JP2010186963A - Thermoelectric module and thermoelectric device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電素子を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric module including a thermoelectric element and a thermoelectric device using the same.
従来、例えばデバイス内の局所冷却装置等として、熱電効果を利用した熱電素子が用いられている。熱電素子は、例えば熱電材料に電流を流すことにより、熱の流れを生じさせ、一方の端を冷却させ、他方の端を加熱するように温度勾配を生じさせるものである。このような温度勾配によって、熱の流れを生じさせることができるため、被冷却物から良好に熱を取り去ることが可能となる。このような熱電素子として、P型熱電素子と、N型熱電素子とが知られており、例えば特許文献1に示すようにP型熱電素子、N型熱電素子を交互に配置する構成も知られている。 Conventionally, a thermoelectric element using a thermoelectric effect has been used as, for example, a local cooling device in a device. The thermoelectric element generates a temperature gradient such that, for example, an electric current is passed through a thermoelectric material to generate a heat flow, one end is cooled, and the other end is heated. Since such a temperature gradient can generate a heat flow, it is possible to remove heat well from the object to be cooled. As such a thermoelectric element, a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are known. For example, as shown in Patent Document 1, a configuration in which a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are alternately arranged is also known. ing.
また、従来の熱電モジュール100を図3に示す。熱電モジュール100は、P型熱電素子121と、N型熱電素子122と、第1の電極板123と、第2の電極板124と、熱伝導部材125,126と、を備える。熱伝導部材125,126は、熱電素子間を絶縁する。熱伝導部材(絶縁板)125,126としては、従来、例えばセラミック等の板状の部材、絶縁性を有するプラスチック製の板状の部材が用いられていた。
A conventional
ところで、図3に示すような熱伝導部材は熱伝導の効率からは薄く形成することが好ましいが、機械的な強度等の点から厚さを薄くするには限界があり、熱伝導性の観点からは非常に厚いものを用いざるを得なかった。 By the way, although it is preferable to form the heat conductive member as shown in FIG. 3 thin from the viewpoint of the efficiency of heat conduction, there is a limit to reducing the thickness from the viewpoint of mechanical strength and the like. From that, it had to use a very thick thing.
また、偏荷重等による応力、機械的衝撃により、破損してしまうことがあり、信頼性の面で問題がある。 Moreover, it may be damaged by stress due to an offset load or the like, or a mechanical impact, and there is a problem in terms of reliability.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the thermoelectric module provided with favorable thermal conductivity and favorable reliability, and a thermoelectric apparatus using the same.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点にかかる熱電素子は、
少なくとも1つの熱電素子と、
前記熱電素子に設けられた電極と、
絶縁材料から形成され前記電極を覆うように形成された塗布膜と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thermoelectric element according to the first aspect of the present invention is:
At least one thermoelectric element;
An electrode provided on the thermoelectric element;
And a coating film formed from an insulating material so as to cover the electrode.
前記熱電素子は複数設けられており、複数の前記熱電素子を保持する保持部を更に備えてもよい。 A plurality of the thermoelectric elements may be provided, and may further include a holding unit that holds the plurality of thermoelectric elements.
前記塗布膜は前記電極のみを覆うように設けられてもよい。 The coating film may be provided so as to cover only the electrode.
前記塗布膜は、セラミック、アルミナの少なくとも一方を含んでもよい。 The coating film may include at least one of ceramic and alumina.
前記熱電素子は、P型熱電素子とN型熱電素子とを備え、
前記P型熱電素子と前記N型熱電素子とは、前記電極を介して交互に接続されてもよい。
The thermoelectric element comprises a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element,
The P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element may be alternately connected via the electrode.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点にかかる熱電装置は、
第1の観点に係る熱電モジュールと、
前記熱電モジュールによって冷却される被冷却部と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thermoelectric device according to the second aspect of the present invention provides:
A thermoelectric module according to a first aspect;
And a portion to be cooled that is cooled by the thermoelectric module.
ヒートシンク、ファンの少なくともいずれか一方を更に備えてもよい。 You may further provide at least any one of a heat sink and a fan.
本発明によれば、電極上に形成する絶縁板として塗布膜を用いることによって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, by using a coating film as an insulating board formed on an electrode, a thermoelectric module provided with favorable thermal conductivity and favorable reliability, and a thermoelectric apparatus using the same can be provided.
