JP5159264B2

JP5159264B2 - Thermoelectric device and thermoelectric module

Info

Publication number: JP5159264B2
Application number: JP2007297070A
Authority: JP
Inventors: 治常岡; 成仁近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2009123964A

Description

本発明は、熱エネルギを電気エネルギに、また電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱電素子デバイス及びこれらから構成される熱電モジュールに関する。 The present invention relates to a thermoelectric device that directly converts thermal energy into electrical energy and electrical energy into thermal energy, and a thermoelectric module composed of these devices.

一般に、熱電素子デバイスは、互いに対向する２つの電極と、この間に挿入される、ｐ型熱電変換半導体及びｎ型熱電変換半導体の対とから構成される。そして、熱電変換半導体が有するトムソン効果、ペルチェ効果、又はゼーベック効果等の熱電効果を利用することにより、熱エネルギが電気エネルギに、また電気エネルギが熱エネルギに直接変換される。また、実用的には、熱電素子デバイスを並列配置することにより構成した熱電モジュールが利用されている。 In general, a thermoelectric device is composed of two electrodes facing each other and a pair of a p-type thermoelectric conversion semiconductor and an n-type thermoelectric conversion semiconductor inserted between them. Then, by using a thermoelectric effect such as a Thomson effect, a Peltier effect, or a Seebeck effect that the thermoelectric conversion semiconductor has, heat energy is directly converted into electric energy and electric energy is directly converted into heat energy. Moreover, practically, a thermoelectric module configured by arranging thermoelectric element devices in parallel is used.

このような熱電変換デバイス又は熱電モジュールの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１では、対向する電極と、この間に林立する柱状のｐ型熱―電気直接変換半導体及びｎ型熱―電気直接変換半導体とから構成される熱電変換装置が開示されている。 An example of such a thermoelectric conversion device or thermoelectric module is described in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a thermoelectric conversion device including an opposing electrode, and a columnar p-type heat-electric direct conversion semiconductor and an n-type heat-electric direct conversion semiconductor that stand between them.

そして、これらの半導体と放熱電極との間が半田により接合される一方、吸熱電極はその一部に変形可能な網構造部材を有しており、この網構造部材が上記の半導体としゅう動可能に接している。 And while these semiconductors and the heat dissipation electrode are joined by soldering, the heat absorption electrode has a deformable net structure member, and this net structure member can be moved with the above semiconductor. Is in contact with

上記の熱電変換装置では、網構造部材の変形及びしゅう動により、吸熱電極と熱電半導体と間の熱膨張差に起因する熱応力が緩和され、熱電変換装置の破損や損傷を防止することができる。 In the above-described thermoelectric conversion device, the deformation and sliding of the net structure member alleviates the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the endothermic electrode and the thermoelectric semiconductor, and can prevent breakage or damage to the thermoelectric conversion device. .

また、特許文献２では、熱電素子を挟んで対向する電極のうち、高温側の電極は、電極部材と、導電性を有した電極部材と接するように設けられた弾性部材と、弾性部材及び熱電素子と接するように設けられた導電性を有した均熱部材とで構成される熱電変換装置が開示されている。
特開２００５−６４４５７号特開２００７−０６６９８７号 In Patent Document 2, among the electrodes facing each other with the thermoelectric element interposed therebetween, the electrode on the high temperature side includes an electrode member, an elastic member provided in contact with the conductive electrode member, an elastic member, and a thermoelectric element. A thermoelectric conversion device is disclosed that is configured with a conductive soaking member provided so as to be in contact with an element.
JP-A-2005-64457 JP 2007-066987

しかし、特許文献１に開示されている熱電変換装置では、高温側熱源の実用状況下にあっては、熱源の温度分布発生による熱膨張差が存在することにより、熱電変換装置に局所的な変形を与え、熱電気変換装置の破損または性能劣化が生じる等により、熱電変換装置が本来有する熱電変換効率を十分に発揮できないという不都合があった。 However, in the thermoelectric conversion device disclosed in Patent Document 1, there is a local deformation in the thermoelectric conversion device due to the presence of a thermal expansion difference due to the occurrence of the temperature distribution of the heat source in a practical situation of the high temperature side heat source. The thermoelectric conversion device is not able to fully exhibit the thermoelectric conversion efficiency inherent to the thermoelectric conversion device due to damage to the thermoelectric conversion device or performance degradation.

しかも、上記の熱電変換装置では、高温側熱源からの熱エネルギを、熱電半導体と網構造部材との接触面の表面に均一に伝達する対策が十分でないため、熟エネルギを電気エネルギに変換する際には、熱電素子に生じる起電力を十分に利用することができないという不都合であった。 Moreover, in the above-described thermoelectric conversion device, there is not enough countermeasure to uniformly transmit the heat energy from the high temperature side heat source to the surface of the contact surface between the thermoelectric semiconductor and the net structure member. However, the electromotive force generated in the thermoelectric element cannot be fully utilized.

また、特許文献２に開示されている熱電変換装置では、高温側の電極が、弾性部材、均熱部材そして電極部材と複数の部材によって構成されているため、製造時に複数の工程を経る必要があるため煩雑となる。 Further, in the thermoelectric conversion device disclosed in Patent Document 2, since the high temperature side electrode is composed of an elastic member, a heat equalizing member, and an electrode member and a plurality of members, it is necessary to go through a plurality of steps during manufacturing. This is complicated.

また、均熱部材が高温側の電極に用いられているため、熱電素子との接触面の表面に均一に熱は伝導するが、弾性部材が熱電素子デバイス内の熱応力を完全に緩和できるわけではなく、熱電変換装置に局所的な変形を与えることも考えられる。 In addition, since the soaking member is used for the electrode on the high temperature side, heat is uniformly conducted to the surface of the contact surface with the thermoelectric element, but the elastic member can completely relieve the thermal stress in the thermoelectric element device. Instead, it may be possible to locally deform the thermoelectric converter.

本発明は、上記の不都合を解消し、熱電素子デバイス内の熱応力を緩和するとともに、高温側熱源の温度分布による局所的な変形に追従する構造とすることにより、熱電素子デバイスの性能を向上させ、熱電変換効率が向上した熱電素子デバイス及びこれを用いる熱電モジュールを提供することを目的とする。 The present invention improves the performance of the thermoelectric device by eliminating the above inconvenience, relaxing the thermal stress in the thermoelectric device, and following the local deformation due to the temperature distribution of the high temperature side heat source. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric element device having improved thermoelectric conversion efficiency and a thermoelectric module using the same.

上記目的を達成するために本発明の一実施例に係る熱電素子デバイスは、高温側基板部材の母材、補強材を例えば４分割にすることにより、熱電素子デバイスが高温側熱源の温度分布による局所的な変形を受ける高温側基板の範囲を１／４に小さくすることができる。温度分布による変形をうける領域を小さくすることにより、たとえば高温側基板に垂直方向の変位量も１／４に低減することができる。よって、高温側熱源の温度分布による局所的な変形によって生じる隙間量、内部構造物への応力を低減することができる。 In order to achieve the above object, the thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is configured such that the base material and the reinforcing material of the high-temperature side substrate member are divided into, for example, four parts, so that the thermoelectric device depends on the temperature distribution of the high-temperature side heat source. The range of the high temperature side substrate subjected to local deformation can be reduced to ¼. By reducing the region subjected to deformation due to the temperature distribution, for example, the amount of displacement in the direction perpendicular to the high temperature side substrate can also be reduced to ¼. Therefore, it is possible to reduce the amount of gaps caused by local deformation due to the temperature distribution of the high temperature side heat source and the stress on the internal structure.

