JP3651974B2

JP3651974B2 - 日射センサ装置

Info

Publication number: JP3651974B2
Application number: JP22218495A
Authority: JP
Inventors: 良知西川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: JPH0968348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、日射センサが夜を検出したときに負荷を作動させる日射センサ装置に関し、貯湯槽内の水の加温を制御する給湯機（例えば電気温水器）等に好適に用いられる日射センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来より、日射センサにより昼夜判別を行い、夜を検出した時点から負荷を作動させる道路標識や照明灯などの制御機器が種々知られている。
【０００３】
ところが、このような制御機器では昼夜判別を行う日射センサが、例えば実際には夜であるのに昼のような状況下に置かれたりすると、日射センサとしての機能が阻害され、制御機器が正常に動作しないといった問題があった。
【０００４】
例えば、日射センサにより夜を検出し、夜間だけＬＥＤや電球等を点灯させる道路標識や照明灯の場合、夜間、日射センサに例えば他の照明等の光が長時間照射されるなどして、照射された時間だけ点灯しなかったり、点灯時間が遅れたりする。また、何らかの理由により日射センサに長時間に渡り蔭がかかって、昼間でも点灯した状態になるといった問題があった。
【０００５】
また、所望の時間だけ貯湯槽内の水を所定温度にするために、水の加熱・保温（以下、加温という）が可能なように、ヒートポンプユニット等の加温手段を設け、この加温手段の作動をリモコンやヒートポンプユニットなどに設けたマイコンのタイマーで一定時間行うようにし、予めマイコンに記憶させたプログラムにより、貯湯槽内の水の加温を制御するようにした、例えばヒートポンプ式給湯機が知られている。
【０００６】
このような給湯機において、上記のような日射センサを用い、これにより夜になったことを検出し、夜間の必要な時間だけ貯湯槽内の水の加温を行うものが提案されている（例えば、特願平６−１４９５３３号）。このような給湯機では、夜間、日射センサに例えば他の照明等の光が長時間照射されるなどして、照射された時間だけ加温が行われないことが生じる。また、これにより夜間等の電気料金の安い時間帯で水の加温が行えなかったり、夜間の加温が不十分となるので、昼間での加温が低電力で行うことができないといった問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明では上述の諸問題を解消し、日射センサでもって昼夜を正確に判別でき、特に夜間での負荷の作動を確実に行うことが可能な信頼性の優れた日射センサ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の日射センサ装置は、照度を検出する２つのセンサから成るとともに、各センサの受光面が地面に対して４０〜５０°に傾斜するように地面に向かって、互いに異なる方向に向けられている日射センサと、該日射センサの少なくとも一方のセンサからの所定照度以下の検出信号に基づいて作動が開始される負荷とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、負荷の作動開始とは、負荷の作動の切替えも含むものとする。すなわち、負荷が日射センサの検出信号を受ける前に作動していた場合に、日射センサの検出信号により前とは異なる作動に切替わるようにする場合も含むものとする。
【００１０】
また、日射センサを太陽電池とすれば、照度検出手段の電源を不要にすることができ、省スペース化が可能となる。
【００１１】
さらに、日射センサ装置として負荷が特に給湯機（例えば、電気温水器）用の貯湯槽内の加温水量を可変とする湯量制御手段であるものに適用させれば、電力の有効利用が可能な優れた給湯機を提供できる。
【００１２】
特に、日射センサの地面に向けて傾斜させた受光面を、地面に対して４０〜５０度の角度にするとともに、受光面どうしを互いに反対方向に向けるようにすれば、より正確に昼夜の判定を行うことができる。
【００１３】
【作用】
上記構成の日射センサ装置によれば、ライト等の光源で日射センサの判別を誤ることはなく、日射センサは昼夜の判別を正確に行うことができ、夜間に負荷を確実に作動させることができ、負荷の誤作動を極力防止できる。
【００１４】
