JPH02155281A - 熱電装置 - Google Patents
熱電装置Info
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- JPH02155281A JPH02155281A JP63309527A JP30952788A JPH02155281A JP H02155281 A JPH02155281 A JP H02155281A JP 63309527 A JP63309527 A JP 63309527A JP 30952788 A JP30952788 A JP 30952788A JP H02155281 A JPH02155281 A JP H02155281A
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 30
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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。
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
本発明はペ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関する。
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関する。
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図に示す従来例の様に、金属板１及び
金属板２によってＮ型半導体３もしくはＰ型の半導体４
を挟み込む構成を有し、両側の金属板１．２の温度差に
より発電を行い、もしくは電流を通ずることにより冷却
を行うものである。
熱電素子は、第３図に示す従来例の様に、金属板１及び
金属板２によってＮ型半導体３もしくはＰ型の半導体４
を挟み込む構成を有し、両側の金属板１．２の温度差に
より発電を行い、もしくは電流を通ずることにより冷却
を行うものである。
第３図の従来例は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素子であり、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。
互に直列的に配列した熱電素子であり、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を配置し、２個のファン
８．ファン９によって外気１０．１１を熱電素子表面に
導いている。外気１０．１１は、熱電素子７の表面およ
び熱電素子７と外気１０．１１との伝熱面積を確保する
ため熱電素子７表面と熱的に接触しているグリッド１２
１３より、加熱もしくは冷却してグリッド１２゜１３か
ら吹き出すものである。
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を配置し、２個のファン
８．ファン９によって外気１０．１１を熱電素子表面に
導いている。外気１０．１１は、熱電素子７の表面およ
び熱電素子７と外気１０．１１との伝熱面積を確保する
ため熱電素子７表面と熱的に接触しているグリッド１２
１３より、加熱もし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課題
このような従来の熱電装置では、半導体材料および金属
板をバルクで使用する構成となっているため、 （１） Ｔｅ、ＢＬ等の希少材料を大量に必要とし、熱
電素子の重量および容積が大きくなり、材料コストが上
がる。
板をバルクで使用する構成となっているため、 （１） Ｔｅ、ＢＬ等の希少材料を大量に必要とし、熱
電素子の重量および容積が大きくなり、材料コストが上
がる。
（２）半導体と金属板との接合には、接触部の電気抵抗
および熱抵抗の低減を図るためろう付は等が必要である
。
および熱抵抗の低減を図るためろう付は等が必要である
。
（３）半導体の断面積が大きいため、加熱部から冷却部
への熱流が大きく、効率が低下する。
への熱流が大きく、効率が低下する。
笠の問題があり、また、熱電素子とグリッドとの構成上
、 く４）外気との熱交換面積を確保するグリッドと熱電素
子との接触熱抵抗が大きい。
、 く４）外気との熱交換面積を確保するグリッドと熱電素
子との接触熱抵抗が大きい。
（５）熱電素子金属板から集中して発生する大量の熱を
空気と熱交換するため、グリッドの伝熱面積を大きくす
る必要があり、グリッドの長さが長くなりフィン効率が
低下し、金属板と外気との温度差を大きくとる必要があ
り、効率が低下する。
空気と熱交換するため、グリッドの伝熱面積を大きくす
る必要があり、グリッドの長さが長くなりフィン効率が
低下し、金属板と外気との温度差を大きくとる必要があ
り、効率が低下する。
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の材料コスト
、重量および容積を大幅に低減するとともに、接触抵抗
および半導体内の熱流を抑え、かつ、外気との温度差を
抑えることにより、熱電性能を向上させる構造の熱電装
置を提供するものである。
、重量および容積を大幅に低減するとともに、接触抵抗
および半導体内の熱流を抑え、かつ、外気との温度差を
抑えることにより、熱電性能を向上させる構造の熱電装
置を提供するものである。
課題を解決するための手段
そこで本発明による熱電装置は、フィルム基板上に、Ｎ
