JP2019036644A - 熱電変換セル及び熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】熱電変換素子同士の熱膨張差による破損を防止でき、交換が容易で、簡便な構造により構成され、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して安定した電力供給を行うことが可能な熱電変換セル及び熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】熱電変換セルは、少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を備える。【選択図】 図１
Description
本発明は、Ｐ型熱電変換素子又はＮ型熱電変換素子を備える熱電変換セル及び、その熱電変換セルを用いて複数のＰ型熱電変換素子とＮ型変換素子とを直列に配列した熱電変換モジュールに関する。
熱電変換モジュールは、一組の配線基板（絶縁基板）の間に、一対のＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを電極あるいは直接に接続状態に組み合わせた熱電変換セルを、Ｐ型，Ｎ型，Ｐ型，Ｎ型の順に交互に配置されるように、電気的に直列に接続した構成とされる。また、熱電変換モジュールは、両端を直流電源に接続して、ペルチェ効果により各熱電変換素子中で熱を移動させる（Ｐ型では電流と同方向、Ｎ型では電流と逆方向に移動させる）、あるいは、両配線基板間に温度差を付与して各熱電変換素子にゼーベック効果により起電力を生じさせるものであり、冷却、加熱、あるいは、発電としての利用が可能である。
このような熱電変換モジュールにおいては、例えばロータリーキルン炉等の各種炉等の発熱体や冷却配管等の冷却体に取り付けて、発熱体又は冷却体の熱を利用して発電することが行われている。
例えば、特許文献１には、ロータリーキルン炉の炉本体の内部温度を測定するためのロータリーキルン炉用温度測定装置が提案されている。このロータリーキルン炉用温度測定装置は、炉本体の内部に感温部が配置される温度センサと、炉本体に配設されて温度センサの測定データを送信する送信機と、送信機から送信された測定データを受信する受信機と、炉本体からの放熱を回収して送信機へ電力を供給する熱電池と、を備えている。そして、熱電池が、炉本体側に配置される熱吸収板と、熱吸収板と対向配置される熱放出板と、これら熱吸収板と熱放出板の間に配設された熱電変換素子（熱電素子）と、を備えた熱電変換モジュールとされている。
例えば、特許文献１には、ロータリーキルン炉の炉本体の内部温度を測定するためのロータリーキルン炉用温度測定装置が提案されている。このロータリーキルン炉用温度測定装置は、炉本体の内部に感温部が配置される温度センサと、炉本体に配設されて温度センサの測定データを送信する送信機と、送信機から送信された測定データを受信する受信機と、炉本体からの放熱を回収して送信機へ電力を供給する熱電池と、を備えている。そして、熱電池が、炉本体側に配置される熱吸収板と、熱吸収板と対向配置される熱放出板と、これら熱吸収板と熱放出板の間に配設された熱電変換素子（熱電素子）と、を備えた熱電変換モジュールとされている。
ところで、熱電変換モジュールには、熱電変換モジュールの両面あるいは片面に絶縁基板を配設し、発熱体又は冷却体との絶縁がとられることが多い。しかし、この構成では熱電変換材料と金属材料等の異種材料の界面が多くなるため、製造プロセスが複雑になるとともに、熱膨張差等による異種材料の界面の剥離や熱電変換材料の破壊が生じやすい。
また、熱電変換モジュールは、複数の熱電変換セルのＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを交互に直列に接続していることから、一部の熱電変換セルが破損した場合、正常に機能する大多数部分も含めて熱電変換モジュールが使用不可能となる。さらに、熱電変換モジュールを最大出力で使用するためには、熱電変換モジュールの内部抵抗と出力先の負荷抵抗とが同等でなければならない。このため、出力先の負荷抵抗に合わせて、事後的に熱電変換モジュールの内部抵抗を変更することが望ましい。しかし、熱電変換セル同士が連結された構造では、容易に変更や交換を行えず、設計の自由度が制限されていた。
また、特許文献１に記載されるロータリーキルン炉用温度測定装置では、熱電池の熱吸収板をロータリーキルン炉の炉本体側に取り付ける際に治具を用いているため、熱電池の取り付け構造が煩雑となり、取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができなかった。また、熱吸収体が、炉本体から離間して配置されることになるため、炉本体からの放熱を十分に回収できず、熱吸収板と熱放出板との温度差を確保できなくなることで、十分な電力を得ることができないおそれがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、熱電変換素子同士の熱膨張差による破損を防止でき、交換が容易で、簡便な構造により構成され、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して安定した電力供給を行うことが可能な熱電変換セル及び熱電変換モジュールを提供することを目的とする。
本発明の熱電変換セルは、
少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を備える。
少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を備える。
熱電変換セルは、絶縁部材の両端部のそれぞれに設けられた絶縁側ねじ部と、電極部材に設けられた電極側ねじ部との螺合により、絶縁部材に電極部材が連結された構成とされる。また、電極部材と熱電変換部材（熱電変換素子）とは、電極部材が絶縁部材に連結されることにより、各電極部材の電極部同士の間に熱電変換部材が挟持され、電気的に接続される。
このように、熱電変換部材と各電極部材とは接合されておらず、電極部の間に熱電変換部材が挟持されることにより電気的に接続されるので、異種材料の熱膨張差が生じる場合でも、絶縁部材の絶縁側ねじ部と電極部材の電極側ねじ部との締結力を適切に設定することで各部材の破損を防止できる。また、熱電変換セルは、絶縁部材の絶縁側ねじ部と電極部材の電極側ねじ部とを締めたり緩めたりすることで、容易に組み立てや分解を行うことができる。したがって、絶縁部材の内部に収容される熱電変換部材に破損が生じたり、設計変更により熱電変換部材の交換が必要になったりした際にも、熱電変換部材の交換を容易に行うことができる。
また、絶縁部材に複数の貫通孔を設けて各貫通孔にそれぞれ熱電変換部材を収容することで、複数の熱電変換部材が配列された熱電変換セルを構成できる。この場合、絶縁部材の両端部には、貫通孔の数に応じて複数の電極部材が連結される。隣接して配置される電極部材同士の間を導電性を有する接続部材により電気的に接続することで、各貫通孔の内部に収容された熱電変換部材のＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを交互に直列に接続でき、容易に熱電変換モジュールを製造できる。
また、同じ極性を持つ熱電変換セルを並列に組み合わせることで、熱電変換モジュールの内部抵抗を制御可能であり、出力先の負荷抵抗に適応した熱電変換モジュールの設計を任意に行うことができる。さらに、使用可能温度領域の異なる熱電変換部材を収容した熱電変換セル同士を温度の勾配方向に重ねて直列に連結することで、セグメント構造を構成でき、熱電変換モジュールの高効率化を図ることができる。
また、熱電変換セルの一端側（貫通孔の貫通方向の一端側）に第１磁石が配設されているので、この熱電変換セルを用いた熱電変換モジュールにおいては、第１磁石の磁力により、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の表面に熱電変換モジュールの一端側の最表面を直接取り付けることが可能である。したがって、取り付けに別途の治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石の磁力による吸着力により、熱電変換モジュールの一端側の最表面を発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持でき、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、熱電変換モジュールにおいて安定した電力供給を行うことができる。
本発明の熱電変換セルの好ましい実施形態は、前記貫通方向の他端側に配設された第２磁石を備えるとよい。
この熱電変換セルを用いた熱電変換モジュールにおいては、熱電変換セルの一端側に配設された第１磁石と、熱電変換セルの他端側に配設された第２磁石とにより、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の一方に熱電変換モジュールの一端側の最表面を直接取り付けることが可能であるとともに、発熱体又は冷却体の他方に熱電変換モジュールの他端側の最表面を直接取り付けることができる。したがって、発熱体と冷却体との双方への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石と第２磁石とにより、熱電変換モジュールの両端の表面をそれぞれ発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持できるので、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、熱電変換モジュールにおいて一層安定した電力供給を行うことができる。
本発明の熱電変換セルの好ましい実施形態において、前記絶縁側ねじ部が雄ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雌ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも大きく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端側の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端側の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
本発明の熱電変換セルの好ましい実施形態において、前記絶縁側ねじ部が雌ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雄ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも小さく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。 また、前記第２磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端側の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。 また、前記第２磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端側の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
貫通孔の内部に収容される熱電変換部材は、単体のＰ型熱電変換素子又はＮ型熱電変換素子により構成することもできるし、複数のＰ型熱電変換素子又はＮ型熱電変換素子を積層して構成することもできる。熱電変換セルでは、熱電変換部材と電極部材との接合を行うことなく、電極部同士の間に熱電変換部材を挟持することで熱電変換部材と電極部材とを電気的に接続する。このため、複数の熱電変換セルを組み合わせることで、異なる材質からなるＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを組み合わせることができ、材料の選択肢が広がり、両熱電変換素子の性能を揃えて安定した熱電変換モジュールを構成できる。また、挿通孔を有する第１磁石を用いることで、第１磁石の挿通孔を介して熱電変換部材の一端とその一端側に配設された電極部材とを電気的に接続しながら、絶縁部材の一端と一端側の電極部材との間に第１磁石を挟持させて取り付けることができる。また同様に、挿通孔を有する第２磁石を用いることで、第２磁石の挿通孔を介して熱電変換部材の他端とその他端側に配設された電極部材とを電気的に接続しながら、絶縁部材の他端と他端側の電極部材との間に第２磁石を挟持させて取り付けることができる。したがって、熱電変換セルは、絶縁部材の絶縁側ねじ部と電極部材の電極側ねじ部とを締めたり緩めたりすることで、各部品の組み立てや分解を容易に行うことができる。
また、第１磁石と第２磁石とを互いに接近する方向（吸着方向）に磁力が作用するように配設することで、絶縁部材を第１磁石と第２磁石との間に挟持した状態を維持することができるので、熱電変換セルの組み立てや分解の際に、各部品がばらけることがなく、容易に組み立てや分解を行うことができる。
また、第１磁石と第２磁石とを互いに接近する方向（吸着方向）に磁力が作用するように配設することで、絶縁部材を第１磁石と第２磁石との間に挟持した状態を維持することができるので、熱電変換セルの組み立てや分解の際に、各部品がばらけることがなく、容易に組み立てや分解を行うことができる。
本発明の熱電変換セルの好ましい実施形態において、
前記絶縁部材は、前記貫通方向に複数の個片絶縁部材に分割された構成とされ、
各個片絶縁部材の間に前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有する第３磁石が配設されているとよい。
前記絶縁部材は、前記貫通方向に複数の個片絶縁部材に分割された構成とされ、
各個片絶縁部材の間に前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有する第３磁石が配設されているとよい。
第３磁石により、第１磁石と第２磁石との間の磁石間の磁力を連絡できるので、確実に第１磁石と第２磁石とを互いに接近する方向（吸着方向）に磁力を作用させることができ、熱電変換セルの組み立てや分解の際に、各部品がばらけることを防止して、容易に組み立てや分解を行うことができる。
本発明の熱電変換モジュールは、
少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、を有する複数の熱電変換セルと、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を有し、
前記熱電変換セルは、前記熱電変換素子がＰ型熱電変換素子からなる第１熱電変換セルと、前記熱電変換素子がＮ型熱電変換素子からなる第２熱電変換セルとを有しており、前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルとが交互に直列に接続されてなる。
少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、を有する複数の熱電変換セルと、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を有し、
前記熱電変換セルは、前記熱電変換素子がＰ型熱電変換素子からなる第１熱電変換セルと、前記熱電変換素子がＮ型熱電変換素子からなる第２熱電変換セルとを有しており、前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルとが交互に直列に接続されてなる。
本発明の熱電変換モジュールの好ましい実施形態は、前記貫通方向の他端側に配設された第２磁石を備えるとよい。
本発明の熱電変換モジュールの好ましい実施形態において、前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルとは、導電性を有する接続部材により接続され、
前記第１磁石が一端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
また、前記第２磁石が他端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
前記第１磁石が一端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
また、前記第２磁石が他端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
本発明の熱電変換モジュールの好ましい実施形態において、前記第１熱電変換セルの前記電極部材と前記第２熱電変換セルの前記電極部材とが一体に形成された連結型電極部材を有し、前記連結型電極部材により前記第１熱電変換セルと前記第２変換セルとが接続され、
前記第１磁石が一端側に配設された前記連結型電極部材に固定されているとよい。
また、前記第２磁石が他端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
前記第１磁石が一端側に配設された前記連結型電極部材に固定されているとよい。
また、前記第２磁石が他端側に配設された前記接続部材に固定されているとよい。
本発明の好ましい実施形態において、前記第１磁石は、複数の前記熱電変換セルのいずれかに内蔵されているとよい。
また、前記第２磁石は、前記熱電変換セルのいずれかに内蔵されているとよい。
また、前記第２磁石は、前記熱電変換セルのいずれかに内蔵されているとよい。
本発明の熱電変換モジュールの好ましい実施形態において、前記絶縁側ねじ部が雄ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雌ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも大きく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
本発明の熱電変換モジュールの好ましい実施形態において、前記絶縁側ねじ部が雌ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雄ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも小さく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されているとよい。
また、前記第２磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されているとよい。
本発明によれば、熱電変換素子同士の熱膨張差による熱電変換部材の破損を防止でき、熱電変換部材の破損が生じた際にも、熱電変換モジュール内の熱電変換部材の交換を容易に行うことができ、また、熱電変換モジュールを第１磁石又は第２磁石によって発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であるので、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して安定した電力供給を行うことができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図４に、熱電変換モジュール２０１の実施形態を示す。この熱電変換モジュール２０１は、複数の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂを有し、導電性を有する接続部材５Ａを介してＰ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１０１ＡとＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０１Ｂとが接続されており、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが直列に接続された構成とされる。熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂを構成する熱電変換素子として、Ｐ型熱電変換素子３１又はＮ型熱電変換素子３２が用いられる。なお、図１〜図３には、Ｐ型熱電変換素子３１を用いた第１熱電変換セル１０１Ａを一例として図示している。
図４に、熱電変換モジュール２０１の実施形態を示す。この熱電変換モジュール２０１は、複数の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂを有し、導電性を有する接続部材５Ａを介してＰ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１０１ＡとＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０１Ｂとが接続されており、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが直列に接続された構成とされる。熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂを構成する熱電変換素子として、Ｐ型熱電変換素子３１又はＮ型熱電変換素子３２が用いられる。なお、図１〜図３には、Ｐ型熱電変換素子３１を用いた第１熱電変換セル１０１Ａを一例として図示している。
第１熱電変換セル１０１Ａは、図１〜図３に示すように、１個（単数）の貫通孔１１を有する絶縁部材１Ａと、貫通孔１１の内部に収容された１個（単数）のＰ型熱電変換素子３１（熱電変換素子）を有する熱電変換部材３Ａと、絶縁部材１Ａの各端部にそれぞれ連結された一組の電極部材２Ａ，２Ａと、貫通孔１１の貫通方向の一端側に配設された第１磁石４１Ａと、貫通孔１１の貫通方向の他端側に配設された第２磁石４１Ｂと、を備える構成とされる。また、図４に示す第２熱電変換セル１０１Ｂは、第１熱電変換セル１０１Ａと共通の絶縁部材１Ａと、一組の電極部材２Ａ，２Ａと、第１磁石４１Ａと、第２磁石４１Ｂと、を用いて構成され、貫通孔１１の内部に収容される熱電変換部材３Ｂが、１個（単数）のＮ型熱電変換素子３２を有する構成とされる。
