CN103959495A - 热电转换模块 - Google Patents
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Abstract
提供一种热电转换模块，能够提高热电转换模块产量。热电转换模块(1)具有一对基板(11，12)，多个热电转换元件(12)，其一端部与配置在基板(11)的第(1)电极(3)电连接，另一端部与配置在基板(12)的第2电极(4)电连接，连接部(5)，其电连接，与热电转换元件(2)电连接的第1电极(3)，与相邻的热电转换元件(2)电连接的第2电极(4)。连接部(5)，是至少与第1电极(3)以及第2电极(4)的任意一方分离的单独体。
Description
技术领域
本发明涉及利用赛贝克效应进行发电，或是利用珀尔帖效应进行冷却和/或加热的热电转换模块。
背景技术
以前，将一端部具有第1电极，另一端部具有第2电极的多个热电转换元件，配置在相向的一对基板之间的热电转换模块被广泛知晓(例如，参照日本国特开2009-176919号公报)。
日本国特开2009-176919号公报的热电转换模块中，具有连接部，其一体连接热电转换元件的第1电极以及相邻的热电转换元件的第2电极，以此构成U字状的连接器。该连接器由弯曲金属板形成。制造热电转换模块时，要预先将多个该U字状的连接器固定在基板上。然后，热电转换元件插入第1电极与第2电极之间从而与连接器连接，使其从旁边押入此U字状的连接器。
发明内容
发明要解决的课题
以前的热电转换模块因为有必要将热电转换元件押入U字状的连接器，所以有较难组装，产量较低的问题。
鉴于以上的点，本发明的目的在于提供一种高产量的热电转换模块。
用于解决课题的办法
[1]为了达成以上目的，本发明的热电转换模块具有：一对基板；多个热电转换元件，其一端部与配置在一个所述基板的第1电极电连接，另一端部与配置在另一个所述基板的第2电极电连接；和，连接部，其将与所述热电转换元件电连接的所述第1电极和与相邻的所述热电转换元件电连接的所述第2电极进行电连接，所述热电转换模块特征在于， 所述连接部，是至少与所述第1电极以及所述第2电极的任意一方分离的单独体。
根据本发明，因为连接部是单独体，所以将热电转换元件的一端与第1电极和第2电极的任意一方电连接之后，能够将第1电极和第2电极的任意另一方电连接到电转换元件的另一端，且通过连接部，能够将第1电极和第2电极的另一方连接到与相邻的热电转换元件电连接的电极。另外，因为没有必要像以前的热电转换模块一样，将热电转换元件押入U字状的连接器，所以能够将所有的部件从同一方向设置组装。因此，根据本发明的热电转换模块，能够实现提高产量。
[2]另外，在本发明中，使第1电极以及第2电极构成为是具有元件配置部和突片部的部件，元件配置部与热电转换元件电连接，突片部从元件配置部沿基板突出，连接部是棒状或板状，且通过插入在突片部上设有的连接孔，与第1电极以及第2电极电连接，沿基板且相互正交的两轴线是X轴以及Y轴，热电转换元件构成在所述基板上沿X轴方向排列的多个元件列，此元件列沿Y轴方向多个排列，各元件列的热电转换元件配置为锯齿形，配置有端子的一侧的基板上，配置有L字状的第1电极或第2电极，该端子用于导出电且设置在元件列上，L字状的第1电极或第2电极，在元件配置部的X轴方向一侧配置有连接孔，与配置有L字状的第1电极或第2电极的元件列相邻的元件列的电极的连接孔，配置在元件配置部的Y轴方向一侧。
根据本发明，因为连接部是棒状或板状，所以相对来说刚性较高，向第1电极以及第2电极的连接孔的插入变得容易。因此，能够进一步提高热电转换模块的产量。
