JPH07162039A - Thermoelectric conversion device, heat exchange element, and device using them - Google Patents

Thermoelectric conversion device, heat exchange element, and device using them

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JPH07162039A
JPH07162039A JP5310020A JP31002093A JPH07162039A JP H07162039 A JPH07162039 A JP H07162039A JP 5310020 A JP5310020 A JP 5310020A JP 31002093 A JP31002093 A JP 31002093A JP H07162039 A JPH07162039 A JP H07162039A
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JP
Japan
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thermoelectric conversion
cooling
heat
type semiconductor
module
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Application number
JP5310020A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Fukui
正美 福井
Takahiro Fujimitsu
貴宏 藤光
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable a cooling plate and a heat dissipating plate to pinch a semiconductor element array between them to make these components be kept in a module shape. CONSTITUTION:Containing holes 3 are bored through a molded board 2 which is high in electrical and thermal insulating properties, N-type semiconductor thermoelectric conversion devices 4 are separately housed in a group of the containing holes 3, P-type semiconductor thermoelectric conversion devices 4 are separately housed in another group of the containing holes 3, and furthermore the upside and underside of the molded board 2 are provided with electrodes 5, respectively. The N-type semiconductor thermoelectric conversion devices 4 and the P-type semiconductor thermoelectric conversion devices 4 are alternately connected with the electrodes 5 for the formation of a thermoelectric conversion module 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、冷却装置、加熱装置或
はその冷却、加熱の両装置を兼ねた温度調節装置や、両
装置の温度差を利用した発電装置等に応用可能な熱電変
換装置、特には新規な部品構成により組立工程の簡素
化、性能の向上、信頼性の向上を図った熱電変換装置、
該装置を利用した電子冷却式冷蔵庫及び前記装置を内蔵
した熱交換エレメント並びに、該熱交換エレメントを利
用した換気機能付冷暖房装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion device applicable to a cooling device, a heating device or a temperature adjusting device which serves both as a cooling device and a heating device, and a power generation device utilizing the temperature difference between both devices. A device, especially a thermoelectric conversion device that has a simplified assembly process, improved performance, and improved reliability with a new component configuration,
The present invention relates to an electronic cooling type refrigerator using the device, a heat exchange element having the device built therein, and a cooling / heating device with a ventilation function using the heat exchange element.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、熱電変換装置の従来構成について
図15及び図16を参照しながら説明する。図15は熱
電変換装置を冷却装置として利用した従来例を示してい
る。この図に示された冷却装置は大要、熱電変換モジュ
ール(以下、単にモジュールと略す)1、冷却板8、放
熱板9及び直流電源31により構成されている。
2. Description of the Related Art First, a conventional structure of a thermoelectric conversion device will be described with reference to FIGS. FIG. 15 shows a conventional example in which the thermoelectric conversion device is used as a cooling device. The cooling device shown in this figure is basically composed of a thermoelectric conversion module (hereinafter simply referred to as a module) 1, a cooling plate 8, a radiator plate 9 and a DC power supply 31.

【0003】モジュール1は図16にその要部を示すよ
うに、熱電変換用の複数のN型及びP型半導体素子4を
交互に一定の間隔で配設する一方、それぞれの半導体素
子4の一方側で隣り合う逆極性の半導体素子4の上面
間、及び他方側で隣り合う逆極性の半導体素子4の下面
間に亙って電極5を設けるとともに、該電極5と各半導
体素子4とをそれぞれ半田6等により接続することによ
り、N型半導体素子4とP型半導体素子4とを交互に電
気的に直列接続し、さらに、このように接続された半導
体素子列を電気絶縁性を有する基板33により上下から
挟持してなるものである。
As shown in the main part of FIG. 16, the module 1 has a plurality of N-type and P-type semiconductor elements 4 for thermoelectric conversion alternately arranged at regular intervals, while one of the semiconductor elements 4 is provided. The electrodes 5 are provided between the upper surfaces of the opposite-polarity semiconductor elements 4 adjacent to each other on the side and between the lower surfaces of the opposite-polarity semiconductor elements 4 adjacent on the other side, and the electrodes 5 and the respective semiconductor elements 4 are respectively provided. The N-type semiconductor elements 4 and the P-type semiconductor elements 4 are alternately electrically connected in series by connecting with the solder 6 or the like, and the semiconductor element row thus connected is electrically insulated from the substrate 33. It is sandwiched from above and below.

【0004】上下の絶縁基板33は図16では金属基板
34の半導体素子4との対向面に絶縁膜35を形成した
例を示すが、単一のアルミナ基板等でも構成され、半田
6等を介して電極5と接合されている。また、図15に
示すように、上下の絶縁基板33の側端周辺部間にはシ
リコンシーラ37等の防水材が充填されており、これに
よって水や水蒸気等による各半導体素子4の劣化を防止
するようにしている。
16 shows an example in which the insulating film 35 is formed on the surface of the metal substrate 34 facing the semiconductor element 4 in FIG. 16, but it may also be composed of a single alumina substrate or the like, with the solder 6 or the like interposed therebetween. Is joined to the electrode 5. Further, as shown in FIG. 15, a waterproof material such as a silicon sealer 37 is filled between the side edge peripheral portions of the upper and lower insulating substrates 33 to prevent deterioration of each semiconductor element 4 due to water, water vapor or the like. I am trying to do it.

【0005】上記従来構成の冷却装置においては、モジ
ュール1の上面が冷却板8と、また、下面が放熱板9と
それぞれ熱伝導性グリス36を介して伝熱的に接触して
おり、さらに、モジュール1の両端電極5をそれぞれ導
線32によって直流電源31と接続している。
In the conventional cooling device, the upper surface of the module 1 is in thermal contact with the cooling plate 8 and the lower surface of the module 1 is in thermal contact with the heat radiating plate 9 via the heat conductive grease 36. Both end electrodes 5 of the module 1 are connected to a DC power supply 31 by a conductive wire 32.

【0006】そして、モジュール1に直流電流を印加す
ると、ペルチェ効果によりモジュール1の上面側で吸熱
作用が生じ、その熱はモジュール1を通って放熱板9側
へと運ばれる。この吸熱分と電気入力に相当する熱量が
モジュール1の下面側で放熱されるように動作する。よ
って、放熱板9側の熱を効率よく放熱させると、熱は冷
却板8側から放熱板9側へ連続的に汲み上げられること
になる。
When a direct current is applied to the module 1, the Peltier effect causes an endothermic action on the upper surface side of the module 1, and the heat is transferred to the heat sink 9 side through the module 1. The heat absorption amount and the amount of heat corresponding to the electric input are radiated on the lower surface side of the module 1. Therefore, when the heat on the radiator plate 9 side is efficiently dissipated, the heat is continuously pumped from the cooling plate 8 side to the radiator plate 9 side.

【0007】従って、冷却板8及び放熱板9は熱抵抗を
抑制する必要があり、この必要から両者8、9は熱伝導
性グリス36を介してモジュール1と接着している。ま
た、冷却板8及び放熱板9の材料としては主としてフィ
ン付のアルミニウム押出材等による金属材料が使用され
ている。さらに、モジュール1の上下に配設された絶縁
基板33はモジュール1の形態保持機能と、電流を電極
5のパターンに沿って流すために必要な電気絶縁機能を
併せもっている。
Therefore, it is necessary to suppress the thermal resistance of the cooling plate 8 and the heat radiating plate 9. For this reason, both 8 and 9 are bonded to the module 1 through the heat conductive grease 36. Further, as the material of the cooling plate 8 and the heat radiation plate 9, a metal material such as an aluminum extruded material with fins is mainly used. Further, the insulating substrates 33 arranged above and below the module 1 have a function of retaining the shape of the module 1 and an electrical insulation function necessary for causing a current to flow along the pattern of the electrodes 5.

【0008】前記モジュール1は次のようにして組み立
てられる。即ち、絶縁基板33は電極5のパターンに沿
って予備半田されている。そして、一方の絶縁基板33
上に専用治具を用いて半導体素子4を一つずつセット
し、他方の絶縁基板33を電極パターンと半導体素子列
が合致するように位置決めした後、接合し、さらにヒー
トプレス等の加熱手段により半田6を溶融して、電気的
接続を行うことにより、モジュール1を組み立ててい
る。
The module 1 is assembled as follows. That is, the insulating substrate 33 is pre-soldered along the pattern of the electrodes 5. Then, one insulating substrate 33
The semiconductor elements 4 are set one by one on the upper side by using a dedicated jig, the other insulating substrate 33 is positioned so that the electrode pattern and the semiconductor element row are aligned, then joined, and further by a heating means such as a heat press. The module 1 is assembled by melting the solder 6 and making an electrical connection.

【0009】次に、熱電変換装置を冷却装置として利用
した電子冷却式冷蔵庫の従来構成について図19及び図
20を参照しながら説明する。図19は該冷蔵庫の断面
を、図20は冷却装置をそれぞれ示している。図19に
示した電子冷却式冷蔵庫15は大要、食品を保存する断
熱箱体16と、その箱体16を開閉自在に密閉する断熱
扉17とにより構成されている。
Next, a conventional structure of an electronic cooling type refrigerator using a thermoelectric conversion device as a cooling device will be described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 shows a cross section of the refrigerator, and FIG. 20 shows a cooling device. The electronically-cooled refrigerator 15 shown in FIG. 19 roughly includes a heat-insulating box body 16 for storing food and a heat-insulating door 17 for sealing the box body 16 so as to be openable and closable.

【0010】断熱箱体16の庫内には1個または2個に
区画された貯蔵室18a、18bが設けられ、2個の貯
蔵室18a、18bを有するものでは、各貯蔵室18
a、18bには背面内に庫内を十分に冷却するようにそ
れぞれ熱電変換装置からなる冷却装置20a、20bが
配置されている。このように複数の貯蔵室毎に冷却装置
20a、20bを設けて、各貯蔵室18a、18bを異
なる温度に冷却し得るようにしたものとしては、例えば
実公昭56−122072号公報等に開示された電子冷
却式冷蔵庫が挙げられる。
Storage chambers 18a and 18b, which are divided into one or two, are provided in the inside of the heat insulating box 16, and in the case of having two storage chambers 18a and 18b, each storage chamber 18
Cooling devices 20a and 20b, which are thermoelectric conversion devices, are arranged on the back surfaces of a and 18b so as to sufficiently cool the inside of the refrigerator. As described above, the cooling devices 20a and 20b provided for each of the plurality of storage chambers so that the respective storage chambers 18a and 18b can be cooled to different temperatures are disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 56-122072. An electronic cooling refrigerator is also included.

【0011】また、図20に示した従来の冷却装置は、
前述のモジュール1を用いた熱電変換装置と同等に構成
されており、この冷却装置の放熱板9a、9bは該冷却
装置から発生する熱を効率的に放熱するために、貯蔵室
18a、18bの庫外放熱面毎に設けられており、さら
に、各放熱板9a、9bの放熱作用は隣接して配設され
た冷却ファン24の排気作用により強制的に促進される
ように構成されている。また、冷却装置の冷却板8a、
8bは庫内の熱を効率的に吸収し得るように、各貯蔵室
18a、18bの庫内吸熱面毎に設けられている。
Further, the conventional cooling device shown in FIG.
The cooling device has the same structure as the thermoelectric conversion device using the module 1 described above, and the heat dissipation plates 9a and 9b of the cooling device are provided in the storage chambers 18a and 18b in order to efficiently dissipate the heat generated from the cooling device. It is provided for each heat radiating surface outside the refrigerator, and the heat radiating action of each heat radiating plate 9a, 9b is forcibly promoted by the exhaust action of the cooling fan 24 arranged adjacently. Further, the cooling plate 8a of the cooling device,
8b is provided for each heat absorbing surface in the storage chambers 18a and 18b so that the heat in the storage can be efficiently absorbed.

