熱電変換装置
【課題】熱電素子の故障を早期に検出することができるとともに異常処置の対応が可能な熱電変換装置を実現する。
【解決手段】熱電素子モジュール３０には、熱電素子１２、１３の電源入力側に接続される電源入力端子２４ａ、熱電素子１２、１３の電源出力側に接続される電源出力端子２４ａ、および電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に、その中間位置における電位を検出するための中間端子２４ｃが設けられ、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂ間に電源を印加したときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位によって求められた各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧に基づいて熱電素子モジュール３０を制御する制御装置４０を有する。これにより、熱電素子の故障を早期に検出することができる。
【解決手段】熱電素子モジュール３０には、熱電素子１２、１３の電源入力側に接続される電源入力端子２４ａ、熱電素子１２、１３の電源出力側に接続される電源出力端子２４ａ、および電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に、その中間位置における電位を検出するための中間端子２４ｃが設けられ、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂ間に電源を印加したときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位によって求められた各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧に基づいて熱電素子モジュール３０を制御する制御装置４０を有する。これにより、熱電素子の故障を早期に検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関するものであり、特に、直列接続される熱電素子の故障の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１に示すように、Ｎ型熱電素子およびＰ型熱電素子をこの順序で複数組直列に接続して熱電素子群を構成し、この熱電素子群を吸熱電極部材および放熱電極部材で順次直列接続するとともに、上記熱電素子群の一方に突設して吸熱電極部材それぞれに吸熱熱交換部材を結合し、さらに熱電素子群の他方に突設して放熱電極部材それぞれに放熱熱交換部材を結合し、それぞれ吸熱熱交換部分および放熱熱交換部分を構成している。
【０００３】
そして、この熱交換部分をそれぞれ構成する各熱交換部材は、熱電素子群の並ぶ方向に沿って折曲される第１の折曲片および熱電素子の並ぶ方向とほぼ直角曲げられる第２の折曲片を備え、隣接する第２の折曲片の相互は電気的に絶縁して固定することにより、吸熱熱交換部分と放熱熱交換部分とを区画する壁を有するように構成している。
【０００４】
これにより、吸熱電極部材および放熱電極部材からの熱を効率的に取り出して熱交換効率が良好となるとともに、区画壁が形成されることで吸熱部と放熱部との分離が容易にできる構造を備えている。
【特許文献１】特許第３１６６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のような装置では、全ての熱電素子が吸熱電極部材もしくは放熱電極部材を介して電気的に直列接続されている。そのため、互いに隣り合う熱電素子、電極部材、および熱交換部材は、それぞれが電気的に絶縁された状態で配設されている。
【０００６】
しかも、このような装置では、故障モードの一つとして、熱電素子が異常発熱して周囲の部品を溶かすなどの故障が知られている。この原因として熱電素子自体の冷却、発熱によって生ずる膨張・収縮の熱応力で素子自体にマイクロクラックが発生し、これが進行すると熱電素子が割れて完全に導通しなくなる場合と完全に割れる前に接触抵抗により異常発熱する場合がある。
【０００７】
特に、熱電素子が異常発熱するときには、熱電素子に接合される電極部材、熱交換部材においても異常発熱が生ずることで周囲のケース部材が熱に溶かされて悪臭を発生する問題がある。
【０００８】
これを解消するために異常発熱を検出する温度センサを全ての熱交換部材に取り付ける必要があって現実的ではなく、取り付け個数を少なくするための取り付け場所の絞込みを容易に特定できない問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱電素子の故障を早期に検出することができるとともに異常処置の対応が可能な熱電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を備える熱電変換装置において、
熱電素子モジュール（３０）には、熱電素子（１２、１３）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、熱電素子（１２、１３）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ａ）、および電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することで、例えば、熱電素子（１２、１３）に異常が発生すれば、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子（１２、１３）の故障を検出することが可能である。これにより、複雑な構成としなくても熱電素子（１２、１３）の故障を早期に検出することができる。
【００１２】
また、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の抵抗値は、素子自体の特性のバラツキ、風速分布、温度分布などによってバラツキが大きくなるため、中間端子（２４ｃ）を二つ以上の複数個設けることで、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧のバラツキを小さくすることができる。これにより、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の精度を高めることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を複数個有し、かつ複数の熱電素子モジュール（３０）を電気的に直列接続する熱電変換装置において、
直列接続された複数の熱電素子モジュール（３０）には、一方端の熱電素子モジュール（３０）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、他方端の熱電素子モジュール（３０）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ｂ）、および電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、上述した請求項１では、一つの熱電素子モジュール（３０）における熱電素子（１２、１３）の故障検出を図ったものであるが、複数の熱電素子モジュール（３０）を使用する場合においても各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することで熱電素子（１２、１３）の故障を早期に検出することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、中間端子（２４ｃ）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることを特徴としている。この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）には、例えば、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因の変動がある。ところが、同一モジュールの中間位置に中間端子（２４ｃ）を設けることで、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因は、分割した二つのモジュールのそれぞれに等しく影響される。このため、これらの変動を相殺することができるため熱電素子（１２、１３）の故障を正確に判定することが可能である。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、制御手段（４０）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させることを特徴としている。この発明によれば、より具体的には、熱交換部材の近傍のケース部材が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材が破損する前に熱電素子（１２、１３）への通電をいち早く停止させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子モジュール（３０）をＰＷＭ制御によって駆動する熱電素子駆動手段（４２）と各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出する電圧検出手段（４４０）とを設け、かつ熱電素子駆動手段（４２）と電圧検出手段（４４０）とが時間的に同期して検出するように制御することを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）は熱電素子駆動手段（４２）によってパルス幅のＯＮとＯＦＦとの比率を変える制御で駆動している。従って、熱電素子モジュール（３０）がＯＮのときに、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子駆動手段（４２）が熱電素子モジュール（３０）に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、電圧検出手段（４４０）によって各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出することを特徴としている。この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）が駆動した後のほうが、熱電素子（１２、１３）の故障を早期にかつ的確に検出することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子駆動手段（４２）が定期的に所定時間作動するように制御することを特徴としている。この発明によれば、例えば、熱電素子駆動手段（４２）の周波数が早くて、かつ電圧検出手段（４４０）で検出された電圧のＡ／Ｄ変換の処理が遅いときなど、電圧が安定する時間が短くてＡ／Ｄ変換のタイミングが間に合わないことがある。このときに、熱電素子駆動手段（４２）を定期的に所定時間駆動させる制御によりＡ／Ｄ変換のタイミングを的確に合わせることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、熱電素子モジュール（３０）は、送風機（５０）と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、
制御手段（４０）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させるとともに、送風機（５０）の運転を継続させることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、熱電素子（１２、１３）が故障したときに送風機（５０）と熱電素子モジュール（３０）とを停止させると、熱電素子（１２、１３）の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機（５０）の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００２３】
また、車両用の冷却装置として、例えば、車両用シートの吹出孔から冷風を吹き出すシート空調装置では、熱電素子（１２、１３）が故障したときに、冷風の代わりに送風が吹き出されることになるが、送風機（５０）を停止させるよりも蒸れ感が解消される。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電素子モジュール３０の全体構成を示す模式図であり、図２は図１に示すＡ―Ａ断面図である。図３は本発明の熱電変換装置をシート空調装置に適用したときにおける搭載形態を示す模式図である。
【００２６】
また、図４は図１に示すＢ−Ｂ断面図であり、図５は制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。図６は各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。さらに、図７は送風量をパラメータとしたときの抵抗Ｒ１の抵抗変化と放熱側熱交換部温度との関係を示す特性図である。
【００２７】
本実施形態の熱電変換装置は、車両に搭載される冷却装置もしくは加熱装置に適用させた熱電変換装置であり、例えば、図３に示すように、車両用のシート１の着座部１ｂ内に熱電素子モジュール３０を配設し、その熱電素子モジュール３０により冷却された冷風をシート表面から吹き出すシート空調装置に適用させている。
【００２８】
そのシート空調装置は、背当て部１ａおよび着座部１ｂからなるシート１と、シート１の下部に形成された空間４に配設された加熱冷却装置５と、この加熱冷却装置５を制御する制御手段である制御装置４０とを備えている。
【００２９】
背当て部１ａは内部に空間４と連通する第１ダクト３ａが形成されており、その第１ダクト３ａと連通する空気吹出孔２が複数個形成されている。また、着座部１ｂは内部に空間４と連通する第２ダクト３ｂが形成されており、その第２ダクト３ｂと連通する空気吹出孔２が複数個形成されている。
【００３０】
加熱冷却装置５は送風機５０と熱電素子モジュール３０とから構成しており、送風機５０はシート１内に車室内空気を導いて熱電素子モジュール３０を介して空気吹出孔２に向けて送風する。
【００３１】
熱電素子モジュール３０は電力を熱に変換する周知のペルチェ素子であり、内部に熱電半導体に接続された電極部材１６と外部に複数の放熱、吸熱熱交換部２５ｂとから構成され、電流の流れる方向により送風機５０で導かれた車室内空気を加熱および冷却するものである（詳しくは後述する）。
【００３２】
そして、空間４はシート１外に連通する排気ダクト３ｃが形成されており、この排気ダクト３ｃは上述した第１ダクト３ａおよび第２ダクト３ｂとの間に図示しない仕切り板により区画している。つまり、一方の熱交換部２５ｂで加熱、冷却された空調風と、他方の熱交換部２５ｂで加熱、冷却された排気とが混合することのないように形成している。
【００３３】
また、図中に示す符号７および８は温度センサであって、温度センサ７は空気吹出孔２から吹き出される空調風の吹出温度を検出し、温度センサ８は排気ダクト３ｃから排出される排気の排気温度を検出する。そして、これらの温度センサ７、８は検出した温度情報を制御装置４０に入力するように構成している。
