JPH10321920A - 熱電変換装置 - Google Patents
熱電変換装置Info
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- JPH10321920A JPH10321920A JP9127167A JP12716797A JPH10321920A JP H10321920 A JPH10321920 A JP H10321920A JP 9127167 A JP9127167 A JP 9127167A JP 12716797 A JP12716797 A JP 12716797A JP H10321920 A JPH10321920 A JP H10321920A
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体層と電極の熱膨張係数の違いを吸収
し、接合強度を保持することができる熱電変換装置を提
供する。 【解決手段】 少なくとも多数の半導体層３５、３６
と、各半導体層３５、３６を電気的に接続するための多
数の電極３４、３７とを有する熱電変換装置において、
電極３４、３７が、両端部付近に半導体接合領域４０を
有し、その半導体接合領域４０の間に、電極３４、３７
の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延びた第１の
切欠部５０ａと、電極３４、３７の他方の側端縁から一
方の側端縁に向けて延びかつ第１の切欠部５０ａよりず
れた位置に形成された第２の切欠部５０ｂとを設け、そ
の第１の切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂの間に幅狭
の通電部５１が形成されていることを特徴とする。
し、接合強度を保持することができる熱電変換装置を提
供する。 【解決手段】 少なくとも多数の半導体層３５、３６
と、各半導体層３５、３６を電気的に接続するための多
数の電極３４、３７とを有する熱電変換装置において、
電極３４、３７が、両端部付近に半導体接合領域４０を
有し、その半導体接合領域４０の間に、電極３４、３７
の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延びた第１の
切欠部５０ａと、電極３４、３７の他方の側端縁から一
方の側端縁に向けて延びかつ第１の切欠部５０ａよりず
れた位置に形成された第２の切欠部５０ｂとを設け、そ
の第１の切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂの間に幅狭
の通電部５１が形成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子冷却装置ある
いは発電装置などとして用いる熱電変換装置に係り、特
に熱サイクルを繰り返しても性能劣化が少ない、動作信
頼性に優れ、耐用寿命の長い熱電変換装置に関する。
いは発電装置などとして用いる熱電変換装置に係り、特
に熱サイクルを繰り返しても性能劣化が少ない、動作信
頼性に優れ、耐用寿命の長い熱電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の熱変換装置の断面図であ
る。図中、符号１００はセラミック製の吸熱側基板、１
０１は同じくセラミック製の放熱側基板、１０２は銅製
の吸熱側電極、１０３は同じく銅製の放熱側電極、１０
４はＮ型半導体層、１０５はＰ型半導体層である。
る。図中、符号１００はセラミック製の吸熱側基板、１
０１は同じくセラミック製の放熱側基板、１０２は銅製
の吸熱側電極、１０３は同じく銅製の放熱側電極、１０
４はＮ型半導体層、１０５はＰ型半導体層である。
【０００３】図に示すように、Ｎ型半導体層１０４並び
にＰ型半導体層１０５が半田層（図示せず）を介して吸
熱側電極１０２並びに放熱側電極１０３と一体に接合さ
れている。
にＰ型半導体層１０５が半田層（図示せず）を介して吸
熱側電極１０２並びに放熱側電極１０３と一体に接合さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体層と
電極は熱膨張係数が大きく異なるため、使用を繰り返し
ているうちに、熱膨張係数の差により、接合面の水平方
向（図１１の両矢印Ａ方向）にずれ（応力）を生じ、接
合強度（密着性）が低下し、甚だしいときには接合の一
部が剥がれることがある。このように半導体層と電極の
接合部の一部が剥がれると、接合部の熱抵抗が高くな
り、熱電変換特性が極端に低下するという問題がある。
電極は熱膨張係数が大きく異なるため、使用を繰り返し
ているうちに、熱膨張係数の差により、接合面の水平方
向（図１１の両矢印Ａ方向）にずれ（応力）を生じ、接
合強度（密着性）が低下し、甚だしいときには接合の一
部が剥がれることがある。このように半導体層と電極の
接合部の一部が剥がれると、接合部の熱抵抗が高くな
り、熱電変換特性が極端に低下するという問題がある。
【０００５】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、
半導体層と電極の熱膨張係数の違いを吸収し、接合強度
を常に保持することにより、熱サイクルを繰り返しても
