JP2013089821A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高性能で搭載性に優れるとともに、低コスト化も実現可能な熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】実施例の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３をそれぞれ有する第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃと、第１、２ハウジング１３、１５とを備えている。第１ハウジング１３はポリアミド系樹脂によって得られている。第１ハウジング１３には、第１流路１３ａと装着孔１３ｂ〜１３ｄとが形成されている。各装着孔１３ｂ〜１３ｄには各第１基板１が各々装着され、各装着孔１３ｂ〜１３ｄの各内周面１３ｅと各第１基板１の外周面１ｅとの間には、それぞれシール材１９が設けられている。一方、第２ハウジング１５はアルミによって得られている。第２ハウジング１５には第２流路１５ａが形成されており、第２流路１５ａには第２コルゲートフィン１１が設けられている。第２ハウジング１５の外周面１５ｂには、各第２基板３が接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は熱電変換モジュールに関する。

特許文献１に従来の熱電変換モジュールが開示されている。この熱電変換モジュールは、素子側面を有し、互いに対向する一対の基板と、各素子側面にそれぞれ電極を介して接続された複数個の熱電変換素子とを備えている。

この熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子が生じさせるペルチェ効果により、一方の基板側で吸熱又は放熱を生じさせ、他方の基板側では、一方の基板側とは反対となる放熱又は吸熱を生じさせることが可能となっている。このような各基板間における熱の移動を利用することにより、この熱電変換モジュールでは、熱交換媒体等を冷却又は加熱することが可能となる。このため、熱電変換モジュールは、熱交換媒体を利用した各種の冷却装置や空調装置等に採用されつつある。また、このような熱電変換モジュールは、ゼーベック効果により、温度差に基づく発電を行うことも可能である。

このような熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高める目的から、例えば、基板において素子側面の裏側となる面にフィンが設けられ得る。この際、上記のような目的から、フィンには金属等の伝熱材料が用いられ、基板とフィンとは加熱によって接合され得る。

特開２００４−２０７４２８号公報

しかし、フィンを基板に対して接合する際、フィンや基板は高温に曝され、その後にそれらが常温に戻ることで、基板には熱変形が生じ易い。この際、応力負荷によって熱電変換素子に損傷が生じ易くなる問題がある。

そこで、各基板及びフィンを各々小さくすることで、熱変形を小さくし、応力負荷を低減させることが考えられる。しかし、この場合、各基板に熱電変換素子を多く設けることができないことから、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が低減し、熱電変換モジュールの性能が低下してしまうこととなる。

このため、小型の基板を複数枚組み合わせることにより、全体としての熱伝変換素子の数の減少を抑制し、熱電変換モジュールの性能低下を補う構成が採用され得る。しかしながら、基板の枚数を増加させた場合、個々の基板同士の取り回しが困難となる。

また、熱交換媒体として流体を採用する場合、流体による熱電変換素子の漏電や劣化を防止するため、シール材による気密性の確保が求められる。この場合、複数枚の基板毎にシール材を設ける必要があることから、熱電変換モジュール全体が大型化し、冷却装置や空調装置における熱電変換モジュールの搭載性が低下する問題も生じる。さらに、各基板には、シール材を設けるためのスペースが必要となることから、各基板を十分に小型化することができず、各熱電変換モジュールの製造コストも増加する問題も生じることとなる。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高性能で搭載性に優れるとともに、低コスト化も実現可能な熱電変換モジュールを提供することを解決すべき課題としている。

本発明の熱電変換モジュールは、複数個の熱電変換素子が電極を介して接続された素子側面と、該素子側面の裏側に位置し、フィンが接合されたフィン側面と、該素子側面の外周と該フィン側面の外周とを繋ぐ外周面とを有する複数枚の基板と、
熱交換媒体が流通可能な流路が内部に形成されているとともに、該流路と連通する複数の装着孔が形成されたハウジングとを備え、
各前記基板は、各前記フィンが前記流路内に位置しているとともに、前記基板の前記外周面と前記装着孔の内周面との間にシール部材が設けられた状態で
該装着孔に各々装着されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の熱電変換モジュールでは、フィン側面にフィンが接合された各基板が各々装着孔に装着されることより、各フィンが流路内に位置している。このため、この熱電変換モジュールでは、流路内を流通する熱交換媒体に対する吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高くすることができる。

