专利名称：热电变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于一包括一冷藏箱或冷冻箱的冰箱以及一包括一隔热储存箱的保温箱之类的热电变换装置，具体涉及一种以下结构的热电变换装置，这种装置包括一第一导热体；一连接到该第一导热体的一预定位置的第二导热体；一围绕该第二导热体的由合成树脂制成的机架；一将该机架固定在其底端部并将一组热电元件支承在其内部的导热衬底；一配置在该第一导热体与该导热衬底之间的隔热层，以通过该隔热层在其外周处围绕该机架；并且，该第二导热体与该导热衬底彼此相对并通过该热电元件组彼此紧密接触。
背景技术：
图18为用于冰箱之类的热电变换装置的横截面图。一由铝制成的一金属容器的外表面配置有一组热电元件103，其间装设有一铝制闭塞的吸热侧热导体102，热电元件组103外侧配置有一装设散热片104的散热侧热导体105。
在金属容器101与散热侧热导体105之间配置有一隔热层106，以使该隔热层围绕闭塞的吸热侧热导体102和热电元件组103。虽然图中未示出，隔热层106包括由合成树脂模制体形成的框架件和一填充在该框架件内并由泡沫树脂如聚氨基甲酸乙酯制成的隔热材料。
在上述结构中，由于因限定隔热层106的轮廓的框架件系由合成树脂模制体形成，因而存在模制应变，故很难实现精确的尺寸。而且，由于因隔热材料形成泡沫而产生膨胀，隔热层106的厚度倾向于大于预定尺寸。
通常是通过螺栓之类将金属容器101和吸热侧热导体102连接在一起，并将热电元件组103装设到散热侧热导体105上。由于金属容器101与散热侧热导体105之间配置有隔热层106，吸热侧热导体102与热电元件组103之间的紧密接触因上述尺寸分散和膨胀而倾向于恶化。这导致更高的热阻，由此产生热电变换特性降低的问题。
本发明的一个目的便在于解决传统技术的这些缺点并提供一种性能优良的热电变换装置。
本发明概况为实现以上目的，本发明提供一种热电变换装置，这种装置包括一例如为一容器形式的第一导热体；一连接到该第一导热体的一预定位置的第二导热体；一围绕该第二导热体的由合成树脂制成的机架；一将该机架固定在其底端部并将一组热电元件支承在其内部的导热衬底；一配置在该第一导热体与该导热衬底之间的隔热层，以使该机架在其外周处被该隔热层围绕；并且，该第二导热体与该导热衬底彼此相对并通过该热电元件组彼此紧密接触。
本发明的特点在于，该第二导热体和机架装设有一防止该第二导热体产生向第一导热体位移的接合凸起和一与该接合凸起接合的接合部。
附图简单说明图1为按照本发明一实施例的热电变换装置的局部横截面图；图2为示出热电变换装置中接合凸缘与延伸部之间的接合结构的放大的局部横截面图；图3为示出导线在热电变换装置中导出结构的放大的局部横截面图；图4为示出接合凸缘与延伸部之间的改进的接合结构的放大的局部横截面图；图5为示出接合凸缘与延伸部之间的进一步改进的接合结构的放大的局部横截面图；图6为示出导线用改进的导出结构的放大的局部横截面图；图7为示出导线用进一步改进的导出结构的放大的局部横截面图；图8为示出导线用另一进一步改进的导出结构的放大的局部横截面图；图9为示出导线用又一进一步改进的导出结构的放大的局部横截面图；图10为示出散热侧衬底与机架底端部之间的改进的连接结构的局部横截面图；图11为示出散热侧衬底与机架底端部之间的另一改进的连接结构的局部横截面图；图12为示出散热侧第二导热体与机架之间的改进的连接结构的局部横截面图；图13为用于改进结构的散热侧第二导热体的立体图；图14为示出另一改进的散热侧第二导热体的局部立体图；图15为沿图14中X-X线的横截面图；图16为示出散热侧第二导热体与机架之间的进一步改进的连接结构的放大的局部横截面图；图17为示出散热侧第二导热体与机架之间的又一进一步改进的连接结构的放大的局部横截面图；图18为一传统热电变换装置的横截面图。
实施本发明的最佳方式如上所述接合凸起和接合部在第二导热体和机架上的配置能防止本来由隔热层的拉力产生的该第二导热体的位移。相应地，该第二导热体与热电元件组之间经常保持紧密接触，从而能长期显示优良的热电变换特性。
