JP2007295788A - 太陽熱循環ポンプ、並びに、太陽熱循環ポンプの制御、起動制御、及び動作設定のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱循環ポンプであって、簡単な設計としつつ動作特性を改善したものを提供する。
【解決手段】電子的に整流され周期的な整流信号を供給する制御装置３２を有する電気モータ２２を備え、光起電性パネル装置に接続した太陽熱循環ポンプ１４を提供するために、整流信号が、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率に応じて変化するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子的に整流され、かつ周期的な整流信号を供給する制御装置を備えた電気モータを含む、光起電性パネル装置に接続される太陽熱循環ポンプに関する。

本発明は更に、光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された電気モータを含む太陽熱循環ポンプを制御する方法に関する。

本発明は更に、光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された電気モータを含む太陽熱循環ポンプの起動を制御する方法に関する。

本発明は更に、光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された電気モータを含む太陽熱循環ポンプの動作を設定する方法に関する。

光起電性パネル装置に接続される太陽熱循環ポンプは、太陽熱収集装置と組み合わせて用いられる。太陽熱循環ポンプは、液状の媒体（特に、水）を搬送して太陽熱収集装置内を通過させ、その液状媒体を温める。光起電性パネル装置は、太陽熱循環ポンプを動作させるために必要な電気エネルギーを提供する。

太陽光放射の状態は変化するため、太陽熱循環ポンプへの電気エネルギーの供給も変化する。これには問題のあることが判っている。

本発明の目的は、冒頭で述べた種類の太陽熱循環ポンプであって、簡単な設計としつつ動作特性を改善したものを提供することである。

この目的は、冒頭で述べた太陽熱循環ポンプにおいて、本発明に従い、次のようにすることで達成される。即ち、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率に応じて上記整流信号が変化するよう、上記制御装置が構成されること、である。

上記整流信号は、上記電気モータのロータが回転することを確実にする。上記電気モータのコイルは、上記整流信号により、位相シフト方式で駆動される。デューティーサイクルにより上記整流信号に変化が生じる。例えば、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率が変化する。これにより、上記整流信号の周期に対するスイッチオンの時間のパーセンテージが変化する。

太陽放射の状態は変化するため、上記光起電性パネル装置によって得られる電力も時間とともに変化する。その結果、上記太陽熱循環ポンプの回転速度（つまりは、電気モータのロータの回転速度）が変化する可能性がある。整流信号におけるスイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率は変化し、与えられた日照条件の下、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との最適な比率を見い出すことができる。このため、与えられた日照条件の下での回転速度を最大にすることができる。

特に、上記整流信号は連続して変化することができる。このため、上記太陽熱循環ポンプを連続的に最適化するために、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率を永続的に変えることができる。

例えば、その形状や、もしくはその振幅における整流信号の変化が備わっている。特に、ブロック整流を経て電子的に整流されたモータを稼働することは知られている。その対応する整流信号は、ステップパルスにより構成される。スイッチオンの時間に対するスイッチオフの時間の比率は、周期内でのパルス長を変化させることで変えることができる。

整流信号が正弦曲線、又は正弦の包絡線により構成される正弦整流もまた知られている。例えば、対応する信号は、正弦曲線を生み出すようにパルス高を調整された個々のパルスから生成される。スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率の変化は、デューティーサイクルによって倍化されたこのような信号パルスによって達成される。それにより、サインカーブのエンベロープ振幅は、サイン形状それ自体は維持しながら変化する。

特に、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間（デューティーサイクル）に応じた整流信号の変化は、整流信号の周期よりもはるかに大きい時間のスケールで起こる。その変化が起こる時間のスケールは、太陽光の放射状態の変化が起きると予想される時間のスケールである。具体的には、１０分の１秒かそれより大きなスケールである。

スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率の変化が、比率の増加又は減少によって起こるのは、目的を達するための手段である。具体的には、電気モータのロータの回転速度を最大化する目的で、デューティーサイクルのクロックが進んだり遅れたりする。

制御装置が、電気モータのロータの回転速度が制御された大きさであり、かつスイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率が統制される制御回路を備えることは、極めて具体的な利点となる。具体的にこの制御回路は、制御装置のソフトウェアによって実行され得る。デューティーサイクルは、回転速度の最適化、つまり最大化のために変化する。例えば、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率が、ある特定の比率から始まって増加していくことなどである。もしこのことが、回転速度の増加をもたらすなら、さらなる回転速度の増加が実行される。あるいは、もしこのことが回転速度の減少をもたらすなら、反対方向へのクロッキングが起こる。

