JP2000286463A - Thermoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から熱起電力
を取り出したり、電流を流してモジュール端面を加熱し
たり冷却したりするのに利用される熱電変換モジュール
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion module used to extract a thermoelectromotive force from a heat source or to heat or cool an end face of a module by applying a current.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ｐ型とｎ型の熱電素子（熱電半導体）が
電気的に接合した接合部を持つ熱電（変換）素子対にお
いて、接合部を高温にしかつ熱電素子の他方を低温にす
ると、温度差に応じた熱起電力が発生する現象があり、
これをゼーベック効果と称している。2. Description of the Related Art In a thermoelectric (conversion) element pair having a junction in which p-type and n-type thermoelectric elements (thermoelectric semiconductors) are electrically joined, when the junction is heated to a high temperature and the other thermoelectric element is cooled to a low temperature, There is a phenomenon that thermoelectromotive force is generated according to the temperature difference,
This is called the Seebeck effect.
【０００３】また、上記熱電素子対において、一方の熱
電素子から他方の熱電素子に電流を流すと、一方の接合
部では熱を吸収し、他方では熱を発生する現象があり、
これをペルチェ効果と称している。Also, in the above-mentioned thermoelectric element pair, when a current flows from one thermoelectric element to the other thermoelectric element, there is a phenomenon that one junction absorbs heat and the other generates heat.
This is called the Peltier effect.
【０００４】さらに、ｐ型またはｎ型の熱電素子の一方
を高温にしかつ他方を低温にして温度勾配に沿って電流
を流すと、電流の方向によって熱電素子の内部で熱の吸
収または発生を生じる現象があり、これをトムソン効果
と称している。Further, when a current is caused to flow along a temperature gradient by setting one of the p-type or n-type thermoelectric elements to a high temperature and the other to a low temperature, heat is absorbed or generated inside the thermoelectric element depending on the direction of the current. There is a phenomenon, which is called the Thomson effect.
【０００５】このような効果を利用した熱電変換装置
は、振動・騒音・摩耗等を生じる可動部分が全くなく、
構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保守が容易である
という特長をもった簡略化されたエネルギー直接変換装
置となりうるものである。そして、このような熱電変換
装置は、ｐ型とｎ型の熱電素子が電気的に接続した構成
の熱電素子対を１対以上そなえており、素子対接合部は
ｐ型およびｎ型熱電素子同士が直接電気的に接続した構
成、あるいは、ｐ型熱電素子と電極とｎ型熱電素子とが
電気的に（すなわち、間接的に）接続した構成をとるの
が普通である。A thermoelectric conversion device utilizing such an effect has no moving parts that cause vibration, noise, wear, etc.
The present invention can be a simplified energy direct conversion device having features of simple structure, high reliability, long life, and easy maintenance. Such a thermoelectric conversion device includes at least one thermoelectric element pair having a configuration in which p-type and n-type thermoelectric elements are electrically connected, and an element pair junction is formed between the p-type and n-type thermoelectric elements. Are generally electrically connected, or the p-type thermoelectric element and the electrode are electrically (ie, indirectly) connected to the n-type thermoelectric element.
【０００６】このような構成の熱電変換装置には、熱電
素子対の両端に設定した温度差に依存して起電力を取り
出す前記ゼーベック効果を利用した熱電発電装置や、両
端に印加した電圧に依存して温度差を生じさせることに
より、一端を冷却する前記ペルチェ効果を利用した熱電
冷却装置がある。The thermoelectric converter having such a configuration includes a thermoelectric generator utilizing the Seebeck effect for extracting an electromotive force depending on a temperature difference set between both ends of a thermoelectric element pair, and a thermoelectric generator which depends on a voltage applied to both ends. There is a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect in which one end is cooled by generating a temperature difference.
【０００７】従来の熱電変換モジュールとしては、例え
ば、特開平５−４１５４３号公報の図３に示すペルチェ
効果を利用した熱電冷却装置用のモジュールがある。こ
のモジュールは、アルミナセラミックスなどの熱伝導性
が良好な絶縁材料からなる２枚の正方形の熱交換基板の
間に複数の熱電素子を配置して挾持した構造を有するも
のである。そして、この場合の熱交換基板は、熱交換性
能を向上させる機能を有するだけでなく、製造時に電極
をパターニングして保持する基板として機能し、電極と
熱電素子のハンダ付け工程を容易にする働きがある。As a conventional thermoelectric conversion module, for example, there is a module for a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect shown in FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41543. This module has a structure in which a plurality of thermoelectric elements are arranged and sandwiched between two square heat exchange substrates made of an insulating material having good thermal conductivity such as alumina ceramics. In this case, the heat exchange substrate not only has a function of improving heat exchange performance, but also functions as a substrate for patterning and holding electrodes during manufacturing, and facilitates a soldering process of the electrodes and the thermoelectric element. There is.
【０００８】また、別のモジュール構成として、例え
ば、米国特許第４，６１１，０８９号明細書には、熱電
素子を２次元的に配置し、高温端および低温端の平面形
状がほぼ正方形をなすようにした熱電変換モジュールが
開示されている。この熱電変換モジュールでは、縦横に
格子状をなす絶縁ホルダーにより熱電素子を２次元的に
配置して保持するようにしている。As another module configuration, for example, in US Pat. No. 4,611,089, thermoelectric elements are two-dimensionally arranged, and the high-temperature end and the low-temperature end have a substantially square planar shape. A thermoelectric conversion module configured as described above is disclosed. In this thermoelectric conversion module, thermoelectric elements are two-dimensionally arranged and held by insulating holders having a lattice shape in the vertical and horizontal directions.
【０００９】この熱電変換モジュールでは、高温端と低
温端との間で発生する温度差に起因する熱応力を絶縁ホ
ルダーによって緩和することができ、強度の低い熱電素
子や高さの高い熱電素子の場合に熱電素子の破壊を避け
るのに好適な構成である。また、両端面が正方形である
モジュールは、上述した設置時の機械的圧力や振動に対
しても強度が高い特徴がある。In this thermoelectric conversion module, the thermal stress caused by the temperature difference generated between the high-temperature end and the low-temperature end can be reduced by the insulating holder. In this case, the configuration is suitable for avoiding the destruction of the thermoelectric element. In addition, a module having square ends is characterized by high strength against mechanical pressure and vibration during installation as described above.
【００１０】一般的に、モジュール内に設置された熱電
素子は、高温端と低温端の電極によって電気的に直列に
接続されており、モジュールから発電出力を取り出すた
めに、両端の熱電素子の低温端部分からメッシュやより
線を用いたリード線が接続されている。そして、複数の
熱電変換モジュールを電気的に接続する場合は、各モジ
ュールのリード線をハンダ付けするかあるいは圧着する
ことによって結線することとなる。In general, thermoelectric elements installed in a module are electrically connected in series by electrodes at a high-temperature end and a low-temperature end. A lead wire using a mesh or a stranded wire is connected from an end portion. When a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, they are connected by soldering or crimping the lead wires of each module.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記の熱電変換モジュ
ールは、セラミックス製の絶縁性基板や絶縁ホルダーに
より熱電素子対が固定されている構成であるため、曲線
を有する熱源に設置して発電させたい場合や、曲面部材
を冷却したい場合などには、あらかじめ設置する部材の
形状に合わせたモジュール端面形状を形成するか、熱電
変換モジュールを設置する部材の方を平面に加工する必
要があった。The above-described thermoelectric conversion module has a configuration in which a thermoelectric element pair is fixed by a ceramic insulating substrate or an insulating holder. Therefore, the thermoelectric conversion module should be installed in a curved heat source to generate power. In such a case or when it is desired to cool a curved surface member, it is necessary to form a module end surface shape in accordance with the shape of a member to be installed in advance, or to process a member for installing a thermoelectric conversion module into a flat surface.
【００１２】また、平坦面であっても大面積の設置部材
に熱電変換モジュールを設置する場合、モジュール端面
が大面積の熱電変換モジュールを使用すると、設置部材
とモジュール端面の接触圧力が均一となるように設置す
ることは困難であるため、モジュール端面の一部分が設
置部材と接触しないなどにより熱伝達効率が低下するこ
ととなる。Further, when the thermoelectric conversion module is installed on an installation member having a large area even on a flat surface, the contact pressure between the installation member and the module end surface becomes uniform when the thermoelectric conversion module having a large module end surface is used. Since it is difficult to install the module in such a manner, the heat transfer efficiency is reduced because a part of the module end face does not contact the installation member.
【００１３】例えば、熱電発電装置の場合は、一様な設
置圧力のもので設置するために、数十ｋｇｆ／ｃｍ2以
上の圧力が必要とされているので、大面積のモジュール
では、モジュール部分よりもはるかに大掛かりな押し付
けバネ機構を具備した装置になってしまうことになる。For example, in the case of a thermoelectric generator, a pressure of several tens kgf / cm 2 or more is required in order to install the thermoelectric generator at a uniform installation pressure. This results in a device having a much larger pressing spring mechanism than that.
【００１４】装置全体を小さくし、熱伝達効率を向上さ
せるには、モジュール端面と設置部材面の両方の平面度
と平滑度を向上させることが必要であるが、大面積にわ
たって高い精度の平面度と平滑度を達成することは、非
常に困難である。また、使用時のモジュール両端面の温
度差が大きい場合は、温度差に起因してモジュールが反
ってしまうことにより、設置部材から浮いてしまう部分
が生じて熱伝達効率が低下する。そして、熱伝達効率の
低い部分が生じると、その箇所での発電性能や冷却性能
が低下する問題となる。In order to reduce the overall size of the apparatus and improve the heat transfer efficiency, it is necessary to improve the flatness and smoothness of both the module end face and the installation member face. It is very difficult to achieve smoothness. In addition, when the temperature difference between both end surfaces of the module during use is large, the module is warped due to the temperature difference, so that a portion floating from the installation member is generated, and the heat transfer efficiency is reduced. Then, when a portion having low heat transfer efficiency is generated, there is a problem that the power generation performance and the cooling performance at that portion are reduced.
【００１５】一方、比較的モジュール両端の面積が小さ
い熱電変換モジュールを多数設置する場合は、一般的に
モジュールの反りを小さくすることが可能であるが、モ
ジュール間の電気的接続を良好なものにしながら、数十
〜数百個のモジュールを設置することはきわめて煩雑に
なる問題がある。On the other hand, when a large number of thermoelectric conversion modules having relatively small areas at both ends of the module are installed, it is generally possible to reduce the warpage of the modules, but to improve the electrical connection between the modules. However, there is a problem that installing several tens to several hundreds of modules becomes extremely complicated.
【００１６】[0016]
【発明の目的】本発明は上記課題を解決し、曲面の部材
にも容易に設置することができ、設置部材と熱電素子端
面との熱伝達効率が良好で、冷却性能あるいは発電性能
に優れた熱電変換モジュールを提供し、さらには、大面
積の部材にも設置しやすく、熱電変換モジュールの設置
を簡便に行うことができる熱電変換モジュールを提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to be able to be easily installed on a member having a curved surface, to have good heat transfer efficiency between the installation member and the end face of the thermoelectric element, and to have excellent cooling performance or power generation performance. An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module, and further to provide a thermoelectric conversion module that can be easily installed on a member having a large area and can be easily installed.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明による熱電変換モ
ジュールは、請求項１に記載しているように、ｐ型とｎ
型の熱電素子が高温端および低温端に形成された電極に
より電気的に接続された熱電素子対が複数配置された熱
電変換モジュールにおいて、少なくともｐ型とｎ型の熱
電素子一対からなり、熱電素子の高温端および低温端に
形成された電極により電気的に直列に接続され、電気的
な両端であるｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力
端子が形成された熱電素子対と、複数の熱電素子対の低
温端あるいは高温端側を接着した電気絶縁性のフィルム
をそなえ、隣接する熱電素子対の側面間は接着されてい
ない構成のものとしたことを特徴としている。A thermoelectric conversion module according to the present invention has a p-type and an n-type.
A thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric element pairs of which thermoelectric elements are electrically connected by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, the thermoelectric element includes at least a pair of p-type and n-type thermoelectric elements. A pair of thermoelectric elements electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end of each of the p-type and n-type thermoelectric elements, each of which has an output terminal on one end face; In addition, a plurality of thermoelectric element pairs are provided with an electrically insulating film bonded to a low-temperature end or a high-temperature end side, and the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs are not bonded.
