JP2021196966A - 流量制御装置及び方法、並びにチラー - Google Patents

Abstract

【課題】簡素なハードウェア資源及びソフトウェアの処理によって流量制御を好適に実施できる流量制御装置を提供する。【解決手段】一実施の形態による流量制御装置は、モータ駆動により流体機械から吐出される流体の流量を検出する流量計と、モータを駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更するコントローラとを備える。コントローラは、流体の流量と目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルを保持する。そしてコントローラは、流体の流量と目標流量との差分と、調整周波数テーブルとに基づいて、複数の調整周波数の中から差分に対応する調整周波数を特定し、特定した調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算するための指令を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプや送風機等の流体機械から吐出される流体の流量を制御する流量制御装置及び方法、並びに当該流量制御装置を備えるチラーに関する。

ポンプから吐出される液体の流量を検出する流量計と、流量計の検出値と目標流量との差分に応じてポンプの駆動を制御するコントローラと、を備える流量制御装置が従来から知られている。

このような流量制御装置では、流量計として、羽根車式流量計を用いることがある。羽根車式流量計は、液体の通流に応じてパルス信号を繰り返し生成する。生成されるパルス信号は、液体の流量が大きくなるほど、そのパルス幅が小さくなる。つまり、周期が小さくなって、周波数が大きくなる。そのため、羽根車式流量計では、計測する液体の流量が大きくなるほどパルス信号が一定期間内により多く生成される。

上記コントローラがＣＰＵを用いるものである場合、ＣＰＵは、羽根車式流量計が繰り返し生成するパルス信号からなるパルス入力波の電位レベルを所定のサンプリング周期で取得し、パルス信号の電位レベルがハイレベルであるか又はローレベルであるかを判定することで、現在の流量を特定できる。すなわち、例えば電位レベルが連続的にハイレベルとなる区域を挟んで隣り合うローレベル検出点間の時間間隔からパルス信号のパルス幅を特定でき、これにより現在の流量を特定できる。この際、パルス幅が小さいほど、大きい流量が特定される。

特許第４５６９３２４号公報

流量制御においてはＰＩＤ制御が一般に用いられるが、ＣＰＵによりＰＩＤ制御を実行しようとする場合、ＣＰＵの処理負荷が大きくなり、応答性の低下が懸念される。これに関して、高い処理能力を有するＣＰＵを使用すれば、良好な応答性が得られ得るが、この場合、ハードウェア資源の高コスト化の問題が生じる。また、ＣＰＵでＰＩＤ制御を実行するためのソフトウェアの作製は容易ではない。一方で、種々の分野で適用可能なＰＩＤコントローラが市場で入手可能であるが、上述同様にハードウェア資源の高コスト化の問題が生じるとともに、装置のフットプリントの増大の問題も生じる。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、簡素なハードウェア資源及びソフトウェアの処理によって流量制御を好適に実施できる流量制御装置及び方法、並びにチラーを提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置は、ブラシレスモータ又は交流モータの駆動により流体機械から吐出される流体の流量を検出する流量計と、前記流量計が検出した前記流体の流量と目標流量との差分に応じて、前記ブラシレスモータ又は交流モータを駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記流体の流量と前記目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、前記複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルを保持しており、前記コントローラは、前記流体の流量と前記目標流量との差分と、前記調整周波数テーブルとに基づいて、前記複数の調整周波数の中から前記流体の流量と前記目標流量との差分に対応する前記調整周波数を特定し、当該特定した前記調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の前記駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算するための指令を出力することで、前記駆動入力電圧の周波数を変更する、流量制御装置、である。

本発明にかかる流量制御装置では、シンプルに構成された調整周波数テーブルを用いて、流体の流量が目標流量に近づくようにブラシレスモータ又は交流モータを制御することが可能となり、複雑な論理演算をすることなく流量制御を実施できる。これにより、簡素なハードウェア資源及びソフトウェアの処理によって流量制御を好適に実施できる。

前記コントローラは、
前記調整周波数（Δｆ）が１回加算又は減算された後、前記流体の流量と前記目標流量との差分が、前記調整周波数（Δｆ）を特定した際の前記流体の流量と前記目標流量との差分である周波数特定時差分の符号に対して反転しない場合又は無くならない場合に、前記流体の流量と前記目標流量との差分が、前記調整周波数（Δｆ）を特定した際の前記周波数特定時差分の符号に対して反転するまで又は無くなるまで、前記調整周波数（Δｆ）を、さらに１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する前段調整動作をまず行い、
前記前段調整動作後、前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くならない場合に、前記前段調整動作で用いた前記調整周波数（Δｆ）よりも小さい微調整周波数（Δｆｎ）を、前記駆動入力電圧に対して１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する微調整単位処理を、前記流体の流量と前記目標流量とが一致するまでｎ回行う後段調整動作を行ってもよい。
この際、前記微調整単位処理が複数回（ｎ≧２で）行われる場合、前記微調整単位処理で用いられる前記微調整周波数（Δｆｎ）を、１回前の前記微調整単位処理で用いられた前記微調整周波数（Δｆｎ）よりも小さくなるように設定してもよい。

ここで、前記前段調整動作を０回目の前記微調整単位処理として定義したとき、
前記後段調整動作におけるｎ回目の前記微調整単位処理では、
ｎ−１回目の前記微調整単位処理後に算出される前記流体の流量が前記目標流量を上回っている場合には、前記流体の流量と前記目標流量との差分の符号がマイナスに転じるまで又は前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くなるまで、前記微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の前記微調整単位処理後の前記駆動入力電圧の周波数に対して１回又は複数回繰り返し減算するための動作が行われ、
ｎ−１回目の前記微調整単位処理後に算出される前記流体の流量が前記目標流量を下回っている場合には、前記流体の流量と前記目標流量との差分の符号がプラスに転じるまで又は前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くなるまで、前記微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の前記微調整単位処理後の前記駆動入力電圧の周波数に対して１回又は複数回繰り返し加算するための動作が行われてもよい。
そして、ｎ回目の前記微調整単位処理後に前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くならない場合、前記コントローラは、前記後段調整動作において次の前記微調整単位処理を行ってもよい。

