JP6984195B2 - How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module - Google Patents

How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module Download PDF

Info

Publication number
JP6984195B2
JP6984195B2 JP2017127540A JP2017127540A JP6984195B2 JP 6984195 B2 JP6984195 B2 JP 6984195B2 JP 2017127540 A JP2017127540 A JP 2017127540A JP 2017127540 A JP2017127540 A JP 2017127540A JP 6984195 B2 JP6984195 B2 JP 6984195B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric conversion
heat transfer
transfer plate
electrode portion
magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017127540A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019012736A (en
Inventor
皓也 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2017127540A priority Critical patent/JP6984195B2/en
Publication of JP2019012736A publication Critical patent/JP2019012736A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6984195B2 publication Critical patent/JP6984195B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

この発明は、発熱体又は冷却体に固定して用いられる熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module used by fixing to a heating element or a cooling element, and a method for manufacturing the thermoelectric conversion module.

熱電変換素子は、ゼーベック効果あるいはペルティエ効果によって、熱エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換可能な電子素子である。
ゼーベック効果は、熱電変換素子の両端に温度差を生じさせると起電力が発生する現象であり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。ゼーベック効果により発生する起電力は、熱電変換素子の特性によって決まる。近年では、この効果を利用した熱電発電の開発が盛んである。
ペルティエ効果は、熱電変換素子の両端に電極等を形成して電極間で電位差を生じさせると、熱電変換素子の両端に温度差が生じる現象であり、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。このような効果をもつ素子は特にペルティエ素子と呼ばれ、精密機器や小型冷蔵庫などの冷却や温度制御に利用されている。
The thermoelectric conversion element is an electronic element capable of mutually converting thermal energy and electric energy by the Seebeck effect or the Pertier effect.
The Seebeck effect is a phenomenon in which an electromotive force is generated when a temperature difference is generated at both ends of a thermoelectric conversion element, and heat energy is converted into electric energy. The electromotive force generated by the Seebeck effect is determined by the characteristics of the thermoelectric conversion element. In recent years, the development of thermoelectric power generation utilizing this effect has been active.
The Peltier effect is a phenomenon in which when electrodes or the like are formed at both ends of a thermoelectric conversion element to generate a potential difference between the electrodes, a temperature difference is generated at both ends of the thermoelectric conversion element, and electric energy is converted into thermal energy. An element having such an effect is particularly called a Peltier element, and is used for cooling and temperature control of precision equipment and small refrigerators.

上述の熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールとしては、例えば、n型熱電変換素子とp型熱電変換素子とを交互に直列接続した構造のものが提案されている。
このような熱電変換モジュールにおいては、複数の熱電変換素子の一端側及び他端側にそれぞれ伝熱板が配置され、この伝熱板に配設された電極部によって熱電変換素子同士が直列接続された構造とされている。なお、上述の伝熱板として、絶縁層と電極部とを備えた絶縁回路基板を用いることがある。
As a thermoelectric conversion module using the above-mentioned thermoelectric conversion element, for example, a module having a structure in which n-type thermoelectric conversion elements and p-type thermoelectric conversion elements are alternately connected in series has been proposed.
In such a thermoelectric conversion module, heat transfer plates are arranged on one end side and the other end side of a plurality of thermoelectric conversion elements, respectively, and the thermoelectric conversion elements are connected in series by the electrode portions arranged on the heat transfer plates. It is said to have a structure. As the heat transfer plate described above, an insulated circuit board provided with an insulating layer and an electrode portion may be used.

そして、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間で温度差を生じさせることで、ゼーベック効果によって、電気エネルギーを発生させることができる。あるいは、熱電変換素子に電流を流すことで、ペルティエ効果によって、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間に温度差を生じさせることが可能となる。 Then, by creating a temperature difference between the heat transfer plate arranged on one end side of the thermoelectric conversion element and the heat transfer plate arranged on the other end side of the thermoelectric conversion element, the electric energy is generated by the Seebeck effect. Can be generated. Alternatively, by passing a current through the thermoelectric conversion element, the heat transfer plate arranged on one end side of the thermoelectric conversion element and the heat transfer plate arranged on the other end side of the thermoelectric conversion element are caused by the Pertier effect. It is possible to create a temperature difference.

ここで、上述の熱電変換モジュールにおいては、例えばロータリーキルン炉等の各種炉等の発熱体や冷却配管等の冷却体に取り付けて、発熱体又は冷却体の熱を利用して発電することが行われている。
例えば、特許文献1には、ロータリーキルン炉の炉本体の内部温度を測定するためのロータリーキルン炉用温度測定装置であって、炉本体の内部に感温部が配置される温度センサと、炉本体に配設されて温度センサの測定データを送信する送信機と、送信機から送信された測定データを受信する受信機と、炉本体からの放熱を回収して送信機へ電力を供給する熱電池と、を備えたものが提案されている。
そして、熱電池は、炉本体側に配置される熱吸収板と、この熱吸収板と対向配置される熱放出板と、これら熱吸収板と熱放出板の間に配設された熱電変換素子と、を備えた熱電変換モジュールとされている。
Here, in the above-mentioned thermoelectric conversion module, for example, it is attached to a heating element of various furnaces such as a rotary kiln furnace or a cooling element such as a cooling pipe, and power is generated by using the heat of the heating element or the cooling element. ing.
For example, Patent Document 1 describes a temperature sensor for a rotary kiln furnace for measuring the internal temperature of the furnace body of a rotary kiln furnace, the temperature sensor in which a temperature sensitive portion is arranged inside the furnace body, and the furnace body. A transmitter that is arranged to transmit the measurement data of the temperature sensor, a receiver that receives the measurement data transmitted from the transmitter, and a thermal battery that collects heat radiation from the furnace body and supplies power to the transmitter. , Is proposed.
The heat cell includes a heat absorption plate arranged on the furnace body side, a heat release plate arranged opposite to the heat absorption plate, and a thermoelectric conversion element arranged between the heat absorption plate and the heat release plate. It is said to be a thermoelectric conversion module equipped with.

特開2008−241648号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-241648

ここで、特許文献1に記載されたロータリーキルン炉用温度測定装置においては、熱電池の熱吸収板をロータリーキルン炉の炉本体側に取り付ける際に治具を用いているため、熱電池の取り付け構造が煩雑となり、取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができなかった。また、熱吸収板が、炉本体から離間して配置されることになるため、炉本体からの放熱を十分に回収することができず、熱吸収板と熱放出板との温度差を確保できなくなり、十分な電力を得ることができないおそれがあった。 Here, in the temperature measuring device for a rotary kiln furnace described in Patent Document 1, since a jig is used when the heat absorption plate of the heat cell is mounted on the furnace body side of the rotary kiln furnace, the mounting structure of the heat cell is different. It became complicated and could not be easily attached and detached. In addition, since the heat absorption plate is arranged away from the furnace body, it is not possible to sufficiently recover the heat radiation from the furnace body, and the temperature difference between the heat absorption plate and the heat release plate can be secured. There was a risk that sufficient power could not be obtained.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、十分な電力を得ることが可能な熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, can be easily attached to a heating element or a cooling element, and is sufficient to secure a temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion module capable of obtaining various electric power and a method of using the thermoelectric conversion module.

上記課題を解決するために、本発明の熱電変換モジュールは、複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部と、を有し、前記第1電極部及び前記第2電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、前記熱電変換素子の一端側には、第1絶縁層と、この第1絶縁層の一方の面に形成された前記第1電極部と、を備えた第1伝熱板が配設されており、この第1伝熱板の前記第1電極部の表面に第1磁石が配設されており、前記熱電変換素子の他端側には、前記第2電極部を備えた第2伝熱板が配設されており、この第2伝熱板の前記第2電極部の表面に第2磁石が配設されており、前記第1磁石と、前記第2磁石は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、前記第1伝熱板と前記第2伝熱板とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用するように構成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thermoelectric conversion module of the present invention has a plurality of thermoelectric conversion elements, a first electrode portion arranged on one end side of these thermoelectric conversion elements, and a second arranged on the other end side. It is a thermoelectric conversion module having an electrode portion and having a plurality of the thermoelectric conversion elements electrically connected via the first electrode portion and the second electrode portion, and is one end side of the thermoelectric conversion element. A first heat transfer plate provided with a first heat transfer layer and the first electrode portion formed on one surface of the first heat transfer layer is disposed of the first heat transfer plate. A first magnet is arranged on the surface of the first electrode portion, and a second heat transfer plate provided with the second electrode portion is arranged on the other end side of the thermoelectric conversion element. A second magnet is arranged on the surface of the second electrode portion of the second heat transfer plate, and the first magnet and the second magnet face each other and the facing surfaces become poles different from each other. It is characterized in that the first heat transfer plate and the second heat transfer plate are configured such that a magnetic force acts in a direction in which the first heat transfer plate and the second heat transfer plate are close to each other .

本発明の熱電変換モジュールによれば、前記熱電変換素子の一端側には、第1絶縁層と、この第1絶縁層の一方の面に形成された前記第1電極部と、を備えた第1伝熱板が配設されており、この第1伝熱板に、第1磁石が配設されているので、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の表面に直接取り付けることが可能となる。よって、第1伝熱板が発熱体又は冷却体に接触することになり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、取り付けに第1磁石を用いているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
According to the thermoelectric conversion module of the present invention, a first insulating layer and a first electrode portion formed on one surface of the first insulating layer are provided on one end side of the thermoelectric conversion element. 1 A heat transfer plate is arranged, and since a first magnet is arranged on this first heat transfer plate, it should be directly attached to the surface of a heating element or a cooling element made of a magnetic material such as iron. Is possible. Therefore, the first heat transfer plate comes into contact with the heating element or the cooling element, and the temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element can be secured, and sufficient electric power can be obtained.
Further, since the first magnet is used for attachment, it is not necessary to use a jig or the like separately, and the attachment and detachment to the heating element or the cooling element can be easily performed.

また、第1伝熱板と第2伝熱板とが近接する方向に磁力が作用するように、第1伝熱板に配設された第1磁石と第2伝熱板に配設された第2磁石を配置することにより、第1伝熱板及び第2伝熱板との間に配設された熱電変換素子が強く挟持されることになり、第1伝熱板と熱電変換素子、及び、熱電変換素子と第2伝熱板との密着性を向上させることが可能となる。 Further, the first magnet and the second heat transfer plate are arranged so that the magnetic force acts in the direction in which the first heat transfer plate and the second heat transfer plate are close to each other. By arranging the second magnet, the thermoelectric conversion element disposed between the first heat transfer plate and the second heat transfer plate is strongly sandwiched, and the first heat transfer plate and the thermoelectric conversion element, Further, it is possible to improve the adhesion between the thermoelectric conversion element and the second heat transfer plate.

また、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記第2伝熱板の前記第2電極部とは反対側に、ヒートシンクが積層配置されており、前記ヒートシンクに第3磁石が内包されている構成としてもよい。
この場合、ヒートシンクに内包された第3磁石を利用して、ヒートシンクを第2伝熱板に積層配置することができ、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差をさらに確保することができる。また、ヒートシンクを比較的容易に配設することができ、熱電変換モジュールの構造が簡単となる。
Further, in the thermoelectric conversion module of the present invention, a heat sink is laminated and arranged on the side of the second heat transfer plate opposite to the second electrode portion, and the heat sink contains a third magnet. May be good.
In this case, the heat sink can be laminated and arranged on the second heat transfer plate by using the third magnet contained in the heat sink, and the temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element can be further secured. Can be done. Further, the heat sink can be arranged relatively easily, and the structure of the thermoelectric conversion module becomes simple.

さらに、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記第1伝熱板は、前記第1絶縁層の前記第1電極部とは反対側の面に、第1放熱層を備えていてもよい。
この場合、第1放熱層が発熱体又は冷却体に接触することになり、第1放熱層で熱を拡げて第1絶縁回路基板の全体に伝熱させることができる。なお、この第1放熱層に第1磁石が配置されていてもよい。
Further, in the thermoelectric conversion module of the present invention, the first heat transfer plate may be provided with a first heat dissipation layer on a surface of the first insulating layer opposite to the first electrode portion.
In this case, the first heat radiating layer comes into contact with the heating element or the cooling element, and the heat can be spread by the first heat radiating layer and transferred to the entire first insulating circuit board. A first magnet may be arranged on the first heat dissipation layer.

本発明の熱電変換モジュールの使用方法は、複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部と、を有し、前記第1電極部及び前記第2電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールの使用方法であって、上述の熱電変換モジュールの前記第1伝熱板に配設された前記第1磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けることを特徴としている。 In the method of using the thermoelectric conversion module of the present invention, a plurality of thermoelectric conversion elements and a first electrode portion arranged on one end side and a second electrode portion arranged on the other end side of these thermoelectric conversion elements are provided. It is a method of using the thermoelectric conversion module in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected via the first electrode portion and the second electrode portion, and is the first method of the above-mentioned thermoelectric conversion module. It is characterized in that the thermoelectric conversion module is attached to a heating element or a cooling element by using the first magnet arranged on the heat transfer plate.

