JPH07169995A - 熱電素子アレイ - Google Patents
熱電素子アレイInfo
- Publication number
- JPH07169995A JPH07169995A JP5316663A JP31666393A JPH07169995A JP H07169995 A JPH07169995 A JP H07169995A JP 5316663 A JP5316663 A JP 5316663A JP 31666393 A JP31666393 A JP 31666393A JP H07169995 A JPH07169995 A JP H07169995A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type semiconductor
- thermoelectric element
- type semiconductors
- array
- electromotive force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ゼーベック効果を利用した熱電素
子アレイに関し、小寸法で高起電力が得られ、しかも組
立てを容易にする。 【構成】 複数の積層型熱電素子１の高温端をアルミナ
基板１０上に固定した。
子アレイに関し、小寸法で高起電力が得られ、しかも組
立てを容易にする。 【構成】 複数の積層型熱電素子１の高温端をアルミナ
基板１０上に固定した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ゼーベック効果を利用
し、かつ高起電力を得るように構成された熱電素子アレ
イに関する。
し、かつ高起電力を得るように構成された熱電素子アレ
イに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な熱電素子は、ｐ型半導体
のブロック体とｎ型半導体のブロック体が金属を介して
接合（π型接合）されたものである。その接合部（高温
端）を熱すると、ベーゼック効果により、高温端とその
反対側の半導体端部（低温端）の温度差に応じた起電力
を発生する。例えば、半導体組成としてＦｅＳｉ2 系を
用いた、温度差６００℃で０．３Ｖの起電力を発生する
素子が作られている。
のブロック体とｎ型半導体のブロック体が金属を介して
接合（π型接合）されたものである。その接合部（高温
端）を熱すると、ベーゼック効果により、高温端とその
反対側の半導体端部（低温端）の温度差に応じた起電力
を発生する。例えば、半導体組成としてＦｅＳｉ2 系を
用いた、温度差６００℃で０．３Ｖの起電力を発生する
素子が作られている。
【０００３】得られる起電力がｐ型半導体とｎ型半導体
との一組（一対）だけでは小さい場合、これらを直列に
数対あるいは数十対接続し所望の起電力を得る。例え
ば、先に挙げた０．３Ｖを発生する素子を５個直列につ
なぎ、すべての素子に６００℃の温度差を与えると、ト
ータルで１．５Ｖの起電力を得ることができる。熱源が
フラットである程度の面積がある場合、図３に示すよう
に、複数の熱電素子の高温端を平面上に配列し、電気的
に直列に接続することで一対の素子よりも起電力の大き
い熱電素子アレイを作製し、熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換することができる。
との一組（一対）だけでは小さい場合、これらを直列に
数対あるいは数十対接続し所望の起電力を得る。例え
ば、先に挙げた０．３Ｖを発生する素子を５個直列につ
なぎ、すべての素子に６００℃の温度差を与えると、ト
ータルで１．５Ｖの起電力を得ることができる。熱源が
フラットである程度の面積がある場合、図３に示すよう
に、複数の熱電素子の高温端を平面上に配列し、電気的
に直列に接続することで一対の素子よりも起電力の大き
い熱電素子アレイを作製し、熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高起電
力を得るためにはｐ型半導体とｎ型半導体の対の数を増
やす必要があり、ｐ型半導体とｎ半導体とそれらを接合
する金属材の設置スペースが増えるため必然的に熱電素
子アレイの面積も増加せざるを得なかった。各半導体を
細くすると省スペースにはなるが、組み立てや配線が難
しくなり、かつ直列接続なので半導体の一本でも破損す
ると熱電素子アレイ全体の起電力が得られなくなるとい
う欠陥があった。
力を得るためにはｐ型半導体とｎ型半導体の対の数を増
やす必要があり、ｐ型半導体とｎ半導体とそれらを接合
する金属材の設置スペースが増えるため必然的に熱電素
子アレイの面積も増加せざるを得なかった。各半導体を
細くすると省スペースにはなるが、組み立てや配線が難
しくなり、かつ直列接続なので半導体の一本でも破損す
ると熱電素子アレイ全体の起電力が得られなくなるとい
う欠陥があった。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、小面積で高起
電力が得られ、しかも組立てが容易な熱電素子アレイを
提供することを目的とする。
電力が得られ、しかも組立てが容易な熱電素子アレイを
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】上記目的を達成する本発
明の熱電素子アレイは、高温端側がＰ−Ｎ接合されると
ともに低温端側が絶縁層を介して積層されたＰ型半導体
とＮ型半導体との対が一対以上積層された積層型熱電素
子が、高温端どうしが同一面上に並ぶように複数個配列
されるとともに互いに電気的に接続されてなることを特
徴とする。
明の熱電素子アレイは、高温端側がＰ−Ｎ接合されると
ともに低温端側が絶縁層を介して積層されたＰ型半導体
とＮ型半導体との対が一対以上積層された積層型熱電素
子が、高温端どうしが同一面上に並ぶように複数個配列
されるとともに互いに電気的に接続されてなることを特
徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の熱電素子アレイは、アレイの要素とな
る熱電素子として、上記の積層型熱電素子が用いられて
いるため、例えば図３に示すようなアルミナ基板等の上
に新たな金属接続を作る必要がない。さらに、積層型熱
電素子は、対の数を増やした分だけ起電力が増加する。
例えば、１個の素子内にｐ−ｎの組を６対形成した素子
では、その１個の素子だけで温度差６００℃１で１．５
Ｖの起電力が得られる。
る熱電素子として、上記の積層型熱電素子が用いられて
いるため、例えば図３に示すようなアルミナ基板等の上
に新たな金属接続を作る必要がない。さらに、積層型熱
電素子は、対の数を増やした分だけ起電力が増加する。
例えば、１個の素子内にｐ−ｎの組を６対形成した素子
では、その１個の素子だけで温度差６００℃１で１．５
Ｖの起電力が得られる。
【０００８】図３に示すような、従来品を多数の直列接
続して平面上に配置した場合と比べて、少ない素子数、
すなわち小面積で同等の起電力を持つアレイを作製する
ことができる。また、同面積のアレイを作製した場合、
従来のπ型接合素子を用いたものに比べて数倍〜数十倍
の起電力を得ることができる。さらに、ｐ型半導体とｎ
型半導体との間の高温端での金属接合が不要であるた
め、配置の自由度が高い。
続して平面上に配置した場合と比べて、少ない素子数、
すなわち小面積で同等の起電力を持つアレイを作製する
ことができる。また、同面積のアレイを作製した場合、
従来のπ型接合素子を用いたものに比べて数倍〜数十倍
の起電力を得ることができる。さらに、ｐ型半導体とｎ
型半導体との間の高温端での金属接合が不要であるた
め、配置の自由度が高い。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の熱電素子アレイを構成する１個の熱電素
子の一例を示す斜視図である。この積層型熱電素子１
は、絶縁体層３を挟んでｐ型半導体層１ｃとｎ型半導体
層１ｄが積層されることにより構成されている。積層型
熱電素子１の高温端１ａは、ｐ及びｎ型半導体層１ｃ，
１ｄがＰ−Ｎ接合されている。また、積層型熱電素子１
の低温端１ｂの上面および下面にはメッキ電極４が形成
されており（下面側のメッキ電極は図面上はあらわれて
いない）、このメッキ電極４にはリード線５が半田付け
されている。
１は、本発明の熱電素子アレイを構成する１個の熱電素
子の一例を示す斜視図である。この積層型熱電素子１
は、絶縁体層３を挟んでｐ型半導体層１ｃとｎ型半導体
層１ｄが積層されることにより構成されている。積層型
熱電素子１の高温端１ａは、ｐ及びｎ型半導体層１ｃ，
１ｄがＰ−Ｎ接合されている。また、積層型熱電素子１
の低温端１ｂの上面および下面にはメッキ電極４が形成
されており（下面側のメッキ電極は図面上はあらわれて
いない）、このメッキ電極４にはリード線５が半田付け
されている。
【００１０】この積層型熱電素子１を構成するｐ型半導
体層１ｃは例えばＦｅＳｉ2 にＣｒを添加した組成を有
し、ｎ型半導体層１ｄは例えばＦｅＳｉ2 にＣｏを添加
した組成を有し、絶縁体層３は例えばＺｒＯ2 とガラス
の混合物の組成を有している。この積層型熱電素子１
は、一例として以下のようにして形成される。
体層１ｃは例えばＦｅＳｉ2 にＣｒを添加した組成を有
し、ｎ型半導体層１ｄは例えばＦｅＳｉ2 にＣｏを添加
した組成を有し、絶縁体層３は例えばＺｒＯ2 とガラス
の混合物の組成を有している。この積層型熱電素子１
は、一例として以下のようにして形成される。
【００１１】先ず上記各組成にそれぞれ溶媒とバインダ
ーを加え混合調整して各泥漿を得、それぞれの泥漿から
ドクターブレード法によりグリーンシート（図示せず）
を得る。ｐ型半導体とｎ型半導体のグリーンシートを所
定の大きさに切断し、また絶縁体のグリーンシートをｐ
型半導体，ｎ型半導体の寸法よりも小さい所定の大きさ
に切断する。切断されたｐ型半導体のグリーンシートと
ｎ型半導体のグリーンシートが、高温端１ａと低温端１
ｂで交互に接続されるように（図１参照）、ｐ型半導体
のグリーンシートとｎ型半導体のグリーンシートとの間
に絶縁体のグリーンシートを挟んで、それらグリーンシ
ートを積層して熱圧着する。
ーを加え混合調整して各泥漿を得、それぞれの泥漿から
ドクターブレード法によりグリーンシート（図示せず）
を得る。ｐ型半導体とｎ型半導体のグリーンシートを所
定の大きさに切断し、また絶縁体のグリーンシートをｐ
型半導体，ｎ型半導体の寸法よりも小さい所定の大きさ
に切断する。切断されたｐ型半導体のグリーンシートと
ｎ型半導体のグリーンシートが、高温端１ａと低温端１
ｂで交互に接続されるように（図１参照）、ｐ型半導体
のグリーンシートとｎ型半導体のグリーンシートとの間
に絶縁体のグリーンシートを挟んで、それらグリーンシ
ートを積層して熱圧着する。
【００１２】このようにして得られた積層グリーンブロ
ックを、所定の大きさに切断して成形体を得る。この成
形体を空気中において脱脂した後に真空中において無加
圧で焼成する。アニール操作の後の成形体の、後に低温
端として用いられる一端に、図１に示すようにメッキ電
極４を形成し、それらのメッキ電極４にリード線５を半
田付けする。このようにして積層型熱電素子１が形成さ
れる。
ックを、所定の大きさに切断して成形体を得る。この成
形体を空気中において脱脂した後に真空中において無加
圧で焼成する。アニール操作の後の成形体の、後に低温
端として用いられる一端に、図１に示すようにメッキ電
極４を形成し、それらのメッキ電極４にリード線５を半
田付けする。このようにして積層型熱電素子１が形成さ
れる。
【００１３】図２は、本発明の熱電素子アレイの一実施
例の斜視図である。ここでは、上記のようにして形成し
た、長さ３０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚み５ｍｍの、ｐ型半導
体とｎ型半導体との対が６対形成された積層型熱電素子
１を９個使用した。各々の素子は、６００℃の温度差で
１．５Ｖ以上の起電力を発生する。これらの素子の高温
端を厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板１０に、約５ｍｍピ
ッチで３×３の配列でアルミナセメントで固定した。各
素子１はリード線の半田付けで電気的に直列に接続し
た。
例の斜視図である。ここでは、上記のようにして形成し
た、長さ３０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚み５ｍｍの、ｐ型半導
体とｎ型半導体との対が６対形成された積層型熱電素子
１を９個使用した。各々の素子は、６００℃の温度差で
１．５Ｖ以上の起電力を発生する。これらの素子の高温
端を厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板１０に、約５ｍｍピ
ッチで３×３の配列でアルミナセメントで固定した。各
素子１はリード線の半田付けで電気的に直列に接続し
た。
【００１４】アルミナ基板１をホットプレートで均一に
加熱したところ、高温端と低温端の温度差が１００℃で
１．５Ｖの起電力を発生した。従来のπ型接合素子を６
個使った同面積のアレイ（図３参照）の場合１００℃で
０．３Ｖの起電力であるから、本発明品では従来品の５
倍の起電力を得ることができた。
加熱したところ、高温端と低温端の温度差が１００℃で
１．５Ｖの起電力を発生した。従来のπ型接合素子を６
個使った同面積のアレイ（図３参照）の場合１００℃で
０．３Ｖの起電力であるから、本発明品では従来品の５
倍の起電力を得ることができた。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、従
来に比べ、同じ寸法で高出力の熱電素子アレイを容易に
得ることができる。また、ｐ型半導体とｎ型半導体間の
高温端での金属接合が不要であるため、配置の自由度が
高く、様々なニーズに対応し易い。
来に比べ、同じ寸法で高出力の熱電素子アレイを容易に
得ることができる。また、ｐ型半導体とｎ型半導体間の
高温端での金属接合が不要であるため、配置の自由度が
高く、様々なニーズに対応し易い。
【図１】本発明の熱電素子アレイを構成する１個の熱電
素子の一例を示す斜視図である。
素子の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の熱電素子アレイの一実施例の斜視図で
