JP2003347604A

JP2003347604A - 熱電変換装置

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Publication number: JP2003347604A
Application number: JP2002154366A
Authority: JP
Inventors: Hirotane Sugiura; 裕胤杉浦; Hitoshi Tauchi; 比登志田内
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】最大吸熱量を大きく、かつ小吸熱量で作動し
ているときの消費電力を小さくする。【解決手段】少なくとも一対のＰ型熱電素子１とＮ型
熱電素子２を備え、前記Ｐ型熱電素子１と前記Ｎ型熱電
素子２が交互に電気的に直列に接続された回路部を備え
た熱電変換部１０、１５が複数、同一基板上に設けられ
ていることを特徴とする熱電変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に熱電変換装置は、同一基
板上に設けられたＰ型とＮ型の熱電素子対が多数電気的
に直列に接続されて構成されている。例えば、特開平９
−２２３８２３号公報、特開平９−３２１３５２号公
報、特開平１１−２７４５７７号公報、特開２００１−
１６０６３２号公報などに開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の場合、接
続されるＰ型熱電素子とＮ型熱電素子の対の数（以後、
対数と称する。）は、熱電変換装置に要求される最大吸
熱量によって決定される。すなわち、要求される最大吸
熱量が大きいほど多くの対数を接続する。

【０００４】しかしながら、接続する対数を増やすこと
によって大きな吸熱量を持つことができるが、対数が多
くなることによる使用電圧の上昇などのために、小さい
吸熱量で作動している時の消費電力が大きくなるという
問題点があった。

【０００５】大吸熱量で比較的低消費電力の熱電変換装
置を作製する方法として、特開平１０−７９５３２号公
報に開示されているように、熱電変換部を複数段に積層
したカスケード構造とする方法があるが、この方法では
構造が複雑となり製造コストが大きくなることに加え
て、放熱のために複数段を必ず動作させる必要があるた
め、吸熱量が小さい領域で使用した場合に余計な消費電
力を必要とするという問題点があった。

【０００６】本発明は上記課題を解決したもので、最大
吸熱量が大きく、かつ小吸熱量で作動しているときの消
費電力を小さくできる熱電変換装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、少なくとも
一対のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子を備え、前記Ｐ型熱
電素子と前記Ｎ型熱電素子が交互に電気的に直列に接続
された回路部を備えた熱電変換部が複数、同一基板上に
設けられていることを特徴とする熱電変換装置である。

【０００８】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【０００９】すなわち、必要とする吸熱量に応じて通電
する熱電変換部の数を変更することによって、小吸熱量
での消費電力を抑えることができると同時に、多数の熱
電変換部に通電することによって大きな吸熱量にも対応
することができ、最大吸熱量を大きくできる。

【００１０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記複数の熱電変換部の中の
少なくとも２つの熱電変換部の回路部が互いに交差する
ように設けられていることを特徴とする請求項１記載の
熱電変換装置である。

【００１１】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１２】すなわち、熱電変換部の回路部が互いに交
差して設けられているので、１つの熱電変換部に通電す
る場合でも基板を均一に冷却できる。

【００１３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記複数の熱電変換部の回路
部が互いに並列して設けられていることを特徴とする請
求項１記載の熱電変換装置である。

【００１４】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１５】すなわち、熱電変換部の回路部が互いに並
列して設けられているので、熱電変換部の構成が単純に
でき、低コスト化できる。

【００１６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記複数の熱電変換部として
第１熱電変換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１
熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回路部に
は、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が交
互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該直線部
の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設けら
れ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部
の直線部が交互に略平行に設けられていることを特徴と
する請求項１または２記載の熱電変換装置である。

【００１７】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１８】すなわち、第１熱電変換部の直線部と第２
熱電変換部の直線部が交互に略平行に設けられているの
で、一方の熱電変換部だけに通電する場合でも、基板を
より均一に冷却できる。

【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記複数の熱電変換部として
第１熱電変換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１
熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回路部に
は、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が交
互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該直線部
の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設けら
れ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部
の直線部が２列おきに略平行に設けられていることを特
徴とする請求項１または３記載の熱電変換装置である。

【００２０】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２１】すなわち、第１熱電変換部の直線部と第２
熱電変換部の直線部が２列おきに略平行に設けられてい
るので、屈曲部における電極構造を簡単にできる。

【００２２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記複数の熱電変換部として
第１熱電変換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１
熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回路部に
は、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が交
互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該直線部
の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設けら
れ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部
の直線部が略直交するように設けられていることを特徴
とする請求項１または２記載の熱電変換装置である。

