JP2001108328A - Heat exchanger and method for controlling the same - Google Patents
Heat exchanger and method for controlling the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】ペルチェ素子を用いて熱媒の
温度制御を行う熱交換装置およびその制御方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchange device for controlling the temperature of a heat medium using a Peltier device and a control method therefor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ペルチェ素子を用いた熱交換器が知られ
ており、特開平１０−２８８４３８号には、フッ素系の
熱媒をペルチェ素子により温度制御し、その排熱を水を
媒体として放出する熱交換器が記載されている。2. Description of the Related Art A heat exchanger using a Peltier element is known. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-288438 discloses a method in which the temperature of a fluorine-based heat medium is controlled by a Peltier element, and the waste heat is discharged using water as a medium. Heat exchangers are described.
【０００３】このようなペルチェ素子を用いて熱交換す
る熱交換器においては、ペルチェ素子の能力を、熱交換
器出口の熱媒の温度を検出し、ペルチェ素子へ供給する
電流値を変えることにより制御している。したがって、
スイッチング電源回路を備えた直流電源回路が用いられ
る。ペルチェ素子に供給される電流値と、ペルチェ素子
の熱交換能力、たとえば、冷却能力はほぼ比例関係を持
つ。したがって、電流値を制御することにより最適な温
度の熱媒を出力することができる。In such a heat exchanger using a Peltier element for heat exchange, the capability of the Peltier element is determined by detecting the temperature of the heat medium at the outlet of the heat exchanger and changing the current value supplied to the Peltier element. Controlling. Therefore,
A DC power supply circuit having a switching power supply circuit is used. The current value supplied to the Peltier element and the heat exchange capacity of the Peltier element, for example, the cooling capacity have a substantially proportional relationship. Therefore, by controlling the current value, it is possible to output a heating medium having an optimum temperature.
【０００４】ペルチェ素子のモジュールは製造上などの
理由によりサイズがある程度限られており、熱交換能力
の大きな熱交換装置を提供するには複数のペルチェ素子
を用いて熱交換する。さらには、ペルチェ素子により熱
交換する熱交換ユニットを複数用意してこれらを直列ま
たは並列に接続することにより熱交換能力の大きな熱交
換装置を提供できる。The size of a Peltier element module is limited to some extent due to manufacturing reasons, and a plurality of Peltier elements are used for heat exchange in order to provide a heat exchange device having a large heat exchange capacity. Further, by preparing a plurality of heat exchange units for performing heat exchange by the Peltier element and connecting them in series or in parallel, it is possible to provide a heat exchange device having a large heat exchange capacity.
【０００５】ペルチェ素子は、供給する電流の極性を変
えることにより、熱媒を加熱および冷却することが可能
であり、さらに電流値を制御することによりペルチェ素
子の能力を調整できる。したがって、上記のような複数
のペルチェ素子を用いた熱交換装置は、大容量で熱媒の
温度制御範囲が広く、さらに、熱媒の出口温度を精度よ
く制御できるメリットの多い熱交換装置となる。このた
め、広い温度範囲で安定しているフッ素系の不活性液体
を熱媒として採用した熱交換システムが半導体製造装
置、コンピュータなどの温度制御システムの一環として
用いられている。[0005] The Peltier element can heat and cool the heating medium by changing the polarity of the supplied current, and can adjust the performance of the Peltier element by controlling the current value. Therefore, the heat exchange device using a plurality of Peltier elements as described above is a heat exchange device having a large capacity, a wide temperature control range of the heat medium, and further having many advantages that can accurately control the outlet temperature of the heat medium. . Therefore, a heat exchange system employing a fluorine-based inert liquid that is stable in a wide temperature range as a heat medium is used as a part of a temperature control system of a semiconductor manufacturing apparatus, a computer, or the like.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、ペルチェ素子には直流を供給する必要があ
り、さらに電力制御を行おうとすると直流電源回路とし
てインバータなどのスイッチング電源回路を用いる必要
がある。また、交流電源あるいはスイッチング電流を直
流に変換するために整流回路が必要になり、これらによ
って直流電源回路では電力ロスが発生する。However, as described above, it is necessary to supply DC to the Peltier element, and to perform power control, it is necessary to use a switching power supply circuit such as an inverter as the DC power supply circuit. . In addition, a rectifier circuit is required to convert an AC power supply or a switching current into a direct current, which causes a power loss in the DC power supply circuit.
【０００７】電力損失は直流電源回路のスイッチング内
部の発熱分であり、以下の式に示すように、電源効率に
依存する。[0007] The power loss is the heat generated inside the switching of the DC power supply circuit, and depends on the power supply efficiency as shown in the following equation.
【０００８】 電力ロス＝素子への供給電力×（１−電源効率）・・・（１） ここで、電源効率を約０．８５とすると損失分は供給電
力の０．１５であり、これは全てが熱となる。したがっ
て、熱媒の出口温度が設定温度に達したときの損失分を
概算すると、熱媒の温度が安定しているときの熱負荷率
を５０％と仮定すると以下のようになる。Power loss = supplied power to the element × (1−power efficiency) (1) Here, assuming that the power efficiency is about 0.85, the loss is 0.15 of the supplied power. Everything becomes heat. Therefore, when the loss at the time when the outlet temperature of the heat medium reaches the set temperature is roughly estimated, the following is obtained assuming that the heat load factor when the temperature of the heat medium is stable is 50%.
