JPS61284976A - 熱電気変換素子 - Google Patents
熱電気変換素子Info
- Publication number
- JPS61284976A JPS61284976A JP60125042A JP12504285A JPS61284976A JP S61284976 A JPS61284976 A JP S61284976A JP 60125042 A JP60125042 A JP 60125042A JP 12504285 A JP12504285 A JP 12504285A JP S61284976 A JPS61284976 A JP S61284976A
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- JP
- Japan
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- heat source
- high heat
- type semiconductor
- temperature
- approx
- Prior art date
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）産業上の利用分野
ゼーベック効果を原理とする熱電気変換素子の開発は古
くからなされている。最近そのユニット化の技術が開発
され、比較的大電力が得られる様になってきた。宇宙開
発、海洋開発、僻地用、廃熱利用等の電源、バッテリ・
チャージャーなどとして広い分野に於いて熱電気変換素
子の製品化が注目されている。この熱電気変換素子は温
度センサーとしても既に実用化されている。
くからなされている。最近そのユニット化の技術が開発
され、比較的大電力が得られる様になってきた。宇宙開
発、海洋開発、僻地用、廃熱利用等の電源、バッテリ・
チャージャーなどとして広い分野に於いて熱電気変換素
子の製品化が注目されている。この熱電気変換素子は温
度センサーとしても既に実用化されている。
更に上記の素子に電力を加えることによって。
ペルチェ効果を利用し、電気エネルギーを熱エネルギー
に変換し、電気・熱変換冷凍素子としての利用も実用化
されている。
に変換し、電気・熱変換冷凍素子としての利用も実用化
されている。
（２）従来の技術
従来から知られているペルチェ効果を利用した熱電気変
換素子の原理的構造図全第２図に示す。６はＮ型半導体
素子、７はＰ型半導体素子を示し、Ｎ型半導体６はアル
ミニウムのような熱伝導体８と９で挾まれＰ型半導体７
は同様の熱伝導体９と１０で挾み熱伝導体９に高熱源を
与え８，９に冷熱源を与えるとき熱伝導体９と８（又は
１０）ラミ極として両電極間に電力を発生さすものであ
る。この場合、Ｐ型半導体とＮ型半導体は電気的には直
列に、熱的には並列に接続されている。Ｎ型半導体とし
てはＢ１２（ＴｅＳｂ）３゜Ｐ型半導体としては（Ｓｂ
Ｂｉ ）、 Ｔｅ３ ｆ熱電気変換素子とするとき変換
効率が最も大きいことが知られている。しかし、この基
本組成り Ｉ２ Ｔ ｅ ３は非常に脆く成形が困難で
ある。また熱電気変換素子をユニット化するには素子を
小さくする必要がある。素子を小さくすると高熱源側と
低熱源側との温度差を大きくすることが困難となる。
換素子の原理的構造図全第２図に示す。６はＮ型半導体
素子、７はＰ型半導体素子を示し、Ｎ型半導体６はアル
ミニウムのような熱伝導体８と９で挾まれＰ型半導体７
は同様の熱伝導体９と１０で挾み熱伝導体９に高熱源を
与え８，９に冷熱源を与えるとき熱伝導体９と８（又は
１０）ラミ極として両電極間に電力を発生さすものであ
る。この場合、Ｐ型半導体とＮ型半導体は電気的には直
列に、熱的には並列に接続されている。Ｎ型半導体とし
てはＢ１２（ＴｅＳｂ）３゜Ｐ型半導体としては（Ｓｂ
Ｂｉ ）、 Ｔｅ３ ｆ熱電気変換素子とするとき変換
効率が最も大きいことが知られている。しかし、この基
本組成り Ｉ２ Ｔ ｅ ３は非常に脆く成形が困難で
ある。また熱電気変換素子をユニット化するには素子を
小さくする必要がある。素子を小さくすると高熱源側と
低熱源側との温度差を大きくすることが困難となる。
従来はそのために、冷熱源側に大掛りな放熱装置を取り
付けている。
付けている。
（３）発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、脆い小さな素子から作られるＮ型及び
Ｐ型半導体熱電気変換素子を用いてしかも容易に温度差
をつけ得る新しい構造を得て大電力発電用熱電気変換素
子ユニラミ製品化するだめの基本素子をつくり出すこと
にある。
Ｐ型半導体熱電気変換素子を用いてしかも容易に温度差
をつけ得る新しい構造を得て大電力発電用熱電気変換素
子ユニラミ製品化するだめの基本素子をつくり出すこと
にある。
代表的な熱電気変換素子ユニットの１つとしてＢｉ２
（ＴｅＳｂ）３と（ＳｂＢｉ）２Ｔｅ、のＮ型およびＰ
型半導体素子を作製するために本願発明者は上記の夫々
の粒末を適当な温度で焼結し４ｘａｘ１（ａ＋）
′の板に切断した。この素子を電気的には直列に。
（ＴｅＳｂ）３と（ＳｂＢｉ）２Ｔｅ、のＮ型およびＰ
型半導体素子を作製するために本願発明者は上記の夫々
の粒末を適当な温度で焼結し４ｘａｘ１（ａ＋）
′の板に切断した。この素子を電気的には直列に。
熱的には並列に結合し、２枚の熱伝導板（材質アルミニ
ウム）に挾み、ユニット化を試みた。
ウム）に挾み、ユニット化を試みた。
その形状は目的に応じて異なるものもあるが。
画然伝導板の間隙は約６１１ａｌとした。上述のＢｉ２
Ｔｅ３を基本組成とする素子は非常に脆いため従来のユ
