特開 2024-89937 ポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089937

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】ポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20240627BHJP

【ＦＩ】

F04D15/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205486

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(71)【出願人】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】常田 友紀

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

(72)【発明者】

【氏名】宮川 和芳

【テーマコード（参考）】

3H020

【Ｆターム（参考）】

3H020BA06

3H020BA21

3H020CA08

3H020DA14

3H020EA01

3H020EA07

3H020EA15

3H020EA17

(57)【要約】

【課題】異物によって運転を阻害されにくいポンプシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】ポンプシステム１００は、流路１０と、流路１０内に配置される羽根車２２を有するポンプ２０と、流路１０を流れる液体Ｌの流量を調整可能な流量制御弁３０と、流量制御弁３０の開度を制御する制御装置４０と、ポンプ２０の内部に存在する異物を検出する検出装置と、を備える。制御装置４０は、検出装置５０による異物を検出した場合に、ポンプ２０の最高効率点流量未満となるように開度を絞る絞り制御を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプシステムであって、
流路と、
前記流路内に配置される羽根車を有するポンプと、
前記流路を流れる液体の流量を調整可能な流量制御弁と、
前記流量制御弁の開度を制御する制御装置と、
前記ポンプの内部に存在する異物を検出する検出装置と、を備え、
前記制御装置は、前記検出装置による異物を検出した場合に、前記ポンプの最高効率点流量未満となるように前記開度を絞る絞り制御を行う
ポンプシステム。

【請求項2】

前記検出装置は、前記ポンプの内部を撮像する撮像器を有し、
前記制御装置は、前記撮像器で撮像した画像の変化に基づいて、前記開度を制御する
請求項１に記載のポンプシステム。

【請求項3】

前記検出装置は、前記ポンプの負荷を検出する負荷検出器を有し、
前記制御装置は、前記負荷の変化に基づいて、前記開度を制御する
請求項１又は請求項２に記載のポンプシステム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記検出装置による異物の除去を検出した場合に、前記ポンプの最高効率点流量以上となるように前記開度を開放する開制御を行う
請求項１又は請求項２に記載のポンプシステム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記開度を絞る絞制御をした後、所定時間異物が除去されない場合に、警告をユーザに報知する報知部を有する
請求項１又は請求項２に記載のポンプシステム。

【請求項6】

前記検出装置は、前記ポンプが有する回転軸の振動を検出する軸振動検出器を有し、
前記制御装置は、前記振動の変化に基づいて、前記開度を制御する
請求項１又は請求項２に記載のポンプシステム。

【請求項7】

前記検出装置は、前記ポンプの騒音を検出する騒音検出器を有し、
前記制御装置は、前記騒音の変化に基づいて、前記開度を制御する
請求項１又は請求項２に記載のポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液体を吸い込み、吐出するポンプがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２２６４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のポンプは、吸い込む液体に含まれるごみ等の異物を吸い込む場合があり、この際、異物が羽根車を含む回転部に引っ掛かることがあった。このため、ポンプ効率が低下し、エネルギー損失が増大することがあった。また、これにより、ポンプに要求される圧力及び流量を保てなくなったり、異物が回転部に噛み込まれることでポンプを運転できなくなったり、ポンプの部品が損傷したりするおそれがあった。

【0005】

本発明は、異物によって運転を阻害されにくいポンプシステム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】

【0006】

本発明は、以下の態様を有する。
（１）本発明に係る一態様のポンプシステムは、流路と、前記流路内に配置される羽根車を有するポンプと、前記流路を流れる液体の流量を調整可能な流量制御弁と、前記流量制御弁の開度を制御する制御装置と、前記ポンプの内部に存在する異物を検出する検出装置と、を備え、前記制御装置は、前記検出装置による異物を検出した場合に、前記ポンプの最高効率点流量未満となるように前記開度を絞る絞り制御を行う。
（２）上記（１）において、前記検出装置は、前記ポンプの内部を撮像する撮像器を有し、
前記制御装置は、前記撮像器で撮像した画像の変化に基づいて、前記開度を制御してよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記検出装置は、前記ポンプの負荷を検出する負荷検出器を有し、前記制御装置は、前記負荷の変化に基づいて、前記開度を制御してよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記制御装置は、前記検出装置による異物の除去を検出した場合に、前記ポンプの最高効率点流量以上となるように前記開度を開放する開制御を行ってよい。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記制御装置は、開度を絞る絞制御をした後、所定時間異物が除去されない場合に、警告をユーザに報知する報知部を有してよい。
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記検出装置は、前記ポンプが有する回転軸の振動を検出する軸振動検出器を有し、前記制御装置は、前記振動の変化に基づいて、前記開度を制御してよい。
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記検出装置は、前記ポンプの騒音を検出する騒音検出器を有し、前記制御装置は、前記騒音の変化に基づいて、前記開度を制御してよい。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、異物によって運転を阻害されにくいポンプシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るポンプシステムの説明図である。

