JP2005251950A

JP2005251950A - 複数の電気的回路を含む熱電変換モジュールおよび熱電変換システム

Info

Publication number: JP2005251950A
Application number: JP2004059687A
Authority: JP
Inventors: Reki Takaku; 久歴高; Takehisa Hino; 野武久日; Takahiko Shindo; 藤尊彦新; Yujiro Nakatani; 谷祐二郎中; Keiichi Sasaki; 恵一佐々木; Kazuya Murakami; 上和也村; Yoshiyasu Ito; 藤義康伊; Ryoji Maruyama; 山亮司丸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】モジュールを構成する電気的回路の信頼性を向上させた熱電変換モジュールおよびそのモジュールを用いた熱電変換システムを提供すること。
【解決手段】電気的接続手段によって接続された複数個の熱電変換素子を含んだ熱電変換モジュールにおいて、前記モジュール４内に２以上の電気回路を有することを特徴とする熱電変換モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の熱電変換素子を電気的に接続して構成した熱電変換モジュールおよびそのモジュールを用いた熱電変換システムに関する。

一般に、熱電変換モジュールは、熱電変換素子を金属電極板で順次接続してπ型直列回路を構成し、電極板の外側にはモジュールの構造維持及び外部との熱輸送のための絶縁基板が配された構成となっている。

しかし、これらの構造のモジュールでは、熱電変換素子が電気的に直列の一つの回路によって接続されているため、一個所でも素子の破壊や電極の接合不良が生じた場合にはモジュールが全く機能しなくなり、信頼性に問題がある。

本発明は上記の点を考慮してなされたもので、モジュールを構成する電気的回路の信頼性を向上させた熱電変換モジュールおよびそのモジュールを用いた熱電変換システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、請求項１ないし５記載のモジュール、および請求項６ないし９記載の熱電変換システムを提供するものである。

請求項１記載の発明は、電気的接続手段によって接続された複数個の熱電変換素子を含んだ熱電変換モジュールにおいて、前記モジュール内に２以上の電気回路を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱電変換モジュールにおける複数個の電気回路の内、少なくとも２つが互いに独立であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の熱電変換モジュールにおいて、入出力端子対を、２以上有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の熱電変換モジュールにおいて、一つの回路を構成する熱電変換素子および他の回路を構成する熱電変換素子の、材料および形状の少なくとも一方が異なることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の熱電変換モジュールにおいて、一つの回路を構成する熱電変換素子の数と他の回路を構成する熱電変換素子の数とが異なることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、熱源と、この熱源に設けられた熱電変換モジュールとをそなえた熱電変換システムにおける熱電変換モジュールが、モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、熱源と、この熱源に設けられた熱輸送手段と、この熱輸送手段に設けられた熱電変換モジュールとをそなえた熱電変換システムにおける前記熱電変換モジュールが、モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、温度制御対象物と、この温度制御対象物に設けられた熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールに設けられた電気的出力を発生させる手段とをそなえた熱電変換システムにおける熱電変換モジュールが、モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、温度制御対象物と、この温度制御対象物に熱輸送手段を介して設けられた熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールに設けられ電気的出力を発生させる手段とをそなえた熱電変換システムにおける熱電変換モジュールが、モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする。

本発明は上述のように、モジュール内に２以上の電気回路を有するため、熱電変換モジュールの電気的な回路の切断に対して信頼性の高い熱電変換モジュールを提供することができる。

また、熱電変換システムにおける熱電変換モジュール内に２以上の電気回路を有する構成としたため、電気回路の切断に対して信頼性の高い熱電変換システムを提供することが出来る。

以下、本発明に係る熱電変換モジュールの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施形態１

図１は、本発明の実施形態１である熱電変換モジュールを示している（絶縁基板は図示省略）。この熱電変換モジュールは、２個ずつの電極によって接続され互いに隣接する一組の熱電変換素子１ａの対により構成されている。

このように構成された実施形態１においては、ある電極２で接続不良が起きても、もう一つの機能している電極で接続されているから、電気的回路が切断されることはない。したがって、単一の回路で構成された熱電変換モジュールに比べて、信頼性を向上させることができる。

実施形態２

図２は、本発明の実施形態２を示している。この実施形態２は、図２に示すように、独立した２つの回路を構成する熱電変換素子１ａ，１ｂと、これら熱電変換素子１ａ，１ｂを接続する電極２ａ，２ｂとがリード線３ａ，３ｂに接続されている。

このように構成された実施形態２においては、一つの回路が損傷して電気的に切断されても、もう一方の回路は電気的に影響を受けない。

実施形態３

図３は、本発明の実施形態３を示すものである。この実施形態３は、独立した２つの回路と２対の入出力端子対を含ものである。そして、第１の電気回路に用いられる熱電変換素子１ａと第２の回路に用いられる熱電変換素子１ｂとは、形状、材料系、個数が互いに異なる。

