JP2006165273A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸熱／放熱電極部の隣の列には同一の電極部を配列するように熱電素子モジュールを構成させることで熱損失の発生を防止するとともに面密度の向上が図れる熱電変換装置を実現する。
【解決手段】 吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、Ｎ型熱電素子１３を前記の順番に複数組配列してなる熱電素子群を列設し、熱電素子１２、１３を直列接続して構成された熱電素子モジュール１０と、熱電素子モジュール１０の一方に配設され吸熱電極部２０ａに伝熱可能に接続された吸熱熱交換部２０ｂと、熱電素子モジュール１０の他方に配設され放熱電極部３０ａに伝熱可能に接続された放熱熱交換部３０ｂとを備える熱電変換装置において、吸熱電極部２０ａ、放熱電極部３０ａは、その隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子モジュール１０に列設されている。これにより、熱損失の発生を防止するとともに面密度の向上が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関するものであり、特に、隣接する熱電素子の電気的絶縁に関する。

従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１に示すように、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子をこの順序で複数個、略碁盤目状に配列し、隣接する熱電素子の一方面に吸熱電極部、他方面に放熱電極部を配設するとともに、吸熱電極部に伝熱可能に形成されたな吸熱熱交換部および放熱電極部に伝熱可能に形成された放熱熱交換部を設けて全ての熱電素子が直列接続するように構成している。

そして、図示しない端子間に直流電圧を印加して通電することで、ペルチェ効果により吸熱電極部と隣接する熱電素子との界面で吸熱が生じ吸熱熱交換部で吸熱が行なわれ、放熱電極部と隣接する熱電素子との界面で発熱を生じ放熱熱交換部で放熱が行なわれるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９−０９７９３０号公報

この種の装置では、全ての熱電素子が直列接続するために、吸熱／放熱熱交換部、吸熱／放熱電極部および熱電素子の各相互間が電気的な絶縁を得るように構成することが必要である。つまり、隣接する各相互間に電気的絶縁のための間隙を設けるとともに、その間隙を狭めることで熱電素子の面密度を高めることができる。

しかしながら、上記特許文献１によれば、熱電素子と吸熱／放熱電極部とが半田付けで接合させるようにしているので、接合時における半田のはみ出し分を考慮した間隙を確保するように設定しているので間隙を狭めることが困難であって、その結果熱電素子の面密度を高めることが困難である。

また、熱電素子群を複数列配設して構成した場合は、吸熱／放熱電極部は、その隣の列に配設される吸熱、もしくは放熱電極部での熱の影響を受ける。言い換えれば、面密度が高められて列間距離が縮小されるほど、吸熱電極部の隣の列の近傍に放熱電極部が配設されると、高温側から低温側への熱移動が行なわれやすくなって、吸熱、放熱熱交換部で熱交換される前に熱電素子モジュール内で熱損失を発生して熱電変換効率を低下させる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、吸熱／放熱電極部の隣の列には同一の電極部を配列するように熱電素子モジュールを構成させることで、熱損失の発生を防止するとともに面密度の向上が図れる熱電変換装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、吸熱電極部（２０ａ）、Ｐ型熱電素子（１２）、放熱電極部（３０ａ）、およびＮ型熱電素子（１３）を前記の順番に複数組配列してなる熱電素子群を列設して、全ての熱電素子（１２、１３）を直列接続して構成された熱電素子モジュール（１０）と、この熱電素子モジュール（１０）の一方面に配設され、吸熱電極部（２０ａ）に伝熱可能に接続された吸熱熱交換部（２０ｂ）と、熱電素子モジュール（１０）の他方面に配設され、放熱電極部（３０ａ）に伝熱可能に接続された放熱熱交換部（３０ｂ）とを備える熱電変換装置において、
吸熱電極部（２０ａ）および放熱電極部（３０ａ）は、その隣の列に吸熱電極部（２０ａ）および放熱電極部（３０ａ）と同一の電極部が一致するように熱電素子モジュール（１０）に列設されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、隣の列には同一の電極部（２０ａ、３０ａ）が列設されていることで、熱電素子（１２、１３）間に電流が流れると、高温の状態となる放熱電極部（３０ａ）と、低温の状態となる吸熱電極部（２０ａ）とが近接しないので、高温側から低温側への熱移動による熱損失の発生を防止することができるとともに、熱電素子（１２、１３）の面密度の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）は、少なくとも隣り合う吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）相互間に絶縁層を介して接していることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、絶縁層で電気的な絶縁ができるので隣り合う吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）の相互間の間隙を最小にすることができる。これにより、数多くの熱電素子（１２、１３）が熱電素子モジュール（１０）に配設可能となることで熱電素子（１２、１３）の面密度が向上できる。

