JPH10178216A - 熱電素子及び熱電冷却装置 - Google Patents
熱電素子及び熱電冷却装置Info
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- JPH10178216A JPH10178216A JP8354136A JP35413696A JPH10178216A JP H10178216 A JPH10178216 A JP H10178216A JP 8354136 A JP8354136 A JP 8354136A JP 35413696 A JP35413696 A JP 35413696A JP H10178216 A JPH10178216 A JP H10178216A
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- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric 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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- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric 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
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- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱側の熱電半導体素子及び銅電極を直接的
に冷却することにより、冷却効率の低下を最小限にし、
熱電半導体素子の性能を最高に引き出す。 【解決手段】 熱電素子１は、電気絶縁性を有する仕切
板２と、仕切板２を貫通した状態で仕切板に保持された
同数ずつのｐ型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導体
素子３Ｂと、ｐ型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導
体素子３Ｂの上側に接続された平板状の銅電極４と、ｐ
型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導体素子３Ｂの下
側に接続されたＴ字型の銅電極５とからなる。仕切板２
の下面から下の部分を冷却容器の中に収容し、水や空気
等で冷却する。
に冷却することにより、冷却効率の低下を最小限にし、
熱電半導体素子の性能を最高に引き出す。 【解決手段】 熱電素子１は、電気絶縁性を有する仕切
板２と、仕切板２を貫通した状態で仕切板に保持された
同数ずつのｐ型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導体
素子３Ｂと、ｐ型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導
体素子３Ｂの上側に接続された平板状の銅電極４と、ｐ
型熱電半導体素子３Ａ及びｎ型熱電半導体素子３Ｂの下
側に接続されたＴ字型の銅電極５とからなる。仕切板２
の下面から下の部分を冷却容器の中に収容し、水や空気
等で冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱電半導体素子
を利用した熱電素子及びその冷却装置に関し、詳細には
冷却効率の低下を防止すると共に、熱電素子の長寿命化
を実現する技術に関する。
を利用した熱電素子及びその冷却装置に関し、詳細には
冷却効率の低下を防止すると共に、熱電素子の長寿命化
を実現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビスマス・テルル系、鉄・シリコン系若
しくはコバルト・アンチモン系等の化合物からなる熱電
半導体素子を利用した熱電素子は、冷却／加熱装置等に
使用されている。これらの熱電素子は、液体、気体を使
用せず、スペースもとらず又回転磨耗もなく保守の不要
な冷却／加熱源として重宝なものである。
しくはコバルト・アンチモン系等の化合物からなる熱電
半導体素子を利用した熱電素子は、冷却／加熱装置等に
使用されている。これらの熱電素子は、液体、気体を使
用せず、スペースもとらず又回転磨耗もなく保守の不要
な冷却／加熱源として重宝なものである。
【０００３】この熱電素子は、一般的にはｐ型とｎ型か
らなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、熱
電半導体素子を電極にハンダで接合し、π型直列回路を
構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金属電極
を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成になった
ものが、熱電モジュールとして広く使用されている。
らなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、熱
電半導体素子を電極にハンダで接合し、π型直列回路を
構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金属電極
を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成になった
ものが、熱電モジュールとして広く使用されている。
【０００４】従来から知られている熱電モジュールの構
成を図７に示した。この図の（ａ）は正面図であり、
（ｂ）は斜視図である。この図に示すように、熱電モジ
ュールは、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導体素子を
交互に配列せしめ、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導
体素子を金属電極に接続する。ｎ型熱電半導体素子とｐ
型熱電半導体素子は、金属電極に上側と下側で交互に接
続され、最終的には全部の素子が直列に接続される。上
下の金属電極と熱電半導体素子との接続は、ハンダ付け
で行われる。そして、上側、下側のそれぞれの金属電極
は、銅やアルミニウム等の金属でメタライズしたセラミ
ック基板に接着して全体を固定する。このようにしてで
きた熱電素子を、通常、熱電モジュールと呼んでいる。
成を図７に示した。この図の（ａ）は正面図であり、
（ｂ）は斜視図である。この図に示すように、熱電モジ
ュールは、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導体素子を
交互に配列せしめ、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導
体素子を金属電極に接続する。ｎ型熱電半導体素子とｐ
型熱電半導体素子は、金属電極に上側と下側で交互に接
続され、最終的には全部の素子が直列に接続される。上
下の金属電極と熱電半導体素子との接続は、ハンダ付け
で行われる。そして、上側、下側のそれぞれの金属電極
は、銅やアルミニウム等の金属でメタライズしたセラミ
ック基板に接着して全体を固定する。このようにしてで
きた熱電素子を、通常、熱電モジュールと呼んでいる。
【０００５】この熱電モジュールの電極に電源を接続し
て、ｎ型素子からｐ型素子の方向へ電流を流すと、ペル
チェ効果によりπ型の上部で吸熱が、下部では放熱が起
こる。この際、電極の接続方向を逆転すると、吸熱、放
熱の方向が変わる。この現象を利用して、熱電素子が冷
却／加熱装置に使用されるのである。熱電モジュール
は、ＬＳＩ、コンピュータのＣＰＵ、レーザ等の冷却を
はじめ、保温冷蔵庫に至る広範囲な用途を有している。
て、ｎ型素子からｐ型素子の方向へ電流を流すと、ペル
チェ効果によりπ型の上部で吸熱が、下部では放熱が起
こる。この際、電極の接続方向を逆転すると、吸熱、放
熱の方向が変わる。この現象を利用して、熱電素子が冷
却／加熱装置に使用されるのである。熱電モジュール
は、ＬＳＩ、コンピュータのＣＰＵ、レーザ等の冷却を
はじめ、保温冷蔵庫に至る広範囲な用途を有している。
【０００５】このような熱電素子を冷却装置として用い
る場合には、放熱側を冷却することが必要となる。そし
て、従来、熱電素子を冷却する方法としては、図８
（ａ）に示すように、熱電素子３１の放熱側に放熱フィ
ン３２を取り付け、この放熱フィン３２に向けてファン
３３から風を送るようにした空冷方式や、図８（ｂ）に
示すように、熱電素子３１の放熱側に水冷ジャケット３
４を取り付け、この水冷ジャケット３４内に冷却水を通
すようにした水冷方式等があった。
る場合には、放熱側を冷却することが必要となる。そし
て、従来、熱電素子を冷却する方法としては、図８
（ａ）に示すように、熱電素子３１の放熱側に放熱フィ
ン３２を取り付け、この放熱フィン３２に向けてファン
３３から風を送るようにした空冷方式や、図８（ｂ）に
示すように、熱電素子３１の放熱側に水冷ジャケット３
４を取り付け、この水冷ジャケット３４内に冷却水を通
すようにした水冷方式等があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図９は熱電素子の温度
状態を示す図である。熱電素子の冷却能力を評価するパ
ラメータとして、モジュールΔＴとシステムΔＴがあ
る。モジュールΔＴとは、熱電素子の冷却側の端の温
度、すなわち上側のセラミック基板の温度（Ｑ２）と、
熱電素子の放熱側の端の温度、すなわち下側のセラミッ
ク基板の温度（Ｑ５）との差（ΔＴ１）である。そし
て、システムΔＴとは、熱電素子の冷却側の部分の温度
（Ｑ３）と、放熱側の周囲温度（Ｑ６’）との差（ΔＴ
２）である。ここで、周囲温度は図８（ａ）では放熱フ
ィン３２の周囲の温度に相当し、図８（ｂ）では水冷ジ
ャケット３４内の水温に相当する。
状態を示す図である。熱電素子の冷却能力を評価するパ
ラメータとして、モジュールΔＴとシステムΔＴがあ
る。モジュールΔＴとは、熱電素子の冷却側の端の温
度、すなわち上側のセラミック基板の温度（Ｑ２）と、
熱電素子の放熱側の端の温度、すなわち下側のセラミッ
ク基板の温度（Ｑ５）との差（ΔＴ１）である。そし
て、システムΔＴとは、熱電素子の冷却側の部分の温度
（Ｑ３）と、放熱側の周囲温度（Ｑ６’）との差（ΔＴ
２）である。ここで、周囲温度は図８（ａ）では放熱フ
ィン３２の周囲の温度に相当し、図８（ｂ）では水冷ジ
ャケット３４内の水温に相当する。
【０００７】図９から明らかなように、熱電素子におい
て最も温度が低い（温度Ｑ１）部分は熱電半導体素子の
冷却側の端であり、そこから金属電極、セラミック基板
を経るにつれて温度が上昇し、冷却負荷の部分で温度が
Ｑ３となる。また、最も温度が高い（温度Ｑ４）部分は
熱電半導体素子の放熱側の端であり、そこから金属電
極、セラミック基板を経るにつれて温度が下降し、放熱
側の周囲温度はＱ６’となる。特に、セラミックスは熱
伝導率が小さいため、セラミック基板が介在することに
よる冷却効率の低下が大きい。
て最も温度が低い（温度Ｑ１）部分は熱電半導体素子の
冷却側の端であり、そこから金属電極、セラミック基板
を経るにつれて温度が上昇し、冷却負荷の部分で温度が
Ｑ３となる。また、最も温度が高い（温度Ｑ４）部分は
熱電半導体素子の放熱側の端であり、そこから金属電
極、セラミック基板を経るにつれて温度が下降し、放熱
側の周囲温度はＱ６’となる。特に、セラミックスは熱
伝導率が小さいため、セラミック基板が介在することに
よる冷却効率の低下が大きい。
【０００８】そこで、セラミック基板に代えて表面を酸
化させたアルミ基板を用いると共に、噴射ノズル付きの
水冷ジャケットを用いて放熱側のアルミ基板を効率的に
冷却できるようにすることで、冷却効率の低下を防止し
たペルチェ冷却装置が提案されている（日経メカニカ
ル，１９９６．９．１６，ｐｐ４８−５６）。このペル
チェ冷却装置によれば、フロンガスを用いた通常の冷却
システム並の冷却効率が実現できるとされている。
化させたアルミ基板を用いると共に、噴射ノズル付きの
水冷ジャケットを用いて放熱側のアルミ基板を効率的に
冷却できるようにすることで、冷却効率の低下を防止し
たペルチェ冷却装置が提案されている（日経メカニカ
ル，１９９６．９．１６，ｐｐ４８−５６）。このペル
チェ冷却装置によれば、フロンガスを用いた通常の冷却
システム並の冷却効率が実現できるとされている。
【０００９】しかしながら、このペルチェ冷却装置及び
図８に示した冷却装置は、いずれも下側の基板を介して
間接的に熱電半導体素子を冷却するものであったため、
熱電半導体素子の持つ性能を最高に引き出すものではな
かった。
図８に示した冷却装置は、いずれも下側の基板を介して
間接的に熱電半導体素子を冷却するものであったため、
熱電半導体素子の持つ性能を最高に引き出すものではな
かった。
【００１０】また、図７に示した熱電素子は、上下をセ
ラミック基板で固定した剛構造であるため、動作時に熱
電半導体素子に大きな熱応力が加わってしまい、熱電半
導体素子の寿命が短くなる。
ラミック基板で固定した剛構造であるため、動作時に熱
