JP2019062054A - 熱電変換セル及び熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱電変換材料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た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、前記貫通孔の貫通方向の一端側に配置され、前記熱電変換部材の一端部に電気的に接続された第１電極部材と、前記貫通方向の他端側に配置され、前記熱電変換部材の他端部に電気的に接続された第２電極部材と、を有し、前記第１電極部材が第１磁石を有し、前記第２電極部材が第２磁石を有し、前記熱電変換部材が前記第１磁石と前記第２磁石との互いの磁力による吸着力により前記第１電極部材と前記第２電極部材との間に挟持されてなる。【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型熱電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。

熱電変換モジュールに用いる熱電変換セルとして、例えば特許文献１には、筒状絶縁支持体の隔壁を介した一方の内部にＰ型熱電変換素子（ｐ型半導体素子）が充填され、他方の内部にＮ型熱電変換素子（ｎ型半導体素子）が充填され、一端部でＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とが電気的に接続された熱電変換セル（熱電変換素子）が開示されている。また、特許文献１には、筒状絶縁支持体の内部にＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを配置した熱電変換セルにより、各熱電変換セルを密着して配置できるので、熱電変換モジュールの組立作業が容易になることが記載されている。

また、特許文献２には、熱電変換素子を備える発電部を有し、継続的に動作することができる温度検出装置が開示されている。この特許文献２に記載の温度検出装置では、ケースに熱電変換素子を収容し、熱電変換素子を第１伝熱部と第２伝熱部との間で押圧することによって固定している。また、特許文献２には、第１伝熱部と熱電変換素子との間、及び第２伝熱部と熱電変換素子との間のうちのいずれか一方に、衝撃吸収性を有する熱接続要素を介在させた固定構造により、熱電変換素子の破損を抑えることが記載されている。

さらに、特許文献３には、熱電変換素子（半導体素子材チップ）を螺子孔を有する一対の金属ブロックで挟み接合することにより構成された熱電変換用基本素子が開示されている。また、特許文献３には、この熱電変換用基本素子を金属セグメントに固定螺子によって固定することにより、熱電変換モジュール（熱電変換素子）を構成することが記載されており、熱電変換モジュールは、熱電変換用基本素子に直接、固定螺子を埋め込む構造により構成されている。

特開２０１１‐１３４９４０号公報 特開２０１５‐３２７４７号公報 特開平８‐３０６９６８号公報

このような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が用いられることが多い。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いため、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。特許文献１に記載される熱電変換セルにおいても、異種材料の界面が多く存在し、熱膨張差による破壊が懸念される。また、特許文献１に記載の熱電変換セルのように、筒状絶縁支持体の内部にＰ型熱変換素子とＮ型熱電変換素子とを充填した構成では、加工作業が煩雑になる。また、特許文献２に記載される熱電変換素子の固定構造は、衝撃吸収性を有する熱接続要素を介在させることにより、熱電変換素子の破損を抑えているが、使用する部材が多く、複数の熱電変換素子を組み合わせて大型化する構造への適用が難しい。

また、特許文献３に記載の熱電変換モジュールのように、螺子孔を有する一対の金属ブロックを熱電変換素子に接合した熱電変換用基本素子を設け、熱電変換用基本素子を金属セグメントを介して固定螺子により固定する構造では、金属ブロックと熱電変換素子とを接合した熱電変換用基本素子が必要になるため、金属ブロックと熱電変換材料の接合性が良い材料でなければ出力や耐久性の低下を招いてしまう。また、特許文献３に記載の熱電変換用基本素子の構造では、熱電変換素子を固定螺子の雄ねじ部よりも十分に太くする必要があり、設計が難しい。

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の破損により、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。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、熱電変換材料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た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、前記貫通孔の貫通方向の一端側に配置され、前記熱電変換部材の一端部に電気的に接続された第１電極部材と、前記貫通方向の他端側に配置され、前記熱電変換部材の他端部に電気的に接続された第２電極部材と、を有し、前記第１電極部材が第１磁石を有し、前記第２電極部材が第２磁石を有し、前記熱電変換部材が前記第１磁石と前記第２磁石との互いの磁力による吸着力により前記第１電極部材と前記第２電極部材との間に挟持されてなる。

熱電変換セルは、熱電変換部材（熱電変換素子）の両端部のそれぞれに設けられた第１電極部材の第１磁石と第２電極部材の第２磁石との互いの磁力による吸着力により、第１電極部材と第２電極部材と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（第１電極部材及び第２電極部材）とは接合されておらず、各電極部材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各部材の破損を防止でき、接続状態を良好に維持できる。

また、熱電変換部材と各電極部材との電気的な接続は、第１磁石と第２磁石との磁力の吸着力により保持されているのみであるので、各電極部材の間に熱電変換部材を配置するだけで熱電変換部材を各電極部材の間に挟持でき、熱電変換セルの組み立てを容易に行える。また、各電極部材の間に挟持された熱電変換部材は、各電極部材を引き離すことで容易に取り出すことができ、熱電変換セルの分解も容易に行うことができる。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、各熱電変換部材の数に応じて、それぞれの熱電変換部材の両端部に第１電極部材と第２電極部材とを配設し、第１電極部材と第２電極部材との間に熱電変換部材を挟持して電気的に接続できる。また、この場合において、隣接して配置される第１電極部材又は第２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、他端側（貫通孔の貫通方向の他端側）に第２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磁石と第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、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、前記絶縁部材の少なくとも一部が、前記第１電極部材と前記第２電極部材との間に配設されているとよい。

