JP2563592B2 - 熱電装置の制御方法 - Google Patents
熱電装置の制御方法Info
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- JP2563592B2 JP2563592B2 JP1181117A JP18111789A JP2563592B2 JP 2563592 B2 JP2563592 B2 JP 2563592B2 JP 1181117 A JP1181117 A JP 1181117A JP 18111789 A JP18111789 A JP 18111789A JP 2563592 B2 JP2563592 B2 JP 2563592B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はペルチェ効果を利用し、電気的に冷房もしく
は暖房を行う空調装置や冷蔵庫用冷却装置等に有用な熱
電装置に関する。
は暖房を行う空調装置や冷蔵庫用冷却装置等に有用な熱
電装置に関する。
従来の技術 電気を熱に変換する熱電装置は、熱電素子の両側に空
気との熱交換を行なうフィンを有し、電流を通ずること
により冷却を行うものである。
気との熱交換を行なうフィンを有し、電流を通ずること
により冷却を行うものである。
基板上に、Ｎ型半導体、導電体、Ｐ型半導体からなる
電気回路が形成されており、通電により、半導体と導電
体と界面でペルチェ効果により発熱もしくは吸熱する。
このとき、発熱部と熱的に接するフィンと、吸熱部と熱
的に接するフィンにより、一方の空気から熱を汲み上
げ、他方の空気へ捨てるヒートポンプ回路を形成してい
る。
電気回路が形成されており、通電により、半導体と導電
体と界面でペルチェ効果により発熱もしくは吸熱する。
このとき、発熱部と熱的に接するフィンと、吸熱部と熱
的に接するフィンにより、一方の空気から熱を汲み上
げ、他方の空気へ捨てるヒートポンプ回路を形成してい
る。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の熱電装置では、冷却負荷低減時
には電流を零とし、その後、温度上昇がある値を越える
と通電して冷却を再開する、間欠制御を行なっている。
そのため、電流を零としたときには、熱電回路を通して
発熱側のコルゲートフィンから吸熱側のコルゲートフィ
ンに流れる熱により冷却効果が極度に低下し、空調の不
快感を感じたり、冷蔵庫の温度上昇を与えるという課題
があった。
には電流を零とし、その後、温度上昇がある値を越える
と通電して冷却を再開する、間欠制御を行なっている。
そのため、電流を零としたときには、熱電回路を通して
発熱側のコルゲートフィンから吸熱側のコルゲートフィ
ンに流れる熱により冷却効果が極度に低下し、空調の不
快感を感じたり、冷蔵庫の温度上昇を与えるという課題
があった。
また、着霜時には電源を切り霜を溶かしていたため
に、再運転までに時間を要し、室温の変化や冷蔵庫内の
温度上昇などの課題があった。
に、再運転までに時間を要し、室温の変化や冷蔵庫内の
温度上昇などの課題があった。
本発明は、上記従来技術の課題を考慮し、冷却負荷低
減時に発熱側から吸熱側へ流れる熱流を抑え、装置の性
能向上を提供するとともに、除霜を短時間で行い、室温
の変化や冷蔵庫内の温度上昇を大幅に抑制する制御方法
を提供することを目的とするものである。
減時に発熱側から吸熱側へ流れる熱流を抑え、装置の性
能向上を提供するとともに、除霜を短時間で行い、室温
の変化や冷蔵庫内の温度上昇を大幅に抑制する制御方法
を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明では、ペルチェ効
果を利用する熱電装置において、最小電流値を、前記熱
電装置の発熱側から吸熱側へ流れる熱量と等しいペルチ
ェ吸熱量を得る電流値とする熱電装置の制御方法、およ
び、除霜時に逆方向の電流を流す制御方法を与えるもの
である。
果を利用する熱電装置において、最小電流値を、前記熱
電装置の発熱側から吸熱側へ流れる熱量と等しいペルチ
ェ吸熱量を得る電流値とする熱電装置の制御方法、およ
び、除霜時に逆方向の電流を流す制御方法を与えるもの
である。
作用 上記のような制御方法によって、得られる本発明の作
用は次の通りである。
用は次の通りである。
1.熱電素子の冷却特性は、ペルチェ吸熱、ジュールー発
熱および内部の熱伝導のバランスによって決まり、通電
する電流値によって大きく変化する。電流を小さくする
と、ジュール発熱および熱伝導により吸熱側に流れる燃
料とペルチェ吸熱量が等しくなる。この時、被冷却物と
熱電素子との温度は等しくなり、熱電装置は全体的には
断熱壁と同様の効果を示すことになる。
熱および内部の熱伝導のバランスによって決まり、通電
する電流値によって大きく変化する。電流を小さくする
と、ジュール発熱および熱伝導により吸熱側に流れる燃
料とペルチェ吸熱量が等しくなる。この時、被冷却物と
熱電素子との温度は等しくなり、熱電装置は全体的には
断熱壁と同様の効果を示すことになる。
2.熱電素子は、流れる電流の方向を変えることにより、
発熱側と吸熱側を容易に変えることができる。また、温
度変化の速度は、電子が関与していることから、通常の
熱伝導に比較して大きくなる。除霜時に電流の方向を変
え、着霜時に熱を与えることにより霜は瞬時に融解でき
る。
発熱側と吸熱側を容易に変えることができる。また、温
度変化の速度は、電子が関与していることから、通常の
熱伝導に比較して大きくなる。除霜時に電流の方向を変
え、着霜時に熱を与えることにより霜は瞬時に融解でき
る。
実施例 以下に本発明による実施例を図面により説明する。
第１図は本発明の一実施例にかかる熱電装置の構成を
示すものである。
示すものである。
まず、その構成を説明する。絶縁性フィルム基板１の
片面にはＮ型半導体２、導電体３、Ｐ型半導体４、導電
体３が順に成膜されている。２つのコルゲートフィン
５、５′は、フィルム基板１の両側に位置し、導電体３
に１つおきに、かつ、熱的に接する導電体３がおのおの
異なるように設置されている。矢印６は通常の冷却時の
電流方向を示す。電流６は、電流制御部７により制御さ
れた電源８から供給される。電流６により、半導体２、
４と導電体３の界面でペルチェ効果により発熱もしくは
吸熱する。
片面にはＮ型半導体２、導電体３、Ｐ型半導体４、導電
体３が順に成膜されている。２つのコルゲートフィン
５、５′は、フィルム基板１の両側に位置し、導電体３
に１つおきに、かつ、熱的に接する導電体３がおのおの
異なるように設置されている。矢印６は通常の冷却時の
電流方向を示す。電流６は、電流制御部７により制御さ
れた電源８から供給される。電流６により、半導体２、
４と導電体３の界面でペルチェ効果により発熱もしくは
吸熱する。
このとき、Ｎ型半導体２とＰ型半導体４は交互に並ん
でいることから、導電体３は交互に発熱部または吸熱部
となり、前述のごとく導電体３の１つおきに熱的に接す
るコルゲートフィン５は、一方が発熱フィン他方が吸熱
フィンとなる。この実施例では、フィルム１上部の空気
から熱を吸収し、フィルム１の下部の空気への熱の発散
となる。なお、コルゲートフィン５′は、絶縁性フィル
ム基板１を介して、導電体３に押圧されているが、基板
１は十分に薄いので導電体３からの（あるいは導電体３
への）熱移動は、殆どコルゲートフィン５′を介して行
なわれる。
でいることから、導電体３は交互に発熱部または吸熱部
となり、前述のごとく導電体３の１つおきに熱的に接す
るコルゲートフィン５は、一方が発熱フィン他方が吸熱
フィンとなる。この実施例では、フィルム１上部の空気
から熱を吸収し、フィルム１の下部の空気への熱の発散
となる。なお、コルゲートフィン５′は、絶縁性フィル
ム基板１を介して、導電体３に押圧されているが、基板
１は十分に薄いので導電体３からの（あるいは導電体３
への）熱移動は、殆どコルゲートフィン５′を介して行
なわれる。
次に、上記実施例の熱電装置の制御法について説明を
行なうが、留意すべきは、この制御法は、以下の説明か
らも明かな様に、基本的な熱電装置において成立するも
のであるから、上記実施例の構成には全く限定されない
ことである。
行なうが、留意すべきは、この制御法は、以下の説明か
らも明かな様に、基本的な熱電装置において成立するも
のであるから、上記実施例の構成には全く限定されない
ことである。
第２図は、導体の両端部において半導体を接続し、そ
の一方の接続界面を発熱側界面とし、他方の接続界面を
吸熱側界面とする構成の熱電素子において、その両端部
にペルチェ効果に基ずく一定温度差が生じた場合の熱電
素子の冷却特性を示すものである。冷却特性は、素子の
物性および形状に依存するがその傾向は同じであり、こ
こでは定性的にその特性を示した。
の一方の接続界面を発熱側界面とし、他方の接続界面を
吸熱側界面とする構成の熱電素子において、その両端部
にペルチェ効果に基ずく一定温度差が生じた場合の熱電
素子の冷却特性を示すものである。冷却特性は、素子の
物性および形状に依存するがその傾向は同じであり、こ
こでは定性的にその特性を示した。
消費電力（Qin）は、熱電素子の抵抗と電流（Ｉ）か
ら、 Qin ≒ Ｒ・I2 で与えられ、電流にに対しほぼ２次関数となる。
ら、 Qin ≒ Ｒ・I2 で与えられ、電流にに対しほぼ２次関数となる。
一方、熱電素子の冷却出力は、ペルチェ吸熱、ジュー
ル発熱および内部の熱伝導のバランスによって決まる。
電流がI0以下では、ペルチェ吸熱量よりも熱伝導により
吸熱部に流れ込む熱量が大きく、冷却出力を得ることが
できない。電流に比例してペルチェ吸熱量は増加するこ
とから、電流が増大するにつれて冷却出力が増加すが、
Imを上回るとジュール発熱が支配的となる冷却出力は低
下する。通常の冷却時には、Im前後の電流を流すことに
なる。冷却負荷が減少するとその負荷に応じて電流を減
少させる。本発明による制御は、冷房負荷が零に近づい
た場合に、流す電流をI0に保つように制御するもので、
これにより、前記導体内を熱伝導により発熱側から吸熱
側に流れ込む熱量とペルチェ吸熱量が等しくなる。
ル発熱および内部の熱伝導のバランスによって決まる。
電流がI0以下では、ペルチェ吸熱量よりも熱伝導により
吸熱部に流れ込む熱量が大きく、冷却出力を得ることが
できない。電流に比例してペルチェ吸熱量は増加するこ
とから、電流が増大するにつれて冷却出力が増加すが、
Imを上回るとジュール発熱が支配的となる冷却出力は低
下する。通常の冷却時には、Im前後の電流を流すことに
なる。冷却負荷が減少するとその負荷に応じて電流を減
少させる。本発明による制御は、冷房負荷が零に近づい
た場合に、流す電流をI0に保つように制御するもので、
これにより、前記導体内を熱伝導により発熱側から吸熱
側に流れ込む熱量とペルチェ吸熱量が等しくなる。
すなわち、冷房負荷が零に近づいた場合にも、発熱側
から吸熱側への熱流入をあたかも遮断する様に動作す
る。これにより、被冷却物の温度と吸熱側界面の温度が
等しくなり、熱電装置は断熱壁と同様に働く。しかも、
この時の消費電力は、熱電素子の物性値によって異なる
が、一般にI0はImの10％程度であり、消費電力は通常運
転時の１％と非常に小さく、無視し得る。
から吸熱側への熱流入をあたかも遮断する様に動作す
る。これにより、被冷却物の温度と吸熱側界面の温度が
等しくなり、熱電装置は断熱壁と同様に働く。しかも、
この時の消費電力は、熱電素子の物性値によって異なる
が、一般にI0はImの10％程度であり、消費電力は通常運
転時の１％と非常に小さく、無視し得る。
すなわち、本発明の制御法では、無視し得る程度の僅
かの消費電力で、上記した冷却負荷低減時の従来の問題
を解決できるのである。
かの消費電力で、上記した冷却負荷低減時の従来の問題
を解決できるのである。
この制御法によって、第１図の熱電装置においても、
導電体３を伝わって発熱側から吸熱側へ流入する熱を打
ち消すことができ、従来の問題を解決できた。
導電体３を伝わって発熱側から吸熱側へ流入する熱を打
ち消すことができ、従来の問題を解決できた。
次に、冷却運転時においてコルゲートフィン５の表面
が零度以下になると着霜を生じる。着霜量が大きくなる
と通風抵抗が大きくなり効率の低下を招くことから、除
霜する必要が生じてくる。本発明では、電流制御部７に
おいて、通常と逆の電流を印加する制御を行なってい
る。これにより通常は吸熱部となるコルゲートフィン５
が発熱部となり、霜はコルゲートフィン５の表面から融
解する。なお、温度上昇の速度は、電子が関与している
ことから、通常の熱伝導に比較して大きくなり、霜は瞬
時に融解される。
が零度以下になると着霜を生じる。着霜量が大きくなる
と通風抵抗が大きくなり効率の低下を招くことから、除
霜する必要が生じてくる。本発明では、電流制御部７に
おいて、通常と逆の電流を印加する制御を行なってい
る。これにより通常は吸熱部となるコルゲートフィン５
が発熱部となり、霜はコルゲートフィン５の表面から融
解する。なお、温度上昇の速度は、電子が関与している
ことから、通常の熱伝導に比較して大きくなり、霜は瞬
時に融解される。
また、この例では、除霜は一度に全面を行なうよう説
明したが、分割して行なうことも容易である。第１図に
は熱電装置の構成を説明するために、コルゲートフィン
５、５′の枚数を限定して書いているが、一般に使用す
る場合には、コルゲートフィン５、５′を多数並べるこ
とになる。電源８を複数個設置し、その数と一致する電
流路を並列に設置することにより、分割して除霜するこ
とができる。これにより、除霜しながら冷却運転が可能
となり、さらに快適性および温度上昇を抑制することが
できる。
明したが、分割して行なうことも容易である。第１図に
は熱電装置の構成を説明するために、コルゲートフィン
５、５′の枚数を限定して書いているが、一般に使用す
る場合には、コルゲートフィン５、５′を多数並べるこ
とになる。電源８を複数個設置し、その数と一致する電
流路を並列に設置することにより、分割して除霜するこ
とができる。これにより、除霜しながら冷却運転が可能
となり、さらに快適性および温度上昇を抑制することが
できる。
なお、上記した通常と逆の向きの電流を印加すること
で除霜を行なう熱電装置の制御法、更には、分割して除
霜を行なう制御法は、前述の基本的な熱電装置において
も適応できることは言うまでもない。
で除霜を行なう熱電装置の制御法、更には、分割して除
霜を行なう制御法は、前述の基本的な熱電装置において
も適応できることは言うまでもない。
発明の効果 本発明による熱電装置の制御方法は、ペルチェ効果を
利用する熱電装置において、最小電流値を、熱電装置の
発熱側から吸熱側へ流れる熱量と等しいペルチェ吸熱量
を得る電流値とする熱電装置の制御方法、および、除霜
時に逆方向の電流を流す制御方法を与えたため、熱電回
路内を流れる熱流の影響を抑え、装置の性能向上を提供
するとともに、除霜を短時間で行い、室温の変化や冷蔵
庫内の温度上昇を大幅に抑制する熱電装置の実現が可能
となる。
利用する熱電装置において、最小電流値を、熱電装置の
発熱側から吸熱側へ流れる熱量と等しいペルチェ吸熱量
を得る電流値とする熱電装置の制御方法、および、除霜
時に逆方向の電流を流す制御方法を与えたため、熱電回
路内を流れる熱流の影響を抑え、装置の性能向上を提供
するとともに、除霜を短時間で行い、室温の変化や冷蔵
庫内の温度上昇を大幅に抑制する熱電装置の実現が可能
となる。
第１図は、本発明の制御法を用いた一実施例の熱電装置
の斜視図、第２図は熱電素子の冷却特性図である。 １……フィルム基板、２……Ｎ型半導体、３……導電
体、４……Ｐ型半導体、５、５′……コルゲートフィ
ン。
の斜視図、第２図は熱電素子の冷却特性図である。 １……フィルム基板、２……Ｎ型半導体、３……導電
体、４……Ｐ型半導体、５、５′……コルゲートフィ
ン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中桐 康司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−163745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−14417（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】ペルチェ効果を利用する熱電装置に流す最
小電流値を、前記熱電装置の発熱側から吸熱側へ流れる
熱量と等しいペルチェ吸熱量を得る電流値とする熱電装
置の制御方法。 - 【請求項２】複数個の吸熱側界面を有する熱電装置の除
霜時に、前記複数個の吸熱側界面の一部に逆方向の電流
を流す請求項１記載の熱電装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1181117A JP2563592B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 熱電装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1181117A JP2563592B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 熱電装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344978A JPH0344978A (ja) | 1991-02-26 |
| JP2563592B2 true JP2563592B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=16095148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1181117A Expired - Fee Related JP2563592B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 熱電装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2563592B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1174996B1 (en) * | 2000-01-07 | 2009-07-22 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Thermoelectric system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5514417A (en) * | 1978-07-14 | 1980-01-31 | Tokyo Shibaura Electric Co | Refrigerator |
| JPS63163745A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-07 | 日本マランツ株式会社 | 温度ロツク型恒温装置 |
-
1989
- 1989-07-12 JP JP1181117A patent/JP2563592B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0344978A (ja) | 1991-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |