JPH11121816A - 熱電モジュールユニット - Google Patents
熱電モジュールユニットInfo
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- JPH11121816A JPH11121816A JP9288250A JP28825097A JPH11121816A JP H11121816 A JPH11121816 A JP H11121816A JP 9288250 A JP9288250 A JP 9288250A JP 28825097 A JP28825097 A JP 28825097A JP H11121816 A JPH11121816 A JP H11121816A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- 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
-
- H—ELECTRICITY
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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
- H10N10/17—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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 両側スケルトン構造を有する熱電モジュール
を用いた熱電モジュールユニットの冷却効率を向上させ
る。 【解決手段】 両側スケルトン構造を有する熱電モジュ
ールの銅電極４には冷却負荷が取り付けられている。熱
電モジュールの仕切板２の右面に箱形のケース８が取り
付けられ、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂの
仕切板２から右の部分とＴ字型銅電極５がケース８の内
部に配置されている。ケース８の右面に設けられた貫通
孔にヒートパイプ９の先端が取り付けられている。ヒー
トパイプ９の内部は毛細管構造を有しており、その内部
とケース８の内部とに作動液が真空封入されている。
を用いた熱電モジュールユニットの冷却効率を向上させ
る。 【解決手段】 両側スケルトン構造を有する熱電モジュ
ールの銅電極４には冷却負荷が取り付けられている。熱
電モジュールの仕切板２の右面に箱形のケース８が取り
付けられ、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体素子３Ａ，３Ｂの
仕切板２から右の部分とＴ字型銅電極５がケース８の内
部に配置されている。ケース８の右面に設けられた貫通
孔にヒートパイプ９の先端が取り付けられている。ヒー
トパイプ９の内部は毛細管構造を有しており、その内部
とケース８の内部とに作動液が真空封入されている。
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ヒートパイプ
を用いて放熱する熱電モジュールユニットに関する。
子のような熱電半導体素子が発生する熱をヒートパイプ
を用いて放熱する熱電モジュールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】ビスマス・テルル系、鉄・シリサイド系
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。
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。
【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（ａ）は正面図であり、
（ｂ）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（ａ）は正面図であり、
（ｂ）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、熱電モジュー
ルが冷却・加熱装置に使用されるのである。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。
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、熱電モジュー
ルが冷却・加熱装置に使用されるのである。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。
【０００６】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（ａ）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（ｂ）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。
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（ａ）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（ｂ）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。
【０００７】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１１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１１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。
【０００８】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熱電冷却ユニットを提案し
た（特願平８−３５４１３６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熱電冷却ユニットを提案し
た（特願平８−３５４１３６号）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】先に提案した熱電冷却
