JP2009176919A - 熱電変換モジュールおよび熱電変換素子用コネクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明一実施形態に係るコネクタC1は、熱電変換素子30の電極を他の電極に対して電気的に接続するためのものであり、接続部44の長さを伸縮自在に調整するための弾性変形部200を有している。
【選択図】 図14
Description
120(1995)]よりも高い出力因子が得られた。また、出力因子は、上記組成におけるxが0.0125であり且つ本焼成温度が1300℃の場合に、4.02×10-4W/(m・K2)と最も高い値であった。
120(1995)]よりも7倍程度の高い出力因子が得られた。
ここで、kは熱伝導率を示し、lは素子20の長さを示し、Sは断面積を示す。
したがって、素子20両端の温度差T1−T2は、下記式(2)で表される。
T1−T2=Q/S・(l/k)
={(Th−Tc)・(l/k)}/(R1+l/k+R2) 式(2)
この式(2)を用いて、素子20の長さに対する温度差について求めた。求める際の条件としては、Th=500℃、Tc=20℃とし、素子20の熱伝導率を2.0W/m・Kとし、熱抵抗R1,R2をいずれも0.0001〜0.01m2/W・Kの範囲で変化させた。また、素子20の長さは0.1cm〜3.0cmとした。その結果を図9に示す。図9から分かるように、素子の長さが長くなるにつれて温度差が大きくなり、熱抵抗が小さいほど温度差が大きくなる。また、熱抵抗が0.0001m2/W・Kでは素子の長さが0.2cmで約400℃の温度差が得られるのに対して、0.01m2/W・Kでは素子の長さが0.2cmで約23℃の温度差しか得られない。この結果から、温度差を大きくとるためには、熱抵抗をできるだけ小さくする必要があることがわかる。
また、熱起電力は、熱電変換材料のゼーベック係数αと温度差ΔTにより下記式(4)により表される。
V=α・ΔT 式(4)
ここで、温度差ΔTは、上述したように素子の長さに依存するので、素子の長さに対する発生最大出力について算出した。この場合、熱電変換材料のゼーベック係数を250μV/Kとし、抵抗率を0.015Ω・cmとし、熱伝導率を2.0W/m・Kとし、素子の断面積を1.0cm2とした。熱抵抗R1,R2をいずれも0.0001〜0.01m2/W・Kの範囲で変化させた。その結果を図10に示す。図10から分かるように、素子の長さにより発生最大出力が変化し、熱抵抗の値により最大となる素子の長さがある。また、熱抵抗が小さくなるにつれて、最大出力が得られる素子の長さが短くなることがわかる。また、熱抵抗が0.005m2/W・Kでは素子の長さが2.0cm、0.001m2/W・Kでは素子の長さが0.4cmと求められた。したがって、熱抵抗が0.001m2/W・K〜0.005m2/W・Kの範囲においては、素子の長さが0.4cm〜2.0cmであることが適当であると考えられる。
平板状の素子(断面8mm×8mm、高さ2mm)と、棒状(縦型)の素子(断面8mm×2mm、高さ8mm)とで、電圧、電流、最大発生出力について調べた。その結果を図11に示す。この場合、熱源温度を500℃とし、冷却温度を20℃とし、熱電変換材料のゼーベック係数αを250μV/Kとし、抵抗率を0.015Ω・cmとし、熱伝導率を2.0W/m・Kとした。
30a,30b 主面
30c,30d 電極面
40,42,50,52,60 嵌合部
44,54 接続部
64 コネクタリード部
90 第1の基板
91 第2の基板
200,202 弾性変形部
A1 第1の配列
A2 第2の配列
A3 第3の配列
A4 第4の配列
C1 第1のコネクタ
C2 第2のコネクタ
C3(C3a,C3b) 第3のコネクタ
M 熱電変換モジュール
Claims (24)
- 基板上に熱電変換素子を配し、該熱電変換素子の電極と、該電極とは異なる他の電極とを導電性の所定形状のコネクタを介して電気的に接続して成る熱電変換モジュールであって、
前記コネクタは、その長さを伸縮自在に調整するための弾性変形部を有していることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記弾性変形部は、コネクタを屈曲形成することにより設けられてい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。
- 前記弾性変形部は、コネクタの熱膨張を吸収するように弾性変形可能であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変換モジュール。
- 前記コネクタは、前記熱電変換素子の電極に嵌合して取り付けられる第1の嵌合部と、該第1の嵌合部および前記他の電極と電気的に接続されるコネクタリード部とを更に有していることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記弾性変形部が前記コネクタリード部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の熱電変換モジュール。
- 前記各熱電変換素子が互いに同一素材から成ることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換素子は、表面積が最も大きい主面を有するとともに、当該主面の両側にそれぞれ電極が位置しており、前記電極が前記基板と対向され且つ前記主面が前記基板に対して略垂直となるように縦長に立設して配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記コネクタが前記基板上に所定の配列で予め固定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換素子の前記電極は、熱電変換素子の両側に位置する一対の第1および第2の電極から成り、
前記熱電変換素子は、前記第1の電極と対向する第1の基板と、前記第2の電極と対向する第2の基板との間で挟持されていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 - 前記他の電極は、熱電変換モジュールが電気的に接続される外部電極であることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記第1の嵌合部は、前記熱電変換素子の装着を案内し、前記熱電変換素子を前記第1の嵌合部に装着した後に、前記熱電変換素子に沿うように折り曲げ可能である案内部を有することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記第1の嵌合部は、折り曲げ可能であり、折り曲げた際に隣接するコネクタと電気的に接触するために十分な長さを有する短絡用片を持つことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記コネクタリード部は、前記基板上に配された他の熱電変換素子における他の電極に嵌合して取り付けられる第2の嵌合部を有していることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記コネクタリード部は、前記熱電変換素子の電極面間の側面において、前記電極面から延在する平行部を有することを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換素子の両側に挿入可能であり、電気絶縁性を有する櫛歯を持つ固定部材を具備することを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換素子の前記電極は、熱電変換素子の両側に位置する一対の第1および第2の電極から成り、
前記第1および第2の電極のうちの一方が加熱面として規定され、他方が冷却面として規定され、前記加熱面と前記冷却面との温度差によって発電することを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 - 前記熱電変換素子が複合金属酸化物を含む焼結体であることを特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記複合金属酸化物は、構成元素として、アルカリ土類金属と、希土類と、マンガンとを含んでいることを特徴とする請求項17に記載の熱電変換モジュール。
- 前記第1の嵌合部または前記第2の嵌合部は、熱電変換素子の固定用溝に係止されるフック状の係合部を有していることを特徴とする請求項1ないし請求項18のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
- 熱電変換素子の電極を他の電極に対して電気的に接続するための熱電変換素子用コネクタであって、当該コネクタの長さを伸縮自在に調整するための弾性変形部を有していることを特徴とする熱電変換素子用コネクタ。
- 前記弾性変形部は、コネクタを屈曲形成することにより設けられていることを特徴とする請求項20に記載の熱電変換素子用コネクタ。
- 前記弾性変形部は、コネクタの熱膨張を吸収するように弾性変形可能であることを特徴とする請求項20または請求項21に記載の熱電変換素子用コネクタ。
- 前記コネクタは、前記熱電変換素子の電極に嵌合して取り付けられる第1の嵌合部と、該第1の嵌合部および前記他の電極と電気的に接続されるコネクタリード部とを更に有していることを特徴とする請求項20ないし請求項22のいずれか1項に記載の熱電変換素子用コネクタ。
- 前記弾性変形部が前記コネクタリード部に設けられていることを特徴とする請求項23に記載の熱電変換素子用コネクタ。
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