JP6134175B2 - 車載給電制御装置、車載給電制御装置の制御方法及びポンプ車 - Google Patents

Description

本発明は、複数台の水中ポンプが電気的に接続可能に構成され、車載発動発電機からの電力を各水中ポンプへ給電制御する車載給電制御装置、車載給電制御装置の制御方法及びポンプ車に関する。

特許文献１に記載されているように、水災害時の緊急排水や渇水時の緊急取水に備えて、水中ポンプ車両が準備されている。水中ポンプ車両には、発動発電機、給電制御装置、複数台の水中ポンプ、水中ポンプを水中で支持するフロート、複数本の排水ホース等が搭載されている。

緊急排水現場等では、水中ポンプが排水対象水中にセットされ、水中ポンプのモータと給電制御装置との間が給電線で接続され、さらに給電制御装置に設けられた発電始動スイッチが投入されて発動発電機が起動される。さらに各水中ポンプの起動スイッチが投入されて、各水中ポンプが起動される。

また、特許文献２には、機器の運転状態に合わせてエンジン発電機の運転状態を制御することにより、燃料消費量の削減を図ることを目的として、機器が停止すると、エンジンをアイドリング状態又は停止状態に切り替え、機器が始動すると、エンジンを定格回転状態にするとともに、発電機初励磁時における自動電圧調整器からの発電機初励磁電力の不足分の電力を補助電源から供給するエンジン発電機の運転方法が提案されている。

特開２００９−２６４３５１号公報 特開２０１２−１０４８０号公報

このような水中ポンプ車両に搭載された各設備は、災害地で作業者による手動操作で設置され、運転され、監視され、撤収されるものであった。そのため、常時作業者が現場にいることが前提となっており、水中ポンプ車両に搭載された発動発電機は、給電制御装置に備えた起動スイッチが手動操作されて起動された後は、同じく給電制御装置に備えた停止スイッチが手動操作されるまでの間、連続的に作動するように構成されていた。

しかし、実際には過酷な状況下で昼夜連続運転される場合も多く、作業者が現場に常駐するとは限らない状況下で、排水状況によっては水中ポンプが全台停止したにもかかわらず、発動発電機が無負荷状態で長時間運転され、燃料が無駄に消費される虞もあった。

特に津波や洪水等の大きな災害時には、燃料の確保がままならず、このような燃料の浪費を極力抑制する必要性が高まっているが、水中ポンプの稼動台数は現場により区々であり、個別の稼働状況を作業者が具体的に把握するのも容易ではなかった。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、作業者の目視判断によらず、また作業者が不在の場合でも、燃料の無駄な消費を効果的に抑制できる車載給電制御装置、車載給電制御装置の制御方法及びポンプ車を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による車載給電制御装置の運転制御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、水中ポンプと電気的に接続可能に構成され、車載発動発電機からの電力を水中ポンプへ給電制御する車載給電制御装置であって、車載発動発電機用起動スイッチの投入を検知して前記車載発動発電機を起動制御した後に、水中ポンプの負荷状態に基づいて前記車載発動発電機を自動停止制御する発電制御部と、前記発電制御部による前記車載発動発電機の自動停止制御の許否を設定する自動停止制御許否設定部と、を備え、前記発電制御部は、前記自動停止制御許否設定部により前記車載発動発電機の自動停止制御が許容されていない場合であっても、前記車載発動発電機の燃料が所定量以下のときに、水中ポンプの負荷状態に基づいて前記車載発動発電機を自動停止制御するように構成されている点にある。

起動スイッチの投入を検知して車載発動発電機を起動制御した後に、発電制御部は、水中ポンプの負荷状態をモニタして、車載発動発電機が無負荷運転状態になっていると判断すると、車載発動発電機を自動停止制御することにより、燃料の無駄な消費を抑制するので、津波や洪水等の大きな災害時の燃料の確保が困難な場合で、現場に作業者が不在の場合であっても、燃料資源を有効に使用することができるようになる。

車載発動発電機の発電電力は専ら水中ポンプで消費されるのではなく、他の機器にも給電される場合がある。そのような場合に、車載発動発電機が自動停止制御されると、現場の作業者や他の機器に不都合な事態を招来する虞がある。例えば、夜間に車両近傍を照明する車載照明機器等に給電されているときに、車載発動発電機が自動停止制御されると、照明がない状況下で現場の作業者は適切な作業が行なえなくなる。しかし、車載発動発電機の自動停止制御の許否を予め設定可能な自動停止制御許否設定部を備えておれば、不意に車載発動発電機が自動停止することを回避することができるようになる。

車載発動発電機の燃料の残量が所定量以下になると、たとえ自動停止制御許否設定部により車載発動発電機の自動停止制御が許容されていない場合であっても、強制的に水中ポンプの負荷状態に基づいて前記車載発動発電機が自動停止制御されるようになるので、燃料の確保が困難な場合に経済性が発揮されるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、任意の負荷に給電可能な蓄電装置がさらに車載され、前記発電制御部は、前記蓄電装置の容量が所定の容量以下のときに、前記車載発動発電機を自動停止制御することなく前記蓄電装置を充電制御する点にある。

蓄電装置が車載され、その容量が所定の容量以下の場合に、発電制御部により車載発動発電機が自動停止制御されずに蓄電装置が充電制御されるので、燃料を有効的に活用できるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、水中ポンプの負荷状態を検知し、過負荷状態になると給電を停止する異常停止部をさらに備え、前記発電制御部は、水中ポンプの起動スイッチの状態と対応する水中ポンプの負荷状態に基づいて水中ポンプの稼動状態を判別する点にある。

起動スイッチが投入されていない水中ポンプは停止状態であり、起動スイッチが投入されている水中ポンプは稼動状態であると判定でき、さらに稼動状態である水中ポンプの負荷状態に基づいて、過負荷状態のために停止されているのか、無負荷状態で運転されているのか、適正な負荷状態で排水運転されているのか等の判定が可能になる。その結果、水中ポンプの稼動状態を適切に判別することができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、ポンプ及び／または前記車載発動発電機の稼動状態を遠隔地の管理装置に送信する通信装置を備えている点にある。

通信装置を介して遠隔地の管理装置に送信される情報に基づいて、遠隔地の管理者が、ポンプ及び／または車載発動発電機の稼動状態を認識して、さらに必要な適正な判断が可能になる。

本発明による車載給電制御装置の制御方法の特徴構成は、請求項５に記載した通り、少なくとも水中ポンプと電気的に接続可能に構成され、車載発動発電機からの電力を水中ポンプへ給電する上述した第一から第四の何れかの特徴構成を備えた車載給電制御装置の制御方法であって、全ての水中ポンプの停止を検知すると、車載発動発電機を停止する制御を行なう点にある。

本発明によるポンプ車の特徴構成は、請求項６に記載した通り、水中ポンプと車載発動発電機を搭載したポンプ車であって、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた車載給電制御装置を備えている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、作業者の目視判断によらず、また作業者が不在の場合でも、燃料の無駄な消費を効果的に抑制できる車載給電制御装置、車載給電制御装置の制御方法及びポンプ車を提供することができるようになった。

水中ポンプによる排水作業の説明図 （ａ）は水中ポンプ車両の平面図、（ｂ）は水中ポンプ車両の側面図 車載給電制御装置の回路説明図 車載給電制御装置によって実行される制御のフローチャート 別実施形態を示す車載給電制御装置の回路説明図

以下、本発明による車載給電制御装置、車載給電制御装置の制御方法及びポンプ車を、図面に基づいて説明する。
図１は、豪雨の影響で河川１の水位が上昇し、支流２から河川１への自然排水が困難となり浸水被害が生じる虞がある場合に、複数台の水中ポンプ３を用いて支流２の水を堤防７の上から河川１へ排水している様子が示されている。

現場に到着して支流２の水際付近に停車した水中ポンプ車両１０から、水中ポンプ３とフロート５と排水ホース６が降ろされて、水中ポンプ３にフロート５が取り付けられるとともに排水ホース６の一端が水中ポンプ３に接続される。水中ポンプ３及びフロート５が支流２に設置され、排水ホース６は傾斜地に沿って敷設され、その他端６ａが河川１の川岸を臨むように配置される。

排水ホース６は、例えばポリマーアロイで被覆されたポリエステル繊維製の可撓管であり、未使用時には折り畳まれて収容され、使用時には夫々の端部が水中ポンプ３の吐出口または吸入口に接続可能に構成されている。

水中ポンプ３に内蔵された駆動モータと本発明の運転制御盤２０とが給電線４を介して電気的に接続され、運転制御盤２０に備えたポンプ起動／停止スイッチが投入されると、水中ポンプ３によって支流２の水が河川１へ排水される。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、水中ポンプ車両１０は、走行用エンジンを備え、その出力が駆動伝達機構を介して駆動輪１０Ａに伝達されて走行可能に構成されている。そして、水中ポンプ車両１０の荷台１０Ｂには、運転制御盤２０と、発動発電機３０と、複数台の水中ポンプ３と、フロート５と、排水ホース６等が積載され、夜間に周囲を照らす照明機器８等が設置されている。

運転制御盤２０は本発明の車載給電制御装置として機能するようにユニット化されたブロックであり、その側面パネルには操作盤２０Ａが配置され、内部にはインバータ回路２０Ｂや電流検知部２０Ｃや制御部２０Ｄ等が設けられている。

操作盤２０Ａには、複数台の水中ポンプ３を電気的に接続するコネクタ、外部機器を接続可能な給電用コンセント、発動発電機３０の起動／停止スイッチ、各ポンプの起動／停止スイッチや回転数調整スイッチ、電圧計や電流計や異常表示ランプ等の各種のモニタ用表示器が配列されている。

インバータ回路２０Ｂは発動発電機３０からの交流電力を任意の周波数で各水中ポンプ３へ給電制御するための周波数変換回路である。電流検知部２０Ｃは各水中ポンプ３への供給電流をモニタして水中ポンプ３の負荷状態を検知するモニタ回路である。制御部２０Ｄは発動発電機３０や水中ポンプ３等を制御するコンピュータ等を備えた電子回路である。

即ち、運転制御盤２０は複数台の水中ポンプ３と電気的に接続可能に構成され、発動発電機３０からの電力を各水中ポンプへ給電制御するように構成されている。

発動発電機３０は本発明の車載発動発電機として機能するブロックであり、発動機３０Ａと、発動機を始動するスタータモータ３０Ｂと、発動機３０Ａに供給される燃料を貯留する燃料タンク３０Ｃと、発動機３０Ａで駆動される発電機３０Ｄとを含むユニットで構成されている。

水中ポンプ車両１０には、２．５ｍ^３／分、５．０ｍ^３／分及び７．５ｍ^３／分の各排水能力を備え、同期モータが内蔵された複数種類の水中ポンプ３が最大で１２台搭載可能に構成されている。各水中ポンプ３は人力で搬送できるように３０Ｋｇ程度の重量に設定され、フロート５で支持されることにより水面から所定深さに設置可能に構成されている。

図３には、車載給電制御装置即ち運転制御盤２０のインバータ２０Ｂ、電流検知部２０Ｃ、制御部２０Ｄを含む主要な回路構成が示されている。

制御部２０Ｄには、操作盤２０Ａに配置された発動発電機用起動／停止スイッチＳＴ、各コネクタに接続された水中ポンプ３（Ｐ１〜Ｐｎ）を起動させるポンプ起動／停止スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点信号が入力されている。

発電機３０Ｄの出力はＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｅを介して変換された直流電圧が各水中ポンプ３に給電するためのインバータ（ＩＮＶ．１〜ＩＮＶ．ｎ）に入力されている。

運転制御盤２０と各水中ポンプ３とはＵ，Ｖ，Ｗの三相交流電力線とアース線の４本のケーブルで接続され、その三相交流電力線を流れる電流が電流検知部２０Ｃでモニタされる。

電流検知部２０Ｃは、各水中ポンプ３の負荷状態をその電流値でモニタし、各水中ポンプ３が無負荷状態であるのか、適切な負荷状態であるのか、過負荷状態であるのかを電流値により判断し、その結果を制御部２０Ｄに出力する。

制御部２０Ｄは、発電制御部、自動停止制御許否設定部、ポンプ制御部、異常停止部等の機能ブロックを備えている。各機能ブロックは制御部２０Ｄに備えたコンピュータとその周辺回路及びコンピュータで実行される制御プログラムで構成されている。

発電制御部は、発動発電機用起動／停止スイッチＳＴが投入されたことを検知して、スタータモータ３０Ｂを駆動して発動機３０Ａを起動させ、発電機３０Ｄにより所定周波数の交流電力を発電させる。操作盤２０Ａに備えた周波数設定スイッチによって５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの何れかに発電周波数が設定されている。さらに、発電制御部は、電流検知部２０Ｃを介して発電機３０Ｄの負荷を把握し、負荷変動に対応して発動機３０Ａの給油バルブの開度を調整する。

ポンプ制御部は、操作盤２０Ａに備えた各水中ポンプ３に対する起動／停止スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び回転数調整スイッチの操作を検知すると、対応する水中ポンプ３のインバータ２０Ｂを起動し、その出力周波数を調整して対応する水中ポンプ３を駆動制御する。

異常停止部は、電流検知部２０Ｃの出力信号に基づいて、過負荷状態が所定時間（例えば数分）継続した水中ポンプ３を異常状態になったと判定して、その水中ポンプ３に対するインバータに停止信号を出力するとともに、異常状態となった水中ポンプが判別可能なように、操作盤２０Ａに備えた異常表示ランプを点灯する。そのような状態の継続時間を計時するため、制御部２０Ｄには複数のタイマーが設けられている。

発電制御部は、各水中ポンプの起動／停止スイッチの状態と対応する水中ポンプ３の負荷状態に基づいて各水中ポンプ３の稼動状態を判別するように構成されている。起動／停止スイッチＳＷｎが投入されていない水中ポンプ３は停止状態であり、起動／停止スイッチＳＷｎが投入されている水中ポンプ３は稼動状態であると判定でき、さらに稼動状態である水中ポンプ３の負荷状態に基づいて、過負荷状態のために停止されて無負荷になっているのか、無負荷状態で運転されているのか、適正な負荷状態で排水運転されているのか等を判定する。

そして、発電制御部は、発動発電機用起動／停止スイッチＳＴの投入を検知して発動発電機３０を起動制御した後に、各水中ポンプ３の負荷状態が無負荷になっていると判定すると、燃料の無駄な消費を抑制するために、発動発電機３０を自動停止制御する。

自動停止制御許否設定部は、操作盤２０Ａに備えている自動停止制御許否設定スイッチの操作状態を判定して、発電制御部による発動発電機３０の自動停止制御の許否を設定する。即ち、自動停止制御許否設定スイッチが許容側に設定されていると発電制御部による発動発電機３０の自動停止制御を許可し、自動停止制御許否設定スイッチが否定側に設定されていると発電制御部による発動発電機３０の自動停止制御を禁止する。

発動発電機３０の発電電力は専ら水中ポンプ３で消費されるのではなく、他の機器にも給電される場合がある。そのような場合に、発動発電機３０が自動停止制御されると、現場の作業者や他の機器に不都合な事態を招来する虞がある。

例えば、夜間に車両近傍を照明する車載照明機器８等に給電されているときに、発動発電機３０が自動停止制御されると、照明がない状況下で現場の作業者が適切に作業できなくなる。しかし、発動発電機３０の自動停止制御の許否を予め設定可能に構成されていれば、不意に発動発電機３０が自動停止することが回避される。

図４に示すフローチャートに基づいて発電制御部等の動作を説明する。尚、本フローチャートは自動停止制御許否設定スイッチが許容側に設定されていることを前提としている。発電制御部は、起動／停止スイッチＳＴが投入されると（Ｓ１）、スタータモータ３０Ｂを起動して、発電機３０による発電を開始する（Ｓ２）。その後、電流検知部２０Ｃにより検知される負荷電流に基づいて給油バルブを調整して十分な発電量に調整する（Ｓ３）。

ポンプ起動／停止スイッチが投入されると（Ｓ４，Ｙ）、ポンプ制御部は対応するインバータ２０Ｂに起動信号を出力して対応する水中ポンプ３を起動する（Ｓ５）。異常停止部は、電流検知部２０Ｃの出力信号に基づいて過負荷状態か否かを監視する（Ｓ６）。そして過負荷状態が所定時間継続すると（Ｓ６，Ｙ）、対応する水中ポンプ３に対するインバータ２０Ｂに停止信号を出力するとともに、操作盤２０Ａに備えた異常表示ランプを点灯する（Ｓ７）。

ポンプ起動／停止スイッチが投入された全ての水中ポンプの負荷状態をモニタし、無負荷状態でなければ（Ｓ８，ＯＫ）、ポンプ制御部はポンプ起動／停止スイッチがオフ操作されるか否かを判定し、オフ操作されると（Ｓ９，Ｙ）、対応する水中ポンプ３のインバータ２０Ｂに停止信号を出力する（Ｓ１０）。

発電制御部は、起動／停止スイッチＳＴがオフされると（Ｓ１１，Ｙ）、発動機３０Ａへの燃料供給を停止して発電を停止する（Ｓ１２）。ステップＳ８で、全ての水中ポンプの負荷状態が無負荷状態であれば（Ｓ８，ＮＧ）、タイマーで所定時間（例えば１０分程度）その状態が継続したことを確認した後に（Ｓ１３，Ｙ）、発動機３０Ａへの燃料供給を停止して発電を停止する（Ｓ１２）。

以下、別実施形態を説明する。
発電制御部は、発動発電機３０の燃料が所定量以下のときにステップＳ１３を実行して、各水中ポンプ３０の負荷状態に基づいて車載発動発電機を自動停止制御するように構成してもよい。発動発電機３０の燃料の残量に基づいて、発動発電機３０を自動停止制御するか否かが判定されるので、特に燃料の確保が困難な場合等に残量が少なくなるとそれ以上の燃料の浪費が確実に抑制できるようになる。

自動停止制御許否設定部により発動発電機３０の自動停止制御が許容されていない場合であっても、車載発動発電機３０の燃料が所定量以下のときには、各水中ポンプの負荷状態に基づいて発動発電機３０を自動停止制御するように発電制御部を構成してもよい。

発動発電機３０の燃料の残量が所定量以下になると、たとえ自動停止制御許否設定部により発動発電機３０の自動停止制御が許容されていない場合であっても、強制的に各水中ポンプ３の負荷状態に基づいて車載発動発電機３０が自動停止制御されるようになるので、燃料の確保が困難な場合に経済性が発揮されるようになる。

また、制御切替スイッチを、「許否制御のみ」、「許否制御＋燃料量」、「燃料が切れるまで発電機を止めない」の３スイッチにする等して、自動停止制御許否設定部と、燃料が所定量以下のとき発動発電機３０を自動停止する制御を組み合わせても良い。

災害地の状況によっては、水中ポンプ車両１０に運転制御盤２０を介して任意の負荷に給電可能な蓄電装置がさらに搭載されるように構成されていることが好ましい。この場合に、発電制御部は、各水中ポンプ３０の負荷状態が無負荷状態になっても、蓄電装置の容量が所定の容量以下のときには、発動発電機３０を自動停止制御することなく当該蓄電装置を充電制御するように切り替えるように構成することが好ましい。また蓄電装置は、水中ポンプ車両１０とは別に設ける構成であれば、蓄電容量を増やすことができ、より好ましい構成となる。

図５には、このような構成に対応した回路構成が示されている。発動機３０Ａの燃料の残量が制御装置２０Ｄに入力されている。また、蓄電池Ｂａｔに充電するための充電回路として機能するＡＣ／ＤＣコンバータ回路３０Ｆが設けられ、発電機３０Ｄの出力がインバータ２０Ｂに供給されるのか、コンバータ回路３０Ｆに供給されるのかを切替えるスイッチが設けられている。

