JP2008066663A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換部材の部品点数を低減するとともに熱電素子への浸水を防止できる熱電変換装置を提供することにある。
【解決手段】複数対配列されるＰ型とＮ型とからなる一対の熱電素子１２、１３と、これら熱電素子１２、１３を電気的に直列接続する電極部材１５とを有し、この電極部材１５に熱交換部材２０、３０を伝熱可能に接合された熱電変換装置において、熱交換部材２０、３０を、電極部材１５に接合する接合面２５、３５とその接合面２５、３５から連続して折り曲げて形成される熱交換部２６、３６とで構成し、接合面２５、３５と熱交換部２６、３６とが交互に連続して設けられ、かつ隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間を充填用接着剤２１，３１で水密可能に接合した。これにより、熱電素子への浸水を防止できる。
【選択図】図２

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、熱交換部材に付着する結露水の熱電素子への浸水防止に関する。

従来、この種の熱電変換装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この熱電変換装置では、絶縁基板に交互に複数個配列されたＮ型熱電素子とＰ型熱電素子に対して、その片方の端面から突出するように複数の放熱電極部材が、他方の端面から突出するように複数の吸熱電極部材が接合されている。

これらの放熱、吸熱電極部材の各々は、Ｕ字状に成形された導電性の金属板により構成されており、そのＵ字状の底部において隣接するＮ型熱電素子とＰ型熱電素子とに接合されてこれらの間を電気的に接続する電極部と、この電極部から伝熱される熱を放熱、吸熱するための熱交換部とを備えている。このように、熱交換部を、絶縁層を介することなく電極部と接合させて設けることにより、熱交換効率に優れた熱電変換装置を提供することができる。

また、電極部を有する電極部材と熱交換部を有する熱交換部材とを別体で設け、複数の熱電素子の上側、下側に接合される電極部材に、別体の熱交換部材を、絶縁層を介して接合する熱電変換装置として、例えば特許文献２に示されるものが知られている。

この熱電変換装置では、接合面と熱交換部とを有する熱交換部材を平板状の金属板で形成している。接合面は金属板の表面に絶縁層を形成するとともに、その上面に金属メッキ層を形成している。そして、複数の熱電素子の上側、下側に接合される電極部材に、接合面を半田付けで接合させている。

このように、熱交換部を有する熱交換部材が、金属メッキ層を介して電極部材に接合されることで熱交換効率に優れた熱電変換装置を提供することができる。
特開２００６−９３４３７号公報 特開２００３−３３２６４２号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、熱交換部の周囲を流通する空気に含まれている水分や、結露などにより吸熱側に付着した水滴などが、熱交換部側から熱電素子側にまで浸入する場合があり、これによって熱電素子側の直列回路において短絡やマイグレーションが発生するという問題があった。

また、上記特許文献１においては、熱交換部を有する電極部材を単品で形成して、複数個配設するように構成しているため部品点数が多い問題がある。さらに、上記特許文献２においては、熱電素子側が熱交換部材に形成された金属板で覆われることで、水滴などが熱交換部側から熱電素子側に浸入することを防止できる構造となっている。

しかしながら、熱交換部材を平板状に形成するとともに、その一端に極小形状のフィンなど複数の熱交換部を一体的に形成するには困難である。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱交換部材の部品点数を低減するとともに熱電素子への浸水を防止でき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１１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、複数対配列されるＰ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）と、これら熱電素子（１２、１３）を電気的に直列接続する電極部材（１５）とを有し、電極部材（１５）に熱交換部材（２０、３０）を伝熱可能に接合された熱電変換装置において、
熱交換部材（２０、３０）の少なくとも一方を、電極部材（１５）に接合する接合面（２５、３５）とその接合面（２５、３５）から連続して折り曲げて形成される熱交換部（２６、３６）とで構成し、接合面（２５、３５）と熱交換部（２６、３６）とが交互に連続して設けられたことを特徴としている。

この発明によれば、複数の熱交換部（２６、３６）および複数の接合面（２５、３５）を一枚の平板を用いて一体的に形成することができる。これにより、部品点数の低減が図れる。

