JP2009141079A - Thermoelectric element module - Google Patents

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佳恭 武藤
Mitsuaki Kobayashi
三昭 小林
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山田　　信一
Yoshihisa Suda
吉久 須田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric element module of excellent heat conductivity and excellent heat efficiency compared to a substrate using a general carbon material. <P>SOLUTION: A plurality of n type semiconductors 3-1, 3-2 and 3-3, etc., and a plurality of p type semiconductors 4-1, 4-2 and 4-3, etc., are arrayed in a flat shape between carbon substrates 1 and 2 arranged facing each other, and both ends of the n type semiconductors and the p type semiconductors are alternately connected by metal electrodes 6-1, 6-2 and 6-3, etc., formed on the side of one carbon substrate 1 and metal electrodes 8-1, 8-2 and 8-3, etc., formed on the side of the other carbon substrate 2. A highly heat conductive carbon composite material is used for the carbon substrates 1 and 2 and a heat insulator 11 is filled in a gap between the carbon substrates 1 and 2. As the highly heat conductive carbon composite material, a highly anisotropic graphite/amorphous carbon composite material or an amorphous carbon/carbon nanotube composite material is used. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゼーベック効果を利用する発電用素子モジュール又はペルチェ効果を利用する冷却／加熱用素子モジュールに適用可能な熱電素子モジュールに関する。   The present invention relates to a thermoelectric element module applicable to a power generating element module using the Seebeck effect or a cooling / heating element module using the Peltier effect.

従来、複数の基板を対向配置し、各基板の対向面にそれぞれ金属電極を接合し、該金属電極を介してｎ型半導体とｐ型半導体を交互に接続した熱電素子モジュールが知られている。熱電素子モジュールでは、ｎ型半導体とｐ型半導体とを接続した接続部を高温側端部として高温に保持する一方、該高温側端部と反対側となるｎ型半導体及びｐ型半導体の脚部を低温側端部として低温に保持することにより、ゼーベック効果で高温側端部と低温側端部との間の温度差に起因して起電力が発生する。発電用熱電素子モジュールの場合、この起電力を発電電力として回収する。また、ｎ型半導体の脚部に正の電圧を印加し、ｐ型半導体の脚部に負の電圧を印加することにより、これら脚部とは反対側となるｎ型半導体とｐ型半導体との接続部に熱が発生する。冷却／加熱用熱電素子モジュールの場合、ｎ型半導体とｐ型半導体との接続部が加熱される一方、ｎ型半導体及びｐ型半導体の脚部が熱移動により冷却される。   2. Description of the Related Art Conventionally, a thermoelectric element module is known in which a plurality of substrates are arranged to face each other, metal electrodes are bonded to opposite surfaces of each substrate, and n-type semiconductors and p-type semiconductors are alternately connected via the metal electrodes. In the thermoelectric element module, the connection portion connecting the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is held at a high temperature as the high-temperature side end, while the n-type semiconductor and the p-type semiconductor legs on the opposite side to the high-temperature side end Is kept at a low temperature as the low temperature side end, and an electromotive force is generated due to a temperature difference between the high temperature side end and the low temperature side end due to the Seebeck effect. In the case of a thermoelectric element module for power generation, this electromotive force is recovered as generated power. Further, by applying a positive voltage to the legs of the n-type semiconductor and applying a negative voltage to the legs of the p-type semiconductor, the n-type semiconductor and the p-type semiconductor that are opposite to the legs are separated. Heat is generated at the connection. In the case of the thermoelectric element module for cooling / heating, the connection portion between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is heated, while the legs of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor are cooled by heat transfer.

上記発電用熱電素子モジュール又は冷却／加熱用熱電素子モジュールは熱エネルギーから電気エネルギー、又はその逆へ直接変換が可能であることから、未利用の熱エネルギーを利用でき、また環境への負荷が少ない熱交換システムを実現できる。   The thermoelectric element module for power generation or the thermoelectric element module for cooling / heating can directly convert heat energy to electric energy or vice versa, so that unused heat energy can be used and the load on the environment is small. A heat exchange system can be realized.

ところで、熱電素子モジュールに用いられる基板は、ｎ型半導体及びｐ型半導体に対して熱を良好に伝達し、またｎ型半導体及びｐ型半導体の熱を外部へ良好に伝達することのできる熱伝導率の良いものが望まれる。熱伝導率の良い材料として金属基板が考えられるが、ｎ型半導体及びｐ型半導体との熱膨張率の差が大きいために、接合面に亀裂が生じて長期使用には適さないと考えられる。   By the way, the board | substrate used for a thermoelectric element module transfers heat favorably with respect to an n-type semiconductor and a p-type semiconductor, and the heat conduction which can transfer the heat of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor favorably outside. A good rate is desired. A metal substrate can be considered as a material having good thermal conductivity. However, since the difference in thermal expansion coefficient between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is large, it is considered that the joint surface is cracked and is not suitable for long-term use.

また、熱電素子モジュールの基板としてセラミック基板を用いれば、熱膨張率はｎ型半導体及びｐ型半導体とほぼ同じであるため、接合面に亀裂が入る危険は少なくなる。しかし、セラミック基板は金属基板に比べて熱伝導率が小さく、基板からｎ型半導体及びｐ型半導体に熱を良好に伝達できないという欠点がある。   Further, when a ceramic substrate is used as the substrate of the thermoelectric element module, the coefficient of thermal expansion is almost the same as that of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, so that the risk of cracks in the joint surface is reduced. However, the ceramic substrate has a drawback that it has a lower thermal conductivity than the metal substrate and cannot transfer heat from the substrate to the n-type semiconductor and the p-type semiconductor.

