JP5049533B2 - Thermoelectric converter - Google Patents
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Description
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するとともに電気エネルギーを熱エネルギーに変換することが可能な熱電変換装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device capable of converting thermal energy into electrical energy and capable of converting electrical energy into thermal energy.
熱電変換装置は、第1の低温側電極、n型半導体層、高温側電極、p型半導体層および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続されるとともに、n型半導体層およびp型半導体層が高温側電極の表面の同じ側に並べて配置される。n型半導体層に接続される第1の低温側電極およびp型半導体層に接続される第2の低温側電極が高温側電極よりも低温側に配置されてなる熱電変換モジュール構成要素が、1個または複数個電気的に接続された熱電変換モジュールを用い、熱エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する装置である。 The thermoelectric conversion device includes a first low-temperature side electrode, an n-type semiconductor layer, a high-temperature side electrode, a p-type semiconductor layer, and a second low-temperature side electrode that are electrically connected in series in this order, The p-type semiconductor layers are arranged side by side on the same side of the surface of the high temperature side electrode. A thermoelectric conversion module component in which the first low-temperature side electrode connected to the n-type semiconductor layer and the second low-temperature side electrode connected to the p-type semiconductor layer are arranged on the lower temperature side than the high-temperature side electrode is 1 It is an apparatus for converting heat energy and electrical energy to each other using one or a plurality of electrically connected thermoelectric conversion modules.
熱電変換モジュールは、たとえば、図5に示すように、熱を加える等により熱電変換モジュール構成要素21の高温側電極22を第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bよりも高温にし、矢印Gの方向に熱流が流れるようにすると、n型半導体層26中の電子51が高温側電極22側から第1の低温側電極23a側に矢印Hの向きに移動し、p型半導体層27中の正孔52が高温側電極22側から第2の低温側電極23b側に矢印Iの向きに移動する。
For example, as shown in FIG. 5, the thermoelectric conversion module makes the high
このため、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bに、電気的付加57を含む外部回路55を接続すると、外部回路55中を矢印Jの向きに電流が流れ、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
For this reason, when the
また、熱電変換モジュールは、外部回路55を接続することにより、熱電変換モジュール構成要素21中で第1の低温側電極23aから高温側電極22を介して第2の低温側電極23bに向かって電流を流すと、高温側電極22が吸熱して周囲が冷却され、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bが放熱して周囲が加熱される。これにより、電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。
In addition, the thermoelectric conversion module connects the
熱電変換モジュールを用いた熱電変換装置は、火力発電のようにCO2等の温室効果ガスを排出せず、かつ安全に電気エネルギーを取り出すことができるため好ましい。 A thermoelectric conversion device using a thermoelectric conversion module is preferable because it does not discharge greenhouse gas such as CO 2 and can extract electric energy safely like thermal power generation.
なお、温室効果ガスを排出せず、かつ安全に電気エネルギーを取り出すことができる発電方法としては、熱電変換モジュールを用いた熱電変換装置以外にも蒸気タービン等の発電装置が知られている。 In addition to the thermoelectric conversion device using the thermoelectric conversion module, a power generation device such as a steam turbine is known as a power generation method that can safely extract electrical energy without discharging greenhouse gases.
しかし、蒸気タービン等の発電装置を設置するためには、既存設備の改造、保守・補修コストの観点から廃熱量が大規模である必要がある。このため、中小規模の工場のような、廃熱量が中小規模の設備には、蒸気タービン等の大規模な発電装置を設置することができないという問題がある。 However, in order to install a power generator such as a steam turbine, the amount of waste heat needs to be large from the viewpoint of modification of existing facilities and maintenance / repair costs. For this reason, there is a problem that a large-scale power generation device such as a steam turbine cannot be installed in a facility with a small amount of waste heat, such as a small-scale factory.
これに対し、熱電変換モジュールを用いた熱電変換装置は、簡易な構造で小型化が可能である。このため、中小規模の工場等の発電装置に用いることが期待されている。 On the other hand, a thermoelectric conversion device using a thermoelectric conversion module can be miniaturized with a simple structure. For this reason, it is expected to be used for power generators in small and medium-sized factories.
従来、熱電変換モジュール構成要素を用いた熱電変換装置としては、たとえば、特許文献1(特開2006−32723号公報)に開示されたものが知られている。 Conventionally, as a thermoelectric conversion device using a thermoelectric conversion module component, for example, one disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-32723) is known.
特許文献1に開示された熱電変換装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに、または電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する熱電変換半導体と、この熱電変換半導体を外気から遮断する気密筐体とを備える。また、この熱電変換装置は、気密筐体が、熱電変換半導体の高温側端部に接合される高温側基板を覆う金属蓋と、熱電変換半導体の周囲を取り囲む金属枠と、電流を気密筐体外部に取出す手段を具備し熱電変換半導体の低温側端部に接合される低温側基板とから構成されており、気密筐体内部は真空もしくは不活性なガス雰囲気に調整される。
The thermoelectric conversion device disclosed in
特許文献1に開示された熱電変換装置によれば、構成部材の酸化等による劣化の進行を阻止でき、長期にわたって熱電変換効率を良好に維持することができる。
特許文献1に開示された熱電変換装置を、中小規模の工場等の発電装置として用いる場合、熱電変換装置の高温側基板を覆う金属蓋を高温の流体が流通する配管の壁体に密着させて用いる。
When the thermoelectric conversion device disclosed in
しかし、配管中の高温の流体の熱エネルギーが高温側基板に伝播するには、配管の壁体および熱電変換装置の金属蓋を介する必要があるため、熱エネルギーの伝達ロスが大きかった。特に、金属蓋は、熱伝導率の高い金属枠に結合されているため、熱エネルギーが高温側基板よりも金属枠に伝達されやすいという問題があった。 However, in order for the thermal energy of the high-temperature fluid in the pipe to propagate to the high-temperature side substrate, it is necessary to pass through the wall of the pipe and the metal lid of the thermoelectric converter, so that the heat energy transfer loss is large. In particular, since the metal lid is coupled to a metal frame having high thermal conductivity, there is a problem that heat energy is more easily transmitted to the metal frame than the high temperature side substrate.
本発明は、熱エネルギーの伝達ロスを小さくし、熱電変換効率が高い熱電変換装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion device that reduces thermal energy transfer loss and has high thermoelectric conversion efficiency.
本発明に係る熱電変換装置は、上記課題を解決するものであり、流路を内部に形成する配管部と、この配管部の配管壁の外側周囲に、かつ、前記配管壁に対向して設けられる低温側筐体壁、および前記配管壁と前記低温側筐体壁との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間を形成する筐体側壁を有する気密筐体部と、この気密筐体部の収容空間内に配置され、前記配管部の配管壁側に設けられた高温側電極、前記低温側筐体壁側に設けられた低温側電極、前記高温側電極と低温側電極との間に介装されるp型半導体層およびn型半導体層を有する熱電変換モジュールとを備え、前記低温側筐体壁は、少なくとも低温側絶縁層を含み、前記気密筐体部の収容空間内は、真空または不活性なガスが封入され、前記熱電変換モジュールは、第1の低温側電極、n型半導体層、高温側電極、p型半導体層および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続され、前記n型半導体層および前記p型半導体層が前記高温側電極の表面の同じ側に並べて配置され、前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記高温側電極よりも低温側に配置されてなる熱電変換モジュール構成要素が、1個または複数個電気的に接続されたものであるとともに、前記気密筐体部の収容空間内で、前記高温側電極が前記配管部の配管壁の表面に高温側絶縁層を介して取り付けられ、かつ前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記低温側筐体壁を構成する低温側絶縁層の表面に取り付けられ、前記熱電変換モジュールは、前記高温側電極と前記n型半導体層との間、前記高温側電極と前記p型半導体層との間、前記第1の低温側電極と前記n型半導体層との間、および前記第2の低温側電極と前記p型半導体層との間、の少なくともいずれかに、導電性伸縮部材と導電性均熱部材とが組み合わせて圧接され、挿入される導電性伸縮部材および導電性均熱部材は、前記導電性均熱部材が、前記n型半導体層およびp型半導体層の少なくともいずれかに接するように配置され、前記導電性伸縮部材が、前記高温側電極、第1の低温側電極および第2の低温側電極の少なくともいずれかに接するように配置されることを特徴とする。また、本発明に係る熱電変換装置は、上記課題を解決するものであり、流路を内部に形成する配管部と、この配管部の配管壁の外側周囲に、かつ、前記配管壁に対向して設けられる低温側筐体壁、および前記配管壁と前記低温側筐体壁との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間を形成する筐体側壁を有する気密筐体部と、この気密筐体部の収容空間内に配置され、前記配管部の配管壁側に設けられた高温側電極、前記低温側筐体壁側に設けられた低温側電極、前記高温側電極と低温側電極との間に介装されるp型半導体層およびn型半導体層を有する熱電変換モジュールとを備え、前記低温側筐体壁は、少なくとも低温側絶縁層を含み、前記気密筐体部の収容空間内は、真空または不活性なガスが封入され、前記熱電変換モジュールは、第1の低温側電極、n型半導体層、高温側電極、p型半導体層および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続され、前記n型半導体層および前記p型半導体層が前記高温側電極の表面の同じ側に並べて配置され、前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記高温側電極よりも低温側に配置されてなる熱電変換モジュール構成要素が、1個または複数個電気的に接続されたものであるとともに、前記気密筐体部の収容空間内で、前記高温側電極が前記配管部の配管壁の表面に高温側絶縁層を介して取り付けられ、かつ前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記低温側筐体壁を構成する低温側絶縁層の表面に取り付けられ、前記熱電変換モジュールの高温側電極は熱に対して伸縮自在な電極であり、この熱に対して伸縮自在な高温側電極と、前記n型半導体層およびp型半導体層との間に、前記導電性均熱部材が配置されることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device according to the present invention solves the above-described problem, and is provided around a pipe part that forms a flow path inside, the outer periphery of the pipe wall of the pipe part, and facing the pipe wall. A hermetic housing part having a housing side wall that partitions a space between the low-temperature side housing wall and the piping wall and the low-temperature side housing wall and forms a sealed housing space inside, A high temperature side electrode disposed in the housing space of the body portion and provided on the piping wall side of the piping portion, a low temperature side electrode provided on the low temperature side housing wall side, and the high temperature side electrode and the low temperature side electrode. A thermoelectric conversion module having a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer interposed therebetween, wherein the low-temperature-side casing wall includes at least a low-temperature-side insulating layer, and the inside of the housing space of the hermetic casing portion is , vacuum or inert gas is enclosed, the thermoelectric conversion module, the The low-temperature side electrode, the n-type semiconductor layer, the high-temperature side electrode, the p-type semiconductor layer, and the second low-temperature side electrode are electrically connected in series in this order, and the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are One thermoelectric conversion module component is arranged side by side on the same side of the surface of the side electrode, and the first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are arranged on the low temperature side of the high temperature side electrode, or A plurality of electrically connected, and in the housing space of the hermetic casing portion, the high temperature side electrode is attached to the surface of the piping wall of the piping portion via a high temperature side insulating layer, and The first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are attached to the surface of the low temperature side insulating layer constituting the low temperature side housing wall, and the thermoelectric conversion module includes the high temperature side electrode, the n-type semiconductor layer, Between the high temperature side electrode and the Between at least one of the first semiconductor layer, the first low-temperature side electrode and the n-type semiconductor layer, and the second low-temperature side electrode and the p-type semiconductor layer. The stretchable member and the conductive soaking member are pressure-welded in combination, and the inserted conductive stretchable member and the conductive soaking member include at least one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. The conductive elastic member is disposed so as to be in contact with any one, and is disposed so as to be in contact with at least one of the high temperature side electrode, the first low temperature side electrode, and the second low temperature side electrode. . Moreover, the thermoelectric conversion device according to the present invention solves the above-described problem, and is provided around a pipe part that forms a flow path inside, the outer periphery of the pipe wall of the pipe part, and opposed to the pipe wall. A low-temperature-side housing wall provided, and an air-tight housing portion having a housing side wall that partitions a space between the piping wall and the low-temperature-side housing wall and forms a sealed housing space inside, A high temperature side electrode disposed in the housing space of the airtight casing and provided on the piping wall side of the piping part, a low temperature side electrode provided on the low temperature side casing wall, the high temperature side electrode and the low temperature side electrode A thermoelectric conversion module having a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer interposed therebetween, wherein the low-temperature side housing wall includes at least a low-temperature side insulating layer, and the accommodating space of the hermetic housing portion Inside is filled with vacuum or inert gas, the thermoelectric conversion module The first low-temperature side electrode, the n-type semiconductor layer, the high-temperature side electrode, the p-type semiconductor layer, and the second low-temperature side electrode are electrically connected in series in this order, and the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer Are arranged side by side on the same side of the surface of the high temperature side electrode, and the thermoelectric conversion module component in which the first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are arranged on the low temperature side than the high temperature side electrode, One or a plurality of the electrodes are electrically connected, and the high temperature side electrode is attached to the surface of the piping wall of the piping portion via a high temperature side insulating layer in the accommodating space of the hermetic casing. And the first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are attached to the surface of the low temperature side insulating layer constituting the low temperature side casing wall, and the high temperature side electrode of the thermoelectric conversion module expands and contracts with respect to heat. It is a flexible electrode. High temperature-side electrode of elastic, between the n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, the conductive soaking member is being arranged.
本発明に係わる熱電変換装置によれば、熱エネルギーの伝達ロスが小さく、熱電変換効率が高くなる。 According to the thermoelectric conversion apparatus according to the present invention, thermal energy transfer loss is small and thermoelectric conversion efficiency is high.
本発明に係る熱電変換装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a thermoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る第1の実施形態に示された熱電変換装置1を示す斜視図である。図2は、熱電変換装置1を示す図1のA−A線に沿う断面図である。図3は、熱電変換装置1を示す図1のB−B線に沿う断面図である。図4は、熱電変換装置1を示す図1のC−C線に沿う断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a
熱電変換装置1は、図2および図3に示すように、内部に流路7を有する配管部5と、配管部5の配管壁6の外側周囲に設けられる気密筐体部10と、気密筐体部10の収容空間11内に配置される熱電変換モジュール20とを備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
配管部5は、四方に設けられた配管壁6(6a、6b、6cおよび6d)で囲まれて形成された断面が四角形の流路7を有する。配管壁6(6a、6b、6cおよび6d)は、流路7内を、数百℃程度の熱風が符号Fの方向に通過することが可能になっている。
The
配管壁6は、通常、ニッケル、ニッケル基合金、鉄基合金、クロム含有鉄基合金、シリコン含有鉄基合金、コバルト含有鉄基合金および銅合金のいずれかからなる。配管壁6が、これらの金属製であると、気密筐体部10の収容空間11内に充填するガスに腐食されにくいため好ましい。
The
配管部5の流路7の形状は、断面が四角形のものに限られず、たとえば、三角形等の多角形や円形、楕円形、長円形であってもよい。
The shape of the
気密筐体部10は、配管部5の配管壁6の外側周囲に設けられる。具体的には、配管壁6a、6b、6cおよび6d等の配管壁6の外周壁に、それぞれ気密筐体部10が設けられる。
The
気密筐体部10は、配管壁6と、配管壁6に対向して設けられる低温側筐体壁15と、配管壁6と低温側筐体壁15との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間11を形成する筐体側壁12とから構成される。
The airtight housing 10 partitions the space between the
低温側筐体壁15は、配管壁6に対向して設けられ、配管壁6および筐体側壁12と協働して内部を密閉された収容空間11を形成する。
The low-temperature
低温側筐体壁15は、図4に示すように、低温側絶縁層14と、低温側絶縁層14の表面に形成される接合部37と、低温側絶縁層−熱放出部材間の接合部37の表面に形成される熱放出部材36とから構成される。
As shown in FIG. 4, the low temperature
低温側絶縁層14としては、たとえば、セラミックス板が用いられる。熱放出部材36としては、たとえば、銅板が用いられる。
As the low temperature
低温側筐体壁15は、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bを絶縁した状態で取り付けるため、少なくとも低温側絶縁層14を含む。
The low temperature
筐体側壁12は、配管壁6と低温側筐体壁15との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間11を形成する。具体的には、筐体側壁12は、四角形の低温側筐体壁15と配管壁6との間を隔離するように設けられる矩形の壁体として構成される。
The
筐体側壁12は、通常、ニッケル、ニッケル基合金、鉄基合金、クロム含有鉄基合金、シリコン含有鉄基合金、コバルト含有鉄基合金および銅合金のいずれかからなる。筐体側壁12が、これらの金属製であると、収容空間11内に充填するガスに腐食されにくいため好ましい。
The
筐体側壁12の図4中の上側端部は、配管壁6b(6)に接合される。筐体側壁12と配管壁6との接合は、特に限定されず公知の接合方法を用いることができるが、接合強度の点から、溶接、はんだ付け、ロウ付け、拡散接合または接着剤による接合が好ましい。
The upper end portion of the
気密筐体部10の収容空間11内は、真空状態または不活性なガス雰囲気にされる。収容空間11内を、真空状態または不活性なガス雰囲気にすることにより、収容空間11内に配置される熱電変換モジュール20を構成するn型半導体層26およびp型半導体層27や、高温側電極22、第1の低温側電極23a、第2の低温側電極23b等の電極の高温下での酸化等が抑制される。
The inside of the
収容空間11内の真空状態は、完全な真空状態でなくてもよく、公知の真空ポンプ等で実現される程度の真空状態であればよい。
The vacuum state in the
収容空間11内に封入される不活性なガスは、通常、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群より選択される少なくとも1種である。
The inert gas sealed in the
不活性なガスは、収容空間11内に、25℃で外気圧よりも低圧になるように封入される。封入される不活性なガスの圧力が25℃で外気圧よりも低圧であると、熱電変換装置1の動作時に、収容空間11内が数百℃程度の高温になり、不活性なガスの圧力が高くなって気密筐体部10や熱電変換モジュール20が破損したり、不活性なガスが漏れて収容空間11内の気密性が低下したりすることを抑制することができる。
The inert gas is enclosed in the
熱電変換モジュール20は、気密筐体部10の収容空間11内に配置される。熱電変換モジュール20について、図4および図6を参照して説明する。図6は、熱電変換装置1を構成する熱電変換モジュール構成要素21における電極と半導体層との第1の接続形態を説明する模式図である。
The
熱電変換モジュール20は、熱電変換モジュール構成要素21が、複数個電気的に直列に接続されたものである。なお、熱電変換モジュール20は、熱電変換モジュール構成要素21が複数個電気的に並列に接続されたものであってもよいし、1つの熱電変換モジュール構成要素21からなるものであってもよい。
The
熱電変換モジュール構成要素21は、第1の低温側電極23a、n型半導体層26、高温側電極22、p型半導体層27および第2の低温側電極23bがこの順番に電気的に直列接続されて形成される。
In the thermoelectric
また、熱電変換モジュール構成要素21は、n型半導体層26およびp型半導体層27が高温側電極22の表面の同じ側に並べて配置され、n型半導体層26に接続される第1の低温側電極23aおよびp型半導体層27に接続される第2の低温側電極23bが、高温側電極22よりも低温側かつ平行に配置される。
Further, the thermoelectric
高温側電極22とは、熱電変換モジュール構成要素21の電極のうち、気密筐体部10の収容空間11内で配管部5の配管壁6側、すなわち高温側に配置される電極を意味する。高温側電極22としては、銅板等の公知の電極材料が用いられる。
The high
第1の低温側電極23aとは、熱電変換モジュール構成要素21の電極の気密筐体部10の収容空間11内で低温側筐体壁15側、すなわち低温側に配置される低温側電極23のうち、n型半導体層26に接続される部分を意味する。第1の低温側電極23aとしては、銅板等の公知の電極材料が用いられる。
The first low
第2の低温側電極23bとは、熱電変換モジュール構成要素21の電極の気密筐体部10の収容空間11内で低温側筐体壁15側、すなわち低温側に配置される低温側電極23のうち、p型半導体層27に接続される部分を意味する。第2の低温側電極23bとしては、銅板等の公知の電極材料が用いられる。
The second low
第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bは、たとえば、低温側絶縁層14の表面の全体に、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bの形成材料を電極−絶縁層間の接合部34で接合し、エッチングして形成することができる。
The first low
p型半導体層のp型半導体および前記n型半導体層のn型半導体は、性能指数の大きい公知の熱電材料が用いられる。この熱電材料としては、たとえば、ビスマス・テルル含有化合物を主相とする物質、ビスマス・アンチモン含有化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型構造のCoSb3基化合物結晶中の空隙に原子を充填したフィルドスクッテルダイト型構造化合物を主相とする物質、MgAgAs型構造のハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウム・ガリウムをゲスト原子とするクラスレート化合物、前記物質間または物質と化合物との混合物、および、前記物質間または物質と化合物との接合体のいずれかが用いられる。 A known thermoelectric material having a large figure of merit is used for the p-type semiconductor of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor of the n-type semiconductor layer. As the thermoelectric material, for example, a substance having a bismuth / tellurium-containing compound as a main phase, a substance having a bismuth / antimony-containing compound as a main phase, and a void in a skutterudite-type CoSb 3- group compound crystal are filled with atoms. A material having a filled skutterudite structure compound as a main phase, a material having a half-Heusler compound of MgAgAs structure as a main phase, a clathrate compound having barium / gallium as a guest atom, and between the substances or between the substance and the compound Either a mixture and a conjugate between the substance or between the substance and the compound is used.
