KR101602475B1 - 인버터 부스터 펌프 최적제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용공간으로 유체를 공급하기 위한 공급배관에 연결되어 유체를 토출시키기 위한 압력을 제공하고 다수개가 병렬로 연결되어 사용되는 인버터 부스터 펌프의 자동제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 상기 공급배관의 압력을 설정하는 압력설정단계, 컨트롤러에 의해 상기 펌프의 구동대수를 추가 또는 감소시키기 위한 추가점 및 감소점이 계산되는 사전분석단계, 상기 인버터 부스터 펌프가 구동되는 펌프구동단계, 상기 설정된 압력과 현재의 공급배관 압력을 비교하는 압력비교단계, 비교된 압력에 따라 펌프의 운전주파수를 증감시키거나 또는 구동되는 펌프의 대수를 증감시키는 펌프조절단계를 포함하여 구성되고, 상기 사전분석단계에서 상기 추가점 및 감소점은 펌프의 체절압력 및 설정압력으로부터 도출한다. 이와 같은 본 발명에서는 서로 병렬로 연결된 다수개의 펌프가 체절압력 및 설정압력을 기초로 산출된 펌프 대수별 소모동력비 데이터에 근거하여 전력소모가 최소가 되는 펌프의 구동대수 및 주파수로 제어되므로, 인버터 부스터 펌프의 에너지 효율이 향상되는 장점이 있다.

Description

인버터 부스터 펌프 최적제어방법{The optimal control method of inverter booster pump}

본 발명은 인버터 부스터 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 펌프가 병렬연결된 펌프시스템을 전력소모가 최소가 되도록 제어하는 방법에 관한 것이다.

부스터 펌프 시스템이란 2개의 이상의 유도 전동기를 연결하여 만든 펌프시스템을 의미하는 것으로, 이러한 부스터 펌프 시스템은 아파트 단지나 빌딩, 주택건물 등에 광범위하게 사용되고 있다 .

상기 부스터 펌프 시스템은 필요한 수압을 계산하여 부스터 펌프 시스템에 연결된 컨트롤러에 입력하면, 상기 컨트롤러는 PID제어 등을 통하여 현재의 압력을 설정압력과 대응될 수 있도록 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 전동기를 제어하기 위해서 인버터가 사용되고, 상기 인버터는 전압/주파수(V/F) 제어방식으로, 3상 주파수를 변화시켜 출력을 변화시키게 된다.

그러나, 상기한 종래기술에 의한 부스터 펌프 시스템의 제어방법은 펌프를 구동함에 있어, 요구되는 용량을 펌핑할 수 있는 펌프들 중 최고 효율의 펌프를 구동하는 것이 아니라, 어느 하나의 펌프를 최대 펌핑량으로 구동하고, 초과하는 용량에 대해 나머지 펌프 또는 보조소형펌프를 구동하는 방법으로 제어하게 된다. 이에 따라, 종래기술에 의한 부스터 펌프 시스템의 경우 에너지효율이 좋지 않은 문제점이 있다.

특히, 다수펌프 운전시 펌프대수로 유량을 분산하여 운전할 때 에너지 소모가 최소가 되는데, 이렇게 다수의 펌프로 유량을 분산하여 운전하더라도 명확한 기준없이 제어하게 된다면 오히려 소모동력이 커질 우려가 있다.

따라서 이를 해결하기 위해 구동되는 펌프의 대수별로 전력소모가 최소인 운전 구간을 도출하여 제어할 필요성이 있다.

(특허문헌 1) KR10-0300305 B1

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부스터 펌프 시스템을 구성하는 다수 펌프의 운전시 전력소모가 최소가 되도록 펌프시스템을 제어하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 사용공간으로 유체를 공급하기 위한 공급배관에 연결되어 유체를 토출시키기 위한 압력을 제공하고 다수개가 병렬로 연결되어 사용되는 인버터 부스터 펌프의 자동제어방법에 있어서, 상기 공급배관의 압력을 설정하는 압력설정단계, 컨트롤러에 의해 상기 펌프의 구동대수를 추가 또는 감소시키기 위한 추가점 및 감소점이 계산되는 사전분석단계, 상기 인버터 부스터 펌프가 구동되는 펌프구동단계, 상기 설정된 압력과 현재의 공급배관 압력을 비교하는 압력비교단계, 비교된 압력에 따라 펌프의 운전주파수를 증감시키거나 또는 구동되는 펌프의 대수를 증감시키는 펌프조절단계를 포함하여 구성되고, 상기 사전분석단계에서 상기 추가점 및 감소점은 펌프의 체절압력 및 설정압력으로부터 도출한다.

상기 펌프조절단계는 상기 압력비교단계의 결과에 따라, (i) 현재압력이 설정압력 보다 크면 펌프의 운전주파수를 감소시키고, 펌프의 현재 운전주파수와 상기 감소점을 비교하여(제1주파수비교단계), 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 감소점이 크거나 같으면 상기 펌프의 운전 대수를 감소시키고, (ii) 현재압력이 설정압력 보다 작으면 펌프의 운전주파수를 증가시키고, 펌프의 현재 운전주파수와 상기 감소점을 비교하여(제2주파수비교단계), 펌프의 현재 운전주파수가 상기 추가점 보다 크거나 같으면 상기 펌프의 운전대수를 증가시킨다.

(i) 현재압력이 설정압력 보다 크고, 상기 제1주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 감소점이 작으면 다시 압력비교단계로 돌아가고, (ii) 현재압력이 설정압력 보다 작고, 상기 제2주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 추가점이 크면 다시 압력비교단계로 돌아간다.

상기 펌프구동단계 내지 상기 펌프조절단계는 반복수행된다.

상기 사전분석단계는 상기 펌프의 체절압력, 설정압력 및 펌프의 최대 운전대수를 설정하는 제1단계와, 최초 비교펌프 대수(n)를 설정하는 제2단계와, n대펌프의 운전주파수를 설정하는 제3단계와, n+1대 펌프 운전시 주파수를 계산하는 제4단계와, 상기 n대의 펌프 및 n+1대의 펌프의 동력비를 계산하는 제5단계와, (i) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 크거나 같으면 n대의 펌프의 운전 주파수를 일정비 감소시킨 후에 상기 제4단계로 돌아가고, (ii) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 작으면 해당 주파수를 펌프의 추가점 및 감소점으로 저장하는 제6단계를 포함하여 구성된다.

상기 제6단계에 이어, 상기 비교펌프의 대수를 한대 증가(n+1)시킨 후에 상기 제3단계로 돌아가 반복수행하여 한대 증가된 비교펌프의 추가점 및 감소점을 도출한다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프 최적제어방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 서로 병렬로 연결된 다수개의 펌프가 체절압력 및 설정압력을 기초로 산출된 펌프 대수별 소모동력비 데이터에 근거하여 전력소모가 최소가 되는 펌프의 구동대수 및 주파수로 제어되므로, 인버터 부스터 펌프의 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.

즉, 본 발명에서는 펌프의 특성에 따라 동력비를 사전에 분석하여, 다수대의 인버터 부스터 펌프를 운용함에 있어 유량별로 모든 상태에서 최적의 운전 펌프수를 설정할 수 있으며, 이는 펌프를 물리적으로 최대운전시키는 것을 방지하여 펌프의 수명을 증가시킬 수는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 특정 종류의 펌프 또는 특정 대수의 펌프시스템에 한정되는 것이 아니라, 다양한 종류 및 대수의 펌프 시스템에 적용될 수 있어, 범용성이 높은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프시스템의 바람직한 실시예의 구조를 개략적으로 보인 구조도.
도 2는 종래의 인버터 부스터 펌프 시스템에 의한 다수대 펌프의 운용예를 보인 유량-전력 그래프
도 3은 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프 최적제어방법에 따라 다수대의 펌프 운용을 위한 소모동력비, 주파수비 및 유량비 등을 산출한 테이블.
도 4는 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프 최적제어방법에 따라 다수대의 펌프 운용시 유량-전력의 관계를 보인 그래프.
도 5는 본 발명 실시예에 의해 다수대의 펌프를 유량별로 최적의 펌프 대수 운용을 실시할 경우 유량-전력의 관계를 보인 그래프
도 6은 본 발명 실시예에 의한 인버터 부스터 펌프 최적제어방법의 바람직한 실시예의 구성을 보인 순서도.
도 7은 본 발명에 실시예를 구성하는 사전분석단계를 다시 세분하여 나타낸 순서도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프 최적제어방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 인버터 부스터 펌프시스템의 바람직한 실시예의 구조를 개략적으로 보인 구조도가 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 발명 실시예에 의한 인버터 부스터 펌프시스템에는 유체를 보관하는 저수조(T1)가 구비되고, 상기 저수조(T1)에 채워진 유체는 아래에서 설명될 펌프유닛(70)에 의하여 유입배관(10)으로 유입되고, 유입배관(10)의 유체는 공급배관(20)을 통해 각 공간으로 배분된다.

