JP2012119450A - Thermoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電変換モジュールに関し、特に、耐荷重の向上に係るものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module, and particularly relates to improvement of load resistance.
従来より、薄膜の半導体材料を使用した熱電変換モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、この種の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は、基板上に形成された複数のＰ型熱電薄膜及びＮ型熱電薄膜と、Ｐ型熱電薄膜とＮ型熱電薄膜とが交互に電気接続されるように設けられた接合部とを有する熱電変換部を備えている。また、熱電変換モジュールは、上記熱電変換部の両側に対向して配置されるとともに、上記接合部に接して該接合部から熱が伝達される伝熱板を備えている。 Conventionally, a thermoelectric conversion module using a thin-film semiconductor material is known. For example, Patent Document 1 discloses this type of thermoelectric conversion module. The thermoelectric conversion module includes a plurality of P-type thermoelectric thin films and N-type thermoelectric thin films formed on a substrate, and a joint provided so that the P-type thermoelectric thin film and the N-type thermoelectric thin film are alternately electrically connected. The thermoelectric conversion part which has is provided. In addition, the thermoelectric conversion module includes a heat transfer plate that is disposed opposite to both sides of the thermoelectric conversion unit and that is in contact with the joint and transmits heat from the joint.
このような構成の熱電変換モジュールに電流を流すと、ＰＮ接合部である各接合部では、いわゆるペルチェ効果によって、吸熱及び放熱の何れかが起こる。そして、各接合部の熱が各伝熱板へ伝達され、両側の伝熱板のうち、一方が吸熱部、他方が放熱部となって、伝熱板の間で温度差が形成される。このように、熱電変換モジュールは、電気を熱に変換することで、対象物の冷却または加熱に利用される。 When a current is passed through the thermoelectric conversion module having such a configuration, either heat absorption or heat dissipation occurs due to the so-called Peltier effect at each junction that is a PN junction. And the heat of each junction part is transmitted to each heat-transfer plate, and among the heat-transfer plates on both sides, one becomes a heat-absorbing part and the other becomes a heat-radiating part, and a temperature difference is formed between the heat-transfer plates. Thus, the thermoelectric conversion module is used for cooling or heating an object by converting electricity into heat.
また、このような熱電変換モジュールには、接合部以外の熱電変換部が伝熱板に接触することによって、その接触部から熱が損失しないように、熱電変換部と伝熱板との間に断熱空間が形成されている。 In addition, in such a thermoelectric conversion module, when a thermoelectric conversion part other than the joint part contacts the heat transfer plate, heat is not lost from the contact part between the thermoelectric conversion part and the heat transfer plate. An insulating space is formed.
ところで、従来の熱電変換モジュールでは、モジュールの強度に関して以下のような問題があった。例えば、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けると、伝熱板または熱電変換部は、内部の断熱空間を小さくする方向に変形する。そして、その変形によって、熱電薄膜や接合部が力を受けて破断してしまう。 By the way, in the conventional thermoelectric conversion module, there existed the following problems regarding the intensity | strength of a module. For example, when the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the heat transfer plate or the thermoelectric conversion portion is deformed in a direction to reduce the internal heat insulating space. And the deformation | transformation will receive a force and will fracture | rupture a thermoelectric thin film and a junction part.
また、上記断熱空間の断熱性を向上させるため、その断熱空間を低圧（真空）にすることも行われている。しかし、断熱空間を低圧（真空）にすると、同様に、断熱空間を小さくする方向に伝熱板または熱電変換部が変形するため、熱電薄膜や接合部は破損しやすくなる。 Moreover, in order to improve the heat insulation of the said heat insulation space, the heat insulation space is also made into the low voltage | pressure (vacuum). However, when the heat insulation space is set to a low pressure (vacuum), similarly, the heat transfer plate or the thermoelectric conversion portion is deformed in the direction of reducing the heat insulation space, so that the thermoelectric thin film and the joint portion are easily damaged.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚さ方向に荷重を受けても破損しにくい熱電変換モジュールを提供することである。 This invention is made | formed in view of such a point, The objective is to provide the thermoelectric conversion module which is hard to be damaged even if it receives a load in the thickness direction.
第１の発明は、互いに同一面方向に配置されるＰ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）と、該Ｐ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続する第１接合部（21）とを有し、上記熱電薄膜（15,16）の面方向に配列される複数の薄膜熱電対（20）と、互いに隣接する上記薄膜熱電対（20）の一方のＰ型熱電薄膜（15）と他方のＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続する第２接合部（22）とを備える熱電変換部（10）と、上記熱電薄膜（15,16）の一方の面に対向配置され、上記第１接合部（21）に接触して、その各接触部の間に断熱空間（45）が形成される第１伝熱板（41）と、上記熱電薄膜（15,16）の他方の面に対向配置され、上記第２接合部（22）に接触して、その各接触部の間に断熱空間（46）が形成される第２伝熱板（42）とを備えた熱電変換モジュールを前提としている。そして、本発明は、上記断熱空間（45,46）において、熱電変換部（10）または伝熱板（41,42）からそれと対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）へ向かって突出し、その先端と該伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）との間に隙間（55,56）を有する突部（51,52）を備えているものである。 In the first invention, the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) arranged in the same plane direction, and the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) are electrically connected. A plurality of thin film thermocouples (20) arranged in the surface direction of the thermoelectric thin films (15, 16) and the thin film thermocouples (20 ) One P-type thermoelectric thin film (15) and the other N-type thermoelectric thin film (16) electrically connected to the thermoelectric conversion section (10), the thermoelectric thin film ( The first heat transfer plate (41) is disposed opposite to one surface of the first heat transfer plate (15, 16) and contacts the first joint (21) to form a heat insulating space (45) between the contact portions. And the other surface of the thermoelectric thin film (15, 16), and is in contact with the second joint portion (22), and a heat insulating space (46) is formed between the contact portions. With heat transfer plate (42) A thermoelectric conversion module is assumed. And this invention, in the said heat insulation space (45,46), the heat-transfer board (41,42) or thermoelectric conversion part (10) which opposes it from a thermoelectric conversion part (10) or a heat-transfer board (41,42) And projecting part (51, 52) having a gap (55, 56) between its tip and the heat transfer plate (41, 42) or thermoelectric conversion part (10). .
本発明では、上記断熱空間（45,46）に、突部（51,52）が設けられている。突部（51,52）は、熱電変換部（10）または伝熱板（41,42）からそれと対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）へ向かって突出している。また、突部（51,52）は、その先端と対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）との間に隙間（55,56）を有している。熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時は、その荷重が伝熱板（41,42）から熱電変換部（10）へ伝達され、熱電変換部（10）は断熱空間（45,46）を小さくする方向に変形しようとする。しかし、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接することによって、熱電変換部（10）は支持されるため、熱電変換部（10）の変形は抑制される。また、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けない時は、上記隙間（55,56）によって、突部（51,52）と対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）との間は断熱され、その間の熱の伝達を抑制することができる。 In the present invention, protrusions (51, 52) are provided in the heat insulating spaces (45, 46). The protrusions (51, 52) protrude from the thermoelectric conversion part (10) or the heat transfer plate (41, 42) toward the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10) opposed to the protrusion. Further, the protrusion (51, 52) has a gap (55, 56) between the tip thereof and the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric converter (10) facing the tip. When the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the load is transmitted from the heat transfer plate (41, 42) to the thermoelectric conversion unit (10), and the thermoelectric conversion unit (10) 46) Try to deform in the direction to make smaller. However, since the thermoelectric conversion part (10) is supported by the protrusions (51, 52) coming into contact with the opposing heat transfer plates (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10), the thermoelectric conversion part (10) The deformation of is suppressed. In addition, when the thermoelectric conversion module is not subjected to a compressive load in the thickness direction, the heat transfer plates (41, 42) or thermoelectric conversion portions ( 10) is insulated and heat transfer between them can be suppressed.
第２の発明は、上記第１の発明において、上記各伝熱板（41,42）の上記熱電薄膜（15,16）に対向する面は平面であり、上記第１接合部（21）は、対向配置された上記熱電薄膜（15,16）と第１伝熱板（41）との間に位置して上記第１伝熱板（41）に接触し、上記第２接合部（22）は、対向配置された上記熱電薄膜（15,16）と第２伝熱板（42）との間に位置して上記第２伝熱板（42）に接触しているものである。 According to a second invention, in the first invention, the surfaces of the heat transfer plates (41, 42) facing the thermoelectric thin films (15, 16) are flat surfaces, and the first joint (21) is , Located between the thermoelectric thin films (15, 16) and the first heat transfer plate (41) arranged opposite to each other and in contact with the first heat transfer plate (41), and the second joint (22). Is located between the thermoelectric thin films (15, 16) and the second heat transfer plate (42) arranged opposite to each other and is in contact with the second heat transfer plate (42).
本発明では、接合部（21,22）は、熱電薄膜（15,16）と対向する伝熱板（41,42）との間に位置すると共に、伝熱板（41,42）の平面状の対向面に接触している。このように、接合部（21,22）と伝熱板（41,42）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、接合部（21,22）によって区画された断熱空間（45,46）が形成される。 In the present invention, the joint portions (21, 22) are located between the thermoelectric thin films (15, 16) and the opposed heat transfer plates (41, 42), and the planar shape of the heat transfer plates (41, 42). In contact with the opposite surface. As described above, when the contact portion between the joint portion (21, 22) and the heat transfer plate (41, 42) is formed, the contact portion adjacent to each other is partitioned by the joint portion (21, 22). A heat insulation space (45, 46) is formed.
第３の発明は、上記第２の発明において、上記突部（51,52）と接合部（21,22）とは、上記熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置されているものである。 In a third aspect based on the second aspect, the protrusions (51, 52) and the joints (21, 22) are disposed opposite to each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16). Is.
熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けると、その荷重は伝熱板（41,42）から接合部（21,22）に伝達される。そして、その接合部（21,22）が荷重の作用点となって、熱電変換部（10）に曲げ荷重が作用する。しかし、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向において、その接合部（21,22）に対向する位置に突部（51,52）が配置されている。これにより、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接することによって、荷重の作用点となる接合部（21,22）は支持される。このようにして、熱電変換部（10）の変形は確実に抑制される。 When the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the load is transmitted from the heat transfer plate (41, 42) to the joint (21, 22). And the junction part (21, 22) becomes an action point of a load, and a bending load acts on the thermoelectric conversion part (10). However, in the film thickness direction of the thermoelectric thin films (15, 16), the protrusions (51, 52) are arranged at positions facing the joints (21, 22). As a result, when the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the protrusions (51, 52) come into contact with the opposing heat transfer plates (41, 42) or the thermoelectric conversion portion (10), thereby reducing the load. The joints (21, 22) serving as the action points are supported. In this way, deformation of the thermoelectric conversion part (10) is reliably suppressed.