高温側電極22とn型半導体層26との間、および高温側電極22とp型半導体層27との間には、導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32が、導電性伸縮部材31を高温側電極22側に配置して圧接される。
Between the high
導電性伸縮部材31は、導電性を有するとともに、熱による膨張、収縮に対して追従可能な伸縮性を有する部材である。導電性伸縮部材31としては、たとえば、銅や銀等の導電性の良好な金属からなる平編み線やスポンジ状物が用いられる。
The conductive
導電性伸縮部材31を介在させることにより、熱による高温側電極22の膨張、収縮で、高温側電極22と、n型半導体層26およびp型半導体層27との間に破断が生じたりクラックが入ったりすることを抑制することができる。
By interposing the conductive
導電性伸縮部材31と、n型半導体層26およびp型半導体層27との間には、導電性均熱部材32が介在される。導電性均熱部材32としては、たとえば、銅板、グラファイトシートが用いられる。
A conductive soaking
導電性均熱部材32を介在させることにより、平編み線やスポンジ状物等であるため熱の分布が均一になりにくい導電性伸縮部材31を用いる場合でも、導電性伸縮部材31の熱を、n型半導体層26およびp型半導体層27に均一に供給することができる。
Even when the conductive
導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32は、高温側電極22とn型半導体層26との間、および高温側電極22とp型半導体層27との間に圧接される。
The conductive
導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32は、圧接されるだけであり、はんだ付け等のように強固に固着されないため、熱膨張、熱収縮に対して追従性が高い。導電性伸縮部材31は、それ自体が熱膨張、熱収縮に対して追従性が高いが、圧接で固定する方法を採用することにより、さらに追従性が高くなっている。このため、高温側電極22と、n型半導体層26およびp型半導体層27との間に破断が生じたり、クラックが入ったりすることがほとんどなく、電気的接続が確実に行われる。
The conductive
第1の低温側電極23aとn型半導体層26との間、および第2の低温側電極23bとp型半導体層27との間は、接合部30で接合される。半導体層−電極間の接合部30は、たとえば、はんだにより形成される。
The first low-
第1の低温側電極23aとn型半導体層26との接続部分、および第2の低温側電極23bとp型半導体層27との接続部分は、高温側電極22と、n型半導体層26およびp型半導体層27との接続部分よりも熱膨張、熱収縮の度合いが小さい。このため、安価かつ簡単な構造の接合部30で接合しても破断、クラック等の問題は起きにくい。
The connecting portion between the first low
熱電変換モジュール20は、複数個の熱電変換モジュール構成要素21が電気的に接続されてなる。このとき、一方の熱電変換モジュール構成要素21の第1の低温側電極23aと、これに隣接する他方の熱電変換モジュール構成要素21の第2の低温側電極23bとが電気的に接続され、第1の低温側電極23aと第2の低温側電極23bとが一体化して1個の低温側電極23を形成する。
The
熱電変換モジュール20は、熱電変換モジュール構成要素21を電気的に直列に接続するため、隣接する熱電変換モジュール構成要素21の高温側電極22同士、および同一の熱電変換モジュール構成要素21内の第1の低温側電極23aと第2の低温側電極23bとが、それぞれ絶縁される。
Since the
熱電変換モジュール20は、気密筐体部10の収容空間11内で、高温側電極22が配管部5の配管壁6の表面に高温側絶縁層35を介して取り付けられる。高温側絶縁層35としては、たとえば、セラミックス板が用いられる。
In the
高温側電極22と高温側絶縁層35とは、接合部34で接合される。電極−絶縁層間の接合部34は、たとえば、はんだにより形成される。
The high
高温側絶縁層35と配管部5の配管壁6b(6)との間には、伝熱部材33が配置される。伝熱部材33は、銅板等の熱伝導の大きい材料からなり、配管壁6の熱を高温側絶縁層35に効率よく伝える。
A heat transfer member 33 is disposed between the high temperature side insulating layer 35 and the
高温側絶縁層35と伝熱部材33とは、接合部35で接合される。高温側絶縁層−伝熱部材間の接合部35は、たとえば、はんだにより形成される。 The high temperature side insulating layer 35 and the heat transfer member 33 are joined at the joint 35. The joint portion 35 between the high temperature side insulating layer and the heat transfer member is formed by, for example, solder.
