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JPH11177153A - Power generator - Google Patents

Power generator

Info

Publication number
JPH11177153A
JPH11177153A JP9345102A JP34510297A JPH11177153A JP H11177153 A JPH11177153 A JP H11177153A JP 9345102 A JP9345102 A JP 9345102A JP 34510297 A JP34510297 A JP 34510297A JP H11177153 A JPH11177153 A JP H11177153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature side
low
electrode
bellows
heat conductor
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.)
Pending
Application number
JP9345102A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Tonou
克博 都能
Takeshi Higashimatsu
剛 東松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technova Inc
Original Assignee
Technova Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technova Inc filed Critical Technova Inc
Priority to JP9345102A priority Critical patent/JPH11177153A/en
Publication of JPH11177153A publication Critical patent/JPH11177153A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子と金属セグメントとの接合部にお
ける剪断応力の小さい発電装置を提供する。 【解決手段】 多数のP型ならびにN型の半導体層7,
8と、各半導体層7,8を電気的に接続するための高温
側電極4ならびに低温側電極11と、その高温側電極4
の高温側に配置された高温側熱導体1と、前記低温側電
極11の低温側に配置された低温側熱導体13を有する
発電装置において、前記低温側熱導体13の低温側にベ
ローズ23が配置され、そのベローズ23の中空部に液
状熱移動媒体16を前記低温側熱導体13の方向に向け
て噴射するためのノズル26が、前記ベローズ23の変
位を妨げないように設けられていることを特徴とする。
(57) [Problem] To provide a power generation device having a small shear stress at a joint between a semiconductor element and a metal segment. SOLUTION: Many P-type and N-type semiconductor layers 7,
, A high-temperature side electrode 4 and a low-temperature side electrode 11 for electrically connecting the respective semiconductor layers 7 and 8, and the high-temperature side electrode 4
In the power generating apparatus having the high-temperature side heat conductor 1 arranged on the high-temperature side of the above and the low-temperature side heat conductor 13 arranged on the low-temperature side of the low-temperature side electrode 11, a bellows 23 is provided on the low-temperature side of the low-temperature side heat conductor 13. A nozzle 26 that is arranged and injects the liquid heat transfer medium 16 toward the low-temperature side heat conductor 13 in the hollow portion of the bellows 23 is provided so as not to hinder the displacement of the bellows 23. It is characterized by.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、P型ならびにN型
半導体のゼーベック効果を利用した発電装置に係り、特
に液状の熱移動媒体を使用した発電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator using the Seebeck effect of P-type and N-type semiconductors, and more particularly to a power generator using a liquid heat transfer medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10は従来検討された発電装置の断面
図、図11はその発電装置に用いられる発電モジュール
の分解図である。これらの図において、符号100は燃
焼ガスなどの高温ガスGが流通する高温ガス流路、10
1は発電モジュール、102は固定板、103はフィン
を有する放熱板、104は取付けネジ、105は取付け
ナット、106は取付け座金、107はその取付け座金
106と放熱板103のフランジ部との間に介在された
コイルスプリング、108は放熱ファンである。
2. Description of the Related Art FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional power generation device, and FIG. 11 is an exploded view of a power generation module used in the power generation device. In these figures, reference numeral 100 denotes a high-temperature gas passage through which a high-temperature gas G such as a combustion gas flows.
1 is a power generation module, 102 is a fixing plate, 103 is a heat sink having fins, 104 is a mounting screw, 105 is a mounting nut, 106 is a mounting washer, 107 is between the mounting washer 106 and the flange of the heat radiating plate 103. The interposed coil spring 108 is a heat dissipation fan.

【0003】前記発電モジュール101は図11に示す
ように、吸熱側熱導体109と、熱電素子群110と、
放熱側熱導体111と、前記熱電素子群110を放熱側
熱導体111に固定する熱電素子群固定ネジ112と、
前記熱電素子群110を吸熱側熱導体109と放熱側熱
導体111の間で挟持する挟持ネジ113と、挟持ネジ
113の頭部に介在されたコイルスプリング114とか
ら構成されている。
As shown in FIG. 11, the power generation module 101 includes a heat absorbing side heat conductor 109, a thermoelectric element group 110,
A heat radiation side heat conductor 111, a thermoelectric element group fixing screw 112 for fixing the thermoelectric element group 110 to the heat radiation side heat conductor 111,
The thermoelectric element group 110 includes a holding screw 113 that holds the thermoelectric element group 110 between the heat absorbing side heat conductor 109 and the heat radiating side heat conductor 111, and a coil spring 114 interposed at the head of the holding screw 113.

