JP7162792B2

JP7162792B2 - Thermoelectric conversion module

Info

Publication number: JP7162792B2
Application number: JP2016173208A
Authority: JP
Inventors: 隆秀小林
Original assignee: Tex EG Co Ltd
Current assignee: Tex EG Co Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2022-10-31
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP2018041775A

Description

本発明は、熱電発電用の熱電変換モジュールに関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module for thermoelectric power generation.

従来より、熱電発電用の熱電変換モジュールが知られている。このような熱電変換モジュールは、一般に、複数の熱電素子（ｎ型半導体素子及びｐ型半導体素子）と、複数の熱電素子を電気的に接続するための複数の金属電極と、複数の熱電素子及び複数の金属電極を挟持する一対の絶縁基板（例えば、セラミック基板）とによって構成されている。 BACKGROUND ART Conventionally, thermoelectric conversion modules for thermoelectric power generation have been known. Such a thermoelectric conversion module generally includes a plurality of thermoelectric elements (n-type semiconductor elements and p-type semiconductor elements), a plurality of metal electrodes for electrically connecting the plurality of thermoelectric elements, a plurality of thermoelectric elements and It is composed of a pair of insulating substrates (for example, ceramic substrates) sandwiching a plurality of metal electrodes.

熱電発電用の熱電変換モジュールにおいては、高温面（高温側絶縁基板）と低温面（低温側絶縁基板）との間に所定（例えば、３００℃程度）の温度差を与えることによって発電が行われる。発電の際に熱電変換モジュールに与えられる温度差によって、通常、熱電変換モジュール内において熱応力が発生することとなるが、その熱応力が原因となって、熱電素子が破壊されたり、熱電素子と金属電極との接合面において剥離が生じたりすることがある。 In a thermoelectric conversion module for thermoelectric power generation, power is generated by providing a predetermined temperature difference (for example, about 300° C.) between a high temperature surface (high temperature side insulating substrate) and a low temperature surface (low temperature side insulating substrate). . Due to the temperature difference given to the thermoelectric conversion module during power generation, thermal stress is normally generated within the thermoelectric conversion module. Separation may occur at the joint surface with the metal electrode.

なお、特開２０１５－１７７０４９号公報には、熱電半導体を破壊したり、熱電半導体及び電極間の接合面で剥離を生じたりするのを抑制するため、熱電変換モジュールの高温側電極部を、開口部を有する半環状（半円筒形状）の板ばねから構成することが記載されている。 In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-177049, in order to suppress the destruction of the thermoelectric semiconductor and the occurrence of peeling at the bonding surface between the thermoelectric semiconductor and the electrode, the high temperature side electrode part of the thermoelectric conversion module is opened. It is described to be composed of a semi-annular (semi-cylindrical) leaf spring having a portion.

特開２０１５－１７７０４９号公報JP 2015-177049 A

本発明の目的は、熱応力を緩和することが可能な熱電変換モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module capable of relieving thermal stress.

本発明に係る熱電変換モジュールは、複数の熱電素子と、少なくとも一方の端部が前記熱電素子の高温側端部と接続された複数の電極とを備え、前記電極は、高温側に突出する突出部を有し、前記突出部は、火炎によって加熱されることを特徴とする。 A thermoelectric conversion module according to the present invention includes a plurality of thermoelectric elements, and a plurality of electrodes each having at least one end connected to a high temperature side end of the thermoelectric element, wherein the electrode protrudes toward a high temperature side. and the protrusion is heated by a flame.

この場合において、前記突出部は、火炎によって加熱される加熱面を有し、当該加熱面は、前記複数の熱電素子の並び方向と平行であるようにしてもよい。更に、この場合、前記加熱面は、前記熱電素子の高温側端面と垂直をなすようにしてもよい。 In this case, the projecting portion may have a heating surface heated by a flame, and the heating surface may be parallel to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged. Furthermore, in this case, the heating surface may be perpendicular to the high-temperature end surface of the thermoelectric element.

また、以上の場合において、前記突出部は、Ｕ字状に折り曲げられているようにしてもよい。 Moreover, in the above case, the projecting portion may be bent in a U shape.

また、以上の場合において、前記突出部は、一対の直立部と、当該一対の直立部を連結する屈曲部とを備え、前記一対の直立部の少なくとも一方が火炎によって加熱されるようにしてもよい。この場合において、前記直立部は、火炎によって加熱される加熱面を有し、当該加熱面は、前記熱電素子の高温側端面に対して直交すると共に、前記複数の熱電素子の並び方向と平行な面であるようにしてもよい。 In the above case, the projecting portion may include a pair of upright portions and a bent portion connecting the pair of upright portions, and at least one of the pair of upright portions may be heated by the flame. good. In this case, the upright portion has a heating surface that is heated by a flame, and the heating surface is orthogonal to the high temperature side end surfaces of the thermoelectric elements and parallel to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged. It may be a surface.

また、以上の場合において、前記電極は、一対の接合部を備え、当該一対の接合部は、前記複数の熱電素子の並び方向とは垂直な方向に並ぶように配置されるようにしてもよい。 Further, in the above case, the electrodes may include a pair of joint portions, and the pair of joint portions may be arranged so as to be aligned in a direction perpendicular to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged. .

以上の場合において、前記複数の熱電素子は、ｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子のいずれか一方のみによって構成されているようにしてもよい。この場合において、前記複数の熱電素子は、直線状に配置されているようにしてもよい。また、低温側に配置された絶縁基板と、当該絶縁基板上に形成された低温側電極とを更に備え、当該低温側電極と、高温側に配置された前記電極とによって、前記複数の熱電素子が直列に接続されるようにしてもよい。 In the above case, the plurality of thermoelectric elements may be composed of only one of the n-type thermoelectric elements and the p-type thermoelectric elements. In this case, the plurality of thermoelectric elements may be arranged linearly. The thermoelectric element further comprises an insulating substrate arranged on the low temperature side and a low temperature side electrode formed on the insulating substrate, and the plurality of thermoelectric elements are formed by the low temperature side electrode and the electrode arranged on the high temperature side. may be connected in series.

また、前記複数の熱電素子は、ｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子によって構成されているようにしてもよい。この場合において、前記ｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子はそれぞれ、直線状に配置されているようにしてもよい。また、低温側に配置された絶縁基板と、当該絶縁基板上に形成された低温側電極とを更に備え、高温側に配置された前記電極によって、隣接するｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子の高温側端部が接続されて、π型熱電素子が構成され、前記低温側電極によって、前記π型熱電素子が直列に接続されるようにしてもよい。 Also, the plurality of thermoelectric elements may be composed of an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element. In this case, the n-type thermoelectric elements and the p-type thermoelectric elements may be arranged linearly. In addition, an insulating substrate arranged on the low temperature side and a low temperature side electrode formed on the insulating substrate are further provided, and the electrode arranged on the high temperature side allows the adjacent n-type thermoelectric element and p-type thermoelectric element to be separated from each other. A π-type thermoelectric element may be configured by connecting the high temperature side ends, and the π-type thermoelectric elements may be connected in series by the low temperature side electrode.

本発明によれば、熱電変換モジュール内において発生する熱応力を緩和することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to relax the thermal stress which generate|occur|produces in a thermoelectric conversion module.

本発明による熱電変換モジュール（第一実施形態）の構成を説明するための平面図及び正面図である。1 is a plan view and a front view for explaining the configuration of a thermoelectric conversion module (first embodiment) according to the present invention; FIG. 本発明による熱電変換モジュール（第一実施形態）の構成を説明するための右側面図及び背面図である。It is a right view and a rear view for explaining the configuration of the thermoelectric conversion module (first embodiment) according to the present invention. 低温側電極１２０の構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the configuration of a low temperature side electrode 120; FIG. 高温側電極１３０の構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the configuration of a high-temperature side electrode 130; FIG. 熱電変換モジュール１００の製造方法を説明するための図である。4A and 4B are diagrams for explaining a method of manufacturing the thermoelectric conversion module 100; FIG. 熱電変換モジュール１００の使用時の様子を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining how the thermoelectric conversion module 100 is used. 本発明による別の熱電変換モジュール（第二実施形態）の構成を説明するための平面図及び正面図である。FIG. 4 is a plan view and a front view for explaining the configuration of another thermoelectric conversion module (second embodiment) according to the present invention; 本発明による別の熱電変換モジュール（第二実施形態）の構成を説明するための右側面図及び背面図である。FIG. 4B is a right side view and a rear view for explaining the configuration of another thermoelectric conversion module (second embodiment) according to the present invention; 熱電素子２１１，２１２と低温側電極１２０との接続形態を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a connection form between thermoelectric elements 211 and 212 and a low-temperature electrode 120; 高温側電極２３０の構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the configuration of a high-temperature side electrode 230; FIG. 熱電変換モジュール２００の製造方法を説明するための図である。4A and 4B are diagrams for explaining a method of manufacturing the thermoelectric conversion module 200; FIG. 熱電変換モジュール２００の使用時の様子を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining how the thermoelectric conversion module 200 is used.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

《第一実施形態》
図１及び図２は、本発明による熱電変換モジュール（第一実施形態）の構成を説明するための図である。図１（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面図を示し、図２（ａ）は右側面図を示し、同図（ｂ）は背面図を示す。 <<First Embodiment>>
1 and 2 are diagrams for explaining the configuration of a thermoelectric conversion module (first embodiment) according to the present invention. 1(a) shows a plan view, FIG. 1(b) shows a front view, FIG. 2(a) shows a right side view, and FIG. 2(b) shows a rear view.

図１及び図２に示すように、本発明による熱電変換モジュール１００は、複数（本実施形態においては、４つ）の熱電素子１１０（１１０ａ～１１０ｄ）と、複数の熱電素子１１０を電気的に接続するための複数の電極１２０（１２０ａ～１２０ｅ），１３０（１３０ａ～１３０ｄ）と、低温側に配置された絶縁基板１４０とを備える。そして、絶縁基板１４０の底面側には、放熱フィン１５０が取り付けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the thermoelectric conversion module 100 according to the present invention includes a plurality of (four in this embodiment) thermoelectric elements 110 (110a to 110d) and the plurality of thermoelectric elements 110 electrically It comprises a plurality of electrodes 120 (120a to 120e) and 130 (130a to 130d) for connection, and an insulating substrate 140 arranged on the low temperature side. A radiation fin 150 is attached to the bottom surface of the insulating substrate 140 .

熱電変換モジュール１００は、熱電素子１１０の両端に温度差が与えられると、ゼーベック効果により、起電力を生じさせる熱電発電用の熱電変換モジュールである。後述するように、熱電変換モジュール１００においては、高温側に配置された電極１３０ａ～１３０ｄをガスバーナーの火炎で直接加熱するとともに、低温側に配置された放熱フィン１５０を強制空冷することで、熱電素子１１０の両端（図１（ｂ）における上下端）に所定（例えば、３００℃程度）の温度差が与えられることになる。 The thermoelectric conversion module 100 is a thermoelectric conversion module for thermoelectric power generation that generates an electromotive force due to the Seebeck effect when a temperature difference is applied across a thermoelectric element 110 . As will be described later, in the thermoelectric conversion module 100, the electrodes 130a to 130d arranged on the high temperature side are directly heated by the flame of the gas burner, and the heat radiating fins 150 arranged on the low temperature side are forcibly air-cooled. A predetermined temperature difference (for example, about 300° C.) is applied to both ends (upper and lower ends in FIG. 1B) of the element 110 .

本実施形態においては、いわゆるユニレグ型のモジュール構造を採用しており、複数の熱電素子１１０は、一種類の熱電素子、より具体的には、ｎ型熱電素子（ｎ型半導体素子）のみによって構成されている。また、本実施形態においては、ｎ型熱電素子は、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）によって構成される。 In this embodiment, a so-called uni-leg type module structure is adopted, and the plurality of thermoelectric elements 110 are composed of only one type of thermoelectric element, more specifically, an n-type thermoelectric element (n-type semiconductor element). It is Also, in this embodiment, the n-type thermoelectric element is made of magnesium silicide (Mg ₂ Si).

複数の熱電素子１１０は、直線状に配置されており、隣接する熱電素子１１０の低温側の端部と高温側の端部とが、電極１２０，１３０によって電気的に接続されることによって、電気的に直列に接続されている。より具体的には、熱電素子１１０ａの低温側端部と熱電素子１１０ｂの高温側端部とが、電極１２０ｂ，１３０ｂによって接続され、熱電素子１１０ｂの低温側端部と熱電素子１１０ｃの高温側端部とが、電極１２０ｃ，１３０ｃによって接続され、熱電素子１１０ｃの低温側端部と熱電素子１１０ｄの高温側端部とが、電極１２０ｄ，１３０ｄによって接続されている。 The plurality of thermoelectric elements 110 are arranged in a straight line, and the low temperature side end and the high temperature side end of the adjacent thermoelectric elements 110 are electrically connected by electrodes 120 and 130 to generate electricity. connected in series. More specifically, the low temperature side end of thermoelectric element 110a and the high temperature side end of thermoelectric element 110b are connected by electrodes 120b and 130b, and the low temperature side end of thermoelectric element 110b and the high temperature side end of thermoelectric element 110c are connected. are connected by electrodes 120c and 130c, and the low temperature side end of the thermoelectric element 110c and the high temperature side end of the thermoelectric element 110d are connected by electrodes 120d and 130d.

また、熱電変換モジュール１００の一端（図１（ａ）における右端）側に設けられた電極１２０ａの一端及び熱電変換モジュール１００の他端（同図（ａ）における左端）側に設けられた電極１２０ｅの一端は、熱電変換モジュール１００から電力を取り出すための一対の端子１０１，１０２を構成する。本実施形態においては、電極１２０ａの一端が負極端子１０１を構成し、電極１２０ｅの一端が正極端子１０２を構成する。その一端が負極端子１０１を構成する電極１２０ａの他端は、電極１３０ａによって熱電素子１１０ａの高温側端部と接続されている。また、その一端が正極端子１０２を構成する電極１２０ｅの他端は、熱電素子１１０ｄの低温側端部と接続されている。 In addition, one end of the electrode 120a provided at one end (the right end in FIG. 1A) of the thermoelectric conversion module 100 and an electrode 120e provided at the other end of the thermoelectric conversion module 100 (the left end in FIG. 1A). constitutes a pair of terminals 101 and 102 for extracting electric power from the thermoelectric conversion module 100 . In this embodiment, one end of the electrode 120a constitutes the negative terminal 101, and one end of the electrode 120e constitutes the positive terminal 102. As shown in FIG. The other end of the electrode 120a, one end of which constitutes the negative terminal 101, is connected to the high-temperature end of the thermoelectric element 110a by an electrode 130a. The other end of the electrode 120e, one end of which constitutes the positive electrode terminal 102, is connected to the low temperature side end of the thermoelectric element 110d.

複数の電極１２０，１３０は、複数の熱電素子１１０を電気的に直列に接続するものであって、本実施形態においては、金属、より具体的には、ニッケル（Ｎｉ）によって構成される。複数の電極は、低温側に配置される電極（低温側電極）１２０と、高温側に配置される電極（高温側電極）１３０とによって構成されている。 The plurality of electrodes 120 and 130 electrically connect the plurality of thermoelectric elements 110 in series, and in this embodiment are made of metal, more specifically nickel (Ni). The plurality of electrodes are composed of an electrode (low temperature side electrode) 120 arranged on the low temperature side and an electrode (high temperature side electrode) 130 arranged on the high temperature side.

低温側に配置される低温側電極１２０は、絶縁基板１４０上に形成される電極であって、例えば、無電解ニッケルめっきによって絶縁基板１４０上に所定の厚み（例えば、１００μｍ）のニッケル層を形成した上で、不要な部分を除去することによって、所定のパターンに形成される。低温側電極１２０の詳細については後述する。 The low temperature side electrode 120 arranged on the low temperature side is an electrode formed on the insulating substrate 140. For example, a nickel layer having a predetermined thickness (eg, 100 μm) is formed on the insulating substrate 140 by electroless nickel plating. After that, a predetermined pattern is formed by removing unnecessary portions. The details of the low temperature side electrode 120 will be described later.

高温側に配置される高温側電極１３０は、絶縁基板１４０上に形成された電極１２０と、熱電素子１１０の高温側端部とを接続するものであって、例えば、帯状の金属板を板金加工することで形成される。 The high temperature side electrode 130 arranged on the high temperature side connects the electrode 120 formed on the insulating substrate 140 and the high temperature side end of the thermoelectric element 110. For example, a belt-shaped metal plate is processed by sheet metal processing. It is formed by

図２に示すように、高温側電極１３０は、高温側（同図における上側）に突出するような形状を有しており、高温側に突出した部分（突出部）の一部が、ガスバーナーの火炎によって加熱される加熱面を構成する。高温側電極１３０の詳細については後述する。 As shown in FIG. 2, the high-temperature side electrode 130 has a shape that protrudes toward the high temperature side (upper side in the figure), and a part of the portion (projection) that protrudes toward the high temperature side is the gas burner. constitutes a heating surface heated by the flame of Details of the high temperature side electrode 130 will be described later.

