JP2001147054A - 熱電モジュール型の熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 Ｐ型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体及び電
極で熱電モジュールを構成し、この熱電モジュールを一
対のヒートシンクで挟み、温度を検出するための正特性
サーミスタを、熱電モジュールの高温側に、且つヒート
シンクに当接させた電極の裏側に、直接取付け熱電モジ
ュールの温度を検出するようにした。 【効果】 熱電モジュールの温度を検出するために、温
度に対し抵抗値の変化の大きい正特性サーミスタを使用
したので、熱電モジュールの温度を高精度で検出するこ
とができる。また、熱電モジュールの高温側に、且つヒ
ートシンクに当接させた電極の裏側に、直接取付けたの
で、瞬時に熱電モジュールの温度を検出することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱電モジュール型の
熱交換器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の熱電モジュール型の熱交
換器の斜視図である。従来の熱電モジュール型の熱交換
器１００は、熱電変換する熱電モジュール１０１と、こ
の熱電モジュール１０１を挟む一対のヒートシンク１０
２，１０３と、一方のヒートシンク１０２の回りの空気
若しくは流体の温度を検出する温度センサ１０４と、こ
の温度センサ１０４に接続した検出回路１０５とからな
る。しかし、温度センサ１０４をヒートシンク１０２の
回りに配置するので、熱電モジュール型の熱交換器１０
０をコンパクトに納めることができない。そこで、熱電
モジュール型の熱交換器をコンパクトにした技術として
次図に示す熱交換器がある。

【０００３】図１３は改良した熱電モジュール型の熱交
換器の正面図である。改良した熱電モジュール型の熱交
換器１１０は、熱電変換する熱電モジュール１１１と、
この熱電モジュール１１１を挟む一対のヒートシンク１
１２，１１３と、一方のヒートシンク１１２に取付けた
温度センサ１１４と、この温度センサ１１４に接続した
検出回路１１５とからなり、ヒートシンク１１２の表面
の温度を検出し、熱電モジュール１１１の温度を推定し
て熱電モジュール１１１への供給電圧を制御するもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術は、
ヒートシンク１１２の表面の温度を検出し、熱電モジュ
ール１１１の温度を推定して熱電モジュール１１１への
供給電圧を制御するものであり、制御する熱電モジュー
ル１１１の温度をもとに熱電モジュール１１１への供給
電圧を制御するものではない。これでは、正確な熱電モ
ジュール１１１の温度を予測できなかったり、熱電モジ
ュール１１１の温度変化に対してタイムラグが発生し、
十分に熱電モジュール１１１の保護ができない。

【０００５】そこで、本発明の目的は熱電モジュールの
温度を正確に把握し、十分に熱電モジュールの保護がで
きる熱電モジュール型の熱交換器を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の熱電モジュール型の熱交換器は、Ｐ型熱電
半導体、Ｎ型熱電半導体及び電極で熱電モジュールを構
成し、この熱電モジュールを一対のヒートシンクで挟ん
だ熱交換器において、温度を検出するための正特性サー
ミスタを、熱電モジュールの高温側に、且つヒートシン
クに当接させた電極の裏側に、直接取付けたことを特徴
とする。

【０００７】Ｐ型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体及び電極
で熱電モジュールを構成し、この熱電モジュールを一対
のヒートシンクで挟み、温度を検出するための正特性サ
ーミスタを、熱電モジュールの高温側に、且つヒートシ
ンクに当接させた電極の裏側に、直接取付け熱電モジュ
ールの温度を検出する。熱電モジュールの温度を検出す
るために、温度に対し抵抗値の変化の大きい正特性サー
ミスタを使用することで、熱電モジュールの温度を高精
度で検出させる。熱電モジュールの高温側に、且つヒー
トシンクに当接させた電極の裏側に、直接取付けること
で、瞬時に熱電モジュールの温度を検出させる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係る熱電モジュール型の熱
交換器を使用した車両用シートの斜視図である。車両用
シート１０は、運転席又は助手席のシートであって、座
部２０と、この座部２０に取付けた背もたれ部３０と、
これらの座部及び背もたれ部の温度を制御するコントロ
ーラ１１とからなり、背もたれ部３０は、高さ調節可能
なヘッドレスト３１を備える。なお、５０・・・（・・・は複
数個を示す。以下同じ）は後述する熱電モジュール型の
熱交換器「以下、「熱交換器５０」と略記する）であ
る。

