JP2021034544A - Thermoelectric module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電モジュール、及び、熱電モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric module and a method for manufacturing a thermoelectric module.
例えば、特許文献1には、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた複数の熱電変換素子と、前記基板の表面に設けられた導体からなり複数の前記熱電変換素子の間を接続して回路を構成する配線と、前記回路に接続された端子を有する端子部とを備え、前記端子部は絶縁層と導体層が積層されてフレキシブルに構成された、熱電変換モジュールが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a pair of substrates, a plurality of thermoelectric conversion elements provided between the pair of substrates, and a plurality of thermoelectric conversion elements composed of conductors provided on the surface of the substrate are interposed between the pair of substrates. A thermoelectric conversion module is disclosed, which includes wiring for connecting to form a circuit and a terminal portion having terminals connected to the circuit, and the terminal portion is flexibly configured by laminating an insulating layer and a conductor layer. ing.
本発明は、熱電モジュール内における回路設計の自由度を向上させた熱電モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric module having an improved degree of freedom in circuit design in the thermoelectric module.
本発明に係る熱電モジュールは、収容室と、前記収容室内に収容され、熱電素子が含まれた複数の熱電ユニットと、前記熱電ユニットそれぞれに接続され、前記収容室の外に露出している電極とを有し、前記熱電ユニットは、前記収容室内において、互いに電気的に接続していない。 The thermoelectric module according to the present invention includes an accommodation chamber, a plurality of thermoelectric units housed in the accommodation chamber and including a thermoelectric element, and electrodes connected to each of the thermoelectric units and exposed to the outside of the accommodation chamber. The thermoelectric units are not electrically connected to each other in the accommodation chamber.
好適には、前記収容室の外において、一方の前記熱電ユニットの前記電極と、他の前記熱電ユニットの前記電極とを電気的に接続する導線をさらに有する。 Preferably, outside the containment chamber, it further has a lead wire that electrically connects the electrode of one thermoelectric unit and the electrode of the other thermoelectric unit.
また、本発明に係る熱電モジュールの製造方法は、収容室内において互いに電気的に接続しないよう、熱電素子が含まれた複数の熱電ユニットを当該収容室内に配列する工程と、前記熱電ユニットそれぞれに接続された電極を前記収容室の外に露出するよう、当該収容室内に前記熱電ユニットを収容する工程とを有する。 Further, the method for manufacturing a thermoelectric module according to the present invention includes a step of arranging a plurality of thermoelectric units including thermoelectric elements in the accommodation chamber and connecting to each of the thermoelectric units so as not to electrically connect to each other in the accommodation chamber. It has a step of accommodating the thermoelectric unit in the accommodating chamber so that the electrode is exposed to the outside of the accommodating chamber.
好適には、前記収容室の外おいて、一方の前記熱電ユニットの前記電極と、他の前記熱電ユニットの前記電極とを導線により電気的に接続する工程をさらに有する。 Preferably, it further comprises a step of electrically connecting the electrode of one thermoelectric unit and the electrode of the other thermoelectric unit by a lead wire outside the storage chamber.
好適には、前記導線により電気的に接続する工程において、直列接続及び並列接続の少なくとも一方の接続形態により、一方の前記記熱電ユニットと他の前記熱電電ユニットとを電気的に接続する。 Preferably, in the step of electrically connecting by the lead wire, one thermoelectric unit and the other thermoelectric unit are electrically connected by at least one connection form of series connection and parallel connection.
本発明によれば、熱電モジュール内における回路設計の自由度を向上させることができる。 According to the present invention, the degree of freedom in circuit design in the thermoelectric module can be improved.
