JPS6030187A - 熱発電素子 - Google Patents

熱発電素子

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JPS6030187A
JPS6030187A JP58137788A JP13778883A JPS6030187A JP S6030187 A JPS6030187 A JP S6030187A JP 58137788 A JP58137788 A JP 58137788A JP 13778883 A JP13778883 A JP 13778883A JP S6030187 A JPS6030187 A JP S6030187A
Authority
JP
Japan
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sintered
thermoelectric semiconductor
type thermoelectric
heat
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP58137788A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakajima
隆 中島
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Publication of JPS6030187A publication Critical patent/JPS6030187A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/817Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

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】 本発明は、鉄珪化物(FeSi2)等からなる焼結形P
型熱電半導体と焼結形N型熱電半導体とを直接もしくは
導電体を介して接合した熱発電素子の構造の改良に関す
る。
熱発電素子は、高温接合と低温接合間の温度差により物
質のゼーベック効果(熱電効果)で発電する熱電直接変
換素子である。この場合、鉄珪化物等の規結形熱電半導
体をその累ヰ旧こ利用すると大きな熱電変換型J上係数
(ゼーベンク係数:単位μV/K)か得られ、その適度
な導電率と小さな熱伝導率とから大きな熱電変換電力か
得られることがわかっている。
このような焼結形態発電素子の形状は、一般的には第1
図に示すごとく焼結形P型熱電半導体1及び焼結形N型
熱電半導体2を略U字状に直接接合し、両生導体の脚部
端を耐熱接着剤を介し取(;1金JiI−3に固着した
構成と成っている。そして、一般に両生導体を接合した
側が炎で加熱される高温側端部、各半導本脚部端が放熱
器で冷却される低温側端部となる。
ところで、第1図の如き焼結形態発電素子は、その性能
を良くするために一般的に熱伝導率か極めて小さいこと
を特徴としている。例えば、FeSi、では熱伝導率は
約−4W/m・1くである。
このため、過渡的な碧温、降温の際に(加熱開始時や加
熱停止による冷却時に)、焼結体であるP型及びN型熱
電半導木の内部に厳しい温度分布が生しる。
第2図は、その温度分布を測定する構成を示すもので、
f51図に示した焼結形熱発電素子10の高温側端部と
なるべ外規結形1リー11熱電士・導体と焼結形N型熱
電半導体との接合部分11を下から炎12で加熱する。
この場合、焼結形態発電素子1(JのU字形の内股上端
のl\点(最も加熱されテ11い箇所)と焼結形熱発電
素子10の下面先端の13点(最も加熱され易い箇所)
の過渡4温Iff性をf53図に示す。この第3図か呟
加熱開始時(とくに0〜3秒間)においては、A、αの
温度上置はゆるやかなのに月し、B点は急;9′iに温
度か」二るため、過渡的温度差が急激につくことがわか
る。なお、5〜6秒以」−経過した後は、A、B点の温
度は均ン品化して行く。
上述の如き過渡的な激しい温度差の存在は、加熱開始時
に焼結形熱電半導体の表面か内部より膨張か激しく生じ
、焼結形熱電半導体内部に熱歪を発生し、場合によって
クラック発生に至る要因となる。
本発明は、」二足の点に鑑み、焼結形P型熱電半導木と
焼結形N型熱電半導木とを直接もしくは導電体を介して
接合した構成において、加熱開始又は停止時における前
記半導体又は導電体の加熱源に対向する部分とその反対
側部分との温度差を少なくする構造を採用することによ
り、各焼結形熱電半導木に生じる熱歪を少なくしてクラ
ックの発生の防止を図った熱発電素子を提供しようとす
るものである。
以下、本発明に係る熱発電素子の実施例を図面に従って