電半導体素子に大きな熱応力が加わってしまい、熱電半
導体素子の寿命が短くなる。
【００１１】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、放熱側の熱電半導体素子及び金属電極を
直接的に冷却することにより、冷却効率の低下を最小限
にし、熱電半導体素子の持つ性能を最高に引き出すこと
を目的とする。また、本発明は、熱電半導体素子に加わ
る熱応力を緩和することにより、熱電半導体素子の長寿
命化を実現することを目的とする。
ものであって、放熱側の熱電半導体素子及び金属電極を
直接的に冷却することにより、冷却効率の低下を最小限
にし、熱電半導体素子の持つ性能を最高に引き出すこと
を目的とする。また、本発明は、熱電半導体素子に加わ
る熱応力を緩和することにより、熱電半導体素子の長寿
命化を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電素子
は、電気絶縁性を有する仕切板と、仕切板を貫通した状
態で仕切板に保持された同数ずつのｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ
型熱電半導体素子の吸熱側に接続された平板状の金属電
極と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放
熱側に接続されたＴ字型の金属電極とからなることを特
徴とするものである。
は、電気絶縁性を有する仕切板と、仕切板を貫通した状
態で仕切板に保持された同数ずつのｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ
型熱電半導体素子の吸熱側に接続された平板状の金属電
極と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放
熱側に接続されたＴ字型の金属電極とからなることを特
徴とするものである。
【００１３】そして、本発明に係る熱電冷却装置は、前
記本発明に係る熱電素子の構成要件と、その仕切板から
放熱側を収納する冷却容器とを備えることを特徴とする
ものである。
記本発明に係る熱電素子の構成要件と、その仕切板から
放熱側を収納する冷却容器とを備えることを特徴とする
ものである。
【００１４】本発明に係る熱電素子によれば、平板状の
金属電極、Ｔ字型の金属電極の両方ともセラミック基板
に固定されていないため、熱電半導体素子に加わる熱応
力が緩和される。また、本発明に係る熱電冷却装置によ
れば、仕切板から放熱側、すなわちｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子のうち仕切板から放熱側に突出
している部分と、その端部に接続されているＴ字型電極
が冷却容器内で直接的に冷却されるので、冷却効率の低
下を最小限に抑えることができる。
金属電極、Ｔ字型の金属電極の両方ともセラミック基板
に固定されていないため、熱電半導体素子に加わる熱応
力が緩和される。また、本発明に係る熱電冷却装置によ
れば、仕切板から放熱側、すなわちｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子のうち仕切板から放熱側に突出
している部分と、その端部に接続されているＴ字型電極
が冷却容器内で直接的に冷却されるので、冷却効率の低
下を最小限に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明を適用した熱電素子の正面図である。この熱電素子１
は、仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
することが一つの特徴である。ｐ型熱電半導体素子３Ａ
とｎ型熱電半導体素子３Ｂの上側には銅電極４が、下側
にはＴ字型の銅電極（以下Ｔ字型銅電極という）５が、
いずれもビスマス錫合金のような低温ハンダにより取り
付けられている。熱電半導体素子の下側の銅電極をＴ字
型に形成したことも特徴の一つである。さらに、銅電極
４の上側とＴ字型銅電極５の下側にセラミック基板を備
えていないことも特徴である。このように、金属電極を
基板に固定せず、金属電極をむき出しにした構造はスケ
ルトン構造と呼ばれている。本実施の形態では上下の金
属電極をむき出しにしているので、両側スケルトン構造
である。
図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明を適用した熱電素子の正面図である。この熱電素子１
は、仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
することが一つの特徴である。ｐ型熱電半導体素子３Ａ
とｎ型熱電半導体素子３Ｂの上側には銅電極４が、下側
にはＴ字型の銅電極（以下Ｔ字型銅電極という）５が、
いずれもビスマス錫合金のような低温ハンダにより取り
付けられている。熱電半導体素子の下側の銅電極をＴ字
型に形成したことも特徴の一つである。さらに、銅電極
４の上側とＴ字型銅電極５の下側にセラミック基板を備
えていないことも特徴である。このように、金属電極を
基板に固定せず、金属電極をむき出しにした構造はスケ
ルトン構造と呼ばれている。本実施の形態では上下の金
属電極をむき出しにしているので、両側スケルトン構造
である。
【００１６】仕切板２は、例えば厚さが０．２〜０．５
ｍｍ程度の電気絶縁物の板、例えばガラスエポキシ板又
はアルマイト加工を施したアルミ板により構成されてい
る。ｐ型及びｎ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂは、例え
ば長さが１．５〜２ｍｍ程度で断面積が１．５〜２ｍｍ
2 程度のビスマス・テルル等の半導体単結晶で構成され
ている。そして、仕切板２の下側に０．２〜０．３ｍｍ
程度の長さが突出するように、嵌め込まれ保持されてい
る。なお、このような一枚の仕切板に熱電半導体素子が
埋め込まれ保持された構造の熱電素子の製造方法につい
ては、特願平７−２７６７５１号（特開平８−２２８０
２７号）に詳細に説明されているので、ここでは説明し
ない。
ｍｍ程度の電気絶縁物の板、例えばガラスエポキシ板又
はアルマイト加工を施したアルミ板により構成されてい
る。ｐ型及びｎ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂは、例え
ば長さが１．５〜２ｍｍ程度で断面積が１．５〜２ｍｍ
2 程度のビスマス・テルル等の半導体単結晶で構成され
ている。そして、仕切板２の下側に０．２〜０．３ｍｍ
程度の長さが突出するように、嵌め込まれ保持されてい
る。なお、このような一枚の仕切板に熱電半導体素子が
埋め込まれ保持された構造の熱電素子の製造方法につい
ては、特願平７−２７６７５１号（特開平８−２２８０
２７号）に詳細に説明されているので、ここでは説明し
ない。
【００１７】図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＴ字型銅
電極５の拡大正面図、図１（ｂ）は同じく拡大側面図、
図１（ｃ）は拡大下面図である。図１に示されている７
個のＴ字型銅電極５は全て同じ形状とサイズを持ってい
るが、両端の２個は図１（ｃ）のように見える向きに取
り付けられ、その他の５個は図１（ｂ）のように見える
向きに取り付けられている。なお、詳細は後述するが、
このＴ字型銅電極５は水中等に配置されるので、ニッケ
ルや錫でメッキすることが好適である。
電極５の拡大正面図、図１（ｂ）は同じく拡大側面図、
図１（ｃ）は拡大下面図である。図１に示されている７
個のＴ字型銅電極５は全て同じ形状とサイズを持ってい
るが、両端の２個は図１（ｃ）のように見える向きに取
り付けられ、その他の５個は図１（ｂ）のように見える
向きに取り付けられている。なお、詳細は後述するが、
このＴ字型銅電極５は水中等に配置されるので、ニッケ
ルや錫でメッキすることが好適である。
【００１８】図１（ｅ）は図１（ａ）の熱電素子の動作
を説明するために、○で囲んだ部分を抜き出したもので
ある。この図に示すように、図１（ａ）の熱電素子の使
用時には、ｐ型及びｎ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂの
うち仕切板２の下側に位置する部分と、Ｔ字型銅電極５
とは、空気等の気体や水等の液体と直接的に接触し、熱
が除去される。Ｔ字型銅電極５の上下の長さが長いほど
熱交換効率が高くなるが、重量とコストが大きくなるの
で、本実施の形態では５ｍｍ程度にした。
を説明するために、○で囲んだ部分を抜き出したもので
ある。この図に示すように、図１（ａ）の熱電素子の使
用時には、ｐ型及びｎ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂの
うち仕切板２の下側に位置する部分と、Ｔ字型銅電極５
とは、空気等の気体や水等の液体と直接的に接触し、熱
が除去される。Ｔ字型銅電極５の上下の長さが長いほど
熱交換効率が高くなるが、重量とコストが大きくなるの
で、本実施の形態では５ｍｍ程度にした。
【００１９】図２は本発明を適用した熱電素子の冷却方
式を示す図である。この図の（ａ）は空冷方式であり、
（ｂ）は水冷方式である。ここで、図１と対応する部分
には図１と同一の番号が付してある。
式を示す図である。この図の（ａ）は空冷方式であり、
（ｂ）は水冷方式である。ここで、図１と対応する部分
には図１と同一の番号が付してある。
【００２０】図２（ａ）に示す空冷方式では、熱電素子
の下側に空冷ジャケット６を取り付け、空冷ジャケット
６の下側からファン７により風を送るように構成する。
空冷ジャケット６の底面にはファン７から送られる風を
通す穴等（図示せず）を設ける。空冷ジャケット６はア
ルマイト加工を施したアルミで構成する。また、空冷ジ
ャケット６の内部には、Ｔ字型銅電極５を下から支える
と共に、ファン７から送られてくる風をＴ字型銅電極５
に供給するための通風・支持部材６Ｃを設ける。この通
風・支持部材６Ｃはプラスチックにより、すのこ状ある
いは網目状に形成する。空冷ジャケット６の上部両側に
は風の出口６Ａを設ける。そして、空冷ジャケット６の
上側の端を接着シール８により仕切板２に接着する。
の下側に空冷ジャケット６を取り付け、空冷ジャケット
６の下側からファン７により風を送るように構成する。
空冷ジャケット６の底面にはファン７から送られる風を
通す穴等（図示せず）を設ける。空冷ジャケット６はア
ルマイト加工を施したアルミで構成する。また、空冷ジ
ャケット６の内部には、Ｔ字型銅電極５を下から支える
と共に、ファン７から送られてくる風をＴ字型銅電極５
に供給するための通風・支持部材６Ｃを設ける。この通
風・支持部材６Ｃはプラスチックにより、すのこ状ある
いは網目状に形成する。空冷ジャケット６の上部両側に
は風の出口６Ａを設ける。そして、空冷ジャケット６の
上側の端を接着シール８により仕切板２に接着する。
【００２１】このように構成すると、ファン７から送ら
れる風は、空冷ジャケット６の底面と通風・支持部材６
Ｃを通ってＴ字型銅電極５に当たる。そして、Ｔ字型電
極５の両側を通って空冷ジャケット６の内部を流れ、風
出口６Ａから空冷ジャケット６の外に出る。Ｔ字型銅電
極５におけるＴの字の幅の狭い部分の両側に空間が存在
することで、風の流れがスムーズになる。
れる風は、空冷ジャケット６の底面と通風・支持部材６
Ｃを通ってＴ字型銅電極５に当たる。そして、Ｔ字型電
極５の両側を通って空冷ジャケット６の内部を流れ、風
出口６Ａから空冷ジャケット６の外に出る。Ｔ字型銅電
極５におけるＴの字の幅の狭い部分の両側に空間が存在
することで、風の流れがスムーズになる。
【００２２】図２（ｂ）に示す液冷方式では、熱電素子
の下側に液冷ジャケット９を取り付ける。液冷ジャケッ
ト９はアルマイト加工を施されたアルミで構成する。ま
た、液冷ジャケット９の下部中央には液入口９Ａを設
け、上部両側には液出口９Ｂを設ける。そして、液冷ジ
ャケット９の上側の端を接着シール８により仕切板２に
接着する。液冷ジャケット９の内側の底面はＴ字型電極
５の下端に当接する。
の下側に液冷ジャケット９を取り付ける。液冷ジャケッ
ト９はアルマイト加工を施されたアルミで構成する。ま
た、液冷ジャケット９の下部中央には液入口９Ａを設
け、上部両側には液出口９Ｂを設ける。そして、液冷ジ
ャケット９の上側の端を接着シール８により仕切板２に
接着する。液冷ジャケット９の内側の底面はＴ字型電極
５の下端に当接する。
【００２３】このように構成し、液入口９Ａから液冷ジ
ャケット９の内部に、水又は有機冷媒、例えばエチレン
グリコールからなる冷却液を送り込むと、送りこまれた
冷却液はＴ字型銅電極５の両側を通って液冷ジャケット
９の内部を流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の外
に出る。このとき、冷却液を下側から送り込むことで、
横から送り込む場合よりも良好に拡散させることができ
る。また、Ｔ字型銅電極５におけるＴの字の幅の狭い部
分の両側に空間が存在することで、冷却液の流れがスム
ーズになる。なお、図１では、Ｔ字型銅電極５における
Ｔの字の幅の狭い部分の形状を直方体としたが、直方体
