JP2005307784A

JP2005307784A - 水中ポンプ用制御装置

Info

Publication number: JP2005307784A
Application number: JP2004123076A
Authority: JP
Inventors: Masanori Iyoda; 正徳伊與田; Ryuji Takehira; 竜二竹平; Toyoaki Fukagawa; 豊明深川
Original assignee: Kawamoto Electric Co Ltd
Current assignee: Kawamoto Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】温泉を安定した圧力で汲み上げることができ、電源電圧の周波数あるいは大きさに順応でき、さらにノイズやサージの影響を抑制することができる水中ポンプ用制御装置を提供すること。
【解決手段】水中ポンプ３２と、入力される交流電圧を変圧する変圧手段２７と、この変圧手段の出力電圧が入力され、水中ポンプの運転速度を可変速制御するインバータ２１と、インバータ２１の運転を制御する制御手段２２とを具備し、インバータ２１と水中ポンプ３２との間を接続するモータケーブルにはモータサージ抑制フィルタ３１を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば温泉から温水を汲み上げる水中ポンプの運転を制御する水中ポンプ用制御装置に関する。

温泉の井戸内に水中ポンプを入れて、温泉を汲み上げるようにした制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１２６３８９号公報

温泉はガスや蒸気を含むため圧力が安定していない。このため、温泉を安定した圧力で汲み上げることは難しかった。

温泉は全国に散在している。このため、水中ポンプ用制御装置に供給される電源電圧の周波数あるいは電源電圧の大きさは地域によって異なる。従って、水中ポンプ用制御装置もこのような状況に順応することが望まれている。

また、水中ポンプは陸上に設置されている制御装置からモータケーブルを介して接続されている。従って、水中ポンプに使用されるモータケーブルは長くなり、それに起因してノイズやサージの影響が大きいという問題点が発生する。

本発明は上記のように鑑みてなされたもので、その目的は、温泉を安定した圧力で汲み上げることができ、電源電圧の周波数あるいは大きさに順応でき、さらにノイズやサージの影響を抑制することができる水中ポンプ用制御装置を提供することにある。

請求項1記載の発明は、水中ポンプと、入力される交流電圧を変圧する変圧手段と、
この変圧手段の出力電圧が入力され、前記水中ポンプの運転速度を可変速制御する可変速手段と、前記可変速手段の運転を制御する制御手段とを具備し、前記可変速手段と前記水中ポンプとの間を接続するモータケーブルにはモータサージ抑制フィルタを備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項1記載の制御手段は、プログラムが書き換え可能なメモリを有し、このプログラムにより前記水中ポンプの運転を制御するようにしたことを特徴とする。

請求項3記載の発明は、請求項1記載の制御手段にはディスプレイ装置が接続され、このディスプレイ装置には、前記制御手段からの指令に応じて表示状態が可変されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３のいずれか一記載の前記可変速手段はインバータであることを特徴とする。

請求項1記載の発明によれば、水中ポンプの可変速手段により可変速制御するようにしたので、例えば水中ポンプで温泉を汲み上げる場合に、圧力が安定しない温泉を安定した圧力で汲み上げて目的地まで給湯させることができる。さらに、モータサージ抑制フィルタにより放射ノイズやマイクロサージを抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、可変速手段を制御するプログラムを書き換え可能なメモリに記憶されておくようにしたので、制御手段に入力される外部センサが増設された場合でも簡単にプログラムを変更することにより対処することができる。

請求項３記載の発明によれば、制御手段からの指令によりディスプレイ装置に本水中ポンプ制御装置の運転状態を表示することができる。

請求項４記載の発明によれば、可変速手段としてインバータを用いることにより、例え電源電圧の大きさあるいは周波数が変化した場合でも、例えば水中ポンプで温泉を汲み上げる場合に、圧力が安定しない温泉を安定した圧力で汲み上げて目的地まで給湯させることができる。また、水中ポンプの運転を開始するときには水中ポンプに供給する運転周波数を徐々に上げることにより水中ポンプの始動電流の抑制と始動時の機械的な磨耗を抑制することができる。一方、水中ポンプの運転を停止するときには、水中ポンプに供給する運転周波数を徐々に下げることにより水中ポンプに発生するウォータハンマを抑制して配管やポンプユニットの寿命を延ばすことができる。