ここで、ｎ回目の前記微調整単位処理で用いられる前記微調整周波数（Δｆｎ）は、前記前段調整動作で用いられた前記調整周波数（Δｆ）を、２のｎ乗で割った値に設定されてもよい。

以上の場合、複雑な論理演算をすることなく、流体の流量が目標流量に徐々に近づくようにブラシレスモータ又は交流モータを制御することが可能となる。詳しくは、微調整単位処理が複数回行われる場合に、微調整単位処理で用いられる微調整周波数（Δｆｎ）が、１回前のそれよりも小さくなるように簡易的な所定の規則に従って導出されるようにしておけば、流体の流量を目標流量に徐々に近づけるための操作量の演算に対する負荷を効果的に抑制できる。
特にｎ回目の微調整単位処理で用いる微調整周波数を、最初に特定した調整周波数を２のｎ乗で割ることで定める場合には、流体の流量を目標流量に徐々に近づけるための操作量の演算に対する負荷を効果的に抑制できる。さらには、流量が大きく変動することに起因して生じ得る目標流量への応答性の低下及び流体機械への負荷を抑制できる。

また、前記調整周波数（Δｆ）は、前記調整周波数（Δｆ）を前記駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する前記流体の流量変化量の絶対値が、前記調整周波数（Δｆ）に対応する前記差分範囲の前記下限値よりも小さくなるように設定されてもよい。

この場合、調整する流量が大きく変動することに起因して生じ得る目標流量への応答性の低下を抑制できる。

また、前記上限値は、前記下限値を２倍した値よりも小さくなるように設定されており、前記調整周波数（Δｆ）は、前記調整周波数（Δｆ）を前記駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する前記流体の流量変化量の絶対値が、前記調整周波数（Δｆ）に対応する前記差分範囲の前記上限値の半分の値よりも大きくなるように設定されてもよい。

この場合、流量調整が過剰に小刻みになることによる目標流量への応答性の低下を抑制できる。

また、本発明の一実施の形態にかかる流量制御方法は、ブラシレスモータ又は交流モータの駆動により流体機械から吐出される流体の流量を検出する流量検出工程と、前記流量検出工程で検出した前記流体の流量と目標流量との差分に応じて、前記ブラシレスモータ又は交流モータを駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更する制御工程と、を備え、前記制御工程は、前記流体の流量と前記目標流量との差分の絶対値が属する範囲をそれぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、前記複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルを用いて行われ、前記制御工程では、前記流体の流量と前記目標流量との差分と、前記調整周波数テーブルとに基づいて、前記複数の調整周波数の中から前記流体の流量と前記目標流量との差分に対応する前記調整周波数を特定し、当該特定した前記調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の前記駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算することで、前記駆動入力電圧の周波数を変更する、流量制御方法、である。

また、本発明の一実施の形態にかかるチラーは、前記の流量制御装置と、冷却された液体を通流させる液体通流装置と、を備え、前記液体の流量を前記流量制御装置によって制御する、チラー、である。

本発明によれば、簡素なハードウェア資源及びソフトウェアの処理によって流量制御を好適に実施できる。

本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置を備えるチラーの概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置が備える流量計が生成するパルス信号、及び、流量制御装置が備えるＦＶ変換部による周波数／電圧変換を説明する図である。 本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置が備えるコントローラに保持される調整周波数テーブルの一例を概念的に示す図である。 本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置による流量制御が行われた場合の流量変化の様子を表すグラフを示した図である。 本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置による流量制御の動作の一例を説明するフローチャートを示した図である。

以下、本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置１００を備えるチラー１について説明する。図１は、チラー１の概略構成を示す図である。

図１に示すように、チラー１は、ポンプ１０と、ポンプ１０の吸込口に接続された上流側流路２０と、ポンプ１０の吐出口に接続された下流側流路３０と、流量制御装置１００と、を備える。

ポンプ１０は、羽根車をケーシングに収容したポンプ本体１１と、羽根車を回転させるモータ１２と、を有している。

チラー１は、モータ１２によってポンプ本体１１の羽根車を回転させることで上流側流路２０からポンプ１０内に吸い込んだ液体を、下流側流路３０へ吐出する。下流側流路３０に流入した液体は熱交換器４０で冷却された後、下流側流路３０の出口から図示しない温度制御対象に供給される。

本実施の形態では、下流側流路３０の出口から温度制御対象に供給された液体が温度制御対象を通過した後、上流側流路２０に流入し、ポンプ１０に再度吸い込まれる。すなわち、チラー１は液体を循環させるように構成される。

ただし、チラー１は上記のような循環タイプに限られるものではなく、いわゆる放出タイプとして構成されてもよい。放出タイプのチラーは、例えば温度制御対象に供給する液体を液体源から順次吸い込み、温度制御対象に供給後の液体を液体源に循環させないように構成される。

本実施の形態におけるチラー１は、通流させる液体としてブラインを用いるが、当該液体は特に限られるものではない。

モータ１２は、駆動回路６０に電気的に接続されており、駆動回路６０から供給される駆動入力電圧を動力として駆動する。本実施の形態におけるモータ１２は、ブラシレスＤＣモータであり、駆動回路６０から供給される駆動入力電圧の周波数に比例して回転速度を増加させる。詳しくは、本実施の形態におけるモータ１２は三相のブラシレスＤＣモータであるが、モータ１２の相数は特に限られるものではない。

駆動回路６０は、流量制御装置１００からの指令に応じて駆動入力電圧の周波数を変更する機能を有しており、流量制御装置１００は、駆動入力電圧の周波数変更によってモータ１２の回転速度を調整することで、ポンプ１０から吐出される液体の流量を制御できる。なお、モータ１２は交流モータでもよく、この場合も、供給される駆動入力電圧の周波数に比例して回転速度が増加する。モータ１２が交流モータである場合、駆動回路６０はインバータとして構成される。

流量制御装置１００は、下流側流路３０に設けられた流量計１１０と、流量計１１０に電気的に接続されたＦＶ変換部１２０と、ＦＶ変換部１２０及び駆動回路６０に電気的に接続されたコントローラ１３０と、を有している。図２は、流量制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。以下、図１及び図２を参照しつつ、流量制御装置１００各部の詳細を説明する。

流量計１１０は、ポンプ１０から吐出される液体の通流に応じてパルス信号を繰り返し生成するものであって、生成されるパルス信号のパルス幅が液体の流量に反比例するようにルス信号を形成する。流量計１１０で生成されるパルス信号は、液体の流量が大きいほど、そのパルス幅及び周期が小さくなり、その周波数が大きくなる。

図示の流量計１１０は羽根車式流量計により構成されるが、パドル式流量計等であってもよい。また、図１に示すように本実施の形態では流量計１１０が下流側流路３０の出口と熱交換器４０との間に設けられるが、流量計１１０の配置位置は特に限られるものではない。

ＦＶ変換部１２０は、流量計１１０が生成したパルス信号を周波数／電圧変換（以下、ＦＶ変換）し、流量計１１０が生成したパルス信号に対応する電圧値を生成するものである。詳しくは、ＦＶ変換部１２０は、流量計１１０が繰り返し生成するパルス信号を電圧値からなる連続した物理量（アナログ信号）に変換するようになっている。

ＦＶ変換部１２０は、一つのパルス信号に対して一つの電圧値を生成し、ＦＶ変換部１２０により生成される電圧値は、流量計１１０が生成したパルス信号の周波数に比例して大きくなる。

また本実施の形態におけるＦＶ変換部１２０は、生成した複数の電圧値の移動平均によって参照用電圧値を算出するようになっている。この参照用電圧値は、４０個以上８０個以下の電圧値の移動平均によって算出することが好ましく、より具体的には１秒以上４秒以下の周期で行われる４０個以上８０個以下の電圧値の移動平均から、参照用電圧値が算出されるのが良い。この場合、ＦＶ変換部１２０は、流量計１１０が生成したパルス信号を、例えば１秒間に１０個以上１２０個以下のペースでＦＶ変換することが好ましい。このようなペースでのＦＶ変換を実現するためには、流量計１１０が液体の流量に応じて１０Ｈｚ〜１２０Ｈｚの周波数でパルス信号を出力できるように、流量計１１０の仕様を決定することが良い。

ＦＶ変換部１２０は従来から種々の構成が提案されているが、本実施の形態では、ＦＶ変換部１２０が流量計１１０から矩形パルスのみを取得するため、正弦波のＦＶ変換等の機能は有さなくてもよい。したがって、ＦＶ変換部１２０は、必要最低限のＦＶ変換が可能な比較的小型のものであって、とりわけモノリシックＩＣで構成されるものが好ましい。このような比較的小型のＦＶ変換部を採用した場合には、フットプリントに関して有利となり得る。

図３は、流量計１１０が生成するパルス信号、及び、ＦＶ変換部１２０による周波数／電圧変換を説明する図である。図３には、上下に並ぶ３つのグラフが示され、各グラフの横軸は時間（ｔ）をそれぞれ示し、縦軸はそれぞれ電圧（Ｖ）を示す。上段のグラフは、液体の通流の時間経過に応じて、流量計１１０が生成するパルス信号を示し、中段のグラフは、流量計１１０が生成したパルス信号を、ＦＶ変換部１２０がＦＶ変換して生成する電圧値を示し、下段のグラフは、ＦＶ変換部１２０が生成した複数の電圧値の移動平均によって算出された参照用電圧値を示している。

図３の上段のグラフにおいて、Ｌで示す範囲は、液体の流量が比較的小さい範囲を示し、Ｈで示す範囲は、範囲Ｌでの液体の流量よりも流体の流量が大きい範囲を示し、Ｍで示す範囲は、範囲Ｌでの液体の流量よりも液体の流量が大きく且つ範囲Ｈでの液体の流量よりも液体の流量が小さい範囲を示している。

図３の上段グラフから明らかなように、範囲Ｈで生成されるパルス信号のパルス幅（周期）は、範囲Ｌ，Ｍで生成されるパルス信号のパルス幅（周期）よりも小さい。そして、範囲Ｍで生成されるパルス信号のパルス幅（周期）は、範囲Ｌで生成されるパルス信号のパルス幅（周期）よりも小さい。なお、図３の上段のグラフにおける各範囲Ｌ，Ｈ，Ｍに示されるパルス信号は、図示の簡略化のために実際よりも少ない数で図示されている。

図３の中段のグラフは、ＦＶ変換部１２０が、上記各範囲Ｌ，Ｈ，Ｍに示されるパルス信号をＦＶ変換した際の電圧値を示している。範囲Ｈのパルス信号に対応する電圧値は、他の範囲Ｌ，Ｍのパルス信号に対応する電圧値よりも大きい。そして、範囲Ｍのパルス信号に対応する電圧値は、範囲Ｌのパルス信号に対応する電圧値よりも大きい。