具体的には、その回転の程度を制御する狙いは、汲み上げ（ポンピング）能力の最適化を達成するためにその回転速度を最大化することである。太陽熱循環ポンプの自己最適化は、いかなる外部制御装置をも必要とすることなく簡便な方法で達せられる。太陽熱循環ポンプのこの自己最適化又は自己制御は、総合された制御装置による簡便な方法で実行される。

具体的には、回転速度又は回転速度を特徴付けるものの程度を測るための測定装置が備わっている。それによって、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率を計画的に変化させ、また回転速度を最大化させることができるように、回転速度を決定することが可能となる。

具体的には、測定装置は統合された電気モータの位置変換器によって構成される。この統合された位置変換器は、例えば１以上のホールセンサーを備えている。

主たるものとして、出力測定装置を電気モータに備えることも可能である。その出力は回転速度に直接的に依存しているものである。回転速度を最大化する制御目的は、出力を最大化する制御目的と一致する。

制御回路は、目的に適うように電気モータに一体化される。それにより、簡便かつ費用効率の高い構成が得られる。

本発明によると冒頭で言及した目的は、冒頭に言及した太陽熱循環ポンプによって、制御装置に対して、電気モータのロータを調整し、及び/又はその後に起動させるのに十分な電気エネルギーが利用できるかどうかをチェックできる点において更に達成される。

制御装置の初期化後、電気モータのロータは調整され、調整後に電気モータは起動する。このことに要するエネルギーは、光起電性パネル装置によって少なくとも非間接的に得られる。電気モータを調整し、及び/又は起動するのに十分な電気エネルギーがないことが起こりうる。例えば朝のうち、光起電性パネル装置は高電圧での電流をほとんど供給できない。太陽熱循環ポンプは、電流回路にオーム抵抗を生む。起動がうまくいかなかったときは、短絡が起こる。このような起動時の短絡が起こると、太陽熱循環ポンプのクロッキングがうまくいかないことがしばしば起こりうる。基本的に、電気モータの調整、及び/又は起動はノイズの発生がつきものである。

本発明による解決方法において、十分な電気エネルギーが利用可能であるか否かが、ロータの動きを伴わずにチェックされる。それによって、十分な電力が利用できない場合に、不要なノイズの発生が回避される。

更には本発明による解決方法によって、バッファ貯蔵所が、電気モータを調整し起動するのに十分な電気エネルギーが利用できる程度にまで充電される。

目的を達するための手段として、電気エネルギーに対するバッファ貯蔵所は電気モータに用いられる。ロータを調整し、電気モータを起動するための電気エネルギーは、このバッファ貯蔵所のものが利用可能となる。

目的を達するための手段として、バッファ貯蔵所は、太陽熱循環ポンプか電気モータに統合される。

バッファ貯蔵部が、電気モータの動力電子部品と光起電性パネル装置との間に配置されることは極めて具体的な利点である。バッファ貯蔵所は、光起電性パネル装置によって利用可能となった電気エネルギーが充電される。その結果として、この電気エネルギーはロータの調整と電気モータの起動に利用可能となる。

具体的には、バッファ貯蔵部は太陽熱循環ポンプに統合される。その結果目的を達するための手段として、バッファ貯蔵所は動力電子部品と光起電性パネル装置の電気接続部との間に配置される。

ロータの調整と電気モータの起動との間のタイムスロットが、制御装置によって決められることは極めて具体的な利点である。例えば、そのようなタイムスロットの長さは数秒の幅である。例えばそれは、３秒程度のオーダーである。そのタイムスロットを決めることによって、ロータの調整と（ロータが回転し続けるための）電気モータの起動との時間を分離することができる。それによって、ロータの調整の後でも電気モータの起動に十分な電気エネルギーが利用可能となる。

電気モータは、複数のコイルを備え、ロータの調整、及び/又は電気モータの起動に十分な電気エネルギーが利用できるかどうかを確認するために制御装置によってコイルに負荷を与えることができる。負荷が与えられ、次に、十分な電圧がコイル内に起こるかどうか、又はこの電圧が下がるかどうかについて確認が実行される。十分な電圧が生じる場合、ロータの調整と電気モータの起動を実施するために最大電圧が電気モータに印加される。

その負荷が、電気モータのロータが動かないように加えられることは、目的を達するための手段である。具体的には、ロータが動くのを避けるために、負荷は電気モータのシングルコイルだけに加えられる。

その負荷が、電気モータのロータの調整に先立つ初期化処理の後で制御装置によってコイルに与えられることは、極めて具体的な利点である。それによって、起動に十分な電気エネルギーが利用可能でない場合、ノイズの発生をもたらすロータの動きが回避される。またそれにより、バッファ貯蔵所はロータの調整と電気モータの起動を確実にするために十分に充電されることが保証される。

本発明よる冒頭で言及した目的は更に、制御装置が電気モータに印加される電圧の下限を一定に設定する設定装置を備える点において、冒頭で言及した太陽熱循環ポンプによって達成される。