第１電極部材と第２電極部材との間に絶縁部材を配設することで、熱電変換部材が絶縁部材の貫通孔の内部に収容された状態を維持でき、熱電変換部材が第１電極部材及び第２電極部材以外の部材と接触して短絡することを確実に防止できる。また、第１電極部材、第２電極部材、熱電変換部材及び絶縁部材がばらけることなく、熱電変換セルを一体に取り扱うことができるので、複数の熱電変換セルを組み合わせた熱電変換モジュールの組み立てを円滑に行うことができる。

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、一端部に形成された前記第１電極部材の一部を収容して回転を防止する第１溝部と、他端部に形成された前記第２電極部材の一部を収容して回転を防止する第２溝部と、を有しているとよい。

絶縁部材に第１溝部と第２溝部とを設けておくことで、第１電極部材と第２電極部材とをそれぞれ特定の方向に向けて配設することができるので、複数の熱電変換セルを組み合わせた熱電変換モジュールの組み立てを円滑に行うことができる。

本発明の熱電変換セルの好ましい実施形態において、前記第１電極部材と前記第２電極部材とは、それぞれ前記第１磁石又は前記第２磁石との間に配設される内部接続金属部と、前記内部接続金属部とは反対側に配設される外部接続金属部と、前記内部接続金属部と前記外部接続金属部との間を接続する連結金属部と、を有する電極金属部を有しており、前記電極金属部が、前記第１磁石又は前記第２磁石よりも熱伝達性及び導電性が高い金属により形成されているとよい。

第１電極部材と第２電極部材とのそれぞれに第１磁石又は第２磁石よりも熱伝達性が高い金属により形成された電極金属部を設けておくことにより、電極金属部を介して発熱体又は冷却体から安定して熱電変換部材へ熱伝達を行うことができるので、熱電変換素子の発電効率を向上できる。また、電極金属部は第１磁石又は第２磁石よりも導電性が高い金属により形成されているので、複数の熱電変換セルを備える熱電変換モジュールにおいて、各熱電変換部材の間の電気的な接続を良好に維持でき、熱電変換モジュールの導電性を良好に維持できる。

本発明の熱電変換モジュールは、複数の前記熱電変換セルを有し、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、前記熱電変換セルが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において、隣接して配置される前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルの前記第１電極部材同士又は前記第２電極部材同士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熱電変換セルとが接続されているとよい。

本発明によれば、熱電変換材料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る。

本発明の第１実施形態の熱電変換セルを示す縦断面図である。 図１に示す熱電変換セルの外観斜視図である。 図２に示す熱電変換セルの分解斜視図である。 図１に示す熱電変換セルを用いた熱電変換モジュールの正面図である。 本発明の第２実施形態の熱電変換セルを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態の熱電変換セルを示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態の熱電変換セルを示す外観斜視図である。 図７に示す熱電変換セルの分解斜視図である。 図８に示す第１電極部材の分解斜視図である。 電極部材の他の実施形態を示す縦断面図である。 電極部材の他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第５実施形態の熱電変換モジュールを示す縦断面図である。 本発明の第６実施形態の熱電変換モジュールを示す縦断面図である。

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。
（第１実施形態）
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１０１，１０２が組み合わされて配列される。また、熱電変換モジュール２０１は、Ｐ型熱電変換素子３１を備える第１熱電変換セル１０１とＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０２とが、他端側（図４において下側）に配設された導電性をする接続部材４１を介して接続され、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た構成とされる。このように、熱電変換セル１０１，１０２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。図面では、Ｐ型熱電変換素子３１には「Ｐ」、Ｎ型熱電変換素子３２には「Ｎ」と図示する。なお、熱電変換モジュール２０１は、外部への配線４２を、各熱電変換セル１０１，１０２の一端部から直接引き出す構成としている。

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１０１を一例として図示している。第１熱電変換セル１０１は、図１〜図３に示すように、１個（単数）の貫通孔１１１を有する絶縁部材１１０と、貫通孔１１１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３０１と、貫通孔１１１の貫通方向（図示例では上下方向）の一端側（図示例では上側）に配置され、熱電変換部材３０１の一端部に電気的に接続された第１電極部材２１１と、貫通孔１１１の貫通方向の他端側（図示例では下側）に配置され、熱電変換部材の他端部に電気的に接続された第２電極部材２１２と、を有する構成とされる。また、図４に示す第２熱電変換セル１０２は、第１熱電変換セル１０１と共通の絶縁部材１１０、第１電極部材２１１、第２電極部材２１２を用いた構成とされ、貫通孔１１１の内部に収容される熱電変換部材３０２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。

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３１の材料として、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、Ｓｂ_２Ｔｅ_３、ＰｂＴｅ、ＴＡＧＳ（＝Ａｇ‐Ｓｂ‐Ｇｅ‐Ｔｅ）、Ｚｎ_４Ｓｂ_３、ＣｏＳｂ_３、ＣｅＦｅ_４Ｓｂ_１２、Ｙｂ_１４ＭｎＳｂ_１１、ＦｅＶＡｌ、ＭｎＳｉ_１．７３、ＦｅＳｉ_２、Ｎａ_ｘＣｏＯ_２、Ｃａ_３Ｃｏ_４Ｏ_７、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_７、ＳｉＧｅ、Ｍｎ_０．９３Ｖ_０．０３Ｆｅ_０．０４Ｓｉ_１．７などが用いられる。

