空気調和機及び空気調和機の制御方法
【課題】空気調和機に関して、簡単な構造で様々な空調制御を行うことができる技術を提供する。
【解決手段】複数の熱電モジュール群１のそれぞれは、少なくとも一つの熱電モジュール１ａから成り、筺体１０に設けられた吸気口から当該筺体１０の内部に取り込まれた空気に対して加熱または冷却を行う。また筺体１０には、複数の熱電モジュール群１で加熱または冷却された空気を筺体１０の外側に排出する排気口が設けられている。制御部２は、複数の熱電モジュール群１のそれぞれを独立して制御する。そして、制御部２は、除湿運転において、複数の熱電モジュール群１の一部のみを冷却動作させる。
【解決手段】複数の熱電モジュール群１のそれぞれは、少なくとも一つの熱電モジュール１ａから成り、筺体１０に設けられた吸気口から当該筺体１０の内部に取り込まれた空気に対して加熱または冷却を行う。また筺体１０には、複数の熱電モジュール群１で加熱または冷却された空気を筺体１０の外側に排出する排気口が設けられている。制御部２は、複数の熱電モジュール群１のそれぞれを独立して制御する。そして、制御部２は、除湿運転において、複数の熱電モジュール群１の一部のみを冷却動作させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱電モジュール群を備える空気調和機及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機に関して従来から様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ガス圧縮式の熱交換器を使用して、筺体内に取り入れた空気を加熱あるいは冷却して筺体外に排出する技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２，３には、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子を使用して、筺体内に取り入れた空気を冷却して除湿する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１８３７７６号公報
【特許文献２】特開昭５９−９５３５７号公報
【特許文献３】特開昭５９−９５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の空気調和機では、ガス圧縮式の熱交換器が使用されているため、装置構造が複雑となる。
【０００６】
これに対して、特許文献２，３に記載の装置では、電子冷却素子を使用しているため装置構造を簡素化できるものの、複雑な空調制御を行うことはできない。
【０００７】
そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、空気調和機に関して、簡単な構造で様々な空調制御を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明に係る空気調和機の第１の態様は、筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備え、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる。
【０００９】
この発明に係る空気調和機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する。
【００１０】
この発明に係る空気調和機の第３の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる。
【００１１】
この発明に係る空気調和機の第４の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える。
【００１２】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第１の態様は、筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備える空気調和機の除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる。
【００１３】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第２の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する。
【００１４】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第３の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる。
【００１５】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第４の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る空気調和機の第１の態様によれば、複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御するため、簡単な構造で様々な空調制御を行うことができる。
【００１７】
この発明に係る空気調和機の第１の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第１の態様によれば、複数の熱電モジュール群のうちの一部のみを冷却動作させるため、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００１８】
この発明に係る空気調和機の第２の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第２の態様によれば、複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止するため、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができるとともに、消費電力を低減することができる。
【００１９】
この発明に係る空気調和機の第３の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第３の態様によれば、冷却動作と加熱動作とを組み合わせて複数の熱電モジュール群を制御するため、空気温度の低下をさらに抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００２０】
この発明に係る空気調和機の第４の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第４の態様によれば、複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替えるため、除湿効果がそれほど必要とされない場合には、複数の熱電モジュール群の動作モードを第１モードから第２モードに切り替えることによって、空気温度を変化させずに各熱電モジュール群を効率の良い動作点で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構造を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第１の動作例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の計算結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第２の動作例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第３の動作例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュール群での駆動電流と吸熱量との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュール群での駆動電流とＣＯＰとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。図２は本実施の形態１に係る空気調和機が建物の外壁２０に取り付けられた際の当該空気調和機の構造を示す側面図である。図３は本実施の形態１に係る空気調和機を図２中の矢視Ａから見た際の当該空気調和機の構造を示す斜視図である。なお図２では、内部構造が理解しやすいように、筺体１０及び外壁２０については断面構造を示している。また図３では、ともに３行×３列に配置された複数のヒートシンク４ａ及び複数の熱電モジュール群１のうち、最も上の行のヒートシンク４ａ及び熱電モジュール群１のみを示している。
【００２３】
図１〜３に示されるように、本実施の形態１に係る空気調和機は、複数の熱電モジュール群１と、制御部２と、整流回路３と、室内側熱交換器４と、室外側熱交換器５と、室内側ファン６と、室外側ファン７とを備えており、これらの構成要素は筺体１０内に収納されている。
