JP2000252528A - Thermoelectric generating thermoelectric conversion module block - Google Patents
Thermoelectric generating thermoelectric conversion module blockInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から熱起電力
を取り出す熱電変換モジュールの構成および複数の熱電
変換モジュールからなる熱電変換モジュールブロックの
構成に関するものである。The present invention relates to a configuration of a thermoelectric conversion module for extracting thermoelectromotive force from a heat source and a configuration of a thermoelectric conversion module block including a plurality of thermoelectric conversion modules.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ｐ型とｎ型の熱電半導体が電気的に接合
した接合部を持つ熱電変換素子対において、接合部を高
温にしかつ熱電半導体の他方を低温にすると、温度差に
応じた熱起電力が発生する現象があり、これをゼーベッ
ク効果と称している。2. Description of the Related Art In a thermoelectric conversion element pair having a junction in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically joined, if the junction is heated to a high temperature and the other of the thermoelectric semiconductors is cooled to a low temperature, the heat corresponding to the temperature difference There is a phenomenon in which an electromotive force is generated, and this is called the Seebeck effect.
【０００３】また、上記熱電変換素子対において、一方
の熱電半導体から他方の熱電半導体に電流を流すと、一
方の接合部では熱を吸収し、他方では熱を発生する現象
があり、これをペルチェ効果と称している。Further, in the above-mentioned thermoelectric conversion element pair, when a current flows from one thermoelectric semiconductor to another thermoelectric semiconductor, there is a phenomenon that one junction absorbs heat and the other generates heat. The effect is called.
【０００４】さらに、ｐ型またはｎ型の熱電半導体の一
方を高温にしかつ他方を低温にして温度勾配に沿って電
流を流すと、電流の方向によって熱電半導体の内部で熱
の吸収または発生を生じる現象があり、これをトムソン
効果と称している。Further, when a current is caused to flow along a temperature gradient with one of the p-type or n-type thermoelectric semiconductors at a high temperature and the other at a low temperature, heat is absorbed or generated inside the thermoelectric semiconductor depending on the direction of the current. There is a phenomenon, which is called the Thomson effect.
【０００５】このような効果を利用した熱電変換装置
は、振動・騒音・摩耗等を生じる可動部分が全くなく、
構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保守が容易である
という特徴をもった簡略化されたエネルギー直接変換装
置となりうるものである。そして、このような熱電変換
装置は、ｐ型とｎ型の熱電半導体が電気的に接合した構
成の熱電変換素子対を１対以上そなえており、素子対接
合部はｐ型およびｎ型熱電半導体同士が直接電気的に接
合した構成、あるいは、ｐ型熱電半導体と電極とｎ型熱
電半導体とが電気的に（すなわち、間接的に）接合した
構成をとるのが普通である。A thermoelectric conversion device utilizing such an effect has no moving parts that cause vibration, noise, wear, etc.
The present invention can be a simplified energy direct conversion device having features of simple structure, high reliability, long life, and easy maintenance. Such a thermoelectric conversion device includes at least one thermoelectric conversion element pair having a configuration in which a p-type and an n-type thermoelectric semiconductor are electrically joined, and the junction of the element pair is a p-type and n-type thermoelectric semiconductor. It is common to adopt a configuration in which they are directly electrically joined to each other, or a configuration in which a p-type thermoelectric semiconductor, an electrode, and an n-type thermoelectric semiconductor are electrically (ie, indirectly) joined.
【０００６】このような構成の熱電変換装置には、熱電
変換素子対の両端に設定した温度差に依存して起電力を
取り出す前記ゼーベック効果を利用した熱電発電装置
や、両端に印加した電圧に依存して温度差を生じさせる
ことにより一端を冷却する前記ペルチェ効果を利用した
熱電冷却装置がある。The thermoelectric converter having such a configuration includes a thermoelectric generator utilizing the Seebeck effect for extracting an electromotive force depending on a temperature difference set between both ends of a thermoelectric conversion element pair, and a voltage applied to both ends. There is a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect in which one end is cooled by causing a temperature difference depending on the temperature.
【０００７】従来の熱電変換モジュールとしては、例え
ば、特開平５−４１５４３号公報の図３に示すペルチェ
効果を利用した熱電冷却装置用のモジュールがある。こ
のモジュールは、アルミナセラミックスなどの熱伝導性
が良好な絶縁材料からなる２枚の正方形の熱交換基板の
間に複数の熱電素子を配置して挾持した構造を有するも
のである。そして、この場合の熱交換基板は、熱交換性
能を向上させる機能を有するだけでなく、モジュールの
機械的強度を向上させる機能も発揮する。この公知例の
ような熱電冷却装置の場合には、モジュールの両端に発
生する温度差はせいぜい１００℃程度までであり、設置
数も１個〜数十個である。As a conventional thermoelectric conversion module, for example, there is a module for a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect shown in FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41543. This module has a structure in which a plurality of thermoelectric elements are arranged and sandwiched between two square heat exchange substrates made of an insulating material having good thermal conductivity such as alumina ceramics. In this case, the heat exchange substrate not only has a function of improving the heat exchange performance, but also has a function of improving the mechanical strength of the module. In the case of a thermoelectric cooling device such as this known example, the temperature difference generated at both ends of the module is at most about 100 ° C., and the number of installations is one to several tens.
【０００８】これに対し、熱電発電装置の場合には、モ
ジュールの両端に発生する温度差が約６００℃に達する
場合もあり、設置数も数百個〜数千個におよぶことがあ
る。このため、一般的に発電用のモジュールでは、モジ
ュール両端の温度差に起因する破壊に対する耐久性だけ
でなく、設置時や使用時の機械的圧力や振動による破壊
に対する耐久性が要求される。On the other hand, in the case of a thermoelectric generator, the temperature difference generated at both ends of the module may reach about 600 ° C., and the number of installed modules may be hundreds to thousands. For this reason, modules for power generation generally require not only durability against destruction due to a temperature difference between both ends of the module but also durability against destruction due to mechanical pressure or vibration during installation or use.
【０００９】例えば、排気管や熱交換器壁面などの高温
側熱源から多数のモジュール高温端へ、さらに、モジュ
ール低温端から冷却ジャケットなどの低温側熱源へと、
良好かつ均一に熱伝達させるためには、高温側熱源と低
温側熱源との間でかなりの設置圧力がモジュールにかか
ることとなる。For example, from a high-temperature side heat source such as an exhaust pipe or a heat exchanger wall to a large number of module high-temperature ends, and further from a module low-temperature end to a low-temperature side heat source such as a cooling jacket,
For good and uniform heat transfer, a considerable installation pressure is applied to the module between the high-temperature heat source and the low-temperature heat source.
【００１０】モジュールの機械的強度を増加させるた
め、例えば、米国特許第４，６１１，０８９号明細書に
は、熱電素子を２次元的に配置し、高温端および低温端
の平面形状がほぼ正方形をなすようにした熱電変換モジ
ュールが開示されている。この熱電変換モジュールで
は、縦横に格子状をなす絶縁ホルダーにより熱電素子を
２次元的に配置して保持するようにしている。In order to increase the mechanical strength of the module, for example, in US Pat. No. 4,611,089, thermoelectric elements are arranged two-dimensionally and the hot end and the cold end have a substantially square planar shape. A thermoelectric conversion module is disclosed. In this thermoelectric conversion module, thermoelectric elements are two-dimensionally arranged and held by insulating holders having a lattice shape in the vertical and horizontal directions.
【００１１】この熱電変換モジュールでは、高温端と低
温端との間で発生する温度差に起因する熱応力を絶縁ホ
ルダーによって緩和することができ、強度の低い熱電素
子の破壊を避けるのに好適な構成である。また、両端面
が正方形であるモジュールは、上述した設置時の機械的
圧力や振動に対しても強度が高い特徴がある。In this thermoelectric conversion module, the thermal stress caused by the temperature difference generated between the high-temperature end and the low-temperature end can be reduced by the insulating holder, which is suitable for avoiding the destruction of the low-strength thermoelectric element. Configuration. In addition, a module having square ends is characterized by high strength against mechanical pressure and vibration during installation as described above.
【００１２】一般的に、モジュール内に設置された熱電
素子は、高温端と低温端の電極によって電気的に直列に
接続されており、モジュールから発電出力を取り出すた
めに、両端の熱電素子の低温端部分においてメッシュや
より線を用いたリード線が接続されている。そして、複
数の熱電変換モジュールを電気的に接続する場合は、各
モジュールのリード線をハンダ付けするかあるいは圧着
することによって結線することとなる。In general, thermoelectric elements installed in a module are electrically connected in series by electrodes at a high-temperature end and a low-temperature end. A lead wire using a mesh or a stranded wire is connected at an end portion. When a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, they are connected by soldering or crimping the lead wires of each module.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】特に、自動車排気熱を
熱源として使用する場合などでは、排気ガスの温度と流
量の積である排気熱量がエンジンの運転状況に応じて大
きく変化するため、モジュールの高温端を設置する排気
管表面温度も変化することとなる。また、排気ガスから
排気管に設置した熱電変換モジュールに流れる熱量が大
きくなるほど、その熱電変換モジュールの下流の排気温
度は低下することとなる。In particular, when automobile exhaust heat is used as a heat source, the amount of exhaust heat, which is the product of the exhaust gas temperature and the flow rate, greatly changes according to the operating condition of the engine. The surface temperature of the exhaust pipe where the high-temperature end is installed also changes. Further, as the amount of heat flowing from the exhaust gas to the thermoelectric conversion module installed in the exhaust pipe increases, the exhaust temperature downstream of the thermoelectric conversion module decreases.
【００１４】このように、排気管表面温度が経時変化す
る場合や温度分布がある場合、モジュール両端の温度差
に依存してモジュールの発電電圧・電流が変化すること
になるが、電気的に直列あるいは並列に接続するモジュ
ール数を電気的に制御することによって、発電電圧を一
定に保持するなど発電効率の最適化制御を行うことが考
えられる。As described above, when the exhaust pipe surface temperature changes over time or has a temperature distribution, the power generation voltage / current of the module changes depending on the temperature difference between both ends of the module. Alternatively, it is conceivable to optimize the control of the power generation efficiency, for example, by keeping the generation voltage constant by electrically controlling the number of modules connected in parallel.
【００１５】しかし、従来の両端面が正方形の熱電変換
モジュールを設置した場合は、１つのモジュール内にお
いて温度差の分布ができるため、発電出力の最適化制御
が困難となる問題がある。However, when a conventional thermoelectric conversion module having both square end faces is installed, there is a problem that it is difficult to optimize and control the power generation output because a temperature difference can be distributed in one module.
【００１６】また、モジュール両端に大きな温度差が発
生すると、高温端部の熱膨張のためモジュール全体が反
ることになる。このため高温側と低温側の熱源の間に設
置された熱電変換モジュールにかかる設置圧力が小さい
場合は、モジュール両端面と熱源との間での熱接触が低
下し、モジュール両端に温度差がつかなくなることか
ら、発電出力が急激に低下する問題がある。因みに、従
来の正方形型のモジュールでは、モジュール両端の温度
差が約２５０℃程度の場合において、設置圧力として数
十ｋｇｆ／ｃｍ2以上が必要となる。そして、両端の温
度差が大きくなる場合は、さらに高い設置圧力が必要と
なる。If a large temperature difference occurs between both ends of the module, the entire module will be warped due to thermal expansion at the high temperature end. For this reason, if the installation pressure applied to the thermoelectric conversion module installed between the high-temperature side and low-temperature side heat sources is small, the thermal contact between the module end faces and the heat source will decrease, and a temperature difference will occur between the module ends. There is a problem that the power generation output sharply drops due to the disappearance. Incidentally, in the case of a conventional square module, when the temperature difference between both ends of the module is about 250 ° C., an installation pressure of several tens kgf / cm 2 or more is required. When the temperature difference between both ends is large, a higher installation pressure is required.
【００１７】モジュールの設置圧力を十分確保するため
に、例えば、冷却ジャケット側に押し付け用のばね機構
などを設置すると、ばね機構部分の方がモジュール部分
よりも大容量となるなど、熱電発電装置全体として大型
化する問題が生じる。If a spring mechanism for pressing is installed on the cooling jacket side in order to secure a sufficient installation pressure of the module, for example, the spring mechanism part has a larger capacity than the module part. As a result, there is a problem that the size becomes large.
【００１８】一方、両端面が正方形で面積が小さい熱電
変換モジュールを用いた場合は、反りや出力制御性の課
題は解決されるものの、モジュールの設置数が増加する
ため、数百以上のモジュール同士の電気的接続を行いな
がら、高温側と低温側の熱源の間に設置する必要がある
ことから、このような作業は極めて煩雑になる問題があ
る。On the other hand, when a thermoelectric conversion module having small squares at both end faces is used, the problem of warpage and output controllability can be solved, but the number of installed modules increases, so that several hundred or more modules are connected. It is necessary to install the heat source between the high-temperature side and the low-temperature side heat source while making the electrical connection, so that there is a problem that such work becomes extremely complicated.
【００１９】さらに、正方形のモジュールでは、リード
端電極あるいはリード線を結線したり、引き回したりす
るために、隣接するモジュールとの間で間隔を設ける必
要があることから、モジュールの設置密度が小さくな
り、熱電発電装置がコンパクト化できない問題がある。Furthermore, in the case of a square module, it is necessary to provide an interval between adjacent modules in order to connect or route lead end electrodes or lead wires, so that the installation density of the modules is reduced. However, there is a problem that the thermoelectric generator cannot be made compact.
【００２０】さらにまた、モジュールの厚さは数ｃｍ程
度であり、その間隔を隔てて、６００℃にも達する場合
がある高温側熱源と、数十〜１００℃程度の低温側熱源
とが位置していることとなるため、モジュールが設置さ
れていない箇所があると、空気や断熱材による熱伝導や
輻射によって、高温端熱源から低温端熱源へとモジュー
ルを通過せずに熱が流れる割合が増加するため、熱電変
換効率が低下する問題がある。Further, the thickness of the module is about several centimeters, and a high-temperature side heat source which can reach 600 ° C. and a low-temperature side heat source of about several tens to 100 ° C. are located at intervals. Therefore, if there is a place where the module is not installed, the rate of heat flow from the high-temperature end heat source to the low-temperature end heat source without passing through the module increases due to heat conduction and radiation by air and heat insulating material Therefore, there is a problem that the thermoelectric conversion efficiency is reduced.
【００２１】さらにまた、モジュールを設置する平滑部
分を有する高温壁面に熱電変換モジュールを設置する場
合、多数の熱電変換モジュールを均一かつ良好に熱接触
させるためには、高温壁面も冷却板側も、高い平面性と
平滑性を有することが必要になるが、高温状態では大面
積になるほど平面性を確保することが困難となる問題が
ある。そして、高温側熱源が自動車などの燃焼機関の排
気ガスや廃棄物の燃焼排気ガスを流す排気管の場合は、
通常、円形断面であるため、モジュールが設置される表
面の平面性は極めて悪い場合が多い。また、排気管の加
工容易性だけでなく、排気ガスが高温でかつ酸性の場合
は、特に、排気管溶接部分の腐蝕防止の点からも円形断
面の排気管を使用する方がよいが、両端面が正方形の熱
電変換モジュールを設置する場合は、溶接箇所の多い矩
形断面や多角形断面の排気管を特別に用意する必要があ
るという問題がある。Further, when the thermoelectric conversion module is installed on a high-temperature wall surface having a smooth portion where the module is installed, in order to uniformly and satisfactorily bring a large number of thermoelectric conversion modules into thermal contact, both the high-temperature wall surface and the cooling plate side are required. Although it is necessary to have high flatness and smoothness, there is a problem that it becomes difficult to secure the flatness as the area becomes larger in a high temperature state. And, when the high-temperature side heat source is an exhaust pipe through which exhaust gas of a combustion engine such as an automobile or combustion exhaust gas of waste material flows,
Usually, because of the circular cross section, the flatness of the surface on which the module is installed is often extremely poor. In addition to the ease of processing the exhaust pipe, if the exhaust gas is hot and acidic, it is better to use an exhaust pipe with a circular cross section, especially in terms of preventing corrosion of the welded exhaust pipe. When a thermoelectric conversion module having a square surface is installed, there is a problem that it is necessary to specially prepare an exhaust pipe having a rectangular cross section or a polygonal cross section having many welding points.
