JP4581802B2 - 熱電変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関するものであり、特に、隣接する熱電素子間の接続部に配設される熱交換部材の形状に関する。

従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１のように、複数の熱電素子を平面状に配設し、各熱電素子の一方面に一方側電極素子を設けるとともに、他方面に他方側電極素子を設けている。そして、一方側電極素子および他方側電極素子の少なくとも一方に熱交換素子を形成している熱電変換装置が知られている。
特開２００３−１２４５３１号公報

しかしながら、上記特許文献１のような装置では、一方側電極素子および他方側電極素子に対応する熱交換素子が複数個設けられるとともに、隣り合う熱交換素子相互は電気的に絶縁させて配設されている。また、これらの熱電素子が極小部品であるため熱交換素子の形成工数や組付工数が多大となるため生産性の低下の問題があった。

そこで、発明者らは、生産性の向上のために、熱交換部材を少なくとも熱電素子群に沿って複数個の接続部と連結するように、接続部からの熱を伝熱する電極部と伝熱された熱を吸熱、放熱する熱交換部とを複数個連続的にコルゲート状に形成し、電極部を接続部の一端面に結合させた後に、隣り合う熱交換部材相互が電気的に絶縁されるように構成したことを特徴とする熱電変換装置を出願している（例えば、特願２００４−３４７１０１号参照）。

しかしながら、上記特願２００４−３４７１０１号の図面（図１参照）によれば、熱電素子群の外端で隣接する熱電素子に配設される熱交換部材は、熱交換部が風の流れに沿うように形成され、かつ電極部が風の流れに対して直交するように形成している。また、熱電素子群の外端より内側に隣接する熱電素子に配設される熱交換部材は、電極部および熱交換部が風の流れに沿うように形成している。

つまり、熱交換部材の形状が少なくとも２種類必要となって、成形型が少なくとも２種類必要であることで製造コストが高くなる問題がある。また、風の流れ方向に対して電極部が異なる方向となることで、熱交換部材の組付け性が低下する問題がある。さらに、熱電素子群の外端で隣接する熱電素子に配設される熱交換部材は熱交換部の伝熱面積を充分に取れないため熱電交換効率を低下させる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、製造における生産性および熱電変換性能の向上が図れる熱電変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。
すなわち、請求項１に記載の発明では、熱電変換装置の中を流れる風の流れと並行となる縦方向及びこの風の流れと直交する横方向のそれぞれに対して、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列することにより、複数の縦方向の熱電素子列と複数の横方向の熱電素子列からなる熱電素子群を、絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に構成した熱電素子基板（１０）と、
熱電素子基板（１０）の一方の面となる表面側において、風の流れにおける上流側及び下流側に配列された横方向の熱電素子列に対し、横方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に直接接続する平板状の複数の横方向の第１電極部材（１６）と、
熱電素子基板（１０）の表面側において、横方向の熱電素子列を除く熱電素子群に対し、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に接続する平板状の複数の縦方向の第１電極部材（１６）と、
熱電素子基板（１０）の他方の面となる裏面側において、隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）が表面側における第１電極部材（１６）との組合せにより直列接続されるように、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に接続する平板状の複数の裏面側の第１電極部材（１６）と、
第１電極部材（１６）のそれぞれに伝熱可能に接合され、Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）とを備え、
熱電素子基板（１０）の表面側が吸熱側または放熱側の一方となり、熱電素子基板（１０）の裏面側が吸熱側または放熱側の他方となる熱電変換装置において、
熱交換部材（２５）のそれぞれは、断面形状がＵ字状に形成されると共に、その底部に平面状からなり第１電極部材（１６）に伝熱可能に接合された電極部（２５ａ）、及びその電極部（２５ａ）から外方に延出された平面状の延出部に熱交換部（２５ｂ）を有しており、
熱交換部材（２５）は、縦方向の第１電極部材（１６）に接合される熱交換部材（２５）の延出部が縦方向に沿うように、第１電極部材（１６）に接合されており、
熱交換部材（２５）は、横方向の第１電極部材（１６）に接合される熱交換部材（２５）の延出部が縦方向に沿うように、第１電極部材（１６）に接合されるとともに、横方向の第１電極部材（１６）に対して２個の熱交換部材（２５）が接合されており、
縦方向及び横方向の第１電極部材（１６）に接合される熱交換部材（２５）のそれぞれは、同一形状に形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、熱交換部材（２５）の形状を同一の１種類で対応できることで、複数の熱交換部材（２５）を複数の第１電極部材（１６）に接合する組付け性の向上が図れる。また、成形型も１種類で良いため製造コストを低減できる。従って、製造における生産性の向上が図れる。

