(57)【要約】【課題】同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて、エネルギー効率を向上させると共に装置の振動発生を低減させる。【解決手段】水路（１）を上下方向に開閉可能に設けられた１枚のゲート（１０）と、１枚のゲートを貫通するように設けられて１枚のゲートの一方の側から他方の側へと水を排出する複数の待機運転型水中ポンプ（２０、３０）とを備え、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させるように構成されている、ポンプゲート（１００）。【選択図】図１
2018059277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路を上下方向に開閉可能に設けられた１枚のゲートと、
前記１枚のゲートを貫通するように設けられて前記１枚のゲートの一方の側から他方の側へと水を排出する複数の待機運転型水中ポンプとを備え、
前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させるように構成されている、
ポンプゲート。
【請求項２】
前記複数の待機運転型水中ポンプが、前記１枚のゲートの異なる高さ位置に設けられていることにより、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させる、
請求項１に記載のポンプゲート。
【請求項３】
前記待機運転型水中ポンプのそれぞれに供給される電流が下限値を下回ると、その待機運転型水中ポンプを停止させるように構成されている、
請求項１または２に記載のポンプゲート。
【請求項４】
前記待機運転型水中ポンプのそれぞれに供給される電流が下限値を下回っている時間が上限時間を超えると、その待機運転型水中ポンプを停止させるように構成されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載のポンプゲート。
【請求項５】
高さ位置の異なる前記複数の待機運転型水中ポンプの取り付け位置を交換可能に構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のポンプゲート。
【請求項６】
前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれにインバータ制御装置が設けられており、
前記インバータ制御装置が、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプそれぞれの出力を異なるタイミングで変化させるように構成されている、
請求項１ないし５のいずれかに記載のポンプゲート。
【請求項７】
水路を上下方向に開閉可能に設けられた１枚のゲートと、前記１枚のゲートを貫通するように設けられて前記１枚のゲートの一方の側から他方の側へと水を排出する複数の待機運転型水中ポンプとを備えるポンプゲートの運転方法であって、
前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプそれぞれの出力を異なるタイミングで変化させる、
ポンプゲートの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプゲートおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部などを中心に局地的集中豪雨（ゲリラ豪雨）が発生し、住宅地などが局地的に浸水する被害が頻発している。この様な背景の中、小規模排水機場の役割が重要になっている。
【０００３】
局地的集中豪雨が発生した場合、狭い水路への流入量が一気に増大する。このため小規模排水機場において、従来の降雨パターンを想定して定められた排水開始水位に基づいて運転をしても、排水が間に合わない可能性がある。
【０００４】
局地的集中豪雨は、エリアを移動しながら降るため、排水機場への流入状況の変化が大きい。一度大量に流入した後、一旦水位が低くなり、その後に再び水位が大きく上昇するような状況もしばしば発生する。ところが、装置の過熱防止等の理由から、一定時間内における電動機の再起動回数には制約がある。このため、ポンプが最初の排水運転を終了し停止した後、再び水位が大きく上昇しても、追従できないという状況が発生しうる。
【０００５】
