JP2014164663A - 温度調節システムおよび温度調節器 - Google Patents

Abstract

【課題】電源喪失のリスクを極力低減できる温度調節システムおよび温度調節器を提供する。
【解決手段】ペルチェ素子１１Ａとヒートシンクからなる小型熱電発電機１１が熱から発電する電力でマイコン１３を起動させ、管理対象の温度管理を必要とする箇所に取り付けた温度プローブ（温度センサー１４）で測定した温度データをもとに火災の検知あるいは火災発生の危険性を判断し、加熱装置２０、冷却装置、消火機器、液体可燃物などの制御機器を駆動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は温度調整システムおよび温度調節器に関する。

温度調節器は、火災あるいは異常な発熱を検知し、冷却装置などを自動的に動作させることで温度調整を行う。たとえば温度調節器は、熱電対やサーミスターなどの温度測定素子の信号を、電子回路やマイコンで処理してあらかじめ設定したプログラムにより、加熱ヒーターなどの電源をＯＮ／ＯＦＦあるいはＰＩＤ方式で制御して、管理対象の温度を調節する。なお、温度調節器の市販品の一例として、オムロン株式会社製の電子温度調節器などが知られている（非特許文献１参照）。

"Ｅ５Ｃ２電子温度調節器／特長 | オムロン制御機器"、（平成２５年２月２５日検索）、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fa.omron.co.jp/products/family/167/＞、

ところで、温度調節器にはＤＣ１２Ｖ電源やＡＣ１００Ｖ電源などが接続されている。このような電源は温度調節器が正常に機能するためには電源喪失リスクを極力低減させることが必要である。特に商用電源の場合、大地震や暴風災害による送電鉄塔の倒壊による大規模停電や落雷による瞬時停電などがあると被害が甚大となる可能性がある。たとえば平成２３年３月の東日本大震災がきっかけとなった東電福島原発事故は、全電源喪失によって炉心や使用済み核燃料貯蔵プールの温度管理が不可能となり、結果として水素爆発と放射能漏れが発生したと考えられている。

また、リチウム電池などのバッテリーを電源とする場合には、定期的な交換を必要とするわけであるが、基本的に人手を要する。また、大規模プラントではしばしば高所作業を強いられるなど、保守コストの負担が大きい。更に、電源と温度調節器を接続するラインが長くなるほど、地震や火災などによる断線の危険性が高まることはいうまでもない。

本発明は、上述した課題のいずれかを鑑みてなされたものであり、電源喪失のリスクを極力低減できる温度調節システムおよび温度調節器を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての温度調節システムは、管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、管理対象の温度を上昇させるための発熱機器と、管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、熱電変換素子の熱電変換によって発電された電力によって駆動する温度測定器と、温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、発熱機器の駆動を制御する制御部とを有するものである。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、管理対象の温度を上昇させるための発熱機器と、発熱機器の燃料を供給するための燃料供給機器と、管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、燃料供給機器の駆動を制御する制御部とを有するものである。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、管理対象の火災を消火するための消火機器と、管理対象の火災または火災に至るまでに発生する熱から発電する熱電変換素子と、熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、消火機器の駆動を制御する制御部とを有するものである。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、管理対象を冷却するための冷却装置と、管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、冷却装置の駆動を制御する制御部と有するものである。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、管理対象に化学反応原料を供給する供給装置と、管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、化学反応原料の供給装置の駆動を制御する制御部と有するものである。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、上述した構成のいずれかであって、発熱機器,燃料供給機器,消火機器、冷却装置および化学反応原料の供給装置のいずれかと通信可能な通信部を有し、制御部は、通信部を介して駆動制御信号をいずれかの機器へ送信して駆動制御することができる。

また、本発明の一側面としての他の温度調節システムは、上述した構成のいずれかであって、通信部は発熱機器,燃料供給機器,消火機器、冷却装置および化学反応原料の供給装置のいずれかと無線通信が可能である。