Ｎ型熱電変換素子３２の材料として、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、ＰｂＴｅ、Ｌａ_３Ｔｅ_４、ＣｏＳｂ_３、ＦｅＶＡｌ、ＺｒＮｉＳｎ、Ｂａ_８Ａｌ_１６Ｓｉ_３０、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｓｉ_ｘＳｎ_１−ｘ（但し、ｘ＝０〜１）、ＦｅＳｉ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＭｎＯ_３、ＺｎＯ、ＳｉＧｅなどが用いられる。

例えば、マンガンシリサイド（ＭｎＳｉ_１．７３）から構成されたＰ型熱電変換素子３１、及びマグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）から構成されたＮ型熱電変換素子３２は、それぞれ母合金をボールミルにて粉砕して例えば粒径７５μｍ以下の粉砕粉末を作製した後、粉砕粉末をプラズマ放電焼結、ホットプレス、熱間等方圧加圧法により焼結して、例えば円盤状、角板状のバルク材を作製しておき、これを例えば角柱状又は円柱状に切断することにより形成される。

また、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ‐Ｇｅ）から構成されたＰ型熱電変換素子３１は、Ｓｉ粉（７９．７ａｔ％）と、Ｇｅ粉（２０．１ａｔ％）と、Ｂ粉（０．２ａｔ％）とを混合した混合物を用いて、ガスアトマイズ法により、Ｂ（ボロン）がドープされたＳｉ‐Ｇｅの微細な球状粉末を作製した後、粒状粉末を通電加熱焼結法（１２５０℃、１分保持）により焼結して、例えば円盤状、角板状のバルク材を作製しておき、これを例えば角柱状又は円柱状に切断することにより形成される。

これらの熱電変換素子３１，３２は、例えば横断面が正方形（例えば、一辺が１ｍｍ〜４５０ｍｍ）の角柱状や、横断面が円形（例えば、直径が１ｍｍ〜４５０ｍｍ）の円柱状に形成され、長さ（図１の上下方向に沿う長さ、第１電極部材２１１と第２電極部材２１２との対向方向に沿う長さ）は０．１ｍｍ〜１００ｍｍとされる。そして、このようにして形成される各熱電変換素子３１，３２の両端面には、ニッケル、銀、金のうちのいずれかの層を含むメタライズ層３３がめっき又はスパッタリングにより形成される。このメタライズ層３３が銀または金からなる場合には、熱電変換素子３１，３２の両端面に、ニッケル、チタンのいずれかからなる単層又はこれらの積層構造からなるバリア層（図示略）を形成しておき、このバリア層を介してメタライズ層３３を形成するとよい。メタライズ層３３の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下とされ、各熱電変換部材３０１，３０２の長さＨ１１は各熱電変換素子３１，３２とほぼ同じ長さに形成される。

絶縁部材１１０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、耐熱性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１１０は、内側に上下方向に沿った四角形の貫通孔１１１が形成されることにより四角筒状に設けられている。この場合、貫通孔１１１は、横断面が正方形、一辺が１ｍｍ〜５００ｍｍの角形に形成されており、熱電変換部材３０１，３０２（熱電変換素子３１，３２）の横断面よりも若干大きく形成され、熱電変換部材３０１，３０２を収容可能に設けられている。また、貫通孔１１１の貫通方向の両端部（一端部及び他端部）のそれぞれには貫通孔１１１よりも大きく開口した凹部１１２，１１２が形成されており、一端側の凹部１１２に第１電極部材２１１の一部が収容可能とされ、他端側の凹部１１２に第２電極部材２１２の一部が収容可能とされる。

この場合、絶縁部材１１０の長さ（高さ）Ｈ１３は熱電変換部材３０１,３０２の長さＨ１１よりも大きく形成されるが、熱電変換部材３０１，３０２が収容される貫通孔１１１の貫通方向（上下方向）の長さＨ１２は熱電変換部材３０１，３０２の長さＨ１１よりも小さく形成されている。このため、熱電変換部材３０１，３０２は、その両端を貫通孔１１１の両端から突出させた状態で収容可能とされる。

第１電極部材２１１は第１磁石２１を有する構成とされ、第２電極部材２１２は第２磁石２２を有する構成とされる。なお、第１実施形態の熱電変換セル１０１，１０２では、第１電極部材２１１は第１磁石２１単体で構成され、第２電極部材２１２は第２磁石２２単体で構成される。

第１磁石２１及び第２磁石２２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２１及び第２磁石２２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２１及び第２磁石２２は、それぞれ角柱状（矩形状）に形成されており、導電性を有するサマリウムコバルト磁石からなる。なお、第１磁石２１及び第２磁石２２は、熱電変換部材３０１との接続部分の面積（下面）が、熱電変換部材３０１の大きさに応じて、熱電変換部材３０１の端面の面積よりも若干大きく設定される。

