(57)【要約】【課題】起動頻度を増やすことなく、異物が羽根車に絡み付いたり、ポンプケーシング内で滞留して詰まりが発生することの無いマンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】  流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えたマンホールポンプ装置に設置され、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位ＨＷＬに達すると水中ポンプを起動し、ポンプ停止水位ＬＷＬに達すると水中ポンプを停止する制御部を備えた制御装置であって、制御部は、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位ＬＷＬに達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせて水中ポンプを制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えたマンホールポンプ装置に設置され、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ起動水位より低位のポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止する制御部を備えているマンホールポンプ装置の制御装置であって、
制御部は、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプを制御するマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項２】
第二回転制御は、水中ポンプを定常回転数より高い回転数で駆動する制御を含む請求項１記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項３】
第二回転制御は、水中ポンプを第一回転数で駆動した後に、第一回転数より高い第二回転数で駆動する制御を含む請求項１または２記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項４】
第二回転制御は、水中ポンプを第一回転数で駆動する制御と、第一回転数より高い第二回転数で駆動する制御を繰り返す請求項１記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項５】
第二回転数は、定格回転数より高い回転数である請求項３または４記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項６】
第一回転数は、水中ポンプの吐出口に接続された立上り配管で落水が発生する吐出圧力より高い吐出圧力が確保可能な回転数以上の回転数に設定されている請求項３から５の何れかに記載のマンホールポンプの制御装置。
【請求項７】
制御部は、第二回転数による駆動時間が第一回転数による駆動時間より長くなるように制御する請求項３から６の何れかに記載のマンホールポンプの制御装置。
【請求項８】
制御部は、第一回転数による駆動時間と第二回転数による駆動時間を可変設定するタイマ設定部を備えている請求項３から７の何れかに記載のマンホールポンプの制御装置。
【請求項９】
制御部は、水位センサで計測された水位がポンプ起動水位とポンプ停止水位の間に設定された中間水位に達した後に第二回転制御に切り替える請求項１から８の何れかに記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項１０】
中間水位が、ポンプ起動水位とポンプ停止水位の中央水位よりポンプ停止水位寄りに設定されている請求項９記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項１１】
ポンプ起動水位とポンプ停止水位の間に複数段の中間水位が設定され、制御部は、水中ポンプの起動後、水位センサで計測された水位が最上段の中間水位に達した後に第二回転制御に切り替え、その後各設定水位に達する度に回転数を切り替える請求項１から６の何れかに記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項１２】
水中ポンプがノンクロッグ形の羽根車を備えた水中ポンプである請求項１から１１の何れかに記載のマンホールポンプ装置の制御装置。
【請求項１３】
流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えたマンホールポンプ装置に設置され、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ起動水位より低位のポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止するマンホールポンプ装置の制御方法であって、
