JP2019165137A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱電変換効率が向上するとともに、材料選択の幅も広がり、コンパクト化、低コストも実現できる熱電変換モジュールを提供せんとする。【解決手段】熱電変換素子２Ａ，２Ｂに多数の流体通過孔２０を設け、流体通過孔２０の両開口面２１に、それぞれ第１の流体を通過させる第１の領域Ｒ１と、前記第１の流体よりも高温又は低温の第２の流体を通過させる、或いは第２の流体が表面に沿って流れる第２の領域Ｒ２とを設定し、隣接する各熱電変換素子２Ａ，２Ｂの対面する第１の領域Ｒ１間を連通させ、各熱電変換素子の前記第１の領域に対して第１の流体を順次供給する第１の流路３１と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域Ｒ２間を連通させ、各熱電変換素子の前記第２の領域に対して第２の流体を順次供給する第２の流路３２とを設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、高温流体あるいは低温流体のもつ熱エネルギーを効率よく電気エネルギーに、あるいは逆に電気エネルギーを熱エネルギーに変換するための熱電変換モジュールに関する。

世界で生産されるエネルギーの６０％以上が「廃熱」として捨てられている。熱電変換モジュールは、熱エネルギーから電気エネルギーを取り出すことが可能なデバイスであり、持続可能な社会の実現に必要な環境維持のために中心的役割を果たすべきものとして注目されている。熱電変換による熱発電モジュールは、異なる部位に温度差を与えることで、高温部と低温部との間に電位差を生じさせるゼーベック効果を利用したものであり、従来、低温側電極と高温側電極の間に、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子が挟持された構造のものが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。

熱エネルギーを電気エネルギーに、また電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電変換モジュールでは、各熱源とモジュール間で大きな伝熱面積を確保するのが困難なことが原因して、熱エネルギー授受の効率確保に課題があった。また、大きな熱電変換効率を実現するためには、熱電素子の両端に大きな温度差を与える必要があるが、熱電変換素子の熱伝導率が大きいと伝導伝熱により熱電素子両端の温度差を確保することが困難になるため、熱電素子の熱伝導率は小さなものを選択する必要があった。しかし、材料選択の幅が小さく、コスト低減の面からも限界があった。更に熱エネルギーの授受と電力変換効率を大きくするためには熱電変換素子を多数用いる事になるが、熱エネルギーの授受効率を大きくしようとすると大きな伝熱面積確保のため装置の大型化が避けられないと言う課題もあった。

特開２０１６−１１１３２６号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、熱エネルギーの取り込み効率が向上するとともに、材料選択の幅も広がり、コンパクト化、低コストも実現できる熱電変換モジュールを提供する点にある。

本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意検討し、まず熱流体と熱電変換素子との間の熱伝達に着目した。

図７は、従来の熱電変換素子の構造と模式的温度分布を示している。図中符号２Ａはｐ型熱電変換素子、２Ｂはｎ型熱電変換素子、４１、４２は電極材である。流体と熱電変換素子との間の熱伝達の熱流は、次式（１）で表される。ｈは熱伝達係数、ΔＴ_２は流体と熱電変換素子の温度差である。

熱電変換素子中の熱流は、熱電変換素子中の温度差ΔＴ_１、熱電変換素子の温度勾配方向の長さｄ、熱伝導率κを用いて、次式（２）で表される。ただし、ここで用いているのは、熱電変換素子中でエネルギー変換がなされないとした単純なモデルである。実際には、ゼーベック効果による電気エネルギーの逃散、あるいはジュール熱の発生があるため、（２）式よりも精密な式を要するが、本質は変わらないためここでは簡単なモデルで論理を展開する。

式（１）、（２）、及び高温と低温の熱流体間の温度差ΔＴ_０についてΔＴ_０＝ΔＴ_１＋ΔＴ_２が成り立つことから、熱流体間の温度差（ΔＴ_０）と熱電変換素子中の温度差（ΔＴ_１）との比として、次の式（３）が導かれる。

熱電変換素子の発電電圧Ｖは、ＳΔＴ_１（Ｓはゼーベック係数）であり、熱流体間の温度差ΔＴ_０が大きくても、ΔＴ_１の値、ひいてはΔＴ_１／ΔＴ_０の値が大きくなければ大きい発電電圧（Ｖ）には結びつかない。この比（ΔＴ_１／ΔＴ_０）を１に近づけるには、式（３）のκ／ｈｄの項をできるだけ１に対して小さくする必要がある。

