JP4297060B2 - 熱電変換装置 - Google Patents
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Description
吸熱電極基板(20)と放熱電極基板(30)との間に熱電素子基板(10)を挟み込んで組み合わせることにより、吸熱電極基板(20)は、隣接して配列されたN型熱電素子(13)とP型熱電素子(12)とを吸熱電極部(25)が直列的に接続されるように構成し、放熱電極基板(30)は、隣接して配列されたP型熱電素子(12)とN型熱電素子(13)とを放熱電極部(35)が直列的に接続されるように構成しており、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)は、少なくとも熱電素子群に沿って、複数個の吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)を連結させて帯状に形成して、第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されるように形成したことを特徴としている。
更に、吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)を連結することで、複数個となる第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)が少なくとも熱電素子群単位に帯状に一体で構成できる。これにより、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)の第2および第3絶縁基板(21、31)への組付作業が容易にできる。
請求項2に記載の発明では、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)は、接続部(23、33)を介して複数個の吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)を連結させてコルゲート状に形成し、第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、接続部(23、33)を切断して、吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されることを特徴としている。
請求項2に記載の発明によれば、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)の第2もしくは第3絶縁基板(21、31)への組付け作業が容易にできる。
吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)のいずれか一方の一端面にP型熱電素子(12)とN型熱電素子(13)とを交互に配列してなる熱電素子群を列設させるとともに、吸熱電極基板(20)と放熱電極基板(30)との間に熱電素子群を挟み込んで組み合わせることにより、吸熱電極基板(20)は、吸熱電極部(25)が隣接して配列されたN型熱電素子(13)とP型熱電素子(12)とを直列的に接続されるように構成し、放熱電極基板(30)は、放熱電極部(35)が隣接して配列されたP型熱電素子(12)とN型熱電素子(13)とを直列的に接続されるように構成しており、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)は、少なくとも熱電素子群に沿って、複数個の吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)を連結させて帯状に形成して、第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されるように形成したことを特徴としている。
請求項21に記載の発明では、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)は、接続部(23、33)を介して複数個の吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)を連結させてコルゲート状に形成し、第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、接続部(23、33)を切断して、吸熱電極部(25)もしくは放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されることを特徴としている。
請求項21に記載の発明によれば、第1吸熱電極部材(22)および第1放熱電極部材(32)の第2もしくは第3絶縁基板(21、31)への組付け作業が容易にできる。
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4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り、図2は熱電変換装置の主要部の構成を示す分解構成図、図3は図1に示すA矢視図、図4は熱電変換装置の全体構成を示す側面図である。
以上の第1実施形態では、電極部材16を熱電素子基板10に一体に構成したが、これに限らず、電極部材16を吸熱電極基板20および放熱電極基板30に一体に構成しても良い。
本実施形態では、熱電素子基板10と吸熱電極基板20との間、および熱電素子基板10と放熱電極基板30との間に電極基板40を設けて、その電極基板40に電極部材16を配設している。
以上の実施形態では、電極部材16と吸熱電極部25および放熱電極部35とを半田付けにより接合させるように構成したが、この間に絶縁層を形成するように構成しても良い。より具体的には、図8に示すように、電極部材16の一端面に電気的絶縁効果を有する絶縁フィルムからなる絶縁被膜層17を形成し、その絶縁被膜層17を挟んで吸熱電極部25および放熱電極部35を結合している。
以上の実施形態では、第2、第3絶縁基板21を吸熱電極部25および放熱電極部35の接合部近傍に設けたが、これに限らず、具体的には、図9および図10に示すように、吸熱電極基板20は、吸熱電極部25に対向する他端側に第2絶縁基板21の一端面を配置するように構成し、放熱電極基板30は、放熱電極部35に対向する他端側に第3絶縁基板31の一端面を配置するように構成している。
以上の実施形態では、隣接する熱電素子12、13に電極部材16を介して第1吸熱電極部材22の吸熱電極部25および第1放熱電極部材32の放熱電極部35を接合させたが、これに限らず、具体的には、図11に示すように、電極部材16を設けずに、隣接する熱電素子12、13に吸熱電極部25および放熱電極部35を接合させるように構成しても良い。
以上の実施形態では、第1吸熱電極部材22および第1放熱電極部材32を全体形状が略U字状に形成し、その底部に吸熱電極部25もしくは放熱電極部35を形成し、かつ吸熱電極部25もしくは放熱電極部35から外方に延出された平面に吸熱部26、放熱部36を形成したが、これに限らず、具体的には、図12および図13に示すように、第1吸熱電極部材22および第1放熱電極部材32を銅材などの導電性金属からなる板材を用いて全体形状を略櫛歯状に形成している。
以上の第7実施形態では、第1吸熱電極部材22および第1放熱電極部材32を二つの吸熱電極部25とこの二つの吸熱電極部25を連結する接続部23とが電気的に連通するように略櫛歯状に形成したが、これに限らず、略U字状に形成しても良い。具体的には、図14に示すように、第1吸熱電極部材22は形状が略U字状に形成され、その下端に隣接するN型熱電素子13とP型熱電素子12とを電気的に接続する吸熱電極部25を設け、この吸熱電極部25に対向する他端側を第2絶縁基板21に結合して隣り合う第1吸熱電極部材22を互いに電気的に絶縁するように一体構成している。
以上の実施形態では、熱電素子基板10を絶縁材料からなる第1絶縁基板11に、P型熱電素子12およびN型熱電素子13を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成したが、具体的には、図15に示すように、棒状からなるP型熱電素子12およびN型熱電素子13を成形型に交互に略碁盤目状に複数個配列し、その成形型に絶縁材料を注入して切断前熱電素子基板10aを成形加工した後、所望する板厚になるように切断前熱電素子基板10aを切断加工で形成しても良い。
以上の実施形態では、P型熱電素子12およびN型熱電素子13を第1絶縁基板11に交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成させたが、これに限らず、P型熱電素子12およびN型熱電素子13を電気的に接続する吸熱もしくは放熱電極部25、35のいずれか一方に交互に配列させてその電極部材を複数個配列させて構成しても良い。
以上の実施形態では、第1吸熱電極部材22および第1放熱電極部材32と放熱熱交換部材32aおよび吸熱熱交換部材22aとを第2、第3絶縁基板21、31に一体構成させたが、第1吸熱電極部材22および第1放熱電極部材32を熱電素子基板10に嵌合するように形成しても良い。
以上の実施形態では、第1吸熱電極部材22(もしくは第1放熱電極部材32)を吸熱電極部25(もしくは吸熱電極部35)と吸熱部26(もしくは放熱部36)とを別体で形成してそれぞれを伝熱可能に結合するようにして形成したが、これに限らず、吸熱電極部25(もしくは吸熱電極部35)と吸熱部26(もしくは放熱部36)とを一体に形成してなる吸熱電極部材(もしくは放熱電極部材)を少なくとも二つ以上の複数個結合させて第1吸熱電極部材22(もしくは第1放熱電極部材32)を形成しても良い。
以上の実施形態の他に、極小部品である熱電素子12、13を第1絶縁基板11に碁盤目状に複数個配列する組み付け方法として、図24に示すように、熱電素子基板10を第1絶縁基板11に熱電素子12、13を交互に略碁盤目状に配列するための複数個の係合孔14を形成して、吸熱電極基板20と放熱電極基板30とを組み合わせるときに、例えば、ロボットを用いた組み付け工程により熱電素子12、13を係合孔14に交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成しても良い。
11…第1絶縁基板(保持板)
11b…凸部
12…P型熱電素子
13…N型熱電素子
14…係合孔
15…溝部
16…電極部材
17…絶縁被膜層
20…吸熱電極基板(熱交換素子組立体、吸熱側熱交換素子組立体)
21…第2絶縁基板(保持板)
22…第1吸熱電極部材(熱交換素子)
22a…吸熱熱交換部材
25…吸熱電極部、電極部
25b…嵌合部
26…ルーバー、コルゲートフィン、吸熱部(吸熱部、熱交換部)
28…ケース部材
30…放熱電極基板(熱交換素子組立体、放熱側熱交換素子組立体)
31…第3絶縁基板(保持板)
32…第1放熱電極部材(熱交換素子)
32a…放熱熱交換部材
35…放熱電極部、電極部
35b…嵌合部
36…ルーバー、コルゲートフィン、放熱部(放熱部、熱交換部)
38…ケース部材
40…電極基板
Claims (21)
- 絶縁材料からなる第1絶縁基板(11)に、P型熱電素子(12)およびN型熱電素子(13)を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板(10)と、
隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを電気的に接続する吸熱電極部(25)、およびその吸熱電極部(25)より伝熱される熱を熱交換する吸熱部(26)を有する第1吸熱電極部材(22)を絶縁材料からなる第2絶縁基板(21)に略碁盤目状に複数個配列して構成された吸熱電極基板(20)と、
隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを電気的に接続する放熱電極部(35)、およびその放熱電極部(35)より伝熱される熱を熱交換する放熱部(36)を有する第1放熱電極部材(32)を絶縁材料からなる第3絶縁基板(31)に略碁盤目状に複数個配列して構成された放熱電極基板(30)とを備え、
前記吸熱電極基板(20)と前記放熱電極基板(30)との間に前記熱電素子基板(10)を挟み込んで組み合わせることにより、
前記吸熱電極基板(20)は、隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを前記吸熱電極部(25)が直列的に接続されるように構成し、
前記放熱電極基板(30)は、隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを前記放熱電極部(35)が直列的に接続されるように構成しており、
前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、少なくとも前記熱電素子群に沿って、複数個の前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)を連結させて帯状に形成して、前記第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されるように形成したことを特徴とする熱電変換装置。 - 前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、接続部(23、33)を介して複数個の前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)を連結させてコルゲート状に形成し、前記第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、前記接続部(23、33)を切断して、前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換装置。
- 前記熱電素子基板(10)には、隣接する前記熱電素子(12、13)間を電気的に接続する平板状の導電性材料からなる電極部材(16)が隣接する前記熱電素子(12、13)の両端面に接合され、
前記吸熱電極基板(20)と前記放熱電極基板(30)との間に前記熱電素子基板(10)を挟み込んで組み合わせるときに、
前記吸熱電極基板(20)は、隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを前記吸熱電極部(25)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成するとともに、
前記放熱電極基板(30)は、隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを前記放熱電極部(35)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変換装置。 - 前記吸熱電極基板(20)には、前記熱電素子基板(10)に隣接する前記熱電素子(12、13)間を電気的に接続する平板状の導電性材料からなる電極部材(16)が前記吸熱電極部(25)の一端面に接合され、
前記放熱電極基板(30)には、前記熱電素子基板(10)に隣接する前記熱電素子(12、13)間を電気的に接続する平板状の導電性材料からなる電極部材(16)が前記放熱電極部(35)の一端面に接合され、
前記吸熱電極基板(20)と前記放熱電極基板(30)との間に前記熱電素子基板(10)を挟み込んで組み合わせときに、
前記吸熱電極基板(20)は、隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを前記吸熱電極部(25)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成するとともに、
前記放熱電極基板(30)は、隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを前記放熱電極部(35)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変換装置。 - 前記第2絶縁基板(21)および前記第3絶縁基板(31)は、前記電極部材(16)を略碁盤目状に配列し、かつ前記電極部材(16)の一端面側に凹状の溝部(24、34)が形成されるように一体成形で形成し、
前記吸熱電極基板(20)は、前記吸熱電極部(25)が前記溝部(24)に嵌合して前記電極部材(16)の一端面に接合され、
前記放熱電極基板(30)は、前記放熱電極部(35)が前記溝部(34)に嵌合して前記電極部材(16)の一端面に接合されていることを特徴とする請求項4に記載の熱電変換装置。 - 前記熱電素子基板(10)に隣接する前記熱電素子(12、13)間を電気的に接続する平板状の導電性材料からなる電極部材(16)と、
前記電極部材(16)を絶縁材料からなる第4絶縁基板(41)に略碁盤目状に複数個配列して構成された電極基板(40)とが設けられ、
前記吸熱電極基板(20)、前記電極基板(40)、前記熱電素子基板(10)、前記電極基板(40)、および前記放熱電極基板(30)とを重ねて組み合わせたときに、
前記吸熱電極基板(20)は、隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを前記吸熱電極部(25)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成するとともに、
前記放熱電極基板(30)は、隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを前記放熱電極部(35)が前記電極部材(16)を介して直列的に接続されるように構成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変換装置。 - 前記電極部材(16)は、前記第1吸熱電極部材(22)に形成された前記吸熱電極部(25)および前記第1放熱電極部材(32)に形成された前記放熱電極部(35)の板厚よりも厚肉に形成していることを特徴とする請求項3ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 前記電極部材(16)は、前記吸熱電極部(25)および前記放熱電極部(35)の板厚が0.1〜0.3mm程度に形成しているのに対して、少なくとも0.2〜0.5mm程度の板厚で前記吸熱電極部(25)および前記放熱電極部(35)よりも厚く形成していることを特徴とする請求項7に記載の熱電変換装置。
- 前記電極部材(16)と前記吸熱電極部(25)、および前記電極部材(16)と前記放熱電極部(35)との間には、絶縁材料からなる絶縁被膜層(17)を介して接合されていることを特徴とする請求項3ないし請求項8のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 前記第1絶縁基板(11)は、前記P型熱電素子(12)および前記N型熱電素子(13)を交互に略碁盤目状に配列するための複数個の係合孔(14)が形成され、
前記熱電素子基板(10)は、前記吸熱電極基板(20)と前記放熱電極基板(30)とを組み合わせる前に、前記P型熱電素子(12)および前記N型熱電素子(13)を前記係合孔(14)に交互に複数個配列して前記熱電素子群を列設したことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記熱電素子基板(10)は、棒状の前記P型熱電素子(12)および棒状の前記N型熱電素子(13)を成形型に交互に略碁盤目状に複数個配列し、その成形型に絶縁材料を注入して切断前熱電素子基板(10a)を成形加工した後、所望する板厚になるように前記切断前熱電素子基板(10a)を切断加工して形成したことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 前記第1絶縁基板(11)を構成する材料として、棒状の前記P型熱電素子(12)および棒状の前記N型熱電素子(13)を交互に配列するための複数個の溝部(15)を直線状に複数枚用意し、
前記熱電素子基板(10)は、棒状の前記P型熱電素子(12)および棒状の前記N型熱電素子(13)を前記材料の前記溝部(15)に交互に配列して、前記第1絶縁基板(11)を構成する材料を複数枚接合することにより、一体化し、所望する板厚の前記第1絶縁基板(11)になるように切断加工して形成されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記熱電素子基板(10)には、隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)との間に突出し状の凸部(11b)が両面に形成されるとともに、
前記吸熱電極部(25)および前記放熱電極部(35)には、前記凸部(11b)に嵌合する嵌合部(25b、35b)が形成され、
前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、前記嵌合部(25b、35b)を前記凸部(11b)に嵌合させることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記吸熱電極基板(20)は、前記吸熱電極部(25)の接合部近傍に前記第2絶縁基板(21)の一端面を配置するように構成し、
前記放熱電極基板(30)は、前記放熱電極部(35)の接合部近傍に前記第3絶縁基板(31)の一端面を配置するように構成させていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記吸熱電極基板(20)は、前記吸熱電極部(25)に対向する他端側に前記第2絶縁基板(21)の一端面を配置するように構成し、
前記放熱電極基板(30)は、前記放熱電極部(35)に対向する他端側に前記第3絶縁基板(31)の一端面を配置するように構成させていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記熱電素子基板(10)を区画壁として、前記熱電素子基板(10)の両側に送風通路を形成するケース部材(28、38)が設けられ、
前記ケース部材(28、38)は、前記第1吸熱電極部材(22)もしくは前記第1放熱電極部材(32)のいずれか一方を覆うことを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか一項に記載の熱電変換装置。 - 前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、全体形状が略U字状に形成し、その底部に平面状からなる前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)を形成し、かつ前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)から外方に延出された平面にルーバ状、またはオフセット状のいずれかの形状を成形加工で形成したことを特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 前記吸熱電極基板(20)は、前記第1吸熱電極部材(22)の外郭と前記第2絶縁基板(21)との隙間に樹脂材料からなるシール材を用いてポッティング処理されていることを特徴とする請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 前記熱電素子基板(10)、前記吸熱電極基板(20)、前記放熱電極基板(30)、および前記電極基板(40)は、それぞれのいずれかを複数個に分割し、それらを組み合わせるように構成していることを特徴とする請求項1ないし請求項18のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
- 複数のP型熱電素子(12)および複数のN型熱電素子(13)と、
隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを電気的に接続する吸熱電極部(25)、および吸熱電極部(25)より伝熱される熱を熱交換する吸熱部(26)を有する第1吸熱電極部材(22)を絶縁材料からなる第2絶縁基板(21)に略碁盤目状に複数個配列して構成された吸熱電極基板(20)と、
隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを電気的に接続する放熱電極部(35)、その放熱電極部(35)より伝熱される熱を熱交換する放熱部(36)を有する第1放熱電極部材(32)を絶縁材料からなる第3絶縁基板(31)に略碁盤目状に複数個配列して構成された放熱電極基板(30)とを備え、
前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)のいずれか一方の一端面に前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを交互に配列してなる熱電素子群を列設させるとともに、前記吸熱電極基板(20)と前記放熱電極基板(30)との間に熱電素子群を挟み込んで組み合わせることにより、
前記吸熱電極基板(20)は、前記吸熱電極部(25)が隣接して配列された前記N型熱電素子(13)と前記P型熱電素子(12)とを直列的に接続されるように構成し、
前記放熱電極基板(30)は、前記放熱電極部(35)が隣接して配列された前記P型熱電素子(12)と前記N型熱電素子(13)とを直列的に接続されるように構成しており、
前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、少なくとも前記熱電素子群に沿って、複数個の前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)を連結させて帯状に形成して、前記第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されるように形成したことを特徴とする熱電変換装置。 - 前記第1吸熱電極部材(22)および前記第1放熱電極部材(32)は、接続部(23、33)を介して複数個の前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)を連結させてコルゲート状に形成し、前記第2もしくは第3絶縁基板(21、31)に結合させた後に、前記接続部(23、33)を切断して、前記吸熱電極部(25)もしくは前記放熱電極部(35)のそれぞれが互いに電気的に絶縁されることを特徴とする請求項20に記載の熱電変換装置。
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