JP2011071338A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電素子(22)は、互いに積層されて帯状に延びる第1絶縁性基板(A)及び第2絶縁性基板(B)を備えている。また、第1絶縁性基板(A)の上面に形成された複数の吸熱側電極(2)と、その両面に形成されスルーホール(7)で接続された複数の放熱側電極(3)と、吸熱側電極(2)と放熱側電極(3)とにそれぞれ接するように薄膜形成されたp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)とを備えている。さらに、第2絶縁性基板(B)の両面に形成され、スルーホール(7)で接続されるとともに下面が吸熱側電極(2)に接続された複数の吸熱側電極(8)とを備えている。
【選択図】図6
Description
互いに積層されるとともに前記第1流体流路部材(21)及び第2流体流路部材(25)の長手方向に沿って帯状に延びる第1絶縁性基板(A)及び第2絶縁性基板(B)と、
前記第1絶縁性基板(A)の前記第2絶縁性基板(B)側の面に、該第1絶縁性基板(A)の長手方向に互いに間隔をあけて形成された複数の第1電極(2)と、
前記第1絶縁性基板(A)の両面に、前記各第1電極(2)に隣り合うように該第1電極(2)と離隔してそれぞれ形成され、該第1絶縁性基板(A)の厚さ方向に延びるスルーホール(7)によって両面が接続された複数の第2電極(3)と、
前記第2絶縁性基板(B)の両面に、該第2絶縁性基板(B)の長手方向に互いに間隔をあけて形成され、該第2絶縁性基板(B)の厚さ方向に延びるスルーホール(7)によって両面が接続されるとともに、前記第1絶縁性基板(A)側の面が前記第1電極(2)に接続された複数の第3電極(8)と、
前記第1絶縁性基板(A)の前記第2絶縁性基板(B)側の面に、前記第1電極(2)と該第1電極(2)の両隣の前記第2電極(3)とにそれぞれ接するように薄膜形成された第1導電型熱電材料(5)及び第2導電型熱電材料(6)とを備えていることを特徴とするものである。
前記第1及び第2流体流路(21,25)のうち一方は、対象流体としての冷媒が流れる冷媒管(21)で構成され、他方は、対象流体としての空気と熱交換するフィン群(25)で構成されていることを特徴とするものである。
前記熱電素子(22)は、前記冷媒管(21)を挟み込むように一対で設けられ、
前記各熱電素子(22)の前記冷媒管(21)側とは反対側の面には、前記フィン群(25)が設けられていることを特徴とするものである。
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)には、それぞれ異なる電流値の電流が供給されていることを特徴とするものである。
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)は、電気的に直列に接続されていることを特徴とするものである。
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)は、電気的に並列に接続されていることを特徴とするものである。
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の幅が異なっていることを特徴とするものである。
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の厚みが異なっていることを特徴とするものである。
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の数量が異なっていることを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施形態1に係る熱交換器の構成を概略的に示す正面図、図2は熱交換器の構成を示す断面図、図3は図2のY−Y断面図である。図1〜図3に示すように、この熱交換器(10)は、対象流体として空気(以下、対象空気という)を冷却する気体冷却器であり、複数の熱交換モジュール(20)と、入口側ヘッダ(35)と、出口側ヘッダ(36)とを備えている。
図4は、熱電素子の絶縁性基板間における横断面図、図5は平面図、図6は縦断面図である。図4〜図6に示すように、熱電素子(22)は、第1絶縁性基板(A)と第2絶縁性基板(B)とが積層されて構成されている。
以上のように、本実施形態1に係る熱交換器(10)によれば、第1絶縁性基板(A)と第2絶縁性基板(B)との間にのみp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)を薄膜形成するため、熱電素子(22)のサイズを大きくしても、p型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)に作用する熱応力が増加することが抑制される。また、薄膜形成されたp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)の面内方向に電流を流して温度差を生じさせるため、低温側から高温側までの距離が大きくなり、温度差が大きくなる。また、第1絶縁性基板(A)と第2絶縁性基板(B)との間にp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)が設けられているため、p型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)を表面に設ける場合に比べて、曲げ力が作用したときでもp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)に作用する引張応力又は圧縮応力が小さくなって、破損しにくくなる。
図7(a)は電流値と温度差に対する最大COPの変化を示すグラフ図、図7(b)は本実施形態2に係る熱電素子の構成を示す平面図である。前記実施形態1との違いは、各帯状電極列(9)に対してそれぞれ異なる電流値の電流を供給するようにした点であるため、以下、実施形態1と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
図8(a)は熱電材料の形状に対する最大COPの変化を示すグラフ図、図8(b)は本実施形態3に係る熱電素子の図7相当図である。前記実施形態1との違いは、各帯状電極列(9)におけるp型熱電材料(5)及びn型熱電材料(6)の幅や厚みを変更するようにした点である。
図9(a)は熱電材料の数量に対する最大COPの変化を示すグラフ図、図9(b)は本実施形態4に係る熱電素子の図7相当図である。前記実施形態1との違いは、各帯状電極列(9)間で熱電材料の数量を変更するようにした点である。
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
3 放熱側電極(第2電極)
5 p型熱電材料(第1導電型熱電材料)
6 n型熱電材料(第2導電型熱電材料)
7 スルーホール
8 吸熱側電極(第3電極)
10 熱交換器
21 マイクロチャネル(第1流体流路部材、冷媒管)
22 熱電素子
25 フィン群(第2流体流路部材)
A 第1絶縁性基板
B 第2絶縁性基板
Claims (9)
- 熱電素子(22)と、該熱電素子(22)を挟み込むように配置され、該熱電素子(22)と対象流体との間で熱交換を行うための第1流体流路部材(21)及び第2流体流路部材(25)とを備えた熱交換器であって、
前記熱電素子(22)は、
互いに積層されるとともに前記第1流体流路部材(21)及び第2流体流路部材(25)の長手方向に沿って帯状に延びる第1絶縁性基板(A)及び第2絶縁性基板(B)と、
前記第1絶縁性基板(A)の前記第2絶縁性基板(B)側の面に、該第1絶縁性基板(A)の長手方向に互いに間隔をあけて形成された複数の第1電極(2)と、
前記第1絶縁性基板(A)の両面に、前記各第1電極(2)に隣り合うように該第1電極(2)と離隔してそれぞれ形成され、該第1絶縁性基板(A)の厚さ方向に延びるスルーホール(7)によって両面が接続された複数の第2電極(3)と、
前記第2絶縁性基板(B)の両面に、該第2絶縁性基板(B)の長手方向に互いに間隔をあけて形成され、該第2絶縁性基板(B)の厚さ方向に延びるスルーホール(7)によって両面が接続されるとともに、前記第1絶縁性基板(A)側の面が前記第1電極(2)に接続された複数の第3電極(8)と、
前記第1絶縁性基板(A)の前記第2絶縁性基板(B)側の面に、前記第1電極(2)と該第1電極(2)の両隣の前記第2電極(3)とにそれぞれ接するように薄膜形成された第1導電型熱電材料(5)及び第2導電型熱電材料(6)とを備えていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1において、
前記第1及び第2流体流路(21,25)のうち一方は、対象流体としての冷媒が流れる冷媒管(21)で構成され、他方は、対象流体としての空気と熱交換するフィン群(25)で構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2において、
前記熱電素子(22)は、前記冷媒管(21)を挟み込むように一対で設けられ、
前記各熱電素子(22)の前記冷媒管(21)側とは反対側の面には、前記フィン群(25)が設けられていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2又は3において、
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)には、それぞれ異なる電流値の電流が供給されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2又は3において、
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)は、電気的に直列に接続されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2又は3において、
前記熱電素子(22)には、前記第1乃至第3電極(2,3,8)、並びに前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)で構成される帯状電極列(9)が、空気流通方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
前記各帯状電極列(9)は、電気的に並列に接続されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項4乃至6のうち何れか1つにおいて、
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の幅が異なっていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項4乃至6のうち何れか1つにおいて、
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の厚みが異なっていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項4乃至6のうち何れか1つにおいて、
前記各帯状電極列(9)は、空気流通方向の上流側と下流側とで前記第1及び第2導電型熱電材料(5,6)の数量が異なっていることを特徴とする熱交換器。
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