請求項２に記載の発明では、熱交換部材（２０、３０）は、接合面（２５、３５）と熱交換部（２６、３６）とが交互に連続して設けられ、かつ隣り合う接合面（２５、３５）同士が接着剤によって水密可能に接合されて熱交換媒体の流れる流れ方向に対して複数列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、接合面（２５、３５）と熱交換部（２６、３６）との間が水密されることで、結露などにより吸熱側の熱交換部（２６、３６）に付着した水滴などが接合面（２５、３５）に浸入することはない。従って、接合面（２５、３５）よりも内部に配設される熱電素子（１２、１３）側に水滴が浸入しない。

請求項３に記載の発明では、熱交換部材（２０、３０）は、熱交換媒体の流れ方向に対して隣り合う接合面（２５、３５）が、凹凸に折り曲げられて形成した連結部（２２、３２）を介して一体的に連結されていることを特徴としている。

この発明によれば、連結部（２２、３２）を含めて接合面（２５、３５）が縦横に連結することができるため複数の熱交換部（２６、３６）および複数の接合面（２５、３５）を一体的に形成することができる。さらに、少なくとも、連結部（２２、３２）を含めて熱交換部材（２０、３０）を一枚の板材で形成できる。これにより、部品点数の低減が図れる。

また、隣り合う接合面（２５、３５）の間に設けられる連結部（２２、３２）には、接合面（２５、３５）の近傍であるため熱ひずみが発生するが、連結部（２２、３２）を凹凸状に形成したことでこの熱ひずみの吸収、緩和が図れる。

請求項４に記載の発明では、熱交換部材（２０、３０）は、熱交換媒体の流れ方向に対して隣り合う接合面（２５、３５）が、接着剤によって接合された連結部（２２、３２）を介して一体的に連結されていることを特徴としている。

この発明によれば、連結部（２２、３２）を含めて接合面（２５、３５）が縦横に連結することができるため複数の熱交換部（２６、３６）および複数の接合面（２５、３５）を一体的に形成することができる。また、連結部（２２、３２）が接着剤によって接合されているので、接着剤が変形することで連結部（２２、３２）に発生する熱ひずみの吸収、緩和が図れる。

請求項５に記載の発明では、熱交換部材（２０、３０）が表面に絶縁層（２３、３３）を有する金属の板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、隣り合う互いの熱交換部（２６、３６）の間に電位が作用しないことで、互いの熱交換部（２６、３６）の間の短絡やマイグレーションの発生を防止することができる。

請求項６に記載の発明では、絶縁層（２３、３３）は、酸化絶縁処理を施したことを特徴としている。この発明によれば、熱交換部材（２０、３０）を、例えばアルミニウム材で形成すれば、アルマイト処理を行うことで容易に絶縁層（２３、３３）を形成することができる。また、隣り合う互いの熱交換部（２６、３６）同士の間に電位が作用しない。

請求項７に記載の発明では、隣り合う接合面（２５、３５）は、エポキシ系、またはシリコン系の接着剤で接合されていることを特徴としている。この発明によれば、接合面（２５、３５）と熱交換部（２６、３６）とが水密されることで、結露により吸熱側の熱交換部（２６、３６）に付着した水滴などが接合面（２５、３５）に浸入することはない。また、エポキシ系、またはシリコン系の接着剤は、弾性率の小さな（可とう性を有する）接着剤であるため、これら接着剤の変形より熱ひずみの吸収、緩和が図れる。

請求項８に記載の発明では、接合面（２５、３５）と電極部材（１５）とは、導電性接着剤で接合されることを特徴としている。この発明によれば、接合面（２５、３５）に形成された絶縁層（２３、３３）と電極部材（１５）との接合による熱抵抗を小さくすることができる。また、導電性接着剤を用いることで絶縁層（２３、３３）の膜厚を薄くすることができる。

請求項９に記載の発明では、導電性接着剤は、銀、銅、または金のどれか一種、またはそれら混合物による金属フィラーを有する接着剤であることを特徴としている。この発明によれば、これらの接着剤は良熱伝導接着剤であるため、接合面（２５、３５）に形成された絶縁層（２３、３３）と電極部材（１５）との接合による熱抵抗を小さくすることができる。

また、これらの接着剤は溶融温度が低いため、熱電素子（１２、１３）と電極部材（１５）を接合する半田接合部を再溶融させることなく、接合面（２５、３５）と電極部材（１５）とを低い温度で加熱して硬化させて接合することができる。

