JP7179266B1 - 複数のペルチェ素子を使用した高効率な冷却制御方式 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子の吸熱面温度は供給電力と排熱面温度で決定されるが、ペルチェ素子は温度上昇とともに内部抵抗値が上昇する特性を有する。供給電力１０Ｗで排熱面温度が３０℃の例では、動作開始時には排熱面から２０℃の温度差となるので吸熱面（冷却面）の温度は１０℃となる。時間経過とともにペルチェ素子の温度が上昇して等価抵抗値が２０％上昇したと仮定すると、供給電力は約８Ｗへ低下して１７℃の温度差の能力となる。排熱面温度も時間経過とともに上昇し、４０℃へ上昇したとすると吸熱面温度は４０℃－１７℃＝２３℃と１３℃も上昇する。【解決手段】これらを改善するのが、動作休止あるいは動作電力低減期間を有する制御方式である。すなわち、動作休止あるいは動作電力低減期間によりペルチェ素子の温度を下げるのである。例えば２個のペルチェ素子を交互にＯＮ動作させればより高い冷却能力を実現することが可能となる。【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のペルチェ素子あるいはペルチェ素子を使用した複数の冷却装置を最適に制御する高効率な制御方式に関する。

ペルチェ効果を用いた半導体熱電素子の一種であるペルチェ素子は、ある方向に直流電流を流すと素子の吸熱面で冷却し、排熱面で発熱する。代表的な特性例を図1に示す。

図1にてその規格表で示すように、ペルチェ素子（ＴＥＣ１－１２７０６）は温度上昇とともに内部抵抗値が上昇する特性を有している。この規格に係るペルチェ素子の場合には排熱部の温度が２５℃から５０℃へと上昇すると、このペルチェ素子の抵抗値は約１６％上昇することとなり、定電圧駆動の場合は供給電力の低下（＝吸熱量の低下）となる。

ペルチェ素子の吸熱量（冷却の為の吸熱）は次の式で表すことができる。
Ｑｈ（発熱量）＝Ｑｃ（吸熱量）＋Ｐ（供給電力）
すなわち、発熱量は供給電力も含むために相応な排熱性能が要求される。しかしながら、強力な排熱構造でも排熱部の温度は時間経過とともに上昇する。

例えば動作開始当初は、吸熱部：０℃、排熱部：２５℃、すなわち２５℃差の吸熱量の冷却装置は排熱部温度が３５℃になると吸熱部が１０℃となる。
なお、ペルチェ素子を使用した冷却装置を下記の特許文献に示す。

実用新案登録第３１８０３６７号公報

強力な排熱構造として排熱部の温度上昇を極力抑えても空冷だと室温以下にはならないし、コストやスペースの面で現実的ではない。また、排熱部の温度よりもペルチェ素子内部のＰＮ接合部の温度は高く、時間の経過とともに冷却能力が低下していくケースが多い。

本発明は、複数のペルチェ素子を用いた冷却システムにあって、少なくとも１のペルチェ素子の駆動について動作休止期間あるいは動作電力低減期間を設けることにより、排熱部の温度上昇およびペルチェ素子の抵抗値増大を抑えた結果として、より性能の良い冷却装置またはその制御方式の提供を可能とした。

