JP2012119457A - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電変換モジュールは、熱電変換素子1と、熱電変換素子1を気密封止した容器2を有する。熱電変換モジュールは、更に、熱電変換素子1の一端と容器2の天面21の内面との間に挿入された第1熱伝導性絶縁体3と、熱電変換素子1の他端と容器2の底面22の内面との間に挿入された第2熱伝導性絶縁体4を有する。容器2は、少なくともその側壁62と天面21とが板材により構成され、その板材の厚みが0.3mm以上である。容器2の天面21側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、底面22と天面21との最短距離が、天面21の周縁と底面22との距離よりも小さくなる。
【選択図】図1
Description
前記熱電変換素子を気密封止した容器と、
前記熱電変換素子の一端と前記容器の天面の内面との間に挿入された第1熱伝導性絶縁体と、
前記熱電変換素子の他端と前記容器の底面の内面との間に挿入された第2熱伝導性絶縁体と、
を有し、
前記容器は、少なくともその側壁と前記天面とが板材により構成され、前記板材の厚みが0.3mm以上であり、
前記容器の天面側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、前記底面と前記天面との最短距離が、前記天面の周縁と前記底面との距離よりも小さくなることを特徴とする熱電変換モジュールを提供する。
しかも、容器の天面側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、容器の底面と天面との最短距離が、天面の周縁と底面との距離よりも小さくなるように熱電変換モジュールが構成されているので、容器の板材の厚みを0.3mm以上にしても、天面と底面との離間を抑制できる。よって、熱電変換素子と第1熱伝導性絶縁体との密着、並びに、第1熱伝導性絶縁体と容器の天面との密着を維持でき、十分な熱電変換効率を確保することができる。
要するに、本発明に係る熱電変換モジュールは、十分な耐酸化性及び耐腐食性と、十分な熱電変換効率と、を兼ね備える。
前記熱電変換素子を気密封止した容器と、
前記熱電変換素子の一端と前記容器の天面の内面との間に挿入された第1熱伝導性絶縁体と、
前記熱電変換素子の他端と前記容器の底面の内面との間に挿入された第2熱伝導性絶縁体と、
を有し、
前記容器は、少なくともその側壁と前記天面とが板材により構成され、前記板材の厚みが0.3mm以上であり、
前記天面の平面視における外形線の曲率半径が、該外形線の全域に亘って15mm以上であり、
前記側壁の高さが6mm以上であることを特徴とする熱電変換モジュールを提供する。
しかも、容器の天面の平面視における外形線の曲率半径が、該外形線の全域に亘って15mm以上であり、容器の側壁の高さが6mm以上であるので、容器の板材の厚みを0.3mm以上にしても、側壁が容易に側方に倒れることができる。よって、天面と底面との離間を抑制できるため、熱電変換素子と第1熱伝導性絶縁体との密着、並びに、第1熱伝導性絶縁体と容器の天面との密着を維持でき、十分な熱電変換効率を確保することができる。
要するに、本発明に係る熱電変換モジュールは、十分な耐酸化性及び耐腐食性と、十分な熱電変換効率と、を兼ね備える。
熱電変換素子1は、更に、p型熱電変換素子11の一端とn型熱電変換素子12の一端とを相互に電気的に接続している第1電極13と、p型熱電変換素子11の他端に接続されている第2電極14と、n型熱電変換素子12の他端に接続されている第3電極15と、を有している。
枠状体5bは、ステンレス、ニッケル、炭素鋼或いはその他の金属材料により構成することができる。
熱伝導体5aは、基板5よりも熱伝導性の高い材料(例えば銅、アルミニウム、カーボンなど)により構成されている。
熱伝導体5a上に、第2熱伝導性絶縁体4を介して熱電変換素子1が配置され、更に、熱電変換素子1上に第1熱伝導性絶縁体3が配置されている。
蓋体6は、基板5側に向けて開口する半筐体状に形成されている。
蓋体6を構成する板材は、例えば、ステンレス、ニッケル、炭素鋼或いはその他の耐熱性金属材料により構成することができる。
蓋体6は、平坦な天面21と、側壁62と、を有している。側壁62は筒状であり、その平断面形状は天面21と同じ形状となっている。なお、蓋体6の基板5側の端面は、例えば、フランジ状に張り出したフランジ部63となっている。そして、フランジ部63が、基板5の上面(例えば、枠状体5bの上面)に対して溶接(例えば、電子ビーム溶接)により固定されることによって、熱電変換素子1が容器2内に気密封止されている。
そして、容器2の天面21側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、底面22と天面21との最短距離L1(図4参照)が、天面21の周縁と底面22との距離L2(図4参照)よりも小さくなるように(好ましくは0.01mm以上小さくなるように)、容器2の形状等の因子が設定されている。すなわち、容器2の天面21側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、天面21が昇温前よりもマイナスZ方向に変位するようになっている。
