(57)【要約】熱電半導体対又はモジュール１０において、ペルティエ特性を有する複数の半導体ペレット１４、１８は、熱伝達手段１２、１６、２０と機械的に相互接続されて電気的直列回路に配列される。相互接続は全て直接行われる。手段１２、１６、２０は、Ｌ字状断面又はＵ字状断面を有するプレート状構造である。モジュールの隣接する線又は平面がエンド・セグメント・コネクタ３２によって電気的に連結された状態で、多数のモジュール１０が２次元又は３次元積層体３０に配列される。１つのバージョンにおいては、モジュール平面の一方の側は熱交換フィン４４〜５０を有するが、他の側はセラミック・セグメント５８が堆積した導体５６に電気的に接続される。別のバージョンにおいては、モジュールは回転円板９４、９６上に取り付けられ、熱効率のために円板を移動する流体インペラとして働く。
2005523589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のｐ型熱電半導体材料と、
複数のｎ型熱電半導体材料と、
良好な電気及び熱伝導材料で構成され、第１、第２及び第３の一体型の熱伝達構造と、
前記第１の熱伝達構造を前記複数のｐ型半導体材料に直接接触させ且つ電気的に接続する第１の手段と、
前記複数のｐ型材料を前記第２の熱伝達構造に直接接触させ且つ電気的に接続する第２の手段と、
前記量のｎ型材料を前記第２の熱伝達構造に直接接触させ、電気的に接続する第３の手段と、
前記複数のｎ型材料を前記第３の熱伝達構造に直接接触させ且つ電気的に接続する第４の手段と、
を具備する熱電対。
【請求項２】
前記熱伝達構造はそれぞれ、熱が伝達されるべき媒体と接触する部分を含み、前記構造は、熱的且つ電気的に良好な材料である材料で構成される、請求項１に記載の熱電対。
【請求項３】
前記媒体は周囲空気を含む、請求項２に記載の熱電対。
【請求項４】
前記媒体は流体を含む、請求項２に記載の熱電対。
【請求項５】
前記熱伝達構造は、銅及びアルミニウムからなるリストから選択される金属で構成される、請求項２に記載の熱電対。
【請求項６】
前記熱伝達構造は、熱電材料が接続されるクロスアームと、前記熱電材料と前記媒体との間で熱を伝達する直立部材とを備えるＬ形状の断面を持つ、請求項５に記載の熱電対。
【請求項７】
前記熱伝達構造は、クロスアームが前記熱電材料に接続され、一対の離間した直立部材が前記材料から離れるように延びた状態のＵ形状断面を持つ、請求項５に記載の熱電対。
【請求項８】
独立気泡発泡体が前記複数の熱電材料及び熱伝達構造を接触状態で支持する、請求項１に記載の熱電対。
【請求項９】
前記発泡体がイソシアヌル酸発泡材で構成される、請求項８に記載の熱電対。
【請求項１０】
前記半導体がテルル化ビスマスである、請求項１に記載の熱電対。
【請求項１１】
複数のこうした熱電対が電気的に相互接続されて物理的に配列された直列回路をなし、前記直列回路の部品は他の部品と折り返され且つ前記他の一定の部品から離間されて３次元積層体を形成する、請求項１に記載の熱電対。
【請求項１２】
複数のこうした熱電対が第１及び第２の離間した平面に配列され、前記平面の熱電対は、前記平面の縁部に隣接するセグメント手段によって、電気的な直列回路をなすように接続される、請求項１１に記載の熱電対。
【請求項１３】
前記電気的に接触させ且つ接続する手段は、ペレット及び熱伝達手段に直接接着する複数の導電性ハンダを含む、請求項１に記載の熱電対。
【請求項１４】
前記それぞれの熱伝達構造を受容し、前記熱電半導体材料と近接するよう位置決めするための開口を有する非導電性プレート手段をさらに備える、請求項１に記載の熱電対。
【請求項１５】
第１プレート手段が前記第１及び第３の熱伝達構造に受容され、第２プレート手段が前記第２の熱伝達構造に受容され、前記第１及び第２のプレート手段が前記ｐ型及びｎ型熱電材料を含む空間によって分離される、請求項１４に記載の熱電対。
【請求項１６】
