WO1999045276A1 - Unite de machine hydraulique a commande de vitesse variable - Google Patents

Description

明 細 書 可変速制御流体機械ュニッ ト 技術分野

本発明は、 可変速制御流体機械ユニッ トに係り、 特に流量一定制御な どに代表される流量制御を行うことができる可変速流体機械ュニッ ト、 及びポンプの吐出圧一定制御もしく は推定末端圧一定制御のよ うに圧力 制御を行う ことができる流体機械ュニッ 卜に関する。 背景技術

ポンプを可変速運転し、 流量制御を行う技術は公知である。 例えば、 暖房用の温水循環ポンプなどでは、 時々刻々 と必要流量が変化するため. 例えば暖めるべき部屋の室温を検知してポンプの回転数を制御するよう な方法が知られている。

また、 循環ポンプの流量を配管側の圧力損失変動 （経年変化） に拘わ らず一定に保つよ うな制御方法も知られている。 例えば、 電磁流量計か らの信号を検知 · 処理し、 周波数変換器の出力周波数を調整することで、 モータポンプの流量を一定に保つ方法である。 そしてこれらの技術は熱 源機とポンプと制御盤などを共通ベース上に配置した熱源ュニッ トに多 く用いられている。

これらの熱源ユエッ トで最近求められているニーズと して下記の 2点 がある。

① ビルの高層化などに伴い、 より高揚程 （高圧力） の装置であるこ と。 ② 省スペースの観点から、 より小型な装置であること。

しかしながら、 高揚程を得るためには、 一般に多段ポンプが使用され るが、 高揚程になればなるほど、 羽根車段数が増加してポンプが大きく なってしまい、 結果と して装置が大きく なつてしま う という問題点があ つた。

一方、 給水設備では配管末端における使用者側において所要の圧力、 流量を得たい要請があり、 使用流量は変動するが所要の圧力を保持する 必要がある。 そして使用水量の変動に対しては変速モータによ り駆動し たターボポンプの回転速度を変化させることによって対応していた。 こ のよ うな場合には吐出し圧力一定或いは推定末端圧力一定等の圧力制御 を行ってレヽる。

ポンプを可変速運転し、 給水量に拘わらず、 吐出し圧力一定もしくは 配管末端圧力を一定に保つ技術は、 例えば、 特公平 6— 1 2 1 1 6号等 の特許公報にて広く知られている。 そして、 これらの技術は、 ポンプと 圧力タンク と制御盤などを共通ベース上に配置した給水装置に多く用い られている。

これらの給水装置で最近求められているニーズと して、 上記熱源ュニ ッ トと同様に、 下記の 2点がある。

① ビルの高層化などに伴い、 よ り高揚程 （高圧力） の装置であるこ と。

② 省スペースの観点から、 より小型な装置であること。

しかしながら、 高揚程を得るためには、 一般に多段ポンプが使用され るが、 高揚程になればなるほど、 羽根車段数が増加してポンプが大きく なってしまい、 装置が大きくなつてしまう という問題点があった。 発明の開示

本発明は、 上記従来技術の問題点に鑑み、 装置を大きくすることなく . 高揚程範囲まで流量制御 （特に流量一定制御） を行える流体機械ュニッ トを提供することを第 1 の目的とする。

また本発明は、 上記従来技術の問題点に鑑み、 装置を大きくすること なく、 高揚程の圧力制御を行える流体機械ュ-ッ トを提供することを第 2の目的とする。

上記の第 1 の目的を達成するため、 本発明の第 1の態様は、 同一回転 数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に余裕を生じる 軸動力特性を持ったポンプに代表される流体機械と、 流体機械を駆動す る駆動機と、 駆動機の回転数を制御する制御装置又は制御機構とを備え た流体機械ユニッ トにおいて、 軸動力に余裕がある領域では、 流体機械 を增速回転させることを前提にして、 流量一定制御などに代表される流 量制御を行う ことを特徴とするものである。

本発明の 1態様は、 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大 流量側で軸動力に余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ポンプを 駆動する電動機と、 電動機の回転数を制御する周波数変換器とを備えた ポンプユニッ トにおいて、 軸動力に余裕がある領域では、 ポンプを増速 回転させることを前提にして、 流量一定制御などに代表される流量制御 を行うことを特徴とするものである。