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、図1〜図3を参照し、本実施形態における熱電モジュール1の構成を説明する。
図1は、本実施形態における熱電モジュール1の構成を例示する組立斜視図である。
図2は、本実施形態における熱電モジュール1の構成を例示する分解斜視図である。なお、説明の便宜上、図2の封止材30を除いている。
図3は、図1及び図2における熱電ユニット20の構成の詳細を例示する図であり、図3(A)は、熱電ユニット20A及び熱電ユニット20Cの構成を例示し、図3(B)は、熱電ユニット20B及び熱電ユニット20Dの構成を例示する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the thermoelectric module 1 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is an assembly perspective view illustrating the configuration of the thermoelectric module 1 in the present embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the thermoelectric module 1 in the present embodiment. For convenience of explanation, the
FIG. 3 is a diagram illustrating the details of the configuration of the
図1〜図3に例示するように、熱電モジュール1は、基板10と、熱電ユニット20と、封止材30と、収容室40と、リード線50とを有する。熱電ユニット20および封止材30は、2枚一組の基板10(基板10A及び基板10B)の間に設けられている。熱電ユニット20の電極は、封止材30により封止した領域(収容室40)の外に露出している。また、配列された複数の熱電ユニット20は、封止材30により封止した領域(収容室40)外において、リード線50により電気的に接続している。
As illustrated in FIGS. 1 to 3, the thermoelectric module 1 has a
基板10は、一方の面に絶縁膜を設けた金属製の平板、絶縁性のセラミックス製の平板、または、合成樹脂製の平板である。金属基板の場合はアルミニウムまたは銅、セラミックス基板の場合はアルミナまたは窒化アルミニウム、合成樹脂基板の場合はガラスエポキシ樹脂等で成形でき、熱伝導率が高い材料を用いる。なお、本例の基板10は、金属製の平板であり、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板である。また、基板10の一方の面に設けられた絶縁膜は、基板10と、後述する熱電ユニット20に含まれる第1電極板210や第2電極板212が電気的に非接続とする膜である。
The
熱電ユニット20は、収容室40内に収容され、熱電素子200が含まれた熱電素子のユニットである。熱電ユニット20は、図2及び図3に例示したように、左右方向に、熱電素子200を直線的に一列に接続して構成され、手前側から奥手側に複数並べて設けられる。設けられた熱電ユニット20A〜20Dは、収容室40内において、互いに電気的に接続していない。なお、本実施形態では、奥手側から手前側に向かって順に熱電ユニット20A、熱電ユニット20B、熱電ユニット20C、及び熱電ユニット20Dを配列している。なお、以下、熱電ユニット20A〜熱電ユニット20Dを特に区別する必要がない場合は、単に熱電ユニット20と称呼する。
熱電ユニット20は、複数の熱電素子200を電気的に直列に接続したユニレグ型の熱電素子のユニットである。この熱電ユニット20は、n型の熱電素子のみ、あるいはp型の熱電素子のみを接続し構成している。また、図3(A)に例示するように、図2に例示した熱電ユニット20A及び熱電ユニット20Cは、略同様の構造であり、また図3(B)に例示するように、図2に例示した熱電ユニット20B及び熱電ユニット20Dは、略同様の構造である。なお、熱電ユニット20A及び熱電ユニット20Cと、熱電ユニット20B及び熱電ユニット20Dとは、互いに左右反転させた構造となっている。即ち、図2に例示した複数の熱電ユニット20は、奥手側から手前側に向かって向きが互い違いとなるよう配列している。以下、図3(A)に例示する熱電ユニット20A及び20Cの構成を、パターンAと称呼し、図3(B)に例示する熱電ユニット20B及び20Dの構成を、パターンBと称呼する。
The
The
図3に例示した熱電ユニット20は、熱電素子200と、第1電極板210と、第2電極板212とを有する。
熱電素子200は、熱及び電気エネルギーを相互に変換する材料(以下、熱電材料)を柱状に成形した素子である。熱電素子200は、多角の柱状である場合、三角柱、四角柱、又は五角柱であってもよいが、効率的に配列するには四角柱(例えば直方体又は立方体)が好ましい。また、熱電素子200に用いる熱電材料は、例えば、シリサイド系の熱電材料である。具体的には、マグネシウムシリサイド(Mg2Si)系の熱電材料であり、より具体的にはMgSiSn合金、又は、Mg2Si合金を主成分とする熱電材料である。ここで、マグネシウムシリサイドは、n型の熱電変換材料として非常に高性能であり、ユニレグ型の素子を構成するのに好ましい。なお、本例の熱電素子200に用いる熱電材料は、MgSiSn合金を主成分とする材料である。この熱電材料は、Mg2SiとMgOとで構成された母相と、母相中に形成された空孔と、空孔の壁面に付着した、シリコンを主成分とするシリコン層とを含む。母相は、MgSiSn合金において、化学組成が互いに異なる2つのSiリッチ相(第1Siリッチ相及び第2Siリッチ相と呼称する)を有する。第1Snリッチ相は、第2Siリッチ相よりSnの組成比率が高く、第2Siリッチ相は、第1Snリッチ相よりSiの組成比率が高い。また、熱電材料は、熱電材料の重量に対して1.0wt%以上20.0wt%以下のMgOを含有する。さらに、熱電材料を構成するシリコン層は、アモルファスSi、またはアモルファスSiと微結晶のSiとにより構成される。
