JP2007294548A - Thermoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
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、複数個積層されたP型、N型熱電素子および吸熱、放熱電極部材の保持に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device capable of obtaining heat absorption and heat dissipation by passing a direct current through a series circuit composed of an N-type thermoelectric element and a P-type thermoelectric element. The present invention relates to holding a thermoelectric element, heat absorption, and heat dissipation electrode member.
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、P型熱電素子、放熱電極部材、N型熱電素子、吸熱電極部材の順に、複数組電気的に直列に積層して配列された熱電素子群と、この熱電素子群に配列された放熱電極部材および吸熱電極部材の少なくとも一方に、各電極部材から伝熱される熱を吸熱、放熱するための吸熱、放熱熱交換部とを備えている熱電変換装置が知られている。
しかしながら、上記特許文献1では、熱電素子と電極部材とを交互に複数積層させて半田によって接合して熱電素子群を形成しているが、熱電素子と電極部材とを組み付けるときに、それぞれが互いに面合わせとなることで位置決めが困難であって、生産性が低い問題がある。 However, in Patent Document 1, a plurality of thermoelectric elements and electrode members are alternately stacked and joined by solder to form a thermoelectric element group. When the thermoelectric elements and the electrode members are assembled, There is a problem that positioning is difficult due to surface matching and productivity is low.
そこで、組付け性を向上するためには精度の高い組付治具を用いれば良いが製造コストが上昇する問題もある。また、このような直列積層構造では、吸熱、放熱の温度差による膨張収縮などのため、熱電素子と電極部材との接続構造が破壊し易く、その構造的な強度が弱くなるとともに、特に、熱電素子は機械的に脆いため、複数積層された熱電素子群に外圧が掛かると破損し易い問題がある。 Thus, in order to improve the assembling property, a highly accurate assembling jig may be used, but there is a problem that the manufacturing cost increases. In addition, in such a series laminated structure, the connection structure between the thermoelectric element and the electrode member easily breaks due to expansion and contraction due to temperature difference between heat absorption and heat dissipation, and the structural strength is weakened. Since the elements are mechanically fragile, there is a problem that they are easily damaged when an external pressure is applied to a plurality of laminated thermoelectric elements.
また、この種の熱電変換装置では、小型の冷却装置や加熱装置に用いられるため、熱電素子、電極部材および熱交換部などの構成部品が極小部品であって、かつ複数個組み合わされている。従って、これらの部品を組み付けるときの製造工程における生産性が極めて低い問題がある。 In addition, since this type of thermoelectric conversion device is used in a small cooling device or heating device, the component parts such as a thermoelectric element, an electrode member, and a heat exchanging portion are extremely small components and a plurality of components are combined. Therefore, there is a problem that productivity in the manufacturing process when assembling these parts is extremely low.
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱電素子の破損を防止できるとともに、生産性の向上が図れる熱電変換装置を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion device that can prevent damage to thermoelectric elements and improve productivity.
上記目的を達成するために、請求項1ないし請求項10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、N型熱電素子(13)、吸熱電極部材(20)、P型熱電素子(12)、放熱電極部材(30)の順に、複数組電気的に直列に積層してなる熱電素子群(10)を備える熱電変換装置において、
熱電素子群(10)を保持する保持部材(11)が設けられ、この保持部材(11)は、熱電素子(12、13)および吸熱、放熱電極部材(20、30)のそれぞれを貫通するように配設させて複数組積層するように構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the technical means described in claims 1 to 10 are employed. That is, in the invention described in claim 1, a plurality of sets are electrically connected in series in the order of the N-type thermoelectric element (13), the heat-absorbing electrode member (20), the P-type thermoelectric element (12), and the heat-dissipating electrode member (30). In the thermoelectric conversion device including the thermoelectric element group (10) formed by lamination,
A holding member (11) for holding the thermoelectric element group (10) is provided, and this holding member (11) passes through each of the thermoelectric elements (12, 13) and the heat absorbing and radiating electrode members (20, 30). It is characterized in that it is configured so that a plurality of sets are laminated.
この発明によれば、複数組積層された熱電素子(12、13)および吸熱、放熱電極部材(20、30)が保持部材(11)によって保持されるので、組付けのときに、各構成部品の位置決めが容易にできるとともに、複数積層したときに崩れもなく簡単に組付けができる。これにより生産性の向上が図れる。 According to the present invention, the thermoelectric elements (12, 13) and the heat absorption / radiation electrode members (20, 30) stacked in plural sets are held by the holding member (11). Can be easily positioned, and can be easily assembled without collapsing when a plurality of layers are stacked. As a result, productivity can be improved.
