JPH08159601A

JPH08159601A - 電子冷却装置

Info

Publication number: JPH08159601A
Application number: JP6330886A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsuzuka; 武松塚
Original assignee: YUPITEC KK
Current assignee: YUPITEC KK
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-21
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2787803B2

Abstract

(57)【要約】【目的】サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放熱用
伝熱部材との間へ挟み込み固定する構成の電子冷却装置
に関するものである。【構成】サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放熱用
伝熱部材間へ挟み込み固定するように構成した電子冷却
装置において、サーモモジュールを挟み込んだ吸熱用伝
熱部材と放熱用伝熱部材間を締め付ける２本のねじの頭
部付近へ、２本のねじ間を橋渡しする取付金具を設ける
と共に、この取付金具の中心に締め付け用のねじまたは
支点を設けて、サーモモジュールに加わる締め付け時の
圧力を均等にするように構成したものである。また、冷
気を循環させる軸流型ファンを吸熱用伝熱部材の真中へ
配置可能に構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーモモジュールを吸
熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材との間へ挟み込み固定す
る構成の電子冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば車載用の冷蔵庫として、小
型軽量化、低騒音化等の要請を満たすために、その冷却
源として、冷凍サイクルに代え、熱電交換素子であるサ
ーモモジュールが一般に使用されている。

【０００３】このサーモモジュールは、図５に例示する
ように、Ｐ型とＮ型のビスマス・テルル合金（Ｂｉ2 Ｔ
ｅ3 ）１、２を銅板３を介して、例えば、１２７の対を
構成し、それをセラミック板４、５で挟み込んだ構造と
なっている。

【０００４】このように構成したサーモモジュールＰ
に、例えば１２Ｖの直流電圧を加えるとその一方の接合
点で発熱し、また他方の接合点では吸熱を行なうことが
ペルチェ効果として古くより知られている。このとき、
直流電流の方向を逆にすると発熱、吸熱は逆転する。ま
た、供給する直流電流の値によってこの熱量の大きさを
変えることができる。

【０００５】この原理を利用することによって、小型、
軽量かつ騒音、振動のない電子冷蔵庫が実現できるの
で、車載用あるいは携帯用として一般に市販されてい
る。

【０００６】しかしながら充分な冷却能力、すなわち、
吸熱効果を大きくするためには発熱側をいかに効率よく
放熱する（冷やす）かが重要な課題である。

【０００７】従来のこの種のサーモモージュルの取付構
造は、図４に示すように、サーモモジュールＰの両側面
へ吸熱用伝熱部材６および放熱用伝熱部材７を配置し、
これらの両伝熱部材６、７を、例えば、２本のねじ８、
９によって締め付ける。このことによって、サーモモジ
ュールＰを両伝熱部材６、７間へ挟み込み固定を行なっ
ていた。

【０００８】この図４の実装例では、放熱用伝熱部材７
側においては、軸流型ファン１０によって熱をうばい冷
却効果を上げている。また、吸熱用伝熱部材６側には、
冷気を循環させるための軸流型ファン１１が設けられ、
冷気が庫内へ強制的に送られるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
実装例からもわかるように、サーモモジュールＰは両伝
熱部材６、７とは面で密着していることが極めて重要で
あり、そのためには、ねじ８、９を強く締め付ける必要
がある。しかし、２本のねじ８、９を締め付ける場合、
その締め付ける力を２本のねじ８、９について同じにす
ることは非常に難しく、２本のねじ８、９の締め付け力
は異なるのが通常である。

【００１０】したがって、一方のねじを強く締め付ける
と締め付け力が偏って作用し、放熱用伝熱部材７は傾
き、もう一方のねじ側が浮き上がり面密着しなくなる。
かといって、この傾きを解消するために反対側のねじを
強く締めると、サーモモジュールＰには局部的に大きな
締め付け力が作用し、サーモモジュールＰのセラミック
板４、５を破損したり、サーモモジュールＰ自体を変形
する虞れがあった。このように、吸熱用伝熱部材６およ
び放熱伝熱部材７とサーモモジュールＰとの面密着を確
実に行なわせることは極めて難しく、性能にバラツキが
生じる原因となっていた。

