(57)【要約】      （修正有）【課題】建築物や移動体車両の壁や窓のみでなくあらゆる物体に生じる放射や輻射による熱を利用したペルチェ素子が抱えていた冷却と発熱を併せ持つという欠点を払拭する。【解決手段】ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続された熱電変換装置である。またｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続された熱電変換装置である。ｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部の熱流の温度勾配の境界面に超音波が重畳されるようにすることで高速移動を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、該ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続されたことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、該ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部から冷却部に向かって流れる熱流の温度勾配に沿って音響振動が重畳されるように超音波トランスジューサが高分子膜またはガラス基板上に設置されたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項３】
ｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続されたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項４】
ｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部から冷却部に向かって流れる熱流の温度勾配に沿って音響振動が重畳されるように超音波トランスジューサが高分子膜またはガラス基板上に設置されたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項５】
半導体レーザ冷却器、ノートＰＣ用冷却器、小型冷蔵庫、赤外線センサー用冷却器、半導体ウエハ用半導体温度調整システム、超精密空気温湿度調整制御装置、厨房製品、ワインセラー、医療用冷却パット、冷凍固装置、カロリメータ、ヘルメット、冷暖房服、テント、防寒シート、防寒靴のそれぞれと構成されてなることを特徴とする請求項１記載又は請求項３記載の熱電変換装置。
【請求項６】
超音波トランスジューサが（水晶、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＫＮｂＯ３、Ｂｉ１２ＧｅＯ２０、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＰＺＴ−４、ＰｂＮｂ２Ｏ６、ＰｂＴｉＯ３）の中の一つからなることを特徴とする請求項２記載又は請求項４記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の熱電変換装置は、太陽光発電のように太陽光を必要としない昼夜連続運転が可能なトムソン素子から構成されてなる。トムソン素子に電流を流し、電流方向でゼーベック係数の差により冷却あるいは発熱を発現させ、トムソン素子の発熱部に他のトムソン素子の発熱部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる冷却機能を有する熱電変換装置と、トムソン素子の冷却部に他のトムソン素子の冷却部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる発熱機能を有する熱電変換装置を実現できる。また、この温度勾配に超音波振動を重畳して高速動作が可能な発熱機能あるいは冷却機能を有する熱電変換装置も構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
トムソン素子の特性の中でもっとも重要な冷却量は、一般的に次式で表される。
冷却量＝  ペルチェ効果−ジュール熱−熱伝導損失
ここで、Ｑ：冷却量［Ｗ］、α：トムソン素子のゼーベック係数［Ｖ／Ｋ］、Ｔc 低温側表面温度［Ｋ］、Ｉ：電流値［Ａ］、Ｒ：内部抵抗[Ω]、Ｋ：トムソン素子の熱通過率［Ｗ／ｍ2Ｋ］、Ｓ：トムソン素子の表面積［ｍ2］、ΔＴ：トムソン素子両面の温度差［Ｋ］である。
したがって、トムソン素子の能力を効率良く取り出すためには、ジュール熱の発生を極力抑えるような使い方をすることと、トムソン素子両面の温度差を極力少なくすることである。
【０００３】
非特許文献１には、温度勾配で実効の熱拡散率が数１ ０ 倍から数１ ０ ０ 倍に増す異常拡散である熱音響現象を利用する石英系熱光学光スイッチが示されている。特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されたトムソン素子は、熱電変換装置として、これまでに無い優れた特性を有する。このトムソン素子に関連した本願特許は、これまでのぺルチェ素子にない特長を持つ。また本願発明では、高温部から低温部へ熱流の移動が起こる温度勾配がある媒質中を超音波振動を重畳させることで熱流が高速で移動し、熱電変換機能を増進させることができる。
【０００４】
金属とｎ型半導体の接合について考えると、接合前は金属とｎ型半導体のフェルミ準位は異なるが、接合による電子の移動（拡散）によりフェルミ準位が一致する。この電子移動により金属とｎ型半導体からなる系の電子のエネルギー分布が均一になる。次にｎ型半導体の両側を金属により接合し、エネルギー帯に外部から電圧印加により金属とｎ型半導体からなる回路に電流を流すと、接合部の一部に吸熱が、そして他方には発熱が生じる。金属のマイナス電極から半導体の伝導帯に電子が移動する際、フェルミ準位とｎ型半導体の伝導帯のエネルギーレベルの差に相当するエネルギーを吸収するため、吸熱が生じる。反対にｎ型半導体の伝導帯にある電子がプラス電極の金属の伝導帯に移る場合は発熱する。なおｐ型半導体は、キャリアが正孔であるため、ｎ型半導体に比べ応答速度は遅い。
このトムソン素子を用いた電子冷却システムは、建築物や移動体車両の壁面や窓に生じる放射や輻射による熱を利用した冷暖房システムに活用できる。応用分野については、非特許文献２と非特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７８２８９７号
【特許文献２】特許第４７９１６１１号
【特許文献３】特許第４８５６２８２号
【特許文献４】特許第３９４７２１１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】渡邊隆彌、“石英系熱光学光スイッチの高性能化―ダイヤフラム構造及び熱音響現象―”、信学技報、ＵＳ２００６-５３、ｐｐ.５−８、２００６
【非特許文献２】梶川武信監修、“熱電変換技術ハンドブック”、株式会社  エヌ・ティ・エス、２００８年
【非特許文献３】梶川武信、佐野精二郎、守本純編、“熱電変換システム技術総覧”、リアライズ理工センター、平成１６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまでのペルチェ素子は、冷却作用と発熱作用が同時に発生する。冷却は冷却、発熱は発熱と分離利用できる新しい機能を有する熱電変換システムが望まれている。この問題を解決できる方法としての金属薄膜と半導体薄膜からなる薄膜を積層状に成長させて金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜からなるトムソン素子を形成し、このトムソン素子に電流を流して、ゼーベック係数の差による吸熱あるいは発熱を独立に発現させるようにした熱電変換システムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続された冷却機能を有する熱電変換装置である。また本発明は、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部の熱流の温度勾配に沿って音響振動が重畳されるように超音波トランスジューサを高分子膜またはガラス基板上に設置することで熱流の高速の動作を可能にする冷却機能を有する熱電変換装置である。また逆にトムソン素子の冷却部に他のトムソン素子の冷却部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる発熱機能を有する熱電変換装置を実現できる。さらに、この温度勾配に超音波振動を重畳して高速動作が可能な発熱機能を有する熱電変換装置も構成することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明の熱電変換装置は、建築物や移動体車両の壁や窓のみでなくあらゆる物体に生じる放射や輻射による熱を利用した熱電変換装置において、金属と半導体からなる薄膜を積層状に成長させて金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜の三層薄膜からなる二つのトムソン素子を構成し、このトムソン素子に電流を流し、ＤＣ電流の流れる方向で、ゼーベック係数の差による冷却あるいは発熱を発現させるようにした熱電変換システムである。これまでの、ペルチェ素子が抱えていた冷却と発熱を併せ持つという欠点を払拭し、冷却機能と発熱機能を分けて実現できる新たな機能を有する。本願発明の熱電変換装置は、薄膜技術により多量に大面積にトムソン素子を形成できることから、短時間でかつ製造コストも劇的に低減できるので、その工業的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続された熱電変換装置である。本発明は、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部の熱流の温度勾配に沿って音響振動が重畳されるように超音波トランスジューサが高分子膜またはガラス基板上に設置されることで熱流の移動の高速動作を可能にする熱電変換装置である。またｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続された熱電変換装置である。さらに本発明は、ｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続され且つトムソン素子で生じる発熱部の熱流の温度勾配に沿って音響振動が重畳されるように超音波トランスジューサが高分子膜またはガラス基板上に設置されることで熱流の移動の高速動作を可能にする熱電変換装置である。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。金属薄膜は代わりに金属ナノ粒子でもよい。また、半導体薄膜の代わりに半導体ナノ粒子でもよい。
