(57)【要約】【課題】下流側への流出が止水され、上流側から流入する排水を貯留する貯留水槽内に設置された水中ポンプを用いて、常に変化する貯留水槽内への排水の流入水量に応じて、効率よく貯留水槽内へ流入した排水を貯留水槽外に排出することができる水中ポンプシステム及び同ポンプの駆動制御方法を提供することにある。【解決手段】フロートスイッチ１８ａが上昇水位を検出したときからフロートスイッチ１８ｂが上昇水位を検出するまでの経過時間を計測し、フロートスイッチ１８ａとフロートスイッチ１８ｂ間での排水の総量を予めマンホール径や下水管の内径、設置傾斜角度等により求めておき、総量と経過時間とにより水位上昇率を求める。求めた推移上昇率に応じて水中ポンプ２の回転数をインバータ制御する。【選択図】図３
2004232254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入管から流入する排水を貯留し、流出管から下流側に排水を流出する、貯留水槽内に設けられた水中ポンプと、
前記水中ポンプの吐出口に接続した揚水管と、
前記流出管に設けた下流側止水栓と、
前記貯留水槽内における複数の水位を検出する水位検出器と、
前記水位検出器からの検出信号を入力し、同検出信号に応じて前記水中ポンプの吐出量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置が前記貯留水槽内に貯留した排水の上昇水位に応じて、前記水中ポンプの回転数を制御する制御信号を出力し、
前記水中ポンプの回転数が前記制御信号によりインバータ制御され、
前記インバータ制御された水中ポンプにより前記揚水管を介して前記貯留水槽内の排水を外部に排出することを特徴とする水中ポンプシステム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記水位検出器からの複数の水位に対応した各検出信号に応じて、それぞれ予め前記水中ポンプの回転数を設定可能とする設定手段を有し、且つ、前記貯留水槽内における水位上昇時に、前記水位検出器から入力された各検出信号に対応して、前記設定手段にて設定した前記回転数とする前記制御信号を前記水中ポンプに出力することを特徴とする請求項１記載の水中ポンプシステム。
【請求項３】
前記制御装置が前記水中ポンプの駆動時に更に、前記貯留水槽の上限位置に配した前記水位センサから検出信号が入力されたときに、警報信号を出力する異常警報手段と、前記貯留水槽の下限位置に配した水位センサから検出信号が入力されたときに、前記水中ポンプの駆動を停止する停止信号を出力する停止手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の水中ポンプシステム。
【請求項４】
前記水位検出器が、前記貯留水槽内における位置水位を検出する複数の水位センサを備え、
前記制御装置が、前記貯留水槽内の水位上昇時に所定の前記水位センサ間での水位上昇時間を計測する計時手段と、
前記所定の両水位センサでの水位検出位置において流入管内及び貯留水槽内に存在し得るそれぞれの総量を設定する総量設定手段と、
前記総量設定手段にて設定した総量の差分を前記水位上昇時間で除した水位上昇率に応じて前記水中ポンプの回転数を演算する演算手段と、
を有し、
前記演算手段での演算結果に基づいて、前記水中ポンプの回転数をインバータ制御する制御信号を制御装置から出力することを特徴とする請求項１記載の水中ポンプシステム。
【請求項５】
前記制御装置が前記水中ポンプの駆動時において更に、前記貯留水槽の上限位置に配した前記水位センサから検出信号を入力したときに、警報信号を出力する異常警報手段と、前記貯留水槽の下限位置に配した水位センサから検出信号が入力されたときに、前記水中ポンプの駆動を停止する停止信号を出力する停止手段と、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の水中ポンプシステム。
【請求項６】
下流側への流出を止水し、上流側から流入する排水を貯留する貯留水槽内に設置され、前記貯留水槽内の排水を外部に排出する水中ポンプの駆動制御方法であって、
前記貯留水槽内に前記貯留水槽の排水量が同貯留水槽から溢れ出る危険性がある上限位置以上になったことを示す検出信号により、外部に警報を出力し、
前記貯留水槽内に配した離間した所定の２ヶ所の水位センサでの水位検出位置において流入管内及び貯留水槽内に存在し得る総量をそれぞれ設定し、
前記２ヶ所の水位センサ間での水位上昇時間を計測し、
前記設定した総量の差分を前記計測した水位上昇時間で除して求めた水位上昇率に応じて前記水中ポンプの回転数を演算し、
前記演算により求めた回転数となるように前記水中ポンプの回転数をインバータ制御し、
前記水中ポンプの駆動時に、前記貯留水槽内の水位が下限位置以下になったことを示す検出信号により、前記水中ポンプの駆動を停止する、
ことを特徴とする水中ポンプの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流入管から流入する排水を貯留し、流出管から下流側に排水を流出する貯留水槽内において、下流側の排水を止水したときに貯留水槽内の流入する排水を貯留水槽内に配置した水中ポンプによって効率よく外部に排出することのできる水中ポンプシステム及び同ポンプの駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から汚水槽内に流入する汚水を、汚水槽内に設けた水中ポンプによって汲み上げて、下水処理場等に圧送する下水用ポンプシステムが知られている。これらの下水用ポンプシステムにおいて、マンホール内臓ポンプの吐出量を予測するものとして吐出量予測方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。
【０００３】
更に、マンホールへ流入する流入水の流量を測定する流入量測定装置（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載されたマンホール内蔵ポンプの吐出量予測方法について、図５を用いて説明する。
