JPS5974392A - 回転数制御方式ポンプユニツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気モータとこれによって駆動される回転ポン
プとからなシ、その回転数ｎを、この７１！ンプユニツ
トの選択されたいくつかの運転状態量に依存して成製性
域内で段階的にコントロール可能であり、その際、この
特性域の限界が一方においてその最大回転数及び最低回
転数に対するそれぞれの閉塞曲線ＨｆＱ）によって決定
され、またもう一方において吐出水頭Ｈと吐出量Ｑとの
座標によって決定されるように回転数制御されたポンゾ
ユニツ）Ｋ関する。

ポンプ装置の運転動作点は周知のようにポンプの閉塞曲
線Ｔ（ＩＱ）と装置の特性曲線■ム（Ｑ）との交点にな
る。従って、この運転動作点の変化にはその装置の特性
曲線、ポンプの特性曲線、又はそれら両者の特性曲線の
変化を必要とする。

バルブを絞ることにより又はパイ・卆スを開くことによ
って、その装置の特性曲線を変化させることはよく知ら
れているようにエネルギーの損失をもたらす。これに対
して回転数を変化させることによってポンプの特性曲線
をその装置の所望の運転状態に適合させる時はほとんど
損失なく行うことができる。この場合の僅かな所要エネ
ルギーの外に１そのような回転数制御されたポンプが装
置の必要としている圧力差のみを提供し、それにより流
動ノイズを避けることができるということも多くの場合
に有利である。

従って装置設計業者はその閉塞曲線が良好な効率と共に
種々異った装置特性曲線によく適合し且つその上にでき
るだけ簡単に取付けることができるようなポンプユニッ
トを追求している。

従って、このような関係において、既にこれまで、特性
曲線を任意に設定することができるようなポンプへの期
待が多数取上げられ且つ論議されており、その際、その
ポンプをその送水系においてもしそうでない場合には流
動ノイズや良好でない制御挙動がもたらされるような特
性域範囲のできるだけ外側で運転することが考えられて
いる。

このような考え方を考慮して開発されたいくつかのポン
プがすでに市販されており、これらにおいては三相交流
かご型誘導モータが周波数変換器を介して無段階に回転
数制御のもとに運転できるようになっている。この場合
に、そのポンプによって作り出され且つ測定される圧力
差及び場合により測定される給送量が予めプログラムさ
れているそのユニットの特性曲線と比較され、そして、
その回転数によってこの特性５− 曲線の上に調節される。しかしながら、このように運転
されるポンプユニットは測定技術的に複雑であるために
非常に高価である。その−にＫ　。

それらのユニットの運転は複雑で且つ設備的に著しく複
雑であるために非常に故障を受は易い。

従ってこのようなユニットはほとんどの場合に大容量の
ものに限定されており且つ専問業者忙よって設備される
必要がある。

本発明の目的は、ポンプユニットの特性曲線を原理的に
任意に選ぶことができるような安価で且つ簡単な回転数
制御方式のポンプユニットを提供することである。その
場合に、その特性曲線はポンプユニットの運転において
段階的な回転数の切換えによって繁雑な測定技術を必要
とすることなく達成することができるものである。

この目的を達成するために、本文のはじめにあげた本発
明のポンプユニットは次のように構成される。即ち、回
転数ｎ４　＝　ｃｏｎｓｔ　Ｋ相当する各閉塞曲線Ｈ（
Ｑ）の上にそれぞれ１つづつの特定６一 部分区画を設定することができ、そしてこの部分区画の
各末端値を代表する電気的又は水力学的なそのポンプユ
ニットの各運転状態量に達した時に回転数の切換えが開
始されるようにし、その際、この回転数は大きい方の吐
出水頭Ｈ及び低い方の吐出量Ｑを有するその１つの末端
値にある１つの部分区画上で達した時に低下させられ、
そしてこの同じ部分区画上で低い方の吐出水頭Ｈ及び高
い方の吐出量Ｑを有するもう一方の末端値に達した時に
この回転数が上昇させられるようにするのである。これ
らの部分区画を通してそのポンプユニットのその都度の
実際の用途に対して任意に予め選ばれた想定上の制御特
性曲線ＨＲ（Ｑ）を定めることができ、それによってそ
れらの部分区画の各末端値を代表する水力学的又は電気
的なこのポンプユニットの運転状態量に到達した時に回
転数の切換えが開始され、その際、その特性域内でポン
プユニット特性曲線の上側にある末端値に到達した時に
は回転数を減少させ、そしてこのポンプユニット特性曲
線の下側にある末端値に到達した時には回転数を上昇さ
せるようにする。

