(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽と熱負荷機器とを接続する冷温水循環路中に並列接続されたＮ台の冷温水ポンプと、
このうちの１台のポンプに切り換え自在に接続されるインバータと、
ポンプ吐出側に設置された圧力計と、
冷温水循環路中に設置された流量計と、
これら両計器の検出値と予め設定されているインバータ周波数とポンプの吐出流量の関係を用いて必要かつ最適な冷温水の循環水量を得るためのポンプの運転台数とインバータ周波数を算出して各ポンプを制御するポンプコントローラと、
を備えた冷温水ポンプの台数制御装置において、
熱負荷機器側を全閉にした無負荷状態で、各ポンプに順にインバータを接続し、無負荷状態での最低必要吐出圧を得るためインバータ周波数をそれぞれ求めてその中の最大値を１台目最低周波数Ｆ１としてコントローラに入力する手段と、
熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、各ポンプを順に商用周波数で運転して吐出流量をそれぞれ測定し、その中の最小値Ｑ２を２台目起動流量としてコントローラに入力する手段と、
熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順に１個のポンプを選んで商用周波数で運転すると同時に残りのＮ−１個のポンプから順に１個のポンプを選んでインバータを接続して運転し、吐出流量が前記Ｑ２となる周波数をそれぞれ求めその中の最大値を２台目最低周波数Ｆ２としてコントローラに入力する手段と、
熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順にＭ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）個のポンプを選んだ全ての組み合わせについてその組み合わせの各ポンプを同時に商用周波数で運転して吐出流量をそれぞれ測定し、その中の最小値をＭ＋１台目起動流量ＱＭ＋１として、これをＭが２からＮ−１までの各場合についてそれぞれ実行し得られた値をコントローラに入力する手段と、
熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順にＭ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）個のポンプを選んだ全ての組み合わせについて各ポンプを同時に商用周波数で運転すると同時に残りのポンプから順に１個のポンプを選んでインバータを接続して運転し、吐出流量が前記ＱＭ＋１となる周波数をそれぞれ求めその中の最大値をＭ＋１台目最低周波数ＦＭ＋１としてコントローラに入力する手段と、
を備えたことを特徴とする冷温水ポンプの台数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷温水ポンプの台数制御装置に関し、詳しくは負荷の変動に応じて台数制御をする場合に用いる制御常数を学習する機能を備えたものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、既に特開平１０−２１３３３８号にポンプ制御装置を提案している。これは、空調システムにおいて冷温水を複数のポンプで循環させる場合に、負荷流量の変動に応じてポンプの台数制御をするとともに運転ポンプの中の１台のポンプのモータにのみインバータを接続するようにしたものである。すなわち、運転ポンプが複数台の場合は、１台を除いた他のポンプのモータは商用周波数で駆動される。その結果、比較的簡単な構成でありながらも負荷流量の変動にきめ細かく追随して省エネ効果が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインバータを接続した台数制御の場合、台数およびインバータの制御に用いる制御常数を、最初に最適な値に設定しても、その後の配管系統、負荷機器の経年変化による流体抵抗の増大があり、最適な値からかけ離れてくる。そのため、最初から経年変化を見越して余裕のある数値を設定するか、定期的に通常は２、３年ごとに、制御常数を変更をする必要があった。