第４の発明は、上記第１の発明において、上記第１伝熱板（41）は、上記熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出して上記第１接合部（21）に接触する第１凸部（61）を有し、上記第２伝熱板（42）は、上記熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出して上記第２接合部（22）に接触する第２凸部（62）を有するものである。 In a fourth aspect based on the first aspect, the first heat transfer plate (41) protrudes from a surface facing the thermoelectric thin film (15, 16) and contacts the first joint (21). The second heat transfer plate (42) has a first protrusion (61), and the second heat transfer plate (42) protrudes from the surface facing the thermoelectric thin film (15, 16) and contacts the second joint (22). It has a convex part (62).
本発明では、伝熱板（41,42）には、熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出する凸部（61,62）が設けられ、その凸部（61,62）が接合部（21,22）に接触している。このように、伝熱板（41,42）と接合部（21,22）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、凸部（61,62）によって区画された断熱空間（45,46）が形成される。 In the present invention, the heat transfer plates (41, 42) are provided with convex portions (61, 62) protruding from the surface facing the thermoelectric thin film (15, 16), and the convex portions (61, 62) are joined. Part (21, 22). Thus, when the contact part of a heat exchanger plate (41,42) and a junction part (21,22) is formed, between adjacent contact parts is divided by a convex part (61,62). A heat insulation space (45, 46) is formed.
第５の発明は、上記第４の発明において、上記突部（51,52）と凸部（61,62）とは、上記熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置されているものである。 In a fifth aspect based on the fourth aspect, the protrusions (51, 52) and the protrusions (61, 62) are disposed opposite to each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16). Is.
熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けると、熱電変換部（10）において伝熱板（41,42）の凸部（61,62）に接触する部分が荷重の作用点となって、熱電変換部（10）に曲げ荷重が作用する。しかし、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向において、その凸部（61,62）に対向する位置に突部（51,52）が配置されている。これにより、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、荷重の作用点となる凸部（61,62）に接触する部分は支持される。このようにして、熱電変換部（10）の変形は確実に抑制される。 When the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the portion of the thermoelectric conversion part (10) that contacts the convex part (61, 62) of the heat transfer plate (41, 42) becomes the point of action of the load, A bending load acts on the thermoelectric conversion part (10). However, in the film thickness direction of the thermoelectric thin films (15, 16), the protrusions (51, 52) are arranged at positions facing the protrusions (61, 62). As a result, when the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the portions that contact the convex portions (61, 62) serving as the application point of the load are supported. In this way, deformation of the thermoelectric conversion part (10) is reliably suppressed.
第６の発明は、上記第１乃至５の何れか１項の発明において、上記突部（51,52）は先細形状であるものである。 According to a sixth invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the protrusions (51, 52) have a tapered shape.
本発明では、突部（51,52）が先細形状であるため、熱電変換モジュールが厚さ方向に荷重を受けて、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接しても、その接触面積は小さい。そのため、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接しても、その間の熱の伝達は抑制される。 In the present invention, since the protrusions (51, 52) have a tapered shape, the thermoelectric conversion module receives a load in the thickness direction, and the heat transfer plates (41, 42) or the protrusions (51, 52) face each other. Even in contact with the thermoelectric converter (10), the contact area is small. Therefore, even if the protrusions (51, 52) are in contact with the opposing heat transfer plates (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10), the heat transfer between them is suppressed.
第７の発明は、上記第１乃至第６の何れか１の発明において、上記第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、上記熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔して上記各熱電薄膜（15,16）に接続されているものである。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the first joint portion (21) and the second joint portion (22) are in the plane direction of the thermoelectric thin film (15, 16). And are connected to the thermoelectric thin films (15, 16).
一方で吸熱され他方で放熱される第１接合部（21）と第２接合部（22）とが、各熱電薄膜（15,16）に接続されているため、各接合部（21,22）から熱電薄膜（15,16）へ熱が伝達され、熱損失してしまう。しかし、本発明では、第１接合部（21）と第２接合部（22）とが熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔されている。これにより、従来に比べて、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の距離を長くとることができ、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間で熱が伝達されにくくなる。 Since the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) which absorbed heat on the one hand and are radiated on the other side are connected to each thermoelectric thin film (15,16), each junction part (21,22) Heat is transferred from the thermoelectric thin film (15, 16) to the heat loss. However, in this invention, the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are spaced apart in the surface direction of the thermoelectric thin film (15,16). Thereby, compared with the past, the distance between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) can be taken long, and the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) Heat is difficult to transfer between the two.
第８の発明は、上記第７の発明において、上記熱電変換部（10）は、上記Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）が同一面上に配置される基板（12）を備え、上記基板（12）は、上記第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の少なくとも一部が切除されているものである。 In an eighth aspect based on the seventh aspect, the thermoelectric conversion section (10) includes a substrate (12) on which the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) are arranged on the same plane. The substrate (12) is formed by cutting away at least a part between the first joint (21) and the second joint (22).
本発明では、一方で吸熱され他方で放熱される第１接合部（21）と第２接合部（22）との間が基板（12）で繋がっているため、各接合部（21,22）から基板（12）へ熱が伝達され、熱損失してしまう。しかし、本発明では、上記基板（12）は、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の少なくとも一部が切除されている。そのため、互いに隣接する接合部（21,22）同士の間で、熱が伝達されにくくなる。 In the present invention, since the substrate (12) connects between the first joint (21) and the second joint (22), which absorbs heat on the one hand and dissipates on the other hand, each joint (21, 22). Heat is transferred from the substrate to the substrate (12), causing heat loss. However, in the present invention, at least a part of the substrate (12) between the first joint portion (21) and the second joint portion (22) is cut off. This makes it difficult for heat to be transmitted between the adjacent joints (21, 22).
本発明の熱電変換モジュールによれば、伝熱板（41,42）が熱電薄膜（15,16）に対向配置され、その伝熱板（41,42）が接合部（21,22）に接触することによって、その各接触部の間に断熱空間（45,46）が形成される。その断熱空間（45,46）において、熱電変換部（10）または伝熱板（41,42）からそれと対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）へ向かって突出し、その先端と該伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）との間に隙間（55,56）を有する突部（51,52）を設けるようにした。熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時は、その荷重が伝熱板（41,42）から熱電変換部（10）へ伝達され、熱電変換部（10）は断熱空間（45,46）を小さくする方向に変形しようとする。しかし、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接することによって、熱電変換部（10）は支持されるため、熱電変換部（10）の変形を抑制することができる。これにより、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）や接合部（21,22）の破損を防止することができる。また、熱電変換モジュールが厚さ方向に荷重を受けない時は、上記隙間（55,56）によって突部（51,52）と対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）とは断熱され、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。従って、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へと、熱を効率よく伝達させることができる。 According to the thermoelectric conversion module of the present invention, the heat transfer plate (41, 42) is disposed opposite to the thermoelectric thin film (15, 16), and the heat transfer plate (41, 42) contacts the joint (21, 22). By doing so, the heat insulation space (45, 46) is formed between each contact part. In the heat insulation space (45, 46), the thermoelectric conversion part (10) or the heat transfer plate (41, 42) protrudes toward the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10) opposite to it, A protrusion (51, 52) having a gap (55, 56) is provided between the tip and the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric converter (10). When the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the load is transmitted from the heat transfer plate (41, 42) to the thermoelectric conversion unit (10), and the thermoelectric conversion unit (10) 46) Try to deform in the direction to make smaller. However, since the thermoelectric conversion part (10) is supported by the protrusions (51, 52) coming into contact with the opposing heat transfer plates (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10), the thermoelectric conversion part (10) Can be suppressed. Thereby, damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and the joints (21, 22) caused by the deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented. When the thermoelectric conversion module does not receive a load in the thickness direction, the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric conversion portion (10) facing the protrusion (51, 52) by the gap (55, 56) And heat loss can be suppressed by transferring heat from the thermoelectric conversion section (10) to the heat transfer plates (41, 42) via the protrusions (51, 52). Therefore, heat can be efficiently transferred from the first joint (21) to the first heat transfer plate (41) and from the second joint (22) to the second heat transfer plate (42).
第２の発明によれば、第１の発明において、接合部（21,22）は、熱電薄膜（15,16）と対向する伝熱板（41,42）との間に位置すると共に、伝熱板（41,42）の平面状の対向面に接触するようにした。このように、接合部（21,22）と伝熱板（41,42）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、接合部（21,22）によって区画された断熱空間（45,46）が形成される。接合部（21,22）は、成膜技術や印刷技術によって高精度に形成できる。そのため、接合部（21,22）によって形成される断熱空間（45,46）、更には、断熱空間（45,46）の中に形成される隙間（55,56）を高精度に形成することができ、熱電薄膜（15,16）等の破損防止や熱損失の抑制をより確実に行うことができる。 According to the second invention, in the first invention, the joint portions (21, 22) are positioned between the thermoelectric thin films (15, 16) and the opposed heat transfer plates (41, 42), and It was made to contact the flat opposing surface of a hot plate (41, 42). As described above, when the contact portion between the joint portion (21, 22) and the heat transfer plate (41, 42) is formed, the contact portion adjacent to each other is partitioned by the joint portion (21, 22). A heat insulation space (45, 46) is formed. The joining portions (21, 22) can be formed with high accuracy by a film forming technique or a printing technique. Therefore, the heat insulation space (45, 46) formed by the joint (21, 22), and the gap (55, 56) formed in the heat insulation space (45, 46) should be formed with high accuracy. It is possible to prevent damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and to suppress heat loss more reliably.
第３の発明によれば、第２の発明において、上記突部（51,52）と接合部（21,22）とを熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置するようにした。これにより、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、荷重の作用点となる接合部（21,22）を突部（51,52）によって支持することができる。このように、熱電変換部（10）の変形を確実に抑制することができ、熱電薄膜（15,16）等の破損を確実に防止することができる。 According to the third invention, in the second invention, the protrusions (51, 52) and the joints (21, 22) are arranged to face each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16). . Thereby, when the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the joints (21, 22) serving as the application point of the load can be supported by the protrusions (51, 52). Thus, deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be reliably suppressed, and damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and the like can be reliably prevented.
第４の発明によれば、第１の発明において、伝熱板（41,42）には、熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出する凸部（61,62）が設けられると共に、その凸部（61,62）が接合部（21,22）に接触するようにした。このように、伝熱板（41,42）と接合部（21,22）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、凸部（61,62）によって区画された断熱空間（45,46）が形成される。このように、凸部（61,62）によって断熱空間（45,46）が区画されると、段差の大きい凸部（61,62）によって大きい断熱空間（45,46）を形成しやすくなり、断熱性を高めて、各伝熱板（41,42）へ伝達される熱の伝達効率を向上させることができる。 According to the fourth invention, in the first invention, the heat transfer plates (41, 42) are provided with convex portions (61, 62) protruding from the surface facing the thermoelectric thin film (15, 16). The convex portions (61, 62) are brought into contact with the joint portions (21, 22). Thus, when the contact part of a heat exchanger plate (41,42) and a junction part (21,22) is formed, between adjacent contact parts is divided by a convex part (61,62). A heat insulation space (45, 46) is formed. Thus, when the heat insulating space (45, 46) is partitioned by the convex portion (61, 62), it becomes easy to form a large heat insulating space (45, 46) by the convex portion (61, 62) having a large step, The heat transfer efficiency can be improved, and the efficiency of heat transfer to the heat transfer plates (41, 42) can be improved.
第５の発明によれば、第４の発明において、上記突部（51,52）と凸部（61,62）とを熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置するようにした。これにより、熱電変換モジュールが厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、荷重の作用点となる凸部（61,62）に接触する部分を突部（51,52）によって支持することができる。このように、熱電変換部（10）の変形を確実に抑制することができ、熱電薄膜（15,16）等の破損を確実に防止することができる。 According to the fifth invention, in the fourth invention, the protrusions (51, 52) and the projections (61, 62) are arranged to face each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16). . As a result, when the thermoelectric conversion module receives a compressive load in the thickness direction, the portion that contacts the convex portion (61, 62) serving as the load application point can be supported by the projecting portion (51, 52). Thus, deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be reliably suppressed, and damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and the like can be reliably prevented.
第６の発明によれば、上記第１乃至第５の何れか１の発明において、突部（51,52）を先細形状にした。そのため、突部（51,52）が対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）に接しても、その間の熱の伝達は抑制され、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。従って、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へと、熱を効率よく伝達させることができる。 According to the sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the protrusions (51, 52) are tapered. Therefore, even if the projections (51, 52) are in contact with the opposing heat transfer plates (41, 42) or the thermoelectric conversion unit (10), the heat transfer between them is suppressed and the projections (51, 52) are passed through. Thus, heat loss in which heat is transferred from the thermoelectric conversion section (10) to the heat transfer plates (41, 42) can be suppressed. Therefore, heat can be efficiently transferred from the first joint (21) to the first heat transfer plate (41) and from the second joint (22) to the second heat transfer plate (42).
第７の発明によれば、上記第１乃至第６の何れか１の発明において、第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔して各熱電薄膜（15,16）に接続されるようにした。このように、第１接合部（21）と第２接合部（22）とが離隔されると、従来に比べて第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の距離を長くとることができ、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間で熱が伝達されにくくなる。そのため、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の熱損失を抑制することができ、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へと、熱を効率よく伝達させることができる。 According to the seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the first joint portion (21) and the second joint portion (22) are in the plane direction of the thermoelectric thin film (15, 16). It was made to be connected to each thermoelectric thin film (15, 16). Thus, when the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are separated, the distance between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) compared with the former. Can be made long, and heat is hardly transmitted between the first joint (21) and the second joint (22). Therefore, the heat loss between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) can be controlled, and it is the 2nd from the 1st junction part (21) to the 1st heat exchanger plate (41). Heat can be efficiently transferred from the joint (22) to the second heat transfer plate (42).
第８の発明は、上記第１乃至第７の何れか１の発明において、熱電変換部（10）は、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）が同一面上に配置される基板（12）を備え、その基板（12）は、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の少なくとも一部が切除されるようにした。そのため、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間で熱が伝達されにくくなり、基板（12）内での熱損失を抑制することができる。従って、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へと、熱を効率よく伝達させることができる。 According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the thermoelectric conversion section (10) includes a P-type thermoelectric thin film (15) and an N-type thermoelectric thin film (16) arranged on the same surface. The substrate (12) is provided, and at least a part of the substrate (12) between the first joint portion (21) and the second joint portion (22) is cut off. Therefore, heat becomes difficult to be transmitted between the first joint (21) and the second joint (22), and heat loss in the substrate (12) can be suppressed. Therefore, heat can be efficiently transferred from the first joint (21) to the first heat transfer plate (41) and from the second joint (22) to the second heat transfer plate (42).
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態及び変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、或いはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the following embodiment and modification are essentially preferable illustrations, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
《実施形態１》
本実施形態の熱電変換モジュール（1）は、電流を流して、電気を熱に変換することによって、対象物を冷却または加熱するものである。図１に示すように、この熱電変換モジュール（1）は、電流を流すことによって吸熱または放熱する熱電変換部（10）と、該熱電変換部（10）両側に対向して設けられ、熱電変換部（10）で発生する熱を対象物へ伝達する伝熱板（41,42）とを備えている。
Embodiment 1
The thermoelectric conversion module (1) of this embodiment cools or heats an object by passing an electric current and converting electricity into heat. As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion module (1) is provided with a thermoelectric conversion section (10) that absorbs or dissipates heat by passing an electric current, and opposite to both sides of the thermoelectric conversion section (10). A heat transfer plate (41, 42) that transfers heat generated in the section (10) to the object.
上記熱電変換部（10）は、基板（12）と、該基板（12）上に形成されるＰ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）と、該Ｐ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続する第１接合部（21）及び第２接合部（22）とを備えている。 The thermoelectric converter (10) includes a substrate (12), a P-type thermoelectric thin film (15) and an N-type thermoelectric thin film (16) formed on the substrate (12), and the P-type thermoelectric thin film (15). And a first junction (21) and a second junction (22) that electrically connect the N-type thermoelectric thin film (16).
上記基板（12）は、扁平な板材である。上記基板（12）は、電気絶縁性の材料であればよく、例えば、ガラス等のセラミックス材料や、ポリイミド等の樹脂材料によって形成されている。 The substrate (12) is a flat plate material. The substrate (12) may be an electrically insulating material, and is formed of, for example, a ceramic material such as glass or a resin material such as polyimide.
上記Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）は、方形の同一形状であって、基板（12）上に交互に離隔して形成されている。このように、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）は、互いに同一面方向に配置されている。熱電薄膜（15,16）は、プラズマＣＶＤやスパッタリング等、マスクを用いた成膜プロセスにより形成される。上記熱電薄膜（15,16）の膜厚は、通常１〜１０μｍである。 The P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) have the same rectangular shape and are alternately formed on the substrate (12). Thus, the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) are arranged in the same plane direction. The thermoelectric thin films (15, 16) are formed by a film forming process using a mask, such as plasma CVD or sputtering. The film thickness of the thermoelectric thin film (15, 16) is usually 1 to 10 μm.
上記第１接合部（21）は、互いに隣接するＰ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）の基板（12）側の面とは反対側の面同士を接続するように設けられている。このように、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）と第１接合部（21）とによって薄膜熱電対（20）が構成され、その薄膜熱電対（20）が基板（12）上に配列される。 The first joint (21) is provided so as to connect the surfaces of the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) adjacent to each other on the side opposite to the surface on the substrate (12) side. ing. Thus, the P-type thermoelectric thin film (15), the N-type thermoelectric thin film (16), and the first junction (21) constitute the thin film thermocouple (20), and the thin film thermocouple (20) is the substrate (12 ) Is arranged on.
一方、上記第２接合部（22）は、熱電薄膜（15,16）の第１接合部（21）とは反対側の面上に設けられている。第２接合部（22）は、互いに隣接する薄膜熱電対（20）の一方のＰ型熱電薄膜（15）と他方のＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続している。また、各熱電薄膜（15,16）において、第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔されている。また、第２接合部（22）は、基板内接合部（23）と基板外接合部（24）によって構成されている。 On the other hand, the said 2nd junction part (22) is provided on the surface on the opposite side to the 1st junction part (21) of a thermoelectric thin film (15,16). The second junction (22) electrically connects one P-type thermoelectric thin film (15) and the other N-type thermoelectric thin film (16) of the thin film thermocouples (20) adjacent to each other. Moreover, in each thermoelectric thin film (15,16), the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are spaced apart in the surface direction of the thermoelectric thin film (15,16). Moreover, the 2nd junction part (22) is comprised by the junction part (23) in a board | substrate, and the junction part (24) outside a board | substrate.
上記基板内接合部（23）は、基板（12）に金属が埋め込まれて形成されている。基板内接合部（23）は、基板（12）の厚さ方向に貫通形成されている。基板内接合部（23）の熱電薄膜（15,16）側の端面は、熱電薄膜（15,16）に接している。 The intra-substrate joint (23) is formed by embedding metal in the substrate (12). The in-substrate bonding part (23) is formed so as to penetrate in the thickness direction of the substrate (12). The end surface on the thermoelectric thin film (15, 16) side of the in-substrate joint (23) is in contact with the thermoelectric thin film (15, 16).
上記基板外接合部（24）は、基板（12）の背面に設けられ、基板内接合部（23）の背面側の端面に接するように形成されている。 The outer substrate bonding portion (24) is provided on the back surface of the substrate (12), and is formed so as to contact the end surface on the back surface side of the in-substrate bonding portion (23).
上記接合部（21,23,24）は、例えば、銅やアルミ等の電気抵抗が小さく熱伝導率が高い材料で形成されることが望ましい。また、各熱電薄膜（15,16）との接合を良好にしたり、耐久性を上げるために、各接合部（21,23,24）にはニッケルや金などのメッキを施すことが望ましい。 The joints (21, 23, 24) are preferably formed of a material having a low electrical resistance and a high thermal conductivity, such as copper or aluminum. Further, in order to improve the bonding with each thermoelectric thin film (15, 16) or increase the durability, it is desirable to apply plating such as nickel or gold to each bonding portion (21, 23, 24).