【0004】さらに前記熱電素子群110は、P型なら
びにN型半導体層115と、その半導体層115の両面
にそれぞれ配置された吸熱側電極116ならびに放熱側
電極117と、放熱側電極117を支持するモジユール
基板118と、これらの積層体を締結する締結ネジ11
9とから構成されている。この発電モジュール101が
図10に示すように、固定板102と放熱板103との
間で弾性的に挟持されている。
Further, the thermoelectric element group 110 supports P-type and N-type semiconductor layers 115, and a heat-absorbing electrode 116, a heat-radiating electrode 117, and a heat-radiating electrode 117 disposed on both surfaces of the semiconductor layer 115, respectively. Module substrate 118 and fastening screws 11 for fastening these laminates
9. As shown in FIG. 10, the power generation module 101 is elastically held between the fixed plate 102 and the heat radiating plate 103.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の発電
装置ではコイルスプリングを使用しているが、熱伝達を
向上させるため全体がネジによって締結されているた
め、半導体層と金属セグメントとの接合部に変形の自由
度が少なく大きな剪断応力が発生しやすく、それによっ
て熱履歴(膨脹ならびに収縮)を繰り返した場合に半導
体層やそれと金属セグメントとの接合部が損傷、破壊さ
れることがある。
By the way, the conventional power generator uses a coil spring, but since the whole is fastened by screws to improve heat transfer, a joint between the semiconductor layer and the metal segment is provided. In addition, a large degree of deformation is less likely to occur, and a large shear stress is likely to be generated. If the heat history (expansion and shrinkage) is repeated, the semiconductor layer and the junction between the semiconductor layer and the metal segment may be damaged or broken.

【0006】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、
熱コンダクタンスが良好で、かつ応力緩和が有効に行な
われる熱電変換特性ならびに寿命特性に優れた発電装置
を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned disadvantages of the prior art,
An object of the present invention is to provide a power generation device having good thermal conductance and excellent thermoelectric conversion characteristics and life characteristics in which stress relaxation is effectively performed.

【0007】[0007]

【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P型ならびにN型の半導体層と、
各半導体層を電気的に接続するための高温側電極ならび
に低温側電極と、その高温側電極の高温側に配置された
高温側熱導体と、前記低温側電極の低温側に配置された
低温側熱導体を有する発電装置を対象とするものであ
る。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a plurality of P-type and N-type semiconductor layers;
A high-temperature side electrode and a low-temperature side electrode for electrically connecting each semiconductor layer, a high-temperature side heat conductor disposed on the high-temperature side of the high-temperature side electrode, and a low-temperature side disposed on the low-temperature side of the low-temperature side electrode It is intended for a power generator having a heat conductor.

【0008】そして前記低温側熱導体の低温側にベロー
ズが配置され、そのベローズの中空部に例えば水などの
液状熱移動媒体を前記低温側熱導体の方向に向けて噴射
するためのノズルが、前記ベローズの変位を妨げないよ
うに設けられていることを特徴とする。
A bellows is arranged on the low-temperature side of the low-temperature side heat conductor, and a nozzle for injecting a liquid heat transfer medium such as water toward the low-temperature side heat conductor into a hollow portion of the bellows, The bellows is provided so as not to hinder the displacement of the bellows.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明は前述のように構成され、
前記ベローズによって上下、左右、斜め方向のいずれの
方向にも変位可能であるから、熱履歴(膨脹ならびに収
縮)を繰り返した場合でも、そのベローズで変位が有効
に吸収され、その結果、半導体層やそれと金属セグメン
トとの接合部が損傷、破壊されることがなく、熱コンダ
クタンスが良好で、かつ応力緩和が有効に行なわれる熱
電変換特性ならびに寿命特性に優れた発電装置を提供す
ることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is configured as described above,
Since the bellows can be displaced in any of up, down, left, right, and diagonal directions, even if the heat history (expansion and contraction) is repeated, the displacement is effectively absorbed by the bellows. It is possible to provide a power generation device which is excellent in thermoelectric conversion characteristics and life characteristics in which the junction between the metal segment and the metal segment is not damaged or broken, has good thermal conductance, and effectively alleviates stress.

