JP5775762B2

JP5775762B2 - 冷温水循環送水系ポンプシステム

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Publication number: JP5775762B2
Application number: JP2011179473A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　幸一; 幸一佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: JP2013040593A

Description

本発明は、可変速駆動手段によって駆動するポンプを用いた冷温水循環送水系ポンプシステムに関し、特に、ポンプ吸い込み側の圧力が変動しても所定の送水量を確保するのに好適な冷温水循環送水系ポンプシステム関する。

閉ループ配管に適用した冷温水循環送水系ポンプ圧送システムにおいて、省エネルギーを図るのに従来より可変速駆動手段によって駆動するポンプを用いた圧送システム方式が採用されている。

この可変速駆動方式では、ポンプ吐き出し側の圧力を検出し、ここの圧力が所定圧力となるよう圧力制御即ち、可変速駆動手段によって周波数制御してポンプの回転数を制御する方式が取られている。これらの周波数制御による一般的な圧力制御は、吐き出し圧力一定制御（特許文献１）、推定末端圧力一定制御（特許文献２）と呼ばれる方式が採用されている。

閉ループ配管に温水が循環されると、閉ループ配管であるが故に温水が体積膨張して、圧力増となってポンプに印加される。このような状態では、送水量の如何にかかわらず、ポンプ吐出側の圧力を所定圧力に保つためにインバータ周波数を下げる減速処理が取られるため、送水が流れにくくなる。若しくは流れないという問題が発生する。

このことを空調システムに置き換えて考えてみると、一次側システムでは所定の熱エネルギーが生成されない問題が生じ、二次側システムでは暖房（または冷房）がきかないという問題が生じる。更に、閉ループの冷温水送水系におけるポンプの全揚程は、初期時は実揚程＋管路抵抗、運転中は管路抵抗となるが、全揚程で常時運転すると、実揚程の分だけ無駄な動力を消費してしまうことになる。

特開平０８−２４６５１１号公報特開平１１−０２２６９０号公報

空調システムには、冷温水循環送水系ポンプシステムが用いられるが、上記したように、従来の圧力制御方式では、温水で体積膨張したとき所定の送水量を確保することが困難である。更に、運転開始時と運転中の目標圧力を切り替えてないで運転すると、全揚程で運転することになり、実揚程の分だけ無駄な動力を消費する。

そこで、本発明は、複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた温水循環送水系ポンプシステムにおいて、前記複数のポンプ吐き出し側と吸い込み側の圧力差を検出して、これらのポンプ運転制御、末端圧力一定制御に必要なパラメータ及び演算式を自動生成するのに好適な可変速ポンプを用いた冷温水循環送水系ポンプシステムを提供することを目的とする。更には、初期時と通常時の目標圧力の設定及び切り替えて運転する手段を設けて、実揚程の分だけの無駄な運転動力を解消することを目的とする。

すなわち本発明は、循環水が温度により体積変化しても、冷温水送水系の圧力制御を安定化させることができる、冷温水循環送水系ポンプシステムを提供し、また、ポンプの運転開始時と通常継続時の目標圧力を切り替えて運転することにより、無駄な運転動力なくした冷温水循環送水系ポンプシステムを提供する。

本発明は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプと、これらのポ
ンプの吸込側に連結した返送側吸込管と、該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、
前記ポンプの吐出側に連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、
前記可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、給水系の所望する圧力目標値を設
定する設定手段とを備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、
前記設定手段によって設定した水量がある時の上限目標圧力差である第１の差圧設定値（上限側）と、前記可変速ポンプの性能を特定する１台運転時のポンプ最高周波数である第１の周波数設定値と、この第１の周波数設定値で運転したときのポンプ締切り運転時第３の差圧設定値と、水量０時の下限目標圧力差である第２の差圧設定値（下限側）と、第２の周波数設定値と、ポンプ吐き出し側圧力高設定値を設定し、
前記速度指令手段が指令した信号を現在運転周波数として取り込む第１の変数値と、これらの設定値及び変数値を記憶する記憶部と、
これらの設定値を基に末端圧力一定制御の演算式を自動生成して前記記憶部に記憶し、前記自動生成された演算式から得られる目標値に給水圧力を保つように前記ポンプを可変速運転し、ポンプ吐出側の圧力検出手段の検出した送水圧力がポンプ吐き出側圧力高設定値以上となった時、この設定値を目標圧力とする吐出圧力一定制御に切り替えて運転する制御装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプの吸い込み側に連結した返送側吸込管と、該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、前記ポンプの吐き出し側給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、送水系の所望する差圧目標値を設定する差圧設定手段と、該差圧設定手段によって設定した差圧目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記１台以上のポンプを可変速運転する可変速制御手段とを備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、
前記該差圧設定手段によって設定した差圧目標値を基に、末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段と、生成した演算式を記憶する手段とを有する冷温水循環送水系ポンプシステムである。