また、複数組積層された熱電素子群(10)に外力が掛かったときに、保持部材(11)によって熱電素子群(10)の機械的強度が向上することで熱電素子(12、13)の破損を防止できる。 Further, when an external force is applied to the thermoelectric element group (10) laminated in a plurality of sets, the mechanical strength of the thermoelectric element group (10) is improved by the holding member (11), whereby the thermoelectric element (12, 13). Damage can be prevented.
請求項2に記載の発明では、熱電素子(12、13)および吸熱、放熱電極部材(20、30)のそれぞれには、保持部材(11)を貫通する貫通孔(12a、13a、20a、30a)が形成されていることを特徴としている。 In the invention according to claim 2, the thermoelectric elements (12, 13) and the heat absorbing / dissipating electrode members (20, 30) each have through holes (12 a, 13 a, 20 a, 30 a) that penetrate the holding member (11). ) Is formed.
この発明によれば、貫通孔(12a、13a、20a、30a)に保持部材(11)を配設させることで、組付けのときに、各構成部品の位置決めが容易にできるとともに、複数積層したときに崩れもなく簡単に組付けができる。これにより、生産性の向上が図れる。また、保持部材(11)によって熱電素子群(10)の機械的強度が向上することで熱電素子(12、13)の破損を防止できる。 According to the present invention, by disposing the holding member (11) in the through holes (12a, 13a, 20a, 30a), it is possible to easily position each component during assembly, and a plurality of layers are stacked. Sometimes it can be easily assembled without collapsing. Thereby, productivity can be improved. Moreover, damage to the thermoelectric elements (12, 13) can be prevented by improving the mechanical strength of the thermoelectric element group (10) by the holding member (11).
請求項3に記載の発明では、貫通孔(12a、13a、20a、30a)は、略円形状に形成されていることを特徴としている。この発明によれば、略円形状とすることで加工性が容易である。これにより、生産性の向上が図れる。 The invention described in claim 3 is characterized in that the through holes (12a, 13a, 20a, 30a) are formed in a substantially circular shape. According to this invention, workability is easy by making it a substantially circular shape. Thereby, productivity can be improved.
請求項4に記載の発明では、保持部材(11)は、外表面に絶縁層もしくは絶縁材のいずれか一方で形成されていることを特徴としている。この発明によれば、絶縁材料だけでなく金属材料の表面に絶縁層を設けても良いため、保持部材(11)の材料選定の範囲が広がるとともに、隣接する相互間の電気的絶縁性がより確実に図れる。 The invention according to claim 4 is characterized in that the holding member (11) is formed on the outer surface with either an insulating layer or an insulating material. According to the present invention, since an insulating layer may be provided on the surface of the metal material as well as the insulating material, the range of material selection for the holding member (11) is widened, and the electrical insulation between the adjacent members is further improved. You can be sure.
請求項5に記載の発明では、熱電素子群(10)の両端側には、電極(15)および接続端子(24)が配設され、熱電素子群(10)は、その両端側に配設される熱電素子(12、13)と電極(15)とが導通するように配設されていることを特徴としている。この発明によれば、電源との接続を容易に行えるとともに、接触抵抗を上昇させることなく導電性の向上が図れる。 In the invention according to claim 5, the electrode (15) and the connection terminal (24) are disposed on both ends of the thermoelectric element group (10), and the thermoelectric element group (10) is disposed on both ends thereof. The thermoelectric elements (12, 13) and the electrodes (15) are arranged so as to be conductive. According to the present invention, the connection with the power source can be easily performed, and the conductivity can be improved without increasing the contact resistance.
請求項6に記載の発明では、熱電素子(12、13)には、吸熱、放熱電極部材(20、30)との接合面にNiメッキが形成されていることを特徴としている。この発明によれば、熱電素子(12、13)と吸熱、放熱電極部材(20、30)とは相互間を半田で接合するため、例えば、半田や吸熱、放熱電極部材(20、30)の材料である銅材が熱電素子(12、13)に拡散されることで熱電素子(12、13)の特性の劣化するのを防止できる。 The invention according to claim 6 is characterized in that the thermoelectric elements (12, 13) are formed with Ni plating on the joint surfaces with the heat absorption and heat radiation electrode members (20, 30). According to this invention, since the thermoelectric elements (12, 13) and the heat absorption / radiation electrode members (20, 30) are joined to each other with solder, for example, solder, heat absorption, heat radiation electrode members (20, 30) It is possible to prevent deterioration of the characteristics of the thermoelectric elements (12, 13) by diffusing the copper material as the material into the thermoelectric elements (12, 13).