しかしながら、これらの分割された高温基板部材は、熱電素子デバイスの組立ての際、分割した数だけ高温基板部材の設置を行うことが必要となり、組立て性が低下する。それとともに、分割した数だけ高温基板部材の設置をすることによる煩雑さが、ひいては不良品の熱電素子デバイスの発生率を上昇させる結果を招くことになる。 However, these divided high-temperature substrate members need to be installed by the number of divided high-temperature substrate members when the thermoelectric device is assembled, and the assemblability is lowered. At the same time, the complexity of installing the high-temperature substrate members as many as the number of divisions results in an increase in the incidence of defective thermoelectric device.

そこで、分割された母材、補強材より弾性が低い部材で接合することにより、高温側基板の設置を一回で行うことを可能とし、熱電素子デバイスの組立て性の向上を図ることができる。 Therefore, by joining with the divided base material and the member having lower elasticity than the reinforcing material, it is possible to install the high temperature side substrate at one time, and to improve the assembling property of the thermoelectric device.

熱電効果を有する材料は、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb₃基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、MgAgAs型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物、もしくはこれらの混合物、又はこれらの接合体であると好適である。 Materials that have a thermoelectric effect include substances that have bismuth and tellurium as the main phase, substances that have bismuth and antimony as the main phase, and elements in the voids in the CoSb _3- group compound crystals that have a skutterudite crystal structure. A substance having a filled skutterudite structure as a main phase, a substance having a half-Heusler compound having a MgAgAs type crystal structure as a main phase, a clathrate compound containing barium and gallium, or a mixture thereof, or these A joined body is preferable.

熱電素子が、互いに離間するｎ型電導部及びｐ型電導部から構成される熱電素子対であり、第１及び第２の電極のいずれか一方が、ｎ型電導部上に配置される第１の部分と、ｐ型電導部上に配置される第２の部分とに離間すると、一層好ましい。 The thermoelectric element is a thermoelectric element pair composed of an n-type conductive portion and a p-type conductive portion that are separated from each other, and one of the first and second electrodes is a first that is disposed on the n-type conductive portion. It is more preferable that the portion is separated from the second portion disposed on the p-type conductive portion.

（１）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、熱電効果を有する材料から構成される熱電素子と、前記熱電素子の一端側に設置され、構造的不連続となるように分割された複数の高温側基板と、前記熱電素子と前記高温側基板との間に設置された第１の電極と、前記熱電素子の他端側に設置された低温側基板と、前記熱電素子と前記低温側基板との間に設置された第２の電極とを有する。 (1) The thermoelectric element device according to the present embodiment includes a thermoelectric element made of a material having a thermoelectric effect, and a plurality of high temperatures that are installed on one end side of the thermoelectric element and divided so as to be structurally discontinuous. A side substrate, a first electrode disposed between the thermoelectric element and the high temperature side substrate, a low temperature side substrate disposed on the other end side of the thermoelectric element, the thermoelectric element and the low temperature side substrate, And a second electrode disposed between the two electrodes.

（２）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記（１）であって、さらに前記高温側基板は、絶縁性を有し前記第１の電極と接する高温側基板母材と、前記高温側基板母材上に設けられた高温側基板補強材で構成されている。 (2) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (1), wherein the high-temperature side substrate has a high-temperature side substrate base material that has insulation and is in contact with the first electrode, and the high-temperature side It is comprised by the high temperature side board | substrate reinforcement material provided on the board | substrate base material.

（３）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(２）であって、さらに、前記複数の高温側基板は、隣り合う前記高温側基板部材同士を前記高温側基板母材または前記高温側補強材と比べて同等または低い弾性を有する接合部材で接合する。 (3) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (2), and the plurality of high temperature side substrates are arranged such that the high temperature side substrate members adjacent to each other are the high temperature side substrate base material or the high temperature side. It joins with the joining member which has the elasticity equivalent or low compared with a reinforcing material.

（４）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(３）であって、前記複数の高温側基板部材は、前記接合部材により接合されることにより、物性的弾性または構造的弾性のいずれか一つ以上の弾性特性を有する。 (4) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (3), wherein the plurality of high-temperature side substrate members are bonded by the bonding members, thereby being either physical elastic or structural elastic. Has one or more elastic properties.

（５）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(４）であって、前記接合部材は前記第１の電極であり、隣り合う前記高温側基板同士を少なくとも１つ以上の前記第１の電極で接合する。 (5) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (4), in which the bonding member is the first electrode, and the adjacent high-temperature substrates are at least one of the first electrodes. Join with electrodes.

（６）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(４）であって、前記複数の高温側基板は、隣り合う前記高温側基板部材同士について、前記第１の電極と接する側を前記接合部材で接合する。 (6) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (4), wherein the plurality of high temperature side substrates are bonded to the side where the high temperature side substrate members adjacent to each other are in contact with the first electrode. Join with members.

（７）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(６）であって、前記接合部材は、前記第１の電極と接する。 (7) The thermoelectric element device according to this embodiment is the above (6), wherein the joining member is in contact with the first electrode.

（８）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(６）であって、前記接合部材は、前記第１の電極と接しない。 (8) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (6), wherein the joining member does not contact the first electrode.

（９）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(４）であって、隣り合う前記高温側基板の前記高温側基板補強材同士と前記接合部材は一体の材料であり、隣り合う前記高温側基板の前記高温側基板補強材同士が構造的連続となるように設けられている。 (9) The thermoelectric device according to the present embodiment is the above (4), wherein the high-temperature side substrate reinforcing materials of the adjacent high-temperature side substrates and the bonding member are an integral material, and the adjacent high-temperature devices The high temperature side substrate reinforcing materials of the side substrates are provided so as to be structurally continuous.

（１０）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(９）であって、隣り合う前記高温側基板補強材同士は、少なくとも一箇所以上で構造的連続性を有する。 (10) The thermoelectric element device according to this embodiment is (9) described above, and the adjacent high-temperature side substrate reinforcing materials have structural continuity at least at one or more locations.

（１１）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(３）であって、前記第１の電極、前記第２の電極および前記熱電素子が外気から遮断する枠を有する。 (11) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (3), and includes a frame in which the first electrode, the second electrode, and the thermoelectric element are shielded from outside air.

（１２）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(１）であって、前記第１の電極は、電極部材と、導電性を有し前記電極部材上に設けられる弾性部材と、導電性を有し前記弾性部材上に設けられ、前記熱電素子と接するように設けられた均熱部材とを備える。 (12) The thermoelectric device according to the present embodiment is the above (1), wherein the first electrode includes an electrode member, an elastic member having conductivity and provided on the electrode member, and conductivity. And a soaking member provided on the elastic member and in contact with the thermoelectric element.

（１３）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(１）であって、前記第２の電極が、電極部材と、導電性を有し前記電極部材上に設けられる弾性部材と、導電性を有し前記弾性部材上に設けられ、前記熱電素子と接するように設けられた均熱部材とを備える。 (13) The thermoelectric element device according to the present embodiment is the above (1), wherein the second electrode is an electrode member, an elastic member having conductivity and provided on the electrode member, and conductivity. And a soaking member provided on the elastic member and in contact with the thermoelectric element.

（１４）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(１）から(１３)のいずれか１つであって、前記熱電素子における熱電効果を有する材料は、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb₃基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、MgAgAs型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物、もしくはこれらの混合物、又はこれらの接合体である。 (14) The thermoelectric device according to this embodiment is any one of the above (1) to (13), and the material having a thermoelectric effect in the thermoelectric device includes a compound of bismuth and tellurium as a main phase. Substances with a main phase consisting of a compound containing bismuth and antimony, a compound having a filled skutterudite structure in which voids in the CoSb _3- based compound crystal having a skutterudite type crystal structure are filled A material having a half-Heusler compound having an MgAgAs type crystal structure as a main phase, a clathrate compound containing barium and gallium, a mixture thereof, or a conjugate thereof.

（１５）本実施形態に係る熱電素子デバイスは、上記(１）から（１４）のいずれか１つであって、前記熱電素子が、互いに離間するｎ型電導部及びｐ型電導部から構成される熱電素子対であり、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方が、前記ｎ型電導部上に配置される第１の部分と、前記ｐ型電導部上に配置される第２の部分とに離間する。 (15) The thermoelectric device according to the present embodiment is any one of the above (1) to (14), and the thermoelectric device includes an n-type conductive portion and a p-type conductive portion that are separated from each other. One of the first electrode and the second electrode is disposed on the n-type conductive portion and the p-type conductive portion. Separated from the second portion.

（１６）本実施形態に係る熱電モジュールは、上記(１）から（１５）のいずれか１つに記載されている、複数個の熱電素子デバイスが、該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが隣の熱電モジュールと電気的に接続されるように構成されている。 (16) The thermoelectric module according to the present embodiment includes a plurality of thermoelectric element devices described in any one of (1) to (15) above, and any of the plurality of thermoelectric element devices. All of the plurality of thermoelectric element devices are configured to be electrically connected to the adjacent thermoelectric module.

本発明に係る熱電素子デバイス及びこれを用いる熱電モジュールは、熱電素子デバイス内に生じる応力を緩和できるとともに、高温側熱源の局所的変形によって生じる隙間量の低減、内部構造物への応力緩和する構造であるため、熱電素子デバイスの熱電変換効率の劣化を防止しすることができる。これらの分割された部材を接合することにより、高温側基板の設置を一回で行うことを可能とし、熱電素子デバイスの組立て性、信頼性並びに生産性の向上を図ることができる。 The thermoelectric element device and the thermoelectric module using the same according to the present invention can alleviate the stress generated in the thermoelectric element device, reduce the amount of gap caused by local deformation of the high-temperature side heat source, and reduce the stress on the internal structure Therefore, deterioration of the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric device can be prevented. By joining these divided members, the high temperature side substrate can be installed at one time, and the assembly, reliability, and productivity of the thermoelectric device can be improved.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付す。また、添付図面は、実施形態に係る熱電素子デバイス１００及び熱電モジュールを模式的に示しているに過ぎない。このため、厚さと平面寸法との関係や各部材の厚さの比率等が、現実の設計通りに現されているとは限らないことに留意すべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. Further, the attached drawings only schematically show the thermoelectric element device 100 and the thermoelectric module according to the embodiment. For this reason, it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thicknesses of the respective members, and the like are not necessarily shown as in actual design.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る熱電素子デバイス１００および熱電モジュールの構成を示す側面断面図の概略図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view showing the configuration of a thermoelectric device 100 and a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

図示の通り、熱電素子デバイス１００は、低温側系統１、高温側系統２、低温側電極３、熱電素子４、低温側基板５、ケース６、高温側基板７、高温側電極１０を有している。 As illustrated, the thermoelectric device 100 includes a low temperature side system 1, a high temperature side system 2, a low temperature side electrode 3, a thermoelectric element 4, a low temperature side substrate 5, a case 6, a high temperature side substrate 7, and a high temperature side electrode 10. Yes.

熱電素子４は、ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の対で構成されている。そして、熱電素子４が配列される位置に対応して配列された低温側に設けられた低温側電極３は、低温側基板５にアレイ状に配列されている。そして、低温側基板５と接するように熱電素子デバイス１００を冷却するための低温側系統１が設けられている。 The thermoelectric element 4 is composed of a pair of a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element. The low temperature side electrodes 3 provided on the low temperature side arranged corresponding to the positions where the thermoelectric elements 4 are arranged are arranged in an array on the low temperature side substrate 5. And the low temperature side system | strain 1 for cooling the thermoelectric device 100 is provided so that the low temperature side board | substrate 5 may be contact | connected.

低温側基板５は、熱電素子４と接続されている低温側電極３を電気的に絶縁するために電気的絶縁性を有する材料が用いられている。そして、熱電素子４の低温側基板５側は、低温側系統１と熱的に接続している。 The low temperature side substrate 5 is made of an electrically insulating material in order to electrically insulate the low temperature side electrode 3 connected to the thermoelectric element 4. The low temperature side substrate 5 side of the thermoelectric element 4 is thermally connected to the low temperature side system 1.

また、熱電素子デバイス１００は、複数の熱電素子４を外気から遮断するように筐体であるケース６を有している。ケース６は、複数の熱電素子４の周囲を取り囲む金属枠で構成され、低温側基板と接続することで、複数の熱電素子４を密封している。ケース６は、複数の熱電素子４等からなる内部構成品を外気から遮断するとともに、ケース６の内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する。 In addition, the thermoelectric device 100 has a case 6 that is a casing so as to block the plurality of thermoelectric elements 4 from the outside air. The case 6 is composed of a metal frame that surrounds the periphery of the plurality of thermoelectric elements 4, and seals the plurality of thermoelectric elements 4 by connecting to the low temperature side substrate. The case 6 shields the internal components composed of the plurality of thermoelectric elements 4 and the like from the outside air, and holds the inside of the case 6 in a vacuum or an inert gas atmosphere.

不活性ガスとしては、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選択されるガスからなることが好ましい。或いはこれらの混合ガスでもよい。これらの非酸化性の気体をケース６内に封入し、内部雰囲気を非活性とすることにより、半導体チップ等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱電素子デバイス１００が得られる。 The inert gas is preferably composed of a gas selected from nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon. Or these mixed gas may be sufficient. By enclosing these non-oxidizing gases in the case 6 and making the internal atmosphere inactive, it is possible to effectively prevent components such as semiconductor chips from being deteriorated due to oxidation or the like, and to achieve high conversion efficiency over a long period of time. A thermoelectric device 100 that can be maintained is obtained.

また、熱電素子デバイス１００において、不活性ガス雰囲気の圧力が、常温で外気圧より低く設定されていることが好ましい。ケース６内の不活性ガス雰囲気の圧力を外気圧より低く設定することにより、高温時の内圧の上昇に伴う破損を防止するとともにケース６内の不活性ガス雰囲気中に水分が残留することが効果的に防止でき、水分による半導体チップの劣化損傷を効果的に抑止できる。さらに、ケース６内のガス雰囲気における熱伝導性が低下するために、熱電素子４から金属枠方向に熱が放散することが防止でき、熱−電気変換効率を高めることができる。 Moreover, in the thermoelectric device 100, it is preferable that the pressure of the inert gas atmosphere is set to be lower than the external pressure at normal temperature. By setting the pressure of the inert gas atmosphere in the case 6 to be lower than the external pressure, it is possible to prevent damage due to the increase of the internal pressure at a high temperature and to retain moisture in the inert gas atmosphere in the case 6. It is possible to effectively prevent deterioration damage of the semiconductor chip due to moisture. Furthermore, since the thermal conductivity in the gas atmosphere in the case 6 is reduced, heat can be prevented from being dissipated from the thermoelectric element 4 in the direction of the metal frame, and the heat-electric conversion efficiency can be increased.

