JP3175038B2 - 発電用熱電変換モジュール - Google Patents

発電用熱電変換モジュール

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JP3175038B2
JP3175038B2 JP10763195A JP10763195A JP3175038B2 JP 3175038 B2 JP3175038 B2 JP 3175038B2 JP 10763195 A JP10763195 A JP 10763195A JP 10763195 A JP10763195 A JP 10763195A JP 3175038 B2 JP3175038 B2 JP 3175038B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発電用熱電変換モジュー
ルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧縮方式の冷凍冷蔵庫や空調機な
どの冷却システムに使用される冷却媒体として、クロロ
フルオロカーボン（ＣＦＣｓフロン）が主に使用されて
いる。しかしながら、クロロフルオロカーボンは、オゾ
ン層を破壊するということで、現在、地球的な社会問題
となっている。このようなクロロフルオロカーボンによ
る地球環境への悪影響を考慮して、１９９５年以降、ク
ロロフルオロカーボンを製造することを禁止することが
国連会議において決定された。これに対処するため、冷
凍冷蔵庫や空調機等を製造する各メーカでは、上記フロ
ンに代わる、いわゆる、地球にやさしい代替フロンを開
発したり、或いはフロンを使用する圧縮方式の冷却シス
テムに代わって、フロンを使用しない新しい冷却システ
ムを開発することが急務となっている。
【０００３】このようなフロンを使用しない冷却システ
ムとして、最近、熱電子冷却方式の冷却システムが、フ
ロンを使用する従来の圧縮方式の冷却システムの代替シ
ステムとして、非常に有望視されている。何故なら、熱
電子冷却方式の冷却システムは、フロンを使用しないの
で、環境に対して非常にクリーンであり、地球環境を汚
染するという心配がないからである。
【０００４】この熱電子冷却方式の冷却システムにおい
ては、熱と電気との間の変換を行う熱電材料として、
（Ｂｉ，Ｓｂ）2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物など
の優れた熱電子冷却特性を示す材料が使用されている。
この（Ｂｉ，Ｓｂ）2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物
の単結晶材が低温度領域において優れた熱電特性をもつ
ことは、古くから知られている。しかしながら、この単
結晶材は、その結晶のＣ面内の結合力が弱く、劈開し易
いという欠陥をもっている。それ故に、（Ｂｉ，Ｓｂ）
2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物の実用材としては、
溶成材や粉末焼結材が使用されている。
【０００５】熱電子冷却方式の冷却システムは、単独の
熱電変換素子やそれを複数個組み合わせることによって
構成された熱電変換モジュールをその主要部品として含
んでいる。ここで、熱電変換素子とはゼーベック効果ま
たはペルチェ効果を利用した素子である。
【０００６】周知のように、ゼーベック効果とは、２つ
の異なる金属などの導電材料（または半導体材料）で回
路を作り、その二つの接続点の温度を異なった温度にす
ると、閉回路に起電力を生じ電流が流れる現象（すなわ
ち、熱的エネルギーが電気的エネルギーに変換される現
象）のことをいい、熱電効果とも呼ばれる。このとき流
れる電流は熱電流と呼ばれ、この１組の導電材料（また
は半導体材料）は熱電対と呼ばれる。このゼーベック効
果を利用したものが熱電発電である。
【０００７】一方、ペルチェ効果は、熱電効果とは逆の
現象で、熱電流が流れる方向に外部から電流を流すと、
熱電流が流れるときの高温の接点では熱の吸収が起こ
り、低温の接点では熱の発生が起きる現象（すなわち、
電気的エネルギーが熱的エネルギーに変換される現象）
のことをいう。このペルチェ効果を利用したものが熱電
冷却である。
【０００８】近年、傾斜機能技術、スクリーン印刷等の
周辺技術の発展に伴い、熱電変換素子及び熱電変換モジ
ュールの製造技術は著しく発展してきている。
【０００９】図７に従来の熱電変換モジュールの構成を
示す。図示の熱電変換モジュールは、複数の半導体素子
材チップが平面上に配列されたチップ層３１を有する。
詳細に説明すると、図示のチップ層３１は４９個（図面
では５個のみ図示する）のＮ型半導体素子材チップ３１
ｎと、４９個（図面では５個のみ図示する）のＰ型半導
体素子材チップ３１ｐとを有し、これらは図面の左右お
よび手前奥行き方向に交互に所定距離離れて、図面の上
方から見たとき格子状に配置されている。但し、４隅の
内の２つは、外部に電力を供給したりあるいは外部から
直流を流すための一対の電極（図示せず）として使用さ
れるので、これらの位置には半導体素子材チップが存在
しない。
【００１０】チップ層３１の上面および下面は、それぞ
