JP2011069552A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、熱電素子やマイクロチャネルをシールして性能及び信頼性を高める。
【解決手段】フィン群（25）は、熱電素子（22）に接するベース板（24）と、ベース板（24）に設けられて流通する空気との間で熱交換を行う複数の放熱フィン（27）とを備えている。各ベース板（24）の空気流通方向における端縁部は、それぞれマイクロチャネル（21）側に折り曲げられるとともに、その先端同士が互いに対向して接合されることで、マイクロチャネル（21）及び熱電素子（22）をシールするシール部（24a）がベース板（24）と一体に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

従来より、熱電素子を用いて流体同士を熱交換させる、いわゆる熱電素子型の熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、熱電素子型の熱交換器であるペルチェ式ヒートポンプが開示されている。また、非特許文献１には、マイクロチャネルの両面を挟み込むようにペルチェ素子を配置した熱交換器が開示されている。この熱交換器では、熱電素子に通電すると、例えば、マイクロチャネル側が放熱側となり、フィン群側が吸熱側となる。そして、マイクロチャネルを流れる液体が加熱され、フィン群を流通する空気が冷却される。

特開２００８−１０６９５８号公報 ICT‘86 "Performance of Cross-Flow Thermoelectric Liquid Coolers",6th Int Conf. on Thermoelectrics (ICT‘86),1986,pp.69-73

ところで、従来の熱交換器では、フィン群を流通する空気中に熱電素子やマイクロチャネルが晒された状態となるため、熱電素子やマイクロチャネルが空気中の水分等の影響を受けやすい。そこで、一対のフィン群の隙間に断熱材等のシール材を充填して熱電素子やマイクロチャネルをシールすることで、断熱及び防湿対策を施すようにしている。これにより、熱交換性能や製品品質の信頼性を確保することができる。

しかしながら、熱交換器の製造時にシール材を充填する作業を行うことは、作業工数が増大するとともに、熱交換性能や信頼性を十分に確保できないおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、熱電素子やマイクロチャネルをシールして性能及び信頼性を高めることにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、フィン群のベース板の空気流通方向における端縁部にシール部を一体に形成するようにした。

具体的に、本発明は、冷媒が流れる冷媒管（21）と、該冷媒管（21）の長手方向に沿って帯状に延び且つ該冷媒管（21）を挟み込むように配置される一対の熱電素子（22）と、該各熱電素子（22）の該冷媒管（21）側とは反対側の面に設けられる一対のフィン群（25）とを備えた熱交換器を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記フィン群（25）は、前記熱電素子（22）に接するベース板（24）と、該ベース板（24）に設けられて流通する空気との間で熱交換を行う複数の放熱フィン（27）とを備え、
前記各ベース板（24）の空気流通方向における端縁部には、それぞれ前記冷媒管（21）側に延びて該冷媒管（21）及び前記熱電素子（22）をシールするシール部（24a）が一体に形成されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、フィン群（25）は、ベース板（24）と、ベース板（24）に設けられた放熱フィン（27）とを備える。ベース板（24）は熱電素子（22）に接しており、放熱フィン（27）を介して流通する空気との間で熱交換が行われる。各ベース板（24）の空気流通方向における端縁部には、シール部（24a）が一体に形成される。シール部（24a）は、それぞれ冷媒管（21）側に延びて冷媒管（21）及び熱電素子（22）をシールしている。

このような構成とすれば、冷媒管（21）や熱電素子（22）をシールするために、別途シール材を用いる必要がなく、比較的簡単な構成で、性能及び信頼性の高い熱交換器を作製することができる。また、フィン群（25）のベース板（24）を銅やアルミ等の伝熱性能の高い材料で形成した場合には、シール部（24a）も伝熱面として使用することができるため、熱交換性能をさらに高めることができる。また、シール部（24a）を金属部材で構成することで、耐湿性を確保してさらに信頼性を高めることができる。さらに、フィン群（25）のベース板（24）及びシール部（24a）と、冷媒管（21）及び熱電素子（22）とで区画された空間内は、一般的なシール材よりも断熱性能の高い空気が密封されているため、放熱時に生じた熱が外部に漏れることを防止し、熱交換性能を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられるとともに、その先端同士が互いに対向して接合されることで形成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、各ベース板（24）の端縁部は、冷媒管（21）側に折り曲げられる。そして、その先端同士が互いに対向して接合されることでシール部（24a）が形成される。

このような構成とすれば、熱交換器の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）の端縁部の先端同士を互いに対向させて接合するだけで、別途シール材を用いることなく、容易にシール部（24a）を形成することができる。

第３の発明は、第１の発明において、
前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられた後、その先端部分がフランジ面（24b）を構成するようにさらに折り曲げられるとともに、該フランジ面（24b）同士が互いに接合されることで形成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、各ベース板（24）の端縁部は、冷媒管（21）側に折り曲げられる。その先端部分がさらに折り曲げられてフランジ面（24b）が構成される。そして、フランジ面（24b）同士が互いに接合されることでシール部（24a）が形成される。

このような構成とすれば、熱交換器の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）のフランジ面（24b）同士を互いに接合するだけで、別途シール材を用いることなく、容易にシール部（24a）を形成することができる。また、ベース板（24）の端縁部に形成されたフランジ面（24b）同士を接合しているから、接合面積を十分に取ることができ、接合信頼性やシール性を高めることができる。

第４の発明は、第１の発明において、
前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられるとともに、空気流通方向から見てオーバーラップして互いに接合されることで形成されていることを特徴とするものである。

第４の発明では、各ベース板（24）の端縁部は、冷媒管（21）側に折り曲げられる。そして、空気流通方向から見てオーバーラップして互いに接合されることでシール部（24a）が形成される。

このような構成とすれば、熱交換器の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）の先端部を空気流通方向から見てオーバーラップさせて互いに接合するだけで、別途シール材を用いることなく、容易にシール部（24a）を形成することができる。さらに、ベース板（24）の端縁部の折り曲げ寸法に若干誤差が生じていたとしても、ベース板（24）の端縁部同士を互いにスライドさせてオーバーラップさせることで、その寸法誤差を吸収してフィン群（25）と熱電素子（22）との間に隙間が生じないようにし、熱交換効率を確保することができる。また、接合面積を十分に取ることができ、接合信頼性やシール性を高めることができる。

第５の発明は、第１乃至第４の発明のうち何れか１つにおいて、
前記熱電素子（22）は、
互いに積層された第１絶縁性基板（A）及び第２絶縁性基板（B）と、
前記第１絶縁性基板（A）の前記第２絶縁性基板（B）側の面に、該第１絶縁性基板（A）の長手方向に互いに間隔をあけて形成された複数の第１電極（2）と、
前記第１絶縁性基板（A）の両面に、前記各第１電極（2）に隣り合うように該第１電極（2）と離隔してそれぞれ形成され、該第１絶縁性基板（A）の厚さ方向に延びるスルーホール（7）によって両面が接続された複数の第２電極（3）と、
前記第２絶縁性基板（B）の両面に、該第２絶縁性基板（B）の長手方向に互いに間隔をあけて形成され、該第２絶縁性基板（B）の厚さ方向に延びるスルーホール（7）によって両面が接続されるとともに、前記第１絶縁性基板（A）側の面が前記第１電極（2）に接続された複数の第３電極（8）と、
前記第１絶縁性基板（A）の前記第２絶縁性基板（B）側の面に、前記第１電極（2）と該第１電極（2）の両隣の前記第２電極（3）とにそれぞれ接するように薄膜形成された第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）とを備えていることを特徴とするものである。

第５の発明では、薄膜形成された第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）の面内方向に電流を流すと、第１電極（2）と第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）との界面、並びに第２電極（3）と第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）との界面において、ペルチェ効果により吸熱及び発熱が発生する。つまり、第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）の両端には、それに相当した温度差が生じる。その結果、例えば、第１電極（2）が吸熱側電極となり、第２電極（3）が放熱側電極となる。

そして、第１絶縁性基板（A）において、第２電極（3）における第２絶縁性基板（B）側の面とそれとは反対の面とがスルーホール（7）によって接続されているため、第１絶縁性基板（A）の表面側から放熱される。

一方、第２絶縁性基板（B）の第１絶縁性基板（A）側の面に形成された第３電極（8）が第１電極（2）と接続されているため、その第３電極（8）が吸熱側電極となる。そして、第２絶縁性基板（B）において、第３電極（8）における第１絶縁性基板（A）側の面とそれとは反対の面とがスルーホール（7）によって接続されているため、第２絶縁性基板（B）の表面側から吸熱される。

これにより、第１絶縁性基板（A）の一方の面から放熱し、第２絶縁性基板（B）の一方の面から吸熱する形式の熱電素子（22）を用いた熱交換器が実現される。つまり、第１絶縁性基板（A）及び第２絶縁性基板（B）において、対向する面を除く基板表面側において吸熱及び放熱が発生する。

このように、第１絶縁性基板（A）と第２絶縁性基板（B）との間にのみ第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）を薄膜形成するため、作製が容易である。また、薄膜形成された第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）の面内方向に電流を流して温度差を生じさせるため、低温側から高温側までの距離が大きくなり、温度差が大きくなる。また、第１絶縁性基板（A）と第２絶縁性基板（B）との間に第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）が設けられているため、第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）を表面に設ける場合に比べて、曲げ力が作用したときでも第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）に作用する引張応力又は圧縮応力が小さくなって、破損しにくくなる。

本発明によれば、冷媒管（21）や熱電素子（22）をシールするために、別途シール材を用いる必要がなく、比較的簡単な構成で、性能及び信頼性の高い熱交換器を作製することができる。また、フィン群（25）のベース板（24）を銅やアルミ等の伝熱性能の高い材料で形成した場合には、シール部（24a）も伝熱面として使用することができるため、熱交換性能をさらに高めることができる。また、シール部（24a）を金属部材で構成することで、耐湿性を確保してさらに信頼性を高めることができる。

さらに、フィン群（25）のベース板（24）及びシール部（24a）と、冷媒管（21）及び熱電素子（22）とで区画された空間内は、一般的なシール材よりも断熱性能の高い空気が密封されているため、放熱時に生じた熱が外部に漏れることを防止し、熱交換性能を高めることができる。

本発明の実施形態１に係る熱交換器の構成を概略的に示す正面図である。 （ａ）は熱交換器の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図２のＹ−Ｙ断面図である。 熱電素子の絶縁性基板間における横断面図である。 熱電素子の構成を示す平面図である。 熱電素子の構成を示す縦断面図である。 本変形例に係る熱交換器の図３相当図である。 本実施形態２に係る熱交換器の図３相当図である。 本実施形態３に係る熱交換器の図３相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換器の構成を概略的に示す正面図、図２は熱交換器の構成を示す断面図、図３は図２のＹ−Ｙ断面図である。図１〜図３に示すように、この熱交換器（10）は、対象流体として空気（以下、対象空気という）を冷却する気体冷却器であり、複数の熱交換モジュール（20）と、入口側ヘッダ（35）と、出口側ヘッダ（36）とを備えている。

前記熱交換モジュール（20）は、冷媒が流れる冷媒管としてのマイクロチャネル（21）と、マイクロチャネル（21）を挟み込むように配置された一対の熱電素子（22）と、一対のフィン群（25）とを備えている。

前記マイクロチャネル（21）は、内部に複数の微小流路（21a）を有する多孔扁平管で構成されている。このマイクロチャネル（21）は、対象空気の流通方向に扁平な矩形体に形成されている。また、マイクロチャネル（21）は、微小流路（21a）が対象空気の流通方向に一列に並ぶように形成されている。

前記熱電素子（22）は、マイクロチャネル（21）の長手方向（すなわち、図１や図２（ａ）における上下方向）に延びる帯状に形成されている。そして、各熱電素子（22）は、マイクロチャネル（21）をその扁平面側から挟み込むように配置されている。この熱電素子（22）の詳細な構成については後述する。

前記各熱電素子（22）は、マイクロチャネル（21）よりも長さが短く、マイクロチャネル（21）の両端部以外で重なっている。つまり、マイクロチャネル（21）の両端部には熱電素子（22）が重なっていない。さらに、各熱電素子（22）の幅は、マイクロチャネル（21）の幅と略等しい（マイクロチャネル（21）の幅の方が僅かに長い）。