また、天面21の平面視における外形線の曲率半径は、該外形線の全域に亘って15mm以上とされている。具体的には、天面21の平面視における外形線は、例えば、円形とされ、その半径は15mm以上である。
また、天面21の面積は、80cm2以下であることが好ましい。
ただし、具体的には、図2及び図3に示すように、容器2内には複数の熱電変換素子1がアレイ状に配置され、且つ、これら熱電変換素子1が直列に接続されている。この場合、最前段の熱電変換素子1の第2電極14に第1リード51の一端が接続され、以下、前段側の熱電変換素子1の第3電極15と後段側の熱電変換素子1の第2電極14とが接続され、最後段の熱電変換素子1の第3電極15に第2リード52の一端が接続されている。
先ず、図示しない冷却水供給部から、冷却水路81内に冷却水を供給し、循環させながら、容器2の天面21側を室温から400℃〜600℃以上に昇温する。これにより、熱電変換素子1の一端側(天面21側)と他端側(基板5側)とに温度差が生じるので、熱電効果により、各熱電変換素子1のp型熱電変換素子11の他端とn型熱電変換素子12の他端との間に電流が流れる。よって、電気的負荷7に電源を供給することができる。
このため、昇温時においても、熱電変換素子1と第1熱伝導性絶縁体3との密着、並びに、第1熱伝導性絶縁体3と容器2の天面21との密着を維持でき、十分な熱電変換効率を確保することができる。
位置A(周縁部)での距離L(距離L2)・・・10.05mm
位置B(周縁部)での距離L(距離L2)・・・10.04mm
位置C(周縁部)での距離L(距離L2)・・・10.05mm
位置D(周縁部)での距離L(距離L2)・・・10.06mm
位置E(中央部)での距離L(最短距離L1)・・・9.95mm
特許文献1乃至3の熱電変換モジュールの容器の蓋体は、平面視における外形形状が矩形状であるか、又は、角が丸められた矩形状となっている。本発明者は、熱電変換モジュールの蓋体の平面形状がこれらの形状の場合には、以下のような課題があることを見出した。
すなわち、熱電変換モジュールにおいては、昇温時の熱によって、蓋体が熱膨張し、熱応力が生じる。蓋体の平面形状が矩形状の場合、熱膨張の際に、蓋体の互いに交差する側面が互いに突っ張り合うため、蓋体がうまく側方に変形することが困難である。蓋体の角の部分の強度が局所的に強く、その部分で特に変形がし難い。
蓋体の平面形状が矩形状の場合に、その板厚を0.3mm以上にすると、側方へ逃げることができない応力が天面に作用し、天面の中央部が基板から離れる方向に変形してしまう。その結果、蓋体とその内部の熱電変換素子との間の熱交換が阻害されてしまう。このため、十分な熱電変換効率を得ることが困難である。特に、筐体内部を真空封止した場合には、蓋体とその内部の熱電変換素子との間の熱伝導の低下が顕著となる。蓋体の平面形状が角が丸められた矩形状の場合にも、同様の課題がある。
なお、昇温時の熱膨張により容器は塑性変形し、その後に室温に戻した後も、容器は変形したままの形状となる。
比較例1に係る熱電変換モジュールは、天面21の平面形状が矩形状であり、且つ、側壁62が矩形枠状である点でのみ実施例に係る熱電変換モジュールと相違する。なお、この矩形形状は、一辺の長さが6.7cmの正方形であった。
比較例2に係る熱電変換モジュールは、側壁62の高さが2mmである点でのみ実施例に係る熱電変換モジュールと相違する。
ここで、Z方向変位は、天面21の中央部での蓋体6の高さから、天面21の周縁部での蓋体6の高さを引いた値である。
Z方向変位がプラスであることは、天面21の中央部が周縁部に対して相対的に上方に膨らんだことを意味し、更に言えば、天面21の中央部が昇温前よりも上方に膨らんだことを意味する。
また、Z方向変位がマイナスであることは、天面21の中央部が周縁部に対して相対的に下方に凹んだことを意味し、更に言えば、天面21の中央部が昇温前よりも下方に凹んだことを意味する。
熱電変換モジュールの容器2(特に蓋体6)の形状因子としては、平面形状が矩形状のものよりも円形のものの方がZ方向変位が小さくなることが分かり、また、側壁62の高さ(立ち上がりの寸法)が大きいほどZ方向変位が小さくなることが分かる。
しかも、容器2の天面21側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、容器2の底面22と天面21との最短距離が、天面の周縁と底面との距離よりも小さくなるように熱電変換モジュールが構成されている。これにより、蓋体6の板厚を0.3mm以上にしても、天面21と底面22との離間を抑制できるため、熱電変換素子1と第1熱伝導性絶縁体3との密着、並びに、第1熱伝導性絶縁体3と容器2の天面21との密着を維持でき、十分な熱電変換効率を確保することができる。
更に、容器2の天面21の平面視における外形線は、矩形状でも良いし、五角形以上の多角形であっても良い。
2 容器
3 第1熱伝導性絶縁体