図１は、本発明の熱電変換装置の断面図である。１１０と１０９は、高分子膜またはガラス基板である。金属薄膜（銅超微粒子）１０１とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）１０２と金属薄膜（銅超微粒子）１０３からなるトムソン素子にＤＣ電圧１０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）１０１は冷却部１１１、金属薄膜（銅超微粒子）１０３は発熱部１１２となる。金属薄膜（銅超微粒子）１０３には、金属薄膜（銅超微粒子）１０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）１０５とｐ型半導体薄膜１０６と金属薄膜（銅超微粒子）１０７からなるトムソン素子にＤＣ電圧１０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）１０５は発熱部１１３、金属薄膜（銅超微粒子）１０７は冷却部１１４が生じる。二つのトムソン素子の１１０と１０９の高分子膜またはガラス基板側は、１１１と１１４の冷却システムとして動作していることになる。
金属ナノ粒子や半導体ナノ粒子は、高分子バインダーに分散、塗布することにより成膜しているため、プリンテッド・エレクトロニクス技術により比較的低コストで大面積に塗布できる。これまでのペルチェ素子では、かならず吸熱と発熱が同時に起こることは避けられなかった。本発明は、独立して冷却機能のみを利用することが可能である。
【実施例２】
【００１２】
図２は、本発明の熱電変換装置の断面図である。２１１と２１０は、高分子膜またはガラス基板である。
金属薄膜（銅超微粒子）２０１とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）２０２と金属薄膜（銅超微粒子）２０３からなるトムソン素子にＤＣ電圧２０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）２０１は冷却部２１２、金属薄膜（銅超微粒子）２０３は発熱部２１３となる。金属薄膜（銅超微粒子）２０３には、金属薄膜（銅超微粒子）２０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）２０５とｐ型半導体薄膜２０６と金属薄膜（銅超微粒子）２０７からなるトムソン素子にＤＣ電圧２０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）２０５は発熱部２１４、金属薄膜（銅超微粒子）２０７は冷却部２１５が生じる。２０９は、圧電薄膜からなる超音波トランスジューサである。２１１と２１０の高分子膜またはガラス基板に挟まれた二つのトムソン素子は、２１２と２１５の冷却システムとして動作する。温度勾配がある境界面に起こる熱電変換現象に超音波トランスジューサから生じる超音波を重畳することで温度が高速に移動できる。超音波の伝搬方向は２１６である。本発明は、独立して冷却機能のみを利用することが可能である。
【実施例３】
【００１３】
図３は、本発明の熱電変換装置の断面図である。３１０と３０９は、高分子膜またはガラス基板である。
金属薄膜（銅超微粒子）３０１とｐ型半導体薄膜３０２と金属薄膜（銅超微粒子）３０３からなるトムソン素子にＤＣ電圧３０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）３０１は発熱部３１１、金属薄膜（銅超微粒子）３０３は冷却部３１２となる。金属薄膜（銅超微粒子）３０３には、金属薄膜（銅超微粒子）３０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）３０５とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）３０６と金属薄膜（銅超微粒子）３０７からなるトムソン素子にＤＣ電圧３０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）３０５は冷却部３１３、金属薄膜（銅超微粒子）３０７は発熱部３１４が生じる。二つのトムソン素子の３１０と３０９の高分子膜またはガラス基板側は、３１１と３１４の発熱システムとして動作していることになる。これまでのペルチェ素子では、かならず吸熱と発熱が同時に起こることは避けられなかった。本発明は、独立して発熱機能のみを利用することが出来る。
【実施例４】
【００１４】
図４は、本発明の熱電変換装置の断面図である。４１１と４１２は、高分子膜またはガラス基板である。
金属薄膜（銅超微粒子）４０１とｐ型半導体薄膜４０２と金属薄膜（銅超微粒子）４０３からなるトムソン素子に電圧４０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）４０１は発熱部４１３、金属薄膜（銅超微粒子）４０３は冷却部４１４となる。金属薄膜（銅超微粒子）４０３には、金属薄膜（銅超微粒子）４０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）４０５とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）４０６と金属薄膜（銅超微粒子）４０７からなるトムソン素子に電圧４０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）４０５は冷却部４１５、金属薄膜（銅超微粒子）４０７には発熱部４１６が生じる。４１１と４１２の高分子膜またはガラス基板に挟まれた二つのトムソン素子から生じる発熱部４１６と発熱部４１３は、発熱システムとなるトムソン素子として動作する。４０９は圧電薄膜からなる超音波トランスジューサで、４１０は超音波の伝搬方向である。
温度勾配がある境界面に起こる熱電変換現象に超音波トランスジューサから生じる超音波を重畳することで発熱部４１３と冷却部４１４の間を温度が高速に移動できる。本発明は、独立して発熱機能のみを利用することが出来る。
【実施例５】
【００１５】
レーザダイオード（ＬＤ）が使用される例として業務用としては光通信が挙げられる。光通信用ＬＤモジュールは温度変化によりレーザ光の発振波長が変化する。レーザ光の発振波長が変化することを防ぐためにこれまでペルチェ素子が使用されてきた。図５は、波長多重ＤＷＤＭ伝送システムで使われる高出力励起用ＬＤである。５０１は、本発明のトムソン冷却器である。５０２はサーミスタ、５０３はフォトダイオード、５０４はＬＤ、５０５は集光用第１レンズ、５０６はコリメータ用第２レンズである。シングルモードファイバ５０７から１、４８０ｎｍの信号レーザ光が射出される。ＤＷＤＭは、発信波長の異なる複数のＬＤを使用するが、通常その波長間隔として０．８ｎｍまたは０．４ｎｍが使われる。ところがＬＤの発信波長の温度依存性が０．１/ ℃であるためＬＤの温度を一定に保持する必要があり、電子冷却が必要となる。局所冷却や温度コントロールが可能であるベルチェ素子の使用により、ＬＤを冷却することが期待できる。ただしＬＤ+ペルチェ素子から発生した熱をどう放熱するかが大きな課題であった。本願発明の専用の冷却システム（発熱を伴わない）を使うことで、根源的なヒートシンクの問題を解決できることになる。
【実施例６】
【００１６】
図６にノートＰＣの方熱経路と放熱システムに用いられるデバイスを示す。図に示されるようにＵ（ｃｅｎｔｒａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）から発生した熱は銅（Ｃu)もしくはアルミ（Ａｌ）合金などのヒートスプツダで分散される。６０１はノートＰＣ筺体底面、６０２は液晶パネル裏、６０３は吸気、６０４はＣＰＵ、６０５はファン、６０６は排気口、６０７は排気、６０８は本願発明のトムソン冷却器、６０９はヒートスプレッダである。なお、 ＣＰＵとヒートスプレッダの間に熱伝導率が小さい空気層を巻き込まないように、グリースやフェーズチェンジ材(ｐｈａｓｅａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ)などが挿入される。ヒートスプレッダで分散された熱はヒートパイプなどのヒートコンダクタで運搬され、ＣｕもしくはＡｌ合金のフィンに伝わる。放熱システム内の熱抵抗をきるだけ小さくするためにヒートスプレッダ、フィンとヒートパイプはカシメもしくは溶接で接合され、フィンに伝わった熱は冷却ファンにより大気中に放熱される。ＰＣのＣＰＵの消費電力が現在ほど大きくなかったころにはペルチェ素子の使用も検討されてきた。しかしながら、ＣＰＵのように数十Ｗもの熱量が発生するデバイスをベルチェ素子で冷却する場合は、冷却対象デバイスから発生する熱量の倍以上の電力をペルチェ素子に投入する必要があるため、最終的に大気中に放熱する熱量はかなりの量となり冷却ファンのような強制冷却デバイスに大きな負担がかかる。ハイパワーのデスクトップＰＣのＣＰＵからの放熱にもヒートパイプ・フィン・冷却ファンを組合せた冷却システムが採用されている。またＰＣ内部の発熱源は、ＣＰＵに加えてグラフイツクチップやハードディスクなど分散する傾向にあり、かつ電子機器の静音化の要求により冷却ファンに過度の負担をかけないような設計がされるために、それ自身が発熱するペルチェ素子の使用は現時の性能の延長では困難といえ新たなデバイスが実用化されると考えられる。そこで、本願発明のトムソン冷却は、放熱のためのヒートシンクや冷却ファンや水冷システムは必要ない。数十Ｗの冷却性能をもつ本願発明のトムソン素子冷却器こそ冷却効率の改善が期待され今後、用途は拡大する。