各ポンプ及び／または発動発電機３０の稼動状態を遠隔地の管理装置に送信する通信装置を備えていることが好ましい。例えばＧＰＳ等によって位置が把握された水中ポンプ車両１０に対して、通信装置を介して遠隔地の管理装置に送信される情報に基づいて、遠隔地の管理者が、各ポンプ及び／または発動発電機３０の稼動状態を認識して、さらに必要な適正な判断が可能になる。そのために、発動発電機３０の燃料の残量、異常停止した水中ポンプの台数、連続稼動時間等の状況データが送信されることが好ましい。さらに、通信装置に受信装置を設け、遠隔地の管理者が水中ポンプの停止など操作データを送信して、操作できる構成にしても良い。

上述の実施形態では、水中ポンプは複数台で説明したが、１台でも良い。また、揚程が高い場合は、排水ホースの途中にポンプを設け、直列にして運転することも可能である。

上述の実施形態では、水中ポンプ車両に積載された水中ポンプを運転制御盤２０と電気的に接続したが、結線や給電の仕様が同じであれば、別搬入した水中ポンプを用いることも可能である。

上述の実施形態では、負荷状態を、ポンプの起動／停止スイッチのＯＮ−ＯＦＦや電流により判断したが、ポンプの回転数や、水の流れなど他の条件で判断することができる。

上述の実施形態では、起動／停止を１つのスイッチで切り替えられるポンプ及び発動発電機を用いて説明したが、起動スイッチと停止スイッチが別々であっても構わない。

上述の実施形態では何れも本発明の一実施例に過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更することができることは言うまでもない。

１：河川
２：支流
３：水中ポンプ
４：給電線
５：フロート
６：排水ホース
１０：水中ポンプ車
２０：車載給電制御装置（運転制御盤）
２０Ａ：操作盤
２０Ｂ：インバータ
２０Ｃ：電流検知部
２０Ｄ：制御部
３０：車載発動発電機（発動発電機）
３０Ａ：発動機
３０Ｂ：スタータモータ
３０Ｃ：燃料タンク
３０Ｄ：発電機

Claims (6)

1. 水中ポンプと電気的に接続可能に構成され、車載発動発電機からの電力を水中ポンプへ給電制御する車載給電制御装置であって、
   車載発動発電機用起動スイッチの投入を検知して前記車載発動発電機を起動制御した後に、水中ポンプの負荷状態に基づいて前記車載発動発電機を自動停止制御する発電制御部と、
   前記発電制御部による前記車載発動発電機の自動停止制御の許否を設定する自動停止制御許否設定部と、
   を備え、
   前記発電制御部は、前記自動停止制御許否設定部により前記車載発動発電機の自動停止制御が許容されていない場合であっても、前記車載発動発電機の燃料が所定量以下のときに、水中ポンプの負荷状態に基づいて前記車載発動発電機を自動停止制御するように構成されている車載給電制御装置。
2. 任意の負荷に給電可能な蓄電装置がさらに車載され、前記発電制御部は、前記蓄電装置の容量が所定の容量以下のときに、前記車載発動発電機を自動停止制御することなく前記蓄電装置を充電制御する請求項１記載の車載給電制御装置。
3. 水中ポンプの負荷状態を検知し、過負荷状態になると給電を停止する異常停止部をさらに備え、
   前記発電制御部は、水中ポンプの起動スイッチの状態と対応する水中ポンプの負荷状態に基づいて水中ポンプの稼動状態を判別する請求項１または２記載の車載給電制御装置。
4. ポンプ及び／または前記車載発動発電機の稼動状態を遠隔地の管理装置に送信する通信装置を備えている請求項１から３の何れかに記載の車載給電制御装置。
5. 少なくとも水中ポンプと電気的に接続可能に構成され、車載発動発電機からの電力を水中ポンプへ給電する請求項１から４の何れかに記載の車載給電制御装置の制御方法であって、全ての水中ポンプの停止を検知すると、車載発動発電機を停止する制御を行なう車載給電制御装置の制御方法。
6. 水中ポンプと車載発動発電機を搭載したポンプ車であって、請求項１から４の何れかに記載の車載給電制御装置を備えているポンプ車。