【0012】上記構成の電子冷却式冷蔵庫15の冷却動
作は次のようにして行われる。即ち、前記冷却装置20
a、20bに直流電流を流すと、庫内吸熱面の冷却板8
a、8bにより庫内の熱が吸収され、これによって庫内
が冷却されることになる。また、庫内から吸収された熱
は冷却装置(熱電変換装置)20a、20bを通じて放
熱板9a、9bへと移動し、冷却ファン24により効率
的に放熱される。
The cooling operation of the electronic cooling type refrigerator 15 having the above structure is performed as follows. That is, the cooling device 20
When a direct current is applied to a and 20b, the cooling plate 8 on the heat absorption surface in the refrigerator is
The heat in the refrigerator is absorbed by a and 8b, so that the refrigerator is cooled. Further, the heat absorbed from the inside of the refrigerator moves to the heat radiation plates 9a and 9b through the cooling devices (thermoelectric conversion devices) 20a and 20b, and is efficiently radiated by the cooling fan 24.

【0013】次に、熱電変換装置を用いた熱交換エレメ
ント及び該エレメントを用いた換気型冷暖房装置の従来
構成について図21及び図22を参照しながら説明す
る。図21は熱交換エレメントの外観を示し、図22は
熱交換エレメントの換気型冷暖房装置への取付概念を例
示している。なお、図21及び図22における実線矢印
及び破線矢印は空気の流れる方向を示すものである。
Next, a conventional structure of a heat exchange element using a thermoelectric conversion device and a ventilation type cooling and heating apparatus using the element will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 shows the appearance of the heat exchange element, and FIG. 22 exemplifies the concept of attachment of the heat exchange element to the ventilation type cooling and heating device. The solid and broken arrows in FIGS. 21 and 22 indicate the direction of air flow.

【0014】図21に示した熱交換エレメント38は仕
切板として機能する平坦な基板33とコルゲート板26
a、26bとを交互に積層して、各コルゲート板26
a、26bと各基板33間に一方向に貫通する風路を多
段に形成し、且つ、上下で隣接する第1、第2コルゲー
ト板26a、26bを風路がほぼ直交するように組み立
ててなるものである。
The heat exchange element 38 shown in FIG. 21 is a flat substrate 33 and a corrugated plate 26 which function as partition plates.
a and 26b are alternately laminated to form each corrugated plate 26.
The air passages penetrating in one direction are formed in multiple stages between a and 26b and each substrate 33, and the first and second corrugated plates 26a and 26b that are vertically adjacent to each other are assembled so that the air passages are substantially orthogonal to each other. It is a thing.

【0015】仕切板33及びコルゲート板26a、26
bの構成材料としては、顕熱交換を目的とするものでは
アルミニウム等の高熱伝導率を有する金属材が使用さ
れ、湿分を含めた全熱交換を目的とするものでは特殊な
合成紙に塩化リチウム等の吸湿剤を含浸させたものが使
用される。
Partition plate 33 and corrugated plates 26a, 26
As a constituent material of b, a metal material having a high thermal conductivity such as aluminum is used for the purpose of sensible heat exchange, and special synthetic paper is chlorinated for the purpose of total heat exchange including moisture. Those impregnated with a hygroscopic agent such as lithium are used.

【0016】上記構成の熱交換エレメント38を使用し
た換気型冷暖房装置は図22に示すように、空調換気扇
として家屋等の建物の壁面を貫通するように取り付けら
れ、その室外側開放端と室内側開放端にはそれぞれ室内
側給気送風機39と室外側排気送風機40が設けられて
いる。この取付状態においては、室内空気は破線矢印で
示すように、室外側排気送風機40により第1コルゲー
ト板26aと仕切板33とにより形成される風路を通過
する。一方、室外空気は実線矢印で示すように、室内側
給気送風機39により第1コルゲート板26aとほぼ直
交する第2コルゲート板26bと仕切板33とにより形
成される風路を通過する。
As shown in FIG. 22, the ventilation type air conditioner using the heat exchange element 38 having the above structure is installed as an air conditioning ventilation fan so as to penetrate the wall surface of a building such as a house, and has its outdoor open end and indoor side. An indoor air supply blower 39 and an outdoor air discharge blower 40 are provided at the open ends, respectively. In this attached state, the indoor air passes through the air passage formed by the first corrugated plate 26a and the partition plate 33 by the outdoor exhaust blower 40, as indicated by the dashed arrow. On the other hand, the outdoor air passes through the air passage formed by the partition plate 33 and the second corrugated plate 26b that is substantially orthogonal to the first corrugated plate 26a by the indoor air supply blower 39, as indicated by the solid arrow.

【0017】そして、室内が冷房中のときは低温の室内
空気は第1コルゲート板26aを冷却しながら室外へ排
気され、また、冷却された第1コルゲート板26aから
の熱伝導で第2コルゲート板26bも冷却されることに
なり、高温の室外空気は第2コルゲート板26bにより
冷却されて室内へ給気されることになる。このように上
記構成の空調換気扇によれば、冷房時の冷熱を逃がさず
換気ができるという利点がある。なお、暖房時において
も、その原理は冷房時と同様である。
When the room is being cooled, low-temperature room air is exhausted to the outside while cooling the first corrugated board 26a, and the second corrugated board is conducted by heat conduction from the cooled first corrugated board 26a. 26b is also cooled, and the high-temperature outdoor air is cooled by the second corrugated plate 26b and supplied into the room. As described above, according to the air-conditioning ventilation fan having the above-described configuration, there is an advantage that ventilation can be performed without escaping cold heat during cooling. The principle of heating is the same as that of cooling.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】まず、従来の熱電変換
装置ではモジュール1は図17に示すように、半導体素
子列の接続構造のみとし、絶縁基板33を無くした構成
とすれば熱抵抗が小さく、吸熱作用を効果的に行うこと
ができる点で有利ではあるが、このような構成ではモジ
ュール1の形態を保持することが困難であり、冷却板8
及び放熱板9との接続及び組立は特殊な専用治具を使用
しなければならないという不具合がある。
First, in the conventional thermoelectric conversion device, as shown in FIG. 17, the module 1 has only the connection structure of the semiconductor element rows and the insulating substrate 33 is eliminated, so that the thermal resistance is small. Although it is advantageous in that the heat absorbing action can be effectively performed, it is difficult to maintain the shape of the module 1 with such a configuration, and the cooling plate 8
Also, there is a problem that a special jig must be used for connection and assembly with the heat sink 9.

【0019】このような不具合を解消し得る先行技術と
して、例えば特開昭58−199578号公報には絶縁
基板33を用いることなく、モジュール1の形態を保持
することが可能な装置が開示されている。即ち図18に
示すように、この先行技術例では、一定間隔をおいて配
設された複数の半導体素子4間の空隙を、エポキシ樹脂
41等により封入した構成としている。
As a prior art capable of solving such a problem, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-199578 discloses a device capable of holding the form of the module 1 without using the insulating substrate 33. There is. That is, as shown in FIG. 18, in this prior art example, a gap between a plurality of semiconductor elements 4 arranged at regular intervals is filled with an epoxy resin 41 or the like.

【0020】しかしながら、この先行技術例では半導体
素子4間の空隙への樹脂封入を施すまでは、各半導体素
子4を所定の位置関係で保持する必要があるため、専用
の治具を使用しなければならず、組立工程が繁雑となる
という製造上の問題点が生じる。また、別の先行技術例
として特開昭60−76179号公報には、絶縁基板3
3を省いて熱抵抗の低減を図り得る手段が開示されてい
るが、この場合も組立工程は上記先行技術例と同様に繁
雑である。
However, in this prior art example, it is necessary to hold each semiconductor element 4 in a predetermined positional relationship until the resin is filled in the space between the semiconductor elements 4, so that a dedicated jig must be used. Therefore, there is a problem in manufacturing that the assembly process becomes complicated. Further, as another prior art example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-76179 discloses an insulating substrate 3
Although the means for reducing the thermal resistance by omitting 3 is disclosed, the assembly process is also complicated in this case as in the case of the prior art example.

【0021】このように、いずれの先行技術例の構成に
おいても、半導体素子列を直接、冷却板8及び放熱板9
で挟持して伝熱性能の向上を図るようにしてはいるもの
の、双方とも、特殊な専用治具が必要であり、組立も繁
雑となるなどの問題点があった。
As described above, in any of the configurations of the prior art examples, the semiconductor element array is directly connected to the cooling plate 8 and the heat radiating plate 9.
Although the heat transfer performance is improved by sandwiching them with each other, both of them have a problem that a special dedicated jig is required and assembly becomes complicated.

【0022】次に、上記構成の従来の電子冷却式冷蔵庫
15においては、図20に示すように、単一の半導体素
子列のみで構成されたモジュール1を使用した冷却装置
20a、20bを用いているため、その庫内冷却能力の
限界が低く、庫外と庫内の温度差が大きくとれないとい
う問題点があった。即ち、実際に製品化したものでは、
例えば庫外温度が30℃であれば、庫内温度は5℃前後
までしか冷却し得ないのが実情である。
Next, in the conventional electronic cooling refrigerator 15 having the above-mentioned structure, as shown in FIG. 20, the cooling devices 20a and 20b using the module 1 composed of only a single semiconductor element array are used. Therefore, there is a problem that the limit of the cooling capacity inside the refrigerator is low and the temperature difference between the inside and outside the refrigerator cannot be large. That is, in the actual product,
For example, if the outside temperature is 30 ° C., the inside temperature can be cooled only to around 5 ° C.

【0023】そこで、貯蔵室18a、18bを冷凍サイ
クルを用いた旧来の電気冷蔵庫における冷凍室の庫内温
度程度まで冷却できるようにするためには、熱電変換装
置をカスケード結合、つまりペルチェ素子列を上下に複
数段積層させた構造とする必要があるが、この方式では
構成が著しく複雑化し、製造コストが飛躍的に高くなる
という不都合がある。
Therefore, in order to be able to cool the storage chambers 18a and 18b to about the internal temperature of the freezing chamber in the conventional electric refrigerator using the refrigeration cycle, the thermoelectric conversion devices are cascade-connected, that is, Peltier element arrays are used. Although it is necessary to have a structure in which a plurality of layers are stacked on top and bottom, this method has the disadvantage that the configuration is significantly complicated and the manufacturing cost is dramatically increased.

【0024】最後に、上記従来構成の熱交換エレメント
38の場合、該エレメント自体には冷却或は加熱のため
の動作源を有していないため、それ単独では冷房装置あ
るいは暖房装置としては成立し得ないという問題点があ
る。
Finally, in the case of the heat exchange element 38 having the above-mentioned conventional structure, since the element itself does not have an operation source for cooling or heating, it alone can be established as a cooling device or a heating device. There is a problem that you cannot get it.