前記第１及び第２のプレート手段の外縁部間に、前記外縁部の間の空間を周囲流体の流入及び流出に対して密閉する手段が設けられる、請求項１５に記載の熱電対。
【請求項１７】
前記プレート手段が、重合体、ガラスファイバ及びリンネルのリストから選択される材料で構成される、請求項１４に記載の熱電対。
【請求項１８】
前記プレート手段が、前記熱伝達構造のまわりの適所で押し出し成形された合成プラスチック材料で構成される、請求項１４に記載の熱電対。
【請求項１９】
単一のプレート手段が、前記熱電材料の第１の側のみから延びる熱伝達構造に受容され、前記プレート手段と前記熱電材料の他の側との間の空間を密閉する手段が設けられる、請求項１４に記載の熱電対。
【請求項２０】
曲線状に配列された個別熱伝達手段と直列に相互接続された複数の相補的な熱電半導体ペレットと、
離間され且つ整列された対向する主表面を有する一対の円板と、
前記円板の前記対向する表面のそれぞれに設けられた複数の支持部であって、前記相互接続されたペレットと熱伝達手段が一体に取り付けられる複数の支持部と、
前記円板及び取り付けられたペレットと熱伝達手段を回転させて、周囲流体流を前記ペレットと熱伝達手段を通過させる手段と、
を備える熱電対機構。
【請求項２１】
隣接する熱伝達手段が互いに離れて配置され、支持部が、組み立ての際、隣接する熱伝達手段の間に適合する、請求項２０に記載の熱電対機構。
【請求項２２】
前記ペレットが前記曲線に沿って離間した関係で配列され、絶縁発泡材が、隣接するペレットの間の空間にあって剛性を提供し、隣接するペレット間の周囲空気流を防止する、請求項２１に記載の熱電対機構。
【請求項２３】
第１の吸気及び排気導管が、周囲空気を調整するよう前記ペレットの部分及び熱伝達手段間に周囲空気を誘導するために設けられ、第２の吸気及び排気導管が、廃熱を処理する前記ペレットの部分及び熱伝達手段間に周囲空気を誘導するために設けられる、請求項２０に記載の熱電対機構。
【請求項２４】
直線状に配列された個々の熱伝達手段と直列に相互接続した複数の熱電半導体ペレットと、
離間され整列された主表面を有する一対のベース・プレート手段と、
前記ベース・プレート手段の対向する主平面に、前記ペレットと一致する直線状構成で且つ離間した関係で取り付けられる複数のスペーサと、
隣接するスペーサ間で前記ベース・プレート手段に形成されたスロット開口であって、前記熱伝達手段を受容する大きさに作られ、前記ペレットが前記一対のベース・プレート手段の間にあるスロット開口と、
前記周囲に対して、前記基盤手段、ペレット、熱伝達手段及びスペーサを移動させる手段と、
を備える熱電対機構。
【請求項２５】
各スペーサが、スペーサの対向する縁部分上に第１及び第２のスロット・エッジ壁を備え、熱伝達手段を前記第１及び第２のスロット・エッジ壁に受容する、請求項２４に記載の熱電対機構。
【請求項２６】
前記スペーサ及びベース・プレート手段が一体に成形される、請求項２５に記載の熱電対機構。
【請求項２７】
前記ペレット及び熱伝達手段が曲線路に配列される、請求項２４に記載の熱電対機構。
【請求項２８】
前記ベース・プレート手段が、共通軸を中心に回転するために取り付けられた第１及び第２の円板を備える、請求項２４に記載の熱電対機構。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
１．発明の背景
本出願は、２００１年１０月５日に出願され放棄された第０９／９７２，２８８号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に、熱電ヒートポンプに関し、より詳細には、積層体に配列された熱電モジュールで構成されたこうしたヒートポンプに関する。
２．関連技術の説明
複数のｐ型熱電材料が、複数のｎ型熱電材料と直列に相互接続されるとき、こうして形成したモジュールを通して電流を流すと、電流の方向に応じて熱が吸収されるか又は放出され、したがって、ペルティエ効果として知られる現象の結果としてヒートポンプとして働くことが知られている。一体に配列された多数の半導体要素から比較的大きな冷却パネルが構成されることも知られている。これに関しては米国再発行特許３５，４４１「ｐ型及びｎ型熱電半導体を用いた真空熱電パネルにおいて脱気された多孔構造を有する熱電半導体（ＴＨＥＲＭＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＰＯＲＯＵＳ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＤＥＡＥＲＡＴＥＤ  ＩＮ  Ａ  ＶＡＣＵＵＭ  ＡＮＤ  ＴＨＥＲＭＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＰＡＮＥＬ  ＵＳＩＮＧ  Ｐ−ＴＹＰＥ  ＡＮＤ  Ｎ−ＴＹＰＥ  ＴＨＥＲＭＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ）」参照。さらに米国特許５、８４１、０６４「ペルティエ・モジュール（ＰＥＬＴＩＥＲ  ＭＯＤＵＬＥ）」は、ベース・プレート２の間に取り付けられ且つ電極１０によって電気的に相互接続された複数の半導体ペルティエ要素１からなり、全体の組み立て体が中空フレーム３によって包囲されたモジュールを開示する。
【０００３】
米国特許３、９４３、５５３は、耳部１８が半導体本体に固定され（ハンダ付けされ）、他の部品がラジエータ４３、４４に接触した状態で固着され、動作中にラジエータが周囲と一次熱交換を行う、接合ブリッジ１７を有する熱電対を含む熱電対組み立て体に関する。接合ブリッジ及びラジエータは異なる構成の別個の要素ではあるが、構造上の完全性及び相互間の熱伝達を達成するために相互接続されなければならない。
【０００４】
公知の全てのペルティエ・モジュール型の構成は、補償を必要とする望ましくない以下の１つ以上の特性、すなわち、
熱電要素の「熱い」側の熱が過度に高いため、「冷たい」側の温度を許容できないほどに増加させる可能性があり、それによって、全体の冷却効率を低下させること、
モジュールの実装が多くの異なる部品からなっているため、対応する高い累積熱抵抗すなわちインピーダンス損失及び動作効率（ＣＯＰ）の低下をもたらすこと、
全体の重量が比較的大きいこと、
相互接続された金属（例えば、銅）及びセラミック部品が多いため、その膨張係数が競合し、それによって、ユニット内で効率よく且つ確実に用いることができるモジュールのサイズ及び数が制限されること、
を有する。
【０００５】
発明の要約
本発明の主要な目的及び目標は、システム動作中に望ましくない熱インピーダンス損失を生じる可能性のある構成部品の数を最適に最小化した、改良された特性を有する熱電半導体モジュールを提供することである。
【０００６】
別の目的は、電力接続、周囲との熱伝達及び構造上の剛性を実現する単一の構造手段を有する熱電モジュールを提供することである。
さらに別の目的は、電力密度を増加させるという先の目的にしたがって熱電モジュールの組み立て体を提供することである。
【０００７】
さらなる目的は、「熱い」セクションと「冷たい」セクションの構成部品間の膨張及び収縮の問題を低減した、改良された熱電モジュール及び熱電モジュール組み立て体を提供することである。
【０００８】
本発明の実施にしたがうと、熱交換器フィンに機械的に且つ直列に電気的に接続された複数の半導体ペルティエ体又はペレットが提供され、熱交換器フィンは、ペレットを電気的に動作させ且つ所望の場所（例えば、周囲空気）への熱伝達手段を形成するよう機能する。電気的に接続された積層体におけるペレットは、ｐ型とｎ型の半導体材料が交互に配置され、そのペレットの全てが直列に相互接続される。代わりに、金属フィンは、ピン形でも、周囲壁へ熱伝達する直立壁を有する断面Ｌ字状であっても、２つの熱伝達直立壁を有するＵ字状断面のフィンであってもよい。隣接する直列接続した半導体ペレットの対は、本明細書ではペレット対と呼ばれる。