ニットの構造では、これ以上、素子の厚みを増すことは
むずかしい。ユニットの厚みが薄いためにアルミニウム
熱伝導板を通して、素子の両先端の温度差を約２００℃
にするためには１両熱伝導板の表面温度差全３００℃以
上まで上げねばならない。この温度差を厚み６ｍｍの処
で作り出すためには冷熱源側の熱伝導板に大規模の放熱
板（又は装置）をつけなければならない。
Ｔｅ３を基本組成とする素子は非常に脆いため従来のユ
ニットの構造では、これ以上、素子の厚みを増すことは
むずかしい。ユニットの厚みが薄いためにアルミニウム
熱伝導板を通して、素子の両先端の温度差を約２００℃
にするためには１両熱伝導板の表面温度差全３００℃以
上まで上げねばならない。この温度差を厚み６ｍｍの処
で作り出すためには冷熱源側の熱伝導板に大規模の放熱
板（又は装置）をつけなければならない。
上述の様に従来のこの種の熱電気変換素子およびそれに
よって構成されるユニットがその機能を果すためには、
新たに、冷却放熱のためにエネルギーが投入されなけれ
ばならない。これは廃熱を利用するという本来の目的に
反する。
よって構成されるユニットがその機能を果すためには、
新たに、冷却放熱のためにエネルギーが投入されなけれ
ばならない。これは廃熱を利用するという本来の目的に
反する。
（４）問題点を解決するだめの手段
本発明は従来の熱電気変換素子の構造に新しい観念を導
入し高熱源と冷熱源の接触部を分離しこの接触部の温度
差を容易につけられる構造にしたものである。一般に示
差熱を測定する場合、２つの熱電対を直列に結線し、２
箇所の温度を測定する。本発明はこの原理にヒンＩｆ得
たものでＮ型半導体とＰ型半導体からなる基本素子を２
組作シ、その間を金属線材で結合したものでちる。即ち
本発明はＰ型半導体とＮ型半導体全圧接固定したＰＮ接
合体を２対またはそれ以上電気的に直列に結合してＰＮ
ユニツＩｆ構成し、前記ＰＮ接合体間を高熱源と冷熱源
に分離して設置するに当り、高熱源の温度と冷熱源の温
度とが互に干渉しないように充分な距離金離して前記Ｐ
Ｎ接合体間を金属導体によって結合することを特徴とす
る熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するもので
ある。また逆にＰＮユニットに電力を加え電気的エネル
ギー全高温源と低温源に分離して得ることができる電気
熱変換装置である。
入し高熱源と冷熱源の接触部を分離しこの接触部の温度
差を容易につけられる構造にしたものである。一般に示
差熱を測定する場合、２つの熱電対を直列に結線し、２
箇所の温度を測定する。本発明はこの原理にヒンＩｆ得
たものでＮ型半導体とＰ型半導体からなる基本素子を２
組作シ、その間を金属線材で結合したものでちる。即ち
本発明はＰ型半導体とＮ型半導体全圧接固定したＰＮ接
合体を２対またはそれ以上電気的に直列に結合してＰＮ
ユニツＩｆ構成し、前記ＰＮ接合体間を高熱源と冷熱源
に分離して設置するに当り、高熱源の温度と冷熱源の温
度とが互に干渉しないように充分な距離金離して前記Ｐ
Ｎ接合体間を金属導体によって結合することを特徴とす
る熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するもので
ある。また逆にＰＮユニットに電力を加え電気的エネル
ギー全高温源と低温源に分離して得ることができる電気
熱変換装置である。
（５）作用
金属導体例えば金属棒を長くすることにより高熱源と冷
熱源間の距離を高熱源の温度と冷熱源の温度を実質的に
相互に干渉しないようにして温度差を得ることができる
。従って高温と冷温の温度差を高く保つことができ、効
率のよい熱電気変換装置を得ることができる。
熱源間の距離を高熱源の温度と冷熱源の温度を実質的に
相互に干渉しないようにして温度差を得ることができる
。従って高温と冷温の温度差を高く保つことができ、効
率のよい熱電気変換装置を得ることができる。
（６）実施例
第１図は本発明による熱電気変換素子のユニットの構造
を示す。約７φ×５φ×１鴎の形状を有するＮ型半導体
Ｂｉ２ （ＴｅＳｂ）３２と同形のＰ型半導体（ＳｂＢ
ｔ）２ Ｔｅ３３を石英の円管４の中に２つ重ね合せて
圧入し、更にその両端を金属円板１゜１′で押え閉管す
る。これを約５００°Ｃで加熱し乍ら静水圧で加圧する
。以上の様にして作られたＰＮ接合体２組の夫々の金属
円板１ 、１’ ｉ ３■φの金属棒で結合し一方の高
熱源（温度２１０℃）に、他方を冷熱源（２０℃）の中
に夫々分離して挿入し１円板１，１ヲ両電極として電圧
計Ｖに接続した。
を示す。約７φ×５φ×１鴎の形状を有するＮ型半導体
Ｂｉ２ （ＴｅＳｂ）３２と同形のＰ型半導体（ＳｂＢ
ｔ）２ Ｔｅ３３を石英の円管４の中に２つ重ね合せて
圧入し、更にその両端を金属円板１゜１′で押え閉管す
る。これを約５００°Ｃで加熱し乍ら静水圧で加圧する
。以上の様にして作られたＰＮ接合体２組の夫々の金属
円板１ 、１’ ｉ ３■φの金属棒で結合し一方の高
熱源（温度２１０℃）に、他方を冷熱源（２０℃）の中
に夫々分離して挿入し１円板１，１ヲ両電極として電圧
計Ｖに接続した。
（力発明の効果
上述の様な構造をもつ本発明によって両電源の温度差を
約２００℃にすることができた。
約２００℃にすることができた。
Ｂ１２（ＴｅＳｂ）、−（ＳｂＢｉ）、Ｔｅ３の構造を
もつ本発明による熱電気変換素子と同様の構造をもつ従
来例との出力電圧と両面温度差を比較すると下記表のよ
うになった。
もつ本発明による熱電気変換素子と同様の構造をもつ従
来例との出力電圧と両面温度差を比較すると下記表のよ
うになった。
この表によれば本発明は従来例に比し高熱源温度を著し
く低くすることができる。
く低くすることができる。
以下余日
第１図は本発明による熱電気変換素子の構造を、第２図
は従来の熱電気変換素子の構造を示す。 図において 】：金属円板（電極端子）１′：金属円板２：Ｎ型半導
体素子 ３：Ｐ型半導体素子４：石英（ガラス）管 ５：高熱源側素子と冷熱源側素子との結合金属導体
は従来の熱電気変換素子の構造を示す。 図において 】：金属円板（電極端子）１′：金属円板２：Ｎ型半導
体素子 ３：Ｐ型半導体素子４：石英（ガラス）管 ５：高熱源側素子と冷熱源側素子との結合金属導体
Claims (2)
- （１）Ｎ型半導体とＰ型半導体を接触固定したＰＮ接合
体を、２対またはそれ以上電気的に直列に結合してＰＮ
ユニットを構成し前記ＰＮ接合体間を高熱源と冷熱源に
分離して設置するに当り高熱源の温度と冷熱源の温度と
が互に干渉しない程度に充分な距離を置いて前記ＰＮ接
合体間を金属導体によって結合したことを特徴とする熱
電気変換素子。 - （２）Ｎ型半導体とＰ型半導体を２対またはそれ以上電
気的に直列に接続したＰＮユニットに電力を供給し高熱
源と冷熱源を分離して得ることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の熱電気変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60125042A JPS61284976A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 熱電気変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60125042A JPS61284976A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 熱電気変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61284976A true JPS61284976A (ja) | 1986-12-15 |
Family
ID=14900397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60125042A Pending JPS61284976A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 熱電気変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61284976A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5288336A (en) * | 1988-11-18 | 1994-02-22 | Dr. Harold Aspden | Thermoelectric energy conversion |
| WO2002101912A1 (fr) * | 2001-06-07 | 2002-12-19 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Dispositif a effet thermoelectrique, systeme direct de conversion d'energie, et systeme de conversion d'energie |
| JP2009016831A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Gerhard Span | 熱電素子、これを有する熱電発電機、熱電冷却器、及び熱電素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-06-11 JP JP60125042A patent/JPS61284976A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5288336A (en) * | 1988-11-18 | 1994-02-22 | Dr. Harold Aspden | Thermoelectric energy conversion |
| WO2002101912A1 (fr) * | 2001-06-07 | 2002-12-19 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Dispositif a effet thermoelectrique, systeme direct de conversion d'energie, et systeme de conversion d'energie |
| US7812246B2 (en) | 2001-06-07 | 2010-10-12 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Thermoelectric effect device, energy direct conversion system, and energy conversion system |
| JP2009016831A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Gerhard Span | 熱電素子、これを有する熱電発電機、熱電冷却器、及び熱電素子の製造方法 |
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