型半導体とＰ型半導体を交互に隣接して形成し、隣り合
うＮ型半導体とＰ型半導体の双方を覆う導電体を形成し
、かつ前記導電体のおのおのが接しないようにするとと
もに、導電体が交互に凹部および凸部に位置するように
フィルム基板をフルゲート状に構成したものである。
型半導体とＰ型半導体を交互に隣接して形成し、隣り合
うＮ型半導体とＰ型半導体の双方を覆う導電体を形成し
、かつ前記導電体のおのおのが接しないようにするとと
もに、導電体が交互に凹部および凸部に位置するように
フィルム基板をフルゲート状に構成したものである。
作用
上記のような構成によって得られる作用は次の通りであ
る。
る。
（１）膜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。ま
た、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。
能でありコンパクトで軽い装置とすることができる。ま
た、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。
（２）半導体の断面積が小さいことがら、加熱部から冷
却部への熱流を減少することができる。
却部への熱流を減少することができる。
（３）ベルチェ効果は、半導体と導電体との広い接触部
全体で生じることがら、発熱および吸熱を熱抵抗がほと
んどない状態で外気に伝えることが可能であり、熱電素
子の発熱部と吸熱部との温度差を小さくできる。
全体で生じることがら、発熱および吸熱を熱抵抗がほと
んどない状態で外気に伝えることが可能であり、熱電素
子の発熱部と吸熱部との温度差を小さくできる。
（４）フィン部の構造は、半導体の構造による制約を受
けず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することが
できる。
けず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することが
できる。
等により、熱電素子と空気との温度差を小さくでき、性
能向上が図ることができる。 実施例以下に本発明によ
る一実施例を図面により説明する。第１図は本発明によ
る一実施例の熱電装置の構成を示すものである。
能向上が図ることができる。 実施例以下に本発明によ
る一実施例を図面により説明する。第１図は本発明によ
る一実施例の熱電装置の構成を示すものである。
コルゲート状に形成されたフィルム基板１４の片面には
Ｎ型半導体１５、Ｐ型半導体１６が交互に成膜されてい
る。Ｎ型半導体１５、Ｐ型半導体１６の上面には、導電
体１７が成膜されている。
Ｎ型半導体１５、Ｐ型半導体１６が交互に成膜されてい
る。Ｎ型半導体１５、Ｐ型半導体１６の上面には、導電
体１７が成膜されている。
導電体１７は、隣あうＮ型半導体１５、Ｐ型半導体１６
を電気的に結んでいる。Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１
６の配置はどちらでもよく、加える電圧の方向によって
冷却部と加熱部を切り替えることができる。Ｎ型半導体
１５およびＰ型半導体１６は、コルゲート状のフィルム
基板１４の垂直部に位置し、導電体１６は水平部に位置
している。
を電気的に結んでいる。Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１
６の配置はどちらでもよく、加える電圧の方向によって
冷却部と加熱部を切り替えることができる。Ｎ型半導体
１５およびＰ型半導体１６は、コルゲート状のフィルム
基板１４の垂直部に位置し、導電体１６は水平部に位置
している。
Ｎ型半導体１５及びＰ型半導体１６と導電体１７とが重
なり合う構造になっており、接触面積が大きく接触部の
電気抵抗および熱抵抗を極度に抑える構造になっている
。導電体１７の材料としては、電気抵抗の小さい銅また
はアルミが用いられる。
なり合う構造になっており、接触面積が大きく接触部の
電気抵抗および熱抵抗を極度に抑える構造になっている
。導電体１７の材料としては、電気抵抗の小さい銅また
はアルミが用いられる。
熱電装置に流れ込んだ電流は、半導体１５．１６と導電
体１７の界面でベルチェ効果により発熱もしくは吸熱す
る。このとき、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１６は交互
に並んでいることから、フィルム基板１４の凸側の界面
は、すべて発熱（もしくは吸熱）となり、凹側の界面は
すべて吸熱（もしくは発熱）となる、各界面は熱伝導性
の高い導電体１７を介して周囲の空気からの熱の授受を
行なう、したがって、フィルム基板１４上部の空気から
熱を吸収（もしくは空気への熱の発散）し、フィルム基
板１４の下部の空気へ熱を発散（もしくは空気からの熱
の吸収）することとなる。
体１７の界面でベルチェ効果により発熱もしくは吸熱す
る。このとき、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１６は交互
に並んでいることから、フィルム基板１４の凸側の界面
は、すべて発熱（もしくは吸熱）となり、凹側の界面は
すべて吸熱（もしくは発熱）となる、各界面は熱伝導性
の高い導電体１７を介して周囲の空気からの熱の授受を
行なう、したがって、フィルム基板１４上部の空気から
熱を吸収（もしくは空気への熱の発散）し、フィルム基
板１４の下部の空気へ熱を発散（もしくは空気からの熱
の吸収）することとなる。
本実施例では、半導体１５．１６と導電体１７の界面が
