(57)【要約】【課題】温調対象物を冷却又は加熱するペルチェモジュールの効率を向上させるための仕組みを備える温調装置を提供する。【解決手段】温調用ペルチェモジュールは、温調対象物との間で吸熱又は排熱を行う第１の面と、第１の面の裏側の第２の面との間で熱移動を行う。温調用ペルチェモジュールは、第１の面の寸法が、当該第１の面と接触する温調対象物側の面の寸法に応じて所定の制限寸法以下になるように構成されている。補助用ペルチェモジュールは、温調用ペルチェモジュールの第２の面に向けて配置され、当該第２の面との間で吸熱又は排熱を行う。温度計測部は、補助用ペルチェモジュールと温調用ペルチェモジュールとの接触部位の温度を計測する。制御部は、温度計測部により計測される温度を、所定の基準温度に対して許容される温度差の範囲内に維持させるべく、補助用ペルチェモジュールを動作させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温調対象物を冷却又は加熱する温調装置であって、
前記温調対象物との間で吸熱又は排熱を行うように当該温調対象物に向けられた第１の面と、前記第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動を行うように構成されたペルチェモジュールであって、前記第１の面の縦及び横の寸法が、当該第１の面と対面する前記温調対象物側の面の縦及び横の寸法に応じて所定の制限寸法以下になるように構成された第１のペルチェモジュールと、
前記第１のペルチェモジュールの第２の面に向けて配置され、当該第２の面との間で吸熱又は排熱を実施可能に構成されたペルチェモジュールである第２のペルチェモジュールと、
前記第１のペルチェモジュールの第２の面側の温度を計測するように構成された温度計測部と、
前記第２のペルチェモジュールに通電することにより、前記第２のペルチェモジュールによる吸熱又は排熱の動作を制御するように構成された制御部とを備えており、
前記制御部は、前記温度計測部により計測される温度を、所定の基準温度に対して許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、前記第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている、
温調装置。
【請求項２】
前記第１の縦及び横の面の寸法が、当該第１の面と対面する温調対象物側の面の縦及び横の寸法よりも小さくなるように構成されている、
請求項１に記載の温調装置。
【請求項３】
前記第１のペルチェモジュールの第２の面と前記第２のペルチェモジュールとの間に介在し、前記第１のペルチェモジュール及び前記第２のペルチェモジュールとの間で熱移動が生じるように構成された蓄熱層を更に備える、
請求項１又は請求項２に記載の温調装置。
【請求項４】
前記基準温度が、前記温調対象物の冷却又は加熱の目標とする温度である目標温度に設定されている、
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の温調装置。
【請求項５】
前記第１のペルチェモジュールの第１の面の温度を計測するように構成された対象温度計測部を更に備え、
前記基準温度が、前記対象温度計測部により計測された温度に設定されている、
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の温調装置。
【請求項６】
前記第１のペルチェモジュールにおいて、前記第１の面から吸熱して前記第２の面から排熱する動作を行うときに、前記第２のペルチェモジュールが、前記第２の面との間で吸熱するように構成されており、
前記制御部は、前記温度計測部により計測される温度を、前記基準温度よりも高温側に許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、前記第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている、
請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の温調装置。
【請求項７】
前記第１のペルチェモジュールにおいて、前記第１の面から排熱して前記第２の面から吸熱する動作を行うときに、前記第２のペルチェモジュールが、前記第２の面との間で排熱するように構成されており、
前記制御部は、前記温度計測部により計測される温度を、前記基準温度よりも低温側に許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、前記第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている、