請求項１に記載の発明は、それぞれが独立制御される２つのペルチェ素子を使用した冷却モジュールで、２つのペルチェ素子がＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式である。
ペルチェ素子が動作休止期間または動作電力低減期間を有して動作するとは、ペルチェ素子が例えばその定格電力に基づいた通常駆動期間（第１の動作モード）と、第２の動作モードである動作休止期間または動作電力低減期間（通常駆動の供給電力より低い電力での駆動）との２つの動作モードの間で切り換えられて（交互に）駆動されることを含む。また、１のペルチェ素子が通常駆動期間、動作休止期間、動作電力低減期間を有してこれの期間を交互に動作することを含む。
したがって、複数のペルチェ素子を含む冷却システムにおいては、１のペルチェ素子が第１モード、第２モードを交互にとって動作すると同時に、残りのペルチェ素子はＯＮ（またはＯＦＦ）の連続動作のみを行う場合を含む。
また、複数のペルチェ素子の全てが、上記第１モード、第２モードの間で交互の動作をそれぞれ行うことを含む。
また、いずれか１または複数のペルチェ素子（グループＡとする）がＯＮとなる場合（第１モード）には、残りのペルチェ素子（グループＢとする）がＯＦＦとなる（第２モード）ように、これら２グループのペルチェ素子が相互に関連して動作する場合も含む。
そして、グループＡのペルチェ素子の動作と、グループＢのペルチェ素子の動作とが相互に関連して同期して動作し、この同期動作が繰り返される場合を含む。例えばある期間はグループＡがＯＮ、グループＢがＯＦＦで、次の期間には同期してグループＡがＯＦＦ、グループＢがＯＮとなることを繰り返す場合も含む。
または、複数のペルチェ素子がランダムに（他の素子とは無関係に）動作する場合で少なくとも１の素子が上記第１モード、第２モードをとって動作することを含む。この場合、複数の素子の少なくともいずれか１の素子が駆動モードである場合を含む。さらに、ランダムに動作する場合とは、複数のペルチェ素子が完全に独立して動作する場合も含む。
動作休止期間とは、当該ペルチェ素子に電力が供給されず、ＯＦＦとされる期間である。ペルチェ素子がＯＮとされ冷却作用（吸熱作用）を発揮する場合ではない。また、動作電力低減期間とは、ペルチェ素子がＯＮとされてその定格電力または定格電力に基づく適正電力が供給され、吸熱面による吸熱作用が発揮される場合に対して、その供給される電力によりも低減された電力が供給されてその吸熱作用も低く抑えられる期間を意味する。
冷却モジュールは、例えば吸熱面を共通部材に面接触させた複数のペルチェ素子と、これらのペルチェ素子の放熱面から放熱するヒートシンクおよび冷却ファンを含むことができる。例えば、複数のペルチェ素子を含む冷却モジュールの制御方法、または冷却モジュールを含む冷却装置の制御方法とされる。この空冷方式に替えて水冷方式とすることもできる。

請求項２に記載の発明は、ペルチェ素子を使用したそれぞれが独立した２つの冷却モジュールで、これらの２つのペルチェ素子がＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式である。
複数の冷却モジュールを備え、各冷却モジュールはペルチェ素子を含む構成にあって、それらの冷却モジュールのうちの１以上の冷却モジュールではそのペルチェ素子は動作休止期間を有して、または動作電力低減期間を有して動作する。
したがって、複数の冷却モジュールが動作する場合、いずれか１の冷却モジュールのペルチェ素子では動作期間、動作休止期間が交互に繰り返されるとき、他の冷却モジュールのペルチェ素子では上記動作休止期間に同期してその動作期間が、上記動作期間に同期してその動作休止期間が設定されることが含まれる。
例えば複数の冷却モジュールを備えたシステムにおいて、１の冷却モジュールが複数のペルチェ素子を有する場合についても、全てのペルチェ素子同士がその動作期間を異ならせて交互に動作を行うこと（全てのペルチェ素子が１個ずつ順番にＯＮとなるサイクルを形成すること）を排除するものでもない。このとき、他の冷却モジュールのペルチェ素子の動作は例えば上記サイクルとは異なる一定サイクルでのＯＮ・ＯＦＦ動作を繰り返すことも含む。

請求項３に記載の発明は、冷却効果を目的とした、ペルチェ素子を使用したそれぞれが独立した２つの商品で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線制御により２つのペルチェ素子をＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式である。
冷却効果を目的とした商品であって、ペルチェ素子を含むものとしては、例えば冷蔵庫、冷凍庫、ネッククーラー、身体冷却デバイス（代謝促進装置を含む）、理美容装置（その冷却部材）、腎臓透析装置（その冷却構造部）、半導体製造装置（その冷却装置）その他を含むことができる。
例えば１の商品が１または複数のペルチェ素子を備えた場合、各ペルチェ素子はその素子への電力供給がＯＮとなる動作期間と、ＯＦＦとなるその動作休止期間とを切り換えて運転制御される。また、例えば複数の商品についてもそれらの全てのペルチェ素子はそれぞれ動作期間と動作休止期間とをとってその運転が制御される。
ここで、２つの商品（身体冷却具）で例えばこの商品装着者に冷却を施す場合、１の商品のペルチェ素子を通常動作させて、他の商品のそれを動作休止とし、続いて１の商品のペルチェ素子を動作休止とするとともに、他の商品のそれを通常動作とする制御を含むこととする。また、一方の商品のペルチェ素子のみをＯＮ／ＯＦＦの交互動作とし、他方の商品のそれは動作電力低減期間をとって駆動するよう制御できる。

なお、上記ペルチェ素子は、同一規格およびまたは異なる規格のものである。
複数のペルチェ素子が同一の定格電力のものを使用することで、その動作期間などのコントロールが容易になる。複数のペルチェ素子が異なる規格のもので構成されている場合、定格電力が大きなそれの動作期間を他の素子（定格電力が小さいもの）の動作期間と異ならせることもできる。または、異なる規格であれば、それぞれの規格に対応した動作期間を設定することもできる。

上記動作休止期間あるいは動作電力低減期間は、あらかじめ設定した固定時間およびまたは温度情報により決定される。
例えばペルチェ素子の動作期間はその定格電力による供給電力（または供給電流）に応じて５秒～１０秒を固定しての複数の素子について交互にＯＮとなる切り換え動作とする（２以上の素子でいずれか１が交互に循環してＯＮとするサイクル）。この場合、サイクルではなくいわばランダムにＯＮとすることもできる。例えば、複数のペルチェ素子の排熱面の温度を一定時間毎にチェックして最も低い素子をＯＮとする（他はＯＦＦ）ことを含む。
また、ペルチェ素子の吸熱面と排熱面との温度差に応じて動作期間（ＯＮタイム）を設定するなどである。

請求項１～３に記載の発明によれば、２つのペルチェ素子をＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作するようにしたため、そのペルチェ素子の排熱部の温度上昇およびそのペルチェ素子の抵抗値増大を抑える。その結果として、より性能の良い冷却装置（冷却用商品）の提供を可能とした。

従来のペルチェ素子（ＴＥＣ1-12706）を示す概略図である。 この発明の実施例１に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の参考例２に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の実施例３に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の参考例４に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の実施例５に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の参考例６に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の実施例７に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の参考例８に係る制御方式を説明するための図である。 この発明の実施例９に係る制御方式によるタイムチャートである。 この発明の参考例１０に係る制御方式によるタイムチャートである。 この発明の参考例１１に係る制御方式によるタイムチャートである。

以下、この発明に係る制御方式の実施例を、図面を参照して具体的に説明する。

図２は実施例１に係る制御方式を説明するための図である。（Ａ）は当該制御方式を適用する冷却装置を示す模式図である。（Ｂ）はその電源とペルチェ素子との接続を示す模式図である。（Ｃ）は２個のペルチェ素子に対する電力の供給を示すタイムチャートである。

図２は最も基本的な２つのペルチェ素子Ａ，Ｂを使用したペルチェモジュール（冷却モジュール）を示す。これら２つのペルチェ素子Ａ，Ｂではそれぞれの動作期間の後に動作休止期間を設けてある。すなわち、これら素子Ａ，Ｂはいずれも交互に動作可能として構成してある。
両方の冷却ファンは、吸熱面の温度上昇を抑える役目で常時回転している。
ペルチェ素子Ａが通電しているときは、ペルチェ素子Ｂは休止（あるいは低電力で動作するようにしてもよい）することで、ペルチェ素子Ｂの内部や排熱面の温度を下げて、次の通電（スイッチ閉）で効果的な冷却をすることが可能となる。
ペルチェ素子ＡがＯＦＦとなるとき、これに同期してペルチェ素子Ｂが通電されてペルチェ素子Ａは休止する。このことで、ペルチェ素子Ａの内部やその排熱面の温度を下げて次の通電で効果的な冷却をすることが可能となる。
もちろん、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すればペルチェ素子Ａとペルチェ素子Ｂとの両方を休止させても良い。通電する時間や休止時間は、あらかじめ設定した固定時間でも良いが、排熱面の温度で判定して、設定することも可能である。
図２（Ａ）は複数のペルチェ素子Ａ，Ｂが単一の吸熱用アルミ板２１の一面に所定間隔離れて固着された例を示す。吸熱用アルミ板２１の他面（所定の平面を構成している）が冷却対象部（図外）に直接にまたは間接に面接触される。各ペルチェ素子Ａ，Ｂはいずれもヒートシンク２２Ａ，２２Ｂおよび冷却ファン２３Ａ，２３Ｂを有して構成されている。これらのヒートシンク２２Ａ，２２Ｂおよび冷却ファン２３Ａ，２３Ｂはこれらのペルチェ素子Ａ，Ｂの各排熱面に配設されて、ペルチェ素子Ａ，Ｂで発生した熱、その吸熱面から伝達された冷却対象部からの熱を放出する。
図２（Ｂ）はこれらのペルチェ素子Ａ，Ｂに対してスイッチ２５を介して直流電源２４から選択的に電力が供給されていること、直流電源２４から各冷却ファン２３Ａ，２３Ｂには常時電力が供給されていることを示す。
図２（Ｃ）にはペルチェ素子Ａ、Ｂについての電力供給のタイムチャートである。ペルチェ素子ＡがＯＮのとき、ペルチェ素子ＢはＯＦＦで、ペルチェ素子ＡがＯＦＦとなると同期してペルチェ素子ＢはＯＮとなり、以下このパターンを繰り返すこととなる。

図３は参考例２に係る制御方式を説明するための図である。この参考例では３個のペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを１枚の吸熱用アルミ板１２１の一方の面に面接触させている。（Ａ）は当該制御方式を適用する冷却装置を、（Ｂ）はその電源とペルチェ素子との接続を、（Ｃ）は３個のペルチェ素子に対する電力供給を示すタイムチャートの一例である。

図３では３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを使用したペルチェモジュール（冷却モジュール）の例である。図３（Ｃ）において示すように少なくとも１つのペルチェ素子に動作休止期間（電力ＯＦＦ）を設ける。この場合、冷却モジュールとしては３個のペルチェ素子のいずれかがＯＮとなるサイクルでの動作である。ペルチェ素子ＡはＯＮ→ＯＦＦ→ＯＦＦ→ＯＮ→と交互に動作する。ペルチェ素子ＢはＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＦＦ→と、ＯＮの期間をずらしてかつ切れ目なく冷却可能に動作する。ペルチェ素子Ｃについても同じくＯＦＦ→ＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ→の順に２区間でＯＦＦを挟みながら動作する。冷却モジュール全体としては吸熱用アルミ板１２１を常にいずれかのペルチェ素子が冷却していることとなる。とともに、各素子はそれぞれＯＦＦ区間にて排熱面から冷却ファンにより放熱（排熱）され続けることで、その内部温度上昇は抑えられる。
つまり、３つの冷却ファン１２３は、吸熱面の温度上昇を抑える役目で常時回転している。この他、図中で、１２２はヒートシンク、１２４は直流電源、１２５は３つのスイッチを示す。
再言すると、ペルチェ素子Ａが通電しているときは、ペルチェ素子Ｂ，Ｃは休止とする。ペルチェ素子Ｂ，Ｃの内部や排熱面の温度を下げて、次の通電での効果的な冷却をすることが可能となる。
次に、ペルチェ素子Ｂが通電されてペルチェ素子Ａ，Ｃは休止する。ペルチェ素子Ａの内部や排熱面の温度を下げて次の通電で効果的な冷却に備える。
もちろん、所望の冷却温度に到達すれば、ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを休止させても良い。
なお、各素子での休止時間を制御するために、さらに多数のペルチェ素子（同一規格とする）を備えた冷却モジュールを構成し、各素子のＯＮとなる時間を順番にサイクルさせることもできる。より短いＯＮ時間で、より長いＯＦＦ時間を得ることができ、素子からの排熱効果を高めることができ、長時間の運転に適している。また、この場合において、各素子の排熱面温度を一定時間毎に検出し、最も低い温度のペルチェ素子についてのみＯＮ、残りの素子をＯＦＦとする。その結果、ＯＮとなるペルチェ素子はいわばランダムに決定されて駆動制御されることとなる。この場合、各ペルチェ素子は同一規格のものでも、異なる規格のものでもよい。このような温度管理による制御方式においては、多数の素子を備えた冷却システムにおいてより効果的となり、短時間のＯＮで素子を動作させて一定の冷却効果を得ることができる。

図４は実施例３における制御方式に係る、ペルチェ素子Ａ，Ｂを使用した冷蔵庫の例である。
強冷却時は、２つのペルチェ素子Ａ，Ｂに同時に通電する一方、所望の温度維持では２つのペルチェ素子Ａ，Ｂを交互にＯＮとするようこれら素子を動作させて効果的な冷却効果を得ることが出来る。急速な冷却と省エネ効果（電力消費を抑える効果）が期待出来るだけでなく、交互動作はゆらぎ効果も実現出来る。
図４（Ａ）には、その冷却モジュールの構成を示す。２つのペルチェ素子Ａ，Ｂは1枚の吸熱用アルミ板３１の片面に離間して固着されている。ヒートシンク３２は２つのペルチェ素子Ａ，Ｂに共通となるよう固着されており、３つの冷却ファン３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにより単一のヒートシンク３２の熱を放熱する構成とされている。
図４（Ｂ）は直流電源３４と上記冷却ファン３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃとの接続、直流電源３４と２つのペルチェ素子Ａ，Ｂとの接続（電力供給系）を示す。３つの冷却ファン３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに常時電力が供給されている一方、ペルチェ素子Ａにはスイッチ３５Ａを介して、ペルチェ素子Ｂには別のスイッチ３５Ｂを介して電力が電源３４から供給される構成である。
図４（Ｃ）は各ペルチェ素子Ａ，Ｂについての電力供給のタイムチャートである。冷蔵庫を機能させる当初の期間は、ペルチェ素子Ａ，Ｂにともに電力供給がなされ、強冷却を可能とする。一定時間経過後、いずれか一方の素子のみがＯＮとされるとともに、残りの他方はＯＦＦとされる。ペルチェ素子Ａ，Ｂが交互にＯＮとなるいわゆる交互動作の状態とされる。庫内温度維持のためである。

図５は参考例４における制御方式に係る、ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを使用した冷蔵庫の例である。
強冷却時は、３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃに同時に通電することも可能であるが、冷蔵庫内を所望の温度に維持するためには、３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか１または２を交互にＯＮ動作させて効果的な冷却効果を得る。急速な冷却と省エネ効果（電力消費を抑える効果）が期待出来る。
図５（Ａ）には、その構成を示す。３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃは１枚の吸熱用アルミ板１３１の片面にそれぞれ離間して固着されている。ヒートシンク１３２は３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃに共通に固着されている。５個の冷却ファン１３３によりヒートシンク１３２の熱を放熱する構成とされている。
図５（Ｂ）は直流電源１３４と上記冷却ファンとの接続系を、直流電源１３４と３つのペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃとの接続系を示す。５つの冷却ファンに対しては常時電力が供給されている一方、ペルチェ素子Ａ、ペルチェ素子Ｂ、ペルチェ素子Ｃにはそれぞれ個別のスイッチ１３５を介して電力が電源１３４から供給される構成である。
図５（Ｃ）は各ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃについての電力供給の一例としてタイムチャートを示す。当初期間は、ペルチェ素子ＡがＯＮでペルチェ素子Ｂ，ＣにともにＯＦＦであって、次の区間ではペルチェ素子ＢのみがＯＮ、さらに次の区間ではペルチェ素子ＡのみをＯＮ、次はペルチェ素子ＣのみをＯＮとして動作させる例である。ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか１が交互にＯＮとなる運転である。庫内温度維持のためである。

図６はこの発明の実施例５であって当該制御方式を、２個のペルチェモジュールＡ，Ｂを使用したネッククーラーに適用した例である。各ペルチェモジュールはペルチェ素子、ヒートシンク、冷却ファンにてユニット化されている。
強冷却時は、２つのペルチェ素子に通電し、所望の温度維持では２つのペルチェ素子を交互にＯＮ動作させる。なお、各素子にあってはそれぞれＯＮ、ＯＦＦを繰り返すこととなる。
このような制御により効果的な冷却効果を得る。急速な冷却と省エネ効果が期待できるだけでなく、交互動作はゆらぎ効果（クーラ装着者にとっての自然な快適さ）も実現できる。
図６（Ａ）はネッククーラーの構成を示す。例えば人体のネック部分に巻き付けられるクーラ本体（ベルト）４１にはそのベルト長さ方向にて所定間隔離れた位置にペルチェモジュール（冷却モジュール）Ａ，Ｂが配設されている。各ペルチェモジュールＡ，Ｂは吸熱用アルミ板４２に固設されたペルチェ素子４３と、ペルチェ素子４３に固着されたアルミ製のヒートシンク４４と、ヒートシンク４４に取り付けられてこれから排熱する冷却ファン４５とで構成されている。また、電源４６とそのスイッチング動作をコントロールする制御部は、ベルト状の本体４１の中間部に配置されている。
図６（Ｂ）は、バッテリー（直流電源）４６と冷却ファン４５、バッテリー４６と２個のペルチェ素子４３との接続系を示している。スイッチ４７Ａ，４７Ｂは各ペルチェ素子４３とバッテリー４６との接続（電力供給）をそれぞれＯＮ、ＯＦＦする。
図６（Ｃ）に示すように、強冷却区間は２つのペルチェ素子Ａ，Ｂを同時にＯＮとし、その後は一方がＯＮ、他方がＯＦＦでこれを繰り返す動作をとる。

図７はこのネッククーラーにおいてペルチェモジュールを３個配置して例（参考例６）である。さらに、この構成によると休止時間のコントロールが容易となる。
基本的構成は上記実施例５に係る場合と同じとしてある。３つのペルチェモジュールについても、吸熱用アルミ板１４１の一面がベルト一面に布地などを介して固定され、人体のネックを冷却する構成である。各モジュールではペルチェ素子１４２がアルミ板１４１の他面に接触して配され、素子１４２に固設されたヒートシンク１４３，冷却ファン１４４により素子排熱面からの放熱を行う。
バッテリー１４５は直流電源で構成され、３つのスイッチ１４６により各ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃに対して電力を供給する。図７（Ｂ）はこの電力供給系を示す。
実際には、図７（Ｃ）は、ペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃはいずれか１がＯＮとされるとともに、残りの２素子はＯＦＦとされる制御の例である。当然にそのＯＮ期間の時間制御は固定しての場合の他、可変、例えば排熱面温度が一定値に達したときＯＦＦとされる温度制御であっても可能である。さらには、モジュールの個数は変更可能であり、モジュール同士が同一（単一規格のペルチェ素子の使用）の場合、異なる規格品の素子を使用した場合にも適用できる。

