JPH0258279A

JPH0258279A - 熱電装置とその製造法

Info

Publication number: JPH0258279A
Application number: JP63208738A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Nishiwaki; 文俊西脇; Hiroyoshi Tanaka; 博由田中; Yoshiaki Yamamoto; 義明山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-27

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、電気的に吸熱もしくは
放熱を行う冷却・加熱装置、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
熱電装置７は、第６図の従来例に示すように金属板１お
よび金属板２によってＮ型半導体３、もしくはＰ型半導
体４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。

特に、第８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装置であり端子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。

発明が解決しようとする課題しかしながら、このような従来の熱電装置では、半導体
３または４はＢ＋＋Ｔｅ等の元素からなり溶融、焼成等
の手段を用いてバルクの状態で作られる。そのため（１）非常に脆く、たわみによって破損し易いため、フ
レキシブルな基板が使えず円筒管等の曲面を有する物体
の加熱冷却が困難である。

（２）カスケード方式により積層し、低温と高温の温度
差を太き（しようとすると、厚みが増加し、重量が増す
だけでなく、電気抵抗が増加し性能が低下する。

（３）半田による接合か圧着しかできず、接合面でのジ
ュール熱による損失が大きい。

（４）希少金属を大量に使用するため、材料コストが高
い等の課題があった。

本発明は、上記課題に基づき、熱電素子を薄膜状に積層
した構成とし、真空プロセスにて直接接合して作製する
ことによって新規な熱電装置とその製造法を提供するも
のである。

課題を解決するための手段本発明は、薄膜状のＮ型、もしくはＰ型の半導体と、板
もしくは薄膜状の金属とを、真空薄膜作製プロセスによ
り直接接合させて積層し、最上面及び最下面を金属とし
た構成の熱電素子を、内部を流体が流動可能な伝熱管の
外壁面上に形成する構成および製法に特徴を有するもの
である。

作用本発明の熱電素子が薄膜状の半導体と板もしくは薄膜状
の金属とを直接接合させて積層した形状であるため、非
常にフレキシブルに形状を変化させることができる。そ
のため、熱電素子に電位を与えることにより、円形管等
の曲面を有する物体の冷却もしくは加熱を容易に行うこ
とができる。

すなわち、熱電素子を外壁面上に形成した伝熱管内の流
体を冷却もしくは加熱することが可能となり、同時に、
貯液槽内に前記伝熱管を設置しているため、貯液槽内の
流体を加熱もしくは冷却することが可能となる。さらに
、この熱１！装置を冷温流体供給のために使用しないと
きには、伝熱管内を流れる流体と貯液槽内の流体の間に
温度差を与えれば、発電を行うことが可能である。この
電力を貯蔵し、前述の冷温流体供給のときに利用すれば
、省エネルギとなる。

実施例以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。第１図〜第４図は本発明による熱電装置の製造法の工
程図および熱電装置の概略構成図である。まず、第１図
に本実施例に用いた熱７ｊ！素子の構成を示す。なお、
　（ａ）は平面図、　（ｂ）はＸ−Ｙ断面図である。本
実施例の熱電素子は、厚さ１０μｍのポリイミド樹脂フ
ィルム基板８上に構成されたものである。その基板８の
上に銅膜８とＰ型半導体膜１０を真空蒸着法によって、
繰り返し製模し、積層することによって各個別の熱電素
子１１を構成している。最下部にある銅膜９と最上部に
ある銅膜９′は、隣接する積層された熱電素子１１と接
合され電気的に直列になるように配置されている。ただ
し、この接合された熱電素子部は、加熱面が各熱電素子
１１間で同一面に向くように、Ｎ型とＰ型の半導体を使
用した熱電素子１１を交互に接合する方式を用いている
。各熱電素子間および最上部の銅膜９′の上面には、絶
縁膜１２を形成している。なお、本実施例の熱電素子の
パターニングはりソゲラフイエ法を用いている。各熱電
素子間の絶縁膜１２はバターニングに用いたレジストを
残存させたものである。この熱電素子に引出し電極１３
から電流を流し、熱ｍ素子の上面と下面で冷却上加熱を
行うことができる。

次に、第２図および第３図の熱電装置の断面図に示すよ
うに、第１図に示した熱電素子１１を内部を流体が流動
可能である伝熱管１４の外壁面上に巻き付は接着剤等に
より仮止めした後、この伝熱管１４を一定間隔に多数並
べたフィン１５に挿入する。その後、伝熱管を拡管する
ことにより伝熱管１４と熱電素子１１．１！：フィンエ
５を熱的に密着させ、熱電装置を構成する。なお、第３
図は、第２図に示した熱電装置の断面図の要部拡大図で
ある。また、第４図は、第２図に示した熱電装置を貯液
槽１６内に設置したときの概略構成図を示す。伝熱管１
４の内部を矢印１７の方向に流体が流れ、一方、貯液槽
１６内には流入端１８から流体が供給され、貯められた
後、流出端１９から流体が流出する。熱電素子に引出し
電極１３から電流を流し、熱電素子の上面で加熱、下面
で冷却を行えば、伝熱管１４の管壁は冷却され、伝熱管
内を流れる流体は冷却される。一方、熱電素子の上面は
加熱されるため、伝熱管１４に挿入されたフィン１５は
高温となる。そのため、フィン１５間には自然対流が生
じ、貯液槽１６内の流体は加熱される。このように、伝
熱管１４からは冷却された流体を、貯液槽１６からは加
熱された流体を同時に得ることが可能となる。また、熱
電素子に加える電流の方向を切り替えることにより、伝
熱管１４と貯液槽１θから流出する冷・温流体を切り替
えることが可能である。