以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ制御盤の正面図、図１（Ｂ）は同実施の形態に係る水中ポンプ制御盤の正面扉を開けた状態での正面図である。

図１（Ａ）において、１１，１２はそれぞれ水中ポンプ制御盤の前面を覆うための前扉である。前扉１１の上部には表示窓１３が設けられている。この表示窓１３の内側には、後述するインバータ２１に接続される表示部１４、液晶より構成される第１のディスプレイ１５及び第２のディスプレイ１６、後述する運転スイッチ２３が設けられている。

図１（Ｂ）において、２１は可変速手段としてのインバータ（ＩＮＶ）、２２は制御手段としてのＰＣ（プログラマブル・シーケンサ）、Ｘ２はコンセントである。

次に、図２〜図６を参照して水中ポンプ制御盤の詳細の詳細な回路図について説明する。図２において、ＰＣ２２はＣＰＵ２２ａを中心に構成されている。このＣＰＵ２２ａにはフラッシュＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２２ｂ、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２２ｃが接続されている。フラッシュＲＯＭ２２ｂには、水中ポンプの運転を制御する図８のフローチャートに示す制御プログラムが記憶されている。従って、フラッシュＲＯＭ２２ａに記憶されるプログラムが書き換え可能である。

このＰＣ２２には、前述した第１のディスプレイ１５及び第２のディスプレイ１６が接続される。２３は水中ポンプ制御盤の操作スイッチであり、２３ａはポンプの運転を『自動』にするか『手動』にするか『停止』にするかを選択する運転スイッチ、２３ｂは水中ポンプの起動圧力を検出する圧力スイッチである。ところで、運転スイッチ２３ａが『自動』に設定されると、圧力スイッチ２３ｂがオンすると水中ポンプ３２が起動され、圧力スイッチ２３ｂがオフすると水中ポンプ３２が停止されるように自動運転される。運転スイッチ２３ａが『手動』に設定されると水中ポンブ３２が強制的に起動される。

なお、２３ｃは井戸４２の満水、渇水等の信号を出力する端子である。

ＰＣ２２は信号ライン２４を介してインバータ２１が接続される。ＰＣ２２はこの信号ライン２４を介してインバータ２１の運転周波数を出力する。

２５はＡＣ２００Ｖで５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの３相交流電源である。この３相交流電源２５のＲ、Ｓ、Ｔ相は小型サーキットブレーカ２６を介して避雷器であるＬＡ１及びＬＡ２に接続される。

さらに、３相交流電源２５のＲ相、Ｓ相、Ｔ相は、第１のトランス２７、第２のトランス２８、第３のトランス２９の一次側に接続されている。なお、第1のトランス２７をインバータ２１の２次側に接続するようにしても良い。

第１のトランス２７は一次側に入力されるAC200VをAC400Vに昇圧して２次側に出力する。

第２のトランス２８は一次側に入力されるAC200VをAC200Ｖに２次側に同圧変換してＰＣ２２のＬ−Ｎ端子間に出力する。

第３のトランス２９は一次側に入力されるAC200VをAC100Vに降圧して２次側に接続されたコンセントＸ２に出力する。

前記第１のトランス２７の２次側は漏電ブレーカELB、フィルタNF01を介してインバータ２１のＲ、Ｓ、Ｔ端子に接続される。

このインバータ２１は図示しないマイクロプロセッサを中心に構成されており、このマイクロプロセッサにより図９のフローチャートに示す処理を実行している。このインバータ２１には、前述した表示部１４及びインバータ２１の周囲温度を検出するための温度センサ３０が接続されている。

さらに、このインバータ２１のＵ、Ｖ、Ｗ端子はフィルタNF02、モータサージ抑制用フィルタ３１を介して水中ポンプ３２のＸ、Ｙ、Ｚ端子に接続される。また、インバータ２１には直流リアクトルＤＣＬが接続されている。この水中ポンプ３２は例えば温泉を汲み上げるためのポンプである。

次に、図２を参照してモータサージ抑制用フィルタ３１の詳細な構成について説明する。モータサージ抑制用フィルタ３１は各相毎にサージ抑制用のリアクトルＬが接続されている。そして、各相間には抵抗ＲとコンデンサＣとの直列回路が接続されている。