絶縁基板１４０は、低温側に配置されて、熱電変換モジュール１００の低温面（放熱面）を構成するものである。本実施形態においては、絶縁基板１４０は、セラミックス、より具体的には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）によって構成される。 The insulating substrate 140 is arranged on the low temperature side and constitutes the low temperature surface (heat radiation surface) of the thermoelectric conversion module 100 . In this embodiment, the insulating substrate 140 is made of ceramics, more specifically aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ).

放熱フィン１５０は、熱電変換モジュール１００の低温面に接触して熱を伝達（放熱）する伝熱部材（放熱部材）であって、例えば、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）によって構成される。放熱フィン１５０は、直方体状の部材１５１の底面に複数（本実施形態においては４つ）のフィン１５２を取り付けたような形状を有しており、例えば、ファン（不図示）によって強制空冷される。 The heat radiating fins 150 are heat transfer members (heat radiating members) that contact the low-temperature surface of the thermoelectric conversion module 100 to transfer (radiate heat) heat, and are made of, for example, a highly thermally conductive metal (eg, aluminum). be. The radiating fins 150 have a shape in which a plurality of (four in this embodiment) fins 152 are attached to the bottom surface of a rectangular parallelepiped member 151, and are forcibly cooled by a fan (not shown), for example. .

次に、低温側電極１２０の詳細について説明する。 Next, the details of the low temperature side electrode 120 will be described.

図３は、低温側電極１２０の構成を説明するための図である。同図（ａ）は、高温側電極１３０及び熱電素子１１０を取り外した状態における熱電変換モジュール１００の平面図を示し、同図（ｂ）は、高温側電極１３０を取り外した状態における熱電変換モジュール１００の平面図を示している。なお、以下では、同図における左右方向を第一の方向、同図における上下方向を第二の方向という。 FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the low temperature side electrode 120. As shown in FIG. 3A shows a plan view of the thermoelectric conversion module 100 with the high-temperature side electrode 130 and the thermoelectric element 110 removed, and FIG. 3B shows the thermoelectric conversion module 100 with the high-temperature side electrode 130 removed. shows a plan view of. In addition, below, the left-right direction in the figure is called the first direction, and the up-down direction in the same figure is called the second direction.

同図に示すように、絶縁基板１４０上に形成された低温側電極１２０は、第一の低温側電極１２０ａと、第二の低温側電極１２０ｂと、第三の低温側電極１２０ｃと、第四の低温側電極１２０ｄと、第五の低温側電極１２０ｅとによって構成されている。第一から第四の低温側電極１２０ａ～１２０ｄは、同一の形状を有してる。 As shown in the figure, the low temperature side electrodes 120 formed on the insulating substrate 140 include a first low temperature side electrode 120a, a second low temperature side electrode 120b, a third low temperature side electrode 120c, and a fourth low temperature side electrode 120c. and a fifth low temperature electrode 120e. The first to fourth low temperature side electrodes 120a to 120d have the same shape.

第一の低温側電極１２０ａは、正方形状の一対の端部１２１ａ，１２２ａと、一対の端部１２１ａ，１２２ａを連結する連結部１２３ａとを備える。一方の端部１２１ａは、負極端子を構成するものであって、例えば、電力取り出し用のリード線（不図示）が接続される。他方の端部１２２ａには、高温側電極１３０ａの一方の端部が接合される。 The first low-temperature side electrode 120a includes a pair of square-shaped ends 121a and 122a, and a connecting portion 123a that connects the pair of ends 121a and 122a. One end 121a constitutes a negative terminal, and is connected to, for example, a lead wire (not shown) for taking out power. One end of the high temperature side electrode 130a is joined to the other end 122a.

第二の低温側電極１２０ｂは、正方形状の一対の端部１２１ｂ，１２２ｂと、一対の端部１２１ｂ，１２２ｂを連結する連結部１２３ｂとを備える。一方の端部１２１ｂには、熱電素子１１０ａの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｂには、高温側電極１３０ｂの一方の端部が接合される。 The second low-temperature side electrode 120b includes a pair of square-shaped ends 121b and 122b and a connecting portion 123b that connects the pair of ends 121b and 122b. The low temperature side end of the thermoelectric element 110a is joined to one end 121b, and one end of the high temperature side electrode 130b is joined to the other end 122b.

第三の低温側電極１２０ｃは、正方形状の一対の端部１２１ｃ，１２２ｃと、一対の端部１２１ｃ，１２２ｃを連結する連結部１２３ｃとを備える。一方の端部１２１ｃには、熱電素子１１０ｂの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｃには、高温側電極１３０ｃの一方の端部が接合される。 The third low-temperature side electrode 120c includes a pair of square-shaped ends 121c and 122c and a connecting portion 123c that connects the pair of ends 121c and 122c. The low temperature side end of the thermoelectric element 110b is joined to one end 121c, and one end of the high temperature side electrode 130c is joined to the other end 122c.

第四の低温側電極１２０ｄは、正方形状の一対の端部１２１ｄ，１２２ｄと、一対の端部１２１ｄ，１２２ｄを連結する連結部１２３ｄとを備える。一方の端部１２１ｄには、熱電素子１１０ｃの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｄには、高温側電極１３０ｄの一方の端部が接合される。 The fourth low-temperature side electrode 120d includes a pair of square-shaped ends 121d and 122d and a connecting portion 123d that connects the pair of ends 121d and 122d. The low temperature side end of the thermoelectric element 110c is joined to one end 121d, and one end of the high temperature side electrode 130d is joined to the other end 122d.

第五の低温側電極１２０ｅは、平面視において長方形状の形状を有し、正方形状の一対の端部１２１ｅ，１２２ｅを備える。一方の端部１２１ｅには、熱電素子１１０ｄの低温側端部が接合される。他方の端部１２２ｄは、正極端子を構成するものであって、例えば、電力取り出し用のリード線（不図示）が接続される。 The fifth low-temperature side electrode 120e has a rectangular shape in plan view, and includes a pair of square-shaped ends 121e and 122e. The low temperature side end of the thermoelectric element 110d is joined to one end 121e. The other end 122d constitutes a positive terminal, and is connected to, for example, a lead wire (not shown) for taking out power.

端部１２１ｂ、端部１２１ｃ、端部１２１ｄ及び端部１２１ｅは、第一の方向（同図における左右方向）に直線状に並ぶように配置されている。すなわち、各端部１２１ｂ～１２１ｅに接合される熱電素子１１０ａ～１１０ｄは、同図（ｂ）に示すように、第一の方向に直線状に並ぶこととなる。 The end portion 121b, the end portion 121c, the end portion 121d, and the end portion 121e are arranged so as to line up linearly in the first direction (horizontal direction in the drawing). That is, the thermoelectric elements 110a to 110d joined to the ends 121b to 121e are arranged linearly in the first direction as shown in FIG.

また、端部１２１ｂ及び端部１２２ａ、端部１２１ｃ及び端部１２２ｂ、端部１２１ｄ及び端部１２２ｃ、端部１２１ｅ及び端部１２２ｄはそれぞれ、第一の方向とは垂直な第二の方向（同図における上下方向）に直線状に並ぶように配置されている。すなわち、一方の端部が各端部１２２ａ～１２２ｄに接合され、他方の端部が各熱電素子１１０ａ～１１０ｄに接合される高温側電極１３０ａ～１３０ｄはそれぞれ、平面視において第二の方向に直線状に延設されることとなる。 Further, the end portion 121b and the end portion 122a, the end portion 121c and the end portion 122b, the end portion 121d and the end portion 122c, and the end portion 121e and the end portion 122d are each arranged in a second direction perpendicular to the first direction (same as the first direction). are arranged in a straight line in the vertical direction in the figure). That is, the high temperature side electrodes 130a to 130d, which have one end joined to each of the ends 122a to 122d and the other end joined to each of the thermoelectric elements 110a to 110d, are straight in the second direction in plan view. It will be extended in the shape of

次に、高温側電極１３０の詳細について説明する。 Next, the details of the high temperature side electrode 130 will be described.

図４は、高温側電極１３０の構成を説明するための図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は左側面図を示し、同図（ｃ）は正面図を示し、同図（ｄ）は右側面図を示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the high temperature side electrode 130. As shown in FIG. 1A shows a plan view, FIG. 1B shows a left side view, FIG. 1C shows a front view, and FIG. 1D shows a right side view.

