JP2008141161A - Peltier module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペルチェ効果を利用したペルチェモジュール(加熱・冷却素子)に関し、さらに、このペルチェモジュールの最適な用途に関する。 The present invention relates to a Peltier module (heating / cooling element) using the Peltier effect, and further relates to an optimum application of the Peltier module.
従来、冷却効果を奏する(発現させる)ペルチェ素子としては、Bi2Te3(ビスマス−テルル)系の材料を用いたものが知られており(例えば、特許文献1等参照)、その他の材料については、理論的には冷却効果が発現するであろうと考えられるものの、実用可能なレベルには至っていない。
このようなペルチェ効果による冷却及び加熱は、p型及びn型の2枚の導体又は半導体のプレートを接合部を介して接合し、これにそれぞれ逆向きの電流を流すことにより、接合部側端部とその他端側とにそれぞれ発現させるものである。
しかしながら、ビスマス−テルル系の材料以外の材料を用いた場合には、いずれの向きに電流を流したとしても接合部側端部とその他端側の両方とも加熱状態となってしまい、ペルチェ効果による冷却状態を発現させることは困難であった。これは、n型及びp型半導体を接合した際、その接合部分における電気抵抗の抵抗値が増大してしまうことに起因するものと考えられる。
そこで、本発明者らは、従来のビスマス−テルル系の材料以外の材料を用いた場合でも、ペルチェ効果、特に、冷却効果を発現させることができるペルチェモジュール及びその製造方法を既に提案した(特許文献2)。
Such cooling and heating by the Peltier effect is performed by joining two p-type and n-type conductors or semiconductor plates through the joints, and flowing currents in opposite directions to the joints. And the other end side.
However, when a material other than a bismuth-tellurium-based material is used, even if a current is passed in any direction, both the joint side end and the other end are in a heated state, which is caused by the Peltier effect. It was difficult to develop a cooling state. This is considered to be due to the fact that when the n-type and p-type semiconductors are joined, the resistance value of the electrical resistance at the joined portion increases.
Therefore, the present inventors have already proposed a Peltier module that can exhibit a Peltier effect, in particular, a cooling effect even when a material other than a conventional bismuth-tellurium-based material is used (Patent). Reference 2).
特許文献2は、2枚の半導体プレートの間に、接合部として金属を挟み込むものであるが、この金属の形状を変えることで局所冷却が可能になることに気が付いた。
In
本発明は、例えば細胞や、細胞を構成している染色体、ミトコンドリア、細胞壁などの局所冷却も可能なペルチェモジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a Peltier module capable of local cooling of cells, chromosomes, mitochondria, cell walls, etc. constituting the cells.
請求項1記載の本発明のペルチェモジュールは、対向させて配置した第1の半導体プレート及び第2の半導体プレートと、前記第1の半導体プレートにおける一端側の内面と前記第2の半導体プレートにおける一端側の内面とを接続する接合部と、前記第1の半導体プレートにおける他端側の外面と前記第2の半導体プレートにおける他端側の外面にそれぞれ配置した電極とを備え、前記接合部には、突出させた針部を設けたことを特徴とする。
請求項2記載の本発明のペルチェモジュールは、P型半導体とN型半導体を連続して接続したペルチェ素子を一対で用いたペルチェモジュールであって、一方の前記ペルチェ素子の第1熱交換プレートと他方の前記ペルチェ素子の第2熱交換プレートとを接続する接合部を設け、前記第1熱交換プレートを冷却面とする場合には前記第2熱交換プレートも冷却面とし、前記第1熱交換プレートを放熱面とする場合には前記第2熱交換プレートも放熱面として用い、前記接合部には、突出させた針部を設けたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、前記針部として数ミクロンの径の金属細線を用いたことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、前記針部としてカンチレバーを用いたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項3に記載のペルチェモジュールにおいて、細胞組織の局所冷却又は加熱として用いることを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項4に記載のペルチェモジュールにおいて、細胞を構成している染色体、ミトコンドリア、細胞壁の局所冷却又は加熱として用いることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、微粒子の離合や集散の制御として用いることを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、固体、液体、又は気体の流れや振動を制御することを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、前記針部に空洞部を形成し、前記空洞部に気体又は液体を通過させることで、通過する前記気体又は前記液体の流れを制御することを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、前記針部を冷却することで、前記針部先端に接触した物質を付着させ、前記針部を加熱することで、前記針部先端に付着した前記物質を離すことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のペルチェモジュールにおいて、前記接合部にヒートパイプを用い、前記ヒートパイプの端部に前記針部を設けたことを特徴とする。
請求項12記載の本発明は、請求項1に記載のペルチェモジュールにおいて、それぞれの前記電極をヒートパイプで構成し、一方の前記ヒートパイプの一端を前記第1の半導体プレートにおける他端側の外面に配置し、他方の前記ヒートパイプの一端を前記第2の半導体プレートにおける他端側の外面に配置したことを特徴とする。
請求項13記載の本発明は、請求項12に記載のペルチェモジュールにおいて、一方の前記ヒートパイプの他端と他方の前記ヒートパイプの他端に放熱用フィンを設けたことを特徴とする。
The Peltier module according to the first aspect of the present invention includes a first semiconductor plate and a second semiconductor plate arranged to face each other, an inner surface on one end side of the first semiconductor plate, and one end of the second semiconductor plate. A joint that connects the inner surface of the first semiconductor plate, and an electrode disposed on the outer surface on the other end side of the first semiconductor plate and an outer surface on the other end side of the second semiconductor plate, Further, a protruding needle part is provided.
A Peltier module according to a second aspect of the present invention is a Peltier module using a pair of Peltier elements in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are continuously connected, and includes a first heat exchange plate of one of the Peltier elements. When a joining portion is provided to connect to the second heat exchange plate of the other Peltier element and the first heat exchange plate is used as a cooling surface, the second heat exchange plate is also used as a cooling surface, and the first heat exchange is performed. When the plate is used as a heat radiating surface, the second heat exchange plate is also used as a heat radiating surface, and a protruding needle portion is provided at the joint.
According to a third aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first or second aspect, a thin metal wire having a diameter of several microns is used as the needle portion.
According to a fourth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first or second aspect, a cantilever is used as the needle portion.
According to a fifth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the third aspect, the present invention is used as a local cooling or heating of a cell tissue.
The present invention according to
According to a seventh aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first or second aspect, the present invention is used as a control for separation and collection of fine particles.
The present invention according to
According to a ninth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first or second aspect, the gas passing therethrough is formed by forming a hollow portion in the needle portion and allowing gas or liquid to pass through the hollow portion. Alternatively, the flow of the liquid is controlled.
According to a tenth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first or second aspect, by cooling the needle portion, a substance in contact with the tip of the needle portion is attached, and the needle portion is heated. Thus, the substance attached to the tip of the needle part is separated.
The present invention according to
According to a twelfth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the first aspect, each of the electrodes is configured by a heat pipe, and one end of the one heat pipe is an outer surface on the other end side of the first semiconductor plate. And the other end of the heat pipe is disposed on the outer surface of the second semiconductor plate on the other end side.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the Peltier module according to the twelfth aspect, a heat radiating fin is provided at the other end of the one heat pipe and the other end of the other heat pipe.
本発明によれば、電子的に冷却又は加熱できることで、極めて効率よく、制御性にも優れたペルチェモジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a Peltier module that is extremely efficient and excellent in controllability because it can be cooled or heated electronically.