また、熱電変換モジュール20は、気密筐体部10の収容空間11内で、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bが低温側筐体壁15を構成する低温側絶縁層14の表面に取り付けられる。
Further, the
第1の低温側電極23aと低温側絶縁層14、および第2の低温側電極23bと低温側絶縁層14は、接合部34で接合される。電極−絶縁層間の接合部34は、たとえば、はんだにより形成される。
The first low-
低温側絶縁層14のうち、第1の低温側電極23aの接合される電極−絶縁層間の接合部34が設けられた部分の一部には電流取出部38が設けられる。電流取出部38は、貫通穴の内部に銀粉、銅粉等の導電性物質が充填されたフィルドビアであり、熱電変換モジュール20の電流を気密筐体部10の外部に取り出すことができるようになっている。なお、図4に図示しないが、第2の低温側電極23bの接合される電極−絶縁層間の接合部34の一部にも電流取出部38が設けられる。
A
低温側絶縁層14のうち、電流取出部38が設けられた部分の外側表面には、低温側絶縁層−取合部間の接合部41を介して取合部39が設けられる。
In the low temperature
取合部39は、熱電変換モジュール20から電流を取り出したり、熱電変換モジュール20に電流を供給したりする。取合部39としては、銅板等が用いられる。低温側絶縁層−取合部間の接合部41は、はんだ等により形成される。
The
取合部39の表面には取合部絶縁層40が設けられる。取合部絶縁層40としては、たとえば、シリコンゴムシートが用いられる。
A coupling
筐体側壁12の図中の下方端部は、低温側絶縁層14の表面に、接合部44、筐体側壁支持部42、および接合部43を介して接合される。
A lower end portion of the
筐体側壁支持部42は、低温側絶縁層14と筐体側壁12との接合を強固にし、気密筐体部10内の気密性を向上させる。筐体側壁支持部42の材質は、特に限定されないが、通常、銅板等の第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bと同じ材質が用いられる。
The case side
筐体側壁支持部42が第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bと同じ材質であると、筐体側壁支持部42の製造が容易であるため好ましい。
It is preferable that the case side
筐体側壁支持部42が第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bと同じ材質である場合は、たとえば、筐体側壁支持部42は、低温側絶縁層14の表面の全体に第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bの形成材料を電極−絶縁層間の接合部34で接合した後、エッチングすることにより、容易に形成することができる。
When the case side
筐体側壁支持部−低温側絶縁層間の接合部43は、たとえば、はんだ等の電極−絶縁層間の接合部34と同じ材料で形成される。筐体側壁支持部−低温側絶縁層間の接合部43が、電極−絶縁層間の接合部34と同じ材料で形成されると、筐体側壁支持部−低温側絶縁層間の接合部43の製造が容易であるため好ましい。
The
たとえば、筐体側壁支持部−低温側絶縁層間の接合部43および筐体側壁支持部42は、低温側絶縁層14の表面の全体に第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bの形成材料を電極−絶縁層間の接合部34を構成する材料で接合した後、エッチングすることにより、容易に形成することができる。
For example, the joint 43 between the housing side wall support portion and the low temperature side insulating layer and the housing side
筐体側壁−筐体側壁支持部間の接合部44は、筐体側壁支持部42と筐体側壁12との接合を強固にし、気密筐体部10内の気密性を向上させる。筐体側壁−筐体側壁支持部間の接合部44の材質は、特に限定されず公知の接合材料を用いることができるが、接合強度の点から、溶接、はんだ付け、ロウ付け、拡散接合または接着剤による接合が好ましい。ロウ付けには、たとえば、銀ロウ、銅ロウ、活性ロウが用いられる。
The
次に、熱電変換装置1の作用について図面を参照して説明する。図5は、熱電変換装置1の熱電変換モジュール構成要素21の作用を説明する模式図である。
Next, the effect | action of the
図1に示すように、配管部5の流路7に高温流体を矢印Fの向きに流すと、配管部5の配管壁6(6a、6b、6c、6d)が高温になる。
As shown in FIG. 1, when a high-temperature fluid is caused to flow in the
配管部5の配管壁6(6a、6b、6c、6d)が高温になると、図4および図5に示すように、熱電変換モジュール20を構成する熱電変換モジュール構成要素21の高温側電極22が、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bよりも高温になり、矢印Gの向きの熱流が発生する。
When the piping wall 6 (6a, 6b, 6c, 6d) of the
矢印Gの向きの熱流が発生すると、図5に示すように、n型半導体層26中の電子51が高温側電極22側から第1の低温側電極23a側に(矢印H)に移動する。また、p型半導体層27中の正孔52が高温側電極22側から第2の低温側電極23b側に(矢印I)に移動する。
When the heat flow in the direction of the arrow G is generated, as shown in FIG. 5, the
これにより、熱電変換モジュール20を構成する熱電変換モジュール構成要素21には、図5の矢印Iおよび矢印Jの向きに電流が流れる。
As a result, a current flows through the thermoelectric
なお、従来の金属筐体内に熱電変換モジュールが収納された熱電変換装置を配管壁に取り付けた場合には、配管壁からの熱が金属筐体中を伝熱して金属筐体の側面にも供給されるため、金属筐体内に収容された熱電変換モジュールの高温側電極に効率的に熱を供給することが困難で、熱エネルギーの伝達ロスが大きかった。 In addition, when a thermoelectric conversion device in which a thermoelectric conversion module is housed in a conventional metal casing is attached to a pipe wall, heat from the pipe wall is transferred through the metal casing and supplied to the side of the metal casing. Therefore, it is difficult to efficiently supply heat to the high temperature side electrode of the thermoelectric conversion module housed in the metal casing, and the heat energy transfer loss is large.