このような構成とされた熱電変換モジュールの使用方法によれば、上述の熱電変換モジュールの前記第1伝熱板に配設された前記第1磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けているので、第1伝熱板が発熱体又は冷却体に直接接触することになり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、第1磁石を用いて取り付けているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
According to the method of using the thermoelectric conversion module having such a configuration, the thermoelectric conversion module can be made into a heating element or a heating element by using the first magnet arranged on the first heat transfer plate of the above-mentioned thermoelectric conversion module. Since it is attached to the cooling element, the first heat transfer plate comes into direct contact with the heating element or the cooling element, and the temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element can be secured, which is sufficient. You can get power.
Further, since it is attached using the first magnet, it is not necessary to separately use a jig or the like, and it can be easily attached to and detached from the heating element or the cooling element.

本発明によれば、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、十分な電力を得ることが可能な熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用方法を提供することができる。 According to the present invention, a thermoelectric conversion module that can be easily attached to a heating element or a cooling element, secures a temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element, and can obtain sufficient electric power. , And how to use the thermoelectric conversion module can be provided.

本発明の実施形態である熱電変換モジュールの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the thermoelectric conversion module which is an embodiment of this invention. 本発明の実施形態である熱電変換モジュールの第1伝熱板(第1絶縁回路基板)の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st heat transfer plate (the 1st insulation circuit board) of the thermoelectric conversion module which is an embodiment of this invention. 本発明の実施形態である熱電変換モジュールの第2伝熱板(第2絶縁回路基板)の説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd heat transfer plate (second insulation circuit board) of the thermoelectric conversion module which is an embodiment of this invention. 本発明の実施形態である熱電変換モジュールの使用方法を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the usage method of the thermoelectric conversion module which is an embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that each of the embodiments shown below is specifically described in order to better understand the gist of the invention, and is not limited to the present invention unless otherwise specified. In addition, the drawings used in the following description may be shown by enlarging the main parts for convenience in order to make the features of the present invention easy to understand, and the dimensional ratios of each component are the same as the actual ones. It is not always the case.

本実施形態に係る熱電変換モジュール10は、図1に示すように、複数の柱状をなす熱電変換素子11と、この熱電変換素子11の長さ方向の一端側(図1において下側)に配設された第1伝熱板20と、熱電変換素子11の長さ方向の他端側(図1において上側)に配設された第2伝熱板30と、第2伝熱板30に積層されたヒートシンク40と、を備えている。
ここで、図1及び図2に示すように、熱電変換素子11の一端側に配設された第1伝熱板20には第1電極部25が形成され、熱電変換素子11の他端側に配設された第2伝熱板30には第2電極部35が形成されており、これら第1電極部25及び第2電極部35によって、複数の柱状をなす熱電変換素子11が電気的に直列接続されている。
As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion module 10 according to the present embodiment is arranged on a plurality of columnar thermoelectric conversion elements 11 and one end side (lower side in FIG. 1) of the thermoelectric conversion element 11 in the length direction. Laminated on the first heat transfer plate 20 provided, the second heat transfer plate 30 arranged on the other end side (upper side in FIG. 1) in the length direction of the thermoelectric conversion element 11, and the second heat transfer plate 30. It is provided with a heat sink 40 and a heat sink 40.
Here, as shown in FIGS. 1 and 2, a first electrode portion 25 is formed on the first heat transfer plate 20 arranged on one end side of the thermoelectric conversion element 11, and the other end side of the thermoelectric conversion element 11 is formed. A second electrode portion 35 is formed on the second heat transfer plate 30 arranged in the above, and the thermoelectric conversion element 11 forming a plurality of columns is electrically formed by the first electrode portion 25 and the second electrode portion 35. Is connected in series to.

第1伝熱板20は、第1絶縁層21と、この第1絶縁層21の一方の面(図1において上面)に形成された第1電極部25と、を備えた第1絶縁回路基板で構成されている。
なお、本実施形態では、第1伝熱板20となる第1絶縁回路基板においては、図1に示すように、第1絶縁層21の他方の面(図1において下面)に、第1放熱層26が形成されている。
The first heat transfer plate 20 is a first insulating circuit board including a first insulating layer 21 and a first electrode portion 25 formed on one surface (upper surface in FIG. 1) of the first insulating layer 21. It is composed of.
In the present embodiment, in the first insulating circuit board to be the first heat transfer plate 20, as shown in FIG. 1, the first heat radiation is generated on the other surface (lower surface in FIG. 1) of the first insulating layer 21. The layer 26 is formed.

第1絶縁層21は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、アルミナ(Al)等の絶縁性の高いセラミックス材料、あるいは、絶縁樹脂等で構成されている。本実施形態では、第1絶縁層21はアルミナ(Al)で構成されている。ここで、アルミナからなる第1絶縁層21の厚さは、100μm以上2000μm以下の範囲内とされている。 The first insulating layer 21, for example, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4), alumina (Al 2 O 3) highly insulating ceramic material such as or, is made of an insulating resin or the like. In this embodiment, the first insulating layer 21 is made of alumina (Al 2 O 3 ). Here, the thickness of the first insulating layer 21 made of alumina is within the range of 100 μm or more and 2000 μm or less.

第1電極部25は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導電性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第1電極部25は、純度99.99mass%以上のアルミニウム板が第1絶縁層21の一方の面に接合されることによって形成されている。
ここで、第1電極部25は、図2に示すように、第1絶縁層21の一方の面に、パターン状に形成されている。
The first electrode portion 25 is made of a metal material having excellent conductivity, for example, copper or copper alloy, silver or silver alloy, gold or gold alloy, platinum or platinum alloy, aluminum or aluminum alloy. In the present embodiment, the first electrode portion 25 is formed by joining an aluminum plate having a purity of 99.99 mass% or more to one surface of the first insulating layer 21.
Here, as shown in FIG. 2, the first electrode portion 25 is formed in a pattern on one surface of the first insulating layer 21.

第1放熱層26は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第1放熱層26は、第1電極部25と同様に、純度99.99mass%以上のアルミニウム板が第1絶縁層21の他方の面に接合されることによって形成されている。 The first heat dissipation layer 26 is made of a metal material having excellent thermal conductivity, for example, copper or copper alloy, silver or silver alloy, gold or gold alloy, platinum or platinum alloy, aluminum or aluminum alloy. In the present embodiment, the first heat dissipation layer 26 is formed by joining an aluminum plate having a purity of 99.99 mass% or more to the other surface of the first insulating layer 21, similarly to the first electrode portion 25. ..

なお、第1電極部25及び第1放熱層26となるアルミニウム板の接合方法は特に制限はなく、例えば、Al−Si系ろう材を用いた接合や、固相拡散接合等を適用してもよい。さらに、接合面にCu、Si等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法(TLP)によって接合してもよい。なお、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金といった金属材料を第1電極部25及び第1放熱層26とする場合には、これらの金属成分を含むペーストを直接絶縁層に塗布し、焼成することにより第1電極部25及び第1放熱層26を形成してもよい。 The method of joining the aluminum plate to be the first electrode portion 25 and the first heat dissipation layer 26 is not particularly limited, and for example, joining using an Al—Si brazing material, solid phase diffusion joining, or the like may be applied. good. Further, it may be bonded by a transient liquid phase bonding method (TLP) in which additive elements such as Cu and Si are fixed to the bonding surface and melted and solidified by diffusing these additive elements. When a metal material such as silver or a silver alloy, gold or a gold alloy, platinum or a platinum alloy is used as the first electrode portion 25 and the first heat radiation layer 26, a paste containing these metal components is directly applied to the insulating layer. Then, the first electrode portion 25 and the first heat dissipation layer 26 may be formed by firing.

そして、この第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)には、第1磁石24が配設されている。本実施形態では、図2に示すように、第1絶縁層21の一方の面の4つの角部にそれぞれ第1磁石24が配設されている。
ここで、第1磁石24は、使用温度に応じてその材質を選択することが好ましい。例えば、使用温度が150℃以下の場合には耐熱ネオジム磁石、200℃以下の場合にはフェライト磁石、200℃以下の場合にはサマリウムコバルト磁石、400℃以下の場合にはアルニコ磁石等を用いることができる。使用温度に応じて、最も磁力が強い磁石を用いることが好ましい。
また、第1磁石24の第1絶縁層21の一方の面に占める面積は、1%以上99%未満とすることが好ましい。熱電発電を効率的に行いたい場合は1%付近とし、確実な固定が求められる一方でセンシング用途などの大きな電力が求められない場合は99%付近とすればよい。1%未満では熱電変換モジュールに対し磁力が弱く、固定が困難になるおそれがあり、99%以上では熱電発電の効率が著しく損なわれるおそれがある。
A first magnet 24 is arranged on the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board). In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first magnet 24 is arranged at each of the four corners of one surface of the first insulating layer 21.
Here, it is preferable to select the material of the first magnet 24 according to the operating temperature. For example, use a heat-resistant neodymium magnet when the operating temperature is 150 ° C or lower, a ferrite magnet when the operating temperature is 200 ° C or lower, a samarium cobalt magnet when the operating temperature is 200 ° C or lower, and an alnico magnet when the operating temperature is 400 ° C or lower. Can be done. It is preferable to use a magnet having the strongest magnetic force according to the operating temperature.
Further, the area occupied by one surface of the first insulating layer 21 of the first magnet 24 is preferably 1% or more and less than 99%. If you want to perform thermoelectric power generation efficiently, you can set it to around 1%, and if you need to fix it securely, but you do not need a large amount of power for sensing applications, you can set it to around 99%. If it is less than 1%, the magnetic force is weak with respect to the thermoelectric conversion module and fixing may be difficult, and if it is 99% or more, the efficiency of thermoelectric power generation may be significantly impaired.

なお、第1磁石24の配設方法には、特に制限はなく、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第1磁石24を嵌入させてもよいし、固定爪を形成して第1磁石24をカシメ固定してもよい。また、セラミックス等からなる第1絶縁層21と接合してもよいし、金属材料からなる第1電極部25及び第1放熱層26に接合してもよい。これらの接合方法としては、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等を適用することができる。
本実施形態では、図1及び図2に示すように、アルミニウムからなる第1電極部25の表面に第1磁石24をセラミックス製の接着剤によって接合している。
The method of arranging the first magnet 24 is not particularly limited, and a housing recess is formed in the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board), and the first magnet 24 is fitted in the housing recess. The first magnet 24 may be caulked and fixed by forming a fixing claw. Further, it may be bonded to the first insulating layer 21 made of ceramics or the like, or may be bonded to the first electrode portion 25 and the first heat dissipation layer 26 made of a metal material. As these joining methods, a ceramic adhesive, a heat-resistant resin such as epoxy, or the like can be applied.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the first magnet 24 is bonded to the surface of the first electrode portion 25 made of aluminum with an adhesive made of ceramics.

第2伝熱板30は、第2絶縁層31と、この第2絶縁層31の一方の面(図1において下面)に形成された第2電極部35と、を備えた第2絶縁回路基板で構成されている。
なお、本実施形態では、第2伝熱板30となる第2絶縁回路基板においては、図1に示すように、第2絶縁層31の他方の面(図1において上面)に、第2放熱層36が形成されている。
The second heat transfer plate 30 is a second insulating circuit board including a second insulating layer 31 and a second electrode portion 35 formed on one surface (lower surface in FIG. 1) of the second insulating layer 31. It is composed of.
In the present embodiment, in the second insulating circuit board to be the second heat transfer plate 30, as shown in FIG. 1, the second heat dissipation is applied to the other surface (upper surface in FIG. 1) of the second insulating layer 31. The layer 36 is formed.

第2絶縁層31は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、アルミナ(Al)等の絶縁性の高いセラミックス材料、あるいは、絶縁樹脂等で構成されている。本実施形態では、第2絶縁層31はアルミナ(Al)で構成されている。ここで、アルミナからなる第2絶縁層31の厚さは、100μm以上2000μm以下の範囲内とされている。 The second insulating layer 31 is, for example, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4), alumina (Al 2 O 3) highly insulating ceramic material such as or, is made of an insulating resin or the like. In the present embodiment, the second insulating layer 31 is made of alumina (Al 2 O 3 ). Here, the thickness of the second insulating layer 31 made of alumina is within the range of 100 μm or more and 2000 μm or less.

第2電極部35は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導電性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第2電極部35は、純度99.99mass%以上のアルミニウム板が第2絶縁層31の一方の面に接合されることによって形成されている。
ここで、第2電極部35は、図3に示すように、第2絶縁層31の一方の面に、パターン状に形成されている。
The second electrode portion 35 is made of a metal material having excellent conductivity, for example, copper or copper alloy, silver or silver alloy, gold or gold alloy, platinum or platinum alloy, aluminum or aluminum alloy. In the present embodiment, the second electrode portion 35 is formed by joining an aluminum plate having a purity of 99.99 mass% or more to one surface of the second insulating layer 31.
Here, as shown in FIG. 3, the second electrode portion 35 is formed in a pattern on one surface of the second insulating layer 31.

