JP2022092411A - Energy management bilayer window glass structure and system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、住宅その他の建造物等の窓に用いられる複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムにおいて、温度、照度などの複層窓ガラス構造体の周囲の状態を検出して無線通信により複層窓ガラス構造体の外部の機器の制御に必要な情報を提供し、かかる機器を高精度に制御して省エネ化した室内環境を整えるための、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムに関するものである。 The present invention detects the surrounding conditions of the multi-layer window glass structure such as temperature and illuminance in a multi-layer window glass structure used for windows of houses and other buildings and a system using the same, and wireless communication is performed. Energy management multi-layer window glass structure and its energy management to provide information necessary for controlling external equipment of the multi-layer window glass structure and to prepare an energy-saving indoor environment by controlling such equipment with high accuracy. It is related to the system using.
従来、住宅その他の建造物等に用いられる窓ガラスは、室外と室内との間の熱の出入りによる室内環境の悪化を防ぐために、窓ガラスの間に空気層を挟み込んだ二重の複層窓ガラスを用いることにより、断熱性能を向上させ、窓から侵入する熱を低減し、また、室内の熱を外部に放出することを防止して、室内の冷暖房に要するエネルギーを省エネ化することが知られている。 Conventionally, windowpanes used in houses and other buildings are double-layered windows with an air layer sandwiched between the windowpanes in order to prevent deterioration of the indoor environment due to the inflow and outflow of heat between the outside and the inside. It is known that the use of glass improves heat insulation performance, reduces heat entering through windows, prevents indoor heat from being released to the outside, and saves energy required for indoor heating and cooling. Has been done.
また、そのような複層窓ガラスにおいては、さらに、Low-E(Low Emissivity)と称される「低放射」性能を高めるために、低放射熱性を有する金属の薄膜をガラス面上に形成した「Low-Eガラス」を用いることにより、日射等によって生じる熱負荷を軽減し、よりエネルギーの省エネ化を図ることが可能なLow-E複層ガラスも知られている。 Further, in such a double glazing, a thin metal film having low radiant heat is formed on the glass surface in order to further enhance the "low emissivity" performance called Low-E (Low Emissivity). Low-E double glazing is also known, which can reduce the heat load caused by solar radiation or the like by using "Low-E glass" and can further save energy.
しかし、これらの技術は、窓ガラス自体の熱性能を高めて室内外の熱の流出入を低減するものの、完全に遮断することはできず、また、熱の流出入は、季節や時刻により時々刻々と変化するので、さらに熱の流出入を効率よく制御するためには、ブラインド等の付加的な設備を設けることや、窓の周囲の状態に対応して適切な冷暖房制御を行うことにより、さらなる省エネ化を図ることが期待されている。 However, although these techniques improve the thermal performance of the window glass itself and reduce the heat inflow and outflow inside and outside the room, they cannot completely block the heat inflow and outflow, and the heat inflow and outflow sometimes occurs depending on the season and time. Since it changes from moment to moment, in order to control the inflow and outflow of heat more efficiently, it is necessary to install additional equipment such as blinds and to perform appropriate heating and cooling control according to the condition around the window. It is expected that further energy saving will be achieved.
そのような例として、例えば、特許文献1に記載されたような、自動ブラインド入り複層ガラス窓戸が知られている。
As such an example, for example, a double glazing window door with an automatic blind as described in
この、自動ブラインド入り複層ガラス窓戸は、複層ガラス用スペーサを挟んで2枚のガラスが密閉式に隔置された複層ガラス構造物と、この複層ガラス構造物の周縁部を取り囲む窓フレームと、複層ガラス構造物の内部上側の近くに取り付けられたブラインド電動ユニットと、複層ガラス構造物の内部空間の上側に吊設され、ブラインド電動ユニットの動作に応じて開閉する自動ブラインドと、を備えている。 This double glazing window door with automatic blind surrounds a double glazing structure in which two pieces of glass are hermetically separated by sandwiching a spacer for double glazing, and the peripheral edge of the double glazing structure. A window frame, a blind electric unit installed near the inner upper side of the double glazing structure, and an automatic blind suspended above the internal space of the double glazing structure and opened and closed according to the operation of the blind electric unit. And have.
特許文献1に記載された複層ガラス窓戸は、複層ガラスの有する省エネ効果を得ることに加えて、ブラインド電動ユニットが、電動モータと、ブラインド回転軸の回転に応じてブラインドの角度または昇降量を調節する調節ワイヤと、回転軸の回転数を計数することにより、調節ワイヤによるブラインドの動作量を感知する光センサと、遠隔制御信号と光センサによる計数信号に基づきモータの正逆転及び電源供給を制御する信号を送信する中央処理部とを有する制御部とを備え、ブラインドの昇降を自動的かつ遠隔制御することにより、熱の流出入を効率よく制御するものである。
In the double glazing window door described in
また、例えば、特許文献2に記載されたような、窓ガラスに、発熱ガラスと断熱材の積層構造を有する壁材を配置した、冷暖房システムも知られている。 Further, for example, a cooling / heating system in which a wall material having a laminated structure of heat-generating glass and a heat insulating material is arranged on a window glass as described in Patent Document 2 is also known.
この、冷暖房システムは、屋内の気温を制御する冷暖房システムにおいて、窓ガラスに少なくとも一面に発熱ガラスを有する複層ガラスを配置し、壁面に発熱ガラスと断熱材の積層構造を有する壁材を配置し、天井の内部にエアコンを配置するとともに、天井に該エアコンの送風口と連通して室外との吸排気を行う通気口に接続される開口部を形成した、冷暖房システムである。 In this air-conditioning system, in an air-conditioning system that controls indoor temperature, a multi-layer glass having heat-generating glass on at least one surface is arranged on a window glass, and a wall material having a laminated structure of heat-generating glass and a heat insulating material is arranged on a wall surface. This is an air-conditioning system in which an air conditioner is arranged inside the ceiling and an opening is formed in the ceiling to be connected to a ventilation port that communicates with the air outlet of the air conditioner and performs intake and exhaust to and from the outside.
特許文献2に記載された、冷暖房システムは、冬季においては室内の空気を効率的に暖めて、室内の高さ方向の温度分布を均一に保つことを可能とし、また、天井の内部にエアコンを配置することによって、冬季は複層ガラス及び発熱壁による暖房効果が高いため、ほとんどの場合はエアコンによる暖房を必要とせず、エアコンによる暖房を必要とする場合においても必要最低限限度の暖房器とすることが可能となり、より効率的な暖房を行うものである。 The air-conditioning system described in Patent Document 2 makes it possible to efficiently warm the air in the room in winter to keep the temperature distribution in the height direction of the room uniform, and to install an air conditioner inside the ceiling. By arranging it, the heating effect by the double-layered glass and the heating wall is high in winter, so in most cases, heating by the air conditioner is not required, and even if heating by the air conditioner is required, it is the minimum necessary heater. It becomes possible to perform more efficient heating.
特許文献1、2に記載されたような複層ガラス窓戸や冷暖房システムは、省エネ化や効率的な冷暖房にある程度資するものの、そのような効果が得られる局面は限られており、様々な環境の変化に対して精度の高い省エネ制御を図ることは困難であった。
Although the double glazing window doors and air conditioning systems as described in
さらに高精度の省エネ制御を行うために、例えば、窓ガラスに温度、照度等の周囲の状態パラメータを取得するセンサ等を外付けした場合は、外力によるセンサの変形や破損のおそれがあり、信頼性・寿命の低下を招来するだけでなく、窓の表面のセンサ部分が突きだした出っ張りや、センサへ電源を供給する配線の引き回しなどにより、複層窓ガラスの製造や施工を煩雑化するだけでなく、薄型化や美観向上という観点からも解決すべき問題が生じるおそれがある。 In order to perform more accurate energy-saving control, for example, if a sensor that acquires ambient state parameters such as temperature and illuminance is externally attached to the window glass, the sensor may be deformed or damaged due to external force, and it is reliable. Not only does it reduce the quality and life of the window, but it also complicates the manufacture and construction of multi-layer window glass by the protrusion of the sensor part on the surface of the window and the routing of the wiring that supplies power to the sensor. However, there is a possibility that problems to be solved may occur from the viewpoint of thinning and improving the appearance.
また、かかるセンサを室内側だけに設置した場合には、室外の温度、照度等の状態パラメータなどを取得することができず、この点からも精度の高い制御を行うことに限界があった。 Further, when such a sensor is installed only on the indoor side, it is not possible to acquire state parameters such as outdoor temperature and illuminance, and there is a limit to performing highly accurate control from this point as well.
その他に、建造物等においてエネルギーが使用される他の設備、例えば照明等の制御や省エネ化は考慮されておらず、この点も相まって、精度が高く、効率的な省エネ制御を行うことは困難であった。 In addition, control and energy saving of other equipment that uses energy in buildings, such as lighting, are not considered, and it is difficult to perform highly accurate and efficient energy saving control in combination with this point. Met.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、上記問題点を解決するために、外部から配線などで電源を供給することなく稼働可能とするための自立電源を備え、センサ等により室内、室外の状態を容易に検出可能であり、かつ、無線による通信機能を有し、室内外のコントローラ等により制御可能なエネルギーマネージメントを行うことのできる、信頼性の高いIoT化したエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and in order to solve the above problem, the present invention is provided with an independent power source for enabling operation without supplying power from the outside by wiring or the like. Highly reliable IoT that can easily detect indoor and outdoor conditions with sensors, etc., has a wireless communication function, and can perform energy management that can be controlled by indoor and outdoor controllers, etc. It is an object of the present invention to provide an energy management multi-layer window glass structure and a system using the same.
本発明は、かかる目的を達成するために、以下の構成を採用した。 In order to achieve such an object, the present invention has adopted the following configuration.
すなわち、窓フレームと、
前記窓フレームにより周縁部を取り囲まれた複層ガラスと、
前記複層ガラスの周縁部に配置され、複数枚のガラスを相互に隔置するスペーサと、
前記窓フレームと前記複層ガラスとにより形成される密閉空間と、を備え、室内側の空間と室外側の空間とを区画する複層窓ガラス構造体であって、
前記密閉空間の内部には、IoT制御装置が配置され、
前記IoT制御装置は、少なくとも
他から供給される物理エネルギーを電力に変換する電力源と、
前記電力が充電されかつ放電可能な蓄電機器と、
前記蓄電機器への前記電力源の発生する電力の充電を制御するとともに、前記電力源の発生する電力と前記蓄電機器の放電する電力との少なくとも何れか一方を電力を必要とする機器に供給する電源管理回路と、を備え、
さらに、前記複層窓ガラス構造体又は周囲の状態パラメータを取得するセンサと、
前記センサの取得した状態パラメータをデータとして無線伝達可能に変復調する無線モジュールと、
無線モジュールの出力により複層窓ガラス構造体の密閉空間の外部との間でデータを伝達する電波を送受信するアンテナと、を含む
エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体、である。
That is, the window frame and
The double glazing whose peripheral edge is surrounded by the window frame,
A spacer arranged on the peripheral edge of the double glazing and separating a plurality of pieces of glass from each other,
A double-glazed window glass structure comprising a closed space formed by the window frame and the double glazing, and partitioning a space on the indoor side and a space on the outdoor side.
An IoT control device is arranged inside the enclosed space.
The IoT control device is a power source that converts at least physical energy supplied from others into electric power.
The power storage device whose electric power can be charged and discharged, and
While controlling the charging of the electric power generated by the electric power source to the electric power storage device, at least one of the electric power generated by the electric power source and the electric power discharged by the electric power storage device is supplied to the electric power-requiring device. Equipped with a power management circuit,
Further, a sensor that acquires the state parameter of the double glazing structure or the surroundings, and
A wireless module that changes and demolishes the state parameters acquired by the sensor as data so that it can be transmitted wirelessly.
An energy management double glazing structure, including an antenna that transmits and receives radio waves that transmit data to and from the outside of the enclosed space of the double glazing structure by the output of the wireless module.
本発明の一形態として、前記電力源は、光電変換機器、熱電変換機器、無線受電機器、圧電変換機器の少なくとも何れか1つからなる、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the power source may be composed of at least one of a photoelectric conversion device, a thermoelectric conversion device, a wireless power receiving device, and a piezoelectric conversion device.
本発明の一形態として、前記状態パラメータを取得する前記センサは、少なくとも前記複層窓ガラス構造体、室内側の空間又は室外側の空間の少なくとも何れか1つの状態パラメータを取得する、温度センサ、湿度センサ、撮像カメラ、光若しくは赤外線センサ若しくは電磁波センサ、超音波センサ若しくはマイクロフォン、圧力センサ、磁気センサ、距離センサ、振動センサ若しくは加速度センサ、ガスセンサ又は液体センサのうちの少なくとも何れか1つである、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the sensor that acquires the state parameter is a temperature sensor that acquires at least one of the state parameters of the multi-layer window glass structure, the indoor space, and the outdoor space. At least one of a humidity sensor, an image pickup camera, an optical or infrared sensor or an electromagnetic wave sensor, an ultrasonic sensor or a microphone, a pressure sensor, a magnetic sensor, a distance sensor, a vibration sensor or an acceleration sensor, a gas sensor or a liquid sensor. It may be a thing.
本発明の一形態として、前記蓄電機器は、キャパシタ又は二次電池からなる、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the power storage device may be composed of a capacitor or a secondary battery.
本発明の一形態として、前記密閉空間には、窒素その他の不活性ガスが封入されている、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the enclosed space may be filled with nitrogen or other inert gas.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、前記複層ガラスの周縁部に配置されている、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device may be arranged on the peripheral edge of the double glazing.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、筐体を含み、前記複数枚のガラスの間に配置される、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device may include a housing and may be arranged between the plurality of glasses.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、少なくとも室内側及び/又は室外側のガラスの少なくともいずれか1つに取り付けられる、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device may be attached to at least one of the indoor side and / or the outdoor side glass.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、少なくとも1枚の基板を含む、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device may include at least one substrate.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、少なくとも2枚の基板を含み、室内側及び室外側のガラスに相対峙するように設けられる、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device may include at least two substrates and may be provided so as to face the glass on the indoor side and the outdoor side.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、少なくとも前記電力源、前記蓄電機器、前記電源管理回路、前記センサ、前記無線モジュール及び前記アンテナが、前記基板の前記室内側と前記室外側の両方の面又は前記基板のそれぞれに分配して配置される、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, in the IoT control device, at least the power source, the power storage device, the power supply management circuit, the sensor, the wireless module, and the antenna are provided on both the indoor side and the outdoor side of the substrate. It may be distributed and arranged on each of the surfaces of the surface or the substrate.
本発明の一形態として、前記IoT制御装置は、1枚の前記基板を含み、前記基板の前記室外側の面に、前記電力源、前記電源管理回路及び前記センサが設けられ、前記基板の前記室内側の面に、前記電力源、前記蓄電機器、前記無線モジュール、前記センサ及び前記アンテナが設けられている、ものでも良い。 As one embodiment of the present invention, the IoT control device includes one substrate, and the power source, the power supply management circuit, and the sensor are provided on the outdoor surface of the substrate, and the substrate is described. The power source, the power storage device, the wireless module, the sensor, and the antenna may be provided on the indoor surface.
本発明の一形態として、前記エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体の前記アンテナとの間で電波を送受信する相手方の機器は、電波を送受信可能な通信機器を備える、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体システム、でも良い。 As one embodiment of the present invention, the device of the other party that transmits and receives radio waves to and from the antenna of the energy management multi-layer window glass structure includes a communication device capable of transmitting and receiving radio waves. System, but also good.
本発明の一形態として、前記エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体の前記アンテナとの間で電波を送受信する相手方の機器は、空調機器、窓遮蔽機器、照明機器又はエネルギーマネージメントコントローラの少なくともいずれか1つである、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体システム、でも良い。 As one embodiment of the present invention, the device of the other party that transmits and receives radio waves to and from the antenna of the energy management multi-layer window glass structure is at least one of an air conditioning device, a window shielding device, a lighting device, and an energy management controller. It may be an energy management multi-layer window glass structure system.