また、この熱電変換モジュールでは、各基板が各々装着孔に装着されることで、ハウジングと各基板とが一体化されている。このため、この熱電変換モジュールでは、複数の基板を備えつつも、各基板同士の取り回しが容易となっている。

さらに、この熱電変換モジュールでは、シール材により、流路がハウジングの外部に対して封止されるため、熱交換媒体による熱電変換素子の漏電や劣化等が防止される。この際、この熱電変換モジュールでは、各基板の各外周面と各装着孔の各内周面との間にシール材が設けられることで、シール材による気密性が確保されるため、シール材の使用量を低減することが可能となる。ここで、基板の外周面とは、素子側面の外周とフィン側面の外周とを繋ぐ面であり、基板の厚みとなる部分である。このように、各基板の各外周面にシール材が設けられることから、この熱電変換モジュールでは、例えば、各基板のフィン側面等に対し、シール材を設けるためのスペースを別途設ける必要がない。このため、この熱電変換モジュールでは、各基板を十分に小型化させることが可能となる。

したがって、本発明の熱電変換モジュールは、高性能で搭載性に優れているとともに、低コスト化も実現可能である。

熱交換媒体としては、液体である水やロングライフクーラント（ＬＬＣ）等の冷却液を採用できる他、空気等の気体を採用することもできる。また、シール材としては、各種のコーキング材の他、液状ガスケットやＯリング等を採用することができる。

また、各フィン側面と各フィンとは、ろう付けによる接合が可能である他、はんだ等による接合も可能である。ここで、ろう付けによる接合は、はんだ等による接合の場合と比較して、各基板と各フィンとが強固に接合される。また、はんだ等による接合に比較して、ろう付けによる接合は、薬品等による耐腐食性が高くなる。これらのため、ろう付けによって各フィン側面と各フィンとを接合することで、熱電変換モジュールの耐久性を高くすることが可能となる。また、この場合、上記のＬＬＣのように熱交換媒体として採用可能な液体の種類を増加させることが可能となる。また、各フィン側面に対し、複数のフィンを接合させても良い。

一方、電極と熱電変換素子との接続には、はんだ付け等を採用することができる。特に、ろう付けと比較して、はんだ付けは低温で行われることから、電極と熱電変換素子との接続に際し、各基板における熱変形が低減されるため、好適である。

また、本発明の熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子を挟んだ他方側にも、上記の各基板、各フィン及びハウジングがそれぞれ設けられる構成としても良い。

特に、本発明の熱電変換モジュールにおいて、上記の各基板はそれぞれ第１基板であり、上記の電極は第１電極であり、上記の素子側面は第１素子側面であり得る。また、上記のフィンは第１フィンであり、上記のフィン側面は第１フィン側面であり、上記のハウジングは第１ハウジングであり、上記の流路は第１流路であり得る。そして、本発明の熱電変換モジュールは、第１素子側面と反対側の面であって、各熱電変換素子が第２電極を介して接続された第２素子側面と、第２素子側面の裏側に位置する第２フィン側面とを有する複数枚の第２基板を備え得る。また、第２熱交換媒体が流通可能な第２流路が内部に形成された第２ハウジングとを備え得る。そして、各第２基板は第２ハウジングの外周面に装着され、第２流路内には、第２ハウジングにおける外周面の裏面に装着された第２フィンが設けられていることが好ましい（請求項２）。

この場合、各第１基板の各第１素子側面と、各第２基板の各第２素子側面とが対向し、各熱電変換素子が各第１基板と各第２基板との間に配置されることとなる。そして、この熱電変換モジュールでは、第２流路内に第２フィンが設けられている。より具体的に説明すると、この第２フィンは第２ハウジングにおける外周面の裏面に装着されている。これにより、各第２基板側においても、第２熱交換媒体に対する吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高くなり、熱電変換モジュールがより高性能となる。

また、この熱電変換モジュールでは、各第２基板が第２ハウジングの外周面に装着されていることから、各第２基板同士の取り回しも容易となっている。

第２熱交換媒体については、上記のように、液体を採用することが可能である他、気体を採用することも可能である。また、第２熱交換媒体は、第１熱交換媒体と同一であっても良く、異なっていても良い。

さらに、この熱電変換モジュールにおいて、第２ハウジングは金属材料からなり得る。そして、各第２基板の各第２フィン側面と第２ハウジングとは熱的に接合されていることが好ましい（請求項３）。

