(57)【要約】【課題】  高効率の流体制御を適正に行うことができ、安定的に流体を圧送することができる流体制御装置を提供する。【解決手段】  本発明の流体制御装置は、複数のポンプ１１〜１３によって圧送される流体の圧力を計測する圧力センサ４１（圧力計測部）と、前記圧力センサ４１の測定結果に基づいて前記複数のポンプ１１〜１３の運転台数制御及び前記各ポンプ１１〜１３の運転状態制御を行う運転制御部１０と、前記各ポンプ１１〜１３における個別の流量を計測する流量センサ３１〜３３（流量計測部）と、前記流量センサ３１〜３３の測定結果に基づいて前記各ポンプ１１〜１３の駆動制御を行う駆動制御部２１〜２３と、を備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を圧送する複数の流体圧送装置を制御する流体制御装置であって、
前記複数の流体圧送装置によって圧送される流体全体のパラメータを計測する第１計測部と、
前記各流体圧送装置から圧送される流体の個別のパラメータを計測する第２計測部と、
前記第１計測部の測定結果に基づいて稼動させる前記流体圧送装置の台数を制御するとともに、前記第２計測部の測定結果に基づいて前記各流体圧送装置から圧送される流体を制御する制御部と、を有することを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記制御部に、前記第１測定部の測定結果に基づいて前記各流体圧送装置の出力値を異ならせるためのスイッチ手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記複数の流体圧送装置に対応した複数の駆動制御部を前記制御部に有し、前記複数の駆動制御部にはインバータが備えられており、
前記出力値を異ならせるスイッチ手段は、前記複数の流体圧送装置のインバータ制御運転と商用周波数運転とを切り替えるスイッチ手段であることを特徴とする請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記第１計測部が、前記流体の圧力を計測する圧力計測部であり、前記第２計測部が、前記流体の流量を計測する流量計測部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項５】
複数の流体圧送装置による流体の圧送に際して、
前記複数の流体圧送装置により圧送される流体全体のパラメータを計測する第１ステップと、
前記第１ステップの測定結果と流体の圧送に係る目標量とに基づいて前記複数の流体圧送装置の必要な台数を稼動させる第２ステップと、
前記各流体圧送装置から圧送される流体の個別のパラメータを計測する第３ステップと、
前記第３ステップの測定結果に基づいて前記各流体圧送装置から圧送される流体を制御する第４ステップと、
を有することを特徴とする流体制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御装置及び流体制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空調システムの熱媒体供給装置等に備えられている流体制御装置として、ポンプ等のモータをインバータ制御するものが知られており、かかる流体制御装置によれば、熱媒体の流量やその流路の負荷等に応じた運転が可能になる。例えば特許文献１には、ポンプをインバータ制御するとともに台数制御することで熱媒体の流量制御を適切に行えるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−００４２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記インバータを用いた流量制御によれば、理論的には適切な流量制御を行うことが可能である。しかしながら、流体が流通する経路における負荷には種々の要因が存在し、例えば複数台のポンプを備えた流体制御装置では、各ポンプの能力が異なっていたり、ポンプ毎に配管抵抗が異なっている。