ユニットによれば、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が直接的に冷却されるので、熱電半
導体素子の持つ性能を最高に引き出すことができる。ま
た、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和されるので、
熱電半導体素子の長寿命化が達成される。
ユニットによれば、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が直接的に冷却されるので、熱電半
導体素子の持つ性能を最高に引き出すことができる。ま
た、熱電半導体素子に加わる熱応力が緩和されるので、
熱電半導体素子の長寿命化が達成される。
【００１０】本発明は両側スケルトン構造の熱電モジュ
ールを用いてさらなる冷却効率の向上を達成できる熱電
モジュールユニットを提供することを目的とする。
ールを用いてさらなる冷却効率の向上を達成できる熱電
モジュールユニットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電モジュ
ールユニットは、仕切板、その仕切板を貫通した状態で
あり、かつその仕切板との間が電気的絶縁状態でその仕
切板に固定された熱電半導体素子、その熱電半導体素子
の第１の端面に接続された第１の金属電極、及び前記熱
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
からなる熱電モジュールと、前記仕切板から前記第１の
端面の側を収納し、かつ第１のヒートパイプが連結され
た第１の収納部とを備え、前記第１の収納部及び第１の
ヒートパイプ内に作動液が真空封入されていることを特
徴とするものである。
ールユニットは、仕切板、その仕切板を貫通した状態で
あり、かつその仕切板との間が電気的絶縁状態でその仕
切板に固定された熱電半導体素子、その熱電半導体素子
の第１の端面に接続された第１の金属電極、及び前記熱
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
からなる熱電モジュールと、前記仕切板から前記第１の
端面の側を収納し、かつ第１のヒートパイプが連結され
た第１の収納部とを備え、前記第１の収納部及び第１の
ヒートパイプ内に作動液が真空封入されていることを特
徴とするものである。
【００１２】この熱電モジュールユニットでは、仕切板
と第１のヒートパイプと第１の収納部とにより密閉構造
の空間が形成され、そこに作動液が真空封入されてい
る。この作動液は、加熱されると蒸発して蒸気となり、
蒸発潜熱による熱の吸収を行う。この蒸気は低温部へ向
かって高速移動する。そして、低温部で冷却されて凝縮
して液体となる時に、凝縮潜熱による熱の放出を行う。
作動液は毛細管現象により加熱部に戻り、再び蒸発→移
動→凝縮をサイクルを繰り返して、熱を連続的に輸送す
る。
と第１のヒートパイプと第１の収納部とにより密閉構造
の空間が形成され、そこに作動液が真空封入されてい
る。この作動液は、加熱されると蒸発して蒸気となり、
蒸発潜熱による熱の吸収を行う。この蒸気は低温部へ向
かって高速移動する。そして、低温部で冷却されて凝縮
して液体となる時に、凝縮潜熱による熱の放出を行う。
作動液は毛細管現象により加熱部に戻り、再び蒸発→移
動→凝縮をサイクルを繰り返して、熱を連続的に輸送す
る。
【００１３】前記仕切板から前記第２の端面の側を収納
し、かつ第２のヒートパイプが連結された第２の収納部
を付設し、前記第２のヒートパイプ内に作動液を真空封
入するように構成してもよい。この場合、第１のヒート
パイプが放熱側であれば第２のヒートパイプは吸熱側と
なる。
し、かつ第２のヒートパイプが連結された第２の収納部
を付設し、前記第２のヒートパイプ内に作動液を真空封
入するように構成してもよい。この場合、第１のヒート
パイプが放熱側であれば第２のヒートパイプは吸熱側と
なる。
【００１４】前記熱電モジュールとしては、互いに同数
のＰ型熱電半導体素子とＮ型熱電半導体素子が前記仕切
板に固定されており、かつ前記第１の金属電極と前記第
２の金属電極により全ての熱電半導体素子が電気的に直
列接続される構成を有するものと、Ｐ型熱電半導体素子
又はＮ型熱電半導体素子の一方のみが前記仕切板に固定
されており、かつ前記第１の金属電極は全てのＰ型熱電
半導体素子又はＮ型熱電半導体素子の第１の端面を共通
に接続し、前記第２の金属電極は全てのＰ型熱電半導体
素子又はＮ型熱電半導体素子の第２の端面を共通に接続
する構成を有するものとがある。そして、後者の熱電モ
ジュールの場合、Ｐ型熱電半導体素子のみが仕切板に固
定されている熱電モジュールとＮ型熱電半導体素子のみ
が仕切板に固定されている熱電モジュールとを交互に積
み重ね、かつ重り合っている部分の金属電極を共通にし
たブロックを構成してもよい。さらに、交互に積み重ね
られた熱電モジュールのブロックを水平方向に複数組配
置することもできる。その場合、水平方向の同じ高さの
仕切板を一体に構成することが好適である。
のＰ型熱電半導体素子とＮ型熱電半導体素子が前記仕切
板に固定されており、かつ前記第１の金属電極と前記第
２の金属電極により全ての熱電半導体素子が電気的に直
列接続される構成を有するものと、Ｐ型熱電半導体素子
又はＮ型熱電半導体素子の一方のみが前記仕切板に固定
されており、かつ前記第１の金属電極は全てのＰ型熱電
半導体素子又はＮ型熱電半導体素子の第１の端面を共通
に接続し、前記第２の金属電極は全てのＰ型熱電半導体
素子又はＮ型熱電半導体素子の第２の端面を共通に接続
する構成を有するものとがある。そして、後者の熱電モ
ジュールの場合、Ｐ型熱電半導体素子のみが仕切板に固
定されている熱電モジュールとＮ型熱電半導体素子のみ
が仕切板に固定されている熱電モジュールとを交互に積
み重ね、かつ重り合っている部分の金属電極を共通にし
たブロックを構成してもよい。さらに、交互に積み重ね
られた熱電モジュールのブロックを水平方向に複数組配
置することもできる。その場合、水平方向の同じ高さの
仕切板を一体に構成することが好適である。
【００１５】前記仕切板と前記熱電半導体素子との間を
電気的絶縁状態にするためには、仕切板を電気絶縁性の
材料で構成するか、又は熱電半導体素子の周囲に電気絶
縁性の材料を被覆する。
電気的絶縁状態にするためには、仕切板を電気絶縁性の