另外，L字状的第1电极或是第2电极，其元件配置部和突片部配置位于X轴方向的同时，为了避开配置成锯齿形的热电转换元件，突片部配置在同一元件列内的相邻的电极的元件配置部的Y轴方向一侧。另外，此元件列相邻的元件列上的同一基板上的电极，构成为元件配置部和突片部位于Y轴方向一侧。
因此，在此热电转换模块中，能够增加沿X轴方向配置的热电转换元件，能够提高热电转换模块整体的单位面积的热电转换元件的专有面积(元件密度)。
[3]另外，在本发明中，优选为，元件列沿Y轴方向偶数列排列，配置在两基板的第1电极以及第2电极通过配置在基板上形成相对Y轴方向对称，使第1电极以及第2电极相同地配置在对应的基板上。
根据上述特征，能够使第1电极和第2电极的基板上的配置形状相同，能够制造相同的具有第1电极的基板和具有第2电极的基板。因此，根据本发明的热电转换模块，能够进一步提高产量。
[4，5]另外，在本发明中，优选与配置有L字状的第1电极或第2电极的元件列相邻的元件列的电极是矩形，突片部的前端的2个角部中至少一个被切割。
根据上述特征，通过矩形的电极的突片部被切割的部分，能够明确地分辨元件配置部和突片部，能够防止误将元件配置部和突片部相反地配置在基板上。另外，也能考虑切割元件配置部的角部，但是这样一来与元件配置部的热电转换元件的接触面积就会减少。所以，通过上述切割突片部的前端角部，在不减少热电转换元件的配置面积的情况下，能够防止误将矩形的电极配置在基板上。
[6]另外，在本发明中，也能构成为：沿基板且相互正交的两轴线是X轴以及Y轴，热电转换元件构成基板上沿X轴方向排列的多个元件列，此元件列沿Y轴方向多个排列，热电转换元件在相邻的元件列间沿X轴方向错开位置配置，第1电极或第2电极的任意一方在通过热电转换形成的电流的流经的电流通路上，连接相邻的元件列的列间连接电极形成L字状，列间连接电极具有元件配置部和突片部，元件配置部与热电转换元件电连接，突片部从该元件配置部沿基板突出，且设有连接部，突片部的其宽度比元件配置部窄，该突片部配置在通过错开与该突片部相邻的列的热电转换元件形成的空余空间中。
根据本发明，在提高产量的同时，能够相对增大基板上的单位面积 的热电转换元件的专有面积(元件密度)。
附图说明
图1是表示本发明的热电转换模块的第1实施方式的斜视图。
图2是表示分解第1实施方式的热电转换模块的斜视图。
图3是表示第1实施方式的电极配置的说明图。
图4是表示本发明的热电转换模块的第2实施方式的斜视图。
图5是表示第2实施方式的电极配置的说明图。
图6是表示本发明的热电转换模块的第3实施方式的斜视图。
图7是表示配置在第3实施方式的热电转换模块下方的基板的电极的说明图。
图8是表示配置在第3实施方式的热电转换模块上方的基板的电极的说明图。
图9是表示本发明的热电转换模块的第4实施方式的斜视图。
图10是表示第4实施方式的电极配置的说明图。
图11是表示第5实施方式的热电转换模块的电极配置的说明图。
具体实施方式
(第1实施方式)
参照图1至图3，说明本发明的第1实施方式的热电转换模块。图1表示的第1实施方式的热电转换模块1具有由氧化铝成型的有绝缘性的一对基板11，12。在图1以及图2中，为能看清热电转换模块1的内部结构，用虚线将位于上方的基板12表示成透明。后述图4，图6，图9也是一样的。
各基板11，12的相向一侧的面上分别设有由Ni板形成的第1电极3以及第2电极4。两电极3，4之间，配置有由Ｍｇ2Ｓｉ制的n型的热电转换元件2。
