JP2020013956A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力の向上を可能とした熱電変換装置を提供する。【解決手段】第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子３と他方の熱電変換素子３との各間に配置されて、熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３が互いに直列に接続されるように、一方の熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との何れか一方の電極と、他方の熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第１の配線７と、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３とが互いに直列に接続されるように、一方の熱電変換素子列及び他方の熱電変換素子列の第１の方向において最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子３の第１の電極５同士の間又は第２の電極６同士の間を電気的に接続する第２の配線８ａ，８ｂとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、熱電変換装置に関する。

例えば、内燃機関や燃焼装置などからの排熱は、利用されないまま消失している。このため、省エネルギー化の観点から、この排熱の利用が近年着目されている。特に、熱から電気への変換を可能とする熱電変換装置の研究が盛んに行われている（例えば、特許文献１を参照。）。

具体的に、下記特許文献１には、絶縁性基板と、ｐ型及びｎ型の何れか一方の熱電変換材料からなり、絶縁性基板の第１の面上に相互に間隔をおいて複数配置された熱電変換材料膜と、各熱電変換材料膜上にそれぞれ相互に離隔して形成された第１の電極及び第２の電極と、絶縁性基板の第１の面側に配置され、第１の電極に接触する凸部が設けられた第１の伝熱部材と、絶縁性基板の第２の面側に配置され、絶縁性基板の第２の面上であって第２の電極に対応する領域に接触する凸部が設けられた第２の伝熱部材とを有する熱電変換モジュール（熱電変換装置）が開示されている。

また、この熱電変換モジュールでは、第１の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に沿って形成され、第２の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に対向する他方の辺に沿って形成され、第１の電極が一方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第２の電極に接続され、第２の電極が他方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第１の電極に接続された構成となっている。

国際公開第２０１１／０６５１８５号

ところで、上述した特許文献１に記載の熱電変換モジュールでは、隣接する熱電変換材料膜の第１の電極と第２の電極との間を熱電変換材料膜の外周において引き回された配線により接続する構成となっている。しかしながら、このような構成の場合、配線を引き回す全体の長さが長くなり、配線の抵抗が増加するため、十分な出力が得られなくなるといった問題があった。

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、出力の向上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） 厚み方向において互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基材と、
前記基材の前記第１の面側の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とのうち、前記第１の方向に並ぶ複数の熱電変換素子を各々有して、前記第２の方向に並んで配置された複数の熱電変換素子列と、
前記熱電変換素子列を構成する各熱電変換素子の前記第２の方向における一端側に設けられた第１の電極及び前記各熱電変換素子の前記第２の方向における他端側に設けられた第２の電極と、
前記第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子が互いに直列に接続されるように、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第１の配線と、
前記第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子とが互いに直列に接続されるように、前記一方の熱電変換素子列及び前記他方の熱電変換素子列の前記第１の方向において最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子の前記第１の電極同士の間又は前記第２の電極同士の間を電気的に接続する第２の配線とを備える熱電変換装置。
（２） 前記熱電変換素子列を構成する熱電変換素子のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる電流の方向が同じ向きとなる熱電変換素子が、前記第１の方向に並んで配置されていることを特徴とする前記（１）に記載の熱電変換装置。
（３） 前記熱電変換素子列を構成する熱電変換素子のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる電流の方向が逆向きとなる熱電変換素子が、前記第２の方向に交互に並んで配置されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の熱電変換装置。
（４） 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極と前記他方の電極との間に配置された直線形状の前記第１の配線を介して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） 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極と前記他方の電極との間に配置された屈曲した形状の前記第１の配線を介して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。
（６） 前記第１の方向と前記第２の方向とが、互いに非直交した関係であ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。
（７） 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極及び前記他方の電極と同一直線上に並ぶ前記第１の配線を介して電気的に接続さ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） 前記熱電変換素子列を構成する各熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極とが前記第１の方向にずれて配置されていることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか一項に記載の熱電変換装置。
（９） 前記基材の前記第１の面側に配置された第１の伝熱部材を備え、
前記第１の伝熱部材は、温接点側と冷接点側との何れか一方となる前記第１の電極及び前記第２の電極と伝熱部を介して熱的に接合されていることを特徴とする前記（１）〜（８）の何れか一項に記載の熱電変換装置。
（１０） 前記基材の前記第２の面側に配置されて、前記基材と熱的に接合される第２の伝熱部材を備えることを特徴とする前記（９）に記載の熱電変換装置。

以上のように、本発明を適用した熱電変換装置では、各熱電変換素子の間で引き回される配線の全体の長さを短縮し、配線の全体の抵抗を下げることによって、各熱電変換素子で発生した電流が配線を流れる際の損失を抑えることができる。その結果、熱電変換装置において出力の向上を図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概略構成を示す平面図である。 図１中に示す線分Ａ−Ａによる熱電変換装置の断面図である。 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平面図である。 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平面図である。 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平面図である。 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平面図である。 本発明の第６の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す断面図である。

