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技術 電源制御装置、熱制御装置及び光制御装置

出願人 九州電力株式会社
発明者 大熊康彦
出願日 2018年3月6日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2018-039781
公開日 2019年9月12日 (2ヶ月経過) 公開番号 2019-153221
状態 未査定
技術分野 電源 ヒータ又は燃焼ガスによる直接的な空気加熱 瞬間湯沸器・持ち運び用給湯器とその制御 熱電素子
主要キーワード 集合施設 発熱電極 各使用場所 放熱現象 通水部分 電源部側 通水パイプ エネルギー比率
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重要な関連分野

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図面 (17)

課題

誘導起電力を利用することで極めて高効率な電源制御を行う電源制御装置を提供する。

解決手段

電源制御装置100は、所定の大きさの直流電圧印加する第1電圧印加部101及び当該第1電圧印加部101に接続するスイッチ102からなる第1電源部103と、第1電源部103に並列接続し、第1電圧印加部101が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部104及び当該第2電圧印加部104に接続するダイオード105からなる第2電源部106と、第1電源部103及び第2電源部106に直列に接続する電子デバイス107と、電子デバイス107の後段側に直列に接続されるインダクタ成分を有するコイル108とを備える。

概要

背景

例えば、給湯器空調機熱源として、電熱線ヒートポンプを用いたものが一般的に知られている。電熱線を用いる場合は、非常に効率が悪く、また、ヒートポンプを用いる場合は、冷媒フロンを用いることから環境汚染への影響を考慮必要がある。

また、上記の電気式給湯器はいずれも貯湯タンクが必要であるため、タンクを設置できない環境においては使用することができず、例えば、ガス石油等の化石燃料を利用しなければならない。しかしながら、化石燃料は燃焼の際に燃焼ガスを排出するため、室内に設置できない場合が多く、屋外においても設置場所が限定されてしまうという問題がある。

このような問題に関連して、例えば、特許文献1ないし5に示すような技術が開示されている。特許文献1に示す技術は、給湯装置(1)は、圧縮機(11)と放熱器(12)と膨張機構(13)と蒸発器(14)とを有する冷媒回路(2)と、放熱器(12)を流れる冷媒と熱交換するように水が流通する水流路(3)とを備えており、給湯装置(1)に、冷媒回路(2)の放熱器(12)で放熱した高圧冷媒から吸熱する吸熱側の第1伝熱部(21a)と、水流路(3)の水を加熱する発熱側の第2伝熱部(21b)とを有するペルチェ素子(21)を設けるものである。

特許文献2に示す技術は、内部に伝熱液媒体充填した給湯容器1と、該給湯容器1の下部側壁容器内側へ凹設した、磁性材料からなる一体形成された円筒状凹容部2と、該円筒状凹容部2中に外側から挿入された円筒状の高周波電磁誘導コイル3と、貯湯槽循環状に配管され、前記給湯容器1の下部から上部に渡って縦断蛇行状に内蔵された熱交換器4と、さらに前記給湯容器1の上部及び下部に伝熱液媒体を循環可能に接続された太陽光集熱器5とから構成されるものである。

特許文献3に示す技術は、圧縮機5を備えたヒートポンプ熱源2と、前記ヒートポンプ熱源2により給湯用水を加熱するための加熱通路3と、前記加熱通路3内の給湯用水を瞬時に加熱するために電磁誘導加熱手段17を備えたものである。

特許文献4に示す技術は、複数の電源商用電源202と太陽電池212)から供給される電力をそれぞれスイッチング制御する複数のインバータ(第1インバータ208と第2インバータ218)を備え、ヒートポンプ式給湯装置100に対し複数のインバータから時分割して排他的に電力を供給するものである。

特許文献5に示す技術は、電源により駆動される水温調整手段を有し、水を所定の温度として給水する給水装置において、水温調整手段として、金属製の通水パイプ72と通水パイプ72に巻回され高周波インバータ73により励磁されて高周波磁束を発生するコイル71とを含む熱水生成部7と、通水部分にペルチェ素子が適用された冷水生成部8とを備え、商用の交流電源整流器92にてその交流電圧波高値以上の電圧直流電圧に変換して電気二重層キャパシタ91が接続されている直流回路に出力し、熱水供給時には電気二重層キャパシタ91から高周波インバータ73に給電して通水パイプ72を加熱し、冷水供給時には電気二重層キャパシタ91からDC−DCコンバータ82を介して冷水生成部8のペルチェ素子に直流電圧を給電して電子冷却するものである。

また、例えば、特許文献6及び7に示すように、ペルチェ素子を用いた空調機に関する技術が開示されている。特許文献6に示す技術は、浴室に隣接する脱衣室の壁又は天井脱衣室空調機を設置し、熱移動ペルチェモジュールを用いることで、脱衣室に冷風吹出し、浴室に温風を出すコンパクト振動の少ない空調機を実現するものである。

特許文献7に示す技術は、小型空調機において、ペルチェ素子(熱電半導体素子)を用いることによってコンプレッサーなしに静かにかつ速やかに空気の冷房暖房を行うものである。

概要

誘導起電力を利用することで極めて高効率な電源制御を行う電源制御装置を提供する。電源制御装置100は、所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部101及び当該第1電圧印加部101に接続するスイッチ102からなる第1電源部103と、第1電源部103に並列接続し、第1電圧印加部101が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部104及び当該第2電圧印加部104に接続するダイオード105からなる第2電源部106と、第1電源部103及び第2電源部106に直列に接続する電子デバイス107と、電子デバイス107の後段側に直列に接続されるインダクタ成分を有するコイル108とを備える。

目的

本発明は、誘導起電力を利用することで極めて高効率な電源制御を行う電源制御装置、熱制御装置及び光制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

所定の大きさの直流電圧印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第1電源部及び前記第2電源部の後段側に直列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイスに直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が前記電子デバイス及び前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されることを特徴とする電源制御装置

請求項2

所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第2電源部の後段側に直列に接続すると共に、前記第1電源部に並列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイス及び前記第1電源部の後段側に直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が少なくとも前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されることを特徴とする電源制御装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の電源制御装置において、当該電源制御装置内を通電する電流を定電流に制御する電流制御手段を備えることを特徴とする電源制御装置。

請求項4

請求項3に記載の電源制御装置において、前記電流制御手段が、前記スイッチのオン/オフの制御によるデューティ比に基づいて定電流に制御することを特徴とする電源制御装置。

請求項5

請求項1ないし4のいずれかに記載の電源制御装置を用いた熱制御装置であって、供給される媒体流通する流通路と、少なくとも大気中の熱を吸収する吸熱手段と、吸収された前記大気中の熱を利用して前記流通路を流れる前記媒体を加熱するペルチェ素子からなる第1加熱手段と、前記第1加熱手段の熱を前記媒体に熱交換する熱交換手段とを備えることを特徴とする熱制御装置。