請求項１０に記載の発明では、熱電素子（１２、１３）と電極部材（１５）とは、半田を含めたろう材による金属で接合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）と電極部材（１５）との接合による熱抵抗を小さくすることができる。

請求項１１に記載の発明では、熱交換部材（２０、３０）は、熱交換部（２６、３６）を有する１つまたは複数の平面と、熱交換部（２６、３６）を有さない１つまたは複数の平面とが連続的に折り曲げられて形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、板材を連続して折り曲げることで接合面（２５、３５）と熱交換部（２６、３６）とが交互に連続して設けられることが容易にできる。これにより、部品点数の低減が図れる。

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６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る。図２は図１に示すＡ−Ａ断面図である。図３は図１に示すＢ−Ｂ断面図である。

図４は本実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図である。また、図５は図４に示すＣ矢視図である。図６は熱交換部材２０、３０の曲げ加工前の形態を示す部分展開図である。

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。

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っている。本実施形態の熱電変換装置は、図１ないし図４に示すように、複数のＰ型熱電素子１２と複数のＮ型熱電素子１３とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子基板１０、この熱電素子基板１０の上側に配置される吸熱側の熱交換部材２０、熱電素子基板１０の下側に配設される放熱側の熱交換部材３０、および一対のケース部材２８から構成している。

熱電素子基板１０は、図３に示すように、熱電素子１２、１３を保持する保持板１１と、Ｐ型、Ｎ型からなる熱電素子１２、１３と、電極部材１５とを一体的に構成している。具体的には、絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、フェノール樹脂、ＬＣＰ樹脂もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる保持板１１を矩形状に形成し、熱電素子１２、１３を挿入する穴を設けて、Ｐ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを交互に略碁盤目状に複数対配列してなる熱電素子群を列設し、隣接する一対の熱電素子１２、１３の両端面に電極部材１５を接合して一体に構成している。

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。なお、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３は、全体形状が略直方体状に形成されて、その上端面、下端面が保持板１１よりも突き出すように形成されている。

電極部材１５は、平板状の銅材などの導電性金属から形成され、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接する一対のＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に直列接続する電極である。

より具体的には、図１に示すように、上方に配置される電極部材１５は、隣接する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、下方に配置される電極部材１５は、隣接するＰ型熱電素子１２からＮ型熱電素子１３に電流を流すための電極である。

なお、電極部材１５は、熱電素子１２、１３の端面に予めペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗っておいてから半田１４（図２参照）により接合される。この半田付けは、例えば、Ｓｎ−Ｓｂからなる半田材料を用い、その半田材料の融点以上の約２５０〜２６０℃に加熱して行うものである。

次に、本実施形態の熱交換部材２０、３０は表面に絶縁層２３、３３を有する金属の薄板を用いて所定の形状に形成している。例えば、板厚が０．０５〜０．２ｍｍ程度のアルミニウムの薄板をアルマイト処理して表面に酸化被膜による絶縁層２３、３３を形成している。具体的な形状は、図２に示すように、上述した電極部材１５の一端面に接合される接合面２５、３５と、その接合面２５、３５から連続して折り曲げによって形成された熱交換部２６、３６とから構成される。

より具体的には、平板状の板材を用いて連続的に折り曲げを繰り返すことで波型状の所定の形状に形成させており、平面状の接合面２５、３５、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを設けない熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、接合面２５、３５の順に折り曲げて形成される。

つまり、接合面２５、３５よりも外方に突き出すように熱交換部２６、３６を略三角状に形成し、その三角形の頂部を略Ｘ字状に形成して互いに隣り合う接合面２５、３５同士が近接するように形成している。

そして、この隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間には、エポキシ系もしくはシリコン系からなるシール性の充填用接着剤２１、３１で水密可能に接合される。つまり、上方の熱交換部２６、３６で発生した水滴が、隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間を伝わって接合面２５、３５の底面に洩れないように、この空間を閉塞するものである。

従って、隣り合う接合面２５、３５同士と外方に突き出した熱交換部２６、３６とを繋ぐ互いの三角形の頂部が近接するように形成すると良い。これにより、三角形の頂部に対向する逆Ｖ字状の空間を充填用接着剤２１、３１でシールすることができる。

