JP2006070729A - 水中ポンプ - Google Patents

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Masami Ikeda
正実 池田
Kazuhide Kasamatsu
和秀 笠松
Masao Ueda
雅夫 上田
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Abstract

【課題】 破損等による故障や動作不良を有効に防止すると共に作動水位が容易に認識できる水中ポンプを提供する。
【解決手段】 水中ポンプ21の側部に支持ブラケット30を介して上下方向に延びる取付けロッド29が支持されている。取付けロッド29の上下方向に離隔した複数位置に上部静電容量センサ33および下部静電容量センサ34が上下方向に高さ調整自在に取り付けられている。取付けロッド29の外周面には上下方向に沿って目盛り31が設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、排水処理槽等の貯留槽内に設置され、槽内の水を排水するための水中ポンプに関するものである。
従来、この種の水中ポンプとして、図10に示されるようなものがあり、水中ポンプ1におけるポンプ本体1aは、モータ部2を収容するモータケーシング3と、該モータケーシング3上に装着されたモータカバー4と、羽根車5を収容すると共に汲み上げ液流の流路を形成するポンプケーシング6とを備え、モータケーシング3下部におけるモータ部2と羽根車5との間には油室ハウジング部3aが備えられている。
また、ポンプ本体1aの外側下部には、下部水位検出センサとしての下部フロートスイッチ8が装着されている。さらに、ポンプ本体1aの外側上部には、支持ブラケット9を介して上下方向に軸心を有する取付けロッド10が支持され、該取付けロッド10に上部水位検出センサとしての上部フロートスイッチ11が装着されている。
そして、下部フロートスイッチ8や上部フロートスイッチ11の作動に応じて水中ポンプ1を駆動制御する制御装置がポンプ本体1aの内部もしくは地上に設置される制御盤内に備えられ、水位の上昇により上部フロートスイッチ11が作動して排水水位を検出すれば、水中ポンプ1が起動され、羽根車5の回転によって、底部の吸込口から槽内の貯留水を吸い込み、ポンプケーシング6の排出口6aに取り付けられる排水管を介して槽外に排水する。
その後、排水に伴う水位の低下により、下部フロートスイッチ8が復帰されて停止水位を検出すれば、水中ポンプ1が停止されるように制御される構成とされている。
また、ポンプ本体1aに支持された取付けロッド10に、下部フロートスイッチ8や上部フロートスイッチ11等の複数のフロートスイッチを取り付けて、駆動制御を行う水中ポンプ1もある(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
特開2003−286988号公報 特開平6−241191号公報
しかしながら、上記のようなフロートスイッチ8、11を使用したタイプの水中ポンプ1においては、フロートスイッチ8、11の浮き沈み揺動によってスイッチ部が作動する方式であるため、貯留水中に浮遊する雑芥類等がフロートスイッチ8、11に絡みつくことにより、浮き沈み揺動が円滑になされず、フロートスイッチ8、11が動作不良を起こすという問題があった。
また、水中ポンプ1が設置される貯留槽の大小に合わせて水中ポンプ1の始動停止のタイミングを変更するために、フロートスイッチ8、11の取付け位置を変更しようとしても、フロートスイッチ8、11は水中に浮遊した状態で作動するため、その作動水位を容易に認識することができないという問題もあった。
さらに、フロートスイッチ8、11がポンプ本体1aの外側部に宙吊り状態で取り付けられているため、搬送時や設置時等における他の部材との衝当により破損等の故障を招き易いという問題もあった。
そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、破損等による故障や動作不良を有効に防止すると共に作動水位が容易に認識できる水中ポンプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための技術的手段は、ポンプ本体に支持された上下方向に延びる取付けロッドに、水位検出センサが取り付けられ、該水位検出センサによる水位の検出・未検出に応じて駆動制御される水中ポンプにおいて、前記水位検出センサが、静電容量センサとされた点にある。