この場合、各第２基板と第２ハウジングと間において、シール材が不要となる。これにより、各第２基板においてもシール材を設けるためのスペースが不要となり、各第２基板の小型化を実現できる。このため、熱電変換モジュールの製造コストの増加を抑制することが可能となる。

また、第２フィン側面と第２ハウジングとが熱的に接合されることにより、各第２基板側において、第２熱交換媒体に対する吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果がより高くなり、熱電変換モジュールがより高性能となる。さらに、第２ハウジングが金属材料で得られることにより、第２ハウジングにおける耐熱性や耐薬品性も高くなる。

各第２フィン側面と第２ハウジングの外周面とは、直接接合され得る他、例えば金属板等を介して間接的に接合されても良い。ここで、各第２フィン側面と第２ハウジングの外周面との接合は、ろう付けによって行うことが可能である他、はんだ付け等によっても行うことが可能である。

また、第１ハウジングは樹脂材料からなることが好ましい（請求項４）。上記のように、第２ハウジングを金属材料で得た場合、第２熱交換媒体に対する吸熱等の効果を高くできる一方、加熱された第２熱交換媒体が第２流路内を流通することで、第２ハウジングが熱変形し易くなる。このため、応力負荷により各熱電変換素子に損傷が生じ易くなることが懸念される。そこで、金属材料よりも弾性変形し易い樹脂材料によって、第１ハウジングを得ることで、第１ハウジング自体の弾性変形によって、第２ハウジングの熱変形を吸収することが可能となり、応力負荷による各熱電変換素子の損傷を防止することが可能となる。

また、樹脂材料であることから、第１ハウジングを容易に得ることが可能となる。ここで、樹脂材料としては、上記のように弾性変形が可能である他、耐熱性や耐薬品性が高いことが望ましい。これらの条件を満たす樹脂材料としては、例えば、ポリアミド系樹脂等を挙げることができる。なお、樹脂材料には、繊維強化樹脂等も含まれる。

本発明の熱電変換モジュールにおいて、シール材は弾性変形可能な材料からなることが好ましい（請求項５）。この場合、第１ハウジングが得られる材料の如何を問わず、シール材自身の弾性変形によって、第２ハウジングの熱変形を吸収することが可能となる。このため、例えば、第１ハウジングが金属材料によって得られた場合であっても、シール材自身の弾性変形により第１、２ハウジングにおけるそれぞれの熱変形を吸収することが可能となる。一方、上記のように、第１ハウジングが樹脂材料で得られた場合には、第１ハウジングにおける弾性変形と、シール材における弾性変形とにより、第２ハウジングの熱変形をより好適に吸収することが可能となる。このため、応力負荷による各熱電変換素子の損傷をより好適に防止することが可能となり、熱電変換モジュールがより高性能となる。

シール材は、単に弾性変形が可能であるだけでなく、各第１、２ハウジングと同様に、耐熱性や耐薬品性が高いことがより望ましい。このようなシール材としては、例えばシリコーン樹脂等を挙げることができる。

また、第１基板は、セラミック基板と、セラミック基板において少なくとも第１フィン側面となる面に、セラミック基板と一体に接合された金属箔とからなり得る。そして、第２基板は、セラミック基板と、セラミック基板において少なくとも第２フィン側面となる面に、セラミック基板と一体に接合された金属箔とからなることが好ましい（請求項６）。この場合、セラミック基板により、各第１基板及び各第２基板における絶縁性が好適に確保される。また、第１、２基板にそれぞれ設けられた金属箔によって、各第１フィン側面では、各第１フィンとの接合が容易となり、各第２フィン側面では、第２ハウジングの外周面との接合が容易となる。なお、セラミック基板は、例えば窒化アルミ等で得ることができ、金属箔は、例えばアルミ箔や銅箔等によって得ることができる。

本発明の熱電変換モジュールは、高性能で搭載性に優れているとともに、低コスト化も実現可能である。

実施例の熱電変換モジュールに係り、側面方向における断面図である。 実施例の熱電変換モジュールに係り、第１サブモジュールを示す断面図である。 実施例の熱電変換モジュールに係り、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’方向における断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

（実施例）
図１に示すように、実施例の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、第１、２電極５ａ、５ｂと、複数個の熱電変換素子７と、第１、２コルゲートフィン９、１１と、第１、２ハウジング１３、１５とを備えている。この熱電変換モジュールにおいて、第１、２基板１、３はそれぞれ三枚ずつ設けられている。また、第１コルゲートフィン９は三枚設けられており、第２コルゲートフィン１１は一枚設けられている。

また、この熱電変換モジュールにおいて、一対の第１、２基板１、３と、第１、２電極５ａ、５ｂと、複数個の熱電変換素子７と、第１コルゲートフィン９とが組み合わさることにより、集合体としてのサブモジュールを形成している。上記のように、この熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３及び第１コルゲートフィンが三枚ずつ設けられていることから、この熱電変換モジュールは、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃの三個を備えている。これらの第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃは、いずれも同一の構成である。以下、第１サブモジュールＡを例にして、各構成について詳細に説明する。

図２に示すように、第１サブモジュールＡにおける第１、２基板１、３は、同一形状の正方形に形成されて得られている。第１基板１は、第１素子側面１ａと、第１素子側面１ａの裏側に位置する第１フィン側面１ｂと、第１素子側面１ａと、第１素子側面１ａの裏側に位置する第１フィン側面１ｂと、第１素子側面１ａの外周と第１フィン側面１ｂの外周とを繋ぐ外周面１ｅとを有している。また、第２基板３も、第２素子側面３ａと、第２素子側面３ａの裏側に位置する第２フィン側面３ｂと、第２素子側面３ａの外周と第２フィン側面３ｂの外周とを繋ぐ外周面３ｅとを有している。第１素子側面１ａには電極５ａが設けられており、第２素子側面３ａには電極５ｂが設けられている。各電極５ａ、５ｂには、複数個の熱電変換素子７が接続されている。つまり、第１基板１と第２基板３とは、互いの間に複数個の熱電変換素子７を挟んだ状態で、第１素子側面１ａと第２素子側面３ａとを対向させた状態で配置されている。

各第１、２基板１、３は、それぞれ窒化アルミからなる第１、２セラミック基板１ｃ、３ｃと、各第１、２セラミック基板１ｃ、３ｃの一面、すなわち、各第１、２フィン側面１ｂ、３ｂにろう付けによって接合された第１、２アルミ箔１ｄ、３ｄとからなる。これらの各第１、２アルミ箔１ｄ、３ｄは、エッチング加工によってそれぞれ第１、２セラミック基板１ｃ、３ｃよりも極僅かに小さい相似形に形成されている。なお、各第１、２アルミ箔１ｄ、３ｄについて、それぞれ第１、２セラミック基板１ｃ、３ｃと同一の形状とすることもできる。

第１、２電極５ａ、５ｂは、それぞれ複数個のアルミ片が各第１、２素子側面１ａ、３ａにろう付けによって接合されることで形成されている。なお、これらの各アルミ片は、アルミの板がエッチング加工されることによって得られている。

各熱電変換素子７は、ビスマス・テルル系の合金等によって得られた公知のｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子からなる。これらの各熱電変換素子７は同一形状の角柱形状をなしている。また、各熱電変換素子７は、それぞれの端面で第１電極５ａ及び第２電極５ｂとはんだによって接合されている。これにより、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とは、第１基板１と第２基板３との間において、それぞれ格子状に配置されるとともに、第１電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂとによって電気的に直列に接続される。こうして、各熱電変換素子７は、第１基板１及び第２基板３によって熱的に並列に接続された状態となっている。

また、図１に示すように、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第２電極５ｂにはワイヤ１７ａ〜１７ｄがはんだ付けにより接合されている。このワイヤ１７ａ〜１７ｄにより、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃ同士が電気的に接続されている。なお、ワイヤ１７ａ、１７ｄの各一端は、それぞれ図示しない制御装置に対して電気的に接続されている。

図３に示すように、各第１コルゲートフィン９は、アルミの板が略クランク状の波型形状にプレス加工されることにより形成されている。このような波型形状に形成されることにより、各第１コルゲートフィン９には、複数の谷部９ａと山部９ｂとが一方向に繰り返されて形成されている。