【００２３】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２４】すなわち、第１熱電変換部の直線部と第２
熱電変換部の直線部が略直交するように設けられている
ので、一方だけの熱電変換部の熱電変換素子を基板上に
均一に配置でき、基板をさらに均一に冷却できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の技術的思想は、同一基板
上に複数の熱電変換部を設けたことである。要求される
吸熱量の大きさに応じて、通電する熱電変換部の数を増
減することにより、大きな最大吸熱量を実現できるとと
もに、小さい吸熱量の時でも消費電力を小さくできる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明
する。

【００２６】図１は、第１実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。図中、正方形の中にＰまたはＮ
と表示されたものが、それぞれＰ型熱電素子１またはＮ
型熱電素子２である。Ｐ型熱電素子１、Ｎ型熱電素子２
は、いずれも柱状形状で紙面下方側の面と紙面上方側の
面が電極に接続されている。図１では柱状形状は直方体
で示されているが、円柱状でも多角形柱状でもよい。Ｐ
型熱電素子１とＮ型熱電素子２は、対になってペルチェ
効果を発現する半導体素子で、Ｐ型熱電素子１はＰ型半
導体からなり、Ｎ型熱電素子２はＮ型半導体からなる。
これらの熱電素子は紙面の横方向、縦方向それぞれに直
線上に並んでおり、以後、説明を簡略にするために横方
向の並びを行、縦方向の並びを列と称する。図示されて
いないが、Ｐ型熱電素子１、Ｎ型熱電素子２の紙面下方
側には第１基板が設けられ、Ｐ型熱電素子１、Ｎ型熱電
素子２の紙面上方側には第２基板が設けられている。図
中、一本線は第１電極３を、二本線は第２電極４を示し
ている。第１電極３は一本線で連結する熱電素子を電気
的に接続するように第１基板上に設けられている。第２
電極４は二本線で連結する熱電素子を電気的に接続する
ように第２基板上に設けられている。以上の図中の表示
と説明は、すべての実施形態で共通して使用する。

【００２７】第１実施形態では、第１熱電変換部１０と
第２熱電変換部１５の２つの熱電変換部が設けられてい
る。第１熱電変換部１０には、直線部１１、屈曲部１２
および端子１３、１４からなる回路部が設けられてい
る。第２熱電変換部１５には、直線部１６、屈曲部１７
および端子１８、１９からなる回路部が設けられてい
る。直線部１１、１６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素
子２が交互に直線上（行方向）に並び、第１電極３、第
２電極４により電気的に直列に接続されている。直線部
１１と直線部１６は交互に略平行に設けられている。

【００２８】屈曲部１２では隣接する直線部１１の同じ
一方端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続され
ている。屈曲部１７では隣接する直線部１６の同じ一方
端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続されてい
る。第１熱電変換部１０、第２熱電変換部１５には、
それぞれ端子１３、１４、端子１８、１９を介してそれ
ぞれの回路部に独立に電流を流すための制御部（図示せ
ず）が設けられている。端子１３、１４、端子１８、１
９はいずれも第１基板上に設けられている。

【００２９】第１熱電変換部１０、第２熱電変換部１５
の熱電素子は、直線部１１、１６に直交する列方向にも
およそ一列上に並んでおり、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電
素子２の全体で紙面上から見て略長方形状の熱電素子群
を形成している。屈曲部１２の第１電極３は熱電素子群
から内部に屈曲したコの字状をしており、屈曲部１７の
第１電極３は熱電素子群から外部に張り出したコの字状
をしている。屈曲部１２、屈曲部１７の第１電極３が、
このような形状を有することにより、第１熱電変換部１
０と第２熱電変換部１５それぞれの回路部を互いに接触
させずに、隣接する直線部１１の端部や隣接する直線部
１６の端部をそれぞれ電気的に接続することができ、第
１熱電変換部１０と第２熱電変換部１５の回路部を第１
基板および第２基板上に形成できる。

【００３０】図２は、第２実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第２実施形態では、第１熱電変
換部２０と第２熱電変換部２５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部２０には、直線部２１、
屈曲部２２および端子２３、２４からなる回路部が設け
られている。第２熱電変換部２５には、直線部２６、屈
曲部２７および端子２８、２９からなる回路部が設けら
れている。直線部２１、２６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型
熱電素子２が交互に直線上に並び、第１電極３、第２電
極４により電気的に直列に接続されている。直線部２１
と直線部２６は交互に略平行に設けられている。