【００１８】そして、本発明による熱電変換モジュール
においては、請求項２に記載しているように、電気絶縁
性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシート、あるい
は、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟なフィルムで
あるものとすることができる。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 2, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polymer film, a rubber sheet, or a gel-like sheet. Film.
【００１９】さらに、本発明による熱電変換モジュール
においては、請求項３に記載しているように、熱電素子
対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型の熱電素子が
交互に一列に配列し、熱電素子の高温端および低温端に
形成された電極により電気的に直列に接続され、熱電素
子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電素子の低温端
側に出力端子が形成された熱電素子対をそなえたものと
なすことができる。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 3, at least two thermoelectric element pairs are provided, and p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line. An output terminal is formed on the low-temperature end side of the p-type and n-type thermoelectric elements that are electrically connected in series by electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end of the thermoelectric element, and are located at both ends of the thermoelectric element pair row. And a thermoelectric element pair.
【００２０】さらにまた、本発明による熱電変換モジュ
ールにおいては、請求項４に記載しているように、隣接
する熱電素子対の出力端子同士は、線状あるいはメッシ
ュ状の結線で接続されているものとすることができる。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 4, the output terminals of adjacent thermoelectric element pairs are connected by a wire or mesh connection. It can be.
【００２１】さらにまた、本発明による熱電変換モジュ
ールにおいては、請求項５に記載しているように、電気
絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、シリコーン
ゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシートのうちか
ら選ばれる柔軟なフィルムであるものとすることができ
る。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 5, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polyimide film, a silicone rubber sheet, and a silicone gel sheet. Film.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の熱電変換モジュールは、
電気絶縁性のフィルム上に、両端面の面積が比較的小さ
い熱電素子対がこの熱電素子対の高温端面あるいは低温
端面側を接着することによって、複数個配置したもので
あり、隣接する熱電素子対とは、熱電素子対の側面部分
において互いに接着されていないものとしている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric conversion module according to the present invention
A plurality of thermoelectric element pairs having relatively small both end surfaces are arranged on an electrically insulating film by bonding the high-temperature end surface or the low-temperature end surface side of the thermoelectric element pair. Means that the thermoelectric element pairs are not bonded to each other at the side surface portions.
【００２３】高温熱源部材あるいは冷却部材の表面や放
熱部材の表面などに、電気絶縁性のフィルムのうち熱電
素子対が接着されていない裏面側を接着することによ
り、本発明の熱電変換モジュールを至極く簡便に設置す
ることができる。The thermoelectric conversion module of the present invention is ultimately formed by bonding the back surface of the electrically insulating film, to which the thermoelectric element pair is not bonded, to the surface of a high-temperature heat source member, a cooling member, or the surface of a heat radiating member. It can be installed easily and easily.
【００２４】例えば、熱電発電装置の場合、熱電素子対
の低温端面が電気絶縁性のフィルムに接着された構成の
熱電変換モジュールとしてこの熱電変換モジュールにお
けるフィルム裏面を冷却ジャケットの表面に貼り、熱電
素子対の高温端面が高温熱源と接触するように熱電変換
モジュールを挟み込んだ状態で冷却ジャケットを熱源に
取り付けることにより、発電効率の高い熱電発電装置を
得ることができる。For example, in the case of a thermoelectric generator, a thermoelectric conversion module having a configuration in which a low-temperature end face of a thermoelectric element pair is adhered to an electrically insulating film is attached to the back surface of the film in the thermoelectric conversion module on the surface of a cooling jacket. By attaching the cooling jacket to the heat source while sandwiching the thermoelectric conversion module so that the high-temperature end faces of the pair are in contact with the high-temperature heat source, a thermoelectric generator with high power generation efficiency can be obtained.
【００２５】また、２００℃程度までの比較的低温の熱
源部材の場合は、熱電素子対の高温端面が接着された電
気絶縁性のフィルムを熱源部材に貼付し、熱電素子対の
低温端側に冷却部材を接触させた熱電発電装置とするこ
ともできる。In the case of a relatively low-temperature heat source member up to about 200 ° C., an electrically insulating film to which the high-temperature end face of the thermoelectric element pair is adhered is attached to the heat source member, and the thermoelectric element pair is attached to the low-temperature end side. A thermoelectric generator with a cooling member in contact may also be used.
【００２６】さらにまた、本発明の熱電変換モジュール
に電流を流して冷却や保温を行う場合、熱電素子対が接
着された電気絶縁性のフィルムを所望の部材に貼付して
電流を流すことにより、その部材を冷却したり暖めたり
することも容易にできる。Further, in the case where cooling or heat retention is performed by applying an electric current to the thermoelectric conversion module of the present invention, an electric insulating film to which a thermoelectric element pair is adhered is attached to a desired member and an electric current is applied. The member can be easily cooled or heated.
【００２７】熱電素子対における最適な対数は、熱電素
子端面の面積や発電出力や冷却制御電流などの要求性
能、熱電素子材料、モジュールが設置される温度条件な
どに依存するので、本発明は熱電素子の対数に限定され
るものではない。The optimum logarithm of the thermoelectric element pair depends on the required area such as the area of the end face of the thermoelectric element, the power generation output and the cooling control current, the thermoelectric element material, and the temperature condition at which the module is installed. It is not limited to the logarithm of the element.
【００２８】また、本発明は、熱電素子対の高温端面か
ら低温端面までの熱電素子対の高さにも限定されるもの
ではない。しかし、熱電素子対の高温端面あるいは低温
端面の面積は２０ｃｍ2以下であるものとすることが好
ましい。すなわち、２０ｃｍ2より大きい場合は、熱電
変換モジュールの柔軟性が低下するので好ましくない。The present invention is not limited to the height of the thermoelectric element pair from the high-temperature end face to the low-temperature end face of the thermoelectric element pair. However, it is preferable that the area of the high-temperature end face or the low-temperature end face of the thermoelectric element pair be 20 cm 2 or less. That is, if it is larger than 20 cm 2 , the flexibility of the thermoelectric conversion module decreases, which is not preferable.
【００２９】さらに、熱電素子対は、ｐ型とｎ型の熱電
素子が交互に一列に配置され、熱電素子の高温端面およ
び低温端面に形成された電極により電気的に直列に接続
されたライン状の熱電変換モジュールの形態とすること
もできる。Further, the thermoelectric element pair is a line-shaped thermoelectric element in which p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line, and are electrically connected in series by electrodes formed on the high-temperature end face and the low-temperature end face of the thermoelectric element. Of the thermoelectric conversion module described above.
【００３０】そして、熱電素子対のうち熱電素子の側面
は、ガラス接着層などの電気絶縁層が形成されているも
のとすることもできるし、セラミックス製のハニカム材
などの枠材に形成した孔の中に熱電素子を設置した構成
のものとすることもできる。しかしながら、隣接する熱
電素子対同士は、熱電素子対の側面同士が接着されてい
ない構成のものとしている。The side of the thermoelectric element of the thermoelectric element pair may be provided with an electric insulating layer such as a glass adhesive layer or a hole formed in a frame material such as a ceramic honeycomb material. It is also possible to adopt a configuration in which a thermoelectric element is installed in the inside. However, adjacent thermoelectric element pairs have a configuration in which the side surfaces of the thermoelectric element pairs are not bonded to each other.
【００３１】隣接する熱電素子対同士の電気的接続は、
熱電素子対列の両端の熱電素子の端面に形成された出力
端子同士を線状あるいはメッシュ状の結線を用いて接続
することにより行い、ハンダ付けや圧着、溶接などの公
知の方法を使用することができる。The electrical connection between adjacent thermoelectric element pairs is as follows:
The output terminals formed on the end faces of the thermoelectric elements at both ends of the thermoelectric element pair are connected to each other using a wire or mesh connection, and a known method such as soldering, crimping, or welding is used. Can be.
【００３２】熱電素子対間の電気的接続工程は、本発明
による熱電変換モジュールを使用対象となる設置部材の
表面に貼付して設置した後に結線して行うようになすこ
ともできる。The electrical connection step between the thermoelectric element pairs may be performed by attaching the thermoelectric conversion module according to the present invention to the surface of the installation member to be used and then connecting the thermoelectric conversion module.
【００３３】電気絶縁性のフィルムとしては、高分子フ
ィルム、ゴムシート、あるいは、ゲル状シートなどを使
用することができる。そして、このうち、高分子フィル
ムとしては、例えば、中高密度ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセテー
ト、テトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリアミ
ド（ナイロン）、３フッ化エチレンなどのフィルムが挙
げられる。As the electrically insulating film, a polymer film, a rubber sheet, a gel sheet, or the like can be used. Among them, examples of the polymer film include films of medium-density polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyimide, triacetate, tetrafluoroethylene, polyester, polyamide (nylon), and trifluorethylene.
【００３４】また、ゴムシートとしては、例えば、シリ
コーンゴム、フッ化ビニリンデン系などのフッ素系ゴ
ム、アクリルゴム、ブチルゴムなどのシート材が挙げら
れる。Examples of the rubber sheet include sheet materials such as silicone rubber, fluorine rubber such as vinylidene fluoride, acrylic rubber and butyl rubber.
【００３５】さらに、ゲル状シートとしては、例えば、
シリコーンゲルシートや高分子吸収ゲルなどのシートな
どが挙げられる。Further, as a gel-like sheet, for example,
Sheets such as a silicone gel sheet and a polymer absorption gel are exemplified.
【００３６】そして、例えば、所望の幅のポリイミドテ
ープ上にライン型の熱電素子対を複数設置した熱電変換
テープとすることもでき、あるいはまた、設置部材の平
滑度が低い場合や曲面の場合、電気絶縁性のフィルムと
して弾性が大きい例えば０．５〜数ｍｍのシリコーンゴ
ムシートやシリコーンゲルシートを使用することによ
り、設置部材と電気絶縁性のフィルムとの密着性を向上
させるようになすこともできる。For example, a thermoelectric conversion tape in which a plurality of line-type thermoelectric element pairs are installed on a polyimide tape having a desired width can be used. Alternatively, when the installation member has low smoothness or a curved surface, By using a silicone rubber sheet or silicone gel sheet having a large elasticity, for example, 0.5 to several mm as the electrically insulating film, the adhesion between the installation member and the electrically insulating film can be improved. .
【００３７】また、例えば、吸水性が強い高分子吸収ゲ
ルシートを使用し、熱電素子対に通電してペルチェ効果
を利用することにより、ゲルの吸水量を制御して精密な
温度制御を行う装置に組み込むようになすこともでき
る。Further, for example, by using a polymer-absorbing gel sheet having strong water absorption and applying a current to the thermoelectric element pair to utilize the Peltier effect, an apparatus for controlling the amount of water absorption of the gel and precisely controlling the temperature is provided. It can also be incorporated.
【００３８】電気絶縁性のフィルムは、上記に挙げた単
体材料に熱伝導性を向上させる目的や、機械的な強度を
向上する目的、弾性を制御する目的、耐熱性を向上する
目的などで、粒状や繊維状のフィラーを混入したコンポ
ジット材料のフィルムやシートとすることもできる。The electrically insulating film is used for the purpose of improving the thermal conductivity, improving the mechanical strength, controlling the elasticity, improving the heat resistance, etc. of the above-mentioned single materials. A film or sheet of a composite material mixed with a granular or fibrous filler can also be used.
