JP2005353833A - Thermoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば光通信用部品、理化学機器、携帯用クーラ、半導体プロセス中でのプロセス温度管理等に用いられて冷却や加熱を行う熱電変換モジュールや、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールに関するものである The present invention includes, for example, optical communication parts, physics and chemistry equipment, portable coolers, thermoelectric conversion modules that are used for process temperature management in semiconductor processes and the like, and thermoelectric modules that generate electricity using the Seebeck effect. Concerning the conversion module
ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールが、光通信分野等の様々な分野に用いられており、様々な熱電変換モジュールの構成が提案されている。図7には、代表的な熱電変換モジュールの構造の一例が示されている。この熱電変換モジュールはペルチェモジュールであり、複数の素子嵌合孔3を有する絶縁性基板(絶縁支持板)30の素子嵌合孔3に、熱電変換素子5(5a,5b)を貫通嵌合して形成されている(例えば特許文献1、2、参照。)。
Thermoelectric conversion modules such as Peltier modules are used in various fields such as the optical communication field, and various configurations of thermoelectric conversion modules have been proposed. FIG. 7 shows an example of the structure of a typical thermoelectric conversion module. This thermoelectric conversion module is a Peltier module, and thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b) are inserted through the element fitting
ペルチェモジュールの熱電変換素子5(5a,5b)は、ペルチェ素子として一般的に知られており、P型半導体により形成されたP型(p型)の熱電変換素子5aと、N型半導体により形成されたN型(n型)の熱電変換素子5bとを有する。P型およびN型の熱電変換素子5(5a,5b)は、例えば長さが0.5〜3.0mm程度のビスマス・テルル等の半導体単結晶で構成されている。
The Peltier module thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is generally known as a Peltier element, and is formed of a P-type (p-type)
前記絶縁性基板30は、例えば厚さが0.2〜1.0mm程度の電気絶縁物の板、例えばガラスエポキシ板により構成されており、この絶縁性基板30の上下側に、熱電変換素子5(5a,5b)が、例えば0.1〜1.6mm程度突出するように、P型の熱電変換素子5aとN型の熱電変換素子5bが、それぞれ、対応する素子嵌合孔3に貫通嵌合固定されて交互に配置されている。
The
P型とN型の熱電変換素子5(5a,5b)の素子嵌合孔3への貫通方向の一端側(ここでは上側)と他端側(ここでは下側)には、それぞれ電極2が配置されている。これらの電極2はいずれも半田付けにより熱電変換素子5(5a,5b)に接合されており、この接合により、熱電変換素子5(5a,5b)は、対応する電極2を介して電気的に直列に接続されて熱電変換素子5(5a,5b)の回路(PN素子対)が形成されている。なお、図7において、半田は示されていない。また、熱電変換素子5(5a,5b)の回路は、図示されていないリード端子とリード線を介して電源回路等に接続されている。
上記熱電変換素子5(5a,5b)の回路に電流を流すと、P型の熱電変換素子5aとN型の熱電変換素子5bに電極2を介して電流が流れて、熱電変換素子5(5a,5b)と電極2との接合部(界面)で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子5(5a,5b)の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果が生じる。
When a current flows through the circuit of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b), a current flows through the
このペルチェ効果によって熱電変換素子5(5a,5b)の一方の端部、例えば上端部が発熱せしめられると、この熱がペルチェモジュールの上側に設けられた部材に伝えられ、この部材の加熱が行われる。また、その逆に、ペルチェ効果によって熱電変換素子5(5a,5b)の例えば上端部が冷却せしめられると、ペルチェモジュールの上側に設けられた部材の冷却(吸熱)が行われる。 When one end, for example, the upper end, of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is caused to generate heat by the Peltier effect, this heat is transmitted to a member provided on the upper side of the Peltier module, and this member is heated. Is called. On the contrary, when the upper end portion of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is cooled by the Peltier effect, the member provided on the upper side of the Peltier module is cooled (heat absorption).
しかしながら、上記のように、絶縁性基板30に熱電変換素子5(5a,5b)を貫通固定して成るタイプの熱電変換モジュールにおいて、それぞれの熱電変換素子5(5a,5b)の一端側と他端側とに対応する電極2を複数配置して、それぞれ半田付けにより熱電変換素子5(5a,5b)に接合する操作は大変である。そのため、熱電変換モジュールの製造に時間がかかるし、半田付けを的確に行えないこともあるために、製造歩留まりの低下やコストアップを招くといった問題があった。
However, in the thermoelectric conversion module of the type in which the thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b) are fixed to the
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、組み立てが容易で、安価な熱電変換モジュールを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an inexpensive thermoelectric conversion module that is easy to assemble.