特に、電気温水器等の給湯機に上記日射センサ装置を適用させた場合には、夜間等の電気料金の安い時間帯に加温（沸き上げ）を行ったり、季節に応じた適宜の加温をヒートポンプユニット等の湯量制御手段でもって確実かつ効果的に行うことができ、夜間に充分に水を加温することが可能となり、昼間での加温を極力低電力で行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施例を図面に基づき詳細に説明する。
まず、図１に示す給湯機Ｓの構成について説明する。給湯用の貯湯槽１内は常に水で満たされるように、給水管Ｐ１が貯湯槽１の下部に図示しない減圧弁を介して接続されている。また、貯湯槽１の上部から常に約５５℃以上の湯が給湯できるように給湯管Ｐ２が配管されている。また、貯湯槽１の上部と下部には、後記するヒートポンプユニット２により加温された湯が供給されるように、往き配管Ｐ３，戻り配管Ｐ４がヒートポンプユニット２を介して接続され、これら配管により湯を循環させる。
【００１６】
ここで、ヒートポンプユニット２は、貯湯槽１内の水の加温及び加温制限を行う湯量制御手段として屋外に設けられたものであり、ヒートポンプユニット２内には蒸発器、圧縮器、熱交換器が設けられており、冷媒の性質（液体が蒸発し気体になる時に熱を吸収し、気体が凝縮し液体になる時に熱を放出する性質）を利用して、大気熱により蒸発器で冷媒を蒸発させて熱を吸収し、圧縮器にて冷媒を圧縮して、高温・高圧のガスとして熱交換器に送り、貯湯槽１からの水に熱を吸収させて凝縮し液体となって蒸発器に戻るサイクルを繰り返し、貯湯槽１内の水を温水（湯）にするものである。
【００１７】
この実施例では、貯湯槽１の下部より往き配管Ｐ３を通じて冷たい水をヒートポンプユニット２内の熱交換器に送り、熱交換器で高温の湯にし、貯湯槽１の上部へ戻り配管Ｐ４を通じて戻し、貯湯槽１の上部から徐々に湯を貯えるようにしている。
【００１８】
また、屋外に設けられたヒートポンプユニット２のフロントカバー２ａの上方には、図２に示すごとく太陽電池である日射センサ３が周囲の照度を検出し昼夜を判別するべく配設されており、照度を検出してその検出信号をヒートポンプユニット２の制御基板に設けられた、ヒートポンプユニット２の制御手段であるマイコン４へ信号出力する。
【００１９】
そして、この出力信号により予め定められた設定時間でヒートポンプユニット２による加温を制限させるべく、マイコン４内のタイマーを作動させる。この設定時間はマイコン４のＲＯＭに書き込まれている。このようにして、これらヒートポンプユニット２，日射センサ３及びマイコン４でもって日射センサ装置Ｎが構成されている。
【００２０】
ここで、日射センサ３はポリカーボネートの透明カバー５の内側両端に配設され、照度のセンシングは単結晶のシリコン太陽電池で行うが、太陽電池以外の周知の光電変換手段が使用可能である。この日射センサ３は左右２つの受光面を有しており（左センサ３Ｌ，右センサ３Ｒ）、２方向の照度を測定することにより、夕暮れ時に点灯される光源（蛍光灯、白熱灯等）の照射による誤動作を極力防止するようにしている。
【００２１】
すなわち、日射センサ３の受光面がの全てが地面とは逆の上方に向いているような場合、例えば真上から光源の光が照射されると日射センサ３の昼夜の判定を誤る危険性があるため、この実施例のように受光面を地面に向けて傾斜させる必要があるのである。地面に対し３０゜〜９０゜の間で実験を行った結果、４０〜５０度程度にしておけば誤動作しないことが実験より明らかになった。そこで、受光面の角度は図３（ｂ）に示すように地面に対し約４５度の傾斜を左センサ３Ｌ，右センサ３Ｒ共に持たせた。なお、日射センサ３の受光面は少なくとも一つを地面に向ければよい。
【００２２】
また、真正面からライトが照射された場合、ヒートポンプユニット２のフロントカバー２ａから乱反射した光が、日射センサ３の透明カバー３ａに入射するのを防がなければならない。そこで、透明カバー３ａとヒートポンプユニット２のフロントカバー２ａとの角度を９０゜〜１２０゜の間でその影響について調べたところ、ほぼ１００〜１１０度程度で誤動作しないことがわかり、本実施例では図３（ａ）に示すように約１００度とした。さらに、光源の直達光を避けるため、図３（ｂ）の様に左センサ３Ｌ，右センサ３Ｒの位置は、透明カバー３ａより少し内側にするとともに、受光方向が互いに逆向きになるようにした。
【００２３】
また、上記構成に加え、サーミスタである温度センサＴ１が外気温を検出できるようにヒートポンプユニット２に配設し、さらに貯湯槽１の表面には少なくとも上部から水５０リットルの位置に温度センサＴ２が、また、水１００リットルの位置に温度センサＴ３が配設しており、貯湯槽１の表面温度から貯湯槽１内の水の残湯量をマイコン４で判定することができるようにしている。なお、これら温度センサは貯湯槽１内に配設してもよい。
【００２４】