れ、上半田層３２ｕおよび下半田層３２ｄによって、４
９枚（図面では５枚のみ図示する）の上金属セグメント
から成る上金属層３３ｕおよび５０枚（図面では６枚の
み図示する）の下金属セグメントから成る下金属層３３
ｄに接合されている。ここで、熱電変換モジュールを熱
電発電に使用する場合、チップ層３１の上面側の上金属
層３３ｕは、図示しない高熱源によって高温にされるの
で高温側接合金属層と呼ばれ、チップ層３１の下面側の
下金属層３３ｄは、図示しない低熱源によって低温にさ
れるので、低温側接合金属層と呼ばれる。
【００１１】上金属層３３ｕおよび下金属層３３ｄ間に
挟まれた一対のＮ型半導体素子材チップ３１ｎおよびＰ
型半導体素子材チップ３１ｐによって、１個の熱電対
（熱電変換素子）が構成される。図７から明らかなよう
に、各熱電対（熱電変換素子）は、π字型の構造をして
いる。従って、図示の熱電気変換モジュールは各々がπ
字型構造を基本構造とした４９個の熱電対（熱電変換素
子）から成る。また、Ｎ型半導体素子材チップ３１ｎお
よびＰ型半導体素子材チップ３１ｐの各々は、熱電変換
用基本素子と呼ばれる。
【００１２】図７に示されるように、これら４９個の熱
電対は４９枚の上金属セグメントおよび５０枚の下金属
セグメントを介して電気的に直列に接続されている。ま
た、チップ層３１の上面側に上金属層（高温側接合金属
層）３３ｕが、下面側に下金属層（低温側接合金属層）
３３ｄが配置されるので、これら４９個の熱電対は熱的
に並列に配列されている。上金属層３３ｕの上面には、
傾斜機能技術等により銀ろう３４ｕを介して上絶縁薄板
３５ｕが固着されている。同様に、下金属層３３ｄの下
面には、傾斜機能技術等により銀ろう３４ｄを介して下
絶縁薄板３５ｄが固着されている。熱電変換モジュール
を熱電発電に使用する場合、上述したのと同じ理由によ
り、上絶縁薄板３５ｕおよび下絶縁薄板３５ｄは、それ
ぞれ、高温側絶縁薄板および低温側絶縁薄板と呼ばれ
る。このようにして、熱電変換モジュールは平板状に組
み立てられる。
【００１３】尚、後述するように、この熱電変換モジュ
ールを熱電発電に使用する場合には、下絶縁薄板（低温
側絶縁薄板）３５ｄを低温に保つ必要があり、また、熱
電変換モジュールを熱電冷却に使用する場合には、下絶
縁薄板３５ｄから発熱させる必要がある。そのため、図
７に示すように、一般的に、下絶縁薄板３５ｄの下面
に、グリース３６を介して放熱板３７が固着される。
【００１４】このような構造の熱電変換モジュールを熱
電発電に使用する場合、高熱源によって上絶縁薄板（高
温側絶縁薄板）３５ｕを加熱し、かつ低熱源及び／又は
放熱板３７によって下絶縁薄板（低温側絶縁薄板）３５
ｄから放熱させる。これにより、高温側絶縁薄板３５ｕ
と低温側絶縁薄板３５ｄとの間に大きな温度差を与えて
発電機能（ゼーベック効果）を得る。このとき、上記一
対の電極に負荷を接続することにより、上金属セグメン
トおよび下金属セグメントの各々では、図７において、
右側から左側の方向に熱電流が流れ、負荷に電力を供給
することができる。
【００１５】逆に、熱電変換モジュールを熱電冷却に使
用する場合、上記熱電流が流れる方向と同じ方向に外部
から一方の電極から他方の電極に直流を流す。すると、
上絶縁薄板３５ｕはその周囲から熱を吸収することによ
りその周囲を冷却し、下絶縁薄板３５ｄはその周囲に熱
を発生してその周囲を加熱する。このように、上絶縁薄
板３５ｕと下絶縁薄板３５ｄとの間に温度差を発生させ
ることにより冷却機能（ペルチェ効果）を得ることがで
きる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電気変換モジュールは、構造的に、次に述べる様な欠
点をもっている。すなわち、チップ層３１と上金属層３
３ｕおよび下金属層３３ｄとが上半田層３２ｕおよび下
半田層３２ｄによって接合されていることに問題があ
る。本来、半田接合は、一旦、半田を凝固させた後は室
温近傍で、その接合機能を果たすように設計されてい
る。しかるに、上記従来の熱電変換モジュールの構造で
は、熱電発電として使用する場合、上述したように熱電
変換素子の両側（図７の上下側）にある高温側絶縁薄板
３５ｕ及び低温側絶縁薄板３５ｄ間に大きな温度差を与
えて発電機能（ゼーベック効果）を得、或いは熱電冷却
として使用する場合、上述したように４９個の熱電対に
直流を流して上絶縁薄板３５ｕ及び下絶縁薄板３５ｄ間
に温度差を発生させることにより冷却機能（ペルチェ効
果）を得ている。
【００１７】周知のように、上半田層３２ｕおよび下半
田層３２ｄに使用される半田は、鉛（Ｐｂ）及び錫（Ｓ
ｎ）を主成分とし、その共晶点（錫６３重量％，鉛３７
重量％）近傍の組成を持ち、それらが細かく分散された
層状組織をもっている。ところが、上記構造の熱電変換
モジュールでは、熱電発電として使用する場合には高温
側接合金属３３ｕ側の上半田層３２ｕが、熱電冷却とし
て使用する場合には下金属層３３ｄ側の下半田層３２ｄ
が、長時間、半田の融点（約１８３℃）直下温度に保持
される場合がある。このような場合、その温度に保持さ
れた半田の層状組織は粗大化し、その半田の形状が変形
