JPH069260B2 - 熱電気変換素子の製造方法 - Google Patents
熱電気変換素子の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
- H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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
くから行われている。最近そのユニット化の技術が開発
され比較的大電力の熱電気変換素子が得られる様になっ
た。その利用分野としては宇宙開発用，海洋開発用，仮
地用並に廃熱利用の電源として熱電気変換サーモユニッ
トの応用が注目されるに至った。
くから行われている。最近そのユニット化の技術が開発
され比較的大電力の熱電気変換素子が得られる様になっ
た。その利用分野としては宇宙開発用，海洋開発用，仮
地用並に廃熱利用の電源として熱電気変換サーモユニッ
トの応用が注目されるに至った。
また熱電気変換素子は温度センサーとして実用化されて
いる。
いる。
2)従来の技術 これまで知られている代表的な熱電気変換サーモユニッ
トの一つにはBi2(TeSe)3と(SbBi)2Te3のＮ型およびＰ型
半導体が用いられ，その素子を製作するために前記半導
体の粉末を４００℃で焼結させ４×４×(mm)の板に切断
された。この素子を複数個電気的に直列に，熱的には並
列に結合し，この結合部を２枚の熱伝導板（材質アルミ
ニューム）で挾みユニット化し大電力の出力を得てい
た。
トの一つにはBi2(TeSe)3と(SbBi)2Te3のＮ型およびＰ型
半導体が用いられ，その素子を製作するために前記半導
体の粉末を４００℃で焼結させ４×４×(mm)の板に切断
された。この素子を複数個電気的に直列に，熱的には並
列に結合し，この結合部を２枚の熱伝導板（材質アルミ
ニューム）で挾みユニット化し大電力の出力を得てい
た。
ユニットの形状は目的に応じて異なるが，両熱伝導板の
間隙は約６mmに設計されている。上述のBi2Te3を基本組
成とする素子は非常に脆いため上記のユニットの構成で
は，これ以上素子の厚みを増すことは困難である。ユニ
ットの厚みが６mm程度ではAl熱伝導板を通し熱電気変換
素子の両先端の温度差を約２００℃にするためには両熱
伝導板の表面温度を３００℃以上まで上げねばならな
い。この温度差を間隙６mmの処で作り出すためには冷熱
源側に大型の放熱器をつけねばならない。以上の様に従
来のこの種熱電気変換ユニットがその機能を果すために
は新に冷却放熱のためのエネルギーが投入されなければ
ならない。これは本来の廃熱を利用して発電すると云う
熱電気変換素子利用の趣旨にも反する。
間隙は約６mmに設計されている。上述のBi2Te3を基本組
成とする素子は非常に脆いため上記のユニットの構成で
は，これ以上素子の厚みを増すことは困難である。ユニ
ットの厚みが６mm程度ではAl熱伝導板を通し熱電気変換
素子の両先端の温度差を約２００℃にするためには両熱
伝導板の表面温度を３００℃以上まで上げねばならな
い。この温度差を間隙６mmの処で作り出すためには冷熱
源側に大型の放熱器をつけねばならない。以上の様に従
来のこの種熱電気変換ユニットがその機能を果すために
は新に冷却放熱のためのエネルギーが投入されなければ
ならない。これは本来の廃熱を利用して発電すると云う
熱電気変換素子利用の趣旨にも反する。
3)発明が解決しようとする問題点 上述のような脆い素材から作られるＮ型およびＰ型半導
体熱電変換素子の成型方法に新技術を導入し，素子の脆
弱性を補い低温度熱源によって熱電気変換素子の両先端
に，所定の温度差例えば２００℃の差を生ぜこめて効率
の良い熱電気変換ユニットを得んとするものである。
体熱電変換素子の成型方法に新技術を導入し，素子の脆
弱性を補い低温度熱源によって熱電気変換素子の両先端
に，所定の温度差例えば２００℃の差を生ぜこめて効率
の良い熱電気変換ユニットを得んとするものである。
4)問題点を解決するための手段 Ｎ型半導体を溶融し，この溶湯に石英又はガラスの細管
を挿入して溶湯を吸い上げ，そのまま凝固するのを待っ
て所定の長さに載断し棒状の素子を得る。Ｐ型半導体に
ついても同様にガラス細管にその溶湯を吸い上げ，その
まま凝固するのを待って前記Ｎ型の場合と同長に載断し
て棒状の素子を得る。上記Ｎ型とＰ型の棒状素子１組を
もって熱電気変換素子を構成する。素子の厚み（軸方向
の長さ）と同等の厚みを有する耐熱性絶縁板に前記細管
と略々同径の穴を多数あけ，この穴に前記Ｎ型とＰ型の
棒状素子を交互に規則正しく挿入し，Ｎ型棒状素子とＰ
型棒状素子の上下両端を導電体でＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐ…と電
気的に直列に接続する。その上下両面にシリコンゴムの
如き熱伝導性で電気的絶縁物を薄く塗布し，更にその一
面に高熱源他面に低熱源を伝達する金属例えばAl板を密
着させて熱電気変換ユニットが構成される。
を挿入して溶湯を吸い上げ，そのまま凝固するのを待っ
て所定の長さに載断し棒状の素子を得る。Ｐ型半導体に
ついても同様にガラス細管にその溶湯を吸い上げ，その
まま凝固するのを待って前記Ｎ型の場合と同長に載断し
て棒状の素子を得る。上記Ｎ型とＰ型の棒状素子１組を
もって熱電気変換素子を構成する。素子の厚み（軸方向
の長さ）と同等の厚みを有する耐熱性絶縁板に前記細管
と略々同径の穴を多数あけ，この穴に前記Ｎ型とＰ型の
棒状素子を交互に規則正しく挿入し，Ｎ型棒状素子とＰ
型棒状素子の上下両端を導電体でＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐ…と電
気的に直列に接続する。その上下両面にシリコンゴムの
如き熱伝導性で電気的絶縁物を薄く塗布し，更にその一
面に高熱源他面に低熱源を伝達する金属例えばAl板を密
着させて熱電気変換ユニットが構成される。
5)作 用 Ｎ型半導体素子もＰ型半導体素子も棒状であり，且つ石
英（又は硝子）管内に封入されているから機械的強度に
優る。従って低温度差が得られ効率よく大電圧を得るこ
とができる。
英（又は硝子）管内に封入されているから機械的強度に
優る。従って低温度差が得られ効率よく大電圧を得るこ
とができる。
6)実施例 Ｎ型半導体Bi2(TeSe)3とＰ型半導体(SbBi)2Te3の素材を
夫々融点約６００℃で溶融しその溶湯を作る。７φ×５
φ×６００mmの石英細管を夫々前記Ｎ型半導体の溶湯と
Ｐ型半導体の溶湯に挿入し，スポイトで吸い上げその侭
凝固させる。これをカッターで厚さ６mmに切断し基本素
子を作る。また２種類の半導体粉末（Ｎ型又はＰ型）を
石英（又はガラス）細管の中に装入し，それらを４００
℃で焼結成型することによって基本素子を作ることもで
きる。
夫々融点約６００℃で溶融しその溶湯を作る。７φ×５
φ×６００mmの石英細管を夫々前記Ｎ型半導体の溶湯と
Ｐ型半導体の溶湯に挿入し，スポイトで吸い上げその侭
凝固させる。これをカッターで厚さ６mmに切断し基本素
子を作る。また２種類の半導体粉末（Ｎ型又はＰ型）を
石英（又はガラス）細管の中に装入し，それらを４００
℃で焼結成型することによって基本素子を作ることもで
きる。
第１図(A)Ｂはこの様にして構成された熱電気変換ユニ
ットの上面図で２は前記熱電気変換半導体素子で対熱性
絶縁板１の穴にＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ…の順で規則正しく貫入
保持されている。３は前記Ｐ型半導体素子とＮ型半導体
素子の端縁をＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ…と直列に接続する導電体
（銅板）を示す高温半田で電気的に接続し最后に第１図
(C)に示す如く出力端子４，４′に導く。これらの上下
両平面に対熱性絶縁物としてシリコンゴムを薄く塗布，
更にその上にAL板を接着し高熱源及び低熱源の伝導板と
する。なお説明を簡略するため，図では対熱性絶縁物シ
リコンゴムと熱源の伝導板Alは省略してある。
ットの上面図で２は前記熱電気変換半導体素子で対熱性
絶縁板１の穴にＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ…の順で規則正しく貫入
保持されている。３は前記Ｐ型半導体素子とＮ型半導体
素子の端縁をＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ…と直列に接続する導電体
（銅板）を示す高温半田で電気的に接続し最后に第１図
(C)に示す如く出力端子４，４′に導く。これらの上下
両平面に対熱性絶縁物としてシリコンゴムを薄く塗布，
更にその上にAL板を接着し高熱源及び低熱源の伝導板と
する。なお説明を簡略するため，図では対熱性絶縁物シ
リコンゴムと熱源の伝導板Alは省略してある。
7)発明の効果 第２図はBi2(TeSe)3と(SbBi)2Te半導体からなる従来の
ユニットと上述した本発明によって製造し熱電気変換素
子の特性を比較するため測定装置の概略図を示す。
ユニットと上述した本発明によって製造し熱電気変換素
子の特性を比較するため測定装置の概略図を示す。
図において１１は熱電気変換ユニット，１２はこのユニ
ットの上面を接着された低温熱源を伝導するAl板１２′
は同高温熱源を伝導するAl板，１３は高温熱源である円
筒状のヒータで中心にAl板１２′の温度を計測する熱電
対１６を挿入する小孔を有し熱電対１６はAl板１２′に
接する。１４は低熱源となる氷水を満したバット，１５
は氷水の温度を測定する温度計，１７は熱電変換ユニッ
トの出力端子を示す。
ットの上面を接着された低温熱源を伝導するAl板１２′
は同高温熱源を伝導するAl板，１３は高温熱源である円
筒状のヒータで中心にAl板１２′の温度を計測する熱電
対１６を挿入する小孔を有し熱電対１６はAl板１２′に
接する。１４は低熱源となる氷水を満したバット，１５
は氷水の温度を測定する温度計，１７は熱電変換ユニッ
トの出力端子を示す。
従来方法で製造した熱電気変換ユニットと本発明によっ
て製造したユニットの実測値は下記のとおりであって出
力電圧１．８Ｖを得るには従来例では３００℃の温度差
を必要としたが本発明では２００℃で足り効率よく発電
することが実測された。また，本発明ではＰ型並にＮ型
熱電気変換素子は素子が石英管で保持されているので機
械的にも極めて堅牢で長時間の使用に耐えることは明で
ある。
て製造したユニットの実測値は下記のとおりであって出
力電圧１．８Ｖを得るには従来例では３００℃の温度差
を必要としたが本発明では２００℃で足り効率よく発電
することが実測された。また，本発明ではＰ型並にＮ型
熱電気変換素子は素子が石英管で保持されているので機
械的にも極めて堅牢で長時間の使用に耐えることは明で
ある。
第１図は本発明によって製造した熱電気変換素子によっ
て組立たユニットでＡは上面図Ｂは裏面図Ｃは断面図を
示す。何れもAl板を剥離し，また表面に耐熱性電気的絶
縁材料シリコンゴムを塗布しない状態である。 第２図は熱電気変換ユニットの出力電圧を測定する装置
の概略断面図を示す。 １：対熱性電気的絶縁板，２：熱電気変換素子，３：導
電体（銅板），４，４′：出力端子，１１：熱電気変換
ユニット，１２，１２′：Al板，１３：ヒータ，１４：
氷水バット，１５：温度計，１６：熱電対，１７：出力
て組立たユニットでＡは上面図Ｂは裏面図Ｃは断面図を
示す。何れもAl板を剥離し，また表面に耐熱性電気的絶
縁材料シリコンゴムを塗布しない状態である。 第２図は熱電気変換ユニットの出力電圧を測定する装置
の概略断面図を示す。 １：対熱性電気的絶縁板，２：熱電気変換素子，３：導
電体（銅板），４，４′：出力端子，１１：熱電気変換
ユニット，１２，１２′：Al板，１３：ヒータ，１４：
氷水バット，１５：温度計，１６：熱電対，１７：出力
Claims (4)
- 【請求項１】石英又はガラス細管の中に，夫々Ｎ型又は
Ｐ型半導体の溶湯を吸い上げ，そのまま凝固させ所定の
長さに切断して棒状の素子を得ることを特徴とする熱電
気変換素子の製造方法 - 【請求項２】Ｎ型半導体はＢｉ２（ＴｅＳｂ）３，Ｐ型
半導体は（ＳｂＢｉ）２Ｔｅ３である特許請求の範囲第
１項記載の熱電気変換素子の製造方法 - 【請求項３】石英又はガラス細管の中に，夫々Ｎ型又は
Ｐ型半導体の粉末を挿入し，該粉末を焼結成型した後所
定の長さに切断して棒状の素子を得ることを特徴とする
熱電気変換素子の製造方法 - 【請求項４】Ｎ型半導体はＢｉ２（ＴｅＳｂ）３，Ｐ型
半導体は（ＳｂＢｉ）２Ｔｅ３である特許請求の範囲第
３項記載の熱電気変換素子の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040995A JPH069260B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 熱電気変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040995A JPH069260B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 熱電気変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201484A JPS61201484A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH069260B2 true JPH069260B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=12596006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60040995A Expired - Lifetime JPH069260B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 熱電気変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069260B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0773592A2 (en) | 1995-11-13 | 1997-05-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Thermoelectric conversion module and method of manufacturing the same |
| US20130269744A1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-17 | Panasonic Corporation | Thermoelectric conversion module |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5413868B2 (ja) | 2010-11-18 | 2014-02-12 | パナソニック株式会社 | 熱電変換素子モジュール |
| JP5235038B2 (ja) | 2011-04-12 | 2013-07-10 | パナソニック株式会社 | 熱電変換素子の製造装置および製造方法 |
| DE102011084442B4 (de) * | 2011-10-13 | 2018-05-03 | Schott Ag | Thermoelektrisches Bauelement mit glasummantelten n- und p-Leitern |
| US8889454B2 (en) | 2011-11-08 | 2014-11-18 | Ut-Battelle, Llc | Manufacture of thermoelectric generator structures by fiber drawing |
| JP5650770B2 (ja) * | 2012-04-03 | 2015-01-07 | 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 |
| JP6008293B2 (ja) * | 2012-04-09 | 2016-10-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱電変換素子および熱電変換モジュール |
-
1985
- 1985-03-04 JP JP60040995A patent/JPH069260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0773592A2 (en) | 1995-11-13 | 1997-05-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Thermoelectric conversion module and method of manufacturing the same |
| US20130269744A1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-17 | Panasonic Corporation | Thermoelectric conversion module |
| CN103378283A (zh) * | 2012-04-11 | 2013-10-30 | 松下电器产业株式会社 | 热电转换模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61201484A (ja) | 1986-09-06 |
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