(57)【要約】【課題】空気集熱装置の制御を、太陽電池だけを動力源として行う際に生ずる不具合を解消する。【解決手段】太陽電池の電圧を検出し、太陽電池の電圧が予め定められた第１の電圧（Ｖｐ１）を超えたら制御回路が制御動作を開始し、ファン停止中に太陽電池の電圧が予め定めた第３の電圧（Ｖｐ３）を超えたら前記ファンを起動し、ファン運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低く前記第１の電圧（Ｖｐ１）よりも高い予め定めた第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下したらファンを停止して前記吸込みダンパもしくは前記吹き出しダンパを待機状態、すなわち、居室の暖かい空気が空気集熱部に放出されるのを防ぐ位置に移行させるようにする。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱により空気を加熱する空気集熱部と、太陽電池を動力源として開閉駆動される吸込みダンパと、この吸込みダンパを介して前記空気集熱部に吸込み側を接続され、前記太陽電池を動力源として駆動されるファンと、このファンの吐出側に設けられ太陽電池を動力源として開閉駆動される吹き出しダンパと、前記太陽電池を電源として前記ファン及び吸込みダンパの動作を制御する制御回路と、を有してなり、前記制御回路は、太陽電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、太陽電池の電圧が予め定めた第１の電圧（Ｖｐ１）を超えたら制御動作を開始し、予め定めた第３の電圧（Ｖｐ３）を超えたら前記ファンを起動し、ファン運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低く前記第１の電圧（Ｖｐ１）よりも高い予め定めた第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下したらファンを停止して前記吸込みダンパもしくは吹き出しダンパを待機状態に移行させるよう構成されている空気集熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の空気集熱装置において、前記ファンは前記吹き出しダンパを介して床下もしくは居室に空気を送る送気ダクトに接続され、前記制御回路は、待機状態においては、前記吸込みダンパを前記空気集熱部と床下もしくは居室との空気の流通を遮断する位置にするよう構成されていることを特徴とする空気集熱装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の空気集熱装置において、前記制御回路は、ファンの運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低下した場合、太陽電池の電圧が前記第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下しないように、ファンの回転数を低下させるよう構成されていることを特徴とする空気集熱装置。
【請求項４】
太陽熱により空気を加熱する空気集熱部と、太陽電池を動力源として開閉駆動される吸込みダンパと、この吸込みダンパを介して前記空気集熱部に吸込み側を接続され、前記太陽電池を動力源として駆動されるファンと、このファンの吐出側に設けられ太陽電池を動力源として開閉駆動される吹き出しダンパと、前記太陽電池を電源として前記ファン及び吸込みダンパの動作を制御する制御回路と、を有してなる空気集熱装置の制御方法であって、太陽電池の電圧を検出し、検出した電圧が予め設定された複数の電圧範囲のいずれにあるかを判定し、判定した電圧範囲に応じて、前記複数の電圧範囲のそれぞれに対応して定められている制御手順を実行する空気集熱装置の制御方法。
【請求項５】
太陽熱により空気を加熱する空気集熱部と、太陽電池を動力源として開閉駆動される吸込みダンパと、この吸込みダンパを介して前記空気集熱部に吸込み側を接続され、前記太陽電池を動力源として駆動されるファンと、このファンの吐出側に設けられ太陽電池を動力源として開閉駆動される吹き出しダンパと、前記太陽電池を電源として前記ファン及び吸込みダンパの動作を制御する制御回路と、を有してなる空気集熱装置の制御方法であって、太陽電池の電圧を検出し、太陽電池の電圧が予め定められた第１の電圧（Ｖｐ１）を超えたら制御動作を開始し、ファン停止中に太陽電池の電圧が予め定めた第３の電圧（Ｖｐ３）を超えたら前記ファンを起動し、ファン運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低く前記第１の電圧（Ｖｐ１）よりも高い予め定めた第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下したらファンを停止して前記吸込みダンパもしくは前記吹き出しダンパを待機状態に移行させる空気集熱装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の空気集熱装置の制御方法において、前記第２の電圧（Ｖｐ２）は、前記吸込みダンパもしくは吹き出しダンパの開閉が可能な電圧に設定されていることを特徴とする空気集熱装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の空気集熱装置の制御方法において、前記ファンは前記吹き出しダンパを介して床下もしくは居室に空気を送る送気ダクトに接続され、待機状態においては、前記吸込みダンパを前記空気集熱部と床下もしくは居室の間の空気の流通を遮断する位置にすることを特徴とする空気集熱装置の制御方法。
【請求項８】
請求項５〜７のうちのいずれか１項記載の空気集熱装置の制御方法において、ファンの運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低下した場合、太陽電池の電圧が前記第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下しないように、ファンの回転数を低下させることを特徴とする空気集熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池駆動の空気集熱装置とその制御方法に係り、特にバッテリーや商用電源を用いずに太陽電池だけで制御する空気集熱装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すように、屋根面に空気集熱部を取り付け、太陽熱によって空気を暖め、暖かくなった空気を、太陽電池を動力源に用いて暖房に利用したり、暖かくなった空気を外部に排気して熱気がこもるのを防ぐ空気集熱装置が知られている。暖かくなった空気を暖房に利用するために、太陽電池の電力で駆動されるファンを設けている。そしてこのファンの吸込み側に吸込みダンパを設け、吸込みダンパと空気集熱部を棟側吸気ダクトで接続し、ファンの吹き出し側に吹き出しダンパを設け、吹き出しダンパと床下を床下送気ダクトで接続してある。また、前記吹き出しダンパと屋外を連通する屋外排気ダクトが設けられ、前記吸込みダンパと居室を連通する室内吸気ダクトが設けられている。前記吸込みダンパは、前記ファンの吸込み側を、棟側吸気ダクトと室内吸気ダクトのいずれかに連通するように位置を切り換えられるようになっており、前記吹き出しダンパは、前記ファンの吐出側を、床下送気ダクトと屋外排気ダクトのいずれかに連通するように位置を切り換えられるようになっている。
【０００３】
なお、以下の説明では、前記吸込みダンパを、前記ファンの吸込み側と空気集熱部を連通して前記ファンの吸込み側と居室の間を遮断する位置にしたとき、吸込みダンパを空気集熱部側に向けるといい、前記ファンの吸込み側と居室を連通して前記ファンの吸込み側と空気集熱部の間を遮断する位置にしたとき、吸込みダンパを居室側に向けるという。
【０００４】
同様に、前記吹き出しダンパを、前記ファンの吐出側と屋外排気ダクトを連通して前記ファンの吐出側と床下側の間を遮断する位置にしたとき、吹き出しダンパを屋外側に向けるといい、前記ファンの吐出側と床下送気ダクトを連通して前記ファンの吐出側と屋外排気ダクトの間を遮断する位置にしたとき、吹き出しダンパを床下側に向けるという。
【０００５】
前記吸込みダンパと吹き出しダンパの位置の組合せにより、次の四つのモードでファンの運転が行われる。
１．屋根集熱モード：空気集熱部から吸込み、床下に吹き出し
２．屋根排気モード：空気集熱部から吸込み、屋外に吹き出し
３．室内循環モード：室内から吸込み、床下に吹き出し
４．室内排気モード：室内から吸込み、屋外に吹き出し
なお、図４に示すように、床下と居室を連通する吹き出し口が設けられ、床下に送り込まれた空気は、この吹き出し口を経て室内へ導かれるようになっている。
【０００６】
前記ファンはＤＣモータで駆動されるようになっており、このＤＣモータは、制御回路を介して太陽電池に接続されている。
【０００７】
このような空気集熱装置としては、例えば、特公平３−４８２９９号公報に記載されているものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記空気集熱装置の制御は、基本的に、空気集熱部の温度が設定温度よりも高い間、図５に示すように、吸込みダンパを空気集熱部側にし、吹き出しダンパを床下側にしてファンを運転し、暖まった空気を床下に送り込むようになっている（屋根集熱モード）。
【０００９】
空気集熱部の温度が設定温度以下に下がるのは日没以降になることが多く、その場合、同時に太陽電池の出力も低下する。太陽電池によりファンを駆動する場合、基本的に太陽の日射による発電量と、空気集熱部の集熱量は比例するため、太陽電池とファンモータを直結しておけば、日没時に自然にファンが停止するので、ファンの運転については問題はない。