【００３９】さらに、２層のフィルムとすることもで
き、また、電気絶縁性のフィルムの両面には、熱電素子
対やモジュールの設置部材との接着工程を簡便にするた
め、あらかじめ接着剤を塗布したり吹き付けたりしてお
いたものとすることもできる。Further, a two-layer film can be used, and an adhesive is applied to both sides of the electrically insulating film in advance to simplify the process of adhering to the thermoelectric element pair and the installation member of the module. It can also be done or sprayed.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明による熱電変換モジュールでは、
請求項１に記載しているように、ｐ型とｎ型の熱電素子
が高温端および低温端に形成された電極により電気的に
接続された熱電素子対が複数配置された熱電変換モジュ
ールにおいて、少なくともｐ型とｎ型の熱電素子一対か
らなり、熱電素子の高温端および低温端に形成された電
極により電気的に直列に接続され、電気的な両端である
ｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力端子が形成さ
れた熱電素子対と、複数の熱電素子対の低温端あるいは
高温端側を接着した電気絶縁性のフィルムをそなえ、隣
接する熱電素子対の側面間は接着されていないものとし
たから、電気絶縁性のフィルムをそなえていると共に隣
接する熱電素子対の側面間は接着されていないものとし
ていることにより平面のみならず曲面の部材にも容易に
設置することができ、設置部材と熱電素子端面との熱伝
達効率が良好で、冷却性能や発電性能に優れた熱電変換
モジュールを提供することができ、大面積の部材にも設
置しやすく、熱電変換モジュールの設置を簡便に行うこ
とができるようになるという著しく優れた効果がもたら
される。According to the thermoelectric conversion module of the present invention,
As described in claim 1, in a thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric element pairs in which p-type and n-type thermoelectric elements are electrically connected by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, At least a pair of p-type and n-type thermoelectric elements, each of which is electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end of the thermoelectric element, and each of the p-type and n-type thermoelectric elements, which are electric ends, A thermoelectric element pair having an output terminal formed on one end face and an electrically insulating film in which the low-temperature end or high-temperature end side of the plurality of thermoelectric element pairs are bonded, and the side faces of adjacent thermoelectric element pairs are bonded. Because it is not provided, it has an electrically insulating film and is not bonded between the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs, so that it can be easily installed not only on flat surfaces but also on curved members. so The heat transfer efficiency between the installation member and the end face of the thermoelectric element is good, and it is possible to provide a thermoelectric conversion module excellent in cooling performance and power generation performance. A remarkably excellent effect that it can be easily performed is provided.
【００４１】そして、請求項２に記載しているように、
電気絶縁性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシー
ト、あるいは、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟な
フィルムであるものとすることによって、対象とする設
置部材への熱電変換モジュールの設置を至極簡便に行う
ことが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。And, as described in claim 2,
The electrically insulating film is a flexible film selected from a polymer film, a rubber sheet, or a gel sheet, making it extremely easy to install the thermoelectric conversion module on the target installation member. This is a very excellent effect that it is possible to perform
【００４２】さらに、請求項３に記載しているように、
熱電素子対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型の熱
電素子が交互に一列に配列し、熱電素子の高温端および
低温端に形成された電極により電気的に直列に接続さ
れ、熱電素子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電素
子の低温端側に出力端子が形成された熱電素子対をそな
えたものとすることによって、熱電素子端面の面積や発
電出力や冷却制御電流などの要求性能，素子材料，モジ
ュールが設置される温度条件などに対応して必要対数の
熱電変換モジュールを簡便に設置することが可能になる
という著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 3,
The thermoelectric element pair includes at least two pairs, and p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line, and are electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end of the thermoelectric element. By providing a thermoelectric element pair having an output terminal formed on the low-temperature end side of the p-type and n-type thermoelectric elements located at both ends of the pair row, the area of the thermoelectric element end face, the power generation output, and the cooling control current are provided. A remarkably excellent effect is obtained in that it is possible to easily install a required number of logarithmic thermoelectric conversion modules in accordance with the required performance such as the element material, the temperature condition at which the module is installed, and the like.
【００４３】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、隣接する熱電素子対の出力端子同士は、線状あるい
はメッシュ状の結線で接続されているものとすることに
よって、所要の発電出力や冷却制御電流などの要求性能
に合わせた熱電発電装置や熱電冷却装置を提供すること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 4, the output terminals of adjacent thermoelectric element pairs are connected to each other by a wire-like or mesh-like connection, so that a required power generation output is obtained. And a thermoelectric generator and a thermoelectric cooler that meet the required performances such as cooling current and cooling control current.
【００４４】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、電気絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、シ
リコーンゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシート
のうちから選ばれる柔軟なフィルムであるものとするこ
とによって、適宜の柔軟性を有する熱電変換モジュール
とすることが可能であって、設置部材への熱電変換モジ
ュールの設置を至極く簡便に行うことが可能になるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 5, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polyimide film, a silicone rubber sheet, and a silicone gel sheet. In addition, a thermoelectric conversion module having appropriate flexibility can be obtained, and a remarkably excellent effect that the thermoelectric conversion module can be installed on the installation member extremely easily can be obtained.
【００４５】[0045]
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこのような実施例のみに限定されないこ
とはいうまでもない。Embodiments of the present invention will be described in detail below, but it goes without saying that the present invention is not limited to only such embodiments.
【００４６】（実施例１）２枚の炭素板の間に、ｐ型お
よびｎ型のＳｉ−Ｇｅ系熱電素子（熱電半導体）原料粉
末をそれぞれ別々に詰めてホットプレス焼結し、これに
より得た各々の焼結体を切断して、端面が３．５ｍｍ角
で高さが５．０ｍｍであって両端に炭素層が形成された
ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を得た。(Example 1) Raw material powders of p-type and n-type Si-Ge-based thermoelectric elements (thermoelectric semiconductors) were separately filled between two carbon plates, and hot-pressed and sintered. Was cut to obtain a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element each having a 3.5 mm square end face, a 5.0 mm height, and carbon layers formed at both ends.
【００４７】次いで、図１に示すように、ｐ型熱電素子
２ｐおよびｎ型熱電素子２ｎの９対計１８本を交互に絶
縁性ガラス接着層３を介し接着することによって熱電素
子２ｐ，２ｎが連なった熱電素子列１列を形成したの
ち、熱電素子２ｐ，２ｎの炭素層が付いた両端を研磨し
て素子高さを調整したあと、全素子２ｐ，２ｎが電気的
に直列となるように、熱電素子２ｐ，２ｎの両端に導電
性接着層（ろう材層）４を介してＭｏ製の高温端電極５
ｈおよび低温端電極５ｌをろう付けにより接合した。Then, as shown in FIG. 1, nine thermoelectric elements 2p and 2n of the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n are alternately bonded via the insulating glass bonding layer 3 to form the thermoelectric elements 2p and 2n. After one continuous thermoelectric element row is formed, both ends of the thermoelectric elements 2p and 2n with the carbon layer are polished to adjust the element height, and then all the elements 2p and 2n are electrically connected in series. , A high-temperature end electrode 5 made of Mo at both ends of the thermoelectric elements 2 p and 2 n via a conductive adhesive layer (brazing material layer) 4.
h and the low-temperature end electrode 51 were joined by brazing.
【００４８】同時に、熱電素子列の両端に位置する熱電
素子２ｐ，２ｎの低温端の出力端子６であるＭｏ製のリ
ード端電極の先端にはＣｕメッシュ７をろう付けにより
接合することによってライン型熱電素子対１を得た。At the same time, a Cu mesh 7 is joined by brazing to the tip of an Mo lead end electrode, which is the output terminal 6 at the low temperature end of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element row. Thermoelectric element pair 1 was obtained.
【００４９】次に、図２に示すように、５０本のライン
型熱電素子対１を隣接する熱電素子対１の側面と一定の
間隔を開けて、これら熱電素子対１の低温端面が柔軟性
のある電気絶縁性のフィルム１０であるシリコーンゲル
シートに接着するように貼付し、シート面で７０ｍｍ×
２００ｍｍ、モジュールの厚みが６ｍｍの熱電変換モジ
ュール１１を形成した。Next, as shown in FIG. 2, 50 line-type thermoelectric element pairs 1 are spaced apart from the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs 1 by a certain distance, and the low-temperature end faces of these thermoelectric element pairs 1 are flexible. Is attached so as to adhere to a silicone gel sheet which is an electrically insulating film 10 having a thickness of 70 mm ×
The thermoelectric conversion module 11 having a thickness of 200 mm and a module thickness of 6 mm was formed.
【００５０】次に、この熱電変換モジュール１１を図３
に示すような熱電発電装置１３に組付けて発電テストを
行った。この熱電発電装置１３は、ガスタービンからの
燃焼排ガスを導入できるガス流通路１４ａを有するステ
ンレス鋼製の加熱板１４と、冷却水導入管１５Ａを介し
て冷却水が導入できると共に冷却水排出管１５Ｂを介し
て冷却水が排出できるＣｕ製の冷却板１５とが積層され
た熱交換器型の構成を有するもので、図２に示した熱電
変換モジュール１１は各加熱板１４と冷却板１５との間
に設置される。Next, this thermoelectric conversion module 11 is shown in FIG.
A power generation test was performed by assembling the thermoelectric generator 13 as shown in FIG. The thermoelectric generator 13 has a stainless steel heating plate 14 having a gas flow passage 14a through which combustion exhaust gas from a gas turbine can be introduced, cooling water can be introduced through a cooling water introduction pipe 15A, and a cooling water discharge pipe 15B. 2 has a heat exchanger type configuration in which a cooling plate 15 made of Cu, from which cooling water can be discharged, is provided. The thermoelectric conversion module 11 shown in FIG. It is installed in between.
【００５１】そして、この場合、冷却板１５の表面に接
着剤を塗布して、前記熱電交換モジュール１１を冷却板
１５の各面につき２個づつ、排ガス流方向とライン型熱
電素子対１の列とが平行となるように電気絶縁性のフィ
ルム１０の裏面を冷却板１５の表面に接着することによ
り設置した。そして、熱電発電装置１３の全体として
は、８モジュールを設置した構成とした。In this case, an adhesive is applied to the surface of the cooling plate 15, and two of the thermoelectric exchange modules 11 are provided for each surface of the cooling plate 15, and the exhaust gas flow direction and the row of the line type thermoelectric element pairs 1 are arranged. Were attached by bonding the back surface of the electrically insulating film 10 to the front surface of the cooling plate 15 so that the surface was parallel. And the whole thermoelectric generator 13 was set as the structure which installed eight modules.
【００５２】その後、各熱電変換モジュール１１の電気
絶縁性のフィルム１０上に接着されている熱電素子対１
の出力端子６において、隣接する出力端子６同士をＣｕ
より線を介しハンダ付けすることによって、各モジュー
ル内で５０本の熱電素子対１を電気的に直列に接続し
た。Thereafter, the thermoelectric element pair 1 bonded on the electrically insulating film 10 of each thermoelectric conversion module 11
Among the output terminals 6 of FIG.
By soldering via stranded wires, 50 thermoelectric element pairs 1 were electrically connected in series in each module.
【００５３】一方、加熱板１４の表面は、ホワイトアル
ミナを溶射により厚さ１００μｍで成膜した後に表面を
研磨して仕上げ、熱電変換モジュール１１の高温端電極
面が加熱板１４のホワイトアルミナ膜表面に接触するよ
うに冷却板１５を設置したあと、冷却板１５の上部から
圧力１ＭＰａをかけて押さえつけ、高温排ガスと冷却水
とを導入して発電した。On the other hand, the surface of the heating plate 14 is formed by spraying white alumina to a thickness of 100 μm by thermal spraying, and then polishing and finishing the surface. After the cooling plate 15 was installed so as to contact with the cooling plate 15, pressure was applied from above the cooling plate 15 by applying a pressure of 1 MPa, and high-temperature exhaust gas and cooling water were introduced to generate power.
【００５４】発電電圧電流は、各モジュールごとに外部
負荷を接続して測定したところ、５００℃の排ガスを導
入した場合の最大発電出力は平均４５Ｗであり、各モジ
ュールにおける発電出力のばらつきは±１０％以内で安
定していた。The generated voltage and current were measured by connecting an external load to each module. When the exhaust gas at 500 ° C. was introduced, the maximum generated output was 45 W on average, and the variation of the generated output in each module was ± 10%. It was stable within%.
【００５５】また、６５０℃の排ガスを導入した場合
も、押し付け圧力１ＭＰａで発電出力のばらつきは±１
０％以内で安定していた。そしてまた、押し付け圧力を
４ＭＰａに増加しても、発電出力の増加は認められなか
った。Also, when exhaust gas at 650 ° C. is introduced, the variation in power generation output is ± 1 at a pressure of 1 MPa.
It was stable within 0%. Further, even if the pressing pressure was increased to 4 MPa, no increase in the power generation output was observed.
【００５６】この様に、本発明による熱電変換モジュー
ル１１を使用することによって、熱電素子列と平行方向
において自由に湾曲することができるモジュールである
ため、モジュールの設置面積が大きい熱電発電装置にお
いて加熱板１４や冷却板１５の平面性が劣っている場合
においても、モジュール設置の際の位置決めが容易で装
置への組付け工程が簡便にかつ全面的な密着状態で行う
ことができる。そのため、加熱板１４や冷却板１５のご
ときモジュール設置部材の厳密な加工精度が不要となる
ため、装置全体の生産性は大きく向上する利点がある。
また、本発明による熱電変換モジュールは、モジュール
の高温端面と低温端面との間の温度差が大きい場合にお
いても、温度差に起因してモジュールが反ったり変形し
たりすることが少ないため、小さい設置圧力で設置する
ことが可能になることから、押し付けバネ機構部分をコ
ンパクトなものにすることができるので、発電効率の良
い小型の熱電発電装置を提供することが可能になる。As described above, by using the thermoelectric conversion module 11 according to the present invention, since the module can be freely curved in the direction parallel to the thermoelectric element row, the thermoelectric power generation device having a large installation area for the module can be heated. Even when the flatness of the plate 14 and the cooling plate 15 is inferior, the positioning at the time of installing the module is easy, and the assembling step to the apparatus can be performed easily and in full contact. Therefore, strict processing accuracy of the module installation members such as the heating plate 14 and the cooling plate 15 is not required, and there is an advantage that the productivity of the entire apparatus is greatly improved.
Further, the thermoelectric conversion module according to the present invention has a small installation because even when the temperature difference between the high-temperature end face and the low-temperature end face of the module is large, the module is less likely to be warped or deformed due to the temperature difference. Since the pressure spring can be installed, the pressing spring mechanism can be made compact, so that it is possible to provide a small thermoelectric generator with high power generation efficiency.
【００５７】（実施例２）図４に本発明の実施例２によ
る熱電変換モジュールの製造工程の概略を示す。まず、
熱電素子を得るに際しては、公知のｐ型およびｎ型のＢ
ｉ−Ｔｅ系原料粉末を焼結することによって図４の
（Ａ）に示す焼結体２を得た。そして、この焼結体２を
厚さ３ｍｍに研削加工し、図４の（Ｂ）に示すように、
その表面にＮｉメッキを施しさらにはんだメッキ層（導
電性接着層）４を形成した。次いで、図４の（Ｃ）に示
すように、焼結体２を切断して幅：２ｍｍ×長さ：８０
ｍｍ×高さ：３ｍｍのｐ型熱電素子２ｐおよびｎ型熱電
素子２ｎを得たのち、ｐ型熱電素子２ｐとｎ型熱電素子
２ｎの側面を交互に２対分だけガラス接着層３を介して
接着し、次いで、図４の（Ｄ）に示すように、所定の長
さ方向幅で切断し、さらには図４の（Ｅ）に示すよう
に、両端面に出力端子６となるＡｌ板をハンダ付けして
２対からなる熱電素子対１を作成した。(Embodiment 2) FIG. 4 shows an outline of a manufacturing process of a thermoelectric conversion module according to Embodiment 2 of the present invention. First,
In obtaining a thermoelectric element, known p-type and n-type B
The sintered body 2 shown in FIG. 4A was obtained by sintering the i-Te-based raw material powder. Then, the sintered body 2 is ground to a thickness of 3 mm, and as shown in FIG.
The surface was plated with Ni, and a solder plating layer (conductive adhesive layer) 4 was formed. Next, as shown in FIG. 4C, the sintered body 2 is cut to have a width of 2 mm and a length of 80.
After obtaining the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n of 3 mm × height: 3 mm, the side surfaces of the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n are alternately interposed by two pairs via the glass adhesive layer 3. Then, as shown in FIG. 4 (D), the sheet is cut to a predetermined width in the length direction. Further, as shown in FIG. 4 (E), an Al plate serving as an output terminal 6 is provided on both end faces. Soldering was performed to prepare a thermoelectric element pair 1 composed of two pairs.
【００５８】次いで、図５に示すように、前記熱電素子
対１を厚さ０．１ｍｍのポリイミドフィルムからなる電
気絶縁性のフィルム１０の上に整列して接着し、出力端
子６が相対している熱電素子対１の出力端子６の間をＣ
ｕより線７で溶接して電気的接合を行うことによって熱
電変換モジュール１１を作成した。Next, as shown in FIG. 5, the thermoelectric element pairs 1 are aligned and adhered on an electrically insulating film 10 made of a polyimide film having a thickness of 0.1 mm, and the output terminals 6 are opposed to each other. C between the output terminals 6 of the thermoelectric element pair 1
The thermoelectric conversion module 11 was created by welding with the stranded wire u and performing electrical joining.
【００５９】このようにして、熱電素子対１が電気絶縁
性のフィルム１０上において６個×６０列接着された熱
電変換モジュール１１を用い、肉厚：５ｍｍ×直径：５
０ｍｍφ×長さ：１００ｍｍの軟鉄管の外側壁面に、ポ
リイミドフィルムからなる電気絶縁性のフィルム１０の
うち熱電素子対１が接着されていない裏面側を巻き付け
て設置した。その後、熱電変換モジュール１１内の各熱
電素子対１の列をＣｕ製のより線で結線し、全素子対が
電気的に直列となるように接続した。As described above, the thermoelectric conversion module 11 in which the thermoelectric element pairs 1 are adhered on the electrically insulating film 10 by 6 × 60 rows is used, and the thickness: 5 mm × diameter: 5
A back side of the electrically insulating film 10 made of a polyimide film, to which the thermoelectric element pair 1 was not bonded, was wound around an outer wall surface of a soft iron tube of 0 mmφ × length: 100 mm. Thereafter, the rows of the thermoelectric element pairs 1 in the thermoelectric conversion module 11 were connected by a stranded wire made of Cu, and all the element pairs were electrically connected in series.
【００６０】次に、熱電変換モジュール１１に２Ａの電
流を流して熱電冷却装置として作動させることにより軟
鉄管を冷却したところ、軟鉄管の温度を電流を流す前の
温度に比べて２５℃低下させることができた。Next, when a current of 2 A is passed through the thermoelectric conversion module 11 to operate it as a thermoelectric cooling device to cool the soft iron tube, the temperature of the soft iron tube is reduced by 25 ° C. as compared with the temperature before the current was passed. I was able to.
【００６１】したがって、この軟鉄管の内側に例えば電
磁アクチュエーターが設置されているものとした場合
に、アクチュエーター作動時の温度上昇を抑制し、一定
温度に精度よく制御することができるようになるので、
電磁特性の低下を抑制することが可能になる。Therefore, when an electromagnetic actuator is provided inside the soft iron tube, for example, a rise in temperature during the operation of the actuator can be suppressed and the temperature can be controlled to a constant temperature with high accuracy.
It is possible to suppress a decrease in electromagnetic characteristics.
【００６２】この実施例では、全熱電素子対を電気的に
直列となるように接続したが、冷却性能を制御しやすく
する目的や１個の熱電素子対が断線してもモジュール全
体が断線しないようにする目的などのために、熱電素子
対列ごととに並列に接続するようになすこともできる。
また、熱電変換モジュール内の熱電素子対の高温端面に
電気絶縁性のフィルムを貼付するようにしたり、放熱す
るためのフィンを設置したりするようになすこともでき
る。In this embodiment, all thermoelectric element pairs are electrically connected in series. However, even if one thermoelectric element pair is disconnected, the entire module is not disconnected. For such a purpose, the thermoelectric elements may be connected in parallel with each pair of thermoelectric elements.
Further, an electrically insulating film may be attached to a high-temperature end face of the thermoelectric element pair in the thermoelectric conversion module, or fins for radiating heat may be provided.
【００６３】また、上記実施例では、焼結体を切断して
熱電素子対を形成した後、電気絶縁性のフィルムに接着
する場合を示したが、溶射法やメッキ法などの厚膜形成
法により、電気絶縁性のフィルム上にパターニングして
電極層、熱電素子層、電極層を成膜して製造するように
なすこともできる。In the above embodiment, the case where the sintered body is cut to form a thermoelectric element pair and then bonded to an electrically insulating film has been described. However, a thick film forming method such as a thermal spraying method or a plating method is used. Thus, the electrode layer, the thermoelectric element layer, and the electrode layer can be formed by patterning on an electrically insulating film.
【００６４】このように、本発明による熱電変換モジュ
ールを使用することにより、円弧形状や管形状などのよ
うな曲面形状をなす表面にも容易に設置することができ
るという著しく優れた利点が得られる。また、本発明に
よる熱電変換モジュールでは、設置したい面積や長さに
応じて、必要な長さ分のモジュールをそなえた電気絶縁
性のフィルムを切断して使用することができるため、汎
用性が高く、量産性に優れた熱電変換モジュールを提供
することができる。As described above, the use of the thermoelectric conversion module according to the present invention provides a remarkably excellent advantage that the thermoelectric conversion module can be easily installed on a curved surface such as an arc or a tube. . In addition, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, according to the area and length to be installed, an electric insulating film provided with a module of a required length can be cut and used, so that the versatility is high. Thus, a thermoelectric conversion module excellent in mass productivity can be provided.
【００６５】[0065]
【図１】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
構成するライン型熱電素子対の斜面説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a slope of a line-type thermoelectric element pair constituting a thermoelectric conversion module according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例１による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a slope of the thermoelectric conversion module according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
設置した熱電発電装置の斜面説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a slope of a thermoelectric generator in which the thermoelectric conversion module according to the first embodiment of the present invention is installed.
【図４】本発明の実施例２による熱電変換モジュールを
構成する熱電素子対の製造工程を（Ａ）〜（Ｅ）に分け
て示す斜面説明図である。FIG. 4 is an explanatory perspective view showing a manufacturing process of a thermoelectric element pair constituting a thermoelectric conversion module according to a second embodiment of the present invention, divided into (A) to (E).
【図５】本発明の実施例２による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a slope of a thermoelectric conversion module according to a second embodiment of the present invention.
【符号の説明】 １ 熱電素子対 ２ｐ ｐ型熱電素子 ２ｎ ｎ型熱電素子 ３ ガラス接着層 ４ 導電性接着層 ５ｈ 高温端電極 ５ｌ 低温端電極 ６ 出力端子（リード端電極） １０ 電気絶縁性のフィルム １１ 熱電変換モジュール １３ 熱電発電装置[Description of Signs] 1 thermoelectric element pair 2p p-type thermoelectric element 2n n-type thermoelectric element 3 glass adhesive layer 4 conductive adhesive layer 5h high-temperature end electrode 5l low-temperature end electrode 6 output terminal (lead end electrode) 10 electrically insulating film 11 Thermoelectric conversion module 13 Thermoelectric generator
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年４月１０日（２０００．４．１
０）[Submission date] April 10, 2000 (2004.1.
0)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 熱電変換モジュール[Title of the Invention] Thermoelectric conversion module
【特許請求の範囲】[Claims]
【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、熱源から熱起電力
を取り出したり、電流を流してモジュール端面を加熱し
たり冷却したりするのに利用される熱電変換モジュール
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion module used to extract a thermoelectromotive force from a heat source or to heat or cool an end face of a module by applying a current.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ｐ型とｎ型の熱電素子（熱電半導体）が
電気的に接合した接合部を持つ熱電（変換）素子対にお
いて、接合部を高温にしかつ熱電素子の他方を低温にす
ると、温度差に応じた熱起電力が発生する現象があり、
これをゼーベック効果と称している。2. Description of the Related Art In a thermoelectric (conversion) element pair having a junction in which p-type and n-type thermoelectric elements (thermoelectric semiconductors) are electrically joined, when the junction is heated to a high temperature and the other thermoelectric element is cooled to a low temperature, There is a phenomenon that thermoelectromotive force is generated according to the temperature difference,
This is called the Seebeck effect.
【０００３】また、上記熱電素子対において、一方の熱
電素子から他方の熱電素子に電流を流すと、一方の接合
部では熱を吸収し、他方では熱を発生する現象があり、
これをペルチェ効果と称している。Also, in the above-mentioned thermoelectric element pair, when a current flows from one thermoelectric element to the other thermoelectric element, there is a phenomenon that one junction absorbs heat and the other generates heat.
This is called the Peltier effect.
【０００４】さらに、ｐ型またはｎ型の熱電素子の一方
を高温にしかつ他方を低温にして温度勾配に沿って電流
を流すと、電流の方向によって熱電素子の内部で熱の吸
収または発生を生じる現象があり、これをトムソン効果
と称している。Further, when a current is caused to flow along a temperature gradient by setting one of the p-type or n-type thermoelectric elements to a high temperature and the other to a low temperature, heat is absorbed or generated inside the thermoelectric element depending on the direction of the current. There is a phenomenon, which is called the Thomson effect.