水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプを制御するマンホールポンプ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に下り勾配で埋設された自然流下方式の汚水搬送管は、所定間隔でマンホールポンプ装置に接続されている。
【０００３】
マンホールポンプ装置は、汚水搬送管の端部の流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えている。
【０００４】
このようなマンホールポンプ装置には、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ起動水位より低位のポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止する制御部を備えた制御装置が設置されている。
【０００５】
マンホールに設置される水中ポンプは、コスト、消費電力、省スペース化等の観点から、容量が小さな型式のものが選定されるため、ポンプ性能曲線上で高揚程且つ小水量で運転される場合がある。
【０００６】
ポンプ起動水位で起動された水中ポンプにより、汚水が流出管に圧送されて水位が低下するにつれて揚程が高くなり、圧送される水量が低下する。
【０００７】
しかし、汚水には紙や布等の多種多用な固形異物が含まれることがあり、このような固形異物が羽根車に絡み付くと、水中ポンプが閉塞する虞がある。
【０００８】
そこで、特許文献１には、ポンプ起動水位とポンプ停止水位の間に中間水位を設定し、水位が中間水位に達すると所定時間水中ポンプを停止して、その後再起動することにより、羽根車に絡み付いた異物を除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−９１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、駆動中の水中ポンプを一時停止させ、再度起動するときには、水位がポンプ起動水位よりも低下して揚程が大きくなっていることもあり、起動時の電流が大きくなり、電動機の寿命に大きな影響を与える起動頻度が増えるという問題があった。
【００１１】
また、水中ポンプを一時停止させて逆転駆動することにより羽根車に絡み付いた異物を除去することも可能であるが、その場合には主軸にボルト締着されている羽根車のボルトが緩み、主軸から羽根車が離脱する虞があるという問題もあった。
【００１２】
また、揚程が大きくなり圧送される水量が低下すると、羽根車に異物が絡まなくとも、異物が流出管に圧送されずにポンプケーシング内で滞留する虞もあった。
【００１３】
特に、ノンクロッグ形の羽根車を備えた水中ポンプでは、異物が羽根車に絡み付くような虞は低いが、揚程が大きくなり圧送される水量が低下すると、羽根車とポンプケーシング内で異物が滞留する虞が高いという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した問題に鑑み、起動頻度を増やすことなく、異物が羽根車に絡み付いたり、ポンプケーシング内で滞留して詰まりが発生することの無いマンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明による水中ポンプ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えたマンホールポンプ装置に設置され、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ起動水位より低位のポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止する制御部を備えているマンホールポンプ装置の制御装置であって、制御部は、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプを制御する点にある。
【００１６】
制御部は、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する第二回転制御を自由に組み合わせて水中ポンプを制御することで、羽根車の周囲とポンプケーシング内の流速を変化させ、流れの状態を変化させることで異物の羽根車に対する絡み付きや、ポンプケーシング内での異物の滞留による詰まりの発生を回避して良好に汚水を圧送することができるようになる。
【００１７】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、第二回転制御は、水中ポンプを定常回転数より高い回転数で駆動する制御を含む点にある。
【００１８】
水位低下に伴なう揚程の上昇により圧送水量が低下する場合であっても、定常回転数より高い回転数で駆動することで、定常回転数での駆動による圧送水量より増量することができ、ポンプケーシング内に異物が滞留する場合であっても、圧送による効果を増やして、効果的に異物を吐出すことができる。