【0025】本発明は、上記のような種々の問題点を解
決するためになされたもので、その第1の目的は、半導
体素子列を直接、冷却板及び放熱板により挟持でき、し
かもモジュールの形態を保持し得るように、半導体素子
を所定間隔で配設するための厚さ方向に貫通する素子収
納孔を備えた成形基板または素子埋設体を利用してモジ
ュールを組み立てられるようにした熱電変換装置を提供
することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned various problems. A first object of the present invention is to allow a semiconductor element array to be directly sandwiched by a cooling plate and a heat radiating plate, and further A thermoelectric conversion device capable of assembling a module by using a molded substrate or an element-embedded body having an element housing hole penetrating in a thickness direction for arranging semiconductor elements at a predetermined interval so that the shape can be maintained. To provide a device.

【0026】第2の目的は、電子冷却式冷蔵庫の庫内に
おける熱電変換装置の配置または構造に工夫を加えるこ
とにより、従来通りの簡易な構成で冷却能力の向上を図
ることにある。また、第3の目的は、熱交換エレメント
自体に冷却源及び加熱源を内蔵させ、換気が可能な冷暖
房装置を提供することにある。
A second object is to improve the cooling capacity with a simple structure as in the past by devising the arrangement or structure of the thermoelectric conversion device in the refrigerator of the electronic cooling type refrigerator. A third object is to provide a cooling and heating device capable of ventilation by incorporating a cooling source and a heating source in the heat exchange element itself.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために本発明の熱電変換装置では、電気絶縁性及び断
熱性を有する材料からなり、且つ、厚さ方向に貫通する
複数の素子収納孔が形成された成形基板を備え、該成形
基板の一群の素子収納孔にそれぞれ熱電変換用のN型半
導体素子を個別に収納するとともに、他群の素子収納孔
にそれぞれP型半導体素子を個別に収納し、さらに、前
記成形基板の上下面上に複数の電極を設け、これらの電
極により前記N型半導体素子とP型半導体素子を交互に
直列接続してなるモジュールを具備したものとしてい
る。
In order to achieve the first object, in the thermoelectric conversion device of the present invention, a plurality of elements made of a material having electrical insulation and heat insulation properties and penetrating in the thickness direction are provided. A molded substrate having a storage hole is formed, N-type semiconductor elements for thermoelectric conversion are individually stored in one group of element storage holes of the molded substrate, and P-type semiconductor elements are respectively stored in the other group of element storage holes. Each of them is housed individually, and further, a plurality of electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the molded substrate, and a module in which the N-type semiconductor element and the P-type semiconductor element are alternately connected in series by these electrodes is provided. .

【0028】上記構成において、前記成形基板は素子収
納孔上下開口部周辺に電極配設用溝を形成し、且つ、該
電極配設用溝の深さが電極の厚さと、電極と半導体素子
との接着層の厚さを加えた寸法にほぼ等しく設定された
ものとすることができる。また、該成形基板はポリフェ
ニレンサルファイドや、独立気泡を有する発泡プラスチ
ック、或はポリウレタン発泡成形品、更には、可撓性材
料等により構成することができる。
In the above structure, the molded substrate is formed with electrode mounting grooves around the upper and lower openings of the element housing hole, and the depth of the electrode mounting groove is the thickness of the electrode and the electrode and the semiconductor element. Can be set to be approximately equal to the dimension including the thickness of the adhesive layer. Further, the molded substrate can be made of polyphenylene sulfide, foamed plastic having closed cells, or polyurethane foam molded product, and further made of a flexible material.

【0029】また、本発明の熱電変換装置は上記成形基
板に代えて、電気絶縁性及び断熱性を有する複数の材料
を積層してなり、且つ、厚さ方向に貫通する複数の素子
収納孔が形成された素子埋設体を使用して構成すること
ができる。
Further, in the thermoelectric conversion device of the present invention, instead of the above-mentioned molded substrate, a plurality of materials having electrical insulation and heat insulation properties are laminated, and a plurality of element housing holes penetrating in the thickness direction are formed. It can be configured using the formed element embedded body.

【0030】この場合、モジュールは厚さ方向に分割さ
れた複数の素子埋設体を有し、且つ、組立後において、
各素子埋設体間には空隙が形成された構造とすることが
でき、さらに、このような分割された素子埋設体を用い
たものでは、互いに対向する素子埋設体のうち、少なく
とも一方の素子埋設体の対向面に、他方の素子埋設体の
対向面を支持するための凸状体を形成した構成を採るこ
とができる。
In this case, the module has a plurality of element embedding bodies divided in the thickness direction, and after assembly,
A space may be formed between the element embedding bodies. Further, in the case where such divided element embedding bodies are used, at least one of the element embedding bodies facing each other is embedded. It is possible to adopt a configuration in which a convex body for supporting the facing surface of the other element-embedded body is formed on the facing surface of the body.

【0031】上記第2の目的を達成するために本発明の
電子冷却式冷蔵庫では、放熱部と吸熱部及び熱電変換モ
ジュールから構成される冷却装置を備えた電子式冷蔵庫
において、前記冷却装置電子式冷蔵庫本体の庫内に冷凍
室及び冷蔵室をそれぞれ独立して形成するとともに、少
なくとも1以上の冷却装置により構成される第1、第2
冷却部を準備し、前記第1冷却部を、その吸熱部が前記
冷凍室側に臨み、その放熱部が前記冷蔵室側に臨むよう
に配設する一方、前記第2冷却部を、その吸熱部が前記
冷蔵室側に臨み、その放熱部が前記本体の庫外側に臨む
ように配設している。
In order to achieve the above-mentioned second object, the electronic cooling refrigerator of the present invention is an electronic refrigerator provided with a cooling device composed of a heat radiating part, a heat absorbing part and a thermoelectric conversion module. The first and second cooling chambers are formed independently of each other in the refrigerator body, and are composed of at least one cooling device.
A cooling unit is prepared, and the first cooling unit is arranged so that its heat absorbing unit faces the freezer compartment and its heat radiating unit faces the refrigerating compartment, while the second cooling unit absorbs heat. The part faces the refrigerating compartment side, and the heat radiation part faces the outside of the main body.

【0032】上記構成において、第1、第2冷却部を構
成する冷却装置は好ましくは、それぞれ冷却部及び放熱
部を、表面が絶縁処理されたアルミニウム材を成形して
なる板状体により形成するとともに、該冷却部及び放熱
部を熱電変換モジュールと接触させてなるものとする。
In the above-mentioned structure, the cooling device constituting the first and second cooling parts is preferably formed by a plate-shaped body formed by molding an aluminum material having an insulating surface, respectively. At the same time, the cooling unit and the heat radiation unit are brought into contact with the thermoelectric conversion module.

【0033】また、第1冷却部を構成する冷却装置の吸
熱部を、表面が絶縁処理されたアルミニウム材を成形し
てなる箱状体に構成し、該箱状体を内箱として冷凍室内
に配設するとともに、該吸熱部に直接、熱電変換モジュ
ールを接触させた構造とすることができる。
Further, the heat absorbing portion of the cooling device constituting the first cooling portion is formed into a box-shaped body formed by molding an aluminum material whose surface is insulated, and the box-shaped body is used as an inner box in the freezing chamber. The thermoelectric conversion module can be arranged so as to be in direct contact with the heat absorbing portion.

【0034】上記第3の目的を達成するために本発明の
熱交換エレメントでは略平坦に形成された基板とコルゲ
ート板とを上下に積層して、該コルゲート板と基板とに
より一方向に貫通する風路を形成してなる複数の風路ユ
ニットと、熱電変換モジュールとを備え、前記風路ユニ
ットを隣接する風路ユニットの風路方向が互いにほぼ直
交するように上下多段に配設するとともに、各風路ユニ
ットのコルゲート板を介して相対向する基板面が同一の
冷却面または放熱面となるように、各風路ユニット間に
それぞれ前記熱電変換モジュールを介装した構成として
いる。
In order to achieve the third object, in the heat exchange element of the present invention, a substrate and a corrugated plate which are formed substantially flat are vertically stacked, and the corrugated plate and the substrate penetrate in one direction. A plurality of air passage units forming an air passage and a thermoelectric conversion module are provided, and the air passage units are arranged in upper and lower stages so that the air passage directions of adjacent air passage units are substantially orthogonal to each other. The thermoelectric conversion module is interposed between the air passage units so that the substrate surfaces facing each other via the corrugated plate of each air passage unit are the same cooling surface or heat radiation surface.

【0035】上記構成において、前記基板及びコルゲー
ト板は好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合
金により形成する。
In the above structure, the substrate and the corrugated plate are preferably made of aluminum or aluminum alloy.

【0036】また、上記構成の熱交換エレメントを用い
た換気型冷暖房装置では、該熱交換エレメントを建物外
壁を貫通するように取り付けられるものとし、この熱交
換エレメントの室外側開放端と室内側開放端に面して配
設される室内側給気送風機及び室外側排気送風機と、前
記熱交換エレメントに直流電流を供給する直流化電源及
び、この直流化電源の電流切換手段を具備するものとし
ている。
Further, in the ventilation type cooling and heating apparatus using the heat exchange element having the above-mentioned structure, the heat exchange element is attached so as to penetrate through the outer wall of the building, and the outdoor end of the heat exchange element and the indoor side open end. An indoor side air supply blower and an outdoor side exhaust air blower arranged facing the end, a direct current power supply for supplying a direct current to the heat exchange element, and a current switching means for the direct current power supply. .

【0037】[0037]

【作用】上記構成の熱電変換装置によると、半導体素子
列は成形基板または複層の素子埋設体に収納された形
で、その上下面において所定のパターンで電気的に接続
される構造となっている。これにより、従来のアルミナ
等からなる絶縁基板等が不要となり、吸熱・放熱作用を
効果的に実現し得る。
According to the thermoelectric conversion device having the above-mentioned structure, the semiconductor element array is housed in the molded substrate or the multi-layered element burying body, and is electrically connected in a predetermined pattern on the upper and lower surfaces thereof. There is. This eliminates the need for a conventional insulating substrate or the like made of alumina or the like, and can effectively realize heat absorption and heat dissipation.

【0038】また、従来のように隣り合う半導体素子間
に空隙が存在するだけの構造では、該半導体素子間の発
露異物の混入によって半導体素子間に短絡等が生じる虞
れがあったが、本発明では隣り合う半導体素子間には成
形基板を構成する絶縁材料が介在しているため、該半導
体素子間の絶縁が確実に達成できる。
Further, in the conventional structure having only a gap between the adjacent semiconductor elements, there is a possibility that a short circuit or the like may occur between the semiconductor elements due to the mixture of dew particles between the semiconductor elements. In the invention, the insulating material forming the molded substrate is interposed between the adjacent semiconductor elements, so that the insulation between the semiconductor elements can be reliably achieved.