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第1の発明は、複数の素子嵌合孔を形成した絶縁性基板を有し、P型とN型の熱電変換素子が前記絶縁性基板の対応する素子嵌合孔にそれぞれ貫通嵌合されており、前記熱電変換素子の素子嵌合孔への貫通方向の一端側と他端側にはそれぞれ、絶縁弾性シートの表面に導電弾性部材により形成された電極部を互いに間隔を介して複数配列形成したシート部材が前記電極部の形成面側を前記熱電変換素子側に向けて配設されており、該熱電変換素子の一端側に配置されたシート部材の電極部と他端側に配置されたシート部材の電極部とは互いに位置をずらした状態と成して、対応する電極部を介して前記P型の熱電変換素子とN型の熱電変換素子とが電気的に接続されて熱電変換素子の回路が形成されており、前記それぞれの電極部は該電極部の弾性変形による熱電変換素子への接触圧によって対応する熱電変換素子の端部にそれぞれ圧接されている構成をもって課題を解決する手段としている。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the first invention has an insulating substrate in which a plurality of element fitting holes are formed, and P-type and N-type thermoelectric conversion elements are respectively fitted through the corresponding element fitting holes of the insulating substrate. A plurality of electrode portions formed of a conductive elastic member on the surface of the insulating elastic sheet are provided on one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element in the penetration direction to the element fitting hole with a space between each other. The arrayed sheet members are arranged with the electrode portion forming surface side facing the thermoelectric conversion element side, and are arranged on the electrode member and the other end side of the sheet member arranged on one end side of the thermoelectric conversion element. Thus, the P-type thermoelectric conversion element and the N-type thermoelectric conversion element are electrically connected to each other through a corresponding electrode portion so that the electrode portions of the sheet member are displaced from each other. A circuit of a conversion element is formed, and each of the electrode portions And a means for solving the problems with the configuration are respectively pressed against the end of the corresponding thermoelectric conversion elements are by contact pressure to the thermoelectric conversion element according to the elastic deformation of the electrode portion.
また、第2の発明は、上記第1の発明の構成に加え、前記熱電変換素子の両端側にそれぞれ配置されたシート部材のうち少なくとも一方は、導電弾性部材により形成された電極部を絶縁弾性シートの表面に形成する代わりに、電極部嵌合孔を互いに間隔を介して複数形成した絶縁弾性シートの前記電極部嵌合孔にそれぞれ前記電極部を嵌合固定して成るシート部材とした構成をもって課題を解決する手段としている。 According to a second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, at least one of the sheet members disposed on both ends of the thermoelectric conversion element has an insulating elastic property on an electrode portion formed of a conductive elastic member. Instead of being formed on the surface of the sheet, a structure is provided in which the electrode portions are fitted and fixed to the electrode portion fitting holes of the insulating elastic sheet in which a plurality of electrode portion fitting holes are formed at intervals. As a means to solve the problem.
本発明によれば、熱電変換素子の素子嵌合孔への貫通方向の一端側と他端側には、絶縁弾性シートの表面に導電弾性部材により形成された電極部を互いに間隔を介して複数配列形成したシート部材の電極形成面側、または、絶縁弾性シートの電極部嵌合孔にそれぞれ導電性弾性部材の電極部を嵌合固定することにより電極部を互いに間隔を介して複数形成したシート部材が、配設されているので、対応する熱電変換素子同士を接続する態様で電極を個々に設ける場合と異なり、シート部材の配設によって、電極部を一括して対応する熱電変換素子の端部に対向配置できる。 According to the present invention, a plurality of electrode portions formed of a conductive elastic member on the surface of the insulating elastic sheet are arranged at intervals on one end side and the other end side in the penetration direction of the thermoelectric conversion element into the element fitting hole. A sheet in which a plurality of electrode portions are formed with a space between each other by fitting and fixing the electrode portions of the conductive elastic member to the electrode forming surface side of the formed sheet members or the electrode portion fitting holes of the insulating elastic sheet. Since the members are arranged, unlike the case where the electrodes are individually provided in a manner in which the corresponding thermoelectric conversion elements are connected to each other, the end of the corresponding thermoelectric conversion element is collectively arranged by the arrangement of the sheet member. Can be placed opposite to each other.
また、本発明において、それぞれの電極部は、該電極部の弾性変形による熱電変換素子への接触圧によって対応する熱電変換素子の端部にそれぞれ圧接されているので、半田を設けて電極部を固定しなくても熱電変換素子と電極部との導通を良好に行えるようになり、非常に容易に組み立てられるので、製造歩留まりを向上させることができるし、コストも安くできる。 Further, in the present invention, each electrode part is in pressure contact with the corresponding end part of the thermoelectric conversion element by the contact pressure to the thermoelectric conversion element due to elastic deformation of the electrode part. Even if it is not fixed, the thermoelectric conversion element and the electrode part can be electrically connected to each other and can be assembled very easily, so that the manufacturing yield can be improved and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same name portions as in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
図1には、本発明に係る熱電変換モジュールの一実施形態例が模式的な断面図により示されている。同図に示すように、本実施形態例の熱電変換モジュール1も、図7に示した熱電変換モジュールと同様に、絶縁性基板30を有している。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a thermoelectric conversion module according to the present invention. As shown in the figure, the thermoelectric conversion module 1 of the present embodiment also has an
図3に示すように、該絶縁性基板30には、複数の素子嵌合孔3が互いに間隔を介して形成されており、これらの素子嵌合孔3には、図1に示したように、それぞれ対応する熱電変換素子5(5a,5b)を貫通嵌合固定されている。なお、絶縁性基板30は、例えばガラス繊維強化のエポキシ樹脂製の板により形成されており、素子嵌合孔3への熱電変換素子5(5a,5b)の固定方法は、例えば接着剤を用いる等、適宜の方法が用いられる。
As shown in FIG. 3, a plurality of element fitting
また、本実施形態例は、以下に示すように、従来例と異なる特徴的な構成を有している。つまり、図1に示すように、熱電変換素子5(5a,5b)の素子嵌合孔3への貫通方向の一端側(ここでは上側)と他端側(ここでは下側)には、それぞれシート部材8が配置されている。このシート部材8は、図2(a)、(b)に示すように、絶縁弾性シート7の表面に導電弾性部材により形成された電極部9を互いに間隔を介して複数配列形成して成り、図1に示したように、シート部材8は、電極部9の形成面側を前記熱電変換素子5(5a,5b)側に向けて配設されている。
Further, the present embodiment example has a characteristic configuration different from that of the conventional example as described below. That is, as shown in FIG. 1, one end side (upper side here) and the other end side (lower side here) of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) in the penetrating direction to the
本実施形態例において、絶縁弾性シート7は絶縁ゴム(例えばシリコンゴム)により形成されており、電極部9は導電性ゴム(例えばカーボン入りシリコンゴム)により形成されており、これらのゴムは、いずれも熱伝導性に優れている。
In this embodiment, the insulating
また、図1、図2に示すように、熱電変換素子5(5a,5b)の一端側(ここでは上側)に配置されたシート部材8の電極部9と、他端側(ここでは下側)に配置されたシート部材8の電極部9とは、互いに位置をずらした状態と成して、対応する電極部9を介して前記P型の熱電変換素子5aとN型の熱電変換素子5bとが電気的に接続されて熱電変換素子5(5a,5b)の回路が形成されている。この熱電変換素子5(5a,5b)の回路は、リード端子27とリード線28を介し、電源回路等の適宜の電気回路に接続されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、本実施形態例の最も特徴的な構成は、熱電変換素子5(5a,5b)の両端側に配置されたシート部材8のそれぞれの電極部9が、該電極部9の弾性変形による熱電変換素子5(5a,5b)への接触圧によって対応する熱電変換素子5(5a,5b)の端部にそれぞれ圧接(ここでは圧接固定)されていることである。
The most characteristic configuration of the present embodiment is that each
本実施形態例は以上のように構成されており、この熱電変換モジュール1を製造するときは、それぞれの熱電変換素子5(5a,5b)を形成する。なお、熱電変換素子5(5a,5b)の両端部(電極部9との接触部)には、メッキ処理等の表面処理を施す。この表面処理は、電極部9との導通を行いやすくするために行われるものであり、例えばニッケルメッキの母剤の上に金メッキ層や半田メッキ層を積層する等、適宜の処理が行われる。
The present embodiment is configured as described above. When the thermoelectric conversion module 1 is manufactured, each thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is formed. In addition, surface treatments, such as a plating process, are given to the both ends (contact part with the electrode part 9) of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b). This surface treatment is performed for facilitating electrical connection with the
そして、図4(a)に示すように、絶縁性基板30の素子嵌合孔3にそれぞれ、対応する熱電変換素子5(5a,5b)を貫通嵌合固定する。その後、図4(b)に示すように、その熱電変換素子5(5a,5b)の上下両側(前記素子嵌合孔3への貫通方向の一端側と他端側)にシート部材8を設けて、シート部材8の電極形成面(電極部9の形成面)側を熱電変換素子5(5a,5b)側に向けてシート部材8により熱電変換素子5(5a,5b)を挟む。
And as shown to Fig.4 (a), the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) corresponding to each in the element
そして、矢印に示すように、熱電変換素子5(5a,5b)側に向けて圧力を加え、電極部9を弾性変形させて熱電変換素子5(5a,5b)への接触圧により圧接固定する。
Then, as indicated by the arrows, pressure is applied toward the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) side, the
