JPH09196505A

JPH09196505A - 熱電装置

Info

Publication number: JPH09196505A
Application number: JP8008606A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osawa; 隆司大沢
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換能力が良好でなく、組み立てが困難で
ある。【解決手段】ペルチェ素子３９の吸熱側に金属板４を
介してフィン１を配置し、ペルチェ素子３９の放熱側に
金属板１６を介してフィン１４を配置して成る熱交換ユ
ニットを有する熱電装置において、吸熱側のフィン１に
切欠部３を設けることにより、放熱側のフィン１４の熱
交換能力を吸熱側のフィン１の熱交換能力より大きく
し、上記放熱側のフィン１４と吸熱側のフィン１とをカ
バー８，１８で被うと共に、吸熱側のカバー８の作業口
１２から切欠部３を経由してねじ頭が吸熱側の金属板４
の表面に臨むねじを、吸熱側の金属板４の孔６からペル
チェ素子３９の周囲を被う断熱材３１の孔３５を介して
放熱側の金属板１６のタップ孔２２に螺入して熱交換ユ
ニットを一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子を用
いて吸熱及び放熱を行う熱電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱電装置として、特開平２−２８
８３７７号公報に開示されているように、ペルチェ素子
を用いる熱電回路を第１，第２フィンで挟んで固定する
際に、第１，第２フィンをほぼ直交するように配置する
ものが開発されている。同公報の図３には、熱電回路、
第１，第２フィンで構成される熱電装置を複数積層する
ことが示されているが、これは吸熱側のフィンには排熱
側のフィンを接合する如くにして吸熱側と排熱側とを交
互に並べる規則性を以て複数を積層したものである。

【０００３】また特開平３−２９４７２６号公報には、
ペルチェ効果素子を吸熱側及び放熱側の熱交換体で挟ん
で固定する際に、ペルチェ効果素子と吸熱側及び放熱側
の熱交換体との間の少なくとも一方に良熱伝導性のスペ
ーサを介設することが開示されている。

【０００４】また実開平２−２８０５２号公報には、ペ
ルチェ素子を挟む各フィンを同一方向に向け、各フィン
に１対１の関係でクロスフローファンからの送風を与え
ることが開示されている。

【０００５】また特開平７−１３９８６２号公報には、
ペルチェ素子を内蔵するプレートを適当な間隔を開けて
複数配し、その間隔部分に水を流通し、これにより冷水
及び温水を得るようにしたことが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−２８８３７
７号公報の場合、先ず一般に、ペルチェ素子の特性とし
て吸熱量より放熱量の方が大きくなる特性があるから、
吸熱側のフィンの熱交換能力よりも放熱側のフィンの熱
交換能力を大きくする必要があるが、この点、全く考慮
されておらず、従って非効率的な構成で、熱交換ユニッ
トとして有効に活用していない。また第１，第２フィン
を直交させる上で各部を組み付けることに関しても何等
配慮されておらず、従って、組み付けが容易ではない。
また第１，第２フィンを直交させる上で、複数の熱電装
置を積層する際にも、吸熱側と排熱側とを単に交互に並
べるものであるから、吸熱側同士、また放熱側同士を接
合させる技術的思想はなく、従って吸熱側に放熱側が近
接し、放熱側に吸熱側が近接する関係で、吸熱側及び放
熱側の熱損失が大きく、冷房効率ないし暖房効率が低下
する。また吸熱側のフィンより水滴が発生した場合に、
これを吸収する手段がないから、水滴で素子を劣化させ
る恐れがある。

【０００７】特開平３−２９４７２６号公報の場合、良
熱伝導性のスペーサについては、金属性であるから硬質
であり、そのエッジでペルチェ効果素子のワイヤハーネ
スを傷つけたり、断線させてしまったりする危険があ
る。また吸熱側のフィンより発生した水滴を吸収する手
段がないから、やはり水滴で素子を劣化させる恐れがあ
る。

【０００８】実開平２−２８０５２号公報の場合、各フ
ィンには外側を覆うカバーがないから、これにファンか
らの送風を与えても、効率良く、冷風及び温風を得るこ
とができない。この問題を解決するためにはダクトを構
成する等しなければならず、余分な出費が嵩む。