【００２４】
筺体１０は、図２に示されるように、室内と室外とに跨って配置されるように、外壁２０に空けられた穴２０ａに取り付けられている。筺体１０内には、室内側と室外側とを区分する仕切り板１６が設けられている。これにより、筺体１０は室内側部分１０ａと室外側部分１０ｂとに区分されている。筺体１０の室内側部分１０ａの上面には、室内の空気１００を室内側部分１０ａ内に取り入れる吸気口１１が設けられている。筺体１０の室内側の前面には、室内側部分１０ａ内の空気１００を室内に排出する排気口１２が設けられている。また、筺体１０の室外側部分１０ｂの上面には、室外の空気を室外側部分１０ｂ内に取り入れる吸気口１３が設けられている。筺体１０の後面には、室外側部分１０ｂ内の空気を室外に排出する排気口１４が設けられている。なお、筺体１０を窓枠に取り付けても良い。
【００２５】
複数の熱電モジュール群１のそれぞれは、少なくとも一つの熱電モジュール１ａを備えている。本実施の形態１では、各熱電モジュール群１は、例えば４個の熱電モジュール１ａを備えている。そして、各熱電モジュール１ａは、例えばペルチェ効果を利用した熱電素子（例えばＰ型及びＮ型半導体の接合対）を少なくとも一つ有している。複数の熱電モジュール１ａは、仕切り板１６を貫通するように当該仕切り板１６に取り付けられている。したがって、複数の熱電モジュール１ａは、室内と室外とに跨って配置されている。複数の熱電モジュール群１全体を筺体１０の前面側から見ると、当該熱電モジュール群１は３行×３列の行列状に配置されている。そして、複数の熱電モジュール１ａ全体を筺体１０の前面側から見ると、当該熱電モジュール１ａは６行×６列の行列状に配置されている。
【００２６】
室内側熱交換器４は、筺体１０の室内側部分１０ａにおいて吸気口１１の下方に配置された複数のヒートシンク４ａを備えている。ヒートシンク４ａは熱伝導性の良い金属などで構成されており、熱電モジュール群１ごとに設けられている。その結果、筺体１０の前面側から見ると、複数のヒートシンク４ａは３行×３列の行列状に配置されている。各熱電モジュール群１の熱電モジュール１ａには、対応するヒートシンク４ａが取り付けられている。そして、各熱電モジュール１ａは、ヒートシンク４ａとの接触面を制御部２の制御によって加熱あるいは冷却することが可能である。
【００２７】
室外側熱交換器５は、例えば、熱伝導性の良い金属などから成る一つのヒートシンク５ａで構成されており、筺体１０の室外側部分１０ｂに配置されている。各熱電モジュール群１の熱電モジュール１ａには、室外側においてヒートシンク５ａが取り付けられている。そして、各熱電モジュール１ａは、ヒートシンク５ａとの接触面を制御部２の制御によって加熱あるいは冷却することが可能である。なお、本実施の形態１では、室外側熱交換器５を一つのヒートシンク５ａで構成したが、室内側熱交換器４のように、複数のヒートシンクで構成しても良い。
【００２８】
本実施の形態１に係る熱電モジュール１ａでは、ペルチェ効果によって、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となるとヒートシンク５ａとの接触面が吸熱面となり、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となると、ヒートシンク５ａとの接触面が発熱面となる。
【００２９】
整流回路３は、筺体１０の外部に設けられた商用電源１５から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、それを制御部２に供給する。
【００３０】
制御部２は、整流回路３からの直流電圧を電源電圧として動作し、複数の熱電モジュール群１のそれぞれを独立して制御することが可能である。したがって、各熱電モジュール群１では、複数の熱電モジュール１ａが同じような動作を行う。例えば、ある熱電モジュール群１において、それに含まれるある一つの熱電モジュール１ａがヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、他の残りの全ての熱電モジュール１ａもヒートシンク４ａとの接触面を加熱することになる。
【００３１】
制御部２は、制御回路２ａ及び複数の駆動回路２ｂを備えている。制御回路２ａは、複数の駆動回路２ｂのそれぞれを独立して制御することが可能である。駆動回路２ｂは、熱電モジュール群１ごとに設けられており、制御回路２ａによる動作制御に基づいて、対応する熱電モジュール群１を駆動する。駆動回路２ｂが、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに第１駆動電流を与えると、当該各熱電モジュール１ａでは、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となる。これに対して、駆動回路２ｂが、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに対して第１駆動電流とは逆向きの第２駆動電流を与えると、当該各熱電モジュール１ａでは、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となる。また、駆動回路２ｂは、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに対する駆動電流の供給を停止して、当該各熱電モジュール１ａの動作を停止することも可能である。
【００３２】
室内側ファン６は、例えばプロペラファンであって、排気口１２と複数のヒートシンク４ａとの間で室内側部分１０ａに配置されており、吸気口１１から取り込まれた空気１００を室内側熱交換器４を経由して排気口１２側に送る。室外側ファン７は、例えばプロペラファンであって、排気口１４とヒートシンク５ａとの間で室外側部分１０ｂに配置されており、吸気口１３から取り込まれた空気を室外側熱交換器５を経由して排気口１４側に送る。
【００３３】
以上のような構成を備える本実施の形態１に係る空気調和機では、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、当該ヒートシンク４ａが加熱される。その結果、吸気口１１から取り入れられた空気１００が加熱される。一方で、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を冷却すると、当該ヒートシンク４ａが冷却される。その結果、吸気口１１から取り入れられた空気１００が冷却される。本実施の形態１では、このような動作が複数の熱電モジュール群１のそれぞれで独立して行うことができるため、様々な空調制御を行うことができる。以後、熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａが、それに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱する動作を単に「加熱動作」と呼び、当該ヒートシンク４ａとの接触面を冷却する動作を単に「冷却動作」と呼ぶ。
【００３４】
次に、本実施の形態１に係る空気調和機の動作例について説明する。
【００３５】
＜第１の動作例＞
図４は本実施の形態１に係る空気調和機の除湿運転の一例を示す図である。図４に示される例では、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、中央１列の熱電モジュール群１は冷却動作を行い、その他の２列の熱電モジュール群１は動作を停止している。
【００３６】
図４に示されるように、熱電モジュール群１が冷却動作を行うと、それに取り付けられたヒートシンク４ａ近傍の空気１００は冷却されて、結露水１１０が発生し、当該空気１００の湿度が低下する。一方で、動作が停止している熱電モジュール群１に取り付けられたヒートシンク４ａ近傍の空気１００は冷却されない。したがって、排気口１２からは、温度が低下して除湿された空気１００と、常温付近の空気１００とが排出される。そして、両者は、室内側ファン６によって生じる対流によって混ざり合う。その結果、温度があまり低くない、低湿度の空気１００を室内に供給することができる。
【００３７】
