JPH02139977A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ベルチェ効果あるいはゼーベック効果を利用
した熱電冷却あるいは熱電発電をおこなう熱電変換モジ
ュールに関するものである。

従来の技術 従来、この種の熱電変換モジュールは、例えば第２図に
示すように構成されていた。すなわち、熱電変換素子１
は、Ｂｉ−Ｔｏ系の化合物半導体からなる数１角の直方
体である。この熱電変換素子１は、Ｐ型とＮ型からなり
、交互にＣｕなどの導電板２により電気的に接続されて
いた。なお、この導電板２はセラミック基板３に形成さ
れており、熱電変換素子１とは半田付けされていた。す
なわち、２枚のセラミック基板３，３′間に格子状に並
べた熱電変換素子１を配置して、導電板２と熱電変換素
子１とを半田付けにより、電気的接続および機械的保持
をおこない熱電変換モジュールを構成していた。なお、
電子冷却の場合に給電端子となり、熱電発電の場合に出
力端子となる電気端子４は、導電板２と同様にセラミッ
ク基板３に取り付けられていた。

なお、熱電変換の原理および構成については、周知の技
術であり、たとえば梶用武信ほか「低温熱落差利用熱発
電」電子技術総合研究所調査報告第２０８号（工業技術
院　昭和６８年）などに解説されている。

たとえば、従来上記のような熱電変換モジュールを電子
冷却を目的として使用する場合には、熱電変換モジュー
ルの２枚のセラミック基板３．３′の高温側および低温
側にそれぞれ放熱器を熱的に接続した上で電気端子４に
直流電流を印可することにより、冷却もしくは加熱して
いた。しかしながら、この構成では、低温側温度が雰囲
気の露点温度以下であると水蒸気が結露し、直流電圧が
印可された導電板２間に水滴による電路が形成されるこ
とにより電食がおこり、電源短絡、絶縁不良。

性能低下といったことが発生していた。そこで、従来こ
の対策として、熱電変換モジュール全体を真空状態に置
いたシ、第３図に示すように熱電変換モジュールの周囲
でセラミック基板３．３′間に耐水性シール材６を塗っ
て、結露を防止していた。

発明が解決しようとする課題 ところが、上記従来の熱電変換モジュール結露防止方法
では、熱電変換モジュール全体を真空状態に置くことは
、装置全体の構成が大がかりになり一般的でなかった。

また、熱電変換モジュールの周囲でセラミック基板３．
３′間にシール材６を塗ることは、作業性が良好でない
、シール材６にピンホールができやすい、熱交換器との
接触面であるセラミック基板面にシール材５が付着しや
すく伝熱効率が低下するといった問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、熱電変換モジュール
の結露に起因する電源短絡、絶縁不良。

性能低下を防止するとともに、さらに熱電変換モジュー
ルとしての性能にマイナス要因として働いているセラミ
ック基板３．３′間の高温側から低温側への輻射熱移動
、熱対流による熱の移動を防止することを目的とするも
のである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、熱電変換モジュー
ルのセラミック基板間でかつ熱電変換素子間に熱膨張性
断熱樹脂を充填したものである。

作用 上記手段による作用は、以下のとおりである。

本発明は、熱電変換モジュールのセラミック基板間でか
つ熱電変換素子間に耐水性で独立気泡となる熱膨張性断
熱樹脂を充填したことにより、低温側の導電板２、セラ
ミック基板３の内面、熱電変換素子１などが直接雰囲気
に触れることがなくなり、結露に起因する電源短絡、絶
縁不良、性能低下を防止することが出来るばかりでなく
、セラミック基板３．３′間の高温側から低温側への輻
射による熱移動、熱対流による熱の移動を防止すること
ができる。

実施例 以下、第１図により本発明の一実施例について説明する
。

同図は熱電変換モジュールを生産する一工程上で、片面
セラミック基板ａ上で導電板２上に熱電変換素子１が配
置されている状態を示している。

同図において１は熱電変換素子であシ導電板２上にＰ型
とＮ型半導体を交互に格子状に並べている。

なお、熱電変換素子１は導電板２上に塗布されたクリー
ム状の半田の上に置かれている。導電板２と電気端子４
は、セラミック基板３に固定されている。このとき、セ
ラミック基板３上でかつ熱電変換素子１間に熱膨張性断
熱樹脂（図示せず）を塗布し、熱電変換モジュールを組
み立てた後に、炉等により加熱し、体積膨張させる。

なお、熱膨張性断熱樹脂は、独立気泡を発生することに
より断熱、耐水性があり、電気的絶縁物であり、熱電変
換素子１や導電板２などの金属に対して安定であるなど
の特性をもつものであることが必要である。

さらに、半田融点温度より低温にて体積膨張する熱膨張
性断熱樹脂を第１図の状態の熱電変換モジュールに充填
塗布した後に、クリーム状の半田を塗布した他面のセラ
ミック基板３を重ね、加重をかけた状態にて半田リフロ
ー炉にて、熱電変換素子１と導電板２との半田付けをお
こなえば、熱膨張性断熱樹脂の膨張と半田付けが同一工
程によシおこなえるものである。

なお、上記熱膨張性断熱樹脂は、上記の特性を持つもの
であれば特に特異なものではなくても、実現できるもの
である。

発明の効果 上記実施例によりあきらかなように本発明は、セラミッ
ク基板間でかつ前記熱電変換素子間に熱膨張性断熱樹脂
を充填したことによって、シール材６を熱電変換モジュ
ールの側面のセラミック基板３．３′間から充填すると
いった作業性が不要となり、シール材５にピンホールが
できる熱交換器との接触面であるセラミック基板面にシ
ール材５が付着することにより伝熱効率が低下するとい
った問題が防止できる。また、熱電変換モジュールの結
露に起因する電源短絡、絶縁不良、性能低下を防止する
ばかりでなく、熱電変換モジュールとしての性能にマイ
ナス要因として働いているセラミック基板３，３′間の
高温側から低温側への輻射熱移動、熱対流による熱の移
動を防止することができ、熱電変換モジュールとしての
性能の向上が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す熱電変換モジュールの
構成図、第２図は従来例を示す熱電変換モジュールの構
成図、第３図は従来例を示す熱電変換モジュールのシー
ル後の外観図である。 １・・・・・・熱電変換素子、２・・・・・・導電板、
３・・・・・・セラミック基板、４・・・・・・電気端
子。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第２
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁部材で熱伝導部材である２枚のセラミック基
   板にそれぞれ密着接合した導電板により電気的に接続さ
   れ、かつ前記２枚のセラミック基板間にて構造的に保持
   された複数個の熱電変換素子とからなる熱電変換モジュ
   ールにおいて、前記セラミック基板間でかつ前記熱電変
   換素子間に熱膨張性断熱樹脂を充填した熱電変換モジュ
   ール。
2. （２）半田融点温度以下の熱膨張開始温度をもつ熱膨張
   性断熱樹脂とした特許請求の範囲第１項記載の熱電変換
   モジュール。