JPH0235761A - 熱電変換モジュール - 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、ペルチェ効果あるいはゼーベック効果を利用
した熱電冷却あるいは熱電発電を行なう熱電変換モジュ
ールに関するものである。

従来の技術 従来のこの種の熱電変換モジュールは、例えば第８図の
ような構成になっていた。

すなわち、熱電半導体素子１は、Ｂｊ−Ｔｅ系の化合物
半導体からなる、数頗角の長方体である。

この熱電半導体素子１は、Ｐ型とＮ型からなり、交互に
Ｃｕ等の導電板２により電気的に接続され、２枚のアル
ミナセラミック板３．３′の間に機械的に固定されてい
た。なお、熱電半導体素子１と導電板２とは、ハンダ付
により接続・固定されていた。

熱電変換の原理については、既知の技術でありたとえば
梶用武信他ゝ低熱落差利用熱発電、電子技術総合研究所
調査報告第２０８号（工業技術院昭和５８年）等に詳し
く解説されている。よって、説明は略する。

この種の熱電変換モジュールを冷却ユニットとして使用
する場合は、第７図のような構成にて使用されていた。

第７図において、熱電変換モジュール４は、その高温面
側を熱的に放熱器５と接合されており、さらに温度スイ
ッチもしくは温度ヒユーズからなる温度保護装置６が、
固定板７により、放熱器５に取付けられていた。８は、
熱電変換モジュール４の電極端子であり、９は温度保護
装置６の電極端子である。熱電変換モジュール４と温度
保護装置６とは、電線１０により直列に接続されていた
。

すなわち、端子８と端子９［ｉ、ｉｌ　ＩＣ直流電源を
接続印加することにＪす、熱電変換モ）、−ル４がペル
チェ効果により、ヒートポンプ効果を起こし、冷却ユニ
ットとして機能する。この時、温度保護装置６の役割り
としては、熱電変換モジュール４に流れる回路電流が異
常増加した場合、あるいは熱電変換モジュール４と放熱
器５との熱的接合が不完全な場合、あるいは何らかの熱
電変換モジュール４の原因により、熱電変換モジュール
４が異常温度」−Ｈ【７た場合に、回路電流をしゃ断し
にジュール熱１コ、起因する熱電変換モジュール４の内
部からの発熱を押庄し、熱電変換モジュール４のハンダ
付による接続部の破壊を防止するものであっｔ二、。

また、熱発電ユニットの場合１こおいても、同様な保護
手段が採用されていた（図示せず）。すなわち、高温部
と低温部間に熱電変換モジュールを設け、高温部側が異
常温度１脣ｊ、た場合に、回路電流をしゃ断ずろζ、と
ｊｊｉ、’　Ｊ−リ、回路型１・μ］こ起因するジュー
ル熱を減少させることにより、熱電変換モジュールを保
護するものであ・りた、う発明が解決しようとする課題 前記のような、熱電変換モジュールと保護装置ξからな
る冷却ユ、−ットでは、熱主変換モジュールの温度」−
Ｈを放熱器温度（こτ検出保護するため熱電変換モジ□
−ルと放熱器の熱的結合が不完全であると、熱電変換モ
ジュールの異常淘度上？芋を適格に検出でき′１いとい
う課題があった。また、温度保護装置が号１１途必・片
１１二なるという課題があった、。

そこで本発明１才、温度保護装置を設けることなく、熱
電変換モジ、２−ルの熱的破壊防止を図ることをＬＩ的
とする。

課題を解決する７′−めの手段 上記課題を解決するため１こ、本発明の熱電変換モンユ
ールは、Ｐ型およびＮ型半導体チップを交互に導体によ
り電゛５（的（ζ接合（、た複数個からなるπ型熱電変
換素ｒ７！、電気的に直列もしくは並列に結合した抵抗
温度係数が犬なる温度依存型抵抗体を、温度的に安定し
たアルミナセラミック等の基板」二に設けたものである
。

作　　　用 本発明の熱電変換モジュールは、モジュール内部１こ温
度係数の大なる温度依存型抵抗体を設け、モジュールの
高温側温度が上背、すると共に温度依存型抵抗体の抵抗
値を変化させることによりモジュール内部の熱電変換素
子チップへ流れる電流値を減少させ、熱電変換モジュー
ルを熱による破壊から保護するものである。

実施例 以下本発明の一実施例を第１図に示す簡易モデルを用い
て説明する。第１図１こおいて、１１はＰ型・Ｎ型半導
体チップおよび銅板電極から成るπ型熱電変換素子であ
り、１２はπ型熱電変換素子１１の放熱面と熱的に接合
され、直列に電源１３と接続された正抵抗温度係数を持
つ温度依存型抵抗体である。この抵抗体の特性概要は、
第２図に示すように、温度上昇と共にその抵抗値が増大
するものである。