請求項6

請求項5に記載の熱制御装置において、前記第1加熱手段が、前記ペルチェ素子を複数層に積層し、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の吸熱率が順次大きく又は小さく変化しており、吸熱率が小さい層の前記ペルチェ素子から吸熱率が大きい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動することを特徴とする熱制御装置。

請求項7

請求項6に記載の熱制御装置において、前記第1加熱手段が、前記最下層又は前記最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の表面積が順次大きく又は小さく変化しており、表面積が大きい層の前記ペルチェ素子から表面積が小さい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動することを特徴とする熱制御装置。

請求項8

請求項6又は7に記載の熱制御装置において、前記第1加熱手段が、一又は複数の前記ペルチェ素子を並列に配列して形成される層を複数層に積層した状態で配設され、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって各層を形成する前記ペルチェ素子の数が順次増大又は減少し、当該ペルチェ素子の数が多い方の層の前記ペルチェ素子から少ない方の層の前記ペルチェ素子に向かって熱が移動することを特徴とする熱制御装置。

請求項9

請求項5ないし8のいずれかに記載の熱制御装置において、前記流通路を流れる前記媒体を電気エネルギー又は化石燃料を利用して加熱する第2加熱手段を備えることを特徴とする熱制御装置。

請求項10

請求項9に記載の熱制御装置において、前記電気エネルギーを利用する前記第2加熱手段が、電磁誘導加熱ニクロム線及びヒートポンプのうちのいずれか一つ以上により前記媒体を加熱することを特徴とする熱制御装置。

請求項11

請求項5ないし10のいずれかに記載の熱制御装置において、前記第1加熱手段が複数の前記ペルチェ素子を有し、少なくとも一の前記ペルチェ素子が、前記吸熱手段により吸熱された前記制御手段を構成する電子部品にて発生した熱を利用して前記媒体を加熱することを特徴とする熱制御装置。

請求項12

請求項11に記載の熱制御装置において、前記吸熱手段が、前記一のペルチェ素子の吸熱側電極と接触した状態で前記電子部品を覆う金属筐体からなることを特徴とする熱制御装置。

請求項13

請求項12に記載の熱制御装置において、前記吸熱手段が、前記電子部品で発生した熱を前記金属筐体に伝導するヒートパイプを備えることを特徴とする熱制御装置。

請求項14

請求項5ないし13のいずれかに記載の熱制御装置において、前記吸熱手段が、前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と接触した状態で配設されるヒートシンクからなることを特徴とする熱制御装置。

請求項15

請求項14に記載の熱制御装置において、前記ヒートシンクのフィン共振する共振周波数振動発振して除霜する除霜手段を備えることを特徴とする熱制御装置。

請求項16

請求項14又は15に記載の熱制御装置において、前記ヒートシンクの表面が撥水加工されていることを特徴とする熱制御装置。

請求項17

請求項14ないし16のいずれかに記載の熱制御装置において、前記ヒートシンクに送風するファンを備えることを特徴とする熱制御装置。

請求項18

請求項5ないし17のいずれかに記載の熱制御装置において、前記第1加熱手段が、水道管から供給される水を直接加熱し、加熱された温水を蛇口から直接出水することを特徴とする熱制御装置。

請求項19

請求項5ないし17のいずれかに記載の熱制御装置において、前記媒体が空気であることを特徴とする熱制御装置。

請求項20

請求項1ないし4のいずれかに記載の電源制御装置を用いた光制御装置であって、発光素子からなる発光手段と、前記発光手段を少なくとも制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記電流制御装置スイッチングを制御することを特徴とする光制御装置。

技術分野

0001

本発明は、効率の良い電源制御を行う電源制御装置等に関する。

背景技術

0002

例えば、給湯器空調機熱源として、電熱線ヒートポンプを用いたものが一般的に知られている。電熱線を用いる場合は、非常に効率が悪く、また、ヒートポンプを用いる場合は、冷媒フロンを用いることから環境汚染への影響を考慮必要がある。

0003

また、上記の電気式給湯器はいずれも貯湯タンクが必要であるため、タンクを設置できない環境においては使用することができず、例えば、ガス石油等の化石燃料を利用しなければならない。しかしながら、化石燃料は燃焼の際に燃焼ガスを排出するため、室内に設置できない場合が多く、屋外においても設置場所が限定されてしまうという問題がある。

0004

このような問題に関連して、例えば、特許文献1ないし5に示すような技術が開示されている。特許文献1に示す技術は、給湯装置(1)は、圧縮機(11)と放熱器(12)と膨張機構(13)と蒸発器(14)とを有する冷媒回路(2)と、放熱器(12)を流れる冷媒と熱交換するように水が流通する水流路(3)とを備えており、給湯装置(1)に、冷媒回路(2)の放熱器(12)で放熱した高圧冷媒から吸熱する吸熱側の第1伝熱部(21a)と、水流路(3)の水を加熱する発熱側の第2伝熱部(21b)とを有するペルチェ素子(21)を設けるものである。

0005

特許文献2に示す技術は、内部に伝熱液媒体充填した給湯容器1と、該給湯容器1の下部側壁容器内側へ凹設した、磁性材料からなる一体形成された円筒状凹容部2と、該円筒状凹容部2中に外側から挿入された円筒状の高周波電磁誘導コイル3と、貯湯槽循環状に配管され、前記給湯容器1の下部から上部に渡って縦断蛇行状に内蔵された熱交換器4と、さらに前記給湯容器1の上部及び下部に伝熱液媒体を循環可能に接続された太陽光集熱器5とから構成されるものである。

0006

特許文献3に示す技術は、圧縮機5を備えたヒートポンプ熱源2と、前記ヒートポンプ熱源2により給湯用水を加熱するための加熱通路3と、前記加熱通路3内の給湯用水を瞬時に加熱するために電磁誘導加熱手段17を備えたものである。

0007

特許文献4に示す技術は、複数の電源商用電源202と太陽電池212)から供給される電力をそれぞれスイッチング制御する複数のインバータ(第1インバータ208と第2インバータ218)を備え、ヒートポンプ式給湯装置100に対し複数のインバータから時分割して排他的に電力を供給するものである。

0008

特許文献5に示す技術は、電源により駆動される水温調整手段を有し、水を所定の温度として給水する給水装置において、水温調整手段として、金属製の通水パイプ72と通水パイプ72に巻回され高周波インバータ73により励磁されて高周波磁束を発生するコイル71とを含む熱水生成部7と、通水部分にペルチェ素子が適用された冷水生成部8とを備え、商用の交流電源整流器92にてその交流電圧波高値以上の電圧直流電圧に変換して電気二重層キャパシタ91が接続されている直流回路に出力し、熱水供給時には電気二重層キャパシタ91から高周波インバータ73に給電して通水パイプ72を加熱し、冷水供給時には電気二重層キャパシタ91からDC−DCコンバータ82を介して冷水生成部8のペルチェ素子に直流電圧を給電して電子冷却するものである。