【００１９】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第一または第二特徴構成に加えて、第二回転制御は、水中ポンプを第一回転数で駆動した後に、第一回転数より高い第二回転数で駆動する制御を含む点にある。
【００２０】
例えば、羽根車を定常回転数より低い第一回転数で駆動することにより、異物が羽根車に絡み付く力を弱め、異物を羽根車から離脱させることができ、その後に、羽根車を第一回転数より高い第二回転数で駆動することで離脱した異物を効果的に吐出すことができる。また、ポンプケーシング内で異物が滞留しているような場合は、羽根車を第一回転数で駆動することにより羽根車の周囲とポンプケーシング内の流速が低下し、異物の滞留の状態が変化する。その後、羽根車を第一回転数より高い第二回転数で駆動することで、滞留の状態が変化した異物を汚水の流れにのせて効果的に吐出すことができる。尚、第一回転数は、定常回転数より低い回転数に限るものではなく、定常回転数と同一の回転数であってもよいし、定常回転数より高い回転数であってもよい。
【００２１】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第一特徴構成に加えて、第二回転制御は、水中ポンプを第一回転数で駆動する制御と、第一回転数より高い第二回転数で駆動する制御を繰り返す点にある。
【００２２】
第一回転数で駆動する制御と、第一回転数より高い第二回転数で駆動する制御を繰り返すことで、ポンプケーシング内の流速が変化し汚水に繰返し揺らぎが与えられて異物にかかる力が変化し、羽根車に絡み付いた異物が離脱しやすく、吐出される可能性が高くなる。また、ポンプケーシング内で異物が滞留しているような場合は、羽根車を第一回転数で駆動することにより羽根車の周囲とポンプケーシング内の流速が低下し、異物の滞留の状態が変化する。その後、羽根車を第一回転数より高い第二回転数で駆動することで、滞留の状態が変化した異物を汚水の流れにのせて効果的に吐出すことができる。
【００２３】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または四特徴構成に加えて、第二回転数は、定格回転数より高い回転数である点にある。
【００２４】
第二回転数が、定格回転数より高い回転数であるときは、同じ揚程での吐出し量を増やすことができるので、圧送による効果が増え、異物は吐出され易くなる。
【００２５】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第三から五の何れかの特徴構成に加えて、第一回転数は、水中ポンプの吐出口に接続された立上り配管で落水が発生する吐出圧力より高い吐出圧力が確保可能な回転数以上の回転数に設定されている点にある。
【００２６】
水中ポンプを停止して落水が生じると、その後再起動した際に、落水した汚水を揚水するエネルギーが必要となる。第一回転数を立上り配管で落水が発生する吐出圧力より高い吐出圧力が確保可能な回転数以上の回転数に設定すれば、羽根車に絡み付いた異物を離脱させながら、次に回転数を上昇させるような場合であっても、消費電力を効果的に抑制することができるようになる。
【００２７】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第三から第六の何れかの特徴構成に加えて、制御部は、第二回転数による駆動時間が第一回転数による駆動時間より長くなるように制御する点にある。
【００２８】
第一回転数での駆動時間に、吐出し流量が低下して、ポンプケーシング内に滞留する異物や吐出し用の配管内の異物が管内で沈下する場合であっても、第二回転数での駆動時間を長くすることで下流側に圧送することができる。
【００２９】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第三から第七の何れかの特徴構成に加えて、制御部は、第一回転数による駆動時間と第二回転数による駆動時間を可変設定するタイマ設定部を備えている点にある。
【００３０】
タイマ設定部によって第一回転数による駆動時間と第二回転数による駆動時間を可変設定することで、マンホールに流入する汚水の状態や、水中ポンプの能力に応じた制御が可能となる。
【００３１】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、制御部は、水位センサで計測された水位がポンプ起動水位とポンプ停止水位の間に設定された中間水位に達した後に第二回転制御に切り替える点にある。
【００３２】
中間水位に達した後に、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御に切り替えて、羽根車の周囲の流れの状態を変化させることで異物の羽根車に対する絡み付きや、ポンプケーシング内での滞留による詰まりの発生の虞を低減できる。
【００３３】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第九特徴構成に加えて、中間水位が、ポンプ起動水位とポンプ停止水位の中央水位よりポンプ停止水位寄りに設定されている点にある。