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及び図２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の概略構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ−Ａによる熱電変換装置１Ａの断面図である。

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の基板２の面内における第１の方向、Ｙ軸方向を熱電変換装置１Ａの基板２の面内における第２の方向、Ｚ軸方向を熱電変換装置１Ａの基板２の面内に対して直交する第３の方向（厚み／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及び図２に示すように、基板２の面上に並んで配置された複数の熱電変換素子３を一対の端子４ａ，４ｂの間で直列に接続し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、例えば基板抵抗が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、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、基板抵抗が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。

複数の熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ上にマトリックス状に並んで配置されている。複数の熱電変換素子３は、ｎ型半導体又はｐ型半導体の何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）である熱電変換膜からなる。熱電変換素子３をｎ型の熱電変換膜とした場合は、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。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｎ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｎ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｎ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。

一方、熱電変換素子３をｐ型の熱電変換膜とした場合は、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。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｐ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｐ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｐ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。

さらに、熱電変換素子３は、上述したｎ型又はｐ型半導体の多層膜に必ずしも限定されるものではなく、ｎ型又はｐ型半導体の単層膜であってもよい。また、半導体として酸化物の半導体を用いることもできる。また、例えば、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。また、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、基板２の第１の面２ａ側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（Ｘ軸方向）と第２の方向（Ｙ軸方向）とのうち、第１の方向に並ぶ複数（本実施形態では４つ）の熱電変換素子３を各々有して、第２の方向に並んで配置された複数（本実施形態では６列）の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを備えている。

熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する各熱電変換素子３は、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、各熱電変換素子３は、第１の方向を長手方向とし、第２の方向を短手方向として、第１の方向に一定の間隔で並んで配置されている。さらに、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列と他方の熱電変換素子列とは、その間に一定の間隔を設けて互いに平行に並んで配置されている。

熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する各熱電変換素子３は、各熱電変換素子３の第２の方向における一端側（−Ｙ側）に設けられた第１の電極５と、各熱電変換素子３の第２の方向における他端側（＋Ｙ側）に設けられた第２の電極６とを有している。第１の電極５及び第２の電極６は、各熱電変換素子３と電気的に接続されている。

第１の電極５及び第２の電極６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、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。

第１の電極５と第２の電極６とは、熱電変換素子３の第２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沿った上面に配置されている。また、第１の電極５と第２の電極６とは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、熱電変換素子３の第２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接触した構成としてもよい。

第１の電極５及び第２の電極６は、熱電変換素子３の長手方向（第１の方向）の全域に亘って、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子３と他方の熱電変換素子３との各間において、一方の熱電変換素子３の第１の電極５（又は第２の電極６）と、他方の熱電変換素子３の第２の電極６（又は第１の電極５）とが互いに離間した状態で配置されている。

熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３のうち、第１の電極５側から第２の電極６側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第１の熱電変換素子３ａ」として区別する。）と、第２の電極６側から第１の電極５側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第２の熱電変換素子３ｂ」として区別する。）とを有している。

なお、図１では、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の方向と、一方の端子４ａに流れる電流の方向と、他方の端子４ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆは、第１の電極５と第２の電極６との間で流れる電流の方向が同じ向きとなる熱電変換素子３が、第１の方向に並んで配置された構成を有している。すなわち、熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆでは、第１の熱電変換素子３ａと第２の熱電変換素子３ｂとの何れか一方が第１の方向に並んで配置されている。

また、熱電変換装置１Ａは、第１の電極５と第２の電極６との間で流れる電流の方向が逆向きとなる熱電変換素子３が、第２の方向に交互に並んで配置された構成を有している。すなわち、熱電変換装置１Ａでは、第１の熱電変換素子３ａと第２の熱電変換素子３ｂとが第２の方向に交互に並んで配置されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅが複数の第１の熱電変換素子３ａにより構成され、熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆが複数の第２の熱電変換素子３ｂにより構成されている。

一対の端子４ａ，４ｂは、基板２の第１の面２ａ上に配置されている。なお、一対の端子４ａ，４ｂの材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。

一対の端子４ａ，４ｂのうち、一方の端子４ａは、第２の方向において最も一端側（−Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ａを構成する熱電変換素子３のうち、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（第１の熱電変換素子３ａ）の第１の電極５と電気的に接続されている。すなわち、一方の端子４ａは、この第１の電極５の長手方向（第１の方向）に連続しながら、第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

