JPS5999783A - 熱電素子 - 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】 （イ）産業上の利用分野 ±発明はコンロ、湯沸器等の燃焼器具の熱源から熱起電
力を得る熱電素子に関する。

（ワ）、従来技術 一般にゼーベック効果（熱電効果）を利用する熱電素子
よしては半導体のＰ型素子とＮ型素子とを接合させたも
のが大きい熱電効果を得られることが知られている。こ
の種の熱電素子の従来例は例えば第１図に示す如く、３
ｄ−遷移金属のケイ化物からなるＰ型素−Ｔ′″（１′
〉とＮ型素子（２゛）とを結合し、結合側端部（Ａ゛）
をバーナ（３゛）で加熱して高温ｌこ保持し、反結合側
端部（Ｅ　’＞（Ｂ　’）を低温に保持し、反結合側端
部（Ｂ　’）（Ｂ　゛）に接続された導線（ａ′＞（４
’）から熱起電力を取出すものである。

しかしながら、斯る従来の熱電素子においでは以下の如
き問題がある。即ち、結合側端部（Ａ′）がバーナ＜３
゛）の炎にきらきれる場合、Ｐ型素子〈ｌ゛）及びＮ型
素子（２゛）の材質が耐熱性に劣ったり、排ガス１こ弱
いものであると素子の寿命が短くなったり、使用不可能
□となったりする。又、この熱電素子をガスコンロや、
湯沸器に用いル場合、熱電素子を結合側端部（Ａ′）が
／ペーナの炎により加熱キレルよう□に配置すると、ガ
スフーンロにおいては煮汁ががかったり、湯沸器におい
てはドレンがかかったりする。すると、熱発電素子の材
質によっては結合側端部（Ａ′〉か高温状態から急冷さ
れ破損する虞れかある。このような材料的制約を満たそ
うとすると、熱電効果が低くなったり、高ロス１へにな
ったりするので、素子の産業上の利用の大きな障害とな
っていた。

（ハ〉　目的 本発明は上述の問題に鑑みな扮れたもので、第１の目的
は構成材料に制約されることなく熱源がら効率良く熱起
電力を取出し得る熱電素子を提供することにあり、第２
の目的は温度変化に対して応答性を良好にすることにあ
り、第３の目的は燃焼器具に熱電素子を取付（つる際そ
の取付を容易にすることにある。

（ニ）構成 本発明の基本構成はＰ型素子とＮ型素子とを結合し、結
合側端部を高温に、反結合側端部を低温にそれぞれ保持
して熱起電力を取出すものにおいて、一端が上記結合側
端部に連結される耐熱性金属体を突設し、この金属体の
突出部を被加熱部となしたことを特徴とするものである
。

斯る構成に依れは、熱電素子の結合側端部自身を加熱す
ることなく金属体を力日熱すれは良いので、熱電素子の
耐熱性、耐蝕性等の材料的制約を受けることがなくなり
、熱電効果、コストの面で優れた熱電素子をイｒ用でき
る。

又、上記基本構成において、金属体の一端をＰ型素子と
Ｎ型素子とのＰＮ接合部に埋設することにより、ＰＮ接
合部を速やかに加熱でき、ＰＮ接合部の電気抵抗の減少
が速くなり熱応答性が良好となって熱起電力の立上り特
性を改善できる。

又、上記基本構成において金属体を棒状に形成すること
により、金属体の成形が容易となり、金属体の形状を変
えることで種々の燃焼器具に容易に取付ることができる
。

（ホ）実施例 本発明の一実施例の熱電素子（Ｓ）を第２図に従い説明
する。（１）（２）は３ｄ−遷移ケイ化物からなり一端
でＰＮ接合面＜５）を有し１互いに結合され素子部（Ｓ
ｌ）を構成するＰ型素子、Ｎ型素子で、Ｐ型素子（１）
は例えはマンガン（Ｍ　ｎ　＞添加鉄げい化物（ＦｅＳ
ｉ２＞にて、Ｎ型素子（２）は例えはコバルト添加鉄け
い化物（ＦｅＳｉ２）にて構成されるが、その他種々の
材料により構成可能である。

（Ｓ２）はタングステン、モリブテン、カンタル等の耐
熱性・耐蝕性に優れた熱良導性の棒状金属体で、一端が
素子部（Ｓｌ）の結合側端部（Ａ＞のＰＮ接合面（５）
部に埋設状態に熱良導的に結合されて素子部（Ｓｌ）か
ら突出状に設けられ、この突出部（６）がバーナ（３）
にて加熱される被加熱部となっている。

又、（４）（４）は素子部（Ｓｌ）の反結合側端部（Ｂ
）＜Ｂ）に接続される導線である。

Ｌ記構成の熱電素子（Ｓ）は例えは舅、下の方法で製造
される。先ず、第３図に示す金型（７）の凹溝り８）内
にＰ型物質、Ｎ型物質の粉末を二分して充填した後、凹
溝＜８〉内に押入される図示しないＵ字状型を用いて１
〜３ｔ／ｃＩＴ１２の圧力で加圧成形し、この成形物を
真空中、約９００°Ｃ１約３時間で仮焼結する。次いで
ドリル等で金属体くＳ２〉の一端が挿入される孔（９）
を穿設した後真空中、約１１５０°Ｃ１約３時間で焼結
する。その後、金属体（Ｓ２〉を孔（９）に嵌入し銀ロ
ー付等で熱良導的に連結し、更に導体（４）（４）を高
周波溶接等で溶着すると第２図に示す熱電素子（Ｓ）が
完成する。

以上の構成において、金属体（Ｓ）の突出部（６〉が加
熱きれ、結合側端部（Ａ）に伝熱されここが高温状態に
保持きれる。この伝熱作用において、ＰＮ接合面（５）
が内部から直接的に加熱されるので、ＰＮ接合の抵抗を
速やかに減少させる。一方、反結合側端部（Ｂ）（Ｂ）
を結合側端部（Ａ＞よりも低温に保持することで、熱電
効果が生し導線（４）（４）から熱起電力が取出される
。

次に、上記構成の熱電素子（Ｓ）の応用例を以下に説明
り−る。第４図に示すものはガスコンロで、本体の天板
（１０）の開口り１１）に汁受皿（１２）を装着し、汁
受皿（１２）の中央透孔（１３）から上端周囲に炎孔（
１４）・　を形成したガスバーナ（１５）をその上端部
が上方に突出するように設け、上記熱電素子（Ｓ）が汁
受皿（１２）の下方に配設され、棒状金属体くＳ２〉を
略し字状に曲成し、その先端を炎孔（１４〉からの噴出
炎（１６）にて加熱きれるように延在きせている。この
熱電素子（Ｓ）から得られる熱起電力はガスバーナ〈１
５）へのガス供給を制御する電磁弁（Ｖ）の開放保持用
に用いられる。＜ＳＷ）は主コ・ツク（図示しない）の
開放操作に連動して開くコ・ツクスイッチである。

斯る構成によれは、金属体（Ｓ２）の突出部先師が炎（
１６）により加熱され熱電素子（Ｓ）の結合側端部（Ａ
）に効率良く伝達きれ、上記の如く熱起電力を得ること
ができる。そして、熱電素子（Ｓ）の素子部（Ｓｌ）、
即ちＰ型素子〈１〉、Ｎ型素子〈２）が汁受皿（１２）
にて覆われていることにより、煮こぼれが生し−〔も煮
汁が素子部（Ｓｌ）にかかることがなく、高温になって
いる結合側端部（Ａ＞が急冷され　′ることによる割れ
の発生が防止される。又、結合側端部（Ａ）が直接炎に
さらされないので、素子（Ｓ）の耐熱性、排ガスによる
耐蝕性を考慮する必要がない。更に、金属体くＳ２）が
棒状に形成きれていることによりＬ形の曲成が容易であ
ると世に、ガスバーナ（１５〉と汁受皿（１２〉との間
の少将の隙間（１７）に金属体くＳ２）を貫通できるの
で、熱電素子＜ｓ）をシン口に容易に最付けることがで
きる。

又、第５図に示すものは同じくガスコンロで、第４図の
応用例と異−なるのは熱電素子（Ｓ）の素子部（Ｓｌ）
全体を□耐熱性のカバ一体く１８）で覆い、カバ一体り
１８）から金属体（Ｓ２）のみをカバ一体外方に突出さ
ゼたものを、汁受皿（１２〉の透孔（１３）内に位置さ
せ、金属体（’Ｓ２）の先端を炎孔（１４）に対向させ
た点であり、煮こぼれの素子部（Ｓｌ）へのふりかかり
をカバ一体（１８）が防止する。

