JP2002232027A - 熱電発電モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度差の小さい低温領域で使用でき、効率お
よび信頼性の高い熱電発電モジュールを得ること。 【解決手段】 上下に複数の銅電極１を間隔を置いて配
置し、上下のそれぞれ対応する銅電極の間に熱電発電素
子２を介在させ、各電極と各熱電発電素子を半田付けで
電気的に接続して平板状の発電モジュール体３を形成
し、その発電モジュール体の上下面を電気的絶縁板材で
あるセラミック板４で挟持し、発電モジュール体及びセ
ラミック板４をプラスチックフィルム８で真空包装して
形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼーベック効果に
より熱電発電を行う熱電発電モジュールに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の熱電発電モジュールを示す
斜視図、図４は同熱電発電モジュールを示す断面図であ
る。従来のゼーベック効果を利用した熱電発電モジュー
ルは、図３及び図４に示すように、上下に複数の銅電極
１を間隔を置いて配置し、上下のそれぞれ対応する銅電
極１の間に熱電発電素子２を介在させ、各銅電極１と熱
電発電素子２を半田付けにより電気的に接続して四角形
をした平板状の発電モジュール体３を形成し、その発電
モジュール体３の上下面を機械的強度が強く、電気的絶
縁性に優れたセラミック板４で挟持し、発電モジュール
体３の周囲をシリコン等のシール剤５で封止して構成さ
れた構造であり、数百度以上の高温を用いて温度差を大
きく取った条件下での実用例が知られている。なお、６
は銅電極１に接続され、シール剤５を通過して外部に引
き出されたリード線である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の熱電発電
モジュールは、発電モジュール体３を挟持する２つのセ
ラミック板４のうち、一方のセラミック板４の表面に高
温側熱源を密着させ、他方のセラミック板４の表面に低
温側熱源を密着させ、発電モジュール体３をこれら熱源
の熱が貫通するようにして発電モジュール体３が発電を
行うようにしているが、発電モジュール体３を貫通して
発電に供する以外への熱の漏洩が大きいため、温度差の
小さい条件下では、発電に十分な熱量を確保することが
難しく、実用化が困難であった。また、低温側熱源が周
囲の露点温度より低い温度の場合、低温側熱源および発
電モジュール体３の低温側熱源近傍には結露を生じる
が、セラミック板４とシール剤５のシール界面が低温側
熱源近傍にあるため、使用期間中の熱応力により界面が
剥離するなどの理由によりシールが不完全となり、水分
が発電モジュール体３内へ侵入して銅電極１の電食を起
こし、発電の機能を損なうおそれがある等の問題点があ
った。

【０００４】このような問題を解決する手段として、光
起電力装置モジュールでは、実開平６−４４１５５号公
報に示すように、光起電力素子を配列した箱体の開口部
をパッキンを介して透明板で閉じ、内部を真空にする方
法が考えられている。透明板は光起電力素子との間に空
間を保つため、真空下にあっても形状を保ちうるだけの
厚みを持っているが、熱電発電モジュールの場合、熱源
から発電モジュール体３へ貫通する熱は通りやすいこと
が望ましいため、発電モジュール体３を挟持するセラミ
ック板４に厚みの厚い板を用いると、その板の熱伝導率
が低い場合は熱源から発電モジュール体３への熱の流れ
を阻害し、熱伝導率が高い場合は、板に沿った面方向へ
の熱の漏洩によるロスが大きくなってしまうという問題
を生じていた。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、温度差の小さい低温領域で使用
でき、効率および信頼性の高い熱電発電モジュールを得
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の熱電
発電モジュールは、上下に複数の電極を間隔を置いて配
置し、上下のそれぞれ対応する電極の間に熱電発電素子
を介在させ、各電極と各熱電発電素子を電気的に接続し
て平板状の発電モジュール体を形成し、その発電モジュ
ール体の上下面を電気的絶縁板材で挟持し、発電モジュ
ール体及び電気的絶縁板材の少なくとも一方をプラスチ
ックフィルムで真空包装して形成したものである。

【０００７】本発明の請求項２の熱電発電モジュール
は、前記発電モジュール体及び電気的絶縁板材の少なく
とも一方の周囲が連続気泡発泡体で囲まれるようにした
ものである。