これに対して、他方の端子４ｂは、第２の方向において最も他端側（＋Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向において最も一端（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（第２の熱電変換素子３ｂ）の第１の電極５と電気的に接続されている。すなわち、他方の端子４ｂは、この第１の電極５の長手方向（第１の方向）に連続しながら、第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとを備えている。

複数の第１の配線７及び複数の第２の配線８ａ，８ｂは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、電気的に接続される第１の電極５又は第２の電極６と連続して形成されている。したがって、第１の配線７及び第２の配線８ａ，８ｂの材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。

第１の配線７は、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３のうち、第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子３と他方の熱電変換素子３との各間に配置されている。そして、第１の配線７は、一方の熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との何れか一方の電極と、他方の熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との何れか他方の電極との間を電気的に接続している。

具体的に、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の一方の電極（本実施形態では第２の電極６）と、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ＋１番目に位置する熱電変換素子３の他方の電極（本実施形態では第１の電極５）とが、直線形状の第１の配線７を介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）

第１の配線７は、第２の電極（一方の電極）６の長手方向（第１の方向）の他端と、第１の電極（他方の電極）５の長手方向（第１の方向）の一端とに連続しながら、第１の方向に対して斜め直線状に形成されることによって、これら第２の電極（一方の電極）６と第１の電極（他方の電極）５との間で引き回されている。

第２の配線８ａ，８ｂは、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列と他方の熱電変換素子列との第１の方向において最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子３よりも外側（−Ｘ側又は＋Ｘ側）に配置されている。そして、第２の配線８ａ，８ｂは、一方の熱電変換素子列及び他方の熱電変換素子列の第１の方向において最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子３の第１の電極５同士の間又は第２の電極６同士の間を電気的に接続している。

具体的に、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ−１（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅの第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の第２の電極６と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆの第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の第２の電極６とが、屈曲した形状の第２の配線８ａを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜３である。）

第２の配線８ａは、これら第２の電極６の長手方向（第１の方向）の他端と連続しながら、各第２の電極６よりも外側（＋Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第２の電極６の間で引き回されている。

また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄの第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の第１の電極５と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ＋１番目に位置する熱電変換素子列３Ｃ，３Ｅの第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の第１の電極５とが、屈曲した形状の第２の配線８ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜２である。）

第２の配線８ｂは、これら第１の電極５の長手方向（第１の方向）の一端と連続しながら、各第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第１の電極５の間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７を介して互いに直列に接続されている。また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間が複数の第２の配線８ａ，８ｂを介して互いに直列に接続されている。

熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する各熱電変換素子３は、温接点側となる第１の電極５又は第２の電極６（以下、まとめて「温接点側電極９」という。）と、冷接点側となる第２の電極６又は第１の電極５（以下、まとめて「冷接点側電極１０」という。）とを有している。

温接点側電極９は、第１の熱電変換素子３ａの第２の電極６及び第２の熱電変換素子３ｂの第１の電極５により構成されている。一方、冷接点側電極１０は、第１の熱電変換素子３ａの第１の電極５及び第２の熱電変換素子３ｂの第２の電極６により構成されている。したがって、温接点側電極９と冷接点側電極１０とは、第１の方向に各々並んで配置されると共に、第２の方向に交互に並んで配置されている。

温接点側電極９は、第２の方向において隣り合う第１の電極５及び第２の電極６により構成されている。また、冷接点側電極１０は、第２の方向において隣り合う第１の電極５及び第２の電極６により構成されている。

但し、第２の方向において最も一端側（−Ｙ側）に位置する第１の熱電変換素子３ａの第１の電極５と、第２の方向において最も他端側（＋Ｙ側）に位置する第２の熱電変換素子３ｂの第２の電極６とは、それぞれ単独で冷接点側電極１０を構成している。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、高温（加熱）側の第１の伝熱部材として、基板２の第１の面２ａ側に配置された第１の伝熱板１１を備えている。第１の伝熱板１１は、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは基板２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１１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１１は、複数の伝熱部材により構成されていてもよい。

第１の伝熱板１１は、温接点側電極９と伝熱部１２を介して熱的に接合されている。伝熱部１２は、第１の伝熱板１１と温接点側電極９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１２ａを有している。

本実施形態では、第１の伝熱板１１側から突出された凸部１２ａにより伝熱部１２が構成されている。凸部１２ａは、第１の伝熱板１１と一体に形成されているため、この凸部１２ａ（伝熱部１２）の材料としては、上述した第１の伝熱板１１で例示した材料と同じものを用いることができる。

本実施形態の伝熱部１２は、第１の伝熱板１１の各温接点側電極９と対向する位置から基板２側（−Ｚ側）に向けて突出された複数の凸部１２ａを有している。各凸部１２ａは、平面視で矩形状（本実施形態では断面長方形状）を有して、各温接点側電極９を構成する第１の電極５及び第２の電極６と重なる範囲Ｔ１で突出して設けられている。

また、各凸部１２ａの先端は、例えば絶縁性の接合材（図示せず。）を介して各温接点側電極９と電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。接合材は、空気よりも熱伝導率の高い絶縁材料からなる。そのような接合材の材料としては、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、伝熱部１２は、上述した凸部１２ａの先端に設けられた絶縁層等により温接点側電極９と電気的に絶縁されている場合、又は、凸部１２ａの先端と温接点側電極９との間で電気的な絶縁性が問題とならない場合、上述した絶縁性の接合材を介さずに温接点側電極９と直接接合されていてもよい。

また、伝熱部１２は、上述した第１の伝熱板１１側から突出された凸部１２ａにより構成された場合に限らず、温接点側電極９側から突出された凸部１２ａにより構成することも可能である。この場合、凸部１２ａは、温接点側電極９（第１の電極５及び第２の電極６）と一体に形成されているため、この凸部１２ａ（伝熱部１２）の材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。

さらに、伝熱部１２として、第１の伝熱板１１と温接点側電極９との間を熱的に接合する別の伝熱部材（上記接合材を含む。）を設けることも可能である。例えば、温接点側電極９の厚みを冷接点側電極１０の厚みよりも大きくすることによって、第１の伝熱板１１と温接点側電極９とが、上述した凸部１２ａを介さずに、伝熱部１２としての上記接合材を介して熱的に接合された構成とすることも可能である。

また、第１の伝熱板１１と温接点側電極９とは、上述した伝熱部１２を介して熱的に接合された構成に限らず、第１の伝熱板１１の表面に設けられた絶縁層等により、第１の伝熱板１１と温接点側電極９とが電気的に絶縁されている場合、又は、第１の伝熱板１１と温接点側電極９との間で電気的な絶縁性が問題とならない場合には、上述した絶縁性の接合材を介さずに、第１の伝熱板１１と温接点側電極９とを直接接合した構成とすることも可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した第１の伝熱板１１と温接点側電極９との間を伝熱部１２（凸部１２ａ）を介して接合することによって、基板２の第１の面２ａ側と第１の伝熱板１１との間に空間Ｋ１が設けられている。

なお、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した空間Ｋ１に伝熱部１２よりも熱伝導性が低い材料からなる断熱材を充填することも可能である。すなわち、伝熱部１２は、第１の伝熱板１１と温接点側電極９との間において、その周囲（空間Ｋ１や断熱材）よりも相対的に熱伝導率が高い部分を形成している。

本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、基板２において、少なくとも冷接点側電極１０と対向する部分の厚みが、少なくとも温接点側電極９と対向する部分の厚みよりも厚くなる構成を有している。

具体的に、基板２の第１の面２ａが平面であるのに対して、基板２の第２の面２ｂには、複数（本実施形態では４つ）の凸部１３ａと、複数（本実施形態では３つ）の凹部１３ｂとが第２の方向に交互に並んで設けられている。

複数の凸部１３ａは、各冷接点側電極１０と平面視で重なる範囲Ｔ２を含んで一定の高さで突出して設けられている。複数の凹部１３ｂは、複数の凸部１３ａの各間に亘って一定の深さで凹んで設けられている。これにより、基板２の凸部１３ａが設けられた部分の厚みが、凹部１３ｂが設けられた部分の厚みよりも厚くなっている。なお、第２の方向の両端に位置する凸部１３ａは、第２の面２ｂの第２の方向の両端まで一定の高さで延長して設けられている。

以上のような構成を有する熱電変換装置１Ａでは、第１の伝熱板１１を高温（加熱）側に配置し、基板２の第２の面２ｂを低温（放熱／冷却）側に配置する。これにより、第１の伝熱板１１から凸部１２ａ（伝熱部１２）を介して温接点側電極９に伝わる熱によって、各熱電変換素子３の温接点側電極９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、冷接点側電極１０から基板２の凸部１３ａを介して外部に放熱されるため、各熱電変換素子３の冷接点側電極１０側が相対的に低温となる。したがって、各熱電変換素子３の温接点側電極９と冷接点側電極１０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５と第２の電極６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５と第２の電極６との間には、ゼーベック効果による起電力（電圧）が発生し、各熱電変換素子３には、冷接点側電極１０から温接点側電極９に向けて電流が流れる。

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、一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間には、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、これら一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間からは、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。また、一方の端子４ａ側から他方の端子４ｂ側に向けて電流を流すことが可能である。

本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとが、一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、一対の端子４ａ，４ｂの間で、複数の熱電変換素子３を直列に接続するために引き回される配線７，８ａ，８ｂの全体の長さを従来よりも短縮し、これらの配線７，８ａ，８ｂの全体の抵抗を下げることができる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、各熱電変換素子３で発生した電流が配線７，８ａ，８ｂを流れる際の損失を抑えることができ、その結果、出力（電力）の向上を図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３に示す熱電変換装置１Ｂについて説明する。なお、図３は、熱電変換装置１Ｂの概略構成を示す平面図である。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３に示すように、上述した一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回される第１の配線７及び第２の配線８ａ，８ｂの配置が上記熱電変換装置１Ａと異なる以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

なお、図３では、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の方向と、一方の端子４ａに流れる電流の方向と、他方の端子４ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

具体的に、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の一方の電極（本実施形態では第１の電極５）と、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ＋１番目に位置する熱電変換素子３の他方の電極（本実施形態では第２の電極６）とが、直線形状の第１の配線７を介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）

第１の配線７は、第１の電極（一方の電極）５の長手方向（第１の方向）の他端と、第２の電極（他方の電極）６の長手方向（第１の方向）の一端とに連続しながら、第１の方向に対して斜め直線状に形成されることによって、これら第１の電極（一方の電極）５と第２の電極（他方の電極）６との間で引き回されている。

また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ−１（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅの第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の第１の電極５と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆの第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の第１の電極５とが、屈曲した形状の第２の配線８ａ，８ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜３である。）

第２の配線８ａ，８ｂは、これら第１の電極５の長手方向（第１の方向）の他端と連続しながら、各第１の電極５よりも外側（＋Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第１の電極５の間で引き回されている。

また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄの第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の第２の電極６と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ＋１番目に位置する熱電変換素子列３Ｃ，３Ｅの第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の第２の電極６とが、屈曲した形状の第２の配線８ａ，８ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜２である。）

第２の配線８ａ，８ｂは、これら第２の電極６の長手方向（第１の方向）の一端と連続しながら、各第２の電極６よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第２の電極６の間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７を介して互いに直列に接続されている。また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間が複数の第２の配線８ａ，８ｂを介して互いに直列に接続されている。

また、一対の端子４ａ，４ｂのうち、一方の端子４ａは、第２の方向において最も一端側（−Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ａを構成する熱電変換素子３のうち、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（第１の熱電変換素子３ａ）の第２の電極６と電気的に接続されている。すなわち、一方の端子４ａは、この第２の電極６の長手方向（第１の方向）に連続しながら、第２の電極６よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

これに対して、他方の端子４ｂは、第２の方向において最も他端側（＋Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向において最も一端（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（第２の熱電変換素子３ｂ）の第２の電極６と電気的に接続されている。すなわち、他方の端子４ｂは、この第２の電極６の長手方向（第１の方向）に連続しながら、第２の電極６よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上記熱電変換装置１Ａとは逆に、他方の端子４ｂ側から一方の端子４ａ側に向けて電流を流すことが可能である。

本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとが、一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、一対の端子４ａ，４ｂの間で、複数の熱電変換素子３を直列に接続するために引き回される配線７，８ａ，８ｂの全体の長さを従来よりも短縮し、これらの配線７，８ａ，８ｂの全体の抵抗を下げることができる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、各熱電変換素子３で発生した電流が配線７，８ａ，８ｂを流れる際の損失を抑えることができ、その結果、出力（電力）の向上を図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４に示す熱電変換装置１Ｃについて説明する。なお、図４は、熱電変換装置１Ｃの概略構成を示す平面図である。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１Ｃは、図４に示すように、上述した第１の配線７の形状が上記熱電変換装置１Ａと異なる以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

なお、図４では、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の方向と、一方の端子４ａに流れる電流の方向と、他方の端子４ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

具体的に、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の一方の電極（本実施形態では第２の電極６）と、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ＋１番目に位置する熱電変換素子３の他方の電極（本実施形態では第１の電極５）とが、屈曲した形状の第１の配線７を介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）

第１の配線７は、第２の電極（一方の電極）６の長手方向（第１の方向）の他端と、第１の電極（他方の電極）５の長手方向（第１の方向）の一端とに連続しながら、各電極よりも突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第２の電極（一方の電極）６と第１の電極（他方の電極）５との間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７を介して互いに直列に接続された構成となっている。

本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとが、一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、一対の端子４ａ，４ｂの間で、複数の熱電変換素子３を直列に接続するために引き回される配線７，８ａ，８ｂの全体の長さを従来よりも短縮し、これらの配線７，８ａ，８ｂの全体の抵抗を下げることができる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、各熱電変換素子３で発生した電流が配線７，８ａ，８ｂを流れる際の損失を抑えることができ、その結果、出力（電力）の向上を図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５に示す熱電変換装置１Ｄについて説明する。なお、図５は、熱電変換装置１Ｄの概略構成を示す平面図である。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１Ｄは、図５に示すように、上述した熱電変換素子３、第１の配線７及び第２の配線８ａ，８ｂの形状が上記熱電変換装置１Ａと異なる以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

