JP5397180B2 - Thermoelectric generator and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置に関するものである。   The present invention relates to a thermoelectric generator that converts thermal energy into electrical energy.

熱電変換素子(ゼーベック素子)は、熱電材料の端部に温度差を設けることにより起電力を生じる素子である。熱電変換素子は、可動部を持たないため、無騒音、無振動であり、設置が容易である。   A thermoelectric conversion element (Seebeck element) is an element that generates an electromotive force by providing a temperature difference at an end portion of a thermoelectric material. Since the thermoelectric conversion element does not have a movable part, it is noiseless and vibration-free and easy to install.

材料がn型であるかp型であるかによって起電力の正負が異なるため、熱電変換素子は、通常、p型材料とn型材料とは電気的に直列に電極を介して接合し、且つ吸熱側の接合と放熱側の接合とがn型材料及びp型材料を挟んで反対側に配置された構造(いわゆるπ型構造)を有する。   Since the electromotive force differs depending on whether the material is n-type or p-type, in the thermoelectric conversion element, the p-type material and the n-type material are usually electrically connected in series via an electrode, and It has a structure (so-called π-type structure) in which the heat-absorbing side junction and the heat-dissipating side junction are arranged on opposite sides of the n-type material and the p-type material.

熱電変換素子を備える熱電発電装置は、その大きさに対してエネルギー変換効率が低い。   A thermoelectric power generation device including a thermoelectric conversion element has low energy conversion efficiency with respect to its size.

特開2006−296077号公報JP 2006-296077 A

本発明は、熱電変換素子を小さな領域に詰め込んで小型化できる熱電発電装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a thermoelectric generator that can be miniaturized by packing thermoelectric conversion elements in a small area.

本発明の一側面によると、
螺旋状の第1熱電素子と、
螺旋状であり、前記第1熱電素子の螺旋軸方向に前記第1熱流路と交互に配置され、前記第1熱電素子とともに二重螺旋を形成する第2熱電素子と、
螺旋状であり第1熱電素子と前記第2熱電素子とを交互に隔てる第1熱流路及び第2熱流路と、
前記第1熱流路に接し、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを電気的に接合する第1電極と、
前記第2熱流路に接し、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを電気的に接合する第2電極と
を備えることを特徴とする熱電発電装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A spiral first thermoelectric element;
A second thermoelectric element that is helical and is arranged alternately with the first heat flow path in the direction of the helical axis of the first thermoelectric element and forms a double helix with the first thermoelectric element;
A first heat flow path and a second heat flow path that are helical and alternately separate the first thermoelectric element and the second thermoelectric element;
A first electrode that contacts the first heat flow path and electrically joins the first thermoelectric element and the second thermoelectric element;
There is provided a thermoelectric power generator comprising a second electrode that is in contact with the second heat flow path and electrically joins the first thermoelectric element and the second thermoelectric element.

本発明の別の観点によると、
シート状の第1熱電素子であって、一の面に第1電極とドーナツ状の第1リブとを順に設け、他の面に第2電極を設け、前記第1熱電素子の中心を通る第1切り込みを設けた前記第1熱電素子を準備する工程と、
シート状の第2熱電素子であって、一の面に第3電極と前記第1リブよりも曲率が大きいドーナツ状の第2リブとを順に設け、他の面に第4電極を設け、前記第2熱電素子の中心を通る第2切り込みを設けた前記第2熱電素子を準備する工程と、
前記第1切り込みと前記第2切り込みとを互いに食い込ませるように交差させる工程と、
交差させた前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを、前記第1熱電素子において前記一の面の中心を通る法線と前記第2熱電素子において前記一の面の中心を通る法線とが略同一になり且つ前記第1熱電素子の一の面と前記第2熱電素子の一の面とが略同一方向を向くように重ねる工程と
を含むことを特徴とする熱電発電装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A sheet-like first thermoelectric element, in which a first electrode and a doughnut-shaped first rib are provided in order on one surface, a second electrode is provided on the other surface, and the first thermoelectric element passes through the center of the first thermoelectric element. Preparing the first thermoelectric element provided with one cut;
A sheet-like second thermoelectric element, in which a third electrode and a doughnut-shaped second rib having a larger curvature than the first rib are sequentially provided on one surface, and a fourth electrode is provided on the other surface; Preparing the second thermoelectric element provided with a second cut through the center of the second thermoelectric element;
Intersecting the first cut and the second cut so as to bite each other;
The intersecting first thermoelectric element and second thermoelectric element, a normal passing through the center of the one surface in the first thermoelectric element and a normal passing through the center of the one surface in the second thermoelectric element And a step of superimposing such that one surface of the first thermoelectric element and one surface of the second thermoelectric element face substantially the same direction. A method is provided.

本発明の熱電発電装置は、熱電変換素子を小さな領域に詰め込むことができるため、小型化できるという利点がある。   The thermoelectric power generation device of the present invention has an advantage that it can be miniaturized because the thermoelectric conversion elements can be packed in a small region.

第1実施形態の熱電発電装置を説明する模式図である。It is a mimetic diagram explaining the thermoelectric power generator of a 1st embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermoelectric power generating apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の熱電発電装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermoelectric generator of 3rd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第1使用態様の構造物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 1st usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第2使用態様の構造物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 2nd usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第3使用態様の構造物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 3rd usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第4使用態様の構造物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 4th usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第5使用態様の構造物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 5th usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment.

図1は、第1実施形態の熱電発電装置を説明する模式図である。   Drawing 1 is a mimetic diagram explaining the thermoelectric power generator of a 1st embodiment.

図1(a)は、第1実施形態の熱電発電装置を説明する模式図である。図1(a)の上図は第1実施形態の熱電発電装置に含まれる第1熱流路の螺旋軸方向の平面図である。図1(a)の下図は、上図のA−A断面を示す断面図である。図1(b)は、図1(a)の点線Bで囲まれた部分を含む熱電発電装置の部分斜視図である。図1(c)は、図1(a)の熱電発電装置のうちn型熱電素子14の形状を示す模式図であり、図1(d)は、図1(a)の熱電発電装置のうちp型熱電素子13の形状を示す模式図である。図1(c)、(d)において、上図は第1熱流路の螺旋軸方向の平面図、下図は上図のC−C断面、D−D断面をそれぞれ示す断面図である。   Fig.1 (a) is a schematic diagram explaining the thermoelectric generator of 1st Embodiment. An upper view of FIG. 1A is a plan view of the first heat flow path included in the thermoelectric generator of the first embodiment in the spiral axis direction. The lower figure of Fig.1 (a) is sectional drawing which shows the AA cross section of the upper figure. FIG.1 (b) is a fragmentary perspective view of the thermoelectric power generating apparatus containing the part enclosed by the dotted line B of Fig.1 (a). FIG.1 (c) is a schematic diagram which shows the shape of the n-type thermoelectric element 14 among the thermoelectric generators of Fig.1 (a), and FIG.1 (d) is among the thermoelectric generators of Fig.1 (a). 3 is a schematic diagram showing the shape of a p-type thermoelectric element 13. FIG. 1 (c) and 1 (d), the upper figure is a plan view of the first heat flow path in the direction of the helical axis, and the lower figure is a sectional view showing the CC section and the DD section of the upper figure, respectively.