性能劣化が少ない、動作信頼性に優れ、耐用寿命の長い
熱電変換装置を提供することを目的とする。
半導体層と電極の熱膨張係数の違いを吸収し、接合強度
を常に保持することにより、熱サイクルを繰り返しても
性能劣化が少ない、動作信頼性に優れ、耐用寿命の長い
熱電変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、多数の半導体層と、各半導体層を電気的
に接続するための多数の電極とを有し、前記半導体層の
少なくとも一方がスケルトンタイプの熱電変換装置にお
いて、前記多数の電極のうちの少なくとも一部が、両端
部付近に半導体接合領域を有し、その半導体接合領域の
間に、電極の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延
びた第１の切欠部と、電極の他方の側端縁から一方の側
端縁に向けて延びかつ前記第１の切欠部よりずれた位置
に形成された第２の切欠部とを設け、その第１の切欠部
と第２の切欠部の間に幅狭の通電部が形成されているこ
とを特徴とする。
め、本発明は、多数の半導体層と、各半導体層を電気的
に接続するための多数の電極とを有し、前記半導体層の
少なくとも一方がスケルトンタイプの熱電変換装置にお
いて、前記多数の電極のうちの少なくとも一部が、両端
部付近に半導体接合領域を有し、その半導体接合領域の
間に、電極の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延
びた第１の切欠部と、電極の他方の側端縁から一方の側
端縁に向けて延びかつ前記第１の切欠部よりずれた位置
に形成された第２の切欠部とを設け、その第１の切欠部
と第２の切欠部の間に幅狭の通電部が形成されているこ
とを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図とと
もに説明する。図１ないし図４は第１の実施の形態を説
明するための図で、図１は例えば電子冷蔵庫などの電子
冷却装置として用いる熱電変換装置の断面図、図２はそ
の熱電変換装置に使用される第１放熱側枠体の底面図、
図３はリード線の取り出し構造を示す一部拡大断面図、
図４は素子ブロックの要部拡大断面図である。
もに説明する。図１ないし図４は第１の実施の形態を説
明するための図で、図１は例えば電子冷蔵庫などの電子
冷却装置として用いる熱電変換装置の断面図、図２はそ
の熱電変換装置に使用される第１放熱側枠体の底面図、
図３はリード線の取り出し構造を示す一部拡大断面図、
図４は素子ブロックの要部拡大断面図である。
【０００８】図１に示すように熱電変換装置は、例えば
冷蔵庫の庫内などの被冷却側に配置される箱状の吸熱部
材１と、吸熱側熱交換基体２と、熱電変換素子群３と、
放熱側熱交換基体４と、第１放熱側枠体６−１と、第２
放熱側枠体６−２と、分散部材７とから主に構成されて
いる。
冷蔵庫の庫内などの被冷却側に配置される箱状の吸熱部
材１と、吸熱側熱交換基体２と、熱電変換素子群３と、
放熱側熱交換基体４と、第１放熱側枠体６−１と、第２
放熱側枠体６−２と、分散部材７とから主に構成されて
いる。
【０００９】前記吸熱部材１は広い面積を有するフィン
ベースからなり多数の吸熱フィン（図示せず）を付設
し、必要に応じて近傍にファンを設けることができる。
吸熱部材１は吸熱フィンと一体でもよいし、また吸熱フ
ィンがない場合もある。
ベースからなり多数の吸熱フィン（図示せず）を付設
し、必要に応じて近傍にファンを設けることができる。
吸熱部材１は吸熱フィンと一体でもよいし、また吸熱フ
ィンがない場合もある。
【００１０】前記吸熱側熱交換基体２と放熱側熱交換基
体４は共にアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属か
らなり、熱電変換素子群３と接する側の表面にアルマイ
トなどの電気絶縁膜３３（図４参照）が形成されてい
る。陽極酸化法によりアルマイトの絶縁膜３３を形成す
る場合、その絶縁膜３３に封孔処理しない方が、後述す
る薄膜３８を介しての熱電変換素子群３との接合性が良
好である。絶縁膜３３は、この他に溶射などで形成する
ことも可能である。図１に示すように吸熱側熱交換基体
２は、良好な冷却状態を確保するため肉厚のブロック体
から構成されている。
体４は共にアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属か
らなり、熱電変換素子群３と接する側の表面にアルマイ
トなどの電気絶縁膜３３（図４参照）が形成されてい
る。陽極酸化法によりアルマイトの絶縁膜３３を形成す
る場合、その絶縁膜３３に封孔処理しない方が、後述す
る薄膜３８を介しての熱電変換素子群３との接合性が良
好である。絶縁膜３３は、この他に溶射などで形成する
ことも可能である。図１に示すように吸熱側熱交換基体
２は、良好な冷却状態を確保するため肉厚のブロック体
から構成されている。
【００１１】前記熱電変換素子群３は、図４に示すよう
に吸熱側電極３４と、放熱側電極３７と、両電極３４，
３７間に多数配置されたＰ型半導体層３５とＮ型半導体
層３６とから主に構成されている。Ｐ型半導体層３５と