【0010】次に本発明の実施の形態を図とともに説明
する。図1は本発明の実施の形態に係る発電装置の一部
の分解図、図2は上側の一部を取り除いた発電装置の平
面図、図3はその発電装置に用いる素子ブロックの拡大
断面図、図4はその素子ブロックに用いるバリア金属層
の平面図、図5はその素子ブロックに用いる電極の平面
図、図6は発電装置の水冷ベローズの一部断面図、図7
はその水冷ジャケット部の系統図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an exploded view of a part of a power generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the power generator with an upper part thereof removed, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of an element block used in the power generator. FIG. 4 is a plan view of a barrier metal layer used in the element block, FIG. 5 is a plan view of an electrode used in the element block, FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a water-cooled bellows of the power generator, FIG.
FIG. 3 is a system diagram of the water cooling jacket portion.

【0011】図1において1は熱伝導性の良い金属例え
ば銅からなる高温側熱導体で、燃焼ガスなどの高温ガス
が直接的または間接的に接触し、下面に窒化アルミニウ
ムからなる電気絶縁層2が形成されている。3は図3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4と、
半田層5a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6aと、Pb−Te系からなるP型半導
体層7ならびにN型半導体層8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6bとから構成され
ている。この素子ブロック3を構成する各部材は一体に
焼結されたものである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a high-temperature side heat conductor made of a metal having good thermal conductivity, for example, copper. Are formed. 3 is a skeleton type skeleton type element block as shown in FIG. 3, and a high temperature side electrode 4 made of a nickel-plated copper plate.
A solder layer 5a, a barrier metal layer 6a on which a surface treatment film such as nickel or iron is formed, a P-type semiconductor layer 7 and an N-type semiconductor layer 8 made of Pb-Te, and a surface treatment film such as nickel or iron And the formed barrier metal layer 6b. Each member constituting the element block 3 is integrally sintered.

【0012】バリア金属層6は図3ならびに図4に示す
ように、半導体層7,8と接する側に周壁突部9と中央
突部10が設けられ、半導体層7(8)との接合強度を
高めている。なお、前記中央突部10は必ずしも必要で
はない。
As shown in FIGS. 3 and 4, the barrier metal layer 6 is provided with a peripheral wall projection 9 and a central projection 10 on the side in contact with the semiconductor layers 7 and 8, and has a bonding strength with the semiconductor layer 7 (8). Is increasing. The central projection 10 is not always necessary.

【0013】前記バリア金属層6bと低温側電極11
は、半田層5bによって接合される。12はシリコーン
ゲルからなる薄膜、13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14が
形成されている。15は薄膜12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16が強制
循環するシステムになっている。水冷ベローズ15の構
成については、後で詳細に説明する。
The barrier metal layer 6b and the low-temperature side electrode 11
Are joined by the solder layer 5b. 12 is a thin film made of silicone gel, 13 is a low-temperature side heat conductor made of aluminum, and an electrical insulating layer 14 made of alumite is formed on the upper surface. Reference numeral 15 denotes a water-cooled bellows joined to the low-temperature-side heat conductor via the thin film 12, and has a system in which cooling water 16 is forcibly circulated. The configuration of the water-cooled bellows 15 will be described later in detail.

【0014】なお、前記電極4とバリア金属層6a、な
らびにバリア金属層6bと低温側電極11が金属間結合
する場合、半田層6a,6bは必ずしも必要ではない。
When the electrode 4 and the barrier metal layer 6a and the barrier metal layer 6b and the low-temperature side electrode 11 are bonded to each other, the solder layers 6a and 6b are not necessarily required.

