JPH1065225A - 熱電素子 - Google Patents
熱電素子Info
- Publication number
- JPH1065225A JPH1065225A JP8221311A JP22131196A JPH1065225A JP H1065225 A JPH1065225 A JP H1065225A JP 8221311 A JP8221311 A JP 8221311A JP 22131196 A JP22131196 A JP 22131196A JP H1065225 A JPH1065225 A JP H1065225A
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- JP
- Japan
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- type semiconductor
- thermoelectric element
- longitudinal direction
- type
- employed
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱が双方向から伝えられる場合において、そ
の熱を効率的に電気エネルギーに変換する。 【解決手段】 ｐ型半導体２Ａとｎ型半導体２Ｂとを長
手方向両端部で接合し、接合部以外の部分に絶縁層２Ｃ
を形成して積層し、中間部分に電極３Ａ，３Ｂを設けて
なる熱電素子。 【効果】 双方向から伝わる熱による両端部のｐ−ｎ接
合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を発生し、
これを電極から取り出すことができる。両端にｐ−ｎ接
合部を持つ熱電素子は、これを長手方向に１／２に切断
した大きさの熱電素子を２個並列に接続したものと同等
の抵抗を示すことから、同一寸法で一端にのみｐ−ｎ接
合部を持つ従来の熱電素子に比べて約４倍の出力を得る
ことができる。
の熱を効率的に電気エネルギーに変換する。 【解決手段】 ｐ型半導体２Ａとｎ型半導体２Ｂとを長
手方向両端部で接合し、接合部以外の部分に絶縁層２Ｃ
を形成して積層し、中間部分に電極３Ａ，３Ｂを設けて
なる熱電素子。 【効果】 双方向から伝わる熱による両端部のｐ−ｎ接
合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を発生し、
これを電極から取り出すことができる。両端にｐ−ｎ接
合部を持つ熱電素子は、これを長手方向に１／２に切断
した大きさの熱電素子を２個並列に接続したものと同等
の抵抗を示すことから、同一寸法で一端にのみｐ−ｎ接
合部を持つ従来の熱電素子に比べて約４倍の出力を得る
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを電
気エネルギーに変換する特徴を生かし、可動部のないジ
ェネレータとして、或いは温度センサーとして利用され
る熱電素子に係り、特に、熱が長手方向の双方向から伝
えられる場合に、この熱を効率的に電気エネルギー変換
することができる熱電素子に関する。
気エネルギーに変換する特徴を生かし、可動部のないジ
ェネレータとして、或いは温度センサーとして利用され
る熱電素子に係り、特に、熱が長手方向の双方向から伝
えられる場合に、この熱を効率的に電気エネルギー変換
することができる熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な熱電素子は、ｐ型半導体のブロ
ック体とｎ型半導体のブロック体とをその一端側におい
て金属を介してｐ−ｎ接合（π型接合）したものであ
る。このｐ−ｎ接合端を熱すると、ゼーベック効果によ
り、接合端とその反対側の半導体端部との温度差に比例
した起電力を発生する。
ック体とｎ型半導体のブロック体とをその一端側におい
て金属を介してｐ−ｎ接合（π型接合）したものであ
る。このｐ−ｎ接合端を熱すると、ゼーベック効果によ
り、接合端とその反対側の半導体端部との温度差に比例
した起電力を発生する。
【０００３】従来、熱電素子はこのような特性を生かし
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
【０００４】図２は、このような用途に用いられる熱電
素子の構成を示す断面図（長手方向に沿う断面図）であ
り、長尺板状のｐ型半導体２Ａとｎ型半導体２Ｂとが積
層されると共に、その長手方向の一端で接合され、この
接合部以外の層間部に絶縁層２Ｃが形成されている。そ
して、接合部と反対側の端部の熱電素子素体１の板面に
は端子電極３Ａ，３Ｂが形成されている。なお、この端
子電極３Ａ，３Ｂは、ニッケルめっき膜３ａ上に半田め
っき膜３ｂを形成したものである。
素子の構成を示す断面図（長手方向に沿う断面図）であ
り、長尺板状のｐ型半導体２Ａとｎ型半導体２Ｂとが積
層されると共に、その長手方向の一端で接合され、この
接合部以外の層間部に絶縁層２Ｃが形成されている。そ