The
The
第1電極板210は、一列に配列した複数の熱電素子200のうち、端に位置する熱電素子200に電気的に接続した、金属製の薄板の電極である。第1電極板210の材料にはステンレス、ニッケル鉄合金、銅・ニッケル合金、リン青銅、銅・鉄系合金等の材料を用いる。なお、本実施形態の第1電極板210は、錫メッキを施したSUS304の薄板である。第1電極板210は、熱電素子200A及び200Dそれぞれに接続し、収容室40の外に露出している。即ち、第1電極板210は、熱電ユニット20それぞれに接続され、収容室40の外に露出している。なお、第1電極板210は、本発明に係る電極の一例である。
また、第1電極板210と材料(例えば熱電素子200や基板10)の接合は、はんだ、導電性ペースト(例えば銀ペースト又は銅ペースト)又は導電性接着材を用いる。本実施形態についてははんだを用いて接合している。
The
Further, solder, a conductive paste (for example, silver paste or copper paste) or a conductive adhesive is used for joining the
第2電極板212は、一列に配列した複数の熱電素子のうち、隣り合う2つの熱電素子200を電気的に直列に接続した金属製の薄板の電極である。第2電極板212は、第1電極板210と同様に、電極の材料にはステンレス、ニッケル鉄合金、銅・ニッケル合金、リン青銅、銅・鉄系合金等の材料を用いる。なお、本実施形態の第2電極板212は、錫メッキを施したSUS304の薄板である。第2電極板212は、隣り合う2つの熱電素子200のうち、一方の熱電素子200の天面と、他の熱電素子200の底面とを電気的に接続する。第2電極板212と材料(例えば熱電素子200や基板10)の接合は、はんだ、導電性ペースト(例えば銀ペースト又は銅ペースト)又は導電性接着材を用いる。本実施形態についてははんだを用いて接合している。
The
封止材30は、図1及び図3に例示したように、基板10A及び基板10Bを接続すると共に、熱電素子200と第1電極板210の一部と第2電極板212とを封止する。本実施形態の封止材30は、基板10A及び基板10Bの間に不活性ガスもしくは充填材を充填した状態で封止し、収容室40を形成する。
収容室40は、基板10A、基板10B及び封止材30により形成された封止領域である。収容室40の内側には、不活性ガスを充填する共に熱電素子200を含んでいる。また、収容室40の外側には、各熱電ユニット20の第1電極板210が露出している。
As illustrated in FIGS. 1 and 3, the sealing
The
リード線50は、本発明に係る導線の一例であり、図1及び図2に例示したように、基板10B上に複数配列された熱電ユニット20と他の熱電ユニット20とを電気的に接続する導線である。本実施形態のリード線50は、封止材30により封止された領域の外側において、熱電ユニット20同士の第1電極板210を電気的に接続する。即ち、リード線50は、一方の熱電ユニット20の第1電極板210と、他の熱電ユニット20の第1電極板210とを電気的に接続する。
このように、本実施形態の熱電モジュール1は、封止材30により封止した領域の外側に第1電極板210を突出させることにより、封止材30により封止した領域の外側において、複数の熱電ユニット20同士を電気的に接続できる構造となっている。
The
As described above, the thermoelectric module 1 of the present embodiment has a plurality of thermoelectric modules 1 outside the region sealed by the sealing
次に、図3及び図4を参照し、熱電モジュール1の製造方法を説明する。
図4は、熱電モジュール1の製造方法(S10)を説明するフローチャートである。
図4に例示するように、ステップ100(S100)において、図3(A)に例示するパターンAに着目して説明すると、製造者は、はんだ、銀ペースト、銅ペースト、又は導電性接着材(以下、まとめて接合部材と称呼することもある)を用いて、熱電素子200A〜200Dを第2電極板212を介して直列に接合する。接合部材は、モジュールの利用される温度等の使用環境により決定する。以下、本例では、はんだを具体例とする。次に、製造者は、熱電素子200Aの天面と熱電素子200Dの底面とに第1電極板210をそれぞれ接合する。これにより、製造者は、一列の熱電素子ユニット20を製作する。
Next, a method of manufacturing the thermoelectric module 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing method (S10) of the thermoelectric module 1.
As illustrated in FIG. 4, in step 100 (S100), focusing on the pattern A illustrated in FIG. 3 (A), the manufacturer may describe the solder, silver paste, copper paste, or conductive adhesive ( Hereinafter, the thermoelectric elements 200A to 200D are joined in series via the
ステップ102(S102)において、製造者は、接合部材(本例でははんだ)を用いて、製作した複数の熱電ユニット20を基板10B上に配列すると共に接合し、一体的に構成する。なお、複数の熱電ユニット20は、互いに電気的に接続していない。このように、予め複数の熱電素子200をユニット化した熱電ユニット20を組み合わせることにより、基板10Bに配置する時間を短縮することができる。
In step 102 (S102), the manufacturer arranges and joins a plurality of manufactured
ステップ104(S104)において、製造者は、基板10Aと基板10Bとの間に熱電ユニット20が位置するよう、接合部材(本例でははんだ)を用いて、基板10Aと熱電ユニット20とを接合する。次に、製造者は、封止材30により、熱電ユニット20を包みながら封止する領域の内側に不活性ガスを充填し封止する(収容室40の製作)。このとき、収容室40内において、複数の熱電ユニット20は、互いに電気的に接続していない。すなわち、収容室40内において、互いに電気的に接続しないよう、複数の熱電ユニット20を収容室40内に配列している。また、収容室40の外には、第1電極板210が露出している。
In step 104 (S104), the manufacturer joins the
ステップ106(S106)において、製造者は、封止材30により封止した領域の外側に露出した第1電極板210にリード線50を接続し、熱電ユニット20同士を電気的に接続する。製造者は、直列接続及び並列接続の少なくとも一方の接続形態により、一方の記熱電ユニット20と他の熱電電ユニット20とを電気的に接続する。
このように、本製造方法によれば、熱電モジュール1を効率的に製造することができる。
In step 106 (S106), the manufacturer connects the
As described above, according to this manufacturing method, the thermoelectric module 1 can be efficiently manufactured.
[実施例1]
以下、図5〜図8を参照し、実施例1における熱電モジュール1を説明する。
図5は、実施例1における熱電モジュール1の構成を例示する模式図である。図5は、基板Aの上面側から見た図示例であり、説明の便宜上、基板10Aを除いている。
図6は、図5における熱電ユニット20A、20C、20E、及び20Gの構成を説明する図であり、図6(A)は側面図を例示する図であり、図6(B)は電気の流れを示する模式図である。
図7は、図5における熱電ユニット20B、20D、20F、及び20Hの構成を説明する図であり、図7(A)は側面図を例示する図であり、図7(B)は電気の流れを示する模式図である。
[Example 1]
Hereinafter, the thermoelectric module 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of the thermoelectric module 1 in the first embodiment. FIG. 5 is a illustrated example viewed from the upper surface side of the substrate A, and the
6A and 6B are views for explaining the configurations of the
7A and 7B are views for explaining the configurations of the
