JP2000274874A - 熱電冷却装置 - Google Patents
熱電冷却装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱伝導体２０、２０として、可撓性を有する
薄膜を使用し、熱電変換素子１０を構成するＮ型熱電材
料やＰ型熱電材料あるいは電極１２の亀裂、Ｎ型熱電材
料またはＰ型熱電材料と電極１２との剥離が生じにく
く、耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置を提供す
ることを課題としている。 【解決手段】 Ｎ型熱電材料とＰ型熱電材料とこれら熱
電材料からなるチップをその両端で互いに接続する電極
１２とを含む熱電変換素子１０と、前記熱電変換素子１
０の両面もしくはどちらか一面に設けられ、絶縁性およ
び可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体２０、２０と、
前記熱伝導体２０、２０が熱移動媒体の流路をなす壁部
の一部を構成しているマニホールド３０、４０とを備え
たことを特徴とする熱電冷却装置によって解決できる。
薄膜を使用し、熱電変換素子１０を構成するＮ型熱電材
料やＰ型熱電材料あるいは電極１２の亀裂、Ｎ型熱電材
料またはＰ型熱電材料と電極１２との剥離が生じにく
く、耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置を提供す
ることを課題としている。 【解決手段】 Ｎ型熱電材料とＰ型熱電材料とこれら熱
電材料からなるチップをその両端で互いに接続する電極
１２とを含む熱電変換素子１０と、前記熱電変換素子１
０の両面もしくはどちらか一面に設けられ、絶縁性およ
び可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体２０、２０と、
前記熱伝導体２０、２０が熱移動媒体の流路をなす壁部
の一部を構成しているマニホールド３０、４０とを備え
たことを特徴とする熱電冷却装置によって解決できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電冷却装置に関
し、特に、耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置に
関する。
し、特に、耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電変換素子を備えた熱電冷却装置は、
狭い場所にも据え付け可能である、冷媒ガスが漏洩する
心配がない、重量が軽い、配管することなく据え付けで
きるなどの利点を有し、従来から、家庭用冷蔵庫、自動
車用冷蔵庫などの小型冷蔵庫や、ワインクーラー、冷却
水の精密温度調整器などに利用されている。
狭い場所にも据え付け可能である、冷媒ガスが漏洩する
心配がない、重量が軽い、配管することなく据え付けで
きるなどの利点を有し、従来から、家庭用冷蔵庫、自動
車用冷蔵庫などの小型冷蔵庫や、ワインクーラー、冷却
水の精密温度調整器などに利用されている。
【０００３】図７は、従来の熱電冷却装置の一例を示し
た断面図である。この熱電冷却装置は、熱電変換素子１
００と、熱電変換素子１００の両面に設けられた熱伝導
体２００と、熱電変換素子１００の両面にそれぞれ設け
られたマニホールド３００、３００とを備えている。
た断面図である。この熱電冷却装置は、熱電変換素子１
００と、熱電変換素子１００の両面に設けられた熱伝導
体２００と、熱電変換素子１００の両面にそれぞれ設け
られたマニホールド３００、３００とを備えている。
【０００４】熱電変換素子１００は、Ｎ型熱電材料１１
１ａとＰ型熱電材料１１１ｂとが交互に配置されて、Ｃ
ｕなどからなる電極１１２を介して接合されたものであ
り、電極１１２に電流を印加することにより、一方の面
では吸熱し、他方の面では発熱するものである。熱電変
換素子１００の両面には、Ａｌ2Ｏ3などのセラミクスか
らなる板状の熱伝導体２００、２００が接着されてい
る。セラミクスは、金属と比較して、絶縁性に優れると
ともに、熱膨張係数が小さく、その結果、熱応力が小さ
いという利点がある。マニホールド３００、３００内に
は、前記熱伝導体２００、２００を介して熱電変換素子
１００と熱交換される熱移動媒体が注入されている。こ
の熱移動媒体には、水などが用いられ、図７に示す矢印
の方向に流れるようにされている。
１ａとＰ型熱電材料１１１ｂとが交互に配置されて、Ｃ
ｕなどからなる電極１１２を介して接合されたものであ
り、電極１１２に電流を印加することにより、一方の面
では吸熱し、他方の面では発熱するものである。熱電変
換素子１００の両面には、Ａｌ2Ｏ3などのセラミクスか
らなる板状の熱伝導体２００、２００が接着されてい
る。セラミクスは、金属と比較して、絶縁性に優れると
ともに、熱膨張係数が小さく、その結果、熱応力が小さ
いという利点がある。マニホールド３００、３００内に
