(57)【要約】【課題】被温調体を衝撃から保護することができる熱電変換ユニットを提供すること。【解決手段】電池パック１０には、熱電変換ユニット２０が取り付けられている。熱電変換ユニット２０は、基板２１と、この基板２１に実装された複数の熱電変換モジュール２２と、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａに接合された第１のヒートシンク３１と、熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂに接合された第２のヒートシンク４１と、からなる。第１のヒートシンク３１の基部３２及び第２のヒートシンク４１の基部４２には、衝撃緩和部としての切欠３２ａ，４２ａが形成されている。【選択図】図４
2014007249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールを複数備え、被温調体の温度調節を行う熱電変換ユニットであって、
前記複数の熱電変換モジュールに跨って設けられるユニット構成部材を有し、
前記ユニット構成部材には、前記被温調体に対する衝撃を緩和する衝撃緩和部が形成されていることを特徴とする熱電変換ユニット。
【請求項２】
前記衝撃緩和部は、衝撃を受けて前記ユニット構成部材を破損させる破損促進部であり、前記破損促進部は、隣接する前記熱電変換モジュール間の領域と対向する部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールを複数備え、被温調体の温度調節を行う熱電変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱電変換ユニットとしては、特許文献１に記載のペルチェモジュールが知られている。
特許文献１に記載のペルチェモジュールは、複数のペルチェ素子と、ペルチェ素子を電気的に接続するペルチェ素子用配線基板とを備える。ペルチェ素子用配線基板には、ペルチェ素子が挿入固定される孔部が形成されている。そして、複数のペルチェ素子は、ペルチェ素子用配線基板に形成された導体群によって接続されている。ペルチェモジュールは、ペルチェ素子の一方の主面がヒートシンクに当接し、他方の主面が被温調体に当接した状態で被温調体に取り付けられ、ペルチェ素子が駆動することで、被温調体の加熱又は冷却が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、被温調体は、外部からの衝撃から保護することが必要である。
本発明の目的は、被温調体を衝撃から保護することができる熱電変換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールを複数備え、被温調体の温度調節を行う熱電変換ユニットであって、前記複数の熱電変換モジュールに跨って設けられるユニット構成部材を有し、前記ユニット構成部材には、前記被温調体に対する衝撃を緩和する衝撃緩和部が形成されていることを要旨とする。
【０００６】
これによれば、熱電変換ユニットに衝撃が加わると、ユニット構成部材に形成された衝撃緩和部によって衝撃が緩和される。そして、衝撃緩和部によって衝撃が緩和されることで、被温調体に対する衝撃が緩和され、被温調体を衝撃から保護することができる。
【０００７】
また、前記衝撃緩和部は、衝撃を受けて前記ユニット構成部材を破損させる破損促進部であり、前記破損促進部は、隣接する前記熱電変換モジュール間の領域と対向する部分に形成されていてもよい。
【０００８】
これによれば、熱電変換ユニットに衝撃が加わったときに、ユニット構成部材が破損しやすい。そして、ユニット構成部材が破損することで、衝撃が緩和される。破損促進部は、熱電変換モジュール間の領域と対向する部分に形成されているため、破損促進部への衝撃が熱電変換モジュールによって吸収されにくく、ユニット構成部材が破損しやすい。このため、被温調体に対する衝撃を更に緩和することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被温調体を衝撃から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における電池パックを示す概略断面図。
【図２】実施形態における熱電変換ユニットを示す分解斜視図。
【図３】実施形態における熱電変換モジュールの構成図。
【図４】実施形態における熱電変換ユニットの一部を拡大して示す断面図。
【図５】実施形態における熱電変換ユニットの作用を示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を電池パックに取り付けられる熱電変換ユニットに具体化した一実施形態について図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電池パック１０のケース１１内には、複数の電池１２が収容されている。ケース１１の側壁には、熱電変換ユニット２０が取り付けられている。本実施形態の熱電変換ユニット２０は、被温調体としての電池１２の温度調節を行う。