【００１１】このような不都合を解消するための１つの
手段としては、実開昭６３−１４４５６９号公報（特に
第１図およびその詳細な説明参照）が提案されている。
この提案は、筒状の連結部材の内周面へ雌ねじを形成す
るとともに、吸熱用と放熱用の両伝熱部材の外周面へ雄
ねじを形成し、筒状の連結部材内へサーモモジュールを
配置した状態で両伝熱部材の雄ねじを連結部材の雌ねじ
へ螺合することによって、サーモモジュールを両伝熱部
材の間へ締め付けて固定する構成をとっている。

【００１２】しかし、この提案は、サーモモジュールの
大きさに応じた筒状の連結部材を用意する必要があり、
比較的大きい例えば、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ４
ｍｍのサーモモジュールを使用する場合、それを納める
だけの大きさの連結部材を設けかつこれに螺合する雄ね
じを有する両伝熱部材を設ける必要があり、実施する上
でコストやスペース面で問題があり、実用的ではない。
さらに、サーモモジュールを筒内へ配置する構成である
ため、そのリード線を筒の内側から外側へ引き出す必要
があり、手間がかかり生産性が著しく悪いという欠点が
ある。

【００１３】さらに、他の提案としては、特開平５−３
１２４５４号公報（特に、図４および「段落番号００５
０〜００５１」記載の説明参照）のように、２つの段付
きねじに、それぞれスプリングが装着され、そのスプリ
ングの弾発力によってサーモモジュールが両伝熱部材の
間へ挟み付けられた状態で保持する構成をとっているも
のがある。この提案は、サーモモジュールと両伝熱部材
との圧接力がスプリングの弾発力によって設定されるこ
とになる。しかし、周知のとおりスプリングの弾発力を
均一に製作することは極めて困難である。したがって、
２つのスプリングの弾発力のバラツキによる圧接力の差
が生じ、面密着を均一することができず、その結果、性
能にバラツキが生じる欠点がある。

【００１４】ところで、冷気を循環させるための軸流型
ファン１１は、吸熱用伝熱部材６に露結し生じる落滴を
さけるため、図４の従来例に示すように、その設定位置
をずらして設けるのが一般的である。このように軸流型
ファン１１が一方にずれて設置されているため、吸熱用
伝熱部材６全体に風がとどきにくく、軸流型ファン１１
を吸熱用伝熱部材６の中心へ配置した場合に比較して冷
気の循環効率が悪くなるという問題点があった。

【００１５】本発明は、上記従来のサーモモジュールを
用いる電子冷却装置がもつ種々の問題点を改善した新規
の電子冷却装置を提供するものであり、特に、サーモモ
ジュールに対して局部的に大きな締め付け力が加わる虞
れがなく、安定した圧接力を得ることができ、サーモモ
ジュールの破損や変形によるビスマス・テルル合金と銅
板との接触不良を防ぐことができるのは勿論、製造時の
組立工程を簡単にすることができる電子冷却装置を提供
することを目的としている。また、吸熱用伝熱部材の中
心部分へ冷気を循環するための軸流型ファンを配置する
ことを可能とし、吸熱用伝熱部材に対してほぼ均等に風
を当てることができる電子冷却装置を提供することを目
的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電子冷却装置は、サーモモジュールを吸
熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材間へ挟み込み固定するよ
うに構成した電子冷却装置において、サーモモジュール
を挟み込んだ吸熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材間を締め
付ける２本のねじの頭部付近へ、２本のねじ間を橋渡し
する取付金具を設けるとともに、この取付金具の中心に
ねじを設け、そのねじの先端を伝熱部材へ押し当て、両
伝熱部材間へサーモモジュールを固定するように構成し
ている。

【００１７】さらに、本発明の電子冷却装置は、サーモ
モジュールを吸熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材間へ挟み
込み固定するように構成した電子冷却装置において、サ
ーモモジュールを挟み込んだ吸熱用伝熱部材と放熱用伝
熱部材間を締め付ける２本のねじの頭部付近へ、２本の
ねじ間を橋渡しする取付金具を設けるとともに、この取
付金具の中心に支点を設け、その支点を伝熱部材へ押し
当て、両伝熱部材間へサーモモジュールを固定するよう
に構成することもできる。

【００１８】また、本発明の電子冷却装置は、サーモモ
ジュールを吸熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材間へ挟み込
み固定するように構成した電子冷却装置において、吸熱
用伝熱部材の中心部分へ形成した空洞部へ冷気を循環さ
せるための軸流型ファンを配置するとともに、その空洞
部の天井に当る部分を筐体を構成する一部で覆うことに
よって庫内空気との流通を遮断し、の結露を防止して軸
流型ファンを保護するように構成している。

【００１９】

【作用】本発明は、サーモモジュールを吸熱用伝熱部材
と放熱用伝熱部材間へ挟み込み固定する場合、サーモモ
ジュールに加わる圧力は均等となり良好な面密着状態が
得られ、また締め付けねじでその圧力を加減することが
できる。

【００２０】まず、請求項１における電子冷却装置で
は、サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放熱用伝熱部
材間へ挟み込み、２本のねじを軽く締めるだけに止め
る。次に、取付金具の中心に螺合して設けた締め付け用
のねじを締める。すると、そのねじの先端で放熱用伝熱
部材を押し、これと同時に取付金具は放熱用伝熱部材か
ら浮き上がり、２本のねじの頭部方向へ移動し、このね
じの頭部と接した所で、取付金具と吸熱用伝熱部材との
間隔は一定となる。さらに締め付け用のねじを締める
と、放熱用伝熱部材のみがサーモモジュール方向へ強く
押し下げられる。このとき、放熱用伝熱部材は、締めつ
け用のねじの先端一点で押されているから、サーモモジ
ュールの上面に沿って当り、吸熱用伝熱部材と放熱用伝
熱部材両方に対して、圧力は均等であり、密着状態で固
定される。そしてこの締め付け用のねじの締め付けの加
減により、サーモモジュールに対する圧力を加減するこ
とができる。

【００２１】また、請求項２のように、取付金具の中心
へ支点を形成することにより、この支点を通じて２本の
ねじの締め付け圧力の和が加えられる。また、２本のね
じのどちらか一方のねじを調整するだけで、必要量の圧
力を均等に加えることができ、良好な面密着状態が得ら
れる。

【００２２】一方、本発明は、請求項３のように、吸熱
用伝熱部材の中心部へ空洞部を形成することにより、吸
熱用伝熱部材の真中へ冷気循環用の軸流型ファンを配置
でき、ほぼ均等に風を当て効率を上げることができる。
また、空洞部の天井にあたる部分を筐体を構成する一部
で覆い、露結を防止して軸流型ファンを保護している。

【００２３】

【実施例】実施例について図面の参照して説明する。図
１は本発明の電子冷却装置の第１の実施例を示す断面
図、図２は図１の電子冷却装置におけるサーモモジュー
ルの取付構造の要部を示す斜視図、図３は本発明の電子
冷却装置の第２の実施例を示す断面図である。

【００２４】まず、図１および図２に基づいて説明す
る。図中Ｐはサーモモジュールで、図５に示すような構
造をしている。６はアルミ材等からなる吸熱用伝熱部材
で、吸熱ブロック６１とその下面に取り付けられた２つ
の吸熱器６２、６３とによって構成されている。この２
つの吸熱器６２と６３には、吸熱効果を高めるための複
数のフィンが設けられている。また、吸熱ブロック６１
には２本の取付用ねじ８、９を螺合するねじ穴６１ａ、
６１ｂが設けられている。

【００２５】７はアルミ材等からなる放熱用伝熱部材
で、図２のように、放熱効果を高めるための複数のフィ
ンが設けられている。また、この放熱用伝熱部材には、
取付用の２本のねじ８、９を貫通させる挿通穴７ａ、７
ｂが設けられている。する例を示す。

【００２６】１２はアルミ材、鉄材あるいは非伝熱部材
からなる取付金具で、その両端部近くには、取付用の２
本のねじ８、９を貫通させる挿通穴１２ａ、１２ｂを設
けるとともに、締め付け用のねじ１３を螺合させるねじ
穴１２ｃを中心部の設けている。１０は放熱用の軸流型
ファンで、放熱用伝熱部材７へ風を送り放熱効果を上げ
るためのものである。

【００２７】一方、冷気を循環させる軸流型ファン１１
は、吸熱用伝熱部材６に形成した空洞部１４へ配置され
ている。この空洞部１４は、吸熱ブロック６１の底面へ
形成した凹部１４ａと、２つの吸熱器６２、６３で形成
した空間１４ｂとによって構成されている。また空洞部
１４の天井１４ｃに当る部分を、例えば、電子冷蔵庫を
構成する筐体１５の一部１５ａで覆い、庫内空気との流
通を遮断するように構成している。１６は筐体１５に嵌
合させたパッキンである。