Ｎ型半導体層３６は構造的ならびに熱的に並列に配置さ
れているが、電気的には前記電極３４，３７を介して直
列に接続されている。
に吸熱側電極３４と、放熱側電極３７と、両電極３４，
３７間に多数配置されたＰ型半導体層３５とＮ型半導体
層３６とから主に構成されている。Ｐ型半導体層３５と
Ｎ型半導体層３６は構造的ならびに熱的に並列に配置さ
れているが、電気的には前記電極３４，３７を介して直
列に接続されている。
【００１２】前記第１吸熱側枠体６−１は図１に示され
ているように、放熱側熱交換基体４から吸熱側熱交換基
体２側にかけて配置されている。そして上方ならびに下
方が開口した中空状のもので、基端部６−１ａとその基
端部６−１ａの内周部から下方に向けて延びた延設部６
−１ｂとを有し断面形状がほぼ階段状をしている。基端
部６−１ａは、例えば接着剤あるいはＯリングと接着剤
の併用などにより放熱側熱交換基体４の下面周辺部に液
密に接合されている。
ているように、放熱側熱交換基体４から吸熱側熱交換基
体２側にかけて配置されている。そして上方ならびに下
方が開口した中空状のもので、基端部６−１ａとその基
端部６−１ａの内周部から下方に向けて延びた延設部６
−１ｂとを有し断面形状がほぼ階段状をしている。基端
部６−１ａは、例えば接着剤あるいはＯリングと接着剤
の併用などにより放熱側熱交換基体４の下面周辺部に液
密に接合されている。
【００１３】前述のように吸熱側熱交換基体２は肉厚の
ブロック体からなり、従ってその外周部は吸熱側熱交換
基体２−熱電変換素子群３−放熱側熱交換基体４の積層
方向にほぼ沿って延びた延設部２ａを構成している。こ
の吸熱側熱交換基体２の延設部２ａと第１吸熱側枠体６
−１の延設部６−１ｂはほぼ平行に対向しており、両者
の間に注入された接着剤１４により吸熱側熱交換基体２
と第１吸熱側枠体６−１が一体に接合されている。接着
剤１４としては、エポキシ系やアクリル系のような硬化
型接着剤、あるいはホットメルト系のような融着型接着
剤などが適用可能である。
ブロック体からなり、従ってその外周部は吸熱側熱交換
基体２−熱電変換素子群３−放熱側熱交換基体４の積層
方向にほぼ沿って延びた延設部２ａを構成している。こ
の吸熱側熱交換基体２の延設部２ａと第１吸熱側枠体６
−１の延設部６−１ｂはほぼ平行に対向しており、両者
の間に注入された接着剤１４により吸熱側熱交換基体２
と第１吸熱側枠体６−１が一体に接合されている。接着
剤１４としては、エポキシ系やアクリル系のような硬化
型接着剤、あるいはホットメルト系のような融着型接着
剤などが適用可能である。
【００１４】前記延設部２ａと延設部６−１ｂの間には
複数本の位置決めピン２６が挿通されて、接着剤１４が
完全に硬化する前の吸熱側熱交換基体２と第１吸熱側枠
体６−１との相対的に位置ずれを防止している。図２に
示されている６−１ｄが、延設部６−１ｂに形成された
ピン挿通孔である。
複数本の位置決めピン２６が挿通されて、接着剤１４が
完全に硬化する前の吸熱側熱交換基体２と第１吸熱側枠
体６−１との相対的に位置ずれを防止している。図２に
示されている６−１ｄが、延設部６−１ｂに形成された
ピン挿通孔である。
【００１５】延設部６−１ｂの外側には、基端部６−１
ａ側に延びた補強リブ６−１ｃが一体に複数個（本実施
の形態では４個）設けられている。図１に示されている
ように第１吸熱側枠体６−１は吸熱側熱交換基体２と放
熱側熱交換基体４を跨ぐように配置されているため、第
１吸熱側枠体６−１を伝わっての熱の戻りがある。この
熱の戻りを可及的に少なくするため、第１吸熱側枠体６
−１は比較的肉薄に成形する方がよいが、肉薄成形だと
第１吸熱側枠体６−１の機械的強度が低下する。そのた
めに本実施の形態では、基端部６−１ａと延設部６−１
ｂの間に複数個の補強リブ６−１ｃを設けて第１吸熱側
枠体６−１の剛直性を維持している。
ａ側に延びた補強リブ６−１ｃが一体に複数個（本実施
の形態では４個）設けられている。図１に示されている
ように第１吸熱側枠体６−１は吸熱側熱交換基体２と放
熱側熱交換基体４を跨ぐように配置されているため、第
１吸熱側枠体６−１を伝わっての熱の戻りがある。この
熱の戻りを可及的に少なくするため、第１吸熱側枠体６
−１は比較的肉薄に成形する方がよいが、肉薄成形だと
第１吸熱側枠体６−１の機械的強度が低下する。そのた
めに本実施の形態では、基端部６−１ａと延設部６−１
ｂの間に複数個の補強リブ６−１ｃを設けて第１吸熱側
枠体６−１の剛直性を維持している。
【００１６】また、基端部６−１ａと延設部６−１ｂの
間を階段状、すなわち非直線状にすることにより、第１
吸熱側枠体６−１の吸熱側熱交換基体２から放熱側熱交
換基体４までの沿面距離を長く確保して、第１吸熱側枠
体６−１を伝わっての熱の戻りを少くしている。
間を階段状、すなわち非直線状にすることにより、第１
吸熱側枠体６−１の吸熱側熱交換基体２から放熱側熱交
換基体４までの沿面距離を長く確保して、第１吸熱側枠
体６−１を伝わっての熱の戻りを少くしている。
【００１７】図２ならびに図３に示すように、基端部６
−１ａの所定位置にはリード線取出溝６−１ｅが形成さ
れて、熱電変換素子群３の電極３４に接続されたリード
線１９がこの取出溝６−１ｅから引き出され、取出溝６
−１ｅとリード線１９の間はシール剤２７で気液密にシ
ールされている。
−１ａの所定位置にはリード線取出溝６−１ｅが形成さ
れて、熱電変換素子群３の電極３４に接続されたリード
線１９がこの取出溝６−１ｅから引き出され、取出溝６
−１ｅとリード線１９の間はシール剤２７で気液密にシ
ールされている。
【００１８】前記第２放熱側枠体６−２は放熱側熱交換
基体４の上側に配置され、上方がほぼ塞がれ下方が開口
した中空状のもので、下方開口部がＯリング８を介して
放熱側熱交換基体４の上面周辺部に液密に接着されてい
る。第２放熱側枠体６−２のほぼ中央部に給水管部９
が、周縁近くに排水管部１０が設けられている。
基体４の上側に配置され、上方がほぼ塞がれ下方が開口
した中空状のもので、下方開口部がＯリング８を介して
放熱側熱交換基体４の上面周辺部に液密に接着されてい
る。第２放熱側枠体６−２のほぼ中央部に給水管部９
が、周縁近くに排水管部１０が設けられている。
【００１９】分散部材７は周壁７ａと、周壁７ａの下端
に連設した底壁７ｂと、底壁７ｂから放熱側熱交換基体
４側に延びた多数本のノズル部７ｅとが設けられ、前記
ノズル部７ｅに分散孔７ｄが形成されている。
に連設した底壁７ｂと、底壁７ｂから放熱側熱交換基体
４側に延びた多数本のノズル部７ｅとが設けられ、前記
ノズル部７ｅに分散孔７ｄが形成されている。
【００２０】分散部材７を第２放熱側枠体６−２内に固
定することにより、分散部材７の給水管部９側に扁平状
の第１空間１１が形成され、分散部材７の放熱側熱交換
基体４側に扁平状の第２空間１３が形成されるととも
に、この第２空間１３と排水管部１０を連通する排水路
１２が形成される。
定することにより、分散部材７の給水管部９側に扁平状
の第１空間１１が形成され、分散部材７の放熱側熱交換
基体４側に扁平状の第２空間１３が形成されるととも
に、この第２空間１３と排水管部１０を連通する排水路
１２が形成される。
【００２１】図１に示すように熱移動媒体である水１５
を中央の給水管部９から供給すると第１空間部１１で一
斉に拡がり、各ノズル部７ｅ（分散孔７ｄ）から放熱側
熱交換基体４の上面に向けて勢いよく噴射する。放熱側
熱交換基体４に衝突して放熱側熱交換基体４の熱を奪っ
た水１５は隙間の狭い第２空間部１３で拡散し、排水路
１２を経て排水管部１０から系外へ排出される。排出さ
れた水１５は図示しないラジェタ−または自然放冷で冷
却され、強制循環系統を通り再利用される。
を中央の給水管部９から供給すると第１空間部１１で一
斉に拡がり、各ノズル部７ｅ（分散孔７ｄ）から放熱側
熱交換基体４の上面に向けて勢いよく噴射する。放熱側
熱交換基体４に衝突して放熱側熱交換基体４の熱を奪っ
た水１５は隙間の狭い第２空間部１３で拡散し、排水路
１２を経て排水管部１０から系外へ排出される。排出さ
れた水１５は図示しないラジェタ−または自然放冷で冷
却され、強制循環系統を通り再利用される。
【００２２】図１に示した２８は断熱材で、第１放熱側
枠体６−１、放熱側熱交換基体４ならびに第２放熱側枠
体６−２の外周部を覆うように設置されている。
枠体６−１、放熱側熱交換基体４ならびに第２放熱側枠
体６−２の外周部を覆うように設置されている。
【００２３】この実施の形態においては、第１放熱側枠
体６−１と第２放熱側枠体６−２を別体としたが、第１
放熱側枠体６−１と第２放熱側枠体６−２を一体に形成
したり、あるいは放熱側熱交換基体４と第２放熱側枠体
６−２を一体に形成することも可能である。
体６−１と第２放熱側枠体６−２を別体としたが、第１
放熱側枠体６−１と第２放熱側枠体６−２を一体に形成
したり、あるいは放熱側熱交換基体４と第２放熱側枠体
６−２を一体に形成することも可能である。
【００２４】図４は、熱交換素子群３の要部拡大断面図
である。同図に示すように、吸熱側熱交換基体２の上に
電気絶縁膜３３が形成され、その上に薄膜３８を介して
または介さずして吸熱側電極３４が接合される。さらに
この吸熱側電極３４の上にＰ型半導体層３５ならびにＮ
型半導体層３６が接合され、その上に放熱側電極３７が
接合される。
である。同図に示すように、吸熱側熱交換基体２の上に
電気絶縁膜３３が形成され、その上に薄膜３８を介して
または介さずして吸熱側電極３４が接合される。さらに
この吸熱側電極３４の上にＰ型半導体層３５ならびにＮ
型半導体層３６が接合され、その上に放熱側電極３７が
接合される。
【００２５】この放熱側電極３７の両側にはＰ型半導体
層３５ならびにＮ型半導体層３６と接合する半導体接合
領域４０、４０を有し、この領域４０、４０の間には電
極３７の一方の側端縁３７ａから他方の側端縁３７ｂに
向けて延びた１本の切込み溝状の第１の切欠部５０ａ
と、反対に電極３７の他方の側端縁３７ｂから一方の側
端縁３７ａに向けて延びかつ前記第１の切欠部５０ａよ
りずれた位置に形成された１本の切込み溝状の第２の切
欠部５０ｂが平行に設けられている。そしてこの第１の
切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂの間に幅狭の通電部
５１が形成されて、吸熱側電極３７の平面形状がほぼＳ
字状をしている。
層３５ならびにＮ型半導体層３６と接合する半導体接合
