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公開番号2024126660
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035206
出願日2023-03-08
発明の名称ペルチェモジュール
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人,個人
主分類H10N 10/17 20230101AFI20240912BHJP()
要約【課題】ペルチェ効果を高めることができる技術を提供する。
【解決手段】ペルチェモジュールであって、第1基板と、第2基板と、円柱状を成し、第1基板と第2基板との間に配列された複数の熱電素子と、を備え、複数の熱電素子は、交互に直列接続されているP型熱電素子およびN型熱電素子で構成されており、複数の熱電素子は、基準となる熱電素子である基準熱電素子と、基準熱電素子に対応する熱電素子である対応熱電素子と、を含み、第1基板の側から見て、基準熱電素子の円形状底面と、対応熱電素子の円形状底面と、に接する共通外接線の内側には、基準熱電素子および対応熱電素子とは異なる別の熱電素子である別熱電素子の一部が含まれることを特徴とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ペルチェモジュールであって、
第１基板と、
第２基板と、
円柱状を成し、前記第１基板と前記第２基板との間に配列された複数の熱電素子と、を備え、
複数の前記熱電素子は、交互に直列接続されているＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子で構成されており、
複数の前記熱電素子は、基準となる前記熱電素子である基準熱電素子と、前記基準熱電素子に対応する前記熱電素子である対応熱電素子と、を含み、
前記第１基板の側から見て、前記基準熱電素子の円形状底面と、前記対応熱電素子の円形状底面と、に接する共通外接線の内側には、前記基準熱電素子および前記対応熱電素子とは異なる別の前記熱電素子である別熱電素子の一部が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載のペルチェモジュールであって、
前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは同じであり、
前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子に隣接する前記熱電素子のうちの１つであり、
前記共通外接線の内側には、前記別熱電素子の一部が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のペルチェモジュールであって、
前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは異なり、
前記基準熱電素子は、横断面積の大きい一方の前記熱電素子のうちの１つであり、
前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子との間に横断面積の小さい他方の前記熱電素子を挟み、前記基準熱電素子と同じ型の前記熱電素子のうちの１つであり、
前記共通外接線の内側には、前記対応熱電素子と同じ型の前記別熱電素子の一部が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のペルチェモジュールであって、
前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは異なり、
前記基準熱電素子は、横断面積の大きい一方の前記熱電素子のうちの１つであり、
前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子に隣接する、前記基準熱電素子と同じ型の前記熱電素子のうちの１つであり、
前記共通外接線の内側には、前記対応熱電素子とは異なる型の前記別熱電素子の一部が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のペルチェモジュールであって、
ゼーベック係数をＳ、電気抵抗率をρとしたとき、前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とのうちＳ／ρの小さい一方の横断面積を他方の横断面積よりも大きくすることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載のペルチェモジュールであって、
前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とのうち熱伝導率が小さい一方の横断面積を他方の横断面積よりも大きくすることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項７】
請求項３または請求項４に記載のペルチェモジュールであって、
前記第１基板のうち前記第２基板を向いた側の面には複数の第１導電層が形成され、
前記第２基板のうち前記第１基板を向いた側の面には複数の第２導電層が形成され、
前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子は、前記第１導電層の各々および前記第２導電層の各々を介して交互に直列接続されており、
少なくとも一部の前記第１導電層および前記第２導電層のうち前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子との間を接続している部分には、前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とのうち横断面積が大きい方の円形状底面の直径よりも短い幅の部分が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項８】
請求項１に記載のペルチェモジュールであって、
複数の前記熱電素子は、同じ横断面積である前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子と、前記同じ横断面積よりも横断面積が小さい前記Ｐ型熱電素子もしくは前記Ｎ型熱電素子である小熱電素子と、を含み、
前記小熱電素子は、前記同じ横断面積の前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子のうち同じ型の前記熱電素子の周囲に並列接続された状態で配置され、
前記基準熱電素子は、前記同じ横断面積の前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の一方のうちの１つであり、
前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子に隣接する、前記同じ横断面積の前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の他方のうちの１つであり、
前記共通外接線の内側には、前記別熱電素子として、前記小熱電素子の一部が含まれることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のペルチェモジュールであって、
前記小熱電素子は、ゼーベック係数をＳ、電気抵抗率をρとしたとき、前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とのうちＳ／ρの小さい一方と同じ型の前記熱電素子であることを特徴とする、ペルチェモジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載のペルチェモジュールであって、
前記小熱電素子は、前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とのうち熱伝導率が小さい一方と同じ型の前記熱電素子であることを特徴とする、ペルチェモジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェモジュールに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
２枚の基板の間で直列接続された複数の熱電素子を備えるモジュールは、ペルチェ効果を利用したペルチェモジュール、もしくは、ゼーベック効果を利用した熱電モジュールとして用いられる。特許文献１には、流体が流れる流路に面しており、熱電素子が流路の端部側よりも中央部側において密度が高くなるように配列された熱電モジュールが開示されている。また、特許文献２には、発熱体から離れるに従って温度が低下する温度分布を有する熱源配管の表面に配置され、複数の熱電素子のうち受熱面積が大きいものほど発熱体から見て下流側に位置するように配置された熱電モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６２３５４３７号公報
特開２０１５－１１５５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、円柱状の熱電素子では熱応力の影響を低減できることが開示されている。しかしながら、特許文献１では、円柱状の熱電素子の配置については十分に検討されておらず、熱電モジュールもしくはペルチェモジュールの機能を向上させることについては、改善の余地があった。なお、特許文献２においては、円柱状の熱電素子についての開示は無いことから、円柱状の熱電素子の配置についての検討は行われていない。
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ペルチェモジュールによるペルチェ効果を高めることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
（１）本発明の一形態によれば、ペルチェモジュールが提供される。このペルチェモジュールは、第１基板と、第２基板と、円柱状を成し、前記第１基板と前記第２基板との間に配列された複数の熱電素子と、を備え、複数の前記熱電素子は、交互に直列接続されているＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子で構成されており、複数の前記熱電素子は、基準となる前記熱電素子である基準熱電素子と、前記基準熱電素子に対応する前記熱電素子である対応熱電素子と、を含み、前記第１基板の側から見て、前記基準熱電素子の円形状底面と、前記対応熱電素子の円形状底面と、に接する共通外接線の内側には、前記基準熱電素子および前記対応熱電素子とは異なる別の前記熱電素子である別熱電素子の一部が含まれる。
【０００７】
この構成によれば、基準熱電素子の円形状底面と、対応熱電素子の円形状底面と、に接する共通外接線の内側には、別熱電素子の一部が含まれる。このため、共通外接線の内側に別熱電素子が含まれていない形態と比べて、第１基板と第２基板との間に熱電素子を高密度に配列することができる。したがって、第１基板および第２基板に接する熱電素子の面積を増加させることができるため、第１基板および第２基板の単位面積あたりの発熱量や吸熱量を増加させることができる。すなわち、ペルチェモジュールによるペルチェ効果を高めることができる。
【０００８】
（２）上記形態のペルチェモジュールにおいて、前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは同じであり、前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子に隣接する前記熱電素子のうちの１つであり、前記共通外接線の内側には、前記別熱電素子の一部が含まれていてもよい。
この構成によれば、共通外接線の内側に別熱電素子が含まれていない形態と比べて、第１基板と第２基板との間に横断面積が同じＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを高密度に配列することができる。したがって、このようなＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を備えたペルチェモジュールにおいて、第１基板および第２基板の単位面積あたりの発熱量や吸熱量を増加させることができる。すなわち、ペルチェモジュールによるペルチェ効果を高めることができる。
【０００９】
（３）上記形態のペルチェモジュールにおいて、前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは異なり、前記基準熱電素子は、横断面積の大きい一方の前記熱電素子のうちの１つであり、前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子との間に横断面積の小さい他方の前記熱電素子を挟み、前記基準熱電素子と同じ型の前記熱電素子のうちの１つであり、前記共通外接線の内側には、前記対応熱電素子と同じ型の前記別熱電素子の一部が含まれていてもよい。
この構成によれば、共通外接線の内側に別熱電素子が含まれていない形態と比べて、第１基板と第２基板との間に横断面積が異なるＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを高密度に配列することができる。したがって、このようなＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を備えたペルチェモジュールにおいて、第１基板および第２基板の単位面積あたりの発熱量や吸熱量を増加させることができる。すなわち、ペルチェモジュールによるペルチェ効果を高めることができる。
【００１０】
（４）上記形態のペルチェモジュールにおいて、前記Ｐ型熱電素子の横断面積と前記Ｎ型熱電素子の横断面積とは異なり、前記基準熱電素子は、横断面積の大きい一方の前記熱電素子のうちの１つであり、前記対応熱電素子は、前記基準熱電素子に隣接する、前記基準熱電素子と同じ型の前記熱電素子のうちの１つであり、前記共通外接線の内側には、前記対応熱電素子とは異なる型の前記別熱電素子の一部が含まれていてもよい。
この構成によれば、共通外接線の内側に別熱電素子が含まれていない形態と比べて、第１基板と第２基板との間に横断面積が異なるＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを高密度に配列することができる。したがって、このようなＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を備えたペルチェモジュールにおいて、第１基板および第２基板の単位面積あたりの発熱量や吸熱量を増加させることができる。すなわち、ペルチェモジュールによるペルチェ効果を高めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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