同図に示すように、高温側電極１３０は、細長く薄い平板状の部材の両端部を外側方向にＬ字状に折り曲げるととともに、中央部付近をＵ字状に折り曲げたような形状を有している。 As shown in the figure, the high-temperature-side electrode 130 has a shape in which both ends of an elongated thin plate-like member are bent outward in an L-shape, and the vicinity of the central portion is bent in a U-shape. ing.

Ｌ字状に折り曲げられた両端部１３１，１３２は、一対の接合部を構成する。すなわち、一方（同図（ｃ）における左側）の端部１３１（の底面）は、熱電素子１１０の高温側端部と接合され、他方（同図（ｃ）における右側）の端部１３２（の底面）は、絶縁基板１４０上に形成された低温側電極１２０ａ～１２０ｄの端部１２２ａ～１２２ｄ（の上面）に接合される。接合対象物の高さ方向（同図（ｃ）における上下方向）の位置が異なるため、両端部１３１，１３２の高さ方向の位置がずれるようになっている。すなわち、熱電素子１１０の高温側端部に接合される端部１３１の方が、低温側電極１２０ａ～１２０ｄの上面に接合される端部１３２より高い位置に配置されるようになっている。 Both end portions 131 and 132 bent in an L-shape form a pair of joint portions. That is, one (left side in FIG. 1(c)) end 131 (bottom surface) is joined to the high temperature side end of the thermoelectric element 110, and the other (right side in FIG. 1(c)) end 132 (of The bottom surface) is joined to (the top surface of) the ends 122a to 122d of the low temperature side electrodes 120a to 120d formed on the insulating substrate 140. As shown in FIG. Since the positions of the objects to be welded are different in the height direction (vertical direction in FIG. 1(c)), the positions of both ends 131 and 132 are shifted in the height direction. That is, the end portion 131 joined to the high temperature side end portion of the thermoelectric element 110 is arranged at a higher position than the end portion 132 joined to the upper surface of the low temperature side electrodes 120a to 120d.

接合部を構成する両端部１３１，１３２は、正面視においてＵ字状の形状を有する突出部１３３によって連結されている。突出部１３３は、両端部１３１，１３２それぞれに接続されている一対の直立部１３４，１３５と、一対の直立部１３４，１３５を連結する屈曲部１３６とを備える。屈曲部１３６を介して連結されている一対の直立部１３４，１３５は、互いに平行になるように配置される。また、一対の直立部１３４，１３５は、一対の接合部１３１，１３２と直角をなすように配置されているので、高温側電極１３０が熱電素子１１０及び低温側電極１２０と接合された際は、熱電素子１１０の高温側端面及び低温側電極１２０に対して直立するように配置されることになる。また、前述したように、両端部１３１，１３２の高さ方向の位置がずれるよう、一方の直立部１３４より他方の直立部１３５の方が長くなるように形成されている。 Both ends 131 and 132 forming a joint are connected by a protruding portion 133 having a U-shape in front view. The protruding portion 133 has a pair of upright portions 134 and 135 connected to both ends 131 and 132 respectively, and a bent portion 136 connecting the pair of upright portions 134 and 135 . A pair of upright portions 134 and 135 connected via a bent portion 136 are arranged parallel to each other. Also, since the pair of upright portions 134 and 135 are arranged so as to form a right angle with the pair of joint portions 131 and 132, when the high temperature side electrode 130 is joined to the thermoelectric element 110 and the low temperature side electrode 120, It is arranged so as to stand upright with respect to the high temperature side end surface of the thermoelectric element 110 and the low temperature side electrode 120 . Further, as described above, the vertical portion 135 is formed to be longer than the vertical portion 134 so that the positions of the both ends 131 and 132 are shifted in the height direction.

次に、以上のような構成を有する熱電変換モジュール１００の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the thermoelectric conversion module 100 having the configuration as described above will be described.

図５は、熱電変換モジュール１００の製造方法を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the thermoelectric conversion module 100. FIG.

まず、熱電変換モジュール１００の低温面を構成する絶縁基板１４０を用意し、同図（ａ）に示すように、絶縁基板１４０の表面（組み立てられた際に、熱電素子１１０と対向する面）に、低温側電極１２０を形成する（低温側電極形成工程）。低温側電極１２０の形成は、例えば、無電解ニッケルめっきによって、絶縁基板１４０上の電極形成箇所に所定の厚みのニッケル層を形成することで行われる。 First, the insulating substrate 140 constituting the low-temperature surface of the thermoelectric conversion module 100 is prepared, and as shown in FIG. , the low temperature side electrode 120 is formed (low temperature side electrode forming step). The low temperature side electrode 120 is formed by forming a nickel layer with a predetermined thickness on the electrode forming portion on the insulating substrate 140 by, for example, electroless nickel plating.

次に、熱電素子１１０及び高温側電極１３０をそれぞれ用意し、同図（ｂ）に示すように、熱電素子１１０と高温側電極１３０との接合を行う（高温側電極接合工程）。すなわち、熱電素子１１０の高温側端部と、高温側電極１３０の端部１３１とが接合される。熱電素子１１０の高温側端部と、高温側電極１３０の端部１３１との接合は、例えば、活性銀ろうを使用したろう付けで行われる。この際、活性銀ろうとしては、例えば、東京ブレイズ株式会社（東京都世田谷区）製の活性銀ろうＴＢ－６０８Ｔ又はＴＢ－６２９Ｔを使用することができる。ＴＢ－６０８Ｔは、その成分として、銀（Ａｇ）７０％、銅（Ｃｕ）２８％、チタン（Ｔｉ）２％を含有するものである。また、ＴＢ－６２９Ｔは、その成分として、銀（Ａｇ）６０％、銅（Ｃｕ）２４％、チタン（Ｔｉ）２％、インジウム（Ｉｎ）１４％を含有するものである。 Next, the thermoelectric element 110 and the high temperature side electrode 130 are respectively prepared, and as shown in FIG. That is, the high temperature side end of the thermoelectric element 110 and the end 131 of the high temperature side electrode 130 are joined. The high-temperature end of the thermoelectric element 110 and the end 131 of the high-temperature electrode 130 are joined by brazing, for example, using activated silver solder. At this time, as the activated silver solder, for example, activated silver solder TB-608T or TB-629T manufactured by Tokyo Blaze Co., Ltd. (Setagaya-ku, Tokyo) can be used. TB-608T contains 70% silver (Ag), 28% copper (Cu), and 2% titanium (Ti) as its components. TB-629T contains 60% silver (Ag), 24% copper (Cu), 2% titanium (Ti), and 14% indium (In) as its components.

次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁基板１４０上に形成された低温側電極１２０と、熱電素子１１０及び高温側電極１３０との接合が行われる（低温側電極接合工程）。すなわち、高温側電極１３０が接合された熱電素子１１０を、低温側電極１２０上の所定の位置に載置した上で、高温側電極１３０の他方の端部（接合部）１３２と低温側電極１２０との接合、及び、熱電素子１１０の低温側端部と低温側電極１２０との接合が行われる。低温側電極１２０と、熱電素子１１０及び高温側電極１３０との接合は、例えば、はんだ付けで行われる。 Next, as shown in FIG. 4C, the low temperature side electrode 120 formed on the insulating substrate 140 is joined to the thermoelectric element 110 and the high temperature side electrode 130 (low temperature side electrode joining step). That is, after placing the thermoelectric element 110 to which the high temperature side electrode 130 is joined at a predetermined position on the low temperature side electrode 120, the other end (joint portion) 132 of the high temperature side electrode 130 and the low temperature side electrode 120 and the low temperature side end of the thermoelectric element 110 and the low temperature side electrode 120 are bonded. The low temperature side electrode 120 is joined to the thermoelectric element 110 and the high temperature side electrode 130 by soldering, for example.

その後、図２（ａ）に示すように、絶縁基板１４０の底面側に放熱フィン１５０が取り付けられる（放熱フィン取付工程）。絶縁基板１４０と放熱フィン１５０とは、例えば、熱伝導性の高い接着剤で接着される。 After that, as shown in FIG. 2A, the heat radiation fins 150 are attached to the bottom surface of the insulating substrate 140 (heat radiation fin attaching step). The insulating substrate 140 and the radiating fins 150 are bonded with, for example, an adhesive with high thermal conductivity.

以上のような工程を経ることにより、図１及び図２に示したような熱電変換モジュール１００が作製されることになる。 Through the steps described above, the thermoelectric conversion module 100 as shown in FIGS. 1 and 2 is produced.

次に、熱電変換モジュール１００の使用方法について説明する。 Next, how to use the thermoelectric conversion module 100 will be described.

図６は、熱電変換モジュール１００の使用時の様子を説明するための図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面図を示す。 FIG. 6 is a diagram for explaining how the thermoelectric conversion module 100 is used. 1(a) shows a plan view, and FIG. 1(b) shows a front view.

同図に示すように、熱電変換モジュール１００を使用して発電を行う際は、ガスバーナー１０の火炎１１によって、高温側電極１３０を加熱する。すなわち、高温側電極１３０（突出部１３３）の一方の側面部（直立部１３４）を火炎１１によって加熱する。それと同時に、放熱フィン１５０を、ファン（不図示）によって強制空冷する。 As shown in the figure, when the thermoelectric conversion module 100 is used to generate power, the high temperature side electrode 130 is heated by the flame 11 of the gas burner 10 . That is, one side portion (upright portion 134 ) of the high temperature side electrode 130 (protruding portion 133 ) is heated by the flame 11 . At the same time, the radiation fins 150 are forcibly cooled by a fan (not shown).

ガスバーナー１０は、矩形平板状の本体部の側面に複数の火炎口が設けられており、ガス燃焼時には、各火炎口から水平方向に火炎１１が出るように構成されている。ガスバーナー１０は、熱電変換モジュール１００の側方に配置されて、側面から出る複数の火炎１１によって、高温側電極１３０の側面部を直接加熱することになる。ガスバーナー１０の火炎１１の温度は、例えば、５００～６００℃程度となる。 The gas burner 10 is provided with a plurality of flame ports on the side surface of a rectangular plate-like main body, and is configured such that flames 11 are emitted horizontally from each flame port during gas combustion. The gas burner 10 is arranged on the side of the thermoelectric conversion module 100 and directly heats the side surface of the high-temperature side electrode 130 with a plurality of flames 11 emitted from the side surface. The temperature of the flame 11 of the gas burner 10 is, for example, about 500-600.degree.

ガスバーナー１０の火炎１１によって高温側電極１３０を直接加熱すると共に、放熱フィン１５０を冷却（強制空冷）することによって、例えば、熱電素子１１０の高温側端部の温度が４００℃程度、低温側端部の温度が１００℃程度となり、熱電素子１１０の両端に３００℃程度の温度差が与えられて、熱電発電が行われることになる。 By directly heating the high-temperature side electrode 130 with the flame 11 of the gas burner 10 and cooling (forced air cooling) the radiation fins 150, for example, the temperature of the high-temperature side end of the thermoelectric element 110 is about 400° C. The temperature of the part becomes about 100° C., and a temperature difference of about 300° C. is given to both ends of the thermoelectric element 110, and thermoelectric power generation is performed.

なお、ガスバーナー１０の火炎１１によって加熱する高温側電極１３０の（高さ方向の）位置については、ガスバーナー１０の火炎１１の温度、熱電素子１１０の高温側端部に付与すべき温度等の実装条件に応じて、適当な位置が選択される。 The position (in the height direction) of the high-temperature side electrode 130 heated by the flame 11 of the gas burner 10 depends on the temperature of the flame 11 of the gas burner 10, the temperature to be applied to the high-temperature side end of the thermoelectric element 110, and the like. Appropriate positions are selected according to the mounting conditions.

熱電変換モジュール１００においては、発電時に加熱対象となる高温側電極１３０の側面部（直立部）が直線状に並ぶように配置されているので、側面から複数の火炎１１が出るガスバーナー１０による加熱が効率的に行えるようになっている。 In the thermoelectric conversion module 100, since the side portions (upright portions) of the high-temperature side electrodes 130 to be heated during power generation are arranged in a straight line, heating by the gas burner 10 emitting a plurality of flames 11 from the side surfaces is performed. can be done efficiently.

また、熱電変換モジュール１００においては、高温側に絶縁基板を設けずに、高温側電極１３０の側面部（直立部）を直接加熱するようにしており、高温側電極１３０の側面部（直立部）が加熱されると、高温側電極１３０の側面部（直立部）が熱膨張することになるが、その際、高温側電極１３０の突出部１３３が弾性変形して、例えば、弓状に撓むことになるので、熱応力が効果的に吸収されて、熱電変換モジュール１００に発生する熱応力が緩和されることになる。 Further, in the thermoelectric conversion module 100, the side portion (upright portion) of the high temperature side electrode 130 is directly heated without providing an insulating substrate on the high temperature side. is heated, the side portion (upright portion) of the high-temperature side electrode 130 thermally expands. Therefore, the thermal stress is effectively absorbed, and the thermal stress generated in the thermoelectric conversion module 100 is alleviated.

《第二実施形態》
次に、本発明の別の実施形態について説明する。以下では、主として、上述した第一実施形態と異なる部分について説明する。 <<Second embodiment>>
Another embodiment of the present invention will now be described. In the following, differences from the above-described first embodiment will be mainly described.

図７及び図８は、本発明による別の熱電変換モジュール（第二実施形態）の構成を説明するための図である。図７（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面図を示し、図８（ａ）は右側面図を示し、同図（ｂ）は背面図を示す。なお、図７及び図８では、図１及び図２に示したものと同様の構成要素については、同一の参照符号を付してある。 7 and 8 are diagrams for explaining the configuration of another thermoelectric conversion module (second embodiment) according to the present invention. 7(a) shows a plan view, FIG. 7(b) shows a front view, FIG. 8(a) shows a right side view, and FIG. 8(b) shows a rear view. 7 and 8, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

図７及び図８に示すように、本発明による熱電変換モジュール２００は、複数（本実施形態においては、８つ）の熱電素子２１１（２１１ａ～２１１ｄ），２１２（２１２ａ～２１２ｄ）と、複数の熱電素子２１１，２１２を電気的に接続するための複数の電極１２０（１２０ａ～１２０ｅ），２３０（２３０ａ～２３０ｄ）と、低温側に配置された絶縁基板１４０とを備える。そして、絶縁基板１４０の底面側には、放熱フィン１５０が取り付けられている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the thermoelectric conversion module 200 according to the present invention includes a plurality of (eight in this embodiment) thermoelectric elements 211 (211a to 211d) and 212 (212a to 212d), and a plurality of It comprises a plurality of electrodes 120 (120a to 120e) and 230 (230a to 230d) for electrically connecting thermoelectric elements 211 and 212, and an insulating substrate 140 arranged on the low temperature side. A radiation fin 150 is attached to the bottom surface of the insulating substrate 140 .

本実施形態においては、いわゆるπ型のモジュール構造を採用している。すなわち、複数の熱電素子は、複数（本実施形態においては、４つ）のｎ型熱電素子（ｎ型半導体素子）２１１と、複数（本実施形態においては、４つ）のｐ型熱電素子（ｐ型半導体素子）２１２とによって構成されており、隣接する一対のｎ型熱電素子２１１及びｐ型熱電素子２１２の一端が高温側（図８（ａ）における上側）の電極２３０で電気的に接続されることで、複数のπ型熱電素子が構成されている。そして、直線状に並べられた複数のπ型熱電素子は、低温側（同図（ａ）における下側）の電極１２０によって、電気的に直列に接続されている。より具体的には、ｎ型熱電素子２１１ａの低温側端部とｐ型熱電素子２１２ｂの低温側端部とが、電極１２０ｂによって接続され、ｎ型熱電素子２１１ｂの低温側端部とｐ型熱電素子２１２ｃの低温側端部とが、電極１２０ｃによって接続され、ｎ型熱電素子２１１ｃの低温側端部とｐ型熱電素子２１２ｄの低温側端部とが、電極１２０ｄによって接続されている。 In this embodiment, a so-called π-type module structure is adopted. That is, the plurality of thermoelectric elements includes a plurality (four in this embodiment) of n-type thermoelectric elements (n-type semiconductor elements) 211 and a plurality of (four in this embodiment) of p-type thermoelectric elements ( One end of a pair of adjacent n-type thermoelectric element 211 and p-type thermoelectric element 212 is electrically connected by an electrode 230 on the high temperature side (upper side in FIG. 8A). By doing so, a plurality of π-type thermoelectric elements are configured. A plurality of π-type thermoelectric elements arranged in a straight line are electrically connected in series by an electrode 120 on the low temperature side (lower side in FIG. 4(a)). More specifically, the low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211a and the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212b are connected by an electrode 120b, and the low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211b and the p-type thermoelectric element 211b are connected. The low temperature side end of the element 212c is connected by an electrode 120c, and the low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211c and the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212d are connected by an electrode 120d.