さらに、熱電素子群の外端に位置する横方向の熱電素子列に配設する熱交換部材（２５）とその外端よりも内側に配設する熱交換部材（２５）の熱交換部（２５ｂ）が、風の流れと並行となる縦方向と同一方向となるように、熱交換部材（２５）を熱電素子群の外端に配設する場合には、第１電極部材（１６）と電極部（２５ａ）との接触面積が小さくなるが伝熱可能に接合できる。

更に、請求項１に記載の発明では、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子（１２、１３）、即ち横方向の熱電素子列に配設される第１電極部材（１６）は、熱電素子群に沿う方向である風の流れと平行となる縦方向に対して直交する横方向に配設されている。熱交換部材（２５）のそれぞれは、断面形状が略Ｕ字状に形成され、その底部に平面状からなる電極部（２５ａ）を形成し、その電極部（２５ａ）から外方に延出された平面に熱交換部（２５ｂ）を形成している。熱電素子群の外端に配設された横方向の第１電極部材（１６）に電極部（２５ａ）を配設するときに、その電極部（２５ａ）および熱交換部（２５ｂ）がそれぞれの横方向の第１電極部材（１６）に直交する方向（即ち、縦方向）に２個配設されることを特徴としている。

この発明によれば、熱電素子群の外端（即ち、横方向の第１電極部材（１６））に配設される熱交換部材（２５）が、具体的には、一つの横方向の第１電極部材（１６）に２個配設されることで、熱交換部（２５ｂ）の伝熱面積が大幅に向上する。これにより、熱電交換性能の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、第１電極部材（１６）は、その第１電極部材（１６）に接合される隣り合う２個の熱交換部材（２５）の電極部（２５ａ）の床面積に対応した平面部を有することを特徴としている。この発明によれば、第１電極部材（１６）と電極部（２５ａ）との接触面積が拡大されることになるので伝熱効率が向上できる。なお、風の入口となる熱電素子群の外端（即ち、風の流れの上流側における横方向の熱電素子列の熱電素子）の伝熱面積を第１電極部材（１６）により増加させることで、空気と熱交換部（２５ｂ）との温度差を大きくできるのでより伝熱性能の向上が図れる。

請求項３に記載の発明では、横方向の第１電極部材（１６）が設けられる熱電素子基板（１０）の表面側が、放熱側となることを特徴としている。この発明によれば、放熱側の伝熱面積が多くなることで放熱側の送風量を多くすることができる。これにより、吸熱側の送風量を多くすることができるため熱電変換効率が向上するとともに熱電変換性能の向上が図れる。

請求項４に記載の発明では、熱電変換装置の中を流れる風の流れと並行となる縦方向及びこの風の流れと直交する横方向のそれぞれに対して、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列することにより、複数の縦方向の熱電素子列と複数の横方向の熱電素子列からなる熱電素子群を、絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に構成した熱電素子基板（１０）と、
熱電素子基板（１０）の一方の面となる表面側において、風の流れにおける上流側及び下流側における横方向の熱電素子列の外側に隣接して形成され、横方向に隣接する一対のＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）の横方向における配設距離に相当する長さを有する複数の第２電極部材（１６ａ）と、
熱電素子基板（１０）の表面側において、縦方向で隣接するＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを、縦方向で隣接するＰ型熱電素子（１２）と第２電極部材（１６ａ）とを、並びに縦方向で隣接するＮ型熱電素子（１３）と第２電極部材（１６ａ）とをそれぞれ電気的に直接接続すると共に、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）のそれぞれに伝熱可能に接合され、Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）と、
熱電素子基板（１０）の他方の面となる裏面側において、表面側の第２電極部材（１６ａ）及び表面側の熱交換部材（２５）との組合せにより隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）が直列接続されるように、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に直接接続すると共に、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）のそれぞれに伝熱可能に接合され、Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）とを備え、
熱電素子基板（１０）の表面側が吸熱側または放熱側の一方となり、熱電素子基板（１０）の裏面側が吸熱側または放熱側の他方となる熱電変換装置において、
熱交換部材（２５）は、断面形状がＵ字状に形成され、
熱交換部材（２５）は、その底部に平面状からなり、Ｐ型熱電素子（１２）、Ｎ型熱電素子（１３）又は第２電極部材（１６ａ）に伝熱可能に接合された電極部（２５ａ）を有し、
熱交換部材（２５）は、電極部（２５ａ）から外方に延出された平面状の延出部に熱交換部（２５ｂ）を有しており、
熱電素子基板（１０）の表面側及び裏面側の熱交換部材（２５）は、延出部が縦方向に沿うように、Ｐ型熱電素子（１２）、Ｎ型熱電素子（１３）又は第２電極部材（１６ａ）に接合されており、
第２電極部材（１６ａ）のそれぞれには、２個の熱交換部材（２５）が接合されており、
Ｐ型熱電素子（１２）、Ｎ型熱電素子（１３）又は第２電極部材（１６ａ）に接合される熱交換部材（２５）のそれぞれは、同一形状に形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、熱交換部材（２５）の電極部（２５ａ）を直接隣接する熱電素子（１２、１３）に接合する構成のときにおいても、上述した請求項１と同様に、熱交換部材（２５）の形状を同一の１種類で対応できることで、複数の熱交換部材（２５）を複数の第１電極部材（１６）に接合する組付け性の向上が図れる。また、成形型も１種類で良いため製造コストを低減できる。従って、製造における生産性の向上が図れる。

更に、この請求項４に記載の発明では、熱電素子基板（１０）の表面側において、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子（１２、１３）の外方（即ち、風の流れにおける上流側及び下流側における横方向の熱電素子列の外側）に、横方向に隣接する一対のＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）の横方向における配設距離に相当する長さを有する複数の第２電極部材（１６ａ）が配設されていることを特徴としている。

この発明によれば、熱電素子（１２、１３）を第１絶縁基板（１１）に配列するときに、熱電素子群の外端の外方に第２電極部材（１６ａ）を配設することが可能となる。これにより、組付け性を低下させることはなく生産性の向上が図れる。

請求項５に記載の発明では、第２電極部材（１６ａ）が設けられる前記熱電素子基板（１０）の表面側が、放熱側となることを特徴としている。この発明によれば、放熱側の伝熱面積が多くなることで放熱側の送風量を多くすることができる。これにより、吸熱側の送風量を多くすることができるため熱電変換効率が向上するとともに熱電変換性能の向上が図れる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電変換装置の主要部を示す平面図であり、図２は本実施形態における熱電変換装置の主要部を示す下面図である。図３は熱電変換装置の全体構成を示す図１に示すＡ−Ａ断面図であり、図４は図３に示すＢ−Ｂ断面図、図５は図３に示すＣ−Ｃ断面図である。

また、図６は熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図であり、図７は熱交換部材２５の形状を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の熱電変換装置は、図３および図４に示すように、複数個のＰ型、Ｎ型の熱電素子１２、１３を配列した熱電素子基板１０と、隣接する熱電素子１２、１３とを電気的に接続する第１電極部材１６と、その第１電極部材１６に伝熱可能に結合する熱交換部材２５を複数個配設させた一対の吸熱、放熱基板２０および一対のケース部材２８とから構成している。