従って、予め与えられる制御特性曲線ＨＲｆＱ）は一連
の閉塞曲線と交差し、その際、それらの交点の各々がそ
の閉塞曲線の対応する部分区画の各末端値によって限定
され、従って、それらの末端値に主要な影響を有する各
水力学的及び電気的運転状態量をそれだより回転数の切
換えに利用することができるようになり、そして上述の
予め選ばれたポンプユニット特性曲線はそれら閉塞曲線
の各部分区画を互いに線で連結することによって異った
回転数に近似されるようになる。

第１図は各一定回転数ｎｉに対する一連の閉塞曲線Ｔ（
ｆＱｌ　ｌを示す。ポンプユニットを変化させない時に
は有縁性法則（Ａｆ　ｆ　ｉｎｌ　ｔＫｔａｇｅ　ｍｅ
　ｔｚ　）と呼ばれている関係Ｑ　ｌ／　Ｑ　ＩＩ＝ｎ
１／ｎ２、Ｈｔ／Ｈ雪＝ｎｔ２／ｉｗｔ”及びＰｅ　ｌ
／’ｐｑ　ｘ　＝　ｎ　１’　／　ｎ　２３の関係が当
てはまり、その際、Ｑは吐出量、Ｈは吐出水頭、Ｐは電
気的運転出力であり、そしてｎはこの４？ンプユニツト
の回転数を意味する。

このＨＱ線図において横座標は回転数ｎと共に一次曲線
的に変化し、一方、その縦座標はこれに対して二次曲線
的に変化するので、それら種々の閉塞曲線の各従属する
点はＲ１ないしＲｘの各放物線上にのり、これらはその
頂点として座標の零点を有している。このような放物線
Ｒと閉塞曲線ＨｆＱｌとのすべての交点は、類似の速度
３角形並びに同じ交差条件によって特徴づけられる。更
に、これらはもしその最大回転数と最低回転数との間の
比がそれほど大きくない場合、はとんど同一の作用度を
有する。従って、一つの放物線の各閉塞曲線とのすべて
の交差点に対して全く特定の数値ｋが与えられ、すなわ
ちＱ／ｎ　＝　ｋｑ　Ｘ　Ｈ／ｎ２＝　ｋＨ、又はＰ／
ｎ　３＝　ｋｐである。

同じことはそのポンプユニットを上述した各交点におい
て作動させる際に、確定することができるようなそれぞ
れの電気的データ、即ち例えば運転用モータの電流、こ
のモータのコンデンサのところの電圧、その巻線のとこ
ろの電圧に９一 対しても当てはまる。

すでに述べたように、各放物線Ｒ１ないしＲｘはすべて
の閉塞曲線Ｈ（Ｑｌを特定部分区画に分割し、そしてそ
れらの部分区画の各末端を、その該当する放物線を代表
する特定の運転データに従属させ、従ってその特性域は
一義的に定められる多数の点の網目によって覆われてい
る。

これらの点の夫々はある選ばれるべき部分区画に対する
末端点として用いることができ、その際、ある１つの部
分区画上でより高い吐出水頭Ｈ又はより低い吐出量Ｑを
有するその１つの末端値に達した時に回転数が低下し、
そしてその同じ部分区画上でより低い吐出水頭Ｈ及びよ
り大きな吐出量Ｑを有するもう一方の末端値に達した時
にこの回転数が上昇するようにする。

もし、それらの部分区画を通してそのポンプユニットの
その都度の実際の用途に対して任意に予め選ばれた想定
上の制御特性曲線ＨＲ（■を設定するならば、前に記述
した過程は、言い換えれば、その制御特性曲線の上側又
は左側にある１０− 各網目の末端点は回転数を低下させるために、そしてこ
の制御特性曲線の下側又は右側に存在する各末端点は回
転数を高めるよって切換えるのに利用することができる
ということを意味する。

これらの末端点又は切換え点をどのようにして好都合に
選ぶべきかということはあとで詳細に説明する。いずれ
にしても、これらの諸点に対してそれらを決定する諸デ
ータが制御プログラムとして記憶され、それによってそ
れらの部分区画を回転数が異ったときに各閉塞曲線上に
鋸歯状に移動することによって上記の制御特性曲線に近
似させることができる。

このような本発明による利点は、もはや従来のように高
価な計器類を用いてのみ測定できるような圧力差或いは
吐出流量等の水力学的な諸データを検出してそれをポン
プユニットのコントロールに利用しなければならないと
いうことはなくなり、それに代えて運転用コンデンサの
ところやモータの巻線等のところで本質的に簡単に測定
できる電流値や電圧値のような電気的な諸量を用い、そ
してこれを次いでその知られている回転数又は測定した
回転数と組合わせ、或はそれに関連させて切換え信号を
作シ出すということである。