ケース６を構成する金属は、例えばニッケル基合金のような耐熱合金もしくは耐熱金属から形成される。耐熱合金もしくは耐熱金属としては、高温度使用環境における耐久性の点から、ニッケル基合金の他、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金又はニッケル若しくは銅を含有する合金のいずれかより選択されることが好ましい。 The metal constituting the case 6 is formed of a heat resistant alloy such as a nickel base alloy or a heat resistant metal, for example. As a heat-resistant alloy or heat-resistant metal, nickel, carbon steel, stainless steel, iron-based alloys including chromium, iron-based alloys including silicon, and cobalt are included in addition to nickel-based alloys from the viewpoint of durability in high-temperature use environments. It is preferably selected from either an alloy to be made or an alloy containing nickel or copper.

熱電素子４は、低温側電極３との接触する側と逆側に高温側電極１０が接触している。そして、高温側電極１０と接触するように高温側基板７が設けられている。高温側基板７は、ケース６と接触して設けられ、高温側基板７と対向するように熱電素子デバイス１００を熱するための高温側系統２が設けられている。 In the thermoelectric element 4, the high temperature side electrode 10 is in contact with the side opposite to the side in contact with the low temperature side electrode 3. And the high temperature side board | substrate 7 is provided so that the high temperature side electrode 10 may be contacted. The high temperature side substrate 7 is provided in contact with the case 6, and the high temperature side system 2 for heating the thermoelectric element device 100 is provided so as to face the high temperature side substrate 7.

熱電素子４を構成するｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子は、図１に示すように高温側電極１０および低温側電極４によって直列接続されている。 The p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element constituting the thermoelectric element 4 are connected in series by a high temperature side electrode 10 and a low temperature side electrode 4 as shown in FIG.

次に、本発明にかかる高温側基板７について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、図１に示す熱電モジュールについて、Ｘ側からＹ側に向かって見た高温側基板７のＩ−Ｉ断面図である。図２（ｂ）および図２（ｃ）は、高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。図２（ｄ）は、Ｙ側からＸ側に向かって見た高温側基板７および高温側電極１０のII−II断面図である。 Next, the high temperature side board | substrate 7 concerning this invention is demonstrated using FIG. Fig.2 (a) is II sectional drawing of the high temperature side board | substrate 7 which looked at the thermoelectric module shown in FIG. 1 toward the Y side from the X side. 2B and 2C are enlarged views of a side cross-sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10. FIG. 2D is a II-II cross-sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10 as viewed from the Y side toward the X side.

高温側基板７は、高温側基板母材８と高温側基板補強材９を有している。高温側基板７は、熱電素子４と接続された高温側電極１０とケース６の間に設けられている。 The high temperature side substrate 7 includes a high temperature side substrate base material 8 and a high temperature side substrate reinforcing material 9. The high temperature side substrate 7 is provided between the high temperature side electrode 10 connected to the thermoelectric element 4 and the case 6.

高温側基板母材７は、高温側電極１０を電気的に絶縁するため、電気的絶縁性を有し熱伝導性の高い材料（例えばセラミック）で構成されている。高温側基板補強材９は、高温側基板母材７とケース６の間に設けられている。高温側基板補強材９は、破損し易い高温側基板母材７を保護するために、例えば、弾性を有する金属が設けられている。熱電素子４の高温側基板７側は、ケース６および高温側系統２と熱的に接続している。ここでは、高温側基板７は、高温側基板母材８と高温側基板補強材９を有している場合ついて説明するが、高温側基板７が高温側基板補強材９を有さず、高温側基板母材８のみであっても同様である。 In order to electrically insulate the high temperature side electrode 10, the high temperature side substrate base material 7 is made of a material (for example, ceramic) having electrical insulation and high thermal conductivity. The high temperature side substrate reinforcing material 9 is provided between the high temperature side substrate base material 7 and the case 6. The high temperature side substrate reinforcing material 9 is provided with a metal having elasticity, for example, in order to protect the high temperature side substrate base material 7 which is easily damaged. The high temperature side substrate 7 side of the thermoelectric element 4 is thermally connected to the case 6 and the high temperature side system 2. Here, the case where the high temperature side substrate 7 has the high temperature side substrate base material 8 and the high temperature side substrate reinforcing material 9 will be described. However, the high temperature side substrate 7 does not have the high temperature side substrate reinforcing material 9 and is high temperature. The same applies to the side substrate base material 8 alone.

図２（ｄ）に示すように、高温側電極１０は、高温側基板７の高温側基板母材８に複数配列されている。 As shown in FIG. 2D, a plurality of high temperature side electrodes 10 are arranged on the high temperature side substrate base material 8 of the high temperature side substrate 7.

また、図３（ａ）は、図１に示す熱電モジュールについて、Ｘ側からＹ側に向かって見た高温側基板７のＩ−Ｉ断面図である。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。図３（ｄ）は、Ｙ側からＸ側に向かって見た高温側基板７および高温側電極１０のII−II断面図である。 Moreover, Fig.3 (a) is II sectional drawing of the high temperature side board | substrate 7 which looked at the thermoelectric module shown in FIG. 1 toward the Y side from the X side. FIGS. 3B and 3C are enlarged views of a side cross-sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10. FIG. 3D is a II-II cross-sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10 as viewed from the Y side toward the X side.

本発明にかかる高温側基板７は、図３に示す状態から図２に示すように分割溝１１を設けたものである。従来は、図３に示すように高温側基板７には分割溝１１は設けられていない。 The high temperature side substrate 7 according to the present invention is provided with the dividing grooves 11 from the state shown in FIG. 3 as shown in FIG. Conventionally, as shown in FIG. 3, the dividing groove 11 is not provided in the high temperature side substrate 7.

図２（ａ）は、図３（ａ）に示す高温側基板７を構成する高温側基板母材８および高温側基板補強材９に対して、Ｘ側からＹ側に向かう方向に、高温側基板母材８および高温側基板補強材９を分断するように分割溝１１が設けられている。分割溝１１は、分割溝１１によって分割された複数の高温側基板７が連続とならないように、複数の高温側基板７を分割している。 2A shows a high temperature side in a direction from the X side to the Y side with respect to the high temperature side substrate base material 8 and the high temperature side substrate reinforcing material 9 constituting the high temperature side substrate 7 shown in FIG. Dividing grooves 11 are provided so as to divide the substrate base material 8 and the high temperature side substrate reinforcing material 9. The dividing groove 11 divides the plurality of high temperature side substrates 7 so that the plurality of high temperature side substrates 7 divided by the dividing groove 11 are not continuous.

ここでは、高温側基板７の中心線沿って、分割溝１１が２つ設けられている。これによって、高温側基板７は、構造的連続性を有しない４つの分割された高温側基板７に分割されている。高温側基板７の分割数は２以上であれば、十分に効果を得ることが可能である。本実施形態においては、高温側基板７を４分割にした場合を例に説明する。 Here, two dividing grooves 11 are provided along the center line of the high temperature side substrate 7. Thereby, the high temperature side substrate 7 is divided into four divided high temperature side substrates 7 having no structural continuity. If the number of divisions of the high temperature side substrate 7 is 2 or more, it is possible to obtain a sufficient effect. In the present embodiment, a case where the high temperature side substrate 7 is divided into four parts will be described as an example.