また、本発明は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプの吸い込み側に連結した返送側吸込管と、該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、前記ポンプの吐き出し側給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、送水系の所望する差圧目標値を設定する差圧設定手段と、該差圧設定手段によって設定した差圧目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記１台以上のポンプを可変速運転する可変速制御手段とを備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、前記該差圧設定手段によって設定した差圧目標値を基に、末端圧力一定制御に必要なパラメータを自動生成する手段と、生成したパラメータを記憶する手段とを有する冷温水循環送水系ポンプシステムである。

そして、本発明は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプの吸い込み側に連結した返送側吸込管と、該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、前記ポンプの吐き出し側給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、送水系の所望する差圧目標値を設定する差圧設定手段と、該差圧設定手段によって設定した差圧目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記１台以上のポンプを可変速運転する可変速制御手段とを備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、前記該差圧設定手段によって設定した差圧目標値を基に、末端圧力一定制御に必要なパラメータを、テーブルを用いて自動生成する手段と、生成したパラメータを記憶する手段とを有する冷温水循環送水系ポンプシステムである。

更に、本発明は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプの吸い込み側に連結した返送側吸込管と、該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、前記ポンプの吐き出し側給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、送水系の所望する差圧目標値を設定する差圧設定手段と、該差圧設定手段によって設定した差圧目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記１台以上のポンプを可変速運転する可変速制御手段とを備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、前記該差圧設定手段によって設定した差圧目標値を基に、末端圧力一定制御の演算式を自動生成し、始動圧力、停止圧力等のパラメータを自動生成する手段と、生成したパラメータを記憶する手段とを有する冷温水循環送水系ポンプシステムである。

また、本発明は、前記ポンプが１台以上であり、前記ポンプの台数増減圧力設定手段を備える冷温水循環送水系ポンプシステムである。

更に、本発明は、前記設定手段には吐き出し圧力高設定値を設定する設定手段を備えており、ポンプ吐き出し側に設けてある圧力検出手段が、ポンプ吐き出し側圧力高設定値以上を検出した時、この設定値を目標圧力とする吐き出し圧力一定制御に切り替えて運転するようにしたことにより、送水圧力を安定させるのに好適な冷温水循環送水系ポンプシステムである。

また、本発明は、前記設定手段には初期運転時の目標圧力を設定する設定手段をも備えており、初期時は、所定時間だけ初期目標圧力による吐出し圧力一定制御で運転し、所定時間後は末端圧力一定制御の通常運転により給水するようにしたものである。

本発明によれば、複数の差圧設定とこれらに対応した周波数設定値から、運転に必要なパラメータ及び末端圧力一定制御の演算式に必要なパラメータと演算式を自動設定若しくは自動生成し、得られた目標差圧と検出したポンプの吐き出し側と吸い込み側の差圧と比較処理するようにしたことにより、冷温水送水系の圧力制御を安定化させることが出来る。

目標差圧は、特定の数組のパラメータ設定変更のみで関連の全てのパラメータが自動的に変更され、末端圧一定制御の演算式が自動生成され、運転に必要なパラメータが自動設定されるようにした冷温水循環送水系ポンプシステムを提供することができる。

加えて、温水循環送水系において、送水が体積膨張して、送水圧力が上昇して規定値を超えた場合は、吐き出し側圧力一定制御に切り替えるので、規定値以内に制限することができる。更に、初期時は所定時間だけ初期目標圧力による吐き出し圧力一定制御で運転し、所定時間後は末端圧力一定制御の通常運転に切り替えて運転し給水するようにしているので、実揚程分だけ無駄な運転動力を削減することができる。

実施例の冷温水循環送水系ポンプシステムの系統図。実施例のポンプ運転特性図。実施例の末端圧力差一定制御データテーブルの構成図。実施例のシステム系統図及び制御装置の構成図。実施例の制御フローを示すフローチャート。実施例の制御フローを示すフローチャート。実施例の制御フローを示すフローチャート（割り込み処理）。実施例の制御装置内の記憶装置のメモリマップ。実施例の制御フローを示すフローチャート。実施例の制御フローを示すフローチャート。

以下、本発明の冷温水循環送水系ポンプシステムを、図１〜図１０を用いて説明する。

図１は、実施例において、ビル等に用いられている冷温水循環送水ポンプシステムの系統を示す構成図である。同図において、一次側システムでは、ヒートポンプチラーユニット（冷温水製造装置）６によって熱源を製造する。冷房の場合は冷水が、暖房の場合は温水が熱源となる。二次側システムでは、一次側システムで製造した熱源を汲み出して、負荷である空調機（後述）に送水して空調を行う。

一次側システムにおいて、１は送水配管、１ａは冷温水ポンプ４−１、４−２の返送側吸込管、同じく１ｂはポンプの吐出側給水管、２は返送側吸込管１ａに取り付けた圧力検出手段（圧力センサ）であり、ここの検出圧力に応じて電気信号を発信する。同様に３はポンプの吐出側給水管１ｂに取り付けた圧力検出手段（圧力センサ）であり、２と同じ仕様のものである。７は一時的に熱源を貯留するサービスタンクであり、冷温水の体積膨張時のバッファとしての役割も持つ。１２−２は真空破壊弁、５−１、５−２はそれぞれ仕切弁である。