【0039】さらに、この種の熱電変換装置に使用され
る半導体素子には、例えばビスマス・テルル系の結晶素
子のように劈開性を有するために、材料強度の観点から
見て脆いものもあるが、本発明では成形基板または素子
埋設体が具備する緩衝作用により半導体素子破損の危険
性を減少させることが可能となり、強度信頼性が向上す
る。その上、成形基板または素子埋設体自体がモジュー
ルの形態保持機能を有するため、半導体素子の組立用治
具として機能することになり、組立工程の大幅な簡素化
が可能となる。
Further, some semiconductor elements used in this type of thermoelectric conversion device are fragile from the viewpoint of material strength because they have a cleavability like a bismuth-tellurium type crystal element, for example. In the present invention, it is possible to reduce the risk of semiconductor device damage due to the cushioning function of the molded substrate or the device-embedded body, and the strength reliability is improved. In addition, since the molded substrate or the element-embedded body itself has a function of maintaining the form of the module, it functions as a jig for assembling the semiconductor element, and the assembly process can be greatly simplified.

【0040】また、複層の素子埋設体を用いたもので
は、層間に介在する空隙によって優れた熱絶縁性が存在
するため、冷却板、放熱板間の素子埋設体によるヒート
ブリッジ効果を防止でき、吸熱・放熱効率を高くでき
る。
Further, in the case of using the multi-layered element embedded body, since the excellent thermal insulation exists due to the voids interposed between the layers, the heat bridge effect due to the element embedded body between the cooling plate and the heat radiating plate can be prevented. The heat absorption and heat dissipation efficiency can be increased.

【0041】上記構成の電子冷却式冷蔵庫によると、冷
凍室に接する面に設けた第1冷却部の放熱部を庫外側で
はなく、冷蔵室側に設置し、第2冷却部を冷蔵室と庫外
の接する面に設けるようにしているため、第1冷却部の
放熱部の温度は低く、冷凍室内ではより低い温度帯が可
能となる。
According to the electronic cooling type refrigerator having the above-mentioned structure, the heat radiating portion of the first cooling unit provided on the surface in contact with the freezing chamber is installed not on the outside of the refrigerator but on the refrigerating chamber side, and the second cooling unit is connected to the refrigerator chamber and the refrigerator. Since it is provided on the outer contact surface, the temperature of the heat radiating portion of the first cooling portion is low, and a lower temperature zone is possible in the freezing chamber.

【0042】また、アルミニウム材より成形される吸熱
部及び放熱部の表面を絶縁処理し、熱電変換モジュール
と直接、接触させる構造としたものでは、絶縁基板によ
り挟み込む従来構成と比較して熱抵抗が小さくなり、冷
却効率が向上する。さらに、吸熱部の構造を絶縁処理さ
れたアルミニウム材を内箱型に成形したものとすること
で、冷却効率を一層向上させることが可能となり、冷凍
室温の低温化及び均一化を実現し得る。
Further, in the structure in which the surfaces of the heat absorbing portion and the heat radiating portion formed of aluminum material are subjected to insulation treatment and brought into direct contact with the thermoelectric conversion module, the thermal resistance is higher than that of the conventional structure sandwiched by the insulating substrate. It becomes smaller and the cooling efficiency is improved. Furthermore, by forming the heat-absorbing portion into an inner-box-shaped aluminum material that has been subjected to insulation treatment, it is possible to further improve the cooling efficiency, and it is possible to achieve a low and uniform freezing room temperature.

【0043】上記構成の熱交換エレメントによると、熱
電変換モジュールを内蔵していることにより、該モジュ
ールに直流電流を付与すれば冷房装置となり、また、直
流電流の向きを切り換えることで、冷却面と放熱面が逆
転し、暖房装置となり得る。また、熱電変換素子の厚み
は1mm前後乃至それよりも更に薄いものも使用可能であ
るため、仕切板の厚みも風路の有効面積を著しく損なう
ものとはならず、従って装置のコンパクト化が可能とな
る。
According to the heat exchange element having the above-mentioned structure, since the thermoelectric conversion module is built in, if a direct current is applied to the module, it becomes a cooling device, and by switching the direction of the direct current, it becomes a cooling surface. The heat-dissipating surface reverses and can become a heating device. In addition, since the thickness of the thermoelectric conversion element can be around 1 mm or thinner, the thickness of the partition plate does not significantly impair the effective area of the air passage, and therefore the device can be made compact. Becomes

【0044】また、上記構成の換気型冷暖房装置による
と、圧縮機等の冷凍サイクルを使用した旧来の空気調和
装置と比較し、可動部は送風機のみであり、静音性の高
いコンパクトな装置の実現が可能となる。
Further, according to the ventilation type cooling and heating apparatus having the above-mentioned structure, compared with the conventional air conditioner using a refrigeration cycle such as a compressor, the movable part is only the blower, and a compact apparatus with high quietness is realized. Is possible.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。まず、本発明に係る熱電変換装置の実施例に
ついて図1及び図2を参照しながら説明する。図1は本
発明に係る熱電変換装置の実施例におけるモジュールの
構造を示し、図2はモジュールを構成部材毎に分解して
示している。これらの図に示すモジュール1は、成形基
板2を基材としており、半導体素子列は一列のみの半導
体素子列を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an embodiment of a thermoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows the structure of a module in an embodiment of a thermoelectric conversion device according to the present invention, and FIG. 2 shows the module disassembled into its constituent members. The module 1 shown in these figures uses the molded substrate 2 as a base material, and the semiconductor element array has only one semiconductor element array.

【0046】即ち、モジュール1の成形基板2には、厚
さ(上下)方向に貫通する複数の素子収納孔3が一列に
形成されており、これらの各素子収納孔3のうち、一群
の素子収納孔3にそれぞれ熱電変換用のN型半導体素子
4が個別に収納されているとともに、他群の素子収納孔
3にそれぞれP型半導体素子4が個別に収納されてい
る。
That is, a plurality of element accommodating holes 3 penetrating in the thickness (vertical) direction are formed in a row on the molded substrate 2 of the module 1, and a group of elements among these element accommodating holes 3 are formed. N-type semiconductor elements 4 for thermoelectric conversion are individually stored in the storage holes 3, and P-type semiconductor elements 4 are individually stored in the element storage holes 3 of the other groups.

【0047】そして、それぞれの半導体素子4の一方側
で隣り合う逆極性の半導体素子4の上面間、及び他方側
で隣り合う逆極性の半導体素子4の下面間に亙って電極
5が設けられ、該電極5と各半導体素子4とがそれぞれ
半田6等により接続されており、これにより、N型半導
体素子4とP型半導体素子4とが、上下の電極5により
N型−P型−N型−P型−……と交互に電気的に直列接
続されている。
Electrodes 5 are provided between the upper surfaces of the opposite polarity semiconductor elements 4 adjacent to each other on one side of the respective semiconductor elements 4 and between the lower surfaces of the opposite polarity semiconductor elements 4 adjacent to the other side. , The electrode 5 and each semiconductor element 4 are respectively connected by solder 6 or the like, whereby the N-type semiconductor element 4 and the P-type semiconductor element 4 are connected to each other by the upper and lower electrodes 5 to be N-type-P-type-N. Type-P type -... are alternately electrically connected in series.

【0048】このような構成において、成形基板2の各
素子収納孔形成部分の上下開口部周辺には、電極5が配
設される電極配設用溝16が形成されている。この電極
配設用溝7は長尺方向に連続し、且つ、底が平坦な浅溝
状を呈しており、押出成形に有利な形状となっている。
In such a structure, the electrode mounting groove 16 in which the electrode 5 is disposed is formed around the upper and lower openings of each element storage hole forming portion of the molded substrate 2. The electrode disposing groove 7 is continuous in the longitudinal direction and has a shallow groove shape with a flat bottom, which is advantageous for extrusion molding.

【0049】勿論、電極配設用溝7は各電極5の形状に
適合させて個別に形成された独立溝であってもよい。な
お、電極配設用溝7は必ずしも必要でないが、複数の電
極面を所定パターンで接続し、且つ、後述する熱電変換
装置の構成部材である冷却板8及び放熱板9に均一に接
触させる必要がある点及び、組立の自動化を勘案すれ
ば、該溝7の効果は大である。
Of course, the electrode disposing groove 7 may be an independent groove individually formed in conformity with the shape of each electrode 5. The electrode disposing groove 7 is not always necessary, but it is necessary to connect a plurality of electrode surfaces in a predetermined pattern and evenly contact a cooling plate 8 and a heat radiating plate 9 which are constituent members of a thermoelectric conversion device described later. Considering that there is a certain point and the automation of the assembly, the effect of the groove 7 is great.

【0050】また、成形基板2は電気絶縁性及び断熱性
に優れた材料であればよく、例えばポリフェニレンサル
ファイド(PPS)の射出成形品は、熱変形温度が26
0℃であり、半導体素子4と電極5との接続手段として
半田6を使用できる点で有利である。その他の基板成形
材料としては、独立気泡を有する発泡プラスチック、ポ
リウレタン発泡成形品、或はゴムまたはエラストマー等
の可撓性材料も好適に使用できる。なお、ゴム、エラス
トマー等の可撓性材料により基板2を構成する場合は押
出成形法が利用できる。
The molded substrate 2 may be made of a material having excellent electrical insulation and heat insulation properties. For example, an injection molded product of polyphenylene sulfide (PPS) has a heat distortion temperature of 26.
The temperature is 0 ° C., which is advantageous in that the solder 6 can be used as a connecting means between the semiconductor element 4 and the electrode 5. As other substrate molding materials, foamed plastics having closed cells, polyurethane foam moldings, or flexible materials such as rubber or elastomer can be preferably used. When the substrate 2 is made of a flexible material such as rubber or elastomer, an extrusion molding method can be used.

【0051】また、耐熱性の低い成形基板2を用いる場
合は、半導体素子4と電極5との接続手段として、融点
が約80℃であるビスマス、アンチモン等を含んだ低融
点合金や、エポキシ樹脂を基材として銀フィラーを混入
させた導電性接着剤が好適に使用できる。
When the molded substrate 2 having low heat resistance is used, a low melting point alloy containing bismuth, antimony or the like having a melting point of about 80 ° C. or an epoxy resin is used as a connecting means between the semiconductor element 4 and the electrode 5. A conductive adhesive in which a silver filler is mixed as a base material can be preferably used.

【0052】次に、モジュール1の組立工程について述
べると、各半導体素子4は成形基板2に挿入する前に、
予めその一端に電極5が接続された素子−電極対A、B
として作製されたものとする。そして、所定の半導体素
子列となるように、下方からはN型半導体素子4の素子
−電極対Bが、上方からはP型半導体素子4の素子−電
極対Aがそれぞれ対応する素子収納孔3に挿入される。
また、電極5の相手側素子接続面及び半導体素子4の相
手側電極接続面には予備半田6が施されるか、或は予め
接着剤が塗布されている。
Next, the assembly process of the module 1 will be described. Before each semiconductor element 4 is inserted into the molded substrate 2,
Element-electrode pair A, B having an electrode 5 previously connected to one end thereof
It is assumed that it was created as. Then, in order to form a predetermined semiconductor element row, the element-electrode pair B of the N-type semiconductor element 4 corresponds from the lower side, and the element-electrode pair A of the P-type semiconductor element 4 corresponds from the upper side, respectively. Inserted in.
In addition, preliminary solder 6 is applied to the mating element connecting surface of the electrode 5 and the mating electrode connecting surface of the semiconductor element 4, or an adhesive is applied in advance.