本発明の第1の実施の形態によるペルチェモジュールは、対向させて配置した第1の半導体プレート及び第2の半導体プレートと、第1の半導体プレートにおける一端側の内面と第2の半導体プレートにおける一端側の内面とを接続する接合部と、第1の半導体プレートにおける他端側の外面と第2の半導体プレートにおける他端側の外面にそれぞれ配置した電極とを備え、接合部には、突出させた針部を設けたものである。本実施の形態によれば、突出させた針部を設けることで、局所的な冷却や加熱を実現することができる。
本発明の第2の実施の形態によるペルチェモジュールは、一方のペルチェ素子の第1熱交換プレートと他方のペルチェ素子の第2熱交換プレートとを接続する接合部を設け、第1熱交換プレートを冷却面とする場合には第2熱交換プレートも冷却面とし、第1熱交換プレートを放熱面とする場合には第2熱交換プレートも放熱面として用い、接合部には、突出させた針部を設けたものである。本実施の形態によれば、第1熱交換プレートと第2熱交換プレートとの間を、接合部を介して接合し、接合部から突出させた針部を設けることで、局所的な冷却や加熱を実現することができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、針部として数ミクロンの径の金属細線を用いたものである。本実施の形態によれば、微粒子や細胞などの加熱や冷却を行うことができる。
本発明の第4の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、針部としてカンチレバーを用いたものである。本実施の形態によれば、数nmレベルの対象物に対する冷却又は加熱を行うことができる。
本発明の第5の実施の形態は、第3の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、細胞組織の局所冷却又は加熱として用いるものである。本実施の形態によれば、1個の細胞を単独に冷却又は加熱できる。
本発明の第6の実施の形態は、第4の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、細胞を構成している染色体、ミトコンドリア、細胞壁の局所冷却又は加熱として用いるものである。本実施の形態によれば、特定の細胞、あるいは構成物質を冷却して保存や死滅させること、又は加熱して保存や死滅させることができる。
本発明の第7の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、微粒子の離合や集散の制御として用いるものである。本実施の形態によれば、冷却又は加熱することで、微粒子の運動を制御することができ、冷却時には微粒子を集合させ、加熱時には微粒子を散逸することができる。
本発明の第8の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、固体、液体、又は気体の流れや振動を制御するものである。本実施の形態によれば、固体、液体、又は気体の流れや振動が存在する場所で、局所的にペルチェモジュールの針部の先端を接触させることで、固体、液体、又は気体の流れや振動を制御することができる。
本発明の第9の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、針部に空洞部を形成し、空洞部に気体又は液体を通過させることで、通過する気体又は液体の流れを制御するものである。本実施の形態によれば、気体又は液体の流れを制御することができる。
本発明の第10の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、針部を冷却することで、針部先端に接触した物質を付着させ、針部を加熱することで、針部先端に付着した物質を離すものである。本実施の形態によれば、ピンセットとして用いることができる。
本発明の第11の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、接合部にヒートパイプを用い、ヒートパイプの端部に針部を設けたものである。本実施の形態によれば、ヒートパイプを介して針部を設けることで局所的な冷却効果や加熱効果を高めることができる。
本発明の第12の実施の形態は、第1の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、それぞれの電極をヒートパイプで構成し、一方のヒートパイプの一端を第1の半導体プレートにおける他端側の外面に配置し、他方のヒートパイプの一端を第2の半導体プレートにおける他端側の外面に配置したものである。本実施の形態によれば、ヒートパイプ自体を電極として用いることで、水冷を必要とせず、モバイル型のペルチェモジュールとして利用することができる。
本発明の第13の実施の形態は、第12の実施の形態によるペルチェモジュールにおいて、一方のヒートパイプの他端と他方のヒートパイプの他端に放熱用フィンを設けたものである。本実施の形態によれば、放熱用フィンによって冷却能力を高めることができる。
The Peltier module according to the first embodiment of the present invention includes a first semiconductor plate and a second semiconductor plate arranged to face each other, an inner surface on one end side of the first semiconductor plate, and one end of the second semiconductor plate. A joint for connecting the inner surface of the first semiconductor plate, and an electrode disposed on the outer surface on the other end side of the first semiconductor plate and an outer surface on the other end side of the second semiconductor plate, respectively. A needle portion is provided. According to the present embodiment, local cooling and heating can be realized by providing the protruding needle portion.
The Peltier module according to the second embodiment of the present invention is provided with a joint for connecting the first heat exchange plate of one Peltier element and the second heat exchange plate of the other Peltier element, When the cooling surface is used, the second heat exchange plate is also used as the cooling surface. When the first heat exchange plate is used as the heat dissipation surface, the second heat exchange plate is also used as the heat dissipation surface. A part is provided. According to the present embodiment, the first heat exchange plate and the second heat exchange plate are joined via the joint portion, and the needle portion protruded from the joint portion is provided, so that local cooling or Heating can be realized.
In the third embodiment of the present invention, in the Peltier module according to the first or second embodiment, a thin metal wire having a diameter of several microns is used as a needle portion. According to the present embodiment, it is possible to heat and cool fine particles and cells.
The fourth embodiment of the present invention uses a cantilever as a needle part in the Peltier module according to the first or second embodiment. According to the present embodiment, it is possible to cool or heat an object of several nm level.
The fifth embodiment of the present invention is used as local cooling or heating of a cell tissue in the Peltier module according to the third embodiment. According to this embodiment, one cell can be cooled or heated independently.