【０００９】 電源ロス＝０．１５×０．５＝０．０７ ・・・（２） したがって、熱媒の状態が安定している状態でも最大供
給電力の７％が常時損失となっている。Power loss = 0.15 × 0.5 = 0.07 (2) Therefore, even when the state of the heat medium is stable, 7% of the maximum supply power is always lost.
【００１０】そこで、本発明においては、ペルチェ素子
を用いた熱交換装置において、電力ロスの少ない熱交換
装置およびその制御方法を提供することを目的としてい
る。特に、複数のペルチェ素子を用いた熱交換容量の大
きな熱交換装置において、その電力ロスを低減できる熱
交換装置および制御方法を提供することを目的としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat exchange device using a Peltier element, which has low power loss and a control method therefor. In particular, an object of the present invention is to provide a heat exchange device and a control method capable of reducing power loss in a heat exchange device having a large heat exchange capacity using a plurality of Peltier elements.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明においては、ペル
チェ素子のすべてに常に電流を流しつづけるのではな
く、複数のペルチェ素子をいくつかのグループに分け、
熱媒の状況に応じて通電しないペルチェ素子を設けられ
るようにしている。すなわち、本発明の熱交換装置は、
熱媒の温度制御を行う複数のペルチェ素子と、これら複
数のペルチェ素子を複数のグループに分け、それぞれの
グループに対し電力を制御しながら供給する複数の直流
電源回路と、熱媒の温度によって複数の直流電源回路の
動作を段階的にオンオフ可能な制御部とを有することを
特徴としている。また、本発明の熱交換装置の制御方法
は、複数のペルチェ素子と、これら複数のペルチェ素子
を複数のグループに分け、それぞれのグループに対応し
電力を供給可能な複数の直流電源回路とを有し、これら
複数のペルチェ素子により熱媒の温度制御を行う熱交換
装置の制御方法であって、直流電源回路から供給される
電力を熱媒の温度により制御する工程と、熱媒の温度に
より直流電源回路を段階的にオンオフする工程とを有す
ることを特徴としている。According to the present invention, a current is not always supplied to all of the Peltier elements, but a plurality of Peltier elements are divided into several groups.
A Peltier element that does not conduct electricity can be provided according to the state of the heat medium. That is, the heat exchange device of the present invention
A plurality of Peltier elements for controlling the temperature of the heating medium, a plurality of DC power supply circuits for dividing the plurality of Peltier elements into a plurality of groups, and supplying power to each group while controlling the power; And a control unit capable of turning on and off the operation of the DC power supply circuit in a stepwise manner. Further, the control method of the heat exchange device of the present invention includes a plurality of Peltier elements and a plurality of DC power supply circuits capable of dividing the plurality of Peltier elements into a plurality of groups and supplying power corresponding to each group. A method of controlling the temperature of a heat medium by using a plurality of Peltier elements, the method comprising controlling the power supplied from a DC power supply circuit by the temperature of the heat medium, and controlling the DC power by the temperature of the heat medium. And a step of turning on / off the power supply circuit step by step.
【００１２】本発明の熱交換装置およびその制御方法に
おいては、熱媒の温度によって、ペルチェ素子に対し電
力を供給する直流電源回路に絶えず通電しているのでは
なく、ペルチェ素子の一部で熱媒の温度を制御できる状
態であれば、それらに対応する直流電源回路には電流が
流れないようにする。したがって、稼動する直流電源回
路の数を最小限にとどめることができ、直流電源回路で
浪費される電力、すなわち、電源回路内部で常に熱に変
換されている電力損失を最小限にすることができる。こ
のため、ペルチェ素子を用いた熱交換装置であって、電
力ロスの少ない熱交換装置を提供できる。In the heat exchanger and the method of controlling the same according to the present invention, the DC power supply circuit for supplying power to the Peltier element is not always energized by the temperature of the heating medium. If the temperature of the medium can be controlled, no current flows through the corresponding DC power supply circuit. Therefore, the number of operating DC power supply circuits can be minimized, and the power wasted in the DC power supply circuit, that is, the power loss constantly converted into heat inside the power supply circuit can be minimized. . For this reason, it is possible to provide a heat exchange device using a Peltier element, which has a small power loss.
【００１３】ペルチェ素子により熱媒を冷却または加熱
可能な複数の熱交換部を直列あるいは並列に接続した熱
交換容量の大きな熱交換器においては、複数の直流電源
回路を各々の熱交換部毎に設け、対応する熱交換部のペ
ルチェ素子に対し電力を供給することができる。In a heat exchanger having a large heat exchange capacity in which a plurality of heat exchange units capable of cooling or heating a heat medium by a Peltier element are connected in series or in parallel, a plurality of DC power supply circuits are provided for each heat exchange unit. And power can be supplied to the Peltier element of the corresponding heat exchange section.
【００１４】また、選択的にオンオフする際には、熱媒
の温度が所定の温度に到達した後、一定の時間を経過し
てから直流電源回路をオンオフすることにより無用なハ
ンチングを防止できる。Further, when selectively turning on and off, unnecessary hunting can be prevented by turning on and off the DC power supply circuit after a predetermined time has elapsed after the temperature of the heat medium reaches a predetermined temperature.
