(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電モジュールと、
複数の熱電モジュールを並列接続又は直列接続に切り換えるリレーと、
複数の熱電モジュールに印加される電圧の極性を反転させるスイッチと、
を備えてなる自動車用シート。
【請求項２】
複数の熱電モジュールが直列接続されている場合に、各熱電モジュールの冷却能力は熱電モジュール固有の最大冷却能力の８０％以上であることを特徴とする請求項１記載の自動車用シート。
【請求項３】
電動ファンからの吐気を熱電モジュールにより加熱又は冷却し、加熱又は冷却された吐気をシートに供給してシートを加熱又は冷却する自動車用シートであって、
電動ファンの吸気温度を検出する温度センサを備え、温度センサによって電動ファンの回転速度を可変とした
ことを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱及び冷却機能を有する自動車用シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＳＰ５５２４４３９には、温度センサの出力信号に基づいて制御装置が電動ファン（electric fan）及び熱電モジュール（thermoelectric module ）を調節するシステムが開示されている。
【０００３】
特開平５−２７７０２０号公報には、表面にエア吹出孔が形成されたシートと、該シート内に形成されエア吹出孔と連通する連通路と、連通路に配設されたペルチェ素子と、エア吹出孔に向かって空気を送る連通路に配設されたファンと、を備える自動車用シートが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−２７７０２０号公報の自動車用シートでは、電子制御ユニットを備えていない場合は、多段階の温度設定ができない。
電子制御ユニットを備えている場合は、自動制御を行なう高信頼性のＣＰＵが必要となるため、コストが高くなる。
自動車は大量生産されると共に、世界中で多くの人に長時間長距離使われる物なので、自動車用の半導体部品は低コストと高信頼性と耐久性が非常に要求されるからである。
【０００５】
同様にして、ＵＳＰ５５２４４３９のシステムでは、自動制御を行なう高信頼性のＣＰＵが必要となるため、コストが高くなる。
また、このシステムでは、温度センサが熱交換器（heat exchanger）に取り付けてあり、この温度センサは電動ファンの吸気温度を検出するものではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動車用シートは、複数の熱電モジュールと、複数の熱電モジュールを並列接続又は直列接続に切り換えるリレーと、複数の熱電モジュールに印加される電圧の極性を反転させるスイッチと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
複数の熱電モジュールを並列接続又は直列接続に切り換えることで、各熱電モジュールの印加電圧を変えることができ、加熱又は冷却の強弱出力を可変とすることができる。
リレーにより切換えを行なうことで、高信頼性のＣＰＵを用いる場合よりも、自動車用シートのコストを低くすることができる。また、リレーは部品構造が比較的に簡単なので、高信頼性も確保することができる。
複数の熱電モジュールに印加される電圧の極性を反転させることで、同一の熱電モジュールにより加熱及び冷却を行なうことができる。
【０００８】
例えば、請求項２記載の自動車用シートのように、複数の熱電モジュールが直列接続されている場合に、各熱電モジュールの冷却能力は熱電モジュール固有の最大冷却能力の８０％以上となるように、熱電モジュールを選定してもよい。
これにより、一般的に直列接続時には並列接続時よりも負荷の電力効率が低下するが、直列接続時にも充分な冷却能力を熱電モジュールから出力させることができる。
【０００９】
請求項３では、請求項１又は２記載の自動車用シートにおいて、電動ファンからの吐気を熱電モジュールにより加熱又は冷却し、加熱又は冷却された吐気をシートに供給してシートを加熱又は冷却する自動車用シートであって、電動ファンの吸気温度を検出する温度センサを備え、温度センサによって電動ファンの回転速度を可変としたことを特徴とする。
【００１０】
熱電モジュールに供給される風量の最適値は、熱電モジュールに供給される空気の温度により異なり、従って電動ファンの吸気温度により異なる。
