JPH11177151A - 熱電モジュール - Google Patents
熱電モジュールInfo
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- JPH11177151A JPH11177151A JP9356113A JP35611397A JPH11177151A JP H11177151 A JPH11177151 A JP H11177151A JP 9356113 A JP9356113 A JP 9356113A JP 35611397 A JP35611397 A JP 35611397A JP H11177151 A JPH11177151 A JP H11177151A
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- 230000001154 acute effect Effects 0.000 abstract 1
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- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
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- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
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- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱電素子のかけの発生を防止し、熱電特性の
性能低下を防止することができる熱電モジュールを提供
する。 【解決手段】 断面形状が五角形以上の多角形又は側面
の少なくとも一部に曲面を有する熱電素子を組み立てて
熱電モジュールが構成されている。
性能低下を防止することができる熱電モジュールを提供
する。 【解決手段】 断面形状が五角形以上の多角形又は側面
の少なくとも一部に曲面を有する熱電素子を組み立てて
熱電モジュールが構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電素子の欠けを防
止した熱電モジュールに関する。
止した熱電モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の熱電モジュールを示す斜視
図である。ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２が交互に
配置されており、隣接する１対のｐ型熱電素子１とｎ型
熱電素子２の下端部同士が下部電極３により接続され、
上端同士が上部電極４により接続されている。これらの
熱電素子及び電極は、下部絶縁基板５と上部絶縁基板６
との間に挟まれて支持されている。そして、下部電極３
及び／又は上部電極４に正及び負電圧を印加することに
より、上部絶縁基板６又は下部絶縁基板５が発熱又は吸
熱側となる。この図３に示すように、各熱電素子１，２
は断面が正方形である。
図である。ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２が交互に
配置されており、隣接する１対のｐ型熱電素子１とｎ型
熱電素子２の下端部同士が下部電極３により接続され、
上端同士が上部電極４により接続されている。これらの
熱電素子及び電極は、下部絶縁基板５と上部絶縁基板６
との間に挟まれて支持されている。そして、下部電極３
及び／又は上部電極４に正及び負電圧を印加することに
より、上部絶縁基板６又は下部絶縁基板５が発熱又は吸
熱側となる。この図３に示すように、各熱電素子１，２
は断面が正方形である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の熱電モジュールは、その組立時又は使用中に機械
的衝撃が印加された場合及び熱応力が印加された場合
に、図４に示すように、熱電素子１，２の一部が欠けて
しまうことがある。このように、熱電素子の一部が欠け
ると、熱電モジュールの性能が低下してしまう。
従来の熱電モジュールは、その組立時又は使用中に機械
的衝撃が印加された場合及び熱応力が印加された場合
に、図４に示すように、熱電素子１，２の一部が欠けて
しまうことがある。このように、熱電素子の一部が欠け
ると、熱電モジュールの性能が低下してしまう。
【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、熱電素子のかけの発生を防止し、熱電特性
の性能低下を防止することができる熱電モジュールを提
供することを目的とする。
のであって、熱電素子のかけの発生を防止し、熱電特性
の性能低下を防止することができる熱電モジュールを提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の熱電
モジュールは、断面形状が五角形以上の多角形である熱
電素子を組み立てて構成されたことを特徴とする。
モジュールは、断面形状が五角形以上の多角形である熱
電素子を組み立てて構成されたことを特徴とする。
【０００６】本発明に係る第２の熱電モジュールは、側
面の少なくとも一部に曲面を有する熱電素子を組み立て
て構成されたことを特徴とする。この熱電モジュールに
おいて、前記曲面の曲率半径が０．２ｍｍ以上であるこ
とが好ましい。
面の少なくとも一部に曲面を有する熱電素子を組み立て
て構成されたことを特徴とする。この熱電モジュールに
おいて、前記曲面の曲率半径が０．２ｍｍ以上であるこ
とが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係る熱電モジュールに使用される熱電素子の外
観形状を示す斜視図である。図１において、（ａ）は断
面が円形であり、即ち円柱状の熱電素子である。（ｂ）
は断面が楕円の熱電素子である。（ｃ）は断面が五角形
の熱電素子である。（ｄ）は断面が六角形の熱電素子で
ある。（ｅ）は断面が正方形の角柱の４つのコーナー部
を面取りしたものであり、これは角の数からいえば、八
角形の熱電素子である。そして、（ｆ）は断面が正方形
の角柱の４つのコーナー部を丸みを有して面取りしたも
のである。従って、この熱電素子は側面の一部が湾曲し
ている。このような形状の熱電素子を従来の図３に示す
熱電モジュールと同様にして組み立てられる。
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係る熱電モジュールに使用される熱電素子の外
観形状を示す斜視図である。図１において、（ａ）は断
面が円形であり、即ち円柱状の熱電素子である。（ｂ）
は断面が楕円の熱電素子である。（ｃ）は断面が五角形
の熱電素子である。（ｄ）は断面が六角形の熱電素子で
ある。（ｅ）は断面が正方形の角柱の４つのコーナー部
を面取りしたものであり、これは角の数からいえば、八
角形の熱電素子である。そして、（ｆ）は断面が正方形
の角柱の４つのコーナー部を丸みを有して面取りしたも
のである。従って、この熱電素子は側面の一部が湾曲し
ている。このような形状の熱電素子を従来の図３に示す
熱電モジュールと同様にして組み立てられる。
【０００８】このように構成された熱電素子には、従来
の正方形断面の熱電素子１，２のような鋭角な角部が存
在しない。このため、これらの本実施例の熱電素子がそ
の組立中に及び熱電モジュールとして使用中に、機械的
衝撃力が印加されても、また熱応力が印加されても、熱
電素子の一部にかけが生じることが防止される。
の正方形断面の熱電素子１，２のような鋭角な角部が存
在しない。このため、これらの本実施例の熱電素子がそ
の組立中に及び熱電モジュールとして使用中に、機械的
衝撃力が印加されても、また熱応力が印加されても、熱
電素子の一部にかけが生じることが防止される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例の効果について、本発
明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００１０】第１実施例 熱電モジュールのサイズは１辺が３０ｍｍの正方形であ
る。絶縁基板はアルミナ基板であり、この絶縁基板の間
に、各７２個のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子を銅電極
を使用して電気的に直列となるようにハンダ付けし、等
間隔になるように配置した。断面形状は図１（ａ）乃至
（ｆ）に示す実施例の熱電素子と、図３に示す従来の熱
電素子であり、その断面積は全て４ｍｍ２であり、高さ
は１．６ｍｍである。これらのｐ型熱電素子及びｎ型熱
電素子の性能指数は２．５×１０−３／Ｋである。熱電
素子の製造方法は、一方向凝固材及びホットプレス材で
あり、いずれも研磨又は切断により任意の断面形状とし
た。
る。絶縁基板はアルミナ基板であり、この絶縁基板の間
に、各７２個のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子を銅電極
を使用して電気的に直列となるようにハンダ付けし、等
間隔になるように配置した。断面形状は図１（ａ）乃至
（ｆ）に示す実施例の熱電素子と、図３に示す従来の熱
電素子であり、その断面積は全て４ｍｍ２であり、高さ
は１．６ｍｍである。これらのｐ型熱電素子及びｎ型熱
電素子の性能指数は２．５×１０−３／Ｋである。熱電
素子の製造方法は、一方向凝固材及びホットプレス材で
あり、いずれも研磨又は切断により任意の断面形状とし
た。
【００１１】試験方法は、以下の２種である。試験１に
おいては、例えば、熱電モジュールがクーラーボックス
に使用されていてそのクーラーボックスが床に落下した
場合を想定して試験条件を設定した。即ち、図１（ａ）
乃至（ｆ）に示す熱電素子と図３に示す従来の熱電素子
とを使用して組み立てた熱電モジュールを、地上１ｍの
位置から地表に落下させ、落下前後の外観を観察して、
熱電素子に欠けが発生したか否かを調査した。そして、
これらの熱電モジュールを真空中におき、高温側の温度
を２７℃に一定にし、低温側との最大温度差ΔＴｍａｘ
を測定した。
おいては、例えば、熱電モジュールがクーラーボックス
に使用されていてそのクーラーボックスが床に落下した
場合を想定して試験条件を設定した。即ち、図１（ａ）
乃至（ｆ）に示す熱電素子と図３に示す従来の熱電素子
とを使用して組み立てた熱電モジュールを、地上１ｍの
位置から地表に落下させ、落下前後の外観を観察して、
熱電素子に欠けが発生したか否かを調査した。そして、
これらの熱電モジュールを真空中におき、高温側の温度