【００１５】このように本発明においては、ペルチェ素
子を用いた複数の熱交換部を有する熱交換装置において
は、それに対し電力を供給する直流電源回路に対する電
力を停止、あるいはスイッチング回路の発振を停止する
ことにより直流電源回路をオンオフし、熱交換部の使用
台数を熱負荷に応じて切り替えるようにしている。した
がって、熱媒の出口温度により自動的に必要な直流電源
回路だけが稼動することになり、不要な直流電源回路に
は電流が流れず損失が０になる。このため、熱媒の条件
によって不要な直流電源回路における損失をなくすこと
が可能となり、節電省エネの運転ができる。As described above, according to the present invention, in a heat exchanger having a plurality of heat exchange units using Peltier elements, the power to the DC power supply circuit for supplying power to the heat exchange unit is stopped, or the oscillation of the switching circuit is stopped. By doing so, the DC power supply circuit is turned on and off, and the number of heat exchange units used is switched according to the heat load. Therefore, only the necessary DC power supply circuit automatically operates according to the outlet temperature of the heat medium, and no current flows to the unnecessary DC power supply circuit, and the loss becomes zero. For this reason, it is possible to eliminate unnecessary loss in the DC power supply circuit depending on the condition of the heat medium, and it is possible to save power and save energy.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１で複数の熱交換器１、２およ
び３を直列に接続して構成した熱交換システム１０を示
してある。各々の熱交換器１、２および３はペルチェ素
子３３を採用した同一の構成であり、熱媒３８を冷却お
よび加熱することができるものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a heat exchange system 10 configured by connecting a plurality of heat exchangers 1, 2, and 3 in series. Each of the heat exchangers 1, 2, and 3 has the same configuration employing the Peltier element 33, and can cool and heat the heat medium 38.
【００１７】図２に、熱交換器１を代表して、熱交換部
のさらに詳しい構造を示してある。本例の熱交換器１は
プレート型の熱交換器であるが、複数のプレート型の熱
交換器が相互に密着して、直に熱交換されるものではな
く、間にペルチェ素子３３が設置され、このペルチェ素
子３３が複数のプレート型熱交換器の間の熱の流れを制
御するようになっている。本例の熱交換器１は計５層の
構造になっており、中心に熱媒３８を通す第１のプレー
ト型熱交換器（第１の熱交換用プレートあるいは第１の
熱交換器）３１が配置され、その両側面３１ａに複数の
ペルチェ素子３３が設置されている。さらに、これらの
ペルチェ素子３３を挟んで第１の熱交換器３１の両側
に、排熱用の媒体３９である水を流す第２のプレート型
熱交換器（第２の熱交換用プレートあるいは第２の熱交
換器）３２が配置されている。したがって、本例の熱交
換器３０においては、第１の熱交換器３１と、その両側
に位置する第２のプレート３２の間に挟み込まれたペル
チェ素子３３により強制的に熱勾配が設定され、熱媒３
８が冷却あるいは加熱される。FIG. 2 shows a more detailed structure of the heat exchange section on behalf of the heat exchanger 1. Although the heat exchanger 1 of this example is a plate-type heat exchanger, a plurality of plate-type heat exchangers are not in close contact with each other and directly exchange heat, and a Peltier element 33 is provided therebetween. The Peltier element 33 controls the flow of heat between the plurality of plate heat exchangers. The heat exchanger 1 of this example has a total of five layers, and a first plate-type heat exchanger (first heat exchange plate or first heat exchanger) 31 through which a heat medium 38 passes. Are arranged, and a plurality of Peltier elements 33 are provided on both side surfaces 31a. Further, a second plate-type heat exchanger (a second heat exchange plate or a second heat exchange plate) is provided on both sides of the first heat exchanger 31 with the Peltier element 33 interposed therebetween, through which water as a medium 39 for exhaust heat flows. 2 heat exchangers) 32 are arranged. Therefore, in the heat exchanger 30 of the present example, the heat gradient is forcibly set by the first heat exchanger 31 and the Peltier element 33 sandwiched between the second plates 32 located on both sides thereof. Heat medium 3
8 is cooled or heated.
【００１８】例えば、本例の熱交換器１においては、ペ
ルチェ素子３３に供給される電流の向きにより、第１の
プレート３１に面した側が吸熱、第２のプレート３２に
面した側が放熱に設定されれば、第１の熱交換器３１を
流れる熱媒３８が冷却され、その排熱により第２の熱交
換器３２を流れる水３９が加熱される。一方、ペルチェ
素子３３に上記と逆の電流が流れれば、第１の熱交換器
３１に面した側が放熱、第２の熱交換器３２に面した側
が吸熱になり、第１の熱交換器３１を流れる熱媒３８は
加熱され、その排熱によって第２の熱交換器３２を流れ
る水３９は冷却される。ペルチェ素子３３は、供給され
る電力（電流）により高温側と低温側の温度差を制御す
ることが可能であり、これによってペルチェ素子３３を
介して流れる熱量を制御できる。したがって、本例の熱
交換システム１０は、この熱交換器１だけで熱媒を低温
から高温まで制御することが可能である。さらに、同じ
型の熱交換器１、２および３を直列に接続することによ
り、熱交換能力、すなわち、冷却能力および加熱能力を
高くし、熱媒の温度制御速度が速く、所望の温度に制御
した多量の熱媒を供給できる熱交換システム１０を提供
している。For example, in the heat exchanger 1 of the present embodiment, the side facing the first plate 31 is set to absorb heat and the side facing the second plate 32 is set to dissipate heat depending on the direction of the current supplied to the Peltier element 33. Then, the heat medium 38 flowing through the first heat exchanger 31 is cooled, and the water 39 flowing through the second heat exchanger 32 is heated by the exhaust heat. On the other hand, if a current opposite to that described above flows through the Peltier element 33, the side facing the first heat exchanger 31 releases heat, and the side facing the second heat exchanger 32 absorbs heat. Heat medium 38 flowing through 31 is heated, and water 39 flowing through second heat exchanger 32 is cooled by the exhaust heat. The Peltier element 33 can control the temperature difference between the high-temperature side and the low-temperature side by the supplied electric power (current), whereby the amount of heat flowing through the Peltier element 33 can be controlled. Therefore, the heat exchange system 10 of the present example can control the heat medium from a low temperature to a high temperature only with the heat exchanger 1. Further, by connecting the heat exchangers 1, 2 and 3 of the same type in series, the heat exchange capacity, that is, the cooling capacity and the heating capacity are increased, the temperature control speed of the heat medium is high, and the desired temperature is controlled. A heat exchange system 10 capable of supplying a large amount of heat medium is provided.
【００１９】本例の熱交換システム１０は、さらに、各
々の熱交換器１、２および３のペルチェ素子３３に対
し、各々の熱交換器１、２および３毎に直流電力を供給
する直流電源回路１１、１２および１３と、これらを制
御する制御部２０とを備えている。制御部２０は制御回
路２２を備えており、この制御回路２２は、直列に接続
された熱交換器１、２および３の出口配管１９に設けら
れた温度センサ２１から検出信号を受けて設定値２３と
比較する機能２２ａと、熱媒３８の出口温度によって直
流電源回路１１、１２および１３の負荷を制御する制御
信号２４を出力する機能２２ｂと、交流電源２９から直
流電源回路１２および１３に対する電力供給をオンオフ
できるリレー２５ｂおよび２５ｃを制御する機能２２ｃ
とを備えている。本例の直流電源回路１１、１２および
１３は、各々がスイッチング電源回路を備えており、た
とえば周波数あるいはデューティーなどを制御すること
により出力電力を調整することができる。The heat exchange system 10 of the present embodiment further includes a DC power supply for supplying DC power to each of the heat exchangers 1, 2, and 3 to the Peltier elements 33 of the heat exchangers 1, 2, and 3. The circuit includes circuits 11, 12, and 13, and a control unit 20 that controls these circuits. The control unit 20 includes a control circuit 22. The control circuit 22 receives a detection signal from a temperature sensor 21 provided in the outlet pipe 19 of the heat exchangers 1, 2, and 3 connected in series, and receives a set value. 23, a function 22b for outputting a control signal 24 for controlling the load of the DC power supply circuits 11, 12, and 13 according to the outlet temperature of the heat medium 38, and a power supply from the AC power supply 29 to the DC power supply circuits 12 and 13. Function 22c for controlling relays 25b and 25c capable of turning on and off the supply
And Each of the DC power supply circuits 11, 12, and 13 of the present example includes a switching power supply circuit, and can adjust output power by controlling, for example, a frequency or a duty.
【００２０】したがって、本例の熱交換装置１０におい
ては、入口配管１８から供給された熱媒３８を直列に接
続された３つの熱交換部１、２および３によって加熱ま
たは冷却し、所定の温度の熱媒３８を出口配管１９から
出力できるものである。そして、熱媒の温度を制御する
ために、熱交換部１、２および３のペルチェ素子３３に
供給する電力を適切に制御すると共に、熱負荷に応じて
直流電源回路１２または１３に対する交流電力を段階的
にオンオフし、熱交換部の使用台数を１台から３台まで
切り替えて熱交換能力を調整できるようにしている。Therefore, in the heat exchange apparatus 10 of the present embodiment, the heat medium 38 supplied from the inlet pipe 18 is heated or cooled by the three heat exchange sections 1, 2, and 3 connected in series, and is heated to a predetermined temperature. Can be output from the outlet pipe 19. Then, in order to control the temperature of the heat medium, the power supplied to the Peltier elements 33 of the heat exchange units 1, 2, and 3 is appropriately controlled, and the AC power to the DC power supply circuit 12 or 13 is controlled according to the heat load. The heat exchange unit is turned on and off in stages, and the number of heat exchange units used is switched from one to three, so that the heat exchange capacity can be adjusted.
【００２１】図３に、本例の熱交換装置１０により熱媒
３８を冷却するときの制御を示してある。たとえば、直
流電源回路１１だけがオンしていた状態、すなわち、１
番目の熱交換部１のみで熱交換が行われていた状態で、
時刻ｔ１に熱媒出口温度Ｔ０が何らかの要因により設定
温度Ｔｓより上昇し設定温度Ｔ１に達すると、それから
時間Ｗ０が経過した時刻ｔ３に、制御回路２２によって
リレー２５ｂがオンになり、交流電力が直流電源回路１
２に供給され、直流電源回路１２が稼動する。これによ
り、２番目の熱交換部２のペルチェ素子３３に電力が供
給され、熱交換装置１０の冷却能力がアップする。さら
に、時刻ｔ１からｔ３の間に熱媒の温度が上昇しつづけ
ており、時刻ｔ２に設定温度Ｔ２に達すると、それから
時間Ｗ０が経過した時刻ｔ４に、制御回路２２によりリ
レー２５ｃがオンし、交流電力が直流電源回路１３に供
給される。この結果、直流電源回路１３もオンする。こ
れによって、３番目の熱交換部３のペルチェ素子３３に
も電力が供給され、直列に接続された３台の熱交換部
１、２および３がすべて稼動する状態となる。FIG. 3 shows control when the heat medium 38 is cooled by the heat exchange device 10 of the present embodiment. For example, when only the DC power supply circuit 11 is turned on,
In the state where heat exchange was performed only in the th heat exchange unit 1,
When the heat medium outlet temperature T0 rises above the set temperature Ts for some reason and reaches the set temperature T1 at time t1, at time t3 after which time W0 has elapsed, the relay 25b is turned on by the control circuit 22 and the AC power is Power supply circuit 1
2 and the DC power supply circuit 12 operates. As a result, electric power is supplied to the Peltier element 33 of the second heat exchange unit 2, and the cooling capacity of the heat exchange device 10 is increased. Further, the temperature of the heat medium continues to rise between time t1 and t3, and when the temperature reaches the set temperature T2 at time t2, at time t4 after which time W0 has elapsed, the control circuit 22 turns on the relay 25c, AC power is supplied to the DC power supply circuit 13. As a result, the DC power supply circuit 13 is also turned on. As a result, power is also supplied to the Peltier element 33 of the third heat exchange unit 3, and all three heat exchange units 1, 2, and 3 connected in series are in a state of operation.
【００２２】この状態で、次に熱媒の温度Ｔ０が設定温
度Ｔ２以下に下がるまでの時間Ｗ２は、３台の熱交換部
１、２および３が稼動し続け、それらに直流電力を供給
する直流電源回路１１、１２および１３は、制御回路２
２からの制御信号２４により負荷制御される。これらの
直流電源回路１１、１２および１３には、スイッチング
電源回路が用いられており、ＰＷＭ制御などの公知の制
御方法により直流電力を制御することができる。In this state, the time W2 until the temperature T0 of the heat medium falls to the set temperature T2 or less next time, the three heat exchange units 1, 2, and 3 continue to operate and supply DC power to them. The DC power supply circuits 11, 12, and 13 include a control circuit 2
The load is controlled by a control signal 24 from the control unit 2. Switching power supply circuits are used for these DC power supply circuits 11, 12, and 13, and DC power can be controlled by a known control method such as PWM control.
【００２３】時刻ｔ５に熱媒温度Ｔ０が設定温度Ｔ２よ
り下がると、時間Ｗ１経過後の時刻ｔ６に制御回路２２
はリレー２５ｃをオープンし、直流電源回路１３を停止
する。これにより熱交換部３のペルチェ素子３３には電
力が供給されないので、この熱交換部３は実質的に動作
しない。熱媒の温度Ｔ０がさらに下がって、時刻ｔ７に
設定値Ｔ１をきると、時間Ｗ１が経過した後の時刻ｔ８
に制御回路２２はリレー２５ｂをオープンし、直流電源
回路１２に対する交流電力の供給を停止する。これによ
り、熱交換部２のペルチェ素子３３には電力が供給され
なくなるので稼動しない状態となる。したがって、熱交
換装置１０は、１番目の熱交換部１のみが稼動し熱媒の
温度を制御する状態となる。When the heat medium temperature T0 falls below the set temperature T2 at time t5, the control circuit 22 is turned on at time t6 after the lapse of time W1.
Opens the relay 25c and stops the DC power supply circuit 13. As a result, no power is supplied to the Peltier element 33 of the heat exchange unit 3, so that the heat exchange unit 3 does not substantially operate. When the temperature T0 of the heat medium further decreases and falls below the set value T1 at time t7, at time t8 after the lapse of the time W1.
Then, the control circuit 22 opens the relay 25b and stops the supply of AC power to the DC power supply circuit 12. As a result, no power is supplied to the Peltier element 33 of the heat exchange unit 2, so that the Peltier element 33 does not operate. Therefore, the heat exchange device 10 is in a state where only the first heat exchange unit 1 operates and controls the temperature of the heat medium.
【００２４】再び熱媒の温度が上昇する時刻ｔ９までの
時間Ｗ３は、直流電源回路１１にのみ交流２９が供給さ
れ、この直流電源回路１１の周波数あるいはデューティ
ーを変えることにより熱媒の温度Ｔ０が設定値Ｔｓ近傍
に収まるように熱交換部１の能力が制御される。During time W3 until time t9 when the temperature of the heat medium rises again, AC 29 is supplied only to DC power supply circuit 11, and by changing the frequency or duty of DC power supply circuit 11, the temperature T0 of the heat medium is reduced. The capacity of the heat exchange unit 1 is controlled so as to fall within the vicinity of the set value Ts.