流体が液体、気体の場合にκ／ｈｄがどのような値になり得るかを、ｈやκの代表的な値に対して見積もると表１のようになる。見積もられるκ／ｈｄの値は１に対して小さいとは言えず、現状では、低温と高温の流体の温度差を有効に利用できていない。

なお、従来から、ｚＴ≡Ｓ^２σＴ／κ（σは電気伝導率）が高いと高い熱電変換効率に帰結することが知られている。ここでいう変換効率は、熱電変換素子中を流れる熱エネルギーのうち（すなわち、ΔＴ１の温度差の中で）、電気エネルギーとして取り出すことのできる割合である。これに対し、上述の式（３）は、熱流体間の温度差ΔＴ_０のうち、どの程度熱電変換素子中の温度差ΔＴ_１として有効に利用できるかを示している。

κ／ｈｄの値を小さくするためには、熱伝導率κを小さくすること、熱伝達係数ｈを大きくすることが考えられるが、熱伝導率κは熱電変換素子の材料、熱伝達係数は熱流体の種類と熱電変換素子の材料に依存し、結局のところ、熱電変換素子の材料選択に大きく依存し、選択の幅は狭く、熱エネルギーの取り込み効率の向上に限界がある。

本発明者は、鋭意検討の結果、熱伝導率κおよび熱伝達係数ｈのうち、熱伝達係数ｈが熱電変換素子の材料に大きく依存している点について、熱流体と熱電変換素子との間の熱の流入／流出が熱電変換素子の端面のみで行われていることに原因があり、この熱の流入／流出構造を工夫・変更し、熱伝達をより効率化することにより、実効的な熱伝達係数を増加させ、熱電変換効率を向上させることが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、以下の発明を包含する。
（１） 熱電変換素子が間隔をあけて複数並設され、隣接する熱電変換素子同士が電極材で接続された熱電変換モジュールであって、各熱電変換素子に、熱電変換素子の並び方向に流体を通過させる多数の流体通過孔を設け、各熱電変換素子における前記流体通過孔が開口する両開口面に、それぞれ第１の流体を通過させる流体通過孔が開口している第１の領域と、前記第１の流体よりも高温又は低温の第２の流体を通過させる流体通過孔が開口しているか、或いは流体通過孔が開口しておらず、前記第２の流体がその表面に沿って流れる第２の領域とを設定し、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域間を連通させ、各熱電変換素子の前記第１の領域に対して第１の流体を順次供給する第１の流路と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域間を連通させ、各熱電変換素子の前記第２の領域に対して第２の流体を順次供給する第２の流路とを設けてなることを特徴とする熱電変換モジュール。

（２） 前記電極材が、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域の内部又は近傍間に渡設される第１の電極材と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域の内部又は近傍間に渡設される第２の電極材とよりなる請求項１記載の熱電変換モジュール。

本発明では、少なくとも第１の流体が熱電変換素子の流体通過孔を通過する過程で熱伝達されることから、熱電変換素子と熱流体との界面が立体化し、素子の内部においても熱伝達が生じ、熱伝達の生じる面積が増加して界面熱流束を飛躍的に増大させ、実効的な熱伝達係数が増加し、エネルギー変換効率が著しく向上することになる。

熱流体が流通するパイプの周囲に従来の熱電変換素子を取り付けた場合と、同じ熱流体が流通する同じパイプ径のパイプ内に本発明に係る流体通過孔付きの熱電変換素子を取り付けた場合について、熱交換の界面の面積を比較すると、図８のようにパイプ径Ｒ、流体通過孔の半径ｒ、ポロシティＰ_Ｓ、熱電変換素子がパイプ長さに占める割合Ｐ_Ｌとして、本発明の界面面積は、従来のものに比べて（Ｒ／ｒ）×Ｐ_Ｓ×Ｐ_Ｌ倍となる。Ｒが１００ｍｍ、Ｐ_Ｓが０．３、Ｐ_Ｌが０．５として、ｒが１ｍｍで１５倍、ｒが０．１ｍｍでは１５０倍となる。