は、前記熱伝導体２００、２００を介して熱電変換素子
１００と熱交換される熱移動媒体が注入されている。こ
の熱移動媒体には、水などが用いられ、図７に示す矢印
の方向に流れるようにされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱電冷却装置で
は、熱伝導体２００、２００は、Ａｌ2Ｏ3などのセラミ
クスからなるものであり、熱電変換素子１００は、電極
１１２を保護し、熱電変換素子１００の取扱いを容易に
するため、熱伝導体２００、２００と接着されている。
熱伝導体２００、２００を形成しているセラミクスは、
上述したように、金属と比較して熱応力の小さいもので
はあるが、熱電変換素子１００に電流を印加した際に、
熱伝導体２００、２００の熱電変換素子１００側とマニ
ホールド３００側とで温度差が生じると、温度差による
熱伝導体２００、２００の応力により、Ｎ型熱電材料１
１１ａやＰ型熱電材料１１１ｂあるいは電極１１２に亀
裂が発生したり、Ｎ型熱電材料１１１ａまたはＰ型熱電
材料１１１ｂと電極１１２とが剥離したりするという不
都合が生じやすい。このため、電気が導通されない状態
となりやすく、耐久性および信頼性が不十分であり、問
題となっていた。
は、熱伝導体２００、２００は、Ａｌ2Ｏ3などのセラミ
クスからなるものであり、熱電変換素子１００は、電極
１１２を保護し、熱電変換素子１００の取扱いを容易に
するため、熱伝導体２００、２００と接着されている。
熱伝導体２００、２００を形成しているセラミクスは、
上述したように、金属と比較して熱応力の小さいもので
はあるが、熱電変換素子１００に電流を印加した際に、
熱伝導体２００、２００の熱電変換素子１００側とマニ
ホールド３００側とで温度差が生じると、温度差による
熱伝導体２００、２００の応力により、Ｎ型熱電材料１
１１ａやＰ型熱電材料１１１ｂあるいは電極１１２に亀
裂が発生したり、Ｎ型熱電材料１１１ａまたはＰ型熱電
材料１１１ｂと電極１１２とが剥離したりするという不
都合が生じやすい。このため、電気が導通されない状態
となりやすく、耐久性および信頼性が不十分であり、問
題となっていた。
【０００６】よって本発明は、前記事情に鑑みてなされ
たもので、上記の問題を解決し、熱伝導体として、可撓
性を有する薄膜を使用し、熱電変換素子を構成するＮ型
熱電材料やＰ型熱電材料あるいは電極の亀裂、Ｎ型熱電
材料またはＰ型熱電材料と電極との剥離が生じにくく、
耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置を提供するこ
とを課題としている。
たもので、上記の問題を解決し、熱伝導体として、可撓
性を有する薄膜を使用し、熱電変換素子を構成するＮ型
熱電材料やＰ型熱電材料あるいは電極の亀裂、Ｎ型熱電
材料またはＰ型熱電材料と電極との剥離が生じにくく、
耐久性および信頼性に優れた熱電冷却装置を提供するこ
とを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題は、Ｎ型熱電材
料とＰ型熱電材料とこれら熱電材料からなるチップをそ
の両端で互いに接続する電極とを含む熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の両面もしくはどちらか一面に設けら
れ、絶縁性および可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体
と、前記熱伝導体が熱移動媒体の流路をなす壁部の一部
を構成しているマニホールドとを備えたことを特徴とす
る熱電冷却装置によって解決できる。
料とＰ型熱電材料とこれら熱電材料からなるチップをそ
の両端で互いに接続する電極とを含む熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の両面もしくはどちらか一面に設けら
れ、絶縁性および可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体
と、前記熱伝導体が熱移動媒体の流路をなす壁部の一部
を構成しているマニホールドとを備えたことを特徴とす
る熱電冷却装置によって解決できる。
【０００８】このような熱電冷却装置は、可撓性を有す
る薄膜からなる熱伝導体を備えたものであるので、熱電
変換素子に電流を印加して、熱伝導体の熱電変換素子側
とマニホールド側とで温度差を生じさせても、温度差に
よる熱伝導体の応力は、前記熱伝導体の可撓性によって
吸収されるため、Ｎ型熱電材料やＰ型熱電材料あるいは
電極の亀裂、Ｎ型熱電材料またはＰ型熱電材料と電極と
の剥離が生じにくく、耐久性および信頼性に優れた熱電
冷却装置とすることができる。
る薄膜からなる熱伝導体を備えたものであるので、熱電
変換素子に電流を印加して、熱伝導体の熱電変換素子側
とマニホールド側とで温度差を生じさせても、温度差に
よる熱伝導体の応力は、前記熱伝導体の可撓性によって