次に、このような日射センサ３を利用した給湯機Ｓの概略作動について、図４に基づきながら説明する。周辺がまだ明るいときには、左センサ３Ｌ，右センサ３Ｒ共に昼と判定し（１０，１３，１４）、ヒートポンプユニット２は通常運転を行う（ステップ１５）。ヒートポンプ周辺にライト等の光源が無かった場合、夕方になると周辺は暗くなるため、図２の日射センサＬ１の判定は夜となり（ステップ１０，１１）、貯湯槽のお湯の沸き上げ量に制限を開始する（ステップ１２）。また、夕暮れ時に既に、左センサ３Ｌ、もしくは右センサ３Ｒの２方向から光源（蛍光灯、ライト等）が照射されていた場合、日射センサ３の２方向受光式の構造上、どちらか一方の受光面は日射センサ３本体の影となるため夜を検出することが出来る（ステップ１０，１３，１１，１２）。
【００２５】
次に、給湯機Ｓのさらに詳細な作動について、図５に基づき説明する。まず、日射センサ３による日射の検出に何ら障害がない通常状態について説明する。日射センサ３により所定照度（日没での照度；例えば２０ルクス）以下の照度の検出信号が得られたかどうかを判定する（ステップ１００）。ここで、所定照度の２０ルクスは、夕立ちや一時的な物のかげになった場合でも、決してこの値以下には達しないことを実験等により確認して決定されたものである。また、この判定において、日射センサ３の出力が急激に変化した場合（例えば、１Ｖ前後の電圧変化があった場合）には、そのデータをマイコン４でキャンセルするようにしている。また、何らかの理由により一時的に（例えば数分程度）周囲が夜のように暗くなるようなことがあったり、一つの太陽電池に影がかかっていたりしても夜と判定して、判定を誤ることがないように構成している。
【００２６】
ステップ１００において、マイコン４が夜と判定すれば、マイコン４内のメモリーに、現在、周囲が夜であることの情報が記憶される（ステップ１１０）。そして、マイコン４内の１８時間タイマー（以下、１８Ｈタイマーという）をリセットする（ステップ１２０）。その後、ヒートポンプユニット２により湯量制御を開始する。すなわち、貯湯槽１に戻す湯の量を制限する（ステップ１３０）。また、それと同時にマイコン４内の６時間タイマー（以下、６Ｈタイマーという）Ａの時間計測をスタートさせる（ステップ１４０）。
【００２７】
次に、６ＨタイマーＣ１の時間計測が終了したかどうかを判定する（ステップ１５０）。ここで、６ＨタイマーＣ１の時間計測が終了した場合には、６ＨタイマーＣ１をリセットする（ステップ１６０）。それと同時に、ヒートポンプユニット２における湯量制御を解除する（ステップ１７０）。すなわち、湯量制御を約６時間行うようにしている。そして、１８Ｈタイマーの時間計測を開始させる（ステップ１８０）。
【００２８】
次に、日射センサ３が昼を検出したかどうかをマイコン４が判定する（ステップ１９０）。すなわち、日射センサ３が所定照度より高い照度の検出信号を発生させたかどうかを判定する。このステップ１９０において、マイコン４が昼と判定すれば、マイコン４内のメモリーに、現在、周囲が昼であることの情報が記憶される（ステップ２００）。そして、ステップ１００に戻る。
【００２９】
一方、日射センサ３が何らかの理由により昼夜の判別が困難となっている場合について説明する。例えば、夜になる前から日射センサ３にライトが照射されているような場合について説明する。
【００３０】
まず、ステップ１００において、日射センサ３が夜を検出したかどうかを判定する。このステップ１００では日射センサ３は昼夜の判別を誤るため、ステップ２１０に進み、１８Ｈタイマーが時間計測を終了したかどうかを判定する。
【００３１】
ここで、１８Ｈタイマーが時間計測を終了していない場合には、ステップ１００に戻る。１８Ｈタイマーの時間計測が終了していれば、マイコン４は周囲が夜であることを判定し、マイコン４内のメモリーに、現在、周囲が夜であることの情報が記憶される（ステップ２２０）。そして、マイコン４内の１８時間タイマー（以下、１８Ｈタイマーという）をリセットする（ステップ２３０）。さらに、マイコン４内の６ＨタイマーＣ２の時間計測をスタートさせ（ステップ２４０）、ヒートポンプユニット２により湯量制御を開始する。すなわち、貯湯槽１に戻す湯の量を制限する（ステップ２５０）。
【００３２】
次に、再度日射センサ３により夜を検出しているかどうかを判定する（ステップ２６０）。ここで、日射センサ３にまだライトの光が照射されているような状態で昼を検出している場合には、再度、ステップ２６０に戻る。また、６ＨタイマーＣ２がスタート後、昼の検出が５分以上続く場合には次のステップ２７０へ進んで、６時間経過後に６ＨタイマーＣ２をリセットする（ステップ２８０）。そして、ステップ１７０へ進んで、正常なルーチンへ入る。一方、この時点で夜が検出されれば、６ＨタイマーＣ２をリセットし（ステップ２９０）、ステップ１４０へ進む。
【００３３】
以上、説明したように、１８Ｈタイマーが一日の日射センサにおける判定時間のバックアップとなり、たとえ日射センサ３に夜間、光が照射されても、湯量制御を確実に行わせることが可能になる。
【００３４】