太陽熱循環ポンプは、太陽熱収集装置に接続される。太陽熱収集装置は、異なる数の太陽熱収集器を備えることができる。太陽熱循環ポンプの運搬能力は、それに応じたものである。

太陽熱循環ポンプは、本発明の設定装置による広範囲の太陽熱収集装置に応用される。

よって太陽熱循環ポンプは、最適化された動作モードを達成するためにシステムに組み込まれている間一定の状態に設定され得る。

それによって、電気モータに印加される電圧の下限は、一定の状態つまり、太陽熱収集装置構成に依存する実際の下限値に設定される。

それによって、太陽熱循環ポンプの動作を抑制することができ、日射量が減少するとポンプの運搬能力が少なくともほぼ比例して下がっていくように構成される。それによって、媒体の容器内での不必要な入れ替えが回避され、層化される。設定装置を備えることで、対応する太陽熱収集装置に適用される太陽熱循環ポンプの自己最適化が達成される。

具体的には、付加する電圧の下限は光起電性パネル装置の無付加での最大電圧に対応している。

目的を達するための手段として、太陽循環ポンプの能力の抑制は設定装置によって設定可能である。それによって、太陽熱循環ポンプに接続した太陽熱収集装置に適用される運搬能力と運搬能力の削減は、最適化された方法で設定される。

具体的には、付加される電圧の下限は、設定装置によって光起電性パネルデバイスの最大無負荷電圧の僅かな範囲において設定可能である。電圧が上昇するにつれて、光起電性パネル装置の出力（Ｉ×Ｕ）は最大値まで上昇し、その後低下する。その出力は、最大無負荷電圧に向かって低下する。下限電圧を設定することで、いつ日射量の減少があっても適用された運搬能力が得られることも保証される。

具体的には、前述の僅かな範囲とは、最大無負荷電圧の少なくとも５０％から多くとも９５％の間である。その範囲は、太陽熱収集装置がどのように構築されるかによっている。もし多くの太陽熱収集器が含まれていればそのときは、その僅かな範囲はより５０％になることが多い。もし太陽熱収集器がひとつしか含まれていなければ、その僅かな範囲は、９５％になることが多い。

電気モータは、例えば、ブラシレスのＤＣモータであり、永久磁石のステータを備えている。

冒頭で言及した種類の太陽熱循環ポンプを制御する方法であって、簡単に実行できる方法を提供することは更に本出願の目的である。

本発明によると、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率に応じて、整流信号が連続的に変化するという点で本目的は達成される。

本発明による方法の利点は、請求項１の進歩的な太陽熱循環ポンプに関連してすでに説明した。

更に有利な実施例も、請求項１の進歩的な太陽熱循環ポンプの更に模範的な実施例に関連してすでに説明した。

太陽熱循環ポンプの起動を制御する方法であって、太陽熱収集器の配列の効果的な操作を可能にする方法を提供することは本発明の更なる目的である。

本発明によると、ロータの回転の適切な開始に先立って、ロータを調整し、及び/又は電気モータを起動するのに十分な電気エネルギーが利用可能であるかどうかについての確認を実行する点において本目的は達成される。

本発明による方法の利点は、請求項１３の進歩的な太陽熱循環ポンプに関連してすでに説明されている。

更に有利な実施例は、請求項１３の進歩的な太陽熱循環ポンプに関連してすでに説明されている。

それによって太陽熱循環ポンプが与えられた太陽熱収集器に適用可能となるような太陽熱循環ポンプの能力設定方法を提供することは、本発明の更なる目的である。

本発明によると、電気モータに印加される電圧に下限を設けるという点において本目的は達成される。

本発明による方法の利点は、請求項２３による進歩的な太陽熱循環ポンプに関連してすでに説明した。

本発明による本方法の更に有利な実施例も、請求項２３による太陽熱循環ポンプに関連してすでに説明した。

上述した方法（請求項２９、請求項３４、及び請求項４０）も太陽熱循環ポンプに組み合わせて採用される。３つの方法すべてが実行されるか、そのうちの２つが実行され得る。

好ましい実施の形態についての以下の記述は、図面に関連して本発明をより詳細に説明する。各図面は次のとおりである。

図１に示されそこで１０と示される太陽熱保温配列（太陽熱収集器）は、液体の媒体、具体的には水が太陽熱によって温められる太陽熱収集装置１２を備えている。太陽熱循環ポンプ１４は、その媒体を運搬するのに供せられる。太陽熱循環ポンプ１４は、媒体貯蔵部１６と太陽熱収集装置１２との間に配置される。媒体は、そこで温められるように太陽熱循環ポンプ１４によって媒体貯蔵部１６から太陽熱収集装置１２に運搬される。温められた媒体は太陽熱収集装置１２から媒体貯蔵部１６に戻る。（温められた）媒体は、（上部の）アウトレット１７ａの媒体貯蔵部１６から引き出される。それによって、媒体が引き出されたときに（下部の）インレット１７ｂを通して（温められる予定の）媒体を補充する補充装置が備えられる。

チェックバルブ１８は、媒体が太陽熱収集装置１２から太陽熱循環ポンプ１４に逆流しないように、太陽熱循環ポンプ１４と太陽熱収集装置１２との間に配置される。

太陽熱循環ポンプ１４は、太陽熱によって動作する。この目的のために太陽熱循環ポンプ１４は、太陽熱循環ポンプ１４を動作させるために必要な電気エネルギーを供給する光起電性パネル装置２０に接続される。

光起電性パネル装置２０は、太陽熱収集装置１２に対して空間的な関係をもって配置される。この関係は、少なくともほぼ同等の太陽光放射が光起電性パネル装置２０と太陽熱収集装置１２にいきわたるようなものであることが好ましい。

太陽熱循環ポンプ１４は、回転軸２４で回転可能なロータ２６を持つ電気モータ２２（図２）を備えている。電気モータ２２は、ステータ２８も備える。

電気モータ２２は、電子的に整流された電気モータ、例えばブラシレスＤＣモータである。図２に示された模範的な実施例では、ロータ２６は永久磁石で設計されており、ステータ２８には複数のコイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃが配置される。周期的な整流信号は、コイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃに加えられる。各コイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃに対する部分的な整流信号は、互いに位相がシフトしている。３つのコイルに対する位相のシフト量は１２０度である。

原理的には、ステータが永久磁石で設計されており、ロータが、整流信号が加えられる複数のコイルを有することも可能である。

図２に示す模範的な実施例では、ステータ２８は内部に位置し、ロータ２６は外部（外部ロータ）に位置する。ロータ２６が内部（内部ロータ）に、ステータ２８が外部に位置することも可能である。

太陽熱循環ポンプ１４の羽根車は、ロータ２６に回転自在に固定するようにして接続される。

ロータ２６を、回転シャフトにより回転軸２４で回転可能なように装着することができる。例えばロータ２６を、球状のベアリングによってステータ２８に回転自在に装着することもできる。

電気モータ２２は、整流信号を供給するためにコイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃと連結した制御装置３２を備えている。

制御装置３２は、集積回路として全体的もしくは部分的に実行される。具体的には、１以上のプロセッサーを備える。具体的には、動力電子部品３３もしくはこの少なくとも一部分を形成している。

ロータ２６に関連して、計測装置３４はロータ２６の回転速度を計測するものである。この計測装置３４は、制御装置３２に接続している。

例えば、測定装置３４は、位置変換器及び具体的には例えば１又は３つのホールＩＣｓをそなえる統合された位置変換器として構成される。

電気モータ２２は、電気エネルギーを光起電性パネル装置２０から受け取る。電気モータ２２は、光起電性パネル装置２０に接続するための対応する接続装置３６を有する。

電気モータ２２に関連して、バッファ貯蔵部３８は電気エネルギーのためのものである。このバッファ貯蔵部３８は、動力電子部品３３と光起電性パネル装置２０との間に配置される。バッファ貯蔵部３８は、光起電性パネル装置２０によって供給された電気エネルギーで充電される。バッファ貯蔵部３８は、ロータ２６の調整、起動のための電気エネルギーを提供する。

具体的には、バッファ貯蔵部３８は制御装置３２と連結している。

バッファ貯蔵部３８は、電気エネルギーのバッファ貯蔵のために１以上のコンデンサ４０を備えている。

具体的には、バッファ貯蔵部３８は、太陽熱循環ポンプ１４又は電気モータ２２に統合される。

制御装置３２に関連して、設定装置４２は電気モータ２２に印加される最低電圧を設定するものである。最低電圧は、設定装置４２によって固定した状態で設定可能である。以下により詳細に記述するように、それによって太陽熱循環ポンプ１４の能力の抑制を太陽熱収集装置１２の収集器の数に合わせて固定した状態で設定することができる。

具体的には太陽熱保温配列１０を導入するときに、電気モータ２２に印加される最低電圧を決まった設定が設定装置４２によって実行される。

本発明による太陽熱循環ポンプ１４は、以下のように動作する。

太陽光放射が太陽熱保温配列１０に作用すると、太陽熱循環ポンプ１４には光起電性パネル装置２０によって電気エネルギーが供給される。もし十分なエネルギーが供給されていれば、ロータ２６は回転し、太陽熱循環ポンプ１４の羽根車を駆動する。

