(57)【要約】  組立体は、一つ以上の熱電モジュールと、柔軟な熱界面と、ヒートスプレッダとを含む。前記柔軟な熱界面は、流体管外面に対し適合し、熱的に密に接触するように構成されている。前記ヒートスプレッダは、前記柔軟な熱界面および前記一つ以上の熱電モジュールの間に概ね配置され、それらと熱的に結合されている。前記ヒートスプレッダは前記一つ以上の熱電モジュールよりも優れた可撓性を有し、また、前記柔軟な熱界面よりも優れた熱伝導性を有し得る。前記組立体は、前記柔軟な熱界面によって前記流体管の外面部と熱的に密に接触した状態で、少なくとも部分的に前記流体管の外面の一部の周りを円周方向に巻き付けられることができる。
2010532577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体管から伝達される熱を受入れる用途に適した組立体であって、前記組立体は少なくとも部分的に流体管の外面の少なくとも一部の周りに円周方向に巻き付けられ、前記組立体は、
一つ以上の熱電モジュールと、
流体管の外面にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触するように構成された柔軟な熱界面材と、
概ね前記柔軟な熱界面材及び前記一つ以上の熱電モジュールの間に配置され、かつ熱的に結合されるヒートスプレッダとからなり、
前記ヒートスプレッダは前記一つ以上の熱電モジュールより優れた可撓性を有し、前記ヒートスプレッダは前記柔軟な熱界面材より優れた熱伝導性を有し、
前記組立体は、前記流体管の外面の一部の周りに少なくとも部分的に円周方向に巻き付けられるために十分な可撓性を有し、前記柔軟な熱界面材は前記流体管の外面部にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触し、それによって、前記流体管から前記一つ以上の熱電モジュールまで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを介して、熱伝導性熱経路が確立される、組立体。
【請求項２】
前記組立体は第一のほぼ平坦な構成と第二の構成とを含み、第二の構成において前記組立体は、前記流体管の外面の凸状に湾曲した部分の曲率に概ね対応する前記柔軟な熱界面材の概ね凹状の曲率を与えるために一方向に曲げられる、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記一つ以上の熱電モジュールは、前記流体管から伝達される熱から電力を抽出するように作動可能な一つ以上の熱電発電機を備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記一つ以上の熱電モジュールは、前記流体管から伝達される熱を放散することによって前記流体管を冷却するように作動可能な一つ以上の熱電冷却器を備える、請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
一つ以上のヒートシンクをさらに備え、各ヒートシンクは前記一つ以上の熱電冷却器のうち対応する一つの高温側に熱的に接続され、前記一つ以上のヒートシンクは環境へ熱を放散するように作動可能である、請求項４に記載の組立体。
【請求項６】
前記一つ以上の熱電モジュールは、前記流体管から伝達される熱を放散することによって前記流体管を冷却するように作動可能である一つ以上の熱電冷却器を備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
一つ以上のヒートシンクをさらに備え、各ヒートシンクは前記一つ以上の熱電冷却器のうち対応する一つの高温側に熱的に接続され、前記一つ以上のヒートシンクは環境へ熱を放散するように作動可能である、請求項６に記載の組立体。
【請求項８】
前記一つ以上のヒートシンクは環境へ熱を放散するための一つ以上の外向きに延びるフィンを含む、請求項７に記載の組立体。
【請求項９】
前記一つ以上の熱電モジュールは前記ヒートスプレッダに熱的に結合される二つ以上の離間した熱電モジュールを備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項１０】
前記組立体が円形断面を備える円筒状流体管の周りに巻き付けられる際に、前記二つ以上の熱電モジュールが前記円筒状流体管の外面に沿って概ね均一で、かつ互いにほぼ等間隔に離間して配置されるように、前記二つ以上の熱電モジュールは離間している、請求項９に記載の組立体。
【請求項１１】
前記ヒートスプレッダは銅編組からなる、請求項１に記載の組立体。
【請求項１２】
環境から前記一つ以上の熱電モジュールを保護するように前記一つ以上の熱電モジュールに近接して配置されている断熱材をさらに備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項１３】
弾性膜被覆をさらに備え、該弾性膜被覆は、概ね前記被覆及び前記ヒートスプレッダの間に前記断熱材を保持するように、概ね前記断熱材を覆って配置されている、請求項１２に記載の組立体。
【請求項１４】
前記組立体の自由端を互いに着脱可能な状態で取付けるための固定装置をさらに備え、それによって、前記流体管の外面の周りの前記組立体の相対位置を保持する、請求項１に記載の組立体。
【請求項１５】
前記熱界面材は前記ヒートスプレッダより柔軟である、請求項１に記載の組立体。
【請求項１６】
前記熱界面材は、適合可能な間隙充填材料と、適合可能な相変化材料と、熱伝導性パッドと、熱伝導性グリースと、熱伝導性パテと、前記ヒートスプレッダ上に施行されたフォーム・イン・プレイス材料と、手持ち式施行器で前記ヒートスプレッダ上に施行された材料と、前記ヒートスプレッダ上にシルクスクリーン加工された材料と、これらの組合せとのうち少なくとも一つ以上を含む柔軟または適合可能な材料からなる、請求項１に記載の組立体。
【請求項１７】
前記熱界面材は、前記流体管の外面部に圧力をかけながら接触し、かつほぼ適合するように、弾性的に圧縮可能な材料からなる、請求項１に記載の組立体。
【請求項１８】