0009

また、例えば、特許文献6及び7に示すように、ペルチェ素子を用いた空調機に関する技術が開示されている。特許文献6に示す技術は、浴室に隣接する脱衣室の壁又は天井脱衣室空調機を設置し、熱移動ペルチェモジュールを用いることで、脱衣室に冷風吹出し、浴室に温風を出すコンパクト振動の少ない空調機を実現するものである。

0010

特許文献7に示す技術は、小型空調機において、ペルチェ素子(熱電半導体素子)を用いることによってコンプレッサーなしに静かにかつ速やかに空気の冷房暖房を行うものである。

先行技術

0011

特開2012−088022号公報
特開2011−158162号公報
特開2004−232915号公報
特開2010−088276号公報
特開2008−025913号公報
特開2004−116948号公報
特開平11−325500号公報

発明が解決しようとする課題

0012

特許文献1に示す技術は、ヒートポンプによる加熱にペルチェ素子を組み合わせたものであるが、ヒートポンプは設備が大型化してしまうため、設置場所が制限されてしまうと共に、単にペルチェ素子を用いただけでは加熱効率が十分ではない可能性がある。

0013

特許文献2に示す技術は、電磁誘導加熱(IH:Induction Heating)により給湯容器内の水を加熱するにあたって、他の熱源として太陽光の熱を併せて利用するものであるが、太陽光の熱を利用するためには太陽光集熱器等の大型設備が必要となり、設置場所の確保が必要であると共に、費用面でも課題を有する。

0014

特許文献3及び4に示す技術は、いずれも複数の電源を利用することで効率よく温水を生成する技術であるが、いずれもヒートポンプによる熱源を利用するため装置構成が複雑になってしまうと共に、高価なものになってしまうという課題を有する。

0015

特許文献5に示す技術は、高周波磁束による誘導加熱とペルチェ素子との双方を備えるものであるが、誘導加熱で熱水を生成し、ペルチェ素子で冷水を生成するという、それぞれの構成を単に組み合わせて使用しているに過ぎないものであり、効率を上げるものではない。

0016

特許文献6及び7に示す技術は、コンプレッサ等の装置を用いることなく、ペルチェ素子により冷房と暖房との双方の機能を実現する技術であり、それぞれの機能について効率を上げるものではない。

0017

本発明は、誘導起電力を利用することで極めて高効率な電源制御を行う電源制御装置、熱制御装置及び光制御装置を提供する。

課題を解決するための手段

0018

本発明に係る電源制御装置は、所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第1電源部及び前記第2電源部の後段側に直列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイスに直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が前記電子デバイス及び前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されるものである。

0019

このように、本発明に係る電源制御装置においては、所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第1電源部及び前記第2電源部の後段側に直列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイスに直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が前記電子デバイス及び前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されるため、スイッチがオフの場合には、インダクタ成分の誘導起電力により、低い電圧で電子デバイスを駆動することが可能となり、エネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。また、インダクタ成分の誘導起電力により電子デバイスに対して大電流を流すことも可能となる。

0020

また、電子デバイスが経年劣化等により機能が低下し、抵抗値が大きくなったような場合であっても、インダクタからの誘導起電力により電子デバイスに流す電流レベルを維持することができるという効果を奏する。

0021

本発明に係る電源制御装置は、所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第2電源部の後段側に直列に接続すると共に、前記第1電源部に並列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイス及び前記第1電源部の後段側に直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が少なくとも前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されるものである。

0022

このように、本発明に係る電源制御装置においては、本発明に係る電源制御装置は、所定の大きさの直流電圧を印加する第1電圧印加部及び当該第1電圧印加部に接続するスイッチを有する第1電源部と、前記第1電源部に並列接続し、前記第1電圧印加部が印加する電圧に対して相対的に低い直流電圧を印加する第2電圧印加部を有する第2電源部と、前記第2電源部の後段側に直列に接続すると共に、前記第1電源部に並列に接続する電子デバイスと、前記電子デバイス及び前記第1電源部の後段側に直列に接続されるインダクタ成分を有する電機部品とを備え、前記スイッチがオンの場合には、前記第1電源部側から供給される電流が少なくとも前記電機部品に通電され、前記スイッチがオフの場合には、前記第2電源部側から供給される電流が前記電子デバイスに通電されるため、スイッチがオフの場合には、インダクタ成分の誘導起電力により、低い電圧で電子デバイスを駆動することが可能となり、エネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。また、インダクタ成分の誘導起電力により電子デバイスに対して大電流を流すことも可能となる。さらに、電子デバイスの耐圧性が低い場合であっても、第1電源部の電圧が直接印加されない構成とすることで、第1電源部の高い電圧を利用して誘導起電力によりエネルギー効率が良い電源制御を実現することが可能になるという効果を奏する。

0023

本発明に係る電源制御装置は、当該電源制御装置内を通電する電流を定電流に制御する電流制御手段を備えるものである。

0024

このように、本発明に係る電源制御装置においては、電源制御装置内を通電する電流を定電流に制御するため、スイッチがオフの場合には、インダクタ成分の誘導起電力を利用することで、省電力を実現することができるという効果を奏する。

0025

本発明に係る電源制御装置は、前記電流制御手段が、前記スイッチのオン/オフの制御によるデューティ比に基づいて定電流に制御するものである。

0026

このように、本発明に係る電源制御装置においては、前記スイッチのオン/オフの制御によるデューティ比に基づいて定電流に制御するため、定電流のための制御装置を設けることなく、スイッチの切り替えだけで容易に定電流を実現することができるという効果を奏する。

0027

本発明に係る熱制御装置は、供給される媒体が流通する流通路と、少なくとも大気中の熱を吸収する吸熱手段と、吸収された前記大気中の熱を利用して前記流通路を流れる前記媒体を加熱するペルチェ素子からなる第1加熱手段と、前記第1加熱手段の熱を前記媒体に熱交換する熱交換手段とを備えるものである。

0028

このように、本発明に係る熱制御装置においては、供給される媒体が流通する流通路と、少なくとも大気中の熱を吸収する吸熱手段と、吸収された前記大気中の熱を利用して前記流通路を流れる前記媒体を加熱するペルチェ素子からなる第1加熱手段と、前記第1加熱手段の熱を前記液体に熱交換する熱交換手段とを備えるため、大気中の熱をペルチェ素子で吸熱して、媒体を効率よく加熱することができるという効果を奏する。また、大気中の熱を効果的に利用することでデマンド抑制を実現することができるという効果を奏する。

0029

本発明に係る熱制御装置は、前記第1加熱手段が、前記ペルチェ素子を複数層に積層し、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の吸熱率が順次大きく又は小さく変化しており、吸熱率が小さい層の前記ペルチェ素子から吸熱率が大きい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動するものである。

0030

このように、本発明に係る熱制御装置においては、前記ペルチェ素子を複数層に積層し、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の吸熱率が順次大きく又は小さく変化しており、吸熱率が小さい層の前記ペルチェ素子から吸熱率が大きい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動するため、ペルチェ素子を用いて大気中の熱を効果的に利用してエネルギー効率を上げつつ、装置全体を小型化して省スペースで設置することができるという効果を奏する。

0031

さらに、吸熱率が小さい方の層で吸収された熱が吸熱率が大きい方の層に移動することで、移動先の層に集熱(縮熱)することができ、エネルギー効率を向上させることができるという効果を奏する。

0032

本発明に係る熱制御装置は、前記第1加熱手段が、前記ペルチェ素子を複数に積層し、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の表面積が順次大きく又は小さく変化しており、表面積が大きい層の前記ペルチェ素子から表面積が小さい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動するものである。

0033

このように、本発明に係る熱制御装置においては、前記第1加熱手段が、前記ペルチェ素子を複数に積層し、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって、前記ペルチェ素子の表面積が順次大きく又は小さく変化しており、表面積が大きい層の前記ペルチェ素子から表面積が小さい層の前記ペルチェ素子に対して熱が移動するため、表面積が大きい方の層で多くの大気熱を吸収し、それを表面積が小さい方の層に集熱(縮熱)することができ、エネルギー効率を向上させることができるという効果を奏する。

0034

本発明に係る熱制御装置は、前記第1加熱手段が、一又は複数の前記ペルチェ素子を並列に配列して形成される層を複数層に積層した状態で配設され、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって各層を形成する前記ペルチェ素子の数が順次増大又は減少し、当該ペルチェ素子の数が多い方の層の前記ペルチェ素子から少ない方の層の前記ペルチェ素子に向かって熱が移動するものである。

0035

このように、本発明に係る熱制御装置においては、一又は複数のペルチェ素子を並列に配列して形成される層を複数層に積層した状態で配設され、最下層又は最上層の一方の層から他方の層に向かって各層を形成する前記ペルチェ素子の数が順次増大又は減少し、当該ペルチェ素子の数が多い方の層のペルチェ素子から少ない方の層のペルチェ素子に向かって熱が移動するため、多数のペルチェ素子で吸収された大気中の熱を、集熱(縮熱)しながら他方の層のペルチェ素子に移動させて集めることができ、集まった熱で極めて高エネルギーでの加熱が可能になるという効果を奏する。

0036

本発明に係る熱制御装置は、前記流通路を流れる前記媒体を電気エネルギー又は化石燃料を利用して加熱する第2加熱手段を備えるものである。

0037

このように、本発明に係る熱制御装置においては、流通路を流れる前記媒体を電気エネルギー又は化石燃料を利用して加熱する第2加熱手段を備えるため、ペルチェ素子だけでは十分にエネルギーが得られない場合であっても、第2加熱手段により不足分を補いつつ、装置全体を小型化して省スペースで設置することができるという効果を奏する。

0038

本発明に係る熱制御装置は、前記電気エネルギーを利用する前記第2加熱手段が、電磁誘導加熱、ニクロム線及びヒートポンプうちのいずれか一つ以上により前記媒体を加熱するものである。

0039

このように、本発明に係る熱制御装置においては、まずペルチェ素子で前記媒体を加熱した後、電磁誘導加熱、ニクロム線及びヒートポンプのうちのいずれか一つ以上によりペルチェ素子で加熱された前記媒体を加熱するため、これら第2加熱手段の熱源に要する電力エネルギーを抑えることができ、デマンド抑制を実現することができるという効果を奏する。

0040

本発明に係る熱制御装置は、前記第1加熱手段が複数の前記ペルチェ素子を有し、少なくとも一の前記ペルチェ素子が、前記吸熱手段により吸熱された前記制御手段を構成する電子部品にて発生した熱を利用して前記媒体を加熱するものである。

0041

このように、本発明に係る熱制御装置においては、前記第1加熱手段が複数のペルチェ素子を有し、一の前記ペルチェ素子が、前記吸熱手段により吸熱された前記制御手段を構成する電子部品にて発生した熱を利用して媒体を加熱するため、運用上必然的に発生する熱を無駄なく利用して、エネルギー効率を向上させることができるという効果を奏する。

0042

本発明に係る熱制御装置は、前記吸熱手段が、前記一のペルチェ素子の吸熱側の電極と接触した状態で前記電子部品を覆う金属筐体からなるものである。

0043

このように、本発明に係る熱制御装置においては、吸熱手段が、一のペルチェ素子の吸熱側の電極と接触した状態で電子部品を覆う金属筐体からなるため、電子部品から発生する熱をペルチェ素子に効率よく伝導してエネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。

0044

本発明に係る熱制御装置は、前記吸熱手段が、前記電子部品で発生した熱を前記金属筐体に伝導するヒートパイプを備えるものである。

0045

このように、本発明に係る熱制御装置においては、吸熱手段が、電子部品で発生した熱を金属筐体に伝導するヒートパイプを備えるため、電子部品から発生する熱を金属筐体に効率よく伝導してエネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。

0046

本発明に係る熱制御装置は、前記吸熱手段が、前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と接触した状態で配設されるヒートシンクからなるものである。

0047

このように、本発明に係る熱制御装置においては、吸熱手段が、ペルチェ素子の吸熱側の電極と接触した状態で配設されるヒートシンクからなるため、大気中の熱を効果的に集めてエネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。

0048

本発明に係る熱制御装置は、前記ヒートシンクのフィン共振する共振周波数で振動を発振して除霜する除霜手段を備えるものである。

0049

このように、本発明に係る熱制御装置においては、ヒートシンクのフィンに共振する共振周波数で振動を発振して除霜する除霜手段を備えるため、ヒートシンクに付着するを効率よく落とすことができるという効果を奏する。

0050

本発明に係る熱制御装置は、前記ヒートシンクの表面が撥水加工されているものである。

0051

このように、本発明に係る熱制御装置においては、ヒートシンクの表面が撥水加工されているため、霜の付着を抑えることができると共に、液体となった霜をヒートシンクの表面から除去して効率を上げることができるという効果を奏する。

0052

本発明に係る熱制御装置は、前記ヒートシンクに送風するファンを備えるものである。

0053

このように、本発明に係る熱制御装置においては、ヒートシンクに送風するファンを備えるため、ヒートシンクに対して効率よく大気熱を供給してエネルギー効率を上げることができるという効果を奏する。

0054

本発明に係る熱制御装置は、前記第1加熱手段及び前記第2加熱手段が、水道管から供給される水を直接加熱し、加熱された温水を蛇口から直接出水するものである。

0055

このように、本発明に係る熱制御装置においては、第1加熱手段及び第2加熱手段が、水道管から供給される水を直接加熱し、加熱された温水を蛇口から直接出水するため、貯湯用のタンク等を用意する必要がなく、小型化して設置場所の自由度を上げることができるという効果を奏する。

0056

本発明に係る熱制御装置は、前記媒体を空気とするものである。
このように、本発明に係る熱制御装置においては、前記媒体を空気とするため、空調機として機能することができるという効果を奏する。

0057

本発明に係る光制御装置は、前記電源制御装置を用いた光制御装置であって、発光素子からなる発光手段と、前記発光手段を少なくとも制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記電流制御装置スイッチングを制御するものである。

0058

このように、本発明に係る光制御装置においては、インダクタ成分の誘導起電力により、大電流を通電することが可能となり、光強度を高めることができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0059

第1の実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第1の図である。
第1の実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第2の図である。
第1の実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第3の図である。
第1の実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第4の図である。
第2の実施形態に係る熱制御装置の構成を示す第1の機能ブロック図である。
ペルチェ素子の構成を示す図である。
IHの構成を示す図である。
第2の実施形態に係る熱制御装置の構成を示す第2の機能ブロック図である。
電気・電子部品とペルチェ素子との配置構成を示す図である。
第2の実施形態に係る熱制御装置の構成を示す第3の機能ブロック図である。
電気・電子部品を覆う筐体内に配設されるヒートパイプの配置構造を示す図である。
第2の実施形態に係る熱制御装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
ペルチェ素子の吸熱側の電極にヒートシンクを備えた場合の構成を示す図である。
第2の実施形態に係る熱制御装置の各構成が内包された外観の一例を示す図である。
第3の実施形態に係る熱制御装置の第1加熱部の構造を示す第1の図である。
第3の実施形態に係る熱制御装置の第1加熱部の構造を示す第2の図である。

発明を実施するための最良の形態

0060

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は以下の実施の形態に記載された事項に限定されるものではない。なお、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。

0061

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係る電源制御装置について、図1及び図2を用いて説明する。本実施形態に係る電源制御装置は、スイッチのオン/オフを切り替えることで、インダクタ成分の誘導起電力により、低い電圧で電子デバイスを駆動することを可能とするものである。

0062

図1は、本実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第1の図である。電源制御装置100は、所定の大きさの直流電圧又は交流電圧V1を印加する第1電圧印加部101、及び当該第1電圧印加部101に直列に接続するスイッチ102からなる第1電源部103と、当該第1電源部103に並列に接続され、第1電圧印加部101の電圧V1に対して相対的に低い直流電圧又は交流電圧V2を印加する第2電圧印加部104からなる第2電源部106と、第2電圧印加部104に直列に接続するダイオード105と、第1電源部103及び第2電源部106に直列に接続される電機機器としてのコイル108と、当該コイル108の後段に直列に接続される電子デバイス107と当該電子デバイス107の後段に直列に接続されるダイオード109とを備える。

0063

図1回路において、スイッチ102は所定のタイミングでオン/オフの動作を繰り返す。スイッチ102がオンの場合は、第1電源部103側から供給される電流が電子デバイス107に通電され、スイッチ102がオフの場合は、第2電源部106側から供給される電流が電子デバイス107に通電される。

0064

図1の回路図の原理について説明する。まず、スイッチ102をオンにすると第1電源部103から供給される電流が電子デバイス107に流れると共に、コイル108に電圧V1が印加される。これにより、電子デバイス107が駆動する。次に、スイッチ102をオフにするとコイル108の誘導起電力により、第1電源部103の電圧V1に相当する電力が、第2電源部106側からコイル108に引き込まれる。すなわち、第1電源部103の電力に相当する電流が第2電源部106側から供給される。第2電源部106における第2電圧印加部104の電圧V2は、第1電圧印加部の電圧V1よりも低いため、電子デバイス107には、第1電源部103から供給される電流に比べて非常に大きい電流を供給することが可能となる。

0065

また、詳細は後述するが、図1の回路が定電流回路である場合には、スイッチ102をオフにした場合には、スイッチ102をオンにした場合に比べて非常に小さい電力で電子デバイス107を駆動することが可能となる。

0066

以下、具体的な数値を例により詳細に説明する。第1電圧印加部101の印加電圧を10Vとし、第2電圧印加部104の印加電圧を1Vとする。また、電子デバイス107の抵抗を1Ωとする。スイッチ102がオンの場合は、オームの法則から10Aの電流が電子デバイス107に通電される。この状態でスイッチ102をオフにすると、本来であれば(誘導起電力を考慮しなければ)、第2電圧印加部104の印加電圧1Vに対して、1Aの電流しか通電されないが、コイル108の誘導起電力により、10V×10A=100Wの電力に相当する電流100W/1V=100Aを通電することが可能となる。すなわち、電流が定電流であるとすれば、スイッチ102がオフのときは、オンのときに比べて1/100の電力で電子デバイス107を機能を劣化させることなく駆動することが可能となる。

0067

なお、図1の回路は、第1電圧印加部101及び第2電圧印加部104の電圧がプラスである場合を示しており、第1電圧印加部101及び第2電圧印加部104の電圧がマイナスである場合は、図2に示すような回路図となる。図2において図1と異なるのは、ダイオード105及びダイオード109の向きが逆となり、電子デバイス107の正負並びに電子デバイス107及びコイル108の配置が逆となることである。図1と比較して、正負が反対になっているだけであり、動作原理は同じである。つまり、本実施形態に係る電源制御装置はマイナスの電源であっても適用することが可能である。

0068

次に、上記図1及び図2に示す回路を定電流回路にする電流制御手段について説明する。第1の方法として、図1及び図2に示す回路において、例えば、ダイオード105の前段部分に一般的に利用されている定電流回路を挿入することで、電流を一定に保つことができる。

0069

第2の方法として、スイッチ102のオン/オフの切り替えのタイミングを調整することで、定電流を実現することが可能である。以下、この第2の方法について説明する。スイッチ102がオンの場合の電流値は、

0070

0071

スイッチ102がオフの場合のコイル108に発生する誘導起電力は、

0072

0073

となり、出力電圧は、

0074

0075

となる。VDはダイオード105及びダイオード109の電圧降下として、出力電流はtoffの間に流れる電荷量で決まるため、

0076

0077

ここで、VDは無視できるものとすると、上記式より

0078

0079

となり、出力電圧はスイッチ102のデューティ比によって決定される。すなわち、スイッチ102のオン/オフによりデューティー比を調整することで、電流を制御して定電流にすることが可能となる。

0080

なお、上記で説明したように、第1電圧印加部101の電圧値(絶対値)が高電圧である程、コイル108の誘導起電力を利用してエネルギー効率を高めることが可能であるが、電子デバイス107の耐圧性が低い場合は、第1電圧印加部101の電圧値(絶対値)を高くしてしまうと、電子デバイス107の故障等を招いてしまう場合がある。そこで、図3及び図4に示すように、第1電圧印加部101が電子デバイス107の直接電圧を印加しない構成にすることで、上記故障等を防止することが可能となる。

0081

図3は、本実施形態に係る電源制御装置の回路構成を示す第3の図である。図1の回路構成と異なるのは、ダイオード105が電子デバイス107の後段側に移動しており、第2電源部106、電子デバイス107及びダイオード105が、第1電源部103と並列接続される構成となっている。このような回路構成とすることで、第1電圧印加部101の印加電圧が電子デバイス107に付加されることがないため、その分だけ図1の場合に比べて若干エネルギー効率が下がるものの、耐圧が低い電子デバイス107を使用した場合であってもエネルギー効率を十分に高めることが可能となる。