そのため、供給装置全体では適切な流量が確保できており、各ポンプが適正に運転ているよう見えても、実際には各ポンプ毎に流体の流量が著しく低くなっているような場合があり、供給装置の効率低下やポンプの過負荷等を生じることがあった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、高効率の流体制御を適正に行うことができ、安定的に流体を圧送することができる流体供給装置とその制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、流体を圧送する複数の流体圧送装置を制御する流体制御装置であって、前記複数の流体圧送装置によって圧送される流体全体のパラメータを計測する第１計測部と、前記各流体圧送装置から圧送される流体の個別のパラメータを計測する第２計測部と、前記第１計測部の測定結果に基づいて稼動させる前記流体圧送装置の台数を制御するとともに、前記第２計測部の測定結果に基づいて前記各流体圧送装置から圧送される流体を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記流体のパラメータは、当該流体制御装置が適用される装置における流体の特徴に応じて適用される。すなわち、流体としては液体ないし気体が用いられるが、空調装置等の流体供給装置に本発明に係る流体制御装置を適用する場合、上記パラメータとしては液体／気体の圧力、流量を好適に用いることができ、真空装置に適用する場合には、上記パラメータとして、真空度を好適に用いることができる。
【０００７】
本発明の構成によれば、複数の流体圧送装置の台数制御を行うためのパラメータを取得する第１計測部に加えて、前記流体圧送装置から圧送される流体の個別パラメータを計測する第２計測部を設けたことで、流体全体のパラメータを計測して制御する場合には必ずしも最適化されない各流体圧送装置の駆動状態を最適化することができる。特に、流体圧送装置間で設計値には表れない能力差がある場合に、一部の流体圧送装置が締め切り運転となってしまうのを防止することができるので、無駄なエネルギー消費を無くし、高効率に運転できるようになる。
【０００８】
本発明の流体制御装置は、前記運転制御部に、前記第１測定部の測定結果に基づいて前記各流体圧送装置の出力値を異ならせるスイッチ手段が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、各流体圧送装置における運転状態の変更を自在に行うことができるので、多様な運転方式による流体圧送装置の運転が可能になり、安定かつ高効率に流体の圧送を行えるようになる。
【０００９】
本発明の流体制御装置は、前記複数の流体圧送装置に対応した複数の駆動制御部を前記制御部に有し、前記複数の駆動制御部にインバータが備えられており、前記出力値を異ならせるスイッチ手段は、前記流体圧送装置のインバータ制御運転と商用周波数運転とを切り替えるスイッチ手段であることを特徴とする。この場合、インバータ制御運転と商用周波数運転とを流体の圧力変動や流量変動を抑えつつ自在に切り替えることができるので、流体の圧送に係る効率を高めることができる。
【００１０】
本発明の流体制御装置は、前記第１計測部が、前記流体の圧力を計測する圧力計測部であり、前記第２計測部が、前記流体の流量を計測する流量計測部であることを特徴とする。かかる構成によれば、流体全体ではその圧力をモニタし、個別の流体圧送装置では流量をモニタする構成となり、目標量への合わせ込みと個々の流体圧送装置の最適化とを効率よく実行することができる制御装置となる。
【００１１】
本発明の流体制御方法は、複数の流体圧送装置による流体の圧送に際して、前記複数の流体圧送装置により圧送される流体の圧力を計測する第１ステップと、前記第１ステップの測定結果に基づいて前記複数の流体圧送装置の必要な台数を稼働させる第２ステップと、前記各流体圧送装置における個別の流量を計測する第３ステップと、前記第３ステップの測定結果に基づいて前記各流体圧送装置から圧送される流体を制御する第４ステップと、を有することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る流体制御装置について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る流体制御装置を備えた流体供給装置の概略図である。本実施形態に係る流体供給装置１００は、例えば、空調装置や冷凍装置に対して水や冷却液等の熱媒体を圧送する装置として用いることができるものである。
【００１３】