前記組立体の少なくとも一部に渡って気流を生成するための一つ以上のファンをさらに備え、前記組立体からの熱の放散を改善する、請求項１に記載の組立体。
【請求項１９】
一つ以上のヒートシンクをさらに備え、各ヒートシンクは前記一つ以上の熱電冷却器のうち対応する一つの高温側に熱的に接続され、前記一つ以上のヒートシンクは熱を放散するように作動可能であり、
概ね前記一つ以上のファン及び前記一つ以上のヒートシンクの間に気流を向けるために、それらに対して配置される膜被覆をさらに備え、それによって、前記一つ以上のヒートシンクからの熱の放散を改善する、請求項１に記載の組立体。
【請求項２０】
流体管から伝達される熱を放散する用途に適した組立体であって、該組立体は、
一つ以上の熱電冷却器と、
流体管の外面に対してほぼ適合し、かつ熱的に密に接触するように構成された柔軟な熱界面材と、
概ね前記柔軟な熱界面材及び前記一つ以上の熱電冷却器の間に配置され、かつ熱的に結合されるヒートスプレッダと、
一つ以上のヒートシンクと、
環境から前記一つ以上の熱電冷却器を保護するために前記一つ以上の熱電冷却器に近接して配置される断熱材と、
概ね前記被覆及び前記ヒートスプレッダの間に前記断熱材を保持させるために前記断熱材を概ね覆って配置される弾性膜被覆とからなり、
前記ヒートスプレッダは前記一つ以上の熱電冷却器より優れた可撓性を有し、前記ヒートスプレッダは前記柔軟な熱界面材より優れた熱伝導性を有し、
各ヒートシンクは前記一つ以上の熱電冷却器のうち対応する一つと熱的に結合され、前記一つ以上のヒートシンクは環境へ熱を放散するように作動可能であり、
前記組立体は、ほぼ平坦な構成から、少なくとも部分的に前記流体管の外面の凸状に湾曲した部分の周りに円周方向に巻き付けられるために十分な可撓性を有し、前記柔軟な熱界面材は前記流体管の凸状に湾曲した部分にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触し、それによって、前記流体管から前記一つ以上の熱電冷却器まで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを介して、熱伝導性熱経路を確立する、組立体。
【請求項２１】
流体管からの熱伝達と関連する方法であって、該方法は、
流体管の外面上に組立体を設置する工程を備え、前記組立体は一つ以上の熱電モジュールと、柔軟な熱界面材と、概ね前記柔軟な熱界面材及び前記一つ以上の熱電モジュールの間に配置されるヒートスプレッダとを含み、
前記組立体を設置する工程は、前記柔軟な熱界面材が前記流体管の外面部にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触し、それによって、前記流体管から前記一つ以上の熱電モジュールまで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを介して熱伝導性熱経路を確立するように、前記流体管の外面の少なくとも一部の周りに概ね円周方向に前記組立体を巻き付ける工程を含む、方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記組立体に伝達される熱を放散することによって前記流体管を冷却する工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法は、前記組立体に伝達される熱から電力を抽出する工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記組立体を設置する工程は、前記流体管の外面の凸状に湾曲した部分の曲率に概ね対応する前記柔軟な熱界面材の概ね凹状の曲率を与えるために、ほぼ平坦な構成から前記組立体を曲げる工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記組立体を設置する前にほぼ平坦な構成で設置者に前記組立体を提供する工程をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般には、熱電モジュールに関し、より具体的には、流体管からの電力抽出、あるいは流体管の熱を冷却／放散することに用いるための、統合された熱電モジュールを伴った可撓性組立体に関し、前記熱電モジュールは流体管外面の周りにほぼ円周方向に巻き付けられるために十分な可撓性を有する。
【背景技術】
【０００２】
ここでは、本願に関する背景事情について述べるに留め、それは従来技術を構成するものではない。
熱電モジュールは、ヒートポンプ又は発電機として作動することができる比較的小さな半導体素子である。熱電モジュールが発電に使われる時、該熱電モジュールはＴＥＧ（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｉ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：熱電発電装置）とも呼ばれる。熱電モジュールがヒートポンプとして使われる時、該熱電モジュールは熱を移動するためにペルチェ効果を用い、ＴＥＣ（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ：熱電冷却器）と呼ばれる。
【０００３】
一般的背景として、ペルチェ効果とは、電流が二つの異なる種類の導体の接合点を通過する際に生じる温度変化のことを言う。テルル化ビスマスが、電子の過剰（Ｎ型）か欠乏（Ｐ型）のどちらかを生成するために高濃度にドープされた材料として用いられることができる。簡単に言うと、ＴＥＣは、電気的に直列に接続され、かつ二枚のセラミック板に挟まれる多くのＰ型とＮ型との対（組）を含む。直流電源に接続される時、電流はＴＥＣの一面から他面に移動する熱を生じる。当然、このことにより該ＴＥＣには高温側と低温側とが生じる。典型的な応用例では、該ＴＥＣの低温側が冷やされるべき対象物又は物に接触させられる。
【発明の概要】
【０００４】