高温側系統２には温度分布が生じるため、高温側系統２を構成する部材は温度分布に対応した熱膨張を起こす。よって、高温側系統２を構成する部材は変形を生じ、熱電素子デバイス１００は、その変形の影響を受けて、隙間の発生、内部構造物への応力の発生を招く。構造に生じた隙間は、熱伝導の低下並びに電気抵抗の増加を生じせしめ、熱電素子デバイス１００の性能を低下させる。 Since a temperature distribution occurs in the high temperature side system 2, the members constituting the high temperature side system 2 cause thermal expansion corresponding to the temperature distribution. Therefore, the member which comprises the high temperature side system | strain 2 produces a deformation | transformation, and the thermoelectric element device 100 invites the generation | occurrence | production of the clearance gap and the generation | occurrence | production of the stress to an internal structure under the influence of the deformation | transformation. The gap generated in the structure causes a decrease in heat conduction and an increase in electrical resistance, thereby degrading the performance of the thermoelectric device 100.

ここで、高温側基板７を分割した構造とすることにより、分割された高温側基板７の各々を構造的に独立させることにより、高温側系統２を構成する部材は、高温側系統２を構成する部材のうち変形した箇所と対向する位置に設けられた分割された高温側基板７のそれぞれの部位の変形に追従して移動することが可能となる。 Here, by making the high temperature side substrate 7 into a divided structure, each of the divided high temperature side substrates 7 is structurally independent, so that members constituting the high temperature side system 2 constitute the high temperature side system 2. It becomes possible to follow the deformation of each part of the divided high temperature side substrate 7 provided at a position opposite to the deformed part among the members to be moved.

すなわち、高温側基板７の高温側基板母材８および高温側基板補強材９を図２に示すように、例えば高温側基板７を４分割にすることにより、熱電素子デバイス１００が高温側系統７の温度分布による局所的な変形を受ける高温側基板７の範囲を１／４に小さくすることができる。つまり、高温側系統３の温度分布による局所的な変形が生じたとき、変形した箇所と対向する位置に設けられた分割された高温側基板７のみが影響を受けるのみで、残りの分割された高温側基板７は影響を受けない。 That is, the high temperature side substrate base material 8 and the high temperature side substrate reinforcing material 9 of the high temperature side substrate 7 are divided into, for example, the high temperature side substrate 7 into four parts as shown in FIG. It is possible to reduce the range of the high temperature side substrate 7 that undergoes local deformation due to the temperature distribution to 1/4. That is, when the local deformation due to the temperature distribution of the high temperature side system 3 occurs, only the divided high temperature side substrate 7 provided at the position facing the deformed portion is affected, and the remaining divided portions are divided. The high temperature side substrate 7 is not affected.

そのため、高温側系統３の温度分布により変形を受ける高温側基板７の領域を小さくすることにより、例えば、高温側基板７のＸ側からＹ側に沿った垂直方向の変位量も低減することができる。よって、高温側系統３（熱源）の温度分布による局所的な変形によって生じる隙間量、内部構造物（熱電素子４）への応力を低減することを可能とする。 Therefore, by reducing the region of the high temperature side substrate 7 that is deformed by the temperature distribution of the high temperature side system 3, for example, the amount of displacement in the vertical direction from the X side to the Y side of the high temperature side substrate 7 can be reduced. it can. Therefore, it becomes possible to reduce the amount of gaps caused by local deformation due to the temperature distribution of the high temperature side system 3 (heat source) and the stress on the internal structure (thermoelectric element 4).

ここでは、高温側基板７に分割溝１１を設けたが、低温側基板５にも分割溝１１を設けて低温側基板５を分割することもできる。 Here, the dividing grooves 11 are provided in the high temperature side substrate 7, but the dividing grooves 11 may also be provided in the low temperature side substrate 5 to divide the low temperature side substrate 5.

上記説明したように、高温側電極１０は、電極部材のみで構成された例を示したが、図４に示すように、高温側電極１０が、高温側電極１０は、電極部材１０１と、この電極部材１０１の下面と接するよう設けられる弾性部材１０２と、この弾性部材１０２に接するよう設けられる均熱効果を有する均熱部材１０３を用いてもよい。均熱部材１０３は、熱電素子４と接続している。 As described above, the example in which the high temperature side electrode 10 is configured by only the electrode member has been shown. However, as shown in FIG. 4, the high temperature side electrode 10 is the same as the high temperature side electrode 10, the electrode member 101, You may use the elastic member 102 provided in contact with the lower surface of the electrode member 101, and the soaking | uniform-heating member 103 which has the soaking effect provided in contact with this elastic member 102. FIG. The soaking member 103 is connected to the thermoelectric element 4.

弾性部材１０２は、高温側電極１０の一部を構成しており、導電性を有している。また、弾性部材１０２は、所定の弾性を有し、特に、熱電素子４に比べて変形し易くなるように構成されると好ましい。 The elastic member 102 constitutes a part of the high temperature side electrode 10 and has conductivity. The elastic member 102 has a predetermined elasticity and is particularly preferably configured to be easily deformed compared to the thermoelectric element 4.

均熱部材１０３は、高温側電極１０の一部を構成し、導電性を有している。また、均熱部材１０３は、熱電素子４に比べて、高い熱伝導性を有するよう構成される。具体的には、均熱部材１３は、金属箔などの薄い板材から構成される。また、均熱部材１０３は、弾性部材１０２が有する熱伝導性よりも高い熱伝導性を全体として有すると好ましい。 The soaking member 103 constitutes a part of the high temperature side electrode 10 and has conductivity. The soaking member 103 is configured to have higher thermal conductivity than the thermoelectric element 4. Specifically, the soaking member 13 is made of a thin plate material such as a metal foil. Moreover, it is preferable that the soaking | uniform-heating member 103 has the heat conductivity higher than the heat conductivity which the elastic member 102 has as a whole.

ここで、均熱部材１０３は、均熱効果があると説明したが、材料の拡散を防止する機能を有するものであってもよい。 Here, the heat equalizing member 103 has been described as having a heat equalizing effect, but may have a function of preventing the diffusion of the material.

熱電素子４は、図１に示す通り、互いに離間した対により構成されている。熱電素子４、ペルチェ効果、ゼーベック効果、又はトムソン効果といった熱電効果を有する熱電材料からそれぞれ構成される。このような材料の典型的なものとして、以下の熱電半導体、すなわち、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するＣｏＳｂ３基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、ＭｇＡｇＡｓ型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物がある。 As shown in FIG. 1, the thermoelectric element 4 is composed of pairs separated from each other. The thermoelectric element 4 is composed of a thermoelectric material having a thermoelectric effect such as a Peltier effect, a Seebeck effect, or a Thomson effect. Typical examples of such materials include the following thermoelectric semiconductors: substances having a main phase of a bismuth and tellurium compound, substances having a main phase of a bismuth and antimony compound, and a skutterudite type crystal structure. A substance containing a compound having a filled skutterudite structure in which voids in the CoSb3-based compound crystal are filled as a main phase, a substance containing a half-Heusler compound having a MgAgAs type crystal structure as a main phase, and a clathrate containing barium and gallium There are compounds.

また、これらの混合物から熱電素子４を構成することもできる。さらに、これらの物質、化合物、又は混合物の接合体により、熱電素子４を構成してもよい。これらは、熱伝導率が比較的小さいという性質を有している。このため、これらの物質等から熱電素子４が構成される場合には、熱電素子４内での温度勾配が維持され易いため、熱電素子デバイス１００の性能が向上される。 Moreover, the thermoelectric element 4 can also be comprised from these mixtures. Furthermore, you may comprise the thermoelectric element 4 with the conjugate | zygote of these substances, a compound, or a mixture. These have the property that heat conductivity is comparatively small. For this reason, when the thermoelectric element 4 is comprised from these substances etc., since the temperature gradient in the thermoelectric element 4 is easy to be maintained, the performance of the thermoelectric element device 100 is improved.

また、これらの熱電半導体には、ｐ型電導及びｎ型電導といった２つの電導型がある。本実施形態のように、熱電素子４が対として構成される場合は、典型的には、この対の一方がｎ型電導性であり、他方がｐ型電導性である。 In addition, these thermoelectric semiconductors have two conductivity types, p-type conductivity and n-type conductivity. When the thermoelectric elements 4 are configured as a pair as in this embodiment, typically, one of the pair is n-type conductivity and the other is p-type conductivity.

熱電素子４は、高温側電極１０の均熱部材１０３と接するように配置され、均熱部材１０３に対しては、接合も接着もされない。すなわち、熱電素子４は均熱部材１０３と接触するに留まる。低温側電極３は、半田などの接合材により、熱電素子４に対して接合されている。 The thermoelectric element 4 is disposed so as to be in contact with the soaking member 103 of the high temperature side electrode 10, and is not bonded or bonded to the soaking member 103. That is, the thermoelectric element 4 remains in contact with the soaking member 103. The low temperature side electrode 3 is bonded to the thermoelectric element 4 by a bonding material such as solder.

このように、熱電素子デバイス１００が動作中には、熱電素子デバイス１００内は、温度分布が生じている。この温度分布により、熱電素子デバイス１００内には、熱膨張係数の差による熱応力が生じている。 Thus, while the thermoelectric device 100 is operating, a temperature distribution is generated in the thermoelectric device 100. Due to this temperature distribution, thermal stress is generated in the thermoelectric device 100 due to a difference in thermal expansion coefficient.

本実施形態においては、弾性部材１０２が金属細線網などの編込線により構成され、熱電素子４が有する弾性よりも高く、電極部材１０１が有する弾性と同等か高い弾性を有しているため、熱応力を緩和することができる。言い換えると、弾性部材１０２は、電極部材１０１と熱電素子３との間の熱膨張係数の差により生じる熱応力を緩和する機能を有する。このため、熱応力により熱電素子デバイス１００内に生じ得る破損や、熱電素子４の劣化といった問題を解消することができる。なお、熱応力は、均熱部材１０３は熱電素子４に接触しているに過ぎず、両者は互いに偏倚することができるため、より緩和される。 In the present embodiment, the elastic member 102 is composed of a braided wire such as a metal fine wire net, and has higher elasticity than the thermoelectric element 4 and has elasticity equal to or higher than the elasticity of the electrode member 101. Thermal stress can be relaxed. In other words, the elastic member 102 has a function of relieving thermal stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the electrode member 101 and the thermoelectric element 3. For this reason, problems such as damage that may occur in the thermoelectric device 100 due to thermal stress and deterioration of the thermoelectric device 4 can be solved. The thermal stress is more relaxed because the soaking member 103 is only in contact with the thermoelectric element 4 and both can be biased.

均熱部材１０３は、弾性部材１０２に接合又は接触し、かつ熱電素子４に接触し、しかも、これらよりも熱伝導性に優れるため、弾性部材１０２からの熱エネルギを均熱部材１０３の平面内で均熱化した上で、熱電素子４に伝達することができる。 The heat equalizing member 103 is bonded or in contact with the elastic member 102 and is in contact with the thermoelectric element 4, and is more excellent in thermal conductivity than these, so that the heat energy from the elastic member 102 is within the plane of the heat equalizing member 103. Can be transmitted to the thermoelectric element 4 after the temperature is equalized.

ここでは、高温側電極１０が、電極部材１０１、弾性部材１０２、均熱部材１０３を有するとしたが、低温側電極３のみに、電極部材１０１、弾性部材１０２、均熱部材１０３を有するようにしても、高温側電極１０と低温側電極３の両方が、電極部材１０１、弾性部材１０２、均熱部材１０３を有するようにしてもよい。高温側電極１０と低温側電極３の両方が電極部材１０１、弾性部材１０２、及び均熱部材１０３を有することで、熱電素子４は、その上下端において均熱部材１０３と接している。したがって、その上下端において、熱膨張差により発生する熱応力がより緩和されるとともに、均熱性が向上するため、より大きな熱電変換効率が得られる。 Here, the high temperature side electrode 10 has the electrode member 101, the elastic member 102, and the soaking member 103, but only the low temperature side electrode 3 has the electrode member 101, the elastic member 102, and the soaking member 103. Alternatively, both the high temperature side electrode 10 and the low temperature side electrode 3 may include the electrode member 101, the elastic member 102, and the soaking member 103. Since both the high temperature side electrode 10 and the low temperature side electrode 3 have the electrode member 101, the elastic member 102, and the heat equalizing member 103, the thermoelectric element 4 is in contact with the heat equalizing member 103 at the upper and lower ends. Therefore, the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion is further relaxed at the upper and lower ends, and the thermal uniformity is improved, so that a greater thermoelectric conversion efficiency can be obtained.

均熱部材１０３の形状として、板状を例示したが、熱電素子４と接する部分のみが平板状であれば、熱電素子４間に撓み部分を有するようにすることができる。このよう形状であっても、均熱部材１０３は、弾性部材１０２からの熱を均一にしてから熱電素子４へ伝達することができる。加えて、撓み部分が変形可能なため、均熱部材１０３は熱応力の緩和にも資する。 Although the plate shape is illustrated as the shape of the heat equalizing member 103, if only the portion in contact with the thermoelectric element 4 is a flat plate shape, a bent portion can be provided between the thermoelectric elements 4. Even in such a shape, the heat equalizing member 103 can transmit the heat from the elastic member 102 to the thermoelectric element 4 after making the heat uniform. In addition, since the bent portion can be deformed, the soaking member 103 contributes to the relaxation of thermal stress.

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態で説明した構造を持った高温側基板７は、高温側基板７が構造的不連続となるように複数に分割されているため、熱電素子デバイス１００を組立てる際、分割した数だけ高温側基板７の設置を行うことが必要となり、組立て性が低下する。 (Second Embodiment)
Since the high temperature side substrate 7 having the structure described in the first embodiment is divided into a plurality of parts so that the high temperature side substrate 7 is structurally discontinuous, the high temperature side substrate 7 is divided when the thermoelectric device 100 is assembled. It is necessary to install the high-temperature side substrates 7 by the number, and the assembling property is lowered.

そこで、分割された高温側基板母材８または高温側基板補強材９を接合部材１２により接合することにより、高温側基板７の設置を一回で行うことを可能とし、熱電素子デバイス１００の組立て性の向上を図ることができる。 Therefore, by bonding the divided high temperature side substrate base material 8 or high temperature side substrate reinforcing material 9 with the bonding member 12, the high temperature side substrate 7 can be installed at one time, and the thermoelectric element device 100 is assembled. It is possible to improve the performance.

構造的不連続となるように複数に分割された高温側基板７の接合部材１２による接合について、図５から図８を用いて説明する。図５から図７では、熱電素子デバイス１００の組立て途中の図を示しており、説明の都合上、高温側基板母材８と高温側電極１０は離れた状態で示している。熱電素子デバイス１００を組み立てると、実線で示した高温側電極１０は、破線で示した位置に高温側基板母材８と接触するように設置される。 The joining by the joining member 12 of the high temperature side board | substrate 7 divided | segmented into plurality so that it may become structural discontinuity is demonstrated using FIGS. FIGS. 5 to 7 show the process of assembling the thermoelectric device 100. For convenience of explanation, the high temperature side substrate base material 8 and the high temperature side electrode 10 are shown in a separated state. When the thermoelectric element device 100 is assembled, the high temperature side electrode 10 indicated by the solid line is installed in contact with the high temperature side substrate base material 8 at the position indicated by the broken line.