請求項7に記載の発明では、熱電素子群(10)の一方の特定される方向に突設され、吸熱電極部材(20)のそれぞれに伝熱可能に結合されている複数の吸熱熱交換部(22)と、熱電素子群(10)の吸熱熱交換部(22)とは異なる方向に突設され、放熱電極部材(30)のそれぞれに伝熱可能に結合されている複数の放熱熱交換部(32)を有し、吸熱熱交換部(22)は、吸熱電極部材(20)に一体的に形成され、放熱熱交換部(32)は、放熱電極部材(30)に一体的に形成されていることを特徴としている。この発明によれば、高効率の熱電素子群(10)を形成できる。 In the invention according to claim 7, a plurality of endothermic heat exchanging portions projecting in one specified direction of the thermoelectric element group (10) and coupled to each of the endothermic electrode members (20) so as to be capable of transferring heat. (22) and the endothermic heat exchange part (22) of the thermoelectric element group (10) project in a different direction, and are connected to each of the heat dissipation electrode members (30) so as to be capable of heat transfer. Part (32), the endothermic heat exchange part (22) is formed integrally with the endothermic electrode member (20), and the radiant heat exchange part (32) is formed integrally with the radiant electrode member (30). It is characterized by being. According to this invention, a highly efficient thermoelectric element group (10) can be formed.
請求項8に記載の発明では、熱電素子群(10)を区画壁として、熱電素子群(10)の両側に送風通路を形成するケース部材(28、38)が設けられ、このケース部材(28、38)は、吸熱熱交換部(22)もしくは放熱熱交換部(32)の外方端のいずれか一方を保持するように形成されていることを特徴としている。この発明によれば、吸熱、放熱熱交換部(22、32)の変形による隣接する吸熱、放熱熱交換部(22、32)相互間の短絡を防止できる。 In the invention according to claim 8, case members (28, 38) that form the air passages on both sides of the thermoelectric element group (10) using the thermoelectric element group (10) as partition walls are provided. , 38) is characterized by being formed so as to hold either the endothermic heat exchanging portion (22) or the outer end of the radiating heat exchanging portion (32). According to this invention, it is possible to prevent short circuit between adjacent heat absorption and heat dissipation heat exchange parts (22, 32) due to heat absorption and deformation of the heat dissipation heat exchange parts (22, 32).
請求項9に記載の発明では、熱電素子群(10)は、複数組積層された熱電素子(12、13)および吸熱、放熱電極部材(20、30)の外表面に絶縁性樹脂による絶縁コーティング処理が施されていることを特徴としている。この発明によれば、導電性部位が絶縁コーティングで覆うことができるので、特に、吸熱側に発生する凝縮水によるマイグレーションを防止することができる。 In the invention according to claim 9, the thermoelectric element group (10) includes a plurality of laminated thermoelectric elements (12, 13) and heat-absorbing and heat-dissipating electrode members (20, 30) on the outer surface with an insulating resin coating. It is characterized by being treated. According to the present invention, since the conductive portion can be covered with the insulating coating, migration due to condensed water generated on the heat absorption side can be particularly prevented.
請求項10に記載の発明では、絶縁コーティング処理は、絶縁性樹脂による電着塗装であることを特徴としている。この発明によれば、電着塗装によればピーンホールのない絶縁コーティングすることができる。
The invention according to
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.
(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4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であり、図2は図1に示すA−A断面図である。また、図3(a)は熱電素子12、13の外観形状を示す斜視図であり、図3(b)は吸熱、放熱電極部材20、30の外観形状を示す斜視図である。図4は熱電変換装置の電気配線形態を示す横断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the thermoelectric conversion apparatus in 1st Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the thermoelectric conversion device in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 3A is a perspective view showing the external shape of the
本実施形態の熱電変換装置は、車両に搭載される冷却装置もしくは加熱装置に適用させた熱電変換装置であり、例えば、車両用のシートの着座部内と背当部内とにそれぞれ熱電変換装置を配設し、その熱電変換装置により冷却された冷風をシート表面から吹き出すシート空調装置に適用させている。 The thermoelectric conversion device of the present embodiment is a thermoelectric conversion device applied to a cooling device or a heating device mounted on a vehicle.For example, a thermoelectric conversion device is arranged in each of a seating portion and a backrest portion of a vehicle seat. And is applied to a sheet air conditioner that blows out the cold air cooled by the thermoelectric converter from the sheet surface.
従って、本実施形態の熱電変換装置は、設置空間の狭い車両用のシート内に搭載できるように熱電変換装置の小型化を図るとともに、直列積層構造の熱電素子群10の機械的な強度の向上を図ったものである。
Therefore, the thermoelectric conversion device according to the present embodiment reduces the size of the thermoelectric conversion device so that the thermoelectric conversion device can be mounted in a vehicle seat having a small installation space, and also improves the mechanical strength of the
熱電変換装置は、図1および図2に示すように、複数列(本例では3列)の熱電素子群10と、その熱電素子群10を覆うための一対のケース部材28、38から構成される。熱電素子群10は、熱電素子群10を保持する保持部材11、P型、N型からなる熱電素子12、13、電極である電極部材15、吸熱電極部材20、放熱電極部材30、および接続端子24から一体に構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the thermoelectric conversion device includes a plurality of rows (three rows in this example) of
本実施形態の熱電素子群10は、N型熱電素子13、放熱電極部材30、P型熱電素子12、吸熱電極部材20の順に交互に複数組電気的に直列に積層させた直列積層構造であって、熱電素子群10の両端に電極部材15を配設している。
The
つまり、複数のN型熱電素子13と複数のP型熱電素子12とが交互に積層されるとともに、各熱電素子12、13との間に各電極部材20、30を介して電気的に直列接続するように複数積層されている。
That is, a plurality of N-type
そして、各熱電素子12、13および各電極部材15、20、30には、内部を貫通する貫通孔12a、13a、15a、20a、30aが形成され、その貫通孔12a、13a、15a、20a、30aに保持部材11を挿入して複数積層するように構成されている。
And each
保持部材11は、セラミックスなどの絶縁性物質で形成され、かつ略円筒状に形成された保持棒であり、複数積層された熱電素子12、13、および電極部材15、20、30を保持している。
The holding
また、保持部材11の両端に銅材などの導電性金属からなる接続端子24が配設されている。この接続端子24は、外部の電源もしくは隣り合う熱電素子群10を電気的に接続する端子であって、中空の円筒状に形成され、熱電素子12、13の末端に配設される電極部材15に半田により接合される。
In addition,
なお、ここでは、保持部材11をセラミックスなどの絶縁性物質で形成したが、これに限らず、アルミニウム材を用いて、その外表面をアルマイト処理してアルミナの絶縁層を形成したものでも良い。また、その他の金属材料を用いてその外表面に絶縁層を形成したものでも良い。
Here, the holding
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12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。その形状は、図3(a)に示すように、直方体もしくは立方体に形成し、その一箇所に保持部材11が貫通する貫通孔12a、13aが形成されている。
The P-type
そして、熱電素子12、13の外表面、および貫通孔12a、13aの内周面には、メッキ処理によるNiメッキを形成するようにしている。つまり、熱電素子12、13は、少なくとも後述する電極部材15、20、30に半田によって接合される接合部を接合する前にNiメッキで保護するように形成している。
Ni plating by plating is formed on the outer surfaces of the
次に、各電極部材15、20、30は、平板状の銅材などの導電性金属から形成された電極である。各電極部材15、20、30のうち、電極部材15は、保持部材11の両端に配設され、接続端子24と熱電素子12、13とを電気的に導通させる電極であり、熱電素子12、13の接合部とほぼ同形状の長方形もしくは正方形の形に形成されるとともに、保持部材11が貫通する貫通孔15aが形成されている。
Next, each
一方、各電極部材15、20、30のうち、吸熱、放熱電極部材20、30は、隣接する熱電素子12、13の間に配設される電極であって、図3(b)に示すように、熱電素子12、13の接合部の一方が外方に延びる長方形の形で形成されるとともに、保持部材11が貫通する貫通孔15aが形成されている。
On the other hand, among the
なお、吸熱、放熱電極部材20、30は、図3(b)中に示す2点鎖線の下方側が電極部21、31であり、2点鎖線の上方側が熱交換部22、32である。その電極部21、31が隣接する熱電素子12、13の間に配設され、熱交換部22、32が電極部21、31から伝熱される熱を吸熱、放熱するためのフィンであって、本実施形態では平板状に形成され、かつ電極部21、31と一体的に形成されている。
The heat absorption and heat
そして、吸熱電極部材20は、N型熱電素子13とP型熱電素子12との間に電極部21が配設され、熱交換部22の先端が上方(図1参照)に延びて後述するケース部材28に保持されている。一方、放熱電極部材30は、P型熱電素子12とN型熱電素子13との間に電極部31が配設され、熱交換部32が下方(図1参照)に延びて後述するケース部材38に保持されている。
The
つまり、吸熱電極部材20は、N型熱電素子13からP型熱電素子12に向けて電流を流すための電極であり、放熱電極部材30は、P型熱電素子12からN型熱電素子13に向けて電流を流すための電極である。
That is, the
また、吸熱電極部材20および放熱電極部材30に形成された熱交換部22、32は、電極部21、31と同じように、電位が印加されているため、互いに隣り合う熱交換部22、32同士は、互いに電気的に絶縁するように、所定の空間を設けてケース部材28、38に配設されている。
Moreover, since the electric potential is applied to the
次に、ケース部材28、38は、熱電素子群10を区画壁として、熱電素子群10の両側に送風通路を形成する耐熱樹脂製からなる筐体であって、上下方向に分割可能に形成されている。上方側のケース部材28によって吸熱側の送風通路が形成され、下方側のケース部材38によって放熱側の送風通路が形成される。
Next, the
つまり、図2に示すように、上方側の送風通路に熱交換媒体である空気を流通することで、熱交換部22と空気とが熱交換されて空気を冷却することができる。一方、下方側の送風通路に熱交換媒体である空気を流通することで、熱交換部32と空気とが熱交換されて空気を加熱することができる。
That is, as shown in FIG. 2, the
ところで、本実施形態のケース部材28、38は、複数列(本例では3列)の熱電素子群10を収容できるように形成されており、隣接する熱電素子群10の間、および熱電素子群10の外方にパッキン部材14を配設させて、吸熱送風通路側と放熱送風通路側とを区画するように構成している。
By the way, the
なお、ケース部材28、38には、それぞれの内側に熱交換部22、32の先端を保持するように図示しない嵌合部が形成されている。これにより、熱交換部22、32の変形を防止できる。
The
ここで、ケース部材28、38に配列された複数列(本例では3列)の熱電素子群10は、図4に示すように、一方の末端に端子24a、他方の末端に端子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。
Here, in a plurality of rows (three rows in this example) of
そして、隣り合う熱電素子群10が電気的に直列となるように連結端子24cで接続するようにしている。従って、端子24aから入力された直流電源は、図4中に示す上方左端のN型熱電素子13から上方右端のP型熱電素子12に直列的に流れ、次に、中間の右端のN型熱電素子13から中間の左端のP型熱電素子12に直列的に流れ、次に、下方左端のN型熱電素子13から下方右端のP型熱電素子12に直列的に流れる。
And the adjacent
このときに、PN接合部となる放熱電極部材30は、ペルチェ効果によって高温の状態となり、NP接合部となる吸熱電極部材20は低温の状態となる。つまり、上方側(図1参照)に配置された熱交換部22は吸熱熱交換部を形成して低温状態の熱が伝熱されて被冷却流体に接触され、下方側(図1参照)に配置された熱交換部32は放熱熱交換部を形成して高温状態の熱が伝熱されて冷却流体に接触される。
At this time, the heat
なお、本実施形態では、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、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、吸熱熱交換部が放熱熱交換部を形成し、放熱熱交換部が吸熱熱交換部を形成する。 In the present embodiment, the positive terminal of the DC power source is connected to the terminal 24a side, the negative terminal is connected to the terminal 24b side, and the DC power source is input to the terminal 24a. The positive terminal may be connected to the terminal 24b side, the negative terminal may be connected to the terminal 24a side, and a DC power supply may be input to the terminal 24b. However, at this time, the endothermic heat exchange part forms a radiant heat exchange part, and the radiant heat exchange part forms an endothermic heat exchange part.
