JP2019049377A - 温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流通経路を流れる液体を冷却又は加熱するペルチェモジュールの効率を向上させるための仕組みを備える温調装置を提供する。【解決手段】流路蓄熱ブロックは、液体が流通する温調経路を取り囲むように形成されており、熱移動によって液体を冷却又は加熱する。温調用ペルチェモジュールは、流路蓄熱ブロックとの間で吸排熱を行うように流路蓄熱ブロックの外周面に接触する第１の面と、第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動を行う。補助蓄熱ブロックは、温調用ペルチェモジュールの第２の面との間で熱移動が生じるように第２の面に接触して配置される。補助用ペルチェモジュールは、補助蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱する動作を行う。制御部は、流路蓄熱ブロックを第１目標温度に維持させるべく、温調用ペルチェモジュールを動作させ、補助蓄熱ブロックを第２目標温度に維持させるべく、補助ペルチェモジュールを動作させる。【選択図】 図１

Description

本開示は、流通経路を流れる液体をペルチェモジュールによって冷却又は加熱する温調装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載の電気温水器等のように、液体の温度を調節する温調装置では、タンクに貯留した液体を加熱又は冷却するタンク式が主流であった。

特開２００７−２２５２５１号公報

近年では、タンク式より衛生的に優れるとの観点から、液体をタンクに貯留することなく、液体が流通経路を流通する過程でダイレクトに温度調節を行う方法が望まれていた。液体が流通経路を流通する過程でダイレクトに温度調節を行う方法において、必要な流量を確保しながら温度調節を達成するためには、短時間に大きな熱量を交換する仕組みが必要になる。このような用途において、流通経路を流れる液体を冷却又は加熱するための熱源としてペルチェモジュールを用いる構造を考える場合、多数のペルチェモジュールを使用することもさることながら、個々のペルチェモジュールにおける熱移動の効率を高めることが肝要である。

しかしながら、ペルチェモジュールは、継続して通電することにより吸熱側の面と排熱側の面との温度差が大きくなると、排熱側から吸熱側へ向かって逆流する熱量が大きくなり、熱移動の効率が低下するという性質がある。そのため、流通経路を流れる液体を迅速かつ継続的に冷却又は加熱する上で不利となるという問題がある。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、流通経路を流れる液体を冷却又は加熱するペルチェモジュールの効率を向上させるための仕組みを備える温調装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る温調装置は、温度調節の対象となる液体が流れる流通経路中に介在し、当該流通経路から導入した液体に対して冷却又は加熱による温度調節を行うものである。この温調装置は、温調経路と、流路蓄熱ブロックと、温調用ペルチェモジュールと、補助蓄熱ブロックと、温調補助部と、第１計測部と、第２計測部と、制御部とを備える。

温調経路は、流通経路から液体が導入され、その導入された液体が一定距離にわたって流通した後、流通経路に排出されるように構成されている。流路蓄熱ブロックは、温調経路を取り囲むように形成され、当該温調経路を流通する液体との間で生じる熱移動によって当該液体を冷却又は加熱する蓄熱部材である。温調用ペルチェモジュールは、流路蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱を行うように当該流路蓄熱ブロックの外周面に接触する第１の面と、当該第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動を実施可能に構成されている。

補助蓄熱ブロックは、温調用ペルチェモジュールの第２の面との間で熱移動が生じるように当該第２の面に接触して配置された蓄熱部材である。温調補助部は、補助蓄熱ブロックの外周面に接触して配置され、当該補助蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱する動作を実施可能に構成されている。第１計測部は、流路蓄熱ブロックの温度を計測するように構成されている。第２計測部は、補助蓄熱ブロックの温度を計測するように構成されている。

制御部は、温調用ペルチェモジュールによる吸熱又は排熱の動作、及び温調補助部による吸熱又は排熱の動作を制御するように構成されている。この制御部は、第１計測部で計測される温度を、液体の温度調節の目標温度に応じて定められた第１目標温度に維持させるべく、温調用ペルチェモジュールを動作させるように構成されている。また、制御部は、第２計測部で計測される温度を、第１目標温度とは異なる所定の第２目標温度に維持させるべく、温調補助部を動作させるように構成されている。

このような構成によれば、温調補助部によって補助蓄熱ブロックを十分に冷却又は加熱しておくことで、温調用ペルチェモジュールの吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和し、温調用ペルチェモジュール内を逆流する熱量を低減できる。これにより、温調用ペルチェモジュールの熱移動の効率が向上するので、流路蓄熱ブロックを必要な温度に迅速かつ安定的に維持し、十分な量の液体を継続して温度調節することができる。

また、本開示の温調装置においては、次のように構成されていてもよい。すなわち、温調装置は、温調補助部として補助用ペルチェモジュールを備える。この補助用ペルチェモジュールは、補助蓄熱ブロックの外周面に接触して配置され、当該補助蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱する動作を実施可能に構成されたペルチェモジュールである。このように、本開示の温調装置は、温調用ペルチェモジュールと補助用ペルチェモジュールとを、補助蓄熱ブロックを介して連結した構成によって実施可能である。

