JPH08501658A - 熱電加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱電加熱冷却室は、プレート状の各ペルティエ素子の積層配列によって調整できる広い温度範囲を有し、低出力の第１の各ぺルティエ素子（１）が内側の発熱／冷却表面を形成し、高出力の第２の各ぺルティエ素子（２）が外側の発熱／冷却表面を形成している。上記各発熱／冷却表面の双方は中間プレート（６）によって分離されている。上記中間プレート（６）は、良好な断熱素材で、特に内部応力の無い鋳物製のアルミニウムからなる。発熱動作中に、低出力の内側の層状各ペルティエ素子（１）の過熱を防止するために、高出力の各ペルティエ素子（２）のカスケード配列に対してバイパスダイオード（１０）を並列に接続し、そのバイパスダイオード（１０）の極性を、発熱モードにおいて、電気的に並列に接続した各ペルティエ素子（２）を無電流の状態に維持できるように設定、あるいは低出力の各ペルティエ素子（１）の発熱する側が寛容できる温度上限に応じて高出力の各ペルティエ素子（２）に流れる電流を制限するように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】 熱電加熱冷却装置 本願発明は、本願クレーム１の前文に基づく熱電加熱冷却装置に関するもので ある。上記装置の一般的なものは、印刷された公開公報（DD-A-0 049 626）に開 示されている。 熱の方向を反転させることもできる各ペルティエモジュールが取り付けられた 冷却装置は、上記各ペルティエモジュールがハウジング内に囲まれるようにして 設置されると、例えば加熱装置としても用いることができる。このような冷却装 置は、圧縮機を用いた冷却装置のような他の冷却方法によって達成できない極め て正確な温度の安定性を電気的に制御できるという大きな利点を有している。 しかしながら、従来のペルティエ素子による加熱／冷却装置は、調整できる温 度範囲が極めて限定されていることと、および／または熱量が運び去られること (to be pumped away)による流出熱量のために消費電力が極めて大きくなるとい う欠点を有している。 板状の各ペルティエ素子(Peltier elements)は、一般にカスケード配列に接続 されて用いられるが、そのようにして用いられたときに過熱に対して上記各ペル ティエ素子を、特に各ペルティエ素子の周辺部を確実に保護できない欠点を有す るものである。このような欠点は、単一平面状のカスケードの各ペルティエ素子 （GB-A-2 241 378に例示）に対しても生じ、ペルティエ素子の複数の各カスケー ドからなるピラミッド状の配列（DD-A-0 049 626とUS-A-48 33 889とに例示）に 対してもさらに顕著に生じる。 上記各公開公報では、上記各欠点に対する解決法が開示されているが、ペルテ ィエ素子からなるカスケード配列の一つのみに対して制限された発熱動作が可能 となっているので、ペルティエ素子の部分的な過熱が容易に発生する。 さらに、このような解決法は下記のような欠点を生じることになる。そのよう な欠点としては、 発熱動作の制限によって、温度上限値への迅速な温度上昇が許容できる範囲外 、または不可能となること、 発熱動作において、より大きな電力が必要となること、 半導体の素材の劣化により急速な消耗が発生する一方、より大きな膨張により 素材に内部応力が発生することを挙げることができる。 本願発明は、相応な断熱性を有し、顕著に大きな温度範囲にて作動し、かつ、 許容できない程度に大きな出力損失となる電力消費を回避しながら、加熱／冷却 動作を行うことが可能な熱電的に作動する加熱／冷却ユニット、特に加熱／冷却 室を提供する目的に基づいている。 