説明する。
第4図は、本発明の熱発電素子の11実施例を示す。こ
の図において、焼結形態発電素子は、焼結形P型熱電半
導体1及び焼結形N型熱電半導体2を略U字状に直接接
合し、両生導体の脚部端を耐熱接着剤(セラミック接着
剤)を介し取(=I金具3に固着し、さらに両生導体を
接合した先端側、すなわち、炎で加熱される高温側端部
を覆う如く熱的緩衝部拐としての耐熱キャップ20を設
けた構造である。ここで、耐熱キャップ20の祠質は、
ステンレス、インコネル等の耐熱合金箸を使用で外、そ
の固定は耐熱接着剤(セラミック接着剤)を用いて行な
うことができる。
上記第1実施例によれば、加熱開始又は停止時における
焼結形熱電半導体の加熱源に対向する部分とその反対側
部分との温度差を耐熱キャップ2()を設(すだ、二と
1こより少なくすることかで゛きる。
このため、各焼結形熱電半導木に生じる熱歪を少なくし
てクラックの発生を防ぐことかで外る。なお、熱応答は
耐熱キャンプ20を設けたことにより遅れるが、この熱
発電素子は主として電力を充分取出す目的で使用される
ものであり、電力としては定常温度(平衡)に至った時
点が重視されるから問題はない。
第5図は、本発明の熱発電素子の12実施例を示す。こ
の図において、VL粘結形発電素子は、焼結形P型熱電
半導体1及び焼結形N型熱電半導木2を略(1字状に直
接接合し、両生導体の脚部端を耐熱接着剤を介し取(=
I金具3に固着し、さらに両生導体を接合した先端側を
覆う如く熱的緩i!Ii1部材としての耐熱コーティン
グ剤21を塗1;jシた(Iη造である。ここで、耐熱
コーティング剤21の祠貿は、アルミナ等のセラミック
である。この場合にもml実施例の場合と同様の効果を
初ることができる。
第6図は、本発明の熱発電素子の第3実施例を示す。こ
の図において、焼結形態発電素子は、焼結形F)型熱電
半導体1及び焼結形N型熱電半導体2を略U字状に熱伝
導の良好な金属部分30を介して按合し、両生導水の脚
部端をill・I熱接着剤を介し取イマ]金兵3に固着
した構造である。、ニニで、金属部分30は、熱電半導
体1,2をFe5i2(β相)で構成する場合、先端部
分のみ900 °c以−1=で焼入れしてα化(すなわ
ち金属化)することにより容易にイi)られる。
」1記第3実施例の構成によれば、炎で加熱される部分
は熱伝導のよい金属部分30となっているか呟加熱開始
又は停止時における加熱源に対向する部分とその反対側
部分との間に生しる過渡的温度差は少なく、クランクの
発生をII)j +l することができる。
第7図は、本発明の熱発電素子の第4’)、1ini例
を示す。この図において、焼結形態発電素子は、焼結形
P型熱電半導体1及び焼結形N型熱電半導体2を略U字
状に直接接合する如く加圧成型して焼成するが、加圧成
型の際高温側となる先端部分に金属微粉31を混入して
熱伝導の良好な複合祠料部分32を形成しておく。この
場合、金属微粉31としては4状のものがとくに望まし
い。なお、各半導体脚部端は取(=1金具3に固定され
ている。
」1記第4実施例の構成によれば、炎で加熱される部分
は熱(云専のよい複合4・A料部分32となっているか
ら、加熱開始又は停止時における加熱源に対向する部分
とその反j=J側部分との間に生しる過渡的温度差は少
なく、クラックの発生を防止することか′でとる。
第8図及び第5〕図は、本発明の熱発電素子の第5実施
例を示1.これらの図において、焼も11形熱発電素子
は、焼結形P型熱電半導1+1及び焼結形N型熱電半導
体2を略U字状に直接接合し、両)1′。
導体の脚部端を耐熱核Xf剤を介し収イ・j8具3に固
着し、さらに両生々゛i木を接合した先端側、すなわち
、炎で加熱される高温側端部の内周に円形穴状部11(
)を形成した構造である。ここで、前記高温側端部の先
端外周面の曲率半径I<、 と内周面の曲率半径R2と
の差をできるだけ小さくすることにより、好結果が1q
られる。
上記第5実施例によれば、加熱開始又は停止時における
焼結形熱電半導本の加熱源に対向する部分とその反ヌ月
111)部分との温度差を、円形穴状部4()を設けて
炎の上側への通りを良くすることによって少なくするこ
とができる。このため、’fJ3Q Ii’i形熱電半
導木半導じる熱歪を少なくしてクラックの発生を防ぐこ
とができる。
第10図は、本発明の熱発電素子の第6実施例を示す。
この図において、焼結形態発電素子は、焼結形P型熱電
半導体1及び焼結形N型熱電半導体2を略し字状にif
(接接合し、両゛1′導体の脚部端を耐熱接着剤を介し
取1;I金具3に固着し、さらに両生導体を接合した高
温側端部の先端外周面に溝・・11を複数本形成したも
のである。
上記第6実施例によれば、加熱開始又は停止時における
焼鳥11形熱電半導木の加R檜1!;(に対向する部分
とその反対’ 11111部分との温度差を溝・・11
を形成して先端にも炎のがげの部分を作ることによって
少なく針ることかできる。巷力充掬モ路鳴一層喚W電以
上説明したように、本発明によれは’JR; Ii’l
形1)型熱電半導体と焼結形N型熱電半導体とを直接も
しくは導電体を介して接合した構成において、加熱開始
又は停止時における前記半導体又は導電体の加熱を原に
対向する部分とその反対側(f(’、分との温度差を少
なくする構造を採用したので、各焼結形熱電半導木に生
じる熱歪を少なくしてクラックの発生の防止を図った熱
発電素子を1)することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は基本的な熱発電素子の構成を示す斜視図、第2
図は過渡的な温度」ニガを測定するための構成を示す正
面図、d53図は第1図の熱発電素子におけるA点と1
3点の温度を測定したグラフ、第4図は本発明に係る熱
発電素子の第1実施例を示す斜視図、第5図は本発明の
第2天施例を示す斜視図、ill’SG図は本発明の第
:(実施例を示す斜視図、第7図は本発明の第4実施例
を示す♀゛II視図PJΣ;図は本発明の第5実施例を
示す斜視図、第9図は同羽面図、第10図は本発明の第
6実施例を示1斜視図である。 1・・・焼結形P型熱電半導体、2・・・焼結形N型熱
電半導木、;)・・・収f=I金只、2o・・・耐熱キ
1−ノブ、21・・・耐熱コーティング剤、3o・・・
金属部分、31・・・金属微粉、32・・・複合祠料部
分、4. fi)・・・円形穴状部、41・・・27ろ
。 特+i’l出j煩人 ティーディーケイ株式会社 代理人 弁理士 村 刀 隆 第3図 日今閲(禾グラ 第9図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)焼結形P型熱電半導体と焼結形N型熱電半導体と
    を直接もしくは導電体を介して接合した熱発電素子にお
    いて、加熱開始又は停止時における加熱源に対向する前
    記半導体又は導電体部分とその反対側部分との温度差を
    少なくする構造としたことを特徴とする熱発電素子。
  2. (2)前記焼結形P型熱電半導体と焼結形N型熱電半導
    体との接合部分を覆う熱的緩iΦj部材を設けて前記温
    度差を少なくした特許請求の範囲第1項記載の熱発電素
    子。
  3. (3)前記焼結形P型熱電半導体と焼結形N型熱電半導
    体とを接合する前記導電体を熱伝導の良好な材質で構成
    して前記温度差を少なくした特許請求の範囲第1項記載
    の熱発電素子。
  4. (4)前記焼結形P型熱電半導体と焼結形N型熱電半導
    体との接合部分の外周面の曲率と内周面の曲率の差を小
    さくして前記温度差を少なくした特許請求の範囲第1項
    記載の熱発電素子。
  5. (5) 前記焼結形P型熱電半導体と焼結形N型熱電半
    導体との接合部分の外周面に溝を形成して前記温度差を
    少なくした特許請求の範囲tjr、1項記載の熱発電素
    子。
JP58137788A 1983-07-29 1983-07-29 熱発電素子 Pending JPS6030187A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8990595B2 (en) 2012-03-28 2015-03-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power supply control device
JP2019091826A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、及び移動体
JP2019091825A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、及び移動体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8990595B2 (en) 2012-03-28 2015-03-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power supply control device
JP2019091826A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、及び移動体
JP2019091825A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、及び移動体

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