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、温調対象物をペルチェモジュールによって冷却又は加熱する温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載の電気温水器等のように、温調対象物としての液体の温度を調節する温調装置では、タンクに貯留した液体を加熱又は冷却するタンク式が主流であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、タンク式より衛生的に優れるとの観点から、液体をタンクに貯留することなく、液体が流通経路を流通する過程でダイレクトに温度調節を行う方法が望まれていた。液体が流通経路を流通する過程でダイレクトに温度調節を行う方法において、必要な流量を確保しながら温度調節を達成するためには、短時間に大きな熱量を交換する仕組みが必要になる。このような用途において、温調対象物を冷却又は加熱するための熱源としてペルチェモジュールを用いる構造を考える場合、多数のペルチェモジュールを使用することもさることながら、個々のペルチェモジュールにおける熱移動の効率を高めることが肝要である。
【０００５】
しかしながら、ペルチェモジュールは、継続して通電することにより吸熱側の面と排熱側の面との温度差が大きくなると、排熱側から吸熱側へ向かって逆流する熱量が大きくなり、熱移動の効率が低下するという性質がある。そのため、温調対象物を目的の温度に速やかに冷却又は加熱する上で不利となるという問題がある。
【０００６】
また、温調対象物との間で効率よく熱伝導を行うためには、ペルチェモジュールの吸熱面又は排熱面が余すところなく温調対象物と接触していることが肝要である。例えば、ペルチェモジュールの吸熱面又は排熱面が、温調対象物におけるペルチェモジュールとの接触面からはみ出している場合、はみ出している部分の面積が大きくなる程、その部分における熱伝導の損失が大きくなる。したがって、このような構成では、ペルチェモジュールの能力を十分に活用できず非効率になるという問題がある。
【０００７】
そこで、温調対象物の冷却又は加熱に用いるペルチェモジュールを選定するにあたっては、温調対象物からペルチェモジュールが過剰にはみ出さないように寸法に制約が設けられる場合がある。そして、限られた寸法のペルチェモジュールで、温調対象物に対して必要な冷却又は加熱能力を満たすためには、ペルチェモジュールにおける熱移動の効率を高める仕組みが求められる。
【０００８】
本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、温調対象物を冷却又は加熱するペルチェモジュールの効率を向上させるための仕組みを備える温調装置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】
【０００９】
本開示の一態様に係る温調装置は、温調対象物を冷却又は加熱する温調装置であって、第１のペルチェモジュールと、第２のペルチェモジュールと、温度計測部と、制御部とを備える。第１のペルチェモジュールは、温調対象物との間で吸熱又は排熱を行うように当該温調対象物に向けられた第１の面と、第１の面の裏側にある第２の面との間で熱移動を行うように構成されたペルチェモジュールである。この第１のペルチェモジュールは、第１の面の縦及び横の寸法が、当該第１の面と対面する温調対象物側の面の縦及び横の寸法に応じて所定の制限寸法以下になるように構成されている。
【００１０】
第２のペルチェモジュールは、第１のペルチェモジュールの第２の面に向けて配置され、当該第２の面との間で吸熱又は排熱を実施可能に構成されたペルチェモジュールである。温度計測部は、第１のペルチェモジュールの第２の面側の温度を計測するように構成されている。制御部は、第２のペルチェモジュールに通電することにより、第２のペルチェモジュールの吸熱及び排熱の動作を制御するように構成されている。この制御部は、温度計測部により計測される温度を、所定の基準温度に対して許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている。
【００１１】
このような構成によれば、第２のペルチェモジュールによって第１のペルチェモジュールの吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和し、第１のペルチェモジュール内を逆流する熱量を低減できる。これにより、温調対象物の冷却又は加熱を行う第１のペルチェモジュールの寸法に制約が設けられた条件下において、第１のペルチェモジュールの熱移動の効率を向上させることで、必要とされる性能を維持することができる。
【００１２】
また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、第１のペルチェモジュールについて、第１の面の寸法が、当該第１の面と接触する温調対象物側の面の寸法よりも小さくなるように構成されている。このような構成によれば、第１のペルチェモジュールの面全体を温調対象物に接触させることで最も効率よく熱伝導を行うことができる。その反面、第１のペルチェモジュールの規模を大きくして能力を高めることに制約がかかる。そこで、本開示の温調装置では、そのような制約が設けられた条件下において、第１のペルチェモジュールの熱移動の効率を向上させることで、必要とされる性能を維持することができる。
【００１３】
また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、温調装置は、第１のペルチェモジュールの第２の面と第２のペルチェモジュールとの間に介在し、第１のペルチェモジュール及び第２のペルチェモジュールとの間で熱移動が生じるように構成された蓄熱層を更に備える。第２のペルチェモジュールによって蓄熱層を予め目的の温度に冷却又は加熱しておくことで、この蓄熱層と第１のペルチェモジュールとの間で効果的に吸熱又は排熱を行わせることができる。これにより、第１のペルチェモジュールの吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和できる。また、蓄熱層による豊富な蓄冷・蓄熱量により、長期間にわたって安定的に第１のペルチェモジュールを冷却又は加熱することができる。
【００１４】
なお、制御部が第２のペルチェモジュールを制御する際の基準となる基準温度は、例えば、温調対象物の冷却又は加熱の目標とする温度である目標温度に設定されているとよい。あるいは、温調用ペルチェモジュールの第１の面側の温度を計測するように構成された対象温度計測部を更に備え、基準温度が対象温度計測部により計測された温度に設定されていてもよい。
【００１５】
また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、第１のペルチェモジュールにおいて、第１の面から吸熱して第２の面から排熱する動作を行うときに、第２のペルチェモジュールが、第２の面との間で吸熱するように構成されている。そして、制御部は、温度計測部により計測される温度を、基準温度よりも高温側に許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている。このような構成によれば、温調対象物を冷却する用途において、温調用ペルチェモジュールによる吸熱の効率を向上させることができる。
【００１６】
また、本開示の温調装置においては、次のように構成されているとよい。すなわち、第１のペルチェモジュールにおいて、第１の面から排熱して第２の面から吸熱する動作を行うときに、第２のペルチェモジュールが、第２の面との間で排熱するように構成されている。そして、制御部は、温度計測部により計測される温度を、基準温度よりも低温側に許容される上限の温度差の範囲内に維持させるべく、第２のペルチェモジュールを動作させるように構成されている。このような構成によれば、温調対象物を加熱する用途において、温調用ペルチェモジュールによる排熱の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】温調装置の構成を表すブロック図。
【図２】温調対象物を冷却する際の熱移動の概要を表す説明図。
【図３】温調対象物を加熱する際の熱移動の概要を表す説明図。
【図４】ペルチェモジュールのＱｃ−ΔＴ特性を表すグラフ。
【図５】制御部が実行する温調補助処理の手順を表すフローチャート。
【図６】温調装置の変形例の構成を表すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本開示は下記の実施形態に限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
［温調装置の構成の説明］
実施形態の温調装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。温調装置１は、温調対象物１００を冷却又は加熱するための装置であり、図１に例示されるとおり、温調用ペルチェモジュール１０と、補助用ペルチェモジュール２０と、第１センサ３０と、第２センサ４０と、制御部５０とを備える。
【００１９】
温調対象物１００には、例えば、冷却又は加熱の対象となる液体や気体等の流体が流通する流通経路や、冷却又は加熱の対象となる物品を収蔵する容器、熱源として利用される蓄冷・蓄熱材等が含まれる。
【００２０】
温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０は、ペルチェ効果を発揮する板状の電子部品である。温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０は、直流電流を流すと板状の一方の面が吸熱し反対側の面が発熱する。また、温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０は、電流の極性を反転させると吸熱側の面と発熱側の面との関係が反転する。この性質を利用して、温調装置１は、温調対象物１００に対する冷却及び加熱両方の温度制御を実現できる。なお、温調用ペルチェモジュール１０が、本開示における第１のペルチェモジュールに相当する。また、補助用ペルチェモジュール２０が、本開示における第２のペルチェモジュールに相当する。
【００２１】
温調用ペルチェモジュール１０は、温調対象物１００を直接冷却又加熱する用途に用いられる。具体的には、温調用ペルチェモジュール１０は、一方の面が温調対象物１００に接触するように設けられ、温調対象物１００との間で吸熱又は排熱を行う。
【００２２】
また、温調用ペルチェモジュール１０は、温調対象物１００に接触する側の面１０ａの縦及び横の寸法が、何れも当該面１０ａと接触する温調対象物１００側の面である接触面１００ａの縦及び横の寸法よりも小さくなるように構成されている。そして、温調用ペルチェモジュール１０は、温調対象物１００側の接触面１００ａからはみ出さないように温調対象物１００に取付けられている。
【００２３】
このように、温調用ペルチェモジュール１０の面１０ａ全体を温調対象物１００に接触させることで最も効率よく熱伝導を行うことができる。その反面、温調用ペルチェモジュール１０の規模を大きくして冷却及び加熱の能力を高めることに制約がかかる。そこで、本実施形態の温調装置１は、補助用ペルチェモジュール２０を用いて温調用ペルチェモジュール１０の熱移動の効率を向上させる仕組みを備える。
【００２４】
補助用ペルチェモジュール２０は、温調用ペルチェモジュール１０に対して温調対象物１００とは反対側の面に重ねて設けられ、温調用ペルチェモジュール１０による熱移動の効率を向上させる用途に用いられる。具体的には、補助用ペルチェモジュール２０は、温調用ペルチェモジュール１０との間で吸熱又は排熱を行うことで、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱側の面と排熱側の面との温度差を緩和する。
【００２５】
第１センサ３０は、温調対象物１００と温調用ペルチェモジュール１０との接触部位（例えば、温調対象物１００と温調用ペルチェモジュール１０との間）の温度を計測するように構成された温度センサである。第１センサ３０が、本開示における対象温度計測部に相当する。第２センサ４０は、温調用ペルチェモジュール１０と補助用ペルチェモジュール２０との接続部位（例えば、温調用ペルチェモジュール１０と補助用ペルチェモジュール２０との間）の温度を計測するように構成された温度センサである。第２センサ４０が、本開示における温度計測部に相当する。
【００２６】
制御部５０は、温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０を制御する電子制御装置である。制御部５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、入出力インタフェース等を中心に構成されたコンピュータシステムとしての機能が集約されたマイクロコントローラ等により具現化される。制御部５０の機能は、ＣＰＵがＲＯＭや半導体メモリ等の実体的な記憶媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。なお、制御部５０を構成するマイクロコントローラの数は１つでも複数でもよい。また、制御部５０の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素を論理回路やアナログ回路等を組合せたハードウェアを用いて実現してもよい。
【００２７】
制御部５０は、第１センサ３０により測定される温度に基づいて温調用ペルチェモジュール１０に供給する駆動電流を制御することにより、温調対象物１００の冷却又は加熱を実現する。制御部５０による温調用ペルチェモジュール１０の制御には、例えば、温調対象物１００を冷却又は加熱すべき所与の目標温度と、第１センサ３０により測定される現在温度とに基づく周知のフィードバック制御を適用することが考えられる。
【００２８】
さらに、制御部５０は、後述する温調補助処理により、第２センサ４０により測定される温度に基づいて補助用ペルチェモジュール２０に供給する駆動電流を制御することで、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱側の面と排熱側の面との温度差を緩和する。
【００２９】
図２は、温調装置１により温調対象物１００を冷却する場合における、温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０の熱移動の様子を模式的に表した図である。図２において、符号１０ａは、温調用ペルチェモジュール１０が温調対象物１００と接する側の面を示している。この面１０ａが、本開示における第１の面に相当する。符号１０ｂは、温調用ペルチェモジュール１０が温調対象物１００と接する側の面と反対側の面を示している。この面１０ｂが、本開示における第２の面に相当する。また、符号２０ａは、補助用ペルチェモジュール２０が温調用ペルチェモジュール１０と接する側の面を示している。符号２０ｂは、補助用ペルチェモジュール２０が温調用ペルチェモジュール１０と接する側の面と反対側の面を示している。
【００３０】
温調対象物１００を冷却する場合、制御部５０は、温調用ペルチェモジュール１０の面１０ａを吸熱側、反対側の面１０ｂを排熱側として動作させる。同じく、制御部５０は、補助用ペルチェモジュール２０の面２０ａを吸熱側、反対側の面２０ｂを排熱側として動作させる。
【００３１】
Ｑｃ１は、温調用ペルチェモジュー-ル１０の吸熱面１０ａからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ１は、温調用ペルチェモジュール１０に入力される電力（Ｗ）である。Ｑｈ１は、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ｂからの排熱量（Ｗ）である。これらのＱｃ１、Ｐ１及びＱｈ１の間には、次の式（１）が成り立つ。
Ｑｈ１＝Ｑｃ１＋Ｐ-１    （１）
一方、Ｑｃ２は、補助用ペルチェモジュール２０の吸熱面２０ａからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ２は、補助用ペルチェモジュール２０に入力される電力（Ｗ）である。Ｑｃ２は、補助用ペルチェモジュール２０の排熱面２０ｂからの排熱量（Ｗ）である。これらのＱｃ２、Ｐ２及びＱｈ２の間には、次の式（２）が成り立つ。
Ｑｈ２＝Ｑｃ２＋Ｐ２    （２）
温調対象物１００を速やかに冷却するためには、温調用ペルチェモジュール１０のＱｃ１を極力大きく維持することが肝要である。しかしながら、吸熱面１０ａの温度が下がり、排熱面１０ｂの温度が上がって両者の温度差が増大し、排熱面１０ｂ側から吸熱面１０ａ側へと逆流する熱量が大きくなるにつれて、Ｑｃ１は次第に低下する。
【００３２】
温調対象物１００に対して必要な冷却速度を達成するのに最低限必要なＱｃ１を維持するためには、吸熱面１０ａと排熱面１０ｂとの温度差を、許容される最大の温度差よりも小さくする必要がある。そこで、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ｂを補助用ペルチェモジュール２０によって冷却することで、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ａと排熱面１０ｂとの温度差を緩和できる。
【００３３】
具体的には、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ｂの温度を補助用ペルチェモジュール２０によって下げる場合、次の式（３）のような関係が成立するように、制御部５０が補助用ペルチェモジュール２０を駆動することが望ましい。
Ｑｃ２＞Ｑｈ１、すなわち、Ｑｃ２＞Ｑｃ１＋Ｐ１    （３）
つぎに、図３は、温調装置１により温調対象物１００を加熱する場合における、温調用ペルチェモジュール１０及び補助用ペルチェモジュール２０の熱移動の様子を模式的に表した図である。温調対象物１００を加熱する場合、制御部５０は、温調用ペルチェモジュール１０の面１０ａを排熱側、反対側の面１０ｂを吸熱側として動作させる。同じく、制御部５０は、補助用ペルチェモジュール２０の面２０ａを排熱側、反対側の面２０ｂを吸熱側として動作させる。
【００３４】
Ｑｈ１は、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ａからの排熱量（Ｗ）である。Ｑｃ１は、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ｂからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ１は、温調用ペルチェモジュール１０に入力される電力（Ｗ）である。これらのＱｈ１、Ｑｃ１及びＰ１の間には、上述の式（１）が成り立つ。
【００３５】
一方、Ｑｈ２は、補助用ペルチェモジュール２０の排熱面２０ａからの排熱量（Ｗ）である。Ｑｃ２は、補助用ペルチェモジュール２０の吸熱面２０ｂからの吸熱量（Ｗ）である。Ｐ２は、補助用ペルチェモジュール２０に入力される電力（Ｗ）である。これらのＱｃ２、Ｐ２及びＱｈ２の間には、上述の式（２）が成り立つ。
【００３６】
温調対象物１００を速やかに加熱するためには、温調用ペルチェモジュール１０のＱｈ１を極力大きく維持することが肝要である。しかしながら、排熱面１０ａの温度が上がり、吸熱面１０ｂの温度が下がって両者の温度差が増大し、排熱面１０ａ側から吸熱面１０ｂ側へと逆流する熱量が大きくなるにつれて、Ｑｈ１は次第に低下する。
【００３７】
温調対象物１００対して必要な加熱速度を達成するのに最低限必要なＱｈ１を維持するためには、排熱面１０ａと吸熱面１０ｂとの温度差を、許容される最大の温度差よりも小さくする必要がある。そこで、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ｂを補助用ペルチェモジュール２０によって加熱することで、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ａと吸熱面１０ｂとの温度差を緩和できる。
【００３８】
具体的には、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ｂの温度を補助用ペルチェモジュール２０によって上げる場合、次の式（４）のような関係が成立するように、制御部５０が補助用ペルチェモジュール２０を駆動することが望ましい。
Ｑｈ２＞Ｑｃ１、すなわち、Ｑｈ２＞Ｑｈ１−Ｐ１    （４）
したがって、補助用ペルチェモジュール２０には、上記式（３）及び式（４）で表される熱移動量を実現可能な能力を有するデバイスを適用することが望ましい。
【００３９】
一例として、ある特定の機種のペルチェモジュールを特定の電流値で駆動した場合における、吸熱側と排熱側との温度差ΔＴ（Ｋ）と、吸熱量Ｑc（Ｗ）との関係（すなわち、Ｑc−ΔＴ特性）を表したグラフを図４に示す。なお、同じペルチェモジュールにおいて駆動電流の値を変えたり、あるいは仕様の異なるペルチェモジュールを用いた場合には、Ｑc−ΔＴ特性は図４の事例と異なる数値を示し得る。図４のグラフでは、ΔＴが増大する程Ｑｃが低下する特性が示されている。例えば、図４の事例において、必要な冷却速度を達成するために最低限必要な吸熱量をＱｍｉｎとする場合、ペルチェモジュールの吸熱面と排熱面との温度差を、Ｑｍｉｎに対応する温度差であるΔＴｍａｘ以下に維持することが必要となる。
【００４０】
したがって、本実施形態では、制御部５０は、温調対象物１００に対して必要な冷却・加熱速度を達成するために必要な所定の吸熱量・排熱量を達成すべく、後述の温調補助処理を実行する。具体的には、制御部５０は、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面と排熱面との間の温度差ΔＴが、必要な吸熱量・排熱量に応じて許容される所定の温度差以下になるように、補助用ペルチェモジュール２０を制御する。
【００４１】
［温調補助処理の説明］
制御部５０が、内蔵のメモリに格納されたプログラムに従って実行する温調補助処理の手順について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。この温調補助処理は、補助用ペルチェモジュール２０を制御するための処理であり、温調用ペルチェモジュール１０を制御するためのフィードバック処理と並行して所定の制御周期ごとに実行される。
【００４２】