以下结合
本发明的一实施例。图1为按照本发明一实施例的用于热电式冰箱的热电变换装置的局部横截面图，图2为示出热电变换装置中接合凸缘与延伸部之间的接合结构的放大的局部横截面图，图3为示出导线在热电变换装置中导出结构的放大的局部横截面图。
在一具有一容器形状以形成一冷藏室和一冷冻室的散热侧导热体1的外表面适当位置配置有一形成块状以具有大的热容量的吸热侧第二导热体2。通过适当的连接装置(未示)如多个螺栓将这些导热体连接在一起。
通过一具有优良导热性的由例如填充硅树脂之类制成的弹性薄膜3将一组具有级联结构的热电元件4配置在吸热侧第二导热体2的一外表面上。
热电元件4支承在一散热侧衬底5上。一机架6粘附并固定在散热侧衬底5的一侧面上，所述侧面与吸热侧第一导热体1相对，在其相对侧粘附并固定有一水冷套7。第一导热体1、第二导热体2和散热侧衬底5系由具有良好导热性的金属例如铝之类形成。
机架6系由一在其顶端和底端开放并具有一底端部8和一从该底端部8向上延伸的延伸部9的合成树脂中空模制体形成。其横截面形状为一大致台阶壳体。多个加强肋11从延伸部9延伸到底端部8。
第二导热体2固定在沿四个侧面配置的延伸部9内。将一粘结剂10注入第二导热体2的周壁与延伸部9的内壁之间的空隙，以使该第二导热体2与机架6一体地连接在一起。
作为粘结剂10，可硬化粘结剂10a例如为环氧树脂基或聚丙烯基或热熔型，而低温柔性粘结剂10b则例如为丁基橡胶基或组合采用改进的硅基。前一种粘结剂注入空隙深部，而后一种粘结剂则注到一比可硬化粘结剂10a更靠近入口的侧面(一打开侧)。可硬化粘结剂10a可以单独使用，但涉及一潜在问题，即在开始与水(水分)接触或在低温处受到重复温度循环时硬化后粘结剂的粘接性可能降低。通过防止水(水分)因使用上述低温柔性粘结剂10b而渗入硬化粘结剂10a，经过较长时间可获得稳定的粘接强度。
第二导热体2在其下部设有一接合凸缘12而使该接合凸缘向外突出。如图2所示，该接合凸缘12通过一例如环氧树脂基或聚丙烯基的粘结剂13与机架6的延伸部9的下端部接合并粘接。因此，延伸部9的下端部在该实施例中起着接合部的作用。
如图3所示，将一从上述热电元件组4伸出的导线14与一例如环氧树脂基或聚丙烯基的粘结剂16插入一形成于机架6的底端部8的下表面中的贯通槽15，并以液体和气密方式从机架6(底端部8)与散热侧衬底5之间的连接部伸出。
在散热侧衬底5的一表面上形成一电气绝缘薄膜(未示)例如一阳极化氧化铝薄膜，所述表面与热电元件组4相对。该电气绝缘薄膜的表面并不完全光滑，故通过粘接机架6的底端部8与散热侧衬底5的外周部并不能获得足够紧密的接触。因此最好是在外周部将电气绝缘薄膜去除并使外周部光滑之后再对散热侧衬底5的外周部与机架6的底端部8进行粘接。
对于这种粘接，采用如图1所示那样的双层结构，将例如为环氧树脂基或聚丙烯基或热熔型的可硬化粘结剂注入底端部8与散热侧衬底5的外周部之间的连接部内部，而将例如为丁基橡胶基或改进的硅基的低温柔性粘结剂注到一比可硬化粘结剂更靠近外周部的侧面，能有效防止水或水分渗入而可长时间展示稳定的密封效果。
仍参照图1，水冷套7的结构大致为一底部基本关闭而顶部打开的中空壳体17，壳体17的中空空间内并配置有一分配件18。
通过一O形圈19和粘结剂(未示)以液体密封方式连接壳体17的基部与散热侧衬底5。虽然在本实施例中使用了O形圈19，但可以将其省去。在壳体17的大致中央部装设有一供水管道20并在靠近外周边缘处装设有一排水管道21。
分配件18装设有多个伸出到靠近散热侧衬底5的表面的喷嘴26，并通过在壳体17内对分配件18的配置形成扁平的第一空间23和第二空间24。
如同一附图所示，当经中央供水管道20供给一传热介质例如纯水那样的水25时，水25立即遍布第一空间23并从相应的喷嘴22沿一大致垂直方向朝散热侧衬底5的下表面喷注。喷注到散热侧衬底并由此吸热的水25很快遍布高度很小的第二空间24，并经排水管道21排出系统。在一未示出的散热辐射装置中对排出的水25进行冷却并经一强制循环系统加以回用。