図３に示した第２のトランス２８の二次側出力は図４の端子ａ，ｂ間に出力される。この図３の回路はオプションの機能を有する。つまり、オプションの機能としてFAN1〜FAN4からなる温度検出式換気ファン４１や、井戸４２の満水、渇水を検出したり、貯湯槽４３の満水、渇水を検出する。

井戸４２の満水、渇水信号はインタフェース４４に出力され、貯湯槽４３の満水、渇水信号はインタフェース４５に出力される。

温度検出式換気ファン４１の一端は端子ｂに接続され、他端は電子サーマルTHRを介して端子ａに接続されている。

なお、図５〜図７は本水中ポンプ制御盤に設けられている端子を示すものである。

図５において、Ｒ、S、Ｔ端子にはAC200V電源が入力される。また、インバータ２１のＵ、Ｖ、Ｗ端子にはモータサージ抑制用フィルタ３１が接続されている。

図６は本水中ポンプ制御盤に設けられた圧力スイッチ入力端子ＰＳ１、ＰＳ２、共通端子Ａ１、故障端子Ａ２、渇水端子Ａ３端子を示す図である。

図７は本水中ポンプ制御盤に設けられたＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ端子と水中ポンプ３２、制御盤との関係を示している。

次に、上記のように構成された本発明の一実施の形態の動作について説明する。まず、オペレータは本水中ポンプ用制御装置を起動する場合には、運転スイッチ２３ａを『停止』位置から『自動』位置あるいは『手動』位置にセットする。

ＰＣ２２は図８のフローチャートに示す処理を行う。つまり、運転スイッチ２３ａがオンされたか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、運転スイッチ２３ａがオンとは、運転スイッチ２３ａが『自動』位置あるいは『手動』位置にセットされたことを意味する。

このステップＳ１の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、インバータ２１に運転指令が出力される（ステップＳ２）。

つまり、インバータ２１は運転スイッチ２３ａで設定された『自動』あるいは『手動』運転を行う制御を行う。例えば、運転スイッチ２３ａにより『自動』運転が設定されると以下のような自動運転制御が行われる。つまり、圧力センサ２３ｂがオンしている場合に水中ポンプ３２が起動され、圧力センサ２３ｂがオフしている場合には水中ポンプ３２の起動が停止される。水中ポンプ３２が起動される場合には、インバータ２１の運転周波数が可変制御される。ここで、最初にこのステップＳ２に処理が移行したときは、インバータ２１の運転周波数は目標とする運転周波数に徐々に上昇される。従って、水中ポンプ３２をソフトに起動することができる。これにより、水中ポンプ３２の始動電流の抑制と始動時の機械的な磨耗を抑制することができる。

また、ＰＣ２２にはレベルセンサ２２ａから出力される満水、渇水信号が入力されている。そして、ＰＣ２２はこのレベルセンサ２２ａから出力される信号に異常があれば、
第1のディスプレイ１５あるいは第２のディスプレイ１６に警報を表示するようにしている。この際、警報の重度に応じて第1のディスプレイ１５あるいは第２のディスプレイ１６の表示色を変化させるようにしても良い。ＰＣ２２はこのような表示制御を行っている（ステップＳ３）。

ところで、本水中ポンプ制御装置を停止させる場合には、運転スイッチ２３ａを『停止』位置に設定する。この場合には、ステップＳ１の判定で「ＮＯ」と判定されて、ソフトに停止処理が行なわれる（ステップＳ４）。つまり、運転スイッチ２３ａが『停止』位置に設定される前にインバータ２１に出力されていた運転周波数が徐々に小さくされ、最終的に運転周波数が「０」とされる。

このように、運転スイッチ２３ａが『停止』位置に設定されると、水中ポンプ３２は徐々に運転周波数が低くされるので、水中ポンプ３２をソフトに停止させることができる。

これにより、水中ポンプ３２に発生するウォータハンマを抑制して配管やポンプユニットの寿命を延ばすことができる。

ところで、インバータ２１は図９のフローチャートに示す処理を行う。つまり、インバータ２１はＰＣ２２からの運転指令に基づいて水中用ポンプ３２を定速及び可変速運転を行う（ステップＳ１１）。

