JP4285622B2

JP4285622B2 - Heat exchanger

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Publication number: JP4285622B2
Application number: JP2000336096A
Authority: JP
Inventors: 徹夫大西; 等佐藤
Original assignee: Kelk Ltd
Current assignee: Kelk Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2002141563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐ型素子、Ｎ型素子とこれらを接合する電極板を複数対備えたサーモモジュールの外周全周をＯリングで包囲して対向する熱交換器間に締め付け固定して成る熱交換装置に係わり、詳しくは、Ｏリングにより気密封止されたサーモモジュールから外部に電極を取り出す電極取出構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の流体を冷却または加熱して一定温度の流体を得るための素子として、ペルチェ効果を利用して冷却、加熱を行う電子冷熱素子（サーモモジュール）が知られている。
【０００３】
サーモモジュールは、Ｎ型とＰ型の半導体素子（熱電素子）を縦及び横方向に交互に複数並べたうえで、隣接する素子同士を上側と下側の接合板（金属電極）で電気的に直列接続となるよう相互に接合したものである。
【０００４】
このサーモモジュールに対して、Ｎ型からＰ型の方向に直流電流を流すと、上側の接合板は冷却して周囲から熱を奪い、下側の接合板は発熱して周囲に熱を放出するように動作する。
【０００５】
そこで、上述した各種流体を例えば冷却する場合には、サーモモジュールの上側の接合板面に冷却対象の流体（循環水）が通る流路を持つ熱交換器（熱交換板）を当接させる一方、下側の接合板面には放熱水が通る流路を持つ熱交換器（水冷板）を当接させた熱交換ユニットを用意し、このユニット内のサーモモジュールに対して上述した通電制御を行い、この時に冷却される上側の接合板面を介して熱交換板の流路を流れる循環水を目標温度まで冷却する一方、この冷却により奪われた熱を下側の水冷板の流路を流れる放熱水を介して放出させるようにしている。
【０００６】
この種の熱交換ユニットにおいて、上述した熱交換動作に伴う結露からサーモモジュールを保護するための対策として、サーモモジュールの外周全周をＯリングで包囲して該Ｏリングと共に熱交換器間に締め付け固定し、該サーモジュールをＯリングと対向する熱交換器間に気密封止する構造を有するものがある。
【０００７】
かかる構造を有する熱交換ユニットにおいて、気密封示されたサーモモジュールから外部へと電極を取り出す電極取出構造に関する公知技術として、例えば、特開平６−２０７７６２号公報には、吸熱側基体（上記熱交換板に相当）と放熱側基体（同、水冷板に相当）のうちの少なくとも一方の基体のシール部（同、Ｏリングに相当）と接するシール面よりも内周側からそのシール面を横断しないで当該基体の外側に貫通する透孔を形成し、その透孔にリード体を挿入してリード体の先端部を電極に接続して、透孔の少なくとも一部を接着剤で閉塞したものが開示されている。
【０００８】
この従来の電極取出構造では、リード体を挿入した透孔を接着剤で塞いでいるために、気密性が低く、結露対策が十分であるとは言えなかった。
【０００９】
また、従来の電極取出構造の別の例として、図８に示すようなものがあった。ここで、図８（ａ）は、サーモモジュール８０の外周全周をＯリング７５で覆い、熱交換器７０ａ，７０ｂ間に締め付け固定した熱交換ユニットの概念断面構成図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線による断面図である。
【００１０】
この熱交換ユニットでは、熱交換器７０ｂの側面からリード体９１を出す一方、熱交換器７０ｂの伝熱面表面のＯリング７５の内側エリアから電極７１を挟み込んだねじ９２を嵌入し、該ねじ９２をリード体９１に螺着している。
【００１１】
しかしながら、この従来例によれば、リード部分が２つの部材（リード体９１及びねじ９２）を螺合することで実現されたり、多数の樹脂リング、ＯリングあるいはＥリング等が必要となることから、電極取出構造が複雑化し、更には、リード体９１とねじ９２との螺合により電気抵抗、接触抵抗が大きくならざるを得なかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の熱交換ユニットにおける電極取出構造としては、気密封止されたサーモモジュールの電極から熱交換器を貫通して外部にリード体を出してその貫通孔を接着剤で塞いだものや、熱交換器の側面からリード体を出し、サーモモジュールの気密封止エリア側でそのリード体に電極を介してねじを螺合したものがあったが、前者では十分な気密性を確保できず、後者では構造が複雑でしかも電気抵抗、接触抵抗が大きいという問題点があった。
【００１３】
本発明は上述の問題点を解消し、十分な気密性を確保できると共に、構造が簡単でしかも電気抵抗及び接触抵抗も小さくて済む電極取出構造を有する熱交換装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明に関わる熱交換装置は、
Ｐ型素子、Ｎ型素子とこれらを接合する電極板を複数対備えたサーモモジュールの外周全周をＯリングで包囲して対向する熱交換器間に締め付け固定して成る熱交換装置において、
前記熱交換器に、該熱交換器の伝熱面における前記Ｏリングより内側の位置から前記熱交換器の側面に亘って貫通する電極取出孔を設け、
前記電極取出孔に挿通され、前記熱交換器の側面の孔から後端部が取出される胴部の先端部に、前記熱交換器の伝熱面の開口から延びるＬ型に屈曲した電極片を設けた電極棒を有し、
前記電極棒の前記電極片を、前記熱交換器の伝熱面における前記サーモモジュールの電極用接合板と半田付けにより固着し、前記電極片の屈曲を利用して前記電極棒を前記熱交換器の伝熱面に対して水平な方向に取出すとともに、前記電極棒を前記熱交換器の伝熱面から外周部まで一本化した構造とし、
前記電極棒の前記胴部に装着したＯリングを介して、前記電極棒を前記熱交換器の前記電極取出孔に密接嵌着し、
前記電極棒を介して前記サーモモジュールへの給電を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係わる熱交換ユニット１００の上面図であり、図２は図１における熱交換ユニット１００の右側面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、この熱交換ユニット１００は、熱交換器（水冷板）１１０ａと熱交換器（熱交換板）１１０ｂとの間にサーモモジュール５０と該サーモモジュール５０の外周全周を包囲するＯリング６０とを狭持した構造を有する。
【００２０】
熱交換板１１０ｂにはボルト貫通孔１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂ，１１６ｂ，１１７ｂ，１１８ｂ，１１９ｂが設けられる。これらボルト貫通孔１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂ，１１６ｂ，１１７ｂ，１１８ｂ，１１９ｂからそれぞれ貫通させた各締付ボルトを対向する水冷板１１０ａに設けられたねじ孔１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１５ａ，１１６ａ，１１７ａ，１１８ａ，１１９ａ（図３参照）にねじ込むことで、水冷板１１０ａと熱交換板１１０ｂとを所定の締付力で固定することができる。
