JPH10125962A - 熱電変換装置 - Google Patents

熱電変換装置

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JPH10125962A
JPH10125962A JP8279525A JP27952596A JPH10125962A JP H10125962 A JPH10125962 A JP H10125962A JP 8279525 A JP8279525 A JP 8279525A JP 27952596 A JP27952596 A JP 27952596A JP H10125962 A JPH10125962 A JP H10125962A
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thermoelectric conversion
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heat conductor
conductor
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Hideo Watanabe
日出男 渡辺
Bunichi Kitani
文一 木谷
Mitsutoshi Ogasawara
光敏 小笠原
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能ならびに生産性に優れた熱電変換装置を
提供する。 【解決手段】 吸熱側熱導体1ならびに放熱側熱導体3
のうちのいずれか一方の熱導体が実質的に1つで、その
1つの熱導体1に対して前記複数の熱電変換素子群4
a,4bが設置され、各熱電変換素子群4a,4bに対
して前記吸熱側熱導体1ならびに放熱側熱導体3のうち
のいずれか他方の熱導体3が個別に分割(3a,3b)
されて設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷蔵庫、冷
凍庫、温蔵庫、除湿器などに使用される熱電変換装置に
係り、特に複数の熱電変換素子群を用いる熱電変換装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、複数の熱電変換素子群を用いた
従来の熱電変換装置を示す概略構成図である。1つの吸
熱側熱導体51と1つの放熱側熱導体52の間に、複数
の熱電変換素子群53a,53bが所定の間隔をおいて
介在され、吸熱側熱導体51と放熱側熱導体52は合成
樹脂製のボルト54により重合方向に締め付けられてい
る。図中の55は放熱側熱導体52に設けられた放熱フ
ィン、56は熱電変換素子群53a,53bに接続され
たリード線である。
【0003】前記ボルト54の締め付け力により、吸熱
側熱導体51と熱電変換素子群53a,53bの間、な
らびに放熱側熱導体52と熱電変換素子群53a,53
bの間の密着が図れている。図示していないが熱電変換
素子群53a,53bは、所定数の吸熱側電極と、放熱
側電極と、両電極の間に並設されたN型半導体チップな
らびにP型半導体チップから構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来の熱電変
換装置は、1つの吸熱側熱導体51と1つの放熱側熱導
体52の間に複数の熱電変換素子群53a,53bが介
在され、吸熱側熱導体51と放熱側熱導体52の間がボ
ルト54で締め付けられた構造になっているから、熱電
変換素子群53a,53b間で高さにバラツキがある
と、高い方の熱電変換素子群53は吸熱側熱導体51な
らびに放熱側熱導体52に強圧されて、破損したり、大
きな内部応力が発生する。一方、低い方の熱電変換素子
群53は吸熱側熱導体51ならびに放熱側熱導体52と
の密着が悪い。
【0005】このようなことから、高い熱電変換効率が
得られず、しかも耐用寿命が短い。また熱電変換素子群
53a,53b間の高さのバラツキを少なくすために
は、厳密な工程管理が要求され、そのために生産性が低
下するなどの諸種の欠点を有している。
【0006】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、性能ならびに生産性に優れた熱電変換装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、吸熱側熱導体と放熱側熱導体の間に複数
の熱電変換素子群が介在された熱電変換装置において、
前記吸熱側熱導体ならびに放熱側熱導体のうちのいずれ
か一方の熱導体が実質的に1つで、その1つの熱導体に
対して前記複数の熱電変換素子群が設置され、各熱電変
換素子群に対して前記吸熱側熱導体ならびに放熱側熱導
体のうちのいずれか他方の熱導体が個別に分割されて設
けられていることを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は前述のように、各熱電変
