JPH10132313A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電素子を用いて冷房および暖房を行う空気
調和装置において、結露の発生を抑え、外力が加わって
も損傷することがなく床などにも取り付け可能とする。 【解決手段】 内側吸放熱板１０３、外側吸放熱板１０
５の熱拡散性をあげ、サーモモジュールの熱交換能力を
損なうことなく結露を生じない範囲に制御する電源制御
部を備えたものである。また、外力を内側吸放熱板１０
３のみが受ける構造を備えたものである。これにより、
室内外の吸放熱板と雰囲気温度との差を小さくして結露
を抑え、外力による熱電素子へのストレスを少なくする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果を示
す熱電素子で構成したサーモモジュールと、これを用い
て室内の冷房及び暖房を行う空気調和装置とに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱電素子を用いた空気調和装置
は、図５に示すように、室内に面した壁、天井等に平板
のペルチェ素子３，６を板面３ａが露出した状態で配置
する構成を採っていた。

【０００３】ペルチェ素子の室内とは反対側に、空気の
供給通路と、ペルチェ素子の板面３ｂに連通する空気の
排出通路を設けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ペルチェ素子の板面３ａ，３ｂに結露が
生じた場合、結露が蓄積し滴下したり、建材の汚染や劣
化をまねく可能性がある。

【０００５】また、ペルチェ素子の板面３ａが露出して
いるため、板面３ａに外力が加わった場合ペルチェ素子
の破損をまねく可能性があり、床などに設置するには難
がある。

【０００６】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、露出の発生を抑え、外力による破損の少な
い、熱電素子を用いて冷房および暖房を行う空気調和装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、熱拡散性の吸放熱部材と、サーモモジュー
ルの熱交換能力を結露が生じない範囲に制御する電源制
御部を備えたものである。

【０００８】また、外力を室内側の吸放熱板のみが受け
る構造を備えたものである。これにより、室内外の吸放
熱板と雰囲気温度との差を小さくして結露を抑え、外力
による熱電素子へのストレスを少なくすることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、第１の
吸放熱板の面積を大きくし、第２の吸放熱板にフィンを
設けることで熱拡散性を高めるとともに、予め実験など
で得た結露を生じない限界出力設定値を記憶した電源制
御部を備え、第２の吸放熱板のみを落とし込み部に固定
し支持する支持部材とを備えたものである。

【００１０】これにより、能力が同じでも第１、第２の
吸放熱板と雰囲気との温度差を少くし結露を防ぐことが
でき、外力は第１の吸放熱板で受けとめるので熱電素子
への影響を少なくすることができる。

【００１１】請求項２，３に記載の発明はさらに、第１
の吸放熱板および支持部材を熱伝導性の良い薄いシート
で全て覆ってしまうもので、熱拡散性を高めるととも
に、空気調和装置の室内面の装飾が容易となる。

【００１２】請求項４に記載の発明はまた、熱電素子の
動作検出器と、第１と第２の吸放熱板の温度を検出する
第１，第２の温度検出器と室内あるいはダクト内の少な
くとも一方の湿度を測定する湿度検出器と、これらの検
出情報に基づいてサーモモジュールの電源部の設定値を
決定する電源制御部を備えたものである。

【００１３】これにより、熱交換性能を必要以上に抑え
ることなく，状況に適した能力設定を実現することがで
きる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１５】（実施例１）図１に示す様に、実施例１は
ペルチェ効果により熱電変換を行う熱電素子１０１と、
室内１０２との熱交換を仲介する、第１の吸放熱板にあ
たる内側吸放熱板１０３と、ダクト１０４内の空気との
熱交換を仲介する、第２の吸放熱板にあたる外側吸放熱
板１０５でサーモモジュールを構成している。加えて、
サーモモジュールを固定する、支持部材にあたる支持板
１０６と、熱電素子１０１に電力を供給する電源回路１
０７と、電源１０７に指令を送る電源制御回路１０８と
で装置全体を構成している。