この目的を達成するための解決法は、一般的な熱電的な加熱または冷却装置に 対して本願クレーム１におけるその特徴点を適用して達成される。 上記解決法の優れた変形例としては、一般的な熱電的な加熱または冷却装置に 対して本願クレーム６の特徴点を適用して達成される。 本願発明のさらに他の優れた各発展形や追加された各構成は、本願の各従属ク レームにより個々に記述されている。 低出力のペルティエ素子のための電流の制限を有利に行うためには、バイパス ダイオードを用いることができる。そのバイパスダイオードは、高出力の各ペル ティエ素子の少なくとも一つを電気的にバイパスするように設けられ、かつ、発 熱動作中に、そのバイパスされたペルティエ素子または各ペルティエ素子が無電 流状態を維持するように上記バイパスダイオードの極性が合わせられている。 そのバイパスダイオードは、カスケードに接続された高出力の各ペルティエ素 子の全てを電気的にバイパスするか、または高出力の各ペルティエ素子の少なく ともいくつかに対し個々に割り当てて用いることができる。 上記の電流制限の手段としては、高出力のペルティエ素子のための電流制御器 を制御する温度センサーを挙げることができる。 高出力の各ペルティエ素子における電流制限のための他の可能な手段としては 、高出力の各ペルティエ素子を、ＮＴＣサーミスタによりバイパスすることが挙 げられる。そのＮＴＣサーミスタは、低出力のペルティエ素子の発熱側の温度を 検出することにより、その発熱側が上限温度に達することによって上記ＮＴＣサ ーミスタの抵抗値が小さくなり、高出力の各ペルティエ素子の電流値が、低出力 の各ペルティエ素子の過熱が排除できる大きさまで減少するように選択された動 作点にて、高出力の各ペルティエ素子の電流値を制御するものである。 板状の各ペルティエ素子の第１および第２グループは、良好な断熱性を有する 枠状の容器の凹部にそれぞれ装着することができる。 各ペルティエ素子の発熱動作中に、ペルティエ素子のカスケード配列の、特に 各ペルティエ素子の周辺部での温度ピークの過熱を回避するために、本願発明に よれば、高出力の各ペルティエ素子の第２グループの少なくともいくつかは、電 流が制御されるか、バイパスダイオードによって電気的にバイパスされるように 設置されている。上記バイパスダイオードは、発熱動作中に、バイパスされたペ ルティエ素子または各ペルティエ素子が無電流な状態を維持するように上記バイ パスダイオードの極性が合わせられている。 さらに、本願発明の上記の技術的思想に加えるものとして、上記の各ペルティ エ素子の周辺部での温度ピークを低減するために、中間プレートの表面面積を、 各ペルティエ素子の２つの地域での各配列によって占められた表面の全体より大 きく設定することが考えられ、これにより、上記中間プレートが全ての各ペルテ ィエ素子に対してそれらの周辺部にて重なり合っている。 本願発明およびその利点の詳細は、図面を参照した下記の明白な実施例に基づ いき、より正確に説明される。 その図面として、 図１は、本願発明の各ペルティエ素子の２層のカスケード配列の基本的な説明 図であって、冷却時の熱バランスを示すものであり、 図２は、図１に対応する２層のカスケード配列を示し、発熱時の熱バランスの 説明図であり、 図３は、本願発明の特徴点を有する熱電的な加熱／冷却室の基本的な構成図で あり、 図４は、低出力の各ペルティエ素子の過熱を回避するための本願発明の接続形 態を示す構成図であり、 図５は、出力の異なる各ペルティエ素子の２層のカスケード配列の基本的な説 明図であって、上記各ペルティエ素子の一部に対するバイパスダイオードの動作 モードを説明するものであり、 図６ないし図８は、上記各ペルティエ素子の一部に対し、一つまたは複数のバ イパスダイオードを配列および接続するためのいくつかの変形例を示す説明図で