第1実施形態の熱電発電装置は、螺旋状のp型熱電素子13と、螺旋状であり前記p型熱電素子の螺旋軸方向に前記第1熱流路と交互に配置されp型熱電素子13とともに二重螺旋を形成するn型熱電素子14と、螺旋状でありp型熱電素子13とn型熱電素子14とを交互に隔てる第1熱流路11及び第2熱流路12とを備える。ここで、螺旋とは、つるまきばねのような3次元空間の螺旋(helix)を意味する。第1熱流路11、第2熱流路12、p型熱電素子13、及びn型熱電素子14は、それぞれ略同一の螺旋軸O−Oに沿った螺旋形状を有する。p型熱電素子13とn型熱電素子14とは螺旋軸O−O方向に交互に配置される。換言すれば、p型熱電素子13の螺旋溝の位置にn型熱電素子14が配置される。p型熱電素子13とn型熱電素子14とは直接接触していない。p型熱電素子13は、螺旋軸O−Oに沿って時計と反対周りに約360°旋回し、n型熱電素子14は、p型熱電素子と同じく螺旋軸O−Oに沿って時計と反対周りに約360°旋回する。p型熱電素子13の螺旋ピッチとn型熱電素子14の螺旋ピッチは等しい。ここで螺旋ピッチは、360°旋回するごとに螺旋軸O−O方向に進む距離である。なお、旋回の向きは時計回りでもよい。旋回角度は必ずしも約360°でなくてよい。   The thermoelectric generator according to the first embodiment includes a spiral p-type thermoelectric element 13 and a spiral and is arranged alternately with the first heat flow path in the spiral axis direction of the p-type thermoelectric element. The n-type thermoelectric element 14 which forms a double helix, and the 1st heat flow path 11 and the 2nd heat flow path 12 which are helical and separate the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 alternately are provided. Here, the spiral means a three-dimensional space helix such as a helical spring. The first heat channel 11, the second heat channel 12, the p-type thermoelectric element 13, and the n-type thermoelectric element 14 each have a spiral shape along substantially the same spiral axis OO. The p-type thermoelectric elements 13 and the n-type thermoelectric elements 14 are alternately arranged in the direction of the helical axis OO. In other words, the n-type thermoelectric element 14 is disposed at the position of the spiral groove of the p-type thermoelectric element 13. The p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 are not in direct contact. The p-type thermoelectric element 13 rotates about 360 ° counterclockwise along the spiral axis OO, and the n-type thermoelectric element 14 is counterclockwise along the spiral axis OO like the p-type thermoelectric element. Turn about 360 ° around. The spiral pitch of the p-type thermoelectric element 13 and the spiral pitch of the n-type thermoelectric element 14 are equal. Here, the helical pitch is the distance traveled in the direction of the helical axis OO every time 360 ° is turned. The turning direction may be clockwise. The turning angle is not necessarily about 360 °.

p型熱電素子13及びn型熱電素子14は、それらの螺旋軸O−Oを中心とする略扇形の形状を有する。この形状により、螺旋軸O−Oを中心とする円柱状の空洞部19を第1熱流路11と熱交換が可能な第3熱流路として用いることができる。また、空洞部19の内部に熱源又は冷熱源を配置し、それが第1熱流路11と熱的に接触していてもよい。   The p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 have a substantially sector shape centered on the helical axis OO. With this shape, the columnar cavity 19 centered on the spiral axis OO can be used as a third heat channel capable of exchanging heat with the first heat channel 11. In addition, a heat source or a cold heat source may be arranged inside the hollow portion 19, and it may be in thermal contact with the first heat flow path 11.

第3電極15と第6電極17とが、p型熱電素子13の表面に、螺旋軸方向にp型熱電素子13を挟むように設けられる。第3電極15を挟んでp型熱電素子13の反対側に第1リブ21が設けられる。第7電極16と第4電極18とが、n型熱電素子14の表面に、螺旋軸方向にn型熱電素子14を挟むように設けられる。第7電極16を挟んでn型熱電素子14の反対側に第2リブ22が設けられる。   The third electrode 15 and the sixth electrode 17 are provided on the surface of the p-type thermoelectric element 13 so as to sandwich the p-type thermoelectric element 13 in the spiral axis direction. A first rib 21 is provided on the opposite side of the p-type thermoelectric element 13 across the third electrode 15. The seventh electrode 16 and the fourth electrode 18 are provided on the surface of the n-type thermoelectric element 14 so as to sandwich the n-type thermoelectric element 14 in the spiral axis direction. A second rib 22 is provided on the opposite side of the n-type thermoelectric element 14 across the seventh electrode 16.

第1リブ21は、螺旋軸O−Oと第1熱流路11との間に配置され、第2リブ22は、前記第1熱流路11を挟んで螺旋軸O−Oの反対側に配置される。第1リブ21及び第2リブ22は、それぞれに隣接するp型熱電素子13及びn型熱電素子14を支持することで、第1熱流路11及び第2熱流路12の形状を維持する。   The first rib 21 is disposed between the spiral axis OO and the first heat channel 11, and the second rib 22 is disposed on the opposite side of the spiral axis OO across the first heat channel 11. The The 1st rib 21 and the 2nd rib 22 maintain the shape of the 1st heat channel 11 and the 2nd heat channel 12 by supporting p type thermoelectric element 13 and n type thermoelectric element 14 which adjoin, respectively.

第1リブ21の螺旋軸は、p型熱電素子13及びn型熱電素子14の螺旋軸と略同一である。第1リブ21は、p型熱電素子13及びn型熱電素子14の螺旋の進行方向の一端から他端に渡って接している。第2リブ22の螺旋軸は、p型熱電素子13及びn型熱電素子14の螺旋軸と略同一である。第2リブ22は、p型熱電素子13及びn型熱電素子14の螺旋の進行方向の一端から他端に渡って接している。   The spiral axis of the first rib 21 is substantially the same as the spiral axis of the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14. The first rib 21 is in contact from one end to the other end in the spiral direction of the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14. The spiral axis of the second rib 22 is substantially the same as the spiral axis of the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14. The second rib 22 is in contact with one end from the other end of the spiral direction of the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 to the other end.

p型熱電素子13及びn型熱電素子14として、互いに異なる任意の金属又は半導体性物質を用いることができる。熱電発電装置のエネルギー変換効率を高める点から、通常、p型熱電素子13としてp型半導体、n型熱電素子14としてn型半導体が用いられる。   As the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14, any different metal or semiconducting substance can be used. From the viewpoint of increasing the energy conversion efficiency of the thermoelectric generator, a p-type semiconductor is normally used as the p-type thermoelectric element 13 and an n-type semiconductor is used as the n-type thermoelectric element 14.

p型熱電素子13及びn型熱電素子14の主成分は、例えば、BiTe系、PbTe系、SiGe系、シリサイド系、スクッテルダイト系、遷移金属酸化物系、亜鉛アンチモン系、ホウ素化合物、クラスター固体及びカーボンナノチューブなどである。   The main components of the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 are, for example, BiTe, PbTe, SiGe, silicide, skutterudite, transition metal oxide, zinc antimony, boron compound, and cluster solid. And carbon nanotubes.

BiTe系材料は、例えばBiTe、SbTe、BiSe及びそれらを含む化合物が挙げられる。また、PbTe系材料は、PbTe、SnTe、AgSbTe、GeTe及びそれらを含む化合物が挙げられる。更に、SiGe系材料は、Si、Ge及びSiGe等が挙げられ、シリサイド系材料にはFeSi、MnSi及びCeSiが挙げられる。スクッテルダイト系材料は、MX又はRM12と記載される化合物である。但し、MはCo、Rh及びIrのいずれかの元素であり、XはAs、P及びSbのいずれかの元素であり、RはLa、Yb及びCeのいずれかの元素である。 Examples of the BiTe-based material include BiTe, SbTe, BiSe, and compounds containing them. Examples of the PbTe-based material include PbTe, SnTe, AgSbTe, GeTe, and compounds containing them. Furthermore, examples of the SiGe-based material include Si, Ge, and SiGe, and examples of the silicide-based material include FeSi, MnSi, and CeSi. The skutterudite-based material is a compound described as MX 3 or RM 4 X 12 . However, M is any element of Co, Rh, and Ir, X is any element of As, P, and Sb, and R is any element of La, Yb, and Ce.