それによって、液体の媒体は運搬され、太陽熱収集装置１２を通って運ばれる。そこで液体の媒体の温度が上がる。温められた媒体は、必要に応じて媒体が引き出される媒体貯蔵部１６に戻る。

太陽光放射の状態は時間とともに変化する。例えば、空が曇っているとき、電気モータ２２を動作させるために利用可能な電気エネルギーはほとんど無い。

太陽熱循環ポンプ１４を起動するとき、制御装置３２、具体的にはそこに含まれるプロセッサーがまず初期化される。その後、ロータ２６は回転動作を始めるようにステータ２８に対して調整される。ロータ２６を調整するためのエネルギーはバッファ貯蔵部３８からもたらされる。

ロータ２６の調整後、十分なエネルギーが利用可能であればロータ２６は起動できる。起動のための電気エネルギーは再びバッファ貯蔵部３８からもたらされる。

本発明によれば、制御装置３２の初期後、ロータ２６を調整し、及び/又はロータ２６を起動させるのに十分な電気エネルギーが利用できるかどうかのチェックが実行される。例えば、コイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃの１つに負荷が加えられる。その負荷が加えられるとき十分に大きな電圧が起こるかどうかに関するチェック、又はその電圧が低下するかどうかに関するチェックが実行される。その負荷は、ロータ２６が回転しないように加えられる。

この手続きは、もし十分な電気エネルギーが利用可能でない場合にロータ２６の調整、及び/又は起動が起こらないようにする。ロータ２６の調整、及び/又は起動は、ノイズの発生をもたらす。不必要なノイズの発生は、本発明によるテスト方法によって回避される。

更に、バッファ貯蔵部３８は充電済みにはならない。ロータ２６の調整、及び/又は起動の時間とバッファ貯蔵部３８の充電の時間とは分断される。太陽熱循環装置１４は、制御装置３２の初期化直後に起動することがない。まず、十分な電気エネルギーが利用可能かどうかのついてのチェックがなされる。更には、制御装置３２によってロータ２６の調整と電気モータ２２の起動との間に時間枠が設定される。この時間枠の長さは、例えば３秒程度のオーダーである。それによって、対応するエネルギー消費に対するロータ２６の調整後、バッファ貯蔵部３８は電気モータ２２を起動するのに十分なエネルギーが利用できる程度にまで再び充電される。

本発明による手続きによって効果的な方法で太陽熱循環ポンプ１４を動作させることができる。

電気モータ２２の動作中、整流信号は制御装置３２を介して電気モータ２２のコイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃに加えられる。図３において、整流信号の例の一部分がコイル３０ａに対する電流ｉ１として示されている。図３に示される部分的な整流信号は階段形状である。対応する整流信号は、ブロック整流において用いられる。その整流信号は周期的なものである。

その整流信号は、コイル３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃに対する部分的な整流信号でできあがっており、その部分的な整流信号は互いに１２０度ずつ位相がシフトしている。

本発明によると、太陽熱循環ポンプ１４の動作中、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率（デューティーサイクル）は、制御装置３２によって変化する。図３においてスイッチオンの時間は、参照番号４４で、持続時間Ｔ１の期間の整流信号の一部分として示されている。スイッチオフの時間は、参照番号４６で示されている。スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４の比率の変化によって、制御装置３２は整流信号の割り当てを設定する。

図３において、スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４の他の比率は、破線と点線で示されている。

例えば、正弦関数の整流もあり得る。図４では、コイル３０ａに対して対応する部分的な整流信号が示されている。この（周期的な）整流信号は、それらの組み合わせがスムーズな正弦曲線となるような高さを持つ個々の階段でできあがっている。その個々の階段６０は、動力電子部品３３の対応する半導体構成部品によって生み出される。階段６０が生成する周期は例えば、２０ｋＨｚ程度のオーダーである。

階段６０の高さは可変である。その後、デューティーサイクルは動力電子部品３３によってその階段形成に重ね合わされる。それによって、スイッチオンの時間に対するスイッチオフの時間の比率は変化し得る。

デューティーサイクル（低速）のこの重ね合わせは、振幅の変化又は整流信号の正弦曲線のエンベロープ振幅に対応している。正弦信号としての整流信号の形状は変化しないで残っており、振幅又はエンベロープ振幅だけが変化する。

正弦整流信号の場合、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率は振幅又はエンベロープ振幅の変化によって達せられる。

制御装置３２は、具体的にはソフトウェアによって実行される制御回路を備えている。この制御回路が制御するのは、電気モータ２２のロータ２６の回転速度である。この回転速度を制御する目的は、太陽熱循環ポンプ１４の能力を最大化するために回転速度を最大化することである。制御対象となる量的なもの（参照対象となる量的なもの）は、スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４（デューティーサイクル）の比率である。