前記フィン群（25）は、各熱電素子（22）のマイクロチャネル（21）側とは反対側の扁平面に設けられている。各フィン群（25）は、熱電素子（22）に接するベース板（24）と、ベース板（24）に設けられて流通する空気との間で熱交換を行う複数の放熱フィン（27）とで形成された、いわゆるコルゲートフィンにより構成されている。なお、コルゲートフィンは、一般に、フィン厚さが薄く、フィン高さが低く、フィンピッチが狭い。

そして、前記フィン群（25）は、ベース板（24）の放熱フィン（27）側とは反対側の面が熱電素子（22）の扁平面に接着されている。ベース板（24）の長さ、すなわちフィン群（25）の長さは、マイクロチャネル（21）の長さよりも短く、熱電素子（22）の長さよりも若干長い。ベース板（24）の幅、すなわちフィン群（25）の幅は、熱電素子（22）の幅よりも長い。

前記フィン群（25）のベース板（24）の空気流通方向における端縁部には、それぞれマイクロチャネル（21）側に延びてマイクロチャネル（21）及び熱電素子（22）をシールするシール部（24a）が一体に形成されている。具体的に、このシール部（24a）は、各ベース板（24）の端縁部がマイクロチャネル（21）側に折り曲げられるとともに、その先端同士が互いに対向して接着剤等により接合されることで形成されている。

このような構成とすれば、流通する空気に対してマイクロチャネル（21）や熱電素子（22）が晒されないようにシールするために、別途シール材を用いる必要がなく、比較的簡単な構成で、性能及び信頼性の高い熱交換器（10）を作製することができる。また、フィン群（25）のベース板（24）を銅やアルミ等の伝熱性能の高い材料で形成することで、シール部（24a）も伝熱面として使用することができ、熱交換性能をさらに高めることができる。また、シール部（24a）を金属部材で構成することで、耐湿性を確保してさらに信頼性を高めることができる。

また、前記フィン群（25）のベース板（24）の長手方向における端縁部には、シール材（26）が充填されており、マイクロチャネル（21）とベース板（24）との隙間が塞がれている。

前記熱交換モジュール（20）では、マイクロチャネル（21）と熱電素子（22）とが接着剤によって接合されている。また、熱電素子（22）とフィン群（25）のベース板（24）とが接着剤によって接合されている。ここで、接着剤は熱伝導型のものが用いられる。これにより、マイクロチャネル（21）と熱電素子（22）とフィン群（25）とが一体に形成されて熱交換モジュール（20）を構成している。そして、熱交換モジュール（20）が対象空気の流通方向に直交する方向に複数並列されている。

前記入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）は、何れも対象空気の流通方向に直交する方向に延びる円形管で構成されている。入口側ヘッダ（35）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の入口端である一端側（図２（ａ）の上側）に接続されている。出口側ヘッダ（36）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の出口端である他端側（図２（ａ）の下側）に接続されている。マイクロチャネル（21）の入口端及び出口端は、入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）の内部に突出して開口している。つまり、各熱交換モジュール（20）が入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）に対して並列に接続されている。

なお、図示しないが、入口側ヘッダ（35）には外部から冷媒が流入する冷媒流入口が、出口側ヘッダ（36）には外部へ冷媒が流出する冷媒流出口がそれぞれ設けられている。

前記入口側ヘッダ（35）は、外部から流入した冷媒が各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の微小流路（21a）へ分配流入するように構成されている。出口側ヘッダ（36）は、各マイクロチャネル（21）の微小流路（21a）から流出した冷媒が合流して外部へ流出するように構成されている。

そして、前記入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）の両端開口には、蓋（35a,36a）が取り付けられている。また、熱交換器（10）は、入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）の蓋（35a,36a）に接着剤によって取り付けられる側板（37）を備えている。つまり、この側板（37）は、空気の流通方向から見て熱交換器（10）の右側片及び左側片を構成している。なお、この熱交換器（10）では、フィン群（25）の隙間が空気流通部（16）を構成している。

また、前記熱交換器（10）には、ヘッダ用断熱材（31）と、側板用断熱材（32）と、管用断熱材（33）とが設けられている。具体的に、入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）の外周面にはヘッダ用断熱材（31）が巻かれている。また、側板（37）の内側面（すなわち、空気流通部（16）に接する面）には側板用断熱材（32）が取り付けられている。また、対象空気の流通方向における熱電素子（22）の前面側（図３における下側）と後面側（図３における上側）に管用断熱材（33）が設けられている。つまり、マイクロチャネル（21）及び熱電素子（22）の前面及び後面が管用断熱材（33）によって覆われて対象空気に触れないようになっている。

