JP2789788B2 - 電子冷凍装置 - Google Patents

電子冷凍装置

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JP2789788B2
JP2789788B2 JP2146420A JP14642090A JP2789788B2 JP 2789788 B2 JP2789788 B2 JP 2789788B2 JP 2146420 A JP2146420 A JP 2146420A JP 14642090 A JP14642090 A JP 14642090A JP 2789788 B2 JP2789788 B2 JP 2789788B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/021Control thereof
    • F25B2321/0212Control thereof of electric power, current or voltage

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。
〔従来の技術〕
従来、軽自動車等の自動車用空調装置においては、第
8図に示すように、エアダクト1内にエバポレータ2が
配置され、同エバポレータ2に冷媒を供給するコンプレ
ッサ3を車両の加速時に切ったり、回転数の低下により
コンプレッサ3による消費動力を小さくしたりするもの
がある。一方、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
置においては、エンジンにて駆動される発電機にて電子
冷凍装置に電力を供給するようにしており、このような
加速制御は電子冷凍装置の供給電源を切ったり供給電源
の電圧を変更することが考えられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、加速制御で熱電素子への供給電源電圧が変
化すると熱電素子の効率が低下してしまう。つまり、加
速制御を行わない状態において熱電素子の最適効率が設
定されているので供給電源電圧の低下により最適効率か
らズレてしまう。
この発明の目的は、電源電圧が変化した場合において
も熱電素子を最適効率にて駆動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、 前記熱電素子M1の放熱面と吸熱面の温度を検出する温
度検出手段M2と、前記電源の電圧を検出する電源電圧検
出手段M3と、前記電源電圧を印加する熱電素子M1の数を
変更する電圧印加素子数変更手段M4と、前記温度検出手
段M2による熱電素子M1の放熱面と吸熱面の温度と、電源
電圧検出手段M3による電源の電圧により最適素子効率を
得るように、前記電圧印加素子数変更手段M4を制御して
電源電圧を印加する熱電素子M1の数を変更する制御手段
M5とを備えた電子冷凍装置をその要旨とするものであ
る。
〔作用〕
制御手段M5は、温度検出手段M2による熱電素子M1の放
熱面と吸熱面の温度と、電源電圧検出手段M3による電源
の電圧により最適素子効率を得るように、電圧印加素子
数変更手段M4を制御して電源電圧を印加する熱電素子M1
の数を変更する。その結果、例えば、エンジンにて駆動
される発電機にて電力が供給される電子冷凍装置を用い
た自動車用空調装置においては、加速制御の際に発電電
圧を変更した場合にも効率のよい空調を行うことができ
る。
〔実施例〕
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。
本実施例の構成図を第2図に示す。この空調装置は、
一般的な自動車空調装置のエバポレータを電子冷凍ユニ
ットに置き替えたものである。
エアダクト11内には送風機12が配置され、内外気切替
ダンパ13を介して内気又は外気がダクト11内に導入され
る。エアダクト11内には電子冷凍ユニット14が配置さ
れ、この電子冷凍ユニット14は第3図に示すようにP型
半導体15と放熱フィン16とN型半導体17と吸熱フィン18
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15とN型半導体17)は直列に接続されている。そし
て、各素子はオルタネータ19の駆動により電圧が印加さ
れる。このとき、P→N方向に電流を流すことにより、
PとNの接合部では放電が、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16,18は多数の穴が設けられ、第2図図示
のような通風が可能に構成されている。
第2図において、送風機12にて導入された空気は電子
冷凍ユニット14の放熱フィン16を通過することにより加
熱され温風排出口20から車外に排出されるとともに、電
子冷凍ユニット14の吸熱フィン18を通過することにより
冷却されてエアダクト11の下流への送られる。
エアダクト11内における電子冷凍ユニット14の下流に
は冷風温サーミスタ21が設けられ、同サーミスタ21は電
子冷凍ユニット14で冷却された冷風温度を検出する。
