[发明专利]热电元件及热电模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种在热能与电能之间直接转换能量的热电元件及使用多个该热电元件的热电模块。

背景技术

热电模块将两种不同极性的半导体元件(热电元件)、即N型热电元件及P型热电元件在高热侧的集热部与低温侧的散热部之间配置多个，并经由电极将这些热电元件的端部之间交替地串联连接，上述半导体元件因塞贝克效应(Seebeck effect)而产生与温度差对应的热电势，上述热电模块能够将热能直接转换成电能(例如参照日本特开2005-322848号公报)。

发明内容

在这里，为了增大热电模块的发电量，优选的是，缩短热电元件的元件长度(高度)，增大热电元件上流动的热量。但是，在为了增大发电量而使用高宽比(元件的高度与宽度之比)小的热电元件的情况下，由于热电元件的宽度方向的刚性变大，由热电元件的高温侧端部与低温侧端部的热膨胀差引起的热电元件在宽度方向上的应力可能会导致热电元件断裂。

本发明就是为了解决上述问题而提出，目的在于提供一种能够防止由热应力引起的断裂的热电元件及使用多个该热电元件的热电模块。

即，本发明所涉及的一种热电元件包括：在热能与电能之间转换能量的元件；和连接在上述元件两端部的一对电极，上述元件设有应力缓和部，该应力缓和部缓和由于上述两端部的温度差而产生的应力。

在使用热电元件进行发电时，设有一方电极的一端部成为高温，设有另一方电极的另一端部成为低温。此时，热电元件的高温侧膨胀，低温侧收缩。其结果，在热电元件上会作用有热应力。在这里，根据本发明所涉及的热电元件，通过在元件上设置用于缓和由于两端部的温度差而产生的应力的应力缓和部，能够缓和由于高温侧端部与低温侧端部的温度差而产生的热应力。因此，能够抑制由热应力引起元件断裂，能够使用高宽比小的元件提高发电量。

并且，在本发明所涉及的热电元件中，优选的是，上述应力缓和部为从上述元件的端部朝向端部方向形成的间隙部。

根据本发明，通过在元件上从其端部朝向端部的方向形成间隙部，容易朝向平行于元件与电极的接合面的方向变形，能够降低元件在该方向上的刚性。因此，在由于元件的高温侧端部与低温侧端部的温度差而产生热应力的情况下，能够缓和该热应力。因此，能够抑制由热应力引起元件断裂，能够使用高宽比小的元件提高发电量。

并且，本发明所涉及的热电元件的特征在于，包括：在热能与电能之间转换能量的元件；和设置在该元件两端部的一对电极，朝向大致垂直于与电极的接合面的方向将元件的至少一部分分割成多个部分。

在使用热电元件进行发电时，设有一方电极的一端部成为高温，设有另一方电极的另一端部成为低温。此时，热电元件的高温侧膨胀，而低温侧收缩。其结果，在热电元件上会作用有热应力。在此，根据本发明所涉及的热电元件，元件的至少一部分朝向大致垂直于与电极的接合面的方向被分割成多个部分，由此分割而成的多个部分的高宽比变大，从而对于该部分的弯曲变形而言刚性下降。因此，能够通过元件的变形来缓和由于热电元件两端的温度差而产生的热应力。其结果，能够防止由热应力引起元件断裂。

其中，优选的是，由形成在一方电极与另一方电极之间的多个狭缝将上述元件分割成多个部分。

并且，在本发明所涉及的热电元件中，优选的是，上述多个部分的一端与元件的任意一端一致。由此，能够降低热应力变大的元件端部的刚性。因此，能够通过元件端部的变形来缓和作用于该端部的热应力。其结果，能够有效地防止由热应力引起元件端部断裂。

其中，优选的是，构成上述多个部分的各部分在短边方向上的宽度，根据元件上所产生的应力及元件的断裂韧性而设定。如此，通过考虑作用在元件上的应力及元件的断裂韧性而设定上述各部分的宽度，能够确保应对元件与电极的接合部的热应力的强度，能够防止该接合部断裂。

并且，在本发明所涉及的热电元件中，优选的是，在上述元件至少与任意电极的接合部上形成有切口，该切口将该接合部分割成比上述多个部分更细的微细部分。由此，能够提高应对元件与电极的接合部的热应力的强度，能够防止该接合部断裂。

其中，优选的是，由切口分割而成的上述微细部分在短边方向上的宽度，根据元件上所产生的应力及元件的断裂韧性而设定。如此，通过考虑作用在元件上的应力及元件的断裂韧性而设定上述微细部分的宽度，能够确保应对元件与电极的接合部的热应力的强度，能够防止该接合部断裂。