そして、絶縁部材１１０の貫通孔１１１内に熱電変換部材３０１を収容した状態で、第１電極部材２１１を一端側の凹部１１２内に配置し、第２電極部材２１２を他端側の凹部１１２内に配置することで、第１磁石２１と第２磁石２２との互いの磁力による吸着力により、第１電極部材２１１と第２電極部材２１２との間に熱電変換部材３０１を挟持して取り付けることができる。この際、貫通孔１１１の長さＨ１２は熱電変換部材３０１の長さＨ１１よりも小さく設定されているので、貫通孔１１１の両端から熱電変換部材３０１の両端が突出して配置され、第１電極部材２１１と第２電極部材２１２との間に熱電変換部材３０１が挟持される。これにより、第１電極部材２１１及び第２電極部材２１２と熱電変換部材３０１とが電気的に接続される。

また、絶縁部材１１０の一端部の凹部１１２に第１電極部材２１１を収容し、絶縁部材１１０の他端部の凹部１１２に第２電極部材２１２を収容することで、絶縁部材１１０の一部（貫通孔１１の周辺部分）が第１電極部材２１１と第２電極部材２１２との間に配設される。このように、第１電極部材２１１と第２電極部材２１２との間に絶縁部材１１０を配設することで、熱電変換部材３０１が絶縁部材１１０の貫通孔１１１の内部に収容された状態を維持でき、熱電変換部材３０１が第１電極部材２１１及び第２電極部材２１２以外の部材を接触して短絡することを確実に防止できる。また、第１電極部材２１１、第２電極部材２１２、熱電変換部材３０１及び絶縁部材１１０がばらけることなく、第１熱電変換セル１０１を一体に取り扱うことができる。

このように、第１熱電変換セル１０１では、熱電変換部材３０１と各電極部材（第１電極部材２１１及び第２電極部材２１２）とは接合されておらず、第１磁石２１と第２磁石２２との磁力の吸着力により保持されているのみである。このため、異種材料の熱膨張差が生じる場合でも第１電極部材２１１及び第２電極部材２１２と熱電変換部材３０１との接続状態を維持でき、各部材の破損を防止できる。また、このように構成される第１熱電変換セル１０１は、各電極部材２１１，２１２の間に熱電変換部材３０１を配置するだけで、熱電変換部材３０１を各電極部材２１１，２１２の間に挟持でき、組み立てを容易に行える。また、各電極部材２１１，２１２の間に挟持された熱電変換部材３０１は、各電極部材２１１，２１２を引き離すことで貫通孔１１１の内部から容易に取り出すことができ、第１熱電変換セル１０１の分解も容易に行うことができる。したがって、絶縁部材１１０の内部に収容される熱電変換部材３０１に破損が生じたり、設計変更により熱電変換部材３０１の交換が必要になったりした際にも、熱電変換部材３０１の交換を容易に行うことができる。

また、第１熱電変換セル１０１では、熱電変換部材３０１を角柱状に形成し、絶縁部材１１０の貫通孔１１１を熱電変換部材３０１の横断面よりも若干大きく形成した角形に形成したので、熱電変換部材３０１を絶縁部材１１０の貫通孔１１１内に高密度で配置できる。したがって、電流効率の高い第１熱電変換セル１０１を構成できる。

また、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１０１とＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０２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。この場合、熱電変換モジュール２０１は、第１熱電変換セル１０１と第２熱電変換セル１０２とを並列に並べて配置し、一方の側部（図４では下側）に配置される第２電極部材２１２，２１２間を接続部材４１を介して接続することにより製造される。

なお、接続部材４１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、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金等を好適に用いることができる。本実施形態の接続部材４１は、矩形平板状に形成される。各第２電極部材２１２，２１２の間を接続部材４１により接続することにより、接続部材４１を介して第１熱電変換部材３０１と第２熱電変換部材３０２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。この場合、接続部材４１と各第２電極部材２１２，２１２とは、モジュールの使用温度に合わせ、モジュールの使用温度が２００℃以下であればはんだ等、２００℃以上であれば（あるいは２００℃を超えていれば）銀ペースト等により接続（固定）されており、接続部材４１により第１熱電変換セル１０１と第２熱電変換セル１０２との間隔や配置が維持される。なお、接合のために、磁石にニッケルめっき等を施す方が好ましい。

また、このように第１熱電変換セル１０１と第２熱電変換セル１０２とを用いた熱電変換モジュール２０１では、各熱電変換セル１０１，１０２の一端側に第１磁石２１が配設されているので、第１磁石２１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２１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には、各熱電変換セル１０１，１０２の他端側にも第２磁石２２が配設されているので、一端側の第１磁石２１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２２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２１と第２磁石２２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。

（第２実施形態）
第１実施形態の熱電変換セル１０１，１０２では、それぞれ第１磁石２１からなる第１電極部材２１１と第２磁石２２からなる第２電極部材２１２とを用いることにより、第１磁石２１と第２磁石２２とを介して熱電変換部材３０１，３０２（熱電変換素子３１，３２）の間を電気的に接続するとともに、両熱電変換部材３０１，３０２に発熱体又は冷却体からの熱を伝達するようにしていた。しかし、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）１０３のように、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２とのそれぞれに第１磁石２３又は第２磁石２４よりも熱伝達性及び導電性が高い金属により形成された電極金属部２５を設けて、磁石２３，２４に加えて電極金属部２５を介して電気接続と熱伝達とを行うこともできる。