【００１２】
図２及び図４に示すように、熱電変換ユニット２０は、基板２１と、この基板２１に実装された複数の熱電変換モジュール２２と、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａに接合された第１のヒートシンク３１と、熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂに接合される第２のヒートシンク４１と、からなる。
【００１３】
第１のヒートシンク３１は、矩形平板状をなす基部３２に対して複数のフィン３３を一定間隔おきに並設して形成されている。基部３２において、フィン３３の並設面には、基部３２の短手方向全体にわたって延びる切欠３２ａがフィン３３の並設方向に沿って一定間隔おきに形成されている。切欠３２ａが形成されることで、基部３２において切欠３２ａが形成された部分は、他の部分に比べて薄肉になっている。また、切欠３２ａは、並設方向に隣り合うフィン３３間の中央に配置されている。基部３２においてフィン３３の並設面と反対側の面には、矩形平板状の基板２１が接合されている。基板２１には、複数の熱電変換モジュール２２を接続する導体パターン２３が形成されている。
【００１４】
基板２１には、基板２１の厚み方向に貫通するとともに、熱電変換モジュール２２が挿入される挿入孔２４が形成されている。挿入孔２４は、熱電変換モジュール２２と相似形をなし、かつ、熱電変換モジュール２２の外形形状より若干大きめに形成されている。挿入孔２４は、基板２１に１４個形成されており、基板２１の長手方向に沿って一定間隔おきに７個並び、挿入孔２４は、基板２１の短手方向に沿って一定間隔おきに２個並ぶように形成されている。挿入孔２４には、熱電変換モジュール２２が挿入されている。
【００１５】
図３に示すように、熱電変換モジュール２２は、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子としてのペルチェ素子５１が交互に電気的に直列に接続された状態で使用される。ペルチェ素子５１は、通電の極性に応じて吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面５１ａと第２面５１ｂを有する。また、熱電変換モジュール２２は、複数のペルチェ素子５１の一端面を電気的に接合するための第１電極５２ａを備える第１基板５２と、複数のペルチェ素子５１の他端面を電気的に接合するための第２電極５３ａを備える第２基板５３とを備える。
【００１６】
そして、ペルチェ素子５１は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１面５１ａ（一端面）が、はんだよりなる接合層５４を介して第１電極５２ａに電気的及び熱的に接合されている。また、ペルチェ素子５１において、第１面５１ａと逆の作用をする第２面５１ｂ（他端面）が、はんだよりなる接合層５５を介して第２電極５３ａに電気的及び熱的に接合されている。
【００１７】
このように、熱電変換モジュール２２は、ペルチェ素子５１及びペルチェ素子５１と接合層５４，５５を介して接合される第１及び第２電極５２ａ，５３ａを有する。さらに、第１面５１ａには、接合層５４、第１電極５２ａ及び第１基板５２を介して第１放熱部材５６が熱的に接合されるとともに、第２面５１ｂには、接合層５５、第２電極５３ａ及び第２基板５３を介して第２放熱部材５７が熱的に接合されている。したがって、第１放熱部材５６の、第１基板５２と対向する面と反対側の面である第１面２２ａ（以下、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａ）及び第２放熱部材５７の第２基板５３と対向する面と反対側の面である第２面２２ｂ（以下、熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂ）は、吸熱と放熱の相反する作用を行う。
【００１８】
詳述すると、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａは、ペルチェ素子５１の第１面５１ａが吸熱面となると熱電変換モジュール２２の第１面２２ａから第１放熱部材５６、第１基板５２、第１電極５２ａ及び接合層５４を介してペルチェ素子５１の第１面５１ａへ熱が伝達され、ペルチェ素子５１の第１面５１ａが放熱面となるとペルチェ素子５１の第１面５１ａから接合層５４、第１電極５２ａ、第１基板５２及び第１放熱部材５６を介して熱電変換モジュール２２の第１面２２ａへ熱が伝達される。
【００１９】
一方、熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂも、ペルチェ素子５１の第２面５１ｂが吸熱面となると第２面２２ｂから第２放熱部材５７、第２基板５３、第２電極５３ａ及び接合層５５を介してペルチェ素子５１の第２面５１ｂへ熱が伝達され、ペルチェ素子５１の第２面５１ｂが放熱面となるとペルチェ素子５１の第２面５１ｂから接合層５５、第２電極５３ａ、第２基板５３及び第２放熱部材５７を介して熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂへ熱が伝達される。
【００２０】
図２及び図４に示すように、切欠３２ａは、基部３２において、基部３２の長手方向に隣り合う熱電変換モジュール２２間の略中央に位置するように形成されている。したがって、切欠３２ａは、基部３２において隣接する熱電変換モジュール２２間の領域と対向する部分に形成されている。言い換えると、切欠３２ａは、基部３２において、第１の熱電変換モジュール２２が接合される領域と第１の熱電変換モジュール２２に隣接する第２の熱電変換モジュール２２が接合される領域との間に形成されている。
【００２１】
そして、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａは、第１のヒートシンク３１と熱的に接合されている。
なお、基板２１の厚みは、熱電変換モジュール２２の厚みに比べて薄くなっており、熱電変換モジュール２２は、第２面２２ｂが、基板２１よりも第２のヒートシンク４１に向けて突出している。熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂには、第２のヒートシンク４１の基部４２が熱的に接合されるとともに、熱電変換モジュール２２によって第２のヒートシンク４１が支持されている。
【００２２】
第２のヒートシンク４１は、矩形平板状をなす基部４２に対して複数のフィン４３を一定間隔おきに並設して形成されている。基部４２において、フィン４３の並設面には、基部４２の短手方向全体にわたって延びる切欠４２ａがフィン４３の並設方向に沿って一定間隔おきに形成されている。切欠４２ａが形成されることで、基部４２において切欠４２ａが形成された部分は、他の部分に比べて薄肉になっている。また、切欠４２ａは、並設方向に隣り合うフィン４３間の中央に配置されている。切欠４２ａは、基部４２において、基部４２の長手方向に隣り合う熱電変換モジュール２２間の略中央に位置するように形成されている。したがって、切欠４２ａは、基部４２において、隣接する熱電変換モジュール２２間の領域と対向する部分に形成されている。言い換えると、切欠４２ａは、基部４２において、第１の熱電変換モジュール２２が接合される領域と第１の熱電変換モジュール２２に隣接する第２の熱電変換モジュール２２が接合される領域との間に形成されている。基部４２においてフィン４３の並設面と反対側の面には、熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂが接合されている。
【００２３】
基板２１、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１は、全ての熱電変換モジュール２２に跨って設けられており、熱電変換ユニット２０の一部を構成している。したがって、本実施形態では、基板２１、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１がユニット構成部材となる。また、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１は、熱電変換モジュール２２に熱的に接合され、基板２１は、導体パターン２３を介して熱電変換モジュール２２に熱的に接合されている。したがって、ユニット構成部材は、熱電変換モジュール２２に熱的に接合されている部材と捉えることもできる。また、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１には、複数の熱電変換モジュール２２が接合され、基板２１には、導体パターン２３を介して複数の熱電変換モジュール２２が接合されている。したがって、ユニット構成部材は、複数の熱電変換モジュール２２を連結する連結部材であると捉えることもできる。
【００２４】
上記のように構成された熱電変換ユニット２０は、通電の極性に応じて熱電変換モジュール２２の第１面２２ａと第２面２２ｂが吸熱及び放熱の反する作用を行う。そして、第１のヒートシンク３１を介してケース１１内の熱媒体が加熱又は冷却されて、熱媒体によって被温調体としての電池１２の温度調節が行われる。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、電池パック１０に、第２のヒートシンク４１側から衝撃が加わると、第２のヒートシンク４１及び熱電変換モジュール２２が破損する。第２のヒートシンク４１の基部４２には、切欠４２ａが形成されているため、第２のヒートシンク４１は破損しやすくなっている。したがって、本実施形態では、切欠４２ａが第２のヒートシンク４１の破損を促進する破損促進部として機能している。
【００２６】
そして、第２のヒートシンク４１が破損することで、電池パック１０に加わった衝撃が第２のヒートシンク４１及び熱電変換モジュール２２に吸収され、衝撃が電池パック１０内の電池１２に及ぶことが防止される。したがって、本実施形態では、切欠４２ａが衝撃緩和部として機能している。
