特許 6875897 自吸運転検出システムおよびポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6875897

(24)【登録日】2021年4月27日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】自吸運転検出システムおよびポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20210517BHJP

【ＦＩ】

   F04D15/00 A

   F04D15/00 Z

   F04D15/00 F

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-56532(P2017-56532)

(22)【出願日】2017年3月22日

(65)【公開番号】特開2018-159316(P2018-159316A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2020年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】今井 智大

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１８４１８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−２７８４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−１２３６０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−１２６０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自吸式ポンプの吸込圧力を測定する圧力測定器の計測値を受信する入力部と、
前記圧力測定器によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて前記自吸式ポンプの自吸運転の完了を検出する制御部とを備え、
前記制御部が前記自吸運転の完了を検出する動作は、前記吸込圧力が一定となったことを検出する動作であることを特徴とする自吸運転検出システム。

【請求項2】

自吸式ポンプの吸込圧力を測定する圧力測定器の計測値を受信する入力部と、
前記圧力測定器によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて前記自吸式ポンプの自吸運転の完了を検出する制御部とを備え、
前記制御部が前記自吸運転の完了を検出する動作は、前記計測値の変化量がしきい値を超えたことを検出した後に前記計測値が一定となったことを検出する動作であることを特徴とする自吸運転検出システム。

【請求項3】

前記自吸式ポンプの始動時の吸込圧力が基準吸込圧力未満である場合は、前記制御部は自吸運転が行われていることを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の自吸運転検出システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記自吸運転の完了を示す信号を出力する出力部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自吸運転検出システム。

【請求項5】

前記信号を受信し、前記自吸運転の完了を表示する表示装置をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の自吸運転検出システム。

【請求項6】

自吸式ポンプと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自吸運転検出システムとを備えたポンプ装置。

【請求項7】

前記自吸式ポンプの吐出し側に接続された排気管と、
前記排気管に取り付けられた自動弁とをさらに備え、
前記制御部は、前記自吸運転の完了を検出した後に、前記排気管に取り付けられた前記自動弁を閉じることを特徴とする請求項６に記載のポンプ装置。

【請求項8】

前記自吸式ポンプの吐出し側に接続された液体戻り管と、
前記液体戻り管に取り付けられた自動弁とをさらに備え、
前記制御部は、前記自吸運転の完了を検出した後に、前記液体戻り管に取り付けられた前記自動弁を閉じることを特徴とする請求項６または７に記載のポンプ装置。

【請求項9】

前記自吸式ポンプを回転させる電動機と、
前記電動機を変速可能とするインバータをさらに備え、
前記制御部は前記インバータに指令を発して、前記自吸式ポンプが自吸運転を行っている間、前記電動機が前記自吸式ポンプを略最高回転速度で回転させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項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、自吸式ポンプの自吸運転が完了したことを検出する自吸運転検出システムに関し、特に井戸や貯水槽などの液体供給源から液体を汲み上げるポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、液体を移送するために様々なポンプが用いられており、このようなポンプとして、自吸式ポンプが知られている。自吸式ポンプは、ケーシング内部を液体で満たしておくだけで、ポンプ自身の運転によって吸込管内の空気を排出することが可能なポンプである。自吸式ポンプは、吸込管内の空気をケーシングの吐出口から排出する自吸運転を行い、その後に、液体のみを吐出口から排出する揚液運転を行う。

【0003】

図７は、自吸式ポンプを備えたポンプ装置の従来例を示す概略図である。図７に示されるように、ポンプ装置は、自吸式ポンプ２００と、自吸式ポンプ２００を駆動する電動機２０３と、自吸式ポンプ２００に接続された吸込管２０１および吐出管２０２と、自吸式ポンプ２００の吐出し側に接続された排気管２０５とを備えている。吸込管２０１の先端は、井戸や貯水槽などの液体供給源内に位置している。自吸式ポンプ２００は、地上に設置されており、吸込管２０１を通じて液体を汲み上げ、吐出管２０２を通じて建物や他の貯水槽に移送する。

