(57)【要約】第１の側面および第２の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールを備え、かつ作動中に前記第１の側面と前記第２の側面との間の温度差を進展させるように構成され、かつ少なくとも前記少なくとも1つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャを備えている熱電システム。追加の実施形態、冷却システム、および方法がさらに開示されている。
2010514225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側面および第２の側面を備え、かつ作動中に、前記第１の側面と前記第２の側面との間の温度差を進展させるように構成されている少なくとも１つの熱電モジュールと、
前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャと、
を備える熱電システム。
【請求項２】
前記第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが、少なくとも１つのｐ型半導体および少なくとも１つのｎ型半導体を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが、前記第１の流体を前記第１の側面から電気的に絶縁するように構成されている少なくとも１つの第１の流体抵抗層を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第１の流体マネージャが、少なくとも１つの第１の流体供給部および少なくとも１つの第１の流体戻り部を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の流体供給部に前記第１の流体を方向付けるように構成された第１の流体供給マネージャ接続部および前記少なくとも１つの流体戻り部から前記第１の流体を方向付けるように構成された第１の流体戻り接続部をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の流体供給部が、複数の第１の流体供給部を備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の流体供給部から前記少なくとも１つの第１の流体戻り部に、前記第１の流体の少なくとも一部を方向付けるように構成された少なくとも１つのチャンネルを形成している少なくとも１つの第１の流体方向付け器を、前記少なくとも１つの第１の流体マネージャがさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って、前記第１の流体中で乱流を発生するように構成された少なくとも１つの第１の乱流素子を、前記少なくとも１つの第１の流体マネージャが備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１の乱流素子が、前記第１の流体マネージャのチャンネル中に少なくとも１つの第１の突出部を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの熱電モジュールの第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って第２の流体を方向付けるように構成された少なくとも１つの第２の流体マネージャをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが、複数の熱電モジュールを含み、それぞれが各第１の側面および第２の側面を有し、前記少なくとも１つの第１の流体マネージャが、前記複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って近位に前記第１の流体の少なくとも第１の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第１の流体マネージャを含み、かつ前記少なくとも１つの第２の流体マネージャが、前記複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って近位に前記第２の流体の少なくとも第２の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第２の流体マネージャを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが作動中に、前記第１の側面および前記第２の側面が摂氏約２０度の温度差を経るように前記少なくとも１つの熱電モジュールが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の側面が前記少なくとも１つの熱電モジュールの熱側面を備え、かつ前記第２の側面が前記少なくとも１つの熱電モジュールの冷側面を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記熱側面および第１の流体が、前記少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に摂氏約４度の第１の温度差を経るように、かつ前記冷側面および第２の流体が、前記少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に摂氏約９度の第２の温度差を経るように、前記少なくとも１つの熱電モジュールが構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが複数の熱電モジュールを含み、それぞれが各第１および第２の側面を有し、かつ前記複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第１の側面の各第１の部分に沿って近位に前記第１の流体の少なくとも第１の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第１の流体マネージャを、前記少なくとも１つの第１の流体マネージャが含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数の熱電モジュールに電気的に結合された少なくとも１つの電源をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の熱電モジュールが、互いに電気的に結合されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の熱電モジュールの第１のサブセットのそれぞれの熱電モジュールが、前記第１のサブセットの他の熱電モジュールに電気的に直列に結合されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１のサブセットが、前記複数の熱電モジュールの複数の第２のサブセットに電気的に並列に結合している、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１のサブセットが、前記電源の電圧出力に対応する多数の熱電モジュールを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数の第２のサブセットが、前記電源の電力出力に対応する多数のサブセットを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
Ａ）前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面を冷却し、かつ前記少なくとも１つの熱電モジュールの第２の側面を暖めるため、少なくとも１つの熱電モジュールに電位差を発生する工程、
Ｂ）前記第１の側面および前記第２の側面のうちの少なくとも１つの少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付ける工程、
の作用を含む、冷却の方法。
【請求項２４】