【0015】図5に示すように電極4(11)の両側に
はP型半導体層7ならびにN型半導体層8と接合する半
導体接合領域17、17が設けられ、この領域17、1
7の間には電極4(11)の一方の側端縁4a(11
a)から他方の側端縁4b(11b)に向けて延びた1
本の切込み溝状の第1の切欠部19aと、電極4(1
1)の他方の側端縁4b(11b)から一方の側端縁4
a(11a)に向けて延びかつ前記第1の切欠部19a
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19bが平行に設けられている。そしてこの第1
の切欠部19aと第2の切欠部19bの間に幅狭の通電
部20が形成されて、電極4(11)の平面形状がほぼ
S字状をしている。
As shown in FIG. 5, on both sides of the electrode 4 (11), semiconductor junction regions 17, 17 for joining the P-type semiconductor layer 7 and the N-type semiconductor layer 8 are provided.
7, one side edge 4a (11) of the electrode 4 (11).
1 extending from a) to the other side edge 4b (11b)
The first notch 19a in the form of a notch groove and the electrode 4 (1
1) from the other side edge 4b (11b) to the one side edge 4
a (11a) and the first notch 19a
One notch-shaped second notch 19b formed at a more displaced position is provided in parallel. And this first
A narrow conducting portion 20 is formed between the notch portion 19a and the second notch portion 19b, and the planar shape of the electrode 4 (11) is substantially S-shaped.

【0016】図5に示すように、これら半導体接合領域
17,17、切欠部19a,19bならびに通電部20
は、電極4(11)の中心Oを境にして左右対称位置に
設けられている。本実施の形態では完全対称の電極4
(11)を使用しているが、必ずしも完全対称でなくて
も構わない。
As shown in FIG. 5, these semiconductor junction regions 17, 17, notches 19a, 19b,
Are provided symmetrically with respect to the center O of the electrode 4 (11). In the present embodiment, a completely symmetric electrode 4
Although (11) is used, it is not always necessary to be completely symmetric.

【0017】図8は、電極4(11)の変形例を示す平
面図である。この例では、切欠部19aを間にしてその
両側に切欠部19b,19bが形成されている。この例
の場合も半導体接合領域17,17、切欠部19a,1
9bならびに通電部20は、電極4(11)の中心Oを
境にして左右対称位置に設けられている。
FIG. 8 is a plan view showing a modification of the electrode 4 (11). In this example, notches 19b, 19b are formed on both sides of the notch 19a. Also in the case of this example, the semiconductor junction regions 17, 17 and the notches 19a, 1
9b and the conducting section 20 are provided at symmetrical positions with respect to the center O of the electrode 4 (11).

【0018】図5ならびに図8においてL1/2<L2
の関係にあり、第1の切欠部77aと第2の切欠部77
bは中心O付近においてオーバーラップしている。
In FIGS. 5 and 8, L1 / 2 <L2
And the first notch 77a and the second notch 77
b overlaps near the center O.

【0019】例えば図1ならびに図2に示すように、半
導体層7,8を含む素子ブロック3に対して個別に水冷
ベローズ15が設けられている。この水冷ベローズ15
は図6に示すように、移動基板21と固定基板22の間
に配置され、上下端部がそれぞれ移動基板21と固定基
板22に液密に溶接24された伸縮自在のベローズ23
を有している。移動基板21、固定基板22ならびにベ
ローズ23は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、銅
などの金属から構成されている。
For example, as shown in FIGS. 1 and 2, a water-cooled bellows 15 is provided for each of the element blocks 3 including the semiconductor layers 7 and 8. This water-cooled bellows 15
As shown in FIG. 6, an extensible bellows 23 is disposed between the movable substrate 21 and the fixed substrate 22 and has upper and lower ends liquid-tightly welded 24 to the movable substrate 21 and the fixed substrate 22, respectively.
have. The moving substrate 21, the fixed substrate 22, and the bellows 23 are made of a metal such as stainless steel, aluminum, or copper.

【0020】ベローズ23の内側には 移動基板21と
固定基板22に弾接するコイルスプリング25が配置さ
れ、その内側に移動基板21の下面と近接するようにノ
ズル26が設けられている。図2ならびに図7に示すよ
うに広い固定基板22上に所定の間隔をおいてそれぞれ
ベローズ23が配置され、図6に示す如く各ベローズ2
3と対応してそれの内側に排水口27が形成され、固定
基板22の内側にはノズル26ならびに排水口27に連
通した循環路28が設けられている。
A coil spring 25 is disposed inside the bellows 23 so as to resiliently contact the movable substrate 21 and the fixed substrate 22, and a nozzle 26 is provided inside the bellows 23 so as to approach the lower surface of the movable substrate 21. As shown in FIG. 2 and FIG. 7, bellows 23 are arranged on a wide fixed substrate 22 at predetermined intervals, and as shown in FIG.
A drain port 27 is formed in the inside corresponding to 3, and a circulation path 28 communicating with the nozzle 26 and the drain port 27 is provided inside the fixed substrate 22.

【0021】さらにこの循環路28は図7に示すように
1本の配管29に接続され、配管29の途中にはラジェ
ータ30と循環ポンプ31が介在され、ラジェータ30
の近傍にはファン31が配置されている。図示していな
いが各素子ブロック3と素子ブロック3の間ならびに各
水冷ベローズ15と水冷ベローズ15の間には、断熱性
粉末が充填されている。
The circulation path 28 is connected to a single pipe 29 as shown in FIG. 7, and a radiator 30 and a circulation pump 31
Is arranged near the fan 31. Although not shown, the space between each element block 3 and the space between each water-cooled bellows 15 and each water-cooled bellows 15 are filled with heat insulating powder.

【0022】この発電装置を組み立てると、前記コイル
スプリング25の弾性力により移動基板21は薄膜12
を介して低温側熱導体13に弾接され、さらにこの低温
側熱導体13は薄膜12を介して低温側電極11に弾接
される。
When this power generation device is assembled, the movable substrate 21 is moved by the elastic force of the coil spring 25 so that the thin film 12
The low-temperature-side heat conductor 13 is elastically contacted with the low-temperature-side electrode 11 via the thin film 12.

【0023】燃焼ガスなどの高温ガスが高温側熱導体1
と直接的または間接的に接触して、その熱の伝導により
電極4,11間に起電力が発生し、その起電力は図示し
ないDC/DCコンバータで定格電圧まで昇圧され、熱
は低温側熱導体13を介して水冷ベローズ15で吸収さ
れる。
The high temperature gas such as the combustion gas is used as the high temperature side heat conductor 1
Directly or indirectly, the heat conduction generates an electromotive force between the electrodes 4 and 11, and the electromotive force is boosted to a rated voltage by a DC / DC converter (not shown), and the heat is reduced to the low-temperature side heat. It is absorbed by the water-cooled bellows 15 via the conductor 13.

【0024】すなわち、循環ポンプ31によって昇圧さ
れた冷却水16は配管29ならびに循環路28を通り、
各ノズル26から移動基板21の下面に向けてほぼ垂直
に噴射される。冷却水16は移動基板21と衝突するこ
とにより移動基板21の熱を瞬時に奪い、ベローズ23
の内側を通過し、排水口27を通り、循環路27を経て
配管29でラジェータ30に導いて冷却水16の温度を
下げて再度移動基板21の冷却に使用する。本実施の形
態では移動基板21のベローズ23と対向する下面がフ
ラットになっているが、必要に応じて凹凸面にして冷却
水16との接触面積を増加することもできる。
That is, the cooling water 16 pressurized by the circulation pump 31 passes through the pipe 29 and the circulation path 28,
Injection is performed substantially vertically from each nozzle 26 toward the lower surface of the moving substrate 21. The cooling water 16 collides with the moving substrate 21 to instantaneously remove the heat of the moving substrate 21, and the bellows 23
, Passes through the drain port 27, passes through the circulation path 27, and is led to the radiator 30 via the pipe 29 to lower the temperature of the cooling water 16 and is used again for cooling the moving substrate 21. In this embodiment, the lower surface of the movable substrate 21 facing the bellows 23 is flat. However, if necessary, the contact surface with the cooling water 16 can be increased by forming an uneven surface.

【0025】前記実施の形態では液状の熱移動媒体とし
て水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、他の液状熱移動媒体を使用することも可能である。
In the above embodiment, water is used as the liquid heat transfer medium. However, the present invention is not limited to this, and another liquid heat transfer medium can be used.

【0026】前記実施の形態では低温側熱導体と移動基
板とを別々に設けたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、低温側熱導体に直接ベローズの端部を接合し
てもよい。
In the above embodiment, the low-temperature-side heat conductor and the movable substrate are separately provided. However, the present invention is not limited to this, and even if the end of the bellows is directly joined to the low-temperature-side heat conductor. Good.

【0027】前記実施の形態ではベローズの内側にコイ
ルスプリングを配置したが、コイルスプリングをベロー
ズの外側に配置することもできる。
In the above embodiment, the coil spring is arranged inside the bellows, but the coil spring can be arranged outside the bellows.

【0028】[0028]

【発明の効果】図9は、550℃と50℃の温度差をつ
けた場合の本発明の実施の形態に係る発電装置と従来の
発電装置の半導体素子の長さ(高さ)と、その半導体素
子と金属セグメントとの剪断応力の関係を示す特性図
で、図中の〇印は本発明の実施の形態に係る発電装置、
▲印は従来の発電装置を示している。
FIG. 9 shows the lengths (heights) of the semiconductor elements of the power generation device according to the embodiment of the present invention and the conventional power generation device when a temperature difference between 550 ° C. and 50 ° C. is given, and In the characteristic diagram showing the relationship of the shear stress between the semiconductor element and the metal segment, the triangle in the figure is a power generator according to an embodiment of the present invention,
The symbol ▲ indicates a conventional power generator.

【0029】この図から明らかなように従来の発電装置
はバネを使用しているが、全体的には締結ネジによって
締めつけているため、半導体素子と金属セグメントとの
接合部における剪断応力が大きく、特に半導体素子の長
さが短くなると剪断応力の増加が目立ち、前記接合部に
発生する剪断応力により、半導体素子やそれと金属セグ
メントとの接合部が損傷、破壊される。
As is clear from this figure, the conventional power generating device uses a spring, but since it is entirely tightened with a fastening screw, the shear stress at the joint between the semiconductor element and the metal segment is large, In particular, when the length of the semiconductor element is shortened, an increase in shear stress is conspicuous, and the shear stress generated at the joint damages or destroys the semiconductor element and the joint between the semiconductor element and the metal segment.

【0030】これに対して本発明の実施の形態に係る発
電装置(〇印)は、液状熱移動媒体を充満したベローズ
を使用し、このベローズによって図6に示すようにX方
向にもY方向にもまた斜め方向にも変位可能であるか
ら、厳しい熱履歴(膨脹ならびに収縮)を繰り返した場
合でも、そのベローズで変位が有効に吸収され、その結
果、半導体素子の長さに関係なく剪断応力が小さく、半
導体素子やそれと金属セグメントとの接合部が破壊され
ることがなく、信頼性の高い発電装置を提供することが
できる。
On the other hand, the power generating apparatus (marked by 〇) according to the embodiment of the present invention uses a bellows filled with a liquid heat transfer medium. In addition, the bellows can effectively absorb the displacement even after repeated severe thermal histories (expansion and contraction), resulting in shear stress regardless of the length of the semiconductor element. Therefore, a highly reliable power generation device can be provided without breaking the semiconductor element and the junction between the semiconductor element and the metal segment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る発電装置の一部の分
解図である。
FIG. 1 is an exploded view of a part of a power generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】その発電装置の上側の一部を取り除いた平面図
である。
FIG. 2 is a plan view in which an upper part of the power generator is removed.

【図3】その発電装置に用いる素子ブロックの拡大断面
図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of an element block used in the power generation device.

【図4】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。
FIG. 4 is a plan view of a barrier metal layer used for the element block.

【図5】その素子ブロックに用いる電極の平面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view of an electrode used for the element block.

【図6】前記発電装置の水冷ベローズの一部断面図であ
る。
FIG. 6 is a partial sectional view of a water-cooled bellows of the power generation device.

【図7】その水冷ジャケット部の系統図である。FIG. 7 is a system diagram of the water cooling jacket portion.

【図8】電極の変形例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a modification of the electrode.

【図9】半導体素子の長さと剪断応力との関係を示す特
性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the semiconductor element and the shear stress.

【図10】従来の発電装置の一部断面図である。FIG. 10 is a partial sectional view of a conventional power generator.

【図11】その発電装置に用いられる発電モジュールの
分解図である。
FIG. 11 is an exploded view of a power generation module used in the power generation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高温側熱導体 3 素子ブロック 4 高温側電極 7 P型半導体層 8 N型半導体層 11 低温側電極 13 低温側熱導体 15 水冷ベローズ 16 冷却水 17,18 半導体接合領域 19a 第1の切欠部 19b 第2の切欠部 20 通電部 21 移動基板 22 固体基板 23 ベローズ 24 溶接 25 コイルスプリング 26 ノズル 27 排水口 28 循環路 29 配管 30 ラジェータ 31 循環ポンプ 32 ファン O 電極の中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-temperature-side heat conductor 3 Element block 4 High-temperature-side electrode 7 P-type semiconductor layer 8 N-type semiconductor layer 11 Low-temperature-side electrode 13 Low-temperature-side heat conductor 15 Water-cooled bellows 16 Cooling water 17, 18 Semiconductor joining area 19a First cutout 19b 2nd notch part 20 electricity supply part 21 moving substrate 22 solid substrate 23 bellows 24 welding 25 coil spring 26 nozzle 27 drainage port 28 circulation path 29 piping 30 radiator 31 circulation pump 32 fan O electrode center

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多数のP型ならびにN型の半導体層と、
各半導体層を電気的に接続するための高温側電極ならび
に低温側電極と、その高温側電極の高温側に配置された
高温側熱導体と、前記低温側電極の低温側に配置された
低温側熱導体を有する発電装置において、 前記低温側熱導体の低温側にベローズが配置され、その
ベローズの中空部に液状熱移動媒体を前記低温側熱導体
の方向に向けて噴射するためのノズルが、前記ベローズ
の変位を妨げないように設けられていることを特徴とす
る発電装置。
A plurality of P-type and N-type semiconductor layers;
A high-temperature side electrode and a low-temperature side electrode for electrically connecting each semiconductor layer, a high-temperature side heat conductor disposed on the high-temperature side of the high-temperature side electrode, and a low-temperature side disposed on the low-temperature side of the low-temperature side electrode In a power generator having a heat conductor, a bellows is arranged on a low temperature side of the low temperature side heat conductor, and a nozzle for injecting a liquid heat transfer medium toward a direction of the low temperature side heat conductor into a hollow portion of the bellows, A power generating device provided so as not to hinder the displacement of the bellows.
【請求項2】 請求項1記載において、前記液状熱移動
媒体が前記低温側熱導体の平面側に向けてほぼ垂直に噴
射されるように前記ノズルが配置されていることを特徴
とする発電装置。
2. The power generator according to claim 1, wherein the nozzle is arranged so that the liquid heat transfer medium is injected substantially vertically toward a plane of the low-temperature side heat conductor. .
【請求項3】 請求項1記載において、前記P型とN型
が対になった半導体層に対して個別に低温側熱導体とベ
ローズが設けられ、各ベローズが1つの固定基板上にそ
れぞれ配置されて、弾性部材がベローズに対して併設さ
れ、その弾性部材により前記低温側熱導体が前記低温側
電極に弾接していることを特徴とする発電装置。
3. The semiconductor layer according to claim 1, wherein a low-temperature side heat conductor and a bellows are individually provided for the paired P-type and N-type semiconductor layers, and each of the bellows is arranged on one fixed substrate. A power generator, wherein an elastic member is provided in parallel with the bellows, and the low-temperature-side heat conductor elastically contacts the low-temperature-side electrode by the elastic member.
【請求項4】 請求項1記載において、前記電極のうち
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発電装置。
4. The electrode according to claim 1, wherein at least a part of the electrode has a semiconductor junction region near both ends, and between one side edge of the electrode and the other between the semiconductor junction regions. A first notch extending toward the side edge, and a second notch extending from the other side edge of the electrode toward one side edge and formed at a position offset from the first notch. A power generator, comprising: a notch; and a narrow current-carrying portion formed between the first notch and the second notch.
【請求項5】 請求項4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発電装
置。
5. The power generation device according to claim 4, wherein the semiconductor junction region, the notch portion, and the current-carrying portion are respectively provided at symmetrical positions from the center of the electrode.
【請求項6】 請求項4または5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発電装置。
6. The power generator according to claim 4, wherein a plane shape of the electrode is substantially S-shaped by the semiconductor junction region, the cutout portion, and the conducting portion.
JP9345102A 1997-12-15 1997-12-15 Power generator Pending JPH11177153A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023510237A (en) * 2020-01-07 2023-03-13 エルジー イノテック カンパニー リミテッド thermoelectric element
JP2023510149A (en) * 2019-12-24 2023-03-13 エルジー イノテック カンパニー リミテッド thermoelectric element

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