WO1997013284A1 - Thermoelectric device and thermoelectric cooler/heater - Google Patents

Thermoelectric device and thermoelectric cooler/heater Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric element using a thermoelectric semiconductor element, such as a thermoelectric chip having flexibility, a thermoelectric unit, a thermoelectric module and a thermoelectric sheet, and a cooling / heating device (cooling device or heating device) using the same. Heat equipment).
  • a thermoelectric semiconductor element such as a thermoelectric chip having flexibility, a thermoelectric unit, a thermoelectric module and a thermoelectric sheet, and a cooling / heating device (cooling device or heating device) using the same. Heat equipment).
  • thermoelectric elements using thermoelectric semiconductor elements made of bismuth 'tellurium-based, iron-silicon-based or cobalt'-antimony-based compounds are used in cooling devices, thermoelectric generators, and the like. These thermoelements do not use liquids or gases, are space-saving, have no rotational wear, and are useful as cooling heat sources that require no maintenance.
  • thermoelectric elements In general, two types of thermoelectric elements, ⁇ -type and ⁇ -type, are arranged alternately, and the thermoelectric elements are joined to the electrodes by solder to form an r-type series circuit.
  • the configuration in which the thermoelectric semiconductor element and the metal electrode are sandwiched between ceramic substrates having a metal film is widely used as a thermoelectric module.
  • thermoelectric module 31 has n- type thermoelectric semiconductor elements and P-type thermoelectric semiconductor elements 32 arranged alternately. (In FIG. 22, only the rightmost one is numbered to represent a plurality of thermoelectric semiconductor elements.)
  • the thermoelectric semiconductor element 32 is alternately connected to the electrode 33 on the upper side and the lower side, and finally all the elements are connected in series.
  • the connection between the electrode 33 and the thermoelectric semiconductor element 32 is performed by soldering.
  • the upper electrode 33 and the lower electrode 33 are bonded to a ceramic substrate 34 metalized with a metal such as copper or nickel to fix the whole.
  • the thermoelectric element made in this way is usually called a thermoelectric module.
  • thermoelectric elements are used in cooling devices.
  • Thermoelectric modules have a wide range of uses, including cooling refrigerators for computers such as computers and semiconductor lasers.
  • thermoelectric semiconductor element used for this thermoelectric module has a problem that it is easily divided at a cleavage plane of a crystal. For this reason, conventionally, grown single crystals are first sliced, and sliced crystals are diced into square shaped pieces with a size of about 1.5 mm x 1.5 mm x 2 mm, which are used for thermoelectric modules. . Since it is easy to be divided at the cleavage plane of the crystal, usually the thermoelectric semiconductor elements in a square shape are manually arranged with tweezers on a ceramic substrate treated with a thin metal film, and then soldered to the metal electrodes are doing. For this reason, thermoelectric modules are extremely rigid and inflexible.
  • thermoelectric module rigid without flexibility and flexibility.
  • size of the thermoelectric semiconductor element itself is as small as 1.5 mmxl.5 mmx2 mm, and therefore, the size of the thermoelement sold as a product itself is at most about 40 x 40 mm or 6 mm. It is very small, about 0 X 60 mm.
  • thermoelectric semiconductor elements are easily broken, and thermoelectric modules with a high mounting density of thermoelectric semiconductor elements on a ceramic substrate have been manufactured.
  • the area in which the thermoelectric semiconductor elements are arranged that is, the cooling or heating area is reduced, and the efficiency of cooling or heating a large area is extremely low.
  • the auxiliary equipment for the heat sink fan for heat dissipation becomes large.
  • the conventional thermoelectric module 31 has a sandwich structure constituted by ceramic substrates 34 above and below the thermoelectric module, and the upper and lower substrates 34 are used as modules. It supports the structure. Therefore, there is also a problem that the thermoelectric element as a whole is thick and the heat conduction efficiency is not good.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei. 3-137462 discloses a technique for arranging a thermoelectric semiconductor element on an insulating film substrate.
  • the arrangement density of thermoelectric semiconductor elements is considerably high.
  • a pressure vessel is provided on the heat-absorbing side, the cooling / heating device is rigid.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-220275 discloses flexibility and heat resistance. It discloses a technology in which a copper plate is attached to a resin sheet to form an electrode, and a thermoelectric semiconductor element is attached to this electrode. According to this technology, the completed thermoelectric module is firmly soldered to a board on resin, so that it is rigid and inflexible as a whole.
  • thermoelectric semiconductor elements are arranged and mounted at a high density, so that the entire thermoelectric element lacks flexibility.
  • both of them cited the improvement of the heat transfer efficiency as their effect, but did not disclose the technology regarding the flexible cooling and heating element.
  • the present invention provides a thermoelectric semiconductor chip unit, a thermoelectric unit, and a thermoelectric module in which a thermoelectric semiconductor crystal is difficult to be divided at a cleavage plane.
  • thermoelectric chip unit a thermoelectric unit, a thermoelectric module and a thermoelectric sheet having flexibility or the like.
  • the present invention provides a cooling / heating device having such features that a large cooling / heating area can be taken, auxiliary equipment for heat radiation is small, and the present invention can be applied to an object having a complicated shape. It is. Disclosure of the invention
  • thermoelectric chip unit comprises the same number of n-type thermoelectric semiconductor elements and P-type thermoelectric semiconductor elements, and one chip substrate, and the n-type thermoelectric semiconductor element and the P-type thermoelectric semiconductor element It is fitted and held on the chip substrate.
  • thermoelectric chip unit has a structure in which a thermoelectric semiconductor element is fitted and held on a single chip substrate, so that a semiconductor chip is provided.
  • the feature is that the crystal is difficult to split at the cleavage plane. If the chip substrate is made of a hard insulator, the strength of the thermoelectric semiconductor element can be reinforced by the chip substrate. Further, if the chip substrate is made of a flexible insulator, a flexible thermoelectric chip unit can be obtained.
  • thermoelectric unit according to the present invention is obtained by connecting electrodes to the thermoelectric semiconductor element of the thermoelectric chip unit according to the present invention.
  • thermoelectric module according to the present invention has the thermoelectric unit according to the present invention covered with a flexible cover or mounted on a flexible sheet.
  • a cooling / heating device uses the thermoelectric module according to the present invention as a cooling / heating source.
  • the cooling / heating apparatus uses a thermoelectric sheet in which a conventional thermoelectric module is mounted on a flexible sheet at an interval. Since such a cooling and heating device has flexibility, it has good cooling and heating efficiency, and can be easily attached to an object having a complicated shape.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of the configuration of a thermoelectric chip unit according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view of an example of the configuration of the thermoelectric chip unit according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element used for manufacturing a thermoelectric chip unit.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a perforated insulating plate used for manufacturing a thermoelectric chip unit.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of an assembly jig used for manufacturing a thermoelectric chip unit.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state in which a perforated insulating plate is inserted into an assembling jig.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a thermoelectric semiconductor element is passed through a hole of a perforated insulating plate
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which the thermoelectric semiconductor element is cut together with the assembly jig.
  • Figure 9 is an enlarged view of the part to be cut
  • FIG. 10 is a diagram showing a thermoelectric chip unit with a grooved side plate obtained as a result of cutting
  • FIG. 11 is a front view showing an example of a thermoelectric unit.
  • FIG. 12 is a plan view and a front view showing another example of the thermoelectric unit.
  • FIG. 13 is a plan view and a front view showing still another example of the thermoelectric unit
  • FIG. 14 is a plan view and a front view showing still another example of the thermoelectric unit.
  • FIG. 15 is a plan view and a front view showing still another example of the thermoelectric unit.
  • FIG. 16 is a front view showing an example of a thermoelectric module
  • FIG. 17 is a plan view and a front view showing an example of a thermoelectric sheet.
  • FIG. 18 is a front view showing another example of a thermoelectric sheet.
  • FIG. 19 is a plan view showing still another example of the thermoelectric sheet
  • FIG. 20 is a plan view showing still another example of the thermoelectric sheet.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a belt-shaped cooling device
  • FIG. 22 is a front view showing the configuration of a conventional thermoelectric module.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of a thermoelectric chip unit according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view.
  • the thermoelectric chip unit 1 has a structure in which a thermoelectric semiconductor element 3 is fitted and held in a chip substrate 2.
  • the chip substrate 2 is made of a hard insulator made of ceramics or glass epoxy, or a flexible insulator such as plastic, rubber, or various elastomers. Further, when the thermoelectric semiconductor element 3 is made of a hard insulator, the strength of the thermoelectric semiconductor element 3 can be reinforced by the chip substrate 2. In addition, by using a flexible insulator, a flexible thermoelectric module can be manufactured.
  • thermoelectric semiconductor element 3 is made of a semiconductor single crystal such as bismuth tellurium having a small diameter of about 0.5 to 3.0 mm.
