JP2019140296A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止構造の簡素化を可能とした熱電変換装置を提供する。【解決手段】特定の面内に設けられた熱電変換素子３と、熱電変換素子３を挟んだ一方の面側に、熱電変換素子３の少なくとも一部との間に間隔Ｓ１を設けて配置される第１の伝熱部材４と、熱電変換素子３と第１の伝熱部材４とを熱的に接合する第１の伝熱部８と、熱電変換素子３を挟んだ他方の面側に、熱電変換素子３の少なくとも一部との間に間隔Ｓ２を設けて配置される第２の伝熱部材５と、熱電変換素子３と第２の伝熱部材５とを熱的に接合する第２の伝熱部９とを備え、熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱部材３と第２の伝熱部材４との間が封止されている。【選択図】図３

Description

本発明は、熱電変換装置に関する。

近年、省エネルギーの観点より、利用されないまま消失している熱の利用が着目されている。特に内燃機関や燃焼装置に関連する分野において、排熱を利用した熱電変換に関する研究が盛んに行われている。

例えば、下記特許文献１には、熱電変換モジュールを気密容器に収容して内部を減圧又は真空とするパッケージ熱電変換モジュール（熱電変換装置）が提案されている。このパッケージ熱電変換モジュールでは、気密容器の内部を仕切り板で２室に分画すると共に、一方の室に熱電変換モジュールと気密容器の外部に導出する電極とを備え、他方の室に外部熱媒体供給源から熱媒体を導入し、外部熱媒体供給源との間で循環させる流路を形成し、仕切り板を介在させて熱媒体で熱電半導体の一方の面に熱授受を図る一方、熱電半導体の他方の面は気密容器を介して外部の熱源との間で熱の授受を行うようにしている。

国際公開第２０１０／０８４７１８号

ところで、上述した熱電変換装置における熱電変換特性の向上を図るためには、熱電変換素子の温接点側と冷接点側との間で温度差を大きくすることが重要である。また、熱源からの熱を効率良く利用するためには、熱電変換素子の温接点側に対して熱源から伝わる熱を集中させる必要がある。

一方、特許文献１に記載のパッケージ熱電変換モジュールでは、内部を減圧又は真空した気密容器内に熱電変換モジュールを収容すると共に、この気密容器の内部を仕切り板で２室に分画し、一方の室から熱電変換モジュールと接続された電極を気密容器の外部に導出し、他方の室に外部熱媒体供給源から熱媒体を導入する必要がある。このため、これら２室の間の気密性を確保するため、その密封構造が複雑となってしまうといった課題がある。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、封止構造の簡素化を可能とした熱電変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子を挟んだ一方の面側に、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される第１の伝熱部材と、
前記熱電変換素子と前記第１の伝熱部材とを熱的に接合する第１の伝熱部と、
前記熱電変換素子を挟んだ他方の面側に、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される第２の伝熱部材と、
前記熱電変換素子と前記第２の伝熱部材とを熱的に接合する第２の伝熱部とを備え、
前記熱電変換素子の周囲よりも外側において、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との間が封止されていることを特徴とする熱電変換装置。
〔２〕 前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との間に空間を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の熱電変換装置。
〔３〕 前記空間が減圧されていることを特徴とする前記〔２〕に記載の熱電変換装置。
〔４〕 前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との少なくとも一方を厚み方向に貫通する貫通電極を備え、
前記熱電変換素子は、前記貫通電極と電気的に接続されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔５〕 前記第１の伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合され、
前記第２の伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔６〕 前記熱電変換素子の一端側に設けられた第１の電極と、
前記熱電変換素子の他端側に設けられた第２の電極とを備え、
前記第１の伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記第１の伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合され、
前記第２の伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記第２の伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする前記〔５〕に記載の熱電変換装置。
〔７〕 前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記熱電変換素子の並び方向に複数並んで設けられていることを特徴とする前記〔６〕に記載の熱電変換装置。
〔８〕 厚み方向において互いに対向する第１の面及び第２の面を有する基板を備え、
前記熱電変換素子は、前記第１の面と前記第２の面との少なくとも一方の面側の面内に設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。

以上のように、本発明によれば、封止構造の簡素化を可能とした熱電変換装置を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る熱電変換装置の外観を示す斜視図である。 図１中に示す熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。 図２中に示す線分Ｘ−Ｘ’による熱電変換装置の断面斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１〜図３に示す熱電変換装置１Ａについて説明する。なお、図１は、熱電変換装置１Ａの外観を示す斜視図である。図２は、図１中に示す熱電変換装置１Ａの概略構成を示す透視平面図である。図３は、図２中に示す線分Ｘ−Ｘ’による熱電変換装置１Ａの断面斜視図である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内における第１の方向、Ｙ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内における第２の方向、Ｚ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内と直交する厚み方向（高さ方向）として、それぞれ示すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、図１〜図３に示すように、特定の面内に並んで配置された複数（本実施形態では８個）の熱電変換素子３を第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間で挟み込んだ構造を有している。また、熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間が封止材６を介して封止された構造を有している。