図８は実施例７に係る制御方式を、例えば人体の冷却に対してＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）機能を有する携帯冷却装置を２つ使用した場合に適用した例である。左右一対の携帯冷却装置Ａ，Ｂはそれぞれを完全に独立して動作させるのではなく、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信により急冷時は２つとも動作させ、通常時は一方のみをＯＮとする交互のＯＮ動作させることで約２倍の動作可能時間と、効果的な冷却効果を得ることが可能である。急速な冷却と省エネ効果が期待出来るだけでなく、交互動作はゆらぎ効果を実現できる。
図８にて（Ａ）は、この２つの携帯冷却装置Ａ，Ｂを使用者の背中に配置した例である。この携帯冷却装置は例えば粘着テープにより背中に直接に、または衣服を介して間接に接触させてその冷却を可能とすることもできる。
同じく（Ｂ）は、１の携帯型冷却装置の構成を示す。この装置は、１個のペルチェ素子ＡまたはＢに対して単一の吸熱用アルミ板５１、単一のヒートシンク５２、１の冷却ファン５３にて構成されている。また、図外のケーシング材により直流電源（バッテリー）５４、ペルチェ素子の動作および通信についての制御部５５、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信部５６を有して素子と一体に構成されている。
図８の（Ｃ）はバッテリー５４と冷却ファン５３、バッテリー５４とペルチェ素子（ＡまたはＢ）との接続、それらの接続におけるスイッチ５７Ａと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信によるＯＮ・ＯＦＦスイッチ５７Ｂとについて開示されている。図８（Ｄ）では強冷却区間の重複動作と、その後の定常運転区間の交互動作についてのタイムチャートを示す。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信スイッチにより対をなす他の素子をＯＮ動作させるものである。
それぞれの携帯型冷却装置Ａ，Ｂについて別個に動作するのではなく、２つの冷却装置Ａ，Ｂが強冷却区間では同時にＯＮ（強冷却モード）とし、温度維持モードでは装置Ａ，Ｂが交互動作（各装置ではそれぞれのペルチェ素子が交互動作）するモードとすることができる。

図９は参考例８に係る制御方式の適用例、すなわちＢｌｕｅｔｏｏｔｈ機能を有する携帯冷却装置を３つ背中に配設した場合である。これらの携帯冷却装置Ａ，Ｂ，Cは独立して動作させずに、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信により連係して動作させるように制御する。いずれか１の携帯冷却装置を一定期間にＯＮとし、以下期間毎にいずれか１の装置のみをＯＮとするいわゆる交互でのＯＮ動作である。各装置（ペルチェ素子）による動作可能時間の延長と、効果的な冷却効果を得ることが可能である。急速な冷却と省エネ効果を実現できる。
図９にて（Ａ）は、この３つの携帯冷却装置Ａ，Ｂ，Ｃを使用者の背中に縦一列に配置した例である。
同じく（Ｂ）は、１の携帯型冷却装置の構成を示す。この装置は、１個のペルチェ素子１５０に対して単一の吸熱用アルミ板１５１、単一のヒートシンク１５２、１の冷却ファン１５３にて構成されている。また、図外のケーシング材により直流電源（バッテリー）１５４、ペルチェ素子の動作および通信についての制御部１５５、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信部１５６を有して素子と一体に構成されている。
図９の（Ｃ）は電源と素子との接続を示す。バッテリー１５４と冷却ファン１５３とは常時接続であり、バッテリー１５４とペルチェ素子Ａ（携帯冷却装置Ａに内蔵する素子）との接続はスイッチ１５７の開閉で行う。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈスイッチ１５８，１５９はそれぞれ各携帯冷却装置Ｂ，Ｃとの接続をＯＮ、ＯＦＦする構成としてある。すなわち、スイッチ１５８を閉とすることは、他の冷却装置Ｂの内蔵バッテリーとそのペルチェ素子とを接続することである。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信による他のペルチェ素子のＯＮ・ＯＦＦ制御である。図９の（Ｄ）では定常運転期間での各装置Ａ，Ｂ，Ｃ間の交互のＯＮ動作についてのタイムチャートの一例を示す。
１のペルチェ素子についてその休止時間を制御するため３個以上の携帯冷却装置を使用し、それらの素子のＯＮ時間をサイクルさせて使用する。