図５は、本実施の形態１に係る空気調和機を図４に示されるように動作させた場合の計算結果を示す図である。図５では、図４のように動作する本空気調和機において、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を７３０Ｗに設定し、排気口１２から排出される空気１００の風量を１１ｍ3／分に設定した場合の空気１００の温度及び絶対湿度を「本発明」の欄に示している。また図５では、本実施の形態１とは異なり、複数の熱電モジュール群１を一括してしか制御することができず、各々を独立して制御することができない場合の例として、除湿運転する場合にすべての熱電モジュール群１を冷却動作させた場合の計算結果を「比較例１」及び「比較例２」の欄に示している。比較例１及び２の欄の値は、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量をそれぞれ７３０Ｗ及び１５００Ｗに設定した場合の空気１００の温度及び絶対湿度を示しており、比較例１及び２においては、排気口１２から排出される空気１００の風量はともに１１ｍ3／分に設定されている。また、図中の「入口空気」の欄の値は、吸気口１１付近の空気１００の温度及び絶対湿度を示しており、「出口空気」の欄の値は、排気口１２付近の空気１００の温度及び絶対湿度を示している。なお、図中の計算結果は、温度２７℃、相対湿度８０％ＲＨの空気１００に対して冷却処理を行った際の計算結果である。また、図中の絶対湿度の単位ｇ／ｋｇ（ＤＡ）は、乾燥空気単位重量あたりの水分質量を示している。
【００３８】
図５の比較例１に示されるように、すべての熱電モジュール群１を冷却動作させて、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を７３０Ｗに設定した場合には、空気温度は２４℃まで低下している。このとき、空気温度は露点温度にまで到達していないため、除湿効果は得られていない。そこで、比較例２に示されるように、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を１５００Ｗまで増加させると、空気温度は露点温度以下となり、除湿効果が得られる。しかしながら、この場合には、空気温度が低下しすぎて、室内が冷えすぎる状態となる。
【００３９】
これに対して、複数の熱電モジュール群１のうち一部の熱電モジュール群１のみを冷却動作させる場合において、当該一部の熱電モジュール群１での吸熱量を比較例１での吸熱量と同じに設定すると、当該一部の熱電モジュール群１の冷却効果が大きくなるため、筺体１０内の空気温度を局所的に大きく低下させることができる。その結果、局所的ではあるが空気温度を露点温度以下にまで低下させることができ、吸熱量を比較例１と同じ値に設定した場合であっても、比較例２と同等の除湿効果を得ることができる。そして、上述のように、排気口１２から排出される低温の空気１００と常温付近の空気１００とは混ざり合うため、室内温度を比較例２よりも高くすることができる。さらに、空気１００中の水分が結露する際に発生する凝縮潜熱によって空気温度が上昇するため、室内温度を比較例１よりも高くすることができる。
【００４０】
このように、複数の熱電モジュール群１のうちの一部のみを冷却動作させることによって、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００４１】
また、冷却動作を行っている熱電モジュール群１以外の熱電モジュール群１の動作を停止させることによって、本空気調和機の消費電力を低減できる。
【００４２】
＜第２の動作例＞
図６は本実施の形態１に係る空気調和機の除湿運転の他の例を示す図である。図６に示される例では、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、中央１列と端１列の計２列の熱電モジュール群１が冷却動作を行い、残り１列の熱電モジュール群１が加熱動作を行っている。図６に示されるように、冷却動作と加熱動作とを組み合わせて複数の熱電モジュール群１を制御する場合には、冷却動作を行っている熱電モジュール群１によって除湿を行い、加熱動作を行っている熱電モジュール群１によって空気温度を高めることができるため、空気温度の低下をさらに抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００４３】
＜第３の動作例＞
上述の図４に示されるように、複数の熱電モジュール群１のうちの一部の熱電モジュール群１を冷却動作させることによって、空気温度の低下を抑制しつつ除湿効果を得ることができる。このとき、除湿効果を十分に発揮するためには、冷却動作させる熱電モジュール群１に供給する駆動電流を大きくして、その吸熱量を大きくする必要がある。そのため、熱電モジュール群１の効率が低下することがある。
【００４４】
一方で、あまり除湿効果が必要でない場合には、熱電モジュール群１にはそれほど大きな駆動電流を供給する必要は無いことから、熱電モジュール群１を効率の良い動作点で動作させることができる。
【００４５】
したがって、除湿効果がそれほど必要とされていない場合には、図４に示される動作例において、冷却動作を行っている一部の熱電モジュール群１に供給する駆動電流を小さくして、当該熱電モジュール群１の効率を向上させる方法が考えられる。
【００４６】
しかしながら、この場合には、冷却動作を行っている熱電モジュール群１の吸熱量が低下するため、室内温度が変化してしまう。
【００４７】
そこで、除湿効果がそれほど必要とされていない場合には、本実施の形態１に係る空気調和機の動作モードを、図４に示されるような、一部の熱電モジュール群１のみが冷却動作する第１モードから、図７に示されるような、すべての熱電モジュール群１が冷却動作する第２モードに切り替えるようにする。これにより、室内温度を変化させずに各熱電モジュール群１を効率の良い動作点で動作させることができる。以下にこのことについて詳細に説明する。
【００４８】
図８は、列方向に並ぶ３つの熱電モジュール群１全体での駆動電流と吸熱量との関係を示す図である。図９は、列方向に３つの熱電モジュール群１全体での駆動電流とＣＯＰ（成績係数：coefficient of performance）との関係を示す図である。図４の動作例のように、ある列の複数の熱電モジュール群１のみを冷却動作させる場合には、除湿効果を十分に発揮するために、図８に示されるように、冷却動作させる複数の熱電モジュール１ａ全体に供給される駆動電流がＩｂに設定され、当該熱電モジュール１ａ全体での吸熱量がＱｃに設定される。したがって、図９に示されるように、当該熱電モジュール群１全体でのＣＯＰは例えば０．４となる。
【００４９】
一方で、除湿効果があまり必要とされなくなり、本空気調和機の動作モードを第１モードから、すべての熱電モジュール群１を冷却動作させる第２モードに変化させる場合には、３列全部動作させるので、１列あたりの吸熱量はＱｃ／３で済むため、図８に示されるように、各列における複数の熱電モジュール群１全体での駆動電流はＩｂよりも小さいＩａに設定される。その結果、図９に示されるように、各列における複数の熱電モジュール群１全体でのＣＯＰが例えば０．７まで増加し、当該熱電モジュール群１全体での効率は向上する。このとき、冷却動作させる熱電モジュール群１の数が増加するため、個々の熱電モジュール群１の吸熱量が減少したとしても、室内温度の低下を抑制できる。
【００５０】
以上の説明では、本空気調和機の動作モードを第１モードから第２モードに変化させる場合について説明したが、これとは逆に、本空気調和機の動作モードを第２モードから第１モードに変化させることによって、熱電モジュール群１の効率は低下するものの、除湿効果を高めることができる。このように、冷却効果を優先させる場合には本空気調和機を第１モードで動作させ、熱電モジュール群１の効率向上を優先させる場合には本空気調和機を第２モードで動作させることによって、きめ細やかな空調制御を行うことができる。
【００５１】
なお、本空気調和機の動作モードを切り替えるタイミングについては、本空気調和機において自動的に判断しても良いし、ユーザが指示できるように本空気調和機を構成しても良い。例えば、室内湿度を検出する湿度センサを本空気調和機に設けて、その湿度センサからの出力に基づいて制御回路２ａが上記タイミングを判断する。あるいは、本空気調和機の動作を制御するリモートコントローラを設けて、このリモートコントローラをユーザが操作することによって、ユーザからの上記タイミングの指示が制御回路２ａに通知されるようにする。
【００５２】
また、本実施の形態１では、行列状の複数の熱電モジュール群１をモジュール単位で制御していたが、複数の熱電モジュール群１を列単位で制御しても良い。この場合であっても、各列を構成する３つの熱電モジュール群１を、新たな一つの熱電モジュール群１として捉え直すことによって、複数の熱電モジュール群１のそれぞれが独立して制御されることになる。
【００５３】
また、吸気口１１から取り入れた空気１００を冷却あるいは加熱するために室内側熱交換器４は必ずしも必要ではなく、複数の熱電モジュール群１だけで十分な冷却効果あるいは加熱効果が得られるのであれば、空調制御のために室内側熱交換器４は必要ではない。
【００５４】
また、上述の第１及び第２の動作例のような除湿運転を考えると、本実施の形態１のように、室内側熱交換器４を複数のヒートシンク４ａで構成した方が、筺体１０内の空気１００を局所的に冷却しやすくなるため望ましいが、室内側熱交換器４を、ヒートシンク５ａのように、すべての熱電モジュール群１に跨る一つのヒートシンクで構成しても、ある程度の効果は得られる。ただし、熱伝導性が非常に良好な材料でヒートシンクを構成すると、ヒートシンクを局所的に冷却しようとしたとしても困難であるため、その場合には、隣接する２つの熱電モジュール１ａが接触している境界での厚みを薄くする等によって、ヒートシンクを局所的に冷却しやすくする必要がある。