ところで、面密度が向上することで熱損失を発生しやすいが、隣の列には同一の電極部（２０ａ、３０ａ）が列設されていることで、放熱電極部（３０ａ）と吸熱電極部（２０ａ）とが近接しないので、熱損失の発生を防止することができる。

請求項３に記載の発明では、熱電素子モジュール（１０）は、吸熱電極部（２０ａ）、Ｐ型熱電素子（１２）、放熱電極部（３０ａ）、およびＮ型熱電素子（１３）が複数組積層していることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、熱電素子（１２、１３）を碁盤目状に配設したときと比べて、熱電素子群に沿う方向に対して積層させるほうが隣接する熱電素子（１２、１３）間の間隙を小さくすることができる。また、熱電素子群に沿う方向に対して略直交方向には、同一の電極部（２０ａ、３０ａ）が列設されることで熱損失の発生を防止することができるとともに面密度の向上が図れる。

請求項４に記載の発明では、熱電素子モジュール（１０）は、Ｐ型熱電素子（１２）、および前記Ｎ型熱電素子（１３）が交互に略碁盤目状に配列され、一方の隣接する前記熱電素子（１２、１３）の端面に前記吸熱電極部（２０ａ）が配設され、他方の隣接する前記熱電素子（１２、１３）の端面に前記放熱電極部（３０ａ）が配設されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、熱電素子（１２、１３）が碁盤目状に配設する熱電素子モジュール（１０）であっても、隣に同一の電極部（２０ａ、３０ａ）が列設されることで熱損失の発生を防止することができるとともに面密度の向上が図れる。

請求項５に記載の発明では、隣り合う吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）相互間は、蒸着法もしくは浸漬法のいずれか一方による絶縁性樹脂コーティングを施して電気的に絶縁されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、この種の方法であれば、少なくとも吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）相互間を簡素な設備で容易に絶縁処理ができるとともに、相互間の間隙を最小にできることで数多くの熱電素子（１２、１３）が配設可能となる。

請求項６に記載の発明では、隣り合う吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）相互間には、絶縁材からなる絶縁部材（１５）を配設して電気的に絶縁されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、絶縁部材（１５）で絶縁層が形成される。従って、吸熱熱交換部（２０ｂ）および放熱熱交換部（３０ｂ）の相互間の間隙を最小にすることができることで数多くの熱電素子（１２、１３）が配設可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、図２は図１に示すＡ矢視図、図３は吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０の概略形状を示す斜視図である。

本実施形態の熱電変換装置は、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３の順に複数個積層してなる熱電素子群を列設して全ての熱電素子１２、１３を直列接続するように構成している。

具体的には、図１および図２に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第１絶縁基板１１に、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａおよびＮ型熱電素子１３を交互に複数個積層してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子モジュール１０と、その熱電素子モジュール１０の一方面に配設する吸熱熱交換部２０ｂと、熱電素子モジュール１０の他方面に配設する放熱熱交換部３０ｂと、隣り合う熱電素子群を電気的に接続する接続部１６とから構成している。

まず、Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１３はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。また、第１絶縁基板１１は、上記積層された熱電素子群を嵌合する図示しない基板穴が複数個形成されており、その複数個の基板穴にそれぞれの熱電素子群を嵌合させて一体に構成している。

なお、第１絶縁基板１１に形成された基板穴は、図１に示すように、後述するが吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂに流通する熱交換媒体である空気の流れ方向と同じ方向に熱電素子群を配設している。そして、隣の列との間には絶縁材料からなる絶縁部材１５が配設されており、隣り合う吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂ相互間に絶縁層が形成されることで電気的に絶縁される。

次に、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａは、図２および図３に示すように、Ｐ型熱電素子１２と型Ｎ熱電素子１２とを電気的に接続するために平面状に形成された電極板であって、本実施形態では、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０に形成して熱電素子１２、１３との間に配設されている。

