JPH08204242A - 熱電気変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数が少なく、長寿命化が図れる熱電気
変換装置の提供。 【構成】 相対向するよう配設された略平板状の熱交換
器1,2 と、熱交換器の間にあって少なくとも１対のＰ型
半導体4 とＮ型半導体5 を有する熱電素子3 と、を具備
する熱電気変換装置において、熱電素子3 を、Ｐ型半導
体とＮ型半導体が交互に連続する蛇行状とし、そのＰ型
半導体とＮ型半導体の接合部6 が２個の熱交換器に交互
に当接するよう形成するとともに、Ｐ型半導体及びＮ型
半導体は、多数の略粒状の素子本体と、素子本体が接触
するよう保持する弾性を有する樹脂製の保持部材と、か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気を熱または熱を電
気に変換する熱電気変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ペルチェ効果を利用して電気を熱
に、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換するもの
として熱電気変換装置がある。このものは、実開昭６２
−１７８５５４号に開示されるように、相対向するよう
配設された略平板状の２個の熱交換器1、2 と、その熱交
換器1、2 の間にあって少なくとも１対のＰ型半導体4 と
Ｎ型半導体5 を有する熱電素子3 と、を具備している
（図８及び図９）。この熱電素子3 のＰ型半導体4 とＮ
型半導体5 は、焼結等で形成された略直方体状であっ
て、Ｐ型半導体4 とＮ型半導体5 を直列に連結するた
め、その接合部は金属製の電極11を有していて、半田12
等で電極11とＰ型半導体4 及び電極11とＮ型半導体5 を
固着している。そして、その接合部の電極11は、２個の
熱交換器1,2 に交互に当接するよう接着剤等で固着して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した熱電気変換装
置は、熱電素子、電極、熱交換器の相互間が半田や接着
剤等で固着しているため、強固な構造となっている。し
かしながら、電極、半田等を有するため、組立が面倒で
あるとともに、熱電気変換装置全体が剛体となっている
ため、熱膨張、熱収縮等の熱変形により熱ストレスの発
生が繰り返された場合、熱電素子や半田等にクラックが
発生して寿命が短くなることがある。

【０００４】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、部品点数が少なく、長寿
命化が図れる熱電気変換装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項１記載の熱電気変換装置は、相対向するよ
う配設された略平板状の熱交換器と、該熱交換器の間に
あって少なくとも１対のＰ型半導体とＮ型半導体を有す
る熱電素子と、を具備する熱電気変換装置において、前
記熱電素子を、Ｐ型半導体とＮ型半導体が交互に連続す
る蛇行状とし、そのＰ型半導体とＮ型半導体の接合部が
２個の熱交換器に交互に当接するよう形成してなる構成
としている。

【０００６】また、請求項２記載の熱電気変換装置は、
請求項１記載のＰ型半導体及びＮ型半導体を、弾性を有
するよう形成してなる構成としている。

【０００７】また、請求項３記載の熱電気変換装置は、
請求項２記載のＰ型半導体及びＮ型半導体が、多数の略
粒状の素子本体と、該素子本体が接触するよう保持する
弾性を有する保持部材と、を有してなる構成としてい
る。

【０００８】また、請求項４記載の熱電気変換装置は、
請求項２記載のＰ型半導体及びＮ型半導体を、多数の略
粒状に形成するとともにとし、弾性筒状の封止部で被覆
してなる構成としている。

【０００９】

【作用】請求項１記載の構成によれば、熱電素子が蛇行
状であってＰ型半導体とＮ型半導体が交互に連続し、そ
の接合部が熱交換器に当接するため、電極や半田を有す
ることなしに形成することができる。

【００１０】また、請求項２記載の構成によれば、請求
項１の作用に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体は弾性
を有するため、変形することにより熱ストレスを緩和す
ることができる。

【００１１】また、請求項３記載の構成によれば、請求
項２の作用に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体を略粒
状の素子本体で形成し、弾性を有する保持部材で保持し
ているため、Ｐ型半導体及びＮ型半導体の素子本体が剛
性を有するものであっても、熱電素子全体としては弾性
を有する。

【００１２】また、請求項４記載の構成によれば、請求
項２の作用に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体が略粒
状で形成されているとともに、弾性筒状の封止部で被覆
されているため、熱ストレスによりクラックが発生して
もそのクラックを埋めることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図３に
基づいて説明する。なお、従来例で説明したものと基本
的な機能が同じ部材には、同一の符号を付してある。図
１は熱電気変換装置の断面図であり、熱電気変換装置
は、２個の熱交換器1,2 と、Ｐ型半導体4,4 …、Ｎ型半
導体5,5 …からなる熱電素子3 とを主要構成部材として
いる。

【００１４】熱交換器1,2 は、熱を外部に放出したり、
外部より熱を吸収するもので、外方面1a,2a と内方面1
b,2b を有する略平板状のアルミ等な伝導性の良好な材
料で形成される。そして、２個の熱交換器1,2 は、その
対向する内方面1b,2b が略平行で、後述する熱電素子3
が収納される間隔を有するよう配設される。また、この
熱交換器1,2 の外方面1a,2a は、放熱あるいは吸熱する
ために、空気、高温物質、低温物質等と当接する。

【００１５】熱電素子3 は、電気を熱に変換するもので
あり、複数のＰ型半導体4,4 …とＮ型半導体5,5 …を有
する。各Ｐ型半導体4 及びＮ型半導体5 は、略Ｓ字状で
あって弾性を有するよう形成されている。具体的には、
図２に示すように、各半導体4,5 は、粒状の重金属製の
素子本体4a,4a …、5a,5a …と、その素子本体4a,4a…
及び素子本体5a,5a …が接触するように保持する弾性を
有する保持部材14,15より形成されている。従って、素
子本体4a,4a …、5a,5a …は、重金属製のため剛性を有
しているが、Ｐ型半導体4 及びＮ型半導体5 全体は、弾
性を有する。

【００１６】また、熱電素子3 は、Ｐ型半導体4 の端部
をＮ型半導体5 の端部に接合することにより、Ｐ型半導
体4 とＮ型半導体5 が交互に連続する蛇行状に形成され
てい。そして、そのＰ型半導体4 とＮ型半導体5 の第１
接合部6,6 …は、熱交換器1の内方面1bに、第２接合部
7,7 …は、熱交換器2 の内方面2bに当接する。すなわ
ち、Ｐ型半導体4 とＮ型半導体5 の接合部は、交互に２
個の熱交換器1,2 に当接する。

【００１７】このものは、熱電素子3 に通電することに
より、Ｐ型半導体4 及びＮ型半導体5 の素子本体4a,4a
…、5a,5a …を介して電流が流れ、熱電素子3 の第１接
合部6 または第２接合部7 のどちらか一方が発熱し、他
方が吸熱することにより、熱交換器1,2 のどちらか一方
が外部に熱を放出し、他方が外部より熱を吸収する。そ
して、図３に示すように、熱変形により熱交換器1,2 の
間隔Ｓが変化しても、その間隔Ｓに追随して熱電素子3
が変化し、常に、熱交換器1 の内方面1bに、第２接合部
7,7 …は、熱交換器2 の内方面2bに当接する。したがっ
て、熱交換器1,2 や熱電素子3 に加わる熱ストレスが抑
制され、熱交換器1,2 や熱電素子3 の寿命が伸びる。

【００１８】図４乃至図６は熱電素子の変形例を示すも
ので、各Ｐ型半導体4 とＮ型半導体5 の形状は、第１実
施例の略Ｓ字状に限定されるものではなく、直線状や瓢
箪状などでもよく、Ｐ型半導体4 とＮ型半導体5 を接合
したときに蛇行状になればよい。

【００１９】次に、第２実施例を図７に基づいて説明す
る。このものは、連続するＰ型半導体4 とＮ型半導体5
を、粒状の重金属にして弾性筒状の封止部8 に封入した
ものである。この封止部8 は、樹脂製であり、Ｐ型半導
体4 とＮ型半導体5 を圧縮する。

【００２０】このものは、熱電素子3 が弾性を有すると
ともに、Ｐ型半導体4 及びＮ型半導体5 が、封止部8 で
圧縮されているためにクラックが発生しにくく、また、
仮に熱ストレスによりＰ型半導体4 またはＮ型半導体5
にクラックが発生しても、封止部8 で圧縮されながら覆
われているため、そのクラックを埋めるように作用し、
断線しにくい。

【００２１】なお、熱電素子の接合部と熱交換器は、特
別なものを介することなしに当接したが、半田や接着剤
や熱伝導性のよいグリース等を介して当接してももちろ
んよい。また、本実施例では、ペルチェ効果を利用して
電気を熱に変換したが、その逆のゼーベック効果を利用
して熱を電気に変換してもよい。さらに、Ｐ型半導体4
及びＮ型半導体5 を粒状にして弾性を有するようにした
が、このものに限定されるものではなく、Ｐ型半導体4
及びＮ型半導体5 が弾性を有するな半導体材料で形成し
てもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の熱電気変換装置は、熱電
素子が蛇行状であってＰ型半導体とＮ型半導体が交互に
連続し、その接合部が熱交換器に当接するため、電極や
半田を有することなしに形成することができるので、部
品点数が少なくなり生産性が向上するとともに、低コス
ト化が実現できる。

【００２３】また、請求項２記載の熱電気変換装置は、
請求項１の効果に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体は
弾性を有するため、変形することにより熱ストレスを緩
和することができるので、クラックの発生を抑制して長
寿命化が図れる。

【００２４】また、請求項３記載の熱電気変換装置は、
請求項２の効果に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体を
略粒状の素子本体で形成し、弾性を有する保持部材で保
持しているため、Ｐ型半導体及びＮ型半導体の素子本体
が剛性を有するものであっても、熱電素子全体としては
弾性を有するので、容易に製造できる。

【００２５】また、請求項４記載の熱電気変換装置は、
請求項２の効果に加えて、Ｐ型半導体及びＮ型半導体が
略粒状で形成されているとともに、弾性筒状の封止部で
被覆されているため、熱ストレスによりクラックが発生
してもそのクラックを埋めることができるので、断線が
抑制されさらに長寿命化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す熱電気変換装置の断
面図である。

【図２】その熱電素子の断面図である。

【図３】その熱電気変換装置の熱変形を示す断面図であ
る。

【図４】第１実施例の変形例を示す熱電素子の断面図で
ある。

【図５】別の変形例を示す熱電素子の断面図である。

【図６】さらに別の変形例を示す熱電素子の断面図であ
る。

【図７】本発明の第２実施例を示す熱電素子の断面図で
ある。

【図８】本発明の従来例を示す熱電気変換装置の斜視図
である。

【図９】その熱電気変換装置の断面図である。

【符号の説明】

1,2 熱交換器 3 熱電素子 4 Ｐ型半導体 4a 素子本体 5 Ｎ型半導体 5a 素子本体 6 第１接合部 7 第２接合部 8 封止部 11 電極 12 半田 14,15 保持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向するよう配設された略平板状の
   熱交換器と、該熱交換器の間にあって少なくとも１対の
   Ｐ型半導体とＮ型半導体を有する熱電素子と、を具備す
   る熱電気変換装置において、 前記熱電素子を、Ｐ型半導体とＮ型半導体が交互に連続
   する蛇行状とし、そのＰ型半導体とＮ型半導体の接合部
   が２個の熱交換器に交互に当接するよう形成してなる熱
   電気変換装置。
2. 【請求項２】 前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体を、弾
   性を有するよう形成してなる請求項１記載の熱電気変換
   装置。
3. 【請求項３】 前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体は、多
   数の略粒状の素子本体と、該素子本体が接触するよう保
   持する弾性を有する保持部材と、を有してなる請求項２
   記載の熱電気変換装置。
4. 【請求項４】 前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体を、多
   数の略粒状に形成するとともにとし、弾性筒状の封止部
   で被覆してなる請求項２記載の熱電気変換装置。