本発明の実施の形態に係る熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置について図を用いて説明する。 A thermoelectric module and a thermoelectric device using the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施形態に係る熱電装置10を図1に示す。また、熱電装置10の熱電モジュール20を図2に示す。熱電装置10は、図1に示すように、熱電モジュール20と、被冷却部11と、吸熱部材12と、ヒートシンク13と、ファン14と、制御部15と、を備える。本実施形態の熱電装置10では、被冷却部11から発せられる熱を、熱電モジュール20等によって取り除く。
A
熱電モジュール20は、図1及び図2に示すように、P型熱電素子21と、N型熱電素子22と、第1の電極板23と、第2の電極板24と、第1の塗布膜25と、第2の塗布膜26と、素子ホルダ27と、シール材28と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
P型熱電素子21は、B4C/B9C等のP型の熱電材料から構成される。P型熱電素子21の一端(例えば、図2に示す下端)は第1の電極板23に接続されており、他端(例えば、図2に示す上端)は第2の電極板24に接続されている。
The P-type
N型熱電素子22は、SiGe/Si等のN型の熱電材料から構成される。N型熱電素子22の一端(例えば、図2に示す下端)は第2の電極板24に接続されており、他端(例えば、図2に示す上端)は第1の電極板23に接続されている。
The N-type
また、本実施形態ではP型熱電素子21とN型熱電素子22とは、交互に配置されており、それぞれ第1の電極板23と第2の電極板24とによって接続されている。具体的にはP型熱電素子21の一端は、隣接するN型熱電素子22の一端に第1の電極板23を介して接続されており、P型熱電素子21の他端は、別の隣接するN型熱電素子22の他端に第2の電極板24を介して接続されている。このように直列に接続されたP型熱電素子21とN型熱電素子22とに、電流を流すと、第1の電極板23が設けられている領域では吸熱現象が起き、第2の電極板24が設けられている領域では発熱現象が起きる。この現象により、温度勾配が生じ、低温側(第1の電極板23側)から高温側(第2の電極板24側)へと熱を移動させることができる。
In the present embodiment, the P-type
第1の電極板23は、導電材料からなり、P型熱電素子21の一端及びN型熱電素子22の一端に(例えば、図2に示す下端)設置される。第1の電極板23によって、P型熱電素子21とN型熱電素子22とは電気的に接続される。また、第1の電極板23上には第1の塗布膜25が形成される。本実施形態では、熱電モジュール20によって被冷却部11を冷却する構成であるため、第1の電極板23は高温側(発熱側)となる。
The
第2の電極板24は、導電材料からなり、P型熱電素子21の他端及びN型熱電素子22の他端(例えば、図2に示す上端)に設置される。第2の電極板24によって、P型熱電素子21とN型熱電素子22とは電気的に接続される。また、第2の電極板24上には第2の塗布膜26が形成される。第1の電極板23が高温側であるのに対し、第2の電極板24は低温側(冷却側)となる。
The
第1の塗布膜25は、絶縁性を備える材料、例えば、セラミック、アルミナ等を主体とする膜であり、第1の電極板23上に形成される。第1の塗布膜25は、セラミック、アルミナ等を所定の溶媒に混合させた塗料を塗布することによって形成される。
The
第2の塗布膜26は、第1の塗布膜25と同様に絶縁性を備える材料、例えば、セラミック、アルミナ等を主体とする膜であり、第2の電極板24上に形成される。第2の塗布膜26は、塗布することによって形成される。
Similar to the
本実施形態では、第1の塗布膜25、第2の塗布膜26が、セラミック、アルミナ等の絶縁材料を主体とする塗料を塗布することによって形成されている。これにより、従来のようにプラスチック等の板を用いる構成とは異なり、薄く形成することができ、熱伝導性を高めることが可能となる。例えば、従来、図3に示す熱伝導部材125,126として用いられる熱伝導シートは0.2mm〜0.5mm程度の厚みであり、セラミック板は0.2mm〜1.0mm程度の厚みであり、熱伝導性を低下させる原因であった。これに対し、本願発明では塗布膜であり、20μm〜100μm程度の厚みであるため、熱伝導性を向上させることができる。
In the present embodiment, the
更に、第1の塗布膜25と第2の塗布膜26とは、それぞれ第1の電極板23、第2の電極板24上にのみ形成されている。これにより、図3に示すように複数の電極板に亘って設置された熱伝導部材とは異なり、機械的な衝撃耐力を向上させることが可能である。また、このように各電極板ごとに塗布膜を形成するため、塗布膜自体の厚みを絶縁性が保たれる限り、薄く形成することが可能となる。
Further, the
素子ホルダ27は、絶縁性を有する材料から形成され、例えば平面形状が櫛形等に形成される。素子ホルダ27は、P型熱電素子21とN型熱電素子22との間に設けられ、P型熱電素子21とN型熱電素子22とを保持する。本実施形態では、上述したように塗布膜が複数の電極板に亘って形成されておらず、塗布膜は電極板毎に形成されるため、素子ホルダ27を設けることによって、P型熱電素子21とN型熱電素子22とが接触することを防ぎ、各熱電素子間を絶縁することができる。
The
シール材28は、絶縁性を備える樹脂等からなり、熱電モジュール20の周縁領域に形成される。
The sealing
被冷却部11は、熱電モジュール20等によって冷却することで、発する熱を良好に除去されるものであり、例えばコンピュータのCPU(Central Processing Unit)等である。被冷却部11の一端には、吸熱部材12が設けられている。
The part to be cooled 11 is one that removes the generated heat well by being cooled by the
吸熱部材12は、熱伝導性の高い材料、例えば銅、アルミニウムから形成された板状の部材である。吸熱部材12は被冷却部11と熱電モジュール20との間に設けられており、被冷却部11から発せられた熱を熱電モジュール20へと伝達する。
The