【実施例７】
【００１７】
冷却側にヒートシンクを、放熱側に液循環を用いたハイブリッド方式小型冷蔵庫の構成例を図７に示す。７０１は本発明のトムソン冷却器で、７０２は送風ファン、７０３は放熱器、７０４は送風ファン、７０５は冷却側ヒートシンク、７０６はインぺラである。ハイブリッド方式では、冷却側にアルミニウム製ヒートシンクと送風ファン、放熱側にポンプ一体型液熱交換器、フインチューブタイプの放熱器、液循環回路と送風ファンとから構成されている。熱電モジュールはポンプ一体型液熱交換器とヒートシンクに挟まれ、冷却面は熱拡散コンパウンド等を介してヒートシンクと接続されている。冷却側ヒートシンクでは、送風ファンによって送られた空気が冷却され、放熱側では熱電モジユールの放熱面と液が直接接触し、加熱された液は放熱器で送風ファンによって送られた空気へ放熱する。図７は、極めて効率の高い小型冷蔵庫である。このハイブリッド方式小型冷蔵庫は、バイオリアクタ分野の培養庫としても応用が可能であり、酵素、微生物、植物細胞、動物細胞、ホルモン受容体、抗体などの反応小型冷蔵庫として使われる。
【実施例８】
【００１８】
図８は、赤外線センサーの冷却である。８０１は赤外線センサー、８０２は窓、８０３は輪射シールド、８０４は放熱ファンであるが、ここに本発明の冷却器を使うことで、赤外線センサーの感度を増倍できる。赤外線受光窓は、３〜５ミクロン用のサファイアが使われている(８〜１４ミクロンの場合はＧｅなどが使用される)。また、受光窓の部分が結露しないよう、放熱側 の熱を窓に伝導させる設計を行っている。電子クーラの放熱面は、はんだあるいは接着材などで固定される。冷却温度の検出は通常熱容量の小さいビードサーミスターが用いられる。多段クーラでは、上段の放熱を吸収すると同時に上段との温度差を保つ必要があった。しかし、最下段の吸熱能力を一定とした場合は、段数が増えるほど最大温度差は大きくなるものの、最上段の吸熱能力は低下していく。これが冷却能力低下の理由となっているため６段クーラが使われるケースは比較的少ない。また、多段クーラの段数が多くなり、吸熱能力が小さくなってくると、温度の高い部分からの輯射熱が問題となるが、本願発明を適用することで、この問題は解決できる。
【実施例９】
【００１９】
図９は、半導体プロセスにおける温度調整システムにおける半導体前工程と熱電システムとの関連を示したもので、９０１は本願発明の熱電システム（トムソン・システム）ある。
半導体プロセスにおいて熱電システムは、半導体回路を形成する際のいろいろな工程(前工程)において、ウェハ、レジスト、薬液などの精密な温度調節(室温付近から８０℃程度まで)に使用されている。本願発明は、半導体製造の前工程での熱電モジュールである。コータデベロッパ（(レジスト塗布現像装置)では温度の高いウェハを室温に急速冷却したり、レジストや現像液などを温調がでいる。また、プラズマエッチング装置の処理台(サセプタ)や容器外壁(チャンバー)の温度調節にも使用できる。薬液洗浄は前工程の繰り返しの中で頻繁に実施されるが、この薬液の温調にも使用できる。後工程の中では、半導体回路形成後の検査工程にも使われている。この場合にも、温度精度よりも、むしろ熱電システムがマイナス温度からプラス温度まで簡単に、しかも速やかに温度を変えられるという本願発明の熱電変換システムの特長が利用される。
【実施例１０】
【００２０】
図１０は、熱電式冷却器を応用した超精密空気温湿度制御装置である。図１０中の１００１は空調ユニット、１００２は吸い込み、１００３はスピンコータ、１００４は電源・制御ケーブル、１００５は吐き出し、１００６は排気、１００７は電源・制御ユニット、１００８は膜式加湿器、１００９はプレフィルタ、１０１０は吸込口、１０１１は加熱器、１０１２は冷却徐湿用熱交換器、１０１３はダクト、１０１４は吸出口、１０１５はＵＬＰＡフィルタ、１０１６熱電式冷却機である。
超精密空気温湿度制御装置は、空調ユニットと電源・制御ユニットからなる。本装置の空調ユニットには、圧縮機式冷却器の代わりに熱電式冷却器が、またパン型の加湿器の代わりに中空糸膜式加湿器が用いられ、これらにより軽量小型化および低振動・低騒音化が図られ、スピンコータ本体への直接搭載も可能となった。空調ユニットおよび電源・制御ユニットの概略の外観とスピンコータへの取り付けた場合の状態を図の上部に示す。空調ユニットは形状が小型であるためスピンコータ本体の上部に直接搭載されまた電源・制御ユニットはスピンコータ本体の操作部に別置きされる。空調ユニットは上部からクリーンルーム内の空気を吸い込み、温度と湿度の制御を行ったうえで、下部からＵＬＰＡ (Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｏｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ)フィルタを通して直接スピンコータの処理チャンパ内にこの空気 を吐き出す。空調ユニットの内部構成を図の下部に示す。空調ユニットの空気流路は、空気の吸い込み側から吐き出し側に向かつて、入口ダクト、冷却除湿用熱交換器、加熱器、加湿器、送風機、出口ダクトによって構成されている。また空調ユニットの空気流路外には、熱電式冷却器、循環ポンプ、熱媒体循環パイプなどが設置されている。
本願発明のトムソン素子を使った超精密空気温湿度制御装置は、バイオリアクタとしてのインキュベーション容器としても、または工場内農作物の栽培収穫に利用が可能で、今後は広範囲の用途が考えられる。
【実施例１１】
【００２１】
図１１は、本発明のワインセラーである。
トムソン冷却方式は、ワインセラーの要求を高度に満足するものとして認められており、今後本願特許を採用した小型のワインセラーを中心にトムソン冷却方式を採用するものが増える。
以下は、トムソン冷却方式の特徴とワインセラー１１０１への適用の考え方である。
（１）良好な温度制御性
トムソン冷却方式では、印加する直流電流の大きさでその吸熱量を制御する。このため、トムソンモジユールの表面付近で士０．１℃以下、ワインセラーの庫内で士１℃程度の温度制御が可能である。これは、電流の向きを逆にすることで制御温度よりも外気が低い場合、加温も適用可能である。したがって、適切な庫内温度を外部から与えるようにすることにより、ワインセラーに要求される温度要件を十分に充たすものである。
（２）湿度の保持 
トムソン冷却方式で、は庫内を直接冷やす方式(直冷方式)を採用しているため、一般の冷蔵庫のような冷気を庫内に送風する方式と異なり、庫内の湿度を庫外より高い状態に保つことができる。これにより、ワインセラーに要求される湿度要件を充たすことができるとともに、冷蔵庫に適用した場合には、庫内の野菜やチーズなどの乾燥を防ぎ、ラップなしに保存することができる。ただし、加温状態ではこの機能は働かないため、別途保湿機構が必要となる。
（３）低騒音、低振動 
トムソン冷却方式は電流を熱流に電子的変換するものであり、基本的に無音・無振動である。現実の製品では、トムソン・モジュールの高温側の放熱にファンを用いており、ごくわずかな騒音と振動があるが、コンプレッサ方式に比べると圧倒的な低騒音、低振動を実現しており、ワインセラーに要求される振動に関する要件を十分に充たすものであるとともに、本願発明のワインセラーは設置環境を保全するための静粛性も十分に充たすものである。
【実施例１２】
【００２２】
図１２は、本願発明のトムソン・モジュール１２０１からなる空冷式ホテルパンークーラ（厨房製品）である。トムソン・モジュールの極性で発熱にすることで、加熱用途に利用できる。本願発明のトムソン・ジュールでは、半導体の接合をはんだで行なわない。トムソン素子を構成するナノ粒子である半導体を塗布する方法でこの問題を完全に避けることができる。厨房製品分野で本願発明の熱電変換装置は最適である。
【実施例１３】
【００２３】
図１３は、高感度レーザパワー測定用カロリメータのブロック図である。
１３０１はレーザビーム、１３０２はビードサーミスタ受光器、１３０３はヒータ、１３０４は温度検出用熱電変換素子、１３０５は本願発明のトムソン冷却用素子、１３０６は定電流源、１３０７はプリアンプ、１３０８は円筒カバー、１３０９は吸収ディスク、１３１０は補償用受光器、１３１１はデジタルボルトメータ、１３１２はコンピュータ、１３１３はフィルタ、１３１４は温度標準ジャケット、１３１５はメインアンプ、１３１６は定電圧源、１３１７はデジタルボルトメータである。受光器は、３個の熱電変換素子(Ｔ×2、Ｃ×1)を挟んで温度基準ジャケットに熱伝導性接着剤で接続される。真ん中の素子(以下、冷却素子という)は受光器を冷却し、外側の２個の素子(以下、温度センサという)は、受光器と温度基準ジャケットの温度差を検出する。受光器はツイン構造とし、１つは測定用、もう１つは温度、気圧変動補償用である。レーザパワーを吸収する受光器は、吸収ディスクと円筒カバーからなり、ディスク内のヒータは受光器の温度制御用、ビードサーミスタは、ディスク上での光とＤＣパワーの置換の不確かさの評価とビームの位置決め用である。測定の原理を図１３で説明する。あらかじめ被測定パワーより大きな冷却パワー(１．２ 〜 ２倍)となるように、定電流源から冷却素子に加える電流を設定し、受光器の温度を基準ジャケット温度より下げる。このときに生じた両者間の温度差を検出し、プリアンプ、メインアンプ、フィルタおよび加算器などからなる制御系を通してヒータにフィードバックし、受光器とジャケットが等温となるように制御する。しかし、定常的な状態になってもアナログ制御系の閉ループゲインで決まる制御偏差が残る。そこでプリアンプ出力を測定して等温制御をするために必要なヒータへのオフセット電圧をコンピュータで計算し、加算器に印加する。これにより制御量を減少し、制御偏差も減少させる。この操作を制御偏差がノイズレベルとなるまで繰り返す。この方法により、制御偏差を極限的に小さくでき、制御時間と安定性を著しく改善できる。
【実施例１４】
【００２４】
図１４は、冷却療法（クライオセラピー）であり、整形外科分野やスポーツ分野において、５つの効果が期待されている。
（１）  疼痛（痛み）の緩和
（２）  出血量の抑制
（３）  腫脹（血腫・浮腫）の予防