本発明の一形態として、前記窓遮蔽機器は、ブラインド、透過度調整ガラス又はカーテンの少なくともいずれか1つである、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体システム、でも良い。 As one embodiment of the present invention, the window shielding device may be an energy management double glazing structure system, which is at least one of a blind, a transmission adjusting glass, or a curtain.
本発明のエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムの構成によれば、複層窓ガラス構造体の密閉空間の内部に、電力源、蓄電機器、電源管理回路、センサ、無線モジュール及びアンテナを備えるIoT制御装置が配置されているので、複層窓ガラス構造体の室内外及びそれ自体の温度、照度等の状態パラメータを容易に取得することができる。
また、複層窓ガラス構造体の内部でのIoT制御装置の配置の自由度が大きいので、必要とする場所の状態パラメータを容易に取得することができる。
さらに、IoT制御装置は、複層窓ガラス構造体の内部に配置されているので、外力による変形・破損や、大気中の腐食性ガス、浮遊塵埃、湿度などの影響による各種環境ストレスによる劣化も防ぐことができる。
その他に、複層窓ガラス構造体の施工に際しても、IoT制御装置は複層窓ガラスと一体化した構造体となっているので、容易に設置可能となる。
According to the configuration of the energy management multi-layer window glass structure of the present invention and the system using the same, a power source, a power storage device, a power supply management circuit, a sensor, and a wireless module are contained inside the enclosed space of the multi-layer window glass structure. And since the IoT control device including the antenna is arranged, it is possible to easily acquire the state parameters such as the temperature and the illuminance of the indoor and outdoor of the multi-layer window glass structure and itself.
Further, since the degree of freedom in arranging the IoT control device inside the double glazing structure is large, it is possible to easily acquire the state parameter of the required place.
Furthermore, since the IoT control device is arranged inside the double glazing structure, it may be deformed or damaged by external force, or deteriorated by various environmental stresses due to the influence of corrosive gas in the atmosphere, floating dust, humidity, etc. Can be prevented.
In addition, even when constructing a multi-layer window glass structure, the IoT control device is a structure integrated with the multi-layer window glass, so that it can be easily installed.
本発明のエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10は、後述するように、窓フレーム14と、前記窓フレーム14により周縁部を取り囲まれた複層ガラス11a、11bと、前記複層ガラス11a、11bの周縁部に配置され、複数枚の複層ガラス11a、11bを相互に隔置するスペーサ13と、前記窓フレーム14と前記複層ガラス11a、11bとにより形成される密閉空間12とを備え、室内側の空間と室外側の空間とを区画する前記複層ガラス11a、11bにおいて、その密閉空間12内にIoT制御装置1が配置されたものである。
As will be described later, the energy management
また、前記IoT制御装置1は、自立電力源によって稼働し、また、複層窓ガラス構造体10自体又は周囲の状態パラメータを取得してデータとして送信し、状態パラメータ(物理的なパラメータ)をデータとして受信したコントローラによってエネルギーマネージメント等を行うシステムとして用いられる。
Further, the
以下、本発明のエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムの第1の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, the energy management double glazing structure of the present invention and the first embodiment of the system using the same will be described in detail.
図1は、本発明のIoT制御装置の一形態を示すブロック図である。
図1において、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10の密閉空間12内に配置されるIoT制御装置1は、基板8上に各電子部品が配置されており、その1つとして、自立電力源として、他から供給される物理エネルギーである日光を電力に変換する電力源となる光電変換装置、すなわち太陽電池2が設けられている。太陽電池2は、日光の光エネルギーだけでなく、室内の照明による光エネルギーも光電変換により電力に変換することが可能であり、任意の形態の太陽電池が使用可能である。
FIG. 1 is a block diagram showing a form of the IoT control device of the present invention.
In FIG. 1, in the
電力源となる太陽電池2については、アモルファスシリコン製や色素増感型のものなどが利用でき、後者のようにより低照度で発電する光電変換素子を用いると、基板8を小さなものとし、IoT制御装置1をより小型化できる。
Amorphous silicon or dye-sensitized type solar cells can be used as the power source, and if a photoelectric conversion element that generates electricity with lower illuminance as in the latter is used, the
電力源としては、太陽電池2以外にも、物理エネルギーを非接触にて電力に変換可能なものであって自立電力源となり得るものであれば如何なるものでも使用可能である。例えば、他の光電変換機器、熱電変換機器、無線受電機器、圧電変換機器など種々のものが電力源として使用可能であり、いずれか一つだけではなく、複数の種類のものを使用することも可能である。 As the electric power source, any power source other than the solar cell 2 that can convert physical energy into electric power in a non-contact manner and can be an independent electric power source can be used. For example, various devices such as other photoelectric conversion devices, thermoelectric conversion devices, wireless power receiving devices, and piezoelectric conversion devices can be used as power sources, and not only one of them but also multiple types can be used. It is possible.
さらに、前記電力源からの電力が充電されかつ電力を放電可能な蓄電機器として、電気2重層キャパシタ(ELDC)3が、太陽電池2に接続されている。蓄電機器としては、ELDC3以外にも、Liイオン蓄電池などの二次電池が使用可能である。 Further, as a power storage device capable of charging the electric power from the electric power source and discharging the electric power, an electric double layer capacitor (ELDC) 3 is connected to the solar cell 2. As the power storage device, a secondary battery such as a Li ion storage battery can be used in addition to the ELDC3.
また、前記電力源である太陽電池2が発生する電力は、基本的に、蓄電機器である電気2重層キャパシタ(ELDC)3に充電され、そこに蓄積されることになるが、蓄電機器のSOC(state of charge)、すなわち充電状態又は充電率により、蓄電機器に蓄積される電力には限界があり、そのSOCの上下限を管理する必要がある。 Further, the electric power generated by the solar cell 2 which is the power source is basically charged in the electric double layer capacitor (ELDC) 3 which is a power storage device and is stored there, but the SOC of the power storage device (State of charge), that is, there is a limit to the power stored in the power storage device depending on the charging state or the charging rate, and it is necessary to manage the upper and lower limits of the SOC.
このSOCは、蓄電機器の電力を必要とする機器である受電部品としてのセンサ4や無線モジュール5(いずれも後述)への電力供給に伴う放電により、随時変化するので、SOCを管理する場合には、放電する電力を考慮して行う必要がある。例えば、蓄電機器のSOCに余裕が無い場合や、受電部品の電力消費により一時的に電力が不足する場合などには、前記電力源である太陽電池2の発生する電力を直接受電部品に供給したり、かかる電力の一部又は全部を蓄電機器である太陽電池1の充電のために配給したり、前記電力源である太陽電池2の発生する電力に加えて蓄電機器の放電による電力を合わせて受電部品に供給するなど、電力源の発生する電力、蓄電機器のSOC及び受電部品の消費電力に応じた精緻な配電管理が必要である。
This SOC changes at any time due to the discharge accompanying the power supply to the sensor 4 and the wireless module 5 (both described later) as power receiving parts that are devices that require the power of the power storage device, so when managing the SOC. Must be done in consideration of the power to be discharged. For example, when the SOC of the power storage device is insufficient or the power is temporarily insufficient due to the power consumption of the power receiving component, the power generated by the solar cell 2 which is the power source is directly supplied to the power receiving component. Or, a part or all of the electric power is distributed for charging the
そのため、これら電力の配電を管理すべく、IoT制御装置1には、電源管理回路7が設置されている。電源管理回路7は、太陽電池2からEDLC3への配電のほか、受電部品に対しても太陽電池2及び/又はEDLC3の電力を配電するための制御を行うものである。このような電源管理回路7の具体的な形態は、電力源、蓄電機器、受電部品を備える種々の装置において多くの形態が知られているので、ここでは説明を省略する。
Therefore, in order to manage the distribution of these electric powers, the power
IoT制御装置1は、さらに、複層窓ガラス構造体10それ自体又は周囲の温度、照度等の状態パラメータを取得するセンサ4を備えている。
The
ここでは、センサ4が状態パラメータである物理的なパラメータとして照度を取得しているが、センサ4の取得する複層窓ガラス構造体それ自体又は周囲の状態パラメータは、温度、湿度、像、光、赤外線、電磁波、音波、超音波、圧力、磁気、距離、振動、加速度、ガス(気体)、液体等の強弱、大小、有無等、物理的なパラメータとして取得可能なものであれば何れのものであっても良く、また、複数のパラメータを取得するものであっても良い。 Here, the sensor 4 acquires the illuminance as a physical parameter which is a state parameter, but the state parameters of the multi-layer window glass structure itself or the surroundings acquired by the sensor 4 are temperature, humidity, image, and light. , Infrared, electromagnetic wave, sound wave, ultrasonic wave, pressure, magnetism, distance, vibration, acceleration, gas (gas), strength of liquid, size, presence / absence, etc. It may be, or it may be the one that acquires a plurality of parameters.