0082

また、図3の回路は、第1電圧印加部101及び第2電圧印加部104の電圧がプラスである場合を示しており、第1電圧印加部101及び第2電圧印加部104の電圧がマイナスである場合は、図4に示すような回路図となる。図4において図3と異なるのは、ダイオード105及びダイオード109の向きが逆となることである。図3と比較して、正負が反対になっているだけであり、動作原理は同じである。つまり、本実施形態に係る電源制御装置はマイナスの電源であっても適用することが可能である。

0083

このように、本実施形態に係る電源制御装置においては、スイッチ102がオフの場合には、コイル108の誘導起電力により、低い電圧で電子デバイス107を駆動することが可能となり、エネルギー効率を上げることができる。また、コイル108の誘導起電力により電子デバイス107に対して大電流を流すことも可能となる。

0084

また、電子デバイス107が経年劣化等により機能が低下し、抵抗値が大きくなったような場合であっても、コイル108からの誘導起電力により電子デバイス10に流す電流レベルを維持することができる。

0085

さらに、電流を定電流に制御することで、スイッチ102がオフの場合には、インダクタ成分の誘導起電力を利用して、省電力を実現することができる。

0086

さらにまた、スイッチ102のオン/オフの制御によるデューティ比に基づいて定電流に制御することが可能であり、定電流のための制御装置を設けることなく、スイッチの切り替えだけで容易に定電流を実現することができる。

0087

(本発明の第2の実施形態)
本実施形態に係る熱制御装置について、図5ないし図12を用いて説明する。本実施形態に係る熱制御装置は、前記第1の実施形態に係る電源制御装置を用いたものであり、ペルチェ効果と他の熱源とを複合的に利用して、液体や気体等の流体を瞬時に加熱又は冷却するものである。媒体を水にした場合は給湯器として機能し、空気にした場合は空調機として機能することが可能である。以下、主に給湯の機能について説明する。

0088

本実施形態に係る給湯器としての熱制御装置は、例えばビルマンション等の集合住宅集合施設において、単一の装置で生成された温水を配管により各住戸テナント配水するようにしてもよいし、各住戸内台所風呂洗面所トイレ等の各使用場所に対して、単一の装置で生成された温水を配管により各所に配水するようにしてもよいし、台所、風呂、洗面所、トイレ等のそれぞれの使用場所ごとに個別の装置を設置し、その場で温水を生成して供給するようにしてもよいし、それぞれの使用場所ごとに応じて本実施形態に係る熱制御装置を配設したり、他の熱源(例えば、ガス等)を利用した給湯器を配設するようにしてもよい。また、例えば、植物工場のような場所で加熱されたお湯を利用した暖房として機能させてもよい。さらに、例えば、加熱されたお湯の蒸気をエネルギーとして利用することも可能である。

0089

図5は、本実施形態に係る熱制御装置の構成を示す第1の機能ブロック図である。給湯器1は、水が流れる流通路10と、電子デバイス107であるペルチェ素子からなる第1加熱部11と、IHによる加熱を行う第2加熱部12と、流通路10の入口側に配設される第1の温度・流量センサ13と、流通路10の出口側に配設される第2の温度・流量センサ14と、外気の温度を測定する外気温度センサ15と、第1の温度・流量センサ13、第2の温度・流量センサ14及び外気温度センサ15の情報に基づいて、第1加熱部11及び第2加熱部12の動作を制御する制御部16と、第1加熱部11及び第2加熱部12からの熱を流通路10を流れる水に熱交換する熱交換部17とを備える。

0090

第1加熱部11として機能するペルチェ素子によるペルチェ効果は、図6に示すように、PN接合部に電流を流すことで生じる吸熱/放熱現象である。一般的には、このペルチェ素子は吸熱、すなわち冷却する際に利用される。しかし、本実施形態に係る給湯器1においては、ペルチェ素子の吸熱と放熱とのエネルギー比率が吸熱1に対して発熱3であることを利用して、発熱、すなわち加熱して温めることに利用する。そして、吸熱側のエネルギーとして、大気中の熱を回収することで消費電力を抑えることが可能となる。

0091

第2加熱部12として機能するIHは、図7に示すように、金属の周囲に巻きつけたコイルに対して高周波電流を通電し、コイルから発生する磁力線によって金属に渦電流を生じさせ、この渦電流を金属の電気抵抗により熱に変換するものである。本実施形態においては、このIHを利用した第2加熱部12を主加熱とし、ペルチェ効果を利用した第1加熱部11を補助加熱として利用する。

0092

制御部16は、第1の温度・流量センサ13から取得した加熱前の水の温度及び流量と利用者により設定された設定温度の情報(図示しない)とに基づいて、加熱に必要な熱量を算出すると共に、外気温度センサ15から取得した温度情報からペルチェ効果により加熱できる温度を算出する。そして、算出された情報をもとに、出水される水の温度が設定温度となるように第1加熱部11及び第2加熱部12の駆動を制御する。

0093

また、併せて、第2の温度・流量センサ14から取得した情報から、設定温度との差異(不足又は過剰な熱量)を算出し、設定温度での出水が実現されるように第1加熱部11及び第2加熱部12の駆動制御微調整する。

0094

熱交換器17は、第1加熱部11で発生した熱及び第2加熱部12で発生した熱を流通路10を流通する水に移動させて温水にする。

0095

図8は、本実施形態に係る給湯器の構成を示す第2の機能ブロック図である。図8に示す給湯器1は、図5における給湯器1の機能が拡張されたものであり、図5の構成に加えて更に、制御部16で使用されている電気・電子部品も含めた給湯器1において使用される電気・電子部品18と、この電気・電子部品18の温度を測定する廃熱温度センサ19とを備える。

0096

給湯器1には多くの電気・電子部品18が使用されており、給湯器1が稼働することで、それらの電気・電子部品18が総合的に多くの熱を発する。図8の構成においては、電気・電子部品18で発生した廃熱を第1加熱部11のペルチェ素子で回収し、そのエネルギーを水の加熱に活用することでエネルギー効率を上げる。また、制御部16は、廃熱温度センサ19から電気・電子部品18の温度情報を取得し、取得した温度情報に基づいて第1加熱部11及び第2加熱部12の駆動制御を微調整することで、電気・電子部品18から得られる熱量を考慮して、電力消費を最小限に抑えた最適な第1加熱部11及び第2加熱部12の駆動制御を行うことが可能となる。なお、上述したように、制御部16自体に使用されている電気・電子部品18で発生した廃熱もペルチェ素子により回収することができるものである。

0097

図9は、電気・電子部品とペルチェ素子との配置構成を示す図である。基板41上に複数の電気・電子部品18が搭載されており、基板41及び電気・電子部品18全体が金属の筐体42で覆われている。筐体42の上部にはペルチェ素子が配設されており、筐体42の上面とペルチェ素子の吸熱側の電極が熱伝導が可能な状態で直接又は間接的に接触して積層されている。これにより、電気・電子部品18で発生した廃熱が、筐体42を介してペルチェ素子の吸熱側の電極に伝導される。ペルチェ素子の上部には熱交換器17が配設されており、筐体42の熱を吸熱側の電極で吸熱すると共に、発熱側の電極で生じた熱を、熱交換器17を介して流通路10に流通している水に伝導する。