【００３４】
熱電素子モジュール３０は、図１、図２および図４に示すように、複数のＰ型、Ｎ型の熱電素子１２、１３を配列した熱電素子基板１０と、隣接する熱電素子１２、１３とを電気的に直列接続する電極素子である電極部材１６と、その電極部材１６に伝熱可能に結合する熱交換素子である複数の熱交換部材２５と、およびケース部材２８などから構成される。
【００３５】
熱電素子基板１０は、複数のＰ型、Ｎ型からなる熱電素子１２、１３、これら熱電素子１２、１３を保持する保持板である第１保持板１１、この第１保持板１１の表面に防水膜を形成する防水フィルム部材１４および電極素子である電極部材１６から一体に構成している。
【００３６】
具体的には、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第１保持板１１に、Ｐ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを交互に略碁盤目状に複数対配列してなる熱電素子群を列設し、隣接する一対の熱電素子１２、１３の両端面に電極部材１６を接合して一体に構成している。
【００３７】
Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。なお、第１保持板１１は、その板厚が熱電素子１２、１３の素子高さと略同等となるように形成している。
【００３８】
そして、図４に示すように、左右上端に配設する熱電素子１２、１３には、電源入力端子２４ａ、および電源出力端子２４ｂが設けられ、それらの端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を電源入力端子２４ａ側に接続し、負側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続するようにしている。
【００３９】
電極素子である電極部材１６は、平板状の銅材などの導電性金属から形成され、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接する一対のＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に直列接続する電極である。
【００４０】
具体的には、図１に示すように、上方に配置される電極部材１６は、隣接するＮ型熱電素子１３からＰ型熱電素子１２に向けて電流を流すための電極であり、下方に配置される電極部材１６は、隣接するＰ型熱電素子１２からＮ型熱電素子１３に電流を流すための電極である。
【００４１】
また、電極部材１６の平面形状は、図４に示すように、すべて同一形状で統一されており、隣接する一対の熱電素子１２、１３の端面を覆う程度の矩形状に形成するとともに、熱電素子基板１０に配列された熱電素子１２、１３の配列状態に対応する所定の位置に配設される。なお、電極部材１６は、熱電素子１２、１３の端面に予めペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗っておいてから半田を用いて接合する。
【００４２】
これにより、全ての熱電素子１２、１３が電極部材１６を介して電気的に直列接続されている。つまり、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に電源を印加させると、図４に示す一点鎖線のように、左側の電源入力端子２４ａから熱電素子群に沿う方向に蛇行を繰り返して右側の電源出力端子２４ｂに向けて電流が流れている。
【００４３】
そこで、本実施形態では、電源入力端子２４ａに接続される熱電素子１２と電源出力端子２４ｂに接続される熱電素子１３との間における略中間位置に配設される熱電素子１２に中間端子２４ｃを設けている。
【００４４】
より具体的には、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂと間に所定電圧を印加したときに、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間における電圧が中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの電圧と略同等となる中間位置に配設される熱電素子１２に中間端子２４ｃを設けている。
【００４５】
そして、電源入力端子２４ａ、電源出力端子２４ｂ、および中間端子２４ｃは、それぞれの端子部における電位情報を後述する制御装置４０に出力するために電気的に接続されている。つまり、中間端子２４ｃを含めてこれら各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、電源入力部、中間部、電源出力部における電位を検出するための端子である。
【００４６】
これにより、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの間の電圧を求めることができる（以下、詳しくは後述する）。
【００４７】
ところで、上述した電極部材１６は、防水フィルム部材１４と一体に形成されており、この防水フィルム部材１４を第１保持板１１の一方面および他端面に配設することで、それぞれの電極部材１６が隣接する一対の熱電素子１２、１３の端面に配設されるように形成している。
【００４８】
防水フィルム部材１４は、例えば、ポリイミドの熱可塑性、ポリイミドの熱硬化性からなる積層された薄膜のフィルム状に形成されたシートであって、その片面に銅箔からなる銅箔層を一体に形成し、その銅箔層をエッチング加工により、所定の配列位置に所定の形状で電極部材１６を形成している。
【００４９】
そして、第１保持板１１の一端面および他端面の全表面に配設することで防水膜が形成される。さらに、防水フィルム部材１４には、電極部材１６が対向する位置、つまり、熱電素子１２、１３のそれぞれの端面に対応する位置に開口孔１４ａが形成している。開口孔１４ａは、熱電素子１２、１３の端面と略同形の大きさであって、この開口孔１４ａにおいて電極部材１６と熱電素子１２、１３の端面とがこの部位で半田を用いて接合される。
【００５０】
従って、防水フィルム部材１４の開口孔１４ａが半田で封止されることで、熱電素子１２、１３と電極部材１６との接合部に後述する熱交換部材２５から結露水が浸水することはない。
【００５１】
次に、熱交換素子である熱交換部材２５は、銅材などの導電性金属からなる薄肉の板材を用いて、図２に示すように、断面が略Ｕ字状からなり底部に平面状の電極部２５ａを形成し、その電極部２５ａから外方に延出された平面にルーバー状の熱交換部２５ｂを形成している。
【００５２】
熱交換部２５ｂは、電極部２５ａから伝熱される熱を吸熱、放熱するためのフィンであり、切り起こしなどの成形加工により電極部２５ａと一体に形成している。その平面状の電極部２５ａが熱電素子基板１０に配列された電極部材１６の配列状態に対応する所定の位置に配置されて電極部材１６の一端面に半田を用いて接合される。
【００５３】
また、図中に示す符号２２は固定板であり、複数の熱交換部材２５の他端側を保持するための保持部材である。これにより、互いに隣り合う熱交換部材２５同士間に所定の空間を設けるとともに、隣り合う熱交換部材２５同士が電気的に絶縁されている。
【００５４】
なお、固定板２２は、第１保持板１１と同じように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなり、電極部２５ａの他端側が貫通するように図示しない固定穴が形成されている。
【００５５】
ここで、電源入力端子２４ａから入力された直流電源は、図１に示すように、図中に示す左端のＰ型熱電素子１２の上端に配設された電極部材１６からＰ型熱電素子１２に流れ、下側の電極部材１６を介して右隣のＮ型熱電素子１３に直列的に流れ、次に、このＮ型熱電素子１３から上方の電極部材１６を介して右隣のＰ型熱電素子１２に直列的に流れるようになっている。
【００５６】
このときに、ＮＰ接合部を構成する上方の電極部材１６は、ペルチェ効果によって低温の状態となり、ＰＮ接合部を構成する下方の電極部材１６は高温の状態となる。つまり、上方に配設された熱交換部２５ｂは吸熱側である吸熱熱交換部を形成して低温の熱が伝熱されて冷却流体が接触され、下方に配設された熱交換部２５ｂは放熱側である放熱熱交換部を形成して高温の熱が伝熱されて被冷却流体が接触される。
【００５７】
つまり、熱電素子基板１０を区画壁として、熱電素子基板１０の両側にケース部材２８を設けることで送風通路を形成し、その送風通路に空気を送風することで、熱交換部２５ｂと空気とが熱交換され、上方の熱交換部２５ｂで空気を冷却することができ、下方の熱交換部２５ｂで空気を加熱することができる。なお、ケース部材２８は適宜の樹脂、例えば、強化材入りのポリプロピレン（例えば、ＰＢＴ−Ｍ２０ＧＦ２０）より一体に成形されている。
【００５８】
なお、本実施形態では、直流電源の正側端子を電源入力端子２４ａ側に接続し、負側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続して、電源入力端子２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、直流電源の正側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続し、負側端子を端子２４ａ側に接続して電源入力端子２４ａに直流電源を入力させて通電方向を逆にしても良い。
【００５９】
ただし、このときには、上方の熱交換部２５ｂが放熱熱交換部を形成し、下方の熱交換部２５ｂが吸熱熱交換部を形成する。これにより、冷却、加熱装置５は加熱装置となる。
【００６０】
ここで、以上の構成による熱電素子モジュール３０は、故障モードの一つとして、熱電素子１２、１３が異常発熱して周囲の部品を溶かすなどの故障が知られている。これは、熱電素子１２、１３自体の冷却、発熱によって生ずる膨張・収縮の熱応力で素子自体にマイクロクラックが発生し、これが進行すると熱電素子１２、１３が割れて完全に導通しなくなる場合と完全に割れる前に接触抵抗により異常発熱する場合がある。
【００６１】
特に、熱電素子１２、１３が異常発熱するときは、熱電素子１２、１３に接合される電極部材１６および熱交換部材２５においても異常発熱が伝熱されることで熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱に溶かされて悪臭を発生する問題がある。
【００６２】
そこで、本実施形態では、熱電素子１２、１３の異常発熱などの故障を早期に検出することができるとともに、その異常処置が簡素な構成で行えるようにしている。より具体的には、図３および図４に示すように、熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する制御手段である制御装置４０を設けている。
【００６３】
制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、上記温度センサ７、８、車室内温度を検出する内気温センサ（図示せず）からの温度情報の他に、上述した各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報、および図示しない操作パネルからの操作情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御している。
【００６４】
そして、通常の運転モードとして、冷風モード、温風モード、送風モードを備えている。冷風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を熱電素子モジュール３０で冷却させて、その冷却された空調風を空気吹出孔２から吹き出すモードである。
【００６５】
このときの制御は、電源入力端子２４ａに電源の正側端子を接続し、電源出力端子２４ｂに電源の負側端子を接続してこれらの端子２４ａ、２４ｂ間に所定電圧を印加して送風機５０を作動させる。これにより、送風機５０で導かれた車室内空気が熱電素子モジュール３０により冷却されて空気吹出孔２から冷風が吹き出される。
【００６６】
また、温風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を熱電素子モジュール３０で加熱させて、その加熱された空調風を空気吹出孔２から吹き出すモードである。このときは、電源入力端子２４ａに電源の負側端子を接続し、電源出力端子２４ｂに電源の正側端子を接続してこれらの端子２４ａ、２４ｂ間に所定電圧を印加して送風機５０を作動させる。
【００６７】
これにより、送風機５０で導かれた車室内空気が熱電素子モジュール３０により加熱されて空気吹出孔２から温風が吹き出される。さらに、送風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を空気吹出孔２から吹き出すモードである。このときは、送風機５０のみを作動させることで空気吹出孔２から車室内空気が吹き出される。
【００６８】
ここで、端子２４ａ、２４ｂ間に印加する所定電圧は制御装置４０により制御されている。つまり、図示しない操作パネルに設けられた温度設定調節スイッチ（図示せず）の操作情報に基づいて電力量が可変できるように制御される。従って、例えば、操作情報に基づいてＰＷＭ制御により求めた電力量から端子２４ａ、２４ｂ間に印加する所定電圧が決定される。
【００６９】
そして、上記運転モードのときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する異常処置制御手段を行っている。この異常処置制御手段は、具体的には、図５に示す制御処理のフローチャートであり、以下、これに基づいて説明する。
【００７０】
冷却、加熱装置５の電源が投入されることで、異常処置制御手段の制御処理が開始され、ステップ４１０にて、初期化を行なう。ここでは、後述するステップ４８０のフラグ類も初期化される。そして、ステップ４２０にて、図示しない運転スイッチの操作情報を読み込む。そして、ステップ４３０にて、運転スイッチがＯＮであるか否かを判定する。ここで、運転スイッチがＯＦＦであればＯＮとなるまで繰り返して判定する。
【００７１】
ここで、ＯＮであれば、ステップ４４０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報ｖ０、ｖ１、ｖ２を読み込む。なお、これを請求項では電圧検出手段と称する。そして、ステップ４５０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を算出する。
【００７２】
より具体的には、図６に示すように、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ１と、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの電圧Ｖ２とを算出するものである。ここで、熱電素子１２、１３の抵抗値は一般的に、印加電圧、雰囲気温度、放熱量、その送風量により大きく変化することが知られている。
【００７３】
