JP5449053B2

JP5449053B2 - ペルチェ式盤用空調装置

Info

Publication number: JP5449053B2
Application number: JP2010141545A
Authority: JP
Inventors: 浩司澤井
Original assignee: Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: JP2012009487A

Description

本発明は、ペルチェ素子に流す電流の方向を切り替えて加温又は冷却することができる盤用空調装置に関する。

従来から、特許文献１に示されるように、ペルチェ素子に流す電流の方向を切り替えて、加温又は冷却することができる空調装置が提案されている。このような空調装置は、温度変化の影響を受け易い電子機器等が収められる筐体等に設置され、筐体内の温度が上昇し過ぎた場合には冷却して誤動作等を防止し、外気温が低下することにより筐体内の温度が低下し過ぎた場合に加温することにより、結露を防止して電子機器等を保護する装置である。

以下に、このようなペルチェ式空調装置の回路図を図４に示して、従来の問題点を説明する。筐体内の温度が上昇し過ぎた場合には、第１のサーモスタット８１が作動して閉じ、第１のリレー８５に電流が流れてコイルが励磁され、Ｘ１の接点９２、９３が閉じる。すると、ペルチェ素子７５に冷却される方向に電流が流れ、筐体内が冷却される。

一方で、外気温が低下することにより筐体内の温度が低下し過ぎた場合には、第２のサーモスタット８２が作動して閉じ、第２のリレー８６に電流が流れてコイルが励磁され、Ｘ２接点９６、９７が閉じる。すると、ペルチェ素子７５に加温される方向に電流が流れ、筐体内が加温される。

特開平１１−３２５５００号公報

サーモスタットは構造が単純であり安価であるが、製品によっては開閉する温度にばらつきがあり、第１のサーモスタット８１及び第２のサーモスタット８２が同時に閉じてしまう恐れがある。このため、回路や電源がショートしてしまう恐れがあった。また、第１のサーモスタット８１と第２のサーモスタットのいずれかの接点が溶着した場合にも、第１のサーモスタット８１及び第２のサーモスタット８２が同時に閉じ、ペルチェ式空調装置の回路や電源がショートしてしまう恐れがあった。また、各リレーの接点が溶着した場合にも同様の恐れがあった。
一方で、サーミスタで温度を計測し、計測された温度データに基づいて、ペルチェ素子７５に流す電流の通電状態と通電方向を制御させる構成にすると、精度高くペルチェ素子７５への通電状態と通電方向を制御することができるが、Ａ／Ｄコンバータやマイクロプロセッサ等が必要となり、コスト高になってしまう。
本発明は、上記問題を解決し、安価で信頼性の高いペルチェ式盤用空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
第１の設定温度より高い温度で閉じる第１のサーモスタットと第１のリレーが直列に接続されて構成された第１の温度検出作動部と、
第２の設定温度より低い温度で閉じる第２のサーモスタットと第２リレーが直列に接続されて構成された第２の温度検出作動部と、
前記第１のリレー又は前記第２のリレーにより作動するＨブリッジ回路とが並列に接続され、
前記Ｈブリッジ回路の端子間に接続されたペルチェ素子を有し、
冷却及び加温が切替可能なペルチェ式盤用空調装置において、
第２のリレーの作動により開くＢ接点を、前記第１の温度検出作動部に直列に接続させるとともに、
第１のリレーの作動により開くＢ接点を、前記第２の温度検出作動部に直列に接続させたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
ペルチェ素子に送風又は吸引するファンの入力端子に、第１リレーの作動により閉じるＡ接点と第２リレーの作動により閉じるＡ接点を並列に接続させたことを特徴とする。
これにより、周辺温度が所定温度よりも高くなった場合、或いは、周辺温度が所定温度よりも低くなった場合のいずれの場合にも、前記ファンが自動的に作動する。このため、マイクロプロセッサ等が必要とならずに、簡単な構造で、ファンを冷却・加温時のみに、無駄なく自動的に作動させることが可能となる。

本発明によれば、第２のリレーの作動により開くＢ接点を、第１のサーモスタットと第１のリレーからなる第１の温度検出作動部に直列に接続させるとともに、第１のリレーの作動により開くＢ接点を、第２のサーモスタットと第２のリレーからなる第２の温度検出作動部に直列に接続させた。これにより、第１のサーモスタットが作動したときに、第１のリレーによりＢ接点が開くので第２のリレーに電流が流れることが無い。また、第２サーモスタットが作動したときに、第２のリレーによりＢ接点が開くので第１のリレーに電流が流れることが無い。このため、直流電源のショートが防止され、安価で信頼性の高いペルチェ式盤用空調装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態を示す盤用空調装置の斜視図である。本発明の実施の形態を示す盤用空調装置の側面図である。制御回路の回路図である。従来の回路図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。図１や図２に示されるように、本発明のペルチェ式盤用空調装置５０は、ペルチェ素子１、ヒートシンク２、３、外部ファン４、内部ファン５、電源制御部１０を有している。