絶縁部材１Ａは、絶縁性を有する部材により形成され、一般的なセラミックス（例えば、陶器、磁器、ステアタイト、コージライト、フォルステライト、ムライト、マセライト、マコール、ホトベール、ジルコニア、チタニア、イットリア、アルミナ、窒化ケイ素）、ガラス、樹脂等の熱伝導性の低い材料が好適に用いられる。本実施形態の絶縁部材１Ａは、内側に貫通孔１１が形成されることにより円筒状に設けられており、貫通孔１１の両開口部（両端部）に雌ねじ部１２ａが設けられ、これらの雌ねじ部１２ａにより本発明における絶縁側ねじ部が構成されている。なお、雌ねじ部１２ａは、正ねじ（右ねじ）とされる。
電極部材２Ａは、導電性を有する部材により形成され、アルミニウムやアルミニウム合金、黄銅等の金属材料が好適に用いられる。電極部材２Ａは、図１〜図３に示すように、円板状の頭部２１と、この頭部２１から立設された円柱状の電極部２２とを有している。また、電極部２２の外周面に、絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａに対応する雄ねじ部２２ａが設けられており、この雄ねじ部２２ａにより本発明における電極側ねじ部が構成されている。なお、電極部材２Ａの電極部２２は、熱電変換部材３Ａ，３Ｂとの接続部分の面積（下面）が、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの大きさに応じて、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの端面の面積よりも若干大きく設定される。
第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂは、例えば、使用温度が１５０℃以下の場合には耐熱ネオジム磁石、２００℃以下の場合にはフェライト磁石、３００℃以下の場合にはサマリウムコバルト磁石、４００℃以下の場合にはアルニコ磁石等を用いることができる。第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂには、使用温度に応じて、最も磁力が強い磁石を用いることが好ましい。本実施形態の第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂは、それぞれ円環状に形成されており、内側に電極部材２Ａの電極部２２（雄ねじ部２２ａ）を挿通可能な挿通孔４１１を有している。
そして、電極部材２Ａは、その雄ねじ部２２ａと絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａとの螺合により、絶縁部材１Ａに着脱可能に取り付けられ、雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１２ａとを螺合させることで、貫通孔１１内に収容される熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂの端部に電極部２２の下面が当接される。この際、絶縁部材１Ａの一端側に配設される電極部材２Ａの電極部２２を第１磁石４１Ａの挿通孔４１１に挿通した状態で雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの一端とその一端側に配設された電極部材２Ａの頭部２１との間に第１磁石４１Ａを挟持して取り付けることができる。また、絶縁部材１Ａの他端側に配設される電極部材２Ａの電極部２２を第２磁石４１Ｂの挿通孔４１１に挿通した状態で雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの他端とその他端側に配設された電極部材２Ａの頭部２１との間に第２磁石４１Ｂを挟持して取り付けることができる。
このように、雌ねじ部１２ａと雄ねじ部２２ａとの螺合により、一組の電極部材２Ａ，２Ａがそれぞれ絶縁部材１Ａの両端部に連結されることで、各電極部材２Ａ，２Ａの電極部２２，２２同士の間に熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂが挟持され、各電極部材２Ａと熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂとが電気的に接続される。また、挿通孔４１１を有する第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂを用いることで、それぞれの挿通孔４１１を介して各電極部材２Ａ，２Ａと熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂとを電気的に接続させることができる。
このように、熱電変換部材３Ａ（Ｐ型熱電変換素子３１）又は熱電変換部材３Ｂ（Ｎ型熱電変換素子３２）と各電極部材２Ａとは接合されておらず、絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａと各電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａとを締めたり緩めたりすることで、熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂの組み立てや分解を容易に行うことができる。また、各磁石４１Ａ，４１Ｂも、絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａと電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａとを締めたり緩めたりすることで、着脱可能に設けられる。この際、第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを互いに接近する方向（吸着方向）に磁力が作用するように配設することで、絶縁部材１Ａを第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとの間に挟持した状態を維持することができるので、熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂの組み立てや分解の際に、各部品がばらけることがなく、容易に組み立てや分解を行うことができる。
なお、第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂの配設方法には特に制限はなく、各磁石４１Ａ，４１Ｂを予め電極部材２Ａ又は絶縁部材１Ａに固定しておくこともできる。具体的には、各磁石４１Ａ，４１Ｂを各電極部材２Ａの頭部２１の下面に接着剤を用いて接合してもよいし、絶縁部材１Ａの両端部に接着剤を用いて接合してもよい。これらの固定方法としては、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等を適用できる。
Ｐ型熱電変換素子３１及びＮ型熱電変換素子３２は、例えばテルル化合物、スクッテルダイト、充填スクッテルダイト、ホイスラー、ハーフホイスラー、クラストレート、シリサイド、酸化物、シリコンゲルマニウム等の焼結体により構成される。なお、ドーパントによりＰ型とＮ型の両方をとれる化合物と、Ｐ型かＮ型のどちらか一方のみの性質をもつ化合物がある。
Ｐ型熱電変換素子の材料として、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、ＴＡＧＳ（＝Ａｇ‐Ｓｂ‐Ｇｅ‐Ｔｅ）、Ｚｎ４Ｓｂ３、ＣｏＳｂ３、ＣｅＦｅ４Ｓｂ１２、Ｙｂ１４ＭｎＳｂ１１、ＦｅＶＡｌ、ＭｎＳｉ１．７３、ＦｅＳｉ２、ＮａｘＣｏＯ２、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏ７、ＳｉＧｅなどが用いられる。
Ｎ型熱電変換素子の材料として、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、Ｌａ３Ｔｅ４、ＣｏＳｂ３、ＦｅＶＡｌ、ＺｒＮｉＳｎ、Ｂａ８Ａｌ１６Ｓｉ３０、Ｍｇ２Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＭｎＯ３、ＺｎＯ、ＳｉＧｅなどが用いられる。
これらの材料のうち、環境への影響が少なく、資源埋蔵量も豊富なシリサイド系材料が注目されていることから、本実施形態でもシリサイド系材料を用いる。すなわち、Ｐ型熱電変換素子３１がマンガンシリサイド（ＭｎＳｉ１．７３）、Ｎ型熱電変換素子３２がマグネシウムシリサイド（Ｍｇ２Ｓｉ）により形成される。これらＰ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とは、例えば横断面が正方形、一辺が１ｍｍ〜８ｍｍの角柱状に形成され、長さ（貫通孔１１の貫通方向に沿う長さ）は１ｍｍ〜８ｍｍとされる。また、図２及び図３に示すように、各熱電変換素子３１，３２の長さｈ１は、絶縁部材１Ａの長さ（高さ）ｈ２１よりも小さく形成される。
各熱電変換素子３１，３２は、例えばボールミルにて母合金を例えば粒径７５μｍ以下に粉砕後、プラズマ放電焼結、ホットプレス、熱間等方圧加圧法により例えば円盤状、各板状のバルク材を作製し、これを例えば角柱状に切断することにより形成される。各熱電変換素子３１，３２の両端面に、ニッケル、金等のめっきからなるメタライズ層３３が形成される。
本実施形態の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂにおいては、絶縁部材１Ａの貫通孔１１の内部にＰ型熱電変換素子３１を有する熱電変換部材３Ａ又はＮ型熱電変換素子３２を有する熱電変換部材３Ｂを収容するとともに、両電極部材２Ａ，２Ａの間に熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂを挟持することにより、電極部材２Ａと熱電変換部材３Ａ，３Ｂとを電気的に接続する。したがって、異種金属の熱膨張差が生じる場合でも、絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａと電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａとの締結力を適切に設定することで各部材の破損を防止できる。
また、熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂは、絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａと電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａとを締めたり緩めたりすることで、容易に組み立てや分解を行うことができる。したがって、絶縁部材１Ａの内部に収容される熱電変換部材３Ａ，３Ｂに破損が生じたり、設計変更により熱電変換部材３Ａ，３Ｂの交換が必要になったりした際にも、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの交換を容易に行うことができる。