ある。
ある。
【図３】従来の、π型接合熱電素子アレイを示す斜視図
である。
である。
１ 積層型熱電素子 １ａ 高温端 １ｂ 低温端 １ｃ ｐ型半導体 １ｄ ｎ型半導体 ３ 絶縁体 １０ アルミナ基板
Claims (1)
- 【請求項１】 高温端側がＰ−Ｎ接合されるとともに低
温端側が絶縁層を介して積層されたＰ型半導体とＮ型半
導体との対が一対以上積層された積層型熱電素子が、高
温端どうしが同一面上に並ぶように複数個配列されると
ともに互いに電気的に接続されてなることを特徴とする
熱電素子アレイ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316663A JPH07169995A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 熱電素子アレイ |
| PCT/JP1994/002076 WO1995017020A1 (fr) | 1993-12-16 | 1994-12-09 | Element de conversion thermoelectrique, reseau d'elements de conversion thermoelectrique et convertisseur de deplacement thermique |
| EP95902936A EP0685893A4 (en) | 1993-12-16 | 1994-12-09 | THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT ARRAY AND THERMAL DISPLACEMENT CONVERTER. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316663A JPH07169995A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 熱電素子アレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169995A true JPH07169995A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18079527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5316663A Withdrawn JPH07169995A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 熱電素子アレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169995A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011198831A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Fujitsu Ltd | 熱電変換モジュールおよび複合熱電変換素子 |
| JP2014514740A (ja) * | 2011-03-22 | 2014-06-19 | テクニカル ユニヴァーシティー オブ デンマーク | 熱電発電機の生産に有用な構造体、その構造体を備える熱電発電機、及びその熱電発電機を生産するための方法 |
| WO2019003582A1 (ja) * | 2017-06-27 | 2019-01-03 | 株式会社村田製作所 | 熱電変換モジュールおよび電子部品モジュール |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP5316663A patent/JPH07169995A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011198831A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Fujitsu Ltd | 熱電変換モジュールおよび複合熱電変換素子 |
| JP2014514740A (ja) * | 2011-03-22 | 2014-06-19 | テクニカル ユニヴァーシティー オブ デンマーク | 熱電発電機の生産に有用な構造体、その構造体を備える熱電発電機、及びその熱電発電機を生産するための方法 |
| WO2019003582A1 (ja) * | 2017-06-27 | 2019-01-03 | 株式会社村田製作所 | 熱電変換モジュールおよび電子部品モジュール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |