JP2010539380A5 - - Google Patents

Description

機能単位が常に同じ動作点で作動していると、装置または装置の少なくともいくつかの機能単位の効率監視は、本発明に基づく効率監視によれば比較的簡単に行うことができる。そうすれば典型的な場合、１つの測定値を用いることで、それぞれの単位の使用規則に即した、または低下した出力／効率を判定することができる。しかしこのことは、例えば暖房用循環ポンプのようなエネルギー変換装置を監視すべき場合には複雑になる。このような種類の機構は、典型的な場合、モータおよび遠心ポンプの機能単位で構成されており、遠心ポンプは典型的な場合、暖房設備の配管網抵抗が外的要因に基づいて変化するために、その動作点を絶えず変化させている。その時に比較可能な出力依存的な量を得るために、電気機械式のモータモデルを用いて得られる量、ならびに機械水力学式のポンプモデルに基づいて得られる量を、モータとポンプとの間のインターフェースで適用する。このようにして、ポンプ機構の出力状況を判定するとよい。別案として、ポンプの２つの水力学量、典型的には送出力と揚程が判定され、相応のモデル計算を通じて、モータから出される機械的出力と同一視されることにより、判定を行うこともできる。

まず、モータの消費出力を規定するモータの電気量、及びポンプの水力学動作点を規定する少なくとも１つの量が検出されて記憶され、その後の比較測定のために、以前に検出された水力学動作点にあらためて達するまで待機する。次いで、モータの消費出力を規定するモータの量が検出されて、最初に記憶された量と比較されると、明らかに少ない測定工学上および計算上のコストで本発明の方法を実施することができる。こうすれば直接的な比較を行うことができ、動作点の相違およびこれに伴う前述した面形状を判定する必要がない。

別案として、後の比較測定のために検出される量も設備の任意の動作点で検出することができる。これは、検出される量が数学的、電気的なモータモデル、および／または数学的、水力学的なポンプモデルを基に変換、すなわち動作点に依存しない量に換算され、この換算量が記憶されている量と比較される場合、またはこの逆の手順が行われる場合である。これによって動作点に依存することなく、出力を規定する量の比較が可能となる。

このことを具体的な適用例で見ることができるように、一例として図２ａ、図２ｂおよび図２ｃが示されている。ここに図示されているのは、電気モータ１ａと、消費部７に供給を行うポンプ２ａと、を含んで構成される装置である。モータ１ａで消費される電気出力は符号Ｐ_１で表されている。モータは、電気出力を回転数ω_ｒでトルクＴ_ｅに変換する。モータ１ａの出力部に生じるこの機械出力Ｐ_２は、同時に、ポンプ２ａの入力部に生じる機械出力Ｐ_２でもあり、これがポンプ内部で水力学出力Ｐ_３に変換される。この水力学出力Ｐ_３は、ポンプにより吸込側と圧力側の間で生成される圧力差Δｐと、ポンプを通る容積流ｑと、によって規定される。図２ａにおいてモータ１ａとポンプ２ａとで構成される装置を完全に監視するために、各々の可能な動作点でのそれぞれの入力部と出力部における各機能単位の出力をそれぞれ含んでいる面を、それぞれのインターフェースで規定するとよい。

変数
・ ｑ〜ポンプを通る容積流［ｍ_３／ｈ］
・ Δｐ〜ポンプにより生成される圧力差［ｂａｒ］
・ ω_ｒ〜ポンプを駆動するシャフトの速度［Ｕ／ｓｅｃ］
・ Ｔ_ｅ〜シャフトのトルク［Ｎｍ］
・ Ｖ〜供給電圧［Ｖ］
・ Ｉ〜供給電流［Ａ］
・ φ〜供給電圧Ｖとモータ電流Ｉの間の角度［Ｕ］
・ ω_ｅ〜供給周波数［Ｕ／ｓｅｃ］
・ Ｐ_１〜モータに供給される電気出力［Ｗ］
・ Ｐ_２〜モータシャフトにおける機械出力［Ｗ］。出力Ｐ_２はモータのスリップｓに比例する。これはＰ_２∝ｓである。
・ Ｐ_３〜ポンプの水力学出力［ｗ］
・ η_ｍ〜モータ効率
・ η_ｐ〜ポンプ効率

図２ａに図示しているような監視では、各々の機能単位１ａ、２ａの前後で出力監視が行われる。しかしながら、このことは用途によっては不要な場合もある。また、式８、９および１０によって定義されるような、入力部または出力部の出力を表す多次元でモデル特性を有する面形状を必ず判定しなければならないわけではなく、図２ｂに示す実施例が明示しているように、例えば図２ａの符号１０で示す出力Ｐ_３に代えて水力学出力特性を代替的に判定することもできる。すなわち、ポンプ２ａにより印加される圧力差を、駆動回転数ω_ｒおよび流量ｑに依存して判定することもでき、時点ｔ_１で検出されて記憶することができる。符号１０ａによって挙げられている多次元の面、および時点ｔ_２で符号１０ａ’によって挙げられている面は、それぞれ次式によって定義される。