ところで、小規模排水設備（例えば、渦巻き水中ポンプ、コラム式水中ポンプ、ポンプゲートなど）で水中ポンプを使用すると、土木費用や機器設備費などイニシャルコストを最小限に抑えることができる。このため、小規模排水設備では、住宅地内の既設水路や狭隘箇所を利用し、建て屋が不要で安価な水中ポンプを設置する場合が多い。
【０００６】
特許文献１は、上流側の水域と下流側の水域の境界部に設けたゲート脚と、このゲート脚に個別の着脱を可能に積み重ねて組み付けられた複数の扉体ユニットの集合体によってなり、扉体ユニットが、止水ゲート扉体と、この止水ゲート扉体に取付けられた１台の逆流防止弁付き排水ポンプとを備えている、ポンプゲートを開示する。
【０００７】
特許文献２は、水路を遮断する扉に筒状の枠体と該枠体の内部に固定された原動機とを具備する水中ポンプが設置されると共に、フラップ弁が水中ポンプの排出口を覆うように設けられたポンプゲートであって、水中ポンプの原動機とフラップ弁との間の水位に基づいてフラップ弁の開口度を調節する開口調節手段を備える、ポンプゲートを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１４３８８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水中ポンプを用いた小規模排水設備において、上記のような特徴を持つ局地的集中豪雨に対応するために、低い水位（もしくは、空運転）状態でも水中ポンプの運転を継続する方法（いわゆる待機運転）が考えられる。
【００１０】
しかしながら、同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて、待機運転型ポンプを採用すると、電力消費の増加とエネルギー効率の低下、気水混合運転に伴う振動による装置劣化の増大等が生じる。
本発明は、同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて待機運転を行なった場合に、エネルギー効率を向上させると共に装置の振動発生を低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面にかかるポンプゲートは、水路を上下方向に開閉可能に設けられた１枚のゲートと、前記１枚のゲートを貫通するように設けられて前記１枚のゲートの一方の側から他方の側へと水を排出する複数の待機運転型水中ポンプとを備え、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させるように構成されている。
かかる構成では、同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて、急激な水位変動に適切に対応することができる。
【００１２】
上記ポンプゲートにおいて、前記複数の待機運転型水中ポンプが、前記１枚のゲートの異なる高さ位置に設けられていることにより、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させてもよい。
かかる構成では、ポンプの取り付け位置に基づいて、急激な水位変動に適切に対応することができる。
【００１３】
上記ポンプゲートにおいて、前記待機運転型水中ポンプのそれぞれに供給される電流が下限値を下回ると、その待機運転型水中ポンプを停止させるように構成されていてもよい。
【００１４】
かかる構成では、電流値に基づいてポンプの停止タイミングを決定できる。水位が下がれば、ポンプによる水の取り込み量が減り、それに応じて電流値も低下するからである。
【００１５】
上記ポンプゲートにおいて、前記待機運転型水中ポンプのそれぞれに供給される電流が下限値を下回っている時間が上限時間を超えると、その待機運転型水中ポンプを停止させるように構成されていてもよい。
かかる構成では、水位低下が一定時間継続した段階でポンプが停止されるため、ポンプの起動停止が不必要に繰り返される可能性を低減できる。
上記ポンプゲートにおいて、高さ位置の異なる前記複数の待機運転型水中ポンプの取り付け位置を交換可能に構成されていてもよい。
【００１６】
かかる構成では、ポンプへの累積負荷を平準化しやすくなる。すなわち、取り付け位置の低いポンプは、取り付け位置の高いポンプに比べて累積負荷が大きくなりやすく、劣化もしやすくなる。適宜にポンプの取り付け位置を交換することで、累積負荷を平準化することができる。
