特許 6130785 ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6130785

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20170508BHJP

【ＦＩ】

   F04B49/06 321A

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-267841(P2013-267841)

(22)【出願日】2013年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-124632(P2015-124632A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】立石 和文

(72)【発明者】

【氏名】駒井 正和

(72)【発明者】

【氏名】唐木 亮太郎

(72)【発明者】

【氏名】小西 康貴

(72)【発明者】

【氏名】大神田 和巳

(72)【発明者】

【氏名】塚越 健太

(72)【発明者】

【氏名】清水 宣和

(72)【発明者】

【氏名】小澤 孝英

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１２２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−９６９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を移送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータに可変周波数の交流電力を供給して前記ポンプを可変速運転するインバータと、
第１の制御モードおよび第２の制御モードのうち予め選択された一方の制御モードに従って前記インバータを制御することで前記ポンプの運転を制御するポンプ制御部と、を備え、
前記第１の制御モードは、流量０から第１の流量までの第１の流量領域で前記ポンプの吐出圧力を所定の圧力に保つ圧力一定制御モードであり、
前記第２の制御モードは、流量０から、前記第１の流量よりも低い第２の流量までの第２の流量領域においては、前記ポンプを前記所定の圧力よりも高い吐出圧力で運転させ、前記第２の流量から前記第１の流量までの第３の流量領域においては、前記ポンプの吐出圧力を前記所定の圧力に保つ圧力ブースト制御モードであることを特徴とするポンプ装置。

【請求項2】

前記第１の制御モードまたは前記第２の制御モードのうちのいずれか一方を選択するための切替スイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。

【請求項3】

前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータに流れる電流が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。

【請求項4】

前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータに供給される電力が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。

【請求項5】

前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータの回転速度が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。

【請求項6】

前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域において前記ポンプの吐出圧力が所定の上限に達したときは、前記モータの回転速度を低下させることを特徴とする請求項５に記載のポンプ装置。

【請求項7】

前記ポンプ、前記モータ、および前記インバータのうちの少なくとも１つの温度を測定する少なくとも１つの温度計をさらに備え、
前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域において前記温度の測定値が所定の上限に達したときは、前記モータの回転速度を低下させることを特徴とする請求項５に記載のポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータを用いたモータ駆動のポンプ装置に関し、特に、小流量で高い吐出圧力を実現することのできるポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から商用電源から供給される交流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータが広く知られている。このようなインバータは、ポンプを駆動するモータの省エネルギー運転を実現するために広く使用されている。ポンプ装置では、ポンプを駆動するモータにインバータが接続されており、当該インバータは、例えば、ポンプの吐出圧力が所定の圧力で一定になるようにモータの回転速度を変化させる。これにより、モータおよびこれに連結されたポンプが加減速され、ポンプの吐出圧力は予め設定された適切な値に保たれるので、省エネルギー運転が実現される。

【0003】

しかしながら、このような吐出圧力一定制御は、比較的安定した一定圧力を要求される給水用途（例えば、住宅設備用など）には適しているが、小流量でさらに高い圧力を要求されるような用途（例えば、散水用など）には適していない。

【0004】

そのため、特許文献１では、上述した吐出圧一定制御モードとは異なり、ポンプの電源が投入された後、モータの回転速度を電流一定制御に従って決定し、ポンプを運転するポンプ装置が提案されている。この電流一定制御モードでは、ポンプの吐出流量に拘わらず、ポンプに流れる電流が一定となるようにインバータが制御される。このような電流一定制御モードでポンプを運転すると、小流量で高い吐出圧力を実現することができる。

