JPH02162777A - 熱電装置および熱電装置の製造方法 - 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。

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４図従来例に示す様に金属板１、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４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５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４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ｉｏ１１ｉを熱電素子表面
に導き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 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４図に示すようにに示す金属板１及び２
によってＰ型半導体４、もしくはＮ型半導体３を挟み込
む構成を有し、両側の金属の温度差により発３斗行ない
、もしくは電界を与え電流を通じることにより冷却を行
なうものである。

第４図の従来例はＮ型半導体３Ｐ型半導体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。

第５図は従来の熱電装置を冷暖房用に使用した場合の実
施例を示したものの斜視図である。このような熱電装置
は中央に第４図に示したような熱電素子７を配し、２個
のファン８．８によって外気ｉｏ、ｉｔを熱電素子表面
に導き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 しかし、このような従来の熱電装置では、第４図にみら
れるように冷却部と加熱部が近接し、対置して接続され
ているため、気体の加熱、冷却を行なおうとするときに
は、第５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もしくは熱電素子表面に取
り付けられた放熱フィンに衝突させ、熱電素子と気体の
熱交換を行うという構成が一般に用いられていた。この
ような構成では熱電素子表面に取り付ける放熱器の表面
の拡張率を大きくできないだけでなく、熱伝達率もそれ
ほど大きくとれないため、熱電素子能力に比較して放熱
量が低くなる。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、この熱電装置が板状の熱電素子を介して
高温側と低温側が接する構成であるため、熱電装置が停
止している場合に高温側から低温側へ熱が大量に隔れ込
み熱的な損失が大きいという課題があった。。

そのうえ、従来は半導体材料をバルクで使用する構成と
なっているため、Ｔｅ、旧等の希少材料を大量に必要と
し、材料コストがあがり、重量がかさばる等の課題があ
った。

本発明は、これらの従来技術の課題に鑑み、ペルチェ効
果を用いて性能がよく安価でコンパクトな冷凍機もしく
は、冷暖房機を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明による熱電装置は膜状の複数の熱電素子を、一方
の側を切断して凹凸を設けた板状の伝熱板表面の一部に
接合させ、かつ各々の熱電素子を電気的に配線して熱電
放熱板とし、その熱電放熱板の熱電素子が接合されてい
る部分を、隔壁により分離された空間の一方の側に設置
し、熱電放熱板のその他の部分を隔壁により分離された
空間の他方の側に露出させる構成とする。そしてその熱
電放熱板を複数枚配置して空気等の流体との熱交換を行
なわせものである。

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。

１、各熱電素子を伝熱板上に構成し、熱伝導にょり放熱
側と吸熱側を分離する構成としたため、流体と接する放
熱と吸熱の各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
。

２、熱電放熱板をダクト内に不連続に配列できるために
、境界層の発達を抑えることが可能になり高い熱伝達率
を得られる。その結果、放熱もしくは吸熱性能を著しく
向上させることができる。

３、高温雰囲気と低温雰囲気間に比較的大きな断熱材を
挿入できるために、熱電素子の通電停止時にも高温雰囲
気から低温雰囲気への熱の漏れが少なく熱損失を抑える
ことができる。

４、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、熱電素子に用いる半
導体材料の使用量も、非常に少なくできる。

５、一方の端部を凹凸とした金属等の上に熱電素子と電
極配線を行なったのち、断熱材に挿入しているので工程
数が少なく工法が簡単になる。

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
図は本発明による熱電装置の一実施例である温蔵庫の概
略構成を示したものである。