【０００９】
所与の複数のペレット対は、単一の線に又は平面に配列され、あるいは、複数の離間した線又は平面に配列され得、エッジ・セグメント・コネクタ（ジャンパ）は、直列回路を１つのモジュール平面から隣接の平面へ展開するための電気的相互接続部を提供する。
【００１０】
さらに別のバージョンは、固体又は液体と空気、或いは、空気と固体又は液体というハイブリッドとしての一般的な使用用途を有しており、各モジュール平面の一方の側は、既述の熱交換フィンによって相互接続したペレット対を有し、モジュール平面の他の側は、一方の側に導電性めっき又はトレースを有し、他方の側を所望の固体表面との物理的結合のための外側を残す、区分された誘電体セラミック又は他の熱伝導性接触部によって電気的に接続される。
【００１１】
さらなるバージョンによれば、ペレット対の両側において、導体／フィンの嵌合受容を可能にする適切な溝を有する一対の誘電体プレートは、「冷たい」側と「熱い」側との間に空気障壁を提供する。密閉手段は誘電体プレート間の縁部空間を閉鎖する。代わりに、単一の誘電体プレートがペレット対組み立て体の一方の側でフィンと適合され、密閉手段が、誘電体プレート縁部空間と、誘電体プレートによって包囲される側とは反対側の隣接するモジュール接触セグメント間の空間とを閉鎖する。
【００１２】
さらに別の実施の形態において、ペレット・モジュールは、円板状のベース・プレートの中心部分から、ベース・プレート縁部の方に外に延びる曲線において取り付けられる。使用時、ペレット・モジュールを有するベース・プレートが回転すると、ユニット周囲流体（例えば、空気）がインペラ形状のモジュールの組に沿って移動し、必要とされる熱伝達が行われる。
【００１３】
本発明のこれらの又は他の目的は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照すると、直ちに明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
ここで、図面及び本発明の第１の実施の形態について考察するため、主に図１及び図２を参照する。図１及び図２に示すように、本発明の熱電半導体対は全体的に１０で指示され、第１の電極及び熱伝達手段１２、複数のｐ型熱電半導体１４、第２の電極及び熱伝達手段１６、複数のｎ型熱電半導体１８及び第３の電極及び熱伝達手段２０を備える。電極及び熱伝達手段のそれぞれは、その名前が意味するように、良好な導電体であり且つ（例えば、周囲流体との間で）熱を伝達するのに適した材料で構成される。この目的に適した材料は、銅又はアルミニウムなどの金属である。記号「＋」及び「−」で示すように、手段１２、１６及び２０は、半導体１４及び１８と接続されるとき、半導体が付勢されて熱電気的にヒートポンプとして機能する電気的直列回路を形成する。ｐ型及びｎ型の半導体の順序は、所望であれば変更可能であり、その場合、電力を供給する電源の極性もまた変えられなければならない。
【００１４】
ペレット１４、１８とそれぞれの熱伝達手段１２、１６、２０との間の電気的相互接続部は、ペレットと熱伝達手段とに直接に機械的且つ電気的に固着される薄膜又はハンダ付け部２１を含むことが好ましい。
【００１５】
図１と図２を比較すると最もよくわかるように、それぞれの電極及び熱伝達手段１２、１６及び２０は、比較的短いクロスバー２２とクロスバーより実質的に大きな表面積の直立部２４とを有するＬ形断面のプレート状部材（例えば、図２）を含む。一般に、クロスバーは、例えば直接ハンダ付けすることによって、半導体本体１４又は１８に対する電気相互接続ポイントとして働くように機能し、直立部２４は、熱電対１０が加熱又は冷却のいずれに用いられるかによって、熱を周囲流体又は部材へ（あるいは流体又は部材から）伝達するように働く。
【００１６】