領域４０、４０を有し、この領域４０、４０の間には電
極３７の一方の側端縁３７ａから他方の側端縁３７ｂに
向けて延びた１本の切込み溝状の第１の切欠部５０ａ
と、反対に電極３７の他方の側端縁３７ｂから一方の側
端縁３７ａに向けて延びかつ前記第１の切欠部５０ａよ
りずれた位置に形成された１本の切込み溝状の第２の切
欠部５０ｂが平行に設けられている。そしてこの第１の
切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂの間に幅狭の通電部
５１が形成されて、吸熱側電極３７の平面形状がほぼＳ
字状をしている。
【００２６】これら半導体接合領域４０，４０、切欠部
５０ａ，５０ｂならびに通電部５１は、電極３７の中心
Ｏを中心にして左右対称位置に設けられている。そして
電極の３７一方の側端縁３７ａから他方の側端縁３７ｂ
までま幅をＬ１、前記第１の切欠部５０ａならびに第２
の切欠部５０ｂの長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２の
関係にあり、第１の切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂ
は中心Ｏ付近においてオーバーラップしている。
５０ａ，５０ｂならびに通電部５１は、電極３７の中心
Ｏを中心にして左右対称位置に設けられている。そして
電極の３７一方の側端縁３７ａから他方の側端縁３７ｂ
までま幅をＬ１、前記第１の切欠部５０ａならびに第２
の切欠部５０ｂの長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２の
関係にあり、第１の切欠部５０ａと第２の切欠部５０ｂ
は中心Ｏ付近においてオーバーラップしている。
【００２７】このように領域４０、４０の間に互いに若
干位置をずらせて対向するように第１の切欠部５０ａと
第２の切欠部５０ｂを設けてＳ字状にすることにより、
同図に矢印で示す水平方向の応力を効率よく吸収するこ
とができる。
干位置をずらせて対向するように第１の切欠部５０ａと
第２の切欠部５０ｂを設けてＳ字状にすることにより、
同図に矢印で示す水平方向の応力を効率よく吸収するこ
とができる。
【００２８】図５は、本発明の第２の実施の形態を示す
図である。この実施の形態で前記第１の実施の形態と相
違する点は、電極３７の両側にＺ字状あるいはＵ字状
（本実施の形態ではＺ字状）に折り曲げた折曲部３９を
形成した点である。このような形状にすれば、熱サイク
ルの繰り返しによる垂直方向ならびに水平方向の両方の
応力を有効に吸収して、熱電変換素子群３へのダメージ
を極力回避することができる。
図である。この実施の形態で前記第１の実施の形態と相
違する点は、電極３７の両側にＺ字状あるいはＵ字状
（本実施の形態ではＺ字状）に折り曲げた折曲部３９を
形成した点である。このような形状にすれば、熱サイク
ルの繰り返しによる垂直方向ならびに水平方向の両方の
応力を有効に吸収して、熱電変換素子群３へのダメージ
を極力回避することができる。
【００２９】なお、前記実施の形態では、放熱側電極３
７に第１、第２の切欠部５０ａ、５０ｂを形成したが、
吸熱側電極３４にも同様に第１、第２の切欠部５０ａ、
５０ｂを形成することもできる。
７に第１、第２の切欠部５０ａ、５０ｂを形成したが、
吸熱側電極３４にも同様に第１、第２の切欠部５０ａ、
５０ｂを形成することもできる。
【００３０】前記実施の形態では電子冷却装置の場合に
ついて説明したが、本発明は発電装置にも適用可能であ
る。図６ないし図９は本発明の第３の実施の形態を説明
するための図であり、図６は発電装置の分解断面図、図
７はその発電装置に用いる素子ブロックの断面図、図８
はその素子ブロックに用いるバリア金属層の断面図、図
９はその発電装置に用いる電極の平面図である。
ついて説明したが、本発明は発電装置にも適用可能であ
る。図６ないし図９は本発明の第３の実施の形態を説明
するための図であり、図６は発電装置の分解断面図、図
７はその発電装置に用いる素子ブロックの断面図、図８
はその素子ブロックに用いるバリア金属層の断面図、図
９はその発電装置に用いる電極の平面図である。
【００３１】図６において符号６０は銅からなる高温側
熱導体で、下面に窒化アルミニウムからなる電気絶縁層
６１が形成されている。６２は図７に示すようにπ型を
したスケルトンタイプの素子ブロックで、ニッケルメッ
キした銅板からなる高温側電極６３と、半田層６４ａ
と、ニッケルや鉄などの表面処理膜を形成したバリア金
属層６５ａと、Ｐｂ−ＴｅからなるＰ型半導体層６６な
らびにＮ型半導体層６２と、ニッケルや鉄などの表面処
理膜を形成したバリア金属層６５ｂとから構成されてい
る。この素子ブロック６２を構成する各部材は一体に焼
結されたものである。
熱導体で、下面に窒化アルミニウムからなる電気絶縁層
６１が形成されている。６２は図７に示すようにπ型を
したスケルトンタイプの素子ブロックで、ニッケルメッ
キした銅板からなる高温側電極６３と、半田層６４ａ
と、ニッケルや鉄などの表面処理膜を形成したバリア金
属層６５ａと、Ｐｂ−ＴｅからなるＰ型半導体層６６な
らびにＮ型半導体層６２と、ニッケルや鉄などの表面処
理膜を形成したバリア金属層６５ｂとから構成されてい
る。この素子ブロック６２を構成する各部材は一体に焼
結されたものである。
【００３２】バリア金属層６５は図８に示すように、導
体層６６（６７）と接する側に周壁突部６８と中央突部
６９が設けられ、導体層６６（６７）との接合強度を高
めている。なお、前記中央突部６９は必ずしも必要では
ない。
体層６６（６７）と接する側に周壁突部６８と中央突部
６９が設けられ、導体層６６（６７）との接合強度を高
めている。なお、前記中央突部６９は必ずしも必要では
ない。
【００３３】前記バリア金属層６５ｂと低温側電極７０
は、半田層６４ｂによって接合される。７１はシリコー
ンゲルからなる薄膜、７２はアルミニウムからなる低温
側熱導体で、上面にアルマイトからなる電気絶縁層７３
が形成されている。７４は薄膜７１を介して低温側熱導
体と接合した水冷ベローズで、内側には冷却水７５が循
環するシステムになっている。なお、前記電極６３とバ
リア金属層６５ａ、ならびにバリア金属層６５ｂと低温
側電極７０が金属間結合する場合、半田層６４ａ，６４
ｂは必ずしも必要ではない。
は、半田層６４ｂによって接合される。７１はシリコー
ンゲルからなる薄膜、７２はアルミニウムからなる低温
側熱導体で、上面にアルマイトからなる電気絶縁層７３
が形成されている。７４は薄膜７１を介して低温側熱導
体と接合した水冷ベローズで、内側には冷却水７５が循
環するシステムになっている。なお、前記電極６３とバ
リア金属層６５ａ、ならびにバリア金属層６５ｂと低温
側電極７０が金属間結合する場合、半田層６４ａ，６４
ｂは必ずしも必要ではない。
【００３４】図９に示すように電極６３（７０）の両側
にはＰ型半導体層６６ならびにＮ型半導体層６７と接合
する半導体接合領域７６、７６が設けられ、この領域７
６、７６の間には電極６３（７０）の一方の側端縁６３
ａ（７０ａ）から他方の側端縁６３ｂ（７０ｂ）に向け
て延びた１本の切込み溝状の第１の切欠部７７ａと、電
極６３（７０）の他方の側端縁６３ｂ（７０ｂ）から一
方の側端縁６３ａ（７０ａ）に向けて延びかつ前記第１
の切欠部７７ａよりずれた位置に形成された１本の切込
み溝状の第２の切欠部７７ｂが平行に設けられている。
そしてこの第１の切欠部７７ａと第２の切欠部７７ｂの
間に幅狭の通電部７８が形成されて、電極６３（７０）
の平面形状がほぼＳ字状をしている。
にはＰ型半導体層６６ならびにＮ型半導体層６７と接合
する半導体接合領域７６、７６が設けられ、この領域７
６、７６の間には電極６３（７０）の一方の側端縁６３
ａ（７０ａ）から他方の側端縁６３ｂ（７０ｂ）に向け
て延びた１本の切込み溝状の第１の切欠部７７ａと、電
極６３（７０）の他方の側端縁６３ｂ（７０ｂ）から一
方の側端縁６３ａ（７０ａ）に向けて延びかつ前記第１
の切欠部７７ａよりずれた位置に形成された１本の切込
み溝状の第２の切欠部７７ｂが平行に設けられている。
そしてこの第１の切欠部７７ａと第２の切欠部７７ｂの
間に幅狭の通電部７８が形成されて、電極６３（７０）
の平面形状がほぼＳ字状をしている。
【００３５】これら半導体接合領域７６，７６、切欠部
７７ａ，７７ｂならびに通電部７８は、電極６３（７
０）の中心Ｏを中心にして左右対称位置に設けられてい
る。
７７ａ，７７ｂならびに通電部７８は、電極６３（７
０）の中心Ｏを中心にして左右対称位置に設けられてい
る。
【００３６】図１０は、本発明の第４の実施の形態を示
す図である。この実施の形態で前記実施の形態と相違す
る点は、切欠部７７ａを間にしてその両側に切欠部７７
ｂが形成されている点である。この例の場合も半導体接
合領域７６，７６、切欠部７７ａ，７７ｂならびに通電
部７８は、電極６３（７０）の中心Ｏを中心にして左右
対称位置に設けられている。
す図である。この実施の形態で前記実施の形態と相違す
る点は、切欠部７７ａを間にしてその両側に切欠部７７
ｂが形成されている点である。この例の場合も半導体接
合領域７６，７６、切欠部７７ａ，７７ｂならびに通電
部７８は、電極６３（７０）の中心Ｏを中心にして左右
対称位置に設けられている。
【００３７】図９ならびに図１０においても、Ｌ１＜Ｌ
２の関係にあり、第１の切欠部７７ａと第２の切欠部７
７ｂは中心Ｏ付近においてオーバーラップしている。
２の関係にあり、第１の切欠部７７ａと第２の切欠部７
７ｂは中心Ｏ付近においてオーバーラップしている。
【００３８】
【発明の効果】図１２は、本発明の実施の形態に係る熱
電変換装置と従来の熱電変換装置の４０℃／９０℃の温
度サイクル加速試験におけるサイクル数と素子の抵抗変
化率との関係を示す特性図で、図中の曲線Ｉは本発明の
実施の形態に係る熱電変換装置の特性曲線、曲線IIは従
来の熱電変換装置の特性曲線である。
電変換装置と従来の熱電変換装置の４０℃／９０℃の温
度サイクル加速試験におけるサイクル数と素子の抵抗変
化率との関係を示す特性図で、図中の曲線Ｉは本発明の
実施の形態に係る熱電変換装置の特性曲線、曲線IIは従
来の熱電変換装置の特性曲線である。
【００３９】この図から明らかなように、従来の熱電変
換装置は温度サイクルの繰り返しに伴い、半導体層と電
極の接合部の抵抗変化率が極端に高くなっている。これ