ペルチェ素子１は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用した板状の熱電半導体素子である。ペルチェ素子１に直流電流を流すと、一方の面が冷却され、他方面が発熱する。ペルチェ素子１に流す電流の極性を逆転させると、冷却面と発熱面が逆転する。

ペルチェ素子１の外側面には、金属製のヒートシンク２が貼設されている。一方で、ペルチェ素子１の内側面には、金属製のヒートシンク３が貼設されている。なお、本実施形態では、ヒートシンク２、３には、表面積を増大させて、熱伝導効率を向上させるために、多数のフィンが形成されている。ヒートシンク２、３の外側位置には、それぞれ、外部ファン４と内部ファン５が配設されている。外部ファン４及び内部ファン５は、ペルチェ素子１側に送風又は吸引するファンである。

電源制御部１０は、ペルチェ素子１に供給される直流電流を生成する直流電源を有している。直流電源は、商用電源の電圧を昇圧又は降圧させる変圧器、交流電流を整流するダイオード等の整流器、整流された電流を平滑化するコンデンサーを有している。また、電源制御部１０は、温度によって、ペルチェ素子１への通電状態と通電方向を制御する制御回路を有している。

以下に、図３を用いて制御回路の説明をする。図３に示されるように制御回路は、第１のサーモスタット１１、第２のサーモスタット１２、第１のリレー１３、第２のリレー１４、Ｘ１のＢ接点２２、Ｘ２のＢ接点２１、Ｘ１のＡ接点２３、２５、２６、Ｘ２のＡ接点２４、２７、２８を有している。なお、Ａ接点とは、通常時には接点が開いているが、後述するリレーの磁力発生部に電流が流れると接点が閉じるリレーの接点である。また、Ｂ接点とは、通常時には接点が開いているが、リレーの磁力発生部に電流が流れると接点が開くリレーの接点である。

第１のサーモスタット１１や第２のサーモスタットは、熱膨張率が異なる2枚の金属板を貼り合わせたバイメタルを有している。第１のサーモスタット１１は、第１の設定温度より高温で、前記バイメタルが変形し、サーモスタットの接点が閉じる。本実施形態では、第１のサーモスタット１１は、周辺温度が３５℃を超えると、接点が閉じるようになっている。
第２のサーモスタット１２は、第２の設定温度より低温で、前記バイメタルが変形し、サーモスタットの接点が閉じる。本実施形態では、第２のサーモスタット１２は、周辺温度が５℃よりも低くなると、接点が閉じるようになっている。

第１のリレー１３及び第２のリレー１４は、電流が流れると、磁力が発生する磁力発生部を有している。磁力発生部は、コイルや鉄心等から構成されている。第１のリレー１３に電流が流れると、Ｘ１のＢ接点２２が開くとともに、Ｘ１のＡ接点２３、２５、２６が閉じる。第２のリレー１４に電流が流れると、Ｘ２のＢ接点２１が開くとともに、Ｘ２のＡ接点２４、２７、２８が閉じる。

図３に示されるように、直流電源の両極間には、第１のサーモスタット１１、Ｘ２のＢ接点２１、第１のリレー１３が直列に接続されて構成された、第１の温度検出作動部３１が接続されている。なお、Ｘ２のＢ接点２１の第１の温度検出作動部３１内での接続位置は、図３に示される接続構成に限定されず、第１のサーモスタット１１、Ｘ２のＢ接点２１、第１のリレー１３を、いずれの順番に、直列に接続させても差し支えない。

直流電源の両極間には、第２のサーモスタット１２、Ｘ１のＢ接点２２、第２のリレー１４が直列に接続されて構成された、第２の温度検出作動部３２が接続されている。なお、Ｘ１のＢ接点２２の第２の温度検出作動部３２内での接続位置は、図３に示される接続構成に限定されず、第２のサーモスタット１２、Ｘ１のＢ接点２２、第１のリレー１４を、いずれの順番に、直列に接続させても差し支えない。

周辺温度が第１の設定温度（例えば３５℃）より高くなった場合には、第１のサーモスタット１１が作動して第１のサーモスタット１１の接点が閉じると、第１のリレー１３に電流が流れて、第１のリレー１３が作動する。第１のリレー１３が作動すると、Ｘ１のＢ接点２２が開くので、第２のリレー１４に電流が流れることが無く、制御回路や直流電源がショートすることが無い。

同様に、周辺温度が第２の設定温度（例えば５℃）より低くなった場合には、第２のサーモスタット１２が作動して第２のサーモスタット１２の接点が閉じると、第２のリレー１４に電流が流れて、第２のリレー１４が作動する。第２のリレー１４が作動すると、Ｘ２のＢ接点２１が開くので、第１のリレー１３に電流が流れることが無く、制御回路や直流電源がショートすることが無い。