【０００９】特開平７−１３９８６２号公報の場合、ペ
ルチェ素子を内蔵する複数のプレートを適当な間隔を開
けて配するもので、構成上、吸熱側同士を向い合わせ、
かつ、放熱側同士を向い合わせているが、プレート内部
で水滴が発生した場合に対し配慮されておらず、つまり
水滴を吸収する手段が構成されていないから、水滴の発
生でペルチェ素子を劣化させる恐れが内在する。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑み、吸熱側及び放
熱側の熱交換効率が良好である熱交換ユニットを備える
熱電装置を提供することを第１の目的とし、吸熱側及び
放熱側の熱交換効率が良好である熱交換ユニットの組立
てを容易にすることができる熱電装置を提供することを
第２の目的とし、吸熱側及び放熱側の熱交換効率が良好
である熱交換ユニットを複数積層する際に、熱交換効率
の低下を来すことなく、しかも冷風の通風性に支障を来
すこともない熱電装置を提供することを第３の目的と
し、吸熱側の部材に水滴が発生してもペルチェ素子等の
半導体熱電素子に劣化を来すことのない熱電装置を提供
することを第４の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ペルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱側に金属板を介
してフィンを配置し、当該半導体熱電素子の放熱側に金
属板を介してフィンを配置して成る熱交換ユニットを有
する熱電装置において、上記放熱側のフィンの熱交換能
力を吸熱側のフィンの熱交換能力より大きくしたことを
特徴とする。請求項２記載の発明は、上記吸熱側のフィ
ンに切欠部を設けることにより、放熱側のフィンの熱交
換能力を吸熱側のフィンの熱交換能力より大きくしたこ
とを特徴とする。請求項３記載の発明は、ペルチェ素子
等の半導体熱電素子の吸熱側に金属板を介してフィンを
配置し、当該半導体熱電素子の放熱側に金属板を介して
フィンを配置して成る熱交換ユニットを有する熱電装置
において、上記吸熱側のフィンに切欠部を設けることに
より、放熱側のフィンの熱交換能力を吸熱側のフィンの
熱交換能力より大きくし、上記放熱側のフィンと吸熱側
のフィンとをカバーで被うと共に、上記吸熱側のカバー
の作業口から上記切欠部を経由してねじ頭が上記吸熱側
の金属板の表面に臨むねじを、吸熱側の金属板の孔から
上記半導体熱電素子の周囲を被う断熱材の孔を介して放
熱側の金属板のタップ孔に螺入して熱交換ユニットを一
体化したことを特徴とする。請求項４記載の発明は、ペ
ルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱側に金属板を介し
てフィンを配置し、当該半導体熱電素子の放熱側に金属
板を介してフィンを配置して成る熱交換ユニットを有す
る熱電装置において、上記吸熱側のフィンに切欠部を設
けることにより、放熱側のフィンの熱交換能力を吸熱側
のフィンの熱交換能力より大きくし、上記放熱側のフィ
ンと吸熱側のフィンとをカバーで被うと共に、上記吸熱
側のカバーの作業口から上記切欠部を経由してねじ頭が
上記吸熱側の金属板の表面に臨むねじを、吸熱側の金属
板の孔から上記半導体熱電素子の周囲を被う断熱材の孔
を介して放熱側の金属板のタップ孔に螺入して熱交換ユ
ニットを一体化し、この熱交換ユニットを吸熱側のカバ
ーが対接するようにして複数積層して構成したことを特
徴とする。請求項５記載の発明は、ペルチェ素子等の半
導体熱電素子の吸熱側に金属板を介してフィンを配置
し、当該半導体熱電素子の放熱側に金属板を介してフィ
ンを配置して成る熱交換ユニットを有する熱電装置にお
いて、上記半導体素子の周囲を断熱材で被囲するように
し、この断熱材の表，裏面に吸水率の高い給水材を設置
したことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。実施の形態１．図１は実施の形態１の特徴部分を説明す
る説明図である。１は吸熱側に用いるフィン（ルーバー
フィン、コルゲートフィン等）で、一枚の金属板を蛇行
状に折曲げ成形され、両脇側のひだ２枚の中央側には、
切欠部３，３が形成されている。４は薄い金属板で、高
い断熱性を有しており、一対の対向する側辺側に孔６，
６が形成されている。フィン１は金属板４にロー付け等
により接合されるもので、その際、孔６，６の位置はフ
ィン１の切欠部３，３の中央付近の位置に位置する。孔
６，６は図示しない後述するねじ４３のねじ頭を係止し
得る程度の直径である。８はコ字状の金属板（カバー）
で、両脇には全体としてコの字を構成する突出辺９，９
が突出されているが、天井となる平板部分１０で突出辺
９，９側には作業口１２，１２が形成されている。作業
口１２，１２は上記ねじ４３のねじ頭を通過させ得る直
径である。コ字状の金属板８は、フィン１の各ひだを覆
うようにフィン１に被せられるもので、ロー付け等で固
定される。フィン１に被せて固定した際には作業口１
２，１２の位置は上記孔６，６の位置の真上に位置す
る。

【００１３】一方、１４は放熱側に用いるフィン（ルー
バーフィン、コルゲートフィン等）で、各ひだに切欠部
等は形成されておらず、各ひだの枚数、間隔及び高さは
フィン１と同様である。１６は薄い金属板で、高い断熱
性を有しており、孔等は形成されていない。フィン１４
は金属板１６にロー付け等により接合されるもので、各
辺側にタップ孔２２，２２，２２，２２が形成されてい
る。各タップ孔２２…は上記ねじ４３の先端側、つまり
ねじ切り部分を螺入するものである。１８はコ字状の金
属板（カバー）で、両脇には全体としてコの字を構成す
る突出辺１９，１９が突出されている。コ字状の金属板
１８は、フィン１４の各ひだを覆うようにフィン１４に
被せられるもので、ロー付け等で固定される。

【００１４】尚、フィン１，金属板４，コ字状の金属板
８の一体接合体１Ａとフィン１４，金属板１６，コ字状
の金属板１８の一体接合体１Ｂとは、金属板４，１６同
士を互いに向かい合わせて、後述するペルチェ素子３９
を挟む如く接合されるものであるが、その際に、コ字状
の金属板８のタップ孔２２…の位置は上記孔６，６の位
置の真上に位置する。またタップ孔２２…が４つあるの
は、一体接合体１Ａ，１Ｂを接合する際にフィン１，１
４の互いの向きを選択するためのものであり、フィン
１，１４の互いの向きを９０度違えることが可能であ
る。

【００１５】また、上記切欠部３，３の大きさは、吸熱
側のフィン１の実際の熱交換能力と放熱側のフィン１４
の実際の熱交換能力との差を補える大きさ、つまり、本
実施の形態１の如く、フィン１，１４が同じ大きさであ
る場合に、フィン１の吸熱能力よりもフィン１４の放熱
能力の方が大きいので、この差をなくすことができる大
きさに設定する。切欠部３，３の存在により吸熱側及び
放熱側の熱交換効率が良好となる。

【００１６】一方、図１において、３１は断熱材として
のスペーサで、例えば発泡スチロール等から構成されて
おり断熱性を有する。中央には四角の開口３３が形成さ
れて後述する熱伝導体３７、及びペルチェ素子３９を収
容し得る。両脇側の側辺の付近には孔３５，３５が形成
されており、上記ねじ４３の軸部を挿通し得る。熱伝導
体３７は、スペーサ３１の開口３３にほぼ等しい形状を
有するが、その高さは開口３３の深さよりペルチェ素子
３９の高さ分を差し引いた高さとなる。ペルチェ素子３
９は、ｎ型及びｐ型半導体の組み合わせで構成されてお
り、電流に応じて吸熱、及び放熱作用を同時に現わす。
開口３３内において、熱伝導体３７の下側に収容され
る。４１，４１はワイヤハーネスで、ペルチェ素子３９
と図示しない電源との間に接続される。

【００１７】熱交換ユニットを組み立てる際は、先ずロ
ー付けによりフィン１，金属板４，コ字状の金属板８を
一体に組み合わせ一体接合体１Ａを構成（図２参照）
し、またロー付けによりフィン１４，金属板１６，コ字
状の金属板１８を一体に組み合わせ一体接合体１Ｂを構
成（図２参照）する。またスペーサ３１，熱伝導体３
７，ペルチェ素子３９の組み合わせ体１Ｃを構成し、一
体接合体１Ａと一体接合体１Ｂとの間で、このペルチェ
素子３９の組み合わせ体１Ｃを挟む。尚、この際には、
一体接合体１Ａ，１Ｂを各フィン１，１４の各ひだの方
向が互いに９０度異なる方向に向くように向い合わせた
上で挟む。しかる状態で、一体接合体１Ａのコ字状の金
属板８の作業口１２，１２を経由して断熱性のリング４
５，４５を装着するねじ４３，４３を挿入し、かつ、ね
じ４３，４３の先端を金属板４の孔６，６、さらにスペ
ーサ３１の孔３５，３５を通過させ、ねじ４３，４３の
ねじ頭が金属板４の表面に当接するまで、ねじ４３，４
３の先端を金属板１６のタップ孔２２，２２へねじ込
む。これにより一体接合体１Ａ，ペルチェ素子３９の組
み合わせ体１Ｃ，一体接合体１Ｂを一体に組み付け、熱
交換ユニットが構成される。尚、各フィン１，１４の各
ひだの方向を同じ方向に向けるには、一体接合体１Ｂの
方向を９０度変えて、ねじ４３，４３の先端を金属板１
６の他方のタップ孔２２，２２へねじ込めば良い。

【００１８】本実施の形態１では、以上説明した如く、
フィン１に切欠部３，３を設け、コ字状の金属板８，１
８を被せ、各フィン１，１４を互いに９０度の方向に向
けて、コ字状の金属板８の作業口１２，１２よりねじ４
３，４３を通過させ、各金属板４，１６間に当該ねじ４
３，４３を締付けさせるように構成したから、ねじ４
３，４３を利用するのみで、吸熱能力に対し適度な放熱
能力を維持する構成を保ちつつ、熱交換ユニットとして
一体組み付け（製造）を容易にすることができる。特
に、各フィン１，１４には、コ字状の金属板８を被せた
から、各フィン１，１４にダクトを構成したものと等し
くなり、空気の流通性を高めることができ、吸熱、及び
放熱共に熱交換効率が大きく向上する。また、切欠部
３，３の大きさを、吸熱側のフィン１の実際の熱交換能
力と放熱側のフィン１４の実際の熱交換能力との差を補
える大きさに設定したから、吸熱効率と放熱効率のバラ
ンスを崩すこともない。

【００１９】実施の形態２．図３は実施の形態２の特徴
部分を説明する説明図であり、図１，図２に示す部分と
同一部分には同一符号を付して説明を省略する。５１は
給水材で、高い給水性を有する軟質の断熱材を用いて構
成されており、一体接合体１Ａの金属板４とスペーサ３
１との間に挟まれ、上記ねじ４３を締付ける際に固定さ
れる。中央には、スペーサ３１の開口３３にほぼ等しい
形状の開口５３が形成されており、一対の側辺側には、
各々孔５５，５５が形成されている。孔５５，５５の位
置は、スペーサ３１の孔３５，３５の真上の位置に相当
する。６１は給水材で、高い給水性を有する軟質の断熱
材を用いて構成されており、一体接合体１Ｂの金属板１
６とスペーサ３１との間に挟まれ、上記ねじ４３を締付
ける際に固定される。中央には、スペーサ３１の開口３
３にほぼ等しい形状の開口６３が形成されており、一対
の側辺側には、各々孔６５，６５が形成されている。孔
６５，６５の位置は、スペーサ３１の孔３５，３５の真
下の位置に相当する。