流体供給装置１００は、当該流体供給装置１００を制御する運転制御部１０と、複数台のポンプ（流体圧送装置）１１〜１３と、ポンプ１１〜１３にそれぞれ併設された駆動制御部２１〜２３と、ポンプ１１｜〜１３の吐出側にそれぞれ配設された流量センサ（流量計測部；第２計測部）３１〜３３と、流量センサ３１〜３３の下流側の集合配管部分に接続された圧力センサ（圧力計測部；第１計測部）４１とを備えて構成されている。本実施形態の場合、流体供給装置１００は、運転制御部１０と駆動制御部２１〜２３と、流量センサ３１〜３３と、圧力センサ４１とを備えた本発明に係る流体制御装置を、ポンプ１１〜１３に接続した構成である。
【００１４】
運転制御部１０は、駆動制御部２１〜２３、流量センサ３１〜３３、及び圧力センサ４１と接続されており、流量センサ３１〜３３、及び圧力センサ４１において計測された流量情報及び圧力情報を受信するとともに、駆動制御部２１〜２３に対してポンプ１１〜１３の運転状態を制御するための制御情報を送信するようになっている。
【００１５】
ポンプ１１〜１３は、３台（又はそれ以上の台数）を並列に設けられており、駆動制御部２１〜２３が各ポンプ１１〜１３のモータ（駆動部）に接続されている。駆動制御部２１〜２３は、前記モータに供給する周波数を可変として回転数を制御するインバータを備えるとともに、インバータをバイパスしてモータに商用周波数（定格周波数）を供給可能とするスイッチ手段とも備えた構成となっている。
【００１６】
本実施形態では、前記スイッチ手段として電子式のものが用いられており、従来の機械式（マグネット式等）のスイッチ手段を用いる場合に比してインバータ制御運転と商用運転との切替ショックを大きく低減することができ、ポンプの運転方式を迅速にかつ円滑に切り替えることができるようになっている。また、駆動制御部２１〜２３には、上記運転方式の切替を行うスイッチ手段のほか、対応するポンプ１１〜１３の運転／停止を切り替えるスイッチ手段も備えられているが、かかるスイッチ手段についても電子式のものが用いられており、ポンプの運転／停止の切替時における切替ショックも抑えられるようになっている。
なお、スイッチ手段としては電子式に限定されず非接触式のものであれば適用が可能である。
【００１７】
ポンプ１１〜１３の吐出側配管に接続された流量センサ３１〜３３は、各ポンプ１１〜１３から圧送される流体の流量を計測するとともに、計測した流量情報を対応する駆動制御部２１〜２３と、運転制御部１０とに送信するようになっている。また、圧力センサ４１は、当該流体供給装置１００の吐出圧力を検出するとともに、検出した圧力情報を運転制御部１０に送信するようになっている。
【００１８】
そして、運転制御部１０は、操作者からの入力情報ないし空調機等の負荷（流体の需用量）と、圧力センサ４１から受信した圧力情報とに基づいて、各ポンプ１１〜１３の運転台数を決定するとともに、ポンプ１１〜１３の運転方式（インバータ制御運転、商用運転）を決定し、各ポンプ１１〜１３と接続された駆動制御部２１〜２３に対して各ポンプ１１〜１３の制御情報を送信するようになっている。また、制御部１０は、流量センサ３１〜３３から受信した流量情報に基づいて各ポンプ１１〜１３の運転状態を把握し、当該運転状態に応じて各ポンプ１１〜１３の運転速度を再計算し、それに基づき補正した運転速度情報を含む制御情報を適宜駆動制御部２１〜２３に送信することができるようになっている。
【００１９】
上記構成を備えた流体供給装置では、運転制御部１０が流体を供給する空調装置等の負荷に応じてポンプ１１〜１３の運転台数、及び運転方式を決定する。このとき、例えばポンプ１．５台分の吐出圧に対応する需用量がある場合に、運転制御部１０はポンプ１１，１２の２台を運転させるための制御情報とともに、ポンプ１１を商用運転とする一方、ポンプ１２をインバータ制御運転とする制御情報を駆動制御部２１，２２に送信する。また、ポンプ１３が運転中であれば停止させるための制御情報を送信する。そして、駆動制御部２１〜２３では、そのスイッチ手段を動作させてポンプ１１，１２の運転方式切替、及びポンプ１３の運転状態切替を必要に応じて行う。
【００２０】
ここで本実施形態では、駆動制御部２１〜２３に備えられたスイッチ手段が、非接触の電子式のものであるため、上記切替動作におけるショックを抑えることができるので、ポンプ１１，１２を完全に停止させなくともその切替動作を行うことが可能である。すなわち、ポンプ１１，１２の運転方式切替においては、ポンプ１１，１２への駆動電力供給を停止して惰性運転状態とし、この惰性運転中に運転方式の切替を電子式のスイッチ手段により行うことで、迅速にかつ安全に運転方式の切替を行うことができ、流体の圧力変動、流量変動を低減して装置を高稼働率で運転させることができる。また、このように運転方式の変更が容易であることから、複雑な切替制御を行うことも可能であり、より高効率の装置稼働を実現することができる。
