JP2817510B2 - サーモモジュール - Google Patents
サーモモジュールInfo
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Description
した加熱又は冷却用のサーモモジュールの構造に関する
ものである。
ン・サイクルやヒートポンプのように働くソリードステ
ート・エネルギ変換の一つである。したがって、エネル
ギー変換部には、火力発電や冷暖房機のように機械的な
可動要素をもたないので、騒音や振動がなく信頼性の高
い熱−電気エネルギー変換ができる。熱電変換材料(熱
電材料)は、一般に相互に電気伝導性の異なる半導体を
組合わせた熱電対として利用し、該半導体の対は熱電変
換素子(又は熱電素子)と言われている。この熱電変換素
子は、例えば図5、図6に示すように構成され、そのP
−N接合部と両分岐端間に温度差を与えることによって
電力を取り出したり(ゼーベック効果)、また逆に両分岐
端に電流を通ずることによって冷却や加熱の目的に使用
する(ペルチェ効果)。前者および後者の対は、それぞれ
熱発電素子および熱電冷却素子(電子冷凍素子)と呼ば
れ、測温に広く利用されている金属熱電対と区別されて
いる。これらの素子は特殊な場合を除いて、一般に実際
の装置では、例えば図7に示すように板状(あるいは円
筒状)に多数の素子を組合わせて利用し、これをサーモ
モジュールと呼んでいる。
下2枚の絶縁基板、22,24はN型半導体、23,25
はP型半導体、26〜30は各半導体22〜25相互間
の接合部、L(+),L(−)は正負各電極のリード線を各
々示している。
ジュールの場合、冷温熱間の到達温度差(Th−Tc)が約
70℃程度と比較的低く、用途が限定される欠点があ
る。
に、上記図7の構造のサーモモジュールの上部に更に半
導体31,32を組合せたもう一段目の熱電変換素子部
を設け、リード線L1,L2および接合部33,34,35
を介してカスケード接続することによって多段構造体に
形成し、それによって上記冷温熱間の温度差(Th−Tc)
を大きくする構成が採用されている。
な多段構造のものでは、モジュール構造自体が複雑とな
り、製造が困難になって、コストが高くなるとともに取
扱いや冷凍装置などへの組込みが困難になる問題があ
る。
記載の発明は、各々上記の問題を解決することを目的と
してなされたものであって、それぞれ次のように構成さ
れている。
の異なるP型およびN型2組の半導体を熱電対構造に相
互に接合して熱電変換素子を構成してなるサーモモジュ
ールであって、上記熱電変換素子を構成する2組の半導
体を逆V字形状に組合せ、その頂点側の側面部間と上面
部間の少なくとも2個所に接合部を形成したことを特徴
とするものである。
の異なるP型およびN型2組の半導体を熱電対構造に相
互に接合して熱電変換素子を構成してなるサーモモジュ
ールであって、上記熱電変換素子を構成する2組の半導
体を角錐体形状に組合せ、それら2組の半導体の側面部
間と上面部間の少なくとも2個所に接合部を形成したこ
とを特徴とするものである。
記のように構成されているので当該各構成に対応して、
それぞれ次のような作用を奏する。
述のように熱電変換素子を構成するP型,N型2組の半
導体を逆V字形状に組合せることによって、それら各半
導体の水平断面積を上下方向に連続的に変化させて流れ
る電流の分布密度を変えるとともに、その頂点側の側面
部間と上面部間の少なくとも2個所に接合部を形成する
ことにより、熱電冷却時における冷却面側接合部を複数
化して確実に電流を分流させるようになっている。
分布が生じると同時に上記電流の分流部で確実に寒冷部
が生じ、それよりも冷却面よりの接合部側では該寒冷部
による有効な予冷作用が生じるようになる。
り、多段構造にした場合と同様に熱電冷却時の到達温度
を下げることができる。
述のように熱電変換素子を構成するP型,N型2組の半
導体を角錐体形状に組合せることによって、それら各半
導体の水平断面積を上下方向に連続的に変化させて流れ
る電流の分布密度を変えるとともに、それら2組の半導
体の側面部間と上面部間の少なくとも2個所に接合部を
形成することにより、熱電冷却時における冷却面側接合
部を複数化して確実に電流を分流させるようになってい
る。
分布が生じると同時に上記電流の分流部で確実に寒冷部
が生じ、それよりも冷却面よりの接合部側では該寒冷部
による有効な予冷作用が生じるようになる。
り、多段構造にした場合と同様に熱電冷却時の到達温度
を下げることができる。
ル構造によると、従来の平板構造のものと略同様のシン
プルな構造を採用しながら複雑な多段構造のものと同様
の到達温度増大作用を実現することができ、モジュール
構造が簡単で、コストも低く、製造も容易で、取扱いや
冷凍装置などへの組込みも楽なサーモモジュールを提供
し得るようになる。
ュールの構成および作用を示している。
構造を示し、図中符号1A,1Bは上下一対の絶縁基板
である。そして、該絶縁基板1A,1B間には、接合部
6〜10を介してN型およびP型各2組の熱電変換素子
構成用半導体2,3および4,5が各々熱電対構造をなし
て一体に接合固定されており、それらの両端側の下部側
接合部6,10には電流印加用のリード線L(+),L(−)
が接続されている。
型の熱電変換素子構成用半導体2,3(及び4,5)は、例
えば図2に示すように、従来のものと異なって各々を相
互にもたれ合う格好で逆V字状に傾斜させて断面積を変
化させるとともに上部側に従来の絶縁基板1A側接合部
7(9)に加えて更に相互に対向する側面部間に所定の空
隙部G1,G2および接合部11(12)を形成して構成さ
れている。
体2(4),3(5)は、各々Z軸方向への断面積(水平断面
積)が異なるようになるとともに上部側で複数の接合部
7,11(9,12)を有することになるので、P型半導体
3(5)からN型半導体2(4)側に流れる電流の分布は図
2のように分流するようになり、又それと上記断面積の
変化とから温度の分布は図3の等温度曲線で示すように
変化したものとなる。
じると同時に上記電流の分流部で寒冷部が生じ、それよ
りも冷却面よりの接合部側では該寒冷部による予冷作用
が生じるようになる。
なり、多段構造にした場合と同様に熱電冷却時の到達温
度を下げることができる。
ると、結局全体としては上述した図7の従来の平板構造
と全く同様のモジュール形態をとりながら、実質的には
図8の多段構造のモジュールと同様の到達温度を実現す
ることができるようになるので、取扱いや組込みも容易
になる。
は、超低温用途(−100℃程度)の素子として、十分に
コンパクトなものとなる。また、一段当りの低温接合部
と高温接合部との間の温度差が小さくなり、常温の温度
範囲ででも、この素子を用いるようにすると冷凍機のC
OPが向上する効果が得られるようになる。
の構成を示している。
実施例のものと同様の絶縁基板であるが、本実施例のも
のでは、特に上部側のもの1Aが下部側のもの1Bより
も小さく形成されている。
N型半導体、又13が同じく熱電変換素子構成用のP型
半導体であり、これら各各熱電変換素子構成用半導体1
2,13は各々半台形状をなし全体として角錐体状をな
すように相互に所定の空隙G3を保った状態で隣接さ
れ、上下3ケ所の接合部17,14,15で相互に接続さ
れている。
合部であり、該接合部16a,16bには電流印加用のリ
ード線L(+),L(−)が接続されている。
構造のモジュールでありながら上記N型半導体2および
P型半導体13は各々そのZ軸方向への断面積が異なる
ことになり、電流の分布密度が変化するとともに相互間
に複数(3つ)の接合部17,14,15による複数の接合
面が形成され、3段階の電流の分流が生じることにな
る。
生じると同時に上記各電流の分流部で寒冷部が生じ、そ
れよりも冷却面よりの接合部側では該寒冷部による予冷
作用が生じるようになる。そして、それぞれ接合部は複
数の温度レベルとなるため、結局1つのモジュール内部
で複数段化することができる。
なり、具体的に3段構造にした場合と同様に熱電冷却時
の到達温度を下げることができる。
2,13のテーパー角度を任意に調整することにより、
電流が流れる接合部の面積を変化させ、各接合部で発生
する冷却量を適切に制御することにより、多段化モジュ
ールとしての最適化が図れる。
ンパクト化を図りながら、しかも多段構造機能を発揮さ
せることができ、効果的に熱電冷却時の到達温度を大き
くすることが可能となる。
ジュールの全体構造を示す側面図である。
明図である。
明図である。
ジュールの全体構造を示す斜視図である。
電作用を示す原理図である。
示す原理図である。
を示す側面図である。
(改良例)を示す側面図である。
導体、6〜12は接合部、12,14は熱電変換素子構
成用半導体、14,15,16a,16b,17は接合部であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 電気伝導性の異なるP型およびN型2組
の半導体を熱電対構造に相互に接合して熱電変換素子を
構成してなるサーモモジュールであって、上記熱電変換
素子を構成する2組の半導体を逆V字形状に組合せ、そ
の頂点側の側面部間と上面部間の少なくとも2個所に接
合部を形成してなるサーモモジュール。 - 【請求項2】 電気伝導性の異なるP型およびN型2組
の半導体を熱電対構造に相互に接合して熱電変換素子を
構成してなるサーモモジュールであって、上記熱電変換
素子を構成する2組の半導体を角錐体形状に組合せ、そ
れら2組の半導体の側面部間と上面部間の少なくとも2
個所に接合部を形成してなるサーモモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4104881A JP2817510B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | サーモモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4104881A JP2817510B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | サーモモジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05299704A JPH05299704A (ja) | 1993-11-12 |
JP2817510B2 true JP2817510B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=14392535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4104881A Expired - Fee Related JP2817510B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | サーモモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2817510B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102009009586A1 (de) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Thermoelektrische Vorrichtung |
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DE102009025032A1 (de) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrische Vorrichtung |
FR2946798B1 (fr) * | 2009-06-12 | 2011-10-28 | Commissariat Energie Atomique | Micro-structure pour generateur thermoelectrique a effet seebeck et procede de fabrication d'une telle micro- structure. |
CN107180909B (zh) * | 2017-07-05 | 2019-05-03 | 东北大学 | 倾斜式多面体结构的热电臂 |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4104881A patent/JP2817510B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH05299704A (ja) | 1993-11-12 |
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