次に、具体的な湯量制御について図６に基づき説明する。まず、温度センサＴ１からの検出信号をマイコン４で判別し（ステップ３０，４０）、外気温が所定温度以下であれば、ヒートポンプユニット２が残湯量を１００リットルとするべくヒートポンプユニット２の湯量制御を行う（ステップ５０）。
【００３５】
一方、外気温が所定温度より高ければ、ヒートポンプユニット２が残湯量を５０リットルとするべくヒートポンプユニット２の湯量制御を行う（ステップ６０）。すなわち、例えば冬場は湯の使用量が夏場に比較してかなり多くなるので、残湯量の制限を夏場よりも多くなるようにするのである。
【００３６】
そして、Ｂモード（加温する貯湯槽１内の水の量を制限するモード、すなわち湯量制御のモード）でタイマーの設定時間（６時間）だけヒートポンプユニット２の加温制御を行う（ステップ７０）。マイコン４のタイマーの設定時間を越えると、ヒートポンプユニット２をＡモード（貯湯槽１内に流れ込んだ水の加熱を行い、常に貯湯槽１内の湯を満杯にするモード）で作動させるべく制御する（ステップ８０）。
【００３７】
このように、一般に家庭での湯の使用量が多くなる時間帯は夕方であり、この時間帯を太陽電池３により、湯の使用量多くなる時間帯をセットしなくとも、自動的にセッティングを行い、また停電が生じた場合の再設定の必要がない。また、通常定められている電力使用料金の安い時間帯（ＰＭ１１：００〜ＡＭ７：００）に、大部分の貯湯槽１内の水の加熱が可能となる。
【００３８】
なお、夏場では太陽電池３からの所定照度以下の検出信号は冬場より遅れるが、夏場ではヒートポンプの水に対する加熱能力は小さくても済むため、時間帯別料金内に貯湯槽１内の全ての水の加熱が充分可能である。具体的には夏場では貯湯槽１内の水を全て湯にするのに要する時間は約４時間、冬場では約８時間となる。そこで、１８Ｈタイマーや６ＨタイマーＣ１，Ｃ２のそれぞれを、季節等に応じて適宜計測時間を変更するようにしてもよい。
【００３９】
なお、本実施例はごく一例を開示しただけであって、日射センサとして太陽高度及び方位が検出できるような高性能なものを使用したり、太陽電池以外の照度センサを使用するようにしてもよい。
【００４０】
また、道路標識や装飾用照明装置等の照明の点灯開始や警告音を発生させるような警報装置の警告音の発生等に、本実施例で用いた日射センサ装置を適用してもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の日射センサ装置によれば、昼から夜に変わるときに光源（蛍光灯、白熱灯等）が照射されても、光源に直接照射されないようにしたので、誤動作なく夜間の検出が可能となる。また、真上や真正面から光源が照射された場合であっても、日射センサの受光面を地面に対して最適の角度で傾斜させるようにしたので昼夜の判定を誤ることがない。
【００４２】
特に、電気温水器等の給湯機に上記日射センサ装置を適用させた場合には、夜間等の電気料金の安い時間帯や季節に応じた適宜の加温（沸き上げ）をヒートポンプユニット等の湯量制御手段により確実かつ効果的に行うことができ、さらに、夜間に充分に水を加温することが可能となり、昼間での加温を低電力で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例である日射センサ装置の概略構成図である。
【図２】ヒートポンプユニットの一例を示す正面図である。
【図３】（ａ）は日射センサの平面図であり、（ｂ）は日射センサの部分断面図である。
【図４】本発明に係る日射センサ装置の作動の概略を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る日射センサ装置の作動の詳細を示すフローチャートである。
【図６】湯量制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・貯湯槽
２・・・ヒートポンプユニット（負荷）
３・・・日射センサ
４・・・マイコン
Ｎ・・・日射センサ装置
Ｓ・・・給湯機
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・温度センサ

Claims

照度を検出する２つのセンサから成るとともに、各センサの受光面が地面に対して４０〜５０°に傾斜するように地面に向かって、互いに異なる方向に向けられている日射センサと、該日射センサの少なくとも一方のセンサからの所定照度以下の検出信号に基づいて作動が開始される負荷とを備えた日射センサ装置。
前記日射センサが太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の日射センサ装置。
前記負荷が給湯機用貯湯槽内の加温水量を可変させる湯量制御手段であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の日射センサ装置。