また、同じく熱流体が流通するパイプの周囲に従来の熱電変換素子を取り付けた場合と、同じ熱流体が流通する異なる大きさのパイプ内に、熱流体の流通量が同じ（同じ断面積）になるようにパイプ内に本発明に係る流体通過孔付きの熱電変換素子を取り付けた場合について、熱交換の界面の面積を比較すると、パイプ径Ｒ、流体通過孔の半径ｒとして、本発明の界面面積は、従来のものに比べて（Ｒ／ｒ）倍となる。Ｒが１００ｍｍとして、ｒが１ｍｍで１００倍、ｒが０．１ｍｍでは１０００倍となる。

本発明に係わる熱電変換デバイスでは、熱媒体と熱電変換素子間の熱交換を大伝熱面積で行うことができるため従来の熱電変換モジュールに比べて熱電変換効率が著しく向上する。例えば、温水廃熱や熱排気、また温泉、燃料、ＬＮＧプラントの冷温熱流体の熱回収に有効な新しい高効率熱電変換システムを構築することができる。また、熱の授受が非常に効率的に行われることから、熱電変換材料中の熱伝導による温度差緩和の心配も無く、従来、熱伝導率が大きくて熱電材料としては非効率と考えられていた材料であっても、問題の無い材料となることから、熱電変換素子の材料として有効な材料の選択幅が広がる事になる。

更に、本発明の熱電変換モジュールでは、熱媒体との熱交換が著しく向上することから、１素子当たりの流路長が短くなっても十分な熱交換性能が確保される。従って熱電変換素子を薄くしたり、熱媒体の流路方向サイズを短くし、コンパクト化を図ることが可能となる。これにより、従来、見込みが薄かった部位での熱回収や電気エネルギー回収も可能となる。本発明のモジュールは、ペルチェ効果を利用した冷却、あるいは発電デバイスとしても同様の優位性をもって用いることができ、例えば高効率な熱交換器としても応用が期待される。

本発明の第１実施形態に係る熱電変換モジュールを示す概略説明図。 本発明の第２実施形態に係る熱電変換モジュールを示す概略説明図。 本発明の第３実施形態に係る熱電変換モジュールを示す概略説明図。 本発明の第４実施形態に係る熱電変換モジュールを示す概略説明図。 本発明の第５実施形態に係る熱電変換モジュールを示す概略説明図。 図５のＡ−Ａ断面図５ 従来の熱電変換モジュールの構成ならびに該モジュールにおける模式的な温度分布を示す説明図。 界面面積比較のための説明図。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。まず、図１に基づき、本発明に係る熱電変換モジュールの第１実施形態を説明する。

熱電変換モジュール１は、図１に示すように、熱電変換素子２が間隔をあけて複数並設され、隣接する熱電変換素子２同士が電極材４１、４２で接続されたものである。熱電変換素子２は、ｐ型熱電変換素子２Ａおよびｎ型熱電変換素子２Ｂが交互に並設されている。

各熱電変換素子２Ａ／２Ｂには、熱電変換素子の並び方向に流体を通過させる多数の流体通過孔２０が設けられており、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂにおける前記流体通過孔２０が開口する両開口面２１に、それぞれ第１の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第１の領域Ｒ１と、前記第１の流体よりも高温又は低温の第２の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第２の領域Ｒ２とが設定されている。

熱電変換素子２Ａ／２Ｂとしては、ｐ型熱電変換素子又はｎ型熱電変換素子として用いることができる公知の材料を広く適用できる。流体通過孔２０は、ムク材にドリル加工やレーザ加工など公知の方法で形成することや、線材をメッシュ状に編んで構成したメッシュ隙間で構成することができるが、本例では、凝固法で成形された一方向に伸びた複数の気孔を有するロータス型ポーラス熱電材料成形体を、気孔の伸びる方向に交差する方向に切断加工してなる多孔材で構成されている。

このようなロータス型ポーラス熱電材料成形体は、高圧ガス法（Pressurized Gas Method）（例えば特許第３２３５８１３号公報開示の方法）や、熱分解法（Thermal Decomposition Method）など、公知の方法で成形することができる。流体通過孔２０は、前記切断により分断された前記気孔である。

このようにロータス型ポーラス熱電材料成形体から切り出した多孔材を用いることで、一方向に延びる多数の貫通孔（流体通過孔２０）を有する熱電変換素子２Ａ／２Ｂを低コスト且つ容易に得ることができる。端面に流路を形成する壁材を接合する場合にも、同じく接合面積を確保できるため接合強度を十分に確保することができる。

ロータス型ポーラス熱電材料成形体から切り出した多孔材よりなる熱電変換素子２Ａ／２Ｂには、流体通過孔２０以外に貫通していない有底の孔も存在するが、このような有底の孔も開口面２１の表面積を増大させる効果があり、各流体との間の伝熱を促進する効果がある。熱電変換素子２Ａ／２Ｂの形状は、本例では流体通過孔２０の延びている方向の寸法が比較的小さい扁平な板状とされているが、その他の種々の形状に構成しても勿論よい。例えば、貫通孔の延びている方向の寸法が比較的長い立体形状などにすることも好ましい例である。

また、第１の流体、第２の流体の流路として、隣接する各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの対面する第１の領域Ｒ１間を連通させ、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの前記第１の領域Ｒ１に対して第１の流体を順次供給する第１の流路３１と、隣接する各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの対面する第２の領域Ｒ２間を連通させ、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの前記第２の領域Ｒ２に対して第２の流体を順次供給する第２の流路３２とが設けられている。

第１の流路３１は、具体的には対面する第１の領域Ｒ１間に設けられる複数の断熱材からなるチューブ５０（管体）より構成されている。各チューブ５０は、端面が開口面２１に接合された状態に設けられている。チューブ５０は、第１の流体を内部に流通させる管であるが、外側に第２の流体を流通させる流体間の隔壁として機能する。このようにチューブ５０を用いることで、気孔が形成されやすいロータス型ポーラス熱電材料成形体よりなる熱電変換素子の中央付近に流路を形成することが容易となる。また、断面積が定まるチューブ５０を用いることで、設計どおりの性能を安定して得ることができる。

より具体的には、チューブ５０は、各開口面２１に対して流体が管内外に洩れないようにシールされた状態に接合されている。符号３３は当該接合箇所のシール部である。このシール部は、ろう付けでもよいし、流体に応じて最適な公知のシール剤を用いることができる。例えば、フッ素ゴム、シリコーン系ゴム、ニトリルゴムなどを用いることができる。これらシール剤をチューブ５０の端部に塗布して２１開口面に接合することもできるし、あらかじめ環状に成形したシート状のシール材をチューブ端部と開口面との間に挟み込むように設けてもよい。

第２の流路３２は、図示しない容器壁面で囲まれた低温又は高温の熱浴とされている。容器壁面がなく大気開放の形態としてもよい。このように本例では第２の流路３２が熱浴となるため、第２の領域Ｒ２は流体通過孔が無くてもよい。すなわち、第２の領域Ｒ２は、流体通過孔が開口しておらず、前記第２の流体がその表面に沿って流れる領域としてもよい。

電極材４１、４２は、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域Ｒ１の内部間に渡設される第１の電極材４２と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域の内部又は近傍間に渡設される第２の電極材４１とよりなり、これら電極材４１、４２が交互に設けられている。これら電極材４１、４２により、ｎ型、ｐ型の熱電変換素子が直列に電気接続され、大きい電圧を取り出すことが可能となるように構成されている。

具体的には、高温（あるいは低温）の第１流体を第１の流路３１に流すとともに、第１の流路３１を構成する各チューブ５０とともに各熱電変換素子２Ａ，２Ｂの領域Ｒ２を低温（あるいは高温）の熱浴中に浸すことで、各熱電変換素子２Ａ、２Ｂ中で熱流体の流れの中心部（領域Ｒ１）から外向き（周囲の領域Ｒ２）に、熱流体の流れに垂直な方向に温度差が生じ、ゼーベック効果により各素子に生じた電圧をまとめて取り出すことができる。

第１の流体と第２の流体は温度が異なれば、どちらが低温又は高温の流体であってもよい。また、本例では、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂに、中央部の第１の領域Ｒ１と周囲の第２の領域Ｒ２とがそれぞれ一つづつ設定されているが、このような配置に何ら限定されず、いずれも複数設定されてもよい。たとえば、チューブが接続される第１の領域Ｒ１を複数設けることもできるし、また、たとえば第１の領域Ｒ１で第２の領域を左右に分断するようにして第２の領域を二つ以上設定することもできる。

次に、図２に基づき、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ａは、図２に示すように、第２の流路３２として熱浴の代わりに第１の流路３１と同じく断熱材よりなるチューブ５２で構成したものである。なお、符号５１は本実施形態の第１流路３１を構成する、断熱材よりなるチューブである。このように双方の流路３１、３２をともにチューブで構成することで、上記第１実施形態と同様、流路を形成しやすく、また、設計どおりの性能を安定して得ることができ、さらには、両流路３１、３２間、すなわちチューブ間に大きな隙間が維持され、両者間の断熱性が高まり、熱電変換効率をより向上させることができる。

