JPH02146484A - 物品保管装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱電索子の冷却作用及び発熱作用により庫内
を所定温度に保つ物品保管装置に関する。

（従来の技術） 品物の保存或は実験等を目的とする物品保管装置は冷却
機能及び加熱機能を備えており、それら加熱機能の加熱
作用及び冷却機能の冷却作用により庫内を所定温度に保
つようにしている。ここで、冷却機能としては冷蔵庫と
同様にフロンガスをコンプレッサで圧縮して液化すると
共に、その液化フロンが気化して膨張する際の潜熱を利
用して庫内を冷却している。また、発熱機能としては電
熱線から成るヒータにより庫内を加熱するようにしてい
る。このため、物品保管装置にコンプレッサ及びこのコ
ンプレッサを駆動するためのモータ或はエンジンを設け
なければならず、小形軽量化及び静画性の大きな支障と
なっていた。そこで、近年、熱電素子を利用することに
より庫内を所定温度に保つ物品保管装置が考えられてい
る。つまり、熱電素子には、通電により冷却作用を呈す
る冷却面と発熱作用を呈する発熱面とを備えており、し
かも、通電方向に応じてそれら冷却面と発熱面とが切換
わる性質を備えている。従って、熱電素子を収納庫内の
空気と熱交換可能に配置すると共に、切換スイッチの操
作で熱電素子の通電方向を切換えることにより、周囲温
度の低いときは熱電素子の発熱作用でもって収納庫内を
加熱保温し、周囲温度の高いときは熱電素子の冷却作用
でもって収納庫内を冷却することができる。このものの
場合、熱電素子は小形軽量でＨつ扁平形状が可能なため
、庫全体の小形化及び庫内温度の均一化を図ることがで
きる。さらに、熱電素子は、庫内と伝熱的に設けられた
面が冷却作用及び発熱作用を呈するようになっているた
め、庫内の温度を１ｌｌｌｌ定するために設けられた温
度センサまでの距離を冷却源と加熱源とで一致し得、以
て冷却時と加熱時との際の熱伝導率を考慮する必要がな
くなり、と度制御のための設計が容易となるという優れ
た特徴を備えている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の従来構成のものでは、熱電索子の
冷却能力が加熱能力よりも劣るという事情がある。つま
り、通電状態では熱電素子は自分自身で発熱してその温
度が上昇しているから、発熱時にあってはその発熱作用
が促進されるのに対して、冷却時にあっては冷却作用が
抑制されることになり、１ｉｌＬ内に対する冷却時と加
熱時とにおける熱応答性が異なってしまう。このため、
加熱時には応答性よく庫内の温度を上昇させることがで
きるのに対して、冷却時には加熱時程応答性よく庫内の
温度を低下させることができない。従って、温度センサ
に基づく温度制御特性を加熱時に最適となるように設定
すると、冷却時の温度特性が悪化して温度リップルが大
きくなる。また、温度特性を冷却時に最適とするために
熱応答性を高めに設定すると、加熱時の温度リップルが
過度に小さくなり、これに伴って熱電素子に対する通断
電が頻繁に行なわれて、通電スイッチの信・照性が著し
く低下してしまう。一方、斯様な欠点を解決するための
手段として、加熱制御及び冷却制御するための制御回路
或は加熱用及び冷却用温度センサを専用に設けることが
考えられるが、それでは装置の複雑化或はコスト高を招
来してしまう欠点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、熱電素子を備えたものでありながら、その熱電素子に
よる冷却時及び加熱時の熱応答性を極カ一致させること
ができる物品保管装置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、内部に物品を収納するように設けられた収納
庫と、この収納庫内の空気と熱交換可能に配置され正方
向に通電されたときに冷却作用を呈し且つ逆方向に通電
されたときに発熱作用を呈する熱電素子を有し、この熱
電素子の冷却作用及び発熱作用により前記収納庫内の温
度を所定温度に保つようにした物品保管装置において、
前記熱電素子が逆方向に通電されたときの通電電圧を正
方向に通電されたときの通電電圧よりも低く制御する通
電電圧シ、１愁手段を設けたものである。