이때, 상기 유입배관(10)으로부터 전달된 유체는 압력탱크(T2)에 잠시 보관될 수 있다. 상기 압력탱크(T2)는 상기 유체를 잠시 보관함으로써, 공급배관(20)을 통해 외부로 빠져나가는 유체의 압력이 급격하게 변화되는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 상기 공급배관(20)에는 압력센서(30)가 구비된다. 상기 압력센서(30)는 상기 공급배관(20)을 통해 외부로 토출되는 유체의 압력을 측정하기 위한 것으로, 이를 위해 상기 압력센서(30)는 공급배관(20)의 배출구 쪽에 설치됨이 바람직하다.

상기 펌프유닛(70)에는 제어유닛(40)이 연결된다. 상기 제어유닛(40)은 상기 펌프에 공급되는 주파수를 변환하여 펌프의 회전수를 조절하거나, 또는 작동되는 펌프의 개수를 조절하여 결과적으로 출력되는 유체의 압력을 가변시키 위한 것으로, 본 실시예에서는 인버터모듈(60)과 컨트롤러(50)를 포함하여 구성된다.

상기 인버터모듈(60)은 상기 부스터 펌프에 연결되어 각각의 펌프의 구동주파수를 조절하게 되는데, 도 1에는 총 3개의 인버터(61,63,65)가 각각 별개의 펌프에 연결된다. 상기 인버터모듈(60)은 컨트롤러(50)의 명령신호에 따라 부스터 펌프의 구동주파수를 증가시키거나 감소시켜 결과적으로 펌프유닛(70)의 출력을 조절하게 된다.

상기 컨트롤러(50)는 상기 인버터모듈(60)에 적절한 제어신호를 전달하여 펌프유닛(70)을 제어하는 것으로 압력센서(30)로부터 전달되는 측정압력과 설정압력을 비교하여 적절한 제어신호를 보내게 된다. 그리고, 상기 컨트롤러(50)는 아래에서 설명할 피아이디(PID) 제어와 같이 인버터 부스터 펌프 시스템을 구동하기 위한 전반적인 연산로직을 생성 또는 사용자로부터 입력받아 이를 통해 시스템을 제어하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 컨트롤러(50)에 의한 제어는 다음과 같은 과정을 거쳐 이루어지게 된다.

기본적으로, 다수개의 펌프가 운전되면서 유량을 분산하는 것이 보다 적은 수의 펌프가 운용되는 것에 비하여 에너지 소모가 줄어드는 것은 알려져 있으며, 따라서 다수개의 펌프 사이에 유량 분배를 어떻게 하는 것이 가장 효율적인지가 중요하다. 즉, 전력소모가 최소인 펌프 운전구간을 적절하게 설정하는 것이 중요한데, 이는 본 발명에서 아래와 같이 상사법칙과 베르누이원리에 기초한 방법으로 이루어진다.

먼저 상사법칙은 서로 기하학적으로 상사인 펌프라면 회전차 부근의 유선방향 즉, 속도 삼각형도 상사가 되어 펌프의 성능과 회전수 사이에 아래 같은 관계가 성립된다.

즉, Q,H,P의 대응점 Q',H',P'는 속도비의 1승, 2승, 3승에 정비례하여 변하게 된다.