また、炭素質材料からなる炭素質基板は、基板の熱伝導性が優れ、熱効率が良く、かつ基板の熱膨張率が半導体のそれと類似し、有害な大きな熱応力が発生することのない熱電素子モジュール用基板であるとされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には炭素質基板の具体例として炭素繊維強化炭素複合材料、等方性高密度炭素材料が記載されている。
特開２００１−１３５８６７号公報 A carbonaceous substrate made of a carbonaceous material is a thermoelectric element that has excellent thermal conductivity, good thermal efficiency, and a thermal expansion coefficient of the substrate similar to that of a semiconductor, so that no harmful large thermal stress is generated. It is assumed that it is a module substrate (for example, see Patent Document 1). Patent Document 1 describes a carbon fiber reinforced carbon composite material and an isotropic high-density carbon material as specific examples of the carbonaceous substrate.
JP 2001-135867 A

しかしながら、特許文献１に記載された炭素繊維強化炭素複合材料、等方性高密度炭素材料といった一般炭素材の熱伝導率は、一般に銅の１／３程度であることから、一般炭素材を基板材料に用いたとしても、基板での熱損失を十分に抑えることはできなかった。   However, since the thermal conductivity of a general carbon material such as the carbon fiber reinforced carbon composite material and the isotropic high-density carbon material described in Patent Document 1 is generally about 1/3 that of copper, the general carbon material is used as a substrate. Even if it was used as a material, heat loss in the substrate could not be sufficiently suppressed.

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れていて熱効率が良く、かつ基板と半導体との熱膨張率の差が小さく熱応力が発生することのない高信頼性の熱電素子モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is superior in thermal conductivity and thermal efficiency compared to a substrate using a general carbon material, and there is a difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor. It is an object of the present invention to provide a highly reliable thermoelectric element module that is small and does not generate thermal stress.

本発明の熱電素子モジュールは、対向して配置された複数の基板と、前記基板間に離間して配置された複数のｎ型及びｐ型半導体と、前記各基板の対向面に形成され前記ｎ型及びｐ型半導体を交互に接続する複数の金属電極と、前記各金属電極と前記各基板とを絶縁する絶縁層とを備えた熱電素子モジュールであって、前記基板は高熱伝導性カーボン複合材で構成されることを特徴とする。   The thermoelectric module according to the present invention includes a plurality of substrates arranged opposite to each other, a plurality of n-type and p-type semiconductors arranged apart from each other, and n facing each substrate. Thermoelectric element module comprising a plurality of metal electrodes for alternately connecting a p-type semiconductor and a p-type semiconductor, and an insulating layer for insulating each metal electrode and each substrate, wherein the substrate is a high thermal conductivity carbon composite material It is characterized by comprising.

このように構成された熱電素子モジュールによれば、モジュール外と熱交換する基板が一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れた高熱伝導性カーボン複合材で構成されたので、基板での熱損失を大幅に軽減することができ、熱効率を改善することができる。   According to the thermoelectric element module configured in this way, the substrate that exchanges heat with the outside of the module is composed of a high thermal conductivity carbon composite material that is superior in thermal conductivity to a substrate using a general carbon material. Heat loss can be greatly reduced, and thermal efficiency can be improved.

前記高熱伝導性カーボン複合材として、高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材又はアモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材を用いることができる。   As the high thermal conductivity carbon composite material, a highly anisotropic graphite / amorphous carbon composite material or an amorphous carbon / carbon nanotube composite material can be used.

上記熱電素子モジュールにおいて、前記ｎ型半導体及びｐ型半導体の周囲に形成される隙間に断熱材を充填することが望ましく、前記断熱材としてシリカ系エアロゲルを用いることができる。これにより、モジュール内の熱対流及び輻射熱による熱エネルギーの損失が抑制され、発電効率を高めることができる。   In the thermoelectric element module, it is desirable to fill a gap formed around the n-type semiconductor and the p-type semiconductor with a heat insulating material, and silica-based aerogel can be used as the heat insulating material. Thereby, the loss of the thermal energy by the thermal convection in a module and a radiant heat is suppressed, and electric power generation efficiency can be improved.

上記熱電素子モジュールにおいて、前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する少なくとの一方の基板に放熱／吸熱板を設けることにより、モジュール端部での放熱または吸熱を効率良く行うことができる。   In the thermoelectric element module, by providing a heat dissipation / heat absorption plate on at least one of the plurality of substrates located at the module end, heat dissipation or heat absorption at the module end can be efficiently performed.

また本発明は、上記熱電素子モジュールにおいて、前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する一方の基板の外側端面に設けられた吸熱板と、他方の基板の外側端面に熱入力側となる蒸発部が高熱伝導性部材を介して接触配置されたヒートパイプと、該ヒートパイプの熱出力側となる凝縮部に接触配置された放熱板とを具備したことを特徴とする。   According to the present invention, in the thermoelectric module, the heat absorption plate provided on the outer end surface of one of the plurality of substrates positioned at the end of the module, and the evaporation on the heat input side on the outer end surface of the other substrate. It is characterized by comprising a heat pipe in which the portion is disposed in contact via a high thermal conductivity member, and a heat radiating plate disposed in contact with the condensing portion on the heat output side of the heat pipe.

このように構成された熱電素子モジュールによれば、吸熱板に接触した一方の基板側からｎ型半導体及びｐ型半導体に伝搬した熱が、他方の基板に高熱伝導性部材を介して接触したヒートパイプを経由して放熱板から放出される。したがって、ｎ型半導体及びｐ型半導体の両端部の温度が均衡しないので吸熱板への熱供給を維持できれば、長時間にわたって発電動作を維持することができる。   According to the thermoelectric element module configured as described above, the heat propagated from the one substrate side in contact with the heat absorbing plate to the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is in contact with the other substrate through the high thermal conductivity member. It is emitted from the heat sink via the pipe. Therefore, since the temperatures at both ends of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor are not balanced, the power generation operation can be maintained for a long time if the heat supply to the heat absorption plate can be maintained.

本発明によれば、一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れていて熱効率が良く、基板での熱損失を抑制できると共に、基板と半導体との熱膨張率の差が小さく接合面での亀裂の発生を防止することができる。   According to the present invention, compared with a substrate using a general carbon material, the thermal conductivity is excellent, the thermal efficiency is good, the heat loss in the substrate can be suppressed, and the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor is small. Generation of cracks on the surface can be prevented.

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る熱電素子モジュールに関する図であり、熱電素子モジュールを構成する最小構成要素である熱電素子の原理図を示している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram relating to a thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention, and shows a principle diagram of a thermoelectric element which is a minimum component constituting the thermoelectric element module.

