JP5493562B2

JP5493562B2 - Thermoelectric conversion module

Info

Publication number: JP5493562B2
Application number: JP2009180899A
Authority: JP
Inventors: 琢也西野; 貴志鈴木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: JP2011035203A

Description

本願明細書で開示される技術は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールに、関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a thermoelectric conversion module that converts thermal energy into electrical energy.

熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる熱電変換モジュールとして、図１３に示したような構成を有するπ型熱電素子を、図１４に示したように、セラミック基板間に多数個配置したものが知られている。 As a thermoelectric conversion module capable of converting thermal energy into electric energy, a module in which a number of π-type thermoelectric elements having the configuration shown in FIG. 13 are arranged between ceramic substrates as shown in FIG. 14 is known. Yes.

この熱電変換モジュールを用いれば、平面状の壁面を有する熱源からの廃熱を効率的に電気エネルギーに変換することは出来る。ただし、熱源の中には、平面状の壁面を有さないもの（例えば、パイプ）も存在する。従って、フレキシブルな熱電変換モジュールが望まれるのであるが、図１４に示した熱電変換モジュールの各部のサイズを変えることによってフレキシブルな熱電変換モジュールを実現するのは、極めて困難（実際上、不可能）である。 If this thermoelectric conversion module is used, waste heat from a heat source having a planar wall surface can be efficiently converted into electric energy. However, some heat sources do not have a flat wall surface (for example, a pipe). Therefore, a flexible thermoelectric conversion module is desired, but it is extremely difficult (practically impossible) to realize a flexible thermoelectric conversion module by changing the size of each part of the thermoelectric conversion module shown in FIG. It is.

そのため、パイプ等に対しても使用できるフレキシブルな熱電変換モジュールとして、図１５及び図１６に示した構成を有する熱電変換モジュールが提案されている。 Therefore, a thermoelectric conversion module having the configuration shown in FIGS. 15 and 16 has been proposed as a flexible thermoelectric conversion module that can also be used for pipes and the like.

すなわち、この熱電変換モジュール（以下、従来構成モジュールと表記する）は、基本的には、２枚のポリイミドシート間にＰ型及びＮ型熱電素子を挟んだものとなっている。ただし、従来構成モジュールには、主要部分は熱伝導率が低いポリイミド樹脂（以下、低κ部とも表記する）であるが、熱伝導率が高いＣｕからなる部分（以下、高κ部とも表記する）が埋め込まれているポリイミドシートが用いられている。そして、従来構成モジュールは、各ポリイミドシートの高κ部が、モジュールの外側の、熱電素子の各端部に相当する部分に位置するように、各部材を配置したものとなっている。 That is, this thermoelectric conversion module (hereinafter referred to as a conventional configuration module) basically has a P-type and N-type thermoelectric element sandwiched between two polyimide sheets. However, in the conventional configuration module, the main part is a polyimide resin having a low thermal conductivity (hereinafter also referred to as a low κ part), but a part made of Cu having a high thermal conductivity (hereinafter also referred to as a high κ part). ) Is used. In the conventional configuration module, each member is arranged so that the high κ portion of each polyimide sheet is located at a portion corresponding to each end portion of the thermoelectric element outside the module.

特開２００３−１３３６００号公報JP 2003-133600 A 特許第３５７３４４８号明細書Japanese Patent No. 3573448 特開平１１−２５１６４８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-251648 特開２００６−１８６２５５号公報JP 2006-186255 A 特開２００８−１８２１６０号公報JP 2008-182160 A 特開平９−００８３６２号公報JP-A-9-008362

開示の技術の課題は、フレキシブルな、上記した従来構成モジュールよりも高性能な熱電変換モジュールを、提供することにある。 An object of the disclosed technology is to provide a thermoelectric conversion module that is flexible and has higher performance than the above-described conventional configuration module.

上記課題を解決するために、開示の技術の一態様の熱電変換モジュールは、シート状の第１絶縁性部と、シート状の第２絶縁性部と、前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との間に収容された、熱電変換材料からなる、それらの間に発生する熱起電力が取り出される第１端部と第２端部とを有する複数の板状部材と、各板状部材と前記第１絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第１端部の前記第１絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第１
絶縁性部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導性部と、各板状部材と前記第２絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第２端部の前記第２絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第２絶縁性部よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導性部とを備える。 In order to solve the above problems, a thermoelectric conversion module according to an aspect of the disclosed technology includes a sheet-like first insulating portion, a sheet-like second insulating portion, the first insulating portion, and the second insulating portion. A plurality of plate-like members each having a first end portion and a second end portion, which are made of a thermoelectric conversion material and are taken out of thermoelectric power generated between them, and are housed between the insulating portions, and each plate The first member having a shape covering a surface on the first insulating part side of the first end of each plate-like member disposed between the first member and the first insulating part.
The first high thermal conductivity portion having a higher thermal conductivity than the insulating portion, and the second end portion of each plate-like member disposed between each plate-like member and the second insulating portion. A second high thermal conductivity part having a shape that covers the surface on the insulating part side and having a higher thermal conductivity than the second insulating part.

上記構成を採用しておけば、フレキシブルな、従来構成モジュールよりも高性能な熱電変換モジュールを実現することが出来る。 If the said structure is employ | adopted, a flexible thermoelectric conversion module higher performance than the conventional structure module is realizable.

熱電変換モジュールの断面図。Sectional drawing of a thermoelectric conversion module. 熱電変換モジュールの平面図。The top view of a thermoelectric conversion module. 第１シート状部材の製造手順の説明図（その１）。Explanatory drawing of the manufacturing procedure of a 1st sheet-like member (the 1). 第１シート状部材の製造手順の説明図（その２）。Explanatory drawing of the manufacturing procedure of a 1st sheet-like member (the 2). 第１シート状部材の製造手順の説明図（その３）。Explanatory drawing of the manufacturing procedure of a 1st sheet-like member (the 3). 内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed the simulation calculation of internal temperature distribution. 内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed the simulation calculation of internal temperature distribution. 図４Ａにその構成を示した熱電変換モジュールの内部温度分布の計算結果を示した図。The figure which showed the calculation result of the internal temperature distribution of the thermoelectric conversion module which showed the structure to FIG. 4A. 図４Ｂにその構成を示した熱電変換モジュールの内部温度分布の計算結果を示した図。The figure which showed the calculation result of the internal temperature distribution of the thermoelectric conversion module which showed the structure in FIG. 4B. 図４Ａ、図４Ｂにその構成を示した熱電変換モジュール内の熱電素子中の温度分布を示した図。The figure which showed temperature distribution in the thermoelectric element in the thermoelectric conversion module which showed the structure to FIG. 4A and FIG. 4B. ΔＴのシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed simulation calculation of (DELTA) T. ΔＴのシミュレーション計算に基づき算出したＥ値とＬ値との関係を示す図。The figure which shows the relationship between E value calculated based on simulation calculation of (DELTA) T, and L value. 内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed the simulation calculation of internal temperature distribution. 内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed the simulation calculation of internal temperature distribution. 図９Ａ、図９Ｂにその構成を示した熱電変換モジュール内の熱電素子中の温度分布を示した図。The figure which showed temperature distribution in the thermoelectric element in the thermoelectric conversion module which showed the structure to FIG. 9A and FIG. 9B. 温度変化時における反り量のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。Explanatory drawing of the structure of the thermoelectric conversion module which performed the simulation calculation of the curvature amount at the time of a temperature change. 反り量のシミュレーション計算結果を示した図。The figure which showed the simulation calculation result of curvature amount. 既存の熱電変換モジュールに用いられているπ型熱電素子の外観図。The external view of the pi-type thermoelectric element used for the existing thermoelectric conversion module. 既存の熱電変換モジュールの外観図。The external view of the existing thermoelectric conversion module. 既存のフレキシブルな熱電変換モジュール（従来構成モジュール）の断面図。Sectional drawing of the existing flexible thermoelectric conversion module (conventional structure module). 従来構成モジュールの平面図。The top view of a conventional structure module.

以下、発明者らが開発した熱電変換モジュールの構成等を、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the thermoelectric conversion module developed by the inventors will be described in detail with reference to the drawings.

図１に、発明者らが開発した熱電変換モジュール１の断面図を示し、図２に、熱電変換モジュール１の平面図を示す。なお、図２は、絶縁性接着剤層１８及び第２絶縁性材料部２１（図１参照。詳細は後述）が除去されている場合における熱電変換モジュール１の平面図である。また、これらの図を含む、以下で説明に用いる各図は、熱電変換モジュール
１の各構成要素を認識し易い大きさとするために、各構成要素の縮尺や数を適宜変更したものとなっている。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module 1 developed by the inventors, and FIG. 2 shows a plan view of the thermoelectric conversion module 1. FIG. 2 is a plan view of the thermoelectric conversion module 1 when the insulating adhesive layer 18 and the second insulating material portion 21 (see FIG. 1, details will be described later) are removed. In addition, each figure used in the following description including these figures is obtained by appropriately changing the scale and number of each component in order to make each component of the thermoelectric conversion module 1 easy to recognize. Yes.

この熱電変換モジュール１は、廃熱を電気エネルギーに変換するために、一方の面を廃熱源に貼り付けて使用するフレキシブルなシート状（フィルム状）のモジュールである。 This thermoelectric conversion module 1 is a flexible sheet-like (film-like) module that is used by sticking one surface to a waste heat source in order to convert waste heat into electrical energy.

図１及び図２に示してあるように、熱電変換モジュール１は、第１絶縁性材料部１１、複数の第１電極１２、複数のＰ型熱電素子１５ｐ、複数のＮ型熱電素子１５ｎを備えている。また、熱電変換モジュール１は、絶縁性接着剤層１８、複数の導電性接着剤層１９、複数の第２電極２２及び第２絶縁性材料部２１も備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the thermoelectric conversion module 1 includes a first insulating material portion 11, a plurality of first electrodes 12, a plurality of P-type thermoelectric elements 15p, and a plurality of N-type thermoelectric elements 15n. ing. The thermoelectric conversion module 1 also includes an insulating adhesive layer 18, a plurality of conductive adhesive layers 19, a plurality of second electrodes 22, and a second insulating material portion 21.

熱電変換モジュール１が備える各第１電極１２は、１組のＮ型熱電素子１５ｎ及びＰ型熱電素子１５ｐの端部間を電気的に接続する導体、熱電変換モジュール１の出力端子のいずれかとして機能する部材である。この第１電極１２の構成材料は、一般的な導電性材料、つまり、導電性を有するが故に熱伝導率が比較的に高い材料、であれば良い。ただし、第１電極１２の熱伝導率が高い方が、熱電素子１５ｘ（ｘ＝ｎ、ｐ）の端部間の温度差を大きくすることが出来る。また、熱電変換モジュール１は安価に製造できた方が良いので、第１電極１２の構成材料としては、熱伝導率κが大きく、且つ、安価な材料であるＣｕ（銅：κ≒４００Ｗ／ｍＫ）を用いておくことが望ましい。 Each first electrode 12 included in the thermoelectric conversion module 1 is either a conductor that electrically connects the ends of the pair of N-type thermoelectric elements 15n and P-type thermoelectric elements 15p, or an output terminal of the thermoelectric conversion module 1. It is a functional member. The constituent material of the first electrode 12 may be a general conductive material, that is, a material having a relatively high thermal conductivity because it has conductivity. However, the higher the thermal conductivity of the first electrode 12, the greater the temperature difference between the end portions of the thermoelectric element 15x (x = n, p). Moreover, since it is better that the thermoelectric conversion module 1 can be manufactured at low cost, the constituent material of the first electrode 12 is Cu (copper: κ≈400 W / mK), which is a material having a large thermal conductivity κ and a low cost. ) Is desirable.

以下、説明の便宜上、各タイプの熱電素子１５ｘ（ｘ＝ｎ、ｐ）の第１電極１２が設けられている側の端部、面のことを、それぞれ、第１端部、下面と表記することにする。また、各熱電素子１５ｘの，第１端部とは逆側の端部、熱電素子１５ｘの，下面と対向する面のことを、それぞれ、第２端部、上面と表記することにする。 Hereinafter, for convenience of description, the end portion and the surface on the side where the first electrode 12 of each type of thermoelectric element 15x (x = n, p) is provided are referred to as a first end portion and a lower surface, respectively. I will decide. Further, the end of each thermoelectric element 15x opposite to the first end and the surface of the thermoelectric element 15x facing the lower surface will be referred to as the second end and the upper surface, respectively.

第１絶縁性材料部１１は、上記した複数の第１電極１２を保持した、絶縁性及び柔軟性（可撓性）を有する部材（詳細は後述）である。 The first insulating material portion 11 is a member (details will be described later) having insulating properties and flexibility (flexibility) holding the plurality of first electrodes 12 described above.

各第２電極２２は、同一の第１電極１２により電気的に接続されていない，１組のＮ型熱電素子１５ｎ及びＰ型熱電素子１５ｐの第２端部の上面間を、導電性接着剤層１９（詳細は後述）を介して電気的に接続するための部材（導体）である。この第２電極２２の構成材料も、一般的な導電性材料であれば良い。ただし、第２電極２２も、第１電極１２と同様に、Ｃｕから構成しておくことが望ましい。 Each second electrode 22 is electrically conductive adhesive between the upper surfaces of the second end portions of the pair of N-type thermoelectric elements 15n and P-type thermoelectric elements 15p, which are not electrically connected by the same first electrode 12. This is a member (conductor) for electrical connection through the layer 19 (details will be described later). The constituent material of the second electrode 22 may be a general conductive material. However, it is desirable that the second electrode 22 is also made of Cu, like the first electrode 12.

第２絶縁性材料部２１は、複数の第２電極２２を保持した、絶縁性及び柔軟性を有する部材である。この第２絶縁性材料部２１と、上記した第１絶縁性材料部１１とは、全体として絶縁性と或る程度の柔軟性とを有する部材でありさえすれば、単一の材料からなる部材であっても、複数種類の材料からなる部材であっても良い。 The second insulating material portion 21 is a member having insulating properties and flexibility that holds the plurality of second electrodes 22. The second insulating material portion 21 and the first insulating material portion 11 described above are members made of a single material as long as they are members having overall insulation and a certain degree of flexibility. Or it may be a member made of a plurality of types of materials.

なお、第１絶縁性材料部１１／第２絶縁性材料部２１は、実際には、“全体として絶縁性及び柔軟性を有する”という条件以外にも、“熱伝導率が、第１電極１２／第２電極２２のそれよりも低い”という条件を満たす必要がある部材である。しかしながら、絶縁性を有する一般的な材料（有機高分子等）の熱伝導率は、導電性材料の熱伝導率よりも２〜３桁程度小さい。そのため、第１絶縁性材料部１１、第２絶縁性材料部２１の構成材料は、熱伝導率の大きさを特に考慮することなく、選択することが出来る。 In addition, the first insulating material portion 11 / second insulating material portion 21 actually has a “thermal conductivity of the first electrode 12 in addition to the condition of“ having insulation and flexibility as a whole ”. It is a member that needs to satisfy the condition of “/ lower than that of the second electrode 22”. However, the thermal conductivity of general insulating materials (such as organic polymers) is about two to three orders of magnitude smaller than the thermal conductivity of conductive materials. Therefore, the constituent materials of the first insulating material portion 11 and the second insulating material portion 21 can be selected without particularly considering the magnitude of thermal conductivity.

Ｎ型熱電素子１５ｎ、Ｐ型熱電素子１５ｐは、それぞれ、Ｎ型熱電変換材料、Ｐ型熱電変換材料からなる矩形状部材である。各タイプの熱電素子１５ｘの構成材料（Ｎ型熱電変換材料、Ｐ型熱電変換材料）としては、どのような熱電変換材料も使用することが出来る。ただし、熱電素子１５ｘの構成材料としては、熱電変換モジュール１により電気エネル
ギーに変換される廃熱の温度域におけるゼーベック係数の絶対値が大きな材料を採用しておくことが望ましい。 The N-type thermoelectric element 15n and the P-type thermoelectric element 15p are rectangular members made of an N-type thermoelectric conversion material and a P-type thermoelectric conversion material, respectively. Any thermoelectric conversion material can be used as the constituent material (N-type thermoelectric conversion material, P-type thermoelectric conversion material) of each type of thermoelectric element 15x. However, as a constituent material of the thermoelectric element 15x, it is desirable to employ a material having a large absolute value of the Seebeck coefficient in the temperature range of waste heat converted into electric energy by the thermoelectric conversion module 1.

また、各熱電素子１５ｘのサイズ〔全長Ｌ０、幅（図２における上下方向の長さ）、及び、厚さ〕は、熱電素子１５ｘ（及び熱電変換モジュール１）を製造しやすいサイズとすることが出来るが、原則として、第１端部・第２端部間（第１電極１２・第２電極２２間）の抵抗が高い方が、大きな熱起電力が発生する。また、熱電素子１５ｘの厚さが厚くなると、熱電変換モジュール１を曲げたときに熱電素子１５ｘが破断しやすくなる。従って、各熱電素子１５ｘは、幅よりも全長Ｌ０の方が長い形状の、比較的に薄い（例えば、数μｍ程度の厚さの）部材としておくことが望ましい。 Further, the size [total length L0, width (length in the vertical direction in FIG. 2) and thickness] of each thermoelectric element 15x should be a size that makes it easy to manufacture the thermoelectric element 15x (and thermoelectric conversion module 1). In principle, however, a larger thermoelectromotive force is generated when the resistance between the first end and the second end (between the first electrode 12 and the second electrode 22) is higher. Moreover, when the thickness of the thermoelectric element 15x is increased, the thermoelectric element 15x is easily broken when the thermoelectric conversion module 1 is bent. Therefore, each thermoelectric element 15x is desirably a relatively thin member (for example, a thickness of about several μm) having a shape in which the total length L0 is longer than the width.

さらに、発明者らが鋭意研究した結果（詳細は後述）、第１電極１２・第２電極２２間の間隔である有効長Ｌが、熱電素子１５ｘの全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるようにしておくと、熱電素子１５ｘから大きな電力を取り出せることが分かっている。そのため、有効長Ｌが、全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるように、熱電変換モジュール１の各部のサイズを決定しておくことが望ましい。 Furthermore, as a result of earnest studies by the inventors (details will be described later), the effective length L, which is the distance between the first electrode 12 and the second electrode 22, is within the range of 14 to 30% of the total length L0 of the thermoelectric element 15x. It has been found that large electric power can be extracted from the thermoelectric element 15x if the value is set to about 20% of the total length L0. Therefore, it is desirable to determine the size of each part of the thermoelectric conversion module 1 so that the effective length L is a value within the range of 14 to 30% of the total length L0, particularly about 20% of the total length L0. .

次に、熱電変換モジュール１のさらに具体的な構成を、熱電変換モジュール１の製造手順と共に説明する。 Next, a more specific configuration of the thermoelectric conversion module 1 will be described together with a manufacturing procedure of the thermoelectric conversion module 1.

熱電変換モジュール１の製造時には、まず、第１絶縁性材料部１１及び複数の第１電極１２を備えた第１シート状部材１０と、第２絶縁性材料部２１及び複数の第２電極２２を備えた第２シート状部材２０とが、製造される。 At the time of manufacturing the thermoelectric conversion module 1, first, the first sheet-like member 10 including the first insulating material portion 11 and the plurality of first electrodes 12, the second insulating material portion 21, and the plurality of second electrodes 22 are provided. The provided second sheet-like member 20 is manufactured.

既に説明した構成から明らかなように、第２シート状部材２０は、第１シート状部材１０と同手順で製造できるものである。そのため、以下では、第１シート状部材１０の製造手順のみを説明することにする。 As apparent from the configuration described above, the second sheet-like member 20 can be manufactured in the same procedure as the first sheet-like member 10. Therefore, hereinafter, only the manufacturing procedure of the first sheet-like member 10 will be described.

上記構成を有する第１シート状部材１０は、例えば、図３Ａ〜図３Ｂに示した手順で製造することが出来る。 The 1st sheet-like member 10 which has the said structure can be manufactured in the procedure shown to FIG. 3A-FIG. 3B, for example.

すなわち、図３Ａ〜図３Ｂに示した手順による第１シート状部材１０の製造時には、まず（図３Ａ参照）、絶縁性及び柔軟性を有する材料（例えば、ポリイミド樹脂）からなる１０〜３０μｍ程度の厚さの部材１１ａ上に、導電性材料（例えば、Ｃｕ）からなる１０〜３０μｍ程度の厚さの薄膜１３を形成した部材が、用意される。この部材は、部材１１ａ上に薄膜１３をスパッタ法等により直接形成したものであっても、部材１１ａ上に薄膜１３を接着剤により貼り付けたもの（例えば、銅貼ポリイミドフィルムといった名称で市販されているもの）であっても良い。 That is, at the time of manufacturing the first sheet-like member 10 by the procedure shown in FIGS. 3A to 3B (see FIG. 3A), first, about 10 to 30 μm made of a material having insulating properties and flexibility (for example, polyimide resin). A member in which a thin film 13 having a thickness of about 10 to 30 μm made of a conductive material (for example, Cu) is formed on a member 11 a having a thickness is prepared. This member is a member in which the thin film 13 is directly formed on the member 11a by sputtering or the like, and the thin film 13 is adhered on the member 11a with an adhesive (for example, commercially available under the name of a copper-coated polyimide film). May be).