遷移金属酸化物系材料には、CaMnO、NaCoO、ZnInO、SrTiO、BiSrCoO、PbSrCoO、CaBiCoO及びBaBiCoO等がある。また、亜鉛アンチモン系材料には例えばZnSbがあり、ホウ素化合物材料にはCeB、BaB、SrB、CaB、MgB、VB、NiB、CuB及びLiB等がある。また、クラスター固体材料にはBクラスター、Siクラスター、Cクラスター、AlRe及びAlReSiがある。また、酸化亜鉛系材料には例えばZnOがある。p型熱電素子13に用いられる代表的な組成としてBi0.5Sb1.5Teが挙げられ、n型熱電素子14に用いられる代表的な組成としてBiTe2.85Se0.15が挙げられる。 Transition metal oxide materials include CaMnO, NaCoO, ZnInO, SrTiO, BiSrCoO, PbSrCoO, CaBiCoO, and BaBiCoO. The zinc antimony-based material includes, for example, ZnSb, and the boron compound material includes CeB, BaB, SrB, CaB, MgB, VB, NiB, CuB, and LiB. The cluster solid material includes B cluster, Si cluster, C cluster, AlRe, and AlReSi. An example of the zinc oxide-based material is ZnO. A typical composition used for the p-type thermoelectric element 13 is Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 , and a typical composition used for the n-type thermoelectric element 14 is Bi 2 Te 2.85 Se 0.15. Is mentioned.

第1実施形態において、第1リブ21及び第2リブ22は導電性を備える。p型熱電素子13とn型熱電素子14とは、p型熱電素子13とn型熱電素子14とによって螺旋軸方向に挟まれた第1熱流路11に接する部分において、p型熱電素子13の一方の面に設けた第3電極15とn型熱電素子14の一方の面に設けた第4電極18と第3電極15及び第4電極18に挟まれる第1リブ(第5電極)21とを介して、電気的に接合している。第3電極15、第4電極18、及び第1リブ21が第1電極を構成している。また、p型熱電素子13と前記n型熱電素子14とは、p型熱電素子13とn型熱電素子14とによって螺旋軸方向に挟まれた第2熱流路12に接する部分において、螺旋軸方向に挟まれたp型熱電素子13を挟んで第3電極15の反対側に設けた第6電極17とn型熱電素子14を挟んで第4電極18の反対側に設けた第7電極16と、第6電極17及び第7電極16に挟まれる第2リブ(第8電極)22とを介して、電気的に接合している。第6電極17、第7電極16、及び第2リブ22が第2電極を構成している。   In the first embodiment, the first rib 21 and the second rib 22 have conductivity. The p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 are in contact with the first heat flow path 11 sandwiched between the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 in the spiral axis direction. A third electrode 15 provided on one surface, a fourth electrode 18 provided on one surface of the n-type thermoelectric element 14, a first rib (fifth electrode) 21 sandwiched between the third electrode 15 and the fourth electrode 18, and It is electrically connected via. The 3rd electrode 15, the 4th electrode 18, and the 1st rib 21 constitute the 1st electrode. Further, the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 are arranged in the direction of the helical axis in a portion in contact with the second heat flow path 12 sandwiched between the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14 in the helical axis direction. A sixth electrode 17 provided on the opposite side of the third electrode 15 with the p-type thermoelectric element 13 sandwiched therebetween, and a seventh electrode 16 provided on the opposite side of the fourth electrode 18 with the n-type thermoelectric element 14 interposed therebetween. The second rib (eighth electrode) 22 sandwiched between the sixth electrode 17 and the seventh electrode 16 is electrically joined. The sixth electrode 17, the seventh electrode 16, and the second rib 22 constitute the second electrode.

また、第1実施形態において、第1リブ21及び第2リブ22は、p型熱電素子13とn型熱電素子14とを支持し、第1熱流路11及び第2熱流路12を確保する。   In the first embodiment, the first rib 21 and the second rib 22 support the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14, and secure the first heat flow path 11 and the second heat flow path 12.

第1熱流路11は上記第1電極との間で熱交換を行い、第2熱流路12は上記第2電極との間で熱交換を行う。第1熱流路11及び第2熱流路12は例えば空洞とし、発電時にそれぞれの空洞に温度の異なる熱搬送用媒体を流すことができる。また、第1熱流路11及び第2熱流路12は例えばAlNやSiCなどの熱伝導性が高く電気的絶縁性を備える材料を用いて構成することができる。或いは、後述する第2〜第5使用態様のように、熱伝導性が高く電気的絶縁性を備える材料を用いて形成したねじ山付きの導管を第1熱流路と第3熱流路とにわたって配置してもよい。   The first heat channel 11 exchanges heat with the first electrode, and the second heat channel 12 exchanges heat with the second electrode. The first heat flow path 11 and the second heat flow path 12 are, for example, cavities, and heat transfer media having different temperatures can flow through the cavities during power generation. Moreover, the 1st heat flow path 11 and the 2nd heat flow path 12 can be comprised using the material provided with high heat conductivity, such as AlN, SiC, etc. and electrical insulation. Alternatively, as in the second to fifth usage modes described later, a threaded conduit formed using a material having high thermal conductivity and electrical insulation is disposed across the first heat channel and the third heat channel. May be.

第1熱流路の温度と前記第2熱流路の温度を異なる温度にすることで、第1実施形態の熱電発電装置を機能させることができる。例えば、第1熱流路11に熱媒を流し、第2熱流路12に冷媒を流すと、第2電極(例えば第6電極17、第7電極16)を負極、第1電極(例えば第4電極18、第3電極15)を正極とする発電装置として機能する。また、例えば、第1熱流路11に冷媒を流し、第2熱流路12に熱媒を流すと、第2電極を正極、第1電極を負極とする発電装置として機能する。   By making the temperature of the first heat flow path different from the temperature of the second heat flow path, the thermoelectric generator of the first embodiment can function. For example, when a heat medium is passed through the first heat flow path 11 and a coolant is passed through the second heat flow path 12, the second electrode (for example, the sixth electrode 17 and the seventh electrode 16) is used as the negative electrode and the first electrode (for example, the fourth electrode). 18, functions as a power generator using the third electrode 15) as a positive electrode. Further, for example, when a refrigerant is passed through the first heat flow path 11 and a heat medium is passed through the second heat flow path 12, it functions as a power generation device having the second electrode as a positive electrode and the first electrode as a negative electrode.

第1実施形態の熱電発電装置において、p型熱電素子13、第3電極15、第6電極17、n型熱電素子14、第7電極16、第4電極18は、螺旋軸O−Oに垂直な方向に伸ばすことができるので、第1熱流路11に対し第1電極(第3電極15、第4電極18)の接触面積を容易に増やすことができ、第2熱流路12に対し第2電極(第6電極17、第7電極16)の接触面積を容易に増やすことができる。ゆえに、第1実施形態の熱電発電装置は、第1熱流路11と熱交換する第3熱流路(空洞部)19の体積に対して高密度に熱電素子を配置することができ、熱電発電装置を小型化できる。   In the thermoelectric generator of the first embodiment, the p-type thermoelectric element 13, the third electrode 15, the sixth electrode 17, the n-type thermoelectric element 14, the seventh electrode 16, and the fourth electrode 18 are perpendicular to the helical axis OO. Therefore, the contact area of the first electrode (the third electrode 15 and the fourth electrode 18) can be easily increased with respect to the first heat flow path 11, and the second heat flow path 12 can be extended to the second heat flow path 12. The contact area of the electrodes (sixth electrode 17, seventh electrode 16) can be easily increased. Therefore, the thermoelectric power generator of the first embodiment can arrange the thermoelectric elements at a high density with respect to the volume of the third heat flow channel (cavity) 19 that exchanges heat with the first heat flow channel 11. Can be miniaturized.