【0004】

排気管２０５には空気抜き弁２０８が取り付けられている。この空気抜き弁２０８はユーザーによって操作される。自吸運転は次のようにして行われる。まず、呼び水を自吸式ポンプ２００のケーシング内に注入する。自吸式ポンプ２００内に水が存在する状態で自吸式ポンプ２００の羽根車を回転させると、自吸式ポンプ２００の吸込側には負圧が生じる。吸込管２０１内の空気は、負圧によって自吸式ポンプ２００内に引き込まれ、さらに羽根車の回転によって空気は水と混合される。空気は、自吸式ポンプ２００内の気液分離室で水から分離され、空気は少しずつ自吸式ポンプ２００から吐き出される。吸込管２０１および自吸式ポンプ２００のケーシングから全ての空気が排出されると、自吸式ポンプ２００は、通常の揚液運転を行う。

【0005】

自吸運転中は、空気のみが自吸式ポンプ２００から排出される。そこで、自吸運転中は空気を吐出管２０２から抜くために、空気抜き弁２０８が開かれる。具体的には、ユーザーは、自吸運転が開始される前に空気抜き弁２０８を開き、自吸運転が終わった時点で空気抜き弁２０８を閉じる。このような空気抜き弁２０８の操作により、空気は排気管２０５を通じて排気される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特公昭４６−２９４０９号公報

【特許文献2】実開昭６２−１８４１８９号公報

【特許文献3】特開２０１４−１９６７０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、空気抜き弁２０８を閉じるタイミングが遅れると、遅れた時間分だけ液体が排気管２０５を通って排出される。このような液体は、目的の場所まで移送されない無駄な液体であり、結果としてポンプ効率が低下してしまう。

【0008】

そこで、本発明は、自吸運転の完了を速やかに検出することができる自吸運転検出システムを提供することを目的とする。また、本発明は、そのような自吸運転検出システムを備えたポンプ装置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】

【0009】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、自吸式ポンプの吸込圧力を測定する圧力測定器の計測値を受信する入力部と、前記圧力測定器によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて前記自吸式ポンプの自吸運転の完了を検出する制御部とを備え、前記制御部が前記自吸運転の完了を検出する動作は、前記吸込圧力が一定となったことを検出する動作であることを特徴とする自吸運転検出システムである。

【0010】

本発明の一参考例は、自吸式ポンプの吸込圧力を測定する圧力測定器の計測値を受信する入力部と、前記圧力測定器によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて前記自吸式ポンプの自吸運転の完了を検出する制御部とを備え、前記制御部が前記自吸運転の完了を検出する動作は、前記吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出する動作であることを特徴とする。
本発明の一態様は、自吸式ポンプの吸込圧力を測定する圧力測定器の計測値を受信する入力部と、前記圧力測定器によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて前記自吸式ポンプの自吸運転の完了を検出する制御部とを備え、前記制御部が前記自吸運転の完了を検出する動作は、前記計測値の変化量がしきい値を超えたことを検出した後に前記計測値が一定となったことを検出する動作であることを特徴とする自吸運転検出システムである。
本発明の好ましい態様は、前記自吸式ポンプの始動時の吸込圧力が基準吸込圧力未満である場合は、前記制御部は自吸運転が行われていることを検出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記自吸運転の完了を示す信号を出力する出力部を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記信号を受信し、前記自吸運転の完了を表示する表示装置をさらに備えたことを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様は、自吸式ポンプと、上記自吸運転検出システムとを備えたポンプ装置である。
本発明の好ましい態様は、前記自吸式ポンプの吐出し側に接続された排気管と、前記排気管に取り付けられた自動弁とをさらに備え、前記制御部は、前記自吸運転の完了を検出した後に、前記排気管に取り付けられた前記自動弁を閉じることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記自吸式ポンプの吐出し側に接続された液体戻り管と、前記液体戻り管に取り付けられた自動弁とをさらに備え、前記制御部は、前記自吸運転の完了を検出した後に、前記液体戻り管に取り付けられた前記自動弁を閉じることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記自吸式ポンプを回転させる電動機と、前記電動機を変速可能とするインバータをさらに備え、前記制御部は前記インバータに指令を発して、前記自吸式ポンプが自吸運転を行っている間、前記電動機が前記自吸式ポンプを略最高回転速度で回転させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

自吸運転中は、空気の負圧が圧力測定器によって計測される。よって、自吸運転の開始後は、吸込圧力は自吸式ポンプの運転に伴って徐々に低下する。自吸運転が完了して揚液運転が開始されると、液体が自吸式ポンプ２内に吸引され、吸込圧力は急激に低下する。揚液運転が開始された後は、吸込圧力は実質的に一定に維持される。これは、揚液運転中の吸込圧力は、自吸式ポンプからの液体の吐き出し流量にかかわらず、液体供給源の液面と自吸式ポンプとの高低差に依存するからである。自吸式ポンプが運転している間、井戸や貯水槽などの液体供給源の液面位置は一定である。よって、揚液運転中の吸込圧力も一定である。