マンホールユニット本体２１内にポンプ２２を設け、上流側下水管２３から流入した汚水を、前記ポンプ２２の吐出管２４に接続した下流側下水管２５へと流出させている。ユニット本体２１内には、ポンプ駆動水位検出センサ２６、ポンプ停止水位検出センサ２７、および設定水位検出センサ２８がそれぞれ設けられている。
【０００５】
ポンプ駆動水位検出センサ２６は、ユニット本体２１内の上方側に配設され、ポンプ駆動水位ＷＨを検出する。ポンプ停止水位検出センサ２７は、ユニット本体２１の底面近傍に配設され、ポンプ停止水位ＷＬを検出する。設定水位検出センサ２８は、ポンプ停止水位ＷＬよりも、両水位の間隔の１／２〜９／１０だけ上方の設定水位ＷＳに配設されている。
【０００６】
各センサ２６、２７、２８での検出信号は制御装置２９に入力され、制御装置２９は、入力される各センサ２６、２７、２８での検出信号に基づいて前記ポンプ２２の吐出量を予測する。
【０００７】
ユニット本体２１内には、随時、家庭や工場等からの排水が流入し、水位が徐々に上昇する。そして、上昇した水位がポンプ停止水位検出センサ２７によって検出されれば、タイマーをスタートする。その後、上昇した水位が設定水位検出センサ２８によって検出されれば、経過時間ｔ１を記憶する。さらに、上昇した水位がポンプ駆動水位検出センサ２６によって検出されれば、経過時間ｔ２を記憶すると共に、ポンプ２２の駆動を開始する。
【０００８】
ポンプ２２の駆動により、水位は徐々に降下するので、ポンプ停止水位検出センサ２７によってポンプ停止水位ＷＬまで降下したことが検出されれば、所定時間経過後、ポンプ２２の駆動を停止すると共に、経過時間ｔ３を記憶する。そして、前記ポンプ２２による吐出量Ｑｏｕｔを予測する。
【０００９】
ポンプ吐出量Ｑｏｕｔの予測は、次式に従って行う。ここでは、ポンプ２を駆動して排水を吐出している間も、ユニット本体２１内には排水が流入しており、しかもその排水量は時間帯によって変動する点を考慮している。
【００１０】
Ｑｏｕｔ＝（Ｖ＋Ｖ２３／Ｔ２３×Ｔｏｎ）／Ｔｏｎ
Ｖ：ポンプ停止水位ＷＬからポンプ駆動水位ＷＨまでの体積、
Ｔｏｎ：ポンプ駆動水位ＷＨからポンプ停止水位ＷＬに至るまでのポンプ２の駆動時間（ｔ３―ｔ１）、
Ｖ２３：設定水位ＷＳからポンプ駆動水位ＷＨまでの体積、
Ｔ２３：設定水位ＷＳからポンプ駆動水位ＷＨに至るまでの時間（ｔ２−ｔ１）、
体積ＶおよびＶ２３については、予め記憶させたデータを利用する。
【００１１】
また、ポンプ２２の駆動時間Ｔｏｎ、経過時間Ｔ２３については、図６に示すようにＴｏｎ＝ｔ３−ｔ１、Ｔ２３＝ｔ２−ｔ１により得ることができる。
【００１２】
設定水位検出センサ２８は、ポンプ停止水位ＷＬから両水位の間隔の１／２〜９／１０だけ上方に位置する設定水位ＷＳに設けられている。設定水位検出センサ２８をポンプ停止水位ＷＬから両水位の間隔の１／２よりも低い位置に設けることにより、ポンプ停止水位検出センサ２７で検出する場合との差が少なくなり、吐出量を正確に予測することが困難となることを防止し、ポンプ停止水位ＷＬから両水位の間隔の９／１０よりも高い位置に設けることにより、ポンプ駆動水位検出センサ２６との検出水位の差異が殆どなくなり、設定水位ＷＳからポンプ駆動水位ＷＨに至るまでの時間を正確に検出するのが困難となることを防止している。
【００１３】
これにより、ポンプ２２による吐出開始直前に於けるユニット本体２１内への排水の流入量を考慮して、ポンプ２２の吐出量を予測している。つまり、ポンプ２２の駆動開始に近い時間帯でのユニット本体２１内への排水の流入量に基づいてポンプ２２の吐出量を予測して、排水の流下量の管理やポンプ２２の不具合の発生検出等を行っている。
【００１４】
しかし、特許文献１に記載された吐出量予測方法では、ポンプの吐出量をユニット本体２１内への排水の流入量に応じて変更制御するものではなく、ユニット本体２１に流入した排水の水位が、ポンプ２２によりポンプ駆動水位からポンプ停止水位になるまで排出された後になって始めて、この間に行われたポンプ２２の吐出量を予測するものであり、ユニット２１内に設置したポンプ２２の吐出量が適切なものであるか否かを管理するものでしかなかった。
【００１５】
このため、ユニット２１内に流入する排水が急激に増加した場合に、増加している排水を効率よく排出するとか、ユニット２１から排水が溢れ出す危険性があるか否かについて、何も対応することができなかった。
【００１６】
また、特許文献２に記載されたマンホールへの流入水の流量測定装置について、図７を用いて説明する。
パソコン３８内に予め設定・記憶させてある制御プログラムに従って、（１）  調整モードと（２）  測定モードとによる自動演算で、マンホール３１への流入側の流量情報を得ている。
【００１７】
即ち、まず、（１）  調整モードにおいて、流入管３２の管底よりも低く、かつできるだけ高い位置まで水を貯め、その流入管３２を止水する。次いで、一方のポンプ３４のみを運転し、水位下降時の単位時間当たりの水位変化量Ｈ（変化時間Ｔ）から求めた水位変化速度Ｖ１（Ｖ１  ＝Ｈ／Ｔ）を演算して、１台のポンプ３４における吐出量Ｑ１  ＝Ａ×（−Ｖ１  ）を求める。
【００１８】
また、同様に流入管３２の管底よりも低く、かつできるだけ高い位置まで水を貯め、その流入管３２を止水した後、２台のポンプ３４、３５を同時に運転し、その時の吐出量Ｑ２  ＝Ａ×（−Ｖ２  ）の値を求める。このようにして求めた吐出量Ｑ１，Ｑ２を記憶部に一時記憶させる。
【００１９】
次に  （２）  測定モードでは、止水状態を解除して、ポンプ（３４、３５）の稼働台数を判定し、以下の各式によりマンホール１への流入流量を自動計算する。
両ポンプ４，５が停止している時の流入流量Ｑ０は、マンホールの断面積Ａと流入流量による水位変化速度ＶとによりＱ０  ＝Ａ×Ｖとして演算している。
ポンプ１台（３４または３５）が稼働している時の流入流量Ｑ０１は、マンホールの断面積Ａとポンプにより吐出されながら流入する流入流量による水位変化速度Ｖとポンプによる吐出量Ｑ１とから、Ｑ０１＝Ａ×Ｖ＋Ｑ１  ＝Ａ×（Ｖ−Ｖ１  として演算している。