In the Peltier module according to the fourth embodiment, the sixth embodiment of the present invention is used as local cooling or heating of chromosomes, mitochondria, and cell walls constituting cells. According to this embodiment, specific cells or constituent substances can be cooled and stored or killed, or heated and stored or killed.
The seventh embodiment of the present invention is used for controlling separation and collection of fine particles in the Peltier module according to the first or second embodiment. According to the present embodiment, the movement of the fine particles can be controlled by cooling or heating, and the fine particles can be aggregated during cooling, and the fine particles can be dissipated during heating.
The eighth embodiment of the present invention controls the flow and vibration of a solid, liquid, or gas in the Peltier module according to the first or second embodiment. According to the present embodiment, a solid, liquid, or gas flow or vibration is obtained by locally contacting the tip of the needle of the Peltier module in a place where a solid, liquid, or gas flow or vibration exists. Can be controlled.
In the ninth embodiment of the present invention, in the Peltier module according to the first or second embodiment, the hollow portion is formed in the needle portion, and the gas or liquid passing therethrough is allowed to pass through the hollow portion. It controls the flow of liquid. According to this embodiment, the flow of gas or liquid can be controlled.
In the tenth embodiment of the present invention, in the Peltier module according to the first or second embodiment, by cooling the needle portion, the substance in contact with the tip of the needle portion is adhered and the needle portion is heated. Thus, the substance attached to the tip of the needle part is released. According to this embodiment, it can be used as tweezers.
In an eleventh embodiment of the present invention, in the Peltier module according to the first or second embodiment, a heat pipe is used as a joining portion, and a needle portion is provided at an end portion of the heat pipe. According to this Embodiment, a local cooling effect and a heating effect can be heightened by providing a needle part via a heat pipe.
According to a twelfth embodiment of the present invention, in the Peltier module according to the first embodiment, each electrode is constituted by a heat pipe, and one end of one heat pipe is an outer surface on the other end side of the first semiconductor plate. And one end of the other heat pipe is disposed on the outer surface on the other end side of the second semiconductor plate. According to the present embodiment, by using the heat pipe itself as an electrode, water cooling is not required, and it can be used as a mobile type Peltier module.
In the Peltier module according to the twelfth embodiment, a thirteenth embodiment of the present invention is provided with heat radiation fins on the other end of one heat pipe and the other end of the other heat pipe. According to the present embodiment, the cooling capacity can be increased by the heat dissipating fins.
以下、本発明の一実施例によるペルチェモジュールについて添付図面に基づいて説明する。図1は本実施例によるペルチェモジュールの上面図、図2は同側面図、図3は同正面図である。
図1から図3に示すように、ペルチェモジュール1は、主面が互いに対向するように配置される第1の半導体プレート(例えばn型Bi2Te3)10と第2の半導体プレート(例えばp型Bi0.5Sb1.5Te3)20とを備えている。第1の半導体プレート10における一端側の内面と第2の半導体プレート20における一端側の内面とは、接合部30によって接続されている。また、第1の半導体プレート10における他端側の外面には、電極(例えばCu電極)13を配置し、第2の半導体プレート20における他端側の外面には、電極(例えばCu電極)23を配置している。