また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、液体を冷却する場合、制御部は、第１計測部で計測される温度を、液体の凍結温度よりも高い所定の第１目標温度に維持させるべく、温調用ペルチェモジュールを動作させる。また、第２計測部で計測される温度を、第１目標温度よりも低い所定の第２目標温度に維持させるべく、前記温調補助部を動作させる。

液体を迅速に冷却するという観点からは、流路蓄熱ブロックの温度を可能な限り低く維持することが望ましい。しかしながら、流路蓄熱ブロックの温度を液体の凍結温度よりも低くしてしまうと、温調経路内で液体が凍結するおそれがある。そのため、温調経路内で液体が凍結することを防止するため、流路蓄熱ブロックの目標温度である第１目標温度は、液体の凍結温度よりも高い温度に設定されることが好ましい。

一方、補助蓄熱ブロックは、液体を直接冷却する構造になっておらず、たとえ補助蓄熱ブロックが液体の凍結温度よりも低い温度になったとしても、流路蓄熱ブロック内の液体が凍結するおそれはない。そこで、補助蓄熱ブロックの目標温度である第２目標温度は、液体の凍結温度に関わらず、流路蓄熱ブロック１１の目標温度である第１目標温度よりも低い温度に設定できる。このようにすることで、温調用ペルチェモジュールの排熱側の面をより効果的に冷却することができるようになる。

また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、液体を加熱する場合、制御部は、第１計測部で計測される温度を、液体の沸騰温度よりも低い所定の第１目標温度に維持させるべく、温調用ペルチェモジュールを動作させる。また、第２計測部で計測される温度を、第１目標温度よりも高い所定の第２目標温度に維持させるべく、温調補助部を動作させる。

液体を迅速に加熱するという観点からは、流路蓄熱ブロックの温度を可能な限り高く維持することが望ましい。しかしながら、流路蓄熱ブロックの温度を液体の沸騰温度よりも高くしてしまうと、温調経路内で液体が沸騰するおそれがある。そのため、温調経路内で液体が沸騰することを防止するため、流路蓄熱ブロックの目標温度である第１目標温度は、液体の沸騰温度よりも低い温度に設定されることが好ましい。

一方、補助蓄熱ブロックは、液体を直接加熱する構造になっておらず、たとえ補助蓄熱ブロックが液体の沸騰温度よりも高い温度になったとしても、流路蓄熱ブロック内の液体が沸騰するおそれはない。そこで、補助蓄熱ブロックの目標温度である第２目標温度は、液体の沸騰温度に関わらず、流路蓄熱ブロック１１の目標温度である第１目標温度よりも高い温度に設定できる。このようにすることで、温調用ペルチェモジュールの吸熱側の面をより効果的に加熱することができるようになる。

温調装置の構成を表すブロック図。 温調装置の構成要素を表す斜視図。 流路蓄熱ブロックを冷却する際の熱移動の概要を表す説明図。 流路蓄熱ブロックを加熱する際の熱移動の概要を表す説明図。 制御部が実行するメイン処理の手順を表すフローチャート。 温調用ペルチェモジュールの制御処理の手順を表すフローチャート。 補助用ペルチェモジュールの制御処理の手順を表すフローチャート。 温度監視処理の手順を表すフローチャート。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本開示は下記の実施形態に限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
［温調装置の構成の説明］
実施形態の温調装置１の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。温調装置１は、温調対象物となる液体が流れる流通経路中に介在し、その流通経路から導入した液体を冷却又は加熱するための装置である。図１、図２に例示されるとおり、温調装置１は、流通経路から液体を導入して再び流通経路へと排出する間に一定距離にわたって液体を流通させる温調経路１０と、温調経路１０を取り囲む蓄熱部材である流路蓄熱ブロック１１とを備える。また、温調装置１は、温調用ペルチェモジュール１２と、補助蓄熱ブロック１４と、補助用ペルチェモジュール１６と、ヒートシンク１８と、送風機２０と、第１センサ２２と、第２センサ２４と、制御部２６と、報知部２８とを備える。

温調経路１０は、流通経路から導入された液体が流通可能な流路断面積を有する細長い流路である。また、温調経路１０は、図２に例示されるように、液体を導入箇所から排出箇所までの間に、何重にも折り返して流路蓄熱ブロック１１内を往復している。温調経路１０が流路蓄熱ブロック１１内を往復することにより、温調経路１０が長くなって液体と温調経路１０との接触面積が大きくなる。そのため、液体が温調経路１０を流れて排出されるまでの過程において、液体と流路蓄熱ブロック１１との間で十分な熱移動が行われ、液体が目的の温度に速やかに冷却又は加熱されるようになっている。

流路蓄熱ブロック１１は、温調経路１０を流れる液体との間で生じる熱移動によって液体を冷却又は加熱する蓄熱部材である。流路蓄熱ブロック１１の材料は、例えば、用途により要求される清潔さや製造コスト等の要件に応じて、ステンレス鋼やアルミニウムを用いることが考えられる。また、温調経路１０をアルミニウムや樹脂の管路で構成し、その温調経路１０をアルミニウムのブロックで挟み込むような構成であってもよい。

図２の事例では、流路蓄熱ブロック１１の本体１１ａの表面に彫られた溝により温調経路１０が形成されており、本体１１ａの表面において温調経路１０の上部が開放された構造となっている。そのため、蓋１１ｂにより温調経路１０の上部を封鎖する構成を採用している。この場合、蓋１１ｂには、本体１１ａと外部とを断熱する作用に優れた材料を用いるとよい。あるいは、図２の事例とは別に、流路蓄熱ブロック１１内に閉鎖された管路からなる温調経路１０を形成する構成であってもよい。

温調用ペルチェモジュール１２及び補助用ペルチェモジュール１６は、ペルチェ効果を発揮する板状の電子部品である。温調用ペルチェモジュール１２及び補助用ペルチェモジュール１６は、直流電流を流すと板状の一方の面が吸熱し反対側の面が発熱する。また、温調用ペルチェモジュール１２及び補助用ペルチェモジュール１６は、電流の極性を反転させると吸熱側の面と発熱側の面との関係が反転する。この性質を利用して、温調装置１は、温調対象物である液体に対する冷却及び加熱両方の温度制御を選択的に実現できる。

温調用ペルチェモジュール１２は、温調対象物である液体と熱交換を行う流路蓄熱ブロック１１を直接冷却又加熱する用途に用いられる。具体的には、温調用ペルチェモジュール１２は、第１の面が流路蓄熱ブロック１１の外周面に接触するように設けられ、流路蓄熱ブロック１１との間で吸熱又は排熱を行う。なお、温調装置１が備える温調用ペルチェモジュール１２の数は、必要とされる温調能力に応じて１つであっても複数であってもよい。

温調用ペルチェモジュール１２の第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動が生じるように、この第２の面に接触して補助蓄熱ブロック１４が配置されている。この補助蓄熱ブロック１４は、温調用ペルチェモジュール１２による熱移動の効率を向上させる用途に用いられる。補助蓄熱ブロック１４は、例えば、ステンレス鋼等の蓄熱性に優れる材料で構成される蓄熱部材である。あるいは、蓄冷・蓄熱性を重視する観点から、熱伝導率が小さく比熱が大きい蓄熱材料であれば、ステンレス鋼に限らない。

この補助蓄熱ブロック１４と温調用ペルチェモジュール１２の第２の面との間で熱移動が行われることで、温調用ペルチェモジュール１２の第１の面と第２の面との温度差が緩和されるようになっている。そのために補助蓄熱ブロック１４が備えるべき熱容量としては、例えば、温調経路１０に液体を連続的に流すことを想定している期間において、温調用ペルチェモジュール１２の温度差を緩和するために必要な熱量を賄うことができる熱容量とすることが考えられる。

補助用ペルチェモジュール１６は、第１の面が補助蓄熱ブロック１４の外周面に接触するように設けられ、補助蓄熱ブロック１４との間で吸熱又は排熱を行う。具体的には、補助用ペルチェモジュール１６は、温調用ペルチェモジュール１２と補助蓄熱ブロック１４との間で行われる熱移動とは逆方向の熱移動を補助蓄熱ブロック１４との間で行い、補助蓄熱ブロック１４の温度を必要な温度に維持するように制御される。なお、温調装置１が備える補助用ペルチェモジュール１６の数は、必要とされる温調能力に応じて１つであっても複数であってもよい。

補助用ペルチェモジュール１６の第１の面の裏側の面である第２の面には、放熱・吸熱を行う部材であるヒートシンク１８が取付けられている。このヒートシンク１８により、補助用ペルチェモジュール１６の第２の面における排熱又は吸熱が促進される。また、ヒートシンク１８は、熱交換の効率を向上させるために突起状の構造であるフィンを多数備えており、広い表面積を有する。また、ヒートシンク１８のフィンに向けて送風機２０が配置されている。この送風機２０は、ヒートシンク１８のフィンに向けて外気を強制的に送るように構成されている。これにより、ヒートシンク１８による熱交換の効率を向上させることができる。

第１センサ２２は、流路蓄熱ブロック１１の温度を計測するように構成された温度センサである。第１センサ２２が、本開示における第１計測部に相当する。第１センサ２２は、例えば、流路蓄熱ブロック１１の外周面に取付けられていてもよいし、流路蓄熱ブロック１１に内蔵されていてもよい。あるいは、温調用ペルチェモジュール１２の第１の面側に取付けられていてもよい。

第２センサ２４は、補助蓄熱ブロック１４の温度を計測するように構成された温度センサである。第２センサ２４が、本開示における第２計測部に相当する。第２センサ２４は、例えば、補助蓄熱ブロック１４の外周面に取付けられていてもよいし、補助蓄熱ブロック１４に内蔵されていてもよい。あるいは、補助用ペルチェモジュール１６の第１の面側に取付けられていてもよい。ただし、補助蓄熱ブロック１４の上方に熱交換の対象である温調用ペルチェモジュール１２が配置されている関係上、補助蓄熱ブロック１４の上面側に配置されていることが好ましい。

制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２、補助用ペルチェモジュール１６、送風機２０、及び報知部２８を制御する電子制御装置である。制御部２６は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、入出力インタフェース等を中心に構成されたコンピュータシステムとしての機能が集約されたマイクロコントローラ等により具現化される。制御部２６の機能は、ＣＰＵがＲＯＭや半導体メモリ等の実体的な記憶媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。なお、制御部２６を構成するマイクロコントローラの数は１つでも複数でもよい。

制御部２６は、第１センサ２２により測定される温度に基づいて温調用ペルチェモジュール１２に供給する駆動電流を制御することにより、流路蓄熱ブロック１１の温度を冷却又は加熱すべき所与の目標温度に維持する。これにより、流路蓄熱ブロック１１内の温調経路１０を流れる液体の冷却又は加熱が実現する。

また、制御部２６は、第２センサ２４により測定される温度に基づいて補助用ペルチェモジュール１６に供給する駆動電流を制御することにより、補助蓄熱ブロック１４の温度を冷却又は加熱すべき所与の目標温度に維持する。これにより、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱側の面と排熱側の面との温度差が緩和される。

また、制御部２６は、第１センサ２２及び第２センサ２４により測定される温度に基づいて、流路蓄熱ブロック１１及び補助蓄熱ブロック１４の温度の適否の状態を表す情報を、報知部２８を用いて提示する。報知部２８は、流路蓄熱ブロック１１及び補助蓄熱ブロック１４の温度の適否の状態を表す情報を出力するユーザインタフェースである。この報知部２８は、例えば、温度の適否の状態を表すインジケータランプを備えた表示装置等で具現化される。

図３は、温調装置１により温調対象物である液体を冷却する場合における、温調用ペルチェモジュール１２及び補助用ペルチェモジュール１６の熱移動の様子を模式的に表した図である。図３において、符号１２ａは、温調用ペルチェモジュール１２が流路蓄熱ブロック１１と接する側の面を示している。この面１２ａが、本開示における第１の面に相当する。符号１２ｂは、温調用ペルチェモジュール１２が補助蓄熱ブロック１４と接する側の面を示している。この面１２ｂが、本開示における第２の面に相当する。また、符号１６ａは、補助用ペルチェモジュール１６が補助蓄熱ブロック１４と接する側の面を示している。符号１６ｂは、補助用ペルチェモジュール１６が補助蓄熱ブロック１４と接する側の面と反対側の面を示している。

温調対象物である液体を冷却する場合、制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２の面１２ａを吸熱側、反対側の面１２ｂを排熱側として動作させて流路蓄熱ブロック１１を冷却する。同じく、制御部２６は、補助用ペルチェモジュール１６の面１６ａを吸熱側、反対側の面１６ｂを排熱側として動作させて補助蓄熱ブロック１４を冷却する。

Ｑ_ｃ１は、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱面１２ａからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ_１は、温調用ペルチェモジュール１２に入力される電力（Ｗ）である。Ｑ_ｈ１は、温調用ペルチェモジュール１２の排熱面１２ｂからの排熱量（Ｗ）である。これらのＱ_ｃ１、Ｐ_１及びＱ_ｈ１の間には、次の式（１）が成り立つ。
Ｑ_ｈ１＝Ｑ_ｃ１＋Ｐ-_１ （１）
一方、Ｑ_ｃ２は、補助用ペルチェモジュール１６の吸熱面１６ａからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ_２は、補助用ペルチェモジュール１６に入力される電力（Ｗ）である。Ｑ_ｃ２は、補助用ペルチェモジュール１６の排熱面１６ｂからの排熱量（Ｗ）である。これらのＱ_ｃ２、Ｐ_２及びＱ_ｈ２の間には、次の式（２）が成り立つ。
Ｑ_ｈ２＝Ｑ_ｃ２＋Ｐ_２ （２）
流路蓄熱ブロック１１を速やかに冷却し、液体の冷却に必要な低温状態を継続的に維持するためには、温調用ペルチェモジュール１２のＱ_ｃ１を極力大きく維持することが肝要である。しかしながら、吸熱面１２ａの温度が下がり、排熱面１２ｂの温度が上がって両者の温度差が増大し、排熱面１２ｂ側から吸熱面１２ａ側へと逆流する熱量が大きくなるにつれて、Ｑ_ｃ１は次第に低下する。

流路蓄熱ブロック１１に対して必要な冷却速度を達成するのに最低限必要なＱ_ｃ１を維持するためには、吸熱面１２ａと排熱面１２ｂとの温度差を、許容される最大の温度差よりも小さくする必要がある。そこで、温調用ペルチェモジュール１２の排熱面１２ｂを、補助用ペルチェモジュール１６によって予め冷却された補助蓄熱ブロック１４で冷却することで、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱面１２ａと排熱面１２ｂとの温度差を緩和できる。

温調対象物である液体を長時間にわたって流通させながら連続的に冷却する場合、流路蓄熱ブロック１１の温度上昇を抑制するために、温調用ペルチェモジュール１２が連続的に稼働する状況が想定される。そのような状況では、補助蓄熱ブロック１４に蓄えられている冷熱が急速に失われる。補助蓄熱ブロック１４の温度上昇を抑制するためには、補助蓄熱ブロック１４が温調用ペルチェモジュール１２からの吸熱することにより失われる冷熱を不足なく補うように補助用ペルチェモジュール１６を稼働させる必要がある。温調装置１において液体を流通させながら長時間にわたって安定的に冷却することを実現するためには、次の式（３）のような関係が成立するように、制御部２６が補助用ペルチェモジュール１６を駆動することが望ましい。
Ｑ_ｃ２＞Ｑ_ｈ１、すなわち、Ｑ_ｃ２＞Ｑ_ｃ１＋Ｐ_１ （３）
つぎに、図４は、温調装置１により温調対象物である液体を加熱する場合における、温調用ペルチェモジュール１２及び補助用ペルチェモジュール１６の熱移動の様子を模式的に表した図である。温調対象物である液体を加熱する場合、制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２の面１２ａを排熱側、反対側の面１２ｂを吸熱側として動作させる。同じく、制御部２６は、補助用ペルチェモジュール１６の面１６ａを排熱側、反対側の面１６ｂを吸熱側として動作させる。

Ｑ_ｈ１は、温調用ペルチェモジュール１２の排熱面１２ａからの排熱量（Ｗ）である。Ｑ_ｃ１は、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱面１２ｂからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ_１は、温調用ペルチェモジュール１２に入力される電力（Ｗ）である。これらのＱ_ｈ１、Ｑ_ｃ１及びＰ_１の間には、上述の式（１）が成り立つ。

一方、Ｑ_ｈ２は、補助用ペルチェモジュール１６の排熱面１６ａからの排熱量（Ｗ）である。Ｑ_ｃ２は、補助用ペルチェモジュール１６の吸熱面１６ｂからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ_２は、補助用ペルチェモジュール１６に入力される電力（Ｗ）である。これらのＱ_ｃ２、Ｐ_２及びＱ_ｈ２の間には、上述の式（２）が成り立つ。

流路蓄熱ブロック１１を速やかに加熱し、液体の加熱に必要な高温状態を継続的に維持するためには、温調用ペルチェモジュール１２のＱ_ｈ１を極力大きく維持することが肝要である。しかしながら、排熱面１２ａの温度が上がり、吸熱面１２ｂの温度が下がって両者の温度差が増大し、排熱面１０ａ側から吸熱面１０ｂ側へと逆流する熱量が大きくなるにつれて、Ｑ_ｈ１は次第に低下する。

流路蓄熱ブロック１１に対して必要な加熱速度を達成するのに最低限必要なＱ_ｈ１を維持するためには、排熱面１２ａと吸熱面１２ｂとの温度差を、許容される最大の温度差よりも小さくする必要がある。そこで、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱面１２ｂを、補助用ペルチェモジュール１６によって予め加熱された補助蓄熱ブロック１４で加熱することで、温調用ペルチェモジュール１２の排熱面１２ａと吸熱面１２ｂとの温度差を緩和できる。

温調対象物である液体を長時間にわたって流通させながら連続的に加熱する場合、流路蓄熱ブロック１１の温度低下を抑制するために、温調用ペルチェモジュール１２が連続的に稼働する状況が想定される。そのような状況では、補助蓄熱ブロック１４に蓄えられている熱が急速に失われる。補助蓄熱ブロック１４の温度低下を抑制するためには、温調用ペルチェモジュール１２により吸熱されることで失われる熱を不足なく補うように補助用ペルチェモジュール１６を稼働させる必要がある。温調装置１において液体を流通させながら長時間にわたって安定的に加熱することを実現するためには、次の式（４）のような関係が成立するように、制御部２６が補助用ペルチェモジュール１６を駆動することが望ましい。
Ｑ_ｈ２＞Ｑ_ｃ１、すなわち、Ｑ_ｈ２＞Ｑ_ｈ１−Ｐ_１ （４）
したがって、補助用ペルチェモジュール１６には、上記式（３）及び式（４）で表される熱移動量を実現可能な能力を有するデバイスを適用することが望ましい。

［メイン処理の説明］
制御部２６が、内蔵のメモリに格納されたプログラムに従って実行するメイン処理の手順について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。このメイン処理は、温調装置１の電源がオンにされることで実行される。

Ｓ１０では、制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２に関する制御処理（図６参照）を実行する。温調用ペルチェモジュール１２に関する制御処理についての詳細な説明は後述する。Ｓ２０では、制御部２６は、補助用ペルチェモジュール１６に関する制御処理（図７参照）を実行する。補助用ペルチェモジュール１６に関する制御処理についての詳細な説明は後述する。Ｓ３０では、制御部２６は、温度監視処理（図８参照）を実行する。この温度監視処理についての詳細な説明は後述する。

Ｓ４０では、制御部２６は、温調装置１の電源をオフにする指示を受付けたか否かを判定する。温調装置１の電源をオフにする指示を受付けていない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、制御部２６はＳ４０の処理を繰返す。制御部２６は、電源をオフにする指示を受付けていない間、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０において開始された処理を継続する。一方、温調装置１の電源をオフにする指示を受付けた場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、制御部２６は処理をＳ５０に移す。Ｓ５０では、制御部２６は、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０において開始した各制御処理を停止する。

［温調用ペルチェモジュールの制御処理の説明］
制御部２６が実行する、温調用ペルチェモジュール１２に関する制御処理について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。温調用ペルチェモジュール１２に関する制御処理は、上述のメイン処理のＳ１０において開始される処理である。

Ｓ１００では、制御部２６は、第１センサ２２による流路蓄熱ブロック１１の温度の計測結果を取得する。Ｓ１０２では、制御部２６は、Ｓ１００において取得された流路蓄熱ブロック１１の温度が、所与の第１目標温度に到達しているか否かを判定する。なお、温調装置１が温調対象物である液体を冷却する局面においては、液体が凍結することを防止する観点から、第１目標温度を液体の凍結温度以上の任意の温度に設定することが考えられる。例えば、温調対象物が水である場合、第１目標温度を０℃程度に設定する。

また、温調装置１が温調対象物である液体を加熱する局面においては、液体の沸騰を防止する観点から、第１目標温度を液体の沸騰温度以下の任意の温度に設定することが考えられる。例えば、温調対象物が水である場合、第１目標温度を１００℃程度に設定する。 流路蓄熱ブロック１１の温度が第１目標温度に到達していない場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、制御部２６は処理をＳ１０４に移す。Ｓ１０４では、制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２に通電を行い、流路蓄熱ブロック１１に対する冷却動作又は加熱動作を行う。具体的には、温調装置１が温調対象物である液体を冷却する局面においては、制御部２６は、図３に例示されるように、温調用ペルチェモジュール１２の面１２ａを吸熱側、反対側の面１２ｂを排熱側として動作させて、流路蓄熱ブロック１１を冷却する。

また、温調装置１が温調対象物である液体を加熱する局面においては、制御部２６は、図４に例示されるように、温調用ペルチェモジュール１２の面１２ａを排熱側、反対側の面１２ｂを吸熱側として動作させて、流路蓄熱ブロック１１を加熱する。Ｓ１０４の後、制御部２６は処理をＳ１０２に戻す。

一方、流路蓄熱ブロック１１の温度が第１目標温度に到達している場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、制御部２６は処理をＳ１０６に移す。Ｓ１０６では、制御部２６は、温調用ペルチェモジュール１２への通電を停止する。あるいは、Ｓ１０４における冷却動作又は加熱動作よりも出力を下げた所定の低出力状態で、流路蓄熱ブロック１１に対する冷却動作又は加熱動作を継続する構成であってもよい。Ｓ１０６の後、制御部２６は処理をＳ１０２に戻す。

［補助用ペルチェモジュールの制御処理の説明］
制御部２６が実行する、補助用ペルチェモジュール１６に関する制御処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。補助用ペルチェモジュール１６に関する制御処理は、上述のメイン処理のＳ２０において開始される処理である。

Ｓ２００では、制御部２６は、送風機２０を作動させ、ヒートシンク１８への送風を行う。Ｓ２０２では、制御部２６は、第２センサ２４による補助蓄熱ブロック１４の温度の計測結果を取得する。

Ｓ２０４では、制御部２６は、Ｓ２０２において取得された補助蓄熱ブロック１４の温度が、所与の第２目標温度に到達しているか否かを判定する。なお、温調装置１が温調対象物である液体を冷却する局面においては、補助蓄熱ブロック１４の第２目標温度が、流路蓄熱ブロック１１の第１目標温度よりも低い温度に設定されているとよい。その場合、第２目標温度は、液体の凍結温度よりも低い温度であってもよい。例えば、温調対象物が水である場合、第２目標温度を−１５℃程度に設定する。