図１に戻ると、図示される手段１２、１６及び２０は、本発明の４個の熱電対の直列回路を形成するよう機能する。この直列回路は、通常、単一の平面に配列され、空冷動作が望まれる場所では、周囲空気は、矢印２５で示す熱伝達のために直立部２４を横切って移動する。対面するクロスバー２２の間及び半導体ペレットの間の空間は、独立気泡発泡材２６で充填され、独立気泡発泡材２６は、組み立て品の剛性及び支持、並びに、熱電ペレットの絶縁及び冷たい側／熱い側の障壁を提供するのに役立つ。隣接する熱伝達手段間の間隙２８は、ペレット対の間の電気的短絡回路を防止するばかりでなく、低いレーノルズ数での層流を防止するのに役立つ。
【００１７】
発泡体２６を作成するのに優れた材料はイソシアヌル酸発泡材であり、この発泡材は、成分混合後、元の容積の約３〜４倍に膨張する２成分物質である。この材料は熱伝導性が非常に低く、重量が小さく、誘電特性がよく、比較的安価である。この材料はまた、自消性であり、約２６０゜Ｆまでの動作温度定格を有する。よい代替物は発泡シリコーンゴムである。
【００１８】
図１は、単一の平面又は線に配列された４個のペレット対の組を示すが、実際の応用では、ずっと多い数（例えば、４００）のペレット対を積層体３０に配列するのが望ましい場合があり、その積層体では、ペレット対の多くの平面が離間した関係で一体に固定され、周囲流体が、温度を変えるために、積層体を形成する種々の平面の間を流れる。図４は、周囲空気流路に沿って見た積層体３０の図であり、図３は、図４を９０°回して見た図であり、端部セグメント・コネクタ３２によって電気的に関連付けられ且つ機械的に強化された隣接するペレット対平面を示す。
【００１９】
ここで図５及び図６を見ると分かるように、熱伝達能力の大幅な増加が、電極及び熱伝達手段３４をＵ字状に構成し、第１及び第２の直立シート状フィン３６及び３８をクロスバー部分４０によって相互接続し、クロスバー部分４０を、第１の実施の形態において相互接続される方法と同様に半導体ペレット４２に電気的に接続することによって、提供される。
【００２０】
本発明の第３の実施の形態の説明のために図７を参照する。この実施の形態は、例えば、「冷却される」物体の一部又は廃熱シンクであってよい固体表面上に直接組み立てることができる点で特に有利である。図示のように、４個の電極及び熱伝達手段４４、４６、４８、５０は、既述した第１の実施の形態と同様に、これら電極及び熱伝達手段にそれぞれ固定された４対のｐ型及びｎ型の熱電半導体本体又はペレット５２及び５４を有する。しかし、別の組の電極及び熱伝達手段の代わりに、ｐ型及びｎ型半導体の対が、誘電体セグメント５８（例えば、セラミック）の一方の表面上に堆積された導体５６によって直列に電気接続され、誘電体セグメントの他方の表面を、ペレットの電気的作動を妨げることなく、任意の所望の方法（例えば、ハンダ付け）で任意の所望の固体表面に固着することができる。
【００２１】
図８は、複数の異なる部品からなる従来技術の半導体モジュール６０を示し、各部品はモジュールの付勢期間における潜在的熱インピーダンス損失源である。より詳細には、例えば、冷却側の熱伝達フィン６２はベースプレート６４上に取り付けられ、ベースプレート６４はグリース層６６及びセラミック絶縁体６８上に載置される。一対の相補的な熱電半導体本体７０及び７２が導体７４、７６及び７８によって電気的に相互接続され、導体７６は絶縁体６８の底面と接触する。モジュールの下半分は同様に、導体７４及び７８と接触する別のセラミック絶縁体８０、グリース層８２、ベースプレート８４及び廃熱フィン６２を含む。実際の試運転時での種々の部品の動作温度によって、図８の右に示すグラフが作られた。
【００２２】