図5に例示するように、実施例1における熱電モジュール1は、基板10B上に8列の熱電ユニット20を配列し、収容室40の外側において、8列の熱電ユニット20がリード線50を通じて電気的に直列に接続されている。なお、熱電ユニット20A〜20Hを特に区別する必要がない場合は、単に熱電ユニット20と称呼する。一列の熱電ユニット20には、8個の熱電素子200が直線的に直列に配列されている。
As illustrated in FIG. 5, in the thermoelectric module 1 of the first embodiment, eight rows of
図6及び図7に例示するように、熱電ユニット20は、n型の熱電素子200を用いたユニレグ型の熱電ユニットである。図6に例示したパターンAの熱電ユニット20を発電用ユニットとして使用し、基板10Aを低温側とし、基板10Bを高温側とする場合には、左側が正(+)極、右側が負(−)極となる起電力が生じる。即ち、左側から右側の方向に電流が流れる。また、熱電ユニット20をペルチェ用ユニットとして使用し、左側が正(+)極、右側が負(−)極として電圧を与える場合には、左側から右側の方向に電流が流れる。即ち、基板10Aが加熱され、基板10Bが冷却される。
また、図7に例示したパターンBの熱電ユニット20は、図6に例示した熱電ユニット20と左右逆にした構成をとる。熱電ユニット20を発電用ユニットとして使用し、基板10Aを低温側とし、基板10Bを高温側とする場合には、左側が負(−)極、右側が正(+)極となる起電力が生じる。即ち、右側から左側の方向に電流が流れる。また、熱電ユニット20をペルチェ用ユニットとして使用し、左側が負(−)極、右側が正(+)極として電圧を与える場合には、右側から左側の方向に電流が流れる。即ち、基板10Aが加熱され、基板10Bが冷却される。
As illustrated in FIGS. 6 and 7, the
Further, the
図6及び図7に例示した熱電素子200は、MgSiSn合金を主成分とする、n型の熱電素子であり、直方体に成形した。熱電素子200のサイズは、縦2mm×横2mm×高さ4mmである。
基板10A及び基板10Bは、アルミニウム板の片面をアルマイト処理をした、縦40mm×横40mm×厚み0.5mmの平板を製作した。
第1電極板210及び第2電極板212は、0.1mm厚の錫メッキを表面全体に施したステンレス鋼板(SUS304)を製作した。
このように、熱電素子200と、基板10A及び基板10Bと、第1電極板210及び第2電極板212とを用いて、一列の熱電ユニット20を製作した。そして、製作した8列の熱電ユニット20を基板10B上に配列し、収容室40の外でリード線50を介して電気的に直列に接続した。これにより、図5に例示した合計64個の熱電素子200が直列に接続するようにした。
The
For the
For the
In this way, a row of
(実験条件)
図5に例示した熱電モジュール1に1Aから2Aの電流を流し、ペルチェモジュール特性を計測した。
(実験結果)
図8は、実施例1における熱電モジュール1のペルチェモジュール特性を示すグラフである。
図8に例示するように、基板10A及び基板10Bの間に温度差が無い(すなわち温度差0℃)場合は、基板10Aから10W〜15Wの吸熱量が得られた。
対して、基板10Aの温度が上昇し基板10A及び基板10Bの間に温度差が生じたときにおいて、1Aの電流を流した場合は13℃までは基板10Bから吸熱することが確認出来た。また、2Aの電流を流した場合は17℃までは基板10Bから吸熱することが確認出来た。
(Experimental conditions)
A current of 1A to 2A was passed through the thermoelectric module 1 illustrated in FIG. 5, and the Peltier module characteristics were measured.
(Experimental result)
FIG. 8 is a graph showing the Peltier module characteristics of the thermoelectric module 1 in the first embodiment.