第１図において、温蔵庫内１４はポリウレタン等の断熱
材１５に覆われている。庫内１４には熱電放熱板１８の
一部が複数枚突き出しており、熱電放熱板１６の表面に
接合された熱電素子１７からの熱を伝え庫内１４へ放熱
する。熱電放熱板１６上の熱電素子１７と庫内１４との
間は断熱材１５によって仕切られており、熱電放熱板１
６を断熱材１５へ差し込んだ構成となている。熱電放熱
板１６の熱電素子１７を接合した部分は庫内１４の外部
のダクト１８の内部に設置されており、ファン１９によ
って空気を流動させる。熱電素子１７で発生した熱は熱
電放熱板１６を伝って庫内１４に流れ込み庫内１４を加
熱する。一方熱電素子１７表面では吸熱が生じるがこの
熱はダクト１８を流動する空気から得る。また第２図に
はこの熱電放熱板１６の構成を詳細に示した。第２図（
ａ）は庫内１４から見た熱電放熱板１６の正面図である
。第２図（ｂ）は第２図（ａ）に於けるＡＡ断面図であ
る。熱電放熱板１６は断熱材１５ａに差し込まれその先
端を温蔵庫内１４へ突き出している。また熱電放熱板１
６の後端は断熱材１５ｂに挿入されて保持されている。

断熱材１５ａと断熱材１５ｂの間はダクト１８となって
おり空気が流動する。このダクト１８には熱電放熱板１
６に接合された熱電素子１７ａと１７ｂの低温側の面が
露出しており、空気から吸熱を行う。熱電素子１７ａと
１７ｂの熱電放熱板１６に接合した面は両者とも高温側
になっているので、熱は熱電放熱板１６を伝わって庫内
１４に運ばれ放熱し、庫内１４を加熱する。この図では
熱電放熱板１８の両側に熱電素子１７を接合した図を示
したが、片面に熱電素子１７を付けた熱電放熱板１６を
２枚対にして断熱材１５ａに挿入してもよい。一方、熱
は常に庫内１４からダクト１８へと逆流するが、庫内１
４とダク）１Ｂの間に断熱材を設けているのでその逆流
熱量は少ない。またファンを停止させ熱電素子１７への
通電を止める保温時には、熱電放熱板１６がダクト１８
内の空気が対流を抑制し空気断熱層となるため、庫内１
４から大気への熱損失は著しく小さくなる。

またその他の作用、効果としては、次のようなものがあ
る。各熱電放熱板１６は幅の狭い板状であるため非常に
熱伝達率が高くなり、吸熱量が多くなっても熱電素子表
面温度を空気温度に近く保つことができる。そのため、
同じ能力を保ちつつ熱電素子１７の高温側と低温側の温
度差を小さくできるので熱電素子効率が高くなる。また
熱電放熱板１６の、庫内１４とダクト１７内それぞれに
露出する面積比はその放熱と吸熱量の比によって自由か
つ容易に変化させることが出来るばかりでなく、熱電放
熱板１６の枚数も自由に設定できるので負荷に合わせた
無理のない最適設計が可能となり、コンパクトで効率の
よい熱電装置となる。

また本熱電装置の熱電素子１７は、蒸着薄膜をパターニ
ングして作成しているので、材料コストも低く−軽く安
価である。

第３図は本発明による熱電装置の特に熱電放熱板１８の
より具体的な構成と製作方法に付いての一実施例を示し
たものである。第３図（ａ）は銅板の一部を短冊状に切
り、もう一端をつないだまま熱電放熱板１６としたもの
の正面図である。

短冊状に切られた銅の裾の一部には電気絶縁膜を塗布後
、熱電素子１７を薄膜にて形成する。各熱電素子１７は
電気配線２０によって直列もしくは並列に配線するが、
電気配線２０も蒸着、メツキ等の方法により成膜しエツ
チングして製作する。

このようにして作られた熱電放熱板は第２図（ａ）に示
したように、予めスリットを開孔した断熱材１５ａに差
し込み、同時に後端を断熱材１５ｂで抑えることによっ
て保持し熱電装置とする。