また、本発明の一側面としての温度調節器は、上述したいずれかの温度調整システムに含まれる制御部を有する温度調節器である。

以上、本発明によれば、電源喪失のリスクを極力低減できる温度調節システムおよび温度調節器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る温度調節システムの概略図である。 温度調整システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る温度調節器について、図面を参照しつつ、実施の形態に基づいて説明する。しかしながら、本発明に係る温度調節システムおよび温度調節器は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

（温度調節システムの概略構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る温度調節システム１の概略図である。温度調節システム１は、温度調節器１０と加熱装置２０を有し、管理対象（不図示）の温度調整をしている。温度調節器１０は、小型熱電発電機１１、昇圧回路１２、マイコン１３（制御部の一例）、温度センサー１４およびＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５を有する。加熱装置２０はマイコン１３からの制御信号を電源として駆動してもよい。また、加熱装置２０は必要に応じて、外部電源１６によって駆動してもよい。なお、本実施例の温度調整システム１では加熱装置２０を例示しているが、加熱装置２０に代えて冷却装置（不図示）,加熱冷却装置（不図示）を有する構成としてもよい。また、加熱装置２０に加えて冷却装置（不図示）,加熱冷却装置（不図示）を有する構成としてもよい。

小型熱電発電機１１は、ペルチェ素子１１Ａと、ペルチェ素子１１Ａの背面に銅やアルミなどの熱伝導性に優れた金属（ヒートシンク）と密着して構成される。この小型熱電発電機１１は、反応タンクやスチーム配管などの発熱物に固定あるいは装着される。

ペルチェ素子１１Ａは、熱電素子の一種であり、素子に電圧を印加するとその表裏に温度差を生じる素子である。本実施例では、２種類の金属、または半導体の接合部に電流を流すと、一方から他方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）とは逆の作用、すなわち、温度差を付与することで起電力を生じさせる作用であるゼーベック効果を利用している。したがって、ペルチェ素子１１Ａは、このゼーベック効果のみを着目した場合にはゼーベック素子と呼ばれることもあり、熱エネルギーを電力エネルギーに変換する熱電変換素子である。なお、ペルチェ素子１１Ａの構造は、本出願人の特開２００７−３１０７９５号公報などで既に公知であるから図示および詳細な説明は省略するが、このゼーベック効果を利用し、火災などで発生した熱にさらされるペルチェ素子１１Ａの前面と、その熱の輻射を避けるペルチェ素子１１Ａの背面との温度差によって生じた電圧が、後述するマイコン１３および温度センサー１４の起電力として利用される。

昇圧回路１２は、ペルチェ素子１１Ａのゼーベック効果によって生じた電圧をマイコン１３が安定に起動する電圧まで上昇させる。ペルチェ素子１１Ａからの発電電流は、昇圧回路１２の一部である蓄電素子１２Ａに蓄えられる。そして、昇圧回路１２の一部である昇圧ＩＣ１２Ｂは、蓄電素子１２Ａの端子電圧が起動電圧に達した時点で昇圧した電流を負荷たるマイコン１３に供給する。

マイコン１３は、昇圧回路１２から供給された起動電圧によって起動されると、温度センサー１４を作動させて、管理対象の周辺の温度（気温）の時間変化を正確に計測し、計測された温度が予めプログラミングされた条件（たとえば、測定された周辺温度が６５度に達した場合）に合致すれば制御信号(電流)を出し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５などを作動させて加熱装置２０を駆動させる。

温度センサー１４は、たとえばサーミスター、赤外線センサー、熱電対などであり、検知温度を電気的信号に変換してマイコン１３に出力する。なお、温度センサー１４の種類は問わないが、自身の熱容量が小さく、消費電力が少ないものが望ましい。