電動ファンの吸気温度を温度センサで検出し、温度センサにより電動ファンの回転速度を可変とすることで、熱電モジュールに供給される風量を最適値とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る自動車用シートの簡易回路図であり、図中の太線は主な電流の流れる経路を示す。
【００１２】
この自動車用シート１は、複数の熱電モジュール５１，５２と、複数の熱電モジュール５１，５２を並列接続又は直列接続に切り換えるリレー４１〜４４と、複数の熱電モジュール５１，５２に印加される電圧の極性を反転させるスイッチ３２，３３と、電動ファン２と、シート（不図示）と、を備えている。
また、電動ファン２をオン／オフするスイッチ３１を備えている。
車載バッテリ（不図示）の＋端子からは電源電圧Ｖｃが供給され、図中のアースは車載バッテリの−端子に接続されている。
各スイッチ３１〜３３は、例えばトグルスイッチで構成してもよく、ボタンスイッチで構成してもよい。
【００１３】
自動車用シート１は、電動ファン２からの吐気を熱電モジュール５１，５２により加熱又は冷却し、加熱又は冷却された吐気をシートに供給してシートを加熱又は冷却する。
加熱又は冷却された吐気は、シートに設けられた複数のエア吹出孔から吹き出されるようになっている。
【００１４】
図１の自動車用シート１は、スイッチ３１〜３３が全てオンの場合を示している。熱電モジュール５１，５２は直列接続される。
スイッチ３１がオンなので、電動ファン２はオンして回転する。
スイッチ３２，３３がオンなので、リレー４１〜４４内のコイルに電流が流れ、リレー４１〜４４はオンになる。
電流は、次の▲１▼→▲８▼のような経路で流れる。
▲１▼：車載バッテリの＋端子
▲２▼：リレー４１のａ端子（メーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲３▼：熱電モジュール５１（加熱）
▲４▼：リレー４２のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ａ端子（メーク接点）
▲５▼：リレー４３のａ端子（メーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲６▼：熱電モジュール５２（加熱）
▲７▼：リレー４４のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ａ端子（メーク接点）
▲８▼：車載バッテリの−端子
なお、熱電モジュール５１，５２により、電動ファン２からの吐気は加熱され、この加熱された空気がシートのエア吹出孔から吹き出す。
【００１５】
図２の自動車用シート１は、スイッチ３１，３２がオンの場合で、スイッチ３３がオフの場合を示している。熱電モジュール５１，５２は並列接続される。
スイッチ３１がオンなので、電動ファン２はオンして回転する。
スイッチ３２がオンなので、リレー４１，４４内のコイルに電流が流れ、リレー４１，４４はオンになる。一方、リレー４２，４３はオフである。
電流は、次の▲１▼→▲５▼のような経路で流れる。
▲１▼：車載バッテリの＋端子
▲２▼：リレー４１のａ端子（メーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲３▼：熱電モジュール５１（加熱）
▲４▼：リレー４２のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ｂ端子（ブレーク接点）
▲５▼：車載バッテリの−端子
【００１６】
電流は、次の▲１▼’→▲５▼’のような経路でも流れる。
▲１▼’：車載バッテリの＋端子
▲２▼’：リレー４３のｂ端子（ブレーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲３▼’：熱電モジュール５２（加熱）
▲４▼’：リレー４４のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ａ端子（メーク接点）
▲５▼’：車載バッテリの−端子
なお、熱電モジュール５１，５２により、電動ファン２からの吐気は加熱され、この加熱された空気がシートのエア吹出孔から吹き出す。
【００１７】
複数の熱電モジュール５１，５２を並列接続又は直列接続に切り換えることで、各熱電モジュール５１，５２の印加電圧を変えることができ、加熱又は冷却の強弱出力を可変とすることができる。
リレー４１〜４４により切換えを行なうことで、高信頼性のＣＰＵを用いる場合よりも、自動車用シートのコストを低くすることができる。また、リレー４１〜４４は部品構造が比較的に簡単なので、高信頼性も確保することができる。
【００１８】
図３の自動車用シート１は、スイッチ３１，３３がオンの場合で、スイッチ３２がオフの場合を示している。熱電モジュール５１，５２は直列接続される。