材料で構成するか、又は熱電半導体素子の周囲に電気絶
縁性の材料を被覆する。
【００１６】仕切板の強度を向上させるために、仕切板
を金属で構成するか、又は仕切板を厚くするか、又は仕
切板を２枚の板とその間の空間に樹脂を充填する等の構
成にすることが好適である。
を金属で構成するか、又は仕切板を厚くするか、又は仕
切板を２枚の板とその間の空間に樹脂を充填する等の構
成にすることが好適である。
【００１７】また、本発明に係る熱電モジュールユニッ
トは、第１の仕切板、その第１の仕切板を貫通した状態
でその第１の仕切板に固定されたＰ型熱電半導体素子、
そのＰ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、及び前記Ｐ型熱電半導体素子の第２の端面
に接続された第２の金属電極からなる第１の熱電モジュ
ールと、第２の仕切板、その第２の仕切板を貫通した状
態であり、かつその第２の仕切板との間が電気的絶縁状
態でその第２の仕切板に固定されたＮ型熱電半導体素
子、そのＮ型熱電半導体素子の第１の端面に接続された
第３の金属電極、及び前記Ｎ型熱電半導体素子の第２の
端面に接続された第４の金属電極からなる第２の熱電モ
ジュールとを交互に積み重ね、その重ね合っている熱電
モジュールの間にヒートパイプが挟まれた構造を有する
ことを特徴とするものである。更に、最上段の熱電モジ
ュールの上と最下段の熱電モジュールの下にもヒートパ
イプを取り付けてもよい。
トは、第１の仕切板、その第１の仕切板を貫通した状態
でその第１の仕切板に固定されたＰ型熱電半導体素子、
そのＰ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、及び前記Ｐ型熱電半導体素子の第２の端面
に接続された第２の金属電極からなる第１の熱電モジュ
ールと、第２の仕切板、その第２の仕切板を貫通した状
態であり、かつその第２の仕切板との間が電気的絶縁状
態でその第２の仕切板に固定されたＮ型熱電半導体素
子、そのＮ型熱電半導体素子の第１の端面に接続された
第３の金属電極、及び前記Ｎ型熱電半導体素子の第２の
端面に接続された第４の金属電極からなる第２の熱電モ
ジュールとを交互に積み重ね、その重ね合っている熱電
モジュールの間にヒートパイプが挟まれた構造を有する
ことを特徴とするものである。更に、最上段の熱電モジ
ュールの上と最下段の熱電モジュールの下にもヒートパ
イプを取り付けてもよい。
【００１８】
【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。
【００１９】図１（ａ）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、前述した特願平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、前述した特願平８−３５４１３６号で提
案した熱電モジュールと同じである。
【００２０】この熱電モジュール１は、例えばガラスエ
ポキシのような電気絶縁性を有する樹脂で構成された仕
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が貫通した状態で固定された構造を有す
る。なお、このような一枚の仕切板に熱電半導体素子が
貫通した状態で固定された構造の実現手段については、
特願平７−２７６７５１号（特開平８−２２８０２７
号）に詳細に説明されているので、ここでは説明しな
い。
ポキシのような電気絶縁性を有する樹脂で構成された仕
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が貫通した状態で固定された構造を有す
る。なお、このような一枚の仕切板に熱電半導体素子が
貫通した状態で固定された構造の実現手段については、
特願平７−２７６７５１号（特開平８−２２８０２７
号）に詳細に説明されているので、ここでは説明しな
い。
【００２１】Ｐ型熱電半導体素子３ＡとＮ型熱電半導体
素子３Ｂ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。
素子３Ｂ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。
【００２２】図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＴ字形銅
電極５の拡大正面図、図１（ｃ）は同じく拡大側面図、
図１（ｄ）は拡大下面図である。図１（ａ）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（ｃ）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（ｂ）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（ｃ）は同じく拡大側面図、
図１（ｄ）は拡大下面図である。図１（ａ）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（ｃ）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（ｂ）の
ように正面が見える向きに取り付けられている。
【００２３】図１（ｅ）は図１（ａ）の熱電モジュール
の動作を説明するために、図１（ａ）における○で囲ん
だ１対の熱電半導体素子を抜き出したものである。この
図に示すように、図１（ａ）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すことが好適である。さ
らに、Ｔ字形銅電極５は冷却液等による酸化や腐食を防
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を施すことが好適である。
の動作を説明するために、図１（ａ）における○で囲ん
だ１対の熱電半導体素子を抜き出したものである。この
図に示すように、図１（ａ）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すことが好適である。さ
らに、Ｔ字形銅電極５は冷却液等による酸化や腐食を防
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を施すことが好適である。
