JP2012159277A

JP2012159277A - 液体循環制御装置

Info

Publication number: JP2012159277A
Application number: JP2011021356A
Authority: JP
Inventors: Masataka Matsuno; 正孝松野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Hanshin Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Hanshin Ltd
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】フロースイッチや流量センサー等を用いることなく、循環経路を構成する配管内の液体の有無を検知する液体循環制御装置を提供する。
【解決手段】循環経路をなす配管内の液体が所定の循環流量となる循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、前記循環ポンプの実回転数を前記循環ポンプから検出するポンプ回転検出手段とを含み、前記ポンプ回転検出手段の検出した前記実回転数が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧における最高回転数に達したことから前記配管内の液体が無いと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環ポンプにより配管内の液体を循環させる液体循環制御装置に関するものである。

液体を循環させる場合には、循環経路の任意の位置に設けられている循環ポンプを駆動し、循環経路を構成する配管内の液送を行っている。
従来の液体を循環させる装置では、循環経路の適当な位置にフロースイッチや流量センサー等を配設し、これらのセンサー等が検出した液体流量に基づいて運転中の循環ポンプの回転数等を補正し、所望の流量が得られるように制御を行っている。
フロースイッチや流量センサーは、一般的には、循環させている液体に接するように設置する必要がある。

また、循環経路において負荷となる装置等の上流と下流では、液体の流量に差異が生じる場合がある。そのため、上記のフロースイッチや流量センサーが正確に循環流量を検出することが可能な位置は限られたものとなり、これらの設置位置や取り付け箇所等には制限が生じる。このようにフロースイッチや流量センサーを使用する場合には、これらの配置等についての設定自由度が小さくなり、循環経路の他の部分についても配置に制限等が生じる。
例えば、特開２００７−２７８６７４号公報に記載されている給湯装置では、循環流量センサーが循環ポンプへ流入する湯量を検出するように配設され、追い焚き運転を行うときの循環流量を求めるように備えられている。

特開２００７−２７８６７４号公報

液体を循環させる装置にフロースイッチや流量センサーを備えた場合、例えば上記の給湯装置のように、流量センサーを設置する箇所が限定され、取り付け位置や、出力信号を制御部等へ取り込む際の通信経路などを設定する際に制限される要素が多くなり、循環ポンプの稼働を制御するための配置構成等が複雑になって、設置やメンテナンスに要するコストが高価になるという問題があった。
また、フロースイッチや流量センサーは、前述のように配管内等において直接液体に触れていることから、循環させている液体とともに運ばれてきたごみや不純物等が付着し、正確に流量を検出することができなくなる。このようなフロースイッチや流量センサーの不具合のみであっても、循環ポンプの制御が適切に行えなくなり、正常な液体循環が行えなくなるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フロースイッチや流量センサー等を用いることなく、循環経路を構成する配管内の液体の有無を検知する液体循環制御装置を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の液体循環制御装置は、循環経路をなす配管内の液体が所定の循環流量となる循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、前記循環ポンプの実回転数を前記循環ポンプから検出するポンプ回転検出手段とを含み、前記ポンプ回転検出手段の検出した前記実回転数が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧における最高回転数に達したことから前記配管内の液体が無いと判断することを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の液体循環装置は、循環経路をなす配管内の液体が所定の循環流量となる循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、前記循環ポンプの消費電流値を前記ポンプ駆動手段から検出するポンプ電流検出手段とを含み、前記ポンプ電流検出手段の検出した消費電流値が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧が供給されたときに想定される消費電流値を超えたことから前記配管内の液体が無いと判断することを特徴とする。

本発明によれば、液体の流量を検知するセンサー等を循環経路に備えることを要しないことから、循環経路や液体を循環させる装置の設置について自由度が高くなる。

本発明によれば、循環する液体に直接触れる流量センサー等を用いていないことから、液体に不純物やごみ等が混入している場合でも、的確に循環液体の有無を検知することができる。

本発明の第１実施例を説明するための概略構成図である。本発明の第２実施例を説明するための概略構成図である。

（第１発明）
第１発明の液体循環制御装置は、循環経路をなす配管内の液体が所定の循環流量となる循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、前記循環ポンプの実回転数を前記循環ポンプから検出するポンプ回転検出手段とを含み、前記ポンプ回転検出手段の検出した前記実回転数が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧における最高回転数に達したことから前記配管内の液体が無いと判断する。