あり、 図９は、本願発明の他の実施例における基本的な説明図であって、各ペルティ エ素子の一部がＮＴＣサーミスタによってバイパスされていることを示すもので あり、 図１０は、多層のカスケード配列における発熱中において、各ペルティエ素子 の一部に対する電流制限のための他の実施例を示す説明図であり、 図１１は、本願発明の第１の明白な実施例に係る、ペルティエを用いた加熱／ 冷却室の断面図であり、 図１２および図１３は、本願発明に係る、ペルティエを用いた加熱／冷却室の 他の実施例の縦断面図および横断面図である。 よく知られているように、熱は、ペルティエ素子によって極めて容易に輸送す ることができる。原則として、ペルティエ素子は、外部の直流により迅速に作動 する熱結合素子の直列に接続された配列を含む。巧みな面状の配列と所定のイオ ン注入された半導体素材とによって、比較的良好な冷却または発熱効果を達成す ることが可能となる。ここで対象となっているペルティエ素子のタイプの場合、 常に、熱を吸収する一方の面（冷却側）と熱を放出する他方の面（発熱側）とが 存在する。２つの面状の各配列を用い、一方の上に他方を積み重ねた場合、大き な温度範囲という利点は、比較的小さな構造にて達成される。 吸熱動作の場合では、一方の高出力の素子は、温度の所望する違いを発生させ るために、上記素子または上記素子の上方に位置する素子のジュール熱（I²×R ）の出力を運び去ることが必要となっている。この理由によって、いくつかの前 例の中から、前述した例（US-A-4 833 889）に記載されているように、ピラミッ ド型の配列がしばしば選択される。 そのようなピラミッド型のカスケード配列の熱バランス、すなわち、発熱動作 または冷却動作中に生じる熱の流れは、まず、図１および図２に基づいて次に説 明される。図１は、冷却動作中の熱の流れを示す。その熱の流れは次のようにな っている。 ペルティエ素子１は、熱源７０（温度Ｔ₁）からの熱量を運び去らなければな らない。よって、Ｑ１＝Ｑｑとなる。 ペルティエ素子２は、Ｑｑと共に上記ペルティエ素子１の流出熱量も運び去ら なければならない。よって、Ｑ２＝Ｉ²・Ｒ１＋Ｑｑとなる。 最終的には、蓄熱器７は、さらに加えて上記ペルティエ素子２の流出熱量も運 び去らなければならない。よって、結果として、Ｑ３＝Ｉ²・Ｒ１＋Ｉ²・Ｒ２＋ Ｑｑとなる。 それらの具体的な関係は、次の仮定を必要とする。それは、Ｑ１≪Ｑ２、また はＴ₁≪Ｔ₂である。図１のシステムは上記の仮定を満足する範囲にて構成され、 意図された熱の流れが生じるようになっている。 図２は発熱動作中の熱の流れを示す。その熱の流れは次のようになっている。 ペルティエ素子１は、Ｑ２（＝I²・Ｒ２＋Ｑ３）を運び去らなければならない 。 ペルティエ素子２は、熱源７０（温度Ｔ₂）からの熱量、すなわちＱ３を運び 去らなければならない。 上記蓄熱器７は、Ｑｑ（＝Ｉ²・Ｒ１＋Ｉ²・Ｒ２＋Ｑ３）を吸熱する必要があ る。 この場合、次の仮定を必要とする。それは、Ｑ２≫Ｑ３、またはＴ₁≫Ｔ₂であ る。 ペルティエ素子２に対してより小さな出力のペルティエ素子１が、より大きな 出力の上記ペルティエ２よりも必ず速く消耗することは明らかです。 個々のペルティエ素子が運び去らなければならない熱の流れを、現時点で考慮 するならば、熱の流れが込み入るペルティエ素子１での発熱動作において律速段 階（bottleneck）が存在することは明らかです。 次のことがペルティエ素子１に適用される。 ケース１（図１参照）では、通過する熱、つまり運び去られる熱はＱｑに等し い。 ケース２（図２参照）では、通過する熱、つまり運び出される熱は（Ｉ²×Ｒ ２＋Ｑ３）に等しい。 発熱動作中に、ペルティエ素子１を対して生じる他の問題点は、高出力のペル ティエ素子２のジュール熱の出力（Ｉ²×Ｒ２）である。