JP4299023B2 - ポンプ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水配管と接続されて該温水配管に温水を送出するポンプの作動を制御するポンプ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、温水を生成して、該温水を温水供給式のファンヒータや床暖房機等の温水暖房端末が接続された温水配管に供給する熱源機には、温水を温水配管に送出するためのポンプが備えられている。そして、温水配管に温水を送出する際の負荷(以下、配管抵抗という)の大きさは、温水配管の設置形態(長さ、高低差等)や接続される温水暖房端末の運転台数によって変動する。
【0003】
そこで、温水配管に接続される温水端末の運転台数に応じてポンプの出力を変更し、これによりポンプの無駄な電力消費を抑制するようにした温水暖房装置が提案されている(特許文献1)。しかし、かかる温水暖房装置による場合は、温水配管の設置形態による配管抵抗の変動が反映されないため、ポンプの出力を配管抵抗の大きさに応じて適切に設定することができないという不都合があった。
【0004】
また、温水配管中を流通する温水の流量を検出する流量センサを設け、温水暖房端末の運転台数に応じて予め設定した規定流量となるように、ポンプの出力を制御する実施態様も提案されている(特許文献1)。しかし、この場合には、流量センサ及びその入出力インターフェース回路を追加することにより、温水暖房装置のコストがアップするという不都合があった。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−121076号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記不都合を解消し、温水配管と接続されたポンプの出力を、該温水配管の配管抵抗に応じて適切に設定することができるポンプ制御装置をコストを抑えて提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、温水配管と接続されてモータを駆動源として該温水配管に温水を送出するポンプの作動を制御するポンプ制御装置の改良に関する。
【0010】
そして、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、前記モータの電機子電流を検出する電流検出手段と、所定レベルの揚程を保って前記温水配管に温水を送出する際に必要となる前記温水配管の負荷の大きさに応じて変化する前記モータの駆動電圧と、該駆動電圧を印加したときの前記モータの電機子電流との相関関係を表すマップデータを予め記憶したマップデータ記憶手段と、前記モータに印加する駆動電圧を、該駆動電圧を印加したときに前記電流検出手段により検出される前記モータの電機子電流が該駆動電圧を前記マップデータに適用して得られる電機子電流と略一致するように制御する電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記ポンプにより前記温水配管に所定レベルの揚程を保って温水を送出するために必要となる前記モータの駆動電圧と、該駆動電圧を印加したときの前記モータの電機子電流との相関関係は、前記温水配管の配管抵抗の大きさに応じて変化する。そのため、所定レベルの揚程を確保するために必要な前記モータの駆動電圧と前記モータの電機子電流との相関データを予め前記マップデータ記憶手段に記憶し、前記電圧制御手段により、前記モータに印加する駆動電圧を、該駆動電圧を印加したときに前記電流検出手段により検出される前記モータの電機子電流が該駆動電圧を前記マップデータに適用して得られる電機子電流と略一致するように制御することによって、前記ポンプの出力を前記温水配管の配管抵抗に応じて適切に設定することができる。そして、これにより、前記ポンプの過剰な出力を抑制して無駄な電力が消費されることを防止することができる。また、この場合、前記第1の態様と同様に、前記温水配管を流通する温水の流量を検出する流量センサ及び該流量センサのインターフェース回路を設ける必要がないので、ポンプ制御装置のコストはアップしない。