に対して本発明の熱電変換装置は、電極の形状により半
導体層と電極の熱膨張係数の違いを有効に吸収するか
ら、抵抗変化率が少なく、性能的に安定している。
換装置は温度サイクルの繰り返しに伴い、半導体層と電
極の接合部の抵抗変化率が極端に高くなっている。これ
に対して本発明の熱電変換装置は、電極の形状により半
導体層と電極の熱膨張係数の違いを有効に吸収するか
ら、抵抗変化率が少なく、性能的に安定している。
【００４０】前述のように本発明は、電極が両端部付近
に半導体接合領域を有し、その半導体接合領域の間に、
電極の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延びた第
１の切欠部と、電極の他方の側端縁から一方の側端縁に
向けて延びかつ前記第１の切欠部よりずれた位置に形成
された第２の切欠部とを設け、その第１の切欠部と第２
の切欠部の間に幅狭の通電部が形成されている。
に半導体接合領域を有し、その半導体接合領域の間に、
電極の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延びた第
１の切欠部と、電極の他方の側端縁から一方の側端縁に
向けて延びかつ前記第１の切欠部よりずれた位置に形成
された第２の切欠部とを設け、その第１の切欠部と第２
の切欠部の間に幅狭の通電部が形成されている。
【００４１】そのため、半導体層と電極の熱膨張係数の
違いを有効に吸収し、接合強度を保持することにより、
熱サイクルを繰り返しても性能劣化が少ない、動作信頼
性に優れ、耐用寿命の長い熱電変換装置を提供すること
ができる。
違いを有効に吸収し、接合強度を保持することにより、
熱サイクルを繰り返しても性能劣化が少ない、動作信頼
性に優れ、耐用寿命の長い熱電変換装置を提供すること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置
の断面図である。
の断面図である。
【図２】その熱電変換装置に使用する第１放熱側枠体の
底面図である。
底面図である。
【図３】その熱電変換装置におけるリード線の取り出し
構造を説明するための一部拡大断面図である。
構造を説明するための一部拡大断面図である。
【図４】その熱電変換装置における素子ブロックの要部
斜視図である。
斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置
に使用する電極の斜視図である。
に使用する電極の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換装置
の分解断面図である。
の分解断面図である。
【図７】その熱電変換装置の素子ブロックの断面図であ
る。
る。
【図８】その素子ブロックに用いるバリア金属層の平面
図である。
図である。
【図９】その熱電変換装置に用いる電極の平面図であ
る。
る。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換装
置に用いる電極の平面図である。
置に用いる電極の平面図である。
【図１１】従来の熱電変換装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る熱電変換装置と従
来の熱電変換装置の温度サイクルの繰り返しに伴う抵抗
変化率の特性図である。
来の熱電変換装置の温度サイクルの繰り返しに伴う抵抗
変化率の特性図である。
１ 吸熱部材 ２ 吸熱側熱交換基体 ３ 熱電変換素子群 ４ 放熱側熱交換基体 ３４ 吸熱側電極 ３５ Ｐ型半導体層 ３６ Ｎ型半導体層 ３７ 吸熱側電極 ３７ａ 一方の側端縁 ３７ｂ 他方の側端縁 ４０ 半導体接合領域 ５０ａ 第１の切欠部 ５０ｂ 第２の切欠部 ５１ 通電部 ６０ 高温側熱導体 ６２ 素子ブロック ６３ 高温側電極 ６３ａ（７０ａ） 一方の側端縁 ６３ｂ（７０ｂ） 他方の側端縁 ６６ Ｐ型半導体層 ６７ Ｎ型半導体層 ７０ 低温側電極 ７６ 半導体接合領域 ７７ａ 第１の切欠部 ７７ｂ 第２の切欠部 ７８ 通電部 Ｏ 電極の中心 Ｌ１ 電極の幅 Ｌ２ 第１ならびに第２の切欠部の長さ
Claims (4)
- 【請求項１】 多数の半導体層と、各半導体層を電気的
に接続するための多数の電極とを有し、前記半導体層の
少なくとも一方がスケルトンタイプの熱電変換装置にお
いて、 前記多数の電極のうちの少なくとも一部が、両端部付近
に半導体接合領域を有し、その半導体接合領域の間に、
電極の一方の側端縁から他方の側端縁に向けて延びた第
１の切欠部と、電極の他方の側端縁から一方の側端縁に
向けて延びかつ前記第１の切欠部よりずれた位置に形成
された第２の切欠部とを設け、 その第１の切欠部と第２の切欠部の間に幅狭の通電部が
形成されていることを特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項２】 請求項１記載において、前記半導体接合
領域、切欠部ならびに通電部がそれぞれ電極の中心から
左右対称位置に設けられていることを特徴とする熱電変
換装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載において、前記半