を２７℃に一定にし、低温側との最大温度差ΔＴｍａｘ
を測定した。
【００１２】試験２においては、モジュールの連続運転
を想定して試験条件を設定した。本試験においては、真
空中にて発熱側を２７℃に保持した状態でＩｍａｘの電
流を５分毎にオン−オフする。これを２０００サイクル
繰り返した。
を想定して試験条件を設定した。本試験においては、真
空中にて発熱側を２７℃に保持した状態でＩｍａｘの電
流を５分毎にオン−オフする。これを２０００サイクル
繰り返した。
【００１３】その結果、各熱電素子の欠けの有無及びΔ
Ｔｍａｘを下記表１に示す。
Ｔｍａｘを下記表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】但し、比較例１の欠けありの欄において、
試験１（落下試験）の一方向凝固材の落下後の場合は３
０個の熱電素子が欠け、ホットプレス材の落下後の場合
は１０個の熱電素子が欠け、試験２（熱応力試験）の一
方向凝固材の落下後の場合は１０個の熱電素子が欠け、
ホットプレス材の落下後の場合は３個の熱電素子が欠け
ていた。
試験１（落下試験）の一方向凝固材の落下後の場合は３
０個の熱電素子が欠け、ホットプレス材の落下後の場合
は１０個の熱電素子が欠け、試験２（熱応力試験）の一
方向凝固材の落下後の場合は１０個の熱電素子が欠け、
ホットプレス材の落下後の場合は３個の熱電素子が欠け
ていた。
【００１６】この表１に示すように、本発明の実施例の
場合には、試験１及び試験２のいずれの場合も欠けが発
生せず、落下後の性能指数も落下前と変化しなかった。
これに対し、比較例１の場合は、試験１及び試験２のい
ずれの場合も、落下後に欠けが発生し、性能指数が低下
した。従って、本発明実施例は耐衝撃性及び耐久性が比
較例に比して極めて優れている。
場合には、試験１及び試験２のいずれの場合も欠けが発
生せず、落下後の性能指数も落下前と変化しなかった。
これに対し、比較例１の場合は、試験１及び試験２のい
ずれの場合も、落下後に欠けが発生し、性能指数が低下
した。従って、本発明実施例は耐衝撃性及び耐久性が比
較例に比して極めて優れている。
【００１７】なお、欠けが生じると温度差が低下する原
因は、次のように考えられる。熱電モジュール内の熱電
素子はその断面積と高さが同じならば、材料特性のばら
つきがない限り、どの素子をとってもその最大温度差
（ΔＴｍａｘ）及びその最大温度差が得られる電流値
（Ｉｍａｘ）は同じである。しかしながら、素子が欠け
てしまった場合、その素子のＩｍａｘは欠ける前より小
さくなる。また、欠けてしまった断面が大きい程、Ｉｍ
ａｘは小さくなる。よって、欠ける前では、熱電モジュ
ール内の素子のＩｍａｘがどの素子も同じ値で、その電
流を流せば、損失なく、大きなΔＴｍａｘが得られる
が、欠けた素子が熱電モジュール内にある場合、欠けた
断面積によりＩｍａｘが異なるため、ある素子では最適
な電流値であっても、ある素子では過剰な電流値とな
る。これにより、全体として損失が大きくなり、ΔＴｍ
ａｘも小さな値となってしまう。
因は、次のように考えられる。熱電モジュール内の熱電
素子はその断面積と高さが同じならば、材料特性のばら
つきがない限り、どの素子をとってもその最大温度差
（ΔＴｍａｘ）及びその最大温度差が得られる電流値
（Ｉｍａｘ）は同じである。しかしながら、素子が欠け
てしまった場合、その素子のＩｍａｘは欠ける前より小
さくなる。また、欠けてしまった断面が大きい程、Ｉｍ
ａｘは小さくなる。よって、欠ける前では、熱電モジュ
ール内の素子のＩｍａｘがどの素子も同じ値で、その電
流を流せば、損失なく、大きなΔＴｍａｘが得られる
が、欠けた素子が熱電モジュール内にある場合、欠けた
断面積によりＩｍａｘが異なるため、ある素子では最適
な電流値であっても、ある素子では過剰な電流値とな
る。これにより、全体として損失が大きくなり、ΔＴｍ
ａｘも小さな値となってしまう。
【００１８】第２実施例 次に、図１（ｆ）に示すように、コーナー部が湾曲した
実施例の熱電素子において、その湾曲の程度を種々変化
させてその落下性能を調査した。実施例及び比較例の熱
電モジュールの仕様及び数は第１実施例と同様である。
実施例の熱電素子において、その湾曲の程度を種々変化
させてその落下性能を調査した。実施例及び比較例の熱
電モジュールの仕様及び数は第１実施例と同様である。
【００１９】図２（ｂ）乃至（ｄ）は、この実施例の熱
電素子を示し、コーナー部の湾曲の曲率が０．２ｍｍ、
０．３ｍｍ、０．４ｍｍである。図２（ａ）はコーナー
部の湾曲の曲率が０．１ｍｍの比較例である。試験条件
も第１実施例と同様である。
電素子を示し、コーナー部の湾曲の曲率が０．２ｍｍ、
０．３ｍｍ、０．４ｍｍである。図２（ａ）はコーナー
部の湾曲の曲率が０．１ｍｍの比較例である。試験条件
も第１実施例と同様である。
【００２０】その結果、落下試験後の欠けの有無及び性
能指数は下記表２に示すとおりである。
能指数は下記表２に示すとおりである。
【００２１】
【表２】
【００２２】欠けありの欄の欠けた熱電素子の数も第１
実施例と同一である。
実施例と同一である。
【００２３】このように、図２（ａ）乃至（ｄ）に示す
ように、一部に曲面を有する熱電素子の前記曲面の曲率
半径が０．２ｍｍ以上である場合は、落下試験（試験
１）後及び熱応力試験（試験２）後の欠け及び性能指数
の低下がなく、曲率半径が０．１ｍｍである場合はいず
れも欠け及び性能指数の低下が生じなかった。従って、
本実施例は比較例に比して耐衝撃性及び耐久性が優れた
ものであった。
ように、一部に曲面を有する熱電素子の前記曲面の曲率
半径が０．２ｍｍ以上である場合は、落下試験（試験
１）後及び熱応力試験（試験２）後の欠け及び性能指数
の低下がなく、曲率半径が０．１ｍｍである場合はいず
れも欠け及び性能指数の低下が生じなかった。従って、
本実施例は比較例に比して耐衝撃性及び耐久性が優れた
ものであった。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱電素子
は、断面形状が五角形以上の多角形であるか、又は側面
の少なくとも一部に曲面を有するので、使用中に機械的
衝撃を受けたり、熱応力を受けたりしても、それにより
熱電素子に欠けが発生することはなく、また、熱電モジ
ュールの組立中に熱電素子に欠けが生じて歩留まりが低
下することも防止される。更に、熱電素子の欠けによる
熱電性能の低下も防止される。
は、断面形状が五角形以上の多角形であるか、又は側面
の少なくとも一部に曲面を有するので、使用中に機械的
衝撃を受けたり、熱応力を受けたりしても、それにより
熱電素子に欠けが発生することはなく、また、熱電モジ
ュールの組立中に熱電素子に欠けが生じて歩留まりが低
下することも防止される。更に、熱電素子の欠けによる
熱電性能の低下も防止される。
【図１】 本発明の実施例に係る熱電モジュールに使用
される熱電素子の形状を示す図である。
される熱電素子の形状を示す図である。
【図２】 コーナー部の湾曲面の曲率半径が異なる熱電
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図３】 従来の熱電モジュールを示す図である。
【図４】 従来の欠けが生じた熱電素子を示す図であ
る。
る。
【符号の説明】 １，２：熱電素子、３、４：電極、５，６：絶縁基板
Claims (3)
- 【請求項１】 断面形状が五角形以上の多角形である熱
電素子を組み立てて構成されたことを特徴とする熱電モ
ジュール。 - 【請求項２】 側面の少なくとも一部に曲面を有する熱
電素子を組み立てて構成されたことを特徴とする熱電モ
ジュール。 - 【請求項３】 前記曲面の曲率半径が０．２ｍｍ以上で
あることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9356113A JPH11177151A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 熱電モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9356113A JPH11177151A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 熱電モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11177151A true JPH11177151A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18447401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9356113A Pending JPH11177151A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 熱電モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11177151A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2009014243A1 (ja) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 熱電変換素子及びその製造方法 |
| JP2011096835A (ja) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | 熱電変換モジュール |
| CN102280571A (zh) * | 2010-06-04 | 2011-12-14 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 通过净形烧结形成热电元件 |
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| US9310109B2 (en) | 2011-09-21 | 2016-04-12 | Empire Technology Development Llc | Electrocaloric effect heat transfer device dimensional stress control |
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-
1997
- 1997-12-08 JP JP9356113A patent/JPH11177151A/ja active Pending
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