そして、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａの隣の列には、同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子モジュール１０に列設して構成している。つまり、熱電素子群に沿う方向に対して略直交方向には同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子群を列設する。

これにより、吸熱電極部２０ａの隣の列には吸熱電極部２０ａが配設され、放熱電極部３０ａの隣の列には放熱電極部３０ａが配設されるので、熱電素子１２、１３に電流が流れると、低温の状態となる吸熱電極部２０ａと高温の状態となる放熱電極部３０ａとが近接することはない。

また、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は、銅材などの導電性材料により形成され、上述した吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａと、これらの吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａから伝熱された熱を吸熱／放熱するための吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂとを一体に形成している。

その吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂの形状は、図３に示すように、平面状に形成された吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａから延びた平面に略Ｕ字状になるように折り曲げて、外方に延出する平面に切り起こしなどの成形加工でルーバー状のフィンを形成しているものである。

このフィンに熱交換媒体である空気が流れることで熱交換される。なお、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は、熱電素子１２、１３の幅寸法と略同等もしくはそれ以下の幅寸法で形成している。

そして、図２に示すように、一方の吸熱熱交換部２０ｂが第１絶縁基板１１の一方面に配設され、他方の放熱熱交換部３０ｂが第１絶縁基板１１の他方面に配設されるように、熱電素子１２、１３間に吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａを積層して構成している。

なお、図３中に示す実線は、吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂに流通する空気の流れ方向を示す矢印であり、切り起こされたフィンに空気が流通するように吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂが形成している。また、図３中に示す破線は、熱電素子群に沿って積層された熱電素子１２、１３間に流れる電流の流れ方向を示す矢印である。つまり、空気の流れ方向と電流の流れ方向とが同じ方向に流れるように構成している。

ところで、この種の熱電変換装置では、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０相互間に必要以上の隙間（以下、間隙と称する）を設けることで電気的に絶縁することができるが、本発明では、熱電素子１２、１３の面密度を高めるためにこの間隙を狭めるようにしている。

ここで、面密度とは、第１絶縁基板１１に配設される単位面積あたりの熱電素子１２、１３の収容個数を表す密度であって、この面密度が高いほど、収容個数が多くなって高出力を得ることができる。従って、本実施形態では、熱電素子群に沿った方向に向けて絶縁部材１５を配設することで、熱電素子群に沿った方向に対して略直交方向における吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０相互間の間隙をできるだけ小さく（例えば、１ｍｍ程度）することで面密度を高めることができる。

また、熱電素子群に沿った方向における吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂ相互間の間隙を必要最小寸法（例えば、２〜３ｍｍ程度）になるように設定している。なお、図１中に示す１６は、隣り合う熱電素子群とを電気的接続する接続部材である。

さらに、図１中に示す左右端に配設される電極部材は、それぞれ端子２４ａ、２４ｂが設けられ、その端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａに接続し、負側端子を端子２４ｂに接続するようにしている。

また、第１絶縁基板１１を区画壁として、第１絶縁基板１１の一方面と多方面とをそれぞれ図示しないケース部材により送風通路を形成し、その送風通路に熱電素子群に沿う方向に空気を流通することで、吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂと空気とが熱交換され、吸熱熱交換部２０ｂが配設される側では空気を冷却することができ、放熱熱交換部３０ｂが配設される側では空気を加熱することができる。

次に、以上の構成による熱電変換装置の製造方法について説明する。本実施形態では、吸熱電極部２０ａと吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱電極部３０ａと放熱熱交換部２０ｂがそれぞれ一体に形成しているため熱電素子組付け工程において、吸熱電極部材２０、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部材３０、およびＮ型熱電素子１３を前記の順番に複数組配列してなる熱電素子群を形成することで、同時に吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部２０ｂが一方面、多方面に配設することができる。

ここで、熱電素子１２、１３の間に配設する吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａは、それぞれ半田付けで接合して熱電素子１２、１３の間に積層している。そして、電子モジュール組付け工程において、積層された熱電素子群を第１絶縁基板１１に設けられた基板穴に複数列配設するとともに、隣り合う熱電素子群の間には、空気の流れ方向に向けて絶縁部材１５を配設する。

これにより、上方側に配設される吸熱電極部材２０が隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを直列的に接続されるとともに、下方側に配設される放熱電極部材３０が隣接して配列されたＮ型熱電素子１３とＰ型熱電素子１２とを直列的に接続される。

そして、第１絶縁基板１１を区画壁として図示しないケース部材を組み付けて空気通路を形成することで上方側に吸熱熱交換部が形成され、下方側に放熱熱交換部が形成されて、これに空気を流通させることで冷風、温風を得ることが可能となる。

次に、以上の構成による熱電変換装置の作動を説明する。図１に示すように、端子２４ａから入力された直流電源は、図中に示す左端上のＰ型熱電素子１２から熱電素子群に沿って電流が流れて図中に示す右端上のＮ型熱電素子まで直列的に流れる。つまり、全ての熱電素子１２、１３に直流電流が熱電素子群に沿って流れている。

具体的には、Ｐ型熱電素子１２→放熱電極部３０ａ→Ｎ型熱電素子１３→吸熱電極部２０ａ→Ｐ型熱電素子１２の順に電流が流れる。ここで、ＰＮ接合部を構成する放熱電極部３０ａはペルチェ効果によって高温の状態となり、ＮＰ接合部を構成する吸熱電極部２０ａは低温の状態となる。

つまり、第１絶縁基板１１の一方面に配設された吸熱熱交換部２Ｏｂは低温の熱が伝達されて被冷却流体が接触され、他方面に配設された放熱熱交換部３Ｏｂは高温の熱が伝達されて冷却流体が接触される。

これにより、吸熱熱交換部２Ｏｂでは被冷却流体が冷却され、放熱熱交換部３Ｏｂでは冷却流体が加熱されることになる。なお、このときに、それぞれの吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は、電位を有しているが、絶縁部材１５と最小限の間隙によって電気的に絶縁されている。

なお、本実施形態では、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａ側に接続し、負側端子を端子２４ｂ側に接続して端子２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ｂ側に接続し、負側端子を端子２４ａ側に接続して端子２４ｂに直流電源を入力させても良い。ただし、このときには、下側に吸熱電極部材２０が吸熱熱交換部を形成し、上側の放熱電極部材３０側が放熱熱交換部を形成するようになる。

以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａをその隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子モジュール１０に列設することにより、熱電素子１２、１３間に電流が流れると、高温の状態となる放熱電極部３０ａと、低温の状態となる吸熱電極部２０ａとが近接しないので、高温側から低温側への熱移動による熱損失の発生を防止することができるとともに、熱電素子１２、１３の面密度の向上が図れる。

また、吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂは、少なくとも隣り合う吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂ相互間に絶縁層を形成する絶縁部材１５を介することにより、絶縁層で電気的絶縁ができるので隣り合う吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂの相互間の間隙を最小にすることができる。

これにより、数多くの熱電素子１２、１３が熱電素子モジュール１０に配設可能となる。従って、熱電素子１２、１３の面密度が向上できる。さらに、面密度が向上することで熱損失を発生しやすいが、隣の列には同一の電極部２０ａ、３０ａが列設されていることで、放熱電極部３０ａと吸熱電極部２０ａとが近接しないので熱損失の発生を防止することができる。

また、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３が複数組積層していることにより、熱電素子１２、１３を碁盤目状に配設したときと比べて、熱電素子群に沿う方向に対して積層させるほうが隣接する熱電素子１２、１３間の間隙を小さくすることができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３の順に複数組積層した熱電素子群を空気流れ方向と同一方向に配設させるとともに、隣り合う熱電素子群との間に絶縁部材１５を配設して面密度の向上を図ったが、これに限らず、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０に絶縁樹脂でコーティングを施して、少なくとも隣り合う吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂ相互間に絶縁層を形成するように構成しても良い。

具体的には、図４（ａ）に示すように、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３の順に積層した熱電素子群を空気流れ方向に対して直交する方向に向けて複数列（例えば、４列）配列している。

そして、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、吸熱電極部２０ａに伝熱可能に形成された吸熱熱交換部２０ｂを熱電素子モジュール１０の一方面に配設し、放熱電極部３０ａに伝熱可能に形成された放熱熱交換部３０ｂを熱電素子モジュール１０の他方面に配設している。