また、温調装置１が温調対象物である液体を加熱する局面においては、補助蓄熱ブロック１４の第２目標温度が、流路蓄熱ブロック１１の第１目標温度よりも高い温度に設定されているとよい。その場合、第２目標温度は、液体の沸騰温度よりも高い温度であってもよい。例えば、温調対象物が水である場合、第２目標温度を１１５℃程度に設定する。

補助蓄熱ブロック１４の温度が第２目標温度に到達していない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、制御部２６は処理をＳ２０６に移す。Ｓ２０６では、制御部２６は、補助用ペルチェモジュール１６に通電を行い、補助蓄熱ブロック１４に対する冷却動作又は加熱動作を行う。具体的には、温調装置１が温調対象物である液体を冷却する局面においては、制御部２６は、図３に例示されるように、補助用ペルチェモジュール１６の面１６ａを吸熱側、反対側の面１６ｂを排熱側として動作させて、補助蓄熱ブロック１４を冷却する。

また、温調装置１が温調対象物である液体を加熱する局面においては、制御部２６は、図４に例示されるように、補助用ペルチェモジュール１６の面１６ａを排熱側、反対側の面１６ｂを吸熱側として動作させて、補助蓄熱ブロック１４を加熱する。Ｓ２０６の後、制御部２６は処理をＳ２０４に戻す。

一方、補助蓄熱ブロック１４の温度が第２目標温度に到達している場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、制御部２６は処理をＳ２０８に移す。Ｓ２０８では、制御部２６は、補助用ペルチェモジュール１６への通電を停止する。あるいは、Ｓ２０６における冷却動作又は加熱動作よりも出力を下げた所定の低出力状態で、補助蓄熱ブロック１４に対する冷却動作又は加熱動作を継続する構成であってもよい。Ｓ２０８の後、制御部２６は処理をＳ２０４に戻す。

［温度監視処理の説明］
制御部２６が実行する温度監視処理について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。温度監視処理は、上述のメイン処理のＳ３０において開始される処理である。

Ｓ３００では、制御部２６は、第１センサ２２による流路蓄熱ブロック１１の温度の計測結果を取得する。Ｓ３０２では、制御部２６は、Ｓ３００において取得された流路蓄熱ブロック１１の温度が、第１目標温度を基準とする所定の適正範囲内に含まれるか否かを判定する。この適正範囲内は、例えば、温調対象物である液体を目標温度に冷却又は加熱するのに有効な温度の範囲とすることが考えられる。

流路蓄熱ブロック１１の温度が適正範囲内に含まれる場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、制御部２６は処理をＳ３０４に移す。Ｓ３０４では、制御部２６は、流路蓄熱ブロック１１の温度が適正である旨を表す情報を、報知部２８に表示させる。一方、流路蓄熱ブロック１１の温度が適正範囲から外れている場合（Ｓ３０２：ＮＯ）、制御部２６は処理をＳ３０６に移す。Ｓ３０６では、制御部２６は、流路蓄熱ブロック１１の温度が不適正である旨を表す情報を、報知部２８に表示させる。

次のＳ３０８では、制御部２６は、第２センサ２４による補助蓄熱ブロック１４の温度の計測結果を取得する。Ｓ３１０では、制御部２６は、Ｓ３０８において取得された補助蓄熱ブロック１４の温度が、第２目標温度を基準とする所定の適正範囲内に含まれるか否かを判定する。この適正範囲内は、例えば、温調用ペルチェモジュール１２の温度差を有効に緩和するために必要な温度の範囲とすることが考えられる。

補助蓄熱ブロック１４の温度が適正範囲内に含まれる場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、制御部２６は処理をＳ３１２に移す。Ｓ３１２では、制御部２６は、補助蓄熱ブロック１４の温度が適正である旨を表す情報を、報知部２８に表示させる。一方、補助蓄熱ブロック１４の温度が適正範囲から外れている場合（Ｓ３１０：ＮＯ）、制御部２６は処理をＳ３１４に移す。Ｓ３１４では、制御部２６は、補助蓄熱ブロック１４の温度が不適正である旨を表す情報を、報知部２８に表示させる。Ｓ３１２又はＳ３１４の後、制御部２６は処理をＳ３００に戻す。

［効果］
実施形態の温調装置１によれば、以下の効果を奏する。
補助用ペルチェモジュール１６によって補助蓄熱ブロック１４を十分に冷却又は過熱しておくことで、温調用ペルチェモジュール１２の吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和し、温調用ペルチェモジュール内を逆流する熱量を低減できる。これにより、温調用ペルチェモジュール１２の熱移動の効率が向上するので、流路蓄熱ブロック１１を必要な温度に迅速かつ安定的に維持し、十分な量の液体を継続して温度調節することができる。