【００２４】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有しているた
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有しているた
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。
【００２５】図２は図１に示した熱電モジュールを使用
した熱電モジュール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
左側（図１における上側に対応）の銅電極４の左には冷
却負荷が取り付けられている。また、熱電モジュールの
仕切板２の右面（図１における下面に対応）に箱形のケ
ース８が取り付けられ、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体素子
３Ａ，３Ｂの仕切板２から右の部分とＴ字型銅電極５が
ケース８の内部に配置されている。さらに、Ｔ字型銅電
極５とケース８の右側の内壁との間には電気絶縁層１０
が設けられている。そして、ケース８の右面に設けられ
た貫通孔にヒートパイプ９の先端が取り付けられてい
る。ヒートパイプ９は、その断面の形状が円形でも良い
し、偏平な形状であっても良い。
した熱電モジュール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
左側（図１における上側に対応）の銅電極４の左には冷
却負荷が取り付けられている。また、熱電モジュールの
仕切板２の右面（図１における下面に対応）に箱形のケ
ース８が取り付けられ、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体素子
３Ａ，３Ｂの仕切板２から右の部分とＴ字型銅電極５が
ケース８の内部に配置されている。さらに、Ｔ字型銅電
極５とケース８の右側の内壁との間には電気絶縁層１０
が設けられている。そして、ケース８の右面に設けられ
た貫通孔にヒートパイプ９の先端が取り付けられてい
る。ヒートパイプ９は、その断面の形状が円形でも良い
し、偏平な形状であっても良い。
【００２６】ケース８及びヒートパイプ９は銅等の金属
で構成されている。ヒートパイプ９の内部は毛細管構造
を有している。そして、仕切板２の右面に箱形のケース
８を取り付け、ケース８の右面にヒートパイプ９を取り
付けることで密閉構造にした後、内部に所定量の作動液
（水、フロン等）が真空封入される。なお、図示は省略
したが、仕切板２とケース８との間は接着剤、或いはゴ
ム材（クロロプレン、エチレンプロピレン、塩素化ポリ
エチレン等）等によりシール構造を有している。
で構成されている。ヒートパイプ９の内部は毛細管構造
を有している。そして、仕切板２の右面に箱形のケース
８を取り付け、ケース８の右面にヒートパイプ９を取り
付けることで密閉構造にした後、内部に所定量の作動液
（水、フロン等）が真空封入される。なお、図示は省略
したが、仕切板２とケース８との間は接着剤、或いはゴ
ム材（クロロプレン、エチレンプロピレン、塩素化ポリ
エチレン等）等によりシール構造を有している。
【００２７】このように構成した熱電モジュールユニッ
トにおいて、作動液はＴ字型銅電極５により加熱される
と蒸発して蒸気となる。この時、蒸発潜熱による熱の吸
収を行う。この蒸気は低温部（図２ではヒートパイプ９
の右方）へ向かって高速移動する。そして、低温部で冷
却されて凝縮して液体となる。この時、凝縮潜熱による
熱の放出を行う。凝縮液は毛細管現象により加熱部に戻
り、再び蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して、熱
を連続的に効率良く輸送する。
トにおいて、作動液はＴ字型銅電極５により加熱される
と蒸発して蒸気となる。この時、蒸発潜熱による熱の吸
収を行う。この蒸気は低温部（図２ではヒートパイプ９
の右方）へ向かって高速移動する。そして、低温部で冷
却されて凝縮して液体となる。この時、凝縮潜熱による
熱の放出を行う。凝縮液は毛細管現象により加熱部に戻
り、再び蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して、熱
を連続的に効率良く輸送する。
【００２８】なお、放熱側の電極の形状は、図３（ａ）
の側面図に示すような板状、図３（ｂ）の側面図に示す
ようなＬ字形、あるいは図３（ｃ）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）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。
の側面図に示すような板状、図３（ｂ）の側面図に示す
ようなＬ字形、あるいは図３（ｃ）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）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。
【００２９】図４は熱電モジュールユニットの別の構成
例を示す。ここで、図２と対応する部分には図２で使用
した符号と同一の符号が付してある。この熱電モジュー
ルユニットは、熱電モジュールの冷却側も放熱側と同様
にＴ字型銅電極５’とし、ヒートパイプ９’を取り付け
たケース８’の内部に収納したものである。ここで、ケ
ース８’は銅等の金属製でも良いし、樹脂製でも良い。
なお、ケース８，８’と仕切板２との間は図２と同様な
シール構造を有している。
例を示す。ここで、図２と対応する部分には図２で使用
した符号と同一の符号が付してある。この熱電モジュー
ルユニットは、熱電モジュールの冷却側も放熱側と同様
にＴ字型銅電極５’とし、ヒートパイプ９’を取り付け
たケース８’の内部に収納したものである。ここで、ケ
ース８’は銅等の金属製でも良いし、樹脂製でも良い。
なお、ケース８，８’と仕切板２との間は図２と同様な
シール構造を有している。
【００３０】図２において、ヒートパイプ９を空冷ファ
ンで冷却する、水で冷却する、地中等で冷却する等によ
り、さらに効率的に放熱させることができる。空気や水
等の流体を用いてヒートパイプ９で冷却する場合には、
複数のヒートパイプ９が形成するトンネルの中を空気や
水が流れるように、ヒートパイプ９に対して空気や水を