【0013】

本発明によれば、吸込圧力の変化に基づいて、自吸運転が完了したことが検出される。上述したように、自吸運転が完了すると、吸込圧力は急激に変化し、その後に一定となる。制御部は、この吸込圧力の特徴的な変化に基づいて自吸運転の完了を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。

【図2】自吸式ポンプの一実施形態を示す断面図である。

【図3】真空計の計測値を示す図である。

【図4】ポンプ装置の他の実施形態を示す模式図である。

【図5】ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図6】自吸式ポンプの他の実施形態を示す断面図である。

【図7】自吸式ポンプを備えたポンプ装置の従来例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、自吸運転検出システムを備えたポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。本実施形態に係るポンプ装置は、井戸や貯水槽などの水源から水を汲み上げて、水を建物内に移送する給水装置にポンプ装置が適用された例である。

【0016】

図１に示すように、ポンプ装置は、自吸式ポンプ２と、自吸式ポンプ２を駆動する電動機６と、自吸式ポンプ２の吐出し側に接続された排気管５とを備えている。自吸式ポンプ２の吸込口７には吸込管３が接続され、自吸式ポンプ２の吐出口８には吐出管４が接続される。吸込管３の先端は、井戸や貯水槽などの液体供給源内に位置している。本実施形態では、建物１００内に設置された水栓（例えば蛇口）１０１が吐出管４に接続されている。自吸式ポンプ２は、地上に設置されており、吸込管３を通じて液体を汲み上げ、吐出管４を通じて建物１００に移送する。自吸式ポンプ２は、液体供給源の液面よりも高い位置に設置されている。

【0017】

ポンプ装置は、自吸式ポンプ２の吸込圧力を測定する真空計１１と、排気管５に取り付けられた手動弁１３と、真空計１１に接続された制御部２０と、制御部２０に接続された表示装置４０とを備えている。真空計１１は、自吸式ポンプ２の吸込側の流体（液体および／または空気）の圧力、すなわち自吸式ポンプ２の吸込圧力を測定するための圧力測定器である。自吸式ポンプ２の羽根車の吸込側であれば、真空計１１の設置位置は特に限定されない。本実施形態では、一例として、真空計１１は吸込管３に接続されており、真空計１１は吸込管３内の流体（液体および／または空気）の圧力、すなわち吸込圧力を測定する。

【0018】

ここで、自吸式ポンプ２の運転中に吸込圧力を測定する場合は、真空計１１は吸込管３、吸込口７、および吸込室３１ａ（図２参照）のうちのいずれかに接続されていればよい。また、自吸式ポンプ２の自吸運転中の吸込圧力は、空気の圧力を計測するため、吸込管３の上端以上の高さに配置するとよい。

【0019】

制御部２０は、真空計１１によって測定された吸込圧力と、該吸込圧力の測定経過時間とに基づいて自吸式ポンプ２の自吸運転の完了を検出するように構成されている。制御部２０は、その内部に記憶装置２１と、演算装置２２、入力部２５、出力部２６を備えている。記憶装置２１はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）および／または、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのメモリを備える。本実施形態では、演算装置２２としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。記憶装置２１にはプログラムが予め格納されており、演算装置２２はプログラムに従って動作する。また、演算装置２２は、ＣＰＵを用いずにリレーシーケンス等で構成してもよい。

【0020】

入力部２５は、各種検出器や外部からの信号を入力し、記憶装置２１と、演算装置２２に送る。また、出力部２６は、例えば、自吸運転の完了や各種警報などの記憶装置２１のデータや演算装置２２による演算結果を、外部に出力する。なお、入力部２５及び出力部２６は、デジタル信号、アナログ信号を用いて信号の入出力を行ってもよいし、通信（シリアル通信、パケット通信、各種無線通信）を用いて信号の入出力を行ってもよい。本実施形態では、入力部２５は、自吸式ポンプ２の吸込圧力を測定する真空計（圧力測定器）１１の計測値を受信する。また、出力部２６は自吸式ポンプ２の自吸運転の完了を示す信号を出力する。

【0021】

制御部２０は、真空計１１から入力部２５へ送られてくる吸込圧力の計測値を監視し、吸込圧力の変化に基づいて自吸式ポンプ２の自吸運転の完了を検出する。本実施形態では、制御部２０が自吸運転の完了を検出する動作は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出する動作である。吸込圧力の変化量とは、単位時間当たりに変化した吸込圧力の量である。具体的には、制御部２０は、自吸式ポンプ２を始動させ、その後、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出することによって自吸運転の完了を検出する。しきい値は、制御部２０の記憶装置２１に予め格納されており、ユーザーにより変更可能としてもよい。

【0022】

図２は、自吸式ポンプ２の一実施形態を示す断面図である。自吸式ポンプ２は、ケーシング３１と、ケーシング３１内に配置された羽根車３２を備えている。本実施形態では、羽根車３２は遠心式羽根車である。羽根車３２は、電動機６の回転軸６ａに連結されている。ケーシング３１は、吸込管３が接続された吸込口７と、吐出管４が接続された吐出口８を有している。ケーシング３１は、その内部に、吸込室３１ａと、羽根車室３１ｂと、ボリュート室３１ｃと、気液分離室３１ｄを有する。ボリュート室３１ｃは羽根車室３１ｂを囲んでいる。

【0023】

排気管５は、ケーシング３１の吐出し側に接続されている。より具体的には、排気管５はケーシング３１の上部に接続されている。排気管５とケーシング３１との接続位置は、羽根車３２よりも上方である。本実施形態では、排気管５はケーシング３１の吐出口８の側部に接続されている。排気管５は吐出口８を通じて気液分離室３１ｄに連通している。一実施形態では、排気管５は、気液分離室３１ｄを形成するケーシング３１の部位に接続されてもよい。

【0024】

気液分離室３１ｄは羽根車室３１ｂの下流に設けられており、羽根車３２は羽根車室３１ｂに収容されている。気液分離室３１ｄは吐出口８に接続され、吐出口８は吐出管４に接続されている。空気および／または液体は、吐出口８を通ってケーシング３１から排出される。吸込室３１ａ内には、吸込口７を閉じる逆止弁３７が配置されている。この逆止弁３７は、自吸式ポンプ２の運転が停止したときに、ケーシング３１内の液体が吸込管３に逆流することを防止し、自吸運転に必要な液体をケーシング３１内に溜めておくことができる。

【0025】

自吸運転は次のようにして行われる。まず、呼び水をケーシング３１内に注入する。ケーシング３１内に水が存在する状態で羽根車３２を回転させると、吸込室３１ａ内には負圧が生じる。吸込管３内の空気は、負圧によって吸込室３１ａ内に引き込まれ、さらに羽根車３２の回転によって空気は水と混合される。空気は、気液分離室３１ｄ内で水から分離され、空気は少しずつケーシング３１から吐き出される。吸込管３およびケーシング３１から全ての空気が排出されると、自吸式ポンプ２は、自吸運転を終了して通常の揚液運転を行う。

【0026】

自吸運転中は、自吸式ポンプ２からは空気のみが排出される。そこで、空気をケーシング３１から抜くために、自吸運転が開始される前にユーザーは手動弁１３を開き、排気管５を通じてケーシング３１の吐出側を大気に連通させる。本実施形態では、手動弁１３は空気抜き弁として機能する。自吸運転中、空気は排気管５を通って排出される。制御部２０は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出し、その後制御部２０は自吸運転の完了が検出されたことを示す信号を出力部２６から表示装置４０に送信する。表示装置４０はこの信号を受け取り、自吸式ポンプ２の自吸運転が完了したことを表示する。ユーザーは表示装置４０の表示を確認し、手動弁１３を閉じる。

【0027】

本実施形態によれば、自吸運転が完了したことが表示装置４０に速やかに表示されるので、ユーザーは、表示装置４０の表示に基づいて手動弁１３を閉じることができる。結果として、自吸式ポンプ２で加圧された液体が排気管５を通じて排出されることを防止することができ、ポンプ効率が向上する。

【0028】

本実施形態に係るポンプ装置は、上述したように、自吸式ポンプ２の自吸運転の完了を検出することができる自吸運転検出システムを備えている。この自吸運転検出システムは、真空計（圧力測定器）１１の測定値が入力される入力部２５を備えた制御部２０を少なくとも備える。一実施形態では、自吸運転検出システムは、真空計（圧力測定器）１１と、制御部２０と、表示装置４０を備えてもよい。

【0029】

図３は、真空計１１の計測値を示す図である。グラフの縦軸は真空計１１の計測値であり、グラフの横軸は吸込圧力の測定開始後の経過時間、すなわち測定経過時間を表している。吸込管３内の液面高さは、真空計１１によって測定された吸込圧力から換算することができる。より具体的には、吸込管３内の液面高さは、真空計１１の計測値と、液体供給源の液面高さとから計算することができる。具体的には、図３のＰ１′は、液体供給源の水面と真空計１１の受圧部との高低差Ｈ（図１参照）である。よって、高低差Ｈより真空計１１の計測値を減算すれば、液体供給源の水面からの吸込管３内の液面高さを求めることができる。制御部２０は、その記憶装置２１内に吸込管３内の液面高さを求めるための計算式を予め格納している。制御部２０の演算装置２２は、真空計１１から送られてくる吸込圧力の計測値を計算式に入力して、吸込管３内の液面高さを算出する。時間Ｔ０から時間Ｔ１の間は、真空計１１の計測値が上昇するほど、吸込管３内の液面高さも上昇している。

【0030】

図３に示す時間Ｔ０は、自吸運転を開始した時点、すなわち自吸式ポンプ２を始動させた時点である。自吸運転中は、空気の負圧が真空計１１によって計測される。よって、図３に示すように、自吸運転の開始後、真空計１１の計測値は徐々に上昇する。これは、自吸式ポンプ２の自吸運転に伴って、吸込管３内の空気の圧力、すなわち吸込圧力が徐々に低下する（吸込管３内の液面高さが徐々に上昇する）ことを意味する。自吸運転が完了する直前（時間Ｔ１の直前）、吸込管３内が液体で満たされると、真空計１１の計測値は、液体供給源と真空計１１の受圧部の高低差ＨであるＰ１′となり、次に自吸運転が完了して揚液運転が開始されると、吸込管３内の液体が自吸式ポンプ２内に吸引される液体の圧力値を計測するため、真空計１１の計測値はＰ１′からＰ１へと急激に上昇（時間Ｔ１）する。よって、時間Ｔ１では、吸込圧力は急激に低下する。

【0031】

揚液運転が開始された後（Ｔ１以降）は、吸込圧力は実質的に一定に維持される。これは、揚液運転中の吸込圧力は、自吸式ポンプ２からの液体の吐き出し流量にかかわらず、液体供給源の液面と自吸式ポンプ２との高低差に依存するからである。通常、自吸式ポンプ２が運転している間、井戸や貯水槽などの液体供給源の液面位置は一定である。よって、揚液運転中の吸込圧力も一定である。

【0032】

本実施形態では、自吸運転が完了したこと、すなわち吸込管３および自吸式ポンプ２のケーシング３１から空気が排除されたことを検出するために、制御部２０は、真空計１１によって測定された吸込圧力と測定経過時間とを監視し、吸込圧力の特徴的な変化を検出するように構成される。具体的には、制御部２０は、吸込圧力の変化量を算出し、算出された変化量をしきい値と比較し、変化量がしきい値を超えたこと、すなわち自吸運転の完了を検出し、自吸運転の完了を示す信号を出力部２６から表示装置４０に送信するように構成されている。

【0033】

本実施形態によれば、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことをトリガーとして自吸運転の完了を示す信号を出力部２６から出力することによって表示装置４０に自吸運転の完了を表示させることができる。よって、ユーザーは速やかに手動弁１３を閉じることができる。結果として、自吸式ポンプ２で加圧された液体が排気管５を通じて排出されることを防止することができ、ポンプ効率が向上する。

【0034】

吸込管３内が液体で満たされている状態で自吸式ポンプ２が始動される場合は、揚水運転が行われる。一方、吸込管３内が水で満たされておらず空気がある場合は、自吸運転が行われる。より具体的には、図３において、液体供給源の液面と真空計１１との高低差Ｈを基準吸込圧力Ｐ１′とすると、自吸式ポンプ２の始動時もしくは始動直後の吸込圧力が基準吸込圧力Ｐ１′以上である場合は、揚水運転が行われる。一方、制御装置２０は、自吸式ポンプ２の始動時の吸込圧力が基準吸込圧力Ｐ１′未満である場合は、自吸運転が行われると判断する。

【0035】

上記基準吸込圧力Ｐ１′は、液体供給源の液面と自吸式ポンプ２との高低差に依存して一意に決まる。制御部２０は、自吸式ポンプ２の始動時（始動直後も含む）の吸込圧力が基準吸込圧力Ｐ１′未満である場合は、自吸運転が行われていることを検出し、自吸運転が行われていることを示す信号を出力する。表示装置４０はこの信号を受け取り、自吸運転が行われていることを表示する。本実施形態によれば、ユーザーは表示装置４０の表示を確認することにより、現在自吸運転が行われていることを認識することができる。

【0036】

図３に示すように、揚液運転中の吸込圧力は、自吸式ポンプ２からの液体の吐き出し流量にかかわらず、吸込圧力は一定に維持される（図３の符号Ｐ１参照）。そこで、一実施形態では、制御部２０は、吸込圧力の急激な低下を検出することに代えて、吸込圧力が一定となったことを検出してもよい。より具体的には、制御部２０は、真空計１１によって測定された吸込圧力を監視し、吸込圧力が所定の時間幅の間に一定に維持されたことを検出した後に、自吸運転が完了したことを示す信号を出力する。

【0037】

本明細書においては、吸込圧力が一定であることには、吸込圧力の変化量が０であることのみならず、本発明の技術分野において吸込圧力が実質的に一定とみなせる微小な変動も含む。この実施形態では、吸込圧力が所定の時間幅の間に一定に維持されたか否かは、所定の時間幅における吸込圧力の振れ幅が予め設定された管理値以内であるか否かに基づいて決定される。これら時間幅および管理値は、自吸式ポンプ２の構造に応じて適宜設定される。例えば、上記時間幅は５秒であり、上記管理値は−１ｋＰａから１ｋＰａの範囲内で設定される。

【0038】

吸込圧力を監視する理由は、上述したように、自吸運転が完了したときに吸込圧力は急激に変化し、その後は一定に維持されるからである。これに対して、吐出圧力は、自吸運転が完了した後は吐出流量に依存して変化する。例えば、吐出管４に接続されている水栓（例えば蛇口）１０１を開くと、吐出流量が上昇し、吐出圧力は低下する。言い換えれば、揚液運転中は、ユーザーの水の使用に応じて吐出圧力は変化する。本実施形態によれば、制御部２０は、吸込圧力を監視するので、正確に自吸運転の完了を検出することができる。

【0039】

一実施形態では、制御部２０は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出し、その後、吸込圧力が一定となったことを検出することによって、自吸運転の完了を検出してもよい。この実施形態によれば、制御部２０は、より正確に自吸運転の完了を検出することができる。

【0040】

制御部２０は、上述したように、真空計１１の計測値である吸込圧力を液面高さに換算することができる。そこで、一実施形態では、制御部２０は、液面高さを示す液面信号を出力部２６から表示装置４０に送信し、表示装置４０は、液面信号を受けて液面高さを表示する。表示装置４０は、建物１００外に設置されてもよく、または建物１００内に設置されてもよい。

【0041】

図３のグラフから分かるように、自吸運転が開始された時点Ｔ０から、自吸運転が完了する時点Ｔ１まで、ある程度の時間がかかる。ユーザーは、自吸式ポンプ２が始動しているにもかかわらず、液体が水栓（蛇口など）１０１から出てこないと、ポンプ装置が故障したと誤って判断することがある。この実施形態によれば、ユーザーは、表示装置４０に示される現在の液面高さを目視することにより、ポンプ装置が正常に動いていることを認識することができる。

【0042】

なお、上述したＴ１は、自吸式ポンプ２の性能と、液体供給源との真空計１１の受圧部の高低差Ｈによって決まる。ここで、吸込管３の一部に亀裂または穴があると、そこから空気を吸ってしまって、自吸式ポンプ２が運転されていても、吸込管３内の高さは上昇しないことがある。そこで、一実施形態では、自吸式ポンプ２が始動してからＴ１より長い所定の監視時間が経過するまでに、制御部２０が吸込圧力が急激に低下したこと、および／または吸込圧力が一定となったことを検出しなかった場合には、制御部２０は自吸運転時間超過の警報を発してもよい。上記所定の監視時間は、例えば、制御部２０は警報信号を出力部２６から表示装置４０に送信し、表示装置４０に警報を表示させてもよい。