（温度調整システムの動作）
図２は、図１に示す温度調節システム１における温度調節器１０の動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、管理対象（不図示）にて火災や異常発熱が発生すると、管理対象から高温の空気対流がペルチェ素子１１Ａの前面にあたり、熱流束が同素子を貫通して電圧が発生する（ＳＴＡＲＴ）。そして、昇圧回路１２によりマイコン１３が安定して起動する電圧まで上昇されると（ステップＳ１）、マイコン１３が起動する（ステップＳ２）。昇圧回路１２によって起動されたマイコン１３は、温度センサー１４を作動させる（ステップＳ３）。マイコン１３は、温度センサー１４が出力する電気信号から検出された管理対象の周辺空気の温度を取得する（ステップＳ４）。そして、マイコン１３は、ステップＳ４で取得した管理対象の周辺空気の温度が加熱装置２０を駆動制御させる所定の温度に達したか否かの判定を行い（ステップＳ５）、達した場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５へ制御信号を送信して加熱装置２０が駆動制御されて（ステップＳ６）、処理を終了する（ＥＮＤ）。その結果、加熱装置２０はＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５により自動的に停止する。これにより管理対象の火災防止、異常発熱の停止に繋がる。

（実施例１）
図１の概略図において、加熱装置２０の一例として廃油ストーブ「ひまわりIII」（特許第３３１８７４８号）に接続された燃料供給ポンプを、外部電源１６としてのＡＣ１００Ｖ電源を、それぞれ挿入した。ペルチェ素子１１Ａは、廃油ストーブ「ひまわりIII」の燃焼筒側面に設置され、輻射熱から発電した。温度センサー１４により廃油ストーブ「ひまわりIII」の燃焼筒から約１ｍ離れた地点の床面から１ｍ高の位置の気温を測定した。気温が２０℃に達したところで外部電源１６を切断するようプログラムしたところ、外気温氷点下１℃から氷点下５℃の屋外に設置された約８畳のプレハブハウス内では、８時間にわたって気温１８℃から２２℃の範囲内に保てることを確認した。

（実施例２）
実施例１と同じ構成の温度調節器１０を、容量２０立方メートルのアクリル酸貯蔵タンク（管理対象）の側面に取り付けた。ペルチェ素子１１Ａをアクリル酸貯蔵タンクの周辺にはりめぐらせ、アクリル酸貯蔵タンクの側壁温度が５０℃程度でも約１５Ｗの発電が得られるようにした。この電力を使ってマイコン１３と温度センサー１４および電磁弁（不図示）を駆動できるようにした。その結果、アクリル酸貯蔵タンクの側壁温度が５８℃を超えたところで、電磁弁が動作して重合禁止剤投入と冷却水循環が自動的に始まるようプログラムした。アクリル酸貯蔵タンク内に水を満たし、電気ヒーター（加熱装置２０）で加熱したところ、水温５９℃で重合禁止剤投入と冷却水循環が自動的に始まることを確認できた。

（効果）
以上で説明したように、この温度調整システム１では、温度調節器１０が管理対象の火災や異常発熱による輻射熱や熱対流を受けてペルチェ素子１１Ａが発電した電力を使って、熱容量の小さい高精度の温度センサー１４が正確に温度を測定すると共に、測定した温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上となった場合に余剰の電力で外部の加熱装置２０を駆動して温度調節するように構成したので、減災あるいは防災に極めて効果的である。また、この温度調整システム１は、外部電源１６などの商用電源を利用しなくても温度調節器１０を機能させることができるので、待機電力の消費を解消できる。さらに、発電用としてのペルチェ素子１１Ａが温度調節システム１には含まれており、仮に外部電源１６に異常が発生しても、従来の外部電源１６のみで構成される温度調整システムと比較してより電源の喪失の可能性を低減させることができる。