−熱電素子の構成−
図４は、熱電素子の絶縁性基板間における横断面図、図５は平面図、図６は縦断面図である。図４〜図６に示すように、熱電素子（22）は、第１絶縁性基板（A）と第２絶縁性基板（B）とが積層されて構成されている。

前記第１絶縁性基板（A）の上面には、吸熱側電極（2）、放熱側電極（3）、ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）がそれぞれ細帯状に且つ複数形成されている。これらは放熱側電極（3）、ｎ型熱電材料（6）、吸熱側電極（2）、ｐ型熱電材料（5）、放熱側電極（3）、・・・、ｐ型熱電材料（5）、放熱側電極（3）の順に配置されている。両端の放熱側電極（3）には、電線（17,18）が接続されている。ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）の各々は、両隣の各電極（2,3）に接するように蒸着等の方法により薄膜状に形成されている。

このように、前記第１絶縁性基板（A）と第２絶縁性基板（B）との間にｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）を設ける（すなわちｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）を第１絶縁性基板（A）と第２絶縁性基板（B）とで挟み込む）ようにしたので、ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）を熱交換モジュール（20）の端面に設けた場合に比べて、表面に熱電素子（22）に対して曲げ力が作用したときでも、ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）に作用する曲げ応力を低減することができる。したがって、ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）が破損してしまうことを抑制でき、信頼性の高い熱電素子（22）を提供することができる。

前記第１絶縁性基板（A）の両面には、細帯状の複数の放熱側電極（3）が形成されている（図５参照）。第１絶縁性基板（A）の上面に形成された放熱側電極（3）の各々は、スルーホール（7）によって、第１絶縁性基板（A）の下面の対応する放熱側電極（3）に接続されている。スルーホール（7）は、例えば基板（A）に形成された孔をペーストで埋める等により形成される。

なお、前記吸熱側電極（2）は、本発明に係る第１電極を構成している。放熱側電極（3）は、本発明に係る第２電極を構成している。ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）は、それぞれ本発明に係る第１導電型熱電材料及び第２導電型熱電材料を構成している。

一方、前記第２絶縁性基板（B）の両面には、細帯状の複数の吸熱側電極（8）が形成されている（図４及び図５参照）。第２絶縁性基板（B）の上面に形成された吸熱側電極（8）の各々は、スルーホール（7）によって、第２絶縁性基板（B）の下面の対応する吸熱側電極（8）に接続されている。

そして、第２絶縁性基板（B）の下面に形成された吸熱側電極（8）は、第１絶縁性基板（A）の上面に形成された吸熱側電極（2）に接合層（12）を介して接続されている。接合層（12）は、伝熱性が必要であり、半田等の導電性材料の他に、導電性を有しない熱伝導性の接着剤等であってもよい。導電性を有しない材料を用いた場合、基板（B）の各吸熱側電極（8）及びスルーホール（7）には電流は流れず、熱のみが流れることとなる。なお、吸熱側電極（8）は、本発明に係る第３電極を構成している。

前記第１絶縁性基板（A）及び第２絶縁性基板（B）については絶縁性で且つ断熱性の高いものが望ましい。これは放熱側（高温側）から吸熱側（低温側）への熱漏れを防ぐためである。例えば、ガラス、樹脂及び発泡樹脂等を用いることが考えられる。

前記各電極（2,3,8）は、電気抵抗が小さく熱伝導率が高い材料（例えば、銅やアルミ等）で形成されることが望ましい。また、ｐ型熱電材料（5）及びｎ型熱電材料（6）との接合を良好にしたり、耐久性を上げるために、各電極（2,3,8）にはニッケルや金等のメッキを施すことが望ましい。

また、図６に示すように、前記第１絶縁性基板（A）には、絶縁層（11）を介して放熱側伝熱板（13）が設けられている。一方、第２絶縁性基板（B）には、絶縁層（11）を介して吸熱側伝熱板（14）が設けられている。また、第２絶縁性基板（B）の下面には、ｐ型熱電材料（5）、ｎ型熱電材料（6）及び放熱側電極（3）との間の熱伝導を避けるために、溝状の空間（15）が形成されている。

