JPH1123091A - 液体循環型熱電冷却・加熱装置 - Google Patents
液体循環型熱電冷却・加熱装置Info
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- JPH1123091A JPH1123091A JP9177017A JP17701797A JPH1123091A JP H1123091 A JPH1123091 A JP H1123091A JP 9177017 A JP9177017 A JP 9177017A JP 17701797 A JP17701797 A JP 17701797A JP H1123091 A JPH1123091 A JP H1123091A
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- cooling
- thermoelectric
- type thermoelectric
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
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- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
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- H—ELECTRICITY
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
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- H—ELECTRICITY
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- Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体循環型熱電冷却・加熱装置における熱交
換用の液の循環系における液温を一定にコントロールす
る。 【解決手段】 液体循環型熱電冷却ユニットの液出口９
Ｂと液入口９Ａとの間には、ラジエータ１０、ポンプ１
１、液温コントロールユニット１２を有する冷却液の循
環系を形成した。液温コントロールユニット１２は冷却
液の液温が一定になるようにコントロールする。この液
温コントロールユニット１２は、内部に熱電冷却ユニッ
トを備えている。そして、ラジエータ１０の出口側で冷
却液の温度を検出し、それが所定値以上の場合には制御
回路１５から液温コントロールユニット１２に対して内
部の熱電冷却ユニットをオンにするための制御信号を送
り、所定値より低い場合には、オフにするための制御信
号を送る。
換用の液の循環系における液温を一定にコントロールす
る。 【解決手段】 液体循環型熱電冷却ユニットの液出口９
Ｂと液入口９Ａとの間には、ラジエータ１０、ポンプ１
１、液温コントロールユニット１２を有する冷却液の循
環系を形成した。液温コントロールユニット１２は冷却
液の液温が一定になるようにコントロールする。この液
温コントロールユニット１２は、内部に熱電冷却ユニッ
トを備えている。そして、ラジエータ１０の出口側で冷
却液の温度を検出し、それが所定値以上の場合には制御
回路１５から液温コントロールユニット１２に対して内
部の熱電冷却ユニットをオンにするための制御信号を送
り、所定値より低い場合には、オフにするための制御信
号を送る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばペルチェ素
子のような熱電半導体素子が発生する熱を液体で熱交換
する液体循環型熱電冷却・加熱装置に関し、詳細には熱
交換用の液体の温度を一定にコントロールする手段に関
する。
子のような熱電半導体素子が発生する熱を液体で熱交換
する液体循環型熱電冷却・加熱装置に関し、詳細には熱
交換用の液体の温度を一定にコントロールする手段に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ビスマス・テルル系、鉄・シリコン系若
しくはコバルト・アンチモン系等の化合物からなる熱電
半導体素子を利用した熱電素子は、冷却・加熱装置等に
使用されている。これらの熱電素子は、液体、気体を使
用せず、スペースもとらず又回転磨耗もなく保守の不要
な冷却・加熱源として重宝なものである。
しくはコバルト・アンチモン系等の化合物からなる熱電
半導体素子を利用した熱電素子は、冷却・加熱装置等に
使用されている。これらの熱電素子は、液体、気体を使
用せず、スペースもとらず又回転磨耗もなく保守の不要
な冷却・加熱源として重宝なものである。
【０００３】この熱電素子は、一般的にはｐ型とｎ型か
らなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、熱
電半導体素子を金属電極にハンダで接合し、π型直列回
路を構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金属
電極を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成にな
ったものが、熱電モジュールとして広く使用されてい
る。
らなる二種類の熱電半導体素子を整然と配列せしめ、熱
電半導体素子を金属電極にハンダで接合し、π型直列回
路を構成すると共に、これらの熱電半導体素子及び金属
電極を金属膜を有するセラミック基板で挟んだ構成にな
ったものが、熱電モジュールとして広く使用されてい
る。
【０００４】従来から知られている熱電モジュールの構
成を図１１に示した。この図の（１）は正面図であり、
（２）は斜視図である。この図に示すように、従来の熱
電モジュールは、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導体
素子を交互に配列せしめ、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱
電半導体素子を金属電極に接続する。ｎ型熱電半導体素
子とｐ型熱電半導体素子は、金属電極に上側と下側で交