【００２８】なお、吸熱用伝熱部材６と放熱用伝熱部材
７との間は、熱的な結合がないことが効率上望ましい
が、その間の遮断を行なうためには、次のような手段を
とることができる。取付金具１２を非伝熱部材で構成
する、取付用の２本のねじ８、９を合成樹脂等の非伝
熱部材で構成する、取付用の２本のねじ８、９と放熱
用伝熱部材７に設けた挿通穴７ａ、７ｂおよび取付金具
１２に設けた挿通穴１２ａ、１２ｂとの間へ合成樹脂等
からなるワッシャを介在させる、これらを組み合わせ
て実施する、等によって、容易にしかも安価な手段によ
って熱的遮断を行なうことができる。

【００２９】上記のように構成したサーモモジュールの
取付構造では、まず、サーモモジュールＰを吸熱用伝熱
部材６と放熱用伝熱部材７間へ挟み込み、２本の取付用
のねじ８、９を軽く締めるだけに止める。次に、取付金
具１２の中心に螺合した締め付け用のねじ１３を締め
る。すると、そのねじ１３の先端が放熱用伝熱部材７に
当り押し下げる力を加える。これと同時に、取付金具１
２は放熱用伝熱部材７から浮き上がり、２本のねじ８、
９の頭部方向へ移動する。さらに、ねじ１３を締め付け
ると、ねじ１３の先端は放熱用伝熱部材７をサーモモジ
ュールＰ方向へ強く押し下げる力を加える。このとき、
放熱用伝熱部材７は、ねじ１３の先端一点で押されてい
るから、サーモモジュールＰの面に沿って当り、放熱用
伝熱部材７に対する圧力は均等であり、密着状態とな
る。

【００３０】一方、これと同時に取付金具１２の両端部
を通じて２本のねじ８、９が頭部下面に対し強く押し上
げる力を加える。この力は２本のねじ８、９を通じて吸
熱用伝熱部材６へ伝えられ、その吸熱用伝熱部材６はサ
ーモモジュールＰの方向へ強く引き上げられる。このこ
とにより、サーモモジュールＰは、吸熱用伝熱部材６と
放熱用伝熱部材７の間へ挟み込まれた状態で固定され
る。この時、サーモモジュールＰに加わる圧力は均等と
なり、良好な面密着状態が得られる。また、取付金具１
２の中心に設けた締め付け用のねじ１３でその圧力を加
減することができる。

【００３１】また、吸熱用伝熱部材６の中心部へ空洞部
１４を形成することにより、吸熱用伝熱部材６の真中へ
冷気循環用の軸流型ファン１１を配置することができ、
吸熱器６２、６３に対し、ほぼ均等に風を送ることがで
き、冷気の循環効率を上げることができる。また、空洞
部１４の天井１４ｃにあたる部分を、筐体１５を構成す
る一部１５ａで覆うことによって、庫内空気との流通を
遮断し、結露を防ぎ、この結露によって生じる落滴から
軸流型ファン１１を保護することができる。

【００３２】次に、図３に基づき、本発明の電子冷却装
置の第２の実施例を説明する。なお、上述した第１の実
施例と同一の部分は同一符号を付し、その説明は省略す
る。

【００３３】図３において、取付金具１２の中心部下面
には支点となる突起１７が設けられている。この突起１
７は、取付金具１２と一体的に成形されたものであって
もよいし、また、別部材を取り付けて構成してもよい。
また、この取付金具１２の両端付近には、取付用の２本
のねじ８、９を貫通する挿通穴１２ａ、１２ｂが設けら
れている。

【００３４】上記のように構成した電子冷却装置の第２
の実施例は、取付金具１２の中心へ支点となる突起１４
を形成することにより、２本のねじ８、９の締め付け力
は、突起１４を通じて放熱用伝熱部材７に対してサーモ
モジュールＰの方向へ押す力が加えられる。これと同時
に、ねじ８、９によって吸熱用伝熱部材６にサーモモジ
ュールＰの方向へ押し上げる力が加えられる。このこと
により、サーモモジュールＰは、吸熱用伝熱部材６と放
熱用伝熱部材７間へ挟み込まれ、固定される。また、２
本のねじ８、９のどちらか一方のねじを調整するだけ
で、必要量の圧力を均等に加えることができ、良好な面
密着状態が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電子冷
却装置では、取付用の２本のねじの頭部付近へ、その２
本のねじ間を橋渡しする取付金具を設けるとともに、そ
の取付金具の中心にねじを設け、そのねじの先端で放熱
用伝熱部材を押し、その放熱用伝熱部材をサーモモジュ
ールへ押し当るように構成したから、サーモモジュール
と圧接触する吸熱用伝熱部材と放熱用伝熱部材の端面は
互に平行状態でサーモモジュールと圧接触し、したがっ
て、サーモモジュールに加わる圧力を均等にすることが
でき、良好な面密着状態が得られる。また、この締め付
け用のねじで圧力を加減することができるから、サーモ
モジュールのセラミック板が破損したり、サーモモジュ
ール自体が変形して接合点が非接触となる事故を防止す
ることができる。