【００２２】[0022]
【発明の目的】本発明は、上記課題を解決するためにな
されたものであって、熱電変換モジュールの両端に大き
な温度差が生じた場合でも、熱電変換モジュールが反る
ことによる発電出力の低下を防止するとともに、多数の
モジュールを設置してモジュール間の電気的接続を行う
場合の作業が簡便にできる熱電変換モジュールおよび熱
電変換モジュールブロックを提供することを目的として
いる。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problem, and even if a large temperature difference occurs between both ends of a thermoelectric conversion module, the power generation output is reduced due to the warpage of the thermoelectric conversion module. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion module block in which a large number of modules can be installed and electrical connection between the modules can be easily performed.
【００２３】また、熱源からの熱流が逃げてしまうこと
により発電損失の原因となっていたモジュール間の隙間
を最小限にして、熱源表面に高密度に熱電変換モジュー
ルが配置できるものとすることにより、コンパクトであ
りながら発電効率の高い熱電発電装置を実現するととも
に、モジュール間の電気的接続は簡便にかつ接続不良に
よる発電出力の損失をなくして行うことができる熱電変
換モジュールおよび熱電変換モジュールブロックを提供
することを目的としている。Further, by minimizing the gap between the modules, which has caused the power generation loss due to the escape of the heat flow from the heat source, the thermoelectric conversion modules can be arranged at a high density on the surface of the heat source. A thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion module block capable of realizing a compact thermoelectric generator with high power generation efficiency and capable of easily performing electrical connection between modules without loss of power generation output due to poor connection. It is intended to provide.
【００２４】さらには、断面が円形や楕円形の排気管な
どにも容易に設置することが可能であり、排気流方向に
沿って電気的に直列および並列に接続するモジュール数
を変えることによる発電出力の最適化制御をも簡便に行
うことができる熱電変換モジュールおよび熱電変換モジ
ュールブロックを提供することを目的としている。Further, it can be easily installed on an exhaust pipe having a circular or elliptical cross section, and can generate electricity by changing the number of modules electrically connected in series and in parallel along the exhaust flow direction. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion module block that can easily perform output optimization control.
【００２５】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱電変換
モジュールは、請求項１に記載しているように、少なく
とも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互に１列に配
置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電素子が高温
端および低温端にそれぞれ形成した電極を介して電気的
に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方の端部に位
置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り出すリード
端電極が形成されている構成の熱電変換モジュールにお
いて、リード端電極が板状をなすと共に熱電素子列と平
行な方向に突出しており、板状をなすリード端電極の少
なくとも片面に導電性金属層とくに望ましくはＣｕ層
（Ｃｕ合金層を含む）が形成されているものとしたこと
を特徴としている。According to the thermoelectric conversion module of the present invention, at least two pairs or more of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in a row. The p-type and n-type thermoelectric elements alternately arranged are electrically connected in series via electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, and the thermoelectric elements located at both ends of the thermoelectric element array In the thermoelectric conversion module having a configuration in which a lead end electrode for taking out the power generation output is formed on the low temperature end side, the lead end electrode has a plate-like shape and protrudes in a direction parallel to the thermoelectric element row, and the plate-like lead It is characterized in that a conductive metal layer, particularly preferably a Cu layer (including a Cu alloy layer) is formed on at least one surface of the end electrode.
【００２６】そして、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルの実施態様においては、請求項２に記載しているよう
に、板状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層
としてＣｕメッシュ（網）層あるいはＣｕフォイル
（箔）層がろう付け接合されているものとしたことを特
徴としている。In the embodiment of the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 2, a Cu mesh (net) layer or a Cu layer is formed on at least one surface of the plate-like lead end electrode. It is characterized in that the Cu foil (foil) layer is brazed and joined.
【００２７】同じく、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルの実施態様においては、請求項３に記載しているよう
に、板状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層
としてＣｕメッシュ（網）層あるいはＣｕフォイル
（箔）層が溶接接合されているものとしたことを特徴と
している。Similarly, in an embodiment of the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 3, a Cu mesh (net) layer or a Cu layer is formed on at least one surface of the plate-shaped lead end electrode. It is characterized in that the Cu foil (foil) layer is welded and joined.
【００２８】同じく、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルの実施態様においては、請求項４に記載しているよう
に、高温端と低温端にそれぞれ形成した電極およびリー
ド端電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、ＷおよびＷ基合
金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金
のうちから選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、
板状をなすリード端電極とＣｕ層との間にＮｉ基合金か
らなる接合層ないしは中間層（熱応力緩和層など）が形
成されているものとしたことを特徴としている。Similarly, in the embodiment of the thermoelectric conversion module according to the present invention, as described in claim 4, the electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, and the lead-end electrodes are made of Mo and a Mo-based alloy. , W and W base alloys, SUS (stainless steel) based alloys, Ni-Cr based alloys, at least one metal selected from the group consisting of:
It is characterized in that a bonding layer or an intermediate layer (such as a thermal stress relaxation layer) made of a Ni-based alloy is formed between a plate-shaped lead end electrode and a Cu layer.
【００２９】同じく、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルの実施態様においては、請求項５に記載しているよう
に、少なくとも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互
に１列に配置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電
素子が高温端および低温端にそれぞれ形成した電極を介
して電気的に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方
の端部に位置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り
出すリード端電極が形成されている構成の熱電変換モジ
ュールにおいて、高温端と低温端にそれぞれ形成した電
極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、Ｗお
よびＷ基合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）系合金、Ｎｉ−
Ｃｒ系合金のうちから選ばれる少なくとも１種の金属で
構成され、リード端電極が板状をなすと共に熱電素子列
と平行な方向に突出しており、板状をなすリード端電極
の少なくとも片面に導電性金属層とくに望ましくはＮｉ
層（Ｎｉ合金層を含む）が形成されているものとしたこ
とを特徴としている。Similarly, in an embodiment of the thermoelectric conversion module according to the present invention, at least two pairs or more of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row. The p-type and n-type thermoelectric elements alternately arranged are electrically connected in series via electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, and the thermoelectric elements located at both ends of the thermoelectric element array In the thermoelectric conversion module having a configuration in which a lead end electrode for taking out the power generation output is formed on the low temperature end side, the electrodes formed on the high temperature end and the low temperature end and the lead end electrode are respectively composed of Mo and Mo base alloy, W and W base. Alloy, SUS (stainless steel) alloy, Ni-
The lead end electrode is formed of at least one metal selected from Cr-based alloys, and the lead end electrode is formed in a plate shape and protrudes in a direction parallel to the thermoelectric element row, and at least one surface of the plate-shaped lead end electrode is electrically conductive. Metallic layer, particularly preferably Ni
A layer (including a Ni alloy layer) is formed.
【００３０】また、本発明に係わる熱電変換モジュール
ブロックは、請求項６に記載しているように、複数の熱
電変換モジュールを電気的に接続した熱電変換モジュー
ルブロックにおいて、請求項１ないし４のいずれかに記
載のライン型熱電変換モジュールを用い、モジュールを
構成する熱電素子列の側面同士を相互に例えば必要最小
限の間隔のあいた状態として平行に配置し、リード端電
極に形成したＣｕ層にプレート状ないしはメッシュ状を
なすモジュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変
換モジュール同士を電気的に接続した構成としたことを
特徴としている。The thermoelectric conversion module block according to the present invention is a thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, as described in claim 6. Using the line-type thermoelectric conversion module described in (1), the side surfaces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other, for example, with a minimum distance therebetween, and a plate is formed on the Cu layer formed on the lead end electrode. It is characterized in that the module connection Cu material in the shape of a mesh or a mesh is joined to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules to each other.
【００３１】同じ目的を達成する本発明に係わる熱電変
換モジュールブロックは、請求項７に記載しているよう
に、複数の熱電変換モジュールを電気的に接続した熱電
変換モジュールブロックにおいて、請求項５に記載のラ
イン型熱電変換モジュールを用い、モジュールを構成す
る熱電素子列の側面同士を相互に例えば必要最小限の間
隔のあいた状態として平行に配置し、リード端電極に形
成したＮｉ層にプレート状ないしはメッシュ状をなすモ
ジュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変換モジ
ュール同士を電気的に接続した構成としたことを特徴と
している。A thermoelectric conversion module block according to the present invention, which achieves the same object, is a thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected. Using the line-type thermoelectric conversion module described, the side surfaces of the thermoelectric element row constituting the module are arranged in parallel with each other, for example, in a state where a minimum interval is required, and a plate-like or It is characterized in that a mesh-like Cu material for module connection is joined to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules.
【００３２】そして、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルブロックの実施態様においては、請求項８に記載して
いるように、隣接する熱電変換モジュール側面同士の間
隔内部に、電気絶縁性のペーパー状，綿状あるいは薄板
状をなすセラミックス等の絶縁材を介在させたものとし
たことを特徴としている。In an embodiment of the thermoelectric conversion module block according to the present invention, an electrically insulating paper-like, cotton-like material is provided inside the space between the adjacent thermoelectric conversion module side faces. It is characterized in that an insulating material such as ceramics in the shape of a plate or a thin plate is interposed.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】本発明に係わる熱電変換モジュー
ルは、上記した構成を有するものであって、リード端電
極部分に特徴があるライン型熱電変換モジュールであ
り、リード端電極は熱電素子列方向と平行な方向に突出
した板状をなすものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric conversion module according to the present invention is a line type thermoelectric conversion module having the above-described structure and characterized by a lead end electrode portion, wherein the lead end electrode is arranged in the direction of the thermoelectric element row. It has a plate shape protruding in a direction parallel to.
【００３４】図１ないし図４は本発明によるライン型熱
電変換モジュールの実施の形態を示すものであって、こ
のライン型熱電変換モジュール１は、少なくとも２対以
上（図１の場合は簡略化した５対として示す）のｐ型熱
電素子２ｐとｎ型熱電素子２ｎが交互に１列に配置さ
れ、交互に配置されたｐ型型熱電素子２ｐとｎ型熱電素
子２ｎがそれぞれの高温端電極３ｈおよび低温端電極３
ｌを介して電気的に直列に接続され、熱電素子配列のう
ち両方の端部に位置する熱電素子２ｐ，２ｎの低温端側
に発電出力を取り出すための板状をなすリード端電極４
が熱電素子列と平行な方向に突出しており、板状をなす
リード端電極４の少なくとも片面または両面に導電性金
属層５（Ｃｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎ）が形成され、熱電素
子２ｐ，２ｎと電極３ｈ，３ｌとの間に導電性接着層６
が介在していると共に、隣接する熱電素子２ｐ，２ｎの
側面同士の間隔内部に絶縁性ガラス接着層７を設けた構
造をなすものである。FIGS. 1 to 4 show an embodiment of a line type thermoelectric conversion module according to the present invention. This line type thermoelectric conversion module 1 has at least two pairs or more (in FIG. P-type thermoelectric elements 2p and n-type thermoelectric elements 2n are alternately arranged in one row, and the alternately arranged p-type thermoelectric elements 2p and n-type thermoelectric elements 2n are each a high-temperature end electrode 3h. And low-temperature end electrode 3
and a plate-shaped lead end electrode 4 for taking out a power generation output to the low-temperature end side of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element array.
Are protruded in a direction parallel to the thermoelectric element row, and a conductive metal layer 5 (Cu layer 5C or Ni layer 5N) is formed on at least one or both sides of the plate-like lead end electrode 4, and the thermoelectric elements 2p, 2n Conductive adhesive layer 6 between the electrodes 3h and 3l
And an insulating glass adhesive layer 7 is provided inside the space between the side surfaces of the adjacent thermoelectric elements 2p and 2n.
【００３５】そして、熱電素子列と平行な方向に突出し
た板状をなすリード端電極４は、図１に示すように、熱
電素子列と平行な方向に直線状に伸びた形状のものとし
てその上面側のみに導電性金属層５（５Ｃ，５Ｎ）を形
成するものとしたり、図２に示すように、下面側のみに
導電性金属層５（５Ｃ，５Ｎ）を形成するものとした
り、図３に示すように、リード端電極４に対し直交する
方向に導電性金属層５（５Ｃ，５Ｎ）を形成するものと
したり、図４に示すように、リード端電極４はその途中
で屈曲していてその両面に導電性金属層５（５Ｃ，５
Ｎ）を形成するものとしたりすることができ、いずれの
場合においても導電性金属層５（５Ｃ，５Ｎ）は熱電変
換モジュール１の幅から大きくはみ出さない形状をなす
ものとしている。As shown in FIG. 1, the plate-like lead end electrode 4 protruding in the direction parallel to the row of thermoelectric elements has a shape linearly extending in the direction parallel to the row of thermoelectric elements. The conductive metal layer 5 (5C, 5N) may be formed only on the upper surface side, or the conductive metal layer 5 (5C, 5N) may be formed only on the lower surface side, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, a conductive metal layer 5 (5C, 5N) may be formed in a direction orthogonal to the lead end electrode 4, or as shown in FIG. And a conductive metal layer 5 (5C, 5C)
N) can be formed, and in any case, the conductive metal layer 5 (5C, 5N) has a shape that does not greatly protrude from the width of the thermoelectric conversion module 1.
【００３６】このように、本発明による熱電変換モジュ
ール１において、リード端電極４上には、Ｃｕ層５Ｃあ
るいはＮｉ層５Ｎからなる導電性金属層５が少なくとも
片面に形成されており、このようなＣｕ層５Ｃあるいは
Ｎｉ層５Ｎはリード端電極４の少なくとも片面に形成さ
れていればよいが、Ｃｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎの形成工程
で生じるリード端電極４の反りや変形を防ぐ目的で両面
に形成したものとすることもでき、Ｃｕ層５Ｃの素材と
してはＣｕ金属やＣｕ基合金を使用することができ、Ｎ
ｉ層５Ｎの素材としてはＮｉ金属やＮｉ基合金を使用す
ることができる。As described above, in the thermoelectric conversion module 1 according to the present invention, the conductive metal layer 5 composed of the Cu layer 5C or the Ni layer 5N is formed on at least one surface on the lead end electrode 4. The Cu layer 5C or the Ni layer 5N only needs to be formed on at least one surface of the lead end electrode 4. However, the Cu layer 5C or the Ni layer 5N may be formed on both surfaces for the purpose of preventing warpage or deformation of the lead end electrode 4 generated in the step of forming the Cu layer 5C or Ni layer 5N. A Cu metal or a Cu-based alloy can be used as a material of the Cu layer 5C.
As a material of the i-layer 5N, Ni metal or a Ni-based alloy can be used.
【００３７】そして、リード端電極４の一部にメッシュ
状（網状）あるいはフォイル状（箔）状のＣｕ層５Ｃが
形成されている場合は、Ｃｕ層５Ｃの部分において選択
的にハンダないしはろう材とのぬれ性が良好であるた
め、モジュール間隔が狭く配置された状態で、絶縁を確
保したい部分にはハンダないしはろう材が付着しないも
のとし、電気的に接続したいＣｕ層５Ｃが形成された箇
所のみに制御性よくハンダないしはろう材を付着させる
ことができるようになるので、ハンダやろう材がはみ出
して流れることによる絶縁リークの不具合をなくし、電
気的な接続を簡便に行うことができることとなる。When a mesh-like (net-like) or foil-like (foil) -like Cu layer 5C is formed on a part of the lead end electrode 4, a solder or brazing material is selectively formed on the Cu layer 5C. Where the module spacing is small, no solder or brazing material should adhere to the parts where insulation is desired, and where the Cu layer 5C to be electrically connected is formed. Only the solder or brazing material can be adhered to only with good controllability, so that the problem of insulation leak caused by the solder or brazing material protruding and flowing can be eliminated, and electrical connection can be easily performed. .
【００３８】また、ライン型熱電変換モジュール１を束
ね、リード端電極４の部分のみを溶融したハンダ浴槽に
浸した場合においても、その後ライン型熱電変換モジュ
ール１を容易に分離して所望の配置にモジュールを設置
することが可能であるため、電気的接続のためのハンダ
付け作業が簡便になる効果がある。Even when the line type thermoelectric conversion modules 1 are bundled and only the lead end electrodes 4 are immersed in a molten solder bath, the line type thermoelectric conversion modules 1 are then easily separated into a desired arrangement. Since the module can be installed, there is an effect that the soldering work for electrical connection is simplified.
【００３９】Ｃｕ層５Ｃとリード端電極４との間には、
接合層や熱応力緩和層などの中間層が形成されているも
のとすることもできる。そのリード端電極４の部分に
は、モジュール内の熱電素子特性や素子数にも依存する
が、数アンペア〜数十アンペアの電流が流れるため、Ｃ
ｕ層５Ｃとリード端電極４との接合界面は電気的に低抵
抗であることが重要である。すなわち、界面抵抗が高い
場合は、熱電素子部分で発電した電流をリード端子部分
で消費してしまうことになり、取り出される発電電力は
小さくなるので好ましくない。そして、Ｃｕ層５として
Ｃｕフォイル（箔）層やＣｕメッシュ（網）層をろう付
け接合した構成のものや、スポット溶接、レーザビーム
溶接、超音波溶接した構成のものが、界面抵抗が小さく
なるので好ましい。Between the Cu layer 5C and the lead end electrode 4,
An intermediate layer such as a bonding layer or a thermal stress relaxation layer may be formed. Although a current of several amperes to several tens of amperes flows through the lead end electrode 4 depending on the thermoelectric element characteristics and the number of elements in the module, C
It is important that the junction interface between the u layer 5C and the lead end electrode 4 be electrically low-resistance. That is, when the interface resistance is high, the current generated in the thermoelectric element portion is consumed in the lead terminal portion, and the generated power to be taken out is not preferable. The Cu layer 5 having a configuration in which a Cu foil (foil) layer or a Cu mesh (net) layer is joined by brazing, or a configuration in which spot welding, laser beam welding, or ultrasonic welding is performed has a low interface resistance. It is preferred.
【００４０】特に、リード端電極４の素材として、Ｍｏ
およびＭｏ基合金、ＷおよびＷ基合金、ＳＵＳ（ステン
レス鋼）系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金を用いた場合は、リ
ード端電極４とＣｕ層５Ｃとの間にＮｉ基合金からなる
接合層が形成されている構成のものとするのが良い。具
体的には、リード端電極４とＣｕ層５ＣとをＮｉ基ろう
材によりろう付け接合した構成としたものや、リード端
電極４とＣｕ箔５Ｃとの間にＮｉ基接合層を介して溶接
接合した構成としたものが、リード端子部分の界面抵抗
が低く、熱応力による熱電素子部分の電極部分との間で
の剥離や熱電素子の割れを誘発することなく、リード端
子部分を形成することができる。Particularly, as a material of the lead end electrode 4, Mo is used.
And a Mo-based alloy, W and W-based alloys, a SUS (stainless steel) -based alloy, or a Ni—Cr-based alloy, a bonding layer made of a Ni-based alloy is provided between the lead end electrode 4 and the Cu layer 5C. It is good to have the structure formed. Specifically, a configuration in which the lead end electrode 4 and the Cu layer 5C are joined by brazing with a Ni-based brazing material, or welding between the lead end electrode 4 and the Cu foil 5C via a Ni-based joining layer The lead terminal portion must be formed without causing interface resistance of the lead terminal portion to be low and causing separation of the thermoelectric element portion from the electrode portion or thermal cracking of the thermoelectric element portion due to thermal stress. Can be.
【００４１】Ｎｉ基ろう材やＮｉ基接合層は、リード端
電極４とＣｕ層５Ｃとの間にＮｉ基合金箔を設置して加
熱や通電などのエネルギー注入を行って接合することに
より形成することができる。また、リード端電極４の一
部あるいはＣｕ層５Ｃの表面に、リード端電極４の一部
にメッキ法、蒸着法、スパッタ法、などの成膜法やＮｉ
基合金ペーストの塗布法などによりＮｉ層を成膜したも
のや、Ｎｉ層とのクラッド材を用意してその後接合した
ものとすることができる。The Ni-based brazing material and the Ni-based bonding layer are formed by placing a Ni-based alloy foil between the lead end electrode 4 and the Cu layer 5C and performing energy injection such as heating or energization and bonding. be able to. Further, a film forming method such as a plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like may be formed on a part of the lead end electrode 4 or on the surface of the Cu layer 5C by a plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
A Ni layer can be formed by applying a base alloy paste or the like, or a clad material with the Ni layer can be prepared and then joined.
【００４２】一方、リード端電極４の素材として、Ｍｏ
およびＭｏ基合金、ＷおよびＷ基合金、ＳＵＳ（ステン
レス鋼）系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金を用いた場合には、
少なくとも片面にＮｉ層５Ｎが形成されているものとす
ることにより、リード端電極４の部分の抵抗を小さくし
て、隣接する熱電変換モジュール１と電気的な接続を行
うことができる。On the other hand, the material of the lead end electrode 4 is Mo
And Mo-based alloys, W and W-based alloys, SUS (stainless steel) -based alloys, and Ni-Cr-based alloys,
By forming the Ni layer 5N on at least one surface, the resistance of the lead end electrode 4 can be reduced, and the electrical connection with the adjacent thermoelectric conversion module 1 can be made.
【００４３】そして、リード端電極４の少なくとも片面
にＮｉ層５Ｎが形成されているものとした場合は、Ｃｕ
板あるいはＣｕ網（Ｃｕ）メッシュ線と容易に必要な箇
所にだけ溶接することができ、モジュール内の熱電素子
２ｐ，２ｎと電極３ｈ，３ｌとの接合部などに障害を与
えることなく、界面抵抗が小さい状態で電気的な接続作
業を簡便に行うことができることとなる。When the Ni layer 5N is formed on at least one side of the lead end electrode 4, Cu
It can be easily welded to a plate or a Cu mesh (Cu) mesh wire only at a necessary place, and without impairing the joints between the thermoelectric elements 2p, 2n and the electrodes 3h, 31 in the module, and at the interface resistance. The electrical connection operation can be easily performed in a state where the distance is small.
【００４４】例えば、隣接するモジュールのリード端同
士や発電出力の取り出しターミナルとリード端電極４を
接続する場合、リード端電極４に形成したＮｉ層５Ｎ上
にＣｕ板やＣｕメッシュ線を渡して配置し、スポット溶
接する方法や、レーザー溶接する方法を用いることがで
きる。この場合のＮｉ層５Ｎとしては、リード端電極４
の一部にメッキ法、蒸着法、スパッタ法、などの成膜法
やＮｉ基合金ペーストの塗布法などによりＮｉ層を成膜
したものや、Ｎｉ層５Ｎとのクラッド材を用いることが
できる。For example, when connecting the lead terminals of adjacent modules or the terminal for taking out the power generation output to the lead terminal electrode 4, a Cu plate or a Cu mesh wire is placed over the Ni layer 5 N formed on the lead terminal electrode 4. Then, a spot welding method or a laser welding method can be used. In this case, as the Ni layer 5N, the lead end electrode 4
A Ni layer formed by a film forming method such as a plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, a method of applying a Ni-based alloy paste, or a clad material with the Ni layer 5N can be used.
【００４５】本発明による熱電変換モジュール１は、そ
のリード端部の構成に特徴があり、リード端部を形成す
る工程に依存するものではない。例えば、あらかじめＣ
ｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎが形成されたリード端電極４を作
成し、高温端電極３ｈおよび低温端電極３ｌと熱電素子
２ｐ，２ｎとを接合する工程と同時にリード端電極４と
熱電素子２ｐ，２ｎとを接合する工程を採ることができ
る。The thermoelectric conversion module 1 according to the present invention is characterized by the structure of the lead end, and does not depend on the step of forming the lead end. For example, C
The lead end electrode 4 on which the u layer 5C and the Ni layer 5N are formed is formed, and at the same time as the step of joining the high-temperature end electrode 3h and the low-temperature end electrode 31 to the thermoelectric elements 2p and 2n, the lead end electrode 4 and the thermoelectric element 2p 2n can be employed.
【００４６】また、Ｃｕ層５Ｃを形成する場合、一部に
Ｎｉ接着層を形成したリード端電極４を他の電極と同時
に熱電素子に接合した後に、メッシュ状あるいは箔状の
Ｃｕ層５Ｃを接合したり、隣接するモジュールや発電出
力の取り出しターミナルとＣｕ板とＣｕメッシュで電気
的に接続したりすることができる。When the Cu layer 5C is formed, the lead end electrode 4 partially formed with the Ni adhesive layer is bonded to the thermoelectric element simultaneously with the other electrodes, and then the mesh-shaped or foil-shaped Cu layer 5C is bonded. Alternatively, it is possible to electrically connect an adjacent module or a power output output terminal to a Cu plate and a Cu mesh.
【００４７】ライン型熱電変換モジュールの設置数が多
い熱電発電装置では、あらかじめ複数のライン型熱電変
換モジュールを電気的に直列あるいは並列に接続したモ
ジュールブロックを作成しておいて、熱電発電装置に組
み込むことが考えられる。本発明による熱電変換モジュ
ールブロックの特徴は、複数の本発明によるライン型熱
電変換モジュールを各モジュールの熱電素子列が平行と
なるように配置し、リード端電極４上に形成したＣｕ層
５Ｃ上に板状あるいはメッシュ状をなすモジュール接続
用Ｃｕ材をハンダ付けして隣接する熱電変換モジュール
１同士を電気的に接続したことを特徴とするものであ
る。あるいは、複数の本発明によるライン型熱電変換モ
ジュール１を各モジュールの熱電素子列が平行となるよ
うに配置し、リード端電極４上に形成したＮｉ層５Ｎ上
に板状あるいはメッシュ状をなすモジュール接続用Ｃｕ
材を溶接して隣接する熱電変換モジュール１同士を電気
的に接続したことを特徴とするものである。In a thermoelectric generator having a large number of line-type thermoelectric conversion modules, a module block in which a plurality of line-type thermoelectric conversion modules are electrically connected in series or in parallel is created in advance and incorporated into the thermoelectric generator. It is possible. A feature of the thermoelectric conversion module block according to the present invention is that a plurality of line-type thermoelectric conversion modules according to the present invention are arranged so that the thermoelectric element rows of each module are parallel to each other, and are arranged on a Cu layer 5C formed on the lead end electrode 4. The plate-like or mesh-like Cu material for module connection is soldered to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules 1 to each other. Alternatively, a plurality of line-type thermoelectric conversion modules 1 according to the present invention are arranged such that the thermoelectric element rows of each module are parallel to each other, and a plate-shaped or mesh-shaped module is formed on the Ni layer 5N formed on the lead end electrode 4. Cu for connection
The thermoelectric conversion modules 1 adjacent to each other are electrically connected by welding materials.
【００４８】また、隣接する熱電変換モジュール１の側
面同士の間に、ペーパー状、綿状あるいは薄板状をなす
セラミックスなどの絶縁材を配置したことを特徴とする
モジュールブロックである。本発明の熱電変換モジュー
ルブロックの特徴は、本発明によるライン型熱電変換モ
ジュールの複数個を、各熱電素子列と相互に平行となる
ように配置し、隣接するモジュールのリード端電極同士
をＣｕ板あるいはＣｕメッシュなどのモジュール接続用
導電材をハンダ付けあるいは溶接することにより電気的
に接続したものであり、各熱電変換モジュールの熱電素
子列の側面は、隣接するモジュールの側面と接着されて
いないものとしたところに特徴がある。そして、相隣接
する側面の間は、リード端電極同士を電気的に接続する
Ｃｕ板の形状などにより一定間隔の隙間をあけたものと
してモジュールブロックに形成したものとすることがで
きる。A module block characterized in that an insulating material such as paper-like, cotton-like or thin-plate-like ceramics is arranged between the side surfaces of adjacent thermoelectric conversion modules 1. A feature of the thermoelectric conversion module block of the present invention is that a plurality of line-type thermoelectric conversion modules according to the present invention are arranged so as to be parallel to each thermoelectric element row, and lead end electrodes of adjacent modules are connected to a Cu plate. Alternatively, a conductive material for module connection such as a Cu mesh is electrically connected by soldering or welding, and the side surface of the thermoelectric element row of each thermoelectric conversion module is not bonded to the side surface of an adjacent module. There is a feature in the place. The adjacent side surfaces may be formed in the module block with a predetermined gap therebetween by the shape of a Cu plate for electrically connecting the lead end electrodes.
【００４９】また、相隣接するモジュール側面の間の間
隔内部に、電気絶縁性のペーパー状、綿状あるいは薄板
状をなすセラミックスなどの絶縁材を配置して挾持し、
リード端電極同士を電気的に接続してモジュールブロッ
クに形成したものとすることもできる。An insulating material such as paper-like, cotton-like or thin-plate-like ceramics is arranged and clamped inside the space between adjacent module side surfaces.
The lead-end electrodes may be electrically connected to each other to form a module block.
【００５０】本発明による熱電変換モジュールブロック
は、正方形型のモジュールと異なり、各ライン型熱電変
換モジュールと絶縁性セラミックスとが接着していない
ものとすることもできるので、モジュール高温端と低温
端の熱膨張差に起因する熱応力に強く、熱電素子列と垂
直方向について反りにくくなる特徴がある。また、製造
が容易で安価であるが、平滑度や平面度が低い熱源に対
しても各ライン型熱電変換モジュールが接着されていな
いため、熱源と各ライン型熱電変換モジュールとの間で
の熱接触を均質なものにして設置することができる。In the thermoelectric conversion module block according to the present invention, unlike the square type module, each line type thermoelectric conversion module and the insulating ceramics may not be bonded to each other. It is resistant to thermal stress caused by a difference in thermal expansion, and is characterized by being less likely to warp in a direction perpendicular to the thermoelectric element rows. In addition, although it is easy and inexpensive to manufacture, since each line-type thermoelectric conversion module is not bonded to a heat source with low smoothness or flatness, the heat between the heat source and each line-type thermoelectric conversion module is low. The contact can be set homogeneous.
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明による熱電変換モジュールでは、
請求項１に記載しているように、少なくとも２対以上の
ｐ型とｎ型の熱電素子が交互に１列に配置され、交互に
配置されたｐ型とｎ型の熱電素子が高温端および低温端
にそれぞれ形成した電極を介して電気的に直列に接続さ
れ、熱電素子配列のうち両方の端部に位置する熱電素子
の低温端側に発電出力を取り出すリード端電極が形成さ
れている構成の熱電変換モジュールにおいて、リード端
電極が板状をなすと共に熱電素子列と平行な方向に突出
しており、板状をなすリード端電極の少なくとも片面に
Ｃｕ層が形成されているものとしたから、熱電変換モジ
ュールの両端に大きな温度差が生じた場合でも、熱電変
換モジュールが反ることによる発電出力の低下を防止す
ることが可能であるとともに、多数のモジュールを設置
してその設置密度を高いものとすることが可能でありか
つまた設置密度を高くしたときでもモジュール間の電気
的接続を行う場合の作業が簡便にでき、余分なハンダや
ろう材の付着に起因する絶縁破壊の発生を防止すること
が可能であり、熱源からの熱流が逃げてしまうことによ
る発電損失の原因となっていたモジュール間の隙間を最
小限にして、熱源表面に高密度に熱電変換モジュールが
配置できるものとなることにより、コンパクトでありな
がら発電効率の高い熱電発電装置を実現するとともに、
モジュール間の電気的接続は簡便にかつ接続不良による
発電出力の損失をなくして行うことができ、さらには、
断面が円形や楕円形の排気管などにも容易に設置するこ
とが可能であり、排気流方向に沿って電気的に直列およ
び並列に接続するモジュール数を変えることによる発電
出力の最適化制御をも簡便に行うことができる熱電変換
モジュールブロックに適した熱電変換モジュールを提供
することが可能であるという著しく優れた効果がもたら
される。According to the thermoelectric conversion module of the present invention,
As described in claim 1, at least two pairs or more of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row, and the alternately arranged p-type and n-type thermoelectric elements are arranged at a high temperature end and A configuration in which a lead-end electrode for taking out a power generation output is formed on the low-temperature end side of the thermoelectric elements located at both ends of the thermoelectric element array, which are electrically connected in series via electrodes respectively formed at the low-temperature ends. In the thermoelectric conversion module of the above, since the lead end electrode is plate-shaped and protrudes in a direction parallel to the thermoelectric element row, and the Cu layer is formed on at least one surface of the plate-shaped lead end electrode, Even if a large temperature difference occurs between both ends of the thermoelectric conversion module, it is possible to prevent a decrease in power generation output due to the warpage of the thermoelectric conversion module, and to install a large number of modules and install the module at a high density. It is possible to increase the density and to simplify the work of making electrical connections between modules even when the installation density is increased, and to prevent the occurrence of dielectric breakdown due to the attachment of extra solder or brazing material. It is possible to arrange the thermoelectric conversion modules at high density on the heat source surface by minimizing the gap between the modules, which has caused the power loss due to the escape of the heat flow from the heat source. By realizing a compact thermoelectric generator with high power generation efficiency,
Electrical connection between modules can be made easily and without loss of power generation output due to poor connection.
It can be easily installed on exhaust pipes with circular or elliptical cross-sections, and optimizes control of power generation output by changing the number of modules that are electrically connected in series and parallel along the exhaust flow direction. Also, a remarkably excellent effect that a thermoelectric conversion module suitable for a thermoelectric conversion module block that can be easily performed can be provided.
【００５２】そして、請求項２に記載しているように、
板状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層とし
てＣｕメッシュ層あるいはＣｕフォイル層がろう付け接
合されているものとすることによって、リード端電極と
Ｃｕ層との間での界面抵抗を小さなものとすることがで
きると共に、隣接する熱電変換モジュールを電気的に接
続する場合にリード端電極とその他の電極ないしは導電
材との間の接合部などに剥離やクラックなどの不具合を
発生させるのを防止することが可能であり、発電電力の
損失を小さなものとすることが可能であるという著しく
優れた効果がもたらされる。And, as described in claim 2,
By making a Cu mesh layer or a Cu foil layer as a Cu layer brazed to at least one surface of the plate-shaped lead end electrode, the interface resistance between the lead end electrode and the Cu layer is reduced. In addition, when electrically connecting adjacent thermoelectric conversion modules, it is possible to prevent defects such as peeling and cracks from occurring at a joint between a lead end electrode and another electrode or a conductive material. , And a remarkably excellent effect that the loss of the generated power can be reduced.
【００５３】また、請求項３に記載しているように、板
状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層として
Ｃｕメッシュ層あるいはＣｕフォイル層が溶接接合され
ているものとすることによって、リード端電極とＣｕ層
との間での界面抵抗を小さなものとすることができると
共に、隣接する熱電変換モジュールを電気的に接続する
場合にリード端電極とその他の電極ないしは導電材との
間の接合部などに剥離やクラックなどの不具合を発生さ
せるのを防止することが可能であり、発電電力の損失を
小さなものとすることが可能であるという著しく優れた
効果がもたらされる。According to a third aspect of the present invention, at least one side of the plate-like lead-end electrode is welded to a Cu mesh layer or a Cu foil layer as a Cu layer, so that the lead is formed. The interface resistance between the end electrode and the Cu layer can be reduced, and when the adjacent thermoelectric conversion modules are electrically connected, the bonding between the lead end electrode and another electrode or a conductive material is performed. It is possible to prevent a problem such as peeling or cracking from occurring in a portion or the like, and to provide a remarkably excellent effect that it is possible to reduce the loss of generated power.
【００５４】さらに、請求項４に記載しているように、
高温端と低温端にそれぞれ形成した電極およびリード端
電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、ＷおよびＷ基合金、Ｓ
ＵＳ（ステンレス鋼）系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうち
から選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、板状を
なすリード端電極とＣｕ層との間にＮｉ基合金からなる
接合層ないしは中間層が形成されているものとすること
によって、リード端部の界面抵抗を小さくすることがで
きると共に、自動車排気ガスを高温端側とする場合のよ
うな大きな温度差を生じる環境で使用したときでも熱応
力による熱電素子部分と電極部分との間での剥離や熱電
素子の割れを誘発することなく電気的損失の少ないリー
ド端部を形成できることになるという著しく優れた効果
がもたらされる。Further, as described in claim 4,
The electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end and the lead-end electrodes are made of Mo and Mo base alloy, W and W base alloy, S
A joining layer or intermediate made of a Ni-based alloy between a plate-shaped lead end electrode and a Cu layer, which is made of at least one metal selected from a US (stainless steel) -based alloy and a Ni-Cr-based alloy. By forming the layer, the interface resistance at the lead end can be reduced, and even when used in an environment where a large temperature difference occurs such as when the exhaust gas of the automobile is on the high-temperature end side. A remarkably excellent effect is obtained in that it is possible to form a lead end portion with a small electric loss without inducing separation between the thermoelectric element portion and the electrode portion due to thermal stress or cracking of the thermoelectric element.
【００５５】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、少なくとも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互
に１列に配置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電
素子が高温端および低温端にそれぞれ形成した電極を介
して電気的に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方
の端部に位置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り
出すリード端電極が形成されている構成の熱電変換モジ
ュールにおいて、高温端と低温端にそれぞれ形成した電
極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、Ｗお
よびＷ基合金、ＳＵＳ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうち
から選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、リード
端電極が板状をなすと共に熱電素子列と平行な方向に突
出しており、板状をなすリード端電極の少なくとも片面
にＮｉ層が形成されているものとしたから、熱電変換モ
ジュールの両端に大きな温度差が生じた場合でも、熱電
変換モジュールが反ることによる発電出力の低下を防止
することが可能であるとともに、多数のモジュールを設
置してその設置密度を高いものとすることが可能であり
かつまた設置密度を高くしたときでもモジュール間の電
気的接続を行う場合の作業が簡便にでき、余分なハンダ
やろう材の付着に起因する絶縁破壊の発生を防止するこ
とが可能であり、スポット溶接やレーザ溶接などによっ
てモジュール間の電気的な接続を行うことが可能である
ため、接続に必要なモジュール間の隙間を小さなものと
することができるのでモジュールの小型化を実現するこ
とが可能であり、熱源からの熱流が逃げてしまうことに
よる発電損失の原因となっていたモジュール間の隙間を
最小限にして、熱源表面に高密度に熱電変換モジュール
が配置できるものとなることにより、コンパクトであり
ながら発電効率の高い熱電発電装置を実現するととも
に、モジュール間の電気的接続は簡便にかつ接続不良に
よる発電出力の損失をなくして行うことができ、さらに
は、断面が円形や楕円形の排気管などにも容易に設置す
ることが可能であり、排気流方向に沿って電気的に直列
および並列に接続するモジュール数を変えることによる
発電出力の最適化制御をも簡便に行うことができる熱電
変換モジュールブロックに適した熱電変換モジュールを
提供することが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。Further, as described in claim 5, at least two pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row, and p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged. A lead-end electrode in which thermoelectric elements are electrically connected in series via electrodes formed at a high-temperature end and a low-temperature end, respectively, and output electric power to the low-temperature end of the thermoelectric elements located at both ends of the thermoelectric element array. In the thermoelectric conversion module having the configuration in which the electrodes are formed at the high-temperature end and the low-temperature end, the electrodes and the lead-end electrodes are formed of Mo and Mo-based alloys, W and W-based alloys, SUS-based alloys, and Ni-Cr-based alloys. The lead end electrode has a plate shape and protrudes in a direction parallel to the thermoelectric element row. A Ni layer is formed on at least one surface of the plate end electrode. Therefore, even if a large temperature difference occurs between both ends of the thermoelectric conversion module, it is possible to prevent a decrease in power generation output due to the warpage of the thermoelectric conversion module, and to install a large number of modules. It is possible to increase the installation density of the module, and even when the installation density is increased, the work of making the electrical connection between the modules can be simplified, resulting in the adhesion of extra solder or brazing material. It is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown, and it is possible to make electrical connections between modules by spot welding, laser welding, etc., so make the gap between modules necessary for connection small. This makes it possible to reduce the size of the module, and the heat flow from the heat source escapes, causing a power generation loss. By minimizing the gap between the modules, the thermoelectric conversion modules can be arranged on the heat source surface at high density, realizing a compact thermoelectric generator with high power generation efficiency and electrical connection between the modules. Can be performed easily and without loss of power generation output due to poor connection.Furthermore, it can be easily installed on exhaust pipes with a circular or elliptical cross section, and along the exhaust flow direction. It is remarkably excellent that it is possible to provide a thermoelectric conversion module suitable for a thermoelectric conversion module block that can easily perform optimization control of power generation output by changing the number of modules electrically connected in series and parallel. The effect is brought about.
【００５６】また、本発明に係わる熱電変換モジュール
ブロックでは、請求項６に記載しているように、複数の
熱電変換モジュールを電気的に接続した熱電変換モジュ
ールブロックにおいて、請求項１ないし４のいずれかに
記載のライン型熱電変換モジュールを用い、モジュール
を構成する熱電素子列の側面同士を相互に例えば必要最
小限の間隔のあいた状態として平行に配置し、リード端
電極に形成したＣｕ層にプレート状ないしはメッシュ状
をなすモジュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電
変換モジュール同士を電気的に接続したものとしたか
ら、モジュールの設置数が多い場合であってもそれらの
設置および電気的な接続を簡便に行うことが可能である
と共に、モジュール両端の温度差によるモジュールブロ
ックの反りが低減することにより設置圧力の低いコンパ
クトなモジュールブロックとすることができ、コンパク
トでありながら発電効率の高い熱電発電装置を得ること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。Further, in the thermoelectric conversion module block according to the present invention, as described in claim 6, in the thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, any one of claims 1 to 4 is provided. Using the line-type thermoelectric conversion module described in (1), the side surfaces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other, for example, with a minimum distance therebetween, and a plate is formed on the Cu layer formed on the lead end electrode. Or mesh-like Cu material for module connection is joined to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules, so that even if the number of modules is large, their installation and electrical Connection can be made easily, and warpage of the module block due to the temperature difference between both ends of the module is reduced. It makes it possible to lower installation pressures compact module block, resulting in a significantly excellent effect that it is possible to obtain a high thermoelectric generator power generation efficiency is compact.
【００５７】同じく、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルブロックでは、請求項７に記載しているように、複数
の熱電変換モジュールを電気的に接続した熱電変換モジ
ュールブロックにおいて、請求項５に記載のライン型熱
電変換モジュールを用い、モジュールを構成する熱電素
子列の側面同士を相互に例えば必要最小限の間隔のあい
た状態として平行に配置し、リード端電極に形成したＮ
ｉ層にプレート状ないしはメッシュ状をなすモジュール
接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変換モジュール同
士を電気的に接続したものとしたから、モジュールの設
置数が多い場合であってもそれらの設置および電気的な
接続を簡便に行うことが可能であると共に、モジュール
両端の温度差によるモジュールブロックの反りが低減す
ることにより設置圧力の低いコンパクトなモジュールブ
ロックとすることができ、コンパクトでありながら発電
効率の高い熱電発電装置を得ることが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。Similarly, in the thermoelectric conversion module block according to the present invention, as described in claim 7, in the thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected, the line according to claim 5 is provided. A thermoelectric conversion module is used, and the side surfaces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other, for example, at a minimum necessary interval, and N
Since the plate-shaped or mesh-shaped Cu material for module connection is joined to the i-layer to electrically connect the adjacent thermoelectric conversion modules, even if the number of modules to be installed is large, they can be installed. And electrical connection can be easily performed, and the warpage of the module block due to the temperature difference between both ends of the module is reduced. A remarkably excellent effect that a highly efficient thermoelectric generator can be obtained is obtained.
【００５８】そして、請求項８に記載しているように、
隣接する熱電変換モジュール側面同士の間隔内部に、電
気絶縁性のペーパー状，綿状あるいは薄板状をなすセラ
ミックス等の絶縁材を介在させたものとすることによっ
て、モジュールブロックの反りによる熱源とモジュール
ブロックとの間の熱接触の低下を防止することができ、
また、モジュール間の絶縁をより確実なものにすること
が可能であると共に高温側熱源から低温側熱源への伝達
や輻射によって熱が逃げるのを少なくして発電損失の低
下を防ぐことができ、発電効率のより高い熱電発電装置
を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。And, as described in claim 8,
A heat source due to warpage of the module block and the module block are provided by interposing an electrically insulating paper-like, cotton-like, or thin-plate-like insulating material such as ceramics inside the space between adjacent thermoelectric conversion module side faces. Can prevent a decrease in thermal contact between the
In addition, it is possible to make the insulation between the modules more reliable, and it is possible to prevent heat from escaping due to transmission or radiation from the high-temperature side heat source to the low-temperature side heat source, thereby preventing a reduction in power generation loss, A remarkably excellent effect that a thermoelectric generator having higher power generation efficiency can be obtained is obtained.
【００５９】[0059]
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこのような実施例のみに限定されないこ
とはいうまでもない。Embodiments of the present invention will be described in detail below, but it goes without saying that the present invention is not limited to only such embodiments.
【００６０】（実施例１）２枚の炭素板の間に、ｐ型お
よびｎ型のＳｉ−Ｇｅ系半導体原料粉末をそれぞれ別個
に詰めてホットプレス焼結し、これにより得た各々の焼
結体を切断して、端面が３．５ｍｍ角で高さが９．０ｍ
ｍであって両端に炭素層が形成されたｐ型熱電素子およ
びｎ型熱電素子を得た。(Example 1) Between two carbon plates, p-type and n-type Si-Ge-based semiconductor raw material powders were separately packed and hot-press sintered, and the respective sintered bodies thus obtained were sintered. Cut, end face is 3.5mm square and height is 9.0m
m and a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element having carbon layers formed at both ends were obtained.
【００６１】次いで、図５に示すように、ｐ型熱電素子
２ｐおよびｎ型熱電素子２ｎの９対（合計で１８本）を
交互に絶縁性ガラス接着層７を介し接着することによっ
て熱電素子列１列を形成したのち、熱電素子２ｐ，２ｎ
の炭素層が付いた両端を研磨して素子高さを調整したあ
と、全素子が電気的に直列となるように、熱電素子２
ｐ，２ｎの両端に導電性接着層（ろう材層）６を介して
Ｍｏ製の高温端電極３ｈおよび低温端電極３ｌをろう付
けにより接合した。Next, as shown in FIG. 5, nine pairs (a total of 18) of p-type thermoelectric elements 2p and n-type thermoelectric elements 2n are alternately bonded via an insulating glass bonding layer 7, thereby forming a thermoelectric element row. After forming one row, the thermoelectric elements 2p, 2n
After adjusting the height of the element by polishing both ends with the carbon layer, the thermoelectric element 2 is so arranged that all the elements are electrically connected in series.
A high-temperature end electrode 3h and a low-temperature end electrode 31 made of Mo were joined to both ends of p and 2n via a conductive adhesive layer (brazing material layer) 6 by brazing.
【００６２】同時に、熱電素子列の両端に位置する熱電
素子２ｐ，２ｎの低温端にはＭｏ製のリード端電極４を
ろう付けにより接合し、さらに、リード端電極４の先端
には導電性金属層５としてのＣｕメッシュ層５ＣをＮｉ
ろう材を用いてろう付けにより接合することによってラ
イン型熱電変換モジュール１を作製した。At the same time, a lead electrode 4 made of Mo is joined to the low-temperature ends of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element row by brazing, and a conductive metal is attached to the tip of the lead end electrode 4. When the Cu mesh layer 5C as the layer 5 is Ni
The line type thermoelectric conversion module 1 was produced by joining by brazing using a brazing material.
【００６３】ここで作製したライン型熱電変換モジュー
ル１は、熱電素子列方向に平行に複数個そろえた状態と
してリード端電極４の先端部分を溶融したハンダ浴に浸
漬することによって、リード端電極４のＣｕ層５Ｃの部
分にのみハンダを付着させることができるものとなって
いた。さらに、各モジュール１はハンダ部分で互いに接
着して固まりになってしまうことはなかった。そして、
各モジュール１の抵抗を測定したところ、リード端電極
４の接合工程およびハンダの付着工程において、断線す
る不具合を起こしたものはなかった。The line-type thermoelectric conversion module 1 manufactured here is immersed in a molten solder bath in a state where a plurality of the thermoelectric elements are arranged in parallel in the row direction of the thermoelectric elements. Can be attached only to the portion of the Cu layer 5C. Furthermore, each module 1 did not adhere to each other at the solder portion and harden. And
When the resistance of each module 1 was measured, no failure occurred in the bonding step of the lead end electrode 4 and the solder attaching step.
【００６４】このように、本発明によるライン型熱電変
換モジュール１の構造およびリード端電極４の構成とす
ることによって、熱電素子内部や熱電素子と電極との間
にクラックを発生させて断線させることなく、モジュー
ル同士の電気的接続作業に必要なハンダのせ工程を簡便
に行うことができるものとなっていた。As described above, by employing the structure of the line type thermoelectric conversion module 1 according to the present invention and the structure of the lead end electrode 4, cracks are generated inside the thermoelectric element or between the thermoelectric element and the electrode to cause disconnection. Thus, the soldering step required for the electrical connection between the modules can be easily performed.
【００６５】（実施例２）実施例１で作成した熱電変換
モジュール１の１０本を図６に示すように並べて配置し
た。そして、図には示していないが、各モジュール１の
側面同士の間隔の内部には、絶縁材として０．５ｍｍ厚
さのセラミックスペーパーを挟んであるものとしてい
る。そしてさらに、各モジュール１はｐ型熱電素子２ｐ
とｎ型熱電素子２ｎとが交互に端部に来るように配置
し、全モジュール１を電気的に直列となるようにモジュ
ール接続用Ｃｕ材９としてＣｕメッシュ線をハンダ付け
して結線した。そしてさらに、両端に設置したモジュー
ル１の片端のリード端電極４には、発電出力取り出し用
のＣｕメッシュ線１０を結線して、熱電変換モジュール
ブロック１１を作製した。Example 2 Ten thermoelectric conversion modules 1 prepared in Example 1 were arranged side by side as shown in FIG. Although not shown in the figure, a ceramic paper having a thickness of 0.5 mm is sandwiched between the sides of each module 1 as an insulating material. Further, each module 1 is a p-type thermoelectric element 2p
And the n-type thermoelectric elements 2n were alternately arranged at the ends, and all the modules 1 were connected by soldering a Cu mesh wire as the Cu material 9 for module connection so as to be electrically in series. Further, a Cu mesh wire 10 for taking out a power generation output was connected to one end of the lead end electrode 4 of the module 1 installed at both ends, thereby producing a thermoelectric conversion module block 11.
【００６６】次いで、この熱電変換モジュールブロック
１１のリード端電極４が接合されていない端面（図６の
上面）を高温端とし、絶縁処理をしたヒーターブロック
の上に逆向きにして設置すると共に、低温端側に絶縁処
理を施した水冷板を設置し、水冷板の上部から油圧式の
プレス機で加圧して設置圧力を調整した。また、モジュ
ールブロック１１の発電出力取り出し用Ｃｕメッシュ線
１０は、主に、電圧計、電流計および外部抵抗から構成
される発電出力測定系に結線した。Next, the end surface of the thermoelectric conversion module block 11 to which the lead electrode 4 is not bonded (the upper surface in FIG. 6) is set to the high temperature end, and is installed on the insulated heater block in the opposite direction. A water-cooled plate subjected to insulation treatment was installed on the low-temperature end side, and the installation pressure was adjusted by applying pressure from above the water-cooled plate with a hydraulic press. Further, the Cu mesh wire 10 for taking out the power generation output of the module block 11 was connected to a power generation output measurement system mainly composed of a voltmeter, an ammeter and an external resistor.
【００６７】次いで、モジュールブロック１１の両端に
５００℃の温度差を生じさせて発電した際の発電出力の
設置圧力依存性を評価した。そして、４０ｋｇｆ／ｃｍ
2の設置圧力の時の発電出力を１として、各設置圧力時
の発電出力を調べたところ表１に示す結果であった。Next, the installation pressure dependence of the power generation output when a temperature difference of 500 ° C. was generated at both ends of the module block 11 to generate power was evaluated. And 40kgf / cm
Assuming that the power generation output at the installation pressure of 2 was 1, the power generation output at each installation pressure was examined. The results are shown in Table 1.
【００６８】表１に示すように、設置圧力が５ｋｇｆ／
ｃｍ2以上であるときに発電出力は、測定誤差内におい
て同等の出力であった。As shown in Table 1, the installation pressure was 5 kgf /
When the power was not less than cm 2 , the power generation output was equivalent within the measurement error.
【００６９】[0069]
【表１】 [Table 1]
【００７０】表１に示すように、設置圧力が５ｋｇｆ／
ｃｍ2以上であるときに発電出力は測定誤差内において
同等の値を示すものであった。As shown in Table 1, the installation pressure was 5 kgf /
When it was not less than cm 2 , the power generation output showed an equivalent value within the measurement error.
【００７１】このように、本発明によるライン型熱電変
換モジュール１を用いることにより、高密度にモジュー
ルを設置することができるため、設置数の増加に伴う発
電出力の増加だけでなく、モジュールが設置されていな
い部分からの熱流の逃げによる発電損失を低減すること
が可能となり、これによって、発電効率の高い熱電発電
装置が実現できるとともに、多数のモジュール間の電気
的な接続作業を簡便に行うことができる。As described above, by using the line type thermoelectric conversion module 1 according to the present invention, the modules can be installed at a high density. It is possible to reduce the power generation loss due to the escape of the heat flow from the part that is not performed, thereby realizing a thermoelectric generator with high power generation efficiency and simplifying the electrical connection work between many modules. Can be.
【００７２】また、本発明による熱電変換モジュールブ
ロック１１の構成とすることにより、モジュール両端の
温度差が大きい場合であっても、低設置圧力のもとで高
設置圧力の場合と同様の発電出力を発生させることがで
きることから、熱電発電装置に高設置圧力を確保するた
めの特殊な機構を必要としないコンパクトな熱電発電装
置を実現できるものとなっていた。Further, by employing the configuration of the thermoelectric conversion module block 11 according to the present invention, even when the temperature difference between both ends of the module is large, the power generation output is the same as the case of the high installation pressure under the low installation pressure. Therefore, a compact thermoelectric generator that does not require a special mechanism for securing a high installation pressure in the thermoelectric generator can be realized.
【００７３】（実施例３）ｐ型およびｎ型の熱電素子２
ｐ，２ｎが５対配置され、リード端電極４は、あらかじ
め端部両面に厚さ１５μｍのＮｉ接合層を介して、厚さ
１００μｍの箔状Ｃｕ層５Ｃをスポット溶接したものを
使用した以外は、実施例１と同様の熱電変換モジュール
１を作製し、これを図７に示す排気管１２と冷却ジャケ
ット１３との間に設置した。(Embodiment 3) p-type and n-type thermoelectric elements 2
p and 2n are arranged in five pairs, and the lead end electrode 4 is obtained by spot welding a 100 μm-thick foil Cu layer 5C via a 15 μm-thick Ni bonding layer on both ends in advance. Then, the same thermoelectric conversion module 1 as in Example 1 was produced, and this was installed between the exhaust pipe 12 and the cooling jacket 13 shown in FIG.
【００７４】すなわち、断面が楕円形で、内部に矢印Ｇ
方向に排気ガスを流入させることができ、図８にも示す
ように、内部に排気ガスとの間で熱交換を行うための集
熱フィン１２Ｆを有するＳＵＳ（ステンレス鋼）製の排
気管１２と、この排気管１２の周囲に設置されかつ冷却
水を流すための冷却水路１３Ｒが設けられている冷却ジ
ャケット１３との間に熱電変換モジュール１を設置する
ものとした。That is, the cross section is elliptical and the arrow G
8, a SUS (stainless steel) exhaust pipe 12 having heat collecting fins 12F for performing heat exchange with the exhaust gas therein, as shown in FIG. The thermoelectric conversion module 1 is provided between the cooling jacket 13 and the cooling jacket 13 provided around the exhaust pipe 12 and provided with a cooling water passage 13R for flowing cooling water.
【００７５】このとき、本発明による熱電変換モジュー
ル１の熱電素子列を排気ガス流に対し平行となるよう
に、排気管１２の比較的平面性が高い上下の２面に各２
０本づつ配置した。そして、排気管１２とモジュール１
の高温端電極３ｈとの間には中間層として０．２ｍｍ厚
さの窒化アルミニウム板を挿入すると共に、隣接するモ
ジュール１の側面同士の間隔内部には絶縁材として１ｍ
ｍ厚さのセラミックスペーパーを挿入して介在させたも
のとした。At this time, each of the thermoelectric element rows of the thermoelectric conversion module 1 according to the present invention is arranged on two upper and lower surfaces of the exhaust pipe 12 having relatively high planarity so as to be parallel to the exhaust gas flow.
0 was arranged at a time. Then, the exhaust pipe 12 and the module 1
And a high-temperature end electrode 3h, an aluminum nitride plate having a thickness of 0.2 mm is inserted as an intermediate layer, and 1 m of insulating material is provided inside the space between the side surfaces of adjacent modules 1.
An m-thick ceramic paper was inserted and interposed.
【００７６】さらに、モジュール１間の電気的な接続に
は０．３ｍｍ厚さのＣｕ板をモジュール接続用導電材と
して用い、各モジュール１のリード端電極４の先端のＣ
ｕ層５Ｃ上にスポット溶接機を用いて接続しながら排気
管１２上に設置した。そして、排気ガスの最も上流に配
置した上下合計４０本のモジュールブロック（１１）を
ＵＩとし、排気ガスの下流に向けてモジュールブロック
ＵＩＩ・・・ＵＶＩＩと設置した。また、モジュールブ
ロックＵＩは５本づつを電気的に並列に接続し、各５本
づつの束が直列となるように電気的に接続した。そして
また、モジュールブロックＵＩＩからＵＸにいくに従
い、並列に接続するモジュール数を減少したものとし、
モジュールブロックＵＶ，ＵＶＩおよびＵＶＩＩは４０
本を直列に接続したものとし、発電出力取り出し用導電
材は各モジュールブロックごとに取り出して、それぞ
れ、発電電圧を測定した。Further, for electrical connection between the modules 1, a Cu plate having a thickness of 0.3 mm is used as a conductive material for module connection.
It was installed on the exhaust pipe 12 while being connected to the u layer 5C using a spot welder. Then, a total of 40 module blocks (11) arranged in the uppermost part of the exhaust gas arranged at the upper and lower sides were set as UI, and module blocks UII... UVII were installed toward the downstream of the exhaust gas. In addition, the module blocks UI were electrically connected in parallel in groups of five, and the bundles of each five were electrically connected in series. Further, it is assumed that the number of modules connected in parallel is reduced as going from the module block UII to the UX,
Module blocks UV, UVI and UVII are 40
The books were connected in series, and the conductive material for taking out the power output was taken out for each module block, and the generated voltage was measured.
【００７７】このようにして、熱電発電装置をエンジン
の排気管１２に設置して、熱電発電装置の入り口で約６
５０℃の排気ガスを流し、各モジュールブロック１１で
発電電圧を測定したところ、表２に示す結果であった。In this way, the thermoelectric generator is installed on the exhaust pipe 12 of the engine, and about 6 mm
The exhaust gas at 50 ° C. was flown, and the generated voltage was measured at each module block 11. The results are shown in Table 2.
【００７８】なお、このとき、熱電発電装置出口での排
気ガス温度は３５０℃であった。At this time, the exhaust gas temperature at the outlet of the thermoelectric generator was 350 ° C.
【００７９】[0079]
【表２】 [Table 2]
【００８０】表２に示すように、排気ガスの流れ方向に
沿って排気ガスの温度が降下するのに伴い、各熱電変換
モジュール１の発電電圧は低下するが、直列に接続する
モジュール数を変えて行うことによって、各モジュール
ブロックの発電電圧はほぼ一定のものにすることができ
た。As shown in Table 2, as the temperature of the exhaust gas decreases along the flow direction of the exhaust gas, the power generation voltage of each thermoelectric conversion module 1 decreases, but the number of modules connected in series is changed. By doing so, the generated voltage of each module block could be made almost constant.
【００８１】このように本発明による熱電変換モジュー
ルおよび熱電変換モジュールブロックを用いることによ
り、表面の平面性がそれほど高くない汎用の排気管を用
いて、熱電変換モジュールとの熱接触性が良好な熱電発
電装置を得ることが可能になる。また、本発明による熱
電変換モジュールおよび熱電変換モジュールブロックを
用いることにより、モジュールを高密度で設置すること
ができるとともに、電気的に直列に接続するモジュール
数を変化させて電気配線を行うなどの作業が簡便に行え
るため、コンパクトでありながら発電効率が高く、熱源
に温度分布がある用途に対しても発電出力の制御性に優
れた熱電発電装置を得ることが可能になる。As described above, by using the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module block according to the present invention, a thermoelectric conversion module having good thermal contact with the thermoelectric conversion module can be obtained using a general-purpose exhaust pipe whose surface flatness is not so high. A power generator can be obtained. In addition, by using the thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion module block according to the present invention, the modules can be installed at a high density, and the work of performing electrical wiring by changing the number of modules electrically connected in series is performed. Therefore, it is possible to obtain a thermoelectric generator that is compact, has high power generation efficiency, and is excellent in controllability of power generation output even in applications where the heat source has a temperature distribution.
【００８２】[0082]
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明によるライン型熱電変換モジュールの実
施の形態を示す斜面説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a slope showing an embodiment of a line type thermoelectric conversion module according to the present invention.
【図２】本発明によるライン型熱電変換モジュールの他
の実施の形態を示す斜面説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a slope showing another embodiment of the line type thermoelectric conversion module according to the present invention.
【図３】本発明によるライン型熱電変換モジュールのさ
らに他の実施の形態を示す斜面説明図である。FIG. 3 is a perspective view showing still another embodiment of the line-type thermoelectric conversion module according to the present invention.
【図４】本発明によるライン型熱電変換モジュールのさ
らに他の実施の形態を示す斜面説明図である。FIG. 4 is a perspective view showing still another embodiment of the line-type thermoelectric conversion module according to the present invention.
【図５】本発明によるライン型熱電変換モジュールの一
実施例を示す斜面説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of a slope showing one embodiment of a line-type thermoelectric conversion module according to the present invention.
【図６】本発明による熱電変換モジュールブロックの一
実施例を示す斜面説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a slope showing one embodiment of a thermoelectric conversion module block according to the present invention.
【図７】排気管に冷却ジャケットを取り付けた状態を示
す斜面説明図である。FIG. 7 is an explanatory side view showing a state where a cooling jacket is attached to an exhaust pipe.
【図８】図７における排気管および冷却ジャケット部分
の排気ガス流直交方向の断面説明図（図８の（Ａ））お
よび排気ガス流平行方向の断面説明図（図８の（Ｂ））
である。8 is a cross-sectional explanatory view of an exhaust pipe and a cooling jacket in FIG. 7 in a direction perpendicular to the exhaust gas flow (FIG. 8A) and a cross-sectional explanatory view in a direction parallel to the exhaust gas flow (FIG. 8B).
It is.
１ ライン型熱電変換モジュール ２ｐ ｐ型熱電素子 ２ｎ ｎ型熱電素子 ３ｈ 高温端電極 ３ｌ 低温端電極 ４ リード端電極 ５ 導電性金属層 ５Ｃ Ｃｕ層 ５Ｎ Ｎｉ層 ６ 導電性接着層 ７ 絶縁性ガラス接着層 ９ モジュール接続用導電材（Ｃｕ材） １０ 発電出力取り出し用導電材（Ｃｕ線） １１ 熱電変換モジュールブロック １２ 排気管 １２Ｆ 排気管の集熱フィン １３ 冷却ジャケット １３Ｒ 冷却水路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Line-type thermoelectric conversion module 2p p-type thermoelectric element 2n n-type thermoelectric element 3h High-temperature end electrode 3l Low-temperature end electrode 4 Lead-end electrode 5 Conductive metal layer 5C Cu layer 5N Ni layer 6 Conductive adhesive layer 7 Insulating glass adhesive layer Reference Signs List 9 conductive material for module connection (Cu material) 10 conductive material for power generation output extraction (Cu wire) 11 thermoelectric conversion module block 12 exhaust pipe 12F heat collecting fin of exhaust pipe 13 cooling jacket 13R cooling water channel
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．
２７）[Submission date] December 27, 1999 (1999.12.
27)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【発明の名称】 熱電発電用熱電変換モジュールブロッ
ク[Title of the Invention] Thermoelectric conversion module block for thermoelectric power generation
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００１[Correction target item name] 0001
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から熱起電力
を取り出す熱電変換モジュールを複数用いて組み付けら
れた熱電変換モジュールブロックの構成に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion module for extracting thermoelectric power from a heat source .
The present invention relates to a configuration of a thermoelectric conversion module block that is provided.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２２[Correction target item name] 0022
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２２】[0022]
【発明の目的】本発明は、上記課題を解決するためにな
されたものであって、熱電変換モジュールの両端に大き
な温度差が生じた場合でも、熱電変換モジュールが反る
ことによる発電出力の低下を防止するとともに、多数の
モジュールを設置してモジュール間の電気的接続を行う
場合の作業が簡便にできる熱電変換モジュールブロック
を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problem, and even if a large temperature difference occurs between both ends of a thermoelectric conversion module, the power generation output is reduced due to the warpage of the thermoelectric conversion module. thereby preventing, aims at working in the case of performing the electrical connection between the modules by installing a large number of modules to provide a thermoelectric conversion module block that can conveniently.
【手続補正５】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２３[Correction target item name] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２３】また、熱源からの熱流が逃げてしまうこと
により発電損失の原因となっていたモジュール間の隙間
を最小限にして、熱源表面に高密度に熱電変換モジュー
ルが配置できるものとすることにより、コンパクトであ
りながら発電効率の高い熱電発電装置を実現するととも
に、モジュール間の電気的接続は簡便にかつ接続不良に
よる発電出力の損失をなくして行うことができる熱電変
換モジュールブロックを提供することを目的としてい
る。Further, by minimizing the gap between the modules, which has caused the power generation loss due to the escape of the heat flow from the heat source, the thermoelectric conversion modules can be arranged at a high density on the surface of the heat source. were achieved with power efficient thermoelectric generator is compact, the electrical connection between the module provides a convenient and thermoelectric conversion module block that can be performed without the loss of power output due to poor connection It is intended to be.
【手続補正６】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２４[Correction target item name] 0024
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２４】さらには、断面が円形や楕円形の排気管な
どにも容易に設置することが可能であり、排気流方向に
沿って電気的に直列および並列に接続するモジュール数
を変えることによる発電出力の最適化制御をも簡便に行
うことができる熱電発電用熱電変換モジュールブロック
を提供することを目的としている。Further, it can be easily installed on an exhaust pipe having a circular or elliptical cross section, and can generate electricity by changing the number of modules electrically connected in series and in parallel along the exhaust flow direction. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion module block for thermoelectric generation that can easily perform output optimization control.
【手続補正７】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２５[Correction target item name] 0025
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２５】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱電発電
用熱電変換モジュールブロックは、請求項１に記載して
いるように、複数の熱電変換モジュールを電気的に接続
した熱電発電用熱電変換モジュールブロックにおいて、
少なくとも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互に１
列に配置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電素子
が高温端および低温端にそれぞれ形成した電極を介して
電気的に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方の端
部に位置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り出す
リード端電極が形成され、リード端電極が板状をなすと
共に熱電素子列と平行な方向に突出しており、板状をな
すリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層が形成されて
いるライン型熱電変換モジュールを用い、モジュールを
構成する熱電素子列の側面同士を相互に間隔のあいた状
態として平行に配置し、リード端電極に形成したＣｕ層
に板状ないしは網状をなすモジュール接続用Ｃｕ材を接
合して隣接する熱電変換モジュール同士を電気的に接続
した構成としたことを特徴としている。そして、本発明
に係わる熱電変換モジュールブロックにおいては、請求
項２に記載しているように、板状をなすリード端電極の
少なくとも片面にＣｕ層としてＣｕ網状層あるいはＣｕ
箔状層がろう付け接合されているものとしたことを特徴
としている。同じく、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルブロックにおいては、請求項３に記載しているよう
に、板状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層
としてＣｕ網状層あるいはＣｕ箔状層が溶接接合されて
いるものとしたことを特徴としている。同じく、本発明
に係わる熱電変換モジュールブロックにおいては、請求
項４に記載しているように、高温端と低温端にそれぞれ
形成した電極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基
合金、ＷおよびＷ基合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）系合
金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうちから選ばれる少なくとも１
種の金属で構成され、板状をなすリード端電極とＣｕ層
との間にＮｉ基合金からなる接合層ないしは中間層（熱
応力緩和層など）が形成されているものとしたことを特
徴としている。 Means for Solving the Problems Thermoelectric power generation according to the present invention
The thermoelectric conversion module block electrically connects a plurality of thermoelectric conversion modules as described in claim 1.
In the thermoelectric conversion module block for thermoelectric power generation
At least two pairs of p-type and n-type thermoelectric elements
The p-type and n-type thermoelectric elements arranged in rows and arranged alternately are electrically connected in series via electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, and are connected to both ends of the thermoelectric element array. formed lead end electrode for taking out the power output to the low temperature end of the thermoelectric element located, rie de end electrode protrudes to the thermoelectric element array in a direction parallel with forming a plate-like lead terminal electrode forming a plate-shaped Using a line type thermoelectric conversion module having a Cu layer formed on at least one side of the module,
The sides of the thermoelectric element row that constitutes
Cu layer formed on the lead end electrode in parallel
To a plate-shaped or mesh-shaped Cu material for module connection
Electrical connection between adjacent thermoelectric conversion modules
It is characterized by having a configuration as described above. And the present invention
In the thermoelectric conversion module block related to
As described in Item 2, the plate-shaped lead-end electrode
Cu mesh layer or Cu as Cu layer on at least one side
Features that the foil layer is brazed
And Similarly, the thermoelectric conversion module according to the present invention
In the block, as described in claim 3
A Cu layer on at least one side of the plate-shaped lead end electrode.
The Cu mesh layer or Cu foil layer is welded as
It is characterized by the fact that Similarly, the present invention
In the thermoelectric conversion module block related to
As described in Item 4, each of the hot end and the cold end
The formed electrode and the lead end electrode are Mo and Mo base
Alloy, W and W base alloy, SUS (stainless steel)
At least one selected from gold and a Ni-Cr alloy
Lead electrode and Cu layer made of a kind of metal and having a plate shape
And a bonding layer or an intermediate layer (heat
Stress relief layer).
It is a sign.
【手続補正８】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２６[Correction target item name] 0026
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正９】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２７[Correction target item name] 0027
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正１０】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２８[Correction target item name] 0028
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正１１】[Procedure amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２９[Correction target item name] 0029
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正１２】[Procedure amendment 12]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３０[Correction target item name] 0030
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正１３】[Procedure amendment 13]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３１[Correction target item name] 0031
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３１】同じ目的を達成する本発明に係わる熱電発
電用熱電変換モジュールブロックは、請求項５に記載し
ているように、複数の熱電変換モジュールを電気的に接
続した熱電発電用熱電変換モジュールブロックにおい
て、少なくとも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互
に１列に配置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電
素子が高温端および低温端にそれぞれ形成した電極を介
して電気的に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方
の端部に位置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り
出すリード端電極が形成され、高温端と低温端にそれぞ
れ形成した電極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ
基合金、ＷおよびＷ基合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）系
合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうちから選ばれる少なくとも
１種の金属で構成され、リード端電極が板状をなすと共
に熱電素子列と平行な方向に突出しており、板状をなす
リード端電極の少なくとも片面に導電性金属層とくに望
ましくはＮｉ層（Ｎｉ合金層を含む）が形成されている
ライン型熱電変換モジュールを用い、モジュールを構成
する熱電素子列の側面同士を相互に例えば必要最小限の
間隔のあいた状態として平行に配置し、リード端電極に
形成したＮｉ層に板状ないしは網状をなすモジュール接
続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変換モジュール同士
を電気的に接続した構成としたことを特徴としている。The thermoelectric generator according to the invention, which achieves the same object
The thermoelectric conversion module block for electricity, as set forth in claim 5, in electrically connecting the thermoelectric power generating thermoelectric conversion module blocks a plurality of thermoelectric conversion module, the at least two pairs of p-type and n-type Alternating thermoelectric elements
P-type and n-type thermoelectric
The device is connected via electrodes formed at the hot end and the cold end, respectively.
Electrically connected in series, and both of the thermoelectric element arrays
Power generation output to the low-temperature end of the thermoelement located at the end of the
A lead end electrode is formed.
The formed electrode and the lead end electrode are Mo and Mo.
Base alloy, W and W base alloy, SUS (stainless steel)
Alloy, at least one selected from Ni-Cr alloys
It is composed of one kind of metal, and when the lead end electrode is
Project in the direction parallel to the thermoelectric element row,
A conductive metal layer on at least one side of the lead
More preferably, a line type thermoelectric conversion module having a Ni layer (including a Ni alloy layer) is used, and the side surfaces of the thermoelectric element rows constituting the module are separated from each other by, for example, a necessary minimum distance. characterized in that parallel to and positioned as a state, and a structure for electrically connecting the thermoelectric conversion module adjacent to each other by joining the Cu material for module connection forming a plate-shaped or mesh shape Ni layer formed on the lead end electrode And
【手続補正１４】[Procedure amendment 14]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３２[Correction target item name] 0032
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３２】そして、本発明に係わる熱電変換モジュー
ルブロックにおいては、請求項６に記載しているよう
に、隣接する熱電変換モジュール側面同士の間隔内部
に、電気絶縁性のペーパー状，綿状あるいは薄板状をな
すセラミックス等の絶縁材を介在させたものとしたこと
を特徴としている。[0032] Then, Oite to the thermoelectric conversion module block according to the present invention, as set forth in claim 6, the spacing inside the thermoelectric conversion module side adjacent to, electrically insulating paper-like, cotton It is characterized in that an insulating material such as ceramics in the shape of a plate or a thin plate is interposed.
【手続補正１５】[Procedure amendment 15]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３３[Correction target item name] 0033
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】本発明に係わる熱電変換モジュー
ルブロックは、上記した構成を有するものであって、リ
ード端電極部分に特徴があるライン型熱電変換モジュー
ルを用いたものであり、リード端電極は熱電素子列方向
と平行な方向に突出した板状をなすものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric conversion module block according to the present invention has the above-mentioned structure, and uses a line-type thermoelectric conversion module characterized by a lead end electrode portion. Has a plate shape protruding in a direction parallel to the direction of the thermoelectric elements.
【手続補正１６】[Procedure amendment 16]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３４[Correction target item name] 0034
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３４】図１ないし図４は本発明で用いるライン型
熱電変換モジュールの実施の形態を示すものであって、
このライン型熱電変換モジュール１は、少なくとも２対
以上（図１の場合は簡略化した５対として示す）のｐ型
熱電素子２ｐとｎ型熱電素子２ｎが交互に１列に配置さ
れ、交互に配置されたｐ型熱電素子２ｐとｎ型熱電素子
２ｎがそれぞれの高温端電極３ｈおよび低温端電極３ｌ
を介して電気的に直列に接続され、熱電素子配列のうち
両方の端部に位置する熱電素子２ｐ，２ｎの低温端側に
発電出力を取り出すための板状をなすリード端電極４が
熱電素子列と平行な方向に突出しており、板状をなすリ
ード端電極４の少なくとも片面または両面に導電性金属
層５（Ｃｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎ）が形成され、熱電素子
２ｐ，２ｎと電極３ｈ，３ｌとの間に導電性接着層６が
介在していると共に、隣接する熱電素子２ｐ，２ｎの側
面同士の間隔内部に絶縁性ガラス接着層７を設けた構造
をなすものである。[0034] FIGS. 1 to 4, there is shown an embodiment of a line-type thermoelectric conversion module Ru used in the present invention,
In the line-type thermoelectric conversion module 1, at least two pairs or more (in FIG. 1, shown as a simplified five pairs) of p-type thermoelectric elements 2p and n-type thermoelectric elements 2n are alternately arranged in one row and alternately arranged. The arranged p-type thermoelectric element 2p and n-type thermoelectric element 2n are respectively composed of a high-temperature end electrode 3h and a low-temperature end electrode 31.
Are electrically connected in series via a thermoelectric element, and a plate-shaped lead end electrode 4 for taking out a power generation output on the low temperature end side of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element array is provided with a thermoelectric element. A conductive metal layer 5 (Cu layer 5C or Ni layer 5N) is formed on at least one side or both sides of the plate-shaped lead end electrode 4 which protrudes in a direction parallel to the row, and the thermoelectric elements 2p and 2n and the electrode 3h , 3l, and a structure in which an insulating glass adhesive layer 7 is provided inside the space between the side surfaces of the adjacent thermoelectric elements 2p, 2n.
【手続補正１７】[Procedure amendment 17]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３６[Correction target item name] 0036
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３６】このように、本発明で用いる熱電変換モジ
ュール１において、リード端電極４上には、Ｃｕ層５Ｃ
あるいはＮｉ層５Ｎからなる導電性金属層５が少なくと
も片面に形成されており、このようなＣｕ層５Ｃあるい
はＮｉ層５Ｎはリード端電極４の少なくとも片面に形成
されていればよいが、Ｃｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎの形成工
程で生じるリード端電極４の反りや変形を防ぐ目的で両
面に形成したものとすることもでき、Ｃｕ層５Ｃの素材
としてはＣｕ金属やＣｕ基合金を使用することができ、
Ｎｉ層５Ｎの素材としてはＮｉ金属やＮｉ基合金を使用
することができる。[0036] Thus, in the thermoelectric conversion module 1 Ru used in the present invention, on the lead end electrode 4, Cu layer 5C
Alternatively, the conductive metal layer 5 composed of the Ni layer 5N is formed on at least one surface, and such a Cu layer 5C or the Ni layer 5N may be formed on at least one surface of the lead end electrode 4. And the lead end electrode 4 may be formed on both sides in order to prevent the warpage and deformation of the lead end electrode 4 generated in the step of forming the Ni layer 5N. Cu metal or a Cu-based alloy may be used as a material of the Cu layer 5C. Can,
As a material of the Ni layer 5N, Ni metal or a Ni-based alloy can be used.
【手続補正１８】[Procedure amendment 18]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３７[Correction target item name] 0037
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３７】そして、リード端電極４の一部に網状（メ
ッシュ状）あるいは箔状（フォイル状）のＣｕ層５Ｃが
形成されている場合は、Ｃｕ層５Ｃの部分において選択
的にハンダないしはろう材とのぬれ性が良好であるた
め、モジュール間隔が狭く配置された状態で、絶縁を確
保したい部分にはハンダないしはろう材が付着しないも
のとし、電気的に接続したいＣｕ層５Ｃが形成された箇
所のみに制御性よくハンダないしはろう材を付着させる
ことができるようになるので、ハンダやろう材がはみ出
して流れることによる絶縁リークの不具合をなくし、電
気的な接続を簡便に行うことができることとなる。[0037] Then, the network-like part of the lead end electrode 4 (main
Mesh-like) there have the foil (if Cu layer 5C of the foil-like) is formed, for wettability and selectively soldering or brazing material in a portion of the Cu layer 5C is good, a module gap In such a state that the solder or brazing material is not adhered to a portion where insulation is to be ensured in a state where the Cu layer 5C to be electrically connected is formed, the solder or brazing material is adhered only to a portion where the Cu layer 5C to be electrically connected is formed. Therefore, it is possible to eliminate the problem of insulation leak due to the overflow and flow of the solder or brazing material, and to easily perform the electrical connection.
【手続補正１９】[Procedure amendment 19]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３９[Correction target item name] 0039
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３９】Ｃｕ層５Ｃとリード端電極４との間には、
接合層や熱応力緩和層などの中間層が形成されているも
のとすることもできる。そのリード端電極４の部分に
は、モジュール内の熱電素子特性や素子数にも依存する
が、数アンペア〜数十アンペアの電流が流れるため、Ｃ
ｕ層５Ｃとリード端電極４との接合界面は電気的に低抵
抗であることが重要である。すなわち、界面抵抗が高い
場合は、熱電素子部分で発電した電流をリード端子部分
で消費してしまうことになり、取り出される発電電力は
小さくなるので好ましくない。そして、Ｃｕ層５として
Ｃｕ箔状層やＣｕ網状層をろう付け接合した構成のもの
や、スポット溶接、レーザビーム溶接、超音波溶接した
構成のものが、界面抵抗が小さくなるので好ましい。Between the Cu layer 5C and the lead end electrode 4,
An intermediate layer such as a bonding layer or a thermal stress relaxation layer may be formed. Although a current of several amperes to several tens of amperes flows through the lead end electrode 4 depending on the thermoelectric element characteristics and the number of elements in the module, C
It is important that the junction interface between the u layer 5C and the lead end electrode 4 be electrically low-resistance. That is, when the interface resistance is high, the current generated in the thermoelectric element portion is consumed in the lead terminal portion, and the generated power to be taken out is not preferable. As the Cu layer 5, a structure in which a Cu foil layer or a Cu mesh layer is brazed, or a structure in which spot welding, laser beam welding, or ultrasonic welding is performed is preferable because the interface resistance is reduced.
【手続補正２０】[Procedure amendment 20]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４３[Correction target item name] 0043
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００４３】そして、リード端電極４の少なくとも片面
にＮｉ層５Ｎが形成されているものとした場合は、Ｃｕ
板あるいはＣｕ網（Ｃｕメッシュ）線と容易に必要な箇
所にだけ溶接することができ、モジュール内の熱電素子
２ｐ，２ｎと電極３ｈ，３ｌとの接合部などに障害を与
えることなく、界面抵抗が小さい状態で電気的な接続作
業を簡便に行うことができることとなる。When the Ni layer 5N is formed on at least one side of the lead end electrode 4, Cu
Plate or a Cu grid (C u mesh) lines and can easily be only welded where required, thermoelectric elements 2p in the module, 2n and the electrode 3h, without damaging the like junction with 3l, The electrical connection operation can be easily performed in a state where the interface resistance is small.
【手続補正２１】[Procedure amendment 21]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４５[Correction target item name] 0045
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００４５】本発明で用いる熱電変換モジュール１は、
そのリード端部の構成に特徴があり、リード端部を形成
する工程に依存するものではない。例えば、あらかじめ
Ｃｕ層５ＣやＮｉ層５Ｎが形成されたリード端電極４を
作成し、高温端電極３ｈおよび低温端電極３ｌと熱電素
子２ｐ，２ｎとを接合する工程と同時にリード端電極４
と熱電素子２ｐ，２ｎとを接合する工程を採ることがで
きる。The thermoelectric conversion module 1 Ru used in the present invention,
The configuration of the lead end is characteristic and does not depend on the step of forming the lead end. For example, the lead end electrode 4 on which the Cu layer 5C or the Ni layer 5N has been formed in advance is formed, and at the same time as the step of joining the high-temperature end electrode 3h and the low-temperature end electrode 31 with the thermoelectric elements 2p and 2n, the lead end electrode 4 is formed.
And a step of joining the thermoelectric elements 2p and 2n.
【手続補正２２】[Procedure amendment 22]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４６[Correction target item name] 0046
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００４６】また、Ｃｕ層５Ｃを形成する場合、一部に
Ｎｉ接着層を形成したリード端電極４を他の電極と同時
に熱電素子に接合した後に、網状あるいは箔状のＣｕ層
５Ｃを接合したり、隣接するモジュールや発電出力の取
り出しターミナルとＣｕ板とＣｕ網材で電気的に接続し
たりすることができる。[0046] In the case of forming a Cu layer 5C, the lead end electrode 4 formed of Ni adhesive layer on a part after bonding the thermoelectric elements at the same time as the other electrode, bonding the mesh-like or foil-like Cu layers 5C Alternatively, the module can be electrically connected to an adjacent module or a power generation output extraction terminal with a Cu plate and a Cu mesh material .
【手続補正２３】[Procedure amendment 23]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４７[Correction target item name] 0047
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００４７】ライン型熱電変換モジュールの設置数が多
い熱電発電装置では、あらかじめ複数のライン型熱電変
換モジュールを電気的に直列あるいは並列に接続したモ
ジュールブロックを作成しておいて、熱電発電装置に組
み込むことが考えられる。本発明による熱電変換モジュ
ールブロックの特徴は、複数のライン型熱電変換モジュ
ールを各モジュールの熱電素子列が平行となるように配
置し、リード端電極４上に形成したＣｕ層５Ｃ上に板状
あるいは網状をなすモジュール接続用Ｃｕ材をハンダ付
けして隣接する熱電変換モジュール１同士を電気的に接
続したことを特徴とするものである。あるいは、複数の
ライン型熱電変換モジュール１を各モジュールの熱電素
子列が平行となるように配置し、リード端電極４上に形
成したＮｉ層５Ｎ上に板状あるいは網状をなすモジュー
ル接続用Ｃｕ材を溶接して隣接する熱電変換モジュール
１同士を電気的に接続したことを特徴とするものであ
る。In a thermoelectric generator having a large number of line-type thermoelectric conversion modules, a module block in which a plurality of line-type thermoelectric conversion modules are electrically connected in series or in parallel is created in advance and incorporated into the thermoelectric generator. It is possible. Features of the thermoelectric conversion module block according to the invention, the plate a plurality of line-type thermoelectric conversion module arranged so as thermoelectric element array of each module is parallel, on the Cu layer 5C formed on the lead end electrode 4 or in which the Cu material for module connection forming a mesh-like by soldering, characterized in that electrically connecting the thermoelectric conversion module 1 adjacent to each other. Alternatively, multiple
The line-type thermoelectric conversion module 1 arranged such thermoelectric element array for each module are parallel welding module connection Cu material constituting the plate-shaped or mesh-shaped in lead end electrode 4 on the formed Ni layer 5N Then, adjacent thermoelectric conversion modules 1 are electrically connected to each other.
【手続補正２４】[Procedure amendment 24]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４８[Correction target item name] 0048
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００４８】また、隣接する熱電変換モジュール１の側
面同士の間に、ペーパー状、綿状あるいは薄板状をなす
セラミックスなどの絶縁材を配置したことを特徴とする
モジュールブロックである。本発明の熱電変換モジュー
ルブロックの特徴は、ライン型熱電変換モジュールの複
数個を、各熱電素子列と相互に平行となるように配置
し、隣接するモジュールのリード端電極同士をＣｕ板あ
るいはＣｕ網材などのモジュール接続用導電材をハンダ
付けあるいは溶接することにより電気的に接続したもの
であり、各熱電変換モジュールの熱電素子列の側面は、
隣接するモジュールの側面と接着されていないものとし
たところに特徴がある。そして、相隣接する側面の間
は、リード端電極同士を電気的に接続するＣｕ板の形状
などにより一定間隔の隙間をあけたものとしてモジュー
ルブロックに形成したものとすることができる。A module block characterized in that an insulating material such as paper-like, cotton-like or thin-plate-like ceramics is arranged between the side surfaces of adjacent thermoelectric conversion modules 1. Features of the thermoelectric conversion module block of the present invention, a plurality of line-type thermoelectric conversion module, and arranged parallel to each thermoelectric element array and another, the lead end electrodes of the adjacent modules Cu plate or a Cu It is electrically connected by soldering or welding a conductive material for module connection such as mesh material , and the side of the thermoelectric element row of each thermoelectric conversion module is
The feature is that it is not bonded to the side surface of the adjacent module. The adjacent side surfaces may be formed in the module block with a predetermined gap therebetween by the shape of a Cu plate for electrically connecting the lead end electrodes.
【手続補正２５】[Procedure amendment 25]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５１[Correction target item name] 0051
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明による熱電発電用熱電変換モジュ
ールブロックでは、請求項１に記載しているように、複
数の熱電変換モジュールを電気的に接続した熱電発電用
熱電変換モジュールブロックにおいて、少なくとも２対
以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互に１列に配置され、
交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電素子が高温端および
低温端にそれぞれ形成した電極を介して電気的に直列に
接続され、熱電素子配列のうち両方の端部に位置する熱
電素子の低温端側に発電出力を取り出すリード端電極が
形成され、リード端電極が板状をなすと共に熱電素子列
と平行な方向に突出しており、板状をなすリード端電極
の少なくとも片面にＣｕ層が形成されているライン型熱
電変換モジュールを用い、モジュールを構成する熱電素
子列の側面同士を相互に間隔のあいた状態として平行に
配置し、リード端電極に形成したＣｕ層に板状ないしは
網状をなすモジュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する
熱電変換モジュール同士を電気的に接続したものとした
から、熱電変換モジュールの両端に大きな温度差が生じ
た場合でも、熱電変換モジュールが反ることによる発電
出力の低下を防止することが可能であるとともに、多数
のモジュールを設置してその設置密度を高いものとする
ことが可能でありかつまた設置密度を高くしたときでも
モジュール間の電気的接続を行う場合の作業が簡便にで
き、余分なハンダやろう材の付着に起因する絶縁破壊の
発生を防止することが可能であり、熱源からの熱流が逃
げてしまうことによる発電損失の原因となっていたモジ
ュール間の隙間を最小限にして、熱源表面に高密度に熱
電変換モジュールが配置できるものとなることにより、
コンパクトでありながら発電効率の高い熱電発電装置を
実現するとともに、モジュール間の電気的接続は簡便に
かつ接続不良による発電出力の損失をなくして行うこと
ができ、さらには、断面が円形や楕円形の排気管などに
も容易に設置することが可能であり、排気流方向に沿っ
て電気的に直列および並列に接続するモジュール数を変
えることによる発電出力の最適化制御をも簡便に行うこ
とができ、モジュールの設置数が多い場合であってもそ
れらの設置および電気的な接続を簡便に行うことが可能
であると共に、モジュール両端の温度差によるモジュー
ルブロックの反りが低減することにより設置圧力の低い
コンパクトなモジュールブロックとすることができ、コ
ンパクトでありながら発電効率の高い熱電発電装置を得
ることが可能であるという著しく優れた効果がもたらさ
れる。 そして、請求項２に記載しているように、板状を
なすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層としてＣｕ
網状層あるいはＣｕ箔状層がろう付け接合されているも
のとすることによって、リード端電極とＣｕ層との間で
の界面抵抗を小さなものとすることができると共に、隣
接する熱電変換モジュールを電気的に接続する場合にリ
ード端電極とその他の電極ないしは導電材との間の接合
部などに剥離やクラックなどの不具合を発生させるのを
防止することが可能であり、発電電力の損失を小さなも
のとすることが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。 また、請求項３に記載しているように、板
状をなすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層として
Ｃｕ網状層あるいはＣｕ箔状層が溶接接合されているも
のとすることによって、リード端電極とＣｕ層との間で
の界面抵抗を小さなものとすることができると共に、隣
接する熱電変換モジュールを電気的に接続する場合にリ
ード端電極とその他の電極ないしは導電材との間の接合
部などに剥離やクラックなどの不具合を発生させるのを
防止することが可能であり、発電電力の損失を小さなも
のとすることが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。さらに、請求項４に記載しているように、
高温端と低温端にそれぞれ形成した電極およびリード端
電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、ＷおよびＷ基合金、Ｓ
ＵＳ（ステンレス鋼）系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうち
から選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、板状を
なすリード端電極とＣｕ層との間にＮｉ基合金からなる
接合層ないしは中間層が形成されているものとすること
によって、リード端部の界面抵抗を小さくすることがで
きると共に、自動車排気ガスを高温端側とする場合のよ
うな大きな温度差を生じる環境で使用したときでも熱応
力による熱電素子部分と電極部分との間での剥離や熱電
素子の割れを誘発することなく電気的損失の少ないリー
ド端部を形成できることになるという著しく優れた効果
がもたらされる。 In the thermoelectric conversion module block thermoelectric generator according to the present invention, as set forth in claim 1, double
For thermoelectric generation by connecting several thermoelectric conversion modules electrically
In the thermoelectric conversion module block, at least two or more pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row,
The p-type and n-type thermoelectric elements alternately arranged are electrically connected in series via electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, and the thermoelectric elements located at both ends of the thermoelectric element array are arranged. A lead end electrode for taking out the power generation output is formed on the low temperature end side, the lead end electrode is formed in a plate shape and protrudes in a direction parallel to the thermoelectric element row, and a Cu layer is formed on at least one surface of the plate-shaped lead end electrode. Line type heat being formed
Thermoelectric elements that make up modules using power conversion modules
The sides of the child row are parallel to each other with a space between them
Placed on the Cu layer formed on the lead end electrode,
Adjacent by joining the mesh-like Cu material for module connection
Since the thermoelectric conversion modules are electrically connected to each other, even when a large temperature difference occurs at both ends of the thermoelectric conversion module, it is possible to prevent a decrease in power generation output due to warpage of the thermoelectric conversion module. In addition, it is possible to increase the installation density by installing a large number of modules, and even when the installation density is increased, the work of making electrical connection between the modules can be simplified, and extra soldering can be performed. It is possible to prevent the occurrence of insulation breakdown due to the adhesion of brazing filler metal and minimize the gap between modules, which caused power generation loss due to the escape of heat flow from the heat source. By being able to arrange thermoelectric conversion modules on the surface at high density,
In addition to realizing a compact thermoelectric generator with high power generation efficiency, electrical connection between modules can be made easily and without loss of power generation output due to poor connection. It can be easily installed in the exhaust pipe of the vehicle, and the optimization of the power generation output by changing the number of modules connected electrically in series and parallel along the exhaust flow direction can be easily performed. Yes, even if there are many modules
Easy installation and electrical connection
And the temperature difference between both ends of the module
Low installation pressure due to reduced warpage
It can be a compact module block,
Obtaining a compact thermoelectric generator with high power generation efficiency
Leads to significantly better effect that it is possible
It is. And as described in claim 2, the plate shape
Cu as a Cu layer on at least one side of
When the mesh layer or Cu foil layer is brazed
As a result, between the lead end electrode and the Cu layer,
Interface resistance can be reduced, and
When connecting the thermoelectric conversion module to
Bonding between the lead end electrode and other electrodes or conductive materials
Cause defects such as peeling and cracks in the parts
It is possible to prevent power loss
The remarkably excellent effect that it is possible to
It is done. Also, as described in claim 3, the plate
A Cu layer on at least one side of the lead electrode
The Cu mesh layer or Cu foil layer is welded
As a result, between the lead end electrode and the Cu layer,
Interface resistance can be reduced, and
When connecting the thermoelectric conversion module to
Bonding between the lead end electrode and other electrodes or conductive materials
Cause defects such as peeling and cracks in the parts
It is possible to prevent power loss
The remarkably excellent effect that it is possible to
It is done. Further, as described in claim 4,
Electrodes and lead ends formed at hot end and cold end respectively
The electrode is made of Mo and Mo-based alloy, W and W-based alloy, S
US (stainless steel) alloy, Ni-Cr alloy
Composed of at least one metal selected from the group consisting of
Made of Ni-base alloy between lead end electrode and Cu layer
The bonding layer or intermediate layer must be formed
This can reduce the interface resistance at the lead end.
When the vehicle exhaust gas is at the hot end.
Even when used in an environment where large temperature differences occur.
Separation or thermoelectricity between the thermoelectric element and electrode due to force
Lead with low electrical loss without inducing element cracking
Remarkably excellent effect that the end of the gate can be formed
Is brought.
【手続補正２６】[Procedure amendment 26]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５２[Correction target item name] 0052
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正２７】[Procedure amendment 27]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５３[Correction target item name] 0053
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正２８】[Procedure amendment 28]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５４[Correction target item name] 0054
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正２９】[Procedure amendment 29]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５５[Correction target item name] 0055
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正３０】[Procedure amendment 30]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５６[Correction target item name] 0056
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正３１】[Procedure amendment 31]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５７[Correction target item name] 0057
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００５７】同じく、本発明に係わる熱電発電用熱電変
換モジュールブロックでは、請求項５に記載しているよ
うに、複数の熱電変換モジュールを電気的に接続した熱
電発電用熱電変換モジュールブロックにおいて、少なく
とも２対以上のｐ型とｎ型の熱電素子が交互に１列に配
置され、交互に配置されたｐ型とｎ型の熱電素子が高温
端および低温端にそれぞれ形成した電極を介して電気的
に直列に接続され、熱電素子配列のうち両方の端部に位
置する熱電素子の低温端側に発電出力を取り出すリード
端電極が形成され、高温端と低温端にそれぞれ形成した
電極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、Ｗ
およびＷ基合金、ＳＵＳ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のう
ちから選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、リー
ド端電極が板状をなすと共に熱電素子列と平行な方向に
突出しており、板状をなすリード端電極の少なくとも片
面にＮｉ層が形成されているライン型熱電変換モジュー
ルを用い、モジュールを構成する熱電素子列の側面同士
を相互に間隔のあいた状態として平行に配置し、リード
端電極に形成したＮｉ層に板状ないしは網状をなすモジ
ュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変換モジュ
ール同士を電気的に接続したものとしたから、熱電変換
モジュールの両端に大きな温度差が生じた場合でも、熱
電変換モジュールが反ることによる発電出力の低下を防
止することが可能であるとともに、多数のモジュールを
設置してその設置密度を高いものとすることが可能であ
りかつまた設置密度を高くしたときでもモジュール間の
電気的接続を行う場合の作業が簡便にでき、余分なハン
ダやろう材の付着に起因する絶縁破壊の発生を防止する
ことが可能であり、スポット溶接やレーザ溶接などによ
ってモジュール間の電気的な接続を行うことが可能であ
るため、接続に必要なモジュール間の隙間を小さなもの
とすることができるのでモジュールの小型化を実現する
ことが可能であり、熱源からの熱流が逃げてしまうこと
による発電損失の原因となっていたモジュール間の隙間
を最小限にして、熱源表面に高密度に熱電変換モジュー
ルが配置できるものとなることにより、コンパクトであ
りながら発電効率の高い熱電発電装置を実現するととも
に、モジュール間の電気的接続は簡便にかつ接続不良に
よる発電出力の損失をなくして行うことができ、さらに
は、断面が円形や楕円形の排気管などにも容易に設置す
ることが可能であり、排気流方向に沿って電気的に直列
および並列に接続するモジュール数を変えることによる
発電出力の最適化制御をも簡便に行うことができ、モジ
ュールの設置数が多い場合であってもそれらの設置およ
び電気的な接続を簡便に行うことが可能であると共に、
モジュール両端の温度差によるモジュールブロックの反
りが低減することにより設置圧力の低いコンパクトなモ
ジュールブロックとすることができ、コンパクトであり
ながら発電効率の高い熱電発電装置を得ることが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。[0057] Also, in the thermoelectric power generating thermoelectric conversion module block according to the present invention, as set forth in claim 5, the heat by electrically connecting a plurality of thermoelectric conversion module
In the thermoelectric conversion module block for power generation, less
In each case, two or more pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row.
The p-type and n-type thermoelectric elements
Electrical connection through the electrodes formed at
Connected in series at both ends of the thermoelectric array.
Lead for taking out the power generation output on the low-temperature end side of the thermoelectric element to be placed
End electrodes were formed and formed at the hot end and the cold end, respectively.
The electrode and the lead end electrode are made of Mo and a Mo-based alloy, W
And W-based alloys, SUS-based alloys, Ni-Cr-based alloys
At least one metal selected from the group consisting of
The end electrode has a plate-like shape and is parallel to the thermoelectric element row.
At least one of the protruding and plate-shaped lead end electrodes
Using a line-type thermoelectric conversion module having a Ni layer formed on its surface, the side faces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other spaced apart from each other, and a plate is formed on the Ni layer formed on the lead end electrode. Jo or a thermoelectric conversion module which are adjacent to bonding the Cu material for module connection forming a net-like from the to that electrically connected, the thermoelectric conversion
Even if there is a large temperature difference at both ends of the module,
Prevents power generation output from dropping due to warpage of power conversion module
Can be stopped and a large number of modules can be
It is possible to increase the installation density by installing
Even when the installation density is high,
The work for making electrical connections can be simplified, and
Prevents dielectric breakdown caused by adhesion of solder or brazing material
Can be performed by spot welding or laser welding.
It is possible to make electrical connection between modules by
The gap between modules required for connection is small.
To realize the miniaturization of the module
And the heat flow from the heat source escapes
Gap between modules that caused power generation loss due to
The thermoelectric conversion module on the heat source surface with high density
Can be arranged, making it compact.
To realize a thermoelectric generator with high power generation efficiency
In addition, the electrical connection between modules is simple and poor.
Loss of power generation output due to
Can be easily installed on exhaust pipes with circular or elliptical cross sections.
Can be electrically connected in series along the exhaust flow direction.
And by changing the number of modules connected in parallel
The power generation output optimization control can also be easily performed, and even when the number of installed modules is large, their installation and electrical connection can be easily performed, and
By reducing the warpage of the module block due to the temperature difference between both ends of the module, it is possible to make the module block compact with low installation pressure, and it is extremely excellent that it is possible to obtain a thermoelectric generator that is compact and has high power generation efficiency. The effect is brought about.
【手続補正３２】[Procedure amendment 32]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５８[Correction target item name] 0058
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００５８】そして、請求項６に記載しているように、
隣接する熱電変換モジュール側面同士の間隔内部に、電
気絶縁性のペーパー状，綿状あるいは薄板状をなすセラ
ミックス等の絶縁材を介在させたものとすることによっ
て、モジュールブロックの反りによる熱源とモジュール
ブロックとの間の熱接触の低下を防止することができ、
また、モジュール間の絶縁をより確実なものにすること
が可能であると共に高温側熱源から低温側熱源への伝達
や輻射によって熱が逃げるのを少なくして発電損失の低
下を防ぐことができ、発電効率のより高い熱電発電装置
を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。And, as described in claim 6 ,
A heat source due to warpage of the module block and the module block are provided by interposing an electrically insulating paper-like, cotton-like, or thin-plate-like insulating material such as ceramics inside the space between adjacent thermoelectric conversion module side faces. Can prevent a decrease in thermal contact between the
In addition, it is possible to make the insulation between the modules more reliable, and it is possible to prevent heat from escaping due to transmission or radiation from the high-temperature side heat source to the low-temperature side heat source, thereby preventing a reduction in power generation loss, A remarkably excellent effect that a thermoelectric generator having higher power generation efficiency can be obtained is obtained.
【手続補正３３】[Procedure amendment 33]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００６２[Correction target item name] 0062
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００６２】同時に、熱電素子列の両端に位置する熱電
素子２ｐ，２ｎの低温端にはＭｏ製のリード端電極４を
ろう付けにより接合し、さらに、リード端電極４の先端
には導電性金属層５としてのＣｕ網状層５ＣをＮｉろう
材を用いてろう付けにより接合することによってライン
型熱電変換モジュール１を作製した。At the same time, a lead electrode 4 made of Mo is joined to the low-temperature ends of the thermoelectric elements 2p and 2n located at both ends of the thermoelectric element row by brazing, and a conductive metal is attached to the tip of the lead end electrode 4. The line type thermoelectric conversion module 1 was produced by joining the Cu mesh layer 5C as the layer 5 by brazing using a Ni brazing material.
【手続補正３４】[Procedure amendment 34]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００６４[Correction target item name] 0064
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００６４】このように、本発明で用いるライン型熱電
変換モジュール１の構造およびリード端電極４の構成と
することによって、熱電素子内部や熱電素子と電極との
間にクラックを発生させて断線させることなく、モジュ
ール同士の電気的接続作業に必要なハンダのせ工程を簡
便に行うことができるものとなっていた。[0064] disconnection Thus, by generating cracks during by the configuration of the structure and lead end electrode 4 of the line type thermoelectric conversion module 1 Ru used in the present invention, the thermoelectric elements inside or thermoelectric element and the electrode Without this, the soldering step required for the electrical connection between the modules can be easily performed.
【手続補正３５】[Procedure amendment 35]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００６５[Correction target item name] 0065
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００６５】（実施例２）実施例１で作成した熱電変換
モジュール１の１０本を図６に示すように並べて配置し
た。そして、図には示していないが、各モジュール１の
側面同士の間隔の内部には、絶縁材として０．５ｍｍ厚
さのセラミックスペーパーを挟んであるものとしてい
る。そしてさらに、各モジュール１はｐ型熱電素子２ｐ
とｎ型熱電素子２ｎとが交互に端部に来るように配置
し、全モジュール１を電気的に直列となるようにモジュ
ール接続用Ｃｕ材９としてＣｕ網線をハンダ付けして結
線した。そしてさらに、両端に設置したモジュール１の
片端のリード端電極４には、発電出力取り出し用のＣｕ
網線１０を結線して、熱電変換モジュールブロック１１
を作製した。Example 2 Ten thermoelectric conversion modules 1 prepared in Example 1 were arranged side by side as shown in FIG. Although not shown in the figure, a ceramic paper having a thickness of 0.5 mm is sandwiched between the sides of each module 1 as an insulating material. Further, each module 1 is a p-type thermoelectric element 2p
And the n-type thermoelectric elements 2n were alternately arranged at the ends, and all the modules 1 were connected by soldering a Cu mesh wire as the Cu material 9 for module connection so as to be electrically in series. Further, a lead end electrode 4 at one end of the module 1 installed at both ends is provided with a Cu for extracting power generation output.
The mesh wire 10 is connected to the thermoelectric conversion module block 11
Was prepared.
【手続補正３６】[Procedure amendment 36]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００６６[Correction target item name] 0066
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００６６】次いで、この熱電変換モジュールブロック
１１のリード端電極４が接合されていない端面（図６の
上面）を高温端とし、絶縁処理をしたヒーターブロック
の上に逆向きにして設置すると共に、低温端側に絶縁処
理を施した水冷板を設置し、水冷板の上部から油圧式の
プレス機で加圧して設置圧力を調整した。また、モジュ
ールブロック１１の発電出力取り出し用Ｃｕ網線１０
は、主に、電圧計、電流計および外部抵抗から構成され
る発電出力測定系に結線した。Next, the end surface of the thermoelectric conversion module block 11 to which the lead electrode 4 is not bonded (the upper surface in FIG. 6) is set to the high temperature end, and is installed on the insulated heater block in the opposite direction. A water-cooled plate subjected to insulation treatment was installed on the low-temperature end side, and the installation pressure was adjusted by applying pressure from above the water-cooled plate with a hydraulic press. Further, the Cu net wire 10 for taking out the power generation output of the module block 11
Was connected to a power generation output measurement system mainly composed of a voltmeter, an ammeter and an external resistor.
【手続補正３７】[Procedure amendment 37]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図１[Correction target item name] Fig. 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図１】 FIG.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 楠 真 弘 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 (72)発明者 茅 本 隆 司 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 (72)発明者 櫛 引 圭 子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 篠 原 和 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 小 林 正 和 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 古 谷 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiro Okunusu 3-10-10 Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Japan Hojo Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Kayamoto 3-chome Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 10 Within Nihon Hojo Co., Ltd. (72) Keiko Kushibiki, the inventor of Nissan Motor Co., Ltd., 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture (72) Kazuhiko Shinohara 2, Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Inside (72) Inventor Masakazu Kobayashi Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Furuya 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref.
Claims (8)
素子が交互に１列に配置され、交互に配置されたｐ型と
ｎ型の熱電素子が高温端および低温端にそれぞれ形成し
た電極を介して電気的に直列に接続され、熱電素子配列
のうち両方の端部に位置する熱電素子の低温端側に発電
出力を取り出すリード端電極が形成されている構成の熱
電変換モジュールにおいて、リード端電極が板状をなす
と共に熱電素子列と平行な方向に突出しており、板状を
なすリード端電極の少なくとも片面にＣｕ層が形成され
ていることを特徴とするライン型熱電変換モジュール。At least two pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row, and alternately arranged p-type and n-type thermoelectric elements are formed at a high-temperature end and a low-temperature end, respectively. In a thermoelectric conversion module having a configuration in which a lead-end electrode for taking out a power generation output is formed on a low-temperature end side of a thermoelectric element located at both ends of a thermoelectric element array, which is electrically connected in series via an electrode, A line-type thermoelectric conversion module, wherein a lead-end electrode has a plate shape and protrudes in a direction parallel to a thermoelectric element row, and a Cu layer is formed on at least one surface of the plate-like lead end electrode.
面にＣｕ層としてＣｕメッシュ層あるいはＣｕフォイル
層がろう付け接合されていることを特徴とする請求項１
に記載のライン型熱電変換モジュール。2. A Cu mesh layer or a Cu foil layer as a Cu layer is brazed to at least one surface of a plate-shaped lead end electrode.
The line-type thermoelectric conversion module according to 1.
面にＣｕ層としてＣｕメッシュ層あるいはＣｕフォイル
層が溶接接合されていることを特徴とする請求項１に記
載のライン型熱電変換モジュール。3. The line type thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein a Cu mesh layer or a Cu foil layer as a Cu layer is welded to at least one surface of the plate-shaped lead end electrode.
およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基合金、Ｗおよ
びＷ基合金、ＳＵＳ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金のうちか
ら選ばれる少なくとも１種の金属で構成され、板状をな
すリード端電極とＣｕ層との間にＮｉ基合金からなる接
合層ないしは中間層が形成されていることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載のライン型熱電変換
モジュール。4. An electrode and a lead end electrode formed at a high-temperature end and a low-temperature end, respectively, are at least one selected from Mo and Mo-based alloys, W and W-based alloys, SUS-based alloys, and Ni-Cr-based alloys. 4. A bonding layer or an intermediate layer made of a Ni-based alloy is formed between a plate-like lead end electrode and a Cu layer, the bonding layer being formed of the above metal and a Cu layer. Line type thermoelectric conversion module.
素子が交互に１列に配置され、交互に配置されたｐ型と
ｎ型の熱電素子が高温端および低温端にそれぞれ形成し
た電極を介して電気的に直列に接続され、熱電素子配列
のうち両方の端部に位置する熱電素子の低温端側に発電
出力を取り出すリード端電極が形成されている構成の熱
電変換モジュールにおいて、高温端と低温端にそれぞれ
形成した電極およびリード端電極が、ＭｏおよびＭｏ基
合金、ＷおよびＷ基合金、ＳＵＳ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系
合金のうちから選ばれる少なくとも１種の金属で構成さ
れ、リード端電極が板状をなすと共に熱電素子列と平行
な方向に突出しており、板状をなすリード端電極の少な
くとも片面にＮｉ層が形成されていることを特徴とする
ライン型熱電変換モジュール。5. At least two or more pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are alternately arranged in one row, and alternately arranged p-type and n-type thermoelectric elements are formed at a high-temperature end and a low-temperature end, respectively. In a thermoelectric conversion module having a configuration in which a lead-end electrode for taking out a power generation output is formed on a low-temperature end side of a thermoelectric element located at both ends of a thermoelectric element array, which is electrically connected in series via an electrode, The electrodes formed at the high-temperature end and the low-temperature end, respectively, are formed of at least one metal selected from Mo and Mo-based alloys, W and W-based alloys, SUS-based alloys, and Ni-Cr-based alloys. A line-type thermoelectric conversion module characterized in that the lead end electrodes are plate-shaped and protrude in a direction parallel to the thermoelectric element rows, and a Ni layer is formed on at least one surface of the plate-shaped lead end electrodes. Jules.
続した熱電変換モジュールブロックにおいて、請求項１
ないし４のいずれかに記載のライン型熱電変換モジュー
ルを用い、モジュールを構成する熱電素子列の側面同士
を相互に間隔のあいた状態として平行に配置し、リード
端電極に形成したＣｕ層にプレート状ないしはメッシュ
状をなすモジュール接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱
電変換モジュール同士を電気的に接続したことを特徴と
する熱電変換モジュールブロック。6. A thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected.
4. The line type thermoelectric conversion module according to any one of (1) to (4), wherein the side surfaces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other being spaced apart from each other, and the plate shape is formed on the Cu layer formed on the lead end electrode. A thermoelectric conversion module block, characterized in that a mesh-like Cu material for module connection is joined to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules.
続した熱電変換モジュールブロックにおいて、請求項５
に記載のライン型熱電変換モジュールを用い、モジュー
ルを構成する熱電素子列の側面同士を相互に間隔のあい
た状態として平行に配置し、リード端電極に形成したＮ
ｉ層にプレート状ないしはメッシュ状をなすモジュール
接続用Ｃｕ材を接合して隣接する熱電変換モジュール同
士を電気的に接続したことを特徴とする熱電変換モジュ
ールブロック。7. A thermoelectric conversion module block in which a plurality of thermoelectric conversion modules are electrically connected.
, The side faces of the thermoelectric element rows constituting the module are arranged in parallel with each other at an interval, and N is formed on the lead end electrode.
A thermoelectric conversion module block, characterized in that a plate-shaped or mesh-shaped Cu material for module connection is joined to the i-layer to electrically connect adjacent thermoelectric conversion modules.
間隔内部に、電気絶縁性のペーパー状，綿状あるいは薄
板状をなすセラミックスを介在させたことを特徴とする
請求項６または７に記載の熱電変換モジュールブロッ
ク。8. The thermoelectric device according to claim 6, wherein an electrically insulating paper-like, cotton-like, or thin-plate-like ceramic is interposed in a space between adjacent thermoelectric conversion module side surfaces. Conversion module block.
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