【０００８】本発明の請求項３の熱電発電モジュール
は、前記プラスチックフィルム内にガス及び水分を吸着
する吸着剤を同封したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１に係る熱電発電モジュールを示す断面図であ
る。図１において、上下に複数の銅電極１を間隔を置い
て配置し、上下のそれぞれ対応する銅電極１の間に熱電
発電素子２を介在させ、各銅電極１と熱電発電素子２を
半田付けにより電気的に接続して四角形をした平板状の
発電モジュール体３を形成している。その発電モジュー
ル体３の上下面を機械的強度が強く、電気的絶縁性に優
れたセラミック板４で挟持し、発電モジュール体３及び
セラミック板４の周囲を連続気泡発泡体７で囲み、袋状
にしたプラスチックフィルム８で包み、０．１ｔｏｒｒ
まで真空引きした後、開口部を熱シールにより封止し
て、内部を真空にした熱電発電モジュールを得る。な
お、６は銅電極１に接続され、連続気泡発泡体７及びプ
ラスチックフィルム８を通過して外部に引き出されたリ
ード線である。このプラスチックフィルム８は最外層に
保護層としてナイロン、中間層にガスバリヤ層としてＰ
ＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、最内層に熱融着
層として高密度ポリエチレンからなる三層のもので、厚
さ１５０ミクロンのプラスチックラミネートフィルムで
ある。

【００１０】上記のように構成された実施の形態１の熱
電発電モジュールにおいては、セラミック板４で挟持し
た発電モジュール体３を袋状のプラスチックフィルム８
で包み、プラスチックフィルム８の内部を真空としたこ
とにより、発電モジュール体３の熱電発電素子２を貫通
する発電に関与する熱以外の空間への発電に関与しない
熱の漏洩が真空による断熱効果により抑制されるため、
発電モジュール体３の発電効率が向上し、低温を熱源と
した使用が可能となった。また、内部を真空にする容器
となる袋状のプラスチックフィルム８は薄いため、熱源
と発電モジュール体３間の熱伝達を阻害しにくくするこ
とができる。従って、プラスチックフィルム８の厚さは
熱源から発電モジュール体３への熱伝導を阻害しにくい
よう薄い方が望ましい。

【００１１】また、セラミック板４で挟持した発電モジ
ュール体３は袋状のプラスチックフィルム８で包み、開
口部は封止されて防湿性が高く、しかも従来のシリコン
のシール剤によるシールの場合のような結露し易い部分
にシール界面はないために、結露が生じた場合でも発電
モジュール体３の内部への水分の侵入はなく、銅電極１
の劣化や熱電発電素子２の絶縁不良などが抑制でき、低
温を熱源とした使用が可能となり、信頼性を向上するこ
とができる。さらに、連続気泡発泡体７を発電モジュー
ル体３及びセラミック板４の周囲に配し、袋状のプラス
チックフィルム８で包み封止したことにより、発電に関
与しないロスとなるプラスチックフィルム８に沿った熱
源間の熱伝達を抑制することができる。

【００１２】その理由は、熱はプラスチックフィルム８
を介して発電モジュール体３を貫通する他、プラスチッ
クフィルム８に沿って伝わる。プラスチックフィルム８
の端辺では、プラスチックフィルム８の両面に熱源があ
るため、プラスチックフィルム８の表面に沿って熱が熱
源間を伝わるが、この熱は発電に関与しないためロスと
なる。これを防ぐためにはプラスチックフィルム８の熱
伝導率を低くしてもよいが、熱源間のプラスチックフィ
ルム８に沿った沿面距離を長くとることによっても熱の
ロスを低減できる。また、プラスチックフィルム８の内
部は真空とするので、プラスチックフィルム８だけで空
間を保持することは困難である。そこで、連続気泡発泡
体７を、発電モジュール体３及びセラミック板４の周囲
に配置して、真空下でプラスチックフィルム８の形状を
保持して熱源間のプラスチックフィルム８に沿う沿面距
離を大きくしたものである。

【００１３】なお、この実施の形態１では、プラスチッ
クフィルム８として三層のものを用いているが、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）だけの単層のものであ
ってもよい。また、プラスチックフィルム８に真空度の
長期間保持の観点から、ガスの透過を抑制するために金
属箔や金属の蒸着層を含んでも良い。

