JP2009206113A - 熱電モジュール、熱電モジュールを用いた熱電装置及び熱電モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の低温側電極部材5及び高温側電極部材1の温度差により電気エネルギーに変換し又は電気エネルギーを温度差に変換する熱電発電モジュール10は、その低温側電極部材5及び/又は前記高温側電極部材1が電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であり、熱電装置はその熱電発電モジュール10を用いることを特徴とする。そして、熱電発電モジュール10は複数の高温側電極部材1の一面側と複数の熱電材料チップ2a、2bの一端側とを接合する高温側電極接合操作と、熱電材料チップ2a、2bの他端側と一面側とを接合部材4を介して固着する低温側電極固着操作と、を有することを特徴とする熱電発電製造方法によって製造される。
【選択図】図1
Description
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であり、前記熱電材料チップとの接触部分が接合部材により固着されていることである。
前記低温側基板に対向する高温側基板と、
前記低温側基板及び前記高温側基板の各対向面に接合部材で接触又は固着するように配置された複数の低温側電極部材及び高温側電極部材と、前記低温側電極部材及び前記高温側電極部材の間に設けられ一端側を前記高温電極部材に固着するとともに他端側を前記低温側電極部材に固着して電気的に配列される複数の熱電材料チップと、をもち、一端側と他端側との温度差により電気エネルギーに変換し又は電気エネルギーを温度差に変換する熱電モジュールと、
を有する熱電装置であって、
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であることである。
前記熱電材料チップの他端側と複数の低温側電極部材の一面側とを接合部材を介して固着する低温側電極固着操作と、を含み、
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であることである。
(実施形態1)
本実施形態の熱電発電モジュール(熱電モジュール)10の構成及び製造工程を図1に示す。
・前述の低温側電極部材5として、繊維状部材が編み込まれた布状体が2枚以上重ねられている部材を採用することができる。低温側電極部材5に替えて布状体を2枚以上重ねた構成を採用することにより、低温側電極部材の伸縮性を向上することができる。例えば、低温側電極部材の他面側を低温側基板21に固着させた態様を採用しても、2枚以上重ねた低温側電極部材内で滑ることができるため、低温側基板21の熱膨張の大きさにかかわらず熱電発電モジュール10の低温側電極部材を独立して伸縮させることができる。特に、1枚の布状体を折り曲げた部材を採用することにより、繊維状部材を筒状に編み込んだ筒状の一体的な部材として形成した実施形態1と同様に、重ね合わせた部材間がバラバラになり難いという利点がある。
・高温側電極部材と熱電材料チップとの間の接合は拡散接合で行っているが、想定される使用温度における耐久性が保持できる限度において、その他の接合方法、例えば、ハンダ付け、ロウ付けなどを採用することもできる。また、高温側電極部材についても上述した低温側電極部材のような平編銅線電極から形成される部材を採用することもできる。
本実施形態の熱電発電モジュール11の構成を図5に示す。
前述した実施形態1に開示した製造方法により、熱電発電モジュールを製造して評価用の熱電発電モジュールとした。使用した熱電材料チップ2a及び2bは四角柱であり、一辺が4mmの立方体であった。そして、Ti−Cu合金からなる高温側電極部材1のサイズは4mm×9mm×厚み1mm、平編銅線電極(双葉電線株式会社製平編銅線、JCSの1236:2001準拠、繊維状部材の素線径0.08mm)からなる低温側電極部材5のサイズは4mm×9mm×厚み0.6mmであった。これらを各17個(低温側電極部材5のみ18個)使用し、一辺が30mmの正方形の平板状の熱電発電モジュール10を製造した。
・評価試験
各実施例及び比較例の熱電発電装置について、熱電発電モジュールの高温側電極部材の温度を600℃、低温側電極部材の温度を100℃に保持し、保持前後に室温で測定した内部抵抗の大きさの変化率を評価した。結果を表1に示す。ここで、内部抵抗の変化率が10%未満であるものを良品とした。また、低温側電極部材と熱電材料チップの他端側との接合状態を目視により評価した。
20:低温側基板、21:高温側基板、2a:p型熱電材料チップ、2b:n型熱電材料チップ、
3:メッキ層、
4:ハンダ層、
5,5’:低温側電極部材、
6:リード線取り出し部、
8:接着層、
9:接合層、
31:熱電発電モジュール、32:n型半導体、33:p型半導体、34,35:電極、36:破壊。
Claims (9)
- 複数の低温側電極部材及び高温側電極部材と、前記低温側電極部材及び前記高温側電極部材の間に設けられ一端側を前記高温電極部材に接触するとともに他端側を前記低温側電極部材に接触して電気的に配列される複数の熱電材料チップと、を有し、一端側と他端側との温度差により電気エネルギーに変換し又は電気エネルギーを温度差に変換する熱電モジュールであって、
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であり、前記熱電材料チップとの接触部分が接合部材により固着されていることを特徴とする熱電モジュール。 - 請求項1において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、前記繊維状部材が前記電極部材の熱膨張方向に対して斜めに編み込まれていることを特徴とする熱電モジュール。
- 請求項1又は2において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、前記繊維状部材の布状体が2枚以上重ねられて構成されていることを特徴とする熱電モジュール。
- 低温側基板と、
前記低温側基板に対向する高温側基板と、
前記低温側基板及び前記高温側基板の各対向面に接合部材で接触又は固着するように配置された複数の低温側電極部材及び高温側電極部材と、前記低温側電極部材及び前記高温側電極部材の間に設けられ一端側を前記高温電極部材に固着するとともに他端側を前記低温側電極部材に固着して電気的に配列される複数の熱電材料チップと、をもち、一端側と他端側との温度差により電気エネルギーに変換し又は電気エネルギーを温度差に変換する熱電モジュールと、
を有し、
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であることを特徴とする熱電モジュールを用いた熱電装置。 - 請求項4において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は前記繊維状部材が前記電極部材の熱膨張方向に対して斜めに編み込まれていることを特徴とする熱電装置。
- 請求項4又は5において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、前記繊維状部材の布状体が2枚以上重ねられて構成されていることを特徴とする熱電モジュールを用いた熱電装置。
- 複数の高温側電極部材の一面側と複数の熱電材料チップの一端側とを接合する高温側電極接合操作と、
前記熱電材料チップの他端側と複数の低温側電極部材の一面側とを接合部材を介して固着する低温側電極固着操作と、を含み、
前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、電気伝導性をもつ伸縮可能な繊維状部材であることを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 - 請求項7において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、前記繊維状部材が前記電極部材の熱膨張方向に対して斜めに編み込まれていることを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
- 請求項7又は8において、前記低温側電極部材及び/又は前記高温側電極部材は、前記繊維状部材の布状体が2枚以上重ねられて構成されていることを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
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