JP2020190395A

JP2020190395A - 温度調節システム

Info

Publication number: JP2020190395A
Application number: JP2019097184A
Authority: JP
Inventors: 明伸早川; Akinobu Hayakawa; 森田　健晴; Takeharu Morita; 健晴森田; 智仁宇野; Tomohito Uno
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-26

Abstract

【課題】本発明は、空調機器を駆動させるための電源を公共の電気設備から構築物に引くための工事を必要とせず、構築物内の温度調節を簡便に行なうことができる温度調節システムを提供する。【解決手段】本発明の温度調節システムは、構築物の外面に配設一体化されたフレキシブル太陽電池と、上記構築物内の温度を調節するための空調機器と、上記構築物内の温度を測定する温度センサと、上記温度センサにて測定された温度が温度閾値を超えたときに上記フレキシブル太陽電池にて発電された電力を上記空調機器に供給して上記空調機器を駆動させ、上記構築物内の温度を制御する温度制御手段とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、温度調節システムに関する。

従来から、倉庫などの構築物内の温度が、夏季において高温となり、構築物内に保管している物品の品質が劣化するのを防止するために空調システムが導入されている。

特許文献１には、物品が載置される棚と、前記物品を前記棚の選択された位置へ搬送可能な搬送装置を備えた倉庫の空調システムであって、前記倉庫内に気流を発生させる送風部と、該送風部を支持する支持体を備えた送風ユニットを具備し、該送風ユニットの前記支持体は、前記搬送装置により、前記棚へ移動載置可能な被搬送部を備えている倉庫の空調システムが開示されている。

特開２０１８−１１８７９２号公報

しかしながら、上記倉庫の空調システムは、送風ユニットの電源として充電ステーションを設ける必要があり、設備が大がかりになるという問題点の他、送風ユニットを駆動させるために必要な電力を公共の電気設備から倉庫に引くための工事も必要であるという問題点を有している。

本発明は、空調機器を駆動させるための電源を公共の電気設備から構築物に引くための工事を必要とせず、構築物内の温度調節を簡便に行なうことができる温度調節システムを提供する。

本発明の温度調節システムは、
構築物の外壁に配設一体化されたフレキシブル太陽電池と、
上記構築物内の温度を調節するための空調機器と、
上記構築物内の温度を測定する温度センサと、
上記温度センサにて測定された温度が温度閾値を超えたときに上記フレキシブル太陽電池にて発電された電力を上記空調機器に供給して上記空調機器を駆動させ、上記構築物内の温度を制御する温度制御手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の温度調節システムは、フレキシブル太陽電池から電力の供給を受けて空調機器を駆動させており、構築物に公共の送電線などから電力を導入するための電源設備を設ける必要がなく、構築物の立地条件に左右されることなく、構築物にこの構築物内の温度を調節するための空調機器を容易に配設することができる。

本発明の温度調節システムのハードウエア構成を示した図である。本発明の温度調節システムの温度制御手段の動作を示したフローチャートである。本発明の温度調節システムの劣化報知手段の動作を示したフローチャートである。

本発明の温度調節システムＡの一例を図面を参照しながら説明する。本発明の温度調節システムＡは、構築物の外面に配設一体化されたフレキシブル太陽電池を有している。

構築物としては、特に限定されず、例えば、倉庫、店舗などが挙げられる。そして、構築物の外面にはフレキシブル太陽電池が配設一体化されている。構築物の外面とは、外気に接触し且つ日光などの光が照射される面をいい、例えば、外壁面、屋根を構成している構築部材における日光が照射される面、マンションなどのビルの屋上における日光が照射される面などが挙げられる。

そして、構築物の外面にはフレキシブル太陽電池７が配設一体化されている。フレキシブル太陽電池７としては、特に限定されず、例えば、フレキシブル基材と、透明電極と、光電変換層とがこの順序で積層一体化されてなる太陽電池などが挙げられる。なお、光電変換層における透明電極の積層面とは反対側の面にも、透明電極とフレキシブル基材とがこの順序で積層一体化されていてもよい。

フレキシブル基材としては、例えば、耐熱性ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂及びポリイミドなどの耐熱高分子材料、薄膜金属基材などが挙げられる。

透明なフレキシブル基材を用いる場合、透明電極を構成する材料としては特に限定されず、例えば、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ₂、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープスズ酸化物）などの導電性無機化合物や、導電性透明ポリマーなどが挙げられ、熱線反射性能に優れており、フレキシブル太陽電池の遮熱効果を向上させることができるので、導電性無機化合物が好ましく、ＩＴＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ及びＡＴＯがより好ましい。

なお、フレキシブル太陽電池の光電変換層における光の照射面とは反対側の面に積層されている透明電極及びフレキシブル基材として、アルミニウム箔及びステンレス箔などの金属箔を用いてもよい。この場合、金属箔は、電極及びフレキシブル基材の双方の作用を奏する。金属箔の外面は絶縁処理が施される。

光電変換層を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＧａＡｓなどの結晶系材料、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ、有機半導体、有機・無機ペロブスカイトなどの薄膜系材料などが挙げられ、近赤外領域以外に光吸収帯を有し、光変換効率が高いことから、アモルファスシリコン、有機半導体、有機無機ペロブスカイト化合物が好ましく、有機無機ペロブスカイト化合物がより好ましい。

有機無機ペロブスカイト化合物としては、例えば、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ₃（但し、Ｒは有機分子又はアルカリ金属、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。光電変換層に有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、近赤外領域（８００ｎｍを超え且つ２０００ｎｍ以下）の熱線を反射しながら、近赤外領域以外の光（４００〜８００ｎｍ）によって発電することができ、フレキシブル太陽電池による構築物への遮熱効果を向上させ、構築物内の雰囲気温度の昇温を抑制することができる。Ｒは、ＣｌＮｍＨｎ（ｌ、ｍ、ｎはいずれも正の整数）で示されることが好ましい。Ｍとしては、例えば、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウム等が挙げられる。Ｘとしては、ハロゲン原子又はカルコゲン原子であり、例えば、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレンなどが挙げられる。

構築物の外面にフレキシブル太陽電池が配設一体化されるが、フレキシブル太陽電池は可撓性を有するシート状に形成されており、構築物の外面に汎用の粘着剤を用いて一体化することで容易に配設することができる。なお、粘着剤には接着剤も含まれる。

そして、フレキシブル太陽電池はその形状を自由に設計することができるので、構築物の外面に障害物が存在していても、その障害物を回避しながら、構築物の外面に隙間なくフレキシブル太陽電池を敷設することができ、構築物の外面を利用してフレキシブル太陽電池による発電を効率良く行なうことができる。

フレキシブル太陽電池は、多結晶シリコン素子を多数板状に成形したパネルを有するシリコン系太陽電池（アモルファスＳｉ太陽電池）と比較して、蓄熱作用が極めて低く、日光の照射によるフレキシブル太陽電池内への蓄熱量は極めて低い。従って、フレキシブル太陽電池に蓄積した熱によって構築物内の雰囲気温度が上昇することを概ね抑制することができる。

又、フレキシブル太陽電池は、構築物の外面に粘着剤を用いて配設（敷設）されることから、フレキシブル太陽電池と構築物の外面との間に隙間は殆ど形成されておらず、風雨によってフレキシブル太陽電池が構築物の外面から剥離されるという不測の事態は殆ど生じることはない。

そして、フレキシブル太陽電池は優れた遮熱性能を有していることから、構築物内の雰囲気温度の上昇を安定的に抑制することができる。更に、光電変換層が近赤外領域以外に光吸収帯を有し、近赤外領域以外の光によって発電するフレキシブル太陽電池を用いることによって、構築物の外面に優れた遮熱性能を付与しながら、フレキシブル太陽電池の発電効率を更に向上させることができ、構築物内の雰囲気温度の上昇をより安定的に抑制することができる。

構築物には、構築物内の全体又は一部の雰囲気温度を調節するための空調機器が配設されている。空調機器としては、特に限定されず、例えば、扇風機（ファン）、エアーコンディショナーなどの構築物内の雰囲気温度を調節可能な機器であればよい。フレキシブル太陽電池にて発電される電流は直流であるので、空調機器は直流電源で駆動することが好ましい。直流電源で駆動する空調機器を用いることで、パワーコンディショナーが不要となり、温度調節システムの簡素化を図ることができる。

又、構築物には、構築物内の雰囲気温度を測定するための温度センサが配設されている。温度センサとしては、雰囲気温度を測定することができ、測定された温度をデータとして後述するＣＰＵに送信することができる汎用の温度計が用いられる。

更に、温度調節システムＡは光量計を有している。光量計は、フレキシブル太陽電池の配設面に配設され、フレキシブル太陽電池の配設面に入射する光量を測定する。光量計としては、フレキシブル太陽電池の配設面に入射する光量を測定することができ、測定された光量をデータとして後述するＣＰＵに送信することができる汎用の光量計が用いられる。

温度調節システムＡは、図１に示した通り、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１と、ＲＯＭ(Read Only Memory)２と、ＲＡＭ(Random Access Memory)３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの補助記憶装置４と、ディスプレイ及びスピーカなどの出力装置11とを更に備えている。

ＣＰＵ１に、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、補助記憶装置４、温度センサ５、光量計６及び出力装置11が接続されている。又、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とが電気的に接続されており、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力が空調機器８に送られて空調機器８が駆動するように構成されている。