しかし、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の抵抗Ｒ１と中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの抵抗Ｒ２とは、同じ雰囲気中にあるため絶対値は変化してもその変化量はほぼ等しくなるため所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２であり、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２となる。つまり、この場合には、熱電素子１２、１３が正常である。
【００７４】
ところで、例えば、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の熱電素子１２、１３に異常発熱などの故障が起きると抵抗Ｒ１が変化することになる。すなわち、図７に示すように、熱電素子１２、１３が異常発熱すると発熱量と抵抗値Ｒ１とが比例する関係がある。これは、発明者らが実験で求めたものであって、送風量Ｖａをパラメータとして、熱交換部温度と抵抗Ｒ１の抵抗変化との関係を示す。なお、Ｖａ１＜Ｖａ２＜Ｖａ３である。
【００７５】
従って、このときには、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との均衡が崩れることで算出される電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とが均衡が崩れることになる。
【００７６】
次に、ステップ４６０にて、熱電素子モジュール３０が正常に作動しているか否かを判定する。ここで正常であれば、ステップ４７０にて、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差（絶対値）が所定値Ｘ以上か否かを判定する。ここで、所定値Ｘは、熱電素子１２、１３単品のバラツキおよび一対の熱電素子１２、１３での温度バラツキなどの要素を考慮して決定する。
【００７７】
次に、ステップ４７０にて、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差（絶対値）が所定値Ｘ未満であれば異常がないと判定してステップ４８０にて、通常の制御を継続する。ここで、所定値Ｘ以上であれば、異常がありと判定し、まず、ステップ４９０にて、フラグをＮＧとして、ステップ５００にて、端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止させる。なお、送風機５０の作動は継続させる。
【００７８】
なお、ここでは、送風機５０の作動を継続させるように制御させたが、所定時間のみ運転させて停止させるように制御しても良い。これにより、異常があったときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００７９】
また、ステップ４７０の判定手段は、誤判定を防止するために、１回目の判定で異常があれば、ステップ４４０に戻ってステップ４７０までの制御処理を数回繰り返した後に異常有りと判定するように制御する構成にしても良い。
【００８０】
以上の制御により、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の異常発熱の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【００８１】
なお、上述した抵抗Ｒ１、Ｒ２の変化は、故障モードとして、異常発熱の他に、フィルタの目詰まり、送風機５０の故障による送風量の低減、吸い込み温度の変化、および電源電圧の変化などがあるが、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を判定値として使用することで容易に簡素な構成で熱電素子１２、１３の故障を検出することができる。
【００８２】
また、熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができることにより、熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材２８が破損する前に熱電素子１２、１３の故障を早期に停止させることができる。
【００８３】
なお、熱電素子モジュール３０をシート空調装置に用いたときの冷風モードで運転中に熱電素子１２、１３か故障したときには、送風機５０の運転を継続するように制御することにより蒸れ感が解消される。
【００８４】
以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、電源入力端子２４ａ、電源出力端子２４ａ、および電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に電位を検出するための中間端子２４ｃが設けられ、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ａ間に電源を印加したときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報によって求められた各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧に基づいて熱電素子モジュール３０を制御する制御装置４０を有する。
【００８５】
これよれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を監視することで、例えば、異常が発生すれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【００８６】
中間端子２４ｃは、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることにより、熱電素子モジュール３０には、例えば、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因の変動がある。
【００８７】
ところが、同一モジュールの中間位置に中間端子２４ｃを設けることで、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因は、分割した二つのモジュールのそれぞれに等しく影響される。このため、これらの変動を相殺することができるため熱電素子１２、１３の故障を正確に判定することが可能である。
【００８８】
制御装置４０は、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の差（絶対値）が所定値以上のときに熱電素子モジュール３０への通電を停止させることにより、熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材２８が破損する前に熱電素子１２、１３への通電を早期に停止させることができる。
【００８９】
また、熱電素子モジュール３０は、送風機５０と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、制御装置４０は、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール３０への通電を停止させるとともに、送風機５０の運転を継続させている。
【００９０】
これによれば、熱電素子１２、１３が故障したときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００９１】
また、車両用の冷却装置として、例えば、車両用シートの吹出孔２から冷風を吹き出すシート空調装置では、熱電素子１２、１３が故障したときに、冷風の代わりに送風が吹き出されることになるが、送風機５０を停止させるよりも蒸れ感が解消される。
【００９２】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、中間端子２４ｃを電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に設けたが、これに限らず、具体的には、図８に示すように、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間が、４等分に区画する位置に３つの中間端子２４ｃを設けても良い。
【００９３】
この場合には、熱電素子１２、１３が正常であれば、所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４であり、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２≒電圧Ｖ３≒電圧Ｖ４となる。これによれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の抵抗値は、素子自体の特性のバラツキ、風速分布、温度分布などによってバラツキが大きくなるため、中間端子２４ｃを３つ設けることで、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバラツキを小さくすることができる。これにより、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の精度を高めることができる。
【００９４】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、本発明を一つの加熱冷却装置５を着座部１ｂ内に配設して、背当て部１ａ側の空気吹出孔２に通ずる第１ダクト３ａと着座部１ｂ側の空気吹出孔２に通ずる第２ダクト３ｂとに加熱、冷却された空調風を吹き出すシート空調装置に適用させたが、これに限らず、加熱冷却装置５を着座部１ｂおよび背当て部１ａ内に複数配設して、それぞれの空気吹出孔２から空調風を吹き出すシート空調装置に適用させても良い。
【００９５】
つまり、本実施形態では、複数の熱電素子モジュール３０を用いたときのシート空調制御手段および異常処置制御手段であり、これを図９ないし図１４に基づいて説明する。図９は複数の加熱冷却装置５をシート１に搭載したときの全体構成を示す模式図である。図１０は制御装置４０と複数の熱電素子モジュール３０との電気回路を示す電気回路図であり、図１１は制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【００９６】
また、図１２は目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係を示す特性図である。図１３は熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。さらに、図１４は変形例における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【００９７】
本実施形態の熱電変換装置では、図９に示すように、背当て部１ａおよび着座部１ｂからなるシート１と、着座部１ｂおよび背当て部１ａの内部に形成されたそれぞれの空間４に配設する複数（例えば、二個）の加熱冷却装置５と、複数の加熱冷却装置５を制御する制御手段である制御装置４０とを備えている。
【００９８】
つまり、一つの制御装置４０によって二つの熱電素子モジュール３０および二つの送風機５０を制御するように構成している。従って、二つの熱電素子モジュール３０は、図１０に示すように、一方の熱電素子モジュール３０の電源入力側に接続される電源入力端子２４ａと、他方の熱電素子モジュール３０の電源出力側に接続される電源出力端子２４ｂと、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に、二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子２４ｃとを設けて制御装置４０に電気的に接続している。
【００９９】
言い換えると、二つの熱電素子モジュール３０を電気的に直列接続するとともに、二つの熱電素子モジュール３０が正常であれば、所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４であって、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２≒電圧Ｖ３≒電圧Ｖ４となるように中間端子２４ｃを設けている。
【０１００】
そして、これらの各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃのうち、電源入力端子２４ａが制御装置４０に設けられた後述する熱電素子駆動手段４２に接続される。一方、二つの送風機５０は制御装置４０に設けられた後述する送風機駆動手段４３にそれぞれが接続されている。
【０１０１】
本実施形態の制御装置４０には、コンピューターによる演算回路４１と、熱電素子モジュール３０を駆動させるための熱電素子駆動手段４２と、送風機５０を駆動させるための送風機駆動手段４３とが設けられている。そして、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および各温度センサ７、８の出力端子７ａ、８ａが演算回路４１に接続されている。
【０１０２】
演算回路４１は、図示しない操作パネルからの乗員が設定した設定温度などの設定情報に基づいて目標冷房能力を求めるとともに、図１２に示す目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係から熱電素子モジュール３０、送風機５０の指示値であるＤｕｔｙ比を算出する。
【０１０３】
また、演算回路４１は、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、７ａ、８ａからの電位情報、温度情報をＡ／Ｄ変換させて入力する。熱電素子駆動手段４２および送風機駆動手段４３は、内部にＦＥＴや電流検出回路などを有するディバイスであり、演算回路４１で算出した指示値に基づいて熱電素子モジュール３０および送風機５０をＰＷＭ制御によって駆動するＤｕｔｙ比を出力する。
【０１０４】
ここで、熱電素子駆動手段４２は、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に掛かる印加電圧をＤｕｔｙ比によって出力し、送風機駆動手段４３は、回転数をＤｕｔｙ比によって出力している。
【０１０５】
そして、以上の構成による本実施形態の制御装置４０は、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する異常処置制御手段を行っている。この異常処置制御手段は、具体的には、図１１に示すフローチャートであり、以下、これに基づいて説明する。
【０１０６】
冷却、加熱装置５の電源が投入されることで、異常処置制御手段の制御処理が開始され、ステップ４１０にて、初期化を行う。そして、ステップ４２１にて、図示しない操作パネルからの乗員が設定した設定情報を読み込む。ここで、車両に搭載された車両用空調装置に用いられる図示しない空調制御装置からの指示値を目標冷房能力として入力するように構成しても良い。
【０１０７】
