JPH1065225A - 熱電素子 - Google Patents
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- JPH1065225A JPH1065225A JP8221311A JP22131196A JPH1065225A JP H1065225 A JPH1065225 A JP H1065225A JP 8221311 A JP8221311 A JP 8221311A JP 22131196 A JP22131196 A JP 22131196A JP H1065225 A JPH1065225 A JP H1065225A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱が双方向から伝えられる場合において、そ
の熱を効率的に電気エネルギーに変換する。 【解決手段】 p型半導体2Aとn型半導体2Bとを長
手方向両端部で接合し、接合部以外の部分に絶縁層2C
を形成して積層し、中間部分に電極3A,3Bを設けて
なる熱電素子。 【効果】 双方向から伝わる熱による両端部のp−n接
合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を発生し、
これを電極から取り出すことができる。両端にp−n接
合部を持つ熱電素子は、これを長手方向に1/2に切断
した大きさの熱電素子を2個並列に接続したものと同等
の抵抗を示すことから、同一寸法で一端にのみp−n接
合部を持つ従来の熱電素子に比べて約4倍の出力を得る
ことができる。
の熱を効率的に電気エネルギーに変換する。 【解決手段】 p型半導体2Aとn型半導体2Bとを長
手方向両端部で接合し、接合部以外の部分に絶縁層2C
を形成して積層し、中間部分に電極3A,3Bを設けて
なる熱電素子。 【効果】 双方向から伝わる熱による両端部のp−n接
合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を発生し、
これを電極から取り出すことができる。両端にp−n接
合部を持つ熱電素子は、これを長手方向に1/2に切断
した大きさの熱電素子を2個並列に接続したものと同等
の抵抗を示すことから、同一寸法で一端にのみp−n接
合部を持つ従来の熱電素子に比べて約4倍の出力を得る
ことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを電
気エネルギーに変換する特徴を生かし、可動部のないジ
ェネレータとして、或いは温度センサーとして利用され
る熱電素子に係り、特に、熱が長手方向の双方向から伝
えられる場合に、この熱を効率的に電気エネルギー変換
することができる熱電素子に関する。
気エネルギーに変換する特徴を生かし、可動部のないジ
ェネレータとして、或いは温度センサーとして利用され
る熱電素子に係り、特に、熱が長手方向の双方向から伝
えられる場合に、この熱を効率的に電気エネルギー変換
することができる熱電素子に関する。
【0002】
【従来の技術】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とをその一端側におい
て金属を介してp−n接合(π型接合)したものであ
る。このp−n接合端を熱すると、ゼーベック効果によ
り、接合端とその反対側の半導体端部との温度差に比例
した起電力を発生する。
ック体とn型半導体のブロック体とをその一端側におい
て金属を介してp−n接合(π型接合)したものであ
る。このp−n接合端を熱すると、ゼーベック効果によ
り、接合端とその反対側の半導体端部との温度差に比例
した起電力を発生する。
【0003】従来、熱電素子はこのような特性を生かし
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
【0004】図2は、このような用途に用いられる熱電
素子の構成を示す断面図(長手方向に沿う断面図)であ
り、長尺板状のp型半導体2Aとn型半導体2Bとが積
層されると共に、その長手方向の一端で接合され、この
接合部以外の層間部に絶縁層2Cが形成されている。そ
して、接合部と反対側の端部の熱電素子素体1の板面に
は端子電極3A,3Bが形成されている。なお、この端
子電極3A,3Bは、ニッケルめっき膜3a上に半田め
っき膜3bを形成したものである。
素子の構成を示す断面図(長手方向に沿う断面図)であ
り、長尺板状のp型半導体2Aとn型半導体2Bとが積
層されると共に、その長手方向の一端で接合され、この
接合部以外の層間部に絶縁層2Cが形成されている。そ
して、接合部と反対側の端部の熱電素子素体1の板面に
は端子電極3A,3Bが形成されている。なお、この端
子電極3A,3Bは、ニッケルめっき膜3a上に半田め
っき膜3bを形成したものである。
【0005】このような熱電素子の半導体材料として
は、遷移金属珪化物(遷移金属としては鉄、マンガン、
コバルト、クロム等)やGe−Si等が知られており、
コールドプレス法やホットプレス法などのいわゆる粉末
