JPH08204241A - 熱電気変換装置 - Google Patents

熱電気変換装置

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JPH08204241A
JPH08204241A JP7011570A JP1157095A JPH08204241A JP H08204241 A JPH08204241 A JP H08204241A JP 7011570 A JP7011570 A JP 7011570A JP 1157095 A JP1157095 A JP 1157095A JP H08204241 A JPH08204241 A JP H08204241A
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JP
Japan
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electrode
thermoelectric element
conversion device
thermoelectric conversion
thermoelectric
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Withdrawn
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JP7011570A
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English (en)
Inventor
Yoshinobu Momoi
義宣 桃井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クラックの発生を抑制することにより長寿命
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並設される少なくとも
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、熱電素子のP型半導体とN型半導体とが交互に直列
に配設されるよう連結するとともに熱交換器に取着され
る電極7,8 と、を具備する熱電気変換装置において、熱
電素子等の熱変形に伴う熱ストレスで発生するクラック
を抑制するクラック抑制部材として、熱電素子と電極と
の間にあって常温では固体であって異常温度に上昇した
ときに溶融する低温半田からなる溶融部11を設けた。

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、特開平5−
275795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熱交換器1,2 と、その熱交換器1,2
の間にあって並設される複数個のP型半導体4 とN型半
導体5 を有する熱電素子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連結
するとともに熱交換器1,2 に取着される電極6 と、を具
備している(図5及び図6)。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
と電極6 は、半田10等で接合されている。そして、その
電極6 は、熱交換器1 または2 と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、熱電気変換装置全体が剛体となっているた
め、熱膨張、熱収縮にともなう変形により熱ストレスが
発生し、それが繰り返されることにより熱電素子や半田
等にクラックが発生し、断線に至っ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、クラックの発生を抑制す
ることにより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
あって並設される少なくとも1対のP型半導体とN型半
導体を有する熱電素子と、該熱電素子のP型半導体とN
型半導体とが交互に直列に配設されるよう連結するとと
もに熱交換器に取着される電極と、を具備する熱電気変
換装置において、熱電素子等の熱変形に伴う熱ストレス
で発生するクラックを抑制するクラック抑制部材を設け
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記載のクラック抑制部材に、熱電素子と電極と
の間にあって常温では固体であって異常温度に上昇した
ときに溶融する溶融部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記載のクラック抑制部材に、熱電素子と電極を
磁力で結合する磁力結合手段を設けた構成としている。
【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記載のクラック抑制部材に、電極と熱交
換器との間にあって均一な圧力を伝達する流体状の押圧
体と、押圧体を保持して電極と接するシート状の保持体
と、を設けた構成としている。
【0009】また、請求項5記載の熱電気変換装置は、
請求項4記載の保持体を、摩擦係数の小さい部材で形成
した構成としている。
【0010】
【作用】請求項1記載の構成によれば、熱電素子等に膨
張、収縮からなる熱変形が発生しても、クラック抑制部
材でクラックの発生を抑制することができる。
【0011】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、熱電素子等にクラックが発生して
溶融部が異常温度になったときに溶融するため、そのク
ラックを埋めることができる。
【0012】また、請求項3記載の構成によれば、請求
項1の作用に加えて、熱電素子と電極は磁力で結合して
いるため、熱ストレスが発生してもそれらの位置関係が
変化して熱ストレスを抑制する。
【0013】また、請求項4記載の構成によれば、請求
項1乃至3のいずれかの作用に加えて、押圧体により熱
電素子の各半導体には均一な圧力が加わっているので、
局所的に大きな熱ストレスは発生しにくい。
【0014】また、請求項5記載の構成によれば、請求
項4の作用に加えて、熱ストレスが発生しても保持体は
摩擦係数が小さいため、電極は位置が変化して熱ストレ
スを抑制する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の第1実施例を図1及び図2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、電極6 とを主要構成
部材としている。
【0016】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 を有する略平板状にアルミ等の熱伝導の良好な材
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