前記第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの流体マネージャの少なくとも１つの第１の流体供給部に前記第１の流体を方向付け、かつ前記少なくとも１つの流体マネージャの少なくとも１つの第１の流体戻り部から前記第１の流体を方向付ける工程を、前記作用Ｂが含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの流体供給部と前記少なくとも１つの流体戻り部との間の少なくとも１つの流体マネージャに配置された少なくとも１つの流体方向付けチャンネルを介して前記第１の流体を方向付ける工程を、前記作用Ｂがさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの流体方向付けチャンネルを介して前記第１の流体が方向付けられるとき、前記第１の流体中に乱流を発生する工程を、前記作用Ｂがさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記作用Ｂが、前記第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って前記第１の流体を方向付け、かつ前記第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って第２の流体を方向付ける工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記作用Ａが、摂氏約２０度の前記第１および第２の側面の間の温度差を発生する工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記作用Ａが、前記第１の側面と第１の流体との間で摂氏約９度となる第１の温度差を発生し、かつ前記第２の側面と第２の流体との間で摂氏約４度の第２の温度差を発生する工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが、複数の熱電モジュールを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
さらにＣ）前記複数の熱電モジュールを互いに電気的に結合する工程、の作用を含む、請求項３１に記載方法。
【請求項３３】
前記作用Ｃが、前記複数の熱電モジュールの第１のサブセットのそれぞれの熱電モジュールを、前記第１のサブセットの他の熱電モジュールに電気的に直列に結合する工程を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記作用Ｃが、前記複数の熱電モジュールの複数の第２のサブセットに前記第１を電気的に並列に結合する工程をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記複数の熱電モジュールに結合された電源の電圧出力に対応する多数の熱電モジュールを、前記第１のサブセットが含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の第２のサブセットが、前記電源の電力出力に対応する多数のサブセットを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも１つの第１の流体入口と、
少なくとも１つの第１の流体出口と、
前記少なくとも１つの第１の流体入口と前記少なくとも１つの第１の流体出口との間に配置された少なくとも１つの直接熱電機器とを含み、前記少なくとも１つの直接熱電機器が、前記少なくとも１つの第１の流体入口から供給された少なくとも１つの第１の流体を冷却し、かつ前記少なくも１つの冷却された第１の流体を前記少なくとも１つの第１の流体出口に供給するように構成されている冷却システム。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの直接熱電機器が、
第１の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールと、
前記少なくとも１つの第１の流体入口から前記少なくとも１つの第１の流体を受容し、前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って前記少なくとも１つの第１の流体を方向付け、かつ前記少なくとも１つの第１の流体出口に前記少なくとも１つの冷却された第１の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャと、
を備える、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが、前記第１の側面から前記第１の流体を電気的に隔離するように構成された少なくとも１つの第１の流体抵抗層を備える、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの第１の流体マネージャが、前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って近位に乱流を発生するように構成された少なくとも１つの第１の乱流素子を備える、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
少なくとも１つの第２の流体入口と、
少なくとも１つの第２の流体出口と、をさらに備え、
前記少なくとも１つの直接熱電機器が、前記少なくとも１つの第２の流体入口と前記少なくとも１つの第２の流体出口との間に配置されており、前記少なくとも１つの直接熱電機器が、さらに前記少なくとも１つの第２の流体入口から供給された少なくとも１つの第２の流体を暖め、かつ前記少なくとも１つの第２の流体出口に前記少なくとも１つの暖められた第２の流体を供給するようにさらに構成されている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの直接熱電機器が、
第１の側面および第２の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールと、
前記少なくとも１つの第１の流体入口から少なくとも１つの第１の流体を受容し、前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って前記少なくとも１つの第１の流体を方向付け、かつ前記少なくとも１つの第１の流体出口に前記少なくとも１つの冷却された第１の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャと、
前記少なくとも１つの第２の流体入口から前記少なくとも１つの第２の流体を受容し、前記少なくとも１つの熱電モジュールの前記第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って前記少なくとも第２の流体を方向付け、かつ前記少なくとも１つの第２の流体出口に前記少なくとも１つの暖められた第２の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第２の流体マネージャと、
を備える、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの熱電モジュールが作動中の際に、前記第１の側面および前記第２の側面が摂氏約２０度の温度差を経るように前記少なくとも１つの熱電モジュールが構成されている、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に前記第１の側面および前記冷却された第１の流体が、摂氏約９度の第１の温度差を経るように、かつ前記少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に前記第２の側面および暖められた第２の流体が摂氏約４度の第２の温度差を経るように、前記少なくとも１つの熱電モジュールが構成されている、請求項４３の記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に本発明の態様は、概ね冷却装置に関連する。特に本発明の局面は、熱電モジュールの側面に沿って流体が方向付けられる熱電装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電流が物体を経由して伝わるように、荷電キャリアは物体を経由して伝わり、熱を運ぶことができ、その結果、物体の一方の側面を加熱し、一方反対の側面を冷却する。この効果は「ペルティエ効果」と呼ばれ、冷却と加熱装置のこの効果を利用し、設計された装置を熱電モジュールと呼ぶ。
【０００３】
幾つかの熱電モジュールは、電流を使用することで、金属又は半導体の端部から金属又は半導体のもう一方の端部へ熱を運ぶことができる。電流は温度差を引き起し、それによって単一金属又は単一半導体の側面は温かくなり、単一金属又は単一半導体のもう一方の側面は冷たくなる。
【０００４】
加熱と冷却効果を高める為に、他の熱電モジュールは、例えばＰ型とＮ型半導体のように二つの異なる金属の交互配列を通る電流を使用することで熱を運ぶことができる。配列の各々の素子（構成要素）が、異なる物質タイプの隣に、熱電モジュールの異なる側面を介して電気的に結合するように配列は配置されていてもよい。配列に電位差を印可すると、第１の材料で作製された素子を介して熱電モジュールの一方側へ移動し第２の材料で作製された素子を介して熱電モジュールの他方側へ戻る電流が配列を介して存在する。このような配置では、電流は、配置の全ての素子に沿って、熱電モジュールの一方の側面から他方の側面まで前後に動くパターンで存在する。
【０００５】
いずれかのタイプの熱電モジュールで、熱は熱電モジュールの一方の側面から他方側まで荷電キャリア（すなわち電子又は正孔）によって運ばれる。後者のタイプの熱電モジュールでは、一方の材料の荷電キャリアが電子で、他方の材料の荷電キャリアが正孔であるように選択される。このような材料のセットで、電流が上記の様に説明された素子の配列を通して存在する時、両方の材料から作製された素子の中の荷電キャリアは熱電モジュールの同じ側面に向かって流れることがある。従って、異なる材料からなる素子を通って反対の方向へ電流が流れるが、熱電モジュールの同じ側面に向かって熱は動くことになる。
【０００６】
加熱および／又は冷却をする、一つ又はそれ以上の熱電モジュールを使用して設計された機器を熱電モジュールと呼ぶ。熱電モジュールで熱の動きを利用するために、図１に図示されている従来技術の熱電機器１００は、冷却板１０１、１０３を含み、その冷却板は熱電モジュール１０９の各側面１０５，１０７と、熱電モジュール１０９付近のパイプ１１１，１０３によって運ばれる２つの作動流体の間の熱を伝達する。熱電モジュール１０９の熱い側面１０５に接続されたパイプ１１１の作動流体は温まり、熱電モジュール１０９の冷たい側面１０７に接続されたパイプ１１３の作動流体は冷やされる。加熱された流体は物体又は空間を温めるのに使用され、冷やされた流体は物体又は空間を冷やすのに使用される。
【０００７】
冷却板１０１、１０３と熱電モジュール１０９との間の熱伝達を容易にするには、冷却板１０１、１０３と熱電モジュール１０９の側面１０５，１０７を同時にプレスして、大きなギャップを無くすために圧力をかけてもよい。この圧力は、温度変化によって熱電モジュール１０９が収縮及び拡張するように、一般に制限されている。さらに、熱電モジュール１０９の側面１０５，１０７と冷却板１０１，１０３との間の熱伝達を容易にするために、冷却板１０１，１０３と熱電モジュール１０９の側面１０５，１０７の表面欠陥によって生じた微小空間が冷却板１０１，１０３と熱電モジュール１０９の側面１０５，１０７の間にある熱インターフェイス材料１１５の層を適用することによって埋めることができる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の１つの局面は熱電システムを含む。実施形態の中には、第１の側面および第２の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールを含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、作動中に、第１の側面と第２の側面との間の温度差を進展させるように構成されているものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャを備えるものもある。
【０００９】
実施形態によっては、第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含む。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、少なくとも１つのＰ型半導体および少なくとも１つのＮ型半導体を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、第1の流体を第1の側面から電気的に絶縁するように構成されている少なくとも１つの第1の流体抵抗層を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第1の流体マネージャが、少なくとも１つの第1の流体供給部および少なくとも１つの第1の流体戻り部を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第1の流体供給部に第1の流体を方向付けるように構成された第1の流体供給マネージャ接続部および少なくとも１つの流体戻り部から第1の流体を方向付けるように構成された第1の流体戻り接続部をさらに含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第1の流体供給部が、複数の第1の流体供給部を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第1の流体供給部から少なくとも１つの第1の流体戻り部に、第1の流体の少なくとも一部を方向付けるように構成された少なくとも１つのチャンネルを形成している少なくとも１つの第1の流体方向付け器を、少なくとも１つの第1の流体マネージャがさらに備えるものもある。
【００１０】
実施形態によっては、少なくとも１つの第1の流体マネージャが、少なくとも１つの熱電モジュールの第1の側面の少なくとも第1の部分に沿って、第1の流体中で乱流を発生するように構成された少なくとも１つの第1の乱流素子を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第1の乱流素子が、第1の流体マネージャのチャンネル中に少なくとも１つの第1の突出部を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールの第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って第２の流体を方向付けるように構成された少なくとも１つの第２の流体マネージャをさらに含むものもある。
【００１１】
実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、複数の熱電モジュールを含み、それぞれが各第１の側面および第２の側面を有するものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第１の流体マネージャが、複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って近位に第１の流体の少なくとも第１の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第１の流体マネージャを含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第２の流体マネージャが、複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って近位に第２の流体の少なくとも第２の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第２の流体マネージャを含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが作動中に、第１の側面および第２の側面が摂氏約２０度の温度差を経るように少なくとも１つの熱電モジュールが構成されているものもある。