なお、この充填用接着剤２１、３１をシールする部位は、図５に示すように、隣り合う接合面２５、３５同士の長手方向全長に渡って充填用接着剤２１、３１でシールしている。より具体的には、図中に示す符号２１が塗りつぶし部であって、この塗りつぶし部に充填用接着剤２１、３１でシールすることになる。また、これらの充填用接着剤２１、３１は、弾性率が小さく、硬化後に可とう性をもつ特性を有するものが望ましい。

ところで、ここでは、充填用接着剤２１、３１でシールする空間を略Ｖ字状になるように形成したが、これに限らず、略Ｕ字状、略半球状、半楕円状に形成しても良い。また、熱交換部２６、３６に形成されるルーバー２６ａ、３６ａは、熱交換媒体である空気との熱交換を促進するためのフィンであって、熱交換部２６、３６の３辺のうち、対向する２辺の平面に切り起こしなどの加工によって一体的に形成される。

次に、本実施形態の熱交換部材２０、３０のそれぞれは、一枚の平板状の板材を用いて、接合面２５、３５および熱交換部２６、３６を、熱交換媒体である空気の流れ方向に対して複数（本例では、３）列一体的に形成している。より具体的には、所定の形状に折り曲げによって形成する前工程において、平板状の板材を用意して、図６に示すように、図中に示す塗りつぶし部２２ａを切り欠いた後に、折り曲げるようにしている。

つまり、空気の流れ方向に対して互いに隣り合う接合面２５、３５同士は連結部２２、３２を介して連結させ、互いに隣り合う熱交換部２６、３６同士は図中に示す塗りつぶし部２２ａを切り欠くことで分離させている。

従って、塗りつぶし部２２ａを切り欠いた後に、図中に示す破線で示す折り曲げ線に沿って連続的に折り曲げることで、複数列の接合面２５、３５および複数列の熱交換部２６、３６を一度に折り曲げにより形成できる。そして、折り曲げ加工後、連結部２２、３２を接合面２５、３５に対して、外方に突き出すように逆Ｕ字状に折り曲げにより形成する。これによれば、熱交換部材２０、３０のそれぞれを一枚の平板状の板材で形成することができる。

なお、本実施形態では、連結部２２、３２を接合面２５、３５に対して、凸状に突き出すように形成したが、これに限らず、連結部２２、３２を接合面２５、３５に対して、下方に突き出すように凹状に形成しても良い。

また、電極部材１５に接合される接合面２５、３５には、吸熱側の電極部材１５と放熱側の電極部材１５との温度差による熱膨張に起因する熱ひずみが発生する。そこで、本実施形態では、隣り合う接合面２５、３５で発生する熱ひずみを吸収、緩和するために、凹状もしくは凸状に形成された連結部２２、３２を曲げ部で形成している。

つまり、連結部２２、３２は応力緩和のための曲げ部である。従って、Ｕ字状のほかに、略Ｖ字状、略半円状に形成しても良い。また、２つの連結部２２、３２を設けたが、これに限ることはない。

ところで、本実施形態では、連続して形成される接合面２５、３５および熱交換部２６、３６の一列あたりの長手方向の幅寸法は、図１に示すように、一対の熱電素子１２、１３が空気流れ方向に対して２対配列される幅寸法と同等となるように形成させたが、これには限らない。

以上のように形成された熱交換部材２０、３０は、熱電素子基板１０の上方に配置された電極部材１５の一端に吸熱側の熱交換部材２０の接合面２５を接合するように配置し、下方に配置された電極部材１５の一端に放熱側の熱交換部材３０の接合面３５を接合するように配置している。そして、電極部材１５と接合面２５、３５は導電性接着剤１６（図２参照）による接着により接合される。

この導電性接着剤１６は、例えば、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、金Ａｕのどれか一種、またはそれら混合物による金属フィラーと、エポシキ系もしくはフェノール系の樹脂のバインダとを混合したペースト状の良熱伝導接着剤であることが望ましい。これにより、電極部材１５と熱電素子１２、１３とが半田１４による半田付けで接合されるため、半田付けの加熱温度よりも低い加熱温度で電極部材１５と接合面２５、３５とを接合することができる。

なお、図１および図３中に示す端部に配設される熱電素子１２、１３の末端には、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。

これにより、上方側に配設される電極部材１５は、隣接するＮ型熱電素子１３からＰ型熱電素子１２に電気的に接続するように複数対配設され、下方側に配設される電極部材１５は、隣接するＰ型熱電素子１２からＮ型熱電素子１３に電気的に接続するように複数対配設されている。

そして、上方側に配設される電極部材１５には吸熱側の熱交換部材２０の接合面２５が複数個接合され、下方側に配設される電極部材１５には放熱側の熱交換部材２０の接合面２５が複数個接合される。

因みに、端子２４ａから入力された直流電源は、図１中に示す左端のＮ型熱電素子１３から上方に配設された電極部材１５を介してＰ型熱電素子１２に直列的に流れ、次に、このＰ型熱電素子１２から下方に配設された電極部材１５を介してＮ型熱電素子１３に直列的に流れる。

このときに、ＰＮ接合部を構成する下方に配設された電極部材１５は、ペルチェ効果によって高温の状態となり、ＮＰ接合部を構成する上方に配設された電極部材１５は低温の状態となる。つまり、上方側に配置された熱交換部材２０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、下方側に設置された熱交換部材３０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。

言い換えると、図１に示すように、熱電素子基板１０を区画壁として、ケース部材２８により、熱電素子基板１０の両側に送風通路を形成し、そ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２６，３６と空気とが熱交換され、熱電素子基板１０を区画壁として、上側の熱交換部２６で空気を冷却することができ、下側の熱交換部３６で空気を加熱することができる。

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、上方の吸熱側の熱交換部材２０が放熱熱交換部を形成し、下方の放熱側の熱交換部材３０が吸熱熱交換部を形成する。

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。まず、熱電素子１２、１３は、図３および図４に示すように、保持板１１に設けられた基板穴にＰ型とＮ型を交互に略碁盤目状に複数個配列して熱電素子基板１０を一体的に構成する。

そして、熱電素子基板１０に隣接して配列された熱電素子１２、１３の両端面に電気的に直列接続するように複数個の電極部材１５を半田１４による半田付けにより接合する。因みに、半田材料としては、Ｓｎ−Ｓｂが望ましく、また、半田付けの加熱温度は、半田１４の溶融温度以上の２５０〜２６０℃程度が望ましい。

これにより、熱電素子１２、１３および電極部材１５が一体的に構成される。また、上方側に配設される電極部材１５がＮＰ接合部を形成し、隣接する熱電素子１２、１３を直列的に接続されるとともに、下方側に配設される電極部材１５がＰＮ接合部を形成し、隣接する熱電素子１２、１３を電気的に直列接続される。

なお、熱電素子１２、１３および電極部材１５は、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、熱電素子１２、１３の素子寸法が１．５ｍｍ×１．５ｍｍ程度以上であれば、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。

一方、接合面２５、３５および熱交換部２６、３６が連続的に折り曲げにより所定の形状に形成された熱交換部材２０、３０には、隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間を、図５に示すように、長手方向全長に渡って充填用接着剤２１、３１でシールを行う。

そして、熱電素子基板１０の上方側に接合された電極部材１５の端面および下方側に接合された電極部材１５の端面に導電性接着剤１６を塗布するとともに、吸熱側の熱交換部材２０の接合面２５および放熱側の熱交換部材３０の接合面３５に導電性接着剤１６を塗布する。

そして、それぞれの電極部材１５に対応する接合面２５、３５を配置させて熱電素子基板１０に熱交換部材２０、３０を仮組み付けする。そして、仮組み付けされた熱電変換装置を所定温度に加熱された加熱炉内に入れて導電性接着剤１６による接着により一斉に接合する。

ここで、加熱炉の加熱温度は、上述した半田付けの加熱温度よりも低い温度で接合させることができるため、熱電素子１２、１３と電極部材１５とが接合された半田接合部を溶融させることなく、電極部材１５と接合面２５、３５とを接合することができる。

なお、電極部材１５と接合面２５、３５とは、導電性接着剤１６によって接合されるが、接合面２５、３５には、アルマイト処理による絶縁層２３、３３が形成されているので、実質的には、電極部材１５と絶縁層２３、３３とが導電性接着剤１６によって接合されている。

