JP2008091442A - ペルチェモジュール劣化判断システムおよびペルチェモジュール駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェモジュールの劣化を的確に判断できるようにし、駆動システムへのダメージを抑制する。
【解決手段】複数の熱電変換素子５の接続回路が形成されているペルチェモジュールの劣化判断システムである。熱電変換素子５の接続回路を１つ以上の熱電変換素子を含む区間毎に複数に分割して成る各分割回路毎（例えばペルチェモジュール１ａ，１ｂ毎）の駆動電流または駆動電圧の検出を分割回路毎駆動値検出手段２１が連続的または断続的に行い、モジュール劣化判断手段２２が、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比に基づいて求められる抵抗偏差値と予め定めた判断基準値とに基づき、前記抵抗偏差値が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断し、該分割回路の劣化を判断したときには劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェモジュールの劣化を判断するペルチェモジュール劣化判断システムおよびそのシステムを利用したペルチェモジュール駆動システムに関するものである。

従来、産業用、業務用、家電用として、被温度制御対象物を加熱したり冷却したりすることが多く行われている。そのような中で、ペルチェモジュールは、被温度制御対象物を集中的に温度制御することができ、かつ、高精度な温度制御が実現できることから注目されてきた（例えば特許文献１、２、参照）。

ペルチェモジュールは、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに間隔を介して複数配置されたＰ型（ｐ型）の熱電変換素子５（５ａ）とＮ型（ｎ型）の熱電変換素子５（５ｂ）とを有しており、これらの熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、電極２を介して電気的に接続されている。

例えば、図５（ａ）に示すペルチェモジュール１は、互いに間隔を介して配置された絶縁性基板６，７の間にＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置しており、基板６，７の対向面１６，１７には、複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して配列形成されている。電極２上には図示されていない半田が形成されて該半田を介して熱電変換素子５が電極２上に固定されている。絶縁性基板６，７は、一般に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックにより形成されている。

また、図５（ｂ）に示すペルチェモジュール１は、複数の素子嵌合孔３を有する絶縁性の素子配列基板（絶縁支持板）３０の素子嵌合孔３に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を貫通嵌合して形成されている。素子配列基板３０は、例えばガラスエポキシ板等により構成されており、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の素子嵌合孔３への貫通方向の一端側と他端側には、それぞれ電極２が配置されている。これらの電極２は対応するＰ型の熱電変換素子５ａの端面とＮ型の熱電変換素子５ｂの端面間に掛け渡して設けられており、図示されていない半田付け等により熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に接合されている。

なお、これらのペルチェモジュール１において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路は、リード端子（図示せず）とリード線２８（図５（ｂ）には図示せず）を介して電源回路等に接続されている。

ペルチェモジュール１において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電極２を介して電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。例えば、図６に示すように、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に流す電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部（ここでは、上側の絶縁性基板６側）が冷却（吸熱）面と成し、他方の端部（ここでは、下側の絶縁性基板７側）が排熱面（放熱面）と成し、熱の移動が行われる。また、前記電流を流す方向を逆にすると、冷却面と排熱面が逆になる。

特開平９−１８１３６２号公報 特開平１０−１７８２１６号公報

ところで、ペルチェモジュール１による温度制御は、電流を流す向きを交互に切り替えることによって、加熱と冷却を繰り返し行う場合が多い。このように、ペルチェモジュールの使用に伴って加熱や冷却を繰り返すと、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の膨張・収縮の繰り返しが生じたり、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に含まれるビスマス・テルル以外の金属の熱拡散等が生じたりすることにより、性能劣化の発生やペルチェモジュール１の破損が生じてしまう。

