JPH09264559A - 蓄冷蓄熱式冷温風装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電冷却素子であるペルチェ素子による蓄冷
蓄熱を効果的に行なうことによって冷風又は温風の吹き
出しの立ち上がり時間特性に優れ、機械的な寿命を向上
した蓄冷蓄熱式冷温風装置を提供すること。 【解決手段】 熱電冷却素子１と、熱電冷却素子１に通
電する電流を制御する電流制御手段と、熱電冷却素子に
よって吸熱されるよう設けられた蓄冷蓄熱ブロック４
と、蓄冷蓄熱ブロック４によって吸熱されかつ外部へ送
風する送風用ファン６を有する熱交換器７と、を備えた
蓄冷蓄熱式冷温風装置において、前記電流制御手段は、
送風用ファン６の送風停止後に送風時より少ない電流を
流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電冷却素子を使
用した蓄冷蓄熱式冷温風装置に関し、特にトイレにて冷
暖房が効果的に行うことができる蓄冷蓄熱式冷温風装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温の作業場などにおいて作業者
のいる場所の近傍のみの局所冷房を行う冷風装置とし
て、冷媒ガスを圧縮する圧縮機を使用した冷風装置があ
る。この圧縮機を使用した局所冷風装置は、家庭内の台
所又はトイレなどに用いる場合、圧縮機のモータの騒音
あるいは重量などが問題となる。そして、図５に示す、
熱電冷却素子であるペルチェ素子と熱交換器とを使用し
た、騒音が無く小型軽量な蓄冷蓄熱式冷温風装置である
冷風装置が、特開平１−２５６７３６などに開示されて
いる。

【０００３】図５の冷風装置は、熱電冷却素子であるペ
ルチェ素子１と、直流電源２と、熱を蓄熱する蓄熱媒体
７ａを密閉空間に封入した熱交換装置７と、送風用モー
タ６ａ及び送風用ファン６を有し、送風回路内に熱交換
装置７を設け、蓄熱媒体７ａと熱交換可能な位置にペル
チェ素子１の吸熱面１ａを設けたものである。この冷風
装置は、直流電源２によってペルチェ素子１に直流電流
が流れると、放熱面１ｂによって放熱しながら吸熱面１
ａが冷却され、蓄熱媒体７ａに冷熱が蓄えられる。そし
て、蓄冷が完了した時点にて送風用モータ６ａ及び送風
用ファン６によって熱交換装置７に通風し冷風を吹き出
すものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の熱電
冷却素子であるペルチェ素子を使用した蓄冷蓄熱式冷温
風装置である冷風装置は、一般に、ペルチェ素子は高価
な為、可能な限り素子数を少なくして構成されている。
また、該ペルチェ素子への電流は、別途設けた温度調節
手段によって蓄熱媒体７ａの温度を設定された所定の温
度にするよう温度センサによって開閉制御されている。
従って、ペルチェ素子への通電によって蓄積される熱量
が少ない局所冷風装置においては、蓄熱終了以降の待機
時の熱の自然放出によってペルチェ素子が通電と通電停
止とを頻繁に繰り返すこととなる。その結果、ペルチェ
素子１が加熱と冷却とを繰り返されることにより、異種
半導体の接合部であるｐｎ接合部分が不必要な機械的膨
張と収縮とを繰り返すことによって寿命が低下するとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、熱電冷却素子であるペル
チェ素子による蓄冷蓄熱を効果的に行なうことによって
冷風又は温風の吹き出しの立ち上がり時間特性に優れ、
機械的な寿命を向上した蓄冷蓄熱式冷温風装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の蓄冷蓄熱式冷温風装置は、熱電冷却
素子と、熱電冷却素子に通電する電流を制御する電流制
御手段と、熱電冷却素子によって吸熱されるよう設けら
れた蓄冷蓄熱ブロックと、該蓄冷蓄熱ブロックによって
吸熱されかつ外部へ送風する送風手段を有する熱交換器
と、を備えた蓄冷蓄熱式冷温風装置において、前記電流
制御手段は、前記送風手段の送風停止後に送風時より少
ない電流を流すこととしている。これにより、熱電冷却
素子は、送風停止後の待機時には、少ない電流が継続し
て通電されることとなる。

【０００７】また、請求項２記載の蓄冷蓄熱式冷温風装
置は、請求項１記載の電流制御手段は、送風停止後の所
定時間経過するまでは所定時間経過後よりも大きい電流
を流すこととしている。これにより、蓄冷蓄熱ブロック
が、送風停止後の所定時間経過するまでは所定時間経過
後よりも大きな電流によって蓄冷蓄熱されることとな
る。