図９は、本発明の図６の実施の形態のモジュールを示し、種々の構成要素及び周囲空気の動作温度を測定して隣りの図を得た。図８の従来技術のグラフを図９のグラフと比較すると、従来技術のデバイスの付加的な構成要素部品の熱インピーダンスによって、ペレットの両端間の温度降下（したがって、動作効率の低下）が大幅に増加することがわかる。具体的には、熱インピーダンスが大きくなるほど、ペレットの温度と該ペレットから遠隔の構成要素の温度との差が大きくなる。ペレット両端間の温度（グラフ上では「ペレットｄＴ」と呼ぶ）は、システム効率すなわち熱応答を決める際の主要な因子である。
【００２３】
本発明の更に別のすなわち第４の実施の形態の説明のために、図１０〜図１３を同時に参照する。図１０〜図１３の主な利点は、調整された流体及び廃熱流体の運動を強化するための流体インペラ手段として、モジュール構成を利用することである。各熱伝達手段８６が弧状に形成されることが図１０で認められる。したがって、複数の手段８６を相補的な熱電ペレット８８及び９０によって相互連結し、本明細書で先に述べたモジュールを形成すると、一連のモジュールは、例えば第１の実施の形態における直線の代わりに、曲線９２に沿って長手方向に延びる。代わりに、手段８６は、最初は平坦に又は直線状に作製した熱伝達手段をモールドし又は成形することによって、曲線状に形成されてもよい。第１及び第２の円板９４及び９６は、それぞれ、離間した支持部１０２の第１及び第２の組９８及び１００を含む。各組における支持部は、曲線９２とほぼ同じ弧又は曲線に沿って設けられる。同様に、これらの円板が組み立てられると、図１２に示すように、支持部は互いに対向し且つ互いに嵌合する。第１の導管１０４は、周囲流体（例えば、空気）を矢印１０６で示すように熱電モジュールの上半分に送り、同様に、導管１０８は、周囲流体を矢印１１０で示すようにモジュールの下半分に送る。
【００２４】
円板９４及び９６が１つのユニットとして回転すると、周囲流体（例えば、空気）は、曲線状のモジュールの組によって形成された機能的にインペラであるものに沿って動かされ、それによって、温度調整された流体の熱伝達並びに廃熱の伝達を助けるのに従来用いられていた送風機の必要性をなくす。より詳細には、使用が空対空であると仮定すると、周囲空気の連通が、モジュールの上半分に沿って吸気用の第１の導管１０４を通って円板縁部において排気用の第１の導管１１２に出るよう設けられ、温度調整された空気が必要な場所で終わる。同様に、吸気用の第２の導管１０８は、モジュールの下半分を通って円板縁部において廃熱伝達のための第２の導管１１４に入る連通路を提供する。すでに述べたように、例えば、モータ１１６による円板の回転によって、モジュール機構を空気インペラ・ブレードとしても働かせて空気流を生じる。さらに、図示してはいないが、複数の長さの曲線状モジュールを円板に取り付けることができ、これによって更にモジュールを通過する空気流を増すことができる。
【００２５】
支持部１０２は、隣接する手段８６（図１３）間の横方向の空間１１８を実質的に充填するように、個別にサイズ決めされ且つ離間される。一方、ペレット８８と９０の間の空間を合成プラスチック発泡材１２０で充填することが重要である。こうして、モジュールに沿って移動する周囲流体は、モジュール壁を通して漏れることなく、熱伝達の最終の場所に直接運ばれ、動作効率の増加をもたらす。電気的な付勢は、例えばブラシ手段１２２（図１０）を介して外部電源からモジュールへ与えることができる。さらに、導管１１２と移動円板９４との間の間隙１２４及び導管１１４と移動円板９６との間の間隙１２６は、ニューハンプシャー州のフェロフルーイディックス社で製造販売されるフェロフルーイディク・シールとして知られる材料によって効果的に閉鎖することができる。
【００２６】
本発明の第５の実施の形態の詳細な説明のために、ここで、図１４〜図１６を参照する。第１及び第２の支持プレート１２８及び１３０は同一の構造であってよく、相対的に離間した関係の平行なスロット開口１３４の組１３２を備える。これらプレートをモジュール導体に対して押圧すると、先に述べたフィン／導体３６、３８が上記開口に挿通される。このように組み立てられると、プレート１２８及び１３０は、モジュールに全体的な構造上の剛性を与え、同時に、モジュールの「冷たい」側及び「熱い」側の間に、２枚のプレート間の空間への対流を制限する空気障壁を確立する。