【０００９】図２は図１の２−２線断面図であり、車両
用シート１０の側面断面図を示す。座部２０は、クッシ
ョン２２の上面に難通気性の薄膜２３を設け、この薄膜
２３に第１のパッド層２４を設け、このパッド層２４の
上面に網状組織の通気層２５を設け、この通気層２５の
上面に第２のパッド層２６を設け、このパッド層２６に
難通気性のパッドカバー２７を被せ、クッション２２、
薄膜２３及び第１のパッド層２４を貫通して空気入口孔
２８，２８及び空気出口孔２９，２９を形成し、これら
の空気入口孔２８，２８及び空気出口孔２９，２９に換
気手段４０Ａを接続したものである。なお、２７ａはパ
ッド層２６及びパッドカバー２７を第１のパッド層２４
に係止することで、空気の流れを円滑にするつり込み部
である。

【００１０】通気層２５の平面視形状は、図１に示した
ように、車両用シート１０に運転者若しくは同乗者が着
席したときに、車両用シート１０に運転者若しくは同乗
者の身体が密着する部位に形成したものであり、車両用
シート１０の温度調節の応答性を向上させるものであ
る。

【００１１】背もたれ部３０は、座部２０と同一構成で
あり、３２はクッション、３３は難通気性の薄膜、３４
は第１のパッド層、３５は通気層、３６は第２のパッド
層、３７は難通気性のパッドカバー、３７ａはつり込み
部、３８は空気入口孔、３９は空気出口、４０Ｂは孔換
気手段である。

【００１２】すなわち、座部２０及び背もたれ部３０か
らなる車両用シート１０は、クッション２２，３２を覆
う難通気性の薄膜２３，３３と、薄膜２３，３３の上面
に設けた通気可能な通気層２５，３５と、通気層２５，
３５に温風又は冷風を強制的に通過させる換気手段４０
Ａ，４０Ｂと、通気層２５，３５、薄膜２３，３３及び
クッション２２，３２を一括して覆う難通気性のパッド
カバー２７，３７とから構成するものである。従って、
通気層２５，３５を遮断する難通気性のパッドカバー２
７，３７で覆ったので、車両用シート１０に運転者若し
くは同乗車が着席したときでも、着席する前と同様に通
気層２５，３５に温風又は冷風を通過させることが可能
であり、特に、運転者若しくは同乗車の着座面での車両
用シート１０の温度調節を効果的にできる。

【００１３】図３は図２の３部拡大図であり、座部２０
は、クッション２２の上面に難通気性の薄膜２３を設
け、この薄膜２３に第１のパッド層２４を設け、このパ
ッド層２４の上面に網状組織の通気層２５を設け、この
通気層２５の上面に第２のパッド層２６を設け、このパ
ッド層２６に難通気性のパッドカバー２７を被せ、クッ
ション２２、薄膜２３及び第１のパッド層２４を貫通し
て空気入口孔２８，２８及び空気出口孔２９，２９（図
２参照）を形成したものであることを示す。

【００１４】図４は本発明に係る熱電モジュール型の熱
交換器を使用した換気手段の斜視図を示す。換気手段４
０Ａは、空気を供給するブロア４１と、このブロア４１
の吐出口４１ａ，４１ａにそれぞれ接続した空気の供給
ダクト４２，４２と、これらの供給ダクト４２，４２に
それぞれ接続した熱交換器ユニット４３Ａ，４３Ｂと、
これらの熱交換器ユニット４３Ａ，４３Ｂに接続した排
気ダクト４４，４４とからなる。なお、図２に示す換気
手段４０Ｂは、換気手段４０Ａと同一の手段であり、詳
細な説明を省略する。

【００１５】図５は図４の５−５線断面図であり、熱交
換器ユニット４３Ａの正面断面図を示す。熱交換器ユニ
ット４３Ａは、上・下ハウジング４５，４６に収納した
熱交換器４７と、上・下ハウジング４５，４６を仕切る
仕切板４８と、上・下ハウジング４５，４６を一体的に
止めるねじ４９とからなる。上ハウジング４５は、図２
に示す空気入口孔２８，２８に接続する入口孔接続４５
ａ、４５ａ部を形成し、下ハウジング４６は、図３に示
す排気ダクト４４を接続する排気ダクト接続部４６ａし
たものであり、上・下ハウジング４５，４６は、合せる
ことで供給ダクト４２を接続する供給ダクト接続部４６
ｂを形成したものである。なお、図４に示す熱交換器ユ
ニット４３Ｂは、中心線Ｃに対して熱交換器ユニット４
３Ａと対象であり、詳細な説明を省略する。