【０００５】このような効果を利用した熱電変換装置
は、振動・騒音・摩耗等を生じる可動部分が全くなく、
構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保守が容易である
という特長をもった簡略化されたエネルギー直接変換装
置となりうるものである。そして、このような熱電変換
装置は、ｐ型とｎ型の熱電素子が電気的に接続した構成
の熱電素子対を１対以上そなえており、素子対接合部は
ｐ型およびｎ型熱電素子同士が直接電気的に接続した構
成、あるいは、ｐ型熱電素子と電極とｎ型熱電素子とが
電気的に（すなわち、間接的に）接続した構成をとるの
が普通である。A thermoelectric conversion device utilizing such an effect has no moving parts that cause vibration, noise, wear, etc.
The present invention can be a simplified energy direct conversion device having features of simple structure, high reliability, long life, and easy maintenance. Such a thermoelectric conversion device includes at least one thermoelectric element pair having a configuration in which p-type and n-type thermoelectric elements are electrically connected, and an element pair junction is formed between the p-type and n-type thermoelectric elements. Are generally electrically connected, or the p-type thermoelectric element and the electrode are electrically (ie, indirectly) connected to the n-type thermoelectric element.
【０００６】このような構成の熱電変換装置には、熱電
素子対の両端に設定した温度差に依存して起電力を取り
出す前記ゼーベック効果を利用した熱電発電装置や、両
端に印加した電圧に依存して温度差を生じさせることに
より、一端を冷却する前記ペルチェ効果を利用した熱電
冷却装置がある。The thermoelectric converter having such a configuration includes a thermoelectric generator utilizing the Seebeck effect for extracting an electromotive force depending on a temperature difference set between both ends of a thermoelectric element pair, and a thermoelectric generator depending on a voltage applied to both ends. There is a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect in which one end is cooled by generating a temperature difference.
【０００７】従来の熱電変換モジュールとしては、例え
ば、特開平５−４１５４３号公報の図３に示すペルチェ
効果を利用した熱電冷却装置用のモジュールがある。こ
のモジュールは、アルミナセラミックスなどの熱伝導性
が良好な絶縁材料からなる２枚の正方形の熱交換基板の
間に複数の熱電素子を配置して挾持した構造を有するも
のである。そして、この場合の熱交換基板は、熱交換性
能を向上させる機能を有するだけでなく、製造時に電極
をパターニングして保持する基板として機能し、電極と
熱電素子のハンダ付け工程を容易にする働きがある。As a conventional thermoelectric conversion module, for example, there is a module for a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect shown in FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41543. This module has a structure in which a plurality of thermoelectric elements are arranged and sandwiched between two square heat exchange substrates made of an insulating material having good thermal conductivity such as alumina ceramics. In this case, the heat exchange substrate not only has a function of improving heat exchange performance, but also functions as a substrate for patterning and holding electrodes during manufacturing, and facilitates a soldering process of the electrodes and the thermoelectric element. There is.
【０００８】また、別のモジュール構成として、例え
ば、米国特許第４，６１１，０８９号明細書には、熱電
素子を２次元的に配置し、高温端および低温端の平面形
状がほぼ正方形をなすようにした熱電変換モジュールが
開示されている。この熱電変換モジュールでは、縦横に
格子状をなす絶縁ホルダーにより熱電素子を２次元的に
配置して保持するようにしている。As another module configuration, for example, in US Pat. No. 4,611,089, thermoelectric elements are two-dimensionally arranged, and the high-temperature end and the low-temperature end have a substantially square planar shape. A thermoelectric conversion module configured as described above is disclosed. In this thermoelectric conversion module, thermoelectric elements are two-dimensionally arranged and held by insulating holders having a lattice shape in the vertical and horizontal directions.
【０００９】この熱電変換モジュールでは、高温端と低
温端との間で発生する温度差に起因する熱応力を絶縁ホ
ルダーによって緩和することができ、強度の低い熱電素
子や高さの高い熱電素子の場合に熱電素子の破壊を避け
るのに好適な構成である。また、両端面が正方形である
モジュールは、上述した設置時の機械的圧力や振動に対
しても強度が高い特徴がある。In this thermoelectric conversion module, the thermal stress caused by the temperature difference generated between the high-temperature end and the low-temperature end can be reduced by the insulating holder. In this case, the configuration is suitable for avoiding the destruction of the thermoelectric element. In addition, a module having square ends is characterized by high strength against mechanical pressure and vibration during installation as described above.
【００１０】一般的に、モジュール内に設置された熱電
素子は、高温端と低温端の電極によって電気的に直列に
接続されており、モジュールから発電出力を取り出すた
めに、両端の熱電素子の低温端部分からメッシュやより
線を用いたリード線が接続されている。そして、複数の
熱電変換モジュールを電気的に接続する場合は、各モジ
ュールのリード線をハンダ付けするかあるいは圧着する
ことによって結線することとなる。In general, thermoelectric elements installed in a module are electrically connected in series by electrodes at a high-temperature end and a low-temperature end. A lead wire using a mesh or a stranded wire is connected from an end portion. When a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, they are connected by soldering or crimping the lead wires of each module.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記の熱電変換モジュ
ールは、セラミックス製の絶縁性基板や絶縁ホルダーに
より熱電素子対が固定されている構成であるため、曲線
を有する熱源に設置して発電させたい場合や、曲面部材
を冷却したい場合などには、あらかじめ設置する部材の
形状に合わせたモジュール端面形状を形成するか、熱電
変換モジュールを設置する部材の方を平面に加工する必
要があった。The above-described thermoelectric conversion module has a configuration in which a thermoelectric element pair is fixed by a ceramic insulating substrate or an insulating holder. Therefore, the thermoelectric conversion module should be installed in a curved heat source to generate power. In such a case or when it is desired to cool a curved surface member, it is necessary to form a module end surface shape in accordance with the shape of a member to be installed in advance, or to process a member for installing a thermoelectric conversion module into a flat surface.
【００１２】また、平坦面であっても大面積の設置部材
に熱電変換モジュールを設置する場合、モジュール端面
が大面積の熱電変換モジュールを使用すると、設置部材
とモジュール端面の接触圧力が均一となるように設置す
ることは困難であるため、モジュール端面の一部分が設
置部材と接触しないなどにより熱伝達効率が低下するこ
ととなる。Further, when the thermoelectric conversion module is installed on an installation member having a large area even on a flat surface, the contact pressure between the installation member and the module end surface becomes uniform when the thermoelectric conversion module having a large module end surface is used. Since it is difficult to install the module in such a manner, the heat transfer efficiency is reduced because a part of the module end face does not contact the installation member.
【００１３】例えば、熱電発電装置の場合は、一様な設
置圧力のもとで設置するために、数十ｋｇｆ／ｃｍ２以
上の圧力が必要とされているので、大面積のモジュール
では、モジュール部分よりもはるかに大掛かりな押し付
けバネ機構を具備した装置になってしまうことになる。For example, in the case of a thermoelectric generator, a pressure of several tens of kgf / cm 2 or more is required in order to install the module under a uniform installation pressure. This results in a device having a pressing spring mechanism that is much larger than the part.
【００１４】装置全体を小さくし、熱伝達効率を向上さ
せるには、モジュール端面と設置部材面の両方の平面度
と平滑度を向上させることが必要であるが、大面積にわ
たって高い精度の平面度と平滑度を達成することは、非
常に困難である。また、使用時のモジュール両端面の温
度差が大きい場合は、温度差に起因してモジュールが反
ってしまうことにより、設置部材から浮いてしまう部分
が生じて熱伝達効率が低下する。そして、熱伝達効率の
低い部分が生じると、その箇所での発電性能や冷却性能
が低下する問題となる。In order to reduce the overall size of the apparatus and improve the heat transfer efficiency, it is necessary to improve the flatness and smoothness of both the module end face and the installation member face. It is very difficult to achieve smoothness. In addition, when the temperature difference between both end surfaces of the module during use is large, the module is warped due to the temperature difference, so that a portion floating from the installation member is generated, and the heat transfer efficiency is reduced. Then, when a portion having low heat transfer efficiency is generated, there is a problem that the power generation performance and the cooling performance at that portion are reduced.
【００１５】一方、比較的モジュール両端の面積が小さ
い熱電変換モジュールを多数設置する場合は、一般的に
モジュールの反りを小さくすることが可能であるが、モ
ジュール間の電気的接続を良好なものにしながら、数十
〜数百個のモジュールを設置することはきわめて煩雑に
なる問題がある。On the other hand, when a large number of thermoelectric conversion modules having relatively small areas at both ends of the module are installed, it is generally possible to reduce the warpage of the modules, but to improve the electrical connection between the modules. However, there is a problem that installing several tens to several hundreds of modules becomes extremely complicated.
【００１６】[0016]
【発明の目的】本発明は上記課題を解決し、曲面の部材
にも容易に設置することができ、設置部材と熱電素子端
面との熱伝達効率が良好で、冷却性能あるいは発電性能
に優れた熱電変換モジュールを提供し、さらには、大面
積の部材にも設置しやすく、熱電変換モジュールの設置
を簡便に行うことができる熱電変換モジュールを提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to be able to be easily installed on a member having a curved surface, to have good heat transfer efficiency between the installation member and the end face of the thermoelectric element, and to have excellent cooling performance or power generation performance. An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module, and further to provide a thermoelectric conversion module that can be easily installed on a member having a large area and can be easily installed.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明による熱電変換モ
ジュールは、請求項１に記載しているように、ｐ型とｎ
型の熱電素子が高温端および低温端に形成された電極に
より電気的に接続された熱電素子対が複数配置された熱
電変換モジュールにおいて、少なくともｐ型とｎ型の熱
電素子一対からなり、熱電素子の高温端および低温端に
形成された電極により電気的に直列に接続され、電気的
な両端であるｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力
端子が形成された熱電素子対列と、複数の熱電素子対列
の低温端あるいは高温端側を接着した電気絶縁性のフィ
ルムをそなえ、隣接する熱電素子対列の側面間は接着さ
れていないとともに複数の熱電素子対列がその低温端あ
るいは高温端側で電気絶縁性のフィルムに接着されてい
る構成のものとしたことを特徴としている。A thermoelectric conversion module according to the present invention has a p-type and an n-type.
A thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric element pairs of which thermoelectric elements are electrically connected by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, the thermoelectric element includes at least a pair of p-type and n-type thermoelectric elements. A pair of thermoelectric elements electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, and having an output terminal formed on one end face of each of p-type and n-type thermoelectric elements as electric ends. And an electrically insulating film to which the low-temperature end or high-temperature end side of the plurality of thermoelectric element pairs is bonded, the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs are not adhered, and the plurality of thermoelectric element pairs are It is characterized in that it is configured to be adhered to an electrically insulating film at the end or the high temperature end.
【００１８】そして、本発明による熱電変換モジュール
においては、請求項２に記載しているように、電気絶縁
性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシート、あるい
は、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟なフィルムで
あるものとすることができる。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 2, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polymer film, a rubber sheet, or a gel-like sheet. Film.
【００１９】さらに、本発明による熱電変換モジュール
においては、請求項３に記載しているように、熱電素子
対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型の熱電素子が
交互に一列に配列し、熱電素子の高温端および低温端に
形成された電極により電気的に直列に接続され、熱電素
子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電素子の低温端
側に出力端子が形成された熱電素子対列をそなえたもの
となすことができる。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 3, at least two thermoelectric element pairs are provided, and p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line. An output terminal is formed on the low-temperature end side of the p-type and n-type thermoelectric elements that are electrically connected in series by electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end of the thermoelectric element, and are located at both ends of the thermoelectric element pair row. The thermoelectric element pair can be provided.
【００２０】さらにまた、本発明による熱電変換モジュ
ールにおいては、請求項４に記載しているように、隣接
する熱電素子対列の出力端子同士は、線状あるいはメッ
シュ状の結線で接続されているものとすることができ
る。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 4, the output terminals of the adjacent thermoelectric element pairs are connected by a wire or mesh connection. Things.
【００２１】さらにまた、本発明による熱電変換モジュ
ールにおいては、請求項５に記載しているように、電気
絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、シリコーン
ゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシートのうちか
ら選ばれる柔軟なフィルムであるものとすることができ
る。Further, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 5, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polyimide film, a silicone rubber sheet, and a silicone gel sheet. Film.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の熱電変換モジュールは、
電気絶縁性のフィルム上に、両端面の面積が比較的小さ
い熱電素子対列がこの熱電素子対列の高温端面あるいは
低温端面側を接着することによって、複数個配置したも
のであり、隣接する熱電素子対列とは、熱電素子対列の
側面部分において互いに接着されていないものとしてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric conversion module according to the present invention
A plurality of thermoelectric element pairs having a relatively small area at both end faces are arranged on an electrically insulating film by bonding a high-temperature end face or a low-temperature end face side of the thermoelectric element pair, and adjacent thermoelectric elements are arranged. The element pairs are not bonded to each other at the side surface portions of the thermoelectric element pairs.