また、第1の半導体プレート10及び第2の半導体プレート20の各内面には、電極12、22が設けられていない部分に、絶縁層11、21を設けている。このように、絶縁層11及び21によって、接合部30以外の部分(すなわち、電極12、22が存在しない部分)において、第1の半導体プレート10と第2の半導体プレート20とを効果的に絶縁することができるので、電極12、22と電極13、23との間の距離、すなわち、第1の半導体プレート10及び第2の半導体プレート20の長手方向の長さ(対角線上の長さ)を有効に利用することができる。これにより、ペルチェ効果、特に、冷却効果を効率的に取り出す(発現させる)ことができる。
Hereinafter, a Peltier module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a top view of a Peltier module according to the present embodiment, FIG. 2 is a side view thereof, and FIG. 3 is a front view thereof.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
Insulating
接合部30は、第1の半導体プレート10に設けられる電極12と、第2の半導体プレート20に設けられる電極22と、電極12と電極22との間に設けられる導電性ペースト層31と、導電性ペースト層31から突出させた針部32とから構成される。ここで針部32は、先端径が数10ミクロン程度のニッケル、銅、あるいはステンレス材料からなる金属細線であることが好ましい。
本実施例のペルチェモジュール1では、電極12、22を含む接合部30を介して、第1の半導体プレート10と、第2の半導体プレート20とをその長手方向の一端側において接合することができるので、ペルチェモジュール1全体としての電気抵抗を低減することができる。これにより、接合部30付近における電気抵抗による発熱を極力抑えることができ、実用に足りる冷却効果を発現可能なペルチェモジュール1を提供することができる。
更に、導電性ペースト層31から突出させた針部32を設けることで、局所的な冷却や加熱を実現することができる。
The
In the
Furthermore, by providing the
また、本実施例の接合部30では、例えばドータイト(「ドータイト」は登録商標。以下同様)などの導電性ペースト層31を介して、これらの電極12、22を接合しているので、接合部30における電気抵抗が高くなることを抑制しつつ、第1の半導体プレート10及び第2の半導体プレート20の各電極12、22を容易且つ確実に接合することができる。なお、導電性ペースト層31の代わりに、金属Ga層又は低融点合金を用いてもよい。この場合においても、導電性ペースト層31と同様の効果を奏することができる。
Further, in the
なお、図示はしないが、電極13、23には、導電性ペースト層を介して銅板が接合される。このように銅板を用いることで、例えば、銅線や金線等を用いる場合よりも接合等に起因する電気抵抗を低減することができる。これにより、より効果的にペルチェ効果による冷却効果を取り出す(発現させる)ことができる。ここで、接合部30の場合と同様に、銅板を電極13、23に接合するために、導電性ペースト層の代わりに、金属Ga層を用いてもよい。
Although not shown, a copper plate is bonded to the
次に、本発明の他の実施例について説明する。
図4は、針部32の一形態として用いるカンチレバー40を示している。このカンチレバー40は、電子間力顕微鏡(AFM)アプリケーション用や、セミコンタクトモード測定やリソグラフィー用途に用いられているものであり、カンチレバー40の端部には、先端における曲率半径が10nmから60nmの突出部41を有している。なお、突出部41は、炭素結晶を成長させて製作することで、先端における曲率半径を1〜3nmとすることもできる。
このようなカンチレバー40は、上記実施例で説明した針部32の代わりに、導電性ペースト層31に埋め込み、又は接合して設ける。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 shows a
Such a
本実施例による実験結果を図5から図9に示す。
第1の半導体プレート10としてn型Bi2Te3、第2の半導体プレート20としてp型Bi0.5Sb1.5Te3を用い、電極12、13、22、23としてCuを用いた。また、針部32としては、先端径が50ミクロンの銅細線と、先端径が10nmのカンチレバー(オリンパス社製(品番OMCL−AC240TM−B2))を用いた。
図5は電流と金属細線の先端温度との関係を示す特性図、図6は電流と金属細線の先端温度差(雰囲気温度と針部の温度差)との関係を示す特性図、図7は電流とカンチレバーの先端温度との関係を示す特性図、図8は電流とカンチレバーの先端温度差(雰囲気温度とカンチレバーの温度差)との関係を示す特性図である。
図に示すように、金属細線を用いた場合にも、カンチレバーを用いた場合にも、マイナス5度近くまで冷却できるとともに、雰囲気温度との差においても、35度を越える温度差を得ることができた。
また、図9は電流の変化による物質の重量を示す特性図である。電流が8アンペア程度の場合には10mg程度の重量を付着させ、電流が9アンペア程度の場合には30mg程度の重量を付着させることができた。
The experimental results according to this example are shown in FIGS.
N-type Bi 2 Te 3 was used as the
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the current and the tip temperature of the fine metal wire, FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the current and the tip temperature difference between the metal fine wire (atmosphere temperature and the temperature difference between the needles), and FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the current and the cantilever tip temperature difference (atmosphere temperature and cantilever temperature difference).
As shown in the figure, even when using a thin metal wire or a cantilever, it can be cooled down to nearly minus 5 degrees, and a temperature difference exceeding 35 degrees can be obtained even in the difference from the ambient temperature. did it.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the weight of a substance due to a change in current. When the current was about 8 amps, a weight of about 10 mg could be deposited, and when the current was about 9 amps, a weight of about 30 mg could be deposited.