上記伝熱板（41,42）は、第１伝熱板（41）と第２伝熱板（42）とを有している。第１伝熱板（41）は、熱電薄膜（15,16）の第１接合部（21）側の面に対向配置されるとともに、その熱電薄膜（15,16）に対向する面が平面状に形成されている。第１接合部（21）は、熱電薄膜（15,16）の基板（12）側の面とは反対側の面上に設けられているため、熱電薄膜（15,16）と第１伝熱板（41）との間に位置している。また、第１接合部（21）は、該第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ熱が伝達されるように該第１伝熱板（41）に接触している。一方、第２伝熱板（42）は、基板（12）を挟んで、熱電薄膜（15,16）の第２接合部（22）側の面に対向配置されるとともに、その熱電薄膜（15,16）に対向する面が平面状に形成されている。第２接合部（22）は、熱電薄膜（15,16）の第１接合部（21）とは反対側の面上に設けられているため、熱電薄膜（15,16）と第２伝熱板（42）との間に位置している。また、第２接合部（22）は、該第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へ熱が伝達されるように該第２伝熱板（42）に接触している。伝熱板（41,42）は、熱伝導率が高い電気絶縁性の材料によって形成され、例えば、アルミナが使用される。また、伝熱板（41,42）は、接合部（21,24）が接触する面に、例えば、アルミナを表面コーティングして電気絶縁を確保した銅等の金属でも好適である。 The heat transfer plate (41, 42) includes a first heat transfer plate (41) and a second heat transfer plate (42). The first heat transfer plate (41) is disposed opposite to the surface of the thermoelectric thin film (15, 16) on the first joint (21) side, and the surface facing the thermoelectric thin film (15, 16) is planar. Is formed. Since the 1st junction part (21) is provided on the surface on the opposite side to the substrate (12) side of thermoelectric thin film (15,16), thermoelectric thin film (15,16) and the 1st heat transfer Located between the plate (41). The first joint (21) is in contact with the first heat transfer plate (41) so that heat is transferred from the first joint (21) to the first heat transfer plate (41). . On the other hand, the second heat transfer plate (42) is opposed to the surface on the second joint (22) side of the thermoelectric thin film (15, 16) with the substrate (12) interposed therebetween, and the thermoelectric thin film (15 , 16) is formed in a flat surface. Since the 2nd junction part (22) is provided on the surface on the opposite side to the 1st junction part (21) of thermoelectric thin film (15,16), thermoelectric thin film (15,16) and 2nd heat transfer Located between the plate (42). The second joint (22) is in contact with the second heat transfer plate (42) so that heat is transferred from the second joint (22) to the second heat transfer plate (42). . The heat transfer plates (41, 42) are formed of an electrically insulating material having a high thermal conductivity, and for example, alumina is used. Further, the heat transfer plate (41, 42) is also preferably made of a metal such as copper whose surface is in contact with the joints (21, 24), for example, alumina to ensure electrical insulation.
また、各接合部（21,22）が、対向配置された熱電薄膜（15,16）と各伝熱板（41,42）との間に位置し、各伝熱板（41,42）に接触した状態では、その各接触部の間に、空間（45,46）が形成される。互いに隣接する第１接合部（21）の間には、第１接合部（21）と第１伝熱板（41）と熱電薄膜（15,16）と第２接合部（22）とによって囲まれた第１空間（45）が形成される。一方、互いに隣接する第２接合部（22）の間には、第２接合部（22）と第２伝熱板（42）と基板（12）とによって囲まれた第２空間（46）が形成される。上記空間（45,46）は、その空間（45,46）の周囲の材料に比べて熱伝導率の低い空気で満たされており、熱電変換部（10）側と伝熱板（41,42）側とを断熱する断熱空間として機能している。尚、上記空間（45,46）は、断熱性を更に向上させるために、内部を低圧（真空）にしても構わない。 Also, each joint (21, 22) is located between the thermoelectric thin film (15, 16) and each heat transfer plate (41, 42) facing each other, and on each heat transfer plate (41, 42). In the contacted state, spaces (45, 46) are formed between the contact portions. The first joint (21) adjacent to each other is surrounded by the first joint (21), the first heat transfer plate (41), the thermoelectric thin film (15, 16), and the second joint (22). A first space (45) is formed. On the other hand, a second space (46) surrounded by the second joint (22), the second heat transfer plate (42), and the substrate (12) is formed between the second joints (22) adjacent to each other. It is formed. The space (45, 46) is filled with air having a lower thermal conductivity than the surrounding material of the space (45, 46), and the thermoelectric conversion part (10) side and the heat transfer plate (41, 42) ) It functions as a heat insulation space that insulates the side. The space (45, 46) may have a low pressure (vacuum) inside to further improve heat insulation.
このような構成の熱電変換モジュール（1）では、熱電薄膜（15,16）に電流を流すと、ＰＮ接合部である第１接合部（21）及び第２接合部（22）のうち、ペルチェ効果によって、一方が吸熱され、他方が放熱される。つまり、各熱電薄膜（15,16）の面方向には温度勾配が形成される。そして、その熱が各接合部（21,22）から各伝熱板（41,42）へそれぞれ伝達され、熱電変換モジュール（1）の側面である第１伝熱板（41）と第２伝熱板（42）との間に温度差が形成される。 In the thermoelectric conversion module (1) having such a configuration, when a current is passed through the thermoelectric thin films (15, 16), the Peltier of the first junction (21) and the second junction (22) which are PN junctions. Due to the effect, one end absorbs heat and the other end dissipates heat. That is, a temperature gradient is formed in the surface direction of each thermoelectric thin film (15, 16). Then, the heat is transmitted from each joint (21, 22) to each heat transfer plate (41, 42), and the first heat transfer plate (41) and the second heat transfer which are the side surfaces of the thermoelectric conversion module (1). A temperature difference is formed with the hot plate (42).
上記第１空間（45）及び第２空間（46）には、各伝熱板（41,42）から対向する熱電変換部（10）へ向かって突出する第１突部（51）及び第２突部（52）がそれぞれ設けられている。上記第１突部（51）は、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に、第２接合部（22）に対向するように配置されている。一方、上記第２突部（52）は、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に、第１接合部（21）に対向するように配置されている。上記突部（51,52）は、熱伝導率の低い材料で形成され、例えば、ポリイミド等の熱硬化性樹脂によって形成される。上記突部（51,52）は、フォトリソグラフィ、インクジェット、スクリーン印刷等の微細パターニング技術によって形成される。 In the first space (45) and the second space (46), a first protrusion (51) and a second protrusion projecting from the heat transfer plates (41, 42) toward the opposing thermoelectric converter (10). Each protrusion (52) is provided. The said 1st protrusion (51) is arrange | positioned so as to oppose a 2nd junction part (22) in the film thickness direction of a thermoelectric thin film (15,16). On the other hand, the second protrusion (52) is disposed in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16) so as to face the first joint (21). The protrusions (51, 52) are made of a material having low thermal conductivity, and are made of, for example, a thermosetting resin such as polyimide. The protrusions (51, 52) are formed by a fine patterning technique such as photolithography, inkjet, screen printing or the like.
第１突部（51）と、該第１突部（51）に対向する熱電薄膜（15,16）との間には、隙間（55）が設けられている。隙間（55）は、熱伝導率の低い空気が介在している。そのため、上記隙間（55）によって熱電薄膜（15,16）と第１突部（51）とは断熱され、熱電薄膜（15,16）から第１突部（51）への熱の伝達を抑制することができる。 A gap (55) is provided between the first protrusion (51) and the thermoelectric thin film (15, 16) facing the first protrusion (51). In the gap (55), air with low thermal conductivity is interposed. Therefore, the thermoelectric thin film (15, 16) and the first protrusion (51) are thermally insulated by the gap (55), and the transfer of heat from the thermoelectric thin film (15, 16) to the first protrusion (51) is suppressed. can do.
また、第１突部（51）は、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、上記隙間（55）が無くなって第１突部（51）が熱電薄膜（15,16）に接するように設けられている。例えば、第２伝熱板（42）が外部より圧縮荷重を受けると、その荷重は第２伝熱板（42）から第２接合部（22）へ伝達される。そして、第２接合部（22）が荷重の作用点となって、熱電変換部（10）に曲げ荷重が作用してしまう。しかし、本実施形態では、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向において、その第２接合部（22）に対向する位置に第１突部（51）が配置されている。そのため、第１突部（51）が熱電薄膜（15,16）に接することによって、荷重の作用点である第２接合部（22）は支持される。これにより、熱電変換部（10）の変形を確実に抑制することができ、熱電変換部（10）変形によって熱電薄膜（15,16）が破損するのを防止できる。 Further, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the first protrusion (51) has no gap (55), and the first protrusion (51) has the thermoelectric thin film (15, 15). It is provided to contact 16). For example, when the second heat transfer plate (42) receives a compressive load from the outside, the load is transmitted from the second heat transfer plate (42) to the second joint (22). And a 2nd junction part (22) becomes an action point of a load, and a bending load will act on a thermoelectric conversion part (10). However, in this embodiment, the 1st protrusion (51) is arrange | positioned in the position facing the 2nd junction part (22) in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15,16). Therefore, when the first protrusion (51) is in contact with the thermoelectric thin film (15, 16), the second joint (22) that is the point of application of the load is supported. Thereby, a deformation | transformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed reliably, and it can prevent that a thermoelectric thin film (15,16) is damaged by a thermoelectric conversion part (10) deformation | transformation.
同様に、第２突部（52）と、該第２突部（52）に対向する基板（12）との間には、隙間（56）が設けられている。隙間（56）は、熱伝導率の低い空気が介在している。そのため、上記隙間（56）によって基板（12）と第２突部（52）とは断熱され、基板（12）から第２突部（52）への熱の伝達を抑制することができる。 Similarly, a gap (56) is provided between the second protrusion (52) and the substrate (12) facing the second protrusion (52). In the gap (56), air having low thermal conductivity is interposed. Therefore, the substrate (12) and the second protrusion (52) are thermally insulated by the gap (56), and heat transfer from the substrate (12) to the second protrusion (52) can be suppressed.
また、第２突部（52）は、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、上記隙間（56）が無くなって第２突部（52）が基板（12）に接するように設けられている。例えば、第１伝熱板（41）が外部より圧縮荷重を受けると、その荷重は第１伝熱板（41）から第１接合部（21）へ伝達される。そして、第１接合部（21）が荷重の作用点となって、熱電変換部（10）に曲げ荷重が作用してしまう。しかし、本実施形態では、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向において、その第１接合部（21）に対向する位置に第２突部（52）が配置されている。そのため、第２突部（52）が基板（12）に接することによって、荷重の作用点である第２接合部（22）は支持される。これにより、熱電変換部（10）の変形を確実に抑制することができ、熱電変換部（10）変形によって熱電薄膜（15,16）が破損するのを防止できる。 Further, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the second protrusion (52) is removed from the gap (56) and the second protrusion (52) is formed on the substrate (12). It is provided to touch. For example, when the first heat transfer plate (41) receives a compressive load from the outside, the load is transmitted from the first heat transfer plate (41) to the first joint (21). And a 1st junction part (21) becomes an action point of a load, and a bending load will act on a thermoelectric conversion part (10). However, in this embodiment, the 2nd protrusion (52) is arrange | positioned in the position facing the 1st junction part (21) in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15,16). Therefore, when the 2nd protrusion (52) contacts a board | substrate (12), the 2nd junction part (22) which is an action point of a load is supported. Thereby, a deformation | transformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed reliably, and it can prevent that a thermoelectric thin film (15,16) is damaged by a thermoelectric conversion part (10) deformation | transformation.
上記隙間（55,56）の大きさは、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、熱電薄膜（15,16）が力を受けて破断しない範囲内で規定される。例えば、上記隙間（55,56）の大きさは、熱電薄膜（15,16）の膜厚と概ね同等に規定される。 The size of the gap (55, 56) is defined within a range where the thermoelectric thin film (15, 16) is not broken by receiving a force when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction. . For example, the size of the gap (55, 56) is defined approximately equal to the film thickness of the thermoelectric thin film (15, 16).
