JP4528571B2 - Thermal - electric direct conversion device - Google Patents

Thermal - electric direct conversion device

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JP4528571B2 JP2004210516A JP2004210516A JP4528571B2 JP 4528571 B2 JP4528571 B2 JP 4528571B2 JP 2004210516 A JP2004210516 A JP 2004210516A JP 2004210516 A JP2004210516 A JP 2004210516A JP 4528571 B2 JP4528571 B2 JP 4528571B2
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敬寛 十河
直和 岩撫
治 常岡
和樹 舘山
成仁 近藤
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株式会社東芝
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本発明は熱−電気直接変換装置に係り、特に変換装置の構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し、長期にわたって変換効率を良好に維持できる熱−電気直接変換装置に関する。 The present invention heat - to an electrical direct conversion device - relates to an electric direct conversion device, in particular to suppress the progress of deterioration due to oxidation of the components of the converter, the heat can be preferably maintained conversion efficiency for a long time.

近年、人類が消費するエネルギ量が歴史的に例を見ない速度で急増した結果、炭酸ガス(CO )などの温室効果ガスによる地球温暖化の問題が浮上しており、地球環境を保全するためにCO 発生を可及的に抑制可能なエネルギ源の開発が全世界的に渇望されている。 Recently, as a result of the rapid increase in the rate of amount of energy consumed by man does not look at the historical example has emerged of global warming due to greenhouse gases such as carbon dioxide (CO 2), to protect the global environment development of CO 2 can suppress energy source as much as possible the occurrence is craving in worldwide for. このような状況の中で、主として省エネルギの観点から、大規模な廃熱の利用が従来から進行し、現在では中小規模の廃熱まで、その再利用が注目されつつある。 In such a situation, mainly from the point of view of energy saving, and proceeds from the use of large-scale waste heat conventional, currently up to small and medium scale of waste heat, the re-use is now attracting attention.

ところが、中小規模廃熱については、たとえその廃熱の質が高くとも、熱量規模自体が比較的小さいことから、たとえば蒸気タービンなどの大規模廃熱用の発電装置では、熱量に対して大掛りな装置が必要となる結果、発電効率が極めて低く、既存設備の改造や保守・補修コストに見合う電気量が得られないという問題があった。 However, for small and medium-sized waste heat, even if he high quality of the waste heat, since the heat scale itself is relatively small, for example, in power generation apparatus for large-scale waste heat, such as steam turbines, large scale relative to the amount of heat do apparatus is required result, power generation efficiency is very low, there is a problem that electrical quantity commensurate with the remodeling and maintenance and repair costs of the existing facilities can not be obtained.

また、その熱量規模が小さいことから、温水利用などの熱利用も見送られている場合が多く、全世界的に中小規模廃熱の利用は進捗し難い状況にある。 In addition, since the amount of heat scale is small, if it is postponed also heat utilization, such as hot water used by many, the use of the worldwide small and medium-scale waste heat is in a difficult situation in which to progress. そのため、これら中小規模の廃熱のエネルギから電気エネルギを簡易かつ小型の装置システムで変換できる熱−電気直接変換装置の開発実用化が待望されている。 Therefore, thermal electrical energy from the energy of small waste heat in these can be converted with a simple and compact system - Development commercialization of electric direct conversion device is awaited.

このような技術的要請に対処するため、半導体を用いて熱エネルギを直接電気エネルギに変換する熱−電気直接変換装置の開発が従来から進められている(例えば特許文献1及び非特許文献1参照)。 To deal with such technical requirements, the thermal energy directly heat is converted into electrical energy by using a semiconductor - have developed advanced from conventional electrical direct conversion device (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 ).

一般に、この種の熱−電気直接変換装置は、トムソン効果、ペルチェ効果、ゼーベック効果などの熱電効果を利用したp型およびn型の熱−電気直接変換半導体(熱伝変換素子)を組み合わせて構成される。 In general, this type of heat - electric direct conversion device, Thomson effect, Peltier effect, p-type and n-type heat utilizing thermoelectric effects such as Seebeck effect - constructed by combining an electric direct conversion semiconductor (heat conducting transducer) It is. 一般的な構造を図2に示す。 The general structure is shown in FIG. すなわち、従来の熱−電気直接変換装置1は、p型熱−電気直接変換半導体チップ2およびn型熱−電気直接変換半導体チップ3が、高温側電極5を有する高温側絶縁板(高温側基板)7と、低温側電極6を有する低温側絶縁板(低温側基板)8に挟まれた構造を有する。 That is, the conventional heat - electric direct conversion device 1, p-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 2 and the n-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 3, the high temperature-side insulating plate having a high temperature side electrode 5 (high temperature side substrate a) 7, has a structure sandwiched between the low temperature-side insulating plate (low-temperature side substrate) 8 having a cold-side electrode 6. 上記p型熱−電気直接変換半導体チップ2およびn型熱−電気直接変換半導体チップ3は、熱−電気直接変換半導体対4を形成し、変換装置全体では電気的及び熱的に多くの熱−電気直接変換半導体対が接続される。 The p-type thermal - electric direct conversion semiconductor chip 2 and the n-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 3, the heat - electric direct conversion semiconductor pair 4 is formed, the entire converter is electrically and thermally more heat - electrical direct conversion semiconductor pairs are connected.

p型熱−電気直接変換半導体チップ2およびn型熱−電気直接変換半導体チップ3は、高温側電極5と高温側電極−半導体チップ接合部11を介して接合され、さらにp型熱−電気直接変換半導体チップ2およびn型熱−電気直接変換半導体チップ3は、低温側電極6と低温側電極−半導体チップ接合部12を介して接合されている。 p-type thermoelectric - electric direct conversion semiconductor chip 2 and the n-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 3, the high temperature-side electrode 5 and the high-temperature side electrode - is joined through the semiconductor chip junction 11, further p-type heat - electric direct converting semiconductor chip 2 and the n-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 3, the low temperature-side electrode 6 and the low temperature side electrode - are bonded through the semiconductor chip junction 12.

上記のように構成された熱−電気直接変換装置1において、高温側電極5に熱流13が供給されると、熱は高温側電極−半導体チップ接合部11を介してp型熱−電気直接変換半導体チップ2およびn型熱−電気直接変換半導体チップ3に伝達され、半導体チップ2,3を通過する熱流14に沿って、p型熱−電気直接変換半導体チップ2の内部では半導体キャリアである正孔16が、またn型熱−電気直接変換半導体チップ3の内部では半導体キャリアである電子17が、p型熱−電気直接変換半導体チップ2あるいはn型熱−電気直接変換半導体チップ3に低温側電極−半導体チップ接合部12を介して接合されている低温側電極6に向かって移動する。 Constructed thermally as described above - in the electrical direct conversion device 1, the heat flow 13 is supplied to the high temperature side electrode 5, the heat temperature side electrode - p-type heat through the semiconductor chip junction 11 - electric direct conversion the semiconductor chip 2 and the n-type heat - is transmitted to the electric direct conversion semiconductor chip 3, along the heat flow 14 passing through the semiconductor chip 2,3, p-type heat - positive inside the electric direct conversion semiconductor chip 2 is a semiconductor carrier hole 16, and n-type heat - electrons 17 in the internal electric direct conversion semiconductor chip 3 is a semiconductor carrier, p-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 2 or the n-type thermoelectric - low temperature side to an electric direct conversion semiconductor chip 3 electrode - to move toward the low temperature side electrode 6 are joined through the semiconductor chip junction 12.

一方半導体チップ2,3を通過する熱流14は、低温側電極6を通過して低温側電極から放出される熱流15となる。 Meanwhile heat flow 14 passing through the semiconductor chip 2 and 3, the heat flow 15 discharged from the low temperature side electrode through the low-temperature side electrode 6. ここで熱−電気直接変換装置1の外部に、適当な電気的負荷19が、熱−電気直接変換装置1に設置されている電極−電流手段との取合手段9と、それに接続された電流取出手段10とを介して、熱−電気直接変換装置1に電気的に接続されることにより、前記半導体キャリアの移動は電流の流れ18として熱−電気直接変換装置1の外部に取出し利用することができる。 Here heat - the electrical direct conversion device 1 of the external, a suitable electrical load 19, heat - electric direct conversion device 1 is installed in the electrode - the current means and Togo means 9, it connected current via the take-out means 10, the heat - electricity by direct conversion device that is electrically connected to one, the movement of the semiconductor carrier as the current flow 18 heat - be taken out utilizing the external electric direct conversion device 1 can.