様々な態様によると、組立体を流体管の外面の周りに円周方向に巻き付け可能とするために十分な可撓性を有する統合された熱電モジュールを備えた組立体の例示的実施形態が提供される。一実施形態において、組立体は一つ以上の熱電モジュールと、柔軟な熱界面材と、ヒートスプレッダとを含む。前記柔軟な熱界面材は、流体管の外面に対してほぼ適合し、かつ熱的に密に接触することができるように構成されている。前記ヒートスプレッダは前記柔軟な熱界面材と前記一つ以上の熱電モジュールとの間に概ね配置され、熱的に結合されている。前記ヒートスプレッダは、前記一つ以上の熱電モジュールより優れた可撓性を有する。前記ヒートスプレッダは、前記柔軟な熱界面材より優れた熱伝導性も有する。前記組立体は、前記流体管の外面部に対しほぼ適合し、かつ熱的に密に接触する前記柔軟な熱界面材を伴って、少なくとも部分的に前記流体管の外面の一部の周りに円周方向に巻き付けられるために十分な可撓性を有する。それにより、熱伝導性熱経路が、前記流体管から前記一つ以上の熱電モジュールまで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを通って、確立できる。
【０００５】
別の例示的実施形態は、流体管から伝達される熱を放散する用途に適した組立体を含む。前記組立体は、一つ以上の熱電冷却器と、柔軟な熱界面材と、ヒートスプレッダと、一つ以上のヒートシンクとを含む。前記柔軟な熱界面材は、流体管の外面に対してほぼ適合し、熱的に密に接触するように構成されている。前記ヒートスプレッダは、前記柔軟な熱界面材及び前記一つ以上の熱電冷却器の間に概ね配置され、熱的に結合されている。前記ヒートスプレッダは前記一つ以上の熱電冷却器より優れた可撓性を有する。前記ヒートスプレッダはまた、前記柔軟な熱界面材より優れた熱伝導性も有する。各ヒートシンクは、前記一つ以上の熱電冷却器のうち対応する一つと熱的に結合されている。前記一つ以上のヒートシンクは周囲に熱を放散するように作動可能である。環境から前記一つ以上の熱電冷却器を保護するために、断熱材が前記一つ以上の熱電冷却器に近接して配置されている。弾性膜被覆が、前記断熱材を概ね該被覆と前記ヒートスプレッダとの間に保持するように、概ね前記断熱材を覆って配置されている。前記組立体は、ほぼ平坦な構成から、少なくとも部分的に前記流体管の外面の凸状に湾曲した部分の周りに円周方向に巻き付けられるために十分な可撓性を有し、前記柔軟な熱界面材は前記流体管の凸状に湾曲した部分にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触する。それにより、熱伝導性熱経路が、前記流体管から前記一つ以上の熱電モジュールまで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを通って、確立できる。
【０００６】
さらなる態様は、流体管からの熱伝達に関連付けられた方法等の方法に関する。一つの例示的実施形態において、方法は一般的に流体管の外面上に組立体を設置することを含む。前記設置された組立体は一つ以上の熱電モジュールと、柔軟な熱界面材と、概ね前記柔軟な熱界面材及び前記一つ以上の熱電モジュールの間に配置されるヒートスプレッダとを含む。前記組立体を設置する時、前記柔軟な熱界面材が前記流体管の外面部にほぼ適合し、かつ熱的に密に接触するように、該組立体は前記流体管の外面の少なくとも一部の周りに概ね円周方向に巻き付けられる。それにより、熱伝導性熱経路が、前記流体管から前記一つ以上の熱電モジュールまで、前記柔軟な熱界面材及び前記ヒートスプレッダを通って、確立できる。
【０００７】
さらなる応用性が本明細書の記載から明らかになるであろう。記述及び特定の実施例は説明のためにすぎず、本願の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本明細書に記載の図面は説明のためにすぎず、いかなる方法によっても本願の範囲を限定するものではない。
【図１】統合された熱電冷却器を伴う組立体の例示的実施形態の断面図であって、概ねパイプの外面の周りに円周方向に巻き付けられている組立体を示す。
【図２】例示的実施形態による組立体を輸送する際に便利な、巻き付けられていない平坦な構成における図１に示す組立体の断面図である。
【図３】統合された熱電冷却器と、二つのファンと、気流を強めるために組立体及びパイプの外面の周りに巻き付けられる比較的薄い弾性膜とを伴う組立体の例示的実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の記載は本来、例示的なものにすぎず、本願の開示、応用、あるいは利用を限定するものではない。図面中の対応の参照番号は、類似又は対応する部分及び特徴を示す。
本願発明者の認識するところによると、熱電モジュールを備えるいくつかの既存の組立体は、ほとんど剛性的で、概ね平坦で、平面的である。このような可撓性がなく、平坦で、平面的な構成を伴うこれらの組立体は、円筒状パイプのような凸状に湾曲した外面を備える流体管からの電力の抽出又は熱の放散に対し、効果的でない。
【００１０】
本明細書で開示されるように、本願発明者は、円筒状のパイプやチューブを含む流体管の外面の周りに組立体の円周方向の巻き付けを可能とするために十分な可撓性を有する統合された熱電モジュールを伴った、可撓性組立体の様々な例示的実施形態を開発した。この巻き付け能力は、周りに前記組立体が巻き付けられる前記流体管から電力を抽出、あるいは熱を冷却／放散するために前記組立体が貢献することを可能とする。
【００１１】
一例示的実施形態において、組立体は一般に一つ以上の概ね平坦で、長尺状で（例えば、比較的長くて狭い）、そして平面的である熱電モジュールを含む。前記組立体が第一の概ね平坦で巻き付けられていない構成にある時、前記熱電モジュールは互いに概ね平行に配列できる。前記熱電モジュールはヒートスプレッダによって前記パイプの側面上に熱的に接続される。前記ヒートスプレッダは、銅編組等の比較的高い熱伝導性を有する比較的可撓性のある材料から形成される。望ましくは、前記ヒートスプレッダ及び前記パイプの間の熱抵抗は、間隙充填材等の比較的柔らかい熱界面材を利用することによって、最小化される（もしくは少なくとも低減される）。熱界面材のいくつかの例を下記の表に示す。前記熱電モジュールの前記パイプとは反対側の高温側において、一つ以上のヒートシンクが前記熱電モジュールに熱的に結合されている。前記ヒートシンクは、該ヒートシンクに伝達された熱を周辺環境に放散することを促進する一つ以上のフィンを備えている。
【００１２】
引き続きこの例示的実施形態について説明すると、断熱材（例えば圧縮可能な断熱材等）が、概ね前記ヒートスプレッダ及び前記ヒートシンクの間に画定される領域又は空間内に、前記熱電モジュールに近接して配置されている。前記断熱材は、望ましくは外部の物体や破片、粒子状物質、汚染物質、金属くず又は切りくず等、環境から熱電モジュールを保護するように構成されている。
【００１３】
様々な実施形態において、前記組立体は概ね平坦で巻き付いていないパッケージとして輸送されたり配達されたりすることができる。設置者は、受け取り次第、前記組立体を前記平坦な構成から撓めたり、あるいは曲げたりすることができ、該組立体を流体管の周りに円周方向に巻き付けることができる。前記組立体を前記流体管の周りに巻き付けた後、前記組立体の自由端又は縁部は互いに離間させることができ、あるいは前記組立体が周りに巻き付けられる流体管の寸法に従って前記自由端が互いに重なり合わすことができる。適した固定装置又は手段（例えば、面ファスナー式固定パッド等）が、前記組立体の自由端を他端に着脱可能な状態で取付けるために使われることができ、それにより、前記組立体の前記流体管上での相対位置決めを保証することもできる。いくつかの実施形態（例えば、面ファスナ式固定パッドを含む実施形態等）において、組立体が異なる寸法や半径のパイプの周りに使われ、巻き付けられることができ、それによって、特定の応用例においてパイプ又は流体管の各寸法ごとに別々に寸法決めされる組立体を製造する必要をなくす（あるいは、少なくとも減少させる）ことができる。
【００１４】
他の実施形態において、例えば、特定の応用例又は最終的用途（例えば、流体管の構成／寸法／形状、放熱のニーズ、発電のニーズ等）によって、様々な幅で、及び／又は、異なる数の熱電モジュールを伴って組立体が設けられる。ヒートポンプにより生成される熱の量を最大化、あるいは少なくとも増加することが望ましい応用例に対して、他の実施形態で更なる特徴が提供される。例えば、いくつかの実施形態は、総合的な組立体内に統合されたファン（例えば、図３等）によって、空気の流れで積極的に冷却され、該空気の流れは、比較的薄い弾性膜（例えば、エラストマ、ゴム等）を前記組立体の周りに円周方向に巻き付けることによって、前記ファン及びヒートシンクの間に向けられ、最適化され、そして／あるいは、強められる。別の例として、他の実施形態は一つ以上のヒートパイプを（ファン、及び／又は、ヒートシンクの代わりに、あるいはそれらに加えて）含む。このような実施形態において、前記ヒートパイプは前記組立体内に統合されていない一つ以上のヒートシンク、及び／又は、ファンを備える分離式の専用積極的冷却システムを導くことができる。
【００１５】
作動中、前記ヒートスプレッダ及び熱界面材（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）は、前記熱電モジュールと前記流体管の外部との間に良い熱伝導性熱経路を提供し、かつ保持するように作用する。前記熱電モジュール及び前記パイプの外面が直接接触し、かつ前記熱電モジュールの硬さによって主として前記パイプの線あるいは比較的小さな表面部に沿う熱的接触のみが可能である応用例と比較すると、前記熱界面材及び前記流体管の間の熱的に密な接触とヒートスプレッダとは、前記流体管から前記熱電モジュールまでの熱伝達効率を改善するように作用することができる。
【００１６】
さて、図面を参照すると、図１及び２は、本願の一つ以上の態様を具現化する組立体１００の例示的実施形態を示す。図１に示すように、前記組立体１００はパイプ１０８（又は他の流体管）の外面１０４の概ね周りに円周方向に巻き付けられることができる。前記パイプ１０８の周りに巻き付けた後、前記組立体１００は前記パイプ１０８と、前記パイプ１０８内の流体１１０とから電力を抽出したり、熱を冷却／放散したりするために使用できる。
【００１７】
図１は、円形の断面又は外形を備える円筒状パイプの概ね周りに円周方向に巻き付けられる前記組立体１００を示す。また、前記組立体１００は、図１に示すパイプの他に、異なる寸法や形状のパイプ等の異なる流体管にも使用できる。例えば、前記組立体１００は、非円形断面（例えば、長方形断面、三角形断面、卵形断面等）を有するパイプにも使用できる。
【００１８】
図２は、前記組立体１００を輸送したり配達したりする時に用いることができる概ね平坦な構成における前記組立体１００を示す。この概ね平坦で巻き付いていない構成において、前記熱電モジュール１１６の垂直軸は互いに概ね平行となる。設置者は、前記組立体を受け取り次第、前記組立体を図２に示す前記平坦な構成から、図１に示す前記巻き付けられた構成まで撓めたり、あるいは曲げたりすることができる。前記組立体１００を前記パイプ外面１０４の周りに巻き付けることによって、図1から分かるように、前記熱電モジュール１１６の垂直軸は、互いに平行でなくなる。巻き付けの後、前記設置者は、面ファスナ式固定パッド等（例えば、ベルクロパッド（登録商標）等）の適した固定装置又は手段を用いることによって、前記組立体１００の自由端又は縁部１１２を固定する。
【００１９】
図１において、前記組立体１００は、前記組立体の両自由端１１２を分離する比較的短い離間距離を有するように、前記パイプ１０８のほぼ全外周の周りに巻き付けられた状態で示されている。さらに、示されている実施形態において、前記パイプ１０８の直径は１／２インチ（約１．２７センチメートル）である。しかしながら、他の実施形態において、前記組立体１００は、図１のものより大きな、あるいは小さなパイプ１０８の外周の周りに巻き付けられることができる。例えば、前記組立体１００は図１の前記パイプ１０８より小さな直径を有するパイプの全外周の周りに巻き付けられることができる。あるいは、例えば、前記組立体１００は図１の前記パイプ１０８より大きな直径を有するパイプの外周の周りに部分的にのみ巻き付けられることができる。別の例として、前記組立体１００は、前記両自由端１１２が重なるように、パイプの外周の周りに全面的に巻き付けられることができる。
【００２０】
引き続き図１及び２に関して、前記組立体１００は一般的に、前記熱電モジュール１１６と、熱界面材１２０（いくつかの例が以下に列挙される）と、ヒートスプレッダ１２４（例えば、銅編組等）と、断熱材１２８（例えば、圧縮可能な断熱材等）と、弾性膜被覆１３２と、ヒートシンク１３６とを含む。
【００２１】
この例示的実施形態において、各熱電モジュール１１６は、Ｐ型とＮ型とを交互に並べた一列の半導体素子１４４を含む。Ｐ型及びＮ型の半導体素子１４４の各対は、電気的に直列に接続され、板１４０間に挟まれている。前記パイプが冷却される応用例において、前記熱電モジュール１１６は、一つ以上の直流（ＤＣ）電源（例えば、３ボルト、６ボルト、又は１２ボルトの電源等）に電気的に接続される。前記一つ以上の電源は前記組立体１００内に統合されることができる。また、前記一つ以上の電源は前記組立体１００の外部にあってもよい。前記パイプの熱から電力を抽出する応用例において、前記熱電モジュール１１６は充電器等の電力貯蔵回路に電気的に接続されることができる。
【００２２】
前記パイプが冷却される応用例において、前記熱電モジュール１１６を通じて放散、あるいは引き出される熱の量は、該熱電モジュールに供給される電力に比例する。従って、これにより手動又は自動の手段を介して温度を制御可能とする。例として、いくつかの実施形態は、オン・オフのサーモスタット又はコンピュータ制御のフィードバック回路等の自動制御装置を含む。
【００２３】
前記パイプが冷却される応用例の作動中に、電力が前記熱電モジュール１１６に供給される。これが、前記熱電モジュール１１６のパイプ側から反対側へ移動する熱を生ずる電流を発生させる。当然、これにより高温側と低温側とが生じる。図１において、前記熱電モジュール１１６の低温側は前記パイプ１０８に近接し、前記高温側は前記ヒートシンク１３６に近接し熱的に接続されている。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、前記組立体より著しく大きく、かつ重い直流電源が使われる。前記直流電源は前記組立体から離してパッケージ化する（そして物理的に取り付ける）ことができる。費用を削減するために、いくつかの実施形態は１２ボルトの直流等の一定の出力を生成可能な一般に入手できる直流電源を含む。前記組立体の設計（モジュールやそれらの電気的接続方法の選択）は、このような電力供給源に適合するように変更される。冷却する応用例において、前記電源は、前記パイプから抽出される熱のワット数に近似的に等しいワット数の電力を供給する。費用を削減するために、比較的簡略なオン・オフのサーモスタット制御装置がいくつかの実施形態において用いられる。また、他の制御装置が使われることができる。いくつかの実施形態において、例えば、前記パイプ内の流体の温度のより正確な制御を実現するために、フィードバック回路を伴ったより高価な、及び／又は、より複雑な制御装置を用いることができる。
【００２５】
様々な実施形態において、前記板１４０は望ましくは金属化セラミック板からなる。前記Ｐ型及びＮ型半導体素子１４４は、望ましくはテルル化ビスマス素子からなる。例えば、前記流体管の構成（例えば、寸法、形状、材料等）、冷却される特定の流体、及び／あるいは、電力抽出又は熱放散／冷却の要求等の個々の応用例次第で、他の構成（例えば、材料、形状、寸法、五個を超える又は未満の熱電モジュール、一列を超えるＰ型及びＮ型半導体素子等）を、前記熱電モジュール１１６に用いることもできる。
【００２６】
様々な熱電モジュール１１６が本願の個々の実施形態で用いられる。ほんの一例として、前記熱電モジュール１１６は、レアード  テクノロジーズ  インコーポレイテッドから市販されている熱電モジュールからなる。
【００２７】
さらに図２に関して、示される熱電モジュール１１６は、長さ約１．１８インチ（約３センチメートル）、幅約０．１２インチ（約０．３センチメートル）、厚さ約０．１３インチ（約０．３５センチメートル）で、概ね平坦である。他の例示的実施形態において、一つ以上の前記熱電モジュール１１６が、図面に示されるものとは（形状、寸法等が）異なって構成されることができる。さらに、一つ以上の寸法（例えば、長さ、幅、厚さ等）が、本明細書の記載より大きかったり、小さかったりすることができる。
【００２８】
図１に示す実施形態において、前記熱界面材１２０は前記ヒートスプレッダ１２４と前記パイプの外面１０４とに物理的に直接接触して配置されている。それにより、熱伝導性熱経路が、前記パイプの外面１０４から前記ヒートスプレッダ１２４まで、前記熱界面材１２０を通って形成される。前記熱界面材１２０は望ましくは比較的柔らかく、適合可能で柔軟であるため、該熱界面材１２０は前記パイプの外面１０４及びヒートスプレッダ１２４に適合し、かつ良好で熱的に密な接触を構成することができる。この密な接触は、（いかなる熱界面材１２０も用いずに）前記パイプ１０８から前記ヒートスプレッダ１２４まで直接形成された熱経路と比較して、前記パイプ１０８から前記ヒートスプレッダ１２４まで、前記熱界面材１２０を介して、より良い熱経路を形成するように作用する。また、他の実施形態はいかなる熱界面材１２０も含まないこともできる。このような実施形態において、前記熱電モジュール１１６の低温側すなわちパイプ側の板１４０は、前記ヒートスプレッダ１２４と（あるいは、ヒートスプレッダ又は熱界面材を含まない実施形態においては、前記パイプの外面１０４と）物理的に直接な接触を構成することができる。
【００２９】