電極材４１、４２は、本実施形態では、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域Ｒ１の近傍である素子端部間に渡設される第１の電極材４２と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域Ｒ２の近傍である素子端部間に渡設される第２の電極材４１とよりなり、これら電極材４１、４２が交互に設けられている。これら電極材４１、４２により、ｎ型、ｐ型の熱電変換素子が直列に電気接続され、大きい電圧を取り出すことが可能となるように構成されている。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ａでは、高温（あるいは低温）の第１流体を第１の流路３１に流すとともに、低温（あるいは高温）の第２流体を第２の流路３２に流すことで、各熱電変換素子２Ａ、２Ｂ中で互いに隣接する領域Ｒ１側から領域Ｒ２側に向けた方向で且つ熱流体の流れに垂直な方向に温度差が生じ、各領域Ｒ１、Ｒ２の近傍となる熱電変換素子２Ａ、２Ｂの端部に設けた電極材４１、４２を通じてゼーベック効果により各素子に生じた電圧をまとめて取り出すことができる。本実施形態では、第１実施形態に比べ、電極４１、４２を同じ構造のものを採用でき、コスト低減を図ることができる。

その他の構成、変形例等については、上述の第１実施形態と同じことがいえるため、同一構造については同一符号を付し、これらの説明は省略する。

次に、図３に基づき、本発明の第３実施形態を説明する。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ｃは、図３に示すように、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの開口面２１を、第１の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第１の領域Ｒ１と、第２の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第２の領域Ｒ２とに左右に区分けする板状の隔壁６０を、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの間に設け、これら隔壁６０を境に第１の流体を流通させる流路３１と第２の流体を流通させる流路３２とが左右に設けられている。

各隔壁６０は、第１実施形態や第２実施形態のチューブ５０〜５２と同様、端面が開口面２１に接合された状態に設けられている。チューブ５０〜５２と同様、各開口面２１に対して流体が他方に洩れないようにシール部３３でシールされた状態に接合されている。

第１の流路３１および第２の流路３２は、それぞれ隔壁６０と図示しない容器壁面で囲まれた低温又は高温の熱浴とされている。いずれか一方は、容器壁面がなく大気開放の形態としてもよい。また、第２の領域Ｒ２は流体通過孔が無くてもよい。すなわち、第２の領域Ｒ２は、流体通過孔が開口しておらず、前記第２の流体がその表面に沿って流れる領域としてもよい。

電極材４１、４２は、本実施形態では、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域Ｒ１内である素子端部間に渡設される第１の電極材４２と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域Ｒ２内である素子端部間に渡設される第２の電極材４１とよりなり、これら電極材４１、４２が交互に設けられている。これら電極材４１、４２により、ｎ型、ｐ型の熱電変換素子が直列に電気接続され、大きい電圧を取り出すことが可能となるように構成されている。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ｃでは、高温（あるいは低温）の第１流体を第１の流路３１に流すとともに、低温（あるいは高温）の第２流体を第２の流路３２に流すことで、各熱電変換素子２Ａ、２Ｂ中で互いに隣接する領域Ｒ１側から領域Ｒ２側に向けた方向で且つ熱流体の流れに垂直な方向に温度差が生じ、各領域Ｒ１、Ｒ２内となる熱電変換素子２Ａ、２Ｂの端部に設けた電極材４１、４２を通じてゼーベック効果により各素子に生じた電圧をまとめて取り出すことができる。本実施形態では、第１実施形態や第２実施形態に比べ、流路を分離する構造が簡単になるとともに、第２実施形態と同様、電極４１、４２を同じ構造のものを採用でき、コスト低減を更に図ることができる。

その他の構成、変形例等については、上述の第１実施形態や第２実施形態と同じことがいえるため、同一構造については同一符号を付し、これらの説明は省略する。

次に、図４に基づき、本発明の第４実施形態を説明する。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ｄは、図４に示すように、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの開口面２１を第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とに左右に区分けする隔壁として、互いの間に空間７０を介して配置される複数（本例は２つ）の板状の隔壁６１、６２を設けたものであり、これにより隔壁６１の左右方向の外側の位置に第１の領域Ｒ１が、隔壁６２の左右方向の外側の位置に第２の領域Ｒ２が、それぞれ形成され、さらに隔壁６１と隔壁６２の間（内側）の位置に流体が流通しない第５の領域Ｒ３が形成される。