各谷部９ａは、第１フィン側面１ｂ、すなわち、第１アルミ箔１ｄの表面と平行な状態となっており、各山部９ｂは第１フィン側面１ｂに立設された状態となっている。そして、各谷部９ａの裏面側と第１アルミ箔９ｄの表面とがろう付けされることにより、第１フィン側面１ｂに第１コルゲートフィン９が接合されている。この第１コルゲートフィン９が第１フィンに相当する。なお、第１フィンについては、第１コルゲートフィン９に限らず、例えば、第１フィン側面１ｂで略垂直に立設される板状部を有するものであっても良い。

図１に示すように、第１ハウジング１３は、ポリアミド系樹脂によって得られている。この第１ハウジング１３の内部には、第１熱交換媒体としての水が流通可能な第１流路１３ａが形成されている。この第１流路１３ａの上流側（同図に示す白色矢印参照）は、図示しない第１流入口と連通している。一方、第１流路１３ａの下流側は、図示しない第１流出口と連通している。これにより、水は第１流路１３ａ内を同図の白色矢印方向に流通することが可能となっている。また、この第１ハウジング１３には、第１流路１３ａに連通、すなわち、第１流路１３ａと第１ハウジング１３の外部とを繋ぐ装着孔１３ｂ〜１３ｄが三箇所に形成されている。これらの各装着孔１３ｂ〜１３ｄは、第１基板１よりも僅かに大きく形成されている。

各装着孔１３ｂ〜１３ｄには、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第１基板１がそれぞれ装着されている。これにより、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第１コルゲートフィン９がそれぞれ第１流路１３ａ内に位置した状態となるとともに、各第１セラミック基板１ｃ及び各第１アルミ箔１ｄの各外周面、すなわち、各第１基板１の外周面１ｅと、各装着孔１３ｂ〜１３ｄの各内周面１３ｅとがそれぞれ対向した状態となる。

各第１基板１の外周面１ｅと各装着孔１３ｂ〜１３ｄの各内周面１３ｅとの間には、それぞれシリコーン樹脂製のコーキング材からなるシール材１９が充填されている。これらの各シール材１９により、第１ハウジング１３の外部に対して、第１流路１３ａが封止されている。このシール材１９は、図３示すように、各第１アルミ箔１ｄの表面の一部を覆う状態で充填されている。

図１に示すように、第２ハウジング１５は、アルミによって得られている。この第２ハウジング１５の内部には、第２熱交換媒体としてのＬＬＣが流通可能な第２流路１５ａが形成されている。この第２流路１５ａの上流側（同図に示す白色矢印参照）は、図示しない第２流入口と連通している。一方、第２流路１５ａの下流側は、図示しない第２流出口と連通している。これにより、ＬＬＣは第２流路１５ａ内を同図の白色矢印方向に流通することが可能となっている。

また、第２ハウジング１５の外周面１５ｂには、三箇所にパンチングプレート２１ａ〜２１ｃの一面側がろう付けにより接合されている。これらのパンチングプレート２１ａ〜２１ｃは、それぞれアルミの板に対して複数個の孔が形成されることで得られている。また、各パンチングプレート２１ａ〜２１ｃの他面側には、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第２基板３のフィン側面３ｂ、より具体的には、各第２アルミ箔３ｄの表面がろう付けにより接合されている。これにより、第２ハウジング１５と各第２基板３とが熱的に接合された状態となっている。なお、各パンチングプレート２１ａ〜２１ｃを介さずに、第２ハウジング１５の外周面１５ｂと各アルミ箔３ｄの表面とを直接接合させても良い。

第２コルゲートフィン１１は、第２流路１５ａ内に配置されている。図３に示すように、第２コルゲートフィン１１は、第１コルゲートフィン９と同様、アルミの板が略クランク状の波型形状にプレス加工されて得られており、複数の谷部１１ａと山部１１ｂとが一方向に繰り返されて形成されている。また、第２コルゲートフィン１１の全長は、第１コルゲートフィン９の全長よりも長く形成されている。

第２コルゲートフィン１１における各谷部１１ａの裏面側と、第２ハウジング１５の内周面１５ｃ、つまり、第２ハウジング１５の外周面１５ｂの裏面となる面とは、ろう付けにより接合されている。これにより、第２流路内１５ａ内において、第２コルゲートフィン１１は、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃ間に亘って配置された状態となっている。つまり、図１に示すように、ＬＬＣの流通方向において、第１サブモジュールＡと第２サブモジュールＢとの間となる位置と、第２サブモジュールＢと第３サブモジュールＣとの間となる位置とにも、第２コルゲートフィン１１が配置された状態となっている。この第２コルゲートフィン１１が第２フィンに相当する。なお、第２フィンについても、第２コルゲートフィン１１に限らず、例えば、第２流路１５ａ内で略垂直に立設される板状部を有するものであっても良い。