第2放熱層36は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第2放熱層36は、第2電極部35と同様に、純度99.99mass%以上のアルミニウム板が第2絶縁層31の他方の面に接合されることによって形成されている。 The second heat dissipation layer 36 is made of a metal material having excellent thermal conductivity, for example, copper or copper alloy, silver or silver alloy, gold or gold alloy, platinum or platinum alloy, aluminum or aluminum alloy. In the present embodiment, the second heat dissipation layer 36 is formed by joining an aluminum plate having a purity of 99.99 mass% or more to the other surface of the second insulating layer 31, similarly to the second electrode portion 35. ..

なお、第2電極部35及び第2放熱層36となるアルミニウム板の接合方法は特に制限はなく、例えば、Al−Si系ろう材を用いた接合や、固相拡散接合等を適用してもよい。さらに、接合面にCu、Si等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法(TLP)によって接合してもよい。なお、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金といった金属材料を第2電極部35及び第2放熱層36とする場合には、これらの金属成分を含むペーストを直接絶縁層に塗布し、焼成することにより第2電極部35及び第2放熱層36を形成してもよい。 The method of joining the aluminum plate to be the second electrode portion 35 and the second heat dissipation layer 36 is not particularly limited, and for example, joining using an Al—Si brazing material, solid phase diffusion joining, or the like may be applied. good. Further, it may be bonded by a transient liquid phase bonding method (TLP) in which additive elements such as Cu and Si are fixed to the bonding surface and melted and solidified by diffusing these additive elements. When a metal material such as silver or a silver alloy, gold or a gold alloy, platinum or a platinum alloy is used as the second electrode portion 35 and the second heat radiation layer 36, a paste containing these metal components is directly applied to the insulating layer. Then, the second electrode portion 35 and the second heat radiating layer 36 may be formed by firing.

そして、この第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)には、第2磁石34が配設されている。本実施形態では、図3に示すように、第2絶縁層31の一方の面の4つの角部にそれぞれ第2磁石34が配設されている。
ここで、第2磁石34は、第1磁石24と同様に、使用温度に応じて材質を選択することが好ましい。
また、第2磁石34の第2絶縁層31の一方の面に占める面積は、1%以上99%未満とすることが好ましい。
A second magnet 34 is arranged on the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board). In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the second magnet 34 is arranged at each of the four corners of one surface of the second insulating layer 31.
Here, as with the first magnet 24, it is preferable to select the material of the second magnet 34 according to the operating temperature.
Further, the area occupied by one surface of the second insulating layer 31 of the second magnet 34 is preferably 1% or more and less than 99%.

なお、第2磁石34の配設方法には、特に制限はなく、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第2磁石34を嵌入させてもよいし、固定爪を形成して第2磁石34をカシメ固定してもよい。また、セラミックス等からなる第2絶縁層31と接合してもよいし、金属材料からなる第2電極部35及び第2放熱層36に接合してもよい。これらの接合方法としては、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等を適用することができる。
本実施形態では、図1及び図3に示すように、アルミニウムからなる第2電極部35の表面に第2磁石34をセラミックス製の接着剤によって接合している。
The method of arranging the second magnet 34 is not particularly limited, and a housing recess is formed in the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board), and the second magnet 34 is fitted in the housing recess. The second magnet 34 may be caulked and fixed by forming a fixing claw. Further, it may be bonded to the second insulating layer 31 made of ceramics or the like, or may be bonded to the second electrode portion 35 and the second heat radiating layer 36 made of a metal material. As these joining methods, a ceramic adhesive, a heat-resistant resin such as epoxy, or the like can be applied.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, a second magnet 34 is bonded to the surface of the second electrode portion 35 made of aluminum with an adhesive made of ceramics.

ここで、本実施形態においては、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)に配設された第1磁石24と、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に配設された第2磁石34は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)と第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用するように構成されている。 Here, in the present embodiment, the first magnet 24 arranged on the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) and the second heat transfer plate 30 (second insulated circuit board) are arranged. The second magnet 34 is arranged so as to face each other and the facing surfaces have different poles from each other, and the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) and the second heat transfer plate 30 (second heat transfer plate 30). (2 Insulated circuit board) is configured so that a magnetic force acts in a direction close to each other.

ヒートシンク40は、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)の第2放熱層36に積層される天板部41と、天板部41から立設されたフィン部42と、を備えている。
そして、このヒートシンク40の天板部41には、第3磁石44が配設されている。ここで、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に配設された第2磁石34と、ヒートシンク40の天板部41に配設された第3磁石44とは、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)の第2放熱層36とヒートシンク40の天板部41とが磁力によって固定されている。ヒートシンク40は熱伝動性の高い材料、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金等から構成されている。
また、第3磁石44の天板部41の面に占める面積は、1%以上50%未満とすることが好ましい。
なお、第3磁44の配設方法には、特に制限はないが、図1に示すように、ヒートシンク40に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第3磁石44を嵌入させるとよい。この場合、図1に示すように、第2放熱層36とヒートシンク40が直接接触することにより、第2放熱層36からヒートシンク40への熱伝導を低下させることが無い。
The heat sink 40 includes a top plate portion 41 laminated on the second heat dissipation layer 36 of the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board), and fin portions 42 erected from the top plate portion 41. There is.
A third magnet 44 is arranged on the top plate portion 41 of the heat sink 40. Here, the second magnet 34 arranged on the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board) and the third magnet 44 arranged on the top plate portion 41 of the heat sink 40 face each other and face each other. The facing surfaces are arranged so as to have different poles from each other, and the second heat transfer layer 36 of the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board) and the top plate portion 41 of the heat sink 40 are fixed by magnetic force. ing. The heat sink 40 is made of a material having high heat transfer properties, for example, aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, or the like.
Further, the area occupied by the surface of the top plate portion 41 of the third magnet 44 is preferably 1% or more and less than 50%.
The method of arranging the third magnet 44 is not particularly limited, but as shown in FIG. 1, it is preferable to form a housing recess in the heat sink 40 and insert the third magnet 44 into the housing recess. .. In this case, as shown in FIG. 1, the direct contact between the second heat radiating layer 36 and the heat sink 40 does not reduce the heat conduction from the second heat radiating layer 36 to the heat sink 40.

熱電変換素子11は、n型熱電変換素子11aとp型熱電変換素子11bとを有しており、これらn型熱電変換素子11aとp型熱電変換素子11bが交互に配列されている。
なお、この熱電変換素子11の一端面及び他端面には、メタライズ層(図示なし)がそれぞれ形成されている。メタライズ層としては、例えば、ニッケル、銀、コバルト、タングステン、モリブデン等や、あるいはそれらの金属繊維でできた不織布等を用いることができる。なお、メタライズ層の最表面(第1電極部25及び第2電極部35との接合面)は、Au又はAgで構成されていることが好ましい。
The thermoelectric conversion element 11 has an n-type thermoelectric conversion element 11a and a p-type thermoelectric conversion element 11b, and these n-type thermoelectric conversion elements 11a and p-type thermoelectric conversion elements 11b are arranged alternately.
A metallized layer (not shown) is formed on one end surface and the other end surface of the thermoelectric conversion element 11, respectively. As the metallized layer, for example, nickel, silver, cobalt, tungsten, molybdenum or the like, or a non-woven fabric made of metal fibers thereof or the like can be used. The outermost surface of the metallized layer (the joint surface with the first electrode portion 25 and the second electrode portion 35) is preferably composed of Au or Ag.

n型熱電変換素子11a及びp型熱電変換素子11bは、例えば、テルル化合物、スクッテルダイト、充填スクッテルダイト、ホイスラー、ハーフホイスラー、クラストレート、シリサイド、酸化物、シリコンゲルマニウム等の焼結体で構成されている。
n型熱電変換素子11aの材料として、例えば、BiTe、PbTe、LaTe、CoSb、FeVAl、ZrNiSn、BaAl16Si30、MgSi、FeSi、SrTiO、CaMnO、ZnO、SiGeなどが用いられる。
また、p型熱電変換素子11bの材料として、例えば、BiTe、SbTe、PbTe、TAGS(=Ag‐Sb‐Ge‐Te)、ZnSb、CoSb、CeFeSb12、Yb14MnSb11、FeVAl、MnSi1.73、FeSi、NaxCoO、CaCo、BiSrCo、SiGeなどが用いられる。
なお、ドーパントによりn型とp型の両方をとれる化合物と、n型かp型のどちらか一方のみの性質をもつ化合物がある。
The n-type thermoelectric conversion element 11a and the p-type thermoelectric conversion element 11b are, for example, sintered bodies of tellurium compounds, scuterdite, filled scutterdite, whistler, half whistler, krastrait, silicide, oxide, silicon germanium and the like. It is configured.
As the material of the n-type thermoelectric conversion elements 11a, for example, Bi 2 Te 3, PbTe, La 3 Te 4, CoSb 3, FeVAl, ZrNiSn, Ba 8 Al 16 Si 30, Mg 2 Si, FeSi 2, SrTiO 3, CaMnO 3 , ZnO, SiGe and the like are used.
Further, as the material of the p-type thermoelectric conversion element 11b, for example, Bi 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 , PbTe, TAGS (= Ag-Sb-Ge-Te), Zn 4 Sb 3 , CoSb 3 , CeFe 4 Sb 12 , Yb 14 MnSb 11 , FeVAL, MnSi 1.73 , FeSi 2 , NaxCoO 2 , Ca 3 Co 4 O 7 , Bi 2 Sr 2 Co 2 O 7 , SiGe and the like are used.
There are compounds that can take both n-type and p-type depending on the dopant, and compounds that have only one of n-type and p-type properties.

次に、上述した本実施形態である熱電変換モジュール10の使用方法について、図4を用いて説明する。
本実施形態である熱電変換モジュール10においては、例えば、第1伝熱板20側を高温部とし、第2伝熱板30側を低温部として使用され、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換が実施される。
Next, a method of using the thermoelectric conversion module 10 according to the present embodiment described above will be described with reference to FIG.
In the thermoelectric conversion module 10 of the present embodiment, for example, the first heat transfer plate 20 side is used as a high temperature part and the second heat transfer plate 30 side is used as a low temperature part, and conversion between heat energy and electric energy is carried out. Will be done.

本実施形態では、図4に示すように、熱電変換モジュール10を、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)に配設された第1磁石24を用いて、発熱体であるロータリーキルン炉の炉本体3の側壁に取り付ける。ここで、ロータリーキルン炉の炉本体3の側壁は、通常、磁性材料である鉄鋼材で構成されているため、第1磁石24によって容易に取り付けることが可能となる。これにより、ロータリーキルン炉の炉本体3の側壁に第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)が直接接触することになる。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, the thermoelectric conversion module 10 is a rotary kiln furnace which is a heating element using a first magnet 24 arranged on a first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board). It is attached to the side wall of the furnace body 3 of. Here, since the side wall of the furnace body 3 of the rotary kiln furnace is usually made of a steel material which is a magnetic material, it can be easily attached by the first magnet 24. As a result, the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) comes into direct contact with the side wall of the furnace body 3 of the rotary kiln furnace.

そして、ロータリーキルン炉の炉本体3からの放熱を回収することで、第1伝熱板20側が高温部となる。一方、第2伝熱板30側にはヒートシンク40が積層配置されており、このヒートシンク40によって放熱が促進され、第2伝熱板30側が低温部となる。
このように、熱電変換素子11の一端側に配設された第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)と、熱電変換素子11の他端側に配設された第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)とで温度差が確保され、効率良く電力を得ることが可能となる。
Then, by recovering the heat radiation from the furnace body 3 of the rotary kiln furnace, the first heat transfer plate 20 side becomes the high temperature portion. On the other hand, heat sinks 40 are laminated and arranged on the second heat transfer plate 30 side, and the heat sink 40 promotes heat dissipation, and the second heat transfer plate 30 side becomes a low temperature portion.
In this way, the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) disposed on one end side of the thermoelectric conversion element 11 and the second heat transfer plate 30 disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element 11. A temperature difference is secured between the (second insulated circuit board) and the (second insulated circuit board), and electric power can be efficiently obtained.

以上のような構成とされた本実施形態である熱電変換モジュール10、及び、熱電変換モジュール10の使用方法によれば、熱電変換素子11の一端側に配設された第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)に、第1磁石24が配設されているので、鉄等の磁性材料で構成された発熱体(本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体3の側壁)に直接取り付けることが可能となる。よって、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)が発熱体に直接接触することになり、熱電変換素子11の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、取り付けに第1磁石24を用いているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体(本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体3の側壁)への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
According to the method of using the thermoelectric conversion module 10 and the thermoelectric conversion module 10 of the present embodiment having the above-mentioned configuration, the first heat transfer plate 20 arranged on one end side of the thermoelectric conversion element 11 ( Since the first magnet 24 is arranged on the first insulating circuit board), it is directly attached to a heating element made of a magnetic material such as iron (in this embodiment, the side wall of the furnace body 3 of the rotary kiln furnace). Is possible. Therefore, the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) comes into direct contact with the heating element, and the temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element 11 can be secured, which is sufficient. You can get power.
Further, since the first magnet 24 is used for mounting, it is not necessary to use a jig or the like separately, and mounting and removal of the heating element (in this embodiment, the side wall of the furnace body 3 of the rotary kiln furnace) can be performed. It can be done easily.

また、本実施形態では、熱電変換素子11の他端側に配設された第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に第2磁石34が配設されており、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)に配設された第1磁石24と、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に配設された第2磁石34は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されているので、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)と第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用することになり、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)と熱電変換素子11、及び、熱電変換素子11と第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)との密着性を向上させることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the second magnet 34 is arranged on the second heat transfer plate 30 (second insulation circuit board) arranged on the other end side of the thermoelectric conversion element 11, and the first heat transfer plate is arranged. The first magnet 24 arranged on the 20 (first insulated circuit board) and the second magnet 34 arranged on the second heat transfer plate 30 (second insulated circuit board) face each other and face each other. Are arranged so as to have different poles from each other, so that the first heat transfer plate 20 (first heat transfer circuit board) and the second heat transfer plate 30 (second heat transfer circuit board) are oriented in a direction close to each other. The magnetic force acts on the heat transfer plate 20 (first insulation circuit board) and the thermoelectric conversion element 11, and the heat transfer conversion element 11 and the second heat transfer plate 30 (second insulation circuit board). It is possible to improve the adhesion.

さらに、本実施形態においては、第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)が、第1絶縁層21の第1電極部25とは反対側の面に、第1放熱層26を備えているので、第1放熱層26が発熱体(本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体3の側壁)に接触することになり、第1放熱層26で熱を拡げて第1伝熱板20(第1絶縁回路基板)の全体に伝熱させることができる。 Further, in the present embodiment, the first heat transfer plate 20 (first insulating circuit board) is provided with the first heat radiating layer 26 on the surface of the first insulating layer 21 opposite to the first electrode portion 25. Therefore, the first heat radiating layer 26 comes into contact with the heating element (in this embodiment, the side wall of the furnace body 3 of the rotary kiln furnace), and the heat is spread by the first heat radiating layer 26 to spread the heat to the first heat transfer plate 20 (in this embodiment). The heat can be transferred to the entire first insulated circuit board).

さらに、本実施形態においては、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)の第2放熱層36にヒートシンク40が積層配置されているので、第2伝熱板30から効率良く放熱することができ、熱電変換素子11の一端側と他端側との温度差をさらに確保することができる。
また、ヒートシンク40の天板部41に第3磁石44が配設されており、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)に配設された第2磁石34と、ヒートシンク40の天板部41に配設された第3磁石44とは、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されているので、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)の第2放熱層36にヒートシンク40を磁力によって固定することができる。
Further, in the present embodiment, since the heat sink 40 is laminated and arranged on the second heat transfer layer 36 of the second heat transfer plate 30 (second insulation circuit board), heat is efficiently dissipated from the second heat transfer plate 30. It is possible to further secure the temperature difference between one end side and the other end side of the thermoelectric conversion element 11.
Further, a third magnet 44 is arranged on the top plate portion 41 of the heat sink 40, and the second magnet 34 arranged on the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board) and the top plate of the heat sink 40 are arranged. Since the third magnet 44 disposed in the portion 41 is disposed so as to face each other and the facing surfaces have different poles from each other, the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board) is arranged. The heat sink 40 can be fixed to the second heat radiation layer 36 by magnetic force.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.

例えば、本実施形態では、熱電変換素子11の他端側に第2伝熱板30として第2絶縁回路基板を配設するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、熱電変換素子11の他端側に第2電極部を配置するとともに絶縁基板を積層し、この絶縁基板を積層方向に押圧することによって、第2伝熱板を構成する構成としてもよい。 For example, in the present embodiment, the second insulated circuit board is arranged as the second heat transfer plate 30 on the other end side of the thermoelectric conversion element 11, but the present invention is not limited to this, and for example, thermoelectricity is used. The second heat transfer plate may be configured by arranging the second electrode portion on the other end side of the conversion element 11 and laminating the insulating substrate and pressing the insulating substrate in the laminating direction.

また、本実施形態では、図3に示すように、第1絶縁回路基板の第1電極部25の上に第1磁石24を配設した構造として説明したが、これに限定されることはなく、第1絶縁層21の一方の面あるいは他方の面に第1磁石24を配設してもよいし、第1放熱層26に第1磁石24を配設してもよい。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the structure is described in which the first magnet 24 is arranged on the first electrode portion 25 of the first insulating circuit board, but the present invention is not limited to this. The first magnet 24 may be arranged on one surface or the other surface of the first insulating layer 21, or the first magnet 24 may be arranged on the first heat radiating layer 26.

また、本実施形態では、第2磁石及び第3磁石によって、第2伝熱板30(第2絶縁回路基板)の第2放熱層36とヒートシンク40の天板部41とを固定したが、これに限定されることはなく、第2伝熱板30とヒートシンク40の天板部41とを、例えば、ろう付けやはんだ付け、TLP、固相拡散接合等によって接合してもよい。 Further, in the present embodiment, the second heat transfer layer 36 of the second heat transfer plate 30 (second insulating circuit board) and the top plate portion 41 of the heat sink 40 are fixed by the second magnet and the third magnet. The second heat transfer plate 30 and the top plate portion 41 of the heat sink 40 may be joined by, for example, brazing, soldering, TLP, solid phase diffusion bonding, or the like.

さらに、第1絶縁回路基板の第1絶縁層21に切込みを入れて、第1絶縁回路基板を、例えば炉本体の側面の円筒面に沿って湾曲可能に構成してもよい。この場合、熱電変換素子の他端側においては、熱電変換素子の一端側よりも変形量が大きくなることから、熱電変換素子の他端側に第2電極部のみを配設してもよいし、第2絶縁回路基板の大きさを第1絶縁回路基板よりも大きく設定してもよい。 Further, the first insulating circuit board may be configured to be bendable along, for example, a cylindrical surface on the side surface of the furnace body by making a notch in the first insulating layer 21 of the first insulating circuit board. In this case, since the amount of deformation on the other end side of the thermoelectric conversion element is larger than that on the one end side of the thermoelectric conversion element, only the second electrode portion may be arranged on the other end side of the thermoelectric conversion element. , The size of the second insulated circuit board may be set larger than that of the first insulated circuit board.

また、本実施形態では、熱電変換モジュールを、発熱体であるロータリーキルン炉の炉本体に取り付けて使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、本発明の熱電変換モジュールは、ボイラー配管等の他の発熱体に取り付けて使用してもよい。また、冷却配管等の冷却体に取り付けて使用してもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートシンクを、天板部とフィンとを備えた構造の物として説明したが、ヒートシンクの構造に制限はない。
Further, in the present embodiment, the thermoelectric conversion module has been described as being used by being attached to the furnace body of a rotary kiln furnace which is a heating element, but the present invention is not limited to this, and the thermoelectric conversion module of the present invention is a boiler. It may be used by attaching it to another heating element such as a pipe. Further, it may be used by being attached to a cooling body such as a cooling pipe.
Further, in the present embodiment, the heat sink has been described as having a structure including a top plate portion and fins, but the structure of the heat sink is not limited.

10 熱電変換モジュール
11 熱電変換素子
20 第1伝熱板(第1絶縁回路基板)
21 第1絶縁層
24 第1磁石
25 第1電極部
30 第2伝熱板(第2絶縁回路基板)
31 第2絶縁層
34 第2磁石
35 第2電極部
40 ヒートシンク
44 第3磁石
10 Thermoelectric conversion module 11 Thermoelectric conversion element 20 1st heat transfer plate (1st insulation circuit board)
21 1st insulation layer 24 1st magnet 25 1st electrode part 30 2nd heat transfer plate (2nd insulation circuit board)
31 2nd insulating layer 34 2nd magnet 35 2nd electrode part 40 Heat sink 44 3rd magnet

Claims (4)

複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部と、を有し、前記第1電極部及び前記第2電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子の一端側には、第1絶縁層と、この第1絶縁層の一方の面に形成された前記第1電極部と、を備えた第1伝熱板が配設されており、この第1伝熱板の前記第1電極部の表面に第1磁石が配設されており、
前記熱電変換素子の他端側には、前記第2電極部を備えた第2伝熱板が配設されており、この第2伝熱板の前記第2電極部の表面に第2磁石が配設されており、
前記第1磁石と、前記第2磁石は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、前記第1伝熱板と前記第2伝熱板とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用するように構成されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
It has a plurality of thermoelectric conversion elements, a first electrode portion arranged on one end side of these thermoelectric conversion elements, and a second electrode portion arranged on the other end side, and the first electrode portion and the first electrode portion. A thermoelectric conversion module in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected via two electrode portions.
A first heat transfer plate including a first insulating layer and the first electrode portion formed on one surface of the first insulating layer is disposed on one end side of the thermoelectric conversion element. A first magnet is arranged on the surface of the first electrode portion of the first heat transfer plate.
A second heat transfer plate provided with the second electrode portion is disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element, and a second magnet is placed on the surface of the second electrode portion of the second heat transfer plate. Arranged and
The first magnet and the second magnet are arranged so that the surfaces facing each other and facing each other are different poles, and the first heat transfer plate and the second heat transfer plate are close to each other. A thermoelectric conversion module characterized in that a magnetic force acts in the direction of the magnet.
前記第2伝熱板の前記第2電極部とは反対側に、ヒートシンクが積層配置されており、前記ヒートシンクに第3磁石が内包されていることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion according to claim 1 , wherein a heat sink is laminated and arranged on the side of the second heat transfer plate opposite to the second electrode portion, and the heat sink contains a third magnet. module. 前記第1伝熱板は、前記第1絶縁層の前記第1電極部とは反対側の面に、第1放熱層を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱電変換モジュール。 Wherein the first heat transfer plate is the surface opposite to the first electrode portion of the first insulating layer, as claimed in claim 1 or claim 2, characterized in that it comprises a first heat radiation layer Thermoelectric conversion module. 複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部と、を有し、前記第1電極部及び前記第2電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールの使用方法であって、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱電変換モジュールの前記第1伝熱板に配設された前記第1磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けることを特徴とする熱電変換モジュールの使用方法。
It has a plurality of thermoelectric conversion elements, a first electrode portion arranged on one end side of these thermoelectric conversion elements, and a second electrode portion arranged on the other end side, and the first electrode portion and the first electrode portion. It is a method of using a thermoelectric conversion module in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected via two electrode portions.
The thermoelectric conversion module is attached to a heating element or a cooling element by using the first magnet arranged on the first heat transfer plate of the thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3. How to use the thermoelectric conversion module.
JP2017127540A 2017-06-29 2017-06-29 How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module Active JP6984195B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017127540A JP6984195B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017127540A JP6984195B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019012736A JP2019012736A (en) 2019-01-24
JP6984195B2 true JP6984195B2 (en) 2021-12-17

Family

ID=65227079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017127540A Active JP6984195B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6984195B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023037803A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Thermoelectric generation unit and method for using same
WO2023037804A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Thermal power generation unit, method for manufacturing thermal power generation unit, and method for using thermal power generation unit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494154A (en) * 1990-08-10 1992-03-26 Koufu Nippon Denki Kk Heat sink mounting structure
JPH08204241A (en) * 1995-01-27 1996-08-09 Matsushita Electric Works Ltd Thermoelectric conversion system
JPH10213360A (en) * 1997-01-30 1998-08-11 Yamaha Corp Thermoelectric conversion device
JP2006086210A (en) * 2004-09-14 2006-03-30 Toshiba Corp Thermoelectric conversion system
JP2014146692A (en) * 2013-01-29 2014-08-14 Yamaha Corp Thermoelectric power generation unit
US10330401B2 (en) * 2015-03-09 2019-06-25 Leddynamics, Inc. Magnetic coupling for heat flow management in thermoelectric modules and devices thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019012736A (en) 2019-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6121539A (en) Thermoelectric devices and methods for making the same
JP4912964B2 (en) Thermoelectric conversion module
EP1594173A1 (en) Cooling device for electronic component using thermo-electric conversion material
CN102947960B (en) Thermoelement
CN104508846A (en) Thermoelectric conversion module
US20220181533A1 (en) Thermoelectric conversion module
JP6984195B2 (en) How to use the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module
JP5653455B2 (en) Thermoelectric conversion member
JP2009081286A (en) Thermoelectric conversion module
JP6822227B2 (en) Thermoelectric conversion module
JP2018137374A (en) Thermoelectric conversion module and method of manufacturing thermoelectric conversion module
JP2011134940A (en) Thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion device employing the same
JP2003174204A (en) Thermoelectric conversion device
US20160247995A1 (en) Thermoelectric converter having thermoelectric conversion elements connected to each other via wiring pattern, and method for fabricating the thermoelectric converter
JP7313660B2 (en) Thermoelectric conversion module
JP2006013200A (en) Thermoelectric transducing module, substrate therefor cooling device, and power generating device
JP4575106B2 (en) Thermoelectric converter
JP7151068B2 (en) Thermoelectric conversion module with case
JP6595320B2 (en) Thermoelectric module assembly
WO2021157565A1 (en) Thermoelectric conversion structure
CN112368851A (en) Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module
KR20150084314A (en) Thermoelectric modules consisting of thermal-via electrodes and Fabrication method thereof
CN110268536A (en) Thermoelectric element
JP2013247123A (en) Thermoelectric conversion device
JP2021057384A (en) Thermoelectric conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200325

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210323

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211108

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6984195

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150