このように熱-電気直接変換装置は、高温側電極と低温側電極との温度差を、熱−電気直接変換半導体を用いて、直接電気に変換し装置外部に電力として取出すことができるものであるが、図示していない外部から電流を与えることにより、低温側から高温側あるいは高温側から低温側に熱の移動を行うこともできる。 Thus heat - electric direct conversion device, the temperature difference between the high temperature side electrode and the low-temperature side electrode, heat - using an electric direct conversion semiconductor, as it can be taken out as electric power to the outside of the apparatus converts directly into electricity the case, by applying an electric current from an external, not shown, it may also be carried out the transfer of heat to the low temperature side from the high-temperature side or higher temperature side from the low temperature side.
特開2004−119833号公報 JP 2004-119833 JP

このように、熱−電気直接変換装置に温度差を加えて熱を電気に変換する際には、熱−電気直接変換装置の高温側電極温度は高いほど、また低温側電極温度は低いほど、すなわち電極間の温度差が大きいほど、熱の変換効率は大きい。 Thus, heat - when converting by adding the temperature difference of heat to electricity in an electric direct conversion device, the heat - the higher temperature side electrode temperature of the electric direct conversion device, and as the lower low-temperature side electrode temperature, that is, as the temperature difference between the electrodes is large, thermal conversion efficiency is large. また熱−電気直接変換装置に電流を加え、電気を熱に変換する際にも、熱−電気直接変換装置の高温側温度あるいは低温側温度は、印加する電流が大きいほど高くなる。 The heat - current added to the electrical direct conversion device, even when converted to heat electricity, heat - upper temperature or low-temperature side temperature of the electric direct conversion device increases as the current to be applied is large. このため、図1に示した構成を有する従来の熱−電気直接変換装置では、大気中で使用していると、電極や半導体チップなどの構成部材が酸化や窒化などにより劣化し易く、熱から電気へ、あるいは電気から熱へ変換する能力が経時的に低下し、長期間に亘って良好な変換性能を確保することが困難であるという問題があった。 Thus, conventional heat having the configuration shown in FIG. 1 - an electric direct conversion device, when being used in the atmosphere, easier construction members such as electrodes and the semiconductor chip is deteriorated due to oxidation or nitride, heat to electricity, or the ability to convert into heat decreases over time from the electrical, there is a problem that a long period of time to ensure a good conversion performance is difficult.

上記問題点を解決するために、本発明者らは例えば図1に示す構成を有する従来の熱−電気直接変換装置をそのまま金属やセラミックスから成る筐体に封じ込めることにより、大気から遮断でき装置構成部品の酸化による劣化を防止できる構成を実現している。 In order to solve the above problems, the present inventors have conventional heat having the structure shown in FIG. 1, for example - by confining in a housing made of it a metal or ceramic electric direct conversion device, device configuration can be blocked from the atmosphere thereby realizing a structure capable of preventing deterioration due to oxidation of the parts. しかしながら、装置に供給される熱流は半導体チップだけでなく、筐体をも通過することになるので変換の対象となる熱の割合が減少し、熱から電気へ、あるいは電気から熱へ変換する能力が大幅に低下することが明白となった。 However, the ability heat flow to be supplied to the device not only semiconductor chips, so will also pass through the housing the proportion of the heat to be converted in the subject is reduced, converted from heat to electricity or from electricity to heat it has become apparent that the greatly reduced.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し、長期にわたって変換効率を良好に維持できる熱−電気直接変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems described above, to suppress the progress of deterioration due to oxidation of the components, the heat can be preferably maintained conversion efficiency for a long time - to provide an electrical direct conversion device for the purpose. また、半導体チップに熱流を集中的に流すことを容易にでき、高い変換効率を維持できる気密型の熱−電気直接変換装置を提供することを目的とする。 Moreover, it can be easily flowing the heat flow to the semiconductor chip intensive, hermetic heat to maintain a high conversion efficiency - and to provide an electric direct conversion device.

上記目的を達成するために、本発明に係る熱−電気直接変換装置は、熱エネルギを電気エネルギに、あるいは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱−電気直接変換半導体と、その熱−電気直接変換半導体を外気から遮断する気密筐体と、上記熱−電気直接変換半導体で得られた電流を上記気密筐体外部に取出す手段とを備えて構成され、上記気密筐体は上記熱−電気直接変換半導体の高温側端部に接合される高温側基板を覆う金属蓋と、上記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠と、上記熱−電気直接変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板とから構成されており、上記気密筐体内部は真空もしくは不活性ガス雰囲気に調整されており 、上記金属蓋は、少なくとも前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触 To achieve the above object, the heat according to the present invention - an electric direct conversion device, the thermal energy into electrical energy heat or electrical energy is converted directly into heat energy, - an electric direct conversion semiconductor, the heat - electric direct an airtight housing for blocking the conversion semiconductor from the outside air, the heat - electric direct conversion is configured and means for taking out the resulting current to the gas-tight enclosure outside the semiconductor, the airtight housing, the heat - electric a metal lid covering the hot side substrate is bonded to the hot end of the direct conversion semiconductor, the heat - a metal frame surrounding the electrical direct conversion semiconductor, the heat - bonded to the cold end of the electric direct conversion semiconductor It is composed of a low temperature side substrate that is internal the hermetic casing is adjusted to a vacuum or inert gas atmosphere, the metal lid, contact with the hot side substrate built in at least said hermetic housing る部分が上記金属枠の入熱方向の断面積よりも小さな面積の平坦部として形成されるとともに、この平坦部の周囲から上記金属枠側に傾斜した傾斜部が設けられて、上記平坦部を金属蓋の他の部分より高く入熱方向に突出させることにより金属蓋への入熱を上記平坦部と接触した高温側基板に集中的に伝播させ 、上記熱−電気直接変換半導体に熱が集中し易くするように形成されており、上記電流を気密筐体外部に取出す手段は上記気密筐体の低温側基板の外表面に設置されていることを特徴とする。 That portion with is formed as a flat portion of smaller area than the cross-sectional area of the heat input direction of the metal frame, the inclined portion inclined to the metal frame side from the periphery of the flat part is provided, the flat portion the Rukoto to protrude higher heat input direction than other portions of the metal lid, and the heat input to the metal lid is propagated in the medium current manner to the high temperature side substrate in contact with the flat portion, the heat - electric direct conversion semiconductor the heat is formed so as to facilitate concentration, means for taking out the current air-tight enclosure outside is characterized in that it is installed on the outer surface of the cold side substrate of the hermetic housing.

上記熱−電気直接変換装置によれば、高温側基板を覆う金属蓋と、上記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠と、熱−電気直接変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板とから構成される気密筐体によって熱−電気直接変換半導体が外気から遮断され、かつ上記気密筐体内部は真空もしくは不活性ガス雰囲気に調整されているため、半導体等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱−電気直接変換装置が得られる。 According to the electric direct conversion device, and a metal lid covering the high temperature side substrate, the heat - - the heat is joined to the cold end of the electric direct conversion semiconductor - metal frame surrounding the electrical direct conversion semiconductors, heat heat by configured airtight casing and a low temperature side substrate - blocked electric direct conversion semiconductors from the outside air, and the internal the hermetic casing is adjusted to a vacuum or inert gas atmosphere, the components of a semiconductor such as heat can degrade by oxidation or the like can be maintained high conversion efficiency over a long can be effectively prevented - electric direct conversion device is obtained.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属蓋は、少なくとも前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触する部分が周縁部分より高く入熱方向に突出するように形成されていることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, wherein the metal lid is formed such that a portion in contact with the hot side substrate built in at least said hermetic housing projects higher heat input direction from the peripheral portion it is preferable.

上記のように、少なくとも気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触する金属蓋部分が、その周縁部分より高く入熱方向に突出するように形成することにより、突出した金属蓋と接触した高温側基板に入熱が集中的に伝播するために、半導体チップに熱が集中し易くなり熱−電気変換効率を高めることが可能になる。 As described above, the metal lid portion in contact with the hot side substrate that is built in at least air-tight housing, by forming so as to protrude higher heat input direction than its peripheral portion, in contact with the protruding metal lid for heat input is intensively propagated to the high temperature side substrate, tends heat heat is concentrated on the semiconductor chip - it is possible to enhance the electric conversion efficiency. 一方、金属蓋の周縁部分が受ける熱量は中央部分と比較して相対的に減少するために、金属枠を経由して無駄に放散される熱量が減少する。 Meanwhile, the amount of heat received by the peripheral edge portion of the metal lid to relatively reduced compared with the central portion, the amount of heat that is uselessly dissipated via the metal frame is reduced.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属蓋のうち、前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触していない部分に、金属蓋自体およびそれに接続されている金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えることが好ましい。 Further, the heat - electricity in direct conversion device, of the metal lid, said a portion not in contact with the hot side substrate incorporated in the hermetic housing, a metal frame which is connected itself and its metal lid thermal preferably comprises a thermal expansion absorbing means for absorbing the expansion.

上記のように、気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触していない金属蓋の部分に熱膨張吸収手段を設けることにより、金属蓋自体およびそれに接続されている金属枠の熱膨張を効果的に吸収することが可能になり、熱応力が効果的に緩和され、耐久性に優れた変換装置が得られる。 As described above, by providing the thermal expansion absorbing means in the portion of the metal lid which is not in contact with the hot side substrate incorporated in the air-tight housing, the thermal expansion of the metal frame which is connected itself and its metal lid it is possible to effectively absorb the thermal stress is effectively relaxed, excellent conversion device durability is obtained. 特に、上記熱膨張吸収手段は、気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触していない金属蓋の部分に備えられているために、熱膨張が発生して金属蓋が変位した場合においても、金属蓋が半導体チップと干渉する恐れは少ない。 In particular, the thermal expansion absorbing means for being provided in the portion of the metal lid which is not in contact with the hot side substrate incorporated in the air-tight housing, when the metal lid thermal expansion occurs is displaced also, fear metal lid interferes with the semiconductor chip is small.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属蓋から金属枠を経由して低温側基板へ至る熱伝達経路を長くするフランジ機構を上記金属蓋および金属枠の少なくとも一方に配設することが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, the flange mechanism to increase the heat transfer path to the cold side substrate through the metal frame of the metal lid to be placed on at least one of the metal lid and metal frame preferable.

上記のように、フランジ機構を熱伝達経路に設けることにより、前記金属蓋から金属枠を経由して低温側基板へ至る熱伝達経路(熱パス)を長くすることが可能であり、気密筐体、特に金属枠における伝熱抵抗を高くして熱通過量を抑止し、相対的に半導体チップを通過し熱-電気変換に関与する熱量を高めることができる。 As described above, by providing the flange mechanism to heat transfer path, it is possible to increase the heat transfer path to the cold side substrate through the metal frame of the metal cover (heat path), the airtight enclosure , in particular by increasing the heat transfer resistance in a metal frame to suppress the heat transfer amount, it passes through the relatively semiconductor chip heat - it is possible to increase the amount of heat involved in the electric conversion. したがって、半導体チップにおける熱-電気変換効率を高めることができる。 Therefore, heat in the semiconductor chip - can increase the electrical conversion efficiency.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属枠の外周面の少なくとも一部が曲面状に形成されていることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, it is preferable that at least a part of the outer peripheral surface of the metal frame is formed into a curved shape.

上記のように、金属枠の外周面の少なくとも一部を曲面状に形成することにより、例えば四角筒状に形成されていた金属枠の各角部にアール加工を施して曲面状に形成することにより、金属枠の断面積を小さくすることが可能となり、金属枠における通過熱量を小さくできる一方、半導体チップを通過し熱-電気変換に関与する熱量を高めることができる。 As described above, by forming at least a portion of the outer peripheral surface of the metal frame in a curved shape, to a curved surface by applying a radius machining at each corner of the metal frame, for example it has been formed into a square tube shape makes it possible to reduce the cross-sectional area of ​​the metal frame, while capable of reducing the amount of heat passing in the metal frame, passing through the semiconductor chip heat - it is possible to increase the amount of heat involved in the electric conversion. したがって、半導体チップにおける熱-電気変換効率を高めることができる。 Therefore, heat in the semiconductor chip - can increase the electrical conversion efficiency.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属枠の高さ方向に金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えていることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device is preferably provided with thermal expansion absorbing means for absorbing the thermal expansion of the metal frame in the height direction of the metal frame. この熱膨張吸収手段の具体的な構成例としては、金属枠の断面が屈曲した部位を1段または2段以上組み合わせた構造が採用できる。 The specific configuration example of the thermal expansion absorbing means, cross-section in combination more than one or two stages a portion bent structure of the metal frame can be employed. 上記屈曲部位は、平面が折れ曲がった形状でも良いが、円弧状に折り曲げた形状でも良い。 The bending site, may have a shape which is bent plane, may be in a shape bent in an arc shape.

上記のように、金属枠の高さ方向に熱膨張吸収手段を設けることにより、金属枠の熱膨張を効果的に吸収することができ、熱応力が効果的に緩和され、気密筐体の熱応力による疲労破壊を効果的に防止することができ、耐久性が優れた変換装置が得られる。 As described above, by providing the thermal expansion absorbing means in the height direction of the metal frame, it is possible to effectively absorb the thermal expansion of the metal frame, thermal stress is effectively relaxed, the heat of the hermetic casing can effectively avoid fatigue fracture due to stress, the conversion device is obtained that durability was excellent.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属蓋と金属枠とは溶接されているか、あるいは一体に成形されている一方、前記低温側基板と前記金属枠とは溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤により接合されていることが好ましい。 Further, the heat - electricity in direct conversion device, wherein the metal or lid and the metal frame are welded, or while being integrally formed, the welding and the low temperature side substrate and the metal frame, soldering, or brazing with, it is preferably joined by diffusion bonding, or an adhesive.

金属蓋、金属枠および低温側基板の接合方法としては、特に限定されるものではないが、上記接合方法によれば、接合操作が簡略な上に十分な接合強度が得られる。 Metallic cover, as a joining method of the metal frame and cold-side substrate is not particularly limited, according to the joining method, sufficient bonding strength can be obtained on the joining operation is simplified. 特に、金属蓋と金属枠とを一体に成形することにより、装置部品点数が減少し装置の組立てが容易になる。 In particular, by molding integrally with the metal cover and the metal frame, device number of components facilitates the assembly of the reduced system.

また、上記熱−電気直接変換装置において、気密筐体内の不活性ガス雰囲気は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選択される少なくとも1種の気体から成ることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, an inert gas atmosphere of the airtight enclosure is nitrogen, helium, neon, argon, krypton, be comprised of at least one gas selected from xenon preferred.

上記非酸化性の気体を気密筐体内に封入し、内部雰囲気を非活性とすることにより、半導体チップ等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱−電気直接変換装置が得られる。 The non-oxidizing gas is sealed in an airtight enclosure, maintained by the internal atmosphere deactivated, the components such as semiconductor chips is deteriorated by oxidation or the like is a high conversion efficiency for a long time can be prevented effectively electric direct conversion device is obtained - heat possible.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記不活性ガス雰囲気の圧力が、常温で外気圧より低く設定されていることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, wherein the pressure of the inert gas atmosphere, it is preferably set lower than the outside atmospheric pressure at room temperature.

上記のように、気密筐体内の不活性ガス雰囲気の圧力を外気圧より低く設定することにより、気密筐体内の不活性ガス雰囲気中に水分が残留することが効果的に防止でき、水分による半導体チップの劣化損傷を効果的に抑止できる。 As described above, by setting the pressure of the inert gas atmosphere in the hermetic housing lower than the outside air pressure, that moisture remaining can be effectively prevented in an inert gas atmosphere in the hermetic housing, a semiconductor by water effectively suppress the deterioration damage the chip. また、気密筐体内のガス雰囲気における熱伝導性が低下するために、半導体チップから金属枠方向に熱が放散することが防止でき、熱-電気変換効率を高めることができる。 Further, in order to heat conductivity in the gas atmosphere of the airtight casing is lowered, it can be prevented that heat is dissipated to the metal frame direction from the semiconductor chip, the heat - it is possible to enhance the electric conversion efficiency.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記金属蓋および金属枠は熱−電気直接変換装置の高温側温度に耐えられる耐熱金属もしくは耐熱合金から構成することが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, wherein the metal lid and metal frame heat - is preferably constructed from an electric direct conversion device refractory metal or refractory alloy can withstand the high temperature side temperature. 具体的には、上記耐熱合金は、ニッケルもしくはニッケル基合金、炭素鋼、ステンレス鋼から選択される鉄基合金、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金、銅を含有する合金のいずれかであることが好ましい。 Specifically, the refractory alloy, nickel or nickel-based alloy, carbon steel, iron-based alloy selected from stainless steel, iron-based alloys containing chromium, iron-based alloy containing silicon, an alloy containing cobalt, copper it is preferably any one of an alloy containing.

上記耐熱金属もしくは耐熱合金から構成された金属蓋および金属枠によれば、高温度使用環境においても劣化することが少なく優れた耐久性を発揮させることができる。 According to the refractory metal or metal lid and metal frame made up of heat-resistant alloy, it is possible to exhibit the durability is excellent small to deteriorate even in a high temperature environment.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記低温側基板はセラミック板と、このセラミック板の少なくとも一方の表面に接合された金属板とから成り、この金属板は銅、銀、アルミニウム、錫、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、チタン基合金から選択される少なくとも1種から成ることが好ましい。 Further, the heat - electricity in direct conversion device, consists of the low temperature side substrate and the ceramic plate, a metal plate bonded to at least one surface of the ceramic plate, the metal plate is copper, silver, aluminum, tin, iron-based alloy, nickel, nickel-based alloys, titanium, it is preferably made of at least one selected from titanium based alloy.

上記のように、セラミック板の少なくとも一方の表面に金属板を接合した低温側基板を用いることにより、低温側電極としての金属板が予め絶縁基板に接合された低温側基板が得られ、変換装置の組立てが容易になる。 As described above, by using a low-temperature side substrate bonding the metal plate on at least one surface of the ceramic plate, the low temperature side substrate metal plate is bonded to advance the insulating substrate as a low-temperature side electrode obtained, converter assembly becomes easy. セラミック板と金属板との接合強度が高く、両者の密着度も高いため、耐久性に優れた変換装置が得られる。 High bonding strength between the ceramic plate and the metal plate, since high both degree of adhesion, excellent conversion device durability is obtained.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記低温側基板に使用されているセラミック板は、アルミナもしくはアルミナを含有するセラミック、アルミナ粉末を分散含有する金属、窒化珪素もしくは窒化珪素を含有するセラミック、窒化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムを含有するセラミック、ジルコニアもしくはジルコニアを含有するセラミック、イットリアもしくはイットリアを含有するセラミック、シリカあるいはシリカを含有するセラミック、ベリリアもしくはベリリアを含有するセラミックから選択される少なくとも1種から構成されることが好ましい。 Further, the heat - ceramic in electrical direct conversion device, the ceramic plate used in the low temperature side substrate containing ceramic, metal containing dispersed alumina powder, silicon nitride or silicon nitride containing alumina or alumina, ceramic containing aluminum nitride or aluminum nitride, ceramics containing zirconia or zirconia ceramic containing yttria or yttria ceramic containing silica or silica, composed of at least one selected from ceramic containing beryllia or beryllia it is preferred that the.

上記各セラミック板から成る低温側基板によれば、絶縁耐性が安定して優れているために高い熱電効果を長期間に亘って発揮し得る信頼性が高い熱−電気直接変換装置が得られる。 According to the low temperature side substrate consisting of the respective ceramic plates, heat is highly reliable insulation resistance can exhibit a long term high thermoelectric effect because of its excellent stable - electric direct conversion device is obtained.

さらに、上記熱−電気直接変換装置において、前記熱−電気直接変換半導体はp型の半導体とn型の半導体とから成り、これら半導体は、希土類元素、アクチノイド、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金、ニッケル、アンチモン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、錫、コバルト、シリコン、マンガン、亜鉛、ボロン、炭素、窒素、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、バナジウム、ニオブ、バリウム、マグネシウムから選択される少なくとも3種の元素から構成される熱−電気直接変換半導体であることが好ましい。 Further, the heat - electricity in direct conversion device, wherein the heat - electric direct conversion semiconductor is composed of a p-type semiconductor and n-type semiconductor, these semiconductors, rare earth elements, actinides, cobalt, iron, rhodium, ruthenium, palladium , platinum, nickel, antimony, titanium, zirconium, hafnium, nickel, tin, cobalt, silicon, manganese, zinc, boron, at least 3 selected carbon, nitrogen, gallium, germanium, indium, vanadium, niobium, barium, magnesium heat consists species of elements - is preferably an electric direct conversion semiconductor.

上記少なくとも3種の元素から構成される熱−電気直接変換半導体によれば、良好な熱電効果を長期間に亘って発揮することが可能であり、熱電変換効率が高い熱−電気直接変換装置が得られる。 Said at least three heat composed of elements - according to the electro-direct conversion semiconductor, it is possible to exert over the good thermoelectric effect a long period, the thermoelectric conversion efficiency is high thermal - electric direct conversion device can get.

また、上記熱−電気直接変換装置において、前記p型もしくはn型の熱−電気直接変換半導体の結晶構造がスクッテルダイト構造、充填スクッテルダイト構造、ホイスラー構造、ハーフホイスラー構造、クラスレート構造のうちのいずれかであることが好ましい。 Further, the heat - the electrical direct conversion device, wherein the p-type or n-type heat - crystal structure of the electric direct conversion semiconductors skutterudite structure, filled skutterudite structure, Heusler structure, half-Heusler structure, clathrate structure it is preferably out is either.

上記各結晶構造を有する半導体チップによれば、熱電効果が良好であり、熱電変換効率が高い熱−電気直接変換装置が得られる。 According to the semiconductor chip having the above crystal structure, thermoelectric effect is good, the thermoelectric conversion efficiency is high thermal - electric direct conversion device is obtained.

本発明に係る熱−電気直接変換装置によれば、高温側基板を覆う金属蓋と、上記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠と、熱−電気直接変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板とから構成される気密筐体によって熱−電気直接変換半導体が外気から遮断され、かつ上記気密筐体内部は真空もしくは不活性ガス雰囲気に調整されているため、半導体等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱−電気直接変換装置が得られる。 According to the electric direct conversion device, and a metal lid covering the high temperature side substrate, the heat - - heat according to the present invention and a metal frame surrounding the electrical direct conversion semiconductor, heat - to the cold end of the electric direct conversion semiconductor heat by configured airtight casing and a cold side substrates to be bonded - electric direct conversion semiconductor is blocked from the outside air, and the internal the hermetic casing is adjusted to a vacuum or inert gas atmosphere, such as a semiconductor heat the component is deteriorated by oxidation or the like can be maintained high conversion efficiency over a long period can be prevented effectively - electric direct conversion device is obtained.

次に本発明を実施するための形態について添付図面を参照し、以下の実施例に基づいて説明する。 The embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings now be described with reference to the following examples.

(実施例1) (Example 1)
図1は半導体チップを外気から遮断する気密筐体を用いた本発明に係る熱−電気直接変換装置の一実施例を示す図であり、図1(a)は本発明に係る熱−電気直接変換装置の一実施例の構成を示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)に示す熱-電気直接変換装置(熱電気直接変換モジュール)のB-B矢視断面図である。 Figure 1 is heat according to the present invention using a gas-tight housing for blocking the semiconductor chip from the outside air - is a diagram showing an embodiment of an electrical direct conversion device, FIG. 1 (a) heat according to the present invention - an electric direct is a perspective view showing the structure of an embodiment of a converter, FIG. 1 (b) heat is shown in FIG. 1 (a) - in taken along line B-B sectional view of an electric direct conversion device (thermoelectric direct conversion module) is there.

図1に示すように、本実施例に係る熱-電気直接変換装置1aは、熱エネルギを電気エネルギに、あるいは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱−電気直接変換半導体4と、その熱−電気直接変換半導体4を外気から遮断する気密筐体30とを備えて構成され、上記気密筐体30は上記熱−電気直接変換半導体4の高温側端部に接合される高温側基板7を覆う金属蓋20と、上記熱−電気直接変換半導体4の周囲を取り囲む金属枠21と、電流を気密筐体外部に取出す手段10を具備し、熱−電気直接変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板8とから構成されており、上記気密筐体30の内部は真空もしくは不活性ガス雰囲気に調整されて構成されている。 As shown in FIG. 1, the heat according to the present embodiment - electric direct conversion device 1a is thermally converts thermal energy into electrical energy, or direct electrical energy to thermal energy - an electric direct conversion semiconductor 4, its thermal - It is constituted by a gas-tight housing 30 that blocks the electrical direct conversion semiconductor 4 from the outside air, the air-tight housing 30 the heat - covers the high temperature side substrate 7 is joined to the hot end of the electric direct conversion semiconductor 4 a metal lid 20, the heat - a metal frame 21 surrounding the electric direct conversion semiconductor 4, comprising means 10 for taking out a current to the gas-tight enclosure outside, heat - bonded to the cold end of the electric direct conversion semiconductor that is composed of a low temperature side substrate 8 Prefecture, inside of the airtight housing 30 is constructed is adjusted to a vacuum or inert gas atmosphere.

上記熱−電気直接変換半導体4は、スクッテルダイト構造を有するp型熱-電気直接変換半導体チップ2とn型熱-電気直接変換半導体チップ3とが対となって構成されている。 The heat - electric direct conversion semiconductor 4, p-type thermoelectric having skutterudite structure - electric direct conversion semiconductor chip 2 and the n-type heat - and electricity direct conversion semiconductor chip 3 is constituted as a pair. また、低温側基板8および高温側基板7はアルミナ(Al )から構成されている一方、低温側基板8はAlN基材のセラミックス基板で構成されている。 Further, the low temperature-side substrate 8 and the high temperature side substrate 7 whereas is composed of alumina (Al 2 O 3), the low temperature-side substrate 8 is formed of a ceramic substrate AlN substrate. さらに、気密筐体30を形成する構成する金属蓋20および金属枠21はニッケル基合金で形成されている。 Further, the metallic cover 20 and the metal frame 21 constituting to form an airtight housing 30 is formed of nickel-based alloys.

上記のように構成された熱−電気直接変換装置に熱を供給し入出力端部に温度差を加えて熱を電気に変換する際には、熱−電気直接変換装置の高温側温度を高くするほど、また低温側温度を低くするほど、すなわち入出力端部の温度差を大きくすることにより、熱―電気の変換効率を高めることができる。 Constructed thermally as described above - when converting by adding the temperature difference of heat into electricity output end to supply heat to the electrical direct conversion device, heat - high temperature side temperature of the electric direct conversion device to more, and as the lower cold side temperature, i.e. by increasing the temperature difference between the input and output ends, the heat - it is possible to increase the conversion efficiency of electricity. すなわち、変換効率を大きくするためには、熱−電気直接変換装置の入力端部を高温度条件下で運転することが有効である。 That is, in order to increase the conversion efficiency, heat - it is effective to operate the input end of the electric direct conversion device with high temperature conditions.

しかしながら、上記熱−電気直接変換装置を大気中の高温度条件下で運転した場合には、電極や半導体チップなどの構成部材が酸化されたり窒化されたりして劣化が進行し易い。 However, the heat - when an electric direct conversion device was operated at a high temperature of the atmosphere is likely components of the electrodes or the semiconductor chip proceeds is deteriorated or nitrided or oxidized. これらの構成部材の劣化進行を抑止し、熱から電気へ、あるいは電気から熱への変換効率の低下を抑止し、長期間に亘って良好な変換性能を確保するためには、本実施例に示すように熱−電気直接変換装置を外気から遮断する気密筐体を用いることが有効である。 Suppress deterioration progress of these components, from the heat to electricity, or to suppress the reduction in the conversion efficiency to the heat from the electric, in order to ensure good conversion performance over a long period of time, the present embodiment heat as shown - it is effective to use an airtight enclosure that blocks electrical direct conversion device from the outside air.

図1に示すように、本実施例に係る熱−電気直接変換装置においては、p型熱-電気直接変換半導体チップ2とn型熱-電気直接変換半導体チップ3とから成る複数の熱−電気直接変換半導体対4の低温側端部が、低温側電極−半導体チップ接合部23を介して低温側基板22に接合される一方、その高温側端部が高温側電極−半導体チップ接合部11を介して高温側基板(高温側絶縁板)7に機械的に接続されている。 As shown in FIG. 1, the heat according to the present embodiment - in an electric direct conversion device, p-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 2 and the n-type heat - more heat of electrical direct conversion semiconductor chip 3 which - electric cold end of the direct conversion semiconductor pairs 4, the low-temperature-side electrodes - a semiconductor chip junction 11 - while being bonded to the low temperature side substrate 22 through the semiconductor chip junction 23, the hot end is the high-temperature side electrode to the high temperature side substrate (high-temperature side insulating plate) 7 through are mechanically connected.

上記熱電気直接変換装置は、廃熱が供給された側の金属蓋20と低温側基板22との温度差を直接電気に変換し装置外部に電力として取り出したり、または、外部から装置入力端部に電流を供給し低温側系統から高温側系統に熱の移動を生起させたりする。 The thermoelectric direct conversion device, and retrieve a power conversion device outside the temperature difference directly into electricity and the side of the metal lid 20 which waste heat is supplied cold side substrate 22, or, device input end from outside or to rise to heat transfer current supplied from the low temperature side lines to the high temperature side system on. 熱が供給された装置内部の金属蓋20に接する部分は高温度となるために高温環境下での酸化から半導体チップ等の変換素子及び電極を保護することが必要になる。 A portion in contact with the metal lid 20 of the apparatus heat is supplied becomes necessary to protect the transducer and the electrodes of the semiconductor chips from oxidation under a high temperature environment to a high temperature.

そこで、本実施例では装置内部に窒素等の耐酸化ガスを充填し装置内部を封止するために、上記金属蓋20および金属枠21を低温側基板22に一体に接合固定して、気密な筐体30を形成している。 Therefore, in order to seal the internal filling device oxidation gas such as nitrogen in the apparatus in this embodiment, by joining integrally fixed to the metal cap 20 and metal frame 21 on the low temperature side substrate 22, gas-tight forming a housing 30. この気密筐体30の外側には、内部の封止性を維持し、外部との電気的な取り合いを行う電流取出手段10が設けられている On the outside of the airtight housing 30, maintaining the interior of the sealing property, current extraction means 10 to electrical scramble for the outside. 電極−電流取出手段10 と取合手段9 により、装置内部の電極5,6と外部とが電気的に接続されている。 Electrode - by the engagement means 9 preparative and current extracting means 10, outside and inside the device electrodes 5 and 6 are electrically connected.

図1において、筐体30の外側に設けた電流取出手段10が薄板形状の端子である場合を例示したが、端子部分を外力から保護するために、薄板以外の形状とすることも可能である。 In Figure 1, the current extraction means 10 provided outside of the housing 30 has been exemplified a case where a terminal of the thin plate shape, in order to protect the terminal portion from an external force, it is also possible to shape other than the thin plate .

本実施例に係る熱−電気直接変換装置によれば、電極6,7や半導体チップ対4などの構成部材が設置されている筐体30内部を気密に保持し、内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に維持することが可能になる。 Heat according to the present embodiment - electric According directly to the conversion unit, to hold the interior of the housing 30 to the components such as the electrodes 6 and 7 and the semiconductor chip to 4 is installed in an airtight, vacuum or inert gas inside it is possible to maintain the atmosphere. これにより、高温環境下で運転された場合においても、熱−電気直接変換装置の筐体内部に設置された構成部材の酸化や窒化などによる劣化の進行を効果的に抑止することが可能となる。 Thus, even when it is operated in a high temperature environment, the heat - it is possible to effectively suppress the progress of deterioration due to oxidation and nitriding of an electric direct conversion device of the housing inside the installed components .

(実施例2) (Example 2)
図3に、熱−電気直接変換装置の金属蓋20の高温側絶縁板7と接触する部分を他の部分より高くすることにより、金属枠21を通過する熱量を低減し、変換性能を向上させた熱−電気直接変換装置の一実施例を示す。 3, heat - by the portion in contact with the high temperature-side insulating plate 7 of the metal lid 20 of the electric direct conversion device higher than other portions to reduce the amount of heat passing through the metal frame 21, to improve the conversion performance heat - showing an embodiment of an electrical direct conversion device.

すなわち、本実施例に係る熱−電気直接変換装置は、前記実施例1の構成に加えて、さらに前記金属蓋20は、少なくとも前記気密筐体30に内蔵されている高温側基板7と接触する部分が周縁部分より高く入熱方向に突出するように形成されている。 That is, the heat according to the present embodiment - electric direct conversion device, in addition to the configuration of the first embodiment, further the metal lid 20 is in contact with the high temperature side substrate 7 which is built at least in the airtight housing 30 portion is formed to protrude higher heat input direction from the peripheral portion.

本実施例に係る熱−電気直接変換装置によれば、金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板22に至るまでの熱伝達経路を、金属蓋20の高温側絶縁板7と接触する部分を他の部分の高さと同等とした場合に比較して、長くすることができると共に、装置に供給する熱を金属蓋20の中央部で集中的に受けることができ、熱−電気直接変換半導体対4に熱を集中的に導入することが可能となり、熱電変換効率を高めることができる。 Heat according to the present embodiment - According to the electric direct conversion device, a heat transfer path extending to the low temperature side substrate 22 through the metal frame 21 from the metal lid 20, contact with the hot side insulating plate 7 of the metal lid 20 a portion in comparison with the case of the equivalent height of other portions, it is possible to increase the heat supply to the device can receive centrally at the central portion of the metal lid 20, the heat - electric direct heat conversion semiconductor pairs 4 can be introduced centrally, it is possible to increase the thermoelectric conversion efficiency. 特に、上記熱伝達経路を長くでき、この経路の伝熱抵抗を相対的に増加させることができる構造であるために、金属蓋20から高温側絶縁板7と高温側電極5と熱−電気直接半導体対4と低温側電極6とを経由して低温側基板22に至る熱の通過量を多くでき、熱−電気直接変換装置の性能を向上させることが可能となる。 In particular, it can increase the heat transfer path, because of the structure that can be relatively increased heat transfer resistance of this path, the high temperature-side insulating plate 7 and the high-temperature-side electrode 5 and the heat from the metal lid 20 - electric direct It can increase the throughput of the heat reaching the cold side substrate 22 via the low-temperature side electrode 6 semiconductor pairs 4, heat - it is possible to improve the performance of electric direct conversion device.

なお、上記金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板22に至る熱伝達経路は、図3および図6(a)に示すように金属蓋20の周縁部に段差状の経路31のみに限定されるものではない。 The heat transfer path to the low temperature side substrate 22 through the metal frame 21 from the metal lid 20, only step-like path 31 to the peripheral portion of the metal lid 20 as shown in FIG. 3 and FIGS. 6 (a) the present invention is not limited to. 例えば、図6(b)に示すように、金属蓋20の周縁部に円弧状の経路32を設けた構造や、その円弧状の経路を多段に形成した構造や、図6(c)に示すように、金属蓋20の周縁部にV字形断面を有する曲折部33を形成した構造や、図6(d)に示すように多段に曲折部34を形成した構造を採用することも可能である。 For example, as shown in FIG. 6 (b), the structure and provided with an arcuate path 32 to the peripheral portion of the metal lid 20, the structure and that the arcuate path is formed in multiple stages, shown in FIG. 6 (c) as such, the structure and the formation of the bent portion 33 having a V-shaped cross section on the peripheral portion of the metal lid 20, it is also possible to adopt the structure formed of the bent portion 34 in multiple stages as shown in FIG. 6 (d) . 上記段差状の経路31、円弧状の経路32および曲折部33、34は、金属蓋20が熱膨張した場合においても、その変位を吸収して熱応力の発生を抑制する熱応力吸収機構としても働くので有用である。 The step-like path 31, the arc-shaped path 32 and the bent portion 33 and 34, even when the metal lid 20 is thermally expanded, even for suppressing thermal stress absorbing mechanism occurrence of thermal stress by absorbing the displacement it is useful because they work.

(実施例3) (Example 3)
図4に、熱−電気直接変換装置の金属蓋20の高温側絶縁板(高温側基板)7と接触していない部分に、金属蓋20自体やそれに接続されている金属枠21の熱膨張を吸収する手段を備えることにより、金属蓋20および金属枠21に発生する熱応力を緩和する機構を設けた熱−電気直接変換装置の一実施例を示す。 4, the heat - the hot-side insulating plate of metal lid 20 of the electric direct conversion device in a portion not in contact with the (hot side substrate) 7, the thermal expansion of the metal frame 21 connected metallic cover 20 itself and its It shows an embodiment of an electrical direct conversion device - by providing a means for absorbing the heat which is provided with a mechanism to mitigate the thermal stress generated in the metal lid 20 and the metal frame 21.

すなわち、図4に示す本実施例に係る熱−電気直接変換装置は、前記実施例1の構成に加えて、さらに前記金属蓋20のうち、前記気密筐体30に内蔵されている高温側基板7と接触していない部分に、金属蓋20自体およびそれに接続されている金属枠21の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段35を備えて構成される。 That is, the heat according to the present embodiment shown in FIG. 4 - electric direct conversion device, in addition to the configuration of the first embodiment, further one of the metal lid 20, the high temperature side substrate built in the airtight housing 30 the portion not in contact with 7, and provided with a thermal expansion absorbing means 35 for absorbing the thermal expansion of the metal frame 21 connected metallic cover 20 itself and its.

本実施例に係る熱−電気直接変換装置では、金属蓋20ならびに金属蓋20に接続されている金属枠21に発生する熱応力やそれらの応力によって他の部位に発生する応力を緩和するために、金属蓋20の高温側絶縁板7と接触していない部分にV字形断面を有する熱膨張吸収手段35を設けることにより、金属蓋20ならびに金属蓋20に接続されている金属枠21に発生する熱膨張および熱変形の吸収が可能になる。 Heat according to the present embodiment - an electric direct conversion device, in order to mitigate the stress generated by thermal stress and their stress generated in the metal frame 21 that is connected to the metal lid 20 and the metallic cover 20 to the other sites by providing the thermal expansion absorbing means 35 having a V-shaped cross-section in a portion not in contact with the hot side insulating plate 7 of the metal lid 20, is generated in the metal frame 21 that is connected to the metal lid 20 and the metallic cover 20 allowing absorption of thermal expansion and deformation.

なお、上記熱膨張吸収手段35の断面形状は、図4および図6(c)に示すV字形断面を有するものの他に、図6(b)に示すように円弧状断面を有するものやそれを多段に形成したもの、または図6(d)に示すようにV字形断面を2段以上に多段に形成したものを採用することが可能であり、いずれも構成部材の熱膨張および熱変形を効果的に吸収できる。 The cross-sectional shape of the thermal expansion absorbing means 35, in addition to those having a V-shaped cross section shown in FIGS. 4 and FIG. 6 (c), the one having an arcuate cross-section as shown in FIG. 6 (b) and it those formed in multiple stages, or it is possible to adopt a formed in multiple stages V-shaped cross section as shown in the above two-stage FIG. 6 (d), the both effects of thermal expansion and the thermal deformation of the component It can be absorbed.

(実施例4) (Example 4)
図5に、熱−電気直接変換装置の金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板22に至る熱伝達経路を長くする手段を備えることにより金属枠21における熱通過量を抑止し、金属枠21を設けたことによる熱−電気直接半導体対の熱通過量の低下を抑止し、熱電変換性能を向上させた熱−電気直接変換装置の一実施例を示す。 5, the heat - suppresses heat transfer amount in the metal frame 21 by a metal cover 20 of the electric direct conversion device comprising means to increase the heat transfer path to the low temperature side substrate 22 through the metal frame 21, heat due to the provision of the metal frame 21 - suppresses a decrease in the heat transfer amount of the electric direct semiconductor pairs, heat with improved thermoelectric conversion performance - shows an embodiment of an electrical direct conversion device.

すなわち、図5に示す本実施例に係る熱−電気直接変換装置は、前記実施例1の構成に加えて、さらに前記金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板に至る熱伝達経路を長くするフランジ機構36を上記金属蓋20および金属枠21の少なくとも一方に配設して構成される。 That is, the heat according to the present embodiment shown in FIG. 5 - electric direct conversion device, in addition to the configuration of the first embodiment, the heat transfer path further extends from the metal lid 20 on the low temperature side substrate through the metal frame 21 a flange mechanism 36 for long constituted by disposing at least one of the metal lid 20 and the metal frame 21.

上記図5に示す実施例に係る熱−電気直接変換装置では、熱伝達経路を長くとる手段として、金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板22に至る熱伝達経路の途中にフランジ機構36を設けた場合の例である。 Heat according to the embodiment shown in FIG. 5 - electric direct conversion device, as long take means heat transfer path, the flange in the middle of the heat transfer path from the metal lid 20 by way of the metal frame 21 on the low temperature side substrate 22 it is an example of a case in which the mechanism 36. 本実施例では、金属蓋20の外周縁から外方に延出するフランジ36aと金属枠21の上端から外方に延出するフランジ36bとを組み合わせてフランジ機構36としている。 In this embodiment, the flange mechanism 36 in combination with a flange 36b extending outwardly from the upper end of the flange 36a and the metal frame 21 that extends outwardly from the outer peripheral edge of the metal lid 20. そして、金属枠21に設けたフランジ36bと、金属蓋20に設けたフランジ36aとをシール溶接し接合部位をフランジの外周側とすることにより、金属蓋20と金属枠21の間の熱伝達経路長をフランジの距離(幅)に相当する分だけ増加させている。 Then, by a flange 36b provided on the metal frame 21, and the outer peripheral side of the flange joining portion seal welded to the flange 36a provided on the metal lid 20, the heat transfer path between the metal cover 20 and the metal frame 21 and it is increased by the amount corresponding to the length to the flange distance (width).

この構造を用いることにより、金属蓋20から金属枠21を経由して低温側基板22に至る熱伝達経路長が長くなり、伝熱抵抗が増加して熱が伝播しにくくなる一方、金属蓋20から高温側絶縁板7と高温側電極5と熱−電気直接半導体対4と低温側電極6を経由して低温側基板22に至る熱伝達経路の熱通過量を相対的に増加させることができ、熱−電気直接変換装置における熱電変換性能を向上させることができる。 By using this structure, the metal lid 20 by way of the metal frame 21 increases the heat transfer path length leading to the low temperature side substrate 22, while the heat transfer resistance is less likely to thermally is propagated increases, the metallic cover 20 temperature side insulating plate 7 and the high-temperature-side electrode 5 and the heat from the - electric direct semiconductor pairs 4 and the low-temperature side electrode 6 can be relatively increased heat transfer amount of the heat transmission path in the low temperature-side substrate 22 through the , heat - it is possible to improve the thermoelectric conversion performance in electric direct conversion device.

なお、上記熱伝達経路を長く確保する他の手段として、金属蓋20の周縁部の形状を図6(b)に示すように円弧状にした構造、その円弧状の経路を多段にした構造、図6(c)に示すようにV字形断面を有する経路構造、図6(d)に示すようにV字形断面を有する経路を多段に形成した構造を採用することにより熱伝達経路を長くとることも可能である。 Incidentally, it was as other means of securing long the heat transfer path, structures in an arc shape so that the shape of the peripheral portion shown in FIG. 6 (b) of the metal lid 20, the arcuate path in a multistage structure, Figure pathway structure having 6 to V-shaped cross section as shown in (c), taking the heat transfer path extended by a path having a V-shaped cross-section adopts a structure formed in multiple stages as shown in FIG. 6 (d) it is also possible.

また、熱伝達経路を長く確保するその他の手段として、金属枠21を図8(a)に示すように断面がV字状に屈折した屈曲部を形成した金属枠21を採用しても良い。 Further, as other means of securing long heat transfer path, it may be employed a metal frame 21 in cross-section to form a bent portion which is refracted in a V-shape so that the metal frame 21 shown in FIG. 8 (a). また、図8(b)に示すように、断面がV字状に屈折した屈曲部を2段以上に多段に形成した金属枠21を採用しても良い。 Further, as shown in FIG. 8 (b), cross-section may be employed a metal frame 21 which is formed in multiple stages a bent portion refracted in a V-shape in two or more stages. さらに、図8(c)に示すように、円弧状の断面を有する屈曲部を設けた金属枠21を採用しても良い。 Furthermore, as shown in FIG. 8 (c), it may be employed a metal frame 21 having a bent portion having an arcuate cross-section. また、図8(d)に示すように、円弧状の断面を有する屈曲部を2段以上に多段に形成した金属枠21を採用しても良い。 Further, as shown in FIG. 8 (d), it may be employed a metal frame 21 which is formed in multiple stages a bent portion having an arcuate cross-section in two or more stages. さらに、図8(e)に示すようにS字状の断面を有する屈曲部を設けた金属枠21を採用しても良い。 Furthermore, it may be employed a metal frame 21 having a bent portion having an S-shaped cross-section as shown in FIG. 8 (e). 上記いずれの場合においても、熱伝達経路を長く確保することが可能である。 In any of the above cases, it is possible to ensure a long heat transfer path.

(実施例5) (Example 5)
図7に、金属枠21における通過熱量を少なくするために、金属枠21の横断面における四隅部を曲面状に形成して断面積を低減した熱−電気直接変換装置の一実施例を示す。 7, in order to reduce the amount of heat passing in the metal frame 21, heat to form the four corners in the curved with reduced cross-sectional area at the cross section of the metal frame 21 - shows an embodiment of an electrical direct conversion device.

すなわち、図7に示す本実施例に係る熱−電気直接変換装置は、前記実施例1の構成に加えて、さらに前記金属枠21の外周面の少なくとも一部が曲面状に形成されていることを特徴とする。 That is, the heat according to the present embodiment shown in FIG. 7 - electric direct conversion device, in addition to the configuration of the first embodiment, further, at least part of the outer peripheral surface of the metal frame 21 is formed in a curved surface the features.

本実施例に係る熱−電気直接変換装置においては、図7(a)に示すように、金属蓋20と金属枠21と低温側基板22とが一体的に接合されて気密筐体30が形成されている。 Heat according to the present embodiment - electricity in direct conversion device, as shown in FIG. 7 (a), the air-tight housing 30 and the metal cover 20 and the metal frame 21 and the low temperature side substrate 22 is integrally joined is formed It is. しかしながら、金属枠21の断面形状については図7(b)左側に示すように従来一般的な矩形断面を有する金属枠21の状態から、同図右側に示すように4つの隅部に曲面加工(R加工)を施した金属枠21を使用している。 However, the cross-sectional shape of the metal frame 21 from the state of the metal frame 21 having a conventional general rectangular cross-section as shown in FIG. 7 (b) left, curved surface machining in four corners as shown in FIG right ( using a metal frame 21 which has been subjected to R processing).

本実施例に係る熱−電気直接変換装置によれば、曲面部がない矩形断面を有する従来の金属枠と比較して金属枠21の断面積を小さくすることができ、金属枠21における熱通過量を減少させることが可能となるので、金属蓋20から高温側絶縁板7と高温側電極5と熱−電気直接半導体対4と低温側電極6とを経由して低温側基板22に至る熱通過量を相対的に増加させることができ、熱−電気直接変換装置における熱電変換性能を向上させることができる。 Heat according to the present embodiment - According to the electric direct conversion device, compared to conventional metal frame having a rectangular cross-section has no curved portion can be reduced the cross-sectional area of ​​the metal frame 21, heat transfer at the metal frame 21 since it is possible to reduce the amount, the metal lid 20 high-temperature side insulating plate 7 and the high-temperature-side electrode 5 and the heat - heat reaching the low temperature side substrate 22 via an electric direct semiconductor pairs 4 and the low-temperature side electrode 6 it is possible to relatively increase the throughput, the heat - it is possible to improve the thermoelectric conversion performance in electric direct conversion device.

金属枠21の横断面の断面積を低減する他の手段として、横断面における4つの隅部に面取り加工を実施することも可能である。 Another means of reducing cross-sectional area of ​​the cross section of the metal frame 21, it is also possible to carry out the chamfering four corners of the cross section. また、一定の曲率を有する曲面ではなく、曲率が連続的に変化する曲面を有するように加工することによって金属枠21の断面積を低減しても良い。 Further, instead of the curved surface having a predetermined curvature may reduce the cross-sectional area of ​​the metal frame 21 by processing so as to have a curved surface with curvature changes continuously.

(実施例6) (Example 6)
次に、熱−電気直接変換装置の金属枠21の熱膨張を吸収する手段を備え、金属蓋20および金属枠21に発生する熱応力を緩和する機構を設けた熱−電気直接変換装置の一実施例を図8に示す。 Next, heat - one electrical direct conversion device - electric direct conversion comprising a means for absorbing the thermal expansion of the metal frame 21 of the apparatus, heat a mechanism to mitigate the thermal stress generated in the metal lid 20 and the metal frame 21 the embodiment is shown in FIG.

すなわち、図8に示す本実施例に係る熱−電気直接変換装置は、前記実施例1の構成に加えて、さらに前記金属枠21の高さ方向に金属枠21の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段37を備えていることを特徴とする。 That is, the heat according to the present embodiment shown in FIG. 8 - electric direct conversion device, in addition to the configuration of the first embodiment, the thermal expansion to further absorb the thermal expansion of the metal frame 21 in the height direction of the metal frame 21 characterized in that it comprises absorbing means 37.

本実施例では、金属蓋20ならびに金属蓋20に接続されている金属枠21に発生する熱応力を緩和するために、図8(a)に示すように金属枠21に断面がV字状の屈曲部を設け熱膨張吸収手段37としている。 In this embodiment, in order to relax the thermal stress generated in the metal frame 21 that is connected to the metal lid 20 and the metallic cover 20 in cross-section V-shaped in the metal frame 21 as shown in FIG. 8 (a) the bent portion is set to provided thermal expansion absorbing means 37. この断面がV字状の屈曲部を有する熱膨張吸収手段37により、金属蓋20ならびに金属蓋20に接続されている金属枠21に発生する熱膨張および熱変形が容易に吸収される。 This cross section is due to the thermal expansion absorbing means 37 having a V-shaped bent portion, thermal expansion and thermal deformation is readily absorbed occurring metal frame 21 which is connected to the metal lid 20 and the metallic cover 20. 上記熱膨張吸収手段37の断面形状は、図8(b)に示すようにV字状の屈曲部を二段以上に多段に設けた構造としてもよい。 The cross-sectional shape of the thermal expansion absorbing means 37, a V-shaped bent portion may have a structure provided in multiple stages in two or more stages as shown in Figure 8 (b). また、図8(c)に示すように円弧状の屈曲部を設けた構造とすることもできる。 It is also possible to structure in which an arcuate bent portion as shown in Figure 8 (c). さらに、図8(d)および図8(e)に示すように円弧状の屈曲部を多段に設けた構造としても良い。 Furthermore, it may be a structure in which an arcuate bent portion in multiple stages as shown in FIG. 8 (d) and FIG. 8 (e).

さらに、実施例2に示す通過熱量低減機構、実施例3に示す応力緩和機構、実施例4に示すフランジ機構、さらには実施例5に示す金属枠形状と適宜組み合わせて熱膨張吸収手段を構成することも可能である。 Further, passing heat reduction mechanism shown in Example 2, the stress relaxation mechanism shown in Example 3, the flange mechanism shown in Example 4, further constitutes a thermal expansion absorbing means in appropriate combination with the metal frame shape shown in Example 5 it is also possible.

(実施例7) (Example 7)
金属蓋20と金属枠21との接合構造例および金属枠21と低温側基板22との接合構造例を図9に示す。 The joint structure of the joined structure example and the metal frame 21 and the low temperature side substrate 22 of the metal cover 20 and the metal frame 21 shown in FIG. 図9(a)は、金属蓋20と金属枠21とを溶接により接合した状態を示す一方、図9(b)は金属蓋20と金属枠21とを一体成形した実施例を示している。 9 (a) is, while showing a state joined by welding the metal cover 20 and the metal frame 21, FIG. 9 (b) shows an embodiment which is integrally molded with the metal cover 20 and the metal frame 21. 一方、金属枠21と低温側基板22とは、低温基板−金属枠接合部25を介して接合される。 On the other hand, the metal frame 21 and the low temperature-side substrate 22, the low-temperature substrate - are bonded through the metal frame joint 25. 接合操作は、溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤による接合方法で実施される。 Bonding operation, welding, soldering, or brazing is carried out in the bonding method by diffusion bonding, or an adhesive.

上記接合方法によれば、接合操作が簡略な上に十分な接合強度が得られる。 According to the bonding method, sufficient bonding strength can be obtained on the joining operation is simplified. 特に、金属蓋と金属枠とを一体に成形することにより、装置部品点数が減少し装置の組立てが容易になる。 In particular, by molding integrally with the metal cover and the metal frame, device number of components facilitates the assembly of the reduced system.

実施例1に係る熱−電気直接変換装置の構成を示し、(a)は装置の外観を示す斜視図であり、(b)は図1(a)におけるB−B矢視断面図。 Heat according to Example 1 - illustrates the structure of an electric direct conversion device, (a) is a perspective view showing the appearance of the device, (b) is taken along line B-B sectional view in FIG. 1 (a). 従来の熱−電気直接変換装置の構成例を示す斜視図および要部を拡大して示す模式図。 Conventional heat - schematic view showing an enlarged perspective view and a main part showing a configuration example of an electric direct conversion device. 実施例2に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。 Heat according to Example 2 - sectional view of a main part of an electric direct conversion device. 実施例3に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。 Heat according to Example 3 - sectional view of a main part of an electric direct conversion device. 実施例4に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。 Heat according to Example 4 - sectional view of a main part of an electric direct conversion device. 実施例5に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図であり、(a)は段差状の経路を設けた構成例を示し、(b)は円弧状の経路を設けた構成例を示し、(c)は曲折部を設けた構成例を示し、(d)は曲折部を多段に設けた構成例を示す断面図。 Heat according to Example 5 - is a cross-sectional view of a main part of an electric direct conversion device, (a) shows the configuration example in which a stepped path, the configuration example in which a (b) is arcuate path shown, (c) shows an example configuration in which the bent portion, (d) is a cross-sectional view showing an example configuration in which the bent portion in multiple stages. 実施例6に係る熱−電気直接変換装置を示し、(a)は装置の外観を示す斜視図であり、(b)は金属枠の断面形状を示す平断面図。 Heat according to Example 6 - shows an electric direct conversion device, (a) is a perspective view showing the appearance of the device, (b) is plan sectional view showing a cross-sectional shape of the metal frame. 実施例7に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図であり、(a)はV字状断面を有する曲折部を熱膨張吸収手段として金属枠に形成した構成例を示し、(b)は曲折部を多段に形成した熱膨張吸収手段を金属枠に形成した構成例を示し、(c)は円弧状の断面を有する曲折部を熱膨張吸収手段として金属枠に形成した構成例を示し、(d)は円弧状の断面を有する曲折部を2段に形成して熱膨張吸収手段とした構成例を示し、(e)は円弧状の断面を有する曲折部をS字状に結合して熱膨張吸収手段とした構成例を示断面図。 Heat according to Example 7 - is a sectional view of a main part of an electric direct conversion device, an example configuration in which the bent portion is formed to have a metal frame as thermal expansion absorbing means having (a) is V-shaped cross section, (b ) shows a configuration example of the thermal expansion absorbing means formed with bent portions in multiple stages to form a metal frame, a configuration example in which the bent portion is formed to have a metal frame as thermal expansion absorbing means (c) having a arcuate cross-section shown, (d) shows an example configuration in which the thermal expansion absorbing means is formed in two stages the bent portion having an arcuate cross-section, (e) binding the bent portion having an arcuate cross-section S-shaped示断 view a configuration example in which the thermal expansion absorbing means to. 実施例8に係る熱−電気直接変換装置の要部を示す断面図であり、(a)は、金属蓋20と金属枠21とを溶接により接合した状態を示す断面図であり、(b)は金属蓋20と金属枠21とを一体成形した実施例を示す断面図。 Heat according to Example 8 - is a cross-sectional view showing a main portion of the electric direct conversion device, (a) is a sectional view showing a state in which the joining by welding the metal cover 20 and the metal frame 21, (b) sectional view showing an embodiment which is integrally molded with the metal cover 20 and the metal frame 21.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、1a 熱−電気直接変換装置2 p型熱−電気直接変換半導体チップ3 n型熱−電気直接変換半導体チップ4 熱−電気直接変換半導体対5 高温側電極6 低温側電極7 高温側絶縁板(高温側基板) 1,1a Thermal - electric direct conversion device 2 p-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 3 n-type heat - electric direct conversion semiconductor chip 4 heat - electric direct conversion semiconductor pairs 5 temperature side electrode 6 cold side electrode 7 hot side insulating plate (high-temperature side substrate)
8 低温側絶縁板(低温側基板) 8 cold side insulating plate (low-temperature side substrate)
9 電極−電流取出手段との取合手段10 電流取出手段11 高温側電極−半導体チップ接合部12 低温側電極−半導体チップ接合部13 高温側電極に供給される熱流14 半導体チップを通過する熱流15 低温側電極から放出される熱流16 正孔17 電子18 電流の流れ19 電気的負荷20 金属蓋21 金属枠22 低温側基板23 低温側電極−低温側絶縁板接合部24 低温側系統への熱放出部25 低温基板−金属枠接合部26 電流取出部絶縁手段30 気密筐体31 段差状経路32 円弧状経路33 曲折部34 多段曲折部35 熱膨張吸収手段36 フランジ機構36a、36b フランジ37 熱膨張吸収手段 9 electrodes - Togo means 10 current extracting means 11 hot-side electrode of the current extraction means - the semiconductor chip junction 12 low-temperature side electrode - heat flow 15 passing through the heat flow 14 semiconductor chips supplied to the semiconductor chip junction 13 high-temperature side electrode cold side electrode heat flow 16 hole 17 e-18 current flow 19 electrical load 20 metallic cover 21 metal frame 22 low-temperature side substrate 23 low-temperature side electrode is released from - heat release to the low temperature side insulating plate junction 24 low-temperature side lines part 25 cold substrate - metal frame joint 26 current extraction device insulating means 30 airtight housing 31 stepped path 32 arc-shaped path 33 bent portion 34 multistage bent portion 35 thermal expansion absorbing means 36 flange mechanism 36a, 36b flange 37 thermal expansion absorbing means