ポンプ２台（３４、３５）稼働時の流入流量Ｑ０２は、マンホールの断面積Ａと２台のポンプにより吐出されながら流入する流入流量による水位変化速度Ｖと２台のポンプによる吐出量Ｑ２とから、Ｑ０１＝Ａ×Ｖ＋Ｑ２＝Ａ×（Ｖ−Ｖ２）として演算している。
【００２０】
しかし、この流量測定装置においても、マンホール内に流入する流量を水位下降時の単位時間当たりの水位変化量Ｈと、予め測定しておいたポンプの吐出流量とから求めているだけのものであって、このため、マンホール３１内に流入する排水が急激に増加した場合に、増加している排水を効率よく排出するとか、マンホール３１から排水が溢れ出す危険性があるか否かについて、何も対応することができなかった。
【００２１】
また、水位下降時の変化量Ｈを液面検知センサで連続的に測定しているため、マンホール内に流入する流入水に汚物等を含んでいるときには、汚物等が液面検知センサに付着して水位の変化量を測定できなく事態が発生し、マンホール内で常に水位を検出することができなかった。
【００２２】
【特許文献１】
特開２００１−４４１５号公報
（要約、特許請求の範囲、段落番号００１０〜００１５、図１〜図３参照）
【特許文献２】
特開平１１−１３１５８４号公報
（要約、特許請求の範囲、段落番号００１１〜００１２、図１参照。）
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、下流側への流出が止水され、上流側から流入する排水を貯留する貯留水槽内に設置された水中ポンプを用いて、常に変化する貯留水槽内への排水の流入水量に応じて、効率よく貯留水槽内へ流入した排水を貯留水槽外に排出することができる水中ポンプシステム及び同ポンプの駆動制御方法を提供することにある。特に、貯留水槽内への流入流量の変化幅が大きい場合でも、その時々に見合った排水能力で水中ポンプを使用することができる水中ポンプシステム及び同ポンプの駆動制御方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の事項を備えた本願各請求項に係わる発明により効果的に達成される。
【００２５】
即ち、請求項１に係わる発明は、流入管から流入する排水を貯留し、流出管から下流側に排水を流出する貯留水槽内に設けられた水中ポンプと、前記水中ポンプの吐出口に接続した揚水管と、前記流出管に設けた下流側止水栓と、前記貯留水槽内における複数の水位を検出する水位検出器と、前記水位検出器からの検出信号を入力し、同検出信号に応じて前記水中ポンプの吐出量を制御する制御装置とを備え、前記制御装置が前記貯留水槽内に貯留した排水の上昇水位に応じて、前記水中ポンプの回転数を制御する制御信号を出力し、前記水中ポンプの回転数が前記制御信号によりインバータ制御され、前記インバータ制御された水中ポンプにより前記揚水管を介して前記貯留水槽内の排水を外部に排出することを特徴とする水中ポンプシステムにある。
【００２６】
この発明では、貯留水槽内に流入した排水による水位上昇を水位検出器によって複数の位置で検出し、この検出した上昇水位に応じて水中ポンプの回転数をインバータ制御することで、上昇水位の状況に対応した吐出能力で水中ポンプを運転して、貯留水槽内の排水を外部に排出することができる。しかも、排水の上昇水位に応じて水中ポンプの回転数をインバータ制御することで、貯留水槽内への流入流量の変化幅が大きい場合でも、その時々に見合った吐出能力で水中ポンプの回転を制御することができるようになり、水中ポンプの吐出能力が過大となったりするミスマッチを防ぐことができる。
【００２７】
この発明に使用される貯留水槽としては、家庭や工場等からの排水が流入するマンホールや農業用水路の途中に設けた貯留水槽、流路内での流れの状態を調整するためにその流路の途中に設けられた貯留水槽等の各種貯留水槽を使用することができる。
【００２８】
水位検出器としては、各種水位検出器を用いることができるが、検出部に汚れやゴミ等が付着するのを防止するため、検出部が排水と非接触式の水位センサを用いることが望ましい。
特に、水位検出器としてフロートスイッチを用いた場合には、シンプルな測定機構で信頼性の高い水位の計測を継続的に行うことができ、しかも、水位検出器としてのコストを抑えることができる。
また、フロートスイッチにおいては、水位検出時にスイッチがｏｎとなるａ接点と、ｏｆｆになるｂ接点とが選択可能であるが、フロートスイッチにおける断線等の検出も行うことができるので、水位検出時にｏｆｆとなるｂ接点を選択することが望ましい。
【００２９】
請求項２に係わる発明は、請求項１の事項に加えて、制御装置が、水位検出器からの複数の水位に対応した各検出信号に応じて、それぞれ予め水中ポンプの回転数を設定可能とする設定手段を有し、且つ、貯留水槽内における水位上昇時に、前記水位検出器から入力された各検出信号に対応して、前記設定手段にて設定した前記回転数とする前記制御信号を前記水中ポンプに出力する事項を限定した水中ポンプシステムにある。
【００３０】
この発明では、複数の水位検出位置に対応して制御すべき水中ポンプの回転数をそれぞれ予め設定することができ、水位検出器により検出した水位に応じて予め設定した回転数となるように水中ポンプを制御することができる。
これにより、下方位置において水位を検出したときにおける水中ポンプを制御する回転数から順次上方位置において水位を検出したときにおける水中ポンプを制御する回転数を高めるように設定することができる。即ち、水位が上昇するのに応じて水中ポンプの回転数を増加させ、水中ポンプの吐出量を増大させることができ、貯留水槽に流入する排水の流入水量の変化幅が大きい場合でも、その時々に見合った吐出能力で水中ポンプを駆動することができる。
【００３１】
請求項３に係わる発明は、請求項２の事項に加えて、制御装置が水中ポンプの駆動時に更に、貯留水槽の上限位置に配した水位センサから検出信号が入力されたときに、警報信号を出力する異常警報手段と、前記貯留水槽の下限位置に配した水位センサから検出信号が入力されたときに、前記水中ポンプの駆動を停止する停止信号を出力する停止手段とを備えた事項を限定した水中ポンプシステムにある。
【００３２】
この発明では、貯留水槽に流入する排水の流入量が水中ポンプの最大吐出能力を超えた場合等において、水位上昇の異常状態を外部に警報を出力することで作業者に異常状態の回避を行う処置を講じさせることができる。
また、水中ポンプにより貯留水槽内の排水が外部に排出され水位が低下して、水中ポンプでの吐出が行えなくなる水位に達する前に水中ポンプの運転を停止するもので、水中ポンプが空運転するのを防止することができる。
【００３３】
請求項４に係わる発明は、請求項１の事項に加えて、水位検出器が貯留水槽内における位置水位を検出する複数の水位センサを備え、制御装置が、貯留水槽内の水位上昇時に所定の前記水位センサ間での水位上昇時間を計測する計時手段と、所定の両水位センサでの水位検出位置において流入管内及び貯留水槽内に存在し得るそれぞれの総量を設定する総量設定手段と、前記総量設定手段にて設定した総量の差分を前記水位上昇時間で除した水位上昇率に応じて前記水中ポンプの回転数を演算する演算手段とを有し、前記演算手段での演算結果に基づいて、前記水中ポンプの回転数をインバータ制御する制御信号を制御装置から出力する事項を限定した水中ポンプシステムにある。
【００３４】
この発明では、所定の水位センサ間における水位上昇時間を計測し、同水位センサにおける上下の水位センサ間に存在する排水の総量を前記水位上昇時間で除した値を水位上昇率として演算し、同水位上昇率に対応した回転数で水中ポンプを回転駆動させることができる。
【００３５】
これにより、水位の上昇速度に応じて、即ち、流入水量の増加幅に応じて、流入水量の増加量に見合った吐出容量で水中ポンプを駆動するように制御することができる。水位検出位置における流入路管内及び貯留水槽内に滞留して存在し得る排水の総量は、流入管路の内径、流入管路の傾斜勾配及び貯留水槽の水平断面面積からそれぞれ予め演算により求めておくことができる。
【００３６】
また、複数の水位センサの内から水位上昇時間を計測する２個の水位センサを、これらの２個の水位センサの上方に更に別の水位センサが配設されるように選択し、同上方に配した別の水位センサが水位を検出したときには、水中ポンプを吐出能力１００％でフル回転させるように制御することもできる。これによって、流入水量の演算後に急激な流量増加に対しても対応することができる。
【００３７】
請求項５に係わる発明は、請求項４の事項に加えて、制御装置が水中ポンプの駆動時において更に、貯留水槽の上限位置に配した前記水位センサから検出信号を入力したときに、警報信号を出力する異常警報手段と、前記貯留水槽の下限位置に配した水位センサから検出信号が入力されたときに、前記水中ポンプの駆動を停止する停止信号を出力する停止手段とを備えた事項を限定した水中ポンプシステムにある。
【００３８】
この発明では、貯留水槽に流入する排水の流入量が水中ポンプの最大吐出能力を超えた場合等において、水位が上昇して異常水位となったことを外部に警報を出力することで作業者に異常状態の回避を行う処置を講じさせることができる。また、水中ポンプにより貯留水槽内の排水が外部に排出され、水中ポンプでの吐出が行えなくなる水位に達する前に水中ポンプの駆動を停止するもので、水中ポンプが空気も吸引してしまう空回転を防止することができる。
【００３９】
請求項６にかかわる発明は、下流側への流出を止水し、上流側から流入する排水を貯留する貯留水槽内に設置され、前記貯留水槽内の排水を外部に排出する水中ポンプの駆動制御方法であって、前記貯留水槽内に前記貯留水槽の排水量が同貯留水槽から溢れ出る危険性がある上限位置以上になったことを示す検出信号により、外部に警報を出力し、前記貯留水槽内に配した離間した所定の２ヶ所の水位センサでの水位検出位置において流入管内及び貯留水槽内に存在し得る総量をそれぞれ設定し、前記２ヶ所の水位センサ間での水位上昇時間を計測し、前記設定した総量の差分を前記計測した水位上昇時間で除して求めた水位上昇率に応じて前記水中ポンプの回転数を演算し、前記演算により求めた回転数となるように前記水中ポンプの回転数をインバータ制御し、前記水中ポンプの駆動時に、前記貯留水槽内の水位が下限位置以下になったことを示す検出信号により、前記水中ポンプの駆動を停止することを特徴とする水中ポンプの駆動制御方法にある。
【００４０】
この発明では、請求項５記載の水中ポンプシステムにおける水中ポンプの駆動制御方法を限定したものであり、水位上昇時における水位センサでの検出状況に応じて水中ポンプの回転を制御することができる。また、水中ポンプの駆動後に水位が低下したときに、水中ポンプが排水を吸引しなくなり空回転を行う前に水中ポンプの駆動を停止することができるので、水中ポンプを安定的に作動させることができる。
また、水中ポンプの吐出運転にもかかわらず貯留水槽から排水が溢れ出る危険性がある異常水位となったことを検出して、異常状態の警報を発することができる。
【００４１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。本発明は、地中に埋設された下水管を清掃、検査、補修、交換等の作業を行う際に、同作業区間に汚水等が流れないようにするため、作業区間の上流側にある下水管を止水し、止水した下水管の上流側にあるマンホール等に設置した水中ポンプシステム及び同水中ポンプの駆動制御方法として効果的に適用できる。
【００４２】
尚、本発明の水中ポンプシステム及び同水中ポンプの駆動制御方法として用いられる水中ポンプとしては、上述のマンホール内に設置する水中ポンプ以外にも、農業用水等の用水路の修復、補修等において用水路の途中に配される水槽枡内に設置される水中ポンプ、下水処理場に汚水を圧送するためのマンホール内に設置される水中ポンプ、あるいは上流側から流体が流入され一時的に流入した流体を貯留するとともに下流側に吐出排出するための水中ポンプ等を用いることができ、これらの水中ポンプに対して本願発明の水中ポンプシステム及び同水中ポンプの駆動制御方法を適用できるものである。
【００４３】
図１には、本願発明の第１実施例に係わる水中ポンプシステムの概略図を示している。マンホール１は上流側で流入管４が接続され、下流側で排出管５が接続している。流入管４からマンホール１に流入した汚水等の下水はマンホール１を介して下流側の排出管に流出されることになる。
【００４４】
図１では、排出管５の下流側にある図示せぬ下水管の交換作業等を行うときに、排水管５に止水栓７を設置して前記交換作業等を行う下水管にマンホール１側から下水が流出しないように設定された状態を示している。マンホール１内には、流入管４から流入する排水としての下水をマンホール１の外部に排出する水中ポンプ２が設置され、同水中ポンプ２の吐出口に連通した揚水管３により、水中ポンプ２で吸引した排水を下流側の交換作業等を行う下水管を迂回するバイパス管に接続している。止水栓７は、ゴム等の可撓性材で構成され空気等の流入により拡張変形して、管内の内周面に圧着するもの等から構成されている。
【００４５】
揚水管３とバイパス管の間には、必要に応じて中継ポンプ１０を設置することもできる。マンホール１内には、流入管４から流入する排水の水位を検出する水位検出器としてのフロートスイッチ８ａ〜８ｅが所定の間隔を隔てて配置されている。以下の説明では、水位を検出する水位検出器としてフロートスイッチを用いた例を説明するが、本願発明においては水位検出器としてはフロートスイッチに限定されるものではなく各種水位を検出することのできる水位検出器を用いることができる。水位検出器としては、接触式、非接触式の水位検出器のどのタイプでも使用することができるが、水位検出器としては、非接触式の水位検出器を用いることが、水位検出器に付着物等が付着して誤作動が生じるのを防止する意味からも望ましい。
【００４６】
フロートスイッチ８からの検出信号は制御装置９に入力され、制御装置９では入力された検出信号に応じて水中ポンプ２をインバータ制御している。フロートスイッチ８は、マンホール１内の水位より上方に位置した大気中では自重によって垂れ下がった状態となっており、マンホール１内に排水が流入し、排水の水面がフロートスイッチ８に達すると、フロートスイッチ８が排水水面上に浮いた状態となる。フロートスイッチ８がその姿勢を変更することによって、排水がフロートスイッチ８で検出される所定の水位に達したことを検出することができる。排水の水位が上昇し続けると水位を検出したフロートスイッチ８は、水面下の没入した状態となる。
【００４７】
フロートスイッチ８は、一般に使用されているようにフロートケースの内部に同フロートケースが傾斜することによって動作するマイクロスイッチが設けられており、マイクロスイッチはフロートケースによって水密状態に収納されるとともに絶縁被覆等によって水密状態としたリード線に接続され、同リード線は制御装置と接続している。このため、フロートスイッチ８のマイクロスイッチ部及びリード線は、排水と非接触状態で排水の水位を検出することができる。
【００４８】
フロートスイッチ８は、フロートスイッチ８が水面上に浮いたときにスイッチがｏｎとなるａ接点と、スイッチがｏｆｆとなるｂ接点とを備えているが、このうちｂ接点を選択することによりリード線の断線時にもフロートスイッチ８からの信号を検出することができるので、本願発明においてはｂ接点を選択すること望ましい。
【００４９】
フロートスイッチ８ａは、下限水位センサとして配され、排水の水位上昇によりフロートスイッチ８ａが水面上に浮き上がることで作動し、フロートスイッチ８ａとしてｂ接点を選択しているときには、フロートスイッチ８ａの作動時にフロートスイッチ８ａに接続しているリード線に電流が流れない状態、即ち、リード線に流れていた電流がｏｆｆ状態となる。このとき、フロートスイッチ８ａに流れていた電流が流れなくなった状態を制御装置にて検出することで、排水の水位が下限位置の水位に達したことを判断することができる。また、水中ポンプ２による排水の排出により水面が下降したときには、フロートスイッチ８ａがｏｎ状態、即ちｂ接点では電流が流れた状態となり、この電流がリード線に流れている状態を制御装置が検出したときに水中ポンプ２の駆動を停止する信号を出力する。これにより、水位が水中ポンプ２の吸引可能水位以下となり水中ポンプが空気を吸い込んでしまう空運転が行われるのを防止することができる。
【００５０】
同様にして各フロートスイッチ８ｂ〜８ｅにおいてもそれぞれのフロートスイッチ８ｂ〜８ｅに接続したリード線に電流が流れているか否かの有無を検出することで排水の水位を検出することができる。フロートスイッチとして５個のフロートスイッチを用いた例を説明するが、フロートスイッチの数は５個に限定されるものではなく、少なくとも２個以上の数を用いることにより本願発明を構成することができる。
【００５１】
フロートスイッチ８ｅは、上限水位センサとして配され、排水の水面がこの上限水位センサの配置位置に達すると、水中ポンプ２の吐出量では排水の流入量を超えて排水できなくなる異常水位として検出し、この異常水位が検出されたときには、制御装置から外部に警報を出力する。警報の出力としては、警報音を発するとか、無線通信システム、電話通信システム等を用いて所定の場所に異常状態を通知することができる。
【００５２】
フロートスイッチ８ａ〜８ｄは、それぞれのフロートスイッチ８ａ〜８ｄが作動したときに、予め設定しておいた水中ポンプ２の回転数となるように運転制御する。水中ポンプ２の運転は、フロートスイッチ８ａが作動したときに運転開始を行わせることも、フロートスイッチ８ｂ以下が作動したときに水中ポンプ２の運転を開始することもできる。フロートスイッチ８ａでの検出水位が低く設定されたときに、フロートスイッチ８ａが作動すると直ぐに水中ポンプ２を運転するとマンホール１に流入する排水の流入量によっては、直ぐに排水の水位が低下し、水中ポンプの停止が行われてしまうことがある。このような状態となると水中ポンプ２は起動停止を繰り返すことになり、水中ポンプ２を安定的に駆動させることができなくなり、水中ポンプ２の寿命を短くしてしまう。このため、排水が所定量溜まった後に水中ポンプを作動させることが望ましい。
【００５３】
フロートスイッチ８ａ〜８ｄは、それぞれのスイッチが水位を検出したときに、水中ポンプ２の回転数を例えば、フロートスイッチ８ａの作動時には、水中ポンプ２を運転開始するとともに、回転数を吐出能力の３０％の状態での回転を行わせ、フロートスイッチ８ｂの作動時には同５０％の回転を行わせ、フロートスイッチ８ｃの作動時には同７０％の回転を行わせ、そして、フロートスイッチ８ｄの作動時には、同１００％の回転を行うように制御することができる。また、上限水位センサであるフロートスイッチ８ｅが作動したときには、水中ポンプの回転を１００％の運転状態に維持した状態で外部に異常等を知らせる警報を出力する。
【００５４】
水中ポンプ２の駆動により、例えば、排水の水位が上昇しフロートスイッチ８ｄが作動した後に水位が下降したときには、フロートスイッチ８ａが水位の降下を検出するまで、水中ポンプ２の回転数をフロートスイッチ８ｄに対応した１００％の回転を維持することが望ましい。排水の水位がスロートスイッチ８ｄの水位からフロートスイッチ８ｃの水位まで水中ポンプ２の排水により下降したときに、水中ポンプ２の回転を１００％から７０％に低下させることもできるが、マンホール内の排水を常に下限水位以下としておくためには、１００％の状態のまま水中ポンプの排水を継続させることが望ましい。
【００５５】
他のフロートスイッチ８ｂ〜８ｃで水位の検出後水位が下降したときには、それぞれのフロートスイッチ８ｂ〜８ｃで設定した水中ポンプ２の回転数を維持することが望ましい。このようにすることによって、大雨等により流入量が急増しても、マンホール内で貯留することが可能となる。
【００５６】
図２を用いて、フロートスイッチ８ａ〜８ｅの作動による水中ポンプ２の作動を説明する。ステップ１でマンホールに設置する水中ポンプ２のポンプ容量を設定する。ポンプ容量の選定は、下流側での作業期間、作業時期における過去の降水量データ等、マンホールの内径及び容積、上流側の流入管の内径及び配設勾配等により、マンホールの下流側を止水したときに流入する最大流入量を予め予想し、同流入量に対応することのできる吐出容量を備えた水中ポンプを用いる等、適宜の方法により選択することができる。
【００５７】
ステップ２では、フロートスイッチ８ａ〜８ｅの設置位置を設定し、各フロートスイッチ８ａ〜８ｅの作動時における水中ポンプの回転数を設定する。
【００５８】
ステップ３では、水中ポンプを手動で作動させるか、フロートスイッチ８ａ〜８ｅの検出結果に基づいて自動運転を行うかの選択を行う。
【００５９】
ステップ４では、手動運転が選択された場合で、オペレータによって水中ポンプの回転制御が行われる。このとき、各フロートスイッチからの検出信号の有無をオペレータが監視しながら、同検出信号に応じて水中ポンプの回転を制御することもできる。
【００６０】
ステップ５は、自動運転が選択された場合で、ステップ６以下において水中ポンプが自動運転中であることを制御装置等にランプの点灯などを用いて表示する。
【００６１】
ステップ６では、下限水位スイッチであるフロートスイッチ８ａの作動の有無を判断する。フロートスイッチとしてフロートスイッチが傾斜したときに接点が切れるｂ接点を選択しているときには、フロートスイッチ８ａの作動、即ちフロートスイッチ８ａの作動ｏｆｆの状態は、フロートスイッチ８ａが上昇した水位によって傾斜しフロートスイッチ内のマイクロスイッチと接続しているリード線を流れる電流が切断された状態を示す。（以下の各フロートスイッチ８ｂ〜８ｅにおいても同じ。）
【００６２】
ステップ７において、フロートスイッチ８ａの作動がｏｎとなったことが検出されると、即ち、排水の水位が下限水位以下となったときには、水中ポンプの駆動を停止し、ステップ６に戻る。
【００６３】
ステップ８において、フロートスイッチ８ａがｏｆｆとなることが検出されると、水中ポンプ２の低速運転を開始する。
【００６４】
ステップ９では、水中ポンプ２が低速運転を行ったにも係わらず、排水の流入量の方が多く水位が上昇した場合に、フロートスイッチ８ｂが水位を検出した時には、ステップ１０で水中ポンプ２の中速運転を行い、水中ポンプの吐出量を増大させる。また、フロートスイッチ８ｂが水位を検出しないときにはステップ６に戻る。
【００６５】
ステップ１１では、水中ポンプ２が中速運転を行ったときに水位が低下し、下限水以下にまで減少したか否かを判断している。即ち、フロートスイッチ８ｃが作動したｏｆｆとなったときには、ステップ１２に移って水中ポンプの高速運転を行う。フロートスイッチ８ｃがｏｎの状態のままのときには、ステップ６に戻る。
【００６６】
ステップ１３では、水中ポンプの高速運転にも係わらず水位が上昇したことをフロートスイッチ８ｄが、検出したときにはステップ１４にて水中ポンプを最高速運転、即ちポンプ吐出能力の１００％運転を行う。また、フロートスイッチ８ｄが水位を検出しないｏｎ状態のときにはステップ６に戻る。
【００６７】
ステップ１５では、水中ポンプの最高速運転にも係わらず、マンホールから排水があふれ出る危険性のある危険水位である上限水位に達したときには、水中ポンプの最高速運転を維持するとともに、ステップ１６により外部に異常水位となった警報を通報する。
【００６８】
ステップ１７において、水位異常状態が回避され、あるいは他の方法により処理された後に、水位が下降したときやシステムの異常が別途検出されなかったとき、あるいは、手動操作が行われなかったときにはステップ６に戻り自動運転を継続する。
【００６９】
ステップ１８では、ポンプ停止指令が入力されたときには水中ポンプの運転を停止する。
【００７０】
上記各ステップでは特に説明しなかったが、本来生じない状態、例えば、下限水位センサであるフロートスイッチ８ａがｏｎの状態なのに、フロートスイッチ８ａより上方に配置したフロートスイッチ８ｂ等がｏｆｆとなったときなどには、警報を外部に発信することで水中ポンプシステムの安全性を高めることができる。
【００７１】
図３を用いて、本願発明の第２実施例について説明する。第２実施例では、フロートスイッチによる水中ポンプの駆動制御方法が異なる点を除いて、他の構成は第１実施例と同じであるので、同一の構成については第１実施例における部材符号と同じ部材符号を用いることでその説明に代える。
【００７２】