【００１６】図６は図５の６矢視図であり、本発明に係
る第１実施例の熱電モジュール型の熱交換器５０の正面
図を示し、熱交換器５０は、熱電モジュール５１と、こ
の熱電モジュール５１を挟んだ一対のヒートシンク５
２，５３とからなる。熱電モジュール５１は、Ｐ型熱電
半導体５４・・・、Ｎ型熱電半導体５５・・・、電極５６・・
・、一端側電極５６ａ、他端側電極５６ｂ及び正特性サ
ーミスタ５７とから構成するものであり、一端側電極５
６ａと他端側５６ｂとの間に通電することにで、熱を発
生したり吸収することのできるペルチェ効果を利用した
素子である。

【００１７】ヒートシンク５２は、熱電モジュール５１
に接するベース５８ａに多数のフィン５８ｂ・・・を形成
したものである。ヒートシンク５３は、ヒートシンク５
２と同一構成であり、詳細な説明を省略する。正特性サ
ーミスタ５７は、熱電モジュール５１の高温側に、且つ
ヒートシンク５２に当接させた一端側電極５６ａの裏側
に、直接取付け、検出回路５９を介してコントローラ１
１に接続したものである。

【００１８】熱電モジュール５１の温度を検出するため
に、温度に対し抵抗値の変化の大きい正特性サーミスタ
５７を使用したので、熱電モジュール５１の温度を高精
度で検出することができる。正特性サーミスタ５７を、
熱電モジュール５１の高温側に、且つヒートシンク５２
に当接させた電極５６の裏側に、直接取付けることで、
瞬時に熱電モジュール５１の温度を検出することができ
る。この結果、熱電モジュール５１の温度検出にタイム
ラグが発生することはない。従って、熱電モジュール５
１の保護を十分に行なうことができ、この結果、熱電モ
ジュールの耐久性を向上させることができる。

【００１９】図７は本発明に係る第１実施例の熱電モジ
ュール型の熱交換器の正特性サーミスタの特性を示すグ
ラフであり、比較例である白金測温抵抗Ｒ及び負特性サ
ーミスタＴと共に図示したものである。なお、縦軸に抵
抗値（Ω）、横軸は温度（℃）を示す。白金測温抵抗Ｒ
は、温度０〜２００℃の範囲で抵抗値の変化はほとんど
ない。負特性サーミスタＴは、温度０〜２００℃の範囲
で１０⁵〜１０³の変化が見られる。正特性サーミスタ５
７は、温度０〜８０℃の範囲ではほぼ横ばいの特性を見
せ、抵抗値は５０Ω前後である。温度８０℃を超えると
急速な抵抗値の変化を見せ、温度１６０℃では抵抗値が
１０⁷Ωまで跳ね上がる。正特性サーミスタ５７は、温
度に対し抵抗値の変化が大きいので、熱電モジュール５
１（図６参照）の温度を高精度で検出できる。

【００２０】図８は本発明に係る第２実施例の熱電モジ
ュール型の熱交換器の正面図であり、図６に示す熱交換
器５０と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略す
る。熱電モジュール型の熱交換器６０（以下、「熱交換
器６０」と略記する）は、熱電モジュール６１と、この
熱電モジュール６１を挟んだ一対のヒートシンク５２，
５３とからなる。熱電モジュール６１は、Ｐ型熱電半導
体５４・・・、Ｎ型熱電半導体５５・・・、電極６６・・・、一
端側電極６６ａ、他端側電極６６ｂ及び正特性サーミス
タ６７とから構成するものである。正特性サーミスタ６
７を、熱電モジュール６１の高温側に、且つヒートシン
ク５２に当接させた複数の電極６６・・・の裏側に、直接
取付けることで、熱電モジュール６１の平均的な温度検
出をすることができる。

【００２１】図９は本発明に係る第３実施例の熱電モジ
ュール型の熱交換器の正面図であり、図６に示す熱交換
器５０と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略す
る。熱電モジュール型の熱交換器７０（以下、「熱交換
器７０」と略記する）は、熱電モジュール７１と、この
熱電モジュール７１を挟んだ一対のヒートシンク５２，
５３とからなる。熱電モジュール７１は、Ｐ型熱電半導
体５４・・・、Ｎ型熱電半導体５５・・・、電極７６・・・、一
端側電極７６ａ、他端側電極７６ｂ、サーミスタ取付け
用の電極７６ｃ及び正特性サーミスタ７７とから構成す
るものである。熱交換器７０は、正特性サーミスタ７７
を熱電モジュール７１内の電極７６ｃに取付けたので、
コンパクトな熱交換器にできる。