半導体の断面積と比較して非常に大きいことから、ベル
チェ効果による発熱および吸熱を導を体１７のほぼ全面
で発生させることができ、低温度差で空気と熱交換する
ことができる。したがって、半導体１５．１６の低温側
と高温側の温度差を小さくすることができ、熱電装置全
体の効率を大幅に向上することができる。
半導体の断面積と比較して非常に大きいことから、ベル
チェ効果による発熱および吸熱を導を体１７のほぼ全面
で発生させることができ、低温度差で空気と熱交換する
ことができる。したがって、半導体１５．１６の低温側
と高温側の温度差を小さくすることができ、熱電装置全
体の効率を大幅に向上することができる。
なお、本実施例では、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１６
を分離した例を示したが、接触して構成しても同様な効
果が得られる０両半導体１５．１６の接合および分離す
る間隔については、半導体１５．１６と導電体１７との
電気抵抗の比に依存する。半導体１５．１６の抵抗が導
電体１７に比較して大きい場合には、間Ｗを開ける方向
になる。
を分離した例を示したが、接触して構成しても同様な効
果が得られる０両半導体１５．１６の接合および分離す
る間隔については、半導体１５．１６と導電体１７との
電気抵抗の比に依存する。半導体１５．１６の抵抗が導
電体１７に比較して大きい場合には、間Ｗを開ける方向
になる。
本実施例の熱電装置を壁として使用することにより、壁
の内外におけるヒートポンプが完成する。
の内外におけるヒートポンプが完成する。
本実施例では、導電体１７は上下ともに同じ寸法とした
が、吸熱・排熱比や、各々の空気側条件により最適寸法
で製作することも容易な形状といえる。一般に、排熱量
は吸熱量と入力電力との和に等しく、効率の悪い熱電素
子を用いると、吸熱量と排熱量の差が大きくなる。した
がって、空気側との伝熱に必要な伝熱面積の差も大きく
なる。
が、吸熱・排熱比や、各々の空気側条件により最適寸法
で製作することも容易な形状といえる。一般に、排熱量
は吸熱量と入力電力との和に等しく、効率の悪い熱電素
子を用いると、吸熱量と排熱量の差が大きくなる。した
がって、空気側との伝熱に必要な伝熱面積の差も大きく
なる。
本実施例では、吸熱側と排熱側の導電体１７の長さを変
えることによって、最適な形状を容易に得第２図は本発
明の他の実施例を示すもので、熱電装置の側面方向から
の形状を示すものである。
えることによって、最適な形状を容易に得第２図は本発
明の他の実施例を示すもので、熱電装置の側面方向から
の形状を示すものである。
フィルム基板１４に、Ｎ型半導体１５．Ｐ型半導体１６
を成膜し、さらに導電体１７を形成することについては
、前述の実施例と同様であるが、導電体１７にスリット
１８を構成している。スリット１８のＡ−Ａ’断面形状
を同図（ｂ）に示す。
を成膜し、さらに導電体１７を形成することについては
、前述の実施例と同様であるが、導電体１７にスリット
１８を構成している。スリット１８のＡ−Ａ’断面形状
を同図（ｂ）に示す。
スリット１８により矢印で示す空気との熱伝達はさらに
促進される。また、導電体１７内の上下方向に電流が流
れるため、スリット１８の設置により電気抵抗の増大を
招くこともない、実施例では、熱伝達の促進手段として
スリット１８を設置しているが、空気の流れ方向に角度
を有するルーバーを用いても同様な効果が期待される。
促進される。また、導電体１７内の上下方向に電流が流
れるため、スリット１８の設置により電気抵抗の増大を
招くこともない、実施例では、熱伝達の促進手段として
スリット１８を設置しているが、空気の流れ方向に角度
を有するルーバーを用いても同様な効果が期待される。
以上のように本発明実施例においては、フィルムの表面
に成膜しているため、半導体を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。また
、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。
に成膜しているため、半導体を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。また
、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。
発明の効果
本発明の熱電装置によれば、次のような効果を奏する。
（１）膜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。ま
た、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。
能でありコンパクトで軽い装置とすることができる。ま
た、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。
（２）冷却部と加熱部を離して設置することができ、ま
た、半導体の断面積が小さいことから、加熱部から冷却
部への熱伝導を減少できる。
た、半導体の断面積が小さいことから、加熱部から冷却
部への熱伝導を減少できる。
（３）ベルチェ効果は、半導体と導電体との広い接触部
全体で生じることから、発熱および吸熱を熱抵抗がほと
んどない状態で外気に伝えることが可能であり、熱電素
子の発熱部と吸熱部との温度差を小さくできる。
全体で生じることから、発熱および吸熱を熱抵抗がほと
んどない状態で外気に伝えることが可能であり、熱電素
子の発熱部と吸熱部との温度差を小さくできる。
（４）フィン部の構造は、半導体の構造による制約を受
けず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することが
できる。
けず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することが
できる。
つまり、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。
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。
第１図は本発明の一実施例の熱電装置慨略斜視図であり
、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施例の熱電装
置の側面図および断面図、第３図は従来の熱電装置の斜
視図、第４図は従来の熱電装置を冷暖房用に用いた使用
例の正面図である。 １４・・・フィルム基板、１５・・・Ｎ型半導体、 Ｐ型半導体、 導電体、 第 図 ルーバー
、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施例の熱電装
置の側面図および断面図、第３図は従来の熱電装置の斜
視図、第４図は従来の熱電装置を冷暖房用に用いた使用
例の正面図である。 １４・・・フィルム基板、１５・・・Ｎ型半導体、 Ｐ型半導体、 導電体、 第 図 ルーバー
Claims (2)
- （１）フィルム基板上に、Ｎ型半導体とＰ型半導体を交
互に隣接して形成し、隣り合うＮ型半導体とＰ型半導体
の双方を覆う導電体を形成し、かつ前記導電体が互いに
接しないようにするとともに、導電体が交互に凹部およ
び凸部に位置するようにフィルム基板をコルゲート状に
構成した熱電装置。 - （２）導電体に、スリットまたはルーバーを設けた請求
項１記載の熱電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309527A JPH02155281A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 熱電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309527A JPH02155281A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 熱電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02155281A true JPH02155281A (ja) | 1990-06-14 |
Family
ID=17994086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63309527A Pending JPH02155281A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 熱電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02155281A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006563A1 (en) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Silicon Film Technologies, Inc. | High-density packaging of integrated circuits |
| WO2017038773A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール、熱電変換モジュールの製造方法および熱伝導性基板 |
| JPWO2017208929A1 (ja) * | 2016-05-31 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール |
-
1988
- 1988-12-07 JP JP63309527A patent/JPH02155281A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006563A1 (en) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Silicon Film Technologies, Inc. | High-density packaging of integrated circuits |
| WO2017038773A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール、熱電変換モジュールの製造方法および熱伝導性基板 |
| JPWO2017038773A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2018-07-26 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール、熱電変換モジュールの製造方法および熱伝導性基板 |
| JPWO2017208929A1 (ja) * | 2016-05-31 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール |
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