  • thermoelectric chip unit having a structure in which a thermoelectric semiconductor element is held by one chip substrate has not existed. Since it has a structure in which a thermoelectric semiconductor element is fitted and held in one chip substrate, the semiconductor crystal has a feature that it is difficult to be divided at a cleavage plane. In particular, when the chip substrate 2 is made of a material having flexibility, even when the chip substrate 2 is bent, the crystal is hardly divided. On the other hand, in the conventional thermoelectric module, the semiconductor crystal is held by two substrates, so that the substrate is bent. In this case, the crystal splits.
  • thermoelectric chip unit Next, a method of manufacturing the above-described thermoelectric chip unit will be described with reference to FIGS.
  • Fig. 3 to Fig. 5 show the materials and tools used in the manufacture of thermoelectric chip units.
  • the p-type needle-shaped single crystal 21 and the n-type needle-shaped single crystal 22 shown in FIG. 3 are both thermoelectric semiconductor elements having a length of 15 O mm and a diameter of 2 mm ( these thermoelectric semiconductor elements).
  • the p-type needle-shaped single crystal 21 and the n-type needle-shaped single crystal 22 shown in FIG. 3 are both thermoelectric semiconductor elements having a length of 15 O mm and a diameter of 2 mm ( these thermoelectric semiconductor elements).
  • Japanese Patent Application No. 6-333692 on 1/22/1992, and on September 22, 1995 It is manufactured by the method disclosed in the specification and drawings of the patent application as No. 7—2 7 6 7 5.
  • the diameter is as small as about 0.5 to 3.0 mm.
  • a cylindrical semiconductor crystal rod manufactured by this manufacturing method can be manufactured in comparison with a square semiconductor crystal manufactured by a conventional method. It was recognized that there was a feature that splitting at the
  • the material of the perforated insulating plate 23 shown in FIG. 4 differs depending on whether the chip substrate 2 shown in FIG. 1 is made of a hard insulator or a flexible insulator.
  • a hard insulating material for example, ceramic or glass epoxy can be used.
  • a flexible insulator plastic, rubber, various elastomers, and the like can be used.
  • the thickness shall be 0.3-0.5 mm, and V-shaped grooves (not shown) will be formed vertically near both sides.
  • the perforated insulating plate 23 is provided with a number of holes 24 for inserting a p-type needle-like single crystal 21 and an n-type needle-like single crystal 22.
  • the mounting density of the thermoelectric semiconductor elements can be appropriately adjusted. Also, depending on the number of holes and the number of columns and rows of the perforated insulating plate, It is possible to arbitrarily select the arrangement of the elements in the thermoelectric chip.
  • the assembly jig 25 shown in an exploded perspective view in FIG. 5 includes two grooved side plates 26 and one bottom plate 29. These are made of aluminum, and are fixed by passing a screw between the screw holes 28 and 28. Dozens of vertical grooves 27 are formed in the grooved side plate 26 at predetermined intervals, for example, at intervals of 2 to 3 mm. The aforementioned perforated insulating plate 23 is fitted into the groove 27.
  • a perforated insulating plate 23 is assembled inside the assembly jig.
  • the perforated insulating plate 23 is erected by fitting both ends of the perforated insulating plate 23 into the groove 27 formed in the vertical direction on the side surface of the grooved side plate 26.
  • the perforated insulating plate 23 is erected by fitting both ends of the perforated insulating plate 23 into the groove 27 formed in the vertical direction on the side surface of the grooved side plate 26.
  • the p-type acicular single crystal 21 and the n-type acicular single crystal 22 are passed through the hole 44 of the perforated insulating plate 23. At this time, the p-type and the n-type are passed alternately. Here, only one p-type acicular single crystal 21 is shown for convenience.
  • an adhesive such as polyamide is injected into the space formed by the assembling jig and several tens of perforated insulating plates 23, and the p-type acicular single crystal 21 and the n-type acicular single crystal 2 are injected. 2 and the perforated insulating plate 2 3 are bonded.
  • the p-type needle-like single crystal 21 and the n-type needle-like single crystal 22 bonded to the perforated insulating plate 23 with an adhesive are cut from a middle portion of the perforated insulating plate 23. Since the perforated insulating plate 23 and the assembling jig 25 are also fixed by the above-mentioned adhesive, cut as well as the assembling jig as shown in FIG. Cutting is performed by a wire.
  • FIG. 8 shows only two cut sections.
  • FIG. 9 shows an enlarged view of the cut portion. In addition, 97 / T / 6/0
  • thermoelectric chip units As shown in FIG. 10, the surfaces of the p-type acicular single crystal 21 and the n-type acicular single crystal 22 are actually covered with an adhesive. By this cutting, several tens of thermoelectric chip units as shown in FIG. 10 can be simultaneously formed. However, at this stage, since the grooved side plate 26 of the cut assembly jig and the perforated insulating plate 23 remain bonded, a force is applied to the grooved side plates 26 on both sides to position the V-shaped groove. The grooved side plate 26 is removed by folding at.
  • thermoelectric chip units shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured at the same time.
  • thermoelectric unit can be obtained by, for example, soldering electrodes to the thermoelectric semiconductor element of the thermoelectric chip unit manufactured in this manner ( and when the chip substrate of the thermoelectric chip unit is made of a flexible insulator).
  • the thermoelectric unit has flexibility, and the present inventor refers to a thermoelectric unit in which electrodes are connected to a thermoelectric unit, as a thermoelectric unit.
  • the electrode used for the thermoelectric unit it is possible to use a metal plate, for example, a copper plate or the like, which is usually used, and it is also possible to use a flexible electrode.
  • the flexible electrode include a thin metal plate such as a copper plate and a phosphor blue plate, a conductive rubber or plastic having a sufficiently small resistance compared to a thermoelectric semiconductor element, and a metal wire mesh. I can do it. As described above, when the flexible electrode is used, the flexibility of the thermoelectric unit itself is further increased.
  • thermoelectric unit 4 shows a side view of an example of a thermoelectric unit.
  • the thermoelectric unit 4 is formed by soldering an electrode 5 made of a thin copper plate to a thermoelectric chip unit in which an n-type thermoelectric semiconductor element and a p-type thermoelectric semiconductor element 3 are fitted into a flexible insulator chip substrate 2a. It was obtained. Of course, It is also possible to ship the product as it is. Since the electrode 5 used here is as thin as about 0.1 mm, it has sufficient flexibility. If the spacing between the thermoelectric semiconductor elements 3 is increased, the flexibility is further enhanced. The mounting density of the thermoelectric semiconductor elements 3 is actually determined as an optimum value in relation to the flexibility and the cooling and heating efficiency.
  • thermoelectric units can be produced by designing the arrangement of the holes 24 of the perforated insulating plate 23 described above. Examples are shown in FIGS. 12 to 15. In these figures, A is a plan view and B is a side view. In the plan view, “ ⁇ ” and “ ⁇ ” are used to distinguish p-type and n-type.
  • FIG. 12 is a thermoelectric unit in which six thermoelectric semiconductor elements are arranged in one row
  • FIG. 13 is a thermoelectric unit in which ten thermoelectric semiconductor elements are arranged in one row
  • FIG. 14 shows 14 thermoelectric semiconductor elements arranged in two rows
  • FIG. 15 shows ten thermoelectric semiconductor elements arranged in two rows.
  • FIG. 16 shows a thermoelectric module in which the thermoelectric unit of FIG. 11 is provided with an insulating cover.
  • the thermoelectric module 6 is sufficiently flexible in contrast to a rigid thermoelectric module having no flexibility at all.
  • the conventional thermoelectric module has a sandwich structure in which the thermoelectric semiconductor element is not fitted to the substrate but is sandwiched between the heat-absorbing substrate and the heat-radiating substrate.
  • a flexible insulator 7 is provided above and below the electrode 5 of the thermoelectric chip unit, and a flexible insulating cover or sheet 8 can be provided above and below the flexible insulator 7.
  • the flexible insulator 7 can also serve as a flexible sheet or cover.
  • the flexible insulating cover or, it also plays the role of a seat.
  • thermoelectric module can be obtained.
  • a flexible sheet other than the heat conductive silicon sheet may be used.
  • a wire net or a thin metal plate may be used on the thermoelectric module covered with the silicone sheet.
  • thermoelectric unit and the thermoelectric module described above can be sold individually as products, and can be directly used for various purposes. However, if these are processed into thermoelectric sheets, their commercial value will be further increased and their application range will be broadened.
  • a thermoelectric unit or a thermoelectric module By attaching a thermoelectric unit or a thermoelectric module to a flexible sheet, a flexible thermoelectric sheet can be obtained.
  • the present inventors refer to a thermoelectric element in which a thermoelectric unit or a thermoelectric module is mounted on an insulating sheet as a thermoelectric sheet.
  • FIG. 17A is a plan view
  • FIGS. 17B and 18 are front views.
  • FIG. 18 shows an example in which the sheet 11 is used on both the upper and lower surfaces
  • FIG. 17B shows an example in which the sheet 9 is used only on the lower surface and the cover 10 is attached on the upper surface.
  • thermoelectric sheet As described above, by using the flexible thermoelectric unit or the thermoelectric module according to the present invention, a flexible thermoelectric sheet can be obtained.
  • the flexible material used for the thermoelectric sheet may be a thin copper plate or a phosphor blue plate or a metal wire mesh.
  • a resin sheet having excellent heat conductivity, for example, a heat-conductive silicone sheet may be used.
  • plastics and elastomers can be used as appropriate.
  • thermoelectric sheet shows examples of the thermoelectric sheet, but the shape of the thermoelectric sheet is not limited to this.
  • Various forms of thermoelectric sheets can be made, such as those of various forms—thermoelectric units or those with different arrangement densities of thermoelectric modules.
  • thermoelectric sheet For example, if the spacing between the thermoelectric modules is increased, the flexibility of the thermoelectric sheet increases and the thermal efficiency also increases. For example, for cooling and heating boxes, conventionally, one or two thermoelectric modules of about 40 mm square are used. Since the thermoelectric module itself is small, it will be installed in a limited part of the box. Therefore, in order to keep the inside of the box at around 5, the temperature of the thermoelectric module itself must be lowered to about -5 and the box must be cooled or heated for a longer time due to the heat conduction of the aluminum-copper plate. No. On the other hand, in the thermoelectric unit of the present invention in which the mounting density of the thermoelectric unit or the thermoelectric module is reduced, the thermoelectric sheet itself can have a relatively large area.
  • thermoelectric sheet can be provided on the entire inner surface of the box, it is not necessary to extremely lower the temperature of the thermoelectric semiconductor element itself, and the desired temperature is reached in a short time.
  • the shape of the sheet can be made into various shapes.
  • the thermoelectric module does not have the flexibility according to the present invention, and a conventional thermoelectric module can be used. For example, in FIG. 19, five conventional thermoelectric modules 31 are arranged on a belt-shaped flexible sheet 9. Fig. 20 In the thermoelectric sheet, the shape of the sheet can be made various.
  • thermoelectric module does not have the flexibility according to the present invention, and a conventional thermoelectric module can be used.
  • a conventional thermoelectric module can be used.
  • five conventional thermoelectric modules 31 are arranged on a belt-shaped flexible sheet 9.
  • Fig. 20 shows a rectangular flexible sheet 9 in which eight conventional thermoelectric modules 3 are arranged in three rows.
  • the arrangement method can be freely selected in this way.
  • the shape of the sheet can be circular, concentric, triangular or star-shaped. The most suitable shape can be selected according to the object to be cooled.
  • thermoelectric sheet was previously unknown at all, and was first introduced by the present inventors. As shown in FIGS. 19 and 20, it is sufficiently possible to mount a conventionally known thermoelectric module on a flexible sheet and finish it as a thermoelectric sheet.
  • the thermoelectric element including the thermoelectric element known in the art and the thermoelectric element of the present invention can be processed into a thermoelectric sheet, which is expected to rapidly expand the application range of the thermoelectric semiconductor element.
  • Fig. 21 shows a specific example of a belt-shaped cooling / heating device that is wrapped around the head, arms, or legs of a human body, which is an application example of a flexible thermoelectric sheet.
  • a commercially available thermoelectric module 31 is usually arranged at an interval on a flexible sheet 35 made of a thin and long green board.
  • bands 36 for holding the cooling and heating device on the human body are connected to both ends of the flexible sheet 35.
  • the thermoelectric module 31 has a length of 20 mm, a width of 6 mm, and seven p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements each arranged thereon. It is held by. Eight thermoelectric modules 31 are arranged on a thin phosphor blue plate 35 having a thickness of 0.4 mm, a length of 150 mm, and a width of 40 mm.
  • the phosphor blue plate used as the sheet is thin and therefore flexible, so if you use it instead of a headband, for example, you can expect the effect of studying on the heat of the head and feet.
  • the density when the thermoelectric module 31 is mounted on the sheet 35 is expressed by the ratio of the area of the thermoelectric semiconductor element to the substantial area of the sheet. It is preferable to use 3 to 55%. If the density is more than 55%, the flexibility will be lost, and if it is less than 3%, the effect will not be seen in terms of thermal efficiency.
  • the substantial area is defined as a portion where this sheet is used for another purpose (for example, a portion connecting band 36 to the sheet in FIG. 21). Etc.) is excluded.
  • the optimum density of the thermoelectric module 31 mounted on the sheet 35 is determined in consideration of the cooling Z heating efficiency and the flexibility.
  • thermoelectric element of the present invention is based on a thermoelectric chip unit.
  • thermoelectric elements have a higher temperature on one of the upper and lower surfaces, and a lower temperature on the other.
  • the thermoelectric chip unit which is the basis of the present invention, has a structure in which a thermoelectric semiconductor element is fitted into a chip substrate.
  • This chip substrate plays a role of separation. That is, in a normal thermoelectric module, convection of air occurs on the upper and lower surfaces thereof, and the thermal efficiency decreases, but in the thermoelectric element of the present invention, the chip substrate suppresses the convection of air on the upper and lower surfaces. Thermal efficiency is improving.
  • thermoelectric element based on the present invention has an advantage that since the chip substrate serving as a separator has flexibility, it absorbs strain due to stress and has a large resistance to repeated stress strain.
  • thermoelectric unit, thermoelectric module and thermoelectric sheet of the present invention described above can be used for a cooling / heating apparatus.
  • An example of its application is in sporting, health or medical equipment used for heating or cooling in the form of a belt.
  • Another application is for cooling Z-heating equipment for outside door products.
  • a specific example is a box for cooling and heating. The effect of using the cooling / heating element of the present invention in this box has already been described.
  • the third application is for agriculture and fisheries. Specifically, temperature control of a water tank or a pot.
  • thermoelectric sheet of the present invention has a feature of flexibility, it can be applied to objects having a complicated shape without any problem. For example, by winding this thermoelectric sheet around a cylindrical object such as a shaft or a bearing, it can function sufficiently as a cooling / heating device.
  • a thermoelectric sheet can be wound around the pipe to control the temperature of the fluid flowing in the pipe, and if the fluid in the pipe has a relatively high melting point, the fluid is cooled when the temperature of the pipe decreases. It will solidify and cause blockage in the pipe. In such a case, it is possible to transport the fluid without solidifying the fluid by keeping the thermoelectric sheet of the present invention warm. In addition, it is used to cool motors and various machine tools. I can do it.
  • the fifth application is clothing.
  • clothing for lasers clothing for cold weather in art doors, cold weather work clothes for freezer work, heating or cooling work clothes for extremely cold or hot places, and even firefighting clothes. Appears.

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Description

明 細 書 熱電素子及びそれを兵 する冷却 z加熱装置 技術分野
この発明は、 熱電半導体素子を利用した、 可撓性を有する熱電チ ップュニッ ト、 熱電ュニッ 卜、 熱電モジュール及び熱電シ一 ト等の 熱電素子並びにそれらを利用する冷却/加熱装置 （冷却装置又は加 熱装置） に関するものである。 背景技術
ビスマス ' テルル系、 鉄 · シリ コ ン系若しく はコバル ト ' アンチ モン系等の化合物からなる熱電半導体素子を利用した熱電素子は、 冷却ノ加熱装置、 熱発電装置等に使用されている。 これらの熱電素 子は、 液体、 気体を使用せず、 スペースもと らず又回転磨耗もなく 保守の不要な冷却ノ加熱源と して重宝なものである。
この熱電素子は、 一般的には Ρ型と η型からなる 2種類の熱電半 導体素子を交互に配列せしめ、 熱電半導体素子を電極に半田で接合 し、 r型直列回路を構成すると共に、 これらの熱電半導体素子及び 金属電極を金属膜を有するセラ ミ ッ ク基板で挟んだ構成になったも のが、 熱電モジュールと して広く使用されている。
従来から知られている熱電モジュールの構成を第 2 2図に示した, この図に示すように、 熱電モジュール 3 1 は、 n型熱電半導体素子 と P型熱電半導体素子 3 2を交互に配列せしめ （第 2 2図において は、 複数個の熱電半導体素子を代表して右端の一個のみに番号を付 している） 、 n型熱電半導体素子と p型熱電半導体素子 3 2を電極 3に接続する。 熱電半導体素子 3 2 は、 電極 3 3に上側と下側で交 互に接続され、 最終的には全部の素子が直列に接続される。 電極 3 3 と熱電半導体素子 3 2の接続は、 半田付けで行われる。 そして、 上側、 下側のそれぞれの電極 3 3 は、 銅やニッケル等の金属でメタ ライズしたセラ ミ ッ ク基板 3 4 に接着して全体を固定する。 このよ うにして出来た熱電素子を、 通常、 熱電モジュールと称している。
この熱電モジュール 3 1 の電極に電源を接続して、 n型素子から 型素子方向へ電流を流すと、 ペルチェ効果により ； r型の上部で吸 熱が、 下部では発熱が起こる。 この際、 電極の接続方向を逆転する と、 吸熱、 発熱の方向が変わる。 この現象を利用して、 熱電素子が 冷却ノ加熱装置に使用されるのである。 熱電モジュールは、 コ ンビ ュ一タの C P Uや半導体レーザ等の冷却をはじめ、 保温冷蔵庫に至 る広範囲な用途を有している。
この熱電モジュールに使用する典型的なビスマス · テルル系化合 物の熱電半導体素子は、 結晶の劈開面で分割されやすいという問題 を有している。 そのため、 従来は成長させた単結晶を先ずスライ ス し、 スライスした結晶をダイシングし 1 . 5 m m x l . 5 m m x 2 m m程度の大きさの角状のものと して、 熱電モジユールに使用して いる。 結晶の劈開面で分割されやすいので、 通常、 角状にした熱電 半導体素子を薄い金属膜で処理したセラ ミ ック基板上に人手により ピンセッ トを用いて配列させた後で金属電極に半田付けしている。 このため、 熱電モジュールは極めて固く フレキシビリティのないも のとなつている。 そして、 半田付け自体、 柔軟性を無く し、 熱電モ ジュールを剛直なものとする。 その上セラ ミ ックの基板を使用する ので、 熱電モジュールは、 屈曲性、 柔軟性が無く固いものとなって いる。 また、 熱電半導体素子そのものの大きさが、 1 . 5 m m x l . 5 m m x 2 m mと小さ く、 従って、 製品として販売されている熱電素 子自身の大きさも、 せいぜい 4 0 X 4 0 m m程度や 6 0 X 6 0 m m の程度と非常に小型なものとなつている。
さ らに、 熱電半導体素子が壊れやすいため、 熱電半導体素子のセ ラ ミ ック基板上における装着密度を高く した熱電モジュールが製造 されている。 その結果、 熱電半導体素子が配列された面積即ち冷却 又は加熱面積が小さ くなり、 広い面積の物を冷却又は加熱する場合 には極めて効率の悪いものとなっている。 そのうえ、 放熱のための ヒー トシンクゃファ ンの付帯設備が大型化するという欠点もある。 そして、 従来の熱電モジュール 3 1 は、 その熱電モジュールの上 下にあるセラ ミ ックからなる基板 3 4によってサン ドイ ツチ構造を 構成して保持されており、 上下にある基板 3 4がモジュールとして の構造を支えている。 従って、 熱電素子全体として厚みがあり、 熱 伝導の効率が良くないという問題もある。
そこで、 熱伝導性を良くするため、 セラ ミ ツクの代わりに絶縁性 フィ ルムゃ可撓性を有する樹脂シ一 トを基板に使用する試みがなさ れている。 これは、 フィ ルムや樹脂シー トを基板に使用することに より、 熱電半導体素子を装着する基板構成を薄くすることが出来る ので、 その結果と して熱伝導性が向上するものである。
例えば、 特開平 3 — 1 3 7 4 6 2号公報は、 絶縁性フィルム基板 上に熱電半導体素子を配置する技術を開示している。 この技術では 熱電半導体素子の配置密度がかなり高い。 さ らに、 吸熱側には圧力 容器が設けられているので、 冷却ノ加熱装置は、 剛直なものとなつ ている。
また、 特開平 7 - 2 0 2 2 7 5号公報は、 可撓性、 耐熱性がある 樹脂シー トに鋦板を張り付けて電極と し、 この電極に熱電半導体素 子を装着する技術を開示している。 この技術では、 出来上がった熱 電モジュールは、 樹脂上の编板に強固に半田付けされているので、 全体としては剛直で可撓性の無いものとなっている。
これらは、 いずれも、 熱電素子の全体の厚みを薄く して、 伝熱効 率を高めることを目的にしている。 しかし、 両技術とも熱電半導体 素子を密度高く配置して装着しているので、 熱電素子全体としては 可撓性に欠けるものとなっている。 つまり、 両者は、 いずれも伝熱 効率の向上をその効果として挙げているものの、 可撓性を有する冷 却 加熱素子に関しては、 技術の開示はなされていない。
したがって、 本発明は熱電半導体結晶が劈開面で分割されにく い 熱電半導体チップュニッ 卜、 熱電ュニッ ト、 及び熱電モジュールを 提供するものである。
また、 本発明は可撓性等を有する熱電チップュニッ ト、 熱電ュニ ッ ト、 熱電モジュール及び熱電シ一.トを提供するものである。
さ らに、 本発明は、 冷却/加熱面積が大きく取れ、 放熱のための 付帯設備も小型ですみ、 複雑な形伏を有する物にも適用出来るなど の特徴を有する冷却 加熱装置を提供するものである。 発明の開示
本発明に係る熱電チップュニッ トは、 同数ずつの n型熱電半導体 素子及び P型熱電半導体素子と、 1枚のチップ基板とからなり、 か つ前記 n型熱電半導体素子及び P型熱電半導体素子が前記チップ基 板に嵌め込まれて保持されたものである。
本発明に係る熱電チップユニッ トは、 1枚のチップ基板に熱電半 導体素子が嵌め込まれ保持される構造をとつているので、 半導体結 晶が劈開面で分割されにく いという特徴がある。 そして、 チップ基 板を硬質絶縁物により構成すれば、 熱電半導体素子の強度をチップ 基板により補強することが出来る。 また、 チップ基板を可撓性を有 する絶縁物により構成すれば、 可撓性を有する熱電チップュニッ ト 力く得られる。
また、 本発明に係る熱電ュニッ トは前記本発明に係る熱電チップ ュニッ 卜の熱電半導体素子に電極を接続したものである。
さ らに、 本発明に係る熱電モジュールは前記本発明に係る熱電ュ 二ッ 卜を可撓性を有するカバーを被せたり、 可撓性を有するシ一 卜 に装着したものである。
また、 本発明に係る冷却ノ加熱装置は、 前記本発明に係る熱電モ ジュールを冷却/加熱源として使用するものである。 さ らに、 本発 明に係る冷却ノ加熱装置は、 従来の熱電モジユールを可撓性を有す るシ一 トに間隔をおいて装着した熱電シー トを使用するものである, 本発明に係る冷却 加熱装置は、 可撓性を有するので、 冷却加熱 効率が良く、 複雑な形状の物にも容易に取り付けることが出来る。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明に係る熱電チップュニッ 卜の構成の一例の斜視図 であり、
第 2図は本発明に係る熱電チップュニツ 卜の構成の一例の正面図 であり、
第 3図は熱電チップュニッ トの製造に用いる熱電半導体素子を示 す図であり、
第 4図は熱電チップュニッ 卜の製造に用いる穴あき絶縁板を示す 斜視図であり、 第 5図は熱電チップュニッ トの製造に用いる組立治具の分解斜視 図であり、
第 6図は組立治具に穴あき絶縁板を咴め込んだ様子を示す斜視図 であり、
第 7図は穴あき絶縁板の穴に熱電半導体素子を通した様子を示す 斜視図であり、
第 8図は組立治具と共に熱電半導体素子を切断する様子を示す図 であり、
第 9図は切断する部分の拡大図であり、
第 1 0図は切断した結果得られた溝付き側板が付いたままの熱電 チップュニッ 卜を示す図であり、
第 1 1図は熱電ュニッ 卜の一例を示す正面図であり、
第 1 2図は熱電ュニッ 卜の他の一例を示す平面図及び正面図であ 、
第 1 3図は熱電ュニッ トのさ らに他の一例を示す平面図及び正面 図であり、
第 1 4図は熱電ュニッ トのさ らに他の一例を示す平面図及び正面 図であり、
第 1 5図は熱電ュニッ トのさ らに他の一例を示す平面図及び正面 図であり、
第 1 6図は熱電モジュールの一例を示す正面図であり、
第 1 7図は熱電シー 卜の一例を示す平面図及び正面図であり、 第 1 8図は熱電シー トの他の一例を示す正面図であり、
第 1 9図は熱電シ一 卜のさ らに他の--例を示す平面図であり、 第 2 0図は熱電シ一 トのさ らに他の一例を示す平面図であり、 第 2 1図はベルト状の冷却ノ加熱装置の構成を示す平面図であり 第 2 2図は従来の熱電モジユールの構成を示す正面図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は本発明に係る熱電チップュニッ 卜の構成の一例の斜視図 を示しており、 第 2図は正面図を示している。 この熱電チップュニ ッ ト 1 は、 チップ基板 2に熱電半導体素子 3が嵌め込まれ保持され た構造を有する。
チップ基板 2はセラ ミ ックス又はガラスエポキシで構成された硬 質絶縁物又はプラスチッ ク、 ゴム、 各種エラス 卜マ一等の可撓性を 有する絶縁物により構成されている。 そして、 硬質絶縁物により構 成すれば、 熱電半導体素子 3の強度をチップ基板 2により補強する ことが出来る。 また、 可撓性を有する絶縁物により構成すれば、 可 撓性を有する熱電モジュールを製造することが出来る。
熱電半導体素子 3 は、 0 . 5〜 3 . 0 m m程度の小さい直径を持 つビスマス · テルル等の半導体単結晶で構成されている。 チップ基 板 2の厚みを熱電半導体素子 3の厚みより も薄くすることで、 この 熱電チップュニッ ト 1 を熱電モジユールの電極に接続する工程を容 易にし いる ο
このような 1枚のチップ基板によつて熱電半導体素子が保持され た構造の熱電チップユニッ トは、 従来は存在しなかった。 1枚のチ ップ基板に熱電半導体素子が嵌め込まれ保持される構造をとつてい るので、 半導体結晶が劈開面で分割されにく いという特徴がある。 特に、 チップ基板 2を可撓性を有する材料で構成した場合、 チップ 基板 2が曲げられたような場合にも結晶の分割が起こりにく いもの となる。 これに対して、 従来の熱電モジュールは、 2枚の基板によ つて半導体結晶が保持されているので、 基板が曲げられたような塲 合には、 結晶の分割が起こ るのである。
次に第 3図〜第 1 0図を参照しながら前述した熱電チップュニッ トの製造方法について説明する。
第 3図〜第 5図に熱電チップュニッ 卜の製造に用いる材料と用具 を示す。 第 3図に示す、 p型針状単結晶 2 1 と n型針状単結晶 2 2 は、 共に長さが 1 5 O m m . 直径が 2 m mの熱電半導体素子である ( これらの熱電半導体素子は、 本願発明者が、 1 9 9 4年 1 2月 2 2 日に特願平 6 - 3 3 6 2 9 5号と して、 及び 1 9 9 5年 9月 2 2 日 に特願平 7 — 2 7 6 7 5 1号と して、 特許出願した明細書及び図面 に開示された方法により製造したものである。 この製造方法によれ ば 0 . 5〜 3 . 0 m m程度の小さい直径を持つ針状単結晶を製造す ることが出来る。 さ らに、 この製造方法で製造した円柱状半導体結 晶ロッ ドは、 従来の方法で製造された角状半導体結晶に比校して、 劈開面での分割が起こり難いという特徴を有することを認めた。
第 4図に示す穴あき絶縁板 2 3の材料は、 第 1図に示したチップ 基板 2を硬質絶縁物か可撓性絶縁物にするかに応じて異なる。 硬質 絶縁物にする場合には、 例えばセラ ミ ックス又はガラスエポキシを 使用することが出来る。 また、 可撓性絶縁物にする場合には、 ブラ スチック、 ゴム、 各種エラス トマ一等を使用することが出来る。 硬 質絶縁物又は可撓性絶縁物どちらの場合も、 厚さは 0 . 3〜 0 . 5 m mと し、 両側端近傍には垂直方向に V字溝 （図示せず） を形成す る。
穴あき絶縁板 2 3 には p型針伏単結晶 2 1及び n型針状単結晶 2 2を挿入するための多数の穴 2 4があけられている。 この穴 2 4の 配置具合によって、 熱電半導体素子の装着密度を適宜調節すること も可能である。 また、 穴あき絶縁板の穴の数及び列数と行数により 熱電チップュ二ッ 卜中の素子の配置構成を任意に選択することが出 来る。
第 5図に分解斜視図で示す組立治具 2 5は、 2枚の溝付き側板 2 6 と 1枚の底板 2 9 とから構成されている。 これらはアルミ製であ り、 ネジ穴 2 8 とネジ穴 2 8 との間にネジを通すことにより固定さ れている。 溝付き側板 2 6には、 所定の間隔、 例えば 2〜 3 m m間 隔で垂直方向の溝 2 7が数十個形成されている。 この溝 2 7には前 述した穴あき絶縁板 2 3が嵌め込まれる。
まず、 第 6図に示すように、 組立治具の内部に穴あき絶縁板 2 3 を組み込む。 このとき、 溝付き側板 2 6の側面の垂直方向に形成さ れた溝 2 7の中に穴あき絶縁板 2 3の両端を嵌め込むことにより、 穴あき絶縁板 2 3を立てる。 なお、 ここでは便宜上両端の 2枚の穴 あき絶縁板のみ図示した。
次に、 第 7図に示すように、 穴あき絶縁板 2 3の穴 4 4へ p型針 状単結晶 2 1及び n型針状単結晶 2 2を通す。 このとき、 p型と n 型が交互に配列されるように通す。 なお、 こ こでは便宜上 1本の p 型針状単結晶 2 1のみ図示した。
次に、 組立治具と数十個の穴あき絶縁板 2 3 とにより形成される 空間にポリアミ ド等の接着剤を注入し、 p型針状単結晶 2 1及び n 型針状単結晶 2 2 と穴あき絶縁板 2 3 とを接着する。
次に、 接着剤により穴あき絶縁板 2 3 と接着された p型針状単結 晶 2 1及び n型針状単結晶 2 2を穴あき絶縁板 2 3の中間の部分か ら切断する。 前述した接着剤により穴あき絶縁板 2 3 と組立治具 2 5 とも固定されているので、 第 8図に示すように、 組立治具と共に 切断する。 切断はワイヤ一ソ一により行なう。 第 8図には 2個の切 断面のみ示した。 第 9図に切断する部分を拡大して示した。 なお、 97/ T/ 6/0
1 0 第 9図には示さなかったが、 実際には p型針状単結晶 2 1及び n型 針状単結晶 2 2の表面は接着剤で覆われている。 この切断により、 第 1 0図に示すような熱電チップュニッ 卜が数十個同時に作成出来 る。 ただし、 この段階では、 切断された組立治具の溝付き側板 2 6 と穴あき絶縁板 2 3 とが接着されたままなので、 両側の溝付き側板 2 6に力を加え、 V字溝の位置において折ることにより、 この溝付 き側板 2 6を取り除く。
以上説明した工程により第 1図及び第 2図に示した熱電チップュ ニッ トを数十個同時に製造することが出来る。
こう して製造した熱電チップュニッ 卜の熱電半導体素子に、 電極 を例えば半田づけすることにより熱電ュニッ トを得ることが出来る ( そして、 熱電チップュニッ 卜のチップ基板を可撓性絶縁物で構成し た場合、 この熱電ュニッ トは、 当然のことながら、 可撓性を有する ものとなる。 なお、 本発明者は、 熱電チップュニッ 卜に電極を接続 したものを、 熱電ユニッ トと称して.いる。
この熱電ュニッ トに使用する電極は、 通常使用する金属板例えば 銅板等を使用することは勿論可能であるし、 可撓性を有する電極を 使用することも可能である。 可撓性のある電極としては、 銅板、 燐 青鋦板等の金属の薄い板、 熱電半導体素子に比較して十分抵抗の小 さい導電性を有するゴムやプラスチッ ク、 金属製の金網等を挙げる ことが出来る。 このように、 可撓性を有する電極を使用する場合は. 熱電ュニッ 卜自身の可撓性を更に増すことになる。
第 1 1図に熱電ュニッ 卜の一例の側面図を示す。 この熱電ュニッ ト 4は、 可撓性を有する絶縁体チップ基板 2 aに n型熱電半導体素 子及び p型熱電半導体素子 3を嵌め込んだ熱電チップュニッ 卜に、 薄い銅板からなる電極 5を半田付けして得たものである。 勿論、 こ のままの状態でも商品と して出荷することも可能である。 ここで使 用している電極 5は、 厚さが 0 . 1 m m程度と薄いので、 充分な可 撓性を有する。 熱電半導体素子 3の配置間隔を大き く取ってやれば. 可撓性は更に高まる。 熱電半導体素子 3の装着密度は、 実際的には. 可撓性と冷却加熱効率の関係で最適値を求めることになる。
熱電ュニッ トは、 前述した穴あき絶縁板 2 3の穴 2 4の配置の設 計により、 各種各様のものを作成することが出来る。 その例を第 1 2図〜第 1 5図示した。 これらの図において、 Aは平面図、 Bは側 面図である。 また、 平面図における會と〇は p型と n型を区別する ために記載したものである。
第 1 2図は 6個の熱電半導体素子を 1列に配置した熱電ュニッ 卜 であり、 第 1 3図は 1 0個の熱電半導体素子を 1列に配置した熱電 ュニッ トである。 また、 第 1 4図は 1 4個の熱電半導体素子を 2列 に配置したものである。 第 1 5図は 1 0個の熱電半導体素子を 2列 に配置したものである。
第 1 6図は、 第 1 1図の熱電ュニッ 卜に絶縁カバ一を施した熱電 モジュールを示している。 この熱電モジュール 6は、 従来の熱電モ ジユールが全く可撓性を有しない剛直なものに対して、 十分に可撓 性のあるものである。 従来の熱電モジュールは、 既に述べたように. 熱電半導体素子を基板に嵌め込むのではなく、 吸熱側基板と放熱側 基板とにより挟み込まれたサン ドィ ツチ構造で構成されている。
第 1 6図において、 熱電チップュニッ トの電極 5の上下に可撓性 絶縁体 7が設けられ、 更に可撓性絶縁体 7の上下に可撓性絶縁カバ —又はシー ト 8を設けることが出来る。 勿論、 可撓性絶縁体 7が可 撓性シ一 ト又はカバーを兼ねることも出来る。 例えば、 伝熱性シリ コーンシー トを可撓性絶縁体と して使用すれば、 可撓性絶縁カバ一 又はシ一 卜の役割も同時に果たすことになる。
このようにして、 可撓性を有する熱電モジュールを得ることが出 来る。 この際、 当然のことながら、 伝熱性シリ コ一ンシー ト以外の 可撓性を有するシー トを使用しても良い。 また、 シリ コーンシー ト でカバーした熱電モジュールの上に、 更に金網や厚さの薄い金属板 等を使用しても良い。
以上説明してきた熱電ュニッ ト、 熱電モジュールは、 それぞれ単 独で商品と して市販することが可能であり、 各種用途に直接用いる ことも出来る。 しかし、 これらを熱電シー トに加工すると、 更に商 品価値が高まり、 応用範囲も広く なる。 熱電ュニッ トまたは熱電モ ジュールを、 可撓性を有するシ一 トに装着することにより、 可撓性 を有する熱電シー トを得ることが出来る。 本発明者は、 熱電ュニッ ト若しくは熱電モジュールを絶縁シ一 トに装着した熱電素子を、 熱 電シー トと称 "^る。
第 1 7図及び第 1 8図に熱電シー トの例を示した。 熱電モジュ一 ル 6を可撓性を有する絶縁シ一 ト 9に装着することにより、 熱電シ — トを得る。 そして、 保護のため、 可撓性カバ一 1 0を設けること も出来る。 なお、 第 1 7 A図は平面図で、 第 1 7 B図と第 1 8図は 正面図である。 第 1 8図は上下面いずれにもシー ト 1 1を用いた例 を、 第 1 7 B図は下面のみにシ一 ト 9を用い、 上面はカバー 1 0を つけた例を示している。
このように本発明に係る、 可撓性を有する熱電ュニッ ト又は熱電 モジュールを使用するこ とにより、 可撓性を有する熱電シ一 トを得 ることが出来る。 熱電シー トに使用する可撓性材料としては、 薄い 鋦板ゃ燐青鋦板でも良いし、 金属製の金網でも良い。 また伝熱性に 優れた榭脂シ一 卜例えば伝熱性シリ コーンシ一 トであっても良い。 その他、 適宜プラスチックやエラス トマ一等も使用することが出来 る。
第 1 7図及び第 1 8図に熱電シ一 卜の例を示したが、 熱電シー 卜 の形状はこれに限定されるものではない。 種々の形態のものゃ熱電 ュニッ ト又は熱電モジュールの配置密度を変えたものなど、 いろい ろな形態の熱電シー 卜をつく ることが出来る。
例えば、 熱電モジユールの配列の間隔を、 大きく とつてやれば、 それだけ熱電シー 卜の可撓性が増し、 熱効率も向上する。 例えば、 冷却 加熱用ボックスの塲合、 従来は、 大きさ 4 0 m m四方程度の 熱電モジュール 1個乃至 2個程度を使用する。 熱電モジュール自身 が小さいので、 ボックスの限られたごく一部に装着されることにな る。 従って、 ボックス内を 5 前後に保つには熱電モジュール自身 の温度を— 5で程度に低く し、 且つアルミ二ゥムゃ銅板の熱伝導に より長時間を掛けてボックスを冷却又は加熱しなければならない。 これに対して、 本発明の熱電ュニッ ト若しく は熱電モジュールの装 着密度を小さ く した熱電シ一 トにおいては、 熱電シ一 卜自身を比較 的大きな面積のものとすることが出来る。 従って、 ボックス内に、 局部に設置するのではなく、 広く全体的に設置することができ、 必 然的に熱効率が向上する。 即ち、 熱電シー トを、 ボッ クスの内全面 に設けることが可能となるので、 熱電半導体素子自身の温度を極端 に低くする必要もなく、 また短時間のうちに所望の温度に達する。 熱電シ一 卜において、 シ一 卜の形状を種々の形のものにすること が出来る。 また、 熱電モジュールも本発明による可撓性を有するも のではなく、 従来の熱電モジュールを用いることも出来る。 例えば 第 1 9図においては、 ベルト状の可撓性を有するシー ト 9に従来の 熱電モジュール 3 1 を 5個配置したものである。 同じく第 2 0図 熱電シ一 トにおいて、 シ一 卜の形状を種々の形のものにすること が出来る。 また、 熱電モジュールも本発明による可撓性を有するも のではなく、 従来の熱電モジュールを用いることも出来る。 例えば 第 1 9図においては、 ベル ト状の可撓性を有するシー ト 9に従来の 熱電モジュール 3 1 を 5個配置したものである。 同じく第 2 0図は、 長方形の可撓性を有するシ一 卜 9に従来の熱電モジュール 3 の 8 個を 3列に配したものである。 配列の仕方は、 このように自由に選 択することが出来る。 更に、 シー トの形状は円形のもの、 同心円状 のもの、 三角形のもの或いは星形のものも可能である。 被冷却加熱 物に合わして、 一番適当な形状を選択することが出来る。
熱電シ一 トは、 従来は全く知られていなかったもので、 本発明者 がはじめて導入したものである。 第 1 9図及び第 2 0図に示したよ うに、 従来から知られている熱電モジュールを、 可撓性シ一 卜に装 着し、 熱電シ一 トと して仕上げることも十分可能である。 従来から 知られている熱電素子及び本発明の熱電素子を含め、 熱電シー トに 加工することが出来、 それによつて熱電半導体素子の応用範囲が急 速に拡大することが期待される。
次に、 可撓性を有する熱電シ一 トの応用例である、 人体の頭部、 腕部又は脚部等に巻き付けるベルト状の冷却/加熱装置の具体的な 例を第 2 1図に示した。 この冷却ノ加熱装置では、 薄い細長の憐青 鋦板からなる可撓性シー ト 3 5上に、 通常市販の熱電モジュール 3 1が、 間隔を置いて配置されている。 可撓性シー ト 3 5の両端には 冷却加熱装置を使用するに際して、 この冷却加熱装置を人体に保持 するためのバン ド 3 6が接続されている。
熱電モジュール 3 1 は、 長さ 2 0 m m、 幅 6 m mで p型及び n型 の熱電半導体素子が 7個ずつ配置され、 アルミニゥム又は鋦の基板 で保持されたものである。 この熱電乇ジュール 3 1の 8個を、 厚さ 0 . 4 m m、 長さ 1 5 0 m m、 幅 4 0 m mの薄い燐青鋦板 3 5に配 置したものである。 シー トと して使用した燐青鋇板は厚さが薄いた め、 可撓性があり、 例えば鉢巻き代わりに使用すれば、 頭寒足熱効 果で勉学効果が期待できょう。
こ こで、 熱電モジュ一ル 3 1 をシ一 卜 3 5に装着するときの密度 であるが、 熱電半導体素子の面積のシ一 卜の実質上の面積に対する 割合で表したとき、 この密度は 3〜 5 5 %にするのが好ま しい。 密 度が 5 5 %より も大きいと、 屈曲自在性が無くなり、 3 %より小さ いと、 熱効率の点で効果が見られなく なるからである。 なお、 ここ で実質上の面積としているのは、 このシー トが他の目的のために使 用される部分 （例えば、 第 2 1図における、 バン ド 3 6をシー トと 接続している部分などである） を除く という意味である。 この熱電 モジュール 3 1 のシー ト 3 5への装着密度は、 実際には、 冷却 Z加 熱効率と可撓性の兼ね合いで最適値.を求めることになる。
本発明の熱電素子は、 熱電チップュニッ トを基本とするものであ る。 熱電素子は必然的に、 素子の上下両面のうち一方の温度が高く 他の面の温度は低くなる。 本発明の基本である熱電チップュニッ ト は、 熱電半導体素子をチップ基板に嵌め込んだ構造をしているため. このチップ基板がセパレ一夕の役目を果たす。 即ち、 通常の熱電モ ジュールにおいては、 その上下の面で空気の対流が起こり、 熱効率 が低下するが、 本発明の熱電素子においては、 チップ基板がこの上 下面での空気の対流を抑えるため、 熱効率が良く なつている。
さらに、 通常の熱電素子においては、 上下面で生じる温度差によ つて温度の高い面では伸長が、 温度の低い面では収縮が起こり熱電 素子全体と して撓み、 応力のひずみを必然的に受ける。 一方、 本発 素子全体と して撓み、 応力のひずみを必然的に受ける。 一方、 本発 明に基づく熱電素子においては、 セパレ一タ役のチップ基板が可撓 性を有するので、 応力によるひずみを吸収し、 繰り返し応力ひずみ に対する抵抗力が大きい利点がある。
産業上の利用可能性
以上説明してきた、 本発明の熱電ュニッ ト、 熱電モジュール及び 熱電シー トは、 冷却ノ加熱装置に使用することが出来る。
その応用の一例は、 ベルト状の形態で加熱若しく は冷却に使用す るスポーツ用器具、 健康用器具もしく は医療用器具である。 他の応 用例は、 アウ ト ドア用品の冷却 Z加熱用具である。 具体的な例とし て、 冷却 加熱用ボックスがある。 このボックスに本発明の冷却/ 加熱素子を使用したときの効果は既に述べたところである。 三番目 の応用例は、 農水産用である。 具体的には、 水槽もしく は鉢の温度 調節である。
四番目の応用例は、 産業分野のものである。 特に、 本発明の熱電 シー トは、 可撓性を有する特徴を持っているので、 複雑な形状をし た物に対しても、 問題なく適用出来る。 例えば、 シャフ トや軸受け の様に円筒形の物に対して、 この熱電シ一 トを巻き付けることによ り、 冷却 ·加熱装置として充分機能させることが出来る。 また、 熱 電シー トをパイプに巻き付けて、 パイプ内を流れる流体の温度調節 を行うことも出来るし、 パイプ内の流体が融点の比較的高いものの 場合は、 パイプの温度が低下すると、 流体が固化しパイプ内で閉塞 を起こすことになる。 こ う した場合、 本発明の熱電シ一 卜で保温す ることにより、 流体を固化させることなく流体を輪送することが出 来る。 そのほか、 モータ一や各種工作機械の冷却ノ加熱に使用する ことが出来る。
五番目の応用は、 衣服である。 例えば、 レ一サ服用、 ァゥ ト ドア に於ける防寒用衣服、 冷凍庫内作業用の防寒作業服、 極冷所或いは 極暑所に於ける加熱用或いは冷却用作業服更には消防服等へ適用出 来る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 同数ずつの n型熱電半導体素子及び p型熱電半導体素子と、 1 枚のチップ基板とからなり、 かつ前記 n型熱電半導体素子及び p型 熱電半導体素子が前記チップ基板に嵌め込まれて保持された熱電素 子。
2 . 請求項 1 に記載の熱電素子において、 チップ基板が可撓性を有 する絶縁体からなる熱電素子。
3 . 請求項 1 又は 2に記載の熱電素子において、 熱電半導体素子を 電極で接続してなる熱電素子。
4 . 請求項 3に記載の熱電素子において、 電極が可撓性を有する導 電性材料からなる熱電素子。
5 . 請求項 3又は 4に記載の熱電素子において、 さらに可撓性を有 する材料でカバ一してなる熱電素子。
6 . 請求項 3又は 4又は 5に記載の熱電素子において、 さ らに可撓 性を有するシー 卜に装着してなる熱電素子。
7 . 熱電半導体素子が吸熱側基板と放熱側基板とにより挟み込まれ たサン ドィ ツチ構造で構成された熱電素子を、 可撓性を有するシー 卜に間隔をおいて装着してなる熱電素子。
8 . 同数ずつの n型熱電半導体素子及び p型熱電半導体素子と、 可 撓性を有する絶縁体からなる 1枚のチップ基板と、 電極とから構成 され、 かつ前記 n型熱電半導体素子及び p型熱電半導体素子が前記 チップ基板に嵌め込まれて保持され、 さ らに前記熱電半導体素子を 電極で接続し、 さ らに可撓性を有する材料でカバーした熱電素子を 冷却 Z加熱源と して使用する冷却ノ加熱装置。
9 . 請求項 8に記載の冷却ノ加熱装置において、 電極が可撓性を有 する導電性材料からなる冷却/加熱装置。
1 0 . 同数ずつの n型熱電半導体素子及び p型熱電半導体素子と、 可撓性を有する絶縁体からなる 1枚のチップ基板と、 電極とから構 成され、 かつ前記 n型熱電半導体素子及び p型熱電半導体素子が前 記チップ基板に嵌め込まれて保持され、 さ らに前記熱電半導体素子 を電極で接続し、 さ らに可撓性を有する材料でカバーし、 さ らに可 撓性を有するシー 卜に装着した熱電素子を冷却 加熱源と して使用 する冷却ノ加熱装置。
1 1 . 請求項 1 0に記載の冷却/加熱装置において、 電極が可撓性 を有する導電性材料からなる冷却ノ加熱装置。
1 2 . 熱電半導体素子が吸熱側基板と放熱側基板とにより挟み込ま れたサン ドィ ツチ構造で構成された熱電素子を、 可撓性を有するシ ― トに間隔をおいて装着してなる熱電素子を冷却 Z加熱源と して使 用する冷却ノ加熱装置。
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Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10178216A (ja) * 1996-12-18 1998-06-30 Seru Appl Kk 熱電素子及び熱電冷却装置
US6458319B1 (en) * 1997-03-18 2002-10-01 California Institute Of Technology High performance P-type thermoelectric materials and methods of preparation
JP3255629B2 (ja) 1999-11-26 2002-02-12 モリックス株式会社 熱電素子
US6440212B1 (en) * 2000-02-28 2002-08-27 Microfab Technologies, Inc. Low cost method for making thermoelectric coolers
DE10045419B4 (de) * 2000-09-14 2007-12-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Bauelements, thermoelektrisches Bauelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
KR20040008155A (ko) 2001-04-09 2004-01-28 리써치 트라이앵글 인스티튜트 Ｄｎａ 게놈 및 프로테옴 칩용, 열광학 스위칭 회로용,그리고 ｉｒ 태그용 박막 열전기 냉각 및 가열 장치
US6410971B1 (en) 2001-07-12 2002-06-25 Ferrotec (Usa) Corporation Thermoelectric module with thin film substrates
JP4193206B2 (ja) * 2001-07-25 2008-12-10 セイコーエプソン株式会社 半導体薄膜の製造方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、集積回路、電気光学装置及び電子機器
JP2005506693A (ja) 2001-10-05 2005-03-03 リサーチ・トライアングル・インスティチュート フォノンブロッキング電子伝達低次元構造
US6700052B2 (en) * 2001-11-05 2004-03-02 Amerigon Incorporated Flexible thermoelectric circuit
US20040178517A9 (en) * 2001-12-21 2004-09-16 Siu Wing Ming Split body peltier device for cooling and power generation applications
WO2003090286A1 (en) 2002-04-15 2003-10-30 Nextreme Thermal Solutions Thermoelectric device utilizing double-sided peltier junctions and method of making the device
DE10230080B4 (de) * 2002-06-27 2008-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur und Bauelemente mit einer thermoelektrischen Schichtenstruktur
WO2004014169A2 (en) * 2002-08-07 2004-02-19 Phoenix Consultants, Ltd Temperature regulated clothing
ATE403236T1 (de) * 2003-05-23 2008-08-15 Koninkl Philips Electronics Nv Verfahren zur herstellung einer thermoelektrischen vorrichtung
JP4521236B2 (ja) * 2004-08-31 2010-08-11 株式会社東芝 熱電変換装置及び熱電変換装置の製造方法
US7523617B2 (en) 2004-10-22 2009-04-28 Nextreme Thermal Solutions, Inc. Thin film thermoelectric devices for hot-spot thermal management in microprocessors and other electronics
US7587901B2 (en) 2004-12-20 2009-09-15 Amerigon Incorporated Control system for thermal module in vehicle
JP2006287066A (ja) * 2005-04-01 2006-10-19 Denso Corp 熱電変換装置およびその装置の製造方法
WO2007002337A2 (en) 2005-06-22 2007-01-04 Nextreme Thermal Solutions Methods of forming thermoelectric devices including conductive posts and/or different solder materials and related methods and structures
WO2007002342A2 (en) 2005-06-22 2007-01-04 Nextreme Thermal Solutions Methods of forming thermoelectric devices including electrically insulating matrixes between conductive traces and related structures
CN1943918B (zh) * 2005-08-25 2012-07-25 雅马哈株式会社 制备热电材料、形成热电器件和制造热电模块的方法
US20070101737A1 (en) 2005-11-09 2007-05-10 Masao Akei Refrigeration system including thermoelectric heat recovery and actuation
US7679203B2 (en) 2006-03-03 2010-03-16 Nextreme Thermal Solutions, Inc. Methods of forming thermoelectric devices using islands of thermoelectric material and related structures
US8222511B2 (en) 2006-08-03 2012-07-17 Gentherm Thermoelectric device
US7338027B1 (en) * 2006-08-22 2008-03-04 Cameron International Corporation Fluid saving blowout preventer operator system
US20080087316A1 (en) 2006-10-12 2008-04-17 Masa Inaba Thermoelectric device with internal sensor
FR2918080B1 (fr) 2007-06-29 2010-12-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede d'elaboration de plaquettes en materiau semi-conducteur par moulage et cristallisation dirigee
TWI338390B (en) * 2007-07-12 2011-03-01 Ind Tech Res Inst Flexible thermoelectric device and manufacturing method thereof
US9105809B2 (en) 2007-07-23 2015-08-11 Gentherm Incorporated Segmented thermoelectric device
US7877827B2 (en) 2007-09-10 2011-02-01 Amerigon Incorporated Operational control schemes for ventilated seat or bed assemblies
CN105291920B (zh) 2008-02-01 2018-12-25 金瑟姆股份公司 用于热电装置的冷凝和湿度传感器
CA2731001C (en) 2008-07-18 2018-01-09 Amerigon Incorporated Climate controlled bed assembly
US8487177B2 (en) * 2010-02-27 2013-07-16 The Boeing Company Integrated thermoelectric honeycomb core and method
US9601677B2 (en) 2010-03-15 2017-03-21 Laird Durham, Inc. Thermoelectric (TE) devices/structures including thermoelectric elements with exposed major surfaces
JP5656295B2 (ja) 2011-04-22 2015-01-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱電変換モジュールとその製造方法
RU2482403C1 (ru) * 2011-09-02 2013-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Системы связи и технического контроля" (ООО "Системы СТК") Теплообменник термоэлектрических устройств нагрева-охлаждения
WO2013052823A1 (en) 2011-10-07 2013-04-11 Gentherm Incorporated Thermoelectric device controls and methods
JP5956155B2 (ja) * 2012-01-05 2016-07-27 フタバ産業株式会社 熱電発電装置
US9989267B2 (en) 2012-02-10 2018-06-05 Gentherm Incorporated Moisture abatement in heating operation of climate controlled systems
US8397518B1 (en) 2012-02-20 2013-03-19 Dhama Innovations PVT. Ltd. Apparel with integral heating and cooling device
JP5815112B2 (ja) * 2012-02-27 2015-11-17 株式会社Kelk 熱電モジュール、熱電発電装置および熱電発電器
JP5670989B2 (ja) 2012-11-20 2015-02-18 アイシン高丘株式会社 熱電モジュールの製造方法
US9352997B2 (en) * 2013-06-27 2016-05-31 Nachi-Fujikoshi Corp. Melt molding method of germanium
US9662962B2 (en) 2013-11-05 2017-05-30 Gentherm Incorporated Vehicle headliner assembly for zonal comfort
WO2015123585A1 (en) 2014-02-14 2015-08-20 Gentherm Incorporated Conductive convective climate controlled seat
US11639816B2 (en) 2014-11-14 2023-05-02 Gentherm Incorporated Heating and cooling technologies including temperature regulating pad wrap and technologies with liquid system
US11857004B2 (en) 2014-11-14 2024-01-02 Gentherm Incorporated Heating and cooling technologies
US11033058B2 (en) 2014-11-14 2021-06-15 Gentherm Incorporated Heating and cooling technologies
US11152556B2 (en) 2017-07-29 2021-10-19 Nanohmics, Inc. Flexible and conformable thermoelectric compositions
US11075331B2 (en) 2018-07-30 2021-07-27 Gentherm Incorporated Thermoelectric device having circuitry with structural rigidity
WO2020106883A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 The Regents Of The University Of California Flexible thermoelectric devices
US11993132B2 (en) 2018-11-30 2024-05-28 Gentherm Incorporated Thermoelectric conditioning system and methods
US11152557B2 (en) 2019-02-20 2021-10-19 Gentherm Incorporated Thermoelectric module with integrated printed circuit board
US20210059854A1 (en) * 2019-09-03 2021-03-04 Purdue Research Foundation Portable Thermal Therapy System

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS34595B1 (ja) * 1956-12-28 1959-02-10
JPS3724548Y1 (ja) * 1960-03-07 1962-09-17
JPS3827922Y1 (ja) * 1962-11-30 1963-12-20
JPS4832942B1 (ja) * 1971-12-16 1973-10-09
JPS5858348U (ja) * 1981-10-14 1983-04-20 三菱電機株式会社 電子冷却装置
JPS6215842A (ja) * 1985-07-12 1987-01-24 Fujitsu Ltd 電子装置の冷却構造
JPH07202275A (ja) * 1993-06-28 1995-08-04 Kiyoshi Yanagimachi 電子冷却素子の集合体

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2815303A (en) * 1953-07-24 1957-12-03 Raythcon Mfg Company Method of making junction single crystals
FR1323569A (fr) * 1962-02-13 1963-04-12 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement thermoélectriques
US3240628A (en) * 1962-06-14 1966-03-15 Carrier Corp Thermoelectric panel
JPS4023300Y1 (ja) * 1964-02-03 1965-08-10
JPS5117972B2 (ja) * 1971-09-01 1976-06-07
JPS5120097A (ja) * 1974-08-09 1976-02-17 Takumi Sogabe Maguneshiatanketsushono seizohoho
FR2330976A1 (fr) * 1975-11-05 1977-06-03 Air Ind Perfectionnements apportes aux installations thermoelectriques
FR2509637A1 (fr) * 1981-07-17 1983-01-21 Commissariat Energie Atomique Procede de sustentation, de positionnement et de moulage sans contact de masses liquides permettant la solidification en forme de materiaux et application de ce procede a la mise en forme de materiaux en microgravite
JPS5858348A (ja) * 1981-10-05 1983-04-06 株式会社東洋パイルヒユ−ム管製作所 断熱複合板に於ける目地の施工法
US4459428A (en) * 1982-04-28 1984-07-10 Energy Conversion Devices, Inc. Thermoelectric device and method of making same
US4610754A (en) * 1982-10-29 1986-09-09 Westinghouse Electric Corp. Method for growing crystals
US4540550A (en) * 1982-10-29 1985-09-10 Westinghouse Electric Corp. Apparatus for growing crystals
DE3366718D1 (en) * 1983-02-09 1986-11-13 Commissariat Energie Atomique Method of producing plates of metallic or semiconducting material by moulding without direct contact with the walls of the mould
US4497973A (en) * 1983-02-28 1985-02-05 Ecd-Anr Energy Conversion Company Thermoelectric device exhibiting decreased stress
JPS6070720A (ja) * 1983-09-27 1985-04-22 Toshiba Corp シリコン薄体製造装置
US4907060A (en) * 1987-06-02 1990-03-06 Nelson John L Encapsulated thermoelectric heat pump and method of manufacture
JPH01115812A (ja) * 1987-10-28 1989-05-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd シリコン薄板の製造装置
CN1051242A (zh) * 1989-10-27 1991-05-08 吴鸿平 复合半导体温差致冷器
JPH0711178Y2 (ja) * 1990-06-25 1995-03-15 大同ほくさん株式会社 多結晶シリコンシート製造装置におけるシリコン注入圧制御機構
US5031689A (en) * 1990-07-31 1991-07-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Flexible thermal apparatus for mounting of thermoelectric cooler
DE4326662A1 (de) * 1993-08-09 1995-02-23 Rost Manfred Dr Rer Nat Habil Flexible Peltierbatterie

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS34595B1 (ja) * 1956-12-28 1959-02-10
JPS3724548Y1 (ja) * 1960-03-07 1962-09-17
JPS3827922Y1 (ja) * 1962-11-30 1963-12-20
JPS4832942B1 (ja) * 1971-12-16 1973-10-09
JPS5858348U (ja) * 1981-10-14 1983-04-20 三菱電機株式会社 電子冷却装置
JPS6215842A (ja) * 1985-07-12 1987-01-24 Fujitsu Ltd 電子装置の冷却構造
JPH07202275A (ja) * 1993-06-28 1995-08-04 Kiyoshi Yanagimachi 電子冷却素子の集合体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP0805501A4 *

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