JP2012212839A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性が優れた熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、２コルゲートフィン９、１１と、補強部材１３ａ〜１３ｄとを備えている。補強部材１３ａ〜１３ｄと、第１、２コルゲートフィン９、１１とは共にアルミで得られており、線膨張係数が等しくなっているとともに、第１、２基板１、３を構成する窒化アルミよりも線膨張係数が大きくなっている。また、補強部材１３ａ〜１３ｄは、第１、２基板１、３よりも剛性が高くなっている。第１、２基板１、３の外面１ｂ、３ｂには、金属層１ｃ、３ｃを介してそれぞれ第１、２コルゲートフィン９、１１が接合されている。補強部材１３ａ〜１３ｄは、それぞれ第１、２基板１、３の内面１ａ、３ａにおいて、配置領域の外側に設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は熱電変換モジュールに関する。

特許文献１に従来の熱電変換モジュールが開示されている。この熱電変換モジュールは、図１に示すように、互いに対向する内面９１ａ、９２ａと、互いに背向する外面９１ｂ、９２ｂとを有する第１基板９１及び第２基板９２を備えている。また、この熱電変換モジュールは、第１基板９１及び第２基板９２の各内面９１ａ、９２ａにそれぞれ設けられた複数の電極９３ａ、９３ｂと、各電極９３ａ、９３ｂによって電気的に直列に接続される複数の熱電変換素子９４とを備えている。

この熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子９４が生じさせるペルチェ効果により、第１基板９１側で吸熱又は放熱を生じ、第２基板９２側で第１基板９１側とは反対の放熱又は吸熱を生じることが可能となっている。このため、このような熱電変換モジュールは、第１基板９１側と第２基板９２側との間における熱の移動を利用した熱交換媒体等の冷却又は加熱手段として、空調装置等に採用されつつある。また、この熱電変換モジュールは、ゼーベック効果により、温度差に基づく発電を行うことも可能である。

また、このような熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高める目的から、第１基板９１や第２基板９２の外面９１ｂ、９２ｂに対し、ろう付け等の手段により第１、２フィン９５、９６が設けられ得る。これらの各フィン９５、９６は、上記の目的から伝熱性の高い金属等によって形成されている。

特開２００４−２０７４２８号公報

上記のような熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子９４や各フィン９５、９６がろう付けやはんだ付けによって各電極９３ａ、９３ｂや第１、２基板９１、９２に接合されることから、その製造時において、各基板９１、９２は高熱に曝されることとなる。このため、発明者等の確認によれば、図１のＣＡＥ分析図のように、各フィン９５、９６の接合時において、第１、２基板９１、９２は高温に曝されて膨張し、その後の冷却により収縮することで、上記の熱電変換モジュールでは、各基板９１、９２が熱変形し、各基板９１、９２の両端部が実線矢印方向に反ることとなる。

そして、各電極９３ａ、９３ｂを介して各基板９１、９２と接合された各熱電変換素子９４には、応力負荷が生じることとなる。このため、熱電変換素子９４が損傷し易くなり、熱電変換モジュールの耐久性が低下し易くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、耐久性が優れた熱電変換モジュールを提供することを解決すべき課題としている。

本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備えた熱電変換モジュールにおいて、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、前記基板を形成する材料よりも線膨張係数が大きい伝熱材料からなり、該特定基板の該外面に立設された複数の板状部を有するフィンが熱的に接合され、
該特定基板の該内面には、前記基板を形成する材料よりも線膨張係数が大きい補強部材が前記電極間又は前記熱電変換素子の配置領域の外側に設けられており、
該補強部材は、該特定基板の該外面に沿った方向において、各該板状部の延びる方向と同方向に延びていることを特徴とする（請求項１）。

発明者等による知見によれば、各基板９１、９２に熱変形が生じる要因は、各基板９１、９２に対して、各基板９１、９２とは線膨張係数が異なる材質が非対称に接合されていることにあると考えられる。具体的には、上記の熱電変換モジュールでは、各基板９１、９２が絶縁性の確保の観点から各種のセラミック等で得られているのに対し、各フィン９５、９６は、伝熱性を高める観点から金属等によって得られている。そして、各フィン９５、９６は各基板９１、９２と比較して線膨張係数が高いことから、各フィン９５、９６は、各基板９１、９２よりも大きく熱変形する。このため、図２の（Ａ）に示すように、例えば、第２基板９２は、実線矢印方向に熱変形した第２フィン９６の熱変形の影響を受けつつ破線矢印方向に熱変形することとなる。

そこで、発明者等は、フィンが接合された基板に対し、基板とは線膨張係数が異なる材質がフィンと対称に接合されていれば、基板に対するフィンの熱変形の影響を軽減できると推察した。こうして本発明の熱電変換モジュールが発明された。