そして、ステップ４２３にて、ペルチェＤｕｔｙ比およびファンＤｕｔｙ比を算出する。より具体的には、図１２に示す目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係から熱電素子モジュール３０、送風機５０の指示値であるＤｕｔｙ比を算出する。これにより、熱電素子モジュール３０への印加電圧および送風機５０の回転数が決定する。
【０１０８】
そして、ステップ４２４にて、熱電素子駆動手段４２および送風機駆動手段４３によりＤｕｔｙ比を出力する。より具体的には、ペルチェＤｕｔｙ比として、例えば４０Ｈｚ、ファンＤｕｔｙ比として、例えば２００Ｈｚを出力する。これにより、送風機５０が所定の回転数で駆動するとともに、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に印加電圧が印加されて熱電素子モジュール３０が駆動する。
【０１０９】
そして、ステップ４３１にて、温度センサ７、８で検出された温度情報を監視する。ここでは、例えば、吸熱側の熱交換部２５ｂから吹き出されるペルチェ温度が所定温度（例えば、１５℃）以下であれば、腰部や臀部が冷え過ぎるのでステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。
【０１１０】
また、熱交換部２５ｂから吹き出されるペルチェ温度が所定温度（例えば、７０℃）以上であれば、何らかの理由（例えば、マイグレーションにより発生したトラッキング現象による発熱など）により熱電素子１２、１３が昇温しているためステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。ここで、１５℃以上または７０℃以下であれば、ステップ４３２に移行する。
【０１１１】
ステップ４３２にて、熱電素子駆動手段４２に設けられた図示しない電流検出回路で検出された駆動電流を監視する。例えば、電流検出回路で検出された駆動電流が所定値（例えば、５Ａ）以上であるか否かを判定する。ここで、所定値（例えば、５Ａ）以上であれば、ステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。これにより、熱電素子モジュール３０内部のショートまたは電線の噛み込みによるショートなどの故障を検出することができる。
【０１１２】
ここで、駆動電流が所定値（例えば、５Ａ）以下であれば、ステップ４４０に移行する。ここで、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報をｖ０、ｖ１、ｖ２を読み込む。ここでは、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報をＡ／Ｄ変換させて読み込む。
【０１１３】
ところで、熱電素子駆動手段４２によってペルチェＤｕｔｙ比を熱電素子モジュール３０に出力しているため、図１３に示すように、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に印加する電圧はＯＮ／ＯＦＦのタイミングで出力している。従って、Ａ／Ｄ変換は、電源入力端子２４ａにＯＮが出力されているときに同期するタイミングによって電圧を検出すると良い。
【０１１４】
なお、図１３に示すペルチェＤｕｔｙ比は５０％のときであるためＯＮを出力している時間が長いが、ペルチェＤｕｔｙ比がこれよりも短くなるようなＤｕｔｙ比で、かつ変換速度の遅いＡ／Ｄ変換を使用すると電圧が安定する時間が短くなることでＡ／Ｄ変換が間に合わない問題がある。
【０１１５】
この場合には、図１４に示すように、ペルチェＤｕｔｙ比によらず、所定のＯＮ時間を定期的に発生させ、そのＯＮのときにＡ／Ｄ変換を同期させるように構成しても良い。なお、これ以外に、ペルチェＤｕｔｙ比の最小値を所定値（例えば、１０％）以上と予め設定させて短くなるペルチェＤｕｔｙ比を出力しないようにしても良い。なお、ステップ４４０の制御処理を請求項では電圧検出手段と称する。
【０１１６】
そして、ステップ４５０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を算出する。より具体的には、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ１と、中間端子２４ｃと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ２、電圧Ｖ３、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの間の電圧Ｖ４と電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間の電圧Ｖ０を算出する。
【０１１７】
次に、ステップ４７０ａにて、（電圧Ｖ１＋電圧Ｖ２）／電圧Ｖ０の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、二つの熱電素子モジュール３０に掛かる電圧の比を比較している。ここで、等しいはずの電圧比が所定値以上大きいときには片方の熱電素子モジュール３０の故障や片方の通風系に異常（例えば、図示しないフィルタの目詰まりやダクトの嵌合外れなど）があって送風がないと判定している。
【０１１８】
そして、このときにはステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。異常がなければ、ステップ４７０ｂにて、電圧Ｖ１／（電圧Ｖ１＋電圧Ｖ２）の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、着座部１ｂ側に設けた熱電素子モジュール３０内部の故障を判定する手段である。
【０１１９】
ここで、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電圧比は通常はほぼ等しいが、例えば、熱電素子１２、１３にマイクロクラックなどの故障が発生すると、この電圧比が所定値以上となる。これにより、着座部１ｂ側の熱電素子モジュール３０内部の故障を発見することができる。
【０１２０】
ここで、異常があればステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。異常がなければ、ステップ４７０ｃにて、電圧Ｖ３／（電圧Ｖ３＋電圧Ｖ４）の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、背当て部１ａ側に設けた熱電素子モジュール３０内部の故障を判定する手段である。ステップ４７０ｂと同じように、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４との電圧比は通常はほぼ等しいが、例えば、熱電素子１２、１３にマイクロクラックなどの故障が発生すると、この電圧比が所定値以上となる。これにより、背当て部１ａ側の熱電素子モジュール３０内部の故障を発見することができる。
【０１２１】
なお、ステップ５００ａでは、端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止させるが、送風機５０の作動は継続させる。また、このときにファンＤｕｔｙ比を１００％として送風機５０を最大回転数で駆動させても良い。これにより、異常があったときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【０１２２】
以上の制御処理により、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の異常発熱の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【０１２３】
さらに、以上の第３実施形態による熱電変換装置によれば、熱電素子モジュール３０は熱電素子駆動手段４２によってパルス幅のＯＮとＯＦＦとの比率を変える制御で駆動している。従って、熱電素子モジュール３０がＯＮのときに、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を監視することができる。
【０１２４】
また、制御装置４０は、熱電素子駆動手段４２が熱電素子モジュール３０に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、電圧検出手段４４０によって各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を検出することにより、熱電素子モジュール３０が駆動した後のほうが、熱電素子モジュール３０および熱電素子１２、１３の故障を早期にかつ的確に検出することができる。
【０１２５】
制御装置４０は、熱電素子駆動手段４２が定期的に所定時間作動するように制御することにより、例えば、熱電素子駆動手段４２の周波数が早くて、かつ電圧検出手段４４０で検出された電圧のＡ／Ｄ変換の処理が遅いときなど、電圧が安定する時間が短くてＡ／Ｄ変換のタイミングが間に合わないことがある。このときに、熱電素子駆動手段４２を定期的に所定時間駆動させる制御によりＡ／Ｄ変換のタイミングを的確に合わせることができる
（他の実施形態）
以上の第１実施形態では電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に一つの中間端子２４ｃを設け、第２実施形態では電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に三つの中間端子２４ｃを設けたが、これに限らず、中間端子２４ｃを２つ以上の複数個設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１実施形態における熱電素子モジュール３０の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡ―Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における熱電素子モジュール３０をシート空調装置に適用したときにおける搭載形態を示す模式図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態における各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。
【図７】送風量をパラメータとしたときの抵抗Ｒ１の抵抗変化と放熱側熱交換部温度との関係を示す特性図である
【図８】本発明の第２実施形態における各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態における複数の加熱冷却装置５をシート１に搭載したときの全体構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における制御装置４０と複数の熱電素子モジュール３０との電気回路を示す電気回路図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第３実施形態における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【図１４】本発明の第３実施形態の変形例における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１２…Ｐ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子、熱電素子
２４ａ…電源入力端子
２４ｂ…電源出力端子
２４ｃ…中間端子
３０…熱電素子モジュール
４０…制御装置（制御手段）
４２…熱電素子駆動手段
５０…送風機
４４０…電圧検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関するものであり、特に、直列接続される熱電素子の故障の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１に示すように、Ｎ型熱電素子およびＰ型熱電素子をこの順序で複数組直列に接続して熱電素子群を構成し、この熱電素子群を吸熱電極部材および放熱電極部材で順次直列接続するとともに、上記熱電素子群の一方に突設して吸熱電極部材それぞれに吸熱熱交換部材を結合し、さらに熱電素子群の他方に突設して放熱電極部材それぞれに放熱熱交換部材を結合し、それぞれ吸熱熱交換部分および放熱熱交換部分を構成している。
【０００３】
そして、この熱交換部分をそれぞれ構成する各熱交換部材は、熱電素子群の並ぶ方向に沿って折曲される第１の折曲片および熱電素子の並ぶ方向とほぼ直角曲げられる第２の折曲片を備え、隣接する第２の折曲片の相互は電気的に絶縁して固定することにより、吸熱熱交換部分と放熱熱交換部分とを区画する壁を有するように構成している。
【０００４】
これにより、吸熱電極部材および放熱電極部材からの熱を効率的に取り出して熱交換効率が良好となるとともに、区画壁が形成されることで吸熱部と放熱部との分離が容易にできる構造を備えている。
【特許文献１】特許第３１６６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のような装置では、全ての熱電素子が吸熱電極部材もしくは放熱電極部材を介して電気的に直列接続されている。そのため、互いに隣り合う熱電素子、電極部材、および熱交換部材は、それぞれが電気的に絶縁された状態で配設されている。
【０００６】
しかも、このような装置では、故障モードの一つとして、熱電素子が異常発熱して周囲の部品を溶かすなどの故障が知られている。この原因として熱電素子自体の冷却、発熱によって生ずる膨張・収縮の熱応力で素子自体にマイクロクラックが発生し、これが進行すると熱電素子が割れて完全に導通しなくなる場合と完全に割れる前に接触抵抗により異常発熱する場合がある。
【０００７】
特に、熱電素子が異常発熱するときには、熱電素子に接合される電極部材、熱交換部材においても異常発熱が生ずることで周囲のケース部材が熱に溶かされて悪臭を発生する問題がある。
【０００８】
これを解消するために異常発熱を検出する温度センサを全ての熱交換部材に取り付ける必要があって現実的ではなく、取り付け個数を少なくするための取り付け場所の絞込みを容易に特定できない問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱電素子の故障を早期に検出することができるとともに異常処置の対応が可能な熱電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を備える熱電変換装置において、
熱電素子モジュール（３０）には、熱電素子（１２、１３）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、熱電素子（１２、１３）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ａ）、および電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することで、例えば、熱電素子（１２、１３）に異常が発生すれば、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子（１２、１３）の故障を検出することが可能である。これにより、複雑な構成としなくても熱電素子（１２、１３）の故障を早期に検出することができる。