As illustrated in FIG. 8, when there is no temperature difference between the
On the other hand, it was confirmed that when the temperature of the
[実施例2]
実施例2における熱電モジュール1は、上記実施例1における熱電モジュール1の熱電ユニット20の配列数を増やし、基板10B上に16列の熱電ユニット20を配列した。そして、収容室40の外側において、リード線50を通じて16列の熱電ユニット20を電気的に直列に接続した。なお、実施例1の熱電モジュール1と同様に、一列の熱電ユニット20には、8個の熱電素子200が直線的に直列に配列される。
熱電素子200は、MgSiSn合金を主成分とする、n型の熱電素子であり、直方体に成形した。熱電素子200のサイズは、縦2mm×横2mm×高さ5mmである。
基板10A及び基板10Bは、アルミニウム板の片面をアルマイト処理をした、縦20mm×横20mm×厚み1mmの平板を製作した。
第1電極板210及び第2電極板212は、実施例1と同様の構成であり、0.1mm厚の錫メッキを表面全体に施したステンレス鋼板(SUS304)を製作した。
このように、熱電素子200と、基板10A及び基板10Bと、第1電極板210及び第2電極板212とを用いて、一列の熱電ユニット20を製作した。そして、製作した16列の熱電ユニット20を基板10B上に配列し、収容室40の外でリード線50を通じて電気的に直列に接続した。これにより、実施例2における熱電モジュール1は、合計128個の熱電素子200が直列に接続するようにした。
[Example 2]
In the thermoelectric module 1 in the second embodiment, the number of arrangements of the
The
For the
The
In this way, a row of
(実験条件)
本例の熱電モジュール1に2Aの電流を流し、ペルチェモジュール特性を計測した。
(実験結果)
2Aの電流を流した場合は、基板10A及び基板10Bの間に17℃の温度差が生じることが確認出来た。
(Experimental conditions)
A current of 2 A was passed through the thermoelectric module 1 of this example, and the characteristics of the Peltier module were measured.
(Experimental result)
It was confirmed that a temperature difference of 17 ° C. was generated between the
[実施例3]
次に、図9を参照し、実施例3における熱電モジュール1を説明する。
図9は、実施例3における熱電モジュール1の構成を例示する模式図である。
図9に例示するように、実施例3における熱電モジュール1は、基板10B上に10列の熱電ユニット20が配列されており、収容室40の外において、リード線50で電気的に直列に接続されている。なお、熱電ユニット20A〜20Jを特に区別する必要がない場合は、単に熱電ユニット20と称呼する。一列の熱電ユニット20には、10個の熱電素子200が直線的に配列されている。
熱電ユニット20は、p型の熱電素子200を用いたユニレグ型の熱電ユニットである。p型の熱電素子200を用いた熱電ユニット20を発電用ユニットとして使用し場合、n型の熱電素子200を用いた熱電ユニット20と正負の極性が逆になる。具体的には、実施例1の図6に例示したパターンAの熱電ユニット20の基板10Aを低温側とし、基板10Bを高温側とすると、正負の極性が逆になり、パターンAの熱電ユニット20に流れる電流は、右側から左側の方向に電流が流れる。なお、右側から左側の方向に電流を流し、パターンAの熱電ユニット20をペルチェ用ユニットとして使用すると、基板10Aが加熱され高温側となり、基板10Bが冷却され低温側となる。
また同様に、p型の熱電素子200を用いた熱電ユニット20を発電用ユニットとして使用する場合、実施例1の図7に例示したパターンBの熱電ユニット20の基板10Aを低温側とし、基板10Bを高温側とすると、正負の極性が逆になり、パターンBの熱電ユニット20に流れる電流は、左側から右側の方向に電流が流れる。なお、左側から右側の方向に電流を流し、パターンBの熱電ユニット20をペルチェ用ユニットとして使用すると、基板10Aが加熱され高温側となり、基板10Bが冷却され低温側となる。
[Example 3]
Next, the thermoelectric module 1 in the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a schematic view illustrating the configuration of the thermoelectric module 1 in the third embodiment.