（第２発明）
第２発明の液体循環制御装置は、循環経路をなす配管内の液体が所定の循環流量となる循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、前記循環ポンプの消費電流値を前記ポンプ駆動手段から検出するポンプ電流検出手段とを含み、前記ポンプ電流検出手段の検出した消費電流値が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧が供給されたときに想定される消費電流値を超えたことから前記配管内の液体が無いと判断する。

第１発明および第２発明は、液体の流量を検出するセンサー等を備えることを要しない前記構成により、循環回路１の配管や循環ポンプ２ならびに装置３の配置について自由度が高くなる。
また、循環液体に不純物やごみ等が含まれている場合でも的確に液体の有無を検知することができる。

図１は、本発明の第１実施例を説明するための概略構成図である。図１において、液体の循環経路である循環回路１は、配管等を介して液体を循環させる循環ポンプ２、循環させる液体に所定の処理等を施す装置３によって構成されている。循環ポンプ２は、本発明の一実施例である循環制御装置５によって動作が制御されるように構成されている。循環制御装置５は、循環回路１の配管に近設させることを要せず、循環ポンプ２の動作制御が可能であれば、どのように配置されてもよく、外乱等の影響を受けずに動作することができ、また、メンテナンス等が容易に行えるように任意の位置に設置される。

装置３は、例えば、任意の領域に設置されて、この領域に液体を循環させる配管のみであってもよく、また、液体をろ過するろ過装置、循環回路１を含む湯張り装置においては風呂浴槽等を成すものである。また、装置３は、循環させている液体を排出して外部へ供給する、または、外部から液体を循環回路１へ補給または注入するバルブ等を含む入出機構部を備えたものでもよい。
循環制御装置５は、ケーブル等を用いて循環ポンプ２と接続されており、ポンプ駆動部１０、ポンプ回転検出部１１を含んで構成されている。ポンプ駆動部１０は、例えばインバータ等の電力供給装置を含み、循環ポンプ２の回転数を設定するとともに当該設定回転数で駆動させる電圧を供給するように構成されている。ポンプ回転検出部１１は、稼働中の循環ポンプ２から出力される、例えばパルス信号等から循環ポンプ２の実回転数を求めるように構成されている。

次に動作について説明する。
循環制御装置５は、例えば、図示されない操作部から液体の循環開始を指示されると、ポンプ駆動部１０が起動電力を生成する制御を行い、この電力によって循環ポンプ２を起動させる。
循環回路１において、液体を循環させる際の流量が予め決定されている場合には、ポンプ駆動部１０は、上記の決定されている流量となる循環ポンプ２の回転数を設定する。この回転数は、循環ポンプ２と当該装置３との間に設けられている配管内を移動する際や、装置３を通過する際に発生する、循環している液体に対する負荷抵抗が存在するため、これらの負荷抵抗に対抗して所望の流量が確保されるように、循環ポンプ２から吐出される液体に適当な圧力が発生するように設定される。なお、上記の液体の流量は、例えば、前述の操作部等から入力設定されたものでもよい。

配管内の流量は、一般的には、流量＝（ポンプ回転数×Ａ）＋Ｂで表される関係を有する。ここで、Ａ、Ｂはいずれも定数である。なお、実際には、ポンプ形式や構造上の特性などによって上記のものとは異なる関係を有しており、概ね、配管内を循環する流量はポンプ回転数に対して２次的な曲線で表される関係を有する場合が多い。
ポンプ駆動部１０は、上記のような流量と回転数の関係を考慮して、所望の循環流量が得られる回転数を設定し、この設定回転数で稼働するための駆動電圧を生成して循環ポンプ２へ供給する。

循環制御装置５から、前述の駆動電圧を供給された循環ポンプ２は、当該駆動電圧によって稼働し、配管内の液体を循環させる。
循環ポンプ２が稼働すると、循環制御装置５のポンプ回転検出部１１は、循環ポンプ２に備えられている、例えば回転センサーの回転検出信号を入力し、当該回転検出信号から循環ポンプ２の現在の実回転数を求める。
ポンプ回転検出部１１は、上記のように求めた循環ポンプ２の実回転数と、前述のポンプ駆動部１０が設定した設定回転数とを比較する。

