JP2002372334A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱サイクルの繰り返しによる性能劣化や破壊を
防止し、耐久性に優れた熱電変換装置を提供する。熱電
変換素子板と両基体とを強固に締結して充分な熱コンダ
クタンスを得て熱電変換効率に優れた熱電変換装置を提
供する。 【解決手段】多数のペルチェ素子が直列接続されて板状
に形成された熱電変換素子板の一面側に吸熱側基体を密
着する。該熱電変換素子板の他面側に放熱側基体を密着
する。熱電変換素子板の各角部に応じた一方の基体にコ
ーナ部材を設けて熱電変換素子板を保持する。各コーナ
部材間に位置する一方の基体に、他方の基体に係合して
熱電変換素子板に密着させる固定部材を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子を使
用した電子冷却装置や電子加熱装置及び熱発電装置等の
熱電変換装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来の熱電変換装置
は、熱伝導率が高いアルミニウム等により形成された吸
熱側基体と放熱側基体との間に、熱伝導性に優れたシリ
コングリース等を介してペルチェ素子が直列接続された
熱電変換素子板を配置し、複数本のねじにより両基体を
ねじ止めして熱電変換素子板を固定している。

【０００３】両基体を固定する際には、各基体と熱電変
換素子板との間で熱コンダクタンスを得る必要から強固
な締結力でねじ止めして密着させる必要がある。そのね
じとしては金属製のものと合成樹脂製のものとが使用さ
れているが、前者にあっては熱電変換素子板を強固に固
定できる反面、熱伝導率に優れているため、両基体間に
て熱が伝導し合って冷却或いは加熱の効果が低下する問
題を有している。このため、金属製のねじを使用する場
合には断熱ワッシャーを使用する必要があり、装置自体
が高コスト化すると共に組立作業性が悪い問題を有して
いる。

【０００４】反対に、合成樹脂製のねじにあっては断熱
性に優れている反面、物理的強度が低いため、長期にわ
たる使用に伴う熱膨張や熱収縮により破断し易く、両基
体を長期にわたって安定的に固定できない問題を有して
いる。このため、合成樹脂製のねじを使用する場合に
は、充填剤等を使用して強度を補強する必要があるが、
この接着剤により装置自体が高コスト化すると共に組立
作業性も悪かった。

【０００５】また、上記何れの場合にあっても両基体と
熱電変換素子板を複数のねじで固定する場合には、熱電
変換素子板に対して均一な締結力で固定させることが困
難なため、熱電変換素子に作用する偏荷重により素子自
体が破壊するおそれがある。

【０００６】また、締結部材として金属製のねじを使用
する場合には、それ自体、熱電変換素子や基体に比べて
熱膨張係数が小さく、熱電変換装置の駆動に伴う熱電変
換素子板や基体の膨張及び収縮を規制することにより熱
電変換素子に高い圧縮力及び収縮力が作用して素子自体
を破壊させるおそれもある。

【０００７】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたもので、その課題とする処は、熱サイ
クルの繰り返しによる性能劣化や破壊を防止し、耐久性
に優れた熱電変換装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の課題は、熱電変換素子
板と両基体とを強固に締結して充分な熱コンダクタンス
を得て熱電変換効率に優れた熱電変換装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数のペルチ
ェ素子が直列接続されて板状に形成された熱電変換素子
板と、該熱電変換素子板の一面側に密着する吸熱側基体
と、該熱電変換素子板の他面側に密着する放熱側基体
と、熱電変換素子板の各角部に応じた一方の基体に固定
されて熱電変換素子板を保持するコーナ部材と、各コー
ナ部材間に位置し、他方の基体に係合して熱電変換素子
板に密着させる固定部材とからなることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施形態】以下に本発明を、実施形態を示す図
に従って説明する。図１〜図３において、熱電変換装置
１の熱電変換素子板５は電気絶縁板（図示せず）の両面
（図示する上下面）に直列接続された多数のペルチェ素
子（図示せず）を配列して形成され、各ペルチェ素子の
表面には電気絶縁シート５ａが貼り付けられている。該
電気絶縁シート５ａとしては、合成樹脂シートや酸化チ
タンシート、酸化アルミニウムシート等の電気絶縁金属
シートの何れであってもよいが、後述する吸熱側基体３
及び放熱側基体７との熱コンダクタンスを高めるには、
電気絶縁金属シートが好ましい。

【００１１】熱電変換素子板５の下面には放熱側基体７
が配置される。放熱側基体７としては熱伝導率に優れた
アルミニウム材が適している。該アルミニウム材はアル
ミニウム板を所望の大きさに切断したもの、またはアル
ミニウムダイキャスト製の何れであってもよい。放熱側
基体７をアルミニウムダイキャスト製とすることにより
製造コストを低減することができる。

【００１２】該放熱側基体７は熱電変換素子板５の平面
形状より若干大きい平面形に形成され、その各角部には
放熱部材（フィン、図示せず）を取付けるためのねじ孔
７ａ及び各ねじ孔７ａ間に後述するクランプ部材１１を
ねじ止めするためのねじ孔７ｂが夫々形成されている。

【００１３】熱電変換素子板５の各角部に応じた放熱側
基体７の角部にはコーナ部材としての支持枠体１３が夫
々接着される。各支持枠体１３は放熱側基体７上に載置
される平面部１３ａと熱電変換素子板５の各角部に沿っ
て起立するコーナ部１３ｂとを一体形成したもので、例
えばＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、またはこれ
ら樹脂にガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維を含有
したものであればよい。

【００１４】そして各支持枠体１３の平面部１３ａには
透孔１３ｃが形成され、放熱側基体７に各支持枠体１３
を接着する際に透孔１３ｃとねじ孔７ａとを一致させて
位置決めする。組立て時の位置決めは、両者に位置決め
ピン等の治具を挿通して行なう。また、一部の支持枠体
１３における平面部１３ａの底面には熱電変換素子板５
のリード線５ｂを外部に導出するための凹所（図示せ
ず）が形成されている。

【００１５】各支持枠体１３により囲まれた熱電変換素
子板５の上面には吸熱側基体３が挿嵌される。該吸熱側
基体３は放熱側基体７と同様に熱伝導率が高いアルミニ
ウム材、好ましくはアルミニウムダイキャスト材からな
り、上面の各角部には取付け用のねじ穴３ａが形成され
ている。該吸熱側基体３の下部（熱電変換素子板５側）
には外方へ微小幅で突出する被係合部としてのフランジ
部３ｂが一体形成され、該フランジ部３ｂの上面にはゴ
ムシート等の弾性材１５が取付けられている。

【００１６】そして吸熱側基体３は放熱側基体７に対し
て固定部材としての４個のクランプ部材１１により固定
され、熱電変換素子板５の各面に対して各基体３・７を
圧接させる。各クランプ部材１１は、例えばＡＢＳ樹
脂、ＡＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、またはこれら樹脂に上記
した強化繊維を含んだ複合強化樹脂により形成される。
各クランプ部材１１は各支持枠体１３の相互間にて密着
するように配置され、上部内側にフランジ部３ｂに係合
する係合部としてのフック１１ａを有している。

【００１７】各クランプ部材１１の下面にはねじ孔７ｂ
と一致するねじ孔１１ｂが形成され、放熱側基体７の下
面側から挿通してねじ止めされる固定ねじ１７により放
熱側基体７に固定される。

【００１８】そして各支持枠体１３及びクランプ部材１
１と吸熱側基体３の側面との間に形成される間隙１８内
には充填剤１９が充填される。該充填剤１９としては弾
性率、熱伝導率が低く接着力が高いシリコンゴムが適し
ている。具体例としては、信越シリコーン社製のシリコ
ンゴム、商品名：ＫＥ３４７が挙げられる。

【００１９】このように各支持枠体１３及びクランプ部
材１１と吸熱側基体３の各側面との間に充填剤１９を充
填することにより熱電変換素子板５を完全にシールして
外気と遮断させることにより水分の付着を防止する。

【００２０】なお、熱電変換素子板５の各面に吸熱側基
体３及び放熱側基体７を積層する際にそれぞれの間に熱
伝導率が高いシリコンゴム、シリコンゲルまたはシリコ
ンオイルにより両者間の密着性を高めて積層し、熱交換
効率を高めればよい。具体例としては、硬化前のシリコ
ンゲルで熱伝導率が１．８×１０^-2、ゲル弾性がＪＩＳ
Ｋ２２２０ 針入度：６０の東レダウコーニング社製
の商品名：ＳＥ４４４０や信越シリコーン社製のシリコ
ンゲル、商品名：Ｇ７４７が挙げられる。

【００２１】上記構成からなる熱電変換装置１の作用を
説明する。熱電変換素子が取付けられる、例えば電子冷
蔵庫（図示せず）により説明すると、熱電変換装置１の
熱電変換素子板５を通電駆動すると、熱電変換素子板５
のペルチェ素子の吸熱作用により吸熱側基体３を冷却す
ると共に発熱する熱エネルギーを放熱側基体７及び放熱
部材４３を介して放熱させて熱電変換を行い、電子冷蔵
庫内を冷却する。

【００２２】その際、吸熱側基体３の各側面が支持枠体
１３及びクランプ部材１１により覆われて断熱されてい
るため、熱電変換素子板５による吸熱ロスを少なくする
ことができる。

【００２３】また、放熱側基体７に対して熱電変換素子
板５及び吸熱側基体３をクランプ部材１１により弾性材
１５を弾性変形させた状態で固定するため、通常は該弾
性部材１５の弾性力により熱電変換素子板５に対して吸
熱側基体３及び放熱側基体７を圧接させて良好な熱コン
ダクタンスを得ている。

【００２４】そして吸熱側基体３が冷却に伴って収縮し
た際や放熱側基体７が熱膨張した際には、弾性材１５の
弾性力によりその収縮及び膨張を吸収して熱電変換素子
板５の各面に対する吸熱側基体３及び放熱側基体７の圧
接状態を維持して熱伝導を効率的に行なうと共に過度に
圧接するのを回避して熱電変換素子板５の破壊を防止す
ることができる。

【００２５】更に、熱電変換素子板５の通電駆動時には
吸熱側基体３の露出面に電子冷蔵庫４１内の空気中水分
が凝集して水滴として付着するが、クランプ部材１１及
び支持枠体１３と吸熱側基体３の各側面における間隙１
８に充填剤１９が充填されているため、凝集した水滴が
熱電変換素子板５に付着して動作不良になるのを防止す
ることができる。

【００２６】本実施形態は、熱電変換素子板５の各面に
対して吸熱側基体３及び放熱側基体７を密着させて組み
立てることができ、熱交換効率を向上することができ
る。また、吸熱側基体３が冷却により収縮したり、放熱
側基体７が膨張した場合であっても、弾性材１５により
熱膨張および熱収縮を吸収して熱電変換素子板５に対す
る各基体３・７の密着性を維持すると共に熱電変換素子
板５に対して各基体３・７が過度に圧接するのを回避し
て破損を防止することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、熱サイクルの繰り返しによる
性能結果や破壊を防止し、耐久性を向上することができ
る。また、熱電変換素子板と両基体とを強固に締結して
充分な熱コンダクタンスを得て熱電変換効率を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱電変換装置の分解斜視図である。

【図２】熱電変換装置の全体斜視図である。

【図３】図２の中央縦断面図である。

【符号の説明】

１−熱電変換装置、３−吸熱側基体、５−熱電変換素子
板、７−放熱側基体、１１−固定部材としてのクランプ
部材、１３−コーナ部材としての支持枠体、１５−弾性
材、１７−固定ねじ、１９−充填剤

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数のペルチェ素子が直列接続されて板状
   に形成された熱電変換素子板と、該熱電変換素子板の一
   面側に密着する吸熱側基体と、該熱電変換素子板の他面
   側に密着する放熱側基体と、熱電変換素子板の各角部に
   応じた一方の基体に固定されて熱電変換素子板を保持す
   るコーナ部材と、各コーナ部材間に位置し、他方の基体
   に係合して熱電変換素子板に密着させる固定部材とから
   なる熱電変換装置。
2. 【請求項２】吸熱側基体及び放熱側基体はアルミダイキ
   ャスト材からなる請求項１の熱電変換装置。
3. 【請求項３】固定部材が係合する他方の基体には被係合
   部が一体形成された請求項１の熱電変換装置。
4. 【請求項４】固定部材と被係合部とは弾性シートを介し
   て係合する請求項３の熱電変換装置。
5. 【請求項５】熱電変換素子板と吸熱側基体及び放熱側基
   体は絶縁金属シートを介して圧接する請求項１の熱電変
   換装置。
6. 【請求項６】コーナ部材と係合部材とは相互に密着して
   基体側面を囲む請求項１の熱電変換装置。
7. 【請求項７】コーナ部材及び固定部材と基体側面との間
   には充填剤を充填し、熱電変換素子板と外気とを接触不
   能とした請求項１の熱電変換装置。
8. 【請求項８】多数のペルチェ素子が直列接続されて板状
   に形成された熱電変換素子板と、該熱電変換素子板の一
   面側に密着するアルミニウム材からなる吸熱側基体と、
   該熱電変換素子板の他面側に密着し、熱電変換素子板側
   にフランジ部が一体形成されたアルミニウム材からなる
   放熱側基体と、熱電変換素子板の各角部に応じた放熱側
   基体に固定され、熱電変換素子板の各角部に沿って起立
   して保持する合成樹脂製のコーナ部材と、各コーナ部材
   の相互間に密着して放熱側基体に固定されると共に吸熱
   側基体のフランジ部に係合して該吸熱側基体を熱電変換
   素子板に密着させる係合部材と、各コーナ部材及び固定
   部材と吸熱側基体の各側面との間の間隙に充填され、熱
   電変換素子板を外気から遮断する充填剤とからなる熱電
   変換装置。