複数の各熱電変換素子３は、特定の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向と第２の方向とのうち、第１の方向を短手方向とし、第２の方向を長手方向として、第１の方向に一定の間隔で並んで配置されている。また、各熱電変換素子３は、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

複数の熱電変換素子３は、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）からなる第１の熱電変換素子（一方の熱電変換素子）３ａと、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか他方（本実施形態ではｐ型半導体）からなる第２の熱電変換素子（他方の熱電変換素子）３ｂとが交互に並んで配置された構成を有している。

第１の熱電変換素子３ａには、例えば高濃度（１０^１８〜１０^１９ｃｍ^−３）のアンチモン(Ｓｂ)がそれぞれドープされたｎ型シリコン(Ｓｉ)膜とｎ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ａでは、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。

第２の熱電変換素子３ｂには、例えば高濃度（１０^１８〜１０^１９ｃｍ^−３）のボロン(Ｂ)がそれぞれドープされたｐ型シリコン(Ｓｉ)膜とｐ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｂでは、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。

なお、熱電変換素子３は、上述したｐ型又はｎ型半導体の多層膜からなるものに必ずしも限定されるものではなく、ｐ型又はｎ型半導体の単層膜からなるものであってもよい。また、半導体として酸化物系の半導体を用いることもできる。また、有機高分子膜や金属膜などからなる熱電変換膜を用いることができる。さらに、熱電変換素子３は、上述した熱電変換膜に限らず、バルクからなるものを用いてもよい。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３を互いに直列に接続するため、これら複数の熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）に並んで設けられた複数（本実施形態では９個）の電極７を備えている。

複数の熱電変換素子３は、これら複数の電極７の並び方向において交互に隣り合う第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの各間に配置されて、第１の電極７ａと第２の電極７ｂとに電気的に接続されている。

複数の電極７は、熱電変換素子３の第１の方向において対向する一端側の側面と他端側の側面とにそれぞれ接触した状態で、熱電変換素子３の長手方向（第２の方向）の全域に亘って、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。電極７には、導電性及び熱伝導性が高く、且つ、形状加工がし易い、例えば銅(Ｃｕ)や金(Ａｕ)などを好適に用いることができる。

複数の電極７は、冷接点側電極となる５つの第１の電極７ａと、温接点側電極となる４つの第２の電極７ｂとが交互に並んで配置された構成を有している。第１の電極７ａは、各第１の熱電変換素子３ａの一端側（本実施形態では＋Ｘ側）及び各第２の熱電変換素子３ｂの一端側（本実施形態では−Ｘ側）に配置されている。一方、第２の電極７ｂは、各第１の熱電変換素子３ａの他端側（本実施形態では−Ｘ側）及び各第２の熱電変換素子３ｂの他端側（本実施形態では＋Ｘ側）に配置されている。すなわち、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、各第１の熱電変換素子３ａの一端側が＋Ｘ側となり、各第１の熱電変換素子３ａの他端側が−Ｘ側となっている。一方、各第２の熱電変換素子３ｂの一端側が−Ｘ側となり、各第２の熱電変換素子３ｂの他端側が＋Ｘ側となっている。

ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ａでは、冷接点となる第１の電極７ａ側から温接点となる第２の電極７ｂ側に向けて電流が流れる。一方、ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｂでは、温接点となる第２の電極７ｂ側から冷接点となる第１の電極７ａ側に向けて電流が流れる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の向きと、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の向きとが互いに同一方向となっている。

第１の伝熱板４は、高温（熱源）側の第１の伝熱部材として、複数の熱電変換素子３及び電極７が並ぶ特定の面内を挟んだ一方側に配置されている。第１の伝熱板４は、空気よりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような第１の伝熱板４の材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、熱伝導率が高く、且つ、形状加工がし易い、例えばアルミニウム(Ａｌ)や銅(Ｃｕ)などを好適に用いることができる。また、第１の伝熱板４の材料としては、酸化アルミニウム(Ａｌ_２Ｏ_３)のようなセラミック材料を用いることもできる。また、第１の伝熱板４は、複数の部材により構成されていてもよい。

第１の伝熱板４は、複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の温接点側となる第２の電極７ｂ及び第１の伝熱部８を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。なお、間隔Ｓ１については、熱電変換素子３と第１の電極７ａとの厚みの違いによって部分的に異なることがある。

第１の伝熱部８は、第１の伝熱板４と第２の電極７ｂとの互いに対向する面のうち、何れか一方の面側から突出された凸部８ａにより構成されている。本実施形態の第１の伝熱部８は、第１の伝熱板４の各第２の電極７ｂと対向する位置から、熱電変換素子３側である下方（−Ｚ方向）に向けて突出された凸部８ａにより構成されている。この凸部８ａ（第１の伝熱部８）は、上述した第１の伝熱板４で例示した材料と同じものを用いることができる。また、第１の伝熱部８は、第１の伝熱板４と一体に構成することができる。