互に接続され、最終的には全部の素子が直列に接続され
る。上下の金属電極と熱電半導体素子との接続は、ハン
ダ付けで行われる。そして、上側、下側のそれぞれの金
属電極は、銅やアルミニウム等の金属でメタライズした
セラミック基板に接着して全体を固定する。このように
してできた熱電素子を、通常、熱電モジュールと呼んで
いる。
成を図１１に示した。この図の（１）は正面図であり、
（２）は斜視図である。この図に示すように、従来の熱
電モジュールは、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱電半導体
素子を交互に配列せしめ、ｎ型熱電半導体素子とｐ型熱
電半導体素子を金属電極に接続する。ｎ型熱電半導体素
子とｐ型熱電半導体素子は、金属電極に上側と下側で交
互に接続され、最終的には全部の素子が直列に接続され
る。上下の金属電極と熱電半導体素子との接続は、ハン
ダ付けで行われる。そして、上側、下側のそれぞれの金
属電極は、銅やアルミニウム等の金属でメタライズした
セラミック基板に接着して全体を固定する。このように
してできた熱電素子を、通常、熱電モジュールと呼んで
いる。
【０００５】この熱電モジュールの電極に電源を接続し
て、ｎ型素子からｐ型素子の方向へ電流を流すと、ペル
チェ効果によりπ型の上部で吸熱が、下部では放熱が起
こる。この際、電源の接続方向を逆転すると、吸熱、放
熱の方向が変わる。この現象を利用して、熱電素子が冷
却・加熱装置に使用されるのである。
て、ｎ型素子からｐ型素子の方向へ電流を流すと、ペル
チェ効果によりπ型の上部で吸熱が、下部では放熱が起
こる。この際、電源の接続方向を逆転すると、吸熱、放
熱の方向が変わる。この現象を利用して、熱電素子が冷
却・加熱装置に使用されるのである。
【０００６】熱電モジュールは、ＬＳＩ、コンピュータ
のＣＰＵやレーザ等の冷却をはじめ、保温冷蔵庫に至る
広範囲な用途を有している。
のＣＰＵやレーザ等の冷却をはじめ、保温冷蔵庫に至る
広範囲な用途を有している。
【０００７】このような熱電モジュールを冷却装置とし
て用いる場合には、放熱側を冷却することが必要とな
る。そして、従来、熱電素子を冷却する方法としては、
図１２（１）に示すように、熱電モジュールの放熱側に
放熱フィンを取り付け、この放熱フィンに向けてファン
から風を送るようにした空冷方式や、図１２（２）に示
すように、熱電モジュールの放熱側に液冷ジャケットを
取り付け、この液冷ジャケット内に冷却液を通すように
した液冷方式等があった。また、セラミック基板に代え
て表面を酸化させたアルミ基板を用いると共に、噴射ノ
ズル付きの液冷ジャケットを用いて放熱側のアルミ基板
を効率的に冷却できるようにしたペルチェ冷却装置も知
られている。
て用いる場合には、放熱側を冷却することが必要とな
る。そして、従来、熱電素子を冷却する方法としては、
図１２（１）に示すように、熱電モジュールの放熱側に
放熱フィンを取り付け、この放熱フィンに向けてファン
から風を送るようにした空冷方式や、図１２（２）に示
すように、熱電モジュールの放熱側に液冷ジャケットを
取り付け、この液冷ジャケット内に冷却液を通すように
した液冷方式等があった。また、セラミック基板に代え
て表面を酸化させたアルミ基板を用いると共に、噴射ノ
ズル付きの液冷ジャケットを用いて放熱側のアルミ基板
を効率的に冷却できるようにしたペルチェ冷却装置も知
られている。
【０００８】しかしながら、これらの冷却装置は、いず
れも下側の基板を介して間接的に熱電半導体素子を冷却
するものであったため、熱電半導体素子の持つ性能を最
高に引き出すものではなかった。また、図１０に示した
熱電モジュールは、上下をセラミック基板で固定した剛
構造であるため、動作時に熱電半導体素子に大きな熱応
力が加わってしまい、熱電半導体素子の寿命が短くな
る。
れも下側の基板を介して間接的に熱電半導体素子を冷却
するものであったため、熱電半導体素子の持つ性能を最
高に引き出すものではなかった。また、図１０に示した
熱電モジュールは、上下をセラミック基板で固定した剛
構造であるため、動作時に熱電半導体素子に大きな熱応
力が加わってしまい、熱電半導体素子の寿命が短くな
る。
【０００９】そこで、本願発明者等は先に、熱電半導体
素子の放熱側及びそこに接続された金属電極を直接的に
冷却することにより冷却効率の低下を最小限に抑えると
ともに、両側スケルトン構造にすることで熱電半導体素
子に加わる熱応力を緩和させた熱電モジュール、及びこ
の熱電モジュールを使用した空冷熱電冷却ユニット及び
液冷熱電冷却ユニットを提案した（特願平８−３５４１
３６号）。
素子の放熱側及びそこに接続された金属電極を直接的に
冷却することにより冷却効率の低下を最小限に抑えると
ともに、両側スケルトン構造にすることで熱電半導体素
子に加わる熱応力を緩和させた熱電モジュール、及びこ
の熱電モジュールを使用した空冷熱電冷却ユニット及び
液冷熱電冷却ユニットを提案した（特願平８−３５４１
３６号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】先に提案した液冷熱電
冷却ユニットを実際に使用する際には、液冷熱電冷却ユ
ニットにおける冷却液出口と冷却液入口との間に、ラジ
エータ及びポンプを備えた冷却液の循環系を設けること
が必要である。しかし、冷却液出口から出て来る高温の
冷却液をラジエータで放熱するだけでは、長時間の使用
により冷却液の温度が上昇した場合や、外気温の上昇に
より冷却液の温度が上昇した場合には、熱電冷却ユニッ
トの冷却効率が低下するおそれがある。
冷却ユニットを実際に使用する際には、液冷熱電冷却ユ
ニットにおける冷却液出口と冷却液入口との間に、ラジ
エータ及びポンプを備えた冷却液の循環系を設けること
が必要である。しかし、冷却液出口から出て来る高温の
冷却液をラジエータで放熱するだけでは、長時間の使用
により冷却液の温度が上昇した場合や、外気温の上昇に
より冷却液の温度が上昇した場合には、熱電冷却ユニッ
トの冷却効率が低下するおそれがある。
【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、冷却液の循環系における液温を一定に