、及び電極6 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。
【0017】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、重金属製で
略直方体状に形成され、P型半導体4 とN型半導体5 が
交互となるように並設されるとともに、そのP型半導体
4 及びN型半導体5 の端面は後述する電極6 に接合され
る。従って、電極6 を介してP型半導体4 とN型半導体
5 とが交互となるように直列に配設される。
【0018】電極6 は、熱電素子3 のP型半導体4 とN
型半導体5 とを連結するとともに熱交換器1,2 に取着さ
れるもので、第1電極7,7 …及び第2電極8,8 …より構
成される。この第1電極7,7 …及び第2電極8,8 …は、
銅等の導電材料でもって略平板状に形成され、第1電極
7,7 …は熱交換器1 の内方面1aに、第2電極8,8 …は熱
交換器2 の内方面2aに取着される。また、第1電極7,7
…及び第2電極8,8 …の熱電素子3 と接合する接合面7
a,8a には、後述するクラック抑制部材を装着する凹状
の装着部9,9 …を有する。
【0019】10は接合部で、熱電素子3 と後述する溶融
部を接合する。この接合部10は、高温半田等で形成さ
れ、その融点は例えば、290℃である。11はクラック
抑制部材としての溶融部で、熱電素子3 や接合部10等に
発生したクラックを埋める。この溶融部11は、低温半田
等で形成されて、電極6 の装着部9 に収納されるもので
あり、その融点は例えば183℃である。
【0020】このものは、P型半導体4 及びN型半導体
5 に接合部10を接合したものを、溶融部11を介して第1
電極7 及び第2電極8 に接合する。そして、第1電極7
及び第2電極8 は、接着剤またはグリース等を介して熱
交換器1,2 で挟着する。
【0021】そして、この熱電気変換装置は、熱電素子
3 に通電することにより、熱電素子3 の端面の一方、す
なわち、第1電極7 及び第2電極8 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。その際、熱による膨張、収縮からなる変形で、接
合部10にクラックが発生することがある。クラックが発
生すると、電気抵抗が増加して、接合部10等の温度が上
昇する。その結果、溶融部11が溶融し、クラックを埋め
ることとなり、断線の発生が抑制される。なお、クラッ
クの発生しない通常使用においては、熱電素子3 の温度
は100℃を越すことがない。
【0022】なお、接合部10を高温半田、溶融部11を低
温半田としたが、組み合わせを逆にしてもよく、その場
合は、接合部10にクラックが発生した場合は、まず接合
部10が溶融して、クラックを低減し、その後に溶融部11
が溶融して完全にクラックを無くす。また、溶融部11の
位置はこの例に限定されるものではなく、クラックの発
生しやすい近辺に配置すればよく、また、接合部10と混
ぜあわせてもよい。
【0023】次に、第2実施例を図3に基づいて説明す
る。このものは、第1電極7 及び第2電極8 の接合面7
a,8a に磁力結合手段としての磁石12を埋め込むととも
に、P型半導体4 及びN型半導体5 に磁力結合手段とし
ての鉄分を混入したものである。このように構成するこ
とにより、第1電極7 及び第2電極8 とP型半導体4 及
びN型半導体5 は磁力で結合するため、熱ストレスによ
る変位を許容することができ、クラックの発生を抑制し
て長寿命化が図れる。
【0024】次に、第3実施例を図4に基づいて説明す
る。このものは、クラック抑制部材にパスカルの原理を
利用したものである。
【0025】13はクラック抑制部材としての押圧体で、
電極6 及び熱電素子3 に均一な圧力を加えるもので、熱
交換器1 の内方面1bに凹状の収納部14を設けて、そこに
収納される。この押圧体13は、パスカルの原理が適用で
きる流体状のもので、例えば、熱伝導性の高いシリコン
グリースを用いる。
【0026】15はクラック抑制部材としての保持体で、
押圧体13を保持するとともに、第1電極7 と接するもの
で、テフロン等の摩擦係数の小さいものであって、シー
ト状に形成される。この保持体15は、押圧体13が収納部
14より漏れることのないように、熱交換器1 に装着され
る。
【0027】このものは、熱電素子3 や電極6 の厚みが
製造条件等によって異なっても均一に熱交換器1 で押圧
するため、局所的な熱ストレスが発生しにくく、また、
熱ストレスが発生しても電極6 の位置が変位しやすいの
で、クラックが発生しにくい。なお、押圧体13及び保持
体15を熱交換器1 に設けたが、熱交換器2 に設けても、
両方共に設けてもどちらでもよい。
【0028】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。
【0029】
【発明の効果】請求項1記載の熱電気変換装置は、熱電
素子等に膨張、収縮からなる熱変形が発生しても、クラ
ック抑制部材でクラックの発生を抑制することができる
ので、断線が起こりにくく長寿命化が図れる。
【0030】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、熱電素子等にクラックが発生
して溶融部が異常温度になったときに溶融するため、そ
のクラックを埋めることができるので、容易にクラック
を抑制することができる。
【0031】また、請求項3記載の熱電気変換装置は、
請求項1の効果に加えて、熱電素子と電極は磁力で結合
しているため、熱ストレスが発生してもそれらの位置関
係が変化して熱ストレスを抑制するので、クラック等が
発生しにくい。
【0032】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、押圧体によ
り熱電素子の各半導体には均一な圧力が加わっているの
で、局所的に大きな熱ストレスは発生しにくいので、さ
らに長寿命化が図れる。
【0033】また、請求項5記載の熱電気変換装置は、
請求項4の効果に加えて、熱ストレスが発生しても保持
体は摩擦係数が小さいため、電極は位置が変化して熱ス
トレスを抑制するので、より一層長寿命化が図れる。
【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】その熱電素子周辺の断面図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す熱電気変換装置の熱
電素子周辺の断面図である。
【図4】本発明の第3実施例を示す熱電気変換装置の断
面図である。
【図5】本発明の従来例を示す熱電気変換装置の断面図
である。
【図6】本発明の従来例を示す別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 5 N型半導体 6 電極 7 第1接合部 8 第2接合部 9 装着部 10 接合部 11 溶融部