4 第2熱伝導性絶縁体
5 基板
5a 熱伝導体
5b 枠状体
6 蓋体
7 電気的負荷
8 水冷ブロック
11 p型熱電変換素子
12 n型熱電変換素子
13 第1電極
14 第2電極
15 第3電極
16 第1バリアメタル
17 第2バリアメタル
21 天面
22 底面
31 セラミック材料板
32 カーボンシート
33 カーボンシート
41 セラミック材料板
42 カーボンシート
43 カーボンシート
44 カーボンシート
51 第1リード
52 第2リード
53 絶縁体
54 真空導入端子
62 側壁
63 フランジ部
81 冷却水路
A 位置
B 位置
C 位置
D 位置
E 位置
L 距離
L1 最短距離
L2 距離
Claims (10)
- 熱電変換素子と、
前記熱電変換素子を気密封止した容器と、
前記熱電変換素子の一端と前記容器の天面の内面との間に挿入された第1熱伝導性絶縁体と、
前記熱電変換素子の他端と前記容器の底面の内面との間に挿入された第2熱伝導性絶縁体と、
を有し、
前記容器は、少なくともその側壁と前記天面とが板材により構成され、前記板材の厚みが0.3mm以上であり、
前記容器の天面側を400℃以上に昇温した後で室温に戻すことにより、前記底面と前記天面との最短距離が、前記天面の周縁と前記底面との距離よりも小さくなることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記最短距離が、前記天面の周縁と前記底面との距離よりも0.01mm以上小さくな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。
- 前記側壁の高さが6mm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電変換モジュール。
- 前記天面の平面視における外形線の曲率半径が、該外形線の全域に亘って15mm以上であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記外形線は円形、楕円形又は長円形であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記天面の平面視における外形線は、五角形以上の多角形であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記天面の面積が80cm2以下であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 熱電変換素子と、
前記熱電変換素子を気密封止した容器と、
前記熱電変換素子の一端と前記容器の天面の内面との間に挿入された第1熱伝導性絶縁体と、
前記熱電変換素子の他端と前記容器の底面の内面との間に挿入された第2熱伝導性絶縁体と、
を有し、
前記容器は、少なくともその側壁と前記天面とが板材により構成され、前記板材の厚みが0.3mm以上であり、
前記天面の平面視における外形線の曲率半径が、該外形線の全域に亘って15mm以上であり、
前記側壁の高さが6mm以上であることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記外形線は円形、楕円形又は長円形であることを特徴とする請求項8に記載の熱電変換モジュール。
- 前記天面の面積が80cm2以下であることを特徴とする請求項8又は9に記載の熱電変換モジュール。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013140883A (ja) * | 2012-01-05 | 2013-07-18 | Futaba Industrial Co Ltd | 熱電発電装置 |
JP2013165113A (ja) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Furukawa Co Ltd | 熱電変換装置 |
CN104299946A (zh) * | 2013-07-16 | 2015-01-21 | 精工电子有限公司 | 盖体部、采用该盖体部的电子器件用封装以及电子器件 |
EP2927972A1 (fr) * | 2014-04-03 | 2015-10-07 | Valeo Systemes Thermiques | Dispositif thermoélectrique à connecteur isolé et élément de ligne d'échappement comportant un tel dispositif |
KR20190067693A (ko) * | 2017-12-07 | 2019-06-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전 모듈 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001217069A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Nec Corp | 封止装置およびその製造方法 |