次いで、薄膜１３上へのレジストパターンの形成、形成したレジストパターンをマスクとした薄膜１３のウェットエッチ、レジストパターンの除去といった一連の処理により、図３Ｂに示してあるように、薄膜１３が複数の第１電極１２にパターニングされる。 Next, as shown in FIG. 3B, a plurality of thin films 13 are formed by a series of processes such as formation of a resist pattern on the thin film 13, wet etching of the thin film 13 using the formed resist pattern as a mask, and removal of the resist pattern. Patterned on the first electrode 12.

その後、図３Ｃに示してあるように、部材１１ａの、第１電極１２が形成されていない領域（以下、非電極領域と表記する）上に、絶縁性及び柔軟性を有する材料層１１ｂが形成される。そして、部材１１ａと材料層１１ｂとからなる部分が、第１絶縁性材料部１１として機能するシート状部材１０が製造される。 Thereafter, as shown in FIG. 3C, a material layer 11b having insulating properties and flexibility is formed on a region of the member 11a where the first electrode 12 is not formed (hereinafter referred to as a non-electrode region). Is done. And the sheet-like member 10 in which the part which consists of the member 11a and the material layer 11b functions as the 1st insulating material part 11 is manufactured.

なお、材料層１１ｂの構成材料は、絶縁性と或る程度の柔軟性とを有するものでありさ
えすれば良い。従って、例えば、部材１１ａの非電極領域上のみに、グリーンレジストを塗布した後、乾燥させることにより、材料層１１ｂを形成することが出来る。また、部材１１ａの非電極領域上のみにポリアミド酸の溶液を塗布して乾燥させた後、ポリアミド酸をイミド化させるための熱処理を行うことによって、材料層１１ｂを形成することも出来る。 In addition, the constituent material of the material layer 11b should just have insulation and a certain amount of flexibility. Therefore, for example, the material layer 11b can be formed by applying a green resist only on the non-electrode region of the member 11a and then drying it. Alternatively, the material layer 11b can be formed by applying a polyamic acid solution only on the non-electrode region of the member 11a and drying it, followed by heat treatment for imidizing the polyamic acid.

複数の第１電極１２が形成されている材料層１１ｂの全面（図３Ｂ参照）に、絶縁性及び柔軟性を有する材料層を形成した後、当該材料層の表面を第１電極１２が露出するまで研削研磨することにより、材料層１１ｂを形成することも出来る。 After forming a material layer having insulation and flexibility on the entire surface of the material layer 11b on which the plurality of first electrodes 12 are formed (see FIG. 3B), the first electrode 12 exposes the surface of the material layer. The material layer 11b can also be formed by grinding and polishing up to.

さらに、第１シート状部材１０を、上記したものとは全く異なる手順で製造することも出来る。例えば、４０〜５０μｍ程度の厚さのポリイミドフィルムの各所（第１電極１２が形成されるべき部分）をハーフエッチした後、ハーフエッチした部分にＣｕ等をスパッタ法等により充填するといった手順で、第１シート状部材１０を製造することも出来る。 Furthermore, the 1st sheet-like member 10 can also be manufactured in the completely different procedure from what was mentioned above. For example, after half-etching each part of the polyimide film having a thickness of about 40 to 50 μm (the part where the first electrode 12 is to be formed), the half-etched part is filled with Cu or the like by a sputtering method, The 1st sheet-like member 10 can also be manufactured.

第１シート状部材１０及び第２シート状部材２０の製造完了後には、第１シート状部材１０上に複数のＰ型熱電素子１５ｐを形成する処理と、第１シート状部材１０上に複数のＮ型熱電素子１５ｎを形成する処理とが行われる。前者の処理としては、例えば、メタルマスクを用いて、第１シート状部材１０上のＮ型熱電素子１５ｎを形成すべき部分（領域）のみに、（Ｂｉ₂Ｔｅ₃）_1-X（Ｓｂ₂Ｔｅ₃）_X〔Ｘ＝０．７〜０．８５〕を真空蒸着法等により１μｍ程度堆積させる処理が行われる。また、後者の処理としては、例えば、メタルマスクを用いて、第１シート状部材１０上のＰ型熱電素子１５ｐを形成すべき部分のみに、（Ｂｉ₂Ｔｅ₃）_1-X（Ｂｉ₂Ｓｅ₃）_X〔Ｘ＝０〜０．１５〕を真空蒸着法等により１μｍ程度堆積させる処理が行われる。 After the manufacturing of the first sheet-like member 10 and the second sheet-like member 20 is completed, a process of forming a plurality of P-type thermoelectric elements 15p on the first sheet-like member 10 and a plurality of pieces on the first sheet-like member 10 A process of forming the N-type thermoelectric element 15n is performed. As the former process, for example, (Bi ₂ Te ₃ ) _1-X (Sb ₂ ) is applied only to a portion (region) where the N-type thermoelectric element 15n is to be formed on the first sheet-like member 10 using a metal mask. Te ₃ ) _X [X = 0.7 to 0.85] is deposited by about 1 μm by vacuum evaporation or the like. Further, as the latter process, for example, (Bi ₂ Te ₃ ) _1-X (Bi ₂ Se) is used only on the portion where the P-type thermoelectric element 15p on the first sheet-like member 10 is to be formed using a metal mask. ₃ ) _X [X = 0 to 0.15] is deposited to a thickness of about 1 μm by vacuum evaporation or the like.

熱電素子１５ｘの形成後には、出力端子として設けられている２つの第１電極１２（図２における最も上側の第１電極１２と、最も下側の第１電極１２）に、リード線が接続される。次いで、各熱電素子１５ｘの第２電極２２と接触させる領域（つまり、第２端部の上面）に導電性接着剤（例えば、銀ペースト）を塗布し、他の領域に絶縁性接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を塗布する作業が行われる。 After the thermoelectric element 15x is formed, lead wires are connected to the two first electrodes 12 (the uppermost first electrode 12 and the lowermost first electrode 12 in FIG. 2) provided as output terminals. The Next, a conductive adhesive (for example, silver paste) is applied to a region (that is, the upper surface of the second end portion) that is in contact with the second electrode 22 of each thermoelectric element 15x, and an insulating adhesive (for example, a silver paste) is applied to other regions. , Epoxy adhesive) is applied.