配管内を十分な量の液体が循環している場合には、好ましくは設定回転数と同一の実回転数で循環ポンプが駆動される。実際には、前述の循環回路１に生じる負荷抵抗等により、概ねポンプ駆動部１０が求めた設定回転数よりも低い回転数で循環ポンプ２が駆動されることがある。また、循環回路１に生じる負荷抵抗の変動等により、若干高い回転数で循環ポンプ２が駆動される場合もある。
ポンプ回転検出部１１は、前述の比較結果が予め設定されている許容範囲から外れている場合、換言すると所望の循環流量が得られていない場合には、ポンプ駆動部１０を制御して循環ポンプ２へ供給する駆動電圧を修正させ、循環ポンプ２の実回転数が設定回転数となるように調整する。

循環回路１において、例えば装置３において生じる負荷抵抗が変動して配管内の圧力が低下し、循環ポンプ２の実回転数が上昇する場合がある。このような状態が生じた場合には、予め上記の負荷変動による実回転数の上昇度合が分かるため、この上昇度合で高くなった実回転数が検出されたときには、ポンプ回転検出部１１はポンプ駆動部１０を制御して前述の駆動電圧の修正を行わせる。このような制御が行われることによって、循環ポンプ２が所望の循環流量となる実回転数で一定に駆動される。

また、循環回路１の配管内から液体が無くなり、もしくは無いに等しい状態になると、どのような設定回転数であっても循環ポンプ２の実回転数が大幅に高くなる。このときの循環ポンプ２は、概ね無負荷状態となるため、実回転数がポンプ駆動部１０による設定回転数を大きく上回り、場合によっては循環ポンプ２の最高回転数に達し、また、循環ポンプ２に損傷等を防止する回転数リミッター機構が備えられている場合には、当該回転数リミッター機構が作動するリミット回転数に到達することがある。
換言すると、配管内の液体が無いときには永続的に無負荷、もしくは極度に負荷抵抗の小さい状態が続くため、循環ポンプ２の実回転数は、ポンプ駆動部１０から供給されている駆動電圧における最高回転数に達する。

ポンプ回転検出部１１は、ポンプ駆動部１０から一定の駆動電圧を供給して循環ポンプ２を駆動させているとき、前述の予め認識している‘負荷変動によって高くなった実回転数’とは異なる、設定回転数よりも大幅に高い実回転数、即ち上記の駆動電圧における最高回転数を検出した場合には、前述の、ポンプ駆動部１０に駆動電圧を修正させる制御を行わず、予め設定されている期間において現在の駆動電圧を一定に維持させる。また、この期間中において、循環ポンプ２の回転センサーの出力信号から求めた実回転数が、上記の駆動電圧における最高回転数を維持していたときに、負荷抵抗の一時的な変動ではなく、配管内の液体が皆無、もしくは無いに等しい状態であると判断する。この後、ポンプ回転検出部１１は、例えば、ポンプ駆動部１０を制御して循環ポンプ２の駆動を停止させる。なお、上記の駆動電圧を一定に維持する期間は、循環ポンプ２に損傷等が発生しない範囲内で適当に設定された期間である。

図２は、本発明の第２実施例を説明するための概略構成図である。図２において、循環回路１、循環ポンプ２、および、装置３は、図１に同じ符号を付したものと同一、あるいは相当する構成を有するものである。
図２の循環制御装置５ａは、例えば、図示されない操作部等から設定された所望の循環流量が得られるように、循環ポンプ２の回転数を設定し、この設定回転数で循環ポンプ２が駆動される駆動電圧を生成するポンプ駆動部１０ａ、ポンプ駆動部１０ａから取得した信号により、循環ポンプ２の消費電流値を求めるポンプ電流検出部１１ａを含んで構成されている。
ポンプ駆動部１０ａは、循環ポンプ２へ駆動電力を供給する駆動回路２０を含めて構成されている。
ポンプ電流検出部１１ａは、ポンプ駆動部１０ａの駆動回路２０から循環ポンプ２へ駆動電力として流れている電流値、即ち循環ポンプ２の消費電流値を表す電流値信号を取得するように構成されている。