本発明の他の態様は、 同一回転数の下では、 流量が増加するに従って 軸動力が増加する流体機械と、 流体機械を駆動する電動機と、 電動機の 回転数を制御する周波数変換器と、 周波数変換器に設けられた周波数及 び電流値の検出手段と、 周波数変換器に記憶された周波数と電流値の関 係を規定するプログラムとを備えた流体機械ュニッ トにおいて、 実際に 運転した場合の周波数及び電流値と、 上記プログラムを比較し、 流体機 械の運転点を上記プログラムに近づけるように周波数変換器の発生周波 数が変化するよ うにして、 流体機械の運転圧力が変化しても流量が略同 一となるよ うにし、 かつ各流量設定値に対して、 その流量を維持するた めにより高い圧力が必要な場合には、 あらかじめ規定した定格電流値を 超えない範囲において定格周波数よ り も高い周波数で電動機を駆動する よ うにしたことを特徴とするものである。

上述の第 2の目的を達成するため、 本発明の第 2の態様は、 同一回転 数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に余裕を生じる 軸動力特性を持ったポンプに代表される流体機械と、 流体機械を駆動す る駆動機と、 駆動機の回転数を制御する制御装置又は制御機構を備えた 流体機械ユニッ トにおいて、 軸動力に余裕がある領域では、 流体機械を 増速回転させることを前提にして、 吐出圧一定制御又は推定末端圧一定 制御などに代表される圧力制御を行う ものである。

また本発明の 1態様は、 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又 は大流量側で軸動力に余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ボン プを駆動する電動機と、 電動機の回転数を制御する周波数変換器を備え たポンプユニッ トにおいて、 軸動力に余裕がある領域では、 ポンプを増 速回転させることを前提にして、 吐出圧一定制御又は推定末端圧一定制 御などに代表される圧力制御を行う ものである。 図面の簡単な説明

図 1 Aおよび図 1 Bは、 本発明に係る可変速制御流体機械ュニッ トの 第 1の態様の基本概念を説明する説明図である。

図 2は本発明を実施するために好適なポンプュニッ トを示す断面図で ある。

図 3 Aは流体機械の 1例である渦巻ポンプの流量 （Q ) と揚程 （H ) との関係を示す図であり、 流量計等を用いずに定流量制御を行う場合の 説明図である。 図 3 Bは図 3 Aの I ( b ) 部を拡大して示す図である。 図 4は本発明における周波数変換器の回路図である。

図 5 Aおよび図 5 Bは、 本発明に係る可変速制御流体機械ュニッ トの 第 2の態様の基本概念を説明する説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明に係る可変速制御流体機械ュニッ トの第 1の実施の形態 を図面を参照して説明する。

図 1 Aおよび図 1 Bは本発明の基本概念を従来技術と対比して説明す る説明図である。 本実施形態においては、 流量一定 （定流量） 制御を例 に説明する。 図 1 Aは従来の流量一定制御を示す図であり、 図 1 Bは本 発明の流量一定制御を示す図である。 図 1 Aおよび図 1 Bにおいて、 横 軸は流量 （1 /min) を示し、 縦軸はポンプ吐出圧力 （全揚程） （m ) を示 す。

図 1 Aに示す従来の流量一定制御は、 例えば、 2極の誘導電動機を使 用した 5 O Hz定格のモータポンプと、 インバータ （周波数変換器） から 構成され、 ポンプを定格周波数以下の減速側で運転することによって行 われている。 図 1 Aにおいて、 曲線 Aはポンプを定格周波数 （ 5 0 Hz) で運転した場合のポンプ特性を示し、 曲線 Bはポンプを定格周波数 （ 5 0 Hz) で運転した場合の軸動力を示す。

即ち、 図 1 Aにおいて、 例えば 6 ◦ 1/mi nの定流量制御を行う場合、 例 えば電磁流量計によって実際の運転流量を検知し、 運転流量が 6 0 1/mi nより大きい場合には曲線 A および A ₂ に示すよ うに、 5 0 Hzより も、 よ り低い周波数にして回転数を低下させる。 また、 運転流量が 6 0 1/mi nより小さい場合には、 回転数を増加させるが、 定格周波数である 5 O H zより も高い周波数では運転しないよ うに構成されていた。 従って、 配管 圧力損失が極めて過大になった場合には、 運転流量が減少してしま う これに対して本発明では、 小流量時には軸動力に余裕がある分、 増速 運転することを前提に流量一定制御を行う。 本件出願人は、 既に特開平 7 - 1 6 7 0 8 5号において、 小流量側でポンプを増速回転させること を提案している。 簡単にその内容を説明すると、 電動機の電流を検知し て、 その値が定格を超えない範囲でモータポンプを周波数変換器を用い て増速運転させる技術である。

本発明の 1態様は、 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大 流量側で軸動力に余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ポンプを 駆動する電動機と、 電動機の回転数を制御する周波数変換器とを備えた ポンプュニッ トにおいて、 軸動力に余裕がある領域ではポンプを増速回 転させることを前提にして、 流量一定制御などに代表される流量制御を 行う ものである。

図 1 Bにおいて、 曲線 Cはポンプを周波数 ： 5 0 Hzで運転した場合の ポンプ特性を示し、 曲線 Dはポンプを周波数 ： 5 0 Hzで運転した場合の 軸動力を示す。 また曲線 Eはポンプを周波数 ： 5 0 Hzよ り高い周波数で 運転し、 増速運転した場合のポンプ特性を示し、 曲線 Fはポンプを周波 数 ： 5 0 Hzよ り高い周波数で運転し、 増速運転した場合の軸動力を示す。 本発明においては、 図 1 Bに示すよ うに、 インバータにより周波数を 上げて、 小水量側でポンプを増速運転し、 曲線 Cから曲線 Eに近づけて いく。 この結果、 図 1 Bに示すように、 例えば周波数 （ 5 0 Hz) でのポ ンプ特性よ り も高い圧力領域まで定流量性を維持できる。 即ち、 本発明 によれば、 高揚程にするために羽根車段数を増加させる必要がなく、 し たがって装置を大きくすることなく、 高揚程型の定流量制御を行う こと が可能となる。 また、 経年変化 （配管内にスケールが付着するなど） に よって配管圧力損失が増加した場合でも、 従来型に比べて、 定流量性を 高揚程域まで維持できる。

本発明の他の態様は、 同一回転数の下では、 流量が増加するに従って 軸動力が増加する流体機械と、 流体機械を駆動する電動機と、 電動機の 回転数を制御する周波数変換器と、 周波数変換器に設けられた周波数及 び電流値の検出手段と、 周波数変換器に記憶された周波数と電流値の関 係を規定するプログラムとを備えた流体機械ュニッ トにおいて、 実際に 運転した場合の周波数及び電流値と、 上記プログラムを比較し、 流体機 械の運転点を上記プログラムに近づけるよ うに周波数変換器の発生周波 数が変化するようにして、 流体機械の運転圧力が変化しても流量が略同 一となるよ うにし、 かつ各流量設定値に対して、 その流量を維持するた めにより高い圧力が必要な場合には、 あらかじめ規定した定格電流値を 超えない範囲において定格周波数よ り も高い周波数で電動機を駆動する ようにしたものである。

出願人は、 特願平 9一 1 2 3 5 6 0号において、 電磁流量計や圧力セ ンサを使用せずに、 定流量性を付与したモータポンプについて出願済で ある。 特願平 9一 1 2 3 5 6 0号に提案の発明と本発明を組み合わせる ことで、 より好適な制御を行う ことができる。 即ち、 特別な流量計 ' セ ンサを使用せずに、 より高揚程で、 より小型で、 かつ高い定流量性を維 持できる。

図 3 Aは流体機械の 1例である渦巻ポンプの流量 （Q ) と揚程 （H ) との関係を示す図であり、 流量計等を用いずに定流量制御を行う場合の 説明図である。 図 3 Bは図 3 Aの I ( b ) 部を拡大して示す図である。 図 3 Aにおいて、 横軸は流量比、 縦軸は揚程比を示す。 本発明の渦巻ポ ンプを駆動するモータはインバータを具備している。 そして、 所要の流 量を選択する複数のッマミ （選択手段） を具備している。 この場合、 所 要の流量を予めいくつか定めておき、 所要の流量について、 インバータ の周波数とモータの電流値との関係を試験によって求めておく。 この周 波数と電流値との関係は、 関数の形でもよいし、 テーブルの形でもよレ、。 そして、 この周波数と電流値との関係を予めプログラムしておき、 周波 数変換器又はその他の手段にメモリーしておく。 以下の説明においては、 関数の形でプログラムが規定されている場合を説明する。

図 3 Aおよび図 3 Bにおいては、 インバータの周波数 （Hz) と電流値 (A (アンペア） ） は、 A = K、 X [Hz] K 2と規定されている。 そして、 本例においては試験結果に基づいて得られた係数 Ki, K₂の値は、 流量 比 0. 7においては K! O . 0 0 1であり、 流量比 1 . 0においては K i = 0. 0 0 1 4 と し、 いずれの流量比においても K ₂= 2 と して説明す る。 すなわち、