その後、接着剤を塗布した構造上に、第２シート状部材２０が、同一の第１電極１２により電気的に接続されていない，隣接する１組のＮ型熱電素子１５ｎ、Ｐ型熱電素子１５ｐの第２端部が各第２電極２２下に位置するように、貼り付けられる。次いで、必要である場合には、導電性接着剤及び／又は絶縁性接着剤を硬化させるための処理（例えば、熱処理）が行われる。そして、各熱電素子１５ｘの第２端部が、導電性接着剤層１９を介して電気的／熱的に第２電極２２と接触しており、第１シート状部材１０・第２シート状部材２０間、熱電素子１５ｘ・第２シート状部材２０間が絶縁性接着剤層１８により接着されている熱電変換モジュール１（図１参照。）が製造される。 Thereafter, on the structure where the adhesive is applied, the second sheet-like member 20 is not electrically connected by the same first electrode 12, and a pair of adjacent N-type thermoelectric elements 15n and P-type thermoelectric elements 15p. Are attached so that the second end of each of the second electrodes 22 is located under each second electrode 22. Next, if necessary, a treatment (for example, heat treatment) for curing the conductive adhesive and / or the insulating adhesive is performed. The second end of each thermoelectric element 15x is in electrical / thermal contact with the second electrode 22 via the conductive adhesive layer 19, and the first sheet-like member 10 and the second sheet-like member The thermoelectric conversion module 1 (see FIG. 1) is manufactured, in which the thermoelectric element 15x and the second sheet-like member 20 are bonded to each other by the insulating adhesive layer 18.

次に、熱電変換モジュール１に、上記構成を採用した理由を説明する。なお、以下の説明では、熱電素子の各端部の反対側の面に、電極として機能する高κ部（熱伝導率が高い部分）が設けられている構成（つまり、図１に示してあるような構成）のことを、開発構成と表記する。また、熱電素子の各端部の反対側の面に、低熱伝導率絶縁層を介して高κ部が設けられている構成のことを、従来構成と表記する。 Next, the reason why the above configuration is adopted for the thermoelectric conversion module 1 will be described. In the following description, a configuration in which a high κ portion (a portion having a high thermal conductivity) functioning as an electrode is provided on the surface opposite to each end portion of the thermoelectric element (ie, shown in FIG. 1). Such a configuration) is referred to as a development configuration. In addition, a configuration in which a high κ portion is provided on a surface opposite to each end portion of the thermoelectric element via a low thermal conductivity insulating layer is referred to as a conventional configuration.

既に説明したように、シート状（フィルム状）の熱電変換モジュールとして、図１３及び図１４に示した構成（つまり、従来構成）を採用したものが開発されている。そして、従来構成を採用しておけば、熱電素子の端部間に温度差を付けることが出来る。しかしながら、熱電素子の各端部と高κ部との間に低熱伝導率絶縁層（低κ部）が挟まっていない
方が、熱電素子の端部間の温度差は大きくなるはずである。また、高κ部を設けるべき箇所は、熱電素子の端部であるため、高κ部を、Ｎ型熱電素子・Ｐ型熱電素子間を接続する電極形状のものとしておけば、高κ部と電極とを別途形成する必要も無くなることになる。 As already described, as a sheet-like (film-like) thermoelectric conversion module, one adopting the configuration shown in FIGS. 13 and 14 (that is, the conventional configuration) has been developed. And if a conventional structure is employ | adopted, a temperature difference can be attached between the edge parts of a thermoelectric element. However, the temperature difference between the end portions of the thermoelectric element should be larger when the low thermal conductivity insulating layer (low κ portion) is not sandwiched between each end portion of the thermoelectric element and the high κ portion. Further, since the location where the high κ portion should be provided is the end portion of the thermoelectric element, if the high κ portion has an electrode shape connecting between the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element, There is no need to separately form electrodes.

このように、開発構成を採用することによって高性能な熱電変換モジュールを実現できる可能性がある。そのため、発明者らは、まず、図４Ａに示した構成を有する熱電変換モジュール、及び、図４Ｂに示した構成を有する熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算を、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：０℃
低κ部の熱伝導率：０．１７Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率：４０１Ｗ／ｍＫ（≒Ｃｕの熱伝導率）
熱電素子の熱伝導率：１００Ｗ／ｍＫ Thus, there is a possibility that a high-performance thermoelectric conversion module can be realized by adopting the development configuration. Therefore, the inventors first performed a simulation calculation of the internal temperature distribution of the thermoelectric conversion module having the configuration shown in FIG. 4A and the thermoelectric conversion module having the configuration shown in FIG. 4B under the following conditions. .
Top surface temperature: 100 ° C
Bottom surface temperature: 0 ° C
Thermal conductivity of low κ part: 0.17 W / mK (≒ thermal conductivity of polyimide resin)
Thermal conductivity of high κ part: 401 W / mK (≈Cu thermal conductivity)
Thermal conductivity of thermoelectric element: 100 W / mK

なお、上記説明及び以下の説明において、上面温度、下面温度とは、それぞれ、熱電変換モジュールの構成図（図４Ａ、図４Ｂ、図７等）における上側の面の温度、下側の面の温度のことである。 In the above description and the following description, the upper surface temperature and the lower surface temperature are the temperature of the upper surface and the temperature of the lower surface in the configuration diagram of the thermoelectric conversion module (FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 7, etc.), respectively. That is.

その結果、１μｍ厚、１００μｍ長の熱電素子の各端部の反対側の面に、それぞれ、１μｍ厚の低κ部を介して、２５μｍ厚、４５μｍ長の高κ部が形成されている熱電変換モジュール（図４Ａ）の内部温度分布は、図５Ａに示したものとなることが分かった。また、当該熱電変換モジュールの熱電素子内の温度分布は、図６に示したもの（“従来構成”と記してあるもの）となることが分かった。 As a result, a thermoelectric conversion in which a high κ portion having a thickness of 25 μm and a length of 45 μm is formed on a surface opposite to each end portion of the thermoelectric element having a thickness of 1 μm and a length of 100 μm via a low κ portion having a thickness of 1 μm, respectively. The internal temperature distribution of the module (FIG. 4A) was found to be that shown in FIG. 5A. Moreover, it turned out that the temperature distribution in the thermoelectric element of the said thermoelectric conversion module becomes what is shown in FIG. 6 (what is described as "conventional structure").

一方、同サイズの熱電素子の各端部の反対側の面に、それぞれ、２４．９μｍ厚、４５μｍ長の高κ部が直接形成されている熱電変換モジュール（図４Ｂ）では、内部温度分布が図５Ｂに示したものとなり、熱電素子内の温度分布が図６に示したもの（“開発構成”と記してあるもの）となることが分かった。なお、図５Ａ及び図５Ｂ中に記してある各曲線は、温度が、その左端及び右端に示してある温度（単位は、℃）となる箇所を示す線（いわゆる等温線）である。また、図６は、熱電素子の各部分の温度を、各部分の図４Ａ、図４Ｂにおける左端からの距離（図６では、“位置”）に対してプロットした図である。 On the other hand, in a thermoelectric conversion module (FIG. 4B) in which a high κ portion having a thickness of 24.9 μm and a length of 45 μm is directly formed on the opposite surface of each end portion of the thermoelectric element of the same size, the internal temperature distribution is It became what was shown to FIG. 5B, and it turned out that the temperature distribution in a thermoelectric element becomes what is shown in FIG. 6 (what is described as "development structure"). Each curve described in FIG. 5A and FIG. 5B is a line (so-called isotherm) indicating a location where the temperature is the temperature (unit: ° C.) shown at the left end and the right end. FIG. 6 is a diagram in which the temperature of each part of the thermoelectric element is plotted against the distance from the left end of each part in FIGS. 4A and 4B (“position” in FIG. 6).

これらの結果は、『開発構成を採用すれば（熱電素子の各端部の反対側の面に電極として機能する高κ部を直接形成しておけば）、従来構成を採用した場合よりも大きな温度差が熱電素子の端部間に発生する』ということを意味するものである。 These results are as follows: “If the development configuration is adopted (if a high κ part that functions as an electrode is formed directly on the surface opposite to each end of the thermoelectric element), it is larger than the case where the conventional configuration is adopted. This means that a temperature difference occurs between the ends of the thermoelectric element.

ただし、熱電素子の各端部に電極として機能する高κ部を直接形成する場合、高κ部（電極）の長さが長くなるほど、熱電素子として実際に機能する部分（つまり、熱電素子の，高κ部と接触していない部分；以下、有効部分と表記する）の長さが減少することになる。そして、有効部分の長さが減少すれば、出力が低下するので、有効長Ｌに適切な値があることが予想される。 However, when the high κ portion that functions as an electrode is directly formed at each end of the thermoelectric element, the portion that actually functions as the thermoelectric element (that is, the thermoelectric element, The length of a portion not in contact with the high κ portion (hereinafter referred to as an effective portion) is reduced. And if the length of the effective portion decreases, the output decreases, so it is expected that the effective length L has an appropriate value.

そのため、発明者らは、図７に示した構成を有する熱電変換モジュールの熱電素子の有効部分の両端の温度差ΔＴのシミュレーション計算を、各種Ｌ値について、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：０℃
第１低κ部の熱伝導率：１．５Ｗ／ｍＫ（≒ガラスの熱伝導率）
第２低κ部の熱伝導率：０．２Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率：４０１Ｗ／ｍＫ（≒銅の熱伝導率）、
熱電素子の熱伝導率：５Ｗ／ｍＫ Therefore, the inventors performed a simulation calculation of the temperature difference ΔT at both ends of the effective portion of the thermoelectric element of the thermoelectric conversion module having the configuration shown in FIG. 7 under the following conditions for various L values.
Top surface temperature: 100 ° C
Bottom surface temperature: 0 ° C
Thermal conductivity of the first low κ part: 1.5 W / mK (≈ glass thermal conductivity)
Thermal conductivity of the second low κ part: 0.2 W / mK (≈ thermal conductivity of polyimide resin)
Thermal conductivity of high κ portion: 401 W / mK (≈ copper thermal conductivity),
Thermal conductivity of thermoelectric element: 5W / mK

次いで、“ΔＴ²／Ｌ”値（以下、Ｅ値と表記する）を、各シミュレーション計算結果
に基づき算出した。なお、Ｅ（＝ΔＴ²／Ｌ）値を算出しているのは、この値が、熱電素
子の最大出力を示す値であるからである。 Next, a “ΔT ² / L” value (hereinafter referred to as an E value) was calculated based on each simulation calculation result. The E (= ΔT ² / L) value is calculated because this value is a value indicating the maximum output of the thermoelectric element.

具体的には、熱電素子と接続された負荷の抵抗をＲ_L、熱電素子の有効部分の抵抗をＲ
、負荷に流れる電流をＩと表記すると、負荷に供給される電力量Ｉ²Ｒ_Lが最大となるのは、Ｒ_L＝Ｒの場合である。そして、当該場合における電力量Ｐmaxは、熱電素子の有効部分の抵抗Ｒ、熱電素子のゼーベック係数Ｓ、熱電素子の有効部分の両端の温度差ΔＴから、以下の（１）式にて算出することが出来る。 Specifically, the resistance of the load connected to the thermoelectric element is R _L , and the resistance of the effective portion of the thermoelectric element is R
When the current flowing through the load is expressed as I, the amount of electric power I ² _RL supplied to the load is maximized when R _L = R. In this case, the electric energy Pmax is calculated by the following equation (1) from the resistance R of the effective portion of the thermoelectric element, the Seebeck coefficient S of the thermoelectric element, and the temperature difference ΔT between both ends of the effective portion of the thermoelectric element. I can do it.

また、熱電素子の断面積をＡ、熱電素子の電気抵抗率をρと表記すると、Ｒ＝ρＬ／Ａが成立する。従って、上記（１）式は、以下の（２）式に変形することが出来る。 Further, when the cross-sectional area of the thermoelectric element is denoted by A and the electric resistivity of the thermoelectric element is denoted by ρ, R = ρL / A is established. Therefore, the above equation (1) can be transformed into the following equation (2).

このように、熱電素子の最大出力相当の値（Ｐmaxに比例する値）として、Ｅ（＝ΔＴ²／Ｌ）値を使用できる。このため、Ｅ値を、各シミュレーション計算結果に基づき算出したのである。 Thus, the E (= ΔT ² / L) value can be used as a value corresponding to the maximum output of the thermoelectric element (a value proportional to Pmax). For this reason, the E value is calculated based on each simulation calculation result.

図８に、各Ｌ値に対するＥ値の算出結果を示す。
この図８から明らかなように、Ｅ値は、有効長Ｌが２００μｍである場合に最大値をとり、有効長Ｌが６００μｍである場合に極大値をとる。そして、Ｌ値を、全長Ｌ０の１４％〜３０％の範囲の値としておけば、Ｅ値を、比較的に大きな値（有効長Ｌが６００μｍである場合のＥ値よりも大きな値）とすることが出来る。また、Ｌ値を、全長Ｌ０の２０％の値としておけば、Ｅ値を最も大きくすることが出来る。 FIG. 8 shows the calculation result of the E value for each L value.
As is apparent from FIG. 8, the E value takes the maximum value when the effective length L is 200 μm, and takes the maximum value when the effective length L is 600 μm. If the L value is set to a value in the range of 14% to 30% of the total length L0, the E value is set to a relatively large value (a value larger than the E value when the effective length L is 600 μm). I can do it. Further, if the L value is 20% of the total length L0, the E value can be maximized.

従って、有効長Ｌが、全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるように、熱電変換モジュール１の各部のサイズを決定しておくことが望ましいことになる。 Therefore, it is desirable to determine the size of each part of the thermoelectric conversion module 1 so that the effective length L is a value within the range of 14 to 30% of the total length L0, particularly about 20% of the total length L0. It will be.

また、上記した熱電変換モジュール１の製造手順は、熱電素子１５ｘ・第２電極２２間を導電性接着剤により接着するものであった。この製造手順によれば、『熱電素子１５ｘ上に、スパッタ等によって直接第２電極２２を形成した後、熱電素子１５ｘ、第２電極２２上等をポリイミド樹脂等で覆う』といった手順よりも、開発構成を有する熱電変換モジュールを簡単に製造することが出来る。ただし、上記製造手順は、熱伝導率が悪い導電性接着剤層１９（空洞部分を含む導電性接着剤層１９等）が形成されてしまう可能性があるものとなっている。 In addition, the manufacturing procedure of the thermoelectric conversion module 1 described above is to bond the thermoelectric element 15x and the second electrode 22 with a conductive adhesive. This manufacturing procedure is more developed than the procedure “After the second electrode 22 is directly formed on the thermoelectric element 15x by sputtering or the like, the thermoelectric element 15x, the second electrode 22 or the like is covered with a polyimide resin or the like”. A thermoelectric conversion module having a configuration can be easily manufactured. However, in the above manufacturing procedure, there is a possibility that the conductive adhesive layer 19 (such as the conductive adhesive layer 19 including the cavity) having poor thermal conductivity may be formed.