そのようなパラメータを取得するセンサ4としては、温度センサ、湿度センサ、撮像カメラ、光若しくは赤外線センサ若しくは電磁波センサ、超音波センサ若しくはマイクロフォン、圧力センサ、磁気センサ、距離センサ、振動センサ若しくは加速度センサ、ガスセンサ又は液体センサ等があげられる。 The sensor 4 for acquiring such parameters includes a temperature sensor, a humidity sensor, an image pickup camera, an optical or infrared sensor or an electromagnetic wave sensor, an ultrasonic sensor or a microphone, a pressure sensor, a magnetic sensor, a distance sensor, a vibration sensor or an acceleration sensor, and the like. Examples include gas sensors and liquid sensors.
これらのセンサ4は、複数のパラメータを取得可能な一体形のセンサとして、また、複数のセンサを組み合わせて、任意のものが用いられる。 As the sensors 4, any one can be used as an integrated sensor capable of acquiring a plurality of parameters, or by combining a plurality of sensors.
IoT制御装置1は、外部に配置されたエネルギーマネージメントのためのコントローラ(図示せず)との間で、取得した前記状態パラメータをデータとして無線伝達可能に変調し、コントローラから送信された電波を復調する無線モジュール5と、無線モジュールの出力により複層窓ガラス構造体10の密閉空間12の外部との間でデータを伝達する電波を送受信するアンテナ6を備えている。
The
ここで、このコントローラは、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10のアンテナ6との間で電波を送受信可能な通信機器を備えているものであれば如何なるものであっても良い。
Here, the controller may be any as long as it is equipped with a communication device capable of transmitting and receiving radio waves to and from the
コントローラは、IoT制御装置1専用のものでなくとも、IoT制御装置1と通信が可能な通信プロトコルを内蔵していれば足りる。例えば、汎用の機器であっても、元来備えている送受信装置にIoT制御装置1用の通信プロトコル及びそれにより得られた状態パラメータを利用する制御機能があればよく、また、後からインストールしても差し支えない。さらに、IoT制御装置1用のコントローラを後付けして機器に接続するものであっても良いことは勿論のことである。
The controller does not have to be dedicated to the
このようなIoT制御装置1と通信を行うエネルギーマネージメントのためのコントローラとしては、例えば、スマートホーム等建造物の室内の空調機器、照明機器、窓遮蔽器、冷熱温水機器、発電機器、燃料電池、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Veihcle)、グリッド充電器その他のエネルギーを消費ないしは蓄積可能な機器があげられる。
As a controller for energy management that communicates with such an
なお、窓遮蔽器には、ブラインド、透過度調整ガラス、カーテン等の既知の装置や設備が使用可能である。 As the window shield, known devices and equipment such as blinds, transparency adjusting glass, and curtains can be used.
IoT制御装置1は、電力源である太陽電池2と蓄電機器であるEDLC3から電源管理回路7の制御下で電力を供給された無線モジュール5が照度センサ等4で取得した状態パラメータをデータとして変復調した送信波をアンテナ6に送り、アンテナ6から外部に配置されたコントローラに状態パラメータを送信する。
The
なお、ここで、無線モジュール5とアンテナ6とは、電波による通信を行うものである。原理的には、電波以外にも、超音波、光その他の非接触の通信手段を用いることも可能である。そのような場合には、無線モジュールは、通信手段に応じて超音波変復調器や光変復調器を含むものとなり、アンテナは、スピーカや発光装置と代替されるものとなる。
Here, the
電波による通信を行う場合には、どのような通信手段であっても良いが、具体的には、2.4GHz帯の微弱無線通信装置、特定小電力通信装置、WiFi通信装置、Bluetooth(R)通信装置、700MHz~30GHz帯の種々の公衆無線回線通信装置、PHS通信装置、Local-5G通信装置、衛星通信装置その他特定周波数・電力の無線等様々なものがあげられる。通信手段はいずれのものであってもよく、電波の型式、周波数、空中線電力、占有周波数帯幅の許容値及び通信方式を限定されるものではない。 When communicating by radio waves, any communication means may be used, but specifically, a weak wireless communication device in the 2.4 GHz band, a specific low power communication device, a WiFi communication device, and Bluetooth (R). Various devices such as communication devices, various public wireless line communication devices in the 700 MHz to 30 GHz band, PHS communication devices, Local-5G communication devices, satellite communication devices, and other radios having a specific frequency and power can be mentioned. Any communication means may be used, and the type, frequency, antenna power, allowable value of occupied frequency bandwidth, and communication method are not limited.
図2に、IoT制御装置の一形態を示す側面視断面図を掲載している。
図2に示したものは、状態パラメータとして光の照度に着目した形態を示している。図において、IoT制御装置1の厚み方向を上下方向で示し、断面を側面視で見た時の、各電子部品の配置を示している。
FIG. 2 shows a side view sectional view showing one form of the IoT control device.
The one shown in FIG. 2 shows a form focusing on the illuminance of light as a state parameter. In the figure, the thickness direction of the
IoT制御装置1は、各電子部品2~7を配置するための基板8を中心として、その表裏(図の上面及び下面にそれぞれ対応)に各電子部品を配置しており、その厚さは、6mm程度ないしはそれ以下の薄型のものである。このように、各電子部品2~7を厚みの薄い部品で構成すれば、IoT制御装置1自体は、基板8及び各電子部品2~7の厚みだけの非常に薄型のものとして構成することができ、複層窓ガラス構造体10の密閉空間12のように狭いスペースにも容易に配置することができるようになる。
In the
なお、この厚さは特に限定されるものではなく、複層窓ガラス構造体10の密閉空間12内の複層ガラス11a、11b間の離隔距離以下であれば良く、複層ガラス11a、11b間の離隔距離が例えば10mm程度であれば、余裕をもって配置することもできる。
The thickness is not particularly limited as long as it is equal to or less than the separation distance between the
このように、IoT制御装置1を複層窓ガラス構造体10の密閉空間12内に配置することにより、IoT制御装置1のセンサ4等の各電子部品が複数枚の複層ガラス、窓フレーム14から外側に突出したり、出っ張りを生じさせたりすることがなく、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10の製造、搬送、施工を容易にでき、美観を損なうこともなくなる。
By arranging the
IoT制御装置1の厚さと複層ガラス11a、11b間の離隔距離とを揃えれば(例えば6mm程度)、IoT制御装置1が複層の窓ガラスの間に隙間なく収納されるために、IoT制御装置1と室内外との間には複層ガラス11a、11bのみが介在することとなり、電力源である太陽電池2が室内外の光を無駄なく受光できるほか、センサ4の取得する状態パラメータを精度よく検出することができる。
If the thickness of the
さらに、IoT制御装置1のセンサ4、基板8等を2枚の複層ガラス11a、11bで挟持することができ、エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10の搬送、施工時などの急激な動きが生じた時や、外力が作用した時に、IoT制御装置1の変形、破損等を防ぐことが可能となる。
Further, the sensor 4 of the
図において、基板8の表面は、複層窓ガラス構造体10の室外側に配向されており、その裏面は、複層窓ガラス構造体10の室内側に配向されて配置されている。
In the figure, the front surface of the
室外側に配向された基板8の表面には、図の左側から順に、太陽電池2a、電源管理回路7、照度センサ等4aが配置されており、室内側に配向した基板の裏面には、太陽電池2b、EDLC3、無線モジュール5、照度センサ等4b、アンテナ6が配置されている。
A
電源管理回路7及びEDLC3は、電力源である太陽電池2a、bと近接配置されているが、その配置は任意の形態で実施可能である。
The power
それに対して、太陽電池2a、bは、それぞれ基板8の表裏面に配置されているので、室内及び室外の光エネルギーを基板8の両面でそれぞれ漏れなく受光し、電力源としての発電電力量を増加させることができる。
On the other hand, since the
また、照度センサ4a、bは、基板の両面に配置されることで、室内外の照度をそれぞれ個別に取得することができる。これにより、室内外の照度を精度良く検出し、精緻なエネルギーマネージメントに資する。
Further, by arranging the
外部のコントローラと通信を行うアンテナ6は、通信の確実性を考慮して、基板8の最端部に配置されている。
The
室外側に位置する太陽電池2aは、主として室外の太陽光を受光して発電し、照度センサ4aは、室外の照度を取得する一方、室内側に位置する太陽電池2bは、室内の照明や太陽光の室内側の散乱光や反射光など、室内光を受光して発電し、照度センサ4bは、室内の照度を取得する。
The
太陽電池2a、bで発電した電力は、電源管理回路7の制御下で、EDLC3に充電され、また、受電部品に供給される。受電部品である無線モジュール5は、照度センサ4a、bが取得した状態パラメータである照度を変調して送信波とし、アンテナ6から外部コントローラにデータとして送信できるよう作動する。
The electric power generated by the
図3に、IoT制御装置の一形態を示す背面図を掲載している。
図において、室内側に配向した図2の基板の裏側(下側)より視て、基板は略正方形とされており、そこに、太陽電池2b、EDLC3、電源管理回路7、照度センサ4b、無線モジュール5、アンテナ6が略2列となって配置されている。
FIG. 3 shows a rear view showing one form of the IoT control device.
In the figure, when viewed from the back side (lower side) of the substrate of FIG. 2 oriented toward the indoor side, the substrate is substantially square, and there are
ここで、アンテナ6は、基板8の2辺に沿って全体として略L字状の形状をなし、図示されるように、それぞれ直線状の長短の線条体を組み合わせて構成されている。これは、アンテナの指向性を考慮して、波長との関係において共振域が重なる複数のアンテナを直交させて配置し、二方向に電波を放射し、また、二方向から電波を受信できるようにしたものである。これにより、アンテナの指向性域を拡大し、コントローラとの通信をより確実に行うことが可能である。
Here, the
また、別の形態としては、それぞれのアンテナに異なる周波数による受発信を割り当てることや、複数のコントローラに対して円滑な受発信を行うために、アンテナにそれぞれのコントローラを割り当てることなども可能である。要は、通信方式その他の電波通信手段のプロトコル等に応じて、アンテナを適宜配置することや電波を割り付けることが可能である。 Further, as another form, it is possible to assign transmission / reception by different frequencies to each antenna, or to assign each controller to each antenna in order to perform smooth transmission / reception to a plurality of controllers. .. In short, it is possible to appropriately arrange antennas and allocate radio waves according to the communication method and the protocol of the radio wave communication means.
他方、室外側に配向した図2の基板8の表側(上側)より視た配置図は省略しているが、EDLC3、電源管理回路7、アンテナ6以外の各種電子部品が、室内側に配向した図2の基板8の裏側(下側)と同様に適宜配置されている(図示省略)。なお、アンテナ6は、コントローラが室外側に設置されている場合には、基板8の裏側(下側)に配置されていても良い。
On the other hand, although the layout view seen from the front side (upper side) of the
図4に、複層窓ガラス構造体10にIoT制御装置1を組み込んだ一形態の斜視図及び側面図を示す。
FIG. 4 shows a perspective view and a side view of a form in which the
図4に示した形態は、複層窓ガラスを構成する2枚の複層ガラス11a、11b間の密閉空間12にIoT制御装置1を一体的に組み込んだ複層窓ガラス構造体10を示している。
The form shown in FIG. 4 shows a
複層窓ガラス構造体10の2枚の複層ガラス11a、11bは相互にスペーサ13(後述)により、例えば、6mm~16mm程度、離隔して積層するように配置されている。
The two
複層窓ガラス構造体10は、前記のように室内側と室外側の2枚だけの複層ガラス11a、11bからなるものであっても良いが、2枚の複層ガラスの間にさらにフロート板ガラス(図示せず)を介在させて、計3枚の複層ガラスを、例えば6~10mm程度の間隔で積層した3層のものや、4層以上のものであっても使用可能である。
The
なお、前記した複層ガラス11a、11b間の離隔距離は、好適な値を例示したに過ぎず、その値の範囲に限定されるものではない。
The separation distance between the
いずれの複層窓ガラス構造体10においても、複層ガラス11a、11bの間に密閉空間を形成するために、複層ガラス11a、11bの周縁部の窓フレーム14との接続領域において、スペーサ13により複層ガラス11a、11bを離隔し、最外周側はシールによって封止されている。
In any of the
このスペーサ13には、必要に応じて、吸湿機能を有する乾燥剤を混合することで、密閉空間内に製造時や施工前に侵入した水分(水蒸気)を吸収し、また、施工後に侵入した水分(水蒸気)を吸収することが可能となり、複層窓ガラスの密閉空間内の環境をより安定させて、複層窓ガラスの性能を向上させることが可能である。
If necessary, the
複層窓ガラス構造体10の密閉空間12は、可視光透過率を低下させずに、熱伝導率ないしは熱貫流率の低い状態に保持されればよく、真空であっても良い。外気との圧力差が存在するので、複層ガラス11a、11b間の離隔距離(密閉空間の厚さ)と窓ガラスの面積及びスペーサの有無、形状、数等又は複層ガラス間に充填された材料(例えば樹脂や別のスペーサ等)の有無、形状等の形態を考慮して、空気を含む各種気体を封入するものであっても良い。
The
複層窓ガラス構造体10の密閉空間12に気体を封入する場合には、窒素やアルゴン等の低活性又は不活性の気体を用いることが好ましく、また、水蒸気を含まないものが好ましい。そのような活性の低いあるいは活性がない気体を用いることで、複層ガラス11a、11bの密閉空間12側のガラス面での結露や濡れなどによる製品性能の低下や劣化、美観や可視光透過度の低下を防ぐことができる。
When the gas is sealed in the closed
密閉空間12内の気体は、1種類のものとは限らず、アルゴンと窒素の混合ガスであるとか、複数の低活性又は不活性の気体を混合したものでも差し支えない。
The gas in the closed
IoT制御装置1は、このような密閉空間12内の低活性又は不活性の気体雰囲気に配置されるので、複層窓ガラスの外部に電気部品を設けた場合のように、大気中に存在する腐食性ガス、浮遊塵埃、湿度などの影響により、経年での銅配線パターンの腐食断線、コネクタ部の接触抵抗増大、絶縁低下及び短絡など各種、環境ストレスによるその各電子部品等の劣化の発生などはなく、耐環境性、寿命が向上する。
Since the
また、前記したとおり、IoT制御装置1は、自立電力源2を備えているので、密閉空間12から外部に電力供給用の配線等を設ける必要はなく、密閉空間12の封止もより確実なものとなる。
Further, as described above, since the
複層窓ガラス構造体10は、前記したように、複層ガラス11a、11bを積層することに加え、さらに、複層ガラス11a、11bにLow-E(Low Emissivity)と称される「低放射」性能を高めるために、低放射熱性を有する金属の薄膜をガラス面上に形成した「Low-Eガラス」を用いることにより、太陽の放射熱等によって生じる日射熱を低減し、室内側の熱負荷をさらに低減させることが可能となる。また、Low-Eの金属薄膜それ自体の断熱性は、複層窓ガラス構造体10の断熱性能を一層向上させることとなる。
In the
また、複層窓ガラス構造体10の複層ガラス11a、11bそれ自体の製造方法やガラス組成は任意のものが選択されるが、複層ガラス11a、11b自体の熱取得率や比熱も、室内側の熱負荷に影響を与えるので、低いものが好ましい。
Further, any method or glass composition of the
このような複層窓ガラス構造体10を用いることによって、室内側と室外側との間の断熱性、遮熱性、防露性(結露防止性能)、遮音性等を向上させるとともに、室内の熱負荷の減少等による省エネ化が可能となる。
By using such a
なお、3層の複層窓ガラス構造体である場合には、IoT制御装置1を複層ガラス間のいずれの密閉空間12内にも配置することが好適である。
In the case of a three-layer double glazing structure, it is preferable to arrange the
図上、ハッチングを施した筐体部分がIoT制御装置1である。IoT制御装置1自体は基板8上に配置された各電子部品2~7から構成されるが、複層窓ガラス構造体10における配置の形態に応じて、このように筐体で構成することも、基板8を複層窓ガラス構造体10の複層ガラス11a、11bの少なくともいずれか一方に取り付けることも、また、複層ガラス11a、11bの間の任意の箇所に基盤を取り付けるなど、その取付形態は任意である。
In the figure, the hatched housing portion is the
IoT制御装置1は、複層窓ガラス構造体10の上部に配置されるものでも、下部に配置されるものでも良い。窓ガラスとしての機能を考慮した時に、人が視覚的に認識し難い、又は目立たない位置である、複層ガラス11a、11bの周縁部の窓フレーム14との接続部に隣接して配置することが好適である。
The
図のように、筐体とした場合には、筐体の壁に設置した太陽電池2、センサ4、アンテナ6等の電子部品を、2枚の複層ガラス11a、11bの室内側及び室外側の内側ガラス面に接するように配置することで、IoT制御装置1としての機能を高めることが可能となるだけでなく、複層ガラス11a、11b間にIoT制御装置1を組み込む時にユニットとして取り扱うことができ、複層窓ガラスの製造が容易となる。
As shown in the figure, in the case of a housing, electronic parts such as the solar cell 2, the sensor 4, and the
また、筐体を次のように構成することも可能である。すなわち、状態パラメータをセンサ4によって取得することができ、電力源2となる物理エネルギーを通過させ、アンテナ6からの通信を可能とする材質から筐体を構成することにより、筐体の壁面に各電子部品を設置しなくとも良好な機能を発揮し得る。その場合に、例えば、筐体を透明な樹脂成型品から構成しても良く、金属からなる枠体や窓を備えた筐体であっても良く、また、樹脂と金属との組み合せによるものであっても良い。