ッマミ A A= 0. 0 0 1 ΧΗζ²···…流量比 0. 7

ッマミ Β Α= 0. 0 0 1 4 ΧΗζ²……流量比 1. 0

の 2通り メモリ一されている場合を例に挙げて説明する。

今、 仮に、 ッマミ Βを選択したものと して説明する。

このとき配管の抵抗曲線は図 3 Αの②であったとする。

ポンプを起動すると、 あらかじめ記憶しておいた周波数 1 ◦ 0 Hz ( 6 0 0 0 r p m) にて運転される。 運転点は、 抵抗曲線②との交点ひ 1 ( 1 0 0Hz- 1 5 A) となる。 この運転点は、 あらかじめ記憶した A = 0. 0 0 1 4 Hz ² (A= 0. 0 0 1 4 X 1 0 0²= 1 4 A) に比較して、 電 流値が高い。 即ち、 周波数 1 0 OHzにとつては、 電流値が過大であるこ とを意味している。

そこで、 ィンバータは周波数と電流値を A = 0. 0 0 1 4 Hz²に合わせ るべく減速運転する。 即ち、 周波数を下げて運転する。

次に、 ポンプが減速した結果、 9 0Hzで運転されたとする。 運転点は 抵抗曲線②との交点 i3 1 ( 9 0 Hz- 1 0 A) となる。 この運転点は、 あ らかじめ記憶した A= 0. 0 0 1 4 Hz ² ( A = 0. 0 0 1 4 X 9 0²= 1 1.

3 4 A) に比較して、 電流値が低い。 即ち、 周波数 9 0 Hzにとつては、 電流値が過小であることを意味している。

そこで、 ィンバータは周波数と電流値を A = 0. 0 0 1 4 Hz²に合わせ るべく増速運転する。 即ち、 周波数を上げて運転する。

上記の結果、 ポンプは A= 0. 0 0 1 4 X 9 5²= 1 2. 5 A ( 9 5 Hz— 1 2. 5 A) の点 γ 1で運転される。

即ち、 選択したッマミ Βの流量によって運転される訳である。 この手 法を用いると、 配管抵抗の大きさや変動とは無関係に、 一定の流量で運 転され、 且つ、 必要最小限の消費電力で運転されるため、 循環用ポンプ にとつて最適である。

尚、 図 3 Αおよび図 3 Bに真の要項と記載した点 δは、 例えば温水循 環用に用いた場合に、 最も好適な熱量を供給する運転点のことである。 この点は、 あらかじめ計算した運転熱量と若干ずれる場合がある。 これ は、 計算上、 余裕を見たりするためである。

この問題を解決するため、 ィンバ一タの流量選択ツマミの選択できる 種類を増やす （図 3 Α, 3 Βのように Α、 Βの 2種類でなく例えば 8種 類程度） こともできる。 以上は、 一定回転数 （一定周波数 （Hz ) ) の下で流量が増加する程、 軸動力 （消費電力及び電流値） が増加する うず巻ポンプの事例である。 図 3 Aおよび図 3 Bに示すように、 本発明によれば、 電磁流量計や圧 力計 （又は圧力センサー） 等を用いることなく 、 ポンプ単体にて流量を 一定に保つことができるため、 ユーザは特別の附帯設備を必要とせず、 また、 バルブの調整等の手間も不要となる。

ところで、 上記のように一定回転数 （一定周波数） の下で流量が増加 するほど軸動力が増加するポンプでは、 小流量側で電動機の負荷に余裕 が生まれる。 即ち、 図 3 Aにおいて、 定格周波数 1 0 0 Hzの運転におい ては、 流量比 0 . 7で 1 0 A、 流量比 1 . 0で 1 4 Aの電流値を示す。 例 えば、 電動機の定格電流値が 1 6 Aとすると、 各々の流量で電動機の負 荷に余裕があることになる。 そこで、 流量比 0 . 7では周波数を 1 1 2 H まで、 流量比 1 . 0では周波数を 1 0 6 Hzまで増速回転する。 この方法 を用いることで、 前述の制御より も高揚程域まで定流量性を維持できる 次に本発明における周波数変換器の実施例について、 図 4を参照して 説明する。 図 4においては、 ポンプ等の流体機械は Mで示され、 周波数 変換器は Fで示されている。 三相交流を入力と して用いる場合、 周波数 変換器 Fは、 交流を直流にする整流回路 9 1 と整流された電圧を平滑化 する平滑コンデンサ 9 2からなるコンバータ部分と、 直流から交流に変 换するィンバータ部 9 3 とからなる。 直流部分であるコンバータには、 補助電源部 9 4 と、 コンバータ部の直流電圧を検出する電圧検出部 9 5 が接続されている。 周波数変換器 Fは、 更に発生周波数と電流値の関係 を予め記憶した制御部 9 6を備え、 制御部 9 6から P W M信号を出力し、 ィンバータ部 9 3を ドライブする。

三相ィンバータ 9 3の出力部には電流検出センサ 9 8が設けてあり、 検出された電流は検出部 9 7によ り信号に変換されて制御部 9 6に入力 される。 三相ィンバータ 9 3の出力側にはモータ 1 0 6が接続されてい る。 なお、 符号 9 9は温度センサである。

制御部 9 6 には、 予め発生周波数と電流値を特定する関数をメモリ一 した R O Mと、 電流検出部 9 7からの信号と R O Mの設定内容とを比較 して、 演算処理を行い所定の P WM信号を出力させる C P Uと、 制御 I Cが設けられている。

次に、 本発明の流量制御に好適なポンプュニッ トについて図 2を参照 して説明する。 図 2は周波数変換器 （イ ンバータ） 付全周流型モータポ ンプを示す断面図である。

本実施形態の全周流型モータポンプは、 ポンプケーシング 1 と、 この ポンプケ一シング 1 内に収容されたキャン ドモータ 6 と、 このキャン ド モータ 6の主軸 7の端部に固定された羽根車 8 とを備えている。 ポンプ ケーシング 1 はポンプケーシング外筒 2 と、 このポンプケーシング外筒 2の両端にケーシングフランジ 6 1 , 6 2によってそれぞれ接続された 吸込ケーシング 3 と、 吐出ケーシング 4 とからなっている。 ケーシング フランジ 6 1， 6 2は外筒 2に吸込ケーシング 3及び吐出ケ一シング 4 を固定するためのルーズ型のリ ング状ケーシングフランジを構成してい る。 ポンプケーシング外筒 2、 吸込ケーシング 3および吐出ケーシング 4はステンレススチール等からなる板金によって形成されている。

外筒 2の外側面には、 ブラケッ ト 4 5が取付けられている。 そして、 ブラケッ ト 4 5には周波数変換器組立体 5 0が取付けられている。 周波 数変換器組立体 5 0は、 ブラケッ ト 4 5に取付けられるベース 4 6 と、 ベース 4 6に取付けられるカバー 4 7 と、 ベース 4 6及びカバー 4 7に よって囲まれる空間内に配置された周波数変換器 （イ ンバータ） 4 8 と から構成されている。 周波数変換器 4 8はベース 4 6に固定された動力 系回路 4 9 とカバー 4 7に固定された制御回路 5 1 とから構成され、 動 力系回路 4 9 と制御回路 5 1 とは信号線 8 1 によって接続されている。 動力系回路 4 9には電源ケーブル 5 2が接続されている。

前記ブラケッ ト 4 5およびベース 4 6には、 キャンドモータ 6 と周波 数変換器 4 8をリー ド線 8 2によって電気的に接続するための穴 4 5 a および 4 6 aが形成されている。 ブラケッ ト 4 5、 ベース 4 6及びカバ 一 4 7は、 それぞれアルミ合金からなる熱良導体にて構成されている。 一方、 キャンドモータ 6は、 固定子 1 3 と、 この固定子 1 3の外周部 に設けられたモータフレーム外胴 1 4 と、 モータフ レーム外胴 1 4の両 開放端に溶接固定されるモータフレーム側板 1 5， 1 6 と、 固定子 1 3 の内周部に嵌着され上記モータフレーム側板 1 5 , 1 6に溶接固定され るキャン 1 7 とを備えている。 また固定子 1 3内に回転可能に収容され ている回転子 1 8は主軸 7に焼き嵌め固定されている。 モータフレーム 外胴 1 4 と外筒 2 との間には環状空間 （流路） 4 0が形成されている。 また、 キャンドモータ 6 のモータフレーム側板 1 6には、 流体を半径 方向外方から内方に導く ガイ ド部材 1 1が保持されている。 そして、 ガ ィ ド部材 1 1 には羽根車 8を収容する内ケーシング 1 2が固定されてい る。 また、 ガイ ド部材 1 1 の外周部には、 シール部材 8 5が介装されて いる。

