JP2003133031A - 熱電膜加熱装置 - Google Patents

熱電膜加熱装置

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JP2003133031A
JP2003133031A JP2001380706A JP2001380706A JP2003133031A JP 2003133031 A JP2003133031 A JP 2003133031A JP 2001380706 A JP2001380706 A JP 2001380706A JP 2001380706 A JP2001380706 A JP 2001380706A JP 2003133031 A JP2003133031 A JP 2003133031A
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thermoelectric film
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heating device
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Hao-Yi Liao
浩一 廖
Yi Wei Chung
宜▲イ▼ 鍾
Ching Ti Hsu
清地 許
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HELIX TECHNOLOGY Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電膜加熱装置において、熱電膜を流れる電
流を均等に分散させ、熱電膜の加熱効率を向上および熱
電膜の寿命を延長させる電極構造を提供する。 【解決手段】 本熱電膜加熱装置は、少なくとも、その
上に熱電膜配置領域２０４、第１電極配置領域２０６、
第２電極配置領域２０８を有し、第１電極配置領域２０
６および第２電極配置領域２０８が、熱電膜配置領域２
０４の両側に位置する絶縁基材２００と、熱電膜配置領
域２０４上に互いに平行に配置される２熱電膜２０２
ａ，２０２ｂと、第１端電極２１４および第２端電極２
１６を含み、その両端の幅が中央より大きく、かつ２熱
電膜２０２ａ，２０２ｂと連接する部分が第１アウトラ
インをなす第１電極セット２１０と、連接電極２１８を
み、その両端の幅が中央の幅より大きく、かつ２熱電膜
２０２ａ，２０２ｂと連接する部分が第２アウトライン
をなす第２電極セット２１２とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱電膜加熱装置
に関し、特に、熱電膜が均等な加熱効果を発揮する電極
配置構造を備えた熱電膜加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般の市場でよく見かける電熱装置は、
主要には、いずれも通電時に発生する電気抵抗効果によ
り印加した電気エネルギーを熱エネルギーに変換すると
ともに、発生した熱エネルギーを利用して加熱という目
的を達成するものである。電熱装置の動作原理は、ほぼ
電気抵抗効果のカテゴリーに含まれるものである。一般
によく見られる電熱装置は、主要には、正温度係数セラ
ミックス（Ｐ．Ｔ．Ｃ）ヒーターあるいは電気抵抗フィ
ラメントコイルにより電気抵抗線状態を形成した電熱装
置である。但し、正温度係数セラミックスヒーターは、
電気エネルギーを熱エネルギーに変換する時、セラミッ
クスヒーターの熱容量（Heat Capacity）が飽和へ向か
うので、セラミックスヒーターのインピーダンスが高く
なって加熱電力が低下するから、しばしば加熱効率が良
くないという現象が発生する。そして、電気抵抗線状態
のヒーターについて、加熱に使用する電気抵抗フィラメ
ントは、製作ならびに加工において相当に複雑で、コス
ト高となるとともに、経済的な考慮にも適合しない。従
って、現在の電熱装置は多くが熱電膜を採用して加熱手
段としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図１において、従来技
術にかかる熱電膜加熱装置の電極構造を示すと、一般の
熱電膜加熱装置は、絶縁基材１００上に構成されるもの
であって、絶縁基材１００上に熱電膜１０２と２電極１
０４，１０４とを配置していた。２電極１０４，１０４
は、通常、長方形構造であり、熱電膜１０２の両端に電
気接続されていた。２電極１０４，１０４にバイアスを
印加する時、電気抵抗効果により電気エネルギーを熱エ
ネルギーに転換して、加熱という目的を達成していた。
また、２電極１０４，１０４にバイアスを印加した時、
熱電膜１０２の中央を流れる電流密度が比較的大きく、
熱電膜１０２の周縁を流れる電流密度が比較的小さいも
のとなっていた。従って、しばしば熱電膜１０２中央が
過熱状態となり、甚だしくは焼損するという問題が発生
するとともに、熱電膜１０２の周縁においては加熱効率
が良くないという課題が存在していた。
【０００４】従来技術にかかる電極配置は、熱電膜の中
央と周縁とにおいて電流密度に大きな差異を発生させる
ものとなっていたので、熱電膜の寿命に悪い影響を与え