ここで、以上の構成による熱電素子群10の組付け方法について説明する。まず、保持部材11に組み付ける前に、熱電素子12、13の接合部にペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗布する。より具体的には、Niメッキを施した接合部にペーストハンダを塗布する。なお、このときに、保持部材11の両端の接続端子24、電極部材15が配設する部位、および接続端子24、電極部材15のそれぞれの接合部にもペーストハンダを塗布しておく。
Here, the assembly method of the
そして、N型熱電素子13、吸熱電極部材20、P型熱電素子12、放熱電極部材30の順に、保持部材11を貫通孔13a、20a、12a、30aを貫通させて複数積層させる。そして、複数積層された保持部材11の両端に電極部材15および接続端子24を配設する。そして、複数積層させた状態で、半田リフロー炉を通過させて半田接合を行う。これにより、熱電素子群10が一体的に形成される。
A plurality of holding
さらに、半田接合を行った後に、熱電素子群10の外表面を絶縁性樹脂による絶縁コーティング処理を行う。これにより、複数積層された各電極部材15、20、30の外表面が電気的に絶縁されることになる。つまり、隣り合う熱交換部22、32同士が電気的に絶縁される。なお、例えば、絶縁性樹脂による電着塗装を行うことでピンホールの生じないコーティング処理ができる。
Further, after soldering, the outer surface of the
そして、一方のケース部材38に熱電素子群10を組み付けるとともに、隣接する熱電素子群10の間、および熱電素子群10の外方にパッキン部材14を組み付ける。そして、もう一方のケース部材28を組み付けることで熱電変換装置が形成される。
Then, the
なお、熱電素子12、13および各電極部材15、20、30は、極小部品であるため、半導体、電子部品などを制御基板に組み付けるための製造装置であるマウンター装置を用いて組み付けても良い。これによれば、手組みよりも容易に摘むことができるので生産性が低下することなく組付けができる。
Since the
以上の第1実施形態による熱電変換装置によれば、熱電素子群10を保持する保持部材11が設けられ、この保持部材11は、P型、N型熱電素子12、13および吸熱、放熱電極部材20、30のそれぞれを貫通するように配設させて複数組積層するように構成した。
According to the thermoelectric conversion device according to the first embodiment described above, the holding
これによれば、複数組積層された熱電素子12、13および吸熱、放熱電極部材20、30が保持部材11によって保持されるので、組付けのときに、各構成部品の位置決めが容易にできるとともに、複数積層したときに崩れもなく簡単に組付けができる。これにより生産性の向上が図れる。
According to this, since the
また、複数組積層された熱電素子群10に外力が掛かったときに、保持部材11によって熱電素子群10の機械的強度が向上することで熱電素子12、13の破損を防止できる。
In addition, when an external force is applied to the
また、熱電素子12、13および吸熱、放熱電極部材20、30のそれぞれには、保持部材11を貫通する貫通孔12a、13a、20a、30aが形成されていることにより、貫通孔12a、13a、20a、30aに保持部材11を配設させることで、組付けのときに、各構成部品の位置決めが容易にできるとともに、複数積層したときに崩れもなく簡単に組付けができる。これにより、生産性の向上が図れる。
Further, through
また、保持部材11によって熱電素子群10の機械的強度が向上することで熱電素子12、13の破損を防止できる。さらに、貫通孔12a、13a、20a、30aは、略円形状に形成されていることにより、略円形状とすることで加工性が容易である。これにより、生産性の向上が図れる。
In addition, since the mechanical strength of the
また、保持部材11は、外表面に絶縁層もしくは絶縁材のいずれか一方で形成され、かつ貫通孔12a、13a、20a、30aに接合によって結合されていることにより、隣接する相互間の電気的絶縁性がより確実に図れる。
In addition, the holding
また、熱電素子群10の両端側には、電極部材15と接続端子24とが配設され、熱電素子群10は、その両端に配設される熱電素子12、13と電極部材15とが導通するように配設されていることにより、電源との接続を容易に行えるとともに、接触抵抗を上昇させることなく導電性の向上が図れる。
Moreover, the
また、熱電素子12、13には、吸熱、放熱電極部材20、30との接合面にNiメッキが形成されていることにより、熱電素子12、13と吸熱、放熱電極部材20、30とは相互間を半田で接合するため、半田の成分や、吸熱、放熱電極部材20、30の材料である銅材が熱電素子12、13に拡散されることで熱電素子12、13の特性の劣化するのを防止できる。
Further, since the
また、熱電素子群10の一方の特定される方向に突設され、吸熱電極部材20のそれぞれに伝熱可能に結合されている複数の吸熱熱交換部22と、熱電素子群10の吸熱熱交換部22とは異なる方向に突設され、放熱電極部材30のそれぞれに伝熱可能に結合されている複数の放熱熱交換部32を有し、吸熱熱交換部22は、吸熱電極部材20に一体的に形成され、放熱熱交換部32は、放熱電極部材30に一体的に形成されている。これにより、高効率の熱電素子群10を形成できる。
Further, a plurality of endothermic
また、熱電素子群10を区画壁として、熱電素子群10の両側に送風通路を形成するケース部材28、38が設けられ、このケース部材28、38は、吸熱熱交換部22もしくは放熱熱交換部32の外方端のいずれか一方を保持するように形成されている。これにより、吸熱、放熱熱交換部22、32の変形による隣接する吸熱、放熱熱交換部22、32相互間の短絡を防止できる。
Moreover, the
また、熱電素子群10は、複数組積層された熱電素子12、13および吸熱、放熱電極部材20、30の外表面に絶縁性樹脂による絶縁コーティング処理が施されている。これにより、導電性部位が絶縁コーティングで覆うことができるので、特に、吸熱側に発生する凝縮水によるマイグレーションを防止することができる。また、絶縁コーティング処理は、絶縁性樹脂による電着塗装である。これによれば、電着塗装によればピーンホールのない絶縁コーティングすることができる。