接合部材１２としては、分割された高温側基板母材８、高温側基板補強材９と比べて同等または低い弾性を有する材料で構成されている。複数に分割された高温側基板７は、この接合部材１２によってそれぞれを接合することで構造的に連続性を有する。そのため、熱電素子デバイス１００を組立てる際の組立て性が向上する。さらに、接合部材１２の材質、複数に分割された高温側基板７の接合の仕方によって、高温側基板部材７は、物性的弾性または構造的弾性のいずれか一つ以上の弾性特性を有することとなる。つまり、分割された高温側基板部材７同士は、接合部材１２によって接合されているが、高温側基板部材７が複数に分割された状態と上記第１の実施例で説明した機能と変わらない機能を有する。 The bonding member 12 is made of a material having elasticity which is equal to or lower than that of the divided high temperature side substrate base material 8 and high temperature side substrate reinforcing material 9. The high-temperature side substrate 7 divided into a plurality is structurally continuous by bonding each of them by the bonding member 12. Therefore, the assembling property when assembling the thermoelectric device 100 is improved. Furthermore, the high temperature side substrate member 7 has one or more elastic properties of physical elasticity or structural elasticity, depending on the material of the bonding member 12 and the manner of bonding of the divided high temperature side substrate 7. Become. That is, the divided high-temperature side substrate members 7 are bonded to each other by the bonding member 12, but the function is the same as that described in the first embodiment and the state where the high-temperature side substrate member 7 is divided into a plurality of portions. Have

図５は、図１に示す高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。ここでは、接合部材１２が高温側電極１０ａの場合について説明する。図５に示すように、高温側基板７を分割する分割溝１１が、熱電素子デバイス１００を組立てる際に、高温側電極１０ａと対向する位置に設けられている場合、隣り合う分割された高温側基板７同士を高温側電極１０ａで接合することで、複数に分割された高温側基板７は、構造的連続性を有するようになる。高温側電極１０ａが接合部材１２の替わりとなる。隣り合う分割された高温側基板７同士は、少なくとも１つ以上の高温側電極１０ａで接合すればよい。以上により、分割された高温側基板７の全てが高温側電極１０ａによって構造的連続性を有するようになるため、分割された高温側基板７の設置を一回で行うことを可能とし、設置精度並びに熱電素子デバイス１００の組立て性の向上を図ることができる。 FIG. 5 is an enlarged view of a side sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10 shown in FIG. Here, the case where the joining member 12 is the high temperature side electrode 10a will be described. As shown in FIG. 5, when the dividing groove 11 for dividing the high temperature side substrate 7 is provided at a position facing the high temperature side electrode 10a when the thermoelectric device 100 is assembled, the adjacent divided high temperature side is provided. By joining the substrates 7 together with the high temperature side electrode 10a, the divided high temperature side substrate 7 has structural continuity. The high temperature side electrode 10 a replaces the bonding member 12. Adjacent divided high temperature side substrates 7 may be joined by at least one high temperature side electrode 10a. As described above, since all of the divided high-temperature side substrate 7 has structural continuity due to the high-temperature side electrode 10a, the divided high-temperature side substrate 7 can be installed at one time, and installation accuracy can be achieved. In addition, the assembly property of the thermoelectric device 100 can be improved.

図６および図７は、図１に示す高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。ここでは、接合部材１２を用いることで、分割された高温側基板母材８を接合した例を示す。ここで用いる接合部材１２は、例えば、０．１ｍｍ以下の厚さの薄箔材など、分割された高温側基板母材８、高温側基板補強材９より弾性が低い部材である必要がある。 6 and 7 are enlarged views of a side sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10 shown in FIG. Here, an example in which the divided high temperature side substrate base material 8 is bonded by using the bonding member 12 is shown. The joining member 12 used here needs to be a member having elasticity lower than that of the divided high temperature side substrate base material 8 and high temperature side substrate reinforcing material 9, such as a thin foil material having a thickness of 0.1 mm or less.

接合部材１２は、高温側基板母材８を分割した分割溝１１を隠すように全面に渡って設けられている。例えば、図２(ａ)に示すように、高温側基板７の中心線沿って分割溝１１を２つ設けている場合、接合部材１２は、高温側基板母材８の外面に分割溝１１の全てを埋めるように設けられることになる。つまり、Ｙ側からＸ側に向かって高温側基板７を見たとき、高温側基板母材８に設けた分割溝１１の全てを覆うように接合部材１２を設けることができる。また、隣り合う分割された高温側基板７同士が、少なくとも１箇所以上で接合部材１２によって接合されている場合であってもよい。 The joining member 12 is provided over the entire surface so as to hide the dividing groove 11 obtained by dividing the high temperature side substrate base material 8. For example, as shown in FIG. 2A, when two divided grooves 11 are provided along the center line of the high temperature side substrate 7, the bonding member 12 is formed on the outer surface of the high temperature side substrate base material 8. It will be provided to fill everything. That is, when the high temperature side substrate 7 is viewed from the Y side toward the X side, the joining member 12 can be provided so as to cover all of the dividing grooves 11 provided in the high temperature side substrate base material 8. Moreover, the case where the divided | segmented adjacent high temperature side board | substrates 7 are joined by the joining member 12 in at least 1 place or more may be sufficient.

図６に示すように、高温側基板７を分割する分割溝１１に設けられた接合部材１２が、熱電素子デバイス１００を組立てる際に、高温側電極１０と対向する位置に設けてもよい。また、図７に示すように、高温側基板７を分割する分割溝１１に設けられた接合部材１２が、熱電素子デバイス１００を組立てる際に、高温側電極１０と対向しない位置に設けてあってもよい。 As shown in FIG. 6, the joining member 12 provided in the dividing groove 11 that divides the high temperature side substrate 7 may be provided at a position facing the high temperature side electrode 10 when the thermoelectric device 100 is assembled. Further, as shown in FIG. 7, the joining member 12 provided in the dividing groove 11 that divides the high temperature side substrate 7 is provided at a position that does not face the high temperature side electrode 10 when the thermoelectric device 100 is assembled. Also good.

以上により、分割された高温側基板７の全てが接合部材１２によって構造的連続性を有するようになるため、分割された高温側基板７の設置を一回で行うことを可能とし、設置精度並びに熱電素子デバイス１００の組立て性の向上を図ることができる。 As described above, since all of the divided high-temperature side substrate 7 has structural continuity by the bonding member 12, it is possible to perform the installation of the divided high-temperature side substrate 7 at one time, The assemblability of the thermoelectric device 100 can be improved.

図８は、図１に示す高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。ここでは、高温側基板補強材９が、隣り合う高温側基板補強材同士が構造的連続となるように設けられている例である。 FIG. 8 is an enlarged view of a side sectional view of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10 shown in FIG. In this example, the high temperature side substrate reinforcing material 9 is provided so that adjacent high temperature side substrate reinforcing materials are structurally continuous.

図８（ａ）は、図１に示す熱電モジュールについて、Ｘ側からＹ側に向かって見た高温側基板７のＩ−Ｉ断面図である。図８（ｂ）および図８（ｃ）は、高温側基板７および高温側電極１０の側面断面図の拡大図である。 Fig.8 (a) is II sectional drawing of the high temperature side board | substrate 7 which looked at the thermoelectric module shown in FIG. 1 toward the Y side from the X side. FIG. 8B and FIG. 8C are enlarged views of side sectional views of the high temperature side substrate 7 and the high temperature side electrode 10.