以前，作为热电转换元件的材料，BiTe系，PbTe系，CoSb系的物 质被广泛使用，但是任意一种都含有对人体有害的物质(包括可能有害的物质)，且价格昂贵。相对来说，Ｍｇ2Ｓｉ对人体无害，对环境负担小，且资源丰富廉价。另外，由于Ｍｇ2Ｓｉ比重较轻，能够形成非常轻的热电转换元件2。因此，近年作为热电转换元件的材料，Ｍｇ2Ｓｉ被广泛关注。
还有，基板11，12并不仅限于氧化铝，也可以通过其他材料成型。另外，电极3，4并不仅限于Ni，也可以使用其他材料的物质。
热电转换元件2的一端与第1电极3接合，热电转换元件2的另一端与第2电极4接合。作为接合方法，能够使用焊接，蜡焊或是通过银浆等导电性胶粘剂的胶粘，扩散接合，根据热电转换模块的用途适宜选择接合。
通过蜡焊接合的情况，也可以在热电转换元件2的两端预先将蜡(焊接)制浆放置。热电转换元件2的表面形成有细微凹凸的面，但是通过焊接和/或银浆等覆盖表面的凹凸，能够形成光滑的面，因此，热电转换元件2与电极3，4的接合状态变得良好，能够确保良好的导电性。
第1电极3以及第2电极4，具有配置热电转换元件2的元件配置部31，41，与从元件配置部31，41沿基板11，12突出的突片部32，42。
突片部32，42上分别设有圆柱形棒状的连接部5插入的连接孔32a，42a。连接部5通过插入设在第1电极3上的连接孔32a以及插入设在与该热电转换元件2相邻的其他的第2电极4上的连接孔42a，电连接两电极3，4。另外，连接部5与电极3，4相同使用Ni。但也不限于此，连接部5也可以使用其他金属。
连接孔32a，42a的插入一侧的边缘部形成锥形状，易于将连接部5插入连接孔32a，42a。还有，连接部5，并不仅限于圆柱形棒状，也可以形成四角柱等多角柱棒状，另外，也可以形成板状。另外，也可以不设有连接孔32a，42a的插入一侧的边缘部的锥形部。
像这样，通过刚性较强的棒和/或板状构成的连接部5，能够较易地将连接部5插入电极3，4的连接孔32a，42a。另外，连接部5和连接孔 32a，42a可以通过焊接，蜡接进行电连接。另外，也可以对连接部5的端部实施滚花加工，将连接部5压入连接孔32a，42a。
在此，设定沿基板11，12的表面且相互正交的两轴线为X轴以及Y轴。在图3上，横向为X轴方向，纵向为Y轴方向。热电转换元件2，在基板11，12上沿X轴方向多个排列，构成元件列6。此元件列6沿Y轴方向多个排列。在各元件列6中，热电转换元件2配置为锯齿形。配置有端子7的一侧的基板11，12上，配置有L字状的第1电极3或第2电极4，端子7用于导出电且设置在元件列6上。定义该L字状的第1电极3或第2电极4为L字电极8。
将配置有L字状的电极3，4的元件列6作为第1元件列61，将与该第1元件列61相邻的元件列6作为第2元件列62。第2元件列62的电极3，4具有沿热电转换元件2的Y轴方向配置连接孔32a，42a的矩形(长方形)的电极3，4。定义该矩形(长方形)的电极3，4为矩形电极9。
端子7形成在从元件配置部7a向基板11，12外大幅突出的长方形上。另外，突片部32，42的前端的2个角部上设有倾斜地被切割的切割部32b，42b。通过该切割部32b，42b，能够明确地分辨元件配置部31，41和突片部32，42，能够防止误将元件配置部31，41和突片部32，42相反地配置在基板11，12上。
还有，在本实施方式中，在突片部32，42的前端的2个角部都设有切割部32b，42b，但本发明的切割部并不仅限于此。例如，切割部也可以是仅在突片部32，42的前端的2个角部的任意一个上设置。另外，在本实施方式中，作为切割部32b，42b，图示了直线状倾斜切割的形态，但也可以是曲线上切割形成。