なお、図５では、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の方向と、一方の端子４ａに流れる電流の方向と、他方の端子４ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

具体的に、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する各熱電変換素子３は、平面視で平行四辺形状を有している。また、第１の電極５と第２の電極６とは、この熱電変換素子３の形状に合わせて、第１の方向にずれて配置されている。本実施形態では、第２の電極６が第１の電極５よりも第１の方向の他端側（＋Ｘ側）にずれて配置されている。

また、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の一方の電極（本実施形態では第２の電極６）と、第１の方向の一端側（−Ｘ側）からｎ＋１番目に位置する熱電変換素子３の他方の電極（本実施形態では第１の電極５）とが、直線形状の第１の配線７を介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）

第１の配線７は、第２の電極（一方の電極）６の長手方向（第１の方向）の他端と、第１の電極（他方の電極）５の長手方向（第１の方向）の一端とに連続しながら、第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第２の電極（一方の電極）６と第１の電極（他方の電極）５との間で引き回されている。

また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ−１（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅの第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の第２の電極６と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆの第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の第２の電極６とが、直線形状の第２の配線８ａを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜３である。）

第２の配線８ａは、これら第２の電極６の長手方向（第１の方向）の他端と連続しながら、第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第２の電極６の間で引き回されている。

また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄの第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の第１の電極５と、第２の方向の一端側（−Ｙ側）から２ｍ＋１番目に位置する熱電変換素子列３Ｃ，３Ｅの第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の第１の電極５とが、直線形状の第２の配線８ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜２である。）

第２の配線８ｂは、これら第１の電極５の長手方向（第１の方向）の一端と連続しながら、第１の方向とは直交する方向（第２の方向）に直線状に形成されることによって、これら第１の電極５の間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７を介して互いに直列に接続されている。また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間が複数の第２の配線８ａ，８ｂを介して互いに直列に接続されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとが、一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、一対の端子４ａ，４ｂの間で、複数の熱電変換素子３を直列に接続するために引き回される配線７，８ａ，８ｂの全体の長さを従来よりも短縮し、これらの配線７，８ａ，８ｂの全体の抵抗を下げることができる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、各熱電変換素子３で発生した電流が配線７，８ａ，８ｂを流れる際の損失を抑えることができ、その結果、出力（電力）の向上を図ることが可能である。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態として、例えば図６に示す熱電変換装置１Ｅについて説明する。なお、図６は、熱電変換装置１Ｅの概略構成を示す平面図である。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１Ｅは、図６に示すように、上述した熱電変換素子３の配列、並びに第１の配線７の形状が上記熱電変換装置１Ａと異なる以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

なお、図６では、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の方向と、一方の端子４ａに流れる電流の方向と、他方の端子４ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

また、図６では、上記図１と同じＸＹＺ直交座標系を設定するものの、基板２の第１の面２ａ側の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とが非直交した関係となっている。すなわち、本実施形態では、第２の方向がＹ軸方向に対して平行な方向であるのに対し、第１の方向が第２の方向に対して非直交した方向（Ｘ軸方向に対して斜め方向）となっている。

具体的に、基板２の第１の面２ａ側の面内において互いに交差（本実施形態では非直交）する第１の方向と第２の方向とのうち、第１の方向に並ぶ複数（本実施形態では４つ）の熱電変換素子３を各々有して、第２の方向に並んで配置された複数（本実施形態では６列）の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを備えている。したがって、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３は、Ｘ軸方向に対して斜めに並んで配置されている。

また、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向の一端側からｎ（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の一方の電極（本実施形態では第２の電極６）と、第１の方向の一端側からｎ＋１番目に位置する熱電変換素子３の他方の電極（本実施形態では第１の電極５）とが、一方の電極及び他方の電極と同一直線上に並ぶ直線形状の第１の配線７を介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）

第１の配線７は、第２の電極（一方の電極）６の長手方向（第１の方向）の他端と、第１の電極（他方の電極）５の長手方向（第１の方向）の一端とに連続しながら、第２の電極（一方の電極）６及び第１の電極（他方の電極）５と同一直線上に並んで直線状に形成されることによって、これら第２の電極（一方の電極）６と第１の電極（他方の電極）５との間で引き回されている。すなわち、第２の電極（一方の電極）６、第１の電極（他方の電極）５及び第１の配線７は、一直線上に並んで形成されている。

これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７を介して互いに直列に接続されている。また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間が複数の第２の配線８ａ，８ｂを介して互いに直列に接続されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上述した各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７と、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆのうち、第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｆの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとが、一対の端子４ａ，４ｂの間で引き回されている。