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示される電流一定制御モードにおいては、小水量の領域のみならず、高い吐出圧力が必要でない流量の多い領域においても吐出圧力を高くすることになる。このため、電流一定制御モードが選択された場合ではポンプ装置における電力が無駄に消費されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−１２７０９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、小流量で高吐出圧力を達成しながらも、省エネルギーを実現することができるポンプ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、液体を移送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータに可変周波数の交流電力を供給して前記ポンプを可変速運転するインバータと、第１の制御モードおよび第２の制御モードのうち予め選択された一方の制御モードに従って前記インバータを制御することで前記ポンプの運転を制御するポンプ制御部と、を備え、前記第１の制御モードは、流量０から第１の流量までの第１の流量領域で前記ポンプの吐出圧力を所定の圧力に保つ圧力一定制御モードであり、前記第２の制御モードは、流量０から、前記第１の流量よりも低い第２の流量までの第２の流量領域においては、前記ポンプを前記所定の圧力よりも高い吐出圧力で運転させ、前記第２の流量から前記第１の流量までの第３の流量領域においては、前記ポンプの吐出圧力を前記所定の圧力に保つ圧力ブースト制御モードであることを特徴とするポンプ装置である。

【0009】

本発明の好ましい態様は、前記第１の制御モードまたは前記第２の制御モードのうちのいずれか一方を選択するための切替スイッチをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータに流れる電流が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータに供給される電力が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域では、前記モータの回転速度が一定に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする。

【0010】

本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域において前記ポンプの吐出圧力が所定の上限に達したときは、前記モータの回転速度を低下させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプ、前記モータ、および前記インバータのうちの少なくとも１つの温度を測定する少なくとも１つの温度計をさらに備え、前記ポンプ制御部は、前記第２の流量領域において前記温度の測定値が所定の上限に達したときは、前記モータの回転速度を低下させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、インバータの制御モードは、吐出圧力を一定に保つ圧力一定制御モードである第１の制御モードと、第１の制御モードでの吐出圧力よりも高い吐出圧力でポンプを運転させる圧力ブースト制御モードである第２の制御モードとの間で切替可能に構成される。第２の制御モードでは、流量０から第２流量までの第２の流量領域において第１の制御モードでの吐出圧力よりも高い吐出圧力でポンプを運転させ、これにより、小流量での高吐出圧力を達成することができる。第２の流量から第１の流量までの第３の流量領域においては、ポンプの吐出圧力は所定の圧力に保たれる。この第３の流量領域においては、高吐出圧力でポンプを運転しないので、消費電力を低減することができる。すなわち、全ての流量領域で高吐出圧力を実現する従来のポンプ装置に比べて、本発明では、流量の比較的多い第３の流量領域においては高吐出圧力の運転を実施しないので、消費電力を削減することができる結果、省エネルギーが達成される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るポンプ装置の構成を示した概略図である。

【図2】図１に示すインバータの構成を示した概略図である。

【図3】第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域において電流一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。

【図4】従来の電流一定制御を行ったときの圧力−流量線図である。

【図5】図３に示す本発明の第２の制御モードに従ってインバータを制御したときの消費電力グラフと、図４に示す従来の電流一定制御を行ったときの消費電力グラフを示す図である。

【図6】第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域において電力一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。

【図7】第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域において回転速度一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。

【図8】回転速度一定制御を行った場合の第２の流量領域において吐出圧力上限を設けた例を示す圧力−流量線図である。

【図9】回転速度一定制御を行った場合の第２の流量領域において温度上限を設けた例を示す圧力−流量線図である。

【図10】図３に示されるような電流一定制御を行う第２の制御モードおいて、吐出流量０の締切運転時の吐出圧力が図３に示される例よりも下がるように、第２の流量領域Ｒ２における電流値を図３に示した電流値よりも下げて制御した場合の消費電力グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置の構成を示した概略図である。図１に示されるように、ポンプ装置は、液体を加圧するポンプ１と、ポンプ１を駆動するモータ２と、モータ２に可変周波数の交流電力を供給してポンプ１を可変速運転するインバータ３と、インバータ３を制御することでポンプ１の運転を制御するポンプ制御部１５と、を備える。インバータ３には商用電源１６が接続されており、当該商用電源１６から供給される交流電力はインバータ３によって所望の周波数を持つ交流電力に変換されてモータ２に供給される。

【0014】

ポンプ１は、例えばカスケードポンプである。カスケードポンプは、外周に放射状の多数の溝を持った円盤状の羽根車をケーシング中で回転させることにより、ケーシングの内面に沿って渦を発生させ、当該渦の作用により液体を繰り返し加圧させて移送するポンプである。カスケードポンプは、比較的小流量で高吐出圧力を必要とする用途に適している。また、カスケードポンプは、同じ回転速度で運転する場合、小流量であるほど、消費電流が多くなるという特性を有する。

【0015】

ポンプ１の吸込口には吸込配管１０が接続され、ポンプ１の吐出口には吐出配管１１が接続されている。吸込配管１０には、水の逆流を防止するチェッキ弁（逆止弁）５と、ポンプ１に流れる水の流量の低下を検出するフロースイッチ６とが配置されている。吐出配管１１には、ポンプ１の吐出圧力を計測する圧力センサ７が配置されている。図示した例では、吸込配管１０にチェッキ弁５とフロースイッチ６とを配置しているが、チェッキ弁５とフロースイッチ６とを吐出配管１１に配置してもよい。フロースイッチ６によって検出された流量低下信号と、圧力センサ７によって取得された吐出圧力の測定値は、ポンプ制御部１５に送られるようになっている。

【0016】

ポンプ制御部１５には、後述する第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替えるための切替スイッチ１８が接続される。本実施形態では、切替スイッチ１８は手動で操作されるが、自動で操作されてもよい。切替スイッチ１８を操作することで、インバータ制御モードを圧力一定制御モードである第１の制御モードと、圧力ブースト制御モードである第２の制御モードとの間で切り替えることができる。

【0017】

図２は、図１に示すインバータ３の構成を示した概略図である。図２に示されるように、インバータ３は、ポンプ制御部１５から送られるポンプ１の目標回転速度とポンプ１の実際の回転速度との差分を最小とするためのＰＷＭ信号を生成するインバータ制御部２０と、インバータ制御部２０からのＰＷＭ信号に基づいて交流電圧を生成し、この交流電圧をモータ２に印加するインバータ回路２１を有している。インバータ回路２１は、コンバータ部２１Ａと、直流電圧平滑回路２１Ｂと、インバータ部２１Ｃと、ゲートドライバ２１Ｄとを備えている。

【0018】

コンバータ部２１Ａは、商用電源１６から供給される３相の交流電圧を直流電圧に変換するために、ダイオードなどにより構成される整流回路を有する。直流電圧平滑回路２１Ｂは、コンデンサを備えており、コンバータ部２１Ａにより変換された直流電圧を平滑化する。インバータ部２１Ｃは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子、およびスイッチング素子に並列に接続されるダイオードを複数有しており、直流電圧平滑回路２１Ｂによって平滑化された直流電圧から３相の交流電圧を生成するように構成されている。ゲートドライバ２１Ｄは、インバータ制御部２０からのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ部２１Ｃの各スイッチング素子を開閉するためのゲートドライブ信号を生成する。

【0019】

インバータ制御部２０には、インバータ回路２１の二次側に配置された電圧検出器２４と、電流検出器２５とが接続されている。電圧検出器２４および電流検出器２５で得られた電圧および電流の測定値はインバータ制御部２０に入力される。インバータ制御部２０は、フィードバックされた電流の測定値からモータ２（およびポンプ１）の実際の回転速度を推定し、この推定された回転速度と目標回転速度との差分を最小とするためのＰＷＭ信号を生成する。

【0020】

インバータ制御部２０は、電圧検出器２４および電流検出器２５で得られた電圧および電流の測定値から電力を計算する電力演算部３０を有している。電力演算部３０の代わりに、電力検出器をインバータ回路２１の二次側に配置してもよい。電力演算部３０はインバータ３とは別に設けられてもよい。