この送水系では暖房時に、前述したヒートポンプチラーユニット（冷温水製造装置）６によって熱を製造して、冷温水ポンプ４−１（一号機），４−２（２号機）によりサービスタンク７に送水循環する。空調機から戻ってきてサービスタンク７に貯留されている水は熱を奪われており、冷温水ポンプ４−１、４−２によって、ヒートポンプチラーユニット６に送水循環させ、ここで熱を加えて、サービスタンクへ送水するものである。

二次側システムにおいて、１１は送水配管、１１ａは冷温水ポンプ１４−１、１４−２の返送側吸込管、同じく１１ｂは冷温水ポンプの吐出側給水管、１２は前記返送側吸込管１１ａに取り付けた圧力検出手段、１３はポンプの吐出側給水管１１ｂに取り付けた圧力検出手段である。冷温水ポンプ及びこれの周囲の配管、バルブ類は一次側と同じ部品であり同じ機能であるから説明は省く。５−３〜５−１０はそれぞれ仕切り弁、９−１、９−２は空調機である例えばエアーハンドリングユニット（ＡＨ）、１０−１、１０−２は空調機である例えばファンコイルユニット（ＦＣ）、１１−１〜１１−４は前述の空調機に冷温水を送水循環するのを制止するための開閉弁、１２−１は真空破壊弁である。

この送水系では、ヒートポンプチラーユニット６の熱源によりサービスタンク７に貯留された冷温水が、空調負荷の発生時に、空調機９−１、９−２、又は１０−１、１０−２へ冷温水ポンプ１４−１、１４−２によって送水循環される。ここで、一次側と二次側の両システムにおいて、Ｑ０は最大水量、Ｈ０は全揚程、Ｈａは実揚程、Ｈｆは管路抵抗で、Ｑ０、Ｈ０は仕様点と呼ばれる。

図２は、２台のポンプを並列運転する冷温水循環送水ポンプシステムの運転特性図であり、縦軸にポンプ吐出側圧力Ｐ２と、吸込側圧力Ｐ１との圧力差Ｐ２−Ｐ１（ｍ）を示し、横軸に使用水量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ）をとって示している。使用水量がＱ３より小さい範囲では、ポンプ１台運転、これより多い使用水量範囲ではポンプ２台の並列運転の領域とする。曲線Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、例えばそれぞれ、インバータ周波数がｆ１０（１台運転時最低周波数）、ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３（１台運転時最高周波数）、ｆ２０（２台運転時最低周波数）、ｆ３×２（２台が最高周波数Ｎｍで並列運転）、のときのポンプＱ−Ｈ性能曲線である。これらの周波数がこの間で変化すれば、ポンプＱ−Ｈ性能曲線はこれらの周波数に対応して変化する。

ΔＰｓは、インバータ周波数ｆ３で運転した時、ポンプ性能を特定するポンプ締め切り圧力ヘッド差である。

曲線Ｈは、送水配管の抵抗曲線であり、使用水量が０〜１００％に変動した場合、ポンプ吐出側（圧力センサ取り付け位置）の圧力Ｐ２と、吸込側（圧力センサ取り付け位置）の圧力Ｐ１との差圧Ｐ２−Ｐ１が、この線上にくるようにインバータ周波数を変化させ、ポンプの台数を増減させていく。これを、一般的に末端圧力差一定制御方式と呼んでおり、曲線Ｈは、左端のΔＰＬ（使用水量０におけるポンプ性能曲線Ａとの交点で生成）、中点のΔＰＭ（使用水量Ｑ３におけるポンプ性能曲線Ｅ、Ｆとの交点で生成）、右端のΔＰＨ（ポンプ性能曲線Ｇとの交点で生成）を通る線分である。

Ｉは、目標圧力差をＨ０とする吐出圧力差一定制御時の直線であり、Ｊは、異常高圧設定値ＨＨとする吐出圧力一定制御時の直線である。運転初期（運転開始）時は、直線Ｉ上を目標圧力Ｈ０による吐出圧力差一定制御で、通常運転時は、直線Ｈ上を末端圧力差一定制御で、送水配管の異常高圧時は、直線Ｊ上を目標圧力ＨＨによる吐出圧力差一定制御で運転するようにする。

ところで、前述した圧力差Ｐ２−Ｐ１は、図１に示す閉ループ配管では全揚程（相当）として扱う。即ち、システム系統図（図１）において、Ｐ１点が座標の０点であり、停止時はＰ２−Ｐ１が大よそ０ｍ（仕事をしていない締め切り圧力差を意味する）、運転してポンプで押し上げる全エネルギー（全揚程）がＰ２−Ｐ１であることを意味する。又、図中に図１と照合して仕様点Ｑ０、Ｈ０を表示している。

次に、この閉ループ配管による冷温水送水循環系へ末端圧力一定制御方式を適用し、この制御方式のパラメータ決定のしかた、演算式の生成のしかた、及び運転に必要なパラメータの決定のしかたを、図２を用いて説明する。

