JP2006147600A - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、吸熱部、熱電変換部及び放熱部よりなる熱電変換モジュールにおいて、少なくとも吸熱部と熱電変換部とが固着一体化されていることにより、特に400℃以上の中高温下で好適に使用することができる熱電変換モジュールを提供する。
【選択図】なし
Description
(1)本発明は、熱電変換部と吸熱部及び放熱部とよりなる熱電変換モジュールにおいて該熱電変換部と吸熱部とが応力緩和層を介して、固着一体化してなることを特徴とする熱電変換モジュールである。
(2)本発明は更に、熱電変換部と吸熱部及び放熱部の三者が固着一体化してなる熱電変換モジュールである。
(3)本発明はまた、吸熱部及び放熱部の少なくとも一方を構成する部材がセラミックスであり、該セラミックスで構成された部材が熱電変換部に固着一体化してなる前記(1)又は(2)記載の熱電変換モジュールである。
(4)本発明は更に、吸熱部及び放熱部の少なくとも一方が金属部材で構成され、該部材の熱電変換部に対する面が不導体化されていることを特徴とする前記(1)乃至(3)に記載の熱電変換モジュールである。
(5)本発明は更にまた、熱電変換部がN型熱電変換素子とP型熱電変換素子及びそれらを連結する電極とよりなる前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の熱電変換モジュールである。
(6)本発明は、N型熱電素子及びP型熱電素子のうち、少なくとも一方の熱電素子がスクッテルダイト系、充填型スクッテルダイト系化合物、シリコン‐ゲルマニウム(Si−Ge)及びビスマスーテルル(Bi−Te)系合金のうち、少なくとも一種を含むことを特徴とする前記(5)に記載の熱電変換モジュールでもある。
(7)本発明は更に、N型熱電変換素子、P型熱電変換素子、該N型熱電変換素子と該P型熱電変換素子とを連結する電極、吸熱部及び放熱部の各構成部材が有する接続部分のうち少なくとも一つの接続個所において、該接続部の間に水素を吸蔵した金属箔を密着して挟み込んだ後、加熱処理を施すことにより、該金属箔を介して接続されていることを特徴とする前記(5)又は(6)に記載の熱電変換モジュールである。
(8)本発明は、応力緩和層がチタン又はチタン合金である前記(1)に記載の熱電変換モジュールである。
(1)吸熱部、特に吸熱部の伝熱部と熱電変換部の電極との間。
(2)熱電変換部における吸熱部側電極と熱電変換素子(熱電半導体)との間。
(3)場合によっては、熱電半導体相互間。
(4)熱電素子と放熱部側電極間。
(5)放熱部側電極と放熱部間。
熱電変換部の電極部材として1mm厚のCu金属板(5mm×5mm)と吸熱部の伝熱部材(高温側熱交換器部材)として1mm厚のAlN板(5mm×5mm)の間に、陰極電解して水素吸蔵させた20μm或いは40μmのTi金属箔或いはAl箔を挟み込み、20MPa以上で加圧した後、N2ガス中にて560℃まで加熱した後に自然冷却して強固な接合を得た。
熱電半導体の両端面に金属電極を接合した熱電変換部の基本構成を想定し、Cu/水素吸蔵したTi箔/Co−Sb系熱電材料(P型とN型)/水素吸蔵したTi箔/Cuとなるように配置して30MPa程度で加圧し、真空中或いはN2ガス中において600℃で加熱することにより、強固な接合体を実現した。なお、熱電材料を充填型スクッテルダイト構造を持つN型Yb系CoSbに替えた場合は、550℃で強固な接合を実現した。さらに、P型Yb系CoSb系材料の組み合わせにおいても560℃で強固に接合し、熱電素子を構成することができる。
熱電半導体の両端面に金属電極を配した熱電変換部の両端面に、吸熱部の伝熱部材(高温側熱交換器部材)として、AlN/水素吸蔵したTi箔/Cu/水素急増したTi箔/Co−Sb系熱電材料(P型とN型)/水素吸蔵したTi箔/Cu/水素吸蔵したTi箔、となるように配置して30MPa程度で加圧し、真空中或いはN2ガス中において600℃で加熱することにより、強固な接合体を実現した。なお、熱電材料を、充填型スクッテルダイト構造を持つYb系CoSbに変えた場合は、550℃で強固な接合を実現した。
2、熱電変換部
3(a)、吸熱部の伝熱部
3(b)、吸熱部の集熱フィン
4、一体型ユニット全体
5、熱電半導体素子
6、接合材(水素吸蔵した金属箔又は合金箔)
7、熱電変換部金属電極部材
8、応力緩和層(接合材)
9、電気絶縁部材
Claims (8)
- 熱電変換部と吸熱部及び放熱部とよりなる熱電変換モジュールにおいて該熱電変換部と吸熱部とが応力緩和層を介して、固着一体化してなることを特徴とする熱電変換モジュール。
- 熱電変換部と吸熱部及び放熱部の三者が固着一体化してなる熱電変換モジュール。
- 吸熱部及び放熱部の少なくとも一方を構成する部材がセラミックスであり、該セラミックスで構成された部材が熱電変換部に固着一体化してなる請求項1又は2記載の熱電変換モジュール。
- 吸熱部及び放熱部の少なくとも一方が金属部材で構成され、該部材の熱電変換部に対する面が不導体化されていることを特徴とする請求項1乃至3記載の熱電変換モジュール。
- 熱電変換部がN型熱電素子とP型熱電素子及びそれらを連結する電極とよりなる請求項1乃至3のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
- N型熱電素子及びP型熱電素子のうち、一方の熱電素子がスクッテルダイト系、充填型スクッテルダイト系化合物、シリコン‐ゲルマニウム(Si−Ge)及びビスマスーテルル(Bi−Te)系合金のうち、少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項5記載の熱電変換モジュール。
- N型熱電素子、P型熱電素子、該N型熱電素子と該P型熱電素子とを連結する電極、吸熱部及び放熱部の各構成部材が有する接続部分のうち少なくとも一つの接続個所において、該接続部の間に水素を吸蔵した金属箔を挟持たせた後、加熱処理を施すことにより、該金属箔を介して接続されていることを特徴とする請求項5又は6記載の熱電変換モジュール。
- 応力緩和層がチタン又はチタン合金である請求項1記載の熱電変換モジュール。
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