また、図１及び図２に示すように、突部（51,52）は四角錘形状である。このように、突部（51,52）を先細形状にすると、突部（51,52）が熱電変換部（10）に接しても、その接触面積は小さい。そのため、熱電変換部（10）から突部（51,52）への熱の伝達を抑制することができる。 Moreover, as shown in FIG.1 and FIG.2, the protrusion (51,52) is a square pyramid shape. Thus, when the protrusions (51, 52) are tapered, even if the protrusions (51, 52) are in contact with the thermoelectric converter (10), the contact area is small. Therefore, heat transfer from the thermoelectric conversion part (10) to the protrusions (51, 52) can be suppressed.
−実施形態１の効果−
実施形態１では、伝熱板（41,42）が基板（12）に対向配置され、その伝熱板（41,42）の基板（12）に対向する平面に接合部（21,22）が接触している。このように、伝熱板（41,42）と接合部（21,22）との間に接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、断熱する空間（45,46）が形成される。その空間（45,46）において、伝熱板（41,42）からそれと対向する熱電変換部（10）へ向かって突出し、その先端と該熱電変換部（10）との間に隙間（55,56）を有する突部（51,52）を設けるようにした。熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時は、その荷重が伝熱板（41,42）から熱電変換部（10）へ伝達され、熱電変換部（10）は断熱空間（45,46）を小さくする方向に変形しようとする。しかし、第１突部（51）が対向する熱電薄膜（15,16）に、第２突部（52）が対向する基板（12）にそれぞれ接することによって、熱電変換部（10）は支持される。そのため、熱電変換部（10）の変形を抑制することができ、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）の破損を防止することができる。また、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に荷重を受けない時は、空気を介在した隙間（55,56）によって熱電変換部（10）と突部（51,52）との間が断熱され、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。
-Effect of Embodiment 1-
In the first embodiment, the heat transfer plates (41, 42) are arranged to face the substrate (12), and the joint portions (21, 22) are arranged on the plane of the heat transfer plates (41, 42) facing the substrate (12). In contact. As described above, when the contact portion is formed between the heat transfer plate (41, 42) and the joint portion (21, 22), the space (45, 46) that insulates between the adjacent contact portions. Is formed. In the space (45, 46), it protrudes from the heat transfer plate (41, 42) toward the thermoelectric conversion part (10) facing it, and a gap (55, 55) is formed between the tip and the thermoelectric conversion part (10). A protrusion (51, 52) having 56) is provided. When the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the load is transmitted from the heat transfer plate (41, 42) to the thermoelectric conversion unit (10), and the thermoelectric conversion unit (10) Attempts to deform in a direction to reduce (45,46). However, the thermoelectric conversion section (10) is supported by the thermoelectric thin film (15, 16) facing the first protrusion (51) and the substrate (12) facing the second protrusion (52). The Therefore, deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed, and damage to the thermoelectric thin film (15, 16) caused by deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented. In addition, when the thermoelectric conversion module (1) is not subjected to a load in the thickness direction, the gap between the air (55, 56) insulates the thermoelectric conversion part (10) from the protrusion (51, 52). Thus, it is possible to suppress heat loss in which heat is transferred from the thermoelectric conversion section (10) to the heat transfer plates (41, 42) via the protrusions (51, 52).
また、実施形態１では、上記突部（51,52）を先細形状にするようにした。これにより、突部（51,52）が熱電変換部（10）に接しても、その接触面積は小さいため、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。 In the first embodiment, the protrusions (51, 52) are tapered. As a result, even if the protrusion (51, 52) contacts the thermoelectric conversion part (10), the contact area is small, so the heat transfer plate (10) from the thermoelectric conversion part (10) via the protrusion (51, 52) 41, 42) can be prevented from heat loss.
また、実施形態１では、各熱電薄膜（15,16）において、第１接合部（21）と第２接合部（22）とを熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔するようにした。このように、第１接合部（21）と第２接合部（22）とが離隔されると、従来に比べて第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の距離を長くとることができ、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間で熱が伝達されにくくなる。そのため、第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の熱損失を抑制することができ、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へと、熱を効率よく伝達させることができる。 In Embodiment 1, in each thermoelectric thin film (15, 16), the first joint portion (21) and the second joint portion (22) are separated in the surface direction of the thermoelectric thin film (15, 16). . Thus, when the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are separated, the distance between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) compared with the former. Can be made long, and heat is hardly transmitted between the first joint (21) and the second joint (22). Therefore, the heat loss between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) can be controlled, and it is the 2nd from the 1st junction part (21) to the 1st heat exchanger plate (41). Heat can be efficiently transferred from the joint (22) to the second heat transfer plate (42).
〈実施形態１の変形例１〉
次に、実施形態１の変形例を図面に基づいて詳細に説明する。本変形例は、上記実施形態１において、基板（12）の形状を変更したものである。つまり、上記実施形態１では、基板（12）は単なる平板であったが、本変形例では、図３に示すように、基板（12）を一部切除するようにした。
<Modification 1 of Embodiment 1>
Next, a modification of the first embodiment will be described in detail based on the drawings. This modification is obtained by changing the shape of the substrate (12) in the first embodiment. That is, in the first embodiment, the substrate (12) is a simple flat plate. However, in this modification, the substrate (12) is partially cut away as shown in FIG.
具体的に、上記基板（12）には、該基板（12）が一部貫通除去された貫通部（13）が設けられている。上記貫通部（13）は、基板（12）の面方向において第１接合部（21）と第２接合部（22）との間に位置し、熱電薄膜（15,16）の下側に設けられる。このように、基板（12）の第１接合部（21）と第２接合部（22）との間が一部切除されると、吸熱及び放熱の何れかが起こる各接合部（21,22）の熱が、隣接する接合部（21,22）へ伝達されにくくなり、基板（12）内の熱損失を抑制することができる。これにより、第１接合部（21）から第１伝熱板（41）へ、第２接合部（22）から第２伝熱板（42）へ、熱を効率よく伝達させることができる。 Specifically, the substrate (12) is provided with a through portion (13) from which the substrate (12) is partially removed. The penetration part (13) is located between the first joint part (21) and the second joint part (22) in the surface direction of the substrate (12), and is provided below the thermoelectric thin film (15, 16). It is done. Thus, when a part between the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) of a board | substrate (12) is partly cut | disconnected, each junction part (21,22) in which either heat absorption and heat dissipation occur. ) Is not easily transmitted to the adjacent joints (21, 22), and heat loss in the substrate (12) can be suppressed. Thereby, heat can be efficiently transmitted from the first joint (21) to the first heat transfer plate (41) and from the second joint (22) to the second heat transfer plate (42).
尚、本変形例では、基板（12）に貫通部（13）が設けられているが、図４に示すように、貫通部（13）の代わりに、基板（12）面が凹陥された凹部（14）が設けられても構わない。つまり、凹部（14）は、基板（12）の第１接合部（21）と第２接合部（22）との間が一部切除された構成である。 In this modification, the substrate (12) is provided with the through portion (13). However, as shown in FIG. 4, the substrate (12) surface is recessed instead of the through portion (13). (14) may be provided. That is, the recess (14) has a configuration in which a part between the first joint portion (21) and the second joint portion (22) of the substrate (12) is cut off.
また、本変形例においても、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時は、熱電変換部（10）は突部（51,52）によって支持される。そのため、熱電変換部（10）の変形を抑制することができ、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）の破損を防止することができる。また、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けない時は、隙間（55,56）によって熱電変換部（10）と突部（51,52）とが断熱され、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。 Also in this modified example, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the thermoelectric conversion section (10) is supported by the protrusions (51, 52). Therefore, deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed, and damage to the thermoelectric thin film (15, 16) caused by deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented. Further, when the thermoelectric conversion module (1) is not subjected to a compressive load in the thickness direction, the thermoelectric conversion portion (10) and the protrusion (51, 52) are insulated by the gap (55, 56), and the protrusion ( It is possible to suppress heat loss in which heat is transferred from the thermoelectric conversion section (10) to the heat transfer plates (41, 42) via 51, 52).
〈実施形態１のその他の変形例〉
上記実施形態１では、突部（51,52）が、各空間（45,46）において、熱電薄膜（15,16）の配列方向に２個形成されている。しかし、突部（51,52）の個数は関係なく、例えば、図５に示すように、突部（51,52）が各空間（45,46）の中央部に１個だけ形成されても同様の効果を奏する。また、図６に示すように、２個の突部（51,52）が、熱電薄膜（15,16）の配列方向に垂直な方向に並設されても構わない。
<Other Modifications of Embodiment 1>
In the first embodiment, two protrusions (51, 52) are formed in each space (45, 46) in the arrangement direction of the thermoelectric thin films (15, 16). However, the number of protrusions (51, 52) is not related. For example, as shown in FIG. 5, only one protrusion (51, 52) is formed at the center of each space (45, 46). The same effect is produced. Moreover, as shown in FIG. 6, the two protrusions (51, 52) may be arranged in parallel in a direction perpendicular to the arrangement direction of the thermoelectric thin films (15, 16).
また、上記実施形態１では、突部（51,52）を四角錘形状にしている。突部（51,52）は、熱電変換部（10）に接触した時にその接触面積が小さい先細形状であることが好ましい。そのため、突部（51,52）は、四角錘形状の他に、図７に示す三角柱形状等に形成することによって先細形状を構成してもよい。また、突部（51,52）の支持強度等を考慮して、図８に示す半球状等、丸みを有する形状によって先細形状を構成してもよい。 Moreover, in the said Embodiment 1, the protrusion (51,52) is made into square pyramid shape. The protrusions (51, 52) preferably have a tapered shape with a small contact area when contacting the thermoelectric converter (10). Therefore, the protrusions (51, 52) may have a tapered shape by being formed in a triangular prism shape or the like shown in FIG. 7 in addition to the quadrangular pyramid shape. In consideration of the support strength of the protrusions (51, 52), the tapered shape may be configured by a round shape such as a hemisphere shown in FIG.
また、上記実施形態１では、突部（51,52）は、伝熱板（41,42）から熱電変換部（10）側へ延びるように形成されている。しかし、図９に示すように、突部（51,52）は、熱電変換部（10）側である熱電薄膜（15,16）や基板（12）から伝熱板（41,42）側へ延びるように形成されても同様の効果を奏する。 Moreover, in the said Embodiment 1, the protrusion (51,52) is formed so that it may extend from the heat exchanger plate (41,42) to the thermoelectric conversion part (10) side. However, as shown in FIG. 9, the protrusions (51, 52) extend from the thermoelectric thin film (15, 16) or the substrate (12) on the thermoelectric conversion unit (10) side to the heat transfer plate (41, 42) side. Even if it is formed to extend, the same effect can be obtained.