本発明の熱電変換モジュールでは、図２の（Ｂ）に示すように、特定基板９７の内面に設けられた補強部材９８がフィン９９とは対称に熱変形する。このため、特定基板９７は、フィン９９の熱変形と補強部材９８の熱変形との両方の影響を受けることとなり、特定基板９７におけるフィン９９の熱変形の影響が軽減される。

また、発明者等の知見によれば、フィンは各板状部の延びる方向でより熱変形する剛性が高くなっている。このため、この熱電変換モジュールでは、各板状部の延びる方向と同方向に延びるように補強部材を設けている。これらのため、この熱電変換モジュールでは、特定基板の熱変形に対する応力負荷が軽減され、熱電変換素子が損傷し難くなる。

したがって、本発明の熱電変換モジュールは耐久性が優れている。

熱電変換素子の配置領域とは、第１基板と第２基板との間において熱電変換素子が配置される領域を指す。

フィンは、金属板等が波型形状に曲げ加工されて得られたコルゲートフィンを採用しても良い。この場合、曲げ加工により特定基板の外面に立設した状態となる部分が板状部とされる。また、フィンは、複数の板状部の一端が接合される基部を有するものでも良い。さらに、これらの形状を組み合わせて採用しても良い。

また、基板の外面にフィンを接合する手段としては、例えば、ろう付けやはんだ付け等の手段が挙げられる。基板の内面に補強部材を設ける手段も同様である。これらのフィン及び補強部材は、それぞれ同じ手段によって基板に設けられても良く、互いに異なる手段によって基板に設けられても良い。さらに、フィン及び補強部材は、それぞれ同時期に基板に接合されても良く、例えば、基板の外面に対して先にフィンを接合した後、その基板の内面に補強部材を設けても良い。

補強部材は特定基板の変形を防止可能な剛性を有していることが好ましい。この場合、特定基板におけるフィンの熱変形の影響を好適に軽減可能となる。

本発明の熱電変換モジュールにおいて、第１基板は複数あり得る。そして、第２基板は各第１基板と対面する特定基板であり得る（請求項２）。また、第１基板及び第２基板が特定基板であり得る（請求項３）。

補強部材は、フィンと線膨張係数が等しいことが好ましい（請求項４）。この場合、補強部材とフィンとが等しく熱変形することから、特定基板におけるフィンの熱変形の影響をより低減させることが可能となる。このため、熱電変換素子がより損傷し難くなる。

フィンの各板状部の延びる方向における曲げ剛性が補強部材と等しいことが好ましい（請求項５）。この場合も、特定基板におけるフィンの熱変形の影響を好適に軽減することが可能となる。また、補強部材の小型化も可能となる。

また、補強部材は、熱電変換素子の配置領域の外側に設けられていることが好ましい（請求項６）。この場合、特定基板の端部に近い位置に補強部材を設けることが可能となる。このため、補強部材による上記効果をより高くすることが可能となる。

さらに、熱電変換素子の配置領域は四角形状であり得る。また、補強部材は、フィンの延長方向に沿って延びる第１補強部材と、フィンの延長方向と直交する方向に沿って延びる第２補強部材とからなり得る。そして、第１補強部材は、第２補強部材よりも剛性が高いことが好ましい（請求項７）。この場合、第２補強部材の小型化が実現可能となる。

両特定基板は、両補強部材同士の干渉を回避可能に配置されていることが好ましい（請求項８）。両補強部材同士が干渉した場合、例えば、両補強部材を伝って一方の特定基板側の熱が他方の特定基板側へ伝熱される、いわゆるヒートブリッジ現象が生じ、熱電変換モジュールの性能が低下する。そこで、両補強部材同士の干渉を回避するように両特定基板を配置することで、ヒートブリッジ現象に起因した熱電変換モジュールの性能低下を生じ難くさせることが可能となる。また、両基板の配置により両補強部材同士の干渉を回避することで、補強部材はその厚みを十分に確保することが可能となり、補強部材の剛性を確保し易くなる。さらに、両補強部材同士の干渉を回避することで、熱電変換素子の薄肉化も可能となる。このため、熱電変換モジュールがより高性能となる。

本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮することができる。

従来の熱電変換モジュールにおけるＣＡＥ解析断面図である。 第１、２基板における熱変形を示す模式断面図である。（Ａ）は従来の熱電変換モジュールを示しており、（Ｂ）は本発明の熱電変換モジュールを示している。 実施例１の熱電変換モジュールを示す断面図である。 実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す背面図である。 実施例２の熱電変換モジュールを示す断面図である。 実施例２の熱電変換モジュールに係り、第１基板と第２基板との配置を示す上面図である。 実施例３の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す背面図である。 実施例４の熱電変換モジュールを示す断面図である。 実施例５の熱電変換モジュールを示す断面図である。 実施例６の熱電変換モジュールに係り、組立工程を示す断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図３に示すように、実施例１の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、２コルゲートフィン９、１１と、補強部材１３ａ〜１３ｄとを備えている。

第１、２基板１、３は、それぞれ正方形の板状に成形された窒化アルミで得られている。また、第１基板１は、第２基板３よりも小さく形成されている。第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａには、エッチング加工されたアルミ板からなる電極５ａ、５ｂがそれぞれろう付けにより接合されて設けられている。また、各１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａには、電極５ａ、５ｂと同様に、エッチング加工されたアルミ板からなるベース板１５ａ〜１５ｄがそれぞれろう付けにより接合されている。

一方、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂにも、それぞれ全面に亘ってアルミ板がろう付けにより接合されており、このアルミ板による金属層１ｃ、３ｃが形成されている。なお、後述するように、各金属層１ｃ、３ｃには、それぞれ第１、２コルゲートフィン９、１１が接合されることから、第１、２基板１、３はそれぞれ特定基板に相当する。

図４では、各電極５ａ及びベース板１５ａ、１５ｂの図示を省略しているものの、同図に示すように、第１基板１の内面１ａには、それぞれ正方形に設定された配置領域１７が形成されており、各電極５ａはこの配置領域１７内に設けられている。また、ベース板１５ａ、１５ｂは、配置領域１７の外側で、第１基板１の両端側に配置されている。なお、第２基板３の内面３ａも同様の構成であり、各電極５ｂは配置領域１７内に設けられており、ベース板１５ｃ、５ｄは、配置領域１７の外側で、第２基板３の両端側に配置されている（図３参照）。

各熱電変換素子７は公知のｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とからなり、各熱電変換素子７はビスマス・テルル系の合金等によって得られている。これらの各熱電変換素子７は同一形状の角柱形状をなしている。また、各熱電変換素子７は、それぞれの端面で第１基板１側の電極５ａ及び第２基板３側の電極５ｂとはんだによって接合されている。これにより、図４に示すように、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが配置領域１７において格子状に配置されるとともに、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂとに対して電気的に直列に接続される。こうして、各熱電変換素子７は、第１基板１及び第２基板３によって熱的に並列に接続された状態となっている。

第１、２コルゲートフィン９、１１は共に同一の構成であり、図３に示すように、アルミ板が波型形状に曲げ加工されることによって得られている。この際、曲げ加工により第１、２基板の各外面１ｂ、３ｂに立設した状態となっている部分がそれぞれ板状部９ａ、１１ｂとされている。第１、２コルゲートフィン９、１１を構成するこのアルミは、上記の窒化アルミよりも線膨張係数が大きくなっている。各コルゲートフィン９、１１は、それぞれ各金属層１ｃ、３ｃに対してろう付けによって接合されており、各１、２基板１、３と各コルゲートフィン９、１１は、それぞれ熱的に接合されている。なお、第１、２コルゲートフィン９、１１がそれぞれフィンに相当する。

補強部材１３ａ〜１３ｄは、角柱状のアルミ材によって得られている。これらの補強部材１３ａ〜１３ｄは第１、２基板１、３の変形を防止可能な剛性を有するとともに、第１、２コルゲートフィン９、１１と熱膨張係数が等しくなっている。つまり、補強部材１３ａ〜１３ｄは、窒化アルミよりも線膨張係数が大きくなっている。また、これら第１、２コルゲートフィン９、１１の各板状部９ａ、１１ａの延びる方向における曲げ剛性と、補強部材１３ａ〜１３ｄを形成するアルミ角材の剛性とが等しくなるように、補強部材１３ａ〜１３ｄの大きさや長さが調節されている。

図４に示すように、補強部材１３ａ、１３ｂは、第１基板１の内面１ａに設けられており、各補強部材１３ａ、１３ｂは、第１基板１の外面１ｂに沿った方向において、第１コルゲートフィン９の各板状部９ａの延びる方向と同方向に延びている。各補強部材１３ａ、１３ｂは、各ベース板１５ａ、１５ｂとろう付けによって接合されることで、第１基板１の内面１ａにおいて、配置領域１７よりも外側に設けられている。同様に、補強部材１３ｃ、１３ｄも第２基板３の内面３ａにおいて、第２コルゲートフィン１１の各板状部１１ａの延びる方向と同方向に延びており、各ベース板１５ｃ、１５ｄとろう付けによって接合されている（図３参照）。

上記のように、第１基板１は第２基板３よりも小さく形成されている。これにより、第１基板１側に設けられた補強部材１３ａ、１３ｂは、第２基板３側に設けられた補強部材１３ａ、１３ｂよりも各熱電変換素子７に近い側に位置し、補強部材１３ａと補強部材１３ｃ及び補強部材１３ｂと補強部材１３ｄとが干渉しないようになっている。なお、各１、２基板１、３に対し、各コルゲートフィン９、１１及び補強部材１３ａ〜１３ｄは、それぞれ同時期に接合されている。