【００１０】
一方、太陽電池だけを電源として利用する関係で、屋根集熱モードのまま太陽電池の電圧降下により電源オフになってファンが停止すると、吸込みダンパ及び吹き出しダンパが空気集熱部と床下を連通する状態のままとなるので、図６に示すように、床下の暖かい空気が自然対流により床下送気ダクト、ファン、棟側吸気ダクトを通して空気集熱部に逆流し、冷却されてしまったり、外に逃げてしまうという問題がある。
【００１１】
このような不具合を避けるには、ファン停止時に、図７に示すように吸込みダンパもしくは吹き出しダンパの位置を操作して、床下送気ダクトと棟側吸気ダクトの間を遮断し、熱が逃げないようにする必要がある。従来はそのために、ダンパ操作のためのバッテリーを備え、日没後に空気集熱部の温度が設定値よりも低下した場合、太陽電池の出力が低下していても、バッテリーの電力で吸込みダンパを動かすようにしていた。図８に、バッテリーを設けた回路の例を示す。
【００１２】
しかし、バッテリーを備えることでバッテリーの過充電防止回路などが必要になり、設備が大きくなるとともにコストが高くなる。またバッテリーのメンテナンスも必要になる。
【００１３】
また、図８に示すように、ダンパの制御や空気集熱部の温度や居室の温度などを入力とする、ダンパの制御やファンモータの制御を行うマイコン制御回路を備え、この制御回路の電源も同一の太陽電池から供給する場合、日射量の変動に伴ない、次のような問題が生じる。
【００１４】
日射が増え、電源電圧がマイコン制御回路の動作電圧（Ｖｐ１）を超えるとマイコン制御回路が起動し、制御を開始する。制御の結果ファンを回転させると、急激に消費電力が増えて電圧が低下する。電圧がＶｐ１以下になるとマイコン制御回路にリセットがかかり、ファンも停止する。すると消費電力が減るため再度電圧が上昇する、というサイクルを繰り返す。図９はこの状態をを例示したものである。このような現象が生ずるため、表示灯がチカチカ点滅するとともに、ファンが動いたり止まったりのいわゆるハンチングが繰り返され、品質上、問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、空気集熱装置の制御を、太陽電池だけを動力源として行う際に生ずる不具合を解消することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、太陽熱により空気を加熱する空気集熱部と、太陽電池を動力源として開閉駆動される吸込みダンパと、この吸込みダンパを介して前記空気集熱部に吸込み側を接続され、前記太陽電池を動力源として駆動されるファンと、このファンの吐出側に設けられ太陽電池を動力源として開閉駆動される吹き出しダンパと、前記太陽電池を電源として前記ファン及び吸込みダンパの動作を制御する制御回路と、を有してなる空気集熱装置を制御するに際し、前記太陽電池の電圧を検出し、検出した電圧が予め設定された複数の電圧範囲のいずれにあるかを判定し、判定した電圧範囲に応じて、前記複数の電圧範囲のそれぞれに対応して定められている制御手順を実行することにより達成される。
【００１７】
具体的には、ファン、ダンパ、及び制御回路の電源となる太陽電池の電圧を検出し、太陽電池の電圧が予め定められた第１の電圧（Ｖｐ１）を超えたら制御回路が制御動作を開始し、ファン停止中に太陽電池の電圧が予め定めた第３の電圧（Ｖｐ３）を超えたら前記ファンを起動し、ファン運転中に太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低く前記第１の電圧（Ｖｐ１）よりも高い予め定めた第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低下したらファンを停止して前記吸込みダンパもしくは前記吹き出しダンパを待機状態に移行させるようにする。
【００１８】
また、ファンの運転を開始したとき、あるいはファン運転中に、太陽電池の電圧が前記第３の電圧（Ｖｐ３）よりも低くなった場合は、太陽電池の電圧が前記第２の電圧（Ｖｐ２）よりも低くならないようにファンの回転数を低下させる。
【００１９】
このように構成することで、太陽電池の電圧低下に伴なうファンの起動停止の繰り返し（ハンチング）を回避することが可能になる。
【００２０】
第２の電圧（Ｖｐ２）は、前記吸込みダンパもしくは前記吹き出しダンパを動かすことのできる電圧で、かつ、この電圧でファンを停止したときに負荷の減少に伴なう電圧の上昇があっても、前記第３の電圧になることのない電圧に設定する。
【００２１】
前記吸込みダンパもしくは前記吹き出しダンパの待機状態では、居室内の暖かい空気が外部に出ていくことをのないような位置にダンパが操作される。
【００２２】