（４）  関節稼働域の早期回復
（５）  低酸素性二次損傷の制限
このシステムは、１４０１冷却パッドからの吸熱１４０２、１４０３はタンク１４０５から供給される専用循環液により、ポンプ１４０４で冷却ジャケット１４１１へと送られ、本願発明のトムソン冷却器１４１０で冷却される。１４０９は温度ヒューズ、１４０６は制御基板、１４０７は温度設定ボリューム、１４０８は冷却ジャケットからの放熱である。制御基板の接続を逆にすると、パッドからの放熱により患部への温熱療法にも本願発明は利用できる。
【実施例１５】
【００２５】
図１５は、自転車やバイク用のヘルメットである。ヘルメットの表面には、本願発明のトムソン素子１５０１は、ヘルメット表面に均一にスプレー法により塗布されている。
【実施例１６】
【００２６】
図１６は、本発明の冷凍固定装置である。図１６中の１６０１は加工物、１６０２は氷、１６０３はステージ、１６０４は本願発明のトムソン素子、１６０５はエバポレータである。冷凍固定部分（冷凍チャック）はステージ、本願発明のトムソン素子、エバポレータの三層構造になっている。トムソン素子はステージ、及びエバポレータに対し密着し、熱交換がスムーズに行われるようになっている。エバポレータは、ステージから吸熱されるトムソン素子により輸送される熱のラジエータになっている。トムソン素子は、直流で駆動し、急速な冷却もしくは加熱ができる。熱流に本願発明の超音波を重畳させれば、さらなる熱流の高速動作が可能になる。
【実施例１７】
【００２７】
図１７は、本発明の電子除湿器である。ここで図１７中の１７０１は自動強制対流用ファン、１７０２は乾燥空気、１７０３は排気孔、１７０４は排気湿度ｔ１、１７０５は排気湿度ＲＨ２、１７０６は電源トランス、１７０７は除湿、１７０８は収納ケース、１７０９は放熱ファン、１７１０は本願発明のトムソン素子、１７１１は冷却ファン、１７１２は吸気孔、１７１３は結露・除湿、１７１４は湿度センサ（自動強制対流用）、１７１５はドレン、１７１６は装置外へ水分を排出、１７１７は多湿空気、１７１８は吸気湿度ｔ１、１７１９は吸気湿度ＲＨ１、１７２０は温度（℃）、１７２１は相対湿度（％）、１７２２はトムソン素子の原理図である。筒状の収納ケース内へ吸気孔から取り入れられた多湿空気は冷却ファンに接触し、冷やされて強制結露を起こし、除湿される。その後上部の放熱ファンで吸熱し温められ、上昇気流となって乾燥空気が排気孔から放出される。上部のファンは湿度センサ（通常湿度６０％に設定）によって多湿時のみ運転し、一段の省エネとファンの長寿命を図っている。
【実施例１８】
【００２８】
図１８の左側は本発明の電子冷暖房服である。右側は電子冷暖房服の内側に配置された分散配置型のユニット全体図１８０１である。１８０２は熱電素子部、１８０３は１５ｍｍ角の銅板、１８０４は４．４ｍｍ角の熱電素子、１８０５は熱電ユニット構造図、１８０６は熱電ユニット断面図、１８０７はチタンコーチィングネオプレーンシート、１８０８は銅板、１８０９は熱電素子、１８１０は配線である。厚さ１ｍｍのネオプレーン材のスポンジ状断熱材９０ｍｍ×１３０ｍｍ、２枚を貫通させて４．４ｍｍの従来のペルチェ素子を横４個、縦７個で計２８個をはめ込み１つのユニットとしている。放熱面に鉄板を敷き、放熱率を最大にしたところ、冷却面は７．１℃〜８．８℃程度の温度が３時間程度持続する。分散配置型のベストは、ペルチェ素子が有する冷却と発熱の問題がある。しかしながら、本願発明のトムソン素子では、冷房機能と暖房機能が独立に切り替えられるという特長がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の熱電変換装置である。
【図２】本発明の他の熱電変換装置である。
【図３】本発明の他の熱電変換装置である。
【図４】本発明の他の熱電変換装置である。
【図５】本発明の半導体レーザ冷却器である。
【図６】本発明のノートＰＣ用冷却器である。
【図７】本発明の小型冷蔵庫である。
【図８】本発明の赤外線センサーである。
【図９】本発明の半導体プロセスにおける温度調整システムである。
【図１０】本発明の超精密空気温湿度制御装置である。
【図１１】本発明のワインセラーである。
【図１２】本発明の厨房製品である。
【図１３】本発明のカロリメータである。
【図１４】本発明の医療用システム（冷却パット）である。
【図１５】本発明のヘルメットである。
【図１６】本発明の冷凍固定装置ある。
【図１７】本発明の電子除湿器である。
【図１８】本発明の電子冷暖房服である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１          金属薄膜（銅超微粒子）
１０２          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
１０３          金属薄膜（銅超微粒子）
１０４          ＤＣ電圧
１０５          金属薄膜（銅超微粒子）
１０６          ｐ型半導体薄膜
１０７          金属薄膜（銅超微粒子）
１０８          ＤＣ電圧
１０９          高分子膜またはガラス基板
１１０          高分子膜またはガラス基板
１１１          冷却部
１１２          発熱部
１１３          発熱部
１１４          冷却部
２０１          金属薄膜（銅超微粒子）
２０２          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
２０３          金属薄膜（銅超微粒子）
２０４          ＤＣ電圧
２０５          金属薄膜（銅超微粒子）
２０６          ｐ型半導体薄膜
２０７          金属薄膜（銅超微粒子）
２０８          ＤＣ電圧
２０９          超音波トランスジューサ
２１０          高分子膜またはガラス基板
２１１          高分子膜またはガラス基板
２１２          冷却部
２１３          発熱部
２１４          発熱部
２１５          冷却部
２１６          超音波の伝搬方向
３０１          金属薄膜（銅超微粒子）
３０２          ｐ型半導体薄膜
３０３          金属薄膜（銅超微粒子）
３０４          ＤＣ電圧
３０５          金属薄膜（銅超微粒子）
３０６          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
３０７          金属薄膜（銅超微粒子）
３０８          ＤＣ電圧
３０９          高分子膜またはガラス基板
３１０          高分子膜またはガラス基板
３１１          発熱部
３１２          冷却部
３１３          冷却部
３１４          発熱部
４０１          金属薄膜（銅超微粒子）
４０２          ｐ型半導体薄膜
４０３          金属薄膜（銅超微粒子）
４０４          ＤＣ電圧
４０５          金属薄膜（銅超微粒子）
４０６          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
４０７          金属薄膜（銅超微粒子）
４０８          ＤＣ電圧
４０９          超音波トランスジューサ
４１０          超音波の伝搬方向
４１１          高分子膜またはガラス基板
４１２          高分子膜またはガラス基板
４１３          発熱部
４１４          冷却部
４１５          冷却部
４１６          発熱部
５０１          トムソン冷却器
５０２          サーミスタ  
５０３          フォトダイオード
５０４          ＬＤ
５０５          集光用第１レンズ
５０６          コリメータ用第２レンズ
５０７          シングルモードファイバ
６０１          ノートＰＣ筺体底面
６０２          液晶パネル裏
６０３          吸気
６０４          ＣＰＵ
６０５          ファン
６０６          排気口
６０７          排気
６０８          トムソン冷却器
６０９          ヒートスプレッダ
７０１          トムソン冷却器
７０２          送風ファン
７０３          放熱器
７０４          送風ファン
７０５          冷却側ヒートシンク
７０６          インペラ
８０１          赤外線センサー
８０２          窓
８０３          輪射シールド
８０４          放熱ファン
９０１          熱電システム(トムソン・システム）
１００１          空調ユニット
１００２          吸い込み
１００３          スピンコータ
１００４          電源・制御ケーブル
１００５          吐き出し
１００６          排気
１００７          電源・制御ユニット
１００８          膜式加湿器
１００９          プレフィルタ
１０１０          吸込口
１０１１          加熱器
１０１２          冷却除湿用熱交換器
１０１３          ダクト
１０１４          吸出口
１１０１          ワインセラー
１２０１          トムソン・モジュール
１３０１          レーザビーム
１３０２          ビードサーミスタ受光器
１３０３          ヒータ
１３０４          温度検出用熱電変換素子
１３０５          トムソン冷却用素子
１３０６          定電流源