As illustrated in FIG. 9, in the thermoelectric module 1 in the third embodiment, ten rows of
The
Similarly, when the
熱電素子200は、Bi0.3Sb1.7Te3を主成分とする、p型の熱電素子であり、直方体に成形した。熱電素子200のサイズは、縦1.5mm×横1.5mm×高さ2mmである。
基板10A及び基板10Bは、アルミニウム板の片面をアルマイト処理をした、縦30mm×横30mm×厚み0.5mmの平板を製作した。
第1電極板210及び第2電極板212は、0.1mm厚の錫メッキを表面全体に施したステンレス鋼板(SUS304)を製作した。
このように、熱電素子200と、基板10A及び基板10Bと、第1電極板210及び第2電極板212とを用いて、1列の熱電ユニット20を製作した。そして、製作した10列の熱電ユニット20を基板10B上に配列し、収容室40の外でリード線50を通じて電気的に直列に接続した。これにより、図9に例示した合計100個の熱電素子200が直列に接続するようにした。
The
For the
For the
In this way, a row of
(実験条件)
図9に例示した熱電モジュール1の基板10Aを100℃、基板10Bを20℃に設定し、発生する電力を測定した。
(実験結果)
発生した起電力は、1.2Vで、熱電モジュール1全体の抵抗値が2.5Ωとなった。この結果より、熱電モジュール1に外部抵抗2.5Ωを接続することにより、約0.3Wの電力を取り出すことが確認できた。
(Experimental conditions)
The
(Experimental result)
The generated electromotive force was 1.2V, and the resistance value of the entire thermoelectric module 1 was 2.5Ω. From this result, it was confirmed that the electric power of about 0.3 W can be taken out by connecting the external resistance 2.5Ω to the thermoelectric module 1.
[実施例4]
次に、図10を参照し、実施例4における熱電モジュール1を説明する。
図10は、実施例4における熱電モジュール1の構成を例示する模式図である。
なお、図10に例示する実施例4における熱電モジュール1は、実施例3における熱電モジュール1の構成を熱電ユニット20の配列数、及び、熱電素子200の数を一部省略し、便宜上、簡略的に表示している。
図10に例示するように、実施例4における熱電モジュール1は、実施例3における熱電モジュール1の配線の一部を並列に接続したものである。熱電モジュール1内の配線方法において、直列接続と並列接続とを併用することにより、熱電モジュール1の抵抗を小さくすることが出来る。実施例2における熱電モジュール1に外部抵抗がある場合、モジュール全体の抵抗を適切に選定することができるため、熱電モジュール1からの最大出力を得ることができる。なお、この場合に発生する電圧も変化するので、熱電モジュール1からの最大出力が得られる接続方法を計算する必要がある。計算器で計算し、その結果に従い配線することにより、熱電モジュール1からの最大出力が得られる。今回、1Ωの外部抵抗に対して熱電モジュール1全体抵抗が1Ωになるように、直列接続と並列接続とを併用することにより、最大出力0.5Wを得ることが確認できた。
[Example 4]
Next, the thermoelectric module 1 in the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the configuration of the thermoelectric module 1 in the fourth embodiment.
In the thermoelectric module 1 in the fourth embodiment illustrated in FIG. 10, the configuration of the thermoelectric module 1 in the third embodiment is simplified by omitting a part of the number of arrangements of the
As illustrated in FIG. 10, the thermoelectric module 1 in the fourth embodiment is formed by connecting a part of the wiring of the thermoelectric module 1 in the third embodiment in parallel. In the wiring method in the thermoelectric module 1, the resistance of the thermoelectric module 1 can be reduced by using both the series connection and the parallel connection together. When the thermoelectric module 1 in the second embodiment has an external resistance, the resistance of the entire module can be appropriately selected, so that the maximum output from the thermoelectric module 1 can be obtained. Since the voltage generated in this case also changes, it is necessary to calculate the connection method in which the maximum output from the thermoelectric module 1 can be obtained. The maximum output from the thermoelectric module 1 can be obtained by calculating with a computer and wiring according to the result. This time, it was confirmed that a maximum output of 0.5 W can be obtained by using both series connection and parallel connection so that the total resistance of the thermoelectric module 1 becomes 1 Ω with respect to the external resistance of 1 Ω.