図４に示すように、Ｐ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１０１ＡとＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０１Ｂとを、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが交互に直列に接続されるように複数組み合わせることにより、熱電変換モジュール２０１を容易に製造できる。熱電変換モジュール２０１は、第１熱電変換セル１０１Ａと第２熱電変換セル１０１Ｂとを並列に並べて配置し、一方の側部（図４では上側）に配置される電極部材２Ａ，２Ａ間を接続部材５Ａを介して接続することにより製造される。
接続部材５Ａは、導電性を有する部材により形成され、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を好適に用いることができる。本実施形態の接続部材５Ａは、矩形平板状に形成されており、電極部材２Ａの電極部２２（雄ねじ部２２ａ）を挿通可能な挿通孔５１が間隔をおいて２個形成されている。なお、図４の符号５Ｂはスペーサ部材であり、接続部材５Ａと同様に導電性を有する部材により形成される。スペーサ部材５Ｂは、接続部材５Ａと同程度の厚みを有する矩形平板状に形成されており、電極部材２Ａの電極部２２（雄ねじ部２２ａ）を挿通可能な挿通孔５１が１個形成され、個々の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂに独立して設けられる。なお、スペーサ部材５Ｂは、必須な構成ではない。この場合、接続部材５Ａと同程度の厚みを有するスペーサ部材５Ｂを用いることにより、第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを同形状の磁石で形成できる。
電極部材２Ａの頭部２１と絶縁部材１Ａとの間に接続部材５Ａを挟持することにより、電極部材２Ａと接続部材５Ａとを介して第１熱電変換セル１０１Ａと第２熱電変換セル１０１Ｂとが電気的に接続され、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが直列に接続される。接続部材５Ａは、電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａと絶縁部材１Ａの雌ねじ部１２ａとを締めたり緩めたりすることで、着脱可能に設けられる。
このように、第１熱電変換１０１Ａと第２熱電変換セル１０１Ｂとを用いた熱電変換モジュール２０１では、各熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂの一端側に第１磁石４１Ａが配設されているので、第１磁石４１Ａの磁力により、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体（二点鎖線及び符号５０１又は５０２で表す。）の表面に、熱電変換モジュール２０１の一端側の最表面を直接取り付けることが可能である。したがって、熱電変換モジュール２０１の取り付けに別途の治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石４１Ａの磁力による吸着力により、熱電変換モジュール２０１の一端側の最表面を発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持でき、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２の一端側と他端側との温度差を確保して、安定した電力供給を行うことができる。
また、第１実施形態の熱電変換モジュール２０１においては、各熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂの他端側にも第２磁石４１Ｂが配設されているので、一端側の第１磁石４１Ａにより発熱体又は冷却体の一方に熱電変換モジュール２０１の一端側の最表面を直接取り付けることが可能であるとともに、他端側の第２磁石４１Ｂにより発熱体又は冷却体の他方に熱電変換モジュール２０１の他端側の最表面を直接取り付けることができる。したがって、発熱体と冷却体との双方への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとにより、熱電変換モジュール２０１の両端の表面をそれぞれ発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持できるので、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２の一端側と他端側との温度差を確保して、一層安定した電力供給を行うことができる。
なお、第１実施形態の熱電変換モジュール２０１では、各熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂのそれぞれに第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを内蔵し、第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを２個ずつ配設する構成としていたが、各磁石４１Ａ，４１Ｂは全ての熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂに配設する必要はない。熱電変換モジュール２０１において少なくとも１個ずつの第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂを配設しておくことで、発熱体又は冷却体の一方に熱電変換モジュール２０１の一端側の最表面を容易に取り付け、及び、取り外しできるとともに、発熱体又は冷却体の他方に熱電変換モジュール２０１の他端側の最表面を容易に取り付け、及び、取り外すことができる。
図１〜図４に示す熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂでは、それぞれ円環状に形成された第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを用いて、電極部材２Ａの頭部２１と絶縁部材１Ａの端部との間に各磁石４１Ａ，４１Ｂを挟持して取り付けていたが、図５に示す第２実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０２のように、各電極部材２Ｂ，２Ｂにそれぞれ第１磁石４２Ａと第２磁石４２Ｂとを固定して、各電極部材２Ａ，２Ａと各磁石４２Ａ，４２Ｂとを一体に設けることもできる。
第２実施形態では、第１磁石４２Ａと第２磁石４２Ｂがそれぞれ円柱状に形成されている。また、各電極部材２Ａ，２Ａの頭部２１に各磁石４２Ａ，４２Ｂを収容する収容凹部２３が形成されており、この収容凹部２３内に各磁石４２Ａ，４２Ｂが嵌入され、各電極部材２Ａ，２Ａと各磁石４２Ａ，４２Ｂとが一体に設けられている。また、図５に示すように、収容凹部２３の深さが各磁石４２Ａ，４２Ｂの厚みよりも大きく（深く）形成されており、各磁石４２Ａ，４２Ｂが各電極部材２Ａ，２Ａの頭部２１の最表面よりも内側に配設され、収容凹部２３内に内包されるようになっている。
なお、各電極部材２Ａ，２Ａと各磁石４２Ａ，４２Ｂとの固定は、電極部材２Ａの頭部２１に固定爪を形成して各磁石４２Ａ，４２Ｂをカシメ固定してもよいし、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂により接合してもよい。
なお、各電極部材２Ａ，２Ａと各磁石４２Ａ，４２Ｂとの固定は、電極部材２Ａの頭部２１に固定爪を形成して各磁石４２Ａ，４２Ｂをカシメ固定してもよいし、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂により接合してもよい。
なお、第２実施形態の熱電変換セル１０２において、第１実施形態の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂ及び熱電変換モジュール２０１と共通する要素には、同一符号を付して説明を省略する。また、同様に、以降の第３実施形態〜第１９実施形態の熱電変換セル及び熱電変換モジュールにおいても、先行する実施形態と共通する要素には、同一符号を付して説明を省略する。
図６に示す第３実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０３は、絶縁部材１Ｂが貫通孔１１の貫通方向に複数の個片絶縁部材１３，１３に分割された構成とされ、各個片絶縁部材１３，１３の間に第３磁石４１Ｃが配設されている。第３磁石４１Ｃは、第１実施形態の第１磁石４１Ａ及び第２磁石４１Ｂと同様の形状、すなわち、円環状に形成されており、熱電変換部材（Ｐ型熱電変換部材）３Ａを挿通可能な挿通孔４１１を有している。
なお、図６では、絶縁部材１Ｂが２個の個片絶縁部材１３，１３を有する構成とされるが、２個以上の個片絶縁部材１３を組み合わせて絶縁部材を構成することもできる。この場合、各個片絶縁部材１３の間にそれぞれ第３磁石４Ｃが配設される。
なお、図６では、絶縁部材１Ｂが２個の個片絶縁部材１３，１３を有する構成とされるが、２個以上の個片絶縁部材１３を組み合わせて絶縁部材を構成することもできる。この場合、各個片絶縁部材１３の間にそれぞれ第３磁石４Ｃが配設される。
第３磁石４１Ｃにより、第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとの間の磁石間の磁力を連絡できるので、確実に第１磁石４１Ａと第２磁石４１Ｂとを互いに接近する方向（吸着方向）に磁力を作用させることができる。したがって、熱電変換セル１０３の組み立てや分解の際に、各部品がばらけることが防止され、容易に組み立て、分解を行うことができる。
上記実施形態の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２，１０３では、一端側に配設される第１磁石（４１Ａ，４２Ａ）と他端側に配設される第２磁石（４１Ｂ，４２Ｂ）とを備える構成としていたが、図７に示す第４実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０４のように、第１磁石と第２磁石とを個別に用いることなく、１個の磁石４４で構成してもよい。この場合、磁石４４は円筒状に形成されており、内側に挿通孔４１４が設けられている。そして、磁石４４の挿通孔４１４に絶縁部材１Ａが嵌入され、磁石４４と絶縁部材１Ａとが一体に固定されている。なお、磁石４４と絶縁部材１Ａとの固定には、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等、その他の方法を用いることもできる。
