JPH01164079A - 熱電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はベルチェ効果を利用し、電気的に冷房もしくは
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置の改良に間する。

従来の技術 従来、熱を電気に変換し、もしくは電気を熱に変換、す
る熱電素子は、第３図に示す従来例に示す様に金属板ｌ
、及び金属板２によってＰ型半導体４、もしくはＮ型の
半導体３を挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差に
より発電を行い、もしくは電界を与え電流を通ずること
により冷却を行うものである。

第３図従来例はＮ型の半導体３とＰ型の半導体４を交互
に直列的に配列した熱電索子であり端子５と端子６間に
電位を与えると、金属板の一方が冷却され、他方が加熱
される。

第４図は従来の熱電装置を冷暖房用に使用した場合の実
施例を示したものである。このような熱電装、置は中央
に第３図に示したような熱電素子７を配置い　２個のフ
ァン８．ファン９によって外気１０．１１？＃電素子表
面に導き加熱もシくは冷却してグリッド１２．１３から
吹き出すものである。

、発明が解決しようとする問題点 このような従来の熱電装置では、第３図に見られるよう
に冷却部と加熱部が近接し、対置して接続されなければ
ならないため、それが構成上の制約となっている。つま
り気体の加熱、冷却を行な晶には、第４図に示したよう
に熱電素子を挟んで両側にファンを設は気体を熱電素子
表面に衝突　′させ、熱電素子と気体の熱交換を行うζ
いう構成にならざるを得ない。このような構成ではせい
ぜい熱電素子の表面に凹凸を設（すて伝熱表面積を拡大
し、放熱量を増加させることができる程度であり、その
増加割合は小さい。そのため加熱部の温度低下と冷却部
の温度上昇がみられ、冷却側、加熱側共にその性能の低
下が起きる。また、半導体材料をバルクで使用する構成
となっているため、１、Ｔｅ、Ｂｉ等の希少材料を大量
に必要とし、材料コストがあがる。２０重量及び容積が
かさばる等の問題があった。

本発明は、上記問題点にもとづき熱電素子各々９表面に
熱加熱流体を接触させる構造の熱電装置を提供するもの
である。

問題点を解決するための手段 そこで本発明による熱電装置は、薄膜状のＮ型、もしく
はＰ型の半導体の両端に膜状もしくは板状の金属を平面
的に接合して構成したものを複数枚間隙を設けて並置し
、その間隙に流体を流動させて、各素子表面と流体との
熱交換が行なわれるように構成して、上記のような問題
点を解決するための手段となしたものである。

作用 上記のような構成もしくは手段によって、得られる作用
は次の通りである。■各熱電素子が板状に構成されるた
め、流体と接する熱電素子の全表面積を非常に広く採る
ことが可能となり、放熱もしくは吸熱性能を向上させる
ことができる。■板状になった熱電素子は、薄く構成す
ることが可能でありコンパクトで軽い装置とすることが
できる。

■放熱部と吸熱部を離して設置することができるので、
従来と比べ、装置の構成を多様化できる。

■熱電素子を薄膜で構成しているので、材料の使用量は
、バルクで使用する場合に比べ非常に少なくできる。

実施例 以下に本発明による実施例を図面により説明する。第１
図は本発明による一実施例であり、熱電装置の加熱側も
しくは冷却側を同一構成とした場合の一方だけを、概略
構成として示したものである。第１図において（ａ）は
斜視図であり、（ｂ）は板状の熱電素子１４の正面図、
　（Ｃ）は板状熱電素子のＡ−Ａ断面図である。

板状の熱電素子１４は複数枚並置され、鋼製の支持棒１
５によって支えられている。この支持棒１５は、装置端
面に取り付けられた電極板１６により支持されており、
外部の直流電源と接続されている。またそれぞれの支持
棒１５は、各熱電素子１４と電気的に接続されており電
極板１６から流れる電流を各熱電素子１４に分配する。

熱電素子１４に使用する半導体は、Ｎ型、Ｐ型どちらで
もよい。各々の熱電素子１４に流れ込んだ電流は熱電素
子１４表面で発熱、もしくは吸熱し、熱電素子の一部で
ある導電コード１８を通じ、ゼーベック効果の生ずるも
う一方の端面に流れ込み、吸熱、もしくは吸熱した後、
電源へもどる。この時。

平行に並べられた熱電素子１４の前面からはファンによ
って、空気１７を流動させ９発生する熱の熱交換を行な
う。第１図には熱電装置の半分のみを示したが、他方も
同一形状でもよい。各々の熱電素子１４はＡ−Ａ断面に
示したように、ポリイミド板１９の両面に銅膜２０を蒸
着しその上面にＴｅ、Ｂｉ等からなる半導体２１を蒸着
して形成する。しかし、必要に応じてこの部分のポリイ
ミドを銅板に代えてもよいが、その際には鋼の蒸着は不
用となる。一方、導電コード１８ではポリイミド板の上
に直接半導体２１が蒸着された構成とする。導電コード
１８は省スペースの観点から。

各熱電素子のものを束ねた構成とするが、電気的な短絡
を防止する必要から、半導体２１の表面に絶縁物２２を
コーティングする。銅膜２０と半導体２１の接合面形状
は任意であるが、セーベツク効果を生じる界面を広く採
るために面状に接合する構成とことが望ましい。

