JP2005303183A - 熱電モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、熱電モジュール内への水分の侵入を防止し、熱電モジュールの信頼性を向上させたものである。
【解決手段】熱電モジュール１のシール部材９を放熱側基板３の熱膨張及び吸熱側基板２の熱収縮による変形に対応できる柔軟性をもったエポキシ樹脂としたことにより、熱電モジュール１内への水分の侵入を防止すると共に、シール部材９の吸熱側基板２や放熱側基板３からの剥がれやシール部材９自身の破壊がなく、熱電モジュールの信頼性を向上することができる。
【選択図】図１
【解決手段】熱電モジュール１のシール部材９を放熱側基板３の熱膨張及び吸熱側基板２の熱収縮による変形に対応できる柔軟性をもったエポキシ樹脂としたことにより、熱電モジュール１内への水分の侵入を防止すると共に、シール部材９の吸熱側基板２や放熱側基板３からの剥がれやシール部材９自身の破壊がなく、熱電モジュールの信頼性を向上することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、ペルチェ効果を有する熱電モジュールに関するものである。
近年、フロンガスの大気放出によるオゾン層破壊や温暖化が地球的な問題となり、フロンガスを使用しない冷温機の開発が急がれている。そしてフロンガスを使用しない方式の一つとして、熱電素子を用いた熱電モジュールが注目されている。
ここで熱電モジュールとは、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュール、サーモモジュール又は熱電素子として知られているものであり、二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され、他方の伝熱面が冷却される機能を持つ部材である。すなわち熱電モジュールでは、一方の面が放熱面として機能し、他方が吸熱面として機能する（例えば、特許文献１参照）。
以下、図面を参照しながら上記従来例の熱電モジュールを説明する。
図３は従来の熱電モジュールの断面図である。熱電モジュール２１は吸熱側基板２２と放熱側基板２３と前記吸熱側基板２２と前記放熱側基板２３の間に熱電素子２４を複数個配置しており、この熱電モジュール２１の吸熱側基板２２と放熱側基板２３間をシール材２５でシールした構造となっている。前記シール材２５でシールすることにより、雰囲気中から熱電モジュール２１内への水分の侵入を防止している。
次に、上記熱電モジュール２１に通電した場合の状態について説明する。
図４は熱電モジュール２１に通電した場合の側面図である。前記熱電モジュール２１に通電すると、熱電素子２４の加熱端が加熱され、放熱側基板２３の温度が上昇する。一方、吸熱端は冷却され、吸熱側基板２２の温度が低下する。このため、前記放熱側基板２３は熱膨張し、前記吸熱側基板２２は熱収縮することとなり、双方の相反する熱変形によって図４に示す如く熱電モジュール２１全体が湾曲する。
ここで、シール材２５も吸熱側基板２２や放熱側基板２３の熱変形に合わせて伸縮しなければ、シール材２５が前記吸熱側基板２２や前記放熱側基板２３から剥離する、あるいはシール材２５が破壊される問題がある。このため、一般的には、柔軟性があるシリコーンゴム等がシール材２５として用いられている。
特開２０００−２８６４６０号公報
しかしながら、上記従来の構成は、シール材２５にシリコーンゴムを用いているため、熱電モジュール２１内への防水効果はあるが、水蒸気の透過率が比較的大きいため、熱電モジュール２１内部に侵入した水蒸気が熱電素子２４の冷却端で結露し、熱電素子２４の劣化やハンダの腐食が起こり、信頼性が低いという課題があった。
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱電モジュールは、吸熱側基板と、放熱側基板と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間に配接された複数個の熱電素子と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間をシールするシール部材とからなり、前記シール部材を、柔軟性をもった水分透過率の小さい熱硬化性合成樹脂としたものである。
これによって、放熱側基板の膨張や吸熱側基板の収縮に合わせてシール部材が伸縮するため、シール部材が、放熱側基板や吸熱側基板から剥離、あるいは破壊されることはなく、熱電モジュールの信頼性が確保できる。
また、隣り合う熱電素子は、それぞれの放熱面が前記放熱側基板に、それぞれの吸熱面が前記吸熱側基板に伝熱的に固定されており、前記シール部材は、前記放熱側基板および吸熱側基板の周縁に設けられ、両基板間空間を閉塞空間とし、また、前記シール部材を、前記放熱側基板の熱膨張及び前記吸熱側基板の熱収縮による基板の熱変形に追従する柔軟性をもったエポキシ樹脂としたものである。
これにより、エポキシ樹脂は水蒸気の透過率も小さいため、熱電モジュール内部への水分の侵入を抑え、熱電モジュールの信頼性を一層向上することができる。
本発明の熱電モジュールは、熱電素子の放熱、吸熱作用に伴う熱変形に追従してシール部材も弾性変形し、その結果、シール機能が維持でき、熱電モジュールの信頼性を向上することができる。
また、シール部材をエポキシ樹脂とすることにより、水分の透過が抑制でき、過酷な環境条件にも対応可能な熱電モジュールを提供することができる。
請求項１に記載の発明は、吸熱側基板と、放熱側基板と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間に配接された複数個の熱電素子と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間をシールするシール部材とからなり、前記シール部材を、柔軟性をもった水分透過率の小さい熱硬化性合成樹脂としたもので、放熱側基板と吸熱側基板の相反する熱変形に追従してシール部材も伸縮変形し、シール部材の放熱側基板、吸熱側基板からの剥離、シール部材の破壊による熱電モジュールの機密性損失の予防がはかれる。
請求項２に記載の発明は、隣り合う熱電素子のそれぞれの放熱面を前記放熱側基板に、それぞれの吸熱面を前記吸熱側基板に伝熱的に固定しており、また前記シール部材を、前記放熱側基板および吸熱側基板の周縁に設けることにより、両基板間空間を閉塞空間とし、また、前記シール部材を、前記放熱側基板の熱膨張及び前記吸熱側基板の熱収縮による基板の熱変形に追従する柔軟性をもったエポキシ樹脂としたもので、熱電モジュールの防湿性能（湿度に対する防御性能）を高め、熱電モジュールの信頼性が向上する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１において、１は熱電モジュールで、主要構成要素として吸熱側基板２と、放熱側基板３、および前記吸熱側基板２と前記放熱側基板３の間に配置された複数個の熱電素子４を具備している。前記吸熱側基板２および放熱側基板３は、電気絶縁材であるセラミックからなり、適度な形および大きさ（面積）に形成されている。前記吸熱側基板２および放熱側基板３は、セラミックに限らず同様の性質を備えている材料であればよく、窒化アルミニュウム板等であってもよい。
図１において、１は熱電モジュールで、主要構成要素として吸熱側基板２と、放熱側基板３、および前記吸熱側基板２と前記放熱側基板３の間に配置された複数個の熱電素子４を具備している。前記吸熱側基板２および放熱側基板３は、電気絶縁材であるセラミックからなり、適度な形および大きさ（面積）に形成されている。前記吸熱側基板２および放熱側基板３は、セラミックに限らず同様の性質を備えている材料であればよく、窒化アルミニュウム板等であってもよい。
また、前記各熱電素子４は、周知の如く加熱端（極）４ａと吸熱端（極）４ｂを具備しており、前段から後段にわたって相互の各加熱端（極）４ａが電極板（銅板）５にて電気的に接続され、同様に前段から後段にわたって相互の各吸熱端（極）４ｂも電極板（銅板）６にて電気的に接続されている。そして、最先端の吸熱端（極）４ｂおよび最終端の加熱端（極）４ａには、それぞれリード線７・８が接続されている。９は前記熱電モジュール１の外周縁に設けられたシール材で、前記吸熱側基板２と放熱側基板３の間をシールしている。その結果、前記吸熱側基板２と前記放熱側基板３の間の空間は、前記熱電モジュール１を含んだ密封空間となっている。
ここで、前記シール材９は、周知の如くかなりの伸縮性を有する性質のエポキシ樹脂が用いられている。このエポキシ樹脂としては、例えば、大日本インキ化学工業株式会社製ＥＰＩＣＬＯＮ ＥＸＡ−４８５０−１５０やＥＰＩＣＬＯＮ ＥＸＡ−４８５０−１０００が挙げられる。これらは、柔軟性を持つと共に、ＢＰＡ型エポキシ樹脂の２倍以上の接着強度があり、また水分透過率も低いことから、シール材としてより望ましいものである。
次に、以上のように構成された熱電モジュール１に通電した場合について説明する。
図２は前記熱電モジュール１に通電した場合の側面図である。
同図において、リード線７・８間に電圧を印加し、熱電モジュール１に通電すると、熱電素子４の加熱端４ａが加熱され、放熱側基板３の温度が上昇する。一方、吸熱端４ｂは冷却され、吸熱側基板２の温度が低下する。このため、放熱側基板３は熱膨張し、吸熱側基板２は熱収縮する。
したがって、熱電モジュール１は、図２の如く放熱側基板３が張り出すように湾曲する。ここで、シール材９も吸熱側基板２や放熱側基板３の伸縮に追従して伸縮するため、放熱側基板３や吸熱側基板２から剥離したり、シール材９が破壊されることはない。また、特にエポキシ樹脂は、水蒸気の透過率も小さいため、熱電モジュール１内部への水分の浸透を抑えるため、過酷な湿度環境にも耐えることができ、信頼性が向上する。
本発明にかかる熱電モジュールは、シール機能が維持でき、熱電モジュール単品の信頼性を向上することができ、熱電モジュールの適用製品の信頼性向上にも有効に寄与することができる。
１ 熱電モジュール
２ 吸熱側基板
３ 放熱側基板
４ 熱電素子
９ シール材
２ 吸熱側基板
３ 放熱側基板
４ 熱電素子
９ シール材
Claims (2)
- 吸熱側基板と、放熱側基板と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間に配接された複数個の熱電素子と、前記吸熱側基板と前記放熱側基板の間をシールするシール部材とからなり、前記シール部材を、柔軟性をもった水分透過率の小さい熱硬化性合成樹脂とした熱電モジュール。
- 隣り合う熱電素子は、それぞれの放熱面が前記放熱側基板に、それぞれの吸熱面が前記吸熱側基板に伝熱的に固定されており、前記シール部材は、前記放熱側基板および吸熱側基板の周縁に設けられ、両基板間空間を閉塞空間とし、また、前記シール部材を、前記放熱側基板の熱膨張及び前記吸熱側基板の熱収縮による基板の熱変形に追従する柔軟性をもったエポキシ樹脂とした請求項１記載の熱電モジュール。
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