更に、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続している送電線などの回路には、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続又は切断するスイッチ部９が介在されており、スイッチ部９が閉じることによってフレキシブル太陽電池７にて発電された電力が空調機器８に送られる一方、スイッチ部９が開放されることによってフレキシブル太陽電池７と空調機器８との電気的な接続が切断され、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力の空調機器８への供給が停止されるように構成されている。そして、スイッチ部９にＣＰＵ１が接続されており、ＣＰＵ１がスイッチ部９の開閉を制御している。

又、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続している送電線には、フレキシブル太陽電池７の発電量を測定するための発電量測定装置10が介在されている。発電量測定装置10は、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続している回路を流れる直流電流の電圧（Ｖ）及び電流量（Ａ）を測定してフレキシブル太陽電池７の発電量を算出し、この算出した発電量をＣＰＵ１にデータとして送信する。発電量測定装置10としては、汎用の測定装置を用いることができる。

温度調節システムＡは、ＣＰＵ１やＲＯＭ２上に所定のプログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵ１の制御のもとで温度センサ５、光量計６、空調機器８、スイッチ部９、発電量測定装置10及び出力装置11を作動させると共に、ＲＡＭ３や補助記憶装置４におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

温度調節システムＡの温度制御手段及び劣化検出手段は、ＣＰＵ１を備えたものであってＲＯＭ２などに記憶されているプログラムを実行することで所定の機能を発揮する。

次に、温度調節システムＡの動作を説明する。温度調節システムＡの温度センサ５は、構築物内の予め定められた空間（例えば、部屋、区画など）（以下「温度調節空間」という）内の雰囲気温度を常時、計測しており、温度センサ５にて測定された温度（以下「測定温度」という）は、常時、ＣＰＵ１にデータとして送信される（ステップ１）。なお、温度センサ５による構築物の温度調節空間内における雰囲気温度の測定は、常時行なわれる必要はなく、一定時間毎であってもよい。図において、ステップは「Ｓ」と表記する。

一方、補助記憶装置４内には、構築物の温度調節空間の許容される雰囲気温度の上限又はこの温度よりも低い温度が温度閾値として予め記憶されている。

又、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続している回路に介在させているスイッチ部９は開放状態とされており、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力は空調機器８に供給されておらず、空調機器８は駆動していない。

ＣＰＵ１は、温度センサ５から受信した測定温度と、補助記憶装置４内に記憶している温度閾値（又は補助記憶装置４内から読み出してＲＡＭ３に記憶させている温度閾値）とを比較する（ステップ２）。

ＣＰＵ１は、温度センサ５から受信した測定温度が、上記温度閾値以下の温度であると判断したときは、スイッチ部９の開放状態を維持し、フレキシブル太陽電池７から空調機器８に電力は供給せず、空調機器は停止させた状態を維持し、ステップ１に戻って温度センサ５による構築物の温度調節空間内における雰囲気温度の測定が継続される。

一方、ＣＰＵ１は、測定温度が温度閾値を超えている（上回っている）と判断したときは、スイッチ部９を閉じて、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続し、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力を回路を通じて空調機器８に供給して空調機器８を駆動させる（ステップ３）。空調機器８によって構築物の温度調節空間内が温度調節されて、温度調節空間内は温度閾値以下の雰囲気温度に維持される。

又、構築物の温度調節空間内の雰囲気温度が十分に下がったと判断し、空調機器８を停止させる基準となる温度（駆動停止温度）が、補助記憶装置４内に記憶されている。温度調節空間内の雰囲気温度は、その後も温度センサ５によって常時又は一定時間毎に測定されている。ＣＰＵ１は、温度センサ５から受信した温度調節空間内の雰囲気温度と、駆動停止温度とを比較し（ステップ４）、温度調節空間内の雰囲気温度が駆動停止温度以下の温度であると判断したとき、スイッチ部９を開放して、フレキシブル太陽電池７から空調機器８への電力の供給を停止し、空調機器８を停止させて待機状態とする（ステップ５）。なお、上記駆動停止温度として、具体的な温度を設定してもよいし、温度閾値を基準とし、温度閾値よりも所定温度だけ低い温度を設定してもよい。そして、ステップ１に戻って、温度センサ５による構築物の温度調節空間内における雰囲気温度の測定が継続される。

一方、ＣＰＵ１は、温度センサ５によって測定された、温度調節空間内の雰囲気温度が駆動停止温度以下とならない限り、スイッチ部９を閉じた状態に維持し、フレキシブル太陽電池７と空調機器８とを電気的に接続し、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力を回路を通じて空調機器８に供給して空調機器８の駆動を継続する（ステップ６）。

以上のように、温度調節システムＡは、構築物の温度調節空間内の雰囲気温度を常時又一定時間毎に測定し、この測定温度が温度閾値を上回ったときに、フレキシブル太陽電池７にて発電された電力によって空調機器８を駆動させ、構築物の温度調節空間内の雰囲気温度が適正な温度となるように調整している。

又、温度調節システムＡは、光量計６を有しており、ＣＰＵ１による制御のもと、光量計６によってフレキシブル太陽電池７の配設面における単位面積当たり（例えば、１ｍ²など）の光量が常時又は一定時間毎に測定されており、測定された光量はＣＰＵ１に送信される。

更に、温度調節システムＡは、発電量測定装置10を有しており、ＣＰＵ１による制御のもと、発電量測定装置10によって、フレキシブル太陽電池７にて発電される発電量が、上記光量計６による光量の測定と同じタイミング又は光量の測定から所定時間以内で測定されており、測定された発電量はＣＰＵ１に送信される（ステップ７）。

一方、補助記憶装置４には、フレキシブル太陽電池７に入射する光量と、フレキシブル太陽電池にて発電される発電量との相関性を示す式又はグラフなどの相関データが記憶されている。

ＣＰＵ１は、測定された光量を用いて、補助記憶装置４内に記憶させている相関データに基づき、フレキシブル太陽電池７にて発電される想定発電量を算出する。更に、ＣＰＵ１は、想定発電量に基づいて必要に応じて予め設定された料率（例えば、８０％、７０％など）を乗じて発電量閾値を算出する（ステップ８）。なお、料率を１００％としてもよく、その場合は、想定発電量が発電量閾値となる。

そして、ＣＰＵ１は、発電量閾値と、発電量測定装置10にて測定された発電量（リアル発電量）とを比較し（ステップ９）、リアル発電量が、発電量閾値を下回ったとき、フレキシブル太陽電池７の劣化が進んでいると判断する。ＣＰＵ１は、フレキシブル太陽電池７が劣化している旨の警告信号を出力装置11に送信して管理者に注意喚起する（ステップ１０）。

一方、ＣＰＵ１は、リアル発電量が、発電量閾値以上であるとき、フレキシブル太陽電池７は正常に作動していると判断し、必要に応じて、フレキシブル太陽電池７は正常に作動している旨の正常信号を出力装置11に送信して管理者に報告する（ステップ１１）。

上記の通り、ステップ１０又はステップ１１において、警告信号又は正常信号を出力装置11に送信した後、ステップ７に戻り、光量計６及び発電量測定装置10によって光量及び発電量がそれぞれ継続して測定される。

ステップ１０及び１１にてそれぞれ、警告信号及び正常信号が出力装置11に送信された後は、警告信号及び正常信号が出力装置11に多数回、出力されることにより管理者が却って混乱する虞れもあるため、予め定められた一定時間以内は警告信号及び正常信号は出力装置11に出力されないように設定しておいてもよい。

以上のように、温度調節システムによれば、フレキシブル太陽電池７の劣化を早期に発見し、フレキシブル太陽電池７の修理又は交換により構築物内の温度調節を確実に行なうことができる。

１ＣＰＵ
２ＲＯＭ
３ＲＡＭ
４補助記憶装置
５温度センサ
６光量計
７フレキシブル太陽電池
８空調機器
９スイッチ部
10 発電量測定装置
11 出力装置
Ａ温度調節システム

Claims

構築物の外面に配設一体化されたフレキシブル太陽電池と、
上記構築物内の温度を調節するための空調機器と、
上記構築物内の温度を測定する温度センサと、
上記温度センサにて測定された温度が温度閾値を超えたときに上記フレキシブル太陽電池にて発電された電力を上記空調機器に供給して上記空調機器を駆動させ、上記構築物内の温度を制御する温度制御手段とを備えていることを特徴とする温度調節システム。
フレキシブル太陽電池は、フレキシブル基材と、透明電極と、光電変換層とが積層一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の温度調節システム。
フレキシブル太陽電池が配設されている配設面に入射する光量を測定する光量計と、
上記フレキシブル太陽電池の発電量を測定する発電量測定装置と、
出力装置と、
上記光量計にて測定された光量を用いて、フレキシブル太陽電池に入射する光量とフレキシブル太陽電池にて発電される発電量との相関性を示す相関データに基づいて発電量閾値を算出し、上記発電量閾値と、上記発電量測定装置にて測定されたリアル発電量とを比較して、上記リアル発電量が、上記発電量閾値を下回ったとき、上記フレキシブル太陽電池が劣化している旨の警告信号を上記出力装置に送信する劣化報知手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度調節システム。
フレキシブル太陽電池は、構築物の屋上に粘着剤によって配設一体化されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の温度調節システム。