[実施例5]
次に、図11を参照し、実施例5における熱電モジュール1を説明する。
実施例5では、実施例3における熱電モジュール1に電流を流し、ペルチェモジュールとして使用した。
(実験条件)
実施例3における図9に例示した熱電モジュール1に1Aから2Aの電流を流し、ペルチェモジュール特性を計測した。
(実験結果)
図11は、実施例1における熱電モジュール1のペルチェモジュール特性を示すグラフである。
図11に例示するように、基板10A及び基板10Bの間に温度差が無い(すなわち温度差0℃)場合は、基板10Bから14W〜20Wの吸熱量が得られた。
対して、基板10Aの温度が上昇し基板10A及び基板10Bの間に温度差が生じたときにおいて、1Aの電流を流した場合は18℃までは基板10Bから吸熱することが確認出来た。また、2Aの電流を流した場合は24℃までは基板10Bから吸熱することが確認出来た。
このように、実施例1〜5におけるユニレグ構造の熱電モジュール1によれば、発電用モジュールとしても、ペルチェモジュールとしても使用することが出来る。
[Example 5]
Next, the thermoelectric module 1 in the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
In Example 5, a current was passed through the thermoelectric module 1 in Example 3 and it was used as a Peltier module.
(Experimental conditions)
A current of 1A to 2A was passed through the thermoelectric module 1 illustrated in FIG. 9 in Example 3, and the Peltier module characteristics were measured.
(Experimental result)
FIG. 11 is a graph showing the Peltier module characteristics of the thermoelectric module 1 in the first embodiment.
As illustrated in FIG. 11, when there was no temperature difference between the
On the other hand, it was confirmed that when the temperature of the
As described above, according to the thermoelectric module 1 having a uni-leg structure in Examples 1 to 5, it can be used as both a power generation module and a Peltier module.
以上説明したように、本実施形態の熱電モジュール1によれば、収容室40の外において、熱電ユニット20同士を電気的に接続するより、接続する電源の内部抵抗に応じて最大出力が得られる抵抗となるよう接続方法を選定しながら配線することができる。
また、熱電モジュール1をペルチェモジュールとして使用する場合には、電極の接続を選ぶことにより、モジュール内で冷却分布を行うことができる。
As described above, according to the thermoelectric module 1 of the present embodiment, the maximum output can be obtained according to the internal resistance of the connected power source, rather than electrically connecting the
Further, when the thermoelectric module 1 is used as a Peltier module, the cooling distribution can be performed in the module by selecting the electrode connection.
1…熱電モジュール
10…基板
20…熱電ユニット
200…熱電素子
210…第1電極板
212…第2電極板
30…封止材
40…収容室
50…リード線
1 ...
Claims (5)
前記収容室内に収容され、熱電素子が含まれた複数の熱電ユニットと、
前記熱電ユニットそれぞれに接続され、前記収容室の外に露出している電極と
を有し、
前記熱電ユニットは、前記収容室内において、互いに電気的に接続していない
熱電モジュール。 Containment room and
A plurality of thermoelectric units housed in the storage chamber and containing a thermoelectric element, and
It has electrodes that are connected to each of the thermoelectric units and are exposed to the outside of the containment chamber.
The thermoelectric unit is a thermoelectric module that is not electrically connected to each other in the accommodation chamber.
をさらに有する
請求項1に記載の熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 1, further comprising a lead wire that electrically connects the electrode of one thermoelectric unit and the electrode of the other thermoelectric unit outside the accommodation chamber.
前記熱電ユニットそれぞれに接続された電極を前記収容室の外に露出するよう、当該収容室内に前記熱電ユニットを収容する工程と
を有する熱電モジュールの製造方法。 A process of arranging a plurality of thermoelectric units including thermoelectric elements in the containment chamber so as not to electrically connect to each other in the containment chamber.
A method for manufacturing a thermoelectric module, which comprises a step of accommodating the thermoelectric unit in the accommodation chamber so that electrodes connected to each of the thermoelectric units are exposed to the outside of the accommodation chamber.
をさらに有する
請求項3に記載の熱電モジュールの製造方法。 The method for manufacturing a thermoelectric module according to claim 3, further comprising a step of electrically connecting the electrode of one thermoelectric unit and the electrode of the other thermoelectric unit by a lead wire outside the storage chamber. ..
請求項4に記載の熱電モジュールの製造方法。 The fourth aspect of claim 4, wherein in the step of electrically connecting by the lead wire, one thermoelectric unit and the other thermoelectric unit are electrically connected by at least one connection form of series connection and parallel connection. Manufacturing method of thermoelectric module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019152842A JP2021034544A (en) | 2019-08-23 | 2019-08-23 | Thermoelectric module and manufacturing method thereof |
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