の角に丸みを持たせたり、直方体の代わりに円柱にすれ
ば、冷却液の流れがさらにスムーズになる。図２（ａ）
でも同様である。
ャケット９の内部に、水又は有機冷媒、例えばエチレン
グリコールからなる冷却液を送り込むと、送りこまれた
冷却液はＴ字型銅電極５の両側を通って液冷ジャケット
９の内部を流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の外
に出る。このとき、冷却液を下側から送り込むことで、
横から送り込む場合よりも良好に拡散させることができ
る。また、Ｔ字型銅電極５におけるＴの字の幅の狭い部
分の両側に空間が存在することで、冷却液の流れがスム
ーズになる。なお、図１では、Ｔ字型銅電極５における
Ｔの字の幅の狭い部分の形状を直方体としたが、直方体
の角に丸みを持たせたり、直方体の代わりに円柱にすれ
ば、冷却液の流れがさらにスムーズになる。図２（ａ）
でも同様である。
【００２４】また、図２（ａ）及び（ｂ）において、冷
却負荷は銅電極４に直接的に接触するので、熱伝導率が
高く、かく電気絶縁性を有する材料、例えばアルマイト
加工を施したアルミにより構成する。また、冷却負荷の
周囲に樹脂製の防湿枠を配置し、接着シールで固定す
る。
却負荷は銅電極４に直接的に接触するので、熱伝導率が
高く、かく電気絶縁性を有する材料、例えばアルマイト
加工を施したアルミにより構成する。また、冷却負荷の
周囲に樹脂製の防湿枠を配置し、接着シールで固定す
る。
【００２５】図３は本実施の形態における熱電素子の温
度状態を示す図である。この図においてモジュールΔＴ
は、冷却側の下部の温度（Ｐ２）と、Ｔ字型銅電極５の
温度（Ｐ５）との差（ΔＴ１’）である。そして、シス
テムΔＴは、冷却側の上部の温度（Ｐ３）と、放熱側の
周囲温度（Ｐ６）との差（ΔＴ２’）である。ここで、
冷却側は図２の冷却負荷に相当する。また、周囲温度
は、図２（ａ）では空冷ジャケット６内の空気の温度に
相当し、図２（ｂ）では液冷ジャケット９内の液体の温
度に相当する。
度状態を示す図である。この図においてモジュールΔＴ
は、冷却側の下部の温度（Ｐ２）と、Ｔ字型銅電極５の
温度（Ｐ５）との差（ΔＴ１’）である。そして、シス
テムΔＴは、冷却側の上部の温度（Ｐ３）と、放熱側の
周囲温度（Ｐ６）との差（ΔＴ２’）である。ここで、
冷却側は図２の冷却負荷に相当する。また、周囲温度
は、図２（ａ）では空冷ジャケット６内の空気の温度に
相当し、図２（ｂ）では液冷ジャケット９内の液体の温
度に相当する。
【００２６】このように、本実施の形態の冷却側には熱
伝導率の小さいセラミック基板が存在せず、冷却負荷が
銅電極４と直接的に接触する。また、放熱側には熱伝導
率の小さいセラミック基板が存在せず、Ｔ字型銅電極５
が冷却用の空気や液体と直接的に接触する。したがっ
て、図９と比較すると、ΔＴ１’＞ΔＴ１であり、かつ
ΔＴ２’＞ΔＴ２となる。つまり、従来の熱電素子に対
してモジュールとしても冷却装置としても、冷却効率が
高くなる。
伝導率の小さいセラミック基板が存在せず、冷却負荷が
銅電極４と直接的に接触する。また、放熱側には熱伝導
率の小さいセラミック基板が存在せず、Ｔ字型銅電極５
が冷却用の空気や液体と直接的に接触する。したがっ
て、図９と比較すると、ΔＴ１’＞ΔＴ１であり、かつ
ΔＴ２’＞ΔＴ２となる。つまり、従来の熱電素子に対
してモジュールとしても冷却装置としても、冷却効率が
高くなる。
【００２７】図４は本発明を適用した熱電素子の具体例
である。この図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は右
側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は下面図である。ま
た、この図において、図１と対応する部分には図１と同
一の番号が付してある。
である。この図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は右
側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は下面図である。ま
た、この図において、図１と対応する部分には図１と同
一の番号が付してある。
【００２８】この熱電素子は４８ｍｍ×４８ｍｍのサイ
ズの仕切板２の上側に１２８（＝１６×８）枚の銅電極
４を取り付け、下側に１２７枚のＴ字型銅電極５を取り
付けた。さらに、上側の銅電極４のうち、正面側の両端
の一対をＬ字型に形成し、そこに直流電源を印加するた
めの端子を取り付けた。
ズの仕切板２の上側に１２８（＝１６×８）枚の銅電極
４を取り付け、下側に１２７枚のＴ字型銅電極５を取り
付けた。さらに、上側の銅電極４のうち、正面側の両端
の一対をＬ字型に形成し、そこに直流電源を印加するた
めの端子を取り付けた。
【００２９】図５は図４に示した熱電素子を使用した液
冷式熱電冷却ユニットの具体例である。この図におい
て、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’
断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図、
（ｄ）は下面図である。ここで、熱電素子については図
１と同一の番号を付した。
冷式熱電冷却ユニットの具体例である。この図におい
て、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’
断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図、
（ｄ）は下面図である。ここで、熱電素子については図
１と同一の番号を付した。
【００３０】この液冷式熱電冷却ユニットは、矩形のベ
ース板１０を下側に配置し、矩形のアルミ吸熱ブロック
１１を上側に配置し、熱電素子をそれらの間の中央部に
配置し、ベース板１０とアルミ吸熱ブロック１１との間
は周辺の八箇所で断熱性のある樹脂製のボルト１２によ
り締め付けて固定したものである。なお、この図では樹
脂ボルト１２と共にスプリングワッシャを併用している
が、これはなくてもよい。また、銅電極４とアルミ吸熱
ブロック１１との接触面、及びＴ字型銅電極５とベース
板１０との間は、シリコングリース又はゲル状の絶縁物
により接着している。
ース板１０を下側に配置し、矩形のアルミ吸熱ブロック
１１を上側に配置し、熱電素子をそれらの間の中央部に
配置し、ベース板１０とアルミ吸熱ブロック１１との間
は周辺の八箇所で断熱性のある樹脂製のボルト１２によ
り締め付けて固定したものである。なお、この図では樹
脂ボルト１２と共にスプリングワッシャを併用している
が、これはなくてもよい。また、銅電極４とアルミ吸熱
ブロック１１との接触面、及びＴ字型銅電極５とベース
板１０との間は、シリコングリース又はゲル状の絶縁物
により接着している。
【００３１】ベース板１０、アルミ吸熱ブロック１１
は、各々Ｔ字型銅電極５、銅電極４と接触するため、ア
ルマイト加工を施したアルミにより形成した。ベース板
１０の下側の中央には液入口１０Ａを設け、ベース板１
０の下側で熱電素子の端と対向する二か所には液出口１
０Ｂを設けた。
は、各々Ｔ字型銅電極５、銅電極４と接触するため、ア
ルマイト加工を施したアルミにより形成した。ベース板
１０の下側の中央には液入口１０Ａを設け、ベース板１
０の下側で熱電素子の端と対向する二か所には液出口１
０Ｂを設けた。
【００３２】ベース板１０の上側の中央部には、熱電素
子の仕切板２から下の部分を入れるための底が平らな窪
みを形成した。Ｔ字型銅電極５の下端はこの窪みの底に
より支持される。ただし、液入口１０Ａと対向する部分
には、Ｔ字型銅電極５の幅（正面から見た横方向の長
さ）よりも幅の狭い溝１０Ｄを形成し、Ｔ字型銅電極５
を支持すると同時に冷却液が図５（ｄ）の横方向に流れ
るようにした。同様に、二箇所の液出口１０Ｂと対向す
る部分にも溝１０Ｅを形成した。
子の仕切板２から下の部分を入れるための底が平らな窪
みを形成した。Ｔ字型銅電極５の下端はこの窪みの底に
より支持される。ただし、液入口１０Ａと対向する部分
には、Ｔ字型銅電極５の幅（正面から見た横方向の長
さ）よりも幅の狭い溝１０Ｄを形成し、Ｔ字型銅電極５
を支持すると同時に冷却液が図５（ｄ）の横方向に流れ
るようにした。同様に、二箇所の液出口１０Ｂと対向す
る部分にも溝１０Ｅを形成した。
【００３３】ベース板１０における窪みの外側には、接
着剤１５を流し込むための溝を形成した。この溝に接着
剤１５を流し込み、熱電素子の仕切板２をその上に載
せ、接着する。
着剤１５を流し込むための溝を形成した。この溝に接着
剤１５を流し込み、熱電素子の仕切板２をその上に載
せ、接着する。
【００３４】接着剤を流し込む溝の外側には、ゴムリン
グ１３と断熱材１４を嵌め込むための溝を形成した。ま
た、アルミ吸熱ブロック１１においてこの溝と対向する
部分にも、ゴムリング１３と断熱材１４を嵌め込むため
の溝を形成した。そして、上下の対向する溝の各々にゴ
ムリングを嵌め込み、その間に断熱材１４を嵌め込む。
なお、断熱材１４はセラミックスやプラスチックを予め
溝のサイズに適合するように成形したものを用いる。
グ１３と断熱材１４を嵌め込むための溝を形成した。ま
た、アルミ吸熱ブロック１１においてこの溝と対向する
部分にも、ゴムリング１３と断熱材１４を嵌め込むため
の溝を形成した。そして、上下の対向する溝の各々にゴ
ムリングを嵌め込み、その間に断熱材１４を嵌め込む。
なお、断熱材１４はセラミックスやプラスチックを予め
溝のサイズに適合するように成形したものを用いる。
【００３５】そして、実際のシステムでは、この液冷式
熱電冷却ユニットに、ポンプとラジエータとファンを接
続して使用する。
熱電冷却ユニットに、ポンプとラジエータとファンを接
続して使用する。
【００３６】以上のように構成した液冷式熱電冷却ユニ
ットにおいて、液入口１０Ａからベース板１０の窪み内
に供給された冷却液は、溝１０Ｄに沿って図５（ｄ）の
横方向に流れると共に、Ｔ字型電極５の間を通って図５
（ｄ）の縦方向に流れる。そして、溝１０Ｅを通って二
箇所の液出口１０Ｂから外部に出る。
ットにおいて、液入口１０Ａからベース板１０の窪み内
に供給された冷却液は、溝１０Ｄに沿って図５（ｄ）の
横方向に流れると共に、Ｔ字型電極５の間を通って図５
（ｄ）の縦方向に流れる。そして、溝１０Ｅを通って二
箇所の液出口１０Ｂから外部に出る。
【００３７】また、この液冷式熱電冷却ユニットは、熱
電素子の外側を断熱材１４で囲み、さらにベース板１０
とアルミ吸熱ブロック１１との間を断熱性の高い樹脂ボ
ルト１２で固定したので、ベース板１０からアルミ吸熱
ブロック１１への熱の逆流の防止と熱電素子の防湿が実
現できる。
電素子の外側を断熱材１４で囲み、さらにベース板１０
とアルミ吸熱ブロック１１との間を断熱性の高い樹脂ボ
ルト１２で固定したので、ベース板１０からアルミ吸熱
ブロック１１への熱の逆流の防止と熱電素子の防湿が実
現できる。
【００３８】なお、この液冷式熱電冷却ユニットでは液
出口１０Ｂの個数は二個であったが、これを四個あるい
は六個にしてもよい。
出口１０Ｂの個数は二個であったが、これを四個あるい
は六個にしてもよい。
【００３９】図６は液冷式熱電冷却ユニットの他の例で
ある。ここで、図５と対応する部分には図５と同一の番
号が付してある。そして、図６の実施例は○で囲んだ部
分だけが図５の実施例と異なるので、図５のＢ−Ｂ’断
面図に相当する図だけを示した。
ある。ここで、図５と対応する部分には図５と同一の番
号が付してある。そして、図６の実施例は○で囲んだ部
分だけが図５の実施例と異なるので、図５のＢ−Ｂ’断
面図に相当する図だけを示した。
【００４０】図６（ａ）は、金属ボルト１６によりベー
ス板１０の側とアルミ吸熱ブロック１１の側の両側から
固定したものである。そして、金属ボルト１６は断熱性
が低いので、図５よりも大きな断熱材１４を使用し、こ
の断熱材１４とベース板１０及びアルミ吸熱ブロック１
１を金属ボルト１６で固定した。
ス板１０の側とアルミ吸熱ブロック１１の側の両側から
固定したものである。そして、金属ボルト１６は断熱性
が低いので、図５よりも大きな断熱材１４を使用し、こ
の断熱材１４とベース板１０及びアルミ吸熱ブロック１
１を金属ボルト１６で固定した。
【００４１】図６（ｂ）は、図６（ａ）においてアルミ
吸熱ブロック１１の側から固定していた金属ボルト１６
に代えて、接着剤１７で固定したものである。
吸熱ブロック１１の側から固定していた金属ボルト１６
に代えて、接着剤１７で固定したものである。
【００４２】なお、以上の説明では、一枚の仕切板に熱
電半導体素子が埋め込まれ保持された構造の熱電素子
は、特開平８−２２２８０２７号に記載の方法で製造し
たものであるとしたが、ガラスエポキシ板又はアルマイ
ト加工を施したアルミ板に矩形の穴をあけておき、その
穴に立方体状の普通の熱電半導体素子を嵌め込み、ポリ
イミド樹脂等の加熱硬化型樹脂で固定することで、一枚
の仕切板に熱電半導体素子が埋め込まれ保持された構造
の熱電素子を製造してもよい。
電半導体素子が埋め込まれ保持された構造の熱電素子
は、特開平８−２２２８０２７号に記載の方法で製造し
たものであるとしたが、ガラスエポキシ板又はアルマイ
ト加工を施したアルミ板に矩形の穴をあけておき、その
穴に立方体状の普通の熱電半導体素子を嵌め込み、ポリ
イミド樹脂等の加熱硬化型樹脂で固定することで、一枚
の仕切板に熱電半導体素子が埋め込まれ保持された構造
の熱電素子を製造してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、熱電半導体素子の上下の金属電極の双方が固い基
板に固定されていないので、熱電半導体素子に加わる熱
応力が緩和される。この結果、熱電半導体素子の長寿命
化を実現できる。また、熱電半導体素子を直接的に冷却
することにより、冷却効率の低下を最小限に抑え、熱電
半導体素子の持つ性能を有効に引き出すことができる。
れば、熱電半導体素子の上下の金属電極の双方が固い基
板に固定されていないので、熱電半導体素子に加わる熱
応力が緩和される。この結果、熱電半導体素子の長寿命
化を実現できる。また、熱電半導体素子を直接的に冷却
することにより、冷却効率の低下を最小限に抑え、熱電
半導体素子の持つ性能を有効に引き出すことができる。
【図１】本発明を適用した熱電素子の構成の一例とその
動作を示す図である。
動作を示す図である。
【図２】本発明を適用した熱電素子の冷却方式を示す図
である。
である。
【図３】本発明を適用した熱電素子の温度状態を示す図
である。
である。
【図４】本発明を適用した熱電素子の具体例を示す図で
ある。
ある。
【図５】図４に示した熱電素子を使用した液冷式熱電冷
却ユニットの具体例を示す図である。
却ユニットの具体例を示す図である。
【図６】液冷式熱電冷却ユニットの他の例を示す図であ
る。
る。
【図７】従来の熱電素子の構成を示す図である。
【図８】従来の熱電素子の冷却方式を示す図である。
【図９】従来の熱電素子の温度状態を示す図である。
１…熱電素子、２…仕切板、３Ａ…ｐ型熱電半導体素
子、３Ｂ…ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、５…Ｔ字
型銅電極、６…空冷ジャケット、９…液冷ジャケット、
１０…ベース板、１１…アルミ吸熱ブロック
子、３Ｂ…ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、５…Ｔ字
型銅電極、６…空冷ジャケット、９…液冷ジャケット、
１０…ベース板、１１…アルミ吸熱ブロック
【手続補正書】
【提出日】平成９年５月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 この熱電素子は、一般的にはｐ型とｎ型
からなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、
熱電半導体素子を金属電極にハンダで接合し、π型直列
回路を構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金
属電極を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成に
なったものが、熱電モジュールとして広く使用されてい
る。
からなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、
熱電半導体素子を金属電極にハンダで接合し、π型直列
回路を構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金
属電極を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成に
なったものが、熱電モジュールとして広く使用されてい
る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電素子
は、電気絶縁性を有する仕切板と、仕切板を貫通した状
態で仕切板に保持された同数ずつのｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ
型熱電半導体素子の吸熱側に接続された第１の金属電極
と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放熱
側に接続された第２の金属電極とからなることを特徴と
するものである。
は、電気絶縁性を有する仕切板と、仕切板を貫通した状
態で仕切板に保持された同数ずつのｐ型熱電半導体素子
及びｎ型熱電半導体素子と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ
型熱電半導体素子の吸熱側に接続された第１の金属電極
と、ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放熱
側に接続された第２の金属電極とからなることを特徴と
するものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 本発明に係る熱電素子によれば、第１の
金属電極、第２の金属電極の両方ともセラミック基板に
固定されていないため、熱電半導体素子に加わる熱応力
が緩和される。また、本発明に係る熱電冷却装置によれ
ば、仕切板から放熱側、すなわちｐ型熱電半導体素子及
びｎ型熱電半導体素子のうち仕切板から放熱側に突出し
ている部分と、その端部に接続されている第２の金属電
極が冷却容器内で直接的に冷却されるので、冷却効率の
低下を最小限に抑えることができる。
金属電極、第２の金属電極の両方ともセラミック基板に
固定されていないため、熱電半導体素子に加わる熱応力
が緩和される。また、本発明に係る熱電冷却装置によれ
ば、仕切板から放熱側、すなわちｐ型熱電半導体素子及
びｎ型熱電半導体素子のうち仕切板から放熱側に突出し
ている部分と、その端部に接続されている第２の金属電
極が冷却容器内で直接的に冷却されるので、冷却効率の
低下を最小限に抑えることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明を適用した熱電素子の正面図である。この熱電素子１
は、仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
することが一つの特徴である。ｐ型熱電半導体素子３Ａ
とｎ型熱電半導体素子３Ｂの上側には板状の銅電極４
が、下側には側面の形状がＴ字型の銅電極（以下Ｔ字型
銅電極という）５が、いずれもビスマス錫合金のような
低温ハンダにより取り付けられている。熱電半導体素子
の下側の銅電極をＴ字型に形成したことも特徴の一つで
ある。さらに、銅電極４の上側とＴ字型銅電極５の下側
にセラミック基板を備えていないことも特徴である。こ
のように、金属電極を基板に固定せず、金属電極をむき