以下、本発明の他の実施例によるペルチェモジュールについて添付図面に基づいて説明する。図10は本実施例によるペルチェモジュールの側面図である。
同図に示すように、ペルチェモジュール2は、P型半導体51A、51BとN型半導体52A、52Bを連続して接続したペルチェ素子50A、50Bを一対で用いている。ペルチェ素子50Aは、2枚の熱交換プレート(放熱プレート53A、冷却プレート54A)の間に、P型半導体51AとN型半導体52Aを連続して接続している。一端部に配置されるP型半導体51Aと、他端部に配置されるN型半導体52Aとには、所定の電圧が印加される。また、ペルチェ素子50Bは、2枚の熱交換プレート(放熱プレート53B、冷却プレート54B)の間に、P型半導体51BとN型半導体52Bを連続して接続している。一端部に配置されるP型半導体51Bと、他端部に配置されるN型半導体52Bとには、所定の電圧が印加される。ここで、熱交換プレート(放熱プレート53A、冷却プレート54A、放熱プレート53B、冷却プレート54B)は、電気的に高抵抗かつ熱的に高伝導な材料を用い、例えばAlN(窒化アルミニウム)やSiC(炭化珪素)が適しており、Al2O3(サファイア、アルミナ)を用いることもできる。
ペルチェ素子50Aの第1熱交換プレート(冷却プレート)54Aの内面と、ペルチェ素子50Bの第2熱交換プレート(冷却プレート)54Bの内面とは、接合部30によって接続されている。
Hereinafter, a Peltier module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 10 is a side view of the Peltier module according to this embodiment.
As shown in the figure, the
The inner surface of the first heat exchange plate (cooling plate) 54A of the
接合部30は、例えば上記実施例と同様に導電性ペースト層、あるいは高熱伝導グリースによって構成することができ、接続部30の端部には、突出させた針部32を設けている。ここで針部32は、先端径が数10ミクロン程度のニッケル、銅、あるいはステンレス材料からなる金属細線であることが好ましい。
本実施例のペルチェモジュール2では、第1熱交換プレート(冷却プレート)54Aと第2熱交換プレート(冷却プレート)54Bとの間を、接合部30を介して接合し、接合部30から突出させた針部32を設けることで、局所的な冷却や加熱を実現することができる。
また、本実施例の接合部30では、例えばドータイト(「ドータイト」は登録商標。以下同様)などの導電性ペースト層、あるいは高熱伝導グリースを用いることで、第1熱交換プレート(冷却プレート)54Aと第2熱交換プレート(冷却プレート)54Bとを容易且つ確実に接合することができる。なお、導電性ペースト層の代わりに、金属Ga層又は低融点合金を用いてもよい。この場合においても、導電性ペースト層と同様の効果を奏することができる。
なお、図4に示すカンチレバー40を、本実施例における針部32の一形態として用いることができる。
The
In the
Further, in the
Note that the
以下、本発明の他の実施例によるペルチェモジュールについて添付図面に基づいて説明する。図11は本実施例によるペルチェモジュールの側面図である。なお、図1から図3に示す実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、ペルチェモジュール3は、電極13A、電極23Aとしてヒートパイプを用いている。
ヒートパイプで構成された電極13Aの一端は、第1の半導体プレート10における他端側の外面に配置し、ヒートパイプで構成された電極23Aの一端は、第2の半導体プレート20における他端側の外面に配置している。
また、電極13Aの他端には放熱用フィン13Bが、電極23Aの他端には放熱用フィン23Bがそれぞれ設けられている。なお、導電性ペースト層の代わりに、金属Ga層を用いてもよい。
本実施例のように、ヒートパイプ自体を電極13A、23Aとして用いることで、水冷を必要とせず、モバイル型のペルチェモジュールとして利用することができる。
Hereinafter, a Peltier module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 11 is a side view of the Peltier module according to this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as the Example shown in FIGS. 1-3, and description is abbreviate | omitted.
As shown in the figure, the Peltier module 3 uses heat pipes as the
One end of the
Further, a
By using the heat pipe itself as the
以下、本発明の他の実施例によるペルチェモジュールについて添付図面に基づいて説明する。図12は本実施例によるペルチェモジュールの側面図である。なお、図1から図3に示す実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、ペルチェモジュール4は、接合部30にヒートパイプ51を設けている。従って、接合部30は、第1の半導体プレート10に設けられる電極12と、第2の半導体プレート20に設けられる電極22と、電極12と電極22との間に設けられるヒートパイプ51と、導電性ペースト層31を介してヒートパイプ51に接続した針部32とから構成される。なお、図示はしないが、電極12とヒートパイプ51との間、及び電極22とヒートパイプ51との間も導電性ペースト層によって接合されている。
本実施例のように、ヒートパイプ51を介して針部32を設けることで局所的な冷却効果や加熱効果を高めることができる。
Hereinafter, a Peltier module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 12 is a side view of the Peltier module according to this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as the Example shown in FIGS. 1-3, and description is abbreviate | omitted.
As shown in the figure, the
The local cooling effect and the heating effect can be enhanced by providing the
以下、本発明の他の実施例によるペルチェモジュールについて添付図面に基づいて説明する。図13は本実施例によるペルチェモジュールの側面図である。なお、図10に示す実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、ペルチェモジュール5は、接合部30としてヒートパイプ51を用いている。なお、図示はしないが、第1熱交換プレート(冷却プレート)54Aとヒートパイプ51との間、及び第2熱交換プレート(冷却プレート)54Bとヒートパイプ51との間は導電性ペースト層、あるいは高熱伝導グリースによって接合されている。
そして、針部32は、導電性ペースト層31を介してヒートパイプ51に接続している。
本実施例のように、ヒートパイプ51を介して針部32を設けることで局所的な冷却効果や加熱効果を高めることができる。
Hereinafter, a Peltier module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 13 is a side view of the Peltier module according to this embodiment. The same members as those in the embodiment shown in FIG.
As shown in the figure, the
The
The local cooling effect and the heating effect can be enhanced by providing the
以下に本実施例によるペルチェモジュールの用途について説明する。
まず、本実施例によるペルチェモジュールは、細胞組織の局所冷却又は加熱として用いることができる。
通常の細胞のサイズは数ミクロンであるため、本実施例によるペルチェモジュールの針部の先端サイズを細胞のサイズと同程度にすることで、1個の細胞を単独に冷却又は加熱できる。冷却又は加熱の切り替えは、ペルチェモジュールに流す電流の向きを逆転することで容易に行える。
さらに、ペルチェモジュールの針部の先端サイズを、カンチレバーのように10nm程度のものを使用すれば、細胞を構成している染色体、ミトコンドリア、細胞壁などを単独で冷却又は加熱することができる。
上記方法により、特定の細胞、あるいは構成物質を冷却して保存や死滅させること、又は加熱して保存や死滅させることができる。
また、本実施例によるペルチェモジュールは、微粒子の離合や集散の制御として用いることができる。
The use of the Peltier module according to this embodiment will be described below.
First, the Peltier module according to the present embodiment can be used for local cooling or heating of cellular tissue.
Since the normal cell size is several microns, one cell can be cooled or heated independently by setting the tip size of the needle part of the Peltier module according to this embodiment to the same size as the cell size. Switching between cooling and heating can be easily performed by reversing the direction of the current flowing through the Peltier module.
Furthermore, if the tip size of the needle part of the Peltier module is about 10 nm like a cantilever, the chromosome, mitochondria, cell wall, etc. constituting the cell can be cooled or heated independently.
By the above method, specific cells or constituent substances can be cooled and stored or killed, or heated and stored or killed.
Further, the Peltier module according to the present embodiment can be used for controlling separation and collection of fine particles.
本実施例によるペルチェモジュールの針部の先端を、微粒子が存在する液体の表面あるいは内部に挿入し、冷却又は加熱することで、微粒子の運動を制御することができる。微粒子は、冷却時には集合し、加熱時には散逸する。
また、本実施例によるペルチェモジュールは、流れの局所制御として用いることができる。
すなわち、固体、液体、又は気体の流れや振動が存在する場所で、局所的にペルチェモジュールの針部の先端を接触させることで、固体、液体、又は気体の流れや振動を制御することができる。
また、本実施例によるペルチェモジュールは、針部に空洞部を形成することで、ガス制御として用いることができる。
すなわち、針部をパイプ状にして、この空洞部に気体又は液体を通過させることで、通過する気体又は液体の流れを制御することができる。
また、本実施例によるペルチェモジュールは、ピンセットとして用いることができる。
すなわち、ペルチェモジュールの針部の先端を冷却することで、針部先端に接触した物質を付着させ、一方、針部先端を加熱することで、針部先端に付着した物質を離すことができ、ピンセットとして利用できる。
また、本実施例によるペルチェモジュールは、細胞の培養として用いることができる。
すなわち、ペルチェモジュールの針部の先端を冷却又は加熱することで、細胞一個を培養させることができ、更に細胞内の局所的組織の熱的変化を観察することができる。
By inserting the tip of the needle part of the Peltier module according to this embodiment into the surface or inside of the liquid in which the fine particles are present and cooling or heating, the movement of the fine particles can be controlled. The fine particles gather during cooling and dissipate during heating.