また、熱電変換モジュール２００の一端（図７（ａ）における右端）側に設けられた電極１２０ａの一端及び熱電変換モジュール２００の他端（同図（ａ）における左端）側に設けられた電極１２０ｅの一端は、熱電変換モジュール２００から電力を取り出すための一対の端子１０１，１０２を構成する。その一端が負極端子１０１を構成する電極１２０ａの他端は、ｐ型熱電素子２１２ａの低温側端部と接続されている。また、その一端が正極端子１０２を構成する電極１２０ｅの他端は、ｎ型熱電素子２１１ｄの低温側端部と接続されている。 In addition, one end of the electrode 120a provided at one end (the right end in FIG. 7A) of the thermoelectric conversion module 200 and an electrode 120e provided at the other end of the thermoelectric conversion module 200 (the left end in FIG. 7A). constitutes a pair of terminals 101 and 102 for extracting electric power from the thermoelectric conversion module 200 . The other end of the electrode 120a, one end of which constitutes the negative terminal 101, is connected to the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212a. The other end of the electrode 120e, one end of which constitutes the positive electrode terminal 102, is connected to the low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211d.

また、本実施形態においては、ｎ型熱電素子２１１及びｐ型熱電素子２１２はともに、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）によって構成される。なお、ｐ型熱電素子２１２を、ｎ型熱電素子２１１とは異なる熱電材料で構成するようにしてもよい。 Also, in this embodiment, both the n-type thermoelectric element 211 and the p-type thermoelectric element 212 are made of magnesium silicide (Mg ₂ Si). Note that the p-type thermoelectric element 212 may be made of a thermoelectric material different from that of the n-type thermoelectric element 211 .

複数の電極１２０，２３０は、複数の熱電素子２１１，２１２を電気的に接続するものであって、本実施形態においては、金属、より具体的には、ニッケル（Ｎｉ）によって構成される。複数の電極は、低温側に配置される電極（低温側電極）１２０と、高温側に配置される電極（高温側電極）２３０とによって構成されている。 The plurality of electrodes 120 and 230 electrically connect the plurality of thermoelectric elements 211 and 212, and in this embodiment are made of metal, more specifically nickel (Ni). The plurality of electrodes are composed of an electrode (low temperature side electrode) 120 arranged on the low temperature side and an electrode (high temperature side electrode) 230 arranged on the high temperature side.

低温側に配置される低温側電極１２０は、絶縁基板１４０上に形成される電極であって、前述した第一実施形態のものと同一の構成を有する。低温側電極１２０と熱電素子２１１，２１２との接続形態の詳細については後述する。 The low temperature side electrode 120 arranged on the low temperature side is an electrode formed on an insulating substrate 140 and has the same configuration as that of the first embodiment described above. Details of the form of connection between the low temperature side electrode 120 and the thermoelectric elements 211 and 212 will be described later.

高温側に配置される高温側電極２３０は、隣接する一対のｎ型熱電素子２１１とｐ型熱電素子２１２の高温側端部を接続するものであって、例えば、帯状の金属板を板金加工することで形成される。 The high temperature side electrode 230 arranged on the high temperature side connects the high temperature side ends of a pair of adjacent n-type thermoelectric elements 211 and p-type thermoelectric elements 212. For example, a belt-shaped metal plate is processed by sheet metal processing. formed by

図８に示すように、高温側電極２３０は、高温側（同図における上側）に突出するような形状を有しており、高温側に突出した部分（突出部）の一部が、ガスバーナーの火炎によって加熱される加熱面を構成する。高温側電極２３０の詳細については後述する。 As shown in FIG. 8, the high-temperature side electrode 230 has a shape that protrudes toward the high temperature side (upper side in the figure), and a part of the portion that protrudes toward the high temperature side (protruding portion) is the gas burner. constitutes a heating surface heated by the flame of Details of the high temperature side electrode 230 will be described later.

次に、熱電素子２１１，２１２と低温側電極１２０との接続形態の詳細について説明する。 Next, the details of the connection form between the thermoelectric elements 211 and 212 and the low temperature side electrode 120 will be described.

図９は、熱電素子２１１，２１２と低温側電極１２０との接続形態を説明するための図である。同図（ａ）は、高温側電極２３０及び熱電素子２１１，２１２を取り外した状態における熱電変換モジュール２００の平面図を示し、同図（ｂ）は、高温側電極２３０を取り外した状態における熱電変換モジュール２００の平面図を示している。なお、以下では、同図における左右方向を第一の方向、同図における上下方向を第二の方向という。 FIG. 9 is a diagram for explaining the form of connection between the thermoelectric elements 211 and 212 and the low temperature side electrode 120. As shown in FIG. 3A shows a plan view of the thermoelectric conversion module 200 with the high temperature side electrode 230 and the thermoelectric elements 211 and 212 removed, and FIG. 4B shows a thermoelectric conversion with the high temperature side electrode 230 removed. 2 shows a plan view of the module 200. FIG. In addition, below, the left-right direction in the figure is called the first direction, and the up-down direction in the same figure is called the second direction.

前述したように、絶縁基板１４０上に形成された低温側電極１２０は、第一実施形態のものと同一の構成を有するものであって、図９に示すように、第一の低温側電極１２０ａと、第二の低温側電極１２０ｂと、第三の低温側電極１２０ｃと、第四の低温側電極１２０ｄと、第五の低温側電極１２０ｅとによって構成されている。 As described above, the low temperature side electrode 120 formed on the insulating substrate 140 has the same configuration as that of the first embodiment, and as shown in FIG. , a second low temperature electrode 120b, a third low temperature electrode 120c, a fourth low temperature electrode 120d, and a fifth low temperature electrode 120e.

第一の低温側電極１２０ａの一方の端部１２１ａは、負極端子を構成するものであって、例えば、電力取り出し用のリード線（不図示）が接続される。他方の端部１２２ａには、ｐ型熱電素子２１２ａの低温側端部が接合される。 One end 121a of the first low-temperature side electrode 120a constitutes a negative terminal, and is connected to a lead wire (not shown) for extracting power, for example. The low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212a is joined to the other end 122a.

第二の低温側電極１２０ｂの一方の端部１２１ｂには、ｎ型熱電素子２１１ａの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｂには、ｐ型熱電素子２１２ｂの低温側端部が接合される。 The low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211a is joined to one end 121b of the second low temperature side electrode 120b, and the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212b is joined to the other end 122b. be done.

第三の低温側電極１２０ｃの一方の端部１２１ｃには、ｎ型熱電素子２１１ｂの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｃには、ｐ型熱電素子２１２ｃの低温側端部が接合される。 The low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211b is joined to one end 121c of the third low temperature side electrode 120c, and the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212c is joined to the other end 122c. be done.

第四の低温側電極１２０ｄの一方の端部１２１ｄには、ｎ型熱電素子２１１ｃの低温側端部が接合され、他方の端部１２２ｄには、ｐ型熱電素子２１２ｄの低温側端部が接合される。 The low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211c is joined to one end 121d of the fourth low temperature side electrode 120d, and the low temperature side end of the p-type thermoelectric element 212d is joined to the other end 122d. be done.

第五の低温側電極１２０ｅの一方の端部１２１ｅには、ｎ型熱電素子２１１ｄの低温側端部が接合される。他方の端部１２２ｅは、正極端子１０２を構成するものであって、例えば、電力取り出し用のリード線（不図示）が接続される。 The low temperature side end of the n-type thermoelectric element 211d is joined to one end 121e of the fifth low temperature side electrode 120e. The other end 122e constitutes the positive electrode terminal 102, and is connected to, for example, a lead wire (not shown) for taking out power.

端部１２１ｂ、端部１２１ｃ、端部１２１ｄ及び端部１２１ｅは、第一の方向（同図における左右方向）に直線状に並ぶように配置されている。すなわち、各端部１２１ｂ～１２１ｅに接合されるｎ型熱電素子２１１ａ～２１１ｄは、同図（ｂ）に示すように、第一の方向に直線状に並ぶこととなる。同様に、端部１２２ａ、端部１２２ｂ、端部１２２ｃ及び端部１２２ｄも、第一の方向に直線状に並ぶように配置されており、各端部１２２ａ～１２１ｄに接合されるｐ型熱電素子２１２ａ～２１２ｄも、同図（ｂ）に示すように、第一の方向に直線状に並ぶこととなる。 The end portion 121b, the end portion 121c, the end portion 121d, and the end portion 121e are arranged so as to line up linearly in the first direction (horizontal direction in the figure). That is, the n-type thermoelectric elements 211a to 211d joined to the ends 121b to 121e are arranged linearly in the first direction as shown in FIG. Similarly, the ends 122a, 122b, 122c, and 122d are also arranged linearly in the first direction, and the p-type thermoelectric elements joined to the ends 122a to 121d 212a to 212d are also arranged linearly in the first direction as shown in FIG.