【００５５】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。図１０は上述の図２に示される矢視Ａに相当する方向から見た際の本実施の形態２に係る空気調和機の構造を示している。図１０では、図３と同様に、最も上の行のヒートシンク４ａ及び熱電モジュール群１のみを示している。図１０に示されるように、本実施の形態２に係る空気調和機は、上述の実施の形態１に係る空気調和機において、室内側ファン６の替わりに室内側ファン２６を設けたものである。室内側ファン２６は、例えばクロスフローファンであって、複数の熱電モジュール群１が並ぶ行方向に沿った軸を回転軸としている。
【００５６】
本実施の形態２に係る空気調和機のように、複数のヒートシンク４ａと排気口１２との間にクロスフローファンを設けた場合には、あるヒートシンク４ａの近傍から室内に排出される空気１００と、当該ヒートシンク４ａに隣接する他のヒートシンク４ａの近傍から室内に排出される空気１００とは混ざり合いにくくなる。したがって、複数の熱電モジュール群１のうち、一部を動作させつつ、その他の動作を停止させることによって、室内の一部のゾーンのみを集中的に冷却または加熱することができる。
【００５７】
例えば、図１０に示されるように、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、端１列の熱電モジュール群１は冷却動作を行い、その他の２列の熱電モジュール群１の動作は停止すると、排気口１２から排出される空気１００のうち、冷却動作を行っている端１列の熱電モジュール群１に取り付けられたヒートシンク４ａの近傍から排出される空気１００ａは低温となり、その他のヒートシンク４ａの近傍から排出される空気１００ｂの温度は常温に近い値となる。そして、空気１００ａと空気１００ｂとはあまり混ざり合わずに室内に供給される。したがって、室内を局所的に冷却することができる。複数の熱電モジュール群１のうち、一部を加熱動作させつつ、その他の動作を停止させる場合も同様である。
【００５８】
実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構造を示す側面図である。図１１では、内部構造が理解しやすいように、筺体６０，８０及び外壁２０については断面構造を示している。以下では、上述の実施の形態１に係る空気調和機との相違点を中心に、本実施の形態３に係る空気調和機について説明する。
【００５９】
図１１に示されるように、本実施の形態３に係る空気調和機は、上述の複数の熱電モジュール群１、制御部２、整流回路３及び室内側熱交換器４と、室内側ファン５１と、水冷ジャケット５２とを備えており、これらの構成要素は筺体６０内に収納されている。さらに、本空気調和機は、ガス圧縮式の熱交換器７１と、ポンプ７２と、室外側ファン７３とを備えており、これらの構成要素は筺体８０内に収納されている。
【００６０】
筺体６０は室内に配置されており、その上面には室内の空気１００を筺体６０内に取り入れる吸気口６１が設けられている。そして、筺体６０の前面の下方には、吸気口６１から筺体６０内に取り入れた空気１００を室内に排出する排気口６２が設けられている。室内側熱交換器４を構成する複数のヒートシンク４ａは、吸気口６１の下方に設けられており、当該複数のヒートシンク４ａの下方には、排気口６２と対向するように室内側ファン５１が設けられている。室内側ファン５１は、例えばクロスフローファンであって、複数の熱電モジュール群１が並ぶ行方向に沿った軸を回転軸としている。
【００６１】
水冷ジャケット５２は、例えば熱伝導性の良い金属などで構成されており、その内部には熱媒体２００が流れる流路５２ａが上下方向に貫通するように設けられている。この流路５２ａの上方の一端には流通管７０ａが接続されており、その下方の一端には流通管７０ｂが接続されている。これらの流通管７０ａ，７０ｂは、室内から、外壁２０に空けられた穴２０ａを通って室外まで延びている。熱媒体２００は例えば水である。水冷ジャケット５２は、複数のヒートシンク４ａとの間に複数の熱電モジュール群１を挟んでおり、当該複数の熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａが取り付けられている。
【００６２】
本実施の形態３に係る熱電モジュール１ａでは、ペルチェ効果によって、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となると水冷ジャケット５２との接触面が吸熱面となり、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となると、水冷ジャケット５２との接触面が発熱面となる。
【００６３】
筺体８０は室外に配置されており、その室外側から見た際の前面には筺体８０内の空気を室外に排出する排気口８１が設けられている。熱交換器７１には、室内から延びる流通管７０ｂが接続されており、さらに流通管７０ｃを介してポンプ７２が接続されている。ポンプ７２には、室内から延びる流通管７０ａが接続されている。室外側ファン７３は、例えばプロペラファンであって、排気口８１に対向するように配置されている。
【００６４】
以上のような構成を備える本実施の形態３に係る空気調和機では、熱交換器７１によって熱媒体２００が冷却される。そして、冷却された熱媒体２００は、ポンプ７２の働きによって、流通管７０ｂ及び水冷ジャケット５２の流路５２ａを流れ、さらに流通管７０ａ，７０ｃを流れて、熱交換器７１に帰ってくる。そして、熱媒体２００は熱交換器７１で再び冷却されて、その後、水冷ジャケット５２の流路５２ａを通って、熱交換器７１に帰ってくる。これにより、水冷ジャケット５２が熱媒体２００で冷却され、各熱電モジュール１ａが冷却される。
【００６５】
また、本実施の形態３に係る空気調和機では、実施の形態１，２と同様に、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、当該ヒートシンク４ａが加熱され、その結果、吸気口６１から取り入れられた空気１００が加熱される。一方で、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を冷却すると、当該ヒートシンク４ａが冷却され、その結果、吸気口６１から取り入れられた空気１００が冷却される。本実施の形態３でも、制御部２の働きによって、このような動作が複数の熱電モジュール群１のそれぞれで独立して行うことができる。そのため、簡単な構造で様々な空調制御を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 熱電モジュール群
１ａ 熱電モジュール
２ 制御部
１０，６０ 筺体
１１，６１ 吸気口
１２，６２ 排気口
１００ 空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱電モジュール群を備える空気調和機及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機に関して従来から様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ガス圧縮式の熱交換器を使用して、筺体内に取り入れた空気を加熱あるいは冷却して筺体外に排出する技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２，３には、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子を使用して、筺体内に取り入れた空気を冷却して除湿する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１８３７７６号公報
【特許文献２】特開昭５９−９５３５７号公報
【特許文献３】特開昭５９−９５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の空気調和機では、ガス圧縮式の熱交換器が使用されているため、装置構造が複雑となる。
【０００６】
これに対して、特許文献２，３に記載の装置では、電子冷却素子を使用しているため装置構造を簡素化できるものの、複雑な空調制御を行うことはできない。
【０００７】
そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、空気調和機に関して、簡単な構造で様々な空調制御を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明に係る空気調和機の第１の態様は、筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備え、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる。
【０００９】
この発明に係る空気調和機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する。
【００１０】
この発明に係る空気調和機の第３の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる。
【００１１】
この発明に係る空気調和機の第４の態様は、その第１の態様であって、前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える。
【００１２】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第１の態様は、筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備える空気調和機の除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる。
【００１３】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第２の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する。
【００１４】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第３の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる。
【００１５】
この発明に係る空気調和機の制御方法の第４の態様は、その第１の態様であって、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る空気調和機の第１の態様によれば、複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御するため、簡単な構造で様々な空調制御を行うことができる。
【００１７】
この発明に係る空気調和機の第１の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第１の態様によれば、複数の熱電モジュール群のうちの一部のみを冷却動作させるため、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００１８】
この発明に係る空気調和機の第２の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第２の態様によれば、複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止するため、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができるとともに、消費電力を低減することができる。
【００１９】
この発明に係る空気調和機の第３の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第３の態様によれば、冷却動作と加熱動作とを組み合わせて複数の熱電モジュール群を制御するため、空気温度の低下をさらに抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００２０】
この発明に係る空気調和機の第４の態様及びこの発明に係る空気調和機の制御方法の第４の態様によれば、複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替えるため、除湿効果がそれほど必要とされない場合には、複数の熱電モジュール群の動作モードを第１モードから第２モードに切り替えることによって、空気温度を変化させずに各熱電モジュール群を効率の良い動作点で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構造を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第１の動作例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の計算結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第２の動作例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の第３の動作例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュール群での駆動電流と吸熱量との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュール群での駆動電流とＣＯＰとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。図２は本実施の形態１に係る空気調和機が建物の外壁２０に取り付けられた際の当該空気調和機の構造を示す側面図である。図３は本実施の形態１に係る空気調和機を図２中の矢視Ａから見た際の当該空気調和機の構造を示す斜視図である。なお図２では、内部構造が理解しやすいように、筺体１０及び外壁２０については断面構造を示している。また図３では、ともに３行×３列に配置された複数のヒートシンク４ａ及び複数の熱電モジュール群１のうち、最も上の行のヒートシンク４ａ及び熱電モジュール群１のみを示している。
【００２３】
図１〜３に示されるように、本実施の形態１に係る空気調和機は、複数の熱電モジュール群１と、制御部２と、整流回路３と、室内側熱交換器４と、室外側熱交換器５と、室内側ファン６と、室外側ファン７とを備えており、これらの構成要素は筺体１０内に収納されている。
【００２４】
筺体１０は、図２に示されるように、室内と室外とに跨って配置されるように、外壁２０に空けられた穴２０ａに取り付けられている。筺体１０内には、室内側と室外側とを区分する仕切り板１６が設けられている。これにより、筺体１０は室内側部分１０ａと室外側部分１０ｂとに区分されている。筺体１０の室内側部分１０ａの上面には、室内の空気１００を室内側部分１０ａ内に取り入れる吸気口１１が設けられている。筺体１０の室内側の前面には、室内側部分１０ａ内の空気１００を室内に排出する排気口１２が設けられている。また、筺体１０の室外側部分１０ｂの上面には、室外の空気を室外側部分１０ｂ内に取り入れる吸気口１３が設けられている。筺体１０の後面には、室外側部分１０ｂ内の空気を室外に排出する排気口１４が設けられている。なお、筺体１０を窓枠に取り付けても良い。
【００２５】
複数の熱電モジュール群１のそれぞれは、少なくとも一つの熱電モジュール１ａを備えている。本実施の形態１では、各熱電モジュール群１は、例えば４個の熱電モジュール１ａを備えている。そして、各熱電モジュール１ａは、例えばペルチェ効果を利用した熱電素子（例えばＰ型及びＮ型半導体の接合対）を少なくとも一つ有している。複数の熱電モジュール１ａは、仕切り板１６を貫通するように当該仕切り板１６に取り付けられている。したがって、複数の熱電モジュール１ａは、室内と室外とに跨って配置されている。複数の熱電モジュール群１全体を筺体１０の前面側から見ると、当該熱電モジュール群１は３行×３列の行列状に配置されている。そして、複数の熱電モジュール１ａ全体を筺体１０の前面側から見ると、当該熱電モジュール１ａは６行×６列の行列状に配置されている。
【００２６】
室内側熱交換器４は、筺体１０の室内側部分１０ａにおいて吸気口１１の下方に配置された複数のヒートシンク４ａを備えている。ヒートシンク４ａは熱伝導性の良い金属などで構成されており、熱電モジュール群１ごとに設けられている。その結果、筺体１０の前面側から見ると、複数のヒートシンク４ａは３行×３列の行列状に配置されている。各熱電モジュール群１の熱電モジュール１ａには、対応するヒートシンク４ａが取り付けられている。そして、各熱電モジュール１ａは、ヒートシンク４ａとの接触面を制御部２の制御によって加熱あるいは冷却することが可能である。
【００２７】
室外側熱交換器５は、例えば、熱伝導性の良い金属などから成る一つのヒートシンク５ａで構成されており、筺体１０の室外側部分１０ｂに配置されている。各熱電モジュール群１の熱電モジュール１ａには、室外側においてヒートシンク５ａが取り付けられている。そして、各熱電モジュール１ａは、ヒートシンク５ａとの接触面を制御部２の制御によって加熱あるいは冷却することが可能である。なお、本実施の形態１では、室外側熱交換器５を一つのヒートシンク５ａで構成したが、室内側熱交換器４のように、複数のヒートシンクで構成しても良い。
【００２８】
本実施の形態１に係る熱電モジュール１ａでは、ペルチェ効果によって、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となるとヒートシンク５ａとの接触面が吸熱面となり、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となると、ヒートシンク５ａとの接触面が発熱面となる。
【００２９】
整流回路３は、筺体１０の外部に設けられた商用電源１５から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、それを制御部２に供給する。
【００３０】
制御部２は、整流回路３からの直流電圧を電源電圧として動作し、複数の熱電モジュール群１のそれぞれを独立して制御することが可能である。したがって、各熱電モジュール群１では、複数の熱電モジュール１ａが同じような動作を行う。例えば、ある熱電モジュール群１において、それに含まれるある一つの熱電モジュール１ａがヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、他の残りの全ての熱電モジュール１ａもヒートシンク４ａとの接触面を加熱することになる。
【００３１】
制御部２は、制御回路２ａ及び複数の駆動回路２ｂを備えている。制御回路２ａは、複数の駆動回路２ｂのそれぞれを独立して制御することが可能である。駆動回路２ｂは、熱電モジュール群１ごとに設けられており、制御回路２ａによる動作制御に基づいて、対応する熱電モジュール群１を駆動する。駆動回路２ｂが、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに第１駆動電流を与えると、当該各熱電モジュール１ａでは、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となる。これに対して、駆動回路２ｂが、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに対して第１駆動電流とは逆向きの第２駆動電流を与えると、当該各熱電モジュール１ａでは、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となる。また、駆動回路２ｂは、対応する熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａに対する駆動電流の供給を停止して、当該各熱電モジュール１ａの動作を停止することも可能である。
【００３２】
室内側ファン６は、例えばプロペラファンであって、排気口１２と複数のヒートシンク４ａとの間で室内側部分１０ａに配置されており、吸気口１１から取り込まれた空気１００を室内側熱交換器４を経由して排気口１２側に送る。室外側ファン７は、例えばプロペラファンであって、排気口１４とヒートシンク５ａとの間で室外側部分１０ｂに配置されており、吸気口１３から取り込まれた空気を室外側熱交換器５を経由して排気口１４側に送る。
【００３３】
以上のような構成を備える本実施の形態１に係る空気調和機では、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、当該ヒートシンク４ａが加熱される。その結果、吸気口１１から取り入れられた空気１００が加熱される。一方で、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を冷却すると、当該ヒートシンク４ａが冷却される。その結果、吸気口１１から取り入れられた空気１００が冷却される。本実施の形態１では、このような動作が複数の熱電モジュール群１のそれぞれで独立して行うことができるため、様々な空調制御を行うことができる。以後、熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａが、それに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱する動作を単に「加熱動作」と呼び、当該ヒートシンク４ａとの接触面を冷却する動作を単に「冷却動作」と呼ぶ。
【００３４】
次に、本実施の形態１に係る空気調和機の動作例について説明する。
【００３５】
＜第１の動作例＞
図４は本実施の形態１に係る空気調和機の除湿運転の一例を示す図である。図４に示される例では、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、中央１列の熱電モジュール群１は冷却動作を行い、その他の２列の熱電モジュール群１は動作を停止している。
【００３６】
図４に示されるように、熱電モジュール群１が冷却動作を行うと、それに取り付けられたヒートシンク４ａ近傍の空気１００は冷却されて、結露水１１０が発生し、当該空気１００の湿度が低下する。一方で、動作が停止している熱電モジュール群１に取り付けられたヒートシンク４ａ近傍の空気１００は冷却されない。したがって、排気口１２からは、温度が低下して除湿された空気１００と、常温付近の空気１００とが排出される。そして、両者は、室内側ファン６によって生じる対流によって混ざり合う。その結果、温度があまり低くない、低湿度の空気１００を室内に供給することができる。
【００３７】
図５は、本実施の形態１に係る空気調和機を図４に示されるように動作させた場合の計算結果を示す図である。図５では、図４のように動作する本空気調和機において、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を７３０Ｗに設定し、排気口１２から排出される空気１００の風量を１１ｍ3／分に設定した場合の空気１００の温度及び絶対湿度を「本発明」の欄に示している。また図５では、本実施の形態１とは異なり、複数の熱電モジュール群１を一括してしか制御することができず、各々を独立して制御することができない場合の例として、除湿運転する場合にすべての熱電モジュール群１を冷却動作させた場合の計算結果を「比較例１」及び「比較例２」の欄に示している。比較例１及び２の欄の値は、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量をそれぞれ７３０Ｗ及び１５００Ｗに設定した場合の空気１００の温度及び絶対湿度を示しており、比較例１及び２においては、排気口１２から排出される空気１００の風量はともに１１ｍ3／分に設定されている。また、図中の「入口空気」の欄の値は、吸気口１１付近の空気１００の温度及び絶対湿度を示しており、「出口空気」の欄の値は、排気口１２付近の空気１００の温度及び絶対湿度を示している。なお、図中の計算結果は、温度２７℃、相対湿度８０％ＲＨの空気１００に対して冷却処理を行った際の計算結果である。また、図中の絶対湿度の単位ｇ／ｋｇ（ＤＡ）は、乾燥空気単位重量あたりの水分質量を示している。
【００３８】
図５の比較例１に示されるように、すべての熱電モジュール群１を冷却動作させて、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を７３０Ｗに設定した場合には、空気温度は２４℃まで低下している。このとき、空気温度は露点温度にまで到達していないため、除湿効果は得られていない。そこで、比較例２に示されるように、複数の熱電モジュール群１全体での吸熱量を１５００Ｗまで増加させると、空気温度は露点温度以下となり、除湿効果が得られる。しかしながら、この場合には、空気温度が低下しすぎて、室内が冷えすぎる状態となる。
【００３９】
これに対して、複数の熱電モジュール群１のうち一部の熱電モジュール群１のみを冷却動作させる場合において、当該一部の熱電モジュール群１での吸熱量を比較例１での吸熱量と同じに設定すると、当該一部の熱電モジュール群１の冷却効果が大きくなるため、筺体１０内の空気温度を局所的に大きく低下させることができる。その結果、局所的ではあるが空気温度を露点温度以下にまで低下させることができ、吸熱量を比較例１と同じ値に設定した場合であっても、比較例２と同等の除湿効果を得ることができる。そして、上述のように、排気口１２から排出される低温の空気１００と常温付近の空気１００とは混ざり合うため、室内温度を比較例２よりも高くすることができる。さらに、空気１００中の水分が結露する際に発生する凝縮潜熱によって空気温度が上昇するため、室内温度を比較例１よりも高くすることができる。
【００４０】
このように、複数の熱電モジュール群１のうちの一部のみを冷却動作させることによって、空気温度の低下を抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００４１】
また、冷却動作を行っている熱電モジュール群１以外の熱電モジュール群１の動作を停止させることによって、本空気調和機の消費電力を低減できる。
【００４２】
＜第２の動作例＞
図６は本実施の形態１に係る空気調和機の除湿運転の他の例を示す図である。図６に示される例では、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、中央１列と端１列の計２列の熱電モジュール群１が冷却動作を行い、残り１列の熱電モジュール群１が加熱動作を行っている。図６に示されるように、冷却動作と加熱動作とを組み合わせて複数の熱電モジュール群１を制御する場合には、冷却動作を行っている熱電モジュール群１によって除湿を行い、加熱動作を行っている熱電モジュール群１によって空気温度を高めることができるため、空気温度の低下をさらに抑制しつつ除湿を行うことができる。
【００４３】
＜第３の動作例＞
上述の図４に示されるように、複数の熱電モジュール群１のうちの一部の熱電モジュール群１を冷却動作させることによって、空気温度の低下を抑制しつつ除湿効果を得ることができる。このとき、除湿効果を十分に発揮するためには、冷却動作させる熱電モジュール群１に供給する駆動電流を大きくして、その吸熱量を大きくする必要がある。そのため、熱電モジュール群１の効率が低下することがある。
【００４４】
一方で、あまり除湿効果が必要でない場合には、熱電モジュール群１にはそれほど大きな駆動電流を供給する必要は無いことから、熱電モジュール群１を効率の良い動作点で動作させることができる。
【００４５】
したがって、除湿効果がそれほど必要とされていない場合には、図４に示される動作例において、冷却動作を行っている一部の熱電モジュール群１に供給する駆動電流を小さくして、当該熱電モジュール群１の効率を向上させる方法が考えられる。
【００４６】
しかしながら、この場合には、冷却動作を行っている熱電モジュール群１の吸熱量が低下するため、室内温度が変化してしまう。
【００４７】
そこで、除湿効果がそれほど必要とされていない場合には、本実施の形態１に係る空気調和機の動作モードを、図４に示されるような、一部の熱電モジュール群１のみが冷却動作する第１モードから、図７に示されるような、すべての熱電モジュール群１が冷却動作する第２モードに切り替えるようにする。これにより、室内温度を変化させずに各熱電モジュール群１を効率の良い動作点で動作させることができる。以下にこのことについて詳細に説明する。
【００４８】
図８は、列方向に並ぶ３つの熱電モジュール群１全体での駆動電流と吸熱量との関係を示す図である。図９は、列方向に３つの熱電モジュール群１全体での駆動電流とＣＯＰ（成績係数：coefficient of performance）との関係を示す図である。図４の動作例のように、ある列の複数の熱電モジュール群１のみを冷却動作させる場合には、除湿効果を十分に発揮するために、図８に示されるように、冷却動作させる複数の熱電モジュール１ａ全体に供給される駆動電流がＩｂに設定され、当該熱電モジュール１ａ全体での吸熱量がＱｃに設定される。したがって、図９に示されるように、当該熱電モジュール群１全体でのＣＯＰは例えば０．４となる。
【００４９】
一方で、除湿効果があまり必要とされなくなり、本空気調和機の動作モードを第１モードから、すべての熱電モジュール群１を冷却動作させる第２モードに変化させる場合には、３列全部動作させるので、１列あたりの吸熱量はＱｃ／３で済むため、図８に示されるように、各列における複数の熱電モジュール群１全体での駆動電流はＩｂよりも小さいＩａに設定される。その結果、図９に示されるように、各列における複数の熱電モジュール群１全体でのＣＯＰが例えば０．７まで増加し、当該熱電モジュール群１全体での効率は向上する。このとき、冷却動作させる熱電モジュール群１の数が増加するため、個々の熱電モジュール群１の吸熱量が減少したとしても、室内温度の低下を抑制できる。
【００５０】
以上の説明では、本空気調和機の動作モードを第１モードから第２モードに変化させる場合について説明したが、これとは逆に、本空気調和機の動作モードを第２モードから第１モードに変化させることによって、熱電モジュール群１の効率は低下するものの、除湿効果を高めることができる。このように、冷却効果を優先させる場合には本空気調和機を第１モードで動作させ、熱電モジュール群１の効率向上を優先させる場合には本空気調和機を第２モードで動作させることによって、きめ細やかな空調制御を行うことができる。
【００５１】
なお、本空気調和機の動作モードを切り替えるタイミングについては、本空気調和機において自動的に判断しても良いし、ユーザが指示できるように本空気調和機を構成しても良い。例えば、室内湿度を検出する湿度センサを本空気調和機に設けて、その湿度センサからの出力に基づいて制御回路２ａが上記タイミングを判断する。あるいは、本空気調和機の動作を制御するリモートコントローラを設けて、このリモートコントローラをユーザが操作することによって、ユーザからの上記タイミングの指示が制御回路２ａに通知されるようにする。
【００５２】
また、本実施の形態１では、行列状の複数の熱電モジュール群１をモジュール単位で制御していたが、複数の熱電モジュール群１を列単位で制御しても良い。この場合であっても、各列を構成する３つの熱電モジュール群１を、新たな一つの熱電モジュール群１として捉え直すことによって、複数の熱電モジュール群１のそれぞれが独立して制御されることになる。
【００５３】
また、吸気口１１から取り入れた空気１００を冷却あるいは加熱するために室内側熱交換器４は必ずしも必要ではなく、複数の熱電モジュール群１だけで十分な冷却効果あるいは加熱効果が得られるのであれば、空調制御のために室内側熱交換器４は必要ではない。
【００５４】
また、上述の第１及び第２の動作例のような除湿運転を考えると、本実施の形態１のように、室内側熱交換器４を複数のヒートシンク４ａで構成した方が、筺体１０内の空気１００を局所的に冷却しやすくなるため望ましいが、室内側熱交換器４を、ヒートシンク５ａのように、すべての熱電モジュール群１に跨る一つのヒートシンクで構成しても、ある程度の効果は得られる。ただし、熱伝導性が非常に良好な材料でヒートシンクを構成すると、ヒートシンクを局所的に冷却しようとしたとしても困難であるため、その場合には、隣接する２つの熱電モジュール１ａが接触している境界での厚みを薄くする等によって、ヒートシンクを局所的に冷却しやすくする必要がある。
【００５５】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構造を示す斜視図である。図１０は上述の図２に示される矢視Ａに相当する方向から見た際の本実施の形態２に係る空気調和機の構造を示している。図１０では、図３と同様に、最も上の行のヒートシンク４ａ及び熱電モジュール群１のみを示している。図１０に示されるように、本実施の形態２に係る空気調和機は、上述の実施の形態１に係る空気調和機において、室内側ファン６の替わりに室内側ファン２６を設けたものである。室内側ファン２６は、例えばクロスフローファンであって、複数の熱電モジュール群１が並ぶ行方向に沿った軸を回転軸としている。
【００５６】
本実施の形態２に係る空気調和機のように、複数のヒートシンク４ａと排気口１２との間にクロスフローファンを設けた場合には、あるヒートシンク４ａの近傍から室内に排出される空気１００と、当該ヒートシンク４ａに隣接する他のヒートシンク４ａの近傍から室内に排出される空気１００とは混ざり合いにくくなる。したがって、複数の熱電モジュール群１のうち、一部を動作させつつ、その他の動作を停止させることによって、室内の一部のゾーンのみを集中的に冷却または加熱することができる。
【００５７】
例えば、図１０に示されるように、３行×３列の行列状に配置された複数の熱電モジュール群１のうち、端１列の熱電モジュール群１は冷却動作を行い、その他の２列の熱電モジュール群１の動作は停止すると、排気口１２から排出される空気１００のうち、冷却動作を行っている端１列の熱電モジュール群１に取り付けられたヒートシンク４ａの近傍から排出される空気１００ａは低温となり、その他のヒートシンク４ａの近傍から排出される空気１００ｂの温度は常温に近い値となる。そして、空気１００ａと空気１００ｂとはあまり混ざり合わずに室内に供給される。したがって、室内を局所的に冷却することができる。複数の熱電モジュール群１のうち、一部を加熱動作させつつ、その他の動作を停止させる場合も同様である。
【００５８】
実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構造を示す側面図である。図１１では、内部構造が理解しやすいように、筺体６０，８０及び外壁２０については断面構造を示している。以下では、上述の実施の形態１に係る空気調和機との相違点を中心に、本実施の形態３に係る空気調和機について説明する。
【００５９】
図１１に示されるように、本実施の形態３に係る空気調和機は、上述の複数の熱電モジュール群１、制御部２、整流回路３及び室内側熱交換器４と、室内側ファン５１と、水冷ジャケット５２とを備えており、これらの構成要素は筺体６０内に収納されている。さらに、本空気調和機は、ガス圧縮式の熱交換器７１と、ポンプ７２と、室外側ファン７３とを備えており、これらの構成要素は筺体８０内に収納されている。
【００６０】
筺体６０は室内に配置されており、その上面には室内の空気１００を筺体６０内に取り入れる吸気口６１が設けられている。そして、筺体６０の前面の下方には、吸気口６１から筺体６０内に取り入れた空気１００を室内に排出する排気口６２が設けられている。室内側熱交換器４を構成する複数のヒートシンク４ａは、吸気口６１の下方に設けられており、当該複数のヒートシンク４ａの下方には、排気口６２と対向するように室内側ファン５１が設けられている。室内側ファン５１は、例えばクロスフローファンであって、複数の熱電モジュール群１が並ぶ行方向に沿った軸を回転軸としている。
【００６１】
水冷ジャケット５２は、例えば熱伝導性の良い金属などで構成されており、その内部には熱媒体２００が流れる流路５２ａが上下方向に貫通するように設けられている。この流路５２ａの上方の一端には流通管７０ａが接続されており、その下方の一端には流通管７０ｂが接続されている。これらの流通管７０ａ，７０ｂは、室内から、外壁２０に空けられた穴２０ａを通って室外まで延びている。熱媒体２００は例えば水である。水冷ジャケット５２は、複数のヒートシンク４ａとの間に複数の熱電モジュール群１を挟んでおり、当該複数の熱電モジュール群１の各熱電モジュール１ａが取り付けられている。
【００６２】
本実施の形態３に係る熱電モジュール１ａでは、ペルチェ効果によって、ヒートシンク４ａとの接触面が発熱面となると水冷ジャケット５２との接触面が吸熱面となり、ヒートシンク４ａとの接触面が吸熱面となると、水冷ジャケット５２との接触面が発熱面となる。
【００６３】
筺体８０は室外に配置されており、その室外側から見た際の前面には筺体８０内の空気を室外に排出する排気口８１が設けられている。熱交換器７１には、室内から延びる流通管７０ｂが接続されており、さらに流通管７０ｃを介してポンプ７２が接続されている。ポンプ７２には、室内から延びる流通管７０ａが接続されている。室外側ファン７３は、例えばプロペラファンであって、排気口８１に対向するように配置されている。
【００６４】
以上のような構成を備える本実施の形態３に係る空気調和機では、熱交換器７１によって熱媒体２００が冷却される。そして、冷却された熱媒体２００は、ポンプ７２の働きによって、流通管７０ｂ及び水冷ジャケット５２の流路５２ａを流れ、さらに流通管７０ａ，７０ｃを流れて、熱交換器７１に帰ってくる。そして、熱媒体２００は熱交換器７１で再び冷却されて、その後、水冷ジャケット５２の流路５２ａを通って、熱交換器７１に帰ってくる。これにより、水冷ジャケット５２が熱媒体２００で冷却され、各熱電モジュール１ａが冷却される。
【００６５】
また、本実施の形態３に係る空気調和機では、実施の形態１，２と同様に、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を加熱すると、当該ヒートシンク４ａが加熱され、その結果、吸気口６１から取り入れられた空気１００が加熱される。一方で、ある熱電モジュール群１に含まれる各熱電モジュール１ａがそれに対応するヒートシンク４ａとの接触面を冷却すると、当該ヒートシンク４ａが冷却され、その結果、吸気口６１から取り入れられた空気１００が冷却される。本実施の形態３でも、制御部２の働きによって、このような動作が複数の熱電モジュール群１のそれぞれで独立して行うことができる。そのため、簡単な構造で様々な空調制御を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 熱電モジュール群
１ａ 熱電モジュール
２ 制御部
１０，６０ 筺体
１１，６１ 吸気口
１２，６２ 排気口
１００ 空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体（１０／６０）と、
前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、
それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、
前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、
前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）と
を備え、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる、空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する、空気調和機。
【請求項３】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる、空気調和機。
【請求項４】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える、空気調和機。
【請求項５】
筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備える空気調和機の除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる、空気調和機の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する、空気調和機の制御方法。
【請求項７】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる、空気調和機の制御方法。
【請求項８】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える、空気調和機の制御方法。
【請求項１】
筺体（１０／６０）と、
前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、
それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、
前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、
前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）と
を備え、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる、空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する、空気調和機。
【請求項３】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる、空気調和機。
【請求項４】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記制御部は、除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える、空気調和機。
【請求項５】
筺体（１０／６０）と、前記筺体内に空気（１００）を取り入れる吸気口（１１／６１）と、それぞれが少なくとも一つの熱電モジュール（１ａ）から成り、前記吸気口から前記筺体内に取り込まれた空気（１００）に対して加熱及び冷却の少なくとも一方を行う複数の熱電モジュール群（１）と、前記複数の熱電モジュール群で加熱または冷却された空気（１００）を前記筺体外に排出する排気口（１２／６２）と、前記複数の熱電モジュール群のそれぞれを独立して制御する制御部（２）とを備える空気調和機の除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の一部のみを冷却動作させる、空気調和機の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他の動作を停止する、空気調和機の制御方法。
【請求項７】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群のうち、一部を冷却動作させつつ、その他を加熱動作させる、空気調和機の制御方法。
【請求項８】
請求項５に記載の空気調和機の制御方法であって、
除湿運転において、前記複数の熱電モジュール群の動作モードを、一部のみが冷却動作する第１モードから、すべてが冷却動作する第２モードに切り替える、空気調和機の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４７４４６（Ｐ２０１２−４７４４６Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８５６９（Ｐ２０１１−２３８５６９）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【分割の表示】特願２００７−２７０３４（Ｐ２００７−２７０３４）の分割
【原出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【分割の表示】特願２００７−２７０３４（Ｐ２００７−２７０３４）の分割
【原出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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