JPH09214005A

JPH09214005A - 熱電気変換装置

Info

Publication number: JPH09214005A
Application number: JP8014006A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawada; 裕志河田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】熱による熱電素子の変形を抑制して長寿命化
を図ることができる熱電気変換装置の提供。【解決手段】略平板状の熱交換器1、2 と、熱交換器の
上に絶縁体9 を介して並設されるものであって略直方体
状の少なくとも１対のＰ型半導体4 及びＮ型半導体5 で
形成される複数の熱電素子3 と、Ｐ型半導体の熱電素子
とＮ型半導体の熱電素子とが交互に直列に配設されるよ
う連結する連結部材6 と、を具備する熱電気変換装置に
おいて、連結部材を、連結する熱電素子の間であって熱
電素子の端部の側面に当接するよう配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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熱電
気変換装置がある。この熱電気変換装置は、図６及び図
７に示すように、相対向するよう配設された略平板状の
熱交換器1,2 と、その熱交換器1,2 の間にあって碁盤目
状に並設される複数個のＰ型半導体4 とＮ型半導体5 で
形成される熱電素子3 と、熱電素子3 のＰ型半導体4 と
Ｎ型半導体5 とが交互に直列に配設されるよう熱電素子
3 の端面に配設されて熱交換器1,2 に取着される略平板
状の複数の連結本体7 と、を具備している。この熱交換
器1,2 は、その熱伝導を良好にするために、材質として
アルミニウムがよく用いられている。また、熱電素子3
のＰ型半導体4 とＮ型半導体5 は、数１０から数１００
個の焼結等で形成された重金属製の略直方体状であっ
て、Ｐ型半導体4 及びＮ型半導体5 と連結本体7 は、半
田8 等で連結されており、連結本体7 は、熱交換器1,2
に接着剤等の絶縁材料製の絶縁体9 で取着されている。
そして、熱電素子3 に電流を流すことにより、電気を熱
に変換することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この熱電気変換装置
は、ペルチェ効果により熱電素子に流れる電流に比例し
た熱量が得られ、熱交換器により一方が放熱を、他方が
吸熱を行うことができる。しかし、熱電素子は、重金属
製のため熱や外からの衝撃に弱く、何らかの理由で熱電
素子等が異常温度に上昇した際、異なる材質間における
熱膨張の差で大きな熱変形等が発生し断線が生じること
がある。すなわち、熱電素子は、前述したように端面に
配設された略平板状の連結部材で連結されているため、
連結部材が変形することで変形及び劣化しやすい。

【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、熱による熱電素子の変形
を抑制して長寿命化を図ることができる熱電気変換装置
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、略平板状の熱
交換器と、該熱交換器の上に絶縁体を介して並設される
ものであって略直方体状の少なくとも１対のＰ型半導体
及びＮ型半導体で形成される複数の熱電素子と、該Ｐ型
半導体の熱電素子とＮ型半導体の熱電素子とが交互に直
列に配設されるよう連結する連結部材と、を具備する熱
電気変換装置において、前記連結部材を、連結する熱電
素子の間に配設した構成としている。

【０００６】また、請求項２記載の熱電気変換装置は、
請求項１記載の隣接する熱電素子の間に、絶縁性を有す
る補強部材を設けた構成としている。

【０００７】また、請求項３記載の熱電気変換装置は、
請求項１または２記載の連結部材を、半田のみで形成し
た構成としている。

【０００８】また、請求項４記載の熱電気変換装置は、
請求項１乃至３記載の熱電素子を、連結部材で連結する
連結方向の厚みが薄くなるよう薄板状に形成した構成と
している。

【０００９】また、請求項５記載の熱電気変換装置は、
請求項１乃至４記載の熱電素子に、フィン状の放熱部材
を設けた構成としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明である熱電気変換装
置の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。この図
は、熱電気変換装置の断面図であり、この熱電気変換装
置は、高温側熱交換器1 と、低温側熱交換器2 と、Ｐ型
半導体4 及びＮ型半導体5 で形成される複数の熱電素子
3 と、連結部材6 と、を主要構成部材としている。な
お、従来の実施形態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。

【００１１】高温側熱交換器1 は、後述する熱電素子3
の一方の端部で発熱した熱を外部に放熱するもので、外
方面1a及び内方面1bを有する略平板状にアルミニウム等
の熱伝導の良好な材料で形成される。この外方面1aは、
熱を伝達したい気体や固体等と接触する。低温側熱交換
器2 は、後述する熱電素子3 の他方の端部が冷却される
ことに伴い外部より吸熱するもので、高温側熱交換器1
と同様に外方面2a及び内方面2bを有する略平板状にアル
ミニウム等の熱伝導の良好な材料で形成される。この外
方面2aも、熱を吸収したい気体や固体等と接触する。そ
して、この低温側熱交換器2 と高温側熱交換器1 は、そ
の対向する内方面2b,1b が略平行であって、後述する熱
電素子3 や連結部材6 等が収納される間隔を有するよう
配設される。