また、必要に応じ、例えば図5に示すように、熱電変換モジュール1の上側に金属プレート11を設け、熱電変換モジュール1の下側にヒートシンク12を設けて、金属プレート11とヒートシンク12とをねじ部材13で固定して用いる。なお、ヒートシンク12の代わりに、熱電変換モジュール1の下側にも金属プレートを設けることもできる。
Further, if necessary, for example, as shown in FIG. 5, a
この例は、金属プレート11の上に被冷却部材(図示せず)を搭載し、この被冷却部材を熱電変換モジュール1により冷却する例であり、この場合、熱電変換モジュール1の下側(熱電変換素子5の下端側)は加熱面となるので、ヒートシンク12により冷却すれば、より効率的に、熱電変換モジュール1による被冷却部材の冷却が行われる。
In this example, a member to be cooled (not shown) is mounted on the
本実施形態例によれば、上記のように、絶縁弾性シート7の表面に電極部9を複数配列形成したシート部材8の電極形成面側を熱電変換素子5(5a,5b)側に向けて配設しており、このシート部材8に適宜の圧力を加えて、電極部9をその弾性変形による接触圧で対応する熱電変換素子5(5a,5b)の端部に圧接固定しているので、電極2を個々に設ける場合と異なり、シート部材8の配設によって電極部9を一括して配設できるし、半田付けしなくても電極部9と熱電変換素子5(5a,5b)との導通を良好に行えるようになり、非常に容易に組み立てることができる。
According to this embodiment, as described above, the electrode forming surface side of the
したがって、本実施形態例は、製造歩留まりの向上とコストダウンを確実に図ることができる熱電変換モジュールを実現できる。 Therefore, the present embodiment can realize a thermoelectric conversion module that can reliably improve the manufacturing yield and reduce the cost.
また、図5に示したように、金属プレート11とヒートシンク12とにより熱電変換モジュール1を挟み込んで用いると、熱電変換モジュール1の電極部9と熱電変換素子5(5a,5b)との圧接固定を、より確実に行うことができ、さらに、金属プレート11の上に搭載される被冷却部材の配置も、より安定したものにできる。
As shown in FIG. 5, when the thermoelectric conversion module 1 is sandwiched between the
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、熱電変換素子5(5a,5b)の両端側にそれぞれ配置したシート部材8は、導電弾性部材5(5a,5b)により形成された電極部9を絶縁弾性シート7の表面に形成したものとしたが、図6に示すように、電極部嵌合孔4を互いに間隔を介して複数形成した絶縁弾性シート7の電極部嵌合孔4にそれぞれ電極部9を嵌合固定して成るシート部材8としてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment example, Various aspects can be taken. For example, in the embodiment described above, the
また、絶縁弾性シート7の材質や電極部9の材質も、特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば現在市販されている電卓やリモコンのボタン等に適用されている材質の絶縁ゴムを絶縁弾性シート7とし、導電性ゴムを電極部9とする等、適宜設定されるものである。
Further, the material of the insulating
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュールは、絶縁性基板30の平面形状を略四角形状に形成したが、平面形状が略円形状の絶縁性基板30を適用した熱電変換モジュールとしてもよいし、絶縁性基板30の形状、厚み、材質等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。
Furthermore, in the above-described embodiment, the thermoelectric conversion module has the planar shape of the insulating
さらに、上記実施形態例では、熱電変換素子5(5a,5b)を断面形状が矩形状の素子としたが、熱電変換素子5(5a,5b)の形状は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば、その断面形状が円形状の素子としてもよいし、他の形状の素子としてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is an element having a rectangular cross-sectional shape, but the shape of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is not particularly limited, and may be appropriately selected. For example, an element having a circular cross-sectional shape or an element having another shape may be used.
さらに、上記説明は熱電変換モジュールとしてのペルチェモジュールの構造について例を挙げて説明したが、本発明の熱電変換モジュールの構造は、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールの構造にも適用できる。 Furthermore, although the above description has been given by taking an example of the structure of the Peltier module as the thermoelectric conversion module, the structure of the thermoelectric conversion module of the present invention is also applicable to the structure of a thermoelectric conversion module that generates power using the Seebeck effect. it can.
1 熱電変換モジュール
3 素子嵌合孔
4 電極部嵌合孔
5,5a,5b 熱電変換素子
7 絶縁性シート
8 シート部材
9 電極部
27 リード端子
28 リード線
30 絶縁性基板
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KR102164983B1 (en) * | 2019-11-08 | 2020-10-13 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermo electric element |
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2004
- 2004-06-10 JP JP2004172794A patent/JP2005353833A/en not_active Ceased
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102164983B1 (en) * | 2019-11-08 | 2020-10-13 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermo electric element |
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