JP2827461B2 - 電子冷凍装置 - Google Patents
電子冷凍装置Info
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- JP2827461B2 JP2827461B2 JP2160289A JP16028990A JP2827461B2 JP 2827461 B2 JP2827461 B2 JP 2827461B2 JP 2160289 A JP2160289 A JP 2160289A JP 16028990 A JP16028990 A JP 16028990A JP 2827461 B2 JP2827461 B2 JP 2827461B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子冷凍装置に関するものである。
従来、例えば、実開昭55−41964号公報に示されてい
るように、電子冷凍装置を用いた自動車用空調装置が知
られている。これは、エバポレータの代わりに電子冷凍
装置を用いたものである。
るように、電子冷凍装置を用いた自動車用空調装置が知
られている。これは、エバポレータの代わりに電子冷凍
装置を用いたものである。
ところが、吸熱能力が最大となる素子数と成績係数
(効率)が最大となる素子数とが異なるので、吸熱能力
を優先して最適設計をすれば成績係数が犠牲になり、
又、成績係数を優先して最適設計をすれば吸熱能力が犠
牲になってしまっていた。
(効率)が最大となる素子数とが異なるので、吸熱能力
を優先して最適設計をすれば成績係数が犠牲になり、
又、成績係数を優先して最適設計をすれば吸熱能力が犠
牲になってしまっていた。
この発明の目的は、能力と効率を考慮した最適なる運
転を行うことができる電子冷凍装置を提供することにあ
る。
転を行うことができる電子冷凍装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕 この発明は、第1図に示すように、複数の熱電素子M1
を直列に接続して、電源からの電圧を熱電素子M1に印加
するようにした電子冷凍装置において、 前記前記熱電素子数を変更する手段M2と、熱負荷を検
出する熱負荷検出手段M3と、前記熱負荷検出手段M3によ
り検出された熱負荷が所定の熱負荷より大きいときには
最大能力運転となり、又、熱負荷が所定の熱負荷より小
さいときには最大効率運転となるように、前記変更手段
M2を制御して前記熱電素子数を変更させる制御手段M4と
を備えた電子冷凍装置をその要旨とするものである。
を直列に接続して、電源からの電圧を熱電素子M1に印加
するようにした電子冷凍装置において、 前記前記熱電素子数を変更する手段M2と、熱負荷を検
出する熱負荷検出手段M3と、前記熱負荷検出手段M3によ
り検出された熱負荷が所定の熱負荷より大きいときには
最大能力運転となり、又、熱負荷が所定の熱負荷より小
さいときには最大効率運転となるように、前記変更手段
M2を制御して前記熱電素子数を変更させる制御手段M4と
を備えた電子冷凍装置をその要旨とするものである。
制御手段M4は熱負荷検出手段M3により検出された熱負
荷が所定の熱負荷より大きいときには最大能力運転とな
り、又、熱負荷が所定の熱負荷より小さいときには最大
効率運転となるように、変更手段M2を制御して熱電素子
数を変更させる。
荷が所定の熱負荷より大きいときには最大能力運転とな
り、又、熱負荷が所定の熱負荷より小さいときには最大
効率運転となるように、変更手段M2を制御して熱電素子
数を変更させる。
以下、この発明を自動車用空調装置に具体化した一実
施例を図面に従って説明する。
施例を図面に従って説明する。
第2図に示すように、エアダクト1内には送風機2が
配置され、内外気切替ダンパ3を介して内気又は外気が
ダクト1内に導入される。エアダクト1内には電子冷凍
ユニット4が配置され、この電子冷凍ユニット4は第3
図に示すようにP型半導体5と放熱フィン6とN型半導
体7と吸熱フィン8とを順に積層したものである。この
各熱電素子(P型半導体5とN型半導体7)は直列に接
続されている。そして、第3図に示すように、各素子
は、エアコンスイッチ9及び変更手段としてのリレー回
路20を介して電子冷凍用電源としてのバッテリ10からの
電圧が印加されるようになっている。このとき、P→N
方向に電流を流すことにより、PとNの接合部では放熱
が、又、NとPの接合部では吸熱が行われる。電子冷凍
式の空調装置は、このときの吸熱を利用したものであ
る。
配置され、内外気切替ダンパ3を介して内気又は外気が
ダクト1内に導入される。エアダクト1内には電子冷凍