【００３６】請求項２の電子冷却装置では、取付金具の
中心に支点を設けたから、２本の取付用のねじの締め付
け圧力の和の圧力をこの支点を通じてサーモモジュール
ヘ加えることができ、また、どちらか一方のねじの締め
付けを調整するだけで必要な量の圧力をサーモモジュー
ルへ均等に加えることができる。したがって、良好な面
密着状態が得られるとともに、局部的な圧力がサーモモ
ジュールに加わる虞れがないから、セラミック板の破損
等を防ぐことができる。

【００３７】請求項３の電子冷却装置では、吸熱用伝熱
部材の中心に空洞部を形成し、その空洞部へ冷気を循環
させる軸流型ファンを配置したから、吸熱用伝熱部材全
体にほぼ均等に風を送ることができ、冷気の循環効率を
改善することができる。また、空洞部の天井にあたる部
分を、筐体を構成する一部によって覆い、庫内空気との
流通を遮断して結露を防止するように構成したから、吸
熱用伝熱部材に形成した空洞部へ軸流型ファンを配置し
ても、その軸流型ファンを水滴から守ることができる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子冷却装置の実施例を示す断面図で
ある。

【図２】図１に示す電子冷却装置におけるサーモモジュ
ールの取付構造の要部を示す斜視図である。

【図３】本発明の電子冷却装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図４】従来の電子冷却装置を示す断面図である。

【図５】従来のサーモモジュールの概念図を示すもので
ある。

【符号の説明】

Ｐはサーモモジュールである。１、２はＰ型とＮ型のビスマス・テルル合金である。３は銅板である。４、５はセラミック板である。６は吸熱用伝熱部材である。６１は吸熱ブロックである。６２、６３は吸熱器である。６１ａ、６１ｂはねじ穴である。７は放熱用伝熱部材である。７ａ、７ｂは挿通穴である。８、９はねじである。１０、１１は軸流型のファンである。１２は取付金具である。１２ａ、１２ｂは挿通穴である。１２ｃはねじ穴である。１３は締め付け用のねじである。１４は空洞部である。１４ａは凹部である。１４ｂは空間である。１４ｃは天井である。１５は筐体である。１５ａは筐体を構成する一部である。１６はパッキンである。１７は支点である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放
熱用伝熱部材間へ挟み込み固定するように構成した電子
冷却装置において、サーモモジュールを挟み込んだ吸熱
用伝熱部材と放熱用伝熱部材間を締め付ける２本のねじ
の頭部付近へ、２本のねじ間を橋渡しする取付金具を設
けるとともに、この取付金具の中心にねじを設け、その
ねじの先端を伝熱部材へ押し当て、両伝熱部材間へサー
モモジュールを固定するように構成したことを特徴とす
る電子冷却装置。
【請求項２】サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放
熱用伝熱部材間へ挟み込み固定するように構成した電子
冷却装置において、サーモモジュールを挟み込んだ吸熱
用伝熱部材と放熱用伝熱部材間を締め付ける２本のねじ
の頭部付近へ、２本のねじ間を橋渡しする取付金具を設
けるとともに、この取付け金具の中心に支点を設け、そ
の支点を伝熱部材へ押し当て、両伝熱部材間へサーモモ
ジュールを固定するように構成したことを特徴とする電
子冷却装置。
【請求項３】サーモモジュールを吸熱用伝熱部材と放
熱用伝熱部材間へ挟み込み固定するように構成した電子
冷却装置において、吸熱用伝熱部材の中心部分へ形成し
た空洞部へ冷気を循環させる軸流型ファンを配置すると
ともに、その空洞部の天井に当る部分を筐体を構成する
一部で覆うことによって庫内空気との流通を遮断し、結
露を防止して軸流型ファンを保護するように構成したこ
とを特徴とする電子冷却装置。