JPS63253677A - 多層熱電変換装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、多層熱電変換装置に関し、特に部品点数が
少なく、かつ、組立工数を削減して安価に製作し得る多
層熱電変換装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の熱電変換装置、とりわけサーモモジュー
ルと称される冷却装置、あるいは発熱装置は、当該装置
に直流電流を流すことにより一方の側を冷却、他方の側
を発熱させるように構成されている。

そして当該装置の冷却能力を高めるために、第３図に示
すような構成で個々の熱電変換素子を絶縁平板２を介し
て多段化したり、また第４図に示すような構成で熱電変
換素子を金属接続片８を介して多層化している。

すなわち、第３図に示す構造のものは、多数個の熱電変
換素子１ａ、ｌｂを多段化するに際し、絶縁平板２を中
間°に用い、この絶縁平板２の表、裏画面において互い
に分離された金属接続片３゜３により隣接位置のｎ型お
よびｐ型線電変換素子ｌａ、ｌｂを直列に接続するよう
に構成されている。

また、多段化した上、下の最外側には電気絶縁層、ある
いは絶縁平板４，５が配置され、これらの絶縁平板４，
５の内側で前記金属接続片３，３と同様に良導体からな
る金属接続片６，７によりｐ型およびｐ型部電変換素子
１ａ、ｌｂが直列になるように接続されている。

第４図に示した構造の熱雷変換装置は、例えば特開昭５
６−１６９３８０号公報に示された構造のものであるが
、この構造のものも多数個のｐ型およびｐ型部電変換素
子１ａ、ｌｂを多層化するに際し、その中間部に配置し
た金属接続片８を介して多層化するようにしている。

なお、第４図における他の構成部分で、第３図と同一構
成部分には同一符号が付しである。

次に、上記第３図のように構成の熱電変換装置の動作に
ついて説明する。

まず、電流■が第１段目の金属接続片７ａに流れると、
直列接続されたｐ型およびｐ型部電変換素子１ａ、ｌｂ
を順次横方向に通過し、その端部に配置された当該熱電
変換素子１ａを介して直流電流■が第２段目、すなわち
図示の上段へと流れて行く。この時、第１段目の下面で
発熱、他方、第１段目の上面で吸熱が生じる。

そして、第２段目の下面では発熱するが、第１段目の吸
熱面で吸熱し、第２段目の上面の吸熱面の温度を下げる
ので、ここではさらに温度が下がり、結局、吸熱能力が
一段の場合よりも上昇することになる。

次に、第４図に示す熱電変換装置においても上記第３図
に示す熱電変換装置と同様な動作が行なわれるが、直流
電流Ｉが中間部の金属接続片８に図示のように流れると
、第１層目図示の下段の下面で発熱、が生じ、第２Ｊ！
！目の上面では吸熱作用が生じ第３図で説明したものと
同様の理由で第１層のみのものよりも発熱、または冷却
能力は大きくなる。

なお、上記の熱電変換装置は、発熱作用を行なうものと
して説明したが、もちろん発電装置としても使用するこ
とが可能である。

［発明か解決しようとする問題点］ 従来の熱電変換装置は、上記のように構成され、特に、
第３図に示す構造の熱電変換装置では、ｐ型およびｐ型
部電変換素子１ａ、ｌｂを１個づつ金属接続片３，３に
接続しながら多層化していかなければならずしなければ
ならず、また、絶縁平板２，４．５も３枚必要になり、
さらに前記金属接続片３の数も多くなり、部品点数、組
立工数がかかり製作原価が高くなるという問題点があっ
た。

第４図の構造の熱電変換装置にあっても中間部の金属金
属接続片８および上、下の金属接続片６゜７を介してｐ
型およびｐ型部電変換素子１ａ、１ｂを直列に接続して
行くため、多くの部品点数および組立工数を必要とし、
前記同様に製作原価が高くなるなどの問題点があった。

［発明の目的］ この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、部品点数および組立工数を削減し、安価に
製作し得る多層熱電変換装置を提供することを目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る多層熱電変換装置は、ｐ型およびｐ型の
半導体からなる熱電変換材のそれぞれを、金属接合層を
介して多層化して多層熱電変換材とし、この多層熱電変
換材を垂直に所定の寸法になるように切断して個々のｐ
型およびｐ型多層熱電変換素子とし、これらｐ型および
ｐ型多層熱電変換素子が横方向に交互に配置され、その
隣接する熱電変換素子の上、下両端面をｐ型およびｐ型
が交互になるように良導体からなる金属接続片で直列に
接続するとともに、この金属接続片を有する一対の絶縁
平板とを上下に配置したものである。

［作用］ この発明の多層熱電変換装置にあっては、まず、金属接
合層を介して多層化した熱雷変換素子を作ることにより
、その後のモジュール化の製作工程が簡素化され、部品
点数、組立工数とも大幅に削減されるため、製作原価が
安価となる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図は、この発明の多層熱電変換装置の概略を示す構
成図、第２図は、上記多層熱電変換装置の製造工程図で
ある。

そこで、第２図に基ついてその製造工程を説明すると、
まず第２図（ａ）に示すように、厚さが均一で、かつ、
上、下に平行平面を有するように製作されたｎ型および
ｐ型半導体からなる熱電変換素材１ａ、ｌｂをそれぞれ
複数個用意する。

この熱雷変換素子は、例えばＢ　１−Ｔｅ系熱電変換素
材である。

また、上記の熱電変換素材１ａ、ｌｂの上、下面は必要
に応して、例えばＮｉ−Ａｕ系、Ｂｉによりメタライズ
されている。

次に、第２図（ｂ）に示すようにｎ型およびｐ型の同型
の熱電変換素子１ａ、ｌａおよびｌｂ、１ｂを金属接合
層９を介して接合し、多層熱電変換材１０を形成する。

この多層熱電変換材１０の金属接合層９は導電性金属と
適当なろう材、あるいは適当な接着材を用いて形成され
る。

次いで、第２図（Ｃ）に示すように上記の工程を経て形
成された多層熱電変換材ｌＯの上、下の平行平面に対し
て垂直になるように、ワイヤーソー等を用いて切断し、
個々の多層熱電変換素子１１を得る。

次に、上記のようにして得られた多層熱電変換素子１１
を用いて第１図に示す構造の多層熱雷変ＩｆＡ装置を製
作する。

すなわち、多層熱電変換素子１１の上、下の平行モ面を
挟むように絶縁平板４，５が配置される。

この絶縁平板４．５は、その内側に互いに分離された良
導電性の金属接続片６，７を有し、例えばＣｕまたはＮ
ｉ等の金属接続片６，７を備えたアルミナ基板からなる
。

こうして、上、下の絶縁平板４，５問に金属接続片６，
７によりｎ型およびｐ型多層熱電変換装素子１１が交互
に、かつ直列に、適当なろう材若しくは接着材を用いて
接続され、所期の多層熱電変換装置が製作される。

上記のようにして製作した多層熱電変換装置を例えば冷
却装置として使用する場合には、当該装置に直流電流を
流すことにより、一方の絶縁平板側では発熱作用が生じ
、他方の絶縁平板側では冷却作用が生じるので、この冷
却作用側を使用するこて所期の目的を達成し得ることに
なる。

上記の場合、熱雷変換素子を多層化した構造であるため
、両絶縁平板間の温度差が大きくなり、単層の場合に比
較して、はるかに冷却能力を向上させることかできる。

しかも、この構造を形成するに際し、あらかしめ個々の
多層熱電変換素子を形成することなく、最初に取扱い容
易な寸法の多層熱電変換材を金属接合層を介して形成し
、しかる後に個々の多層熱電変換素子に切断するように
したので、効率的に、かつ、安価に多層熱電変換装置を
製作することができる。

なお、上記の実施例では冷却装置として使用する場合に
ついて説明したが、もちろん発熱装置として使用するこ
ともできる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によればｎ型およびｐ型半導体
からなる熱電変換素材をそれぞれ金属接合層を介して接
続して多層化し、その後に所定の寸法の個々の多層熱電
変換素子に切断し、この多層熱電変換素子を用いて一対
の絶縁平板間に金属接続片により直列接続して構成され
るため、絶縁平板も２枚で済み、また多層化する際にも
従来のように、中間部の金属接合層を個々に設ける必要
がなくなり、大幅に部品点数、組立工数を削減でき、そ
のため安価に製作することができるなどの優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の多層熱電変換装置の概略を示す構
成図、第２図は、上記多層熱電変換装置の製造工程図、
第３図および第４図は、従来の多層熱電変換装置の概略
を示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ型およびｐ型半導体から構成され、かつ、上、下に平
   行平面を持つ熱電変換材のそれぞれを、金属接合層を介
   して積層して多層化した多層熱電変換材と、この多層熱
   電変換材を当該平行平面に対して垂直に所定の寸法に切
   断して得られた個々のｎ型およびｐ型多層熱電変換素子
   と、これらｎ型およびｐ型多層熱電変換素子が交互に配
   置され、その隣接する前記熱電変換素子の上、下両端面
   をｎ型およびｐ型が交互に直列に接続される良導体から
   なる互いに分離された金属接続片と、この金属接続片を
   対向面に有する一対の絶縁平板とを備えたことを特徴と
   する多層熱電変換装置。