本実施の形態の熱電素子モジュールは、高熱伝導性を有する一対のカーボン基板１，２が平行に対向配置されていて、そのカーボン基板１，２間にｎ型半導体３とｐ型半導体４とが離間して配置されている。一方のカーボン基板１には絶縁膜として機能する接着剤５により金属電極６が接合されている。ｎ型半導体３及びｐ型半導体４のカーボン基板１側の端部はそれぞれ金属電極６に接続されていて、接合部を形成している。また、他方のカーボン基板２にはｎ型半導体３の他端部となる脚部に相当する領域に絶縁膜として機能する接着剤７により金属電極８が接合されている。カーボン基板２にはｐ型半導体４の他端部となる脚部に相当する領域に絶縁膜として機能する接着剤９により金属電極１０が接合されている。ｎ型半導体３とｐ型半導体４の各脚部に相当する領域に形成された金属電極８と金属電極１０とは離間していて絶縁されており、各々対向する脚部となるｎ型半導体３とｐ型半導体４の各端部が接続している。ｎ型半導体３とｐ型半導体４の周囲及び基板１、２間の隙間を埋めるように断熱材１１が充填されている。なお、熱電素子モジュールの側壁は防湿シールド１２で覆われている。   In the thermoelectric element module according to the present embodiment, a pair of carbon substrates 1 and 2 having high thermal conductivity are arranged in parallel to face each other, and an n-type semiconductor 3 and a p-type semiconductor 4 are interposed between the carbon substrates 1 and 2. They are spaced apart. A metal electrode 6 is bonded to one carbon substrate 1 by an adhesive 5 that functions as an insulating film. The ends of the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 on the carbon substrate 1 side are each connected to the metal electrode 6 to form a junction. In addition, a metal electrode 8 is bonded to the other carbon substrate 2 with an adhesive 7 functioning as an insulating film in a region corresponding to a leg portion which is the other end portion of the n-type semiconductor 3. A metal electrode 10 is bonded to the carbon substrate 2 by an adhesive 9 functioning as an insulating film in a region corresponding to a leg portion which is the other end portion of the p-type semiconductor 4. The metal electrode 8 and the metal electrode 10 formed in regions corresponding to the leg portions of the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 are spaced apart and insulated, and the n-type semiconductor 3 serving as a leg portion facing each other. And the ends of the p-type semiconductor 4 are connected. A heat insulating material 11 is filled so as to fill a gap between the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 and between the substrates 1 and 2. The side wall of the thermoelectric element module is covered with a moisture-proof shield 12.

本実施の形態では、上記カーボン基板１，２として高熱伝導性カーボン複合材を用いている。たとえば、銅よりも熱伝導性に優れたカーボン複合材として高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材、アモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材を用いることができる。高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材の場合、熱伝導率は概略１２００Ｗ／ｍｋである。またアモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率は概略１８００Ｗ／ｍｋである。銅の熱伝導率は概略４００Ｗ／ｍｋであるので、本実施の形態で用いるカーボン基板１，２は銅の約３倍以上の効率で熱を伝えることができることになる。   In the present embodiment, a high thermal conductivity carbon composite material is used as the carbon substrates 1 and 2. For example, a highly anisotropic graphite / amorphous carbon composite material or an amorphous carbon / carbon nanotube composite material can be used as a carbon composite material having better thermal conductivity than copper. In the case of a highly anisotropic graphite / amorphous carbon composite, the thermal conductivity is approximately 1200 W / mk. The thermal conductivity of the amorphous carbon / carbon nanotube composite is approximately 1800 W / mk. Since the thermal conductivity of copper is approximately 400 W / mk, the carbon substrates 1 and 2 used in the present embodiment can conduct heat with an efficiency about three times that of copper.

本実施の形態では、断熱材１１としてシリカ系エアロゲルを使用している。シリカ系エアロゲルは、熱伝導率が概略０．０２Ｗ／ｍｋであり、大気（窒素）と同程度の断熱性を実現できる。   In the present embodiment, silica-based airgel is used as the heat insulating material 11. Silica-based aerogel has a thermal conductivity of approximately 0.02 W / mk, and can achieve heat insulation properties similar to those of the atmosphere (nitrogen).

以上のように構成された熱電素子は、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の一方の端部が金属電極６にて接続されたカーボン基板１側を高温に保持する一方、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の他方の端部となる他方のカーボン基板２側を低温に保持することで、ゼーベック効果による起電力が誘起される。   The thermoelectric element configured as described above maintains the carbon substrate 1 side, to which one end of the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 is connected by the metal electrode 6, at a high temperature, By holding the other carbon substrate 2 side that is the other end of the p-type semiconductor 4 at a low temperature, an electromotive force is induced by the Seebeck effect.

また、ｎ型半導体３の脚部に接続した金属電極８に負の電圧を印加し、ｐ型半導体４の脚部に接続した金属電極１０に正の電圧を印加することにより、ペルチェ効果により熱がｎ型半導体３及びｐ型半導体４の脚部側（カーボン基板２側）から接続部側（カーボン基板１側）へ移動してカーボン基板２側が冷却され、カーボン基板１側が加熱する。   Further, by applying a negative voltage to the metal electrode 8 connected to the leg portion of the n-type semiconductor 3 and applying a positive voltage to the metal electrode 10 connected to the leg portion of the p-type semiconductor 4, heat is generated by the Peltier effect. Moves from the leg portion side (carbon substrate 2 side) of the n-type semiconductor 3 and p-type semiconductor 4 to the connection portion side (carbon substrate 1 side), the carbon substrate 2 side is cooled, and the carbon substrate 1 side is heated.