【００３１】屈曲部２２では隣接する直線部２１の同じ
一方端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続され
ている。屈曲部２７では隣接する直線部２６の同じ一方
端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続されてい
る。第１熱電変換部２０、第２熱電変換部２５には、
それぞれ端子２３、２４、端子２８、２９を介してそれ
ぞれの回路部に独立に電流を流すための制御部（図示せ
ず）が設けられている。端子２３、２４、端子２８、２
９はいずれも第１基板上に設けられている。

【００３２】第１熱電変換部２０、第２熱電変換部２５
の熱電素子は、直線部２１、２６に直交する列方向にも
それぞれおよそ一列上に並んでいるが、第２熱電変換部
２５の列は第１熱電変換部２０の列の略中間に位置して
いる。

【００３３】屈曲部２２、２７の第１電極３は、第１実
施形態と異なり、直線状に形成されており、一部は直線
部２１、２６と交差しているが、交差している直線部２
１、２６の電極は第２基板上に設けられた第２電極４で
あり、第１電極３は第１基板上に設けられているので、
電気的に接触することはない。したがって、第１熱電変
換部２０と第２熱電変換部２５それぞれの回路部を互い
に接触させずに、隣接する直線部２１の端部や隣接する
直線部２６の端部をそれぞれ電気的に接続することがで
き、第１熱電変換部２０と第２熱電変換部２５の回路部
を第１基板および第２基板上に形成できる。

【００３４】図３は、第３実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第３実施形態では、第１熱電変
換部３０と第２熱電変換部３５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部３０には、直線部３１、
屈曲部３２および端子３３、３４からなる回路部が設け
られている。第２熱電変換部３５には、直線部３６、屈
曲部３７および端子３８、３９からなる回路部が設けら
れている。直線部３１、３６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型
熱電素子２が交互に直線上（行方向）に並び、第１電極
３、第２電極４により電気的に直列に接続されている。
直線部３１と直線部３６は交互に略平行に設けられてい
る。

【００３５】屈曲部３２では隣接する直線部３１の同じ
一方端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続され
ている。屈曲部３７では隣接する直線部３６の同じ一方
端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続されてい
る。

【００３６】第１熱電変換部３０、第２熱電変換部３５
には、それぞれ端子３３、３４、端子３８、３９を介し
てそれぞれの回路部に独立に電流を流すための制御部
（図示せず）が設けられている。第１および第２実施形
態では、端子１３、１４と端子１８、１９は直線部の同
じ端部側に設けられているが、第３実施形態では、端子
３３、３４と端子３８、３９は直線部の互いに対向する
端部側に設けられている。また、端子３４、３４は第１
基板上に設けられ、端子３８、３９は第２基板上に設け
られている。これは直線部３１、３６に偶数個の熱電素
子を使用しているためで、直線部の熱電素子数を奇数個
にすれば、第１熱電変換部、第２熱電変換部の端子を同
じ基板上に設けることができる。

【００３７】第１熱電変換部３０、第２熱電変換部３５
の熱電素子は、直線部２３、２６に直交する列方向にも
およそ一列上に並んでおり、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電
素子２の全体で紙面上から見て略長方形状の熱電素子群
を形成している。屈曲部３２の第１電極３および屈曲部
３７の第２電極４は熱電素子群から外部に張り出したコ
の字状をしている。屈曲部３２の第１電極３と屈曲部３
７の第２電極４は一部交差しているが、屈曲部３２の第
１電極３は第１基板上に設けられ、屈曲部３７の第２電
極４は第２基板上に設けられているので、電気的に接触
することはない。また、屈曲部３２の第１電極３と端子
３８も交差しているが、第１電極３は第１基板上に設け
られ、端子３８は第２基板上に設けられているので、電
気的に接触することはない。さらに、屈曲部３７の第２
電極４と端子３４も交差しているが、第２電極４は第２
基板上に設けられ、端子３４は第１基板上に設けられて
いるので、電気的に接触することはない。したがって、
第１熱電変換部３０と第２熱電変換部３５それぞれの回
路部を互いに接触させずに、隣接する直線部３１の端部
や隣接する直線部３６の端部をそれぞれ電気的に接続す
ることができ、第１熱電変換部３０と第２熱電変換部３
５の回路部を第１基板および第２基板上に形成できる。
図４は、第４実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図である。第４実施形態では、第１熱電変換部４０と第
２熱電変換部４５の２つの熱電変換部が設けられてい
る。第１熱電変換部４０には、直線部４１、屈曲部４２
および端子４３、４４からなる回路部が設けられてい
る。第２熱電変換部４５には、直線部４６、屈曲部４７
および端子４８、４９からなる回路部が設けられてい
る。直線部４１、４６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素
子２が交互に直線上（図の斜め方向）に並び、第１電極
３、第２電極４により電気的に直列に接続されている。
直線部４１、４６の熱電素子数は場所により異なってい
る。直線部４１と直線部４６は交互に略平行に設けられ
ている。