熱電素子基板１０は、図４および図５に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる保持板である第１絶縁基板１１に、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して一体構成にしたものである。

Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１３はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。また、熱電素子基板１０は、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を第１絶縁基板１１に碁盤目状に配列するように一体成形で形成している。このときに、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３は、絶縁基板１１よりも上端面、下端面が突き出すように形成されている。

第１電極部材１６は、平板状の銅材などの導電性金属から形成され、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接するＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に接続する電極である。その平面形状は、図４および図５に示すように、すべて同一形状で統一されており、隣接する熱電素子１２、１３の端面を覆う程度の矩形状に形成している。

そして、複数個の熱電素子１２、１３が第１電極部材１６を介して直列的に接続するように隣接する熱電素子１２、１３の両端に複数個配設されている。また、図中に示す左右上端に配設する熱電素子１２、１３には、それぞれ端子２４ａ、２４ｂが設けられ、その端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａに接続し、負側端子を端子２４ｂに接続するようにしている。

これにより、熱電素子基板１０の片面側（図４参照）では、隣接する熱電素子１２、１３が電気的にＰＮ接合となるように第１電極部材１６が複数個配列され、他面側（５参照）では、電気的にＮＰ接合となるように第１電極部材１６が複数個配列されている。なお、上記ＰＮ接合、ＮＰ接合については後述する。

ここで、熱電素子基板１０の片面側（図４参照）に配設する第１電極部材１６は、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設する場合と、熱電素子群の外端より内側に隣接する熱電素子１２、１３に配設する場合とは、配設方向が異なる方向に配設している。つまり、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設するときは、熱電素子群に直交する方向に配設している。なお、第１電極部材１６は熱電素子１２、１３の端面に半田付けで接合している。

次に、吸熱、放熱基板２０は、図１および図２に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる保持板である第２絶縁基板２１に、複数個の熱交換部材２５を一体構成している。

その熱交換部材２５は、銅材などの導電性金属からなる薄肉の板材を用いて、同一形状で形成している。具体的な形状は、図７（ａ）ないし図７（ｃ）に示すように、断面が略Ｕ字状からなり底部に平面状の電極部２５ａを形成し、その電極部２５ａから外方に延出された平面にルーバー状の熱交換部であるルーバー２５ｂを形成している。この電極部２５ａは上述した第１電極部材１６に伝熱可能に接合される。

ルーバー２５ｂは電極部２５ａから伝熱される熱を吸熱、放熱するためのフィンであり、切り起こしなどの成形加工により電極部２５ａと一体に形成している。そして、その電極部２５ａの一端面が第１電極部材１６に接合するように第２絶縁基板２１に一体で構成している。なお、電極部２５ａの形状は第１電極部材１６と略同等の平面面積で形成している。

そして、その熱交換部材２５は、第２絶縁基板２１の一端面にその電極部２５ａの一端面が僅かに突き出す程度の位置に一体で構成している。つまり、電極部２５ａ一端面が熱電素子基板１０に設けられた第１電極部材１６に接合したときに、その電極部２５ａが第１電極部材１６側にはみ出さないように構成している。

また、複数個の熱交換部材２５は、第２絶縁基板２１に電極部２５ａおよびルーバー２５ｂが風の流れに沿う方向に同一方向となるように配設している。より具体的には、熱電素子基板１０の一方側（図１参照）に配設する熱交換部材２５は、風の流れに沿って４列で構成し、熱電素子基板１０の他方側（図２参照）に配設する熱交換部材２５は、風の流れに沿って３列で構成している。

つまり、熱電素子基板１０の他方側（図２参照）では、全ての熱交換部材２５の電極部２５ａが風の流れに沿う方向、言い換えれば第１電極部材１６に沿う方向の同一方向に配設している。そして、熱電素子基板１０の一方側（図１参照）においても、全ての熱交換部材２５が風の流れに沿う方向の同一方向に向けて配設している。

ここでは、熱電素子群の外端に配設した第１電極部材１６に電極部２５ａが交差する方向に２つの熱交換部材２５を隣接して配設している。つまり、ひとつの第１電極部材１６に２つの熱交換部材２５が接合するように構成している。従って、それぞれの電極部２５ａは前面が第１電極部材１６に接合されるのではなく約半分程度の接合面積で伝熱するように接合される。

これにより、熱電素子群の外端に配設した第１電極部材１６は隣接する熱電素子１２、１３に対して２つの熱交換部材２５を配設することで、熱交換部材２５を全て１種類の同一形状で。かつ同一方向に配設することができる。なお、互いに隣り合う熱交換部材２５同士は、互いに電気的に絶縁するように、所定の隙間を設けて複数個碁盤目状に第２絶縁基板２１に配設している。

ここで、端子２４ａから入力された直流電源は、図３に示すように、図中に示す右端のＮ型熱電素子１３の上端に配設された第１電極部材１６からＮ型熱電素子１３に流れ、下側の第１電極部材１６を介して左隣のＰ型熱電素子１２に直列的に流れ、次に、このＰ型熱電素子１２から上方の第１電極部材１６を介して左隣のＮ型熱電素子１３に直列的に流れるようになっている。

このときに、ＰＮ接合部を構成する上方の第１電極部材１６は、ペルチェ効果によって高温の状態となり、ＮＰ接合部を構成する下方の第１電極部材１６は低温の状態となる。つまり、上方に配設されたルーバー２５ｂは放熱部である放熱熱交換部を形成して高温の状態が伝熱されて冷却流体が接触され、下方に配設されたルーバー２５ｂは吸熱部である吸熱熱交換部を形成して低温の状態が伝熱されて被冷却流体が接触される。

言い換えれば、図３に示すように、熱電素子基板１０を区画壁として、熱電素子基板１０の両側にケース部材２８で送風通路を形成して、その送風通路に空気を流通することで、ルーバー２５ｂと空気とが熱交換され、熱電素子基板１０を区画壁として、上方のルーバー２５ｂで空気を加熱することができ、下方のルーバー２５ｂで空気を冷却することができる。

なお、上方に配設した熱交換部材２５を下方に配設した熱交換部材２５よりも数多く配設しているので、放熱側の伝熱面積を多くすることが可能なためそれぞれの送風通路を流通する送風量を多くすることができる。従って、吸熱側の送風量を多くすることができるので熱電変換効率が向上し、熱電変換性能の向上が図れる。

次に、以上の構成による熱電変換装置の組み付け方法について説明する。まず、熱電素子１２、１３は、図４および図５に示すように、第１絶縁基板１１に設けられた基板穴にＰ型とＮ型を交互に略碁盤目状に複数個配列して熱電素子基板１０を一体に構成する。そして、図６に示すように、熱電素子基板１０に隣接して配列された熱電素子１２、１３の両端面に直列的に接続するように複数個の第１電極部材１６を半田付けにより接合する。

これにより、熱電素子１２、１３および第１電極部材１６が一体に構成される。また、上方側に配設される第１電極部材１６がＰＮ接合部を形成し、隣接する熱電素子１２、１３を直列的に接続されるとともに、下方側に配設される第１電極部材１６がＮＰ接合部を形成し、隣接する熱電素子１２、１３を直列的に接続される。なお、熱電素子１２、１３および電極部材１６は、半導体、電子部品などを制御基板に組み付けるための製造装置であるマウンター装置を用いて製造してもよい。

吸熱、放熱基板２０は、図１および図２に示すように、同一形状の熱交換部材２５を第２絶縁基板２１に設けられた基板穴に略碁盤目状に複数個配列して一体に構成する。ここで、放熱側に配設される熱交換部材２５は風の流れに沿う方向の同一方向に４列配設し、吸熱側に配設される熱交換部材２５は風の流れに沿う方向の同一方向に３列配設する。

これにより、放熱側の吸熱、放熱基板２０と吸熱側の吸熱、放熱基板２０とが形成できる。なお、このときに、熱交換部材２５の形状を１種類で対応したことにより、吸熱、放熱基板２０の組付け性が向上できるとともに、成形型も１種類で良いため製造コストを低減できる。

さらに、熱電素子群の外端に配設する熱交換部材２５を熱電素子群の外端よりも内側に配設する熱交換部材２５と同一方向に配設したことにより、組付け性が向上できるとともに、放熱側の伝熱面積が大幅に向上する。これにより、熱電交換性能の向上が図れる。

そして、放熱側の吸熱、放熱基板２０と放熱側の吸熱、放熱基板２０との間に、熱電素子基板１０を挟んで組み合わせて、第１電極部材１６と電極部２５ａとを半田付けにより接合する。そして、上方側、下方側をケース部材２８により空気経路を形成するように組み付けることで、上方側に放熱熱交換部が形成され、下方側に吸熱熱交換部が形成されて、これに空気を流通させることで冷風、温風を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、第２絶縁基板２１に設けられた基板穴に熱交換部材２５を複数個配列したが、これに限らず、吸熱放熱基板２０は、複数個の熱交換部材２５を、例えば、インサート成形による成形加工により第２絶縁基板２１と一体に構成しても良い。なお、この種の熱電変換装置として、半導体や電気部品などの発熱部品の冷却用や暖房装置などの加熱用に用いられる。

以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、隣接する熱電素子１２、１３に接続される第１電極部材１６に配設する複数の熱交換部材２５を、電極部２５ａおよびルーバー２５ｂが同一形状で形成され、かつ電極部２５ａおよびルーバー２５ｂが同一方向に配設されていることにより、熱交換部材２５の形状を同一の１種類で対応できることで、複数の熱交換部材２５を複数の第１電極部材１６に接合する組付け性の向上が図れる。

また、成形型も１種類で良いため製造コストを低減できる。従って、製造における生産性の向上が図れる。さらに、熱電素子群の外端に配設された第１電極部材１６に電極部２５ａを配設するときに、その電極部２５ａおよび熱交換部２５ｂがそれぞれの第１電極部材１６に直交する方向に２個配設されることにより、具体的には、一つの第１電極部材１６に２個配設されることで、ルーバー２５ｂの伝熱面積が大幅に向上する。これにより、熱電交換性能の向上が図れる。

また、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設される熱交換部材２５を放熱側に多く配設することにより、放熱側の熱交換部材２５の伝熱面積を拡大できることで、送風量を多くすることができる。これにより、吸熱側の送風量を多くすることができるため熱電変換効率が向上するとともに熱電変換性能の向上が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設される第１電極部材１６を熱電素子群の外端より内側の隣接する熱電素子１２、１３に配設される第１電極部材１６と同形状で形成して風の流れに直交するように配設したが、これに限らず、第１電極部材１６の平面面積を拡大させて形成しても良い。

具体的には、図８に示すように、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設される第１電極部材１６を、熱電素子群の外端より内側の隣接する熱電素子１２、１３に配設される第１電極部材１６の長手方向と同一の略四角形で形成して平面面積を拡大させる。

これにより、二つの隣接する熱交換部材２５の電極部２５ａの全面が第１電極部材１６に接合されるようになる。従って、第１実施形態よりも電極部２５ａと第１電極部材１６との接触面積が拡大されることになるので伝熱効率が向上できる。なお、風の入口となる熱電素子群の外端の伝熱面積を第１電極部材１６により増加させることで、空気と熱交換部との温度差を大きくできるので伝熱性能の向上が図れる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、隣接する熱電素子１２、１３に第１電極部材１６を介して熱交換部材２５を接合させる構成の場合において、複数個の熱交換部材２５を同一形状で形成し、同一方向に配設させたが、これに限らず、図９および図１０に示すように、第１電極部材１６を設けずに、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に直接電極部２５ａを接合させる場合には、隣り合う熱交換部材２５の互いの電極部２５ａ同士を電気的に直接接続するように構成しても良い。