【００１７】
上記ポンプゲートにおいて、前記複数の待機運転型水中ポンプのそれぞれにインバータ制御装置が設けられており、前記インバータ制御装置が、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプそれぞれの出力を異なるタイミングで変化させるように構成されていてもよい。
かかる構成では、インバータ制御装置でポンプの動作を制御することにより、急激な水位変動に適切に対応することができる。
【００１８】
本発明の第２の側面にかかるポンプゲートの運転方法は、水路を上下方向に開閉可能に設けられた１枚のゲートと、前記１枚のゲートを貫通するように設けられて前記１枚のゲートの一方の側から他方の側へと水を排出する複数の待機運転型水中ポンプとを備えるポンプゲートの運転方法であって、前記水路の水位変化に応じて前記複数の待機運転型水中ポンプそれぞれの出力を異なるタイミングで変化させるものである。
かかる構成では、同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて、急激な水位変動に適切に対応することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートにおいて、急激な水位変動に適切に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態のポンプゲートを水の流れ方向に沿って切った断面を示す模式図
【図２】第１実施形態のポンプゲートを水の流れ方向と垂直に切った断面を示す模式図
【図３】ポンプゲートへのポンプの取り付け位置の相違が、水位上昇時の電流変化に与える影響を示す模式図
【図４】第２実施形態のポンプゲートを水の流れ方向に沿って切った断面を示す模式図
【図５】第２実施形態のポンプゲートを水の流れ方向と垂直に切った断面を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態にかかるポンプゲートおよびその運転方法について説明する。
（第１実施形態）
【００２２】
図１は、第１実施形態のポンプゲートを水の流れ方向に沿って切った断面を示す模式図である。図２は、第１実施形態のポンプゲートを水の流れ方向と垂直に切った断面を示す模式図である。以下、図１および図２を参照しつつ、第１実施形態のポンプゲート１００について説明する。
図に示すように、第１実施形態のポンプゲート１００は、ゲート１０と、ポンプ２０、３０とを備えている。
【００２３】
ゲート１０は１枚であり、水路１を上下方向に開閉可能に構成されている。すなわち、ゲート１０が上下に移動することで、水路１が開閉される。ゲート１０を上に移動させることで水路１が開放され、ゲート１０を下に移動させることで水路１が閉止される。
【００２４】
１枚のゲート１０を貫通するようにポンプ２０、３０が設けられている。ポンプ２０、３０は、それぞれ、ゲート１０の一方の側（図１における右側）から他方の側（図１における左側）へと水を排出する。ポンプ２０、３０は、待機運転型水中ポンプである。
【００２５】
「待機運転型」とは、通常のポンプが排水可能な最低水位より水位が低い状態でもポンプの動作を開始可能であることを言う。待機運転型ポンプは、全速全水位型のポンプであってもよい。すなわち、全速全水位運転が可能であってもよいが、全速全水位運転は必須ではない。全速全水位とは、あらゆる水位（水位ゼロを含む）にて定格回転数で運転できることをいう。待機運転型ないし全速全水位型のポンプは、急激な水位変動があった場合でも迅速な排水が可能となる。
【００２６】
「水中ポンプ」とは、水中に配置されても運転可能なモータで駆動するポンプを言う。冷却の方法は特に限定されない。気中運転時には空冷されてもよいし、水中運転時には水冷されてもよい。あるいは、空冷と水冷とが組み合わされてもよい。水没した場合にはモータの負荷が上昇し、発熱も大きくなるが、例えばその場合に水冷がされれば、冷却量を大きくすることができる。出力の大きなポンプが採用される場合において、気中運転時には別系統で冷却水がモータに供給されてもよい。ポンプとしては、横軸ポンプが好適に用いられる。ポンプは、立軸斜流ポンプ、立軸渦巻斜流ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプ、渦巻斜流ポンプなどであってもよい。ポンプは永久磁石式のポンプであってもよい。
