JP2001065463A - 給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプの頻繁な運転・停止の繰り返しを防
ぎ、これによりポンプの寿命向上が図れるとともに、消
費電力を低減して省エネルギ性の向上が図れ、さらには
ポンプ始動時に大電流が流れる事態を解消して他の電気
機器に対する電圧降下を防ぐことができ、しかもノイズ
発生に対して十分な抑制機能を持つ給水装置を提供す
る。 【解決手段】 水中ポンプ１の電動機１Ｍに対する駆動
電力の供給用としてインバータ２０を設け、給水の圧力
が所定値一定となるようインバータ２０の出力周波数を
制御する。さらに、インバータ２０の入力側にノイズフ
ィルタ１２を設け、インバータ２０の整流後段にリアク
タ１３を設け、インバータ２０の出力側にノイズフィル
タ１４を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シャワーや給湯
器などに水を供給する給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプの運転によって水を所定の場所へ
送る給水装置では、受水側で水が使用されると、給水管
内の水の圧力が低下する。この圧力低下を圧力スイッチ
の作動により検出し、ポンプの運転を開始する。

【０００３】受水側の水の使用が終わると、給水管内の
水の流量が減少する。この流量減少を流量スイッチの作
動により検出し、ポンプの運転を停止する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、給水の
圧力および流量に応じてポンプの運転を制御するだけで
は、ポンプが頻繁に運転・停止を繰り返し、ポンプの寿
命に悪影響を与えることがある。しかも、運転・停止の
繰り返しは消費電力の増大を招き、省エネルギ性を大き
く損なうものとなる。また、ポンプの始動に際して大き
な電流が流れ、他の電気機器たとえば家庭用の空気調和
機、冷蔵庫、掃除機などに対する電圧降下を招くことが
ある。

【０００５】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、ポンプの頻繁な運転・停止の
繰り返しを防ぎ、これによりポンプの寿命向上が図れる
とともに、消費電力を低減して省エネルギ性の向上が図
れ、さらにはポンプ始動時に大電流が流れる事態を解消
して他の電気機器に対する電圧降下を防ぐことができ、
しかもノイズ発生に対して十分な抑制機能を持つ給水装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の給
水装置は、電動機を動力源とするポンプの運転により給
水を行うものであって；交流電圧を整流してその整流後
の直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、それを前
記電動機に対する駆動電力として出力するインバータ
と；給水の圧力が所定値一定となるよう上記インバータ
の出力周波数を制御する制御手段と；上記インバータの
入力側に設けたノイズフィルタと；上記インバータの整
流後段に設けたリアクタと；上記インバータの出力側に
設けたノイズフィルタと；を備える。

【０００７】請求項２に係る発明の給水装置は、電動機
を動力源とし、水を吸引して吐出するポンプと；このポ
ンプから吐出される水を所定の場所へ送るための給水管
と；この給水管に連通され、給水圧力を蓄える蓄圧手段
と；交流電源の電圧を整流する整流回路、およびこの整
流回路の出力電圧を所定周波数の交流電圧に変換するス
イッチング回路からなり、上記電動機に対する駆動電力
を出力するインバータと；上記交流電源と上記整流回路
との間に設けたノイズフィルタと；上記整流回路と上記
スイッチング回路との間に設けたリアクタと；上記イン
バータの出力端と上記電動機との間に設けたノイズフィ
ルタと；上記給水管内の水の圧力を検知する圧力検知手
段と；上記給水管内の水の流量を検知する流量検知手段
と；上記圧力検知手段の検知圧力が設定値未満になると
インバータの運転を開始してそのインバータの出力周波
数を徐々に増大し、その後、上記圧力検知手段の検知圧
力が所定値一定となるようインバータの出力周波数を制
御するとともに、上記流量検知手段の検知流量が設定値
未満になるとインバータの運転を停止する制御手段と；
を備える。

【０００８】請求項３に係る発明の給水装置は、請求項
１または請求項２に係る発明において、電動機が、誘導
電動機、永久磁石回転式電動機、磁極位置検出器が無い
永久磁石回転式電動機のいずれかである。

【０００９】請求項４に係る発明の給水装置は、請求項
２に係る発明において、整流回路が、交流電源が三相２
００Ｖ電源であるか、単相２００Ｖ電源であるか、単相
１００Ｖ電源であるかに応じて、種類が異なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】図１に示すように、地面２に形成された井
戸３の水中に水中ポンプ１が投入される。水中ポンプ１
は、後述する電動機１Ｍを動力源とし、水を吸引して吐
出するもので、乾式やキャンド式などそのいずれでもよ
い。なお、水中ポンプ１は、水中に没した状態で使用さ
れるため、運転時の騒音が小さいという特徴がある。