虽然在本实施例中是采用水25作为传热介质，但根据热电式冰箱的使用条件，也可采用一抗冻剂作为传热介质。
如图1所示，在吸热侧第一导热体1与散热侧衬底5之间配置有一隔热层31，故该隔热层围绕机架6的外周。虽然图中未示出，该隔热层31由一由合成树脂模制体形成并限定轮廓的框架件和一填充在该框架件内的由泡沫树脂如聚氨基甲酸乙酯制成的隔热材料组成。作为这种隔热材料，也可采用硅基密封剂。
图4和图5为示出第二导热体2的接合凸缘12与机架6的延伸部9之间的连接部的修改情况的放大的局部横截面图。在图4的修改中，在接合凸缘12的一表面中形成一凹槽粘结剂井26。作为一种替代，该粘结剂井26也可在一表面形成，该表面相对于接合凸缘12。在图5的修改中，系以一台阶形成延伸部9的下端部，以使该下端部罩复接合凸缘12的上壁和侧壁，并将粘结剂13配置其间。
图6至图9为示出导线14修改情况的放大的局部横截面图。在图6的修改中，将一个或多个环27以预定间隔连接在埋入粘结剂16中的导线14的外周壁上。在图7的修改中，导线14在一埋入粘结剂16中的部分处设有一个或多个弯曲部28。在图8的修改中，导线14在一埋入粘结剂16中的部分处压扁为椭圆形的变形部29。在图9的修改中，导线14在一埋入粘结剂16中的外周壁处形成为多个脊槽部。
采用如图6至图9所示的修改能增强导线14与粘结剂16之间的粘接，从而改善导线14的断裂强度，并进一步增加渗水距离，从而有效地防止渗水。
图10和图11为放大的局部横截面图，示出机架6的底端部8与散热侧衬底5的外周部之间的连接结构的修改情况。在图10的修改中，通过由金属或合成树脂制成的夹子32在外周部处对底端部8和散热侧衬底5的外周部加以压紧，可带有或不带有粘结剂或弹性薄膜。可将这些夹子32配置在四侧面或仅仅相对两侧。在所示实施例中，仅在散热侧衬底5上形成一台阶部以免夹子32从散热侧衬底5的表面突出。作为一种替换，也可在机架的底端部形成一台阶部，以防止夹子32从底端部8的表面突出。
在图11的修改中，通过以预定间隔排列的金属制固紧环33将底端部8和散热侧衬底5的外周部连接在一起，其间可带有或不带有粘结剂或弹性薄膜。可在这些固紧环33处采用金属或合成树脂制的螺丝来取代它们，但采用固紧环33能在较短时间里实现连接。
图12至图16为示出第二导热体2与机架6之间的粘结剂的修改情况。在图12和图13的实施例中，在第二导热体2的每个侧壁中形成一条或若干条沟槽34而使沟槽34沿一水平方向、换句话说是沿一与第二导热体2的位移垂直的方向延伸，否则这种位移将由隔热层31的拉力产生。每条沟槽34均用粘结剂10(硬化粘结剂10a或低温柔性粘结剂10b)填充。如图13所示的装设在两侧表面上的带有接合凸缘12和沟槽34的第二导热体2可通过挤压等大量生产获得。
图14和图15为示出进一步修改的附图，其中，图15为沿图4中X-X线的横剖面图。在该修改中，第二导热体2的每个侧壁均设有一沿水平方向形成的沟槽34，并设有一条或若干条相对于沟槽34向上延伸的通风沟槽35。填充粘结剂10(硬化粘结剂10a或低温柔性粘结剂10b)时，使空气经沟槽35有效逸出，以便能可靠地填充粘结剂10。虽然在本实施例中是每条沟槽34形成一条或若干条通风沟槽35，但也可在整个侧壁上以与沟槽34大致相同的宽度形成一通风部(粘结剂填充部)。
图16为示出进一步修改，并表示一实例，其中，在机架6的侧面形成一条或若干条沟槽34。也可将这些沟槽34配置在第二导热体2和机架6上。
虽然在这些图中未示出，但可在第二导热体2和/或机架6的每个侧壁上形成许多连续或间断的凹凸，所述侧壁开始与粘结剂10(硬化粘结剂10a或低温柔性粘结剂10b)接触，从而能增加粘接面积，进一步还能使渗水距离更长，从而防止水或水分渗入。