これに対し、熱電変換装置1は、熱電変換モジュール構成要素21の高温側電極22が、高温側絶縁層35および伝熱部材33を介して配管壁6に直接に接続され、配管壁6の熱が高温側電極22に効率よく供給され、熱エネルギーの伝達ロスが小さいため、発電効率が高い。
In contrast, in the
また、熱電変換装置1は、配管壁6の熱が効率よく高温側電極22に供給されるため、気密筐体部10内の温度が従来よりも高くなりやすい。n型半導体層26およびp型半導体層27を構成する半導体材料や、高温側電極22等を構成する電極材料は、高温下で酸化等が生じて劣化するおそれがあるが、熱電変換装置1は、気密筐体部10内が真空状態または不活性なガス雰囲気にされるため、劣化を抑制することができる。
Moreover, since the heat of the
さらに、熱電変換装置1は、熱電変換モジュール構成要素21の、高温側電極22とn型半導体層26との間、および高温側電極22とp型半導体層27との間に、導電性伸縮部材31が圧接されるから、高温側電極22とn型半導体層26との間、および高温側電極22とp型半導体層27との間に破断が生じたり、クラックが入ったりすることがほとんどなく、電気的接続が確実に行われる。
Further, the
また、熱電変換モジュール20は、外部回路55を接続することにより、熱電変換モジュール構成要素21中で第1の低温側電極23aから高温側電極22を介して第2の低温側電極23bに向かって電流を流すと、高温側電極22が吸熱して周囲が冷却され、第1の低温側電極23aおよび第2の低温側電極23bが放熱して周囲が加熱される。これにより、電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。
Moreover, the
熱電変換装置1によれば、熱エネルギーの伝達ロスが小さく、熱電変換効率が高くなる。
According to the
なお、熱電変換装置1の熱電変換モジュール20を構成する熱電変換モジュール構成要素21は、図6に示す熱電変換モジュール構成要素21に代えて、図7に示す熱電変換モジュール構成要素21A、図8に示す熱電変換モジュール構成要素21B、または図9に示す熱電変換モジュール構成要素21Cを用いてもよい。
In addition, the thermoelectric
熱電変換モジュール構成要素21A、21Bおよび21Cは、それぞれ、熱電変換モジュール構成要素21に対し、高温側電極22と、n型半導体層26およびp型半導体層27との間(以下、「部位A」という)を接続する構成部材、第1の低温側電極23aとn型半導体層26との間(以下、「部位B」という)を接続する構成部材、ならびに第2の低温側電極23bとp型半導体層27との間(以下、「部位C」という)を接続する構成部材を変更したものである。
The thermoelectric
図7に示す熱電変換モジュール構成要素21Aは、部位Aを接続する構成部材を、図6に示す熱電変換モジュール構成要素21の導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32から半導体層−電極間の接合部30に変更したものである。
The thermoelectric
また、図7に示す熱電変換モジュール構成要素21Aは、部位Bおよび部位Cを接続する構成部材を、図6に示す熱電変換モジュール構成要素21の半導体層−電極間の接合部30から導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32に変更したものである。
In addition, the thermoelectric
熱電変換モジュール構成要素21Aの部位Bおよび部位Cに配置される導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32は、導電性伸縮部材31を第1の低温側電極23aまたは第2の低温側電極23b側に配置して圧接される。
The conductive
熱電変換モジュール構成要素21Aは、部位Aに配置される半導体層−電極間の接合部30が安価であるため、この部分の製造コストが低くなる。
In the thermoelectric
また、熱電変換モジュール構成要素21Aは、部位Bおよび部位Cに配置される部材の熱膨張、熱収縮に対する追従性が高いため、n型半導体層26と第1の低温側電極23aとの間、およびp型半導体層27と第2の低温側電極23bとの間に、熱膨張、熱収縮により破断したり、クラックが入ったりすることが抑制される。
In addition, since the thermoelectric
図8に示す熱電変換モジュール構成要素21Bは、部位Bおよび部位Cを接続する構成部材を、図6に示す熱電変換モジュール構成要素21の半導体層−電極間の接合部30から導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32に変更したものである。
The thermoelectric
熱電変換モジュール構成要素21Bの部位Bおよび部位Cに配置される導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32は、導電性伸縮部材31を第1の低温側電極23aまたは第2の低温側電極23b側に配置して圧接される。
The conductive
熱電変換モジュール構成要素21Bは、部位Bおよび部位Cに配置される部材の熱膨張、熱収縮に対する追従性が高いため、n型半導体層26と第1の低温側電極23aとの間、およびp型半導体層27と第2の低温側電極23bとの間に、熱膨張、熱収縮により破断したり、クラックが入ったりすることが抑制される。
Since the thermoelectric
図9に示す熱電変換モジュール構成要素21Cは、部位Aを接続する構成部材を、図6に示す熱電変換モジュール構成要素21の導電性伸縮部材31および導電性均熱部材32から半導体層−電極間の接合部30に変更したものである。
The thermoelectric conversion module component 21C shown in FIG. 9 is configured such that components connecting the part A are changed from the conductive
熱電変換モジュール構成要素21Cは、部位Aに配置される半導体層−電極間の接合部30が安価であるため、この部分の製造コストが低くなる。
In the thermoelectric conversion module component 21C, since the
熱電変換装置1は、低温側筐体壁15が、低温側絶縁層−熱放出部材間の接合部37および熱放出部材36を設けず、低温側絶縁層14のみからなる構成としてもよい。低温側絶縁層−熱放出部材間の接合部37および熱放出部材36を設けない構成とすると、装置の簡素化、低コスト化が可能になる。
The
熱電変換装置1は、高温側絶縁層35と配管部5の配管壁6との間に、伝熱部材33を設けない構成としてもよい。伝熱部材33を設けない構成とすると、装置の簡素化、低コスト化が可能になる。
The
[第2の実施形態]
次に本発明に係る第2の実施形態に示された熱電変換装置について添付図面を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a thermoelectric conversion device shown in a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る第2の実施形態に示された熱電変換装置1Aは、図1に第1の実施形態として示された熱電変換装置1と外観構成が同じであるため、外観についての説明を省略する。
The
図10は、本発明に係る第2の実施形態に示された熱電変換装置1Aを示す図1のC−C線に沿う断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1 showing the
第2の実施形態に示された熱電変換装置1Aは、第1の実施形態に示された熱電変換装置1に対し、熱電変換モジュール20に代えて熱電変換モジュール20Dを用いる点、高温側絶縁層35に代えて高温側絶縁層35Dを用いる点、および伝熱部材33を設けない点で異なり、他の構成、作用は熱電変換装置1と同じであるため、同じ構成には同一符号を付し、構成および作用の説明を簡略化または省略する。
The
熱電変換モジュール20Dは、熱電変換装置1に用いられる熱電変換モジュール20に対し、高温側電極22および導電性伸縮部材31に代えて、熱に対して伸縮自在な高温側電極22Dを用いる点、複数の熱電変換モジュール構成要素21を取り付け可能な大きな高温側絶縁層35に代えて1個の熱電変換モジュール構成要素21のみを取り付け可能な小さな高温側絶縁層35Dを用いる点、および伝熱部材33を設けずに、高温側絶縁層35Dを配管部5の配管壁6の表面に直接形成する点で異なる。
The
熱電変換モジュール20Dは、これらの点以外は、熱電変換モジュール20と同じであるため、同じ構成には同一符号を付し、構成および作用の説明を簡略化または省略する。
Since the thermoelectric conversion module 20D is the same as the
熱電変換モジュール20Dは、熱電変換モジュール構成要素21Dが、複数個電気的に直列に接続されたものである。なお、熱電変換モジュール20Dは、1つの熱電変換モジュール構成要素21Dからなるものであってもよい。
The thermoelectric conversion module 20D is obtained by electrically connecting a plurality of thermoelectric
熱電変換モジュール構成要素21Dは、第1の低温側電極23a、n型半導体層26、熱に対して伸縮自在な高温側電極22D、p型半導体層27および第2の低温側電極23bがこの順番に電気的に直列接続されて形成される。
The thermoelectric
また、熱電変換モジュール構成要素21Dは、n型半導体層26およびp型半導体層27が高温側電極22Dの表面の同じ側に並べて配置され、n型半導体層26に接続される第1の低温側電極23aおよびp型半導体層27に接続される第2の低温側電極23bが、高温側電極22Dよりも低温側かつ平行に配置される。
The thermoelectric
熱に対して伸縮自在な高温側電極22Dは、熱電変換装置1の導電性伸縮部材31をこのまま高温側電極22として用いるものであり、導電性を有するとともに、熱による膨張、収縮に対して追従可能な伸縮性を有する部材である。高温側電極22Dとしては、たとえば、導電性伸縮部材31と同じ、銅や銀等の導電性の良好な金属からなる平編み線やスポンジ状物が用いられる。
The high
熱に対して伸縮自在な高温側電極22Dと配管部5の配管壁6との間には、高温側絶縁層35Dが設けられる。高温側絶縁層35Dとしては、たとえば、絶縁材料からなるコーティング膜、繊維の集合体、布、粉体の固着物またはこれらの複合物が用いられる。絶縁材料としては、たとえば、耐熱性絶縁塗料、セラミックス、ガラスが用いられる。セラミックスとしては、たとえば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、シリカが用いられる。