【００２５】一方、時刻ｔ９に、熱媒の温度が上昇し、
設定値Ｔ１を超えると、時刻Ｗ０が経過した後の時刻ｔ
１０にリレー２５ｂがオンとなり、直流電源回路１２が
稼動し、２番目の熱交換部２でも冷却が行われる。ま
た、時刻ｔ１１に熱媒の温度が下がって設定値Ｔ１以下
になると、リレー２５ｂがオフとなり、再び１番目の熱
交換部１だけで熱媒の温度を制御する状態となる。On the other hand, at time t9, the temperature of the heat medium rises,
When the time exceeds the set value T1, the time t after the time W0 elapses
10, the relay 25b is turned on, the DC power supply circuit 12 is operated, and the second heat exchange unit 2 is also cooled. Further, when the temperature of the heat medium drops below the set value T1 at time t11, the relay 25b is turned off, and the temperature of the heat medium is controlled only by the first heat exchange unit 1 again.
【００２６】このように、本例の熱交換装置１０は、直
流電源回路１２あるいは１３をオンオフすることにより
熱交換部の稼動台数を変えて冷却能力を制御する工程
と、直流電源回路１１、１２あるいは１３の出力電力を
制御することにより熱媒の温度を制御する工程とを備え
ている。そして、熱媒出口１９に取り付けられた温度検
出器２１の信号の変化を読みとり、各々の熱交換部１、
２および３に対応する直流電源回路１１、１２および１
３に供給する交流電力をオンオフすることにより実質有
効となる熱交換器の台数を制御している。このように、
直流電源回路をオンオフすることにより、オフした際は
その直流電源回路における内部電力損失を０にすること
ができる。As described above, the heat exchange apparatus 10 of the present embodiment includes a step of controlling the cooling capacity by changing the number of operating heat exchange units by turning on and off the DC power supply circuit 12 or 13; Or controlling the temperature of the heat medium by controlling the output power of the thirteenth power supply. Then, a change in the signal of the temperature detector 21 attached to the heat medium outlet 19 is read, and each of the heat exchange units 1 and
DC power supply circuits 11, 12 and 1 corresponding to 2 and 3
The number of heat exchangers that are substantially effective by turning on and off the AC power supplied to the power supply 3 is controlled. in this way,
By turning the DC power supply circuit on and off, the internal power loss in the DC power supply circuit can be reduced to 0 when the DC power supply circuit is turned off.
【００２７】すなわち、直流電源回路に電流を流してい
ると、上述したように、直流電源回路では、それを構成
するスイッチング電源回路における損失、整流回路にお
ける損失などが発生することになる。さらに、本例の熱
交換装置１０はペルチェ素子３３により加熱および冷却
しているので、ペルチェ素子に直流電力を供給する直流
電源回路または装置が必要である。しかしながら、本例
の熱交換装置１０においては、熱媒の温度が熱交換部の
台数が少なくても、すなわち、ペルチェ素子の数が少な
くても熱媒の温度が制御できるときは、各々の熱交換部
１、２および３に電力を供給するすべての直流電源回路
１１、１２および１３を常時動かすのではなく、熱負荷
にあわせて直流電源回路を選択的または段階的にオンオ
フし、熱交換器の台数制御を行っている。このため、熱
媒の温度制御のために稼動する直流電源回路の数をすく
なくすることが可能となり、直流電源回路に起因する電
力損失を少なくすることができる。したがって、本例の
熱交換装置１０により、節電省エネ効果をうることがで
きる。That is, when a current is supplied to the DC power supply circuit, as described above, the DC power supply circuit causes a loss in the switching power supply circuit, a loss in the rectifier circuit, and the like. Furthermore, since the heat exchange device 10 of this embodiment is heated and cooled by the Peltier device 33, a DC power supply circuit or device for supplying DC power to the Peltier device is required. However, in the heat exchange device 10 of the present example, when the temperature of the heat medium can be controlled even when the number of heat exchange units is small, that is, even when the number of Peltier elements is small, each heat medium Instead of constantly operating all the DC power supply circuits 11, 12, and 13 that supply power to the exchange units 1, 2, and 3, the DC power supply circuit is selectively or stepwise turned on and off in accordance with the heat load, and the heat exchanger Is controlled. For this reason, it is possible to reduce the number of DC power supply circuits that operate for controlling the temperature of the heat medium, and to reduce power loss due to the DC power supply circuit. Therefore, the heat exchange device 10 of the present embodiment can achieve a power saving energy saving effect.
【００２８】さらに、本例においては、熱媒の温度Ｔ０
が設定温度Ｔ１、Ｔ２あるいはＴｓに達したときに、そ
の時間から一定の時間Ｗ０あるいはＷ１が経過した後
に、その状態、すなわち熱媒の温度Ｔ０が設定温度以上
という状態が保たれていれば、予め設定された順番に従
って直流電源回路をオンするようにしている。このよう
に設定温度Ｔｓ、Ｔ１およびＴ２に幅を持たせ、さら
に、熱交換部の台数を変えるまでに待ち時間を設定する
ことにより、熱媒温度Ｔ０のごく短時間のゆれに対して
熱交換部の台数が変わることがなくなる。したがって、
ハンチングの発生を防止できる。Further, in this embodiment, the temperature T0 of the heat medium
When the temperature reaches the set temperature T1, T2 or Ts, after a certain time W0 or W1 has elapsed from that time, if the state, that is, the state where the temperature T0 of the heat medium is equal to or higher than the set temperature, is maintained, The DC power supply circuit is turned on according to a preset order. In this way, by providing a range to the set temperatures Ts, T1 and T2 and setting a waiting time before changing the number of heat exchange units, heat exchange can be performed even for a very short time fluctuation of the heat medium temperature T0. The number of copies does not change. Therefore,
Hunting can be prevented from occurring.