また本実施例では各熱電素子１４をＮ型、も１ノくはＰ
型半導体の一方を電気的に並列に接合した例を示したが
、場合によりＮ型とＰ型を直列に接合してもよい。しか
し、その際には支持棒１５は絶縁物とし、各熱電素子を
交互に接合する必要がある。

第２図（ａ）、（ｂ）、　（ｃ）は本発明の他の実施例
を示したものである。基本的な構成は第１図に示したも
のと同じであるが、この実施例では本発明による熱電装
置を空調用として使用した際の、より具体的な構成を示
した。第２図において熱電素子２３は、室内側放熱部２
３ａ、導電コード２３ｂ、室外側放熱部２３ｃの三つの
部分から構成される。室内側放熱器２４の中には、並置
された複数枚の熱電素子の放熱部２３ａの間隙に。

クロスフローファン２６により室内空気を循環させる。

このようにして熱電素子と室内空気の熱交換が行なわれ
、加える電流の方向を切り替えることにより夏期には冷
房、冬期には暖房がおこなえる。室外側放熱器２５は冬
期の性能を確保するためにプロペラファン２７が取り付
けられ、外気を循環させることによって熱電素子と空気
の熱交換を行なう。また本実施例のＢ−Ｂ断面を（ｂ）
に。

Ｃ−Ｃ断面を（Ｃ）に示した。つまり熱電素子２３の室
内側放熱部２３ａ、及び室内側放熱部２３Ｃは銅板２８
の表面に半導体２９を蒸着した構成とし、導電コード部
２３ｂではポリイミド３０と半導体２９交互に積層した
構成を採る。このような構成を用いると、各放熱部が温
度に対して強靭となり、樹脂を基板としたときよりも寿
命が延び。

かつ耐高温性となる利点がある。

以上のように本発明実施例によっておいては。

■熱電素子が空気流に対して並置され、その間を空気が
通過する構成を採っているため、空気と接する熱電素子
の有効伝熱表面積を非常に広く採ることが可能となり、
放熱もしくは吸熱性能を向上させることができる、■熱
電素子は、ポリイミド板の表面に銅膜、半導体を蒸着し
た板状の構成を有しているため、薄く構成することが可
能でありコンパクトで軽い装置とすることができる、■
熱電素子はポリイミドの両面に半導体を蒸着した構成で
あるため伝熱面を無駄なく使用でき、放熱性能を向上さ
せることができる、■導電コードを介して、室内側放熱
器と室内側放熱器を十分離して設置することができるの
で、装置の構成を多様化できる、■熱電素子を薄膜で構
成しているので。

材料の使用量は、バルクで使用する場合に比べ非常に少
なくできる。■各熱電素子を平行に支える支持棒を各熱
電素子への電流導入端子として兼用しているので、構成
が簡略化され材料費の低減できる。

発明の効果 本発明による熱電装置は、薄膜状のＮ型、もしくはＰ型
の半導体の両端に膜状もしくは板状の金属を平面的に接
合して構成したものを複数枚間隙を設けて並置し、その
間隙に流体を流動させて。

各素子表面との熱交換を行なう様にしたため９次のよう
な効果を奏する。

■各熱電素子を板状となし２間隙を設けて積層している
ため、流体と接する熱電素子の全伝熱表面積を非常に広
く採ることが可能となり、放熱もしくは吸熱性能を向上
させることができる。■熱電素子は、薄くすることが可
能でありコンパクトで軽い装置とすることができる。■
放熱部と吸熱部を離して設置することができるので、装
置の構成を多様化できる。■熱電素子を薄膜で構成して
いるので、材料の使用量は、バルクで使用する場合に比
べ非常に少なくできる。

つまり２本発明を実施することで、非常に軽量。

コンパクトで経済性に富み、しかも性能の高い熱電装置
の実現が可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の熱電装置慨略図であり、（
ａ）は斜視図、　（ｂ）は板状の熱電素子ｌ４の正面図
、　（Ｃ）は板状熱電素子のＡ−Ａ断Ｃ断面図、第３図
は従来例の熱電素子の構成図、第４図は従来例の熱電装
置の構成図である。 ？、１３，２４．．．熱電素子、３，４，２１，２９．
、、半導体、１４．１５．、、支持棒。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２ｒＩＡ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜状のＮ型、もしくはＰ型の半導体と，その両
   端部に平面的に接合した板状もしくは膜状の金属とによ
   り構成される複数枚の熱電素子の吸熱部もしくは発熱部
   の少なくとも一方を気体もしくは流体が流動可能な間隙
   を設けて並置した熱電装置。
2. （２）複数の板状の熱電素子を棒状の導体によって支持
   するとともに，前記棒状の導体を前記板状熱電素子各々
   への電気入力端子とした特許請求の範囲第１項記載の熱
   電装置。
3. （３）熱電素子が薄い樹脂の両面に薄膜状にして構成さ
   れた特許請求の範囲第１項記載の熱電装置。（４）熱電
   素子が板状金属と半導体により構成される部分と板状の
   絶縁物と半導体により構成される部分からなり各部の半
   導体が電気的に一体である特許請求の範囲第１項記載の
   熱電装置。