【００２３】高温熱源部材あるいは冷却部材の表面や放
熱部材の表面などに、電気絶縁性のフィルムのうち熱電
素子対列が接着されていない裏面側を接着することによ
り、本発明の熱電変換モジュールを至極く簡便に設置す
ることができる。The thermoelectric conversion module of the present invention can be obtained by bonding the back surface of the electrically insulating film, to which the thermoelectric element pairs are not bonded, to the surface of a high-temperature heat source member or a cooling member, the surface of a heat radiating member, or the like. It can be installed extremely easily.
【００２４】例えば、熱電発電装置の場合、熱電素子対
列の低温端面が電気絶縁性のフィルムに接着された構成
の熱電変換モジュールとしてこの熱電変換モジュールに
おけるフィルム裏面を冷却ジャケットの表面に貼り、熱
電素子対列の高温端面が高温熱源と接触するように熱電
変換モジュールを挟み込んだ状態で冷却ジャケットを熱
源に取り付けることにより、発電効率の高い熱電発電装
置を得ることができる。For example, in the case of a thermoelectric generator, a thermoelectric conversion module having a configuration in which a low-temperature end face of a thermoelectric element array is bonded to an electrically insulating film is attached to the surface of the cooling jacket of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module is attached to the thermoelectric conversion module. A thermoelectric generator with high power generation efficiency can be obtained by attaching the cooling jacket to the heat source with the thermoelectric conversion module sandwiched such that the high-temperature end faces of the element pairs are in contact with the high-temperature heat source.
【００２５】また、２００℃程度までの比較的低温の熱
源部材の場合は、熱電素子対列の高温端面が接着された
電気絶縁性のフィルムを熱源部材に貼付し、熱電素子対
列の低温端側に冷却部材を接触させた熱電発電装置とす
ることもできる。In the case of a relatively low-temperature heat source member up to about 200 ° C., an electrically insulating film to which a high-temperature end face of a thermoelectric element pair is bonded is adhered to the heat source member, and the low-temperature end of the thermoelectric element pair row is attached. It is also possible to provide a thermoelectric generator in which a cooling member is brought into contact with the side.
【００２６】さらにまた、本発明の熱電変換モジュール
に電流を流して冷却や保温を行う場合、熱電素子対列が
接着された電気絶縁性のフィルムを所望の部材に貼付し
て電流を流すことにより、その部材を冷却したり暖めた
りすることも容易にできる。Further, when cooling or keeping the temperature by flowing an electric current to the thermoelectric conversion module of the present invention, an electric insulating film to which a thermoelectric element pair is adhered is attached to a desired member and an electric current is applied. In addition, the member can be easily cooled or heated.
【００２７】熱電素子対における最適な対数は、熱電素
子端面の面積や発電出力や冷却制御電流などの要求性
能、熱電素子材料、モジュールが設置される温度条件な
どに依存するので、本発明は熱電素子対の対数に限定さ
れるものではない。The optimum logarithm of the thermoelectric element pair depends on the required area such as the area of the end face of the thermoelectric element, the power generation output and the cooling control current, the thermoelectric element material, and the temperature condition at which the module is installed. It is not limited to the number of element pairs.
【００２８】また、本発明は、熱電素子対の高温端面か
ら低温端面までの熱電素子対の高さにも限定されるもの
ではない。しかし、熱電素子対の高温端面あるいは低温
端面の面積は２０ｃｍ２以下であるものとすることが好
ましい。すなわち、２０ｃｍ ２より大きい場合は、熱電
変換モジュールの柔軟性が低下するので好ましくない。The present invention also relates to a thermoelectric element pair having a high-temperature end face.
Limited to the height of the thermoelectric element pair from the low temperature end face
is not. However, the high temperature end face of the thermoelectric element pair or the low temperature
The area of the end face is 20cm2It is preferred that
Good. That is, 20cm 2If greater, thermoelectric
This is not preferable because the flexibility of the conversion module is reduced.
【００２９】さらに、熱電素子対は、ｐ型とｎ型の熱電
素子が交互に一列に配置され、熱電素子の高温端面およ
び低温端面に形成された電極により電気的に直列に接続
されたライン状の熱電素子対列の形態とすることもでき
る。Further, the thermoelectric element pair is a line-shaped thermoelectric element in which p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line, and are electrically connected in series by electrodes formed on the high-temperature end face and the low-temperature end face of the thermoelectric element. Of thermoelectric element pairs.
【００３０】そして、熱電素子対のうち熱電素子対列方
向の側面は、ガラス接着層などの電気絶縁層が形成され
ているものとすることもできるし、セラミックス製のハ
ニカム材などの枠材に形成した孔の中に熱電素子を設置
した構成のものとすることもできる。しかしながら、隣
接する熱電素子対列同士は、熱電素子対列の側面同士が
接着されていない構成のものとしている。The side of the thermoelectric element pair in the row direction of the thermoelectric elements may be provided with an electric insulating layer such as a glass adhesive layer, or may be formed on a frame material such as a ceramic honeycomb material. A configuration in which a thermoelectric element is installed in the formed hole may be employed. However, adjacent thermoelectric element pairs have a configuration in which the side surfaces of the thermoelectric element pairs are not bonded to each other.
【００３１】隣接する熱電素子対列同士の電気的接続
は、熱電素子対列の両端の熱電素子の端面に形成された
出力端子同士を線状あるいはメッシュ状の結線を用いて
接続することにより行い、ハンダ付けや圧着、溶接など
の公知の方法を使用することができる。Electrical connection between adjacent pairs of thermoelectric elements is performed by connecting output terminals formed on the end faces of the thermoelectric elements at both ends of the pair of thermoelectric elements using a wire or mesh connection. Known methods such as soldering, crimping, and welding can be used.
【００３２】熱電素子対列間の電気的接続工程は、本発
明による熱電変換モジュールを使用対象となる設置部材
の表面に貼付して設置した後に結線して行うようになす
こともできる。The electrical connection between the thermoelectric element pairs can be performed by attaching the thermoelectric conversion module according to the present invention to the surface of the installation member to be used and then connecting the thermoelectric conversion module.
【００３３】電気絶縁性のフィルムとしては、高分子フ
ィルム、ゴムシート、あるいは、ゲル状シートなどを使
用することができる。そして、このうち、高分子フィル
ムとしては、例えば、中高密度ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセテー
ト、テトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリアミ
ド（ナイロン）、３フッ化エチレンなどのフィルムが挙
げられる。As the electrically insulating film, a polymer film, a rubber sheet, a gel sheet, or the like can be used. Among them, examples of the polymer film include films of medium-density polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyimide, triacetate, tetrafluoroethylene, polyester, polyamide (nylon), and trifluorethylene.
【００３４】また、ゴムシートとしては、例えば、シリ
コーンゴム、フッ化ビニリンデン系などのフッ素系ゴ
ム、アクリルゴム、ブチルゴムなどのシート材が挙げら
れる。Examples of the rubber sheet include sheet materials such as silicone rubber, fluorine rubber such as vinylidene fluoride, acrylic rubber and butyl rubber.
【００３５】さらに、ゲル状シートとしては、例えば、
シリコーンゲルシートや高分子吸収ゲルなどのシートな
どが挙げられる。Further, as a gel-like sheet, for example,
Sheets such as a silicone gel sheet and a polymer absorption gel are exemplified.
【００３６】そして、例えば、所望の幅のポリイミドテ
ープ上にライン型の熱電素子対列を複数設置した熱電変
換テープとすることもでき、あるいはまた、設置部材の
平滑度が低い場合や曲面の場合、電気絶縁性のフィルム
として弾性が大きい例えば０．５〜数ｍｍのシリコーン
ゴムシートやシリコーンゲルシートを使用することによ
り、設置部材と電気絶縁性のフィルムとの密着性を向上
させるようになすこともできる。For example, a thermoelectric conversion tape in which a plurality of line-type thermoelectric element pairs are installed on a polyimide tape having a desired width can be used. Alternatively, when the installation member has low smoothness or a curved surface, Also, by using a silicone rubber sheet or silicone gel sheet having a large elasticity, for example, 0.5 to several mm as the electrically insulating film, the adhesion between the installation member and the electrically insulating film may be improved. it can.
【００３７】また、例えば、吸水性が強い高分子吸収ゲ
ルシートを使用し、熱電素子対に通電してペルチェ効果
を利用することにより、ゲルの吸水量を制御して精密な
温度制御を行う装置に組み込むようになすこともでき
る。Further, for example, by using a polymer-absorbing gel sheet having strong water absorption and applying a current to the thermoelectric element pair to utilize the Peltier effect, an apparatus for controlling the amount of water absorption of the gel and precisely controlling the temperature is provided. It can also be incorporated.
【００３８】電気絶縁性のフィルムは、上記に挙げた単
体材料に熱伝導性を向上させる目的や、機械的な強度を
向上する目的、弾性を制御する目的、耐熱性を向上する
目的などで、粒状や繊維状のフィラーを混入したコンポ
ジット材料のフィルムやシートとすることもできる。The electrically insulating film is used for the purpose of improving the thermal conductivity, improving the mechanical strength, controlling the elasticity, improving the heat resistance, etc. of the above-mentioned single materials. A film or sheet of a composite material mixed with a granular or fibrous filler can also be used.
【００３９】さらに、２層のフィルムとすることもで
き、また、電気絶縁性のフィルムの両面には、熱電素子
対列やモジュールの設置部材との接着工程を簡便にする
ため、あらかじめ接着剤を塗布したり吹き付けたりして
おいたものとすることもできる。Furthermore, a two-layer film can be used. Further, an adhesive is previously applied to both surfaces of the electrically insulating film in order to simplify the bonding process with the thermoelectric element array and the installation member of the module. It may be applied or sprayed.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明による熱電変換モジュールでは、
請求項１に記載しているように、ｐ型とｎ型の熱電素子
が高温端および低温端に形成された電極により電気的に
接続された熱電素子対が複数配置された熱電変換モジュ
ールにおいて、少なくともｐ型とｎ型の熱電素子一対か
らなり、熱電素子の高温端および低温端に形成された電
極により電気的に直列に接続され、電気的な両端である
ｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力端子が形成さ
れた熱電素子対列と、複数の熱電素子対列の低温端ある
いは高温端側を接着した電気絶縁性のフィルムをそな
え、隣接する熱電素子対列の側面間は接着されていない
とともに複数の熱電素子対列がその低温端あるいは高温
端側で電気絶縁性のフィルムに接着されている構成のも
のとしたから、電気絶縁性のフィルムをそなえていると
共に隣接する熱電素子対列の側面間は接着されていない
ものとしていることにより平面のみならず曲面の部材に
も容易に設置することができ、設置部材と熱電素子端面
との熱伝達効率が良好で、冷却性能や発電性能に優れた
熱電変換モジュールを提供することができ、大面積の部
材にも設置しやすく、熱電変換モジュールの設置を簡便
に行うことができるようになるという著しく優れた効果
がもたらされる。According to the thermoelectric conversion module of the present invention,
As described in claim 1, in a thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric element pairs in which p-type and n-type thermoelectric elements are electrically connected by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, At least a pair of p-type and n-type thermoelectric elements, each of which is electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end of the thermoelectric element, and each of the p-type and n-type thermoelectric elements, which are electric ends, A thermoelectric element pair having an output terminal formed on one end face, and an electrically insulating film bonded to a low-temperature end or a high-temperature end of the plurality of thermoelectric element pairs, between the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs. Has a structure in which a plurality of thermoelectric element pairs are bonded to an electrically insulating film at a low-temperature end or a high-temperature end side thereof, so that they are provided with an electrically insulating film and are adjacent to each other. Thermoelement By not bonding between the side surfaces of the pair, it can be easily installed not only on a flat surface but also on a curved member, and the heat transfer efficiency between the installation member and the end face of the thermoelectric element is good, and the cooling performance and It is possible to provide a thermoelectric conversion module excellent in power generation performance, and it is easy to install the thermoelectric conversion module even on a member having a large area, so that the thermoelectric conversion module can be easily installed.