することは、半田の特性を示す状態図からみて十分に考
えられ得る。チップ層３１と上金属層３３ｕ又は下金属
層３３ｄとの間の個々の接合層で生じる上半田層３２ｕ
または下半田層３３ｄの層状組織の変化は、チップ層３
１を構成するＮ型半導体素子材チップ３１ｎおよびＰ型
半導体素子材チップ３１ｐと上金属層３３ｕ及び下金属
層３３ｄを構成する金属セグメントと間の半田接合層
（上半田層３２ｕおよび下半田層３２ｄ）に不均一な熱
剪断応力を加えることになる。これが、熱電変換用基本
素子の劈開及び破壊の原因をつくることなり、熱電特性
に影響を与えてしまう。
【００１８】また、従来の構造の熱電変換モジュールを
熱電発電に使用する場合において、高熱源として太陽輻
射熱を利用した場合、上金属層（高温側接合金属）３３
ｕを効率良く加熱することができず、所望の温度差を得
ることができないという問題点がある。
【００１９】本発明の課題は、高熱源として太陽輻射熱
を利用した場合に、効率良く高温側金属層を加熱するこ
とができる発電用熱電変換モジュールを提供することに
ある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、複数個の熱電変換素子を電気的には直列にかつ熱
的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該熱電変換
本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板および低
温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換モジュー
ルにおいて、前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体
素子の両端面を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合し
てなるＮ型熱電変換素子とＰ型熱電半導体素子の両端面
を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合してなるＰ型熱
電変換素子とを含み、前記熱電変換本体は、前記複数個
の熱電変換素子を、それらを間に挟んだ状態で、電気的
に結合する複数枚の金属セグメントと；前記複数個の熱
電変換素子を前記複数枚の金属セグメントに固定するた
めの複数個の固定螺子とを有し、前記複数枚の金属セグ
メントの各々には前記固定螺子の螺子部を通すための貫
通孔が空けられており、前記高温側金属製熱伝達板およ
び前記低温側金属製熱伝達板の各々には前記複数の固定
螺子の頭部を収容するための複数の収容孔が空けられて
おり、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体と
の間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本
体との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれていることを
特徴とする発電用熱電変換モジュールが得られる。本発
明の第２の態様によれば、複数個の熱電変換素子を電気
的には直列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換
本体と、該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属
製熱伝達板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電
用熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子とし
て、Ｎ型熱電半導体素子とＰ型熱電半導体素子との一対
を、螺子孔をもつ１枚の素子内金属セグメントと２個の
金属ブロックとで挟み接合してなる熱電変換素子を含
み、前記熱電変換本体は、前記素子内金属セグメントと
は対向する側で前記複数個の熱電変換素子を電気的に結
合する複数枚の素子外金属セグメントと；前記複数個の
熱電変換素子を前記複数枚の素子外金属セグメントに固
定するための複数個の第１の固定螺子とを有し、前記複
数枚の素子外金属セグメントの各々には前記固定螺子の
螺子部を通すための貫通孔が空けられており、前記高温
側金属製熱伝達板には前記複数の第１の固定螺子の頭部
を収容するための複数の第１の収容孔が空けられてお
り、前記素子内金属セグメントと前記低温側金属製熱伝
達板とは複数個の第２の固定螺子で固定され、前記低温
側金属製熱伝達板には前記複数個の第２の固定螺子の頭
部を収容するための複数の第２の収容孔が空けられてお
り、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体との
間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体
との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれていることを特
徴とする発電用熱電変換モジュールが得られる。本発明
の第３の態様によれば、複数個の熱電変換素子を電気的