A high temperature side insulating layer 35 </ b> D is provided between the high
高温側絶縁層35Dは、通常、コーティング膜、繊維の集合体、布、粉体の固着物等からなるため、通常、セラミックス板からなる高温側絶縁層35に比べて薄く形成される。このため、熱電変換装置1Aは、配管部5の配管壁6から高温側絶縁層35Dへの熱伝導が十分に良好であり、熱電変換装置1のように伝熱部材33を設ける必要がなくなる。
The high temperature
次に、熱電変換装置1Aの作用について図面を参照して説明する。
Next, the operation of the
熱電変換装置1Aは、図10に示すように、配管部5の流路7に高温流体を矢印Fの向きに流すと、配管部5の配管壁6(6a、6b、6c、6d)が高温になり、熱電変換モジュール20Dに矢印Gの向きの熱流が発生する。
As shown in FIG. 10, in the
熱電変換モジュール20Dに矢印Gの向きの熱流が発生すると、熱電変換モジュール構成要素21D中を、第1の低温側電極23a、n型半導体層26、高温側電極22D、p型半導体層27および第2の低温側電極23bの順番で電流が流れる。
When the heat flow in the direction indicated by the arrow G is generated in the thermoelectric conversion module 20D, the first low-
なお、熱電変換装置1Aは、熱電変換モジュール20Dの高温側絶縁層35Dが配管部5の配管壁6に直接に接続されているため、熱電変換装置1よりも、配管壁6から高温側電極22Dへの熱の伝達ロスが小さく、熱効率がよい。
In the
他の作用は、熱電変換装置1と同じであるため重複説明を省略する。
Since other operations are the same as those of the
熱電変換装置1Aによれば、熱電変換装置1と同じ効果を有する上、熱電変換装置1よりも、配管壁6から高温側電極22Dへの熱の伝達ロスが小さいため、さらに熱効率がよくなる。
The
[第3の実施形態]
次に本発明に係る第3の実施形態に示された熱電変換装置について添付図面を参照して説明する。
[Third Embodiment]
Next, a thermoelectric conversion device shown in a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図11は、本発明に係る第3の実施形態に示された熱電変換装置1Bを示す斜視図である。図12は、熱電変換装置1Bを示す図1のD−D線に沿う断面図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a
第3の実施形態に示された熱電変換装置1Bは、第1の実施形態に示された熱電変換装置1に対し、気密筐体部10を気密筐体部10Bとした点で異なり、他の構成および作用は同じであるため、同じ構成に同じ符号を付し、説明を簡略化または省略する。
The
熱電変換装置1Bの気密筐体部10Bは、図11および図12に示すように、配管部5の周方向全体を取り囲むように形成される。すなわち、気密筐体部10Bは、4枚の配管壁6a、6b、6c、6dを、4枚の低温側筐体壁15B、15B、15B、15Bで取り囲むとともに、配管壁6と低温側筐体壁15Bとの空間を筐体側壁12Bで仕切ることにより形成される。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
次に、熱電変換装置1Bの作用について説明する。
Next, the operation of the
熱電変換装置1Bの作用は、熱電変換装置1と同様に、配管部5の流路7に高温流体を矢印Fの向きに流すと、配管部5の配管壁6(6a、6b、6c、6d)が高温になり、熱電変換モジュール20に矢印Gの向きの熱流が発生し、電流が流れる。
Similar to the
なお、熱電変換装置1Bは、気密筐体部10Bが配管部5の周方向全体を取り囲むように形成されるため、配管壁6の熱が気密筐体部10B内に効率よく供給される。
Note that the
熱電変換装置1Bによれば、熱電変換装置1と同じ効果を有する上に、配管壁6の熱が気密筐体部10B内に効率よく供給されるため、熱電変換装置1よりも、さらに熱効率がよくなる。
According to the
1、1A、1B 熱電変換装置
5 配管部
6、6a、6b、6c、6d 配管壁
7 流路
10、10B 気密筐体部
11 収容空間
12、12B 筐体側壁
13 高温側絶縁層
14 低温側絶縁層
15、15B 低温側筐体壁
20、20D 熱電変換モジュール
21、21A、21B、21C 熱電変換モジュール構成要素
22 高温側電極
23 低温側電極
23a 第1の低温側電極(低温側電極)
23b 第2の低温側電極(低温側電極)
24 熱に対して伸縮自在な高温側電極
26 n型半導体層
27 p型半導体層
30 半導体層−電極間の接合部
31 導電性伸縮部材
32 導電性均熱部材
33 伝熱部材
34 電極−絶縁層間の接合部
35 高温側絶縁層−伝熱部材間の接合部
36 熱放出部材
37 低温側絶縁層−熱放出部材間の接合部
38 電流取出部
39 取合部
40 取合部絶縁層
41 低温側絶縁層−取合部材間の接合部
42 筐体側壁支持部
43 筐体側壁支持部−低温側絶縁層間の接合部
44 筐体側壁−筐体側壁支持部間の接合部
51 電子
52 正孔
55 外部回路
57 電気的負荷
DESCRIPTION OF
23b Second low temperature side electrode (low temperature side electrode)
24 High-
Claims (7)
この配管部の配管壁の外側周囲に、かつ、前記配管壁に対向して設けられる低温側筐体壁、および前記配管壁と前記低温側筐体壁との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間を形成する筐体側壁を有する気密筐体部と、
この気密筐体部の収容空間内に配置され、前記配管部の配管壁側に設けられた高温側電極、前記低温側筐体壁側に設けられた低温側電極、前記高温側電極と低温側電極との間に介装されるp型半導体層およびn型半導体層を有する熱電変換モジュールとを備え、
前記低温側筐体壁は、少なくとも低温側絶縁層を含み、
前記気密筐体部の収容空間内は、真空または不活性なガスが封入され、
前記熱電変換モジュールは、第1の低温側電極、n型半導体層、高温側電極、p型半導体層および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続され、前記n型半導体層および前記p型半導体層が前記高温側電極の表面の同じ側に並べて配置され、前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記高温側電極よりも低温側に配置されてなる熱電変換モジュール構成要素が、1個または複数個電気的に接続されたものであるとともに、前記気密筐体部の収容空間内で、前記高温側電極が前記配管部の配管壁の表面に高温側絶縁層を介して取り付けられ、かつ前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記低温側筐体壁を構成する低温側絶縁層の表面に取り付けられ、
前記熱電変換モジュールは、前記高温側電極と前記n型半導体層との間、前記高温側電極と前記p型半導体層との間、前記第1の低温側電極と前記n型半導体層との間、および前記第2の低温側電極と前記p型半導体層との間、の少なくともいずれかに、導電性伸縮部材と導電性均熱部材とが組み合わせて圧接され、
挿入される導電性伸縮部材および導電性均熱部材は、前記導電性均熱部材が、前記n型半導体層およびp型半導体層の少なくともいずれかに接するように配置され、前記導電性伸縮部材が、前記高温側電極、第1の低温側電極および第2の低温側電極の少なくともいずれかに接するように配置されることを特徴とする熱電変換装置。 A piping part that forms a flow path inside;
The low-temperature side housing wall provided around the outside of the piping wall of the piping portion and facing the piping wall, and the space between the piping wall and the low-temperature side housing wall are partitioned and sealed inside An airtight housing portion having a housing side wall that forms the accommodated storage space;
The high temperature side electrode disposed in the housing space of the hermetic casing portion and provided on the piping wall side of the piping portion, the low temperature side electrode provided on the low temperature side casing wall side, the high temperature side electrode and the low temperature side A thermoelectric conversion module having a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer interposed between the electrodes,
The low temperature side housing wall includes at least a low temperature side insulating layer,
In the housing space of the hermetic casing, vacuum or inert gas is sealed ,