【図2】設計点流量で流れているポンプの内部の液体の状態を示す説明図である。

【図3】最高効率点流量未満で流れているポンプの内部の液体の状態を示す説明図である。

【図4】制御装置によるポンプシステムの制御フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施形態］
以下、実施形態に係るポンプシステム１００を説明する。図１は、実施形態に係るポンプシステム１００の説明図である。図２は、設計点流量で流れているポンプ２０の内部の液体Ｌの状態を示す説明図である。図３は、最高効率点流量未満で流れているポンプ２０の内部の液体Ｌの状態を示す説明図である。

【0010】

（ポンプ）
図１に示すように、実施形態に係るポンプシステム１００は、例えば、池、湖、河川、海、貯水池等、ごみ等の異物Ｇを含む水等の液体Ｌを吸い込むポンプ２０に適用できる。

【0011】

ポンプシステム１００は、流路１０と、流路１０内に配置される羽根車２２を有するポンプ２０と、流路１０を流れる液体Ｌの流量を調整可能な流量制御弁３０と、流量制御弁３０の開度を制御する制御装置４０と、ポンプ２０の内部に存在する異物Ｇを検出する検出装置５０と、を備えている。回転部２１は、モータＭと、モータＭによって回転する羽根車２２と、を含んでいる。羽根車２２は回転軸２２ａを有しており、回転軸２２ａがモータＭによって回転させられる。なお、回転軸２２ａは、羽根車２２と一体に形成されていてもよい。あるいは、回転軸２２ａと羽根車２２とが別体であり、固定手段（ボルトなど）で両者が固定されていてもよい。

【0012】

ここで、制御装置４０は、検出装置５０による異物Ｇを検出した場合に、ポンプ２０の最高効率点流量ｅ未満となるように開度を絞る絞り制御を行う。好ましくは、制御装置４０は、検出装置５０による異物Ｇを検出した場合に、ポンプ２０の最高効率点流量ｅ未満であって、安定運転最小流量を下回るまで開度を絞る絞り制御を行う。すなわち、図２に示すように、通常、ポンプ２０によって送出する液体Ｌを、設計点流量で流している状態から、ポンプ２０の効率が最大となる流量より小さくなるように絞ると、図３に示すように、ポンプ２０の内部で液体Ｌの流れが乱れ、ポンプ２０の内部に逆流、キャビテーション等が起きる。つまり、敢えてポンプ２０を不安定に運転して、乱れた流れをポンプ２０の内部に存在する（羽根車２２に付着した）異物Ｇに作用させることで、異物Ｇを取り除くことができる。このように、モータＭを逆回転したり、インバータでモータＭの回転数を変えたりする制御をしなくても、流路１０に設けられた流量制御弁３０の開度を絞るだけで、ポンプ２０の内部の液体Ｌの流れを変えて、異物Ｇを除去できる。よって、異物Ｇによって運転を阻害されにくいポンプシステム１００を提供できる。

【0013】

検出装置５０は、異物Ｇを検出する装置である。検出装置５０は、ポンプ２０の内部を撮像する撮像器５１を有していてよい。撮像器５１は、撮像素子を有する、いわゆる、デジタルカメラであってよい。
そして、制御装置４０は、撮像器５１で撮像した画像の変化に基づいて、開度を制御する。すなわち、異物Ｇがポンプ２０の内部に存在（付着）する前と後とで、視覚的な変化があることを利用する。例えば、制御装置４０は、異物Ｇが存在（付着）する前における画像と現在における画像との比較結果を数値化し、その数値の大きさに応じて、開度を制御する。これにより、ポンプ２０の内部に異物Ｇが存在（付着）したことを検出でき、検出した時点で自動的に異物Ｇを取り除くことができる。

