JPH02198180A - 熱電装置 - Google Patents
熱電装置Info
- Publication number
- JPH02198180A JPH02198180A JP1017962A JP1796289A JPH02198180A JP H02198180 A JPH02198180 A JP H02198180A JP 1017962 A JP1017962 A JP 1017962A JP 1796289 A JP1796289 A JP 1796289A JP H02198180 A JPH02198180 A JP H02198180A
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- semiconductor
- conductor
- fin
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はベルチェ効果を利用し、電気的に冷房もしくは
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置等に有用な熱電装置に
関する。
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置等に有用な熱電装置に
関する。
従来の技術
従来、熱を電気に変換し、もしくは電気を熱に変換する
熱電素子は、第２図に示す従来例の様に金属板１、及び
金属板２によってＮ型半導体３、もしくはＰ型の半導体
４を挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発
電を行い、もしくは両側の金属に電流を通ずることによ
り冷却を行うものである。
熱電素子は、第２図に示す従来例の様に金属板１、及び
金属板２によってＮ型半導体３、もしくはＰ型の半導体
４を挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発
電を行い、もしくは両側の金属に電流を通ずることによ
り冷却を行うものである。
例えば、第２図の従来例はＮ型の半導体３とＰ型の半導
体４を交互に直列的に配列した熱電素子であり、端子５
と端子６間に電位を与えると、金属板の一方が冷却され
、他方が加熱される。
体４を交互に直列的に配列した熱電素子であり、端子５
と端子６間に電位を与えると、金属板の一方が冷却され
、他方が加熱される。
第３図は従来の熱電装置を冷暖房用に使用した場合の例
を示したものである。このような熱電装置は、中央に第
２図に示したような熱電索子７を配置し、２個のファン
８．ファン９によって外気１０．１１を熱電素子表面に
導いている。外気１０．１１は、熱電素子７の表面およ
び熱電素子７と外気１０，１１との伝熱面積を確保する
ため熱電素子７表面と熱的に接触しているグリッド１２
゜１３より、加熱もしくは冷却されてグリッド１２゜１
３から吹き出される。
を示したものである。このような熱電装置は、中央に第
２図に示したような熱電索子７を配置し、２個のファン
８．ファン９によって外気１０．１１を熱電素子表面に
導いている。外気１０．１１は、熱電素子７の表面およ
び熱電素子７と外気１０，１１との伝熱面積を確保する
ため熱電素子７表面と熱的に接触しているグリッド１２
゜１３より、加熱もしくは冷却されてグリッド１２゜１
３から吹き出される。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、このような従来の熱電装置では、半導体
材料および金属板をバルクで使用する構成となっている
ため、 １、 Ｔｅ、Ｂｉ等の希少材料を大量に必要とし、熱
電素子の重量および容積が大きくなり、材料コストがあ
がる、 ２、半導体と金属板との接合には、接触部の電気抵抗お
よび熱抵抗の低減を図るためろう付は等が必要である、 ３、半導体の断面積が大きいため、加熱部から冷却部へ
の熱流が大きく、効率が低下する、等の問題があり、ま
た、熱電素子とグリッドとの構成上、 ４、外気との熱交換面積を確保するグリッドと熱電素子
との接触熱抵抗が太き、 ５、熱電素子全体から発生する大量の熱を空気と熱交換
するため、グリッドの伝熱面積を大きくする必要があり
、グリッドの長さが長くなりフィン効率が低下し、金属
板と外気との温度差を大きくとる必要があり、効率が低
下する、 等の問題があった。
材料および金属板をバルクで使用する構成となっている
ため、 １、 Ｔｅ、Ｂｉ等の希少材料を大量に必要とし、熱
電素子の重量および容積が大きくなり、材料コストがあ
がる、 ２、半導体と金属板との接合には、接触部の電気抵抗お
よび熱抵抗の低減を図るためろう付は等が必要である、 ３、半導体の断面積が大きいため、加熱部から冷却部へ
の熱流が大きく、効率が低下する、等の問題があり、ま
た、熱電素子とグリッドとの構成上、 ４、外気との熱交換面積を確保するグリッドと熱電素子
との接触熱抵抗が太き、 ５、熱電素子全体から発生する大量の熱を空気と熱交換
するため、グリッドの伝熱面積を大きくする必要があり
、グリッドの長さが長くなりフィン効率が低下し、金属
板と外気との温度差を大きくとる必要があり、効率が低
下する、 等の問題があった。
本発明は、上記従来技術の課題を考慮し、熱電素子の材
料コスト、重量および容積を大幅に低減するとともに、
接触抵抗および半導体内の熱流を抑え、かつ、外気との
温度差を抑えることにより、熱電性能を向上させる構造
の熱電装置を提供することを目的とするものである。
料コスト、重量および容積を大幅に低減するとともに、
接触抵抗および半導体内の熱流を抑え、かつ、外気との
温度差を抑えることにより、熱電性能を向上させる構造
の熱電装置を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
本発明による熱電装置は、絶縁性フィルム基板上に、Ｎ
型（またはＰ型）半導体、導電体（１）、Ｐ型（または
Ｎ型）半導体、導電体（２）の順に、各半導体・導電体
の端部が電気的に導通するように成膜し、導電体（１）
に熱的に接触するフィンを前記フィルム基板の成膜側に
、導電体（２）に熱的に接触するフィンを前記フィルム
基板の成膜と反対側に位置させたものである。
型（またはＰ型）半導体、導電体（１）、Ｐ型（または
Ｎ型）半導体、導電体（２）の順に、各半導体・導電体
の端部が電気的に導通するように成膜し、導電体（１）
に熱的に接触するフィンを前記フィルム基板の成膜側に
、導電体（２）に熱的に接触するフィンを前記フィルム
基板の成膜と反対側に位置させたものである。
作用
上記のような構成もしくは手段によって、得られる本発
明の作用は次の通りである。
明の作用は次の通りである。
１、膜状になった熱電素子は、薄く構成することが可能
でありコンパクトで軽い装置とすることができる。また
、材料の使用量は、バルクで使用する場合に比べ非常に
少なくできる。
でありコンパクトで軽い装置とすることができる。また
、材料の使用量は、バルクで使用する場合に比べ非常に
少なくできる。
２、半導体の断面積が小さいことから、加熱部から冷却
部への熱伝導を減少できる。
部への熱伝導を減少できる。
３、半導体と導電体が真空場においてほぼ同時に成膜さ
れることから、半導体と、導電体との接触電気抵抗がほ
とんどない。
れることから、半導体と、導電体との接触電気抵抗がほ
とんどない。
４、各半導体毎にフィンが存在する構造であることから
、空気との熱交換は容易である。
、空気との熱交換は容易である。
５、フィン部の構造は、半導体の構造による制約を受け
ず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することがで
きる。
ず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することがで
きる。
このように、熱電素子と空気との温度差を小さくでき、
性能向上が図ることができる。
性能向上が図ることができる。
実施例
以下に本発明による実施例を図面により説明する。
第１図は本発明による一実施例にかかる熱電装置の構成
を示すものである。
を示すものである。
絶縁性フィルム基板１４の片面にはＮ型半導体１５、導
電体１６、Ｐ型半導体１７、導電体１６が順に成膜され
ている。２つのコルゲートフィン１８はフィルム基板１
４の両側に位置し、導電体１６に１つおきに、かつ、熱
的に接する導電体１６がおのおの異なるように設置され
ている。
電体１６、Ｐ型半導体１７、導電体１６が順に成膜され
ている。２つのコルゲートフィン１８はフィルム基板１
４の両側に位置し、導電体１６に１つおきに、かつ、熱
的に接する導電体１６がおのおの異なるように設置され
ている。
Ｎ型半導体１５と、Ｐ型半導体１７の順番はどちらでも
よく、加える電圧の方向によって冷却部と加熱部を切り
替えることができる。Ｎ型半導体１５、導電体１６、Ｐ
型半導体１７は、各々の端部が重なり合う構造になって
おり、接触部の電気抵抗および熱抵抗が大きくならない
構造となっている。導電体１６の材料としては、電気抵
抗の小さい銅またはアルミが用いられる。熱電装置に流
れ込んだ電流は、半導体１５．１７と導電体１６の界面
でベルチェ効果により発熱もしくは吸熱する。このとき
、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１７は交互に並んでいる
ことから、導電体１６は交互に発熱部または吸熱部とな
り、前述のごとく導電体１６の１つおきに熱的に接する
コルゲートフィン１８は、一方が発熱フィン他方が吸熱
フィンとなる。したがって、フィルム１４上部の空気か
ら熱を吸収（もしくは空気への熱の発散）し、フィルム
１４の下部の空気への熱の発散（もしくは空気からの熱
の吸収）することとなる。本発明では、上側に位置する
コルゲートフィン１８と導電体１６の間に電気絶縁層１