又、電子冷凍ユニット14での最もアース側の吸熱フィン
18には吸熱フィン用サーミスタ22が設けられ、同サーミ
スタ22は吸熱フィン18の温度Tcを検出する。又、電子冷
凍ユニット14での最もアース側の放熱フィン16には放熱
フィン用サーミスタ23が設けられ、同サーミスタ23は放
熱フィン16の温度Thを検出する。
エアダクト11内のおける電子冷凍ユニット14の下流に
はヒータコア24が設けられ、このヒータコア24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25
の開度によりヒータコア24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24で加熱される。
尚、温風排出口20から排出している温風をこのエアミ
ックス部において導入し、その導入量を調節して吹出温
度を調節してもよい。この場合、温風導入量を調節する
適宜のダンパを冷風との合流部、もしくは排出温風と導
入温風との分岐部に設けて開度制御すればよい。又、こ
れにより、送風機の送風量を有効に活用することができ
る。
エアダクト11内におけるヒータコア24の下流にはヒー
トダンパ26とデフダンパ27とベントダンパ28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4図には、自動車用空調装置の電気回路図を示す。
発電装置は、オルタネータ19と、オルタネータ19による
発電電圧を一定にするレギュレータ29とからなり、オル
タネータ19にはステータコイル30とローターコイル(フ
ィールドコイル)31と整流回路(8個のダイオード32)
が備えられている。そして、エンジンの駆動によりロー
ターコイル31が回転することにより発電される。レギュ
レータ29は電源電圧制御手段としての制御用IC33とトラ
ンジスタ34とダイオード35とからなる。そして、この制
御用IC33は、ローターコイル31に流す電流を増減して、
発電電圧を変更する。
制御用IC33にはイグニッションスイッチ36を介して車
両用バッテリ37が接続されている。又、制御用IC33は加
速カットスイッチ38からのオン信号を入力する。この加
速カットスイッチ38は車両のアクセルペダルの踏込み量
に応答し、追い越し等のオルタネータ19の消費動力を低
減したい時に作動するものである。そして、加速カット
スイッチ38がオンした時はその信号が制御用IC33に入り
オルタネータ19の発電電圧をそれまでの12ボルトから6
ボルトに下げる構造となっている。
制御用IC33には冷風温サーミスタ21が接続され、制御
用IC33はサーミスタ21による冷風温の検知によりフィー
ドバック制御にてオルタネータ19の発電電圧を調節して
電子冷凍ユニット14のフロストを防止するようになって
いる。
エアコンスイッチ39は同スイッチ39の閉路動作により
オルタネータ19の発電電圧が電圧印加素子数変更手段と
してのリレー回路40を介して電子冷凍ユニット14の各素
子に印加される。この際、リレー回路40によりオルタネ
ート19の発電電圧を印加する熱電素子の数が変更可能と
なっている。
第5図に示すように、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)41は、リレー回路40
を介して電子冷凍ユニット14と接続されている。マイコ
ン41は加速カットスイッチ38のオン動作を検知するとと
もに、吸熱フィン用サーミスタ22からの信号と、放熱フ
ィン用サーミスタ23からの信号を入力する。さらに、マ
イコン41は制御用IC33と接続され、制御用IC33からオル
タネータ19の発電電圧指令値を入力する。又、マイコン
41はリレー回路40を駆動制御してオルタネータ19の発電
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16,P型半導体15,吸熱
フィン18,N型半導体17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。
尚、第4図において、42は電子冷凍ユニット14に電源
を供給するオルタネータ19のリップル電圧を除去するコ
ンデンサである。
次に、このように構成した自動車用空調装置の作用を
説明する。
制御用IC33はイグニッションスイッチ36がオンされる
とともにエアコンスイッチ39がオンされている状態にお
いては、オルタネータ19の最大能力を出せるようにその
発電電圧を12ボルトになるように制御する。又、制御用
IC33はこの状態から加速カットスイッチ38がオンする
と、オルタネータ19の発電電圧を6ボルトになるように
制御する。さらに、制御用IC33は冷風温サーミスタ21に
よる冷風温度が所定温度以下にならないようにオルタネ
ータ19の発電電圧を制御する。
一方、第6図に示すように、マイコン41はステップ10
1で加速カットスイッチ38がオフ状態からオン状態に切
り換わったか否かを判断するとともに、ステップ102で
加速カットスイッチ38がオン状態からオフ状態に切り換
わったか否かを判断する。そして、マイコン41は加速カ