【００１６】熱電素子１０１は、ビスマステルルなどの
材料を用いたｐ型半導体１０１ａ、ｎ型半導体１０１ｂ
を所定の能力を出すのに必要な数だけ直列に接合し、電
流を流した時、ｐ型のプラス極とｎ型のマイナス極の接
合部を同一面上に並べ、ｐ型のマイナス極とｎ型のプラ
ス極の接合部を相対する反対面上に並べて構成される。

【００１７】内側吸放熱板１０３は、熱電素子１０１や
外側吸放熱板１０５よりも面積を大きくして熱拡散性を
高くし、構造部材としても所定の荷重に耐えられるよう
設計された平板である。

【００１８】外側吸放熱板１０５は、少ない設置面積で
も良好な吸放熱を行えるようにフィンを持った構造と
し、フィンの向きはダクト１０４を流れる空気の流れと
同じ方向になるよう設置されている。図１において空気
の流れは紙面に対して垂直である。

【００１９】内側吸放熱板１０３と外側吸放熱板１０５
の設計にあたっては十分な熱拡散性能を確保する必要が
ある。

【００２０】冷房を行っている場合を例に考えると、仮
に室内に最大相対湿度を８０％とすれば、湿り空気線図
によれば概ね４°Ｃの温度低下で結露が生じる。そこ
で、内側吸放熱板１０３は温度差４°Ｃ以下でも所定の
吸熱能力を得られるだけの面積を確保する必要がある。

【００２１】支持板１０６は、室内側表面には装飾され
たシート１０９が張られており、内側吸放熱板１０３を
固定するための段がついた穴１１０にサーモモジュール
をはめ込む構造となっているので、室内側からの荷重は
内側吸放熱板１０３と支持板１０６とで受けることにな
り、熱電素子１０１には影響が少なく損傷を受けにく
い。従って、天井や壁だけでなく床にも設置することが
できる。

【００２２】電源制御回路１０８は、電源回路１０７の
オン／オフと直流電圧の設定を指令する。このとき、電
源制御回路１０８は人の操作に合わせ、予め設定した結
露を生じない限界設定値を越えない範囲で、直流電圧設
定の指令を送る。

【００２３】図４は実際に部屋に取り付けた様子を概略
示すもので、主空気調和装置４２０で空調した空気をダ
クト４０４を使って吸気口４２２から部屋４０２ａ，４
０２ｂへ送り、排気口４２３から回収し、建物全体の空
調を行っている。本発明の空気調和装置４２１は、内側
吸放熱板１０３が部屋４０２ａ，４０２ｂ内に、外側吸
放熱板１０５がダクト４０４内になるよう配置されてい
る。

【００２４】本発明の空気調和装置４２１は、輻射と自
然対流により空調を行っているので気流による不快感な
どを少なくすることができる。

【００２５】また、主空気調和装置４２０の設定を少し
抑え目にし、人のいる部屋４０２ａだけを人数や好みな
どに合わせて空調すれば、快適で経済的な空調を行うこ
とができる。

【００２６】（実施例２）図２に示す様に、実施例２
は、ペルチェ効果により熱電変換を行う熱電素子２０１
と、室内２０２との熱交換を仲介する、第１の吸放熱板
にあたる内側吸放熱板２０３と、ダクト２０４内の空気
との熱交換を仲介する、第２の吸放熱板にあたる外側吸
放熱板２０５でサーモモジュールを構成している。加え
て、サーモモジュールを固定する、支持部材にあたる支
持板２０６と、内側吸放熱板２０３と支持板２０６とを
覆う化粧シート２０９と、熱電素子２０１に電力を供給
する電源回路２０７と、電源２０７に指令を送る電源制
御回路２０８とで装置全体を構成している。

【００２７】熱電素子２０１は、ビスマステルルなどの
材料を用いたｐ型半導体２０１ａ、ｎ型半導体２０１ｂ
を所定の能力を出すのに必要な数だけ直列に接合し、電
流を流した時、ｐ型のプラス極とｎ型のマイナス極の接
合部を同一面上に並べ、ｐ型のマイナス極とｎ型のプラ
ス極の接合部を相対する反対面上に並べて構成される。

