專利名稱：空氣調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用熱電轉(zhuǎn)換單元的空氣調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
JP-A-6-147524、JP-A-6-146371或美國專利第5,524,439號(對應(yīng)于JP-A-9-505497)披露一種空氣調(diào)節(jié)裝置，其中使用帕爾帖元件，即，熱電轉(zhuǎn)換單元。
通常，致冷循環(huán)裝置通過在致冷循環(huán)中壓縮致冷劑及使致冷劑膨脹執(zhí)行冷卻操作，并且具有在3與4之間的范圍內(nèi)的性能系數(shù)(COP)。然而，使用帕爾帖元件的空氣調(diào)節(jié)裝置具有在0.2與1之間的范圍內(nèi)的COP。即，使用帕爾帖元件的空氣調(diào)節(jié)裝置的冷卻操作的運行效率遠低于致冷循環(huán)裝置的效率。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述和其它問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種使用熱電轉(zhuǎn)換單元的空氣調(diào)節(jié)裝置，所述空氣調(diào)節(jié)裝置可以有效地提高冷卻操作或加熱操作的效率。
根據(jù)本發(fā)明的第一例子，一種空氣調(diào)節(jié)裝置包括泵、熱電轉(zhuǎn)換單元、目標(biāo)設(shè)定單元和控制單元。所述泵傳送熱介質(zhì)。所述熱電轉(zhuǎn)換單元從所述熱介質(zhì)吸收熱量以進行空氣調(diào)節(jié)。所述目標(biāo)設(shè)定單元設(shè)定用于冷卻所述熱介質(zhì)的目標(biāo)冷卻值。所述控制單元根據(jù)所述目標(biāo)冷卻值控制來自所述泵的所述熱介質(zhì)的流量以及所述熱電轉(zhuǎn)換單元的吸熱量。當(dāng)所述目標(biāo)冷卻值小于預(yù)定值時，所述控制單元使來自所述泵的所述熱介質(zhì)的流量增加到大于預(yù)定量并使所述熱電轉(zhuǎn)換單元停止吸收熱量。當(dāng)所述目標(biāo)冷卻值等于或大于所述預(yù)定值時，所述控制單元根據(jù)所述目標(biāo)冷卻值增加所述熱電轉(zhuǎn)換單元的吸熱量，并且保持所述熱介質(zhì)的流量大于所述預(yù)定量。
因此，所述空氣調(diào)節(jié)裝置對于冷卻操作可以具有高效率。
根據(jù)本發(fā)明的第二例子，一種空氣調(diào)節(jié)裝置包括泵、熱電轉(zhuǎn)換單元、目標(biāo)設(shè)定單元和控制單元。所述泵傳送熱介質(zhì)。所述熱電轉(zhuǎn)換單元從所述熱介質(zhì)輻射熱量以加熱所述熱介質(zhì)。所述目標(biāo)設(shè)定單元設(shè)定用于加熱所述熱介質(zhì)的目標(biāo)加熱值。所述控制單元根據(jù)所述目標(biāo)加熱值控制來自所述泵的所述熱介質(zhì)的流量以及所述熱電轉(zhuǎn)換單元的熱輻射量。當(dāng)所述目標(biāo)加熱值小于預(yù)定值時，所述控制單元使來自所述泵的所述熱介質(zhì)的流量增加到大于預(yù)定量并使所述熱電轉(zhuǎn)換單元停止輻射熱量。當(dāng)所述目標(biāo)加熱值等于或大于所述預(yù)定值時，所述控制單元根據(jù)所述目標(biāo)加熱值增加所述熱電轉(zhuǎn)換單元的熱輻射量，并且保持所述熱介質(zhì)的流量大于所述預(yù)定量。
因此，所述空氣調(diào)節(jié)裝置對于加熱操作可以具有高效率。


本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點從以下參照附圖的詳細說明將變得更加清楚。在圖式中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于車輛座椅的空氣調(diào)節(jié)裝置的示意圖；圖2是顯示裝置的控制的流程圖；圖3是顯示所述裝置中的目標(biāo)冷卻值與帕爾帖元件的冷卻能力、空氣傳送量、以及帕爾帖元件的性能系數(shù)(COP)之間的關(guān)系的曲線圖；圖4是顯示空氣傳送量與帕爾帖元件的性能系數(shù)(COP)之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是顯示相關(guān)裝置中的目標(biāo)冷卻值與帕爾帖元件的冷卻能力、空氣傳送量、以及帕爾帖元件的性能系數(shù)(COP)之間的關(guān)系的曲線圖；以及圖6是顯示本發(fā)明的修改裝置中的目標(biāo)冷卻值與帕爾帖元件的冷卻能力、空氣傳送量、以及帕爾帖元件的性能系數(shù)(COP)之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
如圖1中所示，空氣調(diào)節(jié)裝置典型地用于具有座椅墊30和座椅靠背31的車輛座椅且包括管道10。管道10具有用于從車輛乘坐室(compartment)引進空氣(即，內(nèi)部空氣)的吸入部10a。風(fēng)扇11(泵)設(shè)置在吸入部10a處。風(fēng)扇11包括由直流(DC)電動機11a驅(qū)動的離心式的裝有葉片的葉輪。風(fēng)扇11的空氣傳送量(鼓風(fēng)量)可由施加到DC電動機11a的電壓控制。
帕爾帖元件(Peltier element)12(熱電轉(zhuǎn)換單元)在管道10中設(shè)置在風(fēng)扇11的下游側(cè)。通過交替層疊p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成帕爾帖元件12。帕爾帖元件12包括第一熱交換器12a和第二熱交換器12b。管道10在帕爾帖元件12的下游側(cè)分成第一通道10c和第二通道10b(孔洞)。第一熱交換器12a設(shè)置在第一通道10c中，并且從自風(fēng)扇11傳送的空氣吸收熱量以冷卻空氣。第二熱交換器12b設(shè)置在第二通道10b中，并且將廢熱排出到管道10外。第二通道10b使管道10的內(nèi)部和外部互相連通。
第一支管13和第二支管14連接到管道10的第一通道10c的下游側(cè)。第一支管13連接到座椅墊30，第二支管14連接到座椅靠背31。例如，座椅墊30和座椅靠背31中的每一個均通過用皮革(座椅表面層)覆蓋聚氨酯樹脂形成。通道15設(shè)置在座椅墊30和座椅靠背31的聚氨酯樹脂中，并且空氣從支管13、14流動到通道15內(nèi)。皮革具有用于使空氣從通道15朝著座椅上的乘客身體(例如，臀部或背部)放出的微孔16。
空氣調(diào)節(jié)裝置包括操作面板20(OP)和電控單元21(ECU)。操作者(例如，乘客)對操作面板20進行操作以將目標(biāo)冷卻值輸入ECU 21內(nèi)。例如，ECU 21由微型計算機和存儲器構(gòu)成，并且根據(jù)目標(biāo)冷卻值控制風(fēng)扇11和帕爾帖元件12。
接下來將說明所述裝置的操作。如圖2的流程圖中所示，ECU 21根據(jù)計算機程序執(zhí)行控制操作。當(dāng)車輛的點火開關(guān)啟動之后，每隔預(yù)定周期執(zhí)行計算機程序。
在步驟S100中，ECU 21對目標(biāo)冷卻值(TCV)和預(yù)定的第一數(shù)值R進行比較。當(dāng)目標(biāo)冷卻值比第一數(shù)值R小時，ECU 21在步驟S110中使帕爾帖元件12的操作停止。接著，在步驟S120中，ECU 21根據(jù)目標(biāo)冷卻值控制從風(fēng)扇11吹送的空氣量。
相反地，當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，ECU 21在步驟S130中根據(jù)目標(biāo)冷卻值啟動帕爾帖元件12。接著，在步驟S140中，ECU 21保持控制從風(fēng)扇11吹送的空氣量。
此處，如圖3中所示，空氣傳送量根據(jù)目標(biāo)冷卻值變化。隨著目標(biāo)冷卻值增加，來自風(fēng)扇11的空氣傳送量從最小量增加到最大量。風(fēng)扇11的空氣傳送量由脈寬調(diào)制(PWM)方法進行控制。風(fēng)扇11的DC電動機11a被供應(yīng)具有在20％和80％之間的范圍內(nèi)的占空比(duty ratio)的控制脈沖信號。由此，空氣傳送量可以由控制脈沖信號控制。
占空比對于最小的空氣傳送量設(shè)定成20％，以確保DC電動機11a的最小起動電壓。占空比對于最大的空氣傳送量設(shè)定成80％，以減小DC電動機11a的噪音和振動。
當(dāng)目標(biāo)冷卻值小于第一數(shù)值R時，重復(fù)步驟S100、S110和S120。從風(fēng)扇11吹送的大多數(shù)空氣通過第一熱交換器12a并流動到支管13、14內(nèi)。接著，空氣經(jīng)由座椅表面層的微孔16從通道15朝著乘客吹送。從風(fēng)扇11傳送的一部分空氣經(jīng)由第二通道10b中的第二熱交換器12b吹送到管道10外。
相反地，當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，根據(jù)目標(biāo)冷卻值控制帕爾帖元件12的冷卻能力。帕爾帖元件12的冷卻能力根據(jù)目標(biāo)冷卻值變化。當(dāng)目標(biāo)冷卻值在預(yù)定的第一數(shù)值R與預(yù)定的第二數(shù)值Q之間的范圍內(nèi)時，帕爾帖元件12的冷卻能力隨著目標(biāo)冷卻值的增加從最小值增加到最大值。當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第二數(shù)值Q時，帕爾帖元件12的冷卻能力保持在最大值。ECU 21通過改變供應(yīng)到帕爾帖元件12的控制信號的占空比來控制帕爾帖元件12的冷卻能力?？刂菩盘柧哂泻愣ㄕ穹?高度)。
當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，重復(fù)步驟S100、S130和S140。從風(fēng)扇11吹送的大多數(shù)空氣在第一熱交換器12a中冷卻并流動到支管13、14內(nèi)。接著，第一熱交換器12a冷卻的空氣經(jīng)由座椅表面層的微孔16從通道15朝著乘客吹送。從風(fēng)扇11傳送的一部分空氣朝著第二通道10b中的第二熱交換器12b吹送并冷卻第二熱交換器12b。
根據(jù)所述實施例，當(dāng)目標(biāo)冷卻值小于第一數(shù)值R時，ECU 21使帕爾帖元件停止并僅控制風(fēng)扇11的空氣傳送量。相反地，當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，ECU 21控制帕爾帖元件12的冷卻能力并使風(fēng)扇11的空氣傳送量保持在最大量。
此處，如圖4中的曲線圖G所示，當(dāng)風(fēng)扇11的空氣傳送量增加時，帕爾帖元件12具有較大的性能系數(shù)(COP)。因此，如圖5中所示，當(dāng)帕爾帖元件12在風(fēng)扇11的空氣傳送量較小時啟動時，帕爾帖元件12的COP低。
然而，根據(jù)所述實施例，當(dāng)目標(biāo)冷卻值小于第一數(shù)值R時，不會啟動帕爾帖元件12。當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，帕爾帖元件12啟動，并且風(fēng)扇11的空氣傳送量保持在最大量。
此處，帕爾帖元件12的冷卻能力由具有恒定高度的控制信號的占空比進行控制。帕爾帖元件12的COP通過控制信號的高度進行改變。因此，如圖3中所示，當(dāng)目標(biāo)冷卻值等于或大于第一數(shù)值R時，帕爾帖元件12的COP可以保持恒定。
根據(jù)所述實施例，當(dāng)帕爾帖元件12的COP低時，帕爾帖元件12不會啟動。帕爾帖元件12僅在帕爾帖元件12的COP高時啟動。因此，可以提高裝置冷卻操作的效率。
進一步而言，用于在風(fēng)扇11中產(chǎn)生最大的空氣傳送量的消耗能量遠小于用于啟動帕爾帖元件12的消耗能量。因此，與圖5的情況相比，可以提高空氣調(diào)節(jié)裝置在冷卻操作中的操作效率，在圖5的情況中帕爾帖元件12即使在空氣傳送量小時也會啟動。
當(dāng)目標(biāo)冷卻值小于第一數(shù)值R時，ECU 21使帕爾帖元件12停止，并且啟動風(fēng)扇11以根據(jù)目標(biāo)冷卻值的增加空氣傳送量。因此，在溫和的季節(jié)中，例如春天或秋天，具有低于人體溫度(36℃)的溫度的空氣可以從座椅吹送給乘客。因此，可以減小給座椅上的乘客帶來的憋悶感覺，并且可以給乘客舒適的冷卻感覺。
當(dāng)目標(biāo)冷卻值小于第一數(shù)值R時，帕爾帖元件12的操作停止。因此，通過第二通道10b的空氣可以被引進車輛乘坐室內(nèi)而無需由第二熱交換器12b加熱。因此，可以使乘坐室中的溫度保持較低。
帕爾帖元件12的冷卻能力可以由PWM方法控制。然而，帕爾帖元件12可以被供應(yīng)直流電壓的控制信號，并且帕爾帖元件12的冷卻能力可以由該電壓控制。在這種情況下，如圖6中所示，當(dāng)所施加的電壓變得略大于零時，帕爾帖元件12的COP快速增加到最大值αP。
在這個實施例中，帕爾帖元件12被定位成使第一熱交換器12a冷卻空氣。然而，施加到帕爾帖元件12的電壓的極性特征可以變化。所述裝置可以包括用于使第一熱交換器12a的操作在用于冷卻空氣的冷卻操作與用于加熱空氣的加熱操作之間進行轉(zhuǎn)換的開關(guān)。在這種情況下，裝置可以通過變化開關(guān)利用帕爾帖元件12冷卻或加熱空氣。在帕爾帖元件12的第一熱交換器12a被轉(zhuǎn)換以執(zhí)行用于加熱空氣的加熱操作的情況下，當(dāng)目標(biāo)加熱值小于第一數(shù)值時，帕爾帖元件12的操作停止。相反地，當(dāng)目標(biāo)加熱值等于或大于第一數(shù)值時，類似于冷卻操作，帕爾帖元件12被啟動以加熱通過的空氣。
當(dāng)目標(biāo)冷卻值或目標(biāo)加熱值等于或大于第一數(shù)值R時，風(fēng)扇11的空氣傳送量保持在最大量。然而，當(dāng)最大量限定為100％且最小量限定為0％時，風(fēng)扇11的空氣傳送量可以控制在60％與100％之間的范圍內(nèi)。
在這個實施例中，空氣被用作熱介質(zhì)?？晒┻x擇地，水也可以用作熱介質(zhì)。在這種情況下，水泵代替風(fēng)扇11。
在這個實施例中，帕爾帖元件12被用作熱電轉(zhuǎn)換單元。然而，熱電轉(zhuǎn)換單元不限于帕爾帖元件12。
空氣調(diào)節(jié)裝置用于車輛中的座椅?？晒┻x擇地，空氣調(diào)節(jié)裝置也可以用于房子或建筑物內(nèi)。例如，空氣調(diào)節(jié)裝置可以用于浴室內(nèi)。
根據(jù)輸入操作面板20內(nèi)的目標(biāo)冷卻值或目標(biāo)加熱值控制風(fēng)扇11和帕爾帖元件12。然而，裝置可以包括傳感器，所述傳感器用于檢測環(huán)境狀態(tài)，例如，外部空氣溫度、乘坐室的溫度(內(nèi)部空氣溫度)、座椅表面溫度或太陽輻射量?？梢愿鶕?jù)輸入操作面板20的指令和環(huán)境狀態(tài)計算作為目標(biāo)冷卻值和目標(biāo)加熱值的目標(biāo)溫度。接著，可以根據(jù)所計算的目標(biāo)溫度控制風(fēng)扇11和帕爾帖元件12。
例如，可以使用公式1計算目標(biāo)冷卻值TCV，公式中I表示輸入操作面板20內(nèi)的指示冷卻值，T1表示座椅表面溫度，T2表示外部空氣溫度，S表示進入乘坐室內(nèi)的太陽輻射量。另外，α、β、γ、δ、ε表示常數(shù)。
TCV＝α×I-β×T1-γ×T2-δ×S+ε (公式1)在公式1中，座椅表面溫度T2可以替換成乘坐室溫度(內(nèi)部空氣溫度)。
這種變化和修改被理解為落在隨附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻的空氣調(diào)節(jié)裝置，包括用于傳送熱介質(zhì)的泵(11)；熱電轉(zhuǎn)換單元(12)，所述熱電轉(zhuǎn)換單元用于從所述熱介質(zhì)吸收熱量以冷卻所述熱介質(zhì)；目標(biāo)設(shè)定單元(20)，用于設(shè)定用于冷卻所述熱介質(zhì)的目標(biāo)冷卻值(TCV)；以及控制單元(21)，所述控制單元根據(jù)目標(biāo)冷卻值(TCV)控制來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量以及熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的吸熱量，其中當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)小于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)使來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量增加到大于預(yù)定量并使熱電轉(zhuǎn)換單元(12)停止吸收熱量，以及當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)等于或大于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)根據(jù)目標(biāo)冷卻值(TCV)增加熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的吸熱量，并且保持所述熱介質(zhì)的流量大于所述預(yù)定量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)小于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)根據(jù)目標(biāo)冷卻值(TCV)使來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量從第一量逐漸增加到第二量；以及當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)等于或大于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)根據(jù)目標(biāo)冷卻值(TCV)增加熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的吸熱量，并且使來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量保持在所述第二量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中所述熱介質(zhì)為空氣和水中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中所述熱介質(zhì)為空氣，所述裝置進一步包括座椅(30、31)，其中人坐在所述座椅上，座椅(30、31)具有帶有多個微孔(16)的座椅表面；以及管道(10)，其中空氣經(jīng)由所述管道傳送到座椅(30、31)，其中泵(11)為用于傳送空氣的風(fēng)扇，以及熱電轉(zhuǎn)換單元(12)從風(fēng)扇(11)傳送的空氣吸收熱量，并且已被吸收熱量的空氣經(jīng)由管道(10)和座椅(30、31)的微孔(16)朝著人吹送。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中當(dāng)來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的最大量限定為100％以及來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的最小量限定為0％時，來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的所述第二量在60％與100％之間的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中控制單元(21)通過具有恒定高度的控制信號的占空比來控制熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的吸熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣調(diào)節(jié)裝置，其中控制單元(21)通過控制施加到所述熱電轉(zhuǎn)換單元的直流電壓來控制熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的吸熱量。
8.一種用于加熱的空氣調(diào)節(jié)裝置，包括用于傳送熱介質(zhì)的泵(11)；熱電轉(zhuǎn)換單元(12)，所述熱電轉(zhuǎn)換單元用于從所述熱介質(zhì)輻射熱量以加熱所述熱介質(zhì)；目標(biāo)設(shè)定單元(20)，用于設(shè)定用于加熱所述熱介質(zhì)的目標(biāo)加熱值；以及控制單元(21)，所述控制單元用于根據(jù)所述目標(biāo)加熱值控制來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量以及熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的熱輻射量，其中當(dāng)所述目標(biāo)加熱值小于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)使來自泵(11)的所述熱介質(zhì)的流量增加到大于預(yù)定量并使熱電轉(zhuǎn)換單元(12)停止輻射熱量，以及當(dāng)所述目標(biāo)加熱值等于或大于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)根據(jù)所述目標(biāo)加熱值增加熱電轉(zhuǎn)換單元(12)的熱輻射量，并且保持所述熱介質(zhì)的流量大于所述預(yù)定量。
全文摘要
一種空氣調(diào)節(jié)裝置，所述空氣調(diào)節(jié)裝置包括用于傳送熱介質(zhì)的泵(11)、用于從熱介質(zhì)吸收熱量的熱電轉(zhuǎn)換單元(12)、用于設(shè)定目標(biāo)冷卻值(TCV)的目標(biāo)設(shè)定單元(20)、以及控制單元(21)。當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)小于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)使熱介質(zhì)的流量增加到大于預(yù)定量并使熱電轉(zhuǎn)換單元(12)停止吸收熱量。當(dāng)目標(biāo)冷卻值(TCV)等于或大于預(yù)定值(R)時，控制單元(21)增加元件(12)的吸熱量，并且使熱介質(zhì)的流量保持大于預(yù)定量。
文檔編號F25B21/02GK101033878SQ20071008505
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者伊藤裕司, 青木新治, 澤井拓彥 申請人:株式會社電裝