このような点から、ペルチェモジュール１は、極めて寿命が短いといった欠点を有しており、ペルチェモジュール１を用いて加熱や冷却のシステムを構成した場合、ペルチェモジュール１の使用途中における破損等の問題により、ダメージが大きいといった問題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ペルチェモジュールが破損等する前に、ペルチェモジュールの劣化を容易に判断することができるペルチェモジュール劣化判断システムと、このペルチェモジュール劣化判断システムを利用することにより、ペルチェモジュールの劣化が生じてもシステムのダメージを小さくすることができるペルチェモジュール駆動システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のペルチェモジュール劣化判断システムは、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とが互いに間隔を介して複数配置され、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を直列に接続して複数の熱電変換素子の接続回路が形成されているペルチェモジュールの劣化判断システムであって、熱電変換素子の接続回路を１つ以上の熱電変換素子を含む区間毎に複数に分割して成る各分割回路毎の駆動電流または駆動電圧を連続的または断続的に検出する分割回路毎駆動値検出手段と、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比と予め定めた判断基準値とに基づき、前記検出値の差または比が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断し、該分割回路の劣化を判断したときには劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力するモジュール劣化判断手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明のペルチェモジュール劣化判断システムは、上記第１の発明の構成に加え、前記モジュール劣化判断手段は、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比から前記対の分割回路毎の電気抵抗値の差または比を求めてこの値を抵抗偏差値とし、この抵抗偏差値と予め定めた判断基準抵抗偏差値とに基づいて分割回路の劣化を判断することを特徴とする。

さらに、第３の発明のペルチェモジュール劣化判断システムは、上記第１または第２の発明の構成に加え、駆動電流または駆動電圧の差または比あるいは抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量の劣化判断基準値が予め与えられており、モジュール劣化判断手段は、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比の単位時間当たりの変化量または前記対の分割回路毎の抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と前記劣化判断基準値とに基づいて分割回路の劣化を判断することを特徴とする。

さらに、第４の発明のペルチェモジュール劣化判断システムは、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、ペルチェモジュールの使用開始時に分割回路毎の検出値の差または比の値を検出し、予め定められた対の分割回路毎の検出値の差または比あるいは抵抗偏差値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備えたことを特徴とする。

さらに、第５の発明のペルチェモジュール劣化判断システムは、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記モジュール劣化判断手段には分割回路の劣化の程度毎に互いに異なるレベルの判断基準値が与えられ、前記モジュール劣化判断手段は前記判断基準値に基づき回路の劣化の程度を示す劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力することを特徴とする。

さらに、第６の発明のペルチェモジュール駆動システムは、複数のペルチェモジュールの熱電素子の回路同士が直列に接続されている回路に、さらに、隣り合うペルチェモジュール同士を熱電変換素子の回路を通さずに連通させる連通路が設けられて、該連通路と前記熱電変換素子の回路のいずれかに電流を流して前記複数のペルチェモジュールのうち１つ以上に電流を流すペルチェモジュール駆動回路が形成されており、該ペルチェモジュール駆動回路には前記第１乃至第５のいずれか一つの発明のペルチェモジュール劣化判断システムが接続されて、該ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子の回路の劣化が判断されたときには、劣化判断された熱電変換素子の回路には電流を流さずに対応する前記連通路に電流を流す電流経路切替手段を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明のペルチェモジュール劣化判断システムによれば、熱電変換素子の接続回路を１つ以上の熱電変換素子を含む区間毎に複数に分割して各分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出を連続的または断続的に行い、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比と予め定めた判断基準値とに基づいて、前記検出値の差または比が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断するので、分割回路の劣化判断を的確に行うことができる。

つまり、ペルチェモジュールの回路が劣化し始めると回路抵抗が大きくなるので、その抵抗変化を検出することにより、理論的には、ペルチェモジュールの回路劣化を判断できるはずではあるが、実際には、ペルチェモジュールの回路抵抗は、回路劣化に伴う変動よりも加熱や冷却およびその温度変化量に伴う変動の方が大きいため、ペルチェモジュールの回路抵抗の変化（変動）量を各々検出し、各検出値を判断基準用の値と比較してペルチェモジュールの劣化を判断することは困難である。

それに対し、本発明は、分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出を行い、予め定められた対の分割回路毎の検出値の差または比と予め定めた判断基準値とに基づき、ペルチェモジュールの劣化判断を行うので、加熱や冷却およびその温度変化やその変化量に伴う電気抵抗値変動が生じたときには、それらの変動が各分割回路にそれぞれ生じるために、分割回路毎の検出値の差または比をとることによって前記変動を相殺することができ、前記温度変化等に伴う電気抵抗値変動の影響を受けずに、分割回路の劣化判断を的確に行うことができる。

なお、分割回路同士が互いに直列接続されていれば、分割回路の電気抵抗値が大きくなるにつれて分割回路の駆動電圧が大きくなり、また、分割回路同士が互いに並列接続されていれば、分割回路の電気抵抗値が大きくなるにつれて分割回路の駆動電流が小さくなるといった変動が生じる。

そのため、検出値の差をとった場合には、差の値の大きさや負号によって分割回路の劣化の有無や劣化の程度が分かる。例えば、分割回路Ａ、Ｂにおいて、これらの駆動電圧をＶ_１、Ｖ_２とすると、Ｖ_１−Ｖ_２の値が初期値より許容範囲を超えて大きくなれば、分割回路Ａが劣化し始めていることが分かり、Ｖ_１−Ｖ_２の値が初期値より許容範囲を超えて小さくなれば、分割回路Ｂが劣化し始めていることが分かる。

また、検出値の比をとった場合には、比の値の大きさによって分割回路の劣化の有無や劣化の程度が分かる。例えば、分割回路Ａ、Ｂにおいて、これらの駆動電圧をＶ_１、Ｖ_２とすると、Ｖ_１／Ｖ_２の値が初期値より許容範囲を超えて大きくなれば、分割回路Ａが劣化し始めていることが分かり、Ｖ_１／Ｖ_２の値が初期値より許容範囲を超えて小さくなれば、分割回路Ｂが劣化し始めていることが分かる。

そして、前記検出値の比または差が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断して、劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力することにより、ペルチェモジュールの的確な劣化判断と、その劣化判断されたペルチェモジュールの指摘を行うことができる。

さらに、前記分割回路の劣化判断信号を出力されたときに、この出力を受けて、劣化判断された分割回路の表示や音声、振動等による報知を行う報知手段を設けることにより、利用者は、劣化判断された分割回路を知ることができ、その分割回路を除いてペルチェモジュールの駆動を行えば、ペルチェモジュールの駆動システムの使用途中にペルチェモジュールが破損したとき等に受けるダメージを回避でき、効率のよい駆動システム利用を行うことができる。

また、予め定められた対の分割回路毎の検出値の差または比から前記対の分割回路毎の電気抵抗値の差または比を求めて、この値を抵抗偏差値とし、この抵抗偏差値と予め定めた判断基準抵抗偏差値とに基づいて分割回路の劣化を判断するようにすれば、抵抗偏差値の変化に応じて的確にペルチェモジュール劣化判断を行うことができる。

例えば、直列接続された分割回路Ａ、Ｂにおいて、これらの駆動電圧をＶ_１、Ｖ_２として、この差から電気抵抗値の差をＶ_１−Ｖ_２／Ｉ（Ｉは駆動電流であり、一定である）の式により求めて抵抗偏差値とした場合、その値が初期値より許容範囲を越えて大きくなれば分割回路Ａが劣化し始めていることが分かり、許容範囲を越えて小さくなれば分割回路Ｂが劣化し始めていることが分かる。また、前記分割回路Ａ、Ｂにおいて、これらの駆動電圧をＶ_１、Ｖ_２として、この比から電気抵抗値の差を（Ｖ_１／Ｖ_２）／Ｉ（Ｉは駆動電流で、一定である）の式により求めて抵抗偏差値とした場合、その値が初期値より許容範囲を越えて大きくなれば分割回路Ａが劣化し始めていることが分かり、初期値より許容範囲を越えて小さくなれば分割回路Ｂが劣化し始めていることが分かる。

さらに、劣化が生じていない場合であっても、分割回路毎の検出値の差または比あるいは抵抗偏差値は徐々に変化する可能性があるが、ペルチェモジュールの分割回路の劣化に伴い、単位時間当たりの変化量が劣化判断基準値を越えて大きく変化するので、分割回路毎の検出値の差または比の単位時間当たりの変化量または、該変化量から求められる分割回路毎の抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と、これらの値に関する劣化判断基準値とに基づいて分割回路の劣化を判断するように構成すれば、分割回路の劣化を非常に的確に判断することができる。

さらに、ペルチェモジュールの使用開始時に分割回路毎の検出値の差または比の値を検出し、その検出値の差または比あるいは抵抗偏差値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備えたものにおいては、例えば分割回路の駆動電圧や駆動電流が回路の製造誤差などによって設計値と異なる場合等でも、分割回路毎の検出値の差または比あるいは抵抗偏差値の初期化によって、分割回路の劣化判断をより行いやすくすることができる。

さらに、分割回路の劣化の程度毎に互いに異なるレベルの判断基準値を与えて、該判断基準値に基づき回路の劣化の程度を示す劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力するようにすれば、この出力を報知することにより、劣化の程度を利用者に知らせることができるので、ペルチェモジュールの劣化判断結果の利用をより行いやすくすることができる。

さらに、本発明のペルチェモジュール駆動システムによれば、複数のペルチェモジュールの熱電素子の回路同士を直列に接続した回路に、本発明のペルチェモジュール劣化判断システムを接続しているので、該ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子の回路の劣化を的確に判断することができ、また、前記回路に、隣り合うペルチェモジュール同士を熱電変換素子の回路を通さずに連通させる連通路を設けており、劣化判断された熱電変換素子の回路には電流を流さずに対応する前記連通路に電流を流すことができるので、複数のペルチェモジュールのうちの１つ以上の回路に劣化が生じても、ペルチェモジュール駆動システムの駆動を続行することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１には、本発明に係るペルチェモジュール劣化判断システムの構成がブロック図により模式的に示されている。同図に示すように、本実施形態例のモジュール劣化判断システムは、２つのペルチェモジュール１（１ａ，１ｂ）に、端子１９を介して劣化判断装置１１を接続して形成されている。劣化判断装置１１は、分割回路毎駆動値検出手段２１、時計機構２７、モジュール劣化判断手段２２、劣化回路報知手段２８を有して構成されている。

なお、本実施形態例に適用しているペルチェモジュール１ａ，１ｂは、図５（ａ）に示したタイプのペルチェモジュールであり、互いに等しい又はほぼ等しい能力に形成されている。これらのペルチェモジュール１ａ，１ｂは、直列に接続されて、ペルチェモジュール駆動電源（図示せず）に接続されている。

分割回路毎駆動値検出手段２１は、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路を１つ以上の熱電変換素子５を含む区間毎に複数に分割して成る各分割回路（ここではペルチェモジュール１ａの熱電変換素子５の接続回路とペルチェモジュール１ｂの熱電変換素子５の接続回路）毎の駆動電流または駆動電圧の検出を連続的または断続的に行うものである。

ペルチェモジュール１ａ，１ｂは直列接続されているので、ペルチェモジュール１ａ，１ｂを駆動させたときに、駆動電流は常に一定で、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ電気抵抗値の変化により駆動電圧が変化する。そのため、本実施形態例では、分割回路毎駆動値検出手段２１は、その駆動電圧を、時計機構２７によりタイミングを図って、予め定めたタイミング毎（例えば１０時間毎）に断続的に検出し、その値をモジュール劣化判断手段２２に加える。なお、本実施形態例では、ペルチェモジュール１ａ，１ｂに、それぞれ互いに等しいダミーの抵抗（図示せず）を接続して、分割回路毎駆動値検出手段２１により分割回路毎の駆動電圧を検出している。

モジュール劣化判断手段２２は、駆動値差比検出手段２３、抵抗偏差値算出手段２４、抵抗偏差値比較判断手段２５、判断基準値格納部２６を有している。

駆動値差比検出手段２３は、分割回路毎駆動値検出手段２１から加えられる分割回路毎の駆動電圧または駆動電流（ここでは駆動電圧）の検出値を受けて、予め定められた対の分割回路毎の駆動電圧または駆動電流（ここでは駆動電圧）の検出値の差または比を算出する。この実施形態例では、分割回路はペルチェモジュール１ａの熱電変換素子５の回路とペルチェモジュール１ｂの熱電変換素子５の回路なので、これらの回路の駆動電圧の検出値の差または比を求める。