スイッチ３１がオンなので、電動ファン２はオンして回転する。
スイッチ３３がオンなので、リレー４２，４３内のコイルに電流が流れ、リレー４２，４３はオンになる。一方、リレー４１，４４はオフである。
電流は、次の▲１▼→▲８▼のような経路で流れる。
▲１▼：車載バッテリの＋端子
▲２▼：リレー４４のｂ端子（ブレーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲３▼：熱電モジュール５２（冷却）
▲４▼：リレー４３のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ａ端子（メーク接点）
▲５▼：リレー４２のａ端子（メーク接点） → 可動部 → ｃ端子（共通接点）
▲６▼：熱電モジュール５１（冷却）
▲７▼：リレー４１のｃ端子（共通接点） → 可動部 → ｂ端子（ブレーク接点）
▲８▼：車載バッテリの−端子
なお、熱電モジュール５１，５２により、電動ファン２からの吐気は冷却され、この冷却された空気がシートのエア吹出孔から吹き出す。
複数の熱電モジュール５１，５２に印加される電圧の極性を反転させることで、同一の熱電モジュール５１，５２により加熱及び冷却を行なうことができる。
【００１９】
図４の自動車用シート１は、スイッチ３１がオンの場合で、スイッチ３２，３３がオフの場合を示している。
スイッチ３１がオンなので、電動ファン２はオンして回転する。
スイッチ３２，３３がオフなので、リレー４１〜４４内のコイルに電流が流れず、リレー４１〜４４はオフである。
熱電モジュール５１，５２は、電動ファン２からの吐気に対し、加熱も冷却も行なわない。
なお、スイッチ３１〜３３がオフの場合は、電動ファン２はオフであり、リレー４１〜４４もオフであり、熱電モジュール５１，５２に電流は流れない。
【００２０】
図５，図６の自動車用シート１１は、図１の自動車用シート１に温度センサＳ，Ｓｒを設けると共に、抵抗Ｒを設けたものである。
温度センサＳは、車載バッテリの＋端子とリレー４１〜４４のコイルとの間に設けている。
車内温度が予め設定された一定温度Ｔｓ未満の場合は、温度センサＳにより、車載バッテリの＋端子とリレー４１〜４４のコイルとは接続状態となり、自動車用シート１１への電源供給が行なわれる（図５参照）。
車内温度が予め設定された一定温度Ｔｓ以上の場合は、温度センサＳにより、車載バッテリの＋端子とリレー４１〜４４のコイルとは遮断状態となり、自動車用シート１１への電源供給が停止される（図６参照）。
【００２１】
温度センサＳｒは、抵抗Ｒと並列接続されている。
温度センサＳｒは、車載バッテリの＋端子と電動ファン２との間に設けてあり、電動ファン２の吸気温度を検出する。
吸気温度が予め設定された一定温度Ｔｒ未満の場合は、温度センサＳｒにより、車載バッテリの＋端子と電動ファン２との間の抵抗値は、抵抗Ｒの抵抗値となる。
このため、スイッチ３１がオンの場合は、抵抗Ｒでの電圧降下により、電動ファン２の印加電圧が電源電圧Ｖｃよりも小さくなり、電動ファン２の回転速度を小さくすることができる（図５参照）。
【００２２】
吸気温度が予め設定された一定温度Ｔｒ以上の場合は、温度センサＳｒにより、車載バッテリの＋端子と電動ファン２との間の抵抗値は、抵抗Ｒの抵抗値よりもかなり小さくなる。
このため、スイッチ３１がオンの場合は、抵抗Ｒでの電圧降下がかなり小さくなり、電動ファン２の印加電圧が電源電圧Ｖｃにほぼ等しくなり、電動ファン２の回転速度を大きくすることができる（図６参照）。
【００２３】
熱電モジュール５１，５２に供給される風量の最適値は、熱電モジュール５１，５２に供給される空気の温度により異なり、従って電動ファン２の吸気温度により異なる。
電動ファン２の吸気温度を温度センサＳｒで検出し、温度センサＳｒにより電動ファン２の回転速度を可変とすることで、熱電モジュール５１，５２に供給される風量を最適値とすることができる。
例えば、暖房の場合は、風量を０〜３０立方メートル／時に可変できる電動ファン２については、吸気温度が２５℃程度のときは風量を約１７〜３０立方メートル／時とし、吸気温度が２０℃程度のときは風量を約１０〜１４立方メートル／時とし、吸気温度が１５℃程度のときは風量を約５〜８立方メートル／時として、人体温度と吸気温度との差が大きいほど風量を小さくしてもよい。
例えば、冷房の場合は、電動ファン２を最大出力としてもよい。
【００２４】
図７の自動車用シート２１は、図５，図６の自動車用シート１１のリレー４１〜４４を、リレー４５，４６で構成したものである。
リレー４５のａ，ｂ，ｃ端子は、リレー４４のａ，ｂ，ｃ端子と各々対応する。リレー４５のａ’，ｂ’，ｃ’端子は、リレー４１のａ，ｂ，ｃ端子と各々対応する。