ユニット4が配置され、この電子冷凍ユニット4は第3
図に示すようにP型半導体5と放熱フィン6とN型半導
体7と吸熱フィン8とを順に積層したものである。この
各熱電素子(P型半導体5とN型半導体7)は直列に接
続されている。そして、第3図に示すように、各素子
は、エアコンスイッチ9及び変更手段としてのリレー回
路20を介して電子冷凍用電源としてのバッテリ10からの
電圧が印加されるようになっている。このとき、P→N
方向に電流を流すことにより、PとNの接合部では放熱
が、又、NとPの接合部では吸熱が行われる。電子冷凍
式の空調装置は、このときの吸熱を利用したものであ
る。
尚、フィン6,8には多数の穴が設けられ、第2図のよ
うな通風が可能となっている。
うな通風が可能となっている。
第2図において、送風機2にて導入された空気は電子
冷凍ユニット4の放熱フィン6を通過することにより加
熱されダンパ11を介して温風排出口12から車外に排出さ
れるとともに、電子冷凍ユニット4の吸熱フィン8を通
過することにより冷却されてエアダクト1の下流へと送
られる。
冷凍ユニット4の放熱フィン6を通過することにより加
熱されダンパ11を介して温風排出口12から車外に排出さ
れるとともに、電子冷凍ユニット4の吸熱フィン8を通
過することにより冷却されてエアダクト1の下流へと送
られる。
電子冷凍ユニット4での最もアース側の吸熱フィン8
には吸熱フィン用サーミスタ13が設けられ、同サーミス
タ13は吸熱フィン8の温度Tcを検出する。又、電子冷凍
ユニット4での最もアース側の放熱フィン6には放熱フ
ィン用サーミスタ14が設けられ、同サーミスタ14は放熱
フィン6の温度Thを検出する。
には吸熱フィン用サーミスタ13が設けられ、同サーミス
タ13は吸熱フィン8の温度Tcを検出する。又、電子冷凍
ユニット4での最もアース側の放熱フィン6には放熱フ
ィン用サーミスタ14が設けられ、同サーミスタ14は放熱
フィン6の温度Thを検出する。
エアダクト1内における電子冷凍ユニット4の下流に
はヒータコア15が設けられ、このヒータコア15にエンジ
ン冷却水が供給される。そして、エアミックスダンパ16
の開度によりヒータコア15を通過する空気量が調整され
るようになっている。即ち、乗員が設定した温度になる
ように所定量の空気がヒータコア15で加熱される。
はヒータコア15が設けられ、このヒータコア15にエンジ
ン冷却水が供給される。そして、エアミックスダンパ16
の開度によりヒータコア15を通過する空気量が調整され
るようになっている。即ち、乗員が設定した温度になる
ように所定量の空気がヒータコア15で加熱される。
エアダクト1内におけるヒータコア15の下流にはヒー
トダンパ17とデフダンパ18とベントダンパ19が設けら
れ、熱交換された空気が設定モードに合わせて各吹き出
し口から車室内へ吹き出されるようになっている。
トダンパ17とデフダンパ18とベントダンパ19が設けら
れ、熱交換された空気が設定モードに合わせて各吹き出
し口から車室内へ吹き出されるようになっている。
第3図に示すように、リレー回路20は多数のリレー開
閉器よりなり(第3図では1個のみ示す)、この各リレ
ー開閉器の開閉動作によりバッテリ10の電圧を印加する
熱電素子の数を変更可能となっている。
閉器よりなり(第3図では1個のみ示す)、この各リレ
ー開閉器の開閉動作によりバッテリ10の電圧を印加する
熱電素子の数を変更可能となっている。
制御手段としてのマイクロコンピュータ(以下、マイ
コンという)21は、吸熱フィン用サーミスタ13からの信
号と、放熱フィン用サーミスタ14からの信号を入力す
る。又、マイコン21はバッテリ電圧検知センサからのバ
ッテリ電圧検知信号を入力してバッテリ電圧を検知する
とともに、熱負荷検出手段としての車室内温度検知セン
サからの室内温度検知信号を入力して車室内の温度を検
知する。さらに、マイコン21はリレー回路20を駆動制御
してバッテリ電圧を印加する熱電素子の数を変更する。
熱電素子は第3図に示すように、放熱フィン6,P型半導
体5,吸熱フィン8,N型半導体7を1ユニットとし、この
単位で熱電素子の数が変更される。
コンという)21は、吸熱フィン用サーミスタ13からの信
号と、放熱フィン用サーミスタ14からの信号を入力す
る。又、マイコン21はバッテリ電圧検知センサからのバ
ッテリ電圧検知信号を入力してバッテリ電圧を検知する
とともに、熱負荷検出手段としての車室内温度検知セン
サからの室内温度検知信号を入力して車室内の温度を検
知する。さらに、マイコン21はリレー回路20を駆動制御
してバッテリ電圧を印加する熱電素子の数を変更する。