【００２９】なお、図３では、ハンチングを防止するた
めの、直流電源回路をオンする待ち時間Ｗ０と、オフす
るときの待ち時間Ｗ１を異なった値に設定しているが、
熱媒が供給される負荷側の条件が温度上昇および下降に
ついて同じであれば、待ち時間も同じにセットすること
が可能である。In FIG. 3, the waiting time W0 for turning on the DC power supply circuit and the waiting time W1 for turning off the DC power supply circuit are set to different values in order to prevent hunting.
If the condition on the load side to which the heating medium is supplied is the same for the temperature rise and fall, the waiting time can be set the same.
【００３０】また、本例の制御部２０では、１番目の熱
交換部１に直流電力を供給する直流電源回路１１にはリ
レーを設けず、常に交流電力を供給して稼動するように
しているが、他の直流電源回路１２および１３と同様
に、交流電源２９の側にリレーを設けて温度によってオ
ンオフできるようにしても良い。これにより、熱媒を供
給して温度制御を行っている機器などの負荷側で熱が発
生していないときなどは直流電源回路をすべてオフする
ことによりさらに省電力効果を得ることができる。ま
た、直流電源回路１１、１２および１３として、スイッ
チング方式の電源回路を採用している場合、制御回路２
２により各々の電源回路１１、１２および１３の発振を
停止することによっても直流電源回路１１、１２および
１３をオンオフ制御することが可能であり、上記と同様
の効果を得ることができる。Further, in the control section 20 of the present embodiment, the DC power supply circuit 11 for supplying DC power to the first heat exchange section 1 does not have a relay, and always operates by supplying AC power. However, similarly to the other DC power supply circuits 12 and 13, a relay may be provided on the side of the AC power supply 29 so that the relay can be turned on and off depending on the temperature. Thus, when heat is not generated on the load side of a device such as a device that controls the temperature by supplying a heat medium, a further power saving effect can be obtained by turning off all the DC power supply circuits. When a switching type power supply circuit is employed as the DC power supply circuits 11, 12, and 13, the control circuit 2
By stopping the oscillation of each of the power supply circuits 11, 12, and 13 by using 2, the DC power supply circuits 11, 12, and 13 can be controlled to be turned on and off, and the same effect as described above can be obtained.
【００３１】また、本例の熱交換装置１０においては、
３つの熱交換部を直列に接続しているが、２つあるいは
４つ以上の熱交換部を接続した場合でも２段階あるいは
４段階以上に熱交換部の台数を制御することが可能であ
る。また、これらの熱交換部をヘッダーなどを介して並
列に接続した熱交換装置においても、上記と同様に台数
制御することにより冷却能力および加熱能力を含む熱交
換能力を段階的に制御することができる。さらに、本例
においては、熱交換部の単位でペルチェ素子に電力を供
給する直流電源回路を設けているが、複数の熱交換部の
単位、たとえば、２つの熱交換部毎に直流電源回路を設
けて熱交換能力を段階的に制御することも可能である。
また、逆に、１つの熱交換部に設置された複数のペルチ
ェ素子を複数のグループに分け、各々のグループに対し
直流電源回路から電力が供給されるようにしても良い。Further, in the heat exchange device 10 of the present embodiment,
Although three heat exchange units are connected in series, the number of heat exchange units can be controlled in two or more stages even when two or four or more heat exchange units are connected. Also in a heat exchange device in which these heat exchange units are connected in parallel via a header or the like, by controlling the number of units in the same manner as described above, the heat exchange capacity including the cooling capacity and the heating capacity can be controlled stepwise. it can. Furthermore, in this example, a DC power supply circuit for supplying power to the Peltier element is provided for each heat exchange unit, but a DC power supply circuit is provided for each of a plurality of heat exchange units, for example, two heat exchange units. It is also possible to provide a stepwise control of the heat exchange capacity.
