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

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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ポンプの運転周波数を上記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. 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、
    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ポンプの運転周波数を上記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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