各凸部８ａは、平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）を有して、各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出して設けられている。第１の伝熱部８を構成する各凸部８ａは、それぞれの先端が各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第１の伝熱板４は、凸部８ａ（第１の伝熱部８）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。また、各凸部８ａの先端は、絶縁層（図示せず。）を介して各第２の電極７ｂと電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。これにより、互いに隣り合う凸部８ａ（第１の伝熱部８）の各間には、第１の空間Ｋ１が設けられている。

絶縁層には、第１の伝熱部８の一部を構成するものとして、例えば、酸化アルミニウム(Ａｌ_２Ｏ_３)や酸化シリコン(ＳｉＯ_２)、窒化シリコン(ＳｉＮ)、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)などの空気よりも熱伝導率の高い絶縁材料を用いることができる。また、例えばＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。なお、凸部８ａの先端と第２の電極７ｂとの間で電気的な絶縁性が問題とならない場合には、上述した絶縁層を設けずに、凸部８ａの先端と第２の電極７ｂとが直接接合されていてもよい。

また、第１の伝熱部８は、上述した第１の伝熱板４側から突出された凸部８ａにより構成された場合に限らず、第２の電極７ｂ側から、第１の伝熱板４側である上方（＋Ｚ方向）に向けて突出された凸部により構成することも可能である。このような凸部は、例えば、第２の電極７ｂの厚みを熱電変換素子３の厚みよりも大きくすることによって形成することができ、このような凸部を介して第１の伝熱板４と熱電変換素子３（第２の電極７ｂ）とを熱的に接合することも可能である。さらに、第１の伝熱部８として、第１の伝熱板４と熱電変換素子３（第２の電極７ｂ）との間を熱的に接合する別の部材（上記絶縁層を含む。）を設けることも可能である。

第２の伝熱板５は、低温（放熱／冷却）側の第２の伝熱部材として、複数の熱電変換素子３及び電極７が並ぶ特定の面内を挟んだ他方側に配置されている。第２の伝熱板５は、空気よりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような第２の伝熱板５の材料としては、上述した第１の伝熱板４で例示した材料と同じものを用いることができる。また、第２の伝熱板５は、複数の部材により構成されていてもよい。

第２の伝熱板５は、複数の熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に間隔Ｓ２を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の冷接点側となる第１の電極７ａ及び第２の伝熱部９を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。なお、間隔Ｓ２については、熱電変換素子３と第２の電極７ｂとの厚みの違いによって部分的に異なることがある。

第２の伝熱部９は、第２の伝熱板５と第１の電極７ａとの互いに対向する面のうち、何れか一方の面側から突出された凸部９ａにより構成されている。本実施形態の第２の伝熱部９は、第２の伝熱板５の各第１の電極７ａと対向する位置から、熱電変換素子３側である上方（＋Ｚ方向）に向けて突出された凸部９ａにより構成されている。この凸部９ａ（第２の伝熱部９）は、上述した第１の伝熱板４で例示した材料と同じものを用いることができる。また、第２の伝熱部９は、第２の伝熱板５と一体に構成することができる。

各凸部９ａは、平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）を有して、各第１の電極７ａと平面視で重なる範囲を含んで突出して設けられている。第２の伝熱部９を構成する各凸部９ａは、それぞれの先端が各第１の電極７ａと突き合わされた状態となっている。これにより、第２の伝熱板５は、凸部９ａ（第２の伝熱部９）を介して熱電変換素子３の一端側（第１の熱電変換素子３ａの＋Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの−Ｘ側）と熱的に接合されている。また、各凸部９ａの先端は、絶縁層（図示せず。）を介して各第１の電極７ａと電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。これにより、互いに隣り合う凸部９ａ（第２の伝熱部９）の各間には、第２の空間Ｋ２が設けられている。

絶縁層には、第２の伝熱部９の一部を構成するものとして、上述した第１の伝熱部８で例示した絶縁層と同じものを用いることができる。なお、凸部９ａの先端と第１の電極７ａとの間で電気的な絶縁性が問題とならない場合には、上述した絶縁層を設けずに、凸部９ａの先端と第１の電極７ａとが直接接合されていてもよい。

また、第２の伝熱部９は、上述した第２の伝熱板５側から突出された凸部９ａにより構成された場合に限らず、第１の電極７ａ側から、第２の伝熱板５側である下方（−Ｚ方向）に向けて突出された凸部により構成することも可能である。このような凸部は、例えば、第１の電極７ａの厚みを熱電変換素子３の厚みよりも大きくすることによって形成することができ、このような凸部を介して第２の伝熱板５と熱電変換素子３（第１の電極７ａ）とを熱的に接合することも可能である。さらに、第２の伝熱部９として、第２の伝熱板５と熱電変換素子３（第１の電極７ａ）との間を熱的に接合する別の部材（上記絶縁層を含む。）を設けることも可能である。