導体接合領域と切欠部と通電部により電極の平面形状が
ほぼＳ字状になっていることを特徴とする熱電変換装
置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３記載のいずれかにおい
て、前記電極の一方の側端縁から他方の側端縁までま幅
をＬ１、前記第１の切欠部ならびに第２の切欠部の長さ
をＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２の関係にあることを特徴
とする熱電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12716797A JP3920403B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 熱電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12716797A JP3920403B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 熱電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321920A true JPH10321920A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3920403B2 JP3920403B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=14953322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12716797A Expired - Lifetime JP3920403B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 熱電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3920403B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139264A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Komatsu Electronics Inc | 熱交換装置 |
| GB2416244A (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-18 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Thermoelectric element and thermoelectric module |
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| JP2009206497A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-09-10 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| WO2011009935A1 (de) * | 2009-07-24 | 2011-01-27 | Basf Se | Thermoelektrisches modul |
| JP2018041775A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社テックスイージー | 熱電変換モジュール |
| CN108649114A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-10-12 | 东华大学 | 一种无机热电材料基柔性热电转换器件 |
| CN108713259A (zh) * | 2016-03-24 | 2018-10-26 | 三菱综合材料株式会社 | 热电转换模块 |
| US10497850B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-12-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Thermoelectric converter and manufacturing method for manufacturing thermoelectric converter |
| JP2022535751A (ja) * | 2019-06-05 | 2022-08-10 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 熱電素子 |
-
1997
- 1997-05-16 JP JP12716797A patent/JP3920403B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3920403B2 (ja) | 2007-05-30 |
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