また、前記取付けロッドにその長さ方向に沿って細長い接続導体が設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、前記静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部が前記接続導体に接続された構造としてもよい。
さらに、前記取付けロッドにその長さ方向に沿って一対の細長い接続導体が並列状に設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、前記静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部がいずれか一方の前記接続導体に接続され、他方の前記接続導体は補償用静電容量センサの電極部とされ、前記静電容量センサで検出された静電容量と前記補償用静電容量センサで検出された静電容量との差から前記水位が判定されて駆動制御される構造としてもよい。
また、前記取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに前記静電容量センサが上下方向に高さ調整自在に取り付けられている構造や、前記取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに前記静電容量センサの前記電極部が上下方向に高さ調整自在に取り付けられている構造としてもよい。
以上のように、本発明の水中ポンプによれば、ポンプ本体に支持された上下方向に延びる取付けロッドに取り付けられた水位検出センサが、静電容量センサとされとされているため、フロートスイッチのように浮き沈み揺動によって検出する方式でないため、コンパクトに構成でき、搬送時や設置時等における他の部材との衝当により破損等の故障が有効に防止できると共に、貯留水中に浮遊する雑芥類等の絡みつきによる動作不良もなく、水中ポンプの駆動制御が良好に行える。
さらに、取付けロッドにおける静電容量センサの取付け位置により作動水位が容易に確認できる利点もある。
また、取付けロッドにその長さ方向に沿って細長い接続導体が設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部が接続導体に接続された構造とすれば、一式の静電容量センサで上部と下部の複数位置の水位の検出が可能となり、コスト低減が図れる。
さらに、取付けロッドにその長さ方向に沿って一対の細長い接続導体が並列状に設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部がいずれか一方の接続導体に接続され、他方の接続導体は補償用静電容量センサの電極部とされ、静電容量センサで検出された静電容量と補償用静電容量センサで検出された静電容量との差から水位が判定されて駆動制御される構造とすれば、接続導体に起因する静電容量の増加分が相殺されて、より正確な水位の検出が行え、水中ポンプの駆動制御における信頼性が向上する。
また、取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに静電容量センサが上下方向に高さ調整自在に取り付けられている構造や、取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに前記静電容量センサの電極部が上下方向に高さ調整自在に取り付けられている構造とすれば、検出水位の調整や設定されている検出水位が容易に把握できる利点がある。
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明すると、図1に示されるように、水中ポンプ21におけるポンプ本体21aは、モータ部22を収容する金属製のモータケーシング23と、該モータケーシング23上部の上ケーシング部23a上に着脱自在に装着されると共に回路基板やその他の電装品等を備えた制御装置24を覆って装着された樹脂製や金属製等からなるモータカバー25と、羽根車26を収容すると共に汲み上げ液流の流路を形成する樹脂製や金属製等からなるポンプケーシング27とを備え、モータケーシング23下部におけるモータ部22と羽根車26との間には、潤滑油が収容される油室ハウジング23bが備えられている。