そして、熱電素子基板１０に吸熱側の熱交換部材２０と放熱側の熱交換部材３０とが接合された状態において、図１に示すように、熱電素子基板１０の外周側を充填用接着剤２７でシールする。具体的には、上方側に配置された熱交換部材２０と下方側に配置された熱交換部材３０とを外周に渡って充填用接着剤２７でシールを行う。

なお、充填用接着剤２７は、上述した充填用接着剤２１、３１と同等の材質で良い。これにより、上下の熱交換部材２０、３０に囲まれた熱電素子収容室が形成されるとともに、熱電素子収容室内に外部から水滴が侵入することはない。

そして、吸熱側の熱交換部材２０の外側、放熱側の熱交換部材３０の外側をケース部材２８により送風経路を形成するように組み付けることで、熱電素子基板１０の上方側に吸熱熱交換部が形成され、熱電素子基板１０の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。なお、この種の熱電変換装置として、シート空調装置の他に、半導体や電気部品などの発熱部品の冷却用や暖房装置などの加熱用に用いられる。

以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、熱交換部材２０、３０において、接合面２５、３５と熱交換部２６、３６とが交互に連続して設けられ、かつ隣り合う接合面２５、３５同士との間の空間を充填用接着剤２１により水密可能に接合している。

これにより、接合面２５、３５と熱交換部２６、３６との間が水密されることで、吸熱側の熱交換部２６、３６に付着した水滴などが接合面２５、３５に浸入することはない。従って、接合面２５、３５よりも内部に配設される熱電素子１２、１３側に水滴が浸入しない。

また、隣り合う接合面２５、３５同士は、エポキシ系、またはシリコン系からなる充填用接着剤２１で接合されていることにより、エポキシ系、またはシリコン系の接着剤は、弾性率の小さな（可とう性を有する）接着剤であるため、接合面２５、３５に発生する熱ひずみをこれら接着剤の変形によって吸収、緩和が図れる。

また、熱交換部材２０、３０を接合面２５、３５とその接合面２５、３５から連続して折り曲げて形成される熱交換部２６、３６とで構成することにより、複数の熱交換部２６、３６および複数の接合面２５、３５を一体的に形成することができる。

具体的に、熱交換部材２０、３０は、接合面２５、３５と熱交換部２６、３６とが交互に連続して設けられ、かつ隣り合う接合面２５、３５同士が充填用接着剤２１によって接合されて熱交換媒体の流れる流れ方向に対して複数列配設され、さらに、流れ方向に対して隣り合う接合面２５、３５同士が、凹凸に折り曲げられて形成した連結部２２、３２を介して一体的に連結されている。

これによれば、連結部２２、３２を含めて接合面２５、３５が縦横に連結されているので複数の熱交換部２６、３６および複数の接合面２５、３５を一体的に形成することができる。つまり、熱交換部材２０、３０のそれぞれを、一枚の板材を用いて複数の熱交換部２６、３６および複数の接合面２５、３５を一体的に形成することができる。これにより、部品点数の低減が図れる。

また、隣り合う接合面２５、３５の間に設けられる連結部２２、３２には、熱ひずみが発生するが、凹凸状に形成したことでこの熱ひずみの吸収、緩和が図れる。

さらに、熱交換部材２０、３０が表面に絶縁層２３、３３を有する金属の板で形成されていることにより、隣り合う互いの熱交換部２６、３６同士の間に電位が作用しないことで、互いの熱交換部２６、３６の間の短絡やマイグレーションの発生を防止することができる。

ところで、絶縁層２３、３３は、金属の板に酸化絶縁処理を施したことにより、熱交換部材２０、３０、例えばアルミニウム材で形成すれば、アルマイト処理を行うことで容易に絶縁層２３、３３を形成することができる。また、隣り合う互いの熱交換部２６、３６同士の間に電位が作用しない。

また、接合面２５、３５と電極部材１５とは、導電性接着剤１６で接合されることにより、接合面２５、３５に形成された絶縁層２３、３３と電極部材１５との接合による熱抵抗を小さくすることができる。