【００１２】水中ポンプ１の吐出口に給水管４の一端が
接続され、この給水管４の他端が水の受給が必要な場所
まで延設される。

【００１３】給水管４には、一端側に逆止弁５が設けら
れ、中途部に流量検知器６が設けられ、その流量検知器
６の下流側に圧力タンク（アキュームレータとも称す）
７が連通される。さらに、流量検知器６の下流側に圧力
検知器８が取付けられる。

【００１４】流量検知器６は、給水管４内の水の流量Ｆ
を検知するもので、流量Ｆが設定値Ｆｓ以上のとき論理
“１”信号、設定値Ｆｓ未満のとき論理“０”信号を出
力する。

【００１５】圧力タンク７は、給水圧力を蓄えるための
蓄圧手段として機能する。圧力検知器８は、給水管４内
の水の圧力Ｐを検知するもので、ＣＰＵでは圧力Ｐが設
定値Ｐｓ以上のとき論理“１”信号、設定値Ｐｓ未満の
とき論理“０”信号を出力したものと判断する。

【００１６】そして、水中ポンプ１、流量検知器６、お
よび圧力検知器８が制御部１０に接続される。制御部１
０は、当該給水装置の全体を制御するもので、図２に示
す構成を有する。

【００１７】すなわち、三相交流電源（三相２００Ｖ）
１１にノイズフィルタ１２を介してインバータ２０が接
続される。インバータ２０は、交流電圧を整流する整流
回路３０、この整流回路３０から出力される直流電圧を
平滑する平滑用コンデンサ２１、この平滑用コンデンサ
２１を経た直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換する
スイッチング回路４０により構成される。

【００１８】整流回路３０は、三相交流電圧の各相に対
応する整流用ダイオード３１，３２の直列回路、整流用
ダイオード３３，３４の直列回路、整流用ダイオード３
５，３６の直列回路からなり、三相交流電圧（２００
Ｖ）を整流する。この整流後の直流電圧（２８０Ｖ）が
平滑用コンデンサ２１を介してスイッチング回路４０に
供給される。

【００１９】スイッチング回路４０は、スイッチング素
子であるところのトランジスタ４１，４２の直列回路、
トランジスタ４３，４４の直列回路、トランジスタ４
５，４６の直列回路を有し、各トランジスタのコレクタ
・エミッタ間に逆起電力防止用のダンパダイオードＤを
それぞれ並列に接続してなり、整流後の直流電圧（２８
０Ｖ）を各トランジスタのオン，オフにより所定周波数
の交流電圧に変換して出力する。この出力が電気ケーブ
ル（図示しない）を介して水中ポンプ１に内蔵の電動機
１Ｍに供給される。電動機１Ｍは、水中ポンプ１の動力
源であり、誘導電動機、永久磁石回転式電動機、磁極位
置検出器が無い永久磁石回転式電動機など、そのいずれ
でもよい。

【００２０】そして、このような構成のインバータ２０
において、整流回路３０の後段にリアクタ１３が設けら
れる。さらに、スイッチング回路４０の出力端から電動
機１Ｍにかけての電気ケーブルに零相リアクトルなどの
ノイズフィルタ１４が設けられる。

【００２１】一方、主制御部であるところのＣＰＵ１５
に、流量検知器６、圧力検知器８、およびスイッチング
駆動回路１６が接続される。スイッチング駆動回路１６
は、ＣＰＵ１５の指令に応じたタイミングでスイッチン
グ回路４０の各トランジスタをオン，オフ駆動する。

【００２２】そして、ＣＰＵ１５は、主要な機能として
次の［１］〜［４］の手段を備える。

【００２３】［１］圧力検知器８の検知圧力Ｐが設定値
Ｐｓ_２未満になると（圧力検知器８の出力が論理
“０”）、インバータ２０の運転を開始する手段。

【００２４】［２］インバータ１１の運転開始時、イン
バータ２０の出力周波数を徐々に増大する手段。

【００２５】［３］圧力検知器８の検知圧力Ｐが設定値
Ｐｓ_１以上になると（圧力検知器８の出力が論理“０”
から論理“１”に切換わると）、そのときのインバータ
１０の出力周波数を一旦保持した後に所定時間ごとに所
定値ΔＦずつ減少し、検知圧力Ｐが設定値Ｐｓ未満にな
ると（圧力検知器８の出力が論理“１” から論理
“０”に切換わると）、出力周波数を所定時間ごとに所
定値ΔＦずつ増大する手段。