【００３４】
水位が低下して揚程が大きくなると、圧送される水量が低下し、羽根車に異物が絡みやすく、また、異物が流出管に圧送されずにポンプケーシング内で滞留し易くなる。そこで、ポンプ起動水位とポンプ停止水位の中央水位よりポンプ停止水位寄りに中間水位を設定すれば、そのような異物の絡み付きや滞留の頻度の高い領域で、水中ポンプの回転数を変化させて羽根車の周囲の流れに揺らぎを与えることができ、異物を羽根車から離脱させ、或いは、ポンプケーシング内で滞留する異物の圧送を効率的に行なえるようになる。
【００３５】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、ポンプ起動水位とポンプ停止水位の間に複数段の中間水位が設定され、制御部は、水中ポンプの起動後、水位センサで計測された水位が最上段の中間水位に達した後に第二回転制御に切り替え、その後各設定水位に達する度に回転数を切り替える点にある。
【００３６】
水位が低下するに従い揚程が上昇し、水中ポンプの圧送量が低下する。それまでの間に羽根車に異物の絡み付きが発生し、更に圧送量が低下する場合もある。そこで、制御部により、水位が最上段の中間水位に達したと検知された後に第二回転制御に切り替えられ、水中ポンプの回転数が下降するように、或いは上昇するように制御されることにより、羽根車からの異物の離脱、ポンプケーシング内での滞留異物の圧送が達成される。そのような回転数の切り替えが複数段の中間水位に達する度に行なわれるので、残留水量に応じて適切な時期に回転数の切り替えが行なえるようになる。
【００３７】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一から第十一の何れかの特徴構成に加えて、水中ポンプがノンクロッグ形の羽根車を備えた水中ポンプである点にある。
【００３８】
ノンクロッグ形の羽根車を備えた水中ポンプであれば、羽根車に異物が絡み付くような虞は低いのであるが、揚程が高くなり圧送水量が低下すると、異物が羽根車とポンプケーシング内で滞留し易くなる。そのような場合に、上述した第二回転制御により、滞留異物を効果的に汚水とともに圧送することができるようになる。
【００３９】
本発明によるマンホールポンプ装置の制御方法の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、流入管から流入した汚水を貯留するマンホールと、マンホールに貯留された汚水を流出管に圧送する水中ポンプと、マンホールに貯留された汚水の水位を計測する水位センサを備えたマンホールポンプ装置に設置され、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ起動水位より低位のポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止するマンホールポンプ装置の制御方法であって、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプを制御する点にある。
【発明の効果】
【００４０】
以上説明した通り、本発明によれば、起動頻度を増やすことなく、異物が羽根車に絡み付いたり、ポンプケーシング内で滞留して詰まりが発生することの無いマンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるマンホールポンプ装置の説明図
【図２】水中ポンプの説明図
【図３】（ａ）はノンクロッグ式の羽根車の横断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図４】制御部の説明図
【図５】（ａ）は水中ポンプの性能曲線図、（ｂ）は、回転数の切り替え制御の説明図
【図６】（ａ）は第二回転制御のタイムチャート（ｂ）は、別実施形態を示す第二回転制御のタイムチャート、（ｃ）は別実施形態を示す第二回転制御のタイムチャート
【図７】（ａ）は別実施形態を示す第二回転制御のタイムチャート（ｂ）は、別実施形態を示す第二回転制御のタイムチャート、（ｃ）は別実施形態を示す第二回転制御のタイムチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に、本発明によるマンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法を説明する。図１に示すように、マンホールポンプ装置１０は、流入管１２から流入した汚水を貯留するマンホール１１と、マンホール１１に貯留された汚水を立上り配管１３を介して流出管１４に圧送する水中ポンプ２０と、マンホール１１に貯留された汚水の水位を計測する水位センサ１５を備えている。マンホールポンプ装置１０の地上近傍には水中ポンプ２０の起動・停止を制御する制御部５１を備えた制御装置５０が設置されている。
【００４３】