には直列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本
体と、該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製
熱伝達板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用
熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子とし
て、一端面で互いに接触したＮ型熱電半導体素子とＰ型
熱電半導体素子の他端面を螺子孔をもつ金属ブロックで
挟み接合してなる熱電変換素子を含み、前記熱電変換本
体は、前記複数個の熱電変換素子を、それらを間に挟ん
だ状態で、電気的に結合する複数枚の金属セグメント
と；前記複数個の熱電変換素子を前記複数枚の金属セグ
メントに固定するための複数個の固定螺子とを有し、前
記複数枚の金属セグメントの各々には前記固定螺子の螺
子部を通すための貫通孔が空けられており、前記高温側
金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝達板の各々
には前記複数の固定螺子の頭部を収容するための複数の
収容孔が空けられており、前記高温側金属製熱伝達板と
前記熱電変換本体との間および前記低温側金属製熱伝達
板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶縁シートが
挟まれていることを特徴とする発電用熱電変換モジュー
ルが得られる。上記第１乃至第３の態様による発電用熱
電変換モジュールは、前記高温側金属製熱伝達板に取り
付けられた集熱手段を有する。
【００２１】
【作用】本発明では、高温側金属製熱伝達板に集熱手段
を取り付けたので、太陽の輻射熱（赤外線及び遠赤外
線）を効率良く吸収させることができる。これにより、
発電効率の高い発電用熱電変換モジュールを提供するこ
とできる。
【００２２】
【実施例】次に、本発明について実施例に基づいて説明
する。
【００２３】図１に本発明の第１の実施例による発電用
熱電変換モジュールの概略構成を示す。図示の発電用熱
電変換モジュールは、複数個の熱電変換素子（後述す
る）を電気的には直列にかつ熱的には並列に結合してな
る熱電変換本体１０と、この熱電変換本体１０をその両
端面で挟む高温側金属製熱伝達板２０および低温側金属
製熱伝達板２２とを有する。本実施例では、高温側金属
製熱伝達板２０に複数個の集熱レンズ２１が取り付けら
れている。
【００２４】高温側金属製熱伝達板２０と低温側金属製
熱伝達板２２とは、それらの隅でボルト２３とナット２
４によって固定され、互いに近接する方向に押圧されて
いる。すなわち、ボルト２３とナット２４の組合わせ
は、高温側金属製熱伝達板２０と低温側金属製熱伝達板
２２とを互いに近接する方向に押圧する押圧手段として
働く。
【００２５】次に、熱電変換本体１０の構造について説
明する。熱電変換本体１０では、熱電変換素子として、
Ｎ型熱電半導体素子１１ｎの両端面を螺子孔をもつ金属
ブロック１２で挟み接合してなるＮ型熱電変換素子と、
Ｐ型熱電半導体素子１１ｐの両端面を螺子孔をもつ金属
ブロック１２で挟み接合してなるＰ型熱電変換素子とを
含む。熱電変換本体１０は、複数個の熱電変換素子を、
それらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の
金属セグメント１３と、複数個の熱電変換素子を複数枚
の金属セグメント１３に固定するための複数個の固定螺
子１４ａ、１４ｂとを有する。複数枚の金属セグメント
１３の各々には固定螺子１４ａ、１４ｂの螺子部を通す
ための貫通孔が空けられている。なお、熱電変換本体１
０の端部に設けられた金属セグメント１３ａは電極とし
て使用される。
【００２６】高温側金属製熱伝達板２０および低温側金
属製熱伝達板２２には、それぞれ、複数の固定螺子１４
ａ，１４ｂの頭部を収容するための複数の収容孔２０
ａ，２２ａが空けられている。高温側金属製熱伝達板２
０と熱電変換本体１０との間および低温側金属製熱伝達
板２２と熱電変換本体１０との間にはそれぞれ絶縁シー
ト２５が挟まれている。
【００２７】上記複数個の集熱レンズ２１は高温側金属
製熱伝達板２０の複数の収容孔２０ａを覆うように設け
られている。この集熱レンズ２１を用いて太陽光（太陽
輻射熱）を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の金属セ
グメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達することが
できる。
【００２８】図２を参照すると、本発明の第２の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図１に示したものと同様の構成を有する。
熱吸収膜２１ａとしては、例えば、白金黒のような膜を
使用することができる。このような熱吸収膜２１ａを高
温側金属製熱伝達板２０上に被膜することによって、高
温側金属製熱伝達板２０での太陽輻射熱の吸収率を高め