【００２６】［４］流量検知器６の検知流量Ｆが設定値
Ｆｓ未満になると（流量検知器６の出力が論理
“０”）、インバータ２０の運転を停止する手段。

【００２７】つぎに、上記の構成の作用を説明する。

【００２８】受水側で水が使用されない状態では、給水
管４内の水の圧力Ｐが圧力タンク７の蓄圧を受けて設定
値Ｐｓより高い状態にある。水中ポンプ１は停止してい
る。

【００２９】水が使用されると、水の供給が圧力タンク
７の蓄圧によってまかなわれる。水の使用が続いて圧力
タンク７の蓄圧が減ると、それに伴って給水管４内の水
の圧力Ｐが下がるようになる。圧力Ｐが設定値Ｐｓ_２未
満まで下がると、圧力検知器８の出力が論理“１”から
論理“０”に切換わる。

【００３０】圧力検知器８の出力が論理“０”になる
と、インバータ２０が運転されてその出力により水中ポ
ンプ１の運転が開始される。この水中ポンプ１の運転に
より、井戸３内の水が吸引され、それが給水管４により
受水側へ供給される。

【００３１】この水中ポンプ１の始動時、インバータ２
０の出力周波数が徐々に増大されていき、それに伴って
給水管４内の水の圧力Ｐが上昇する。

【００３２】圧力Ｐが目標圧力一定制御となる設定値Ｐ
ｓ_１以上になると、圧力検知器８の出力が論理“０”か
ら論理“１”に切換わる。このとき、インバータ２０の
出力周波数が一旦保持され、その後、圧力検知器８の出
力が論理“１”なら、出力周波数が所定時間ごとに所定
値ΔＦずつ減少される。圧力検知器８の出力が論理
“０”になると、出力周波数が所定時間ごとに所定値Δ
Ｆずつ増大される。

【００３３】この出力周波数の増減により、水中ポンプ
１が井戸３内のどのような深さ位置にあっても、圧力Ｐ
が設定値Ｐｓ_１にほぼ一定に維持される。つまり、給水
圧力Ｐの変動が抑制され、シャワーや給湯器などの使用
に際しては温度変動の少ない安定した給水が可能とな
る。必要温度に達しない低温の湯水が出たり、必要温度
以上の高温の湯水が出てしまうといった不具合が防止さ
れる。

【００３４】以上のように、インバータ２０を採用する
ことにより、水中ポンプ１の頻繁な運転・停止の繰り返
しを回避することができ、水中ポンプ１の寿命向上が図
れるとともに、消費電力の低減が図れて省エネルギ性が
向上する。

【００３５】水中ポンプ１の始動に際してはインバータ
２０の出力周波数が徐々に増大するので、始動時に大き
な電流が流れる事態を解消することができ、よって他の
電気機器たとえば家庭用の空気調和機、冷蔵庫、掃除機
などに対する電圧降下を防止できる。

【００３６】また、ノイズ対策として、インバータ２０
の入力側にノイズフィルタ１２を設け、整流後段にリア
クタ１３を設け、出力側に零相リアクトルなどのノイズ
フィルタ１４を設けているので、インバータ２０の採用
に伴うノイズ発生に対して十分な抑制機能を持つことが
できる。とくに、水中ポンプ１は井戸３内に投入される
ので、インバータ２０から水中ポンプ１にかけての電気
ケーブルが長くなる傾向にあり、ひいては電気ケーブル
から放射ノイズが発生する心配があるが、その放射ノイ
ズを零相リアクトルなどのノイズフィルタ１４によって
抑制することができる。

【００３７】ところで、電源が三相２００Ｖの三相交流
電源１１である場合を例に説明したが、単相２００Ｖや
単相１００Ｖの単相交流電源である場合にも同様に実施
できる。図３は単相交流電源（単相２００Ｖ）５１への
適用について示したもので、インバータ２０の入力側に
おいてノイズフィルタ１２に代えて単相用のノイズフィ
ルタ５２が設けられている。

【００３８】図４は単相交流電源（単相１００Ｖ）５３
への適用について示したもので、インバータ２０の入力
側においてノイズフィルタ１２に代えて単相用のノイズ
フィルタ５２が設けられている。また、整流回路３０に
代えて、整流用ダイオード６１，６２の直列回路および
コンデンサ６３，６４の直列回路からなる倍電圧整流回
路６０が設けられている。

