JP2007162599A

JP2007162599A - ポンプ制御システム

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Publication number: JP2007162599A
Application number: JP2005361203A
Authority: JP
Inventors: Yoji Sasaki; 洋二佐々木; Toru Aida; 徹合田; Kazuki Nakano; 一樹中野
Original assignee: Dai Dan Co Ltd
Current assignee: Dai Dan Co Ltd
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP4741360B2

Abstract

【課題】定格ポンプの過負荷を防ぐことができ、可変速ポンプを有効利用することで省エネルギー化を図ることができるポンプ制御システムを提供する。
【解決手段】コントローラ２４は、負荷に応じたポンプユニット２３の目標運転圧力および定速ポンプ２９の負荷限界を示す最低運転圧力を記憶する圧力記憶手段、ポンプユニット２３の運転圧力を検出する圧力検出手段、ポンプユニット２３の運転圧力を目標運転圧力に保持する圧力保持手段、可変速ポンプ２８および定速ポンプ２９の運転中にポンプユニット２３の運転圧力が最低運転圧力以上となるように、可変速ポンプ２８の出力を調節する第１出力調節手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変速ポンプと定速ポンプとから形成されたポンプユニットをコントローラを介して制御するポンプ制御システムに関する。

負荷設備で熱交換された水を還送ヘッダから熱源設備へ送るとともに、熱源設備で作られた温水または冷水を第１送出ヘッダへ送る一次送水ポンプユニットと、温水または冷水を第１送出ヘッダから第２送出ヘッダを通して負荷設備へ送る二次送水ポンプユニットとを有する空調設備がある（特許文献１参照）。二次送水ポンプユニットは、インバータが装着された複数台の可変速ポンプから形成されている。一般的に、インバータ付き可変速ポンプは、定速ポンプと比較して価格が高く、二次送水ポンプユニットを複数台のインバータ付き可変速ポンプから形成することは初期の設備投資額が非常に大きくなる。したがって、可変速ポンプを使用することによる省エネルギー効果があったとしても、それによる経済的な効果は高額な初期の設備投資費用によって滅失されてしまう。初期の設備投資額を押さえるために、二次送水ポンプユニットを１台のインバータ付き可変速ポンプと複数台の定速ポンプとから形成することが考えられる。
特開２０００−２５７９３８号公報

しかし、１台のインバータ付き可変速ポンプと複数台の定速ポンプとから形成された二次送水ポンプユニットでは、定速ポンプの運転中に可変速ポンプが低速運転された場合、空調設備全体の送水圧力が下がることから、定速ポンプのモータにその定格負荷以上の負荷がかかり、定速ポンプのモータが過負荷となってポンプの故障につながる場合がある。したがって、このような二次送水ポンプユニットでは、定速ポンプのモータの過負荷を防ぐため、インバータ付き可変速ポンプに吐出圧一定制御等の制御を行うことで可変速ポンプを必要以上の出力で運転することになり、可変速ポンプを有効に利用することができず、可変速ポンプによる空調設備の省エネルギー化を図ることができない。

本発明の目的は、定格ポンプの過負荷を防ぐことができ、可変速ポンプを有効利用することで省エネルギー化を図ることができるポンプ制御システムを提供することにある。

本発明は、負荷の変動に応じて出力変更可能な少なくとも１台の可変速ポンプおよび定出力で運転される少なくとも１台の定速ポンプから形成されたポンプユニットと、ポンプユニットを制御するコントローラとを備えたポンプ制御システムであり、コントローラが、負荷に応じたポンプユニットの目標運転圧力および定速ポンプの負荷限界を示す最低運転圧力を記憶する圧力記憶手段と、ポンプユニットの運転圧力を検出する圧力検出手段と、ポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に保持する圧力保持手段と、可変速ポンプおよび定速ポンプの運転中にポンプユニットの運転圧力が最低運転圧力以上となるように、可変速ポンプの出力を調節する第１出力調節手段とを有する。

本発明の一例としては、コントローラが負荷の増減にともなって可変速ポンプと定速ポンプとのうちの少なくとも該定速ポンプを起動または停止させる台数制御手段を有する。

本発明の他の一例として、第１出力調節手段は、２台以上の定速ポンプの運転中に、ポンプユニットの運転圧力が運転中の定速ポンプのうちの最も高い最低運転圧力以上となるように、可変速ポンプの出力を調節する。

本発明の他の一例として、コントローラは、定速ポンプの起動直後に、運転中の可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、可変速ポンプの出力を次第に減少させてポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に一致させる第２出力調節手段を有する。

本発明の他の一例として、コントローラは、運転中の定速ポンプのうちのいずれかが停止した直後に、運転中の可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、その後、可変速ポンプの出力を次第に減少させてポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に一致させる第３出力調節手段を有する。