Ｓ１００では、制御部５０は、第１センサ３０及び第２センサ４０により計測された温度を取得する。Ｓ１０２では、制御部５０は、Ｓ１００において取得された温度に応じて、補助用ペルチェモジュール２０の動作状態を制御する。具体的には、次のようにすることが考えられる。
【００４３】
一例として、温調対象物１００に対する温度調節の目標となる温度である目標温度と、第２センサ４０により計測された第２計測温度との温度差に応じて、制御部５０が補助用ペルチェモジュール２０の動作状態を制御する。その場合、制御部５０は、目標温度と第２計測温度との温度差が、冷却又は加熱時において許容される最大の温度差未満に維持されるように、補助用ペルチェモジュール２０を動作させる。
【００４４】
具体的には、温調対象物１００を冷却する場合、第２計測温度が冷却目標温度よりもΔＴｃｍａｘ以上高温になっている状況下では、制御部５０は、上記式（３）の条件を満たす冷却能力で補助用ペルチェモジュール２０の動作をさせる。なお、ΔＴｃｍａｘの値としては、例えば、温調用ペルチェモジュール１０のＱc−ΔＴ特性において、必要な冷却速度を達成するために最低限必要なＱcの値に対応するΔＴの値を適用することが考えられる。
【００４５】
このようにすることで、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ｂの温度を下げて、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ａと排熱面１０ｂとの温度差を緩和することができる。一方、冷却目標温度と第２計測温度との温度差がΔＴｃｍａｘ未満である条件下では、制御部５０は、所定の低出力状態で補助用ペルチェモジュール２０の冷却動作を継続してもよいし、補助用ペルチェモジュール２０の冷却動作を停止してもよい。
【００４６】
また、温調対象物１００を加熱する場合、第２計測温度が加熱目標温度よりもΔＴｈｍａｘ以上低温になっている条件下において、制御部５０は、上記式（４）の条件を満たす加熱能力で補助用ペルチェモジュール２０の動作をさせる。なお、ΔＴｈｍａｘの値としては、例えば、温調用ペルチェモジュール１０のＱc−ΔＴ特性において、必要な加熱速度を達成するために最低限必要なＱcの値に対応するΔＴの値を適用することが考えられる。
【００４７】
このようにすることで、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱面１０ａの温度を上げて、温調用ペルチェモジュール１０の排熱面１０ａと吸熱面１０ｂとの温度差を緩和することができる。一方、加熱目標温度と第２計測温度との温度差がΔＴｈｍａｘ未満である条件下では、制御部５０は、所定の低出力状態で補助用ペルチェモジュール２０の加熱動作を継続してもよいし、補助用ペルチェモジュール２０の加熱動作を停止してもよい。
【００４８】
あるいは、別の例として、第１センサ３０により計測された第１計測温度と、第２センサ４０により計測された第２計測温度との温度差に応じて、制御部５０が補助用ペルチェモジュール２０の動作状態を制御する構成であってもよい。その場合、制御部５０は、第１計測温度と第２計測温度との温度差が、冷却又は加熱時において許容される最大の温度差未満に維持されるように、補助用ペルチェモジュール２０を動作させる。
【００４９】
具体的には、温調対象物１００を冷却する場合、第２計測温度が第１計測温度よりもΔＴｃｍａｘ以上高温になっている条件下において、制御部５０は、上記式（３）の条件を満たす冷却能力で補助用ペルチェモジュール２０の動作をさせる。一方、第１計測温度と第２計測温度との温度差がΔＴｃｍａｘ未満である条件下では、制御部５０は、所定の低出力状態で補助用ペルチェモジュール２０の冷却動作を継続してもよいし、補助用ペルチェモジュール２０の冷却動作を停止してもよい。
【００５０】
また、温調対象物１００を加熱する場合、第２計測温度が第１計測温度よりもΔＴｈｍａｘ以上低温になっている条件下において、制御部５０は、上記式（４）の条件を満たす加熱能力で補助用ペルチェモジュール２０の動作をさせる。一方、第１測定温度と第２計測温度との温度差がΔＴｈｍａｘ未満である条件下では、制御部５０は、所定の低出力状態で補助用ペルチェモジュール２０の加熱動作を継続してもよいし、補助用ペルチェモジュール２０の加熱動作を停止してもよい。
【００５１】
［効果］
実施形態の温調装置１によれば、以下の効果を奏する。
補助用ペルチェモジュール２０によって、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和し、温調用ペルチェモジュール１０内を逆流する熱量を低減できる。これにより、温調用ペルチェモジュール１０の熱移動の効率が向上し、必要とされる性能を維持することができる。特に、温調用ペルチェモジュール１０の寸法に制約が設けられた条件下において、温調用ペルチェモジュール１０の熱移動の効率を向上させることで、必要とされる性能を維持することができる。
【００５２】
［変形例］
上述の温調装置１において、補助用ペルチェモジュール２０の面２０ｂ側、すなわち、温調用ペルチェモジュール１０とは反対側の面に、例えば、ヒートシンクやファン等の放熱・吸熱機構を備える構成であってもよい。
【００５３】
上述の実施形態では、温調用ペルチェモジュール１０と、補助用ペルチェモジュール２０とを直接重ね合わせた事例について説明した。これに限らず、図６に例示されるように、温調用ペルチェモジュール１０と、補助用ペルチェモジュール２０との間に、蓄熱ブロック６０を介在させる構成であってもよい。この蓄熱ブロック６０は、例えば、ステンレス鋼等の蓄冷・蓄熱材料により構成されている。あるいは、蓄冷・蓄熱性を重視する観点から、熱伝導率が小さく比熱が大きい蓄熱材料であれば、ステンレス鋼に限らない。また、蓄熱ブロック６０が備えるべき熱容量としては、例えば、温調用ペルチェモジュール１０が一時的に過大な出力で動作することにより、補助用ペルチェモジュール２０による冷却・加熱が間に合わない状況が想定される場合、その期間に不足する熱量を十分に賄うことができる熱容量とすることが考えられる。
【００５４】
補助用ペルチェモジュール２０によって蓄熱ブロック６０を予め目的の温度に冷却又は加熱しておくことで、この蓄熱ブロック６０と温調用ペルチェモジュール１０温調用ペルチェモジュール１０との間で効果的に吸熱又は排熱を行わせることができる。これにより、温調用ペルチェモジュール１０の吸熱側と排熱側との間の温度差を緩和できる。また、蓄熱ブロック６０が持つ豊富な蓄冷・蓄熱量により、長期間にわたって安定的に温調用ペルチェモジュール１０を冷却又は加熱することができる。
【００５５】
上述の実施形態では、１つの補助用ペルチェモジュール２０を用いた事例について説明した。これに限らず、２つ以上の補助用ペルチェモジュール２０を積層したユニットを用いる構成であってもよい。その場合、温調用ペルチェモジュール１０に隣接する補助用ペルチェモジュール２０よりも下層側に設けられる補助用ペルチェモジュール２０については、次のように制御するとよい。すなわち、制御部５０は、１つ上層側の補助用ペルチェモジュール２０の温度差に応じて、その下層側の補助用ペルチェモジュール２０を上述の実施形態における補助用ペルチェモジュール２０と同様に動作させる。
【００５６】
上述の実施形態では、温調用ペルチェモジュール１０の寸法が、温調対象物１００側の接触面１００ａの寸法よりも小さく、温調用ペルチェモジュール１０側の面１０ａが接触面１００ａからはみ出さないように温調対象物１００に取付けられている事例について説明した。これに限らず、温調用ペルチェモジュール１０が温調対象物１００に対して必要な冷却・加熱能力を発揮できる範囲内において、温調用ペルチェモジュール１０の寸法が温調対象物１００側の接触面１００ａの寸法よりも大きい構成であってもよい。
【００５７】
ただし、温調用ペルチェモジュール１０側の面１０ａが接触面１００ａからはみ出す面積が大きくなる程、はみ出した部分における熱移動の損失が大きくなり、温調対象物１００に対する冷却・加熱の効率は低下する。したがって、温調用ペルチェモジュール１０の寸法は、温調対象物１００側の接触面の寸法に応じて、必要な冷却・加熱能力が得られ、かつ熱移動の損失を許容できる範囲内で定められた制限寸法以下になるように構成されることが望ましい。
【００５８】
上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が、本開示の実施形態である。
【００５９】
上述した温調装置１を構成要件とするシステム、制御部５０としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の実体的な記憶媒体、温度調節方法等の種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１，２…温調装置、１０…温調用ペルチェモジュール、２０…補助用ペルチェモジュール、３０…第１センサ、４０…第２センサ、５０…制御部、６０…蓄熱ブロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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