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４ａ，４ｂの間で、複数の熱電変換素子３を直列に接続するために引き回される配線７，８ａ，８ｂの全体の長さを従来よりも短縮し、これらの配線７，８ａ，８ｂの全体の抵抗を下げることができる。

したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ｅでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、各熱電変換素子３で発生した電流が配線７，８ａ，８ｂを流れる際の損失を抑えることができ、その結果、出力（電力）の向上を図ることが可能である。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態として、例えば図７に示す熱電変換装置１Ｆについて説明する。なお、図７は、熱電変換装置１Ｆの概略構成を示す断面図である。また、図７は、上記図１中に示す線分Ａ−Ａに対応した熱電変換装置１Ｆの断面図である。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１Ｆは、図７に示すように、上述した基板２の第２の面２ｂ側に配置されて、基板２と熱的に接合される第２の伝熱板１４を備える以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、本実施形態の熱電変換装置１Ｆは、高温（加熱）側となる第１の伝熱板１１と、低温（放熱／冷却）側となる第２の伝熱板１４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。

第２の伝熱板１４は、低温（放熱／冷却）側の第２の伝熱部材として、基板２の第２の面２ｂ側に配置されている。第２の伝熱板１４は、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは基板２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１４の材料としては、上述した第１の伝熱板１１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１４は、複数の伝熱部材により構成されていてもよい。

第２の伝熱板１４は、平行平板状に形成されて、伝熱部となる複数の凸部１３ａと当接されることによって、基板２と熱的に接合されている。これにより、第２の伝熱板１４は、冷接点側電極１０と厚み方向において重なる範囲Ｔ３で、凸部１３ａを介して基板２と熱的に接合されている。また、基板２の第２の面２ｂと第２の伝熱板１４との間には、空間Ｋ２が設けられている。

本実施形態の熱電変換装置１Ｆでは、第１の伝熱板１１を高温（加熱）側に配置し、第２の伝熱板１４を低温（放熱／冷却）側に配置する。これにより、第１の伝熱板１１から伝熱部１２（凸部１２ａ）を介して温接点側電極９に伝わる熱によって、各熱電変換素子３の温接点側電極９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、冷接点側電極１０から基板２及び第２の伝熱板１４を介して外部に放熱されるため、各熱電変換素子３の冷接点側電極１０側が相対的に低温となる。したがって、各熱電変換素子３の温接点側電極９と冷接点側電極１０との間に温度差を発生させることが可能である。

なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｆでは、上記熱電変換装置１Ａに示す構成に加えて、図７に示す第２の伝熱板１４を追加した構成を例示しているが、上記熱電変換装置１Ｂ〜１Ｅに示す構成についても同様に、図７に示す第２の伝熱板１４を追加した構成とすることが可能である。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態として、例えば図８に示す熱電変換装置１Ｇについて説明する。なお、図８は、熱電変換装置１Ｇの概略構成を示す断面図である。また、図８は、上記図１中に示す線分Ａ−Ａに対応した熱電変換装置１Ｇの断面図である。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１Ｇは、図８に示すように、上述した基板２の第２の面２ｂが平面であり、この第２の面２ｂ側に配置された第２の伝熱板１４が伝熱部１５を介して基板２と熱的に接合された構成となっている以外は、上記熱電変換装置１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、伝熱部１５は、第２の伝熱板１４の各冷接点側電極１０と対向する位置から基板２側（＋Ｚ側）に向けて突出された複数の凸部１５ａを有している。凸部１５ａは、第２の伝熱板１４と一体に形成されているため、この凸部１５ａ（伝熱部１５）の材料としては、上述した第２の伝熱板１４（第１の伝熱板１１）で例示した材料と同じものを用いることができる。

各凸部１５ａは、平面視で矩形状（本実施形態では断面長方形状）を有して、各冷接点側電極１０を構成する第１の電極５及び第２の電極６と重なる範囲Ｔ４で突出して設けられている。これにより、第２の伝熱板１４は、冷接点側電極１０と厚み方向において重なる範囲Ｔ４で、凸部１５ａ（伝熱部１５）を介して基板２と熱的に接合されている。また、基板２の第２の面２ｂと第２の伝熱板１４との間には、空間Ｋ２が設けられている。

なお、本実施形態では、上述した空間Ｋ２に伝熱部１５よりも熱伝導性が低い材料からなる断熱材を充填することも可能である。すなわち、伝熱部１５は、基板２の第２の面２ｂと第２の伝熱板１４との間において、その周囲（空間Ｋ２や断熱材）よりも相対的に熱伝導率が高い部分を形成している。