【００４１】そして、請求項２に記載しているように、
電気絶縁性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシー
ト、あるいは、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟な
フィルムであるものとすることによって、対象とする設
置部材への熱電変換モジュールの設置を至極簡便に行う
ことが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。And, as described in claim 2,
The electrically insulating film is a flexible film selected from a polymer film, a rubber sheet, or a gel sheet, making it extremely easy to install the thermoelectric conversion module on the target installation member. This is a very excellent effect that it is possible to perform
【００４２】さらに、請求項３に記載しているように、
熱電素子対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型の熱
電素子が交互に一列に配列し、熱電素子の高温端および
低温端に形成された電極により電気的に直列に接続さ
れ、熱電素子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電素
子の低温端側に出力端子が形成された熱電素子対列をそ
なえたものとすることによって、熱電素子端面の面積や
発電出力や冷却制御電流などの要求性能，素子材料，モ
ジュールが設置される温度条件などに対応して必要対数
の熱電素子対をそなえた熱電変換モジュールを簡便に設
置することが可能になるという著しく優れた効果がもた
らされる。Further, as described in claim 3,
The thermoelectric element pair includes at least two pairs, and p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line, and are electrically connected in series by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end of the thermoelectric element. By providing thermoelectric element pairs with output terminals formed on the low-temperature end side of the p-type and n-type thermoelectric elements located at both ends of the pair, the area of the thermoelectric element end face, power generation output and cooling control A remarkable advantage is that it is possible to easily install a thermoelectric conversion module with the required number of thermoelectric element pairs in accordance with the required performance such as current, element material, and temperature conditions for installing the module. It is.
【００４３】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、隣接する熱電素子対列の出力端子同士は、線状ある
いはメッシュ状の結線で接続されているものとすること
によって、所要の発電出力や冷却制御電流などの要求性
能に合わせた熱電発電装置や熱電冷却装置を提供するこ
とが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。Further, as described in claim 4, the output terminals of the adjacent thermoelectric element pairs are connected to each other by a wire or mesh connection, thereby providing a required power generation. A remarkably excellent effect that a thermoelectric generator or a thermoelectric cooler can be provided according to the required performance such as the output and the cooling control current can be provided.
【００４４】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、電気絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、シ
リコーンゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシート
のうちから選ばれる柔軟なフィルムであるものとするこ
とによって、適宜の柔軟性を有する熱電変換モジュール
とすることが可能であって、設置部材への熱電変換モジ
ュールの設置を至極く簡便に行うことが可能になるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 5, the electrically insulating film is a flexible film selected from a polyimide film, a silicone rubber sheet, and a silicone gel sheet. In addition, a thermoelectric conversion module having appropriate flexibility can be obtained, and a remarkably excellent effect that the thermoelectric conversion module can be installed on the installation member extremely easily can be obtained.
【００４５】[0045]
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこのような実施例のみに限定されないこ
とはいうまでもない。Embodiments of the present invention will be described in detail below, but it goes without saying that the present invention is not limited to only such embodiments.
【００４６】（実施例１）２枚の炭素板の間に、ｐ型お
よびｎ型のＳｉ−Ｇｅ系熱電素子（熱電半導体）原料粉
末をそれぞれ別々に詰めてホットプレス焼結し、これに
より得た各々の焼結体を切断して、端面が３．５ｍｍ角
で高さが５．０ｍｍであって両端に炭素層が形成された
ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を得た。(Example 1) Raw material powders of p-type and n-type Si-Ge-based thermoelectric elements (thermoelectric semiconductors) were separately filled between two carbon plates, and hot-pressed and sintered. Was cut to obtain a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element each having a 3.5 mm square end face, a 5.0 mm height, and carbon layers formed at both ends.
【００４７】次いで、図１に示すように、ｐ型熱電素子
２ｐおよびｎ型熱電素子２ｎの９対計１８本を交互に絶
縁性ガラス接着層３を介し接着することによって熱電素
子２ｐ，２ｎが連なった熱電素子対列一列を形成したの
ち、熱電素子２ｐ，２ｎの炭素層が付いた両端を研磨し
て素子高さを調整したあと、全素子２ｐ，２ｎが電気的
に直列となるように、熱電素子２ｐ，２ｎの両端に導電
性接着層（ろう材層）４を介してＭｏ製の高温端電極５
ｈおよび低温端電極５ｌをろう付けにより接合した。Then, as shown in FIG. 1, nine thermoelectric elements 2p and 2n of the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n are alternately bonded via the insulating glass bonding layer 3 to form the thermoelectric elements 2p and 2n. After forming a series of thermoelectric element pairs, both ends of the thermoelectric elements 2p and 2n with the carbon layer are polished to adjust the element height, and then all the elements 2p and 2n are electrically connected in series. , A high-temperature end electrode 5 made of Mo at both ends of the thermoelectric elements 2 p and 2 n via a conductive adhesive layer (brazing material layer) 4.
h and the low-temperature end electrode 51 were joined by brazing.
【００４８】同時に、熱電素子対列の両端に位置する熱
電素子２ｐ，２ｎの低温端の出力端子６であるＭｏ製の
リード端電極の先端にはＣｕメッシュ７をろう付けによ
り接合することによってライン型熱電素子対列１を得
た。At the same time, a Cu mesh 7 is joined by brazing to the tip of an Mo lead end electrode, which is the output terminal 6 at the low temperature end of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element pair line, by brazing. A thermoelectric element pair 1 was obtained.
【００４９】次に、図２に示すように、５０本のライン
型熱電素子対列１を隣接する熱電素子対列１の側面と一
定の間隔を開けて、これら熱電素子対列１の低温端面が
柔軟性のある電気絶縁性のフィルム１０であるシリコー
ンゲルシートに接着するように貼付し、シート面で７０
ｍｍ×２００ｍｍ、モジュールの厚みが６ｍｍの熱電変
換モジュール１１を形成した。Next, as shown in FIG. 2, 50 line-type thermoelectric element pairs 1 are spaced apart from the side surfaces of the adjacent thermoelectric element pairs 1 at a fixed interval, and the low-temperature end faces of these thermoelectric element pairs 1 Is adhered so as to adhere to a silicone gel sheet which is a flexible electric insulating film 10, and 70
The thermoelectric conversion module 11 having a size of 200 mm × 200 mm and a module thickness of 6 mm was formed.
【００５０】次に、この熱電変換モジュール１１を図３
に示すような熱電発電装置１３に組付けて発電テストを
行った。この熱電発電装置１３は、ガスタービンからの
燃焼排ガスを導入できるガス流通路１４ａを有するステ
ンレス鋼製の加熱板１４と、冷却水導入管１５Ａを介し
て冷却水が導入できると共に冷却水排出管１５Ｂを介し
て冷却水が排出できるＣｕ製の冷却板１５とが積層され
た熱交換器型の構成を有するもので、図２に示した熱電
変換モジュール１１は各加熱板１４と冷却板１５との間
に設置される。Next, this thermoelectric conversion module 11 is shown in FIG.
A power generation test was performed by assembling the thermoelectric generator 13 as shown in FIG. The thermoelectric generator 13 has a stainless steel heating plate 14 having a gas flow passage 14a through which combustion exhaust gas from a gas turbine can be introduced, cooling water can be introduced through a cooling water introduction pipe 15A, and a cooling water discharge pipe 15B. 2 has a heat exchanger type configuration in which a cooling plate 15 made of Cu, from which cooling water can be discharged, is provided. The thermoelectric conversion module 11 shown in FIG. It is installed in between.
【００５１】そして、この場合、冷却板１５の表面に接
着剤を塗布して、前記熱電変換モジュール１１を冷却板
１５の各面につき２個づつ、排ガス流方向とライン型熱
電素子対列１の列方向とが平行となるように電気絶縁性
のフィルム１０の裏面を冷却板１５の表面に接着するこ
とにより設置した。そして、熱電発電装置１３の全体と
しては、８モジュールを設置した構成とした。In this case, an adhesive is applied to the surface of the cooling plate 15, and two thermoelectric conversion modules 11 are provided for each surface of the cooling plate 15. The back surface of the electrically insulating film 10 was attached to the surface of the cooling plate 15 so that the row direction was parallel to the film direction. And the whole thermoelectric generator 13 was set as the structure which installed eight modules.
【００５２】その後、各熱電変換モジュール１１の電気
絶縁性のフィルム１０上に接着されている熱電素子対列
１の出力端子６において、隣接する出力端子６同士をＣ
ｕより線を介しハンダ付けすることによって、各モジュ
ール内で５０本の熱電素子対列１を電気的に直列に接続
した。Thereafter, among the output terminals 6 of the thermoelectric element pair 1 bonded on the electrically insulating film 10 of each thermoelectric conversion module 11, the adjacent output terminals 6 are connected to each other.
By soldering via a stranded wire, 50 thermoelectric element pairs 1 were electrically connected in series in each module.
【００５３】一方、加熱板１４の表面は、ホワイトアル
ミナを溶射により厚さ１００μｍで成膜した後に表面を
研磨して仕上げ、熱電変換モジュール１１の高温端電極
面が加熱板１４のホワイトアルミナ膜表面に接触するよ
うに冷却板１５を設置したあと、冷却板１５の上部から
圧力１ＭＰａをかけて押さえつけ、高温排ガスと冷却水
とを導入して発電した。On the other hand, the surface of the heating plate 14 is formed by spraying white alumina to a thickness of 100 μm by thermal spraying, and then polishing and finishing the surface. After the cooling plate 15 was installed so as to contact with the cooling plate 15, pressure was applied from above the cooling plate 15 by applying a pressure of 1 MPa, and high-temperature exhaust gas and cooling water were introduced to generate power.
【００５４】発電電圧電流は、各モジュールごとに外部
負荷を接続して測定したところ、５００℃の排ガスを導
入した場合の最大発電出力は平均４５Ｗであり、各モジ
ュールにおける発電出力のばらつきは±１０％以内で安
定していた。The generated voltage and current were measured by connecting an external load to each module. When the exhaust gas at 500 ° C. was introduced, the maximum generated output was 45 W on average, and the variation of the generated output in each module was ± 10%. It was stable within%.
【００５５】また、６５０℃の排ガスを導入した場合
も、押し付け圧力１ＭＰａで発電出力のばらつきは±１
０％以内で安定していた。そしてまた、押し付け圧力を
４ＭＰａに増加しても、発電出力の増加は認められなか
った。Also, when exhaust gas at 650 ° C. is introduced, the variation in power generation output is ± 1 at a pressure of 1 MPa.
It was stable within 0%. Further, even if the pressing pressure was increased to 4 MPa, no increase in the power generation output was observed.
【００５６】この様に、本発明による熱電変換モジュー
ル１１を使用することによって、熱電素子対列の列方向
と平行方向において自由に湾曲することができるモジュ
ールであるため、モジュールの設置面積が大きい熱電発
電装置において加熱板１４や冷却板１５の平面性が劣っ
ている場合においても、モジュール設置の際の位置決め
が容易で装置への組付け工程が簡便にかつ全面的な密着
状態で行うことができる。そのため、加熱板１４や冷却
板１５のごときモジュール設置部材の厳密な加工精度が
不要となるため、装置全体の生産性は大きく向上する利
点がある。また、本発明による熱電変換モジュールは、
モジュールの高温端面と低温端面との間の温度差が大き
い場合においても、温度差に起因してモジュールが反っ
たり変形したりすることが少ないため、小さい設置圧力
で設置することが可能になることから、押し付けバネ機
構部分をコンパクトなものにすることができるので、発
電効率の良い小型の熱電発電装置を提供することが可能
になる。As described above, by using the thermoelectric conversion module 11 according to the present invention, since the module can be freely curved in the direction parallel to the row direction of the thermoelectric element pairs, the thermoelectric module has a large installation area. Even in the case where the flatness of the heating plate 14 and the cooling plate 15 is inferior in the power generation device, the positioning at the time of installing the module is easy, and the assembling step to the device can be performed easily and in a fully adhered state. . Therefore, strict processing accuracy of the module installation members such as the heating plate 14 and the cooling plate 15 is not required, and there is an advantage that the productivity of the entire apparatus is greatly improved. In addition, the thermoelectric conversion module according to the present invention,
Even if the temperature difference between the high-temperature end face and the low-temperature end face of the module is large, the module can be installed with a small installation pressure because the module does not warp or deform due to the temperature difference. Therefore, the pressing spring mechanism can be made compact, so that it is possible to provide a small thermoelectric generator with good power generation efficiency.