Conversely, a plurality of Peltier elements installed in one heat exchange unit may be divided into a plurality of groups, and power may be supplied to each group from the DC power supply circuit.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、熱媒を冷却または加熱するペルチェ素子を複数有す
る熱交換装置において、それらのペルチェ素子を複数の
グループに分けて、各々のグループ毎に直流電源回路を
設けている。そして、直流電源回路を、リレーなどのス
イッチ手段でオンオフし、あるいはスイッチング電源の
発振をオンオフすることにより、複数のペルチェ素子の
グループを段階的に切り替え、熱負荷（冷却負荷も含
む）が増加したときだけ、それに対応する熱交換能力を
発揮するために必要な直流電源回路に通電している。し
たがって、熱負荷に応じた最適な数の直流電源回路にだ
け電力が供給されるので、直流電源回路に発生する電力
ロスを最小限にとどめられる。このため、消費電力が小
さく、熱交換能力の大きな熱交換装置を提供することが
できる。As described above, according to the present invention, in a heat exchanger having a plurality of Peltier elements for cooling or heating a heat medium, the Peltier elements are divided into a plurality of groups, and each group is divided into groups. Is provided with a DC power supply circuit. Then, by turning on / off the DC power supply circuit by a switching means such as a relay or turning on / off the oscillation of the switching power supply, a plurality of Peltier element groups are switched in a stepwise manner, and the heat load (including the cooling load) is increased. Only when necessary, the DC power supply circuit required to exhibit the corresponding heat exchange capacity is energized. Therefore, power is supplied only to the optimal number of DC power supply circuits according to the thermal load, so that power loss occurring in the DC power supply circuit can be minimized. Therefore, it is possible to provide a heat exchange device having low power consumption and high heat exchange capacity.
【００３３】特に、大容量のペルチェ素子を用いた熱交
換装置においては消費される電力が大きくなるので電力
ロスもそれに応じて増加するが、本発明により、熱負荷
的に不要な直流電源回路をオフにしてその電力ロスを０
にできる。したがって、ペルチェ素子を用いた熱交換装
置における電力ロスを低減でき、節電効果の大きな熱交
換装置を提供できる。In particular, in a heat exchange device using a large-capacity Peltier element, the power consumption increases and the power loss increases accordingly. However, according to the present invention, a DC power supply circuit unnecessary for heat load is provided. Turn off and reduce the power loss to 0
Can be. Therefore, power loss in the heat exchange device using the Peltier element can be reduced, and a heat exchange device with a large power saving effect can be provided.
【図１】本発明の実施の形態にかかる熱交換装置の概要
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a heat exchange device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す熱交換部の１つのさらに詳しい構成
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration of one of the heat exchange units shown in FIG.
【図３】図１に示す熱交換装置を冷却装置として用いた
ときの動作を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing an operation when the heat exchange device shown in FIG. 1 is used as a cooling device.
１、２、３ 熱交換部 １０ 熱交換装置 １１、１２、１３ 直流電源回路 ２０ 制御部 ２１ 温度センサ ２２ 制御回路 ２３ 設定器 ２４ 制御信号 ２５ リレー ３１ 熱媒が通る熱交換器 ３２ 水が通る熱交換器 ３３ ペルチェ素子 ３８ 熱媒 ３９ 水 1, 2, 3 heat exchange unit 10 heat exchange device 11, 12, 13 DC power supply circuit 20 control unit 21 temperature sensor 22 control circuit 23 setting unit 24 control signal 25 relay 31 heat exchanger through which heat medium passes 32 heat through which water passes Exchanger 33 Peltier element 38 Heat medium 39 Water
Claims (4)
子と、 これら複数のペルチェ素子を複数のグループに分け、そ
れぞれのグループに対し電力を調整しながら供給可能な
複数の直流電源回路と、 前記熱媒の温度によって前記複数の直流電源回路の動作
を段階的にオンオフ可能な制御部とを有する熱交換装
置。A plurality of Peltier elements for controlling the temperature of a heat medium; a plurality of DC power supply circuits capable of dividing the plurality of Peltier elements into a plurality of groups and supplying power to each group while adjusting power; A heat exchange device comprising: a control unit capable of turning on and off the operations of the plurality of DC power supply circuits stepwise according to the temperature of the heat medium.
熱媒を冷却または加熱可能な複数の熱交換部を有し、前
記直流電源回路は対応する前記熱交換部のペルチェ素子
に対し電力を供給することを特徴とする熱交換装置。2. The Peltier device according to claim 1, further comprising a plurality of heat exchange units capable of cooling or heating the heat medium by a Peltier element, wherein the DC power supply circuit supplies power to a corresponding Peltier element of the heat exchange unit. A heat exchange device characterized by the above-mentioned.
ルチェ素子を複数のグループに分け、それぞれのグルー
プに対応し電力を供給可能な複数の直流電源回路とを有
し、これら複数のペルチェ素子により熱媒の温度制御を
行う熱交換装置の制御方法であって、 前記直流電源回路から供給される電力を前記熱媒の温度
により制御する工程と、 前記熱媒の温度により前記直流電源回路を段階的にオン
オフする工程とを有する熱交換装置の制御方法。3. A plurality of Peltier elements, and a plurality of DC power supply circuits capable of dividing the plurality of Peltier elements into a plurality of groups and supplying electric power corresponding to the respective groups. A method for controlling a heat exchange device for controlling a temperature of a heat medium, wherein the power supplied from the DC power supply circuit is controlled by the temperature of the heat medium, and the DC power supply circuit is controlled by the temperature of the heat medium. And a method for controlling the heat exchange device, the method comprising:
フする工程では、熱媒の温度が所定の温度に到達した
後、一定の時間を経過してから前記直流電源回路をオン
オフすることを特徴とする熱交換装置の制御方法。4. The method according to claim 3, wherein in the step of turning on and off in a stepwise manner, the DC power supply circuit is turned on and off after a predetermined time has elapsed after the temperature of the heat medium has reached a predetermined temperature. A method for controlling a heat exchange device.
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