JP2001358372A - 熱電モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレン処理装置を用いることなく結露水を除
去することが可能な熱電モジュールを提供する。 【解決手段】 吸熱側基板14の表面には空気中の水分が
結露して付着する。結露した水分は導水管６の中に入っ
て重力により下方へ移動し、放熱側基板15の下側に到達
する。放熱側基板15は高温になっているため、放熱側基
板15の下側に到達した水分は加熱されて蒸発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱電半導体素子を利
用した熱電モジュールに関し、特に、吸熱側の結露水を
放熱側に導き、蒸発させることにより、ドレンパン等の
ドレン処理装置を不要にした熱電モジュールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ビスマス・テルル系化合物からなる熱電
半導体素子を利用した熱モジュールは冷却・加熱装置等
に広く使用されている。

【０００３】従来から知られている一般的な熱電モジュ
ールの構成を図６に示す。従来の熱電モジュールではｎ
型熱電半導体素子とｐ型熱電半導体素子からなる熱電半
導体素子が規則的に交互に配列されており、熱電半導体
素子の上面と下面はそれぞれ電極に接合されている。熱
電半導体素子は、上面と下面で電極に交互に接合され、
最終的には全部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続
される。上下の電極と熱電半導体素子との接合はハンダ
付けで行われる。そして、上面、下面のそれぞれの電極
はセラミック等の基板に接合されている。

【０００４】この熱電モジュールの電極に直流電源を接
続して、所定の方向へ電流を流すと、ペルチェ効果によ
り、熱電半導体素子の上側で吸熱が起こり、下側で放熱
が起こる。つまり、図６に示されているように、熱電半
導体素子の上部が吸熱側（コールド・ジャンクション）
となり、下部が放熱側（ホット・ジャンクション）とな
る。この際、電流の方向を反転すると、吸熱、放熱の方
向も反転する。この現象を利用して、熱電モジュールが
冷却・加熱装置に使用されている。

【０００５】この熱電モジュールの使用時には、吸熱側
で空気中の水分が結露する。そして、この水分は通常、
ドレンパンで受け、外部へ導水していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の熱電モジュ
ールでは、結露した水分を外部へ排出するために、ドレ
ンパン等のドレン処理装置が必要であった。

【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであり、ドレンパン等のドレン処理装置が不要な熱
電モジュールを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電モジュ
ールは、熱電半導体素子と、前記熱電半導体素子の吸熱
側の端面に接合された吸熱側電極と、前記熱電半導体素
子の放熱側の端面に接合された放熱側電極と、前記吸熱
側電極における前記熱電半導体素子との接合面と反対側
の面に接合された吸熱側基板と、前記放熱側電極におけ
る前記熱電半導体素子との接合面と反対側の面に接合さ
れた放熱側基板とを備えた熱電モジュールであって、前
記吸熱側基板の外側から放熱側基板の外側まで貫通する
導水管が前記電極を避けて設けられていることを特徴と
する。この構成により、吸熱側基板に発生した結露水は
導水管を経て放熱側基板へ移動し、放熱側の熱を吸収し
て蒸発する。したがって、ドレンパン等のドレン処理装
置を用いることなく結露水を除去することができる。ま
た、結露水の蒸発により放熱面の温度が下がるため、熱
電モジュールの能力を向上させることができる。

【０００９】さらに、本発明に係る熱電モジュールは、
前記吸熱側基板と一体化され、かつ結露した水分の受皿
を兼用するヒートシンクを備えたことを特徴とする。こ
の構成により、導水管が水平方向に向くように熱電モジ
ュールを配置した場合でも結露水を吸熱側から放熱側へ
移動させ、蒸発させることができる。

【００１０】

【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。 （第１の実施の形態）

【００１１】図１は本発明の第１の実施の形態の熱電モ
ジュールの正面断面図である。この熱電モジュールはｐ
型熱電半導体素子1Pとｎ型熱電半導体素子1Nとを備えて
いる。ｐ型熱電半導体素子1Pとｎ型熱電半導体素子1Nと
はマトリックス状に交互に配列されている。ｐ型熱電半
導体素子1Pとｎ型熱電半導体素子1Nの上面および下面に
は、それぞれ上側電極２および下側電極３がハンダによ
り接合されている。ｐ型熱電半導体素子1Pとｎ型熱電半
導体素子1Nは、上面と下面で電極に交互に接合され、最
終的には全部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続さ
れる。そして、上側電極２の上面と、下側電極３の下面
には、それぞれ上側基板４と下側基板５が接合されてい
る。さらに、上側基板４の外側（上面）から下側基板５
の外側（下面）まで上下に貫通する導水管６が設けられ
ている。ここで、上側基板４および下側基板５は例えば
アルミ製であり、ヒートシンクを兼用している。また、
電極との接合面は電気絶縁処理が施されている。

【００１２】図２は導水管６の平面的な位置を明確にす
るために、図１に示した熱電モジュールの下側電極３と
下側基板５と導水管６とを示す平面図である。ここで
は、断面が円形の導水管６が４行４列（＝１６個）規則
的に配列されているが、導水管６の数、位置、配列、形
状は任意である。なお、図１では便宜上省略したが、こ
の熱電モジュールに直流電流を供給するための一対のリ
ード線が端部の電極に接続されている。また、図のＡ−
Ａ線は図１に示した断面の位置に対応する。