ヒートシンク13は、熱伝導性の高い材料、例えば銅、アルミニウムから形成され、複数のフィンを備える。ヒートシンク13は熱電モジュール20の熱を放散させることにより温度を下げる機能を有する。
The
ファン14は、ヒートシンク13のフィンと対向するように設けられている。ファン14によって、ヒートシンク13への空気の接触面積を拡大させることにより、P型熱電素子21及びN型熱電素子22の吸熱効果及び放熱効果を高めることが可能となる。
The
制御部15は、所定の制御装置からなり、熱電モジュール20内のP型熱電素子21とN型熱電素子22とに流す電流量を制御する。
The
本実施形態の熱電装置10では、熱電モジュール20内の第1の塗布膜25、第2の塗布膜26が、セラミック、アルミナ等を主体とする塗料を塗布することによって形成されている。これにより、プラスチック等の板状の部材を用いる構成とは異なり、膜を薄く形成することができ、熱伝導性を高めることが可能となる。更に、第1の塗布膜25と第2の塗布膜26とは、それぞれ第1の電極板23、第2の電極板24上にのみ形成する。これにより、複数の電極板に亘って一枚の熱伝導板を設ける構成と異なり、機械的な衝撃耐力を向上させることが可能である。更に、本実施形態では素子ホルダ27を備えることにより、良好に熱電素子間を絶縁することが可能であり、機械的な衝撃耐力もより向上させることが可能である。このように本実施形態によれば、電極上に形成する絶縁板として塗布膜を用いることによって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することができる。
In the
本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、P型熱電素子21とN型熱電素子22とを交互に配置させ、それぞれの熱電素子を第1の電極板23及び第2の電極板24によって接続する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、P型熱電素子21又はN型熱電素子22のみであってもよく、いずれかの熱電素子を複数設ける構成であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible.
For example, in the above-described embodiment, a configuration in which the P-type
更に、上述した実施形態では、熱電モジュール20を冷却するため、ヒートシンクとファンとを設ける構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、いずれか一方のみであってもよい。更に、ヒートシンク、ファン等以外の冷却手段によって冷却を行うことも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration in which the heat sink and the fan are provided in order to cool the
また、上述した実施形態では熱電モジュール20によって被冷却部11を冷却する構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、電流を逆方向に流すことにより、被冷却部に対応する位置に設けた物を加熱することも可能である。更には、本実施形態の熱電モジュールではペルチェ効果を用いているが、これに限られずゼーベック効果を用いてもよい。例えば熱電モジュールの一端を加熱し、他端を冷却(もしくは一端より低い温度)とすることで、熱電モジュール内に熱起電力を生じさせてもよい。
Moreover, although the embodiment mentioned above gave and demonstrated the structure which cools the to-
10 熱電装置
11 被冷却部
12 吸熱部材
13 ヒートシンク
14 ファン
15 制御部
20 熱電モジュール
21 P型熱電素子
22 N型熱電素子
23 第1の電極板
24 第2の電極板
25 第1の塗布膜
26 第2の塗布膜
27 素子ホルダ
28 シール材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記熱電素子に設けられた電極と、
絶縁材料から形成され前記電極を覆うように形成された塗布膜と、を備えることを特徴とする熱電モジュール。 At least one thermoelectric element;
An electrode provided on the thermoelectric element;
A thermoelectric module comprising: a coating film formed of an insulating material so as to cover the electrode.
前記P型熱電素子と前記N型熱電素子とは、前記電極を介して交互に接続されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱電モジュール。 The thermoelectric element comprises a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element,
The thermoelectric module according to any one of claims 1 to 4, wherein the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are alternately connected via the electrode.
前記熱電モジュールによって冷却される被冷却部と、を備えることを特徴とする熱電装置。 The thermoelectric module according to any one of claims 1 to 5,
A thermoelectric device comprising: a portion to be cooled that is cooled by the thermoelectric module.
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2009
- 2009-02-13 JP JP2009031725A patent/JP2010186963A/en active Pending
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