前記熱界面材１２０は、望ましくは概ね低い熱抵抗及び概ね高い熱伝導性を備えた柔軟または適合可能な材料である様々な材料から形成される。前記熱界面材１２０として使用可能な例示的材料は、柔軟または適合可能なシリコンパッド、シルクスクリーン加工された材料、ポリウレタンフォーム又はゲル、熱パテ、熱グリース、熱伝導性接着剤、間隙充填材料、相変化物質、これらの組み合わせ等を含む。これらの実施形態のいくつかにおいては、前記柔軟または適合可能な材料は、接触する面（例えば、前記パイプの外面１０４や前記ヒートスプレッダ１２４）に圧縮可能な状態で接触し、かつ適合するために、圧縮可能な弾性材料からなる。例えば、前記パッドが前記パイプの外面１０４の寸法及び外形に比較的接近して適合可能とするために、十分な圧縮率及び可撓性を有する柔軟または適合可能な熱界面パッドが用いられる。いくつかの実施形態は、前記組立体１００を前記パイプ１０８に取付けるように作用する接着性支持（例えば、熱伝導性の、及び／又は、電気伝導性の接着剤等）を備える熱界面パッドを含む。また、例えば、いくつかの実施形態において、柔軟または適合可能な熱相変化材料が使われる。このような実施形態において、前記熱相変化材料は通常、室温で固体パッドであり、前記パイプ１０８に適合し密な接触を構成するように、より高い温度で溶ける。他の実施形態において、前記柔軟または適合可能な材料は、フォーム・イン・プレイス施行装置、手持ち式の施行器、又はシルクスクリーンプロセス、あるいはこれらの組み合わせ等によって、前記ヒートスプレッダ１２４上に施されたフォーム・イン・プレイス材料からなる。
【００３０】
以下の表１は本明細書で開示される一つ以上の実施形態で用いられることができるいくつかの例示的熱界面材を列挙する。これらの例示的材料は、ミズーリ州セントルイスのレアード  テクノロジーズ  インコーポレイテッドから市販されており、そのためレアード  テクノロジーズ  インコーポレイテッドの商標を参照することにより識別される。この表は説明のために提供されるにすぎず、限定のためではない。
【００３１】
【表１】
2010532577.tif 000003
【００３２】
図１及び２に示すように、前記組立体１００は、望ましくは高い熱伝導性を有する比較的可撓性のある材料で形成される前記ヒートスプレッダ１２４を含む。例として、前記ヒートスプレッダ１２４は、前記熱界面材１２０よりも高い熱伝導性を有する非常に良好な熱伝導体である材料から形成される。一つの好適な実施形態において、前記ヒートスプレッダ１２４は銅編組からなる。他の実施形態は、前記ヒートスプレッダ１２４に用いられる異なった材料を含む。さらなる実施形態は、いかなるヒートスプレッダ１２４も含まず、前記熱電モジュール１１６の低温側すなわちパイプ側の板１４０は前記熱界面材１２０と（あるいは、熱界面材又はヒートスプレッダを含まない実施形態においては前記パイプの外面１０４と）物理的に直接接触する。
【００３３】
様々な好適な例示的実施形態（例えば、図１及び２等）において、熱界面材１２０及び前記ヒートスプレッダ１２４の組み合わせは、前記組立体１００の熱伝達効率を改善することができる。例えば、前記熱界面材１２０の柔らかさは、望ましくは該熱界面材が前記パイプの外面１０４と前記ヒートスプレッダ１２４とに適合し良好で熱的に密な接触を可能とする。したがって、この密な接触は、前記パイプ１０８から前記ヒートスプレッダ１２４まで直接に（いかなる熱界面材１２０も用いずに）形成される熱経路と比較して、前記パイプ１０８から前記ヒートスプレッダ１２４まで、前記熱界面材１２０を介してより良い熱経路を形成するように作用する。そして、前記ヒートスプレッダ１２４は、望ましくは前記熱界面材１２０より良い熱伝導体である材料から形成されるため、前記ヒートスプレッダ１２４の使用は、前記熱界面材１２０から前記熱電モジュール１１６の前記低温側の板１４０までの熱伝達効率を改善するように作用する。
【００３４】
以下でより詳細に述べるように、前記熱電モジュール１１６は前記パイプ１０８及びその中の流体１１０からの熱を冷却又は放散するように作動することができる。前記ヒートシンク１３６は、前記ヒートシンク１３６のフィン１４８、及び／又は、他の部分を経由して周囲の環境に熱を放射又は放散するように作動することができる。したがって、伝達される熱を放散することによって、前記ヒートシンク１３６は、前記熱電モジュール１１６が前記高温側の板１４０を熱し過ぎることを防止するように作用し、前記低温側すなわちパイプ側の板１４０を冷たく保持するようにも作用する。
【００３５】
図１及び２に示すように、前記組立体１００は五個のヒートシンク１３６を含む。各ヒートシンク１３６は、対応する熱電モジュール１１６の高温側に熱的に接続される。いくつかの実施形態において、（熱界面材１２０と同一の、あるいは異なる）熱界面材が前記ヒートシンク１３６と前記熱電モジュール１１６との間に配置される。このような実施形態において、前記熱電モジュール１１６から前記ヒートシンク１３６まで直接（いかなる熱界面材も用いずに）形成された熱経路と比較して、より良い熱伝導性熱経路が前記熱電モジュール１１６と前記ヒートシンク１３６との間に形成されることができるように、前記熱界面材は前記ヒートシンク１３６、及び／又は、熱電モジュール１１６よりも優れた熱伝導性を有することができる。
【００３６】
他の実施形態において、前記熱電モジュール１１６及びヒートシンク１３６は互いに半田付けされている。このような実施形態において、前記熱電モジュール１１６は、半田付け温度に耐えるように構成されている。
【００３７】
前記ヒートシンク１３６は、望ましくは良い熱伝導性を有する様々な材料から形成されることができる。使用可能な例示的材料は、銅及び銅系合金、ベリリウム銅合金、アルミニウム、真ちゅう、リン青銅等を含む。いくつかの実施形態において、前記ヒートシンク１３６は地金又は被膜のない金属からなる。
【００３８】
前記ヒートシンク１３６は、前記ヒートシンク１３６から概ね外向きに延びる一つ以上の冷却用フィン１４８を含む。前記冷却フィン１４８は、望ましくは前記ヒートシンク１３６から周囲環境への熱の放散、及び／又は、放射を改善するように構成されている。他の例示的実施形態は、五個を超える又は未満のヒートシンク、及び／又は、図面に示すものとは異なって構成される一つ以上のヒートシンクを含む。例えば、ヒートシンクは三個を超える又は未満のフィンを含むことができ、また、全くフィンを含まないこともできる。あるいは、例えば、ヒートシンクは異なるフィンの構成を備えることができる。