第１磁石２３と第２磁石２４には、第１実施形態と同様の磁石を好適に用いることができる。なお、第１磁石２３と第２磁石２４の形状は、例えば円柱状や角柱状に形成されるが、この場合、各磁石２３，２４は円柱状に形成される。また、各磁石２３，２４は複数の小さな磁石から構成されていてもよい。

電極金属部２５は、例えば、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。そして、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２とは、それぞれ第１磁石２３又は第２磁石２４との間に配設される内部接続金属部５１と、内部接続金属部５１とは反対側に配設される外部接続金属部５２と、内部接続金属部５１と外部接続金属部５２との間を接続する連結金属部５３と、を有する。この場合、内部接続金属部５１は円板状に形成されており、連結金属部５３は内部接続金属部５１の周縁に立設した円筒状に形成される。また、外部接続金属部５２は円環状に形成されており、連結金属部５３の外周から径方向に突出したフランジ状に形成される。外部接続金属部５２の外径Ｄｏは、貫通孔１２１の直径Ｄｉよりも大きく設定されており、連結金属部５３と内部接続金属部５１だけが、貫通孔１２１内に収容可能とされる。

また、電極金属部２５には、これらの内部接続金属部５１と連結金属部５３と外部接続金属部５２とで囲まれた収容凹部５４が形成され、この収容凹部５４内に磁石２３，２４が収容可能に設けられている。そして、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２とは、それぞれ電極金属部２５の収容凹部５４内に磁石２３，２４が嵌入され、各磁石２３，２４と電極金属部２５とが一体に設けられている。なお、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２においては、図５に示すように、収容凹部５４の深さｄ１は各磁石２３，２４の厚みｔ１よりも大きく（深く）形成されており、各磁石２３，２４が各電極金属部２５の最表面よりも内側に配設され、収容凹部５４内に内包されるようになっている。

なお、電極金属部２５と各磁石２３，２４との固定は嵌入（圧入）に限られず、図示は省略するが、電極金属部２５に固定爪を形成して各磁石２３，２４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。

絶縁部材１２０は、第１実施形態と同様の絶縁部材１１０の材料を好適に用いることができる。この場合、絶縁部材１２０は、内側に上下方向に沿って円形の貫通孔１２１が形成されることにより、円筒状に設けられている。なお、貫通孔１２１を多角形に形成することもできる。この場合、貫通孔１２１は、円柱状の熱電変換部材３０１の横断面よりも若干大きく形成され、熱電変換部材３０１（Ｐ型熱電変換素子３１）を収容可能に設けられている。また、貫通孔１２１は、絶縁部材１２０の長さ方向（円筒軸方向）の全長にわたり形成されている。

この場合、絶縁部材１２０の長さ（高さ）Ｈ１３は熱電変換部材３０１の長さＨ１１よりも大きく形成され、熱電変換部材３０１は、その全体が貫通孔１２１の内側に収容可能とされる。また、貫通孔１２１の貫通方向の両端部（一端部及び他端部）のそれぞれに、すなわち一端側に第１電極部材２２１の一部（内部接続金属部５１等）が収容可能とされ、他端側に第２電極部材２２２の一部（内部接続金属部５１等）が収容可能とされる。なお、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２との間に熱電変換部材３０１を挟持した状態において、第１電極部材２２１の外部接続金属部５２の内面と第２電極部材２２２の外部接続金属部５２の内面との上下方向の間隔Ｈ１４は、絶縁部材１２０の長さＨ１３よりも小さく設定される。

このように、絶縁部材１２０（貫通孔１２１）の長さＨ１３は間隔Ｈ１４よりも小さく設定されているので、絶縁部材１２０の貫通孔１２１内に熱電変換部材３０１を収容した状態で、第１電極部材２２１を貫通孔１２１の一端側に配置し、第２電極部材２２２を貫通孔１２１の他端側に配置することで、第１磁石２３と第２磁石２４との互いの磁力による吸着力により、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２との間に熱電変換部材３０１を挟持して取り付けることができる。また、この状態において、第１電極部材２２１の外部接続金属部５２と第２電極部材２２２の外部接続金属部５２との間に、絶縁部材１２０を配置できるので、第１電極部材２２１、第２電極部材２２２、熱電変換部材３０１及び絶縁部材１２０がばらけることなく、第１熱電変換セル１０３を一体に取り扱うことができる。

第２実施形態の熱電変換セル１０３においても、熱電変換部材３０１と各電極部材（第１電極部材２２１及び第２電極部材２２２）とを接合することなく、第１磁石２３と第２磁石２４との磁力の吸着力により、熱電変換部材３０１と各電極部材２２１，２２２との電気的な接続状態を維持できる。また、第２実施形態の熱電変換セル１０３においては、第１電極部材２２１と第２電極部材２２２とのそれぞれに第１磁石２３又は第２磁石２４よりも熱伝達性が高い金属により形成された電極金属部２５を設けたので、磁石２３，２４だけでなく電極金属部２５を介して発熱体又は冷却体から安定して熱電変換部材３０１へ熱伝達を行うことができる。したがって、熱電変換素子３１，３２の発電効率を向上できる。また、電極金属部２５は第１磁石２３又は第２磁石２４よりも導電性が高い金属により形成されているので、図示は省略するが、複数の熱電変換セルを備える熱電変換モジュールに適用することで、各熱電変換部材の間の電気的な接続を良好に維持でき、熱電変換モジュールの導電性を良好に維持できる。