ットスイッチ38がオフ状態からオン状態に切り換わると
ステップ103で素子数nを「125」に設定し、又、加速カ
ットスイッチ38がオン状態からオフ状態に切り換わると
ステップ104で素子数nを「250」に設定する。マイコン
41は加速カットスイッチ38の切り換わりの際には、この
素子数n(125あるいは250)となるようにリレー回路40
を制御して電子冷凍ユニット14の熱電素子を印加する。
次に、マイコン41はステップ105でオルタネータ19の
発電電圧Vと、吸熱フィン18の温度Tcと、放熱フィン16
の温度Thを取り込み、ステップ106で最適素数数nを求
める。
即ち、素子の冷却効率(成績係数)COP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。
第7図は、Tc=0℃,Th=30℃(ΔT=30℃)で、V
=12ボルトの場合のCOP値を示す。
本実施例は通常運転は12V,加速制御が入った時は6Vで
作動するシステムなので、加速カットスイッチ38がオン
のときには、素子数nを「125」を中心として順次変え
て(例えば、n=120〜130)、最も大きな冷却効率(成
績係数)COPとなる素子数nを求める。この時、放熱側
及び吸熱側の風量は変更しないので、加速カットスイッ
チ38がオンした時のTcは加速カットスイッチ38がオフし
た時の値とは異なっている。しかし、放熱側及び吸熱側
の風量を制御することによって常にTcを一定にすること
も可能である。
又、加速カットスイッチ38がオフのときには、素子数
nを「250」を中心として順次変えて(例えば、n=245
〜255)、最も大きな冷却効率(成績係数)COPとなる素
子数nを求める。
次に、マイコン41はこの最適素子数nとなるようにリ
レー回路40を制御して電子冷凍ユニット14の熱電素子に
電圧を印加する。
このように本実施例によれば、マイコン41(制御手
段)は熱電素子の放熱面の温度Thと吸熱面の温度Tcとに
応じ、発電装置の制御用IC33(電源電圧検出手段)から
の発電電圧指令値により最適素子効率を得るように、リ
レー回路40(電圧印加素子数変更手段)を制御して電源
電圧を印加する放電素子の数nを変更するようにした。
その結果、電子冷凍装置を用いた自動車用空調装置にお
いて、加速制御の際に電子冷凍装置の供給電源の電圧を
変更した場合にも効率のよい空調を行うことができ、電
源電圧が変化した場合においても熱電素子を最適効率に
て駆動できる。
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、実施例は加速カット制御を行う場合で示し
たが、他にも、消費動力低減のためオルタネータの電源
を低下させる制御ならば(例えば、発進時オルタ電源を
低下させる制御、パワーステ作動時オルタ電源を低下さ
せる制御等)でもよい。
さらに、電子冷凍装置の電源はオルタネータでなくて
も直流電源を供給できるものならば何でもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述したようにこの発明によれば、電源電圧が変
化した場合においても熱電素子を最適効率にて駆動でき
る優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
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図は電子冷凍ユニットの構成図、
第4図は自動車用空調装置の電気回路図、第5図はマイ
コンの周辺の回路図、第6図はフローチャート、第7図
は素子数と素子効率との関係を示す図、第8図は従来技
術を説明するための自動車用空調装置の構成図である。 M1は熱電素子、M2は温度検出手段、M3は電源電圧検出手
段、M4は電圧印加素子数変更手段、M5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 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 21/02 B60H 1/32 102 H01L 35/28 - 35/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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、 前記熱電素子の放熱面と吸熱面の温度を検出する温度検
    出手段と、 前記電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、 前記電源電圧を印加する熱電素子の数を変更する電圧印
    加素子数変更手段と、 前記温度検出手段による熱電素子の放熱面と吸熱面の温
    度と、電源電圧検出手段による電源の電圧により最適素
    子効率を得るように、前記電圧印加素子数変更手段を制
    御して電源電圧を印加する熱電素子の数を変更する制御
    手段と を備えたことを特徴とする電子冷凍装置。
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