そして、温度センサ３０で検出されるインバータ２１の周囲温度が異常であるかが判定される（ステップＳ１２）。

このステップＳ１２の判定で「ＮＯ」と判定されている間は、ステップＳ１１の処理が繰り返し行なわれる。

一方、このステップＳ１２の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、インバータ２１の運転を停止する処理がなされる（ステップＳ１３）。

そして、インバータ２１を停止したときの、水中ポンプ３２の運転電圧Ｖ、運転電流Ｉ、運転周波数Ｈｚが表示部１４に表示される。

このように、制御盤は独自に温度センサ３０を有し、この温度センサ３０で検出されるインバータ２１の周囲温度が異常温度となった場合には、冷却ファンを運転したりインバータ２１の運転を停止するようにしたので、インバータ２１の故障を未然に防止することができる。

ところで、入力される３相交流電源（AC200V）は、第１のトランス２７でAC400Vに昇圧された後、漏電ブレーカELB、フィルタNF01を介してインバータ２１のＲ、Ｓ、Ｔ端子に入力される。そして、このインバータ２１内において、一度直流電圧に変換されて後、ＰＣ２２から出力される運転指令に応じた運転周波数で水中用ポンプ３２が駆動される。

従って、入力される３相交流電源（AC200V）は５０Ｈｚであろうが、６０Ｈｚであろうが、インバータ２１に入力させるようにしたので、３相交流電源の周波数に関係なく水中用ポンプ３２の運転を制御することができる。

また、オプションとして図３に示す回路を図１のａ，ｂ間に接続することにより水中用ポンプの圧力制御だけではなく、液面制御を行ったり、温度検出式換気ファン４１を増設したりすることができる。このように、客先の要望に応じて回路を追加することができる。

さらに、インバータ２１の出力は、フィルタNF02、モータサージ抑制用フィルタ３１を介して水中ポンプ３２のＸ、Ｙ、Ｚ端子に接続されている。このモータサージ抑制用フィルタ３１は高周波成分を除去するためのコイルＬとコンデンサＣに加えて大容量の抵抗Ｒを組み合わせている。この抵抗Ｒは、モータ騒音防止のためインバータ２１のキャリア周波数を高く設定して使用する場合でもコンデンサＣでは吸収しきれない高周波成分を熱に変換するように機能する。

このように、インバータ２１と水中ポンプ３２との間に前述のようにモータサージ抑制用フィルタ３１を接続するようにしたので、４００Ｖ級の水中ポンプ３２を駆動する時に、インバータ２１と水中ポンプ３２とを接続するモータケーブルを長距離にわたって引き回す際に問題となるマイクロサージを抑制することができる。

なお、上記した実施の形態では、交流電源として２００Ｖを用いたが、それに限るものではない。

図１（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ制御装置の正面図、図１（Ｂ）は同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置の正面扉を開けた状態での正面図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置内の制御回路の一部を示す回路図。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置のＰＣの制御内容を示すフローチャート。同実施の形態に係る水中ポンプ制御装置のインバータの制御内容を示すフローチャート。

符号の説明

１１，１２…前扉、１４…第１のディスプレイ、１５…第２のディスプレイ、
２２…ＰＣ、２２ａ…フラッシュＲＯＭ、２２ｂ…ＲＡＭ、２５…３相交流電源。

Claims

水中ポンプと、
入力される交流電圧を変圧する変圧手段と、
この変圧手段の出力電圧が入力され、前記水中ポンプの運転速度を可変速制御する可変速手段と、
前記可変速手段の運転を制御する制御手段とを具備し、
前記可変速手段と前記水中ポンプとの間を接続するモータケーブルにはモータサージ抑制フィルタを備えたことを特徴とする水中ポンプ用制御装置。
前記制御手段は、プログラムが書き換え可能なメモリを有し、このプログラムにより前記水中ポンプの運転を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の水中ポンプ用制御装置。
前記制御手段にはディスプレイ装置が接続され、このディスプレイ装置には、前記制御手段からの指令に応じて表示状態が可変されることを特徴とする請求項1記載の水中ポンプ用制御装置。
前記可変速手段はインバータであることを特徴とする請求項1〜３のいずれか一記載の水中ポンプ用制御装置。