これにより、隔壁６１の左右方向の外側に第１の流体を流通させる流路３１が設けられ、隔壁６２の左右方向の外側に第２の流体を流通させる流路３２が設けられ、さらに隔壁６１と隔壁６２の間に、流体が流通した空間７０が設けられている。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ｄでは、高温（あるいは低温）の第１流体を第１の流路３１に流すとともに、低温（あるいは高温）の第２流体を第２の流路３２に流すことで、各熱電変換素子２Ａ、２Ｂ中で互いに隣接する領域Ｒ１側から領域Ｒ２側に向けた方向で且つ熱流体の流れに垂直な方向に温度差が生じるが、特に本実施形態では、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間に上記第５の領域Ｒ３が存在することで、熱電材料中の熱流が小さくなることから、熱電材料中の温度差が大きくなり、より大きい電圧を生じさせることが出来る。領域Ｒ３は流体を流通させないので流体通過孔が開口していないものでもよいが、流体通過孔がある方が熱流をより小さくできるため好ましい。

その他の構成、変形例等については、上述の第３実施形態と同じことがいえるため、同一構造については同一符号を付し、これらの説明は省略する。

次に、図５および図６に基づき、本発明の第５実施形態を説明する。

本実施形態の熱電変換モジュール１Ｂは、図５および図６に示すように、各熱電変換素子２Ａ／２Ｂの開口面２１に、第１の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第１の領域Ｒ１、第２の流体を通過させる流体通過孔２０が開口している第２の領域Ｒ２を、それぞれ複数（多数）設けたものであり、各領域に応じて、上述の第２、第３実施形態と同様、第１の流路３１、第２の流路３２をそれぞれ複数設けた例である。すなわち本実施形態は、第２、第３実施形態の原理を発展させ、より熱流体の流量が大きい場合に好適な応用例である。

電極材４１、４２は、本実施形態では、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域Ｒ１の内部間に渡設される第１の電極材４２と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域Ｒ２の内部間に渡設される第２の電極材４１とが、それぞれ複数設けられ、これら電極材４１、４２が交互に設けられている。本実施形態によれば、直列に電気接続されたｎ型、ｐ型の熱電変換素子の組が、複数並列に接続されるので、より大きい電流を取り出すことが可能となる。

その他の構成、変形例等については、上述の第１〜第４実施形態と同じことがいえるため、同一構造については同一符号を付し、これらの説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではない。上述の各実施形態は、いずれも熱流体間の温度差を電気として取り出す例を示しているが、電気的負荷の代わりに外部電源を用いて直流電流を流すことにより、ペルチェ効果によって、電流の向きに応じて第１の流体と第２の流体の間に温度差を生じさせる装置として用いることもできる。その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１，１Ａ，１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 熱電変換モジュール
２Ａ，２Ｂ 熱電変換素子
２０ 流体通過孔
２１ 開口面
３１ 第１の流路
３２ 第２の流路
３３ シール部
４１，４２ 電極材
５０，５１，５２ チューブ
６０、６１、６２、６３ 隔壁
７０ 空間
Ｒ１ 領域
Ｒ２ 領域
Ｒ３ 領域

Claims (2)

1. 熱電変換素子が間隔をあけて複数並設され、隣接する熱電変換素子同士が電極材で接続された熱電変換モジュールであって、
   各熱電変換素子に、熱電変換素子の並び方向に流体を通過させる多数の流体通過孔を設け、
   各熱電変換素子における前記流体通過孔が開口する両開口面に、それぞれ第１の流体を通過させる流体通過孔が開口している第１の領域と、前記第１の流体よりも高温又は低温の第２の流体を通過させる流体通過孔が開口しているか、或いは流体通過孔が開口しておらず、前記第２の流体がその表面に沿って流れる第２の領域とを設定し、
   隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域間を連通させ、各熱電変換素子の前記第１の領域に対して第１の流体を順次供給する第１の流路と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域間を連通させ、各熱電変換素子の前記第２の領域に対して第２の流体を順次供給する第２の流路とを設けてなることを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 前記電極材が、隣接する各熱電変換素子の対面する第１の領域の内部又は近傍間に渡設される第１の電極材と、隣接する各熱電変換素子の対面する第２の領域の内部又は近傍間に渡設される第２の電極材とよりなる請求項１記載の熱電変換モジュール。

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