第３図（ｂ）には、この熱電放熱板１６の短冊状への切
断前の構成を示した。第３図（ｂ）の−点鎖線は切断す
べき線を示している。つまり予め矩形の銅版の表面に熱
電素子１７、電気配線２０をパターニングし製造したの
ち切り落とす。このようにすると、材料が無駄なく使用
できるばかりでなく、熱電放熱板１６を一度に大量に作
り出すことが出来る、製造タクトを向上させることがで
きるので、熱電装置のコスト低減につながる。

発明の詳細 な説明したように、本発明による熱電装置は膜状の複数
の熱電素子を、一方の側に凹凸を設けた板状の伝熱板表
面の一部に接合させて、電気的に配線して熱電放熱板と
し、その熱電放熱板の熱電素子が接合されている部分を
、隔壁により分離された空間の一方の側に設置し、熱電
放熱板のその他の部分を隔壁により分離された空間の他
方の側に露出させる構成とし、そしてその熱電放熱板を
複数枚配置して空気等の流体との熱交換を行なわせる構
成としたため、次のような効果を奏する。

即ち、１．流体と接する放熱と吸熱の各伝熱表面積を非
常に広く採れ、かつ境界層の発達を抑えることが可能に
なり高い熱伝達率を得られるため、放熱もしくは吸熱性
能を著しく向上させることができ、熱電装置性能を著し
く高くできる。２．高温雰囲気と低温雰囲気間の熱の漏
れが少なく、熱損失を抑えることができるので熱電装置
の総合的なランニングコストが低下する。３．熱電素子
および熱電放熱板を、薄く構成しているのでコンパクト
で軽く、安価である。４．熱電素子と電極配線を構成し
た薄板を切断し、断熱材に挿入しているので工程数が少
なく工法が簡単である。

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。

【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の概略構成図、第
２図は同実施例の熱電放熱板の具体構成図であり（ａ）
は庫内からみた正面図、（ｂ）はＡＡ断面図、第３図は
本発明熱電放熱板製作方法の実施例であり、　（ａ）は
熱電放熱板切断後の正面図、　（ｂ）は切断前の正面図
、第４図は従来の熱電素子の斜視図、第５図は従来の熱
電装置の応用例の正面図である。 ７．１７．、、熱電素子、１８．、、熱電放熱板、！５
．．．断熱材、１８．、、ダクト。 代理人の氏名　弁理士　栗野重孝　ほか１名第］図 第２図 （ａ） 第 図 ７熱電素子 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ペルチェ効果により表裏もしくは端面にて発熱と
   吸熱をおこなう熱電素子を、板状の伝熱板表面の一部に
   接合して熱電放熱板を構成し、前記熱電放熱板の前記熱
   電素子が接合されている部分を、隔壁により分離された
   空間の一方の側に設置し、前記熱電放熱板のその他の一
   部を隔壁により分離された前記空間の他方の側に露出さ
   せた熱電装置。 （２）パターニングされた薄膜状の熱電素子を伝熱板の
   両面に接合し、前記熱電素子の前記伝熱板に接続された
   側の面が発熱もしくは吸熱のどちらか一方の効果を生じ
   る様に構成した請求項１記載の熱電装置。 （３）隔壁により分離された空間の少なくとも一方をダ
   クトとなし流体を流動させた請求項１記載の熱電装置。 （４）伝熱板の一方の側を短冊状に切断し、他方が接合
   された複数の凹凸構造となし、前記各凹凸の先端部もし
   くは低部に熱電素子を接合して熱電放熱板とし、前記各
   々の熱電素子を電気的に接続させた後、熱電放熱板の凹
   凸を、予めスリットを設けた断熱板に差し込んで放熱部
   と吸熱部を空間的に分離した熱電装置の製造方法。 （５）伝熱板表面に形成された各々の熱電素子を、電気
   的に接続するための電気配線が、前記伝熱板表面にパタ
   ーニングして構成された請求項４記載の熱電装置の製造
   方法。 （８）伝熱板に予め熱電素子の接合および電極の配線を
   行なった後所定の形状に切断をおこなうことを特徴とす
   る請求項４記載の熱電装置の製造方法。