【００１２】
また、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の抵抗値は、素子自体の特性のバラツキ、風速分布、温度分布などによってバラツキが大きくなるため、中間端子（２４ｃ）を二つ以上の複数個設けることで、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧のバラツキを小さくすることができる。これにより、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の精度を高めることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を複数個有し、かつ複数の熱電素子モジュール（３０）を電気的に直列接続する熱電変換装置において、
直列接続された複数の熱電素子モジュール（３０）には、一方端の熱電素子モジュール（３０）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、他方端の熱電素子モジュール（３０）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ｂ）、および電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
電源入力端子（２４ａ）と電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、上述した請求項１では、一つの熱電素子モジュール（３０）における熱電素子（１２、１３）の故障検出を図ったものであるが、複数の熱電素子モジュール（３０）を使用する場合においても各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することで熱電素子（１２、１３）の故障を早期に検出することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、中間端子（２４ｃ）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることを特徴としている。この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）には、例えば、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因の変動がある。ところが、同一モジュールの中間位置に中間端子（２４ｃ）を設けることで、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因は、分割した二つのモジュールのそれぞれに等しく影響される。このため、これらの変動を相殺することができるため熱電素子（１２、１３）の故障を正確に判定することが可能である。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、制御手段（４０）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させることを特徴としている。この発明によれば、より具体的には、熱交換部材の近傍のケース部材が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材が破損する前に熱電素子（１２、１３）への通電をいち早く停止させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子モジュール（３０）をＰＷＭ制御によって駆動する熱電素子駆動手段（４２）と各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出する電圧検出手段（４４０）とを設け、かつ熱電素子駆動手段（４２）と電圧検出手段（４４０）とが時間的に同期して検出するように制御することを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）は熱電素子駆動手段（４２）によってパルス幅のＯＮとＯＦＦとの比率を変える制御で駆動している。従って、熱電素子モジュール（３０）がＯＮのときに、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を監視することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子駆動手段（４２）が熱電素子モジュール（３０）に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、電圧検出手段（４４０）によって各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出することを特徴としている。この発明によれば、熱電素子モジュール（３０）が駆動した後のほうが、熱電素子（１２、１３）の故障を早期にかつ的確に検出することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、制御手段（４０）は、熱電素子駆動手段（４２）が定期的に所定時間作動するように制御することを特徴としている。この発明によれば、例えば、熱電素子駆動手段（４２）の周波数が早くて、かつ電圧検出手段（４４０）で検出された電圧のＡ／Ｄ変換の処理が遅いときなど、電圧が安定する時間が短くてＡ／Ｄ変換のタイミングが間に合わないことがある。このときに、熱電素子駆動手段（４２）を定期的に所定時間駆動させる制御によりＡ／Ｄ変換のタイミングを的確に合わせることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、熱電素子モジュール（３０）は、送風機（５０）と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、
制御手段（４０）は、各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させるとともに、送風機（５０）の運転を継続させることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、熱電素子（１２、１３）が故障したときに送風機（５０）と熱電素子モジュール（３０）とを停止させると、熱電素子（１２、１３）の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機（５０）の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００２３】
また、車両用の冷却装置として、例えば、車両用シートの吹出孔から冷風を吹き出すシート空調装置では、熱電素子（１２、１３）が故障したときに、冷風の代わりに送風が吹き出されることになるが、送風機（５０）を停止させるよりも蒸れ感が解消される。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電素子モジュール３０の全体構成を示す模式図であり、図２は図１に示すＡ―Ａ断面図である。図３は本発明の熱電変換装置をシート空調装置に適用したときにおける搭載形態を示す模式図である。
【００２６】
また、図４は図１に示すＢ−Ｂ断面図であり、図５は制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。図６は各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。さらに、図７は送風量をパラメータとしたときの抵抗Ｒ１の抵抗変化と放熱側熱交換部温度との関係を示す特性図である。
【００２７】
本実施形態の熱電変換装置は、車両に搭載される冷却装置もしくは加熱装置に適用させた熱電変換装置であり、例えば、図３に示すように、車両用のシート１の着座部１ｂ内に熱電素子モジュール３０を配設し、その熱電素子モジュール３０により冷却された冷風をシート表面から吹き出すシート空調装置に適用させている。
【００２８】
そのシート空調装置は、背当て部１ａおよび着座部１ｂからなるシート１と、シート１の下部に形成された空間４に配設された加熱冷却装置５と、この加熱冷却装置５を制御する制御手段である制御装置４０とを備えている。
【００２９】
背当て部１ａは内部に空間４と連通する第１ダクト３ａが形成されており、その第１ダクト３ａと連通する空気吹出孔２が複数個形成されている。また、着座部１ｂは内部に空間４と連通する第２ダクト３ｂが形成されており、その第２ダクト３ｂと連通する空気吹出孔２が複数個形成されている。
【００３０】
加熱冷却装置５は送風機５０と熱電素子モジュール３０とから構成しており、送風機５０はシート１内に車室内空気を導いて熱電素子モジュール３０を介して空気吹出孔２に向けて送風する。
【００３１】
熱電素子モジュール３０は電力を熱に変換する周知のペルチェ素子であり、内部に熱電半導体に接続された電極部材１６と外部に複数の放熱、吸熱熱交換部２５ｂとから構成され、電流の流れる方向により送風機５０で導かれた車室内空気を加熱および冷却するものである（詳しくは後述する）。
【００３２】
そして、空間４はシート１外に連通する排気ダクト３ｃが形成されており、この排気ダクト３ｃは上述した第１ダクト３ａおよび第２ダクト３ｂとの間に図示しない仕切り板により区画している。つまり、一方の熱交換部２５ｂで加熱、冷却された空調風と、他方の熱交換部２５ｂで加熱、冷却された排気とが混合することのないように形成している。
【００３３】
また、図中に示す符号７および８は温度センサであって、温度センサ７は空気吹出孔２から吹き出される空調風の吹出温度を検出し、温度センサ８は排気ダクト３ｃから排出される排気の排気温度を検出する。そして、これらの温度センサ７、８は検出した温度情報を制御装置４０に入力するように構成している。
【００３４】
熱電素子モジュール３０は、図１、図２および図４に示すように、複数のＰ型、Ｎ型の熱電素子１２、１３を配列した熱電素子基板１０と、隣接する熱電素子１２、１３とを電気的に直列接続する電極素子である電極部材１６と、その電極部材１６に伝熱可能に結合する熱交換素子である複数の熱交換部材２５と、およびケース部材２８などから構成される。
【００３５】
熱電素子基板１０は、複数のＰ型、Ｎ型からなる熱電素子１２、１３、これら熱電素子１２、１３を保持する保持板である第１保持板１１、この第１保持板１１の表面に防水膜を形成する防水フィルム部材１４および電極素子である電極部材１６から一体に構成している。
【００３６】
具体的には、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第１保持板１１に、Ｐ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを交互に略碁盤目状に複数対配列してなる熱電素子群を列設し、隣接する一対の熱電素子１２、１３の両端面に電極部材１６を接合して一体に構成している。
【００３７】
Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。なお、第１保持板１１は、その板厚が熱電素子１２、１３の素子高さと略同等となるように形成している。
【００３８】
そして、図４に示すように、左右上端に配設する熱電素子１２、１３には、電源入力端子２４ａ、および電源出力端子２４ｂが設けられ、それらの端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を電源入力端子２４ａ側に接続し、負側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続するようにしている。
【００３９】
電極素子である電極部材１６は、平板状の銅材などの導電性金属から形成され、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接する一対のＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に直列接続する電極である。
【００４０】
具体的には、図１に示すように、上方に配置される電極部材１６は、隣接するＮ型熱電素子１３からＰ型熱電素子１２に向けて電流を流すための電極であり、下方に配置される電極部材１６は、隣接するＰ型熱電素子１２からＮ型熱電素子１３に電流を流すための電極である。
【００４１】
また、電極部材１６の平面形状は、図４に示すように、すべて同一形状で統一されており、隣接する一対の熱電素子１２、１３の端面を覆う程度の矩形状に形成するとともに、熱電素子基板１０に配列された熱電素子１２、１３の配列状態に対応する所定の位置に配設される。なお、電極部材１６は、熱電素子１２、１３の端面に予めペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗っておいてから半田を用いて接合する。
【００４２】
これにより、全ての熱電素子１２、１３が電極部材１６を介して電気的に直列接続されている。つまり、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に電源を印加させると、図４に示す一点鎖線のように、左側の電源入力端子２４ａから熱電素子群に沿う方向に蛇行を繰り返して右側の電源出力端子２４ｂに向けて電流が流れている。
【００４３】
そこで、本実施形態では、電源入力端子２４ａに接続される熱電素子１２と電源出力端子２４ｂに接続される熱電素子１３との間における略中間位置に配設される熱電素子１２に中間端子２４ｃを設けている。
【００４４】
より具体的には、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂと間に所定電圧を印加したときに、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間における電圧が中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの電圧と略同等となる中間位置に配設される熱電素子１２に中間端子２４ｃを設けている。
【００４５】
そして、電源入力端子２４ａ、電源出力端子２４ｂ、および中間端子２４ｃは、それぞれの端子部における電位情報を後述する制御装置４０に出力するために電気的に接続されている。つまり、中間端子２４ｃを含めてこれら各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、電源入力部、中間部、電源出力部における電位を検出するための端子である。
【００４６】
これにより、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの間の電圧を求めることができる（以下、詳しくは後述する）。
【００４７】
ところで、上述した電極部材１６は、防水フィルム部材１４と一体に形成されており、この防水フィルム部材１４を第１保持板１１の一方面および他端面に配設することで、それぞれの電極部材１６が隣接する一対の熱電素子１２、１３の端面に配設されるように形成している。
【００４８】