吸収されるため、Ｎ型熱電材料やＰ型熱電材料あるいは
電極の亀裂、Ｎ型熱電材料またはＰ型熱電材料と電極と
の剥離が生じにくく、耐久性および信頼性に優れた熱電
冷却装置とすることができる。
【０００９】上記の熱電冷却装置においては、前記熱伝
導体が、ポリイミド系の材質で形成されたものであるこ
とが望ましい。また、前記熱伝導体が、複数の層からな
るものであることが望ましい。この場合、前記熱伝導体
が、前記熱電変換素子側の表面を形成する耐熱性フィル
ムと、前記熱電変換素子と反対側の表面を形成する耐水
性フィルムとを有することが望ましい。また、上記の熱
電冷却装置においては、熱電変換素子が、前記熱伝導体
に接着されていることが望ましい。さらに、上記の熱電
冷却装置においては、前記マニホールドの一部を形成す
る前記熱伝導体に、突起が形成されていることが望まし
い。
導体が、ポリイミド系の材質で形成されたものであるこ
とが望ましい。また、前記熱伝導体が、複数の層からな
るものであることが望ましい。この場合、前記熱伝導体
が、前記熱電変換素子側の表面を形成する耐熱性フィル
ムと、前記熱電変換素子と反対側の表面を形成する耐水
性フィルムとを有することが望ましい。また、上記の熱
電冷却装置においては、熱電変換素子が、前記熱伝導体
に接着されていることが望ましい。さらに、上記の熱電
冷却装置においては、前記マニホールドの一部を形成す
る前記熱伝導体に、突起が形成されていることが望まし
い。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の熱電冷却装置の
一例を示した断面図である。この熱電冷却装置は、熱電
変換素子１０と、前記熱電変換素子１０の両面に設けら
れた熱伝導体２０と、前記熱電変換素子１０の両面にそ
れぞれ設けられたマニホールド３０、４０とを備えてい
る。
一例を示した断面図である。この熱電冷却装置は、熱電
変換素子１０と、前記熱電変換素子１０の両面に設けら
れた熱伝導体２０と、前記熱電変換素子１０の両面にそ
れぞれ設けられたマニホールド３０、４０とを備えてい
る。
【００１１】熱電変換素子１０は、図２および図３に示
すように、熱電材料チップ１１であるＮ型熱電材料１１
ａとＰ型熱電材料１１ｂとが交互に配置され、それらを
Ｃｕなどからなる電極１２を介して電気的に接続したも
のである。前記熱電材料チップ１１と電極１２とは、図
３に示すように、半田１３を用いて接合されている。ま
た、図１および図３に示すように、熱電変換素子１０の
縁部には、熱電冷却装置の外部と電気的に接続されるリ
ード線６が設けられ、前記リード線６は、図３に示すよ
うに、電極１２と接続されている。
すように、熱電材料チップ１１であるＮ型熱電材料１１
ａとＰ型熱電材料１１ｂとが交互に配置され、それらを
Ｃｕなどからなる電極１２を介して電気的に接続したも
のである。前記熱電材料チップ１１と電極１２とは、図
３に示すように、半田１３を用いて接合されている。ま
た、図１および図３に示すように、熱電変換素子１０の
縁部には、熱電冷却装置の外部と電気的に接続されるリ
ード線６が設けられ、前記リード線６は、図３に示すよ
うに、電極１２と接続されている。
【００１２】熱電変換素子１０の両面には、図１および
図３に示すように、前記熱電変換素子１０よりも大きい
熱伝導体２０が接着されている。熱電変換素子１０と熱
伝導体２０とが接着された部分の外側に位置する前記熱
伝導体２０、２０の周縁部どうしは、熱伝導体２０、２
０の間に密閉した空間を形成するために、アクリロニト
リル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）などからなる密
閉リング５を挟んで接着されている。
図３に示すように、前記熱電変換素子１０よりも大きい
熱伝導体２０が接着されている。熱電変換素子１０と熱
伝導体２０とが接着された部分の外側に位置する前記熱
伝導体２０、２０の周縁部どうしは、熱伝導体２０、２
０の間に密閉した空間を形成するために、アクリロニト
リル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）などからなる密
閉リング５を挟んで接着されている。
【００１３】図１に示すように、マニホールド３０の周
縁壁は、外壁３１と前記熱伝導体２０とにより形成さ
れ、マニホールド４０の周縁壁は、外壁４１と前記熱伝
導体２０とにより形成されている。前記外壁３１、４１
の内部側の面には、複数の柱状の突起３１ａ、４１ａが
それぞれ形成されている。また、マニホールド３０、４
０の一端には、熱移動媒体を注入するための注入口３
４、４４が設けられ、他端には、熱移動媒体を排水する
ため排出口３５、４５が設けられ、前記マニホールド３
０、４０内に熱移動媒体を流すことができるようになっ
ている。前記周縁壁を形成する外壁３１、４１と熱伝導
体２０との境界には、熱移動媒体が洩れないように、そ
れぞれＯリング３２、４２が介在されている。
