CN107251249A - 热电发电模块 - Google Patents

Abstract

热电发电模块(1)在正面和背面的一方设有冷却面，在另一方设有加热面，并且该热电发电模块(1)具备：多个热电元件(4)；一对柔性基板，其夹持热电元件(4)并且形成冷却面和加热面；多个元件间电极(3A)，其设置在柔性基板的彼此对置的面上而电连接热电元件(4)；引线(6)，其与端部电极(3B)电连接，该端部电极(3B)与位于电气排列的端部的端部元件(4C)连接；补强用元件(5)，其安装在柔性基板之间；补强用元件(5)比端部元件(4C)设置在引线(6)所引出的一侧。

Description

热电发电模块

技术领域

本发明涉及热电发电模块，尤其是涉及在彼此对置的柔性基板之间安装多个热电元件的热电发电模块。

背景技术

热电发电模块是通过塞贝克效应而利用两个物体的温度差进行发电的模块。作为现有的热电发电模块，已知例如专利文献1所记载的热电发电模块。

专利文献1的热电发电模块具有所谓的Π(π)型构造，是将多个热电元件排列为平面状、将它们经由电极串联地电连接并且安装在对置设置的柔性基板之间的构造。在包括热电元件和电极而构成的串联回路的端部连接有引线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2008-270421号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1所述的现有的热电发电模块中，由于一方的柔性基板与低热源接触，另一方的柔性基板与高热源接触，因此高热源侧的柔性基板和低热源侧的柔性基板的热膨胀程度容易产生差异，存在外力施加于热电元件与电极之间的接合部分、产生应力而使该热电元件从电极剥离的隐患。尤其是对于位于电气排列端部的热电元件，包围其周围的其他热电元件的数量少，因此在经由引线施加有外力时，受该外力影响而陷入同样的状况的可能性大而成为问题。

本发明的目的在于提供一种热电发电模块，能够可靠地维持热电元件和与其接合的电极之间的接合部分的接合强度。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的热电发电模块在正反面的一方设有冷却面，在另一方设有加热面，该热电发电模块的特征在于，具备：多个热电元件；一对柔性基板，其夹持所述热电元件而形成所述冷却面和所述加热面；多个元件间电极，其设置在所述柔性基板的彼此的对置面上而将所述热电元件电连接；引线，其与连接有位于电气排列的端部的热电元件的元件间电极电连接；补强部件，其安装在所述柔性基板之间；所述补强部件比位于所述端部的热电元件设置在所述引线所引出的一侧。

在热电发电模块中，由于补强部件比在电气排列中位于端部的热电元件设置在引线所引出的一侧，引出在经由引线施加有外力时，应在热电元件与元件间电极的接合部分产生的应力分散于补强部件与柔性基板的接合部分。因此，能够抑制作用在热电元件与元件间电极的接合部分的应力，能够可靠地维持热电元件和与其接合的元件间电极之间的接合部分的接合强度。

在本发明的热电发电模块中，优选所述补强部件具有与所述热电元件大致相同的热物理性质和形状。

在本发明的热电发电模块中，优选所述补强部件与所述热电元件是同一元件。

在本发明的热电发电模块中，优选具备固定用底座和补强用图案中的至少任一个，所述固定用底座在所述柔性基板的对置面上向与所述引线交叉的方向延伸且固定有所述补强部件，所述补强用图案在所述柔性基板的对置面上向与所述引线交叉的方向延伸，并且与所述补强部件独立。

在本发明的热电发电模块中，优选所述固定用底座和所述补强用图案由一个导体与所述元件间电极一起形成。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的热电发电模块的侧视图。