以上のように構成された熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子７におけるペルチェ効果を利用することによって、水とＬＬＣとの間において熱の移動を行うことが可能となっている。

第１流路１３ａ内を流通する水の冷却を行う（水の熱をＬＬＣに移動させる）場合、制御装置は、各熱電変換素子７の第１基板１側が吸熱となり、各熱電変換素子７の第２基板３側が放熱となるように、各第１、２電極５ａ、５ｂに対して通電を行う。これにより、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第１基板１側では、第１流路１３ａ内の水から吸熱を行うとともに、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第２基板３側では、第２流路１５ａ内のＬＬＣに対して放熱を行う。こうして、第１流路１３ａ内を流通する水の冷却に冷却が行われるとともに、第２流路１５ａ内を流通するＬＬＣの加熱が行われる。

第２流路１５ａ内を流通するＬＬＣの冷却を行う（ＬＬＣの熱を水に移動させる）場合もほぼ同様である。つまり、制御装置は、各第１、２電極５ａ、５ｂに対し、上記の水の熱をＬＬＣに移動させる場合とは反対方向で通電を行う。これにより、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第２基板３側では、第２流路１５ａ内のＬＬＣから吸熱を行い、ＬＬＣの冷却が行われることとなる。一方、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃにおける第１基板１側では、第１流路１３ａ内の水に対して放熱を行うことから、水は加熱されることとなる。

この熱電変換モジュールでは、各第１フィン側面１ｂ（第１アルミ箔１ｄ）に第１コルゲートフィン９がそれぞれ接合された各第１基板１が、各々装着孔１３ｂ〜１３ｄに装着されることより、各第１コルゲートフィン９が第１流路１３ａ内に位置している。また、第２コルゲートフィン１１が第２流路１５ａ内に位置している。これらのため、この熱電変換モジュールでは、第１流路１３ａ内を流通する水及び第２流路１５ａ内を流通するＬＬＣに対する吸熱及び放熱の効果が高くなっている。

特に、この熱電変換モジュールでは、第２ハウジング１５がアルミによって得られており、各第２基板３の各第２フィン側面３ｂと第２ハウジング１５とは熱的に接合されている。このため、各第２基板３側において、ＬＬＣに対する吸熱及び放熱の効果がより高くなっている。また、第２ハウジング１５における耐熱性や耐薬品性も高くなっている。

また、この熱電変換モジュールでは、各第１基板１が各々装着孔１３ｂ〜１３ｄに装着されるとともに、各第２基板３が各パンチングプレート２１ａ〜２１ｃを介して各々第２ハウジング１５の外周面１５ｂに接合装されることで、第１、２ハウジング１３、１５と第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃとが一体化されている。このため、この熱電変換モジュールでは、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃの三個を備えつつも、第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃ同士の取り回しが容易となっている。

さらに、この熱電変換モジュールでは、各シール材１９により、第１流路１３ａが第１ハウジング１３の外部に対して封止されるため、水による熱電変換素子７の漏電や劣化等が防止される。この際、この熱電変換モジュールでは、各第１基板１の各外周面１ｅと各装着孔１３ｂ〜１３ｄの各内周面１３ｅとの間にシール材１９が設けられることで、シール材１９による気密性が確保されるため、シール材１９の使用量を低減することが可能となっている。また、各第１基板１の各外周面１ｅ、すなわち、各第１基板１における厚み部分にシール材１９が設けられることから、この熱電変換モジュールでは、例えば、各第１基板１のフィン側面１ｂ等に対し、シール材１９を設けるためのスペースを別途設ける必要がない。このため、この熱電変換モジュールでは、各第１基板１を十分に小型化させることが可能となる。なお、上記のように、各第２基板３は、各第１基板１と同一形状であることから、各第２基板３についても小型化されることとなる。

ここで、この熱電変換モジュールにおいては、シール材１９を充填する際、図３に示すように、各第１アルミ箔１ｄの表面の一部もシール材１９によって覆わせている。各第１アルミ箔１ｄの表面は、各第１セラミック基板１ｃと比較してより平滑となっていることから、各第１アルミ箔１ｄの表面に対し、各シール材１９が好適に接着されることとなる。このため、この熱電変換モジュールでは、各シール材１９による上記の機密性の確保が十分に高くなっている。

そして、この熱電変換モジュールでは、第１ハウジング１５がポリアミド系樹脂によって得られており、シール材１９がシリコーン樹脂によって得られている。これらのため、第１ハウジング１５及びシール材１９がそれぞれ弾性変形し易くなっている。上記のように、この熱電変換モジュールでは、第２ハウジング１５がアルミで得られているため、ＬＬＣに対する吸熱等の効果を高くできる一方、加熱されたＬＬＣが第２流路１５ａ内を流通することで、第２ハウジング１５が熱変形し易くなる。このため、応力負荷により各熱電変換素子７に損傷が生じ易くなることが懸念される。この点、この熱電変換モジュールでは、アルミよりも弾性変形し易いポリアミド系樹脂やシリコーン樹脂によって、第１ハウジング１３やシール材１９を得ることで、第１ハウジング１３自体や各シール材１９自体の弾性変形によって、第２ハウジング１５の熱変形を吸収することが可能となっている。このため、この熱電変換モジュールでは、応力負荷による各熱電変換素子７の損傷を好適に防止することが可能となっている。また、ポリアミド系樹脂やシリコーン樹脂によって、第１ハウジング１３やシール材１９を得ることで、第１ハウジング１３やシール材１９における耐熱性や耐薬品性も高くなっている。

したがって、この熱電変換モジュールは、高性能で搭載性に優れているとともに、低コスト化も実現可能である。

特に、各第１基板１は、第１セラミック基板１ｃと、第１セラミック基板１ｃの一面（第１フィン側面１ｂとなる面）に第１セラミック基板１ｃと一体に接合された第１アルミ箔１ｄとからなる。一方、各第２基板３は、第２セラミック基板３ｃと、第２セラミック基板３ｃの一面（第２フィン側面３ｂとなる面）に第２セラミック基板３ｃと一体に接合された第２アルミ箔３ｄとからなる。このため、各第１、２セラミック基板１ｃ、３ｃにより、各第１基板１及び各第２基板３における絶縁性が好適に確保されている。また、これらの第１、２基板１、３にそれぞれ設けられた第１、２アルミ箔１ｄ、３ｄによって、各第１フィン側面１ｂでは、各第１コルゲートフィン９との接合が容易となり、各第２フィン側面３ｂでは、パンチングプレート２１ａ〜２１ｃとの接合、すなわち、第２ハウジング１５の外周面１５ｂとの接合が容易となっている。

ここで、第１、２基板１、３について、上記のような構成とした場合、例えばセラミック基板のみによって第１、２基板１、３を構成した場合と比較して、高性能となる反面でその製造コストが上昇してしまう。しかし、この熱電変換モジュールでは、上記のように各第１、２基板１、３を十分に小型化させることが可能であるため、各第１、２基板１、３の製造コストの上昇を抑制しつつ、各第１、２基板１、３の性能を高くすることが可能となっている。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、各熱電変換素子７におけるゼーベック効果を利用することにより、実施例の熱電変換モジュールよって発電を行うこともできる。この場合、第１流路１３ａ内を流通する水や第２流路１５ａ内を流通するＬＬＣから受熱を行うこととなる。

また、実施例の熱電変換モジュールについて、四個以上のサブモジュールを設けることができる。さらに、実施例の熱電変換モジュールにおいて、サブモジュールを二個以下とすることもできる。

また、第２ハウジング１５について、第一ハウジング１３と同様に、第２流路１５ａと第２ハウジング１５の外部とを繋ぐ装着孔を三箇所に設ける構成とすることができる。この場合、各装着孔に第２基板３を各々装着させた状態で、各第２アルミ箔３ｄと各装着孔の内周面とをろう付け等によって接合させることにより、第２ハウジング１５と第１〜３サブモジュールＡ〜Ｃとを一体化させることができる。なお、この場合、第２コルゲートフィン１１は、第１コルゲートフィン９と同様に三枚設けられ、各第２基板３の第２フィン側面３ｂ（第２アルミ箔３ｄ）に各２コルゲートフィン１１が各々接合されることが好ましい。

