JP5485701B2 - 熱電素子 - Google Patents

Description

本出願は、一般的には、熱電素子に関連し、詳細には、シートアセンブリ（seating assembly）などにおける温度制御（climate control）システムに使用するよう構成された熱電素子に関連する。

ペルチェ回路は、２つの面を有する熱電素子の１つのタイプであり、電流が回路を流れると、面のそれぞれは加熱、又は冷却される。例えば、熱電素子に対して第１の方向で電圧が印加されると、通常、１つの面は熱を発生し、一方、反対の面は熱を吸収する。熱電素子は、回路の極性を切替えることにより、反対の効果を生成するよう構成することができる。典型的には、熱電素子は異種材料を有する閉回路から成る。DC電圧が閉回路を通して印加されると、異種材料の接合点において温度変化が生じる。このため、電流が熱電素子を流れる方向に応じて、熱が放射、又は吸収されるかの一方となる。熱電素子は、電気的に連続して接続される幾つかのそのような接合点を有することができる。接合点は、素子の冷却面と加熱面を一般的に形成する２つのセラミック板の間に挟まれる。冷却面、及び加熱面は、一定量の空気又はその他流体で伝熱器を加熱することを助ける１以上の熱伝達素子（例えば、フィン（fin））に熱的に結合される。

シートアセンブリを選択的に加熱、及び／又は冷却するための熱電素子等を含む乗り物空調システムが、2005年1月31日に出願され、米国公開特許第2006/0130490号として公開された、米国特許出願番号第11/047,077号において開示されている。空気又はその他流体を選択的に加熱、及び／又は冷却するために、空気又はその他流体は熱電素子（例えば、ペルチェ回路）の冷却、及び／又は加熱面を通り抜ける、又は近接できる。そして、熱的に調整された空気又はその他流体は、乗り物シートの１以上の部分（例えば、シートの背中部分、シートの座る部分、首周りなど）に送られる。通常、熱電素子はコンパクト、及び簡素であるので、そのような設備は特に有利である。

本発明の第１の実施例による熱電システムは、１対の基板（substrate）、複数の半導体素子、並びに、第１、第２、及び第３の端子を有する。対向する対の基板の各々は、周辺端部、及びもう一方の対向する基板の表面に通常は対向する表面を有する。幾つかの実施例において、複数の半導体素子は対向する基板の対向する表面の間に位置付けされる。その他の実施例において、複数の半導体素子は、少なくとも２つのグループの異種の半導体素子を有する。複数の半導体素子は導体素子と電気的に直列に結合され、２つのグループの異種の半導体素子が交互のパターンで接続されるように配置される。

その他のアレンジにおいて、第１、第２及び第３の端子は、第３の端子を伴う導体素子と接続され、第３の端子は、導体素子と電気的に直列に結合された複数の半導体素子により生成される回路に沿って第１及び第２の端子の間に位置付けされ、並びに、第３の端子はスイッチを有する。幾つかの実施例において、電気的に結合された半導体素子は、複数の第１ノード、及び複数の第２ノードを有する。第１及び第２ノードは、半導体素子を流れる電流に応じて熱を放出又は吸収し、熱電システムのインピーダンスは第３の端子内に備えられたスイッチを切替えることにより制御される。

本発明の第２の実施例による熱電システムは、第１及び第２の対の第１及び第２の異種の導体素子、第１端子、第２端子、並びに第３端子を有する。第１の対の第１及び第２の異種導体素子は、第１の共通ノードにおいて互いに接続され、第１の対は第１の終端、及び第２の終端を有する。幾つかの実施例において、第２の対の第１及び第２の異種の導体素子は、第２のノードにおいて互いに接続され、第２の対は第１の終端、及び第２の終端を有する。第２の対の第１の終端は、第２のノードにおいて第１の対の第２の終端に接続される。１つの実施例において、第１の端子は第１の対の第１の終端と接続し、第２の端子は第２の対の第２の終端と接続し、第３の端子はスイッチを通じて第２のノードと接続する。スイッチは、第３の端子を通して電流を切替えることによって、熱電システムのインピーダンスを制御する。スイッチの切り替えは、熱電システムを通る電流の流れる方向と関連付けることができる。

幾つかの実施例において、第１の端子は第１の電圧に、そして第２の端子は第２の電圧に接続することができる。電流が第１及び第２の異種の導体素子の第１及び第２の対を通して流れるように、スイッチを開くことができる。第１の端子は第１の電圧に、そして第２の端子は第２の電圧に接続することができる。第３の端子は第２の電圧に接続することができ、電流が第１及び第２の異種の導体素子の第１の対のみを通して流れるように、スイッチを閉じることができる。

本発明のその他の実施例による熱電システムは、第１及び第２の異種の導体素子、第１及び第２の端子、並びに第３の端子を有する。第１の異種導体素子は、第１の終端、及び第２の終端を有する。第２の異種導体素子は第１の終端、及び第２の終端を有し、第２の異種導体素子の第１の終端は、第１の異種導体素子の第２の終端に接続する。幾つかの実施例において、第１の端子は、第１の異種導体素子の第１の終端に接続する。そして、第２の端子は、第１のノードにおいて第２の異種導体素子の第２の終端に接続する。更に、第３の端子は、スイッチを通して、第１の異種導体素子の第１の終端と第１のノードの間の接触ポイントに接続する。