リレー４６のａ，ｂ，ｃ端子は、リレー４２のａ，ｂ，ｃ端子と各々対応する。リレー４６のａ’，ｂ’，ｃ’端子は、リレー４３のａ，ｂ，ｃ端子と各々対応する。
【００２５】
図８は、熱電モジュールの印加電圧と出力の特性図の一例である。
この熱電モジュールは、印加電圧が約−８．５Ｖの場合に、最大冷却能力を出力する。符号Ｔは、最大冷却能力時における、熱電モジュールの吸気と吐気の温度差である。
この熱電モジュールは、印加電圧が約−４．８Ｖの場合に、最大冷却能力の８０％の冷却能力を出力する。
【００２６】
図８の特性を有する熱電モジュールを自動車用シート１の熱電モジュール５１，５２に用いることで、図３のような冷却時には、各熱電モジュール５１，５２の冷却能力は熱電モジュール固有の最大冷却能力の約９０％とすることができる。
これにより、一般的に直列接続時には並列接続時よりも負荷の電力効率が低下するが、直列接続時にも充分な冷却能力を熱電モジュールから出力させることができる。
【００２７】
車載バッテリの電源電圧Ｖｃは約１２Ｖなので、熱電モジュール５１，５２が直列接続の場合、各々の印加電圧は約−６Ｖとなる。
図８で、印加電圧が約−８．５Ｖ〜−４．８Ｖの区間Ｑでは、各熱電モジュール５１，５２の冷却能力は熱電モジュール固有の最大冷却能力の８０％以上とすることができる。
【００２８】
なお、熱電モジュール５１，５２は、ペルチェ効果による熱の発生／吸収を利用した素子（ペルチェ素子）を用いて構成してもよく、電子冷却素子を備えて構成してもよい。
スイッチ３１〜３３は、自動車の乗員が手動により操作することで、ＣＰＵでの自動制御による温度調整のための頻繁なオン／オフ切換えを防止することができ、スイッチ及びリレーの端子（接点）の摩耗を小さく抑えることができ、リレーの信頼性を高めることができる。スイッチ３１〜３３は、手動スイッチ又はロータリースイッチとしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動車用シートによれば、複数の熱電モジュールを並列接続又は直列接続に切り換えて、各熱電モジュールの印加電圧を変えることができ、加熱又は冷却の強弱出力を可変とすることができる。
リレーにより切換えを行なうことで、高信頼性のＣＰＵを用いる場合よりも、自動車用シートのコストを低くすることができる。また、リレーは部品構造が比較的に簡単なので、高信頼性も確保することができる。
複数の熱電モジュールに印加される電圧の極性を反転させることで、同一の熱電モジュールにより加熱及び冷却を行なうことができる。
【００３０】
複数の熱電モジュールが直列接続されている場合に、各熱電モジュールの冷却能力は熱電モジュール固有の最大冷却能力の８０％以上となるように、熱電モジュールを選定することで、一般的に直列接続時には並列接続時よりも負荷の電力効率が低下するが、直列接続時にも充分な冷却能力を熱電モジュールから出力させることができる。
【００３１】
電動ファンの吸気温度を検出する温度センサを備え、温度センサによって電動ファンの回転速度を可変とすることで、熱電モジュールに供給される風量を最適値とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車用シートの簡易回路図（直列接続された熱電モジュールによる暖房時）
【図２】本発明に係る自動車用シートの簡易回路図（並列接続された熱電モジュールによる暖房時）
【図３】本発明に係る自動車用シートの簡易回路図（直列接続された熱電モジュールによる冷房時）
【図４】本発明に係る自動車用シートの簡易回路図（送風時）
【図５】本発明の別実施形態に係る自動車用シートの簡易回路図
【図６】本発明の別実施形態に係る自動車用シートの簡易回路図
【図７】本発明の別実施形態に係る自動車用シートの簡易回路図
【図８】熱電モジュールの印加電圧と出力の特性図
【符号の説明】
１，１１，２１…自動車用シート、２…電動ファン（ブロワモータ）、３１〜３３…スイッチ、４１〜４６…リレー、５１，５２…熱電モジュール（ヒートポンプ）、Ｒ…抵抗、Ｓ，Ｓｒ…温度センサ（感温スイッチ）、Ｖｃ…電源電圧。
【図１】
0003656226.tif 000002
【図２】
0003656226.tif 000003
【図３】
0003656226.tif 000004
【図４】
0003656226.tif 000005
【図５】
0003656226.tif 000006
【図６】
0003656226.tif 000007
【図７】
0003656226.tif 000008
【図８】
0003656226.tif 000009