原則として、低出力の ペルティエ素子１（低出力の各ペルティエ素子）の熱を運び去る能力は、さらに 他の問題点として、例えば、上記のジュール熱を同時に運び去るには小さすぎる 。結果として、発熱動作中に熱の流れが込み入る熱の集中が発生する。本願発明 は、このような熱の集中状態を回避しており、その点についてさらに以下後述す る。 熱電的に作動する加熱および冷却室は、図３に基づく断面構成図に示すように 、断熱性を有する覆い部３を有し，その覆い部３は受け板４をその周辺部全辺に てシールした状態にて内蔵している。上記覆い部３は、典型的には、３から30リ ットルの内部空間を内蔵し、その内部空間が、上記覆い部３の優れた断熱効果に よって温度を極めて正確に、かつ安定に冷却されたり、加熱されたりできるもの である。また、上記内部空間はさらに大きな容量であってもよい。 上記受け板４の下部には、比較的、低出力の、かつ、面状の各ペルティエ素子 １の第１の内側の層状配列が設けられている。低出力の各ペルティエ素子１は、 優れた断熱性を有するプレート状の枠の予め形成された凹部に正確に取り付けら れている。それらペルティエ素子は、公知の方法にてカスケード配列となるよう に電気的に互いに接続されている。 第１の低出力の各ペルティエ素子１の内側の層状体は、中間プレート６によっ て第２の高出力の面状の各ペルティエ素子２から分離されている。上記中間プレ ート６は、特に、内部応力の無いアルミ鋳物から調製される。 上記各ペルティエ素子２は、同様に、優れた断熱性を有するプレート状の枠に より形成される凹部内の対応した位置に正確に取り付けられている。上記の高出 力の各ペルティエ素子２も、カスケード状に電気的に互いに接続され、その上、 第１の各ペルティエ素子１に対してカスケード配列の状態にて接続されている。 大きな断熱性を有する周辺部でのシールが、部材番号５により示されている。 層状構造の第１の各ペルティエ素子１、中間プレート６、第２の各ペルティエ 素子２の下部に、蓄熱器７が取り付けられている。上記蓄熱器７は、流出熱量を 外部に取り出すためのものである。 上記の各ペルティエ素子の一つの層、例えば各ペルティエ素子１の内部の層状 配列は、１０以上のペルティエ素子を含むことができる。上記各ペルティエ素子 １・２に対して高温部の発生、特に、各ペルティエ素子１または各ペルティエ素 子２の周辺部領域での高温部の発生を回避するために、それぞれのペルティエ素 子層は共通の中間プレートに対し密に適合させた当接状態になっている。これに より、それぞれの上記素子に対する熱抵抗性は、ほぼ等しくなっている。上記中 間プレート６は、全ての各ペルティエ素子と、それらの周辺部において少なくと も１cmまで重なり合っている。この結果、上記各ペルティエ素子１または各ペル ティエ素子２の周辺部での過熱は効果的に防止される。 本願発明によれば、低出力の各ペルティエ素子１に対する上述のような過熱の 問題は、発熱動作において、より大きなペルティエ素子２のジュール熱を減少さ せる、または全く低減させることによって完全に回避することができる。 本願発明では、発熱動作において所望されるジュール熱のこのような低減は種 々の方法にて実現可能である。すなわち、一つには、単一のまたは複数のバイパ スダイオードによる方法、また、他には、ペルティエ素子２の電流値を制限する 方法を挙げることができる。 図４には、低出力の各ペルティエ素子１と高出力の各ペルティエ素子２とのカ スケード接続のための独自の回路例が示されている。前記受け板４が冷却される と、低出力の各ペルティエ素子１は、熱エネルギーを受け板４から中間プレート ６に輸送する。高出力の各ペルティエ素子２は、それら自身の流出熱量の一部、 および、前述したように低出力の各ペルティエ素子１の流出熱量を運び去る必要 がある。このために、高出力の各ペルティエ素子２は、上記の必要に関し有利と なるように、蓄熱器７に近く配置されたペルティエ素子１に対し、より大きな表 面積を有するようにも形成されている。 発熱中では、熱エネルギーの流れは、前述したように逆方向に進行する。この 場合、各ペルティエ素子１によって中間プレート６上に許容できない熱の集中で ある過熱という危険性が生じる。これは、上記各ペルティエ素子１が、高出力の 各ペルティエ素子２の顕著に大きな流出熱量を外部に輸送して逃がすことができ ないからである。 このような危険性に対して、本願発明の第１の基本的な実施例では、図４に示 すように、パワーダイオード１０が各ペルティエ素子２の回路に対して並列にバ イパスとして接続されている。なお、所望する温度範囲や、他の設計事項に応じ て、高出力の各ペルティエ素子２のいくつかに対してバイパスダイオードを並列 に設けても十分の場合がある。このような接続形式では、発熱状態中に、各ペル ティエ素子１のみが作動するという効果が達成される。このことにより、より高 い動作温度にて作動させても安全であるという利点が生じる。 それゆえ、図４および図５に示されるように、最も簡素な方法は、各ペルティ エ素子２に対してパワーダイオード１０を並列に、かつ、発熱動作中に、上記ダ イオード１０を順方向に作動するように接続する。結果として、各ペルティエ素 子に対する電流が、各ペルティエ素子２を通過しないことになる。 バイパスダイオードを有する発熱動作における熱の流れは、図５から理解でき る。前記の仮定であるＴ₁≫Ｔ₂の条件下では、次のことが順次起こるようになっ ている。それは、ペルティエ素子１が、熱量Ｑ２を汲み出す必要があり、ペルテ ィエ素子２が何も汲み出す必要がなく、上記蓄熱器７は、熱量Ｑｑ＝Ｑ２＋Ｉ² ・Ｒ１を吸熱する必要がある。 このことから、ジュール熱Ｉ²・Ｒ１と、ペルティエ素子１の有用な運び去る 熱量Ｑ２とのみが、蓄熱器７に流入することになる。 このような状態の上記各ペルティエ素子１は、正常な許容できる動作状態で作 動する。 上記のバイパスダイオード１０の設置位置は、次の各適用に応じて種々に選択 することができる。 ａ）電源において（図６参照） ｂ）個々の各ペルティエ素子２の外部において（図７参照） ｃ）個々の、ま たは全てのペルティエ素子２に内蔵された状態において（図８参照） ａ） （図６参照）では、明らかなように、より高い耐電圧のバイパスダイオ ー ド１０が単一にて用いられ、上記バイパスダイオード１０を接続するための配線 が長くなるが、各ペルティエ素子２にて生じる温度の影響と無関係となるという 利点がある。 ｂ）（図７参照）では、明らかなように、対応したカスケード配列にて用いら れる各ペルティエ素子と同様に多数のバイパスダイオード１０が必要となる。上 記各バイパスダイオード１０は、それぞれ関係のある各ペルティエ素子の温度の 影響を受けるが、各ペルティエ素子２の配列と電源との間の配線の引回し長さが 小さいという特徴がある。 ｃ）（図８参照）では、内蔵されたバイパスダイオード１０の設置形式は、配 線の引回し長さを最小化できるという技術的に大きな利点を発揮できる解決方法 である。この設置形式では、ダイオード１０は、より高い温度であっても確実に 作動するように選択されることから、そのような設置形式でも何ら不都合は生じ ない。 上記バイパスダイオード１０のペルティエ素子への一体化は、上記ペルティエ 素子の作製時に行うことができ、発熱目的にも用いられるカスケード形式（ピラ ミッド形式）にて各ペルティエ素子の配列を形成する場合に特に適している。 