【００２１】
なお、水冷板１１０ａと熱交換板１１０ｂを上述の如く固定するには、他に、締付ボルトとナットを用いて締め付ける方法もある。
【００２２】
この締め付け固定により、水冷板１１０ａ、熱交換板１１０ｂ、Ｏリング６０及び後述する内側Ｏリング６１の４者間による気密スペースが形成され、該スペース中にサーモモジュール５０が封入されることとなる。
【００２３】
サーモモジュール５０を気密封入するのは、熱交換ユニット１００稼働時の水冷板１１０ａ側または熱交換板１１０ｂ側が雰囲気空気の露点以下に下がった場合に生じた結露が当該モジュール５０に流れ込まないように、また、湿った雰囲気がサーモモジュール５０の周囲に連続的に浸入しないようにするための対策である。
【００２４】
水冷板１１０ａ及び熱交換板１１０ｂは、それぞれ、銅製のもので、内部に各々放熱水及び循環水流す流路１２５ａ及び１２５ｂを持ついわゆるＣｕジャケット式熱交換器である。
【００２５】
水冷板１１０ａ及び熱交換板１１０ｂの流路１２５ａ及び１２５ｂの端部には、それぞれ、（流体入口１２１ａ，流体出口１２２ａ）、（流体入口１２１ｂ，流体出口１２２ｂ）が形成される。
【００２６】
熱交換板１１０ｂの流体入口１２１ｂ，流体出口１２２ｂには、それぞれ、冷却対象の循環水の流入管，流出管が連結され、流入管より流入する循環水は熱交換板１１０ｂ内の流路１２５ｂを通り、流出管より流出される。
【００２７】
また、水冷板１１０ａの流体入口１２１ａ，流体出口１２２ａには、それぞれ、放熱水の流入管，流出管が連結され、流入管より流入する放熱水は水冷板１１０ａ内の流路１２５ａを通り、流出管より流出される。
【００２８】
熱交換板１１０ｂは、水冷板１１０ａの流体入口１２１ａ，流体出口１２２ａへの流入管，流出管の配管スペース分だけ当該水冷板１１０ａからオフセットされた状態に取り付けられている。
【００２９】
次に、この熱交換ユニット１００における熱電素子の配置構造について図３及び図４を参照して説明する。
【００３０】
図３は、図２のＡ−Ａ線による断面図であり、図４は同Ｂ−Ｂ線による断面図である。
【００３１】
図３及び図４からも分かるように、水冷板１１０ａと熱交換板１１０ｂとの間には、外側のＯリング６０の他、内側のＯリング６１も介在する。
【００３２】
外側のＯリング６０は、水冷板１１０ａのねじ孔１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１５ａ，１１６ａ，１１７ａ，１１８ａ，１１９ａ、及び熱交換板１１０ｂのボルト貫通孔１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂ，１１６ｂ，１１７ｂ，１１８ｂ，１１９ｂの内側ぎりぎりに納まる大きさで、かつこれら各孔を避けるように（塞がないように）要所が蛇行された形状のものから成る。
【００３３】
内側のＯリング６１は熱交換板１１０ｂのボルト貫通孔１１１ｂより大きな径を持ち、該ボルト貫通孔１１１ｂ及び水冷板１１０ａのねじ孔１１１ａを同心円状に包囲するように配置される。
【００３４】
この外側のＯリング６０と内側のＯリング６１との間のエリア内にサーモモジュール５０が取り付けられる。
【００３５】
サーモモジュール５０は、Ｐ型熱電素子、Ｎ型熱電素子とこれらを接合する電極板とにより構成される熱電素子対を複数備えて成るものであり、具体的には、Ｎ型熱電素子とＰ型熱電素子を縦及び横方向に交互に複数対並べたうえで、隣接する素子同士を上側の接合板（電極板）と下側の接合板とで電気的に直列接続となるよう相互に接合したものである。
【００３６】
上側の各接合板と下側の各接合板は、それぞれ、上記熱電素子の配列エリアに対応した平面（以下、上側接合板面、下側接合板面という）を構成する。
【００３７】
図３において、水冷板１１０ａの伝熱面表面には、サーモモジュール５０の例えば下面側接合板面を構成する複数の接合板５０１ａが上述したＯリング６０とＯリング６１との間のエリア全域に等密度で配置されている。
【００３８】
具体的には、外側のＯリング６０との境界付近では、該Ｏリング６０との間に無駄なエリアを極力生じないように、当該Ｏリング６０の蛇行に沿った任意の形（熱交換板１１０ｂとの間にサーモモジュール５０を固定するためのねじ孔等を避ける形）に配置されている。
【００３９】
また、内側のＯリング６１との境界付近では当該Ｏリング６１を避ける形で接合板５０１ａが配置されている。
【００４０】
水冷板１１０ａの伝熱面表面に配置される各接合板５０１ａには、１つにつきそれぞれ一対ずつのＮ型熱電素子５０２とＰ型熱電素子５０３が立設されており、対向する側（上面側）の接合板面の各接合板５０１ｂにつながっている。
【００４１】
同様に、図４において、熱交換板１１０ｂの伝熱面表面には、サーモモジュール５０の上面側接合板面を構成する複数の接合板５０１ｂがＯリング６０とＯリング６１との間のエリア全域に等密度で配置されている。
【００４２】
具体的には、外側のＯリング６０との境界付近では、当該Ｏリング６０との間に無駄なエリアを極力生じないように、当該Ｏリング６０の蛇行に沿った任意の形（水冷板１１０ａとの間にサーモモジュール５０を固定するためのボルト貫通孔等を避ける形）に配置され、内側のＯリング６１との境界付近では当該Ｏリング６１を避ける形で接合板５０１ｂが配置されている。
【００４３】
そして、熱交換板１１０ｂの伝熱面表面に配置される各接合板５０１ｂには、１つにつきそれぞれ一対のＮ型熱電素子５０２とＰ型熱電素子５０３が立設されており、対向する側（下面側）の接合板面の各接合板５０１ａにつながっている。
【００４４】
上記構造を有するサーモモジュール５０の末端部の２つの接合板５０１Ｌ（リード電極用）には、それぞれ、例えば正電極側の電極棒２００ａと負電極側の電極棒２００ｂが接続される。
【００４５】
この電極棒２００ａ，２００ｂ間に直流電流を流すことにより、熱交換板１１０ｂ側の各接合板５０１ｂが冷却され、これにより熱交換板１１０ｂが冷やされ、当該熱交換板１１０ｂ内の流路１２５ｂを流れる循環水が冷却される。
【００４６】
他方、水冷板１１０ａ側の各接合板５０１ａが発熱し、この熱が水冷板１１０ａに伝わり、その中の流路１２５ａを流れる放熱水と熱交換され放熱される。
【００４７】
次に、この熱交換ユニット１００における電極取出構造について説明する。図５は図１におけるＣ−Ｃ線による拡大断面図であり、図６は図５における熱交換板１１０ｂ及びＯリング６０がない状態での上面図である。
【００４８】
図５及び図６からも分かるように、水冷板１１０ａには、その伝熱面１１０１の表面から側面１１０２へと貫通される電極取出孔１３０ａが設けられる。
【００４９】
この電極取出孔１３０ａのうち、水冷板１１０ａの伝熱面１１０１の表面側の孔１３０１は、伝熱面１１０１に対して垂直方向に楕円形状の孔として形成されたものであり、側面１１０２側の孔１３０２は、伝熱面１１０１に対して水平方向に所定の径を持つ円形の孔として該伝熱面１１０１の表面側の孔１３０１まで貫通されたものである。
【００５０】
ここで、電極取出孔１３０ａの伝熱面１１０１側の孔１３０１の位置は、サーモモジュール５０の結露対策として該モジュール５０の外周全周を包囲するように伝熱面１１０１上に置かれるＯリング６０の内側エリアとなっている。
【００５１】
この電極取出孔１３０ａに対して１本の電極棒２００ａが嵌入されている。
【００５２】
電極棒２００ａは、円柱上の細長い金属棒から成る胴部２１０の先端部に、平板部材をＬ型に屈曲して成る電極片２２０を例えば蝋付けにより接合して構成されたものである。
【００５３】