コントロールする手段を提供するものである。
たものであって、冷却液の循環系における液温を一定に
コントロールする手段を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気絶縁性を
有する仕切板と、前記仕切板を貫通した状態で前記仕切
板に保持されたｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体
素子と、前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素
子の第１の端面に接続された第１の金属電極と、前記ｐ
型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の第２の端面
に接続された第２の金属電極と、前記仕切板から前記第
２の端面の側を収納するとともに、熱交換用の液体が出
入りする熱交換容器とを備えた液体循環型熱電冷却・加
熱ユニットと、液体循環型熱電冷却・加熱ユニットの外
部に設けられ、前記熱交換用の液体の温度をコントロー
ルする液温コントロール手段とを備えることを特徴とす
るものである。
有する仕切板と、前記仕切板を貫通した状態で前記仕切
板に保持されたｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体
素子と、前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素
子の第１の端面に接続された第１の金属電極と、前記ｐ
型熱電半導体素子及びｎ型熱電半導体素子の第２の端面
に接続された第２の金属電極と、前記仕切板から前記第
２の端面の側を収納するとともに、熱交換用の液体が出
入りする熱交換容器とを備えた液体循環型熱電冷却・加
熱ユニットと、液体循環型熱電冷却・加熱ユニットの外
部に設けられ、前記熱交換用の液体の温度をコントロー
ルする液温コントロール手段とを備えることを特徴とす
るものである。
【００１３】液温コントロール手段は、熱電モジュール
により液温をコントロールするものであっても良いし、
随時交換される容器（例、水洗タンク）内の水を利用し
たものであっても良い。この熱電モジュールは送風又は
液体により熱交換を行うように構成する。
により液温をコントロールするものであっても良いし、
随時交換される容器（例、水洗タンク）内の水を利用し
たものであっても良い。この熱電モジュールは送風又は
液体により熱交換を行うように構成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。
図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】図１（１）は本実施の形態における熱電モ
ジュールの構成を示すものである。この熱電モジュール
は基本的には、特願平８−３５４１３６号で提案した熱
電モジュールと同じである。
ジュールの構成を示すものである。この熱電モジュール
は基本的には、特願平８−３５４１３６号で提案した熱
電モジュールと同じである。
【００１６】この熱電モジュール１は、電気絶縁性を有
する仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
する。ｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱電半導体素子３
Ｂの上側には板状の銅電極４が、下側には側面の形状が
Ｔ字形の銅電極（以下Ｔ字形銅電極という）５が、いず
れもハンダにより取り付けられている。また、銅電極４
の上側とＴ字形銅電極５の下側にセラミック基板を備え
ていない。このように、金属電極を基板に固定せず、金
属電極をむき出しにした構造はスケルトン構造と呼ばれ
る。この図の熱電モジュールは上下の金属電極をむき出
しにしているので、両側スケルトン構造である。
する仕切板２に対してｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱
電半導体素子３Ｂが貫通した状態で保持された構造を有
する。ｐ型熱電半導体素子３Ａとｎ型熱電半導体素子３
Ｂの上側には板状の銅電極４が、下側には側面の形状が
Ｔ字形の銅電極（以下Ｔ字形銅電極という）５が、いず
れもハンダにより取り付けられている。また、銅電極４
の上側とＴ字形銅電極５の下側にセラミック基板を備え
ていない。このように、金属電極を基板に固定せず、金
属電極をむき出しにした構造はスケルトン構造と呼ばれ
る。この図の熱電モジュールは上下の金属電極をむき出
しにしているので、両側スケルトン構造である。
【００１７】図１（２）は図１（１）におけるＴ字形銅
電極５の拡大正面図、図１（３）は同じく拡大側面図、
図１（４）は拡大下面図である。図１（１）に示されて
いる７個のＴ字形銅電極５は全て同じ形状とサイズを持
っているが、両端の２個は図１（３）のように側面が見
える向きに取り付けられ、その他の５個は図１（２）の
ように正面が見える向きに取り付けられている。
電極５の拡大正面図、図１（３）は同じく拡大側面図、
図１（４）は拡大下面図である。図１（１）に示されて
いる７個のＴ字形銅電極５は全て同じ形状とサイズを持
っているが、両端の２個は図１（３）のように側面が見
える向きに取り付けられ、その他の５個は図１（２）の
ように正面が見える向きに取り付けられている。
【００１８】図１（５）は図１（１）の熱電モジュール
の動作を説明するために、図１（１）の○で囲んだ部分
を抜き出したものである。この図に示すように、図１
（１）の熱電モジュールの使用時には、ｐ型及びｎ型の
熱電半導体素子３Ａ，３Ｂのうち仕切板２の下側に位置
する部分と、Ｔ字形銅電極５とは、空気等の気体や冷却
液と直接的に接触し、熱が除去される。このＴ字形銅電
極５は液中等に配置されるので、ニッケルや錫でメッキ
を施してある。さらに、電極５は冷却液による酸化・腐
食を防止するために、接合面を含めてシリコン樹脂等の
コーティング６を施してある。
の動作を説明するために、図１（１）の○で囲んだ部分
を抜き出したものである。この図に示すように、図１
（１）の熱電モジュールの使用時には、ｐ型及びｎ型の
熱電半導体素子３Ａ，３Ｂのうち仕切板２の下側に位置