幾つかの実施例において、スイッチは、第３の端子を通る電流を切替えることによって熱電システムのインピーダンスを制御する。スイッチは、第１の異種導体素子の第１の終端と第１のノードの間の接触ポイントに接続するスライド可能な脚（leg）を有することができる。１つの実施例において、スイッチは、第１の異種導体素子の第１の終端と第１のノードの間の複数の接触ポイントに接続された複数タップを有し、そしてスイッチは、有効時に複数タップの１つを閉じる。その他の実施例において、スイッチは複数タップの１つを選択するように構成され、第１の異種導体素子を通る電流は複数タップの１つを選択することにより制御される。

本発明のこれら、並びにその他の特徴、外観、及び優位性は、特定の望ましい実施例の図面を参考に記述され、図面は本発明を説明することを目的とするが、これに制限されない。図面は１６の図から成る。当然のことではあるが、添付された図面は、本発明の概念を説明することを目的としており、縮尺するためのものではない。

２つの端子を有する熱電素子の１つの実施例を図で示している。 １つの実施例による、３つの端子を有する熱電素子を図で示している。 ３つの端子及び有線タップを有するスイッチを備える熱電素子の回路図の１つの実施例を示している。 １つの実施例による、３つの端子及びスイッチを有する熱電素子の回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子の異なる実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子の異なる実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子の異なる実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子のその他の実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子のその他の実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子の更なるその他の実施例に対する回路図を示している。 中間端子を有する熱電素子の更なるその他の実施例に対する回路図を示している。 １つの実施例による熱電素子の分解斜視図を示している。 図８の組み立てられた熱電素子の側面斜視図を示している。 図８の熱電素子の側面図を示している。 図１０で示された熱電素子の１部分を拡大した図を示している。 ここで開示する様々な実施例に従う熱電素子を有するシートアセンブリにおける温度制御システムを図で示している。

ここで開示される熱電素子、及び様々なシステム、並びにそれらと関連する特徴は、シートアセンブリ（即ち、自動車シート、ベッド、ソファーなど）における温度制御システムとの関連において特段の有効性を持っており、これに関連して説明される。しかし、ここで取り上げられる、及び／又は説明される様々な実施例は、限定されるものではないが、例えば、その他の加熱、及び／若しくは冷却の装置、又はシステムなど、その他の状況においても同様に用いることができる。

図１の概略図を参照して、熱電素子１は、反対側の終端に位置する１対の端子T1、T2を有する。ここで開示される幾つかの、又は全ての実施例において、熱電素子１は、ペルチェ回路を有する。しかし、熱電素子１は、異なるタイプの電子回路又は構造を有することができる。このため、ここで記述される特徴、及び恩恵は、一定量の空気又はその他流体を選択的に加熱、及び／又は冷却するために使用される任意のタイプの電気的装置に適用できる。図１に示される実施例において、DC電圧が、終端端子T1、T2間で、熱電素子１を介して、印加される。ここで詳細に記述されるように、熱電素子１の冷却又は加熱効果は、端子T1、T2における印加電圧の極性を切替えることにより、選択的に反転することができる。

図１に示されるように、熱電素子１は、順番に配置される複数の異種の導体素子２，４を有する。対の導体素子２，４は、一連の反対向きの伝導体タブ８により互いに結合され、これは順番に、１対の対向する基板の間に置かれる（図８参照）。各基板は、熱伝導素子を通じてフィン又はその他の熱転送部品（図示されない）と熱的に結合される。

幾つかのアレンジにおいて、熱電素子１は、例えば、電気的に接続されたバッテリーの電圧（例えば、典型的な自動車バッテリーが利用されるのであれば、およそ13.5V）など、固定電圧で動作するように構成される。熱電素子１のインピーダンス、又はその他の電気的性質は、特定の電圧において、最適な冷却効果を生成するように選択することができる。しかし、固定電圧システムにおいては、熱電素子１を通る電流の方向が反転したとき（例えば、熱を生成するため）、一般的には、選択されたインピーダンスは最適ではない。

図２は、２つより多い電気端子T1、T2、T3を有する熱電素子１０の別の実施例を示す。ここで記述されるように、そのような構成は、加熱、及び／又は冷却の複数レベルを可能にする。図２において、熱電素子１０は、合計３つの端子T1、T2、T3を有する。２つの端子T1、T2は、一般的に、回路の反対側の終端に位置する終端端子である。第３の端子T3は、終端端子T1、T2の間に位置する中間端子である。

幾つかの実施例において、第３の端子T3に対する動作電圧は、電気スイッチ１６、及び／又はその他幾つかの方法、若しくは素子により、有線接触により制御することができる。１つ以上の中間端子T3を有する熱電素子１０は、回路の１つ以上の所望の部分に選択的に印圧するために使用できる。このため、従来の２端子熱電素子（図１）と異なり、このような改善された熱電素子１０は、素子１０に供給される電流量がおよそ一定のときに、加熱、及び／又は冷却の効果を変化させるよう構成することができる。当然ではあるが、第３の端子T3（又は、任意に追加された中間端子）の位置は、特定のアプリケーション又は使用による所望、又は要求に応じて、変動することができる。例えば、中間端子T3は、終端端子T1、T2の間のほぼ中間点に位置することができる。その他の実施例において、中間端子T3は、終端端子T1、T2の１つのより近くに置くことができる。

更に図２を参照して、電気スイッチ１６は、例えば、集積電界効果トランジスタ（FET）スイッチなど、半導体スイッチとできる。このため、上記したように、スイッチ１６は、熱電素子１０のインピーダンスを変化させるために用いることができる。例えば、素子１０のインピーダンスは、冷却効果が所望される時には増加され（例えば、電圧は終端端子T1、T2の間でかけられる）、又は、加熱効果が所望される時には減少される（例えば、電圧は終端端子T1、T2と中間端子T3の間でかけられる）。このため、所望する加熱、及び／又は冷却効果に従い、電流は、熱電素子１０の一部分のみを通り供給される。

