【DIY】換気扇用温度センサー連動コンセントの制作【トライアック】

【DIY】換気扇用温度センサー連動コンセントの制作

【状況】

真夏じゃなくても家の中が暑い!時ってあるんですよ。

2階、3階の南向きの部屋や西日をモロに受ける部屋やロフトや屋根裏部屋(小屋裏)なんかは特に顕著です。熱気がこもってモヤモヤしますよね。
春先からは太陽の光も強烈になってきますし秋口の残暑もまだ厳しい時なんかは、外気温はそれなりに涼しくても太陽光を直接受けている屋根や壁は暑いですし、窓からお部屋にも太陽の光が差し込んで熱せられ場面もあります。また、夜間でも電化製品やパソコンの発する熱がこもってしまい気がついたらかなり、室温が上がっていて汗ばんでいたなんて経験は誰にもあると思います。

そこで、エアコンはともかく扇風機を点けても部屋の中の熱い風をかき混ぜているだけですからちっとも涼しくなりません。窓を開けていても風向きや無風の日はなかなかうまく換気もできないのですが、少し5cmほど窓を開けて換気扇を回しておくと外気が入ってきて意外と涼しくなったりします。

@イラスト屋

ところが、換気扇を手動で操作するというのはなかなか面倒だしすぐに消し忘れたりして寒くなってきてから気がつくとか自動化したいですよね。

ということで、 今回は、【換気扇用温度センサー連動コンセント】を制作しました。

南向きの部屋や西日をモロに受ける部屋や屋根裏部屋の換気など室内の温度が高温になったことを検知して自動的に設定した温度(暑いと感じる温度)になるとスイッチがONになり換気扇が回ります。換気によって温度が数度(設定可)下がると換気扇がOFFになります。温度表示はデジタル表示で常に室温が表示され確認できます。今回は、換気扇用に設計製作していますが、センサーのモード切替によっては、設定した温度になるとOFFにしたりヒーター制御モードにも変更できます。動作は、手動モードにより常にONのままにしたりセンサー動作に切り替えたりできます。

なので、お家を留守にしてるときでもペットの為に自動で換気扇を動作させたり、こもる熱気を自動で排出して快適に過ごせる一助になるんではないかと思います。

【制作編】

まずは、必要なモノ。

■換気扇について

まず、使う換気扇については、ヒモがついているタイプの換気扇ではなく、スイッチがONになると自動で外側のシャッター開くタイプの電気シャッター換気扇に交換してください。

引きヒモタイプですと、スイッチで換気扇を切った時に外側のシャッターはひらきっぱです。
なので、虫(害虫G含む)が入りたい放題ですし、強風の日は風が吹き込んできますし上手くありませんし、真冬は隙間風が入ってくるので寒いですよ。電気シャッタータイプは、自動で外側の扉が開閉するのでセンサー化する場合は、必須になります。

■温度センサー

今回、使う温度センサーは、

センサー基板自体は、中国から250円程度で送られてきますが、これはDC12V動作なのでACDC電源が別途必要になります。

この温度センサー回路ですが、ヒステリシス制御ができるので室温が25℃になったらONになりますが、室温が24.9℃に下がってもOFFになりません、設定可なのですが、2℃幅を持たせれば23℃になったらOFFになります。これによって、短時間で頻繁にONOFFを繰り返すようなマヌケな動作はしなくなるので換気扇のモーターに優しい動作になります。また、リレーの動作を逆にすれば、水の温度をヒーターで制御するとかペットヒーターや熱帯魚の水温コントロールや寒い時期のスプレー缶保温装置にも使えますよね。

取扱説明書

■ACDCスイッチング電源

ACアダプターでもいいんですし組み込めるタイプでもOKです。

■これらの回路を組み込む手頃なアルミケース

今回は、若干の汎用性を持たせるために、(要は、換気扇用途以外でも使える)市販の電工用のスイッチやコンセントを組み込みたかったので奥行きと高さに余裕をもったケースを選定しました。そうすると、奥行きが5cm程度で高さが14cmくらいになりスイッチプレートが横に3つゆとりを持って並べられるイメージです。

 

■トライアックを使ったソリッドステートリレーを作る

・トライアック BCR3KM 400V耐圧3A

温度センサーに付いているリレーは、中華メカニカルリレーで大きな電流の開閉で接点がすぐにダメになる可能性が高いので温度センサーのリレーを使ってソリッドステートリレーをONOFFさせます。ソリッドステートリレーの主要部品であるトライアックは半導体で交流電流をONOFFできるので機械的な接点がありません。ですのでモーターを制御する場合など突入電流が大きい場合は、接点寿命についての心配はなくなりますし無接点ですから装置自体の寿命が長くなります。基板側のリレーは、ONにトライアックのG(ゲート)に電流が流れた瞬間には微少な電流しか流れなくなるので接点の負担が大幅に減少します。G(ゲート)に電流が流れれば、トライアックがONとなり連動コンセントがONになります。上記の回路は、抵抗を200Ωで実験したところ、上手く動作したので、ノイズ吸収用のスナバ回路(RC)を付け加えます。

このステートリレーユニットは、センサー部を違う働きのセンサーに取り替えるだけで異なるタイプの連動式コンセントを作ることができます。

例えば

  • 電流検知式遅延リレーを使った電動工具と吸塵機を接続する連動コンセント

大きな電流が流れる電動工具と木くずなどの吸引の為の吸塵機を同時に作動させると電線やブレーカーに負荷がかかりすぎるので時間をずらして作動させるための連動コンセントです。

  • 煙検知式換気扇用連動コンセント

たばこの煙やホコリなどを検知して、リレーをONにして換気扇を回します。

  • 光センサー式連動コンセントな

など、AC100V電源を制御するいろいろなセンサーと組み合わせて活用できます。

【制作開始】

水魚堂さんの回路図エディタBSch3Vを使って簡単な回路図を作りました。

・スイッチは2個(主電源とセンサーモードor手動切替)

・コンセントは1個口

・ケース内にACDCコンバータ内蔵

ソリッドリレー回路から組み立てていきます。
使ってるケーブルは、事務所の蛍光灯をLED蛍光灯に変えたときに安定器周りで使われていたケーブルをトリミングして再利用してます。

 

はんだ付けしてテストしてみると、ACDC電源からジーっと音がするので黄色の部品のフィルムコンデンサ0.1μFと100Ωの抵抗でスナバ回路を付けました。この回路を付けると雑音が消えました。

■アルミケースの加工

 

表面に薄いビニールが張ってあるのでその上から、ケガキ線を入れていきます。

角穴を開けたいので少し内側にも線を書いてドリルで穴を開けていきます。

地道にボツボツと穴を開けてから

ニッパで穴を切り取って開口します。

あとは、金ヤスリで地道に削っていきます。

裏側からも基板固定用の穴を開けてバリ取りしておきます。

センサー部は、温度表示や設定ボタンがあるのであとから操作できるように窓を付けます。

位置はこの辺でいいかな。

スペーサーを使って4ミリネジで固定

皿取り加工をしておくとネジ山がでっぱりません。

ACDCコンバータを取り付けます。

ケーブルを剥いて

回路とセンサーと電源をつないでいきます。

スイッチ部です。

スイッチとコンセントは表側のパネルに取り付けます。

コンセントは単線の1.6スケで接続します。

3つ又になる部分は、スプライス端子を使ってかしめます。

あとははんだ付けしておきます。

ケーブル同士は、繋いだら熱収縮チューブで絶縁しておきます。

温度センサーのサーミスタを引き出す穴にはグロメットをはめておきます。

大体、回路自体は組み上がりました。

ネジが長すぎて干渉する場合は、圧着ペンチについている

ビスカッター部分でネジをカットします。

スパっと綺麗にカットできます。

回路部の拡大写真

回路に付いているボタンで温度設定の切り替えができます。

電源コンセントも付けて

外に引き出します。

スイッチのプレートを固定して

とりあえず、形にはなってきました。

あとは、スモークのアクリル板をカットして窓にはめます。

このように内部の配線がみえなくなってスッキリします。

電源を入れてやると、LEDパネルに表示がでました。温度センサ部を指でつまむと体温で温度が上がります。壁のデジタル温度計と比べてもかなり正確に室温が測れていました。

ということで、動作テストですよ。

コンセントにLEDスポットライトをつなげます。

今は、19.7℃表示

手でセンサーを持って温度を上げてやると、

カチっとリレーが動作してLEDライト点灯。25℃でONになりました。

で手を離して冷えてくると23℃を下回るとOFFになりました。

動作テスト成功です。

温度設定をしたい場合は、センサー基板のボタンで簡単に変更できます。

 

■カーボン調シートを張っていきます。

無骨なアルミケースだとダサすぎるのでセリアで入手したカーボン調シートを張ってみることにしました。

透明フィルムを剥がして

張っていきます。

空気が入らないようにヘラで伸ばしながら張ります。

アクリル板はアルミテープで縁取りして透明なレールを見つけてきましたので

これを使って開閉できるようにします。

センサー基板を操作したときには、窓を開けます。

温度設定を変えたいときにはここから直接ボタンを押します。

ポチポチ

ネジの頭にも丸くきったシートを貼り付けて完成。

増築プレハブハウスの南向きの部屋に設置しました。
あとは、自動開閉吸気口がほしいですね。

【完成】

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