さらに、各第１フィン側面１ｂに複数の第１コルゲートフィン９が接合される構成とすることができる。この場合、第１フィン側面１ｂにおける第１コルゲートフィン９同士のオフセット量は任意に設定することができる。同様に、第２流路１５ａ内に複数の第２コルゲートフィン１１が接合される構成とすることもできる。

また、第２コルゲートフィン１１について、第１コルゲートフィン９と同一の構成とするとともに、第２ハウジング１５について、第１ハウジング１３と同一の構成とすることができる。この場合、第２ハウジングもポリアミド系樹脂によって得られるとともに、上記の装着孔が設けられることとなる。さらに、各装着孔の内周面と各第２基板３の外周面３ｅとの間にもシール材１９が設けられ、各第２コルゲートフィンが第２流路内に位置することとなる。つまり、この場合の熱電変換モジュールは、各熱電変換素子７を挟んで第１ハウジング１３側と第２ハウジング側とが対称の形状となる。

本発明は、熱電変換素子のペルチェ効果を利用したバッテリの冷却装置や各種の冷却装置の他、空調装置等に利用可能であるとともに、熱電変換素子のゼーベック効果を利用した発電装置等に利用可能である。

１…第１基板（基板）
１ａ…第１素子側面（素子側面）
１ｂ…第１フィン側面（フィン側面）
１ｃ…第１セラミック基板（セラミック基板）
１ｄ…第１アルミ箔（金属箔）
１ｅ…外周面
３…第２基板
３ａ…第２素子側面
３ｂ…第２フィン側面
３ｃ…第２セラミック基板（セラミック基板）
３ｄ…第２アルミ箔（金属箔）
５ａ…第１電極（電極）
５ｂ…第２電極（電極）
７…熱電変換素子
９…第１コルゲートフィン（フィン、第１フィン）
１１…第２コルゲートフィン（第２フィン）
１３…第１ハウジング（ハウジング）
１３ａ…第１流路（流路）
１３ｂ〜１３ｄ…装着孔
１５…第２ハウジング
１５ａ…第２流路
１５ｂ…外周面
１９…シール材

Claims (6)

1. 複数個の熱電変換素子が電極を介して接続された素子側面と、該素子側面の裏側に位置し、フィンが接合されたフィン側面と、該素子側面の外周と該フィン側面の外周とを繋ぐ外周面とを有する複数枚の基板と、
   熱交換媒体が流通可能な流路が内部に形成されているとともに、該流路と連通する複数の装着孔が形成されたハウジングとを備え、
   各前記基板は、各前記フィンが前記流路内に位置しているとともに、前記基板の前記外周面と前記装着孔の内周面との間にシール部材が設けられた状態で
   該装着孔に各々装着されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 各前記基板はそれぞれ第１基板であり、
   前記電極は第１電極であり、
   前記素子側面は第１素子側面であり、
   前記フィンは第１フィンであり、
   前記フィン側面は第１フィン側面であり、
   前記ハウジングは第１ハウジングであり、
   前記流路は第１流路であり、
   前記第１素子側面と反対側の面であって、各前記熱電変換素子が第２電極を介して接続された第２素子側面と、該第２素子側面の裏側に位置する第２フィン側面とを有する複数枚の第２基板と、
   第２熱交換媒体が流通可能な第２流路が内部に形成された第２ハウジングとを備え、
   各前記第２基板は前記第２ハウジングの外周面に装着され、
   前記第２流路内には、該第２ハウジングにおける該外周面の裏面に装着された第２フィンが設けられている請求項１記載の熱電変換モジュール。
3. 前記第２ハウジングは金属材料からなり、
   各前記第２基板の各前記第２フィン側面と該第２ハウジングとは熱的に接合されている請求項２記載の熱電変換モジュール。
4. 前記第１ハウジングは樹脂材料からなる請求項３記載の熱電変換モジュール。
5. 前記シール材は弾性変形可能な材料からなる請求項３又は４記載の熱電変換モジュール。
6. 前記第１基板は、セラミック基板と、該セラミック基板において少なくとも前記第１フィン側面となる面に、該セラミック基板と一体に接合された金属箔とからなり、
   前記第２基板は、該セラミック基板と、該セラミック基板において少なくとも前記第２フィン側面となる面に、該セラミック基板と一体に接合された該金属箔とからなる請求項２乃至５のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。

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