【００１２】熱電素子3 は、電気を熱に変換するもので
あり、重金属製のＰ型半導体4 またはＮ型半導体5 でも
って略直方体状に形成される。この熱電素子3 は、複数
個よりなっており、Ｐ型半導体4 で形成された熱電素子
3 とＮ型半導体5 で形成された熱電素子3 とが交互に位
置するよう、図示していないが略碁盤目状に高温側熱交
換器1 と低温側熱交換器2 の間に並設されるとともに、
各熱電素子3 は、その端部3a,3b が後述する連結部材6
により連結される。

【００１３】連結部材6 は、各熱電素子3 を電気的に連
結するもので、銅等の導電材料で略直方体状に形成され
る連結本体7 と、連結本体7 と熱電素子3 を接続する半
田8とを有する。この連結部材6 は、図１に示すよう
に、各熱電素子3 の端部3a,3bの側面を、Ｐ型半導体4
とＮ型半導体5 とが交互に直列に配設されるよう連結す
る。すなわち、Ｐ型半導体4 で形成される熱電素子3 の
端部3aの側面と、Ｎ型半導体5 で形成される熱電素子3
の端部3aの側面を連結部材6 で連結した隣に位置する熱
電素子3 の側面は、Ｐ型半導体4 で形成される熱電素子
3 の端部3bの側面とＮ型半導体5 で形成される熱電素子
3 の端部3bの側面を連結部材6 で連結する。半田8 は、
連結本体7 と熱電素子3 の側面の間に介在する。

【００１４】9 は絶縁体で、接着剤またはグリース等の
絶縁材料製であって、高温側熱交換器1 の内方面1aと熱
電素子3 の端部3aを、及び低温側熱交換器2 の内方面2a
と熱電素子3 の端部3bを連結する。また、高温側熱交換
器1 と低温側熱交換器2 は、所定間隔を有して熱電素子
3 や連結部材6 等を介在するようねじ等（図示せず）で
締結される。

【００１５】このものは、Ｐ型半導体4 で形成される熱
電素子3 からＮ型半導体5 で形成される熱電素子3 に向
かって電流が流れるところでは、その端部3aが発熱し、
Ｎ型半導体5 で形成される熱電素子3 からＰ型半導体4
で形成される熱電素子3 に向かって電流が流れるところ
では、その端部3bが冷却される。したがって、端部3aで
発生した熱は、絶縁体9 を介して高温側熱交換器1 に伝
わり、外方面1aより放熱するとともに、低温側熱交換器
2 の外方面2bより熱が吸収されて、絶縁体9 を介して熱
電素子3 の端部3bに熱が伝わる。

【００１６】また、連結部材6 を熱電素子3 の間に配設
しているため、熱電素子3 と連結部材6 の接触面積が少
ないので、熱により連結部材6 が変形してもその影響を
熱電素子3 は受けにくく、熱電素子3 の変形が抑制され
て劣化しにくいとともに、各熱交換器1,2 に対して垂直
な方向の厚さを小さくすることができるため、熱電気変
換装置のコンパクト化が図れる。

【００１７】次に、本発明の第２の実施形態を図２に基
づいて説明する。このものは、第１の実施形態のものに
おいて、さらに熱電素子の変形を抑制したものである。

【００１８】11は補強部材で、セラミック樹脂等の剛性
を有する絶縁材料でもって、隣り合う熱電素子3 の間の
隙間を埋めるよう配設される。

【００１９】このものは、隣接する熱電素子3 の間に補
強部材11を有するため、電気的性質を変化させずに強度
を増すことができるため、さらに熱電素子は変形しにく
く長寿命化を図ることができる。

【００２０】次に、本発明の第３の実施形態を図３に基
づいて説明する。このものは、第１の実施形態とは連結
部材の構造が異なる。

【００２１】連結部材6 は、半田8 のみで形成されてお
り、熱電素子3 の各端部3a,3b を連結する。

【００２２】このものは、連結部材6 を半田8 のみで形
成したため、部品点数が少なく低コスト化を図ることが
できるとともに、熱電素子3 が異常温度に上昇したとき
には半田8 からなる連結部材6 が溶融するため、熱電素
子3 へのストレスが弱まり、熱電素子3 の長寿命化をさ
らに図ることができる。