【００３９】
図１及び２に示される例示的実施形態の記載を続けると、前記組立体１００は断熱材１２８も含む。前記断熱材１２８は、前記熱電モジュール１１６と、前記ヒートスプレッダ１２４の前記熱界面材１２０とは反対側とに近接して配置されている。前記断熱材１２８は、概ね前記ヒートスプレッダ１２４と前記ヒートシンク１３６との間に画定される領域又は空間内に配置、あるいは、含まれている。前記断熱材１２８は、望ましくは外部の物体や破片、粒子状物質、汚染物質、金属くず又は切りくず等、環境から熱電モジュールを保護するように構成されている。
【００４０】
圧縮可能な断熱材等の様々な材料を前記断熱材１２８に用いることができる。適した断熱材料の他の例は、ガラス繊維及び連続気泡プラスチックフォームを含む。
前記組立体１００はシールあるいは被覆１３２も含む。前記被覆１３２は、例えば、前記断熱材１２８が前記組立体１００から分離するのを防ぐことによって、前記断熱材１２８を覆い、かつ保持するように配置されている。様々な材料を該被覆１３２に使うことができる。いくつかの好適な実施形態において、前記被覆１３２は、エラストマやゴム等から形成される弾性膜からなる。前記被覆に用いられることに適した材料の他の例は、二トリルゴム又はゴム製品を含む。
【００４１】
さて、前記パイプ１０８（及び前記パイプ１０８内の流体１１０）からの熱を冷却又は放散するために前記組立体１００を用いる例示的方法について示す。まず、前記組立体１００は、設置者によって図２に示す前記概ね平坦な構成で受け取られることができる。その後、該設置者は、前記組立体１００を概ね前記パイプ１０８の外面１０４の周りに円周方向に巻き付けるために、前記組立体１００を前記平坦な構成から撓めたり、あるいは曲げたりすることができる。前記設置者は、適した固定装置あるいは手段（例えば、面ファスナ式固定パッド等）を用いることによって、前記組立体１００の離間した自由端又は縁部１１２を固定することができる。
【００４２】
電力が前記熱電モジュール１１６に供給され、前記熱電モジュールのパイプ側から反対側へ熱を移動させる電流を生じる。これにより、順に、各熱電モジュール１１６に高温側及び低温側が生じ、前記低温側は前記パイプ１０８に近接する。前記パイプ側の板１４０は、その後、前記パイプ１０８及び前記パイプ側の板の間に前記熱界面材１２０及びヒートスプレッダ１２４を介して形成される熱経路を通じて、前記パイプ１０８を冷却するように作動する。言い換えると、熱は前記パイプ１０８から前記熱界面材１２０までと、前記熱界面材１２０から前記ヒートスプレッダ１２４までと、前記ヒートスプレッダ１２４から前記熱電モジュール１１６のパイプ側の板１４０までとに伝達される。この熱伝達は冷却し、適した作動温度に保持し、かつ／あるいは、それなしでは発生し得る前記パイプ１０８及び／又は流体１１０の温度上昇を少なくとも低減させることを補助する。
【００４３】
ペルチェ効果により、前記ヒートシンク１３６に近接し、かつ熱的に接続される熱電モジュール１１６の他方の板１４０は、実質的に昇温する。熱は、これらの高温の板１４０から、周囲環境（例えば、空気等）に熱を放散又は放射する前記ヒートシンク１３６へ伝達される。
【００４４】
図３は、本願の一つ以上の態様を具現化する組立体２００の別の例示的実施形態を示す。図３に示すように、前記組立体２００は、概ねパイプ２０８（あるいは、他の流体管）の外面２０４の周りに円周方向に巻き付けられる。前記組立体２００は、前記パイプ２０８の周りに巻き付けられた後、前記パイプ２０８及び該パイプ２０８内の流体からの熱を冷却／放散するために用いられることができる。しかしながら、前記組立体２００は、図3に示す前記パイプの他に、異なるサイズ及び形状のパイプ等、異なる流体管に用いられることができる。
【００４５】
引き続き図３を参照すると、前記組立体２００は一般的にヒートスプレッダ２２４（例えば、銅編組等）と、弾性膜被覆２３２と、一つ以上のヒートシンク２３６とを含む。図3には示していないが、前記組立体２００も、図１及び２に示す前記熱電モジュール１１６と、熱界面材１２０と、断熱材１２８と同様の方法で配置される一つ以上の熱電モジュールと、熱界面材と、断熱材とを含むことができる。
【００４６】
前記組立体２００は、前記ヒートシンク２３６を積極的に冷却するために前記組立体２００内に統合され、あるいは前記組立体２００内に付加されることができる二つのファン２５２も含む。双方向矢印２４５で示すように、前記ファン２５２は、特定の応用例及び前記ファン２５２の構成次第で、前記ヒートシンク２３６に向かう方向、あるいは離間する方向のどちらかに送風できる。同様に、前記パイプ２０８内の流体もいずれの方向にも流動することができる。
【００４７】
前記組立体２００は、ファン２５２を含む前記組立体２００の周りに円周方向に配置され、あるいは概ね巻き付けられる比較的薄い弾性膜被覆２５６をさらに含む。したがって、前記被覆２５６は、例えば、前記熱伝達効率を上昇させるために、前記ファン２５２が空気を吹き付ける方向次第で、（双方向矢印２６２で示すように）気流２６２をどちらかの方向に向けるように作用する。前記被覆２５６はプラスチック、弾性材等から形成される。前記被覆２５６は、積極的に前記ヒートシンク２３６を冷却するために、気流２６２を前記ファン２５２及びヒートシンク２３６の間に向けるように作用する。このことは、順に、前記ヒートポンプにより引出される熱の量を最大化する、あるいは増加させるように作用する。図３において、前記組立体２００は二つのファン２５２を含む。また、他の実施形態は二個を超える又は未満のファンを含むことができる（あるいは、全くファンを含まないこともできる）。
【００４８】