なお、第２実施形態の熱電変換セル１０３において、第１実施形態の熱電変換セル１０１，１０２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６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。

（第３実施形態）
図６〜図８は、第３実施形態の熱電変換セル（第１熱電変換セル）１０４を示している。図５に示す第２実施形態の熱電変換セル１０３では、内部接続金属部５１と外部接続金属部５２と連結金属部５３とが一体に形成された一つの部品により電極金属部２５を構成したが、電極金属部の構成は第２実施形態の構成に限定されるものではない。図６〜図８に示す第３実施形態のように、複数の部品を組み合わせて電極金属部２８を構成することもできる。

第１磁石２６と第２磁石２７とには、第１実施形態と同様の材料の磁石を好適に用いることができる。なお、第１磁石２６と第２磁石２７は、それぞれ円筒状や角筒状に形成され、内側に上下方向に貫通する挿通孔２６１，２７１を有している。この場合、各磁石２６，２７は円筒状に形成されており、挿通孔２６１，２７１の開口は円形に形成されている。

電極金属部２８は、第２実施形態の電極金属部２５と同様に、磁石２６，２７よりも熱伝達性及び導電性が高い金属（アルミニウム、黄銅、銅、銀、金等）により形成される。また、電極金属部２８は、第１磁石２６又は第２磁石２７との間に配設される内部接続金属部８１と、内部接続金属部８１とは反対側に配設される外部接続金属部８２と、内部接続金属部８１と外部接続金属部８２との間を接続する連結金属部８３と、を有する。図９に示すように、内部接続金属部８１は円板状に形成されており、連結金属部８３は内部接続金属部８１の中央に立設した円柱状に形成され、内部接続金属部８１と連結金属部８３とが一体に設けられている。また、連結金属部８３の外周面には雄ねじ８４が設けられており、内部接続金属部８１と連結金属部８３とでねじ部材８５が構成されている。連結金属部８３（雄ねじ８４）の外径は、磁石２６，２７の挿通孔２６１，２７１の内径よりも小径に設けられており、連結金属部８３が磁石２６，２７の挿通孔２６１，２７１に挿通可能に設けられている。

一方、外部接続金属部８２は、内部接続金属部８１及び連結金属部８３とは別体に設けられ、平面が長方形状の矩形板状に形成されている。また、外部接続金属部８２には、連結金属部８３の雄ねじ８４に対応する雌ねじ孔８６が設けられている。そして、雄ねじ８４を磁石２６，２７の挿通孔２６１，２７１に挿通した状態で雄ねじ８４と雌ねじ孔８６とを螺合させることにより、内部接続金属部８１と外部接続金属部８２との間に磁石２６，２７を挟持して取り付けることができる。また、雄ねじ８４と雌ねじ孔８６との螺合により、外部接続金属部８２と連結金属部８３とが電気的に接続され、連結金属部８３を介して内部接続金属部８１と外部接続金属部８２とが電気的に接続される。

また、外部接続金属部８２には、長手方向の一端部に外部配線部８７が一体に形成されており、この外部配線部８７を介して熱電変換セル１０４の内部に収容された熱電変換部材３０１（Ｐ型熱電変換素子３１）を容易に外部に接続できるようになっている。

絶縁部材１３０は、第１実施形態と同様の絶縁部材１１０の材料を好適に用いることができる。本実施形態の絶縁部材１３０は、内側に上下方向に沿った四角形の貫通孔１３１が形成されることにより四角筒状に設けられている。また、貫通孔１３１は、横断面が正方形に形成されており、熱電変換部材３０１（Ｐ型熱電変換素子３１）の横断面よりも若干大きく形成され、熱電変換部材３０１を収容可能に設けられている。また、貫通孔１３１の貫通方向の両端部（一端部及び他端部）のそれぞれには貫通孔１３１よりも大きく開口した凹部１３２，１３２が形成されており、一端側の凹部１３２に第１電極部材２３１の一部が収容可能とされ、他端側の凹部１３２に第２電極部材２３２の一部が収容可能とされる。

この場合、絶縁部材１３０の長さ（高さ）Ｈ１３は熱電変換部材３０１の長さＨ１１よりも大きく形成されるが、熱電変換部材３０１が収容される貫通孔１３１の貫通方向（上下方向）の長さＨ１２は熱電変換部材３０１の長さＨ１１よりも小さく形成されており、熱電変換部材３０１は、その両端を貫通孔１３１の両端から両凹部１３２，１３２に突出させた状態で収容可能とされる。

また、一端側の凹部１３２には、絶縁部材１３０の内側と外側とを連絡する第１溝部１３３が形成されており、この第１溝部１３３内に第１電極部材２３１の外部配線部８７が配置可能とされる。第１溝部１３３の両側壁の内面間の幅と外部配線部８７の幅との差は僅かに設定されており、第１溝部１３３内に外部配線部８７を配置した状態で絶縁部材１３０の周方向に回転させようとすると、外部配線部８７が第１溝部１３３の両側壁に当たって回り止めされるようになっている。