以上のように構成されたこの熱電変換モジュールでは、第１基板１側において、第１基板１の内面１ａに設けられた補強部材１３ａ、１３ｂがそれぞれ第１コルゲートフィン９とは対称に熱変形する。このため、第１基板１は、第１コルゲートフィン９の熱変形と補強部材１３ａ、１３ｂの熱変形との両方の影響を受けることとなる。第２基板３側も同様であり、内面３ａに設けられた補強部材１３ｃ、１３ｄがそれぞれ第２コルゲートフィン１１とは対称に熱変形することで、第２基板３は、第２コルゲートフィン１１の熱変形と補強部材１３ｃ、１３ｄの熱変形との両方の影響を受けることとなる。

また、第１、２コルゲートフィン９、１１は各板状部９ａ、１１ａの延びる方向でより熱変形する剛性が高くなっていることから、この熱電変換モジュールでは、各板状部９ａ、１１ａの延びる方向と同方向に延びるように補強部材１３ａ〜１３ｄを設けている。そして、これらの補強部材１３ａ〜１３ｄは、第１、２基板、３の変形を防止可能な剛性を有しており、かつ、第１、２コルゲートフィン９、１１と線膨張係数及び剛性が等しくされている。このため、補強部材１３ａ〜１３ｄは、十分な強度を有しつつ、第１、２コルゲートフィン９、１１と等しく熱変形する。このため、補強部材１３ａ、１３ｂにより、第１基板１における第１コルゲートフィン９の熱変形の影響が好適に軽減され、また、補強部材１３ｃ、１３ｄにより、第２基板３における第２コルゲートフィン１１の熱変形の影響が好適に軽減される。

これらのため、この熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３の熱変形に対する応力負荷が軽減され、各熱電変換素子７が損傷し難くなっている。

したがって、この熱電変換モジュールは耐久性が優れている。

特に、第１基板１を第２基板３よりも小さく形成することで、内面１ａの両端に設けられた補強部材１３ａ、１３ｂと、内面３ａの両端に設けられた補強部材１３ｃ、１３ｄとの干渉が回避されている。このため、この熱電変換モジュールでは、補強部材１３ａ〜１３ｄによるヒートブリッジ現象に起因した性能低下が生じ難くなっているとともに、補強部材１３ａ〜１３ｄの厚みが十分に確保され、補強部材１３ａ〜１３ｄの剛性が確保されている。また、このように補強部材１３ａ〜１３ｄ同士の干渉を回避することにより、熱電変換素子７の薄肉化も可能となっている。このため、この熱電変換モジュールでは高性能化も実現している。

（実施例２）
図５に示すように、実施例２の熱電変換モジュールは、同じ大きさに形成された第１、２基板２１、２３を備えている。第１、２基板２１、２３の各内面２１ａ、２３ａに設けられる補強部材１３ａ〜１３ｄ、各外面２１ｂ、２３ｂにそれぞれ設けられる金属層２１ｃ、２３ｃ及び第１、２コルゲートフィン９、１１は、実施例１の熱電変換モジュールと同様である。また、各熱電変換素子７についても、実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

図６に示すように、第１、２基板２１、２３は、それぞれ第１基板１側の補強部材１３ａ、１３ｂと、第２基板２３側の補強部材１３ｃ、１３ｄとが干渉しないように、第１、２コルゲートフィン９、１１の各板状部９ａ、１１ａの延びる方向と直交する方向で互いにずれた状態で配置されている。また、各電極５ａ、５ｂは、各基板２１、２３が互いにずれた状態において、各熱電変換素子７と電極５ａと電極５ｂとが電気的に直列に接続可能なように、各内面２１ａ、２３ａに設定された配置領域１７内に設けられている。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

この熱電変換モジュールでは、上記のように、第１、２基板２１、２３が同一形状であることから、製造コストの削減が可能となっている。また、第１、２コルゲートフィン９、１１の各板状部９ａ、１１ａの延びる方向と直交する方向で第１、２基板２１、２３を互いにずらして配置することで、内面２１ａの両端に設けられた補強部材１３ａ、１３ｂと、内面２３ａの両端に設けられた補強部材１３ｃ、１３ｄとの干渉を回避しつつ、補強部材１３ａ〜１３ｄの厚みを十分に確保することが可能になっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