なお、伝熱管を拡管することにより伝熱管１４と熱電素
子１１とフィン１５を密着させているため、接着剤を用
いて密着させる場合に比べて接触による熱抵抗が減少し
、効率の高い冷・温流体供給装置とすることができる。

さらに、この熱電装置を冷・温流体供給のために使用し
ないときには、伝熱管内を流れる流体と貯液槽内の流体
の間に温度差を与えれば、発電を行うことが可能である
。この電力を貯蔵し、前述の冷温流体供給のときに利用
すれば、省エネルギとなる。

また、第２図に示した熱電装置を貯液槽内に設置する代
わりに、伝熱管に装着したフィン間にファンを用いて気
流を流すことにより、気流を加熱もしくは冷却しても前
記と同様の効果を得る。

第５図は本発明による他の実施例の熱電素子の断面図を
示したものである。本実施例では、前述の熱電素子を絶
縁属を介して２段に積み上げたものであるが、この段数
は、もちろん適宜何段にしても良い。本実施例では、薄
い金属基板２０上に熱電素子を構成している。また、１
段目と２段目の熱電素子間および２段目の熱電素子の上
面は、ダイヤモンド絶縁膜２１により絶縁を行う。また
図中の２２はＮ型もしくはＰ型の半導体膜、２３は銅膜
であり、２４．２５は引出し電極である。

引出し電極には電圧を印加するが、並列に印加しても、
直列でもよい。

以上のように本発明の実施例を用いることで、容易に冷
却された流体と、加熱された流体を同時に得ることが可
能となる。また、薄膜型の熱電素子を用いることにより
次のような効果が期待できる。

（１）熱電素子を積属構造としているため厚みは薄くと
も、低温部と高温部の温度差が大きくとれる。

（２）熱電素子の半導体と金属の接合面に半田等を使用
せず、直接接合する構成としているため、接合面での電
気抵抗によるジュール熱の発生を抑えることができる。

（３）熱電素子の半導体、金属ともに１μｍ以下の膜厚
とすることができるため、非常に薄くかつ軽くできる。

（４）熱電素子に使用する金属の量は非常にわずかとす
ることができる。

（５）真空プロセスを用いて熱電素子の製膜を行ってい
るためポリイミド等の樹脂上にも容易に熱電素子を構成
できる。

（６）薄い金属または樹脂上に熱電素子を構成すること
ができるため、非常にフレキシブルであり、曲面の加熱
冷却にも用意に利用できる。

（７）各熱電素子部はりソグラフィプロセスで使用した
レジストにより、絶縁を行っているため、工法が簡便と
なり、かつ短絡による不良を防止できる。

（８）薄膜を積層した構成であるため非常に小さな面積
から大きな面積まで製作が自在である。

（９）熱電素子が非常に薄く構成され、なん枚でも重ね
て用いることが出来るので、低温部と高温部の温度差を
自在にコントロールできる。

（１０）また、重ねられた熱電素子間は、ダイヤモンド
薄膜にて絶縁、接合しているため、熱損失が少ない。

発明の効果以上のように本発明による熱電装置は＃膜状のＮ型、も
しくはＰ型の半導体と、板もしくは薄膜状の金属とを、
真空薄膜作製プロセスにより直接接合させて積層し、最
上面及び最下面を金属とした構成の熱電素子を、内部を
流体が流動可能な伝熱管の外壁面上に形成したものであ
るため、伝熱管の内部および外部の流体を同時に冷却も
しくは加熱することが可能となり、容易に冷却された流
体と、加熱された流体を同時に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例の熱電装置の製造法
の工程図および概略構成図、第５図は本発明の他の実施
例の熱電装置の概略断面図、第６図は従来例の熱電素子
の斜視図である。８・・・ポリイミド基板、９、２３・・・銅膜、１０．
２２・・・半導体膜、１２．２１・・・絶縁膜、１４・
・・伝熱管、　１５・・・フィン、１６・・・貯液槽。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名δ−−ヤリ
イＳ〆避兼ｑ−ａ捩／２−一一城月１巨ノ３−．？１　：：ゴし≦七ｂ１シｉ；１３て℃ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）薄膜状のＮ型もしくはＰ型の半導体を、板状もし
くは薄膜状の金属と上面もしくは下面にて直接接合させ
て積層した熱電素子を、内部を流体が流動可能な電熱管
の外壁面上に形成したことを特徴とする熱電装置。
（２）電熱管を一定間隔に複数個並べられたフィン群に
挿入し、両者を熱的に密着したことを特徴とする請求項
１記載の熱電装置。
（３）薄い基板上に真空を利用したプロセスにより、薄
膜状のＮ型もしくはＰ型の半導体と、板状もしくは薄膜
状の金属とを、最上面および最下面が金属となるように
直接接合させて積層する熱電素子作製工程と、前記熱電
素子を伝熱管の外壁面上に巻き付けた後、前記伝熱管を
一定間隔に複数個並べたフィン群に挿入する工程と、前
記伝熱管を拡管することにより、前記伝熱管と前記熱電
素子と前記フィン群を熱的に密着させる工程からなる熱
電装置の製造法。