する部分と、Ｔ字形銅電極５とは、空気等の気体や冷却
液と直接的に接触し、熱が除去される。このＴ字形銅電
極５は液中等に配置されるので、ニッケルや錫でメッキ
を施してある。さらに、電極５は冷却液による酸化・腐
食を防止するために、接合面を含めてシリコン樹脂等の
コーティング６を施してある。
【００１９】このように、本実施の形態における熱電モ
ジュールによれば、両側スケルトン構造を持っているた
め、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和され、その結
果、熱電半導体素子の寿命が長くなる。また、放熱側が
直接的に冷却されるので、冷却効率の低下を最小限に抑
え、熱電半導体素子の冷却能力を最大限に引き出すこと
ができる。
ジュールによれば、両側スケルトン構造を持っているた
め、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和され、その結
果、熱電半導体素子の寿命が長くなる。また、放熱側が
直接的に冷却されるので、冷却効率の低下を最小限に抑
え、熱電半導体素子の冷却能力を最大限に引き出すこと
ができる。
【００２０】図２は図１に示した熱電モジュールを使用
した熱電冷却ユニットを示す図である。ここで、図１と
対応する部分には図１で用いた符号と同一の符号が付し
てある。この図に示すように、熱電モジュールの下側に
液冷ジャケット９が取り付けられている。液冷ジャケッ
ト９は例えばアルマイト加工を施されたアルミで構成さ
れている。また、液冷ジャケット９の下部中央には液入
口９Ａを設け、上部両側には液出口９Ｂを設けてある。
そして、液冷ジャケット９の上側の端は接着シール８に
より仕切板２に接着されている。液冷ジャケット９の内
側の底面はＴ字形電極５の下端に当接する。さらに、冷
却負荷の周囲には樹脂製の防湿枠が配置され、接着シー
ルで固定されている。
した熱電冷却ユニットを示す図である。ここで、図１と
対応する部分には図１で用いた符号と同一の符号が付し
てある。この図に示すように、熱電モジュールの下側に
液冷ジャケット９が取り付けられている。液冷ジャケッ
ト９は例えばアルマイト加工を施されたアルミで構成さ
れている。また、液冷ジャケット９の下部中央には液入
口９Ａを設け、上部両側には液出口９Ｂを設けてある。
そして、液冷ジャケット９の上側の端は接着シール８に
より仕切板２に接着されている。液冷ジャケット９の内
側の底面はＴ字形電極５の下端に当接する。さらに、冷
却負荷の周囲には樹脂製の防湿枠が配置され、接着シー
ルで固定されている。
【００２１】このように構成し、液入口９Ａから液冷ジ
ャケット９の内部に、液体、例えばエチレングリコール
からなる冷却液を送り込むと、送りこまれた冷却液はＴ
字形銅電極５の両側を通って液冷ジャケット９の内部を
流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の外に出る。こ
のとき、冷却液を下側から送り込むことで、横から送り
込む場合よりも良好に拡散させることができる。また、
Ｔ字形銅電極５におけるＴの字の幅の狭い部分の両側に
空間が存在することで、冷却液の流れがスムーズにな
る。
ャケット９の内部に、液体、例えばエチレングリコール
からなる冷却液を送り込むと、送りこまれた冷却液はＴ
字形銅電極５の両側を通って液冷ジャケット９の内部を
流れ、液出口９Ｂから液冷ジャケット９の外に出る。こ
のとき、冷却液を下側から送り込むことで、横から送り
込む場合よりも良好に拡散させることができる。また、
Ｔ字形銅電極５におけるＴの字の幅の狭い部分の両側に
空間が存在することで、冷却液の流れがスムーズにな
る。
【００２２】なお、放熱側の電極の形状は、熱電半導体
素子との接続端の面積が他端の面積よりも広ければ良
く、例えば図３（１）の側面図に示すようなコの字型
（コの字の縦の線の部分が熱電半導体素子に固定され
る）や図３（２）の側面図に示すようなＬ字型、あるい
は図３（３）の側面図に示すように形状であってもよ
い。また、吸熱側の電極の形状も冷却負荷に適合するよ
うに構成すればよい。
素子との接続端の面積が他端の面積よりも広ければ良
く、例えば図３（１）の側面図に示すようなコの字型
（コの字の縦の線の部分が熱電半導体素子に固定され
る）や図３（２）の側面図に示すようなＬ字型、あるい
は図３（３）の側面図に示すように形状であってもよ
い。また、吸熱側の電極の形状も冷却負荷に適合するよ
うに構成すればよい。
【００２３】図４は本発明を適用した液体循環型熱電冷
却装置の構成を示すブロック図である。この図におい
て、液体循環型熱電冷却ユニットは図２に示したように
構成したものである。液体循環型熱電冷却ユニットの液
出口９Ｂと液入口９Ａとの間には、ラジエータ１０、ポ
ンプ１１、液温コントロールユニット１２を有する冷却
液の循環系を形成されている。なお、ポンプ１１は液温
コントロールユニット１２の出口、又はラジエータ１０
の入口、又は液体循環方式熱電冷却ユニットの入口に設
けてもよい。
却装置の構成を示すブロック図である。この図におい
て、液体循環型熱電冷却ユニットは図２に示したように
構成したものである。液体循環型熱電冷却ユニットの液
出口９Ｂと液入口９Ａとの間には、ラジエータ１０、ポ
ンプ１１、液温コントロールユニット１２を有する冷却
液の循環系を形成されている。なお、ポンプ１１は液温
コントロールユニット１２の出口、又はラジエータ１０
の入口、又は液体循環方式熱電冷却ユニットの入口に設
けてもよい。
【００２４】ポンプ１１は冷却液を循環させる作用を行
う。また、ラジエータ１０は高温の冷却液の熱を放熱さ
せる。これらは従来から良く知られているものである。
液温コントロールユニット１２は冷却液の液温が一定に
なるようにコントロールする作用を行う。この液温コン
トロールユニット１２は、内部に熱電冷却ユニットを備
えている。そして、ラジエータ１０又はポンプ１１の出
口側で冷却液の温度を検出し、それが所定の温度以上の
場合には、制御回路１５から液温コントロールユニット
１２に対して内部の熱電冷却ユニットをオンにするため
の制御信号を送り、所定の温度より低い場合には、オフ
にするための制御信号を送る。この制御により、液温が