封止材６は、例えば、シリコーン系接着剤などの高温対応の接着剤からなり、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の周囲を囲むように封止している。

また、封止材６により封止された第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間には、減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２が設けられている。すなわち、各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと第１の伝熱板４との間には、減圧された第１の空間Ｋ１が設けられている。一方、各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂと第２の伝熱板５との間には、減圧された第２の空間Ｋ２が設けられている。

なお、減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２は、減圧雰囲気下において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止材６により封止する方法や、封止材６に一部に孔部を設けて、この孔部を通して第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２を減圧した後に孔部を封止する方法などを用いて形成することが可能である。また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、第１の空間Ｋ１に第１の伝熱部８よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成や、第２の空間Ｋ２に第２の伝熱部９よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との少なくとも一方（本実施形態では第２の伝熱板５）を厚み方向に貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを備えている。熱電変換装置１Ａは、これら一対の貫通電極１０ａ，１０ｂの間で複数の熱電変換素子３を直列に接続した構造を有している。

一対の貫通電極１０ａ，１０ｂは、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）の両端に位置する第１の電極７ａの中央部分において、その長手方向（第２の方向）の全域に亘って接続されるように、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

また、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂは、凸部９ａ（第２の伝熱部９）及び第２の伝熱板５を厚み方向に貫通する孔部５ａにスルーホールめっき等により埋め込まれた状態で設けられている。一対の貫通電極１０ａ，１０ｂには、このような孔部５ａに埋め込み可能な導電材料として、例えば銅(Ｃｕ)や金(Ａｕ)などを好適に用いることができる。また、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂについては、孔部５ａに中実状に埋め込まれた状態に限らず、孔部５ａの周囲に中空状に埋め込まれた状態とすることも可能である。

これにより、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂのうち、一方の貫通電極１０ａは、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第２の熱電変換素子３ｂ）の−Ｘ側に配置された第１の電極７ａと電気的に接続されている。これに対して、他方の貫通電極１０ｂは、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も他端側（＋Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第１の熱電変換素子３ａ）の＋Ｘ側に配置された第１の電極７ａと電気的に接続されている。

さらに、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂは、第２の伝熱板５の複数の熱電変換素子３と対向する面とは反対側の面に設けられた一対の端子１１ａ，１１ｂと電気的に接続されている。一対の端子１１ａ，１１ｂは、第１の方向の両端に位置して、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂと第２の方向の全域に亘って接続されるように、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。なお、一対の端子１１ａ，１１ｂには、上記電極７と同じものを用いることができる。また、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂ及び一対の端子１１ａ，１１ｂは、凸部９ａ（第２の伝熱部９）及び第２の伝熱板５とは電気的に絶縁されている。

これにより、一対の端子１１ａ，１１ｂのうち、一方の端子１１ａは、一方の貫通電極１０ａを介して熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第２の熱電変換素子３ｂ）の−Ｘ側に配置された第１の電極７ａと電気的に接続されている。これに対して、他方の端子１１ｂは、他方の貫通電極１０ｂを介して熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も他端側（＋Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第１の熱電変換素子３ａ）の＋Ｘ側に配置された第１の電極７ａと電気的に接続されている。

以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、第１の伝熱板４を高温（熱源）側に配置し、第２の伝熱板５を低温（放熱／冷却）側に配置する。これにより、熱源（図示せず。）から第１の伝熱板４に伝わる熱が、第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して第２の電極７ｂに伝わることによって、各熱電変換素子３の第２の電極７ｂ側が相対的に高温となる。

一方、各熱電変換素子３に伝わる熱は、各熱電変換素子３の第１の電極７ａ側から第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して第２の伝熱板５側から外部に放熱されるため、各熱電変換素子３の第１の電極７ａ側が相対的に低温となる。したがって、各熱電変換素子３の第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの間に温度差が発生する。

これにより、各熱電変換素子３の第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの間に電荷（キャリア）の移動が起こる。すなわち、各熱電変換素子３の第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの間には、ゼーベック効果による起電力（電圧）が発生する。

ここで、１つの熱電変換素子３で発生する起電力（電圧）は小さいものの、一対の端子１１ａ，１１ｂの間には、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して複数の熱電変換素子３が直列に接続されている。したがって、これら一対の端子１１ａ，１１ｂの間からは、その総和の起電力として、比較的高い電圧を取り出すことが可能である。

本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して第１の伝熱板４と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱板４は、各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されている。

この構成の場合、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して温接点となる第２の電極７ｂへと集中的に伝わることになる。一方、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が冷接点となる第１の電極７ａへと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して第２の伝熱板５と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第２の伝熱板５は、各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に間隔Ｓ２を設けて配置されている。