【００２７】
なお、電池パック１０に衝撃が加わったときに、第１のヒートシンク３１が破損すれば、電池パック１０に加わった衝撃は更に緩和される。第１のヒートシンク３１にも切欠３２ａが設けられており、第１のヒートシンク３１の切欠３２ａも、衝撃緩和部及び破損促進部として機能している。
【００２８】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１に切欠３２ａ，４２ａを形成している。このため、熱電変換ユニット２０に衝撃が加わったとき、切欠３２ａ，４２ａによって第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１が破損する。したがって、電池パック１０に衝撃が加わったとき、第１のヒートシンク３１、第２のヒートシンク４１及び熱電変換モジュール２２が破損することで衝撃を吸収して、衝撃が電池１２に及ぶことが防止される。したがって、電池１２を衝撃から保護することができる。
【００２９】
（２）第１のヒートシンク３１の切欠３２ａ及び第２のヒートシンク４１の切欠４２ａは、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１において、隣接する熱電変換モジュール２２間の領域と対向する部分に形成されている。したがって、切欠３２ａ，４２ａへの衝撃が熱電変換モジュール２２によって吸収されにくく、第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１が破損しやすい。このため、電池１２に対する衝撃を更に緩和することができる。
【００３０】
（３）切欠３２ａ，４２ａは、基部３２，４２において隣り合う熱電変換モジュール２２間の略中央に形成されている。各熱電変換モジュール２２が吸熱及び放熱を行うと、基部３２，４２において、隣り合う熱電変換モジュール２２間の略中央が最も熱媒体との熱交換効率が低い部分となる。この部分に切欠３２ａ，４２ａを形成することで、切欠３２ａ，４２ａを形成することによる第１のヒートシンク３１及び第２のヒートシンク４１と、熱媒体との熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  衝撃緩和部及び破損促進部は、切欠以外であってもよい。例えば、第１のヒートシンク３１の基部３２及び第２のヒートシンク４１の基部４２の一部のみを他の部分より強度が低い材料で形成することで、衝撃緩和部及び破損促進部としてもよい。また、フィン３３，４３を基部３２，４２に対して斜状に立設することで、フィン３３，４３を衝撃緩和部としてもよい。
【００３２】
○  フィン３３，４３に切欠を形成して、熱電変換ユニット２０に衝撃が加わったときに、フィン３３，４３を破損させ、フィン３３，４３で衝撃を吸収するようにしてもよい。
【００３３】
○  図４の２点鎖線で示すように、基板２１に切欠２１ａを形成してもよい。この場合、基板２１の切欠２１ａは、基部３２の切欠３２ａに対向するように形成することが望ましい。また、導体パターン２３などのユニット構成部材に切欠を形成してもよい。
【００３４】
○  ユニット構成部材として、他の部材を用いてもよい。
○  基板２１に形成される挿入孔２４の数は増やしてもよいし、減らしてもよい。また、挿入孔２４の数に合わせて、熱電変換モジュール２２の数を増やしてもよいし、減らしてもよい。
【００３５】
○  基部３２，４２において、切欠３２ａ，４２ａが形成される部分は、変更してもよい。例えば、切欠３２ａ，４２ａは、熱電変換モジュール２２の第１面２２ａ及び第２面２２ｂに対向する位置に形成されていてもよい。
【００３６】
○  被温調体として、半導体素子などの他の電子部品などを温度調節してもよい。
○  実施形態において、ケース１１内の熱媒体を加熱又は冷却することで間接的に電池１２の温度調節を行ったが、電池１２に熱電変換モジュール２２の第２面２２ｂを接合することで、電池１２の加熱又は冷却を直接行ってもよい。
【００３７】
○  ユニット構成部材は、全ての熱電変換モジュール２２に跨っていなくてもよく、一部の熱電変換モジュール２２に跨っていればよい。
【符号の説明】
【００３８】
１２…被温調体としての電池、２０…熱電変換ユニット、２１…ユニット構成部材としての基板、２２…熱電変換モジュール、２２ａ…第１面、２２ｂ…第２面、２３…ユニット構成部材としての導体パターン、３１…ユニット構成部材としての第１のヒートシンク、２１ａ，３２ａ，４２ａ…衝撃緩和部及び破損促進部としての切欠、４１…ユニット構成部材としての第２のヒートシンク、５１…熱電変換素子としてのペルチェ素子、５１ａ…第１面、５１ｂ…第２面。
【図１】
2014007249.tif 000003
【図２】
2014007249.tif 000004
【図３】
2014007249.tif 000005
【図４】
2014007249.tif 000006
【図５】
2014007249.tif 000007