供給する。例えば図５に示す熱電モジュールユニット
は、ヒートパイプ９の周囲に液冷管を巻き付けると共
に、その液冷管を離れた場所（室外等）に設けたラジエ
ータとファンとポンプとからなる冷却液の放熱・循環系
に接続し、ヒートパイプ９を冷却液で冷却するように構
成したものである。
ンで冷却する、水で冷却する、地中等で冷却する等によ
り、さらに効率的に放熱させることができる。空気や水
等の流体を用いてヒートパイプ９で冷却する場合には、
複数のヒートパイプ９が形成するトンネルの中を空気や
水が流れるように、ヒートパイプ９に対して空気や水を
供給する。例えば図５に示す熱電モジュールユニット
は、ヒートパイプ９の周囲に液冷管を巻き付けると共
に、その液冷管を離れた場所（室外等）に設けたラジエ
ータとファンとポンプとからなる冷却液の放熱・循環系
に接続し、ヒートパイプ９を冷却液で冷却するように構
成したものである。
【００３１】図６は強度を向上させた仕切板の構成例を
示す。この図の（ａ）は電気絶縁性の仕切板２の厚さを
厚くしたものである。（ｂ）は図１の仕切板２と同程度
の厚さを有する上側と下側の二枚の仕切板２Ａ，２Ｂを
設け、その間の空間の全体をポリイミドやエポキシ等の
樹脂７で固定したものである。（ｃ）は（ｂ）と同様
に、二枚の仕切板２Ａ，２Ｂを設け、その間の空間の
内、周辺部を樹脂７で固定したものである。（ｄ）は金
属製仕切板２Ｃを設けたものである。
示す。この図の（ａ）は電気絶縁性の仕切板２の厚さを
厚くしたものである。（ｂ）は図１の仕切板２と同程度
の厚さを有する上側と下側の二枚の仕切板２Ａ，２Ｂを
設け、その間の空間の全体をポリイミドやエポキシ等の
樹脂７で固定したものである。（ｃ）は（ｂ）と同様
に、二枚の仕切板２Ａ，２Ｂを設け、その間の空間の
内、周辺部を樹脂７で固定したものである。（ｄ）は金
属製仕切板２Ｃを設けたものである。
【００３２】図６（ａ）〜（ｃ）の構成例は、基本的に
は前述した特開平８−２２８０２７号に記載の手段で製
造することができる。ただし、（ｂ），（ｃ）の構成例
では樹脂７を注入する工程が必要となる。また、（ｄ）
の構成例では、特開平８−２２８０２７号に記載の針状
熱電半導体結晶の表面にコーティングや化学蒸着法（商
品名：パリレン樹脂）により樹脂層を形成して絶縁性を
与えておき、その後に金属製仕切板に嵌め込んで接着す
る工程を採用する。
は前述した特開平８−２２８０２７号に記載の手段で製
造することができる。ただし、（ｂ），（ｃ）の構成例
では樹脂７を注入する工程が必要となる。また、（ｄ）
の構成例では、特開平８−２２８０２７号に記載の針状
熱電半導体結晶の表面にコーティングや化学蒸着法（商
品名：パリレン樹脂）により樹脂層を形成して絶縁性を
与えておき、その後に金属製仕切板に嵌め込んで接着す
る工程を採用する。
【００３３】図６の各構成例は仕切板の強度が高いた
め、ケース８及びヒートパイプ９の内部に作動液を注入
する際に加わる圧力又は動作中の圧力によって破壊され
るのを防止する。
め、ケース８及びヒートパイプ９の内部に作動液を注入
する際に加わる圧力又は動作中の圧力によって破壊され
るのを防止する。
【００３４】図７は熱電モジュールの他の構成例であ
る。ここで、図１と対応する部分には図１で使用した符
号と同一の符号が付してある。この図の（ａ）はＰ型モ
ジュールであり、（ｂ）はＮ型モジュールである。Ｐ型
モジュール１Ｐにおいては、複数のＰ型熱電半導体素子
３Ａのみが仕切板２を貫通した状態で仕切板２に固定さ
れ、全てのＰ型熱電半導体素子３Ａの上端及び下端には
それぞれ板状の上側銅電極４Ａ，下側銅電極４Ｂが取り
付けらている。同様に、Ｎ型モジュール１Ｎにおいて
は、複数のＮ型熱電半導体素子３Ｂのみが仕切板２を貫
通した状態で仕切板２に固定され、全てのＮ型熱電半導
体素子３Ｂの上端及び下端にはそれぞれ板状の上側銅電
極４Ａ，下側銅電極４Ｂが取り付けられている。この熱
電モジュールでは、上下の電極間に直流電圧をかけて電
流を流すと、全ての熱電半導体素子に並列に電流が流れ
る。
る。ここで、図１と対応する部分には図１で使用した符
号と同一の符号が付してある。この図の（ａ）はＰ型モ
ジュールであり、（ｂ）はＮ型モジュールである。Ｐ型
モジュール１Ｐにおいては、複数のＰ型熱電半導体素子
３Ａのみが仕切板２を貫通した状態で仕切板２に固定さ
れ、全てのＰ型熱電半導体素子３Ａの上端及び下端には
それぞれ板状の上側銅電極４Ａ，下側銅電極４Ｂが取り
付けらている。同様に、Ｎ型モジュール１Ｎにおいて
は、複数のＮ型熱電半導体素子３Ｂのみが仕切板２を貫
通した状態で仕切板２に固定され、全てのＮ型熱電半導
体素子３Ｂの上端及び下端にはそれぞれ板状の上側銅電
極４Ａ，下側銅電極４Ｂが取り付けられている。この熱
電モジュールでは、上下の電極間に直流電圧をかけて電
流を流すと、全ての熱電半導体素子に並列に電流が流れ
る。
【００３５】図８は図７に示した熱電モジュールを使用
した熱電モジュールユニットの構成例を示す。この熱電
モジュールユニットは、Ｐ型モジュール１ＰとＮ型モジ
ュール１Ｎを交互に積み重ね、重なり合っているモジュ
ールの間にヒートパイプが固定された構造を有してい
る。ヒートパイプはその一端がモジュールの右側と左側
に交互に延長するように取り付けられている。そして、
上端のＰ型モジュール１Ｐの上側銅電極と下端のＮ型モ
ジュール１Ｎの下側銅電極との間に直流電圧をかけて電
流を流すことができるように構成されている。
した熱電モジュールユニットの構成例を示す。この熱電
モジュールユニットは、Ｐ型モジュール１ＰとＮ型モジ
ュール１Ｎを交互に積み重ね、重なり合っているモジュ
ールの間にヒートパイプが固定された構造を有してい
る。ヒートパイプはその一端がモジュールの右側と左側
に交互に延長するように取り付けられている。そして、
上端のＰ型モジュール１Ｐの上側銅電極と下端のＮ型モ
ジュール１Ｎの下側銅電極との間に直流電圧をかけて電
流を流すことができるように構成されている。
【００３６】図８に示すように、熱電モジュールユニッ
トの下側から上側に向けて直流電流を流すと、右側に延
長するように取り付けられているヒートパイプ９Ａが放
熱側ヒートパイプとなり、左側に延長するように取り付
けられているヒートパイプ９Ｂが吸熱側ヒートパイプと
なる。これらのヒートパイプの動作は、図２に示したヒ
ートパイプの動作説明から明らかであるため、説明を省
略する。
トの下側から上側に向けて直流電流を流すと、右側に延
長するように取り付けられているヒートパイプ９Ａが放
熱側ヒートパイプとなり、左側に延長するように取り付
けられているヒートパイプ９Ｂが吸熱側ヒートパイプと
なる。これらのヒートパイプの動作は、図２に示したヒ
ートパイプの動作説明から明らかであるため、説明を省
略する。
【００３７】図８のように構成することにより、熱電半
導体素子の個数を変えることにより使用する最適動作電
流に合わせることができ、放熱面及び吸熱面の表面積を
大きくとることができるので、熱の輸送効率が向上す
る。
導体素子の個数を変えることにより使用する最適動作電
流に合わせることができ、放熱面及び吸熱面の表面積を
大きくとることができるので、熱の輸送効率が向上す
る。
【００３８】図９は図７に示した熱電モジュールと電極
の形状のみ異なる熱電モジュールを使用した熱電モジュ
ールユニットの構成例を示す。ここで、図８と対応する
部分には図８で使用した符号と同一の符号が付してあ
る。この熱電モジュールユニットでは、Ｐ型モジュール
２個とＮ型モジュール２個を交互に積み重ね、かつ重な
り合っている部分の銅電極４ＣがＰ型モジュールとＮ型
モジュールに共通に用いられている。つまり５個の銅電
極４Ｃの間に、仕切板２に貫通した状態で仕切板２に固
定されている複数のＰ型熱電半導体素子と、同じく仕切
板２に貫通した状態で仕切板２に固定されている複数の
Ｎ型熱電半導体素子とが交互に挟まれた構造を有してい
る。さらに、このような４個の熱電モジュールを重ね合
わせたブロックが複数組（図９には２組図示）設けら
れ、その複数の組における高さが同じ仕切板が一体に構
成されている。そして、このブロックの下端の銅電極が
プラス、上端の銅電極がマイナスになるように直流電圧
をかけて直流電流を流せるように構成されている。
の形状のみ異なる熱電モジュールを使用した熱電モジュ
ールユニットの構成例を示す。ここで、図８と対応する
部分には図８で使用した符号と同一の符号が付してあ
る。この熱電モジュールユニットでは、Ｐ型モジュール
２個とＮ型モジュール２個を交互に積み重ね、かつ重な
り合っている部分の銅電極４ＣがＰ型モジュールとＮ型
モジュールに共通に用いられている。つまり５個の銅電
極４Ｃの間に、仕切板２に貫通した状態で仕切板２に固
定されている複数のＰ型熱電半導体素子と、同じく仕切
板２に貫通した状態で仕切板２に固定されている複数の
Ｎ型熱電半導体素子とが交互に挟まれた構造を有してい
る。さらに、このような４個の熱電モジュールを重ね合
わせたブロックが複数組（図９には２組図示）設けら
れ、その複数の組における高さが同じ仕切板が一体に構
成されている。そして、このブロックの下端の銅電極が
プラス、上端の銅電極がマイナスになるように直流電圧
をかけて直流電流を流せるように構成されている。
【００３９】さらに、放熱側ヒートパイプと吸熱側ヒー
トパイプが２個ずつ取り付けられている。すなわち、第
１の放熱側ヒートパイプ９Ａ−１は、折り曲げられてい
る外側の縁の端部が最上段のＰ型モジュールの上側と３
段目のＰ型モジュールの仕切板の上に固定され、折り曲
げられている内側の縁の先端部が最上段のＰ型モジュー
ルの仕切板の上と２段目のＮ型モジュールの仕切板の下
に固定されている。また、第２の放熱側ヒートパイプ９
Ａ−２は、最下段のＮ型モジュールの下側とその仕切板
の下に固定されている。そして、第１の吸熱側ヒートパ
イプ９Ｂ−１は、その右端が最上段のＰ型モジュールの
仕切板の下と２段目のＮ型モジュールの仕切板の上に固
定され、第２の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−２は、その右
端が３段目のＰ型モジュールの仕切板の下と最下段のＮ
型モジュールの仕切板の上に固定されている。
トパイプが２個ずつ取り付けられている。すなわち、第
１の放熱側ヒートパイプ９Ａ−１は、折り曲げられてい
る外側の縁の端部が最上段のＰ型モジュールの上側と３
段目のＰ型モジュールの仕切板の上に固定され、折り曲
げられている内側の縁の先端部が最上段のＰ型モジュー
ルの仕切板の上と２段目のＮ型モジュールの仕切板の下
に固定されている。また、第２の放熱側ヒートパイプ９
Ａ−２は、最下段のＮ型モジュールの下側とその仕切板
の下に固定されている。そして、第１の吸熱側ヒートパ
イプ９Ｂ−１は、その右端が最上段のＰ型モジュールの
仕切板の下と２段目のＮ型モジュールの仕切板の上に固
定され、第２の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−２は、その右
端が３段目のＰ型モジュールの仕切板の下と最下段のＮ
型モジュールの仕切板の上に固定されている。
【００４０】第１の放熱側ヒートパイプ９Ａ−１の折り
曲げられている外側の縁の端部と最上段のＰ型モジュー
ルの上側の銅電極との間には電気絶縁層１０が設けられ
ている。同様に、第２の放熱側ヒートパイプ９Ａ−２と
最下段のＮ型モジュールの下側の銅電極との間にも電気
絶縁層１０が設けられている。これらの電気絶縁層はヒ
ートパイプ９Ａ，９Ｂとそのフィンにより直流電源が短
絡されるのを防止する。
曲げられている外側の縁の端部と最上段のＰ型モジュー
ルの上側の銅電極との間には電気絶縁層１０が設けられ
ている。同様に、第２の放熱側ヒートパイプ９Ａ−２と
最下段のＮ型モジュールの下側の銅電極との間にも電気
絶縁層１０が設けられている。これらの電気絶縁層はヒ
ートパイプ９Ａ，９Ｂとそのフィンにより直流電源が短
絡されるのを防止する。
【００４１】第１の放熱側ヒートパイプ９Ａ−１の折り
曲げられている外側の縁の先端部と最上段のＰ型モジュ
ールの仕切板の左端部との間を蓋１１−１で塞ぎ、２段
目のＮ型モジュールと３段目のＰ型モジュールのそれぞ
れの仕切板の左端部の間を蓋１１−２で塞ぐ。これによ
り、これらの蓋１１−１，１１−２と、最上段のＰ型モ
ジュールの仕切板から上側と、第１の放熱側ヒートパイ
プ９Ａ−１と、第２段目のＮ型モジュールの仕切板から
下側と第３段目のＰ型モジュールの仕切板から上側とに
より密閉された空間が形成される。ここで、蓋１１−
１，１１−２は銅等の金属製でも良いし、樹脂製でも良
い。また、図示を省略したが、蓋１１−１，１１−２と
それらが塞いでいる部分との間は、図２の仕切板２とケ
ース８との間と同様、接着剤、或いはゴム材等によりシ
ール構造を有している。
曲げられている外側の縁の先端部と最上段のＰ型モジュ
ールの仕切板の左端部との間を蓋１１−１で塞ぎ、２段
目のＮ型モジュールと３段目のＰ型モジュールのそれぞ
れの仕切板の左端部の間を蓋１１−２で塞ぐ。これによ
り、これらの蓋１１−１，１１−２と、最上段のＰ型モ
ジュールの仕切板から上側と、第１の放熱側ヒートパイ
プ９Ａ−１と、第２段目のＮ型モジュールの仕切板から
下側と第３段目のＰ型モジュールの仕切板から上側とに
より密閉された空間が形成される。ここで、蓋１１−
１，１１−２は銅等の金属製でも良いし、樹脂製でも良
い。また、図示を省略したが、蓋１１−１，１１−２と
それらが塞いでいる部分との間は、図２の仕切板２とケ
ース８との間と同様、接着剤、或いはゴム材等によりシ
ール構造を有している。
【００４２】同様に、第２の放熱側ヒートパイプ９Ａ−
２の左端部と最下段のＮ型モジュールの仕切板の左端部
との間を蓋１１−３で塞ぐことにより、この蓋１１−３
と、第２の放熱側ヒートパイプ９Ａ−２と、最下段のＮ
型モジュールの仕切板の下側とで密閉された空間が形成
される。また、最上段のＰ型モジュールの仕切板と第２
段目のＮ型モジュールのそれぞれの仕切板の右端部の間
を蓋１１−４で塞ぐことにより、これらの仕切板と、第
１の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−１と、蓋１１−４とで密
閉された空間が形成される。さらに、第３段目のＰ型モ
ジュールと最下段のＮ型モジュールのそれぞれの仕切板
の右端部の間を蓋１１−５で塞ぐことにより、これらの
仕切板と、第２の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−２と、蓋１
１−５とで密閉された空間が形成される。
２の左端部と最下段のＮ型モジュールの仕切板の左端部
との間を蓋１１−３で塞ぐことにより、この蓋１１−３
と、第２の放熱側ヒートパイプ９Ａ−２と、最下段のＮ
型モジュールの仕切板の下側とで密閉された空間が形成
される。また、最上段のＰ型モジュールの仕切板と第２
段目のＮ型モジュールのそれぞれの仕切板の右端部の間
を蓋１１−４で塞ぐことにより、これらの仕切板と、第
１の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−１と、蓋１１−４とで密
閉された空間が形成される。さらに、第３段目のＰ型モ
ジュールと最下段のＮ型モジュールのそれぞれの仕切板
の右端部の間を蓋１１−５で塞ぐことにより、これらの
仕切板と、第２の吸熱側ヒートパイプ９Ｂ−２と、蓋１
１−５とで密閉された空間が形成される。
【００４３】そして、これらの密閉された空間に所定量
の作動液を真空封入することで、熱電モジュールユニッ
トが完成する。この熱電モジュールユニットにおけるヒ
ートパイプの動作は図２に示した熱電モジュールユニッ
トにおけるヒートパイプの動作と同様である。
の作動液を真空封入することで、熱電モジュールユニッ
トが完成する。この熱電モジュールユニットにおけるヒ
ートパイプの動作は図２に示した熱電モジュールユニッ
トにおけるヒートパイプの動作と同様である。
【００４４】図１０は図９における銅電極４Ｃの変形例
を示す斜視図である。図１０（ａ）は図９の銅電極４Ｃ
において、上端の平面と下端の平面とを連結する３個の
柱状部材に孔をあけて作動液の流れをよりスムーズにし
たものである。また、図１０（ｂ）は柱状部材を両端の
２個に、図１０（ｃ）は柱状部材を中央の１個に、図１
０（ｄ）は全体をコの字型にしたものである。柱状部材
が少ないほうが、また柱状部材に孔があいているほうが
作動液の流れがスムーズになるため、熱輸送効率は高く
なる。
を示す斜視図である。図１０（ａ）は図９の銅電極４Ｃ
において、上端の平面と下端の平面とを連結する３個の
柱状部材に孔をあけて作動液の流れをよりスムーズにし
たものである。また、図１０（ｂ）は柱状部材を両端の
２個に、図１０（ｃ）は柱状部材を中央の１個に、図１
０（ｄ）は全体をコの字型にしたものである。柱状部材
が少ないほうが、また柱状部材に孔があいているほうが
作動液の流れがスムーズになるため、熱輸送効率は高く
なる。
【００４５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る熱電モジュールユニットでは、熱電モジュールが両側
スケルトン構造であ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。
る熱電モジュールユニットでは、熱電モジュールが両側
スケルトン構造であ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。
【００４６】また、熱電半導体素子及びその金属電極が
直接的にヒートパイプの作動液と接触するので、熱抵抗
値を低下させ、さらに放熱部の熱をヒートパイプ効果に
より効率良く放熱することができる。この結果、熱電モ
ジュールの効率が向上する。さらに、熱電モジュールは
空気に触れない雰囲気に密封されているので、耐湿性が
向上し、長寿命化が実現できる。
直接的にヒートパイプの作動液と接触するので、熱抵抗
値を低下させ、さらに放熱部の熱をヒートパイプ効果に
より効率良く放熱することができる。この結果、熱電モ
ジュールの効率が向上する。さらに、熱電モジュールは
空気に触れない雰囲気に密封されているので、耐湿性が
向上し、長寿命化が実現できる。
【図１】本実施の形態における熱電モジュールの構成及
びその動作を説明するための図である。
びその動作を説明するための図である。
【図２】図１に示した熱電モジュールを使用した熱電モ
ジュールユニットを示す図である。
ジュールユニットを示す図である。
【図３】本実施の形態における熱電モジュールの放熱側
の電極の別の構成例を示す図である。
の電極の別の構成例を示す図である。
【図４】図１に示した熱電モジュールを使用した熱電モ
ジュールユニットの別の構成例を示す図である。
ジュールユニットの別の構成例を示す図である。
【図５】図１に示した熱電モジュールを使用した熱電モ
ジュールユニットのさらに別の構成例を示す図である。
ジュールユニットのさらに別の構成例を示す図である。