具体的には、図９および図１０に示すように、熱電素子群の外端の外方に隣り合う熱交換部材２５の互いの電極部２５ａ同士を電気的に接続する第２電極部材１６ａを第１絶縁基板１１に配設している。

つまり、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３には、隣り合う熱交換部材２５が設けられるが、互いの電極部２５ａが電気的に接続されていないため第２電極部材１６ａを設けて電気的に接続する。なお、第２電極部材１６ａは平板状の銅材などの導電性金属から形成されている。

これにより、以上の第１、第２実施形態と同様に同一形状の熱交換部材２５が同一方向に配設することができる。なお、本実施形態では、第２電極部材１６ａを第１絶縁基板１１に配設したが、これに限らず、隣り合う熱交換部材２５の電極部２５ａ同士が電気的に接続するように別体の接続部材で接続しても良い。

なお、本実施形態の熱交換部材２５は、隣接する熱電素子１２、１３に直接接合させる構成であるため、以上の実施形態よりも電極部２５ａの板厚を厚く形成すると良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、熱交換部材２５の熱交換部２５ｂをルーバー状に形成したが、これに限らず、図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）に示すように、熱交換部２５ｂの形状をオフセット状に形成しても良い。

また、以上の実施形態では、熱電素子基板１０の放熱側に配設する熱交換部材２５は、風の流れに沿って４列で構成し、熱電素子基板１０の吸熱側に配設する熱交換部材２５は、風の流れに沿って３列で構成しているが、４列、３列に限定するものではなく、隣接する熱電素子１２、１３の接続部で発生した熱が均等に分散するように形成すると良い。

本発明の第１実施形態における熱電変換装置の主要部の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態における熱電変換装置の主要部の構成を示す下面図である。 図１に示すＡ−Ａ断面図である。 図３に示すＢ−Ｂ断面図である。 図３に示すＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図である。 本発明の第１実施形態における熱交換部材２５の形状を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態における熱電素子基板１０の全体構成を示す平面図である。 本発明の第３実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。 図９に示すＡ−Ａ断面図である。 他の実施形態における熱交換部材２５の形状を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０…熱電素子基板
１１…第１絶縁基板
１２…Ｐ型熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子
１６…第１電極部材
１６ａ…第２電極部材
２５…熱交換部材
２５ａ…電極部
２５ｂ…ルーバー、熱交換部（熱交換部）

Claims (5)