【００３９】すなわち、交流電源が三相２００Ｖである
か、単相２００Ｖであるか、単相１００Ｖであるかに応
じて、インバータ２０における整流回路の種類が選定さ
れる。換言すれば、インバータ２０における整流回路の
種類を異ならせるだけで、多種の交流電源に対応するこ
とができ、電動機１Ｍを換える必要もなく、汎用性にす
ぐれたものとなる。

【００４０】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能
である。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ポ
ンプの電動機に対する駆動電力の供給用としてインバー
タを設け、給水の圧力が所定値一定となるようインバー
タの出力周波数を制御するとともに、インバータの入力
側にノイズフィルタを設け、インバータの整流後段にリ
アクタを設け、インバータの出力側にノイズフィルタを
設けたので、ポンプの頻繁な運転・停止の繰り返しを防
ぎ、これによりポンプの寿命向上が図れるとともに、消
費電力を低減して省エネルギ性の向上が図れ、さらには
ポンプ始動時に大電流が流れる事態を解消して他の電気
機器に対する電圧降下を防ぐことができ、しかもノイズ
発生に対して十分な抑制機能を持つ給水装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の全体的な構成を示す図。

【図２】一実施例における制御部の具体的な構成を示す
図。

【図３】図２の変形例を示す図。

【図４】図２の他の変形例を示す図。

【符号の説明】 １…水中ポンプ １Ｍ…電動機 ４…給水管 ６…流量検知器 ７…圧力タンク（蓄圧手段） ８…圧力検知器 １０…制御部 １１…三相交流電源 １２…ノイズフィルタ １３…リアクタ １４…ノイズフィルタ ２０…インバータ ３０…整流回路 ２１…平滑用コンデンサ ４０…スイッチング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 耕司 愛知県岡崎市橋目町御領田１番地 株式会 社川本製作所岡崎工場内 Ｆターム(参考） 3H045 AA09 AA12 AA23 AA40 BA20 BA32 BA35 BA40 CA03 CA06 DA07 5H007 AA01 BB06 CA01 CB05 CC09 DA03 DB12 HA02 5H576 AA05 BB05 DD04 HA02 HB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機を動力源とするポンプの運転によ
   り給水を行う給水装置において、 交流電圧を整流してその整流後の直流電圧を所定周波数
   の交流電圧に変換し、それを前記電動機に対する駆動電
   力として出力するインバータと、 前記給水の圧力が所定値一定となるよう前記インバータ
   の出力周波数を制御する制御手段と、 前記インバータの入力側に設けたノイズフィルタと、 前記インバータの整流後段に設けたリアクタと、 前記インバータの出力側に設けたノイズフィルタと、 を具備したことを特徴とする給水装置。
2. 【請求項２】 電動機を動力源とし、水を吸引して吐出
   するポンプと、 このポンプから吐出される水を所定の場所へ送るための
   給水管と、 この給水管に連通され、給水圧力を蓄える蓄圧手段と、 交流電源の電圧を整流する整流回路、およびこの整流回
   路の出力電圧を所定周波数の交流電圧に変換するスイッ
   チング回路からなり、前記電動機に対する駆動電力を出
   力するインバータと、 前記交流電源と前記整流回路との間に設けたノイズフィ
   ルタと、 前記整流回路と前記スイッチング回路との間に設けたリ
   アクタと、 前記インバータの出力端と前記電動機との間に設けたノ
   イズフィルタと、 前記給水管内の水の圧力を検知する圧力検知手段と、 前記給水管内の水の流量を検知する流量検知手段と、 前記圧力検知手段の検知圧力が設定値未満になると前記
   インバータの運転を開始してそのインバータの出力周波
   数を徐々に増大し、その後、前記圧力検知手段の検知圧
   力が所定値一定となるようインバータの出力周波数を制
   御するとともに、前記流量検知手段の検知流量が設定値
   未満になるとインバータの運転を停止する制御手段と、 を具備したことを特徴とする給水装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の給水装
   置において、 前記電動機は、誘導電動機、永久磁石回転式電動機、磁
   極位置検出器が無い永久磁石回転式電動機のいずれかで
   あることを特徴とする給水装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の給水装置において、 前記整流回路は、前記交流電源が三相２００Ｖである
   か、単相２００Ｖであるか、単相１００Ｖであるかに応
   じて、種類が異なることを特徴とする給水装置。