（実施例３）
図７に示すように、実施例３の熱電変換モジュールは、実施例１の熱電変換モジュールにおける補強部材１３ａ〜１３ｄに替えて、一対の第１補強部材２５ａ、２５ｂと、一対の第２補強部材２７ａ、２７ｂ（第１基板１の内面１ａに設けられる第１補強部材及び第２補強部材のみ符号２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂを付して説明する。）とを備えている。また、図示を省略するが、第１基板１内面１ａには、複数のベース板が接合されている。そして、第１補強部材２５ａ、２５ｂと、第２補強部材２７ａ、２７ｂとは、これらのベース板を介して第１基板１の内面１ａと接合されている。なお、図７では、各電極５ａの図示も省略している。

また同じく図示は省略しているものの、第２基板３側も第１基板１側と同様の構成であり、一対の第１補強部材と一対の第２補強部材とがそれぞれベース板を介して第２基板３の内面３ａと接合されている。

第１基板１の内面１ａにおいて、各第１補強部材２５ａ、２５ｂは、上記の第１コルゲートフィン９の各板状部９ａの延びる方向に沿って延びるように設けられている。また、各第２補強部材２７ａ、２７ｂは、第１コルゲートフィン９の各板状部９ａの延びる方向と直交する方向に沿って延びるように設けられている。これらにより、正方形をなす配置領域１７に設けられた各熱電変換素子７は、各第１補強部材２５ａ、２５ｂ及び各第２補強部材２７ａ、２７ｂによって、周囲が覆われた状態となっている。第２基板３側に設けられる各第１補強部材及び各第２補強部材も第１基板１側と同様に配置されている。

各第１補強部材２５ａ、２５ｂ及び各第２補強部材２７ａ、２７ｂは、それぞれ上記の補強部材１３ａ〜１３ｄと同様、アルミ材によって得られている。また、各第１補強部材２５ａ、２５ｂは、各第２補強部材２７ａ、２７ｂよりも太く形成されており、各第１補強部材２５ａ、２５ｂは、各第２補強部材２７ａ、２７ｂよりも剛性が高くなっている。第２基板３側に設けられる各第１補強部材及び各第２補強部材も同様である。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

この熱電変換モジュールでは、各第１補強部材２５ａ、２５ｂ及び各第２補強部材２７ａ、２７ｂにより、第１基板１における第１コルゲートフィン９の熱変形の影響が好適に軽減される。第２基板３側も同様である。また、各第１補強部材２５ａ、２５ｂ及び各第２補強部材２７ａ、２７ｂにより、配置領域１７内の熱電変換素子７の周囲が囲われることで、熱電変換素子７の劣化も防止されている。さらに、第２補強部材２７ａ、２７ｂを細く形成することで、製造コストの削減も可能になっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

（実施例４）
図８に示すように、実施例４の熱電変換モジュールは、実施例３の熱電変換モジュールにおける第１、２基板１、３と、第１補強部材２５ａ、２５ｂと、第２補強部材２７ａ、２７ｂとに替えて、それぞれ、第１、２基板２１、２３と、第１補強部材２６ａ〜２６ｄと、第２補強部材２８ａ、２８ｂとを備えている。なお、第２補強部材については、第１、２基板２１、２３のそれぞれにおいて、第１、２コルゲートフィン９、１１の各板状部９ａ、１１ａの延びる方向の始点側及び終点側に設けられている。以下、第１、２基板２１、２３において、終点側に設けられる第２補強部材について、符号２８ａ、２８ｂを付して説明する。

また、第１、２基板２１、２３の各内面２１ａ、２３ａには、ベース板２９ａ〜２９ｆが接合されており、第１補強部材２６ａ〜２６ｄと、第２補強部材２８ａ、２８ｂとは、これらのベース板２９ａ〜２９ｆを介して第１、２基板２１、２３の各内面２１ａ、２３ａと接合されている。なお、図８では、第１補強部材２６ａ〜２６ｄ及び第２補強部材２８ａ、２８ｂと接合されるベース板２９ａ〜２９ｆのみ図示している。

第１補強部材２６ａ〜２６ｄは、第１、２基板２１、２３の各内面２１ａ、１３ａにおいて、それぞれ第１補強部材２６ａと第１補強部材２６ｃ及び第１補強部材２６ｂと第１補強部材２６ｄが対向した状態で配置されている。同様に、第２補強部材２８ａ、２８ｂも対向した状態で配置されている。第１補強部材２６ａ〜２６ｄ及び第２補強部材２８ａ、２８ｂは、対向した状態で互いに干渉しないように、それぞれの厚みが調節されている。他の構成は実施例１〜３の熱電変換モジュールと同様である。

この熱電変換モジュールでは、第１補強部材２６ａ〜２６ｄと、第２補強部材２８ａ、２８ｂとの組み合わせにより剛性が確保されることから、個々の第１補強部材２６ａ〜２６ｄ及び第２補強部材２８ａ、２８ｂの厚みを薄くすることが可能となっている。このため、この熱電変換モジュールでは、実施例１〜３のように、第１補強部材２６ａ〜２６ｄ及び第２補強部材２８ａ、２８ｂ同士の干渉を回避するために、第１、２基板２１、２３をずらして配置する必要がない。このため、この熱電変換モジュールは、より小型化を実現することが可能になっている。他の作用効果は実施例１〜３の熱電変換モジュールと同様である。