本願発明の他の基本的な変形例を次に説明すると、図９および図１０に示すよ うに、上記変形例では、高出力の各ペルティエ素子２が、低出力の各ペルティエ 素子１の発熱側の温度として機能するように上記各ペルティエ素子２への電流が 規制、または設定される。 上記変形例の場合では、バイパスダイオードによる前述の解決法の欠点が生じ る可能性が回避される。そのような欠点とは、過剰な温度上昇により低出力の各 ペルティエ素子１にとって危険な状態となる前に、高出力の各ペルティエ素子２ が、もはや低出力の各ペルティエ素子１と協動的に動作しなくなるということで ある。例えば、温度Ｔ１を急速に上昇させようとした場合、各ペルティエ素子２ をできるうる限り長い間良好に作動させることがもちろん必要となる。 このような要求を満足する第１の可能な方法は、各ペルティエ素子１の発熱側 の温度Ｔ３として機能する各ペルティエ素子２のための電流を、発熱中における 許容できる最大温度値を越えないように制限することである。このようような動 作モードは図１０に示されている。 温度センサー１６は、各ペルティエ素子１の発熱側の温度Ｔ３を測定し、電流 制限器１８を制御する。上記電流制限器１８は、明らかなように、各ペルティエ 素子２を通る電流値１２を、つまり温度Ｔ３を予め設定した上限温度Ｔ_limit（ Ｔ３＜Ｔ_limit）より常に下回るように設定する調整素子１７を有している。 ２つのグループを形成する各ペルティエ素子１・２をそれぞれ作動させるには 、２つの電源が必要となる。しかしながら、上記の必要の代わりに、２つの互い に異なる仕様の各ペルティエ素子をそれらの最適な動作点にて個々に作動させる ことが可能となる。 前述のような要求を満足する第２のより簡素な可能な方法としては、図９の基 本的な構成図に示すように、単一の電源を用いるものが考えられる。この場合、 ＮＴＣサーミスタ２５が、各ペルティエ素子１の発熱側の温度Ｔ３を確実に測定 し得るように設置されている。上記ＮＴＣサーミスタ２５の動作点は、温度Ｔ３ が前記の上限温度に近づくと、ＮＴＣサーミスタ２５の抵抗値が小さくなり、各 ペルティエ素子２に流れる電流を、もはや各ペルティエ素子１の過熱状態を招か ない大きさまで小さくするように設定されている。 次に、本願発明に係る熱電加熱冷却室の他の実施例を図１１に示す。この熱電 加熱冷却室では、図３に示した各部材と同様のものについては、それらを再度説 明することを省く。内部を観察するための観察窓８が覆い部３の上部に設けられ ている。 各ペルティエ素子１・２のそれぞれに対する個々のプレート状の枠を部材番号 １２・１１にてそれぞれ示す。各ペルティエ素子１・２に印加される電流値を正 確に制御することを可能とするために、熱電加熱冷却室の内部の実際温度が較正 された温度センサー９によって検出される。蓄熱器７の下部には、各脚部（図示 せず）の間に２つの水平な回転ファン１４が流出熱量の適切な除去を保証するた め必要に応じて設けられている。 本願発明に係る熱電加熱冷却室のさらに他の実施例を図１２および図１３に示 す。この実施例では、図１２および図１３に示すように、空気流、または必要に 応じ回転ファン１４による強制空気流によって蓄熱器７を冷却する代わりに、水 冷手段１５または低容量の冷媒冷却手段が用いられている。 上記各実施例の構成を互いに許容できる範囲にて適合させた中間プレート６、 および、低出力の各ペルティエ素子１と高出力の各ペルティエ素子２との独自の 配列の重なり合う領域を有する層状の配列を有する本願発明の熱電加熱冷却装置 は、極めて広い温度範囲、例えば、空冷では−15℃から95℃まで、または水冷で は−40℃から＋95℃までの広い温度範囲にて作動させることができる。このよう な広い温度範囲は、今まのところ、上記のような形式の従来の冷却／加熱装置で は達成されていない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月１９日 【補正内容】 請求の範囲 １．電気的な加熱冷却装置は、上記装置が取り付けられた基体に設けられた複数 の各ペルティエ素子（１，２）が、一方の後方に他のものが配置されるカスケー ド配列にて接続され、かつ、発熱または冷却領域に分配されるように配列されて おり、上記装置の外面に熱伝達手段７が設けられ、上記各ペルティエ素子（１， ２）では、出力段階の互いに異なる２つに分けられた各グループが、互いに平行 な２つの層状に配列され、低出力の各ペルティエ素子（１）が、第１の内側の発 熱または冷却領域に、高出力の各ペルティエ素子（２）が、第２の外側の発熱ま たは冷却領域になるように配され、高出力の上記各ペルティエ素子（２）が上記 熱伝達手段７によって覆われているものであって、 上記加熱冷却装置は、断熱性を有する加熱／冷却室に設置され、上記高出力の 各ペルティエ素子（２）の少なくともいくつかが、バイパスダイオード（１０） によって電気的にバイパスされ、かつ、上記バイパスダイオード（１０）によっ て電気的にバイパスされたペルティエ素子（２）を、発熱動作中、無電流の状態 に維持するように上記バイパスダイオード（１０）の極性が合わされていること を特徴としている。 ２．熱電加熱冷却装置は、請求項１記載の熱電加熱冷却装置であって、上記バイ パスダイオード（１０）が、カスケードに接続された高出力の各ペルティエ素子 （２）の全てを電気的にバイパスしていることを特徴としている。 ３．熱電加熱冷却装置は、請求項１記載の熱電加熱冷却装置であって、上記高出 力の各ペルティエ素子（２）の少なくともいくつかが、それらに個々に割り当て られたバイパスダイオード（１０）によって電気的にバイパスされていることを 特徴としている。 ４．熱電加熱冷却装置は、請求項３記載の熱電加熱冷却装置であって、上記各バ イパスダイオード（１０）がそれぞれに割り当てられた各ペルティエ素子に対し それぞれ一体化されていることを特徴としている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的な加熱冷却装置は、複数の各ペルティエ素子（１，２）を有する基盤 領域に取り付けられ、上記各ペルティエ素子は、一方の後方に他方が接続された カスケード配列を発熱または冷却領域に分布するように配列されて有し、上記熱 電加熱冷却装置の外面に熱伝達手段７が設けられ、上記各ペルティエ素子（１， ２）では、互いに異なる出力の２つのグループに分けられ、互いに平行な２つの 層状に配列され、低出力の各ペルティエ素子（１）が、第１の内側の発熱または 冷却領域に、高出力の各ペルティエ素子（２）が、第２の外側の発熱または冷却 領域になるように配され、高出力の上記各ペルティエ素子（２）が上記熱伝達手 段７によって覆われているものであって、 低出力の各ペルティエ素子（１）の許容できない温度上昇を、上記熱電加熱冷 却装置の温度範囲内の全てにおいて回避されるように、低出力の各ペルティエ素 子（１）の発熱側の温度（Ｔ₂）として機能する高出力の各ペルティエ素子（２ ）に流れる電流を制限する手段（１０；２５；１６−１８）が設けられているこ とを特徴としている。 ２．熱電加熱冷却装置は、請求項１記載の熱電加熱冷却装置であって、電流制限 手段が、高出力の各ペルティエ素子（２）の少なくとも一つを電気的にバイパス するバイパスダイオード（１０）を発熱動作中に関連する上記ペルティエ素子（ ２）に電流が流れないように極性が合わされて含むことを特徴としている。 ３．熱電加熱冷却装置は、請求項２記載の熱電加熱冷却装置であって、上記バイ パスダイオード（１０）が、高出力の各ペルティエ素子（２）の全てを電気的に バイパスしていることを特徴としている。 ４．