(57)【要約】【課題】設備構成および運転方法の変更によるポンプおよび送風機の消費電力量の差を精度良く評価することができる。【解決手段】評価対象設備を構成しているポンプ、送風機、電動機の機種名を選択する機種選択部１と、ポンプ、送風機、電動機の機種名、仕様データ、特性データが蓄積された機器データベース２と、ポンプおよび送風機の吐出量を設定する吐出量設定部３と、ポンプおよび送風機の吐出圧を設定する吐出圧設定部４と、特性データをプロットしたグラフ上の位置関係を表す近似式を予め記憶するとともに、入力された吐出量および吐出圧からなる動作点と機器データベース２に蓄積された特性データとを比較し、近似式を用いて消費電力量を求める消費電力量計算部５と、入力された吐出量および吐出圧と求められた消費電力量とを保存する結果保存部６と、結果保存部６に保存された消費電力量等を表示する結果表示部７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】
評価対象設備を構成しているポンプ、送風機、電動機のうちの少なくとも１つの機器の機種名を選択する機種選択部と、
上記ポンプ、送風機、電動機の機種名、仕様データ、特性データが蓄積された機器データベースと、
上記ポンプおよび上記送風機の吐出量を設定する吐出量設定部と、
上記ポンプおよび上記送風機の吐出圧を設定する吐出圧設定部と、
上記特性データをプロットしたグラフ上の位置関係を表す近似式を予め記憶するとともに、入力された上記吐出量および上記吐出圧からなる動作点と上記機器データベースに蓄積された上記特性データとを比較し、上記近似式を用いて消費電力量を求める消費電力量計算部と、
入力された上記吐出量および上記吐出圧と求められた上記消費電力量とを保存する結果保存部と、
上記結果保存部に保存された上記消費電力量を表示する結果表示部と
を備えたことを特徴とするエネルギー診断装置。
【請求項２】
上記吐出圧設定部は、
上記ポンプおよび上記送風機の少なくとも固定抵抗と配管径と配管長のデータを入力する系統構成設定部と、
上記系統構成設定部から入力された上記データを用いて吐出圧を計算する吐出圧計算部と
を有していることを特徴とする請求項１記載のエネルギー診断装置。
【請求項３】
上記吐出量設定部および上記吐出圧設定部は、
上記ポンプ及び上記送風機、及び、送水系統、送風系統を通してそれらを利用する周辺機器を含む設備の運転状態を模擬する模擬手段と、ある運転状態における上記ポンプおよび上記送風機の吐出量データおよび吐出圧データを出力するデータ出力手段とを有するシミュレーション装置
から構成されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギー診断装置。
【請求項４】
評価対象設備を構成しているポンプ、送風機、電動機の機種名を選択する機種選択部と、
上記ポンプ、送風機、電動機の機種名、仕様データ、特性データが蓄積された機器データベースと、
上記ポンプおよび上記送風機の吐出量、吐出圧、および、消費電力量を計測する計測部と、
計測された上記吐出量および上記吐出圧の計測データを収集する計測データ収集部と、
上記吐出量および上記吐出圧の計測データが入力され、それらの計測データからなる動作点と上記機器データベースに蓄積された上記特性データとを比較し、上記特性データを示すグラフ上の位置関係を表す近似式を用いて消費電力量を求める消費電力量計算部と、
収集された上記吐出量および上記吐出圧の上記計測データと、求められた上記消費電力量とを保存する結果保存部と、
上記結果保存部に保存された上記消費電力量を表示する結果表示部と
を備えたことを特徴とするエネルギー診断装置。
【請求項５】
上記計測部によって計測された、上記ポンプおよび上記送風機の吐出量、吐出圧、消費電力量の計測データを用いて、上記機器データベースの上記特性データを更新する機器データ更新部をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のエネルギー診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエネルギー診断装置に関し、特に、ポンプや送風機などの運転パターンから評価対象設備の消費電力量を求め、設備構成や運転方法の違いによる差を定量的に評価するためのエネルギー診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプまたは送風機の出力制御方式として、機器の吸込側もしくは吐出側の配管内に設置されたダンパや弁の開度制御、ポンプや送風機を駆動する電動機の回転数制御、および、送風機のみの方式としてインレットベーンの開度制御などが挙げられる。出力制御を行うと、配管の圧力損失の大きさによって吐出量や吐出圧が変化するため、機器の軸動力、ひいては消費電力が変化する。
【０００３】
ポンプ設備における実揚程あるいは送風機設備における末端圧力といった固定抵抗が存在しない設備構成においてインバータによる回転数制御方式を用いている場合、軸動力は吐出量変化率の３乗に比例することが知られている。一方、固定抵抗が存在するか、インバータによる回転数制御方式を用いていない場合、吐出量や吐出圧によって動力損失は異なるため、運転状態の違いによる機器の効率変化を考慮しなければならない。