前記ポンプ本体21aにおけるモータカバー25の側部には、樹脂製パイプ等の絶縁材からなる取付けロッド29が支持ブラケット30を介して上下方向に軸心を有した状態で取付け支持されている。また、取付けロッド29の外周面には、上下方向に沿って高さ位置を表示する目盛り31が表示や刻設等により一体的に設けられている。この際、目盛り31は取付けロッド29の上下方向全長にわたって設ける構成としてもよく、あるいは排水水位や停止水位の変更で要求される必要領域のみに設ける構成としてもよい。
そして、取付けロッド29の上部および下部に、水位検出センサとしての上部静電容量センサ33と下部静電容量センサ34とが、それぞれ上下方向に高さ調整自在に取り付けられている。この取付け構造としては、図4にも示されるように、取付けロッド29の周囲を抱持状として締結弛緩自在に締結する構造等、周知の構造を適宜採用すればよい。
また、取付けロッド29に取り付けられた各静電容量センサ33、34部分はそれぞれ絶縁被膜で覆われた構造とされ、各静電容量センサ33、34から延設された配線の端部は、ポンプ本体21aにおける金属部分であるモータケーシング23に接続され、ここに、各静電容量センサ33、34とモータケーシング23との相互間に水が存在するかしないかによる水と空気との誘電率の違いにより、静電容量が変化したことを検出して水位を検出する構成とされている。
即ち、図2に示されるように、各静電容量センサ33、34は、検出電極部33a、34aと、発振回路や整流回路等からなる容量検出回路33b、34bをそれぞれ備えており、各容量検出回路33b、34bは検出された静電容量の変化を電気的信号の変化に変換して漸次出力する構成とされている。また、制御装置24の制御盤35には、各容量検出回路33b、34bから漸次入力される電気的信号により水位が達しているかどうかを判定する各判定回路36、37や各判定回路36、37の判定信号に応じて水中ポンプ21を駆動制御する制御回路38および制御回路38からの駆動信号に応じて水中ポンプ21を駆動させるポンプ駆動回路39を備えている。
そして、図1に示されるように、水中ポンプ21は排水処理槽41内に設置され、ケーブルを通じて常に電源が供給された状態とされ、各静電容量センサ33、34により水位を計測する状態とされている。
そして、図1に示されるように、排水処理槽41内の水位Hが、上部静電容量センサ33よりも下にある場合には、下部静電容量センサ34は水に漬かっていることを検出しているが、上部静電容量センサ33は水に漬かっていないため、判定回路36からは排水水位に達していない状態に応じた判定信号が出力され、制御回路38によってポンプ駆動回路39におけるポンプ駆動リレーはオフ状態とされており、水中ポンプ21は停止状態とされている。
その後、流入管43等からの水の流入により、水位Hが上昇して上部静電容量センサ33に達した際には、容量検出回路33bで検出される静電容量が変化し、水位Hの増加に伴って静電容量が増加し、水位Hが上部静電容量センサ33より上に達した際には、容量検出回路33bで検出される静電容量が最大となり、上部静電容量センサ33が水に漬かった状態に応じた検出信号が判定回路36に出力される。
判定回路36はこの検出信号を受けて排水水位に達した状態に応じた判定信号を出力し、この判定信号を受けて制御回路38はポンプ駆動回路39に駆動信号を出力し、ポンプ駆動リレーがオン状態とされて、水中ポンプ21が起動される。
そして、水中ポンプ21が始動されると、羽根車26の回転によって底部の吸込口から槽41内の貯留水を吸い込み、ポンプケーシング27の排出口に取り付けられた排水管44を介して槽41外に貯留水を排水する。
その後、水中ポンプ21による排水に伴う水位Hの低下により、水位Hが上部静電容量センサ33位置よりも下がっても排水が継続され、最終的に、下部静電容量センサ34よりも下に水位Hが下がった際に、容量検出回路34bで検出される静電容量が最小となり、下部静電容量センサ34が水に漬かっていない状態に応じた検出信号が判定回路37に出力される。
判定回路37はこの検出信号を受けて停止水位に達した状態に応じた判定信号を出力し、この判定信号を受けて制御回路38はポンプ駆動回路39に停止信号を出力し、ポンプ駆動リレーがオフ状態とされて、水中ポンプ21が停止される。
その後は再度、水位Hが上部静電容量センサ33を越えるまで停止した状態とされる。