【0014】

検出装置５０は、ポンプ２０の負荷を検出する負荷検出器５２を有していてよい。ポンプ２０の負荷は、例えば、ポンプ２０を駆動するモータＭの電流値若しくはトルク、ポンプ２０の発生する差圧若しくは流量、又は、異物Ｇを直接的に検出する接触式センサ若しくは撮像装置（カメラ）等によって検出してよい。負荷検出器５２は、例えば、電流計、電圧計、トルク計等であってよい。
そして、制御装置４０は、モータ負荷の変化に基づいて、開度を制御する。すなわち、異物Ｇがポンプ２０の内部に存在（付着）する前と後とで、モータ負荷に変化があることを利用する。例えば、制御装置４０は、異物Ｇが存在（付着）する前におけるモータ負荷と現在におけるモータ負荷との比較結果を数値化し、その数値の大きさに応じて、開度を制御する。これにより、ポンプ２０の内部に異物Ｇが存在（付着）したことを検出でき、検出した時点で自動的に異物Ｇを取り除くことができる。

【0015】

検出装置５０は、ポンプ２０が有する回転軸２２ａの振動を検出する軸振動検出器５３を有していてよい。軸振動検出器５３としては、例えば加速度センサあるいは変位センサ等を用いることができる。ポンプ２０内に異物Ｇが存在すると、回転軸２２ａにおける振動が増加する傾向がある。
そして、制御装置４０は、回転軸２２ａの振動の変化に基づいて、開度を制御する。すなわち、異物Ｇがポンプ２０の内部に存在（付着）する前と後とで、回転軸２２ａの振動に変化があることを利用する。例えば、制御装置４０は、異物Ｇが存在（付着）する前における振動と現在における振動との比較結果を数値化し、その数値の大きさに応じて、開度を制御する。これにより、ポンプ２０の内部に異物Ｇが存在（付着）したことを検出でき、検出した時点で自動的に異物Ｇを取り除くことができる。

【0016】

検出装置５０は、ポンプ２０が発する騒音を検出する騒音検出器５４を有していてよい。騒音検出器５４としては、例えばマイクロフォン等を用いることができる。ポンプ２０内に異物Ｇが存在するとポンプ２０が発する騒音が増加する傾向がある。例えば、回転軸２２ａの振動、あるいは、異物Ｇの存在に起因するポンプ２０の内部におけるキャビテーションの発生、等が、騒音が増加する要因となる。
そして、制御装置４０は、ポンプ２０が発する騒音の変化に基づいて、開度を制御する。すなわち、異物Ｇがポンプ２０の内部に存在（付着）する前と後とで、ポンプ２０が発する騒音に変化があることを利用する。例えば、制御装置４０は、異物Ｇが存在（付着）する前における騒音と現在における騒音との比較結果を数値化し、その数値の大きさに応じて、開度を制御する。これにより、ポンプ２０の内部に異物Ｇが存在（付着）したことを検出でき、検出した時点で自動的に異物Ｇを取り除くことができる。

【0017】

制御装置４０には、撮像器５１、負荷検出器５２、軸振動検出器５３、および騒音検出器５４による検出結果のうち、少なくとも１つが入力される。以下では、「撮像器５１、負荷検出器５２、軸振動検出器５３、および騒音検出器５４のうち少なくとも１つ」を、単に「検出装置５０」と記載する。制御装置４０は、検出装置５０による異物Ｇの除去を検出した場合に、ポンプ２０の最高効率点流量以上となるように開度を開放する開制御を行う。これにより、異物Ｇの除去を検出した時点で、自動的にポンプ２０を設計点流量による通常運転に切り替えて、ポンプ２０の運転を継続できる。

【0018】

制御装置４０は、開度を絞る絞制御をした後、所定時間異物Ｇが除去されない場合に、警告をユーザに報知する報知部４１を有してよい。これにより、開度を絞る絞制御では取り除くことができないような異物Ｇの除去をユーザに促すことができる。よって、ユーザによるポンプ２０のメンテナンスを、適時に、最小限にできる。