また、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａは、その隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子モジュール１０に列設して構成している。そして、本実施形態では、絶縁部材１５の代わりに隣り合う吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は表面に絶縁樹脂でコーティングを施して絶縁層を形成している。

ここで、絶縁性樹脂によるコーティングは、蒸着法、もしくは浸漬法のいずれか一方の方法で、少なくとも吸熱／放熱熱交換部２０ｂ、３０ｂ相互間が互いに電気的に絶縁するように絶縁性樹脂を塗布している。そして、その絶縁性樹脂として、ポリパラキシリレン、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂などを用いて絶縁膜を形成している。

そして、吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３の順に複数個積層させて熱電素子群を形成した後に、熱電素子群ごとにコーティングを行なって熱電素子モジュール１０に配列している。

以上の第２実施形態による熱電変換装置によれば、吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂ相互間を簡素な設備で容易に絶縁処理ができるとともに、少なくとも隣り合う吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ｂ相互間の間隙をできるだけ小さく（例えば、１ｍｍ程度）することができる。

さらに、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａをその隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように熱電素子モジュール１０に列設することにより、熱電素子１２、１３間に電流が流れると、高温状態となる放熱電極部３０ａと、低温状態となる吸熱電極部２０ａとが近接しないので、高温側から低温側への熱移動による熱損失の発生を防止することができるとともに、熱電素子１２、１３の面密度の向上が図れる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、熱電素子群を吸熱電極部２０ａ、Ｐ型熱電素子１２、放熱電極部３０ａ、およびＮ型熱電素子１３の順に複数組積層して構成したが、熱電素子１２、１３が交互に碁盤目状になるように熱電素子群を列設させ、一方の隣接する熱電素子１２、１３の端面に吸熱電極部２０ａを配設し、他方の隣接する熱電素子１２、１３の端面に放熱電極部３０ａを配設するように構成しても良い。

具体的には、図５および図６に示すように、熱電素子１２、１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設させて構成している。そして、熱電素子１２、１３の両端に吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａを直列的に接続するように吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を配設したものである。

そして、隣接する熱電素子群相互間には、絶縁材料からなる絶縁部材１５を配設することで絶縁膜を形成している。従って、第１実施形態と同じように、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０相互間の間隙は最小（例えば、１ｍｍ程度）となるように設定している。

ここで、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａは、その隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように配設している。より具体的には、図５に示すように、熱電素子群の一列目では、熱電素子１２、１３の上方側に吸熱電極部２０ａを、熱電素子１２、１３の下方側に放熱電極部３０ａを熱電素子群に沿って配列させており、その二列目には、熱電素子１２、１３の上方側に放熱電極部３０ａを、熱電素子１２、１３の下方側に吸熱電極部２０ａを熱電素子群に沿って配列させている。

そして、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０は、図６に示すように、吸熱電極部２０ａに伝熱可能に形成された吸熱熱交換部２０ｂを熱電素子１２、１３の一方面に配設し、放熱電極部３０ａに伝熱可能に形成された放熱熱交換部３０ｂを熱電素子１２、１３の他方面に配設している。

なお、本実施形態では、隣接する熱電素子群相互間に絶縁部材１５を配設したが、第２実施形態と同じように、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０に絶縁樹脂でコーティングを施して絶縁層を形成しても良い。

以上の第３実施形態による熱電変換装置によれば、以上の第１、第２実施形態と同じように、熱電素子１２、１３が碁盤目状に配設する熱電素子モジュール１０であっても、熱電素子１２、１３間に電流が流れると、高温状態となる放熱電極部３０ａと、低温状態となる吸熱電極部２０ａとが近接しないので、高温側から低温側への熱移動による熱損失の発生を防止することができるとともに、熱電素子１２、１３の面密度の向上が図れる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、全ての熱電素子１２、１３を一系統からなる直列回路になるように、熱電素子１２、１３に吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を配設させたが、これに限らず、図７に示すように、複数系統（例えば、四系統）の直列回路となるように吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を配設しても良い。さらに、図８に示すように、並列の二系統からなる直列回路となるように吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を配設しても良い。

そして、このときにおいても、図７および図８に示すように、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａは、その隣の列に同一の電極部２０ａ、３０ａが一致するように配設している。