여기서 Q는 유량(m³/min), H는 양정(m), L은 소요동력(kW), N는 펌프 회전수(rpm)를 각각 의미한다.

(1) 펌프의 동일 분배

아래 표1에서 보듯이, 펌프 2대 운전시 제어방법에 따른 동력을 비교하면, 펌프에 고르게 유량을 분산한 경우에 동력이 적음을 알 수 있다.

제어방법	유량	동력
펌프 1대 100% + 펌프 1대 50 % 운전	150%	100%^3+50%^3 = 112.5%
펌프 1대 75% + 펌프 1대 75 % 운전	150%	75%^3 +75%^3 = 84.375%

즉, 총 150%의 유량을 발생시키고자 하는 경우에, 2대의 펌프를 각각 75%로 동일하게 분배하여 운전하는 것이 상대적으로 소요동력면에서 효율적임을 알 수 있다.

그리고, 이는 아래와 같은 방식으로 증명될 수 있다.

상사의 법칙에 근거하여 2대의 펌프 일때, 같은 유량에서 최소 동력소모시 회전비를 구하면,

X 펌프1의 회전비, Y 펌프 2의 회전비, Q 펌프 운전시 유량합, L 펌프 동력합계일 때

X+Y=Q (유량은 회전비에 비례하므로)

X³+Y³=L (동력은 회전비의 3제곱에 비례하므로)

의 수식을 세울수 있고,

이를 Y=Q-X 를 대입하여 풀면 아래와 같다.

가 되어 X = Q/2 , Y = Q/2에서 펌프 동력이 최소가 됨을 알 수 있다.

이렇듯 다수의 펌프를 이용하여 유량을 얻을때 유량을 동일하게 분산하는것이 에너지 소모를 최소화 하는 방법이다.

이하에서는 각 펌프의 회전수 조절과 펌프의 구동대수를 제어하는 방식에 대해 설명하기로 한다.

(2) 펌프의 운전주파수 및 운전대수의 제어
도 2에 도시된 바와 같이, 펌프의 펌핑유량이 펌프의 소비전력에 선형적으로 비례하지 않으므로, 유량을 분산하더라도 각각의 펌프의 운전주파수 및 운전대수 제어방식에 따라 소모동력이 달라지며, 유량의 분산이 오히려 소모동력을 더 크게 만들 수도 있다.

예를 들어, 종래에는 n대의 펌프를 최대전력(100%)으로 가동한 뒤에 n+1대의 펌프를 가동하였으며, 그 결과 도 2에 도시된 바와 같이, 낭비되는 전력이 발생하였다.

삭제

이에 본원발명에서는 아래와 같은 방법으로 같은 유량에서 소모전력을 최소화한다.

먼저 상기 공급배관의 압력을 설정하는 압력설정단계(S100)가 선행된다. 압력설정단계는 펌프유닛(70)이 설치되는 장소와 용도에 맞추어 임의로 설정될 수 있는 것으로, 물의 사용량이나 건물의 높이 등에 따라 달라지게 된다. 즉, 여기서의 설정압력은 양정을 의미할 수 있다.

이어서, 상기 컨트롤러(50)에 의해 상기 펌프유닛(70)의 구동대수를 추가 또는 감소시키기 위한 추가점 및 감소점이 계산되는 사전분석단계가 이어진다(S200). 상기 사전분석단계는 펌프의 운전주파수 및 운전대수(구동대수)를 조절하기 위하여, 상기 설정압력 및 각 펌프의 체절압력에 기초하여 이를 사전에 계산하는 단계이다. 상기 사전분석단계는 아래에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.

상기 사전분석단계에서 펌프유닛(70)의 구동대수를 추가 또는 감소하기 위한 추가점/감소점은 주파수로 도출되며, 추가점/감소점이 도출되면 펌프를 구동시키는 펌프구동단계가 이어진다. 상기 펌프구동단계에서는 상기 인버터 부스터 펌프가 구동을 시작하는 펌프운전단계가 시작되고(S300), 상기 설정된 압력과 현재의 공급배관 압력을 비교하는 압력비교단계로 이어진다.