前記熱電素子（22）では、放熱側電極（3）間に電線（17,18）によって電流を流すことにより、各吸熱側電極（2）と各熱電材料（5,6）との界面において吸熱が発生し、各放熱側電極（3）と各熱電材料（5,6）との界面において放熱が発生する。その結果、各熱電材料（5,6）の両端には、それに相当した温度差が生じる。

このように、薄膜形成された熱電材料（5,6）の面内方向に電流を流して温度差を生じさせるため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。具体的に、各熱電材料（5,6）の厚みをｔ、幅をＷ（図４参照）、長さをＬ（図６参照）、各電極（2,3）との接合部分の長さをＬｃ（図６参照）として説明すると、電流は薄膜の面内方向に流れるため、温度差も面内方向に付くことになり、薄膜であってもＬを大きく取れるため、温度差を大きく取ることができる。また、ｔに比べＷを極端に大きく（例えば、1000倍程度）、Ｌをｔの例えば10倍程度とすることにより、素子の形状因子（Ｌ/ｔＷ）を通常のペルチェモジュールと同等にすることができる。したがって、通常のペルチェモジュールと同様の特性（抵抗、吸熱量、効率等）を得ることができる。さらに、ｔを10μm程度の薄膜とし、ｔに比べＷを極端に大きく（例えば、1000倍程度）、Ｌをｔの例えば10倍程度とすることにより、熱電材料の体積（ＬｔＷ）を通常のペルチェモジュールに使用される熱電材料の体積の1/100程度に減らすことができる。これにより、省資源によるコストダウン、環境適合性が大幅に向上する。

なお、各電極（2,3）と各熱電材料（5,6）との接合面は、接合部の電気抵抗及び熱抵抗を小さくし、且つ、周辺の電流密度及び熱密度を小さくして損失を小さくするために、大きく取ることが望ましい（具体的には、Ｌｃ＞ｔ）。ただし、大きすぎると材料を無駄に使用することとなるため最適値が存在する。また、同様の理由により、各電極（2,3）の厚みは各熱電材料（5,6）の厚みよりも大きくすることが望ましい。

前記熱電素子（22）は、第１絶縁性基板（A）の両面に形成された放熱側電極（3）がスルーホール（7）によって互いに接続されているため、下面の放熱側電極（3）及び放熱側伝熱板（13）から放熱する。また、熱電素子（22）では、第２絶縁性基板（B）の両面の吸熱側電極（8）がスルーホール（7）によって互いに接続され且つ第１絶縁性基板（A）上面の吸熱側電極（2）と接合層（12）を介して接続されているため、第２絶縁性基板（B）上面の吸熱側電極（8）及び吸熱側伝熱板（14）から吸熱する。

前記熱交換器（10）では、放熱側伝熱板（13）側にマイクロチャネル（21）が設けられて加熱面となり、吸熱側伝熱板（14）側にフィン群（25）が設けられて冷却面となっている。これにより、マイクロチャネル（21）が放熱側となり、フィン群（25）が吸熱側となる。

前記入口側ヘッダ（35）に流入した冷媒（液体）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）に流入する。一方、各熱交換モジュール（20）のフィン群（25）に対象空気が流入する。マイクロチャネル（21）に流入した冷媒は、両側の熱電素子（22）から放熱されて蒸発する。フィン群（25）を流通する対象空気は、フィンによって吸熱されて所定温度に冷却される。冷却された対象空気は利用側へ供給される。

−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態１に係る熱交換器（10）によれば、熱交換器の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）の端縁部の先端同士を互いに対向させて接着剤等により接合するだけで、別途シール材を用いることなく、冷媒管（21）や熱電素子（22）をシールするためのシール部（24a）を容易に形成することができる。これにより、比較的簡単な構成で、性能及び信頼性の高い熱交換器を作製することができる。また、フィン群（25）のベース板（24）を銅やアルミ等の伝熱性能の高い材料で形成することで、シール部（24a）も伝熱面として使用することができるため、熱交換性能をさらに高めることができる。また、シール部（24a）を金属部材で構成することで、耐湿性を確保してさらに信頼性を高めることができる。

さらに、フィン群（25）のベース板（24）及びシール部（24a）と、マイクロチャネル（21）及び熱電素子（22）とで区画された空間内は、一般的なシール材よりも断熱性能の高い空気が密封されているため、放熱時に生じた熱が外部に漏れることを防止し、熱交換性能を高めることができる。

《変形例》
図７は、本発明の変形例に係る熱交換器の図３相当図である。図７に示すように、熱交換モジュール（20）は、マイクロチャネル（21）と、熱電素子（22）と、フィン群（25）とを備えている。熱電素子（22）は、可撓性を有する材料で形成されており、マイクロチャネル（21）の扁平面のみならず、その側面に沿って湾曲して接着されており、マイクロチャネル（21）表面全体を覆っている。

このような構成とすれば、マイクロチャネル（21）の表面全体を熱電素子（22）で覆うことで、放熱時に生じた熱が外部に漏れることを防止して、断熱性能をさらに高めることができる。

なお、前記フィン群（25）のベース板（24）及びシール部（24a）と、マイクロチャネル（21）及び熱電素子（22）とで区画された空間内に発泡性の断熱材を充填することで、さらに断熱性能を高めるようにしても良い。

《実施形態２》
図８は、本発明の実施形態２に係る熱交換器の図３相当図である。前記実施形態１との違いは、シール部（24a）にフランジ面（24b）を形成するようにした点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図８に示すように、各フィン群（25）のベース板（24）における、空気流通方向の端縁部は、それぞれマイクロチャネル（21）側に折り曲げられている。その先端部分は、さらに内向き（マイクロチャネル（21）に向かう方向）に折り曲げられて、この折り曲げ部分がフランジ面（24b）を構成している。そして、各フィン群（25）のフランジ面（24b）同士を対向させて接着剤等により接合することで、シール部（24a）が形成されている。

このような構成とすれば、熱交換器（10）の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）のフランジ面（24b）同士を互いに接着剤等により接合するだけで、別途シール材を用いることなく、容易にシール部（24a）を形成することができる。また、ベース板（24）の端縁部に形成されたフランジ面（24b）同士を接合しているから、接合面積を十分に取ることができ、接合信頼性やシール性を高めることができる。

なお、本実施形態２では、ベース板（24）の端縁部を内向きに折り曲げてフランジ面（24b）を形成するようにしたが、外向き（マイクロチャネル（21）と反対の方向）に折り曲げてフランジ面（24b）を形成するようにしても良い。

《実施形態３》
図９は、本発明の実施形態３に係る熱交換器の図３相当図である。図９に示すように、各フィン群（25）のベース板（24）における、空気流通方向の端縁部は、それぞれマイクロチャネル（21）側に折り曲げられている。そして、各ベース板（24）の端縁部が、空気流通方向から見てオーバーラップして互いに接着剤等により接合されることで、シール部（24a）が形成されている。

このような構成とすれば、熱交換器（10）の組立作業時に、フィン群（25）のベース板（24）の先端部を空気流通方向から見てオーバーラップさせて互いに接合するだけで、別途シール材を用いることなく、容易にシール部（24a）を形成することができる。さらに、ベース板（24）の端縁部の折り曲げ寸法に若干誤差が生じていたとしても、ベース板（24）の端縁部同士を互いにスライドさせてオーバーラップさせることでその寸法誤差を吸収して、フィン群（25）のベース板（24）と熱電素子（22）との間に隙間が生じないようにし、熱交換効率を確保することができる。また、接合面積を十分に取ることができ、接合信頼性やシール性を高めることができる。

《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、前記実施形態では、対象空気を冷却する気体冷却器としての熱交換器（10）について説明したが、本発明は、対象空気を加熱する気体加熱器としても適用することができる。その場合、熱電素子（22）に逆電流を流すことにより、マイクロチャネル（21）側が吸熱側となり、フィン群（25）側が放熱側となる。これにより、対象空気がフィン群（25）によって放熱されて加熱される。

また、前記実施形態では、フィン群（25）を流通する気体（空気）を利用するようにしているが、マイクロチャネル（21）を流れる液体（冷媒）を利用するようにしてもよい。