【００２０】尚、給水材５１の開口５３は、熱伝導体３
７の一面（図示上面）を金属板４の裏面に接触させるた
めの開口であり、給水材６１の孔６３は、ペクチェ素子
３９の一面（放熱側の半導体熱電素子側、つまり図示裏
面側）を金属板１６に接触させるための開口である。

【００２１】熱交換ユニットを組み立てる際は、一体接
合体１Ａとペルチェ素子３９の組み合わせ体１Ｃとの間
に給水材５１を挟み、一体接合体１Ｂとペルチェ素子３
９の組み合わせ体１Ｃとの間に給水材６１を挟み、しか
る状態で、一体接合体１Ａのコ字状の金属板８の作業口
１２，１２内に断熱性のリング４５，４５を装着するね
じ４３，４３を挿入し、かつ、ねじ４３，４３の先端を
金属板４の孔６，６、給水材５１の開口５３，５３、ス
ペーサ３１の孔３５，３５、さらに給水材６１の孔６
３，６３を通過させ、ねじ４３，４３のねじ頭が金属板
４の表面に当接するまで、ねじ４３，４３の先端を金属
板１６のタップ孔２２，２２へねじ込めば良い。

【００２２】本実施の形態２では、以上説明した如く、
断熱材であるスペーサ３１の表，裏面に吸水率の高い給
水材５１，５３を設置したから、実施の形態１が有する
効果に加えて、吸熱側の部材（フィン１、金属板４）に
水滴が発生してもペルチェ素子３９等の半導体熱電素子
に劣化を来すことがなく、機能上の信頼性が向上する効
果がある。

【００２３】実施の形態３．図４は実施の形態３の構成
を説明する説明図であり、図１，図２に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。尚、本実施
の形態３においても実施の形態２で説明した給水材５
１，６１が適用されるものである。本実施の形態３で
は、図４に示すように、実施の形態２で説明した熱交換
ユニット（以下符号７０を付加する）を縦に２段組み合
わせて接合し積層化を図る際に、各熱交換ユニット７
０，７０の各吸熱側のフィン１，１を被う各コ字状の金
属板８，８同士を対接させ、これにより各熱交換ユニッ
ト７０，７０を重ね合わせ、一体化による積層化を図る
ものである。これを熱交換ユニット７０，７０の積層体
８０と称することにする。

【００２４】この積層体８０を構成した場合、吸熱側の
フィン１，１の外側に、図示しないが実施の形態２で説
明した断熱性を有する給水材５１，６１が存在すること
になり、フィン１，１から外への熱の伝導が給水材５
１，６１で遮られるから、フィン１，１においては吸熱
効率の低下を招くことなく、つまりフィン１，１の吸熱
における熱交換能力を十二分に高めた状態を維持するこ
とが可能で、従ってフィン１，１を通過する空気を高い
効率で冷却することができる。これを冷房用に適用した
場合、室内の冷房効率が向上し、省エネにも寄与するこ
とができる。一方、放熱用のフィン１４，１４側におい
ては外気に触れる部分も多く、従って熱交換効率に多少
の低下がみられるとしても、冷房用に適用する限り問題
はない。

【００２５】尚、本発明では、熱交換ユニット７０，７
０の積層体８０を構成する場合に、吸熱側のフィン１，
１側同士を対接する如くにしているが、暖房用を主眼に
する場合には、放熱側のフィン１４，１４側同士を対接
させて、フィン１４，１４の放熱における熱交換能力を
十二分に高めた状態を維持するようにしても良い。

【００２６】実施の形態４．図５は実施の形態４の構成
を説明する説明図であり、図４に示す部分と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。尚、本実施の形態
４においては実施の形態３で説明した熱交換ユニット７
０，７０の積層体８０が利用されるものである。本実施
の形態４の場合、熱交換ユニット７０，７０の積層体８
０を横に３列に並べ、かつ、熱交換ユニット７０，７０
の積層体８０を横に３列に並べた熱交換ユニット群を奥
行き方向に３列に並べ、これにより熱交換ユニット７
０，７０の積層体８０を９つに正四角状に配列してい
る。また熱交換ユニット７０，７０の積層体８０を９つ
に正四角状に配列したものの一側面側（フィン１，１，
１…に垂直な一側面）には、ファン９１が配置されてお
り、ファン９１が回転すると、９つの積層体８０の各フ
ィン１，１，１…に空気が送風されて、冷風を得ること
ができる。また熱交換ユニット７０，７０の積層体８０
を９つに正四角状に配列したものの他側面側（フィン１
４，１４，１４…に垂直な一側面）には、ファン９３が
配置されており、ファン９３が回転すると、９つの積層
体８０の各フィン１４，１４，１４…に空気が送風され
て、温風を得ることができる。

【００２７】本実施の形態４の場合、以上説明した如
く、熱交換ユニット７０，７０の積層体８０を９つに正
四角状に配列して、ファン９１，９３を設けたから、大
量の冷風、及び温風を効率良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明する説明図
である。

【図２】本発明の実施の形態１の組み立てを説明する説
明図である。

【図３】本発明の実施の形態２の構成を説明する説明図
である。

【図４】本発明の実施の形態３の構成を説明する説明図
である。

【図５】本発明の実施の形態４の構成を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１，１４フィン３切欠部４，１６金属板８，１８コ字状の金属板（カバー）１２作業口３１スペーサ（断熱材）３９ペルチェ素子（半導体熱電素子）４１ワイヤーハーネス４３ねじ５１，６１給水材５３，６３開口５５，６５孔７０熱交換ユニット８０積層体９１，９３ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱
側に金属板を介してフィンを配置し、当該半導体熱電素
子の放熱側に金属板を介してフィンを配置して成る熱交
換ユニットを有する熱電装置において、上記放熱側のフィンの熱交換能力を吸熱側のフィンの熱
交換能力より大きくした、ことを特徴とする熱電装置。
【請求項２】上記吸熱側のフィンに切欠部を設けるこ
とにより、放熱側のフィンの熱交換能力を吸熱側のフィ
ンの熱交換能力より大きくした、ことを特徴とする請求項１記載の熱電装置。
【請求項３】ペルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱
側に金属板を介してフィンを配置し、当該半導体熱電素
子の放熱側に金属板を介してフィンを配置して成る熱交
換ユニットを有する熱電装置において、上記吸熱側のフィンに切欠部を設けることにより、放熱
側のフィンの熱交換能力を吸熱側のフィンの熱交換能力
より大きくし、上記放熱側のフィンと吸熱側のフィンとをカバーで被う
と共に、上記吸熱側のカバーの作業口から上記切欠部を
経由してねじ頭が上記吸熱側の金属板の表面に臨むねじ
を、吸熱側の金属板の孔から上記半導体熱電素子の周囲
を被う断熱材の孔を介して放熱側の金属板のタップ孔に
螺入して熱交換ユニットを一体化した、ことを特徴とする熱電装置。
【請求項４】ペルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱
側に金属板を介してフィンを配置し、当該半導体熱電素
子の放熱側に金属板を介してフィンを配置して成る熱交
換ユニットを有する熱電装置において、上記吸熱側のフィンに切欠部を設けることにより、放熱
側のフィンの熱交換能力を吸熱側のフィンの熱交換能力
より大きくし、上記放熱側のフィンと吸熱側のフィンとをカバーで被う
と共に、上記吸熱側のカバーの作業口から上記切欠部を
経由してねじ頭が上記吸熱側の金属板の表面に臨むねじ
を、吸熱側の金属板の孔から上記半導体熱電素子の周囲
を被う断熱材の孔を介して放熱側の金属板のタップ孔に
螺入して熱交換ユニットを一体化し、この熱交換ユニットを吸熱側のカバーが対接するように
して複数積層して構成した、ことを特徴とする熱電装置。
【請求項５】ペルチェ素子等の半導体熱電素子の吸熱
側に金属板を介してフィンを配置し、当該半導体熱電素
子の放熱側に金属板を介してフィンを配置して成る熱交
換ユニットを有する熱電装置において、上記半導体素子の周囲を断熱材で被囲するようにし、こ
の断熱材の表，裏面に吸水率の高い給水材を設置した、
ことを特徴とする熱電装置。