【0012】
また、前記マップデータ記憶手段は、異なるレベルの揚程に対応した複数の前記マップデータを有し、該複数のマップデータの中から前記電圧制御手段により使用されるマップデータを選択するマップデータ選択手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
かかる本発明によれば、前記マップデータ選択手段により、前記温水配管に接続される温水端末の台数や仕様に応じて相違する前記温水配管に温水を送出する際に必要な揚程のレベルに応じて、複数のマップデータの中から前記電圧制御手段により使用されるマップデータを選択することによって、前記モータの駆動電圧をより適切に設定することができる。
【0014】
また、使用者の操作に応じて、前記電圧制御手段により駆動電圧が制御された前記モータの回転数を増加又は減少させる補正を行う回転数補正手段を備えたことを特徴とする。
【0015】
かかる本発明によれば、前記電圧制御手段により前記モータの駆動電圧を制御して前記ポンプを作動させたときに、前記ポンプの振動周波数と前記温水配管の振動周波数とのマッチングにより生じ得る不快な振動や騒音を、前記回転数補正手段により前記モータの回転数を増加又は減少させることによって該マッチングを解消して抑制することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1〜図3を参照して説明する。図1は、本発明のポンプ制御装置の機能を含む温水暖房システムの全体構成図、図2は図1に示したポンプの制御ブロック図、図3はポンプに備えられたモータの駆動電圧と回転数及び電機子電流との相関関係を示したグラフである。
【0017】
図1を参照して、本実施の形態の温水暖房システムは、室外に設置された熱源機1と、室内に設置された温風暖房機2及び床暖房機3とにより構成され、熱源機1と温風暖房機2及び床暖房機3とは温水配管4によって接続されている。なお、温水配管4は、温風暖房機2に温水を供給する温風暖房路5と床暖房機3に温水を供給する床暖房路6に分岐する。
【0018】
熱源機1には、バーナ7により加熱されて温水配管4内の温水を昇温する給湯熱交換器8と、給湯熱交換器8から供給される温水の温度を検出する温水サーミスタ9と、温水配管4内に温水を送出するポンプ10と、温水配管4内の温水の膨張と収縮を吸収するシスターン11と、給湯熱交換器8から供給される温水をシスターン11の入口にバイパスさせるバイパス路12が備えられている。
【0019】
さらに、熱源機1には、床暖房路6を開閉する熱動弁15と、バーナ7に燃料ガスを供給するガス供給管20と、ガス供給管20を開閉するガス元弁21及びガス開閉弁22と、バーナ7への燃料ガスの供給流量を調節するガス比例弁23と、バーナ7に燃焼用空気を供給する燃焼ファン24と、電源スイッチやブザー等を有するスイッチ部25と、熱源機コントローラ26とが備えられている。
【0020】
熱源機コントローラ26はマイコンやメモリ等によって構成された電子ユニットであり、温風暖房機2と通信ケーブル27により接続され、床暖房機3の付近に設置された床暖房リモコン28と通信ケーブル29により接続されている。
【0021】
温風暖房機2は、温風暖房路5と接続された温風熱交換器40、温風暖房路5から温風熱交換器40に供給される温水の流量を調節する流量調節弁41、温風熱交換器40で加熱された空気を温風として送出する温風ファン42、暖房の開始/停止を指示するスイッチ等を有する温風暖房操作パネル43、室温を検出する温風暖房サーミスタ44、及び温風暖房機2の全体的な作動を制御する温風暖房コントローラ45を備えている。
【0022】
床暖房リモコン28は、床暖房の開始/停止を指示するスイッチ等を有する床暖房操作パネル50、室温を検出する床暖房サーミスタ51、及び床暖房機3への温水の供給量を設定する床暖房コントローラ52を備えている。
【0023】
そして、熱源機コントローラ26は、温風暖房コントローラ45又は床暖房コントローラ52から暖房運転の開始を指示する信号を受信したときに、バーナ7の点火処理を行い、ポンプ10を作動させて温水配管4への温水の供給を開始する。
【0024】
ここで、温風暖房機2を単独で運転させる温風暖房単独運転モードにおいては、熱源機コントローラ26は、温水配管4に80℃の温水が供給されるように、バーナ7の燃焼量を制御する。すなわち、熱源機コントローラ26は、温水サーミスタ9の検出温度が80℃となるように、ガス比例弁23によりバーナ7への燃料ガスの供給流量を制御すると共に、燃焼ファン24によりバーナ7への燃焼用空気の供給流量を制御する。
【0025】
そして、温風暖房コントローラ45は、温風暖房サーミスタ44の検出温度が温風暖房操作パネル43により設定された目標温風暖房温度と一致するように、流量調節弁41により温風熱交換器40に供給される温水の流量を制御して、温風ファン42により室内に温風を供給する。
【0026】
また、床暖房機3を単独で運転させる床暖房単独運転モードにおいては、熱源機コントローラ26は、温水配管4に60℃の温水が供給されるように、バーナ7の燃焼量を制御する。すなわち、熱源機コントローラ26は、温水サーミスタ9の検出温度が60℃となるように、ガス比例弁23によりバーナ7への燃料ガスの供給流量を制御すると共に、燃焼ファン24によりバーナ7への燃焼用空気の供給流量を制御する。
【0027】
そして、床暖房コントローラ52は、床暖房サーミスタ51の検出温度が床暖房操作パネル50により設定された目標床暖房温度と一致するように、所定の制御サイクルにおける熱動弁15のON/OFF(開/閉)のデューティ比を指示する信号を熱源機コントローラ26に送信する。この信号に応じて、熱源機コントローラ26は、熱動弁15をON/OFFし、これにより、床暖房サーミスタ51の検出温度が目標床暖房温度付近に維持される。
【0028】
また、温風暖房機2と床暖房機3の双方を同時に運転させる同時運転モードにおいては、熱源機コントローラ26は、温水配管4に80℃の温水が供給されるようにバーナ7の燃焼量を制御し、これにより温風暖房機2における暖房能力を優先的に確保している。
【0029】
ここで、温風暖房単独運転モード、床暖房単独運転モード、及び同時運転モードにおいては、それぞれ、温水が循環する温水配管4の径路が異なるため、ポンプ10により温水配管4に温水を送出する際に必要となる機外揚程(図中A,B間の差圧、及び図中C,B間の差圧)が異なるものとなる。
【0030】
そのため、熱源機コントローラ26は、各運転モード(温風暖房単独運転モード、床暖房単独運転モード、同時運転モード)に対応して予め設定された所定レベルの揚程(以下、規定揚程という)を確保すると共に、消費電力を抑えてポンプ10の作動を制御する機能を備えている。以下、図2,図3を参照して、この機能を実現するための本発明の第1の実施の形態による構成について説明する。
【0031】
図2を参照して、熱源機コントローラ26は、電圧印加手段60、電圧制御手段61、温風暖房単独運転モードに対応した高温側マップデータ63と床暖房単独運転モードに対応した低温側マップデータ64と同時運転モードに対応した同時使用マップデータ65とを予め記憶したメモリ62(本発明のマップデータ記憶手段に相当する)を備えている。
【0032】
電圧印加手段60は、電圧制御手段61から指示される指令電圧(Vc)に応じた駆動電圧(Vm)をポンプ10の駆動源であるモータ70の電機子に印加する。また、電圧制御手段61は、ポンプ10に内蔵された回転数センサ71により検出されるモータ70の回転数(Ns)と、メモリ62に記憶されたマップデータ(Md、運転モードに応じて、高温側マップデータ63と低温側マップデータ64と同時使用マップデータ65との中から選択される)とに基づいて、指令電圧(Vc)を決定する。
【0033】
なお、電圧印加手段60、電圧制御手段61、メモリ62、及び回転数センサ71により、本発明のポンプ制御装置が構成される。
【0034】
図3(a)は、規定揚程を得るために必要となるモータ70の駆動電圧と回転数との相関関係を示したグラフであり、縦軸がモータ70の回転数に設定され、横軸がモータ70の駆動電圧に設定されている。そして、図中▲1▼が高温側マップデータ63により表されるグラフ、図中▲2▼が低温側マップデータ64により表されるグラフ、図中▲3▼が同時使用マップデータ65により表されるグラフである。
【0035】
なお、電圧制御手段61は、熱源機コントローラ26に対する温風暖房コントローラ45及び床暖房コントローラ52からの信号入力の有無によって運転モードを判別する。そして、電圧制御手段61は、運転モードに応じて、高温側マップデータ63と低温側マップデータ64と同時使用マップデータ65との中から、使用するマップデータを選択するが、このようにマップデータを選択する構成が本発明のマップデータ選択手段に相当する。
【0036】
図3(a)を参照して、電圧制御手段61は、温風暖房単独運転モードにおいては、高温側マップデータ63により表される▲1▼のグラフを用いてモータ70の駆動電圧を制御する。また、図中、P11,P12,P13は、それぞれ、駆動電圧としてV11,V12,V13をモータ70に印加したときの駆動電圧と回転数の相関位置を示している。
【0037】
電圧制御手段61は、温風暖房コントローラ45から暖房運転の開始指示信号を受信すると、先ず、モータ10の駆動電圧の初期値として設定されたV11を電圧印加手段60を介してモータ70の電機子に印加する。この場合(図中P11)、回転数センサ71により検出されるモータ70の回転数N11が、V11に応じた▲1▼のグラフ上の回転数Ng1よりも小さいため、ポンプ10の作動により得られる揚程は規定揚程よりも小さくなる。
【0038】
そのため、電圧制御手段61は、次に、駆動電圧のレベルを1段階高いV12に上げる。そして、このとき(図中P12)に回転数センサ71により検出されるモータ70の回転数N12が、まだ駆動電圧V12に応じた▲1▼のグラフ上の回転数Ng2よりも小さいため、電圧制御手段61は、駆動電圧のレベルをさらに1段高いV13とする。
【0039】
駆動電圧をV13とすると、モータ70の回転数はN13となり(図中P13)、V13に応じた▲1▼のグラフ上の回転数Ng3よりも高くなって、得られる揚程が規定揚程よりも高くなる。そのため、電圧制御手段61は、モータ70の駆動電圧をV13としてポンプ10を作動させる。これにより、規定揚程を確保するために必要な▲1▼のグラフ上の駆動電圧付近に設定された駆動電圧をモータ70に印加してポンプ10を作動させることができるため、ポンプ10の消費電力を抑制することができる。
【0040】
なお、駆動電圧の初期値V11をモータ70に印加したときに、モータ70の回転数がV11に応じた▲1▼のグラフ上の回転数Ng1よりも高かったときには、電圧制御手段61は、駆動電圧のレベルを、該駆動電圧をモータ70に印加したときの回転数が該駆動電圧に応じた▲1▼のグラフ上の回転数と略一致するまで低下させる処理を行う。これにより、規定揚程を確保するために必要な駆動電圧付近にモータ70の駆動電圧が設定され、ポンプ10に無駄な電力が供給されることを防止することができる。
【0041】
また、床暖房単独運転モードにおいては、電圧制御手段61は、低温側マップデータ64により表される▲2▼のグラフを用いて、駆動電圧を印加したときのモータ70の回転数が該駆動電圧に応じた▲2▼のグラフ上の回転数と略一致するように、モータ70の駆動電圧を設定する。また、同時運転モードにおいては、電圧制御手段61は、同時使用マップデータ65により表される▲3▼のグラフを用いて、駆動電圧を印加したときのモータ70の回転数が該駆動電圧に応じた▲3▼のグラフ上の回転数付近と略一致するように、モータ70の駆動電圧のレベルを上げる。
【0042】
次に、規定揚程を確保すると共に、消費電力を抑えてポンプ10の作動を制御する機能を実現するための本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第2の実施の形態における熱源機コントローラ26の構成は、上述した第1の実施の形態と同様であり、図2を参照して、回転数センサ71の代わりにモータ70の電機子電流を検出する電流センサ80が備えられている点のみが第1の実施の形態と相違する。