图2是热电发电模块的平面剖视图。

图3是热电发电模块的主视图。

图4是表示变形例1的热电发电模块的主要部分的侧视图。

图5是变形例1的热电发电模块的主要部分的平面剖面。

图6是变形例1的热电发电模块的主要部分的主视图。

图7是表示变形例2的热电发电模块的主要部分的侧视图。

图8是变形例2的热电发电模块的主要部分的平面剖视图。

图9是变形例2的热电发电模块的主要部分的主视图。

图10是表示变形例3的热电发电模块的主要部分的侧视图。

图11是变形例3的热电发电模块的主要部分的平面剖视图。

图12是变形例3的热电发电模块的主要部分的主视图。

图13是表示变形例4的热电发电模块的主要部分的侧视图。

图14是变形例4的热电发电模块的主要部分的平面剖视图。

图15是变形例4的热电发电模块的主要部分的主视图。

图16是表示变形例5的热电发电模块的主要部分的侧视图。

图17是表示变形例5的热电发电模块的主要部分的平面剖视图。

图18是表示变形例5的热电发电模块的主要部分的主视图。

具体实施方式

以下，基于图1～图3对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是本发明一个实施方式的热电发电模块1的侧视图，图2是从图1中的箭头II方向看到的热电发电模块1的平面剖视图，图3是从图1中的右方看到的热电发电模块1的主视图。

热电发电模块1具备：多个热电元件4；一对柔性基板2，其夹持热电元件4；多个元件间电极3A，其设置在柔性基板2的彼此对置的面上而电连接热电元件4；引线6，其与连接有位于电气排列的端部的热电元件4的元件间电极3A电连接；作为补强部件的补强用图案8，其安装在柔性基板2之间。

柔性基板2由具有柔性的绝缘体(例如聚酰亚胺)形成，包括：低温侧基板2B，其配置在图1中的下侧，并且设有与散热侧接触的冷却面2C；高温侧基板2A，其配置在图1中的上侧，并且设有与热源接触的加热面2H。

热电元件4由N型热电元件4A和P型热电元件4B构成。这些N型热电元件4A和P型热电元件4B由例如铋碲类(Bi-Te类)材料形成为剖面为同一大小的正方形的长方体。并且，N型热电元件4A与P型热电元件4B交替配设，与图1和图2中的左右方向平行设置，并且朝向图2中的上方折返，在柔性基板2的整个面上使横竖对齐地进行铺设。在图1中如箭头所示，由于塞贝克效应，在N型热电元件4A电流从高温侧向低温侧(上方向)流动，在P型热电元件4B电流从低温侧向高温侧(下方向)流动。这样，热电元件4所产生的电流流向引线6，从而进行热电发电模块1的发电。

对于柔性基板2内的排列，在以下的说明中，将横向的排列称为“行(图示为R)”，将纵向的排列称为“列(图示为C)”，将行列的一个单位称为一个分区，以图1中右下角为原点[第1行，第1列](参照图2)。在本实施方式中，在柔性基板2上形成有20行×21列的阵列。其中，在本实施方式中，设置有热电元件4的是第2列之后。

如图1所示，热电发电模块1具有Π(π)型构造，邻接的N型热电元件4A与P型热电元件4B的上端和下端交替地与元件间电极3A连接，重复以N型热电元件4A→元件间电极3A→P型热电元件4B的顺序的连接，所有热电元件4串联地电连接。该串联回路作为热电发电电路发挥作用。

位于发电回路的端部([第1行，第3列][第20行，第3列])的热电元件4为端部元件4C，连接端部元件4C与引线6的元件间电极3A为端部电极3B。并且，在本实施方式中，位于[第1行，第3列]的端部元件4C为N型热电元件4A，位于[第20行，第3列]的端部元件4C为P型热电元件4B。端部电极3B设置在[第1行，第2～3列][第20行，第2～3列]各两个分区。引线6焊接于端部电极3B和后述的高温侧固定用底座7A。

作为补强用元件5，使用热电元件4(可以是N型热电元件4A和P型热电元件4B中的任一个)。也就是说，N型热电元件4A、P型热电元件4B以及补强用元件5的热物理性质和形状彼此相同。