また、以上の実施形態では、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａと吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ａとを一体で形成したが、これらを別体で形成して吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａに伝熱可能となるように吸熱熱交換部２０ｂおよび放熱熱交換部３０ａとを接続させても良い。

また、以上の実施形態では、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を単品で形成して、複数個配列したが、これに限らず、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を少なくとも熱電素子群相当の複数個まとめて連結するように連結部（図示せず）で連結させて、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａを熱電素子１２、１３に結合した後に、連結部材２５、３５を切断するように構成しても良い。これによれば、吸熱電極部材２０および放熱電極部材３０を単品で形成するよりも製造工数の低減が図れる。

また、以上の第１実施形態では、熱電素子群を第１絶縁基板１１に形成された基板穴に配列して一体構成させたが、これに限らず、別体の図示しない支持部材を設けて熱電素子群を支持させても良い。
図９に示すように、吸熱電極部２０ａおよび放熱電極部３０ａが貫通する貫通孔（図示せず）を形成した平板状の支持部材２６、３６を設け、その支持部材２６、３６を熱電素子１２、１３の両端に配設する。

また、以上の実施形態では、本発明をペルチェ効果によって、一方の電極部に低温状態の熱を伝熱させ、他方の電極部に高温の熱を伝達するように構成した熱電素子モジュール１０に適用したが、これに限らず、ゼーベック効果（電極部に温度差を与えると電流が流れる。）による熱電素子モジュール１０にも適用しても良い。

本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。 図１に示すＡ矢視図である。 本発明の第１実施形態における熱電変換装置の主要部の概略形状を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態における（ａ）は熱電変換装置の全体構成を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。 図５に示すＡ−Ａ断面図である。 他の実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。 他の実施形態の変形例における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０…熱電素子モジュール
１２…Ｐ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子、熱電素子
１５…絶縁部材
２０ａ…吸熱電極部
２０ｂ…吸熱熱交換部
３０ａ…放熱電極部
３０ｂ…放熱熱交換部

Claims (6)

1. 吸熱電極部（２０ａ）、Ｐ型熱電素子（１２）、放熱電極部（３０ａ）、およびＮ型熱電素子（１３）を前記の順番に複数組配列してなる熱電素子群を列設して、全ての前記熱電素子（１２、１３）を直列接続して構成された熱電素子モジュール（１０）と、
   前記熱電素子モジュール（１０）の一方面に配設され、前記吸熱電極部（２０ａ）に伝熱可能に接続された吸熱熱交換部（２０ｂ）と、
   前記熱電素子モジュール（１０）の他方面に配設され、前記放熱電極部（３０ａ）に伝熱可能に接続された放熱熱交換部（３０ｂ）とを備える熱電変換装置において、
   前記吸熱電極部（２０ａ）および前記放熱電極部（３０ａ）は、その隣の列に前記吸熱電極部（２０ａ）および前記放熱電極部（３０ａ）と同一の電極部が一致するように前記熱電素子モジュール（１０）に列設されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記吸熱熱交換部（２０ｂ）および前記放熱熱交換部（３０ｂ）は、少なくとも隣り合う前記吸熱熱交換部（２０ｂ）および前記放熱熱交換部（３０ｂ）相互間に絶縁層を介して接していることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記熱電素子モジュール（１０）は、前記吸熱電極部（２０ａ）、前記Ｐ型熱電素子（１２）、前記放熱電極部（３０ａ）、および前記Ｎ型熱電素子（１３）が複数組積層していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
4. 前記熱電素子モジュール（１０）は、前記Ｐ型熱電素子（１２）、および前記Ｎ型熱電素子（１３）が交互に略碁盤目状に配列され、一方の隣接する前記熱電素子（１２、１３）の端面に前記吸熱電極部（２０ａ）が配設され、他方の隣接する前記熱電素子（１２、１３）の端面に前記放熱電極部（３０ａ）が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
5. 隣り合う前記吸熱熱交換部（２０ｂ）および前記放熱熱交換部（３０ｂ）相互間は、蒸着法もしくは浸漬法のいずれか一方による絶縁性樹脂コーティングを施して電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
6. 隣り合う前記吸熱熱交換部（２０ｂ）および前記放熱熱交換部（３０ｂ）相互間には、絶縁材からなる絶縁部材（１５）を配設して電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱電変換装置。

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