直流電源の両極間には、並列に接続されたＸ１のＡ接点２３及びＸ２のＡ接点２４と、並列に接続された外部ファン４及び内部ファン５とが直列に接続されている。このため、第１のリレー１３又は第２のリレー１４のいずれかが作動すると、それぞれ、Ｘ１のＡ接点２３、Ｘ２のＡ接点２４が閉じ、外部ファン４及び内部ファン５が作動する。

図３に示されるように、直流電源の両極間には、直列に接続されたＸ１のＡ接点２５、Ｘ２のＡ接点２８及び直列に接続されたＸ２のＡ接点２７、Ｘ１のＡ接点２６が並列に接続されて、Ｈブリッジリレー回路４０が構成されている。言い換えると、直列に接続された第１のリレー１３により閉じるＡ接点２５（２６）及び第２のリレー１４により閉じるＡ接点２８（２７）の接続方向を互いに反転させて並列に直流電源の両極間に接続させて、Ｈブリッジリレー回路４０が構成されている。

Ｈブリッジリレー回路４０の、Ｘ１のＡ接点２５、Ｘ２のＡ接点２８間には、第１の出力端子４１が設けられている。また、Ｈブリッジリレー回路４０の、Ｘ２のＡ接点２７、Ｘ１のＡ接点２６間には、第２の出力端子４２が設けられている。第１の出力端子４１と第２の出力端子４２間には、ペルチェ素子１が接続されている。

第１のリレー１３が作動すると、Ｘ１のＡ接点２５、２６が閉じ、ペルチェ素子１の内部側が冷却される方向（冷却方向）に電流が流れ、内部ファン５によって冷風が筐体内に送風される。これとともに、ペルチェ素子１の外部側は加熱され、外部ファン４によって外部に排熱される。

第２のリレー１４が作動すると、Ｘ２のＡ接点２７、２８が閉じ、ペルチェ素子１の内部側が加熱される方向（加熱方向）に電流が流れ、内部ファン５によって温風が筐体内に送風される。これとともに、ペルチェ素子１の外部側は冷却され、外部ファン４によって冷風が排出される。

以上説明したように、本発明では、第１の温度検出作動部３１に第２のリレー１４の作動で開くＸ２のＢ接点２１を直列に接続させるともに、第２の温度検出作動部３２に第１のリレー１３の作動で開くＸ１のＢ接点２２を直列に接続させている。これにより、第１のサーモスタット１１が作動したときに、Ｘ１のＢ接点２２が開くので第２のリレー１４に電流が流れることが無い。また、第２サーモスタット１１が作動したときに、Ｘ２のＢ接点２１が開くので第１のリレー１３に電流が流れることが無い。このため、制御回路や直流電源のショートが防止される。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うペルチェ式盤用空調装置もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１ペルチェ素子
２ヒートシンク
３ヒートシンク
４外部ファン
５内部ファン
１０電源制御部
１１第１のサーモスタット
１２第２のサーモスタット
１３第１のリレー
１４第２のリレー
２１Ｘ２のＢ接点
２２Ｘ１のＢ接点
２３、２５、２６Ｘ１のＡ接点
２４、２７、２８Ｘ２のＡ接点
３１第１の温度検出作動部
３２第２の温度検出作動部
４０Ｈブリッジリレー回路
４１第１の出力端子
４２第２の出力端子
５０ペルチェ式盤用空調装置
７５ペルチェ素子
８１第１のサーモスタット
８２第２のサーモスタット
８５第１のリレー
８６第２のリレー
９２、９３Ｘ１接点
９６、９７Ｘ２接点

Claims

第１の設定温度より高い温度で閉じる第１のサーモスタットと第１のリレーが直列に接続されて構成された第１の温度検出作動部と、
第２の設定温度より低い温度で閉じる第２のサーモスタットと第２リレーが直列に接続されて構成された第２の温度検出作動部と、
前記第１のリレー又は前記第２のリレーにより作動するＨブリッジ回路とが並列に接続され、
前記Ｈブリッジ回路の端子間に接続されたペルチェ素子を有し、
冷却及び加温が切替可能なペルチェ式盤用空調装置において、
第２のリレーの作動により開くＢ接点を、前記第１の温度検出作動部に直列に接続させるとともに、
第１のリレーの作動により開くＢ接点を、前記第２の温度検出作動部に直列に接続させたことを特徴とするペルチェ式盤用空調装置。
ペルチェ素子に送風又は吸引するファンの入力端子に、第１リレーの作動により閉じるＡ接点と第２リレーの作動により閉じるＡ接点を並列に接続させたことを特徴とする請求項１に記載のペルチェ式盤用空調装置。