JPH0439577A - 電子冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、エンジンＩ・■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
かある。一方、例えば、実開昭５５−４１！Ｊ６４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
最適効率からズしてしまう。

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Ｍｌ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Ｍｌ
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Ｍｌ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Ｍｌ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、−
船釣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ｌｌ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１
７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の接合部では放熱か、
又、ＮとＰの接合部では吸熱か行われる。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の下流へと送られ
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２
１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内に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か接続され、
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１
４の各素子に印加される。

この際、リレー回路４０によりオルタネータ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４
０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ユニツトとし、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かオンさ
れるとともにエアコンスイッチ３９かオンされている状
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による冷風温度か所定温度以下に
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１
０１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１
０２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４
１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ｒ１２５」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「２
５０」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１
９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
適素子数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Ｔ　ｈ　　Ｔ　ｃ　。

第７図に、Ｔｃ＝０°Ｃ，Ｔｈ＝３０°Ｃ（ΔＴ３０°
Ｃ）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６
Ｖ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ｒ２５０Ｊ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）Ｃ
ＯＰ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熱電素子の数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、電源電圧か変化
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。 Ｍｌ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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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。