【0019】

（制御フロー）
次に、制御装置４０によるポンプシステム１００の制御フローについて、図４に基づいて説明する。
図４は、制御装置４０によるポンプシステム１００の制御フロー図である。
（１）まず、流量制御弁３０を開制御する（ステップＳ１）。

【0020】

（２）次に、設計点流量でポンプ２０を運転する（ステップＳ２）。

【0021】

（３）ここで、常時、又は、所定のタイミングで、異物検出制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、検出装置５０で検出した結果に基づいて、異物Ｇが存在するか否かを判定する。例えば、異物Ｇが存在（付着）する前における画像と現在における画像との比較結果を数値化し、その数値が閾値より大きい場合に、異物Ｇが存在すると判定する。異物Ｇを検出しない場合、設計点流量でのポンプ２０の運転を継続する（ステップＳ２）。異物Ｇを検出した場合、流量制御弁３０を、最高効率点流量未満となるように絞る絞り制御を行う（ステップＳ４）。

【0022】

（４）ステップＳ４において、流量制御弁３０を最高効率点流量未満となるように絞った状態で、タイマー計測し、所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。所定時間経過するまで流量制御弁３０を絞った状態を継続する。

【0023】

（５）ステップＳ５において、所定時間経過した場合、異物除去確認を行う（ステップＳ６）。具体的には、検出装置５０で検出した結果に基づいて、異物Ｇが除去されたか否かを判定する。例えば、ステップＳ３において、異物Ｇが存在していると判定した画像と現在における画像との比較結果を数値化し、その数値が閾値より大きい場合に、異物Ｇが除去されたと判定する。異物Ｇが除去されたと判定した場合、流量制御弁３０を開制御し（ステップＳ１）、設計点流量でのポンプ２０の運転を継続する（ステップＳ２）。異物Ｇが除去されないと判定した場合、警告をユーザに報知する（ステップＳ７）。
このように、制御装置４０は、ポンプシステム１００を制御する。

【0024】

以上、図面を参照して実施形態について説明したが、本発明は上述のものに限られない。実施形態として挙げられた複数の特徴を、自由に組み合わせてもよい。
例えば、検出装置５０は、撮像器５１、負荷検出器５２、軸振動検出器５３、騒音検出器５４のうちのいずれか１つのみを有してもよい。あるいは、検出装置５０は、撮像器５１、負荷検出器５２、軸振動検出器５３、騒音検出器５４のうちいずれか２つまたは３つを有してもよい。制御装置４０は、撮像器５１、負荷検出器５２、軸振動検出器５３、騒音検出器５４によるそれぞれの検出結果を組み合わせて制御を行ってもよい。

【0025】

本実施形態に係るポンプシステム１００は、流路１０と、流路１０内に配置される羽根車２２を有するポンプ２０と、流路１０を流れる液体Ｌの流量を調整可能な流量制御弁３０と、流量制御弁３０の開度を制御する制御装置４０と、ポンプ２０の内部に存在する異物Ｇを検出する検出装置と、を備える。制御装置４０は、検出装置５０による異物Ｇを検出した場合に、ポンプ２０の最高効率点流量未満となるように開度を絞る絞り制御を行う。これにより、ポンプ２０の内部で液体Ｌの流れが乱れ、ポンプ２０の内部に逆流、キャビテーション等が起きる。このため、乱れた流れをポンプ２０の内部に存在する異物Ｇに作用させることができ、異物Ｇを取り除くことができる。よって、異物Ｇによって運転を阻害されにくいポンプシステム１００を提供できる。

【符号の説明】

【0026】

１０ 流路
２０ ポンプ
２１ 回転部
２２ 羽根車
２２ａ 回転軸
３０ 流量制御弁
４０ 制御装置
４１ 報知部
５０ 検出装置
５１ 撮像器
５２ 負荷検出器
５３ 軸振動検出器
５４ 騒音検出器
１００ ポンプシステム
ｅ 最高効率点流量
Ｇ 異物
Ｌ 液体
Ｍ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】