また、第２の伝熱板１４については、上述した構成以外にも、放熱又は冷却に適した形状とすることも可能である。例えば、第２の伝熱板１４を空冷するため、放熱フィン（ヒートシンク）を第２の伝熱板１４の基板２とは反対側の面に設けた構成としてもよい。また、第２の伝熱板１４を水冷するため、第２の伝熱板１４の内部に冷却液を流通させる流路を設けた構成としてもよい。また、伝熱部１５については、上述した構成以外にも、基板２と第２の伝熱板１４との間を熱的に接合する別の伝熱部材を設けることも可能である。

なお、本実施形態の熱電変換装置１Ｇでは、上記熱電変換装置１Ａに示す構成に変更を加えて、図８に示す第２の伝熱板１４及び伝熱部１５を追加した構成を例示しているが、上記熱電変換装置１Ｂ〜１Ｅに示す構成についても同様の変更を加えて、図８に示す第２の伝熱板１４及び伝熱部１５を追加した構成とす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、上記実施形態では、上述したｎ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合を例示しているが、それとは逆にｐ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合は、一対の端子４ａ，４ｂの間で複数の熱電変換素子３に流れる電流の方向（矢印の向き）が逆向きとなる。

また、上記実施形態では、上述した高温（加熱）側に配置された第１の伝熱板１１が伝熱部１２（凸部１２ａ）を介して温接点側電極９と熱的に接合された構成となっているが、それとは逆に低温（放熱／冷却）側に配置された第１の伝熱板１１が伝熱部１２（凸部１２ａ）を介して冷接点側電極１０と熱的に接合された構成としてもよい。この場合、基板２の第２の面２ｂを高温（加熱）側に配置すればよい。

また、上記実施形態では、上述した第１の伝熱板１１と第２の伝熱板１４との間に、複数の熱電変換素子３が配置された１つの基板２を挟み込んだ構成を例示しているが、第１の伝熱板１１と第２の伝熱板１４との間に、複数の熱電変換素子３が配置された複数の基板２を挟み込んだ構成としてもよい。

１Ａ〜１Ｇ…熱電変換装置 ２…基板（基材） ２ａ…第１の面 ２ｂ…第２の面 ３…熱電変換素子 ３Ａ〜３Ｆ…熱電変換素子列 ３ａ…第１の熱電変換素子 ３ｂ…第２の熱電変換素子 ４ａ…一方の端子 ４ｂ…他方の端子 ５…第１の電極 ６…第２の電極 ７…第１の配線 ８ａ，８ｂ…第２の配線 ９…温接点側電極 １０…冷接点側電極 １１…第１の伝熱板（第１の伝熱部材） １２…伝熱部 １２ａ…凸部 １３ａ…凸部 １３ｂ…凹部 １４…第２の伝熱板（第２の伝熱部材） １５…伝熱部 １５ａ…凸部

Claims (10)

1. 厚み方向において互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基材と、
   前記基材の前記第１の面側の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とのうち、前記第１の方向に並ぶ複数の熱電変換素子を各々有して、前記第２の方向に並んで配置された複数の熱電変換素子列と、
   前記熱電変換素子列を構成する各熱電変換素子の前記第２の方向における一端側に設けられた第１の電極及び前記各熱電変換素子の前記第２の方向における他端側に設けられた第２の電極と、
   前記第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子が互いに直列に接続されるように、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する前記第１の配線と、
   前記第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子とが互いに直列に接続されるように、前記一方の熱電変換素子列及び前記他方の熱電変換素子列の前記第１の方向において最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子の前記第１の電極同士の間又は前記第２の電極同士の間を電気的に接続する第２の配線とを備える熱電変換装置。
2. 前記熱電変換素子列を構成する熱電変換素子のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる電流の方向が同じ向きとなる熱電変換素子が、前記第１の方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記熱電変換素子列を構成する熱電変換素子のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる電流の方向が逆向きとなる熱電変換素子が、前記第２の方向に交互に並んで配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電変換装置。
4. 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極と前記他方の電極との間に配置された直線形状の前記第１の配線を介して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. 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極と前記他方の電極との間に配置された屈曲した形状の前記第１の配線を介して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。
6. 前記第１の方向と前記第２の方向とが、互いに非直交した関係であ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。
7. 前記一方の電極と前記他方の電極とが、前記一方の電極及び前記他方の電極と同一直線上に並ぶ前記第１の配線を介して電気的に接続さ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. 前記熱電変換素子列を構成する各熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極とが前記第１の方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱電変換装置。
9. 前記基材の前記第１の面側に配置された第１の伝熱部材を備え、
   前記第１の伝熱部材は、温接点側と冷接点側との何れか一方となる前記第１の電極及び前記第２の電極と伝熱部を介して熱的に接合されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の熱電変換装置。
10. 前記基材の前記第２の面側に配置されて、前記基材と熱的に接合される第２の伝熱部材を備えることを特徴とする請求項９に記載の熱電変換装置。

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