防水フィルム部材１４は、例えば、ポリイミドの熱可塑性、ポリイミドの熱硬化性からなる積層された薄膜のフィルム状に形成されたシートであって、その片面に銅箔からなる銅箔層を一体に形成し、その銅箔層をエッチング加工により、所定の配列位置に所定の形状で電極部材１６を形成している。
【００４９】
そして、第１保持板１１の一端面および他端面の全表面に配設することで防水膜が形成される。さらに、防水フィルム部材１４には、電極部材１６が対向する位置、つまり、熱電素子１２、１３のそれぞれの端面に対応する位置に開口孔１４ａが形成している。開口孔１４ａは、熱電素子１２、１３の端面と略同形の大きさであって、この開口孔１４ａにおいて電極部材１６と熱電素子１２、１３の端面とがこの部位で半田を用いて接合される。
【００５０】
従って、防水フィルム部材１４の開口孔１４ａが半田で封止されることで、熱電素子１２、１３と電極部材１６との接合部に後述する熱交換部材２５から結露水が浸水することはない。
【００５１】
次に、熱交換素子である熱交換部材２５は、銅材などの導電性金属からなる薄肉の板材を用いて、図２に示すように、断面が略Ｕ字状からなり底部に平面状の電極部２５ａを形成し、その電極部２５ａから外方に延出された平面にルーバー状の熱交換部２５ｂを形成している。
【００５２】
熱交換部２５ｂは、電極部２５ａから伝熱される熱を吸熱、放熱するためのフィンであり、切り起こしなどの成形加工により電極部２５ａと一体に形成している。その平面状の電極部２５ａが熱電素子基板１０に配列された電極部材１６の配列状態に対応する所定の位置に配置されて電極部材１６の一端面に半田を用いて接合される。
【００５３】
また、図中に示す符号２２は固定板であり、複数の熱交換部材２５の他端側を保持するための保持部材である。これにより、互いに隣り合う熱交換部材２５同士間に所定の空間を設けるとともに、隣り合う熱交換部材２５同士が電気的に絶縁されている。
【００５４】
なお、固定板２２は、第１保持板１１と同じように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなり、電極部２５ａの他端側が貫通するように図示しない固定穴が形成されている。
【００５５】
ここで、電源入力端子２４ａから入力された直流電源は、図１に示すように、図中に示す左端のＰ型熱電素子１２の上端に配設された電極部材１６からＰ型熱電素子１２に流れ、下側の電極部材１６を介して右隣のＮ型熱電素子１３に直列的に流れ、次に、このＮ型熱電素子１３から上方の電極部材１６を介して右隣のＰ型熱電素子１２に直列的に流れるようになっている。
【００５６】
このときに、ＮＰ接合部を構成する上方の電極部材１６は、ペルチェ効果によって低温の状態となり、ＰＮ接合部を構成する下方の電極部材１６は高温の状態となる。つまり、上方に配設された熱交換部２５ｂは吸熱側である吸熱熱交換部を形成して低温の熱が伝熱されて冷却流体が接触され、下方に配設された熱交換部２５ｂは放熱側である放熱熱交換部を形成して高温の熱が伝熱されて被冷却流体が接触される。
【００５７】
つまり、熱電素子基板１０を区画壁として、熱電素子基板１０の両側にケース部材２８を設けることで送風通路を形成し、その送風通路に空気を送風することで、熱交換部２５ｂと空気とが熱交換され、上方の熱交換部２５ｂで空気を冷却することができ、下方の熱交換部２５ｂで空気を加熱することができる。なお、ケース部材２８は適宜の樹脂、例えば、強化材入りのポリプロピレン（例えば、ＰＢＴ−Ｍ２０ＧＦ２０）より一体に成形されている。
【００５８】
なお、本実施形態では、直流電源の正側端子を電源入力端子２４ａ側に接続し、負側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続して、電源入力端子２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、直流電源の正側端子を電源出力端子２４ｂ側に接続し、負側端子を端子２４ａ側に接続して電源入力端子２４ａに直流電源を入力させて通電方向を逆にしても良い。
【００５９】
ただし、このときには、上方の熱交換部２５ｂが放熱熱交換部を形成し、下方の熱交換部２５ｂが吸熱熱交換部を形成する。これにより、冷却、加熱装置５は加熱装置となる。
【００６０】
ここで、以上の構成による熱電素子モジュール３０は、故障モードの一つとして、熱電素子１２、１３が異常発熱して周囲の部品を溶かすなどの故障が知られている。これは、熱電素子１２、１３自体の冷却、発熱によって生ずる膨張・収縮の熱応力で素子自体にマイクロクラックが発生し、これが進行すると熱電素子１２、１３が割れて完全に導通しなくなる場合と完全に割れる前に接触抵抗により異常発熱する場合がある。
【００６１】
特に、熱電素子１２、１３が異常発熱するときは、熱電素子１２、１３に接合される電極部材１６および熱交換部材２５においても異常発熱が伝熱されることで熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱に溶かされて悪臭を発生する問題がある。
【００６２】
そこで、本実施形態では、熱電素子１２、１３の異常発熱などの故障を早期に検出することができるとともに、その異常処置が簡素な構成で行えるようにしている。より具体的には、図３および図４に示すように、熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する制御手段である制御装置４０を設けている。
【００６３】
制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、上記温度センサ７、８、車室内温度を検出する内気温センサ（図示せず）からの温度情報の他に、上述した各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報、および図示しない操作パネルからの操作情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御している。
【００６４】
そして、通常の運転モードとして、冷風モード、温風モード、送風モードを備えている。冷風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を熱電素子モジュール３０で冷却させて、その冷却された空調風を空気吹出孔２から吹き出すモードである。
【００６５】
このときの制御は、電源入力端子２４ａに電源の正側端子を接続し、電源出力端子２４ｂに電源の負側端子を接続してこれらの端子２４ａ、２４ｂ間に所定電圧を印加して送風機５０を作動させる。これにより、送風機５０で導かれた車室内空気が熱電素子モジュール３０により冷却されて空気吹出孔２から冷風が吹き出される。
【００６６】
また、温風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を熱電素子モジュール３０で加熱させて、その加熱された空調風を空気吹出孔２から吹き出すモードである。このときは、電源入力端子２４ａに電源の負側端子を接続し、電源出力端子２４ｂに電源の正側端子を接続してこれらの端子２４ａ、２４ｂ間に所定電圧を印加して送風機５０を作動させる。
【００６７】
これにより、送風機５０で導かれた車室内空気が熱電素子モジュール３０により加熱されて空気吹出孔２から温風が吹き出される。さらに、送風モードは送風機５０で導かれた車室内空気を空気吹出孔２から吹き出すモードである。このときは、送風機５０のみを作動させることで空気吹出孔２から車室内空気が吹き出される。
【００６８】
ここで、端子２４ａ、２４ｂ間に印加する所定電圧は制御装置４０により制御されている。つまり、図示しない操作パネルに設けられた温度設定調節スイッチ（図示せず）の操作情報に基づいて電力量が可変できるように制御される。従って、例えば、操作情報に基づいてＰＷＭ制御により求めた電力量から端子２４ａ、２４ｂ間に印加する所定電圧が決定される。
【００６９】
そして、上記運転モードのときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する異常処置制御手段を行っている。この異常処置制御手段は、具体的には、図５に示す制御処理のフローチャートであり、以下、これに基づいて説明する。
【００７０】
冷却、加熱装置５の電源が投入されることで、異常処置制御手段の制御処理が開始され、ステップ４１０にて、初期化を行なう。ここでは、後述するステップ４８０のフラグ類も初期化される。そして、ステップ４２０にて、図示しない運転スイッチの操作情報を読み込む。そして、ステップ４３０にて、運転スイッチがＯＮであるか否かを判定する。ここで、運転スイッチがＯＦＦであればＯＮとなるまで繰り返して判定する。
【００７１】
ここで、ＯＮであれば、ステップ４４０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報ｖ０、ｖ１、ｖ２を読み込む。なお、これを請求項では電圧検出手段と称する。そして、ステップ４５０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を算出する。
【００７２】
より具体的には、図６に示すように、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ１と、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの電圧Ｖ２とを算出するものである。ここで、熱電素子１２、１３の抵抗値は一般的に、印加電圧、雰囲気温度、放熱量、その送風量により大きく変化することが知られている。
【００７３】
しかし、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の抵抗Ｒ１と中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの抵抗Ｒ２とは、同じ雰囲気中にあるため絶対値は変化してもその変化量はほぼ等しくなるため所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２であり、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２となる。つまり、この場合には、熱電素子１２、１３が正常である。
【００７４】
ところで、例えば、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の熱電素子１２、１３に異常発熱などの故障が起きると抵抗Ｒ１が変化することになる。すなわち、図７に示すように、熱電素子１２、１３が異常発熱すると発熱量と抵抗値Ｒ１とが比例する関係がある。これは、発明者らが実験で求めたものであって、送風量Ｖａをパラメータとして、熱交換部温度と抵抗Ｒ１の抵抗変化との関係を示す。なお、Ｖａ１＜Ｖａ２＜Ｖａ３である。
【００７５】
従って、このときには、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との均衡が崩れることで算出される電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とが均衡が崩れることになる。
【００７６】
次に、ステップ４６０にて、熱電素子モジュール３０が正常に作動しているか否かを判定する。ここで正常であれば、ステップ４７０にて、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差（絶対値）が所定値Ｘ以上か否かを判定する。ここで、所定値Ｘは、熱電素子１２、１３単品のバラツキおよび一対の熱電素子１２、１３での温度バラツキなどの要素を考慮して決定する。
【００７７】
次に、ステップ４７０にて、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差（絶対値）が所定値Ｘ未満であれば異常がないと判定してステップ４８０にて、通常の制御を継続する。ここで、所定値Ｘ以上であれば、異常がありと判定し、まず、ステップ４９０にて、フラグをＮＧとして、ステップ５００にて、端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止させる。なお、送風機５０の作動は継続させる。
【００７８】
なお、ここでは、送風機５０の作動を継続させるように制御させたが、所定時間のみ運転させて停止させるように制御しても良い。これにより、異常があったときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００７９】
また、ステップ４７０の判定手段は、誤判定を防止するために、１回目の判定で異常があれば、ステップ４４０に戻ってステップ４７０までの制御処理を数回繰り返した後に異常有りと判定するように制御する構成にしても良い。
【００８０】
以上の制御により、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の異常発熱の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【００８１】
なお、上述した抵抗Ｒ１、Ｒ２の変化は、故障モードとして、異常発熱の他に、フィルタの目詰まり、送風機５０の故障による送風量の低減、吸い込み温度の変化、および電源電圧の変化などがあるが、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を判定値として使用することで容易に簡素な構成で熱電素子１２、１３の故障を検出することができる。
【００８２】
また、熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができることにより、熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材２８が破損する前に熱電素子１２、１３の故障を早期に停止させることができる。
【００８３】
なお、熱電素子モジュール３０をシート空調装置に用いたときの冷風モードで運転中に熱電素子１２、１３か故障したときには、送風機５０の運転を継続するように制御することにより蒸れ感が解消される。
【００８４】
以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、電源入力端子２４ａ、電源出力端子２４ａ、および電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に電位を検出するための中間端子２４ｃが設けられ、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ａ間に電源を印加したときに、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報によって求められた各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧に基づいて熱電素子モジュール３０を制御する制御装置４０を有する。
【００８５】
これよれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を監視することで、例えば、異常が発生すれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【００８６】
中間端子２４ｃは、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることにより、熱電素子モジュール３０には、例えば、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因の変動がある。
【００８７】
ところが、同一モジュールの中間位置に中間端子２４ｃを設けることで、電源電圧、送風量、および周囲温度などの外部要因は、分割した二つのモジュールのそれぞれに等しく影響される。このため、これらの変動を相殺することができるため熱電素子１２、１３の故障を正確に判定することが可能である。
【００８８】
制御装置４０は、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の差（絶対値）が所定値以上のときに熱電素子モジュール３０への通電を停止させることにより、熱交換部材２５の近傍のケース部材２８が熱により溶けて悪臭を発する前、もしくはケース部材２８が破損する前に熱電素子１２、１３への通電を早期に停止させることができる。
【００８９】
また、熱電素子モジュール３０は、送風機５０と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、制御装置４０は、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の差が所定値以上のときに熱電素子モジュール３０への通電を停止させるとともに、送風機５０の運転を継続させている。
【００９０】
これによれば、熱電素子１２、１３が故障したときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【００９１】
また、車両用の冷却装置として、例えば、車両用シートの吹出孔２から冷風を吹き出すシート空調装置では、熱電素子１２、１３が故障したときに、冷風の代わりに送風が吹き出されることになるが、送風機５０を停止させるよりも蒸れ感が解消される。
【００９２】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、中間端子２４ｃを電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に設けたが、これに限らず、具体的には、図８に示すように、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間が、４等分に区画する位置に３つの中間端子２４ｃを設けても良い。
【００９３】
この場合には、熱電素子１２、１３が正常であれば、所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４であり、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２≒電圧Ｖ３≒電圧Ｖ４となる。これによれば、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の抵抗値は、素子自体の特性のバラツキ、風速分布、温度分布などによってバラツキが大きくなるため、中間端子２４ｃを３つ設けることで、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバラツキを小さくすることができる。これにより、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧の精度を高めることができる。
【００９４】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、本発明を一つの加熱冷却装置５を着座部１ｂ内に配設して、背当て部１ａ側の空気吹出孔２に通ずる第１ダクト３ａと着座部１ｂ側の空気吹出孔２に通ずる第２ダクト３ｂとに加熱、冷却された空調風を吹き出すシート空調装置に適用させたが、これに限らず、加熱冷却装置５を着座部１ｂおよび背当て部１ａ内に複数配設して、それぞれの空気吹出孔２から空調風を吹き出すシート空調装置に適用させても良い。
【００９５】
つまり、本実施形態では、複数の熱電素子モジュール３０を用いたときのシート空調制御手段および異常処置制御手段であり、これを図９ないし図１４に基づいて説明する。図９は複数の加熱冷却装置５をシート１に搭載したときの全体構成を示す模式図である。図１０は制御装置４０と複数の熱電素子モジュール３０との電気回路を示す電気回路図であり、図１１は制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【００９６】
また、図１２は目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係を示す特性図である。図１３は熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。さらに、図１４は変形例における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【００９７】
本実施形態の熱電変換装置では、図９に示すように、背当て部１ａおよび着座部１ｂからなるシート１と、着座部１ｂおよび背当て部１ａの内部に形成されたそれぞれの空間４に配設する複数（例えば、二個）の加熱冷却装置５と、複数の加熱冷却装置５を制御する制御手段である制御装置４０とを備えている。
【００９８】
つまり、一つの制御装置４０によって二つの熱電素子モジュール３０および二つの送風機５０を制御するように構成している。従って、二つの熱電素子モジュール３０は、図１０に示すように、一方の熱電素子モジュール３０の電源入力側に接続される電源入力端子２４ａと、他方の熱電素子モジュール３０の電源出力側に接続される電源出力端子２４ｂと、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に、二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子２４ｃとを設けて制御装置４０に電気的に接続している。
【００９９】
言い換えると、二つの熱電素子モジュール３０を電気的に直列接続するとともに、二つの熱電素子モジュール３０が正常であれば、所定電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４であって、電圧Ｖ１≒電圧Ｖ２≒電圧Ｖ３≒電圧Ｖ４となるように中間端子２４ｃを設けている。
【０１００】
そして、これらの各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃのうち、電源入力端子２４ａが制御装置４０に設けられた後述する熱電素子駆動手段４２に接続される。一方、二つの送風機５０は制御装置４０に設けられた後述する送風機駆動手段４３にそれぞれが接続されている。
【０１０１】
本実施形態の制御装置４０には、コンピューターによる演算回路４１と、熱電素子モジュール３０を駆動させるための熱電素子駆動手段４２と、送風機５０を駆動させるための送風機駆動手段４３とが設けられている。そして、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および各温度センサ７、８の出力端子７ａ、８ａが演算回路４１に接続されている。
【０１０２】
演算回路４１は、図示しない操作パネルからの乗員が設定した設定温度などの設定情報に基づいて目標冷房能力を求めるとともに、図１２に示す目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係から熱電素子モジュール３０、送風機５０の指示値であるＤｕｔｙ比を算出する。
【０１０３】
また、演算回路４１は、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、７ａ、８ａからの電位情報、温度情報をＡ／Ｄ変換させて入力する。熱電素子駆動手段４２および送風機駆動手段４３は、内部にＦＥＴや電流検出回路などを有するディバイスであり、演算回路４１で算出した指示値に基づいて熱電素子モジュール３０および送風機５０をＰＷＭ制御によって駆動するＤｕｔｙ比を出力する。
【０１０４】
ここで、熱電素子駆動手段４２は、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に掛かる印加電圧をＤｕｔｙ比によって出力し、送風機駆動手段４３は、回転数をＤｕｔｙ比によって出力している。
【０１０５】
そして、以上の構成による本実施形態の制御装置４０は、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの電位情報に基づいて熱電素子モジュール３０、送風機５０を制御する異常処置制御手段を行っている。この異常処置制御手段は、具体的には、図１１に示すフローチャートであり、以下、これに基づいて説明する。
【０１０６】
冷却、加熱装置５の電源が投入されることで、異常処置制御手段の制御処理が開始され、ステップ４１０にて、初期化を行う。そして、ステップ４２１にて、図示しない操作パネルからの乗員が設定した設定情報を読み込む。ここで、車両に搭載された車両用空調装置に用いられる図示しない空調制御装置からの指示値を目標冷房能力として入力するように構成しても良い。
【０１０７】
そして、ステップ４２３にて、ペルチェＤｕｔｙ比およびファンＤｕｔｙ比を算出する。より具体的には、図１２に示す目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係から熱電素子モジュール３０、送風機５０の指示値であるＤｕｔｙ比を算出する。これにより、熱電素子モジュール３０への印加電圧および送風機５０の回転数が決定する。
【０１０８】
そして、ステップ４２４にて、熱電素子駆動手段４２および送風機駆動手段４３によりＤｕｔｙ比を出力する。より具体的には、ペルチェＤｕｔｙ比として、例えば４０Ｈｚ、ファンＤｕｔｙ比として、例えば２００Ｈｚを出力する。これにより、送風機５０が所定の回転数で駆動するとともに、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に印加電圧が印加されて熱電素子モジュール３０が駆動する。
【０１０９】
そして、ステップ４３１にて、温度センサ７、８で検出された温度情報を監視する。ここでは、例えば、吸熱側の熱交換部２５ｂから吹き出されるペルチェ温度が所定温度（例えば、１５℃）以下であれば、腰部や臀部が冷え過ぎるのでステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。
【０１１０】
また、熱交換部２５ｂから吹き出されるペルチェ温度が所定温度（例えば、７０℃）以上であれば、何らかの理由（例えば、マイグレーションにより発生したトラッキング現象による発熱など）により熱電素子１２、１３が昇温しているためステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。ここで、１５℃以上または７０℃以下であれば、ステップ４３２に移行する。
【０１１１】
ステップ４３２にて、熱電素子駆動手段４２に設けられた図示しない電流検出回路で検出された駆動電流を監視する。例えば、電流検出回路で検出された駆動電流が所定値（例えば、５Ａ）以上であるか否かを判定する。ここで、所定値（例えば、５Ａ）以上であれば、ステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。これにより、熱電素子モジュール３０内部のショートまたは電線の噛み込みによるショートなどの故障を検出することができる。
【０１１２】
ここで、駆動電流が所定値（例えば、５Ａ）以下であれば、ステップ４４０に移行する。ここで、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報をｖ０、ｖ１、ｖ２を読み込む。ここでは、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電位情報をＡ／Ｄ変換させて読み込む。
【０１１３】
ところで、熱電素子駆動手段４２によってペルチェＤｕｔｙ比を熱電素子モジュール３０に出力しているため、図１３に示すように、電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間に印加する電圧はＯＮ／ＯＦＦのタイミングで出力している。従って、Ａ／Ｄ変換は、電源入力端子２４ａにＯＮが出力されているときに同期するタイミングによって電圧を検出すると良い。
【０１１４】
なお、図１３に示すペルチェＤｕｔｙ比は５０％のときであるためＯＮを出力している時間が長いが、ペルチェＤｕｔｙ比がこれよりも短くなるようなＤｕｔｙ比で、かつ変換速度の遅いＡ／Ｄ変換を使用すると電圧が安定する時間が短くなることでＡ／Ｄ変換が間に合わない問題がある。
【０１１５】
この場合には、図１４に示すように、ペルチェＤｕｔｙ比によらず、所定のＯＮ時間を定期的に発生させ、そのＯＮのときにＡ／Ｄ変換を同期させるように構成しても良い。なお、これ以外に、ペルチェＤｕｔｙ比の最小値を所定値（例えば、１０％）以上と予め設定させて短くなるペルチェＤｕｔｙ比を出力しないようにしても良い。なお、ステップ４４０の制御処理を請求項では電圧検出手段と称する。
【０１１６】
そして、ステップ４５０にて、各端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を算出する。より具体的には、電源入力端子２４ａと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ１と、中間端子２４ｃと中間端子２４ｃとの間の電圧Ｖ２、電圧Ｖ３、中間端子２４ｃと電源出力端子２４ｂとの間の電圧Ｖ４と電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの間の電圧Ｖ０を算出する。
【０１１７】
次に、ステップ４７０ａにて、（電圧Ｖ１＋電圧Ｖ２）／電圧Ｖ０の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、二つの熱電素子モジュール３０に掛かる電圧の比を比較している。ここで、等しいはずの電圧比が所定値以上大きいときには片方の熱電素子モジュール３０の故障や片方の通風系に異常（例えば、図示しないフィルタの目詰まりやダクトの嵌合外れなど）があって送風がないと判定している。
【０１１８】
そして、このときにはステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。異常がなければ、ステップ４７０ｂにて、電圧Ｖ１／（電圧Ｖ１＋電圧Ｖ２）の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、着座部１ｂ側に設けた熱電素子モジュール３０内部の故障を判定する手段である。
【０１１９】
ここで、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電圧比は通常はほぼ等しいが、例えば、熱電素子１２、１３にマイクロクラックなどの故障が発生すると、この電圧比が所定値以上となる。これにより、着座部１ｂ側の熱電素子モジュール３０内部の故障を発見することができる。