ることができる。したがって、上記第１の実施例の場合
の同様に、熱吸収膜２１ａを用いて太陽輻射熱を集め、
高温側金属製熱伝達板２０側の金属セグメント１３へ効
率良く、太陽輻射熱を伝達することができる。
【００２９】図３を参照すると、本発明の第３の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、熱電変換本体の構
成が相違している点を除いて、図１に示したものと同様
の構成を有する。したがって、熱電変換本体を１０ａで
図示している。
【００３０】熱電変換本体１０ａでは、熱電変換素子と
して、Ｎ型熱電半導体素子１１ａとＰ型熱電半導体素子
１１ｐとの一対を、螺子孔をもつ１枚の素子内金属セグ
メント１３Ａと２個の金属ブロック１２とで挟み接合し
てなる熱電変換素子を含む。
【００３１】熱電変換本体１０ａは、素子内金属セグメ
ント１３Ａとは対向する側で複数個の熱電変換素子を電
気的に結合する複数枚の素子外金属セグメント１３と，
複数個の熱電変換素子を複数枚の素子外金属セグメント
１３に固定するための複数個の第１の固定螺子１４ａと
を有する。素子内金属セグメント１３Ａと低温側金属製
熱伝達板２２とは複数個の第２の固定螺子１４ｂで固定
されている。
【００３２】このような構造を有する発電用熱電変換モ
ジュールは、上記第１の実施例の場合の同様に、集熱レ
ンズ２１を用いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝
達板２０側の金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射
熱を伝達することができる。
【００３３】図４を参照すると、本発明の第４の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図３に示したものと同様の構成を有する。
このような構造を有する発電用熱電変換モジュールは、
上記第２の実施例の場合の同様に、熱吸収膜２１ａを用
いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の
金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達する
ことができる。
【００３４】図５を参照すると、本発明の第４の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、熱電変換本体の構
成が相違している点を除いて、図１および図３に示した
ものと同様の構成を有する。したがって、熱電変換本体
を１０ｂで図示している。
【００３５】熱電変換本体１０ｂでは、熱電変換素子と
して、一端面で互いに接触したＮ型熱電半導体素子１１
ｎとＰ型熱電半導体素子１１ｐの他端面を螺子孔をもつ
金属ブロック１２で挟み接合してなる熱電変換素子を含
む。
【００３６】このような構造を有する発電用熱電変換モ
ジュールは、上記第１の実施例の場合の同様に、集熱レ
ンズ２１を用いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝
達板２０側の金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射
熱を伝達することができる。
【００３７】図６を参照すると、本発明の第６の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図５に示したものと同様の構成を有する。
このような構造を有する発電用熱電変換モジュールも、
上記第２の実施例の場合の同様に、熱吸収膜２１ａを用
いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の
金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達する
ことができる。
【００３８】尚、上記実施例では、Ｎ型熱電半導体素子
１１ｎの熱電材料としてＢｉ2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 を主成
分とするＮ型半導体化合物を、Ｐ型熱電半導体素子１１
ｐの熱電材料として（Ｂｉ，Ｓｂ）2 Ｔｅ3 を主成分と
するＰ型半導化合物を、それぞれ使用し、Ｎ型半導体化
合物およびＰ型半導化合物として、それぞれ、下記の化
学式１および化学式２で表される単結晶材を使用した。
【００３９】
【化１】
【００４０】
【化２】
【００４１】本発明は上記実施例に限定せず、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能なの
は勿論である。例えば、集熱手段は上記集熱レンズや熱
吸収膜に限定しないのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】このように本発明は、高温側金属製熱伝
達板に集熱手段を取り付けたので、太陽の輻射熱（赤外
線及び遠赤外線）を効率良く吸収させることができる。
これにより、発電効率の高い発電用熱電変換モジュール
を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第６の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。
【図７】従来の熱電気変換モジュールの構成を示す断面
図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ 熱電変換本体 １１ｎ Ｎ型熱電半導体素子 １１ｐ Ｐ型熱電半導体素子 １２ 金属ブロック １３ 金属セグメント（素子外金属セグメント） １３ａ 金属セグメント（電極） １３Ａ 素子内金属セグメント １４ａ，１４ｂ 固定螺子 ２０ 高温側金属製熱伝達板 ２０ａ 収容孔 ２１ 集熱レンズ ２１ａ 熱吸収膜 ２２ 低温側金属製熱伝達板 ２２ａ 収容孔 ２３ ボルト ２４ ナット ２５ 絶縁シート
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 利三郎 宮城県仙台市青葉区八幡３丁目７−15 (72)発明者 久保木 實 宮城県仙台市泉区加茂４丁目６番３号 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉三丁目８番22号 (72)発明者 金子 武次郎 宮城県仙台市青葉区旭ヶ丘３丁目13番８ 号 (72)発明者 中川 康昭 宮城県仙台市青葉区八幡４丁目８番６号 (56)参考文献 特開 平４−114485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−67888（ＪＰ，Ａ) 実公 昭40−4583（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/30 H01L 35/32

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数個の熱電変換素子を電気的には直列
    にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該
    熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板
    および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換
    モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体素子の両端面
    を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合してなるＮ型熱
    電変換素子とＰ型熱電半導体素子の両端面を螺子孔をも
    つ金属ブロックで挟み接合してなるＰ型熱電変換素子と
    を含み、 前記熱電変換本体は、前記複数個の熱電変換素子を、そ
    れらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の金
    属セグメントと；前記複数個の熱電変換素子を前記複数
    枚の金属セグメントに固定するための複数個の固定螺子
    とを有し、前記複数枚の金属セグメントの各々には前記
    固定螺子の螺子部を通すための貫通孔が空けられてお
    り、 前記高温側金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝
    達板の各々には前記複数の固定螺子の頭部を収容するた
    めの複数の収容孔が空けられており、前記高温側金属製
    熱伝達板と前記熱電変換本体との間および前記低温側金
    属製熱伝達板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶
    縁シートが挟まれていることを特徴とする発電用熱電変
    換モジュール。
  2. 【請求項２】 前記高温側金属製熱伝達板に取り付けら
    れた集熱手段を有することを特徴とする請求項１記載の
    発電用熱電変換モジュール。
  3. 【請求項３】 前記高温側金属製熱伝達板と前記低温側
    金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押圧
    手段を有する請求項２記載の発電用熱電変換モジュー
    ル。
  4. 【請求項４】 前記集熱手段が複数個の集熱レンズを含
    む請求項２又は３記載の発電用熱電変換モジュール。
  5. 【請求項５】 前記集熱手段が熱吸収膜を含む請求項２
    又は３記載の発電用熱電変換モジュール。
  6. 【請求項６】 複数個の熱電変換素子を電気的には直列
    にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該
    熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板
    および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換
    モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体素子とＰ型熱
