JP2011238693A - 気密ケース入り熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気密ケース13を加熱側ケース半体11と冷却側ケース半体12との二部材で構成すると共に、少なくとも一方のケース半体例えば加熱側ケース半体11が内方に収納する熱電変換モジュール5の受熱面と平行な底面11cと他方のケース半体例えば冷却側ケース半体12と接合される周縁11a及び底面11cと周縁11aとの間を繋ぐ側面11bとを有し、かつ側面11bが周方向に波形を成している可撓面32を有する可撓性のケース半体としている。
【選択図】図7
Description
ケースの材質は、耐熱性、耐蝕性、加工性などの観点で選択する。例えば熱電半導体としてBiTeなどを用いる低温用モジュール(ケースの加熱側温度250℃以下)では、アルミニウム(Al)、銅(Cu) およびステンレス鋼(SUS304,SUS316など)などが使用できる。また熱電半導体としてSiGeなどを用いる高温用モジュール(ケースの加熱側温度600℃程度)では、チタン(Ti)などが使用できる。いずれも素材の厚さは0.1 mm〜0.5 mm程度が適するが、これに限定せずモジュールの大きさや差圧なども考慮して決定するべきである。冷却または加熱パネルおよび出入り口配管の材質は、冷却または加熱媒体との共存性に優れたものが好ましい。例えば水に対してはステンレス鋼などが適する。
(冷却または加熱媒体の流量)
ここで、冷却流体として水を使用する場合において、水の入り口温度が25℃で、出口温度を45℃とする場合の必要流量は、以下の手順で求められる。因みに、熱電変換モジュールの変換効率を10%、1個当たりの出力を10Wとすると、冷却水で除去すべき熱量は90Wである。
P = WCpΔT
ここに P :冷却水で除去すべき熱量 (=90 W=0.09 kW)
W :水の流量 (kg/s)
Cp :水の比熱 (=4.2 kWs/kgK)
ΔT :水の出入り口温度差 (=20 K)
W = P/(CpΔT) = 0.09/(4.2×20)
=0.0011(kg/s)= 1.1(g/s)
また、冷却パネル25の内部での水の流速は、次式で計算される。冷却パネル25内の流路の流路幅を7mm、流路高さを5mmとすると、流路断面積は0.35cm2である。よって、
V=Q/A=1.1/0.35=3.1 (cm/s)
ここにV:冷却水流速(cm/s)
Q:冷却水流量(=1.1 cm3/s)
A:流路断面積(=0.35 cm2)
前記流速3.1(cm/s)であれば、その流動圧損は極めて小さく問題とならない程度である。
5 熱電変換モジュール
7 仕切り板(冷却パネルあるいは加熱パネルとして機能する)
11 加熱側ケース半体
11a 周縁
11b 側面
11c 底面
12 冷却側ケース半体
12a 周縁
12b 側面
12c 底面
13 気密ケース
14 熱媒体循環室
16 熱媒体が循環する流路
17 熱電変換モジュール収納室
19a,19b 図示しない熱媒体供給源と接続される熱媒体出入り口(配管)
25 冷却パネル
28 他方のケース半体を構成する金属板
32 可撓面(波形の側面)
Claims (5)
- 熱電変換モジュールを気密ケースに収容して内部を減圧または真空とする気密ケース入り熱電変換モジュールにおいて、前記気密ケースは加熱側ケース半体と冷却側ケース半体との二部材で構成されると共に、少なくとも一方の前記ケース半体が内方に収納する前記熱電変換モジュールの受熱面と平行な底面と他方の前記ケース半体と接合される周縁及び前記底面と前記周縁との間を繋ぐ側面とを有し、かつ前記側面が周方向に波形を成している可撓性のケース半体であることを特徴とする気密ケース入り熱電変換モジュール。
- 前記気密ケースの内部に冷却パネルを設置し、該冷却パネルを前記気密ケースの外の外部熱媒体供給源から供給される冷却媒体で冷却して前記熱電変換モジュールの冷却側の受熱面を前記気密ケース内で直接冷却すると共に前記熱電モジュールの加熱側の受熱面を前記加熱側ケース半体を介して外部の熱源との間で熱の授受を行うものである請求項1記載の気密ケース入り熱電変換モジュール。
- 前記気密ケースの内部に加熱パネルを設置し、該加熱パネルを前記気密ケースの外の外部熱媒体供給源から供給される加熱媒体で加熱して前記熱電変換モジュールの加熱側の受熱面を前記気密ケース内で直接加熱すると共に前記熱電モジュールの冷却側の受熱面を前記冷却側ケース半体を介して外部の熱源との間で熱の授受を行うものである請求項1記載の気密ケース入り熱電変換モジュール。
- 前記冷却パネルあるいは加熱パネルは、熱電変換モジュールと気密ケース外部に導出する電極とを備える一方の室と、外部熱媒体供給源から熱媒体を導入し外部熱媒体供給源との間で循環させる流路を形成する他方の室との2室に前記気密ケースの内部を分画する仕切り板で構成されているものである請求項2または3記載の気密ケース入り熱電変換モジュール。
- 前記冷却パネルあるいは加熱パネルは、前記ケース半体とは分離された独立した容器から成り、前記気密ケースを貫通する冷却媒体出入り口配管と接続されて外部熱媒体供給源との間で熱媒体を循環させるものである請求項2または3記載の気密ケース入り熱電変換モジュール。
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