次に動作について説明する。
前述の実施例１において説明したものと同様な動作の重複説明を省略し、実施例２の特徴となる動作を説明する。
循環ポンプ２の消費電流は、当該循環ポンプ２の回転数の高低に応じて増減する。そこで、実施例２の持液体循環制御装置５ａは、この消費電流の値を用いて配管内の液体の有無を検知する。
ポンプ駆動部１０ａは、実施例１のポンプ駆動部１０と同様に駆動電圧を設定し、自ら備える駆動回路２０を稼働させて上記の駆動電圧を生成して、循環ポンプ２へ供給する。
ポンプ電流検出部１１ａは、ポンプ駆動部１０ａが駆動電圧を生成し、循環ポンプ２の駆動を開始させると、駆動回路２０から上記の電流値信号を取得し、この電流値信号が示す循環ポンプ２の消費電流値が、そのとき循環ポンプ２へ供給している駆動電圧における消費電流値として適当か否か、具体的には、例えば、そのとき供給されている駆動電圧において、検出した消費電流値と、予め分かっている循環ポンプ２の定格消費電流値とを比較する。

ポンプ電流検出部１１ａは、前述の比較結果から、実際に循環ポンプ２に流れている消費電流値が、装置３などの負荷変動によって当該定格消費電流値とみなせる許容範囲から外れていると判断した場合には、ポンプ駆動部１０ａを制御して循環ポンプ２へ供給する駆動電圧を修正させる。
詳しくは、ポンプ電流検出部１１ａは、上記の負荷変動によって変化した消費電流値は予め定格電流値からの変化量が分かるため、この変化量を定格電流値に加味した消費電流値となったとき、または、それ以下のときに上記の駆動電圧の修正制御を行う。

循環回路１の配管内から液体が無くなり、もしくは無いに等しい状態になると、実施例１で説明したように永続的に無負荷、もしくは極度に負荷の小さい状態が続くことになり、循環ポンプ２の実回転数が大幅に高くなって消費電流値も相当に大きくなる。この大幅に大きくなった消費電流値は、循環ポンプ２に供給されている駆動電圧において、当該循環ポンプ２が最大回転数となったときの消費電流値であり、上記の駆動電圧によって循環ポンプ２が駆動されている場合に想定される消費電流値を超えたものである。なお、この想定される消費電流値とは、各駆動電圧における定格消費電流値や前述の負荷変動等によって変化した消費電流値などである。

ポンプ電流検出部１１ａは、予め認識している前述の負荷変動により変化した消費電流値とは異なる、上記の大幅に大きな消費電流値を検出した場合には、前述のポンプ駆動部１０ａに駆動電圧を修正させる制御を行わず、予め設定されている期間において現在の駆動電圧を一定に維持させる。また、この期間中において、駆動回路２０から取得した循環ポンプ２の消費電流値が、上記の駆動電圧における最高回転数となったときの消費電流値を維持したときに、上記の負荷変動による一時的な消費電流の変動が生じたのではなく、配管内の液体が皆無、もしくは無いに等しい状態であると判断する。
この後、ポンプ電流検出部１１ａは、例えば、ポンプ駆動部１０ａを制御して循環ポンプ２の駆動を停止させる。なお、上記の駆動電圧を一定に維持する期間は、実施例１で説明したように、循環ポンプ２に損傷等が発生しない範囲内で適当に設定された期間である。

１循環回路
２循環ポンプ
３装置
５，５ａ循環制御装置
１０，１０ａポンプ駆動部
１１ポンプ回転検出部
１１ａポンプ電流検出部
２０駆動回路

Claims

循環経路をなす配管内の液体を循環ポンプを駆動して循環させる液体循環制御装置であって、
前記配管内の液体が所定の循環流量となる前記循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、
前記循環ポンプの実回転数を前記循環ポンプから検出するポンプ回転検出手段と、
を含み、
前記ポンプ回転検出手段の検出した前記実回転数が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧における最高回転数に達したことから前記配管内の液体が無いと判断する、
ことを特徴とする液体循環制御装置。
循環経路をなす配管内の液体を循環ポンプを駆動して循環させる液体循環制御装置であって、
前記配管内の液体が所定の循環流量となる前記循環ポンプの回転数を設定し、この設定回転数で駆動させる駆動電圧を前記循環ポンプへ供給するポンプ駆動手段と、
前記循環ポンプの消費電流値を前記ポンプ駆動手段から検出するポンプ電流検出手段と、
を含み、
前記ポンプ電流検出手段の検出した消費電流値が、前記設定回転数で駆動するための駆動電圧が供給されたときに想定される消費電流値を超えたことから前記配管内の液体が無いと判断する、
ことを特徴とする液体循環制御装置。