【００２３】次に、本発明の第４の実施形態を図４に基
づいて説明する。このものは、高温側熱交換器1 が不要
な構造となっている。

【００２４】熱電素子3 は、連結部材6a,6b で連結する
連結方向の厚みが薄くなるよう薄板状に形成している。

【００２５】連結部材6aは、熱電素子3 の一方の端部3a
を連結するもので、半田8 で形成されて、連結する熱電
素子3 の間であってその側面を連結するよう配設され
る。連結部材6bは、熱電素子3 の他方の端部3bを連結す
るもので、連結本体7 及び半田8 を有する。連結本体7
は、略平板状であって、各端部3bの端面を連結するよう
半田8 で連結され、低温側熱交換器2 と熱電素子3 の間
に配設される。

【００２６】このものは、熱電素子3 が薄板状に形成さ
れているため、熱電素子3 の表面積が増加するので、熱
電素子3 からの放熱が促進されて放熱側の高温側熱交換
器1を不要とすることができ、その結果、その高温側熱
交換器1 による熱ストレスを排除してさらに一層長寿命
化を図ることができる。

【００２７】次に、本発明の第５の実施形態を図５に基
づいて説明する。このものは、第４の実施形態において
放熱をさらに促進したものである。

【００２８】12は放熱部材で、アルミニウム等の熱伝導
の良好な材料でもってフィン状に形成され、熱電素子3
の一方の端部3aに取着される。

【００２９】このものは、放熱部材12により熱電素子3
の放熱がさらに促進されるため、より長寿命化を図るこ
とができる。

【００３０】なお、本発明の熱電気変換装置は、ペルチ
ェ効果を利用して電気を熱に変換するものについて説明
したが、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換する
のに用いることもできる。また、連結部材を熱電素子の
側面または端面に取着するものの実施形態について説明
したが、少なくとも熱電素子の片方の端部の側面に取着
しているものであれば、熱電素子の変形を抑制して長寿
命化を図るとともに、コンパクト化ができる。さらに、
第４及び第５の実施形態において、高温側熱交換器を省
略したが、熱電素子を薄板状に形成しておいて、高温側
熱交換器を設けてもよい。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の熱電気変換装置は、連結
部材を連結する熱電素子の間に配設しているため、熱電
素子と連結部材の接触面積が少ないので、連結部材が変
形してもその影響を熱電素子は受けにくく変形が抑制さ
れて劣化しにくいとともに、熱交換器に対して垂直な方
向の厚さを小さくすることができるため、コンパクト化
が図れる。

【００３２】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、隣接する熱電素子の間に補強
部材を有するため、さらに熱電素子は変形しにくいので
長寿命化を図ることができる。

【００３３】また、請求項３記載の熱電気変換装置は、
請求項１または２の効果に加えて、連結部材を半田のみ
で形成したため、低コスト図ることができる。

【００３４】また、請求項４記載の熱電気変換装置は、
請求項１乃至３のいずれかの効果に加えて、熱電素子が
薄板状に形成されているため、熱電素子の表面積が増加
するので、熱電素子からの放熱が促進されて放熱側の熱
交換器を不要とすることができ、その結果、その熱交換
器による熱ストレスを排除してさらに一層長寿命化を図
ることができる。

【００３５】さらに、請求項５記載の熱電気変換装置
は、請求項１乃至４のいずれか効果に加えて、放熱部材
により熱電素子の放熱がさらに促進されるため、より長
寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。

【図５】本発明の第５の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。

【図６】本発明の従来の実施形態を示す熱電気変換装置
の斜視図である。

【図７】その熱電気変換装置の断面図である。

【符号の説明】

1 高温側熱交換器 2 低温側熱交換器 3 熱電素子 4 Ｐ型半導体 5 Ｎ型半導体 6 連結部材 7 連結本体 8 半田 9 絶縁体 11 補強部材 12 放熱部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略平板状の熱交換器と、該熱交換器の
上に絶縁体を介して並設されるものであって略直方体状
の少なくとも１対のＰ型半導体及びＮ型半導体で形成さ
れる複数の熱電素子と、該Ｐ型半導体の熱電素子とＮ型
半導体の熱電素子とが交互に直列に配設されるよう連結
する連結部材と、を具備する熱電気変換装置において、前記連結部材を、連結する熱電素子の間に配設したこと
を特徴とする熱電気変換装置。
【請求項２】前記隣接する熱電素子の間に、絶縁性
を有する補強部材を設けたことを特徴とする請求項１記
載の熱電気変換装置。
【請求項３】前記連結部材を、半田のみで形成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱電気変換装
置。
【請求項４】前記熱電素子を、連結部材で連結する
連結方向の厚みが薄くなるよう薄板状に形成したことを
特徴とする請求項１乃至３記載の熱電気変換装置。
【請求項５】前記熱電素子に、フィン状の放熱部材
を設けたことを特徴とする請求項１乃至４記載の熱電気
変換装置。