更に、第６図に示す□ものは、刀ス瞬間湯沸器灯、□上
端開口部に熱交換器（１９）を配設した熱交換器胴（２
０）の内側下部にガスバーナ（２１）を配設し、カスバ
ーナ（２１）の端部の炎（２２）にて金属体（Ｓ）が加
熱されるように上記熱電素子（Ｓ）を配設し、熱電素子
（Ｓ）の素子部（Ｓｌ〉の上方を覆う耐熱性のカバ一体
（２３〉を装備している。尚、熱電素子（Ｓ）の反結合
側端部（Ｂ）は熱交換器胴（２０）外に突出きせ低温に
保持することが望ましい。又、素子部（Ｓｌ）の全体を
カバ一体で覆っても良い。

断る構成に依れば、熱交換器（１９）には低温の水が供
給される為に、表面にドレンを生じ、これが下方に落下
するが、熱電素子（Ｓ）の素子部（Ｓｌ）はカバ一体（
２３）にて覆われているので、ドレンがふりかかること
がなくなる。従って、ドレンによる素子（Ｓ）の破損が
防止される。

尚、本発明は上記実施例に限定きれるものでは□１ なく、例えは熱電素子（Ｓ）の形状は第７図に示す如く
有底筒状のＰ型素子＜１＞と棒状のＮ型素子（２）とを
結合させ金属体くＳ２）を突設させたものでも良い。又
、金属体（Ｓ２）の形状は種々変更可能であり、例えは
第８図に示す如く角柱状でも良く、第９図に示す如く板
状でも良く、図示しないがコイル状に形成しても良い。

更に金属体（Ｓ２）は一本でなく複数本としても良い。

又、金属体（Ｓ２）の長さはバーナ等の熱源と素子（、
Ｓ、）のを付位置とによって適宜法められるが、素子く
Ｓ）の結合側端部（Ａ）を温度を低目にする為に長さを
長くして途中で冷却させても良い。こうした冷却効果に
より比較的低い高温で効率良く作動する鉛テルル製等□
の熱電素子が利用可能となる。又、金属体（３２）の素
子部（Ｓｌ）への結合位置はＰＮ接合面＜５）部に限ら
ず、Ｐ型素子（１）、Ｎ型素子（２〉の接合側端部であ
れば良い。

〈へ）効果　□ 上記の如く構成される本発明に依れば、熱電素子の構成
材料を広範囲に選択でき、熱電効率の良い熱電素子の利
用が可能となると共に、熱電素子の耐久性を向上でき、
カス器具等の燃焼器具への利用が飛躍的に促進きれる等
多大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１−〇・イ）＋４従来例の斜視図、同図く口）は同従
来例の使用状態を示す図、第２図は本発明一実施例の斜
視図、同図（ロ）は同実施例の使用状態を示す図、第３
図は同実施例の製造に用いられる金型の斜視図、第４図
は本発明の応用例を示し、同図（イ）（ロ）は要部断面
図、要部電気回路図、第５図は本発明の異なる応用例を
示す要部断面図、第６図も本発明の異なる応用例を示し
、同図くイ）（ロ）〈ハ）はそれぞれ要部切欠断面図、
要部拡大正面図、要部拡大側面図、第７区は本発明の他
の実施例を示し、同図（イ）（ロ）はそれぞれ断面図、
側面図、第８図及び第９図は本発明の異なる他の実施例
を示し、各図（イ）（＋＝）はそれぞれ平面図、側面図
である。 （１〉　・・Ｐ型素子、（２）・Ｎ型素子、り６）　　
突出部、（Ａ）・・結合側端部、（Ｂ）・・反結合側端
部、（Ｓｌ）　　素子部、（Ｓ２）・・金属体。 １５ 第６図 第７図 （ｆ）　　　　　　　　　（ロ） 第８ヅ ：）１ 第９図　　□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｐ型素子とＮ型素子とを結合し、結合側端部を高
   、温に、反結合側端部を低温にそれぞれ保持して熱起電
   力を取出すものにおいて、一端が上記結合側端部に連結
   される耐熱性金属体を突設すると共にこの金属体の突出
   部を被加熱部と、なしたことを特徴とする熱電素子。 （ネ）金属体の一端がＰ型素子とＮ型素子との接合部に
   埋設されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の熱電素子。 （３）金属体が棒状に形成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の熱電素子。