ここで、図３の中段のグラフでは、各範囲Ｌ，Ｈ，Ｍのパルス信号に対応する一連の電圧値において、ノイズ成分である可能性の高い電圧値が含まれている。そこで、本実施の形態におけるＦＶ変換部１２０は移動平均によって参照用電圧を算出している。

図３の下段のグラフは、ＦＶ変換部１２０が移動平均によって算出した参照用電圧値を示しており、当該グラフにおける参照用電圧値は平滑に推移しており、ノイズ成分である可能性の高い電圧値の発生が抑制されている。

ＦＶ変換部１２０は、一例として、最新の電圧値と、最新の電圧値よりも前に検出された数点の電圧値との移動平均から、参照用電圧値を算出してもよい。具体的には、図３の中段のグラフにおける点Ｐで参照用電圧値を算出する際、点Ｐと、点Ｐよりも前の期間ｘの間に検出された数点の電圧値との移動平均から、図３の下段のグラフの点Ｐ’における参照用電圧値を算出してもよい。本実施の形態におけるコントローラ１３０は、参照用電圧値をサンプリングし、参照用電圧値に基づいて液体の流量を換算し、その後、流量制御を行う。すなわち、本実施の形態では、コントローラ１３０が電圧値のノイズ成分をサンプリングして、これに基づく流量制御を行ってしまう状況が回避され得るため、流量制御の安定性を向上できる。

次いでコントローラ１３０について説明する。コントローラ１３０は、ＦＶ変換部１２０が生成した電圧値に基づいて換算する液体の換算流量と予め設定される目標流量との差分に応じて、モータ１２を駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更するものである。

コントローラ１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を有するコンピュータで構成されてもよく、この場合、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、電圧値の取得処理、電圧値に基づく液体の流量換算処理、換算流量と目標流量との差分の特定処理、及び差分に基づく駆動入力電圧の周波数変更処理等の各種処理を行う。とりわけ本実施の形態では、以後の説明で明らかになるが、このような各種処理を簡素に実施する工夫を行うことで、例えばシングルコアのＣＰＵを用いた場合でも好適な制御を実施し得る。そのため、例えばシングルコアのＣＰＵの使用によるハードウェア資源の簡素化が図り易くなる。ただし、ＣＰＵの形式は特に限られるものではない。また、コントローラ１３０は、その他のプロセッサや電気回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｌｌｅｙ）等）で構成されてもよい。

図２に示すように、コントローラ１３０は、機能構成部として、流量換算部１３１と、テーブル保持部１３２と、調整周波数決定部１３３と、調整周波数出力部１３４と、を有している。

流量換算部１３１は、ＦＶ変換部１２０が生成した電圧値、本実施の形態では参照用電圧値をサンプリングするとともに、参照用電圧値から換算流量、つまり現在の液体の流量を換算する。流量換算部１３１が換算する換算流量は、参照用電圧値が大きいほど大きい値となる。

テーブル保持部１３２は、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、これら複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルＴａを保持している。

流量換算部１３１が換算した換算流量と対比される上記目標流量は、ユーザによってコントローラ１３０に入力され、本実施の形態では、入力された目標流量が調整周波数決定部１３３及び調整周波数出力部１３４に送信され、調整周波数決定部１３３及び調整周波数出力部１３４のそれぞれに保持される。

調整周波数決定部１３３は、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分を特定するとともに、この差分とテーブル保持部１３２が保持する調整周波数テーブルＴａとに基づいて、調整周波数テーブルＴａに記録された複数の調整周波数の中から、特定した差分に対応する調整周波数を特定する。

調整周波数決定部１３３によって特定された調整周波数は、調整周波数出力部１３４に送信され、調整周波数出力部１３４は、調整周波数決定部１３３から送信された調整周波数を、これを特定した際の駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算するための指令を駆動回路６０に出力する。これにより、駆動回路６０がモータ１２に入力する駆動入力電圧の周波数が変更されることになる。

図４は、テーブル保持部１３２に保持される調整周波数テーブルＴａを概念的に示す図である。図４においては、差分範囲と調整周波数との紐付け関係の一部が示されている。具体的には、下限値Ｄ１と上限値Ｄ２とによって定められる差分範囲と、これ対応する調整周波数Δｆ１との関係、下限値Ｄ２と上限値Ｄ３とによって定められる差分範囲と、これ対応する調整周波数Δｆ２との関係、下限値Ｄ３と上限値Ｄ４とによって定められる差分範囲と、これ対応する調整周波数Δｆ３との関係、及び下限値Ｄ４と上限値Ｄ５とによって定められる差分範囲と、これ対応する調整周波数Δｆ４との関係が示されている。

調整周波数テーブルＴａでは、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分Δｄが大きいほど、調整周波数によって調整される流量が大きくなるように、複数の調整周波数の値が設定されている。したがって、図４においては、Δｆ１＜Δｆ２＜Δｆ３＜Δｆ４の関係が成り立つ。

調整周波数決定部１３３は、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分Δｄを特定した後、調整周波数テーブルＴａを参照し、現在の駆動入力電圧の周波数を変更するために調整周波数を特定する。その後、調整周波数出力部１３４は、調整周波数決定部１３３から送信された調整周波数を、これを特定した際の駆動入力電圧の周波数に加算又は減算させるための指令（電圧信号）を生成し、この指令を駆動回路６０に出力する。ここで、調整周波数を特定した際の換算流量と目標流量との差分Δｄの符号がマイナスである場合には、調整周波数を加算させるための指令が生成及び出力され、差分Δｄの符号がプラスである場合には、調整周波数を減算させるための指令が生成及び出力されることになる。

以下、調整周波数決定部１３３が特定した調整周波数のことを、説明の明瞭化のために「調整周波数（Δｆ）」と表記しつつ、本実施の形態における調整周波数出力部１３４の動作を詳述する。