縁壁は、外壁３１と前記熱伝導体２０とにより形成さ
れ、マニホールド４０の周縁壁は、外壁４１と前記熱伝
導体２０とにより形成されている。前記外壁３１、４１
の内部側の面には、複数の柱状の突起３１ａ、４１ａが
それぞれ形成されている。また、マニホールド３０、４
０の一端には、熱移動媒体を注入するための注入口３
４、４４が設けられ、他端には、熱移動媒体を排水する
ため排出口３５、４５が設けられ、前記マニホールド３
０、４０内に熱移動媒体を流すことができるようになっ
ている。前記周縁壁を形成する外壁３１、４１と熱伝導
体２０との境界には、熱移動媒体が洩れないように、そ
れぞれＯリング３２、４２が介在されている。
【００１４】前記熱伝導体２０は、絶縁性を有し、可撓
性を有する薄膜により形成されている。前記薄膜を形成
する材質としては、塩化ビニル、テフロン、ウレタン、
ＥＶＡ、ポリプロピレン、シリコーンゴム、合成ゴム、
ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ、塩
化ビニリデン、ポリイミド系などが好ましく使用され
る。これらの材質は、耐水性を有している。よって、後
述する複数の層からなる熱伝導体に用いてもよい。中で
もポリイミド系は、耐熱性に優れているため、放熱側の
ように高温になるところでは望ましい。吸熱側のように
低温となるところではポリイミド系の材料よりも耐熱性
の低い材料を使用してもよい。
性を有する薄膜により形成されている。前記薄膜を形成
する材質としては、塩化ビニル、テフロン、ウレタン、
ＥＶＡ、ポリプロピレン、シリコーンゴム、合成ゴム、
ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ、塩
化ビニリデン、ポリイミド系などが好ましく使用され
る。これらの材質は、耐水性を有している。よって、後
述する複数の層からなる熱伝導体に用いてもよい。中で
もポリイミド系は、耐熱性に優れているため、放熱側の
ように高温になるところでは望ましい。吸熱側のように
低温となるところではポリイミド系の材料よりも耐熱性
の低い材料を使用してもよい。
【００１５】このような熱電冷却装置を使用するには、
前記リード線６を介して、前記熱電変換素子１０に電流
を印加し、熱電変換素子１０のマニホールド３０側の面
から熱伝導体２０を介して吸熱させるとともに、マニホ
ールド４０側の面から熱伝導体２０を介して放熱させ
る。それと同時に、マニホールド３０、４０の一端に設
けられた注入口３４、４４からマニホールド３０、４０
内に熱移動媒体を注入し、他端に設けられた排出口３
５、４５から排出させる。マニホールド３０、４０内に
注入された熱移動媒体は、注入口３４、４４から排出口
３５、４５に向かって流れるとともに、突起３１ａ、４
１ａと突起３１ａ、４１ａの間を縫うように流れる。そ
して、前記熱移動媒体がマニホールド３０、４０内を通
過する間に、前記熱伝導体２０、２０を介して熱移動媒
体と熱電変換素子１０との熱交換が行われる。すなわ
ち、熱移動媒体の温度は、マニホールド３０を通過する
と、熱電変換素子１０からの吸熱により低下し、マニホ
ールド４０を通過すると、熱電変換素子１０からの放熱
により上昇する。このようにして得られたマニホールド
３０を通過した低い温度の熱移動媒体が、例えば、冷蔵
庫内などの冷却に利用される。
前記リード線６を介して、前記熱電変換素子１０に電流
を印加し、熱電変換素子１０のマニホールド３０側の面
から熱伝導体２０を介して吸熱させるとともに、マニホ
ールド４０側の面から熱伝導体２０を介して放熱させ
る。それと同時に、マニホールド３０、４０の一端に設
けられた注入口３４、４４からマニホールド３０、４０
内に熱移動媒体を注入し、他端に設けられた排出口３
５、４５から排出させる。マニホールド３０、４０内に
注入された熱移動媒体は、注入口３４、４４から排出口
３５、４５に向かって流れるとともに、突起３１ａ、４
１ａと突起３１ａ、４１ａの間を縫うように流れる。そ
して、前記熱移動媒体がマニホールド３０、４０内を通
過する間に、前記熱伝導体２０、２０を介して熱移動媒
体と熱電変換素子１０との熱交換が行われる。すなわ
ち、熱移動媒体の温度は、マニホールド３０を通過する
と、熱電変換素子１０からの吸熱により低下し、マニホ
ールド４０を通過すると、熱電変換素子１０からの放熱
により上昇する。このようにして得られたマニホールド
３０を通過した低い温度の熱移動媒体が、例えば、冷蔵
庫内などの冷却に利用される。
【００１６】ここで使用される熱移動媒体としては、比
熱が大きい点から水を主体とするものを採用することが
好ましいが、他の液体であってもよく、特に限定されな
い。吸熱側のマニホールド３０には、凍結を防止するた
めに、前記熱移動媒体に不凍液を添加することが好まし
い。前記不凍液は、特に限定されないが、家庭用冷蔵庫
に用いる熱電冷却装置とする場合には、熱移動媒体が漏
れることも考慮し、プロピレングリコールなどの安全性
の高いものを用いることが好ましい。
熱が大きい点から水を主体とするものを採用することが
好ましいが、他の液体であってもよく、特に限定されな
い。吸熱側のマニホールド３０には、凍結を防止するた
めに、前記熱移動媒体に不凍液を添加することが好まし
い。前記不凍液は、特に限定されないが、家庭用冷蔵庫
に用いる熱電冷却装置とする場合には、熱移動媒体が漏
れることも考慮し、プロピレングリコールなどの安全性
の高いものを用いることが好ましい。
【００１７】このような熱電冷却装置を製造するには、
まず、熱電材料薄板の上面および下面にＮｉめっきを施
し、これを所定の大きさに切断することにより、Ｎ型熱
電材料１１ａおよびＰ型熱電材料１１ｂを得る。次に、
基板にＣｕからなる複数の電極１２を所定の間隔を離し
て仮止めしたものを２枚用意する。そして、前記電極１
２上にクリーム半田を塗布し、基板の電極１２側を対向
させて、Ｎ型熱電材料１１ａとＰ型熱電材料１１ｂとを
交互に配置して挟持させたのち、半田１３を硬化させ
る。その後、仮止めされていた基板をはずすことによ
り、熱電変換素子１０が得られる。このようにして得ら
れた熱電変換素子１０の両面に、熱伝導体２０を接着す
るとともに、熱伝導体２０、２０の間に密閉リング５を
挟み込んで、熱伝導体２０、２０の間に密閉された空間
を形成する。さらに、熱伝導体２０、２０の外側に、Ｏ
リング３２、４２を介して、外壁３１、４１を設けるこ
とにより、マニホールド３０、４０を形成し、図１に示
す熱電冷却装置が得られる。
まず、熱電材料薄板の上面および下面にＮｉめっきを施
し、これを所定の大きさに切断することにより、Ｎ型熱
電材料１１ａおよびＰ型熱電材料１１ｂを得る。次に、
基板にＣｕからなる複数の電極１２を所定の間隔を離し
て仮止めしたものを２枚用意する。そして、前記電極１
２上にクリーム半田を塗布し、基板の電極１２側を対向
させて、Ｎ型熱電材料１１ａとＰ型熱電材料１１ｂとを
交互に配置して挟持させたのち、半田１３を硬化させ
る。その後、仮止めされていた基板をはずすことによ
り、熱電変換素子１０が得られる。このようにして得ら
れた熱電変換素子１０の両面に、熱伝導体２０を接着す
るとともに、熱伝導体２０、２０の間に密閉リング５を
挟み込んで、熱伝導体２０、２０の間に密閉された空間
を形成する。さらに、熱伝導体２０、２０の外側に、Ｏ
リング３２、４２を介して、外壁３１、４１を設けるこ
とにより、マニホールド３０、４０を形成し、図１に示
す熱電冷却装置が得られる。
【００１８】このような熱電冷却装置は、熱伝導体２０
を、可撓性を有する薄膜としたので、熱電変換素子１０
に電流を印加して、前記熱伝導体２０の熱電変換素子１
０側とマニホールド３０、４０側とで温度差を生じさせ
ても、温度差による熱伝導体２０の応力は、熱伝導体２
０、２０の可撓性によって吸収されるため、熱電材料チ
ップ１１あるいは電極１２の亀裂や、熱電材料チップ１
１と電極１２との剥離が生じにくく、耐久性および信頼
性に優れた熱電冷却装置とすることができる。
を、可撓性を有する薄膜としたので、熱電変換素子１０
に電流を印加して、前記熱伝導体２０の熱電変換素子１
０側とマニホールド３０、４０側とで温度差を生じさせ
ても、温度差による熱伝導体２０の応力は、熱伝導体２
０、２０の可撓性によって吸収されるため、熱電材料チ
ップ１１あるいは電極１２の亀裂や、熱電材料チップ１
１と電極１２との剥離が生じにくく、耐久性および信頼
性に優れた熱電冷却装置とすることができる。
【００１９】また、前記熱電変換素子１０が、前記薄膜
に接着されているので、電極１２を保護することができ
るとともに、熱電変換素子１０の取扱いを容易にするこ
とができ、より一層、耐久性および信頼性に優れた熱電
冷却装置とすることができる。また、接着されている方
が、薄膜と電極１２との間の熱抵抗が小さくなるため、
熱伝達の効率が向上する。
に接着されているので、電極１２を保護することができ
るとともに、熱電変換素子１０の取扱いを容易にするこ
とができ、より一層、耐久性および信頼性に優れた熱電
冷却装置とすることができる。また、接着されている方
が、薄膜と電極１２との間の熱抵抗が小さくなるため、
熱伝達の効率が向上する。
【００２０】さらに、前記薄膜が、ポリイミド系の材質
で形成されたものであるので、とくに、耐熱性が求めら
れる放熱側において、優れた耐熱性が得られる。
で形成されたものであるので、とくに、耐熱性が求めら
れる放熱側において、優れた耐熱性が得られる。
【００２１】また、マニホールド３０、４０の外壁３
１、４１の内部側の面に突起３１ａ、４１ａを設けたの
で、マニホールド３０、４０内に注入された熱移動媒体
は、注入口３４、４４から排出口３５、４５に向かって
流れるとともに、突起３１ａ、４１ａと突起３１ａ、４
１ａによって流れが乱れ、突起３１ａ、４１ａと突起３
１ａ、４１ａの間を縫うように流れる。したがって、効
率よく熱移動媒体と熱電変換素子１０との熱交換を行う
ことができる。
１、４１の内部側の面に突起３１ａ、４１ａを設けたの
で、マニホールド３０、４０内に注入された熱移動媒体
は、注入口３４、４４から排出口３５、４５に向かって
流れるとともに、突起３１ａ、４１ａと突起３１ａ、４
１ａによって流れが乱れ、突起３１ａ、４１ａと突起３
１ａ、４１ａの間を縫うように流れる。したがって、効
率よく熱移動媒体と熱電変換素子１０との熱交換を行う
ことができる。
【００２２】本発明の熱電冷却装置においては、熱伝導
体を複数の層からなるものとしてもよく、例えば、図４
に示すように、熱伝導体２１を、２層の薄膜からなるも
のとしてもよい。この場合、前記熱伝導体２１は、前記
熱電変換素子１０側の表面を形成する耐熱性フィルム２
１ａと、前記熱電変換素子１０と反対側の表面を形成す
る耐水性フィルム２１ｂとからなるものであることが望
ましい。このような熱電冷却装置とすることで、熱伝導
体２１の耐久性および耐水性を向上させることができ、
熱電冷却装置の耐久性および信頼性をより一層高めるこ
とができる。
体を複数の層からなるものとしてもよく、例えば、図４
に示すように、熱伝導体２１を、２層の薄膜からなるも
のとしてもよい。この場合、前記熱伝導体２１は、前記
熱電変換素子１０側の表面を形成する耐熱性フィルム２
１ａと、前記熱電変換素子１０と反対側の表面を形成す
る耐水性フィルム２１ｂとからなるものであることが望
ましい。このような熱電冷却装置とすることで、熱伝導
体２１の耐久性および耐水性を向上させることができ、
熱電冷却装置の耐久性および信頼性をより一層高めるこ
とができる。
【００２３】本発明の熱電冷却装置においては、図５に
示すように、マニホールド７０、８０の外壁７１、８１
の内部側の面に突起を設けず、前記マニホールド７０、
８０の周縁壁の一部を形成する熱伝導体２２に、複数の
突起２２ａを形成してもよい。このような熱電冷却装置
とすることで、図１に示すマニホールド３０、４０の外
壁３１、４１の内部側の面に突起３１ａ、４１ａを設け
た場合と同様に、マニホールド７０、８０内に注入され
た熱移動媒体は、注入口７４、８４から排出口７５、８
５に向かって流れるとともに、突起２２ａ、２２ａによ
って流れが乱れて、突起２２ａ、２２ａの間を縫うよう
に流れ、効率よく熱移動媒体と熱電変換素子１０との熱
交換を行うことができる。
示すように、マニホールド７０、８０の外壁７１、８１
の内部側の面に突起を設けず、前記マニホールド７０、
８０の周縁壁の一部を形成する熱伝導体２２に、複数の
突起２２ａを形成してもよい。このような熱電冷却装置
とすることで、図１に示すマニホールド３０、４０の外
壁３１、４１の内部側の面に突起３１ａ、４１ａを設け
た場合と同様に、マニホールド７０、８０内に注入され
た熱移動媒体は、注入口７４、８４から排出口７５、８
５に向かって流れるとともに、突起２２ａ、２２ａによ
って流れが乱れて、突起２２ａ、２２ａの間を縫うよう
に流れ、効率よく熱移動媒体と熱電変換素子１０との熱
交換を行うことができる。
【００２４】なお、突起の形状は、上述した例のよう
に、柱状とすることができるが、例えば、方形、半球状
としてもよく、とくに限定されない。また、突起の数
は、上述した例のように、複数としてもよいが、１以上
の任意の数とすることができ、特に限定されない。
に、柱状とすることができるが、例えば、方形、半球状
としてもよく、とくに限定されない。また、突起の数
は、上述した例のように、複数としてもよいが、１以上
の任意の数とすることができ、特に限定されない。
【００２５】本発明の熱電冷却装置においては、上述し
た例のように、前記熱電変換素子１０が、前記熱伝導体
２０に接着されているものとすることができるが、熱伝
導体２０は、 密閉リング５とＯリング３２、４２とに
はさまれ、固定されているため、接着されていなくても
よく、とくに限定されない。
た例のように、前記熱電変換素子１０が、前記熱伝導体
２０に接着されているものとすることができるが、熱伝
導体２０は、 密閉リング５とＯリング３２、４２とに
はさまれ、固定されているため、接着されていなくても
よく、とくに限定されない。
【００２６】本発明の熱電冷却装置においては、上述し
た密閉リング５に代えて、図６に示すような、密閉リン
グ５１にリード線６１を貫通させるようにし、前記密閉
リング５１と熱伝導体２０との間にＯリング５１ａ、５
１ａを介在させた構造としてもよい。
た密閉リング５に代えて、図６に示すような、密閉リン
グ５１にリード線６１を貫通させるようにし、前記密閉
リング５１と熱伝導体２０との間にＯリング５１ａ、５
１ａを介在させた構造としてもよい。
【００２７】本発明の熱電冷却装置においては、熱伝導
体は、上述した例に示したように、熱電変換素子の両面
に設けることができるが、どちらか一方のみに設けても
よく、用途などに応じて決定することができ、特に限定
されない。
体は、上述した例に示したように、熱電変換素子の両面
に設けることができるが、どちらか一方のみに設けても
よく、用途などに応じて決定することができ、特に限定
されない。
【００２８】本発明の熱電冷却装置においては、熱伝導
体を熱電変換素子の両面側に設けた場合、上述した例に
示したように、マニホールドを、熱電変換素子の両面側
に設けてもよいが、どちらか一方のみに設けてもよく、
用途などに応じて決定することができ、特に限定されな
い。
体を熱電変換素子の両面側に設けた場合、上述した例に
示したように、マニホールドを、熱電変換素子の両面側
に設けてもよいが、どちらか一方のみに設けてもよく、
用途などに応じて決定することができ、特に限定されな
い。
【００２９】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を詳しく説明す
る。 ［実施例］１．４ｍｍ四方の断面積を有し、高さ１．６
ｍｍ、１２７対の熱電材料チップ１１を有する熱電変換
素子１０を用い、前記熱電変換素子１０の両面に、ポリ
イミドフィルムからなる熱伝導体２０を接着し、その外
側に、Ｏリング３２、４２を介して、外壁３１、４１を
設けることにより、マニホールド３０、４０を形成し、
図１に示す熱電冷却装置を得た。
る。 ［実施例］１．４ｍｍ四方の断面積を有し、高さ１．６
ｍｍ、１２７対の熱電材料チップ１１を有する熱電変換
素子１０を用い、前記熱電変換素子１０の両面に、ポリ
イミドフィルムからなる熱伝導体２０を接着し、その外
側に、Ｏリング３２、４２を介して、外壁３１、４１を
設けることにより、マニホールド３０、４０を形成し、
図１に示す熱電冷却装置を得た。
【００３０】［従来例］実施例と同様の熱電変換素子１
０を用い、前記熱電変換素子１０の両面に、Ａｌ2Ｏ3セ
ラミクスからなる熱伝導体を接着し、その外側に、実施
例と同様にしてマニホールドを形成し、熱電冷却装置を
得た。
０を用い、前記熱電変換素子１０の両面に、Ａｌ2Ｏ3セ
ラミクスからなる熱伝導体を接着し、その外側に、実施
例と同様にしてマニホールドを形成し、熱電冷却装置を
得た。
【００３１】このようにして得られた実施例および従来
例の熱電冷却装置に対し、マニホールド内に流速０．３
ｍ／ｓで２７℃の水を流しながら、最大６Ａの電流を３
０秒毎に３０秒間印加し、前記熱電冷却装置に電流が導
通されない状態となるまでの印加回数を調べた。
例の熱電冷却装置に対し、マニホールド内に流速０．３
ｍ／ｓで２７℃の水を流しながら、最大６Ａの電流を３
０秒毎に３０秒間印加し、前記熱電冷却装置に電流が導
通されない状態となるまでの印加回数を調べた。
【００３２】その結果、実施例の熱電冷却装置の印加回
数は、１２００回であり、従来例の熱電冷却装置の印加
回数は、３００回であった。このことより、熱伝導体を
ポリイミドフィルムからなるものとすることで、従来と
比較して耐久性に優れた熱電冷却装置が得られることが
あきらかとなった。
数は、１２００回であり、従来例の熱電冷却装置の印加
回数は、３００回であった。このことより、熱伝導体を
ポリイミドフィルムからなるものとすることで、従来と
比較して耐久性に優れた熱電冷却装置が得られることが
あきらかとなった。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱電冷却
装置は、可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体を備えた
ものであるので、熱電変換素子に電流を印加して、熱伝
導体の熱電変換素子側とマニホールド側とで温度差を生
じさせても、温度差による熱伝導体の応力によって、熱
電材料チップあるいは電極の亀裂、熱電材料チップと電
極との剥離が生じにくく、耐久性および信頼性に優れた
熱電冷却装置とすることができる。
装置は、可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体を備えた
ものであるので、熱電変換素子に電流を印加して、熱伝
導体の熱電変換素子側とマニホールド側とで温度差を生
じさせても、温度差による熱伝導体の応力によって、熱
電材料チップあるいは電極の亀裂、熱電材料チップと電
極との剥離が生じにくく、耐久性および信頼性に優れた
熱電冷却装置とすることができる。
【図１】 本発明の熱電冷却装置の一例を示した断面図
である。
である。
【図２】 図１に示した熱電冷却装置の要部の構造を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図３】 図１に示した熱電冷却装置の要部の構造を示
した断面図である。
した断面図である。
【図４】 本発明の熱電冷却装置に用いられる熱伝導体
の他の例を説明するための図である。
の他の例を説明するための図である。
【図５】 本発明の熱電冷却装置の他の例を示した断面
図である。
図である。
【図６】 本発明の熱電冷却装置の他の例の要部を示し
た断面図である。