【００１３】次に、以上のように構成された熱電モジュ
ールの動作について図３を用いて説明する。図３の上方
から下方に重力が作用するように熱電モジュールを配置
し、さらに図３の上側が吸熱側となり、下側が放熱側と
なるような極性の直流電流を図示されていないリード線
から供給する。すなわち、図１における上側電極２、下
側電極３、上側基板４、下側基板５がそれぞれ図３にお
ける吸熱側電極12、放熱側電極13、吸熱側基板14、放熱
側基板15となる。

【００１４】この時、吸熱側基板14の表面には空気中の
水分が結露して付着する。そして、結露した水分は、導
水管６の中に入って重力により下方へ移動し、放熱側基
板15の下側に到達する。放熱側基板15は高温になってい
るため、放熱側基板15の下側に到達した水分は、加熱さ
れて蒸発する。

【００１５】このように、本発明の第１の実施の形態に
よれば、吸熱側基板に結露した水分を導水管６を通して
放熱側に移動させ、蒸発させるので、ドレンパン等のド
レン処理装置を設けることなく吸熱側の結露を除去する
ことができる。

【００１６】なお、図１における上側電極２と下側電極
３との間に電気絶縁性および熱不良導性および耐熱性を
有する一枚の仕切板を付加し、熱電半導体素子1P，1Nお
よび導水管６が前記仕切板を貫通するように構成しても
良い。

【００１７】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態では、上側基板および下側基板を垂直に立てた状
態で使用するとともに、結露水の受皿を兼用するフィン
を吸熱側の基板と一体に設けたものである。

【００１８】図４は本発明の第２の実施の形態の熱電モ
ジュールの構成および動作を説明するための図である。
ここで、図４（ａ）は正面の断面図であり、図４（ｂ）
は動作を説明するための図である。この図において、図
１あるいは図３と対応する構成要素には、それらの図で
用いた符号を付した。

【００１９】図４（ａ）に示すように、この熱電モジュ
ールは、図１の熱電モジュールを時計回りに９０度回転
させた状態で使用することを考慮して、結露水を導水管
６の開口部へ導く傾斜を有し、かつ結露水の受皿となる
フィン16を吸熱側基板14と一体に設けたものである。そ
の他の構成は図１の熱電モジュールと同様である。

【００２０】以上のように構成された熱電モジュールの
動作について図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）
に示すように、放熱側基板15および吸熱側基板14を垂直
に立てた状態に熱電モジュールを配置し、所定の極性の
直流電流を図示されていないリード線から供給する。こ
の時、吸熱側基板14の表面およびそれと一体化されたフ
ィン16の表面には空気中の水分が結露して付着する。そ
して、吸熱側基板14に結露した水分は重力により下方へ
流れ、フィン16の付け根の部分へ移動する。フィン16に
結露した水分はフィン16の傾斜に沿ってフィン16の付け
根の部分へ移動する。つまり、フィン16が結露水の受皿
となる。フィン16の付け根の近傍には導水管６の開口部
が配置されているので、フィン16に集められた結露水17
は導水管６を通って放熱側基板15へ移動し、加熱されて
蒸発する。

【００２１】なお、放熱側基板15についても、吸熱側基
板14と同様に、流れてきた結露水を受けるような形状の
フィンを一体に付加しても良い。また、図５に示すよう
に、導水管６の開口部から離れた位置にフィンを設ける
場合には、貫通穴19があけられた穴あきフィン18とする
ことにより、受皿となるフィン16まで結露水を導くよう
にすることもできる。

【００２２】このように、本発明の第２の実施の形態に
よれば、結露した水分の受皿を兼用するフィン16を吸熱
側基板14と一体に設け、結露した水分を集めて導水管６
の開口部まで導くことにより、導水管６が水平方向に向
くように熱電モジュールを配置した場合でも、結露水を
吸熱側から放熱側へ移動させ、蒸発させることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る熱電モジュールによれば、吸熱側で結露した水分を導
水管を通して放熱面に導き蒸発させることにより、吸熱
側の結露を除去し、かつ放熱面の温度を下げることによ
り、熱電モジュールの能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の熱電モジュールの
正面図、

【図２】本発明の第１の実施の形態の熱電モジュールに
おける導水管の配列パターンを説明するための平面図、

【図３】本発明の第１の実施の形態の熱電モジュールの
動作を説明するための図、

【図４】本発明の第２の実施の形態の熱電モジュールの
構成および動作を説明するための図、

【図５】本発明の第２の実施の形態の熱電モジュールの
変形例を示す図、

【図６】従来の熱電モジュールの構成を示す図である。

【符号の説明】

1P ｐ型熱電半導体素子 1N ｎ型熱電半導体素子 ６ 導水管 12 吸熱側電極 13 放熱側電極 14 吸熱側基板 15 放熱側基板 16 フィン 20 仕切板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電半導体素子と、前記熱電半導体素子
   の吸熱側の端面に接合された吸熱側電極と、前記熱電半
   導体素子の放熱側の端面に接合された放熱側電極と、前
   記吸熱側電極における前記熱電半導体素子との接合面と
   反対側の面に接合された吸熱側基板と、前記放熱側電極
   における前記熱電半導体素子との接合面と反対側の面に
   接合された放熱側基板とを備えた熱電モジュールであっ
   て、前記吸熱側基板の外側から放熱側基板の外側まで貫
   通する導水管が前記電極を避けて設けられていることを
   特徴とする熱電モジュール。
2. 【請求項２】 吸熱側基板と一体化され、かつ結露した
   水分の受皿を兼用するヒートシンクを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の熱電モジュール。
3. 【請求項３】 ヒートシンクは、結露した水分を導水管
   の開口部へ導く傾斜を有することを特徴とする請求項１
   記載の熱電モジュール。