JP2003204087A - 熱電素子を用いた加熱および冷却デバイス - Google Patents
熱電素子を用いた加熱および冷却デバイスInfo
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- JP2003204087A JP2003204087A JP2002037466A JP2002037466A JP2003204087A JP 2003204087 A JP2003204087 A JP 2003204087A JP 2002037466 A JP2002037466 A JP 2002037466A JP 2002037466 A JP2002037466 A JP 2002037466A JP 2003204087 A JP2003204087 A JP 2003204087A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱電モジュールを使った加熱および冷却デバイ
スのＣＯＰは、熱電モジュールに結合された放熱器や吸
熱器の能力と熱電モジュール自体のＣＯＰによって決ま
る。熱電モジュールのＣＯＰはその温度差によって変化
するが、従来の熱電モジュールではその温度差は使用環
境で決まるため、温度差を制御して高いＣＯＰで稼動さ
せることはできなかった。また熱応力のために熱電モジ
ュールが破損することもあった。 【解決手段】熱電モジュールをヒートポンプとして使っ
た場合、低温サイドと高温サイドの温度差が低いほどＣ
ＯＰが高い。そこで熱電モジュールを多段にして負荷を
分担し、各段の部分熱電モジュールに流す電流を制御す
れば高いＣＯＰで加熱または冷却を行うことができる。
また熱応力についても、熱電モジュールを多段にし、部
分熱電モジュールをメカニカルな接合にすることで低減
できる。
スのＣＯＰは、熱電モジュールに結合された放熱器や吸
熱器の能力と熱電モジュール自体のＣＯＰによって決ま
る。熱電モジュールのＣＯＰはその温度差によって変化
するが、従来の熱電モジュールではその温度差は使用環
境で決まるため、温度差を制御して高いＣＯＰで稼動さ
せることはできなかった。また熱応力のために熱電モジ
ュールが破損することもあった。 【解決手段】熱電モジュールをヒートポンプとして使っ
た場合、低温サイドと高温サイドの温度差が低いほどＣ
ＯＰが高い。そこで熱電モジュールを多段にして負荷を
分担し、各段の部分熱電モジュールに流す電流を制御す
れば高いＣＯＰで加熱または冷却を行うことができる。
また熱応力についても、熱電モジュールを多段にし、部
分熱電モジュールをメカニカルな接合にすることで低減
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】熱電素子を使って加熱および
冷却を行うための技術に関する。
冷却を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、熱電モジュールを使ったヒート
ポンプで加熱または冷却する装置ではＣＯＰを上げる方
法として、熱電モジュールの絶縁プレートに接合されて
いる放熱器および吸熱器の能力を上げる方法が使われて
いた。
ポンプで加熱または冷却する装置ではＣＯＰを上げる方
法として、熱電モジュールの絶縁プレートに接合されて
いる放熱器および吸熱器の能力を上げる方法が使われて
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱電モジュールを使っ
た加熱および冷却デバイスのＣＯＰは、熱電モジュール
に結合された放熱器や吸熱器の能力と熱電モジュール自
体のＣＯＰによって決まる。ところが熱電モジュールの
ＣＯＰはその低温サイドと高温サイドの温度差によって
変化する。従来の熱電モジュールを使った加熱および冷
却デバイスでは熱電モジュールの低温サイドと高温サイ
ドの温度差は使用環境で決まってしまうのでＣＯＰを上
げるために前記温度差を制御することはできなかった。
た加熱および冷却デバイスのＣＯＰは、熱電モジュール
に結合された放熱器や吸熱器の能力と熱電モジュール自
体のＣＯＰによって決まる。ところが熱電モジュールの
ＣＯＰはその低温サイドと高温サイドの温度差によって
変化する。従来の熱電モジュールを使った加熱および冷
却デバイスでは熱電モジュールの低温サイドと高温サイ
ドの温度差は使用環境で決まってしまうのでＣＯＰを上
げるために前記温度差を制御することはできなかった。
【０００４】さらに、熱電モジュールはその低温サイド
と高温サイド間に温度差があるため熱応力を発生する。
この熱応力が熱電素子、接合部、絶縁プレートに繰り返
しかかると破損することがよくあった。
と高温サイド間に温度差があるため熱応力を発生する。
この熱応力が熱電素子、接合部、絶縁プレートに繰り返
しかかると破損することがよくあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】熱電モジュールをヒート
ポンプとして使った場合、図４に示すように低温サイド
と高温サイドの温度差が低いほどＣＯＰが高い。一方、
熱電モジュールを多段にして負荷を分担し、各段の部分
熱電モジュール４にそれぞれ電極をつけて電気的に独立
させ、さらに各絶縁プレートに温度センサーを取り付け
た構造とすれば、部分熱電モジュール４に流す電流を各
絶縁プレートの温度をもとにして個別に制御できる。そ
こで、電流を制御して、各部分熱電モジュール４の低温
サイドと高温サイドの温度差を、高いＣＯＰを得られる
温度差にすればエネルギー効率の良い加熱または冷却を
行うことができる。
ポンプとして使った場合、図４に示すように低温サイド
と高温サイドの温度差が低いほどＣＯＰが高い。一方、
熱電モジュールを多段にして負荷を分担し、各段の部分
熱電モジュール４にそれぞれ電極をつけて電気的に独立
させ、さらに各絶縁プレートに温度センサーを取り付け
た構造とすれば、部分熱電モジュール４に流す電流を各
絶縁プレートの温度をもとにして個別に制御できる。そ
こで、電流を制御して、各部分熱電モジュール４の低温
サイドと高温サイドの温度差を、高いＣＯＰを得られる
温度差にすればエネルギー効率の良い加熱または冷却を
行うことができる。
【０００６】本発明の多段熱電モジュールはその低温サ
イドと高温サイド間の温度差を各部分熱電モジュールに
分散しているため発生する熱応力も小さくすることがで
きる。そして各部分熱電モジュールと絶縁プレートの接
着を半田付けなどの固着方法ではなく、相対的な動きを
許すメカニカルな接合とすればさらに熱応力を軽減する
ことができ、熱応力による破損を防止することができ
る。
イドと高温サイド間の温度差を各部分熱電モジュールに
分散しているため発生する熱応力も小さくすることがで
きる。そして各部分熱電モジュールと絶縁プレートの接
着を半田付けなどの固着方法ではなく、相対的な動きを
許すメカニカルな接合とすればさらに熱応力を軽減する
ことができ、熱応力による破損を防止することができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１、２、３、５は本発明の実施
例を説明する図である。本発明の多段熱電モジュール８
（図２、図５）は、Ｐ型半導体熱電素子１とＮ型半導体
熱電素子２が導電ブリッジ３にて接合されている部分熱
電モジュール４が絶縁プレート６を介して多段に結合さ
れている。各段の部分熱電モジュールは電気的に絶縁さ
れており、それぞれ電極７が付けられている。そして絶
縁プレート６には温度センサ５が取りつけられている。
各段の部分熱電モジュール４の電極７、および絶縁プレ
ート６の温度センサ５は制御機９に接続されている。制
御機９は各部分熱電モジュール４に電気を供給する電源
と制御部からなる。制御部は部分熱電モジュールの高温
サイドと低温サイドの温度差が所定の温度差になるよう
に部分熱電モジュール４に供給する電流を制御する。
例を説明する図である。本発明の多段熱電モジュール８
（図２、図５）は、Ｐ型半導体熱電素子１とＮ型半導体
熱電素子２が導電ブリッジ３にて接合されている部分熱
電モジュール４が絶縁プレート６を介して多段に結合さ
れている。各段の部分熱電モジュールは電気的に絶縁さ
れており、それぞれ電極７が付けられている。そして絶
縁プレート６には温度センサ５が取りつけられている。
各段の部分熱電モジュール４の電極７、および絶縁プレ
ート６の温度センサ５は制御機９に接続されている。制
御機９は各部分熱電モジュール４に電気を供給する電源
と制御部からなる。制御部は部分熱電モジュールの高温
サイドと低温サイドの温度差が所定の温度差になるよう
に部分熱電モジュール４に供給する電流を制御する。
【０００８】図５に示す多段熱電モジュール８は熱応力
低減を特に考慮した、本発明に使用する多段熱電モジュ
ールの一例で、部分熱電モジュール４の高温サイドと低
温サイドに絶縁プレート６を半田付けしたものをさらに
結合した多段熱電モジュールである。１段目部分熱電モ
ジュールと２段目部分熱電モジュールはスプリングを介
してボルトで結合されている。したがって、それぞれの
部分熱電モジュールは互いにスライド可能で、その結果
熱応力を低減できる。
低減を特に考慮した、本発明に使用する多段熱電モジュ
ールの一例で、部分熱電モジュール４の高温サイドと低
温サイドに絶縁プレート６を半田付けしたものをさらに
結合した多段熱電モジュールである。１段目部分熱電モ
ジュールと２段目部分熱電モジュールはスプリングを介
してボルトで結合されている。したがって、それぞれの
部分熱電モジュールは互いにスライド可能で、その結果
熱応力を低減できる。
【０００９】
【発明の効果】本発明の多段熱電モジュールは電気的に
独立した部分熱電モジュールを多段にしているため、各
部分熱電モジュールの電流を制御することでＣＯＰの高
い温度差で熱電モジュールを使うことができる。
独立した部分熱電モジュールを多段にしているため、各
部分熱電モジュールの電流を制御することでＣＯＰの高
い温度差で熱電モジュールを使うことができる。
【００１０】また本発明の多段熱電モジュールは一段当
りの低温サイドと高温サイド間の温度差を低くすること
ができ、その結果熱応力を低くすることができる。また
各部分熱モジュール間や絶縁プレートと部分熱電モジュ
ール間の接合をメカニカルなものにすることでさらに熱
応力を低減することができる。その結果熱応力による破
損を防止することができる。
りの低温サイドと高温サイド間の温度差を低くすること
ができ、その結果熱応力を低くすることができる。また
各部分熱モジュール間や絶縁プレートと部分熱電モジュ
ール間の接合をメカニカルなものにすることでさらに熱
応力を低減することができる。その結果熱応力による破
損を防止することができる。
【図１】本発明の、熱電素子を用いた加熱および冷却デ
バイスの一例である。
バイスの一例である。
【図２】本発明に使用する多段熱電モジュールの一例の
側面図である。
側面図である。
【図３】本発明の熱電モジュールに使う部分熱電モジュ
ールの一例である。
ールの一例である。
【図４】通常の熱電モジュールにおけるＣＯＰ値と温度
差の関係
差の関係
【図５】本発明に使用する、特に熱応力を考慮した多段
熱電モジュールの一例の側面図である。
熱電モジュールの一例の側面図である。
１ Ｐ型半導体の熱電素子
２ Ｎ型半導体の熱電素子
３ 導電ブリッジ
４ 部分熱電モジュール
５ 温度センサー
６ 絶縁プレート
７ 電極
８ 多段熱電モジュール
９ 制御機
１０ 放熱器
１１ 吸熱器
１２ スプリング
１３ ボルト、ナット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 35/28 Ｈ０１Ｌ 35/28 Ｃ
Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｓ
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｐ型半導体熱電素子およびＮ型半導体熱
電素子を導電ブリッジによって接続した部分熱電モジュ
ールを温度センサを取りつけた絶縁プレートを介して多
段に接合した多段熱電モジュールで、各段の部分熱電モ
ジュール間は電気的に絶縁され、それぞれの部分熱電モ
ジュールに電極が付けられている多段熱電モジュール
と、各段の部分熱電モジュールに流す電流を個別に制御
して各部分熱電モジュールの低温サイドと高温サイドの
温度差を制御する制御機とを持つことを特徴とした加熱
および冷却デバイス。 - 【請求項２】 熱電モジュールに発生する熱応力を緩和
するために、部分熱電モジュール間および絶縁プレート
と部分熱電モジュール間の全接触部または一部の接触部
がスライド可能なことを特徴とした多段熱電モジュール
を持つ請求項１記載の加熱および冷却デバイス
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002037466A JP4015435B2 (ja) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | 熱電素子を用いた加熱および冷却デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002037466A JP4015435B2 (ja) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | 熱電素子を用いた加熱および冷却デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003204087A true JP2003204087A (ja) | 2003-07-18 |
| JP4015435B2 JP4015435B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=27655102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002037466A Expired - Fee Related JP4015435B2 (ja) | 2002-01-08 | 2002-01-08 | 熱電素子を用いた加熱および冷却デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4015435B2 (ja) |
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-
2002
- 2002-01-08 JP JP2002037466A patent/JP4015435B2/ja not_active Expired - Fee Related
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