（その他の変形例）
図１に示した温度調節システム１では、加熱装置２０を制御するものであったが、それ以外にも管理対象に燃料を供給するための燃料供給機器、火災を消火するための消火機器、管理対象へ化学反応原料を供給する供給装置が含まれる構成であってもよい。燃料供給機器の場合、たとえば所定の温度に達すると、燃料供給機器の動作を停止させることが可能となる。また、消火機器の場合、たとえば所定の温度に達すると、消火機器により消火活動を実行させることが可能となる。また、化学反応原料を供給する供給装置の場合、化学反応原料の供給を開始、または停止させることが可能となる。

また、温度調節器１０とＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５での信号の送受信は、特に限定していないが、有線による通信であっても無線による通信であってもよい。特に無線通信の場合には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５と温度調節器１０との間にはそれぞれ無線通信部（不図示）を備えさせることで、両者が物理的に離れていても機能するため、温度調整システム１は温度調節器１０と管理対象との設置環境に応じて柔軟にそれぞれの配置を決定、変更することができるようになる。

なお、上述した温度調整システム１には、外部電源１６を有する構成としたが、外部電源１６を有しない構成であってもよい。また、温度調節器１０には外部電源１６が含まれない構成としたが、外部電源１６と一体化させた構成であってもよい。また、温度調節器１０と加熱装置２０とは別々に構成されているが、これらが一体となって構成されてもよい。また、小型熱電発電機１１は、ペルチェ素子１１Ａとヒートシンク(不図示)が一体となっているものとして説明したが、ヒートシンクは外付けとして、ペルチェ素子１１Ａの背面に着脱可能となっている構成としてもよい。

１・・・温度調節システム、１０・・・温度調節器、１１・・・小型熱電発電機、１１Ａ・・・ペルチェ素子（熱電変換素子の一例）、１２・・・昇圧回路、１２Ａ・・・蓄電素子、１２Ｂ・・・昇圧ＩＣ、１３・・・マイコン（制御部の一例）、１４・・・温度センサー（温度測定機器の一例）、１５・・・ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１６・・・外部電源

Claims (8)

1. 管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、
   前記管理対象の温度を上昇させるための発熱機器と、
   前記管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子の熱電変換によって発電された電力によって駆動する温度測定器と、
   前記温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、前記発熱機器の駆動を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温度調節システム。
2. 管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、
   前記管理対象の温度を上昇させるための発熱機器と、
   前記発熱機器の燃料を供給するための燃料供給機器と、
   前記管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、
   前記温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、前記燃料供給機器の駆動を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温度調整システム。
3. 管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、
   前記管理対象の火災を消火するための消火機器と、
   前記管理対象の火災または火災に至るまでに発生する熱から発電する熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、
   前記温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、前記消火機器の駆動を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温度調整システム。
4. 管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、
   前記管理対象を冷却するための冷却装置と、
   前記管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、
   前記温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、前記冷却装置の駆動を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温度調節システム。
5. 管理対象の温度調整を行う温度調整システムであって、
   前記管理対象に化学反応原料を供給する供給装置と、
   前記管理対象の温度上昇によって発生する熱から発電する熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子の熱電変換によって得られた電力によって駆動する温度測定器と、
   前記温度測定器が駆動して計測された温度が所定の温度を超えた場合、または所定の温度以上になる場合に、前記化学反応原料の供給装置の駆動を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温度調節システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の温度調節システムにおいて、
   前記発熱機器,前記燃料供給機器,前記消火機器、前記冷却装置および前記化学反応原料の供給装置のいずれかと通信可能な通信部を有し、
   前記制御部は、
   前記通信部を介して駆動制御信号を機器へ送信して駆動制御する
   ことを特徴とする温度調節システム。
7. 請求項６に記載の温度調整システムにおいて、
   前記通信部は記発熱機器,前記燃料供給機器,前記消火機器、前記冷却装置および前記化学反応原料の供給装置のいずれかと無線通信が可能であることを特徴とする温度調整システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の温度調整システムに含まれる制御部を有する温度調節器。

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