JP5768264B2 - 熱電変換素子、その製造方法、及び熱電変換モジュール - Google Patents
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Description
本発明の熱電変換素子は、熱電材料からなる3個以上の粒子を直列に並べて接合してなる構造とされた熱電変換素子であって、互いに接合される前記粒子同士は、接合前の各粒子の一部が空間的な相互重複をなす位置まで互いに押し付けられた状態で直接接合されていて、当該接合部の周囲には、前記相互重複をなす部分に相当する領域から押し出された熱電材料によって形成された隆起部が膨出しており、前記隆起部は、前記3個以上の粒子の粒子間にある全ての前記接合部の周囲に形成されており、前記接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされるか、又は、前記接合部の周囲全周にわたる範囲に1箇所以上の断続部分があるものの、当該1箇所以上の断続部分のうち、当該断続部分の周方向長さが最長となる断続部分において、当該断続部分の周方向長さが前記接合部の周囲1/2周分未満となる形状とされていることを特徴とする。
また、本発明の熱電変換モジュールは、それぞれがp型熱電材料からなる複数のp型素子とそれぞれがn型熱電材料からなる複数のn型素子が、間隔を空けた状態で並列に配置されて、前記p型素子及び前記n型素子の一端側では一つの前記p型素子と一つの前記n型素子が電極を介して電気的に接続されるとともに、前記p型素子及び前記n型素子の他端側では前記一端側で電気的に接続された素子とは異なる素子間で一つの前記p型素子と一つの前記n型素子が電極を介して電気的に接続されることにより、いくつかの前記p型素子といくつかの前記n型素子が交互に直列接続された構造が、1組以上形成された熱電変換モジュールであって、前記複数のp型素子及び前記複数のn型素子のうち、一つ以上の素子が、熱電材料からなる3個以上の粒子を直列に並べて接合してなる構造とされた熱電変換素子とされており、しかも、当該熱電変換素子において、互いに接合される前記粒子同士は、接合前の各粒子の一部が空間的な相互重複をなす位置まで互いに押し付けられた状態で直接接合されていて、当該接合部の周囲には、前記相互重複をなす部分に相当する領域から押し出された熱電材料によって形成された隆起部が膨出しており、前記隆起部は、前記3個以上の粒子の粒子間にある全ての前記接合部の周囲に形成されており、前記接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされるか、又は、前記接合部の周囲全周にわたる範囲に1箇所以上の断続部分があるものの、当該1箇所以上の断続部分のうち、当該断続部分の周方向長さが最長となる断続部分において、当該断続部分の周方向長さが前記接合部の周囲1/2周分未満となる形状とされていることを特徴とする。
[熱電変換モジュールの構成]
図1(a)に示すように、熱電変換モジュール1は、それぞれがp型熱電材料(本事例ではFe2V0.9Ti0.1Al)からなる複数のp型素子11と、それぞれがn型熱電材料(本事例ではFe2VAl0.9Si0.1)からなる複数のn型素子12とを備え、これらp型素子11及びn型素子12が互いに間隔を空けた状態で並列に配置されている。
この熱電変換モジュール1において、p型素子11及びn型素子12は、図1(b)に拡大して示すように、いずれも複数(本事例では四つ)の粒子11a,12a(本事例では球状粒子、直径500μm)を直列に並べて接合した構造とされている。しかも、粒子11a同士又は粒子12a同士が接合された接合部の周囲には、隆起部11b,12bが膨出している。本事例の場合、隆起部11b,12bは、接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされている。
以上説明したような熱電変換モジュール1によれば、モジュールに組み込まれたp型素子11及びn型素子12が、熱電材料からなる3個以上の粒子11a,12aを直列に並べて接合してなる構造とされているので、粒子11a同士及び粒子12a同士の接合部分にくびれ部分を形成することができる。したがって、このような構造のp型素子11及びn型素子12であれば、素子両端に温度差を付与した際、くびれ部分で熱流束が滞って素子両端間の温度差が大きくなるので、p型素子11及びn型素子12の熱電変換性能を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について、具体的な事例を挙げて説明したが、本発明は上記の具体的な事例に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
Claims (5)
- 熱電材料からなる3個以上の粒子を直列に並べて接合してなる構造とされた熱電変換素子であって、
互いに接合される前記粒子同士は、接合前の各粒子の一部が空間的な相互重複をなす位置まで互いに押し付けられた状態で直接接合されていて、当該接合部の周囲には、前記相互重複をなす部分に相当する領域から押し出された熱電材料によって形成された隆起部が膨出しており、
前記隆起部は、前記3個以上の粒子の粒子間にある全ての前記接合部の周囲に形成されており、前記接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされるか、又は、前記接合部の周囲全周にわたる範囲に1箇所以上の断続部分があるものの、当該1箇所以上の断続部分のうち、当該断続部分の周方向長さが最長となる断続部分において、当該断続部分の周方向長さが前記接合部の周囲1/2周分未満となる形状とされている
ことを特徴とする熱電変換素子。 - 互いに接合される前記粒子同士は、両粒子を接触させて両粒子が互いに押し付けられることとなる荷重が印加されて、その状態で両粒子の接点にパルス状電流が流されて当該パルス状電流が起こす抵抗加熱により、両粒子の接点が局所熔解されて熔接されている
ことを特徴とする請求項1に記載の熱電変換素子。 - 熱電材料からなる3個以上の粒子を直列に並べて接合してなる構造とされた熱電変換素子の製造方法であって、
互いに接合される前記粒子を接触させて、両粒子が互いに押し付けられることとなる荷重を印加して、その状態で両粒子の接点にパルス状電流を流して当該パルス状電流が起こす抵抗加熱により、両粒子の接点を局所熔解して両粒子を熔接することにより、互いに接合される前記粒子同士を、接合前の各粒子の一部が空間的な相互重複をなす位置まで互いに押し付けられた状態で直接接合する工程を含み、
前記工程では、互いに接合される前記粒子の接合部の周囲に、前記相互重複をなす部分に相当する領域から押し出された熱電材料によって形成される隆起部を膨出させており、当該隆起部は、前記3個以上の粒子の粒子間にある全ての前記接合部の周囲に形成されており、前記接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされるか、又は、前記接合部の周囲全周にわたる範囲に1箇所以上の断続部分があるものの、当該1箇所以上の断続部分のうち、当該断続部分の周方向長さが最長となる断続部分において、当該断続部分の周方向長さが前記接合部の周囲1/2周分未満となる形状とされる
ことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。 - それぞれがp型熱電材料からなる複数のp型素子とそれぞれがn型熱電材料からなる複数のn型素子が、間隔を空けた状態で並列に配置されて、前記p型素子及び前記n型素子の一端側では一つの前記p型素子と一つの前記n型素子が電極を介して電気的に接続されるとともに、前記p型素子及び前記n型素子の他端側では前記一端側で電気的に接続された素子とは異なる素子間で一つの前記p型素子と一つの前記n型素子が電極を介して電気的に接続されることにより、いくつかの前記p型素子といくつかの前記n型素子が交互に直列接続された構造が、1組以上形成された熱電変換モジュールであって、
前記複数のp型素子及び前記複数のn型素子のうち、一つ以上の素子が、熱電材料からなる3個以上の粒子を直列に並べて接合してなる構造とされた熱電変換素子とされており、
しかも、当該熱電変換素子において、互いに接合される前記粒子同士は、接合前の各粒子の一部が空間的な相互重複をなす位置まで互いに押し付けられた状態で直接接合されていて、当該接合部の周囲には、前記相互重複をなす部分に相当する領域から押し出された熱電材料によって形成された隆起部が膨出しており、
前記隆起部は、前記3個以上の粒子の粒子間にある全ての前記接合部の周囲に形成されており、前記接合部の周囲全周にわたって連続する形状とされるか、又は、前記接合部の周囲全周にわたる範囲に1箇所以上の断続部分があるものの、当該1箇所以上の断続部分のうち、当該断続部分の周方向長さが最長となる断続部分において、当該断続部分の周方向長さが前記接合部の周囲1/2周分未満となる形状とされている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 - 互いに接合される前記粒子同士は、両粒子を接触させて両粒子が互いに押し付けられることとなる荷重が印加されて、その状態で両粒子の接点にパルス状電流が流されて当該パルス状電流が起こす抵抗加熱により、両粒子の接点が局所熔解されて熔接されている
ことを特徴とする請求項4に記載の熱電変換モジュール。
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