（実施例５）
図９に示すように、実施例５の熱電変換モジュールは、二枚の第１基板３１、３３と、第２コルゲートフィン３７の各板状部３７ａの延びる方向と直交する方向に沿って長く形成された第２基板３５と、補強部材１３ａ、１３ｂ、１３ｅとを備えている。

各第１基板３１、３３、の各内面３１ａ、３３ａには、電極５ａと、ベース板１５ａ、１５ｂと接合されている。ベース板１５ａは、第１基板３１の内面３１ａに接合されており、ベース板１５ｂは、第１基板３３の内面３３ａに接合されている。各ベース板１５ａ、１５ｂにはそれぞれ補強部材１３ａ、１３ｂが接合されている。一方、各第１基板３１、３３、の各外面３１ｂ、３３ｂには、アルミ板による金属層３１ｃ、３３ｃがそれぞれ設けられており、各金属層３１ｃ、３３ｃには、それぞれ第１コルゲートフィン９が接合されている。

第２基板３５の内面３５ａには、上記の各電極５ａと対応可能に、二箇所に電極５ｂが接合されているとともに、各電極５ｂ間にはベース板１５ｅが接合されている。このベース板１５ｅもベース板１５ａ、１５ｂと同様、エッチング加工されたアルミ板からなる。また、ベース板１５ｅには補強部材１３ｅが接合されている。

第２基板３５の外面３５ｂにも、全面に亘ってアルミ板が接合されており、金属層３５ｃが形成されている。この金属層３５ｃには、第２基板３５の大きさに応じて大型化された第１コルゲートフィン３７がろう付けにより接合されている。第２コルゲートフィン３７は、曲げ加工により、第２基板３５の外面３５ｂに立設した状態となる複数の板状部３７ａを有している。また、第２コルゲートフィン３７は、各板状部３７ａの延びる方向よりも、各板状部３７ａの延びる方向と直交する方向が長くなるように形成されている。

各熱電変換素子７は、各第１基板３１、３３側の各電極５ａと、第２基板３５側の電極５ｂとによって電気的に直列に接続されており、各熱電変換素子７は、各第１基板３１、３３及び第２基板３５によって熱的に並列に接続された状態となっている。

補強部材１３ｅは、補強部材１３ａ、１３ｂと同様、アルミ材によって得られており、第１、２コルゲートフィン９、３７と線膨張係数が等しくなっている。また、補強部材１３ｅは、第２基板３５を構成する窒化アルミよりも線膨張係数が大きく、第２基板３５の変形を防止可能な剛性を有している。さらに、補強部材１３ｅは、第２コルゲートフィン３７と剛性が等しくなるようにその大きさや長さが調節されており、補強部材１３ａ、１３ｂと比較して大型化されている。また、補強部材１３ｅは、各電極５ｂの間となる第２基板３５の内面３５ａの略中央において、第２コルゲートフィン３７の各板状部３７ａの延びる方向に沿って延びるように設けられている。

補強部材１３ａ、１３ｂは、各第１基板３１、３３の各内面３１ａ、３３ａの一端側において、それぞれ各第１コルゲートフィン９の各板状部９ａの延びる方向に沿って延びるように設けられている。また、補強部材１３ａ、１３ｂは、各第１コルゲートフィン９の各板状部９ａの延びる方向と直交する方向で、第２基板３５よりも外側に位置している。他の構成は、実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

この熱電変換モジュールでは、上記の実施例１〜４の熱電変換モジュールと比較して、より多くの熱電変換素子７を設けることが可能になっている。このため、熱電変換モジュールの性能がより高くなっている。また、第２基板３５及び第２コルゲートフィン３７の大型化に応じて補強部材１３ｅが大型化されており、第２基板３５における第２コルゲートフィン３７の熱変形の影響が好適に軽減されている。

さらに、補強部材１３ａ、１３ｂをそれぞれ第２基板３５の上記外側となる位置に配置するとともに、補強部材１３ｅについて、電極５ｂ間に配置し、各第１基板３１、３３の間に位置させることで、各補強部材１３ａ、１３ｂ、１３ｅ同士の干渉を回避可能にしている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

（実施例６）
図１０の（Ｄ）に示すように、実施例６の熱電変換モジュールは、実施例１等の熱電変換モジュールと異なり、各補強部材１３ａ〜１３ｄが各ベース板１５ａ〜１５ｄに対して、それぞれはんだ付けによって接合されている。この熱電変換モジュールにおける他の構成は、実施例１の熱電変換モジュールと同様である。以下、この熱電変換モジュールの製造工程を詳細に説明する。

図１０の（Ａ）に示すように、まず、第２基板３を用意する。上記のように、この第２基板３の外面３ｂには、事前にアルミ板がろう付けにより接合されており、金属層３ｃが形成されている。また、この第２基板３の内面３ａにもエッチング加工されたアルミ板がろう付けによって事前に接合されており、電極５ｂ及びベース板１５ｃ、１５ｄが設けられている。この第２基板３の外面３ｂ、より具体的には、金属層３ｃに対し、最初に第２コルゲートフィン１１をろう付けにより接合する。この第２基板３と第２コルゲートフィン１１とのろう付けについては、金属層３ｃの所定の位置にろう材シート（図示を省略する）を設置して行う。また、このような接合方法の他、金属層３ｃにろう材を塗布等して行うこともできる。なお、図示を省略しているものの、第１基板１と第１コルゲートフィン９との接合も同様にして行う。

第２基板３と第２コルゲートフィン１１との接合が完了した後、同図の（Ｂ）に示すように、各電極５ｂ及びベース板１５ｃ、１５ｄに対し、各熱電変換素子７及び補強部材１３ｃ、１３ｄを各々はんだ付けにより接合する。このはんだ付けに際しては、第２基板３の内面３ａにおいて、はんだ付けが不要な部分に事前にマスキングを行い、スキージ等を用いて電極５ｂやベース板１５ｃ、１５ｄの各表面にはんだ（図示を省略する）を均一に塗布した後、マスキング部分を取り除く。これにより、各電極５ｂ及びベース板１５ｃ、１５ｄの各表面にのみはんだを設けることが可能となる。なお、このような方法の他、電極５ｂ及びベース板１５ｃ、１５ｄの各表面にはんだシートを設置して行うこともできる。

一方、第１基板１側のベース板１５ａ、１５ｂに対する補強部材１３ａ、１３ｂのはんだ付けも同様にして行う（同図の（Ｃ）参照）。このように、ベース板１５ａ、１５ｂに補強部材１３ａ、１３ｂのはんだ付けを行う際、ベース板１５ａ、１５ｂの各表面だけでなく、各電極５ａの各表面に対してもはんだの塗布を行う。

このような第１、２基板１、３に対する各熱電変換素子７及び補強部材１３ａ〜１３ｄのはんだ付けに際しては、既に接合されている第１、２コルゲートフィン９、１１が損傷しないように、桁等の冶具（図示しない）に第１、２基板１、３を設置して行うことが好ましい。なお、各熱電変換素子７は、第１基板１側の各電極５ａに対して事前に接合されていても良い。

そして最後に、これらの第１基板１及び第２基板３を互いに対向させた状態で接合させる。この際、各電極５ａの各表面に塗布されているはんだにより、各電極５ａと各熱電変換素子７とのはんだ付けが行われ、各熱電変換素子７は、各電極５ａと各電極５ｂとに電気的に直列に接続された状態となる。こうして、同図の（Ｄ）に示す熱電変換モジュールが完成する。

上記のような工程を経て得られたこの熱電変換モジュールは、各電極５ａ、５ｂに対する各熱電変換素子７の接合だけでなく、各ベース板１５ａ〜１５ｄに対する各補強部材１３ａ〜１３ｄの接合についても、はんだ付けを行っている。このため、各電極５ａ、５ｂの各表面にはんだを塗布する際、各ベース板１５ａ〜１５ｄの各表面にも同時にはんだを塗布することが可能となり、その後に電極５ｂ等に各熱電変換素子７を接合する際、各補強部材１３ａ、１３ｂ等の接合も同時に行うことも可能となっている。これらのため、熱電変換モジュールを効率良く製造することが可能となり、製造コストの削減が可能となる。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。

以上において、本発明を実施例１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜６に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、第１、２コルゲートフィン９、１１、３７を構成するアルミ材と、補強部材１３ａ〜１３ｅや第１、２補強部材２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｄ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂを構成するアルミ材とで、異なる種類のアルミ（アルミ合金）を採用することができる。この場合、種類の異なるアルミにおける剛性の相違を利用して、第１、２コルゲートフィン９、１１、３７と、補強部材１３ａ〜１３ｅ及び第１、２補強部材２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｄ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとの剛性を等しくさせても良い。

また、各電極５ａ、５ｂと、ベース板１５ａ〜１５ｅ、２９ａ〜２９ｆとは異なる材質で得られても良い。

さらに、ベース板１５ａ〜１５ｅ、２９ａ〜２９ｆを設けずに、第１基板１、２１の内面１ａ、２１ａや第２基板３、２３、３５の内面３ａ、２３ａ、３５ａと、各補強部材１３ａ〜１３ｅ及び第１、２補強部材２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｄ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとを直接接合させて構成しても良い。