图17为示出第二导热体2与机架6之间接合的进一步修改。在该实施例中，在第二导热体2的上肩部处形成一台阶部36，而另一方面，机架6(延伸部9)在其上边缘处设有一向内延伸的接合凸缘12。该接合凸缘12通过粘结剂10(硬化粘结剂10a或低温柔性粘结剂10b)与台阶部36接合，从而能防止第二导热体2相对于机架6的位移。在该实施例中，台阶部36是作为一接合部，而如图所示，接合凸缘12配置成不从第二导热体2的上表面突出。
附带说明，可用一导热性低于空气的物质(例如细小的氧化钛颗粒，二氧化碳、氩气等)来填充一由第二导热体2、压电元件组4、散热侧衬底5、机架6等限定的空间37。
用于上述实施例的热电元件组4为一不采用衬底的框架结构。然而也可采用一仅在其一侧设有衬底或在其两侧设有衬底的热电元件组。
在上述实施例中都是针对水冷却系统的情况进行描述的。但是本发明并不限于这种水冷却系统，而还可用于空气冷却系统。
上述实施例都是针对将热电变换装置用于热电冷却的实例进行描述的。但是本发明并不限于这种水冷却系统，该热电变换装置还可用于加热、加温等。
工业应用性按照本发明，第二导热体和机架上的接合凸起和接合部的上述结构可防止第二导热体的位移，否则这种位移将由隔热层的拉力产生，从而使第二导热体与热电元件组始终保持相互紧密接触。因此能长时间展示优良的热电变换特性。
权利要求
1.一种热电变换装置，包括一第一导热体，一连接到所述第一导热体的一预定位置的第二导热体，一围绕所述第二导热体的由合成树脂制成的机架，一将所述机架固定在其底端部并将一组热电元件支承在其内部的导热衬底，一配置在所述第一导热体与所述导热衬底之间的隔热层，以使所述机架在其外周处被所述隔热层所围绕，其中，所述第二导热体与所述导热衬底彼此相对并通过所述热电元件组彼此紧密接触，其特征在于所述第二导热体和所述机架装设有一防止所述第二导热体产生向所述第一导热体位移的接合凸起和一与所述接合凸起接合的接合部。
2.如权利要求1所述的热电变换装置，其特征在于，在所述接合凸起与所述接合部之间设置一粘结剂。
3.如权利要求1所述的热电变换装置，其特征在于，所述机架设有一延伸部，以使所述第二导热体被所述延伸部围绕，并在所述第二导热体与所述延伸部之间设置一粘结剂。
4.如权利要求3所述的热电变换装置，其特征在于，所述粘结剂包括一被注入一连接部的硬化粘结剂和一被注入到所述连接部的一打开侧的低温柔性粘结剂。
5.如权利要求3所述的热电变换装置，其特征在于，在所述第二导热体或所述延伸部中形成有一打算用所述粘结剂加以填充的凹槽部。
6.如权利要求5所述的热电变换装置，其特征在于，所述凹槽部为一沿与所述第二导热体的位移方向成直角相交方向延伸的沟槽。
7.如权利要求5或6所述的热电变换装置，其特征在于，在所述凹槽部中形成一通风沟槽。
8.如权利要求3所述的热电变换装置，其特征在于，所述接合凸起配置在所述第二导热体上，所述接合部为所述延伸部的一个端部。
9.如权利要求3所述的热电变换装置，其特征在于，所述接合凸起配置在所述延伸部的一个端部上，所述接合部为一形成于第二导热体上的台阶部。
10.如权利要求9所述的热电变换装置，其特征在于，所述接合凸起并不从所述第二导热体的一端表面突出。
11.如权利要求1所述的热电变换装置，其特征在于，在所述第二导热体与所述热电元件组之间设置一具有良好导热性的弹性薄膜。
全文摘要
为提供一种性能优良的热电变换装置,本发明提供一种热电变换装置,包括一第一导热体1;一连接到该第一导热体1的一预定位置的封闭的第二导热体2;一围绕该第二导热体2的由合成树脂制成的机架6;一将该机架6固定在其底端都8并将一组热电元件4支承在其内部的导热衬底5;一配置在该第一导热体1与该导热衬底5之间的隔热层31,以使该机架6在其外周处被该隔热层围绕。该第二导热体2与该导热衬底5彼此相对并通过该热电元件组4彼此紧密接触。该第二导热体2和机架6装设有一防止该第二导热体2产生向第一导热体1位移的接合凸缘12和一与该接合凸缘接合的接合部9。
文档编号F25B21/02GK1249067SQ98802818
公开日2000年3月29日 申请日期1998年12月25日 优先权日1997年12月25日
发明者渡边日出男, 木谷文一 申请人:株式会社21世纪生态学