本実施の形態における調整周波数出力部１３４は、まず、調整周波数決定部１３３が特定した調整周波数（Δｆ）を、この調整周波数（Δｆ）が特定された際の駆動入力電圧の周波数に１回又は複数回繰り返し加算又は減算するための前段調整動作を行い、この前段調整動作後に、液体の流量と目標流量との差分が無くならない場合に、後段調整動作を行うようになっている。

前段調整動作において、調整周波数出力部１３４はまず、調整周波数（Δｆ）が、この調整周波数（Δｆ）が特定された際の駆動入力電圧の周波数に１回加算又は減算されるように指令を出力する。その後、液体の流量と目標流量との差分が、調整周波数（Δｆ）を特定した際の換算流量と目標流量との差分（以下、周波数特定時差分と呼ぶ）の符号に対して反転しない場合又は無くならない場合に、液体の流量と目標流量との差分が、調整周波数（Δｆ）を特定した際の差分である上記周波数特定時差分の符号に対して反転するまで又は無くなるまで、調整周波数（Δｆ）を、１回目の調整周波数（Δｆ）の加算又は減算がされた駆動入力電圧に対してさらに１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する。なお、前段調整動作では、流量換算部１３１が参照用電圧値を適宜サンプリングするとともに換算流量を換算しており、調整周波数出力部１３４は、換算流量を必要に応じて参照している。

ここで、本実施の形態における調整周波数（Δｆ）は、当該調整周波数（Δｆ）を駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する液体の流量変化量の絶対値が、当該調整周波数（Δｆ）に対応する差分範囲の下限値よりも小さくなるように設定されている。したがって、本実施の形態では、基本的に、前段調整動作における１回目の調整周波数（Δｆ）の加算又は減算処理により、液体の流量と目標流量との差分が無くなることはない。このような調整周波数（Δｆ）の設定は、調整する流量が大きく変動することに起因して生じ得る目標流量への応答性の低下を抑制するためになされている。

より詳しくは、調整周波数テーブルＴａで定められた差分範囲の上限値は、下限値を２倍した値よりも小さくなるように設定されている。そして、調整周波数（Δｆ）は、当該調整周波数（Δｆ）を駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する液体の流量変化量の絶対値が、当該調整周波数（Δｆ）に対応する差分範囲の上限値の半分の値よりも大きくなるように設定されている。つまり、図４の例で言うと、Ｄ２／２＜調整周波数（Δｆ１）による流量変化量＜Ｄ１、という関係が成り立つ。この場合、調整する流量が過剰に小さくなることによる目標流量への応答性の低下が抑制される。

そして、上記前段調整動作後、液体の流量と目標流量との差分が無くならない場合に、調整周波数出力部１３４は、後段調整動作を行う。後段調整動作において、調整周波数出力部１３４は、前段調整動作で用いた調整周波数（Δｆ）よりも小さい微調整周波数（Δｆｎ）を、駆動入力電圧に対して１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する微調整単位処理を、液体の流量と目標流量とが一致するまでｎ回行う後段調整動作を行う。そして、上記微調整単位処理が、複数回（ｎ≧２で）行われる場合、微調整単位処理で用いられる微調整周波数（Δｆｎ）は、１回前の微調整単位処理で用いられる微調整周波数（Δｆｎ）よりも小さくなるように設定される。なお、上記「ｎ」は言うまでも無く整数である。

より詳しく説明すると、前段調整動作を０回目の前記微調整単位処理として定義したとき、後段調整動作におけるｎ回目の前記微調整単位処理では、ｎ−１回目の微調整単位処理後に算出される液体の流量が目標流量を上回っている場合（液体の流量＞目標流量）には、液体の流量と目標流量との差分の符号がマイナスに転じるまで又は液体の流量と目標流量との差分が無くなるまで、微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の微調整単位処理後の駆動入力電圧の周波数に対して、１回又は複数回繰り返し減算するための動作が行われる。つまり、調整周波数出力部１３４は、微調整周波数（Δｆｎ）を減算させるための指令（電圧信号）を、液体の流量と目標流量との差分の符号がマイナスに転じるまで又は液体の流量と目標流量との差分が無くなるまで、１回又は複数回繰り返し駆動回路６０に出力するようになっている。

一方、ｎ−１回目の微調整単位処理後に算出される液体の流量が目標流量を下回っている場合（液体の流量＜目標流量）におけるｎ回目の微調整単位処理では、液体の流量と目標流量との差分の符号がプラスに転じるまで又は液体の流量と目標流量との差分が無くなるまで、微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の前記微調整単位処理後の駆動入力電圧の周波数に対して１回又は複数回繰り返し加算するための動作が行われる。つまり、調整周波数出力部１３４は、微調整周波数（Δｆｎ）を加算させるための指令（電圧信号）を、液体の流量と目標流量との差分の符号がマイナスに転じるまで又は液体の流量と目標流量との差分が無くなるまで、１回又は複数回繰り返し駆動回路６０に出力するようになっている。

そして、上記のようなｎ回目の微調整単位処理後に液体の流量と目標流量との差分が無くならない場合に、調整周波数出力部１３４は後段調整動作において次の前記微調整単位処理を行う。なお、後段調整動作でも、流量換算部１３１は参照用電圧値を適宜サンプリングするとともに換算流量を換算しており、調整周波数出力部１３４は、換算流量を必要に応じて参照している。また、液体の流量と目標流量との差分が無くならないという概念及び液体の流量と目標流量とが一致するという概念は、液体の流量と目標流量とが完全に一致する場合だけでなく、一致と見なせる概念を含む。一致と見なす基準は、取り扱う液体の流量等に応じて、ユーザ側で適宜定めることができる。