【0021】

ポンプ制御部１５は、インバータ３のインバータ制御部２０に接続されている。ポンプ制御部１５には、上述したように、流量低下信号および吐出圧力の測定値が入力されるようになっている。ポンプ制御部１５は、第１の制御モードおよび第２の制御モードから予め選択されたいずれか一方の制御モードに従って、インバータ３を介してポンプ１の運転を制御する。

【0022】

図３は、第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域において電流一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。図３において、横軸はポンプ１の吐出流量を表し、縦軸はポンプ１の吐出圧力を表している。第２の制御モードの圧力−流量線図は、第１の制御モードの圧力−流量線図よりも太線で描かれている。また、図３には、第２の制御モードにおける流量変化に伴う、ポンプ１（モータ２）の回転速度、モータ２に供給される電流および電力の変化も併せて記載されている。

【0023】

第１の制御モードの場合、流量０から第１の流量Ｑ１までの第１の流量領域Ｒ１で、ポンプ１の吐出圧力が所定の圧力Ｐ１で一定に保たれるように、ポンプ制御部１５は、インバータ３に指令を発して、ポンプ１の運転を制御する。第１の流量Ｑ１は、ポンプ１の性能に依存して定まる値であり、吐出圧力一定制御の条件下でポンプ１の吐出流量を上げていった場合に、吐出圧力が下がり始める時の流量である。すなわち、第１の流量Ｑ１は、ポンプ１が所定の吐出圧力Ｐ１を確保できる流量の上限である。

【0024】

切替スイッチ１８を操作して第２の制御モードを選択した場合、ポンプ制御部１５は第２の制御モードに従ってインバータ３を制御する。第２の制御モードは、低流量領域で圧力を上げる圧力ブースト制御モードである。図３に示されるように、第２の制御モードでは、ポンプ制御部１５は、流量０から、第１の流量Ｑ１よりも低い第２の流量Ｑ２までの第２の流量領域Ｒ２において、ポンプ１を所定の圧力Ｐ１よりも高い吐出圧力で運転させる一方で、第２の流量Ｑ２から第１の流量Ｑ１までの第３の流量領域Ｒ３においては、ポンプ１の吐出圧力を所定の圧力Ｐ１に保つようにインバータ３を制御する。

【0025】

図３に示される例では、第２の流量領域Ｒ２においてポンプ１の吐出圧力を所定の圧力Ｐ１よりも高くするために、ポンプ制御部１５は、第２の流量領域Ｒ２においてモータ２に流れる電流が一定となるようにインバータ３を制御する。モータ２に流れる電流を一定に保つようにインバータ３を制御すると、ポンプ１の流量が小さくなればなるほどポンプ１の吐出圧力が高くなっていく。したがって、小流量領域である第２の流量領域Ｒ２において高吐出圧を実現することができる。

【0026】

次に、本発明の省エネルギー化について図４および図５を用いて説明する。図４は、従来の電流一定制御を行ったときの圧力−流量線図を示す図である。図５は、図３に示す本発明の第２の制御モードに従ってインバータ３を制御したときの消費電力グラフと、図４に示す従来の電流一定制御を行ったときの消費電力グラフを示す図である。

【0027】

図４に示されるように、従来の電流一定制御モードでは、流量０から第１の流量Ｑ１までの第１の領域Ｒ１で電流が一定になるようにインバータ３が制御される。すなわち、従来の制御方法では、本発明の第３の流量領域Ｒ３のように圧力一定制御を行う流量領域が存在していない。