また、本実施形態では、稼働する２台のポンプ１１，１２の運転方式を、一方はインバータ制御運転、他方を商用運転とするので、両方のポンプをインバータ制御運転とする場合に比して消費電力を低減することができる。
【００２１】
さらに本実施形態では、負荷に応じた必要な吐出圧を得られるよう、圧力センサ４１により吐出圧をモニタし、圧力センサ４１から送信される圧力情報に基づきポンプ１１〜１３の動作を制御することができるようになっているのに加え、各ポンプ１１〜１３に対応して設けられた流量センサ２１〜２３によって各ポンプ１１〜１３吐出側における流量をモニタし、ポンプ１１〜１３の実際の運転状況に基づいた稼働が可能になっている。
【００２２】
図１に示すような複数台のポンプ１１〜１３を並列に設けた構成において、ポンプ１１〜１３の能力（能力カーブ）は完全に同等なものではないため、流体供給装置１００と需要側の装置とを接続する流体供給経路５１に設けられている圧力センサ４１の圧力情報のみによって各ポンプの運転速度を決定すると、ポンプ１１〜１３同士の能力差によって一部のポンプが締め切り運転状態となることがある。例えば、ポンプ１１，１２のみをインバータ制御運転している状態で、ポンプ１２の能力がポンプ１１の能力を上回っていると、ポンプ１２から圧送された流体の圧力でポンプ１１の吐出側における流量が著しく低下することがある。このような状態になると、ポンプ１１の過熱によって流体の温度が変化したり、装置寿命が短かくなるいった問題が生じる。
【００２３】
そこで本実施形態では、各ポンプ１１〜１３の吐出側にそれぞれ流量センサ２１〜２３を設けてポンプ１１〜１３の吐出側における実際の流量を監視し、かかる流量情報に基づきポンプ１１〜１３を駆動することで、全てのポンプ１１〜１３が適正な状態で運転されるようにすることができる。例えばポンプ１１が締め切り運転となる状況では、ポンプ１１を増速し、またはポンプ１２を減速することで両ポンプのバランスを調整し、流体の圧送について両者が同等に寄与し得る状態とすることができる。
【００２４】
このように、本実施形態の流体供給装置１００では、本発明に係る流体制御装置を備えたことで、複数台のポンプ１１〜１３を無駄なエネルギー消費がなく高効率に運転させることができる。また、電子式のスイッチ手段を備えていることで、流体の供給圧力、流量等について要求に応じた複雑な制御も迅速に対応可能となっており、効率よく安定に流体を供給することができる。また、個別の流量センサ２１〜２３の流量情報に基づきポンプ１１〜１３の駆動状況を制御するので、個別のポンプの最適化によって全体の最適化をさらに促進することが可能である。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、本発明に係る流体制御装置を、流体供給装置に適用した場合について説明したが、本発明に係る流体制御装置は、流体を圧送する装置であれば問題なく適用することができ、例えば流体圧送装置として真空ポンプを備えた真空装置にも適用することができる。この場合には、図１に示した流体供給装置とは流体の流れる方向が逆向きとなり、各真空ポンプの吸気側に圧力センサ４１に対応する圧力計測部が配置され、各真空ポンプの吐出側（排気側）に流量センサ２１〜２３に対応する流量計測部が配置された構成とされる。そして、圧力計測部及び流量計測部から得られる圧力情報及び流量情報に基づき運転制御部が決定した台数及び運転方式により各真空ポンプが運転され、さらに個別の真空ポンプの流量情報に基づき各真空ポンプの運転状態を制御しつつ運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る流体制御装置を備えた流体供給装置の概略図。
【符号の説明】
【００２７】
１００  流体供給装置、１０  運転制御部、１１〜１３  ポンプ（流体圧送装置）、２１〜２３  駆動制御部、３１〜３３  流量センサ（流量計測部；第２計測部）、４１  圧力センサ（圧力計測部；第２計測部）
【図１】
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