た断面図である。
【図７】 従来の熱電冷却装置の一例を示した断面図で
ある。
ある。
５ 密閉リング ６ リード線 １０ 熱電変換素子 １１ 熱電材料チップ １１ａ Ｎ型熱電材料 １１ｂ Ｐ型熱電材料 １２ 電極 １３ 半田 ２０、２１ 熱伝導体 ３０、４０、７０、８０ マニホールド ３１、４１、７１、８１ 外壁 ３１ａ、４１ａ、２２ａ 突起 ３４、４４、７４、８４ 注入口 ３５、４５、７５、８５ 排出口 ３２、４２ Ｏリング
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎ型熱電材料とＰ型熱電材料とこれら熱
電材料からなるチップをその両端で互いに接続する電極
とを含む熱電変換素子と、 前記熱電変換素子の両面もしくはどちらか一面に設けら
れ、絶縁性および可撓性を有する薄膜からなる熱伝導体
と、 前記熱伝導体が熱移動媒体の流路をなす壁部の一部を構
成しているマニホールドとを備えたことを特徴とする熱
電冷却装置。 - 【請求項２】 前記熱伝導体が、ポリイミド系の材質で
形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の
熱電冷却装置。 - 【請求項３】 前記熱伝導体が、複数の膜からなるもの
であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電
冷却装置。 - 【請求項４】 前記熱伝導体が、前記熱電変換素子側の
表面を形成する耐熱性フィルムと、前記熱電変換素子と
反対側の表面を形成する耐水性フィルムとを有すること
を特徴とする請求項３に記載の熱電冷却装置。 - 【請求項５】 前記熱電変換素子が、前記熱伝導体に接
着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載の熱電冷却装置。 - 【請求項６】 前記マニホールドの一部を形成する前記
熱伝導体に、突起が形成されていることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の熱電冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084929A JP2000274874A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 熱電冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084929A JP2000274874A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 熱電冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000274874A true JP2000274874A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13844395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11084929A Pending JP2000274874A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 熱電冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000274874A (ja) |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7946120B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-24 | Bsst, Llc | High capacity thermoelectric temperature control system |
| US8069674B2 (en) | 2001-08-07 | 2011-12-06 | Bsst Llc | Thermoelectric personal environment appliance |
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| US11993132B2 (en) | 2018-11-30 | 2024-05-28 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric conditioning system and methods |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP11084929A patent/JP2000274874A/ja active Pending
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