熱電素子は第3図に示すように、放熱フィン6,P型半導
体5,吸熱フィン8,N型半導体7を1ユニットとし、この
単位で熱電素子の数が変更される。
次に、このように構成した自動車用空調装置の作用を
第4図に基づいて説明する。この際、第5図に示すよう
に、室内温度TRを目標の室内温度T2(例えば、25℃)
にクールダウンさせる場合について説明する。
第4図に基づいて説明する。この際、第5図に示すよう
に、室内温度TRを目標の室内温度T2(例えば、25℃)
にクールダウンさせる場合について説明する。
マイコン21はステップ101でエアコンスイッチ9が入
るとステップ102で車室内の空気温度TRを取り込む。そ
して、マイコン21はステップ103で室内の温度TRと予め
定めた温度T1(>T2)とを比較し、室内温度TRが所定
の温度T1より大きいと(第5図での時間t0〜t1)、効率
よりも能力の要求が高いと判断してステップ104で素子
数nを所定の数n1(例えば、「150」)とする。そし
て、マイコン21はステップ105でバッテリ電圧Vと吸熱
フィン8の温度Tcと、放熱フィン6の温度Thを取り込
み、ステップ106で最大能力運転とするための最適素子
数nQCを求める。即ち、熱電素子の吸熱量Qcは次式にて
表される。
るとステップ102で車室内の空気温度TRを取り込む。そ
して、マイコン21はステップ103で室内の温度TRと予め
定めた温度T1(>T2)とを比較し、室内温度TRが所定
の温度T1より大きいと(第5図での時間t0〜t1)、効率
よりも能力の要求が高いと判断してステップ104で素子
数nを所定の数n1(例えば、「150」)とする。そし
て、マイコン21はステップ105でバッテリ電圧Vと吸熱
フィン8の温度Tcと、放熱フィン6の温度Thを取り込
み、ステップ106で最大能力運転とするための最適素子
数nQCを求める。即ち、熱電素子の吸熱量Qcは次式にて
表される。
ただし、αはゼーベック係数、ρは素子の比抵抗、λ
は熱伝導率、ΔTはTh−Tc、L/Aは素子の形状係数(A
は素子の電流通過断面積〔cm2〕、Lは素子の電流通過
長さ〔cm〕)。
は熱伝導率、ΔTはTh−Tc、L/Aは素子の形状係数(A
は素子の電流通過断面積〔cm2〕、Lは素子の電流通過
長さ〔cm〕)。
その結果、最大能力運転となる素子数nQCは次式にて
表され、この式にて素子数nQCが求められる。
表され、この式にて素子数nQCが求められる。
尚、素子数nQCは上式から求められるが、この際、小
数点以下を切捨て等して整数として求める。
数点以下を切捨て等して整数として求める。
第6図にはTc=10℃、Th=37℃(ΔT=27℃)の場合
を示す。
を示す。
そして、マイコン21はステップ107で素子数nを最適
素子数nQCとすべくそのときの素子数nと最適素子数nQC
とを比較してステップ108,109で「1」の加算又は減算
処理を行いステップ105に進む。そして、マイコン21は
素子数が最適素子数nQCとなるとステップ110でt0秒間待
ち、その後、ステップ102に進む。
素子数nQCとすべくそのときの素子数nと最適素子数nQC
とを比較してステップ108,109で「1」の加算又は減算
処理を行いステップ105に進む。そして、マイコン21は
素子数が最適素子数nQCとなるとステップ110でt0秒間待
ち、その後、ステップ102に進む。
一方、マイコン21はステップ103において室内の温度
TRが予め定めた温度T1より小さいと(第5図での時間t
1以降)、能力よりも効率の要求が高いと判断して、ス
テップ111で素子数nを所定数n2(例えば、「270」)と
する。そして、マイコン21はステップ112でバッテリ電
圧Vと吸熱フィン8の温度Tcと、放熱フィン6の温度Th
を取り込み、ステップ113で最大効率運転となる最適素
子数ncopを求める。即ち、熱電素子の冷却効率(成績係
数)COPは次式にて表される。
TRが予め定めた温度T1より小さいと(第5図での時間t
1以降)、能力よりも効率の要求が高いと判断して、ス
テップ111で素子数nを所定数n2(例えば、「270」)と
する。そして、マイコン21はステップ112でバッテリ電
圧Vと吸熱フィン8の温度Tcと、放熱フィン6の温度Th
を取り込み、ステップ113で最大効率運転となる最適素
子数ncopを求める。即ち、熱電素子の冷却効率(成績係
数)COPは次式にて表される。
その結果、最大効率運転となる素子数ncopは次式にて
表され、この式にて素子数ncopが求められる。
表され、この式にて素子数ncopが求められる。
尚、素子数ncopは上式から求められるが、この際、小
数点以下を切捨て等して整数として求める。
数点以下を切捨て等して整数として求める。
そして、マイコン21はステップ114で素子数nを最適
素子数ncopとすべくそのときの素子数nと最適素子数n
copとを比較してステップ116,117で「1」の加算又は減
算処理を行いステップ112に進む。そして、マイコン21
は素子数が最適素子数ncopとなるとステップ117でt0秒
間待ち、その後、ステップ102に進む。
素子数ncopとすべくそのときの素子数nと最適素子数n
copとを比較してステップ116,117で「1」の加算又は減
算処理を行いステップ112に進む。そして、マイコン21
は素子数が最適素子数ncopとなるとステップ117でt0秒
間待ち、その後、ステップ102に進む。
このように本実施例では、マイコン21は室内温度TR
が所定の温度T1より大きいときには最大能力運転とな
り、又、室内温度TRが所定の温度T1より小さいときに
は最大効率運転となるように、リレー回路20を制御して
熱電素子数を変更させるようにした。つまり、検出した
室内温度TRと目標室内温度T2との差が大きい場合(熱
負荷が大)と、検出した室内温度TRと目標室内温度T2
との差が小さい場合(熱負荷が小)とで、熱電素子数を
変更させるようにした。その結果、吸熱能力Qcと成績係
数COPを考慮した最適なる運転を行うことができること
となる。
が所定の温度T1より大きいときには最大能力運転とな
り、又、室内温度TRが所定の温度T1より小さいときに
は最大効率運転となるように、リレー回路20を制御して
熱電素子数を変更させるようにした。つまり、検出した
室内温度TRと目標室内温度T2との差が大きい場合(熱
負荷が大)と、検出した室内温度TRと目標室内温度T2
との差が小さい場合(熱負荷が小)とで、熱電素子数を
変更させるようにした。その結果、吸熱能力Qcと成績係
数COPを考慮した最適なる運転を行うことができること
となる。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、第6図に示すように、ある条件下では最大
能力運転となる素子数nQCが「150」であり、最大効率運
転となる素子数ncopが「270」であり、最大能力運転と
なる素子数nQCは最大効率運転となる素子数ncopのほぼ1
/2の値になるので、単純に電子冷凍ユニット4の素子数
を二分割するようにしてもよい。即ち、第7図に示すよ
うに、電流の流し方をリレー回路(2連式リレー回路)
22で切り替え可能とし、TR≦T1のときには実線で示す
ように接続して全ての素子を通電し、又、TR>T1のと
きには破線で示すように接続して半分の素子を通電す
る。
く、例えば、第6図に示すように、ある条件下では最大
能力運転となる素子数nQCが「150」であり、最大効率運
転となる素子数ncopが「270」であり、最大能力運転と
なる素子数nQCは最大効率運転となる素子数ncopのほぼ1
/2の値になるので、単純に電子冷凍ユニット4の素子数
を二分割するようにしてもよい。即ち、第7図に示すよ
うに、電流の流し方をリレー回路(2連式リレー回路)
22で切り替え可能とし、TR≦T1のときには実線で示す
ように接続して全ての素子を通電し、又、TR>T1のと
きには破線で示すように接続して半分の素子を通電す
る。
さらに、熱負荷の検出は、室内温度以外にも外気温や
日射量、あるいは、それらを組み合わせたものにより熱
負荷を検出してもよい。又、電子冷凍の電源はバッテリ
の他にもオルタネータの発電電力を用いてもよい。
日射量、あるいは、それらを組み合わせたものにより熱
負荷を検出してもよい。又、電子冷凍の電源はバッテリ
の他にもオルタネータの発電電力を用いてもよい。
又、第4図におけるステップ108,109,115,116の素子
数の加減算処理では「1」づつの処理としたが、「2」
以上の値を加減算処理してもよい。この場合には、より
速く目標素子数に収束させることができる。
数の加減算処理では「1」づつの処理としたが、「2」
以上の値を加減算処理してもよい。この場合には、より
速く目標素子数に収束させることができる。
以上詳述したように、この発明によれば、能力と効率
を考慮した最適なる運転を行うことができる。
を考慮した最適なる運転を行うことができる。
又、最大能力運転と、最大効率運転の切り替えは、熱
電素子一個当たりの印加電圧を例えば可変抵抗を用いる
ことによって変えることもできる。しかし、この場合は
可変抵抗で発熱が生じて電力が一部消費されてしまう問
題があるが、本発明によれば、熱電素子数を変更するこ
とにより、最大能力運転と、最大効率運転の切り替えを
行なって、熱電素子で本来の電力を消費させるため、エ
ネルギーロスがない。
電素子一個当たりの印加電圧を例えば可変抵抗を用いる
ことによって変えることもできる。しかし、この場合は
可変抵抗で発熱が生じて電力が一部消費されてしまう問
題があるが、本発明によれば、熱電素子数を変更するこ
とにより、最大能力運転と、最大効率運転の切り替えを
行なって、熱電素子で本来の電力を消費させるため、エ
ネルギーロスがない。
第1図はクレーム対応図、第2図は実施例の自動車用空
調装置の構成図、第3図は自動車用空調装置の電気回路
図、第4図はフローチャート、第5図は室内温度の経過
を示す図、第6図は素子数に対する吸熱能力及び成績係
数の関係を示す図、第7図は別例の自動車用空調装置の
構成図である。 M1は熱電素子、M2は変更手段、M3は熱負荷検出手段、M4
は制御手段。
調装置の構成図、第3図は自動車用空調装置の電気回路
図、第4図はフローチャート、第5図は室内温度の経過
を示す図、第6図は素子数に対する吸熱能力及び成績係
数の関係を示す図、第7図は別例の自動車用空調装置の
構成図である。 M1は熱電素子、M2は変更手段、M3は熱負荷検出手段、M4
は制御手段。
フロントページの続き (72)発明者 戸松 義貴 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 実公 昭44−18693(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 21/02 B60H 1/32 621 H01L 35/28 - 35/32
Claims (1)
- 【請求項1】複数の熱電素子を直列に接続して、電源か
らの電圧を熱電素子に印加するようにした電子冷凍装置
において、 前記熱電素子数を変更する変更手段と、 熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、 前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定の熱
負荷より大きいときには最大能力運転となり、又、熱負
荷が所定の熱負荷より小さいときには最大効率運転とな
るように、前記変更手段を制御して前記熱電素子数を変
更させる制御手段と を備えたことを特徴とする電子冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160289A JP2827461B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 電子冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160289A JP2827461B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 電子冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0452470A JPH0452470A (ja) | 1992-02-20 |
| JP2827461B2 true JP2827461B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=15711768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2160289A Expired - Fee Related JP2827461B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 電子冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2827461B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2285119B1 (en) | 1997-06-09 | 2015-08-05 | Hitachi, Ltd. | Image decoding method |
| US7587901B2 (en) | 2004-12-20 | 2009-09-15 | Amerigon Incorporated | Control system for thermal module in vehicle |
| US20080087316A1 (en) | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Masa Inaba | Thermoelectric device with internal sensor |