これにより、冷接点となる第１の電極７ａ側から第２の伝熱板５を介して外部へと熱を放熱し易くすることができる。したがって、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止することによって、その封止構造を簡素化することができる。

さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した第１の伝熱板４と各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間と、第２の伝熱板５と各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２が設けられている。これら第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２は、熱の伝導を遮断する（断熱する）機能を有している。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した第２の伝熱板５を貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して一対の端子１１ａ，１１ｂと複数の熱電変換素子３との間を電気的に接続することができる。これにより、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止部分（封止材６が設けられた部分）に影響を与えることなく、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止構造を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、封止構造を簡素化しながら、この熱電変換装置１Ａの熱電変換特性を向上させることが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図４に示す熱電変換装置１Ｂについて説明する。なお、図４は、熱電変換装置１Ｂの概略構成を示す断面斜視図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ｂは、図４に示すように、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間で、複数の熱電変換素子３が配置された基板２を挟み込んだ構造を有している。また、基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間が封止材６を介して封止された構造を有している。

基板２は、厚み方向において互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）２ａと第２の面（本実施形態では下面）２ｂとを有する絶縁性の基材からなる。基板２としては、例えばシート抵抗が１０Ω以上となる高抵抗シリコン(Ｓｉ)基板を用いることが好ましい。基板２のシート抵抗が１０Ω以上となることで、複数の熱電変換素子３の間で電気的な短絡が生じるのを防止することが可能である。

また、基板２としては、上述した高抵抗Ｓｉ基板の他にも、例えば、基板内に酸化絶縁層を有するＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板や、セラミック基板、ガラス基板、その他の高抵抗単結晶基板などを用いることができる。さらに、基板２としては、シート抵抗が１０Ω以下となる低抵抗基板であっても、この低抵抗基板と熱電変換素子３との間に高抵抗材料を配置したものを用いることができる。

本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、第２の面２ｂの面上に複数の熱電変換素子３と電極７とが交互に並んで設けられている。このため、第１の伝熱部８を構成する各凸部８ａは、各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が基板２を介して各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第１の伝熱板４は、複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に、基板２を含む間隔Ｓ１を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の温接点側となる第２の電極７ｂ、凸部８ａ（第１の伝熱部８）及び基板２を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第１の伝熱板４は、凸部８ａ（第１の伝熱部８）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。

また、第１の伝熱板４と基板２の第１の面２ａとの間には、減圧された第１の空間Ｋ１が設けられている。一方、第２の伝熱板５と複数の熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間には、減圧された第２の空間Ｋ２が設けられている。なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、第１の空間Ｋ１に第１の伝熱部８よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成や、第２の空間Ｋ２に第２の伝熱部９よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。

以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び基板２を介して第１の伝熱板４と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱板４は、各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されている。

この構成の場合、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して温接点となる第２の電極７ｂへと集中的に伝わることになる。一方、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が冷接点となる第１の電極７ａへと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して第２の伝熱板５と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第２の伝熱板５は、各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に間隔Ｓ２を設けて配置されている。

これにより、冷接点となる第１の電極７ａ側から第２の伝熱板５を介して外部へと熱を放熱し易くすることができる。したがって、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した複数の熱電変換素子３が設けられた基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止することによって、その封止構造を簡素化することができる。

さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第１の伝熱板４と基板２の各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと平面視で重なる範囲との間と、第２の伝熱板５と各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２が設けられている。これら第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２は、熱の伝導を遮断する（断熱する）機能を有している。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第２の伝熱板５を貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して一対の端子１１ａ，１１ｂと複数の熱電変換素子３との間を電気的に接続することができる。これにより、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止部分（封止材６が設けられた部分）に影響を与えることなく、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止構造を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、封止構造を簡素化しながら、この熱電変換装置１Ｂの熱電変換特性を向上させることが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図５に示す熱電変換装置１Ｃについて説明する。なお、図５は、熱電変換装置１Ｃの概略構成を示す断面斜視図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ｃは、図５に示すように、上記熱電変換装置１Ｂと同様に、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間で、複数の熱電変換素子３が配置された基板２を挟み込んだ構造を有している。また、基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間が封止材６を介して封止された構造を有している。

本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上記熱電変換装置１Ｂとは逆に、第１の面２ａの面上に複数の熱電変換素子３と電極７とが交互に並んで設けられている。このため、第２の伝熱部９を構成する各凸部９ａは、各第１の電極７ａと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が基板２を介して各第１の電極７ａと突き合わされた状態となっている。これにより、第２の伝熱板５は、複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に、基板２を含む間隔Ｓ２を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の冷接点側となる第１の電極７ａ、凸部９ａ（第２の伝熱部９）及び基板２を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第２の伝熱板５は、凸部９ａ（第２の伝熱部９）を介して熱電変換素子３の一端側（第１の熱電変換素子３ａの＋Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの−Ｘ側）と熱的に接合されている。