一定の範囲内になるように制御される。ただし、より厳
密な液温コントロールを行うために熱電冷却ユニットに
印加する電流値をコントロールしてもよい。
う。また、ラジエータ１０は高温の冷却液の熱を放熱さ
せる。これらは従来から良く知られているものである。
液温コントロールユニット１２は冷却液の液温が一定に
なるようにコントロールする作用を行う。この液温コン
トロールユニット１２は、内部に熱電冷却ユニットを備
えている。そして、ラジエータ１０又はポンプ１１の出
口側で冷却液の温度を検出し、それが所定の温度以上の
場合には、制御回路１５から液温コントロールユニット
１２に対して内部の熱電冷却ユニットをオンにするため
の制御信号を送り、所定の温度より低い場合には、オフ
にするための制御信号を送る。この制御により、液温が
一定の範囲内になるように制御される。ただし、より厳
密な液温コントロールを行うために熱電冷却ユニットに
印加する電流値をコントロールしてもよい。
【００２５】図５に液温コントロールユニット１２の構
成例を示す。ここで、図４と対応する部分には図１で使
用した符号と同一の符号を付した。また、図６は図５の
熱交換部材１２Ａを平坦な部分の側から見たものであ
る。
成例を示す。ここで、図４と対応する部分には図１で使
用した符号と同一の符号を付した。また、図６は図５の
熱交換部材１２Ａを平坦な部分の側から見たものであ
る。
【００２６】図５及び図６に示すように、液温コントロ
ールユニット１２は、中心部に熱交換部材１２Ａを備え
ている。熱交換部材１２Ａは、銅やアルミ等の熱伝導率
の良い材料からなる円筒状のパイプの中央部を潰して平
坦な部分を有するように成形したものである。そして、
この平坦な部分に熱電モジュール１２Ｂの吸熱側を当接
させる。また、熱電モジュール１２Ｂの放熱側にはヒー
トシンク１２Ｃが取り付けてある。なお、この熱電モジ
ュール１２Ｂは図１１に示したタイプでも図１に示した
タイプでもどちらでも良い。熱交換部材１２Ａの周囲に
は断熱材１２Ｅが配置されている。また、ファン１３が
発生する風がラジエータ１０及びヒートシンク１２Ｃの
双方に当たるように、ケース１４が構成されている。そ
して、ラジエータ１０から送り出された冷却液が熱交換
部材１２Ａとポンプ１１を通って液入口９Ａに供給され
るように構成されている。
ールユニット１２は、中心部に熱交換部材１２Ａを備え
ている。熱交換部材１２Ａは、銅やアルミ等の熱伝導率
の良い材料からなる円筒状のパイプの中央部を潰して平
坦な部分を有するように成形したものである。そして、
この平坦な部分に熱電モジュール１２Ｂの吸熱側を当接
させる。また、熱電モジュール１２Ｂの放熱側にはヒー
トシンク１２Ｃが取り付けてある。なお、この熱電モジ
ュール１２Ｂは図１１に示したタイプでも図１に示した
タイプでもどちらでも良い。熱交換部材１２Ａの周囲に
は断熱材１２Ｅが配置されている。また、ファン１３が
発生する風がラジエータ１０及びヒートシンク１２Ｃの
双方に当たるように、ケース１４が構成されている。そ
して、ラジエータ１０から送り出された冷却液が熱交換
部材１２Ａとポンプ１１を通って液入口９Ａに供給され
るように構成されている。
【００２７】次に図５に示した液温コントロールユニッ
ト１２の動作を説明する。図４に示した液体循環方式熱
電冷却ユニットの液出口９Ｂから出た冷却液はラジエー
タ１０に入り、ここでファン１３の風により放熱され、
液温コントロールユニット１２の熱交換部材１２Ａに送
られる。熱交換部材１２Ａ内に送り込まれた冷却液は、
平坦な部分において熱電モジュール１２Ｂにより冷却さ
れて一定の温度となり、ポンプ１１を通って液体循環方
式熱電冷却ユニットの液入口９Ａからその内部に供給さ
れる。そして、放熱側で発生する熱を吸収し、高温の冷
却液となり、液出口９Ｂから出て再びラジエータ１０に
送られる。
ト１２の動作を説明する。図４に示した液体循環方式熱
電冷却ユニットの液出口９Ｂから出た冷却液はラジエー
タ１０に入り、ここでファン１３の風により放熱され、
液温コントロールユニット１２の熱交換部材１２Ａに送
られる。熱交換部材１２Ａ内に送り込まれた冷却液は、
平坦な部分において熱電モジュール１２Ｂにより冷却さ
れて一定の温度となり、ポンプ１１を通って液体循環方
式熱電冷却ユニットの液入口９Ａからその内部に供給さ
れる。そして、放熱側で発生する熱を吸収し、高温の冷
却液となり、液出口９Ｂから出て再びラジエータ１０に
送られる。
【００２８】図７は液温コントロールユニット１２の別
の構成例を示す。ここで、図５と対応する部分には図５
で使用した符号と同一の符号を付した。この構成例では
ラジエータ１０用のファン１０Ｂとは別に液温コントロ
ールユニット１２用のファン１２Ｇが設けられている。
このように構成すると、ファン１０Ｂは小量の風速、風
音でよいため、静音性が向上する。また、熱電モジュー
ル１２Ｂ、ヒートシンク１２Ｃ、ファン１２Ｇ、ファン
ケース１２Ｈの各々の反対側に熱電モジュール１２
Ｂ’、ヒートシンク１２Ｃ’、ファン１２Ｇ’、ファン
ケース１２Ｈ’を追加してもよい。このように構成する
と、熱交換部材１２Ａの両側から温度コントロールを行
うため、冷却液の温度をより強力かつ高精度にコントロ
ールすることができる。
の構成例を示す。ここで、図５と対応する部分には図５
で使用した符号と同一の符号を付した。この構成例では
ラジエータ１０用のファン１０Ｂとは別に液温コントロ
ールユニット１２用のファン１２Ｇが設けられている。
このように構成すると、ファン１０Ｂは小量の風速、風
音でよいため、静音性が向上する。また、熱電モジュー
ル１２Ｂ、ヒートシンク１２Ｃ、ファン１２Ｇ、ファン
ケース１２Ｈの各々の反対側に熱電モジュール１２
Ｂ’、ヒートシンク１２Ｃ’、ファン１２Ｇ’、ファン
ケース１２Ｈ’を追加してもよい。このように構成する
と、熱交換部材１２Ａの両側から温度コントロールを行
うため、冷却液の温度をより強力かつ高精度にコントロ
ールすることができる。
【００２９】図８は液温コントロールユニット１２のさ
らに別の構成例を示す。ここで、図５と対応する部分に
は図５で使用した符号と同一の符号を付した。この構成
例では、熱交換部材１２Ａの平坦な部分に液冷熱電ユニ
ット１２Ｃ’が設けてある。この液冷熱電ユニット１２
Ｃ’は図２と同様に構成したものである。そして、ポン
プ１１から送り出される冷却液の一部を冷却液供給管１
２Ｊから液冷熱電ユニット１２Ｃ’内に供給し、内部で
吸熱した冷却液を冷却液排出管１２Ｋを経てラジエータ
１０に戻している。つまり、先の二つの液温コントロー
ルユニットの構成例は空冷式であったのに対し、この構
成例は液冷式である。なお、この液冷熱電ユニット１２
Ｃ’は図２のようなものではなく、図１２（２）に示し
たように構成してもよい。また、ここでも図７と同様、
熱交換部材１２Ａの両側に液冷熱電ユニットを設けても
よい。
らに別の構成例を示す。ここで、図５と対応する部分に
は図５で使用した符号と同一の符号を付した。この構成
例では、熱交換部材１２Ａの平坦な部分に液冷熱電ユニ
ット１２Ｃ’が設けてある。この液冷熱電ユニット１２
Ｃ’は図２と同様に構成したものである。そして、ポン
プ１１から送り出される冷却液の一部を冷却液供給管１
２Ｊから液冷熱電ユニット１２Ｃ’内に供給し、内部で
吸熱した冷却液を冷却液排出管１２Ｋを経てラジエータ
１０に戻している。つまり、先の二つの液温コントロー
ルユニットの構成例は空冷式であったのに対し、この構
成例は液冷式である。なお、この液冷熱電ユニット１２
Ｃ’は図２のようなものではなく、図１２（２）に示し
たように構成してもよい。また、ここでも図７と同様、
熱交換部材１２Ａの両側に液冷熱電ユニットを設けても
よい。
【００３０】なお、図５〜図８における熱交換部材１２
Ａの中央部の偏平な部分及び熱電冷却ユニットの出口９
Ｂからラジエータ１０を経て液温コントロールユニット
１２の入口までは放熱性の良い材料で構成することが望
ましい。そして、それ以外の部分はビニール等の断熱性
の高い材料で構成しても良い。
Ａの中央部の偏平な部分及び熱電冷却ユニットの出口９
Ｂからラジエータ１０を経て液温コントロールユニット
１２の入口までは放熱性の良い材料で構成することが望
ましい。そして、それ以外の部分はビニール等の断熱性
の高い材料で構成しても良い。
【００３１】図９は本発明を適用した液体循環方式熱電
冷却装置の別の構成例を示す。この装置はトイレの水洗
タンク等の水を利用して冷却液の温度を一定にコントロ
ールすることが特徴である。
冷却装置の別の構成例を示す。この装置はトイレの水洗
タンク等の水を利用して冷却液の温度を一定にコントロ
ールすることが特徴である。
【００３２】図９（１）に示すように、この液体循環方
式熱電冷却装置では、冷風扇２１内の液冷熱電ユニット
２１Ａと、ポンプ２２と、水洗タンク２３との間に冷却
液が循環するように構成されている。液冷熱電ユニット
２１Ａは図２と同様に構成されている。そして、その冷
却側にヒートシンク２１Ｂが配置され、ヒートシンク２
１Ｂの前面にファン２１Ｃを配置されている。水洗タン
ク２３内における冷却液の通路には熱交換室２３Ａが配
置されている。熱交換室２３Ａ内には図９（２）に示す
ように、熱伝導性の良い材料（アルミ、銅等）からなる
細いパイプを曲げて水との接触面積を大きくすることで
熱交換室２３Ａ内における放熱効率を高くなるように構
成されている。このパイプは図９（３），（４）に示す
ように断面が円形でも良いし、偏平な楕円形でもよい。
さらに、放熱効果を向上させるためにパイプの外周にヒ
ートシンク（フィン）を取り付けても良い。なお、実際
には液冷熱電ユニット２１Ａ及びヒートシンク２１Ｂの
周辺は断熱・防水構造を有する。
式熱電冷却装置では、冷風扇２１内の液冷熱電ユニット
２１Ａと、ポンプ２２と、水洗タンク２３との間に冷却
液が循環するように構成されている。液冷熱電ユニット
２１Ａは図２と同様に構成されている。そして、その冷
却側にヒートシンク２１Ｂが配置され、ヒートシンク２
１Ｂの前面にファン２１Ｃを配置されている。水洗タン
ク２３内における冷却液の通路には熱交換室２３Ａが配
置されている。熱交換室２３Ａ内には図９（２）に示す
ように、熱伝導性の良い材料（アルミ、銅等）からなる
細いパイプを曲げて水との接触面積を大きくすることで
熱交換室２３Ａ内における放熱効率を高くなるように構
成されている。このパイプは図９（３），（４）に示す
ように断面が円形でも良いし、偏平な楕円形でもよい。
さらに、放熱効果を向上させるためにパイプの外周にヒ
ートシンク（フィン）を取り付けても良い。なお、実際
には液冷熱電ユニット２１Ａ及びヒートシンク２１Ｂの
周辺は断熱・防水構造を有する。
【００３３】次に図９に示した液体循環方式熱電冷却装
置の動作を説明する。ヒートシンク２１Ｂは液冷熱電ユ
ニット２１Ａにより冷却されるので、その前面のファン
２１Ｃは冷風扇２１の前面から冷風を送りだす。一方、
ポンプ２２から液冷熱電ユニット２１Ａに供給された冷
却液は、液冷熱電ユニット２１Ａの放熱側の熱を吸収し
て高温となり、水洗タンク２３内に供給される。そし
て、水洗タンク２３内の熱交換室２３Ａにおいて放熱し
た後、ポンプ２２により再び液冷熱電ユニット２１Ａの
内部に送り込まれる。
置の動作を説明する。ヒートシンク２１Ｂは液冷熱電ユ
ニット２１Ａにより冷却されるので、その前面のファン
２１Ｃは冷風扇２１の前面から冷風を送りだす。一方、
ポンプ２２から液冷熱電ユニット２１Ａに供給された冷
却液は、液冷熱電ユニット２１Ａの放熱側の熱を吸収し
て高温となり、水洗タンク２３内に供給される。そし
て、水洗タンク２３内の熱交換室２３Ａにおいて放熱し
た後、ポンプ２２により再び液冷熱電ユニット２１Ａの
内部に送り込まれる。
【００３４】例えば水洗タンク２３内には、トイレを使
用する度に新たに水が供給されるので、冷風扇２１を長
時間連続して使用したとしても、水温は上昇せずほぼ一
定となる。したがって、冷却液の温度もほぼ一定にな
る。このように、図９のシステムでは水洗タンクの水を
利用して冷却液の温度をコントロールするため、温度の
コントロールに電力を必要としない。また、熱交換室は
ラジエータと比較するとシンプルな構造となる。
用する度に新たに水が供給されるので、冷風扇２１を長
時間連続して使用したとしても、水温は上昇せずほぼ一
定となる。したがって、冷却液の温度もほぼ一定にな
る。このように、図９のシステムでは水洗タンクの水を