このように構成することで、ダンパ操作用のバッテリーを設けることなしに、ファンを停止したときに、居室内の暖かい空気が外部へ逃げて行くのを防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図４に本実施の形態にかかる空気集熱装置の全体構成の概要を示す。先に図４を参照して従来技術を説明したが、従来技術と本実施の形態が異なるのは、制御回路の構成と、本実施の形態では、充電回路及びバッテリーが設けられていない点である。
【００２４】
図示の空気集熱装置は、屋根面に配置されて太陽熱により空気を加熱する空気集熱部と、この空気集熱部に接続された棟側吸気ダクトと、棟側吸気ダクトに電動駆動の吸込みダンパを介して接続されたファンと、このファンの吐出側に電動駆動の吹き出しダンパを介して接続され、下流端が居室の床下の区画に開口する床下送気ダクトと、居室と前記吸込みダンパを接続する室内吸気ダクトと、前記吹き出しダクトと屋外を接続する屋外排気ダクトと、太陽光により電力を発生する太陽電池と、太陽電池を電源として前記吸込みダンパと吹き出しダンパ及びファンを駆動し、制御する制御回路と、を含んで構成されている。前記床下区画は、床に形成された開口により居室と連通されている。
【００２５】
前記吸込みダンパは、四角形のダンパ本体をその一辺に固着された軸を回転軸として回転させて、棟側吸気ダクトと室内吸気ダクトのいずれか一方をファンの吸込み口に連通するようになっている。ダンパ本体を中間位置におけば、棟側吸気ダクトと室内吸気ダクトの双方をファンの吸込み口に連通することも可能になっている。
【００２６】
同様に、前記吹き出しダンパは、四角形のダンパ本体をその一辺に固着された軸を回転軸として回転させて、屋外排気ダクトと床下送気ダクトのいずれか一方をファンの吐出口に連通するようになっている。ダンパ本体を中間位置におけば、屋外排気ダクトと床下送気ダクトの双方をファンの吐出口に連通することも可能になっている。
【００２７】
次に、前記制御回路の構成を説明する。本実施の形態における制御回路は、図１に示すように、ソーラー電源（太陽電池、以下同じ）に接続された電源回路と、複数の温度入力回路及び前記ソーラー電源と電源回路を結ぶ電路に接続されたマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）と、マイコンに接続されたファンモータ制御回路、吸込みダンパ制御回路、吹き出しダンパ制御回路を備え、ファンモータ制御回路はファンモータに、吸込みダンパ制御回路は吸込みダンパに、吹き出しダンパ制御回路は吹き出しダンパに、それぞれ接続されている。制御回路には、図示されていない制御盤が設けられ、装置の運転者は、この制御盤で必要な指示や設定値を入力する。
【００２８】
本実施の形態の空気集熱装置は、吸込みダンパと吹き出しダンパの位置の組合せを変えることで、次の四つの運転モードで運転されるようになっている。
１．屋根集熱モード：空気集熱部から吸込み、床下に吹き出し
２．屋根排気モード：空気集熱部から吸込み、屋外に吹き出し
３．室内循環モード：室内から吸込み、床下に吹き出し
４．室内排気モード：室内から吸込み、屋外に吹き出し
５．待機モード：ファン停止、ダンパは室内循環モードと同じ状態
以下、本実施の形態の制御につき、図２を参照して説明する。図２は、横軸に太陽電池の電圧をとり、縦軸に運転状態を示してある。横軸に設定された第一の電圧Ｖｐ１は、制御回路の動作が開始される電圧で、太陽電池の電圧がこの電圧よりも高いとき、制御回路が作動し、太陽電池の電圧がこの電圧よりも低いと、制御回路がリセットされて作動を停止する。第２の電圧Ｖｐ２は、ファンが停止され、吸込みダンパ、吹き出しダンパが待機状態に移行される電圧である。第３の電圧Ｖｐ３は、ファンの回転が起動される電圧である。
【００２９】
制御回路のマイコンは常時太陽電池の電圧を検出している電圧検出手段を備え、検出した電圧が前記Ｖｐ１を超えると、制御回路のマイコンは自動的に作動を開始する。この段階ではファンもダンパも作動しない。電圧が上昇してＶｐ３を超えると、マイコンの指示により、ダンパが予め設定された運転モードに対応する位置に動かされ、次いで、ファンが起動される。ファンが起動されたら、低回転からゆっくり回転を上げてゆき、消費電力を徐々に増やしてゆく。例えば、定格回転数を１００％として、１％／ｓｅｃ程度のペースで定格回転数まで回転を上げてゆく。
【００３０】
ファンの運転中に電圧がＶｐ３以下に低下すると、マイコンは次第にファンの回転数を低下させ、電圧がＶｐ２以下に低下するのを防ぐように制御する。ファンの回転数を低下させても電圧がＶｐ２に低下したら、ファンが停止され、待機状態（待機モード）に移行する。例えば、太陽電池の電圧がＶｐ３あるいはそれ以上のとき、ファン回転数を定格回転数（１００％）で運転し、太陽電池の電圧ＶｐがＶｐ３とＶｐ２の間では、