更にまた、上述の各閉塞曲線Ｈ（Ｑｌと、及び多数の放
物線とから形成される網状線図の升目幅が代数的又は幾
可学的秩序によって画定されていてもよいということを
指摘すべきである。この第２の場合においては、比較的
少ない数の回転数段階で構成され、そして、その制御特
性曲線は常に等しい）４−センテーノの精度でこれに近
似される。

もう１つの利点はそのポンプユニットを必要な制御と共
に１つの組立てられた構成単位にまとめることができ、
これはすべての他のコントロールされていないポンプユ
ニットと同様Ｋｖｔ気的に接続し、そして配設すること
が可能である。つまり、すべての制御信号がそのポンプ
ユニットから取出され、そしてモータのところに存在す
る制御ユニットの中で処理されるためである。

第１図に示した線図において閉塞曲線Ｈ（Ｑｌｌは最低
回転数ｎＨに、一方閉塞曲線ＨｆＱ）７は最高回転数ｎ
７に対するものである。これらの２つの曲線は縦座標と
しての吐出水頭Ｈ及び横座標としての吐出ｉｔＱによっ
てそのポンプの可能な運転動作点がその中に存在し得る
フィールドを限定する。しかしながら、実際上の理由か
ら、すなわち、例えばポンプの効率のよい運転あるいは
良好なサクション挙動を望むような場合には、限界値と
して座標軸ではなく特定の有縁性放物曲線が選ばれる。

これは第１図において曲線Ｒ１およびＲｏである。

論議を容易にするために、ある１つの有縁性放物曲線Ｒ
と閉塞曲線Ｈ（Ｑ）との間の各交差点をその曲線の番号
で表示しよう。例として、番号９７は放物向、ｗＲＱと
閉塞曲線Ｈ（Ｑ）７との交差点を、そして番号２９は放
物曲線Ｒ，と閉塞曲線Ｈ（Ｑｌ。

との交差点を意味する。この想定上のポンプユ１３− ニットに対して対象となる実用領域は、従ってそれぞれ
の頂点９７−１７−１１−９１を有する四角形であり、
その際、このポンプユニットは閉塞曲線ＨＩＱ）上では
吐出貴賓のところまで、そして閉塞曲線Ｈ（Ｑ）γ上で
は吐出水頭零の点まで進むことができるということに注
意すべきであり、これは１７及び９２の各点から出発す
る矢印で示されている。

ざて装置設計者が第１図に示した例においてＸ及びｙの
各点の間で延びるある直；腺でなければならないような
ある１つの制御特性曲線Ｔ］Ｒ（Ｑ）を決定したならば
この直線はそれらの部分区画の選ばれた各末端点がこの
装置特性曲線の両側に存在するように、即ち、例えば回
転数ｎ７に対しては３７と５７との各点が、また回転数
ｎ５に対しては末端点３５と６５とが対応するというよ
うに上記の直線は各閉塞曲線Ｈ（（２）上の各特定部分
区画をよぎる。このようにすれば、このポンプの運転に
おいて、その運転状態を制御特性曲線ＨＲ（Ｑ）に近似
させることができ、その１４− 際、種々の回転数に対応する各閉塞曲線の夫々の部分区
画上を通ることになる。この場合に、その装置の特性曲
線がこのユニットの運転に対して上限あるいは下限とし
て、更にはまた図示されているように平均的な値として
選ばれるかどうかはあまシ重要ではない。つまり、この
ようなことは原則としてその装置設計者の裁量の範囲に
属するからである。

制御の具体例をよく理解できるように、第１図の特性域
の部分の拡大図である第２図に示した線図で考えること
にする。このポンプユニットは、例えば吐出ｔｑｘ及び
吐出水頭ＨＸＫ対して設計されている。部分負荷領域に
おいては、その運転動作点は制御特性曲線ＨＲｆＱｌ上
にのっていなければならず、これはここでは中間値とし
て選ばれている。更にまた、ここではその装置は加熱体
のところにサーモスタット弁を有する温水セントラルヒ
ーティングを対象としている。

量大出力について計算された運転動作点Ｘは閉塞曲線Ｈ
ｆＱ）γ上で２つの有縁性放物曲線Ｒ３とＲ４との間に
存在する。次いで込ぐつかのサーモスタット弁が閉じた
ならば、その圧力差又は吐出水頭ＩＩが上昇し、そして
運転動作点Ｘは網目の点４２の方向へ動く。