1. 熱電変換装置の中を流れる風の流れと並行となる縦方向及びこの風の流れと直交する横方向のそれぞれに対して、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列することにより、複数の縦方向の熱電素子列と複数の横方向の熱電素子列からなる熱電素子群を、絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に構成した熱電素子基板（１０）と、
   前記熱電素子基板（１０）の一方の面となる表面側において、前記風の流れにおける上流側及び下流側に配列された横方向の熱電素子列に対し、横方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に直接接続する平板状の複数の横方向の第１電極部材（１６）と、
   前記熱電素子基板（１０）の前記表面側において、前記横方向の熱電素子列を除く前記熱電素子群に対し、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に接続する平板状の複数の縦方向の第１電極部材（１６）と、
   前記熱電素子基板（１０）の他方の面となる裏面側において、隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）が前記表面側における前記第１電極部材（１６）との組合せにより直列接続されるように、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に接続する平板状の複数の裏面側の第１電極部材（１６）と、
   前記第１電極部材（１６）のそれぞれに伝熱可能に接合され、前記Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）とを備え、
   前記熱電素子基板（１０）の表面側が吸熱側または放熱側の一方となり、前記熱電素子基板（１０）の裏面側が吸熱側または放熱側の他方となる熱電変換装置において、
   前記熱交換部材（２５）のそれぞれは、断面形状がＵ字状に形成されると共に、その底部に平面状からなり前記第１電極部材（１６）に伝熱可能に接合された電極部（２５ａ）、及びその電極部（２５ａ）から外方に延出された平面状の延出部に熱交換部（２５ｂ）を有しており、
   前記熱交換部材（２５）は、前記縦方向の第１電極部材（１６）に接合される前記熱交換部材（２５）の延出部が前記縦方向に沿うように、前記第１電極部材（１６）に接合されており、
   前記熱交換部材（２５）は、前記横方向の第１電極部材（１６）に接合される前記熱交換部材（２５）の延出部が前記縦方向に沿うように、前記第１電極部材（１６）に接合されるとともに、前記横方向の第１電極部材（１６）に対して２個の熱交換部材（２５）が接合されており、
   前記縦方向及び横方向の第１電極部材（１６）に接合される前記熱交換部材（２５）のそれぞれは、同一形状に形成されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記横方向の第１電極部材（１６）は、その第１電極部材（１６）に接合される隣り合う２個の熱交換部材（２５）の電極部（２５ａ）の床面積に対応した平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記横方向の第１電極部材（１６）が設けられる前記熱電素子基板（１０）の表面側が、放熱側となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
4. 熱電変換装置の中を流れる風の流れと並行となる縦方向及びこの風の流れと直交する横方向のそれぞれに対して、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列することにより、複数の縦方向の熱電素子列と複数の横方向の熱電素子列からなる熱電素子群を、絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に構成した熱電素子基板（１０）と、
   前記熱電素子基板（１０）の一方の面となる表面側において、前記風の流れにおける上流側及び下流側における横方向の熱電素子列の外側に隣接して形成され、横方向に隣接する一対のＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）の横方向における配設距離に相当する長さを有する複数の第２電極部材（１６ａ）と、
   前記熱電素子基板（１０）の前記表面側において、前記縦方向で隣接する前記Ｐ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを、前記縦方向で隣接する前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記第２電極部材（１６ａ）とを、並びに前記縦方向で隣接する前記Ｎ型熱電素子（１３）と前記第２電極部材（１６ａ）とをそれぞれ電気的に直接接続すると共に、前記Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）のそれぞれに伝熱可能に接合され、前記Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）と、
   前記熱電素子基板（１０）の他方の面となる裏面側において、前記表面側の前記第２電極部材（１６ａ）及び前記表面側の前記熱交換部材（２５）との組合せにより隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）が直列接続されるように、縦方向に隣接するＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を電気的に直接接続すると共に、前記Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）のそれぞれに伝熱可能に接合され、前記Ｐ型熱電素子（１２）又はＮ型熱電素子（１３）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部材（２５）とを備え、
   前記熱電素子基板（１０）の表面側が吸熱側または放熱側の一方となり、前記熱電素子基板（１０）の裏面側が吸熱側または放熱側の他方となる熱電変換装置において、
   前記熱交換部材（２５）は、断面形状がＵ字状に形成され、
   前記熱交換部材（２５）は、その底部に平面状からなり、前記Ｐ型熱電素子（１２）、前記Ｎ型熱電素子（１３）又は前記第２電極部材（１６ａ）に伝熱可能に接合された電極部（２５ａ）を有し、
   前記熱交換部材（２５）は、前記電極部（２５ａ）から外方に延出された平面状の延出部に熱交換部（２５ｂ）を有しており、
   前記熱電素子基板（１０）の表面側及び裏面側の前記熱交換部材（２５）は、前記延出部が前記縦方向に沿うように、前記Ｐ型熱電素子（１２）、前記Ｎ型熱電素子（１３）又は前記第２電極部材（１６ａ）に接合されており、
   前記第２電極部材（１６ａ）のそれぞれには、２個の熱交換部材（２５）が接合されており、
   前記Ｐ型熱電素子（１２）、前記Ｎ型熱電素子（１３）又は前記第２電極部材（１６ａ）に接合される前記熱交換部材（２５）のそれぞれは、同一形状に形成されていることを特徴とする熱電変換装置。
5. 前記第２電極部材（１６ａ）が設けられる前記熱電素子基板（１０）の表面側が、放熱側となることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換装置。

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