第１実施例では、フロートスイッチを５個用いた例を示しているが、第２実施例では、フロートスイッチを４個用いた場合について説明する。なお、フロートスイッチの数としては、４個に限定されるものではなく少なくとも２個以上フロートスイッチを用いることにより本願発明を構成することができる。また、水位検出器としてフロートスイッチを用いた例で説明するが、水位検出器としては、フロートスイッチに限定されるものではなく、マンホール内の水位を検出できるものであれば公知の水位検出器を用いることができる。
【００７３】
下限水位を検出するフロートスイッチ１８ａは、第１実施例におけるフロートスイッチ８ａと同様にｂ接点に設定され、下限水位位置からの水位の上昇を検知するとともに、水位の下降を検知したときには水中ポンプの駆動を停止するための検出信号を出力する。フロートスイッチ１８ａが水位の上昇を検知すると、制御装置９は計時を開始する。排水の流入量増加に伴って水位が上昇し、フロートスイッチ１８ｂの検出水位に排水の水位が達するまでの時間を計測するとともに、フロートスイッチ１８ｂの作動により水中ポンプの駆動を開始する。このとき、制御装置９では、フロートスイッチ１８ａの計時開始からフロートスイッチ１８ｂでの計時終了までの経過時間を記録するとともに、フロートスイッチ１８ａからフロートスイッチ１８ｂ間の排水の総量を演算あるいは、予め演算しておいた総量を読み出して単位時間当たりに流入量の増加割合を演算する。
【００７４】
フロートスイッチ１８ａからフロートスイッチ１８ｂ間の排水の総量は、図３に示すようにフロートスイッチ１８ｂが作動したときの水位レベル１１ｂでの流入水量（斜めの斜線）からフロートスイッチ１８ａが作動した時の水位レベル１１ａでの流入水量（バツ印の斜線）を引き算することにより求めることができる。フロートスイッチ１８ｂが作動したときにおける排水の流入水量は、マンホールの断面積とフロートスイッチ１８ｂとフロートスイッチ１８ａ間の距離、及び流入管の内径及び流入管の傾斜勾配等から流入管内のある排水の総量を求めることができ、これらの総量は予め求めておくことができる。
【００７５】
上記単位時間当たりの流入量の増加割合、即ち、フロートスイッチ１８ａが作動してから流入した総量の差を上記経過時間で除した水位上昇率に応じて、例えば、水位上昇率が３ｍ３／ｍｉｍ以下の時には、水中ポンプの回転を吐出能力の３０％とし、水位上昇率が３ｍ３／ｍｉｍから７ｍ３／ｍｉｍ以下の時には、水中ポンプの回転を吐出能力の５０％とし、水位上昇率が７ｍ３／ｍｉｍ以上の時には、水中ポンプの回転を吐出能力の７０％とするように設定することができる。
【００７６】
設定された回転数で水中ポンプが駆動された後に停止するまで設定された回転数を維持して水中ポンプの回転を制御する。例えば、フロートスイッチ１８ｂが水位を検出してｏｆｆとなった後、水中ポンプを上記単位時間当たりの流入量の水位上昇率に応じて回転制御していたら、水位が一旦フロートスイッチ１８ｂがｏｎとなる状態まで下降した後、大雨等の理由で急激に増加し、再度フロートスイッチ１８ｂがｏｆｆとなった場合であっても現在のフロートスイッチ１８ｂでの検出信号により回転制御している回転数を維持して水中ポンプ２の回転を維持する。水中ポンプ２の駆動により水位が下限水位以下となったときには、水中ポンプの駆動を停止する。
【００７７】
水中ポンプ２を駆動したにも係わらず水位の降下が見られずにフロートスイッチ１８ｃで水位を検出したときには、水中ポンプを１００％駆動させる。水中ポンプを１００％駆動しても水位の下降が行われず上限水位を検出するフロートスイッチ１８ｄが水位を検出したときには、外部に水位異常の警報を発するとともに、水中ポンプ２を１００％の状態で回転させる。
【００７８】
以上の場合において、水位が下限水位以下となったとき、即ち、フロートスイッチ１８ａがｏｎとなったときには、水中ポンプ２の駆動を停止する。
【００７９】
また、通常あり得ない信号が制御装置に入力されたとき、例えば、下限水位を検出するフロートスイッチ１８ａがｏｎ状態であるにもかかわらず、それより上部に配置したフロートスイッチ１８ｂ〜１８ｄがｏｆｆ状態となったときなどには、水位検出器の異常として外部に異常状態を警報する。
【００８０】
図４を用いて、第２実施例における制御のフローチャートを説明する。
【００８１】
ステップ１でマンホールに設置するポンプ容量を設定する。ポンプ容量の選定は、下流側での作業期間、作業時期における過去の降水量データ等、マンホールの内径及び容積、上流側の流入管の内径及び配設勾配等により、マンホール１の下流側を止水したときに流入する最大流入量を予め予想し、同流入量に対応することのできる吐出容量を備えた水中ポンプ２を用いる等、適宜の方法により選択することができる。
【００８２】
ステップ２では、フロートスイッチ１８ａ〜１８ｄの設置位置を設定し、各フロートスイッチ１８ａ、１８ｂにおける排水の総量、即ち、排水の水面下に存在する排水量をマンホールの内径、流入管の内径、傾斜勾配、フロートスイッチ１８ａ、１８ｂ間の距離等により演算して記憶しておく。また、フロートスイッチ１８ａからフロートスイッチ１８ｂまでに水位が上昇した時の上昇時間に基づいて単位時間当たりの流量増加割合、即ち、水位上昇率の値に応じて水中ポンプの回転数を何％で駆動するかを予め設定しておく。
【００８３】
ステップ３では、水中ポンプを手動で作動させるか、フロートスイッチ１８ａ〜１８ｅの検出結果に基づいて自動運転を行うかの選択を行う。
【００８４】
ステップ４では、手動運転が選択された場合で、手動運転中のランプが点灯すると共にオペレータによって手動で水中ポンプの回転制御が行われる。このとき、各フロートスイッチからの検出信号の有無をオペレータが監視しながら、同検出信号に応じて水中ポンプの回転を制御することもできる。
【００８５】
ステップ５は、自動運転が選択された場合で、ステップ６以下において水中ポンプが自動運転中であることを制御装置等にランプの点灯などを用いて表示する。
【００８６】
ステップ６では、下限水位スイッチであるフロートスイッチ１８ａの作動の有無を判断する。フロートスイッチとしてフロートスイッチが傾斜したときに接点が切れるｂ接点を選択しているときには、フロートスイッチ１８ａの作動、即ちフロートスイッチ１８ａがｏｆｆ状態では、フロートスイッチ内のマイクロスイッチと接続しているリード線を流れる電流が切断された状態を示す（以下の各フロートスイッチ１８ｂ〜１８ｅにおいても同じ。）。フロートスイッチ１８ａが自重によって垂下してリード線に電流が流れている状態であるｏｎ状態となるまで検出を繰り返すことになる。