そのため、発明者らは、何らかの原因により導電性接着剤層１９の熱伝導率が悪くなってしまった場合にも、熱電素子１５ｘの端部間に十分な温度差を発生させることが出来るか否かを確認するためのシミュレーション計算も行った。 Therefore, the inventors can generate a sufficient temperature difference between the end portions of the thermoelectric element 15x even when the thermal conductivity of the conductive adhesive layer 19 is deteriorated for some reason. We also performed simulation calculations to confirm this.

具体的には、発明者らは、図９Ａに示した構成、すなわち、接着剤層の全てが熱伝導率が低い材料層（図では、低ｋ接着剤層）となっている熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算を、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：０℃
低κ部の熱伝導率：０．２Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率：４０１Ｗ／ｍＫ（≒Ｃｕの熱伝導率）
熱電素子の熱伝導率：５Ｗ／ｍＫ
低ｋ接着剤層の熱伝導率：０．２Ｗ／ｍＫ Specifically, the inventors of the thermoelectric conversion module shown in FIG. 9A, that is, a thermoelectric conversion module in which all of the adhesive layer is a material layer (low k adhesive layer in the figure) having low thermal conductivity. The simulation calculation of the internal temperature distribution was performed under the following conditions.
Top surface temperature: 100 ° C
Bottom surface temperature: 0 ° C
Thermal conductivity of low κ part: 0.2 W / mK (≒ thermal conductivity of polyimide resin)
Thermal conductivity of high κ part: 401 W / mK (≈Cu thermal conductivity)
Thermal conductivity of thermoelectric element: 5W / mK
Thermal conductivity of low-k adhesive layer: 0.2 W / mK

また、比較のため、図９Ｂに示した構成、すなわち、１２．５μｍ厚の低κ部が高κ部の外側（図９Ａ）ではなく高κ部の内側に設けられている構成を有する熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算も、同条件で行った。 For comparison, the thermoelectric conversion having the configuration shown in FIG. 9B, that is, the configuration in which the low κ portion having a thickness of 12.5 μm is provided inside the high κ portion instead of the outside of the high κ portion (FIG. 9A). The simulation calculation of the internal temperature distribution of the module was also performed under the same conditions.

その結果、図１０に示したように、何らかの原因により接着剤層の熱伝導率が悪くなってしまった場合にも、開発構成（図９Ａに示した構成）を採用した熱電変換モジュールの方が、従来構成（図９Ｂに示した構成）を採用した熱電変換モジュールよりも、熱電素子の端部間の温度差が大きくなることが確認できた。 As a result, as shown in FIG. 10, even when the thermal conductivity of the adhesive layer has deteriorated for some reason, the thermoelectric conversion module adopting the developed configuration (configuration shown in FIG. 9A) is more suitable. It was confirmed that the temperature difference between the end portions of the thermoelectric element was larger than that of the thermoelectric conversion module adopting the conventional configuration (configuration shown in FIG. 9B).

ただし、このシミュレーション計算結果は、“導電性接着剤層１９をうまく形成しないと、各熱電素子１５ｘの端部間に大きな温度差を発生させることが出来ない”ということを意味するものでもある。従って、上記のような不具合が発生することを防止するために、製造手順が若干複雑にはなるものの、『熱電素子１５ｘ上に、スパッタ等によって直接第２電極２２を形成した後、熱電素子１５ｘ、第２電極２２上等をポリイミド樹脂等で覆う』といった手順で、熱電変換モジュール１を製造するようにしても良い。 However, this simulation calculation result also means that “a large temperature difference cannot be generated between the end portions of each thermoelectric element 15x unless the conductive adhesive layer 19 is formed well”. Accordingly, in order to prevent the occurrence of the above-described problems, the manufacturing procedure is slightly complicated. However, after the second electrode 22 is directly formed on the thermoelectric element 15x by sputtering or the like, the thermoelectric element 15x The thermoelectric conversion module 1 may be manufactured by a procedure such as covering the second electrode 22 and the like with a polyimide resin or the like.

最後に、熱サイクルに対する熱電変換モジュール１の耐久性に関する検討結果を説明しておくことにする。 Finally, the examination result regarding the durability of the thermoelectric conversion module 1 with respect to the thermal cycle will be described.

熱電変換モジュール１は、熱膨張係数、ポアソン比等が異なる複数種類の材料で構成せざるを得ないものである。そして、廃熱温度は、通常、周期的に上下するため、熱電変換モジュール１の上記構成が、温度変化によって生ずる反り量が大きいものである場合には、耐久性を向上させるために、何らかの対処を行う必要があることになる。 The thermoelectric conversion module 1 must be composed of a plurality of types of materials having different thermal expansion coefficients, Poisson's ratios, and the like. Since the waste heat temperature usually rises and falls periodically, when the above-described configuration of the thermoelectric conversion module 1 has a large amount of warpage caused by a temperature change, some measures are taken to improve durability. Will need to do.

そのため、発明者らは、図１１に示した構成を有する、電極長Ｌ１（高κ部の長さ）を異ならせた４つの熱電変換モジュールについて、温度を１５０℃から３０℃へ変化させた場合に生ずる反り量（左端が固定されている状態での右端変化量）を、シミュレーション計算した。なお、シミュレーション計算は、低κ部、高κ部の構成材料が、それぞれ、ポリイミド樹脂、Ｃｕであり、熱電素子が、Ｓｉであるとして行った。すなわち、シミュレーション計算は、各部の弾性定数、ポアソン比、熱膨張係数は、以下の表に示したものであるとして行った。 Therefore, the inventors changed the temperature from 150 ° C. to 30 ° C. for four thermoelectric conversion modules having the configuration shown in FIG. 11 and having different electrode lengths L1 (lengths of high κ portions). The amount of warpage (the amount of change at the right end when the left end is fixed) was calculated by simulation. The simulation calculation was performed assuming that the constituent materials of the low κ part and the high κ part were polyimide resin and Cu, respectively, and the thermoelectric element was Si. That is, the simulation calculation was performed assuming that the elastic constant, Poisson's ratio, and thermal expansion coefficient of each part are as shown in the following table.

また、比較のため、２つの高κ部を、熱電素子の同一面上に設けた熱電変換モジュールの反り量のシミュレーション計算も行った。 For comparison, a simulation calculation was also performed for the amount of warpage of a thermoelectric conversion module in which two high κ portions were provided on the same surface of a thermoelectric element.

その結果、図１２に示したように、２つの高κ部を熱電素子の同一面上に設けておくと（“片面配置”）、反り量が比較的に大きくなってしまうが、２つの高κ部を熱電素子の逆側の面上に設けておけば（“両面交互配置”）、電極長Ｌ１に依らず、反り量を比較的に小さな量とすることが出来ることが確認できた。 As a result, as shown in FIG. 12, if two high κ portions are provided on the same surface of the thermoelectric element (“single-sided arrangement”), the amount of warpage becomes relatively large. It was confirmed that if the κ portion is provided on the opposite surface of the thermoelectric element (“double-sided alternate arrangement”), the amount of warpage can be made relatively small regardless of the electrode length L1.