また、実施例３の熱電変換モジュールにおいて、第１基板２１と第２基板２３とを採用することもできる。この場合、第１基板１側の第１、２補強部材２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂと、第２基板３側の第１、２補強部材との干渉を回避するため、第１、２コルゲートフィン９、１１の延長方向及び第１、２コルゲートフィン９、１１の延長方向と直交する方向で第１基板１と第２基板３とを互いにずらして配置させることが好ましい。

さらに、実施例３の熱電変換モジュールにおいて、第１基板１の内面１ａに設けられた第１補強部材及び第２補強部材と、第２基板３の内面３ａに設けられた第１補強部材及び第２補強部材とを組み合わせることによって、配置領域１７内の熱電変換素子７の周囲を囲う構成としても良い。

また、実施例４の熱電変換モジュールにおいて、三枚以上の第１基板１を設ける構成としても良い。この場合、第２基板側に設けられる補強部材は、適宜その数や大きさが選択され、第１基板の数に応じて大型化された第２基板及び第２コルゲートフィンの熱変形を軽減可能なようにその剛性が担保される。

さらに、実施例６の熱電変換モジュールにおける第２基板３側を例にした場合、上記のように、各電極５ｂに対する各熱電変換素子７のはんだ付けと、ベース板１５ｃ、１５ｄに対する補強部材１３ｃ、１３ｄのはんだ付けとは、それぞれ同時に行う方が作業効率の点で好ましい。しかし、これらの各はんだ付けは必ずしも同時に行われる必要はなく、例えば、各電極５ｂに対する各熱電変換素子７のはんだ付けを終えた後、ベース板１５ｃ、１５ｄに対する補強部材１３ｃ、１３ｄのはんだ付けを開始しても良い。

また、実施例２〜５の熱電変換モジュールについても、各ベース板１５ａ〜１５ｅ、２９ａ〜２９ｆに対する、補強部材１３ａ〜１３ｅ、第１補強部材２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｄ及び第２補強部材２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂの各接合についても、はんだ付けによって行うことができる。この場合、実施例２〜５の熱電変換モジュールにおける製造工程は、実施例６の熱電変換モジュールにおける製造工程とほぼ同様となり、実施例２〜５の熱電変換モジュールを効率良く製造することが可能となる。

本発明は、熱電変換素子のペルチェ効果を利用したバッテリの冷却装置や各種の冷却装置の他、空調装置等に利用可能であるとともに、熱電変換素子のゼーベック効果を利用した発電装置等に利用可能である。

１、２１、３１、３３…第１基板
３、２３、３５…第２基板
１ａ、３ａ、２１ａ、２３ａ、３１ａ、３３ａ、３５ａ…内面
５ａ、５ｂ…電極
７…熱電変換素子
１ｂ、３ｂ、２１ａ、２３ａ、３１ｂ、３３ｂ、３５ｂ…外面
９ａ、１１ａ、３７ａ…板状部
９、１１、３７…フィン（９…第１コルゲートフィン、１１、３７…第２コルゲートフィン）
１３ａ〜１３ｅ…補強部材
１７…配置領域
２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｄ…第１補強部材
２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ…第２補強部材

Claims (8)

1. 対向して配置される第１基板及び第２基板と、
   該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
   各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備えた熱電変換モジュールにおいて、
   前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、前記基板を形成する材料よりも線膨張係数が大きい伝熱材料からなり、該特定基板の該外面に立設された複数の板状部を有するフィンが熱的に接合され、
   該特定基板の該内面には、前記基板を形成する材料よりも線膨張係数が大きい補強部材が前記電極間又は前記熱電変換素子の配置領域の外側に設けられており、
   該補強部材は、該特定基板の該外面に沿った方向において、各該板状部の延びる方向と同方向に延びていることを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 前記第１基板は複数あり、前記第２基板は各該第１基板と対面する前記特定基板である請求項１記載の熱電変換モジュール。
3. 前記第１基板及び前記第２基板が前記特定基板である請求項１記載の熱電変換モジュール。
4. 前記補強部材は、前記フィンと前記線膨張係数が等しい請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
5. 前記フィンの各前記板状部の延びる方向における曲げ剛性が前記補強部材と等しい請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
6. 前記補強部材は、前記熱電変換素子の前記配置領域の外側に設けられている請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
7. 前記熱電変換素子の前記配置領域は四角形状であり、
   前記補強部材は、各前記板状部の延びる方向に沿って延びる第１補強部材と、各該板状部の延びる方向と直交する方向に沿って延びる第２補強部材とからなり、
   前記第１補強部材は、前記第２補強部材よりも剛性が高い請求項６記載の熱電変換モジュール。
8. 両前記特定基板は、両前記補強部材同士の干渉を回避可能に配置されている請求項７記載の熱電変換モジュール。

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