    電半導体素子との一対を、螺子孔をもつ１枚の素子内金
    属セグメントと２個の金属ブロックとで挟み接合してな
    る熱電変換素子を含み、 前記熱電変換本体は、前記素子内金属セグメントとは対
    向する側で前記複数個の熱電変換素子を電気的に結合す
    る複数枚の素子外金属セグメントと；前記複数個の熱電
    変換素子を前記複数枚の素子外金属セグメントに固定す
    るための複数個の第１の固定螺子とを有し、前記複数枚
    の素子外金属セグメントの各々には前記固定螺子の螺子
    部を通すための貫通孔が空けられており、 前記高温側金属製熱伝達板には前記複数の第１の固定螺
    子の頭部を収容するための複数の第１の収容孔が空けら
    れており、前記素子内金属セグメントと前記低温側金属
    製熱伝達板とは複数個の第２の固定螺子で固定され、前
    記低温側金属製熱伝達板には前記複数個の第２の固定螺
    子の頭部を収容するための複数の第２の収容孔が空けら
    れており、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本
    体との間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変
    換本体との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれているこ
    とを特徴とする発電用熱電変換モジュール。
  7. 【請求項７】 前記高温側金属製熱伝達板に取り付けら
    れた集熱手段を有することを特徴とする請求項６記載の
    発電用熱電変換モジュール。
  8. 【請求項８】 前記高温側金属製熱伝達板と前記低温側
    金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押圧
    手段を有する請求項７記載の発電用熱電変換モジュー
    ル。
  9. 【請求項９】 前記集熱手段が複数個の集熱レンズを含
    む請求項７又は８記載の発電用熱電変換モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記集熱手段が熱吸収膜を含む請求項
    ７又は８記載の発電用熱電変換モジュール。
  11. 【請求項１１】 複数個の熱電変換素子を電気的には直
    列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、
    該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達
    板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変
    換モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、一端面で互いに接触したＮ型
    熱電半導体素子とＰ型熱電半導体素子の他端面を螺子孔
    をもつ金属ブロックで挟み接合してなる熱電変換素子を
    含み、 前記熱電変換本体は、前記複数個の熱電変換素子を、そ
    れらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の金
    属セグメントと；前記複数個の熱電変換素子を前記複数
    枚の金属セグメントに固定するための複数個の固定螺子
    とを有し、前記複数枚の金属セグメントの各々には前記
    固定螺子の螺子部を通すための貫通孔が空けられてお
    り、 前記高温側金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝
    達板の各々には前記複数の固定螺子の頭部を収容するた
    めの複数の収容孔が空けられており、前記高温側金属製
    熱伝達板と前記熱電変換本体との間および前記低温側金
    属製熱伝達板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶
    縁シートが挟まれていることを特徴とする発電用熱電変
    換モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記高温側金属製熱伝達板に取り付け
    られた集熱手段を有することを特徴とする請求項１１記
    載の発電用熱電変換モジュール。
  13. 【請求項１３】 前記高温側金属製熱伝達板と前記低温
    側金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押
    圧手段を有する請求項１２記載の発電用熱電変換モジュ
    ール。
  14. 【請求項１４】 前記集熱手段が複数個の集熱レンズを
    含む請求項１２又は１３記載の発電用熱電変換モジュー
    ル。
  15. 【請求項１５】 前記集熱手段が熱吸収膜を含む請求項
    １２又は１３記載の発電用熱電変換モジュール。
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