また同様に、他端側の凹部１３２にも、絶縁部材１３０の内側と外側とを連絡する第２溝部１３４が形成されており、この第２溝部１３４内に第２電極部材２３２の外部配線部８７が配置可能とされる。第２溝部１３４の両側壁の内面間の幅と外部配線部８７の幅との差は僅かに設定されており、第２溝部１３４内に外部配線部８７を配置した状態で絶縁部材１３０の周方向に回転させようとすると、外部配線部８７が第２溝部１３４の両側壁に当たって回り止めされるようになっている。

そして、このように構成される絶縁部材１３０において、貫通孔１３１内に熱電変換部材３０１を収容した状態で、第１電極部材２３１を一端側の凹部１３２内に配置し、第２電極部材２３２を他端側の凹部１３２内に配置する。この際、第１電極部材２３１の外部配線部８７を第１溝部１３３内に配置し、第２電極部材２３２の外部配線部８７を第２溝部１３４内に配置することで、第１電極部材２３１と第２電極部材２３２とをそれぞれ特定の方向に向けて配設できる。そして、第１磁石２６と第２磁石２７との互いの磁力による吸着力により、第１電極部材２３１と第２電極部材２３２との間に熱電変換部材３０１を挟持して取り付けることができ、熱電変換セル１０４の組み立てを円滑に行うことができる。

なお、本実施形態では、各電極部材２３１，２３２の電極金属部２８を複数の部材で形成し、各部材を互いにねじ固定することで各磁石２６，２７と電極金属部２８とを一体に取り扱い可能に設けていたが、電極金属部２８の構成は、これに限定されるものではない。
例えば、図１０に示す電極部材２４１の電極金属部４５のように、外部接続金属部４１２の挿通孔４０１に通した連結金属部４１３の先端を押し潰してリベット固定する等、他の構成を採用することもできる。なお、図１０では、内部接続金属部を符号４１１と表している。また、図示は省略するが、図１０に示す電極部材２４１の構成において、内部接続金属部４１１と外部接続金属部４１２の構成を逆にしても良い。この場合、外部接続金属部と連結金属部とを一体に形成し、内部接続金属部に挿通孔を形成して、内部接続金属部側でリベット固定すればよい。

また、例えば図１１に示す電極部材２４２のように、外部接続金属部４２２に集熱フィン４２４を一体に設けた電極金属部４６を構成してもよい。なお、図１１では、連結金属部４２３と外部接続金属部４２２と集熱フィン４２４とを一体に形成しており、内部接続金属部４２１の挿通孔４０２に通した連結金属部４２３の先端を押し潰してリベット固定することで、電極金属部４６を構成している。

（第４実施形態）
上記実施形態の熱電変換セル１０１〜１０４では、１個（単数）の貫通孔を有する絶縁部材１１０〜１３０を用いる構成としていたが、図１２に示す第４実施形態の熱電変換セル１０５のように、複数の貫通孔１４１を有する絶縁部材１４０を用いる構成としてもよい。この場合、絶縁部材１４０には、図１２に示すように、２つの貫通孔１４１が並列に配置されており、各貫通孔１４１の両端部にそれぞれ電極部材２５１，２５２の一部を収容可能な凹部１４２が設けられている。そして、それぞれの貫通孔１４１の内部に、Ｐ型熱電変換素子３１を有する熱電変換部材３０１と、Ｎ型熱電変換素子３２を有する熱電変換部材３０２と、が収容されている。なお、図１２では、第１溝部を符号１４３で表している。なお、各電極部材２５１，２５２の電極金属部２８の構成は、第３実施形態と同様に構成できる。

第４実施形態の熱電変換セル１０５においても、第１磁石２６と第２磁石２７との互いの磁力の吸着力により、第１電極部材２５１と第２電極部材２５２との間に各熱電変換部材３０１，３０２を挟持でき、各電極部材２５１，２５２と熱電変換部材３０１，３０２とを電気的に接続できる。また、例えば図１２に示すように、絶縁部材１４０の他端側に配置される第２電極部材２５２，２５２同士の間を接続部材４３を介して接続することで、各貫通孔１４１の内部に収容された熱電変換部材３０１のＰ型熱電変換素子３１と熱電変換部材３０２の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２０２を製造できる。

なお、図示は省略するが、接続部材４３は、絶縁部材１４０の他端側に配置される第２電極部材２５２，２５２同士の間ではなく、絶縁部材１４０の一端側に配置される第１電極部材２５１，２５１同士の間を接続するように配置してもよい。また、熱電変換セル及び熱電変換モジュールは、３つ以上の貫通孔を有する絶縁部材を用いて構成することもできる。

（第５実施形態）
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、各貫通孔に取り付けられた電極部材の間（図４では、第２電極部材２１２，２１２の間）を接続部材４１を介して接続していたが、図１３に示す第５実施形態の熱電変換モジュール２０３のように、隣接して配置される第１熱電変換セル１０６と第２熱電変換セル１０７の第２電極部材同士が一体に形成された連結型電極部材２５３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１０６とＮ型熱電変換素子３２を備える第２熱電変換セル１０７とを並列に配置し、各熱電変換部材３０１，３０２を電気的に接続することもできる。なお、連結型電極部材２５３は、第２電極部材側ではなく、第１電極部材側に用いることもできる。