また、温調対象物である液体を冷却する局面において、補助蓄熱ブロック１４の目標温度である第２目標温度は、液体の凍結温度に関わらず、流路蓄熱ブロック１１の目標温度である第１目標温度よりも低い温度に設定することができる。このようにすることで、温調用ペルチェモジュール１２の排熱側の面をより効果的に冷却して、温調用ペルチェモジュールの温度差を緩和することができるようになる。

また、温調対象物である液体を加熱する局面において、補助蓄熱ブロック１４の目標温度である第２目標温度は、液体の沸騰温度に関わらず、流路蓄熱ブロック１１の目標温度である第１目標温度よりも高い温度に設定することができる。このようにすることで、温調用ペルチェモジュールの吸熱側の面をより効果的に加熱して、温調用ペルチェモジュールの温度差を緩和することができるようになる。

［変形例］
上述の実施形態では、本開示における温調補助部として、補助用ペルチェモジュール１６を単層で用いた事例について説明した。これに限らず、２つ以上の補助用ペルチェモジュール１６を積層したユニットを温調補助部として用いる構成であってもよい。その場合、補助蓄熱ブロック１４に隣接する補助用ペルチェモジュール１６よりも下層側に設けられる補助用ペルチェモジュール１６については、次のように制御するとよい。すなわち、制御部２６は、１つ上層側の補助用ペルチェモジュール１６の温度差を、許容可能な最大の温度差以下にするべく、その下層側の補助用ペルチェモジュール１６に供給する電力を制御する。

上述の実施形態では、本開示における温調補助部として、補助用ペルチェモジュール１６を用いた事例について説明した。これに限らず、例えば、水冷装置やコンプレッサ駆動による熱交換器等を温調補助部として用いる構成であってもよい。

上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が、本開示の実施形態である。

上述した温調装置１を構成要件とするシステム、制御部２６としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の実体的な記憶媒体、温度調節方法等の種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…温調装置、１０…温調経路、１１…流路蓄熱ブロック、１２…温調用ペルチェモジュール、１４…補助蓄熱ブロック、１６…補助用ペルチェモジュール、１８…ヒートシンク、２０…送風機、２２…第１センサ、２４…第２センサ、２６…制御部、２８…報知部。

Claims (4)

1. 温度調節の対象となる液体が流れる流通経路中に介在し、当該流通経路から導入した液体に対して冷却又は加熱による温度調節を行う温調装置であって、
   前記流通経路から液体が導入され、その導入された液体が一定距離にわたって流通した後、前記流通経路に排出されるように構成された温調経路と、
   前記温調経路を取り囲むように形成され、当該温調経路を流通する液体との間で生じる熱移動によって当該液体を冷却又は加熱する蓄熱部材である流路蓄熱ブロックと、
   前記流路蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱を行うように当該流路蓄熱ブロックの外周面に接触する第１の面と、当該第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動を実施可能に構成された温調用ペルチェモジュールと、
   前記温調用ペルチェモジュールの第２の面との間で熱移動が生じるように当該第２の面に接触して配置された蓄熱部材である補助蓄熱ブロックと、
   前記補助蓄熱ブロックの外周面に接触して配置され、当該補助蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱する動作を実施可能に構成された温調補助部と、
   前記流路蓄熱ブロックの温度を計測するように構成された第１計測部と、
   前記補助蓄熱ブロックの温度を計測するように構成された第２計測部と、
   前記温調用ペルチェモジュールによる吸熱又は排熱の動作、及び前記温調補助部による吸熱又は排熱の動作を制御するように構成された制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第１計測部で計測される温度を、前記液体の温度調節の目標温度に応じて定められた第１目標温度に維持させるべく、前記温調用ペルチェモジュールを動作させ、また、前記第２計測部で計測される温度を、前記第１目標温度とは異なる所定の第２目標温度に維持させるべく、前記温調補助部を動作させるように構成されている、
   温調装置。
2. 前記温調補助部として、前記補助蓄熱ブロックの外周面に接触して配置され、当該補助蓄熱ブロックとの間で吸熱又は排熱する動作を実施可能に構成されたペルチェモジュールである補助用ペルチェモジュールを備える、
   請求項１に記載の温調装置。
3. 前記液体を冷却する場合、
   前記制御部は、前記第１計測部で計測される温度を、前記液体の凍結温度よりも高い所定の第１目標温度に維持させるべく、前記温調用ペルチェモジュールを動作させ、また、前記第２計測部で計測される温度を、前記第１目標温度よりも低い所定の第２目標温度に維持させるべく、前記温調補助部を動作させるように構成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の温調装置。
4. 前記液体を加熱する場合、
   前記制御部は、前記第１計測部で計測される温度を、前記液体の沸騰温度よりも低い所定の第１目標温度に維持させるべく、前記温調用ペルチェモジュールを動作させ、また、前記第２計測部で計測される温度を、前記第１目標温度よりも高い所定の第２目標温度に維持させるべく、前記温調補助部を動作させるように構成されている、
   請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の温調装置。