その手続きは、デューティーサイクルが、最高回転速度を制御する目的を達成する方向に一定の変化をするようにするものである。この点で、スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４の比率は変化し、この変化は段階的に起こるのが好ましい。この変化のタイムスケールには、太陽熱の放射状態が変化する典型的なタイムスケールが適用される。例えば、このタイムスケールは１秒程度のスケールである。このタイムスケールは整流信号のタイムスケールと比べて遅いものである。

整流信号の周波数が２０ｋＨｚである場合、持続時間Ｔ１の期間は５０μｓである。変化の時間スケールは２００００倍の遅さである。

その制御は、スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４の比率が特定の比率から始まって、例えば増加していくように実行される。その後、回転速度が増加するのか、減少するのかについての確認が行われる。回転速度が減少している場合は、その比率は別の方向に変更される。回転速度が増加している場合は、同じ方向で維持される。

本発明によると、スイッチオフの時間４６に対するスイッチオンの時間４４の比率のクロッキングの逆転と正転は、最高の回転速度を達成するように行われる。測定装置３４はその回転速度を確認するために用いられる。

出力を測定するために電気モータ２２に測定装置を組み込むこともできる。電気モータ２２の出力は回転速度の程度を示すものである。

本発明の解決方法によると、統合された制御装置３２を通して実行される回転速度の制御は、電気モータ２２に統合することができる。それによって、たとえ太陽光放射が変化するような状況でも、簡便な方法で太陽熱循環ポンプ１４の動作中の能力の最適化が達成される。

この制御は簡便な方法で実行される。

設置装置４２は、太陽熱収集装置１２と共に太陽熱循環ポンプ１４を最適化するのに供せられる。装着されている間、設定装置４２によって最適化が達成される。

太陽熱収集装置１２は、太陽光がいきわたる状態に応じて様々な数の太陽熱収集器を備えることができる。太陽熱循環ポンプ１４は、設定装置４２によって適応することができる。

図５は、様々な太陽光放射状態に対する光起電性パネル装置２０のＩ−Ｕグラフである。光起電性パネル装置２０によって供給される電力Ｉ×Ｕは、電圧の上昇に伴って最大値になるまで大きくなり、その後低下する。図５において、最大出力は、丸印で示されている。１０００Ｗ／ｍ２の強度の太陽光放射に関して、出力が最大となる点は参照番号４８で示される。

制御装置３２によって電気モータ２２に加えられ、それゆえに太陽熱循環ポンプ１４に印加される最小電圧は、設定装置４２によって設定される。この最小電圧は、決まった状態に設定される。図５のグラフから明らかなように、最高値より上で、出力が最大になる点を超えて電圧が増加すると出力が低下する。それゆえに、太陽熱循環ポンプ１４の能力の最大値は、太陽熱収集装置１２の太陽熱収集器の数に応じて設定装置４２によって設定される。

その設定は、太陽熱収集装置１２の太陽熱収集器の数に応じて装着されている間実行される。この設定は光起電性パネル装置２０の無負荷電圧に関連して、具体的には特定のパーセンテージとして実行される。光起電性パネル装置２０の無負荷電圧（電流０での）は測定されうる。

もし、太陽熱収集装置１２の太陽熱収集器の数が多ければ、小さな最小電圧が設定される。このことは図５において参照番号５０で示される。この最小電圧について、最大電圧に近い物が用いられている。太陽熱放射の出力の減少が、それにほぼ比例した出力の減少と、それゆえに対応する太陽熱循環ポンプ１４の運搬能力の低減にもつながる。それによって、太陽光放射が減少した場合は、媒体貯蔵部１６の媒体が循環し過ぎないように太陽熱循環ポンプの能力は減少することが保証される。（もし太陽熱収集装置１２内で媒体が十分に温まっていなければ、媒体貯蔵部１６内の媒体が完全に循環することはいずれにしても望まれない。）

太陽熱収集装置１２が備えている太陽熱収集器の数が少数であれば、より高い最小電圧が選択されるという利点がある。このことは、図５において参照番号５２で示されている。太陽熱収集器の数が小さい場合、より低い運搬能力が求められる。固定するように設定されるその能力を抑制することは、例えば、最小電圧５２が最小電圧５０よりも大きいというようにより高い最小電圧を選択することで達成される。図５のグラフに明らかなように、日照が徐々に下がっていっても、少なくともほぼ比例した運搬能力の減少がそれによって実現される。それによって、過大な量の媒体が循環しないようになる。

太陽熱収集装置１２の太陽熱収集器の数が更に小さい数であれば、更に高い最小電圧が選択されるという利点がある。このことは、図５の参照番号５４によって示されている。（例えば、最小電圧５０は１０個の太陽熱収集器に対応し、最小電圧５２は３つの太陽熱収集器に対応し、最小電圧５４は１つの太陽熱収集器に対応する。）この設定であれば、太陽熱の放射が減少する場合に少なくともほぼ比例した運搬能力の減少が実現される。