高温側基板７の高温側基板母材８は、中心線に沿って分割溝１１が２つ設けられている。これによって、高温側基板７のうち高温側基板母材８は４つに分割されている。高温側基板母材８の分割数は２以上であれば、十分に効果を得ることが可能である。本実施形態においては、高温側基板母材８を４分割にした場合を例に説明する。ここで、高温側基板７を構成する高温側基板補強材９は、高温側基板母材８と同様に分割せずに、高温側基板７が高温側基板補強材９によって構造的連続性を有するように高温側基板母材８の上面一帯に配置する。このとき、図８に示すＸ側からＹ側に向かって高温側基板７を見たとき、高温側基板母材８に設けた分割溝１１の全てを覆うように高温側基板補強材９を設けることができる。 The high temperature side substrate base material 8 of the high temperature side substrate 7 is provided with two dividing grooves 11 along the center line. Thus, the high temperature side substrate base material 8 of the high temperature side substrate 7 is divided into four. If the number of divisions of the high temperature side substrate base material 8 is 2 or more, it is possible to obtain a sufficient effect. In the present embodiment, a case where the high-temperature side substrate base material 8 is divided into four parts will be described as an example. Here, the high temperature side substrate reinforcing material 9 constituting the high temperature side substrate 7 is not divided like the high temperature side substrate base material 8, and the high temperature side substrate reinforcing material 9 has structural continuity by the high temperature side substrate reinforcing material 9. In this way, the high temperature side substrate base material 8 is disposed over the entire upper surface. At this time, when the high temperature side substrate 7 is viewed from the X side to the Y side shown in FIG. 8, the high temperature side substrate reinforcing material 9 is provided so as to cover all of the dividing grooves 11 provided in the high temperature side substrate base material 8. be able to.

図８(ａ)は、隣り合う高温側基板補強材９が、高温側基板母材８に設けた分割溝１１に沿って等間隔で空孔を設けた例である。この場合、高温側基板７は、高温側基板補強材９によって、構造的連続性を有しているが、部分的にしか接続されていないため、分割された高温側基板母材８は、それぞれ独立したものと同等である。つまり、隣り合う高温側基板補強材９同士が、少なくとも一箇所以上で構造的連続性を有するようにしてもよい。これにより、高温側基板母材８に設けた分割溝１１の全てを覆うように高温側基板補強材９を設けた場合に比べ、分割された高温側基板母材８の内の１つが、高温側系統２を構成する部材の変形に追従して移動した場合であっても、他の高温側基板母材８に及ぼす影響が少ない。 FIG. 8A shows an example in which adjacent high temperature side substrate reinforcing materials 9 are provided with holes at equal intervals along the dividing grooves 11 provided in the high temperature side substrate base material 8. In this case, the high temperature side substrate 7 has structural continuity by the high temperature side substrate reinforcing material 9 but is only partially connected. It is equivalent to an independent one. That is, the adjacent high-temperature side substrate reinforcing materials 9 may have structural continuity in at least one place. Thereby, compared with the case where the high temperature side board | substrate reinforcement material 9 is provided so that all the division | segmentation grooves 11 provided in the high temperature side board | substrate base material 8 may be covered, one of the divided | segmented high temperature side substrate base materials 8 is high temperature. Even when it moves following the deformation of the members constituting the side system 2, the influence on the other high temperature side substrate base material 8 is small.

隣り合った高温側基板母材８上に設けられた高温側基板補強材９同士は、上記説明したように一体となった高温側基板補強材９であっても、高温側基板補強材９に用いられている材料、材質と同一もしくは同等の材料、材質であり、高温側基板母材８、高温側基板補強材９と比べて同等または低い弾性を有する別の接合部材１２で接合してもよい。 Even if the high temperature side substrate reinforcing materials 9 provided on the adjacent high temperature side substrate base materials 8 are the high temperature side substrate reinforcing materials 9 integrated as described above, Even if it joins with another joining member 12 which is the same material as the material used, the same material or the same material, and has the same or lower elasticity as compared with the high temperature side substrate base material 8 and the high temperature side substrate reinforcing material 9. Good.

上記説明したように、複数に分割された高温側基板７は、構造的に連続性を有する。そのため、熱電素子デバイス１００を組立てる際の組立て性が向上する。さらに、高温側基板部材７は、物性的弾性または構造的弾性のいずれか一つ以上の弾性特性を有することとなる。つまり、分割された高温側基板部材７同士は、高温側基板部材７が複数に分割された状態と上記第１の実施例で説明した機能と変わらない機能を有する。 As described above, the high-temperature side substrate 7 divided into a plurality has structural continuity. Therefore, the assembling property when assembling the thermoelectric device 100 is improved. Further, the high temperature side substrate member 7 has one or more elastic properties of physical elasticity or structural elasticity. That is, the divided high temperature side substrate members 7 have functions that are the same as the functions described in the first embodiment and the state in which the high temperature side substrate members 7 are divided into a plurality of portions.

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

本発明に係る熱電気変換モジュールの断面図。Sectional drawing of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 本発明に係る熱電気変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 従来の熱電気直接変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the conventional thermoelectric direct conversion module. 本発明に係る熱電気変換モジュールの断面図。Sectional drawing of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 本発明に係る熱電気変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 本発明に係る熱電気変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 本発明に係る熱電気変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention. 本発明に係る熱電気変換モジュールの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric conversion module which concerns on this invention.

Explanation of symbols

１…低温側系統、２…高温側系統、４…熱電気素子、５…低温側基板、６…ケース、７…高温側基板、８…高温側基板母材、９…高温側基板補強材、１０…高温側基板電極材、１１…分割溝、１２…接合部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Low temperature side system, 2 ... High temperature side system, 4 ... Thermoelectric element, 5 ... Low temperature side substrate, 6 ... Case, 7 ... High temperature side substrate, 8 ... High temperature side substrate base material, 9 ... High temperature side substrate reinforcement DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... High temperature side board | substrate electrode material, 11 ... Dividing groove, 12 ... Joint part.

Claims

A thermoelectric element composed of a material having a thermoelectric effect;
A plurality of high temperature side substrates installed on one end side of the thermoelectric element and divided so as to be structurally discontinuous;
A first electrode disposed between the thermoelectric element and the high temperature side substrate;
Be at least one of said first electrode, and the bonding member have a lower elasticity than the high temperature side substrate is composed of a conductive material, bonding the hot side substrate adjacent,
A low temperature side substrate disposed in the other end side of the front Kinetsu conductive elements,
A second electrode disposed between the thermoelectric element and the low temperature side substrate;
A thermoelectric device characterized by comprising:

The high temperature side substrate is composed of a high temperature side substrate base material that is insulative and in contact with the first electrode, and a high temperature side substrate reinforcing material provided on the high temperature side substrate base material. The thermoelectric device according to claim 1.

The first electrode is provided with an electrode member, an elastic member having conductivity and provided on the electrode member, and provided on the elastic member having conductivity and in contact with the thermoelectric element. The thermoelectric device according to claim 1, further comprising a soaking member.

The second electrode is provided on the electrode member, an elastic member having conductivity and provided on the electrode member, and provided on the elastic member having conductivity and in contact with the thermoelectric element. The thermoelectric device according to claim 1, further comprising a soaking member.

The plurality of thermoelectric element devices according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of thermoelectric element devices is adjacent to the adjacent thermoelectric module. A thermoelectric module configured to be electrically connected.