（作用） 熱電素子は正方向に通電されると冷却作用を呈し、これ
に応じて収納庫内の温度は低下する。

また、熱電索子は逆方向に通電されると発熱作用を呈し
、これに応じて収納ＪＩＩｔ内の温度は上昇する。

このとき、一般的な熱電素子の発熱能力は冷却能力を上
回っている。しかして、熱電素子が逆方向に通７ヒされ
るときは、通電電圧制御手段によって熱電素子に正方向
に通電されるときの電圧よりも低い電圧が与えられるか
ら、熱電素子の発熱作用が抑制され、以て熱電素子の冷
却能力と発熱能力とが近似する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

まず、全体の縦断面構造を示す第２図において、１は本
体で、これの内部には、上下を断熱空間２゜３で仕切ら
れた収納庫４が形成されている。５は断熱空１ｆｊＪ　
６を有した扉で、これは、本体１の前面にヒンジ５ａを
介して回動可能に取付けられており、収納庫４の前面開
口部はその扉５で塞がれるようになっている。また、収
納庫４の後面開口部は熱交換板７によって塞がれている
。以上の構成により、収納庫４は外部と断熱された密閉
構造となっている。

８はベルチェ効果を利用した周知構成の熱電素子で、こ
れの一方の側面は前記熱交換板７の後面中央部に伝熱的
に固定されている。この熱電素子８は、通電により一方
の側面が冷却し且つ他方の側面が発熱する特性を有し、
しかも、その通電方向に応じて、冷却面と発熱面とが互
いに切換わるようになっている。９は本体１の後面開放
部を塞いでいる放熱板で、これは熱電素子８の他方の側
面に接触している。１０はサーミスタで、これは収納庫
４内の温度を検出するように配置されている。

１１は断熱空間２内に配置された電気回路基板で、これ
は、第１図に示す７１気回路を含んで構成されており、
以下これについて説明する。即ち、１２はＡＣアダプタ
で、これは本体１から外部に導出されたプラグ１３を通
じて供給される商用交流電源出力をトランス１４で降圧
してから、ダイオードブリッジ１５及びコンデンサ１６
によって整流・平滑し、前記電気回路基板１１に設けら
れた一対の入力端子１７，１８１ＵＩに約６Ｖの直流７
は圧を１共給する。また、正の入力端子１７にはヒユー
ズ１９を介して電源ライン＋ＶＣＣが接続され、負の入
力端子１８にはアースラインが接続されている。そして
、電源ライン＋ＶＣＣとアースライン間には逆接続防！
に用のダイオード２０及び平滑用のコンデンサ２１が接
続されている。ｉ　Ｋ用うイン＋ＶＣＣは、抵抗２２及
び図示極性の定電圧ダイオード２３を介してアースライ
ンに接続されている。また、抵抗２２及び定電圧ダイオ
ード２３の出力端に電源ライン＋ＶＤＤが接続されてい
る。２４は電源ライン＋ＶＤＤ及びアースライン間に接
続された平滑用コンデンサである。そして、前記サーミ
スタ１０の一端は７１ｉ源ライン＋ＶＤＤに接続され、
出力端である他端は抵抗２５を介してアースラインに接
続されている。このサーミスタ１ｏは、検出温度が上昇
する程その抵抗値が減少する負特性を有するもので、こ
れにより収納庫４内の温度が上昇する程、サーミスタ１
０の出力端からの検出電圧Ｖｓが上昇するようになって
いる。つまり、サーミスタ１０からの検出電圧Ｖｓは、
収納庫４内の温度と正比例の関係にある。２６は制御回
路である。即ち、２７は第１のオペアンプで、これの反
転入力端子（−）はサーミスタ１０の出力端に接続され
て、検出電圧Ｖｓが与えられるようになっている。また
、非反転入力端子（＋）は、電源ライン＋ＶＤＤ及びア
ースライン間に接続された抵抗２８．２９の分圧点に接
続されて、第１の基ｄＡ雷電圧１が与えられるようにな
っている。３０は第１のオペアンプ２７の出力端子及び
非反転入力端子（＋）間に接続されたヒステリシス付与
用の帰還抵抗である。この場合、サーミスタ１０１；よ
る検出温度が１８℃以上となると、第１のオペアンプ２
７の出力がロウレベルに変化し、検出温度が１６℃以下
となると、その出力がハイレベルに変化するように、第
１の基皇電圧■１及び帰還抵抗３０の容置が設定されて
いる。３１は第１のトランジスタで、これのベースは抵
抗３２を介して第１のオペアンプ２７の出力端子に接続
され、エミッタはアースラインに接続されている。４８
は第１のトランジスタ３】のベース・エミッタ間に接続
されたバイアス抵抗である。３３は第１のリレーで、こ
れのリレーコイル３３ｘは、電源ライン＋ＶＣＣ及び第
１のトランジスタ３１のコレクタ間に接続されている。

３４はリレーコイル３３Ｘに並列接続されたフライホー
ルダイオードである。一方、３５は第２のオペアンプで
、これの反転入力端子（−）はサーミスタ１ｏの出力端
に接続されて、検出電圧ＶＳが与えられるようになって
いる。また、非反転入力端子（＋）は、電ｂ：（ライン
＋ＶＤＤ及びアースライン間に接続された抵抗３６．３
７の分圧点に接続されて、第２の基準電圧■２が与えら
れるようになっている。３８は第２のオペアンプ３５の
出力端子及び非反転入力端子（＋）間に接続されたヒス
テリシス付与用の帰還抵抗である。この場合、サーミス
タ１ｏによる検出７ａ！度が１２℃以下となると、第２
のオペアンプ３５の出力がハイレベルに変化し、検出温
度が１４℃以上となると、その出力がロウレベルに変化
するように、第２の基準電圧Ｖ２笈び帰還抵抗３８の６
値が設定されている。３９は第２のトランジスタで、こ
れのベースは抵抗４０．４１を介して第２のオペアンプ
３５の出力端子に接続され、エミッタはアースラインに
接続されている。４２は第２のトランジスタのベース・
エミッタ間に接続されたバイアス抵抗である。４３は双
極接点形の第２のリレーで、これのリレーコイル４３ｘ
は、７に源ライン＋ｖＣＣ及び第２のトランジスタ３９
のコレクタ間に接続されている。４４はリレーコイル４
３ｘに並列接続されたフライホールダイオードである。

また、４５は第３のトランジスタで、これのベースは抵
抗４６を介して抵抗４０．４１の共通接続点に接続され
、エミッタはアースラインに接続され、コレクタは前記
第１のトランジスタ３１のベースに接続されている。４
７は第３のトランジスタ４５のベース・エミッタ間に接
続されたバイアス抵抗である。

一方、前記第１のリレー３３の接点は電源スィッチとし
て機能するもので、これの共通接点３３Ｃは電源ライン
＋ＶＣＣに接続され、常開接点３３ａは開放されている
。また、前記第２のリレー４３の接点はｍ正極性切換ス
イッチとして機能するもので、これの常閉接点４３ｂは
、第１のリレー３３の常閉接点３３ｂに接続されている
共に、自身の常開接点４３ａ″に対し通電電圧調整手段
たるダイオード４つを順方向に介して接続され、常開接
点４３ａ及び常閉接点４３ｂ−はアースラインに接続さ
れている。そして、第２のリレー４３の一対の共通接点
４３ｃ及び４３ｃｍは熱電素子８の両端子に接続されて
いる。この熱電素子８は、正方向である矢印Ａ方向に通
電されときに熱交換板７を冷却し、逆方向である反矢印
Ａ方向に通電されたときに熱交換板７を加熱するように
なっている。

次に上記構成の作用について第３図及び第４図も参照し
ながら説明する。

収納庫４内に例えば化粧品を収納した状態でプラグ１３
をコンセントに接続すると、ＡＣアダプタ１２を介して
電源ライン＋ＶＣＣに略６Ｖの直流電圧が与えられ、こ
れに応じて電源ライン＋ＶＤＤには定電圧ダイオード２
３により定電圧化された直流電圧が与えられる。

さて、例えば電源投入時に、周囲（部屋）の温度が高く
て１８℃以上であると、収納庫４内の温度も１８℃以上
となっているから、サーミスタ１０からの検出電圧Ｖｓ
は、第１の基準電圧Ｖｌ及び第２の基準電圧Ｖ２を上回
っている。このとき、第１及び第２のオペアンプ２７及
び３５の出力は、第３図（ｂ）及び（Ｃ）に示すように
ロウレベルとなっているから、第１及び第２のトランジ
スタ３１及び３９はオフとなっている。これにより、第
１及び第２のリレー３３及び４３は、第３図（ｅ）及び
（ｆ）に示すように非駆動状態にあるから、第１のリレ
ー３３の接点（３３ｃｍ３３ｂ）間、第２のリレー４３
の接点（４３ｂ−４３Ｃ）間及び接点（４３ｃ　−−４
３ｂ−）間を介した熱電素子８への通電路が形成される
。従って、熱電素子８には、第３図（ｇ）に示すように
矢印Ａ方向即ち正方向に電流が流れて、これが冷却作用
を呈する。すると、熱交換ｌＩ！２７が冷却されてこれ
と収納庫４内の空気が熱交換されるようになり、これに
応じて収納庫４内の温度が徐々に低下すると共に、サー
ミスタ１０からの検出電圧Ｖｓも低下する。そして、収
納庫４内の温度が１６℃を下回ると（第３図中時刻ｔｌ
）、サーミスタ１０からの検出電圧Ｖｓが第１の基準電
圧ｖ１を下回って、第１のオペアンプ２７の出力が第３
図（ｂ）に示すようにハイレベルに変化する。すると、
第１のトランジスタ３１がオンして第１のリレー３３が
第３図（ｅ）に示すように駆動される。これにより、第
１のリレー３３の接点（３３ｃｍ３３ｂ）間が開放して
、熱電素子８への通電路が断たれる。

従って、熱電素子８の冷却作用が停止して、収納庫４内
の温度は周囲の温度の影響を受けて上昇するようになる
。このとき、第１のオペアンプ２７の出力はハイレベル
となっているから、その非反転入力端子（＋）に勾えら
れている第１の基′＄雷電圧ｌの値が帰還抵抗３０の帰
還作用により上昇する。そして、収納庫４内の温度が１
８℃を上回ると（時刻ｔ２）、検出電圧Ｖｓが第１の見
学電圧Ｖ１を上回って、第１のオペアンプ２７の出力が
再びロウレベルに変化し、これに応じて再び熱電素子８
への通電路が形成される。この結果、熱電素子８が再び
冷却作用を呈して、収納庫４内の温度が低下する。以上
のようにして、周囲温度が１８℃以上のときは、冷却機
能だけが働いて、収納庫４内の温度は１６℃から１８℃
間の第１の設定温度に制御される。

また、例えば電源投入時に、周囲の温度が低くて１２℃
を下回っているときは、サーミスタ１０からの検出電圧
Ｖｓは第２の基準電圧Ｖ２を下回っているから、第１及
び第２のオペアンプ２７及び３５からの出力は第４図（
ｂ）及び（ｃ）に示すようにハイレベルとなっている。

これにより、第２のトランジスタ３９がオンして第２の
リレー４３が第４図（ｆ）に示すように駆動するから、
第１のリレー３３の接点（３３ｃｍ３３ｂ）間とダイオ
ード４９．第２のリレー４３の接点（４３ａ−−４３ｃ
ｍ）間及び接点（４３ｃｍ４３ａ）間を介した熱電素子
８への通電路が形成される。