【0043】
また、電圧印加手段60、電圧制御手段61、メモリ62、及び電流センサ80(本発明の電流検出手段に相当する)により、本発明のポンプ制御装置が構成される。
【0044】
上述した第1の実施の形態では、図3(a)に示したモータ70の駆動電圧と回転数の相関関係を表すグラフに基づいて、モータ70の駆動電圧を決定したが、規定揚程を得るために必要となるモータ70の駆動電圧と電機子電流の間にも、図3(b)に示したように相関関係がある。
【0045】
図3(b)は、規定揚程を得るために必要なモータ70の駆動電圧と電機子電流との相関関係を示したグラフであり、縦軸がモータ70の電機子電流に設定され、横軸がモータ70の駆動電圧に設定されている。そして、図中▲4▼が温風暖房単独運転モードにおける規定揚程を得るために必要な電機子電流/駆動電圧の相関関係を示したグラフ、図中▲5▼が床暖房単独運転モードにおける規定揚程を得るために必要な電機子電流/駆動電圧の相関関係を示したグラフ、図中▲6▼が同時運転モードにおける規定揚程を得るために必要な電機子電流/駆動電圧の相関関係を示したグラフである。
【0046】
本第2の実施の形態においては、メモリ62に記憶される高温側マップデータ63は▲4▼のグラフを表し、低温側マップデータ64は▲5▼のグラフを表し、同時使用マップデータ65は▲6▼のグラフを表す。
【0047】
そして、図2を参照して、電圧制御手段61は、駆動電圧を印加したときに電流センサ80により検出されるモータ70の電機子電流(Is)が、該駆動電圧に応じた相関グラフ(▲4▼,▲5▼,▲6▼のうちのいずれか)上の電機子電流と略一致するまで、駆動電圧のレベルを上げることにより、上述した第1の実施の形態と同様に、ポンプ10の消費電力を抑制して、規定揚程を確保することができる。
【0048】
図3(b)のP21、P22、P23は、温風暖房単独モードにおいて駆動電圧を設定するときの電機子電流と駆動電圧との関係を示した例である。電圧制御手段61は、先ず、駆動電圧を初期値V21とし、そのとき(図中P21)の電機子電流I21がV21に応じた▲4▼のグラフ上の電流Ig1よりも小さく、得られる揚程が規定揚程よりも低いので、駆動電圧のレベルを次のV22に上げる。
【0049】
そして、駆動電圧をV22としたとき(図中P22)の電機子電流I22がV22に応じた▲4▼のグラフ上の電流Ig2よりも小さいので、電圧制御手段61は、駆動電圧のレベルをさらにV23まで上げる。このとき(図中P23)、電機子電流I23がV23に応じた▲4▼のグラフ上の電機子電流Ig3よりも大きくなり、規定揚程が確保されるため、電圧制御手段61は、V23を駆動電圧として決定する。
【0050】
なお、駆動電圧の初期値V21をモータ70に印加したときに、モータ70の回転数がV21に応じた▲4▼のグラフ上の電機子電流Ig1よりも高かったときには、電圧制御手段61は、駆動電圧のレベルを、該駆動電圧をモータ70に印加したときの電機子電流が該駆動電圧に応じた▲4▼のグラフ上の電機子電流と略一致するまで低下させる処理を行う。これにより、規定揚程を確保するために必要な駆動電圧付近にモータ70の駆動電圧が設定され、ポンプ10に無駄な電力が供給されることを防止することができる。
【0051】
また、床暖房単独運転モードにおいては、電圧制御手段61は、低温側マップデータ64により表される▲5▼のグラフを用いて、駆動電圧を印加したときのモータ70の電機子電流が該駆動電圧に応じた▲5▼のグラフ上の電機子電流と略一致するように、モータ70の駆動電圧のレベルを上げる。また、同時運転モードにおいては、電圧制御手段61は、同時使用マップデータ65により表される▲6▼のグラフを用いて、駆動電圧を印加したときのモータ70の電機子電流が該駆動電圧に応じた▲3▼のグラフ上の電機子電流よりも大きくなるまで、モータ70の駆動電圧のレベルを上げる。
【0052】