例えば、ペルチェモジュール１ａの熱電変換素子５の回路の駆動電圧検出値が１０．２Ｖで、ペルチェモジュール１ｂの熱電変換素子５の回路の駆動電圧検出値が９．８Ｖだとすると、これらの差を１０．２−９．８＝０．４というように求め、この値を、抵抗偏差値算出手段２４に加える。なお、上記駆動電圧検出値の比をとる場合には、１０．２／９．８＝１．０４０８・・・となり、予め定めた小数点以下の位（例えば小数点第２位）まで求める。

抵抗偏差値算出手段２４は、上記駆動電圧検出値の差または比の値を受け、この値から前記対の分割回路毎の電気抵抗値の差または比を求めて抵抗偏差値とする。抵抗偏差値算出手段２４は、例えば駆動電圧検出値の差または比を、ここでの駆動電流値（例えば１０Ａ）で割って、抵抗偏差値を算出する。一例として、上記のように、駆動電圧値の比が１．０４の場合、抵抗偏差値は、１．０４／１０＝０．１０４となる。抵抗偏差値算出手段２４は、求めた値を抵抗偏差値比較判断手段２５に加える。

なお、本実施形態例では、ペルチェモジュール１の使用開始時に、予め定められた使用開始時不安定期間を過ぎた後に、分割回路毎駆動値検出手段２１によって、分割回路毎の前記検出値の差または比の値を検出し、抵抗偏差値算出手段２４は、その検出値から求められる抵抗偏差値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備えている。例えば、上記初期値は、分割回路毎の検出値が差の場合は、０、比の場合は１とする。なお、使用開始時不安定期間は、例えば予め定めた１０秒といった適宜の時間としてもよいし、ペルチェモジュール１ａ，１ｂの温度を時々刻々と検出し、その検出温度が安定するまでの時間としてもよい。

抵抗偏差値比較判断手段２５は、抵抗偏差値算出手段２４から加えられる抵抗偏差値を受けて、抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量を求める。本実施形態例では、判断基準値格納部２６に、分割回路の劣化の程度毎に互いに異なる（例えば３つの）レベルの判断基準値が抵抗偏差値の変化量により与えられており、抵抗偏差値比較手段２５は、判断基準値格納部２６に格納されている、分割回路毎の抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量の劣化判断基準値と比較し、前記抵抗偏差値の単位時間当たりの変化が、判断基準値から各レベル毎に許容範囲を越えて外れたときには、回路の劣化の程度を示す劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力する。

例えば、劣化レベルが、１＜２＜３として与えられている場合に、抵抗偏差値の変化量が、１レベルを許容範囲を越えて外れたときには１レベルの劣化判断信号を出力し、さらに、抵抗偏差値の変化量が大きくなって、２レベルを許容範囲を越えて外れたときには２レベルの劣化判断信号を出力し、さらに、抵抗偏差値の変化量が大きくなって、３レベルを許容範囲を越えて外れたときには３レベルの劣化判断信号を出力する。

なお、ペルチェモジュール１の電気抵抗値は、例えば図２の実線に示すように、例えばペルチェモジュール１の温度制御等に応じて大きく変動しながら、時間の経過に伴い、全体として、同図の破線に示すように、少しずつ大きくなっていく。そして、その大きくなる割合が急激に大きくなった後に破損等に至る。そこで、本実施形態例では、上記のように、単位時間毎の前記抵抗偏差値の変化量を求めて、この値を基準値と比較し、ペルチェモジュール１の劣化判断を行うようにし、また、劣化レベルをより分かりやすくするために、レベル毎の劣化判断を行うようにしている。

以上のように、モジュール劣化判断手段２２は、予め定められた対の分割回路毎の検出値の差または比から求められる抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と予め定めた判断基準値とに基づき、前記抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断し、該分割回路の劣化を判断したときには劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力し、劣化回路報知手段２８に加える。

劣化回路報知手段２８は、モジュール劣化判断手段２２から加えられる、分割回路の劣化レベル情報を含む劣化判断信号を受けて、劣化判断された分割回路（つまり、この実施形態例の場合は、ペルチェモジュール１ａかペルチェモジュール１ｂ）が判別できるような表示と、劣化判断信号の劣化レベル情報別の、劣化の程度を示す警告（例えばレベル１の音声信号、レベル２の音声信号、レベル３の音声信号のうちのいずれか）の発信とを行う。

本実施形態例は以上のように構成されており、ペルチェモジュール１の回路抵抗が、回路劣化に伴う変動よりも加熱や冷却およびその温度変化量に伴う変動の方が大きくても、分割回路毎の駆動電圧の検出を行って該検出値の差または比から抵抗偏差値を求め、この抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と予め定めた判断基準値とに基づき、ペルチェモジュールの劣化判断を行うので、加熱や冷却およびその温度変化量に伴う電気抵抗値変動が生じても、その影響を受けずに、分割回路の劣化判断を的確に行うことができる。

また、本実施形態例によれば、前記分割回路の劣化を、ペルチェモジュール１ａ，１ｂの表示と、その劣化の程度を示す劣化レベルが分かる音声により報知することにより、劣化の程度を利用者に的確に知らせることができる。

次に、本発明に係るペルチェモジュール駆動システムの一実施形態例について、図３に基づいて説明する。このペルチェモジュール駆動システムは、複数のペルチェモジュール１（１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・）の熱電変換素子５の回路同士が直列に接続されている回路に、さらに、隣り合うペルチェモジュール１同士を、熱電変換素子５の回路を通さずに連通させる連通路としてのバイパス路４を設けて形成されている。そして、該バイパス路４と熱電変換素子５の回路のいずれかに電流を流して複数のペルチェモジュール１のうち１つ以上に電流を流すペルチェモジュール駆動回路が形成されている。

なお、図３では、図の簡略化のために、ペルチェモジュール駆動電源１３と各ペルチェモジュール１との接続状態は省略して示している。また、本実施形態例において、各ペルチェモジュール１は、互いに等しい又はほぼ等しい能力に形成された図５（ａ）タイプのペルチェモジュールを適用している。

本実施形態例のペルチェモジュール駆動回路には上記実施形態例のペルチェモジュール劣化判断システムとほぼ同様のシステムが接続されている。なお、上記実施形態例のペルチェモジュール劣化判断システムは、２つのペルチェモジュール１ａ，１ｂの劣化判断を行うように構成されていたが、本実施形態例のペルチェモジュール駆動システムに設けられているペルチェモジュール劣化判断システムは、本実施形態例に設けられているペルチェモジュール１の数に対応させて、各ペルチェモジュール１の熱電変換素子５の回路の劣化と、その劣化レベルの検出を行えるように構成されており、それぞれのペルチェモジュール１に劣化判断装置１１が接続されている。なお、図３においては、劣化判断装置１１とペルチェモジュール１との接続状態も、図の簡略化のために省略している。

さらに、本実施形態例では、ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子５の回路の劣化が判断されたときに、劣化判断された熱電変換素子５の回路には電流を流さずに、対応するバイパス路４に電流を流す電流経路切替手段１５を有しており、電流経路切替手段１５は、各バイパス路４のスイッチ１４に接続されている。

本実施形態例では、例えば、全てのペルチェモジュールを、それぞれのペルチェモジュール１の最大能力よりも小さい能力で駆動できるようにペルチェモジュール駆動システムを設計し、通常は、全てのバイパス路４のスイッチ１４はオフとしてバイパス路４には電流を流さずに、全てのペルチェモジュール１を駆動する。

そして、ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子５の回路の劣化が判断されたときには、電流経路切替手段１５が、対応するバイパス路４のスイッチをオンし（例えばペルチェモジュール１ｂの熱電変換素子５の劣化が判断されたときには、バイパス路４ｂのスイッチ１４ｂをオンし）、そのバイパス路４ｂに電流を流すことにより、劣化判断された熱電変換素子５の回路には電流を流さずに、他のペルチェモジュール１を、前記能力より大きめの能力で駆動する。このことにより、システム全体としては、電流経路切り替え前と同様の能力が得られる状態にする。