また本実施の形態では、上述したように上記微調整単位処理が複数回（ｎ≧２で）行われる場合、微調整単位処理で用いられる微調整周波数（Δｆｎ）は、１回前の微調整単位処理で用いられた微調整周波数（Δｆｎ）よりも小さくなるように設定される。これにより、液体の流量を次第に目標流量に近づけることができる。より詳しくは、本実施の形態においては、ｎ回目（ｎ≧１）の微調整単位処理で用いられる微調整周波数（Δｆｎ）が、前段調整動作で用いられた調整周波数（Δｆ）を、２のｎ乗で割った値に設定される。この場合、微調整周波数（Δｆｎ）を簡易な処理で決定することができる。

図５は、流量制御装置１００による流量制御が行われた場合の流量変化の様子を示している。より詳しくは、上述した前段調整動作と、その後の後段調整動作とが行われる様子が示されている。図５のグラフにおける横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸は流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。

図５の例では、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分（Δｄ）が、図４に示す調整周波数テーブルＴａにおける下限値Ｄ１及び上限値Ｄ２によって定められる差分範囲に含まれている。そのため、調整周波数決定部１３３が、差分（Δｄ）に対応する調整周波数として、調整周波数（Δｆ１）を特定している。

そして、前段調整動作前の液体の流量が目標流量ＴＬを下回っており（液体の流量＜目標流量ＴＬ）、前段調整動作において、調整周波数（Δｆ１）が２回加算される処理が行われている。そして、これにより、液体の流量と目標流量ＴＬとの差分が、調整周波数（Δｆ１）を特定した際の差分（Δｄ）の符号（マイナス）に対して反転している。

そして、前段調整動作後に液体の流量と目標流量ＴＬとの差分が無くなっていないため、後段調整動作が行われている。後段調整動作では、１回目の微調整単位処理において、微調整周波数（Δｆｎ１）が２回減算される処理が行われている。１回目の微調整単位処理における微調整周波数（Δｆｎ１）は、調整周波数（Δｆ１）／２になっている。そして、１回目の微調整単位処理後に液体の流量と目標流量ＴＬとの差分が無くなっていないため、２回目の微調整単位処理が行われている。そして、２回目の微調整単位処理では、微調整周波数（Δｆｎ２）が２回加算される処理が行われている。２回目の微調整単位処理における微調整周波数（Δｆｎ２）は、調整周波数（Δｆ１）／２^２になっている。そして、２回目の微調整単位処理後に液体の流量と目標流量ＴＬとの差分が無くなっていないため、３回目の微調整単位処理が行われている。そして、３回目の微調整単位処理では、微調整周波数（Δｆｎ３）が２回減算される処理が行われている。３回目の微調整単位処理における微調整周波数（Δｆｎ３）は、調整周波数（Δｆ１）／２^３になっている。以上のようにして、液体の流量は目標流量ＴＬに次第に近づく。

図６は、流量制御装置１００による流量制御の動作の一例を説明するフローチャートを示した図である。以下、図６を参照しつつ、流量制御装置１００による流量制御の動作の一例を説明する。

図６の処理は、例えば流量制御開始イベントの発生により開始される。この流量制御開始イベントは定期的に生じるものでもよいし、液体の流量と目標流量との差分が一定値以上になった場合に生じるものでもよい。

本例では、まず流量換算部１３１が、ステップＳ１においてＦＶ変換部１２０が生成した電圧値（本実施の形態では参照用電圧値）をサンプリングし、次いでステップＳ２において参照用電圧値から換算流量を換算する。

次いでステップＳ３において、調整周波数決定部１３３が、流量換算部１３１が換算した換算流量と目標流量との差分を特定する。そして、調整周波数決定部１３３は、ステップＳ４において、特定した差分とテーブル保持部１３２が保持する調整周波数テーブルＴａとに基づいて、調整周波数テーブルＴａに記録された複数の調整周波数の中から、特定した差分に対応する調整周波数を特定する。

次いでステップＳ５においては、調整周波数出力部１３４が、調整周波数決定部１３３が特定した調整周波数を、これを特定した際の駆動入力電圧の周波数に対し１回加算又は減算するための指令（調整周波数指令）を駆動回路６０に出力する。これにより、駆動回路６０がモータ１２に入力する駆動入力電圧の周波数が変更され、ポンプ１０が吐出する液体の流量が変更される。

その後、ステップＳ６において、調整周波数出力部１３４は、１回目の調整周波数の加算又は減算後の液体の流量と目標流量との差分の符号が、ステップＳ４で調整周波数を特定した際の差分（周波数特定時差分）の符号に対して反転したか否かを判定する。ステップＳ６において、差分が反転していない場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ７において、現在の流体の流量と目標流量との間に差分が無いか否かを判定する。ステップＳ７において差分がある場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ５に戻り、調整周波数を、さらに１回加算又は減算するための指令を駆動回路６０に出力する。ステップＳ７において差分が無い場合には、液体の流量が目標流量と一致したため、流量制御の動作は終了する。

ステップＳ５における調整周波数を加算又は減算するための処理は、ステップＳ６において差分の符号が反転するまで又はステップＳ７において差分が無いと判定されるまで繰り返される。すなわち、ステップＳ５〜Ｓ７の処理は、上述した前段調整動作に対応する。

一方で、ステップＳ６において、液体の流量と目標流量との差分の符号が、ステップＳ４で調整周波数を特定した際の差分の符号に対して反転した場合、ステップＳ８に処理が移行する。ステップＳ８では、調整周波数出力部１３４が、微調整周波数を、前段調整動作後の駆動入力電圧の周波数に対し１回加算又は減算するための指令（調整周波数指令）を駆動回路６０に出力する。すなわち、後段調整動作における１回目の微調整単位処理が行われる。１回目の微調整単位処理における微調整周波数は、上述したように、前段調整動作で用いられた調整周波数を、２の１乗で割った値に設定される。