第５実施形態の熱電変換モジュール２０３では、連結型電極部材２５３の電極金属部２９を構成する外部接続金属部９２を長尺の矩形平板状に形成しており、この外部接続金属部９２により２個の第２電極部材同士を一体に形成している。この場合、外部接続金属部９２には、連結金属部９３（雄ねじ９４）を螺合可能な雌ねじ孔９６が間隔をおいて２個形成されており、各雌ねじ孔９６に連結金属部９３と内部接続金属部９１とが一体に形成されたねじ部材９５が取り付けられるようになっている。そして、各ねじ部材９５，９５と外部接続金属部９２との間にそれぞれ第２磁石２７，２７が挟持される。

熱電変換モジュール２０３においても、第１磁石２６と第２磁石２７との互いの磁力による吸着力により、各熱電変換部材３０１，３０２を連結型電極部材２５３と各第１電極部材２５１，２５１との間に容易に挟持できる。

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、いずれも第１電極部材の第１磁石と第２電極部材の第２磁石との互いの磁力による吸着力により、第１電極部材と第２電極部材と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、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（第１電極部材及び第２電極部材）とを接合せずに、各電極部材の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ので、異種材料の熱膨張差が生じる場合でも各部材の破損を防止でき、接続状態を良好に維持できる。

また、熱電変換部材と各電極部材との電気的な接続は、第１磁石と第２磁石との磁力の吸着力により保持されているのみであるので、各電極部材の間に熱電変換部材を配置するだけで熱電変換部材を各電極部材の間に挟持でき、熱電変換セルの組み立てを容易に行える。また、各電極部材の間に挟持された熱電変換部材は、各電極部材を引き離すことで容易に取り出すことができ、熱電変換セルの分解も容易に行うことができる。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、熱電変換部材と各電極部材とは、接合せず、第１磁石と第２磁石との磁力の吸着力により保持されているのみであるので、熱電変換セルが従来よりも大型化した場合においても、熱電変換セルの分解や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、各熱電変換部材の数に応じて、それぞれの熱電変換部材の両端部に第１電極部材と第２電極部材とを配設し、第１電極部材と第２電極部材との間に熱電変換部材を挟持して電気的に接続できる。また、この場合において、隣接して配置される第１電極部材又は第２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、他端側（貫通孔の貫通方向の他端側）に第２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磁石と第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、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、本発明の趣旨を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。

２１，２３，２６ 第１磁石（磁石）
２２，２４，２７ 第２磁石（磁石）
２５，２８，２９，４５，４６ 電極金属部
３１ Ｐ型熱電変換素子
３２ Ｎ型熱電変換素子
３３ メタライズ層
４１，４３ 接続部材
４２ 配線
５１，８１，９１，４１１，４２１ 内部接続金属部
５２，８２，９２，４１２，４２２ 外部接続金属部
５３，８３，９３，４１３，４２３ 連結金属部
５４ 収容凹部
８４ 雄ねじ
８５，９５ ねじ部材
８６，９６ 雌ねじ孔
８７ 外部配線部
１０１，１０３，１０４，１０６ 第１熱電変換セル（熱電変換セル）
１０２，１０７ 第２熱電変換セル（熱電変換セル）
１０５ 熱電変換セル
１１０，１２０，１３０，１４０ 絶縁部材
１１１，１２１，１３１，１４１ 貫通孔
１１２，１３２，１４２ 凹部
１３３ 第１溝部
１３４ 第２溝部
２０１，２０２，２０３ 熱電変換モジュール
２１１，２２１，２３１，２４１ 第１電極部材（電極部材）
２１２，２２２，２３２，２４２ 第２電極部材（電極部材）
２５３ 連結型電極部材
２６１，２７１ 挿通孔
３０１ 第１熱電変換部材（熱電変換部材）
３０２ 第２熱電変換部材（熱電変換部材）
４０１，４０２ 挿通孔
４２４ 集熱フィン

Claims (6)

1. 少なくとも１個の貫通孔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、
   前記貫通孔の貫通方向の一端側に配置され、前記熱電変換部材の一端部に電気的に接続された第１電極部材と、
   前記貫通方向の他端側に配置され、前記熱電変換部材の他端部に電気的に接続された第２電極部材と、を有し、
   前記第１電極部材が第１磁石を有し、
   前記第２電極部材が第２磁石を有し、
   前記熱電変換部材が前記第１磁石と前記第２磁石との互いの磁力による吸着力により前記第１電極部材と前記第２電極部材との間に挟持されてなること特徴とする熱電変換セル。
2. 前記絶縁部材の少なくとも一部が、前記第１電極部材と前記第２電極部材との間に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。
3. 前記絶縁部材は、一端部に形成された前記第１電極部材の一部を収容して回転を防止する第１溝部と、他端部に形成された前記第２電極部材の一部を収容して回転を防止する第２溝部と、を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電変換セル。
4. 前記第１電極部材と前記第２電極部材とは、それぞれ前記第１磁石又は前記第２磁石との間に配設される内部接続金属部と、前記内部接続金属部とは反対側に配設される外部接続金属部と、前記内部接続金属部と前記外部接続金属部との間を接続する連結金属部と、を有する電極金属部を有しており、
   前記電極金属部が、前記第１磁石又は前記第２磁石よりも熱伝達性及び導電性が高い金属により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱電変換セル。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の前記熱電変換セルを複数有し、
   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、前記熱電変換セルが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。
6. 隣接して配置される前記第１熱電変換セルと前記第２熱電変換セルの前記第１電極部材同士又は前記第２電極部材同士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熱電変換セルとが接続されていることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換モジュール。

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