JP2018137374A - Thermoelectric conversion module and method of manufacturing thermoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の熱電変換素子が電気的に直列接続してなる熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric conversion elements are electrically connected in series, and a method for manufacturing the thermoelectric conversion module.
上述の熱電変換素子は ゼーベック効果あるいはペルティエ効果によって、熱エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換可能な電子素子である。
ゼーベック効果は、熱電変換素子の両端に温度差を生じさせると起電力が発生する現象であり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。ゼーベック効果により発生する起電力は、熱電変換素子の特性によって決まる。近年では、この効果を利用した熱電発電の開発が盛んである。
ペルティエ効果は、熱電変換素子の両端に電極等を形成して電極間で電位差を生じさせると、熱電変換素子の両端に温度差が生じる現象であり、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。このような効果をもつ素子は特にペルティエ素子と呼ばれ、精密機器や小型冷蔵庫などの冷却や温度制御に利用されている。
The thermoelectric conversion element described above is an electronic element that can convert heat energy and electric energy to each other by the Seebeck effect or the Peltier effect.
The Seebeck effect is a phenomenon in which an electromotive force is generated when a temperature difference is generated between both ends of a thermoelectric conversion element, and heat energy is converted into electric energy. The electromotive force generated by the Seebeck effect is determined by the characteristics of the thermoelectric conversion element. In recent years, thermoelectric power generation utilizing this effect has been actively developed.
The Peltier effect is a phenomenon in which, when an electrode or the like is formed at both ends of a thermoelectric conversion element and a potential difference is generated between the electrodes, a temperature difference is generated at both ends of the thermoelectric conversion element, and electric energy is converted into heat energy. An element having such an effect is particularly called a Peltier element, and is used for cooling and temperature control of precision instruments and small refrigerators.
上述の熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールとしては、例えば、n型熱電変換素子とp型熱電変換素子とを交互に直列接続した構造のものが提案されている。
このような熱電変換モジュールにおいては、複数の熱電変換素子の一端側及び他端側にそれぞれ伝熱板が配置され、この伝熱板に配設された電極部によって熱電変換素子同士が直列接続された構造とされている。なお、上述の伝熱板として、絶縁層と電極部とを備えた絶縁回路基板を用いることがある。
As a thermoelectric conversion module using the above-described thermoelectric conversion element, for example, a structure in which n-type thermoelectric conversion elements and p-type thermoelectric conversion elements are alternately connected in series has been proposed.
In such a thermoelectric conversion module, a heat transfer plate is disposed on each of one end side and the other end side of the plurality of thermoelectric conversion elements, and the thermoelectric conversion elements are connected in series by an electrode portion disposed on the heat transfer plate. Structure. In addition, an insulated circuit board provided with an insulating layer and an electrode part may be used as the above-described heat transfer plate.
そして、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間で温度差を生じさせることで、ゼーベック効果によって、電気エネルギーを発生させることができる。あるいは、熱電変換素子に電流を流すことで、ペルティエ効果によって、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間に温度差を生じさせることが可能となる。 Then, by generating a temperature difference between the heat transfer plate disposed on one end side of the thermoelectric conversion element and the heat transfer plate disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element, electric energy is generated by the Seebeck effect. Can be generated. Alternatively, by passing a current through the thermoelectric conversion element, due to the Peltier effect, between the heat transfer plate disposed on one end side of the thermoelectric conversion element and the heat transfer plate disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element. A temperature difference can be generated.
ここで、複数の熱電変換素子と電極部とを接合する際には、隣接する熱電変換素子同士の間の隙間を確保し、かつ、電極部を介して直列接続するために、熱電変換素子の位置決めを精度良く行う必要がある。
そこで、例えば特許文献1には、位置決め治具を用いて複数の熱電変換素子の位置決めを行う方法が提案されている。
また、特許文献2には、スペーサを用いて複数の熱電変換素子の位置決めを行う方法が提案されている。
Here, when joining a plurality of thermoelectric conversion elements and the electrode part, in order to secure a gap between adjacent thermoelectric conversion elements and to connect them in series via the electrode part, It is necessary to perform positioning accurately.
Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a method of positioning a plurality of thermoelectric conversion elements using a positioning jig.
Patent Document 2 proposes a method of positioning a plurality of thermoelectric conversion elements using a spacer.
ここで、特許文献1に記載された方法においては、構造が複雑な位置決め治具を用いる必要があり、熱電変換素子と電極部とを接続する際の作業性が低下してしまうといった問題があった。また、熱電変換素子と電極部との間の接合材が溶融した際に、熱電変換素子の位置ズレが生じてしまうおそれがあった。
また、特許文献2に記載された方法においては、熱電変換素子の間にスペーサを組み込むため、熱電変換モジュールの小型化が困難となるといった問題があった。また、熱電変換素子と電極部とを接続する際に取り扱う部材の個数が増え、作業が煩雑となるおそれがあった。
Here, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to use a positioning jig having a complicated structure, and there is a problem that workability when connecting the thermoelectric conversion element and the electrode portion is lowered. It was. Further, when the bonding material between the thermoelectric conversion element and the electrode portion is melted, there is a risk that the thermoelectric conversion element is misaligned.
Moreover, in the method described in Patent Document 2, since a spacer is incorporated between thermoelectric conversion elements, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the thermoelectric conversion module. In addition, the number of members to be handled when connecting the thermoelectric conversion element and the electrode portion is increased, and there is a possibility that the operation becomes complicated.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、熱電変換素子と電極部とが精度良く位置決めされた熱電変換モジュール、及び、熱電変換素子と電極部とを接続する際に、比較的簡単に、且つ、精度良く位置決めすることが可能な熱電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a thermoelectric conversion module in which a thermoelectric conversion element and an electrode part are positioned with high accuracy, and a comparison between the thermoelectric conversion element and the electrode part are connected. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thermoelectric conversion module that can be positioned easily and accurately.
上記課題を解決するために、本発明の熱電変換モジュールは、複数の熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部を介して、複数の前記熱電変換素子が電気的に直列接続してなる熱電変換モジュールであって、前記熱電変換素子の一端側には、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第1電極部とを備えた絶縁回路基板が配設されており、前記絶縁層上に形成された前記第1電極部には、前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部が形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the thermoelectric conversion module of the present invention includes a first electrode portion disposed on one end side of a plurality of thermoelectric conversion elements and a second electrode portion disposed on the other end side. A thermoelectric conversion module in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected in series, and one end of the thermoelectric conversion element includes an insulating layer and the first electrode portion formed on the insulating layer. The first electrode portion formed on the insulating layer is provided with a fitting convex portion or a fitting concave portion that fits with one end of the thermoelectric conversion element. It is characterized by being.
本発明の熱電変換モジュールによれば、前記熱電変換素子の一端側には、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第1電極部とを備えた絶縁回路基板が配設され、前記絶縁層上に形成された前記第1電極部に前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部が形成されているので、この嵌合凸部又は嵌合凹部に熱電変換素子の一端を嵌合させることにより、熱電変換素子と第1電極部とが精度良く位置決めされていることになる。よって、安定して熱電変換モジュールを動作させることができる。また、嵌合凸部又は嵌合凹部が形成されていることによって第1電極部の表面積が大きくなり、熱電変換素子の一端側において効率良く伝熱することが可能となる。 According to the thermoelectric conversion module of the present invention, an insulating circuit board including an insulating layer and the first electrode portion formed on the insulating layer is disposed on one end side of the thermoelectric conversion element, and the insulating circuit board is provided. Since the fitting convex part or fitting concave part which fits with the end of the thermoelectric conversion element is formed in the first electrode part formed on the layer, the thermoelectric conversion element is formed in the fitting convex part or fitting concave part. By fitting one end of each, the thermoelectric conversion element and the first electrode portion are positioned with high accuracy. Therefore, the thermoelectric conversion module can be operated stably. Moreover, the surface area of a 1st electrode part becomes large by forming a fitting convex part or a fitting recessed part, and it becomes possible to transfer heat efficiently in the one end side of a thermoelectric conversion element.
ここで、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記熱電変換素子の一端には、前記第1電極部に形成された嵌合凸部又は嵌合凹部に嵌合される受け凹部又は受け凸部が形成されていることが好ましい。
この場合、第1電極部の嵌合凸部又は嵌合凹部と、熱電変換素子の一端に形成された受け凹部又は受け凸部とを嵌合させることで、熱電変換素子と第1電極部とを確実に位置決めすることが可能となる。
Here, in the thermoelectric conversion module of the present invention, at one end of the thermoelectric conversion element, there is a receiving concave portion or a receiving convex portion that is fitted into the fitting convex portion or the fitting concave portion formed in the first electrode portion. Preferably it is formed.
In this case, by fitting the fitting convex part or fitting concave part of the first electrode part with the receiving concave part or receiving convex part formed at one end of the thermoelectric conversion element, the thermoelectric conversion element and the first electrode part Can be reliably positioned.
また、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記熱電変換素子の他端側に、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第2電極部とを備えた第2絶縁回路基板が配設されており、この第2絶縁回路基板の前記第2電極部には、前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部が形成されていることが好ましい。
この場合、前記熱電変換素子の他端側に第2絶縁回路基板が配設され、この第2絶縁回路基板の前記第2電極部に前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部が形成されているので、前記熱電変換素子の他端側においても第2電極部と熱電変換素子とが精度良く位置決めされることになる。
In the thermoelectric conversion module of the present invention, a second insulating circuit board including an insulating layer and the second electrode portion formed on the insulating layer is disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element. The second electrode portion of the second insulated circuit board is preferably formed with a second fitting convex portion or a second fitting concave portion that is fitted to the other end of the thermoelectric conversion element.
In this case, a second insulating circuit board is disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element, and a second fitting that fits the other end of the thermoelectric conversion element on the second electrode portion of the second insulating circuit board. Since the convex portion or the second fitting concave portion is formed, the second electrode portion and the thermoelectric conversion element are positioned with high accuracy also on the other end side of the thermoelectric conversion element.
さらに、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記熱電変換素子の他端には、前記第2電極部に形成された第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に嵌合される第2受け凹部又は第2受け凸部が形成されていることが好ましい。
この場合、第2電極部の第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部と、熱電変換素子の他端に形成された第2受け凹部又は第2受け凸部とを嵌合させることで、熱電変換素子と第2電極部とを確実に位置決めすることが可能となる。
Furthermore, in the thermoelectric conversion module of the present invention, a second receiver that is fitted into a second fitting convex portion or a second fitting concave portion formed in the second electrode portion at the other end of the thermoelectric conversion element. It is preferable that a concave portion or a second receiving convex portion is formed.
In this case, by fitting the second fitting convex portion or the second fitting concave portion of the second electrode portion and the second receiving concave portion or the second receiving convex portion formed at the other end of the thermoelectric conversion element, It becomes possible to position the thermoelectric conversion element and the second electrode portion with certainty.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、複数の熱電変換素子の一端側に配設された第1電極部及び他端側に配設された第2電極部を介して、複数の前記熱電変換素子が電気的に直列接続してなる熱電変換モジュールの製造方法であって、前記熱電変換モジュールは、前記熱電変換素子の一端側に、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第1電極部とを備えた絶縁回路基板が配設されており、前記絶縁回路基板の前記第1電極部に、前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部を形成する嵌合凸部又は嵌合凹部形成工程と、前記嵌合凸部又は嵌合凹部に、前記熱電変換素子の一端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程と、を備えていることを特徴としている。 The manufacturing method of the thermoelectric conversion module of the present invention includes a plurality of thermoelectric conversions via a first electrode portion disposed on one end side of the plurality of thermoelectric conversion elements and a second electrode portion disposed on the other end side. A method of manufacturing a thermoelectric conversion module in which elements are electrically connected in series, wherein the thermoelectric conversion module has an insulating layer on one end side of the thermoelectric conversion element and the first electrode formed on the insulating layer An insulating circuit board provided with a fitting portion, and a fitting convex portion or a fitting concave portion that fits with one end of the thermoelectric conversion element is formed on the first electrode portion of the insulating circuit substrate. And a thermoelectric conversion element fitting step of fitting one end of the thermoelectric conversion element into the fitting convex part or the fitting concave part.
このような構成とされた熱電変換モジュールの製造方法によれば、前記絶縁回路基板の前記第1電極部に、前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部を形成する嵌合凸部又は嵌合凹部形成工程と、前記嵌合凸部又は嵌合凹部に、前記熱電変換素子の一端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程と、を備えているので、熱電変換素子と第1電極部と接続する際に、熱電変換素子の位置決めを比較的容易に、かつ、精度良く行うことが可能となる。 According to the method of manufacturing a thermoelectric conversion module having such a configuration, a fitting convex portion or a fitting concave portion that fits with one end of the thermoelectric conversion element is formed on the first electrode portion of the insulating circuit board. A thermoelectric conversion element comprising: a fitting convex portion or a fitting concave portion forming step; and a thermoelectric conversion element fitting step for fitting one end of the thermoelectric conversion element into the fitting convex portion or the fitting concave portion. When connecting to the first electrode portion, the thermoelectric conversion element can be positioned relatively easily and with high accuracy.
ここで、本発明の熱電変換モジュールの製造方法においては、前記熱電変換素子の一端に、前記第1電極部に形成された嵌合凸部又は嵌合凹部に嵌合される受け凹部又は受け凸部を形成する受け凹部又は受け凸部形成工程を有することが好ましい。
この場合、前記熱電変換素子の一端に受け凹部又は受け凸部を形成する受け凹部又は受け凸部形成工程を有しているので、前記第1電極部に形成された嵌合凸部又は嵌合凹部と前記熱電変換素子の一端に形成された受け凹部又は受け凸部を嵌合させることで、熱電変換素子と第1電極部とを確実に位置決めすることが可能となる。
Here, in the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention, a receiving recess or receiving protrusion that is fitted to a fitting protrusion or a fitting recess formed in the first electrode portion at one end of the thermoelectric conversion element. It is preferable to have the receiving recessed part or receiving convex part formation process which forms a part.
In this case, since it has the receiving recessed part or receiving convex part formation process which forms a receiving recessed part or a receiving convex part in the end of the said thermoelectric conversion element, the fitting convex part or fitting formed in the said 1st electrode part By fitting the recess and the receiving recess or receiving projection formed at one end of the thermoelectric conversion element, the thermoelectric conversion element and the first electrode portion can be reliably positioned.
また、本発明の熱電変換モジュールの製造方法においては、前記熱電変換モジュールは、前記熱電変換素子の他端側に、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第2電極部とを備えた第2絶縁回路基板が配設されており、この第2絶縁回路基板の前記第2電極部に、前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部を形成する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部形成工程と、第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に、前記熱電変換素子の他端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程と、を備えていることが好ましい。
この場合、前記第2電極部に前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部を形成する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部形成工程と、第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に前記熱電変換素子の他端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程を備えているので、熱電変換素子の他端側においても、熱電変換素子の位置決めを比較的容易に、かつ、精度良く行うことが可能となる。
Moreover, in the manufacturing method of the thermoelectric conversion module of this invention, the said thermoelectric conversion module was equipped with the 2nd electrode part formed on the insulating layer and this insulating layer in the other end side of the said thermoelectric conversion element. A second insulating circuit board is disposed, and a second fitting convex part or a second fitting concave part that fits to the other end of the thermoelectric conversion element is formed on the second electrode part of the second insulating circuit board. A second fitting convex portion or second fitting concave portion forming step to be formed; and a thermoelectric conversion element fitting step for fitting the other end of the thermoelectric conversion element into the second fitting convex portion or the second fitting concave portion; Are preferably provided.
In this case, a second fitting convex portion or a second fitting concave portion forming step for forming a second fitting convex portion or a second fitting concave portion that fits with the other end of the thermoelectric conversion element in the second electrode portion; Since the thermoelectric conversion element fitting step of fitting the other end of the thermoelectric conversion element into the second fitting convex part or the second fitting concave part is provided, the thermoelectric conversion element is also provided at the other end side of the thermoelectric conversion element. Can be positioned relatively easily and accurately.
さらに、本発明の熱電変換モジュールの製造方法においては、前記熱電変換素子の他端に、前記第2電極部に形成された第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に嵌合される第2受け凹部又は第2受け凸部を形成する第2受け凹部又は第2受け凸部形成工程を有することが好ましい。
この場合、前記熱電変換素子の他端に第2受け凹部又は第2受け凸部を形成する第2受け凹部又は第2受け凸部形成工程を有しているので、前記第2電極部に形成された第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部と前記熱電変換素子の他端に形成された第2受け凹部又は第2受け凸部を嵌合させることで、熱電変換素子の他端側においても、熱電変換素子と第2電極部とを確実に位置決めすることが可能となる。
Furthermore, in the manufacturing method of the thermoelectric conversion module of the present invention, the second fitting convex portion or the second fitting concave portion formed on the second electrode portion is fitted to the other end of the thermoelectric conversion element. It is preferable to have a 2nd receiving recessed part or 2nd receiving convex part formation process which forms 2 receiving recessed parts or a 2nd receiving convex part.
In this case, since it has the 2nd receiving recessed part or the 2nd receiving convex part formation process which forms the 2nd receiving recessed part or the 2nd receiving convex part in the other end of the thermoelectric conversion element, it forms in the 2nd electrode part The other end side of the thermoelectric conversion element by fitting the second fitting convex part or the second fitting concave part formed with the second receiving concave part or the second receiving convex part formed at the other end of the thermoelectric conversion element In this case, the thermoelectric conversion element and the second electrode portion can be reliably positioned.
本発明によれば、熱電変換素子と電極部とが精度良く位置決めされた熱電変換モジュール、及び、熱電変換素子と電極部とを接続する際に、比較的簡単に、且つ、精度良く位置決めすることが可能な熱電変換モジュールの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the thermoelectric conversion module in which the thermoelectric conversion element and the electrode portion are positioned with high accuracy and the thermoelectric conversion element and the electrode portion are connected relatively easily and with high accuracy. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module which can be provided can be provided.
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Each embodiment described below is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.
本実施形態に係る熱電変換モジュール10は、図1に示すように、複数の柱状をなす熱電変換素子11と、この熱電変換素子11の長さ方向の一端側(図1において下側)に配設された第1伝熱板20と、熱電変換素子11の長さ方向の他端側(図1において上側)に配設された第2伝熱板30と、を備えている。
ここで、図1及び図2に示すように、熱電変換素子11の一端側に配設された第1伝熱板20には第1電極部25が形成され、熱電変換素子11の他端側に配設された第2伝熱板30には第2電極部35が形成されており、これら第1電極部25及び第2電極部35によって、複数の柱状をなす熱電変換素子11が電気的に直列接続されている。
As shown in FIG. 1, the
Here, as shown in FIGS. 1 and 2, a
第1伝熱板20は、絶縁層21と、この絶縁層21の上に形成された第1電極部25と、を備えた絶縁回路基板で構成されている。
絶縁回路基板の絶縁層21としては、熱伝導性を有するAlN,Al2O3,Si3N4等のセラミックス基板、絶縁樹脂等を適用することができる。また、第1電極部25としては、導電性を有する金属、例えば銅又は銅合金、あるいは、アルミニウム又はアルミニウム合金等を適用することができる。
本実施形態では、AlNからなるセラミックス基板に銅又は銅合金からなる金属片が接合されてなる絶縁回路基板が用いられている。
The first
As the insulating
In this embodiment, an insulating circuit board is used in which a metal piece made of copper or a copper alloy is bonded to a ceramic board made of AlN.
そして、この第1電極部25には、熱電変換素子11の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部が形成されている。本実施形態では、図1から図4に示すように、第1電極部25には、熱電変換素子11側に向けて突出する嵌合凸部27が形成されている。
本実施形態では、嵌合凸部27は、円柱形状をなしており、一つの熱電変換素子11に対して一つの嵌合凸部27が形成されている。
また、第1電極部25に上述の嵌合凸部27が形成されることにより、第1電極部25の表面積が大きくされている。
The
In the present embodiment, the fitting
Moreover, the surface area of the
第2伝熱板30は、絶縁層31と、第2電極部35と、を備えている。
絶縁回路基板の絶縁層31としては、熱伝導性を有するAlN,Al2O3,Si3N4等のセラミックス基板、絶縁樹脂等を適用することができる。また、第2電極部35としては、導電性を有する金属、例えば銅又は銅合金、あるいは、アルミニウム又はアルミニウム合金等を適用することができる。
本実施形態では、AlNからなるセラミックス基板に図示裏面に銅又は銅合金からなる金属片が接合されてなる絶縁回路基板が用いられている。
また、絶縁基板31と第2電極部35とを接合せず、熱電変換素子11の他端側に接続された第2電極部35に対して絶縁基板31が積層されるとともにこの絶縁基板31を積層方向に押圧することによって、第2伝熱板30を構成する場合もある。
The second
As the insulating
In the present embodiment, an insulating circuit board is used in which a metal piece made of copper or a copper alloy is bonded to the back surface of the figure on a ceramic board made of AlN.
Further, the insulating
熱電変換素子11は、n型熱電変換素子11aとp型熱電変換素子11bとを有しており、これらn型熱電変換素子11aとp型熱電変換素子11bが交互に配列されている。
なお、この熱電変換素子11の一端面及び他端面には、メタライズ層(図示なし)がそれぞれ形成されている。メタライズ層としては、例えば、ニッケル、銀、コバルト、タングステン、モリブデン等や、あるいはそれらの金属繊維でできた不織布等を用いることができる。
The
A metallized layer (not shown) is formed on one end surface and the other end surface of the
n型熱電変換素子11a及びp型熱電変換素子11bは、例えば、テルル化合物、スクッテルダイト、充填スクッテルダイト、ホイスラー、ハーフホイスラー、クラストレート、シリサイド、酸化物、シリコンゲルマニウム等の焼結体で構成されている。
n型熱電変換素子11aの材料として、例えば、Bi2Te3、PbTe、La3Te4、CoSb3、FeVAl、ZrNiSn、Ba8Al16Si30、Mg2Si、FeSi2、SrTiO3、CaMnO3、ZnO、SiGeなどが用いられる。
また、p型熱電変換素子11bの材料として、例えば、Bi2Te3、Sb2Te3、PbTe、TAGS(=Ag‐Sb‐Ge‐Te)、Zn4Sb3、CoSb3、CeFe4Sb12、Yb14MnSb11、FeVAl、MnSi1.73、FeSi2、NaxCoO2、Ca3Co4O7、Bi2Sr2Co2O7、SiGeなどが用いられる。
なお、ドーパントによりn型とp型の両方をとれる化合物と、n型かp型のどちらか一方のみの性質をもつ化合物がある。
The n-type
As a material of the n-type
Moreover, as a material of the p-type
There are compounds that can take both n-type and p-type depending on the dopant, and compounds that have either n-type or p-type properties.
これらの熱電変換素子11の一端面には、図3に示すように、第1電極部25に形成された嵌合凸部又は嵌合凹部に対応する受け凹部又は嵌合凸部が形成されている。本実施形態では、第1電極部25には円柱状の嵌合凸部27が形成されていることから、熱電変換素子11の一端面には、円柱が挿入可能な形状の受け凹部17が形成されている。
On one end face of these
そして、本実施形態である熱電変換モジュール10においては、図1及び図3に示すように、第1伝熱板20の第1電極部25に設けられた嵌合凸部27と熱電変換素子11の一端面に形成された受け凹部17とが嵌合することによって、熱電変換素子11が位置決めされている。
And in the
次に、上述した本実施形態である熱電変換モジュール10の製造方法について、図5を参照して説明する。
まず、第1伝熱板20となる絶縁回路基板を製造する。銅又は銅合金からなる金属片を準備し、この金属片に対してプレス加工を行うことによって嵌合凸部27を形成する(嵌合凸部形成工程S11)。
そして、嵌合凸部27を形成した金属片をセラミックス基板の表面にパターン状に配置して接合する(金属片接合工程S12)。なお、セラミックス基板と金属片の接合方法材としては、Ag−Cu−Ti系ろう材等を用いたろう付け、DBC法、等を適用することができる。
このようにして、第1伝熱板20となる絶縁回路基板が製造される。なお、同様な手順により、第2伝熱板30となる絶縁回路基板が製造される。
Next, the manufacturing method of the
First, an insulated circuit board to be the first
And the metal piece in which the fitting
Thus, the insulated circuit board used as the 1st
一方、上述の熱電変換素子11(n型熱電変換素子11a及びp型熱電変換素子11b)を製造する。上述の化合物の組成となるように配合された原料粉を、成形装置に装入して、角柱状の成形体とする。このとき、熱電変換素子11の一端面に受け凹部17を形成する(受け凹部形成工程S21)。
そして、この成形体を焼結して形状調整することにより、熱電変換素子11(n型熱電変換素子11a及びp型熱電変換素子11b)を得る(焼結工程S22)。
次に、得られた熱電変換素子11(n型熱電変換素子11a及びp型熱電変換素子11b)の一端面及び他端面に、メタライズ層(図示なし)を形成する。なお、メタライズ層を形成する方法としては、焼結、めっき、電着等の各種方法を適宜選択して適用することができる。
On the other hand, the above-described thermoelectric conversion element 11 (n-type
And the thermoelectric conversion element 11 (The n-type
Next, a metallized layer (not shown) is formed on one end face and the other end face of the obtained thermoelectric conversion element 11 (n-type
次に、第1伝熱板20となる絶縁回路基板の第1電極部25に対して複数の熱電変換素子11を配置する。このとき、第1電極部25の嵌合凸部27に熱電変換素子11の受け凹部17を嵌合させる(熱電変換素子嵌合工程S01)。これにより、熱電変換素子11が位置決めされる。このとき、第1電極部25と熱電変換素子11との間に、接合材を配置する。接合材としては、AgろうやAgペーストを適用することができる。
また、熱電変換素子11の他端面に、接合材を介して、第2伝熱板30となる絶縁回路基板の第2電極部35を積層する。
そして、第1電極部25、熱電変換素子11、第2電極部35を接合する(熱電変換素子接合工程S02)。
Next, the plurality of
In addition, the
And the
以上のようにして、本実施形態である熱電変換モジュール10が製造される。
このようにして得られた本実施形態である熱電変換モジュール10においては、第1伝熱板20側を低温部とし、第2伝熱板30側を高温部として使用され、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換が実施される。
As described above, the
In the
以上のような構成とされた本実施形態である熱電変換モジュール10においては、熱電変換素子11の一端側に、絶縁層21とこの絶縁層21上に形成された第1電極部25とを備えた絶縁回路基板からなる第1伝熱板20が配設され、第1電極部25に嵌合凸部27が形成され、熱電変換素子11の一端面に受け凹部17が形成されているので、第1電極部25の嵌合凸部27と熱電変換素子11の受け凹部17とを嵌合させることにより、熱電変換素子11と第1電極部25とを精度良く位置決めすることができる。よって、安定して熱電変換モジュール10を動作させることができる。
The
また、本実施形態である熱電変換モジュール10においては、第1電極部25に嵌合凸部27が形成されていることによって第1電極部25の表面積が大きくなり、熱電変換素子11の一端側における伝熱性能が向上することになる。
さらに、本実施形態である熱電変換モジュール10においては、低温側となる第1伝熱板20が絶縁回路基板とされているので、使用時に過度に高温にならず、絶縁層21と第1電極部25とが剥離することを抑制することができる。
Moreover, in the
Furthermore, in the
本実施形態である熱電変換モジュール10の製造方法によれば、絶縁回路基板の第1電極部25に嵌合凸部27を形成する嵌合凸部形成工程S11と、熱電変換素子11の一端面に受け凹部17を形成する受け凹部形成工程S21と、第1電極部25の嵌合凸部27と熱電変換素子11の受け凹部17を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程S01と、を備えているので、熱電変換素子11と第1電極部25とを、比較的容易に、かつ、精度良く位置決めすることが可能となる。
According to the method for manufacturing the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、第1電極部に円柱状の嵌合凸部を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、図6に示すように、角柱状の嵌合凸部27を形成してもよい。また、図7(a)、(b)に示すように、角錐あるいは円錐状の嵌合凸部27を形成してもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, in the present embodiment, the columnar fitting convex portion is described as being formed on the first electrode portion. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. The
また、図8(a)、(b)、(c)に示すように、第1電極部25に嵌合凹部28を形成し、熱電変換素子11に受け凸部18を形成し、第1電極部25の嵌合凹部28と熱電変換素子11の受け凸部18と嵌合させてもよい。なお、第1電極部25に嵌合凹部28を形成する際には、エッチング等の手法を用いてもよい。
Further, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the
さらに、図9(a)、(b)に示すように、第1電極部25に、熱電変換素子11の外形に対応する嵌合凹部28や、熱電変換素子11の外周面に当接する複数の嵌合凸部27を形成してもよい。この場合、熱電変換素子11に受け凹部又は受け凸部を形成することなく、嵌合凹部28及び嵌合凸部27に熱電変換素子11を嵌合させることができ、熱電変換素子11の位置決めを行うことが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the
また、図10に示すように、第1電極部25を金属片の2層構造とし、下層の金属片25aに凸部を形成しておき、上層の金属片25bに貫通孔を形成しておくことで、嵌合凹部28を形成することもできる。
さらに、金属片の上に導電性ペースト(例えばAgペースト)等をパターン状に塗布して焼成することにより、嵌合凹部を形成してもよい。
In addition, as shown in FIG. 10, the
Furthermore, you may form a fitting recessed part by apply | coating and baking a conductive paste (for example, Ag paste) etc. on a metal piece in a pattern shape.
また、本実施形態においては、一つの熱電変換素子に対して一つの嵌合凸部が形成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、一つの熱電変換素子に対して複数の嵌合凸部を形成してもよい。この場合、熱電変換素子が回転することを抑制でき、熱電変換素子をさらに確実に位置決めすることができる。 Moreover, in this embodiment, although demonstrated as what one fitting convex part was formed with respect to one thermoelectric conversion element, it is not limited to this, A plurality with respect to one thermoelectric conversion element The fitting convex portion may be formed. In this case, rotation of the thermoelectric conversion element can be suppressed, and the thermoelectric conversion element can be more reliably positioned.
さらに、本実施形態においては、第1伝熱板を絶縁回路基板として説明したが、第2伝熱板として絶縁回路基板(第2絶縁回路基板)を用いてもよい。この場合、第2絶縁回路基板の第2電極部においても、第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部を形成することが好ましい。さらに、熱電変換素子の他端側に、上述の第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に対応する第2受け凹部又は第2受け凸部を形成することが好ましい。 Furthermore, in the present embodiment, the first heat transfer plate has been described as an insulated circuit board, but an insulated circuit board (second insulated circuit board) may be used as the second heat transfer plate. In this case, it is preferable to form the second fitting convex part or the second fitting concave part also in the second electrode part of the second insulating circuit board. Furthermore, it is preferable to form the 2nd receiving recessed part or 2nd receiving convex part corresponding to the above-mentioned 2nd fitting convex part or 2nd fitting recessed part in the other end side of a thermoelectric conversion element.
10 熱電変換モジュール
11 熱電変換素子
11a n型熱電変換素子
11b p型熱電変換素子
17 受け凹部
18 受け凸部
20 第1伝熱板
25 第1電極部
27 嵌合凸部
28 嵌合凹部
35 第2電極部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記熱電変換素子の一端側には、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第1電極部とを備えた絶縁回路基板が配設されており、
前記絶縁層上に形成された前記第1電極部には、前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部が形成されていることを特徴とする熱電変換モジュール。 A thermoelectric device in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected in series via a first electrode portion disposed on one end side of the plurality of thermoelectric conversion elements and a second electrode portion disposed on the other end side. A conversion module,
An insulating circuit board including an insulating layer and the first electrode portion formed on the insulating layer is disposed on one end side of the thermoelectric conversion element,
The thermoelectric conversion module, wherein the first electrode portion formed on the insulating layer is formed with a fitting convex portion or a fitting concave portion that fits with one end of the thermoelectric conversion element.
この第2絶縁回路基板の前記第2電極部には、前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱電変換モジュール。 A second insulating circuit board including an insulating layer and the second electrode portion formed on the insulating layer is disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element,
The second fitting convex portion or the second fitting concave portion that is fitted to the other end of the thermoelectric conversion element is formed on the second electrode portion of the second insulating circuit board. The thermoelectric conversion module according to claim 1 or 2.
前記熱電変換モジュールは、前記熱電変換素子の一端側に、絶縁層とこの絶縁層上に形成された前記第1電極部とを備えた絶縁回路基板が配設されており、
前記絶縁回路基板の前記第1電極部に、前記熱電変換素子の一端と嵌合する嵌合凸部又は嵌合凹部を形成する嵌合凸部又は嵌合凹部形成工程と、
前記嵌合凸部又は嵌合凹部に、前記熱電変換素子の一端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程と、
を備えていることを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。 A thermoelectric device in which a plurality of the thermoelectric conversion elements are electrically connected in series via a first electrode portion disposed on one end side of the plurality of thermoelectric conversion elements and a second electrode portion disposed on the other end side. A method for manufacturing a conversion module, comprising:
In the thermoelectric conversion module, an insulating circuit board including an insulating layer and the first electrode portion formed on the insulating layer is disposed on one end side of the thermoelectric conversion element,
On the first electrode portion of the insulated circuit board, a fitting convex portion or a fitting concave portion forming step for forming a fitting convex portion or a fitting concave portion that fits with one end of the thermoelectric conversion element;
A thermoelectric conversion element fitting step for fitting one end of the thermoelectric conversion element to the fitting convex part or the fitting concave part,
A method for manufacturing a thermoelectric conversion module, comprising:
この第2絶縁回路基板の前記第2電極部に、前記熱電変換素子の他端と嵌合する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部を形成する第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部形成工程と、
第2嵌合凸部又は第2嵌合凹部に、前記熱電変換素子の他端を嵌合させる熱電変換素子嵌合工程と、
を備えていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の熱電変換モジュールの製造方法。 In the thermoelectric conversion module, a second insulating circuit board including an insulating layer and the second electrode portion formed on the insulating layer is disposed on the other end side of the thermoelectric conversion element,
A second fitting convex portion or a second fitting forming a second fitting convex portion or a second fitting concave portion that fits with the other end of the thermoelectric conversion element on the second electrode portion of the second insulating circuit board. A combined recess forming step;
A thermoelectric conversion element fitting step of fitting the other end of the thermoelectric conversion element into the second fitting convex part or the second fitting concave part;
The manufacturing method of the thermoelectric conversion module of Claim 5 or Claim 6 characterized by the above-mentioned.
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