この導電性接着剤１６は、銀、銅、または金のどれか一種、またはそれら混合物による金属フィラーを有する接着剤であることにより、これらの接着剤１６は良熱伝導接着剤であるため、接合面２５、３５に形成された絶縁層２３、３３と電極部材１５との接合による熱抵抗を小さくすることができる。さらに、これらの導電性接着剤１６は硬化温度が低いため、熱電素子１２、１３と電極部材１５を接合する半田接合部を再溶融させることなく、接合面２５、３５と電極部材１５とを低い温度で加熱して硬化させて接合することができる。

また、熱電素子１２、１３と電極部材１５とは、半田を含めたろう材による金属で接合されていることにより、熱電素子１２、１３と電極部材１５との接合による熱抵抗を小さくすることができる。

なお、熱交換部材２０、３０は、ルーバ２６ａ、３６ａを有する１つまたは複数の平面と、ルーバ２６ａ、３６ａを有さない１つまたは複数の平面とが連続的に折り曲げられて形成されたことにより、板材を連続して折り曲げることで接合面２５、３５と熱交換部２６、３６とが交互に連続して設けられることが容易にできる。これにより、部品点数の低減が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、熱交換部材２０、３０のそれぞれを一枚の平板状の板材を用いて複数列の接合面２５、３５および複数列の熱交換部２６、３６を形成するように構成したが、これに限らず、熱交換部材２０、３０のそれぞれを空気流れ方向に対して１列毎に分けて形成して、隣り合う接合面２５、３５同士を連結部２２、３２で接合させて一体的に形成しても良い。

具体的には、図７および図８に示すように、一列の幅寸法による平板状の板材を用いて平面状の接合面２５、３５、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを設けない熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、接合面２５、３５の順に折り曲げて所定の形状の熱交換部材２０、３０を３個用意する。

そして、隣り合う接合面２５、３５同士を、充填用接着剤で接合させて連結部２２、３２を形成する。ここで、充填用接着剤は、図８に示すように、符号２２に示す塗りつぶし部全長に渡って塗布することが望ましい。従って、本実施形態では、図中に示す符号２１の塗りつぶし部を含めて充填用接着剤２１、２２でシールすることになる。つまり、隣り合う接合面２５、３５同士の間が充填用接着剤２１、２２でシールされる。

従って、連結部２２、３２を形成するための充填用接着剤は、隣り合う接合面２５、３５同士との間の空間をシールするために用いたエポキシ系もしくはシリコン系からなるシール性の充填用接着剤で接合すると良い。

以上の実施形態によれば、充填用接着剤によって連結部２２、３２を形成できるとともに、連結部２２、３２を含めて接合面２５、３５が縦横に連結することができるため複数の熱交換部２６、３６および複数の接合面２５、３５を一体的に形成することができる。また、接合面２５、３５に発生する熱ひずみをこれら接着剤の変形によって吸収、緩和が図れる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、熱交換部材２０、３０において、接合面２５、３５と、その接合面２５、３５から連続して折り曲げによって形成された熱交換部２６、３６を、略三角形状になるように形成したが、これに限らず、図９に示すように、略５角形状となるように熱交換部材２０、３０を形成しても良い。

この場合には、平板状の板材を用いて平面状の接合面２５、３５、ルーバー２６ａ、３６ａを設けない熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを設けない熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを有する熱交換部２６、３６、ルーバー２６ａ、３６ａを設けない熱交換部２６、３６、接合面２５、３５の順に折り曲げて形成する。

そして、接合面２５、３５よりも外方に突き出すように熱交換部２６、３６を略５角形状となるように形成し、その５角形の頂部を略Ｘ字状に形成して互いに隣り合う接合面２５、３５同士が近接するように形成している。そして、この隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間には、エポキシ系もしくはシリコン系からなるシール性の充填用接着剤２１、３１で水密可能に接合される。

なお、略三角形状、略５角形状に限らず、多角形状であっても良い。これによれば、熱交換部２６、３６の熱交換面積を多く形成することができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、接合面２５、３５よりも外方に突き出すように熱交換部２６、３６を略三角状もしくは略５角形状に形成し、その三角形もしくは略５角形状の頂部を略Ｘ字状に形成して互いに隣り合う接合面２５、３５同士が近接するように形成している。

そして、隣り合う接合面２５、３５同士が近接する空間には、シール性の充填用接着剤２１、３１で水密可能に接合させたが、これに限らず、三角形もしくは略５角形状の頂部に隙間を形成しないように、熱交換部２６、３６の下方端を互いに近接させるように形成しても良い。

換言すると、熱交換部２６、３６側から接合面２５、３５に向けて、水滴が洩れないようにラビリンス構造に形成すれば良い。これによれば、シール性の充填用接着剤２１、３１を用いなくても水密可能にシールすることができる。

また、以上の実施形態では、熱交換部材２０、３０の材料をアルミニウム材で形成して、その表面にアルマイト処理を行って酸化被膜による絶縁層２３、３３を形成したが、これに限らず、他の金属を用いて、その表面にメッキ、塗装、蒸着などの加工により絶縁層２３、３３を形成しても良い。

また、以上の実施形態では、熱電素子基板１０の上方側と下方側に熱交換部材２０、３０を配設したが、いずれか一方に熱交換部材２０、３０を配設するように構成しても良い。

また、以上の実施形態では、本発明を車両に搭載されるシート空調装置に適用させたが、車両とは限らず、ペルチェ素子により送風空気を冷却もしくは加熱する冷却装置もしくは加熱装置に適用させても良い。

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−Ａ断面図である。 図１に示すＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図である。 図４に示すＣ矢視図である。 本発明の第１実施形態における熱交換部材２０、３０の曲げ加工前の形態を示す部分展開図である。 本発明の第２実施形態における熱交換部材２０の全体構成を示す正面図である。 図７に示すＣ矢視図である。 本発明の第３実施形態における熱交換部材２０の断面形状を示す縦断面図である。

符号の説明

１２…Ｐ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子、熱電素子
１５…電極部材
２０…熱交換部材
２１…充填用接着剤
２２…連結部
２３…絶縁層
２５…接合面
２６…熱交換部
３０…熱交換部材
３２…連結部
３１…充填用接着剤
３３…絶縁層
３５…接合面
３６…熱交換部

Claims (11)

1. 複数対配列されるＰ型とＮ型とからなる一対の熱電素子（１２、１３）と、これら前記熱電素子（１２、１３）を電気的に直列接続する電極部材（１５）とを有し、前記電極部材（１５）に熱交換部材（２０、３０）を伝熱可能に接合された熱電変換装置において、
   前記熱交換部材（２０、３０）の少なくとも一方を、前記電極部材（１５）に接合する接合面（２５、３５）とその接合面（２５、３５）から連続して折り曲げて形成される熱交換部（２６、３６）とで構成し、前記接合面（２５、３５）と前記熱交換部（２６、３６）とが交互に連続して設けられたことを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記熱交換部材（２０、３０）は、前記接合面（２５、３５）と前記熱交換部（２６、３６）とが交互に連続して設けられ、かつ隣り合う接合面（２５、３５）同士が接着剤によって水密可能に接合されて熱交換媒体の流れる流れ方向に対して複数列配設され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. 前記熱交換部材（２０、３０）は、熱交換媒体の流れ方向に対して隣り合う前記接合面（２５、３５）が、凹凸に折り曲げられて形成した連結部（２２、３２）を介して一体的に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
4. 前記熱交換部材（２０、３０）は、熱交換媒体の流れ方向に対して隣り合う前記接合面（２５、３５）が、接着剤によって接合された連結部（２２、３２）を介して一体的に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
5. 前記熱交換部材（２０、３０）が表面に絶縁層（２３、３３）を有する金属の板で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４のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
6. 前記絶縁層（２３、３３）は、酸化絶縁処理を施したことを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
7. 前記隣り合う接合面（２５、３５）は、エポキシ系、またはシリコン系の接着剤で接合されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
8. 前記接合面（２５、３５）と前記電極部材（１５）とは、導電性接着剤で接合されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
9. 前記導電性接着剤は、銀、銅、または金のどれか一種、またはそれら混合物による金属フィラーを有する接着剤であることを特徴とする請求項８に記載の熱電変換装置。
10. 前記熱電素子（１２、１３）と前記電極部材（１５）とは、半田を含めたろう材による金属で接合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
11. 前記熱交換部材（２０、３０）は、前記熱交換部（２６、３６）を有する１つまたは複数の平面と、前記熱交換部（２６、３６）を有さない１つまたは複数の平面とが連続的に折り曲げられて形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の熱電変換装置。

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