また、第１の伝熱板４と複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間には、減圧された第１の空間Ｋ１が設けられている。一方、第２の伝熱板５と基板２の第２の面２ｂとの間には、減圧された第２の空間Ｋ２が設けられている。なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、第１の空間Ｋ１に第１の伝熱部８よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成や、第２の空間Ｋ２に第２の伝熱部９よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。

さらに、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂは、それぞれ凸部９ａ（第２の伝熱部９）、第２の伝熱板５及び基板２を厚み方向に貫通した状態で設けられている。

以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して第１の伝熱板４と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱板４は、各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されている。

この構成の場合、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が第１の伝熱部８（凸部８ａ）を介して温接点となる第２の電極７ｂへと集中的に伝わることになる。一方、熱源から第１の伝熱板４に伝わる熱が冷接点となる第１の電極７ａへと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第２の伝熱部９（凸部９ａ）及び基板２を介して第２の伝熱板５と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第２の伝熱板５は、各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂとの間に間隔Ｓ２を設けて配置されている。

これにより、冷接点となる第１の電極７ａ側から第２の伝熱板５を介して外部へと熱を放熱し易くすることができる。したがって、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した複数の熱電変換素子３が設けられた基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止することによって、その封止構造を簡素化することができる。

さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第１の伝熱板４と各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間と、第２の伝熱板５と基板２の各熱電変換素子３及び第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲との間に減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２が設けられている。これら第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２は、熱の伝導を遮断する（断熱する）機能を有している。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第２の伝熱板５及び基板２を貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して一対の端子１１ａ，１１ｂと複数の熱電変換素子３との間を電気的に接続することができる。これにより、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止部分（封止材６が設けられた部分）に影響を与えることなく、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止構造を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、封止構造を簡素化しながら、この熱電変換装置１Ｃの熱電変換特性を向上させることが可能である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図６に示す熱電変換装置１Ｄについて説明する。なお、図６は、熱電変換装置１Ｄの概略構成を示す断面斜視図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ｃと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ｄは、図６に示すように、上記熱電変換装置１Ｃと同様に、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間で、複数の熱電変換素子３が配置された基板２を挟み込んだ構造を有している。また、基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間が封止材６を介して封止された構造を有している。

本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、第１の面２ａの面上に複数の熱電変換素子３と電極７とが交互に並んで設けられている。複数の熱電変換素子３のうち、ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ａと、ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｂとの配置が、上記熱電変換装置１Ｃが備える複数の熱電変換素子３とは逆となっている。これに対応して、複数の電極７のうち、冷接点側電極となる４つの第１の電極７ａと、温接点側電極となる５つの第２の電極７ｂとの配置が、上記熱電変換装置１Ｃが備える複数の電極７とは逆となっている。

このため、第１の伝熱部８を構成する各凸部８ａは、各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第１の伝熱板４は、複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の温接点側となる第２の電極７ｂ及び凸部８ａ（第１の伝熱部８）を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第１の伝熱板４は、凸部８ａ（第１の伝熱部８）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。

一方、第２の伝熱部９を構成する各凸部９ａは、各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が基板２を介して各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第２の伝熱板５は、複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に、基板２を含む間隔Ｓ２を設けて配置されると共に、熱電変換素子３の温接点側となる第２の電極７ｂ、凸部９ａ（第２の伝熱部９）及び基板２を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第２の伝熱板５は、凸部９ａ（第２の伝熱部９）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。

また、第１の伝熱板４と複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間には、減圧された第１の空間Ｋ１が設けられている。一方、第２の伝熱板５と基板２の第２の面２ｂとの間には、減圧された第２の空間Ｋ２が設けられている。なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、第１の空間Ｋ１に第１の伝熱部８よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成や、第２の空間Ｋ２に第２の伝熱部９よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。

さらに、一対の貫通電極１０ａ，１０ｂは、それぞれ凸部９ａ（第２の伝熱部９）、第２の伝熱板５及び基板２を厚み方向に貫通した状態で、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）の両端に位置する第２の電極７ｂと電気的に接続されている。

以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５の両側に熱源（図示せず。）を配置する。すなわち、第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５を高温（熱源）側に配置する。これにより、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が、第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（９ａ）を介して第２の電極７ｂに伝わることによって、各熱電変換素子３の第２の電極７ｂ側が第１の電極７ａ側よりも相対的に高温となり、各熱電変換素子３の第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの間に温度差が発生する。

本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５と各熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５は、各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１及び間隔Ｓ２を設けて配置されている。

この構成の場合、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して温接点となる第２の電極７ｂへと集中的に伝わることになる。一方、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が冷接点となる第１の電極７ａへと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した複数の熱電変換素子３が設けられた基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止することによって、その封止構造を簡素化することができる。

さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した第１の伝熱板４と各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間と、第２の伝熱板５と基板２の各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと平面視で重なる範囲との間に減圧された第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２が設けられている。これら第１及び第２の空間Ｋ１，Ｋ２は、熱の伝導を遮断する（断熱する）機能を有している。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した凸部９ａ（第２の伝熱部９）、第２の伝熱板５及び基板２を貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して一対の端子１１ａ，１１ｂと複数の熱電変換素子３との間を電気的に接続することができる。これにより、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止部分（封止材６が設けられた部分）に影響を与えることなく、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止構造を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、封止構造を簡素化しながら、この熱電変換装置１Ｄの熱電変換特性を向上させることが可能である。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図７に示す熱電変換装置１Ｅについて説明する。なお、図７は、熱電変換装置１Ｅの概略構成を示す断面斜視図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ｄと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ｅは、図７に示すように、上記熱電変換装置１Ｄの構成に加えて、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間で、複数の熱電変換素子３が配置された複数（本実施形態では３個）の基板２を挟み込んだ構造を有している。また、複数の基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間が封止材６を介して封止された構造を有している。

本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、各基板２に設けられた第１の熱電変換素子３ａと、各基板２に設けられた各第２の熱電変換素子３ｂとが、それぞれ厚み方向において交互に入れ替わるように配置されている。

一方、各基板２に設けられた各第１の電極７ａと、各基板２に設けられた各第２の電極７ｂとは、それぞれ厚み方向において同じもの同士が重なり合うように配置されている。このうち、第１の伝熱板４側から２層目及び３層目に位置する基板２の中央部に設けられた第２の電極７ｂは、２つに分割されると共に、２層目の基板２を貫通する２つの貫通電極１０ｃを介してそれぞれが電気的に接続されている。また、第１の伝熱板４側から１層目及び２層目に位置する基板２の両端部に設けられた第２の電極７ｂは、それぞれ１層目の基板２を貫通する貫通電極１０ｄを介して電気的に接続されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、一対の端子１１ａ，１１ｂの間で、各基板２に設けられた第１の熱電変換素子３ａと、各基板２に設けられた第２の熱電変換素子３ｂとが交互に直列に接続された構造となっている。

また、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの厚みは、熱電変換素子３の厚みよりも厚くなっている。これにより、各基板２に設けられた各熱電変換素子３は、それぞれの厚み方向において基板２を含む間隔Ｓ３を設けて配置されている。

第１の伝熱部８を構成する各凸部８ａは、１層目の基板２に設けられた各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第１の伝熱板４は、１層目の基板２に設けられた複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に間隔Ｓ１を設けて配置されている。また、第１の伝熱板４は、各基板２に設けられた第２の電極７ｂ、凸部８ａ（第１の伝熱部８）及び基板２を介して各基板２に設けられた熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第１の伝熱板４は、凸部８ａ（第１の伝熱部８）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。

一方、第２の伝熱部９を構成する各凸部９ａは、３層目の基板２に設けられた各第２の電極７ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が基板２を介して各第２の電極７ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、第２の伝熱板５は、３層目の基板２に設けられた複数の熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間に、３層目の基板２を含む間隔Ｓ２を設けて配置されている。また、第２の伝熱板５は、各基板２に設けられた第２の電極７ｂ、凸部９ａ（第２の伝熱部９）及び基板２を介して各基板２に設けられた熱電変換素子３と熱的に接合されている。また、第２の伝熱板５は、凸部９ａ（第２の伝熱部９）を介して熱電変換素子３の他端側（第１の熱電変換素子３ａの−Ｘ側、及び第２の熱電変換素子３ｂの＋Ｘ側）と熱的に接合されている。

また、１層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと第１の伝熱板４との間には、減圧された第１の空間Ｋ１が設けられている。一方、第２の伝熱板５と３層目の基板２の第２の面２ｂとの間には、減圧された第２の空間Ｋ２が設けられている。さらに、１層目の基板２と２層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３との間、及び、２層目の基板２と３層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３との間には、それぞれ第３の空間Ｋ３が設けられている。なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、第１の空間Ｋ１に第１の伝熱部８よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成や、第２の空間Ｋ２に第２の伝熱部９よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成、第３の空間Ｋ３に第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂよりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。

以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上記熱電変換装置１Ｄと同様に、第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５の両側に熱源（図示せず。）を配置する。すなわち、第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５を高温（熱源）側に配置する。これにより、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が、第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（９ａ）を介して各基板２の第２の電極７ｂに伝わることによって、各基板２に設けられた各熱電変換素子３の第２の電極７ｂ側が第１の電極７ａ側よりも相対的に高温となり、各基板２に設けられた各熱電変換素子３の第１の電極７ａと第２の電極７ｂとの間に温度差が発生する。

本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上述した第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５と各基板２に設けられた熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、１層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと第１の伝熱板４との間に間隔Ｓ１が設けられている。また、３層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと第２の伝熱板５との間に間隔Ｓ２が設けられている。さらに、厚み方向において隣り合う基板２に設けられた各熱電変換素子３の間に基板２を含む間隔Ｓ３が設けられている。