【００１２】
実施形態によっては、第１の側面が少なくとも１つの熱電モジュールの熱側面を備え、かつ第２の側面が少なくとも１つの熱電モジュールの冷側面を備えるものもある。実施形態によっては、熱側面および第１の流体が、少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に摂氏約４度の第１の温度差を経るように、かつ冷側面および第２の流体が、少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に摂氏約９度の第２の温度差を経るように、少なくとも１つの熱電モジュールが構成されているものもある。
【００１３】
実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが複数の熱電モジュールを含み、それぞれが各第１および第２の側面を有するものもある。実施形態によっては、複数の熱電モジュールのそれぞれの熱電モジュールの各第１の側面の各第１の部分に沿って近位に第１の流体の少なくとも第１の部分を方向付けるようにそれぞれ構成された複数の第１の流体マネージャを、少なくとも１つの第１の流体マネージャが含むものもある。実施形態によっては、複数の熱電モジュールに電気的に結合された少なくとも１つの電源をさらに備えるものもある。実施形態によっては、複数の熱電モジュールが、互いに電気的に結合されているものもある。
【００１４】
実施形態によっては、複数の熱電モジュールの第１のサブセットのそれぞれの熱電モジュールが、第１のサブセットの他の熱電モジュールに電気的に直列に結合されているものもある。実施形態によっては、第１のサブセットが、複数の熱電モジュールの複数の第２のサブセットに電気的に並列に結合しているものもある。実施形態によっては、第１のサブセットが、電源の電圧出力に対応する多数の熱電モジュールを含むものもある。実施形態によっては、複数の第２のサブセットが、電源の電力出力に対応する多数のサブセットを含むものもある。
【００１５】
本発明の１つの局面は、冷却方法を含む。実施形態によっては、方法は、少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面を冷却し、かつ少なくとも１つの熱電モジュールの第２の側面を暖めるため、少なくとも１つの熱電モジュールに電位差を発生する工程と、第１の側面および第２の側面のうちの少なくとも１つの少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付ける工程とを含むものもある。
【００１６】
実施形態によっては、第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含むものもある。実施形態によっては、第1の流体を方向付ける工程が、少なくとも１つの流体マネージャの少なくとも１つの第１の流体供給部に第１の流体を方向付け、かつ少なくとも１つの流体マネージャの少なくとも１つの第１の流体戻り部から第１の流体を方向付ける工程を含むものもある。実施形態によっては、第1の流体を方向付ける工程が、少なくとも１つの流体供給部と少なくとも１つの流体戻り部との間の少なくとも１つの流体マネージャに配置された少なくとも１つの流体方向付けチャンネルを介して第１の流体を方向付ける工程を含むものもある。実施形態によっては、第1の流体を方向付ける工程が、少なくとも１つの流体方向付けチャンネルを介して第１の流体が方向付けられるとき、第１の流体中に乱流を発生する工程を含むものもある。
【００１７】
実施形態によっては、第1の流体を方向付ける工程が、第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って第１の流体を方向付け、かつ第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って第２の流体を方向付ける工程を含むものもある。実施形態によっては、電位差を発生する工程が、摂氏約２０度の第１および第２の側面の間の温度差を発生する工程を含むものもある。実施形態によっては、電位差を発生する工程が、第１の側面と第１の流体との間で摂氏約９度となる第1の温度差を発生し、かつ第２の側面と第２の流体との間で摂氏約４度の第２の温度差を発生する工程を含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、複数の熱電モジュールを含むものもある。
【００１８】
実施形態によっては、さらに複数の熱電モジュールを互いに電気的に結合する工程を含むものもある。実施形態によっては、電気的に結合する工程が、複数の熱電モジュールの第１のサブセットのそれぞれの熱電モジュールを、第１のサブセットの他の熱電モジュールに電気的に直列に結合する工程を含むものもある。実施形態によっては、電気的に結合する工程が、複数の熱電モジュールの複数の第２のサブセットに第１を電気的に並列に結合する工程を含むものもある。実施形態によっては、複数の熱電モジュールに結合された電源の電圧出力に対応する多数の熱電モジュールを、第１のサブセットが含むものもある。実施形態によっては、複数の第２のサブセットが、電源の電力出力に対応する多数のサブセットを含むものもある。
【００１９】
本発明の１つの局面は、冷却システムを含む。実施形態によっては、冷却システムは、少なくとも１つの第１の流体入口と、少なくとも１つの第１の流体出口と、少なくとも１つの第１の流体入口と少なくとも１つの第１の流体出口との間に配置された少なくとも１つの直接熱電機器を含み、少なくとも１つの直接熱電機器が、少なくとも１つの第１の流体入口から供給された少なくとも１つの第１の流体を冷却し、かつ少なくも１つの冷却された第１の流体を少なくとも１つの第１の流体出口に供給するように構成されているものもある。
【００２０】
実施形態によっては、少なくとも１つの第１の流体が、水およびグリコールを含む組成物のうちの少なくとも１つを含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの直接熱電機器が、第１の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールと、少なくとも１つの第１の流体入口から少なくとも１つの第１の流体を受容し、少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って少なくとも１つの第１の流体を方向付け、かつ少なくとも１つの第１の流体出口に少なくとも１つの冷却された第１の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャとを備えるものもある。
【００２１】
実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが、第１の側面から第１の流体を電気的に隔離するように構成された少なくとも１つの第１の流体抵抗層を備えるものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの第１の流体マネージャが、少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って近位に乱流を発生するように構成された少なくとも１つの第１の乱流素子を備えるものもある。
【００２２】
実施形態によっては、冷却システムが、少なくとも１つの第２の流体入口と、少なくとも１つの第２の流体出口とを含むものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの直接熱電機器が、少なくとも１つの第２の流体入口と少なくとも１つの第２の流体出口との間に配置されており、少なくとも１つの直接熱電機器が、さらに少なくとも１つの第２の流体入口から供給された少なくとも１つの第２の流体を暖め、かつ少なくとも１つの第２の流体出口に少なくとも１つの暖められた第２の流体を供給するようにさらに構成されているものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの直接熱電機器が、第１の側面および第２の側面を備える少なくとも１つの熱電モジュールと、少なくとも１つの第１の流体入口から少なくとも１つの第１の流体を受容し、少なくとも１つの熱電モジュールの第１の側面の少なくとも第１の部分に沿って少なくとも１つの第１の流体を方向付け、かつ少なくとも１つの第１の流体出口に少なくとも１つの冷却された第１の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第１の流体マネージャと、少なくとも１つの第２の流体入口から少なくとも１つの第２の流体を受容し、少なくとも１つの熱電モジュールの第２の側面の少なくとも第２の部分に沿って少なくとも第２の流体を方向付け、かつ少なくとも１つの第２の流体出口に少なくとも１つの暖められた第２の流体を排出するように構成された少なくとも１つの第２の流体マネージャとを備えるものもある。
【００２３】
実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールが作動中の際に、第１の側面および第２の側面が摂氏約２０度の温度差を経るように少なくとも１つの熱電モジュールが構成されているものもある。実施形態によっては、少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に第１の側面および冷却された第１の流体が、摂氏約９度の第１の温度差を経るように、かつ少なくとも１つの熱電モジュールの作動中に第２の側面および暖められた第２の流体が摂氏約４度の第２の温度差を経るように、少なくとも１つの熱電モジュールが構成されているものもある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
添付の図面は一定の縮尺を意図して描かれてはいない。図面中では、図面中に様々な数字で示したそれぞれの同一或いはほぼ同一の構成要素は、類似の数字で示した。明確性のため、全ての図面で全ての構成要素には参照番号を付加していない。図面は次の通り。
【図１】先行技術として開示されている熱電装置の横断面図である。
【図２】本発明の一態様に従った、熱電モジュールの横断面図である。
【図３】本発明の一態様に従った、マルチ流体流出管理の平面図である。
【図４】図３に表された、一つの流体流出管理の拡大図である。
【図５】本発明の一態様に従った、流体供給管理の図である。
【図６】図５の流体供給管理の第二の図である。
【図７】本発明の一態様に従った、熱電制御装置の分解組立図である。
【図８】図７に表された、熱電制御装置を組み立てた状態の斜視図である。
【００２５】
本発明は、以下の記載で説明し図面で示した構成の細部や構成要素の配置に限定されるものではない。本発明はそれ以外の実施形態も可能であり、様々な様態で実施又は実行できる。また、本明細書で使用する語句及び用語は説明目的であり、限定的に考慮されるべきではない。「含む」、「包含する」、「備える」、「収容する」、「伴う」、及び本明細書でのそれらの変形は、それ以後に列挙した項目とその均等物や付加的部材も含むことを意図している。
【００２６】
本発明の一局面に従うと、従来の熱電装置は熱電モジュールの側面と作動流体の間の熱伝達が非効率であることに気付く。上述したように、図１に示される従来の熱電装置では、例えば冷却板１０１、１０３及び熱インターフェイス材料１１５の層のような中間的熱伝達素子を介して、熱電モジュール１０９の側面１０５、１０７と作動流体との間を熱は伝達する。これらの各中間的熱伝達素子のために、このような従来の熱電装置１００における熱伝達の非効率が導入される。それぞれの中間的熱伝達素子は、熱を散逸し、熱電モジュール１００から作動流体への熱伝導率を減らす。特に、冷却板１０１、１０３と熱電モジュール１０９の側面１０５、１０７との間の微小空間を埋める為に使用される熱インターフェイス材料１１５の層は、冷却板１０１、１０３と比較すると、一般に比較的低い熱伝導率を有する。機械加工され、真空ろう付けされた冷却板と薄壁マイクロチャネル冷却板のような、極小空間を埋めるために熱インターフェイス材料１１５の層を必要としない、表面欠陥のない冷却板１０１、１０３及び熱電モジュール１０９は、製造するのに非常に価格が高い。同様に、冷却板１０１、１０３の熱伝導率に近い熱伝導率を持つ熱インターフェイス材料１１５の層もまた非常に価格が高い。その結果、手頃な従来熱電装置１００は非効率なままである。
【００２７】
例えば、典型的な従来型の熱電装置は、一般に約１６００ワットから約１７００ワットの電力を使用するとき、約１２００ワットの冷却力を発生する。作動時に、前記の冷却システムの熱電モジュールの熱い側面と冷たい側面の間の温度は、約３３℃になり得る。熱い側面の表面と熱い作動流体の温度差は、約７℃になり得る。冷たい側面の表面と冷たい作動流体の温度差は、約１５℃になり得る。理想的には、これらの温度差は摂氏０度に近づくように縮小されたい。
【００２８】
一般に、本発明の少なくとも一つの態様では、熱電装置の効率を経済的に高めることに向けられる。特に、本発明の少なくとも一つの態様では、熱電モジュールの側面と、冷却板又は熱インターフェイス材料を使用しない作動流体との間の熱を伝達する、熱電装置に向けられる。その代わり、本発明の少なくとも一つの態様では、作動流体は熱電モジュールの側面に沿って隣接しながら伝わる。
【００２９】
「熱電装置」という用語は、熱電モジュールが物体及び／又は空間を冷却又は冷やすのに使用される装置と、熱電モジュールが物体及び／又は空間を加熱又は温めるのに使用される装置を含む、熱電モジュールが使用されている全ての装置に対して言及するべきものだと理解している。「作動流体」という用語は、熱を熱電モジュールへ伝達、及び／又は熱電モジュールから熱を伝達する、一つ又はそれ以上の液体（例えば、水、グリコールを含む組成物、水を含まない冷却剤）及び／又は、一つ又はそれ以上の気体（例えば、空気）を含む、全ての流体を含むべきものであると理解している。
【００３０】
図２は本発明の少なくとも一つの態様に従った、熱電モジュール２００の横断面図である。熱電モジュール２００は、複数の導体素子２０１、２０３を含んでも良い。複数の導体素子の第一の部分は、それぞれ２０１に示したようなＰ型半導体素子を含んでもよい。複数の導体素子の第二の部分は、それぞれ２０３に示したようなＮ型半導体素子を含んでもよい。図２に示されたように、Ｎ型半導体素子２０３はＰ型半導体素子２０１と交互になってもよい。本発明の態様は、特定の物質タイプや導体素子の配置に限定されるべきものではない。
【００３１】
少なくとも一つの態様では、Ｎ型半導体素子２０３は、熱電モジュール２００のどちらか一方の側面を通り、隣接するＰ型半導体素子２０１と電気的に結合してもよい。図２に示されたように、２０５に示された複数の導体は、P型半導体素子２０１とN型半導体素子２０３が隣接し、電気的に結合するように熱電モジュール２００のどちらか一方の側面に配置してもよい。
【００３２】
少なくとも一つの態様では、熱電モジュール２００は、導電性リード２０７、２０９を含んでもよく、その導電性リード２０７を通して、電位が複数の半導体素子２０１、２０３間に印可してもよい。導電性リード２０７、２０９は、以下で説明されるように、流体流マネージャを通して電気的に電源（図示せず）と結合してもよい。
【００３３】
作動中、導電性リード２０９に低い電位が適用され得るとき、導電性リード２０７には高い電位が適用されてもよい。電位差は、複数の導体素子２０１、２０３を通って、高い電位リードから低い電位リードへの電流を引き起し得る。例に示したように、そのような電位差が存在するとき、電流は、Ｐ型半導体素子２０１を通り抜けながら、熱電モジュール２００の上部側２１１から、Ｎ型半導体素子２０３を通り抜けながら、熱電モジュール２００の底部側２１３へ通り、上部側２１１へ戻る。この電流のパターンは、高い電位源から低い電位源へと続く。
【００３４】
荷電キャリアは、導体素子２０１、２０３を通って伝わり、熱電モジュール２００の一方の側面から他方の側面へ熱を運ぶ。Ｐ型半導体素子２０１内では、荷電キャリア（すなわち、正孔（正荷電キャリア））は高い電位から低い電位へと伝わる。Ｎ型半導体素子２０３内では、荷電キャリア（すなわち、電子（負荷電キャリア））は低い電位から高い電位へと伝わる。導電性リード２０７に高い電位が印可され、導電性リード２０９に低い電位が印可される時、正孔はＰ型半導体素子２０１の底部から上部へ流れ、電子はＮ型半導体素子２０３の底部から上部へ流れる。熱電モジュール２００の底部側２１３から熱電モジュール２００の上部側２１１への、この荷電キャリアの流れは、上部側２１１を温め、底部側２１３を冷やす。電位を逆にすると、荷電キャリアの流れが反対になり、底部側２１３を温め、上部側２１１を冷やすことことができる。
【００３５】
熱電モジュール２００の冷やされた側面から熱電モジュール２００の温められた側面へ移動した熱量は、導体素子２０１、２０３の数、抵抗率、高さ、断面積、及び熱伝導率、印可された電圧、印可された電流、ゼーベック係数、及び／又は側面の温度を基に変化することができる。幾つかの態様では、熱量は以下のように概算することができる。
【００３６】
【数１】
2010514225.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｈは伝達された熱、ＮはＰ型及びＮ型半導体素子の対２０１、２０３の数、Ｓは熱電モジュール２００の温度を基に変化することがあるゼーベック係数、Ｉは熱電モジュール２００を通る電流、Ｔｃは熱電モジュール２００の冷たい側面（例えば２１３）の温度、Ｔｈは熱電モジュール２００の熱い側面（例えば２１１）の温度、Ｒは半導体素子２０１、２０３の電気抵抗率、Ｌは半導体素子２０１、２０３の高さ、Ａは半導体素子２０１、２０３の断面積、及びＫは半導体素子２０１、２０３の熱伝導率である。一つの実施では、熱電モジュール２００は、ＴＥテクノロジー，インク．、ミシガン、トラバース市より商業上入手可能な、熱電モジュールＨＰ−１９９−１．４−０．８のような高性能モジュールを含んでも良い。
【００３８】
実施形態によっては、保護層２１５が熱電モジュール２００の上部および下部側面２１１、２１３の一方または両方に配置され得るものもある。保護層２１５は、電気活性素子（例えば導電素子２０１、２０３、導体２０５、導電性リード２０７、２０９）を、周囲環境から隔離することができる。保護層２１５は、以下に記載のような少なくとも１つの流体流マネージャ２１７を介して、熱電モジュール２００の上部および／または下部側面２１１、２１３に沿って近位に流れる水から電気活性素子を隔離するように構成された、流体抵抗層またはコーティングを備えてもよい。１つの実施においては、保護層２１５は、金属製水止め（flashing）および／またはセラミック製水止めを含んでもよい。
【００３９】
実施によっては、熱電モジュール２００が１以上の熱的に不活性または活性が少ない部分２１９を含み得るものもある。図２に示すように、実施によっては、熱電素子２０１、２０３が近くに配置されていない熱電モジュール２００の縁部に近接した保護層２１５の一部を、熱的不活性部２１９が含み得るものもある。Ｏリングまたは他のシーリング材を熱的不活性部２１９に近接して位置決めすることによって、流体流マネージャ２１７と共に流体シールを作製するために熱的不活性部２１９が使用されてもよい。
【００４０】
実施によっては、１以上の仕切り（pen）（図示せず）、窪み（図示せず）、および／または突出部（図示せず）を熱電モジュール２００の保護層２１５に追加することによって、熱電モジュール２００の表面積が増加され得るものもある。以下に詳述するようにそのような仕切りまたは窪みは、側面に沿って近位に移動する作動流体の乱流を増加もする。
【００４１】
図２に示すように、本発明の実施形態によっては、それぞれ２１７で示した２つの流体流マネージャの間に熱電モジュール２００が配置され得るものもある。以下に詳述するように流体流マネージャ２１７は、保護層２１５の上に作動流体を方向付けるように構成されてもよい。
【００４２】
図３は、複数の熱電モジュール２００を収容するため、表面３０１上に配列された複数の流体流マネージャ２１７を示す。各流体流マネージャ２１７は、図２に示すように各熱電モジュール（例えば２００）の側面に結合し、各熱電モジュールの側面に沿って作動流体を方向付けるように構成されてもよい。本発明の様々な実施形態において、流体流マネージャ２１７は、任意の材料から作製されてよい。１つの実施においては、流体流マネージャ２１７は、プラスチックから作製され得る。
【００４３】
図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図３の流体流マネージャ２１７のうちの１つの拡大図を示す。上述のように流体流マネージャ２１７は、熱電モジュール２００の１つの側面の少なくとも一部に沿って近位に作動流体を方向付けるように構成されてもよい。１つの実施形態において、流体流マネージャ２１７は、熱電モジュール２００に隣接して配置されることで、流体流マネージャ２１７を介して移動する作動流体が、熱電モジュール２００の保護層２１５の外面の少なくとも一部に沿って近位に移動するようにしてもよい。図４の流体流マネージャ２１７は、例示のみのために図示され説明されている。本発明の実施形態は、任意の構成における任意のタイプの流体流マネージャを含み得ることが理解されるべきである。
【００４４】
図４に示すように、流体流マネージャ２１７は、それぞれ４０１で示した１以上の流体供給部を含んでもよい。図示の実施例における流体供給部４０１は、以下に記載するように流体流マネージャ２１７における孔を含み、これは流体流マネージャ２１７が結合される流体供給マネージャ（図４において図示せず）の表面を介して、以下図５について説明する流体供給マネージャ（図４において図示せず）に接続する。図５について以下説明するように、流体供給マネージャ（図４に示さず）からの１以上の流体供給部４０１を介して、作動流体は流体流マネージャ２１７に入ることができる。
【００４５】
流体流マネージャ２１７の実施形態は、１以上の流体戻り部４０３を含むこともある。以下図５について説明するように図４に示す流体戻り部４０３は、流体供給マネージャ（図４に示さず）に接続された表面３０１を介した孔を含み、この接続は流体供給マネージャ（図４に示さず）の孔を介している。図５について以下に説明するように作動流体は、１以上の流体戻り部４０３を介して流体流マネージャ２１７を出て流体供給マネージャ（図４に示さず）に入ることができる。
【００４６】
流体流マネージャ２１７の実施形態は、流体チャンネルを形成する１以上の流体方向付け器４０５を含むこともあり、この流体チャンネルには、１以上の流体供給部４０１から１以上の流体戻り部４０３へ作動流体が流れ得る。流体方向付け器４０５は、作動流体が通過できない壁または他の阻止面を含んでもよい。流体方向付け器４０５は、熱電モジュール２００の保護層２１５と共に流体シールを形成し、特定の方向の作動流体の流れを阻止することによって作動流体を方向付けるように構成されてもよい。流体方向付け器４０５における／流体方向付け器４０５の間のギャップは、作動流体が所望の方向にのみ流れることを可能にする。実施形態によっては、流体方向付け器４０５、流体供給部４０１、および流体戻り部４０３の組合わせは、チャンネルを通過する流体の低い圧力を作り出し、かつ熱電モジュールの近くを移動する作動流体を、１以上の流体供給部４０１から１以上の流体戻り部４０３への直通経路よりも長い時間保持するように配列され得るものもある。
【００４７】
作動に際して、図示した実施形態の流体チャンネルは、１以上の流体供給部４０１のそれぞれから流体戻り部４０３へ、熱電モジュール２００に沿って近位に作動流体を方向付けることができる。流体供給部４０１のそれぞれから流体流マネージャ２１７に入る作動流体が流体流マネージャ２１７の表面の概ね４分の１および熱電モジュール２００の表面の概ね４分の１を移動した後、流体戻り部４０３を介して流体流マネージャ２１７を出るように、作動流体はそれぞれのチャンネルを介して移動する。流体供給部４０１の全てから流体戻り部４０３に至る、流体流マネージャ２１７の全てのチャンネルを介した作動流体の組み合わされた流れは、流体流マネージャ２１７の概ね全表面および熱電モジュール２００の概ね全表面に沿って移動する作動流体となる。
【００４８】
実施形態によっては、流体供給部４０１から流体戻り部４０３へ（例えばチャンネルを介して）作動流体が移動するとき、流体流マネージャ２１７が作動流体中に乱流を導入および／または増加させるように構成された１以上の乱流素子４０７を含み得るものもある。熱電モジュール２００の最近傍を移動している作動流体の分子は、最も効率的に熱電モジュール２００に熱を伝達することができる。理想的には熱電モジュール２００に最近接していても作動流体のそれぞれの分子は概ね同量の時間を費やすであろう。しかし作動流体の非乱流または層流は、流体供給部４０１から流体戻り部４０３へ至る流れ全体の至る所で熱電モジュール２００から実質的に一定距離を維持する作動流体の分子と概ねなる。従って作動流体のそのような非乱流または層流中では、熱電モジュール２００近くの作動流体の比較的わずかな分子が多くの時間を費やす。
【００４９】
乱流素子４０７が作動流体流内で分子の動きを生じさせ得るので、作動流体の非乱流または層流中におけるよりも多くの作動流体の分子が熱電モジュール２００の近傍で移動する。乱流素子４０７は、作動流体の層流または非乱流を攪乱することができる隆起部、突出部、または任意の他の素子を含み得る。
【００５０】
図４に示すように、流体流マネージャ２１７は、表面３０１上に配置され得る。実施形態によっては、以下に記載のように表面３０１が流体供給マネージャ（図４に示さず）の対向面を含み得るものもある。実施形態によっては、表面３０１は、流体流マネージャ２１７に近接して配置された特定の熱電モジュール２００を電源に接続するように構成された１以上の電気接点４０９を含んでもよい。実施形態によっては、熱電モジュール２００の導電性リード２０７、２０９に接続し、かつ電流を発生するように構成された、高いおよび低い電位源を、１以上の電気接点４０９が含み得るものもある。他の実施形態において、電気接点４０９は、高いおよび低い電位源のうちの一方のみを含んでもよい。高いおよび低い電位源のうちの他方は、以下に記載のように、熱電モジュール２００の他方側に近接した別の流体供給マネージャの表面上に電気接点として配列されてもよい。
【００５１】
流体流マネージャ２１７に近接して熱電モジュール２００が配置されたとき流体シールを形成する、Ｏリング４１１または他の耐流体設計の素子に、流体流マネージャ２１７は取り囲まれてもよい。Ｏリング４１１は、例えば表面３０１と熱電モジュール２００の熱的不活性部２１９との間に流体シールを形成することができる。
【００５２】
図５および６は、流体供給マネージャ５００の２つの図を示す。実施形態によっては、流体供給マネージャ５００が、１以上の流体流マネージャ２１７の流体供給部４０１に作動流体を供給し、かつ１以上の流体流マネージャ２１７の流体戻り部４０３からの作動流体の排出を受容するように構成され得るものもある。本発明の様々な実施形態において、流体供給マネージャ５００は、任意の材料から作製されてよい。１つの実施においては、流体供給マネージャ５００は、プラスチックから作製され得る。
【００５３】
実施形態によっては、図５の流体供給マネージャ５００の斜視図に示すように、１以上の流体流マネージャ２１７の流体供給部４０１へ流体が供給される流体供給マネージャ５００の１以上の流体出口５０１へ、作動流体源５０５から作動流体を方向付けるように配列された流体供給経路５０３を、流体供給マネージャ５００が含み得るものもある。図示の実施形態において、流体供給マネージャ５００の流体出口５０１は、表面５０７に孔を含み、これを介して１以上の流体流マーネジャ２１７が設置され得る対向面３０１に作動流体が流れることができる。流体供給マネージャ５００は、実質的に一定および／または同様の容量の作動流体を各流体流マネージャ２１７に供給するように構成されてもよい。
【００５４】
１つの実施においては、流体供給経路５０３は、表面５０７に配列され、かつ作動流体が流体源５０５から流体出口５０１のそれぞれに流れるように構成された壁または他の流体阻止素子５０９を含んでもよい。図５の実施形態に示すように、主流体供給経路５１１は、作動流体源５０５から支流体供給チャンネル５１３へ作動流体の一部を供給することができる。各支流供給チャンネル５１３は、その後、支流体供給チャンネルに沿って配列された流体出口５０１へ流体を方向付けることができる。
【００５５】
流体供給マネージャ５００は、１以上の流体入口５１７を介して作動流体を受容するように構成された流体戻り経路５１５を含んでもよい。流体入口５１７は、流体流マネージャ２１７の１以上の流体戻り部４０３から排出された作動流体を受容することができる。流体戻り経路５１５は、１以上の流体入口５１７から流体排出部５１９へ作動流体を方向付けるように構成されてもよい。流体戻り経路５１５は、流体供給経路５０３と同様に主流体戻りチャンネル５２３に接続された１以上の支流体戻りチャンネル５２１を含んでもよい。各支流体戻りチャンネル５１５は、支流体戻りチャンネル５１５に沿って配列された流体入口５１７から、主流体戻りチャンネル５２３に作動流体を方向付けるように構成されてもよい。主流体戻りチャンネル５２３は、支流体戻りチャンネル５１７から流体排出部５１９に作動流体を方向付けるように構成されてもよい。流体戻り経路５１５は、流体戻り経路５０３と流体供給マネージャ５００の同じ表面に配列され、かつ壁５０９によって隔離されてもよい。
【００５６】
図６は、流体供給マネージャ５００の底からの流体供給マネージャ５００の図を示す。流体源５０５および流体排出部５１９は、流体供給マネージャ５００の同じ側に配列されているが、本発明の様々な実施形態において、流体供給マネージャ５００の素子の任意の配列が使用され得ると認識されるべきである。
【００５７】
実施形態によっては、流体供給マネージャ５００は、上述のような熱電モジュール２００へ電力を供給するたため、流体供給マネージャ２１７の電気接点４０９への電気接続部（図示せず）を含み得るものもある。電気接続は、以下に詳述するように、熱電モジュールを並列、直列、または組合わせもしくは並列および直列に接続するように配列されてもよい。１つの実施においては、電気接続部は、流体供給マネージャ５００を介して流れる作動流体から絶縁されてもよい。１つの実施において、電気接続部は壁５０９内に配置されてもよい。
【００５８】
図７および８は、熱電モジュール２００、流体流マネージャ２１７、および流体供給マネージャ５００（それぞれは上記のいくつかの構成要素を見えないようにする裏当てを有する。）を含む、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った熱電機器７００の２つの図を示す。図７は、直接熱電機器７００の分解図を示す。図８は、直接熱電機器７００の組み立て図を示す。図７および８に示した熱電機器７００は、５００においてそれぞれ示された複数の熱電モジュール２００、複数の流体流マネージャ２１７、および一対の流体供給マネージャを含み、本発明の実施形態は、単一の熱電モジュール２００、および作動流体の供給部に直接接続された単一対の流体流マネージャ２１７を含む、さらに多くのまたはさらに少ない熱電モジュール２００、流体流マネージャ２１７、および流体供給マネージャ５００を含み得ることが理解されるべきである。また、本発明の実施形態が、図７および８に示したように熱電モジュール２００の両側上ではなく片側上のみに流体流マネージャ２１７を含み得るということが理解されるべきである。そのような実施形態においては、熱電モジュール２００の他方側へおよび／または他方側から熱を伝達するため、従来の冷却プレートまたは他の方法が使用され得る。
【００５９】