【００２７】
さらに、例えば、さらなる外部の対流空気流がプレート間の空間内部へ及び半導体ペレットとの接触部へ流入してシステムの熱効率が低下するのを防ぐために、Ｏリングなどのエッジ・シール１３６を設けるのが好ましい。このシールはまた、湿気を帯びた周囲空気が熱電ペレットまで進入して悪影響を生じるのを防止する。さらに、シール１３６は全体の組み立て体に一層の安定性と強度を与える。
【００２８】
シート１２８及び１３０を構成するための他の材料が有利であり得るが、今までの最良の結果は、最適な厚みが約０．０２０インチの、重合体とグラスファイバ又はリンネルファイバできたマイクロ波回路基板積層体について得られている。製造の際、支持プレートのスロット開口１３４は、ウォータ・ジェット又はレーザ・ビームの使用によって形成することができる。さらなる代替として、プレート開口は、パンチにより工程前のプレートに形成されてもよい。次いで、プレートがスロット開口に嵌合され、複数の接着剤で所定場所に固定してもよい。その後、固定具を用いて、組み立て体の一方の側に熱電ペレットを位置決めしてから、例えばハンダ付けによって所定場所へ固定することができる。組み立て体の他方の側も同様に所定場所に固定することができる。最後に、組み立て体全体が加熱炉又はオーブンに入れられてハンダが溶かされ、次いで、露出した縁部に密閉手段が設けられる。
【００２９】
さらなる代替として、プレート１２８及び１３０を、プレート材料を導体／フィン上の所定場所に所望の幾何学的形状及び厚みで直接に射出成形することによって構成することができる。こうすると、先に述べたプレート構成の製造工程及びフィン上への取り付け方法の多くのステップが省略される。
【００３０】
図１７及び図１８に示す更に別の、すなわち第６の実施の形態は、図１４〜図１６の第５の実施の形態と同様に、例えばフィン導体３６の一方の側に受け止められた単一のプレート１２８、１３０を含む。プレートと接続セグメント１４２との間の密閉手段１４０は、モジュール型積層体の「冷たい」側と「熱い」側との間の相互作用を低減する。
【００３１】
特に、回転するベース・プレートのカテゴリに属する第７の実施の形態について、図１９〜図２３を参照する。図１９に最もよく示されるように、２枚の円板１４４及び１４６は、円板９４及び９６と同一であって同様にモータ駆動され得、離間した関係で回転可能に取り付けられる。複数のモジュール・スペーサ１４８は、円板１４６に対向する円板１４４の表面に離間した関係で固定され、矢印１５０によって示す曲線に沿って配列される。隣接するモジュール・スペーサ１４８の間には、スロット開口を通してフィン導体３６を受容することができるようにするに足る寸法を持つ、円板１４４のスロット開口１５２が設けられる（図２０）。同様に、スペーサ１４８と同様に構成されることが好ましい複数のモジュール・スペーサ１５４が下部円板１４６の下側の表面に１５０と同じ曲線経路に沿って固定され、円板１４４の開口１５２と同じスロット開口１５６によって分離される。
【００３２】
ここで図２０を見ると、例えば図１０に示す曲線上の相互接続されたモジュールが円板１４４及び１４６上で組み立てられるが、場合によっては、フィン導体３６、３８又は熱伝達手段８６はそれぞれ、個々のスロット開口１５２又は１５６を通って延び、一対のスペーサ１４８又は１５４の間に位置決めされる。この配置により、図１２及び図１３に示すように、円板及び円板上に取り付けられたモジュールが軸１５８を中心として回転すると、フィン導体は熱伝達と円板縁部からの周囲流体の除去とを改善するためのインペラ・ブレードとして働く。さらに、図２０の構成において、熱伝達フィン導体と廃熱伝達フィン導体とが２つの円板によって分離されるので、システム効率が向上する。
【００３３】
ここで図２１、図２２及び図２３を参照して、スペーサ１４８及び１５４の構造の詳細について更に説明する。各スペーサは、ほぼ同じ寸法であってパネルの長手方向軸１６４に関して僅かな曲率を有する、矩形の２枚の外プレートすなわち外パネル１６０及び１６２を備える。中央プレートすなわちパネル１６４は２枚のパネル１６０及び１６２に一体に固着され、パネル１６４は、組み立てるとフィン導体の縁部分が受容されるエッジ・スロット１６６及び１６８ができる程度の大きさを持つ。スペーサは、３枚のプレートすなわちパネルを組み立てることによって、又は、別法として、単一の一体部材として押し出し加工又はモールド成形によって構成されてよい。さらに、円板及びスペーサは単一の複合ユニットとしてモールド成形され得る。
【００３４】
本発明の実施の際、動作中に生成される「熱い」領域と「冷たい」領域とに起因して当然過酷である筈の熱膨張及び収縮の反作用を軽減する半導体モジュール及び組み立て体又はその積層体が提供される。同様に、従来のヒートポンプにおいて一緒に組み立てられなければならなかった個別部品の数を減らし、それによって、複数熱源の熱慣性問題を除去することにより、全体的な効率が向上される。さらに、組み立てるべき部品の減少によって、電力密度が実質的に増加し、ここで既述したモジュールは簡単で軽くコンパクトであるうえ、効率的で製造コストが安い。
【００３５】
これまで、好ましい実施の形態と共に説明してきたが、理解されるように、当業者であれば、記述した本発明の範囲内且つ請求項の範囲内にある変更を想到することができる。例えば、回転円板の変形において、スリップ・リング、水銀スリップ接合又は回転接触を用いて電力接続を達成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の熱電半導体複数対組み立て体の側立面図である。
【図２】図１の複数対組み立て体の左側立面図である。
【図３】物理的且つ電気的に相互接続された複数対組み立て体の積層体又はアレイの平面図である。
【図４】図３と同様の積層体の立面図である。
【図５】熱電対の第２の実施の形態の斜視図である。
【図６】図５の熱電対の立面図である。
【図７】固体表面に直接結合するための、熱電対構造の第３の実施の形態である。
【図８】従来技術の複数要素モジュールの図及びその性能グラフである。
【図９】図１に示す本発明の性能グラフである。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の斜視図である。
【図１１】図１０の実施の形態に対するインペラ取り付け機構である。
【図１２】図１１の立面図である。
【図１３】全てが取り付けられた熱電モジュールを示す、図１２と同様の立面図である。
【図１４】モジュールに対して熱シールドとしても働く支持プレートに関連する、本発明の第５の実施の形態の斜視図である。
【図１５】図１４の実施の形態の立面図である。
【図１６】図１４の実施の形態を９０°回して見た立面図である。
【図１７】単一の支持プレートを採用する第６の実施の形態の斜視図である。
【図１８】図１７の実施の形態の立面図である。
【図１９】回転ベース・プレートのカテゴリに属する第７の実施の形態の斜視図である。
【図２０】図１９の立面図である。
【図２１】図１９の実施の形態で用いられるモジュール・スペーサの拡大斜視図である。
【図２２】図１９の実施の形態における、モジュール・スペーサ及びモジュール・スペーサと共に配列される熱交換フィンの平面図である。
【図２３】図１９の実施の形態における、曲線路に配列されたモジュール・スペーサを有する回転ベース・プレートの拡大平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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