電子整流モーターを備えた循環ポンプのエネルギー節約を最大化する 5 つの方法

Jul 24, 2023

米国エネルギー省 (DOE) は最近、循環ポンプの新しい省エネ基準を提案し、メーカーに効率を高める設計を促しました。

循環ポンプは至るところに普及しており、エネルギー消費を削減できる可能性は非常に大きくあります。 電力研究所 (EPRI) のレポートでは、約 3,000 万台の循環ポンプの設置によるエネルギー節約の可能性は 50% 以上であると推定されています。

循環ポンプは、エア ハンドリング ユニット (AHU)、冷却コイル ブースター ポンプ、小型輻射システム、地中熱源ヒート ポンプ、家庭用温水 (DHW) 再循環ループなど、さまざまな商業建築用途で使用されています。 これまで、循環ポンプは、ポンプ設計に特有の長くて資本集約的な設計サイクルが原因で、エネルギー効率のアップグレードの対象として見落とされてきましたが、新しいテクノロジーにより、その価値が高まりつつあります。

米国一般調達局によると、現在、米国の循環ポンプの 90% 以上は、標準の誘導モーターを動力源とする定容量ポンプです。 省エネルギー目標を達成するために、DOE はより高度なモーター技術を使用することを推奨しています。

DOE の分析により、電子整流 (EC) モーターは一般に誘導モーターよりもはるかに効率が高く、ポンプ システム全体の効率を向上させることができることがわかりました。 ほとんどの EC モーターは、銅巻線を備えた従来の鉄心ステーターを使用しますが、新しい空芯モーター トポロジでは、革新的なプリント基板 (PCB) ステーターが使用されており、コア損失を排除し、効率を向上させるという利点があります。 循環ポンプのメーカーが設計において新しい EC モーター技術を検討する際、最適化のために考慮すべき要素がいくつかあります。

EC モーターは、その構造がローターとステーターのコンポーネント間の損失を最小限に抑えるため、一般に誘導モーターよりも 30% 効率が高くなります。 EC モーターでは、積層と銅の熱損失が 50% 削減され、効率が向上します。 国際効率 (IE) 5 規格を満たす EC モーターは、可能な限り最高の効率レベルを提供しますが、EC モーターは速度や負荷が異なると効率が異なる場合があることに注意することが重要です。 EC モーターを選択する場合は、ポンプ システム全体の効率と動作を最適化するために、幅広い負荷条件にわたって平坦な効率曲線を持つモーターを特定します (画像 1)。 これにより、ポンプ システムはさまざまな動作条件下で最適な効率を確実に得ることができます。

PCB ステーターを使用する高度な EC モーターは、効率をさらに向上させ、コア損失を排除できます。 銅製 PCB ステーターは PCB に直接エッチングされているため、信頼性が向上し、銅材料の量が削減されます。 スチールコアと銅巻線で構成されるステーターを備えたモーターでは、渦電流が発生し、モーター損失が発生します。 コアと銅巻線を PCB ステーターに置き換えると、これらの損失がなくなり、定格電力と速度、さらには動作範囲全体にわたってモーターの効率が向上します。

DOE の勧告では、モーター効率の改善と需要ベースの可変速度制御により、油圧効率の改善よりも大幅なエネルギー節約が可能となり、用途に応じてエネルギー使用量を 65% 以上節約できることが示されています。 速度が変化するポンプは、負荷要件に合わせてポンプ速度を下げることでエネルギー消費を削減できます。 統合された可変速度制御により、需要に合わせて下流のバルブを絞る必要もなくなり、エネルギーとインフラストラクチャの損耗の両方を節約できます。 さらに、これは、法外なコストがかかる可能性がある従来の可変周波数ドライブ (VFD) 用の個別の空調空間の設置、配線、試運転を必要とせずに実行できます。

すべての EC モーターにはある程度の可変速度テクノロジーが組み込まれていますが、その制御機能は、基本的な速度制御オプションから、MODBUS 接続やモーターのパフォーマンスを伝達する機能など、一般的な VFD に見られるより高度な制御機能にまで及ぶことに注意することが重要です。そして健康データはコントローラーまたは集中制御システムに戻されます。 これらの高度な EC モーターにより、振動、温度、速度、効率の遠隔監視が可能になり、それがポンプ コントローラーにフィードバックされ、モーターがオンデマンドで調整および保護できるようになります。