１３０７          プリアンプ
１３０８          円筒カバー
１３０９          吸収ディスク
１３１０          補償用受光器
１３１１          デジタルボルトメータ
１３１２          コンピュータ
１３１３          フィルタ
１３１４          温度標準ジャケット
１３１５          メインアンプ
１３１６          定電圧源
１３１７          デジタルボルトメータ
１４０１          冷却パッド
１４０２          吸熱
１４０３          吸熱
１４０４          ポンプ
１４０５          タンク
１４０６          制御基板
１４０７          温度設定ボリューム
１４０８          放熱
１４０９          温度ヒューズ
１４１０          トムソン冷却器
１４１１          冷却ジャケット
１５０１          ヘルメット
１６０１          加工物
１６０２          氷
１６０３          ステージ
１６０４          トムソン素子
１６０５          エバポレータ
１７０１          自動強制対流用ファン
１７０２          乾燥空気
１７０３          排気孔
１７０４          排気湿度ｔ１
１７０５          排気湿度ＲＨ２
１７０６          電源トランス
１７０７          除湿
１７０８          収納ケース
１７０９          放熱ファン
１７１０          トムソン素子
１７１１          冷却ファン
１７１２          吸気孔
１７１３          結露・除湿
１７１４          湿度センサー（自動強制対流用）
１７１５          ドレン
１７１６          装置外へ水分を排出
１７１７          多湿空気
１７１８          吸気湿度ｔ１
１７１９          吸気湿度ＲＨ１
１７２０          温度（℃）
１７２１          相対湿度（％）
１７２２          トムソン素子
１８０１          ユニット全体図
１８０２          熱電素子部
１８０３          １５ｍｍ角の銅板
１８０４          ４．４ｍｍ角の熱電素子
１８０５          熱電ユニット構造図
１８０６          熱電ユニット断面図
１８０７          チタンコーチィングネオプレーンシート
１８０８          銅板
１８０９          熱電素子
１８１０          配線
【図１】
2013115398.tif 000003
【図２】
2013115398.tif 000004
【図３】
2013115398.tif 000005
【図４】
2013115398.tif 000006
【図５】
2013115398.tif 000007
【図６】
2013115398.tif 000008
【図７】
2013115398.tif 000009
【図８】
2013115398.tif 000010
【図９】
2013115398.tif 000011
【図１０】
2013115398.tif 000012
【図１１】
2013115398.tif 000013
【図１２】
2013115398.tif 000014
【図１３】
2013115398.tif 000015
【図１４】
2013115398.tif 000016
【図１５】
2013115398.tif 000017
【図１６】
2013115398.tif 000018
【図１７】
2013115398.tif 000019
【図１８】
2013115398.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月10日(2012.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、該ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続されたことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
ｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続されたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の熱電変換装置は、太陽光発電のように太陽光を必要としない昼夜連続運転が可能なトムソン素子から構成されてなる。トムソン素子に電流を流し、電流方向でゼーベック係数の差により冷却あるいは発熱を発現させ、トムソン素子の発熱部に他のトムソン素子の発熱部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる冷却機能を有する熱電変換装置と、トムソン素子の冷却部に他のトムソン素子の冷却部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる発熱機能を有する熱電変換装置を実現できる。
【背景技術】
【０００２】
トムソン素子の特性の中でもっとも重要な冷却量は、一般的に次式で表される。
冷却量＝  ペルチェ効果−ジュール熱−熱伝導損失
ここで、Ｑ：冷却量［Ｗ］、α：トムソン素子のゼーベック係数［Ｖ／Ｋ］、Ｔc 低温側表面温度［Ｋ］、Ｉ：電流値［Ａ］、Ｒ：内部抵抗[Ω]、Ｋ：トムソン素子の熱通過率［Ｗ／ｍ2Ｋ］、Ｓ：トムソン素子の表面積［ｍ2］、ΔＴ：トムソン素子両面の温度差［Ｋ］である。
したがって、トムソン素子の能力を効率良く取り出すためには、ジュール熱の発生を極力抑えるような使い方をすることと、トムソン素子両面の温度差を極力少なくすることである。
【０００３】
特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されたトムソン素子は、熱電変換装置として、これまでに無い優れた特性を有する。このトムソン素子に関連した本願特許は、これまでのぺルチェ素子にない特長を持ち、熱電変換機能を増進させることができる。
【０００４】
金属とｎ型半導体の接合について考えると、接合前は金属とｎ型半導体のフェルミ準位は異なるが、接合による電子の移動（拡散）によりフェルミ準位が一致する。この電子移動により金属とｎ型半導体からなる系の電子のエネルギー分布が均一になる。次にｎ型半導体の両側を金属により接合し、エネルギー帯に外部から電圧印加により金属とｎ型半導体からなる回路に電流を流すと、接合部の一部に吸熱が、そして他方には発熱が生じる。金属のマイナス電極から半導体の伝導帯に電子が移動する際、フェルミ準位とｎ型半導体の伝導帯のエネルギーレベルの差に相当するエネルギーを吸収するため、吸熱が生じる。反対にｎ型半導体の伝導帯にある電子がプラス電極の金属の伝導帯に移る場合は発熱する。なおｐ型半導体は、キャリアが正孔であるため、ｎ型半導体に比べ応答速度は遅い。
このトムソン素子を用いた電子冷却システムは、建築物や移動体車両の壁面や窓に生じる放射や輻射による熱を利用した冷暖房システムに活用できる。応用分野については、非特許文献１と非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７８２８９７号
【特許文献２】特許第４７９１６１１号
【特許文献３】特許第４８５６２８２号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】梶川武信監修、“熱電変換技術ハンドブック”、株式会社  エヌ・ティ・エス、２００８年
【非特許文献２】梶川武信、佐野精二郎、守本純編、“熱電変換システム技術総覧”、リアライズ理工センター、平成１６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまでのペルチェ素子は、冷却作用と発熱作用が同時に発生する。冷却は冷却、発熱は発熱と分離利用できる新しい機能を有する熱電変換システムが望まれている。この問題を解決できる方法としての金属薄膜と半導体薄膜からなる薄膜を積層状に成長させて金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜からなるトムソン素子を形成し、このトムソン素子に電流を流して、ゼーベック係数の差による吸熱あるいは発熱を発現させるようにした熱電変換システムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続された冷却機能を有する熱電変換装置である。また逆にトムソン素子の冷却部に他のトムソン素子の冷却部を接続して生じる熱流の温度勾配を形成してなる発熱機能を有する熱電変換装置を実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明の熱電変換装置は、建築物や移動体車両の壁や窓のみでなくあらゆる物体に生じる放射や輻射による熱を利用した熱電変換装置において、金属と半導体からなる薄膜を積層状に成長させて金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜の三層薄膜からなるトムソン素子を構成し、このトムソン素子に電流を流し、ＤＣ電流の流れる方向で、ゼーベック係数の差による冷却あるいは発熱を発現させるようにした熱電変換システムである。これまでの、ペルチェ素子が抱えていた冷却と発熱を併せ持つという欠点を払拭し、システムとしての出力部は冷却機能と発熱機能を分けて実現できる新たな機能を有する。本願発明の熱電変換装置は、薄膜技術により多量に大面積にトムソン素子を形成できることから、短時間でかつ製造コストも劇的に低減できるので、その工業的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部にｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部が接続された熱電変換装置である。またｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部にｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部が接続された熱電変換装置である。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。金属薄膜は代わりに金属ナノ粒子でもよい。また、半導体薄膜の代わりに半導体ナノ粒子でもよい。