なお、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態における高温側マップデータ63、低温側マップデータ64、及び同時使用マップデータ65は、規定揚程を得るために必要となるモータ70の駆動電圧と回転数及び電機子電流との相関関係のデータを、実験やシミュレーションにより温水配管4の配管抵抗を変化させることによって取得して生成したものである。
【0053】
また、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態においては、温風暖房単独モード、床暖房単独モード、及び同時運転モードに応じた3種類のマップデータ(高温側マップデータ63、低温側マップデータ64、同時使用マップデータ)をメモリ62に記憶して、運転モードに応じて使用するマップデータを選択するようにしたが、1種類のマップデータのみを有する場合や、4種類以上のマップデータの中から使用するマップデータを選択してもよい。
【0054】
また、電圧制御手段61によりモータ70の駆動電圧を制御したときに、モータ70の回転に伴うポンプ10の振動周波数と温水配管4の振動周波数とがマッチングして、使用者にとって不快な振動や騒音が生じた場合がある。そこで、図2に示したように、使用者の操作によりモータ70の回転数を増減する補正を指示するモータ回転数補正スイッチ75を設け、該モータ回転数補正スイッチ75が操作されたときに、電圧制御手段61が駆動電圧を増減してモータ70の回転数を変更する処理を行うようにしてもよい。この場合、モータ回転数補正スイッチ75と電圧制御手段61とにより、本発明の回転数補正手段が構成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポンプ制御装置の機能を含む温水暖房システムの全体構成図。
【図2】図1に示したポンプの制御ブロック図。
【図3】ポンプに備えられたモータの駆動電圧と回転数及び電機子電流との相関関係を示したグラフ。
【符号の説明】
1…熱源機、2…温風暖房機、3…床暖房機、4…温水配管、5…温風暖房路、6…床暖房路、7…バーナ、8…温水熱交換器、9…温水サーミスタ、10…ポンプ、11…シスターン、12…バイパス路、15…熱動弁、26…熱源機コントローラ、45…温風暖房コントローラ、51…床暖房サーミスタ、52…床暖房コントローラ、60…電圧印加手段、61…電圧制御手段、62…メモリ、63…高温側マップデータ、64…低温側マップデータ、65…同時使用マップデータ、70…モータ、71…回転数センサ、75…モータ回転数補正スイッチ、80…電流センサ
Claims (3)
- 温水配管と接続されてモータを駆動源として該温水配管に温水を送出するポンプの作動を制御するポンプ制御装置であって、
前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、前記モータの電機子電流を検出する電流検出手段と、
所定レベルの揚程を保って前記温水配管に温水を送出する際に必要となる前記温水配管の負荷の大きさに応じて変化する前記モータの駆動電圧と、該駆動電圧を印加したときの前記モータの電機子電流との相関関係を表すマップデータを予め記憶したマップデータ記憶手段と、
前記モータに印加する駆動電圧を、該駆動電圧を印加したときに前記電流検出手段により検出される前記モータの電機子電流が該駆動電圧を前記マップデータに適用して得られる電機子電流と略一致するように制御する電圧制御手段とを備えたことを特徴とするポンプ制御装置。 - 前記マップデータ記憶手段は、異なるレベルの揚程に対応した複数の前記マップデータを有し、
該複数のマップデータの中から前記電圧制御手段により使用されるマップデータを選択するマップデータ選択手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のポンプ制御装置。 - 使用者の操作に応じて、前記電圧制御手段により駆動電圧が制御された前記モータの回転数を増加又は減少させる補正を行う回転数補正手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のポンプ制御装置。
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