従って、熱電素子８には、反矢印Ａ方向即ち逆方向に通
電するように切換えられると同時にダイオード４つを介
してｆＬｓ　’ＡＭ電圧が印加されるため、ダイオード
４９の電圧降下分だけ低い電圧が熱電素子８に与えられ
ることになる。このとき、第１のオペアンプ２７からの
出力が第４図（ｂ）に示すようにハイレベルであること
により第１のトランジスタ３１がオンとなろうとしても
、第２のオペアンプ３５からのハイレベル出力により第
３のトランジスタ４５が第４図（ｄ）に示すようにオン
しているから、結局節１のトランジスタ３１がオンする
ことはない。従って、第１のリレー３３の非駆動状態が
第４図（ｅ）に示すように保持されて熱電素子８への通
電路が断たれることはないから、熱電素子８は逆方向に
通電されて発熱状態を呈する。しかして、熱電素子８に
与えられている通電電圧は、上述したようにダイオード
４９の電圧降下分だけ低下されているから、熱電素子８
の発熱作用は抑制されている。そして、熱電素子８の発
熱作用により熱交換板７は加熱されるから、これと収納
庫４内の空気との間で熱交換が行なわれて、収納庫４内
温度が徐々に上昇すると共に、サーミスタ１０からの検
ｒ＋を電圧Ｖｓも上昇する。

そして、収納庫４内の温度が１４℃を上回ると（第４図
中時刻ｔ３）、サーミスタ１０からの検出電圧Ｖｓが第
２の基準電圧■２を上回るようになる。すると、第２の
オペアンプ３５からの出力が第４図（Ｃ）に示すように
ロウレベルに変化し、第２のトランジスタ３９がオフし
て第２のリレー４３の駆動が停止され、これにより、熱
電素子８は正方向に通電可能状態にすｊ換えられる。こ
のとき、第２のオペアンプ３５の出力がロウレベルとな
ることにより、第３のトランジスタ４５が第４図（ｄ）
に示すようにオフして、第１のオペアンプ２７からのハ
イレベル出力が第１のｉ・ランジスタ３１のベースに与
えられてこれがオンする。この結果、第１のリレー３３
が第４図（ｅ）に示すように駆動して、熱電素子８への
通電路が断たれる。すると、収納庫４内の温度は周囲温
度の影響を受けて徐々に低下する。このとき、第２のオ
ペアンプ３５の出力はロウレベルであり、これに応じて
第２の基準電圧ｖ２が低下しているから、収納庫４内の
温度が１２℃を下回ったところで（時刻ｔ４）、第２の
オペアンプ３５の出力がハイレベルに変化する。これに
より、第１のリレー３３の駆動が停止すると共に、第２
のリレー４３が駆動するから、熱７ｕ素子８は逆方向に
通電されて発熱作用を呈し、これに伴って収納庫４内の
温度は徐々に上昇する。以上のようにして、周囲温度が
１２℃よりも低いときは、加熱機能だけが働いて、収納
庫４内の温度は１２℃から１４℃間の第２の設定温度に
１．す御される。

要するに、上記構成のものによれば、熱電素子８に逆方
向へ通電されるときは、電源電圧からダイオード４９の
電圧降下分だけ抑えられた電圧でもって通電されるから
、加熱能力は熱電素子８に電源電圧を直接接続したとき
に比べて抑えられる。

従って、加熱能力が冷却能率よりも勝っている従来のも
のに比べて、両方の能力を極カ一致し得、以て冷却時及
び加熱時の熱応答性の差を無効化することができる。

また、上記実施例の場合、制御回路２６の制御による熱
電索子８への通電方向の切換えにより、周囲温度が高い
ときは冷却機能のみが働き、周囲温度が低いときは加熱
機能のみが働くように制御されるから、−々切換スイッ
チを切換えて熱電素子８に対する通電方向を切換えると
いった面倒な作業をおこなうことなく、冷却機能と保８
機能との切換えを行なうことができる。しかも、本実施
例の場合、周囲温度が高いときは収納庫４内の温度を心
持ち高めに、そして、周囲温度が低いときは、収納庫４
内の温度を心持ち低めとなるように制御したから、収納
庫４内から化粧品を取出して使用したときに、周囲温度
と化粧品との温度差が少なくなって、温度差による使用
時の違和感が軽減される。

尚、上記実施例では、１個のダイオード４９の順方向の
電圧降下によって、逆方向通電時に熱電素子８に−うえ
る電圧を正方向通電時のときよりも低く制御するように
したが、これに代えて、複数のダイオードを接続するこ
とによりこれらのダイオードの順方向の電圧降下によっ
て制御するようにしてもよい。また、ダイオードの接続
位置としては、電源スィッチとして機能するリレー３３
の接点から熱電素子８に至る通電路の途中に配置すると
共に、ダイオード４９の代わりに抵抗素子或は！・ラン
ジスタ等を利用して構成してもよい。

また、通電電圧１．す御手段として昇圧回路を設け、熱
電素子８に正方向に通電するときに与える電源電圧をそ
の昇圧回路でもってＲ圧させ、以て逆方向通電時の通電
電圧を正方向通電１１．νの通電電圧よりも低く制御す
るようにしてもよい。さらに、高低２種類の電圧を発生
する電源電圧を設け、熱電索子８に逆方向に通電すると
きは低電圧を与え、正方向に通電するときは高電圧を与
えるようにしてもよい。

さらに、第１の設定温度を第２の設定温度よりも高く設
定したが、これに代えて、第１の設定温度を第２の設定
温度よりも低く設定するようにしてもよい。この場合、
収納庫内に収納する物品としては、コーヒー飲料缶等の
ように、周Ｌ！ＩＩＵＲが高いときは低い温度に冷却さ
れ、周囲温度が低いときは高い温度に保温した方が好ま
れる物品が適している。また、上記実施例では、第１及
び第２のオペアンプ２７及び３５にヒステリシス特性を
もたせて、第１及び第２の設定温度に温度幅を設けるよ
うにしたが、ヒステリシス特性は必要に応じて設ければ
よく、さらに、第１及び第２の設定温度を同一に設定す
るようにしてもよい。

加えて、熱電素子８への通電方向の切換をリレーによっ
て行なうのに代えて、無接点リレーによって行なうよう
にしてもよく、また、装置全体への電源供給は装置本体
に内蔵した電源から供給することもできる。

その他、本発明は上記各実施−１に限定されることなく
、制御回路をマイクロコンピュータから構成してもよい
等、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能である
。

［発明の効果コ 以上の記述から明らかなように、本発明の物品保管装置
によれば、通電電圧調整手段によって熱電素子が逆方向
に通電されたときの通電７代圧を正方向に通７ヒされた
ときの通電７ヒ圧よりも低く制り１１するようにしたの
で、熱７に素子の冷却能力と発熱能力とを同一にしｔ！
ｊ、以てハγば索子を備えたものでありながら、その熱
電素子による冷却時及び加熱時の熱応答性を極カ一致さ
せることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示しており、第１図は電気回
路図、第２図は縦断面図、第３図は冷却時における各部
の動作変化を収納庫内の温度変化に対応して示した図、
第４図は保温時における第３図相当図である。 図中、４は収納庫、７は熱交換板、８は熱電素子、９は
放熱板、１０はサーミスタ、２６は制御回路、４９はダ
イオード（通電電圧５．’Ｊ整千手段である。 菟 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　内部に物品を収納するように設けられた収納庫と
   、この収納庫内の空気と熱交換可能に配置され正方向に
   通電されたときに冷却作用を呈し且つ逆方向に通電され
   たときに発熱作用を呈する熱電素子を有し、この熱電素
   子の冷却作用及び発熱作用により前記収納庫内の温度を
   所定温度に保つようにした物品保管装置において、前記
   熱電素子が逆方向に通電されたときの通電電圧を正方向
   に通電されたときの通電電圧よりも低く制御する通電電
   圧調整手段を備えたことを特徴とする物品保管装置。