上記第1実施形態において、第1リブ21は第3電極15と第6電極17とを電気的に接続する機能と、p型熱電素子13及びn型熱電素子14を支持する機能とを有するが、両機能はそれぞれ異なる部材により実現されていてもよい。例えば、図1(a)において、第1リブ21は支持機能と絶縁性を有し、その第1リブ21の螺旋軸側の表面に導電性材料(図示せず)が設けられ第3電極15と第6電極17とを電気的に接続して第1電極を形成していてもよい。同様に、第2リブ22は第7電極16と第4電極18とを電気的に接続する機能と、p型熱電素子13及びn型熱電素子14を支持する機能とを有するが、両機能はそれぞれ異なる部材により実現されていてもよい。例えば、図1(a)において、第2リブ22は支持機能と絶縁性を有し、その第2リブ22の螺旋軸側の表面に導電性材料(図示せず)が設けられ、その導電性材料が第7電極16と第4電極18とを電気的に接続して第2電極を形成していてもよい。このとき、第1リブ21及び第2リブ22は第1電極及び第2電極の材料よりも熱伝導率が低いことが好ましく、このような材料として、例えば、エポキシ樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。   In the first embodiment, the first rib 21 has a function of electrically connecting the third electrode 15 and the sixth electrode 17 and a function of supporting the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14. Both functions may be realized by different members. For example, in FIG. 1A, the first rib 21 has a support function and insulation, and a conductive material (not shown) is provided on the surface of the first rib 21 on the spiral axis side, and the third electrode 15. And the sixth electrode 17 may be electrically connected to form the first electrode. Similarly, the second rib 22 has a function of electrically connecting the seventh electrode 16 and the fourth electrode 18 and a function of supporting the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14. Each may be realized by different members. For example, in FIG. 1A, the second rib 22 has a support function and insulation, and a conductive material (not shown) is provided on the surface of the second rib 22 on the spiral axis side. The material may electrically connect the seventh electrode 16 and the fourth electrode 18 to form the second electrode. At this time, it is preferable that the first rib 21 and the second rib 22 have lower thermal conductivity than the material of the first electrode and the second electrode. Examples of such a material include an epoxy resin, a polypropylene (PP) resin, Examples thereof include thermosetting resins such as ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin.

以下、上記第1実施形態の熱電発電装置を製造する方法について、例を挙げて説明する。まず、一の面に電極と円周状の第1リブとを順に設け、他の面に電極を設け、円心を通る切り込みを設けた円形シート状のp型熱電素子を準備する。また、一の面に電極と第1リブよりも曲率が大きい円周状の第2リブとを順に設け、他の面に電極を設け、中心を通る切り込みを設けた円形シート状のn型熱電素子を準備する。このようなp型熱電素子及びn型熱電素子を準備する方法は特に限定されるものではないが、例えば以下の方法で作成することができる。はじめに、シート状のp型熱電素子及びn型熱電素子を例えば焼結法によりそれぞれ作成する。各熱電素子の厚さは例えば2mmである。次に、シート状の各熱電素子を打ち抜き、ドーナツ状に加工する。ドーナツ状の熱電素子は、例えば外周の直径が20mm、中央孔の直径が5mmである。次に、ドーナツの各熱電素子の両面に例えば銅メッキにより電極を形成する。次に、例えば商品名「ドータイト」(藤倉化成株式会社製)などの接着性能を有する導電性樹脂を市販のメタルマスク印刷機を用いて、各熱電素子の一方の面に円周状に塗布し、リブを形成する。n型熱電素子において、リブは例えば中心から6mmの位置に、高さ300μm、幅300μmの大きさで設けられる。p型熱電素子において、リブは例えば中心から19mmの位置に、高さ300μm、幅300μmの大きさで設けられる。次に、リブを形成した各熱電素子に、円心を通る放射方向の切り込みを1箇所入れる。切り込み幅(円周方向の幅)は、例えば2mm程度である。   Hereinafter, a method for manufacturing the thermoelectric generator of the first embodiment will be described with an example. First, a circular sheet-shaped p-type thermoelectric element in which an electrode and a circumferential first rib are sequentially provided on one surface, an electrode is provided on the other surface, and a notch passing through the center is prepared. In addition, an electrode and a circular second rib having a larger curvature than the first rib are sequentially provided on one surface, an electrode is provided on the other surface, and a circular sheet-like n-type thermoelectric device provided with a notch passing through the center. Prepare the device. A method for preparing such a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element is not particularly limited, and can be prepared by, for example, the following method. First, a sheet-like p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element are respectively formed by a sintering method, for example. The thickness of each thermoelectric element is 2 mm, for example. Next, each sheet-like thermoelectric element is punched and processed into a donut shape. The donut-shaped thermoelectric element has, for example, an outer diameter of 20 mm and a central hole diameter of 5 mm. Next, electrodes are formed on both surfaces of each thermoelectric element of the donut by, for example, copper plating. Next, for example, using a commercially available metal mask printer, a conductive resin having adhesive performance such as the trade name “Dotite” (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) is applied circumferentially to one surface of each thermoelectric element. , Forming ribs. In the n-type thermoelectric element, the rib is provided with a height of 300 μm and a width of 300 μm, for example, at a position 6 mm from the center. In the p-type thermoelectric element, the rib is provided with a height of 300 μm and a width of 300 μm, for example, at a position 19 mm from the center. Next, one radial notch passing through the circular center is made in each thermoelectric element in which the rib is formed. The cutting width (circumferential width) is, for example, about 2 mm.

次に、p型熱電素子及びn型熱電素子の切り込み部が互いに食い込むように交差させ、その後、重ねる。このとき、p型熱電素子において主面の円心を通る法線とn型熱電素子において主面の円心を通る法線とが略同一になるように、且つ、各熱電素子のリブが形成された面が略同一方向を向くように2つの熱電素子を重ねる。その結果、p型熱電素子とn型熱電素子は螺旋状に変形され、p型熱電素子とn型熱電素子とがリブと各熱電素子の両面に設けられた電極とを介して電気的に接合されることで上記第1電極及び第2電極が形成され、上記第1熱流路及び第2熱流路が形成される。交差させ重ねた2枚の熱電素子は、等圧プレス(温度150℃、時間30min、圧力2MPa)で圧力をかけて強固に一体化する。こうして、第1実施形態の熱電発電装置が得られる。   Next, the cut portions of the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element cross each other so as to bite into each other, and then overlap. At this time, the normal line passing through the center of the main surface in the p-type thermoelectric element and the normal line passing through the center of the main surface in the n-type thermoelectric element are substantially the same, and ribs of each thermoelectric element are formed. Two thermoelectric elements are overlapped so that the formed surfaces face substantially the same direction. As a result, the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are spirally deformed, and the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are electrically joined via the ribs and the electrodes provided on both surfaces of each thermoelectric element. Thus, the first electrode and the second electrode are formed, and the first heat channel and the second heat channel are formed. The two thermoelectric elements crossed and stacked are firmly integrated by applying pressure with an isobaric press (temperature 150 ° C., time 30 min, pressure 2 MPa). Thus, the thermoelectric generator of the first embodiment is obtained.

上記製造方法によれば、表面に円周状にリブを設けたシート状のp型熱電素子及びn型熱電素子から、上記第1実施形態の熱電発電装置を容易に作成することができる。   According to the manufacturing method, the thermoelectric generator of the first embodiment can be easily produced from a sheet-like p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element having ribs on the surface.

図2は、第2実施形態の熱電発電装置を示す断面図であり、螺旋軸を通り、図1(a)のE−E断面に対応する断面図である。なお、第2実施形態の熱電発電装置において、第1実施形態の熱電発電装置と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図2の熱電発電装置は、図1の熱電発電装置と同様の構成を持つ構造体が螺旋軸の方向に複数接続積層される。図2の熱電発電装置において、装置31のp型熱電材料13とn型熱電材料14とが、それぞれ装置32のp型熱電材料13とn型熱電材料14とに接続され、装置32のp型熱電材料13とn型熱電材料14とが、それぞれ装置33のp型熱電材料13とn型熱電材料14とに接続されている。すなわち、第2実施形態の熱電発電装置は、図1の熱電発電装置と同様の構成の装置31〜33が電気的に並列に接続されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the thermoelectric power generation device of the second embodiment, and is a cross-sectional view corresponding to the EE cross section of FIG. In addition, in the thermoelectric power generation apparatus of 2nd Embodiment, about the structure similar to the thermoelectric power generation apparatus of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. In the thermoelectric generator of FIG. 2, a plurality of structures having the same configuration as the thermoelectric generator of FIG. 1 are connected and stacked in the direction of the spiral axis. In the thermoelectric generator of FIG. 2, the p-type thermoelectric material 13 and the n-type thermoelectric material 14 of the device 31 are connected to the p-type thermoelectric material 13 and the n-type thermoelectric material 14 of the device 32, respectively. The thermoelectric material 13 and the n-type thermoelectric material 14 are connected to the p-type thermoelectric material 13 and the n-type thermoelectric material 14 of the device 33, respectively. That is, in the thermoelectric generator of the second embodiment, devices 31 to 33 having the same configuration as the thermoelectric generator of FIG. 1 are electrically connected in parallel.

装置31において、図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部42に対応する側端部と、装置32において、図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部41に対応する側端部とが接合される。また、装置31において、図1(a)に示されるn型熱電素子14の螺旋の側端部44に対応する側端部と、装置32において、図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部43に対応する側端部とが接合される。装置32と装置33との間においても同様に接合されている。接合の方法は、例えば、絶縁性で、且つ熱硬化性の接着剤を各側端部に塗布し、側端部同士を接合することができる。第2実施形態の熱電発電装置は、第1実施形態のそれと同様、高密度に配置されうるため、小型化が可能である。また、第2実施形態の熱電発電装置が生じる起電力は第1実施形態のそれと同じである一方、第2実施形態の熱電発電装置の容量は第1実施形態のそれより大きい。また、後述の第2〜第5使用態様のように、第2実施形態の熱電発電装置は、第1熱流路に対してねじ山を備える導管を配置したり、第2熱流路に対してねじ山を備えるヒートシンクを配置したりすることができる。このように、第2実施形態の熱電素子は、第1電極及び第2電極に熱を供給することが容易な構造を備える。   In the device 31, the side end corresponding to the spiral side end 42 of the p-type thermoelectric element 13 shown in FIG. 1A and the device 32 of the p-type thermoelectric element 13 shown in FIG. A side end corresponding to the side end 41 of the spiral is joined. Further, in the device 31, a side end corresponding to the spiral side end 44 of the n-type thermoelectric element 14 shown in FIG. 1A, and in the device 32, a p-type thermoelectric element shown in FIG. The side end portions corresponding to the side end portions 43 of the 13 spirals are joined. The device 32 and the device 33 are similarly joined. As a bonding method, for example, an insulating and thermosetting adhesive can be applied to each side end portion, and the side end portions can be bonded to each other. Since the thermoelectric generator of the second embodiment can be arranged at a high density like that of the first embodiment, it can be downsized. The electromotive force generated by the thermoelectric generator of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, while the capacity of the thermoelectric generator of the second embodiment is larger than that of the first embodiment. Further, as in the second to fifth usage modes described later, the thermoelectric power generation device of the second embodiment arranges a conduit having a screw thread with respect to the first heat flow path or screws with respect to the second heat flow path. A heat sink with a mountain can be arranged. Thus, the thermoelectric element of 2nd Embodiment is equipped with the structure where it is easy to supply heat to a 1st electrode and a 2nd electrode.

以下、上記第2実施形態の熱電発電装置を製造する方法の一例を説明する。p型熱電素子及びn型熱電素子のシートを作成する工程から、リブを形成する工程までは、上記第1実施形態の熱電発電装置を製造する方法の一例と同様に行う。リブ形成後、各素子の切り込み部側面に絶縁性の熱硬化接着剤(150℃硬化タイプ)を塗布する。次に、2枚の素子の切れ込み部で交差させ重ね合わせた後、それを3組重ね合わせ、等圧プレス(温度150℃、時間30min、圧力2MPa)で積層し、第2実施形態の熱電発電装置を得る。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the thermoelectric generator of the second embodiment will be described. From the step of creating the sheet of the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element to the step of forming the rib are performed in the same manner as in the example of the method for manufacturing the thermoelectric generator of the first embodiment. After the ribs are formed, an insulating thermosetting adhesive (150 ° C. curing type) is applied to the side surfaces of the cut portions of each element. Next, after intersecting and overlapping at the notch portions of the two elements, three sets of them are overlapped and laminated with an isobaric press (temperature 150 ° C., time 30 min, pressure 2 MPa), and the thermoelectric power generation of the second embodiment Get the device.

上記製造方法によれば、第1実施形態の熱電発電素子の製造方法と同様に、表面に円周状にリブを設けたシート状のp型熱電素子及びn型熱電素子から、上記第2実施形態の熱電発電装置を容易に作成することができる。   According to the above manufacturing method, similar to the manufacturing method of the thermoelectric power generation element of the first embodiment, the second implementation is performed from the sheet-shaped p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element provided with ribs on the surface in a circumferential shape. The thermoelectric power generator of the form can be easily created.

図3は、第3実施形態の熱電発電装置を示す断面図である。図3は、図1の熱電発電装置を電気的に直列に接続した熱電発電装置の断面図である。なお、第3実施形態の熱電発電装置において、第1及び第2実施形態の熱電発電装置と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図3(a)は、螺旋軸を通り、図1(a)及び図3(b)のE−E断面に対応する断面図である。第2実施形態の熱電発電素子と異なる点は、図1の熱電発電素子に対応する装置51と装置52の間にスペーサー53を配置することである。スペーサー53を配置することにより、第1実施形態と同様の構成を持つ熱電発電装置を電気的に直列に接続し、起電力を大きくすることができる。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a thermoelectric generator according to a third embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of a thermoelectric power generation apparatus in which the thermoelectric power generation apparatuses of FIG. 1 are electrically connected in series. In addition, in the thermoelectric power generating apparatus of 3rd Embodiment, about the structure similar to the thermoelectric power generating apparatus of 1st and 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. Fig.3 (a) is sectional drawing which passes along a spiral axis and respond | corresponds to the EE cross section of Fig.1 (a) and FIG.3 (b). The difference from the thermoelectric generator of the second embodiment is that a spacer 53 is arranged between the device 51 and the device 52 corresponding to the thermoelectric generator of FIG. By disposing the spacer 53, thermoelectric power generators having the same configuration as in the first embodiment can be electrically connected in series, and the electromotive force can be increased.

図3(b)の上図は、スペーサーを螺旋軸方向から見た上面図である。図3(b)の下図は、図3(a)上図のA−A断面を示す断面図である。図3(c)は、図3(b)の点線Bで囲まれた部分を含むスペーサーの部分斜視図である。スペーサー53は、螺旋状の第1熱流路11と、螺旋状であり第1熱流路の螺旋軸方向に第1熱流路と交互に隣接するように配置された第2熱流路12と、第1熱流路11と第2熱流路12とを交互に隔てる絶縁体64及び導電体63とを備える。   The upper view of FIG. 3B is a top view of the spacer viewed from the spiral axis direction. The lower view of FIG. 3B is a cross-sectional view showing the AA cross section of the upper view of FIG. FIG. 3C is a partial perspective view of the spacer including a portion surrounded by a dotted line B in FIG. The spacer 53 includes a spiral first heat flow path 11, a second heat flow path 12 that is spiral and disposed alternately adjacent to the first heat flow path in the direction of the spiral axis of the first heat flow path, and the first heat flow path 12. Insulators 64 and conductors 63 that alternately separate the heat flow paths 11 and the second heat flow paths 12 are provided.

絶縁体64の一方の面に螺旋状の第3リブ62が設けられる。第3リブ62は、絶縁体64と導電体63とを支持し、第2熱流路12を確保する。但し、第3リブ62は、装置52とスペーサー53との間で絶縁体64と装置52の第6電極17とを支持する。また、導電体63の一方の面に螺旋状の第4リブ61が設けられる。第4リブ61は、導電体63と絶縁体64とを支持し、第1熱流路11を確保する。但し、第4リブ61は、装置52とスペーサー53との間で導電体63と装置51の第4電極18とを支持する。第4リブ61は導電性を有する。   A spiral third rib 62 is provided on one surface of the insulator 64. The third rib 62 supports the insulator 64 and the conductor 63 and secures the second heat flow path 12. However, the third rib 62 supports the insulator 64 and the sixth electrode 17 of the device 52 between the device 52 and the spacer 53. A spiral fourth rib 61 is provided on one surface of the conductor 63. The fourth rib 61 supports the conductor 63 and the insulator 64 and secures the first heat flow path 11. However, the fourth rib 61 supports the conductor 63 and the fourth electrode 18 of the device 51 between the device 52 and the spacer 53. The fourth rib 61 has conductivity.

装置51において図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部42に対応する側端部と、スペーサー53において図3(b)に示される導電体63の螺旋の側端部45とが接合される。また、装置51において、図1(a)に示されるn型熱電素子14の螺旋の側端部44に対応する側端部と、スペーサー53において、図3(b)に示される絶縁体64の螺旋の側端部47に対応する側端部とが接合される。また、スペーサー53において図3(b)に示される導電体63の螺旋の側端部46と、装置52において図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部41に対応する側端部とが接合される。また、スペーサー53において、図3(b)に示される絶縁体64の螺旋の側端部48と、装置52において、図1(a)に示されるp型熱電素子13の螺旋の側端部43に対応する側端部とが接合される。接合の方法は、例えば、絶縁性で、且つ熱硬化性の接着剤を各側端部に塗布し、側端部同士を接合することができる。   In the device 51, the side end corresponding to the spiral side end 42 of the p-type thermoelectric element 13 shown in FIG. 1A, and the spacer 53 in the spiral side end of the conductor 63 shown in FIG. The part 45 is joined. Further, in the device 51, the side end corresponding to the spiral side end 44 of the n-type thermoelectric element 14 shown in FIG. 1A and the spacer 53 of the insulator 64 shown in FIG. A side end corresponding to the side end 47 of the spiral is joined. Also, the spacer 53 corresponds to the spiral side end portion 46 of the conductor 63 shown in FIG. 3B and the device 52 corresponds to the spiral side end portion 41 of the p-type thermoelectric element 13 shown in FIG. The side end portion to be joined is joined. Further, in the spacer 53, the spiral side end portion 48 of the insulator 64 shown in FIG. 3B, and in the device 52, the spiral side end portion 43 of the p-type thermoelectric element 13 shown in FIG. Are joined to the side end corresponding to. As a bonding method, for example, an insulating and thermosetting adhesive can be applied to each side end portion, and the side end portions can be bonded to each other.

絶縁体64は、螺旋軸に沿って時計と反対周りに約360°旋回し、導電体63は、絶縁体64と同じく螺旋軸に沿って時計と反対周りに約360°旋回する。第1熱流路11、第2熱流路12、p型熱電素子13、及びn型熱電素子14は、それぞれ略同一の螺旋軸O−Oに沿った螺旋形状を有する。   The insulator 64 pivots about 360 ° counterclockwise along the spiral axis, and the conductor 63 pivots about 360 ° counterclockwise along the spiral axis along the spiral axis. The first heat channel 11, the second heat channel 12, the p-type thermoelectric element 13, and the n-type thermoelectric element 14 each have a spiral shape along substantially the same spiral axis OO.

導電体63は、装置51の第2リブ22及び第7電極16と装置52の第4電極18とを電気的に接続する。一方、絶縁体64は、装置51の第1リブ21及び第3電極15と装置52の第6電極17とを電気的に絶縁する。   The conductor 63 electrically connects the second rib 22 and the seventh electrode 16 of the device 51 and the fourth electrode 18 of the device 52. On the other hand, the insulator 64 electrically insulates the first rib 21 and the third electrode 15 of the device 51 from the sixth electrode 17 of the device 52.

第3実施形態の熱電発電装置は、第1実施形態のそれと同様、高密度に配置されうるため、小型化が可能である。また、第3実施形態の熱電発電装置は、第1実施形態の熱電発電装置と同様の構成を有する複数の構造物を、上記スペーサーを介して螺旋軸の方向に接続積層することにより、p型熱電素子とn型熱電素子とを電気的に直列に交互に接続した構造を備えるため、第1及び第2実施形態の熱電発電装置より生じる起電力が大きい。   Since the thermoelectric generator of the third embodiment can be arranged at a high density, similar to that of the first embodiment, it can be downsized. The thermoelectric generator of the third embodiment is p-type by connecting and laminating a plurality of structures having the same configuration as the thermoelectric generator of the first embodiment in the direction of the spiral axis via the spacer. Since a structure in which thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements are alternately connected in series is provided, an electromotive force generated from the thermoelectric generators of the first and second embodiments is large.

図4〜8は、第2実施形態の熱電発電装置の使用態様である構造物を示す断面図である。   FIGS. 4-8 is sectional drawing which shows the structure which is a usage condition of the thermoelectric power generating apparatus of 2nd Embodiment.

図4は、第2実施形態の熱電発電装置の第1使用態様の構造物を示す断面図である。第1使用態様の構造物は、上記第2実施形態の熱電発電装置の円柱状の空洞部19、螺旋状の第2熱流路12、p型熱電素子13、及びn型熱電素子14に、シーリング材71a、71bを設ける。シーリング71a、71bは、作動時に第1熱流路11及び第2熱流路12の一部を構成する。第1熱流路11において、入口74aから第1熱媒体が流入し、出口74bから第1熱媒体が流出する。第1熱流路11の入口74aと出口74bとは、シーリング材71a、71bを貫通する第1熱媒体の流路72により接続されている。第2熱流路12において、入口75aから第2熱媒体が流入し、出口75bから第2熱媒体が流出する。第2熱流路12の入口75aと出口75bとは、シーリング材71a、71bを貫通する第2熱媒体の流路73により接続されている。下端の第6電極17及び18にそれぞれ設けられた正極の端子76及び負極の77から、起電力を取り出す。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the first usage mode of the thermoelectric generator of the second embodiment. The structure of the first usage mode is sealed on the cylindrical cavity portion 19, the spiral second heat flow path 12, the p-type thermoelectric element 13, and the n-type thermoelectric element 14 of the thermoelectric power generation device of the second embodiment. Materials 71a and 71b are provided. Sealing 71a, 71b constitutes a part of the 1st heat channel 11 and the 2nd heat channel 12 at the time of operation. In the first heat flow path 11, the first heat medium flows in from the inlet 74a, and the first heat medium flows out from the outlet 74b. The inlet 74a and the outlet 74b of the first heat flow path 11 are connected by a first heat medium flow path 72 that penetrates the sealing materials 71a and 71b. In the second heat flow path 12, the second heat medium flows in from the inlet 75a, and the second heat medium flows out from the outlet 75b. The inlet 75a and the outlet 75b of the second heat channel 12 are connected by a channel 73 of the second heat medium that penetrates the sealing materials 71a and 71b. The electromotive force is taken out from the positive terminal 76 and the negative terminal 77 provided on the sixth electrodes 17 and 18 at the lower end, respectively.

図5は、第2実施形態の熱電発電装置の第2使用態様の構造物を示す断面図である。第2使用態様の構造物は、螺旋軸が直線でなく曲線であること、及び第1実施形態の熱電発電装置に対応する構造を6個備えることを除き、第2実施形態と同様の構成を有する。第2実施形態の熱電発電装置は、第2熱流路12の外周部、及び第1熱流路の内周部にリブが存在しないため、いわば蛇腹構造のように、破損することなく容易に曲げられうる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the second usage mode of the thermoelectric generator of the second embodiment. The structure of the second usage mode has the same configuration as that of the second embodiment, except that the spiral axis is not a straight line but a curve, and six structures corresponding to the thermoelectric generator of the first embodiment are provided. Have. In the thermoelectric generator of the second embodiment, there are no ribs on the outer peripheral portion of the second heat flow channel 12 and the inner peripheral portion of the first heat flow channel, so that it is easily bent without being damaged like a bellows structure. sell.

図6は、第2実施形態の熱電発電装置の第3使用態様の構造物を示す断面図である。第3使用態様の構造物は、上記第2実施形態の熱電発電装置の円柱状の空洞部19及び第1熱流路11に、螺旋のねじ山82を備える導管81を配置したものである。ねじ山82が第1熱流路11の形状に対応しているため、第3使用態様の構造物は、空洞部19に対し導管81をねじ込むことにより形成できる。熱電発電装置の使用時において、導管81の内部に熱搬送用媒体を流す。第2熱流路12については、例えば、熱搬送用媒体に浸漬してもよいし、第1使用態様のようにシーリング材71を設け、内部に熱搬送用媒体を流してもよい。なお、ねじ山を設けた導管が曲がっている場合においても、同様に第2実施形態の熱電発電装置をねじ込むことができる。
ねじ込んだ後の熱電発電装置は図5に示されるように螺旋軸が曲がった形状になる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the third usage mode of the thermoelectric generator of the second embodiment. In the structure according to the third usage mode, a conduit 81 having a helical thread 82 is arranged in the columnar cavity 19 and the first heat flow path 11 of the thermoelectric generator of the second embodiment. Since the screw thread 82 corresponds to the shape of the first heat flow path 11, the structure in the third usage mode can be formed by screwing the conduit 81 into the cavity 19. When the thermoelectric generator is used, a heat transfer medium is caused to flow inside the conduit 81. About the 2nd heat flow path 12, you may immerse in the medium for heat conveyance, for example, the sealing material 71 may be provided like a 1st use aspect, and the medium for heat conveyance may be flowed inside. In addition, even when the conduit provided with the thread is bent, the thermoelectric generator of the second embodiment can be similarly screwed.
As shown in FIG. 5, the thermoelectric generator after being screwed has a shape in which the spiral axis is bent.

図7は、第2実施形態の熱電発電装置の第4使用態様の構造物を示す断面図である。第4使用態様の構造物は、上記第3使用態様の構造物の第2熱流路にねじ山92を備えるヒートシンク91を配置したものである。ねじ山92が第2熱流路の形状に対応しているため、第4使用態様の構造物は、第2熱電発電装置の第2熱流路12に対しヒートシンク91をねじ込むことにより形成できる。   FIG. 7: is sectional drawing which shows the structure of the 4th usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. In the structure according to the fourth usage mode, the heat sink 91 including the thread 92 is arranged in the second heat flow path of the structure according to the third usage mode. Since the screw thread 92 corresponds to the shape of the second heat flow path, the structure in the fourth usage mode can be formed by screwing the heat sink 91 into the second heat flow path 12 of the second thermoelectric generator.

図8は、第2実施形態の熱電発電装置の第5使用態様の構造物を示す断面図である。第4使用態様の構造物のヒートシンク91が、ICチップなどの半導体装置93に実装されている。半導体装置93は基板94上に、はんだバンプ95を介して設けられている。半導体装置93で発生した熱は、ヒートシンク91へ伝わり、第2実施形態における第2熱流路12に対応するねじ山92が加熱される。一方、導管81の内部に冷水を流すことにより、第2実施形態における第1熱流路11に対応するねじ山82は冷却される。よって、p型熱電素子13及びn型熱電素子14を挟む第1電極及び第2電極に温度差が生じ、第2実施形態の熱電素子は起電力を生じる。   FIG. 8: is sectional drawing which shows the structure of the 5th usage condition of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. The heat sink 91 of the structure according to the fourth usage mode is mounted on a semiconductor device 93 such as an IC chip. The semiconductor device 93 is provided on the substrate 94 via solder bumps 95. The heat generated in the semiconductor device 93 is transmitted to the heat sink 91, and the thread 92 corresponding to the second heat flow path 12 in the second embodiment is heated. On the other hand, by flowing cold water inside the conduit 81, the screw thread 82 corresponding to the first heat flow path 11 in the second embodiment is cooled. Therefore, a temperature difference is generated between the first electrode and the second electrode sandwiching the p-type thermoelectric element 13 and the n-type thermoelectric element 14, and the thermoelectric element of the second embodiment generates an electromotive force.

第5使用態様の構造物において、第2実施形態の熱電発電装置が生じる起電力によって、例えば、導管81に熱搬送用媒体を循環させるための循環ポンプを駆動させてもよいし、送風モーターを駆動させて生じる風によりヒートシンクを冷却してもよい。   In the structure of the fifth usage mode, for example, a circulation pump for circulating the heat transfer medium in the conduit 81 may be driven by the electromotive force generated by the thermoelectric power generation device of the second embodiment, The heat sink may be cooled by wind generated by driving.

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。矛盾のない限りにおいて、複数の実施例を組み合わせても構わない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. As long as there is no contradiction, a plurality of embodiments may be combined. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

11 第1熱流路
12 第2熱流路
13 p型熱電素子
14 n型熱電素子
15 第3電極
16 第7電極
17 第6電極
18 第4電極
19 空洞部
21 第1リブ(第5電極)
22 第2リブ(第8電極)
31〜33 第1実施形態の熱電発電装置と同様の構成の装置
41 p型熱電素子の螺旋の側端部
42 p型熱電素子の螺旋の側端部
43 n型熱電素子の螺旋の側端部
44 n型熱電素子の螺旋の側端部
51、52 第1実施形態の熱電発電装置と同様の構成の装置
53 スペーサー
61 第4リブ
62 第3リブ
63 導電体
64 絶縁体
71 シーリング材
72 第1熱媒体の流路
73 第2熱媒体の流路
74a 第1熱流路の入口
74b 第1熱流路の出口
75a 第2熱流路の入口
75b 第2熱流路の出口
81 導管
82 ねじ山
91 ヒートシンク
92 ねじ山
93 半導体装置
94 基板
95 はんだバンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st heat flow path 12 2nd heat flow path 13 p-type thermoelectric element 14 n-type thermoelectric element 15 3rd electrode 16 7th electrode 17 6th electrode 18 4th electrode 19 Cavity part 21 1st rib (5th electrode)
22 2nd rib (8th electrode)
31-33 Device having the same configuration as the thermoelectric generator of the first embodiment 41 Spiral side end of p-type thermoelectric element 42 Spiral side end of p-type thermoelectric element 43 Spiral side end of n-type thermoelectric element 44 Side end portions 51 and 52 of the spiral of the n-type thermoelectric element 51, 52 Apparatus having the same configuration as the thermoelectric generator of the first embodiment 53 Spacer 61 Fourth rib 62 Third rib 63 Conductor 64 Insulator 71 Sealing material 72 First Heat medium channel 73 Second heat medium channel 74a First heat channel inlet 74b First heat channel outlet 75a Second heat channel inlet 75b Second heat channel outlet 81 Conduit 82 Thread 91 Heat sink 92 Screw Mountain 93 Semiconductor device 94 Substrate 95 Solder bump

Claims (8)

螺旋状の第1熱電素子と、
螺旋状であり、前記第1熱電素子の螺旋軸方向に前記第1熱流路と交互に配置され、前記第1熱電素子とともに二重螺旋を形成する第2熱電素子と、
螺旋状であり第1熱電素子と前記第2熱電素子とを交互に隔てる第1熱流路及び第2熱流路と、
前記第1熱流路に接し、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを電気的に接合する第1電極と、
前記第2熱流路に接し、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを電気的に接合する第2電極と
を備えることを特徴とする熱電発電装置。
A spiral first thermoelectric element;
A second thermoelectric element that is helical and is arranged alternately with the first heat flow path in the direction of the helical axis of the first thermoelectric element and forms a double helix with the first thermoelectric element;
A first heat flow path and a second heat flow path that are helical and alternately separate the first thermoelectric element and the second thermoelectric element;
A first electrode that contacts the first heat flow path and electrically joins the first thermoelectric element and the second thermoelectric element;
A thermoelectric power generator comprising: a second electrode that contacts the second heat flow path and electrically joins the first thermoelectric element and the second thermoelectric element.
前記第1電極は前記第1熱流路に対向する前記第1熱電素子の表面に設けた第3電極と、前記第1熱流路に対向する前記第2熱電素子の表面に設けた第4電極と、前記第3電極と前記第4電極とを電気的に接続する第5電極を有し、前記第2電極は前記第2熱流路に対向する前記第1素子の表面に設けた第6電極と、前記第2熱流路に対向する前記第2素子の表面に設けた第7電極と、前記第6電極と前記第7電極とを電気的に接続する第8電極とを有することを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。   The first electrode includes a third electrode provided on the surface of the first thermoelectric element facing the first heat flow path, and a fourth electrode provided on the surface of the second thermoelectric element facing the first heat flow path. A fifth electrode that electrically connects the third electrode and the fourth electrode, and the second electrode includes a sixth electrode provided on a surface of the first element facing the second heat flow path, And a seventh electrode provided on a surface of the second element facing the second heat flow path, and an eighth electrode electrically connecting the sixth electrode and the seventh electrode. The thermoelectric generator according to claim 1. 前記第5電極は、螺旋状であり、前記第1熱電素子の螺旋軸と前記第1熱流路との間に配置され、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを支持し、
前記第8電極は、螺旋状であり、前記第2熱流路を挟んで前記第1熱電素子の螺旋軸の反対側に配置され、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを支持する
ことを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
The fifth electrode has a spiral shape and is disposed between a spiral axis of the first thermoelectric element and the first heat flow path, and supports the first thermoelectric element and the second thermoelectric element,
The eighth electrode has a spiral shape and is disposed on the opposite side of the spiral axis of the first thermoelectric element across the second heat flow path, and supports the first thermoelectric element and the second thermoelectric element. The thermoelectric generator according to claim 2.
更に、螺旋状であり、前記第1熱電素子の螺旋軸と前記第1熱流路との間に配置され、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを支持する第1リブと、
螺旋状であり、前記第2熱流路を挟んで前記第1熱電素子の螺旋軸の反対側に配置され、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを支持する第2リブと
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電発電装置。
A first rib that is helical and is disposed between the helical axis of the first thermoelectric element and the first heat flow path, and supports the first thermoelectric element and the second thermoelectric element;
A spiral rib is disposed on the opposite side of the spiral axis of the first thermoelectric element across the second heat flow path, and includes a second rib that supports the first thermoelectric element and the second thermoelectric element. The thermoelectric power generator according to claim 1 or 2.
前記第1リブ及び前記第2リブは、前記第1電極及び前記第2電極よりも熱伝導率が低いことを特徴とする請求項4に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 4, wherein the first rib and the second rib have lower thermal conductivity than the first electrode and the second electrode. 前記第1熱電素子及び前記第2熱電素子は、螺旋軸を中心とする略扇型の形状を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   6. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the first thermoelectric element and the second thermoelectric element have a substantially fan-shaped shape with a spiral axis as a center. 前記第1熱電素子及び前記第2熱電素子のうち一方がp型熱電材料であり、他方がn型熱電材料であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric power generation according to any one of claims 1 to 6, wherein one of the first thermoelectric element and the second thermoelectric element is a p-type thermoelectric material and the other is an n-type thermoelectric material. apparatus. シート状の第1熱電素子であって、一の面に第1電極とドーナツ状の第1リブとを順に設け、他の面に第2電極を設け、前記第1熱電素子の中心を通る第1切り込みを設けた前記第1熱電素子を準備する工程と、
シート状の第2熱電素子であって、一の面に第3電極と前記第1リブよりも曲率が大きいドーナツ状の第2リブとを順に設け、他の面に第4電極を設け、前記第2熱電素子の中心を通る第2切り込みを設けた前記第2熱電素子を準備する工程と、
前記第1切り込みと前記第2切り込みとを互いに食い込ませるように交差させる工程と、
交差させた前記第1熱電素子と前記第2熱電素子とを、前記第1熱電素子において前記一の面の中心を通る法線と前記第2熱電素子において前記一の面の中心を通る法線とが略同一になり且つ前記第1熱電素子の一の面と前記第2熱電素子の一の面とが略同一方向を向くように重ねる工程と
を含むことを特徴とする熱電発電装置の製造方法。
A sheet-like first thermoelectric element, in which a first electrode and a doughnut-shaped first rib are provided in order on one surface, a second electrode is provided on the other surface, and the first thermoelectric element passes through the center of the first thermoelectric element. Preparing the first thermoelectric element provided with one cut;
A sheet-like second thermoelectric element, in which a third electrode and a doughnut-shaped second rib having a larger curvature than the first rib are sequentially provided on one surface, and a fourth electrode is provided on the other surface; Preparing the second thermoelectric element provided with a second cut through the center of the second thermoelectric element;
Intersecting the first cut and the second cut so as to bite each other;
The intersecting first thermoelectric element and second thermoelectric element, a normal passing through the center of the one surface in the first thermoelectric element and a normal passing through the center of the one surface in the second thermoelectric element And a step of superimposing such that one surface of the first thermoelectric element and one surface of the second thermoelectric element face substantially the same direction. Method.
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