この制御常数の更新の作業には、多大な労力を要するものであり、省力化が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、蓄熱槽と熱負荷機器とを接続する冷温水循環路中に並列接続されたＮ（Ｎ≧３）台の冷温水ポンプと、このうちの１台のポンプに切り換え自在に接続されるインバータと、ポンプ吐出側に設置された圧力計と、冷温水循環路中に設置された流量計と、これら両計器の検出値と予め設定されているインバータ周波数とポンプの吐出流量の関係を用いて必要かつ最適な冷温水の循環水量を得るためのポンプの運転台数とインバータ周波数を算出して各ポンプを制御するポンプコントローラとを備えた冷温水ポンプの台数制御装置において、熱負荷機器側を全閉にした無負荷状態で、各ポンプに順にインバータを接続し、無負荷状態での最低必要吐出圧を得るためインバータ周波数をそれぞれ求めてその中の最大値を１台目最低周波数Ｆ１としてコントローラに入力する手段と、熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、各ポンプを順に商用周波数で運転して吐出流量をそれぞれ測定し、その中の最小値Ｑ２を２台目起動流量としてコントローラに入力する手段と、熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順に１個のポンプを選んで商用周波数で運転すると同時に残りのＮ−１個のポンプから順に１個のポンプを選んでインバータを接続して運転し、吐出流量が前記Ｑ２となる周波数をそれぞれ求めその中の最大値を２台目最低周波数Ｆ２としてコントローラに入力する手段と、熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順にＭ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）個のポンプを選んだ全ての組み合わせについてその組み合わせの各ポンプを同時に商用周波数で運転して吐出流量をそれぞれ測定し、その中の最小値をＭ＋１台目起動流量ＱＭ＋１として、これをＭが２からＮ−１までの各場合についてそれぞれ実行し得られた値をコントローラに入力する手段と、熱負荷機器側を全開にした全負荷状態で、Ｎ個のポンプから順にＭ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）個のポンプを選んだ全ての組み合わせについて各ポンプを同時に商用周波数で運転すると同時に残りのポンプから順に１個のポンプを選んでインバータを接続して運転し、吐出流量が前記ＱＭ＋１となる周波数をそれぞれ求めその中の最大値をＭ＋１台目最低周波数ＦＭ＋１としてコントローラに入力する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
本発明は、２台以上のポンプを台数制御する場合に適用可能であるが、実施形態では３台のポンプを制御する場合について説明する。
図１は、実施形態が適用される空調システムの系統図であり、１は蓄熱槽、Ｐ１〜Ｐ３は２次ポンプ、２〜４は２次ポンプの手動止弁、５は送水ヘッダー、６は圧力計、７〜９は空調機制御用の電動２方弁、１０はファンコイルユニット（ＦＣＵ）やエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）からなる熱負荷、１１は電磁流量計、１２はポンプコントローラ、１３はインバータ、１４は戻り用の電動弁である。
【０００６】
このシステムでは、ポンプコントローラ１２により２次ポンプＰ１〜Ｐ３が台数制御され、そのとき優先運転される２次ポンプＰ１〜Ｐ３のいずれか１台にインバータ１３が接続され、他は商用周波数で運転される。
図２は、図１の構成における台数制御の具体的手順を示したフローチャートである。起動命令が入力されると（ステップＳ１）、制御がスタートし（ステップＳ２）、先ず、運転の判断がされる（ステップＳ３）。最初は停止状態であるからステップＳ５へ進み、１台目を最低周波数で起動する。次に現在の吐出圧と必要圧とを比較して周波数の制御をする（ステップＳ６）。
【０００７】
その後、安定化タイマを作動させて一定時間経過した後、最大流量を判定し（ステップＳ８）、十分な流量であれば周波数を固定し（ステップＳ９）、１台のポンプで流量が不足な場合は増段の要否の判断をする（ステップＳ１０）。増段の必要がある場合は２台目のポンプを最低周波数で起動する（ステップＳ１１）。このとき先のポンプは商用周波数の運転に切り換える。以下、２台目のポンプについても、ステップＳ１２〜Ｓ１８で同様な制御がなされ、流量不足であればさらに３台目のポンプの運転を開始する。
【０００８】
また３台目のポンプについても、ステップＳ１９〜Ｓ２４で同様な制御がなされる。さらに２台または３台の運転中に周波数を低くしても流量が多すぎる場合は、運転台数を減段していく。このポンプの増段・下段の制御を図示したのが図３である。これらの台数制御をすることで、熱負荷１０側に変動がある場合でも、それに速やかに追随して常に最適な流量の冷温水が熱負荷１０側に送られることになる。
【０００９】
図４は、図２の台数制御に用いた各種制御常数を自動的に学習する手順を自動調整用プログラムとして実現した場合のフローチャートである。このプログラムでは、図１のポンプコントローラ１２に、インプットボックス（Ｉ．Ｂ）を設けておき、収集した常数を格納するようにしている。具体的には、インプットボックスには、表１の値が格納される。
【００１０】
【表１】
0003630283.tif 000002
【００１１】
なお、表末尾の設備系統常数Ａは、次式から求められる。
【００１２】
【数１】
Ａ＝（ＰＨ−ａ＋ｂ）／ＰＸ２
【００１３】
図のプログラムでは、図１のシステムにおいて、先ず、手動止弁２〜４を全開にした状態で電動２方弁７〜９を全閉にして、以下の処理をする。１台目のポンプを商用周波数の２０％で起動する（ステップ１−１）。次にこの起動周波数より５秒間隔で商用周波数の０．５％づつ運転周波数を上昇させる（ステップ１−２）。吐出圧力が”ａ＋ｂ”を上回った時点の周波数を記録する（ステップ１−３）。ステップ１−１〜１−３を各ポンプに対し行いその中の最大周波数の値をＦ１ｍとしてＩ．Ｂに収納する（ステップ１−４）。
【００１４】
次に、電動２方弁７〜９を全開にして、以下の処理をする。先ず、１台目のポンプを商用周波数で運転する（ステップ２−１）。各ポンプについて吐出流量計測を行い、その最小吐出流量から２％減じた流量をＱ２とし、４％減じた流量をＱ２ｄとしてＩ．Ｂに収納する（ステップ２−２）。次に１台目のポンプを商用周波数運転させた状態で、２台目のポンプを商用周波数の２０％で起動する（ステップ２−３）。起動周波数より５秒間隔で商用周波数の０．５％づつ運転周波数を上昇させステップ２−２で計測した中で最大の吐出量に１％を加えた値を超えた時の周波数を記録する（ステップ２−４）。
【００１５】
ステップ２−４を各ポンプの組合せ全てに対し行い、その中の最大周波数に２％を加えた値をＦ２ｍとしでＩ．Ｂに収納する（ステップ２−５）。次いで１、２台目のポンプを商用周波数で運転する（ステップ３−１）。各ポンプの組合せ全てについて吐出量流計測を行い、その最小吐出流量から１％減じた流量をＱ３ｕとし、２％減じた流量をＱ３ｄとしてＩ．Ｂに収納する（ステップ３−２）。次に、１、２台目のポンプを商用周波数運転させた状態で、３台目のポンプを商用周波数の２０％で起動する（ステップ３−３）。起動周波数より５秒間隔で商用周波数の０．５％づつ運転周波数を上昇させステップ３−２で計測した中で最大の吐出量に１％加えた値を超えた時の周波数を記録する（ステップ３−４）。
【００１６】
ステップ３−４を各ポンプの組合せ全てに対し行い、その中の最大周波数に２％を加えた値をＦ３ｍとしてＩ．Ｂに収納する（ステップ３−５）。ステップ２−１、ステップ３−１及び３台のポンプを商用周波数で運転させて、吐出流量が設計最大流量ＰＸを上回っているか否かを判別し、上回っている場合について以下の処理に進む（ステップ４−１）。１台のポンプを商用周波数の２０％で運転する（ステップ４−２）。起動周波数より５秒間隔で商用周波数の０．５％づつ運転周波数を上昇させ吐出流量が設計最大流量ＰＸを超えた時の吐出圧力をＰＨとしてＩ．Ｂに収納する（ステップ４−３）。
【００１７】
これらの処理により、得られた常数がインプットボックス（Ｉ．Ｂ）に格納されたことで、以後のポンプ運転はこれらの常数を用いて行われる。
なお実施形態では３台のポンプの場合について説明したが、ポンプが２台の場合もまたは４台以上の場合についても同様に本発明が適用可能である。
また、本発明は上述した実施形態以外に、蓄熱槽を用いないで温水ボイラ、冷凍機等の冷温水発生装置から直接に冷温水を循環させるシステムのポンプについても同様に適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、台数制御をするための各種制御常数が、自動的にポンプコントローラに収集されるため、常に最適な制御常数にもとづいたポンプの運転が行われる。すなわち、保守作業においては、煩わしい制御常数の変更作業から解放される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される冷温水循環システムの系統図である。
【図２】図１のシステムの動作を示すフローチャートである。
【図３】図２のポンプ増減段制御のアルゴリズムを示す図である。
【図４】図２の動作で用いる制御常数の学習動作を示すダイヤグラムである。
【符号の説明】
１  蓄熱槽
２〜４  手動止弁
５  送水ヘッダー
６  圧力計
７〜９  電動２方弁
１０  熱負荷
１１  電磁流量計
１２  ポンプコントローラ
１３  インバータ
１４  電動弁
ＡＨＵ  エアハンドリングユニット
ＦＣＵ  ファンコイルユニット
Ｐ１〜Ｐ３  ２次ポンプ
【図１】
0003630283.tif 000003
【図２】
0003630283.tif 000004
【図３】
0003630283.tif 000005
【図４】
0003630283.tif 000006