また、前記入口側ヘッダ（35）及び出口側ヘッダ（36）を省略して、１つの熱交換モジュール（20）で構成した熱交換器（10）であってもよい。

また、前記実施形態において、コルゲートフィン以外のフィン形式をフィン群（25）に用いてもよいし、マイクロチャネル（21）ではなく流路を１つ有する管を冷媒管として用いてもよい。

また、前記実施形態では、フィン群（25）を流通する気体（空気）を冷却又は加熱して利用するようにしているが、この形態に限定するものではない。例えば、本発明の熱交換器（10）は、熱電素子（22）の電源の代わりに負荷を接続し、吸熱側に外部より熱入力を与えて放熱側より放熱させることにより、すなわち吸熱側の温度が放熱側の温度よりも高くなることにより、ゼーベック効果を利用した発電モジュールとすることができる。

また、前記実施形態では、フィン群（25）のベース板（24）の端縁部を折り曲げることで、シール部（24a）をベース板（24）と一体に形成するようにしたが、この形態に限定するものではなく、例えば、アルミ材を切削加工することにより、シール部（24a）をベース板（24）と一体に形成するようにしても良い。

以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、熱電素子やマイクロチャネルをシールして性能及び信頼性を高めることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

2 吸熱側電極（第１電極）
3 放熱側電極（第２電極）
5 ｐ型熱電材料（第１導電型熱電材料）
6 ｎ型熱電材料（第２導電型熱電材料）
7 スルーホール
8 吸熱側電極（第３電極）
10 熱交換器
21 マイクロチャネル（冷媒管）
22 熱電素子
24 ベース板
24a シール部
24b フランジ面
25 フィン群
27 放熱フィン
A 第１絶縁性基板
B 第２絶縁性基板

Claims (5)

1. 冷媒が流れる冷媒管（21）と、該冷媒管（21）の長手方向に沿って帯状に延び且つ該冷媒管（21）を挟み込むように配置される一対の熱電素子（22）と、該各熱電素子（22）の該冷媒管（21）側とは反対側の面に設けられる一対のフィン群（25）とを備えた熱交換器であって、
   前記フィン群（25）は、前記熱電素子（22）に接するベース板（24）と、該ベース板（24）に設けられて流通する空気との間で熱交換を行う複数の放熱フィン（27）とを備え、
   前記各ベース板（24）の空気流通方向における端縁部には、それぞれ前記冷媒管（21）側に延びて該冷媒管（21）及び前記熱電素子（22）をシールするシール部（24a）が一体に形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、
   前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられるとともに、その先端同士が互いに対向して接合されることで形成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１において、
   前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられた後、その先端部分がフランジ面（24b）を構成するようにさらに折り曲げられるとともに、該フランジ面（24b）同士が互いに接合されることで形成されていることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１において、
   前記シール部（24a）は、前記各ベース板（24）の端縁部が前記冷媒管（21）側に折り曲げられるとともに、空気流通方向から見てオーバーラップして互いに接合されることで形成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１つにおいて、
   前記熱電素子（22）は、
   互いに積層された第１絶縁性基板（A）及び第２絶縁性基板（B）と、
   前記第１絶縁性基板（A）の前記第２絶縁性基板（B）側の面に、該第１絶縁性基板（A）の長手方向に互いに間隔をあけて形成された複数の第１電極（2）と、
   前記第１絶縁性基板（A）の両面に、前記各第１電極（2）に隣り合うように該第１電極（2）と離隔してそれぞれ形成され、該第１絶縁性基板（A）の厚さ方向に延びるスルーホール（7）によって両面が接続された複数の第２電極（3）と、
   前記第２絶縁性基板（B）の両面に、該第２絶縁性基板（B）の長手方向に互いに間隔をあけて形成され、該第２絶縁性基板（B）の厚さ方向に延びるスルーホール（7）によって両面が接続されるとともに、前記第１絶縁性基板（A）側の面が前記第１電極（2）に接続された複数の第３電極（8）と、
   前記第１絶縁性基板（A）の前記第２絶縁性基板（B）側の面に、前記第１電極（2）と該第１電極（2）の両隣の前記第２電極（3）とにそれぞれ接するように薄膜形成された第１導電型熱電材料（5）及び第２導電型熱電材料（6）とを備えていることを特徴とする熱交換器。

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