以上のように、ゼーベック効果を利用した発電又はペルチェ効果を利用した冷却／加熱動作の際にカーボン基板１，２を介して素子内外で熱が移動する。このとき、本実施の形態ではカーボン基板１，２として特殊加工された高熱伝導性カーボン複合材を用いているので、ｎ型半導体３及びｐ型半導体４の一端部と一方のカーボン基板１の外側との間で、カーボン基板１を銅よりも３倍以上も高い効率で熱が移動することとなり、カーボン基板１を伝搬する際の熱エネルギーの損失を大幅に低減することができる。同様に、ｎ型半導体３及びｐ型半導体４の脚部となる他端部と他方のカーボン基板２の外側との間で熱が伝搬する際にカーボン基板２を伝搬する際の熱エネルギーの損失を大幅に低減することができる。   As described above, heat is transferred inside and outside the element via the carbon substrates 1 and 2 during power generation using the Seebeck effect or cooling / heating operation using the Peltier effect. At this time, in the present embodiment, since the carbon substrates 1 and 2 are specially processed high thermal conductive carbon composite materials, one end portions of the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 and the outer side of one carbon substrate 1 are used. The heat moves between the carbon substrate 1 and the carbon substrate 1 with an efficiency three times higher than that of copper, and the loss of heat energy when propagating through the carbon substrate 1 can be greatly reduced. Similarly, when heat propagates between the other end which is the leg of the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 and the outside of the other carbon substrate 2, the loss of thermal energy when propagating through the carbon substrate 2 Can be greatly reduced.

しかも、本実施の形態では、高温となる一方のカーボン基板１と低温となる他方のカーボン基板２との間に形成される隙間に断熱材１１を充填するので、該隙間を通した熱対流による熱伝搬を遮断できる。また、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の周囲に断熱材１１が充填されているので、ｎ型半導体３とｐ型半導体４からの輻射熱も遮断することができる。この結果、熱対流及び輻射熱による熱エネルギーの損失が抑制され、発電用熱電素子モジュールであれば発電効率を高めることができる。   Moreover, in the present embodiment, since the heat insulating material 11 is filled in the gap formed between the one carbon substrate 1 that is at a high temperature and the other carbon substrate 2 that is at a low temperature, the heat convection flows through the gap. Can block heat propagation. Further, since the heat insulating material 11 is filled around the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4, radiation heat from the n-type semiconductor 3 and the p-type semiconductor 4 can also be blocked. As a result, loss of thermal energy due to thermal convection and radiant heat is suppressed, and power generation efficiency can be improved if the thermoelectric element module for power generation is used.

次に、以上のようにカーボン基板１，２に高熱伝導性カーボン複合材を用いた熱電素子を用いて熱電素子モジュールを構成した例について説明する。   Next, an example in which a thermoelectric element module is configured using the thermoelectric elements using the high thermal conductivity carbon composite material for the carbon substrates 1 and 2 as described above will be described.

図２は単構造の熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
複数のｎ型半導体３−１、３−２、３−３と、複数のｐ型半導体４−１、４−２、４−３とを平面状に配列し、これらｎ型半導体及びｐ型半導体の双方の端部を一方のカーボン基板１側に形成した金属電極６−１、６−２、６−３と、他方のカーボン基板２側に形成した金属電極８−１、８−２、８−３、８−４とで交互に接続している。カーボン基板１、２は上記した通り高熱伝導性カーボン複合材を用いている。また、カーボン基板１、２間の隙間には断熱材１１を充填している。なお、５−１〜５−３、７−１〜７−４は絶縁膜として機能する接着剤である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a thermoelectric element module having a single structure.
A plurality of n-type semiconductors 3-1, 3-2 and 3-3 and a plurality of p-type semiconductors 4-1, 4-2 and 4-3 are arranged in a plane, and these n-type semiconductor and p-type semiconductor are arranged. The metal electrodes 6-1, 6-2, 6-3 formed on one carbon substrate 1 side and the metal electrodes 8-1, 8-2, 8 formed on the other carbon substrate 2 side. -3 and 8-4 are alternately connected. As described above, the carbon substrates 1 and 2 use a high thermal conductivity carbon composite material. The gap between the carbon substrates 1 and 2 is filled with a heat insulating material 11. Reference numerals 5-1 to 5-3 and 7-1 to 7-4 denote adhesives that function as insulating films.

このように、複数のｎ型半導体及びｐ型半導体を交互に接続して熱電素子モジュールを構成することで、吸熱面（放熱面）の面積を拡張することができ、用途に合わせた寸法及び発電電力を実現することができる。   In this way, by configuring a thermoelectric element module by alternately connecting a plurality of n-type semiconductors and p-type semiconductors, the area of the heat absorption surface (heat dissipation surface) can be expanded, and the dimensions and power generation suitable for the application Electric power can be realized.

図３は多段構造の熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
図２に示す単構造の熱電素子モジュールを２段に重ねて多段構造としている。３つのカーボン基板１，２，２１をそれぞれの基板間にｎ型半導体及びｐ型半導体を挟んで重ねて配置し、中央に配置されるカーボン基板１は下段の熱電素子モジュールと上段の熱電素子モジュールとで共用している。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a thermoelectric element module having a multistage structure.
The thermoelectric element modules having a single structure shown in FIG. 2 are stacked in two stages to form a multistage structure. Three carbon substrates 1, 2, and 21 are arranged so as to overlap each other with an n-type semiconductor and a p-type semiconductor sandwiched therebetween, and the carbon substrate 1 disposed in the center includes a lower thermoelectric module and an upper thermoelectric module. And shared.

下段の熱電素子モジュールのカーボン基板１の上面側に対してカーボン基板２１を対向配置し、カーボン基板１、２１間にｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３を配置している。ｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３の各一端部を、カーボン基板２１の対応領域に絶縁膜からなる接着剤２４−１〜２４−３で固定された金属電極２５−１〜２５−３に対して接続している。また、ｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３の各他端部を、カーボン基板１の対応領域に絶縁膜からなる接着剤２６−１〜２６−４で固定された金属電極２７−１〜２７−４に対して接続している。   A carbon substrate 21 is disposed opposite to the upper surface side of the carbon substrate 1 of the lower thermoelectric element module, and n-type semiconductors 22-1 to 22-3 and p-type semiconductors 23-1 to 23- are interposed between the carbon substrates 1 and 21. 3 is arranged. One end portions of the n-type semiconductors 22-1 to 22-3 and the p-type semiconductors 23-1 to 23-3 are fixed to corresponding regions of the carbon substrate 21 with adhesives 24-1 to 24-3 made of an insulating film. The metal electrodes 25-1 to 25-3 are connected. The other end portions of the n-type semiconductors 22-1 to 22-3 and the p-type semiconductors 23-1 to 23-3 are bonded to the adhesives 26-1 to 26-4 made of an insulating film in the corresponding region of the carbon substrate 1. Are connected to the metal electrodes 27-1 to 27-4 fixed in the above.

従来構造では、単構造の熱電素子モジュールを積み重ねていくと、上下段モジュールの接合面で熱効率が著しく低下するので、多段構造とするのは困難であった。一方、本実施の形態では、上下モジュールの接合面及び両端面に配置されるカーボン基板１及び２、２１の熱伝導率が大幅に改善されているので、効率よく次段のモジュールへ熱を伝えることができる。なお、上下モジュールの接合面も外気に触れないように断熱材１１で覆っている。   In the conventional structure, if single-layered thermoelectric element modules are stacked, the thermal efficiency is remarkably reduced at the joint surfaces of the upper and lower modules, so that it is difficult to obtain a multistage structure. On the other hand, in the present embodiment, the heat conductivity of the carbon substrates 1, 2, and 21 disposed on the joint surfaces and both end surfaces of the upper and lower modules is greatly improved, so that heat is efficiently transmitted to the next module. be able to. Note that the joint surfaces of the upper and lower modules are also covered with a heat insulating material 11 so as not to be exposed to the outside air.

図４はカーボン基板の外側端面の表面積を大きくした構造を示している。なお、図２に示す熱電素子モジュールと同一部分には同一符号を付している。カーボン材は、セラミクス又は金属に比べて加工が容易であるといった特性を有している。したがって、図４に示すようにカーボン基板１，２の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを一体形成することができる。このように、カーボン基板１，２の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを一体形成することにより、カーボン基板１，２での熱交換効率を向上させることができる。なお、カーボン基板１，２の双方の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを形成する場合に限らず、熱交換用フィン３０ａまたは３０ｂの一方だけを設けるようにしても良い。   FIG. 4 shows a structure in which the surface area of the outer end face of the carbon substrate is increased. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the thermoelectric element module shown in FIG. The carbon material has characteristics that it is easier to process than ceramics or metal. Therefore, as shown in FIG. 4, heat exchange fins 30 a and 30 b can be integrally formed on the outer end surfaces of the carbon substrates 1 and 2. Thus, heat exchange efficiency in the carbon substrates 1 and 2 can be improved by integrally forming the heat exchange fins 30 a and 30 b on the outer end surfaces of the carbon substrates 1 and 2. The heat exchange fins 30a and 30b are not necessarily formed on the outer end faces of both the carbon substrates 1 and 2, and only one of the heat exchange fins 30a or 30b may be provided.

図５は太陽光で発電を行うのに好適な熱電素子モジュールの構成図である。
熱電素子モジュールの基本構造は、図２に示す単構造の熱電素子モジュールと同じであり、同一部分には同一符号を付している。この熱電素子モジュールは、一方のカーボン基板１の外側端面にガラス板等からなる透光性基板３５を配置し、カーボン基板１と透光性基板３５との間に透明度の高い断熱材３６を介在させている。また、他方のカーボン基板２の外側端面には熱交換用フィン３０ｂを一体形成している。 FIG. 5 is a configuration diagram of a thermoelectric element module suitable for generating power with sunlight.
The basic structure of the thermoelectric element module is the same as that of the single structure thermoelectric element module shown in FIG. 2, and the same reference numerals are given to the same parts. In this thermoelectric element module, a translucent substrate 35 made of a glass plate or the like is disposed on the outer end face of one carbon substrate 1, and a highly transparent heat insulating material 36 is interposed between the carbon substrate 1 and the translucent substrate 35. I am letting. Further, heat exchange fins 30 b are integrally formed on the outer end face of the other carbon substrate 2.

以上のように構成された熱電素子モジュールの透光性基板３５に光を照射することにより、光の輻射熱が透光性基板３５及び断熱材３６を伝搬してカーボン基板１に到達する。カーボン基板１は輻射熱で高温となるが、熱伝導率の極めて高いカーボン基板１を介してｎ型半導体３−１〜３−３及びｐ型半導体４−１〜４-３の接合部側を高温に保つ。   By irradiating light to the light transmitting substrate 35 of the thermoelectric element module configured as described above, the radiant heat of light propagates through the light transmitting substrate 35 and the heat insulating material 36 and reaches the carbon substrate 1. The carbon substrate 1 becomes high temperature by radiant heat, but the junction side of the n-type semiconductors 3-1 to 3-3 and the p-type semiconductors 4-1 to 4-3 is heated to high temperature via the carbon substrate 1 having extremely high thermal conductivity. Keep on.

一方、他方のカーボン基板２の外側面は、透光性基板３５に入射した光はモジュール構成物で遮られて影側となるので直接入射しない。他方のカーボン基板２の外側端面に一体形成した熱交換用フィン３０ｂで放熱されるので、ｎ型半導体３−１〜３−３及びｐ型半導体４−１〜４-３の他端部は熱伝導率の極めて高いカーボン基板２を介して熱を奪われて低温に保たれる。   On the other hand, the light incident on the translucent substrate 35 is not directly incident on the outer surface of the other carbon substrate 2 because it is blocked by the module component and becomes a shadow side. Since heat is dissipated by the heat exchanging fins 30b integrally formed on the outer end face of the other carbon substrate 2, the other ends of the n-type semiconductors 3-1 to 3-3 and p-type semiconductors 4-1 to 4-3 are heated. Heat is deprived through the carbon substrate 2 with extremely high conductivity, and the temperature is kept low.

たとえば、上記熱電素子モジュールを建屋の屋根材等に組み込んで発電用熱電素子モジュールとして用いることができる。熱電素子モジュールのカーボン基板１側（透光性基板３５）を太陽光側に向けて配置し、カーボン基板２側は建屋内側に配置する。カーボン基板１が太陽光の輻射熱で加熱される一方で、反対側のカーボン基板２が熱交換用フィン３０ｂが大気と熱交換して放熱するので、長時間に渡って効率よく発電することができる。   For example, the thermoelectric element module can be incorporated into a roofing material of a building or the like and used as a thermoelectric element module for power generation. The carbon substrate 1 side (translucent substrate 35) of the thermoelectric element module is arranged facing the sunlight side, and the carbon substrate 2 side is arranged on the building side. While the carbon substrate 1 is heated by the radiant heat of sunlight, the opposite carbon substrate 2 radiates heat by the heat exchange fins 30b exchanging heat with the atmosphere, so that power can be generated efficiently over a long period of time. .

図６はヒートパイプを組み合わせた熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
熱電素子モジュール４０は、図５に示すようにカーボン基板２側に熱交換用フィン３０ｂを一体形成したものであり、透光性基板３５及び断熱材３６を除けば図５の熱電素子モジュールと同一構成を有している。
熱電素子モジュール４０は、熱交換用フィン３０ｂの形成面とは反対側のカーボン基板１にヒートパイプ４１で構成される放熱装置を備えている。ヒートパイプ４１の凝縮部の外周面に放熱板４２の一部が接触して取り付けられている。ヒートパイプ４１の蒸発部は熱伝導率の高い金属性（例えば、銅）のベース４３内に面接触させて挿入されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a thermoelectric element module in which heat pipes are combined.
The thermoelectric element module 40 is formed by integrally forming heat exchange fins 30b on the carbon substrate 2 side as shown in FIG. 5, and is the same as the thermoelectric element module of FIG. It has a configuration.
The thermoelectric element module 40 includes a heat radiating device including a heat pipe 41 on the carbon substrate 1 opposite to the surface on which the heat exchange fins 30b are formed. A part of the heat radiating plate 42 is attached in contact with the outer peripheral surface of the condensing part of the heat pipe 41. The evaporating part of the heat pipe 41 is inserted into a metallic (for example, copper) base 43 having a high thermal conductivity in surface contact.

図７にヒートパイプの動作原理図を示す。ヒートパイプは、密閉容器５１内に少量の作動液体が減圧封入されていて、密閉容器５１の内壁に液体還流用のウィック５２が取り付けられる。蒸発部４１ａに加えられた熱で作動液体が沸騰して蒸発熱が入力されることになる。蒸気流は圧力差により蒸発部４１ａから凝縮部４１ｂへ流れて凝縮部４１ｂにおいて凝縮される。この結果、凝縮部４１ｂで凝縮熱が放出される。凝縮部４１ｂで凝縮されて液化した作動液体は毛細管現象によるポンプ作用でウィック５２を通り蒸発部４１ａへ還流する。   FIG. 7 shows a principle of operation of the heat pipe. In the heat pipe, a small amount of working liquid is sealed in a sealed container 51 under reduced pressure, and a liquid reflux wick 52 is attached to the inner wall of the sealed container 51. The working liquid is boiled by the heat applied to the evaporation unit 41a, and the evaporation heat is input. The vapor flow flows from the evaporator 41a to the condenser 41b due to the pressure difference and is condensed in the condenser 41b. As a result, condensation heat is released in the condensing part 41b. The working liquid condensed and liquefied in the condensing unit 41b returns to the evaporating unit 41a through the wick 52 by a pumping action by capillary action.

本実施の形態では、温水又は温風その他の熱源を用いて熱交換用フィン３０ｂを加熱して吸熱させる。熱交換用フィン３０ｂで吸熱された熱はカーボン基板２を熱効率よく伝搬してｎ型半導体及びｐ型半導体におけるカーボン基板２側の端部を加熱する。ｎ型半導体及びｐ型半導体の反対側の端部は当初は大気温であるので、熱交換用フィン３０ｂで吸熱された熱はｎ型半導体及びｐ型半導体を伝搬して反対側のカーボン基板１へ伝搬する。この熱の移動によって、ｎ型半導体及びｐ型半導体の両端部の温度が均衡すると熱移動がなくなり発電停止となる。   In the present embodiment, heat exchange fins 30b are heated to absorb heat using warm water, warm air, or other heat sources. The heat absorbed by the heat exchange fins 30b propagates through the carbon substrate 2 with high thermal efficiency, and heats the ends of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor on the carbon substrate 2 side. Since the opposite ends of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor are initially at atmospheric temperature, the heat absorbed by the heat exchanging fins 30b propagates through the n-type semiconductor and the p-type semiconductor and is opposite to the carbon substrate 1 on the opposite side. Propagate to. When the temperature at both ends of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is balanced by this heat transfer, the heat transfer is lost and power generation is stopped.

本実施の形態では、反対側のカーボン基板１に金属性のベース４３を介してヒートパイプ４１の蒸発部４１ａが接触している。したがって、反対側のカーボン基板１へ伝搬した熱はヒートパイプ４１の蒸発部４１ａに伝えられる。上記した通り、蒸発部４１ａに加えられた熱で作動液体が沸騰し、その蒸気流が圧力差により蒸発部４１ａから凝縮部４１ｂへ流れて凝縮部４１ｂにおいて凝縮され、凝縮熱が放出される。ヒートパイプ４１の凝縮部４１ｂから放出される熱は放熱板４２によって大気へ放熱される。したがって、ヒートパイプ４１がモジュール側から蒸発部４１ａに与えられる熱を極めて高い熱効率で大気放出するので、ヒートパイプ４１の蒸発部４１ａと接したカーボン基板１はいつまでも大気温に保たれる。したがって、ヒートパイプ４１を用いた放熱作用により、熱電素子モジュール４０のｎ型半導体及びｐ型半導体の両端に形成される温度差をいつまでの維持することができ、発電動作を継続させることができる。   In the present embodiment, the evaporation portion 41 a of the heat pipe 41 is in contact with the opposite carbon substrate 1 through the metallic base 43. Therefore, the heat transmitted to the carbon substrate 1 on the opposite side is transmitted to the evaporation part 41a of the heat pipe 41. As described above, the working liquid is boiled by the heat applied to the evaporation section 41a, and the vapor flow flows from the evaporation section 41a to the condensation section 41b due to the pressure difference and is condensed in the condensation section 41b, and the condensation heat is released. The heat released from the condensing part 41 b of the heat pipe 41 is radiated to the atmosphere by the heat radiating plate 42. Accordingly, since the heat pipe 41 releases the heat given from the module side to the evaporation unit 41a to the atmosphere with extremely high thermal efficiency, the carbon substrate 1 in contact with the evaporation unit 41a of the heat pipe 41 is kept at an atmospheric temperature indefinitely. Therefore, the temperature difference formed at both ends of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor of the thermoelectric element module 40 can be maintained by the heat radiation effect using the heat pipe 41, and the power generation operation can be continued.

たとえば、熱交換用フィン３０ｂに一定時間発熱し続ける熱源を接触させることは有効である。熱源の発熱方式として、ベンジンなどの燃料を気化させプラチナ触媒で還元させることで発生する熱を利用する方式を利用可能である。このような発熱方式によればベンジンとプラチナ触媒により火を使わずに１３０℃〜３５０℃の熱を長時間（例えば２４時間）にわたって発生させることができる。   For example, it is effective to contact the heat exchange fin 30b with a heat source that continues to generate heat for a certain period of time. As a heat generation method of the heat source, a method using heat generated by vaporizing a fuel such as benzine and reducing it with a platinum catalyst can be used. According to such an exothermic system, heat of 130 ° C. to 350 ° C. can be generated over a long period of time (for example, 24 hours) without using fire with the benzine and the platinum catalyst.

次に、上記熱電素子モジュールを地上に設置し、地中との温度差で発電する発電システムについて説明する。
図８には上記熱電素子モジュールとヒートポンプとを組み合わせた熱発電システム６０、並びに上記熱電素子モジュールとヒートパイプとを組み合わせた熱発電システム７０の２つの例の概念図が示されている。 Next, a power generation system that installs the thermoelectric element module on the ground and generates power with a temperature difference from the ground will be described.
FIG. 8 shows conceptual diagrams of two examples of a thermoelectric generation system 60 that combines the thermoelectric element module and a heat pump, and a thermoelectric generation system 70 that combines the thermoelectric element module and a heat pipe.

一方の熱発電システム６０は、図２に示す熱電素子モジュールを備えた熱発電ユニット６１と、熱交換ユニット６２及びヒートポンプ６３を主な構成要素として構成されている。熱発電ユニット６１は、熱電素子モジュールの一方のカーボン基板１側を太陽光側に向けて配置されている。熱電素子モジュールの他方のカーボン基板２に熱交換ユニット６２の一方の端面が面接触している。熱交換ユニット６２には熱電導体６４の一端部が接続されており、熱伝導体６４は断熱材６５で全体が覆われている。熱交換ユニット６２は、熱電素子モジュールの他方のカーボン基板２と熱伝導体６４の一端部との間の熱交換を行う。熱伝導体６４の他端部は、熱伝導体６４の他端部に現れる低温のエネルギーを高温の熱に変えるシステムの一つであるヒートポンプ６３に接触している。図９に動作原理図を示すように、ヒートポンプ６３は、蒸発器７１、凝縮器７２、コンプレッサ７３、膨張弁７４及び冷媒循環パイプ７５で構成されている。ヒートポンプ６３では、蒸発器７１にて熱伝導体６４の他端部に現れる熱を熱源として利用し、凝縮器７２において低温水である地下水に放熱する。このように、太陽光熱を熱電素子モジュールのｎ型半導体及びｐ型半導体を移動させてヒートポンプ６３に導き、ヒートポンプ６３を介して年間を通して一定温度の地下水脈へ放熱するので、熱的に飽和せずに発電を継続することができる。   One thermoelectric generator system 60 includes a thermoelectric generator unit 61 including the thermoelectric element module shown in FIG. 2, a heat exchange unit 62, and a heat pump 63 as main components. The thermoelectric generator unit 61 is arranged with one carbon substrate 1 side of the thermoelectric element module facing the sunlight side. One end face of the heat exchange unit 62 is in surface contact with the other carbon substrate 2 of the thermoelectric element module. One end of a thermoelectric conductor 64 is connected to the heat exchange unit 62, and the heat conductor 64 is entirely covered with a heat insulating material 65. The heat exchange unit 62 performs heat exchange between the other carbon substrate 2 of the thermoelectric element module and one end of the heat conductor 64. The other end of the heat conductor 64 is in contact with a heat pump 63 that is one of systems that change low-temperature energy appearing at the other end of the heat conductor 64 to high-temperature heat. As shown in FIG. 9, the heat pump 63 includes an evaporator 71, a condenser 72, a compressor 73, an expansion valve 74, and a refrigerant circulation pipe 75. In the heat pump 63, the heat that appears at the other end of the heat conductor 64 in the evaporator 71 is used as a heat source, and the heat is dissipated in the condenser 72 to groundwater that is low-temperature water. In this way, solar heat is transferred to the heat pump 63 by moving the n-type semiconductor and p-type semiconductor of the thermoelectric element module, and is radiated to the groundwater vein at a constant temperature through the heat pump 63, so that it is not thermally saturated. It is possible to continue power generation.

また熱発電システム７０は、ヒートパイプ７６の先端部を地中の地熱が発生している熱源まで挿入しており、ヒートパイプ７６の他端部は熱伝導体６４を介して熱交換ユニット６２に連結している。ヒートパイプ７６は、図７に示す構造を有しており、蒸発部４１ａが地熱の発生している熱源付近に配置され、凝縮部４１ｂが熱交換ユニット６２に接触している。熱発電ユニット６１を構成する熱電素子モジュールのカーボン基板２が熱交換ユニット６２に面接触し、他方の側となるカーボン基板１側が大気にさらされている。したがって、熱電素子モジュールのカーボン基板２が地熱による熱で常に加熱される一方、熱電素子モジュールのｎ型半導体及びｐ型半導体を移動してカーボン基板１に伝搬される熱は、大気温度に維持されたカーボン基板１から放熱されるので熱的に飽和せずに発電を継続することができる。   Further, the thermoelectric generation system 70 has the tip of the heat pipe 76 inserted to the heat source generating the underground geothermal heat, and the other end of the heat pipe 76 is connected to the heat exchange unit 62 via the heat conductor 64. It is connected. The heat pipe 76 has the structure shown in FIG. 7, the evaporator 41 a is disposed near the heat source where geothermal heat is generated, and the condenser 41 b is in contact with the heat exchange unit 62. The carbon substrate 2 of the thermoelectric element module constituting the thermoelectric generator unit 61 is in surface contact with the heat exchange unit 62, and the carbon substrate 1 side which is the other side is exposed to the atmosphere. Therefore, while the carbon substrate 2 of the thermoelectric element module is always heated by the heat generated by geothermal heat, the heat transferred to the carbon substrate 1 by moving the n-type semiconductor and the p-type semiconductor of the thermoelectric element module is maintained at the atmospheric temperature. Since heat is radiated from the carbon substrate 1, power generation can be continued without being thermally saturated.

本発明は上述した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment and modifications thereof, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、発電用熱電素子モジュール及び冷却／加熱用熱電素子モジュールに適用可能である。   The present invention is applicable to a thermoelectric element module for power generation and a thermoelectric element module for cooling / heating.

本発明の実施の形態に係る熱電素子モジュールを構成する熱電素子の原理図Principle diagram of thermoelectric element constituting thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係る単構造の熱電素子モジュールの構成図Configuration diagram of a thermoelectric element module having a single structure according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係る多段構造の熱電素子モジュールの構成図Configuration diagram of multi-stage thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態においてカーボン基板の外側端面の表面積を大きくした構造を示す図The figure which shows the structure which enlarged the surface area of the outer end surface of a carbon substrate in embodiment of this invention 本発明の実施の形態において太陽光で発電を行うのに好適な熱電素子モジュールの構成図The block diagram of the thermoelectric element module suitable for generating electric power with sunlight in embodiment of this invention 本発明の実施の形態においてヒートパイプを組み合わせた熱電素子モジュールの構成図The block diagram of the thermoelectric element module which combined the heat pipe in embodiment of this invention ヒートパイプの動作原理図Heat pipe operation principle diagram 地下水又は地熱を利用した発電システムの概念図Conceptual diagram of a power generation system using groundwater or geothermal heat ヒートポンプの動作原理図Operational diagram of heat pump

符号の説明Explanation of symbols

１、２…カーボン基板
３、３−１、３−２、３−３…ｎ型半導体
４、４−１、４−２、４−３…ｐ型半導体
５、７、９…接着剤
６、６−１、６−２、６−３、８、８−１、８-２、８−３、８−４、１０…金属電極
１１…断熱材
１２…防湿シールド
３０ａ，３０ｂ…熱交換用フィン
３５…透光性基板
３６…断熱材
４０…熱電素子モジュール
４１…ヒートパイプ
４２…放熱板
４３…ベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Carbon substrate 3, 3-1, 3-2, 3-3 ... n-type semiconductor 4, 4-1, 4-2, 4-3 ... p-type semiconductor 5, 7, 9 ... Adhesive 6, 6-1, 6-2, 6-3, 8, 8-1, 8-2, 8-3, 8-4, 10 ... Metal electrode 11 ... Heat insulating material 12 ... Moisture-proof shield 30a, 30b ... Heat exchange fins 35 ... Translucent substrate 36 ... Insulating material 40 ... Thermoelectric element module 41 ... Heat pipe 42 ... Heat sink 43 ... Base

Claims (7)

対向して配置された複数の基板と、前記基板間に離間して配置された複数のｎ型及びｐ型半導体と、前記各基板の対向面に形成され前記ｎ型及びｐ型半導体を交互に接続する複数の金属電極と、前記各金属電極と前記各基板とを絶縁する絶縁層とを備えた熱電素子モジュールであって、前記基板は高熱伝導性カーボン複合材で構成されることを特徴とする熱電素子モジュール。   A plurality of substrates arranged opposite to each other, a plurality of n-type and p-type semiconductors arranged apart from each other, and the n-type and p-type semiconductors formed on opposite surfaces of each substrate alternately. A thermoelectric element module comprising a plurality of metal electrodes to be connected and an insulating layer that insulates each of the metal electrodes and each of the substrates, wherein the substrate is made of a high thermal conductivity carbon composite material, Thermoelectric module. 前記高熱伝導性カーボン複合材は、高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材であることを特徴とする請求項１記載の熱電素子モジュール。   The thermoelectric element module according to claim 1, wherein the high thermal conductivity carbon composite is a highly anisotropic graphite / amorphous carbon composite. 前記高熱伝導性カーボン複合材は、アモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材であることを特徴とする請求項１記載の熱電素子モジュール。   The thermoelectric element module according to claim 1, wherein the high thermal conductivity carbon composite is an amorphous carbon / carbon nanotube composite. 前記ｎ型半導体及びｐ型半導体の周囲に形成される隙間に断熱材を充填したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱電素子モジュール。   The thermoelectric element module according to any one of claims 1 to 3, wherein a gap formed around the n-type semiconductor and the p-type semiconductor is filled with a heat insulating material. 前記断熱材は、シリカ系エアロゲルであることを特徴とする請求項４記載の熱電素子モジュール。   The thermoelectric element module according to claim 4, wherein the heat insulating material is a silica-based airgel. 前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する少なくとの一方の基板に放熱／吸熱板を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱電素子モジュール。   The thermoelectric element module according to any one of claims 1 to 5, wherein a heat radiating / heat absorbing plate is provided on at least one of the plurality of substrates positioned at an end of the module. 前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する一方の基板の外側端面に設けられた吸熱板と、他方の基板の外側端面に熱入力側となる蒸発部が高熱伝導性部材を介して接触配置されたヒートパイプと、該ヒートパイプの熱出力側となる凝縮部に接触配置された放熱板とを具備したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱電素子モジュール。

Among the plurality of substrates, a heat absorption plate provided on the outer end surface of one substrate located at the end of the module, and an evaporation portion serving as a heat input side in contact with the outer end surface of the other substrate are arranged in contact with each other via a high thermal conductivity member. The thermoelectric element module according to any one of claims 1 to 5, further comprising a heat pipe and a heat radiating plate disposed in contact with a condensing portion on a heat output side of the heat pipe.

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