JP4326934B2 - 空調用ポンプの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、空調用ポンプの制御システムに関する。

ビル用の空調設備として、冷水や温水を空調回路に循環させることにより空調を働かせるようにした空調システムがある（例えば、特許文献１をご参照のこと）。

このような空調システムには、例えば、複数のポンプを並列に接続したポンプ装置が採用されている。

このようなポンプ装置は、ポンプの吐出圧力が推定末端圧力一定推定曲線となるように制御されることが望ましい。
特許２９７２３７４号

前述した空調システムにおいては、要求される冷水や温水の量を供給するために、並列運転するポンプの台数を制御するようにしていた。

この際に一台目に運転されるポンプは、ポンプの吐出圧力が推定末端圧力一定推定曲線となるように運転周波数が可変制御される。そして、２台目以降は１台目のポンプと並列に運転されるが、２台目以降のポンプは全て最大運転周波数で運転制御されていた。

このように２台目以降のポンプを全て最大運転周波数で運転すると、ポンプ効率が悪いという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、ポンプを効率良く運転することができる空調用ポンプの制御システムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、並列接続された少なくとも３台のポンプと、各ポンプに対応してそれぞれ設けられ、各ポンプの運転周波数を制御するインバータと、上記ポンプの吐出圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、自動運転時に、第１ポンプの運転周波数を最大運転周波数より小さい運転周波数から推定末端圧力一定想定曲線上の圧力を得るような範囲まで周波数を上げていき、第１ポンプによる吐出圧力が上記推定末端圧力一定想定曲線上にある限界範囲内において第１ポンプの運転周波数を固定周波数とし、その後第２ポンプをその固定周波数で運転すると共に第１ポンプの運転周波数を上記固定周波数までの範囲で可変速運転し、その後第１ポンプを上記固定周波数を超えて最大運転周波数で運転すると共に、第２ポンプを上記固定周波数で運転し、その後第１ポンプ及び第２ポンプいずれも最大運転周波数で運転し、その後第３ポンプ以降のポンプを順次最大運転周波数で追従運転させる制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記各ポンプはそれぞれうず巻きポンプであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記各ポンプは空調回路に温水あるいは冷水を供給するものであり、この空調回路には二方弁が介装されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、自動運転時に、第1ポンプの運転周波数を最大運転周波数より小さい運転周波数から推定末端圧力一定想定曲線上の圧力を得るような範囲まで周波数を上げていき、第1ポンプによる吐出圧力が上記推定末端圧力一定想定曲線上にある限界範囲内において第1ポンプの運転周波数を固定し、その後第２ポンプをその固定された運転周波数で運転すると共に第1ポンプの運転周波数を固定された運転周波数までの範囲で可変速運転し、その後第１ポンプを最大運転周波数で運転すると共に、第２ポンプを上記固定された運転周波数で運転し、その後第1ポンプ及び第２ポンプいずれも最大運転周波数で運転し、その後第３ポンプ以降のポンプを順次最大運転周波数で追従運転させるようにしたので、効率良くポンプを運転することができる。

請求項２記載の発明によれば、ポンプがうず巻きポンプであった場合でも、うず巻きポンプのフラット特性をより効率良い運転へと導くことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１は空調回路に供給する冷水を３台並列に接続された渦巻きポンプで供給するようにした空調システムを示す図である。

図において、１１はポンプ装置である。このポンプ装置１１は例えば３台の渦巻きポンプＰ１〜Ｐ３を並列接続されて構成されている。なお、ポンプＰ１〜Ｐ３はそれぞれ第1ポンプ〜第３ポンプである。

各ポンプＰ１〜Ｐ３はそれぞれ誘導モータＭ１〜Ｍ３により駆動される。

各誘導モータＭ1〜Ｍ３の運転周波数はインバータ１２ａ〜１２ｃによりそれぞれ制御される。インバータ１２ａ〜１２ｃの制御により各ポンプＰ１〜Ｐ３の回転数は６０Ｈｚ（×１００％〜５０％）の範囲内で可変周波数運転制御される。

各インバータ１２ａ〜１２ｃは制御手段としてのＣＰＵ１３に接続される。このＣＰＵ１３にはポンプ装置１１を手動で運転する「手動」モード、ポンプ装置１１を停止させる「断」モード、ポンプ装置１１を自動的に運転させる「自動」スイッチが搭載された入力部１３ａが接続されている。

また、ＣＰＵ１３は、自動運転時に、第1ポンプの運転周波数を最大運転周波数より小さい運転周波数から推定末端圧力一定想定曲線上の圧力を得るような範囲まで周波数を上げていき、第1ポンプによる吐出圧力が上記推定末端圧力一定想定曲線上にある限界範囲内において第1ポンプの運転周波数を固定し、その後第２ポンプをその固定された運転周波数で運転すると共に第1ポンプの運転周波数を固定された運転周波数までの範囲で可変速運転し、その後第１ポンプを最大運転周波数で運転すると共に、第２ポンプを上記固定された運転周波数で運転し、その後第1ポンプ及び第２ポンプいずれも最大運転周波数で運転し、その後第３ポンプ以降のポンプを順次最大運転周波数で追従運転させる機能手段を有する。

なお、第３ポンプ以降のポンプが運転されている状態からポンプを解列させる場合には、逆の動作、つまり解列動作を行う機能手段も有している。

また、ポンプ装置１１の吐出側から吸い込み側に亘って空調用配管１４が配設されている。この空調用配管１４には吐出圧力Ｐを検出する圧力センサ（Ｐ）１５、流量センサ（Ｆ）１６、開度調整可能な二方弁１７、熱交換器１８が介装されている。

ＣＰＵ１３は圧力センサ１５で検出される吐出圧力が図２の推定末端圧力想定曲線Ａに沿うようにインバータ１２ａ〜１２ｃの運転周波数を制御する。

次に、上記のように構成された本発明の一実施の形態の動作について説明する。オペレータが入力部１３ａより自動モードを選択した場合を一例にとって説明する。

自動モードが選択されると、ＣＰＵ１３は、まず、ポンプＰ１を主機として選定する。ポンプＰ１を６０Ｈｚ×５０％〜１００％で運転した場合の送水量−揚程特性を図２に示しておく。

図２に示すように、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×５０％（＝３０Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ１で示され、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×６０％（＝３６Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ２で示され、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×７０％（＝４２Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ３で示され、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×８０％（＝４８Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ４で示され、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×９０％（＝５４Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ５で示され、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×１００％（＝６０Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線はａ６で示される。

図２に示すように、特性曲線ａ１〜ａ３は推定末端圧力想定曲線Ａと交点を持つ。つまり、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×５０％〜７０％で運転することにより、ポンプＰ１から吐出される水の吐出圧力を推定末端圧力想定曲線Ａに沿うように制御することができる。

しかし、特性曲線ａ４〜ａ６は推定末端圧力想定曲線Ａと交点を持たない。従って、ポンプＰ１単独だけでは、ポンプＰ１から吐出される水の吐出圧力を推定末端圧力想定曲線Ａに沿うように制御することはできない。

そこで、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力Ｐが送水量ＱＬ１に対応するＰ１になるまでは、ポンプＰ１を可変周波数運転制御することにより、吐出圧力Ｐを推定末端圧力想定曲線Ａに沿うように制御している。ここで、送水量ＱＬ１は特性曲線ａ３と推定末端圧力想定曲線Ａとの交点での送水量を意味する。

そして、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力Ｐが送水量ＱＬ１に対応するＰ１より大きくなった場合には、今まで運転していたポンプＰ１を０に近い減速運転とし、ポンプＰ２を６０Ｈｚ×７０％（＝４２Ｈｚ）の固定周波数で運転する。さらに、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×０〜７０％並列運転させる。このように、ポンプＰ１とポンプＰ２とを並列運転させることにより、送水量がＱＬ１〜ＱＬ２の範囲内で、ポンプ装置１１の吐出圧力Ｐを推定末端圧力想定曲線Ａに沿うように制御することができる。ここで、送水量ＱＬ２はポンプＰ１とポンプＰ２をいずれも６０×７０％（＝４２Ｈｚ）で並列運転させた場合の特性曲線ｂ１と推定末端圧力想定曲線Ａとの交点での送水量を意味する。なお、送水量ＱＬ２に対応した圧力はＰ２である。

このように、ポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ１〜Ｐ２までの間においては、ポンプＰ２を６０×７０％（＝４２Ｈｚ）の固定周波数で運転すると共にポンプＰ１を６０Ｈｚ×０〜７０％で並列運転させることにより、ポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ１〜Ｐ２までの間において、その吐出圧力を推定末端圧力想定曲線Ａに沿うように制御することができる。

つまり、ポンプ装置１１の吐出圧力がＰ１〜Ｐ２までの間においては、ポンプＰ１及びＰ２を６０Ｈｚ×１００％で運転させないで、６０Ｈｚ×７０Ｈｚまでで運転させるようにしている。これはあたかも、６０Ｈｚ×７０％の小さいポンプが２つ存在しているかのようにポンプの運転が制御されている。

このように、ポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ１〜Ｐ２までの間においては、ポンプＰ１及びＰ２の運転周波数を低くしているので、ポンプＰ１及びＰ２の効率を良くすることができる。

さらに、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力Ｐが送水量ＱＬ２に対応する圧力Ｐ２より大きくなった場合には、ポンプＰ1を６０Ｈｚ×１００％で運転し、さらにポンプＰ２を６０Ｈｚ×７０％で運転する。このことにより、図２の特性曲線ｂ２を得ることができる。この特性曲線ｂ２と推定末端圧力想定曲線Ａとの交点での送水量
をＱＬ３とする。