この構成の場合、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が第１の伝熱部８（凸部８ａ）及び第２の伝熱部９（凸部９ａ）を介して温接点となる第２の電極７ｂへと集中的に伝わることになる。一方、熱源から第１の伝熱板４及び第２の伝熱板５に伝わる熱が冷接点となる第１の電極７ａへと伝わり難くなる。これにより、各基板２に設けられた各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上述した複数の熱電変換素子３が設けられた複数の基板２の周囲よりも外側において、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間を封止することによって、その封止構造を簡素化することができる。

さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上述した第１の伝熱板４と１層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３及び第１の電極７ａとの間と、第２の伝熱板５と３層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３及び第１の電極７ａと平面視で重なる基板２の範囲との間に、それぞれ減圧された第１の空間Ｋ１及び第２の空間Ｋ２が設けられている。また、１層目の基板２と２層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３との間、及び、２層目の基板２と３層目の基板２に設けられた各熱電変換素子３との間に、それぞれ第３の空間Ｋ３が設けられている。

これら第１、第２及び第３の空間Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、熱の伝導を遮断する（断熱する）機能を有している。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上述した凸部９ａ（第２の伝熱部９）、第２の伝熱板５及び３層目の基板２を貫通する一対の貫通電極１０ａ，１０ｂを介して一対の端子１１ａ，１１ｂと各２基板に設けられた複数の熱電変換素子３との間を電気的に接続することができる。これにより、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止部分（封止材６が設けられた部分）に影響を与えることなく、第１の伝熱板４と第２の伝熱板５との間の封止構造を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、封止構造を簡素化しながら、この熱電変換装置１Ｅの熱電変換特性を向上させることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記熱電変換装置１Ａ〜１Ｅでは、上述した第２の伝熱板５側に一対の貫通電極１０ａ，１０ｂ及び一対の端子１１ａ，１１ｂを設けた構成となっているが、第１の伝熱板４側に一対の貫通電極１０ａ，１０ｂ及び一対の端子１１ａ，１１ｂを設けた構成とすることも可能である。

また、上記熱電変換装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、第１の伝熱板４を高温（熱源）側とし、第２の伝熱板５を低温（放熱／冷却）側に配置した場合を例示しているが、第２の伝熱板５を高温（熱源）側に配置し、第１の伝熱板４を低温（放熱／冷却）側に配置することによって、熱源からの熱が第２の伝熱板５側から伝わるようにしてもよい。この場合、第１の電極７ａが温接点側電極となり、第２の電極７ｂが冷接点側電極となる。

１Ａ〜１Ｅ…熱電変換装置 ２…基板 ３…熱電変換素子 ３ａ…第１の熱電変換素子（一方の熱電変換素子） ３ｂ…第２の熱電変換素子（他方の熱電変換素子） ４…第１の伝熱板（第１の伝熱部材） ５…第２の伝熱板（第２の伝熱部材） ６…封止材 ７…電極 ７ａ…第１の電極（一方の電極） ７ｂ…第２の電極（他方の電極） ８…第１の伝熱部 ８ａ…凸部 ９…第２の伝熱部 ９ａ…凸部 １０ａ…一方の貫通電極 １０ｂ…他方の貫通電極 １０ｃ，１０ｄ…貫通電極 １１ａ…一方の端子 １１ｂ…他方の端子 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…間隔 Ｋ１…第１の空間 Ｋ２…第２の空間 Ｋ３…第３の空間

Claims (8)

1. 特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
   前記熱電変換素子を挟んだ一方の面側に、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される第１の伝熱部材と、
   前記熱電変換素子と前記第１の伝熱部材とを熱的に接合する第１の伝熱部と、
   前記熱電変換素子を挟んだ他方の面側に、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される第２の伝熱部材と、
   前記熱電変換素子と前記第２の伝熱部材とを熱的に接合する第２の伝熱部とを備え、
   前記熱電変換素子の周囲よりも外側において、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との間が封止されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との間に空間を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記空間が減圧されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
4. 前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との少なくとも一方を厚み方向に貫通する貫通電極を備え、
   前記熱電変換素子は、前記貫通電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱電変換装置。
5. 前記第１の伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合され、
   前記第２の伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電変換装置。
6. 前記熱電変換素子の一端側に設けられた第１の電極と、
   前記熱電変換素子の他端側に設けられた第２の電極とを備え、
   前記第１の伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記第１の伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合され、
   前記第２の伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記第２の伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
7. 前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記熱電変換素子の並び方向に複数並んで設けられていることを特徴とする請求項６に記載の熱電変換装置。
8. 厚み方向において互いに対向する第１の面及び第２の面を有する基板を備え、
   前記熱電変換素子は、前記第１の面と前記第２の面との少なくとも一方の面側の面内に設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の熱電変換装置。

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