換素子群に対して他方の熱導体が分割されて個別に設け
られているから、熱電変換素子群間で高さのバラツキが
あっても、そのバラツキに関係なく吸熱側熱導体と熱電
変換素子群の間、ならびに熱電変換素子群と放熱側熱導
体の間を密着させることができる。
【0009】そのため従来のように半導体チップなどが
破損したり、内部応力が発生したりすることなく、性能
的にも耐用寿命も優れている。また、厳密な工程管理が
要求されないため、生産性の向上が図れる。
【0010】次に本発明の実施の形態を図とともに説明
する。図1ないし図5は第1の実施の形態を説明するた
めのもので、図1は大部分を断面にした熱電変換装置の
正面図、図2は一部を断面にした熱電変換装置の側面
図、図3は熱電変換装置の平面図、図4は熱電変換装置
の底面図、図5はこの熱電変換装置に使用するスケルト
ンタイプの熱電変換素子群の拡大断面図である。
【0011】例えばアルミニウム製のインナー吸熱側熱
導体1の所定位置に、複数(本実施の形態では2個)の
ブロック状をしたアルミニウム製のアウター第1吸熱側
熱導体2aとアウター第2吸熱側熱導体2bが一体に接
合されている。このアウター第1吸熱側熱導体2aと対
向する位置に第1放熱側熱導体3aが、アウター第2吸
熱側熱導体2bと対向する位置に第2放熱側熱導体3b
が、それぞれ離れて(分割されて)配置されている。第
1放熱側熱導体3aならびに第2放熱側熱導体3bに
は、多数の放熱フィン5a,5bが一体に設けられて空
冷で効率よく冷却できるようになっている。なお、前記
吸熱側熱導体2と放熱側熱導体3は、アルマイト処理な
どの絶縁処理が施されている。
【0012】そしてアウター第1吸熱側熱導体2aと第
1放熱側熱導体3aの間に第1熱電変換素子群4aが、
アウター第2吸熱側熱導体2bと第2放熱側熱導体3b
の間に第2熱電変換素子群4bが、それぞれ介在されて
いる。この熱電変換素子群4a,4bは両側若しくは片
側の基板を省略したスケルトンタイプのもので、図5に
示すように所定数の吸熱側電極6と、放熱側電極7と、
吸熱側電極6と放熱側電極7の間に介在されたP型半導
体チップ8ならびにN型半導体チップ9とから構成さ
れ、P型半導体チップ8とN型半導体チップ9は電極
7,8により直列に接続されている。
【0013】前記アウター第1吸熱側熱導体2aと第1
熱電変換素子群4aを取り囲むように、インナー吸熱側
熱導体1と第1放熱側熱導体3aの間に第1枠体10a
が介在され、また、アウター第2吸熱側熱導体2bと第
2熱電変換素子群4bを取り囲むように、インナー吸熱
側熱導体1と第2放熱側熱導体3bの間に第2枠体10
bが介在されている。
【0014】この枠体10は合成樹脂で成形され、イン
ナー吸熱側熱導体1と枠体10の接面ならびに放熱側熱
導体3と枠体10の接面は、接着剤11とネジ12によ
って気液密に接合される。なお、ネジ12による締結
は、接着剤11が硬化した後に行なわれる。また、図2
ならびに図4に示すように、インナー吸熱側熱導体1の
枠体10より内側の位置には、ガス抜き孔13が複数個
形成され、接着剤11が硬化した後に封止ネジ14によ
りガス抜き孔13が塞がれる。ガス抜き孔13を設けな
いと、放熱側熱導体3と熱電変換素子群4と枠体10を
接合したユニットを吸熱側熱導体1に接着するとき、枠
体内部の空気が未硬化の接着剤11を押し出して隙間が
形成され、その隙間から空気中の水分が内部に浸透し
て、性能劣化をきたす。このような弊害を解消するため
にガス抜き孔13が設けられ、ガスを抜いた後に封止ネ
ジ14によりガス抜き孔13が閉塞される。
【0015】図1ならびに図2中の16はシリコーンゲ
ルなどの熱伝導性のよい弾性薄膜で、アウター吸熱側熱
導体2と熱電変換素子群4の間に介在されている。
【0016】図3ならびに図4中の15はリード線で、
この実施の形態では第1熱電変換素子群4aと第2熱電
変換素子群4bが直列又は並列に接続されている。
【0017】次にこの熱電変換装置の組み立て順序につ
いて説明する。 .各放熱側熱導体3a,3bに熱電変換素子群4a,
4bを熱伝導性接着剤で貼り付ける。 .熱電変換素子群4にリード線15を接続する。
【0018】.熱電変換素子群4を取り付けた放熱側
熱導体3a,3bにそれぞれ枠体10a,10bを接着
剤11で貼り付けてネジ止めする。 .吸熱側熱導体2a,2bの表面に弾性薄膜16を塗
布、形成する。また枠体10a,10bが接着される吸
熱側熱導体1の表面に接着剤11を厚いめ(吸熱側熱導
体1と枠体10a,10bの隙間を埋める程度の厚さ)
に塗布する。 .で形成された放熱側熱導体3−熱電変換素子群4
−枠体10のユニットを、で形成した吸熱側熱導体1
に被せる。
【0019】.接着剤11が硬化した後、吸熱側熱導
体1と枠体10の間をネジ締結する(剥がれ防止)。 .ガス抜き孔13をネジ14と接着剤で塞ぐ。 図6は、本発明の第2の実施の形態に係る熱電変換装置
を示す図である。第1の実施の形態と相違する点は、イ
ンナー吸熱側熱導体1とアウター吸熱側熱導体2a,2