【０００４】
しかし、効率変化の度合いは機種や制御方式に依存し定式化できないことから、従来は機器の効率を常に定格運転時の値としていた。あるいは、吐出量変化率に対する軸動力変化率のデータを用いて軸動力を求める方法がとられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０１０８３５号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ポンプや送風機の軸動力を求める従来の方法は、結果を精度良く求めるには設備構成や運転方法が限定される。即ち、固定抵抗が無い設備構成でインバータによる回転数制御方式ならば軸動力は定格値と吐出量比の３乗から求められ、また、常に定格運転ならば理論式と定格の効率から求められ、さらに、吐出圧一定制御で運転が行われているならば、吐出量と軸動力の関係を示すデータから求められる。
【０００７】
しかしながら、上記に当てはまらない条件でポンプや送風機が運用される場合や、設備更新、運転方法の変更により圧力設定値を見直すなど、吐出圧が変化する場合には、吐出量や吐出圧によって機器の効率が変化するが、従来の方法にはその差が考慮されないため、計算誤差が発生してしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、吐出圧の変化による効率変化を加味した消費電力計算方法を用いることにより、ポンプや送風機の設備構成、運転方法を変更し、吐出圧が変わる場合においても、変更の前後で消費電力量の差を精度良く評価できるエネルギー診断装置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】
【０００９】
この発明は、評価対象設備を構成しているポンプ、送風機、電動機のうちの少なくとも１つの機器の機種名を選択する機種選択部と、上記ポンプ、送風機、電動機の機種名、仕様データ、特性データが蓄積された機器データベースと、上記ポンプおよび上記送風機の吐出量を設定する吐出量設定部と、上記ポンプおよび上記送風機の吐出圧を設定する吐出圧設定部と、上記特性データをプロットしたグラフ上の位置関係を表す近似式を予め記憶するとともに、入力された上記吐出量および上記吐出圧からなる動作点と上記機器データベースに蓄積された上記特性データとを比較し、上記近似式を用いて消費電力量を求める消費電力量計算部と、入力された上記吐出量および上記吐出圧と求められた上記消費電力量とを保存する結果保存部と、上記結果保存部に保存された上記消費電力量を表示する結果表示部とを備えたことを特徴とするエネルギー診断装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、評価対象設備を構成しているポンプ、送風機、電動機のうちの少なくとも１つの機器の機種名を選択する機種選択部と、上記ポンプ、送風機、電動機の機種名、仕様データ、特性データが蓄積された機器データベースと、上記ポンプおよび上記送風機の吐出量を設定する吐出量設定部と、上記ポンプおよび上記送風機の吐出圧を設定する吐出圧設定部と、上記特性データをプロットしたグラフ上の位置関係を表す近似式を予め記憶するとともに、入力された上記吐出量および上記吐出圧からなる動作点と上記機器データベースに蓄積された上記特性データとを比較し、上記近似式を用いて消費電力量を求める消費電力量計算部と、入力された上記吐出量および上記吐出圧と求められた上記消費電力量とを保存する結果保存部と、上記結果保存部に保存された上記消費電力量を表示する結果表示部とを備えたことを特徴とするエネルギー診断装置であるので、吐出量および吐出圧からなる機器の動作点を特性データと比較し、グラフ上の位置関係を表す近似式を用いて消費電力量を求めることにより、設備構成および運転方法の変更によるポンプ、送風機の消費電力量の差を精度良く評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すブロック図である。本実施の形態１によるエネルギー診断装置は、評価対象設備に使用されているポンプ、送風機、および、それらの駆動源である電動機などの機種名をオペレータが選択し入力するための機種選択部１と、機種選択部１に接続されるとともに、ポンプ、送風機、電動機などの各機種の機種名、仕様データ、および、特性データが蓄積されている機器データベース２と、ポンプまたは送風機の吐出量を設定する吐出量設定部３と、ポンプまたは送風機の吐出圧を設定する吐出圧設定部４と、吐出量設定部３と吐出圧設定部４とに接続されて、それらから入力されるデータに基づいて、機器の消費電力量を計算する消費電力量計算部５と、消費電力量計算部５への入力データ及び消費電力量計算部５によって求められた消費電力量を保存する結果保存部６と、消費電力量計算部５および結果保存部６とに接続され、現作業において求めた結果１２と、必要であれば過去の結果１３を呼び出し、数値、表、グラフなどの手段で画面に表示する結果表示部７を備えている。
【００１２】
次に、このような構成からなるエネルギー診断装置の動作について説明する。まず、評価対象設備のポンプ、送風機、電動機の機種名８を機種選択部１から入力する。入力データは、機器データベース２に登録された機器の機種名リストをリスト形式で画面表示し、その中からオペレータ選択することができる。また、選択する際に、機器データベース２に登録されたデータに基づいて、機器の仕様を確認することもできる。機器名リストから機種名８を選択することによって、機器データベース２より該当機器の特性データ９が呼び出される。特性データには、ポンプおよび送風機であれば吐出量データ、吐出圧データ、軸動力データ、および、操作量データが、電動機であれば軸動力データ、および、効率データが含まれる。ここで、操作量とは制御対象の状態を表す値であり、例えば、吸込み弁制御における弁開度、回転数制御における回転数がこれにあたる。特性データにおいて、吐出量と吐出圧の関係をグラフに表したものを吐出圧曲線、吐出量と軸動力の関係を表したものを軸動力曲線、軸動力と電動機の効率の関係を表したものを効率曲線と呼ぶ。これらの各曲線も機器データベース２に記憶されているか、あるいは、必要なときに特性データを基に消費電力量計算部５内で作成されるものとする。送風機におけるこれらの各曲線の例を図６〜８に示す。図６および図７の各曲線は操作量毎（吐出量毎）の特性を意味する。
【００１３】
次に、ポンプまたは送風機の運転パターンとして、上述のようにして呼び出した特性データを用いて、吐出量データ１０を吐出量設定部３に、吐出圧データ１１を吐出圧設定部４に入力する。入力する吐出量データ１０および吐出圧データ１１は、例えば１時間毎の時系列データとして与えられ、稼動するポンプおよび送風機が複数台あれば機器毎に設定する。
【００１４】
消費電力量計算部５は、吐出量データ１０、吐出圧データ１１、および、その他の特性データ９を用いて、ポンプおよび送風機の消費電力量を計算する。消費電力量は以下の手順で求められる。なお、図９および図１０は、図６〜８の特性曲線を拡大したものであり、各手順で求める値をグラフ上の点として示したものである。
【００１５】
まず、図９（ａ）に示すように、ポンプまたは送風機の動作点を点Ａ（Ｑａ，Ｐａ）とする。点Ａ近傍にあたる吐出圧曲線（すなわち、点Ａに最も近い位置にある吐出圧曲線）の２本の特性データを図６に示した特性データの中から検索し、各特性データ間で吐出圧がＰａとなる点（すなわち、Ｂ（Ｑｂ，Ｐａ９）およびＣ（Ｑｃ，Ｐａ））を含む線分の両端２点の値を求める。これらを点Ｂ１（Ｑｂ１，Ｐｂ１）、Ｂ２（Ｑｂ２，Ｐｂ２）、Ｃ１（Ｑｃ１，Ｐｃ１）、Ｃ２（Ｑｃ２，Ｐｃ２）とし、線分Ｂ１Ｂ２，線分Ｃ１Ｃ２上で吐出圧がＰａとなる点Ｂ（Ｑｂ，Ｐａ）および点Ｃ（Ｑｃ，Ｐａ）のｘ座標をそれぞれ次式で求める。
【００１６】
【数１】
2007249374.tif 000003
【００１７】
【数２】
2007249374.tif 000004
【００１８】
次に、図９（ａ）の点Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２に対応する図９（ｂ）の軸動力曲線上の点Ｂ１'（Ｑｂ１，Ｌｂ１）、Ｂ２'（Ｑｂ２，Ｌｂ２）、Ｃ１'（Ｑｃ１，Ｌｃ１）、Ｃ２'（Ｑｃ２，Ｌｃ２）、すなわち、点Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２のｘ座標と同じｘ座標を有する点のデータから、点Ｂ、Ｃに対応する軸動力曲線上の点Ｂ'（Ｑｂ，Ｌｂ）、Ｃ'（Ｑｃ，Ｌｃ）のｙ座標を次式で求める。
【００１９】
【数３】
2007249374.tif 000005
【００２０】
【数４】
2007249374.tif 000006
【００２１】
点Ａに対応する図９（ｂ）の軸動力グラフ上の点Ａ'（Ｑａ，Ｌａ）のｙ座標は、吐出圧グラフにおける線分ＡＢ、ＡＣの比を用いて次式で求めることができる。
【００２２】
【数５】
2007249374.tif 000007
【００２３】
次に、図１０に示す電動機の効率曲線において、軸動力Ｌａの近傍の効率データ２点の線分との交点から、電動機効率ηａを（６）式で求めることができる。
【００２４】
【数６】
2007249374.tif 000008
【００２５】
消費電力は、消費電力＝軸動力／電動機効率で求められる。なお、上記（１）式〜（６）式の各近似式は、予め、消費電力量計算部５に記憶されているものとする。
【００２６】
以上の手順で、ポンプまたは送風機の消費電力を求めることができる。なお、消費電力を１時間あたりの値に換算し、評価対象期間について集計することで消費電力量を求めることができる。
【００２７】
次に、結果保存部６では、上記手順で消費電力量計算部５が求めた消費電力量と、消費電力量計算部５で用いた入力データとを、結果データ１２として保存することができる。また、結果表示部７では、現在の診断作業における結果１２と、必要であれば過去の結果１３（診断結果）を、結果保存部６から呼び出し、数値、表、グラフなどのユーザにより指定される所望の形式で画面表示し、比較することができる。なお、結果保存部６からは、必要に応じて、別の設備構成もしくは運転方法について計算した過去の結果も呼び出すことができる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によると、ポンプおよび送風機の軸動力を求める方法として、動作点と特性データをプロットしたグラフ上の位置関係を表す近似式を用いることにより、インバータによる回転数制御方式、吐出圧一定運転など、設備構成、運転方法の制約なしに消費電力量を求めることができるので、吐出量、吐出圧が設備構成、運転方法によって変動する場合においても、ポンプ及び送風機の消費電力量を精度良く評価することができる。即ち、設備構成、運転方法変更の幅広い選択肢に対して、その変更案が現状を改善するものか否かを評価するエネルギー診断が可能となる。
【００２９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２を示すブロック図である。この実施の形態においては、上述の実施の形態１の図１に示した吐出圧設定部４の代わりに、系統構成設定部１４および吐出圧計算部１５が設けられている。系統構成設定部１４は吐出圧計算部１５に接続され、吐出圧計算部１５は吐出量設定部３と消費電力量計算部５とに接続されている。他の構成は、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。この実施の形態においては、吐出圧計算部１５において、送水設備、送風設備の系統構成から吐出圧データ１１を求めるため、その前段に少なくとも配管径、配管長及び固定抵抗を含む系統構成データ１６を入力できるようにした系統構成入力部１４を備える。固定抵抗とは、ポンプであれば吸込口と吐出口の水位差即ち実揚程、送風機であれば例えば水中曝気における水圧のような末端圧力を意味する。送水設備、送風設備の系統構成データ１６から吐出圧データ１１を求めるには吐出量データ１０と抵抗曲線が必要である。抵抗曲線は固定抵抗と配管抵抗の和で与えられ、配管抵抗は流量の二乗に比例して増大することから（７）式で表される。
【００３０】
【数７】
2007249374.tif 000009
【００３１】
ここで、Ｐ：吐出圧、Ｑ：吐出量、Ｐ０：固定抵抗、ａ：送水系統、送風系統の抵抗係数である。抵抗係数は直管部及び曲がり、弁、断面積変化などの局部で異なり、配管抵抗はそれらの抵抗を全て加算したものになる。配管抵抗の計算式を以下に示す。
【００３２】
【数８】
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【００３３】
【数９】
2007249374.tif 000011
【００３４】
ここで、λ：直管の抵抗係数、Ｌ：配管長、Ｄ：配管径、ρ：密度、ｖ：流速、αｉ：各局部の抵抗係数である。
【００３５】
（８）式右辺の第１項は直管部、第２項は各局部の配管抵抗の和を意味する。直管部の抵抗が支配的であれば、配管抵抗は配管径と配管長及び吐出量から求めることができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によると、少なくとも配管径と配管長及び固定抵抗のデータを入力できるようにした系統構成設定部１４と、系統構成データ１６と吐出量データ１０から吐出圧データ１１を計算する吐出圧計算部１５を備えたことにより、吐出圧データが入手不可能な場合においても、送水系統、送風系統の物理的なデータを用いて吐出圧を推定することができるので、ポンプ、送風機のエネルギー診断が可能となる。
【００３７】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３を示すブロック図である。この実施の形態においては、上述の実施の形態１の図１に示した吐出量設定部３および吐出圧設定部４の代わりに、シミュレーション装置１７が消費電力量計算部１５に接続されている。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。この実施の形態においては、シミュレーション装置１７が、ポンプ、送風機及び送水系統、送風系統を通してそれらを利用する周辺機器を含む設備の運転状態を模擬する。このシミュレーション装置は、ある環境条件において設備の目的を満足するためのポンプ、送風機の運転方法を求める機能を持つ。例えば下水処理場の水処理設備を模擬するシミュレーション装置の場合、ある流入下水の流入量、水質に対して、処理水質が環境基準を満足させるための各種ポンプ、送風機の運転方法を求める機能を持っている。シミュレーション装置１７の出力であるポンプ、送風機の吐出量データ１０、および、吐出圧データ１１を消費電力量計算部５の入力として与えることで、そのシミュレーション条件におけるポンプ、送風機の消費電力量を求めることができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によると、ポンプ、送風機及び周辺機器を含む設備の運転状態を模擬するシミュレーション装置１７を備えたことにより、周辺機器の設備構成や運転方法変更の結果ポンプ、送風機の運転状態及び消費電力量がどのように変わるかを求めることができるので、ポンプ、送風機を利用する周辺設備の変更がポンプ、送風機に与える影響を評価でき、送水設備、送風設備全体を評価対象とするエネルギー診断が可能となる。
【００３９】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４を示すブロック図である。この実施の形態においては、上述の実施の形態１の図１に示した吐出量設定部３および吐出圧設定部４の代わりに、ポンプまたは送風機の吐出量、吐出圧、および、消費電力量を計測する計測装置１８と、通信手段により計測装置１８に接続され、吐出量、吐出圧、および、消費電力量の計測データ２０を収集する計測データ収集装置１９を備える。収集した吐出量データ１０（計測値）および吐出圧データ１１（計測値）は消費電力量を計算するための運転パターンとして消費電力計算部５に入力され、計測データ収集装置１９で収集された消費電力量計測データ２１は消費電力計算部５の結果と比較するために結果表示部７に出力され、そこで表示される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によると、現在運転している機器の消費電力量計測データ２１と、吐出量データ１０および吐出圧データ１１から消費電力計算部５が求めた消費電力計算値との差を求めて、当該差が大きければ、機器の性能が低下していると判断することができるので、長期に渡る使用において機器の性能が低下した場合に、両者の差から機器の劣化を見つけることができ、機器の補修、改良、更新時期の検討に役立てることができる。
【００４１】
実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５を示すブロック図である。この実施の形態においては、上述の実施の形態４の図４の構成に加えて、計測データ収集装置１９から出力される、吐出量、吐出圧、および、消費電力量の計測データ２０を用いて機器データベース２の特性データを更新する特性データ更新部２２を備える。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によると、上記の実施の形態４と同様に、現在運転している機器の消費電力量計測データ２１と、吐出量データ１０および吐出圧データ１１から消費電力計算部５が求めた消費電力計算値との差を求めて、当該差が大きければ、機器の性能が低下していると判断することができるので、機器の補修、改良、更新時期の検討に役立てることができるとともに、さらに、特性データ更新部２２を備えて、現在運転している機器の吐出量、吐出圧、消費電力量の計測データ２０を用いて、機器データベース２の特性データを更新するようにしたので、ポンプまたは送風機が長年の使用の結果その性能が低下した場合においても、実態に即した特性データを用いて、ポンプまたは送風機のエネルギー診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による機能ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による機能ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３による機能ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４による機能ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態５による機能ブロック図である。
【図６】送風機の吐出圧曲線グラフである。
【図７】送風機の軸動力曲線グラフである。
【図８】電動機の効率曲線グラフである。
【図９】吐出量、吐出圧、軸動力の特性データから近似的に動作点の軸動力を求める手順の、各手順で求める点をグラフ上で表現したものである。
【図１０】電動機の効率曲線データの２点と軸動力から電動機効率を求める手順をグラフ上で表現したものである。
【符号の説明】
【００４４】
１  機種選択部、２  機器データベース、３  吐出量設定部、４  吐出圧設定部、５  消費電力量計算部、６  結果保存部、７  結果表示部、８  機種名、９  特性データ、１０  吐出量データ、１１  吐出圧データ、１２  結果、１３  過去の結果、１４  系統構成設定部、１５  吐出圧計算部、１６  系統構成データ、１７  シミュレーション装置、１８  計測装置、１９  計測データ収集装置、２０  計測データ、２１  消費電力量計測データ、２２  特性データ更新部。
【図１】
2007249374.tif 000012
【図２】
2007249374.tif 000013
【図３】
2007249374.tif 000014
【図４】
2007249374.tif 000015
【図５】
2007249374.tif 000016
【図６】
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【図７】
2007249374.tif 000018
【図８】
2007249374.tif 000019
【図９】
2007249374.tif 000020
【図１０】
2007249374.tif 000021