《実施形態２》
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、上記実施形態１において、伝熱板（41,42）の形状を変更したものである。つまり、上記実施形態１では、伝熱板（41,42）は扁平な形状であったが、本実施形態では、図１０に示すように、伝熱板（41,42）の熱電変換部（10）側の面に凸部（61,62）を設けるようにした。
<< Embodiment 2 >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. The present embodiment is obtained by changing the shape of the heat transfer plate (41, 42) in the first embodiment. That is, in the said Embodiment 1, although the heat exchanger plate (41, 42) was flat shape, as shown in FIG. 10, in this embodiment, the thermoelectric conversion part ( 10) Protrusions (61, 62) were provided on the side surface.
具体的に、第１接合部（21）は、基板（12）上のＰ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）との間に設けられ、該Ｐ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続している。このように、Ｐ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）と第１接合部（21）とによって、薄膜熱電対（20）を構成している。一方、上記第２接合部（22）は、基板（12）上のＰ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）との間に設けられるともに熱電薄膜（15,16）の基板（12）側の面に接するように設けられ、基板（12）内へ延びて基板（12）背面に露出している。第２接合部（22）は、互いに隣接する薄膜熱電対（20）の一方のＰ型熱電薄膜（15）と他方のＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続している。また、各熱電薄膜（15,16）において、第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔されている。 Specifically, the first joint (21) is provided between the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) on the substrate (12), and the P-type thermoelectric thin film (15) The N-type thermoelectric thin film (16) is electrically connected. Thus, the P-type thermoelectric thin film (15), the N-type thermoelectric thin film (16), and the first joint (21) constitute a thin film thermocouple (20). On the other hand, the second bonding portion (22) is provided between the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) on the substrate (12), and the thermoelectric thin film (15, 16) substrate ( 12) is provided in contact with the surface on the side, extends into the substrate (12), and is exposed on the back surface of the substrate (12). The second junction (22) electrically connects one P-type thermoelectric thin film (15) and the other N-type thermoelectric thin film (16) of the thin film thermocouples (20) adjacent to each other. Moreover, in each thermoelectric thin film (15,16), the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are spaced apart in the surface direction of the thermoelectric thin film (15,16).
第１伝熱板（41）は、基板（12）の熱電薄膜（15,16）側の面、つまり、基板（12）の第１接合部（21）側の面に対向配置されている。第１伝熱板（41）には、基板（12）に対向する面から突出する第１凸部（61）が設けられ、その第１凸部（61）は第１接合部（21）に接触している。このように、第１伝熱板（41）の第１凸部（61）と第１接合部（21）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、第１凸部（61）によって区画された第１空間（45）が形成される。 The first heat transfer plate (41) is disposed to face the surface of the substrate (12) on the thermoelectric thin film (15, 16) side, that is, the surface of the substrate (12) on the first bonding portion (21) side. The first heat transfer plate (41) is provided with a first protrusion (61) protruding from a surface facing the substrate (12), and the first protrusion (61) is formed on the first joint (21). In contact. Thus, when the contact part of the 1st convex part (61) of the 1st heat exchanger plate (41) and the 1st joined part (21) is formed, between the contact parts adjacent to each other, the 1st A first space (45) partitioned by the convex portion (61) is formed.
第１伝熱板（41）は、熱電薄膜（15,16）の第２接合部（22）が接する面とは反対側の面に対向配置されている。第１伝熱板（41）には、熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出する第１凸部（61）が設けられ、その第１凸部（61）は第１接合部（21）に接触している。このように、第１伝熱板（41）の第１凸部（61）と第１接合部（21）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、第１凸部（61）によって区画された第１空間（45）が形成される。第１空間（45）は、第１伝熱板（41）と熱電薄膜（15,16）と第２接合部（22）とによって囲まれている。一方、第２伝熱板（42）は、基板（12）を挟んで、熱電薄膜（15,16）の第２接合部（22）が接する面に対向配置されている。第２伝熱板（42）には、熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出する第２凸部（62）が設けられ、その第２凸部（62）は第２接合部（22）に接触している。このように、第２伝熱板（42）の第２凸部（62）と第２接合部（22）との接触部が形成されると、互いに隣接する接触部の間には、第２凸部（62）によって区画された第２空間（46）が形成される。第２空間（46）は、第２伝熱板（42）と基板（12）と第２接合部（22）とによって囲まれている。上記空間（45,46）は、その空間（45,46）の周囲の材料に比べて熱伝導率の低い空気で満たされており、熱電変換部（10）側と伝熱板（41,42）側とを断熱する断熱空間として機能している。このように、凸部（61,62）によって熱電変換部（10）側と伝熱板（41,42）側とを断熱する空間（45,46）が形成されると、凸部（61,62）の高さに応じて断熱する空間（45,46）を大きくすることができ、断熱性を高めて、各伝熱板（41,42）へ伝達される熱の伝達効率を向上させることができる。尚、上記空間（45,46）は、断熱性を更に向上させるために、内部を低圧（真空）にしても構わない。 The first heat transfer plate (41) is disposed to face the surface opposite to the surface with which the second joint portion (22) of the thermoelectric thin film (15, 16) contacts. The first heat transfer plate (41) is provided with a first protrusion (61) protruding from a surface facing the thermoelectric thin film (15, 16), and the first protrusion (61) is a first joint ( 21) is in contact. Thus, when the contact part of the 1st convex part (61) of the 1st heat exchanger plate (41) and the 1st joined part (21) is formed, between the contact parts adjacent to each other, the 1st A first space (45) partitioned by the convex portion (61) is formed. The first space (45) is surrounded by the first heat transfer plate (41), the thermoelectric thin films (15, 16), and the second joint (22). On the other hand, the second heat transfer plate (42) is disposed opposite to the surface of the thermoelectric thin film (15, 16) with which the second bonding portion (22) is in contact with the substrate (12). The second heat transfer plate (42) is provided with a second convex portion (62) protruding from a surface facing the thermoelectric thin film (15, 16), and the second convex portion (62) is a second joint portion (62). 22) is in contact. Thus, when the contact part of the 2nd convex part (62) of the 2nd heat exchanger plate (42) and the 2nd joined part (22) is formed, between the contact parts adjacent to each other, the 2nd A second space (46) partitioned by the convex portion (62) is formed. The second space (46) is surrounded by the second heat transfer plate (42), the substrate (12), and the second joint (22). The space (45, 46) is filled with air having a lower thermal conductivity than the surrounding material of the space (45, 46), and the thermoelectric conversion part (10) side and the heat transfer plate (41, 42) ) It functions as a heat insulation space that insulates the side. Thus, when the space (45, 46) that insulates the thermoelectric conversion part (10) side and the heat transfer plate (41, 42) side is formed by the convex part (61, 62), the convex part (61, 62) The space (45, 46) for heat insulation can be increased according to the height of the heat, improving heat insulation and improving the efficiency of heat transfer to each heat transfer plate (41, 42). Can do. The space (45, 46) may have a low pressure (vacuum) inside to further improve heat insulation.
また、本実施形態においても、上記空間（45,46）において、各伝熱板（41,42）から対向する熱電変換部（10）へ向かって突出する第１突部（51）及び第２突部（52）がそれぞれ設けられている。各突部（51,52）と対向する熱電変換部（10）との間には、隙間（55,56）が設けられている。熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けると、第１伝熱板（41）の第１凸部（61）に接触する部分及び第２伝熱板（42）の第２凸部（62）に接触する部分が荷重の作用点となって、熱電変換部（10）に曲げ荷重が作用してしまう。しかし、本実施形態では、熱電薄膜（15,16）の膜厚方向において、第２凸部（62）に対向する位置に第１突部（51）が、第１凸部（61）に対向する位置に第２突部（52）がそれぞれ配置されている。そのため、第１突部（51）及び第２突部（52）が対向する熱電変換部（10）に接することによって、荷重の作用点となる凸部（61,62）に接触する部分は支持される。これにより、熱電変換部（10）の変形を確実に抑制することができ、熱電変換部（10）変形によって熱電薄膜（15,16）が破損するのを防止できる。 Also in the present embodiment, in the space (45, 46), the first protrusion (51) and the second protrusion that protrude from the heat transfer plates (41, 42) toward the opposing thermoelectric converter (10). Each protrusion (52) is provided. A gap (55, 56) is provided between each projecting part (51, 52) and the thermoelectric conversion part (10) facing the projecting part (51, 52). When the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the portion contacting the first convex portion (61) of the first heat transfer plate (41) and the second convex portion of the second heat transfer plate (42). The part in contact with the part (62) becomes the point of action of the load, and the bending load acts on the thermoelectric conversion part (10). However, in this embodiment, in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16), the first protrusion (51) faces the first protrusion (61) at a position facing the second protrusion (62). The second protrusions (52) are respectively arranged at the positions to be operated. Therefore, when the first protrusion (51) and the second protrusion (52) are in contact with the opposing thermoelectric conversion part (10), the portion that contacts the convex part (61, 62) that is the load application point is supported. Is done. Thereby, a deformation | transformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed reliably, and it can prevent that a thermoelectric thin film (15,16) is damaged by a thermoelectric conversion part (10) deformation | transformation.
《実施形態３》
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、上記実施形態２において、接合部（21,22）の形状を変更したものである。つまり、上記実施形態２では、熱電薄膜（15,16）の両側の面に接合部（21,22）を設けたが、本実施形態では、図１１に示すように、熱電薄膜（15,16）の片側の面に接合部（21,22）を設けるようにした。
<< Embodiment 3 >>
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described in detail based on the drawings. This embodiment is obtained by changing the shape of the joint portion (21, 22) in the second embodiment. That is, in the second embodiment, the joint portions (21, 22) are provided on both sides of the thermoelectric thin film (15, 16). However, in this embodiment, as shown in FIG. )) On one side surface (21, 22).
具体的に、第１接合部（21）及び第２接合部（22）は、共に、熱電薄膜（15,16）の、基板（12）に接する面とは反対側の面同士を電気的に接続している。第１接合部（21）は、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）とともに薄膜熱電対（20）を構成している。一方、第２接合部（22）は、互いに隣接する薄膜熱電対（20）の一方のＰ型熱電薄膜（15）と他方のＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続している。各熱電薄膜（15,16）において、第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔されている。また、第１接合部（21）は、接合するＰ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）との間から第１伝熱板（41）側へ突出し、該第１伝熱板（41）に接触している。そして、互いに隣接する第１接合部（21）の間には、第１接合部（21）と第１伝熱板（41）と熱電薄膜（15,16）と第２接合部（22）とによって囲まれた第１空間（45）が形成される。一方、第２接合部（22）は、接合するＰ型熱電薄膜（15）とＮ型熱電薄膜（16）との間から基板（12）内へ延びて基板（12）の背面に突出し、該第２伝熱板（42）に接触している。そして、互いに隣接する第２接合部（22）の間には、第２接合部（22）と第２伝熱板（42）と基板（12）と熱電薄膜（15,16）とによって囲まれた第２空間（46）が形成される。このように、第１接合部（21）及び第２接合部（22）が、熱電薄膜（15,16）の同じ側の面上に設けられると、各接合部（21,22）における熱電薄膜（15,16）との接触部分を全て同時に形成することができ、熱電変換モジュール（1）の製造工程を簡略化することができる。また、各接合部（21,22）における熱電薄膜（15,16）との接触部分を同時に形成することによって、熱電薄膜（15,16）と接合部（21,22）との間の接続不良を低減させることができ、熱電変換モジュール（1）の歩留まりを向上させることができる。 Specifically, both the first joint portion (21) and the second joint portion (22) electrically connect the opposite surfaces of the thermoelectric thin films (15, 16) to the surface in contact with the substrate (12). Connected. The 1st junction part (21) comprises thin film thermocouple (20) with P type thermoelectric thin film (15) and N type thermoelectric thin film (16). On the other hand, the second junction (22) electrically connects one P-type thermoelectric thin film (15) and the other N-type thermoelectric thin film (16) of the thin film thermocouples (20) adjacent to each other. In each thermoelectric thin film (15, 16), the first joint portion (21) and the second joint portion (22) are separated in the surface direction of the thermoelectric thin film (15, 16). The first joint (21) protrudes from between the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) to be joined to the first heat transfer plate (41) side, and the first heat transfer plate Touching (41). Between the first joints (21) adjacent to each other, the first joint (21), the first heat transfer plate (41), the thermoelectric thin film (15, 16), and the second joint (22) A first space (45) surrounded by is formed. On the other hand, the second joint portion (22) extends from between the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) to be joined into the substrate (12) and protrudes from the back surface of the substrate (12). It is in contact with the second heat transfer plate (42). Between the adjacent second joints (22), the second joint (22), the second heat transfer plate (42), the substrate (12), and the thermoelectric thin films (15, 16) are surrounded. A second space (46) is formed. Thus, if the 1st junction part (21) and the 2nd junction part (22) are provided on the surface of the same side of thermoelectric thin film (15,16), the thermoelectric thin film in each junction part (21,22) All the contact portions with (15, 16) can be formed simultaneously, and the manufacturing process of the thermoelectric conversion module (1) can be simplified. In addition, poor contact between the thermoelectric thin film (15, 16) and the joint (21, 22) by simultaneously forming a contact portion with the thermoelectric thin film (15, 16) in each joint (21, 22) And the yield of the thermoelectric conversion module (1) can be improved.
また、本実施形態においても、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時は、熱電変換部（10）は突部（51,52）によって支持される。そのため、熱電変換部（10）の変形を抑制することができ、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）の破損を防止することができる。また、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けない時は、隙間（55,56）によって熱電変換部（10）と突部（51,52）とが断熱され、突部（51,52）を介して熱電変換部（10）から伝熱板（41,42）へ熱が伝達される熱損失を抑制することができる。 Also in this embodiment, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the thermoelectric conversion section (10) is supported by the protrusions (51, 52). Therefore, deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be suppressed, and damage to the thermoelectric thin film (15, 16) caused by deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented. Further, when the thermoelectric conversion module (1) is not subjected to a compressive load in the thickness direction, the thermoelectric conversion portion (10) and the protrusion (51, 52) are insulated by the gap (55, 56), and the protrusion ( It is possible to suppress heat loss in which heat is transferred from the thermoelectric conversion section (10) to the heat transfer plates (41, 42) via 51, 52).
《実施形態４》
次に、本発明の実施形態４を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、上記実施形態１において、熱電変換部（10）の構成を変更したものである。つまり、上記実施形態１では、第１接合部（21）と第２接合部（22）とが各熱電薄膜（15,16）において、面方向に離隔されていたが、本実施形態では、図１２に示すように、接合部（21,22）を各熱電薄膜（15,16）において、面方向に重なるように設けた。
<< Embodiment 4 >>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. The present embodiment is obtained by changing the configuration of the thermoelectric conversion section (10) in the first embodiment. That is, in the first embodiment, the first joint (21) and the second joint (22) are separated in the surface direction in each thermoelectric thin film (15, 16). As shown in FIG. 12, the joining portions (21, 22) were provided so as to overlap each other in the surface direction in each thermoelectric thin film (15, 16).
具体的には、第１伝熱板（41）と第２伝熱板（42）との間に、第１接合部（21）と熱電薄膜（15,16）と第２接合部（22）とが積層された熱電変換部（10）が形成されている。つまり、本実施形態の熱電変換部（10）は、実施形態１のように基板（12）を有していない。 Specifically, between the first heat transfer plate (41) and the second heat transfer plate (42), the first joint (21), the thermoelectric thin film (15, 16), and the second joint (22). And a thermoelectric conversion part (10) laminated with each other. That is, the thermoelectric conversion part (10) of the present embodiment does not have the substrate (12) as in the first embodiment.
第１伝熱板（41）の一方の面上には、方形の複数の第１接合部（21）が離隔して形成されている。各第１接合部（21）の面上には、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）が離隔して形成されている。このように、Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）は、互いに同一面方向に配置されるとともに、第１接合部（21）によって電気的に接続され、第１接合部（21）とＰ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）とによって薄膜熱電対（20）が構成されている。一方、第２接合部（22）は、熱電薄膜（15,16）の第１接合部（21）とは反対側の面上に、面方向に第１接合部（21）と重なるように設けられている。第２接合部（22）は、互いに隣接する薄膜熱電対（20）の一方のＰ型熱電薄膜（15）と他方のＮ型熱電薄膜（16）とを電気的に接続している。第２伝熱板（42）は、第２接合部（22）の熱電薄膜（15,16）とは反対側の面に接するように配置される。このように、各伝熱板（41,42）は、熱電薄膜（15,16）に対向配置されている。 On one surface of the first heat transfer plate (41), a plurality of rectangular first joint portions (21) are formed separately. A P-type thermoelectric thin film (15) and an N-type thermoelectric thin film (16) are formed separately on the surface of each first joint (21). As described above, the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) are arranged in the same plane direction and are electrically connected by the first joint portion (21). 21), the P-type thermoelectric thin film (15), and the N-type thermoelectric thin film (16) constitute a thin film thermocouple (20). On the other hand, the second joint portion (22) is provided on the surface opposite to the first joint portion (21) of the thermoelectric thin film (15, 16) so as to overlap the first joint portion (21) in the surface direction. It has been. The second junction (22) electrically connects one P-type thermoelectric thin film (15) and the other N-type thermoelectric thin film (16) of the thin film thermocouples (20) adjacent to each other. The second heat transfer plate (42) is disposed so as to be in contact with the surface of the second joint portion (22) opposite to the thermoelectric thin film (15, 16). In this way, each heat transfer plate (41, 42) is disposed to face the thermoelectric thin film (15, 16).
各接合部（21,22）が、対向配置された熱電薄膜（15,16）と各伝熱板（41,42）との間に位置し、各伝熱板（41,42）に接触すると、その各接触部の間には、空間（45,46）が形成される。第１伝熱板（41）側には、互いに隣接する第１接合部（21）と第１伝熱板（41）と熱電薄膜（15,16）と第２接合部（22）とによって囲まれた第１空間（45）が形成される。一方、第２伝熱板（42）側には、互いに隣接する第２接合部（22）と第２伝熱板（42）と熱電薄膜（15,16）と第１接合部（21）とによって囲まれた第２空間（46）が形成される。上記空間（45,46）は、その空間（45,46）の周囲の材料に比べて熱伝導率の低い空気で満たされており、伝熱板（41,42）と空間（45,46）内で対向する接合部（21,22）とを断熱する断熱空間として機能している。尚、上記空間（45,46）は、断熱性を更に向上させるために、内部を低圧（真空）にしても構わない。 When each joint (21, 22) is located between the thermoelectric thin film (15, 16) and each heat transfer plate (41, 42) arranged opposite to each other, and contacts each heat transfer plate (41, 42) A space (45, 46) is formed between the contact portions. The first heat transfer plate (41) side is surrounded by the first joint (21), the first heat transfer plate (41), the thermoelectric thin film (15, 16), and the second joint (22) that are adjacent to each other. A first space (45) is formed. On the other hand, on the second heat transfer plate (42) side, a second joint (22), a second heat transfer plate (42), a thermoelectric thin film (15, 16), and a first joint (21) that are adjacent to each other are provided. A second space (46) surrounded by is formed. The space (45,46) is filled with air having a lower thermal conductivity than the surrounding material (45,46), and the heat transfer plate (41,42) and the space (45,46) It functions as a heat insulating space that insulates the joints (21, 22) facing each other. The space (45, 46) may have a low pressure (vacuum) inside to further improve heat insulation.
このような構成の熱電変換モジュール（1）では、熱電薄膜（15,16）に電流を流すと、ＰＮ接合部である第１接合部（21）及び第２接合部（22）のうち、ペルチェ効果によって、一方が吸熱され、他方が放熱される。つまり、各熱電薄膜（15,16）の厚さ方向に温度勾配が形成される。そして、その熱が各接合部（21,22）から各伝熱板（41,42）へそれぞれ伝達され、熱電変換モジュール（1）の側面である第１伝熱板（41）と第２伝熱板（42）との間に温度差が形成される。 In the thermoelectric conversion module (1) having such a configuration, when a current is passed through the thermoelectric thin films (15, 16), the Peltier of the first junction (21) and the second junction (22) which are PN junctions. Due to the effect, one end absorbs heat and the other end dissipates heat. That is, a temperature gradient is formed in the thickness direction of each thermoelectric thin film (15, 16). Then, the heat is transmitted from each joint (21, 22) to each heat transfer plate (41, 42), and the first heat transfer plate (41) and the second heat transfer which are the side surfaces of the thermoelectric conversion module (1). A temperature difference is formed with the hot plate (42).
上記第１空間（45）及び第２空間（46）には、各伝熱板（41,42）から対向する各接合部（21,22）に向かって突出する第１突部（51）及び第２突部（52）がそれぞれ設けられている。 In the first space (45) and the second space (46), a first protrusion (51) that protrudes from each heat transfer plate (41, 42) toward each facing joint (21, 22), and Second protrusions (52) are respectively provided.