回転数ｎ７が、切換え点４７に達した時に減少できるか
どうかはある安定性条件によって決定される。

回転数をｎＩからｎｌ−１に低い方へ切り換えた時の吐
出量Ｑｉが、回転数ｎｌ−１から月に高い方へ切換えた
時の吐出量Ｑ４−＋よりも小さい時は、２つの回転数の
間でそのポンプユニットが揺れ動くことは不可能である
。

第２図は、この吐出量が４２の点において高い側への切
換え点として設けられている３６の点における吐出量と
等しいことを示している。

前に述べたＱｚ　＜Ｑｓ−ｔの条件を満たすために、次
に高い方の網目の交点５７を回転数の切換え点として選
ぶ。この場合には、Ｑｌ＜Ｑｔ−１であり、すなわちＱ
ｓｙ＜Ｑａｓであって制御の揺動は除かれている。同様
圧して、この網状線図の次の升目を考えることができる
。好都合な上限として回転数を低下させるための各点５
７−５６−６５−８４−８３、そして回転数を高い方へ
切換えるための点として５３−４４−３５−３６の各点
を選ぶことができる。

特性曲線ＨＲ（Ｑ＞上にのっている所望の値からの実際
の運転動作点の偏倚は、その網の升目が狭くなればなる
ほど小さく、即ちその切換え過程のため圧選ばれた諸点
がその想定上の制御特性曲線上に近づけば近づくほど小
さくなるということは理解できるであろう。いずれにし
ても多くの装置においては、あまり高い精度を必要とせ
ず、従って少ない回転数の諸点と有縁性放物曲線とで充
分である。これは例えば温水セントラルヒーティング装
置等の場合がそれにｉｌＪする。即ち、ここでは粗大な
近似で充分である。

つマリ、その同じ装置の中で比較的大きな流量と、及び
その加熱水のプリ・守す側の流れと戻シ水流との間の小
さな温度差とにより、あるいはまたその逆によって同じ
熱出力を実現すること１７− ができるからである。このような場合には、ぽンプによ
ってもたらされる圧力差が、その系の中での充分な水流
分布を保証し且つ如何なる運転状態においてもパルプ類
の中で流動ノイズをもたらすような値に達しないほどの
大きさであるということだけが重要である。

次に、その可能な各部分区間の限界値として個々の点を
どのよう圧して見出し且つ設定することができるかを説
明する。各特定の回転数月−＝ｃｏｎｓｔに対する各閉
塞曲線ＨｒＱ）はある特定の型のボン７’について通常
のように試験スタンドで作られる。この場合に吐出水頭
Ｈ及び吐出ｉｔＱのほかに、あとで回転数の切換えに利
用されるべきすべての電気的な量も測定される。これら
の測定量は例えばモータから取出される電流、モータの
コンデンサのところの電圧、あるいはその他の回転数と
共に変化する種々の値である。なお、このような目的に
対してはまた、例えばポンプにおける圧力差のような種
々の水力学的運転状態量も使用することができる。

１８− もし、そのような任章に予め与えることのできる有縁性
放物曲線を閉塞曲線の同じ線図に記入したならば、ある
１つの閉塞曲線とある有縁性放物曲線との間の各交差点
にＨ及びＱの値の他になお特定の電気的な種々のデータ
を従属させることができる。

それらの交差点は点によって囲まれた領域を与え、また
例えば第１図に示したような特定の整理番号が付けられ
る。これらの諸点に従属する電気的な諸データは、すべ
ての可能な制御プログラムについての基礎を構成し、そ
して記憶される。この場合に、各点にはその回転数の高
い方への切換えのための指令のみならず低い方への切換
えのための指令をも従属させることができる。

ついでながら、本発明を実際に実施する際に、本質的に
２つの可能性が存在するであろう。その１つの可能性に
おいては、製造業者がその閉塞曲線上に特定のいくつか
の部分区画を設定するのであるが、これはそのようなポ
ンプユニットをしばしば繰返して使用する場合に典型的
であって、また好都合でもある。即ち、暖房技術におい
て、成る部分区画のシリーズを設定し、その際、その選
んだ作動域において、流動騒音が全く生じ得ないように
し、しかもなお、その暖房系内に一様な水流分布を保証
するようにする。つまシ、とのポンプユニットに「負の
特性曲線」を与えるのでちり、これは例えば図示の制御
特性曲線ＨＲ（Ｑ３または区間ｘｙに相当する。

対応する部分区画を有する多数の使用可能な特性曲線Ｘ
’ｆの傾斜と向きとは、或１つの型のポンプについて種
々に予め与えることができ、従って各ポンプユニットは
原理的に種々異った特性を有する一ングの一連の構造系
列を与える。

もう１つの可能性は、それら部分区画の選択を暖房業者
自身に任せることである。この目的には、いづれにして
もその特性域内の個々の点を例えばキーボード等によっ
て選ぶことができ、その際、該当する部分区画の選ばれ
たどの末端点において回転数を減少させ、または上昇さ
せるべきかけ、上述の安定性条件の考慮のもとに決定す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はポンプの回転数ｎ１についての閉塞曲線を示し
、第２図はその主要部の拡大詳細図である。 ｎ　＊　ｎｌ　　ｌ　Ｒ２”’ｎｉ　：回転数、Ｈ：吐
出水頭、Ｑ：吐出量、Ｒ、Ｒ１＋　Ｒ２・・・ＲＩ：有
縁性放物曲線、Ｈ’ｃｊ　：閉塞曲線、ＨＲ（Ｑ）二制
御特性曲線。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦２１− 図面の浄書（内容に変更なし） 特許庁長官　　　若　杉　オ０　夫　　殿１．事件の表
示 特１頭昭５８−１２３１２１号 ２、発明の名称 回転数制御方式ポンプユニット ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 グルントフオスｅニー／ニス ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門１丁目２６番５サ　ηｓ１７森
ピル〒１０５　　　電話０３　（５０２）　３１８　］
　（大代表）氏名　（５８４７）　　弁理士　鈴　　江
　　武　　彦５、補ＩＥ命令の日付 昭和５８年１０月２５日 ６　補正の対象 図面 ７、補旧の内容　　別紙の通り 図面の庁舎（内容に変更なし） ５８９−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気モータとこれによって駆動される回転ポンプ
   とからなり、その回転数ｎがある特性域の範囲において
   このポンプユニットの選ばれた各種運転状態量に依存し
   て段階的にコントロール可能であり、その際この特性域
   の限界が一方においてその最大回転数及び最低回転数走
   対するそれぞれの閉塞曲線Ｈ（■によって、またもう一
   方にお−て吐出水頭Ｈと吐出量Ｑとの座標によって決定
   されるように回転数制御されたぽンプユニットにおいて
   、回転数月＝Ｑ　ｏ　ｎ　ｓ　ｔに対する各閉塞曲線Ｔ
   （（Ｑｌの上にそれぞれ１つの特定部分区画を確定する
   ことができ、そしてこの部分区画の各末端値を代表する
   電気的又は水力学的なこのユニットの運転状態量に到達
   した時に回転数の切換えが開始され、その際ある１つの
   部分区画の上で高い方の吐出水頭Ｈと低い方の吐出量Ｑ
   とを有するある１つの量が末端値に達した時にその回転
   数を低下させ、その部分区画の上で低い方の吐出水頭Ｈ
   と高い方の吐出量Ｑとを有する他の末端値に達した時に
   回転数を増大させるようにしたことを特徴とする回転数
   制御方式ポンプユニット。
2. （２）各部分区画を通してポンプユニットのその都度の
   使用目的に対して任意に予め選ばれた想定上の制御特性
   曲線ＨＲ（■が設定可能であり、そしてそれぞれの部分
   区画の各末端値を代表するこのユニットの水力学的又は
   電気的運転状態量に達した時に回転数切換えが開始され
   、その際その特性域内において制御特性曲線の上側の末
   端値に到達した時に回転数を低下させ、そ１〜で制御特
   性曲線の下側の末端値に到達し走時にこれを上昇させる
   ようになっていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の回転数制御方式ポンプユニット。
3. （３）部分区画のすべての可能な末端値が有縁性放物曲
   線Ｒ１の上に載っており、これらが各閉塞曲線ＨｆＱｌ
   のフィールドを上記各部分区画に小分割することを特徴
   とする特許請求の範囲第１または第２項に記載の回転数
   制御方式ポンプユニット。
4. （４）　　回転数の低下をもたらすような各閉塞曲線Ｈ
   （Ｑ）ｌ上のそれぞれの末端値がこの特性域において次
   に低い回転数に対する閉塞曲線Ｔ（（Ｑｌ　ｉ　＋　ｉ
   上の各末端値の左側にあり、それにより常にＱｌ　＜Ｑ
   ｔ−１の関係がなりたつようになっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１ないし第３項のいずれかに記載
   された回転数制御方式ポンプユニット。