図１〜図７に示す熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２〜１０４では、頭部２１を有する電極部材（２Ａ，２Ｂ）を用いていたが、図８に示す第５実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０５のように、外周面全体に雄ねじ部２２ａが設けられた、いわゆる止めねじ（イモねじ）により電極部材２Ｃを構成してもよい。絶縁部材１Ａから突出する電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａに、この雄ねじ部２２ａに対応する雌ねじ部（正ねじ）６２ａを有するナット６を取り付けることができ、電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａとナット６の雌ねじ部６２ａとの螺合により、熱電変換セル１０５の高さを自由に調整できる。このため、熱電変換セル１０５の高さの自由度を向上できる。ナット６は、導電性を有する部材により形成され、アルミニウムやアルミニウム合金、黄銅等の金属材料が好適に用いられる。
また、第５実施形態の熱電変換セル１０５では、第１実施形態と同様に、円環状に形成された第１磁石４５Ａと第２磁石４５Ｂを用いることができる。第５実施形態の第１磁石４５Ａ及び第２磁石４５Ｂは、それぞれ円環状に形成されており、内側に電極部材２Ｃの電極部２２（雄ねじ部２２ａ）を挿通可能な挿通孔４１５を有している。
この場合、絶縁部材１Ａの一端側から突出する電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａにナット６を取り付ける際に、雄ねじ部２２ａを第１磁石４５Ａの挿通孔４１５に挿通した状態で雄ねじ部２２ａとナット６の雌ねじ部６２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの一端と一端側に配設されたナット６との間に第１磁石４５Ａを挟持して取り付けることができる。また、絶縁部材１Ａの他端側に突出する電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａにナット６を取り付ける際に、雄ねじ部２２ａを第２磁石４５Ｂの挿通孔４１５に挿通した状態で雄ねじ部２２ａとナット６の雌ねじ部６２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの他端と他端側に配設されたナット６との間に第２磁石４５Ｂを挟持して取り付けることができる。
この場合、絶縁部材１Ａの一端側から突出する電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａにナット６を取り付ける際に、雄ねじ部２２ａを第１磁石４５Ａの挿通孔４１５に挿通した状態で雄ねじ部２２ａとナット６の雌ねじ部６２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの一端と一端側に配設されたナット６との間に第１磁石４５Ａを挟持して取り付けることができる。また、絶縁部材１Ａの他端側に突出する電極部材２Ｃの雄ねじ部２２ａにナット６を取り付ける際に、雄ねじ部２２ａを第２磁石４５Ｂの挿通孔４１５に挿通した状態で雄ねじ部２２ａとナット６の雌ねじ部６２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ａの他端と他端側に配設されたナット６との間に第２磁石４５Ｂを挟持して取り付けることができる。
上記実施形態の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２〜１０５では、貫通孔１１の内部に収容される熱電変換部材３Ａ，３Ｂを、Ｐ型熱電変換素子３１又はＮ型熱電変換素子３２のいずれか１個（単数）の熱電変換素子を有する構成とし、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが交互に直列に接続されるように複数組み合わせることにより熱電変換モジュール２０１を構成していたが、図９に示す第６実施形態の熱電変換モジュール２０２のように、使用可能温度領域が異なる熱電変換素子（Ｐ型熱電変換素子）３４Ａ〜３４Ｃ（熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅ）を備える熱電変換セル１０６Ａ〜１０６Ｃ同士を、高温部側から低温部側にかけて温度の勾配方向に重ねて直列に連結した構成とすることも可能である。
使用可能温度領域の異なる熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅを収容した熱電変換セル１０６Ａ〜１０６Ｃ同士を温度の勾配方向に重ねて直列に連結することで、セグメント構造を構成でき、熱電変換モジュールの高効率化を図ることができる。
この場合、第１熱電変換セル１０６Ａと第２熱電変換セル１０６Ｂ、第２熱電変換セル１０６Ｂと第３熱電変換セル１０６Ｃとが、それぞれの絶縁部材１Ａの貫通孔１１の雌ねじ部１２ａに取り付けられる電極部材２Ｃを介して接続される。電極部材２Ｃは、前述したように、外周面全体に雄ねじ部２２ａが設けられており、いわゆる止めねじ（イモねじ）により構成されるものである。そして、電極部材２Ｃには、その上面と下面とにそれぞれ電極部２２，２２が形成されており、電極部材２Ｃは２個の電極部材を一体に形成した構成とされる。そして、この電極部材２Ｃにより、本発明における連結型電極部材が構成され、第１熱電変換セル１０６Ａと第２熱電変換セル１０６Ｂとが電極部材２Ｃにより接続され、第２熱電変換セル１０６Ｂと第３熱電変換セル１０６Ｃとが電極部材２Ｃにより接続される。
この場合、第１熱電変換セル１０６Ａと第２熱電変換セル１０６Ｂ、第２熱電変換セル１０６Ｂと第３熱電変換セル１０６Ｃとが、それぞれの絶縁部材１Ａの貫通孔１１の雌ねじ部１２ａに取り付けられる電極部材２Ｃを介して接続される。電極部材２Ｃは、前述したように、外周面全体に雄ねじ部２２ａが設けられており、いわゆる止めねじ（イモねじ）により構成されるものである。そして、電極部材２Ｃには、その上面と下面とにそれぞれ電極部２２，２２が形成されており、電極部材２Ｃは２個の電極部材を一体に形成した構成とされる。そして、この電極部材２Ｃにより、本発明における連結型電極部材が構成され、第１熱電変換セル１０６Ａと第２熱電変換セル１０６Ｂとが電極部材２Ｃにより接続され、第２熱電変換セル１０６Ｂと第３熱電変換セル１０６Ｃとが電極部材２Ｃにより接続される。
このように、熱電変換モジュール２０２においても、絶縁部材１Ａの貫通孔の両開口部に一組の電極部材２Ｃ，２Ｃを取り付けて、両電極部材２Ｃ，２Ｃ間に熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅを挟持することにより、熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅと各電極部材２Ｃとが電気的に接続される。また、熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅを電極部材２Ｃを介して積層する以外にも、各熱電変換部材３Ｃ〜３Ｅをアルミニウム等の導電性部材を介して積層できる。導電性部材を介して熱電変換部材３Ｃ〜３Ｄとを積層することで、導電性部材と熱電変換部材とを密着させることができ、電気抵抗を下げることができる。
また、この熱電変換モジュール２０２においても、第５実施形態と同様に、円環状に形成された第１磁石４５Ａと第２磁石４５Ｂを用いることができる。この場合、一端側に配設される第１熱電変換セル１０６Ａの絶縁部材１Ａの一端とこの一端側に配設されるナット６との間に第１磁石４５Ａを挟持して取り付けることができる。また、他端側に配設される第３熱電変換セル１０６Ｃの絶縁部材１Ａの他端とこの他端側に配設されるナット６との間に第２磁石４５Ｂを挟持して取り付けることができる。
なお、図１０に示す第７実施形態の熱電変換セル１０７のように、絶縁部材１Ｃの貫通孔１１の内部に収容される熱電変換部材３Ｆが、複数の熱電変換素子（Ｐ型熱電変換素子）３４Ａ〜３４Ｃを直接又は導電性部材を介して貫通孔１１の貫通方向に積層された構成のものであってもよい。熱電変換素子３４Ａ〜３４Ｃを貫通孔１１内に重ねて収容して、絶縁部材１Ｃの上下に取り付けられる両電極部材２Ｃ，２Ｃの間に挟持することで、各熱電変換素子３４Ａ〜３４Ｃを連結することも可能である。この場合、電極部材による電気抵抗や熱抵抗がなくなるため、電極部材を使用した場合よりも高い出力を得ることができる。
なお、絶縁部材１Ｂの貫通孔１１の内部にある熱電変換素子３４Ａ〜３４Ｃ同士や、メタライズ層３３同士や、メタライズ層３３と熱電変換素子同士が化学反応してしまう場合、若しくは使用温度領域が大きくことなる場合には、図９に示す構成を用いた方がよい。この場合、図９に示すように、電極部材２Ｃを使用して熱電変換素子３４Ａ〜３４Ｃ同士を隔離でき、例えば上側に配置される熱電変換部材３Ｃの低温部側から伝わる温度よりも十分に低下した温度を、その下側に配置される熱電変換部材３Ｄの高温部側に伝えることが可能となる。
このように、異なる材料からなる熱電変換素子（熱電変換部材）を組み合わせることで、材料の選択肢が広がり、性能を揃えて安定した熱電変換モジュールを構成できる。また、同じ極性を持つ熱電変換セルを並列に組み合わせることで、熱電変換モジュールの内部抵抗を制御可能であり、出力先の負荷抵抗に適応した熱電変換モジュールの設計を任意に行うことができる。
なお、図８〜図１０に示す熱電変換セル１０５，１０６Ａ〜１０６Ｃ，１０７では、それぞれ円環状に形成された第１磁石４５Ａと第２磁石４５Ｂとを用いて、電極部材２Ｃに取り付けたナット６と絶縁部材１Ａの端部との間に各磁石４５Ａ，４５Ｂを挟持して取り付けていたが、図１１に示す第８実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０８のように、各電極部材２Ｄ，２Ｄにそれぞれ第１磁石４６Ａと第２磁石４６Ｂとを固定して、各電極部材２Ｄ，２Ｄと各磁石４６Ａ，４６Ｂとを一体に設けることもできる。
なお、各磁石４６Ａ，４６Ｂは、第２実施形態の第１磁石４２Ａと第２磁石４２Ｂと同様に円柱状に形成されている。また、各電極部材２Ｄ，２Ｄの端部に各磁石４６Ａ，４６Ｂを収容する収容凹部２４が形成されており、この収容凹部２４内に各磁石４６Ａ，４６Ｂが嵌入されている。また、収容凹部２４の深さが各磁石４６Ａ，４６Ｂの厚みよりも大きく（深く）形成されており、各磁石４６Ａ，４６Ｂが各電極部材２Ｄ，２Ｄの端部の最表面よりも内側に配設され、収容凹部２４内に内包されている。なお、各電極部材２Ｄ，２Ｄと各磁石４６Ａ，４６Ｂとの固定は、電極部材２Ｄの端部に固定爪を形成して各磁石４６Ａ，４６Ｂをカシメ固定してもよいし、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂により接合してもよい。