いま、第１（メ１の回路１ｃ電流が流れた時、放熱器の
機能が働いている場合には、放熱面のｔムλ度が低く抑
えられて、温度依存型抵抗体１２の抵抗値が低く、電力
の多くが、π型熱電変換素ｐ１１ｉこ印加される。

一方、放熱）；：；と熱電変換モジュールとの熱的結合
が機能しなくなった場合、もしくは熱電変換モジュール
に何らかの故障により７モジユ一ル全体の温度が」−Ｈ
した場合には、温度依存型抵抗体１２の抵抗値が増加し
、π型熱電変換素子１１に印加される電力が減少し、ヒ
ートポンプ効果が低下し、結果的に放熱面での放熱器が
減少し、モジュールの温度は低下する。すなわち、熱電
変換モジュールの温度変化により、熱電変換モジュール
に印加される電力が変化し、ヒートポンプ量が自動的に
制御されるものである。

第５図は、本実施例における熱電変換モジュールの斜視
図であり、第６図は、本実施例の温度依存型抵抗体１２
の設置状況を示す熱電変換モジュールの側面図である。

図中熱電変換半導体チップ１は、Ｆ３ｉ−Ｔｅ系のＰ型
・Ｎ型″−１！ｚ導体であり、Ｃｕの電極板２により電
気的に接続されている。さらに、アルミナセラミック板
３．３′により、機械的に保持されてる。

熱電変換半導体チップ１は、Ｐ型とＮ型が交互に電極板
２により、接続されているが、その回路中に抵抗温度係
数が大なる温度依存型抵抗体１２を回路中に直列に接続
されている。また、第６図に示すよう（こ、側面図にお
いて、セラミック面３′は、高温側である。温度依存型
抵抗体１２は、セラミック面３′に電極板２により、熱
的に結合している。

一方、電気的には、熱電変換半導体チップ１および端子
１４とに電極板２により接続されている。

よって、温度依存型抵抗体１２には、熱電変換モジュー
ルの回路電流が流れ、熱電変換モジュールの高温側の温
度と一致することにより、温度変化と共に抵抗値が変化
し、熱電変換半導体チップ１に印加される電力を制限す
ることができ、熱電変換モジュールの異常温度上昇によ
る、熱破壊を防止することができる。

なお、本実施例においては、正抵抗温度係数を持つ温度
依存型抵抗体１２を熱電変換半導体チップ１と直列に接
続し電源と接続したが、逆に第４図に示すような負抵抗
温度係数を持つ温度依存型抵抗体１５を、第３図に示す
ように、π型熱電変換素子１１と並列に接続しても同作
な結果が得られる。すなわち、π型熱電変換素子１１の
高温側の温度」−Ｈにより、温度依存型抵抗体１５の抵
抗値が減少し、π型熱電変換素子１１に流れる電流が減
少し、印加電力が減少し、ヒートポンプ量が低下し、温
度を昇が制限されるものである。、なお、温度依存型抵
抗体５は、熱電変換半導体チップ１と同時にハンダ付１
こより熱電変換上ジュールに組み込まれている。。

発明の効果 以北のように本発明は、Ｐ型およびＮ型熱電変換半導体
チップと抵抗温度係数が大なる温度依存型抵抗体を導体
により電気的に接続し、かっ熱電変換モジュールの高温
側と前記温度依存型抵抗体を熱的に結合することにより
、特別な温度保護装置を用いることなく、熱電変換モジ
ュールのみで、適格に、信頼性が高い自己制御１幾能を
実現することが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱電変換モジュール
の簡易モデル図、第２図は本発明の一実施例における温
度依存型抵抗体の特性図、第３図は本発明の他の実施例
における熱電変換モジュールの簡易モデル図、第４図は
本発明の他の実施例における温度依存型抵抗体の特性図
、第５図は一実施例における熱電変換モジュールの斜視
図、第６図は一実施例における熱電変換モジュールの側
面図、第７図は従来例における熱電冷却ユニットの措成
を示す斜視図、第８図は従来例における熱電変換モジュ
ールの斜視図である。 １・・・・・・熱電変換半導体チップ、１２・・・・・
・温度依存型抵抗体。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第１
図 第２図 ／Ｚ　−−−５監崖依存！！二ｌ−耳［Ｊ″）［−イネ
Ｔ（Ｘ腐） 第 図 第 図 Ｔ（１膚） 第 図 、３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個のＰ型およびＮ型熱電変換半導体チップを交互に
   電気的に接続した熱電変換素子と、前記熱電変換素子の
   高温側と熱的に接合しかつ前記熱電変換素子と電気的に
   接続した抵抗温度係数が大なる温度依存型抵抗体とから
   なる熱電変換モジュール。