[发明专利]热电转换模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换模块及其制造方法。

背景技术

热电转换元件使用的是利用了珀尔帖效应(Peltier Effect)或塞贝克效应(Seeback Effect)的元件。由于该热电转换元件结构上简单，且容易处理并能够维持稳定的特性，所以近年来，其大范围的利用备受瞩目。特别是作为电子冷却元件使用时，能够进行局部冷却及室温附近的精密的温度控制，所以面向光电、半导体激光等的恒温化等而在进行广泛的研究。

如图7所示，所述的电子冷却元件或者用于热电发电的热电模块构成为，经由连接电极601将P型热电转换元件101和N型热电转换元件102连接而形成PN元件对，串行排列多个该PN元件对。此时，根据流过PN元件对的电流的方向，使P型热电转换元件101及N型热电转换元件102的一端部发热，同时使另一端部冷却。在图7中，602、603是外部连接端子，604是陶瓷制的基板，H是表示热的流向的箭头。

该热电转换元件的材料使用在该元件的利用温度区域内，以物质固有的常数即塞贝克(Seebeck)系数α、电阻率ρ及导热率K表示的性能指数Z(＝α²/ρK)大的材料。作为热电转换元件通常使用的结晶材料为Bi₂Te₃类材料(例如，参照专利文献1)。

对于热电转换模块的PN元件对的加热及冷却，为了容易地进行热传递，通常使用流体。例如对于热电转换模块而言，通过将所述热电转换模块配置在与管子外侧的温度不同的温度的流体流过的管子的外周壁面上，能够产生由管子的内部和外部之间的温度差生成的电力。

图8表示现有的管状热电转换模块的基本结构。该管状热电转换模块有1对层叠元件。层叠元件分别由高分子材料层(基板)501、P型热电转换元件101及N型热电转换元件102、以及将它们串行电连接的连接电极301形成。该两个层叠元件通过粘接性树脂502将各自的高分子材料501相互粘接。将这样粘接的层叠元件卷成螺旋状或圆形形状。P型热电转换元件101及N型热电转换元件102分别焊锡焊接到连接电极301(例如，参照专利文献2)。

图9表示现有的管状热电转换模块的其他基本结构。该管状热电转换模块401的结构包括：绝缘性基板403，其具有可与金属管402的外周面抵接的内侧基板及贴附到该内侧基板的外侧基板；热电转换元件411～414、421～424、431～434、...、4m1～4m4，其配置在该绝缘性基板403的贯穿孔；表面连接电极404X及背面连接电极404Y，其将这些热电转换元件的各端部连接；以及导线404a、404b，其与热电转换元件411、414连接。热电转换元件411～4m4的一端从内侧基板的表面露出，另一端从外侧基板的表面露出。

热电转换元件411～4m4包含P型的热电转换元件和N型的热电转换元件。沿金属管402的圆周方向及轴向方向分别交替配置P型热电转换元件和N型热电转换元件。例如，411是P型热电转换元件，414是N型热电转换元件。另外、421是N型热电转换元件，431是P型热电转换元件。作为整体，交替地矩阵状配置P型及N型的热电转换元件。另外，从内侧基板露出的P型热电转换元件的端部和N型热电转换元件421的端部通过背面连接电极404Y连接。另一方面，从绝缘性基板403的外侧基板露出的N型热电转换元件和P型热电转换元件通过表面连接电极404X连接。由此，串行电连接从P型热电转换元件411至N型热电转换元件414为止的所有热电转换元件(例如，参照专利文献3)。

另外，已知有下述构成的热电转换模块，即，通过具有可弯曲性的电极部件，将热电转换元件或者串行或并行电连接热电转换元件所形成的热电转换元件组串行电连接而形成。例如，已知有以伸缩自由的纤维状的电极部件串行电连接热电转换元件而形成的热电转换模块(例如，参照专利文献4)。

进而，已知有通过金属丝网或扁平编织导线等的具有可弯曲性的电极部件串行电连接由具有可弯曲性的基板支承的热电转换元件或热电转换元件组而形成的热电转换模块(例如参照专利文献5～8)。除此之外，已知有下述热电转换模块，即，通过扁平编织导线或金属带连接配置在热电转换元件的两端的电极，串行电连接电转换元件而形成的热电转换模块；以及通过金属线串行电连接经由玻璃板粘接的热电转换元件而形成的热电转换模块(例如，参照专利文献9及10)。