即ち、曲線Ｉの関数を水量０〜Ｑ３区間では、目標圧力（抵抗曲線上）Ｈ００を、以下の演算式で表わすことができる。なお、式（１）は直線近似した場合で、式（２）は２次曲線近似の場合である。
Ｈ００＝（（ΔＰＭ−ΔＰＬ）／（ｆ３−ｆ１０））×（ｆｘ−ｆ１０）＋ΔＰＬ------（１）
Ｈ００＝（（ΔＰＭ−ΔＰＬ）／（ｆ３−ｆ１０）２）×（ｆｘ−ｆ１０）２＋ΔＰＬ--（２）
又、曲線Ｉの関数を水量Ｑ３〜区間では、目標圧力ヘッド（抵抗曲線上）Ｈ００を、以下の演算式で表わすことができる。式（３）は直線近似した場合で、式（４）は２次曲線近似の場合である。
Ｈ００＝（（ΔＰＨ−ΔＰＭ）／（ｆ３−ｆ２０））×（ｆｘ−ｆ２０）＋ΔＰＭ------（３）
Ｈ００＝（（ΔＰＨ−ΔＰＭ）／（ｆ３−ｆ２０）２）×（ｆｘ−ｆ２０）２＋ΔＰＭ--（４）
ここで、以下のパラメータは、既知（定数）で、上記演算式の生成又はポンプ運転制御の判定値として使用される。ΔＰＬは、ポンプ全停止の状態からはじめに運転するポンプの始動圧力差であり、水量０時の下限目標圧力差（第２の差圧設定値）（下限側）である。例えば、従来技術で述べた水理計算によって、
ΔＰＬ＝実揚程（Ｈａ）＋所要末端圧力ヘッド（Ｈｐ）として求める。
ΔＨｏｆｆは、ポンプの最後に停止する停止圧力差（周波数をｆｓｔまで高めて停止）である。ΔＰＨは、区間水量Ｑ３〜時の上限目標圧力差である（第１の差圧設定値）（上限側）。
ΔＰＭは、水量Ｑ３の時の中間目標圧力差（ｍ）である。
ΔＰＳは、ポンプ締切圧力差（周波数ｆ３時）（ｍ）（第３の差圧設定値）である。
ΔＨｔｏｎは、２台目並列導入圧力差である。
ΔＨｔｏｆｆは、２台目並列解除圧力ヘッドである。
ｆ３は、１台運転時ポンプ最高周波数である（第１の周波数設定値）。
ｆ１０は、１台運転時ポンプ最低周波数である。ｆ１０＝ｆ３√（ΔＰＬ／ΔＰＳ）にて求める（第２の周波数設定値）。
ｆ３×２は、２台並列運転時ポンプ最高周波数である（第１の周波数設定値）。
ｆ２０は、使用水量Ｑ３時２台目運転時ポンプ最低周波数であり、ｆ２０＝ｆ３√（ΔＰＭ／ΔＰＳ）にて求める。
ｆｓｔは、１台目ポンプ停止時周波数であり、図２において、使用水量が少なくポンプを停止しても良い状態（使用水量がＱ１）になったらインバータ周波数をｆ１０からｆｓｔまで高めて停止させる。ｆｓｔ＝ｆ３√（ΔＨｏｆｆ／ΔＰＳ）にて求める。
また、ｆｘは現在周波数であり、変数である。この値を演算式（１）、（３）または（２）、（４）に代入すると、現在周波数における目標圧力差が求められる。

以上により、目標圧力差の変更を行う際には、ΔＰＬ、ΔＰＭ、ΔＰＨ、ΔＰＳ、ｆ３を変更する必要がある。さらに、これに関連してポンプ運転制御に必要なパラメータ（変数）ｆ１０、ｆ２０、ｆｓｔを変更する必要がある。

水利計算の仕方を次のように補足しておく。
図２において、ΔＰＬは実揚程（Ｈａ）＋所要末端圧力ヘッド（Ｈｐ）であり、全揚程（Ｈ０）＝実揚程（Ｈａ）＋末端水栓（Ｈｐ）＋配管抵抗（Ｈｆ）であるから、ΔＰＬ（実揚程＋末端水栓）＝全揚程（Ｈ０）−配管抵抗（Ｈｆ）として求めることができる。閉ループ配管では、所要末端圧力ヘッド（Ｈｐ）を０ｍ、配管抵抗（Ｈｆ）は一般的に実揚程（Ｈａ）の２０％と見て計算している。この中には当然、安全率を含んでいる。

