(57)【要約】【課題】複数のペルチェモジュールおよびそのリード線を的確な位置に整然として配設できる装置とその装置を用いた筐体内冷却装置を提供する。【解決手段】熱電変換素子を挟む態様で互いに間隔を介して配設された２つの基板のうち一方側の基板を冷却側基板と成す複数のペルチェモジュール１と、モジュール配設基板３とを有する。モジュール配設基板３には、個々のペルチェモジュール１を嵌合するための貫通のモジュール嵌合穴４を複数形成し、そのモジュール嵌合穴４に各ペルチェモジュール１を嵌合する。モジュール配設基板３には該モジュール配設基板３に複数配設されたペルチェモジュール１同士を電気的に接続するための配線パターン８を形成しておき、配線パターン８に各ペルチェモジュール１を電気的に接続して複数のペルチェモジュール１を配線パターン８を介して互いに電気的に接続する。【選択図】図１
2011253945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を介して配設された２つの基板と、該基板間に配置されて基板面に対して互いに間隔を介して配設された複数の熱電変換素子とを有して、前記２つの基板のうち一方側の基板を冷却側基板と成すペルチェモジュールを複数備え、これらの個々のペルチェモジュールを嵌合するための貫通のモジュール嵌合穴を複数形成したモジュール配設基板の前記モジュール嵌合穴に前記各ペルチェモジュールが嵌合されており、前記モジュール配設基板には該モジュール配設基板に複数配設されたペルチェモジュール同士を電気的に接続するための配線パターンが形成され、該配線パターンに前記各ペルチェモジュールが電気的に接続されて複数のペルチェモジュールが前記配線パターンを介して互いに電気的に接続されていることを特徴とするペルチェモジュール配設装置。
【請求項２】
ペルチェモジュールの２つの基板の少なくとも一方には熱電変換素子の配設面の反対側の面にヒートシンクとヒートパイプの少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール配設装置。
【請求項３】
筐体の壁に、請求項１または請求項２記載のペルチェモジュール配設装置を嵌合するための貫通の装置嵌合穴が形成され、該装置嵌合穴に前記ペルチェモジュール配設装置が嵌合されてペルチェモジュールの冷却側基板側が前記筐体の内側に配置され、前記ペルチェモジュール配設装置のモジュール配設基板が前記筐体の壁を兼ねる構成としたことを特徴とする筐体内冷却装置。
【請求項４】
筐体の壁にはペルチェモジュール配設装置の配設領域を含む壁側領域を覆って前記筐体の壁に沿って風を流すためのダクトが設けられていることを特徴とする請求項３記載の筐体内冷却装置。
【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を複数備えたペルチェモジュール配設装置およびその装置を用いた筐体内冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２（ａ）には、ペルチェモジュール１の一例が模式的な斜視図により示されており、図１２（ｂ）には、その断面図が模式的に示されている（例えば、特許文献１、２、参照。）。これらの図に示すように、ペルチェモジュール１は、互いに間隔を介して対向配置された２枚の基板６，７の間に、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を、基板面方向に互いに間隔を介して立設配置して形成されている。なお、図１２は、基板６を上側にし、基板７を下側にしてペルチェモジュール１を配置した例を示す。
【０００３】
基板６，７は、電気絶縁性を有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック製の基板である。図１２（ｂ）に示すように、基板６，７の対向表面には、熱電変換素子５に導通する複数の電極２が、基板面方向に互いに間隔を介して形成されており、基板６の表面の電極２と基板７の表面の電極２とは互いに位置をずらした状態で形成されている。熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、対応する電極２を介して直列に接続されており、熱電変換素子５の接続回路が形成されている。なお、熱電変換素子５は、図示されていない半田によって前記電極２に固定されている。
【０００４】
熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型の熱電変換素子５ａと、Ｎ型半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとを有する。Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは交互に配置され、電極２を介して直列に接続されてＰＮ素子対が形成されている。
【０００５】
Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは、それぞれ、例えばビスマス・テルル等の金属間化合物にアンチモン、セレン等の元素を添加することにより形成されており、その上下両端面には、前記半田との接合性を良好にするために、ニッケル（Ｎｉ）および、金（Ａｕ）メッキがされている。なお、半田接合性を良好にするために、前記メッキ上に、予備半田が形成されていてもよい。
【０００６】
図１２（ｂ）において、例えば基板７に形成された、熱電変換素子５の接続回路の端部に位置する電極２（２ａ）には、リード線２８が半田により半田付けされて接続されている。このペルチェモジュール１において、通電手段によってリード線２８から電極２に電流を流すと（図１２（ａ）、参照）、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電流が流れる。そして、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果が生じる。
【０００７】
このペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部、例えば図の上端部が冷却せしめられると、基板６側が冷却側基板と成して、基板６の上側の部材等の冷却（吸熱）が行われる。また、その逆に、ペルチェ効果によって例えば同図における熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の例えば上端部が発熱（放熱）せしめられると、この熱が基板６を介して、基板６の上側に設けられた部材に伝えられ、この部材の加熱が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−６３２４４号公報
【特許文献２】特開平５−１６０４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ペルチェモジュール１は冷却能力に優れていることから、例えば電子部品等が収容された筐体内の空気を、ペルチェモジュール１を用いて冷却し、筐体内を冷却することが行われている。この場合、ペルチェモジュールを複数用いることになるが、ペルチェモジュール１のリード線２８をつなぎ合わせてペルチェモジュール１同士を接続し、かつ、ペルチェモジュール１の位置を的確な位置に配設するのが容易ではない。そのため、例えば図１３に示すように、ペルチェモジュール１の配設枠３０を設けて、その内側にペルチェモジュール１を配設した場合のように、どうしてもペルチェモジュール１同士が整然と配設されずに曲がって配設されたり、リード線２８の配線が煩雑になってしまったりするといった問題があった。
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、複数のペルチェモジュールおよびそのリード線を的確な位置に整然として配設することができるペルチェモジュール配設装置および、その装置を用いた筐体内冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のペルチェモジュール配設装置は、互いに間隔を介して配設された２つの基板と、該基板間に配置されて基板面に対して互いに間隔を介して配設された複数の熱電変換素子とを有して、前記２つの基板のうち一方側の基板を冷却側基板と成すペルチェモジュールを複数備え、これらの個々のペルチェモジュールを嵌合するための貫通のモジュール嵌合穴を複数形成したモジュール配設基板の前記モジュール嵌合穴に前記各ペルチェモジュールが嵌合されており、前記モジュール配設基板には該モジュール配設基板に複数配設されたペルチェモジュール同士を電気的に接続するための配線パターンが形成され、該配線パターンに前記各ペルチェモジュールが電気的に接続されて複数のペルチェモジュールが前記配線パターンを介して互いに電気的に接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
また、第２の発明のペルチェモジュール配設装置は、前記第１の発明の構成に加え、前記ペルチェモジュールの２つの基板の少なくとも一方には熱電変換素子の配設面の反対側の面にヒートシンクとヒートパイプの少なくとも一方が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、第３の発明の筐体内冷却装置は、筐体の壁に、前記第１または第２の発明のペルチェモジュール配設装置を嵌合するための貫通の装置嵌合穴が形成され、該装置嵌合穴に前記ペルチェモジュール配設装置が嵌合されてペルチェモジュールの冷却側基板側が前記筐体の内側に配置され、前記ペルチェモジュール配設装置のモジュール配設基板が前記筐体の壁を兼ねる構成とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、第４の発明の筐体内冷却装置は、前記第３の発明の構成に加え、前記筐体の壁にはペルチェモジュール配設装置の配設領域を含む壁側領域を覆って前記筐体の壁に沿って風を流すためのダクトが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のペルチェモジュール配設装置によれば、モジュール配設基板に、個々のペルチェモジュールを嵌合するための貫通のモジュール嵌合穴を複数形成し、そのモジュール嵌合穴に前記各ペルチェモジュールを嵌合するので、ペルチェモジュールをモジュール配設基板の的確な位置に整然と配設することができる。また、モジュール配設基板には、前記ペルチェモジュール同士を電気的に接続するための配線パターンが形成され、該配線パターンに前記各ペルチェモジュールが電気的に接続されて複数のペルチェモジュールが前記配線パターンを介して互いに電気的に接続されているので、ペルチェモジュールの配線が煩雑になることを防ぐことができる。
【００１６】
そして、ペルチェモジュール配設装置に配設されたペルチェモジュールの２つの基板の少なくとも一方に、熱電変換素子の配設面と反対側の面にヒートシンクとヒートパイプの少なくとも一方を設けることによって、ペルチェモジュールの冷却効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明の筐体内冷却装置によれば、筐体の壁に、本発明のペルチェモジュール配設装置を嵌合するための貫通の装置嵌合穴を形成し、該装置嵌合穴にペルチェモジュール配設装置を嵌合することにより、ペルチェモジュールおよびその配線を整然と配設した状態で筐体の壁に設けることができる。そして、ペルチェモジュールの冷却側基板側を前記筐体の内側に配置し、ペルチェモジュール配設装置のモジュール配設基板が筐体の壁を兼ねる構成とすることにより、ペルチェモジュール配設装置を簡単に筐体の壁に取り付けて筐体内冷却装置を形成することができるし、筐体の内側と外側とで高温側流体と低温側流体との熱絶縁の役割を果たすことができ、ペルチェモジュールにより筐体内の空気を効率的に冷却することができる。
【００１８】
さらに、本発明の筐体内冷却装置において、筐体の壁にはペルチェモジュール配設装置の配設領域を含む壁側領域を覆い、前記筐体の壁に沿って風を流すためのダクトを設けることにより、より一層効率的に筐体内の空気を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るペルチェモジュール配設装置の一実施例を、平面図と断面図により模式的に示す説明図である。
【図２】実施例のペルチェモジュール配設装置を作製する際の一工程を示す模式的な説明図である。
【図３】その他の実施例のペルチェモジュール配設装置の構成を示す側面断面図である。
【図４】本発明に係る筐体内冷却装置において、ペルチェモジュール配設装置を取り付ける前の構成を示す模式的な斜視説明図（ａ）とそのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図５】実施例の筐体内冷却装置において、ペルチェモジュール配設装置を設けた壁を、壁に設けられているダクトを透かして示す図であり、側面がわから見た図（ａ）と壁の内側から見た図（ｂ）である。
【図６】実施例の筐体内冷却装置において、ペルチェモジュール配設装置を設けた壁側から見た外観斜視図を、ダクトを透かして示す図である。
【図７】実施例の筐体内冷却装置の壁部構成を、壁の内側から見た図により示す説明図である。
【図８】実施例の筐体内冷却装置の壁部構成を、壁の外側から見た図により示す説明図である。
【図９】実施例の筐体内冷却装置の壁部において、ダクトを流れる風の流れの説明図である。
【図１０】筐体冷却装置の壁部形成工程を示す説明図である。
【図１１】筐体冷却装置の図１０に続く壁部形成工程を示す説明図である。
【図１２】ペルチェモジュールの例を示す模式的な説明図である。
【図１３】複数のペルチェモジュールを配設枠に配設した状態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、実施例の説明において、これまでの説明と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【実施例１】
【００２１】
図１には、本発明に係るペルチェモジュール配設装置の一実施例が模式的に示されている。図１（ａ）には、その平面図が、後述のヒートシンクを省略して示されており、図１（ｂ）には、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図が、図１（ｃ）には、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図が、それぞれ示されている。また、図２には、本実施例のペルチェモジュール配設装置９を作製する際の、一工程が示されている。これらの図に示すように、本実施例のペルチェモジュール配設装置は、ペルチェモジュール１を複数（ここでは４つ）とモジュール配設基板３とを備えている。モジュール配設基板３には、個々のペルチェモジュール１を嵌合するための貫通のモジュール嵌合穴４が複数形成されており、モジュール嵌合穴４には、螺子嵌合穴１５が連通形成されている。モジュール嵌合穴４には、対応する各ペルチェモジュール１が嵌合されている。
【００２２】
なお、図２は、１つのペルチェモジュール１の嵌合工程を示しているが、モジュール配設基板３に設けられている全てのモジュール嵌合穴４に、対応するペルチェモジュール１が嵌合される。また、図１（ｂ）、（ｃ）の断面図において、各ペルチェモジュール１の断面構成は詳細には示されていないため、基板６，７および熱電変換素子５の配列構成は示されていないが、これらの構成は、図１２に示したペルチェモジュール１と同様に構成されている。
【００２３】
モジュール配設基板３には、該モジュール配設基板３に複数配設されたペルチェモジュール１同士を電気的に接続するための配線パターン８が形成され、該配線パターン８に各ペルチェモジュール１が電気的に接続されて、複数のペルチェモジュール１が、配線パターン８を介して互いに電気的に接続されている。配線パターン８は、２つのペルチェモジュール１を並列に接続するパターンに形成されており、図の破線部位Ｃにも配線パターン８を形成したり、破線部位Ｃの両側の配線パターン８を導通する線等を設けたりすることにより、４つのペルチェモジュール１を直列に接続することができる。なお、配線パターン８は、始めから４つのペルチェモジュール１を直列接続するように形成してもよく、配線パターンの形成態様は適宜設定されるものである。
【００２４】
ペルチェモジュール１の２つの基板６，７には、熱電変換素子５の配設面の反対側の面、つまり、例えば図１２に示した態様で、基板６を上側に配置した場合には、基板６の上側と基板７の下側にヒートシンク１４（１４ａ，１４ｂ）が設けられており、例えば基板７側に配置されたヒートシンク１４ｂが、螺子嵌合穴１５に嵌合された螺子１２およびモジュール配設基板３の中央部に配設された螺子１３によってモジュール配設基板３に固定され、基板６側に配置されたヒートシンク１４ａは、接着剤等により基板６に固定されている。なお、その逆に、基板６側に設けたヒートシンク１４を螺子１２，１３を用いてモジュール配設基板３に固定してもよいし、図３に示すように、モジュール配設基板３とヒートシンク１４ａとの間の隙間に、スペーサ２７等を設けてもよい。図１に示すように、ヒートシンク１４は、基板６，７側に設けられる板部１０と、板部１０に固定されて互いに間隔を介して配設された複数のフィン１１を有している。
【実施例２】
【００２５】
次に、本発明に係る筐体内冷却装置の一実施例について説明する。本実施例の筐体内冷却装置は、図４（ａ）、（ｂ）の模式図に示すように、筐体１６の１つの側壁に開口部３１を形成し、その開口部３１を塞ぐ壁１７をビス３２によって筐体１６に固定することにより筐体１６の１つの壁１７を形成し、この壁１７に形成した貫通の装置嵌合穴１８に、前記実施例のペルチェモジュール配設装置９（図４には図示せず）を嵌合して形成されている。なお、装置嵌合穴１８は、ペルチェモジュール配設装置９を嵌合するために、例えば矩形状に形成されており、装置嵌合穴１８にペルチェモジュール配設装置９を配設した状態が、図５、図６に示されている。
【００２６】
このペルチェモジュール配設装置９の配設状態において、モジュール配設基板３が筐体１６の壁１７を兼ねる構成としており、ペルチェモジュール１の冷却側基板側が筐体１６の内側に配置されるように、ペルチェモジュール１がモジュール配設基板３に配設されている。冷却側基板側に配設されたヒートシンク１４は、筐体１６内の空気の冷却効率を向上させ、筐体１６の外側に配置された放熱側基板側のヒートシンク１４は、放熱側基板を外気によって冷ます役割を果たす。なお、筐体１６の態様は特に限定されるものではないが、例えば電子部品等が収容される筐体に適用できる。
【００２７】
また、図５（ａ）および図７〜図９に示すように、壁１７には、ペルチェモジュール配設装置９の配設領域を含む壁側領域を板部１９によって覆って形成したダクト２０（２０ａ，２０ｂ）が設けられている。ダクト２０は、図９の模式的な動作断面図における矢印Ａ、Ｂに示すように、筐体１６の壁１７に沿って風を流すためのものである。なお、図９において、ペルチェモジュール配設装置９の図示は省略している。図５〜図９に示すように、内側に設けられているダクト２０ａの下端部には１つのファン２１が設けられ、外側に設けられているダクト２０ｂの上端部側には２つのファン２２が設けられている。ダクト２０ａの上端部には開口部２３が形成され、外側のダクト２０ｂの下端部には開口部２４が形成されている。
【００２８】
図１０、図１１には、本実施例の筐体冷却装置において、壁１７にペルチェモジュール配設装置９を取り付ける工程例が模式的に示されており、これらの図に基づいて、ペルチェモジュール配設装置９の取り付け工程について簡単に説明する。なお、図１０、図１１において、ペルチェモジュール配設装置９におけるヒートシンク１４のフィン１１の高さ等の構成や、その取り付け構成および、螺子嵌合穴１５の形成位置等の詳細な構成は、この実施例に適用しているペルチェモジュール配設装置９（図１に示したペルチェモジュール配設装置９）とは異なるが、その基本構成は同様である。
【００２９】
図１０、図１１に示す例においては、図１０（ａ）に示すように、ペルチェモジュール配設装置９のモジュール配設基板３のモジュール嵌合穴４にそれぞれ対応するペルチェモジュール１を嵌合して、図１０（ｂ）に示すように、ペルチェモジュール配設装置９を形成し、図１１（ａ）に示すように、ペルチェモジュール配設装置９を壁１７の装置嵌合穴１８に嵌合固定する。その状態で、図１１（ｂ）に示すように、ヒートシンク１４を、ビス嵌合穴３４に嵌合したビス３３によって壁１７に固定することにより、ペルチェモジュール配設装置９のペルチェモジュール１の基板にヒートシンク１４を熱的に接続する。筐体冷却装置を形成するときには、以上のように、ヒートシンク１４は、モジュール配設基板３に取り付けるのではなく、壁１７に取り付けるようにしてもよい。
【００３０】
なお、本発明は前記実施例に限定されることなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、前記実施例の筐体内冷却装置は、２つのペルチェモジュール配設装置９を設け、また、ダクト２０ａの下端部側には２つのファン２１を設け、ダクト２０ｂの上端部側に１つのファン２２を設けて形成したが、ペルチェモジュール配設装置９やファン２１，２２の配設数、配設態様、ダクト２０の形状等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば筐体１６の大きさやペルチェモジュール配設装置９の配設数、配設態様等に合わせてダクト２０の形状等を適宜設定してもよい。また、ファン２１，２２は省略することもできるし、ダクト２０を省略することもできる。ただし、ダクト２０やファン２１を設けることにより、筐体内の冷却効率を高めることができる。
【００３１】
また、前記実施例のペルチェモジュール配設装置９は、４つのペルチェモジュール１を配設して形成されていたが、ペルチェモジュール配設装置９に配設されるペルチェモジュール１の数や大きさ、形状等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。
【００３２】
さらに、前記実施例のペルチェモジュール配設装置９は、ペルチェモジュール１の両方の基板６，７の、熱電変換素子５の配設面とは反対側の面に、ヒートシンク１４を設けて形成したが、ヒートシンク１４は、一方側の基板側にのみ設けてもよいし、省略することもできる。また、ヒートシンク１４の代わりに、ペルチェモジュール１の少なくとも一方の基板６，７の、熱電変換素子５の配設面とは反対側の面にヒートパイプを設けてもよいし、ヒートパイプとヒートシンク１４の両方を設けてもよい。なお、ヒートシンク１４やヒートパイプの詳細な構成は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、これまで提案されている構成や、今後提案される様々な構成が適宜適用される。
【００３３】
さらに、前記実施例の筐体内冷却装置においては、電子部品等を収容する装置に適用する例を述べた、本発明の筐体内冷却装置は、例えば冷蔵庫にも適用できる。その場合、例えば冷蔵庫の背面の壁に本発明のペルチェモジュール配設装置を設けて冷却側基板を内側にし、壁の外側の面にはヒートシンク等を設けずに、平面状に形成するとよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のペルチェモジュール配設装置は、ペルチェモジュールおよびその配線を整然とできるので、筐体内冷却装置等に利用でき、その筐体内冷却装置は、電子部品等の収容筐体や冷蔵庫等として利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１        ペルチェモジュール
２        電極
３        モジュール配設基板
４        モジュール嵌合穴
５，５ａ，５ｂ    熱電変換素子
６，７    基板
８        配設パターン
９        ペルチェモジュール配設装置
１４      ヒートシンク
１６      筐体
１７      壁
１８      装置嵌合穴
２０，２０ａ，２０ｂ  ダクト
２１，２２  ファン
２７        スペーサ
２８        リード線
【図１】
2011253945.tif 000003
【図２】
2011253945.tif 000004
【図３】
2011253945.tif 000005
【図４】
2011253945.tif 000006
【図５】
2011253945.tif 000007
【図６】
2011253945.tif 000008
【図７】
2011253945.tif 000009
【図８】
2011253945.tif 000010
【図９】
2011253945.tif 000011
【図１０】
2011253945.tif 000012
【図１１】
2011253945.tif 000013
【図１２】
2011253945.tif 000014
【図１３】
2011253945.tif 000015