そして、ステップＳ９において、調整周波数出力部１３４は、現在の液体の流量と目標流量との差分の符号が、ステップＳ６における差分反転時の液体の流量と目標流量との差分の符号に対して反転したか否かを判定する。ステップＳ９において、差分が反転していない場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ１０において、現在の流体の流量と目標流量との間に差分が無いか否かを判定する。ステップＳ１０において差分がある場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ８に戻り、微調整周波数を、さらに１回加算又は減算するための指令を駆動回路６０に出力する。ステップＳ１０において差分が無い場合には、液体の流量が目標流量と一致したため、流量制御の動作は終了する。

ステップＳ８における微調整周波数を加算又は減算するための処理は、ステップＳ９において差分の符号が反転するまで又はステップＳ１０において差分が無いと判定されるまで繰り返される。

そして、ステップＳ９において、液体の流量と目標流量との差分の符号が、ステップＳ６における差分反転時の液体の流量と目標流量との差分の符号に対して反転した場合、処理はステップＳ１１に移行し、後段調整動作における２回目の微調整単位処理が行われる。

ステップＳ１１では、調整周波数出力部１３４が、微調整周波数を、駆動入力電圧の周波数に対し１回加算又は減算するための指令（調整周波数指令）を駆動回路６０に出力する。この２回目の微調整単位処理における微調整周波数は、上述したように、前段調整動作で用いられた調整周波数を、２の２乗で割った値に設定される。

次いで、ステップＳ１２において、調整周波数出力部１３４は、現在の液体の流量と目標流量との差分の符号が、ステップＳ９における差分反転時の液体の流量と目標流量との差分の符号に対して反転したか否かを判定する。ステップＳ１２において、差分が反転していない場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ１３において、現在の液体の流量と目標流量との間に差分が無いか否かを判定する。ステップＳ１３において差分がある場合、調整周波数出力部１３４は、ステップＳ１１に戻り、微調整周波数を、さらに１回加算又は減算するための指令を駆動回路６０に出力する。ステップＳ１３において差分が無い場合には、液体の流量が目標流量と一致したため、流量制御の動作は終了する。

ステップＳ１１における微調整周波数を加算又は減算するための処理は、ステップＳ１２において差分の符号が反転するまで又はステップＳ１３において差分が無いと判定されるまで繰り返される。そして、ステップＳ１２において、差分の符号が反転した場合には、ステップＳ１４において、微調整周波数をステップＳ１１で使用した微調整周波数の半分の値に書き換えた後、ステップＳ８の処理に戻る。ステップＳ８においては、ステップＳ１４で書き換えられた微調整周波数を、駆動入力電圧の周波数に対し１回加算又は減算するための指令（調整周波数指令）を駆動回路６０に出力する。ステップＳ８〜ステップＳ１４の処理は、後段調整動作に対応する。

なお、以上に説明した図６に示す動作の流れは一例であり、本発明は図６に示す動作に限られるものではない。

以上に説明した本実施の形態にかかる流量制御装置１００は、流量計１１０と、コントローラ１３０と、を備える。流量計１１０は、ブラシレスモータであるモータ１２の駆動により流体機械であるポンプ１０から吐出される液体の流量を検出するコントローラ１３０は、流量計１１０が検出した流体の流量と目標流量との差分に応じて、モータ１２を駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更する。そして、コントローラ１３０は、液体の流量と目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルＴａを保持する。そして、コントローラ１３０は、流体の流量と目標流量との差分と、調整周波数テーブルＴａとに基づいて、複数の調整周波数の中から流体の流量と目標流量との差分に対応する調整周波数を特定し、当該特定した前記調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算するための指令を出力することで、駆動入力電圧の周波数を変更する。

すなわち、流量制御の手順で説明すると、本実施の形態では、流量検出工程と、駆動入力電圧の周波数を変更する制御工程と、が行われる。流量検出では、モータ１２の駆動によりポンプ１０から吐出される流体の流量を検出する。制御工程では、流量検出工程で検出した流体の流量と目標流量との差分に応じて、モータ１２を駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更する。詳しくは、制御工程は、液体の流量と目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルＴａを用いて行われる。より詳しくは、制御工程は、液体の流量と目標流量との差分と、調整周波数テーブルＴａとに基づいて、複数の調整周波数の中から液体の流量と目標流量との差分に対応する調整周波数を特定し、当該特定した調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の前記駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算することで、駆動入力電圧の周波数を変更する。

このような本実施の形態では、シンプルに構成された調整周波数テーブルを用いて、液体の流量が目標流量に近づくようにモータ１２を制御することが可能となり、複雑な論理演算をすることなく流量制御を実施できる。これにより、簡素なハードウェア資源及びソフトウェアの処理によって流量制御を好適に実施できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、上述の実施の形態には種々の変更を加えることができる。例えば、上述の実施の形態にかかる流量制御装置１００は、ポンプ１０が吐出する液体の流量制御に適用されるが、流量制御装置１００は、送風機が吐出する気体の流量制御等に適用されてもよい。

また、以上に説明した実施の形態では、流量計１１０が流体の流量に応じて生成するパルス信号を、ＦＶ変換部１２０によってＦＶ変換した後、流量を換算するが、流量計１１０が流体の流量に応じて生成するパルス信号から直接的に流量を換算し、これを目標流量と対比して、調整周波数を特定してもよい。この場合、流量計１１０の形式は特に限られるものではなく、ダイヤフラム式流量計、浮き子式流量計、カルマン渦式流量計等の他の形式でもよい。