【図６】強度を向上させた仕切板の構成例を示す図であ
る。
る。
【図７】熱電モジュールの他の構成例を示す図である。
【図８】図７に示した熱電モジュールを使用した熱電モ
ジュールユニットの構成例を示す図である。
ジュールユニットの構成例を示す図である。
【図９】図７に示した熱電モジュールと電極の形状のみ
異なる熱電モジュールを使用した熱電モジュールユニッ
トの構成例を示す図である。
異なる熱電モジュールを使用した熱電モジュールユニッ
トの構成例を示す図である。
【図１０】図９における銅電極の変形例を示す斜視図で
ある。
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、１Ｐ…Ｐ型モジュール、１Ｎ…Ｎ
型モジュール、２…仕切板、２Ａ…上側仕切板、２Ｂ…
下側仕切板、２Ｃ…金属製仕切板、３Ａ…Ｐ型熱電半導
体素子、３Ｂ…Ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、４Ａ
…上側銅電極、４Ｂ…下側銅電極、５…Ｔ字形銅電極、
７…樹脂、８，８’…ケース、９，９’…ヒートパイ
プ、９Ａ…放熱側ヒートパイプ、９Ｂ…吸熱側ヒートパ
イプ。
型モジュール、２…仕切板、２Ａ…上側仕切板、２Ｂ…
下側仕切板、２Ｃ…金属製仕切板、３Ａ…Ｐ型熱電半導
体素子、３Ｂ…Ｎ型熱電半導体素子、４…銅電極、４Ａ
…上側銅電極、４Ｂ…下側銅電極、５…Ｔ字形銅電極、
７…樹脂、８，８’…ケース、９，９’…ヒートパイ
プ、９Ａ…放熱側ヒートパイプ、９Ｂ…吸熱側ヒートパ
イプ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 23/427 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｂ
Claims (12)
- 【請求項１】 仕切板と、該仕切板を貫通した状態であ
り、かつ該仕切板との間が電気的絶縁状態で該仕切板に
固定された熱電半導体素子と、該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の金属電極とからな
る熱電モジュールと、 前記仕切板から前記第１の端面の側を収納し、かつ第１
のヒートパイプが連結された第１の収納部とを備え、前
記第１の収納部及び前記第１のヒートパイプ内に作動液
が真空封入されていることを特徴とする熱電モジュール
ユニット。 - 【請求項２】 前記仕切板から前記第２の端面の側を収
納し、かつ第２のヒートパイプが連結された第２の収納
部を更に備え、前記第２のヒートパイプ内に作動液が真
空封入されている請求項１に記載の熱電モジュールユニ
ット。 - 【請求項３】 前記第１のヒートパイプは放熱側であ
り、前記第２のヒートパイプは吸熱側である請求項２に
記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項４】 互いに同数のＰ型熱電半導体素子とＮ型
熱電半導体素子が前記仕切板に固定されており、かつ前
記第１の金属電極と前記第２の金属電極により全ての熱
電半導体素子が電気的に直列接続される請求項１又は２
又は３に記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項５】 Ｐ型熱電半導体素子又はＮ型熱電半導体
素子の一方のみが前記仕切板に固定されており、かつ前
記第１の金属電極は全てのＰ型熱電半導体素子又はＮ型
熱電半導体素子の第１の端面を共通に接続し、前記第２
の金属電極は全てのＰ型熱電半導体素子又はＮ型熱電半
導体素子の第２の端面を共通に接続する請求項１又は２
又は３に記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項６】 Ｐ型熱電半導体素子のみが仕切板に固定
されている熱電モジュールとＮ型熱電半導体素子のみが
仕切板に固定されている熱電モジュールとを交互に積み
重ね、かつ重り合っている部分の金属電極を共通に用い
た請求項５に記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項７】 前記交互に積み重ねられた熱電モジュー
ルのブロックを水平方向に複数組配置した請求項６に記
載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項８】 水平方向の同じ高さの仕切板を一体に構
成した請求項７に記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項９】 前記仕切板が電気絶縁性の材料で構成さ
れている請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱電モジ
ュールユニット。 - 【請求項１０】 前記仕切板は２枚の仕切板とその間の
空間の少なくとも一部に樹脂を充填したものである請求
項９に記載の熱電モジュールユニット。 - 【請求項１１】 前記仕切板は金属製であり、前記熱電
半導体素子は周囲に電気絶縁性の材料が被覆されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱電モジュールユ
ニット。 - 【請求項１２】 第１の仕切板、該第１の仕切板を貫通
した状態であり、かつ該第１の仕切板との間が電気的絶
縁状態で該第１の仕切板に固定されたＰ型熱電半導体素
子、該Ｐ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、及び前記Ｐ型熱電半導体素子の第２の端
面に接続された第２の金属電極からなる第１の熱電モジ
ュールと、第２の仕切板、該第２の仕切板を貫通した状
態であり、かつ該第２の仕切板との間が電気的絶縁状態
で該第２の仕切板に固定されたＮ型熱電半導体素子、該
Ｎ型熱電半導体素子の第１の端面に接続された第３の金
属電極、及び前記Ｎ型熱電半導体素子の第２の端面に接
続された第４の金属電極からなる第２の熱電モジュール
とを交互に積み重ね、その重ね合っている熱電モジュー
ルの間にヒートパイプが挟まれた構造を有し、更に、最
上段の熱電モジュールの上と最下段の熱電モジュールの
下にヒートパイプを取り付けたことを特徴とする熱電モ
ジュールユニット。
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