熱電加熱冷却装置は、請求項２記載の熱電加熱冷却装置であって、上記高出 力の各ペルティエ素子（２）の少なくともいくつかが、それらに個々に割り当て られたバイパスダイオード（１０）によって電気的にバイパスされていることを 特徴としている。 ５．熱電加熱冷却装置は、請求項４記載の熱電加熱冷却装置であって、上記各バ イパスダイオード（１０）がそれぞれ割り当てられた各ペルティエ素子にそれぞ れ一体化されていることを特徴としている。 ６．電気的な加熱冷却装置は、複数の各ペルティエ素子（１，２）を有する基盤 領域に取り付けられ、上記各ペルティエ素子は、一方の後方に他方が接続された カスケード配列を、発熱または冷却領域に分配されるように配列されて有し、上 記熱電加熱冷却装置の外面に熱伝達手段７が設けられ、上記各ペルティエ素子（ １，２）では、出力段階の互いに異なる２つに分けられた各グループが、互いに 平行な２つの層状に配列され、低出力の各ペルティエ素子（１）が、第１の内側 の発熱または冷却領域に、高出力の各ペルティエ素子（２）が、第２の外側の発 熱または冷却領域になるように配され、高出力の上記各ペルティエ素子（２）が 上記熱伝達手段７によって覆われているものであって、 上記加熱冷却装置は、断熱性を有する加熱／冷却室に設置され、上記高出力の 各ペルティエ素子（２）の少なくともいくつかが、発熱動作中に関連する上記ペ ルティエ素子（２）に電流が流れないように極性が合わされたバイパスダイオー ド（１０）によってバイパスされていることを特徴としている。 ７．熱電加熱冷却装置は、請求項１または６記載の熱電加熱冷却装置であって、 板状の上記各ペルティエ素子（１，２）の２つのグループが、断熱性を有するプ レート状の枠（１１，１２）の各凹部にそれぞれ取り付けられていることを特徴 としている。 ８．熱電加熱冷却装置は、請求項１または６記載の熱電加熱冷却装置であって、 上記各ペルティエ素子（１，２）における互いに異なる出力を有する２つのグル ープが、熱良導体であり、かつ、機械的な内部応力が無い素材からなる中間プレ ート（６）によって互いに分離されていることを特徴としている。 ９．熱電加熱冷却装置は、請求項８記載の熱電加熱冷却装置であって、上記中間 プレート（６）の表面積が、上記中間プレート（６）が全ての各ペルティエ素子 （１，２）とそれらの周辺部にて重なり合うように、上記２つのグループの各ペ ルティエ素子（１，２）の面状の配列によって占められる合計面積より大きくな のようになっていることを特徴としている。 １０．熱電加熱冷却装置は、請求項７記載の熱電加熱冷却装置であって、蓄熱器 が、熱伝達手段（７）として、上記高出力の各ペルティエ素子（２）のグループ のためのプレート状の枠（１１）の外側に全体を覆うように設けられていること を特徴としている。 １１．熱電加熱冷却装置は、請求項１記載の熱電加熱冷却装置であって、上記電 流制限手段（１６−１８）が、高出力の各ペルティエ素子（２）に流れる電流の ための電流制御器または電流制限器（１７，１８）を制御し、低出力の各ペルテ ィエ素子（１）の発熱側の温度（Ｔ₃）を検出する温度センサー（１６）を有す ることを特徴としている。 １２．熱電加熱冷却装置は、請求項１記載の熱電加熱冷却装置であって、カスケ ードに接続された上記高出力の各ペルティエ素子（２）の少なくともいくつかが 、ＮＴＣサーミスタ（２５）によって電気的にバイパスされており、上記ＮＴＣ サーミスタ（２５）は、低出力の各ペルティエ素子（１）の発熱側の温度と、温 度が上限に近づくと、上記ＮＴＣサーミスタの抵抗が小さくなって、高出力の各 ペルティエ素子（２）に流れる電流が、低出力の各ペルティエ素子（１）の過熱 を排除できる大きさまでに減少させるように選択された動作点とを検出するもの であることを特徴としている。