上記実施形態の熱電変換セル１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２〜１０８では、１個（単数）の貫通孔１１を有する絶縁部材１Ａ〜１Ｃを用いる構成としていたが、図１２及び図１３に示す第９実施形態の熱電変換セル１０９のように、複数の貫通孔１１を有する絶縁部材１Ｄを用いる構成としてもよい。絶縁部材１Ｄには、図１２及び図１３に示すように、２つの貫通孔１１が並列に配置されており、それぞれの貫通孔１１の内部に、Ｐ型熱電変換素子３１を有する熱電変換部材３Ａと、Ｎ型熱電変換素子３２を有する熱電変換部材３Ｂとが収容されている。
この場合も、各貫通孔１１の両開口部に取り付けられた一組の電極部材２Ａ，２Ａにより、貫通孔１１の内部に収容された熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂを挟持することで、各電極部材２Ａと熱電変換部材３Ａ，３Ｂとを電気的に接続できる。また、図１２に示すように絶縁部材１Ｄの一方の側部に配置される電極部材２Ａ，２Ａ同士の間を接続部材５Ａを介して接続することで、各貫通孔１１の内部に収容された熱電変換部材３Ａ，３ＢのＰ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とを交互に直列に接続することができ、容易に熱電変換モジュール２０３を製造できる。また、この場合にも、絶縁部材１Ｄの一端側に配設される電極部材２Ａの電極部２２を第１磁石４１Ａの挿通孔４１１に挿通した状態で雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ｄの一端と一端側に配設された電極部材２Ａの頭部２１との間に第１磁石４１Ａを挟持して取り付けることができる。また、絶縁部材１Ｄの他端側に配設される電極部材２Ａの電極部２２を第２磁石４１Ｂの挿通孔４１１に挿通した状態で雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１２ａとを螺合させることにより、絶縁部材１Ｄの他端と他端側に配設された電極部材２Ａの頭部２１との間に第２磁石４１Ｂを挟持して取り付けることができる。
図１４〜図１６に示す第１０実施形態の熱電変換セル１１０Ａのように、３つ以上の貫通孔１１を有する絶縁部材１Ｅを用いて、熱電変換モジュール２０４を構成することもできる。絶縁部材１Ｅには、図１５及び図１６に示すように、合計１６個の貫通孔１１がマトリクス状に配置されており、それぞれの貫通孔１１の内部に、Ｐ型熱電変換素子３１を有する熱電変換部材３Ａと、Ｎ型熱電変換素子３２を有する熱電変換部材３Ｂとのいずれかが収容されている。各貫通孔１１の両開口部に電極部材２Ａ、又は磁石４２Ａ，４２Ｂを有する電極部材２Ｂを取り付けることにより、貫通孔１１の内部に収容された熱電変換部材３Ａ又は熱電変換部材３Ｂが一組の電極部材２Ａ，２Ｂの間に挟持され、各電極部材２Ａ，２Ｂと熱電変換部材３Ａ，３Ｂとが電気的に接続される。
また、熱電変換セル１１０Ａの各貫通孔１１に取り付けられた各電極部材２Ａ，２Ｂの間を、接続部材５Ａを介して接続することで、各貫通孔１１の内部に収容された熱電変換部材３Ａ，３ＢのＰ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とを交互に直列に接続でき、容易に熱電変換モジュール２０４を製造できる。
なお、熱電変換モジュール２０４においては、第１磁石４２Ａ又は第２磁石４２Ｂを有する電極部材２Ｂは、マトリクス状に配置された１６個の貫通孔１１のうち、４つの角部に配置された４個の貫通孔１１の一端と他端とに取り付けられている。このように、第１磁石４２Ａと第２磁石４２Ｂとは、熱電変換モジュール２０４の一部に配設されていればよい。
なお、熱電変換モジュール２０４においては、第１磁石４２Ａ又は第２磁石４２Ｂを有する電極部材２Ｂは、マトリクス状に配置された１６個の貫通孔１１のうち、４つの角部に配置された４個の貫通孔１１の一端と他端とに取り付けられている。このように、第１磁石４２Ａと第２磁石４２Ｂとは、熱電変換モジュール２０４の一部に配設されていればよい。
図１７に示すように、複数の熱電変換部材３Ｇ〜３Ｊが収容された熱電変換セル１１０Ｂを複数積層することで、セグメント構造の熱電変換モジュール２０５を構成することもできる。この第１１実施形態の熱電変換モジュール２０５においては、２つの熱電変換セル１１０Ｂの間が、各貫通孔１１に取り付けられる電極部材２Ｃを介して接続されるとともに、各貫通孔１１の一端又は他端に取り付けられた電極部材２Ａ，２Ｂの間が接続部材５Ａを介して接続されることで、Ｐ型熱電変換素子３５Ａ及びＰ型熱電変換素子３５ＢとＮ型熱電変換素子３６Ａ及びＮ型熱電変換素子３６Ｂとが交互に直列に接続される。
熱電変換モジュール２０５の各貫通孔１１内に収容されるそれぞれの熱電変換部材３Ｇ〜３Ｊには、図１０に示す熱電変換セル１０７の熱電変換部材３Ｆのように、Ｐ型熱電変換素子又はＮ型熱電変換素子からなる複数の熱電変換素子を直接又は導電性部材を介して貫通孔１１の貫通方向に積層された構成のものを用いることもできる。また、熱電変換モジュール２０５と同様の構成の熱電変換モジュールを、図１０に示す熱電変換セル１０７と同様のＰ型熱電変換素子からなる熱電変換部材を有する第１熱電変換セルと、Ｎ型熱電変換素子からなる熱電変換部材を有する第２熱電変換セルとを並列に並べて配置するとともに、貫通孔の貫通方向に積層して配置することにより構成することもできる。
図４に示す第１実施形態の熱電変換モジュール２０１等では、各貫通孔１１に取り付けられた電極部材２Ａ，２Ａ間を接続部材５Ａを介して接続していたが、図１８に示す第１２実施形態の熱電変換モジュール２０６のように、２個の電極部２２，２２を有する連結型電極部材２Ｅを用いて、Ｐ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１１２ＡとＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１１２Ｂとを並列に配置し、各熱電変換部材３Ａ，３Ｂを電気的に接続することもできる。
連結型電極部材２Ｅの２個の電極部２２，２２は、頭部２５を介して一体に形成されているので、各電極部２２の雄ねじ部２２ａに、それぞれ個別の絶縁部材１Ａを取り付けることができる。すなわち、絶縁部材１Ａの一方の雌ねじ部１２ａを各電極部２２の雄ねじ部２２ａに螺合させて連結させた後、絶縁部材１Ａの他方の雌ねじ部１２ａに、１個の電極部２２を有する電極部材２Ａの雄ねじ部２２ａを連結させる。これにより、熱電変換部材３ＡのＰ型熱電変換素子３１と熱電変換部材３ＢのＮ型熱電変換素子３２とを交互に直列に接続できる。
また、熱電変換モジュール２０６では、一端側に円環状の第１磁石４１Ａを設け、連結型電極部材２Ｅの各電極部２２に第１磁石４１Ａの挿通孔４１１を挿通し、頭部２５と各絶縁部材１Ａとの間に第１磁石４１Ａを挟持することで取り付けている。一方、熱電変換モジュール２０６の他端側には、円柱状の第２磁石４２Ｂを設け、予め第２磁石４２Ｂが固定された電極部材２Ｂを用いている。このように、熱電変換モジュール２０６の一端側と他端側とで、異なる形状の磁石を組み合わせることも可能である。
上記第１〜第１２実施形態では、絶縁部材の両端部に設けられた雌ねじ部１２ａ（絶縁側ねじ部）のねじ方向を同一の方向（正方向）としていたが、図１９に示す第１３実施形態の熱電変換モジュール２０７のように、絶縁部材１Ｆの一方の雌ねじ部１２ａを正ねじ（右ねじ）とし、他方の雌ねじ部１２ｂを逆ねじ（左ねじ）とすることで、一方と他方の雌ねじ部１２ａ，１２ｂの締め込み方向（回転方向）を揃えることができる。この場合、絶縁部材１Ｆの一方の端部に連結される電極部材２Ｂ，２Ｅには、一方の雌ねじ部１２ａに対応するように、電極部２２に正ねじの雄ねじ部２２ａが形成されたものを用いる。また、絶縁部材１Ｆの他方の端部に連結される電極部材２Ｆには、他方の雌ねじ部１２ｂに対応するように、電極部２２に逆ねじの雄ねじ部２２ｂが形成されたものを用いる。
このように構成することで、絶縁部材１Ｆを一方向に回転させるだけで、絶縁部材１Ｆの両端側に配設される一方の雌ねじ部１２ａとこの雌ねじ部１２ａに対応する電極部材２Ｂ，２Ｅの雄ねじ部２２ａ、他方の雌ねじ部１２ｂとこの雌ねじ部１２ｂに対応する電極部材２Ｆの雄ねじ部２２ｂを、一度に締め込むこと又は緩めることができる。これにより、絶縁部材１Ｆとこの絶縁部材１Ｆの両端部に連結される一組の電極部材２Ｂ，２Ｆ又は２Ｅ，２Ｆとの着脱を一度に行える。したがって、Ｐ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１１３ＡとＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１１３Ｂとを複数組み合わせるとともに、それぞれのＰ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とを交互に直列に接続でき、大型の熱電変換モジュール２０７を容易に製造できる。
さらに、図２０に示す第１４実施形態のように、電極部材２Ｅ〜２Ｇにセラミックス板７１と熱伝達金属層７２とを有する構成のものを用いて、熱電変換モジュール２０８を構成することもできる。
セラミックス板７１は、一般的なセラミックス、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）や、グラファイト板上に成膜したダイヤモンド薄膜基板等の熱伝導性の高い絶縁性を有する部材を用いることができる。また、熱伝達金属層７２には、アルミニウムや銅等の弾性変形、塑性変形しやすく、熱伝導性に優れる部材を用いることができる。
電極部２２（頭部２１，２５）の外側にセラミックス板７１を設けておくことで、熱電変換モジュール２０８を、表面が導電性の材料で覆われた熱源等に設置した場合、電極部２２と熱源等との間にセラミックス板７１が介在し、熱源等と電極部２２とが接触することを防止できる。したがって、熱源等と電極部２２との電気的な接続（リーク）を確実に回避でき、絶縁状態を良好に維持できる。
また、電極部材２Ｇ〜２Ｉに熱伝達金属層７２を設けておくことで、熱電変換モジュール２０８を熱源等に設置したときに、熱伝達金属層７２と熱源等とを接触させることができ、熱電変換モジュール２０８と熱源等との密着性を高めて熱伝達性を向上できる。したがって、熱電変換モジュール２０８の熱電変換性能（発電効率）を向上できる。
上記の第１〜第１４実施形態においては、絶縁側ねじ部を雌ねじ部１２ａ，１２ｂで構成し、電極側ねじ部を雄ねじ部２２ａ，２２ｂで構成したが、絶縁側ねじ部を雄ねじ部で構成し、電極側ねじ部を雌ねじ部で構成することもできる。以下、絶縁側ねじ部を雄ねじ部で構成し、電極側ねじ部を雌ねじ部で構成した例について、説明する。
