JPS6299697A - 揚水装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 未発ＩＩは揚水装置に関し、特に複数台の揚水ポンプを
具え１例えば複数の空ｉＪＲ機からなる負荷設備に供給
する冷温水の圧力およびＲ，：ａ：が制御される空調装
置等として、ビル設備用に好適な揚水装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の揚水装置においては、使用される空調機
の台数がその時の状況によって異なるのが通例であり、
従って使用台数に応じて空調機に供給される水量を適切
に制御する必要がある。そこでいま例えば４台の冷温水
ポンプが具えられている場合を例にとり、ポンプの定格
流縫が２．０ｍ３／ｗｉｎ、揚程が５０ｍであるときに
、これらのポンプからの吐出流量が制御される場合につ
いて述べると、これらのポンプに固定速ポンプが使用さ
れていたために、その流量が第５図に示すように段階的
に制御されていた。

すなわち、本図に示されるように、ポンプ１台の運転ご
とにＷ　１．１が２．０ｍｊ／　ｓｉｎずつ増大される
ものであるが、このような揚水系においては、例えば高
階層にまでポンプアップする必要があり、流１１ニーと
の相関性もあるが、常に一定圧５ｋｇ／ｃ履２（揚程５
０■）に保たれるようにしてあり、そのために圧力制御
用の逃し水装置が一般に採用されてきた。

このような逃し水装置としては、第６図（Ａ）に示すよ
うに供給管系５から分岐させた逃し管３０に放出弁（圧
力制御弁）　３１を設けて、供給管系内の圧力が所定圧
（５ｋｇ／ｃ履２）に保たれるように制御されるか、も
しくはこのような放出弁３１に代わる機械的な構成とし
て、第６図の（Ｂ）で示すように各ポンプ２の吐出側に
制水弁３２を設けて、これらの制水弁３２により並列四
転時の瞬時圧力変動が防止されるようになし、更に制水
弁３２のｈｍ側から分岐させた戻し管３３に最小流量補
償用の放水弁３５を設けて最小限の水を逃すようにする
ことが考えられ、また一部の設備に行われてきた。

しかしながら、上述したような逃し水装置を設けた揚水
装置にあって、いま例えば負荷側の要求流量が１．８ｍ
３／＋ｓｉｎである場合を考えると、第５図から分るよ
うに固定速ポンプは１台の流量が２．０ｍ３／ｗｉｎで
あるから、その差の０．４ｍ’／＋ｓｉｎが丘述したよ
うな逃し水装置を介して水槽に戻されることになり、更
にまたポンプ２台で負荷要求流量が例えば２．４ｍ３／
ｗｉｎの場合は、１．６ｊ３／ｗｉＩｌもの木が水槽に
戻ごれてしまう、すなわち、このような逃し水の最大量
は、はぼポンプ１台分の揚水量に設定されており、従来
の揚水装置では、供給圧を一定に保たん力ζために設け
られた逃し水装置によってに述したように大きいエネル
ギー損失がそのまま放任されていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、このような問題点に着目し、その解決
を図るべく、逃し水装置を設けることなく供給水が所定
圧に保たれるように制御され、ポンプ駆動源としてのモ
ータに使用される電力の節減を図ることのできる揚水装
置を提供することにある。

［問題点を解決するためのＬ段］ かかるｌ）］的を達成するために１未発ＩＪＪは、回転
速度の変速が１１丁能な少なくとも１台の可変速ポンプ
を含む複数台の揚水ポンプと、複数台の揚水ポンプから
の吐出水を負荷設備に供給する供給管系と、供給管系に
おける吐出水の圧力を検知する手段と、′！′Ｉ該圧力
検知手段からの検知圧力に関連して＋ｉ（変速ポンプの
回転速度を変速させる制御手段とを具え、吐出水の供給
流量のいかんにかかわらずその吐出水の一部を供給管系
から外部に放出することなく吐出水の圧力を一定に保つ
ようにしたことを特徴とするものである。

［作　用］ このように構成した揚水装置においては、Ｉｊ丁変速ポ
ンプをベース運転（常時運転）しながら他の固定速ポン
プとの運転の組み合せ状態で可変速ポンプからの流！１
′Ｌを制御し、その供給系において吐出圧か一定に保た
れるようなして、常に負荷の要求流量に対応した吐出礒
をポンプ群から供給することができて、供給水の無駄な
逃し動作を抑制することができる。

［実施例］ 以丁に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明するがその説明に先立ち１本発明に可変速ポン
プを適用した発想経緯につｌ、％て述べることとする。

一般ニ、コノ種揚水ポンプにおける回転数をＮ、揚程を
Ｈ１流量をＱ、電力をＰとすると、これらの間には次式
が成立する。

Ｑ父Ｎ　　　　　　　　・・・（１） Ｈ父Ｎ２　　　　　　　　・・・（２）Ｐ父Ｎ３　　　
　　　　　・・・（３）式（１）から明らかなようにｆ
Ｉｉ、量Ｑを変化させるためには回転数Ｎを変化させれ
ばよく、また式（１）と（２）から導かれた式（３）で
電力Ｐは回転数の３ｉに比例することから、例えば、回
転数を定格の８５％にすれば、約６０％の電力の節約が
可億なことが分る。