如图1所示，补强用元件5在柔性基板2中的比端部元件4C位于引线6所引出的一侧(图中右侧)的区域(具体地说第1～2列)所包含的分区即[第2～3行，第1列][第18～19行，第1列]设有共计四个。

补强用元件5经由固定用底座7与两个柔性基板2连接。该固定用底座7用于对补强用元件5与柔性基板2的接合进行辅助。原本，补强用元件5与柔性基板2的接合强度较小，但通过在它们之间设置固定用底座7，接合强度变高。

固定用底座7由两个低温侧固定用底座7B和两个高温侧固定用底座7A构成，两个低温侧固定用底座7B设置在低温侧基板2B的对置面上，两个高温侧固定用底座7A设置在高温侧基板2A的对置面上。低温侧固定用底座7B设置在[第2～3行，第1列][第18～19行，第1列]各两个分区，高温侧固定用底座7A设置在[第1～3行，第1列][第18～20行，第1列]各三个分区。低温侧固定用底座7B和高温侧固定用底座7A向与引线6交叉的方向延伸，因此在容易受到经由引线6传递的外力的影响的端部元件4C附近的区域，能够抑制与引线6交叉的方向(图2中的上下方向)的柔性基板2的弯曲。

在低温侧基板2B，低温侧固定用底座7B与元件间电极3A分开，在高温侧基板2A，高温侧固定用底座7A与元件间电极3A分开。在本实施方式的补强用元件5和固定用底座7的结构中，电流不在补强用元件5中流通。

补强用图案8向与引线6交叉的方向延伸，在柔性基板2的两个对置面上在[第4～17行，第1列]这十四个分区设置为带状。在各柔性基板2，元件间电极3A、端部电极3B、固定用底座7、补强用图案8由粘贴在柔性基板2的对置面上的一片导体(例如铜)经过蚀刻处理而形成。

虽然没有图示，由于蚀刻处理的特性，元件间电极3A、端部电极3B、固定用底座7、补强用图案8的截面积越向基部越大。也就是说，散热面积及受热面积变大。因此，向低温侧基板2B的热移动和来自高温侧基板2A的热移动变得容易。

另外，补强用图案8设置在比端部元件4C靠近引线6所引出的一侧的区域的中央，由此在变形量容易变大的该区域，能够抑制与引线6交叉的方向的柔性基板2的弯曲。需要说明的是，补强用图案8与其他电极和热电元件4分开设置，因此电流不在补强用图案8中流通。

[实施方式的效果]

根据以上所述的本实施方式，在热电发电模块1中，在比端部元件4C靠近引线6所引出的一侧的位置设有补强用元件5，因此在经由引线6施加有外力时，应在热电元件4与元件间电极3A的接合部分产生的应力分散于补强用元件5与固定用底座7的接合部分。因此，能够抑制作用在热电元件4与元件间电极3A的接合部分的应力(尤其是作用于端部元件4C与端部电极3B的接合部分的应力)，能够可靠地维持热电元件4和与其接合的元件间电极3A之间的接合部分的接合强度。

需要说明的是，补强用元件5的配置及数量、与其相伴的结构不限于所述实施方式。例如，考虑以下所示的变形例1～5的图案。

[变形例1的说明]

基于图4～图6对变形例1的热电发电模块101进行说明。其中，对于与所述实施方式的热电发电模块1相同的结构，省略其说明(对于变形例2～5也是同样的情况)。

图4是热电发电模块101的主要部分的侧视图，图5是从图4中的箭头V方向看到的热电发电模块101的主要部分的平面剖视图，图6是从图4中的右方看到的热电发电模块101的主要部分的主视图。

在变形例1的热电发电模块101中，补强用元件5的配置以及与其相伴的结构的配置与所述实施方式的热电发电模块1不同。

热电发电模块101的端部元件4C设置在[第1行，第3列][第20行，第3列]，补强用元件5在比端部元件4C靠近引线6所引出的一侧的分区即[第2～3行，第2列][第18～19行，第2列]设有共计四个。

低温侧固定用底座7B遍及三个分区地设置为L形，高温侧固定用底座7A遍及两个分区地设置为带状。

端部电极3B遍及两个分区地设置为带状，引线6在[第1行，第1～2列][第20行，第1～2列]焊接于端部电极3B和高温侧固定用底座7A。

补强用图案8在柔性基板2的两个对置面上遍及[第3～18行，第1列]这十六个分区设置为带状。

[变形例2的说明]

基于图7～图9对变形例2的热电发电模块201进行说明。

图7是热电发电模块201的主要部分的侧视图，图8是从图7中的箭头VIII方向看到的热电发电模块201的主要部分的平面剖视图，图9是从图7中的右方看到的热电发电模块201的主要部分的主视图。

热电发电模块201的端部元件4C设置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，补强用元件5在比端部元件4C位于引线6所引出的一侧的分区即[第1行，第2～3列][第2行，第2列][第20行，第2～3列][第19行，第2列]设有共计六个。

低温侧固定用底座7B遍及两个分区地设置为带状。另一方面，在变形例2中，端部电极3B延伸，不存在高温侧固定用底座7A。在各端部电极3B连接有一个的端部元件4C和三个补强用元件5。各端部电极3B形成为T形而将它们连结。

引线6在[第1行，第1列][第20行，第1列]焊接于端部电极3B。因此，如图8所示，端部元件4C配置在引线6的焊接部与端部元件4C之间。

补强用图案8在柔性基板2的两个对置面上遍及[第3～18行，第1列]这十六个分区地设置为带状。

[变形例3的说明]

基于图10～图12对变形例3的热电发电模块301进行说明。

图10是热电发电模块301的主要部分的侧视图，图11是从图10中的箭头XI方向看到的热电发电模块301的主要部分的平面剖视图，图12是从图10中的右方看到的热电发电模块301的主要部分的主视图。

热电发电模块301的端部元件4C设置于[第1行，第4列][第20行，第4列]，补强用元件5在比端部元件4C位于引线6所引出的一侧的分区即[第1行，第2～3列][第3行，第2列][第20行，第2～3列][第18行，第2列]设有共计六个。

低温侧固定用底座7B遍及三个分区地设置为带状。在变形例3中，高温侧固定用底座7A与端部电极3B成为一体。在各端部电极3B连接有一个的端部元件4C和三个补强用元件5。各端部电极3B以将它们连结的方式形成为L形。

引线6在[第2行，第1列][第19行，第1列]焊接于端部电极3B。也就是说，引线6在端部元件4C的相邻的行焊接于端部电极3B。因此，如图11所示，端部元件4C配置在引线6的焊接部与端部元件4C之间。

补强用图案8在柔性基板2的两个对置面上遍及[第4～17行，第2列]这十四个区域地设置为带状。

[变形例4的说明]

基于图13～图15对变形例4的热电发电模块401进行说明。

图13是热电发电模块401的主要部分的侧视图，图14是从图13中的箭头XIV方向看到的热电发电模块401的主要部分的平面剖视图，图15是从图13中的右方看到的热电发电模块401的主要部分的主视图。

热电发电模块401的端部元件4C设置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，补强用元件5在比端部元件4C位于引线6所引出的一侧的分区即[第1行，第3列][第1～4及6行，第2列][第20行，第3列][第15及17～20行，第2列]设有共计十二个。

低温侧固定用底座7B遍及六个区域地设置为带状。在变形例4中，高温侧固定用底座7A与端部电极3B成为一体。在各端部电极3B连接有一个的端部元件4C和六个补强用元件5。各端部电极3B以将它们连结的方式形成为L形。

引线6在[第5行，第1列][第16行，第1列]焊接于端部电极3B。也就是说，引线6在端部元件4C的相邻的第四行焊接于端部电极3B。因此，如图14所示，在引线6的焊接部与端部元件4C之间配置有端部元件4C，并且端部元件4C配置为将引线6的焊接部夹在中间。

补强用图案8在柔性基板2的两个对置面上遍及[第7～14行，第2列]这八个分区地设置为带状。

[变形例5的说明]

基于图16～图18对变形例5的热电发电模块501进行说明。

图16是热电发电模块501的主要部分的侧视图，图17是从图16中的箭头XVII方向看到的热电发电模块501的主要部分的平面剖视图，图18是从图16中的右方看到的热电发电模块501的主要部分的主视图。

热电发电模块501的端部元件4C设置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，并且补强用元件5在比端部元件4C位于引线6所引出的一侧的分区即[第1行，第3列][第4及6行，第2列][第20行，第3列][第15及17行，第2列]设有共计六个。

低温侧固定用底座7B遍及六个分区而设置为带状。在变形例5中，高温侧固定用底座7A与端部电极3B成为一体。在各端部电极3B连接有一个端部元件4C和六个补强用元件5。各端部电极3B以将它们连结的方式形成为L形。

引线6在[第5行，第1列][第16行，第1列]焊接于端部电极3B。也就是说，引线6在端部元件4C的相邻的第4行焊接于端部电极3B。因此，如图17所示，在引线6的焊接部与端部元件4C之间配置有端部元件4C，并且端部元件4C配置为将引线6的焊接部夹在中间。

补强用图案8在柔性基板2的两个对置面上遍及[第7～14行，第2列]这八个分区设置为带状。

[变形例的效果]

在以上的变形例1～5中，补强用元件5的配置和引线的连接位置与所述实施方式不同，但是能够与所述实施方式同样地抑制作用在热电元件4与元件间电极3A的接合部分的应力，并且能够可靠地维持热电元件4和与其接合的元件间电极3A之间的接合部分的接合强度。

需要说明的是，本发明不限于前述实施方式和变形例，意在包括能够达成本发明目的范围内的变形、改良等。

例如，在所述实施方式及变形例中，使用热电元件4作为补强用元件5，但也可以使用与热电元件4具有大致相同的热物理性质和形状的代替部件。

在所述实施方式及变形例中，补强用元件5为不进行发电的结构，但只要是即使在补强用元件5从固定用底座7剥离的情况下热电元件4也能够进行发电的结构即可，补强用元件5可以是对发电进行辅助的结构。

工业实用性

本发明能够在将废热再生为电能的再生装置中使用。

附图标记说明

1、101、201、301、401、501…热电发电模块；2…柔性基板；2C…冷却面；2H…加热面；3A…元件间电极；4…热电元件；5…补强用元件(补强部件)；6…引线；7…固定用底座；8…补强用图案。

Claims (5)

1.一种热电发电模块，在正反面的一方设有冷却面，在另一方设有加热面，该热电发电模块的特征在于，具备：

多个热电元件；

一对柔性基板，其夹持所述热电元件而形成所述冷却面和所述加热面；

多个元件间电极，其设置在所述柔性基板的彼此的对置面上而将所述热电元件电连接；

引线，其与连接有位于电气排列的端部的热电元件的元件间电极电连接；

补强部件，其安装在所述柔性基板之间；

所述补强部件比位于所述端部的热电元件设置在所述引线所引出的一侧。

2.根据权利要求1所述的热电发电模块，其特征在于，

所述补强部件具有与所述热电元件大致相同的热物理性质和形状。

3.根据权利要求2所述的热电发电模块，其特征在于，

所述补强部件与所述热电元件是同一元件。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的热电发电模块，其特征在于，

具备固定用底座和补强用图案中的至少任一个，所述固定用底座在所述柔性基板的对置面上向与所述引线交叉的方向延伸且固定有所述补强部件，所述补强用图案在所述柔性基板的对置面上向与所述引线交叉的方向延伸并且与所述补强部件独立。

5.根据权利要求4所述的热电发电模块，其特征在于，

所述固定用底座和所述补强用图案由一个导体与所述元件间电极一起形成。