ガイ ド部材 1 1の内端にはライナリ ング 7 6が設けられ、 このライナ リ ング 7 6は羽根車 8の前面部 （吸込マウス側） と摺動するようになつ ている。 内ケーシング 1 2は概略ドーム形状を有し、 キャンドモータ 6 の主軸 7の軸端を覆いかくす形状になっている。 この内ケーシング 1 2 は羽根車 8から吐出された流体を案内するガイ ドベーン又はボリユート からなる案内装置 1 2 a を有している。 また、 内ケーシング 1 2は先端 部に空気抜き穴 1 2 bを有している。

モータフレーム外胴 1 4にはターミナルケース 2 0が溶接によって固 定されており、 このターミナルケース 2 0を介してモ一タフレーム外胴 1 4内のコイルからリー ド線 8 2を外部に引出し、 ブラケッ ト 4 5の穴 4 5 a 、 ベース 4 6のリード線取出穴 4 6 a を介してベース 4 6及び力 バ一 4 7内の周波数変換器 （インバータ） 4 8に接続している。 前記外 筒 2には穴 2 aが形成されており、 この穴 2 a にターミナルケース 2 0 が挿入されている。

次に羽根車 8側の軸受周辺部について説明する。

軸受ブラケッ ト 2 1 には、 ラジアル軸受 2 2 と、 固定側スラス ト軸受 2 3が設けられている。 ラジアル軸受 2 2の端面は、 固定側スラス ト摺 動部材と しての機能も付与されている。 ラジアル軸受 2 2 と固定側スラ ス ト軸受 2 3を挟んで両側には、 回転側スラス ト摺動部材である回転側 スラス ト軸受 2 4 と回転側スラス ト軸受 2 5が設けられている。 回転側 スラス ト軸受 2 4は、 スラス トディスク 2 6に固定され、 このスラス ト ディスク 2 6はキーを介して主軸 7に固定されている。 回転側スラス ト 軸受 2 5は、 スラス トディスク 2 7 に固定され、 このスラス トディ スク

2 7はキーを介して主軸 7に固定されている。

前記軸受ブラケッ ト 2 1はモータフレーム側板 1 6に設けられたィン ローに弾性材からなる Oリ ング 2 9を介して挿入されている。 なお、 図 中 3 1はラジアル軸受 2 2 と摺動部を形成するスリーブである。

次に反羽根車 8側の軸受周辺部について説明する。

軸受ブラケッ ト 3 2には、 ラジアル軸受 3 3が設けられている。 図中

3 4はラジアル軸受 3 3 と摺動部を形成するス リ一ブであり、 ス リーブ 3 4は座金 3 5に当接し、 この座金 3 5は主軸 7の端部に設けられたネ ジおよびダブルナツ ト 3 6によって固定されている。 軸受ブラケッ ト 3 2は、 モータフ レーム側板 1 5に設けられたイ ンローに弾性材からなる Oリ ング 3 7を介して挿入されている。

また、 モ一タフ レーム外胴 1 4にはステー 4 3が溶接されており 、 こ のステー 4 3 と外筒 2 とは溶接によ り固定されている。 キャンドモータ 6の回転数は、 周波数変換器 4 8によって商用電源の周波数より高い周 波数に変換することによ り 4 0 0 0 r p m以上に設定されている。

吐出ケーシング 4には吐出ノズル 7 0が溶接によって固定されている: 吐出ノズル 7 0は、 外径及び肉厚が大きい環状部材からなつている。 吐 出ノズル 7 0はケーシング本体と同材質のステンレススチール等からな り、 その前端面が相手側フランジ （図示せず） とのシール面 7 0 s にな つている。 一方、 吐出ノズル 7 0に固定される吐出フランジ 7 1は、 ケ 一シング本体とは異なった材料、 例えば、 铸鉄 （F C ) 等からなり、 吐 出ノズル 7 0に螺合されている。 吐出フランジ 7 1は、 上部が一部面取 り されている。 また吐出フランジ 7 1 には据付用の脚 7 1 Lがー体に形 成されている。