本発明は揚水ポンプのうち、少なくとも１台を可変速ポ
ンプとするものであるが、このような可変速ポンプにお
いては第２図に示すような運賃特性を持っている。本例
では定格が２．０ｍ”　／ｗｉｎ　、吐出圧が５ｋｇ／
ｃ層ノの場合が示されているが、いま吐出圧を５ｋｇ／
ｃｍ７　に保つようにした場合は、回転数を仮に１００
％から８５％まで可変にした場合。

そのｋ　；、ｌ、を約２．０ｍ３　／ｌｌ１ｎから０．
４ｍ’　／ｓｉｎにまで変化させることが回走となる。

なお、本図では回転数を１００＄から８０％まで変化さ
せたときの特性曲線群が示されている。

そこでいま、１台を固定速ポンプ、他の１台を可変速ポ
ンプとして並列運転する場合を考え、かつ、この可変速
ポンプの方の回転数を後述するり変速モータにより速度
変化させた場合を考えると、第３図に示すような形態の
特性を持たせることが１１濠となり、この場合、吐出圧
を５ｋｇ／ｃｍ２　に保つとＲ，ｋを２−Ｑｍ３／ｇｉ
ｎから４．０ｍ３７ｓｉｎまでの間で連続的に変化させ
るように制御することのＭ　濠なことが分る。なお、本
例は説明を分り易くするために１白目の固定速ポンプの
流量特性曲線Ｆ１に２白目の可変速ポンプの流量特性曲
線群Ｆ２を重ねて表示したものである。

かくして、例えば４台のポンプのうち、１台が＋ｉ７変
速ポンプである場合には、ベース運転にこのｉｉ）変速
ポンプを使用し、そのあと１次々と残りの固定速ポンプ
を駆動させるように制御することによって、従来のよう
な段階的ｔ＆量の制御を滑らかな流１ｉ変化の制御に代
えることができ、と述した電力節減を実現することが町
衡となる。

第１図は本発明の一実施例を示す、本例は並列に配置ぎ
れている複数の空調機ｌに対して４台の冷却水供給ポン
プが設けられる場合の例である。

ここで２は固定速ポンプ、３は可変速ポンプであり、固
定速ポンプ２には先に述べた定格のものが使用され、こ
の場合３７ＫＷの定速モータ２Ａによって駆動される。

また、可変速ポンプ３の駆動モータ３Ａには例えば三相
誘導電動機などの入力周波数により変速ＯＴ億なモータ
を使用し、本例の場合、定格の８５％まで回転数を変化
させることのできるものとする。

更にまた駆動モータ３Ａは後述する可変速部４によって
連続的にその回転数が変化させられるもので、この可変
速部４においては供給管系５の圧力（吐出圧）を検知し
て電気信号に変換する圧力変換器６からの信号６Ａと圧
力設定０吟６Ｂとを比較器２４に人力させるようになし
、その比較出力６Ｃを無飽和式増幅器３４にて増幅した
Ｌ、周波数変換器４４に供給することによって、モータ
３＾の回転数と変化させることができる。そこで、Ｌ記
供給管、ｖ−５の圧力が所定圧より下がると可変速部４
ではモータ３Ａの回転数を高めるように、また所定圧よ
りヒがるとモータ３Ａの回転数を低めるように制御が行
われる。

かくして、各ポンプ２および３の組合せにより冷水槽７
から吸引された供給水は供給管系５に介装された流！蔦
１計８によってそのＵ％ｊが検知されながら複数の空調
機１に導かれるが、本例においては更に空調ａ１のうち
の１台ＩＡに最小流ら℃補償制御系９が設けられており
、この制御系９の制御弁ＩＯは流４に計８からの最小流
騎計測信号によりサーモからの信号Ｓに優先して、開弁
状態にされ放流されるように構成しである。ここで、符
号１５は上記動作に関！トする比較器である。

符号ＩＩは戻し管系であり、戻し管系１１には返水圧力
５Ｊｆｔ１弁１２が設けられていて、各空調機ｌからの
戻し水が徐々に冷水槽７に戻されるように制御する６符
号１３は個々の空調ａ１の入口に設けられている各室の
サーモによって制御される制御弁、また符号１４はｆｌ
ｉ、縫糸８からのｆｉ量検知信号に基づいて要求流量を
満すために駆動するポンプ２の台数を′ｌ′４断し、そ
の発停を制御する台数制御回路であり、例えばロｆ変速
ボ／プ３のみが駆動している状態において、流φ系８か
らの検知信号により流Ｈ，＋が２．ＯｍＪ／ｓｉｎを超
えると、可変速ポンプ３に加えて固定速ポンプ２のうち
の１台を駆動すべくそのモータ２Ａに電力を供給して供
給水の＃ａ量をなし、また、この固定速ポンプ２の駆動
状態において流；＾が２．０ｍ”　／ｗｉｎ以下となれ
ば上記モータ２Ａを停止ｌニして可変速ポンプ３のみに
よる供給がなされる。