本実施形態例によれば、ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子５の回路の劣化を的確に判断することができ、この劣化が判断されたときには、劣化判断された熱電変換素子５の回路には電流を流さずに対応するバイパス路４に電流を流すことにより、的確に、ペルチェモジュール駆動システムの駆動を続行することができる。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、複数のペルチェモジュール１を直列接続してペルチェモジュール劣化判断システムやペルチェモジュール駆動システムを形成したが、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように、１つのペルチェモジュール１に中間タップ１８を設けて、１つのペルチェモジュール１の熱電変換素子５の回路を、１つ以上の熱電変換素子を含む区間毎に複数に分割した分割回路を形成してもよい。

また、上記各実施形態例では、互いに等しい又はほぼ等しい能力の複数のペルチェモジュール１を直列に接続してペルチェモジュール劣化判断システムやペルチェモジュール駆動システムを構成したが、接続するペルチェモジュール１は互いに異なる能力を有するものとしてもよいし、３つ以上のペルチェモジュール１を接続する場合には、互いに等しい又はほぼ等しい能力のペルチェモジュール１と異なる能力のペルチェモジュール１が混在していてもよい。これらの場合には、ペルチェモジュール１の能力に対応させて、ペルチェモジュール劣化判断の基準となる判断基準値を決定し、与えることにより、上記実施形態例と同様の効果を奏することができる。

さらに、上記各実施形態例では、ペルチェモジュール劣化判断システムは、劣化レベル毎の判断基準値に基づき回路の劣化の程度を示す劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力するようにしたが、劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力するのではなく、１つの判断基準値に基づいて分割回路の劣化を判断し、劣化判断信号を出力するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態例では、抵抗偏差値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備える構成としたが、この初期化の機能は省略することもできる。

さらに、上記ペルチェモジュール劣化判断システムは、ペルチェモジュール１を直列に接続し、分割回路毎駆動値検出手段２１が分割回路毎の駆動電圧を検出し、この検出値に基づいて、対の分割回路毎の抵抗偏差値を求めたが、ペルチェモジュール１を並列に接続する場合は、分割回路毎駆動値検出手段２１が分割回路毎の駆動電流を検出し、この検出値に基づいて、対の分割回路毎の抵抗偏差値を求めるようにするとよい。

さらに、上記各実施形態例では、分割回路毎駆動値検出手段２１は、対の分割回路毎の駆動電圧を断続的に検出したが、分割回路毎駆動値検出手段２１は、駆動電圧や駆動電流を連続的に検出するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態例では、モジュール判断劣化手段２２は、分割回路毎の抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と劣化判断基準値とに基づいて分割回路の劣化を判断したが、モジュール劣化判断手段２２は、予め定められた対の分割回路毎の検出値の差または比から前記対の分割回路毎の抵抗偏差値を求め、この抵抗偏差値と予め定めた判断基準抵抗偏差値とに基づいて分割回路の劣化を判断するようにしてもよい。

さらに、抵抗偏差値を求めずに、対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比と予め定めた判断基準値とに基づき、前記検出値の差または比が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断し、該分割回路の劣化を判断したときには劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力するようにしてもよい。

また、駆動電流または駆動電圧の差または比の単位時間当たりの変化量の劣化判断基準値を予め与えておき、モジュール劣化判断手段２２は、分割回路毎駆動値検出手段２１が検出した分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比の単位時間当たりの変化量と劣化判断基準値とに基づいて分割回路の劣化を判断するようにしてもよい。

これらのように、抵抗偏差値を求めずに、分割回路毎の駆動電流や駆動電圧ならびにその単位時間当たりの変化量に基づいて分割回路の劣化を判断する場合も、ペルチェモジュール１の使用開始時に分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比の値を検出し、その検出値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備える構成とすることが好ましいが、この初期化の機能を備えない構成としてもよい。

さらに、上記実施形態例では、ペルチェモジュール劣化判断システムやペルチェモジュール駆動システムに、図５（ａ）に示したタイプのペルチェモジュール１を適用したが、図５（ｂ）に示すタイプのペルチェモジュールを適用してペルチェモジュール劣化判断システムやペルチェモジュール駆動システムを形成してもよいし、それ以外のタイプのペルチェモジュールを適用してもよく、適用するペルチェモジュールのタイプは特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。

本発明に係るペルチェモジュール劣化判断システムの一実施形態例の制御構成を模式的に示すブロック図である。 ペルチェモジュールの電気抵抗値の時系列的変化例を模式的に示すグラフである。 本発明に係るペルチェモジュール駆動システムの一実施形態例の構成例を模式的に示すブロック図である。 その他の実施形態例のペルチェモジュール劣化判断システムに適用されるペルチェモジュールの分割回路形成例を示す説明図である。 ペルチェモジュールの代表例を模式的に示す説明図である。 ペルチェモジュールの熱的動作例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ １ａ，１ｂ，１ｃ ペルチェモジュール
４ バイパス路
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６，７ 絶縁性基板
１１ 劣化判断装置
１４ スイッチ
１５ 電流経路切替手段
２１ 分割回路毎駆動値検出手段
２２ モジュール劣化判断手段
２３ 駆動値差比検出手段
２４ 抵抗偏差値算出手段
２５ 抵抗偏差値比較判断手段
２６ 判断基準格納部
２８ 劣化回路報知手段

Claims (6)

1. Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とが互いに間隔を介して複数配置され、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を直列に接続して複数の熱電変換素子の接続回路が形成されているペルチェモジュールの劣化判断システムであって、熱電変換素子の接続回路を１つ以上の熱電変換素子を含む区間毎に複数に分割して成る各分割回路毎の駆動電流または駆動電圧を連続的または断続的に検出する分割回路毎駆動値検出手段と、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比と予め定めた判断基準値とに基づき、前記検出値の差または比が前記判断基準値から許容範囲を越えて外れたときには分割回路の劣化を判断し、該分割回路の劣化を判断したときには劣化が判断された分割回路の劣化判断信号を出力するモジュール劣化判断手段とを有することを特徴とするペルチェモジュール劣化判断システム。
2. モジュール劣化判断手段は、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比から前記対の分割回路毎の電気抵抗値の差または比を求めてこの値を抵抗偏差値とし、この抵抗偏差値と予め定めた判断基準抵抗偏差値とに基づいて分割回路の劣化を判断することを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール劣化判断システム。
3. 駆動電流または駆動電圧の差または比あるいは抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量の劣化判断基準値が予め与えられており、モジュール劣化判断手段は、予め定められた対の分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比の単位時間当たりの変化量または前記対の分割回路毎の抵抗偏差値の単位時間当たりの変化量と前記劣化判断基準値とに基づいて分割回路の劣化を判断することを特徴とする請求項１または請求項２記載のペルチェモジュール劣化判断システム。
4. ペルチェモジュールの使用開始時に分割回路毎の駆動電流または駆動電圧の検出値の差または比の値を検出し、予め定められた対の分割回路毎の前記検出値の差または比あるいは抵抗偏差値を予め定められた初期値に補正して検出値の初期化を行う機能を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載のペルチェモジュール劣化判断システム。
5. モジュール劣化判断手段には分割回路の劣化の程度毎に互いに異なるレベルの判断基準値が与えられ、前記モジュール劣化判断手段は前記判断基準値に基づき回路の劣化の程度を示す劣化レベル情報を含む劣化判断信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のペルチェモジュール劣化判断システム。
6. 複数のペルチェモジュールの熱電素子の回路同士が直列に接続されている回路に、さらに、隣り合うペルチェモジュール同士を熱電変換素子の回路を通さずに連通させる連通路が設けられて、該連通路と前記熱電変換素子の回路のいずれかに電流を流して前記複数のペルチェモジュールのうち１つ以上に電流を流すペルチェモジュール駆動回路が形成されており、該ペルチェモジュール駆動回路には請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のペルチェモジュール劣化判断システムが接続されて、該ペルチェモジュール劣化判断システムにより熱電変換素子の回路の劣化が判断されたときには、劣化判断された熱電変換素子の回路には電流を流さずに対応する前記連通路に電流を流す電流経路切替手段を有することを特徴とするペルチェモジュール駆動システム。

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