【００２２】図１０は本発明に係る第４実施例の熱電モ
ジュール型の熱交換器の正面図であり、図６に示す熱交
換器５０と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略
する。熱電モジュール型の熱交換器８０（以下、「熱交
換器８０」と略記する）は、熱電モジュール８１と、こ
の熱電モジュール８１を挟んだ一対のヒートシンク５
２，５３とからなる。熱電モジュール８１は、Ｐ型熱電
半導体５４・・・、Ｎ型熱電半導体５５・・・、電極８６・・
・、一端側電極８６ａ、他端側電極８６ｂ及び正特性サ
ーミスタ８７、８８とから構成するものである。

【００２３】熱交換器８０は、正特性サーミスタ８７を
ヒートシンク５２に当接させた複数の電極８６・・・の裏
側に直接取付け、正特性サーミスタ８８をヒートシンク
５３に当接させた複数の電極８６・・・の裏側に直接取付
けたものであり、熱電モジュール８１は通電の極性を逆
にすれば発熱側と吸熱側が入替わるものなので、高温側
と低温側とを入れ替える必要のある場合の熱電モジュー
ル８１の保護に有効である。

【００２４】以上に述べた熱電モジュール型の熱交換器
の使用例を図８に示した熱交換器６０で説明する。図１
１（ａ），（ｂ）は本発明に係る熱電モジュール型の熱
交換器の使用例を示す説明図である。（ａ）において、
熱交換器６０の一端側電極６６ａに電源９１のプラス側
を接続し、正特性サーミスタ６７の一端に電源９１のマ
イナス側を接続し、正特性サーミスタ６７の他端と他端
側電極６６ｂとを接続したものであり、正特性サーミス
タ６７の抵抗値が図７で説明したように温度依存性であ
ることを利用して、ヒートシンク５２を所定の温度に保
とうとするものである。

【００２５】（ｂ）において、熱交換器６０の一端側電
極６６ａにリレー接点９３の一端を接続し、正特性サー
ミスタ６７の一端にリレーコイル９４の一端を接続し、
リレー接点９３の他端及びリレーコイル９４の他端を電
源９１のプラス側を接続し、正特性サーミスタ６７の他
端及び他端側電極６６ｂを電源９１のマイナス側を接続
したものであり、リレー９２を所定の温度でＯＮ／ＯＦ
Ｆしてヒートシンク５２を所定の温度に保とうとするも
のである。

【００２６】尚、第１実施例では図６に示すように、ヒ
ートシンク５２側に正特性サーミスタ５７を配置し、第
４実施例では図１０に示すように、ヒートシンク５２側
及びヒートシンク５３側の正特性サーミスタ８７，８７
を配置した例を示したが、使い勝手で高温側になる熱電
モジュールの電極の高温側に配置したものであればよ
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、熱電モジュールの温度を検出するた
めに、温度に対し抵抗値の変化の大きい正特性サーミス
タを使用したので、熱電モジュールの温度を高精度で検
出することができる。また、熱電モジュールの高温側
に、且つヒートシンクに当接させた電極の裏側に、直接
取付けたので、瞬時に熱電モジュールの温度を検出する
ことができる。この結果、熱電モジュールを十分に保護
し、熱電モジュールの耐久性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱電モジュール型の熱交換器を使
用した車両用シートの斜視図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図２の３部拡大図

【図４】本発明に係る熱電モジュール型の熱交換器を使
用した換気手段の斜視図

【図５】図４の５−５線断面図

【図６】図５の６矢視図

【図７】本発明に係る第１実施例の熱電モジュール型の
熱交換器の正特性サーミスタの特性を示すグラフ

【図８】本発明に係る第２実施例の熱電モジュール型の
熱交換器の正面図

【図９】本発明に係る第３実施例の熱電モジュール型の
熱交換器の正面図

【図１０】本発明に係る第４実施例の熱電モジュール型
の熱交換器の正面図

【図１１】本発明に係る熱電モジュール型の熱交換器の
使用例を示す説明図

【図１２】従来の熱電モジュール型の熱交換器の斜視図

【図１３】改良した熱電モジュール型の熱交換器の正面
図

【符号の説明】 ５０，６０，７０，８０…熱電モジュール型の熱交換
器、５１，６１，７１，８１…熱電モジュール、５４…
Ｐ型熱電半導体、５５…Ｎ型熱電半導体、５６，６６，
７６，８６…電極、５６ａ，５６ｂ，７６ｃ…電極、５
７，６７，７７，８７，８８…正特性サーミスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴 健 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3B084 JA03 JA06 JF00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｐ型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体及び電
   極で熱電モジュールを構成し、この熱電モジュールを一
   対のヒートシンクで挟んだ熱交換器において、 温度を検出するための正特性サーミスタを、前記熱電モ
   ジュールの高温側に、且つヒートシンクに当接させた電
   極の裏側に、直接取付けたことを特徴とする熱電モジュ
   ール型の熱交換器。