Further, the Peltier module according to the present embodiment can be used for local control of the flow.
That is, the flow or vibration of a solid, liquid, or gas can be controlled by locally contacting the tip of the needle of the Peltier module in a place where the flow or vibration of a solid, liquid, or gas exists. .
Further, the Peltier module according to the present embodiment can be used for gas control by forming a hollow portion in the needle portion.
That is, the flow of the passing gas or liquid can be controlled by making the needle part into a pipe shape and allowing the gas or liquid to pass through the hollow part.
Further, the Peltier module according to the present embodiment can be used as tweezers.
That is, by cooling the tip of the needle part of the Peltier module, the substance that contacts the tip of the needle part is attached, while by heating the tip of the needle part, the substance attached to the tip of the needle part can be released, Available as tweezers.
Moreover, the Peltier module according to the present embodiment can be used for cell culture.
That is, by cooling or heating the tip of the needle portion of the Peltier module, one cell can be cultured, and further, a thermal change of a local tissue in the cell can be observed.
以上、本発明のペルチェモジュール1及びペルチェモジュール1の製造方法を図示の実施例に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明のペルチェモジュール1を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、本発明のペルチェモジュール1に任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本実施例では、その形状が概ね正方形状のプレートを2分割したn型Bi2Te3及びp型Bi0.5Sb1.5Te3を用いて説明したが、本発明のペルチェモジュール1及びペルチェモジュール1の製造方法はこれらに限定されず、ペルチェモジュール全体の電気抵抗値が高くなることなく、効率的にペルチェ効果、特に、冷却効果を取り出す(発現させる)ことができるものであれば、どのような形状であってもよい。
As mentioned above, although the manufacturing method of the
Further, in the present embodiment, the description has been given using n-type Bi 2 Te 3 and p-type Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 obtained by dividing a plate having a substantially square shape into two, but the Peltier module of the present invention is used. 1 and the manufacturing method of the
本発明にかかるペルチェモジュールは、微小対象物に対する冷却又は加熱に適している。 The Peltier module according to the present invention is suitable for cooling or heating a minute object.
1 ペルチェモジュール
10 第1の半導体プレート
20 第2の半導体プレート
11、21 絶縁層
12、22 電極
13、23 電極
30 接合部
31 導電性ペースト層
32 針部
40 カンチレバー
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記第1の半導体プレートにおける一端側の内面と前記第2の半導体プレートにおける一端側の内面とを接続する接合部と、
前記第1の半導体プレートにおける他端側の外面と前記第2の半導体プレートにおける他端側の外面にそれぞれ配置した電極とを備え、
前記接合部には、突出させた針部を設けたことを特徴とするペルチェモジュール。 A first semiconductor plate and a second semiconductor plate arranged opposite to each other;
A joint for connecting an inner surface on one end side of the first semiconductor plate and an inner surface on one end side of the second semiconductor plate;
An outer surface on the other end side of the first semiconductor plate and an electrode disposed on the outer surface on the other end side of the second semiconductor plate,
A Peltier module characterized in that a protruding needle part is provided at the joint part.
一方の前記ペルチェ素子の第1熱交換プレートと他方の前記ペルチェ素子の第2熱交換プレートとを接続する接合部を設け、前記第1熱交換プレートを冷却面とする場合には前記第2熱交換プレートも冷却面とし、前記第1熱交換プレートを放熱面とする場合には前記第2熱交換プレートも放熱面として用い、
前記接合部には、突出させた針部を設けたことを特徴とするペルチェモジュール。 A Peltier module using a pair of Peltier elements in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are connected in series,
When the first heat exchange plate of one of the Peltier elements is connected to the second heat exchange plate of the other Peltier element and the first heat exchange plate is used as a cooling surface, the second heat When the exchange plate is also a cooling surface, and the first heat exchange plate is a heat dissipation surface, the second heat exchange plate is also used as a heat dissipation surface,
A Peltier module characterized in that a protruding needle part is provided at the joint part.
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