るものとなっていた。また、熱電膜の中央が過熱状態と
なり、その周縁の加熱効率が良くないという問題がある
ために、従来技術にかかる電極配置では、熱電膜の加熱
効率が不均等であるという問題が顕著なものとなってい
た。
【０００５】そこで、この発明の第１の目的は、電極の
幅を調整し電極配置を工夫することで、熱電膜上に電流
を均等に分散させ、熱電膜中央の過大な電流密度による
焼損を防止する熱電膜加熱装置を提供することにある。
この発明の第２の目的は、電極の幅を調整し電極配置を
工夫することで、熱電膜上に電流を均等に分散させ、熱
電膜の加熱効率を向上させる熱電膜加熱装置を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、この発明にかかる熱電膜加熱
装置は、主要には、絶縁基材上に構成されるものであっ
て、絶縁基材上に第１電極配置領域と第２電極配置領域
と熱電膜配置領域とを有する。第１電極配置領域と第２
電極配置領域とは、熱電膜配置領域の両側に位置する。
第１電極配置領域上に１組の第１電極を配置し、第２電
極配置領域上に１組の第２電極を配置し、熱電膜配置領
域上に複数の互いに平行となる熱電膜を配置し、かつ熱
電膜の両端（第１端・第２端）がそれぞれ第１電極配置
領域と第２電極配置領域とに対応する。１組の第１電極
および１組の第２電極により複数の熱電膜を直列接続す
ることができる。第１電極配置領域と第２電極配置領域
とは、両端の幅が比較的大きく、中央の幅が比較的小さ
いという構造特性を有して、熱電膜を流れる電流密度を
より均等なものとすることができる。
【０００７】２つの熱電膜を直列としたものを例にあげ
ると、第１電極セットが、第１端電極と第２端電極とを
含み、第１端電極と第２端電極との長さが、例えば、そ
れぞれ１つの熱電膜の幅に相当し、２熱電膜の第１端に
それぞれ連接する。第２電極セットが、連接電極を含
み、連接電極の長さは、例えば、２熱電膜の幅の総和よ
りやや大きく、２熱電膜の第２端を同時に連接する。
【０００８】奇数の熱電膜を直列としたものを例にあげ
ると、第１電極セットが、第１端電極と少なくとも１つ
の連接電極とを含み、第２電極セットが、少なくとも１
つの連接電極と第２端電極とを含む。第１端電極の長さ
は、例えば、１つの熱電膜の幅に相当して、第１番目の
熱電膜の第１端と連接する。第２端電極の長さは、例え
ば、１つの熱電膜の幅に相当して、第２番目の熱電膜の
第２端と連接する。第１電極セットおよび第２電極セッ
ト中の連接電極は、交差するように配置され、かつ連接
電極の長さは、例えば、２熱電膜の幅の総和よりやや大
きく、２熱電膜の一端（第１端または第２端）を同時に
連接する。
【０００９】偶数の熱電膜を直列としたものを例にあげ
ると、第１電極セットが、第１端電極と少なくとも１つ
の連接電極と第２端電極とを含み、第２電極セットが、
少なくとも２つの連接電極を含む。第１端電極の長さ
は、例えば、１つの熱電膜の幅に相当して、第１番目の
熱電膜の第１端と連接する。第２端電極の長さは、例え
ば、１つの熱電膜の幅に相当して、最後の熱電膜の第１
端と連接する。第１電極セットおよび第２電極セット中
の連接電極は、交差するように配置され、かつ連接電極
の長さは、例えば、２熱電膜の幅の総和よりやや大き
く、２熱電膜の一端（第１端または第２端）を同時に連
接する。
【００１０】この発明にかかる第１電極セットおよび第
２電極セットは、第１端電極と第２端電極と連接電極と
により複数の熱電膜を直列接続して、電流密度を分散さ
せる目的を達成する。また、第１電極セットおよび第２
電極セットは、いずれも両端の幅が比較的大きく、中央
の幅が比較的小さい構造特性を有する。
【００１１】この発明にかかる第１電極セットおよび第
２電極セットは、熱電膜との連接部分を例えば湾曲形状
アウトラインまたは波形状アウトラインとするものであ
る。
【００１２】この発明にかかる連接電極は、また、２つ
の熱電膜の幅に相当するサブ電極（sub electrode）と
２つのサブ電極を連接する連接部分（connecting par
t）とから構成される。連接部分は、例えば、「Ｕ」型
構造であり、２つのサブ電極間を跨いで接続するもので
ある。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる好適な実
施形態を図面に基づいて説明する。 ＜第１実施形態＞図１から図４は、この発明の第１実施
形態にかかる熱電膜加熱装置の電極構造を示すものであ
って、先ず、図２において、２つの熱電膜（thermoelec
tric film）２０２ａ，２０２ｂを直列接続するものを
例にあげると、絶縁基材２００上に熱電膜配置領域２０
４と第１電極配置領域２０６と第２電極配置領域２０８
とを有する。熱電膜配置領域２０４は、例えば、絶縁基
材２００の中央に位置し、第１電極配置領域２０６と第
２電極配置領域２０８とは、例えば、それぞれ熱電膜配
置領域２０４の両側に位置する。第１電極配置領域２０
６上に第１電極セット２１０を配置するが、この第１電
極セット２１０は、例えば、第１端電極２１４と第２端
電極２１６とからなり、第２電極配置領域２０８上に例
えば第２電極セット２１２を配置するが、この第２電極
セット２１２は、例えば、連接電極２１８からなる。
【００１４】図２と図３とにおいて、第１端電極２１４
の長さは、例えば、１つの熱電膜の幅に相当するととも
に、熱電膜２０２ａの一端と連接する。第２端電極２１
６の長さは、例えば、１つの熱電膜の幅に相当するとと
もに、熱電膜２０２ｂの一端と連接する。連接電極２１
８の長さは、例えば、２熱電膜の幅の総和よりもやや大
きく、熱電膜２０２ａおよび熱電膜２０２ｂの一端へ同
時に連接する。また、図３を見ると分かりやすいよう
に、第１端電極２１４ならびに第２端電極２１６からな
る第１電極セット２１０は、その外形全体につき、両端
の幅Ｗ１が比較的大きく、中央の幅Ｗ２が比較的小さい
構造となっている。連接電極２１８からなる第２電極セ
ット２１２は、同様に、その外形全体につき、両端の幅
Ｗ３が比較的大きく、中央の幅Ｗ４が比較的小さい構造
となっている。
【００１５】第１電極セット２１０および第２電極セッ
ト２１２両端の幅が中央の幅より大きい特殊な設計であ
り、第１電極セット２１０および第２電極セット２１２
両端の電気抵抗値が比較的小さいので、熱電膜２０２
ａ，２０２ｂ上の電流密度が十分に均等なものとなっ
て、熱電膜２０２ａ，２０２ｂの中央で電流密度が過大
なものとなる欠点が発生せず、また、加熱効率を向上さ
せることができる。
【００１６】図４において、４つの熱電膜２０２ａ，２
０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄを直列接続するものを例に
あげると、熱電膜配置領域２０４上に４つの熱電膜２０
２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄを配置するもので
ある。第１電極配置領域２０６上に第１電極セット２１
０を配置するが、この第１電極セット２１０は、例え
ば、第１端電極２１４と連接電極２１８ａと第２端電極
２１６とからなり、第２電極配置領域２０８上に例えば
第２電極セット２１２を配置するが、この第２電極セッ
ト２１２は、例えば、連接電極２１８ｂと連接電極２１
８ｃとからなる。
【００１７】最後に、図５において、３つの熱電膜２０
２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを直列接続するものを例にあ
げると、熱電膜配置領域２０４上に４つの熱電膜２０２
ａ，２０２ｂ，２０２ｃを配置するものである。第１電
極配置領域２０６上に第１電極セット２１０を配置する
が、この第１電極セット２１０は、例えば、第１端電極
２１４と連接電極２１８ａとからなり、第２電極配置領
域２０８上に例えば第２電極セット２１２を配置する
が、この第２電極セット２１２は、例えば、連接電極２
１８ｂと連接電極２１８ｃとからなる。
【００１８】上述した図２と図４と図５とにおいて、第
１電極セット２１０および第２電極セット２１０、すな
わち、第１端電極２１４・第２端電極２１６・連接電極
２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃは、熱電膜と連接する部
分が湾曲形状アウトラインとなっている。
【００１９】＜第２実施形態＞図６から図８において、
この発明の第２実施形態にかかる熱電膜加熱装置の電極
構造を示すと、図２と図４と図５とに示したものと類似
するものであって、両者の差異は、図６から図８に示し
た第１電極セット３１０および第３電極セット３１２、
つまり第１端電極３１４と第２端電極３１６と連接電極
３１８，３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃとは、熱電膜に
連接する部分が波形状アウトラインとなっていることで
ある。
【００２０】しかしながら、当業者であれば分かるよう
に、第１電極セット３１０ならびに第３電極セット３１
２両端の幅が比較的大きく、中央の幅が比較的小さいと
いう技術思想に基づいて、湾曲形状アウトラインまたは
波形状アウトラインを他の等価なアウトラインに置き換
えることができるものである。
【００２１】＜第３実施形態＞図９から図１４におい
て、この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加熱装置の
電極構造を示すと、先ず、図９から図１１に示したもの
は、図２と図４と図５とに示したものと類似するもので
あって、両者の差異は、連接電極４１８，４１８ａ，４
１８ｂ，４１８ｃが、２つのサブ電極４２０，４２０お
よび１つの連接部分４２２を有することである。サブ電
極４２０の長さは、例えば、１つの熱電膜の幅に相当
し、連接部分４２２は、例えば、「Ｕ」型構造であり、
２つのサブ電極４２０，４２０間を跨いで接続するもの
である。
【００２２】次に、図１２から図１４において示したも
のは、図９から図１１に示したものに類似するものであ
って、両者の差異は、連接電極４１８，４１８ａ，４１
８ｂ，４１８ｃが、２つのサブ電極４２０，４２０およ
び１つの連接部分４２２を有することである。サブ電極
４２０の長さは、例えば、１つの熱電膜の幅に相当し、
連接部分４２２は、例えば、「Ｕ」型構造であり、２つ
のサブ電極４２０，４２０間を跨いで接続するものであ
る。
【００２３】第１実施形態の連接電極２１８，２１８