本発明の他の一例としては、可変速ポンプの出力制御が、インバータを介して行われる。

本発明にかかるポンプ制御システムによれば、可変速ポンプおよび定速ポンプの運転中に、ポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に保持しつつ、ポンプユニットの運転圧力が定速ポンプの最低運転圧力以上となるようにコントローラが可変速ポンプの出力を調節するから、定格ポンプのモータの過負荷を防ぐことができ、定速ポンプの故障を防ぐことができる。システムは、負荷の程度によって、定速ポンプの最低運転圧力以上の範囲でポンプユニットの目標運転圧力を下げることができ、可変速ポンプを必要以上の高い出力で継続運転することなくポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に保持することができる。このシステムは、その稼働中に可変速ポンプの出力を押さえることができ、可変速ポンプを有効利用することでシステムの省エネルギー化を図ることができる。

コントローラが負荷の増減にともなって可変速ポンプと定速ポンプとのうちの少なくとも定速ポンプを起動または停止させるポンプ制御システムは、負荷が増加するとコントローラがポンプを起動させるから、ポンプユニットの運転圧力が目標運転圧力未満になることはない。このシステムは、負荷が減少するとコントローラがポンプを停止させるから、ポンプの不必要な運転を防いでシステムの省エネルギー化を確実に図ることができる。

２台以上の定速ポンプの運転中に、ポンプユニットの運転圧力がそれら定速ポンプのうちの最も高い最低運転圧力以上となるように、コントローラが可変速ポンプの出力を調節するポンプ制御システムは、ポンプユニットの運転圧力が常にそれら定速ポンプのうちの最も高い最低運転圧力以上となるから、運転中のそれら定速ポンプのモータの全てが過負荷になることはなく、それら定速ポンプの故障を確実に防ぐことができる。

定速ポンプの起動直後に、運転中の可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、ポンプユニットの運転圧力が目標運転圧力となるように、可変速ポンプの出力を次第に減少させるポンプ制御システムは、定速ポンプの起動時に、ポンプユニットの運転圧力が変動したとしても、コントローラが可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、可変速ポンプの出力を次第に減少させてポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に一致させるから、ポンプユニットの運転圧力が定速ポンプの最低運転圧力未満になることを防ぐことができる。このシステムは、定速ポンプの起動直後に定速ポンプのモータが過負荷で運転されることはなく、起動時における定速ポンプの故障を防ぐことができる。

運転中の定速ポンプのうちのいずれかが停止した直後に、運転中の可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、ポンプユニットの運転圧力が目標運転圧力となるように、可変速ポンプの出力を次第に減少させるポンプ制御システムは、定速ポンプのうちのいずれかの停止によってポンプユニットの運転圧力が低下したとしても、可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させるから、ポンプユニットの運転圧力が目標運転圧力未満となることを防ぐことができる。このシステムは、可変速ポンプの出力を次第に減少させてポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に一致させるから、負荷の程度によっては可変速ポンプを最大出力で継続運転することなくポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に保持することができ、可変速ポンプの出力を押さえることでシステムの省エネルギー化を図ることができる。

可変速ポンプの出力制御がインバータを介して行われるポンプ制御システムは、可変速ポンプの出力制御を円滑に行うことができ、負荷の変動にともなってポンプユニットの運転圧力が変動したとしても、ポンプユニットの運転圧力を目標運転圧力に速やかに復帰させることができる。

添付の図面を参照し、本発明に係るポンプ制御システムの詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、この実施の形態では、ポンプ制御システムが空調設備に利用された場合を例に説明する。図１は、ポンプ制御システム１８を備えた一例として示す空調設備１０の概略構成図である。図１では一次送水ポンプ１４や冷温水発生装置１５、空調機１９を１台のみ図示しているが、実際の空調設備１０では複数台の一次送水ポンプ１４や複数台の冷温水発生装置１５、各室に設置される複数台の空調機１９が存在する。

空調設備１０は、図１に一点鎖線で区画された熱源設備１１と負荷設備１２とから形成されている。それら設備１１，１２は、管路１３を介して連結されている。空調設備１０には、配線（図示せず）を介して所定の電力が供給されている。熱源設備１１は、一次送水ポンプ１４と、温水または冷水を作る冷温水発生装置１５とから形成されている。一次送水ポンプ１４と冷温水発生装置１５とは、管路１３を介して連結されている。負荷設備１２は、温水または冷水を各負荷設備１２に分配する第１送水ヘッダ１６および第２送水ヘッダ１７と、二点鎖線で区画されたポンプ制御システム１８と、空調機１９（冷暖房機）および流量調節弁２０と、熱交換後の水を熱源設備１１に戻す還水ヘッダ２１とから形成されている。それらは、管路１３を介して連結されている。第２送水ヘッダ１７と還水ヘッダ２１とは、バイパス管２２を介して連結されている。ポンプ制御システム１８は、第１および第２送水ヘッダ１６，１７の間に位置するポンプユニット２３と、ポンプユニット２３を制御するコントローラ２４とから形成されている。第２送水ヘッダ１７と空調機１９との間に延びる管路１３には、ポンプユニット２３の運転圧力を測定する圧力計２５が取り付けられている。流量調節弁２０と還水ヘッダ２１との間に延びる管路１３には、管路１３を流れる水の流量を測定する流量計２６が取り付けられている。圧力計２５と流量計２６とは、インタフェイス２７を介してコントローラ２４に接続されている。

冷温水発生装置１５で作られた温水または冷水は、第１送水ヘッダ１６に送られた後、ポンプユニット２３を通って第２送水ヘッダ１７へ送られ、さらに、送水ヘッダ１７から空調機１９へ送られる。暖房に使用される温水は空調機１９で熱交換されてその温度が低下して水に戻り、冷房に使用される冷水は空調機１９で熱交換されてその温度が上昇して水に戻る。空調機１９で熱交換された後の水は、還水ヘッダ２１を通って再び冷温水発生装置１５へ送られる。この空調設備１０における温水または冷水や熱交換後の水の強制的な循環は、一次送水ポンプ１４およびポンプユニット２３によって行われる。ここで、一次送水ポンプ１４によって送り出される温水または冷水の流量とポンプユニット２３によって送り出される温水または冷水の流量とが同一であると、バイパス管２２の流量は０となる。これに対し、一次送水ポンプ１４によって送り出される冷水または温水の流量がポンプユニット２３によって送り出される温水または冷水の流量よりも大きいと、送水ヘッダ１７から還水ヘッダ２１へ向かってバイパス管２２を温水または冷水が流れる。一方、ポンプユニット２３によって送り出される温水または冷水の流量が一次送水ポンプ１４によって送り出される温水または冷水の流量よりも大きいと、還水ヘッダ２１から送水ヘッダ１７へ向かってバイパス管２２を熱交換後の水が流れる。

暖房における流量調節弁２０の働きは、空調機１９を設置した室の温度が設定値よりも下がると、弁機構を開いて温水の流量を増加させ、逆に室の温度が設定値の範囲内になり、あるいは、室の温度が設定値よりも上がると、弁機構を絞って温水の流量を減少させる。また、冷房における流量調節弁の働きは、室の温度が設定値の範囲内になり、あるいは、室の温度が設定値よりも下がると、弁機構を絞って冷水の流量を減少させ、逆に室の温度が設定値よりも上がると、弁機構を開いて冷水の流量を増加させる。

ポンプユニット２３は、負荷変動に応じて出力変更可能な１台の可変速ポンプ２８と、定出力で運転される３台の定速ポンプ２９とから形成されている。ただし、それらポンプ２８，２９の台数に特に限定はなく、ポンプユニット２３が少なくとも１台の可変速ポンプ２８と少なくとも１台の定速ポンプ２９とから形成されていればよい。また、それらポンプ２８，２９の容量についても特に限定はなく、各ポンプ２８，２９の容量が同一であってもよく、各ポンプ２８，２９の容量が異なっていてもよい。ポンプ２８，２９は、ヘッダ１６，１７の間に配置されて並列に並び、管路１３を介してそれらヘッダ１６，１７に連結されている。可変速ポンプ２８には、インバータ３０が装着されている。可変速ポンプ２８は、インバータ３０を介してその出力制御（回転数制御）が行われる。各ポンプ２８，２９とインバータ３０とは、インタフェイス３１を介してコントローラ２４に接続されている。第１および第２送水ヘッダ１６，１７の間には、それらポンプ２８，２９の他に、管路１３を介してヘッダ１６，１７に連結された逃がし弁３２が配置されている。逃がし弁３２は、温水または冷水が必要以上にヘッダ１６からヘッダ１７へ送られた場合、温水または冷水をヘッダ１７からヘッダ１６へ戻し、ヘッダ１６，１７間に流れる温水または冷水を適量に保持する。

インバータ３０の一例としては、図示はしていないが、コンバータ部、平滑回路部、インバータ部、制御回路から形成され、交流を直流に変換した後、直流を半導体素子のスイッチングによって再び交流に逆変換する。半導体素子のスイッチング間隔を調節することによって任意の周波数を得ることができる。インバータ３０は、電圧型インバータや電流型インバータのいずれでもよく、その制御方式もＰＡＭ制御やＰＷＭ制御のいずれでもよい。

コントローラ２４は、中央処理部（ＣＰＵ）とメモリとを有するパーソナルコンピュータであり、大容量ハードディスクが搭載されている。コントローラ２４には、図示はしていないが、キーボードやスキャナ、ディスプレイ、プリンタ等の入出力デバイスが接続されている。メモリは、ポンプ制御システム１８の各手段を実行するためのプログラムが格納された命令ファイルと、各データを記憶する内部アドレスファイルとを有する。中央処理部は、オペレーティングシステムによる制御に基づいて、命令ファイルに格納されたプログラムを起動し、プログラムに従ってこのポンプ制御システム１８における各手段を実行する。メモリの内部アドレスファイルには、ポンプユニット２３を形成する各ポンプ２８，２９の定格出力や定格トルク、ポンプの最低運転圧力等の特性値、ポンプユニット２３の目標運転圧力等の各データが格納される。

図２は、ポンプ制御システム１８における制御手順（プロセス）の一例を示すフローチャートである。図３は、１台の可変速ポンプ２８と１台の定速ポンプ２９とを平行運転した場合の特性を示す特性線図の一例である。図３では、縦軸に圧力（ｋＰａ）を表示し、横軸に温水または冷水の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を表示している。曲線Ｌ１は、可変速ポンプ２８（１００％出力）と定速ポンプ２９とを平行運転した場合の合成特性曲線であり、曲線Ｌ２は、可変速ポンプ２８（９０％出力）と定速ポンプ２９とを平行運転した場合の合成特性曲線である。曲線Ｌ３は、可変速ポンプ２８（８０％出力）と定速ポンプ２９とを平行運転した場合の合成特性曲線である。線Ｌ４は、定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）を示す線分であり、線Ｌ５は、目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を示す線分である。図３の特性線図に示すように、ポンプ２８，２９の定格出力が決まれば、温水または冷水の流量と圧力との相関関係によって流量に対するそのポンプ２８，２９の必要な運転圧力（ｋＰａ）が決まる。なお、図示はしていないが、複数台の可変速ポンプ２８と複数台の定速ポンプ２９とを平行運転した場合でも、各ポンプ２８，２９の運転圧力が曲線を画く特性線図で示される。

空調設備１０が稼動すると、送水ポンプ１４や冷温水発生装置１５、空調機１９、流量調節弁２０、ポンプユニット２３、コントローラ２４、圧力計２５、流量計２６、逃がし弁３２が起動する。空調設備１０では、送水ポンプ１４およびポンプユニット２３によって温水または冷水が負荷設備１２へ送られ、熱交換後の水が再び熱源設備１１に戻り、温水や冷水、熱交換後の水が管路１３を介して熱源設備１１と負荷設備１２とを循環する。空調設備１０が稼働すると、コントローラ２４は、圧力計２５にポンプユニット２３の運転圧力を測定する指令を出力するとともに、流量計２６に配水管１３を流れる水の流量を測定する指令を出力する。圧力計２５が測定したポンプユニット２３の運転圧力は、圧力計２５からコントローラ２４に入力される。流量計２６が測定した管路１３の水の流量は、流量計２６からコントローラ２４に入力される。コントローラ２４は、圧力計２５を介してポンプユニット２３の運転圧力を時系列で検出し（圧力検出手段）、流量計２６を介して管路１３の水の流量を時系列で検出する（流量検出手段）。

コントローラ２４は、負荷（温水または冷水の流量）に応じたポンプユニット２３の算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を計算し、計算した目標運転圧力（Ｐｃａｓ）をメモリの内部アドレスファイルに格納する（圧力記憶手段）。具体的には、流量計２６によって測定された測定値を内部アドレスファイルに格納された所定の計算式に代入することで算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を計算する。ただし、コントローラ２４は、空調設備１０の仮想負荷に応じて算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を事前に計算し、負荷に応じた多数の目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を内部アドレスファイルにあらかじめ格納することもできる。

コントローラ２３は、複数の特性線図をメモリの内部アドレスファイルに格納し、流量（Ｌ／ｍｉｎ）と圧力（ｋＰａ）とによって定まるそれら定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）を内部アドレスファイルに格納している（圧力記憶手段）。ここで、最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）とは、図３に線Ｌ４で示すように、定速ポンプ２９が過負荷になるかならないかの境界値（負荷限界）である。ポンプ２９の運転圧力が最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）未満になると、ポンプ２９のモータが過負荷となってポンプ２９が故障する場合がある。コントローラ２４は、算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）や最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）、特性線図をディスプレイに表示させる。コントローラ２４では、キーボードやスキャナを介して特性線図を随時追加、消去することができ、さらに、キーボードを介して算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）や最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）を随時追加、変更、消去することができる。

コントローラ２４は、流量計２６からの測定値に基づいて空調設備１０の負荷（水の流量）の増減を判断し、それによって定速ポンプ２９の増段、減段を判断する（台数制御手段）。ここで、定速ポンプ２９の増段とは停止中のポンプ２９を起動させることをいい、定速ポンプ２９の減段とは稼動中のポンプ２９を停止させることをいう。コントローラ２４は、空調設備１０の負荷が小さい場合（暖房中や冷房中における室温と目標温度との間の差が小さく、温水や冷水の流量が少ない場合）、可変速ポンプ２８のみで負荷を負担できると判断すると、定速ポンプ２９を起動することなく、可変速ポンプ２８のみを継続して稼動させる。このとき、全ての定速ポンプ２９は停止している。

コントローラ２４は、可変速ポンプ２８の運転中に空調設備１０の負荷（水の流量）が増加すると、定速ポンプ２９を起動させる。逆に、可変速ポンプ２８と定速ポンプ２９との運転中に負荷が減少すると、定速ポンプ２９を停止させる。具体的には、可変速ポンプ２８の運転中に負荷が増加し（暖房中や冷房中における室温と目標温度との間の差が大きくなり、温水や冷水の流量を多くする場合）、可変速ポンプ２９のみで負荷を負担できないと判断すると、コントローラ２４は定速ポンプ２９を１台ずつ順次または複数台のポンプ２９を一度に起動させる。一方、可変速ポンプ２８と定速ポンプ２９との運転中に負荷が減少し（暖房中や冷房中における室温と目標温度との間の差が小さくなり、温水や冷水の流量を少なくする場合）、定速ポンプ２９の分担が無くなったと判断すると、コントローラ２４は運転中の定速ポンプ２９を１台ずつ順次または複数台のポンプ２９を一度に停止させる。

図２のフローチャートに基づいて、コントローラ２４が実行する各手段の一例を説明すると、以下のとおりである。空調設備１０が稼動すると、コントローラ２４は、空調設備１０の負荷（水の流量）に応じたポンプユニット２３の算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定する（Ｓ−１）。算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定した後、コントローラ２４は、流量計２６から入力される測定値（管路１３を流れる水の流量）に基づいて空調設備１０の負荷（水の流量）の変動を判断し、それによって定速ポンプ２９の増減段が必要かを判断する（台数制御手段）（Ｓ−２）。

ステップ２（Ｓ−２）においてコントローラ２４は、定速ポンプ２９の増減段が必要であると判断すると、ポンプ２９を増段するかまたはポンプ２９を減段するかを判断する（Ｓ−３）。コントローラ２４は、空調設備１０の負荷が減少して定速ポンプ２９の稼動が不必要であると判断すると、ポンプ２９の減段を選択し、稼働中のポンプ２９を停止させる（Ｓ−４）。停止させるポンプ２９の台数は、負荷の減少量によってコントローラ２４が決定する。コントローラ２４は、空調設備１０の負荷が増加して定速ポンプ２９を起動させる必要があると判断すると、ポンプ２９の増段を選択し、停止中のポンプ２９を起動させる（Ｓ−５）。起動させるポンプ２９の台数は、負荷の増加量によってコントローラ２４が決定する。コントローラ２４は、ステップ４（Ｓ−４）においてポンプ２９を停止（減段）させた後、現在稼動している定格ポンプ２９の台数が０台かまたは１台以上かを判断する（Ｓ−６）。また、ステップ２（Ｓ−２）においてコントローラ２４は、定速ポンプ２９の増減段が必要ないと判断すると、ステップ６（Ｓ−６）に進んで現在稼動している定格ポンプ２９の台数が０台かまたは１台以上かを判断する（Ｓ−６）。

ステップ６（Ｓ−６）においてコントローラ２４は、稼働中の定格ポンプ２９の台数が０台（可変速ポンプ２８のみが稼動している状態）であると判断すると、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と同一とする（Ｓ−７）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させる（Ｓ−８）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ１）を維持し、運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−９）。

一方、ステップ６（Ｓ−６）においてコントローラ２４が稼働中の定格ポンプ２９の台数が１台以上（可変速ポンプ２８の他に定速ポンプ２９が稼動している状態）であると判断した場合、または、コントローラ２４がステップ５（Ｓ−５）においてポンプ２９を起動（増段）させた場合、コントローラ２４は、計算した算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と内部アドレスファイルに格納した定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）とを比較し、目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上かを判断する（Ｓ−１０）。

算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上であると判断すると、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と同一とする（Ｓ−１１）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｃａｓ）に一致させる（Ｓ−１２）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｃａｓ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−９）。

ステップ１０（Ｓ−１０）において算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）未満であると判断すると、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）と同一とする（Ｓ−１３）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させる（Ｓ−１４）。ここで、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が負荷の変動に対して常に定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させる（第１出力調節手段）（Ｓ−１４）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−９）。

なお、２台以上の定速ポンプ２９が稼動している場合、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）をそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）と同一とし（Ｓ−１３）、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させる（第１出力調節手段）（Ｓ−１４）。ここで、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が負荷の変動に対して常にそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節する。この場合もコントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−９）。

なお、図示はしていないが、コントローラ２４は、システム１８を停止させるかをディスプレイの一部に表示する。システム１８の停止を選択すると、空調設備１０の電源が切れ、設備１０とともにシステム１８が停止する。システム１８の継続を選択すると、空調設備１０やシステム１８が継続して稼動し、コントローラ２４がステップ１（Ｓ−１）に戻ってポンプユニット２３の算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定しつつ、ステップ２（Ｓ−２）以降のプロセスを再び実行する。

ポンプ制御システム１８は、可変速ポンプ２８および定速ポンプ２９の運転中にポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させ、かつ、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、コントローラ２４がインバータ３０を介して可変速ポンプ２８の出力を調節するから、定格ポンプ２９のモータの過負荷を防ぐことができ、定速ポンプ２９の故障を防ぐことができる。システム１８は、負荷の程度によって、定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上の範囲でポンプユニット２３の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を下げることができ、可変速ポンプ２８を必要以上の高い出力で継続運転することなくポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持することができる。ゆえに、可変速ポンプ２９の出力を押さえることができ、可変速ポンプ２９を有効利用することでシステム１８自体や空調設備１０の省エネルギー化を図ることができる。

このシステム１８は、２台以上の定速ポンプ２９の運転中に、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）がそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、コントローラ２４がインバータ３０を制御して可変速ポンプ２９の出力を調節するから、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が常にそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となり、運転中のそれら定速ポンプ２９のモータの全てが過負荷になることはなく、それら定速ポンプ２９の故障を確実に防ぐことができる。システム１８は、空調設備１０の負荷（水の流量）が増加するとコントローラ２４が定速ポンプ２９を起動させるから、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）未満になることはない。システム１８は、空調設備１０の負荷（水の流量）が減少するとコントローラ２４が定速ポンプ２９を停止させるから、ポンプ２９の不必要な運転を防いでシステム１８や空調設備１０の省エネルギー化を確実に図ることができる。

図４は、ポンプ制御システム１８における制御手順（プロセス）の他の一例を示すフローチャートである。図４に基づいて、コントローラ２４が実行する各手段の他の一例を説明すると、以下のとおりである。空調設備１０が稼動すると、コントローラ２４は、空調設備１０の負荷（水の流量）に応じたポンプユニット２３の算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定する（Ｓ−２０）。算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定した後、コントローラ２４は、流量計２６から入力される測定値（管路１３を流れる水の流量）に基づいて空調設備１０の負荷（水の流量）の変動を判断し、それによって定速ポンプ２９の増減段が必要かを判断する（台数制御手段）（Ｓ−２１）。ステップ２１（Ｓ−２１）においてコントローラ２４は、定速ポンプ２９の増減段が必要であると判断すると、ポンプ２９を増段するかまたはポンプ２９を減段するかを判断する（Ｓ−２２）。

コントローラ２４は、空調設備１０の負荷が減少して定速ポンプ２９の稼動が不必要であると判断すると、ポンプ２９の減段を選択し、稼働中のポンプ２９を停止させる（Ｓ−２３）。停止させるポンプ２９の台数は、負荷の減少量によってコントローラ２４が決定する。複数台の定速ポンプ２９が稼動していた場合や１台のみの定速ポンプ２９が稼動していた場合であって、コントローラ２４が定速ポンプ２９の全てを停止させると、コントローラ２４は、その直後、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を最大出力（所定出力）にいったん上昇させる（Ｓ−２４）。また、複数の定速ポンプ２９が稼動している場合であって、コントローラ２４が全ての定速ポンプ２９を停止させずに、それら定速ポンプ２９のうちの何台かを停止させると、コントローラ２４は、その直後、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を最大出力（所定出力）にいったん上昇させる（Ｓ−２４）。

コントローラ２４は、空調設備１０の負荷が増加して定速ポンプ２９を起動させる必要があると判断すると、ポンプ２９の増段を選択し、停止中のポンプ２９を起動させる（Ｓ−２５）。起動させるポンプ２９の台数は、負荷の増加量によってコントローラ２４が決定する。コントローラ２４は、１台または複数台の定速ポンプ２９を起動させた直後に、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を最大出力（所定出力）にいったん上昇させる（Ｓ−２６）。

コントローラ２４は、ステップ２３（Ｓ−２３）においてポンプ２９を停止（減段）させた後、現在稼動している定格ポンプ２９の台数が０台かまたは１台以上かを判断する（Ｓ−２７）。また、ステップ２１（Ｓ−２１）においてコントローラ２４は、定速ポンプ２９の増減段が必要ないと判断すると、ステップ２７（Ｓ−２７）に進んで現在稼動している定格ポンプ２９の台数が０台かまたは１台以上かを判断する（Ｓ−２７）。

ステップ２７（Ｓ−２７）においてコントローラ２４は、稼働中の定格ポンプ２９の台数が０台（可変速ポンプ２８のみが稼動している状態）であると判断すると、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と同一とする（Ｓ−２８）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節し、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させる（Ｓ−２９）（第１出力調節手段）。なお、定速ポンプ２９を停止（減段）させた後においてコントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して最大出力に上昇させた可変速ポンプ２８の出力を次第に下げ、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させる（Ｓ−２９）（第３出力調節手段）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｃａｓ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ１）を維持し、運転圧力（Ｐ１）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−３０）。

ステップ２７（Ｓ−２７）においてコントローラ２４が稼働中の定格ポンプ２９の台数が１台以上（可変速ポンプ２８の他に定速ポンプ２９が稼動している状態）であると判断した場合、または、コントローラ２４がステップ２５（Ｓ−２５）においてポンプ２９を起動（増段）させた場合、コントローラ２４は、計算した算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と内部アドレスファイルに格納した定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）とを比較し、目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上かを判断する（Ｓ−３１）。

算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上であると判断すると、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）と同一とする（Ｓ−３２）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して最大出力に上昇させた可変速ポンプ２８の出力を次第に下げ、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｃａｓ）に一致させる（Ｓ−３３）（第２出力調節手段）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｃａｓ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−３０）。

ステップ３１（Ｓ−３１）において算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）が定格ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）未満であると判断すると、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の実際の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）を定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）と同一とする（Ｓ−３４）。コントローラ２４は、圧力計２５が検出したポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）と設定した目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）とを比較しつつ、インバータ３０を制御して最大出力に上昇させた可変速ポンプ２８の出力を次第に下げ、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させる（Ｓ−３５）（第２出力調節手段）。ここで、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が負荷の変動に対して常に定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節する（第１出力調節手段）。コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−３０）。

なお、２台以上の定速ポンプ２９が稼動している場合、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）をそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）と同一とし（Ｓ−３４）、インバータ３０を制御して最大出力に上昇させた可変速ポンプ２８の出力を次第に下げ、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させる（第１および第２出力調節手段）（Ｓ−３５）。ここで、コントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が負荷の変動に対して常にそれら定速ポンプ２９のうちの最も高い最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）以上となるように、インバータ３０を制御して可変速ポンプ２８の出力を調節する。この場合もコントローラ２４は、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ＝Ｐｍｉｎ）に一致させると、そのときの運転圧力（Ｐ２）を維持し、運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に保持する（圧力保持手段）（Ｓ−３０）。

コントローラ２４は、システム１８を停止させるかをディスプレイの一部に表示する。システム１８の停止を選択すると、空調設備１０の電源が切れ、設備１０とともにシステム１８が停止する。システム１８の継続を選択すると、空調設備１０やシステム１８が継続して稼動し、コントローラ２４がステップ２０（Ｓ−２０）に戻ってポンプユニット２３の算出目標運転圧力（Ｐｃａｓ）を設定しつつ、ステップ２１（Ｓ−２１）以降のプロセスを再び実行する。

図４のフローチャートの制御手順を実行するポンプ制御システム１８は、図２のフローチャートの制御手順を実行するシステム１８が有する効果に加え、以下の効果を有する。システム１８は、定速ポンプ２９の起動直後、インバータ３０を制御して運転中の可変速ポンプ２８の出力を最大出力に上昇させ、その後、可変速ポンプ２９の出力を次第に減少させてポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｓｅｔ）に一致させるから、定速ポンプ２９の起動時に、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が変動したとしても、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ２）が定速ポンプ２９の最低運転圧力（Ｐｍｉｎ）未満になることを防ぐことができる。このシステム１８は、定速ポンプ２９の起動直後に定速ポンプ２９のモータが過負荷で運転されることはなく、起動時における定速ポンプ２９の故障を防ぐことができる。

システム１８は、運転中の定速ポンプ２９のうちのいずれかが停止した直後、インバータ３０を制御して運転中の可変速ポンプ２８の出力を最大出力に上昇させ、その後、可変速ポンプ２８の出力を次第に減少させてポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１、Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｃａｓ、Ｐｓｅｔ）に一致させるから、定速ポンプ２９の停止によってポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１、Ｐ２）が低下したとしても、ポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１、Ｐ２）が目標運転圧力（Ｐｍｉｎ）未満となることを防ぐことができる。このシステム１８は、可変速ポンプ２８の出力を次第に減少させてポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１、Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｃａｓ、Ｐｓｅｔ）に一致させるから、負荷の程度によっては可変速ポンプ２９を必要以上の高い出力で継続運転することなくポンプユニット２３の運転圧力（Ｐ１、Ｐ２）を目標運転圧力（Ｐｃａｓ、Ｐｓｅｔ）に保持することができ、可変速ポンプ２９の出力を押さえることでシステム１８や空調設備１０の省エネルギー化を図ることができる。

システム１８では、ポンプユニット２３が複数台の可変速ポンプ２８と複数台の定速ポンプ２９とから形成されていてもよい。この場合、コントローラ２４は、負荷が増加した場合、停止中の可変速ポンプ２８や停止中の定速ポンプ２９を順次起動（増段）させるかそれらポンプ２８，２９全てを一度に起動（増段）させることができる。また、コントローラ２４は、負荷が減少した場合、稼動中の可変速ポンプ２８や稼動中の定速ポンプ２９を順次停止（減段）させるかそれらポンプ２８，２９全てを一度に停止（減段）させることができる。ただし、システム１８の稼働中は最低１台の可変速ポンプ２８が稼動している。

図２や図４のフローチャートの制御手順を実行するポンプ制御システム１８では、それら図に点線で示す台数制御手段を省くこともできる。この場合のポンプ２８，２９の起動または停止は、コントローラ２４による台数制御手段に変わって操作者の手動で行われる。操作者は、負荷が増加すると、ポンプ２９を起動させ、負荷が減少すると、ポンプ２９を停止させる。なお、台数制御手段を省いた図２に示すシステム１８では、台数制御手段の変わりに操作者の手動によるポンプ２９の起動、停止が加わる。コントローラ２４は、ステップ２〜５を省略し、ステップ１およびステップ６〜１４を実行する。台数制御手段を省いた図４に示すシステム１８では、台数制御手段の変わりに操作者の手動によるポンプ２９の起動、停止が加わる。コントローラ２４は、ステップ２１〜２３およびステップ２５を省略し、ステップ１およびステップ２４、ステップ２６〜３５を実行する。

図４のフローチャートの制御手順を実行するポンプ制御システム１８では、定速ポンプ２９の起動時または停止時に可変速ポンプ２８の出力を最大出力に上昇させているが、必ずしも最大出力にする必要はなく、定速ポンプ２９の起動時または停止時に可変速ポンプ２８の出力を最大出力よりも低い範囲で上昇させてもよい。また、図４のフローチャートの制御手順を実行するポンプ制御システム１８では、操作者が定速ポンプ２９を手動で起動または停止させる場合もあり、この場合でも、ポンプ２９の起動時または停止時にポンプ２８の出力を最大出力に上昇させることができ、あるいは、ポンプ２８の出力を最大出力よりも低い範囲で上昇させることができる。

ポンプ制御システムを備えた一例として示す空調設備の概略構成図。ポンプ制御システムにおける制御手順の一例を示すフローチャート。１台の定速ポンプと１台の可変速ポンプとを平行運転した場合の特性を示す特性線図。ポンプ制御システムにおける制御手順（プロセス）の他の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１０空調設備
１１熱源設備
１２負荷設備
１５冷温水設備
１８ポンプ制御システム
１９空調機
２３ポンプユニット
２４コントローラ
２５圧力計
２６流量計
２８可変速ポンプ
２９定速ポンプ
３０インバータ

Claims

負荷の変動に応じて出力変更可能な少なくとも１台の可変速ポンプおよび定出力で運転される少なくとも１台の定速ポンプから形成されたポンプユニットと、前記ポンプユニットを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラが、前記負荷に応じた前記ポンプユニットの目標運転圧力および前記定速ポンプの負荷限界を示す最低運転圧力を記憶する圧力記憶手段と、前記ポンプユニットの運転圧力を検出する圧力検出手段と、前記ポンプユニットの運転圧力を前記目標運転圧力に保持する圧力保持手段と、前記可変速ポンプおよび前記定速ポンプの運転中に前記ポンプユニットの運転圧力が前記最低運転圧力以上となるように、前記可変速ポンプの出力を調節する第１出力調節手段とを有するポンプ制御システム。
前記コントローラが、前記負荷の増減にともなって前記可変速ポンプと前記定速ポンプとのうちの少なくとも該定速ポンプを起動または停止させる台数制御手段を有する請求項１記載のポンプ制御システム。
前記第１出力調節手段が、２台以上の前記定速ポンプの運転中に、前記ポンプユニットの運転圧力が運転中の定速ポンプのうちの最も高い最低運転圧力以上となるように、前記可変速ポンプの出力を調節する請求項１または請求項２に記載のポンプ制御システム。
前記コントローラが、前記定速ポンプの起動直後に、運転中の前記可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、前記可変速ポンプの出力を次第に減少させて前記ポンプユニットの運転圧力を前記目標運転圧力に一致させる第２出力調節手段を有する請求項１ないし請求項３いずれかに記載のポンプ制御システム。
前記コントローラが、運転中の定速ポンプのうちのいずれかが停止した直後に、運転中の前記可変速ポンプの出力をあらかじめ定められた所定出力に上昇させ、その後、前記可変速ポンプの出力を次第に減少させて前記ポンプユニットの運転圧力を前記目標運転圧力に一致させる第３出力調節手段を有する請求項１ないし請求項４いずれかに記載のポンプ制御システム。
前記可変速ポンプの出力制御が、インバータを介して行われる請求項１ないし請求項５いずれかに記載のポンプ制御システム。