また吐出ノ ズル 7 0には、 圧力取出用パイプ 7 2の先端部が螺合され ている。 圧力取出用パイプ 7 2は、 吐出フランジ 7 1の最大外径部を避 けた面取り位置に取り付けられている。 圧力取出用パイプ 7 2には圧力 センサ 5 5が設置されており、 圧力センサ 5 5からの信号は信号入力ケ 一ブル 5 6および信号線 5 7を介して制御回路 5 1 に入力されている。 また、 ケーシング本体を構成する吸込ケーシング 3にも同様に吸込ノ ズル 7 4が固定され、 吸込ノズル 7 4に吸込フランジ 7 5が固定されて いる。 吸込フランジ 7 5には脚 7 5 Lがー体に形成されている。 吐出フ ランジ 7 1及び吸込フランジ 7 5の外径はケーシングフランジ 6 1， 6 2の内径よ り も大きく なつている。

図 2に示す全周流型ポンプの作用を簡単に説明すると、 吸込ケ一シン グ 3に接続された吸込ノズル 7 4 よ り吸い込まれた流体は、 吸込ケーシ ング 3を通って外筒 2 とキャンドモータ 6のモータフレーム外胴 1 4 と の間に形成された環状流路 4 0に流入し、 この流路 4 0を通ってガイ ド 部材 1 1 に案内されて羽根車 8内に導かれる。 羽根車 8から吐出された 流体は、 案内装置 1 2 a を経て吐出ケーシング 4に接続された吐出ノズ ル 7 0より吐出される。

以上説明したように、 本発明によれば、 装置を大きくすることなく、 高揚程範囲まで流量制御、 特に流量一定制御を行うことができる。 した がって、 本発明は暖房用の温水循環ポンプなどに好適なものとなる。 次に、 本発明に係る可変速制御流体機械ュニッ トの第 2の実施の形態 を図面を参照して説明する。

図 5 Aおよび図 5 Bは本発明の基本概念を従来技術と対比して説明す る説明図である。 本実施形態においては、 吐出圧一定制御を例に説明す る。 図 5 Aは従来の吐出圧一定制御を示す図であり、 図 5 Bは本発明の 吐出圧一定制御を示す図である。 図 5 Aおよび図 5 Bにおいて、 横軸は 流量 （1/min) を示し、 縦軸はポンプ吐出圧力 （kgf/cm² ) を示す。

図 5 Aに示す従来の吐出圧一定制御は、 例えば、 2極の誘導電動機を 使用した 5 0 Hz定格のモータポンプと、 インバータ （周波数変換器） か ら構成され、 ポンプを定格周波数以下の減速側で運転することによって 行われている。 図 5 Aにおいて、 曲線 Aはポンプを定格周波数 （ 5 0 H z) で運転した場合のポンプ特性を示し、 曲線 Bはポンプを定格周波数 ( 5 0 Hz) で運転した場合の軸動力を示す。 即ち、 ポンプを定格周波数 （ 5 0 Hz) で運転した場合の締切圧力から、 ある値を引いた値、 例えば、 図 5 Aでは、 締切圧力 5 kgf/cm² 力 ら l kg f/cm² 引いて、 4 kgf/cm² の圧力にて吐出圧一定制御を行う。 そして、

4 kgf/cm² の吐出圧一定制御の下では、 小水量側での運転になる程、 曲 線 および A ₂ に示すよ うに、 5 0 Hzより も、 よ り低い周波数で運転 され減速運転される訳である。 従って、 圧力の最大設定値は、 少なく と も定格周波数 （ 5 0 Hz) における締切圧力より も低い値にせざるを得な かった。

これに対して本発明では、 小水量側では軸動力に余裕がある分、 増速 運転することを前提に吐出圧一定制御を行う。

本件出願人は、 既に特開平 7— 1 6 7 0 8 5号において、 小水量側で ポンプを増速回転させることを提案している。 簡単にその内容を説明す ると、 電動機の電流値を検知して、 その値が定格を超えない範囲でモー タポンプを周波数変換器を用いて増速運転させる技術である。

本発明は、 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で 軸動力に余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ポンプを駆動する 電動機と、 電動機の回転数を制御するイ ンバータ （周波数変換器） を備 えたポンプユニッ トであり、 軸動力に余裕がある領域では、 ポンプを増 速回転させることを前提にして、 吐出圧一定制御又は推定末端圧一定制 御などに代表される圧力制御を行う ものである。 特に、 小水量側でボン プを増速運転させることを前提にして、 吐出圧一定制御や推定末端圧一 定制御を行う ものである。 図 5 Bにおいて、 曲線 Cはポンプを周波数 ：

5 0 Hzで運転した場合のポンプ特性を示し、 曲線 Dはポンプを周波数 ： 5 0 Hzで運転した場合の軸動力を示す。 また曲線 Eはポンプを周波数 ：

5 0 Hzより高い周波数で運転し、 增速運転した場合のポンプ特性を示し、 曲線 Fはポンプを周波数 ： 5 O Hzよ り高い周波数で運転し、 増速運転し た場合の軸動力を示す。

