JP5308294B2 - ペルチェ素子の冷却制御回路 - Google Patents
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Description
本発明は、ペルチェ素子の冷却制御回路に関するものである。
従来から、ペルチェ素子に通電して冷却制御して、空気中の水分を結露水として生成するものが特許文献１により知られている。
この特許文献１に示された従来例は、ペルチェ素子を冷却制御することで放電電極を冷却して、空気中の水分を放電電極に結露水として生成し、このように放電電極に生成した結露水に高電圧を印加することで、静電霧化を行ってラジカルを含むナノメータサイズの帯電微粒子水を生成するようになっている。
ペルチェ素子の冷却制御を行うには、通常、定電圧制御で行っているが、ペルチェ素子の素子数が少ない場合、発生電圧が小さくなり、回路とペルチェモジュールとをつなぐリード線やコネクターの影響を受けて正確な制御ができないという問題がある。また、ペルチェ素子の冷却制御に当たっては、環境温度に合わせて制御を実施する必要があるが、回路が複雑になるという問題がある。
本発明は上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、簡単な構成で、環境温度に合わせて素子数の少ないペルチェ素子を精度良く制御することができるペルチェ素子の冷却制御回路を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような構成になっている。
本発明のペルチェ素子の冷却制御回路は、ペルチェ素子１に流れている電流に比例した電圧に基づいて電流制御回路ＩＣによりペルチェ素子１への通電による冷却制御を行うに当たり、環境温度が所定温度以上においては定電流制御をし、環境温度が上記所定温度未満においては環境温度が低い程電流が小さくなるように制御するものであって、ペルチェ素子１に流れている電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１と、該ペルチェ素子１に流れている電流に比例した電圧に基づいてペルチェ素子１の電流制御を行うための電流制御回路ＩＣとの間に、第１、第２の増幅回路２、３を介在させて両増幅回路２、３の出力のうち大きい方の出力を電流制御回路ＩＣに入力するように構成し、上記２つの増幅回路２、３のうち第１の増幅回路２の増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３のうち一方の抵抗Ｒ２をサーミスタ４で構成し、該第１の増幅回路２のオペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子に上記サーミスタ４を接続し、前記環境温度が所定温度以上においては、上記第２の増幅回路３の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を定電流制御し、前記環境温度が所定温度未満においては、上記第１の増幅回路２の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を上記サーミスタ４の温度特性に基づいて制御することを特徴とするものである。
上記のように第１の増幅回路２のオペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子に上記サーミスタ４を接続し、前記環境温度が所定温度以上においては、上記第２の増幅回路３の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を定電流制御し、前記環境温度が所定温度未満においては、上記第１の増幅回路２の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を上記サーミスタ４の温度特性に基づいて制御することで、簡単な構成で、電流制御により、環境温度が所定温度未満の低温時は凍らず、且つ、環境温度が所定温度以上の高温時はペルチェ素子１の寿命を延ばすように精度よく冷却制御ができる。また、ペルチェ素子１に流れている電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１と、該ペルチェ素子１に流れている電流に比例した電圧に基づいてペルチェ素子１の電流制御を行うための電流制御回路ＩＣとの間に、第１、第２の増幅回路２、３を介在させて両増幅回路２、３の出力のうち大きい方の出力を電流制御回路ＩＣに入力するように構成し、上記２つの増幅回路２、３のうち第１の増幅回路２の増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３のうち一方の抵抗Ｒ２をサーミスタ４で構成するという簡単な構成で、マイコンを用いることなく環境温度に合わせたペルチェ素子の冷却制御ができる。
本発明は、上記のように構成したので、簡単な構成で、電流制御により、環境温度が所定温度未満の低温時は凍らず、且つ、環境温度が所定温度以上の高温時はペルチェ素子の寿命を延ばすことができ、素子数の少ないペルチェ素子であっても、精度よく冷却制御ができる。また、簡単な構成で、マイコンを用いることなく環境温度に合わせたペルチェ素子の冷却制御ができ、ペルチェ素子の冷却制御回路を安価に提供できる。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図４には本発明のペルチェ素子の冷却制御回路１０を用いた静電霧化装置を示す概略構成図が示してあり、この実施形態において、ペルチェ素子１は、一対のＰ型半導体１ａとＮ型半導体１ｂの吸熱側の電気的接続部１ｃで接続し、上記一対のＰ型半導体１ａとＮ型半導体１ｂの放熱側に導電材料からなる放熱用通電部材１ｄを接続し、放熱用通電部材１ｄにリード線１ｅを接続して構成してある。
また、図４の実施形態では上記ペルチェ素子１の吸熱側の電気的接続部１ｃには放電電極５が突設してある。
上記一対の放熱用通電部材１ｄは絶縁材料からなる有底筒状の筐体６の底壁部６ａの孔６ｂに挿通して接合し、上記放電電極５が筐体６内に収容してある。
有底筒状の筐体６の先端開口部には放電電極５と対向するように対向電極７を支持してある。該対向電極７は中央に放出孔１５を形成したリング状をしていて接地させて設けてある。
上記ペルチェ素子１のリード線１ｅには通電路が電気的に接続してあり、該通電路には冷却制御回路１０が接続してあり、この冷却制御回路１０には直流電源１２が設けてある。また、図４の実施形態では上記通電路に更に放電電極５に高電圧を印加するための高電圧印加部１１が接続してある。
冷却制御回路１０によりペルチェ素子１の冷却制御を行うことで、吸熱側の電気的接続部１ｃを冷却し、該電気的接続部１ｃに突設した放電電極５を冷却する。このように放電電極５を冷却すると放電電極５に空気中の水分が冷却して放電電極５に結露水が生成する。つまり、結露水を生成することで放電電極５に水が供給されることになる。一方、放熱用通電部材１ｄからは放熱される。
そして、上記のように放電電極５に結露水を生成した状態で、高電圧印加部１１により放電電極５に高電圧を印加すると、放電電極５に生成した結露水に静電霧化現象を生じさせ、ラジカルを含むナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成するようになっている。
ここで、本発明においては、冷却制御回路１０によって、ペルチェ素子１に流れている電流に比例した電圧に基づいて電流制御回路ＩＣによりペルチェ素子１への通電による冷却制御を行うようになっており、その電流制御は、環境温度に合わせて、図２に示すように、環境温度が所定温度以上においては定電流制御をし、環境温度が上記所定温度未満においては環境温度が低い程電流が小さくなるように制御するようになっている。
図１には、図２に示すような環境温度に合わせた制御を行うための本発明の冷却制御回路１０が示してある。
冷却制御回路１０には、ペルチェ素子１に流れている電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１と、該ペルチェ素子１に流れている電流に比例した電圧に基づいてペルチェ素子１の電流制御を行うための電流制御回路ＩＣが設けてあり、上記電流検出抵抗Ｒ１と電流制御回路ＩＣとの間に、第１、第２の増幅回路２、３が介在してある。
第１増幅回路２は、増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３と、オペアンプＯＰ１とで構成してあり、上記増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３のうち、一方の抵抗Ｒ２をサーミスタ４により構成してあり、該サーミスタ４はオペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子に接続してある。
第２の増幅回路３は、増幅率を決める２つの抵抗Ｒ４、Ｒ５と、オペアンプＯＰ２とで構成してあり、上記増幅率を決める２つの抵抗Ｒ４、Ｒ５のうち、一方の抵抗Ｒ４はオペアンプＯＰ２の反転入力端子と出力端子に接続してある。
第１増幅回路２の他方の抵抗Ｒ３及び第２増幅回路３の他方の抵抗Ｒ５と、第１増幅回路２のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子及び第２増幅回路２のオペアンプＯＰ２の非反転入力端子が、電流検出抵抗Ｒ１の両側に接続してある。
第１の増幅回路２のオペアンプＯＰ１の出力端子には第１のダイオード８のアノード側が接続してあり、また、第２の増幅回路３のオペアンプＯＰ２の出力端子には第２のダイオード９のアノード側が接続してあり、上記第１、第２のダイオード８、９の各カソード側を接続し、第１、第２の増幅回路３、４のうち、大きい方の出力が電流制御回路ＩＣに入力されるようになっている。