Claims (5)

    【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並設される少なく
    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、該熱電素子のP型半導体とN型半導体とが交互に直
    列に配設されるよう連結するとともに熱交換器に取着さ
    れる電極と、を具備する熱電気変換装置において、 熱電素子等の熱変形に伴う熱ストレスで発生するクラッ
    クを抑制するクラック抑制部材を設けたことを特徴とす
    る熱電気変換装置。
  2. 【請求項2】 前記クラック抑制部材に、熱電素子と
    電極との間にあって常温では固体であって異常温度に上
    昇したときに溶融する溶融部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。
  3. 【請求項3】 前記クラック抑制部材に、熱電素子と
    電極を磁力で結合する磁力結合手段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。
  4. 【請求項4】 前記クラック抑制部材に、電極と熱交
    換器との間にあって均一な圧力を伝達する流体状の押圧
    体と、押圧体を保持するシート状の保持体と、を設けた
    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。
  5. 【請求項5】 前記保持体を、摩擦係数の小さい部材
    で形成したことを特徴とする請求項4記載の熱電気変換
    装置。
JP7011570A 1995-01-27 1995-01-27 熱電気変換装置 Withdrawn JPH08204241A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008150004A1 (ja) * 2007-06-07 2008-12-11 Sumitomo Chemical Company, Limited 熱電変換モジュール
JP2014127617A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Toyota Motor Corp 熱電発電装置
JP2019012736A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 三菱マテリアル株式会社 熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用方法
JP2019036644A (ja) * 2017-08-17 2019-03-07 三菱マテリアル株式会社 熱電変換セル及び熱電変換モジュール
JP2019062054A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 三菱マテリアル株式会社 熱電変換セル及び熱電変換モジュール

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