ａ，２１８ｂ，２１８ｃおよび第２実施形態の連接電極
３１８，３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃにおいて、中間
領域の電流密度がその両端領域の電流密度よりも少し大
きいが、従来技術と比較すれば大幅に改善されたものと
なっている。そこで、第３実施形態における連接電極４
１８，４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃの構造により更に
改善を進めるものであり、連接部分４２２によって連接
電極４１８，４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃの中間領域
に集中する電流密度を有効に分散させるものである。
【００２４】以上のごとく、この発明を好適な実施形態
により開示したが、もとより、この発明を限定するため
のものではなく、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特
許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等
な領域を基準として定めなければならない。
【００２５】
【発明の効果】上記構成により、この発明にかかる熱電
膜加熱装置は、少なくとも下記のような長所を有するも
のである。 １．この発明にかかる熱電膜加熱装置の電極構造は、両
端の幅が比較的大きく、中央の幅が比較的小さいので、
通電後に熱電膜中の電流が熱電膜の中央領域に集中する
ことなく、熱電膜上に均等に分散するから、均等な加熱
効果を発揮するとともに、熱電膜の寿命を延ばすことが
できる。 ２．この発明にかかる熱電膜加熱装置の電極セットによ
り多数個の熱電膜を直列に接続することができるので、
高出力の加熱効果を実現することができる。 ３．この発明にかかる熱電膜加熱装置の電極構造は、異
なる正負電極の接続方式によって、多数個の熱電膜を直
列状態から並列状態へ変換、あるいは並列状態から直列
状態へ変換できるので、異なる電圧規格のニーズに対応
することができる。従って、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術にかかる熱電膜加熱装置の電極構造
を示す平面図である。
【図２】 この発明の第１実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図３】 この発明の第１実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図４】 この発明の第１実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図５】 この発明の第１実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図６】 この発明の第２実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図７】 この発明の第２実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図８】 この発明の第２実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図９】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加熱
装置の電極構造を示す平面図である。
【図１０】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加
熱装置の電極構造を示す平面図である。
【図１１】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加
熱装置の電極構造を示す平面図である。
【図１２】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加
熱装置の電極構造を示す平面図である。
【図１３】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加
熱装置の電極構造を示す平面図である。
【図１４】 この発明の第３実施形態にかかる熱電膜加
熱装置の電極構造を示す平面図である。
【符号の説明】
２００ 絶縁基材 ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ 熱電膜 ２０４ 熱電膜配置領域 ２０６ 第１電極配置領域 ２０８ 第２電極配置領域 ２１０ 第１電極セット ２１２ 第２電極セット ２１４ 第１端電極 ２１６ 第２端電極 ２１８ 連接電極 ２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ 連接電極 ４２０ サブ電極 ４２２ 連接部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 許 清地 台湾新竹市科學工業園區工業東四路15號１ 棲 Ｆターム(参考） 3K034 AA15 BB01 BC12 CA32 CA37 JA01 JA04 3K092 PP20 QA05 QC31 QC70 RF17 RF22 VV22 VV26

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、 その上に熱電膜配置領域、および第１電極配置領域、な
    らびに第２電極配置領域を有するものであって、前記第
    １電極配置領域および前記第２電極配置領域が、前記熱
    電膜配置領域の両側に位置する絶縁基材と、 前記熱電膜配置領域上に互いに平行に配置される２熱電
    膜と、 第１端電極および第２端電極を含むものであって、その
    両端の幅が中央より大きく、かつ前記２熱電膜と連接す
    る部分が第１アウトラインをなす第１電極セットと、 連接電極を含むものであって、その両端の幅が中央の幅
    より大きく、かつ前記２熱電膜と連接する部分が第２ア
    ウトラインをなす第２電極セットと、 を具備する熱電膜加熱装置。
  2. 【請求項２】 上記連接電極の長さが、２熱電膜の幅の
    総和より少し大きいものである請求項１記載の熱電膜加
    熱装置。
  3. 【請求項３】 上記連接電極が、さらに、２つのサブ電
    極と１つの連接部分とを含むものである請求項１記載の
    熱電膜加熱装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも、 その上に熱電膜配置領域、および第１電極配置領域、な
    らびに第２電極配置領域を有するものであって、前記第
    １電極配置領域および前記第２電極配置領域が、前記熱
    電膜配置領域の両側に位置する絶縁基材と、 前記熱電膜配置領域上に互いに平行に配置される複数の
    熱電膜と、 第１端電極および少なくとも１つの第２端電極を含むも
    のであって、その両端の幅が中央より大きく、かつ前記
    複数の熱電膜と連接する部分が第１アウトラインをなす
    第１電極セットと、 連接電極を含むものであって、その両端の幅が中央の幅
    より大きく、かつ前記複数の熱電膜と連接する部分が第
    ２アウトラインをなす第２電極セットと、 を具備する熱電膜加熱装置。
  5. 【請求項５】 少なくとも、 その上に熱電膜配置領域、および第１電極配置領域、な
    らびに第２電極配置領域を有するものであって、前記第
    １電極配置領域および前記第２電極配置領域が、前記熱
    電膜配置領域の両側に位置する絶縁基材と、 前記熱電膜配置領域上に互いに平行に配置される複数の
    熱電膜と、 第１端電極、および少なくとも１つの第１連接電極、な
    らびに第２端電極を含むものであって、その両端の幅が
    中央より大きく、かつ前記複数の熱電膜と連接する部分
    が第１アウトラインをなす第１電極セットと、 少なくとも２つの第２連接電極を含むものであって、そ
    の両端の幅が中央の幅より大きく、かつ前記複数の熱電
    膜と連接する部分が第２アウトラインをなす第２電極セ
    ットと、 を具備する熱電膜加熱装置。
  6. 【請求項６】 上記第１端電極および上記第２端電極
    が、その電極長さを上記した各熱電膜の幅に等しいもの
    とする請求項４または５記載の熱電膜加熱装置。
  7. 【請求項７】 上記した複数の第１連接電極および上記
    した複数の第２連接電極の長さが、２熱電膜の幅の総和
    より少し大きいものである請求項５記載の熱電膜加熱装
    置。
  8. 【請求項８】 上記第１連接電極および上記第２連接電
    極が、さらに、２つのサブ電極と１つの連接部分とを含
    むものである請求項４または５記載の熱電膜加熱装置。
  9. 【請求項９】 上記連接部分が、「Ｕ」型構造であり、
    上記した複数のサブ電極間を跨いで接続するものである
    請求項４記載または５記載の熱電膜加熱装置。
  10. 【請求項１０】 絶縁基材上への配置に適したものであ
    るとともに、少なくとも１つの熱電膜に電気接続される
    ものであって、 少なくとも、 前記絶縁基材の一側に配置され、その両端の幅が、中央
    の幅より大きく、かつ前記熱電膜と連接する部分が第１
    アウトラインをなす第１電極と、 前記絶縁基材の他側に配置され、その両端の幅が、中央
    の幅より大きく、かつ前記熱電膜と連接する部分が第２
    アウトラインをなす第２電極と、 を具備する熱電膜加熱装置の電極構造。
  11. 【請求項１１】 上記第１アウトラインが、湾曲形状ま
    たは波形状のいずれかである請求項１，４，５のいずれ
    か１項記載の熱電膜加熱装置。
  12. 【請求項１２】 上記第２アウトラインが、湾曲形状ま
    たは波形状のいずれかである請求項１，４，５のいずれ
    か１項記載の熱電膜加熱装置。
  13. 【請求項１３】 上記第１アウトラインが、湾曲形状ま
    たは波形状のいずれかである請求項１０記載の熱電膜加
    熱装置の電極構造。
  14. 【請求項１４】 上記第２アウトラインが、湾曲形状ま
    たは波形状のいずれかである請求項１０記載の熱電膜加
    熱装置の電極構造。
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