なお本願人は、このような可変速ポンプを上述したＩＩ
ｒ変速ｒ没により制御し、吐出圧を一定に保った状態に
おいて流Ｉｌｌ等がどのように変化するかの実験を行い
、第４図のような結果を得た。

更にこの場合、第６図（Ａ）で示したような放出ブｔを
付設し、本発明による制御中に放出弁の作動・により逃
し水が発生するか否かの確認をも並行して実施した。

本図から明らかなように周波数の変化Ａ、すなわちポン
プの回転速度に対応して、ポンプからのＲ，：ｉ　Ｄが
正確に追従し、電流の変化Ｃもまたこれらに対応して変
化するが、放出弁はＥに示すように作動せず閉成された
ままの状態に保たれ、逃し水、すなわち放水の量を零に
保つことが確認できた。

史にまた、実際に上記のような実験の継続結果から、従
来は３７に−の固定速ポンプの複数台運転で１ケ月間の
電力消費量が２７，５２０ＫＷ−ｈであったのに対して
、ｉ′ｊｆ変速ポンプを使用した本発明の場合、電力消
費量は１ケ月間で約１７，３７０に−・ｈとなり、１０
，１５０ＫＷ−ｈの電力量、すなわち約３７％の節約と
なることが明らかになった。

［発１！ＩＩの効果１ 以り説明してきたように、本発明によれば、複数の揚水
ポンプのうち少なくとも１台を可変速ポンプとなして、
この可変速ポンプの駆動源の回転速度を負荷設備の供給
管系の圧力に関連して制御し、ｊ−記圧力が一定に保た
れるよう流量を制御するようにしたので、従来のように
圧力を一定に保つためにに給水の一部を無駄に放出させ
る手段（逃し水装置）を１没ける必要がなくなり、この
ような放水によって無駄に電力エネルギーが失われるの
を抑制することが可能となった。

また、上記の圧力制御系に飽和現象が全くない無飽和増
幅器を用いて自動制御系構成したことにより、ポンプの
並列運転移行時の応答速度を速めることができ、更にま
た。負荷設備のうちの１台を選定し、その人［Ｊに設け
られるサーモ制御弁を流；ＩＶ系からの信号に基づき、
サーモ信号に優先して開弁”Ｔ　歳とする最小温州制御
系を設けたことにより、全体的な゛屯気設＠へ１を大幅
に削減することができ、特にビル設備に対して有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明揚水装置の構成の・例を示す模式図。 第２図はそのｉ＋（変速ポンプの流−１特性曲線図、 第３図は本発明に適用する固定速ポンプと可変速ポンプ
とを組み合せて運転したときのＲ，７，の特性の一例を
示す特性曲線図、 第４図は本発明に関して行った実験結果を示す図、 第５図は従来の揚水装置の場合にその固定速ポンプ４Ｔ
から得られる流量特性の特性曲線図、第６図（ＡＪ、（
Ｂ）はその揚水装置に圧力制御のために設けられる逃し
水装置の説ＩＪ図である。 １、ＩＡ・・・空調機、 ２・・・固定速ポンプ、 ２Ａ、３Ａ・・・モータ、 ３・・・可変速ポンプ、 ４・・・可変速部、 ５・・・供給管系、 ６・・・圧力変換器、 ６＾、６Ｂ、６Ｇ・・・信号、 ７・・・冷水槽、 ８・・・流量系、 ９・・・最小流量補償制御系、 １０・・・制御弁、 １１・・・戻し管系、 １２・・・圧力調箇弁、 １３・・・制御弁。 １４・・・台数制御回路、 １５．２４・・・比較器、 ３０・・・逃し管。 ３１・・・放出弁、 ３２・・・制水弁、 ３３・・・戻し管、 ３４・・・無飽和増幅器、 ３５・・・放水弁。 ４４・・・周波数変換器。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転速度の変速が可能な少なくとも１台の可変速ポ
   ンプを含む複数台の揚水ポンプと、該複数台の揚水ポン
   プからの吐出水を負荷設備に供給する供給管系と、該供
   給管系における吐出水の圧力を検知する手段と、当該圧
   力検知手段からの検知圧力に関連して前記可変速ポンプ
   の回転速度を変速させる制御手段とを具え、前記吐出水
   の供給流量のいかんにかかわらずその吐出水の一部を前
   記供給管系から外部に放出することなく前記吐出水の圧
   力を一定に保つようにしたことを特徴とする揚水装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の揚水装置において、
   前記制御手段は無飽和増幅器を有する自動制御系で構成
   し、無飽和の自動制御がなされるようにしたことを特徴
   とする揚水装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の揚水装
   置において、前記制御手段は周波数変換器を有し、該周
   波数変換器からの周波数変換信号により前記可変速ポン
   プの駆動源の回転数を変化させるようにしたことを特徴
   とする揚水装置。