【0053】かかる状態で所定の素子−電極対A、Bを
挿入組立後、成形基板2をヒートプレスすることによ
り、素子列の電気接続が完了する。この場合、成形基板
2の平坦に形成された上下面に対して、電極配設用溝7
に嵌入した電極5の上面が突出または凹入して、基板上
面に凹凸が生じることは好ましくない。このため、基板
2の上下面と電極上面が平坦に面一となるように、電極
配設用溝7の深さは電極5、半田6等の接着剤の厚みに
基づいて決められる。具体的には、電極配設用溝7の深
さは電極5の厚さと、電極5と半導体素子4との半田層
(接着層)6の厚さを加えた寸法にほぼ等しく設定され
る。
After inserting and assembling the predetermined element-electrode pairs A and B in such a state, the molded substrate 2 is heat-pressed to complete the electrical connection of the element rows. In this case, the electrode mounting groove 7 is formed on the flat upper and lower surfaces of the molded substrate 2.
It is not preferable that the upper surface of the electrode 5 fitted in the protrusion protrudes or is recessed to cause unevenness on the upper surface of the substrate. Therefore, the depth of the electrode mounting groove 7 is determined based on the thickness of the adhesive such as the electrode 5 and the solder 6 so that the upper and lower surfaces of the substrate 2 are flush with the upper surface of the electrode. Specifically, the depth of the electrode mounting groove 7 is set to be substantially equal to the thickness of the electrode 5 and the thickness of the solder layer (adhesive layer) 6 between the electrode 5 and the semiconductor element 4.

【0054】なお、本実施例では、素子−電極対A、B
を作製する順序を経た工程を説明したが、各半導体素子
4を各々、素子収納孔3に挿入した後、その上下から電
極5を配設する方法も可能である。
In this embodiment, the element-electrode pair A, B
Although the steps through the steps for manufacturing the above have been described, it is also possible to insert each semiconductor element 4 into the element accommodating hole 3 and then dispose the electrodes 5 from above and below the element accommodating hole 3.

【0055】図3は上記構成のモジュール1が組み込ま
れた熱電変換装置を示している。なお、該熱電変換装置
はモジュール1の上下に冷却板8及び放熱板9を配設す
るとともに、両端の電極5を導線(図示せず)を介して
直流電源(図示せず)と接続することにより、冷却装置
として機能するものであるが、該冷却装置の基本構成及
び動作は前述の従来例と同様であるので、重複を避ける
ためにその説明を省略する。
FIG. 3 shows a thermoelectric conversion device in which the module 1 having the above structure is incorporated. In the thermoelectric converter, a cooling plate 8 and a heat radiating plate 9 are provided above and below the module 1, and the electrodes 5 at both ends are connected to a DC power source (not shown) via a lead wire (not shown). Thus, the cooling device functions as a cooling device, but since the basic configuration and operation of the cooling device are the same as those of the above-described conventional example, the description thereof will be omitted to avoid duplication.

【0056】図3に示す本実施例の冷却装置を図15に
示した従来構造と比較すると、従来構造の素子間の空隙
が本実施例では成形基板2を構成する絶縁材料で充填さ
れる形となっている。従って、従来必要であったモジュ
ール形態保持用の絶縁基板33は不必要となるが、冷却
板8及び放熱板9のモジュール接触面での絶縁処理が別
に必要となる。
Comparing the cooling device of this embodiment shown in FIG. 3 with the conventional structure shown in FIG. 15, the gap between the elements of the conventional structure is filled with the insulating material constituting the molded substrate 2 in this embodiment. Has become. Therefore, the insulating substrate 33 for holding the module form, which has been required in the past, is unnecessary, but the insulating treatment on the module contact surfaces of the cooling plate 8 and the heat radiating plate 9 is additionally required.

【0057】この絶縁処理方法として、一般に冷却板
8、放熱板9はその軽量性、熱伝導性からアルミニウム
が多用されていることに注目し、その外表面を陽極酸化
処理、即ちアルマイト処理を施すようにすれば良好な絶
縁性が得られ、この手法が最も簡便な絶縁処理方法とし
て好適に採用できる。
As the insulation treatment method, it is noted that aluminum is often used for the cooling plate 8 and the heat radiating plate 9 because of its light weight and thermal conductivity, and the outer surface thereof is anodized, that is, anodized. By doing so, good insulation can be obtained, and this method can be preferably adopted as the simplest insulation treatment method.

【0058】図4は本発明に係る熱電変換装置の他の実
施例におけるモジュールの構造を示している。この図に
示すモジュール1は、複層の素子埋設体10を基材とし
ており、半導体素子列は一列のみの半導体素子列を有し
ている。即ち、モジュール1の素子埋設体10には、厚
さ方向(上下)方向に貫通する複数の素子収納孔3が一
列に形成されており、これらの各素子収納孔3のうち、
一群の素子収納孔3にそれぞれ熱電変換用のN型半導体
素子4が個別に収納されているとともに、他群の素子収
納孔3にそれぞれP型半導体素子4が個別に収納されて
いる。
FIG. 4 shows the structure of a module in another embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention. The module 1 shown in this figure uses a multi-layered element embedded body 10 as a base material, and the semiconductor element row has only one semiconductor element row. That is, the element embedding body 10 of the module 1 is formed with a plurality of element accommodating holes 3 penetrating in the thickness direction (vertical direction) in a line, and among these element accommodating holes 3,
The N-type semiconductor elements 4 for thermoelectric conversion are individually stored in the element storage holes 3 of one group, and the P-type semiconductor elements 4 are individually stored in the element storage holes 3 of the other group.

【0059】そして、それぞれの半導体素子4の一方側
で隣り合う逆極性の半導体素子4の上面間、及び他方側
で隣り合う逆極性の半導体素子4の下面間に亙って電極
5が設けられ、該電極5と各半導体素子4とがそれぞれ
半田6等により接続されており、これにより、N型半導
体素子4とP型半導体素子4とが、上下の電極5により
N型−P型−N型−P型−……と交互に電気的に直列接
続されている。
Electrodes 5 are provided between the upper surfaces of the opposite polarity semiconductor elements 4 adjacent to each other on one side of the respective semiconductor elements 4 and between the lower surfaces of the opposite polarity semiconductor elements 4 adjacent to the other side. , The electrode 5 and each semiconductor element 4 are respectively connected by solder 6 or the like, whereby the N-type semiconductor element 4 and the P-type semiconductor element 4 are connected to each other by the upper and lower electrodes 5 to be N-type-P-type-N. Type-P type -... are alternately electrically connected in series.

【0060】ところで、図示例では複層の素子埋設体1
0は4層としているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、薄肉のシートを積層することにより層数を増
加させるほど、空隙層の数も増加し、熱抵抗を大きくで
きる。
By the way, in the illustrated example, the multi-layered element embedded body 1 is used.
Although 0 is set to 4 layers, the present invention is not limited to this, and as the number of layers is increased by laminating thin sheets, the number of void layers is also increased and the thermal resistance can be increased.

【0061】また、素子埋設体10の構成材料として
は、熱抵抗の大きい電気絶縁性材料が適しており、例え
ばプラスチック、紙、ゴム等のシート材が好適に使用で
きる。また、各層は同一材料で構成してもよく、材料が
高価な場合は、異なる材料の複層体を使用するようにし
てもよい。さらに、半導体素子4を配設するための素子
収納孔3は打抜加工で穿設することができる。このよう
に、本実施例における複層の素子埋設体10は薄肉のシ
ート状で構成されているので、打抜工程も含めて連続生
産が可能となるという利点がある。
Further, as the constituent material of the element-embedded body 10, an electrically insulating material having a large thermal resistance is suitable, and for example, a sheet material such as plastic, paper or rubber can be preferably used. Further, each layer may be composed of the same material, and when the material is expensive, a multilayer body of different materials may be used. Further, the element housing hole 3 for arranging the semiconductor element 4 can be punched. As described above, since the multi-layered element burying body 10 in the present embodiment is formed in a thin sheet shape, there is an advantage that continuous production is possible including the punching step.

【0062】図5は素子埋設体10を基材としたモジュ
ールの変形例を示している。この図に示すものでは、モ
ジュール1は厚さ方向に2分割された素子埋設体10
a、10bを所定の空隙11を設けて上下に配設した構
成となっている。この空隙11により素子埋設体10
a、10bを経由して放熱面から冷却面への熱流、つま
りヒートブリッジの形成を大幅に低減できる。
FIG. 5 shows a modification of the module in which the element embedded body 10 is used as a base material. In the structure shown in this figure, the module 1 is an element embedding body 10 divided into two in the thickness direction.
It is configured such that a and 10b are arranged vertically with a predetermined gap 11 provided. The element embedded body 10 is formed by the void 11.
The heat flow from the heat radiation surface to the cooling surface via a and 10b, that is, the formation of a heat bridge can be significantly reduced.

【0063】図6は上記分割した素子埋設体10a、1
0bを用いたモジュール1の組立概念を示している。図
7はモジュール組立工程を概念的に示している。これら
の図に示すように、シート状の上下の素子埋設体10
a、10bの原反は巻回状態に保持されており、該原反
から繰り出された素子埋設体10a、10bはそれぞれ
製造ラインに設けられたプレス部12a、12bで、等
間隔毎に素子収納孔3a、3bが打ち抜かれる。
FIG. 6 shows the divided element-embedded bodies 10a, 1
The assembly concept of the module 1 using 0b is shown. FIG. 7 conceptually shows the module assembly process. As shown in these figures, the sheet-like upper and lower element-embedded bodies 10 are provided.
The original fabrics a and 10b are held in a wound state, and the element-embedded bodies 10a and 10b fed out from the original fabrics are pressed by the press portions 12a and 12b provided on the production line, respectively, to accommodate the elements at regular intervals. The holes 3a and 3b are punched out.

【0064】次いで、上部素子埋設体10aには、一つ
おきの素子収納孔3aにそれぞれ電極5が接続された状
態のP型半導体素子4が挿入され、各半導体素子間には
N型半導体素子4の上半部が嵌入する素子収納孔3aが
開口している。同様に、下部素子埋設体16には、一つ
おきの素子収納孔3bにそれぞれ電極5が接続された状
態のN型半導体素子4が挿入され、各半導体素子間には
P型半導体素子4の下半部が嵌入される素子収納孔3b
が開口している。
Next, the P-type semiconductor element 4 in which the electrodes 5 are connected to the alternate element accommodating holes 3a is inserted into the upper element embedded body 10a, and the N-type semiconductor element is interposed between the semiconductor elements. The element housing hole 3a into which the upper half of the No. 4 is fitted is opened. Similarly, the N-type semiconductor element 4 in which the electrodes 5 are connected to the alternate element housing holes 3b is inserted into the lower element embedded body 16, and the P-type semiconductor element 4 is inserted between the semiconductor elements. Element storage hole 3b into which the lower half is fitted
Is open.

【0065】そして、図7に示すように、上記構成から
なるP型半導体素子列とN型半導体素子列をとを組み合
わせ、ヒートプレス部13で加熱圧接し、さらに所定長
さ毎に切断することにより図5に示すモジュール1が完
成する。
Then, as shown in FIG. 7, the P-type semiconductor element array and the N-type semiconductor element array having the above-mentioned structure are combined, heated and pressed by the heat press section 13, and further cut into predetermined lengths. This completes the module 1 shown in FIG.

【0066】ここで重要なことは、P型半導体素子4と
N型半導体素子4を分離して組み立てられることであ
る。即ち、両半導体素子4は同一寸法に形成され、しか
も外面の色彩も類似していることから、外観上の判別は
困難であるが、上述のように分離して組み立てられるこ
とにより、N型及びP型半導体素子4の素子収納孔3
a、3bへの誤挿入防止効果が大きい。
What is important here is that the P-type semiconductor element 4 and the N-type semiconductor element 4 are separately assembled. That is, since both semiconductor elements 4 are formed to have the same size and the colors of the outer surfaces are similar to each other, it is difficult to distinguish the appearance. However, by assembling them separately as described above, the N-type and Element storage hole 3 of P-type semiconductor element 4
The effect of preventing erroneous insertion into a and 3b is great.

【0067】図8は上下の素子埋設体10a、10bの
組立構造に工夫を加えた変形例を示している。この図に
示すように、互いに対向する上下の素子埋設体10a、
10bの対向面にそれぞれ対向する素子埋設体10b、
10aの面を支持するための凸状体14a、14bを設
けるようにすれば、空隙11を確実に確保でき、また、
各半導体素子4に対する緩衝効果を増大させることがで
きる。
FIG. 8 shows a modified example in which the assembly structure of the upper and lower element buried bodies 10a and 10b is modified. As shown in this figure, the upper and lower element embedded bodies 10a facing each other,
Element embedded bodies 10b facing the facing surfaces of 10b,
If the convex bodies 14a and 14b for supporting the surface of 10a are provided, the void 11 can be surely secured, and
The buffering effect on each semiconductor element 4 can be increased.

【0068】次に、本発明に係る電子冷却式冷蔵庫の実
施例について図9〜図12を参照しながら説明する。図
9は本実施例の電子冷却式冷蔵庫15の全体構成を示し
ている。この図に示す電子冷却式冷蔵庫15は大要、食
品を保存する断熱箱体16と、その箱体16を密閉する
断熱扉17とにより構成されている。断熱箱体16の庫
内は少なくとも2個の貯蔵室に区画されており、図示例
では上側の貯蔵室が冷蔵室18として、下側の貯蔵室が
冷凍室19として機能するようになっている。なお、断
熱扉17は開閉自在に設けられており、1ドアまたは2
ドアで構成されている。
Next, an embodiment of the electronic cooling type refrigerator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows the overall configuration of the electronic cooling refrigerator 15 of this embodiment. The electronic cooling type refrigerator 15 shown in this figure is basically composed of a heat insulating box 16 for storing food and a heat insulating door 17 for sealing the box 16. The inside of the heat-insulating box 16 is divided into at least two storage chambers, and in the illustrated example, the upper storage chamber functions as a refrigerating chamber 18 and the lower storage chamber functions as a freezing chamber 19. . In addition, the heat insulating door 17 is provided so as to be openable and closable, and one door or two doors
It consists of a door.

【0069】冷蔵室18と冷凍室19とを区画する隔壁
には、第1冷却部を構成する第1冷却装置20aが設け
られている。この冷却装置20aはモジュール1a、冷
凍室19側に臨んで設置される吸熱部としての冷却板8
a及び、冷蔵室18側に臨んで設置されるフィン形状の
放熱板9aにより構成されている。また、冷蔵室18の
背壁にも同様に第2冷却部を構成する第2冷却装置20
bが設けられている。この冷却装置20bでは冷蔵室1
8側に臨んで冷却板8bが、庫外側に臨んで放熱板9b
がそれぞれ設置されている。
A first cooling device 20a constituting a first cooling section is provided on the partition wall which divides the refrigerating chamber 18 and the freezing chamber 19. The cooling device 20a includes a cooling plate 8 as a heat absorbing portion which is installed facing the module 1a and the freezer compartment 19 side.
a and a fin-shaped heat radiating plate 9a installed facing the refrigerating chamber 18 side. In addition, a second cooling device 20 that also constitutes a second cooling unit on the back wall of the refrigerating chamber 18
b is provided. In this cooling device 20b, the refrigerator compartment 1
Cooling plate 8b facing the 8 side, and radiating plate 9b facing the outside of the refrigerator
Are installed respectively.

【0070】また、冷蔵室18の庫内においては、冷蔵
室底面に臨む第1冷却装置20aの放熱板9a及び冷蔵
室背面に臨む第2冷却装置20bの冷却板8bは庫内ダ
クト21により被覆されている。この庫内ダクト内の冷
蔵室上部背面部分には庫内ファン22が取り付けられて
おり、この庫内ファン22により庫内ダクト内は常に強
制的に通風させることが可能となり、冷蔵室底面の放熱
板9aの放熱を促すとともに、庫内温度を均一に保つこ
とが可能となる。
In the inside of the refrigerator compartment 18, the radiator plate 9a of the first cooling device 20a facing the bottom of the refrigerator compartment and the cooling plate 8b of the second cooling device 20b facing the back of the refrigerator compartment are covered by the interior duct 21. Has been done. An internal fan 22 is attached to a rear portion of the upper part of the refrigerating room in the internal duct, and the internal fan 22 allows forced ventilation of air in the internal duct at all times. It is possible to promote the heat dissipation of the plate 9a and to keep the temperature inside the chamber uniform.

【0071】さらに、庫外に臨む第2冷却装置20bの
放熱板9bは庫外ダクト23により覆われている。この
庫外ダクト内の放熱板9bの上方には冷却ファン24が
設置されており、また、庫外ダクト23はその下部より
放熱板9bに向けて通風し、強制的に放熱を促すような
形状に形成されている。
Further, the radiator plate 9b of the second cooling device 20b facing the outside of the refrigerator is covered by the outside duct 23. A cooling fan 24 is installed above the heat radiating plate 9b in the outside duct, and the outside duct 23 has a shape that ventilates the lower part toward the heat radiating plate 9b to forcibly radiate heat. Is formed in.

【0072】次に、上記構成に関わる一連の動作につい
て述べると、まず、第1、第2冷却装置20a、20b
を構成する各モジュール1a、1bにそれぞれ直流電流
を流す。このとき、第2冷却装置20bではモジュール
1bのペルチェ効果により、冷蔵室内側の冷却板8bに
吸熱作用が生じ、冷蔵室内の熱を奪うとともに、徐々に
冷蔵室温は低下していく。
Next, a series of operations relating to the above configuration will be described. First, the first and second cooling devices 20a and 20b.
A direct current is applied to each of the modules 1a and 1b constituting the above. At this time, in the second cooling device 20b, the Peltier effect of the module 1b causes an endothermic action in the cooling plate 8b inside the refrigerating chamber to remove the heat in the refrigerating chamber and gradually lower the refrigerating room temperature.

【0073】また、第1冷却装置20aにおいても同様
にペルチェ効果により冷凍室内側に臨む冷却板8aに吸
熱作用が生じ、冷蔵室内側の放熱板9aで発熱作用を生
じる。このとき放熱板9aの冷却は冷蔵庫内の低温空気
によって行われるから、モジュール1aとしては小さな
温度差を生じるだけで冷凍室19に必要な−15℃〜−
20℃の温度帯まで冷却することが可能となる。
Also in the first cooling device 20a, similarly, the Peltier effect causes the cooling plate 8a facing the inside of the freezing chamber to absorb heat, and the radiator plate 9a inside the refrigerating chamber also generates heat. At this time, the heat radiating plate 9a is cooled by the low temperature air in the refrigerator, so that only a small temperature difference is generated in the module 1a, which is necessary in the freezer compartment −15 ° C.
It becomes possible to cool to a temperature zone of 20 ° C.

【0074】また、冷却装置20a、20bの構造とし
ては図10に示すものがより有効である。この図に示す
冷却装置は、図3に示すものと同等の構成を有してお
り、従来の構造に比べ、絶縁基板33が不必要となり、
また、冷却板8a、8b及び放熱板9aの表面のモジュ
ール1aとの接触部分にアルマイト処理等による絶縁処
理を施している。このようにすることにより、絶縁基板
33による熱抵抗を生じる従来構成の問題点をなくし
て、一層冷却効率の優れたものとなる。
As the structure of the cooling devices 20a and 20b, the one shown in FIG. 10 is more effective. The cooling device shown in this figure has the same structure as that shown in FIG. 3, and the insulating substrate 33 is unnecessary as compared with the conventional structure.
In addition, the surface of the cooling plates 8a, 8b and the heat dissipation plate 9a that is in contact with the module 1a is subjected to an insulation treatment such as anodizing. By doing so, the problem of the conventional configuration that causes the thermal resistance due to the insulating substrate 33 is eliminated, and the cooling efficiency is further improved.

【0075】また、このように冷却装置の構造が簡易で
あることから例えば図11に示すように、第1冷却装置
20aの吸熱部を冷却板8aに代えて、表面が絶縁処理
されたアルミニウム材を成形してなる箱状体8cにより
形成し、該箱状体8cを冷凍室庫内の内壁として構成す
ることができる。なお、図12はこの場合のモジュール
1aに対する箱状体8c及び放熱板9aの組立要領を示
しているが、その組立順序は図3に示すものと同様であ
る。
Since the structure of the cooling device is simple in this way, as shown in FIG. 11, for example, the heat absorbing portion of the first cooling device 20a is replaced with the cooling plate 8a, and the surface of the aluminum material is insulated. Can be formed by a box-shaped body 8c formed by molding, and the box-shaped body 8c can be configured as an inner wall in the freezer compartment. 12 shows an assembling procedure of the box-shaped body 8c and the heat radiating plate 9a for the module 1a in this case, the assembling order is the same as that shown in FIG.

【0076】また、本発明の電子冷却式冷蔵庫では、例
えば図13に示すように、図9に示すものとは逆に、上
側に冷凍室19を、下側に冷蔵室18を配置し、冷凍室
5の内底部に製氷皿等を設置可能に構成すれば、さらに
製氷等に有利なものとすることができる。
Further, in the electronic cooling type refrigerator of the present invention, as shown in FIG. 13, for example, a freezing compartment 19 is arranged on the upper side and a refrigerating compartment 18 is arranged on the lower side, contrary to the one shown in FIG. If an ice tray or the like can be installed on the inner bottom portion of the chamber 5, it can be more advantageous for ice making or the like.

【0077】最後に、本発明に係る熱交換エレメントの
実施例について図14を参照しながら説明する。図14
に示された本実施例の熱交換エレメントは大要、上下端
に配設された外殻25と、両外殻間に積層されたアルミ
ニウム板またはアルミニウム合金板からなるコルゲート
板26a、26b及び仕切部としてのモジュール1によ
り構成されている。
Finally, an embodiment of the heat exchange element according to the present invention will be described with reference to FIG. 14
The heat exchange element of the present embodiment shown in FIG. 1 is roughly composed of an outer shell 25 arranged at the upper and lower ends, and corrugated plates 26a, 26b and partitions made of aluminum plates or aluminum alloy plates laminated between the outer shells. It is composed of a module 1 as a part.

【0078】このモジュール1は図1に示すものとほぼ
同等に構成されており、平坦なアルミニウム板またはア
ルミニウム合金板からなる上下の基板27により複数の
N型半導体素子4とP型半導体素子4とが挟持されてい
るとともに、各基板27の素子側の面はアルマイト処理
された電気絶縁皮膜28が形成されている。また、半導
体素子4は電極5とともに基板27に半田付けされてお
り、且つ、電極5は導線を介して直流電源に直列接続さ
れている。さらに、基板27の四辺端面にはシール剤2
9が塗布されている。
This module 1 is configured almost the same as that shown in FIG. 1, and a plurality of N-type semiconductor elements 4 and P-type semiconductor elements 4 are formed by upper and lower substrates 27 made of a flat aluminum plate or an aluminum alloy plate. And the element-side surface of each substrate 27 is formed with an alumite-treated electrical insulating film 28. Further, the semiconductor element 4 is soldered to the substrate 27 together with the electrode 5, and the electrode 5 is connected in series to the DC power source via the lead wire. Further, the sealant 2 is applied to the four end faces of the substrate 27.
9 is applied.

【0079】コルゲート板26a、26bは基板27間
及び外殻25と基板27間に介装された状態で半田等に
より相互に接着されて、基板27等とともに一方向に貫
通する風路を有する風路ユニット30a、30bを構成
している。これらの風路ユニット30a、30bは隣接
するものどうしの風路方向が互いにほぼ直交するよう
に、それぞれモジュール1を介して上下多段に積層され
ている。そして、重要なことは各風路ユニット30a、
30bのコルゲート板26a、26bを介して相対向す
る基板面が同一の冷却面または放熱面として機能するよ
うに、電極5及び配線パターンを規定していることにあ
る。
The corrugated plates 26a and 26b are adhered to each other by solder or the like in a state of being interposed between the substrates 27 and between the outer shell 25 and the substrate 27, and have a wind path which penetrates in one direction together with the substrates 27 and the like. The road units 30a and 30b are configured. These air duct units 30a and 30b are vertically stacked in multiple stages via the module 1 such that the air duct directions of adjacent air duct units are substantially orthogonal to each other. And, the important thing is that each air passage unit 30a,
The electrode 5 and the wiring pattern are defined so that the substrate surfaces facing each other via the corrugated plates 26a and 26b of 30b function as the same cooling surface or heat radiation surface.

【0080】上記構成の熱交換エレメントを建物外壁を
貫通するように取り付け、従来例の図22に示すものと
同様に該エレメントの室外側開放端と室内側開放端に面
して室内側給気送風機及び室外側排気送風機を配設する
ことにより換気型冷暖房装置を実現できる。
The heat exchange element having the above structure is attached so as to penetrate the outer wall of the building, and the indoor side air supply is made to face the outdoor side open end and the indoor side open end of the element as in the conventional example shown in FIG. A ventilation type cooling and heating device can be realized by disposing a blower and an outdoor exhaust blower.

【0081】該換気型冷暖房装置においては、直流電源
31から導線32を通じてモジュール1に電流を供給す
ると、風路a、c、eに面した基板27は放熱面とな
り、風路a、c、eと直交する風路b、dに面した基板
27が冷却面となる。また、コルゲート板26a、26
bは熱交換フィンの機能も併せもっており、基板27の
熱を風路を流れる空気に効果的に伝達することができ
る。
In the ventilation type air conditioner, when a current is supplied from the DC power source 31 to the module 1 through the conductor 32, the substrate 27 facing the air passages a, c and e serves as a heat dissipation surface, and the air passages a, c and e. The substrate 27 facing the air passages b and d orthogonal to is the cooling surface. Also, the corrugated plates 26a, 26
b also has a function of a heat exchange fin, and can effectively transfer the heat of the substrate 27 to the air flowing through the air passage.

【0082】一方、電流の向きを図外の切換装置によっ
て切り換えると、放熱面と冷却面が逆転する。即ち、風
路b、dが室内への給気流路の場合は、図14の矢印で
示す電流の流れの方向で冷房が、矢印方向とは逆の流れ
の場合は暖房となり、電流切換装置以外は特別な冷暖房
切換機構は一切、不要となる。
On the other hand, when the direction of the current is switched by a switching device (not shown), the heat radiation surface and the cooling surface are reversed. That is, when the air passages b and d are air supply passages to the room, cooling is performed in the direction of current flow indicated by the arrow in FIG. 14, and heating is performed when flow is opposite to the direction of the arrow, except for the current switching device. Does not require any special cooling / heating switching mechanism.

【0083】なお、本実施例ではモジュール1の半導体
素子列を一列で構成しているが、実機では該半導体素子
列は基板27間に二次元的に配列されている。
In this embodiment, the semiconductor element array of the module 1 is composed of one row, but in an actual machine, the semiconductor element array is two-dimensionally arranged between the substrates 27.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1の
熱電変換装置によるときは、電気絶縁性、断熱性に優れ
た材料の成形品を半導体素子基材としているので、モジ
ュール化に必要な専用治具が大幅に削減でき、組立工数
減、コストダウンに寄与する効果が大きい。また、モジ
ュールの形態を保持するための絶縁基板が不要となり、
冷却板、放熱板に直接接続でき、吸熱・放熱作用の効果
を最大限発揮できる。さらに、素子間に電気絶縁性・断
熱性材料が介在する構造であり、隣接する素子間の短絡
防止や、機械的ストレスによる緩衝効果によりモジュー
ルの信頼性が向上する。
As described above, according to the thermoelectric conversion device of claim 1 of the present invention, a molded article made of a material excellent in electric insulation and heat insulation is used as a semiconductor element base material, which is necessary for modularization. The number of dedicated jigs can be significantly reduced, and the effect of reducing assembly man-hours and cost is great. Also, an insulating substrate for holding the form of the module is not required,
It can be directly connected to the cooling plate and heat sink, maximizing the effect of heat absorption and heat dissipation. Furthermore, the structure is such that an electrically insulating / heat insulating material is interposed between the elements, so that the reliability of the module is improved by preventing a short circuit between adjacent elements and by a buffering effect due to mechanical stress.

【0085】請求項7の熱電変換装置によるときは、電
気絶縁性、断熱性に優れた材料の複層体を半導体素子の
基材、つまり素子埋設体としているので、吸熱・放熱作
用の効率向上ができる。また、モジュールの組立工程が
簡素化でき、コストダウンも可能である。さらに、基材
の緩衝効果により素子の熱的・機械的ストレスに対する
信頼性が向上する上、基材を分割してN型、P型素子列
を分離組立することにより、生産品質が向上する。ま
た、連続生産による組立コストも大幅に削減できる。
According to the thermoelectric conversion device of claim 7, since the multi-layered body of the material excellent in electric insulation and heat insulation is used as the base material of the semiconductor element, that is, the element embedded body, the efficiency of heat absorption / heat radiation is improved. You can Further, the module assembling process can be simplified and the cost can be reduced. Further, the buffering effect of the base material improves the reliability of the device against thermal and mechanical stress, and the production quality is improved by dividing the base material and separately assembling the N-type and P-type element arrays. Also, the assembly cost due to continuous production can be significantly reduced.

【0086】請求項10の電子冷却式冷蔵庫によるとき
は、従来例と比較して低温の温度帯の貯蔵室を設けるこ
とが比較的簡易な方法で可能となり、コストも低減でき
る。また、請求項11によるときは、より熱抵抗の少な
い冷却装置を用いることで、冷却効率のよい電子冷却式
冷蔵庫が可能となる。さらに、請求項12によるとき
は、冷却板を内箱型に成形することで、冷却効率を高
め、冷凍室温を均一に低温度帯に保つことが可能であ
り、製氷等により有利な電子冷却式冷蔵庫が可能とな
る。
According to the electronic cooling type refrigerator of the tenth aspect, it is possible to provide a storage chamber in a temperature zone lower than that of the conventional example by a relatively simple method, and the cost can be reduced. Further, according to the eleventh aspect, by using the cooling device having a smaller heat resistance, the electronic cooling type refrigerator having good cooling efficiency can be realized. Further, according to claim 12, by forming the cooling plate in the shape of an inner box, it is possible to enhance the cooling efficiency and keep the frozen room temperature in a low temperature zone uniformly. The refrigerator becomes possible.

【0087】請求項13の熱交換エレメントによるとき
は、モジュールを内蔵しているので、受け身的な熱回収
装置でなく、換気をしながらの冷暖房が可能な装置が提
供できる。また、熱電変換装置自体は半導体の素子列と
直流電源が主要部品であるから圧縮機等を利用した冷暖
房装置に比べ、コンパクトで静粛性に優れ、しかも地球
環境保全に寄与するフロンフリーな冷暖房装置を提供で
きる。
According to the heat exchange element of the thirteenth aspect, since the module is built in, a device capable of cooling and heating while ventilating can be provided instead of a passive heat recovery device. In addition, since the thermoelectric conversion device itself is mainly composed of a semiconductor element array and a DC power supply, it is more compact and quieter than a cooling and heating device that uses a compressor, etc., and it is a CFC-free cooling and heating device that contributes to global environmental conservation. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る熱電変換装置の実施例における
モジュールの構成を示す概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a module in an embodiment of a thermoelectric conversion device according to the present invention.

【図2】 その概略分解斜視図。FIG. 2 is a schematic exploded perspective view thereof.

【図3】 本実施例を冷却装置に応用した構成を示す要
部概略断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a configuration in which this embodiment is applied to a cooling device.

【図4】 本発明に係る熱電変換装置の他の実施例にお
けるモジュールの構成を示す概略斜視図。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of a module in another embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention.

【図5】 分割素子埋設体を用いたモジュールを示す概
略断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a module using a divided element embedded body.

【図6】 その前工程を示す半導体素子列を概略的に示
す分解図。
FIG. 6 is an exploded view schematically showing a semiconductor element array showing the previous step.

【図7】 モジュール組立工程の概念図。FIG. 7 is a conceptual diagram of a module assembly process.

【図8】 分割素子埋設体の変形例を示す概略断面図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a divided element embedded body.

【図9】 本発明に係る電子冷却式冷蔵庫の実施例を示
す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electronic cooling refrigerator according to the present invention.

【図10】 冷却装置を示す要部概略断面図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a cooling device.

【図11】 他の態様の冷却装置を分解して示す概略断
面図。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a cooling device of another embodiment in an exploded manner.

【図12】 その要部拡大図。FIG. 12 is an enlarged view of a main part thereof.

【図13】 本発明に係る電子冷却式冷蔵庫の他の実施
例を示す概略断面図。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the electronic cooling refrigerator according to the present invention.

【図14】 本発明に係る熱交換エレメントを示す概略
断面図。
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a heat exchange element according to the present invention.

【図15】 従来の熱電変換装置を用いた冷却装置を示
す概略断面図。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a cooling device using a conventional thermoelectric conversion device.

【図16】 他の従来例を示す要部概略断面図。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a main part showing another conventional example.

【図17】 熱電変換装置の半導体素子列を示す概略断
面図。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor element array of a thermoelectric conversion device.

【図18】 さらに他の従来例を示す概略断面図。FIG. 18 is a schematic sectional view showing still another conventional example.

【図19】 従来の電子冷却式冷蔵庫を示す断面図。FIG. 19 is a sectional view showing a conventional electronic cooling refrigerator.

【図20】 従来の冷却装置を示す概略断面図。FIG. 20 is a schematic sectional view showing a conventional cooling device.

【図21】 従来の熱交換エレメントを示す外観斜視
図。
FIG. 21 is an external perspective view showing a conventional heat exchange element.

【図22】 熱交換エレメントを使用した空調換気扇の
動作概念図。
FIG. 22 is an operation conceptual diagram of an air conditioning ventilation fan using a heat exchange element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱電変換モジュール 1a 熱電変換モジュール 1b 熱電変換モジュール 2 成形基板 3 素子収納孔 3a 素子収納孔 3b 素子収納孔 4 半導体素子 5 電極 7 電極配設用溝 8 冷却板 8a 冷却板 8b 冷却板 9 放熱板 9a 放熱板 9b 放熱板 10 素子埋設体 10a 素子埋設体 10b 素子埋設体 11 空隙 14a 凸状体 14b 凸状体 15 電子冷却式冷蔵庫 16 断熱箱体 18 冷蔵室 19 冷凍室 20a 冷却装置 20b 冷却装置 26a コルゲート板 26b コルゲート板 27 基板 30a 風路ユニット 30b 風路ユニット 31 直流化電源 33 基板 1 Thermoelectric Conversion Module 1a Thermoelectric Conversion Module 1b Thermoelectric Conversion Module 2 Molded Substrate 3 Element Storage Hole 3a Element Storage Hole 3b Element Storage Hole 4 Semiconductor Element 5 Electrode 7 Electrode Arrangement Groove 8 Cooling Plate 8a Cooling Plate 8b Cooling Plate 9 Radiating Plate 9a Heat sink 9b Heat sink 10 Element embedding body 10a Element embedding body 10b Element embedding body 11 Void 14a Convex body 14b Convex body 15 Electronic cooling type refrigerator 16 Thermal insulation box body 18 Refrigerating room 19 Freezing room 20a Cooling device 20b Cooling device 26a Corrugated board 26b Corrugated board 27 Substrate 30a Air passage unit 30b Air passage unit 31 Direct current power supply 33 Substrate

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気絶縁性及び断熱性を有する材料から
なり、且つ、厚さ方向に貫通する複数の素子収納孔が形
成された成形基板を備え、該成形基板の一群の素子収納
孔にそれぞれ熱電変換用のN型半導体素子を個別に収納
するとともに、他群の素子収納孔にそれぞれP型半導体
素子を個別に収納し、さらに、前記成形基板の上下面上
に複数の電極を設け、これらの電極により前記N型半導
体素子とP型半導体素子を交互に直列接続してなる熱電
変換モジュールを具備していることを特徴とする熱電変
換装置。
1. A molded substrate, which is made of a material having electrical insulating properties and heat insulating properties, and has a plurality of element storage holes penetrating in the thickness direction, each of which is provided in a group of element storage holes of the molded substrate. N-type semiconductor elements for thermoelectric conversion are individually housed, P-type semiconductor elements are individually housed in the other group element housing holes, and a plurality of electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the molded substrate. A thermoelectric conversion device comprising a thermoelectric conversion module in which the N-type semiconductor element and the P-type semiconductor element are alternately connected in series by the electrodes of.
【請求項2】 成形基板の素子収納孔上下開口部周辺に
電極配設用溝を形成し、且つ、該電極配設用溝の深さが
電極の厚さと、電極と半導体素子との接着層の厚さを加
えた寸法にほぼ等しく設定されている請求項1の熱電変
換装置。
2. A groove for electrode placement is formed around the upper and lower openings of the element housing hole of the molded substrate, and the depth of the electrode placement groove is the thickness of the electrode and the adhesive layer between the electrode and the semiconductor element. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion device is set to have a size substantially equal to the thickness of the above.
【請求項3】 成形基板は、ポリフェニレンサルファイ
ドにより構成されている請求項1または2の熱電変換装
置。
3. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the molded substrate is made of polyphenylene sulfide.
【請求項4】 成形基板は、独立気泡を有する発泡プラ
スチックにより構成されている請求項1または2の熱電
変換装置。
4. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the molded substrate is made of foamed plastic having closed cells.
【請求項5】 成形基板は、ポリウレタン発泡成形品に
より構成されている請求項1または2の熱電変換装置。
5. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the molded substrate is made of a polyurethane foam molded product.
【請求項6】 成形基板は、可撓性材料により構成され
ている請求項1または2の熱電変換装置。
6. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the molded substrate is made of a flexible material.
【請求項7】 電気絶縁性及び断熱性を有する複数の材
料を積層してなり、且つ、厚さ方向に貫通する複数の素
子収納孔が形成された素子埋設体を備え、該素子埋設体
の一群の素子収納孔にそれぞれ熱電変換用のN型半導体
素子を個別に収納するとともに、他群の素子収納孔にそ
れぞれP型半導体素子を個別に収納し、さらに、前記素
子埋設体の上下面上に複数の電極を設け、これらの電極
により前記N型半導体素子とP型半導体素子を交互に直
列接続してなる熱電変換モジュールを具備していること
を特徴とする熱電変換装置。
7. An element embedding body, which is formed by laminating a plurality of materials having electrical insulation and heat insulating properties, and has a plurality of element accommodating holes penetrating in the thickness direction, the element embedding body comprising: N-type semiconductor elements for thermoelectric conversion are individually housed in the one group of element housing holes, and P-type semiconductor elements are individually housed in the other group of element housing holes. A thermoelectric conversion device comprising a thermoelectric conversion module in which a plurality of electrodes are provided, and the N-type semiconductor element and the P-type semiconductor element are alternately connected in series by these electrodes.
【請求項8】 熱電変換モジュールは厚さ方向に分割さ
れた複数の素子埋設体を有し、且つ、各素子埋設体間に
は空隙が形成されている請求項7の熱電変換装置。
8. The thermoelectric conversion device according to claim 7, wherein the thermoelectric conversion module has a plurality of element embedding bodies divided in the thickness direction, and voids are formed between the element embedding bodies.
【請求項9】 互いに対向する素子埋設体のうち、少な
くとも一方の素子埋設体の対向面に、他方の素子埋設体
の対向面を支持するための凸状体が形成されている請求
項8の熱電変換装置。
9. The convex-shaped body for supporting the facing surface of the other element-embedded body is formed on the facing surface of at least one element-embedded body among the element-embedded bodies facing each other. Thermoelectric converter.
【請求項10】 放熱部と吸熱部及び直流電流を付与す
ることにより吸熱、放熱作用を行う熱電変換モジュール
から構成される冷却装置を備えた電子冷却式冷蔵庫にお
いて、前記電子冷却式冷蔵庫本体の庫内に冷凍室及び冷
蔵室をそれぞれ独立して形成するとともに、少なくとも
1以上の冷却装置により構成される第1、第2冷却部を
準備し、前記第1冷却部を、その吸熱部が前記冷凍室側
に臨み、その放熱部が前記冷蔵室側に臨むように配設す
る一方、前記第2冷却部を、その吸熱部が前記冷蔵室側
に臨み、その放熱部が前記本体の庫外側に臨むように配
設したことを特徴とする電子冷却式冷蔵庫。
10. An electronic cooling type refrigerator provided with a cooling device composed of a heat radiating part, a heat absorbing part and a thermoelectric conversion module for absorbing and radiating heat by applying a direct current. A freezing chamber and a refrigerating chamber are independently formed in the inside, and first and second cooling units configured by at least one cooling device are prepared. The heat radiating portion is disposed so as to face the room side and the heat radiating portion thereof faces the refrigerating compartment side, while the heat absorbing portion of the second cooling portion faces the refrigerating chamber side, and the heat radiating portion thereof is outside the main body. An electronic cooling refrigerator characterized in that it is arranged so as to face it.
【請求項11】 第1、第2冷却部を構成する電子冷却
式冷蔵庫はそれぞれ冷却部及び放熱部を、表面が絶縁処
理されたアルミニウム材を成形してなる板状体により形
成するとともに、該冷却部及び放熱部を熱電変換モジュ
ールと接触させてなるものである請求項10の電子冷却
式冷蔵庫。
11. An electronic-cooled refrigerator constituting the first and second cooling parts, wherein the cooling part and the heat radiating part are each formed of a plate-shaped body formed by molding an aluminum material whose surface is insulated. The electronic cooling refrigerator according to claim 10, wherein the cooling unit and the heat radiation unit are in contact with the thermoelectric conversion module.
【請求項12】 第1冷却部を構成する電子冷却式冷蔵
庫の吸熱部は表面が絶縁処理されたアルミニウム材を成
形してなる箱状体からなり、該箱状体を内箱として冷凍
室内に配設するとともに、該吸熱部に直接、熱電変換モ
ジュールを接触させてある請求項10の電子冷却式冷蔵
庫。
12. The heat-absorbing part of the electronically-cooled refrigerator constituting the first cooling part is a box-shaped body formed by molding an aluminum material whose surface is insulated, and the box-shaped body is used as an inner box in the freezer compartment. The electronic cooling refrigerator according to claim 10, wherein the thermoelectric conversion module is arranged and is in direct contact with the heat absorbing portion.
【請求項13】 略平坦に形成された基板とコルゲート
板とを上下に積層して、該コルゲート板と基板とにより
一方向に貫通する風路を形成してなる複数の風路ユニッ
トと、直流電流を付与することにより吸熱、放熱作用を
行う熱電変換モジュールとを備え、前記風路ユニットを
隣接する風路ユニットの風路方向が互いにほぼ直交する
ように上下多段に配設するとともに、各風路ユニットの
コルゲート板を介して相対向する基板面が同一の冷却面
または放熱面となるように、各風路ユニット間にそれぞ
れ前記熱電変換モジュールを介装したことを特徴とする
熱交換エレメント。
13. A plurality of air passage units, each of which is formed by vertically stacking a substrate and a corrugated plate that are formed to be substantially flat and forms an air passage that penetrates in one direction by the corrugated plate and the substrate, and a direct current. A thermoelectric conversion module that absorbs heat and radiates heat by applying an electric current is provided, and the air passage units are arranged in a multi-tiered manner so that the air passage directions of adjacent air passage units are substantially orthogonal to each other, and A heat exchange element, wherein the thermoelectric conversion module is interposed between each air passage unit such that substrate surfaces facing each other via a corrugated plate of the air passage unit are the same cooling surface or heat radiation surface.
【請求項14】 基板及びコルゲート板は、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金により形成されている請求項
13の熱交換エレメント。
14. The heat exchange element according to claim 13, wherein the base plate and the corrugated plate are made of aluminum or an aluminum alloy.
【請求項15】 建物外壁を貫通するように取り付けら
れる請求項13の熱交換エレメントと、この熱交換エレ
メントの室外側開放端と室内側開放端に面して配設され
る室内側給気送風機及び室外側排気送風機と、前記熱交
換エレメントに直流電流を供給する直流化電源及び、こ
の直流化電源の電流切換手段を具備することを特徴とす
る換気型冷暖房装置。
15. A heat exchange element according to claim 13, which is mounted so as to penetrate an outer wall of a building, and an indoor air supply blower which is arranged so as to face the outdoor open end and the indoor open end of the heat exchange element. A ventilation type air conditioner comprising: an outdoor exhaust blower; a direct current power supply for supplying a direct current to the heat exchange element; and a current switching means for the direct current power supply.
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