Claims (18)

1. 機能的に互いに連結された複数の機能単位から構成されるエネルギー変換装置を監視する方法であって、
   少なくとも１つの機能単位の出力依存的な量が時間的間隔をおいて自動的に検出および／または算出され、前記量が、相互に比較され、または前記量から導き出された値と比較され、および／または所定の値と比較され、前記比較の結果に依存して相応の信号が生成され、
   まず、モータの消費出力を規定するモータの電気量、及びポンプの水力学動作点を規定する少なくとも１つの量が検出されて記憶され、時間的間隔をおいて、以前に検出された対応する水力学動作点に達した時に、モータの消費出力を規定するモータの電気量が検出されて最初に記憶された量と比較され、前記比較に基づいて相応の信号が生成される方法。
2. 機能的に互いに連結された少なくとも２つの機能単位の出力に依存する量が、時間的間隔をおいて自動的に検出および／または算出されるとともに、１つの機能単位の出力依存的な出力量または前記量から導き出される量が、前記１つの機能単位の下流に機能的に連結された機能単位の出力依存的な入力量を形成する、請求項１に記載の方法。
3. 動作点に依存しない出力比較のための用途に定められ、かつ前記用途に適している比較量または比較関数が、出力依存的な量を用いて形成される、請求項１または２に記載の方法。
4. 電気モータで駆動される遠心ポンプ機構のエネルギー消費量または効率を、動作最適化および／または監視するための方法であって、
   動作時に、モータの少なくとも１つの出力依存的な量、およびポンプの少なくとも１つの水力学量、またはポンプの少なくとも２つの水力学量が、時間的間隔をおいて、相互に比較され、またはその数学的な組み合わせを用いて比較され、または所定の値と比較され、前記比較に依存してポンプ機構の動作状態を特徴付ける信号が生成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 使用規則に即した送出動作中に実施される、請求項４に記載の方法。
6. 時間的間隔をおいて反復されるとともに、以前に検出された量または所定の値を基に比較が実施される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. まず、モータの消費出力を規定するモータの電気量、及びポンプの水力学動作点を規定する量が検出されて記憶され、時間的間隔をおいてこれらの量があらためて検出され、検出された前記量が数学的な電気モータモデルおよび／または数学的な水力学ポンプモデルを基に変換されてから記憶されている量と比較され、またはこれと逆の手順が行われ、前記比較に基づいて相応の信号が生成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. モータおよび／またはポンプの出力依存的な量の検出は、少なくともポンプ機構の慣らし運転時間に相当する所定の時間の経過後に初めて行われる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 所定の時間の経過後における監視段階中に少なくとも１つの動作プロファイルが自動的に検出され、場合により判定される効率変化を考慮した上で、予想されるエネルギー消費量が算定される、請求項８に記載の方法。
10. 複数の動作点を用いて機能単位の出力に依存する多次元のモデル特性を有する面形状が判定されて記憶され、時間的間隔をおいてこのような面形状があらためて判定されて、以前に判定されたものと比較される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 所定の動作点における面形状の間隔、または各面の間に広がる容積が、効率低下を表す目安として使用される、請求項１０に記載の方法。
12. 動作点を用いて面形状を判定するためにカルマンフィルタが利用される、請求項１１に記載の方法。
13. 電気モータと、前記電気モータにより駆動される遠心ポンプと、を含んで構成される遠心ポンプ機構であって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法に基づいて作動する、前記機構の少なくとも１つの機能単位の出力特性を監視する装置が設けられている
    ことを特徴とする遠心ポンプ機構。
14. 電気モータと、前記電気モータにより駆動される容量型ポンプと、を含んで構成されるコンプレッサ機構であって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法に基づいて作動する、前記機構の少なくとも１つの機能単位の出力特性を監視する装置が設けられている
    ことを特徴とするコンプレッサ機構。
15. 電気モータと、前記電気モータにより駆動される容量型ポンプと、気化器と、凝縮器と、を含んで構成される冷却機構であって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法に基づいて作動する、前記機構の少なくとも１つの機能単位の出力特性を監視する装置が設けられている
    ことを特徴とする冷却機構。
16. バーナと、前記バーナにより加熱可能な少なくとも１つの水循環路と、を含んで構成される暖房設備であって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法に基づいて作動する、前記設備の少なくとも１つの機能単位の出力特性を監視する装置が設けられている
    ことを特徴とする暖房設備。
17. 前記装置は、前記機構／設備が使用開始されてから所定の時間後に、効率判定に関連する量の検出と記憶とを自動的に開始することを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の機構／設備。
18. 前記装置は、少なくとも測定の開始時に検出される量、またはこれから導き出される量が内部で保存される測定値記憶装置を有していることを特徴とする、請求項１７に記載の機構／設備。