図１は、本発明の熱電変換装置の断面図である。１１０と１０９は、高分子膜またはガラス基板である。金属薄膜（銅超微粒子）１０１とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）１０２と金属薄膜（銅超微粒子）１０３からなるトムソン素子にＤＣ電圧１０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）１０１は冷却部１１１、金属薄膜（銅超微粒子）１０３は発熱部１１２となる。金属薄膜（銅超微粒子）１０３には、金属薄膜（銅超微粒子）１０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）１０５とｐ型半導体（酸化銅）薄膜１０６と金属薄膜（銅超微粒子）１０７からなるトムソン素子にＤＣ電圧１０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）１０５は発熱部１１３、金属薄膜（銅超微粒子）１０７は冷却部１１４が生じる。二つのトムソン素子の１１０と１０９の高分子膜またはガラス基板側は、１１１と１１４の冷却システムとして動作していることになる。
金属ナノ粒子や半導体ナノ粒子は、高分子バインダーに分散、塗布することにより成膜しているため、プリンテッド・エレクトロニクス技術により比較的低コストで大面積に塗布できる。これまでのペルチェ素子では、かならず吸熱と発熱が同時に起こることは避けられなかった。本発明は、独立して冷却機能のみを利用することが可能である。
【実施例２】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。金属薄膜は代わりに金属ナノ粒子でもよい。また、半導体薄膜の代わりに半導体ナノ粒子でもよい。
図２は、本発明の熱電変換装置の断面図である。２１０と２０９は、高分子膜またはガラ
ス基板である。
金属薄膜（銅超微粒子）２０１とｐ型半導体（酸化銅）薄膜２０２と金属薄膜（銅超微粒子）２０３からなるトムソン素子にＤＣ電圧２０４を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）２０１は発熱部２１１、金属薄膜（銅超微粒子）２０３は冷却部２１２となる。金属薄膜（銅超微粒子）２０３には、金属薄膜（銅超微粒子）２０５の境界面が接触している。金属薄膜（銅超微粒子）２０５とｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）２０６と金属薄膜（銅超微粒子）２０７からなるトムソン素子にＤＣ電圧２０８を印加すると、金属薄膜（銅超微粒子）２０５は冷却部２１３、金属薄膜（銅超微粒子）２０７は発熱部２１４が生じる。二つのトムソン素子の２１０と２０９の高分子膜またはガラス基板側は、２１１と２１４の発熱システムとして動作していることになる。金属ナノ粒子や半導体ナノ粒子は、高分子バインダーに分散、塗布することにより成膜しているため、プリンテッド・エレクトロニクス技術により比較的低コストで大面積に塗布できる。これまでのペルチェ素子では、かならず吸熱と発熱が同時に起こることは避けられなかった。本発明は、独立して発熱機能のみを利用することが出来る。
【実施例３】
【００１３】
レーザダイオード（ＬＤ）が使用される例として業務用としては光通信が挙げられる。光通信用ＬＤモジュールは温度変化によりレーザ光の発振波長が変化する。レーザ光の発振波長が変化することを防ぐためにこれまでペルチェ素子が使用されてきた。図３は、波長多重ＤＷＤＭ伝送システムで使われる高出力励起用ＬＤである。３０１は、本発明のトムソン冷却器である。３０２はサーミスタ、３０３はフォトダイオード、３０４はＬＤ、３０５は集光用第１レンズ、３０６はコリメータ用第２レンズである。シングルモードファイバ３０７から１、４８０ｎｍの信号レーザ光が射出される。ＤＷＤＭは、発信波長の異なる複数のＬＤを使用するが、通常その波長間隔として０．８ｎｍまたは０．４ｎｍが使われる。ところがＬＤの発信波長の温度依存性が０．１/ ℃であるためＬＤの温度を一定に保持する必要があり、電子冷却が必要となる。局所冷却や温度コントロールが可能であるベルチェ素子の使用により、ＬＤを冷却することが期待できる。ただしＬＤ+ペルチェ素子から発生した熱をどう放熱するかが大きな課題であった。
本願発明は、熱力学の第一法則のエネルギー保存則に沿ったもので、内部では発熱を伴うがシステムとしては冷却機能を有し、根源的なヒートシンクの問題を解決できることになる。
【実施例４】
【００１４】
図４にノートＰＣの方熱経路と放熱システムに用いられるデバイスを示す。図に示されるようにＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）から発生した熱は銅（Ｃu)もしくはアルミ（Ａｌ）合金などのヒートスプレッダで分散される。４０１はノートＰＣ筺体底面、４０２は液晶パネル裏、４０３は吸気、４０４はＣＰＵ、４０５はファン、４０６は排気口、４０７は排気、４０８は本願発明のトムソン冷却器、４０９はヒートスプレッダである。なお、 ＣＰＵとヒートスプレッダの間に熱伝導率が小さい空気層を巻き込まないように、グリースやフェーズチェンジ材(ｐｈａｓｅａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ)などが挿入される。ヒートスプレッダで分散された熱はヒートパイプなどのヒートコンダクタで運搬され、ＣｕもしくはＡｌ合金のフィンに伝わる。放熱システム内の熱抵抗をきるだけ小さくするためにヒートスプレッダ、フィンとヒートパイプはカシメもしくは溶接で接合され、フィンに伝わった熱は冷却ファンにより大気中に放熱される。ＰＣのＣＰＵの消費電力が現在ほど大きくなかったころにはペルチェ素子の使用も検討されてきた。しかしながら、ＣＰＵのように数十Ｗもの熱量が発生するデバイスをベルチェ素子で冷却する場合は、冷却対象デバイスから発生する熱量の倍以上の電力をペルチェ素子に投入する必要があるため、最終的に大気中に放熱する熱量はかなりの量となり冷却ファンのような強制冷却デバイスに大きな負担がかかる。ハイパワーのデスクトップＰＣのＣＰＵからの放熱にもヒートパイプ・フィン・冷却ファンを組合せた冷却システムが採用されている。またＰＣ内部の発熱源は、ＣＰＵに加えてグラフィックチップやハードディスクなど分散する傾向にあり、かつ電子機器の静音化の要求により冷却ファンに過度の負担をかけないような設計がされるために、それ自身が発熱するペルチェ素子の使用は現時の性能の延長では困難といえ新たなデバイスが実用化されると考えられる。
本願発明は、熱力学の第一法則のエネルギー保存則に沿ったもので、内部では発熱を伴うがシステムとしては冷却機能を有し、根源的なヒートシンクの問題を解決できることになる。数十Ｗの冷却性能をもつ本願発明のトムソン素子冷却器こそ冷却効率の改善が期待され今後、用途は拡大する。
【実施例５】
【００１５】
冷却側にヒートシンクを、放熱側に液循環を用いたハイブリッド方式小型冷蔵庫の構成例を図５に示す。５０１は本発明のトムソン冷却器で、５０２は送風ファン、５０３は放熱器、５０４は送風ファン、５０５は冷却側ヒートシンク、５０６はインぺラである。ハイブリッド方式では、冷却側にアルミニウム製ヒートシンクと送風ファン、放熱側にポンプ一体型液熱交換器、フインチューブタイプの放熱器、液循環回路と送風ファンとから構成されている。熱電モジュールはポンプ一体型液熱交換器とヒートシンクに挟まれ、冷却面は熱拡散コンパウンド等を介してヒートシンクと接続されている。冷却側ヒートシンクでは、送風ファンによって送られた空気が冷却され、放熱側では熱電モジユールの放熱面と液が直接接触し、加熱された液は放熱器で送風ファンによって送られた空気へ放熱する。図５は、極めて効率の高い小型冷蔵庫である。このハイブリッド方式小型冷蔵庫は、バイオリアクタ分野の培養庫としても応用が可能であり、酵素、微生物、植物細胞、動物細胞、ホルモン受容体、抗体などの反応小型冷蔵庫として使われる。
【実施例６】
【００１６】
図６は、赤外線センサーの冷却である。６０１は赤外線センサー、６０２は窓、６０３は輪射シールド、６０４は放熱ファンであるが、ここに本発明の冷却器を使うことで、赤外線センサーの感度を増倍できる。赤外線受光窓は、３〜５ミクロン用のサファイアが使われている(８〜１４ミクロンの場合はＧｅなどが使用される)。また、受光窓の部分が結露しないよう、放熱側 の熱を窓に伝導させる設計を行っている。電子クーラの放熱面は、はんだあるいは接着材などで固定される。冷却温度の検出は通常熱容量の小さいビードサーミスターが用いられる。多段クーラでは、上段の放熱を吸収すると同時に上段との温度差を保つ必要があった。しかし、最下段の吸熱能力を一定とした場合は、段数が増えるほど最大温度差は大きくなるものの、最上段の吸熱能力は低下していく。これが冷却能力低下の理由となっているため６段クーラが使われるケースは比較的少ない。また、多段クーラの段数が多くなり、吸熱能力が小さくなってくると、温度の高い部分からの輯射熱が問題となるが、本願発明を適用することで、この問題は解決できる。
【実施例７】
【００１７】