It is also possible to configure the housing as follows. That is, the state parameters can be acquired by the sensor 4, the physical energy that becomes the power source 2 is passed through, and the housing is made of a material that enables communication from the
図5に、複層窓ガラス構造体に複数のIoT制御装置を設けた一形態の正面図を示す。
図上、IoT制御装置1は、複層窓ガラス構造体10の上部、中ほど、下部のそれぞれ左右、計6個が配置されている。
FIG. 5 shows a front view of a form in which a plurality of IoT control devices are provided in a double glazing structure.
In the figure, a total of six
このような配置にすることにより、複層窓ガラス構造体10の室内外の高さ及び横方向で状態パラメータに差異がある場合であっても、個別に状態パラメータを取得することが可能となる。
With such an arrangement, even if there is a difference in the state parameters in the indoor / outdoor height and the lateral direction of the
例えば、室内の空調温度・湿度は、床面からの高さや空調機からの送風距離・方向によって分布が異なるので、それを一様にするために、複数箇所の状態パラメータを個別に取得することが必要となる場合にも対応が可能である。また、別に設けた人感センサと組み合わせれば、状態パラメータに基づいて人の居るところを最適な温度、湿度、照度に制御することなども可能となる。 For example, the distribution of indoor air-conditioning temperature / humidity differs depending on the height from the floor and the air-conditioning distance / direction from the air conditioner. It is also possible to deal with the case where is required. In addition, when combined with a motion sensor provided separately, it is possible to control the location of a person to the optimum temperature, humidity, and illuminance based on the state parameters.
また、室内外の照度を測定することで、夕暮れや夜明けのタイミングを正確に区別して検知することができる。 In addition, by measuring the illuminance inside and outside the room, it is possible to accurately distinguish and detect the timing of dusk and dawn.
この場合、照度の変化のパターンを複層窓ガラス構造体10毎に学習検知することにより、住居等の建造物固有の構造に基づいた状態パラメータをさらに高い精度で取得し、制御することも可能となる。
In this case, by learning and detecting the pattern of change in illuminance for each
図6に、基板上に各電子部品を配置した薄型のIoT制御装置を複層ガラスに組み付けた種々の形態を示す。 FIG. 6 shows various forms in which a thin IoT control device in which each electronic component is arranged on a substrate is assembled on a double glazing.
図6(a)は、複層窓ガラス構造体10の上部の複層ガラス11のそれぞれ一側に1つの薄型のIoT制御装置1を設けた例を示している。同様に図6(b)は、複層窓ガラス構造体10の下部の複層ガラス11のそれぞれ一側に薄型のIoT制御装置1を設けた例を示している。
FIG. 6A shows an example in which one thin
図6(c)は、複層窓ガラス構造体10に二つのIoT制御装置1を設けた例を示している。図6(c)の左側の例は、複層窓ガラス構造体の表裏の複層ガラス11にそれぞれ対峙するように2つのIoT制御装置1を組み付けた例であり、中央の例は、図5に示したものと類似する、一側の複層ガラス11の上部と下部にそれぞれIoT制御装置1を設けた例であり、図6(c)の右側の例は、一側の複層ガラス11の上部と他側の複層ガラス11の下部にそれぞれIoT制御装置1を設けた例である。
FIG. 6C shows an example in which two
図6(d)は、いずれも、複層窓ガラス構造体10に3個のIoT制御装置1を設けた例であり、図6(c)の左側の例と中央の例とを組み合わせた例と、それを上下逆配置とした例である。
6 (d) is an example in which three
図6(e)は、複層窓ガラス構造体10の表裏の複層ガラス11にそれぞれ対峙するように設けた2つのIoT制御装置1を、複層ガラス11の上下部にそれぞれ設けるようにして計4個のIoT制御装置1を組み付けた例である。
In FIG. 6 (e), two
図6(a)~(e)の例は、室内側及び室外側のいずれの状態パラメータを取得するか、あるいは、どの高さ位置の状態パラメータを取得するかなどを考慮して、適宜最適な形態を採用すればよく、図5のような6個のIoT制御装置1を2枚の複層ガラス11のそれぞれに設けて計12個のIoT制御装置1を設けても良く、また、複層窓ガラス構造体10の正面から視た時に幅方向に複数設ける場合には、それぞれが図6の(a)~(e)に示す異なる形態を採用していても差し支えない。
The examples of FIGS. 6A to 6E are appropriately optimized in consideration of whether to acquire the indoor side or outdoor state parameter, or at which height position the state parameter is to be acquired. The form may be adopted, and six
以上で説明した複層窓ガラス構造体10に用いるIoT制御装置1の一例を以下に示す。
An example of the
(1)無線モジュール:TWELITE BLUE(TWE-L-U)(MONO WIRELESS社製)
動作電圧:2.0~3.6V
送信時電流:15.3mA/23.3mA
待機時電流:0.1μA
(2)照度センサ:TSL2561(TAOS社製)、可視光・赤外、I2Cインターフェース
動作電圧:2.4V~5.5V
動作時消費電流:140μA
シャットダウン時電流:0.01μA
(3)アンテナ:薄型アンテナ(MW-A-P2525)(MONO WIRELESS社製)
(4)EDLC(電気2重層キャパシタ):EDLC252520-351-2F-21
容量:350mF(TDK製)
(5)太陽電池:AM-5815(Panasonic製)
最大出力電力 6mW、5.2V、1.1mA
(6)電源管理回路:TWE-EH-S(MONO WIRELESS社製)
(1) Wireless module: TWELITE BLUE (TWE-L-U) (manufactured by MONO WIRELESS)
Operating voltage: 2.0-3.6V
Transmission current: 15.3mA / 23.3mA
Standby current: 0.1 μA
(2) Illuminance sensor: TSL2561 (manufactured by TAOS), visible light / infrared, I2C interface
Operating voltage: 2.4V to 5.5V
Operating current consumption: 140 μA
Shutdown current: 0.01 μA
(3) Antenna: Thin antenna (MW-A-P2525) (manufactured by MONO WIRELESS)
(4) EDLC (Electric Double Layer Capacitor): EDLC252520-351-2F-21
Capacity: 350mF (manufactured by TDK)
(5) Solar cell: AM-5815 (manufactured by Panasonic)
Maximum output power 6mW, 5.2V, 1.1mA
(6) Power supply management circuit: TWE-EH-S (manufactured by MONO WIRELESS)
この例によれば、例えば、以下の性能が得られる。
(1) 照度センサ分解能:16bit
(2) データ送信間隔:1回/分
(3) 電気2重層キャパシタ充電時間:2時間20分で満充電
(4) 無充電での動作可能時間:約3日
(5) サイズ:50mm×50mm×6mm
(6) 受信可能送信モジュール数:複数
According to this example, for example, the following performance can be obtained.