In the thermoelectric conversion module, a first low-temperature side electrode, an n-type semiconductor layer, a high-temperature side electrode, a p-type semiconductor layer, and a second low-temperature side electrode are electrically connected in series in this order, Thermoelectric conversion in which the p-type semiconductor layer is arranged side by side on the same side of the surface of the high temperature side electrode, and the first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are arranged on the low temperature side of the high temperature side electrode One or a plurality of module components are electrically connected, and the high temperature side electrode is disposed on the surface of the piping wall of the piping portion in the accommodating space of the hermetic casing. And the first low-temperature side electrode and the second low-temperature side electrode are attached to the surface of the low-temperature side insulating layer constituting the low-temperature side casing wall,
The thermoelectric conversion module is between the high temperature side electrode and the n-type semiconductor layer, between the high temperature side electrode and the p type semiconductor layer, and between the first low temperature side electrode and the n type semiconductor layer. , And at least one of the second low-temperature side electrode and the p-type semiconductor layer, and a conductive stretchable member and a conductive soaking member are pressed in combination,
The conductive stretchable member and the conductive soaking member to be inserted are arranged so that the conductive soaking member is in contact with at least one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and the conductive stretchable member is The thermoelectric conversion device is disposed so as to be in contact with at least one of the high temperature side electrode, the first low temperature side electrode, and the second low temperature side electrode .
この配管部の配管壁の外側周囲に、かつ、前記配管壁に対向して設けられる低温側筐体壁、および前記配管壁と前記低温側筐体壁との間の空間を仕切り、内部に密閉された収容空間を形成する筐体側壁を有する気密筐体部と、 The low-temperature side housing wall provided around the outside of the piping wall of the piping portion and facing the piping wall, and the space between the piping wall and the low-temperature side housing wall are partitioned and sealed inside An airtight housing portion having a housing side wall that forms the accommodated storage space;
この気密筐体部の収容空間内に配置され、前記配管部の配管壁側に設けられた高温側電極、前記低温側筐体壁側に設けられた低温側電極、前記高温側電極と低温側電極との間に介装されるp型半導体層およびn型半導体層を有する熱電変換モジュールとを備え、 The high temperature side electrode disposed in the housing space of the hermetic casing portion and provided on the piping wall side of the piping portion, the low temperature side electrode provided on the low temperature side casing wall side, the high temperature side electrode and the low temperature side A thermoelectric conversion module having a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer interposed between the electrodes,
前記低温側筐体壁は、少なくとも低温側絶縁層を含み、 The low temperature side housing wall includes at least a low temperature side insulating layer,
前記気密筐体部の収容空間内は、真空または不活性なガスが封入され、 In the housing space of the hermetic casing, vacuum or inert gas is sealed,
前記熱電変換モジュールは、第1の低温側電極、n型半導体層、高温側電極、p型半導体層および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続され、前記n型半導体層および前記p型半導体層が前記高温側電極の表面の同じ側に並べて配置され、前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記高温側電極よりも低温側に配置されてなる熱電変換モジュール構成要素が、1個または複数個電気的に接続されたものであるとともに、前記気密筐体部の収容空間内で、前記高温側電極が前記配管部の配管壁の表面に高温側絶縁層を介して取り付けられ、かつ前記第1の低温側電極および第2の低温側電極が前記低温側筐体壁を構成する低温側絶縁層の表面に取り付けられ、 In the thermoelectric conversion module, a first low-temperature side electrode, an n-type semiconductor layer, a high-temperature side electrode, a p-type semiconductor layer, and a second low-temperature side electrode are electrically connected in series in this order, Thermoelectric conversion in which the p-type semiconductor layer is arranged side by side on the same side of the surface of the high temperature side electrode, and the first low temperature side electrode and the second low temperature side electrode are arranged on the low temperature side of the high temperature side electrode One or a plurality of module components are electrically connected, and the high temperature side electrode is disposed on the surface of the piping wall of the piping portion in the accommodating space of the hermetic casing. And the first low-temperature side electrode and the second low-temperature side electrode are attached to the surface of the low-temperature side insulating layer constituting the low-temperature side casing wall,
前記熱電変換モジュールの高温側電極は熱に対して伸縮自在な電極であり、この熱に対して伸縮自在な高温側電極と、前記n型半導体層およびp型半導体層との間に、前記導電性均熱部材が配置されることを特徴とする熱電変換装置。 The high temperature side electrode of the thermoelectric conversion module is an electrode that can expand and contract with respect to heat, and the conductive layer is interposed between the high temperature side electrode that can expand and contract with respect to heat and the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. A thermoelectric conversion device, wherein a heat equalizing member is disposed.
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