JP2003273260A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-26 | Sony Corp | 電子回路モジュール |
JP2006086210A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Toshiba Corp | 熱電変換システム |
WO2006080048A1 (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Fujitsu Limited | 半導体装置 |
JP2007110082A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-04-26 | Toshiba Corp | 熱電変換装置及びその製造方法 |
-
2010
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001217069A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Nec Corp | 封止装置およびその製造方法 |
JP2003273260A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-26 | Sony Corp | 電子回路モジュール |
JP2006086210A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Toshiba Corp | 熱電変換システム |
WO2006080048A1 (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Fujitsu Limited | 半導体装置 |
JP2007110082A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-04-26 | Toshiba Corp | 熱電変換装置及びその製造方法 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013140883A (ja) * | 2012-01-05 | 2013-07-18 | Futaba Industrial Co Ltd | 熱電発電装置 |
JP2013165113A (ja) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Furukawa Co Ltd | 熱電変換装置 |
CN104299946A (zh) * | 2013-07-16 | 2015-01-21 | 精工电子有限公司 | 盖体部、采用该盖体部的电子器件用封装以及电子器件 |
JP2015023052A (ja) * | 2013-07-16 | 2015-02-02 | セイコーインスツル株式会社 | 蓋体部、この蓋体部を用いた電子デバイス用パッケージ及び電子デバイス |
TWI613764B (zh) * | 2013-07-16 | 2018-02-01 | 精工電子有限公司 | 蓋體部、使用此蓋體部之電子裝置用之封裝體及電子裝置 |
EP2927972A1 (fr) * | 2014-04-03 | 2015-10-07 | Valeo Systemes Thermiques | Dispositif thermoélectrique à connecteur isolé et élément de ligne d'échappement comportant un tel dispositif |
FR3019684A1 (fr) * | 2014-04-03 | 2015-10-09 | Valeo Systemes Thermiques | Dispositif thermoelectrique a connecteur isole et element de ligne d'echappement comportant un tel dispositif |
KR20190067693A (ko) * | 2017-12-07 | 2019-06-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전 모듈 |
KR102072577B1 (ko) * | 2017-12-07 | 2020-02-03 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전 모듈 |
US11469361B2 (en) | 2017-12-07 | 2022-10-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Thermoelectric module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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