本発明においては、 図 5 Bに示すよ うに、 インバータにより周波数を 上げて、 小水量側でポンプを增速運転し、 曲線 Cから曲線 Eに近づけて いく。 これによ り、 周波数 ： 5 0 Hzでの締切圧力よ り も、 高い圧力で吐 出圧一定制御などを行う ことが可能となる。 図 5 Bに示す例においては、 図 5 Aに示す従来技術に示す例 （ 4 kgf/_Cm² ) よ り高圧の吐出圧力設定値 ( 5 . 5 kgf/cm² ) が可能となる。 即ち、 本発明によれば、 装置を大きく することなく 、 高揚程の圧力制御が可能となる。

また、 図 5 Bに示す例において、 吐出圧 4 kgf/cm ² の吐出圧一定制御 を行った場合には、 従来型よ り も大水量まで一定圧力を維持できる。 即 ち、 本発明によれば、 従来技術では 1 クラス容量の大きなポンプを使用 しなければ実現できない要項を満足することができる。

図 2に示したポンプュニッ トは、 図 5 Bに示す本発明の圧力制御に好 適なポンプュニッ トである。

以上説明したよ うに、 本発明によれば、 装置を大きくすることなく高 揚程の圧力制御を行うことができる。 したがって、 本発明は給水装置に 好適なものとなる。 産業上の利用の可能性

本発明は流量一定制御などに代表される流量制御、 又は吐出圧一定制 御もしくは推定末端圧一定制御のよ うに圧力制御を行う ことができる流 体機械ュニッ トである。 本発明は暖房用の温水循環ポンプや給水設備用 のポンプに好適に利用される。

Claims

請求の範囲

1 . 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に 余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプに代表される流体機械と、 流体 機械を駆動する駆動機と、 駆動機の回転数を制御する制御装置又は制御 機構とを備えた流体機械ュニッ トにおいて、

軸動力に余裕がある領域では、 流体機械を増速回転させることを前提 にして、 流量一定制御などに代表される流量制御を行う ことを特徴とす る可変速制御流体機械ュニッ ト。

2 . 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に 余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ポンプを駆動する電動機と . 電動機の回転数を制御する周波数変換器とを備えたポンプュニッ トにお いて、

軸動力に余裕がある領域では、 ポンプを增速回転させることを前提に して、 流量一定制御などに代表される流量制御を行う ことを特徴とする 可変速制御ポンプュニッ ト。

3 . 同一回転数の下では、 流量が増加するに従って軸動力が増加する流 体機械と、 流体機械を駆動する電動機と、 電動機の回転数を制御する周 波数変換器と、 周波数変換器に設けられた周波数及び電流値の検出手段 と、 周波数変換器に記憶された周波数と電流値の関係を規定するプログ ラムとを備えた流体機械ュニッ トにおいて、

実際に運転した場合の周波数及び電流値と、 上記プログラムを比較し、 流体機械の運転点を上記プログラムに近づけるよ うに周波数変換器の発 生周波数が変化するようにして、 流体機械の運転圧力が変化しても流量 が略同一となるよ うにし、 かつ各流量設定値に対して、 その流量を維持 するためによ り高い圧力が必要な場合には、 あらかじめ規定した定格電 流値を超えない範囲において定格周波数より も高い周波数で電動機を駆 動するよ うにしたことを特徴とする可変速制御流体機械ュニッ ト。

4 . 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に 余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプに代表される流体機械と、 流体 機械を駆動する駆動機と、 駆動機の回転数を制御する制御装置又は制御 機構を備えた流体機械ュニッ トにおいて、

軸動力に余裕がある領域では、 流体機械を増速回転させることを前提 にして、 吐出圧一定制御又は推定末端圧一定制御などに代表される圧力 制御を行う可変速制御流体機械ュニッ ト。

5 . 同一回転数で運転した場合には、 小流量側又は大流量側で軸動力に 余裕を生じる軸動力特性を持ったポンプと、 ポンプを駆動する電動機と . 電動機の回転数を制御する周波数変換器を備えたポンプュニッ トにおい て、

軸動力に余裕がある領域では、 ポンプを増速回転させることを前提に して、 吐出圧一定制御又は推定末端圧一定制御などに代表される圧力制 御を行う可変速制御ポンプュニッ ト。