制御装置５０と水中ポンプ２０の間に水中ポンプ２０に給電するための給電線５７が配線され、制御装置５０と水位センサ１５の間に、水位検知信号線５８が配線されている。
【００４４】
水位センサ１５は、投込圧力式や気泡式の水位センサが用いられ、マンホール１１の底部に設置されて、マンホール１１に貯留される汚水の水位を連続的に検出するように構成されている。更に、水位センサ１５の故障に備えバックアップ用のフロート式の水位センサ１６が異常高水位となる高さに設置され、水位センサ１５及び水位センサ１６で異常高水位ＨＨＷＬを検出するように構成されている。尚、水位センサとして浮子式の水位センサを用いて、所定の水位となる毎に水位を検知する等、その他公知の水位センサによって水位を計測するように構成してもよい。
【００４５】
図２に示すように、水中ポンプ２０は、電動機３０と、電動機３０の電動機軸３３の一端に支承されたノンクロッグ式の羽根車２２と、羽根車２２を収容するポンプケーシング２１と、ポンプケーシング２１と電動機３０を接続する接続ケーシング２３等を備えている。
【００４６】
図３に示すように、羽根車２２は、吸込開口が形成された側板２２ａと、電動機軸３３を嵌挿する開口２２ｂが形成された主板２２ｃの間に、らせん状の羽根板２２ｄが固着されている。
【００４７】
電動機３０は、電動機フレーム３１と、電動機フレーム３１の内周壁に配設された固定子３２と、電動機軸３３と、電動機軸３３に配設された回転子３４を備え、電動機軸３３は上部玉軸受３５と、下部玉軸受３６によって軸支され、一端に羽根車２２が拘止され、制御装置５０からの電力が給電線５７を介して電動機３０に伝達され、電動機軸３３の回転に伴ない羽根車２２が回転するように構成されている。
【００４８】
羽根車２２が回転すると、ポンプケーシング２１の下部に形成した吸込口２４から水が吸い込まれ、羽根車２２の内部を通過し、周壁の一部に形成された吐出口２５から吐出され、立上り配管１３を介して流出管１４に圧送される。
【００４９】
図４に示すように、制御装置５０には、マイクロコンピュータ５２と、マイクロコンピュータにより制御されるインバータ回路５３を備えた制御部５１と、制御部５１から出力されるモニタ信号を入力してマンホールの状態を外部に無線通信する通信部５４等を備えている。マイクロコンピュータ５２は、水位センサ１５により計測された水位に基づいてインバータ回路５３を制御して電動機３０の回転数を制御する。
【００５０】
制御部５１は、水位センサ１５によりポンプ起動水位ＨＷＬが検知されると電動機３０を起動（以下、「水中ポンプを起動」とも記す。）して水中ポンプ２０による汚水の排出を開始し、ポンプ停止水位ＬＷＬが計測されると、所定時間経過後、つまり、停止水位ＬＷＬから吸込口２４近傍までの水位に相当する水量を圧送するのに要する時間の経過後に電動機３０を停止して水中ポンプ２０による汚水の排出を停止する。
【００５１】
図５（ａ）には、水中ポンプ２０の吐出し量Ｑと、全揚程Ｈと、軸動力Ｔと、ポンプ効率ηの関係を示す特性曲線が示されている。定格回転数Ｎ０、任意の回転数Ｎとするとき、それぞれに対応して吐出し量をＱ０，Ｑ、揚程をＨ０，Ｈ、軸動力をＴ０，Ｔとすると、
Ｑ／Ｑ０＝Ｎ／Ｎ０
Ｈ／Ｈ０＝（Ｎ／Ｎ０）２
Ｔ／Ｔ０＝（Ｎ／Ｎ０）３
の関係がある。そこで、例えば、ポンプ起動水位ＨＷＬに対応する全揚程Ｈ０のときに、最大効率η０を示す流量Ｑ０が得られるように動作点を設定すると、そのときの回転数Ｎ０が決定され、それに対応して軸動力Ｔ０が求まる。
【００５２】
インバータ回路５３による駆動周波数ｆ、電圧Ｖ、電流Ｉ、定数Ｃとすると、軸動力Ｔ０を確保するための駆動周波数ｆ０は、次式で示される。
Ｔ０＝Ｃ×（Ｖ／ｆ０）×Ｉ
【００５３】
商用電源から供給される電圧、電流の値を定格電力以下の所定値に定めると、駆動周波数ｆ０、つまり水中ポンプ２０の回転数が決定される。尚、電動機３０は、同期式電動機や誘導式電動機等が用いられ、インバータ回路５３による駆動周波数ｆ０に対応して、電動機３０の回転数が決定される。
【００５４】
制御部５１は、水中ポンプ２０を起動した後、水中ポンプ２０の仕様点に対応する回転数を定常回転数Ｎ０として駆動する第一回転制御を実行し、マンホール１１内の汚水の排水を開始する。尚、定常回転数Ｎ０は、定格回転数と同じ値、または、定格回転数よりも低い値に設定されている。
【００５５】
ポンプ起動水位ＨＷＬのときの揚程をＨ０とすれば、水中ポンプ２０を起動した時点Ｓ０の吐出し量がＱ０、軸動力がＴ０で、ポンプ効率がη０となる。
【００５６】
水中ポンプ２０の起動後、第一回転制御によってマンホール１１内の汚水が圧送されると、マンホール１１内の水位が下がり、それに伴い揚程が大きくなり、水位センサ１５が計測する汚水の水位が中間水位ＮＷＬを検知する時点Ｓｎで揚程がＨｎに上昇すると、軸動力がＴｎ、ポンプ効率がηｎ、吐出し量がＱｎに低下する。吐出し量の低下に伴い、水中ポンプ２０により異物が圧送され難くなり、ケーシング２１内や立上り配管１３内に滞留し易くなる状態が発生する。異物とは、汚水に混入している樹脂片や布切れ、紙類等の固形異物である。
