JPH04101472A - 冷却装置 - 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 本発明はペルチェ効果を利用し電気的に低温を得る冷却
装置、特に極低温を得る冷却装置に関する。

従来の技術 従来　ペルチェ効果を利用して極低温を得る冷却装置（
よ　第３図に示す従来例のように　金属板１および金属
板２によって、Ｎ型半導体３およびＰ型半導体４を挟み
込んだ熱電回路を複数個積層した構成を有している。各
熱電回路＋ｉ　　Ｎ型半導体３とＰ型半導体４を直列に
配列しており、電流を流すと、各熱電回路の上面が冷却
側１　下面が放熱側となり、上部に位置する熱電回路の
放熱を下部に位置する熱電回路が冷却する。したがって
、最下部に位置する金属板２を室温程度に保ち、端子５
と端子６間に電位を与えると、最上部の金属板１で極低
温が得られる。一般的に（よ　冷却側の熱量よりも放熱
側の熱量が大きいことから、処理する熱量は下方に位置
する熱電回路の方が大きくなるたム　下方の素子数を多
くしている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来の冷却装置でζ戴半導体
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Ｌ　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（よ　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、半導体の断面積が太きいた嵌　加熱部がら冷却部へ
の熱流が大きく、効率が低下する。

等の課題があった 本発明は　上記課題を解決するものてミ　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ることにより、冷
却性能を向上させる構造の冷却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 本発明は上記目的を達成するために　凹凸を繰り返すコ
ルゲート状の絶縁性フィルム基板上へ第１の傾斜部に形
成されたＮ型半導体と、凸部にそのＮ型半導体に電気的
に接続して形成された第１の導電体と、第２の傾斜部に
その第１の導電体に電気的に接続して形成されたＰ型半
導体と、凹部にそのＰ型半導体に電気的に接続して形成
された第２の導電体とからなる熱電素子を順次１組以上
並べた熱電回路を　熱伝導体を介して複数個積層し　最
上層の前記熱電回路の第１の導電体に接して吸熱用熱伝
導体を、最下層の前記熱電回路の第２の導電体に接して
放熱用熱伝導体をそれぞれ設けた構成よりなる。

作用 本発明は上記構成により、膜状になった熱電素子は　薄
く構成することが可能で、コンパクトで軽くなり、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
なり、半導体の断面積が小さいことから、加熱部から冷
却部への熱伝導が減少し　また半導体と導電体が真空装
置内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くなることにより
、熱電素子と熱伝導体との温度差が小さくなる。

実施例 以下に本発明による一実施例を図面により説明する。第
１図に示すように　　三つのコルゲート状熱電回路１１
、１２、１３の間および両端部に熱伝導体１４、１５、
１６、１７を設置している。

熱電回路１１の詳細を第２図に示す。コルゲート状絶縁
性フィルム基板１８の片面α　第１の傾斜部１８Ａには
Ｎ型半導体１９、凸部に第１の導電体２（１，次の第２
の傾斜部１８ＢにはＰ型半導体２１、続く凹部に第２の
導電体２０Ｂからなる熱電素子が順次並んで形成されて
いる。Ｎ型半導体１９、導電体２０Ａ、２０Ｂ、Ｐ型半
導体２１（よ　各々の端部が接触する構造になっており
、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２ＯＡ、２０Ｂの材料として（瓜
　電気抵抗の小さい銅またはアルミニウムが用いられる
。

絶縁性フィルム基板１８（よ　凹凸を繰り返すコルゲー
ト状に加工されており、導電体２ＯＡを形成したすべて
の凸部ζ戴　第１図に示すよう圏　一方の熱伝導体１４
と熱的に接触し　導電体２０Ｂを形成したすべての凹部
ｃ！　　他方の熱伝導体・１５と接触している。絶縁性
フィルム基板１８にそって半導体１９、２１および導電
体２０Ａ、２０Ｂに電流を流す。これにより、半導体１
９、２１と導電体２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの界面でペ
ルチェ効果により発熱もしくは吸熱を生じる。このとき
、Ｎ型半導体１９とＰ型半導体２１は交互に並んでいる
ことから、導電体２１　２０Ｂは交互に発熱部または吸
熱部となる。すなわち導電体２ＯＡは吸熱部となり、そ
れに接している一方の熱伝導体１４は吸熱となる。また
　導電体２０Ｂに接している他方の熱伝導体１５は発熱
となる。したがって、熱伝導体１４の温度（友　熱伝導
体１５よりも低い温度となる。熱伝導体１５の下面には
　熱電回路１２の吸熱部が位置することがら熱電回路１
１の発熱が熱伝導体１５を介して熱電回路１２の吸熱部
に吸収される。同様に　熱電回路１２の発熱を熱伝導体
１６を介して熱電回路１３の吸熱部が吸収する。

このような構造により、各熱電回路で得られる温度差の
約３倍の温度差を、熱伝導体１４と熱伝導体１７の間で
得られることになる。したがって放熱用熱伝導体１７を
室温に保つと、吸熱用熱伝導体１４は極低温となる。

熱電回路１１から熱電回路１３が処理する熱量（友　順
に大きくなることから、回路内の半導体および導電体の
数を順に大きくしている。また本発明の冷却装置で（よ
　絶縁性フィルム基板１８の凹凸のピッチを自由に設定
できる構造であることから、必要な素子数が多くなる下
段のピッチを小さ（し　下段の熱伝導体１７が大きくな
らないように設計することも容易である。

以上のように本発明において（よ　半導体および導電体
を薄く構成することが可能であり軽い装置とすることが
できる。また　半導体と導電体との温度差も小さくなり
安価で、高性能な冷却装置が提供される。

発明の効果 以上の実施例から明らなように本発明によれば凹凸を繰
り返すコルゲート状の絶縁性フィルム基板上の、第１の
傾斜部に形成されたＮ型半導体と、凸部にそのＮ型半導
体に電気的に接続して形成された第１の導電体と、第２
の傾斜部にその第１の導電体に電気的に接続して形成さ
れただＰ型半導体と、凹部にそのＰ型半導体に電気的に
接続して形成された第２の導電体とからなる熱電素子を
順次１組以上並べた熱電回路を　熱伝導体を介して複数
個積層し　最上層の前記熱電回路の第１の導電体に接し
て吸熱用熱伝導体を、最下層の前記熱電回路の第２の導
電体に接して放熱用熱伝導体を設けた構成よりなるので
、　　非常に軽量、コンパクトで経済性に富へ　しかも
性能の高い冷却装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷却装置の概略断面巨　第
２図は同冷却装置を構成する熱電回路の詳細巨　第３図
は従来の冷却装置の断面図である。 １１、１２．１３・−熱電回ＩＫ　　１４，１５，１６
．１７・・・熱伝導体１８・・・絶縁性フィルム基板、
１８Ａ・・・第１の傾斜部１８Ｂ・・・第２の傾斜に１
９・・・Ｎ型半導ｉ　　２ＯＡ・・・第１の導電体　２
０Ｂ・・・第２の導電体　２１・・・Ｐ型半導俟

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）凹凸を繰り返すコルゲート状の絶縁性フィルム基
   板上の、第１の傾斜部に形成されたＮ型半導体と、凸部
   に前記Ｎ型半導体に電気的に接続して形成された第１の
   導電体と、第２の傾斜部に前記第１の導電体に電気的に
   接続して形成されたＰ型半導体と、凹部に前記Ｐ型半導
   体に電気的に接続して形成された第２の導電体とからな
   る熱電素子を順次１組以上並べた熱電回路を熱伝導体を
   介して複数個積層し、最上層の前記熱電回路の第１の導
   電体に接して吸熱用熱伝導体を、最下層の前記熱電回路
   の第２の導電体に接して放熱用熱伝導体をそれぞれ設け
   た冷却装置。
2. （２）各層の熱電回路を構成する熱電素子の数を熱電回
   路の積層方向に順次減少または増加させた請求項１記載
   の冷却装置。
3. （３）各層の熱電回路における絶縁性フィルム基板の凹
   凸のピッチを熱電回路の積層方向に順次減少または増加
   させた請求項１記載の冷却装置。