このように、熱電変換モジュール１の構成は、温度変化時の反り量が比較的に小さな構成ともなっている。従って、上記した熱電変換モジュール１は、上記構成のままでも十分な耐久性を持つモジュールとなっていると言うことが出来る。 Thus, the structure of the thermoelectric conversion module 1 is also a structure in which the amount of warpage when the temperature changes is relatively small. Therefore, it can be said that the thermoelectric conversion module 1 described above is a module having sufficient durability even with the above configuration.

《変形例》
上記した熱電変換モジュール１は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、各シート状部材（第１シート状部材１０、第２シート状部材２０）として、各電極（第１電極１２、第２電極２２）が膜面方向に貫通している部材を採用することが出来る。ただし、そのようなシート状部材を採用した場合、非導電性の部分にしか取り付けられない熱電変換モジュール１が得られてしまうことになる。また、各電極の劣化（酸化）や、電極間のショー路も生じ易くなるため、上記構成（図１参照。）を採用しておくことが望ましい。 <Modification>
The thermoelectric conversion module 1 described above can be variously modified. For example, as each sheet-like member (first sheet-like member 10, second sheet-like member 20), a member in which each electrode (first electrode 12, second electrode 22) penetrates in the film surface direction is adopted. I can do it. However, when such a sheet-like member is employed, the thermoelectric conversion module 1 that can be attached only to the non-conductive portion is obtained. Moreover, since the deterioration (oxidation) of each electrode and a show path between the electrodes are likely to occur, it is desirable to adopt the above configuration (see FIG. 1).

また、熱電変換モジュール１の第１電極１２、第２電極２２は、１組の熱電素子１５ｘ間を接続する電極、熱電素子１５ｘの端部間に温度差を付けるための高κ部の双方として機能するものであったが、熱電変換モジュール１を、電極及び高κ部として別の部材を備えたモジュールに変形することも出来る。具体的には、例えば、熱電変換モジュール１を、上記したものよりも薄い第２電極２２を備え、第２電極２２の熱電素子１５ｘ上の部分にのみ高κ部を備えたモジュールに変形することが出来る。ただし、熱電変換モジュール１を、そのようなモジュールに変形しても、高κ部の形成に使用する材料量を減らせるだけである。従って、特殊な事情（極めて高価な材料で高κ部を形成する等）がない限り、上記した熱電変換モジュール１の構成を採用しておくことが望ましい。 In addition, the first electrode 12 and the second electrode 22 of the thermoelectric conversion module 1 are both electrodes that connect between a pair of thermoelectric elements 15x and high κ portions that provide a temperature difference between the ends of the thermoelectric elements 15x. Although functioning, the thermoelectric conversion module 1 can also be transformed into a module provided with another member as an electrode and a high κ portion. Specifically, for example, the thermoelectric conversion module 1 is transformed into a module that includes the second electrode 22 that is thinner than those described above, and that includes a high κ portion only on the portion of the second electrode 22 on the thermoelectric element 15x. I can do it. However, even if the thermoelectric conversion module 1 is deformed into such a module, only the amount of material used for forming the high κ portion can be reduced. Therefore, it is desirable to employ the configuration of the thermoelectric conversion module 1 described above unless there are special circumstances (such as forming a high κ portion with an extremely expensive material).

１熱電変換モジュール
１０第１シート部材
１１第１絶縁性材料部
１２第１電極
１５ｎＮ型熱電素子
１５ｐＰ型熱電素子
１８絶縁性接着剤層
１９導電性接着剤層
２０第２シート部材
２１第２絶縁性材料部
２２第２電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermoelectric conversion module 10 1st sheet member 11 1st insulating material part 12 1st electrode 15n N-type thermoelectric element 15p P-type thermoelectric element 18 Insulating adhesive layer 19 Conductive adhesive layer 20 2nd sheet member 21 2nd Insulating material part 22 Second electrode

Claims

シート状の第１絶縁性部と、
シート状の第２絶縁性部と、
前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との間に厚さ方向が前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との積層方向となるように収容された熱電変換材料からなる複数の板状部材であって、厚さ方向に直交する方向に位置する対向する２端部が熱起電力を取り出すための第１端部及び第２端部として機能する複数の板状部材と、
各板状部材と前記第１絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第１端部の前記第１絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第１絶縁性部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導性部と、
各板状部材と前記第２絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第２端部の前記第２絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第２絶縁性部よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導性部と
を備えることを特徴とする熱電変換モジュール。 A sheet-like first insulating part;
A sheet-like second insulating part;
It consists of a thermoelectric conversion material accommodated between the first insulating part and the second insulating part so that the thickness direction is the stacking direction of the first insulating part and the second insulating part. A plurality of plate-like members, wherein the two opposite ends positioned in the direction orthogonal to the thickness direction function as a first end and a second end for taking out the thermoelectromotive force; and ,
From the first insulating part, which is disposed between each plate-like member and the first insulating part, and covers the surface on the first insulating part side of the first end of each plate-like member. A first high thermal conductivity portion having a high thermal conductivity,
From the second insulating part, which is disposed between each plate-like member and the second insulating part, and covers the surface on the second insulating part side of the second end of each plate-like member. A thermoelectric conversion module comprising: a second high thermal conductivity portion having a high thermal conductivity.

各第１高熱伝導性部及び各第２高熱伝導性部が、前記複数の板状部材を各板状部材からの熱起電力の総和が取り出せるように直列接続するための電極の一部である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。 Each first high thermal conductivity portion and each second high thermal conductivity portion are part of an electrode for connecting the plurality of plate-like members in series so that the sum of thermoelectromotive forces from each plate-like member can be taken out. The thermoelectric conversion module according to claim 1.

各板状部材の第１端部、第２端部間の間隔が、各板状部材の第１端部、第２端部の並び方向の長さの１４％〜３０％の範囲内にある
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。 The interval between the first end and the second end of each plate-like member is within a range of 14% to 30% of the length in the arrangement direction of the first end and the second end of each plate-like member. The thermoelectric conversion module according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.

前記第１絶縁性部が、その表層部分に、１つ又は２つの前記第１高熱伝導性部として機能する第１電極が１つ以上埋め込まれている部材であり、
前記複数の板状部材が、前記第１絶縁性部の前記第１電極が埋め込まれている側の面に直接形成された部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュール。 The first insulating portion is a member in which one or more first electrodes functioning as one or two of the first high thermal conductivity portions are embedded in a surface layer portion thereof,
3. The thermoelectric conversion module according to claim 2, wherein the plurality of plate-like members are members formed directly on a surface of the first insulating portion on the side where the first electrode is embedded. 4.

前記第２絶縁性部が、その表層部分に、１つ又は２つの前記第２高熱伝導性部として機
能する第２電極が１つ以上埋め込まれた部材であり、
前記第２絶縁性部に埋め込まれている各第２電極が、導電性接着剤によって、１つ又は２つの板状部材の第２端部に対して固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。 The second insulating portion is a member in which one or more second electrodes functioning as one or two second high thermal conductivity portions are embedded in the surface layer portion thereof,
Each of the second electrodes embedded in the second insulating part is fixed to the second end of one or two plate-like members by a conductive adhesive. 4. The thermoelectric conversion module according to 4.