前記被覆２５６は、シールを形成し、かつ全部あるいはほぼ全部の空気が前記ファン２５２を通過するように、（例えば、両面テープ、又は適した取付け手段等で）ファンの筐体２６６の外側に取付けられている。他端において、前記被覆２５６は前記ヒートシンク・フィンすなわち翼２３８の先端又は端部に取付けられている。前記ヒートシンク２３６の間の空間において、前記被覆２５６は前記ヒートシンク２３６の最外部の翼２３８の外側に取付けられている。前記被覆２５６は前記弾性膜被覆２３２の任意の露出部分に取付けることもできる。この例示的方法で前記被覆２５２を取付けることによって、前記ヒートシンク及び前記ファンの間を通る空気は前記被覆２５６により、前記ヒートシンク２３６のフィンすなわち翼２４８を通過させられる、あるいは通過するように向けられることができる。前記ヒートシンク２３６及び前記ファン２５２の間において、前記被覆２５２の自由端部は、両面テープ又は他の適した取付け手段等で前記シールを完成させるために互いに取付けられている。
【００４９】
図３に示す実施形態において、その配置は前記パイプ２０８の側面上に取付けられる前記二つのファン２５２と非対称である。そのため、前記ファン２５２及び前記ヒートシンク２３６の間の距離は重要である。例えば、いくつかの実施形態は、望ましくは前記ファン２５２を、前記ヒートシンク２３６から前記ファンの寸法の二倍以上である所定距離離間して取付ける。この例示的取付けの配置は前記ヒートシンク２３６でより均一な気流を生じさせることができる。
【００５０】
さらなる例示的実施形態は、（ファン、及び／又は、ヒートシンクの代わりに、あるいは、に加えて）一つ以上のヒートパイプを含む。このような実施形態において、前記ヒートパイプは、一つ以上のヒートシンク、及び／又は、ファンを同様に含むことができる分離式／外付けの専用積極的冷却システムに結合されている。
【００５１】
本願の他の態様は、流体管及び内部の流体から電力を抽出する、あるいは、熱を冷却／放散するための方法に関する。方法の一例示的実施形態において、組立体（例えば、１００等）は前記流体管から電力を抽出する、あるいは、熱を放散するために流体管（例えば、１０８等）に設置される。前記組立体は対応するヒートシンク（例えば、１３６等）に熱的に接続された一つ以上の熱電モジュール（例えば、１１６等）を含む。熱界面材（例えば、１２０等）は、概ね前記流体管の外面及びヒートスプレッダ（例えば、１２４）の間に配置される。前記ヒートスプレッダは、概ね前記熱界面材と前記熱電モジュールのパイプ側の板（例えば、１４０等）との間に配置されている。電流を生じるために前記熱電モジュールに電力が供給され、それにより前記熱電モジュールのパイプ側から反対側に移動する熱を生じる。前記パイプ側の板は、その後、前記熱界面材及びヒートスプレッダを介して前記流体管及び前記パイプ側の板の間に形成される熱経路を通じて、前記流体管を冷却するように作動する。ペルチェ効果により、前記ヒートシンクに近接し、かつ熱的に接続される前記熱電モジュールの他方の板は、実質的に昇温する。熱はこれらの高温の板から前記ヒートシンクへ伝達され、そこから熱が周囲の環境へ放散する、あるいは放射する。
【００５２】
本明細書で用いられる用語「放散する」、「放散」、「放熱」、及びそれらの変化形は、組立体（例えば、１００等）によって流体管（例えば、１０８）及びその内部の流体（例えば、１１０）に提供される冷却効果、熱伝達、熱減少、温度降下、熱冷却等を示す広い意味で用いられている。該用語は、直接的及び／又は間接的な冷却、伝導冷却、対流冷却、熱発散冷却等の作用を含む。該用語は本発明の範囲を限定するものではない。例えば、前記組立体のいくつかの実施形態は前記流体管、又はその内部の流体をある所定温度まで実際に冷却するように作動しない。代わりに、そのような実施形態は、熱伝達を促進するように構成された組立体を備え、前記流体管、及び／又は、その内部の流体にとってより適した温度に保持するように働き、かつ／あるいは、このような組立体を用いない場合の温度上昇の範囲を低減することができる。
【００５３】
本明細書に記載の材料及び寸法は例示的なものにすぎず、前記組立体及びその構成物は、例えば、前記流体管の構成（例えば、寸法、形状、材料等）、冷却される、又は電源として用いられる流体、電力抽出の要求、あるいは、熱放散／冷却の要求等の特定の応用に従って、異なる形状、寸法で構成され、かつ／あるいは、異なる材料から構成されることができる。
【００５４】
本明細書では参照のためだけに特定の用語が用いられており、限定するものではない。例えば、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上部」、及び、「下部」等の用語は、参照される図面における方向を言及する。「前方」、「後方」、「後部」、「底部」、「側部」等の用語は、上述の構成要素を説明する本文及び対応する図面を参照することによって明確になる一貫しているが任意である座標系内の構成要素の部分の方向を示す。このような用語は、特に上述した単語、それらの派生語、及び同様の重要な単語を含む。同様に、構成を言及する用語「第一」、「第二」、及び他の数を示す用語は、文中で特に明記がない限り、並びや順序を示すものでない。
【００５５】
要素又は特徴と例示的実施形態とを導入する際に、単数で記載されているものは一つ以上のそのような要素又は特徴を有しても良いことを意味する。「からなる」、「含む」、「備える」等の用語は、包括的であって、特記したもの以外の追加の要素、又は特徴を有しても良いことを意味する。さらに、本明細書に記載の方法の工程、プロセス、動作は、実行の順序として特筆されていない限り、必ず、論じられた、あるいは示された特定の順序で行なう必要があると解釈されるべきではない。また、追加の、あるいは代わりの工程を用いても良い。
【００５６】
本願の記載は、当然例示的なものに過ぎず、従って、本願の趣旨から逸脱しない変形は本願の範囲内である。このような変形は、本願の精神及び範囲から逸脱するものであるとされてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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