９を設けている。これは、コルゲートフィン１８の材料
として一般的にはアルミが用いられるため、絶縁層１９
がない場合、コルゲートフィン１８を通して電流が流れ
、十分なベルチェ効果が得られないことによる。
よく、加える電圧の方向によって冷却部と加熱部を切り
替えることができる。Ｎ型半導体１５、導電体１６、Ｐ
型半導体１７は、各々の端部が重なり合う構造になって
おり、接触部の電気抵抗および熱抵抗が大きくならない
構造となっている。導電体１６の材料としては、電気抵
抗の小さい銅またはアルミが用いられる。熱電装置に流
れ込んだ電流は、半導体１５．１７と導電体１６の界面
でベルチェ効果により発熱もしくは吸熱する。このとき
、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１７は交互に並んでいる
ことから、導電体１６は交互に発熱部または吸熱部とな
り、前述のごとく導電体１６の１つおきに熱的に接する
コルゲートフィン１８は、一方が発熱フィン他方が吸熱
フィンとなる。したがって、フィルム１４上部の空気か
ら熱を吸収（もしくは空気への熱の発散）し、フィルム
１４の下部の空気への熱の発散（もしくは空気からの熱
の吸収）することとなる。本発明では、上側に位置する
コルゲートフィン１８と導電体１６の間に電気絶縁層１
９を設けている。これは、コルゲートフィン１８の材料
として一般的にはアルミが用いられるため、絶縁層１９
がない場合、コルゲートフィン１８を通して電流が流れ
、十分なベルチェ効果が得られないことによる。
本実施例の熱電装置を壁として使用することにより、壁
の内外におけるヒートポンプが完成する。
の内外におけるヒートポンプが完成する。
本実施例では、コルゲートフィン１８は上下ともに同じ
寸法としたが、吸熱・排熱比や、おのおのの空気側条件
により最適寸法で製作することも容易な形状といえる。
寸法としたが、吸熱・排熱比や、おのおのの空気側条件
により最適寸法で製作することも容易な形状といえる。
一般に、排熱量は吸熱量と人力電力との和に等しく、効
率の悪い熱電素子を用いると、吸熱量と排熱量の差が大
きくなる。したがって、空気側との伝熱に必要な伝熱面
積の差も大きくなる。本発明では、吸熱側と排熱側のコ
ルゲートフィン１８の長さを変えることによって、最適
な形状を容易に得ることができる。また、本実施例では
、コルゲートフィン１８の表面はフラットとしたが、空
気との伝熱性能を高めるスリットフィンやルーバーフィ
ンの加工も容易な形状と言える。
率の悪い熱電素子を用いると、吸熱量と排熱量の差が大
きくなる。したがって、空気側との伝熱に必要な伝熱面
積の差も大きくなる。本発明では、吸熱側と排熱側のコ
ルゲートフィン１８の長さを変えることによって、最適
な形状を容易に得ることができる。また、本実施例では
、コルゲートフィン１８の表面はフラットとしたが、空
気との伝熱性能を高めるスリットフィンやルーバーフィ
ンの加工も容易な形状と言える。
以上のように本発明においては、フィルムの表面に成膜
しているため、薄く構成することが可能でありコンパク
トで軽い装置とすることができる。
しているため、薄く構成することが可能でありコンパク
トで軽い装置とすることができる。
また、熱電素子部分とフィン部分を独立して作製した後
に一体化できることから、作製上も容易で安価な熱電装
置が提供される。
に一体化できることから、作製上も容易で安価な熱電装
置が提供される。
発明の効果
本発明による熱電装置は、絶縁性フィルム基板上に、Ｎ
型（またはＰ型）半導体、導電体（１）、Ｐ型（または
Ｎ型）半導体、導電体（２）の順に、各半導体・導電体
の端部が電気的に導通ずるように成膜し、導電体（１）
に熱的に接触するフィンを前記フィルム基板の成膜側に
、導電体（２）に熱的に接触するフィンを前記フィルム
基板の成膜と反対側に位置さる構成にしたため、次のよ
うな効果を奏する。
型（またはＰ型）半導体、導電体（１）、Ｐ型（または
Ｎ型）半導体、導電体（２）の順に、各半導体・導電体
の端部が電気的に導通ずるように成膜し、導電体（１）
に熱的に接触するフィンを前記フィルム基板の成膜側に
、導電体（２）に熱的に接触するフィンを前記フィルム
基板の成膜と反対側に位置さる構成にしたため、次のよ
うな効果を奏する。
１、膜状になった熱電素子は、薄く構成することが可能
でありコンパクトで軽い装置とすることができる。また
、材料の使用量は、バルクで使用する場合に比べ非常に
少なくできる。
でありコンパクトで軽い装置とすることができる。また
、材料の使用量は、バルクで使用する場合に比べ非常に
少なくできる。
２、半導体の断面積が小さいことから、加熱部から冷却
部への熱伝導を減少できる。
部への熱伝導を減少できる。
３、半導体と導電体が真空基においてほぼ同時に成膜さ
れることから、半導体と導電体との接触電気抵抗がほと
んどない。
れることから、半導体と導電体との接触電気抵抗がほと
んどない。
４、各半導体毎にフィンが存在する構造であることから
、空気との熱交換は容易である。
、空気との熱交換は容易である。
５、フィン部の構造は、半導体の構造による制約を受け
ず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することがで
き、また、半導体部とは別に作製した上で一体化ができ
ることから構成上からも安価にできる。
ず、空気側の伝熱条件に応じて自由に設計することがで
き、また、半導体部とは別に作製した上で一体化ができ
ることから構成上からも安価にできる。
すなわち、本発明を実施することで、非常に軽量、コン
パクトで経済性に冨み、しかも性能の高い熱電装置の実
現が可能となる。
パクトで経済性に冨み、しかも性能の高い熱電装置の実
現が可能となる。
第１図は本発明の一実施例の熱電装置の斜視図、第２図
は従来の熱電装置の一部斜視図、第３図は従来例の熱電
装置の正面図である。 ３．４，１５，１７・・・半導体、１４・・・フィルム
基板、１６・・・導電体。
は従来の熱電装置の一部斜視図、第３図は従来例の熱電
装置の正面図である。 ３．４，１５，１７・・・半導体、１４・・・フィルム
基板、１６・・・導電体。
Claims (5)
- （１）絶縁性フィルム基板上に、Ｎ型（またはＰ型）半
導体、第１の導電体、Ｐ型（またはＮ型）半導体、第２
の導電体の順に、各半導体・導電体の端部が電気的に導
通するように成膜し、第１の導電体に熱的に接触する第
１のフィンを前記フィルム基板の膜側に、第２の導電体
に熱的に接触する第２のフィンを前記フィルム基板の膜
と反対側に位置させたことを特徴とする熱電装置。 - （２）第１の導電体と第１のフィンの間に電気的な絶縁
層を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱電装置。 - （３）第１及び第２のフィンの形状をコルゲート状に一
体化したことを特徴とする請求項１記載の熱電装置。 - （４）半導体の発熱量および吸熱量に応じて、第１、第
２のフィンの面積を変えたことを特徴とする請求項１記
載の熱電装置。 - （５）第１及び第２のフィンに、スリットまたはルーバ
ーを設けたことを特徴とする請求項１記載の熱電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017962A JPH02198180A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 熱電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017962A JPH02198180A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 熱電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02198180A true JPH02198180A (ja) | 1990-08-06 |
Family
ID=11958371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017962A Pending JPH02198180A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 熱電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02198180A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011065185A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 富士通株式会社 | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1017962A patent/JPH02198180A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011065185A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 富士通株式会社 | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| JPWO2011065185A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2013-04-11 | 富士通株式会社 | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
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