0098

このように、図8に示す構成では、給湯器1を稼働する上で必然的に生じる廃熱も水の加熱に利用することでエネルギー効率を上げることが可能となる。

0099

図10は、本実施形態に係る熱制御装置の構成を示す第3の機能ブロック図である。図10に示す給湯器1は、図8における給湯器1の機能がさらに拡張されたものであり、図8の構成に加えて更に、ペルチェ素子の吸熱側の電極に付着する霜を除霜する除霜部20と、電気・電子部品18で発生する熱を筐体42に効率よく移動させるヒートパイプ21と、流通路10を流れる水の流量を調整するバルブ22とを備える。

0100

まず、除霜部20の機能について説明する。ペルチェ素子の吸熱側の電極では大気中の熱が回収されることで電極周辺の温度が急激に低下し、大気中の水分がとなり霜として付着してしまう場合がある。吸熱側の電極が着霜すると吸熱/発熱効率が著しく低下してしまうため、吸熱側の電極に付着する霜は常に除霜部20により除霜される。

0101

除霜部20による具体的な除霜方法としては、例えば、超音波により振動を加えることで霜を払い落とすようにしてもよい。また、除霜の対象となる霜の結晶サイズが予め明確である場合は、そのサイズの霜の結晶に共振する共振周波数で発振するようにしてもよい。そうすることで、除霜が必要であるサイズにまで霜が成長した段階で直ちに払い落とすことができる。また、例えば、霜の結晶が音波を吸収しやすいことを利用し、ペルチェ素子の吸熱側の電極に対して音波信号を発振し、その反射波を測定することで着霜状態(反射波の減衰が小さい場合は着霜が少なく、減衰が大きい場合は着霜が多い)を検出し、検出結果に応じて超音波振動等を与えるようにしてもよい。さらに、電気・電子部品18で発生した廃熱を利用して霜を溶かすようにしてもよい。すなわち、定期的に又は不定期にペルチェ素子の駆動を停止し、その間に電気・電子部品18で発生した廃熱で霜を溶かすことで除霜するようにしてもよい。いずれの除霜方法であっても、ペルチェ素子の吸熱側の電極表面を撥水加工することで、より確実に除霜を行うことが可能である。

0102

次に、ヒートパイプ21の機能について説明する。電気・電子部品18は基板41上に配設されるが、部品ごとにサイズや発熱量等が異なるため、個々の電気・電子部品18の熱が効率よく筐体42に伝導されない場合がある。そのため、個々の電気・電子部品18又はある領域に集中して配設されている電気・電子部品18群の熱をヒートパイプ21を介して筐体42に伝導する。図11は、電気・電子部品18を覆う筐体42内に配設されるヒートパイプ21の配置構造を示す図である。

0103

図11に示すように、電気・電子部品18は部品ごとに幅や高さが異なる。電気・電子部品18を覆う筐体42の形状は、最も高い電気・電子部品18に合わせたものとなるため、高さが低い電気・電子部品18の熱を筐体42に効率よく伝導するためのヒートパイプ21が配設される。図11の場合は、例えば、高さが最も高い電気・電子部品18aについては、ヒートパイプ21がなくても熱が筐体42に効率よく伝導され、それよりも高さが低い電気・電子部品18bについては、ヒートパイプ21を介して熱を筐体に伝導させることで、電気・電子部品18の熱をペルチェ素子で効率よく回収することが可能となっている。

0104

次に、図10に戻って、バルブ22の機能について説明する。元々の水の温度が非常に低い場合や、利用者による設定温度が非常に高い場合、すなわち、元々の水の温度と設定温度との差が大きいときには、第1加熱部11及び第2加熱部12による加熱だけでは、設定温度での出水が実現できない可能性がある。このような場合には、制御部16がバルブ22を制御することで水の流量を絞り、出来る限り設定温度に近い温度の温水を出水できるように調整する。逆に、利用者が設定温度を下げたような場合や、蛇口を絞って出水量を制限した場合は、制御部16により第1加熱部11及び第2加熱部12の駆動制御を調整すると共に、バルブ22を制御することで冷水を混合して温度を下げることも可能である。なお、バルブ22は、第1加熱部11で加熱される流通路10の手前と、第2加熱部12で加熱される流通路10の手前とのそれぞれに配設するようにしてもよいし、第1加熱部11で加熱される流通路10の手前にのみ配設するようにしてもよい。

0105

なお、図10に示した除霜部20、ヒートパイプ21及びバルブ22は、全てが必須の構成ではなく、1又は複数の組み合わせで配設されるようにしてもよい。

0106

図12は、本実施形態に係る熱制御装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図12に示すように、流通路10を流れる水が、IHによる第2加熱部12及びペルチェ効果による第1加熱部11からの熱により、金属製の筐体で覆われた熱交換器17で熱交換により加熱される。熱交換器17の筐体の各面には、各面ごとに第1加熱部11又は第2加熱部12を夫々複数配設するようにしてもよい。すなわち、例えば、上面、正面及び背面に第1加熱部11を配設し、右側面及び左側面に第2加熱部12を配設するようにしてもよい。

0107

熱交換器17の筐体の下面には第1加熱部11のペルチェ素子が発熱側の電極と接触するように配設され、電気・電子部品18からの熱を回収して水の加熱に利用する。熱交換器17の筐体の下面に配設されるペルチェ素子の吸熱側の電極は、電気・電子部品18の全体を覆う金属性の筐体42と面で接触しており、電気・電子部品18で発生した熱は筐体42を介してペルチェ素子で回収される。電気・電子部品18が配設される基板41上には、電気・電子部品18の熱を筐体42に効率よく伝導するためのヒートパイプ21が配設される。

0108

このような構成により、大気中の熱や電気・電子部品18で発生した廃熱を利用して、省電力で効率よく水を温めることが可能となる。

0109

なお、大気中の熱をさらに効率よく回収するために、例えば図13に示すように、ペルチェ素子の吸熱側の電極にヒートシンクを備え、大気の触れる表面積を増大させるようにしてもよい。また、このヒートシンクのフィンに対して送風するファンを備えるようにしてもよい。上述したように、ペルチェ素子の吸熱側で温度変化により着霜する場合がある。すなわち、ヒートシンクに着霜することになるが、フィンに対してその共振周波数で振動を加振することで着霜を防止することが可能となる。また、このヒートシンクに対して撥水加工を施すことで、着霜や水分の付着を防止することが可能となる。

0110

また、筐体42の構造を図13に示す熱交換器17と同様にしてもよい。すなわち、筐体42の外表面にペルチェ素子を配設し、その外側にヒートシンクを設けるようにしてもよい。そして、筐体42の内側に、電気・電子部品18に影響しないように配管し、ペルチェ素子からその配管内に流れる冷水に熱が移動する構成にしてもよい。このような構成により、効率よくエネルギーを回収することが可能になる。

0111

図14は、上記で説明した給湯器1の各構成が内包された外観の一例を示す図である。図14に示すように、商用電源からの電源だけで給水管から供給される冷水を加熱する。加熱された温水は、温水管を通して使用者に供給される。また、給湯器1は、図14に示すように、非常にコンパクトにまとめることが可能であり、タンクが不要な構造となる。

0112

なお、上述したように、本実施形態に係る給湯器1を稼働した際には、大気中の水分が個体又は液体となってしまう場合がある。そのために、除霜処理や撥水加工で着霜や水分による影響を抑えるが、除霜した霜や撥水により滴となった水分が装置内に残ってしまう。この霜や水分は装置内の電気・電子部品18の故障の原因となるため、装置外に排出するためのドレン管を備えるようにしてもよい。

0113

また、本実施形態に係る給湯器1は、第1加熱部11及び第2加熱部12が水道管から供給される水を直接加熱し、加熱された温水を蛇口から直接出水するようにしてもよい。すなわち、貯湯用のタンク等を用意することなく、蛇口をるだけで加熱された温水を蛇口から直接出水することができ、小型化により設置場所の自由度を上げることができる。

0114

さらに、本実施形態に係る熱制御装置は、上記給湯器1としての機能以外に、空調機として機能させることもできる。すなわち、加熱対象となる媒体を水ではなく空気とすることで、空調機としての熱制御が可能となる。この場合、加熱対象となる空気を給気する給気部、及び加熱された空気を送出する送出部を備えるようにしてもよい。

0115

(本発明の第3の実施形態)
本実施形態に係る熱制御装置について、図15及び図16を用いて説明する。ここでも、媒体を水にした場合は給湯器として機能し、空気にした場合は空調機として機能することが可能である。以下、主に給湯の機能について説明する。

0116

本実施形態においては、第2加熱部12としてIH以外の電気エネルギーによる熱源(例えば、ニクロム線やヒートポンプ)を用いてもよい。例えば、ニクロム線を用いた場合は、ニクロム線自体を配管の中に通すことができるため、第1加熱部11のペルチェ素子に発生した熱で直接ニクロム線を加熱し、不足分を商用電源等で補いながら配管内の冷水を温水にして供給することができる。同様に、例えばヒートポンプを用いた場合も、第1加熱部11のペルチェ素子に発生した熱で冷水を加熱しつつ、ヒートポンプを駆動して不足分を補いながら適正温度の温水を供給する。なお、本実施形態において、前記第1の実施形態と重複する説明は省略する。

0117

本実施形態においては、ペルチェ素子により如何に効率よく大気熱を利用できるかが重要となる。そこで、本実施形態においては、広い範囲に亘って吸収した熱を狭い範囲に集熱(縮熱)し、その縮熱された熱を使って上記ニクロム線や冷水を加熱する。

0118

図15及び図16は、本実施形態に係るペルチェ素子の積層構造を示す第1及び第2の図である。いずれの構造においても、最下層から最上層に向かってピラミッド状にペルチェ素子が積層されている。また、最下層の下面側が吸熱側の電極であり、最上層の上面側が発熱側の電極となっている。そして、下層発熱電極から生じた熱を上層の吸熱電極が吸収する構造となっている。図15の場合は、下層から上層に行くに連れて電極(電極から熱が伝わる伝熱体)の表面積が小さくなっており、最上層ではそれ以外の層で発生した熱が集約され、極めて高エネルギーを有するものとなる。同様に、図16の場合は、1つの層が複数のペルチェモジュールで構成されており、下層から上層に行くに連れてその数が減少し、最上層では発生した熱が集約され、極めて高エネルギーを有するものとなる。

0119

この最上層で発生した熱は、熱交換器17で冷水に加熱(ニクロム線を用いている場合は、ニクロム線に直接加熱)され、温水を生成することが可能となる。第1加熱部11だけでは熱量が足りない場合は、第2加熱部12を商用電源等で駆動し(ニクロム線の場合は、ニクロム線に電流を流して加熱し)、電気エネルギーで不足分を補うことが可能となる。

0120

なお、図15及び図16に示したように、ペルチェ素子を積層して層間で熱を移動させる場合に、ある層の層全体又は一部のペルチェ素子の個体差により十分に機能しないものがあったり、温度上昇が原因でペルチェ素子の機能が低下してしまうと、それよりも上層側に効率よく熱を伝導することができなくなる可能性がある。そこで、本実施形態においては、層間の温度を測定し、その測定結果に応じて電流を制御する構成とすることが可能である。すなわち、層間の温度が他の層や他の領域に比べて低くなっているような箇所には、電流が多く流れるように制御することで、温度分布を均一化して熱を効率よく伝導することが可能となる。

0121

具体的には、層間の温度を温度センサ又は熱電対(ペルチェ素子を積層する際に層間に塗布されるシリコングリスを均一化するために挿入される異なる種類の金属板(又は薄膜)であって、上層側のペルチェ素子の裏面側と下層側のペルチェ素子の表面側とで形成されるもの)により測定し、温度が低い箇所に対して、可変抵抗又は上記第1の実施形態に係る回路のスイッチング周波数を変化させることで電流を多く流し、温度分布を均一化するようにしてもよい。

0122

また、図15及び図16のペルチェ素子の構造は、他の実施形態の場合であっても適用することができるものである。また、媒体を空気とした空調機についても同様に適用可能である。

0123

(本発明のその他の実施形態)
本実施形態に係る光制御装置について説明する。本実施形態に係る光制御装置は、前記第1の実施形態に係る電源制御装置を用いたものであり、省電力で、例えばLED等の照明器具を駆動するものである。

0124

第1の実施形態において説明したように、電源制御装置100は、コイル108の誘導起電力により、電子デバイス107に対して大電流を流すことを可能にすると共に、電流を定電流に制御することで、インダクタ成分の誘導起電力を利用して、省電力を実現できるものである。

0125

すなわち、光電変換するような素子(例えば、LEDや半導体レーザ)について、電源制御装置100を適用することで、低い電圧で光強度を上げたり、省電力で十分な光を発光することが可能となる。例えば、具体的には、災害が起こった場合に避難所などで照明器具として利用されたり、夜中や地下での工事の際に投光器として利用される、二次電池等を電源とする駆動装置に適用することで、電池の消耗を抑えつつ長時間光を照射することが可能となる。

0126

1給湯器
10流通路
11 第1加熱部
12 第2加熱部
13 第1の温度・流量センサ
14 第2の温度・流量センサ
15外気温度センサ
16 制御部
17熱交換部
18電気・電子部品
19廃熱温度センサ
20除霜部
21ヒートパイプ
22バルブ
41基板
42筐体
100電源制御装置
101 第1電圧印加部
102 スイッチ
103 第1電源部
104 第2電圧印加部
105ダイオード
106 第2電源部
107電子デバイス
108コイル
109 ダイオード

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