図１０には、この発明の実施例９に係る制御方式によるタイムチャートを示す。
この実施例では２個のペルチェ素子Ａ，Ｂを備えた冷却装置にあって、ペルチェ素子Ａ，Ｂは同期して動作する（同時にモードが切り換えられる）が、これらの素子ではそれぞれ３つの動作モード（定格電力の一定割合低電力印加期間、定格電力印加のＯＮ期間、ＯＦＦ期間）をとって駆動される。このときの素子Ａ，Ｂの動作により、冷却効果を高めつつ、各ペルチェ素子の排熱面の温度上昇をコントロールすることができる。

図１１は、この発明の参考例１０に係る制御方式によるタイムチャートである。
この参考例においては、３個のペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを用いた冷却装置における各素子間のＯＮ・ＯＦＦ制御の一例である。装置としては２個の素子が同時にＯＮとされる期間と、１個のみがＯＮとされる期間とを含む制御とされる。これらＯＮ・ＯＦＦについては、規則性を持たせず、例えば各素子の排熱面温度を常に測定しておき、一定時間毎に最も低い排熱面温度の素子を選択してＯＮとすることもできる。
なお、電源としてモバイルバッテリーを使用することもできる。この場合、冷却システムにおいて最低限の負荷電流を流すことで、電力供給の停止を避けることができる。
また、距離が離れてセットされる複数の冷却モジュールまたは複数の冷却装置について、これを制御する場合、冷却効果の低下を阻止する意味から、これらの１について完全に休止させずに、電力を低減させることで、冷却効果との両立を図ることができる。

図１２は、この発明の参考例１１に係る制御方式によるペルチェ素子の駆動におけるタイムチャートである。
この参考例においては、３個のペルチェ素子Ａ，Ｂ，Ｃを用いた冷却装置における各素子間のＯＮ・ＯＦＦ制御の一例である。装置としては２個の素子が同時にＯＮとされる期間と、１個のみがＯＮとされる期間とを含む制御とされる。例えば、ペルチェ素子Ａは一定長さの電力低減期間を有して駆動される一方、ペルチェ素子Ｂでは定格電力（その一定割合での電力）相当期間、電力低減期間（一定割合の定格電力に対してさらに一定割合とした低減電力の印加期間）、さらにはＯＦＦ期間をより短いサイクルで変移する。同じくペルチェ素子Ｃにあっては、ＯＦＦ期間の後、短い低電力期間、ＯＮ期間、ＯＦＦ、ＯＮのように駆動される。これらの結果、最大では３つの素子が同時にＯＮとされて電力がこれらの素子に供給可能とされる。少なくとも１の素子をＯＮ（低電力期間）とする制御が可能である。

この発明は、複数個のペルチェ素子を用いた冷却システムにあってそのペルチェ素子についての動作制御方式に係る技術として有用である。

Ａ，Ｂ，Ｃ ペルチェ素子、
２１ 吸熱用アルミ板、
２２ ヒートシンク、
２３ 冷却ファン、
２４ 直流電源。

Claims (3)

1. それぞれが独立制御される２つのペルチェ素子を使用した冷却モジュールで、２つのペルチェ素子がＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、
   上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式。
2. ペルチェ素子を使用したそれぞれが独立した２つの冷却モジュールで、これらの２つのペルチェ素子がＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、
   上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式。
3. 冷却効果を目的とした、ペルチェ素子を使用したそれぞれが独立した２つの商品で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線制御により２つのペルチェ素子をＯＮ／ＯＮ、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮ、およびＯＦＦ／ＯＦＦの動作モードを有して動作する制御方式であって、
   上記２つのペルチェ素子は、その動作開始時はＯＮ／ＯＮの動作モードで、一定時間経過後はＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの動作モードでそれらが交互に動作するとともに、冷却の対象部が所望の冷却温度に到達すれば２つのペルチェ素子の両方を同時にＯＦＦとし、この休止時間は、ペルチェ素子の排熱面の温度で判定して設定する制御方式。

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