図７に示したように、熱電機器７００は、１以上の配管７０１、７０３、７０５、７０７を含んでも、またはこれらに接続してもよい。配管は、第１の作動流体を第１の作動供給マネージャに（例えば冷却システム（図示せず）の流体入口から流体源５０５に）供給するように構成された熱側供給配管７０１、第１の作動流体供給マネージャからの（例えば流体排出５１９から冷却システム（図示せず）の流体出口への）第１の作動流体の排出を受容するように構成された熱側戻り配管７０３、第２の作動流体を第２の流体供給マネージャに（例えば冷却システム（図示せず）の流体入口から流体源５０５へ）供給するように構成された冷側供給配管７０５、および第２の流体供給マネージャからの（例えば流体排出５１９から冷却システム（図示せず）の流体出口への）第２の作動流体の排出を受容するように構成された冷側戻り配管７０７を含んでもよい。配管７０１、７０３、７０５、７０７の任意の配列が本発明の様々な実施形態とともに使用され得ることが認識されるべきである。例えば、熱側配管７０１、７０３および冷側配管７０５、７０７は、熱電機器７００の対向する側面または同じ側面に配列され、戻り配管７０３、７０７および供給配管７０１、７０５は、熱電機器の同じまたは対向する側面に配列され、配管７０１、７０３、７０５、７０７は、組み合わされて、分割されかつ分離された分割部を介して流体を供給も戻しもする１以上の配管のような、さらに数の少ない配管になり得る。さらに、本発明の実施形態によっては、配管７０１、７０３、７０５、７０７に代えてまたは加えて、作動流体源への直接接続、または他の流体方向付け素子を含み得るものもあるということが理解されるべきである。
【００６０】
上記のように、それぞれの流体供給マネージャ５００は、上記のような複数の熱電モジュールの各側面に近接した作動流体の流れを管理するように構成された複数の流体流マネージャへ、および複数の流体流マネージャから、各作動流体を方向付けるように構成されてもよい。
【００６１】
１以上の熱電モジュール２００は、図７に示すように２つの流体供給マネージャ５００の間に配置されてもよい。それぞれの熱電モジュール２００は、熱電モジュール２００のそれぞれの側面が各流体流マネージャ２１７に近接するように配置されてもよい。図７に示すように、１以上の熱電モジュールが、熱電モジュールの配列で設置されてもよい。
【００６２】
作動に際して、第１および第２の作動流体は、熱および冷側配管７０１、７０５から各第１および第２の流体供給マネージャ５００に供給され得る。作動流体は、その後、各流体供給マネージャ５００を介して、流体供給マネージャ５００に配置された流体流マネージャ２１７に方向付けられてもよい。それぞれの作動流体は、熱電モジュール２００の各側面に沿って近位に通過し、流体流マネージャ２１７から排出され、各流体供給マネージャ５００に戻ることができる。流体供給マネージャは、その後、熱および冷側流体戻り配管７０３、７０７を介して作動流体を排出する。
【００６３】
上記のように、熱電モジュール２００を介する電流が存在するとき、熱電モジュール２００の一方側が加熱されて他方側が冷却される。上記のように流体流マネージャ２１７の電気接点４０９を介してそれぞれの熱電モジュール２００に電位が印可されると、熱電モジュール２００を介して電流が存在し、かつ熱が熱電モジュール２００の一方側（すなわち冷側）から他方側（すなわち熱側面）へ移動する。また、２つの側面と側面の近くを移動する作動流体との間を熱が通過することとなり、それにより、熱側面に近接して移動する作動流体は暖かくなり、他方で冷側面に近接して移動する作動流体は冷たくなる。熱電機器７００における熱電モジュール２００のそれぞれが、全ての熱側面が同じ作動流体を加熱し、かつ全ての冷側面が同じ作動流体を冷却するように配列されているとすると、熱電モジュール７０９の配列は、２つの作動流体に組み合わされた加熱および冷却効果を生成することができる。
【００６４】
熱電モジュール２００によって冷却された一方の、および熱電モジュール２００によって暖められた他方の作動流体は、加熱および／または冷却するために使用される標的物体または空間に、熱および冷側戻り配管７０３、７０７を介して方向付けられてもよい。作動流体を加熱および／または冷却するために使用される熱電モジュールおよび／または熱電機器の数を増加又は減少することによって、作動流体は、所望の量だけ加熱および／または冷却されてもよい。本発明の実施形態によっては、熱電モジュール２００および／または熱電機器７００が、それぞれのモジュールの冷側面に近接して移動する作動流体の温度を、摂氏ゼロ度未満に減少するために使用され得るものもある。
【００６５】
実施形態によっては、作動中に、熱電モジュールの温側面および熱電モジュール２００の冷側面の温度差が、摂氏約２０度であり得るものもある。１つの実施形態において、熱電モジュール２００の温側面と熱電モジュール２００を通過した後の暖められた作動流体との間の温度差が、摂氏約３度であり得る。１つの実施形態において、熱電モジュール２００の冷側面と熱電モジュール２００を通過した後の冷却された作動流体との間の温度差が、摂氏約８度であり得る。
【００６６】
熱電モジュール２００を介して電流を発生させるため、各熱電モジュール２００は、上記のように流体流マネージャ２１７の電気接点４０９を介して１以上の電源に接続されてもよい。実施形態によっては、分離した電源に熱電モジュール２００がそれぞれ接続され得るものもある。別の実施形態においては、熱電機器の熱電モジュールの一部または全部が同じ電源に接続されてもよい。実施形態によっては、熱電モジュール２００が電源に直列に電気的に接続され得るものもある。別の実施形態においては、熱電モジュール２００が電源に並列に電気的に接続され得る。
【００６７】
さらに他の実施形態においては、並列および直列接続の組合わせで熱電モジュール２００が電源に電気的に接続されてもよい。例えば１つの実施において、熱電モジュールは、図７に示すように互いに直列にそれぞれ接続されたセット７１１に配列されてもよい。それぞれのセット７１１における熱電モジュール２００の数は、電源の電圧出力に基づいて決定されてもよい。例えばそれぞれの熱電モジュール２００は１６ボルトを必要とし、電源は４５ボルト出力を生じる場合、セット７１１の全電圧要求が４５ボルトに等しいように直列に接続された３つの熱電モジュール２００を含むようにそれぞれのセット７１１が配列されてもよい。そのような実施において、セット７１１は電源に並列に接続されてもよい。セット７１１の数は、電源の最大または推奨電源出力に基づいて選択されてもよく、例えばセット７１１の数は、セット７１１を動作するのに必要な電力が電源の最大または推奨電力に概ね等しいように選択されてもよい。
【００６８】
本発明の実施形態に従った熱電機器７００は、任意の空間または物体を加熱または冷却するために使用されてもよい。実施によっては、多数の冷却器７００が、作動流体の加熱または冷却を増加するために使用され得るものもある。実施によっては、氷蓄熱システムを冷却するために熱電機器７００が使用され得るものもあり、そのようなものは、「MODULAR ICE STORAGE FOR UNINTERRUPTIBLE CHILLED WATER」という表題の本出願と同時に出願されたBeanの米国特許出願に記載されている。別の実施においては、熱電機器は、別の小さなプロセス冷却器の一部に使用されてもよい。
【００６９】
これまで本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの局面を記載してきたが、様々な変形、改変、および改良が当業者に容易に想到することとなると認識されるべきである。そのような変形、改変、および改良は、本開示の一部であることを意図しており、かつ本発明の範囲内であることを意図している。従って先述の記載および図面は例示のみによるものである。
【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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【国際調査報告】
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