JP5891584B2 - 熱電発電装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
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Description
板状または膜状の外形を有し、厚さ方向に積層され、厚さ方向に温度差が生じると発電を行う複数の熱電発電部と、
積層方向に隣り合う2つの前記熱電発電部の間、及び積層方向の両端の2つの前記熱電発電部の外側の表面上に配置された複数の伝熱部材と、
積層方向に並ぶ前記伝熱部材同士を、一つおきに接続し、熱的に結合させる第1の熱結合部材と、
前記第1の熱結合部材に接続されていない前記伝熱部材同士を接続し、熱的に結合させる第2の熱結合部材と
を有する熱電発電装置。
さらに、積層方向に隣り合う2つの前記熱電発電部同士を接続する層間配線を有する付記1に記載の熱電発電装置。
前記熱電発電部の各々は、可撓膜、及び該可撓膜に形成された熱電変換材料からなる熱電変換パターンを含む熱電発電素子の一部の領域で構成され、該熱電発電素子を折り畳むことによって前記熱電発電部が積層されている付記1または2に記載の熱電発電装置。
前記第1の熱結合部材、及び該第1の熱結合部材に接続された前記伝熱部材は、前記可撓膜の一方の表面に形成され、該可撓膜の変形に応じて変形するた第1の熱伝導膜で形成され、
前記第2の熱結合部材、及び該第2の熱結合部材に接続された前記伝熱部材は、前記可撓膜の他方の表面に形成され、該可撓膜の変形に応じて変形するた第2の熱伝導膜で形成されている付記3に記載の熱電発電装置。
前記熱電発電素子の複数の折り返し部分は、前記積層方向に垂直な仮想平面の面内方向にずれている付記3または4に記載の熱電発電装置。
前記熱電発電部の各々は、前記第1の熱結合部材に接続された前記伝熱部材に熱的に結合し、前記可撓膜よりも熱伝導率が高い材料で形成された第1の熱良導体と、前記第2の熱結合部材に接続された前記伝熱部材に熱的に結合し、前記可撓膜よりも熱伝導率が高い材料で形成された第2の熱良導体とを含み、
前記第1の熱良導体と前記第2の熱良導体とは、前記熱電発電部の積層方向に垂直な仮想平面の面内方向にずれた位置に配置されており、
前記熱電変換パターンは、前記第1の熱良導体に重なる位置から前記第2の熱良導体に重なる位置まで延在している付記3乃至5のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
前記熱電発電部のすべてにおいて、前記第1の熱良導体に対して前記第2の熱良導体が、前記仮想平面の面内の同一の方向にずれている付記6に記載の熱電発電装置。
前記熱電発電素子の折り返し部分の幅は、前記熱電発電部の幅よりも狭く、
前記第1の熱結合部材は、前記熱電発電素子の折り返し部分が現れる第1の側面に沿って配置されており、前記熱電発電部の幅の範囲内に少なくとも一部が配置され、前記第1の側面に現れている折り返し部分の幅の範囲内には配置されていない付記3に記載の熱電発電装置。
前記第1の熱結合部材で構成される熱経路の断面積が、前記積層方向の第1の向きに向かって大きくなっており、前記第2の熱結合部材で構成される熱経路の断面積が、前記第1の向きと反対の向きに向かって大きくなっている付記1に記載の熱電発電装置。
前記第1の熱結合部材に接続された複数の前記伝熱部材においては、前記積層方向の一方の端に配置された前記伝熱部材が最も薄く、端の伝熱部材からの距離が遠いほど厚く、前記第2の熱結合部材に接続された複数の前記伝熱部材においては、前記積層方向の前記一方の端とは反対側の端に配置された前記伝熱部材が最も薄く、その端の伝熱部材からの距離が遠いほど厚い付記1に記載の熱電発電装置。
前記第1の熱伝導膜は、前記可撓膜の折り畳み方向の一方の端から他方の端に向かって薄くなっており、前記第2の熱伝導膜は、前記一方の端から他方の端に向かって厚くなっている付記4に記載の熱電発電装置。
前記第1の熱伝導膜及び前記第2の熱伝導膜の各々は、積層された複数の膜を含み、
前記第1の熱伝導膜は、前記可撓膜の折り畳み方向の一方の端から他方の端に向かって積層枚数が多くなっており、前記第2の熱伝導膜は、前記一方の端から他方の端に向かって積層枚数が少なくなっている付記4に記載の熱電発電装置。
さらに、前記伝熱部材のうち前記第1の熱結合部材に接続された第1の伝熱部材同士を、前記熱電発電部を貫通して熱的に結合させる第1の伝熱構造を有する付記1乃至3のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
さらに、前記伝熱部材のうち前記第2の熱結合部材に接続された第2の伝熱部材同士を、前記熱電発電部を貫通して熱的に結合させる第2の伝熱構造を有する付記13に記載の熱電発電装置。
前記第1の伝熱構造は、前記第2の伝熱部材に接触することなく、該第2の伝熱部材を厚さ方向に貫通し、前記第2の伝熱構造は、前記第1の伝熱部材に接触することなく、該第1の伝熱部材を厚さ方向に貫通している付記14に記載の熱電発電装置。
前記第1の伝熱構造は、2枚の前記第1の伝熱部材の相互に対向する表面に両端が固定された第1の伝熱柱を含む付記13乃至15のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
前記第1の伝熱構造は、
2枚の前記第1の伝熱部材の相互に対向する表面のそれぞれに形成された嵌合部を含み、一方の嵌合部と他方の嵌合部とは、相互に嵌合する幾何学的形状を有する付記13乃至16のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
前記第1の伝熱構造は、
少なくとも2枚の前記第1の伝熱部材を貫通し、該第1の伝熱部材に接触する伝熱ピンを含む付記13乃至16のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
前記第1の伝熱構造は、
相互に隣り合う2枚の前記第1の伝熱部材の一部の領域が圧着により相互に接続された構造を有する付記13乃至16のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
21 伝熱部材
21A 第1の伝熱部材
21B 第2の伝熱部材
22 第1の熱結合部材
23 第2の熱結合部材
24 層間配線
25、26 端子
27 層内配線
28 引き出し配線
29 外部端子
30 第1の可撓膜
31 第2の可撓膜
32 熱電変換パターン
32P P型熱電変換パターン
32N N型熱電変換パターン
33 折り返し部分
34 熱電発電部
37 第1の熱良導体
38 第2の熱良導体
40、41 メタルマスク
45 スリット
50、51 熱伝導膜
55、57 両面粘着シート
56、58 熱伝導膜
60、61 ロール
70 熱発生源
71 熱吸収源
80 貫通孔
81A 第1の伝熱柱(第1の伝熱構造)
81B 第2の伝熱柱(第2の伝熱構造)
82A 第1の貫通孔
82B 第2の貫通孔
85 半田
90A 第1の伝熱ピン(第1の伝熱構造)
90B 第2の伝熱ピン(第2の伝熱構造)
93A 第1の凸型伝熱柱(嵌合部)
93B 第2の凸型伝熱柱(嵌合部)
94A 第1の凹型伝熱柱(嵌合部)
94B 第2の凹型伝熱柱(嵌合部)
95A 第1の窪み
95B 第2の窪み
96 伝熱充填部材
100 圧着器具
Claims (8)
- 1方向に長い絶縁性可撓膜、及び前記1方向に沿って前記絶縁性可撓膜中に埋め込まれ、電気的に接続された奇数個の熱電変換パターンとを含み、前記1方向に関して折り畳むことにより前記奇数個の熱電変換パターンが積層配置され、厚さ方向に温度差が生じると発電を行う熱電発電部と、
積層方向の最上方の前記熱電変換パターン上方、及び奇数番目の前記熱電変換パターン上方に配置された板状又は膜状部分を含み、それら板状又は膜状部分に熱的に結合して、前記熱電発電部の一方の側方に導出された部分を含む第1の伝熱機構と、
積層方向の上方から偶数番目の前記熱電変換パターン上方、及び最下方の前記熱電変換パターン下方に配置された板状又は膜状部分を含み、それら板状又は膜状部分に熱的に結合して、前記熱電発電部の他方の側方に導出された部分を含む第2の伝熱機構と、
を有し、
前記第1、第2の伝熱機構は、前記絶縁性可撓膜より高い熱伝導率を有し、少なくとも1つの方向に関して柔軟性を有し、前記絶縁性可撓膜の変形に応じて変形する熱電発電装置。 - 前記絶縁性可撓膜は,前記熱電変換パターンを挟んだ第1、第2の絶縁性可撓膜を含む請求項1に記載の熱電発電装置。
- 前記第1、第2の絶縁性可撓膜は、ポリイミド、カプトン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルエチルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)のいずれかを含む請求項2に記載の熱電発電装置。
- 前記第1、第2の伝熱機構は、銅、銀、アルミニウムのいずれかを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
- 前記熱電発電部の、前記熱電変換パターンが配置される部分各々は、前記第1の伝熱機構に熱的に結合し、前記絶縁性可撓膜よりも熱伝導率が高い材料で形成された第1の熱良導体と、前記第2の伝熱機構に熱的に結合し、前記絶縁性可撓膜よりも熱伝導率が高い材料で形成された第2の熱良導体とを含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
- 前記第1の熱良導体と前記第2の熱良導体とは、前記板状又は膜状部分の面内方向に関してずれた位置に配置されており、
前記熱電変換パターンは、前記第1の熱良導体に重なる位置から前記第2の熱良導体に重なる位置まで延在している請求項5に記載の熱電発電装置。 - 前記第1、第2の熱良導体は、前記板状又は膜状部分の平面への投影像が重ならないように配置された請求項6に記載の熱電発電装置。
- 前記熱電変換パターンが、P型熱電変換パターンおよびN型熱電変換パターンを含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
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