本実施形態における水中ポンプ21は以上のように、取付けロッド29に固定状態に取り付けられた上部静電容量センサ33や下部静電容量センサ34が水に漬かっているかいないかの静電容量の変化による水位Hの検出・未検出に応じて駆動制御する構成であり、フロートスイッチのように浮き沈み揺動によって検出する方式でないため、外側方にあまり突出せず、コンパクトに構成でき、搬送時や設置時等における他の部材との衝当による破損等の故障が有効に防止できると共に、貯留水中に浮遊する雑芥類等の絡みつきによる動作不良もなく、水中ポンプ21の駆動制御が良好に行える。
また、取付けロッド29における各静電容量センサ33、34の取付け位置により排水水位や停止水位等の作動水位が容易に確認できる利点もある。この際、取付けロッド29に目盛り31が備えられると共に、各静電容量センサ33、34が高さ調整自在に取り付けられる構造とされているため、排水水位や停止水位等の検出水位の調整や設定されている検出水位が容易に把握できる利点がある。
さらに、各静電容量センサ33、34を絶縁被膜で覆った構造としておけば、錆の発生等も有効に防止でき、汚水等の高導電率の液体の影響も受け難い利点がある。
なお、取付けロッド29に各静電容量センサ33、34を取り付けた構造を示しているが、各静電容量センサ33、34の検出電極部33a、34aのみを取付けロッド29に取り付ける構造とし、容量検出回路33b、34b等をポンプ本体21a内部に収容する構造としてもよい。
図3ないし図5は第2の実施形態を示しており、第1の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
即ち、本実施形態においては、取付けロッド29の外周面に、その長さ方向に沿った略全長にわたって上下方向に細長い接続導体としての金属棒46が、一体成形やネジ止め等により取り付けられている。そして、静電容量センサ47の検出電極部が複数備えられ、本実施形態では上部検出電極部47aと下部検出電極部47bとが取付けロッド29の上部および下部の排水水位および停止水位に対応してそれぞれ取り付けられた構造とされている。
各検出電極部47a、47bは、図4にも示されるように、取付けロッド29の周囲を抱持状としてボルト48・ナット49により締結弛緩自在に締結する構造とされ、弛緩状態で高さ調整自在とされている。そして、これら各検出電極部47a、47bを取付けロッド29に取り付けることにより、各検出電極部47a、47bは金属棒46を通じて互いに接続状態とされ、金属棒46を通じて静電容量センサ47の容量検出回路47cに接続された構成とされている。ここに、金属棒46も検出電極として機能される。
また、容量検出回路47cは制御盤35に備えられ、第1の実施形態と同様、容量検出回路47cから漸次入力される電気的信号により水位の状況を判定する判定回路50や判定回路50の判定信号に応じて水中ポンプ21を駆動制御する制御回路38および制御回路38からの駆動信号に応じて水中ポンプ21を駆動させるポンプ駆動回路39を備えている。
そして、水中に没する電極部47a、47b、46部分が増加するほど静電容量が増加していくことを利用して、水位を検出する構成とされている。この際、金属棒46は細長状であり、上部検出電極部47aおよび下部検出電極部47bは大形であるため、上部検出電極部47a部分や下部検出電極部47b部分で静電容量は大きく変化する。
そして、第1の実施形態と同様、排水処理槽41内に設置して使用した場合において、例えば、水位が上部検出電極部47aよりも下方で、下部検出電極部47bよりも上方に位置する場合、容量検出回路47cによって検出される静電容量は中程度となり、ポンプ駆動リレーはオフ状態とされており、水中ポンプ21は停止状態とされている。
その後、流入管43等からの水の流入により、水位が上昇して上部検出電極部47aに達した際には、容量検出回路47cで検出される静電容量が大きく変化し、水位の増加に伴って静電容量が増加し、水位が上部検出電極部47aより上に達した際には、容量検出回路47cで検出される静電容量が略最大となり、上部検出電極部47aが水に漬かった状態に応じた検出信号が判定回路50に出力される。
判定回路50はこの検出信号を受けて所定の判定信号を出力し、この判定信号を受けて制御回路38はポンプ駆動回路39に駆動信号を出力し、ポンプ駆動リレーがオン状態とされて、水中ポンプ21が起動され、排水が開始される。
その後、水中ポンプ21による排水に伴う水位の低下により、検出される静電容量も減少していき、水位が上部検出電極部47a位置よりも下がっても排水が継続され、最終的に、下部検出電極部47bよりも下に水位Hが下がった際に、容量検出回路47cで検出される静電容量が略最小となり、下部検出電極部47bが水に漬かっていない状態に応じた検出信号が判定回路50に出力される。
判定回路50はこの検出信号を受けて所定の判定信号を出力し、この判定信号を受けて制御回路38はポンプ駆動回路39に停止信号を出力し、ポンプ駆動リレーがオフ状態とされて、水中ポンプ21が停止される。
その後は再度、水位が上部検出電極部47aを越えるまで停止した状態とされる。
本実施形態おける水中ポンプ21は以上のように駆動制御され、第1の実施形態と同様の効果を奏すると共に、一式の静電容量センサ47で上部と下部の複数位置の水位の検出が可能となり、コスト低減が図れる。
なお、金属棒46による静電容量の変化量は、上部検出電極部47aや下部検出電極部47bによる静電容量の変化量に比較して、できるだけ少なくなるようにできるだけ細い形状とすることが水位計測の正確性から好ましい。
また、図6に示されるように、検出電極部47a、47bを上下方向薄肉状で、径外方向に張り出した薄肉円盤状に構成すれば、水位の上昇・下降時における静電容量の変化が大きく、検出精度の向上が図れる。
さらに、図7に示されるように、検出電極部47a、47bの外周部を径外方向に対して漸次薄肉となる構造としておけば、貯留水中の雑芥類等の絡みつきも有効に防止でき、排水処理槽41外に貯留水と共に有効に排出できる。
図8は第3の実施形態を示しており、第2の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
即ち、本実施形態においては、取付けロッド29の外周面に、その長さ方向に沿った略全長にわたって上下方向に細長い接続導体としての2芯のケーブル51が取り付けられている。そして、上部の排水水位や下部の停止水位を検出するための静電容量センサ52における上部検出電極部52aと下部検出電極部52bが、ケーブル51における一方のセンサ電極接続電線51aにそれぞれ接続された状態で取付けロッド29に前述同様構成により高さ調整自在に取り付けられている。さらに、このセンサ電極接続電線51aに静電容量センサ52の容量検出回路としてのメイン容量検出回路52cが接続されている。
また、ケーブル51における他方の静電容量補償電線51bには、センサ電極接続電線51aによる静電容量を相殺するための静電容量を検出する容量検出回路としての補償容量検出回路54が接続され、これら静電容量補償電線51bと補償容量検出回路54によりいわゆる補償用静電容量センサ55が構成され、静電容量補償電線51bはその検出電極部として機能する。
そして、制御盤35には、メイン容量検出回路52cや補償容量検出回路54が備えられると共に、メイン容量検出回路52cと補償容量検出回路54でそれぞれ検出された静電容量の差を増幅比較する差動増幅回路56が備えられている。そして、第1や第2の実施形態と同様、差動増幅回路56から漸次入力される電気的信号により水位の状況を判定する判定回路57や判定回路57の判定信号に応じて水中ポンプ21を駆動制御する制御回路38および制御回路38からの駆動信号に応じて水中ポンプ21を駆動させるポンプ駆動回路39を備えている。
そして、本実施形態の水中ポンプ21を排水処理槽41内に設置して使用した場合、静電容量センサ52により上部検出電極部52a、下部検出電極部52bおよびセンサ電極接続電線51aにおける静電容量が検出され、補償用静電容量センサ55により静電容量補償電線51bの静電容量が検出される。
そして、差動増幅回路56により静電容量センサ52で検出された静電容量と補償用静電容量センサ55で検出された静電容量との差を増幅比較することで、取り付けられたケーブル51のセンサ電極接続電線51aと静電容量補償電線51bとの静電容量が相殺されるため、第1の実施形態と同様の効果を奏すると共に、ケーブル51によって生じる静電容量に影響を受けずに水位の検出が可能となり、より正確な水位の検出が行え、水中ポンプ21の駆動制御における信頼性が向上する。
図9は第4の実施形態を示しており、前述実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