【0028】

本発明の第２の制御モードでは、第３の流量領域Ｒ３が設けられており、当該第３の流量領域Ｒ３においては、ポンプ１の吐出圧力を所定の圧力Ｐ１に保つ圧力一定制御が行われる。この第３の流量領域Ｒ３では、高吐出圧力での運転は行われないので、図５に示されるように、消費電力を低減することができる。図５に示されるハッチングを付した領域は、本発明によって削減することができる電力量である。本発明の第２の制御モードでは、第３流量領域Ｒ３においては吐出圧力一定制御が行われ、第２の流量領域Ｒ２においてのみ高吐出圧力の運転（すなわち圧力ブースト運転）が実施される。したがって、全ての流量領域で高吐出圧力を実行する従来のポンプ装置に比べて、本発明のポンプ装置は消費電力を削減することができる。その結果、省エネルギー運転を達成することができる。

【0029】

図６は、第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域Ｒ２において電力一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。図６に示される第２の制御モードでは、第２の流量領域Ｒ２においてポンプ１の吐出圧力を所定の圧力Ｐ１よりも高くするために、ポンプ制御部１５は、第２の流量領域Ｒ２においてモータ２に供給される電力（＝電流×電圧）が一定となるようにインバータ３を制御する。モータ２に供給される電力を一定に保つようにインバータ３を制御すると、ポンプ１の流量が小さくなればなるほどポンプ１の吐出圧力が高くなっていく。したがって、小流量領域での高吐出圧を実現することができる。さらに、図６に示す例においても、図５に示すグラフと同じように、従来の電流一定制御モードに比べて、本発明の第２の制御モードでの消費電力を低減させることができる。

【0030】

図７は、第１の制御モードの場合の圧力−流量線図と、第２の制御モードの場合で、第２の流量領域Ｒ２において回転速度一定制御を行ったときの圧力−流量線図とを示す図である。図７に示される第２の制御モードでは、第２の流量領域Ｒ２においてポンプ１の吐出圧力を所定の圧力Ｐ１よりも高くするために、ポンプ制御部１５は、第２の流量領域Ｒ２においてモータ２の回転速度（すなわちポンプ１の回転速度）が一定となるようにインバータ３を制御する。モータ２の回転速度を一定に保つようにインバータ３を制御すると、ポンプ１の流量が小さくなればなるほどポンプ１の吐出圧力が高くなっていく。したがって、小流量領域での高吐出圧を実現することができる。さらに、図７に示す例においても、図５に示すグラフと同じように、従来の電流一定制御モードに比べて、本発明の第２の制御モードでの消費電力を低減させることができる。

【0031】

上述したように、第２の流量領域Ｒ２においてはモータ２に供給される電流、電力、またはモータ２の回転速度を一定に保つことで、小流量領域でのポンプ１の吐出圧力を増加させている。この場合、ポンプ１の吐出圧力が高くなりすぎ、配管中を圧送される液体が漏れ出したり、圧力センサ７などのポンプ装置における構成部品を損傷することもある。

【0032】

このような過度の圧力上昇を回避するために、第２の流量領域Ｒ２において吐出圧力に上限を設けてもよい。より具体的には、ポンプ１の吐出圧力が所定の上限に達したとき、ポンプ制御部１５はモータ２の回転速度を低下させるように、インバータ２に指令を発する。図８は、このような吐出圧力の上限を第２の流量領域Ｒ２に設けた例を示す圧力−流量線図である。図８では、第２の流量領域Ｒ２の一部において回転速度一定制御を行っている。

【0033】

図８に示されるように、第２の流量領域Ｒ２における流量が低下してポンプ１の吐出圧力が所定の上限ＵＬに達すると、ポンプ制御部１５はモータ２の回転速度（すなわちポンプ１の回転速度）を低下させるようにインバータ３に指令を出す。ポンプ１の吐出圧力は、図１に示す圧力センサ７によって測定される。このように、ポンプ１の吐出圧力が所定の上限ＵＬを超えないようにインバータ３が制御されるので、吐出圧力の過度の上昇を防止することができる。

【0034】

ポンプ１、モータ２、およびインバータ３のうちの少なくとも１つの温度を測定する少なくとも１つの温度計を設け、温度の測定値が所定の上限に達したときは、モータ２の回転速度を低下させるようにインバータ３を制御してもよい。図２に示される実施形態では、ポンプ１、モータ２、およびインバータ３には、これらの温度を測定する温度計２６，２７，２８がそれぞれ取り付けられている。これら温度計２６，２７，２８によって取得された温度の測定値は、ポンプ制御部１５に送られる。温度計２６，２７，２８は、図示されるようにポンプ１、モータ２、およびインバータ３の全てに取り付けられていてもよいし、いずれか１つ、あるいはいずれか２つに取り付けられていてもよい。

【0035】

第２の制御モードでモータ２の電流、電力、または回転速度を一定に保つと、流量が低下してきたときに、ポンプ１、モータ２、またはインバータ３が過負荷になって過熱されてしまうことがある。そのため、ポンプ制御部１５は、温度計２６，２７，２８から得られたポンプ１、モータ２、およびインバータ３の温度の測定値に基づいて、これらポンプ１、モータ２、およびインバータ３の過負荷を監視する。具体的には、温度計２６，２７，２８によって得られた温度の測定値のいずれか１つが対応する上限に達した場合は、ポンプ制御部１５はインバータ３に指令を発してモータ２の回転速度を低下させる。温度の上限は、温度計２６，２７，２８に対応して複数設けられる。

【0036】

図９は、このような温度の上限を第２の流量領域Ｒ２に設けた例を示す圧力−流量線図である。図９では、第２の流量領域Ｒ２において回転速度一定制御を行っている。図９に示されるように、第２の流量領域Ｒ２における流量が低下してポンプ１、モータ２、およびインバータ３の温度の測定値のいずれか１つが対応する所定の上限に達すると、ポンプ制御部１５はモータ２の回転速度（すなわちポンプ１の回転速度）を低下させるようにインバータ３に指令を出す。このように、温度の測定値が所定の上限を超えないようにインバータ３が制御されるので、ポンプ１、モータ２、およびインバータ３が過負荷により損傷することを防止することができる。

【0037】

さらに、ポンプ１としてカスケードポンプが採用された場合、本発明の制御モードを用いれば、第１の流量Ｑ１でのモータ２やインバータ３の過負荷や、締切運転付近でのポンプ１、モータ２、およびインバータ３の過熱を防止することができる。以下、この利点について説明する。

【0038】

吐出圧力一定制御のみを用いて小流量領域での高吐出圧力を実現するためには、全流量領域において、設定圧力を上げる必要がある。しかしながら、この場合、第１の流量Ｑ１において、運転点がモータ２とインバータ３の許容運転領域を超えてしまい、モータ２およびインバータ３が過負荷となる。特に、第１の流量Ｑ１から流量がやや低下した流量領域では、モータ２の回転速度の低下に伴ってモータ２の回転軸に直結された冷却ファンの回転速度が低下する。このため、運転点が許容運転領域を超えた状態であるにもかかわらず、モータ２およびインバータ３の冷却効果が低下して、モータ２およびインバータ３が過熱されてしまう。カスケードポンプは、同じ回転速度で運転する場合、小流量であればあるほど、消費電流が多くなるという特性を有するため、ポンプ１としてカスケードポンプが採用されている場合にはモータ２およびインバータ３が過負荷となりやすい。運転点がモータ２とインバータ３の許容運転領域を超えないようにするためには、より容量が大きなモータおよびインバータを使用すればよいが、ポンプ装置のコスト増大やサイズ増大に繋がってしまう。

【0039】

本発明の第２の制御モードによれば、第２の流量Ｑ２から第１の流量Ｑ１までの第３の流量領域Ｒ３においては、ポンプ１の吐出圧力は所定の圧力Ｐ１に保たれる。したがって、第１の流量Ｑ１付近での運転点は、モータ２やインバータ３の許容運転領域内であり、過負荷および過熱の問題が生じない。

【0040】

図４に示されるような従来の電流一定制御モードでは、上記した第１の流量Ｑ１付近でのモータ２やインバータ３の過負荷の問題は生じない。これは、電流がモータ２およびインバータ３の許容運転領域内で一定に制御されるからである。しかしながら、モータ２に流れる電流を一定に保持したまま、第１の流量Ｑ１からポンプ１の吐出流量を低下させると、上述したようにモータ２の回転速度が低下して、モータ２の回転軸に直結された冷却ファンの回転速度も低下してしまう。その結果、モータ２およびインバータ３の冷却効果が低下する。特に、締切運転付近では、冷却ファンの回転速度が最小となるため、モータ２やインバータ３の過熱が懸念される。また、締切運転付近では、ポンプ１によって移送される液体量が少ないので、ポンプ１と液体との間での熱交換される熱量も減少してしまう。その結果、ポンプ１にも過熱の問題が生じることがある。

【0041】

本発明の第２の制御モードによれば、電流、電力、または回転速度を一定に制御するのは、第２の流量領域Ｒ２だけである。したがって、本発明の第２の制御モードが選択された場合の締切運転付近での電流や電力を、流量０から第１の流量Ｑ１までの全領域で電流を一定に制御する従来の電流一定制御モードの電流や電力に比べて小さくすることもできる。図１０は、図３に示されるような電流一定制御を行う第２の制御モードおいて、吐出流量０の締切運転時の吐出圧力が図３に示される例よりも下がるように、第２の流量領域Ｒ２における電流値を図３に示した電流値よりも下げて制御した場合の消費電力グラフである。図１０に示されるように、この第２の制御モードでは、従来の電流一定制御を行う図４の場合と比べて、締切運転時の吐出圧力が低くなっており、消費電力は、第２の流量領域Ｒ２において、図５の場合と比べて低下している。

【0042】

第２の制御モードにおいてモータ２に供給される電力、またはモータ２の回転速度を一定に制御する場合においても、吐出流量０の締め切り運転時の吐出圧力をさらに下げるように第２の流量領域Ｒ２における電力または回転速度を下げるように制御することが可能である。この場合も、図１０に示されるような吐出圧力と吐出流量との関係を構築するこが可能であり、電流を下げる場合と同様に消費電力を低くすることができる。その結果、モータ２やインバータ３の過熱の問題を回避しやすくなる。特に、第２の制御モードにおいて回転速度一定制御が行われる場合は、冷却ファンの回転速度も一定に保たれるので、モータ２やインバータ３の過熱を防止することができる。さらに、上述した温度計２６，２７，２８を用いた温度上限を設けておくと、ポンプ１、モータ２、およびインバータ３の過熱を回避することができる。

【0043】

インバータ制御モードを、圧力一定制御モードである第１の制御モードにするか、または電流、電力、もしくは回転速度を一定に制御する第２の制御モードにするかの選択は、切替スイッチ１８をポンプ１の運転が停止中またはポンプの運転中に操作して行うことができる。ポンプ１の運転中に切替スイッチ１８が操作されて、インバータ制御モードが第１（又は第２）の制御モードから第２（又は第１）の制御モードに切替られるとき、ポンプ１の吐出流量が第２の流量領域Ｒ２内にあると、吐出圧力が急激に変動するおそれがある。この急激な圧力変動を抑えるために、モータ２の回転速度の単位時間あたりの変化量が制限される、モータの加速時間又は減速時間を、切替スイッチ１８が操作されてから所定時間の間だけ設けてもよい。

【0044】

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0045】

１ ポンプ
２ モータ
３ インバータ
５ チェッキ弁
６ フロースイッチ
７ 圧力センサ
１０ 吸込配管
１１ 吐出配管
１５ ポンプ制御部
１６ 商用電源
１８ 切替スイッチ
２０ インバータ制御部
２１ インバータ回路
２４ 電圧検出器
２５ 電流検出器
２６，２７，２８ 温度計
３０ 電力演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】