冶金的な手法、グリーンシートを用いたシート積層法に
より作製されるのが一般的である。
は、遷移金属珪化物(遷移金属としては鉄、マンガン、
コバルト、クロム等)やGe−Si等が知られており、
コールドプレス法やホットプレス法などのいわゆる粉末
冶金的な手法、グリーンシートを用いたシート積層法に
より作製されるのが一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図2のような、一端側
にp−n接合部,他端側に電極が形成された構造を持つ
従来の熱電素子では、熱源からの熱が一方向からのみ伝
わる場合には問題はないが、熱が双方向(長手方向の両
端側)から伝わる場合には、その熱を電気エネルギーに
効率良く変換することは困難である。
にp−n接合部,他端側に電極が形成された構造を持つ
従来の熱電素子では、熱源からの熱が一方向からのみ伝
わる場合には問題はないが、熱が双方向(長手方向の両
端側)から伝わる場合には、その熱を電気エネルギーに
効率良く変換することは困難である。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱が
双方向から伝えられる場合において、その熱を効率的に
電気エネルギーに変換することができる熱電素子を提供
することを目的とする。
双方向から伝えられる場合において、その熱を効率的に
電気エネルギーに変換することができる熱電素子を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の熱電素子は、そ
れぞれ一方向に長いp型半導体とn型半導体とが積層さ
れ、該p型半導体とn型半導体とは、長手方向の両端部
で接合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁さ
れ、該p型半導体及びn型半導体の長手方向の中間部分
にそれぞれ電極が設けられていることを特徴とする。
れぞれ一方向に長いp型半導体とn型半導体とが積層さ
れ、該p型半導体とn型半導体とは、長手方向の両端部
で接合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁さ
れ、該p型半導体及びn型半導体の長手方向の中間部分
にそれぞれ電極が設けられていることを特徴とする。
【0009】かかる本発明の熱電素子では、長手方向の
両端部にp−n接合部が形成され、中間部分に電極が設
けられているため、双方向から伝わる熱による両端部の
p−n接合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を
発生させ、これを電極から取り出すことができる。
両端部にp−n接合部が形成され、中間部分に電極が設
けられているため、双方向から伝わる熱による両端部の
p−n接合部と中間の電極形成部との温度差で起電力を
発生させ、これを電極から取り出すことができる。
【0010】この場合、後述の実施例1と比較例1の結
果からも明らかなように、両端にp−n接合部を持つ熱
電素子は、これを長手方向に1/2に切断した大きさの
熱電素子を2個並列に接続したものと同等の抵抗を示す
ことから、同一寸法で一端にのみp−n接合部を持つ従
来の熱電素子に比べて約4倍の出力を得ることができ
る。
果からも明らかなように、両端にp−n接合部を持つ熱
電素子は、これを長手方向に1/2に切断した大きさの
熱電素子を2個並列に接続したものと同等の抵抗を示す
ことから、同一寸法で一端にのみp−n接合部を持つ従
来の熱電素子に比べて約4倍の出力を得ることができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【0012】図1は本発明の熱電素子の一実施例を示
す、熱電素子の長手方向に沿う断面図である。図1にお
いて、図2に示す部材と同一機能を奏する部材には、同
一符号を付してある。
す、熱電素子の長手方向に沿う断面図である。図1にお
いて、図2に示す部材と同一機能を奏する部材には、同
一符号を付してある。
【0013】本発明の熱電素子は、長尺板状のp型半導
体2Aとn型半導体2Bとをその長手方向の両端部で接
合し、このp−n接合部4A,4B以外の部分に絶縁層
2Cを介在させて積層一体化してなる熱電素子素体1A
の長手方向の中央部分のp型半導体2A及びn型半導体
2Bに各々電極3A,3Bを形成したものである。
体2Aとn型半導体2Bとをその長手方向の両端部で接
合し、このp−n接合部4A,4B以外の部分に絶縁層
2Cを介在させて積層一体化してなる熱電素子素体1A
の長手方向の中央部分のp型半導体2A及びn型半導体
2Bに各々電極3A,3Bを形成したものである。
【0014】本発明の熱電素子は、p−n接合部を熱電
素子素体の長手方向の両端部に設け、電極をその長手方
向の中間部分に形成すること以外は、常法に従って製造
することができ、p型半導体及びn型半導体の材料や製
造条件等に何ら制限を受けることはない。
素子素体の長手方向の両端部に設け、電極をその長手方
向の中間部分に形成すること以外は、常法に従って製造
することができ、p型半導体及びn型半導体の材料や製
造条件等に何ら制限を受けることはない。
【0015】なお、本発明において、両端にp−n接合
部を設け、中央に電極を形成したことによる熱電変換効
率の向上及び素子のコンパクト化という本発明の効果を
有効に得るためには、本発明の熱電素子は、特にその長
手方向の長さが35〜60mmであることが好ましい。
部を設け、中央に電極を形成したことによる熱電変換効
率の向上及び素子のコンパクト化という本発明の効果を
有効に得るためには、本発明の熱電素子は、特にその長
手方向の長さが35〜60mmであることが好ましい。
【0016】
【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
【0017】実施例1,比較例1 以下に示す方法により、図1に示す本発明の熱電素子及
び図2に示す従来の熱電素子を製作した。
び図2に示す従来の熱電素子を製作した。
【0018】まず、FeSi2 系熱電素子素体をシート
積層法により作製した。
積層法により作製した。
【0019】p型鉄珪化物系半導体材料としてFeSi
2 にCrSi2 を2モル%添加したものを、また、n型
鉄珪化物系半導体材料としてFeSi2 にCoSi2 を
2モル%添加したものを用いた。また、絶縁材料として
ZrO2 粉にガラス粉(組成(重量%):SiO2 =6
0,B2 O3 =15,Al2 O3 =10,アルカリ土類
金属酸化物=15)を40重量%加えたものを用いた。
上記3種類の材料に、各々、結合剤としてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてフタル酸ジブチル、分散剤とし
てエーテル型非イオン界面活性剤「GAFAC」(東邦
化学社製商品名)、溶剤としてエタノール及びトルエン
を加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりグリ
ーンシート化した。
2 にCrSi2 を2モル%添加したものを、また、n型
鉄珪化物系半導体材料としてFeSi2 にCoSi2 を
2モル%添加したものを用いた。また、絶縁材料として
ZrO2 粉にガラス粉(組成(重量%):SiO2 =6
0,B2 O3 =15,Al2 O3 =10,アルカリ土類
金属酸化物=15)を40重量%加えたものを用いた。
上記3種類の材料に、各々、結合剤としてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてフタル酸ジブチル、分散剤とし
てエーテル型非イオン界面活性剤「GAFAC」(東邦
化学社製商品名)、溶剤としてエタノール及びトルエン
を加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりグリ
ーンシート化した。
【0020】実施例1では、これらをp型鉄珪化物系半
導体シート、絶縁シート、n型鉄珪化物系半導体シート
の順に両端がp−n接合となるように積層後、70℃、
100kg/cm2 で熱圧着した。
導体シート、絶縁シート、n型鉄珪化物系半導体シート
の順に両端がp−n接合となるように積層後、70℃、
100kg/cm2 で熱圧着した。
【0021】比較例1では、一端がp−n接合となるよ
うにしたこと以外は同様にして積層、熱圧着した。
うにしたこと以外は同様にして積層、熱圧着した。
【0022】これを、各々、所望の素子形状に切断後、
大気中で400℃、2時間の脱脂工程により結合剤、可
塑剤、分散剤及び溶剤を除去し、その後、真空中で12
00℃、4時間の焼結工程、大気中で850℃、50時
間のアニール工程を行った。次に、実施例1では素子の
中央部に、電極として電気めっき法によりニッケルめっ
き膜を0.5〜1μm程度の厚さに形成した後、同様に
電気めっき法で半田めっき膜を0.5〜1μm程度の厚
さに形成した。比較例1では、p−n接合の反対側の端
部に同様にして電極を形成した。
大気中で400℃、2時間の脱脂工程により結合剤、可
塑剤、分散剤及び溶剤を除去し、その後、真空中で12
00℃、4時間の焼結工程、大気中で850℃、50時
間のアニール工程を行った。次に、実施例1では素子の
中央部に、電極として電気めっき法によりニッケルめっ
き膜を0.5〜1μm程度の厚さに形成した後、同様に
電気めっき法で半田めっき膜を0.5〜1μm程度の厚
さに形成した。比較例1では、p−n接合の反対側の端
部に同様にして電極を形成した。
【0023】このようにして得られた素子の大きさは、
実施例1及び比較例1ともに5mm(幅)×38mm
(長さ)×2mm(厚さ)であった。
実施例1及び比較例1ともに5mm(幅)×38mm
(長さ)×2mm(厚さ)であった。
【0024】得られた熱電素子について、各々、温度差
に対する熱起電力と内部抵抗の関係を調べ、結果を図3
(実施例1)及び図4(比較例1)に示した。
に対する熱起電力と内部抵抗の関係を調べ、結果を図3
(実施例1)及び図4(比較例1)に示した。
【0025】図3,4より次のことが明らかである。
【0026】即ち、実施例1の熱電素子と比較例1の熱
電素子の発生電圧はほぼ同等であるのに対し、内部抵抗
については、両端にp−n接合部を持つ実施例1の熱電
素子は一端にp−n接合部を持つ比較例1の熱電素子の
約1/4の値を示している。これは両端にp−n接合部
を持つ素子は、その長手方向に1/2に切断した大き
さ、即ち、5mm(幅)×19mm(長さ)×2mm
(厚さ)の形状の熱電素子を2個並列に接続した場合と
同様と考えられるためである。一般に、素子の最大出力
Pmax は Pmax =V2 /4/R (V:熱起電力、R:内部抵
抗) で表わされる。従って、両端にp−n接合部を持つ熱電
素子は、同寸法で一端にp−n接合部を持つ素子に比べ
約4倍の出力を生じることになる。
電素子の発生電圧はほぼ同等であるのに対し、内部抵抗
については、両端にp−n接合部を持つ実施例1の熱電
素子は一端にp−n接合部を持つ比較例1の熱電素子の
約1/4の値を示している。これは両端にp−n接合部
を持つ素子は、その長手方向に1/2に切断した大き
さ、即ち、5mm(幅)×19mm(長さ)×2mm
(厚さ)の形状の熱電素子を2個並列に接続した場合と
同様と考えられるためである。一般に、素子の最大出力
Pmax は Pmax =V2 /4/R (V:熱起電力、R:内部抵
抗) で表わされる。従って、両端にp−n接合部を持つ熱電
素子は、同寸法で一端にp−n接合部を持つ素子に比べ
約4倍の出力を生じることになる。
【0027】この結果から、本発明の熱電素子は、双方
向から熱が来るような場所に設置した場合、スペースロ
スがなく、かつ効率良く熱電変換を行うことができるこ
とがわかる。
向から熱が来るような場所に設置した場合、スペースロ
スがなく、かつ効率良く熱電変換を行うことができるこ
とがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の熱電素子に
よれば、熱が双方向から伝えられる場合においても、効
率良く熱電変換が可能となり、同寸法の従来型素子に比
べ、非常に大きな出力を得ることができる。
よれば、熱が双方向から伝えられる場合においても、効
率良く熱電変換が可能となり、同寸法の従来型素子に比
べ、非常に大きな出力を得ることができる。
【図1】本発明の熱電素子の一実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図2】従来の熱電素子を示す断面図である。
【図3】実施例1で製造した熱電素子の温度差に対する
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
【図4】比較例1で製造した熱電素子の温度差に対する
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
熱起電力と内部抵抗の関係を示すグラフである。
1,1A 熱電素子素体 2A p型半導体 2B n型半導体 2C 絶縁層 3A,3B 電極 3a ニッケルめっき膜 3b 半田めっき膜 4A,4B p−n接合部
Claims (1)
- 【請求項1】 それぞれ一方向に長いp型半導体とn型
半導体とが積層され、 該p型半導体とn型半導体とは、長手方向の両端部で接
合されると共に、該両端部以外の部分では絶縁され、 該p型半導体及びn型半導体の長手方向の中間部分にそ
れぞれ電極が設けられていることを特徴とする熱電素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8221311A JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8221311A JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1065225A true JPH1065225A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16764819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8221311A Withdrawn JPH1065225A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | 熱電素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1065225A (ja) |
-
1996
- 1996-08-22 JP JP8221311A patent/JPH1065225A/ja not_active Withdrawn
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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: 20031104 |