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公開番号2025075129
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2023186075
出願日2023-10-31
発明の名称ペルチェ素子の制御装置及び温度調節装置
出願人マツダ株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H01M 10/6572 20140101AFI20250508BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ペルチェ素子を用いた温度調節の効率を向上させる。
【解決手段】ペルチェ素子30の一方側と熱的に接続された第1部材と、ペルチェ素子30の他方側と熱的に接続された第2部材と、ペルチェ素子30の供給する電流を制御するECM50と、を備える。ペルチェ素子30は直列モードと並列モードとに切替可能であり、ECM50は、第1部材を加熱する一方、第2部材を冷却するときには、ペルチェ素子30を直列モード及び並列モードの一方に切り替え、第1部材及び第2部材の両方を加熱するときには、ペルチェ素子30を直列モード及び並列モードの他方に切り替える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
互いに直列接続された複数の半導体素子を有し、一方側から発熱しかつ他方側から吸熱することが可能なペルチェ素子の制御装置であって、
前記ペルチェ素子の前記一方側と熱的に接続され、加熱対象である第１部材と、
前記ペルチェ素子の前記他方側と熱的に接続され、加熱対象及び冷却対象の両方になり得る第２部材と、
前記ペルチェ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記ペルチェ素子は、前記複数の半導体素子の電気的な接続が直列になるように電流を流す直列モードと、前記複数の半導体素子の電気的な接続が並列になる並列モードとに切替可能であり、
前記電流制御部は、
前記第１部材を加熱する一方、前記第２部材を冷却するときには、前記ペルチェ素子の一方側が発熱しかつ他方側が吸熱するように、前記ペルチェ素子を前記直列モード及び前記並列モードの一方に切り替え、
前記第１部材及び前記第２部材の両方を加熱するときには、前記ペルチェ素子の前記一方側及び前記他方側の両方が発熱するように、前記ペルチェ素子を前記直列モード及び前記並列モードの他方に切り替えることを特徴とするペルチェ素子の制御装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載のペルチェ素子の制御装置において、
前記ペルチェ素子は、複数のＰ型半導体素子と複数のＮ型半導体素子とが交互に直列接続されており、
前記電流制御部は、
前記第１部材を加熱する一方、前記第２部材を冷却するときには、前記ペルチェ素子を前記直列モードにし、
前記第１部材及び前記第２部材の両方を加熱するときには、前記ペルチェ素子を前記並列モードにすることを特徴とするペルチェ素子の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のペルチェ素子の制御装置において、
前記第１部材及び前記第２部材は、共通の流体媒体を介して前記ペルチェ素子と熱的に接続されていることを特徴とするペルチェ素子の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のペルチェ素子の制御装置を備える温度調節装置であって、
前記流体媒体を前記第１部材に対して流す第１流路と、
前記流体媒体を前記第２部材に対して流す第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを接続する連結流路と、
前記第１流路と前記連結流路との間に配置され、前記第１流路から前記連結流路に流す前記流体媒体の流量を調整可能なバルブと、
前記バルブを制御するバルブ制御部と、を備え、
前記バルブ制御部は、前記第１部材及び前記第２部材の両方に加熱要求があるときには、前記第１流路を通って前記第１部材に供給される前記流体媒体の流量が、前記連結流路を通る前記流体媒体の流量よりも多くなるように前記バルブを制御し、前記第１部材に加熱要求がなくかつ前記第２部材に加熱要求があるときには、前記第１流路を通って前記第１部材に供給される前記流体媒体の流量が、前記連結流路を通る前記流体媒体の流量よりも少なくなるように前記バルブを制御する、ことを特徴とする温度調節装置。
【請求項５】
請求項１～３のいずれか１つに記載のペルチェ素子の制御装置において、
前記第１部材は、車両に搭載されかつ車室内を暖める暖房装置のヒータコアであり、
前記第２部材は、前記車両の駆動モータを駆動させる電力が蓄積されたバッテリである、ことを特徴とするペルチェ素子の制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の温度調節装置において、
前記第１部材は、車両に搭載されかつ車室内を暖める暖房装置のヒータコアであり、
前記第２部材は、前記車両の駆動モータを駆動させる電力が蓄積されたバッテリである、ことを特徴とする温度調節装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、ペルチェ素子の制御装置及び温度調節装置に関する技術分野に属する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、ペルチェ素子を用いて加熱対象及び冷却対象の温調をすることが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ペルチェ素子による加熱や吸熱を通じて温度調節対象の温度を目標値に向けて変化させる際、ペルチェ素子での消費電力に対する同素子の吸熱側から加熱側への熱の移動が最高効率で行われるようペルチェ素子を駆動する制御手段を備える、ペルチェ素子の制御装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、制御手段は、ペルチェ素子の加熱量や吸熱量を低減させる際、それをペルチェ素子における複数の素子列の接続態様を直列から並列に切り換えることで実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１２－１９６９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、温度調節対象には、バッテリのように温度が低すぎても高すぎても性能に影響が生じるものがある。特許文献１に記載の制御装置は、ペルチェ素子の加熱量や吸熱量を調節することができるが、ペルチェ素子を作動させている間は、加熱又は冷却の一方しか行うことができない。前記のような温度調節対象を温調する場合には、当該温度調節対象をペルチェ素子の加熱側に配置したときには、冷却させる際はペルチェ素子の作動を停止させて自然に冷却させるしかなく、当該温度調節対象をペルチェ素子の冷却側に配置したときにも、加熱させる際はペルチェ素子の作動を停止させて自然に加熱させるしかない。このため、温度調節の効率を向上させる観点からは改良の余地がある。
【０００７】
ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ペルチェ素子を用いた温度調節の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、ここに開示された技術の第１の態様では、互いに直列接続された複数の半導体素子を有し、一方側から発熱しかつ他方側から吸熱することが可能なペルチェ素子の制御装置を対象として、前記ペルチェ素子の前記一方側と熱的に接続され、加熱対象である第１部材と、前記ペルチェ素子の前記他方側と熱的に接続され、加熱対象及び冷却対象の両方になり得る第２部材と、前記ペルチェ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、を備え、前記ペルチェ素子は、前記複数の半導体素子の電気的な接続が直列になるように電流を流す直列モードと、前記複数の半導体素子の電気的な接続が並列になる並列モードとに切替可能であり、前記電流制御部は、前記第１部材を加熱する一方、前記第２部材を冷却するときには、前記ペルチェ素子の一方側が発熱しかつ他方側が吸熱するように、前記ペルチェ素子を前記直列モード及び前記並列モードの一方に切り替えるとともに、電流値を調整し、前記第１部材及び前記第２部材の両方を加熱するときには、前記ペルチェ素子の前記一方側及び前記他方側の両方が発熱するように、前記ペルチェ素子を前記直列モード及び前記並列モードの他方に切り替える、という構成とした。
【０００９】
すなわち、ペルチェ素子に電流を流した際の熱的な効果は、ペルチェ効果による発熱及び吸熱と、ジュール熱による発熱とがある。例えば、ペルチェ素子が複数のＰ型半導体素子と複数のＮ型半導体素子とが交互に直列接続された構成であるときには、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子との電気的な接続状態を直列接続とすれば、ペルチェ効果により、ペルチェ素子の一方側が加熱状態となり、他方側が冷却状態となる。一方で、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子との電気的な接続状態を並列接続とすれば、Ｐ型半導体素子及びＮ型半導体素子の一方は発熱側と吸熱側とが逆転する。これにより、ペルチェ効果による発熱と吸熱とが相殺されて、ジュール熱による発熱のみが残る。このため、ペルチェ素子の一方側は常に加熱状態としつつ、ペルチェ素子の他方側は冷却状態と加熱状態とを切り替えることができる。したがって、第２部材の加熱も冷却もペルチェ素子を利用して行うことができ、ペルチェ素子を用いた温度調節の効率を向上させることができる。
【００１０】
また、例えば、ペルチェ素子が全てＰ型半導体素子又はＮ型半導体素子であるときには、半導体素子の電気的な接続状態を直列接続とすれば、一部の半導体素子は発熱側と吸熱側とが逆転するため、ペルチェ効果による発熱と吸熱とが相殺されて、ジュール熱による発熱のみが残る。一方で、半導体素子の電気的な接続状態を並列接続とすれば、ペルチェ効果により、ペルチェ素子の一方側が加熱状態となり、他方側が冷却状態となる。このため、ペルチェ素子の一方側は常に加熱状態としつつ、ペルチェ素子の他方側は冷却状態と加熱状態とを切り替えることができる。この場合でも、ペルチェ素子を用いた温度調節の効率を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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