以上のようにして、ΔＰＬの（１）点が求まるから、ここから（５）点に対して直線を引き、２台目ポンプ性能曲線の交点ΔＰＨ点によって作図してΔＰＨを求める。

次に、以上で説明した末端圧力一定制御のパラメータ設定方法、これの演算式の生成方法及び運転に必要なパラメータの設定方法のアルゴリズムについて説明する。

ステップ１：
設定手段（後述のコンソールＣＯＮＳ３）によりパラメータＰＭ、ＰＨ（仕様点圧力差Ｈ０（全揚程に相当））、ＰＳ、ｆ３を設定する。
前述したように、ＰＬ（実揚程＋末端水栓＝０）＝仕様点圧力差（Ｈ０）−配管抵抗（Ｈｆ）として求めることができる。
即ち、Ｈ０＝Ｈａ＋０.２Ｈａ＝１．２Ｈａ
Ｈａ＝Ｈ０／１．２
ΔＰＬ＝Ｈａ＝Ｈ０／１．２
ここで、前述で説明したように、配管抵抗（Ｈｆ）＝０．２Ｈａとしている。

ステップ２：
ステップ１で求めたΔＰＬからこの時の周波数目標値ｆ１０を次のようにして求める。
ｆ１０＝ｆ３√（ΔＰＬ／ΔＰＳ）
ステップ３：
又、中間目標圧力差ＰＭにおける２台目運転時ポンプ最低周波数（使用水量Ｑ３時）ｆ２０を次のようにして求める。ｆ２０＝ｆ３√（ΔＰＭ／ΔＰＳ）にて求める。
これで、演算式を生成するのに必要なパラメータは全て求められた。

次に、運転に必要なパラメータを決定する。
ステップ４：
ポンプ１台目運転圧力差ΔＨｏｎ、停止圧力差ΔＨｏｆｆ、停止時周波数ｆｓｔを求める。
ΔＨｏｎ＝ΔＰＬ＋α（０〜５ｍ）本実施例では０ｍとしている。
ΔＨｏｆｆ＝ΔＰＬ（又はＰＭ）＋β（０〜５ｍ）本実施例ではＰＨとしている。
ｆｓｔ＝ｆ３（Ｈｏｆｆ＝ΔＰＳの場合）
ｆｓｔ＝ｆ３√（ΔＰＭ／ΔＰＳ）（Ｈｏｆｆ＝ΔＰＭの場合）
ステップ５：
ポンプ２台目並列導入圧力差パラメータΔＨｔｏｎ、並列解除圧力差パラメータΔＨｔｏｆｆを求める
ΔＨｔｏｎ＝ΔＰＭ−ａ
ΔＨｔｏｆｆ＝ΔＰＭ＋ｂ
ここで、ａ，ｂは、例えば２ｍである。

更に、ＨＨ及びＨ０は設定手段にて設定記憶しているものをそのまま使用する。
以上で求めたパラメータ及び演算式は自動設定、自動生成し、後で述べる記憶部Ｍに記憶する。

図３は、図２の運転特性図の配管抵抗曲線上のポイント（１）〜（５）を送水量、圧力差目標値、周波数目標値の各データ（パラメータ）を整理してテーブルとして示したものである。このテーブルは後述のメモリＭに記憶される。

図４は、本発明実施例の冷温水循環送水ポンプシステムの制御回路図であり、図１の一次側システムを例に示したものである。

ＰＷは電源、ＥＬＢ１、ＥＬＢ２は、それぞれ１号機系、２号機系の漏電遮断器であり、これ以降の系統の漏電保護を行う。ＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、それぞれモータ３−１、３−２を変速駆動するインバータ（可変速駆動手段）であり、後述の制御装置ＣＵからの速度指令信号Ｎ１，Ｎ２によって所定の周波数、電圧を各モータに与える。又、これらの指定周波数に対し、インバータの現在周波数のＮ１０、Ｎ２０（変数値）を制御装置ＣＵに返す。更に、電流、周波数、運転及び故障状態を表示、および各種データを入力・設定するキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２を備えている。ＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、制御装置ＣＵの運転指令信号Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２がＯＮすると始動し、ＯＦＦすると停止する。

Ｒ，Ｓは制御電源、ＴＲはトランスであり、その二次側は制御装置ＣＵの電源端子に接続している。制御装置ＣＵは、運転及び故障状態を表示、および各種データ，パラメータを入力・設定するキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ３（設定手段）を備える。制御装置ＣＵは、マイコンＣＰＵと、記憶部Ｍを備え、記憶部ＭはＥＥＰＲＯＭとＲＡＭからなり、コンソールＣＯＮＳ３で入力設定されたポンプ性能データ、限界電流データ、要求仕様等のパラメータを記憶する。マイコンＣＰＵは、前述の式（１）〜式（４）により、メモリーＭに格納しているパラメータを使用して演算式を自動生成する。

制御装置ＣＵには、インバータの現在周波数Ｎ１０，Ｎ２０、吸込側圧力センサ２（ＳＷ）の信号Ｓ０，Ｓ２、及び吐出側圧力センサの信号３（ＳＷ）の信号Ｓ３，Ｓ１が入力される。また、外部運転指令スイッチＡＵＴＯ（熱源機又は空調機器からの運転要求信号）、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の周波数到達信号Ｎ１０，Ｎ２０、フロースイッチ１９−１、１９−２それぞれの入力端子ＩＯ４、ＩＯ３、ＩＯ２を備え、インバータへの速度指令信号Ｎ１，Ｎ２を出力し、同じく運転信号ＲＵＮ１，ＲＵＮ２をリレーへ出力する出力端子ＩＯ１、ＩＯ５も備える。ＳＳは運転若しくは停止スイッチでありこれを閉じると制御装置ＣＵを運転、開くと停止できる。尚、簡単にするためにインバータの現在周波数Ｎ１０，Ｎ２０を指令周波数Ｎ１，Ｎ２に代えても良いし、圧力センサ２、３に代えて、吸込側圧力と吐出側圧力の差圧を検出する圧力差検出手段を用いても良い。

次に、以上で述べたアルゴリズムを制御装置ＣＵでどのように処理するかについて、図５〜図１０のフローチャートと、メモリマップにより詳細に説明する。

図５において、５００ステップで、例えば次の５０１ステップのイニシャル処理に備えて割り込み禁止処理Ｄ１を実行する。イニシャル処理ではレジスタ、割り込みベクタ、メモリー、スタックポインタなど各種の処理を実行し起動準備を行う。

５０２ステップではパラメータの設定処理を行う。図７に示すように、基本パラメータＨ０、ΔＰＭ、ΔＰＨ、ΔＰＳ、ｆ３、ＨＨを、ＥＥＰＲＯＭのメモリーＭ０〜Ｍ５に格納する。又、演算して得られるパラメータΔＰＬ、ΔＨｏｎ、ΔＨｏｆｆ、ｆｓｔ、ΔＨｔｏｎ、ΔＨｔｏｆｆ、ｆ１０、ｆ２０をＲＡＭのメモリＭ１００〜Ｍ１０７に格納し、同様に変数ｆｘをＭ１０８に格納し、同様にデータＮ１、Ｎ２、Ｎ１０、Ｎ２０、ＡＮ０（吸込側圧力）、ＡＮ１（吐出側圧力）、ΔＨ（圧力差ＡＮ１−ＡＮ０）をメモリＭ１１０〜Ｍ１１５に格納する。

次の５０３ステップで、演算式及び運転パラメータの初期化を行うが、次のように実行する。
ΔＰＬ＝ΔＰＭ（又はＨ０）／１．２、
下限周波数設定値ｆ１０（ｆ１０＝ｆ３√（ΔＰＬ／ΔＰＳ））、
ΔＨｏｎ＝ΔＰＬ（αを０とした）、
ΔＨｏｆｆ＝ΔＰＭ（βを０とした）、
ｆｓｔ（ｆｓｔ＝ｆ３√（ΔＰＭ／ΔＰＳ））
初期化したパラメータは、図７の所定のメモリアドレスに格納される。ここで、メモリーＥＥＰＲＯＭにデータを書き込む処理は、予め別の処理により書き込んでおくこともできる。

次の５０４ステップでは、イニシャル処理、パラメータ設定処理、演算式制御用パラメータ初期化の処理が終了したので、割り込み許可処理ＥＩを実行する。続いて５０５ステップでタイマ処理Δｔを実行し、割り込みを待つ。割り込みが発生すると、図７の７００ステップ以降の処理が実行される。

図７の７００ステップ以降のＩＮＴ０割り込み処理において、図７（Ａ）に示すように、７０１ステップで、図４のキースイッチ１０が押されたか判定する。判定の結果、押されていなければ７０２ステップへ進み、例えば初期値で決定している圧力、周波数等の表示をＣＯＮＳ３で行い、７０９ステップで割り込み処理から割り込み前の処理ＲＥＴ０に戻る。７０１ステップの判定結果でキースイッチ１０が押されていたら、７０３ステップへ進み、押されたキースイッチ１０がパラメータ変更キーであるか判定する。パラメータ変更キーであった場合、７０５ステップへ進み、これ以降の処理で５０２ステップでの説明と同様にパラメータ設定（変更が可能なことを示す）処理、及び７０６、７０７ステップでメモリーへ格納処理を実行する。このようにすれば、運転中でもパラメータの設定変更が可能となる。

７１０ステップ以降のＩＮＴ１の割り込み処理においては、図７（Ｂ）に示すように、７１１ステップで故障のチエック、監視を行う。７１２ステップでは、吸込側及び吐出側の圧力センサの信号を検出し、アナログレジスタＡＮ０、ＡＮ１のデータをメモリーＭ１１３、Ｍ１１４に格納する。加えて、吐出側圧力センサーＡＮ１のデータから、吸込側圧力センサーＡＮ０のデータを減じて圧力差データΔＨを求め、Ｍ１１５に格納しておく。７１３ステップでインバータの現在周波数Ｎ１０（１号機系用）、Ｎ２０（２号機系用）を検出してメモリーＭ１１２、１１３に格納しておく。７１４ステップでは、割り込み処理から割り込み前の処理に戻る。更に、インバータへ指令する周波数データＮ１，Ｎ２の格納メモリアドレスは、それぞれＭ１０９，Ｍ１１０である。

さて、このようにして割込み処理を経て、図５の５０６ステップでは、空調機若しくはヒートポンプチラーユニット６から運転要求信号ＡＵＴＯが入力されているか確認する。入力されていれば５０７ステップのポンプ始動処理に進む。入力されてなければ５３０ステップへ進み、吐出側及び吸込側圧力センサの検出したデータＡＮ１，ＡＮ０から求められる圧力差ΔＨと、始動圧力差ΔＰＬとを比較し、この圧力差ΔＨが始動圧力差ΔＰＬ以下になったか判定する。圧力差ΔＨがΔＰＬ以下であれば、５０７ステップのポンプ始動処理に進み、ポンプ１台目を始動指令し５３１ステップへ進む。次に、５３１ステップで吐出側圧力センサーの検出した圧力データＡＮ１を読み出し、５３２ステップでこの圧力データＡＮ１と吐出側圧力高設定値ＨＨを比較する。比較した結果、吐出側圧力データＡＮ１が吐出側圧力高設定値ＨＨより低い場合は、５１９ステップ（図１０の処理）へ進む。圧力データＡＮ１がＨＨ以上（ＨＨ＜ＡＮ１）であれば、図９に示す９００ステップへ進む。

９００ステップでは、目標圧力をＨＨに設定し、次の９０１ステップでは、吐出側圧力センサの検出した圧力データＡＮ１を読み出し、９０２ステップでこの目標圧力ＨＨと圧力データＡＮ１と比較する。比較でＨＨ＋２ｍ＜ＡＮ１となれば、次の９０３ステップで、ＨＨ＋２ｍ＞＝ＡＮ１＞＝ＨＨ−２ｍとなるまで減速処理を行い、図５の５０８ステップに戻る。この減速処理は、後述する図５の５１０ステップと同じである。なお、９０２ステップの判定結果、ＨＨ−２ｍ＞ＡＮ１であれば、図５の５０８ステップへ戻る。このようにすると、暖房時の温水の体積膨張で送水圧力が増加しても、高設定値ＨＨ以内に送水圧力を抑えることができ、異常圧力上昇を防止することができる。

次に、５３２ステップでの比較の結果、ＨＨ＞ＡＮ１の場合、５１９ステップ（図１０の処理）の処理について説明する（初期時の運転）。

５１９ステップにおいて、１００ステップで目標圧力差をＨ０に設定し、次の１０１ステップで吐出側圧力センサの検出した圧力データＡＮ１を読み出し、１０２ステップでこの目標圧力差Ｈ０と圧力データＡＮ１差ΔＨと比較する。比較した結果、Ｈ０＋２ｍ＜ΔＨであれば、次の１０３ステップで、次の１０３ステップで、Ｈ０＋２ｍ＞＝ΔＨ＞＝Ｈ０−２ｍとなるまで減速処理を行い、図５の５０８ステップに戻る。この減速処理は、後述する図５の５１０ステップと同じである。

又、１０２ステップの判定結果、Ｈ０−２ｍ＞ΔＨであれば、次の１０５ステップで、後述の５１６ステップと同じ増速処理を行い、Ｈ０＋２ｍ＞＝ΔＨ＞＝Ｈ０−２ｍとなるまで実行し、図５の５０８ステップへ戻る。このようにすれば、初期時に吐き出し圧力差Ｈ０一定制御により、冷温水系の閉ループ配管で体積増加により送水圧力が増加しても、配管全体に冷温水を送水循環させることが出来る。次いで、５０８ステップへ進む。

５０８ステップでは、目標圧力差を初期値としてＨ００＝ΔＰＬとする。これは、５０３ステップで処理してレジスタに保存している値を持ってくる。次に、５０９ステップで目標圧力差Ｈ００（Ｈ００＝ΔＰＬ）と吐き出し側及び吸い込み側圧力センサの検出した圧力データＡＮ１，ＡＮ０から得られら圧力差ΔＨと比較する。この結果、Ｈ００＋２ｍ＜ΔＨならば、目標圧力差Ｈ００より給水圧差ΔＨが高いこと示しており、５１０ステップ以降の減速処理を実行する。

５０９ステップでＨ００−２ｍ＞ΔＨならば、目標圧力差Ｈ００より給水圧差ΔＨが低いこと示しており、５１６ステップ以降の増速処理を実行する。

５０９ステップでＨ００＋２ｍ＞＝ΔＨ＞＝Ｈ００−２ｍならば、目標圧力差Ｈ００と給水圧差ΔＨが等しいこと示しており、５１１ステップへ進み演算式による目標圧力差更新処理を実行する。こでは、前述のように式（１）または式（２）により、メモリーに格納しているデータを使用して演算式を自動生成する。そして、この演算式に現在のインバータ周波数Ｎ１０、Ｎ２０を代入（Ｎ１０又はＮ２０をｆｘに代入）して目標圧力差を更新し、５０８ステップへジャンプする。このときは、更新された目標圧力差と両圧力センサの検出した圧力差と比較することになる。以下、これ以降の処理を続けていく（通常運転）。

このように初期時はＨ０（全揚程）による吐き出し圧力一定制御で給水し、通常時は管路抵抗による末端圧力一定制御で給水するので、実揚程の分だけの動力の無駄をなくすことができる。

説明を戻すが、減速処理の５１２ステップを実行した後、５１３ステップで、図４に示してあるフロースイッチ１９−１又は１９−２が動作しているか判定する。同フロースイッチは流量スイッチであり、これを流れる流量が例えば１０ｌ（リットル）／ｍｉｎ以下でＯＮ、１５ｌ／ｍｉｎ以上でＯＦＦすることによって、使用水量が少なく１０ｌ／ｍｉｎ以下であれば５１４ステップへ進み、ここでポンプ停止指令を発する。そして、５１５ステップで交互切替処理を実行して５０６ステップへジャンプする。交互切替処理とは、例えば今運転していたポンプが１号機であれば、次に運転するポンプが２号機となるようにポインタを切り替えておく処理のことである。５１３ステップの判定でフロースイッチが動作していないと判定した場合には、５０９ステップへ進み、これ以降の処理を実行する。

増速処理の５１６、５１７ステップを実行した後、５１８ステップで現在周波数が最高周波数ｆ３に達しているか判定する。最高周波数ｆ３の状態になっているとこれ以上能力を出せないので、次の６００ステップ（図６）に進み、並列運転処理を実行する。６０１〜６０２ステップで給水圧力差ΔＨが、並列導入圧力差ΔＨｔｏｎ以下に所定時間以上低下したか確認する。ＹＥＳと判定した場合、次の６０３ステップで並列運転処理及び可変速ポンプの圧力制御処理を実行する。（１台は変速運転、もう１台は最高周波数による固定速運転）ＮＯと判定した場合は、図５の５０９ステップへ戻りこれ以降の処理を実行する。
２台並列運転している状態から、使用水量が少なくなると可変速運転しているポンプの周波数が下がってくる。そして、６０４、６０５ステップで最低周波数ｆ２０以下の状態が所定時間以上か判定する、ＹＥＳであれば６０６、６０７ステップで給水圧力差ΔＨが、並列解除圧力差ΔＨｔｏｆｆ以上に所定時間以上上昇したか確認する。ＹＥＳと判定した場合、次の６０８ステップで並列解除処理（２台から１台に減ずる処理）を実行する。この後、図５の５０９ステップへ戻りこれ以降の処理を実行する。ＮＯと判定した場合は、６０３ステップへ戻りこれ以降の処理を実行する。

以下、前述した処理を繰り返し実行して運転に必要なパラメータの自動設定、末端圧力一定制御の演算式を自動生成し、これに基づいてポンプの運転制御を適正に実行してゆく。

以上の実施例において、ポンプ２台の例で説明しているが、１台でも、３台以上でも適用できる。

１ａ、１１ａ…返送側吸込管、１ｂ、１１ｂ…吐出側給水管、２、１２…吸込側圧力検出手段、３、１３…吐出側圧力検出手段、３−１，３−２…可変駆動手段、４−１、４−２、１４−１、１４−２…ポンプ、６…ヒートポンプチラーユニット（熱源機）、７…サービスタンク、９−１，９−２，１０−１，１０−２…空調機（ファンコイル、エアーハン）、ＣＵ…制御装置、速度指令手段、ＣＯＮＳ３…設定手段、Ｍ…記憶部、ΔＰＭ、ΔＰＨ…第１の差圧設定値（上限側）、ΔＰＬ…第２の差圧設定値（下限側）、ｆ３…第１の周波数設定値、ｆ１０…第２の周波数設定値、ΔＰＳ…ポンプ締切り運転時の第３の差圧設定値。

Claims

可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプと、
これらのポンプの吸込側に連結した返送側吸込管と、
該返送側吸込管に取り付けた圧力検出手段と、
前記ポンプの吐出側に連結した給水管と、
該給水管に取り付けた圧力検出手段と、
前記可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、
給水系の所望する圧力目標値を設定する設定手段とを
備えた冷温水循環送水系ポンプシステムにおいて、
前記設定手段によって設定した水量がある時の上限目標圧力差である第１の差圧設定値（上限側）と、前記可変速ポンプの性能を特定する１台運転時のポンプ最高周波数である第１の周波数設定値と、この第１の周波数設定値で運転したときのポンプ締切り運転時第３の差圧設定値と、水量０時の下限目標圧力差である第２の差圧設定値（下限側）と、第２の周波数設定値と、ポンプ吐き出し側圧力高設定値を設定し、
前記速度指令手段が指令した信号を現在運転周波数として取り込む第１の変数値と、これらの設定値及び変数値を記憶する記憶部と、
これらの設定値を基に末端圧力一定制御の演算式を自動生成して前記記憶部に記憶し、前記自動生成された演算式から得られる目標値に給水圧力を保つように前記ポンプを可変速運転し、ポンプ吐出側の圧力検出手段の検出した送水圧力がポンプ吐き出側圧力高設定値以上となった時、この設定値を目標圧力とする吐出圧力一定制御に切り替えて運転する制御装置を備えたことを特徴とする冷温水循環送水系ポンプシステム。