図２１〜図２３は、第１５実施形態の第１熱電変換セル（熱電変換セル）３０１を示している。この第１熱電変換セル３０１は、貫通孔８１を有する絶縁部材８Ａと、貫通孔８１に収容された熱電変換部材３Ａと、絶縁部材８Ａの各端部にそれぞれ連結された電極部材９Ａ，９Ａと、貫通孔８１の貫通方向の一端側に配設された第１磁石４７Ａと、貫通孔８１の貫通方向の他端側に配設された第２磁石４７Ｂと、を備える。なお、各部品を構成する部材（材料）には、上記の実施形態と同様のものが用いられることから、説明を省略する。
絶縁部材８Ａは、内側に１個の貫通孔８１が形成されることにより円筒状に形成され、その外側に雄ねじ部８２ａが設けられ、絶縁部材８Ａの各端部を含む外周面全体に雄ねじ部８２ａが形成されている。なお、雄ねじ部８２ａは正ねじ（右ねじ）とされ、この雄ねじ部８２ａにより本発明における絶縁側ねじ部が構成される。
電極部材９Ａは、天面部と円筒部とを有するキャップ状に形成されている。このうち、天面部が電極部９１とされ、円筒部の内面に雄ねじ部８２ａに対応する正ねじの雌ねじ部９２ａが形成されている。この雌ねじ部９２ａが本発明の電極側ねじ部とされる。絶縁部材８Ａと各電極部材９Ａとは、雄ねじ部８２ａと雌ねじ部９２ａとの螺合により、着脱可能に設けられる。
本実施形態の第１磁石４７Ａ及び第２磁石４７Ｂは、図２１〜図２３に示すように、それぞれ円環状に形成されており、内側に熱電変換部材３Ａを挿通可能な挿通孔４１７を有している。また、各磁石４７Ａ，４７Ｂの外径は、電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａの内径よりも小さく形成されており、各磁石４７Ａ，４７Ｂは、電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａ内に収容可能に設けられている。したがって、第１磁石４７Ａを一端側に配設される電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａに収容した後、電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａと絶縁部材８Ａの雄ねじ部８２ａとを螺合させることにより、絶縁部材８Ａの一端とその一端側に配設された電極部材９Ａの電極部９１との間に第１磁石４７Ａを挟持して取り付けることができる。また、第２磁石４７Ｂを他端側に配設される電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａに収容した後、電極部材９Ａの雌ねじ部９２ａと絶縁部材８Ａの雄ねじ部８２ａとを螺合させることにより、絶縁部材８Ａの他端とその他端側に配設された電極部材９Ａの電極部９１との間に第２磁石４７Ｂを挟持して取り付けることができる。
図２２に示すように、絶縁部材８Ａの長さ（高さ）ｈ２２は、熱電変換部材３Ａの長さｈ１よりも小さく形成されている。このため、熱電変換部材３Ａを貫通孔８１に挿通させて貫通孔８１内に収容させると、熱電変換部材３Ａの端部を貫通孔８１から突出させた状態で配設できる。したがって、一組の電極部材９Ａ，９Ａをそれぞれ絶縁部材８Ａの両端部に連結すると、熱電変換部材３Ａの端部に電極部９１を確実に当接できる。各電極部材９Ａ，９Ａの電極部９１，９１同士の間に熱電変換部材３Ａを挟持させることで、各電極部材９Ａ，９Ａと熱電変換部材３Ａとを電気的に接続できる。また、挿通孔４１７を有する第１磁石４７Ａ及び第２磁石４７Ｂを用いることで、それぞれの挿通孔４１７を介して各電極部材９Ａ，９Ａと熱電変換部材３Ａとを電気的に接続させることができる。なお、第１磁石４７Ａと第２磁石４７Ｂの厚み（貫通方向の大きさ）は、熱電変換部材３Ａの長さｈ１と絶縁部材８Ａの長さｈ２２との差分（ｈ１−ｈ２２）よりも僅かに小さく形成されている。
このように、絶縁部材８Ａの絶縁側ねじ部を雄ねじ部８２ａとし、電極部材９Ａの電極側ねじ部を雌ねじ部９２ａとした場合にも、これら雄ねじ部８２ａと雌ねじ部９２ａとを締めたり緩めたりすることで、第１熱電変換セル３０１の組み立てや分解を容易に行うことができる。
なお、図２１〜図２３に示す熱電変換セル３０１では、それぞれ円環状に形成された第１磁石４７Ａと第２磁石４７Ｂとを用いて、電極部材９Ａと絶縁部材８Ａの端部との間に各磁石４７Ａ，４７Ｂを挟持して取り付けていたが、図２４に示す第１６実施形態の第１熱電変換セル（熱電変換セル）３０２のように、各電極部材９Ｂ，９Ｂにそれぞれ第１磁石４８Ａと第２磁石４８Ｂとを固定して、各電極部材９Ｂ，９Ｂと各磁石４７Ａ，４７Ｂとを一体に設けることもできる。
熱電変換セル３０２では、各磁石４８Ａ，４８Ｂは円柱状に形成されており、各電極部材９Ｂ，９Ｂの端部に形成された収容凹部９３内に各磁石４８Ａ，４８Ｂが嵌入されている。なお、各電極部材９Ｂ，９Ｂと各磁石４８Ａ，４８Ｂとの固定は、電極部材９Ｂの端部に固定爪を形成して各磁石４８Ａ，４８Ｂをカシメ固定してもよいし、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂により接合してもよい。
図２５〜図２７は、第１７実施形態の熱電変換モジュール４０１を示している。熱電変換モジュール４０１は、図２５及び図２６に示すように、Ｐ型熱電変換素子３１（熱電変換部材３Ａ）を備える第１熱電変換セル３０３ＡとＮ型熱電変換素子３２（熱電変換部材３Ｂ）を備える第２熱電変換セル３０３Ｂとを並列に配置し、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とを連結型電極部材９Ｃを介して接続した構成とされる。
熱電変換モジュール４０１を構成する絶縁部材８Ｂは、内側に１個の貫通孔８１が形成されることにより円筒状に形成されている。絶縁部材８Ｂの外側には、貫通孔８１の貫通方向の各端部に、正ねじの雄ねじ部８２ａと逆ねじの雄ねじ部８２ｂとがそれぞれ形成され、雄ねじ部８２ａと雄ねじ部８２ｂの間に、六角柱状の角柱部８３が形成されている。なお、雄ねじ部８２ａ，８２ｂにより、本発明における絶縁側ねじ部が構成される。
連結型電極部材９Ｃは、平板状に形成されており、正ねじの雄ねじ部８２ａに対応する正ねじの雌ねじ部９２ａと、逆ねじの雄ねじ部８２ｂに対応する逆ねじの雌ねじ部９２ｂとが、１個ずつ形成されている。したがって、１個の連結型電極部材９Ｃに２個の絶縁部材８Ｂが連結可能とされる。なお、雌ねじ部９２ａ，９２ｂが、本発明における電極側ねじ部とされる。連結型電極部材９Ｃには、２個の電極部９１が形成されており、各電極部９１は、各雌ねじ部９２ａ，９２ｂに絶縁部材８Ｂを連結させたときに、貫通孔８１の開口端部と対向する位置、すなわち、各雌ねじ部９２ａ，９２ｂの奥側に設けられている。
図２７に示すように、絶縁部材８Ｂの貫通方向の長さ（高さ）ｈ２３は、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの長さｈ１よりも小さく形成されている。このため、熱電変換部材３Ａ又は３Ｂを貫通孔８１内に挿通させて、貫通孔８１内に収容させると、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの端部を、貫通孔８１から突出させて配設できる。一組の連結型電極部材９Ｃ，９Ｃの間に絶縁部材８Ｂの両端部を連結すると、熱電変換部材３Ａ，３Ｂの端部に電極部９１を確実に当接できる。したがって、各連結型電極部材９Ｃ，９Ｃの電極部９１，９１同士の間に熱電変換部材３Ａを挟持でき、各連結型電極部材９Ｃ，９Ｃと熱電変換部材３Ａ，３Ｂとを電気的に接続できる。
また、熱電変換モジュール４０１においても、挿通孔４１７を有する第１磁石４７Ａ及び第２磁石４７Ｂを用いることで、それぞれの挿通孔４１７を介して各電極部材９Ｃ，９Ｃと熱電変換部材３Ａ，３Ｂとを電気的に接続させることができる。
熱電変換モジュール４０１では、絶縁部材８Ｂは、両端部の雄ねじ部８２ａ，８２ｂの一方を正ねじとし、他方を逆ねじとして、これら一方と他方の雄ねじ部８２ａ，８２ｂの締め込み方向を揃えているので、絶縁部材８Ｂを一方向に回転させることにより、一方の雄ねじ部８２ａとこの雄ねじ部８２ａに対応する連結型電極部材９Ｃの雌ねじ部９２ａ、他方の雄ねじ部８２ｂとこの雄ねじ部８２ｂに対応する連結型電極部材９Ｃの雌ねじ部９２ｂを、一度に締め込むこと又は緩めることができる。このため、絶縁部材８Ｂとこの絶縁部材８Ｂの両端部に連結される一組の連結型電極部材９Ｃ，９Ｃとの着脱を一度に行える。また、絶縁部材８Ｂは、雄ねじ部８２ａと雄ねじ部８２ｂとの間に形成された角柱部８３をスパナ等で把持することにより容易に回転でき、熱電変換部材３Ａ，３ＢのＰ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２とが直列に接続された熱電変換モジュール４０１を容易に製造できる。
図２８に示す第１８実施形態のように、３個以上の絶縁部材８Ｂを用いて、熱電変換モジュール４０２を構成することもできる。複数の絶縁部材８Ｂと連結型電極部材９Ｃとを組み合わせることにより、熱電変換部材３ＡのＰ型熱電変換素子３１と熱電変換部材３ＢのＮ型熱電変換素子３２とを交互に直列に接続でき、容易に大型の熱電変換モジュール４０２を製造できる。また、この熱電変換モジュール４０２においても、熱電変換モジュール４０１の一端側に配設される第１磁石４９Ａと他端側に配設される第２磁石４９Ｂとにより、熱電変換モジュール４０２の発熱体と冷却体との双方への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石４９Ａと第２磁石４９Ｂとにより、熱電変換モジュール４０１の両端の表面をそれぞれ発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持できるので、Ｐ型熱電変換素子３１とＮ型熱電変換素子３２の一端側と他端側との温度差を確保して、一層安定した電力供給を行うことができる。
なお、熱電変換モジュール４０２では、第１磁石４９Ａと第２磁石４９Ｂとを平板状に形成しており、連結型電極部材９Ｃの内面（雌ねじ部９２ａ，９２ｂが開口する面）側に各磁石４９Ａ，４９Ｂをセラミックス製の接着剤により固定している。このように、第１磁石４９Ａ及び第２磁石４９Ｂの配設方法や形状に特に制限はない。
また、図２９に示す第１９実施形態のように、連結型電極部材９Ｄに、セラミックス板７１と熱伝達金属層７２とを有する構成のものを用いて、熱電変換モジュール４０３を構成することもできる。電極部９１の外側にセラミックス板７１を設けておくことで、熱源等と電極部９１との電気的なリークを確実に回避でき、絶縁状態を良好に維持できる。また、連結型電極部材９Ｄに熱伝達金属層７２を設けておくことで、熱伝達金属層７２と熱源等とを接触させることができ、熱電変換モジュール４０３と熱源等との密着性を高めて熱伝達性を向上できる。
また、熱電変換モジュール４０３では、連結型電極部材９Ｄに収容凹部９４を形成し、この収容凹部９４内に直方体状の第１磁石４０Ａ又は第２磁石４０Ｂを嵌入している。なお、各磁石４８Ａ，４８Ｂの配設方法や形状に、特に制限はない。
上記実施形態において説明したように、本実施形態の熱電変換セルにおいては、電極部材と熱電変換部材（熱電変換素子）とは、電極部材を絶縁部材に取り付けることにより、貫通孔の両側に配置された電極部同士の間に熱電変換部材が挟持され、電気的に接続される構成とされる。このように、本実施形態の熱電変換セルでは、熱電変換部材と各電極部材とを接合せずに、電極部間に熱電変換部材を挟持することにより電気的に接続することとしているので、異種金属の熱膨張差が生じる場合でも、雄ねじ部と雌ねじ部との締結力を適切に設定することにより各部材の破損を防止できる。また、絶縁部材と電極部材とは雌ねじ部と雄ねじ部の螺合により着脱可能に設けられているので、容易に組み立てや分解を行うことができる。このため、絶縁部材の内部に収容される熱電変換部材に破損が生じたり、設計変更により熱電変換部材の交換が必要になったりした際に、熱電変換部材の交換を容易に行え、設計の自由度を向上できる。
また、熱電変換セルの一端側（貫通孔の貫通方向の一端側）や熱電変換モジュールの一端側に第１磁石が配設されているので、第１磁石の磁力により、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の表面に熱電変換モジュールの一端側の最表面を直接取り付けることが可能である。したがって、熱電変換モジュールの取り付けに別途の治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石の磁力による吸着力により、熱電変換モジュールの一端側の最表面を発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持でき、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、熱電変換モジュールにおいて安定した電力供給を行うことができる。
また、熱電変換セルの他端側や熱電変換モジュールの他端側に第２磁石を配設することで、一端側に配設された第１磁石と他端側に配設された第２磁石とにより、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の一方に熱電変換モジュールの一端側の最表面を直接取り付けることが可能であるとともに、発熱体又は冷却体の他方に熱電変換モジュールの他端側の最表面を直接取り付けることができる。したがって、発熱体と冷却体との双方への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。また、第１磁石と第２磁石とにより、熱電変換モジュールの両端の表面をそれぞれ発熱体又は冷却体に安定して固定した状態を維持できるので、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、熱電変換モジュールにおいて一層安定した電力供給を行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において、上記以外の種々の変更を加えることも可能である。
例えば、上記実施形態においては、熱電変換素子として角柱状の素子を用いたが、円柱状の素子を用いることもできる。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，８Ａ，８Ｂ…絶縁部材
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｇ，９Ａ，９Ｂ…電極部材
２Ｅ，２Ｆ，２Ｈ，２Ｉ，９Ｃ，９Ｄ…連結型電極部材（電極部材）
３Ａ〜３Ｊ…熱電変換部材
５Ａ…接続部材
５Ｂ…スペーサ部材
６…ナット
１１…貫通孔
１２ａ，１２ｂ…雌ねじ部（絶縁側ねじ部）
１３…個片絶縁部材
６２ａ…雌ねじ部
２１，２５…頭部
２２…電極部
２２ａ，２２ｂ…雄ねじ部（電極側ねじ部）
２３，２４…収容凹部
３１，３４Ａ〜３４Ｃ，３５Ａ，３５Ｂ…Ｐ型熱電変換素子
３２，３６Ａ，３６Ｂ…Ｎ型熱電変換素子
３３…メタライズ層
４０Ａ〜４９Ａ…第１磁石
４０Ｂ〜４９Ｂ…第２磁石
４１Ｃ…第３磁石
７１…セラミックス板
７２…熱伝達金属層
８１…貫通孔
８２ａ，８２ｂ…雄ねじ部（絶縁側ねじ部）
８３…角柱部
９１…電極部
９２ａ，９２ｂ…雌ねじ部（電極側ねじ部）
９３，９４…収容凹部
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６Ａ〜１０６Ｃ，１０７，１０８，１０９，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１３Ａ，１１３Ｂ，３０１，３０２，３０３Ａ，３０３Ｂ…熱電変換セル
２０１〜２０８，４０１〜４０３…熱電変換モジュール
４１１，４１４，４１５，４１７…挿通孔
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｇ，９Ａ，９Ｂ…電極部材
２Ｅ，２Ｆ，２Ｈ，２Ｉ，９Ｃ，９Ｄ…連結型電極部材（電極部材）
３Ａ〜３Ｊ…熱電変換部材
５Ａ…接続部材
５Ｂ…スペーサ部材
６…ナット
１１…貫通孔
１２ａ，１２ｂ…雌ねじ部（絶縁側ねじ部）
１３…個片絶縁部材
６２ａ…雌ねじ部
２１，２５…頭部
２２…電極部
２２ａ，２２ｂ…雄ねじ部（電極側ねじ部）
２３，２４…収容凹部
３１，３４Ａ〜３４Ｃ，３５Ａ，３５Ｂ…Ｐ型熱電変換素子
３２，３６Ａ，３６Ｂ…Ｎ型熱電変換素子
３３…メタライズ層
４０Ａ〜４９Ａ…第１磁石
４０Ｂ〜４９Ｂ…第２磁石
４１Ｃ…第３磁石
７１…セラミックス板
７２…熱伝達金属層
８１…貫通孔
８２ａ，８２ｂ…雄ねじ部（絶縁側ねじ部）
８３…角柱部
９１…電極部
９２ａ，９２ｂ…雌ねじ部（電極側ねじ部）
９３，９４…収容凹部
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６Ａ〜１０６Ｃ，１０７，１０８，１０９，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１３Ａ，１１３Ｂ，３０１，３０２，３０３Ａ，３０３Ｂ…熱電変換セル
２０１〜２０８，４０１〜４０３…熱電変換モジュール
４１１，４１４，４１５，４１７…挿通孔
Claims (12)
- 少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を備えることを特徴とする熱電変換セル。 - 前記絶縁側ねじ部が雄ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雌ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも大きく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換セル。 - 前記絶縁側ねじ部が雌ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雄ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも小さく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端側の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換セル。 - 前記貫通方向の他端側に配設された第２磁石を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱電変換セル。
- 前記第２磁石が前記熱電変換部材又は前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の他端と他端側の前記電極部材との間に前記第２磁石が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換セル。
- 前記絶縁部材は、前記貫通方向に複数の個片絶縁部材に分割された構成とされ、
各個片絶縁部材の間に前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有する第３磁石が配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電変換セル。 - 少なくとも１個の貫通孔を有し、該貫通孔の貫通方向の両端部のそれぞれに絶縁側ねじ部を有する絶縁部材と、
少なくとも１個の熱電変換素子を有し、前記貫通孔内に収容された熱電変換部材と、
前記絶縁部材の各端部にそれぞれ連結され、前記絶縁側ねじ部に対応する電極側ねじ部及び前記貫通孔内の前記熱電変換部材の端部に電気的に接続された電極部を有する電極部材と、を有する複数の熱電変換セルと、
前記貫通方向の一端側に配設された第１磁石と、を有し、
前記熱電変換セルは、前記熱電変換素子がＰ型熱電変換素子からなる第１熱電変換セルと、前記熱電変換素子がＮ型熱電変換素子からなる第２熱電変換セルとを有しており、前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルとが交互に直列に接続されてなることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルとは、導電性を有する接続部材により接続され、
前記第１磁石が一端側に配設された前記接続部材に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電変換モジュール。 - 前記第１熱電変換セルの前記電極部材と前記第２熱電変換セルの前記電極部材とが一体に形成された連結型電極部材を有し、前記連結型電極部材により前記第１熱電変換セルと前記第２変換セルとが接続され、
前記第１磁石が一端側に配設された前記連結型電極部材に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電変換モジュール。 - 前記絶縁側ねじ部が雄ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雌ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも大きく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記熱電変換部材を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電変換モジュール。 - 前記絶縁側ねじ部が雌ねじ部であり、前記電極側ねじ部が雄ねじ部であり、前記貫通孔の貫通方向において、前記熱電変換部材が前記絶縁部材よりも小さく形成された構成とされ、
前記第１磁石が前記雄ねじ部を挿通可能な挿通孔を有しており、前記絶縁部材の一端と一端の前記電極部材との間に前記第１磁石が配設されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電変換モジュール。 - 前記貫通方向の他端側に配設された第２磁石を備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の熱電変換モジュール。
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