그리고, 이렇게 비교된 압력에 따라 펌프의 운전주파수를 증감시키거나 또는 구동되는 펌프의 대수를 증감시키는 펌프조절단계가 시작된다(S400). 상기 펌프조절단계는 앞서 사전분석단계에서 도출된 추가점/감소점을 이용하여 펌프의 구동이 제어된다.

구체적으로는, 도 6에서 보듯이,

상기 펌프조절단계는 상기 압력비교단계의 결과에 따라 다음과 같이 이루어진다.

(i) 현재압력이 설정압력 보다 큰 경우

현재압력이 설정압력 보다 클 경우에는 압력을 줄여야 하므로, 컨트롤러(50)는 펌프의 운전주파수를 감소시키게 된다.

이어서, 펌프의 현재 운전주파수와 상기 감소점을 비교하고(제1주파수비교단계), 그 결과 펌프의 현재 운전주파수 보다 앞서 도출된 펌프의 감소점(구동대수를 줄이기 위한 기준점)이 크거나 같으면 상기 펌프의 운전 대수를 감소시키게 된다.

이때, 상기 제1주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 감소점이 작으면 다시 압력비교단계로 돌아가 반복하게 된다.

(ii) 현재압력이 설정압력 보다 작은 경우

현재압력이 설정압력 보다 작을 경우에는 압력을 증가시켜여야 하므로, 컨트롤러(50)는 펌프의 운전주파수를 증가시키게 된다.

이어서, 펌프의 현재 운전주파수와 상기 추가점을 비교하고(제2주파수비교단계), 그 결과 펌프의 현재 운전주파수가 보다 앞서 도출된 펌프의 추가점(구동대수를 추가하기 위한 기준점)이 작거나 같으면 상기 펌프의 운전대수를 증가시키게 된다.

이때, 상기 제2주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 추가점이 크면 다시 압력비교단계로 돌아가 반복하게 된다.

그리고 이러한 펌프구동단계 내지 펌프조절단계는 반복수행되어 펌프가 연속적으로 제어된다.

한편, 앞서 설명한 사전분석단계에 대해 다시 상세하게 설명하면, 사전분석단계는 다시 아래와 같은 단계로 구성된다.

먼저 펌프의 체절압력, 설정압력 및 펌프의 최대 운전대수를 설정하는 제1단계가 선행된다.(S201) 여기서 체절압력이란, 펌프의 토출측에 게이트 밸브를 완전 폐쇄하고 펌프가 작동하여 압력이 최대인 점에서 운전할 때 이를 체절운전이라 하며, 이때 펌프토출측에 압력계 지침이 더이상 올라가질 않을 때의 압력을 의미한다. 이하 본 실시예에서는 체절압력이 펌프의 최대압력과 같은 의미로 사용된다.

그리고, 최초 비교펌프 대수(n)를 설정하는 제2단계가 이어진다(S202). 상기 최초 비교펌프 대수(n)는 1대이거나 또는 2대 이상일 수 있으며, 최초에 구동을 시키고자 하는 펌프 대수를 의미한다.

이어서 최초 비교펌프 대수인 n대펌프의 운전주파수를 설정하는 제3단계가 실행된다(S203). 상기 운전주파수는 초기 설정 운전주파수로서 임의로 설정될 수 있다.

그리고, n+1대 펌프 운전시 주파수를 계산하는 제4단계(S204) 및 상기 n대의 펌프 및 n+1대의 펌프의 동력비를 계산하는 제5단계가 이어진다(S205). 여기서 n+1대의 운전시 주파수는 아래와 같이 계산된다.

먼저 베르누이 정리를 보면 펌프 구동시 에너지가 어떻게 활용되는지를 알수 있다.

전압력 = 동압력(유량) + 정압력(설정압력) + 위치에너지

인버터 부스터 펌프 운전시 압력의 측정위치는 펌프토출지점에 가까우므로 위치에너지는 0에 가깝다. 이를 0으로 산정하면,

전압력 = 동압력(유량) + 정압력(설정압력)

이며, 인버터 부스터 펌프는 설정압력을 두어 물 사용시 일정한 압력으로 유지하게 되는데 이는 물사용자의 수에 상관없이 동일한 상태로 급수를 할 수 있도록 하는 목적이다.