ファン回転数（％）＝１００・（Ｖｐ−Ｖｐ２）／（Ｖｐ３−Ｖｐ２）（％）
として運転する。ファン回転数をこのように制御することで、太陽電池の電圧の低下に伴なって負荷が低減され、太陽電池の電圧低下が抑制される。
【００３１】
待機状態で待機しているうちに一時的な日照不足が終わって電圧がＶｐ３を超えたら、待機状態から当初の運転モードになるよう、吸込みダンパの作動位置が操作され、次いで、ファンが再び起動される。
【００３２】
待機状態で待機しているうちにさらに電圧が低下し、Ｖｐ１以下になったら、制御回路が作動を停止し、完全な停止状態となる。
【００３３】
このように、制御回路が作動を開始する電圧Ｖｐ１と、ファンが起動される電圧Ｖｐ３に差を設け、さらに、電圧がＶｐ３よりも低下した段階で直ちにファンを停止するのではなく、前記Ｖｐ１よりも高い第２の電圧Ｖｐ２まで低下してからファンを停止するので、日射量の変化に伴なう電圧の変動で生ずるシステムのハンチング現象を避けることができる。
【００３４】
図３に、この場合の太陽電池の電圧と消費電力の挙動の例を模式的に示す。この例では、ダンパの作動がない場合を示している。
【００３５】
第２の電圧Ｖｐ２は、ファンは運転できないが、消費電力の少ない吸込みダンパ、吹き出しダンパの作動が可能な電圧に設定され、待機状態では、吸込みダンパと吹き出しダンパは、制御回路に制御されて前記図７に示した状態（吸込みダンパ：室内側、吹き出しダンパ：床下側）に移行する。
【００３６】
したがって、屋根集熱モードでファン運転中に、太陽電池の電圧が低下しても、ダンパの操作が可能な段階でファンを停止してダンパが所定の位置に操作されるから、室内の暖かい空気が屋外に出てゆく恐れはない。
【００３７】
なお、室内排気モードで運転中に太陽電池の電圧低下した場合、同様にダンパが待機状態に移行され、室内からの自然対流による放熱が防止される。屋根集熱モード及び室内排気モード以外の運転モードで運転中にファンが停止された場合は、そのままでも、空気集熱部で加熱された室内の暖かい空気が屋外に出てゆく恐れはないから、必ずしもダンパを待機状態に移行させる必要はない。また、待機状態として屋根排気モードでファンを停止した状態、すなわち、吸込みダンパを室内吸気ダクトとファン吸込み側の間を遮断する状態に、吹き出しダンパをファン吐出側と床下送気ダクトの間を遮断する状態に、それぞれ設定してもよい。
【００３８】
本実施の形態では、第２の電圧Ｖｐ２は、ファンは運転できないが、消費電力の少ない吸込みダンパ、吹き出しダンパの作動が可能な電圧に設定されているが、必ずしも、ファンの運転ができない電圧に設定する必要はなく、ファンの実用上要求される最低回転数を賄える電圧とすればよい。
【００３９】
本実施の形態によれば、太陽電池の電圧が低下しても、ダンパが操作できなくなる前にファンを停止して、ダンパが操作されるので、ダンパ操作用のバッテリーを装備する必要がない。また、制御回路が作動開始する電圧よりも高い電圧Ｖｐ３でファンが起動され、ファンが起動されたら、Ｖｐ３よりも低い電圧Ｖｐ２になるまでファンを停止しないから、太陽電池の電圧の低下に伴なうシステムのハンチングが避けられる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、空気集熱装置の制御を、太陽電池だけを動力源として行う際に生ずる不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気集熱装置の制御回路の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における太陽電池の電圧と、電圧に対応して設定された運転状態を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態における太陽電池出力の変動と消費電力の関係を示す概念図である。
【図４】空気集熱装置の全体構成を模式的に示す断面概念図である。
【図５】図４に示す空気集熱装置において、空気集熱部で加熱された空気を床下に送り込んでいる屋根集熱モードを示す断面概念図である。。
【図６】図５に示す屋根集熱モードにおいてファンを停止した時に、床下の暖かい空気が空気集熱部側に放出される状態を示す断面概念図である。
【図７】図５に示す屋根集熱モードにおいてファンを停止した時に、吸込みダンパで、居室の暖かい空気が空気集熱部側に放出されるのを防いだ状態を示す断面概念図である。
【図８】従来技術における制御回路と充電回路及びバッテリーを示すブロック図である。
【図９】従来技術における太陽電池出力の変動と消費電力の関係を示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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