【０１２０】
ここで、異常があればステップ５００ａに移行して端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止する。異常がなければ、ステップ４７０ｃにて、電圧Ｖ３／（電圧Ｖ３＋電圧Ｖ４）の絶対値が０．４５〜０．５５以内に入っているか否かを判定する。ここでは、背当て部１ａ側に設けた熱電素子モジュール３０内部の故障を判定する手段である。ステップ４７０ｂと同じように、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４との電圧比は通常はほぼ等しいが、例えば、熱電素子１２、１３にマイクロクラックなどの故障が発生すると、この電圧比が所定値以上となる。これにより、背当て部１ａ側の熱電素子モジュール３０内部の故障を発見することができる。
【０１２１】
なお、ステップ５００ａでは、端子２４ａ、２４ｂ間の通電を停止させるが、送風機５０の作動は継続させる。また、このときにファンＤｕｔｙ比を１００％として送風機５０を最大回転数で駆動させても良い。これにより、異常があったときに送風機５０と熱電素子モジュール３０とを停止させると、熱電素子１２、１３の近傍がオーバーシュートにより温度上昇するが、送風機５０の運転が継続されていることでこの温度上昇を停止させることができる。
【０１２２】
以上の制御処理により、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧のバランスが崩れることで熱電素子１２、１３の異常発熱の故障を検出することが可能である。従って、複雑な構成としなくても熱電素子１２、１３の故障を早期に検出することができる。
【０１２３】
さらに、以上の第３実施形態による熱電変換装置によれば、熱電素子モジュール３０は熱電素子駆動手段４２によってパルス幅のＯＮとＯＦＦとの比率を変える制御で駆動している。従って、熱電素子モジュール３０がＯＮのときに、各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を監視することができる。
【０１２４】
また、制御装置４０は、熱電素子駆動手段４２が熱電素子モジュール３０に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、電圧検出手段４４０によって各々の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ間の電圧を検出することにより、熱電素子モジュール３０が駆動した後のほうが、熱電素子モジュール３０および熱電素子１２、１３の故障を早期にかつ的確に検出することができる。
【０１２５】
制御装置４０は、熱電素子駆動手段４２が定期的に所定時間作動するように制御することにより、例えば、熱電素子駆動手段４２の周波数が早くて、かつ電圧検出手段４４０で検出された電圧のＡ／Ｄ変換の処理が遅いときなど、電圧が安定する時間が短くてＡ／Ｄ変換のタイミングが間に合わないことがある。このときに、熱電素子駆動手段４２を定期的に所定時間駆動させる制御によりＡ／Ｄ変換のタイミングを的確に合わせることができる
（他の実施形態）
以上の第１実施形態では電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に一つの中間端子２４ｃを設け、第２実施形態では電源入力端子２４ａと電源出力端子２４ｂとの中間位置に三つの中間端子２４ｃを設けたが、これに限らず、中間端子２４ｃを２つ以上の複数個設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１実施形態における熱電素子モジュール３０の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡ―Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における熱電素子モジュール３０をシート空調装置に適用したときにおける搭載形態を示す模式図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態における各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。
【図７】送風量をパラメータとしたときの抵抗Ｒ１の抵抗変化と放熱側熱交換部温度との関係を示す特性図である
【図８】本発明の第２実施形態における各々の端子間２４ａ、２４ｂ、２４ｃの電圧を求めるための説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態における複数の加熱冷却装置５をシート１に搭載したときの全体構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における制御装置４０と複数の熱電素子モジュール３０との電気回路を示す電気回路図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における制御装置４０の制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】目標冷房能力と熱電素子モジュール３０、送風機５０のＤｕｔｙ比との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第３実施形態における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【図１４】本発明の第３実施形態の変形例における熱電素子駆動手段４２のＯＮ／ＯＦＦタイミングと電圧検出手段のＡ／Ｄ変換のタイミングとを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１２…Ｐ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子、熱電素子
２４ａ…電源入力端子
２４ｂ…電源出力端子
２４ｃ…中間端子
３０…熱電素子モジュール
４０…制御装置（制御手段）
４２…熱電素子駆動手段
５０…送風機
４４０…電圧検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての前記熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を備える熱電変換装置において、
前記熱電素子モジュール（３０）には、前記熱電素子（１２、１３）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、前記熱電素子（１２、１３）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ａ）、および前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて前記熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての前記熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を複数個有し、かつ複数の前記熱電素子モジュール（３０）を電気的に直列接続する熱電変換装置において、
直列接続された前記複数の熱電素子モジュール（３０）には、一方端の前記熱電素子モジュール（３０）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、他方端の熱電素子モジュール（３０）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ｂ）、および前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて前記熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項３】
前記中間端子（２４ｃ）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記制御手段（４０）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに前記熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子モジュール（３０）をＰＷＭ制御によって駆動する熱電素子駆動手段（４２）と前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出する電圧検出手段（４４０）とを設け、かつ前記熱電素子駆動手段（４２）と前記電圧検出手段（４４０）とが時間的に同期して検出するように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子駆動手段（４２）が前記熱電素子モジュール（３０）に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、前記電圧検出手段（４４０）によって前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出することを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子駆動手段（４２）が定期的に所定時間作動するように制御することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記熱電素子モジュール（３０）は、送風機（５０）と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、
前記制御手段（４０）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに前記熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させるとともに、前記送風機（５０）の運転を継続させることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項１】
Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての前記熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を備える熱電変換装置において、
前記熱電素子モジュール（３０）には、前記熱電素子（１２、１３）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、前記熱電素子（１２、１３）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ａ）、および前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて前記熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
Ｐ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）を複数対配列し、全ての前記熱電素子（１２、１３）が電気的に直列接続される熱電素子モジュール（３０）を複数個有し、かつ複数の前記熱電素子モジュール（３０）を電気的に直列接続する熱電変換装置において、
直列接続された前記複数の熱電素子モジュール（３０）には、一方端の前記熱電素子モジュール（３０）の電源入力側に接続される電源入力端子（２４ａ）、他方端の熱電素子モジュール（３０）の電源出力側に接続される電源出力端子（２４ｂ）、および前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）との間の少なくとも一つもしくは二つ以上の所定位置における電位を検出するための中間端子（２４ｃ）が設けられ、
前記電源入力端子（２４ａ）と前記電源出力端子（２４ｂ）間に電源を印加したときに、各端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの電位によって求められた各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧に基づいて前記熱電素子モジュール（３０）を制御する制御手段（４０）を有することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項３】
前記中間端子（２４ｃ）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧が略同等となる所定位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記制御手段（４０）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに前記熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子モジュール（３０）をＰＷＭ制御によって駆動する熱電素子駆動手段（４２）と前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出する電圧検出手段（４４０）とを設け、かつ前記熱電素子駆動手段（４２）と前記電圧検出手段（４４０）とが時間的に同期して検出するように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子駆動手段（４２）が前記熱電素子モジュール（３０）に電力供給を開始後、所定時間経過した後に、前記電圧検出手段（４４０）によって前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧を検出することを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記制御手段（４０）は、前記熱電素子駆動手段（４２）が定期的に所定時間作動するように制御することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記熱電素子モジュール（３０）は、送風機（５０）と組み合わせて車両に搭載される冷却装置、もしくは加熱装置の熱源として用いられ、
前記制御手段（４０）は、前記各々の端子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）間の電圧の差が所定値以上のときに前記熱電素子モジュール（３０）への通電を停止させるとともに、前記送風機（５０）の運転を継続させることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１５０２３１（Ｐ２００７−１５０２３１Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０２３９６（Ｐ２００６−１０２３９６）
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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