| EP2102564B1 (en) * | 2007-01-10 | 2015-09-02 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device |
| US7877827B2 (en) | 2007-09-10 | 2011-02-01 | Amerigon Incorporated | Operational control schemes for ventilated seat or bed assemblies |
| KR101779870B1 (ko) | 2008-02-01 | 2017-10-10 | 젠썸 인코포레이티드 | 열전 소자용 응결 센서 및 습도 센서 |
| JP5997899B2 (ja) | 2008-07-18 | 2016-09-28 | ジェンサーム インコーポレイテッドGentherm Incorporated | 空調されるベッドアセンブリ |
| WO2013052823A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device controls and methods |
| US9989267B2 (en) | 2012-02-10 | 2018-06-05 | Gentherm Incorporated | Moisture abatement in heating operation of climate controlled systems |
| US9662962B2 (en) | 2013-11-05 | 2017-05-30 | Gentherm Incorporated | Vehicle headliner assembly for zonal comfort |
| KR102252584B1 (ko) | 2014-02-14 | 2021-05-14 | 젠썸 인코포레이티드 | 전도식 대류식 기온 제어 조립체 |
| CN106416038B (zh) * | 2014-06-06 | 2019-12-31 | 弗诺尼克设备公司 | 用于驱动能源自觉应用中的热电冷却器的高效率功率转换架构 |
| US11033058B2 (en) | 2014-11-14 | 2021-06-15 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies |
| US11857004B2 (en) | 2014-11-14 | 2024-01-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies |
| US11639816B2 (en) | 2014-11-14 | 2023-05-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies including temperature regulating pad wrap and technologies with liquid system |
| US11223004B2 (en) | 2018-07-30 | 2022-01-11 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device having a polymeric coating |
| CN121230238A (zh) | 2018-11-30 | 2025-12-30 | 金瑟姆股份公司 | 热电调节系统和方法 |
| US11152557B2 (en) | 2019-02-20 | 2021-10-19 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric module with integrated printed circuit board |
| US12552223B2 (en) | 2021-03-18 | 2026-02-17 | Gentherm Incorporated | Optimal control of convective thermal devices |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP2160289A patent/JP2827461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0452470A (ja) | 1992-02-20 |
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