好ましくは、光起電性パネル装置２０の最大無負荷電圧の少なくとも５０％から多くとも９５％の間にある最小電圧５０、５２、及び５４は、設定装置４２によって設定される。

本発明の解決方法によって、対応する太陽熱保温配列１０の循環要求に適用される自己最適化ポンプを持つ（異なる数の太陽熱収集器を持つ）異なる太陽熱収集装置１２に対して少なくともほぼ線形化が実現される。装着されている間、与えられたシステムを最適化するために、最小電圧５０、５２、及び５４は設定装置４２によって固定された状態で設定される。

この設定は簡便な方法で実行されうる。

光起電性パネル装置と太陽熱循環ポンプに対する太陽熱収集器の配列を示す図。 本発明による太陽熱循環ポンプの電気モータの模範的な実施例を示す図。 整流信号の例の一部を示す図。 整流信号のさらなる例の一部を示す図。 様々な日照条件の下における光起電性パネル装置の電流と電圧の関係を示す模式図。

Claims (43)

1. 光起電性パネル装置（２０）に接続される太陽熱循環ポンプであって、
   電子的に整流され、かつ周期的な整流信号を供給する制御装置（３２）を備えた電気モータ（２２）を含む太陽熱循環ポンプにおいて、
   前記制御装置（３２）が、スイッチオンの時間（４４）とスイッチオフの時間（４６）との比率に応じて前記整流信号が変化するように構成されること、
   を特徴とする太陽熱循環ポンプ。
2. 請求項１に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記整流信号が連続的に可変であることを特徴とするもの。
3. 請求項１又は２に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記整流信号が、その形状及び/又はその振幅において変化するようにされることを特徴とするもの。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記整流信号のスイッチオンの時間（４４）とスイッチオフの時間（４６）に応じた変化が、該整流信号の周期（Ｔ１）よりも遙かに大きなタイムスケールで起こることを特徴とするもの。
5. 請求項４に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記整流信号のスイッチオンの時間（４４）とスイッチオフの時間（４６）に応じた変化が、１０分の１秒よりも大きなオーダーのタイムスケールで起こることを特徴とするもの。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、スイッチオンの時間（４４）とスイッチオフの時間（４６）との比率の変化が、前記整流信号において、該比率の増加又は減少のステップごとに起こることを特徴とするもの。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記制御装置（３２）が、前記電気モータ（２２）のロータ（２６）の回転速度が制御された大きさであり、かつ前記整流信号の前記スイッチオンの時間（４４）と前記スイッチオフの時間（４６）との比率が制御された量であるような制御回路を有することを特徴とするもの。
8. 請求項７に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記制御された大きさの制御の目的が前記回転速度の最大化であることを特徴とするもの。
9. 請求項７又は８に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、測定装置（３４）が、前記回転速度又は前記回転速度を特徴付ける大きさを測定するために設けられることを特徴とするもの。
10. 請求項９に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記測定装置（３４）が、前記電気モータ（２２）の一体化された位置検出装置によって形成されることを特徴とするもの。
11. 請求項９又は１０に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、出力測定装置が前記電気モータ（２２）のために設けられることを特徴とするもの。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記制御回路が、前記電気モータ（２２）と一体化されることを特徴とするもの。
13. 請求項１の前文又は請求項１〜１２のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記制御装置（３２）につき、前記電気モータ（２２）のロータ（２６）を調整し、及び/又は引き続き起動するのに十分な電気エネルギーが利用可能かどうかを確認することができることを特徴とするもの。
14. 請求項１３に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、電気エネルギーのバッファ貯蔵部（３８）が前記電気モータ（２２）に関連付けられることを特徴とするもの。
15. 請求項１４に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記バッファ貯蔵部（３８）が前記太陽熱循環ポンプに一体化されることを特徴とするもの。
16. 請求項１４又は１５に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記バッファ貯蔵部（３８）が前記電気モータ（２２）に一体化されることを特徴とするもの。
17. 請求項１４〜１６のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記バッファ貯蔵部（３８）が、前記電気モータ（２２）のモータ電子部品（３３）と前記光起電性パネル装置（２０）との間に配されることを特徴とするもの。
18. 請求項１７に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記バッファ貯蔵部（３８）が、前記動力電子部品（３３）と前記光起電性パネル装置（２０）の電気接続部（３６）との間に配されることを特徴とするもの。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記ロータ（２６）の調整と前記電気モータ（２２）の起動との間のタイムスロットが、前記制御装置（３２）によって規定可能であることを特徴とするもの。