そして、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力Ｐが送水量ＱＬ３に対応する圧力Ｐ３より大きくなった場合には、ポンプＰ１及びＰ２をそれぞれ６０Ｈｚ×１００％（＝６０Ｈｚ）で運転する。ここで、ポンプＰ１及びＰ２をそれぞれ６０Ｈｚ×１００％（＝６０Ｈｚ）で運転した場合の特性曲線をｂ３と呼称する。ここで、特性曲線ｂ３と推定末端圧力想定曲線Ａとの交点に対応した送水量をＱ２とし、この送水量Ｑ２に対応した圧力をＰ４とする。

このように、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ３より大きく送水量Ｑ２に対応するＰ４より小さい場合には、ポンプＰ１及びＰ２をそれぞれ６０Ｈｚ×１００％（＝６０Ｈｚ）で運転される。

以下、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ４より大きくなると、ポンプＰ１〜Ｐ３がそれぞれ６０×１００％で運転される。

一方、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ４より小さくＰ３より大きい場合には、ポンプＰ３が解列されて、ポンプＰ１及びＰ２がそれぞれ６０Ｈｚ×１００％で運転される。

さらに、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ３より小さくＰ２より大きい場合には、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×１００％で運転すると共に、ポンプＰ２を６０Ｈｚ×７０％で運転する。

さらに、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ２より小さくＰ１より大きい場合には、ポンプＰ２を６０Ｈｚ×７０％の固定周波数で運転すると共にポンプＰ１を６０Ｈｚ×０〜７０％で並列運転させる。

さらに、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力ＰがＰ１より小さくなった場合には、ポンプＰ２を解列し、ポンプＰ１のみを６０Ｈｚ×５０％〜７０％で運転するようにする。

このようにして、圧力センサ１５で検出されるポンプ装置１１の吐出圧力Ｐが減少している場合にも、ポンプの運転効率を保ちながらポンプを運転させることができる。

なお、上記した実施の形態では、ポンプ装置１１の吐出圧力がＰ１〜Ｐ２の間において、ポンプＰ２を６０×７０％（＝４２Ｈｚ）の固定周波数で運転させ、ポンプＰ１を６０Ｈｚ×０〜７０％で並列運転させるようにしたが、これとは逆にポンプＰ１を６０×７０％（＝４２Ｈｚ）の固定周波数で運転させ、ポンプＰ２を６０Ｈｚ×０〜７０％で並列運転させるようにしても良い。

なお、上記した実施の形態では、ポンプ装置１１が３台のポンプで構成されている一例を示したが、2台であっても良く、４台以上であっても良い。

さらに、上記した実施の形態では、第1ポンプであるポンプＰ１を６０Ｈｚ×５０％〜７０％の範囲内で可変周波数運転させるようにしたが、これは並列運転させるうず巻きポンプの特性によって決定されるもので、この値に限定するものではない。

さらに、上記図１の空調回路は冷水を供給していたが、温水を供給するようにしても良い。

本発明の一実施の形態に係る空調用ポンプの制御システムの全体構成図。 同実施の形態の動作を説明するための吐出量Ｑ−全揚程Ｈ特性曲線図。

符号の説明

１１…ポンプ装置、１２ａ〜１２ｃ…インバータ、１３…ＣＰＵ、１３ａ…入力部、
１４…空調用配管、１５…圧力センサ、１６…流量センサ、１７…二方弁。

Claims (3)

1. 並列接続された少なくとも３台のポンプと、
   各ポンプに対応してそれぞれ設けられ、各ポンプの運転周波数を制御するインバータと、
   上記ポンプの吐出圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、
   自動運転時に、第１ポンプの運転周波数を最大運転周波数より小さい運転周波数から推定末端圧力一定想定曲線上の圧力を得るような範囲まで周波数を上げていき、
   第１ポンプによる吐出圧力が上記推定末端圧力一定想定曲線上にある限界範囲内において第１ポンプの運転周波数を固定周波数とし、
   その後第２ポンプをその固定周波数で運転すると共に第１ポンプの運転周波数を上記固定周波数までの範囲で可変速運転し、
   その後第１ポンプを上記固定周波数を超えて最大運転周波数で運転すると共に、第２ポンプを上記固定周波数で運転し、
   その後第１ポンプ及び第２ポンプいずれも最大運転周波数で運転し、
   その後第３ポンプ以降のポンプを順次最大運転周波数で追従運転させる制御手段とを具備したことを特徴とする空調用ポンプの制御システム。
2. 上記各ポンプはそれぞれうず巻きポンプであることを特徴とする請求項１記載の空調用ポンプの制御システム。
3. 上記各ポンプは空調回路に温水あるいは冷水を供給するものであり、この空調回路には二方弁が介装されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の空調用ポンプの制御システム。

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