【００３８】屈曲部４２では隣接する直線部４１の同じ
一方端の熱電素子が第１電極３または第２電極４により
電気的に接続されている。屈曲部４７では隣接する直線
部４６の同じ一方端の熱電素子が第１電極３により電気
的に接続されている。第１熱電変換部４０、第２熱電変
換部４５には、それぞれ端子４３、４４、端子４８、４
９を介してそれぞれの回路部に独立に電流を流すための
制御部（図示せず）が設けられている。端子４３、４
４、端子４８、４９は同じ第１基板上に設けられてい
る。

【００３９】第１熱電変換部４０、第２熱電変換部４５
の熱電素子は、行方向にも列方向にもおよそ一列上に並
んでおり、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素子２の全体で紙
面上から見て略長方形状の熱電素子群を形成している。
屈曲部４２の第１電極３または第２電極４は熱電素子群
から外部に張り出したコの字状をしている。屈曲部１７
の第１電極３は熱電素子群から外部に張り出したコの字
状か内部に屈曲したコの字状をしている。

【００４０】屈曲部４２の第２電極４と屈曲部４７の第
１電極３は一部交差しているが、屈曲部４２の第２電極
４は第２基板上に設けられ、屈曲部４７の第１電極３は
第１基板上に設けられているので、電気的に接触するこ
とはない。また、屈曲部４７の第１電極３はと直線部４
１と交差しているが、交差している直線部４１の電極は
第２基板上に設けられ、屈曲部４７の第１電極３は第１
基板上に設けられているので、電気的に接触することは
ない。したがって、第１熱電変換部４０と第２熱電変換
部４５それぞれの回路部を互いに接触させずに、隣接す
る直線部４１の端部や隣接する直線部４６の端部をそれ
ぞれ電気的に接続することができ、第１熱電変換部４０
と第２熱電変換部４５の回路部を第１基板および第２基
板上に形成できる。

【００４１】図５は、第５実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第５実施形態では、第１熱電変
換部５０と第２熱電変換部５５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部５０には、直線部５１、
屈曲部５２ａ、５２ｂおよび端子５３、５４からなる回
路部が設けられている。第２熱電変換部５５には、直線
部５６、屈曲部５７ａ、５７ｂおよび端子５８、５９か
らなる回路部が設けられている。直線部５１、５６は、
Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素子２が交互に直線上（行方
向）に並び、第１電極３、第２電極４により電気的に直
列に接続されている。直線部５１と直線部５６は２列お
きに略平行に設けられている。

【００４２】屈曲部５２ａ、５２ｂでは隣接する直線部
５１の同じ一方端の熱電素子が第１電極３により電気的
に接続されている。屈曲部５７ａ、５７ｂでは隣接する
直線部５６の同じ一方端の熱電素子が第１電極３により
電気的に接続されている。第１熱電変換部５０、第２熱
電変換部５５には、それぞれ端子５３、５４、端子５
８、５９を介してそれぞれの回路部に独立に電流を流す
ための制御部（図示せず）が設けられている。端子５
３、５４、端子５８、５９は同じ第１基板上に設けられ
ている。

【００４３】第１熱電変換部５０、第２熱電変換部５５
の熱電素子は、直線部５１、５６に直交する列方向にも
およそ一列上に並んでおり、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電
素子２の全体で紙面上から見て略長方形状の熱電素子群
を形成している。屈曲部５２ａ、５７ａの第１電極３は
熱電素子群から外部に張り出したコの字状をしている。
屈曲部５２ｂ、５７ｂの第１電極３は直線状をしてお
り、隣接する熱電素子を電気的に接続している。屈曲部
５２ａ、５７ａ、５２ｂ、５７ｂのこのような形状によ
り、第１熱電変換部５０と第２熱電変換部５５それぞれ
の回路部を互いに接触させずに、隣接する直線部５１の
端部や隣接する直線部５６の端部をそれぞれ電気的に接
続することができ、第１熱電変換部５０と第２熱電変換
部５５の回路部を第１基板および第２基板上に形成でき
る。

【００４４】図６は、第６実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第６実施形態では、第１熱電変
換部６０と第２熱電変換部６５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部６０には、直線部６１、
屈曲部６２および端子６３、６４からなる回路部が設け
られている。第２熱電変換部６５には、直線部６６、屈
曲部６７および端子６８、６９からなる回路部が設けら
れている。直線部６１は、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素
子２が交互に直線上（行方向）に並び、第１電極３、第
２電極４により電気的に直列に接続されている。一方、
直線部６６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型熱電素子２が交互
に直線上（列方向）に並び、第１電極３、第２電極４に
より電気的に直列に接続されている。第１熱電変換部６
０の熱電素子は直線部６１に直交する列方向にもおよそ
一列上に並んでいる。直線部６６は第１熱電変換部６０
の列の略中間に位置している。また第２熱電変換部６５
の熱電素子は直線部６６に直交する行方向にもおよそ一
列上に並んでいる。直線部６１は第２熱電変換部６５の
行の略中間に位置している。

【００４５】屈曲部６２では隣接する直線部６１の同じ
一方端の熱電素子が、１つのＰ型熱電素子１を介して第
１電極３と第２電極４により電気的に接続されている。
屈曲部６７では隣接する直線部６６の同じ一方端の熱電
素子が、Ｐ型熱電素子１またはＮ型熱電素子２を介して
第１電極３と第２電極４により電気的に接続されてい
る。第１熱電変換部６０、第２熱電変換部６５には、そ
れぞれ端子６３、６４、端子６８、６９を介してそれぞ
れの回路部に独立に電流を流すための制御部（図示せ
ず）が設けられている。端子６３、６４、端子６８、６
９は同じ第１基板上に設けられている。

【００４６】直線部６１と直線部６６は、互いに交差し
ているが、交差する場所の電極は、一方が第１基板上に
設けられ、他方が第２基板上に設けられているので、電
気的に接触することはない。また屈曲部６２は第２熱電
変換部６５の熱電素子群より外側に設けられ、屈曲部６
７は第１熱電変換部６０の熱電素子群より外側に設けら
れているので、交差することはない。したがって、第１
熱電変換部６０と第２熱電変換部６５それぞれの回路部
を互いに接触させずに、第１熱電変換部６０と第２熱電
変換部６５の回路部を第１基板および第２基板上に形成
できる。

【００４７】図７は、第７実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第７実施形態では、第１熱電変
換部７０と第２熱電変換部７５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部７０には、直線部７１、
屈曲部７２および端子７３、７４からなる回路部が設け
られている。第２熱電変換部７５には、直線部７６、屈
曲部７７および端子７８、７９からなる回路部が設けら
れている。

【００４８】第１熱電変換部７０、第２熱電変換部７５
には、それぞれ端子７３、７４、端子７８、７９を介し
てそれぞれの回路部に独立に電流を流すための制御部
（図示せず）が設けられている。端子７３、７４、端子
７８、７９は同じ第１基板上に設けられている。

【００４９】直線部７１、７６はＰ型熱電素子１とＮ型
熱電素子２が交互に直線上（行方向）に並び、第１電極
３、第２電極４により電気的に直列に接続されている。
直線部７１と直線部７６の熱電素子は同一の直線上に並
んでおり、かつ直線部７１の熱電素子と直線部７６の熱
電素子は交互に配列されている。第１電極３、第２電極
４は、この直線上から外部に張り出したコの字状をして
おり、交差していない。

【００５０】屈曲部７２では隣接する直線部７１の同じ
一方端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続され
ている。屈曲部７７では隣接する直線部７６の同じ一方
端の熱電素子が第１電極３により電気的に接続されてい
る。屈曲部７２の第１電極３は直線状であり、一部が直
線部７７の第２電極４と交差しているが、第１電極３は
第１基板上に形成され、第２電極４は第２基板上に形成
されているので、電気的に接触することはない。したが
って、第１熱電変換部７０と第２熱電変換部７５それぞ
れの回路部を互いに接触させずに、隣接する直線部７１
の端部や隣接する直線部７６の端部をそれぞれ電気的に
接続することができ、第１熱電変換部７０と第２熱電変
換部７５の回路部を第１基板および第２基板上に形成で
きる。

【００５１】図８は、第８実施形態の熱電変換部の回路
部を説明する図である。第８実施形態では、第１熱電変
換部８０と第２熱電変換部８５の２つの熱電変換部が設
けられている。第１熱電変換部８０には、直線部８１、
屈曲部８２および端子８３、８４からなる回路部が設け
られている。第２熱電変換部８５には、直線部８６、屈
曲部８７および端子８８、８９からなる回路部が設けら
れている。直線部８１、８６は、Ｐ型熱電素子１とＮ型
熱電素子２が交互に直線上（行方向）に並び、第１電極
３、第２電極４により電気的に直列に接続されている。
屈曲部８２では隣接する直線部８１の同じ一方端の熱電
素子が第１電極３により電気的に接続されている。屈曲
部８７では隣接する直線部８６の同じ一方端の熱電素子
が第１電極３により電気的に接続されている。