【００１４】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２に係る熱電発電モジュールを示す断面図である。図に
おいて、本発明の実施の形態１の熱電発電モジュールと
同様の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省
略する。この実施の形態２では、連続発泡気泡体７内に
活性炭やゼオライト等のガス及び水分を吸着する吸着剤
１０を同封したものである。連続発泡気泡体７内に吸着
剤１０を同封するようにしたのは、熱電発電モジュール
の内部の真空度は、袋にしたプラスチックフィルム８の
外部からシール部分を通過するガス透過や内部に挿入し
た連続気泡発泡体７の構成材からの放出ガスによって低
下するが、吸着剤１０がこれらのガスを吸着することに
よって真空度が維持されるため、熱電発電モジュールの
性能を長期間維持できるからである。なお、この実施の
形態２では吸着剤１０として物理吸着剤である活性炭や
ゼオライトを用いているが、バリウムとリチウムを合金
化し、活性化させたような化学吸着剤を使用してもよ
く、この化学吸着剤の使用はさらに効果が高い。なお、
上記実施の形態２では、吸着剤１０が連続発泡気泡体７
内に同封されているが、これに限定されるものではな
く、プラスチックフィルム８内であればよいことはいう
までもない。

【００１５】

【発明の効果】本発明の請求項１の熱電発電モジュール
においては、電気的絶縁材で挟持した複数の電極と熱電
発電素子とからなる発電モジュール体をプラスチックフ
ィルムで真空包装したので、発電モジュール体の熱電発
電素子を貫通する発電に関与する熱以外の空間への発電
に関与しない熱の漏洩が真空による断熱効果により抑制
されるため、発電モジュール体の発電効率が向上し、低
温を熱源とした使用が可能となるという効果がある。ま
た、電気的絶縁材で挟持した発電モジュール体はプラス
チックフィルムで真空包装されているので、従来のシリ
コンのシール剤によるシールの場合のような結露し易い
部分にシール界面はないために、結露が生じた場合でも
発電モジュール体の内部への水分の侵入はなく、電極の
劣化や熱電発電素子の絶縁不良などが抑制でき、低温を
熱源とした使用が可能となり、信頼性が向上するという
効果がある。

【００１６】本発明の請求項２の熱電発電モジュールに
おいては、発電モジュール体及び電気的絶縁板材の周囲
が連続気泡発泡体で囲まれ、これらがプラスチックフィ
ルムで真空包装されているので、プラスチックフィルム
による包装であっても真空下で形状を保持でき、熱源間
の沿面距離を大きくできるので、発電に関与しないロス
となるプラスチックフィルムに沿った熱の漏洩を抑制で
き、発電モジュール体の発電効率がより一層向上すると
いう効果がある。

【００１７】本発明の請求項３の熱電発電モジュールに
おいては、プラスチックフィルム内にガス及び水分を吸
着する吸着剤を同封したので、プラスチックフィルム内
に発生したガス又は水分を吸着剤が吸着して真空度を維
持するため、熱電発電モジュールの性能を長期間維持で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る熱電発電モジュ
ールを示す断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態２に係る熱電発電モジュ
ールを示す断面図である。

【図３】 従来の熱電発電モジュールを示す斜視図であ
る。

【図４】 同熱電発電モジュールを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 銅電極、２ 熱電発電素子、３ 発電モジュール
体、４ セラミック板（電気的絶縁材）、７ 連続気泡
発泡体、８ プラスチックフィルム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に複数の電極を間隔を置いて配置
   し、上下のそれぞれ対応する電極の間に熱電発電素子を
   介在させ、各電極と各熱電発電素子を電気的に接続して
   平板状の発電モジュール体を形成し、その発電モジュー
   ル体の上下面を電気的絶縁板材で挟持し、発電モジュー
   ル体及び電気的絶縁板材の少なくとも一方をプラスチッ
   クフィルムで真空包装して形成したことを特徴とする熱
   電発電モジュール。
2. 【請求項２】 前記発電モジュール体及び電気的絶縁板
   材の少なくとも一方の周囲が連続気泡発泡体で囲まれて
   いることを特徴とする請求項１記載の熱電発電モジュー
   ル。
3. 【請求項３】 前記プラスチックフィルム内にガス及び
   水分を吸着する吸着剤を同封したことを特徴とする請求
   項１又は２記載の熱電発電モジュール。