図２を更に参照して、熱電素子１０は、第１の熱電材料１２と第２の熱電材料１４を有し、この両方は複数の伝導体素子１８により順番に接続される。上記したように、素子１０は、回路の１つの終端において第１の端子T1、回路の別の終端において第２の端子T2、及び一般的に、第１と第２の端子T1、T2の間の中間位置に沿い置かれる第３の端子T3を有する。幾つかの実施例において、第１の端子T1は第１の電圧と接続され、第２の端子T2は第２の電圧と接続される。更に、第３の端子T3は、スイッチ１６（例えば、有線接触、電気スイッチ１６など）を通して、第２の電圧と接続できる。

それ故に、素子１０が第１のモード（例えば、冷却）において動作するとき、スイッチ１６は開かれ、第１と第２の電圧の間の差分が第１と第２の端子T1、T2（例えば、終端端末）の間で印加される。従って、電流は全体、又は実質的に全体の回路を通り（例えば、第１と第２の熱電材料１２、１４を順番に通り）、流れる。あるいは、素子１０が第２のモード（例えば、加熱）において動作するとき、スイッチ１６は閉じられ、電流は回路の一部分のみ（例えば、第２と第３の端子T2、T3の間）を通して加えられる。これは、効果的に素子１０のインピーダンスを減少させることができ、特定のアプリケーション又は使用により所望、又は要求されるように、特定の固定電圧において、様々なレベルの加熱、及び／又は冷却を生成することができる。

図３を参照して、中間端子T3の切替えは、半導体スイッチ２６、又はその他同様の素子を用いて実現することができる。更に、図４に示すように、中間端子T3の選択的な切替えは、有線タップ３６を通して実現できる。その他の実施例において、半導体スイッチは素子の熱電材料内に組み込むことができる。そのようなアレンジにおいて、高電流を流す線への要求を排除することができる。

当然のことであるが、ここで記述する、及び／又は示す任意の素子を通る電流の方向は、所望又は要求に従い、相違する加熱、及び／又は冷却効果を生成するために反転することができる。このため、熱電素子は、特定の固定電圧において、特定の加熱効果に対して、大きさを決められ、設計され、あるいは構成することができる。冷却効果を生成するため電流が反転されるとき、熱電素子は、回路の一部分のみを通して電流を選択的に流すために、１つ以上の中間端子を有することができる。この結果、特定の電圧において、所望する加熱及び冷却効果の両方を、同一の熱電素子を用いて実現できる。

上記のように、１つ以上の中間端子を有する熱電素子は、特定の電圧（例えば、車バッテリー、又はその他のDC電源）において、一般的に最適化された冷却、及び／又は加熱効果を生成するために、大きさを決められ、設計され、あるいは構成される。中間端子なしでは、電流が反転されたとき、所望の反対の熱状態効果（例えば、加熱、及び／又は冷却）を生成することは困難であろう。これは、固定電圧システムにおいて、第１の熱状態モード（例えば、冷却）における所望の熱状態効果を生成するために使用されるインピーダンスが、第２のモード（例えば、加熱）における所望の反対の熱状態効果を生成することは出来そうもないからである。それ故に、中間端末、スイッチ、又はその他の電流ルーティング素子の使用は、所望の加熱、及び／又は冷却効果を生成するために、素子のインピーダンスを選択的に変更することである。

幾つかの実施例において、自動車、又はその他の乗り物における電力システムは、オルタネータが適切に動作しているとき、通常、およそ13.5ボルトを供給するバッテリーを有する。特定のアレンジにおいて、２つの回路（例えば、図１で開示された回路）は、これら回路を通るバッテリーの電圧の約半分を効果的に供給するために直列に接続される。熱電素子は、特定の電圧（例えば、自動車バッテリーにより供給される電圧）において、最適な、又は最適に近い冷却を提供するように構成できる。しかし、これは、電流が反転されたときに回路を通して得ることができる加熱量に影響を与えるかもしれない。このため、ここで説明し、記述したように、中間の端子を有する熱電素子を使うことにより、反対の熱状態モード（例えば、加熱、及び／又は冷却）において動作するときに、特性を犠牲にすることなしに、バッテリーの全電圧において所望の冷却、及び／又は加熱効果を供給するよう回路を設計することができる。そのような実施例は、連続して回路を設置する必要性を減らすことができ、これにより少ない複雑度の制御モジュールが得られる。加えて、特定の電圧において、同一の基板を用いて、最適、又は最適に近い冷却、及び／又は加熱を達成することができる。

中間端子56A、56B、56Cを有する熱電素子50A、50B、50Cの異なる実施例の図示された回路図が、図５Ａ−５Ｃで示される。図５Ａにおいて、示された熱電素子50Aは、２つの終端端子52A、54A、及び１つの中間端子56Aを有する。示された図において、中間端子56Aは、２つの終端端子52A、54Aの間のおよそ中間に位置する。しかし、その他の実施例において、中間端子56Aは、特定のアプリケーションによる所望、又は要求に応じて、２つの終端端子52A、54Aの１つにより近づいて置くことができる。

上記したように、熱電素子50Aを活性化するために、電流が２つの端子の間に供給される。図５Ａにおいて、電流は、矢印58A（例えば、52Aから54Aまで）により一般的に示される方向で、２つの終端端子52A、54Aの間を流れる。この結果、この動作方法においては、電流は中間端子56Aの方向には許可されない。１つの実施例において、矢印58Aの方向における電流の流れは、熱電素子50Aの第１の面に沿って冷却作用を生成する。

電流の方向が反転されると、図５Ｂ（例えば、矢印58Bにより一般的に表示される方向において、１つの終端端子54Bから52Bに向けて）に図で示されるように、加熱効果は、熱電素子50Bの第１の側面に沿って生成される。

ここで詳細に記述するように、電流は終端端子52C、54Cから中間端末56Cに、及び／又は56Cから送ることができる。例えば、図５Ｃに図示された実施例において、電流は矢印58Cにより一般的に表示される方向において、終端端子54Cから中間端子56Cに流れる。これにより、ユーザは熱電素子50Cの一部分のみを通して電流を流すことを可能にする。この結果、熱電素子50Cが加熱、及び／又は冷却効果を生成する範囲を、選択的に制御することができる。例えば、もし終端端子54B、54Cに送られる電流が同一であり、もし熱電素子50B、50Cが同様に構成されているのであれば、図５Ｃに図示された熱電素子50Cの第１の面に沿い生成される加熱効果は、図５Ｂの素子50Bの第１の面に沿い生成されるものより少なくなるであろう。同様に、もし電流が図５Ａの終端端子52Aから中間端子56Aに流れるならば、熱電素子50Aの第１の面に沿った冷却作用は減少する。

図６Ａにおいて、図示された熱電素子は、１つの終端端子64Aのより近く位置する中間端子66Aを有する。このような設計と構成は、熱電素子において、又はその近くで生じる加熱、及び／又は冷却のレベルを選択的に制御するために使用できる。図６Ａにおいて、電流は矢印68Aにより一般的に示される方向において、１つの終端端子62Aから中間端子66Aに流れる。このように、熱電素子60Aにより生成される加熱、及び／又は冷却のレベルは、反対の終端端子64Aから中間端子66Aに電流を流すことにより生成される加熱、及び／又は冷却のレベルより大きくなる。

図６Ｂは、2つの中間端子65B、66Bを有する熱電素子60Bの実施例を図示する。ここに記述し、図示されるその他の実施例と同様に、中間端子65B、66Bは、熱電素子60Bの全長に沿って任意の位置に置くことができる。更に、熱電素子60Bは、特定のアプリケーション又は使用により所望、又は要求される通りに、より多い、又はより少ない中間端子65B、66Bを有することができる。

上記したように、電流は２つの端子62B、64B、65B、66Bの間で、任意の方向に送ることができる。例えば、電流は、任意の終端端子62B、64Bからその他の終端端子64B、62Bに、又は任意の終端端子62B、64Bから中間端子65B、66Bに流すことができる。同様に、電流は、任意の中間端子65B、66Bから任意の終端端子62B、64Bに、又は任意の中間端子65B、66Bから任意のその他中間端子66B、65Bに流すことができる。

例えば、図６Ｂに示されるように、１つの動作方法において、電流は、矢印67Bにより一般的に示される方向において、１つの終端端子62Bから１つの中間端子65Bに流すことができる。同様に、異なる動作方法において、電流は矢印68Bにより一般的に示される方向において、その他の終端端子64Bからもう１つの中間端子66Bに流すことができる。上記したように、その他の動作方法において、熱電素子60Bは、それらが終端端子、又は中間端子であるかに関わらず、任意の２つの電気端子62B、64B、65B、66Bの間で電流を流すよう構成することができる。

図７Ａ及び７Ｂは、電流が熱電素子70A、70Bの２つの異なる部分を通り同時に流れる回路図の実施例を示す。例えば、図７Ａにおいて、素子70Aの第１の面に沿って加熱、又は冷却効果を生成するために、矢印78Aにより一般的に示される方向において、電流は１つの終端端子72Aから中間端子76Aに送られる。同時に、素子70Aの第１の面に沿って反対の熱効果を生成するために、矢印79Aにより一般的に示される方向において、電流は１つの終端端子74Aから同じ中間端子76Aに送られる。それ故に、そのような動作方法において、熱電素子70Aの一部分は加熱され、一方、別の部分を冷却することができる。図７Ｂで図示したように、電流が反転されると、熱電素子70Bの冷却された、及び加熱された部分を有利に反転することもできる。

図８−１１は、ここで開示されるように、１つ以上の中間電気端子を有するよう構成された熱電素子110の１つの実施例を図示する。図８は、検査の軽減のために分けられた様々な部品を伴う熱電素子110の１つの実施例の分解図を示す。図９は、組み立てられた熱電素子110の側面斜視図を示す。加えて、図１０は、部分的に取り除かれた熱電素子110の側面図を示す。更に、図１１は、図１０に示された熱電素子110の一部分の拡大図を示す。

図８と９をまず参照して、熱電素子110は、複数の異種の導体素子122、124を有する。ここでより詳細に記述されるように、異種の導体素子122、124の対は、複数の対向する伝導体タブ128により互いに結合される。幾つのアレンジにおいて、そのような伝導体タブ128は、一般的に、１組の対向する基板132の間に置かれる。図示した実施例において、各基板32は、熱伝導素子134を通して１つ以上の熱転送部品138（例えば、フィン）に熱的に結合される。温度センサー150は、対向する基板132の間に置くことができる。更に、封印材（seal）160が、基板132の間のセンサー150及び素子を保護するために、対向する基板132の間に設けられる。

図１０と１１は、基板132の間に一般的に位置する導体素子122、124、128の検査を容易にするために封印材160を排除した熱電素子110の側面図を示す。１つの実施例において、熱電素子の110は、交互のN型半導体素子122とP型半導体素子124を有する。N型半導体素子122とP型半導体素子124は、ビスマス・テルル合金（Bi2Te3）、その他のドープ、若しくは非ドープ金属、及び／又はその他の材料からなる。N型半導体素子122とP型半導体素子124の各々の終端は、拡散障壁（図示されない）で覆われる。拡散障壁は、半導体素子122、124から電子の流れを有利に抑制することができる。このような拡散障壁は、例えば、ニッケル、チタン／タングステン合金、モリブデン、及び／又はそのようなものなど、任意の幾つかの材料からなる。

図１０の実施例に示されるように、異種の導体素子の対122、124は、伝導体タブ128を用いて、その上部及び下部において結合される。幾つかのアレンジにおいて、同一の型の導体素子122、124は、同一のタブ128上には配置されない。例えば、それぞれの伝導体タブ128は、１つのN型半導体素子122のみと１つのP型半導体素子124のみに結合される。更に、上部及び下部の伝導体タブ128は、半導体素子122、124が交互に配置されるよう、構成することができる。このように、半導体素子122、124は、互いに連続して電気的に接続される。しかし、熱エネルギーに関して、素子122、124は、互いに関連した平行な方向性を有する。

更に図１０を参照して、第１のN型半導体素子122は、第１の伝導体タブ128にその上部で結合される。そのような伝導体タブ128は、第１のN型半導体素子122の右において、第１のP型半導体素子124に結合することもできる。第１のN型半導体素子122の下部において、第２の伝導体タブ128は第１のN型半導体素子122に結合され、そして第１のN型熱電素子122の左に配置される第２のP型半導体素子124に結合することができる。熱電素子は、全ての半導体素子122、124が互いに連続して接続されるように構成することができる。当然のことであるが、伝導体タブ128は、基板132、又は中間部品に結合された複数の分離した素子を有することができる。変更された実施例において、タブ128は、基板、及び／若しくは中間素子上の導体性材料の層をトレースすることにより、又は別の方法で形成することにより形成される。

図１０で示したように、センサー150は半導体素子122、124の間で、一方の基板132上に配置することができる。その他のアレンジでは、１つ以上のセンサー150を熱電素子110の任意のその他の場所に配置することができる。センサー150は、素子110、素子110により熱的に調整された空気又はその他流体、及び／又はそのようなものの温度を測るように適合できる。当然のことであるが、温度センサーに加えて、又はそれの代りに、素子110はその他のタイプのセンサーを有することができる。

上記したように、熱転送アセンブリ138（例えば、フィン）は、熱電素子110の上部、及び／又は下部面に配置できる。幾つかの実施例によれば、熱電素子110は熱転送アセンブリ138なしに動作するよう構成される。しかし、そのようなアセンブリ138の存在は、熱電素子110から熱電素子110の近くを流れる空気、又はその他流体までの熱転送の効率を高めることができる。

図１０と１１を更に参照して、電気的に導体のはんだ（図示されていない）が、N型半導体素子122とP型半導体素子124を伝導体タブ128に取り付けるために用いられる。１つの実施例において、導体はんだは、スズとアンチモン、その他金属、又は非金属、及び／若しくはその他の材料の１つ以上の化合物からなる。例えば、はんだは、ビスマスとスズを含む合金を有する。電気的接続が半導体素子122、124と伝導体タブ128の間で可能であるという条件で、半導体素子122、124を伝導体タブ128に貼り付けるための他の方式を使うことができる。幾つかの実施例において、伝導体タブ128は、粘着性の、又はその他の材料を介して基板132に取り付けられる。

基板132は、熱伝導性を備える一方、同時に電気的絶縁を提供するよう構成することができる。１つの実施例において、基板132は、例えば、アルミナ（セラミック）、シリコン、及び／又はそのようなものなど、セラミック材料からなる。しかし、例えば、エポキシなど、様々なその他タイプの材料を使うことができる。基板132は、熱電素子110の形を保持するために十分に硬く作られる。その他の実施例において、柔軟な基板を使うことができる。柔軟な基板が使われる時、熱電素子は様々な形に形成されることができ、１つの形から別の形に曲げる能力を持つことができる。上記したように、基板132は電気的絶縁体とすることができる。基板132における典型的な厚さは、50から500マイクロメートルの間となる。しかし、その他の実施例において、基板132の厚さは、所望、又は要求により、50マイクロメートルより小さく、又は500マイクロメートルよりもより大きくすることができる。幾つかの実施例では、基板132は、半導体素子122、124、及び伝導体タブ128を完全に覆うために、十分に大きくできる。伝導体タブ128は、はんだ、エポキシ、及び／又はその他の取り付けのメカニズム、素子、若しくは方式を通して、電気的に絶縁している基板132に結合することができる。

図１０と１１を更に参照して、熱転送層134が、基板132と熱転送部品138の間に置かれる。従って、熱転送層134は、基板132の各々の外面に位置する。１つの実施例において、熱転送層134は、比較的高い熱伝導率を持っている銅、及び／又はその他の材料で構成されたプレートからなる。幾つかのアレンジでは、熱転送層134の厚さは、10から400マイクロメーターの間となる。しかし、熱転送層134の厚さは、特定のアプリケーションによる所望、又は要求に応じて違えることができる。熱転送部品138は、熱伝導性はんだ136の層により熱転送層に結合することができる。図示した実施例では、熱転送部品138は、一般的に複数のフィンに形成される高熱伝導率の材料（例えば、銅）から成る。銅の合金、又は円形部品など、他の材料、又は形状を使うこともできる。更に、熱転送部品138とその周囲の環境の間の熱転送は、熱転送部品138を超えて、及び／又は通して流体（例えば、空気）を動かすための流体転送装置（例えば、ファン）を備えることにより高めることができる。

電流が、N型半導体素子122と、直列のP型半導体素子124を通る時、半導体素子122、124の一方の面上の１つの接合128は加熱され、そして半導体素子122、124の他方の面上の１つの接合128は冷却される。即ち、半導体素子122、124を通して、電圧が直列に１つの方向で印加される時、N型半導体素子122とP型半導体素子124の交互の接合128は、各々、加熱され、冷却される。図１０に示される実施例において、半導体素子122、124の接合128は、素子110の上部と下部に沿って互い違いとなる。このように、電圧が、半導体素子122、124を通して１つの方向で印加される時、熱電素子の110の上部は加熱し、熱電素子の110の下部は冷却する。電流の方向が反転されると、熱電素子110の上部は冷却され、下部は加熱される。電流は、接合128の１つと電気的に結合することができる電気コネクター140を通して、素子110に与えられる。

図１−７Ｂを参照にして上記したように、ここで図示し、記載した熱電素子110は、１つ以上の中間電気端子を有することができる。更に、素子110は、素子110の適切な動作において所望、又は要求されるように、１つ以上のスイッチ、又はその他の部品を有することができる。

上記したように、センサー150は、半導体素子122、124の間に置くことができる。センサー150は、熱電素子110の動作の任意の幾つかの状態を決定するよう構成できる。例えば、センサー150は、サーミスタなど、温度センサーを有することができる。いくらかの実施例において、約1000 Ωの内部抵抗を持つサーミスタが使われる。その他の抵抗を持つセンサー、及び／又は素子110の異なる動作状態を検出する完全に異なるタイプのセンサーを使うこともできる（例えば、熱電対、抵抗温度計など）。幾つかのアレンジでは、センサー150は、半導体素子122、124の間に位置するポイントにおいて、熱電素子110の温度を決めることができる。センサー150は、一般的に、N型半導体素子122とP型半導体素子124の間で、伝導体タブ128（例えば、素子152）上に置かれる。あるいは、センサー150は、任意の２つの導体素子122、124の間に位置することができ、一方で基板132上に取り付ける、又は置くことができる。変更された実施例において、センサー150は、半導体素子122、124と基板132の端の間に配置することができる。

図１０に示されるが、図１−７Ｂを参照して上記したように、電気コネクター140は、終端端子T1とT2を形成することができる。ここで開示された実施例の幾つかに従い、１以上の中間端子を供給するため、１以上のコネクターが第１および第２の端子T1、T2の間に供給される。

図１２において、シートアセンブリ200に対する温度制御システム199が、１対の熱電素子210a、210bと組み合わされて示される。そのような熱電素子210a、210bは、上記したように配置し、構成することができる。例えば、幾つかの実施例において、１つ以上の熱電素子210a、210bは、それぞれの回路の一部分のみを通して選択的に電流を流すために、中間端子を有する。幾つかの実施例では、シートアセンブリ200は、標準自動車の、又はその他乗り物のシートに類似する。しかし、当然のことであるが、ここで開示される温度制御システム199及びシートアセンブリ200の特定の特徴、及び外観は、様々な他のアプリケーション及び環境においても使用することができる。例えば、システム199及びアセンブリ200の特定の特徴、及び外観は、例えば、飛行機、列車、ボート、及びそのようなものなど、他の乗り物での使用に適用することができる。更に、システム199及びアセンブリ200の特徴、外観、及びその他詳細は、例えば、車椅子、ベッド、ソファー、オフィスチェア、及びその他タイプの椅子、劇場用シート、及び／又はそのようなものなど、その他タイプのシートアセンブリに適用することができる。

図１２を更に参照して、シートアセンブリ200は、シート部分202と背中部分204を有する。シート部分202、及び背中部分204は、クッション206a、206b、及びクッション206a、206b内に置かれた、及び／又はクッションを通して伸びている複数の管（channel）208a、208bを、それぞれ有している。管208a、208bの各々は、導管210a、210bを通して温度制御システム199と流体結合して設置される。導管210a、210bは、順に、別個の温度制御素子212a、212bと流体結合できる。図示した実施例において、シート部分202と関連する管208aは、背中部分204の管208bと異なる温度制御素子212aと結合される。しかし、別の実施例において、単独の温度制御素子が、シート部分202と背中部分204両方の管208a、208bと流体結合できる。更なる別の実施例では、複数の温度制御素子が、シート部分202、及び／又は背中部分204の一方と関連付けられる。幾つかの実施例において、管208a、208b、及び／又は導管210a、210bは、抵抗加熱素子（図示されない）を有することができる。

図示した実施例において、温度制御素子212a、212bは、上記したように構成することができる（例えば、１以上の中間電気端子を有する）、熱電素子210a、210b、及び流体転送素子230a、230bをそれぞれ有することができる。流体転送素子230a、230bは、流体を転送するための、放射状の、若しくは軸上のファン、又はその他の素子からなる。各熱電素子210a、210bは、流体転送素子230a、230bと、それぞれの導管210a、210bの間に配置される。上記したように、熱電素子210a、210bは、流体転送素子230a、230bによりシート部分202、及び／又は背中部分204に運ばれる流体（例えば、空気）を選択的に加熱、又は冷却するように構成することができる。流体転送素子230a、230bは、熱電素子210a、210bの１つの面のみを通り引かれる管208a、208bに、空気又はその他流体を転送するよう構成することができる。従って、温度制御素子212a、212bは、複数の導管210a、210bを通してシートアセンブリ200に、加熱した、又は冷却した空気222a、222bを選択的に供給するよう構成することができる。流体転送素子230a、230bは、導管210a、210bを通して空気を引き抜くために使うこともできる。更なるその他のアレンジにおいて、加熱された、及び／若しくは冷却された空気、又はその他流体を、複数の導管210a、210bに替えて、又はそれに加えて、シートアセンブリ200の任意のその他部分（例えば、首を休める部分）に送ることができる。

図１２に示された実施例において、熱電素子210a、210bのそれぞれは、上記したように、１対の熱転送部品238を有する。熱転送部品238は、流体転送素子230a、230bにより転送された空気、又はその他流体に熱的に晒される廃熱交換器、及び一般的には反対の主要な熱交換器を形成する。動作のモードに応じて、熱は主要な熱交換器を通して空気若しくは他の流体に転送され、又は主要な熱交換器を通して空気若しくは他の流体から回収される。

温度制御素子212a、212bは、電子制御素子214a、214bにより、制御され、及び動作可能なように接続される。電子制御素子214a、214bは、複数の入力源216、218、220からの信号を受信する。図示した実施例では、３つの入力源が示されているが、より多く、又はより少ないものも使用できる。電子制御素子214a、214bは、情報接続224を通してお互いに動作可能に接続できる。電子制御素子214a、214bは、制御信号、又は設定に応じて、温度制御素子212a、212bの動作状態を変えるよう構成できる。例えば、電子制御素子214a、214bは、流体が流体転送素子230a、230bにより転送される速度、又は流体を加熱若しくは冷却するための熱電素子210a、210bの動作状態を変えることができる。熱電素子210a、210b内に配置された１つ以上のセンサー150（図８−１１）は、１以上の有線、及び／又は無線接続を通して、電子制御素子214a、214bに情報を伝えることができる。これにより、素子214a、214bが温度制御素子212a、212bの動作温度を正確に決定することを可能にする。電子制御素子214a、214bは、センサーにより供給される情報の少なくとも一部に基づき、温度制御素子212a、212bの動作を調節することができる。例えば、電子制御素子214a、214bは、熱電素子210a、210b内の電流の方向、若しくは強さを変えることができ、流体転送素子230a、230bの動作速度を変えることができ、及び／又は故障があるならば、素子210a、210bを中断できる。

その他の実施例において、電子素子214a、214bは、ここに記載されるように、終端端子、又は中間端子を通して、特定の終端端子、又はその他の中間端子に電流を流すことができる。これにより、熱電素子210a、210bが、所望の、又は要求されるレベルの加熱、及び／又は冷却を供給することを可能とする。

様々な部品は、制御装置に「動作可能に接続されている」ものとして記載される。当然のことであるが、これは、物理的な接続（例えば、電線、又は配線回路（hard wire circuits））、及び非物理的な接続（例えば、無線、又は赤外信号）を含む幅広い表現である。これもまた当然のことであるが、「動作可能に接続された」は、直接的な接続、及び間接的な接続（例えば、追加の（複数の）中間の素子を通して）を含む。

本発明は特定の好適な実施例及び用例に照らして開示されているが、本発明が、具体的に開示された実施例を超えて、その他の代替の実施例、並びに／又は、本発明の使用、及びこれについての明らかな変更物と同等物に及ぶことは、当業者には理解されることである。更に、本発明の幾つかの変形が詳細に示され、記載されているが、本発明の範囲内にあるその他の変更は、この開示に基づき、当業者には容易に明らかとなるであろう。これも予期されることであるが、実施例の特定の特徴及び外観の様々な組み合わせ、又は副次的な組み合わせを作ることができ、これらは本発明の範囲内に収まる。従って、当然のことであるが、開示された発明のモードの変化を実行するために、開示された実施例の様々な特徴及び外観は、互いに結合され、又は置換することができる。このように、ここで開示された本発明の範囲は、上記された特定の開示された実施例に制限されるべきではなく、請求項の公正なる理解によってのみ決定されるべきである。

Claims (12)

1. １対の対向する基板であって、各基板が周辺端部と面を有し、該面は別の対向する基板の面と一般的に対向している基板、
   前記対向する基板の前記対向する面の間に位置する複数の半導体素子であって、少なくとも２つのグループの異種の半導体素子を有し、該２つのグループの異種の半導体素子が交互のパターンで電気的に接続されるよう並べられ、導体素子により電気的に直列に結合された複数の半導体素子、
   第１、第２及び第３の端子であって、各端子は少なくとも１つの導体素子と電気的に結合され、該第３の端子は、該導体素子により電気的に直列に結合された前記複数の半導体素子により生成された回路に沿い、該第１と第２の端子間に電気的に位置付けられる、第１、第２及び第３の端子、
   前記第３の端子と電気的に接続され、前記第１、第２及び第３の端子の任意の２つの間で電流を選択的に許容するよう構成されたスイッチ、
   を有する熱電システムであって、
   前記異種半導体素子はＰ型、及びＮ型半導体を有し、
   前記導体素子は前記半導体素子の終端に沿って隣接する半導体素子を電気的に結合し、前記導体素子は前記半導体素子の上部又は下部に位置し、
   前記電気的に結合された半導体素子は前記導体素子に沿った複数の第１ノード、及び複数の第２ノードを有し、該第１及び第２ノードは、前記半導体素子の少なくとも２つを通り流れる電流の方向に応じて熱を放出、又は吸収し、並びに、前記熱電システムのインピーダンスは前記スイッチを作動させることにより制御される、
   熱電システム。
2. 第１の共通ノードにおいて互いに接続された第１と第２の異種半導体素子の第１の対であって、第１の終端、及び第２の終端を有する第１の対、
   第２のノードにおいて互いに接続された第１と第２の異種半導体素子の第２の対であって、第１の終端、及び第２の終端を有し、該第２の対の該第１の終端は該第２のノードにおいて前記第１の対の前記第２の終端に電気的に接続されている第２の対、
   前記第１の対の前記第１の終端に接続された第１の端子、
   前記第２の対の前記第２の終端に接続された第２の端子、
   スイッチを通じて前記第２のノードに接続された第３の端子、
   を有する熱電システムであって、
   前記異種半導体素子はＰ型、及びＮ型半導体を有し、
   複数の半導体素子が導体素子により電気的に直列に結合され、前記導体素子は前記半導体素子の終端に沿って隣接する半導体素子を電気的に結合し、前記導体素子は前記半導体素子の上部又は下部に位置し、
   前記スイッチは、前記第３の端子を通して電流を切替えることにより、前記熱電システムのインピーダンスを制御する、
   熱電システム。
3. 前記スイッチの切替えは、前記熱電システムを通して流れる前記電流の方向に関連する、請求項２に記載の熱電システム。
4. 前記第１の端子は第１の電圧源に接続し、前記第２の端子は第２の電圧源に接続し、電流が前記第１と第２の異種半導体素子の前記第１と第２の対を通して流れるように、前記スイッチが開かれる、請求項２又は３に記載の熱電システム。
5. 前記第１の端子は第１の電圧源に接続し、前記第２の端子は第２の電圧源に接続し、前記第３の端子は該第２の電圧源に接続し、電流が前記第１と第２の異種半導体素子の前記第１の対のみを通して流れるように、前記スイッチが閉じられる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の熱電システム。
6. 第１の終端、及び第２の終端を有する第１の異種半導体素子、
   第１の終端、及び第２の終端を有する第２の異種半導体素子であって、該第２の異種半導体素子の該第１の終端が、半導体素子の上部又は下部に沿って位置する導体素子により、前記第１の異種半導体素子の前記第２の終端に電気的に接続されている第２の異種半導体素子、
   前記第１の異種半導体素子の前記第１の終端に電気的に接続される第１の端子、
   第１のノードにおいて前記第２の異種半導体素子の前記第２の終端に電気的に接続される第２の端子、
   スイッチを通じて、前記第１の異種半導体素子の前記第１の終端と前記第１のノードの間に電気的に位置付けられる接触ポイントに電気的に接続される第３の端子、
   を有する熱電システムであって、
   前記半導体素子はＰ型、及びＮ型半導体を有し、
   前記スイッチは、前記第３の端子を通して電流を選択的に切替えることにより、前記熱電システムのインピーダンスを制御する、
   熱電システム。
7. 前記スイッチは、前記接触ポイントに接続されたスライド可能な脚を有する、請求項６に記載の熱電システム。
8. 前記スイッチは、前記第１の異種半導体素子の前記第１の終端と前記第１のノードの間の複数の接触ポイントに接続された複数のタップを有し、前記スイッチは、作動時に該複数のタップの少なくとも１つを閉じる、請求項６に記載の熱電システム。
9. 前記スイッチは前記複数のタップの１つを選択するように構成され、前記第１の異種半導体素子を通る電流は前記複数のタップの１つを選択することにより制御される、請求項８に記載の熱電システム。
10. 複数の導体素子により各々が直列に電気的に結合された複数の半導体素子であって、各半導体素子が第１の終端、及び第２の終端を有する複数の半導体素子、
    前記複数の半導体素子の前記第１の終端に沿い置かれる第１の基板、
    前記複数の半導体素子の前記第２の終端に沿い置かれる第２の基板、
    前記複数の半導体素子の第１の電気的終端に動作可能に結合される第１の端子、
    前記複数の半導体素子の第２の電気的終端に動作可能に結合される第２の端子であって、前記第１及び第２の端子の間に印加される電圧が、前記半導体素子の全てを通り流れる電流を生成する、第２の端子、
    前記第１及び第２の端子の間に電気的に接続される第３の端子であって、該第３の端子と前記第１及び第２の端子の１つの間に印加される電圧が、前記半導体素子の一部を通り流れる電流を生成する、第３の端子、並びに
    前記第３の端子と電気的に接続され、前記第１、第２及び第３の端子の任意の２つの間で電流を選択的に許容するよう構成されたスイッチ、
    を有する熱電システムであって、
    前記半導体素子はＰ型、及びＮ型半導体を有し、
    前記導体素子は前記第１の終端又は第２の終端に沿って隣接する半導体素子を電気的に結合し、前記導体素子は前記半導体素子の上部又は下部に位置し、
    電流が前記熱電システムに供給されると、前記半導体素子を通り流れる電流の方向に基づき、前記第１の基板が加熱されるよう構成され、及び前記第２の基板が冷却されるよう構成される、
    熱電システム。
11. 前記半導体素子はＰ型、及びＮ型半導体を有する、請求項１０に記載の熱電システム。
12. 前記第１及び第２の端子の間に電気的に接続された第４の端子を更に有し、該第４の端子と前記第１及び第２の端子の１つの間に印加される電圧は、前記半導体素子の一部を流れる電流を生成する、請求項１０に記載の熱電システム。

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