In the
(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、熱電素子12、13を直方体もしくは立方体に形成し、その一箇所に保持部材11が貫通する貫通孔12a、13aを略円形状に形成させたが、これに限らず、具体的には、図5(a)に示すように、熱電素子12、13を略円筒状に形成しても良い。そして、その熱電素子12、13に形成する貫通孔12a、13aの一方にスリット12b、13bを有する貫通孔を形成しても良い。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the
そして、各電極部材15、20、30は、その形状および貫通孔15a、20a、30aを、図5(a)に示すように、熱電素子12、13とほぼ同形状に形成すれば良い。これによれば、略円形状の貫通孔12a、13a、15a、20a、30aと同じような効果を有する。
And each
また、上記のほかに、熱電素子12、13および各電極部材15、20、30に形成する貫通孔12a、13a、15a、20a、30aを、図6(a)および図6(b)に示すように、角穴状に形成しても良い。ただし、この場合では、保持部材11を角棒状に形成している。これによれば、保持部材11を軸として熱電素子12、13および各電極部材15、20、30が回転することを防止できる。つまり、回り止め機能を有することができる。
In addition to the above, the through
(第3実施形態)
以上の実施形態では、複数列(例えば、3列)に配設される熱電素子群10が電気的に直列となるように保持部材11の両端の接続端子24に連結端子24cで接続するように形成したが、これに限らず、具体的には、図7に示すように、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に接続し、それぞれの熱電素子群10に並列に電流が流れるように連結端子24cで接続しても良い。
(Third embodiment)
In the above embodiment, the
つまり、いずれの熱電素子群10には、図7中に示す左方から右方向に向けて電流が流れるように連結端子24cを接続している。
That is, to each
(第4実施形態)
以上の実施形態では、熱交換部22、32を平板状に形成したが、これに限らず、具体的には、図8に示すように、熱交換部22、32の平面に切り起こしなどの成形加工によって、ルーバー状に形成しても良い。これによれば、熱交換部22、32の熱交換面積の増加が図れる。従って、熱交換部22、32の小型化が図れる。
(Fourth embodiment)
In the above embodiment, the
(他の実施形態)
以上の実施形態では、保持部材11を外表面に絶縁層もしくは絶縁材のいずれか一方で形成させたが、これに限らず、保持部材11を導電性材料で形成し、各電極部材15、20、30に形成される貫通孔12a、13a、15a、20a、30aの内面に絶縁層を形成するようにしても良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the holding
また、以上の実施形態では、熱交換部22、32を吸熱、放熱電極部材20、30の電極部21、31に一体的に形成したが、これに限らず、電極部21、31と熱交換部22、32とを別体で形成し、電極部21、31と熱交換部22、32とを結合させても良い。
In the above embodiment, the
また、以上の実施形態では、各熱電素子12、13と各電極部材15、20、30とを半田によって接合するように構成したが、これに限らず、各熱電素子12、13と各電極部材15、20、30との接触面に押圧が掛かるようにスプリングなどのバネ部材(図示せず)を熱電素子群10の一端に配設するように構成しても良い。
In the above embodiment, each
これによれば、各熱電素子12、13と各電極部材15、20、30との接触面に所定の接触圧が確保できることで半田接合を省くことができる。これにより、生産性の向上が図れる。
According to this, since a predetermined contact pressure can be secured on the contact surface between each
10…熱電素子群
11…保持部材
12…P型熱電素子、熱電素子
12a…貫通孔
13…N型熱電素子、熱電素子
13a…貫通孔
15…電極部材(電極)
20…吸熱電極部材、電極部材
20a…貫通孔
22…吸熱熱交換部、熱交換部
24…接続端子
28…ケース部材
30…放熱電極部材、電極部材
30a…貫通孔
32…放熱熱交換部、熱交換部
38…ケース部材
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記熱電素子群(10)を保持する保持部材(11)が設けられ、
前記保持部材(11)は、前記熱電素子(12、13)および前記吸熱、放熱電極部材(20、30)のそれぞれを貫通するように配設させて複数組積層するように構成したことを特徴とする熱電変換装置。 A thermoelectric element group (10) formed by stacking a plurality of sets electrically in series in the order of an N-type thermoelectric element (13), a heat-absorbing electrode member (20), a P-type thermoelectric element (12), and a heat-dissipating electrode member (30). In the thermoelectric conversion device provided,
A holding member (11) for holding the thermoelectric element group (10) is provided,
