわらず、接続管で水と空気が表面張力でバランスし、満水検知器内の水が落水せずに、ポンプ内渇水を検知できないことがある。そこで、本発明においては、接続管の形状を、図２に示すように、接続管の下端あるいは両端が、水平軸又は垂直軸に対し傾斜している。即ち、図２（ａ）に示す例においては、垂直方向に伸びる接続管６Ａの上下端に、垂直軸に対して直交させずに斜めに傾斜した傾斜部６ａ，６ｂを形成している。また図２（ｂ）に示す例においては、水平方向に伸びる接続管６Ｂを下方に湾曲させ、接続管６Ｂの下端に、水平軸に対して直交させずに斜めに傾斜した傾斜部６ｃを形成している。接続管６Ａ，６Ｂを図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように構成することにより、接続管６Ａ，６Ｂでの水と空気の表面張力のバランスは保たれなくなり、ポンプ内が渇水の場合には確実に満水検知器内の水が落水するようになる。この接続管の構造を採用することにより、接続管のサイズ（直径）は１／４B（１／４インチ）でも可能となる。
【００１０】
接続管に油脂分が付着した場合に、油脂分が接続管内で水をはじくので、水の表面張力がバランスして満水検知器内の水がポンプ渇水時に落水しなくなる場合がある。そこで、本発明においては、図３（図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図）に示すように、接続管６Ａの下端の一部にスリット６ｓを設けることで、毛管現象を利用して満水検知器内の水を接続管６Ａの先端まで導き、より積極的に水と空気が表面張力でバランスすることを防止している。従って、多少の油脂分が接続管６Ａに付着してもポンプ内の渇水を検知することができる。
【００１１】
また図１乃至図３に示すように、接続管６Ａ，６Ｂの開口面積を小さくしたことにより、満水検知器内への異物流入の恐れがなくなった。そのため、可動部を持つフロート式水位センサを用いても、異物かみ込みによる誤動作が生じないので、フロート式水位センサを採用することができる。図４は満水検知器にフロート水位センサを用いた実施例である。図４に示す実施例においては、カバー２にフロート式水位センサ１３を取り付けている。本体部１、カバー２、空気抜き弁４および開口部５の構成は、図１に示す実施例と同様である。このようにフロート式水位センサを用いることにより、さらに満水検知器の小型・軽量化を図ることができる。
【００１２】
満水検知器をポンプ（又は配管）の吸込圧力側に取り付ければ、ポンプ内の渇水検知に加え、吸込側圧力の異常低下も検知することができる。ポンプの吸込側のフート弁、ストレーナの目詰まりや吸込仕切弁の開け忘れ等により、ポンプの吸込側圧力が異常低下すると、水中に含まれていた空気が脱気し、徐々にポンプ吸込側に蓄積される。従って、ポンプの吸込側に満水検知器を接続すれば、蓄積された空気により満水検知器内の水が落水することで、吸込圧力異常低下が検知できる。しかし、空気の脱気から蓄積するまで時間がかかり検知が遅れて、ポンプを吸込圧力異常低下の状態で長時間運転してしまう場合がある。
【００１３】
図５は上述の吸込圧力異常低下を速やかに検知することができる満水検知器を示す。図５に示すように、満水検知器の頂部の空気抜き弁４より高い位置に空気溜り室８を設けることで、吸込圧力異常低下の検知に要する時間を大幅に短縮できる。その作用は、ポンプの吸込圧力が低下すると、そこに接続された満水検知器内の圧力も低下するので、満水検知器内の空気溜り室８に溜まっていた空気は膨張し、満水検知器内の水位は低下し、内部の水位センサ１３の検知水位まで達し、瞬時に吸込圧力異常低下を検知するものである。
【００１４】
次に、図１乃至図５に示す満水検知器を備えたポンプの実施の形態を説明する。
図６は満水検知器を備えたモータポンプの１例を示す図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。図６に示すように、本例のモータポンプにおいては、ポンプケーシング２１のボリュート部には図１乃至図５に示す満水検知器２０が取り付けられている。ポンプを駆動するモータ２２の上部には周波数変換器（インバータ）を内部に収納した周波数変換器組立体２３が固定されている。満水検知器２０と周波数変換器とは信号ケーブル２４によって接続されている。なお符号２５は電源ケーブルである。図６に示す例によれば、ポンプに周波数変換器実装型のモータポンプを用い、満水検知器２０の信号を周波数変換器に取り込み、ポンプ内が渇水になったときは、ポンプの運転・停止中を問わず、モータへ電気が供給されないように、周波数変換器を制御することで、ドライ運転によるポンプの損傷をポンプ自身で保護できるようになる。
【００１５】
図７は満水検知器を備えたモータポンプの他の例を示す図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図７に示すように、本例のモータポンプは全周流型インラインポンプである。本例のポンプケーシング３０は吸込側ケーシング３１と円筒状の外筒３２と吐出側ケーシング３３とからなっている。ポンプケーシング３０内にはキャンドモータ３４が設けられており、キャンドモータ３４の主軸３５に羽根車３６が固定されている。ポンプケーシング３０の外筒３２とキャンドモータ３４のモータフレーム外胴３７との間には環状流路３８が形成されている。またポンプケーシング３０の上部には、周波数変換器を内部に収納した周波数変換器組立体２３が固定されている。満水検知器２０と周波数変換器とは信号ケーブル２４によって接続されている。図７（ｂ）に示すように、ポンプケーシング３０の外筒３２には、満水検知器２０が取り付けられており、満水検知器２０の本体部１内には接続管６を介して環状流路３８を流れる流体が流入するようになっている。
【００１６】
本例においては、吸込側ケーシング３１の吸込口３１ａより流入した流体は、環状流路３８を流れた後に羽根車３６に吸い込まれる。羽根車３６から吐出された流体は吐出側ケーシング３３を経て吐出口３３ａから吐出される。本例においては、満水検知器２０がポンプの吸込圧力側に取り付けられている。これにより、ポンプ内の渇水検知に加え吸込圧力異常低下に対して、自己保護機能を持つポンプが得られる。
【００１７】
図８は満水検知器を備えたモータポンプの更に他の例を示す断面図である。図８に示すように、本例のモータポンプは立置型の両吸込型多段ポンプである。本例のポンプケーシング４０は外筒４１と外筒４１の上下開口部を閉塞する上下カバー４２，４３とからなっている。ポンプケーシング４０内にはキャンドモータ４４が設けられており、キャンドモータ４４の主軸４５の両端部には各２段ずつの羽根車４６Ａ，４６Ｂ；４７Ａ，４７Ｂが固定されている。ポンプケーシング４０の外筒４１とキャンドモータ４４のモータフレーム外胴４７との間には環状流路４８が形成されている。外筒４１には吸込カバー５０が固定されている。またポンプケーシング４０の側面には周波数変換器を内部に収納した周波数変換器組立体２３が固定されている。満水検知器２０と周波数変換器とは信号ケーブル２４によって接続されている。ポンプケーシング４０の上部カバー４２には、満水検知器２０が取り付けられており、満水検知器２０の本体部１内には接続管６を介して上部カバー４２により囲まれた空間内の流体が流入するようになっている。
【００１８】
本例においては、ポンプ吸込口５０ａより吸い込まれた流体は、吸込カバー５０によって上下に分岐して、外筒４１に形成された吸込窓４１ａ，４１ｂより羽根車４６Ａ，４６Ｂ；４７Ａ，４７Ｂにより昇圧される。羽根車４６Ｂ，４７Ｂから吐出された流体は、環状流路４８に流入し、この流路４８を流れる間に合流し外筒４１に形成された吐出窓４１ｃを経て吐出口５２より吐出される。
【００１９】
本例においても、図７に示す例と同様に、満水検知器２０がポンプの吸込圧力側に取り付けられている。これにより、ポンプ内の渇水検知に加え吸込圧力異常低下に対して、自己保護機能を持つポンプが得られる。
【００２０】
図７および図８に示す例においては、周波数変換器を活用してポンプを高速回転可能とし、モータポンプを小型化している。モータポンプを高速小型化した場合、何らかの原因でドライ運転されてしまうと、内部の軸受等の摺動部分の発熱、損傷に至る時間が極めて短いため、わずかな不注意でポンプを損傷させてしまう恐れがある。そこで、それを防止するため、モータポンプ自身に満水検知器２０を装備し、保護できるようにしたものである。また周波数変換器および満水検知器を全てモータポンプに実装し、満水検知器用の配管・配線を客先にて施工することなく、モータポンプ自身で内部渇水によるドライ運転を防止できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、小型かつ軽量で動作不良のない満水検知器とすることができる。
また、上記満水検知器を利用してポンプ内の渇水検知および吸込圧力異常低下に対して自己保護機能を持つポンプとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る満水検知器の１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る満水検知器の１実施形態を示す図であり、図２（ａ）は接続管の１例を示す断面図、図２（ｂ）は接続管の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の接続管の１例を示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明に係る満水検知器の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る満水検知器の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の満水検知器を備えたモータポンプの１例を示す図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。
【図７】本発明の満水検知器を備えたモータポンプの他の例を示す図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】本発明の満水検知器を備えたモータポンプの更に他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    本体部
２    カバー
３    水位センサ
４    空気抜き弁
５    開口部
６，６Ａ，６Ｂ    接続管
６ａ，６ｂ，６ｃ    傾斜部
６ｓ    スリット
８    空気溜り室
１３    フロート式水位センサ
２０    満水検知器
２１，３０，４０    ポンプケーシング
２２    モータ
２３    周波数変換器組立体
３１    吸込側ケーシング
３１ａ，５０ａ    吸込口
３２，４１    外筒
３３    吐出側ケーシング
３３ａ，５２    吐出口
３４，４４    キャンドモータ
３５，４５    主軸
３６，４６Ａ，４６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ    羽根車
３７，４７    モータフレーム外胴
３８，４８    環状流路
４１ａ，４１ｂ    吸込窓
４１ｃ    吐出窓
４２，４３    カバー
５０    吸込カバー
【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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