この電極棒２００ａは、胴部２１０と電極片２２０の接合部付近が、伝熱面１１０１側の孔１３０１内に留まり、かつ胴部２２０の後端部が側面１１０２側の孔１３０２から突き出るように、上記電極取出孔１３０ａに嵌入されている。
【００５４】
そして、電極棒２００ａの電極片２２０は、Ｏリング６０の更に内側にあるサーモモジュール５０の電極用の接合板５０１Ｌに半田付けにより固着されている。
【００５５】
また、電極棒２００ａの電極片２２０後方の胴部２１０は、側面１１０２側の孔１３０２に対し、樹脂リング２３０，２４０及びＯリング２５０を介して密接状態に嵌着されている。
【００５６】
このように、本実施形態では、水冷板１１０ａに、伝熱面１１０１の表面上のＯリング６０の内側位置から側面１１０２へと貫通される電極取出孔１３０ａを設けると共に、胴部２１０の先端部に電極片２２０を取り付けた１本の電極棒２００ａを、その前端部の電極片２２０の一部が電極取出孔１３０ａの伝熱面１１０１の表面側の孔１３０１内に留まり、かつその後端部が電極取出孔１３０ａの側面側の孔１３０２より突き出るように電極取出孔１３０ａに嵌入し、該電極棒２００ａの先端部の電極片２２０をサーモモジュール５０の電極用の接合板５０１Ｌに半田付けにより固着すると共に、該電極棒２００ａの胴部２１０をＯリング２５０及び樹脂リング２３０，２４０を介して側面側の孔１３０２に密接状態に嵌着した電極取出構造を有するものである。
【００５７】
この電極棒２００ａと対を成すもう一方の電極棒２００ｂに対しても、電極棒２００ａと同様の電極取り出し構造が設けられ、該電極棒２００ｂが水冷板１１０ａに設けられた電極取出孔１３０ｂのうちの側面１１０２の孔から突き出ている。
【００５８】
これら電極棒２００ａ，２００ｂは、共に、それぞれ、Ｏリング６０の内側のサーモモジュール５０の電極用接合板５０１Ｌに半田付けにより固定され、水冷板１１０ａの伝熱面表面から外周部まで一本化された構造によって実現されるため、電極取出構造が極めて単純で済み、また組立作業性も向上する。
【００５９】
また、電極棒２００ａ，２００ｂの電極片２２０とサーモモジュール５０の電極用接合板５０１Ｌとの接続が半田で行われるため、電気抵抗を低減でき、接触抵抗を殆ど無くすことができる。
また、電極取出構造の単純化に合わせて水冷板１１０ａの側面側の孔１３０２における気密封止のための構造もまた極めて単純なもので済む。
【００６０】
特に、本発明では、電極棒２００ａ，２００ｂを貫通させる電極取出孔１３０ａ，１３０ｂの水冷板１１０ａの伝熱面１１０１側の孔１３０１は、該伝熱面１１０１の表面のＯリング６０の内側位置に設定されているため、Ｏリング６０により気密保持機能を阻害することはない。
【００６１】
このため、本発明では、水冷板１１０ａの側面１１０２側の孔１３０２に対する気密封止のみ徹底すれば良く、この部分に、電極棒２００ａ，２００ｂの胴部２１０をＯリング２５０及び樹脂リング２３０，２４０を介して側面側の孔１３０２にそれぞれ密接嵌着させるという極めて単純な構造を適用することで、上述したＯリング６０と相俟って気密性を確実に確保できる。
【００６２】
次に、本発明に係わる電極取出構造の組立作業について説明する。
【００６３】
上記電極取付構造を有する熱交換ユニット１００を製造する場合、図５及び図６に示す電極棒２００ａ，２００ｂに相当する２本の電極棒を用意する。
【００６４】
一方で、水冷板１１０ａ，熱交換板１１０ｂを用意し、水冷板１１０ａには、上記電極棒２００ａ，２００ｂに対応しそれぞれが上述した条件を満たす電極取出孔１３０ａ，１３０ｂを形成する。
【００６５】
次に、水冷板１１０ａの伝熱面１１０１の表面に絶縁層を施した後、該絶縁層のうえにサーモモジュール５０を、熱素子対（５０２，５０３及びこれを接合する接合板５０１）が例えば図３に示す態様で設置されるように接合する。
【００６６】
次に、水冷板１１０ａの電極取出孔１３０ａ，１３０ｂに対して、それぞれ、電極棒２００ａ，２００ｂを嵌入する。
【００６７】
この作業は、電極棒２００ａを例に挙げれば、該電極棒２００ａの胴部２１０に樹脂リング２３０を嵌挿した状態で、例えば、図５に想像線（２点鎖線）で示すように、この電極棒２００ａの後端部を電極取出孔１３０ａの伝熱面１１０１側の孔１３０１から側面１１０２側の孔１３０２へ向けて同図の斜め下方に向けて差し込んでいき、電極棒２００ａにおける胴部２１０と電極片２２０との接合部分が伝熱面１１０１側の孔１３０１内に達する当たりで当該電極棒２００ａを伝熱面１１０１と水平になるように戻して更に外部に引き出し、同図に実線で示す位置に止めることで行うことができる。
【００６８】
なお、電極取出孔２００ａに貫通した電極棒２００ａの胴部２１０が最終的に水冷板１１０ａの伝熱面１１０１に水平となるように保てるのは、電極棒２００ａの先端部の電極片２２０が電極取出孔２００ａと逆の方向に屈曲していることによるものである。
【００６９】
上記作業を経て、電極取出孔１３０ａに対して電極棒２００ａを嵌入した後、この電極棒２００ａの電極片２２０をサーモモジュール５０の対応する接合板５０１Ｌに当接させ、該電極片２２０を接合板５０１Ｌに半田により固着する。
【００７０】
次いで、電極取出孔１３０ａの水冷板１１０ａの伝熱面側の孔１３０１側から樹脂リング２３０を側面側の孔１３０２に対してしっかりと差し込むと共に、電極棒２００ａの後端部側からＯリング２５０，樹脂リング２４０を順に差し込み、これら両者を樹脂リング２４０の外縁部２４０ａが水冷板１１０ａの側面１１０２に当接するまで電極取出孔１３０方向に送り込むことで、該電極棒２００ａの胴部２１０を樹脂リング２３０，Ｏリング２５０及び樹脂リング２４０を介して側面側の孔１３０２内に密接状態に嵌着する。
【００７１】
同様に、電極棒２００ｂについても、該電極棒２００ｂを電極取出孔１３０ｂに対して嵌入し、電極片２２０をサーモモジュール５０の対応する接合板５０１Ｌに当接させ半田により固着すると共に、該電極棒２００ｂの胴部２１０を樹脂リング２３０，Ｏリング２５０及び樹脂リング２４０を介して側面側の孔１３０２内に密接状態に嵌着する。
【００７２】
一方で、熱交換板１１０ｂの伝熱面表面にも絶縁層を施し、そのうえにグリスをのせたうえで、水冷板１１０ａの伝熱面表面に接合されているサーモモジュール５０の各接合板５０１にグリス塗布面が当接するように熱交換板１１０ｂを覆い被せる。
【００７３】
この時、水冷板１１０ａと熱交換板１１０ｂ間にはサーモモジュール５０の外周全周を包囲するようにＯリング６０が介在されるのは言うまでもない。
【００７４】
その後、水冷板１１０ａのねじ孔に対して熱交換板１１０ｂのボルト貫通孔が合わさるように位置決めしたうえで、熱交換板１１０ｂのボルト貫通孔からそれぞれ貫通させた各締付ボルトを対向する水冷板１１０ａのねじ孔にねじ込むことにより、水冷板１１０ａと熱交換板１１０ｂをサーモモジュール５０を挟み込んだ状態で締め付け、固定する。
【００７５】
この時、電極棒２００ａの水冷板１１０ａの側面からの突き出し部分については以下の如く処理する。
【００７６】
まず、電極棒２００ａの胴部２１０の後端部に設けられる電線保持孔２１１に対してケーブル３００の被覆を剥がしたはだか電線３１０を嵌入し、半田付け若しくはかしめにより両者を接続する。
【００７７】
また、電極棒２００ａの水冷板１１０ａの側面からの突き出し部分からケーブル３００の一部にかけては熱収縮チューブ３５０をかけ、適宜に折り曲げる。
【００７８】
電極棒２００ｂの水冷板１１０ａの側面からの突き出し部分についても電極棒２００ａの当該部分に対するのと同様の処理を行う。
【００７９】
なお、上記工程中、水冷板１１０ａの伝熱面１１０１に対するサーモモジュール５０の伝熱素子対の接合は、例えば、水冷板１１０ａの伝熱面１１０１上のＯリング６０の内側エリアに例えば酸化アルミニューム（アルミナ）の溶射による絶縁層（アルミナ溶射膜）を形成し、更に、そのうえに銅溶射によりサーモモジュール５０の接合板５０１のパターンに対応する導電層（銅溶射膜）を形成し、更にこの銅溶射膜のうえに半田をおき、該銅溶射膜を各接合板５０１の位置合わせを行った後、全体を加熱炉に入れ、半田を加熱溶融することによりサーモモジュール５０の各接合板５０１を対向する銅溶射膜に対して半田付けにより接合する方法がある。
【００８０】
ここで、加熱炉に入れる前に、電極棒２００ａ，２００ｂをそれぞれ図５に実線で示す状態にセットし、かつ各電極片２２０と対向する各接合板５０１Ｌとの間に半田をのせておけば、その後、これら全体を加熱炉に入れて加熱することにより、水冷板１１０ａの伝熱面１１０１に対するサーモモジュール５０の熱電対の半田接合と一緒に、電極棒２００ａ，２００ｂの各電極片２２０と対応する各接合板５０１Ｌとの半田接合とを同一工程で実施できる。
【００８１】
なお、この方法の場合、加熱炉に入れる時には、樹脂リング２３０，２４０及びＯリング２５０の代わりに金属製の治具を入れておくのが望ましい。
【００８２】
また、上述した水冷板１１０ａの伝熱面１１０１に対する絶縁層（アルミナ溶射膜）形成プロセスにおいて、電極取出孔１３０ａ，１３０ｂ周辺及び内部の一部分（Ｏリング２５０とサーモモジュール５０の接合板５０１Ｌ間のエリア）に対しても当該絶縁層を施すようにすれば、電極棒２００ａ，２００ｂと銅製の水冷板１１０ａとの間の絶縁をより確実なものとすることができる。
【００８３】
また、電極棒２００ａ，２００ｂと銅製の水冷板１１０ａとの間の絶縁構造の他の例としては、図７に示すような構造も考えられる。なお、図７では、図５と同様の構造部分には同一の符号を付している。
【００８４】
図７においては、胴部２１０と電極片２２０から成る電極棒２０１ａを電極取出孔１３０ａに対して嵌入し、電極片２２０をサーモモジュール５０の対応する接合板５０１Ｌに当接させ半田により固着すると共に、該電極棒２０１ａの胴部２１０を樹脂リング２４１を介して側面側の孔１３０２内に密接状態に嵌着している。
【００８５】
樹脂リング２４１は、図６の構造に採用されていた樹脂リング２４０を先端部分が電極片２２０まで達する長さに延長したような形状を有するものであり、外周面にはＯリング溝２４１１が形成され、内周面にはＯリング溝２４１２が形成されている。
【００８６】
このＯリング溝２４１１及び２４１２を形成すべく、樹脂リング２４１は、図５に示す構造に採用された樹脂リング２４０よりも肉厚に形成され、この肉厚の分だけ電極棒２０１ａの径が小さくなっている（図５に示す構造に採用された電極棒２００ａよりも）。
【００８７】
樹脂リング２４１のＯリング溝２４１２には、Ｏリング２５２が嵌挿され、この状態で、樹脂リング２４１の内側に電極棒２０１ａが密着貫通される。
【００８８】
また、樹脂リング２４１のＯリング溝２４１１には、Ｏリング２５１が嵌挿され、この状態で、樹脂リング２４１が側面側の孔１３０２内に密接状態に嵌着されている。
【００８９】
電極棒２０１ａと対を成す電極棒２０１ｂも、同様の絶縁構造により、対応する電極取出孔１３０ｂに嵌入される。
【００９０】
この構造によれば、電極棒２０１ａ，２０１ｂの各胴部２１０と銅製の水冷板１１０ａとの間に各々樹脂リング２４１を介在させたうえで、これら各樹脂リング２４１の外周面と内周面の２個所に更にＯリング２５１，２５２を介在させることにより、上述した絶縁層形成に頼ることなく、電極棒２００ａ，２００ｂと銅製の水冷板１１０ａとの間を確実に絶縁することができる。
【００９１】
なお、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、熱交換器に、伝熱面表面上の結露対策用のＯリングの内側位置から側面へと貫通される電極取出孔を設け、この電極取出孔のうちの側面側の孔より外部に電極棒を取り出すと共に、該電極棒の胴部をＯリングを介して側面側の孔に密接嵌着し、該電極棒を介してサーモモジュールへの給電を行うようにしたため、電極棒として熱交換器の伝熱面表面から外周部まで一本化された構造のものを採用でき、電極取り出し構造が極めて単純で済み、また組立作業性も向上する。
また、電極棒と外部との実質的な接点は、熱交換器の側面側の孔のみであるため、この部分にのみ十分な気密対策を講じれば良く、電極棒の胴部をＯリングを介して電極取出孔の側面側の孔に密接嵌着させるといった、極めて簡単な構造によって気密性を確実に確保できる。
さらに、電極棒は、電極取出孔における熱交換器の伝熱面の孔側で、サーモモジュールの電極用接合板と半田付けにより固着されるため、電気抵抗、接触抵抗等を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる熱交換ユニットの上面図。
【図２】図１における熱交換ユニットの右側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線による断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線による断面図。
【図５】図１におけるＣ−Ｃ線による拡大断面図。
【図６】図５における熱交換板１１０ｂ及びＯリング６０がない状態での上面図。
【図７】電極棒と水冷板との間の絶縁構造の一例を示す図。
【図８】従来の熱交換ユニットの電極取出構造を示す図。
【符号の説明】
１００熱交換ユニット
１１０ａ熱交換器（水冷板）
１１０ｂ熱交換器（熱交換板）
１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１５ａ，１１６ａ，１１７ａ，１１８ａ，１１９ａねじ孔
１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂ，１１６ｂ，１１７ｂ，１１８ｂ，１１９ｂ，２２１，２２２ボルト貫通孔
１２１ａ，１２１ｂ流体入口
１２２ａ，１２２ｂ流体出口
１２５ａ放熱水の流路
１２５ｂ循環水の流路
５０サーモモジュール
５０１ａ，５０１ｂ接合板
５０１Ｌリード電極用の接合板
５０２，５０３熱電素子
６０，６１Ｏリング
１１０１水冷板１１０ａの伝熱面
１１０２水冷板１１０ａの側面
１３０ａ，１３０ｂ電極取出孔
１３０１伝熱面表面側の孔
１３０２側面側の孔
２００ａ，２００ｂ，２０１ａ電極棒
２１０胴部
２２０電極片
２２１電線保持孔
２３０，２４０，２４１樹脂リング
２４０ａ樹脂リング２４０の外縁部
２４１１，２４１２Ｏリング溝
２５０，２５１，２５２Ｏリング
３００ケーブル
３１０はだか電線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a heat exchange comprising a thermomodule comprising a plurality of pairs of P-type elements, N-type elements and electrode plates for joining them, and surrounding the entire outer periphery with an O-ring, and fastening and fixing between opposing heat exchangers. More particularly, the present invention relates to an improvement in an electrode extraction structure for extracting an electrode from a thermo module hermetically sealed by an O-ring.
[0002]
[Prior art]
As an element for cooling or heating various fluids to obtain a fluid having a constant temperature, an electronic cooling element (thermo module) that performs cooling and heating using the Peltier effect is known.
[0003]
The thermo module is configured by arranging a plurality of N-type and P-type semiconductor elements (thermoelectric elements) alternately in the vertical and horizontal directions, and electrically connecting adjacent elements with upper and lower bonding plates (metal electrodes). They are joined together in series connection.
[0004]
When a direct current is applied to the thermo module from the N-type to the P-type, the upper joining plate cools and takes heat away from the surroundings, and the lower joining plate generates heat and releases heat to the surroundings. To work.
[0005]
Therefore, for example, when cooling the various fluids described above, a heat exchanger (heat exchange plate) having a flow path through which the fluid to be cooled (circulated water) passes is joined to the upper joint plate surface of the thermo module. Prepare a heat exchange unit with a heat exchanger (water-cooled plate) that has a flow path through which the facility water passes on the lower joint plate surface, and apply the above-mentioned energization control to the thermo module in this unit. The circulating water flowing through the flow path of the heat exchange plate is cooled to the target temperature via the upper joint plate surface cooled at this time, while the heat taken away by this cooling is passed through the flow path of the lower water cooling plate. It is made to discharge through flowing facility water.
[0006]
In this type of heat exchange unit, as a measure to protect the thermo module from the condensation caused by the heat exchange operation described above, the entire outer periphery of the thermo module is surrounded by an O-ring and tightened between the O-ring and the heat exchanger. Some have a structure in which the thermomodule is fixed and hermetically sealed between the heat exchangers facing the O-ring.
[0007]
In a heat exchange unit having such a structure, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-207762 discloses a heat absorption side substrate (the heat exchange unit described above) as an electrode extraction structure for taking out an electrode from a thermo-sealed thermo module. Plate) and the heat-radiating substrate (corresponding to the water-cooled plate) at least one of the substrates is not traversed from the inner peripheral side of the sealing surface in contact with the sealing portion (corresponding to the O-ring). A through hole is formed through the outside of the substrate, a lead body is inserted into the through hole, the tip of the lead body is connected to the electrode, and at least a part of the through hole is closed with an adhesive. It is disclosed.
[0008]
In this conventional electrode lead-out structure, since the through hole into which the lead body is inserted is closed with an adhesive, the airtightness is low, and it cannot be said that the countermeasure against condensation is sufficient.
[0009]
Further, another example of the conventional electrode extraction structure is shown in FIG. Here, FIG. 8A is a conceptual cross-sectional configuration diagram of a heat exchange unit in which the entire outer periphery of the thermo module 80 is covered with an O-ring 75 and fastened and fixed between the heat exchangers 70a and 70b. ) Is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
[0010]
In this heat exchange unit, the lead body 91 is taken out from the side surface of the heat exchanger 70b, while the screw 92 sandwiching the electrode 71 is inserted from the inner area of the O-ring 75 on the heat transfer surface of the heat exchanger 70b. 92 is screwed to the lead body 91.
[0011]
However, according to this conventional example, the lead portion is realized by screwing two members (the lead body 91 and the screw 92), or a large number of resin rings, O-rings, E-rings, etc. are required. The electrode extraction structure is complicated, and furthermore, the electrical resistance and the contact resistance are inevitably increased due to the screw engagement between the lead body 91 and the screw 92.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, as an electrode extraction structure in the conventional heat exchange unit, the heat exchanger is penetrated from the electrode of the hermetically sealed thermo module, the lead body is taken out to the outside, and the through hole is closed with an adhesive. In addition, there was a lead body that was taken out from the side of the heat exchanger and a screw was screwed to the lead body via an electrode on the hermetic sealing area side of the thermo module, but the former could ensure sufficient airtightness. However, the latter has a problem that the structure is complicated and electric resistance and contact resistance are large.
[0013]
An object of the present invention is to provide a heat exchange device having an electrode extraction structure that solves the above-described problems, can secure sufficient airtightness, has a simple structure, and requires only a small electric resistance and contact resistance. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
    To achieve the above objective,The heat exchange apparatus related to the present invention is
  In a heat exchange device comprising a P-type element, an N-type element and a thermomodule comprising a plurality of pairs of electrode plates for joining them, the outer periphery of the thermomodule being surrounded by an O-ring and clamped between opposing heat exchangers.
  The heat exchanger is provided with an electrode extraction hole that penetrates from the position inside the O-ring on the heat transfer surface of the heat exchanger to the side surface of the heat exchanger,
  An electrode piece that is inserted into the electrode extraction hole and bent into an L shape that extends from the opening of the heat transfer surface of the heat exchanger at the front end portion of the body portion where the rear end portion is extracted from the hole on the side surface of the heat exchanger An electrode bar provided with
  The electrode piece of the electrode bar is fixed by soldering to the electrode joining plate of the thermo module on the heat transfer surface of the heat exchanger, and the electrode bar is fixed to the heat exchanger by using the bending of the electrode piece. Taking out in a horizontal direction with respect to the heat transfer surface, the electrode rod has a single structure from the heat transfer surface of the heat exchanger to the outer periphery,
  The electrode rod is closely fitted to the electrode extraction hole of the heat exchanger through an O-ring attached to the body portion of the electrode rod,
  Power is supplied to the thermo module through the electrode rod.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a top view of a heat exchange unit 100 according to the present invention, and FIG. 2 is a right side view of the heat exchange unit 100 in FIG.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchange unit 100 includes a thermo module 50 and an entire outer periphery of the thermo module 50 between a heat exchanger (water cooling plate) 110a and a heat exchanger (heat exchange plate) 110b. It has a structure in which an O-ring 60 surrounding the periphery is held.
[0020]
Bolt through holes 111b, 112b, 113b, 114b, 115b, 116b, 117b, 118b, and 119b are provided in the heat exchange plate 110b. Screw holes 111 a, 112 a, 113 a, 114 a, 114 a, 114 a, 114 a, 114 b, 113 b, 114 b, 115 b, 116 b, 117 b, 117 b, 118 b, and 119 b, respectively, are provided in the opposing water cooling plate 110 a. By screwing into 115a, 116a, 117a, 118a, and 119a (see FIG. 3), the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b can be fixed with a predetermined tightening force.
[0021]
In addition, in order to fix the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b as described above, there is another method in which the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b are tightened using a tightening bolt and a nut.
[0022]
By this tightening and fixing, an airtight space is formed between four members of the water cooling plate 110a, the heat exchange plate 110b, the O-ring 60, and an inner O-ring 61 described later, and the thermo module 50 is enclosed in the space.
[0023]
The thermo module 50 is hermetically sealed so that the dew condensation that occurs when the water cooling plate 110a side or the heat exchange plate 110b side when the heat exchange unit 100 is operated falls below the dew point of the ambient air does not flow into the module 50. Further, this is a measure for preventing a moist atmosphere from continuously entering the periphery of the thermo module 50.
[0024]
The water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b are made of copper, and are so-called Cu jacket type heat exchangers having flow paths 125a and 125b through which the facility water and circulating water flow, respectively.
[0025]
(Fluid inlet 121a, fluid outlet 122a) and (fluid inlet 121b, fluid outlet 122b) are formed at the ends of the flow paths 125a and 125b of the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b, respectively.
[0026]
The fluid inlet 121b and the fluid outlet 122b of the heat exchange plate 110b are connected to the inflow pipe and the outflow pipe of the circulating water to be cooled, respectively. The circulating water flowing in from the inflow pipe flows through the flow path 125b in the heat exchange plate 110b. And is discharged from the outlet pipe.
[0027]
The fluid inlet 121a and the fluid outlet 122a of the water cooling plate 110a are connected to the inflow pipe and the outflow pipe of the facility water, respectively. The facility water flowing in from the inflow pipe flows out through the flow path 125a in the water cooling plate 110a. It flows out of the pipe.
[0028]
The heat exchange plate 110b is attached in a state offset from the water cooling plate 110a by the piping space of the inflow pipe and the outflow pipe to the fluid inlet 121a and the fluid outlet 122a of the water cooling plate 110a.
[0029]
Next, an arrangement structure of thermoelectric elements in the heat exchange unit 100 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
[0030]
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[0031]
As can be seen from FIGS. 3 and 4, an inner O-ring 61 is also interposed between the water-cooled plate 110 a and the heat exchange plate 110 b in addition to the outer O-ring 60.
[0032]
The outer O-ring 60 includes screw holes 112a, 113a, 114a, 115a, 116a, 117a, 118a, and 119a of the water cooling plate 110a, and bolt through holes 112b, 113b, 114b, 115b, 116b, and 117b of the heat exchange plate 110b. 118b and 119b are small enough to fit inside, and are formed in a meandering shape so as to avoid these holes (so as not to be blocked).
[0033]
The inner O-ring 61 has a larger diameter than the bolt through hole 111b of the heat exchange plate 110b, and is disposed so as to concentrically surround the bolt through hole 111b and the screw hole 111a of the water cooling plate 110a.
[0034]
The thermo module 50 is attached in an area between the outer O-ring 60 and the inner O-ring 61.
[0035]
The thermo module 50 includes a plurality of thermoelectric element pairs including a P-type thermoelectric element, an N-type thermoelectric element, and an electrode plate that joins the P-type thermoelectric element, specifically, an N-type thermoelectric element and a P-type. After arranging a plurality of pairs of thermoelectric elements alternately in the vertical and horizontal directions, adjacent elements are joined to each other so that they are electrically connected in series with the upper joining plate (electrode plate) and the lower joining plate. Is.
[0036]
Each upper joining plate and each lower joining plate constitute a plane corresponding to the arrangement area of the thermoelectric elements (hereinafter, referred to as an upper joining plate surface and a lower joining plate surface).
[0037]
In FIG. 3, on the heat transfer surface of the water-cooled plate 110a, a plurality of bonding plates 501a constituting, for example, the lower surface side bonding plate surface of the thermo module 50 are provided over the entire area between the O-ring 60 and the O-ring 61 described above. Arranged at equal density.
[0038]
Specifically, in the vicinity of the boundary with the outer O-ring 60, an arbitrary shape (heat exchange plate) along the meandering of the O-ring 60 is used so as not to generate a useless area with the O-ring 60 as much as possible. 110b and avoiding a screw hole for fixing the thermo module 50).
[0039]
Further, in the vicinity of the boundary with the inner O-ring 61, the joining plate 501a is arranged so as to avoid the O-ring 61.
[0040]
A pair of N-type thermoelectric elements 502 and P-type thermoelectric elements 503 are erected on each bonding plate 501a disposed on the heat transfer surface of the water-cooled plate 110a. ) Are connected to the respective joining plates 501b on the joining plate surface.
[0041]
Similarly, in FIG. 4, a plurality of bonding plates 501 b constituting the upper surface side bonding plate surface of the thermo module 50 are arranged on the heat transfer surface of the heat exchange plate 110 b over the entire area between the O-ring 60 and the O-ring 61. Are arranged with equal density.
[0042]
Specifically, in the vicinity of the boundary with the outer O-ring 60, an arbitrary shape (water-cooled plate 110a) along the meandering of the O-ring 60 is used so as not to generate a useless area with the O-ring 60 as much as possible. The joint plate 501b is disposed so as to avoid the O-ring 61 in the vicinity of the boundary with the inner O-ring 61. .
[0043]
A pair of N-type thermoelectric elements 502 and P-type thermoelectric elements 503 are erected on each of the bonding plates 501b arranged on the heat transfer surface of the heat exchange plate 110b. It is connected to each joining plate 501a on the joining plate surface on the lower surface side.
[0044]
For example, a positive electrode side electrode bar 200a and a negative electrode side electrode bar 200b are connected to the two joining plates 501L (for lead electrodes) at the end of the thermo module 50 having the above-described structure.
[0045]
By flowing a direct current between the electrode rods 200a and 200b, each joining plate 501b on the heat exchange plate 110b side is cooled, thereby the heat exchange plate 110b is cooled, and the flow path 125b in the heat exchange plate 110b is cooled. The flowing circulating water is cooled.
[0046]
On the other hand, each joining plate 501a on the side of the water cooling plate 110a generates heat, and this heat is transmitted to the water cooling plate 110a, and heat is exchanged with the facility water flowing through the flow path 125a therein to dissipate heat.
[0047]
Next, the electrode extraction structure in the heat exchange unit 100 will be described. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1, and FIG. 6 is a top view without the heat exchange plate 110b and the O-ring 60 in FIG.
[0048]
As can be seen from FIGS. 5 and 6, the water cooling plate 110 a is provided with an electrode extraction hole 130 a penetrating from the surface of the heat transfer surface 1101 to the side surface 1102.
[0049]
Among the electrode extraction holes 130a, the hole 1301 on the surface side of the heat transfer surface 1101 of the water cooling plate 110a is formed as an elliptical hole in a direction perpendicular to the heat transfer surface 1101, and is on the side surface 1102 side. The hole 1302 is formed as a circular hole having a predetermined diameter in the horizontal direction with respect to the heat transfer surface 1101 up to the hole 1301 on the surface side of the heat transfer surface 1101.
[0050]
Here, the position of the hole 1301 on the heat transfer surface 1101 side of the electrode extraction hole 130a is set as an O-ring 60 placed on the heat transfer surface 1101 so as to surround the entire outer periphery of the module 50 as a countermeasure against condensation on the thermo module 50. It is an inner area.
[0051]
One electrode rod 200a is inserted into the electrode extraction hole 130a.
[0052]
The electrode rod 200a is formed by joining an electrode piece 220 formed by bending a flat plate member into an L shape at the tip of a body portion 210 made of a long and narrow metal rod on a cylinder, for example, by brazing.
[0053]
In this electrode bar 200a, the vicinity of the joint portion between the body portion 210 and the electrode piece 220 stays in the hole 1301 on the heat transfer surface 1101 side, and the rear end portion of the body portion 220 protrudes from the hole 1302 on the side surface 1102 side. The electrode extraction hole 130a is inserted.
[0054]
The electrode piece 220 of the electrode bar 200a is fixed to the electrode joining plate 501L of the thermo module 50 further inside the O-ring 60 by soldering.
[0055]
In addition, the body portion 210 behind the electrode piece 220 of the electrode rod 200a is closely fitted to the hole 1302 on the side surface 1102 via the resin rings 230 and 240 and the O-ring 250.
[0056]
As described above, in this embodiment, the water cooling plate 110a is provided with the electrode extraction hole 130a penetrating from the inner position of the O-ring 60 on the surface of the heat transfer surface 1101 to the side surface 1102, and the front end portion of the body portion 210. A part of the electrode piece 220 at the front end of the electrode rod 200a with the electrode piece 220 attached to the electrode stays in the hole 1301 on the surface side of the heat transfer surface 1101 of the electrode extraction hole 130a, and the rear end thereof The electrode extraction hole 130a is fitted into the electrode extraction hole 130a so as to protrude from the side hole 1302 of the electrode extraction hole 130a, and the electrode piece 220 at the tip of the electrode rod 200a is fixed to the bonding plate 501L for the electrode of the thermo module 50 by soldering. In addition, an electrode take-out structure in which the body portion 210 of the electrode rod 200a is closely fitted into the side hole 1302 via the O-ring 250 and the resin rings 230 and 240. And it has a.
[0057]
An electrode extraction structure similar to that of the electrode rod 200a is provided for the other electrode rod 200b paired with the electrode rod 200a, and the electrode rod 200b is formed of the electrode extraction holes 130b provided in the water cooling plate 110a. It protrudes from the hole in the side surface 1102 of the.
[0058]
These electrode rods 200a and 200b are both fixed to the electrode joining plate 501L of the thermo module 50 inside the O-ring 60 by soldering, and are unified from the heat transfer surface of the water-cooled plate 110a to the outer periphery. Since the structure is realized, the electrode take-out structure is very simple and the assembly workability is improved.
[0059]
Further, since the electrode pieces 220 of the electrode rods 200a and 200b and the electrode joining plate 501L of the thermo module 50 are connected by solder, the electric resistance can be reduced and the contact resistance can be almost eliminated.
Further, the structure for hermetic sealing in the hole 1302 on the side surface side of the water cooling plate 110a may be very simple in accordance with the simplification of the electrode extraction structure.
[0060]
In particular, in the present invention, the hole 1301 on the heat transfer surface 1101 side of the water cooling plate 110a of the electrode extraction holes 130a and 130b that penetrate the electrode rods 200a and 200b is located at the inner position of the O-ring 60 on the surface of the heat transfer surface 1101. Therefore, the O-ring 60 does not hinder the airtight holding function.
[0061]
For this reason, in the present invention, it is only necessary to thoroughly seal the hole 1302 on the side surface 1102 side of the water-cooled plate 110a. By applying an extremely simple structure in which the holes 1302 are closely fitted to the side holes 1302 through the O-rings 60, the airtightness can be reliably ensured in combination with the O-ring 60 described above.
[0062]
Next, the assembly work of the electrode extraction structure according to the present invention will be described.
[0063]
When manufacturing the heat exchange unit 100 having the electrode mounting structure, two electrode rods corresponding to the electrode rods 200a and 200b shown in FIGS. 5 and 6 are prepared.
[0064]
Meanwhile, a water cooling plate 110a and a heat exchange plate 110b are prepared, and electrode extraction holes 130a and 130b corresponding to the electrode rods 200a and 200b and satisfying the above-described conditions are formed in the water cooling plate 110a.
[0065]
Next, after an insulating layer is applied to the surface of the heat transfer surface 1101 of the water-cooled plate 110a, the thermo module 50 is placed on the insulating layer, and the thermal element pair (502, 503 and the joining plate 501 for joining them) is, for example, It joins so that it may install in the aspect shown in FIG.
[0066]
Next, the electrode rods 200a and 200b are inserted into the electrode extraction holes 130a and 130b of the water cooling plate 110a, respectively.
[0067]
For example, in the state where the electrode rod 200a is taken as an example, the resin ring 230 is inserted into the body portion 210 of the electrode rod 200a, as shown by an imaginary line (two-dot chain line) in FIG. The rear end portion of the electrode rod 200a is inserted obliquely downward from the hole 1301 on the heat transfer surface 1101 side of the electrode extraction hole 130a toward the hole 1302 on the side surface 1102 side, and the body portion 210 of the electrode rod 200a is inserted. When the joining portion between the electrode piece 220 and the electrode piece 220 reaches the hole 1301 on the heat transfer surface 1101 side, the electrode rod 200a is returned to the heat transfer surface 1101 so as to be horizontal, and further drawn to the outside. This can be done by stopping in position.
[0068]
The reason why the body 210 of the electrode rod 200a penetrating the electrode extraction hole 200a is finally kept horizontal to the heat transfer surface 1101 of the water cooling plate 110a is that the electrode piece 220 at the tip of the electrode rod 200a is an electrode. This is due to the bending in the direction opposite to the extraction hole 200a.
[0069]
After the above operation, the electrode rod 200a is inserted into the electrode extraction hole 130a, and then the electrode piece 220 of the electrode rod 200a is brought into contact with the corresponding joining plate 501L of the thermo module 50, and the electrode piece 220 is joined to the joining plate. It adheres to 501L with solder.
[0070]
Next, the resin ring 230 is firmly inserted into the hole 1302 on the side surface side from the hole 1301 side on the heat transfer surface side of the water cooling plate 110a of the electrode extraction hole 130a, and the O-ring 250, The resin ring 240 is inserted in order, and both are sent in the direction of the electrode extraction hole 130 until the outer edge portion 240a of the resin ring 240 abuts on the side surface 1102 of the water cooling plate 110a, whereby the body portion 210 of the electrode rod 200a is inserted into the resin ring 230. , The O-ring 250 and the resin ring 240 are closely fitted in the side hole 1302.
[0071]
Similarly, with respect to the electrode rod 200b, the electrode rod 200b is inserted into the electrode extraction hole 130b, the electrode piece 220 is brought into contact with the corresponding joining plate 501L of the thermo module 50, and is fixed by soldering. The body portion 210 of 200b is closely fitted into the side hole 1302 through the resin ring 230, the O-ring 250 and the resin ring 240.
[0072]
On the other hand, an insulating layer is also applied to the heat transfer surface of the heat exchange plate 110b, and grease is placed thereon, and then grease is applied to each bonding plate 501 of the thermo module 50 bonded to the heat transfer surface of the water cooling plate 110a. The heat exchange plate 110b is covered so that the application surface contacts.
[0073]
At this time, it goes without saying that the O-ring 60 is interposed between the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b so as to surround the entire outer periphery of the thermo module 50.
[0074]
Then, after positioning so that the bolt through-hole of the heat exchange plate 110b may be aligned with the screw hole of the water-cooled plate 110a, the water-cooled plate facing each of the fastening bolts respectively penetrated from the bolt through-hole of the heat exchange plate 110b By screwing into the screw hole 110a, the water cooling plate 110a and the heat exchange plate 110b are tightened and fixed in a state where the thermo module 50 is sandwiched.
[0075]
At this time, the protruding portion of the electrode rod 200a from the side surface of the water cooling plate 110a is processed as follows.
[0076]
First, the bare wire 310 is inserted into the wire holding hole 211 provided at the rear end portion of the body portion 210 of the electrode rod 200a, and the two wires are connected by soldering or caulking.
[0077]
Further, a heat-shrinkable tube 350 is applied from the protruding portion of the electrode rod 200a from the side surface of the water-cooled plate 110a to a part of the cable 300, and is bent appropriately.
[0078]
The same process as that for the portion of the electrode rod 200a is performed on the protruding portion of the electrode rod 200b from the side surface of the water cooling plate 110a.
[0079]
Note that, during the above process, the heat transfer element pair of the thermo module 50 is joined to the heat transfer surface 1101 of the water cooling plate 110a, for example, in the inner area of the O-ring 60 on the heat transfer surface 1101 of the water cooling plate 110a, for example, aluminum oxide. An insulating layer (alumina sprayed film) is formed by spraying (alumina), and further, a conductive layer (copper sprayed film) corresponding to the pattern of the joining plate 501 of the thermo module 50 is formed thereon by copper spraying. After solder is placed on the film and the copper sprayed film is aligned with each bonding plate 501, the whole is placed in a heating furnace and the solder is heated and melted to oppose each bonding plate 501 of the thermo module 50. There is a method of joining to a copper sprayed film by soldering.
[0080]
Here, before putting in the heating furnace, the electrode rods 200a and 200b are set in the state shown by the solid lines in FIG. 5 and solder is put between each electrode piece 220 and each joining plate 501L facing each other. After that, the whole is put in a heating furnace and heated to correspond to each electrode piece 220 of the electrode rods 200a and 200b together with the solder joint of the thermocouple of the thermo module 50 to the heat transfer surface 1101 of the water-cooled plate 110a. Solder joining with each joining plate 501L to be performed can be performed in the same process.
[0081]
In the case of this method, it is desirable to put a metal jig in place of the resin rings 230 and 240 and the O-ring 250 when putting in the heating furnace.
[0082]
In the process of forming the insulating layer (alumina sprayed film) on the heat transfer surface 1101 of the water-cooled plate 110a described above, the area around the electrode extraction holes 130a and 130b and a part of the inside (the area between the O-ring 250 and the bonding plate 501L of the thermo module 50). ), The insulation between the electrode rods 200a and 200b and the water cooling plate 110a made of copper can be made more reliable.
[0083]
As another example of the insulating structure between the electrode rods 200a and 200b and the copper water-cooled plate 110a, a structure as shown in FIG. 7 is also conceivable. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same structural parts as in FIG. 5.
[0084]
In FIG. 7, an electrode rod 201a composed of a body portion 210 and an electrode piece 220 is fitted into the electrode extraction hole 130a, and the electrode piece 220 is brought into contact with the corresponding joining plate 501L of the thermo module 50 and fixed by soldering. The body portion 210 of the electrode rod 201a is closely fitted into the side hole 1302 via the resin ring 241.
[0085]
The resin ring 241 has a shape in which the resin ring 240 employed in the structure of FIG. 6 is extended to a length where the tip portion reaches the electrode piece 220, and an O-ring groove 2411 is formed on the outer peripheral surface. An O-ring groove 2412 is formed on the inner peripheral surface.
[0086]
In order to form the O-ring grooves 2411 and 2412, the resin ring 241 is formed thicker than the resin ring 240 employed in the structure shown in FIG. 5, and the diameter of the electrode rod 201a is reduced by this thickness. (Rather than the electrode rod 200a employed in the structure shown in FIG. 5).
[0087]
An O-ring 252 is fitted into the O-ring groove 2412 of the resin ring 241. In this state, the electrode rod 201a is tightly penetrated inside the resin ring 241.
[0088]
In addition, an O-ring 251 is fitted into the O-ring groove 2411 of the resin ring 241. In this state, the resin ring 241 is fitted in the side hole 1302 in a close state.
[0089]
The electrode rod 201b paired with the electrode rod 201a is also fitted into the corresponding electrode extraction hole 130b by the same insulating structure.
[0090]
According to this structure, the resin rings 241 are interposed between the body portions 210 of the electrode rods 201a and 201b and the copper water-cooled plate 110a, respectively, and then the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the resin rings 241 are provided. By further interposing the O-rings 251 and 252 at two places, it is possible to reliably insulate the electrode rods 200a and 200b and the copper water-cooled plate 110a without depending on the formation of the insulating layer described above.
[0091]
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented by being appropriately modified within a range not changing the gist thereof.
[0092]
【The invention's effect】
    more than,As described above, according to the present invention, the heat exchanger is provided with an electrode extraction hole penetrating from the inner position to the side surface of the O-ring for preventing condensation on the surface of the heat transfer surface. The electrode rod is taken out from the hole on the side surface of the electrode, and the body of the electrode rod is closely fitted to the hole on the side surface via the O-ring so that power is supplied to the thermo module via the electrode rod. As a result, the electrode rod having a single structure from the heat transfer surface to the outer periphery of the heat exchanger can be adopted, the electrode take-out structure is very simple, and the assembly workability is improved.
  The substantial contact between the electrode rod and the outside is,Since there are only holes on the side surface of the heat exchanger, it is only necessary to take sufficient measures for airtightness only in this portion. The body of the electrode rod is closely fitted to the hole on the side surface of the electrode extraction hole via the O-ring. such as,Airtightness can be reliably ensured by an extremely simple structure.
  Furthermore, since the electrode rod is fixed to the electrode joint plate of the thermo module by soldering on the hole side of the heat transfer surface of the heat exchanger in the electrode extraction hole, the electrical resistance, contact resistance, etc. can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a heat exchange unit according to the present invention.
2 is a right side view of the heat exchange unit in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
5 is an enlarged sectional view taken along line CC in FIG. 1. FIG.
6 is a top view of the state without the heat exchange plate 110b and the O-ring 60 in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of an insulating structure between an electrode rod and a water-cooled plate.
FIG. 8 is a diagram showing an electrode extraction structure of a conventional heat exchange unit.
[Explanation of symbols]
100 heat exchange unit
110a Heat exchanger (water-cooled plate)
110b Heat exchanger (heat exchange plate)
111a, 112a, 113a, 114a, 115a, 116a, 117a, 118a, 119a Screw hole
111b, 112b, 113b, 114b, 115b, 116b, 117b, 118b, 119b, 221, 222 Bolt through hole
121a, 121b Fluid inlet
122a, 122b Fluid outlet
125a Channel of facility water
125b Circulating water flow path
50 Thermo module
501a, 501b bonding plate
501L Lead electrode bonding plate
502,503 Thermoelectric element
60, 61 O-ring
1101 Heat Transfer Surface of Water Cooling Plate 110a
1102 Side surface of water cooling plate 110a
130a, 130b Electrode extraction hole
1301 Hole on heat transfer surface side
1302 Side hole
200a, 200b, 201a Electrode rod
210 trunk
220 electrode pieces
221 Wire holding hole
230, 240, 241 resin ring
240a Outer edge of resin ring 240
2411, 2412 O-ring groove
250, 251, 252 O-ring
300 cables
310 bare wire

Claims

In a heat exchange device comprising a P-type element, an N-type element and a thermomodule comprising a plurality of pairs of electrode plates for joining them, the outer periphery of the thermomodule being surrounded by an O-ring and clamped between opposing heat exchangers.
The heat exchanger is provided with an electrode extraction hole that penetrates from the position inside the O-ring on the heat transfer surface of the heat exchanger to the side surface of the heat exchanger,
An electrode piece that is inserted into the electrode extraction hole and bent into an L shape that extends from the opening of the heat transfer surface of the heat exchanger at the front end portion of the body portion where the rear end portion is extracted from the hole on the side surface of the heat exchanger An electrode bar provided with
The electrode piece of the electrode bar is fixed by soldering to the electrode joining plate of the thermo module on the heat transfer surface of the heat exchanger, and the electrode bar is fixed to the heat exchanger by using the bending of the electrode piece. Taking out in a horizontal direction with respect to the heat transfer surface, the electrode rod has a single structure from the heat transfer surface of the heat exchanger to the outer periphery,
The electrode rod is closely fitted to the electrode extraction hole of the heat exchanger through an O-ring attached to the body portion of the electrode rod,
A heat exchange device that feeds power to the thermo module through the electrode rod.