【００２８】内側吸放熱板２０３は、熱電素子２０１や
外側吸放熱板２０５よりも面積を大きくして熱拡散性を
高くし、構造部材としても所定の荷重に耐えられるよう
設計された平板である。化粧シート２０９が熱拡散性を
補うので、内側吸放熱板２０３は小型軽量化することが
できる。

【００２９】化粧シート２０９は、熱伝導性の高いアル
ミや銅などの層２０９ａと、印刷や着色性に優れた薄い
樹脂層２０９ｂの２層からなり、熱拡散性を高くすると
ともに装飾性を良くしている。

【００３０】外側吸放熱板２０５は、少ない設置面積で
も良好な吸放熱を行えるようにフィンを持った構造と
し、フィンの向きはダクト２０４を流れる空気の流れと
同じ方向になるように設置されている。図２において空
気の流れは紙面に対して垂直である。

【００３１】内側吸放熱板２０３および化粧シート２０
９と、外側吸放熱板２０５の設計にあたっては十分な熱
拡散性能を確保する必要がある。

【００３２】例えば、冷房を行っている場合を考える
と、仮に室内の最大相対湿度を８０％とすれば、湿り空
気線図によれば概ね４°Ｃ温度低下で結露が生じる。そ
こで、内側吸放熱板２０３と化粧シート２０９は、温度
差４°Ｃ以下でも所定の吸熱能力を得られるだけの熱拡
散性を確保するように設計する。

【００３３】支持板２０６は、室内側表面には、内側吸
放熱板２０３を固定するための段がついた穴２１０にサ
ーモモジュールをはめ込む構造となっているので、室内
側からの荷重は内側吸放熱板２０３と支持板２０６とで
受けることになり、熱電素子２０１には影響が少なく損
傷を受けにくい。従って、天井や壁だけでなく床にも設
置することができる。

【００３４】電源制御回路２０８は、電源回路２０７の
オン／オフと直流電圧の設定を指令する。このとき、電
源制御回路２０８は、人の操作に合わせ、予め設定した
結露を生じない限界設定値を越えない範囲で、直流電圧
設定の指令を送る。

【００３５】図４は実際に部屋に取り付けた様子を概略
示すもので、主空気調和装置４２０で空調した空気をダ
クト４０４を使って吸気口４２２から部屋４０２ａ，４
０２ｂへ送り、排気口４２３から回収し建物全体の空調
を行っている。本発明の空気調和装置４２１は、内側吸
放熱板２０３が部屋４０２ａ、４０２ｂ内に、外側吸放
熱板２０５がダクト４０４内になるよう配置されてい
る。

【００３６】本発明の空気調和装置４２１は、輻射と自
然対流により空調を行っているので気流による不快感な
どを少なくすることができる。

【００３７】また、主空気調和装置４２０の設定を少し
抑え目にし、人のいる部屋４０２ａだけを人数や好みな
どに合わせて空調すれば、快適で経済的な空調を行うこ
とができる。

【００３８】（実施例３）図３に示す様に、実施例３
は、ペルチェ効果により熱電変換を行う熱電素子３０１
と、室内３０２との熱交換を仲介する、第１の吸放熱板
にあたる内側吸放熱板３０３と、ダクト３０４内の空気
との熱交換を仲介する、第２の吸放熱板にあたる外側吸
放熱板３０５でサーモモジュールを構成している。加え
て、サーモモジュールを固定する、支持部材にあたる支
持板３０６と、内側吸放熱板３０３の温度を検出する内
側温度センサ３１１と、外側吸放熱板３０５の温度を検
出する外側温度センサ３１２と、室内３０２の湿度を検
出する室内湿度センサ３１３と、ダクト３０４内の湿度
を検出するダクト湿度センサ３１４と、熱電素子３０１
に電力を供給する電源回路３０７と、電源回路３０７に
指令を送る電源制御回路３０８と動作検出器にあたる電
流計３１５で装置全体を構成している。

【００３９】熱電素子３０１は、ビスマステルルなどの
材料を用いたｐ型半導体３０１ａ、ｎ型半導体３０１ｂ
を所定の能力を出すのに必要な数だけ直列に接合し、電
流を流した時、ｐ型のプラス極とｎ型のマイナス極の接
合部を同一面上に並べ、ｐ型のマイナス極とｎ型のプラ
ス極の接合部を相対する反対面上に並べて構成される。