Claims (14)

  1. 熱エネルギを電気エネルギに、あるいは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱−電気直接変換半導体と、その熱−電気直接変換半導体を外気から遮断する気密筐体と、上記熱−電気直接変換半導体で得られた電流を上記気密筐体外部に取出す手段とを備えて構成され、 An electric direct conversion semiconductor, the heat - - into electrical energy to thermal energy, or heat to convert directly into heat energy to electrical energy and gas-tight housing for blocking the electrical direct conversion semiconductor from the outside air, the heat - electric direct conversion semiconductor the resulting current is constituted by a means for removing the said airtight housing outside,
    上記気密筐体は上記熱−電気直接変換半導体の高温側端部に接合される高温側基板を覆う金属蓋と、上記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠と、上記熱−電気直接変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板とから構成されており、 Said hermetic housing, said heat - a metal lid covering the hot side substrate is bonded to the hot end of the electric direct conversion semiconductor, the heat - a metal frame surrounding the electrical direct conversion semiconductor, the heat - electric are composed of a low temperature side substrate is bonded directly to the cold end of the conversion semiconductor,
    上記気密筐体内部は真空もしくは不活性ガス雰囲気に調整されており Internal the hermetic casing is adjusted to a vacuum or inert gas atmosphere,
    上記金属蓋は、少なくとも前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触する部分が上記金属枠の入熱方向の断面積よりも小さな面積の平坦部として形成されるとともに、この平坦部の周囲から上記金属枠側に傾斜した傾斜部が設けられて、上記平坦部を金属蓋の他の部分より高く入熱方向に突出させることにより金属蓋への入熱を上記平坦部と接触した高温側基板に集中的に伝播させ 、上記熱−電気直接変換半導体に熱が集中し易くするように形成されており、 The metal lid, with portions in contact with the hot side substrate built in at least said air-tight enclosure is formed as a flat portion of smaller area than the cross-sectional area of the heat input direction of the metal frame, the flat portion inclined portion inclined to the metal frame side is provided from the surroundings by Rukoto the flat portion to protrude higher heat input direction than other portions of the metal lid, contact the heat input to the metal lid with the flat portion were allowed to propagate medium to focus on the high temperature side substrate, the heat - and the electric direct conversion semiconductor heat is formed so as to facilitate concentration,
    上記電流を気密筐体外部に取出す手段は上記気密筐体の低温側基板の外表面に設置されていることを特徴とする熱−電気直接変換装置。 Heat means for taking out the current air-tight enclosure outside, characterized in that it is installed on the outer surface of the cold side substrate of the hermetic enclosure - electric direct conversion device.
  2. 前記金属蓋のうち、前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と接触していない部分に、金属蓋自体およびそれに接続されている金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の熱−電気直接変換装置。 Wherein among the metal lid, in the hermetic housing portions not in contact with the hot side substrate built in, provided with a thermal expansion absorbing means for absorbing the thermal expansion of the metal frame which is connected itself and its metal lid claim 1, wherein the heat, characterized in that there - electric direct conversion device.
  3. 前記金属蓋から金属枠を経由して低温側基板へ至る熱伝達経路を長くするフランジ機構を上記金属蓋および金属枠の少なくとも一方に配設したことを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 Of claims 1 to 2, characterized in that the flange mechanism to increase the heat transfer path to the cold side substrate through the metal frame of the metal lid is disposed on at least one of the metal lid and metal frame heat according to any - electrical direct conversion device.
  4. 前記金属枠の外周面の少なくとも一部が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 Electric direct conversion device - heat according to any one of claims 1 to 3, wherein at least part of the outer peripheral surface of the metal frame is formed into a curved shape.
  5. 前記金属枠の高さ方向に金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 Electric direct conversion device - heat according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a thermal expansion absorbing means for absorbing the thermal expansion of the metal frame in the height direction of the metal frame.
  6. 前記金属蓋と金属枠とは溶接されているか、あるいは一体に成形されている一方、前記低温側基板と前記金属枠とは溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤により接合されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 The metal or lid and the metal frame are welded, or while being molded integrally, wherein the low temperature-side substrate and the metal frame welding, soldering, or brazing, is joined by diffusion bonding, or an adhesive heat according to any one of claims 1 to 5, characterized in that is - electrical direct conversion device.
  7. 前記不活性ガス雰囲気は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選択される少なくとも1種の気体から成ることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 The inert gas atmosphere is nitrogen, helium, neon, argon, krypton, heat according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it consists of at least one gas selected from xenon - electric direct conversion device.
  8. 前記不活性ガス雰囲気の圧力は、常温で外気圧より低く設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 The pressure of the inert gas atmosphere, heat according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is set lower than the outside atmospheric pressure at room temperature - electric direct conversion device.
  9. 前記金属蓋および金属枠は熱−電気直接変換装置の高温側温度に耐えられる耐熱金属もしくは耐熱合金から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 Heat according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is composed of an electric direct conversion device refractory metal or refractory alloy can withstand the high temperature side temperature of - the metal lid and metal frame heat - electric direct conversion devices.
  10. 前記耐熱合金は、ニッケルもしくはニッケル基合金、炭素鋼、ステンレス鋼から選択される鉄基合金、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金、銅を含有する合金のいずれかであることを特徴とする請求項9記載の熱−電気直接変換装置。 Said refractory alloy, nickel or nickel-based alloys, carbon steels, iron-based alloy selected from stainless steel, iron-based alloys containing chromium, iron-based alloy containing silicon, an alloy containing cobalt, alloys containing copper claim 9, wherein the heat which is characterized in that either - electric direct conversion device.
  11. 前記低温側基板はセラミック板と、このセラミック板の少なくとも一方の表面に接合された金属板とから成り、この金属板は銅、銀、アルミニウム、錫、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、チタン基合金から選択される少なくとも1種から成ることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 The cold side substrate and the ceramic plate made of a metal plate bonded to at least one surface of the ceramic plate, the metal plate is copper, silver, aluminum, tin, iron alloy, nickel, nickel-based alloys, titanium heat according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it consists of at least one selected from titanium based alloy - electric direct conversion device.
  12. 前記低温側基板に使用されているセラミック板は、アルミナもしくはアルミナを含有するセラミック、アルミナ粉末を分散含有する金属、窒化珪素もしくは窒化珪素を含有するセラミック、窒化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムを含有するセラミック、ジルコニアもしくはジルコニアを含有するセラミック、イットリアもしくはイットリアを含有するセラミック、シリカあるいはシリカを含有するセラミック、ベリリアもしくはベリリアを含有するセラミックから選択される少なくとも1種から成ることを特徴とする請求項11記載の熱−電気直接変換装置。 Ceramic plate used in the low temperature side substrate, a ceramic containing alumina or alumina, metal containing dispersed alumina powder, a ceramic containing silicon nitride or silicon nitride, ceramics containing aluminum nitride or aluminum nitride, zirconia or ceramic containing zirconia, a ceramic containing yttria or yttria ceramic containing silica or silica, heat according to claim 11, characterized in that it consists of at least one selected from ceramic containing beryllia or beryllia - electric direct conversion devices.
  13. 前記熱−電気直接変換半導体はp型の半導体とn型の半導体とから成り、これら半導体は、希土類元素、アクチノイド、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金、ニッケル、アンチモン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、錫、コバルト、シリコン、マンガン、亜鉛、ボロン、炭素、窒素、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、バナジウム、ニオブ、バリウム、マグネシウムから選択される少なくとも3種の元素から構成される熱−電気直接変換半導体であることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の熱−電気直接変換装置。 The heat - electric direct conversion semiconductor is composed of a p-type semiconductor and n-type semiconductor, these semiconductors, rare earth elements, actinides, cobalt, iron, rhodium, ruthenium, palladium, platinum, nickel, antimony, titanium, zirconium, hafnium, nickel, tin, cobalt, silicon, manganese, zinc, boron, carbon, nitrogen, gallium, germanium, indium, vanadium, niobium, heat consists of at least three elements barium, is selected from magnesium - electric direct heat according to any one of claims 1 to 12, characterized in that a conversion semiconductor - electric direct conversion device.
  14. 前記p型もしくはn型の熱−電気直接変換半導体の結晶構造がスクッテルダイト構造、充填スクッテルダイト構造、ホイスラー構造、ハーフホイスラー構造、クラスレート構造のうちのいずれかであることを特徴とする請求項13記載の熱−電気直接変換装置。 The p-type or n-type heat - electric direct the crystal structure of the conversion semiconductor skutterudite structure, filled skutterudite structure, and wherein the Heusler structure, half-Heusler structure, is any one of clathrate structure according to claim 13, wherein the heat - electric direct conversion device.
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