１…チラー
１０…ポンプ
１１…ポンプ本体
１２…モータ
２０…上流側流路
３０…下流側流路
４０…熱交換器
６０…駆動回路
１００…流量制御装置
１１０…流量計
１２０…ＦＶ変換部
１３０…コントローラ
１３１…流量換算部
１３２…テーブル保持部
１３３…調整周波数決定部
１３４…調整周波数出力部

Claims (8)

1. ブラシレスモータ又は交流モータの駆動により流体機械から吐出される流体の流量を検出する流量計と、
   前記流量計が検出した前記流体の流量と目標流量との差分に応じて、前記ブラシレスモータ又は交流モータを駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記流体の流量と前記目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、前記複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルを保持しており、
   前記コントローラは、前記流体の流量と前記目標流量との差分と、前記調整周波数テーブルとに基づいて、前記複数の調整周波数の中から前記流体の流量と前記目標流量との差分に対応する前記調整周波数を特定し、当該特定した前記調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の前記駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算するための指令を出力することで、前記駆動入力電圧の周波数を変更する、流量制御装置。
2. 前記コントローラは、
   前記調整周波数（Δｆ）が１回加算又は減算された後、前記流体の流量と前記目標流量との差分が、前記調整周波数（Δｆ）を特定した際の前記流体の流量と前記目標流量との差分である周波数特定時差分の符号に対して反転しない場合又は無くならない場合に、前記流体の流量と前記目標流量との差分が、前記調整周波数（Δｆ）を特定した際の前記周波数特定時差分の符号に対して反転するまで又は無くなるまで、前記調整周波数（Δｆ）を、さらに１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する前段調整動作をまず行い、
   前記前段調整動作後、前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くならない場合に、前記前段調整動作で用いた前記調整周波数（Δｆ）よりも小さい微調整周波数（Δｆｎ）を、前記駆動入力電圧に対して１回又は複数回繰り返し加算又は減算するように動作する微調整単位処理を、前記流体の流量と前記目標流量とが一致するまでｎ回行う後段調整動作を行い、
   前記微調整単位処理が複数回（ｎ≧２で）行われる場合、前記微調整単位処理で用いられる前記微調整周波数（Δｆｎ）を、１回前の前記微調整単位処理で用いられた前記微調整周波数（Δｆｎ）よりも小さくなるように設定する、請求項１に記載の流量制御装置。
3. 前記前段調整動作を０回目の前記微調整単位処理として定義したとき、
   前記後段調整動作におけるｎ回目の前記微調整単位処理では、
   ｎ−１回目の前記微調整単位処理後に算出される前記流体の流量が前記目標流量を上回っている場合には、前記流体の流量と前記目標流量との差分の符号がマイナスに転じるまで又は前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くなるまで、前記微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の前記微調整単位処理後の前記駆動入力電圧の周波数に対して１回又は複数回繰り返し減算するための動作が行われ、
   ｎ−１回目の前記微調整単位処理後に算出される前記流体の流量が前記目標流量を下回っている場合には、前記流体の流量と前記目標流量との差分の符号がプラスに転じるまで又は前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くなるまで、前記微調整周波数（Δｆｎ）を、ｎ−１回目の前記微調整単位処理後の前記駆動入力電圧の周波数に対して１回又は複数回繰り返し加算するための動作が行われ、
   ｎ回目の前記微調整単位処理後に前記流体の流量と前記目標流量との差分が無くならない場合、前記コントローラは、前記後段調整動作において次の前記微調整単位処理を行う、請求項２に記載の流量制御装置。
4. ｎ回目の前記微調整単位処理で用いられる前記微調整周波数（Δｆｎ）は、前記前段調整動作で用いられた前記調整周波数（ΔＦ）を、２のｎ乗で割った値に設定される、請求項２又は３に記載の流量制御装置。
5. 前記調整周波数（Δｆ）は、前記調整周波数（Δｆ）を前記駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する前記流体の流量変化量の絶対値が、前記調整周波数（Δｆ）に対応する前記差分範囲の前記下限値よりも小さくなるように設定されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の流量制御装置。
6. 前記上限値は、前記下限値を２倍した値よりも小さくなるように設定されており、
   前記調整周波数（Δｆ）は、前記調整周波数（Δｆ）を前記駆動入力電圧の周波数に対して加算又は減算した場合に増加又は減少する前記流体の流量変化量の絶対値が、前記調整周波数（Δｆ）に対応する前記差分範囲の前記上限値の半分の値よりも大きくなるように設定されている、請求項５に記載の流量制御装置。
7. ブラシレスモータ又は交流モータの駆動により流体機械から吐出される流体の流量を検出する流量検出工程と、
   前記流量検出工程で検出した前記流体の流量と目標流量との差分に応じて、前記ブラシレスモータ又は交流モータを駆動させるための駆動入力電圧の周波数を変更する制御工程と、を備え、
   前記制御工程は、前記流体の流量と前記目標流量との差分の絶対値が属する範囲を、それぞれが有する下限値及び上限値によって定める複数の差分範囲と、前記複数の差分範囲それぞれに対応して定められる複数の調整周波数との関係を記録する調整周波数テーブルを用いて行われ、
   前記制御工程では、前記流体の流量と前記目標流量との差分と、前記調整周波数テーブルとに基づいて、前記複数の調整周波数の中から前記流体の流量と前記目標流量との差分に対応する前記調整周波数を特定し、当該特定した前記調整周波数を、当該調整周波数を特定した際の前記駆動入力電圧の周波数に対し加算又は減算することで、前記駆動入力電圧の周波数を変更する、流量制御方法。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の流量制御装置と、
   冷却された液体を通流させる液体通流装置と、を備え、
   前記液体の流量を前記流量制御装置によって制御する、チラー。

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