【００４０】内側吸放熱板３０３は、熱電素子３０１や
外側吸放熱板３０５よりも面積を大きくして熱拡散性を
高くし、構造部材としても所定の荷重に耐えられるよう
設計された平板である。

【００４１】外側吸放熱板３０５は、少ない設置面積で
も良好な吸放熱を行えるようにフィンを持った構造と
し、フィンの向きはダクト３０４を流れる空気の流れと
同じ方向になるよう設置されている。

【００４２】内側吸放熱板３０３と外側吸放熱板３０５
の設計にあたっては十分な熱拡散性能を確保する必要が
ある。

【００４３】冷房を行っている場合を例に考えると、仮
に室内の最大相対湿度を８０％とすれば、湿り空気線図
によれば概ね４°Ｃの温度低下で結露が生じる。そこ
で，内側吸放熱板３０３は温度差４°Ｃ以下でも所定の
吸熱能力を得られるだけの面積を確保する必要がある。

【００４４】支持板３０６は、室内側表面には装飾され
たシートが張られており、内側吸放熱板３０３を固定す
るための段がついた穴３１０にサーモモジュールをはめ
込む構造となっているので、室内側からの荷重は内側吸
放熱板３０３と支持板３０６とで受けることになり、熱
電素子３０１には影響が少なく損傷を受けにくい。従っ
て、天井や壁だけでなく床にも設置することができる。

【００４５】電源制御回路３０８は、電源回路３０７の
オン／オフと直流電圧の設定を指令する。このとき、電
源制御回路３０８は人の操作に合わせ、予め設定した結
露を生じない限界設定値を越えない範囲で、直流電圧設
定の指令を送る。

【００４６】実際の結露を生じる温度差は、室内３０２
およびダクト３０４の温室度によって異なるため、高い
湿度を想定して決めた限界設定値は必要以上に能力制限
を加えてしまうことがある。

【００４７】そこで、室内湿度センサ３１３あるいはダ
クト湿度センサ３１４で冷却側の湿度を測定して湿度に
応じて算出した限界吸熱量よりも、内側温度センサ３１
１と外側温度センサ３１２から得られたそれぞれの温度
と、電流計３１５により測定した熱電素子３０１の電流
値から算出した実吸熱量が小さくなるよう電源制御回路
３０８の指令を時事刻々変更していく。

【００４８】こうして、結露を防止してより快適な空調
を得ることができる。図４は実際に部屋に取り付けた様
子を概略示すもので、主空気調和装置４２０で空調した
空気をダクト４０４を使って吸気口４２２から部屋４０
２ａ，４０２ｂへ送り、排気口４２３から回収し建物全
体の空調を行っている。本発明の空気調和装置４２１
は、内側吸放熱板３０３が部屋４０２ａ，４０２ｂ内
に、外側吸放熱板３０５がダクト４０４内になるよう配
置されている。

【００４９】本発明の空気調和装置４２１は、輻射と自
然対流により空調を行っているので気流による不快感な
どを少なくすることができる。

【００５０】また、主空気調和装置４２０の設定を少し
抑え目にし、人のいる部屋４０２ａだけを人数や好みな
どに合わせて空調すれば、快適で経済的な空調を行うこ
とができる。

【００５１】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
１記載の発明は、内側吸放熱板の面積を大きくし、外側
吸放熱板にフィンを設けることで熱拡散性を高めるとと
もに、電源制御回路が結露を生じない設定値を電源回路
に指令するので、能力が同じでも吸放熱板と雰囲気との
温度差を少くし結露を防ぐことができ、水滴の落下や建
材の汚染、劣化を防止できる。

【００５２】また内側吸放熱板のみを落とし込み部に固
定し支持する支持部材とを備えたもので、外力を内側吸
放熱板で受けとめるので熱電素子への影響を少なくでき
床面への設置も可能になる。

【００５３】請求項２，３に記載の発明はさらに、内側
吸放熱板を熱伝導性の良いシートで覆うもので、この構
成によれば請求項１に記載の発明と同様の効果に加え、
装飾性が良くなる。

【００５４】請求項４に記載の発明は、内側湿度センサ
あるいはダクト湿度センサで冷却側の湿度を測定し、湿
度に応じて算出した限界吸熱量よりも、内側温度センサ
と外側温度センサから得られた温度と、電流計の電流値
から算出した実吸熱量が小さくなるよう電源制御回路の
指令を時事刻々変更していくもので、この構成によれば
請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるうえに、
より快適な空調を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す空気調和装置の断面図

【図２】本発明の一実施例を示す空気調和装置の断面図

【図３】本発明の一実施例を示す空気調和装置の断面図

【図４】本発明を用いた建造物の概念図

【図５】従来の空気調和装置の断面図

【符号の説明】

１０１ 熱電素子 １０３ 内側吸放熱板 １０５ 外側吸放熱板 １０６ 支持板 １０７ 電源回路 １０８ 電源制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱電素子と、熱拡散性を高くするため前記
   熱電素子の設置面積よりも大きな面積を持つ第１の吸放
   熱板と、熱拡散性を高めるフィンを設けた第２の吸放熱
   板とで構成されるサーモモジュールと、前記第１の吸放
   熱板を固定する落とし込み部を持った支持部材と、前記
   第２の吸放熱板を内部に配置して、室内排気もしくはあ
   る程度空調された空気を通すダクトを前記支持部材の室
   外側に設け、前記サーモモジュールに電力を供給する電
   源部と、前記サーモモジュールの熱交換能力を制御する
   ため前記電源部に指令を送る電源制御部とを備え、前記
   サーモモジュールの熱交換能力が予め設定した限界設定
   値を越えないように制御することを特徴とする空気調和
   装置。
2. 【請求項２】熱電素子と、熱拡散性を高くするため前記
   熱電素子の設置面積よりも大きな面積を持つ第１の吸放
   熱板と、熱拡散性を高めるフィンを設けた第２の吸放熱
   板とで構成されるサーモモジュールと、前記第１の吸放
   熱板を固定する落とし込み部を持った支持部材と、前記
   第１の吸放熱板および支持部材を覆う熱伝導性の良いシ
   ートと、前記第２の吸放熱板を内部に配置して、室内排
   気もしくはある程度空調された空気を通すダクトを前記
   支持部材の室外側に設け、前記サーモモジュールに電力
   を供給する電源部と、前記サーモモジュールの熱交換能
   力を制御するため前記電源部に指令を送る電源制御部と
   を備え、前記サーモモジュールの熱交換能力が予め設定
   した限界設定値を越えないように制御することを特徴と
   する空気調和装置。
3. 【請求項３】シートが、熱伝導性の高い材料からなる層
   と印刷、着色性に優れた材料からなる層の２層からな
   り、第１の吸放熱板に熱伝導性の高い材料が接すること
   を特徴とした請求項２記載の空気調和装置。
4. 【請求項４】熱電素子と、熱拡散性を高くするため前記
   熱電素子の設置面積よりも大きな面積を持ち室内側に設
   置される第１の吸放熱板と、熱拡散性を高めるフィンを
   設けた第２の吸放熱板とで構成されるサーモモジュール
   と、前記第１の吸放熱板を固定する落とし込み部を持っ
   た支持部材と、前記第２の吸放熱板を内部に配置して、
   室内排気もしくはある程度空調された空気を通すダクト
   を前記支持部材の室外側に設け、前記サーモモジュール
   に電力を供給する電源部と、前記サーモモジュールの熱
   交換能力を制御するため前記電源部に指令を送る電源制
   御部と、前記サーモモジュールの動作状態を検出する動
   作検出器と、前記第１の吸放熱板および前記第２の吸放
   熱板の温度を検出する第１，第２の吸放熱板温度検出器
   と前記ダクト室内の少なくとも一方の湿度を検出する湿
   度検出器を備え、前記湿度検出器の出力に基づいて熱交
   換能力を決め、前記動作検出器と吸放熱板温度検出器の
   出力をみながら、前記サーモモジュールの熱交換能力を
   制御することを特徴とする空気調和装置。