第１増幅回路２に設けた増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３のうち一方を構成するサーミスタ４は、環境温度を検出するためのもので、本実施形態においては静電霧化装置を設置する空間の環境温度を検出するもので、なるべく温度上昇のあおりが少ない場所に設置する。この抵抗Ｒ２を構成するサーミスタ４は、温度と抵抗の関係が、図３のグラフに示すような温度特性を有している。
ペルチェ素子１に流れている電流を電流検出抵抗Ｒ１で検出し、該検出した電流に比例した電圧を第１の増幅回路２、第２の増幅回路３でそれぞれ増幅し、第１、第２のダイオード８、９のカソードから出力する。
ここで、本発明においては、環境温度があらかじめ設定した所定温度以上の場合は、第２の増幅回路３の出力が大きく、環境温度が上記所定温度未満の場合には、増幅率を決める２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３のうち、一方の抵抗Ｒ２をサーミスタ４で構成した第１の増幅回路３の出力が大きいように設定してある。
したがって、本発明の冷却制御回路１０においては、環境温度が上記所定温度以上においては、上記第２の増幅回路３の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を定電流制御し、前記環境温度が所定温度未満においては、上記第１の増幅回路２の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を図３に示すようなサーミスタ４の温度特性に基づいて制御する。
上記のように、環境温度が上記所定温度以上においては、上記第２の増幅回路３の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を定電流制御することで、上記所定温度以上において、高温になるほど電流が大きくなるということがなく、高温時におけるペルチェ素子１の寿命を延ばすことができる。
また、環境温度が所定温度未満においては、上記第１の増幅回路２の出力が電流制御回路ＩＣに入力されてペルチェ素子１を図３に示すようなサーミスタ４の温度特性に基づいて制御することで、所定温度未満の低温時において、環境温度が低い程電流が小さくなるように制御することができ、所定温度未満の低温時に冷えすぎて結露水が凍結することがなく、安定して結露水を生成し、安定して静電霧化ができることになる。
図３において、所定温度未満の低温時における環境温度が低い程電流が小さくなる特性傾きはサーミスタのＢ特性を選ぶことで実現する。
なお、ペルチェ素子１は図４に示す実施形態のものにのみ限定されず、一対のＰ型半導体１ａとＮ型半導体１ｂよりなる素子を複数直列に接合した構造のものであってもよい。
また、ペルチェ素子１の吸熱側の電気的接続部１ｃ側が冷却部となるのであるが、この冷却部に放電電極５が突設するに当たり、電気的接続部１ｃとは別体の放電電極５の後端部を冷却部に接続してもよい。
また、静電霧化装置において対向電極を設けないものであってもよい。
１ ペルチェ素子
２ 第１の増幅回路
３ 第２の増幅回路
４ サーミスタ
１Ｃ 電流制御回路
Ｒ１ 電流検出抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
ＯＰ２ オペアンプ
２ 第１の増幅回路
３ 第２の増幅回路
４ サーミスタ
１Ｃ 電流制御回路
Ｒ１ 電流検出抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
ＯＰ２ オペアンプ
Claims (1)
- ペルチェ素子に流れている電流に比例した電圧に基づいて電流制御回路によりペルチェ素子への通電による冷却制御を行うに当たり、環境温度が所定温度以上においては定電流制御をし、環境温度が上記所定温度未満においては環境温度が低い程電流が小さくなるように制御するものであって、ペルチェ素子に流れている電流を検出する電流検出抵抗と、該ペルチェ素子に流れている電流に比例した電圧に基づいてペルチェ素子の電流制御を行うための電流制御回路との間に、第１、第２の増幅回路を介在させて両増幅回路の出力のうち大きい方の出力を電流制御回路に入力するように構成し、上記２つの増幅回路のうち第１の増幅回路の増幅率を決める２つの抵抗のうち一方の抵抗をサーミスタで構成し、該第１の増幅回路のオペアンプの反転入力端子と出力端子に上記サーミスタを接続し、前記環境温度が所定温度以上においては、上記第２の増幅回路の出力が電流制御回路に入力されてペルチェ素子を定電流制御し、前記環境温度が所定温度未満においては、上記第１の増幅回路の出力が電流制御回路に入力されてペルチェ素子を上記サーミスタの温度特性に基づいて制御することを特徴とするペルチェ素子の冷却制御回路。
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