(1) Illuminance sensor resolution: 16 bits
(2) Data transmission interval: 1 time / minute (3) Electric double layer capacitor Charging time: Fully charged in 2 hours and 20 minutes (4) Operable time without charging: Approximately 3 days (5) Size: 50 mm x 50 mm × 6 mm
(6) Number of receivable transmission modules: Multiple
IoT制御装置1の基板8に組み込まれている太陽電池2a、bは、アモルファスシリコン製のものを用いたものであり、低照度の太陽光や室内の散乱光においても発電することが可能である。発電された電力を収集し、ELDC3に蓄積し、超低消費電力の無線モジュール5のチップを用いたことで、例えば3日間全く外部光の照射がなくても、IoT制御装置1により、室内外の照度を取得し、制御信号を発信することが可能であった。
The
この例を用いて、さらに、ガラスの表面温度から実際の室内外の温度を検出する手法を説明する。図6の(c)、(d)、(e)に示される、IoT制御装置1を相対峙させて搭載した例を前提として以下説明を行う。
Using this example, a method of detecting the actual indoor / outdoor temperature from the surface temperature of the glass will be further described. The following description will be given on the premise of an example in which the
実装された温度センサ4c(IoT制御装置1に含まれているセンサ4の一態様である。)により、複層ガラスそれぞれの密閉空間内12の側の領域のガラス表面温度T2、T3のみが測定されるものであるが、その場合の一例を図7に示す。図7は、一方のガラスが室外側にあり、他方のガラスは屋内側にあるときの状況を模式的に示すものである。例えば、夏の外気温が高く、室内の温度が空調等により冷却されている場合を想定すれば、室外側に複層ガラス11aが配置され、室内側に複層ガラス11bが配置されることとなり、熱力学に従い、温度の高い室外側の温度がTinとなり、温度の低い室内側の温度がToutとなり、熱は、TinからToutに流れることとなる。これは一例であり、季節や時刻等により温度の大小関係は異なってくるが、以下の基本的な考え方に差異はない。
Only the glass surface temperatures T2 and T3 in the region on the 12 side in the enclosed space of each of the multilayer glasses are measured by the mounted temperature sensor 4c (one aspect of the sensor 4 included in the IoT control device 1). However, an example of such a case is shown in FIG. FIG. 7 schematically shows the situation when one glass is on the outdoor side and the other glass is on the indoor side. For example, assuming that the outside temperature is high in summer and the indoor temperature is cooled by air conditioning or the like, the double-
ガラス表面温度を考慮する上で必要となる熱貫流抵抗の遷移をみるため、各温度評価点について、Tin、Tout、温度の高い側から順にT1~T4とした、熱貫流等価回路を図8に示す。R1~R5は、それぞれ温度評価点の間の熱貫流抵抗を示す。 In order to see the transition of the thermal transmission resistance required when considering the glass surface temperature, the thermal transmission equivalent circuit in which each temperature evaluation point is set to T1 to T4 in order from the side with the highest temperature, Tin, Toout, is shown in FIG. show. R1 to R5 indicate the thermal transmission resistance between the temperature evaluation points, respectively.
具体的に説明すると、
複層ガラス11aの室外側の温度(大気温度)Tinから同複層ガラス11aの外側ガラス表面温度T1へ空間を伝搬する熱貫流抵抗値がR1である。
外側ガラス温度がT1に到達した際の輻射熱が複層ガラス11aの内側ガラス表面に伝達される際の複層ガラス11aが有する熱貫流抵抗値がR2である。
この伝達された熱が生起する温度がT2となる。
密閉空間12に存在する気体成分の有する熱貫流抵抗値はR3である。
密閉空間12を経て室内側の複層ガラス11bの内側ガラス表面に達してそこに生起する温度がT3となる。
室内側の複層ガラス11bの内側ガラス表面の温度T3からの熱は複層ガラス11bを介して複層ガラス11bの外側ガラス表面に伝達されるが、その際の複層ガラス11bが有する熱貫流抵抗値がR4である。
複層ガラス11bの外側ガラス表面に伝達された熱により生起される温度がT4となる。
温度T4は、複層ガラス11bの室内側の表面温度であるから、同複層ガラス11bの室内側の表面温度により生起される熱が室内の温度評価点(いずれでの位置であっても良い。)に伝達される際に室内の空間中を伝搬する熱の熱貫流抵抗値がR5となる。
Specifically,
The heat transmission resistance value propagating in space from the outdoor temperature (atmospheric temperature) Tin of the
The thermal transmission resistance value of the
The temperature at which this transferred heat is generated is T2.
The thermal transmission resistance value of the gas component existing in the closed
The temperature that reaches the inner glass surface of the
The heat from the temperature T3 on the inner glass surface of the
The temperature generated by the heat transferred to the outer glass surface of the
Since the temperature T4 is the surface temperature on the indoor side of the
上述のとおり、複層ガラス11a、11bを介して室内外の温度評価点TinとToutの間を伝搬する熱貫流経路において、温度評価点Tin及びTout以外に実際に取得可能な温度センサ4cの温度T2及びT3の間の熱貫流値Q23を用いれば、同熱貫流値Q23は次のとおり近似的に表現することができる。
Q23=(T2-T3)/R3[W]
Q23:T2からT3への熱流量値
As described above, the temperature of the temperature sensor 4c that can be actually acquired in addition to the temperature evaluation points Tin and Tout in the thermal transmission path propagating between the indoor and outdoor temperature evaluation points Tin and Tout via the
Q23 = (T2-T3) / R3 [W]
Q23: Heat flow value from T2 to T3
また、熱貫流抵抗値R3は、既知の物性や構造から下式により与えられる。
R3=1/α・S
ここで、α:気体の熱貫流率[W/m2K]
S:複層ガラスの表面積[m2]
Further, the thermal transmission resistance value R3 is given by the following equation from known physical properties and structure.
R3 = 1 / α ・ S
Here, α: thermal transmission rate of gas [W / m 2 K]
S: Surface area of double glazing [m 2 ]
他方、熱流量値Q23は、既知の、室内側の複層ガラス11bの内側ガラス表面の温度T3及び室外側の複層ガラス11b外側温度(大気温度)Toutから、次式により表現することができる。
Q23=(T3-Tout)/(R4+R5)
On the other hand, the heat flow value Q23 can be expressed by the following equation from the known temperature T3 on the inner glass surface of the
Q23 = (T3-Tout) / (R4 + R5)
また、熱貫流抵抗値R4及びR5は、既知の物性や構造から下式により与えられる。
R4=d/β・S[K/W]
R5=α’/S[K/W]
ここで、α’:複層ガラス11b外側大気の熱貫流率[W/m2K]
β :複層ガラス11bのガラスの熱伝導率[W/mK]
Further, the thermal transmission resistance values R4 and R5 are given by the following equations from known physical properties and structures.
R4 = d / β · S [K / W]
R5 = α'/ S [K / W]
Here, α': Thermal transmission rate of the outer atmosphere of the
β: Thermal conductivity of the glass of the
以上の数式を整理すると、複層ガラス11b外側大気温度Toutは次式で示すことができる。
Tout=T3-Q23×(R4+R5)
同様の考え方で、Tinも求めることができる。すなわち、上記数式のように、温度評価点Tin及びTout以外に実際に取得可能な温度センサ4cの温度T2及びT3を用いることで、算出可能であるということになる。
By arranging the above formulas, the
Tout = T3-Q23 × (R4 + R5)
Tin can also be obtained in the same way. That is, it can be calculated by using the temperatures T2 and T3 of the temperature sensor 4c that can be actually acquired in addition to the temperature evaluation points Tin and Tout as in the above mathematical formula.
以上の、演算により、室内外の温度差ΔTは、以下のとおりとなる。
ΔT = Tin - Tout
なお、これは、典型的には、夏場のように、室内側の温度(室内温度)に比して相対的に室外側の温度(大気温度)が高い場合、あるいは、冬場のように室内側の温度の大小関係が逆となり、ΔTの正負は逆転して、以下のとおりとなる。
ΔT<0:夏季
ΔT>0:冬季
By the above calculation, the indoor / outdoor temperature difference ΔT is as follows.
ΔT = Tin-Tout
This is typically the case when the outdoor temperature (atmospheric temperature) is relatively higher than the indoor temperature (indoor temperature) as in summer, or when the indoor temperature is relatively high as in winter. The magnitude relation of the temperature is reversed, and the positive and negative of ΔT are reversed, and the result is as follows.
ΔT <0: Summer ΔT> 0: Winter
以上の説明から明らかなとおり、複層ガラス11の内部に図6(c)、(d)、(e)のようにIoT制御装置1を配置すると、各複層ガラス11の温度センサ4cから、屋内外に複層ガラス11と離間して設けられている空調機器や送風機器等の装置をより正確に制御することが可能となる。
As is clear from the above description, when the
次に、本発明のエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体10及びそれを用いたシステムの他の形態について説明する。他の形態と共通するところは説明を省略する。
Next, the energy management
複層窓ガラス構造体10自体又は周囲の状態パラメータを取得するセンサ4として、例えば、薄型広角の撮像カメラを用いた場合には、室外で窓に接近する者に撮像カメラの存在を認識させることなく、その者を撮像することが可能となり、侵入者、来客を見極めるなど、防犯の用途にも適用することが可能となる。この場合、取得した状態パラメータを直接又はコントローラを介して間接的に発信又は通報することができるので、遠隔の場所においても防犯その他の監視が可能となる。
When, for example, a thin wide-angle image pickup camera is used as the sensor 4 for acquiring the multi-layer
この場合、IoT制御装置1にさらにスピーカや発光装置を追加することや、IoT制御装置1と接続され又は通信可能なスピーカや発光装置を設けることで、警報音やフラッシング光を発生させることにより、侵入者等に侵入を諦めさせたり、近隣に侵入者が居ることを報知して対応を促したりすることなども可能となる。もちろん、室内外又は遠隔の場所において、撮像内容を判断した上で対応するようにしても良い。
In this case, by adding a speaker or a light emitting device to the
また、センサ4として、超音波センサ、振動センサ若しくは加速度センサを用いた場合には、複層窓ガラス構造体自体の開閉や、複層窓ガラス構造体への攻撃や破損も検知できるので、この点からも防犯その他の監視が可能となる。 Further, when an ultrasonic sensor, a vibration sensor or an acceleration sensor is used as the sensor 4, the opening / closing of the multi-layer window glass structure itself and the attack or breakage of the multi-layer window glass structure can be detected. From the point of view, crime prevention and other monitoring are possible.
これらの状態パラメータを、直接又はコントローラ等を介して間接的にインターネット上のクラウド又は直接スマートフォンの携帯端末に送ることにより、遠隔からの監視をより効果的に行うことも可能である。 By sending these state parameters directly or indirectly to the cloud on the Internet or directly to the mobile terminal of a smartphone via a controller or the like, it is possible to perform remote monitoring more effectively.
さらに、センサ4として、振動センサを用いた場合には、地震を検知することもできる。この場合、一か所の複層窓ガラス構造体のみに着目した場合には他の事象と区別できない場合があり得るが、その場合には、複数個所の複層窓ガラス構造体や複数の建造物の複層窓ガラス構造体から得られるデータを収集、分析することで、より正確な事象の判断が可能となる。 Further, when a vibration sensor is used as the sensor 4, an earthquake can be detected. In this case, it may not be possible to distinguish from other events when focusing on only one multi-layer window glass structure, but in that case, multiple multi-layer window glass structures or multiple constructions. By collecting and analyzing the data obtained from the multi-layered window glass structure of an object, it is possible to judge the event more accurately.
以上、本発明のエネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体及びそれを用いたシステムについて詳細に説明したが、本発明の範囲は、前記した具体例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の範囲に属するものである限り、如何なる形態であっても本発明に含まれるものである。 Although the energy management double glazing structure of the present invention and the system using the same have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned specific examples, and each of the scope of claims is defined. As long as it belongs to the scope of the claimed invention, it is included in the present invention in any form.
IoT制御装置 1
太陽電池(電力源) 2(2a、2b)
ELDC(電気2重層キャパシタ)(蓄電機器) 3
センサ 4(4a、4b)
温度センサ 4c
無線モジュール 5
アンテナ 6
電源管理回路 7
基板 8
複層窓ガラス構造体 10
複層ガラス 11(11a、11b)
密閉空間 12
スペーサ 13
窓フレーム 14
複層ガラス11aの外側ガラス表面温度 T1
複層ガラス11aの内側ガラス表面温度 T2
複層ガラス11bの外側ガラス表面温度 T3
複層ガラス11bの内側ガラス表面温度 T4
複層ガラス11a外側温度(大気温度) Tin
複層ガラス11b外側温度(室内温度) Tout
Solar cell (power source) 2 (2a, 2b)
ELDC (Electric Double Layer Capacitor) (Power Storage Equipment) 3
Sensor 4 (4a, 4b)
Temperature sensor 4c
Double glazing 11 (11a, 11b)
Window frame 14
Outer glass surface temperature of
Inner glass surface temperature of
Outer glass surface temperature of
Inner glass surface temperature of
Claims (15)
前記窓フレームにより周縁部を取り囲まれた複層ガラスと、
前記複層ガラスの周縁部に配置され、複数枚のガラスを相互に隔置するスペーサと、
前記窓フレームと前記複層ガラスとにより形成される密閉空間と、を備え、室内側の空間と室外側の空間とを区画する複層窓ガラス構造体であって、
前記密閉空間の内部には、IoT制御装置が配置され、
前記IoT制御装置は、少なくとも
他から供給される物理エネルギーを電力に変換する電力源と、
前記電力が充電されかつ放電可能な蓄電機器と、
前記蓄電機器への前記電力源の発生する電力の充電を制御するとともに、前記電力源の発生する電力と前記蓄電機器の放電する電力との少なくとも何れか一方を電力を必要とする機器に供給する電源管理回路と、を備え、
さらに、前記複層窓ガラス構造体又は周囲の状態パラメータを取得するセンサと、
前記センサの取得した状態パラメータをデータとして無線伝達可能に変復調する無線モジュールと、
無線モジュールの出力により複層窓ガラス構造体の密閉空間の外部との間でデータを伝達する電波を送受信するアンテナと、を含む
エネルギーマネージメント複層窓ガラス構造体。 Window frame and
The double glazing whose peripheral edge is surrounded by the window frame,
A spacer arranged on the peripheral edge of the double glazing and separating a plurality of pieces of glass from each other,
A double-glazed window glass structure comprising a closed space formed by the window frame and the double glazing, and partitioning a space on the indoor side and a space on the outdoor side.
An IoT control device is arranged inside the enclosed space.
The IoT control device is a power source that converts at least physical energy supplied from others into electric power.
The power storage device whose electric power can be charged and discharged, and
While controlling the charging of the electric power generated by the electric power source to the electric power storage device, at least one of the electric power generated by the electric power source and the electric power discharged by the electric power storage device is supplied to the electric power-requiring device. Equipped with a power management circuit,
Further, a sensor that acquires the state parameter of the double glazing structure or the surroundings, and
A wireless module that changes and demolishes the state parameters acquired by the sensor as data so that it can be transmitted wirelessly.
An energy management double glazing structure that includes an antenna that transmits and receives radio waves that transmit data to and from the outside of the enclosed space of the double glazing structure by the output of the wireless module.
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---|---|---|---|
JP2020205217A JP2022092411A (en) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | Energy management bilayer window glass structure and system using the same |
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