【００２７】
ポンプゲート１００では、水路１の水位変化に応じてポンプ２０、３０のそれぞれが、異なるタイミングで出力を変化させる。すなわち、ポンプゲート１００の運転方法は、水路１の水位変化に応じて複数の待機運転型水中ポンプ２０、３０それぞれの出力を異なるタイミングで変化させるものである。なお、出力の変化は出力の低下であってもよい（以下、本実施形態において同様）。複数のポンプ２０、３０は、同一の電源（発電設備等）に接続され、同一の電源から電力供給を受けていてもよい。
【００２８】
第１実施形態では、かかる動作を、ポンプ２０、３０の取り付け位置を調整することで実現している。ポンプゲート１００では、ポンプ２０、３０が、１枚のゲート１０の異なる高さ位置に設けられている。かかる構成により、水路１の水位変化に応じてポンプ２０、３０のそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させることになる。高さ位置とは、ポンプゲートの底板からの高さとすることができる。
【００２９】
なお、ここでいう「水路１の水位」とは、ゲート１０の上流側（ポンプの取水口側）の水位をいう。
【００３０】
同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートでは、従来、複数の待機運転型水中ポンプが同時にほぼ同量の排水を行なうことになる。このため、排水時の水路の水位低下が速くなって、排水後に気水混合運転が継続する時間も長くなる。気水混合運転が行なわれると、ポンプの振動は大きくなり、ポンプゲートの物理的劣化が進行しやすくなる。また、気中運転よりも気水混合運転の方が電力消費が大きいため、電力消費も大きくなる。第１実施形態では、水路の水位変化に応じて複数のポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させることから、排水時の水路の水位低下を緩和し、気水混合運転が発生する時間も低減できる。よって、ポンプゲートの物理的劣化を少なくすることができ、電力消費を削減する効果も奏し得る。
【００３１】
より具体的には、上方に位置するポンプは、排水の進行に伴う水位低下によって気中運転に移行し、電力消費が低下する。排水を行なうポンプの台数が減るため、水位低下の速度は低下する。その結果、下方に位置するポンプにおいて気水混合運転が発生する時間も短くなる。気水混合運転が発生するポンプは、最下部にあるポンプのみとなり、発生する振動も小さくなる。よって、ポンプゲートの劣化も低減される。一部のポンプは気中運転となり、電力消費は気水混合運転よりも低減される。よって、電力消費量も低減される。
【００３２】
図３は、ポンプゲートへのポンプの取り付け位置の相違が、（ａ）水位変動、および、（ｂ）電流変化、に与える影響を示す模式図である。横軸が時間、縦軸が（ａ）水位、ないし、（ｂ）電流である。厳密には、水路の水位上昇と共に揚程高（上流側［ポンプの取水口側］の水位と、下流側［ポンプの排水口側］の水位との高低差）が低下して電力消費も若干低下していくが、便宜上、ポンプが水没している間の電力消費は一定として説明する。実線（Ａ）が、第１実施形態のように複数のポンプをゲートの異なる高さ位置に設ける場合を示す。破線（Ｂ）が、複数のポンプをゲートの同じ高さ位置に設ける場合を示す。
【００３３】
以下、気中運転時のポンプ１台あたりの電力消費をＷａ、気水混合運転時のポンプ１台あたりの電力消費をＷｂ、水中運転時のポンプ１台あたりの電力消費をＷｃとする。Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃである。以上の点は第２実施形態についても同様である。
【００３４】
図３では、水位（上流側［ポンプの取水口側］の水位、以下同様）の上昇が開始した後、時刻Ｔ４まで単位時間当たり等量の水が水路に流入し、その後水の流入が停止する場合を想定している。水位Ｌ１は待機運転が開始される水位である。水位Ｌ２は下側のポンプ（Ａにおける左側のポンプ３０、Ｂにおける２台のポンプ２５、２５）が排水を開始する水位である。水位Ｌ３は上側のポンプ（Ａにおける右側のポンプ２０）が排水を開始する水位である。
まず、２つのポンプを異なる高さに配置する場合（Ａ）について説明する。
【００３５】
２台のポンプ２０、３０は待機運転型水中ポンプであって、時刻Ｔ１となり水路１の水位がＬ１に達した時点で、運転が開始される。しかし、水位が低い間、ポンプは気中運転となるため、ポンプへの負荷は小さく、電力消費も２Ｗａと小さい。このとき、２台のポンプは待機運転状態となる。
【００３６】
その後、時刻がＴ２となり、水位がＬ２まで上昇すると、まず左側のポンプ３０の取水口から水が流入し、ポンプ３０は水中運転へと移行する。これにより、ポンプ３０の電力消費がＷａからＷｃへと増加する。なお、図３の例では便宜上、時刻Ｔ２の前後において水位の上昇速度が十分に早く、水位上昇時に発生する気水混合運転の時間は無視できると仮定している。一方、右側のポンプ２０の取水口には水が達していないため、ポンプ２０は気中運転となり、ポンプ２０の電力消費はＷａと低いままである。よって、時刻Ｔ２以降の電力消費はＷａ＋Ｗｃとなる。
【００３７】
その後、時刻がＴ３となり、水位がＬ３まで上昇すると、右側のポンプ２０の取水口からも水が流入し、右側のポンプ２０が水中運転へと移行する。これにより、ポンプ２０の電力消費がＷａからＷｃへと増加する。なお、図３の例では便宜上、時刻Ｔ３の前後においても水位の上昇速度は十分に早く、水位上昇時に発生する気水混合運転の時間は無視できると仮定している。一方、左側のポンプ３０の取水口からは水の流入が続いていることから、左側のポンプ３０の電力消費は大きく変動しない。よって、時刻Ｔ３以降の電力消費は２Ｗｃとなる。
【００３８】
その後、時刻Ｔ４まで水路への水流入が継続するが、時刻Ｔ４において水位はＬ４に達すると共に、水の流入は停止する。その後、ポンプ２０、３０は動作を継続することから、水位は低下していく。時刻がＴ５となると、水位はＬ３まで低下し、右側のポンプ２０が気中運転へと移行する。これにより、ポンプ２０の電力消費がＷｃからＷａへと減少する。なお、図３の例では便宜上、時刻Ｔ５の前後においてもポンプ３０の動作が継続していることから、水位の低下速度は十分に早く、水位低下時に右側のポンプ２０に生じる気水混合運転の時間は無視できると仮定している。よって、時刻Ｔ５以降の電力消費はＷａ＋Ｗｃとなる。
【００３９】
その後、時刻Ｔ７になると水位はＬ２まで低下し、左側のポンプ３０が気水混合運転へと移行する。これにより、ポンプ３０の電力消費がＷｃからＷｂへと減少する。水位Ｌ２となると、ポンプ３０による排水は実質上できなくなり、水位の低下は停止する。その結果、時刻Ｔ７以降の電力消費はＷａ＋Ｗｂとなる。ポンプ３０の種類によっては、気水混合運転に由来する振動が発生する。一方、ポンプ２０は単純な気中運転のため、振動は発生しにくい。すなわち、時刻Ｔ７以降は、ポンプ１台分の振動が発生する。
【００４０】
以上のような経過をたどることから、Ａの場合には、時刻Ｔ７以降において、気水混合運転に由来するポンプ１台分の振動が継続的に発生すると共に、電力消費はＷａ＋Ｗｂとなる。
次に、２つのポンプを同じ高さに配置する場合（Ｂ）について説明する。
【００４１】
Ｂにおいても２台のポンプ２５、２５は待機運転型水中ポンプであって、時間Ｔ１となり水路１の水位がＬ１に達した時点で、運転が開始される。しかし、水位が低い間、ポンプは気中運転となるため、ポンプへの負荷は小さく、電力消費も２Ｗａと小さい。
【００４２】
その後、時間がＴ２となり、水位がＬ２まで上昇すると、２台のポンプ２５、２５の取水口から水が流入し、２台のポンプが同時に水中運転へと移行する。これにより、ポンプ２５、２５それぞれの電力消費がＷａからＷｃへと増加する。よって、時刻Ｔ２以降の電力消費は２Ｗｃとなる。なお、図３の例では便宜上、水位の上昇速度が十分に早く、水位上昇時に発生する気水混合運転の時間は無視できると仮定している。
【００４３】
その後、時刻Ｔ４まで水路への水流入が継続するが、時刻Ｔ４において水の流入は停止する。その後、ポンプ２５、２５は動作を継続することから、水位は低下していく。時刻がＴ６となると、水位はＬ２まで低下し、２台のポンプ２５、２５が同時に気水混合運転へと移行する。水位Ｌ２となると、ポンプ２５、２５による排水は実質上できなくなり、水位の低下は停止する。これにより、ポンプ２５、２５それぞれの電力消費がＷｃからＷｂへと減少する。ポンプ２５の種類によっては、気水混合運転に由来する振動が発生する。すなわち、時刻Ｔ７以降は、ポンプ２台分の振動が発生する。
【００４４】