The holding member (11) is configured so as to be laminated so as to penetrate each of the thermoelectric elements (12, 13) and the heat absorbing and radiating electrode members (20, 30). Thermoelectric conversion device.
前記熱電素子群(10)は、その両端側に配設される前記熱電素子(12、13)と前記電極(15)とが導通するように配設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。 On both end sides of the thermoelectric element group (10), an electrode (15) and a connection terminal (24) are disposed,
The said thermoelectric element group (10) is arrange | positioned so that the said thermoelectric elements (12, 13) arrange | positioned at the both ends and the said electrode (15) may conduct | electrically_connect. The thermoelectric conversion apparatus as described in any one of Claim 4 thru | or 4.
前記熱電素子群(10)の前記吸熱熱交換部(22)とは異なる方向に突設され、前記放熱電極部材(30)のそれぞれに伝熱可能に結合されている複数の放熱熱交換部(32)とを有し、
前記吸熱熱交換部(22)は、前記吸熱電極部材(20)に一体的に形成され、前記放熱熱交換部(32)は、前記放熱電極部材(30)に一体的に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 A plurality of endothermic heat exchanging portions (22) protruding in one specified direction of the thermoelectric element group (10) and coupled to each of the endothermic electrode members (20) so as to be capable of transferring heat;
A plurality of heat dissipation heat exchange portions (projecting in a direction different from the endothermic heat exchange portion (22) of the thermoelectric element group (10) and coupled to each of the heat dissipation electrode members (30) so as to be capable of transferring heat ( 32)
The endothermic heat exchanging part (22) is formed integrally with the endothermic electrode member (20), and the radiating heat exchanging part (32) is formed integrally with the radiating electrode member (30). The thermoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein
前記ケース部材(28、38)は、前記吸熱熱交換部(22)もしくは前記放熱熱交換部(32)の外方端のいずれか一方を保持するように形成されていることを特徴とする請求項7に記載の熱電変換装置。 Case members (28, 38) that form air passages on both sides of the thermoelectric element group (10) using the thermoelectric element group (10) as partition walls are provided,
The case member (28, 38) is formed so as to hold either the endothermic heat exchanging portion (22) or the outer end of the radiating heat exchanging portion (32). Item 8. The thermoelectric conversion device according to Item 7.
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Cited By (3)
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WO2011149063A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 京セラ株式会社 | Thermoelectric element and thermoelectric module |
JP2013542701A (en) * | 2010-09-09 | 2013-11-21 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Thermoelectric module for automotive thermoelectric generator with sealing element |
US9368708B2 (en) | 2013-03-12 | 2016-06-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Thermoelectric generation unit and thermoelectric generation system |
-
2006
- 2006-04-21 JP JP2006118534A patent/JP2007294548A/en not_active Withdrawn
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