【００５７】
揚程がＨ０からＨｎまで大きくなり吐出し量がＱ０からＱｎに下がると、ポンプ効率もηｎに低下するが、軸動力ＴｎはＴ０と比較すると電力的に余裕のある状態である。このような電力と電動機の余裕を利用することにより、電動機の定格出力の範囲内で、定常回転数Ｎ０より高い回転数ＮＨで水中ポンプ２０を駆動することが可能になる。尚、揚程Ｈｎのときに回転数ＮＨで水中ポンプ２０を駆動した時点Ｓｈでは、吐出し量はＱｎより多いＱｈが得られる。
【００５８】
図５（ｂ）に示すように、制御部５１は、水中ポンプ２０を起動して第一回転制御を実行し、所定時期、例えば、揚程がＨ０からＨｎまで高くなったときに、水中ポンプ２０を定常回転数Ｎ０より高い回転数ＮＨで駆動する第二回転制御に切り替えることにより（図中、実線で示す。）、汚水の圧送量を増大させて、ポンプケーシング２１内で滞留するような異物を汚水とともに圧送することが可能になる。
【００５９】
また、制御部５１が、第一回転制御から定常回転数Ｎ０より小さな回転数で駆動する第二回転制御に切り替える場合には（図中、破線で示す。）、回転数が下がることにより、羽根車２２の周囲の汚水の流速が減速して、ポンプケーシング２１内の水流に変動が生じて、第一回転制御中に羽根車２２に絡み付いた異物にかかる力が変化し、効果的に離脱させることができる。
【００６０】
その後、水中ポンプ２０の回転数を上昇させることにより、羽根車２２から離脱した異物を汚水とともに圧送することも可能になる。
【００６１】
つまり、制御部５１は、水中ポンプ２０を起動した後に水位がポンプ停止水位ＬＷＬに達する迄の間に、水中ポンプ２０を所定の定常回転数で駆動する第一回転制御から、定常回転数とは異なる回転数で駆動する第二回転制御に切り替えるように構成されている。
【００６２】
制御部５１により制御される回転数の切り替えは、ステップ的な切り替えに限らず、連続的な切り替え、例えばサインカーブに沿った回転数の切り替え等、適宜設定すればよい。
【００６３】
また、制御部５１は、水中ポンプ２０を起動した後に水位がポンプ停止水位ＬＷＬに達する迄の間に、水中ポンプ２０を所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプを制御するように構成してもよい。
【００６４】
以下、制御部５１により実行される第一回転制御及び第二回転制御について、具体例を詳述する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、制御部５１は、水位センサで計測された水位がポンプ起動水位ＨＷＬを超えると、水中ポンプ２０を起動して、所定の定常回転数Ｎ０で駆動する第一回転制御を実行する。
【００６６】
水位センサ１５で計測された水位が中間水位ＮＷＬになると、第二回転制御に切り替えられ、定常回転数Ｎ０より低い第一回転数ＮＬで所定時間Ｔ１駆動され、その後、第一回転数ＮＬより高い第二回転数ＮＨで所定時間Ｔ２駆動される。
【００６７】
その後、ポンプ停止水位ＬＷＬが検知されると、所定時間Ｔ３経過後に水中ポンプ２０が停止される。所定時間Ｔ３とは、定常回転数Ｎ０で、停止水位ＬＷＬから吸込口２４近傍までの水位に相当する水量を圧送するのに要する時間である。
【００６８】
つまり、所定の第一回転数ＮＬで駆動された後に、第一回転数ＮＬより高い第二回転数ＮＨで駆動され、第二回転数ＮＨによる駆動時間Ｔ２が、第一回転数ＮＬによる駆動時間Ｔ１より長くなるように制御される。
【００６９】
第一回転数ＮＬでの駆動時間Ｔ１に吐出し流量が低下して、ポンプケーシング２１内に滞留する異物や吐出し用の立上り配管１３内の異物が管内で沈降する場合であっても、第二回転数ＮＨでの駆動時間Ｔ２を長くすることにより下流側に圧送することができる。尚、駆動時間Ｔ１は数秒程度の時間を確保する必要があり、駆動時間Ｔ２は、１０秒から数十秒の範囲で設定すればよい。
【００７０】
第一回転数ＮＬは、定常回転数Ｎ０以下に設定されるが、水中ポンプ２０の吐出口２５に接続された立上り配管１３で落水が発生する吐出圧力より高い吐出圧力が確保可能な回転数以上の回転数に設定されることが好ましい。
【００７１】
水中ポンプ２０の羽根車２２の回転が継続する最小の回転数、例えば、インバータ回路５３では、定格回転数の５％程度以上の回転数に設定される。立上り配管１３で落水が発生しても水中ポンプ２０を停止しなければ、電流は上がらないからである。
【００７２】
水中ポンプ２０を停止して立上り配管１３で落水が発生すると、再び水中ポンプ２０を起動した際に、落水した汚水を揚水するエネルギーが必要となるが、第一回転数ＮＬを立上り配管１３で落水が発生する吐出圧力より高い吐出圧力が確保可能な回転数以上の回転数に設定すれば、羽根車に絡み付いた異物を離脱させながら、次に回転数を上昇させるような場合であっても、消費電力を効果的に抑制することができるようになるからである。
【００７３】
第一回転数ＮＬは、例えば、定格回転数の７０％程度以上の範囲の任意の値に設定され、第二回転数ＮＨは、例えば、定格回転数の１１０％程度以下の範囲の任意の値に設定することができる。ここで、定格回転数とは、商用電源周波数と電動機のポール数から定まる回転数で、例えば、商用電源周波数が６０Ｈｚで電動機のポール数が４ポールであれば１８００ｒｐｍとなる。尚、第二回転数ＮＨは、インバータ回路５３による駆動周波数が商用電源周波数の６０Ｈｚまたは５０Ｈｚとなる定格回転数より高い回転数であってもよい。通常、インバータ回路による駆動周波数は商用電源周波数の１１０％程度の周波数まで駆動能力が備わっている。
【００７４】
中間水位ＮＷＬは、ポンプ起動水位ＨＷＬとポンプ停止水位ＬＷＬの中央水位よりポンプ停止水位ＬＷＬ寄りに設定されている。水位が低下して揚程が大きくなると、圧送される水量が低下し、羽根車２２に異物が絡みやすく、また、異物が流出管に圧送されずにポンプケーシング２１内で滞留し易くなる。そのような状況で第二回転制御を実行するためである。
【００７５】
中間停止水位ＮＷＬの検知により第二回転制御への切り替えを実行する以外に、電動機３０の電機子巻線の電流を計測して、電流値が所定値より低下したことを検知して第二回転制御への切り替えを実行してもよい。
【００７６】
尚、図６（ａ）に破線の吹出しで示すように、回転数を切り替える場合、ステップ的に切り替えると、電動機３０が対応できないため、通常は所定時間間隔で徐々に切り替えられる。また、水中ポンプ２０の起動時や停止時も周波数を徐々に上昇または下降させるソフトスタート、ソフトストップ制御が行なわれる。
【００７７】
更に、第一回転数ＮＬまたは第二回転数ＮＨへの回転数の切り替えは正弦波状に切り替えるようにしてもよい。つまり、第一回転数ＮＬが負方向のピーク回転数、第二回転数ＮＨが正方向へのピーク回転数となるように、正弦波状に回転数を切り替えるものであってもよい。同様に、第一回転数ＮＬが負方向のピーク回転数、第二回転数ＮＨが正方向へのピーク回転数となるように、三角波状に回転数を切り替えるものであってもよい。
【００７８】
図６（ｂ）に示すように、水中ポンプ２０を第一回転数ＮＬで駆動する制御と、第一回転数ＮＬより高い第二回転数ＮＨで駆動する制御を繰り返すように、第二回転制御を実行してもよい。
【００７９】
回転数の下降と上昇を繰り返すことで、ポンプケーシング２１内の流速が変化し汚水に繰返し揺らぎが与えられて異物にかかる力が変化し、羽根車２２に絡み付いた異物が離脱しやすく、吐出される可能性が高くなる。また、回転数の変化は急激であるほど、流速の変化が大きくなり、異物がより離脱しやすくなり、吐出されやすくなる。
【００８０】
このとき、第一回転数ＮＬ及び第二回転数ＮＨは一定の値に固定される必要はなく、初回の第一回転数ＮＬより二回目の第一回転数ＮＬが高くなるように、或いは低くなるように設定されてもよい。水位の低下により揚程が上昇するため、初回の第一回転数ＮＬより二回目の第一回転数が高くなるように設定すれば、圧送量の著しい低下を防ぐことができる。同様に、初回の第二回転数ＮＨより二回目の第二回転数ＮＨが高くなるように、或いは低くなるように設定されてもよい。
【００８１】
図６（ｃ）に示すように、第二回転制御の初期に水中ポンプ２０を第二回転数ＮＨで駆動する制御と、第二回転数ＮＨより低い第一回転数ＮＬで駆動する制御を実行してもよく、これを繰り返してもよい。この場合、初期の第二回転数ＮＨでの駆動により、ポンプケーシング２１内に滞留している異物が圧送され、次に第一回転数ＮＬでの駆動により羽根車２２等に絡まった異物が離脱され、更に第二回転数ＮＨでの駆動により、離脱した異物が圧送されるようになる。
【００８２】
図７（ａ）に示すように、第二回転制御の初期に水中ポンプ２０を第一回転数ＮＬで駆動する制御と、その後に第一回転数ＮＬより高く、定常回転数Ｎ０より低い第二回転数ＮＨで駆動する制御を実行してもよい。
【００８３】
何れの場合であっても、第一回転数ＮＬで駆動した後に第二回転数ＮＨで駆動することが特に好ましい。
【００８４】
また、制御部５１に、第一回転数による駆動時間と第二回転数による駆動時間を可変設定するタイマ設定部５５（図４参照）を備えることが好ましく、タイマ設定部５５によって第一回転数ＮＬによる駆動時間Ｔ１と第二回転数ＮＨによる駆動時間Ｔ２を可変設定することで、マンホール１１に流入する汚水の状態や、水中ポンプ２０の能力に応じた制御が可能となる。
【００８５】
具体的には、タイマ設定部５５を介して管理者により入力されたタイマ値をメモリに記憶するように構成し、マイクロコンピュータ５２が、メモリに格納されたタイマ値に基づいて第一回転数ＮＬと第二回転数ＮＨの駆動時間を制御するように構成すればよい。また、タイマ値は０であってもよい。
【００８６】
更に、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ポンプ起動水位ＨＷＬとポンプ停止水位ＬＷＬの間に複数段の中間水位ＮＷＬ１，ＮＷＬ２，・・・が設定され、制御部５１が、水中ポンプ２０の起動後、水位センサで計測された水位が最上段の中間水位ＮＷＬ１に達した後に第二回転制御に切り替え、その後各設定水位ＮＷＬ２，ＮＷＬ３，・・・に達する度に回転数を切り替えるように構成してもよい。この場合、水位センサに、連続的に水位が検知できる投込圧力式や気泡式の水位センサを用いることが好ましい。
【００８７】
水位が低下するに従い揚程が上昇し、水中ポンプ２０の圧送量が低下する。それまでの間に羽根車に異物の絡み付きが発生し、更に圧送量が低下する場合もある。そこで、制御部５１により、水位が最上段の中間水位ＮＷＬ１に達したと検知された後に第二回転制御に切り替えられ、水中ポンプ２０の回転数が下降するように、或いは上昇するように制御されることにより、羽根車からの異物の離脱、ポンプケーシング２１内での滞留異物の圧送が達成される。そのような回転数の切り替えが複数段の中間水位ＮＷＬ１，ＮＷＬ２，・・・に達する度に行なわれるので、残留水量に応じて適切な時期に回転数の切り替えが行なえるようになる。
【００８８】
各回転数での駆動時間は、中間水位ＮＷＬ１，ＮＷＬ２，・・・として設定される水位により決定される。例えば、図７（ｃ）に示すように、第一回転数ＮＬでの駆動時間が、中間水位ＮＷＬ１とＮＷＬ２の水位差、ＮＷＬ３とＮＷＬ４の水位差で決定され、第二回転数ＮＨでの駆動時間が、中間水位ＮＷＬ２とＮＷＬ３の水位差、ＮＷＬ４とＬＷＬの水位差で決定される。
【００８９】
以上の構成により、流入管１２から流入した汚水を貯留するマンホール１１と、マンホール１１に貯留された汚水を流出管１４に圧送する水中ポンプ２０と、マンホール１１に貯留された汚水の水位を計測する水位センサ１５を備えたマンホールポンプ装置１０に設置され、水位センサ１５で計測された水位が所定のポンプ起動水位ＨＷＬに達すると水中ポンプ２０を起動し、ポンプ起動水位ＨＷＬより低位のポンプ停止水位ＬＷＬに達すると水中ポンプ２０を停止するマンホールポンプ装置１０の制御方法であって、水中ポンプ２０を起動した後に水位がポンプ停止水位ＬＷＬに達する迄の間に、水中ポンプ２０を所定の定常回転数Ｎ０で駆動する第一回転制御と、定常回転数Ｎ０とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせ水中ポンプ２０を制御するマンホールポンプ装置１０の制御方法が実行できる。
【００９０】
上述した実施形態では、インバータ回路によって水中ポンプの回転数を可変制御する構成について説明したが、水中ポンプの回転数を可変制御する回路はインバータ回路に限るものではなく、適宜公知の駆動回路を採用することができる。例えば、電動機として誘導式電動機を採用する場合には、マイクロコンピュータを用いて、回転子のすべり率を可変制御することにより回転数を切り替えることができる。
【００９１】
上述した実施形態では、ノンクロッグ形の羽根車を備えた水中ポンプの場合について説明したが、ボルテックス形の羽根車や、スクリュー形の羽根車等を備えた水中ポンプの公知の水中ポンプであっても本発明を適用することができる。
【００９２】
特にボルテックス形の羽根車のように、ノンクロッグ形の羽根車に比べて複雑な形状の羽根車を備えた水中ポンプの場合は、羽根車に異物が絡み付きやすいため、制御部によって、当該水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御から、定常回転数とは異なる回転数で駆動する第二回転制御に切り替えることで、羽根車の周囲の流れの状態を変化させることで異物の羽根車に対する絡み付きや、ポンプケーシング内での滞留による詰まりの発生の虞を低減できる効果が高い。
【００９３】
上述した実施形態では、制御装置５０をマンホール１１の近傍に設置する構成について説明したが、水中ポンプ２０に内蔵する構成であってもよい。
【００９４】
以上説明したマンホールポンプ装置の制御装置及び制御方法の具体的構成は上述の実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９５】
１０：マンホールポンプ装置
１２：流入管
１１：マンホール
１３：立上り配管
１４：流出管
１５，１６：水位センサ
２０：水中ポンプ
２１：ポンプケーシング
２２：羽根車
２２ａ：側板
２２ｂ：開口
２２ｃ：主板
２２ｄ：羽根板
２３：接続ケーシング
２４：吸込口
２５：吐出口
３０：電動機
３１：電動機フレーム
３２：固定子
３３：電動機軸
３４：回転子
３５：上部玉軸受
５０：制御装置
５１：制御部
５２：マイクロコンピュータ
５３：インバータ回路
５４：通信部
５５：タイマ設定部
５７：給電線
５８：水位検知信号線
Ｈ：揚程
Ｔ：軸動力
η：ポンプ効率
Ｎ０：定常回転数
ＮＬ：第一回転数
ＮＨ：第二回転数
Ｔ１：駆動時間
Ｔ２：駆動時間
ＨＷＬ：ポンプ起動水位
ＬＷＬ：ポンプ停止水位
ＮＷＬ：中間水位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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