利用して冷却液の温度をコントロールするため、温度の
コントロールに電力を必要としない。また、熱交換室は
ラジエータと比較するとシンプルな構造となる。
【００３５】図１０は本発明を適用した液体循環方式熱
電冷却装置のさらに別の構成を示す。この装置は図９の
システムと同じくトイレの水洗タンクの水を利用して冷
却液の温度を一定にコントロールする。ただし、このシ
ステムでは、円筒形ファン２１Ｅが発生した風をヒート
シンク２１Ｄで冷却し、冷風扇２１の側面から外部に送
り出している点が図９のシステムと相違する。図１０
（２）は円筒形ファン２１Ｅとヒートシンク２１Ｄを円
筒形ファン２１の長手方向が見える向きから見た図であ
り、図１０（３）はヒートシンク２１Ｄを円筒形ファン
２１の側から見た図である。このような円筒形のファン
を使用すると、空気の流れがスムーズであるため静粛性
が向上する。
電冷却装置のさらに別の構成を示す。この装置は図９の
システムと同じくトイレの水洗タンクの水を利用して冷
却液の温度を一定にコントロールする。ただし、このシ
ステムでは、円筒形ファン２１Ｅが発生した風をヒート
シンク２１Ｄで冷却し、冷風扇２１の側面から外部に送
り出している点が図９のシステムと相違する。図１０
（２）は円筒形ファン２１Ｅとヒートシンク２１Ｄを円
筒形ファン２１の長手方向が見える向きから見た図であ
り、図１０（３）はヒートシンク２１Ｄを円筒形ファン
２１の側から見た図である。このような円筒形のファン
を使用すると、空気の流れがスムーズであるため静粛性
が向上する。
【００３６】なお、前記実施の形態は液体循環方式の熱
電冷却ユニットの冷却液の温度をコントロールするもの
であったが、熱電半導体素子に印加する電流の極性を反
転すれば熱電加熱ユニットとして動作する。すなわち、
例えば図３は液体循環方式熱電加熱システムとなり、図
９及び図１０は温風扇となる。
電冷却ユニットの冷却液の温度をコントロールするもの
であったが、熱電半導体素子に印加する電流の極性を反
転すれば熱電加熱ユニットとして動作する。すなわち、
例えば図３は液体循環方式熱電加熱システムとなり、図
９及び図１０は温風扇となる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和され、その
結果、熱電半導体素子の寿命が長くなる。また、熱電半
導体素子が直接的に熱交換用の液体と接触するので、熱
電半導体素子の能力を最大限に引き出すことができる。
さらに、長時間の使用時や外気温の変動時にも熱交換用
の液体の温度が一定に保持される。
れば、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和され、その
結果、熱電半導体素子の寿命が長くなる。また、熱電半
導体素子が直接的に熱交換用の液体と接触するので、熱
電半導体素子の能力を最大限に引き出すことができる。
さらに、長時間の使用時や外気温の変動時にも熱交換用
の液体の温度が一定に保持される。
【００３８】したがって、周囲温度の変化に対して、熱
電モジュールに印加する電流を変化させる必要はなくな
り、安定した冷／温コントロールが可能となる。
電モジュールに印加する電流を変化させる必要はなくな
り、安定した冷／温コントロールが可能となる。
【図１】本実施の形態における熱電モジュールの構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】本実施の形態における熱電モジュールの冷却方
式を示す図である。
式を示す図である。
【図３】本実施の形態における熱電モジュールの放熱側
の電極の別の構成を示す図である。
の電極の別の構成を示す図である。
【図４】本発明を適用した液体循環型熱電冷却装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図５】図４における液温コントロールユニットの構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図６】図５の熱交換部材をその平坦な部分の側から見
た図である。
た図である。
【図７】図４における液温コントロールユニットの別の
構成例を示す図である。
構成例を示す図である。
【図８】図４における液温コントロールユニットのさら
に別の構成例を示す図である
に別の構成例を示す図である
【図９】本発明を適用した液体循環型熱電冷却装置の別
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図１０】本発明を適用した液体循環型熱電冷却装置の
さらに別の構成例を示す図である。
さらに別の構成例を示す図である。
【図１１】従来の熱電モジュールの構成を示す図であ
る。
る。
【図１２】従来の熱電モジュールの冷却方式を示す図で
ある。
ある。
１…熱電モジュール、２…仕切板、３Ａ…ｐ型熱電半導
体素子、３Ｂ…ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、５…
Ｔ字形銅電極、９…液冷ジャケット、１０…ラジエー
タ、１１…ポンプ、１２…液温コントロールユニット、
１２Ｂ…熱電モジュール、２３…水洗タンク。
体素子、３Ｂ…ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、５…
Ｔ字形銅電極、９…液冷ジャケット、１０…ラジエー
タ、１１…ポンプ、１２…液温コントロールユニット、
１２Ｂ…熱電モジュール、２３…水洗タンク。
Claims (6)
- 【請求項１】 電気絶縁性を有する仕切板と、前記仕切
板を貫通した状態で前記仕切板に保持されたｐ型熱電半
導体素子及びｎ型熱電半導体素子と、前記ｐ型熱電半導
体素子及びｎ型熱電半導体素子の第１の端面に接続され
た第１の金属電極と、前記ｐ型熱電半導体素子及びｎ型
熱電半導体素子の第２の端面に接続された第２の金属電
極と、前記仕切板から前記第２の端面の側を収納すると
ともに、熱交換用の液体が出入りする熱交換容器とを備
えた液体循環型熱電冷却・加熱ユニットと、 前記液体循環型熱電冷却・加熱ユニットの外部に設けら
れ、前記熱交換用の液体の温度をコントロールする液温
コントロール手段とを備えることを特徴とする液体循環
型熱電冷却・加熱装置。 - 【請求項２】 前記液温コントロール手段は熱電モジュ
ールにより液温をコントロールするものである請求項１
に記載の液体循環型熱電冷却・加熱装置。 - 【請求項３】 前記液温コントロール手段は随時交換さ
れる容器内の水を利用したものである請求項１に記載の
液体循環型熱電冷却・加熱装置。 - 【請求項４】 前記容器は水洗タンクである請求項３に
記載の液体循環型熱電冷却・加熱装置。 - 【請求項５】 前記熱電モジュールは送風により熱交換
を行うものである請求項２に記載の液体循環型熱電冷却
・加熱装置。 - 【請求項６】 前記熱電モジュールは液体により熱交換
を行うものである請求項２に記載の液体循環型熱電冷却
・加熱装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17701797A JP3347977B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 液体循環型熱電冷却・加熱装置 |
| CA002264615A CA2264615A1 (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same |
| EP98929804A EP0924481A1 (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same |
| IL12863998A IL128639A0 (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same |
| PCT/JP1998/002984 WO1999001703A1 (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same |
| KR1019997001625A KR20000068377A (ko) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | 열전 요소 및 이를 구비한 열전 냉각 또는 가열 장치 |
| US09/254,122 US6226994B1 (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same |
| TW087110725A TW376590B (en) | 1997-07-02 | 1998-07-02 | Liquid circulation thermoelectric cooler/heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17701797A JP3347977B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 液体循環型熱電冷却・加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123091A true JPH1123091A (ja) | 1999-01-26 |
| JP3347977B2 JP3347977B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=16023710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17701797A Expired - Fee Related JP3347977B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 液体循環型熱電冷却・加熱装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6226994B1 (ja) |
| EP (1) | EP0924481A1 (ja) |
| JP (1) | JP3347977B2 (ja) |
| KR (1) | KR20000068377A (ja) |
| CA (1) | CA2264615A1 (ja) |
| IL (1) | IL128639A0 (ja) |
| TW (1) | TW376590B (ja) |
| WO (1) | WO1999001703A1 (ja) |
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| KR100403155B1 (ko) * | 2001-05-25 | 2003-10-30 | 이재혁 | 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치 |
| KR20040045667A (ko) * | 2002-11-25 | 2004-06-02 | 유홍식 | 열전소자를 이용한 환풍 냉난방장치 |
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| JP2017537295A (ja) * | 2014-12-05 | 2017-12-14 | フォノニック デバイセズ、インク | ハイブリッド熱輸送システム |
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| AU2002224346A1 (en) | 2000-10-04 | 2002-04-15 | Leonardo Technologies, Inc. | Thermoelectric generators |
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| US6698224B2 (en) * | 2001-11-07 | 2004-03-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Electronic apparatus having at least two electronic parts operating at different temperatures |
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