第１突部（51）と、該第１突部（51）に対向する第２接合部（22）との間には、隙間（55）が設けられている。隙間（55）は、熱伝導率の低い空気が介在している。そのため、上記隙間（55）によって第２接合部（22）と第１突部（51）とは断熱され、第２接合部（22）から第１突部（51）への熱の伝達を抑制することができる。また、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、上記隙間（55）が無くなって、第１突部（51）が第２接合部（22）に接するように、第１突部（51）は設けられている。例えば、第２伝熱板（42）が外部より圧縮荷重を受けると、その荷重は第２伝熱板（42）から第２接合部（22）に伝達され、熱電変換部（10）は断熱空間（45）を小さくする方向に変形しようとする。しかし、第１突部（51）が第２接合部（22）に接することによって、第２接合部（22）は第１突部（51）に支持されるため、熱電変換部（10）全体の変形が抑制される。このようにして、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）や接合部（21,22）の破損を防止することができる。 A gap (55) is provided between the first protrusion (51) and the second joint (22) facing the first protrusion (51). In the gap (55), air with low thermal conductivity is interposed. Therefore, the second joint (22) and the first protrusion (51) are thermally insulated by the gap (55), and heat transfer from the second joint (22) to the first protrusion (51) is suppressed. can do. Further, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the gap (55) is eliminated, and the first protrusion (51) is in contact with the second joint (22). One protrusion (51) is provided. For example, when the second heat transfer plate (42) receives a compressive load from the outside, the load is transmitted from the second heat transfer plate (42) to the second joint (22), and the thermoelectric conversion portion (10) is insulated. Attempts to deform in a direction to reduce the space (45). However, since the 2nd junction part (22) is supported by the 1st projection part (51) when the 1st projection part (51) touches the 2nd junction part (22), the thermoelectric conversion part (10) whole Is prevented from being deformed. In this way, damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and the joints (21, 22) caused by the deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented.
同様に、第２突部（52）と、該第２突部（52）に対向する第１接合部（21）との間には、隙間（56）が設けられている。隙間（56）は、熱伝導率の低い空気が介在している。そのため、上記隙間（56）によって、第１接合部（21）と第２突部（52）とは断熱され、第１接合部（21）から第２突部（52）への熱の伝達を抑制することができる。また、熱電変換モジュール（1）が厚さ方向に圧縮荷重を受けた時に、上記隙間（56）が無くなって、第２突部（52）が第１接合部（21）に接するように、第２突部（52）は設けられている。例えば、第１伝熱板（41）が外部より圧縮荷重を受けると、その荷重は第１伝熱板（41）から第１接合部（21）に伝達され、熱電変換部（10）は断熱空間（46）を小さくする方向に変形しようとする。しかし、第２突部（52）が第１接合部（21）に接することによって、第１接合部（21）は第１突部（51）に支持されるため、熱電変換部（10）全体の変形が抑制される。このようにして、熱電変換部（10）の変形によってもたらされる熱電薄膜（15,16）や接合部（21,22）の破損を防止することができる。 Similarly, a gap (56) is provided between the second protrusion (52) and the first joint (21) facing the second protrusion (52). In the gap (56), air having low thermal conductivity is interposed. Therefore, the first joint (21) and the second protrusion (52) are thermally insulated by the gap (56), and heat is transferred from the first joint (21) to the second protrusion (52). Can be suppressed. Further, when the thermoelectric conversion module (1) receives a compressive load in the thickness direction, the gap (56) is eliminated and the second protrusion (52) is in contact with the first joint (21). Two protrusions (52) are provided. For example, when the first heat transfer plate (41) receives a compressive load from the outside, the load is transmitted from the first heat transfer plate (41) to the first joint (21), and the thermoelectric converter (10) is insulated. Attempts to deform in a direction to reduce the space (46). However, since the 1st junction part (21) is supported by the 1st projection part (51) when the 2nd projection part (52) contacts the 1st junction part (21), the thermoelectric conversion part (10) whole Is prevented from being deformed. In this way, damage to the thermoelectric thin films (15, 16) and the joints (21, 22) caused by the deformation of the thermoelectric conversion part (10) can be prevented.
尚、突部（51,52）は、空間（45,46）内において、各伝熱板（41,42）から対向する各接合部（21,22）に向かって延びる場合に限らず、各接合部（21,22）から各伝熱板（41,42）に向かって延びるように形成されても同様の効果を奏する。 The protrusions (51, 52) are not limited to extending from the respective heat transfer plates (41, 42) toward the respective joint portions (21, 22) in the spaces (45, 46). Even if it is formed so as to extend from the joints (21, 22) toward the heat transfer plates (41, 42), the same effect is obtained.
1 熱電変換モジュール
10 熱電変換部
12 基板
15 Ｐ型熱電薄膜
16 Ｎ型熱電薄膜
20 薄膜熱電対
21 第１接合部
22 第２接合部
41 第１伝熱板
42 第２伝熱板
45 第１空間（断熱空間）
46 第２空間（断熱空間）
51 第１突部（突部）
52 第２突部（突部）
55 隙間
56 隙間
61 第１凸部
62 第２凸部
1 Thermoelectric conversion module
10 Thermoelectric converter
12 Board
15 P-type thermoelectric thin film
16 N-type thermoelectric thin film
20 Thin film thermocouple
21 First joint
22 Second joint
41 1st heat transfer plate
42 2nd heat transfer plate
45 1st space (insulated space)
46 2nd space (insulated space)
51 First protrusion (protrusion)
52 Second protrusion (protrusion)
55 Clearance
56 Clearance
61 1st convex part
62 2nd convex part
Claims (8)
上記熱電薄膜（15,16）の一方の面に対向配置され、上記第１接合部（21）に接触して、その各接触部の間に断熱空間（45）が形成される第１伝熱板（41）と、
上記熱電薄膜（15,16）の他方の面に対向配置され、上記第２接合部（22）に接触して、その各接触部の間に断熱空間（46）が形成される第２伝熱板（42）とを備えた熱電変換モジュールであって、
上記断熱空間（45,46）において、熱電変換部（10）または伝熱板（41,42）からそれと対向する伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）へ向かって突出し、その先端と該伝熱板（41,42）または熱電変換部（10）との間に隙間（55,56）を有する突部（51,52）を備えている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 A P-type thermoelectric thin film (15) and an N-type thermoelectric thin film (16) arranged in the same plane direction, and a first electrically connecting the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16). A plurality of thin film thermocouples (20) having a joint (21) and arranged in the surface direction of the thermoelectric thin film (15, 16), and one P type of the thin film thermocouple (20) adjacent to each other A thermoelectric conversion section (10) comprising a thermoelectric thin film (15) and a second junction (22) for electrically connecting the other N-type thermoelectric thin film (16);
A first heat transfer that is disposed opposite to one surface of the thermoelectric thin film (15, 16), contacts the first joint (21), and a heat insulating space (45) is formed between the contact portions. The plate (41),
Second heat transfer that is disposed opposite the other surface of the thermoelectric thin film (15, 16), contacts the second joint (22), and a heat insulating space (46) is formed between the contact portions. A thermoelectric conversion module comprising a plate (42),
In the heat insulating space (45, 46), the thermoelectric conversion part (10) or the heat transfer plate (41, 42) protrudes toward the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric conversion part (10) opposite to the heat transfer plate (41, 42). A thermoelectric conversion module comprising a protrusion (51, 52) having a gap (55, 56) between the tip and the heat transfer plate (41, 42) or the thermoelectric converter (10).
上記各伝熱板（41,42）の上記熱電薄膜（15,16）に対向する面は平面であり、
上記第１接合部（21）は、対向配置された上記熱電薄膜（15,16）と第１伝熱板（41）との間に位置して上記第１伝熱板（41）に接触し、
上記第２接合部（22）は、対向配置された上記熱電薄膜（15,16）と第２伝熱板（42）との間に位置して上記第２伝熱板（42）に接触している
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In claim 1,
The surface of each of the heat transfer plates (41, 42) facing the thermoelectric thin film (15, 16) is a plane,
The first joint (21) is located between the thermoelectric thin films (15, 16) and the first heat transfer plate (41) arranged to face each other and contacts the first heat transfer plate (41). ,
The second joint portion (22) is located between the thermoelectric thin films (15, 16) and the second heat transfer plate (42) arranged to face each other and contacts the second heat transfer plate (42). A thermoelectric conversion module characterized by comprising:
上記突部（51,52）と接合部（21,22）とは、上記熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置されている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In claim 2,
The protrusion (51, 52) and the joint (21, 22) are disposed opposite to each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16).
上記第１伝熱板（41）は、上記熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出して上記第１接合部（21）に接触する第１凸部（61）を有し、
上記第２伝熱板（42）は、上記熱電薄膜（15,16）に対向する面から突出して上記第２接合部（22）に接触する第２凸部（62）を有する
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In claim 1,
The first heat transfer plate (41) has a first protrusion (61) that protrudes from the surface facing the thermoelectric thin film (15, 16) and contacts the first joint (21),
The second heat transfer plate (42) has a second protrusion (62) that protrudes from a surface facing the thermoelectric thin film (15, 16) and contacts the second joint (22). Thermoelectric conversion module.
上記突部（51,52）と凸部（61,62）とは、上記熱電薄膜（15,16）の膜厚方向に対向配置されている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In claim 4,
The protrusion (51, 52) and the protrusion (61, 62) are disposed opposite to each other in the film thickness direction of the thermoelectric thin film (15, 16).
上記突部（51,52）は先細形状である
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The protrusion (51, 52) has a tapered shape, and is a thermoelectric conversion module.
上記第１接合部（21）と第２接合部（22）とは、上記熱電薄膜（15,16）の面方向に離隔して上記各熱電薄膜（15,16）に接続されている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The first joint (21) and the second joint (22) are separated from each other in the surface direction of the thermoelectric thin film (15, 16) and are connected to the thermoelectric thin films (15, 16). A featured thermoelectric conversion module.
上記熱電変換部（10）は、上記Ｐ型熱電薄膜（15）及びＮ型熱電薄膜（16）が同一面上に配置される基板（12）を備え、
上記基板（12）は、上記第１接合部（21）と第２接合部（22）との間の少なくとも一部が切除されている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 In claim 7,
The thermoelectric conversion section (10) includes a substrate (12) on which the P-type thermoelectric thin film (15) and the N-type thermoelectric thin film (16) are arranged on the same plane,
The substrate (12) is a thermoelectric conversion module in which at least a part between the first joint (21) and the second joint (22) is cut off.
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| JP2010267123A JP2012119450A (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Thermoelectric conversion module |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20200132232A (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-25 | 한국전력공사 | Thermoelectric module having single crystal thermoelectric material and fabrication method for thereof |
| KR102217314B1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-02-19 | 한국과학기술원 | A method of preparation of anisotropic polycrystalline thermoelectric materials, thermoelectric materials and thermoelectric devices comprising the same |
-
2010
- 2010-11-30 JP JP2010267123A patent/JP2012119450A/en not_active Withdrawn
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