20. 請求項１３〜１９のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、
    前記電気モータ（２２）が複数のコイル（３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃ）を含むこと、
    前記制御装置（３２）が、前記ロータ（２６）を調整し、及び/又は前記電気モータ（２２）を起動するのに十分な電気エネルギーが利用可能であるかどうかを確認するためにコイル（３０ａ、３０ｂ、又は３０ｃ）に負荷を加えるように構成されること、
    を特徴とするもの。
21. 請求項２０に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記負荷が、前記電気モータ（２２）の前記ロータ（２６）の動作が起こらないように加えられることを特徴とするもの。
22. 請求項２０又は２１に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記負荷が、前記電気モータ（２２）の前記ロータ（２６）を調整する前であって初期化手続きの後に、前記制御装置（３２）によって前記コイル（３０ａ、３０ｂ、又は３０ｃ）に加えられることを特徴とするもの。
23. 請求項１の前文又は請求項１から２２のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記制御装置（３２）が、前記電気モータ（２２）に印加する電圧の下限を定められた方法で設定可能なものにする設定装置（４２）を含むことを特徴とするもの。
24. 請求項２３に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記太陽熱循環ポンプの動作の抑制が、前記設定装置（４２）によって設定可能であることを特徴とするもの。
25. 請求項２３又は２４に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、印加する電圧の下限が、前記光起電性パネル装置の最大無負荷電圧の僅かな範囲において、前記設定装置（４２）によって設定可能であることを特徴とするもの。
26. 請求項２５に記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記僅かな範囲が、前記最大無負荷電圧の少なくとも５０％から多くても９５％の間であることを特徴とするもの。
27. 請求項１〜２６のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記電気モータ（２２）がブラシレスＤＣモータであることを特徴とするもの。
28. 請求項１〜２７のいずれかに記載の太陽熱循環ポンプにおいて、前記電気モータ（２２）が、永久磁石ロータ（２６）又は永久磁石ステータを備えることを特徴とするもの。
29. 光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された電気モータを含む太陽熱循環ポンプを制御する方法であって、
    整流信号が、スイッチオンの時間とスイッチオフの時間との比率に応じて連続的に変化するような方法。
30. 請求項２９に記載の方法において、前記変化が段階的に実行されることを特徴とするもの。
31. 請求項２９又は３０に記載の方法において、前記変化が、前記電気モータのロータの回転速度を最大にする目的で実行されることを特徴とするもの。
32. 請求項２９〜３１のいずれかに記載の方法において、前記整流信号がその形状及び/又は振幅において変化することを特徴とするもの。
33. 請求項２９〜３２のいずれかに記載の方法において、前記変化が、前記電気モータの整流信号のタイムスケールよりも遙かに遅いタイムスケールで実行されることを特徴とするもの。
34. 光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された、ロータを備えた電気モータを含む太陽熱循環ポンプを制御する方法であって、
    前記ロータの回転の適当な開始に先立ち、前記ロータの調整及び/又は前記電気モータの起動に十分な電気エネルギーが利用可能であるか確認されるような方法。
35. 請求項３４に記載の方法において、前記電気モータの前記ロータを調整し、及び/又は前記電気モータを起動するための前記電気エネルギーが、バッファ貯蔵部より引き出されることを特徴とするもの。
36. 請求項３５又は３６に記載の方法において、前記電気モータの起動が、十分な電気エネルギーが検出されない時は常に開始されないことを特徴とするもの。
37. 請求項３４〜３６のいずれかに記載の方法において、前記ロータの調整と前記電気モータの起動との間にタイムスロットが配置されることを特徴とするもの。
38. 請求項３４〜３７のいずれかに記載の方法において、十分な電気エネルギーが利用可能かどうかを確認するために、前記電気モータのコイルに負荷が加えられることを特徴とするもの。
39. 請求項３８に記載の方法において、前記電気モータの前記ロータを調整するための可能な手続きに先立ち、前記負荷が加えられることを特徴とするもの。
40. 光起電性パネル装置によって電気エネルギーを供給され、かつ電子的に整流された電気モータを含む太陽熱循環ポンプの動作を設定する方法において、
    前記電気モータに印加される電圧の下限が設定されるような方法。
41. 請求項４０に記載の方法において、前記下限が、前記太陽熱循環ポンプが接続される太陽熱収集器の数に従い設定されることを特徴とするもの。
42. 請求項４０又は４１に記載の方法において、前記太陽熱循環ポンプの動作の制限が、定められた方法にて設定されることを特徴とするもの。
43. 請求項４０〜４２のいずれかに記載の方法において、前記下限が、日射量が減少する時は常に、前記太陽熱循環ポンプの搬送許容量が少なくとも略比例的に減少するように設定されることを特徴とするもの。

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