また、端部１２１ｂ及び端部１２２ａ、端部１２１ｃ及び端部１２２ｂ、端部１２１ｄ及び端部１２２ｃ、端部１２１ｅ及び端部１２２ｄはそれぞれ、第一の方向とは垂直な第二の方向に直線状に並ぶように配置されている。すなわち、π型熱電素子を構成する一対のｎ型熱電素子２１１及びｐ型熱電素子２１２は、同図（ｂ）に示すように、第二の方向に直線状に並ぶこととなる。また、一方の端部が各ｎ型熱電素子２１１ａ～２１１ｄに接合され、他方の端部が各ｐ型熱電素子２１２ａ～２１２ｄに接合される高温側電極２３０ａ～２３０ｄはそれぞれ、平面視において第二の方向に直線状に延設されることとなる。 Further, the end portion 121b and the end portion 122a, the end portion 121c and the end portion 122b, the end portion 121d and the end portion 122c, the end portion 121e and the end portion 122d are straight lines in the second direction perpendicular to the first direction. are arranged in a row. That is, the pair of n-type thermoelectric element 211 and p-type thermoelectric element 212 that constitute the π-type thermoelectric element are arranged linearly in the second direction as shown in FIG. In addition, the high-temperature side electrodes 230a to 230d, which have one end joined to each of the n-type thermoelectric elements 211a to 211d and the other end joined to each of the p-type thermoelectric elements 212a to 212d, are second electrodes in plan view. It extends linearly in the direction of

次に、高温側電極２３０の詳細について説明する。 Next, the details of the high temperature side electrode 230 will be described.

図１０は、高温側電極２３０の構成を説明するための図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は左側面図を示し、同図（ｃ）は正面図を示し、同図（ｄ）は右側面図を示す。 FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of the high temperature side electrode 230. As shown in FIG. 1A shows a plan view, FIG. 1B shows a left side view, FIG. 1C shows a front view, and FIG. 1D shows a right side view.

同図に示すように、高温側電極２３０は、細長く薄い平板状の部材の両端部を外側方向にＬ字状に折り曲げるととともに、中央部付近をＵ字状に折り曲げたような形状を有している。 As shown in the figure, the high-temperature side electrode 230 has a shape in which both ends of an elongated thin plate-shaped member are bent outward in an L shape, and the vicinity of the central portion is bent in a U shape. ing.

Ｌ字状に折り曲げられた両端部は、一対の接合部を構成する。すなわち、一方の端部２３１（の底面）は、ｎ型熱電素子２１１の高温側端部と接合され、他方の端部２３２（の底面）は、ｐ型熱電素子２１２の高温側端部と接合される。本実施形態においては、第一実施形態の場合と異なり、接合対象物の高さ方向（同図（ｃ）における上下方向）の位置が同じになるため、両端部２３１，２３２の高さ方向の位置は一致するようになっている。 Both ends bent into an L shape form a pair of joints. That is, one end 231 (the bottom surface thereof) is joined to the high temperature side end of the n-type thermoelectric element 211 , and the other end 232 (the bottom surface thereof) is joined to the high temperature side end of the p-type thermoelectric element 212 . be done. In the present embodiment, unlike the case of the first embodiment, the positions of the objects to be welded in the height direction (vertical direction in FIG. 1C) are the same. The positions are made to match.

接合部を構成する両端部２３１，２３２は、正面視においてＵ字状の形状を有する突出部２３３によって連結されている。突出部２３３は、両端部２３１，２３２それぞれに接続されている一対の直立部２３４，２３５と、一対の直立部２３４，２３５を連結する屈曲部２３６とを備える。一対の直立部２３４，２３５の少なくとも一方が、火炎によって加熱される加熱面を構成することとなる。 Both ends 231 and 232 forming a joint are connected by a protruding portion 233 having a U-shape in front view. The projecting portion 233 has a pair of upright portions 234 and 235 connected to both ends 231 and 232 respectively, and a bent portion 236 connecting the pair of upright portions 234 and 235 . At least one of the pair of upright portions 234, 235 constitutes a heating surface heated by the flame.

屈曲部２３６を介して連結されている一対の直立部２３４，２３５は、互いに平行になるように配置される。また、一対の直立部２３４，２３５は、一対の接合部２３１，２３２と直角をなすように配置されているので、高温側電極２３０が熱電素子２１１，２１２と接合された際は、熱電素子２１１，２１２の高温側端面に対して直立するように配置されることになる。 A pair of upright portions 234 and 235 connected via a bent portion 236 are arranged parallel to each other. Moreover, since the pair of upright portions 234 and 235 are arranged so as to form a right angle with the pair of joint portions 231 and 232, when the high temperature side electrode 230 is joined to the thermoelectric elements 211 and 212, the thermoelectric elements 211 , 212 so as to be upright.

次に、以上のような構成を有する熱電変換モジュール２００の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the thermoelectric conversion module 200 having the configuration described above will be described.

図１１は、熱電変換モジュール２００の製造方法を説明するための図である。 11A and 11B are diagrams for explaining a method for manufacturing the thermoelectric conversion module 200. FIG.

まず、熱電変換モジュール２００の低温面を構成する絶縁基板１４０を用意し、同図（ａ）に示すように、絶縁基板１４０の表面（組み立てられた際に、熱電素子２１１，２１２と対向する面）に、低温側電極１２０を形成する（低温側電極形成工程）。 First, the insulating substrate 140 constituting the low-temperature surface of the thermoelectric conversion module 200 is prepared, and as shown in FIG. ), the low temperature side electrode 120 is formed (low temperature side electrode forming step).

次に、熱電素子２１１，２１２及び高温側電極２３０をそれぞれ用意し、同図（ｂ）に示すように、π型熱電素子を構成する一対の熱電素子２１１，２１２と高温側電極２３０との接合を行う（高温側電極接合工程）。すなわち、一対の熱電素子２１１，２１２の高温側端部と、高温側電極２３０の端部２３１，２３２とが接合される。熱電素子２１１，２１２の高温側端部と、高温側電極２３０の端部２３１，２３２との接合は、例えば、活性銀ろうを使用したろう付けで行われる。この際、活性銀ろうとしては、例えば、東京ブレイズ株式会社（東京都世田谷区）製の活性銀ろうＴＢ－６０８Ｔ又はＴＢ－６２９Ｔを使用することができる。 Next, the thermoelectric elements 211 and 212 and the high temperature side electrode 230 are prepared respectively, and as shown in FIG. (high temperature side electrode joining step). That is, the high temperature side end portions of the pair of thermoelectric elements 211 and 212 and the high temperature side electrode 230 end portions 231 and 232 are joined. The high temperature side end portions of the thermoelectric elements 211 and 212 and the high temperature side end portions 231 and 232 of the high temperature side electrode 230 are joined by, for example, brazing using activated silver brazing. At this time, as the activated silver solder, for example, activated silver solder TB-608T or TB-629T manufactured by Tokyo Blaze Co., Ltd. (Setagaya-ku, Tokyo) can be used.

次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁基板１４０上に形成された低温側電極１２０と、熱電素子２１１，２１２との接合が行われる（低温側電極接合工程）。すなわち、高温側電極２３０が接合された熱電素子２１１，２１２を、低温側電極１２０上の所定の位置に載置した上で、熱電素子２１２，２１２の低温側端部と低温側電極１２０との接合が行われる。熱電素子２１１，２１２と低温側電極１２０との接合は、例えば、はんだ付けで行われる。 Next, as shown in FIG. 4C, the low temperature side electrode 120 formed on the insulating substrate 140 and the thermoelectric elements 211 and 212 are joined (low temperature side electrode joining step). That is, after placing the thermoelectric elements 211 and 212 to which the high temperature side electrode 230 is joined at a predetermined position on the low temperature side electrode 120, the low temperature side end portions of the thermoelectric elements 212 and 212 and the low temperature side electrode 120 are connected. Joining is performed. The thermoelectric elements 211 and 212 and the low temperature side electrode 120 are joined by soldering, for example.

その後、図８（ａ）に示すように、絶縁基板１４０の底面側に放熱フィン１５０が取り付けられる（放熱フィン取付工程）。 After that, as shown in FIG. 8A, the heat radiation fins 150 are attached to the bottom surface of the insulating substrate 140 (heat radiation fin attachment step).

以上のような工程を経ることにより、図７及び図８に示したような熱電変換モジュール２００が作製されることになる。 Through the steps described above, the thermoelectric conversion module 200 as shown in FIGS. 7 and 8 is produced.

次に、熱電変換モジュール２００の使用方法について説明する。 Next, how to use the thermoelectric conversion module 200 will be described.

図１２は、熱電変換モジュール２００の使用時の様子を説明するための図である。同図（ａ）は、高温側電極２３０の片側のみを加熱する場合を示し、同図（ｂ）は、高温側電極２３０の両側を加熱する場合を示している。 FIG. 12 is a diagram for explaining how the thermoelectric conversion module 200 is used. 3A shows a case where only one side of the high temperature side electrode 230 is heated, and FIG. 4B shows a case where both sides of the high temperature side electrode 230 are heated.

同図に示すように、熱電変換モジュール２００を使用して発電を行う際は、ガスバーナー１０の火炎１１によって、高温側電極２３０を加熱する。すなわち、高温側電極２３０の側面部（直立部２３４，２３５）の少なくとも一方を火炎１１によって加熱する。それと同時に、放熱フィン１５０を、ファン（不図示）によって強制空冷する。 As shown in the figure, when the thermoelectric conversion module 200 is used to generate power, the flame 11 of the gas burner 10 heats the high temperature side electrode 230 . That is, at least one of the side portions (upright portions 234 and 235 ) of the high temperature side electrode 230 is heated by the flame 11 . At the same time, the radiation fins 150 are forcibly cooled by a fan (not shown).

ガスバーナー１０の火炎１１によって高温側電極２３０を直接加熱すると共に、放熱フィン１５０を冷却（強制空冷）することによって、熱電素子２１１，２１２の両端に所定の温度差が与えられて、熱電発電が行われることになる。 By directly heating the high temperature side electrode 230 with the flame 11 of the gas burner 10 and cooling (forced air cooling) the radiation fins 150, a predetermined temperature difference is given to both ends of the thermoelectric elements 211 and 212, and thermoelectric power generation is performed. will be done.

熱電変換モジュール２００においても、熱電変換モジュール１００と同様に、発電時に加熱対象となる高温側電極２３０の側面部（直立部２３４，２３５）が直線状に並ぶように配置されているので、側面から複数の火炎１１が出るガスバーナー１０による加熱が効率的に行えるようになっている。 In the thermoelectric conversion module 200, similarly to the thermoelectric conversion module 100, the side portions (upright portions 234, 235) of the high-temperature side electrodes 230 to be heated during power generation are arranged in a straight line. Heating can be efficiently performed by a gas burner 10 emitting a plurality of flames 11. - 特許庁

また、熱電変換モジュール２００においても、高温側に絶縁基板を設けずに、高温側電極２３０の側面部（直立部）を直接加熱するようにしており、高温側電極２３０の側面部（直立部）が加熱されると、高温側電極２３０の側面部（直立部）が熱膨張することになるが、その際、高温側電極２３０の突出部２３３が適宜弾性変形することにより、熱応力が効果的に吸収されるので、熱電変換モジュール２００に発生する熱応力が緩和されることになる。 Also in the thermoelectric conversion module 200, the side surface portion (upright portion) of the high temperature side electrode 230 is directly heated without providing an insulating substrate on the high temperature side. is heated, the side portion (upright portion) of the high-temperature side electrode 230 thermally expands. Therefore, the thermal stress generated in the thermoelectric conversion module 200 is relieved.

以上、本発明の実施形態について説明したが、当然のことながら、本発明の実施形態は上記のものに限られない。例えば、上述した実施形態においては、熱電素子をマグネシウムシリサイドで構成するようにしていたが、他の熱電材料（例えば、鉄シリサイド、コバルトシリサイド、マンガンシリサイド等）で構成することも考えられる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to those described above. For example, in the above-described embodiments, the thermoelectric elements are made of magnesium silicide, but they may be made of other thermoelectric materials (eg, iron silicide, cobalt silicide, manganese silicide, etc.).

また、上述した第一実施形態においては、複数の熱電素子をｎ型熱電素子のみによって構成するようにしていたが、複数の熱電素子をｐ型熱電素子のみによって構成することも考えられる。 In addition, in the above-described first embodiment, the plurality of thermoelectric elements are composed only of n-type thermoelectric elements, but it is also conceivable to construct the plurality of thermoelectric elements only of p-type thermoelectric elements.

また、上述した第一実施形態においては、高温側電極と低温側電極とを別々に用意した上で、両者を接合することで、隣接する熱電素子を直列に接続する電極を形成するようにしていたが、当該電極を、例えば、金属板を板金加工することで一体に形成することも考えられる。 Further, in the above-described first embodiment, the high-temperature side electrode and the low-temperature side electrode are prepared separately and then joined together to form an electrode that connects adjacent thermoelectric elements in series. However, it is also conceivable to integrally form the electrodes by, for example, sheet metal working a metal plate.

１０ガスバーナー
１１火炎
１００熱電変換モジュール（第一実施形態）
１０１負極端子
１０２正極端子
１１０,１１０ａ～１１０ｄｎ型熱電素子
１２０，１２０ａ～１２０ｅ低温側電極
１２１ｂ～１２１ｅ，１２２ａ～１２２ｅ端部
１２３ａ～１２３ｄ連結部
１３０，１３０ａ～１３０ｄ高温側電極
１３１，１３２端部（接合部）
１３３突出部
１３４，１３５直立部
１３６屈曲部
１４０絶縁基板
１５０放熱フィン
１５１直方体状部材
１５２フィン
２００熱電変換モジュール（第二実施形態）
２１１，２１１ａ～２１１ｄｎ型熱電素子
２１２，２１２ａ～２１２ｄｐ型熱電素子
２３０，２３０ａ～２２２ｄ高温側電極
２３１，２３２端部（接合部）
２３３突出部
２３４，２３５直立部
２３６屈曲部 10 gas burner 11 flame 100 thermoelectric conversion module (first embodiment)
101 Negative terminal 102 Positive terminal 110, 110a to 110d N-type thermoelectric element 120, 120a to 120e Low temperature side electrode 121b to 121e, 122a to 122e End 123a to 123d Connection section 130, 130a to 130d High temperature side electrode 131, 132 End (joint)
133 Protrusions 134, 135 Upright Part 136 Bent Part 140 Insulating Substrate 150 Radiation Fins 151 Cuboid Member 152 Fins 200 Thermoelectric Conversion Module (Second Embodiment)
211, 211a to 211d n-type thermoelectric element 212, 212a to 212d p-type thermoelectric element 230, 230a to 222d high temperature side electrode 231, 232 end (joint)
233 Protruding portion 234, 235 Upright portion 236 Bending portion

Claims

A thermoelectric conversion module for thermoelectric power generation,
a plurality of thermoelectric elements;
a plurality of electrodes having at least one end connected to the high temperature side end of the thermoelectric element;
with
The electrode has a protruding portion protruding to the high temperature side,
The protrusion is heated by a flamehaving a heating surface,
The heating surface is parallel to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged
A thermoelectric conversion module characterized by:

2. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the projecting portion is bent in a U shape.

The projecting portion includes a pair of upright portions and a bent portion connecting the pair of upright portions,
3. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein at least one of said pair of upright portions is heated by a flame.

the upright has a heating surface that is heated by a flame;
4. The thermoelectric conversion module according to claim 3 , wherein the heating surface is perpendicular to the high temperature side end surface of the thermoelectric element and parallel to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged.

the electrode comprises a pair of joints,
The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pair of joints are arranged in a direction perpendicular to the direction in which the plurality of thermoelectric elements are arranged.

The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 5 , wherein the plurality of thermoelectric elements are composed of only one of n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements.

7. The thermoelectric conversion module according to claim 6 , wherein the plurality of thermoelectric elements are arranged linearly.

an insulating substrate disposed on the low temperature side;
and a low-temperature side electrode formed on the insulating substrate,
8. The thermoelectric conversion module according to claim 6 , wherein the plurality of thermoelectric elements are connected in series by the low temperature side electrode and the electrode arranged on the high temperature side.

6. The thermoelectric conversion module according to claim 1 , wherein the plurality of thermoelectric elements are composed of n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements.

10. The thermoelectric conversion module according to claim 9 , wherein the n-type thermoelectric elements and the p-type thermoelectric elements are arranged linearly.

an insulating substrate disposed on the low temperature side;
and a low-temperature side electrode formed on the insulating substrate,
A π-type thermoelectric element is configured by connecting the high-temperature side ends of adjacent n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements by the electrodes arranged on the high-temperature side,
11. The thermoelectric conversion module according to claim 9 , wherein the π - type thermoelectric elements are connected in series by the low temperature side electrode.