すなわち、入出力端子対であるリード線３ａ，３ａ間に、熱電変換素子１ａおよび電極２ａが順次接続されて第１の回路を構成している。また、入出力端子対であるリード線３ｂ，３ｂ間に、熱電変換素子１ｂおよび電極２ｂが順次接続されて第２の回路を構成している。

この実施形態３では、第１および第２の回路のうちの、一方が損傷して電気的に切断されても、もう一方の回路は電気的に影響を受けない。このため、モジュールの信頼性を高めることができる。さらに、一方の回路をモジュールの回路異常の検出用に利用などすることによっても、モジュールの信頼性を高めることができる。

実施形態４

図４は、本発明の実施形態４を示しており、熱電変換モジュールを用いた熱電発電システムとして構成されており、熱源５に熱電変換モジュール４を取り付けて発電を行うシステムである。熱源５は、固体でも液体でも気体でもよく、温熱源でも冷熱源でもよい。また、熱源５とモジュール４との間に熱輸送手段を設けてもよい。熱輸送手段としては、熱伝導グリース、熱伝導シート、ヒートパイプなどを用いることができる。

この熱電発電システムでは、電気回路の切断に対して信頼性を高くすることができる。

実施形態５

図５は、本発明の実施形態５を示したもので、熱電モジュールを用いた温度制御システムを示している。この実施形態５では、電気的な出力を発生する手段６に接続された熱電変換モジュール４を温度制御対象物７に接触させて、熱電変換モジュール４に流れる電流を制御することで温度制御を行う。そして、温度制御対象物７は、固体、液体、気体の何れでもよく、温度制御対象物７と熱電変換モジュール４との間に熱輸送手段を設けてもよい。熱輸送手段としては、熱伝導グリース、熱伝導シート、ヒートパイプなどを用いることができる。

(他の用途に伴う効果)
本発明においては、以下に示す更なる効果を期待することができる。すなわち、独立した２つ以上の回路と２対以上の入出力端子対を含むモジュールにおいては、当該モジュールを熱電発電モジュールとして使用する際には、１つのモジュールで２つ以上の負荷を作動させることができる。

一方、このモジュールをペルチェモジュールとして使用する際には、２対以上の入力端子対を用いることで、より複雑な温度制御が可能になる。

さらに、上記熱電変換モジュールにおいては、１対の端子を回路異常の検出に用いるなどにより、信頼性を一層向上させることもできる。

本発明の実施形態１を示す熱電変換モジュールの説明図。本発明の実施形態２を示す熱電変換モジュールの説明図。本発明の実施形態３を示す熱電変換モジュールの説明図。本発明の実施形態４を示す熱電発電システムの説明図。本発明の実施形態５を示す温度制御システムの説明図。

符号の説明

１ａ…第１熱電変換素子、１ｂ…第２熱電変換素子、２…電極、３ａ…リード線、３ｂ…リード線、４…熱電変換モジュール、５…熱源、６…電気的出力手段、
７…温度制御対象物

Claims

電気的接続手段によって接続された複数個の熱電変換素子を含んだ熱電変換モジュールにおいて、
前記モジュール内に２以上の電気回路を有することを特徴とする熱電変換モジュール。
請求項１記載の熱電変換モジュールにおいて、
前記モジュール内の複数個の電気回路の内、少なくとも２つが互いに独立であることを特徴とする熱電変換モジュール。
請求項１記載の熱電変換モジュールにおいて、
入出力端子対を、２以上有することを特徴とする熱電変換モジュール。
請求項１ないし３の何れかに記載の熱電変換モジュールにおいて、
一つの回路を構成する熱電変換素子および他の回路を構成する熱電変換素子の、材料および形状の少なくとも一方が異なることを特徴とする熱電変換モジュール。
請求項４記載の熱電変換モジュールにおいて、
一つの回路を構成する熱電変換素子の個数と他の回路を構成する熱電変換素子の個数とが異なることを特徴とする熱電変換モジュール。
熱源と、この熱源に設けられた熱電変換モジュールとをそなえた熱電変換システムにおいて、
前記熱電変換モジュールが、前記モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする熱電変換システム。
熱源と、この熱源に設けられた熱輸送手段と、この熱輸送手段に設けられた熱電変換モジュールとをそなえた熱電変換システムにおいて、
前記熱電変換モジュールが、前記モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする熱電変換システム。
温度制御対象物と、この温度制御対象物に設けられた熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールに設けられた電気的出力を発生させる手段とをそなえた熱電変換システムにおいて、
前記熱電変換モジュールが、前記モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする熱電変換システム。
温度制御対象物と、この温度制御対象物に熱輸送手段を介して設けられた熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールに設けられ電気的出力を発生させる手段とをそなえた熱電変換システムにおいて、
前記熱電変換モジュールが、前記モジュール内に２以上の電気回路を有するものであることを特徴とする熱電変換システム。