【００５２】第１熱電変換部８０、第２熱電変換部８５
には、それぞれ端子８３、８４、端子８８、８９を介し
てそれぞれの回路部に独立に電流を流すための制御部
（図示せず）が設けられている。端子８３、８４、端子
８８、８９は同じ第１基板上に設けられている。

【００５３】第１熱電変換部８０、第２熱電変換部８５
の回路部は、並列して設けられており、全く交差せずに
第１基板および第２基板上に形成されている。

【００５４】次に、第１実施形態を用いた実施例によっ
て、本発明の作用効果を説明する。

【００５５】（実施例）Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素
子をそれぞれ２４個を図９（ａ）に示す第１基板９０上
に設けられた第１電極３の上に図のように配列され、半
田により第１電極３に接合されている。この上に、図９
（ｂ）で示す第２基板９１が被せられ、半田により第２
電極４と各熱電素子が接合されている。こうして図１に
示す回路部が形成される。

【００５６】使用したＰ型熱電素子は、ビスマス・テル
ル・アンチモンからなる熱電半導体素子であり、Ｎ型熱
電素子はビスマス・テルル・セレンからなる熱電半導体
素子である。熱電素子の大きさは、いずれも０．６ｍｍ
× ０．６ｍｍ、高さ０．９ｍｍである。第１基板９
０、第２基板９１は、６ｍｍ×８．５ｍｍ、厚さ０．
３ｍｍのアルミナ基板に銅電極（第１および第２電極）
を施したものである。

【００５７】図１０に示すように、端子１３、１４、１
８、１９に半田９２を用いてリード線９３を接合した。
こうして実施例の熱電変換装置が完成される。図１１
は、この熱電変換装置を第２基板９１側から見た平面図
である。第１熱電変換部１０にはリード線９３ａと９３
ｃから、第２熱電変換部１５にはリード線９３ｂと９３
ｄから、それぞれ独立に電流が供給される。第１熱電変
換部１０、第２熱電変換部１５に使用されている熱電素
子の対数は、それぞれ１２対である。

【００５８】この熱電変換装置を用いて、第１基板９０
の下面（放熱面）を７０℃一定に保ち、第２基板９１の
上面（冷却面）から所定量の吸熱量を吸熱しながら冷却
面温度を２５℃になるように制御したときの消費電力を
測定して評価した。このとき、吸熱量が小さい時には第
１熱電変換部１０のみに電流を流し、吸熱量が大きいと
きには第１熱電変換部１０、第２熱電変換部１５ともに
電流を流した。

【００５９】（比較例１）実施例と同一仕様のＰ型熱電
素子およびＮ型熱電素子をそれぞれ１２個使用して、Ｐ
型熱電素子とＮ型熱電素子を交互に電気的に直列に接続
した熱電変換装置を作製した。図１２（ａ）は、この熱
電変換装置に用いた第１基板上に熱電素子を配列したと
きの平面図であり、図１２（ｂ）は、その第２基板の平
面図である。また図１２（ｃ）は、第２基板側から見た
熱電変換装置の平面図である。ここで使用されている第
１基板、第２基板は、その大きさは半分であり電極の形
状も異なっているが、実施例と同様の銅電極を配したア
ルミナ基板である。リード線も実施例と同様に接合され
ている。この熱電変換装置は図１３に示した回路部を有
する単一の熱電変換部で構成されており、使用されてい
る熱電素子の対数は１２対である。評価は実施例と同様
にして行った。

【００６０】（比較例２）実施例と同一仕様のＰ型熱電
素子およびＮ型熱電素子をそれぞれ２４個使用して、Ｐ
型熱電素子とＮ型熱電素子を交互に電気的に直列に接続
した熱電変換装置を作製した。図１４（ａ）は、この熱
電変換装置に用いた第１基板上に熱電素子を配列したと
きの平面図であり、図１４（ｂ）は、その第２基板の平
面図である。また図１５は、第２基板側から見た熱電変
換装置の平面図である。ここで使用されている第１基
板、第２基板は、電極の形状も異なっているが、実施例
と同様の銅電極を配した同じ大きさのアルミナ基板であ
る。リード線も実施例と同様に接合されている。この熱
電変換装置は図１６に示した回路部を有する単一の熱電
変換部で構成されており、使用されている熱電素子の対
数は２４対である。評価は実施例と同様にして行った。