以上のような経過をたどることから、Ｂの場合、時刻Ｔ６以降は、気水混合運転に由来するポンプ２台分の振動が継続的に発生すると共に、電力消費は２Ｗｂとなる。Ｗｂ＞Ｗａであるから、２Ｗｂ＞Ｗａ＋Ｗｂとなる。すなわち、Ｂの場合の方がＡの場合よりも電力消費が大きくなる。
【００４５】
ＡとＢとを比較すれば明らかなように、気水混合運転が生じる時間はＡよりもＢの方が長く、気水混合運転が生じるポンプの台数も多くなり、ＡよりもＢの電力消費が大きくなることが分かる。また、気水混合運転により生じる振動は、Ａにおいてポンプ１台分であるのに対し、Ｂにおいてポンプ２台分となり、Ｂの方が大きい。すなわち、Ａの方がＢよりも電力消費を低減でき、気水混合運転に由来する振動も小さいためにポンプゲートの劣化も低減できる。
【００４６】
ポンプゲート１００は下水処理場に設置された雨水排水ポンプゲートであってもよい。下水の水路は、雨が降ると急激に水位が上昇する。水位が上がった信号で運転開始しても立ち上がりの２〜３分で溢れてしまう。第１実施形態のポンプゲート１００は、水位が上昇しそうな時に水位上昇に先立ってポンプの運転を開始しつつ、電力消費およびポンプゲートの劣化を低減できる。
【００４７】
大型のポンプでは、単位時間当たりの起動停止回数に制約がある場合がある。第１実施形態のポンプゲート１００では、水位が低い状態からポンプを起動し、水位が下がってもポンプの動作を継続しうる。よって、起動停止回数の制約があっても安定した運転が可能である。
【００４８】
図１、２に示す例のように、ポンプゲート１００が制御装置４０を備えていてもよい。制御装置４０は、ポンプ２０およびポンプ３０を制御する機器であればどのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等で構成することができる。なお、制御装置４０は、単独の制御器で構成される形態（集中制御）だけでなく、複数の制御器が協働してポンプゲート１００制御を実行する制御器群で構成される形態（分散制御）であっても構わない。後者の場合には例えば、制御装置４０がポンプ２０およびポンプ３０のそれぞれに設けられていてもよい。制御装置４０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部だけでなく、メモリ等からなる記憶部及び計時部を有していてもよく、マイクロコンピュータで構成されていてもよい。
【００４９】
制御装置４０は、ポンプ２０、３０のそれぞれに供給される電流が下限値を下回ると、そのポンプを停止させてもよい。水位低下に応じてポンプを停止させることで、余分なエネルギー消費を低減できる。
【００５０】
制御装置４０は、ポンプ２０、３０のそれぞれに供給される電流が下限値を下回っている時間が上限時間を超えると、そのポンプを停止させてもよい。かかる構成では、制御装置４０が計時装置（図示せず）を備えていてもよい。水位低下が確実になった段階でポンプを停止させることで、急激な水位上昇への対応能力を確保しつつ、余分なエネルギー消費を低減できる。
【００５１】
高さ位置の異なる複数のポンプ２０、３０の取り付け位置は交換可能であってもよい。交換可能とする具体的な構成としては、ゲートの上流側にのみポンプ（例えば、モータ＋回転羽根＋流路）を配置し、鉛直方向に延びるガイドパイプで導くことでポンプを着脱可能にした構成が考えられる。この場合、ゲートの内部およびゲートの下流側には、流路および蓋等のみが配置されうる。下側のポンプ３０は負荷の高い時間が上側のポンプ２０に比べて長くなりやすい一方で、上側のポンプ２０は負荷の高い時間が下側のポンプ３０に比べて短くなりやすい。ポンプ２０とポンプ３０とを適宜に交換することで、それぞれのポンプ２０、３０へかかる負荷を平均化できる。
（第２実施形態）
【００５２】
図４は、第２実施形態のポンプゲートを水の流れ方向に沿って切った断面を示す模式図である。図５は、第２実施形態のポンプゲートを水の流れ方向と垂直に切った断面を示す模式図である。以下、図４および図５を参照しつつ、第２実施形態のポンプゲート２００について説明する。
図に示すように、第２実施形態のポンプゲート２００は、ゲート１０と、ポンプ２２、３２とを備えている。
ゲート１０については、ポンプの取り付け位置が異なる他は第１実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００５３】
ポンプ２２、３２は、それぞれ、ゲート１０の一方の側（図３における右側）から他方の側（図３における左側）へと水を排出する。ポンプ２２、３２は、待機運転型水中ポンプである。ポンプ２２、３２は、１枚のゲート１０の同じ高さ位置に取り付けられている。
【００５４】
ポンプゲート２００では、水路１の水位変化に応じてポンプ２２、３２のそれぞれは、異なるタイミングで出力を変化させる。すなわち、ポンプゲート２００の運転方法は、水路１の水位変化に応じて複数の待機運転型水中ポンプ２２、３２それぞれの出力を異なるタイミングで変化させるものである。なお、出力の変化は出力の低下であってもよい（以下、本実施形態において同様）。複数のポンプ２２、３２は、同一の電源（発電設備等）に接続され、同一の電源から電力供給を受けていてもよい。
【００５５】
第２実施形態では、かかる動作を、ポンプ２２、３２にそれぞれ設けられたインバータ制御装置２４、３４によって実現している。すなわち、インバータ制御装置２４、３４は、水路１の水位変化に応じて複数のポンプ２２、３２それぞれの出力を異なるタイミングで変化させる。ポンプ２２、３２は永久磁石式のポンプであってもよく、この場合のインバータ制御装置２４、３４は永久磁石式のポンプが本来的に備えるインバータ制御装置であってもよい。
【００５６】
以上の他、第２実施形態のポンプゲート２００は、第１実施形態のポンプゲート１００と同様の構成とすることができる。よって、共通する構成要素には同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００５７】
同一のゲートに複数のポンプが設けられたポンプゲートでは、従来、複数の待機運転型水中ポンプが同時にほぼ同量の排水を行なうことになる。このため、排水時の水路の水位低下が速くなって、排水後に気水混合運転が継続する時間も長くなる。気水混合運転が行なわれると、ポンプの振動も大きくなり、ポンプゲートの物理的劣化が進行しやすくなる。また、気中運転よりも気水混合運転の方が電力消費が大きいため、電力消費も大きくなる。第２実施形態では、水路の水位変化に応じて複数のポンプのそれぞれが異なるタイミングで出力を変化させることから、排水時の水路の水位低下を緩和し、気水混合運転が発生する時間も低減できる。よって、ポンプゲートの物理的劣化を少なくすることができ、電力消費を削減する効果も奏し得る。
【００５８】
より具体的には、水位低下に伴い、一部のポンプが例えば気中運転と同程度の出力へと移行する。排水を行なうポンプの台数が減るため、水位低下の速度は低下する。その結果、気水混合運転が発生する時間も短くなる。気水混合運転が発生するポンプは、一部のポンプのみとなり、発生する振動も小さくなる。よって、ポンプゲートの劣化も低減される。一部のポンプは気中運転と同程度の出力となり、出力が気水混合運転よりも低減される。よって、電力消費量も低減される。
【００５９】
第２実施形態のポンプゲート２００も、第１実施形態のポンプゲート１００と同様に、ポンプの出力が異なるタイミングで変化する。ポンプゲート２００における電流変化も、例えば、図３の実線（Ａ）と同様となりうる。図３を参照しつつ、第２実施形態のポンプゲート２００の動作について説明する。
【００６０】
図３では、水位（上流側［ポンプの取水口側］の水位、以下同様）の上昇が開始した後、時刻Ｔ４まで単位時間当たり等量の水が水路に流入し、その後水の流入が停止する場合を想定している。水位Ｌ１は待機運転が開始される水位である。水位Ｌ２は左側のポンプ３２が排水を開始する水位である。水位Ｌ３は右側のポンプ２２が排水を開始する水位である。
【００６１】
２台のポンプ２２、３２は待機運転型水中ポンプであって、時刻Ｔ１となり水路１の水位がＬ１に達した時点で、運転が開始される。しかし、水位が低い間、ポンプは気中運転となるため、ポンプへの負荷は小さく、電力消費も２Ｗａと小さい。このとき、２台のポンプは待機運転状態となる。
【００６２】
その後、時刻がＴ２となり、水位がＬ２まで上昇すると、まずインバータ制御装置３４により、左側のポンプ３２の出力が増加され、ポンプ３２への負荷が増加する。これにより、ポンプ３２の電力消費がＷａからＷｃへと増加する。一方、インバータ制御装置２４は、水位がＬ２の段階では、右側のポンプ２２の出力を増加させず、ポンプ２２の電力消費はＷａと低いままである。よって、時刻Ｔ２以降の電力消費はＷａ＋Ｗｃとなる。
【００６３】
その後、時刻がＴ３となり、水位がＬ３まで上昇すると、インバータ制御装置２４により、右側のポンプ２２の出力が増加され、ポンプ２２への負荷が増加する。これにより、ポンプ２２の電力消費がＷａからＷｃへと増加する。一方、インバータ制御装置３４は、左側のポンプ３２出力を増加させず、左側のポンプ３２の電力消費は大きく変動しない。よって、時刻Ｔ３以降の電力消費は２Ｗｃとなる。
【００６４】
その後、時刻Ｔ４まで水路への水流入が継続するが、時刻Ｔ４において水位はＬ４に達すると共に、水の流入は停止する。その後、ポンプ２２、３２は動作を継続することから、水位は低下していく。時刻がＴ５となると、水位はＬ３まで低下し、インバータ制御装置２４により、右側のポンプ２２の出力が低減される。これにより、ポンプ２２の電力消費がＷｃからＷａへと減少する。よって、時刻Ｔ５以降の電力消費はＷａ＋Ｗｃとなる。
【００６５】
その後、時刻Ｔ７になると水位はＬ２まで低下し、左側のポンプ３２が気水混合運転へと移行する。これにより、ポンプ３２の電力消費がＷｃからＷｂへと減少する。水位Ｌ２となると、ポンプ３２による排水は実質上できなくなり、水位の低下は停止する。その結果、時刻Ｔ７以降の電力消費はＷａ＋Ｗｂとなる。ポンプ３２の種類によっては、気水混合運転に由来する振動が発生する。一方、ポンプ２２は出力が低減されるため、振動は発生しにくい。すなわち、時刻Ｔ７以降は、ポンプ１台分の振動が発生する。
【００６６】
以上のような経過をたどることから、Ａの場合には、時刻Ｔ７以降において、気水混合運転に由来するポンプ１台分の振動が継続的に発生すると共に、電力消費はＷａ＋Ｗｂとなる。
【００６７】
Ｂは、第１実施形態で述べたのと同様であるので説明を省略する。Ｂは、ポンプゲート２００においてインバータ制御装置２４、３４を設けない場合に対応する。
【００６８】
ＡとＢとを比較すれば明らかなように、気水混合運転が生じる時間はＡよりもＢの方が長く、気水混合運転が生じるポンプの台数も多くなり、ＡよりもＢの電力消費が大きくなることが分かる。また、気水混合運転により生じる振動は、Ａにおいてポンプ１台分であるのに対し、Ｂにおいてポンプ２台分となり、Ｂの方が大きい。すなわち、Ａの方がＢよりも電力消費を低減でき、気水混合運転に由来する振動も小さいためにポンプゲートの劣化も低減できる。
【００６９】
インバータ制御装置２４、３４がそれぞれポンプ２２、３２の出力を増加させるタイミングを制御する方法は、特に限定されない。例えば、水位計が設置され、該水位計の検出結果に基づいてインバータ制御装置２４、３４が動作してもよい。１のインバータ制御装置が、他のインバータ制御装置が出力を増加させた時点から所定の時間経過後に出力を増加させてもよい。あるいは水深と対応付けられるポンプへの負荷を検知し、該負荷に応じて出力を決定することとし、ポンプ毎に負荷と出力との対応を異ならせてもよい。あるいは制御装置４０がインバータ制御装置２４、３４を制御することで該調整が行われてもよい。
第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。第１実施形態の変形を第２実施形態にも適用可能である。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、ポンプの取り付け位置ないしインバータ制御装置を用いて、ポンプの出力を変化させるタイミングを調整していたが、他の方法でかかる調整が行われてもよい。具体的には例えば、ポンプの吸水口に蓋を設け、蓋が所定の水位で開かれるようにしつつ、ポンプによって蓋の開く水位を変化させてもよい。あるいは、水位計を設け、制御装置により、ポンプが出力を上昇させる水位を調整してもよい。
【００７１】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００７２】
１  流路
１０  ゲート
２０  ポンプ
２２  ポンプ
２４  インバータ制御装置
３０  ポンプ
３２  ポンプ
３４  インバータ制御装置
４０  制御装置
１００，２００  ポンプゲート
【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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