즉, 베루누이 정리의 전압력, 정압력, 동압력을 부스터 펌프에서 보면,

펌프 회전에 따른 발생압력은 전압력이고, 이 전압력은 유량에 관계된 동압력과 설정 압력 유지에 사용되는 정압력의 합으로 분산된다.

베르누이 정리를 기초로 하여, 다수 펌프 구동시 유량에 따른 동력 특성을 구하면 아래와 같다.

① 체절압력(Pm)과 설정압력(Ps)을 가지고 설정압력비(Psr)를 구한다.

설정압력비(Psr)=설정압력(Ps)/체절압력(Pm)

② 체절압력비(Pmr)를 구한다.

체절압력비(Pmr)=주파수비(Fr)²

③ 압력비(Pr)를 구한다.

압력비(Pr)=체절압력비(Pmr)-설정압력비(Psr)

(이때, 계산 값이 “-” 값일 경우는 설정 압력보다 낮은 압력이다.)

④ 유량비(Qr)를 구한다.

베르누이 정리에 따라 유량비(Qr)의 제곱은 동압력에 비례하고, 상기 ①~③의 식을 정리하면,

⑤ n대의 총 유량비와 n+1대의 총 유량비가 같은 값을 찾기 위해 다음과 같이 가정할 수 있다.

상기 식을 전개하여 n대의 주파수비 Fr_(n+1)을 구한다.

즉, 사전분석단계에서 n대의 비교펌프의 주파수비 Fr_(n+1)은

와 같이 구해진다.

상기 공식을 활용하여 동일유량 펌프대수별 주파수 환산 공식을 이용한 펌프 추가점 및 감소점을 확인할 수 있다.

예를 들어, 설정압력 4Bar 체절압력 9Bar인 경우 도 3의 테이블과 같이 운전 구간이 설정된다. 이를 통해 다수대의 펌프 운용은 아래와 같이 정리될 수 있다.

1. 최소운전 주파수비: 67%

2. 1펌프 운전구간 : 67% ~ 94%

2펌프 운전구간 : 75% ~ 88%

3펌프 운전구간 : 77% ~ 100 %

참고로, 이와 달리 단순히 유량 분산만 하여 압력이 설정압력을 넘어선 상태에서 정해진 출력이하가 되면 펌프 운전대수를 줄이는 기존의 방식으로 운전하게 되면, 보조펌프 정지 출력을 67% 로 하였을 때,

1펌프 운전구간 : 67% ~ 100%

2펌프 운전구간 : 67% ~ 100%

3펌프 운전구간 : 67% ~ 100%

가 된다.

상기한 도 3의 테이블을 그래프로 정리한 모습이 도 4에 도시되어 있으며, 이를 구간별로 연속적으로 표현한 모습이 도 5에 도시되어 있다. 즉, 본원발명에서는 낭비되는 전력없이 최적의 펌프운용 대수를 설정할 수 있는 것이다.

물론, 설정압력 4Bar 체절압력 9Bar인 경우 뿐만 아니라, 사용환경 및 펌프종류에 따라 설정압력 및 체절압력은 달라질 수 있으며, 이 경우에도 상기한 방식이 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 이와 같이 5단계를 통해 n대의 펌프 및 n+1대의 펌프의 동력비가 계산되면, n대의 펌프의 동력과 n+1대의 펌프의 동력을 비교하는 6단계가 이어진다(S206).

여기서,

(i) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 크거나 같으면 n대의 펌프의 운전 주파수를 일정비 감소시킨 후에 상기 제4단계로 돌아가고(S220),

(ii) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 작으면 해당 주파수를 펌프의 추가점 및 감소점으로 저장하게 된다(S207).

본 실시예에서 상기 운전 주파수를 일정비 감소시키는 양은 1%로 설정된다.

그리고, 상기 제6단계에 이어, 상기 비교펌프의 대수를 한대 증가(n+1)시킨 후(S208)에 상기 제3단계로 돌아가 반복수행함으로써(S210), 한 대 증가된 비교펌프의 추가점 및 감소점을 도출할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 특정 종류 펌프의 특성에 따라 이를 사전에 분석하여, 다수대의 인버터 부스터 펌프를 운용함에 있어 유량별로 모든 상태에서 최적의 운전 펌프수를 설정할 수 있으며, 이는 펌프를 물리적으로 최대운전시키는 것을 방지하여 펌프의 수명을 증가시킬 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 유입배관 20: 공급배관
30: 압력센서 40: 제어유닛
50: 컨트롤러

Claims (6)

1. 사용공간으로 유체를 공급하기 위한 공급배관에 연결되어 유체를 토출시키기 위한 압력을 제공하고 다수개가 병렬로 연결되어 사용되는 인버터 부스터 펌프의 자동제어방법에 있어서,
   상기 공급배관의 압력을 설정하는 압력설정단계,
   컨트롤러에 의해 상기 펌프의 구동대수를 추가 또는 감소시키기 위한 추가점 및 감소점이 최초 n대의 비교펌프 주파수비(Fr_(n+1))로부터 계산되는 사전분석단계,
   상기 인버터 부스터 펌프가 구동되는 펌프구동단계,
   상기 설정된 압력과 현재의 공급배관 압력을 비교하는 압력비교단계,
   비교된 압력에 따라 펌프의 운전주파수를 증감시키거나 또는 구동되는 펌프의 대수를 증감시키는 펌프조절단계를 포함하여 구성되고,
   상기 사전분석단계에서 상기 추가점 및 감소점은 펌프의 체절압력 및 설정압력으로부터 도출되며,
   n대의 비교펌프의 주파수비 Fr_(n+1)은
   

   

   
   이고, 여기서 n은 펌프의 대수, Ps는 설정압력, Pm은 체절압력을 각각 나타냄을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프조절단계는 상기 압력비교단계의 결과에 따라,
   (i) 현재압력이 설정압력 보다 크면
   펌프의 운전주파수를 감소시키고,
   펌프의 현재 운전주파수와 상기 감소점을 비교하여(제1주파수비교단계),
   펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 감소점이 크거나 같으면 상기 펌프의 운전 대수를 감소시키고,
   (ii) 현재압력이 설정압력 보다 작으면
   펌프의 운전주파수를 증가시키고,
   펌프의 현재 운전주파수와 상기 추가점을 비교하여(제2주파수비교단계),
   펌프의 현재 운전주파수가 상기 추가점 보다 크거나 같으면 상기 펌프의 운전대수를 증가키시킴을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 펌프조절단계에서,
   (i) 현재압력이 설정압력 보다 크고, 상기 제1주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 감소점이 작으면 다시 압력비교단계로 돌아가고,
   (ii) 현재압력이 설정압력 보다 작고, 상기 제2주파수비교단계에서 펌프의 현재 운전주파수 보다 상기 추가점이 크면 다시 압력비교단계로 돌아감을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프구동단계 내지 상기 펌프조절단계는 반복수행됨을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전분석단계는
   상기 펌프의 체절압력, 설정압력 및 펌프의 최대 운전대수를 설정하는 제1단계와,
   최초 비교펌프 대수(n)를 설정하는 제2단계와,
   n대펌프의 운전주파수를 설정하는 제3단계와,
   n+1대 펌프 운전시 주파수를 계산하는 제4단계와
   상기 n대의 펌프 및 n+1대의 펌프의 동력비를 계산하는 제5단계와,
   (i) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 크거나 같으면 n대의 펌프의 운전 주파수를 일정비 감소시킨 후에 상기 제4단계로 돌아가고,
   (ii) 상기 n대의 펌프의 동력이 n+1대의 펌프의 동력보다 작으면 해당 주파수를 펌프의 추가점 및 감소점으로 저장하는 제6단계를 포함하여 구성되는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제6단계에 이어, 상기 비교펌프의 대수를 한대 증가(n+1)시킨 후에 상기 제3단계로 돌아가 반복수행하여 한대 증가된 비교펌프의 추가점 및 감소점을 도출함을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 최적제어방법.
   

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