【００６１】（評価結果）図１７は、実施例および比較
例１、２の評価結果を示すグラフ図である。横軸は冷却
面からの吸熱量、縦軸は消費電力である。吸熱量がＱ１
以下の小吸熱量領域では、実施例の消費電力は比較例２
より小さくなっている。しかし、この領域では実施例の
消費電力は比較例１より大きくなっている。一方、吸熱
量がおよそＱ１より大きい大吸熱量領域では、実施例と
比較例２はほとんど同じ消費電力であるが、比較例１の
消費電力は大きくなっている。また比較例１は、熱電素
子の数が少ない（実施例、比較例２の半分）ため、Ｑ２
以上の吸熱量では温度調整ができず、実用に供しえな
い。

【００６２】ペルチェ効果を有する熱電変換部の消費電
力Ｐは式（１）で表され、熱電変換部の吸熱量Ｑは式
（２）で表される。

【００６３】

【数１】

【数２】ここで、同じ熱電素子を用いて作製した熱電変換部を同
一の環境下で動作させた場合、α、ΔＴｊ、γは同じ値
である。

【００６４】動作している熱電素子の対数が多い場合、
所定の吸熱量を得るための動作電流Ｉは小さくなるが、
その割合は熱電素子数に比例しない。一方、動作時の電
圧およびＲは対数（ｎ／２）に比例して大きくなる。そ
のため小吸熱量領域では、ｎとＲの効果が、吸熱量を小
さくするときに動作電流を小さくできる効果を上回るの
で、消費電力が大きくなる。これは、実際に熱電変換部
が吸熱している吸熱量が、被冷却物からの熱だけでな
く、熱電変換部自身の抵抗によって発生する熱をも吸熱
していることに起因している。この結果、熱電素子の対
数が多いと、対数にほぼ比例して大きくなる動作電圧と
Ｒの効果が大きくなり、小吸熱量領域における消費電力
が大きくなる。

【００６５】実施例では、吸熱量がＱ１以下の小吸熱量
領域では第１熱電変換部１０のみ（動作対数：１２対）
を作動させているため、ｎとＲを小さくできるので、動
作対数が２倍の２４対作動している比較例２よりも消費
電力を小さくできる。しかし、動作していない第２熱電
変換部１５の熱電素子からの熱の戻りがあるため、同じ
動作対数１２対の比較例１に比べて消費電力が大きくな
っている。

【００６６】吸熱量がＱ１より大きい領域では、実施例
では第１熱電変換部１０と同時に第２熱電変換部１５も
作動させるので、比較例２と同数の２４対の動作対数と
なり、比較例２とほぼ同じ特性が得られ、最大吸熱量も
比較例２と同じＱ３という大きな値が得られる。一方、
比較例１は、動作熱対数１２対のままであるので、吸熱
量が大きくなると動作電流を大きくしなければならず、
その結果消費電力が急速に大きくなるとともに最大吸熱
量がＱ２という小さい値しか得られない。

【００６７】以上のように、本発明では、大きな最大吸
熱量を有するとともに、小吸熱量で作動しているときの
消費電力も小さくできる。

【００６８】実施例として、第１実施形態の例を示した
が、実施例の効果は吸熱量に対する動作対数によって得
られるので、他の実施形態でも同様の効果が得られる。
このうち第８実施形態のように、複数の熱電変換部の回
路部が並列して設けられている場合、最も構成が単純で
あり、電極構造が簡単であるので、基板製造コストが低
くできる。なお、この場合において３つ以上の熱電変換
部がある場合には回路部を互いに並列においても、ブロ
ック状に配置してもよい。しかし、このような並列ある
いはブロック状の配置では、１つだけの熱電変換部を動
作させた場合、基板が部分的に冷却される問題が生ず
る。

【００６９】これに対して、第１実施形態〜第７実施形
態では、熱電変換部の回路部が互いに交差するように設
けられている。このため、１つの熱電変換部だけが動作
している場合でも、基板全体を冷却することができる。
特に、第４実施形態のように直線部が熱電素子群の斜め
方向に設けられている場合、第６実施形態のように複数
の回路部の直線部が互いに直交して設けられている場
合、あるいは第７実施形態のように複数の回路部の熱電
素子が同じ直線上に交互に設けられている場合は、１つ
の熱電変換部の熱電素子を基板上に均一に分布させるこ
とができるので、基板の冷却をより均一化できる。しか
し、電極の構造は複雑になる。第５実施形態のように直
線部を２列おきに設けることにより電極構造を単純化で
き、製造コストを低くできるが、冷却の均一性はやや低
下する。

【００７０】これらの実施形態は、用途などによって適
宜選択できるし、本発明はこれらの実施形態に限らず同
一基板上に複数の熱電変換部が設けられていれば、どの
ような構造でもよい。実施形態は、２つの熱電変換部を
設けた場合で示したが、３つ以上の熱電変換部を設けて
もよい。また、実施形態では電極を基板上に設けている
が、基板の内部にも電極を配置する、いわゆる多層基板
を用いれば、電極配置による制約を低減できる。

【００７１】なお、上記の実施形態では、いずれも２つ
の基板を用いているが、１つの基板だけを用い、他方は
電極だけを備えるようにしてもよい。また、複数の熱電
変換部を直接被冷却物上に設けた場合は、この被冷却物
を基板とみなすことができ、本発明の範囲内に入る。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、本発明は、少なくとも一
対のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子を備え、前記Ｐ型熱電
素子と前記Ｎ型熱電素子が交互に電気的に直列に接続さ
れた回路部を備えた熱電変換部が複数、同一基板上に設
けられていることを特徴とする熱電変換装置であるの
で、最大吸熱量を大きく、かつ小吸熱量で作動している
ときの消費電力を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図２】第２実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図３】第３実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図４】第４実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図５】第５実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図６】第６実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図７】第７実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図８】第８実施形態の熱電変換部の回路部を説明する
図

【図９】実施例に用いた基板の平面図であり、図９
（ａ）は第１基板に熱電素子が配置された図、図９
（ｂ）は第２基板の図である。

【図１０】実施例の熱電変換装置の側面図

【図１１】実施例の熱電変換装置を第２基板側から見た
平面図

【図１２】比較例１の熱電変換装置であり、図１２
（ａ）は第１基板に熱電素子が配置された図、図１２
（ｂ）は第２基板の図、図１２（ｃ）は熱電変換装置を
第２基板側から見た平面図である。

【図１３】比較例１の熱電変換部の回路部を説明する図

【図１４】比較例２に用いた基板の平面図であり、図１
４（ａ）は第１基板に熱電素子が配置された図、図１４
（ｂ）は第２基板の図である。

【図１５】比較例２の熱電変換装置を第２基板側から見
た平面図

【図１６】比較例２の熱電変換部の回路部を説明する図

【図１７】実施例および比較例１、２の評価結果を示す
グラフ図

【符号の説明】

１…Ｐ型熱電素子２…Ｎ型熱電素子３…第１電極４…第２電極１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０…第
１熱電変換部１１、１６、２１、２６、３１、３６、４１、４６、５
１、５６、６１、６６、７１、７６、８１、８６…直線
部１２、１７、２２、２７、３２、３７、４２、４７、５
２、５７、６２、６７、７２、７７、８２、８７…屈曲
部１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５…第
２熱電変換部９０…第１基板９１…第２基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対のＰ型熱電素子とＮ型熱
電素子を備え、前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が
交互に電気的に直列に接続された回路部を備えた熱電変
換部が複数、同一基板上に設けられていることを特徴と
する熱電変換装置。
【請求項２】前記複数の熱電変換部の中の少なくとも
２つの熱電変換部の回路部が互いに交差するように設け
られていることを特徴とする請求項１記載の熱電変換装
置。
【請求項３】前記複数の熱電変換部の回路部が互いに
並列して設けられていることを特徴とする請求項１記載
の熱電変換装置。
【請求項４】前記複数の熱電変換部として第１熱電変
換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回
路部には、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素
子が交互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該
直線部の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設
けられ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部の直
線部が交互に略平行に設けられていることを特徴とする
請求項１または２記載の熱電変換装置。
【請求項５】前記複数の熱電変換部として第１熱電変
換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回
路部には、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素
子が交互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該
直線部の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設
けられ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部の直
線部が２列おきに略平行に設けられていることを特徴と
する請求項１または３記載の熱電変換装置。
【請求項６】前記複数の熱電変換部として第１熱電変
換部と第２熱電変換部が設けられ、前記第１熱電変換部の回路部と前記第２熱電変換部の回
路部には、それぞれ前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素
子が交互に電気的に略直線上に接続された直線部と、該
直線部の一方端同士が電気的に接続された屈曲部とが設
けられ、前記第１熱電変換部の直線部と前記第２熱電変換部の直
線部が略直交するように設けられていることを特徴とす
る請求項１または２記載の熱電変換装置。