bが一体になって吸熱側熱導体21を構成する点と、放
熱側の冷却方式が空冷から水冷に変更になった点であ
る。
【0020】すなわち放熱側は、分割された放熱側熱導
体3a、3bと、下方開口部がその放熱側熱導体3a、
3bと液密に接合するケース体22a,22bと、その
ケース体22a,22b内に設置された分散部材23
a,23bとから主に構成されている。
【0021】水などの熱移動媒体24を供給管部25
a,25bから供給すると空間部26a,26bで一斉
に拡がり、分散部材23a,23bの噴射ノズル25
a,25bから放熱側熱導体3a、3bに向けて勢いよ
く噴射される。放熱側熱導体3a、3bに衝突して熱を
奪った熱移動媒体24は集められて、排出管部28a,
28bから系外へ排出される。排出された熱移動媒体2
4は図示しないラジェターで冷却され、循環系統を通っ
て再利用される。
【0022】前記実施の形態では放熱側を複数に分割し
たが、それとは反対に吸熱側を複数に分割することもで
きる。また分割数は2つに限られず、3つ以上であって
もよい。
【0023】前記実施の形態ではスケルトンタイプの熱
電変換素子群を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、基板を用いる通常のタイプの熱電変換素子
群を用いることもできる。
【0024】
【発明の効果】本発明は前述のように、各熱電変換素子
群に対して他方の熱導体が分割されて個別に設けられて
いるから、熱電変換素子群間で高さのバラツキがあって
も、そのバラツキに関係なく吸熱側熱導体と熱電変換素
子群の間、ならびに熱電変換素子群と放熱側熱導体の間
を密着させることができる。
【0025】そのため従来のように半導体チップなどが
破損したり、内部応力が発生したりすることなく、性能
的にも耐用寿命も優れている。また、厳密な工程管理が
要求されないため、生産性の向上が図れるなどの特長を
有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る熱電変換装置
の大部分を断面にした正面図である。
【図2】その熱電変換装置の一部を断面にした側面図で
ある。
【図3】その熱電変換装置の平面図である。
【図4】その熱電変換装置の底面図である。
【図5】その熱電変換装置に用いられるスケルトンタイ
プの熱電変換素子群の拡大断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る熱電変換装置
の大部分を断面にした正面図である。
【図7】従来の熱電変換装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 インナー吸熱側熱導体 2a 第1アウター吸熱側熱導体 2b 第2アウター吸熱側熱導体 3a 第1放熱側熱導体 3b 第2放熱側熱導体 4a 第1熱電変換素子群 4b 第2熱電変換素子群 5 放熱フィン 10a 第1枠体 10b 第2枠体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸熱側熱導体と放熱側熱導体の間に複数
    の熱電変換素子群が介在された熱電変換装置において、 前記吸熱側熱導体ならびに放熱側熱導体のうちのいずれ
    か一方の熱導体が実質的に1つで、その1つの熱導体に
    対して前記複数の熱電変換素子群が設置され、各熱電変
    換素子群に対して前記吸熱側熱導体ならびに放熱側熱導
    体のうちのいずれか他方の熱導体が個別に分割されて設
    けられていることを特徴とする熱電変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載において、前記熱電変換素
    子群が少なくとも片側の基板を省略したスケルトンタイ
    プの熱電変換素子群であることを特徴とする熱電変換装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載において、前記各熱電変換
    素子群が、前記1つの熱導体と他方の分割された熱導体
    との間に介在された枠体によって個別に気液密に囲まれ
    ていることを特徴とする熱電変換装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載において、前記熱導体と熱
    電変換素子群の間に弾性薄膜が介在されていることを特
    徴とする熱電変換装置。
JP8279525A 1996-10-22 1996-10-22 熱電変換装置 Pending JPH10125962A (ja)

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US08/954,894 US6034317A (en) 1996-10-22 1997-10-21 Thermoelectric module
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