出しにした構造はスケルトン構造と呼ばれている。本実
施の形態では上下の金属電極をむき出しにしているの
で、両側スケルトン構造である。
図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明を適用した熱電素子の正面図である。この熱電素子１
は、仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
することが一つの特徴である。ｐ型熱電半導体素子３Ａ
とｎ型熱電半導体素子３Ｂの上側には板状の銅電極４
が、下側には側面の形状がＴ字型の銅電極（以下Ｔ字型
銅電極という）５が、いずれもビスマス錫合金のような
低温ハンダにより取り付けられている。熱電半導体素子
の下側の銅電極をＴ字型に形成したことも特徴の一つで
ある。さらに、銅電極４の上側とＴ字型銅電極５の下側
にセラミック基板を備えていないことも特徴である。こ
のように、金属電極を基板に固定せず、金属電極をむき
出しにした構造はスケルトン構造と呼ばれている。本実
施の形態では上下の金属電極をむき出しにしているの
で、両側スケルトン構造である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】 図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＴ字型
銅電極５の拡大正面図、図１（ｃ）は同じく拡大側面
図、図１（ｄ）は拡大下面図である。図１に示されてい
る７個のＴ字型銅電極５は全て同じ形状とサイズを持っ
ているが、両端の２個は図１（ｃ）のように側面が見え
る向きに取り付けられ、その他の５個は図１（ｂ）のよ
うに正面が見える向きに取り付けられている。なお、詳
細は後述するが、このＴ字型銅電極５は水中等に配置さ
れるので、ニッケルや錫でメッキすることが好適であ
る。
銅電極５の拡大正面図、図１（ｃ）は同じく拡大側面
図、図１（ｄ）は拡大下面図である。図１に示されてい
る７個のＴ字型銅電極５は全て同じ形状とサイズを持っ
ているが、両端の２個は図１（ｃ）のように側面が見え
る向きに取り付けられ、その他の５個は図１（ｂ）のよ
うに正面が見える向きに取り付けられている。なお、詳
細は後述するが、このＴ字型銅電極５は水中等に配置さ
れるので、ニッケルや錫でメッキすることが好適であ
る。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】 このように構成し、液入口９Ａから液冷
ジャケット９の内部に、水又は有機冷媒、例えばエチレ
ングリコールからなる冷却液を送り込むと、送りこまれ
た冷却液はＴ字型銅電極５の両側を通って液冷ジャケッ
ト９の内部を流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の
外に出る。このとき、冷却液を下側から送り込むこと
で、横から送り込む場合よりも良好に拡散させることが
できる。また、Ｔ字型銅電極５におけるＴの字の幅の狭
い部分の両側に空間が存在することで、冷却液の流れが
スムーズになる。なお、図２（ｂ）では、Ｔ字型銅電極
５におけるＴの字の幅の狭い部分の形状を直方体とした
が、直方体の角に丸みを持たせたり、直方体の代わりに
円柱にすれば、冷却液の流れがさらにスムーズになる。
図２（ａ）でも同様である。
ジャケット９の内部に、水又は有機冷媒、例えばエチレ
ングリコールからなる冷却液を送り込むと、送りこまれ
た冷却液はＴ字型銅電極５の両側を通って液冷ジャケッ
ト９の内部を流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の
外に出る。このとき、冷却液を下側から送り込むこと
で、横から送り込む場合よりも良好に拡散させることが
できる。また、Ｔ字型銅電極５におけるＴの字の幅の狭
い部分の両側に空間が存在することで、冷却液の流れが
スムーズになる。なお、図２（ｂ）では、Ｔ字型銅電極
５におけるＴの字の幅の狭い部分の形状を直方体とした
が、直方体の角に丸みを持たせたり、直方体の代わりに
円柱にすれば、冷却液の流れがさらにスムーズになる。
図２（ａ）でも同様である。
Claims (8)
- 【請求項１】 電気絶縁性を有する仕切板と、 前記仕切板を貫通した状態で前記仕切板に保持された同
数ずつのｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子
と、 前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の吸熱
側に接続された平板状の金属電極と、 前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放熱
側に接続されたＴ字型の金属電極とからなることを特徴
とする熱電素子。 - 【請求項２】 電気絶縁性を有する仕切板と、 前記仕切板を貫通した状態で前記仕切板に保持された同
数ずつのｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子
と、 前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の吸熱
側に接続された平板状の金属電極と、 前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の放熱
側に接続されたＴ字型の金属電極と、 前記仕切板から放熱側を収納する冷却容器とを備えるこ
とを特徴とする熱電冷却装置。 - 【請求項３】 前記冷却容器は気体により冷却を行うも
のである請求項２に記載の熱電冷却装置。 - 【請求項４】 前記冷却容器は液体により冷却を行うも
のである請求項２に記載の熱電冷却装置。 - 【請求項５】 前記仕切板に垂直な方向から前記冷却容
器内に前記液体を導入する請求項４に記載の熱電冷却装
置。 - 【請求項６】 前記冷却容器は表面に絶縁層を形成した
金属製である請求項４に記載の熱電冷却装置。 - 【請求項７】 表面に絶縁層を形成した金属製の冷却負
荷を前記平板状の金属電極に取り付けた請求項２に記載
の熱電冷却装置。 - 【請求項８】 前記冷却負荷の側面の周囲に防湿枠を配
置した請求項７に記載の熱電冷却装置。
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| JP8354136A JPH10178216A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 熱電素子及び熱電冷却装置 |
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