即ち、第3の実施形態においては、取付けロッド29の外周面に、その長さ方向に沿った略全長にわたって上下方向に細長い接続導体としての2芯のケーブル51が取り付けられた構造としているが、本実施形態においては、同様の2芯のケーブル51を取付けロッド29に固定しない略フリー状態とされ、上部検出電極部52aや下部検出電極部52bが取付けロッド29に対して任意の高さに固定可能な構造とされている。そして、その回路構成は第3の実施形態と同様に構成され、即ちセンサ電極接続電線51aとしての一方の電線は各電極部52a、52bに接続され、静電容量補償電線51bとしての他方の電線は先端無接続とされている。
従って、本実施形態においても、第3の実施形態と同様の効果を奏する。
なお、上記各実施形態において、取付けロッド29の上下2個所位置に、静電容量センサ33、34や検出電極部47a、47b、52a、52bを取り付けた構造を示しているが、取付けロッド29の上下方向に離隔した3個所位置にそれらを取り付ける構造としてもよい。
そして、2個所位置に静電容量センサ等を取り付けた水中ポンプと3個所位置に静電容量センサ等を取り付けた水中ポンプの2台を排水処理槽41内に設置して、従来同様、交互運転させるように駆動制御することもできる。
また、上記各実施形態において、制御装置24をポンプ本体21a内に備えた構造を示しているが、地上に設置される制御盤内に設置する構造としてもよい。
本発明の第1の実施形態にかかる水中ポンプの設置例を示す側面図である。 同制御ブロック図である。 第2の実施形態にかかる水中ポンプ装置の側断面図である。 図3のIV−IV線断面拡大矢視図である。 同制御ブロック図である。 別の例としての検出電極部を示す側面図である。 別の例としての検出電極部を示す側面図である。 第3の実施形態にかかる制御ブロック図である。 第4の実施形態にかかる水中ポンプ装置の側断面図である。 従来例を示す側断面図である。
符号の説明
21 水中ポンプ
21a ポンプ本体
29 取付けロッド
31 目盛り
33 上部静電容量センサ
34 下部静電容量センサ
46 金属棒
47 静電容量センサ
51 ケーブル
51a センサ電極接続電線
51b 静電容量補償電線
52 静電容量センサ
52a 上部検出電極部
52b 下部検出電極部
54 補償容量検出回路
55 補償用静電容量センサ
56 差動増幅回路

Claims (5)

  1. ポンプ本体に支持された上下方向に延びる取付けロッドに、水位検出センサが取り付けられ、該水位検出センサによる水位の検出・未検出に応じて駆動制御される水中ポンプにおいて、
    前記水位検出センサが、静電容量センサとされたことを特徴とする水中ポンプ。
  2. 請求項1に記載の水中ポンプにおいて、
    前記取付けロッドにその長さ方向に沿って細長い接続導体が設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、前記静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部が前記接続導体に接続されたことを特徴とする水中ポンプ。
  3. 請求項1に記載の水中ポンプにおいて、
    前記取付けロッドにその長さ方向に沿って一対の細長い接続導体が並列状に設けられ、取付けロッドの高さ方向に離隔した複数位置に、前記静電容量センサの電極部がそれぞれ取り付けられると共に、各電極部がいずれか一方の前記接続導体に接続され、他方の前記接続導体は補償用静電容量センサの電極部とされ、前記静電容量センサで検出された静電容量と前記補償用静電容量センサで検出された静電容量との差から前記水位が判定されて駆動制御されることを特徴とする水中ポンプ。
  4. 請求項1に記載の水中ポンプにおいて、
    前記取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに前記静電容量センサが上下方向に高さ調整自在に取り付けられていることを特徴とする水中ポンプ。
  5. 請求項2または請求項3に記載の水中ポンプにおいて、
    前記取付けロッドに上下方向に沿って目盛りが設けられると共に、取付けロッドに前記静電容量センサの前記電極部が上下方向に高さ調整自在に取り付けられていることを特徴とする水中ポンプ。
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