【００５７】（実施例２）図４に本発明の実施例２によ
る熱電変換モジュールの製造工程の概略を示す。まず、
熱電素子を得るに際しては、公知のｐ型およびｎ型のＢ
ｉ−Ｔｅ系原料粉末を焼結することによって図４の
（Ａ）に示す焼結体２を得た。そして、この焼結体２を
厚さ３ｍｍに研削加工し、図４の（Ｂ）に示すように、
その表面にＮｉメッキを施しさらにはんだメッキ層（導
電性接着層）４を形成した。次いで、図４の（Ｃ）に示
すように、焼結体２を切断して幅：２ｍｍ×長さ：８０
ｍｍ×高さ：３ｍｍのｐ型熱電素子２ｐおよびｎ型熱電
素子２ｎを得たのち、ｐ型熱電素子２ｐとｎ型熱電素子
２ｎの側面を交互に２対分だけガラス接着層３を介して
接着し、次いで、図４の（Ｄ）に示すように、所定の長
さ方向幅で切断し、さらには図４の（Ｅ）に示すよう
に、両端面に出力端子６となるＡｌ板をハンダ付けして
２対からなる熱電素子対列１を作成した。(Embodiment 2) FIG. 4 shows an outline of a manufacturing process of a thermoelectric conversion module according to Embodiment 2 of the present invention. First,
In obtaining a thermoelectric element, known p-type and n-type B
The sintered body 2 shown in FIG. 4A was obtained by sintering the i-Te-based raw material powder. Then, the sintered body 2 is ground to a thickness of 3 mm, and as shown in FIG.
The surface was plated with Ni, and a solder plating layer (conductive adhesive layer) 4 was formed. Next, as shown in FIG. 4C, the sintered body 2 is cut to have a width of 2 mm and a length of 80.
After obtaining the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n of 3 mm × height: 3 mm, the side surfaces of the p-type thermoelectric element 2p and the n-type thermoelectric element 2n are alternately interposed by two pairs via the glass adhesive layer 3. Then, as shown in FIG. 4 (D), it is cut at a predetermined width in the length direction, and further, as shown in FIG. 4 (E), an Al plate serving as an output terminal 6 is provided on both end faces. Soldering was performed to form a thermoelectric element pair row 1 composed of two pairs.
【００５８】次いで、図５に示すように、前記熱電素子
対列１を厚さ０．１ｍｍのポリイミドフィルムからなる
電気絶縁性のフィルム１０の上に整列して接着し、出力
端子６が相対している熱電素子対列１の出力端子６の間
をＣｕより線７で溶接して電気的接合を行うことによっ
て熱電変換モジュール１１を作成した。Next, as shown in FIG. 5, the thermoelectric element pairs 1 are aligned and adhered on an electrically insulating film 10 made of a polyimide film having a thickness of 0.1 mm, and the output terminals 6 are opposed to each other. The thermoelectric conversion module 11 was produced by welding between the output terminals 6 of the thermoelectric element pair row 1 using a stranded copper wire 7 to perform electrical connection.
【００５９】このようにして、熱電素子対列１が電気絶
縁性のフィルム１０上において６個×６０列接着された
熱電変換モジュール１１を用い、肉厚：５ｍｍ×直径：
５０ｍｍφ×長さ：１００ｍｍの軟鉄管の外側壁面に、
ポリイミドフィルムからなる電気絶縁性のフィルム１０
のうち熱電素子対列１が接着されていない裏面側を巻き
付けて設置した。その後、熱電変換モジュール１１内の
各熱電素子対列１をＣｕ製のより線で結線し、全素子対
が電気的に直列となるように接続した。In this manner, the thermoelectric conversion module 11 in which the thermoelectric element pairs 1 are adhered on the electrically insulating film 10 by 6 × 60 rows is used, and the thickness: 5 mm × diameter:
50mmφ × Length: On the outer wall surface of 100mm soft iron tube,
Electrically insulating film 10 made of polyimide film
Among them, the back side of the thermoelectric element pair 1 to which the thermoelectric element pair 1 was not adhered was wound and installed. Thereafter, each thermoelectric element pair row 1 in the thermoelectric conversion module 11 was connected by a stranded wire made of Cu, and all element pairs were electrically connected in series.
【００６０】次に、熱電変換モジュール１１に２Ａの電
流を流して熱電冷却装置として作動させることにより軟
鉄管を冷却したところ、軟鉄管の温度を電流を流す前の
温度に比べて２５℃低下させることができた。Next, when a current of 2 A is passed through the thermoelectric conversion module 11 to operate it as a thermoelectric cooling device to cool the soft iron tube, the temperature of the soft iron tube is reduced by 25 ° C. as compared with the temperature before the current was passed. I was able to.
【００６１】したがって、この軟鉄管の内側に例えば電
磁アクチュエーターが設置されているものとした場合
に、アクチュエーター作動時の温度上昇を抑制し、一定
温度に精度よく制御することができるようになるので、
電磁特性の低下を抑制することが可能になる。Therefore, when an electromagnetic actuator is provided inside the soft iron tube, for example, a rise in temperature during the operation of the actuator can be suppressed and the temperature can be controlled to a constant temperature with high accuracy.
It is possible to suppress a decrease in electromagnetic characteristics.
【００６２】この実施例では、全熱電素子対を電気的に
直列となるように接続したが、冷却性能を制御しやすく
する目的や１個の熱電素子対が断線してもモジュール全
体が断線しないようにする目的などのために、熱電素子
対列ごととに並列に接続するようになすこともできる。
また、熱電変換モジュール内の熱電素子対の高温端面に
電気絶縁性のフィルムを貼付するようにしたり、放熱す
るためのフィンを設置したりするようになすこともでき
る。In this embodiment, all thermoelectric element pairs are electrically connected in series. However, even if one thermoelectric element pair is disconnected, the entire module is not disconnected. For such a purpose, the thermoelectric elements may be connected in parallel with each pair of thermoelectric elements.
Further, an electrically insulating film may be attached to a high-temperature end face of the thermoelectric element pair in the thermoelectric conversion module, or fins for radiating heat may be provided.
【００６３】また、上記実施例では、焼結体を切断して
熱電素子対を形成した後、電気絶縁性のフィルムに接着
する場合を示したが、溶射法やメッキ法などの厚膜形成
法により、電気絶縁性のフィルム上にパターニングして
電極層、熱電素子層、電極層を成膜して製造するように
なすこともできる。In the above embodiment, the case where the sintered body is cut to form a thermoelectric element pair and then bonded to an electrically insulating film has been described. However, a thick film forming method such as a thermal spraying method or a plating method is used. Thus, the electrode layer, the thermoelectric element layer, and the electrode layer can be formed by patterning on an electrically insulating film.
【００６４】このように、本発明による熱電変換モジュ
ールを使用することにより、円弧形状や管形状などのよ
うな曲面形状をなす表面にも容易に設置することができ
るという著しく優れた利点が得られる。また、本発明に
よる熱電変換モジュールでは、設置したい面積や長さに
応じて、必要な長さ分のモジュールをそなえた電気絶縁
性のフィルムを切断して使用することができるため、汎
用性が高く、量産性に優れた熱電変換モジュールを提供
することができる。As described above, the use of the thermoelectric conversion module according to the present invention provides a remarkably excellent advantage that the thermoelectric conversion module can be easily installed on a curved surface such as an arc or a tube. . In addition, in the thermoelectric conversion module according to the present invention, according to the area and length to be installed, an electric insulating film provided with a module of a required length can be cut and used, so that the versatility is high. Thus, a thermoelectric conversion module excellent in mass productivity can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
構成するライン型熱電素子対列の斜面説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a slope of a pair of line-type thermoelectric elements constituting a thermoelectric conversion module according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例１による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a slope of the thermoelectric conversion module according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
設置した熱電発電装置の斜面説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a slope of a thermoelectric generator in which the thermoelectric conversion module according to the first embodiment of the present invention is installed.
【図４】本発明の実施例２による熱電変換モジュールを
構成する熱電素子対列の製造工程を（Ａ）〜（Ｅ）に分
けて示す斜面説明図である。FIG. 4 is an explanatory perspective view showing the steps of manufacturing a thermoelectric element pair row constituting the thermoelectric conversion module according to the second embodiment of the present invention, divided into (A) to (E).
【図５】本発明の実施例２による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a slope of a thermoelectric conversion module according to a second embodiment of the present invention.
【符号の説明】 １ 熱電素子対列 ２ｐ ｐ型熱電素子 ２ｎ ｎ型熱電素子 ３ ガラス接着層 ４ 導電性接着層 ５ｈ 高温端電極 ５ｌ 低温端電極 ６ 出力端子（リード端電極） １０ 電気絶縁性のフィルム １１ 熱電変換モジュール １３ 熱電発電装置[Description of Signs] 1 Thermoelectric element pair 2p p-type thermoelectric element 2n n-type thermoelectric element 3 Glass adhesive layer 4 Conductive adhesive layer 5h High-temperature end electrode 5l Low-temperature end electrode 6 Output terminal (lead end electrode) 10 Electrical insulation Film 11 Thermoelectric conversion module 13 Thermoelectric generator
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図１[Correction target item name] Fig. 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図１】 FIG.
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図２[Correction target item name] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図２】 FIG. 2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅 本 隆 司 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 (72)発明者 櫛 引 圭 子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 小 林 正 和 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 篠 原 和 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 古 谷 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Kayamoto 3-10-3 Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Within Nihon Hojo Co., Ltd. (72) Keiko Kushibiki 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Masakazu Kobayashi 2nd, Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Shinohara 2nd Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Furuya 2 Nissan Motor Co., Ltd., Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa
Claims (5)
温端に形成された電極により電気的に接続された熱電素
子対が複数配置された熱電変換モジュールにおいて、少
なくともｐ型とｎ型の熱電素子一対からなり、熱電素子
の高温端および低温端に形成された電極により電気的に
直列に接続され、電気的な両端であるｐ型とｎ型の熱電
素子各１個の端面に出力端子が形成された熱電素子対
と、複数の熱電素子対の低温端あるいは高温端側を接着
した電気絶縁性のフィルムをそなえ、隣接する熱電素子
対の側面間は接着されていないことを特徴とする熱電変
換モジュール。1. A thermoelectric conversion module comprising a plurality of thermoelectric element pairs in which p-type and n-type thermoelectric elements are electrically connected by electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end. , And are electrically connected in series by electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end of the thermoelectric element, and output to one end face of each of the p-type and n-type thermoelectric elements at the electric ends. A thermoelectric element pair having terminals formed thereon, comprising an electrically insulating film in which the low-temperature end or high-temperature end side of the plurality of thermoelectric element pairs is bonded, and the side surfaces of adjacent thermoelectric element pairs are not bonded. Thermoelectric conversion module.
ム、ゴムシート、あるいは、ゲル状シートのうちから選
ばれる柔軟なフィルムであることを特徴とする請求項１
に記載の熱電変換モジュール。2. The film according to claim 1, wherein the electrically insulating film is a flexible film selected from a polymer film, a rubber sheet, and a gel sheet.
A thermoelectric conversion module according to item 1.
ｐ型とｎ型の熱電素子が交互に一列に配列し、熱電素子
の高温端および低温端に形成された電極により電気的に
直列に接続され、熱電素子対列の両端に位置するｐ型と
ｎ型の熱電素子の低温端側に出力端子が形成された熱電
素子対をそなえたことを特徴とする請求項１または２に
記載の熱電変換モジュール。3. The thermoelectric element pair comprises at least two pairs,
The p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a line, electrically connected in series by electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end of the thermoelectric element, and the p-type positioned at both ends of the thermoelectric element pair row. The thermoelectric conversion module according to claim 1 or 2, further comprising a thermoelectric element pair having an output terminal formed on a low-temperature end side of the n-type thermoelectric element.
線状あるいはメッシュ状の結線で接続されていることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱電変
換モジュール。4. The output terminals of adjacent thermoelectric element pairs are
The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoelectric conversion module is connected by a wire or a mesh connection.
ィルム、シリコーンゴムシート、あるいは、シリコーン
ゲルシートのうちから選ばれる柔軟なフィルムであるこ
とを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュール。5. The thermoelectric conversion module according to claim 2, wherein the electrically insulating film is a flexible film selected from a polyimide film, a silicone rubber sheet, and a silicone gel sheet.
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