【００８７】
ステップ６において、フロートスイッチ１８ａがｏｆｆとなることが検出されると、ステップ７で制御装置における計時を開始する。
【００８８】
ステップ８では、計時を開始してからの経過時間が所定の時間を超過したとき、即ち、水位としてはフロートスイッチ１８ａをｏｆｆさせただけでそれ以上の水位上昇が行われなかったとき、にはステップ９に移り、水中ポンプ２を予め設定しておいた低速運転を行う。
【００８９】
ステップ１０では、水位が下限位置水位となったかをフロートスイッチ１８ａのｏｎ状態となったかを検出する。フロートスイッチ１８ａがｏｎとなったときには、ステップ２２に移り水中ポンプ２の運転を停止して、ステップ６に戻る。フロートスイッチ１８ａがｏｆｆの時には、ステップ１０を繰り返す。
【００９０】
ステップ１１では、フロートスイッチ１８ｂがｏｆｆとなったかを判断する。フロートスイッチ１８ｂがｏｎの時には、ステップ８に戻る。フロートスイッチ１８ｂがｏｆｆの時には、ステップ１２に移る。
【００９１】
ステップ１２では、フロートスイッチ１８ｂがｏｆｆになったときまでの経過時間とステップ２で予め記録しておいた排水の総量とから、単位時間当たりの流入量の増加割合、水位上昇率を演算し、演算結果に応じて予め設定しておいた水位上昇率に応じた回転数となるようにステップ１３で水中ポンプを駆動制御する。
【００９２】
ステップ１４では、水中ポンプの駆動運転にも係わらず水位が上昇したことをフロートスイッチ１８ｃがｏｆｆとなったときにはステップ１６で水中ポンプを最高速運転即ち１００％での運転を行う。フロートスイッチ１８ｃがｏｎのときには、ステップ１５に移り、水中ポンプの駆動により水位が低下し、下限水位以下（フロートスイッチ１８ａのｏｎ状態となる）にまで減少したか否かを判断している。ステップ１５で排水の水位が下限水位以下となったときには、ステップ２２に移り水中ポンプ２の運転を停止し、ステップ６に戻る。
【００９３】
ステップ１７では、水中ポンプの最高速運転にも係わらず、マンホールから排水があふれ出る危険性のある危険水位である上限水位に達したか否かを判断している。即ち、フロートスイッチ１８ｄがｏｆｆとなったときには、水中ポンプの最高速運転を維持するとともに、ステップ１９で外部に異常水位となった警報を通報する。フロートスイッチ１８ｄがｏｎのときには、ステップ１８に移り、水位が下限水位まで下がったかを判断する。
【００９４】
ステップ１８では、フロートスイッチ１８ａがｏｎになったときには、ステップ２２に移り水中ポンプ２の運転を中止しステップ６に戻る。フロートスイッチ１８ａがｏｆｆのときには、ステップ１７に戻る。
【００９５】
ステップ２０において、水位異常状態が回避され、あるいは他の方法により処理された後に、水位が下降したときやシステムの異常が別途検出されなかったとき、あるいは、手動操作が行われなかったときにはステップ１８に戻り自動運転を継続する。
【００９６】
ステップ２１では、ポンプ停止指令が入力されたときには水中ポンプの運転を停止する。
【００９７】
上記各ステップでは特に説明しなかったが、本来生じない状態、例えば、下限水位センサであるフロートスイッチ１８ａがｏｎの状態なのに、フロートスイッチ１８ａより上方に配置したフロートスイッチ１８ｂ等がｏｆｆとなったときなどには、警報を外部に発信することで水中ポンプシステムの安全性を高めることができる。
【００９８】
これにより、水中ポンプを水位の上昇時における水位上昇の割合に応じて、水中ポンプをその水位上昇割合に応じた回転数で制御することができる。しかも、マンホールへの流入量の大小に応じて最適な状態で水中ポンプを駆動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施例を示す概略図である。
【図２】本願第１実施例における制御のフローチャートを示す図である。
【図３】本願発明の第２実施例を示す概略図である。
【図４】本願第２実施例における制御のフローチャートを示す図である。
【図５】従来例におけるマンホール内に設置した水中ポンプの概略図である。
【図６】図５におけるマンホール内における流入量を時系列的に示す図である
【図７】他の従来例におけるマンホール内に設置した水中ポンプの概略図である。
【符号の説明】
１            マンホール
２            水中ポンプ
３            揚水管
４            流入管
５            流出管
７            止水栓
８            フロートスイッチ
８ａ〜８ｅ    フロートスイッチ
９            制御装置
１０            中継ポンプ
１１ａ、１１ｂ  水位
２１            マンホールユニット本体
２２            ポンプ
２３            上流側下水管
２４            吐出管
２５            下流側下水管
２６            ポンプ駆動水位検出センサ
２７            ポンプ停止水位検出センサ
２８            設定水位検出センサ
２９            制御装置
３１            マンホール
３２            流入管
３３            液面検知センサ
３４、３５      ポンプ
３８            パソコン
ＷＨ              ポンプ駆動水位
ＷＬ              ポンプ停止水位
ＷＳ                設定水位
【図１】
2004232254.tif 000003
【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】
2004232254.tif 000008
【図７】
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