して、接合部と反対側の端部の熱電素子素体１の板面に
は端子電極３Ａ，３Ｂが形成されている。なお、この端
子電極３Ａ，３Ｂは、ニッケルめっき膜３ａ上に半田め
っき膜３ｂを形成したものである。
【０００５】このような熱電素子の半導体材料として
は、遷移金属珪化物（遷移金属としては鉄、マンガン、
コバルト、クロム等）やＧｅ−Ｓｉ等が知られており、
コールドプレス法やホットプレス法などのいわゆる粉末
冶金的な手法、グリーンシートを用いたシート積層法に
より作製されるのが一般的である。
は、遷移金属珪化物（遷移金属としては鉄、マンガン、
コバルト、クロム等）やＧｅ−Ｓｉ等が知られており、
コールドプレス法やホットプレス法などのいわゆる粉末
冶金的な手法、グリーンシートを用いたシート積層法に
より作製されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２のような、一端側
にｐ−ｎ接合部，他端側に電極が形成された構造を持つ
従来の熱電素子では、熱源からの熱が一方向からのみ伝
わる場合には問題はないが、熱が双方向（長手方向の両
端側）から伝わる場合には、その熱を電気エネルギーに
効率良く変換することは困難である。
にｐ−ｎ接合部，他端側に電極が形成された構造を持つ
従来の熱電素子では、熱源からの熱が一方向からのみ伝
わる場合には問題はないが、熱が双方向（長手方向の両
端側）から伝わる場合には、その熱を電気エネルギーに
効率良く変換することは困難である。
【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱が
双方向から伝えられる場合において、その熱を効率的に
電気エネルギーに変換することができる熱電素子を提供
することを目的とする。
双方向から伝えられる場合において、その熱を効率的に
電気エネルギーに変換することができる熱電素子を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の熱電素子は、そ
れぞれ一方向に長いｐ型半導体とｎ型半導体とが積層さ
れ、該ｐ型半導体とｎ型半導体とは、長手方向の両端部
で接合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁さ
れ、該ｐ型半導体及びｎ型半導体の長手方向の中間部分
にそれぞれ電極が設けられていることを特徴とする。
れぞれ一方向に長いｐ型半導体とｎ型半導体とが積層さ
れ、該ｐ型半導体とｎ型半導体とは、長手方向の両端部
で接合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁さ
れ、該ｐ型半導体及びｎ型半導体の長手方向の中間部分
にそれぞれ電極が設けられていることを特徴とする。
【０００９】かかる本発明の熱電素子では、長手方向の
両端部にｐ−ｎ接合部が形成され、中間部分に電極が設
けられているため、双方向から伝わる熱による両端部の
ｐ−ｎ接合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を
発生させ、これを電極から取り出すことができる。
両端部にｐ−ｎ接合部が形成され、中間部分に電極が設
けられているため、双方向から伝わる熱による両端部の
ｐ−ｎ接合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を
発生させ、これを電極から取り出すことができる。
【００１０】この場合、後述の実施例１と比較例１の結
果からも明らかなように、両端にｐ−ｎ接合部を持つ熱
電素子は、これを長手方向に１／２に切断した大きさの
熱電素子を２個並列に接続したものと同等の抵抗を示す
ことから、同一寸法で一端にのみｐ−ｎ接合部を持つ従
来の熱電素子に比べて約４倍の出力を得ることができ
る。
果からも明らかなように、両端にｐ−ｎ接合部を持つ熱
電素子は、これを長手方向に１／２に切断した大きさの
熱電素子を２個並列に接続したものと同等の抵抗を示す
ことから、同一寸法で一端にのみｐ−ｎ接合部を持つ従
来の熱電素子に比べて約４倍の出力を得ることができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１２】図１は本発明の熱電素子の一実施例を示
す、熱電素子の長手方向に沿う断面図である。図１にお
いて、図２に示す部材と同一機能を奏する部材には、同
一符号を付してある。
す、熱電素子の長手方向に沿う断面図である。図１にお
いて、図２に示す部材と同一機能を奏する部材には、同
一符号を付してある。
【００１３】本発明の熱電素子は、長尺板状のｐ型半導
体２Ａとｎ型半導体２Ｂとをその長手方向の両端部で接
合し、このｐ−ｎ接合部４Ａ，４Ｂ以外の部分に絶縁層
２Ｃを介在させて積層一体化してなる熱電素子素体１Ａ
の長手方向の中央部分のｐ型半導体２Ａ及びｎ型半導体
２Ｂに各々電極３Ａ，３Ｂを形成したものである。
体２Ａとｎ型半導体２Ｂとをその長手方向の両端部で接
合し、このｐ−ｎ接合部４Ａ，４Ｂ以外の部分に絶縁層
２Ｃを介在させて積層一体化してなる熱電素子素体１Ａ
の長手方向の中央部分のｐ型半導体２Ａ及びｎ型半導体
２Ｂに各々電極３Ａ，３Ｂを形成したものである。
【００１４】本発明の熱電素子は、ｐ−ｎ接合部を熱電
素子素体の長手方向の両端部に設け、電極をその長手方
向の中間部分に形成すること以外は、常法に従って製造
することができ、ｐ型半導体及びｎ型半導体の材料や製
造条件等に何ら制限を受けることはない。
素子素体の長手方向の両端部に設け、電極をその長手方
向の中間部分に形成すること以外は、常法に従って製造
することができ、ｐ型半導体及びｎ型半導体の材料や製
造条件等に何ら制限を受けることはない。
【００１５】なお、本発明において、両端にｐ−ｎ接合
部を設け、中央に電極を形成したことによる熱電変換効
率の向上及び素子のコンパクト化という本発明の効果を
有効に得るためには、本発明の熱電素子は、特にその長
手方向の長さが３５〜６０ｍｍであることが好ましい。
部を設け、中央に電極を形成したことによる熱電変換効
率の向上及び素子のコンパクト化という本発明の効果を
有効に得るためには、本発明の熱電素子は、特にその長
手方向の長さが３５〜６０ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
【００１７】実施例１，比較例１ 以下に示す方法により、図１に示す本発明の熱電素子及
び図２に示す従来の熱電素子を製作した。
び図２に示す従来の熱電素子を製作した。
【００１８】まず、ＦｅＳｉ2 系熱電素子素体をシート
積層法により作製した。
積層法により作製した。
【００１９】ｐ型鉄珪化物系半導体材料としてＦｅＳｉ
2 にＣｒＳｉ2 を２モル％添加したものを、また、ｎ型
鉄珪化物系半導体材料としてＦｅＳｉ2 にＣｏＳｉ2 を
２モル％添加したものを用いた。また、絶縁材料として
ＺｒＯ2 粉にガラス粉（組成（重量％）：ＳｉＯ2 ＝６
０，Ｂ2 Ｏ3 ＝１５，Ａｌ2 Ｏ3 ＝１０，アルカリ土類
金属酸化物＝１５）を４０重量％加えたものを用いた。
上記３種類の材料に、各々、結合剤としてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてフタル酸ジブチル、分散剤とし
てエーテル型非イオン界面活性剤「ＧＡＦＡＣ」（東邦
化学社製商品名）、溶剤としてエタノール及びトルエン
を加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりグリ
ーンシート化した。
2 にＣｒＳｉ2 を２モル％添加したものを、また、ｎ型
鉄珪化物系半導体材料としてＦｅＳｉ2 にＣｏＳｉ2 を
２モル％添加したものを用いた。また、絶縁材料として
ＺｒＯ2 粉にガラス粉（組成（重量％）：ＳｉＯ2 ＝６
０，Ｂ2 Ｏ3 ＝１５，Ａｌ2 Ｏ3 ＝１０，アルカリ土類
金属酸化物＝１５）を４０重量％加えたものを用いた。
上記３種類の材料に、各々、結合剤としてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてフタル酸ジブチル、分散剤とし
てエーテル型非イオン界面活性剤「ＧＡＦＡＣ」（東邦
化学社製商品名）、溶剤としてエタノール及びトルエン
を加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりグリ
ーンシート化した。
【００２０】実施例１では、これらをｐ型鉄珪化物系半
導体シート、絶縁シート、ｎ型鉄珪化物系半導体シート
の順に両端がｐ−ｎ接合となるように積層後、７０℃、
１００ｋｇ／ｃｍ2 で熱圧着した。
導体シート、絶縁シート、ｎ型鉄珪化物系半導体シート
の順に両端がｐ−ｎ接合となるように積層後、７０℃、
１００ｋｇ／ｃｍ2 で熱圧着した。
【００２１】比較例１では、一端がｐ−ｎ接合となるよ
うにしたこと以外は同様にして積層、熱圧着した。
うにしたこと以外は同様にして積層、熱圧着した。
【００２２】これを、各々、所望の素子形状に切断後、
大気中で４００℃、２時間の脱脂工程により結合剤、可
塑剤、分散剤及び溶剤を除去し、その後、真空中で１２
００℃、４時間の焼結工程、大気中で８５０℃、５０時
間のアニール工程を行った。次に、実施例１では素子の
中央部に、電極として電気めっき法によりニッケルめっ
き膜を０．５〜１μｍ程度の厚さに形成した後、同様に
電気めっき法で半田めっき膜を０．５〜１μｍ程度の厚
さに形成した。比較例１では、ｐ−ｎ接合の反対側の端
部に同様にして電極を形成した。
大気中で４００℃、２時間の脱脂工程により結合剤、可
塑剤、分散剤及び溶剤を除去し、その後、真空中で１２
００℃、４時間の焼結工程、大気中で８５０℃、５０時
間のアニール工程を行った。次に、実施例１では素子の
中央部に、電極として電気めっき法によりニッケルめっ
き膜を０．５〜１μｍ程度の厚さに形成した後、同様に
電気めっき法で半田めっき膜を０．５〜１μｍ程度の厚
さに形成した。比較例１では、ｐ−ｎ接合の反対側の端
部に同様にして電極を形成した。
【００２３】このようにして得られた素子の大きさは、
実施例１及び比較例１ともに５ｍｍ（幅）×３８ｍｍ
（長さ）×２ｍｍ（厚さ）であった。
実施例１及び比較例１ともに５ｍｍ（幅）×３８ｍｍ
（長さ）×２ｍｍ（厚さ）であった。
【００２４】得られた熱電素子について、各々、温度差
に対する熱起電力と内部抵抗の関係を調べ、結果を図３
（実施例１）及び図４（比較例１）に示した。
に対する熱起電力と内部抵抗の関係を調べ、結果を図３
（実施例１）及び図４（比較例１）に示した。
【００２５】図３，４より次のことが明らかである。
【００２６】即ち、実施例１の熱電素子と比較例１の熱
電素子の発生電圧はほぼ同等であるのに対し、内部抵抗
については、両端にｐ−ｎ接合部を持つ実施例１の熱電
素子は一端にｐ−ｎ接合部を持つ比較例１の熱電素子の
約１／４の値を示している。これは両端にｐ−ｎ接合部
を持つ素子は、その長手方向に１／２に切断した大き
さ、即ち、５ｍｍ（幅）×１９ｍｍ（長さ）×２ｍｍ
（厚さ）の形状の熱電素子を２個並列に接続した場合と
同様と考えられるためである。一般に、素子の最大出力
Ｐmax は Ｐmax ＝Ｖ2 ／４／Ｒ （Ｖ：熱起電力、Ｒ：内部抵
抗） で表わされる。従って、両端にｐ−ｎ接合部を持つ熱電
素子は、同寸法で一端にｐ−ｎ接合部を持つ素子に比べ
約４倍の出力を生じることになる。
電素子の発生電圧はほぼ同等であるのに対し、内部抵抗
については、両端にｐ−ｎ接合部を持つ実施例１の熱電
素子は一端にｐ−ｎ接合部を持つ比較例１の熱電素子の
約１／４の値を示している。これは両端にｐ−ｎ接合部
を持つ素子は、その長手方向に１／２に切断した大き
さ、即ち、５ｍｍ（幅）×１９ｍｍ（長さ）×２ｍｍ
（厚さ）の形状の熱電素子を２個並列に接続した場合と
同様と考えられるためである。一般に、素子の最大出力
Ｐmax は Ｐmax ＝Ｖ2 ／４／Ｒ （Ｖ：熱起電力、Ｒ：内部抵
抗） で表わされる。従って、両端にｐ−ｎ接合部を持つ熱電
素子は、同寸法で一端にｐ−ｎ接合部を持つ素子に比べ
約４倍の出力を生じることになる。
【００２７】この結果から、本発明の熱電素子は、双方
向から熱が来るような場所に設置した場合、スペースロ
スがなく、かつ効率良く熱電変換を行うことができるこ
とがわかる。
向から熱が来るような場所に設置した場合、スペースロ
スがなく、かつ効率良く熱電変換を行うことができるこ
とがわかる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の熱電素子に
よれば、熱が双方向から伝えられる場合においても、効
率良く熱電変換が可能となり、同寸法の従来型素子に比
べ、非常に大きな出力を得ることができる。
よれば、熱が双方向から伝えられる場合においても、効
率良く熱電変換が可能となり、同寸法の従来型素子に比
べ、非常に大きな出力を得ることができる。
【図１】本発明の熱電素子の一実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】従来の熱電素子を示す断面図である。
【図３】実施例１で製造した熱電素子の温度差に対する
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
【図４】比較例１で製造した熱電素子の温度差に対する
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
１，１Ａ 熱電素子素体 ２Ａ ｐ型半導体 ２Ｂ ｎ型半導体 ２Ｃ 絶縁層 ３Ａ，３Ｂ 電極 ３ａ ニッケルめっき膜 ３ｂ 半田めっき膜 ４Ａ，４Ｂ ｐ−ｎ接合部
Claims (1)
- 【請求項１】 それぞれ一方向に長いｐ型半導体とｎ型
半導体とが積層され、 該ｐ型半導体とｎ型半導体とは、長手方向の両端部で接
合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁され、 該ｐ型半導体及びｎ型半導体の長手方向の中間部分にそ
れぞれ電極が設けられていることを特徴とする熱電素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8221311A JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8221311A JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065225A true JPH1065225A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16764819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8221311A Withdrawn JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065225A (ja) |
-
1996
- 1996-08-22 JP JP8221311A patent/JPH1065225A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |