(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、該ポンプに電力を供給すると共に該ポンプの回転速度を制御する周波数変換器とを備えた給水装置において、
ポンプの回転周波数と該回転周波数における締切運転の判断基準となる基準電流値とを関連づけた基準電流値テーブルと、
前記ポンプの回転周波数を検出する回転周波数検出手段と、
前記基準電流値テーブルを参照して前記回転周波数検出手段により検知された回転周波数に対応する基準電流値を取得する基準電流値取得手段と、
前記ポンプに供給される電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値と、前記基準電流値取得手段により取得された基準電流値とを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記電流検出手段により検出された電流値が前記基準電流値より低いと判断された場合に、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
前記電流検出手段により検出された電流値が前記基準電流値より低いと判断された場合に、所定の時間の経過後に前記ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項４】
前記ポンプの運転を停止した後、所定の時間の経過後にポンプの運転を再開することを特徴とする請求項２又は３に記載の給水装置。
【請求項５】
前記所定の時間が前記ポンプの回転周波数毎に予め決められていることを特徴とする請求項３又は４に記載の給水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプを備えた給水装置、特にインバータなどの周波数変換器によって可変速運転される深井戸用水中モータポンプを備えた給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深井戸用水中モータポンプなどのポンプに、任意の周波数及び電圧をポンプに供給する周波数変換器（インバータ）を用いて、ポンプを可変速運転することが広く行われている。例えば、電源供給事情の悪い地域の牧場等においては、太陽電池の出力電圧をインバータにより電力変換してポンプに供給し、井戸から井水を地上のタンクに揚水して蓄えておく場合がある。このような太陽電池を用いた給水装置は日射量に対応して発生する電力により運転されるが、揚水された水が一旦タンクに蓄積されるため、タンクに溜めておいた水を必要に応じて家畜の飲料水等に利用することができる。
【０００３】
太陽電池から供給される電力量は、日射量とモータポンプの運転状態（電圧、電流、周波数）によって変化する。従って、このような給水装置においては、最も効率よくポンプを運転するため、最大電力が供給できるようにポンプに供給する電圧、電流、周波数を制御する最大電力追跡制御が行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の給水装置では、通常揚水するのに十分な日射量になってはじめてポンプを駆動するように調整されているが、この調整が十分になされていない場合や特異な運転条件が重なった場合などにおいては、日射量が少ないと揚水が十分になされないままポンプが運転し続け、ポンプが締切運転の状態になることがある。このような締切運転が続くとポンプが過熱損傷に至ってしまうので、締切運転を検知し、警報を出力してポンプを停止するなどの対策が必要である。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの締切運転を防止しながら運転を継続することができる給水装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、ポンプと、該ポンプに電力を供給すると共に該ポンプの回転速度を制御する周波数変換器とを備えた給水装置において、ポンプの回転周波数と該回転周波数における締切運転の判断基準となる基準電流値とを関連づけた基準電流値テーブルと、上記ポンプの回転周波数を検出する回転周波数検出手段と、上記基準電流値テーブルを参照して上記回転周波数検出手段により検知された回転周波数に対応する基準電流値を取得する基準電流値取得手段と、上記ポンプに供給される電流値を検出する電流検出手段と、上記電流検出手段により検出された電流値と、上記基準電流値取得手段により取得された基準電流値とを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、上記電流検出手段により検出された電流値が上記基準電流値より低いと判断された場合に、上記ポンプの運転を停止することができる。また、所定の時間の経過後に上記ポンプの運転を停止することとしてもよい。
【０００８】
本発明によれば、ポンプの運転中に締切運転を検知してポンプを停止することができるので、締切運転による過熱に起因してポンプが損傷に至ることを防止することが可能となる。
【０００９】
更に、上記ポンプの運転を停止した後、所定の時間の経過後にポンプの運転を再開することとしてもよい。これにより、メンテナンスフリーとなるので、無人運転においても問題を生じることがなく、また、長期間のポンプ停止によって貯水が不十分となることを防止することができる。
【００１０】
また、上記所定の時間が上記ポンプの回転周波数毎に予め決められていることとしてもよい。これにより、ポンプの回転周波数に応じた柔軟な制御が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る給水装置の一実施形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態における給水装置の全体構成を示す図である。なお、以下の説明においては、太陽電池を電源として用いた給水装置を説明するが、風力発電機や蓄電池を電源として用いることも可能である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係る給水装置は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池１と、太陽電池１から供給される直流電力をポンプの運転に適した交流電力に変換するインバータ２と、そのインバータ２から供給される電力により駆動されるモータポンプ３とを備えている。このモータポンプ３は、ポンプとキャンドモータとが一体化された水中モータポンプであり、井戸６の底部に配置されている。地上には、モータポンプ３と吐出管４を介して接続される貯水タンク５が配置されており、この貯水タンク５に井戸６の内部の水が揚水される。そして、貯水タンク５に蓄積された水は、バルブ７を開くことにより配管８を介して所要の地域に供給される。
【００１３】
太陽電池１は、入射する太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータ２にＤＣ１００〜１７５Ｖ程度の直流電圧を供給する。インバータ２は、太陽電池１から受けた直流電力をパルス幅変調により交流電力に変換し、この交流電力をケーブル９を介してモータポンプ３に供給する。インバータ２はモータポンプ３に最大２４０Ｈｚの運転周波数を供給する。この運転周波数は通常の商用電源の周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに比べてかなり高く、このようにモータポンプの回転速度を速くすることで、モータポンプの寸法自体を小型化することができる。
【００１４】
日射量が少なくなり、太陽電池からの供給電力が低くなると、ポンプ３の運転周波数が下がり、十分な揚程が確保できず、ポンプ３は運転していても貯水タンク５に十分な揚水ができない締切運転の状況になることが考えられる。このような締切運転が続くとポンプ３が過熱損傷に至ってしまう。
【００１５】
従って、本発明に係る給水装置には、上述した締切運転の状態で運転されることを防止するための制御装置１０が設置されている。図２はこの制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１６】
一般に締切運転の状態では、ポンプは揚水するという仕事をしないため負荷が異常に軽くなる。従って、最低負荷電流（締切電流）を予め設定しておけば、ポンプの運転電流がこの電流値を下回った場合に、締切運転と判断することができる。このような締切電流値はポンプの回転速度（運転周波数）によって変化するため、回転速度毎に締切電流値を設定しておく必要がある。本実施形態においては、制御装置１０の内部に設置された記憶装置（図示せず）に、ポンプの運転周波数とその周波数における締切運転の判断基準となる基準電流値（締切電流）とを関連づけた基準電流値テーブル２０が格納されている。例えば、図３に示すように、５点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）のポンプの運転周波数と基準電流値との組合せを用意し、各点間は直線等で補完した基準電流値テーブルを利用する。
【００１７】
また、制御装置１０は、図２に示すように、インバータ２の２次側電流の周波数、即ちポンプの運転周波数を検出する周波数検出器２１と、周波数検出器２１により検知された周波数に対応する基準電流値を上記基準電流値テーブル２０を参照して取得する基準電流値取得器２２と、インバータ２の２次側電流の電流値、即ちポンプ３内のモータの電流値を検出する電流検出器２３と、電流検出器２３により検出された電流値と基準電流値取得器２２により取得された基準電流値とを比較する比較器２４とを備えている。
【００１８】
また、制御装置１０の記憶装置には、締切運転の状態となった場合にポンプを停止するまでの時間である第１プリセット時間と、ポンプを停止してからポンプの運転を再開するまでの時間である第２プリセット時間とが予め記憶されている。第１プリセット時間は、ポンプの締切運転による過熱に起因してポンプが損傷に至る時間よりも短い時間とする必要がある。また、ポンプの回転速度が速くなるに伴って締切運転による過熱の度合いが大きくなるため、この第１プリセット時間を回転速度毎に、例えば、回転速度が速い場合に第１プリセット時間が短くなるように、設定することとしてもよい。一方、第２プリセット時間は、ある程度過熱したポンプが冷えるのに十分な時間とする。
【００１９】
次に、本発明に係る給水装置の運転中の動作について説明する。図４は給水装置の運転中の動作を示すフローチャートである。
給水装置の運転中は、制御装置１０内の周波数検出器２１によってインバータ２の２次側電流の周波数が検出される（ステップ１）。そして、基準電流値取得器２２が上記基準電流値テーブル２０を参照し、検出された周波数に対応する基準電流値を取得する（ステップ２）。
【００２０】
次に、電流検出器２３によってポンプ３内のモータの電流値が検出され（ステップ３）、比較器２４においてこの電流値が上記基準電流値と比較される（ステップ４）。ここで、モータの電流値が基準電流値よりも低く、このモータの電流値が基準電流値よりも低い状態が第１プリセット時間よりも長く続いた場合には、ポンプが締切運転の状態にあると判断し、ポンプの運転を停止する（ステップ５）。この場合において、例えば、ＬＥＤランプなどを点灯させることによって警報表示をしてもよい。このように、本発明によれば、ポンプの締切運転を検知してポンプを停止することができるので、締切運転による過熱に起因してポンプが損傷に至ることを防止することが可能となる。
【００２１】
このような締切運転の状態は、極めて特異な日射量のときに起こる現象であり、また、日射量は逐次変化するものであるので、時間の経過と共に十分な日射量を得ることができることが期待できる。また、このような太陽電池を用いた給水装置を必要とする牧場等においては、人間による保守点検が行き届かない場合が多く、メンテナンスフリーであることが要望される。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、上述のようにポンプを停止した後に、ポンプを自動的に復帰するようにしている。本実施形態では、締切運転を検知してポンプの運転を停止してから第２プリセット時間が経過した後に、ポンプの運転を自動復帰し、ポンプの運転を再開する（ステップ６）。このようにポンプを自動復帰させることによって、メンテナンスフリーとなるので、無人運転においても問題を生じることがなく、また、長期間のポンプ停止によって貯水が不十分となることを防止することができる。
【００２３】
ここで、図５は、本発明に係る給水装置において、上述した締切運転を検知したときのポンプの温度上昇値の変化を示すグラフである。図５に示す例では、第１プリセット時間を２分３０秒、第２プリセット時間を５分としている。図５に示すように、第１プリセット時間経過後、ポンプの運転が停止し、ポンプの温度が下降する。そして、第２プリセット時間経過後、ポンプの運転が再開され、ポンプの温度が上昇する。締切運転の状態が続くとこの動作が繰り返され、ポンプの温度は上昇と下降を繰り返すが、一定値以上になることはない。このように、第１プリセット時間、第２プリセット時間を適切に設定することによって、ポンプが一定の温度以上に過熱されることを防止することができる。
【００２４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、ポンプの運転中に締切運転を検知してポンプを停止することができるので、締切運転による過熱に起因してポンプが損傷に至ることを防止することが可能となる。
【００２６】
また、メンテナンスフリーとなるので、無人運転においても問題を生じることがなく、また、長期間のポンプ停止によって貯水が不十分となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における給水装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御装置内に格納される基準電流値テーブルの一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における給水装置の運転中の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る給水装置において、締切運転を検知したときのポンプの温度上昇値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１    太陽電池
２    インバータ
３    モータポンプ
４    吐出管
５    貯水タンク
６    井戸
７    バルブ
８    配管
９    ケーブル
１０    制御装置
２０    基準電流値テーブル
２１    周波数検出器
２２    基準電流値取得器
２３    電流検出器
２４    比較器
【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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