図７は、半導体プロセスにおける温度調整システムにおける半導体前工程と熱電システムとの関連を示したもので、７０１は本願発明の熱電システム（トムソン・システム）である。半導体プロセスにおいて熱電システムは、半導体回路を形成する際のいろいろな工程(前工程)において、ウェハ、レジスト、薬液などの精密な温度調節(室温付近から８０℃程度まで)に使用されている。本願発明は、半導体製造の前工程での熱電モジュールである。コータデベロッパ（(レジスト塗布現像装置)では温度の高いウェハを室温に急速冷却したり、レジストや現像液などを温調がでいる。また、プラズマエッチング装置の処理台(サセプタ)や容器外壁(チャンバー)の温度調節にも使用できる。薬液洗浄は前工程の繰り返しの中で頻繁に実施されるが、この薬液の温調にも使用できる。後工程の中では、半導体回路形成後の検査工程にも使われている。この場合にも、温度精度よりも、むしろ熱電システムがマイナス温度からプラス温度まで簡単に、しかも速やかに温度を変えられるという本願発明の熱電変換システムの特長が利用される。
【実施例８】
【００１８】
図８は、熱電式冷却器を応用した超精密空気温湿度制御装置である。図８中の８０１は空調ユニット、８０２は吸い込み、８０３はスピンコータ、８０４は電源・制御ケーブル、８０５は吐き出し、８０６は排気、８０７は電源・制御ユニット、８０８は膜式加湿器、８０９はプレフィルタ、８１０は吸込口、８１１は送風機、８１２は加熱器、８１３は冷却徐湿用熱交換器、８１４はダクト、８１５は吸出口、８１６はＵＬＰＡフィルタ、８１７はトムソン冷却機である。超精密空気温湿度制御装置は、空調ユニットと電源・制御ユニットからなる。本装置の空調ユニットには、圧縮機式冷却器の代わりに熱電式冷却器が、またパン型の加湿器の代わりに中空糸膜式加湿器が用いられ、これらにより軽量小型化および低振動・低騒音化が図られ、スピンコータ本体への直接搭載も可能となった。空調ユニットおよび電源・制御ユニットの概略の外観とスピンコータへの取り付けた場合の状態を図の上部に示す。空調ユニットは形状が小型であるためスピンコータ本体の上部に直接搭載されまた電源・制御ユニットはスピンコータ本体の操作部に別置きされる。空調ユニットは上部からクリーンルーム内の空気を吸い込み、温度と湿度の制御を行ったうえで、下部からＵＬＰＡ (Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｏｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ)フィルタを通して直接スピンコータの処理チャンパ内にこの空気 を吐き出す。空調ユニットの内部構成を図の下部に示す。空調ユニットの空気流路は、空気の吸い込み側から吐き出し側に向かつて、入口ダクト、冷却除湿用熱交換器、加熱器、加湿器、送風機、出口ダクトによって構成されている。また空調ユニットの空気流路外には、熱電式冷却器、循環ポンプ、熱媒体循環パイプなどが設置されている。
本願発明のトムソン素子を使った超精密空気温湿度制御装置は、バイオリアクタとしてのインキュベーション容器としても、または工場内農作物の栽培収穫に利用が可能で、今後は広範囲の用途が考えられる。
【実施例９】
【００１９】
図９は、本発明のワインセラーである。
トムソン冷却方式は、ワインセラーの要求を高度に満足するものとして認められており、今後本願特許を採用した小型のワインセラーを中心にトムソン冷却方式を採用するものが増える。
以下は、トムソン冷却方式の特徴とワインセラー９０１への適用の考え方である。
（１）良好な温度制御性
トムソン冷却方式では、印加する直流電流の大きさでその吸熱量を制御する。このため、トムソンモジユールの表面付近で士０．１℃以下、ワインセラーの庫内で士１℃程度の温度制御が可能である。これは、電流の向きを逆にすることで制御温度よりも外気が低い場合、加温も適用可能である。したがって、適切な庫内温度を外部から与えるようにすることにより、ワインセラーに要求される温度要件を十分に充たすものである。
（２）湿度の保持 
トムソン冷却方式で、は庫内を直接冷やす方式(直冷方式)を採用しているため、一般の冷蔵庫のような冷気を庫内に送風する方式と異なり、庫内の湿度を庫外より高い状態に保つことができる。これにより、ワインセラーに要求される湿度要件を充たすことができるとともに、冷蔵庫に適用した場合には、庫内の野菜やチーズなどの乾燥を防ぎ、ラップなしに保存することができる。ただし、加温状態ではこの機能は働かないため、別途保湿機構が必要となる。
（３）低騒音、低振動 
トムソン冷却方式は電流を熱流に電子的変換するものであり、基本的に無音・無振動である。現実の製品では、トムソン・モジュールの高温側の放熱にファンを用いており、ごくわずかな騒音と振動があるが、コンプレッサ方式に比べると圧倒的な低騒音、低振動を実現しており、ワインセラーに要求される振動に関する要件を十分に充たすものであるとともに、本願発明のワインセラーは設置環境を保全するための静粛性も十分に充たすものである。
【実施例１０】
【００２０】
図１０は、本願発明のトムソン・モジュール１００１からなる空冷式ホテルパンークーラ（厨房製品）である。トムソン・モジュールの極性で発熱にすることで、加熱用途に利用できる。本願発明のトムソン・ジュールでは、半導体の接合をはんだで行なわない。トムソン素子を構成するナノ粒子である半導体を塗布する方法でこの問題を完全に避けることができる。厨房製品分野で本願発明の熱電変換装置は最適である。
【実施例１１】
【００２１】
図１１は、高感度レーザパワー測定用カロリメータのブロック図である。
１１０１はレーザビーム、１１０２はビードサーミスタ受光器、１１０３はヒータ、１１０４は温度検出用熱電変換素子、１１０５は本願発明のトムソン冷却用素子、１１０６は定電流源、１１０７はプリアンプ、１１０８は円筒カバー、１１０９は吸収ディスク、１１１０は補償用受光器、１１１１はデジタルボルトメータ、１１１２はコンピュータ、１１１３はフィルタ、１１１４は温度標準ジャケット、１１１５はメインアンプ、１１１６は定電圧源、１１１７はデジタルボルトメータである。受光器は、３個の熱電変換素子(Ｔ×2、Ｃ×1)を挟んで温度基準ジャケットに熱伝導性接着剤で接続される。真ん中の素子(以下、冷却素子という)は受光器を冷却し、外側の２個の素子(以下、温度センサという)は、受光器と温度基準ジャケットの温度差を検出する。受光器はツイン構造とし、１つは測定用、もう１つは温度、気圧変動補償用である。レーザパワーを吸収する受光器は、吸収ディスクと円筒カバーからなり、ディスク内のヒータは受光器の温度制御用、ビードサーミスタは、ディスク上での光とＤＣパワーの置換の不確かさの評価とビームの位置決め用である。測定の原理を図１１で説明する。あらかじめ被測定パワーより大きな冷却パワー(１．２ 〜 ２倍)となるように、定電流源から冷却素子に加える電流を設定し、受光器の温度を基準ジャケット温度より下げる。このときに生じた両者間の温度差を検出し、プリアンプ、メインアンプ、フィルタおよび加算器などからなる制御系を通してヒータにフィードバックし、受光器とジャケットが等温となるように制御する。しかし、定常的な状態になってもアナログ制御系の閉ループゲインで決まる制御偏差が残る。そこでプリアンプ出力を測定して等温制御をするために必要なヒータへのオフセット電圧をコンピュータで計算し、加算器に印加する。これにより制御量を減少し、制御偏差も減少させる。この操作を制御偏差がノイズレベルとなるまで繰り返す。この方法により、制御偏差を極限的に小さくでき、制御時間と安定性を著しく改善できる。
【実施例１２】
【００２２】
図１２は、冷却療法（クライオセラピー）であり、整形外科分野やスポーツ分野において、５つの効果が期待されている。
（１）  疼痛（痛み）の緩和
（２）  出血量の抑制
（３）  腫脹（血腫・浮腫）の予防
（４）  関節稼働域の早期回復
（５）  低酸素性二次損傷の制限
このシステムは、１２０１冷却パッドからの吸熱１２０２、１２０３はタンク１２０５から供給される専用循環液により、ポンプ１２０４で冷却ジャケット１２１１へと送られ、本願発明のトムソン冷却器１２１０で冷却される。１２０９は温度ヒューズ、１２０６は制御基板、１２０７は温度設定ボリューム、１２０８は冷却ジャケットからの放熱である。制御基板の接続を逆にすると、パッドからの放熱により患部への温熱療法にも本願発明は利用できる。
【実施例１３】
【００２３】
図１３は、自転車やバイク用のヘルメットである。ヘルメットの表面には、本願発明のトムソン素子１３０１は、ヘルメット表面に均一にスプレー法により塗布されている。
【実施例１４】
【００２４】
図１４は、本発明の冷凍固定装置である。図１４中の１４０１は加工物、１４０２は氷、１４０３はステージ、１４０４は本願発明のトムソン素子、１４０５はエバポレータである。冷凍固定部分（冷凍チャック）はステージ、本願発明のトムソン素子、エバポレータの三層構造になっている。トムソン素子はステージ、及びエバポレータに対し密着し、熱交換がスムーズに行われるようになっている。エバポレータは、ステージから吸熱されるトムソン素子により輸送される熱のラジエータになっている。トムソン素子は、直流で駆動し、急速な冷却もしくは加熱ができる。
【実施例１５】
【００２５】
図１５は、本発明の電子除湿器である。ここで図１５中の１５０１は自動強制対流用ファン、１５０２は乾燥空気、１５０３は排気孔、１５０４は排気湿度ｔ１、１５０５は排気湿度ＲＨ２、１５０６は電源トランス、１５０７は除湿、１５０８は収納ケース、１５０９は放熱ファン、１５１０は本願発明のトムソン素子、１５１１は冷却ファン、１５１２は吸気孔、１５１３は結露・除湿、１５１４は湿度センサ（自動強制対流用）、１５１５はドレン、１５１６は装置外へ水分を排出、１５１７は多湿空気、１５１８は吸気湿度ｔ１、１５１９は吸気湿度ＲＨ１、１５２０は温度（℃）、１５２１は相対湿度（％）、１５２２はトムソン素子の原理図である。筒状の収納ケース内へ吸気孔から取り入れられた多湿空気は冷却ファンに接触し、冷やされて強制結露を起こし、除湿される。その後上部の放熱ファンで吸熱し温められ、上昇気流となって乾燥空気が排気孔から放出される。上部のファンは湿度センサ（通常湿度６０％に設定）によって多湿時のみ運転し、一段の省エネとファンの長寿命を図っている。
【実施例１６】
【００２６】
図１６は、本発明の電子冷暖房服である。電子冷暖房服の内側に配置された分散配置型のユニット全体図１６０１である。１６０２は熱電素子部、１６０３は１５ｍｍ角の銅板、１６０４は４．４ｍｍ角の熱電素子、１６０５は熱電ユニット構造図、１６０６は熱電ユニット断面図、１６０７はチタンコーチィングネオプレーンシート、１６０８は銅板、１６０９は熱電素子、１６１０は配線である。厚さ１ｍｍのネオプレーン材のスポンジ状断熱材９０ｍｍ×１３０ｍｍ、２枚を貫通させて４．４ｍｍの本願発明のトムソン素子を横４個、縦７個で計２８個をはめ込み１つのユニットとしている。放熱面に鉄板を敷き、放熱率を最大にしたところ、冷却面は７．１℃〜８．８℃程度の温度が３時間程度持続する。本願発明のトムソン素子では、冷房機能と暖房機能が独立に切り替えられるという特長がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の熱電変換装置である。
【図２】本発明の他の熱電変換装置である。
【図３】本発明の半導体レーザ冷却器である。
【図４】本発明のノートＰＣ用冷却器である。
【図５】本発明の小型冷蔵庫である。
【図６】本発明の赤外線センサーである。
【図７】本発明の半導体プロセスにおける温度調整システムである。
【図８】本発明の超精密空気温湿度制御装置である。
【図９】本発明のワインセラーである。
【図１０】本発明の厨房製品である。
【図１１】本発明のカロリメータである。
【図１２】本発明の医療用システム（冷却パット）である。
【図１３】本発明のヘルメットである。
【図１４】本発明の冷凍固定装置ある。
【図１５】本発明の電子除湿器である。
【図１６】本発明の電子冷暖房服である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１          金属薄膜（銅超微粒子）
１０２          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
１０３          金属薄膜（銅超微粒子）
１０４          ＤＣ電圧
１０５          金属薄膜（銅超微粒子）
１０６          ｐ型半導体（酸化銅）薄膜
１０７          金属薄膜（銅超微粒子）
１０８          ＤＣ電圧
１０９          高分子膜またはガラス基板
１１０          高分子膜またはガラス基板
１１１          冷却部
１１２          発熱部
１１３          発熱部
１１４          冷却部
２０１          金属薄膜（銅超微粒子）
２０２          ｐ型半導体（酸化銅）薄膜
２０３          金属薄膜（銅超微粒子）
２０４          ＤＣ電圧
２０５          金属薄膜（銅超微粒子）
２０６          ｎ型半導体薄膜（ＡＴＯ、ＩＴＯ）
２０７          金属薄膜（銅超微粒子）
２０８          ＤＣ電圧
２０９          高分子膜またはガラス基板
２１０          高分子膜またはガラス基板
２１１          発熱部
２１２          冷却部
２１３          冷却部
２１４          発熱部
３０１          トムソン冷却器
３０２          サーミスタ  
３０３          フォトダイオード
３０４          ＬＤ
３０５          集光用第１レンズ
３０６          コリメータ用第２レンズ
３０７          シングルモードファイバ
４０１          ノートＰＣ筺体底面
４０２          液晶パネル裏
４０３          吸気
４０４          ＣＰＵ
４０５          ファン
４０６          排気口
４０７          排気
４０８          トムソン冷却器
４０９          ヒートスプレッダ
５０１          トムソン冷却器
５０２          送風ファン
５０３          放熱器
５０４          送風ファン
５０５          冷却側ヒートシンク
５０６          インペラ
６０１          赤外線センサー
６０２          窓
６０３          輪射シールド
６０４          放熱ファン
７０１          熱電システム(トムソン・システム）
８０１          空調ユニット
８０２          吸い込み
８０３          スピンコータ
８０４          電源・制御ケーブル
８０５          吐き出し
８０６          排気
８０７          電源・制御ユニット
８０８          膜式加湿器
８０９          プレフィルタ
８１０          吸込口
８１１          送風機
８１２          加熱器
８１３          冷却除湿用熱交換器
８１４          ダクト
８１５          吸出口
８１６          ＵＬＰＡフィルタ
８１７          トムソン冷却機
９０１          ワインセラー
１００１          トムソン・モジュール
１１０１          レーザビーム
１１０２          ビードサーミスタ受光器
１１０３          ヒータ
１１０４          温度検出用熱電変換素子
１１０５          トムソン冷却用素子
１１０６          定電流源
１１０７          プリアンプ
１１０８          円筒カバー
１１０９          吸収ディスク
１１１０          補償用受光器
１１１１          デジタルボルトメータ
１１１２          コンピュータ
１１１３          フィルタ
１１１４          温度標準ジャケット
１１１５          メインアンプ
１１１６          定電圧源
１１１７          デジタルボルトメータ
１２０１          冷却パッド
１２０２          吸熱
１２０３          吸熱
１２０４          ポンプ
１２０５          タンク
１２０６          制御基板
１２０７          温度設定ボリューム
１２０８          放熱
１２０９          温度ヒューズ
１２１０          トムソン冷却器
１２１１          冷却ジャケット
１３０１          ヘルメット
１４０１          加工物
１４０２          氷
１４０３          ステージ
１４０４          トムソン素子
１４０５          エバポレータ
１５０１          自動強制対流用ファン
１５０２          乾燥空気
１５０３          排気孔
１５０４          排気湿度ｔ１
１５０５          排気湿度ＲＨ２
１５０６          電源トランス
１５０７          除湿
１５０８          収納ケース
１５０９          放熱ファン
１５１０          トムソン素子
１５１１          冷却ファン
１５１２          吸気孔
１５１３          結露・除湿
１５１４          湿度センサー（自動強制対流用）
１５１５          ドレン
１５１６          装置外へ水分を排出
１５１７          多湿空気
１５１８          吸気湿度ｔ１
１５１９          吸気湿度ＲＨ１
１５２０          温度（℃）
１５２１          相対湿度（％）
１５２２          トムソン素子
１６０１          ユニット全体図
１６０２          熱電素子部
１６０３          １５ｍｍ角の銅板
１６０４          ４．４ｍｍ角の熱電素子
１６０５          熱電ユニット構造図
１６０６          熱電ユニット断面図
１６０７          チタンコーチィングネオプレーンシート
１６０８          銅板
１６０９          熱電素子
１６１０          配線
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013115398.tif 000021
【図２】
2013115398.tif 000022
【図３】
2013115398.tif 000023
【図４】
2013115398.tif 000024
【図５】
2013115398.tif 000025
【図６】
2013115398.tif 000026
【図７】
2013115398.tif 000027
【図８】
2013115398.tif 000028
【図９】
2013115398.tif 000029
【図１０】
2013115398.tif 000030
【図１１】
2013115398.tif 000031
【図１２】
2013115398.tif 000032
【図１３】
2013115398.tif 000033
【図１４】
2013115398.tif 000034
【図１５】
2013115398.tif 000035
【図１６】
2013115398.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月3日(2012.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｎ型半導体からなるトムソン素子の発熱部とｐ型半導体からなるトムソン素子の発熱部の二つのトムソン素子の発熱部が直接接続され、及び、二つのトムソン素子にそれぞれ独立した二つのＤＣ電源を接続することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
高分子膜またはガラス基板上に金属薄膜＋半導体薄膜＋金属薄膜を積層状に成長させてなるトムソン素子において、ｐ型半導体からなるトムソン素子の冷却部とｎ型半導体からなるトムソン素子の冷却部の二つのトムソン素子の冷却部が直接接続され、及び、二つのトムソン素子にそれぞれ独立した二つのＤＣ電源を接続することを特徴とする熱電変換装置。