JPH11312828A - 熱変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比べコストアップせずに、外力を受け
ても熱電素子対が破損しない構造とする。 【解決手段】 一面が加熱面となり他面が冷却面となる
熱電素子対４を有し、加熱面に当接した第１熱交換器５
に対して設けられる第１ケース体７と、冷却面に当接し
た第２熱交換器６に対して設けられる第２ケース体８と
を備え、両ケース体７，８を固定手段２３により固定し
た熱変換装置１において、第１熱交換器５と第１ケース
体７は支持部３０により支持され、支持部３０において
第１熱交換器５と第１ケース体７の境界面２９をシール
性のある接着剤１３により接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｐ型およびＮ型の
熱電素子対を用い、ペルチェ効果を利用して冷却または
加温を行う熱変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一面が加熱面となり他面が冷却面
となる熱電素子対を有し、加熱面に当接する第１熱交換
器と冷却面に当接する第２熱交換器とを備え、第１およ
び第２熱交換器とによって熱電素子対を挟み込んだ状態
でネジを用いて狭着させているものが知られており、例
えば、このような装置は実開昭５５−１２６１７７号公
報に開示されている。

【０００３】一般的に、熱変換装置に用いられる熱電素
子（Ｐ型、Ｎ型のペルチェ素子）はビスマステルルから
成っているが、この材料は外力に対して極めて弱い。こ
のため、熱交換器を熱電素子対に当接させる場合には、
当接力を適度に加減し、熱交換器への組み付け後におい
ても、熱電素子対に対して過大な外力が加わらないよ
う、対策が必要になってくる。

【０００４】上述した公報に示される熱変換装置は、第
１熱交換器と第２熱交換器とを単にネジによって締結し
ているため、熱交換器に荷重がかかると、ネジは第１熱
交換器と第２熱交換器とが相対的に近接することを抑制
できない。つまり、第１熱交換器と第２熱交換器とを第
１熱交換器と第２熱交換器とが対向する方向において支
持されていないことから、この熱交換器に作用する荷重
の略全荷重が、熱交換器を介して熱電素子対に作用する
ものとなり、壊れてしまうことが起こり得る。

【０００５】そこで、このような問題点を解決するため
に、特開平９−３２１３４８号公報では、熱電素子対の
加熱面に当接する第１熱交換器を有する第１ケース体と
冷却面に当接する第２熱交換器を有する第２ケース体を
備え、第１ケース体と第２ケース体を上下方向に移動し
ないように固めて固定し、外力に対しての対策がなされ
たものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後者に
示す公報では、第１熱変換器と第１ケース体とを気密的
に締結する方法としてＯリングとネジが用いられてお
り、この場合には、Ｏリングとネジが必要になってく
る。また、第１熱変換器にはＯリングの設置や何ケ所か
のネジ孔加工、ネジ締め工程が必要となり、コスト的に
アップしてしまうものとなる。

【０００７】そこで、本発明は、コストアップすること
なく、外力を受けても熱電素子対が破損しない構造とす
ることを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
するため、一面が加熱面となり他面が冷却面となる熱電
素子対を有し、加熱面に当接した第１熱交換器に対して
設けられる第１ケース体と、冷却面に当接した第２熱交
換器に対して設けられる第２ケース体とを備え、両ケー
ス体を固定手段により固定した熱変換装置において、第
１熱交換器と第１ケース体は支持部により支持され、支
持部の第１熱交換器と第１ケース体の境界面をシール性
のある接着剤により接合したことである。

【０００９】上記の構成により、第１熱交換器と第１ケ
ース体の境界面をシール性のある接着剤により接合した
ので、従来のようなシール部材およびネジは必要なくな
る。よって、従来に比べ加工および組付けの工程が少な
くなり、接着剤という安価な方法によりシール性を保っ
た状態で固定が可能となるため、コスト的に安価とな
る。

【００１０】この場合、境界面をアンカー効果を得る形
状にすれば、接着強度が向上する。

【００１１】また、接着剤はエポキシ樹脂系のものを用
いれば、接着強度を向上させることができ、シール性の
良い接着が安価となる。

【００１２】第２熱変換器を被冷却物に取り付ける場
合、熱交換装置は被冷却物の周囲に配設された断熱材と
の間に配設され、第１ケース体と断熱材との間に、冷却
面への水分の侵入を防止する保護部材を配設するように
すれば、保護部材により接着面を剥離させることなく、
冷却面への水分の侵入が防止される。

【００１３】この場合、保護部材はスポンジを用いれ
ば、安価な材質により接着面の剥離が防止され、水分の
侵入が防止されるものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１５】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態における熱変換装置１の断面図である。この熱変
換装置１はＰ型熱電素子２とＮ型熱電素子３とから成る
熱電素子対４と、熱伝導部材から成る第１および第２熱
交換器５，６と、第１熱交換器５に対して設けられた第
１ケース体７と、第２熱交換器６に対して設けられた第
２ケース体８とを備えもっている。

【００１６】Ｐ型熱電素子２とＮ型熱電素子３は、それ
ぞれ図１に示す水平方向に交互に配設されており、同一
方向を向くＰ型熱電素子２の一面（図１に示す上面）と
Ｎ型熱電素子３の一面（図１に示す上面）とが、銅板か
ら成り表面にニッケルメッキが施された第１電極板１０
に対して電気的に接続されている。また同様に、同一方
向を向くＰ型熱電素子２の他面（図１に示す下面）とＮ
型熱電素子３の他面（図１に示す下面）とが銅板から成
り表面にニッケルメッキが施された第２電極板１１に対
して電気的に接続されており、Ｐ型熱電素子２とＮ型熱
電素子３は、順次π型に直列接続されている。

【００１７】第１ケース体７は、ポリブチレンテレフタ
レート（ＰＢＴ樹脂）等から成り立っており、開口部７
ｂを備えた平板部７ａと下方向に向けて突出する枠状の
突状部７ｃとから構成される。外形は、上部にフランジ
形状を備える枠形状をしている。第１熱交換器５は放熱
部材（例えば、アルミ等）から成り、フランジ部５ａを
外周底面にもち、いくつもの放熱フィン５ｂを備えてい
る。第１ケース体７の第１熱交換器５を支持する支持部
３０の第１熱交換器５を支持する面（境界面）２９にお
いて、シール性のある接着剤１３により第１熱交換器５
と第１ケース体７は固定される。この場合、第１熱交換
器５を支持する第１ケース体７を樹脂により成形したの
で、第１熱交換器５と同じ材質で第１ケース体を一体で
作るよりも安価となり、軽量化が可能となる。また、支
持部３０の境界面２９に用いる接着剤１３において、シ
ール性のある接着剤を用いることで、第１ケース体７の
開口部７ｂの一面が気密的に接着されるものとなる。こ
のとき、接着剤１３にエポキシ樹脂系のものを用いれ
ば、シリコン系の接着剤よりも接着強度が強く、しか
も、シール性を確実に保った状態で安価な方法に接着す
ることができる。

【００１８】一方、第２ケース体８は下方にフランジ部
８ａを備えもつ枠状をしたものであり、第２熱交換器６
は下側に平板状部６ａをもち中央部に凸状部６ｂをも
つ。第２熱交換器６に第２ケース体８が第２熱交換器６
の凸状部６ｂをその枠内に囲むよう設けられると共に、
第２熱交換器６の平板状部６ａ上面と第２ケース体８の
フランジ部８ａとが上下方向で当接するように設置され
ており、凸状部６ｂの外周と第２ケース体８の内面とで
形成される空間は、エポキシ樹脂系の接着剤が充填され
る充填部となる。

【００１９】熱電素子対４は、図１に示す下面において
凸状部６ｂの上面に熱伝導性の良い膜状の絶縁材を介し
て固定される。この場合、絶縁材そのものに接着剤を用
いて熱電素子対４と第２熱交換器６との組み付けを行っ
ても良い。

【００２０】また、熱変換素子４に電力を供給するた
め、電極板３８，３９に対してリード線１５、１６、内
部リード線１９、２０が設けられており、リード線１５
は電極板３８の１７の位置で、また、リード線１６は電
極板３９の１８の位置で、共に半田付けされ電極板３
８，３９に電気的に固定されている。この電極板３８，
３９から第２電極板１１にはそれぞれ内部リード線１
９，２０を介して電力が供給される。この場合、第２ケ
ース体８の側面部から電極板３８，３９が突出するよう
インサート成形により成形されており、リード線１５，
１６により外部電源から電源が供給されるようになって
いる。

【００２１】第１ケース体７に接着剤１３により固定さ
れた第１熱交換器５は、絶縁材および熱伝導性グリスを
介して熱電素子対４の上面に当接され、第１ケース体７
の突状部７ｃの先端部分が、第２ケース体８の開口され
た枠内にかかるようにし、第２電極板１１が凸状部６ｂ
に当接させた状態で第２熱交換器６に組み付けられる。

【００２２】この状態の基で、充填部にエポキシ樹脂系
の接着剤２３が充填される。この場合、第２ケース体８
と第２熱交換器６とが接着剤２３により接着固定される
と共に、第１ケース体７と第２ケース体８とが接着剤２
３により接着固定され、接着剤２３は充填部内において
硬化する。

【００２３】このようにすることで、第１熱交換器５と
第１ケース体７とが接着剤１３により気密的に結合さ
れ、第２熱交換器６と第２ケース体８とが接着剤２３に
より気密的に結合される。また、同時にリード線１９、
２０の一部が接着剤２３により気密性が保持され、ケー
ス９内は密閉されるものとなる。

【００２４】熱変換装置１の組み付けにおいて、第１熱
交換器５及び第２熱交換器６を熱電素子対４に当接させ
て、第１熱交換器５を備えた第１ケース体７と第２熱交
換器６を備えた第２ケース体８とを接着剤２３により固
定し、硬化させるようにしたことから、過大な荷重が両
者間に作用しても接着剤２３により抑制され、熱電素子
対４に組み付けによる過大な荷重が作用することはな
い。

【００２５】つまり、第１および第２ケース体７、８に
対して第１および第２熱交換器５、６を互いに近接させ
る荷重が作用した場合であっても、第１ケース体７と第
２ケース体８とは接着剤２３により固定されているた
め、第１熱交換器５と第２熱交換器６とが相対的に近接
することが接着剤２３により抑制できる。

【００２６】熱変換装置１は充填部に充填された接着剤
２３内に突出する突状部７ｃを備えることにより、第１
ケース体７と第２ケース体８とが接着剤２３を介して第
１ケース体７の突状部７ｃに対向する第２ケース体８の
枠状側部とが係合する関係となることから、第１および
第２ケース体７，８、第１および第２熱交換器５，６
が、熱電素子対４に対してずれる方向に荷重が作用した
場合、第１および第２熱交換器５，６、第１ケース体７
と第２ケース体８とが熱電素子対４に相対的にずれるこ
とを接着剤２３により強固に抑制している。

【００２７】次に、熱変換装置１の作動について説明す
る。外部電源からリード線１５，１６および内部リード
線１９，２０を介して熱電素子対４に電力が供給される
と、Ｐ型熱電素子２、Ｎ型熱電素子３に第１および第２
電極板１０，１１を介して電流が流れる。通電により電
流が流れると、ペルチェ効果によって熱電素子対４の上
面（図１に示す上側）が加熱面となるとともに熱電素子
対４の下面（図１に示す下側）が冷却面となる。つま
り、熱変換装置１は、第１電極板１０を介して第１熱交
換器５において加熱作用を発生させ、第２電極板１１を
介して第２熱交換器６において冷却作用を発生させるも
のとなる。

【００２８】上記したように、この熱交換装置１では第
１および第２熱交換器５，６に対して荷重が作用して
も、熱電素子対４と硬化した接着剤２３とに荷重が分散
されることから、全荷重が熱電素子対４に作用すること
がなくなり、熱電素子対４の破損が防止できる。

【００２９】また、ケース９は接着剤２３により、熱電
素子対４が配設される内部空間部分を、ケース９外部か
ら密閉する構成とされていることから、熱電素子対４に
結露が発生することがなく、結露によって電気的短絡が
生じて熱電素子対４が破損することがない。

【００３０】更に、接着剤１３は第１熱交換器５と第１
ケース体７とを気密的に接合することから、第１熱交換
器５と第１ケース体７との接続用の部材を何ら必要とせ
ず、しかも、第１熱交換器５と第１ケース体７との間で
シール部材が必要なくなることから、従来に比べ工程が
低減され、コストの低減を図ることができる。

【００３１】（第２実施形態）図２は、熱変換装置１の
第２実施形態を示しており、主に第１実施形態と異なる
部分について説明を行う。図２において、第１熱交換器
５は第１実施形態と外側の形状は同じであるが、下面中
央には１つのネジ孔５ｃを有している。

【００３２】一方、第２熱交換器６もまた第１実施形態
と基本的には同じ形状を成すが、中央にはネジ２４とワ
ッシャー２６が挿入される段付の挿入孔６ｃ（第１熱交
換器側が小径孔となる）が設けられている。

【００３３】第１ケース体７と第１熱交換器５に関して
は、シール性のあるエポキシ樹脂系の接着剤１３によ
り、第１ケース体７の平板部７ａの上面側開口部７ｂを
塞ぐようにして境界面２９が気密的に接着される。第２
熱交換器６には第２ケース体８が、第２熱交換器６の凸
状部６ｂをその枠内に囲むようにするとともに、第２熱
交換器６の平板状部６ａの上面と第２ケース体８のフラ
ンジ部８ａとが当接するようにして設置される。

【００３４】一方、熱電素子対４は、ネジ孔５ｃの両側
に1組ずつ電気的に接続された状態で分割されて設けら
れている。尚、この場合、複数組の熱電素子対を用いる
ことも可能である。このような熱電素子対４は、第２ケ
ース体８が設置された第２熱交換器６の凸状部６ｂの絶
縁材を介して接着固定される。熱電素子対４への電力の
供給に関しては、第１実施形態と同じ方法を取ってい
る。

【００３５】第１熱交換器５を備えた第１ケース体７
が、第１熱交換器５が絶縁材および熱伝導性グリスを介
して熱電素子対４の上面に当接され、突状部７ｃの先端
側部分が第２ケース体８の枠内で充填部内に収納される
ようにして、第２ケース体８が配置され、熱電素子対４
が固定された第２熱交換器６に組み付けられた後、第２
熱交換器６の挿入孔６ｃにワッシャ２６およびネジ２４
が挿入孔６ｃに挿入される。この場合、ネジ２４のネジ
部がワッシャ２６と挿入孔６ｃの小径部とを貫通し、熱
電素子対４が配設されている空間を通り、第１熱変換器
５のネジ孔５ｃに到達するようにしている。ネジ頭はワ
ッシャ２６を介して挿入孔６ｃの段部に当接して、ネジ
２４がネジ孔５ｃに螺合する。

【００３６】充填部にはエポキシ樹脂系の接着剤２３が
充填され、第２ケース体８と第２熱交換器６とが接着剤
２３により固定され、第１ケース体７と第２ケース体８
とが接着剤２３により固定される。この場合、接着剤２
３は充填部１４内において硬化する。挿入孔６ｃには、
シール材２５としてシリコンゴム、ＮＢＲのゴム栓等が
気密的に圧入されることで気密性が保てるようになって
いる。

【００３７】第２実施形態においては、ワッシャ２６に
より第１熱交換器５と第２熱交換器６とに熱電素子対４
に対して、熱電素子対４が破損することなく、熱電素子
対４と熱交換器５、６との当接が確実とされるよう適正
な圧接力がかけられる。この場合、接着剤２３が充填硬
化されることにより、第１ケース体７と第２ケース体８
との接着剤２３による接着固定は、この適正な圧接力を
保持する接続とされる。

【００３８】また、シリコンゴム２５が充填されること
により、ケース９内の気密性は保たれる。その他の効果
は、第１実施形態１と同じである。

【００３９】（第３実施形態）図３に第３実施形態を示
し、この実施形態においては第１熱変換器５と第１ケー
ス体７との境界面２９にアンカー効果を得るアンカー溝
２７およびノッチ状の溝２８を形成したことを特徴とし
ている。接着剤１３は一般的に気泡（空気）を含んでい
るため、接着剤硬化時に接着剤１３の中に含まれる気泡
を外部に放出するノッチ状の溝２８を設けた。この溝２
８は第１ケース体７の境界面２９内に形成されており、
第１ケース体７の開口形状に沿った環状形状を成すノッ
チ状の溝２８がここでは３つ程形成されている。尚、溝
２８が設けられる個数はこれに限定されない。また、そ
れぞれの溝２８は互いに連通するよう第１ケース体７の
外周へと通じる放射溝を４つもち（図示せず）、接着剤
内部に存在する気泡をノッチ状の溝２８から放射溝へと
導き、大気中に放出できるようになっている。

【００４０】また、第１熱交換器５の第１ケース体７と
の境界面２９にはアンカー溝２７が形成されており、こ
のアンカー溝２７により上下または左右方向の剥離を防
止し、第１熱交換器５と第１ケース体７との接着強度を
向上させている。

【００４１】（第４実施形態）図４は、第４実施形態を
示しており、第１実施形態に示される熱変換装置１の吸
熱を行う面（平板状部６ａ）を被冷却物３３に取り付け
た図である。第１実施形態の構成を成す熱変換装置１
は、被冷却物３３の周囲に配設された断熱材３１との間
に配設されている。この場合、第２熱変換器６の平板状
部６ａは被冷却物３３に当接した状態で固定され、熱電
素子対４に通電されたときには吸熱を行い被冷却物３３
を冷やす。

【００４２】一般的に、断熱材３１に覆われた被冷却物
３３に取り付ける場合には、第２熱交換器６の冷却面
（第２熱変換器６の表面）の結露を防止するために、冷
却面と外気とを遮断する構造にする。

【００４３】外気を遮断せずに、第２熱変換器６の表面
に外気が触れると第２熱変換器６の吸熱作用により表面
に結露が発生するものとなる。このように結露が発生す
ると、断熱材３１に囲まれた冷却空間４０に水分が溜ま
ってゆき、冷却空間４０に溜まった水分により、冷却効
果が低下してしまう。

【００４４】ここでは図４に示すように、外気との遮断
および接着剤１３の剥離を防止する目的として保護部材
としてスポンジ３４、３５を用いている。スポンジは断
熱材３１と第１ケース体７との間に配設されており、ス
ポンジ３４，３５の反発力を利用して外気と断熱材３１
により形成された第２熱変換器６の表面が露出している
空間（冷却空間）４０とを遮断する。

【００４５】スポンジ３４，３５の配設される位置は、
第２熱交換器６の表面が外気に直接ふれない位置に配設
されれば良く、第1ケース体７と第１熱変換器５との接
着面が剥離しない位置に配設することが可能である。

【００４６】応用例として、上記に示す熱変換装置１を
熱変換装置１の冷却作用によってこの貯蔵室用容器、即
ち貯蔵室及び内蔵物を冷却するレジャー用クーラーボッ
クスに適用した場合、クーラーボックスの貯蔵室用容器
を熱伝導部材であるアルミニウム等で形成し、この貯蔵
室用容器に熱変換装置１の第２熱交換器６の図２中下面
を当接させ、貯蔵室用容器及び熱変換装置１をクーラー
ボックスの本体ケース内に配設する構成をとる。