另外，也能考虑切割元件配置部31，41的角部，但是这样一来与元件配置部31，41的热电转换元件2的接触面积就会减少。所以，通过上述在突片部32，42的前端角部上设置切割部32b，42b，在不减少热电转换元件2的配置面积的情况下，能够防止误将矩形电极9配置在基板11， 12上。
第1元件列61的L字电极8的突片部32，42，相对元件配置部31，41向X轴方向突出。第1元件列61的L字电极8的连接孔32a，42a，设置在突片部32，42上，使其位于在相同元件列6内相邻的L字电极8的元件配置部31，41的Y轴方向一侧。相邻的L字电极8，沿Y轴方向反转地交替配置。
第2元件列62的矩形电极9的突片部32，42，相对元件配置部31，41向Y轴方向突出。相邻的矩形电极9，沿Y轴方向反转地交替配置。
元件列6将第1元件列61和第2元件列62交替沿Y轴方向以偶数列，在本实施方式中以2列排列。第1电极3和第2电极4相同地配置在对应的基板上。
另外，在两基板11，12上，为了将相邻的元件列6间串联，具有列间连接电极10。列间连接电极10构成为与矩形电极9相同的形状，该列间连接电极10在Y轴方向形成得比矩形电极9略长。另外，列间连接电极10也与矩形电极9相同，具有元件配置部101，突片部102和连接孔102a，突片部102从元件配置部101向相邻的第1元件列61的L字电极8突出，连接孔102a穿设在突片部102上。连接孔102a设置成使其位于两元件列61，62之间的中央处。
由此可见，通过相同地构成配置在位于下方的基板11上的第1电极3和配置在位于上方的基板12上的第2电极4，将其一方反转配置使电极3，4彼此相向，能够形成两基板11，12以及两电极3，4。因此，根据第1实施方式的热电转换模块1，与以前的热电转换模块相比较能够提高产量。
还有，如图2所示，第1实施方式的热电转换元件2为四角柱状的部件，但并不仅限于此，也可以是其他形状，比如说是圆柱状。
然后，说明涉及第1实施方式的热电转换模块1的操作。将热电转换模块1的基板12安装至热源，冷却基板11后，在热电转换元件2的两端产生温度差，通过赛贝克效应电流流动进行发电。此时，为了要不 断地发电，有必要在热电转换元件2的两端不断维持一定的温度差，但是在第1实施方式中，因为使用热传导率较小的Ｍｇ2Ｓｉ作为热电转换元件2的材料，所以能够维持良好的温度差。
根据第1实施方式的热电转换模块1，因为连接部5与电极3，4是分离的单独体，所以将热电转换元件2的一端电连接在固定在基板11上的第1电极3上后，将固定在基板12上的第2电极4电连接在热电转换元件2的另一端的同时，能够将连接部5连接在两电极3，4的连接孔32a，42a上，使在相邻的热电转换元件2之间第1电极3和第2电极4电连接。因此，没有必要像以前的热电转换模块一样，将热电转换元件押入U字状的连接器中，从而提高了热电转换模块的产量。另外，也可以通过上下基板11，12同时将多个热电转换元件2以及连接部5夹住组装接合。
还有，在第1实施方式中，用Ｍｇ2Ｓｉ对热电转换元件2成型，但也并不仅限于此。例如，能够使用含有Sb-Te系以及Bi-Se系的Bi-Te系，含有Sn-Te系以及Ge-Te系的Pb-Te系，Ag-Sb-Te系，Ag-Sb-Ge-Te系，Si-Ge系，Fe-Si系，Mn-Si系，Zn-Sb系，硫族，方钴矿，填充方钴矿，炭化硼，层状钴氧化物等任意的热电转换材料。另外，热电转换元件2不仅限于n型，也可以使用p型。另外，Ｍｇ2Ｓｉ不必是高纯度的，可以是例如利用在研削·研磨时排出的有机硅废污泥得到的物质。
另外，在热电转换元件2的两端，为了减低与电极之间的接触电阻，也可以设置接合层。接合层也能够与热电转换元件一体形成。另外，接合层以及电极能够使用由Ni，Al，Cu，W，Au，Ag，Co，Mo，Cr，Ti，Pd等以及由以上物质组成的合金等任意的材料。
另外，在第1实施方式中，已经说明利用赛贝克效应发电用的热电转换模块1，但本发明的热电转换模块同样也能够利用珀尔帖效应进行冷却或加热。
(第2实施方式)
然后，参照图4以及图5，说明第2实施方式的热电转换模块1。还有，在图4上，为能看清热电转换模块1的内部结构，用虚线将位于上 方的基板12表示成透明。
第2实施方式的热电转换模块1，是将排列在1个元件列6的X轴方向上的热电转换元件2减去一个而形成4个，且将元件列6沿Y轴方向排列成4个的部件。位于中央的2个元件列6通过L字状的列间连接电极10形成电连接。其他的构造与第1实施方式相同。
从第2实施方式可以清楚地知道，将第1实施方式的热电转换模块作为一个构成单位，能够将元件列6配置成沿Y轴方向上成偶数列的数列。另外，涉及X轴方向，能够构成任意个的元件列6的热电转换元件。
因此，改变热电转换模块1的大小变得较为容易。
(第3实施方式)
然后，参照图6至图8，说明本发明的第3实施方式的热电转换模块1。还有，在图6上，为能看清热电转换模块1的内部结构，用虚线将位于上方的基板12表示成透明。
第3实施方式的热电转换模块1的热电转换元件2，在相邻的元件列6之间沿X轴方向错开位置配置。如图7所示，配置在下方的基板11上的第1电极3，全部形成相同形状的矩形(长方形)。然后，第1电极3的连接孔32a，全部配置在元件配置部31的X轴方向上。在相邻的元件列6中，元件配置部31和连接孔32a的配置构成为使其在X轴方向上反转。
另外，如图8所示，第2电极4也全部形成矩形(长方形)。但是，在上方的基板12中，连接相邻的元件列6的列间连接电极10形成L字状。列间连接电极10具有元件配置部101和突片部102，元件配置部101电连接与热电转换元件2，突片部102设有连接孔102a。突片部102在X轴方向上的宽度比元件配置部101窄，突片部102配置在通过错开突片部102相邻的元件列6的热电转换元件2形成的空余空间中。
根据第3实施方式的热电转换模块1，因为连接部5是与电极3，4分离的单独体，所以没有必要像以前一样，将热电转换元件从旁边押入U字状的连接器，从而能够提高产量。
另外，因为元件配置部31，41和突片部32，42沿X轴方向配置，所以能够缩小元件列6之间的间隙。因此，能够提高基板11，12的单位面积的热电转换元件2的专有面积(元件密度)。
(第4实施方式)
然后，参照图9以及图10，说明第4实施方式的热电转换模块1。还有，在图9上，为能看清热电转换模块1的内部结构，用虚线将位于上方的基板12表示成透明。
第4实施方式的热电转换模块1是，将第3实施方式的列间连接电极10构成与第1电极3相同形状，且将一对基板11，12以及配置在基板11，12上的电极3，4形成上下相同形状的部件。因为两基板11，12以及配置在基板11，12上的电极3，4形状相同，所以与第1实施方式以及第2实施方式一样，产量优异。
但是，因为与第3实施方式相比，元件列6的Y轴方向的间隙变大，所以单位面积的热电转换元件2的专有面积(元件密度)与第3实施方式相比较差。
(第5实施方式)
然后，参照图11，说明第5实施方式的热电转换模块1。图11是表示第5实施方式的热电转换模块1的基板11，12以及配置在基板11，12上的电极3，4的图。第5实施方式的热电转换模块1与第1实施方式一样，矩形电极9以及列间连接电极10也是L字状的电极的部件，其他的构造与第1实施方式相同。
根据第5实施方式的热电转换模块1，除了端子7以及列间连接电极10以外的所有电极3，4均能够制成同一形状，从而能够进一步提高产量。
附图标记说明
1：热电转换模块 11，12：基板 2：热电转换元件 3：第1电极 31：元件配置部 32：突片部 32a：连接孔 4：第2电极 41：元件配置部 42：突片部 42a：连接孔 5：连接 部 6：元件列 61：第1元件列 62：第2元件列 7：端子8：L字电极 9：矩形电极 10：列间连接电极 。
Claims (6)
1.一种热电转换模块，其具有：
一对基板；
多个热电转换元件，各热电转换元件的一个端部与配置在所述一对基板中的一方上的第1电极电连接并且各热电转换元件的另一个端部与配置在所述一对基板中的另一方上的第2电极电连接；以及
连接部，将与所述热电转换元件电连接的所述第1电极和与相邻的所述热电转换元件电连接的所述第2电极进行电连接，
所述热电转换模块的特征在于，所述连接部是至少与所述第1电极以及所述第2电极中的任意一方分离的单独体。
2.根据权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于，
所述第1电极以及所述第2电极具有元件配置部和突片部，所述元件配置部与所述热电转换元件电连接，所述突片部从该元件配置部沿所述基板突出，
所述连接部是棒状或板状，并且通过插入在所述突片部上设有的连接孔来与所述第1电极以及所述第2电极电连接，
将沿所述基板并且相互正交的两轴线作为X轴以及Y轴，
所述热电转换元件构成在所述基板上沿X轴方向排列的多个元件列，
该元件列沿所述Y轴方向排列有多个，
所述元件列的所述热电转换元件被配置为锯齿形，
在配置有端子的一侧的基板上，配置有L字状的第1电极或第2电极，该端子配置在该元件列上并用于导出电，
该L字状的第1电极或第2电极，在所述元件配置部的X轴方向侧配置有所述连接孔，
与配置有所述L字状的第1电极或第2电极的所述元件列相邻的元件列的电极的连接孔，配置在所述元件配置部的所述Y轴方向侧。
3.根据权利要求2所述的热电转换模块，其特征在于，
所述元件列沿所述Y轴方向排列成偶数列，
配置在所述一对基板上的所述第1电极以及所述第2电极通过以相对于所述Y轴方向对称的方式配置在所述基板上，来使得在对应的基板上的配置相同。
4.根据权利要求3所述的热电转换模块，其特征在于，
与配置有所述L字状的第1电极或第2电极的所述元件列相邻的元件列的电极是矩形形状的，
所述突片部的前端的2个角部中的至少一个被切割。
5.根据权利要求2所述的热电转换模块，其特征在于，
与配置有所述L字状的第1电极或第2电极的所述元件列相邻的元件列的电极是矩形形状的，
所述突片部的前端的2个角部中的至少一个被切割。
6.根据权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于，
将沿所述基板且相互正交的两轴线作为X轴以及Y轴，
所述热电转换元件构成所述基板上沿X轴方向排列的多个元件列，
所述元件列沿所述Y轴方向排列有多个，
所述热电转换元件在相邻的所述元件列间沿X轴方向错开位置配置，
在通过热电转换形成的电流流经的电流通路上，所述第1电极或所述第2电极的任意一方的连接相邻的所述元件列的列间连接电极被形成为L字状，
该列间连接电极具有元件配置部和突片部，所述元件配置部与所述热电转换元件电连接，所述突片部从该元件配置部沿所述基板突出并且设有所述连接部，
该突片部的宽度比所述元件配置部的宽度窄，并且该突片部配置在通过错开与该突片部相邻的所述元件列的热电转换元件而形成的空余空间中。
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