【0043】

図４は、ポンプ装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成および動作は、図１乃至図３を参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、上述した手動弁１３に代えて、自動弁１４が排気管５に取り付けられている。自動弁１４は、排気管５内の流路を開閉することができる弁体、および該弁体を駆動するアクチュエータを備えた弁である。自動弁１４の例としては、電動機を備えた電動弁、電磁石を備えた電磁弁、エアシリンダを備えたエアオペレートバルブが挙げられる。自動弁１４は、信号線を介して制御部２０の出力部２６に接続されている。

【0044】

自吸運転中は、自吸式ポンプ２からは空気のみが排出される。そこで、空気を吐出管４から抜くために、自吸運転中、制御部２０は自動弁１４を開いた状態に維持する。より具体的には、制御部２０は出力部２６にて自動弁１４を開き、その後制御部２０は電動機６を作動させて自吸式ポンプ２を始動させる。自吸運転中、空気は排気管５を通って排出される。やがて、制御部２０は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出し、その後制御部２０は自動弁１４を閉じる。具体的には、制御部２０は、吸込圧力の変化量を算出し、算出された変化量をしきい値と比較し、変化量がしきい値を超えたこと、すなわち自吸運転の完了を検出し、その後出力部２６から自動弁１４に指令を発して自動弁１４を閉じるように構成されている。本実施形態では、自動弁１４は空気抜き弁として機能する。

【0045】

本実施形態によれば、制御部２０は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことをトリガーとして出力部２６から自動弁１４を閉じる。よって、自吸運転が完了した後に速やかに自動弁１４が閉じられる。結果として、自吸式ポンプ２で加圧された液体が排気管５を通じて排出されることを防止することができ、ポンプ効率が向上する。

【0046】

先に述べた実施形態のように、制御部２０は、吸込圧力の急激な低下を検出することに代えて、吸込圧力が一定となったことを検出してもよい。より具体的には、制御部２０は、真空計１１によって測定された吸込圧力を監視し、吸込圧力が所定の時間幅の間に一定に維持されたことを検出した後に自動弁１４に指令を発して自動弁１４を閉じるように構成されてもよい。さらに一実施形態では、制御部２０は、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことを検出し、その後、吸込圧力が一定となったことを検出することによって、自吸運転の完了を検出してもよい。この実施形態によれば、制御部２０は、より正確に自吸運転の完了を検出することができる。

【0047】

図５は、ポンプ装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成および動作は、図１乃至図３を参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0048】

ポンプ装置は、電動機６を変速可能とするインバータ４５と、吐出圧力を測定する圧力センサ４６をさらに備えている。インバータ４５は信号線を介して制御部２０に接続されており、インバータ４５の動作（すなわち電動機６および自吸式ポンプ２の回転速度）は制御部２０によって制御される。圧力センサ４６は、自吸式ポンプ２の吐出し側、より具体的には吐出口８の側部に接続されている。圧力センサ４６は吐出管４に接続されてもよい。圧力センサ４６は、自吸式ポンプ２の吐出し側の流体の圧力、すなわち吐出圧力を測定する。圧力センサ４６は信号線を介して制御部２０に接続されており、吐出圧力の計測値は制御部２０に送信されるようになっている。

【0049】

制御部２０の記憶装置２１には、吐出圧力の計測値に基づいて自吸式ポンプ２の運転を制御するためのプログラムが予め格納されている。このプログラムは、自吸式ポンプ２の吐出圧力が目標圧力と一致するように自吸式ポンプ２の回転速度を制御する吐出圧力一定制御や、目標圧力を適切に変化させることにより蛇口などの水栓１０１における水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御を演算装置（ＣＰＵ）２２に実行させる。揚液運転中の自吸式ポンプ２は、吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御に従って制御部２０によって制御される。

【0050】

さらに、制御部２０は、自吸運転中の自吸式ポンプ２を制御するように構成されている。すなわち、制御部２０の記憶装置２１には、自吸運転中の自吸式ポンプ２を制御するためのプログラムが予め格納されている。このプログラムは、自吸運転の間は、自吸式ポンプ２を略最高回転速度で運転させる高速運転制御を演算装置（ＣＰＵ）２２に実行させる。

【0051】

制御部２０は、インバータ４５に指令を発して、少なくとも自吸運転の間は、電動機６に自吸式ポンプ２を略最高回転速度で運転させる。一実施形態では、自吸式ポンプ２が始動してから、吸込圧力の変化量がしきい値を超えたことが検出されるまで、自吸式ポンプ２は略最高回転速度で運転される。他の実施形態では、自吸式ポンプ２が始動してから、吸込圧力が一定になったことが検出されるまで、自吸式ポンプ２は略最高回転速度で運転される。

【0052】

吸込圧力が急激に低下したこと、および／または吸込圧力が一定となったことが検出された後は、制御部２０は、運転制御モードを、高速運転制御から吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御に切り替える。揚液運転中は、自吸式ポンプ２の運転は、吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御に従って制御される。

【0053】

この実施形態によれば、自吸運転中は自吸式ポンプ２が略最高回転速度で回転するので、自吸運転を速やかに完了させることができる。また、自吸運転中は、羽根車３２の回転によって空気と水を攪拌するのみで揚液運転に比較して負荷が軽いので、略最高回転速度で回転し速やかに自吸運転を完了させ、揚液運転中は自吸式ポンプ２は、水量に応じた吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御にて運転されることにより、省エネルギー化を図ることができる。なお、図４に示す実施形態は、図５に示す実施形態にも適用できる。

【0054】

図６は、自吸式ポンプ２の他の実施形態を示す断面図である。図２に示す実施形態に係る自吸式ポンプ２と同じ構成には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。羽根車３２の背面シュラウド３２ａとケーシング３１との間には戻り室５１が形成されている。気液分離室３１ｄと戻り室５１は、液体戻り管５２を通じて連通している。液体戻り管５２の両端はケーシング３１に接続されている。より具体的には、液体戻り管５２の一端は気液分離室３１ｄに接続され、液体戻り管５２の他端は戻り室５１に接続されている。羽根車３２の背面シュラウド３２ａには、噴射口５５が羽根車３２の外周に向かって斜めに形成されている。

【0055】

自動弁１４を開いて自吸式ポンプ２の運転を開始すると、吸込管３内の空気が吸込口７を通って吸込室３１ａ内に吸引される。空気はさらに羽根車３２からボリュート室３１ｃを通って気液分離室３１ｄに入る。空気は液体から分離して吐出口８に向かって上昇し、吐出管４を通って吐出される。気液分離室３１ｄで空気を分離した高圧の液体は液体戻り管５２を通って戻り室５１に入り、噴射口５５から羽根車３２内に噴出する。この液体の噴流は、エゼクタにおける噴出液と同じ作用でケーシング３１の吸込口７から空気を吸引する。液体と空気は羽根車３２の回転により混合され、ボリュート室３１ｃを通って気液分離室３１ｄに入る。空気は液体から分離して吐出管４を通って吐出され、液体は液体戻り管５２を通って戻り室５１に入り、噴射口５５により羽根車３２内に噴出する。このような動作を繰り返しながら自吸運転が行われる。

【0056】

自動弁１４は液体戻り管５２に取り付けられており、自動弁１４の動作は制御部２０の出力部２６の出力信号によって制御される。制御部２０は、吸込圧力が急激に低下したこと、および／または吸込圧力が一定となったことを検出し、その後出力部２６より自動弁１４を閉じる信号を出力する。一実施形態では、自動弁１４に代えて手動弁を液体戻り管５２に取り付けてもよい。この場合は、制御部２０は、吸込圧力が急激に低下したこと、および／または吸込圧力が一定となったことを検出し、自吸運転が完了したことを示す信号を出力部２６から表示装置４０に送信し、表示装置４０は自吸運転が完了したことを表示する。

【0057】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0058】

２ 自吸式ポンプ
３ 吸込管
４ 吐出管
５ 排気管
６ 電動機
７ 吸込口
８ 吐出口
１１ 真空計（圧力測定器）
１３ 手動弁
１４ 自動弁
２０ 制御部
２１ 記憶装置
２２ 演算装置
２５ 入力部
２６ 出力部
３１ ケーシング
３１ａ 吸込室
３１ｂ 羽根車室
３１ｃ ボリュート室
３１ｄ 気液分離室
３２ 羽根車
３７ 逆止弁
４０ 表示装置
４５ インバータ
４６ 圧力センサ
５１ 戻り室
５２ 液体戻り管
５５ 噴射口
１００ 建物
１０１ 水栓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】