【００４７】このような構成のレジャー用クーラーボッ
クスに熱変換装置１が使用される場合、このクーラーボ
ックスを積んだ車両が悪路を走行することによってクー
ラーボックスに振動等が加えられたり、最悪の場合クー
ラーボックスを落としてしまうことによって、本体ケー
スを介して熱交換器５、６ひいてはケース体７、８に荷
重が作用しても上記理由から熱電素子対４が破損するこ
とが防止できる。

【００４８】

【発明の効果】一面が加熱面となり他面が冷却面となる
熱電素子対を有し、加熱面に当接した第１熱交換器に対
して設けられる第１ケース体と、冷却面に当接した第２
熱交換器に対して設けられる第２ケース体とを備え、両
ケース体を固定手段により固定した熱変換装置におい
て、第１熱交換器と第１ケース体は支持部により支持さ
れ、支持部における第１熱変換器と第１ケース体の境界
面をシール性のある接着剤により接合したことにより、
従来のようなシール部材およびネジは必要なくなる。よ
って、従来に比べ加工および組付け工程が少なくなり、
接着剤という安価な方法によりシール性を保った状態で
固定ができ、コスト的に安価となる。

【００４９】この場合、境界面をアンカー効果を得る形
状にすれば、接着強度が向上する。

【００５０】また、接着剤はエポキシ樹脂系のものを用
いれば、接着強度を向上させることができ、シール性の
良い接着が安価で行える。

【００５１】第２熱変換器を被冷却物に取り付ける場
合、熱交換装置は被冷却物の周囲に配設された断熱材と
の間に配設され、第１ケース体と断熱材との間に、冷却
面への水分の侵入を防止する保護部材を配設するように
すれば、保護部材は接着面を剥離させることなく、冷却
面への水分の侵入が防止される。

【００５２】この場合、保護部材はスポンジを用いれ
ば、安価な材質により接着面の剥離が防止され、水分の
侵入が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態における熱変換装置の
断面図である。

【図２】 本発明の第２実施形態における熱変換装置の
断面図である。

【図３】 本発明の第３実施形態における熱変換装置の
断面図である。

【図４】 本発明の第４実施形態における熱変換装置の
断面図である。

【符号の説明】

１ 熱変換装置 ４ 熱電素子対 ５ 第１熱交換器 ５ｂ 放熱フィン ６ 第２熱交換器 ７ 第１ケース体 ８ 第２ケース体 １３ 接着剤 ２３ 接着剤（固定手段） ２４ ネジ（固定部材） ２９ 境界面 ３０ 支持部 ３１ 断熱材 ３３ 被冷却物 ３４，３５ スポンジ（保護部材） ４０ 冷却空間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面が加熱面となり他面が冷却面となる
   熱電素子対を有し、前記加熱面に当接した第１熱変換器
   に対して設けられる第１ケース体と、前記冷却面に当接
   した第２熱変換器に対して設けられる第２ケース体とを
   備え、前記両ケース体を固定手段により固定した熱変換
   装置において、 前記第１熱交換器と前記第１ケース体は支持部により支
   持され、該支持部の前記第１熱交換器と前記第１ケース
   体の境界面をシール性のある接着剤により接合したこと
   を特徴とする熱変換装置。
2. 【請求項２】 前記境界面をアンカー効果を得る形状に
   した請求項１に記載の熱変換装置。
3. 【請求項３】 前記接着剤はエポキシ樹脂系のものを用
   いる請求項２に記載の熱変換装置。
4. 【請求項４】 前記第２熱変換器を被冷却物に取り付け
   る場合、前記熱変換装置は被冷却物の周囲に配設された
   断熱材との間に配設され、前記第１ケース体と前記断熱
   材との間に、前記冷却面への水分の侵入を防止する保護
   部材を配設した請求項１に記載の熱変換装置。
5. 【請求項５】 前記保護部材はスポンジである請求項４
   に記載の熱変換装置。