【０００８】また、請求項３記載の蓄冷蓄熱式冷温風装
置は、請求項２記載の電流制御手段は前記熱交換器の温
度を検出する温度検出手段を有し、前記の電流を熱交換
器の温度に応じて制御することとしている。これによ
り、蓄冷蓄熱ブロックが、送風停止後の所定時間経過す
るまでは温度検出手段によって制御されて蓄冷蓄熱され
ることとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の蓄冷蓄熱式冷温風
装置の第１の実施の形態を図１乃至図３に基づいて、第
２の実施の形態を図４に基づいて、それぞれ説明する。

【００１０】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態の蓄冷蓄熱式冷温風装置である局所冷風装置の構
成を説明する説明図である。図２は、図１に示される装
置の送風手段の概略斜視図である。図３は、図１に示さ
れる装置のタイミングチャートを示す図で、（ａ）はペ
ルチェ素子の通電電流、（ｂ）は熱交換器の温度、
（ｃ）は送風用ファンの出力である。

【００１１】この局所冷風装置は、トイレなどの室内の
小空間において、室内空気を吸入し、熱電冷却素子であ
るペルチェ素子によって冷却して冷風を送風するもの
で、ペルチェ素子１と、ペルチェ素子１に通電する電流
を制御する電流制御手段に相当する電源２及び制御回路
３と、ペルチェ素子１によって吸熱されるよう設けられ
た蓄冷蓄熱ブロックに相当する蓄冷ブロック４と、ペル
チェ素子１の熱を放出する放熱ブロック５と、送風手段
に相当する送風用ファン６と、蓄冷ブロック４によって
吸熱される熱交換器を形成する熱交換コイル７及び放熱
フィン８と、外郭９とを備えている。また、熱交換コイ
ル７及び放熱ブロック５は、それぞれ制御回路３によっ
て制御されるポンプＰ１、Ｐ２を有している。

【００１２】ペルチェ素子１は、それ自体すでに知られ
ているｎ型半導体とｐ型半導体とを並設しｎ型半導体及
びｐ型半導体間の所定の方向に通電すことによって外面
にて発熱あるいは冷却を行うもので、このものにおいて
は図１に示すように、蓄冷ブロック４に対向する１ａを
冷却面、放熱ブロック５に対向する１ｂを発熱面として
いる。このペルチェ素子１は、後述する制御回路３によ
って電流が制御され、冷却面１ａを介して蓄冷ブロック
４の熱を吸収し、吸収した熱を発熱面１ｂから放熱ブロ
ック５を介して外部に放出する。

【００１３】電源２は、ペルチェ素子１に直流電源を供
給するためのもので、交流電源の入力を直流に変換し制
御回路３によって通電する電流値を制御しながらペルチ
ェ素子１に直流電力を出力する。

【００１４】制御回路３は、ペルチェ素子１の電流の制
御などをするためのもので、例えばマイクロプロセッサ
を有して構成されている。この制御回路３は、例えばマ
イクロプロセッサのプログラムによる、電源２を制御し
ペルチェ素子１への電流の制御を行う為のタイマ機能を
有している。また、この制御回路３は、後述する熱交換
コイル７、放熱ブロック５に設置されるポンプＰ１、Ｐ
２の駆動の制御も行っている。

【００１５】蓄冷ブロック４は、ペルチェ素子１によっ
て冷却される熱量すなわち冷熱を蓄積する為のもので、
後述する蓄熱媒体７ａが容器内に充満され、一面がペル
チェ素子１の冷却面１ａと接している。この蓄冷ブロッ
ク４は、後述する熱交換コイル７の一端と他端とが直結
され、蓄熱媒体７ａに蓄積された冷熱が熱交換コイル７
を介して外部に放出される。本発明の局所冷風装置は、
この蓄冷ブロック４に冷熱を蓄積することによって、後
述する送風用ファン６による送風開始後の、短時間にお
ける冷風の吹き出しの立ち上がり時間特性が実現され
る。

【００１６】放熱ブロック５は、ペルチェ素子１によっ
て蓄冷ブロック４の冷却時に発生する温熱を外部へ放出
することにより、蓄冷ブロック４の冷熱の蓄積作用を補
助する為のもので、この実施の形態ではトイレに設けら
れたロータンクＴの内部の水５ａが容器内に充満され、
一面がペルチェ素子１の発熱面１ｂと接している。この
放熱ブロック５は、一方のものにポンプＰ２を有する循
環パイプＣ、Ｃの一端がそれぞれ直結され、ロータンク
内の水をポンプＰ２によって循環させることにより、発
熱面１ｂにて発生する温熱を局所冷風装置の内部からロ
ータンク内の水へ放出する。

【００１７】送風用ファン６は、局所冷風装置の内部に
送風回路を形成するもので、それに限定されるものでは
ないが、この実施の形態では図２に示すような細長形状
を有するシロッコファンによって形成されている。この
送風用ファン６は、外郭９に設けられた吐出口９ａに面
して配置され、制御回路３によって回転の起動、停止が
制御される。この送風用ファン６が回転し、局所冷風装
置の内部から外部に向けて送風することによって、外郭
９に設けられた吸入口９ｂから室内の空気が吸入されて
吐出口９ａから外部に放出する送風回路ＷＣが形成され
る。この送風回路ＷＣは、後述する熱交換コイル７及び
熱交換コイル７に一体に設けられた放熱フィン８の近傍
を介して形成される。そして、室内の空気を蓄冷ブロッ
ク４に蓄積された冷熱によって冷却し外部へ放出する。

【００１８】熱交換コイル７は、蓄冷ブロック４に蓄積
された冷熱を外部に放出することによって外部から熱を
吸収する熱交換を行うもので、熱伝達率の大きいアルミ
ニウム材料などによって、所定長さを持っている複数の
直管体が所定の曲率を持っている屈曲体によって接続さ
れ、らせん形状などを有して形成されている。この熱交
換コイル７は、内部に熱容量の大きい油など熱交換用の
蓄熱媒体７ａを有し、所定の箇所に蓄熱媒体７ａを循環
させる為のポンプＰ１が設置され、後述する放熱フィン
８の透孔に前記の複数の直管体の部分が嵌合して挿通さ
れ、前述の送風回路ＷＣ内に配置される。

【００１９】放熱フィン８は、熱交換コイル７の表面か
ら外部に冷熱を放出しやすくする為のもので、図２に示
すように、熱交換コイル７を嵌合し挿通するための多数
の透孔を有する例えばアルミニウム材料による多数の板
材によって形成されている。この放熱フィン８は、送風
用ファン６による送風回路ＷＣの空気の循環により、熱
交換コイル７から放熱フィン８に伝導される冷熱が表面
から外部に放出されることによって熱交換コイル７の熱
交換を補助する。

【００２０】外郭９は、前述の局所冷風装置の各部材を
収納するもので、前述した吐出口９ａ及び吸入口９ｂ
と、トイレのロータンク内の水を循環するための循環パ
イプＣ、Ｃを設置するための設置口とを有し、合成樹脂
材料などによって形成される。吐出口９ａ及び吸入口９
ｂは、送風用ファン６の回転によって吸入口９ｂから吸
入された室内空気が、熱交換コイル７の表面全域を通過
し吐出口９ａから放出される送風回路ＷＣを形成するよ
うそれぞれ設置される。

【００２１】次に、以上説明した局所冷風装置によって
トイレなどの室内の小空間において、室内空気を吸入し
て冷却し冷風を発生する動作について図３のタイミング
チャートに基づいて説明する。この局所冷風装置は、前
記の循環パイプＣ、Ｃのそれぞれの他端がトイレのロー
タンクＴの内部に配設され、吐出口９ａが使用者の顔に
面するよう適宜設置される。また制御回路３は、例えば
人体表面の温度を検出しトイレに使用者が入ってきたの
を検知する人体検知センサが接続され、この検知出力に
よって、送風用ファン６を自動的に回転しトイレから使
用者がいなくなると自動的に回転を停止する。

【００２２】まず、電源２の交流電源が入力されると制
御回路３は、ペルチェ素子１に定常電流Ｉ１を通電する
よう電源２を制御するとともに、ポンプＰ２によってロ
ータンクＴの水を循環パイプＣ、Ｃ介し放熱ブロック５
を経由して循環させ、さらにポンプＰ１により蓄冷ブロ
ック４の内部の蓄熱媒体７ａを熱交換コイル７を経由し
て循環させてペルチェ素子１によって冷却された熱量す
なわち冷熱を蓄積する。この初期における所定の量の冷
熱を蓄積する間は、ペルチェ素子１の電流ＩはＩ１の値
にて通電される。そして、所定の期間経過したＴ１の時
点以降は、待機状態としてペルチェ素子１の電流ＩはＩ
１より小さいＩ２に制御され通電される。この待機時の
電流のＩ２は、送風用ファン６が回転していない状態に
て熱交換コイル７から冷熱が放出されることによる熱的
なロスを補うこと、及びペルチェ素子１が電流のオン、
オフによる熱的な膨張収縮を少なくすることを目的とし
ている。

【００２３】そして、この局所冷風装置に接続された人
体検知センサから制御回路３に、使用者がトイレ内へ入
室した検知信号が入力されたＴ２の時点にて、制御回路
３によって送風用ファン６が起動されるとともにペルチ
ェ素子１の電流ＩがＩ２からＩ１に制御される。そし
て、人体検知センサから使用者がトイレ内からの退室を
検出する検知信号が制御回路３に入力されるＴ３の時点
まで送風用ファン６は継続して回転されるとともにペル
チェ素子１の電流Ｉは定常電流Ｉ１に制御されて通電さ
れ、送風用ファン６が停止した後の所定時間ＴＤが経過
するＴ４の時点まで継続する。そして、Ｔ４の時点以降
は、待機状態としてペルチェ素子１の電流Ｉは定常電流
Ｉ１より小さいＩ２に制御され通電される。

【００２４】以上説明した局所冷風装置によると、ペル
チェ素子１は、送風停止後の待機時には、少ない電流が
継続して通電されることとなるので、冷熱が放出される
ことによる熱的なロスが補われることによって送風用フ
ァン６の回転による冷風の吹き出しの立ち上がり時間特
性がより短時間になるとともに、ペルチェ素子１が電流
のオン、オフによる熱的な膨張収縮を少なくなって寿命
が向上したものとなる。また、蓄冷ブロック４が、送風
停止後の所定時間ＴＤを経過するまでは所定時間経過後
よりも大きな電流によって蓄冷蓄熱されることとなるの
で、より速く蓄冷されることによって、送風用ファン６
の回転による冷風の吹き出しの短時間の繰り返しにおい
ても立ち上がり時間特性が短時間なものとなる。

【００２５】［第２の実施の形態］図４は、第２の実施
の形態の局所冷風装置のタイミングチャートを示す図
で、（ａ）はペルチェ素子の通電電流、（ｂ）は熱交換
器の温度、（ｃ）は送風用ファンの出力である。

【００２６】この局所冷風装置は、ペルチェ素子１の電
流の制御などをするための制御回路３の制御方法のみが
第１の実施の形態と異なるもので、構成部材は第１の実
施の形態のものと略同一である。

【００２７】このものの制御回路３は、図１に示す様
に、温度検出手段に相当する温度検出センサ３１有して
構成され、温度検出センサ３１の入力によって電源２の
電流値を制御してペルチェ素子１の電流の制御を行って
いる。温度検出センサ３１は、それに限定されるもので
はないが、この実施の形態ではサーミスタ素子によって
構成される。温度検出センサ３１は、サーミスタ素子の
他、例えば半導体温度センサによるものなど様々のもの
でも良い。この温度検出センサ３１は、このものの熱交
換コイル７の表面に接着剤などによって接着され、制御
回路３によって蓄熱媒体７ａの温度が検出される。

【００２８】以上説明した局所冷風装置は、まず、電源
２の交流電源が入力されると第１の実施の形態のものと
同様、制御回路３は、ペルチェ素子１にＩ１を通電する
よう電源２を制御するとともに、ポンプＰ２によってロ
ータンクＴの水を循環パイプＣ、Ｃ介し放熱ブロック５
を経由して循環させ、さらにポンプＰ１により蓄冷ブロ
ック４の内部の蓄熱媒体７ａを熱交換コイル７を経由し
て循環させてペルチェ素子１によって冷却された熱量す
なわち冷熱を蓄積する。この初期における所定の量の冷
熱を蓄積する過程は、温度検出センサ３１による検出信
号として制御回路３によって把握され、ペルチェ素子１
の電流Ｉは、蓄熱媒体７ａの温度と略同一である熱交換
コイル７の表面温度θがθ３に低下するまでの間はＩ１
の値にて通電される。そして、熱交換コイル７の表面温
度θがθ３に到達したＴ１の時点以降は、ペルチェ素子
１の電流Ｉが温度検出センサ３１による検出信号によっ
て定常電流Ｉ１より小さい値に制御され通電される。そ
して、熱交換コイル７の表面温度θがθ２に到達したＴ
２の時点以降は、第１の実施の形態と同様、待機状態と
してペルチェ素子１の電流ＩはＩ１より小さいＩ２に制
御され通電される。

【００２９】そして、この局所冷風装置に接続された人
体検知センサから制御回路３に、使用者がトイレ内へ入
室した検知信号が入力されたＴ３の時点にて、制御回路
３によって送風用ファン６が起動されるとともにペルチ
ェ素子１の電流ＩがＩ２からＩ１に制御される。そし
て、人体検知センサから使用者がトイレ内からの退室を
検出する検知信号が制御回路３に入力されるＴ４の時点
まで送風用ファン６は継続して回転されるとともにペル
チェ素子１の電流ＩはＩ１に制御されて通電され、送風
用ファン６が停止した後の熱交換コイル７の表面温度θ
がθ３に到達するＴ５の時点まで継続する。そして、Ｔ
５の時点以降熱交換コイル７の表面温度θがθ２に到達
するＴ６までは、ペルチェ素子１の電流Ｉは、前記のＴ
１からＴ２までの間と同様に温度検出センサ３１による
検出信号によってＩ１より小さい値に制御され通電され
る。

【００３０】以上説明した局所冷風装置によると、蓄冷
ブロック４が、送風停止後の所定時間経過するまでは温
度検出手段によって制御されて蓄冷されることとなるの
で、周囲温度あるいはロータンクの水の循環による放熱
条件の変動に合わせて蓄冷されることによって、周囲温
度が変化しても冷風の吹き出しの立ち上がり時間特性が
短時間なものとなる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の蓄冷蓄熱式冷温風装置
は、熱電冷却素子は、送風停止後の待機時には、少ない
電流が継続して通電されることとなるので、熱電冷却素
子が電流のオン、オフによる熱的な膨張収縮を少なくな
って寿命が向上したものとなる。

【００３２】また、請求項２記載の蓄冷蓄熱式冷温風装
置は、請求項１記載のものの効果に加え、蓄冷蓄熱ブロ
ックが、送風停止後の所定時間経過するまでは所定時間
経過後よりも大きな電流によって蓄冷蓄熱されることと
なるので、冷風の吹き出しの短時間の繰り返しにおいて
も立ち上がり時間特性が短時間なものとなる。

【００３３】また、請求項３記載の蓄冷蓄熱式冷温風装
置は、請求項２記載のものの効果に加え、蓄冷蓄熱ブロ
ックが、送風停止後の所定時間経過するまでは温度検出
手段によって制御されて蓄冷蓄熱されることとなるの
で、周囲温度が変化しても冷風の吹き出しの立ち上がり
時間特性が短時間なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄冷蓄熱式冷温風装置である局所冷風
装置の第１の実施の形態の構成を説明する説明図であ
る。

【図２】図１に示される装置の送風回路の概略斜視図で
ある。

【図３】図１に示される装置のタイミングチャートを示
す図で、（ａ）はペルチェ素子の通電電流、（ｂ）は熱
交換器の温度、（ｃ）は送風用ファンの出力である。

【図４】第２の実施の形態の局所冷風装置のタイミング
チャートを示す図で、（ａ）はペルチェ素子の通電電
流、（ｂ）は熱交換器の温度、（ｃ）は送風用ファンの
出力である。

【図５】従来例の構成を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ ペルチェ素子（熱電冷却素子） ２ 電源（電流制御手段） ３ 制御回路（電流制御手段） ４ 蓄冷ブロック（蓄冷蓄熱ブロック） ６ 送風用ファン（送風手段） ７ 熱交換コイル（熱交換器） ８ 放熱フィン（熱交換器）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電冷却素子と、熱電冷却素子に通電す
   る電流を制御する電流制御手段と、熱電冷却素子によっ
   て吸熱されるよう設けられた蓄冷蓄熱ブロックと、該蓄
   冷蓄熱ブロックによって吸熱されかつ外部へ送風する送
   風手段を有する熱交換器と、を備えた蓄冷蓄熱式冷温風
   装置において、 前記電流制御手段は、前記送風手段の送風停止後に送風
   時より少ない電流を流すことを特徴とする蓄冷蓄熱式冷
   温風装置。
2. 【請求項２】 前記電流制御手段は、送風停止後の所定
   時間経過するまでは所定時間経過後よりも大きい電流を
   流すことを特徴とする請求項１記載の蓄冷蓄熱式冷温風
   装置。
3. 【請求項３】 前記電流制御手段は前記熱交換器の温度
   を検出する温度検出手段を有し、前記の電流を熱交換器
   の温度に応じて制御することを特徴とする請求項２記載
   の蓄冷蓄熱式冷温風装置。