(57)【要約】  【課題】  耐久性に優れる熱電発電モジュールを提供する。  【解決手段】  本発明の熱電発電モジュールは、互いに対向するように配置された一対の支持基板２（２ａ，２ｂ）と、一対の支持基板２の対向する内側の主面にそれぞれ設けられた配線導体６と、一対の支持基板２の対向する内側の主面間に複数配列された熱電素子５（５ａ，５ｂ）と、一対の支持基板２のうちの一方の支持基板２ａの外側の主面に貼りあわされた集熱用部材３とを備え、集熱用部材３における支持基板２ａとの当接面には複数の凹凸または複数の溝７があることを特徴とするものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するように配置された一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する内側の主面にそれぞれ設けられた配線導体と、前記一対の支持基板の対向する内側の主面間に複数配列された熱電素子と、前記一対の支持基板のうちの一方の支持基板の外側の主面上に取り付けられた集熱用部材とを備え、該集熱用部材における前記支持基板との当接面には複数の凹凸または複数の溝があることを特徴とする熱電発電モジュール。
【請求項２】
前記集熱用部材が板状透明体であることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電モジュール。
【請求項３】
前記板状透明体における前記支持基板との当接面には、前記熱電素子の配列に対応して凸部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電モジュール。
【請求項４】
前記板状透明体は、複数の凸レンズ状部が前記熱電素子の配列に対応して配置され互いに連結されたものである請求項２に記載の熱電発電モジュール。
【請求項５】
前記板状透明体における前記支持基板との当接面には、隣り合う前記熱電素子と前記熱電素子との間に沿って複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電モジュール。
【請求項６】
前記一方の支持基板の外側の主面に吸熱性材料からなる被覆層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱電発電モジュール。
【請求項７】
前記支持基板と前記板状透明体との間に間隙を有し、該間隙に吸熱性材料が充填されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の熱電発電モジュール。
【請求項８】
前記板状透明体は、低熱伝導性材料からなることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の熱電発電モジュール。
【請求項９】
前記一対の支持基板のうちの他方の支持基板の外側の主面に前記板状透明体よりも熱伝導性の高い高熱伝導性材料からなる放熱部材が取り付けられていることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の熱電発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度差を電気に変換する熱電発電モジュールに関し、特に太陽光を熱に変えてさらには電気に変換する用途に好適に使用される熱電発電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電素子は、ｐ型半導体（Ｐ型の熱電素子）とｎ型半導体（Ｎ型の熱電素子）とからなるＰＮ接合対に電流を流すとそれぞれの半導体の一端側が発熱するとともに他端側が吸熱するというペルチェ効果と反対にＰＮ接合対に温度差を与えることにより起電力が発生するゼーベック効果を有している。ペルチェ効果を用いた熱電モジュールは、精密な温度制御が可能であり、小型で構造が簡単でありフロンレスの冷却装置、光検出素子、半導体製造装置等の冷却装置、レーザーダイオードの温度調節装置等への幅広い利用がされている。また、ゼーベック効果を利用した熱電発電モジュールは、その両端に温度差があると電流が流れる特徴を有しているため、排熱回収発電等の発電装置への利用も期待されている。【０００３】
熱電モジュールとしては、例えばＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを直列に電気接続するようにして、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子のそれぞれを一方主面に配線導体が形成された一対の支持基板間に配列し、半田でＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子と配線導体とを接合するとともに、一対の支持基板の他方主面にそれぞれ接合部材を介して金属板または熱交換器を貼り合わせることによって作製されるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。【０００４】
また、太陽光による熱を利用して発電を行う熱電発電モジュールとして、太陽熱集熱器を高温側の支持基板に取り付けた熱電変換装置が提案されている。（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３４２５０号公報
【特許文献２】特開平４−１３９７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱電発電モジュールは、一対の支持基板において高温側の支持基板と低温側の支持基板との温度差があることによって変形しやすい。ここで、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子を形成する熱電材料は基本的に脆い材料からなることから、熱電発電モジュールの変形によってＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子が壊れるおそれがある。特に、熱電変換効率（発電効率）を高めるために大面積とすると、長期間の使用に耐えなくなってしまうおそれがある。【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、耐久性に優れる熱電発電モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱電発電モジュールは、互いに対向するように配置された一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する内側の主面にそれぞれ設けられた配線導体と、前記一対の支持基板の対向する内側の主面間に複数配列された熱電素子と、前記一対の支持基板のうちの一方の支持基板の外側の主面上に取り付けられた集熱用部材とを備え、該集熱用部材における前記支持基板との当接面には複数の凹凸または複数の溝があることを特徴とするものである。【０００９】
また、本発明の熱電発電モジュールは、上記の構成において、前記集熱用部材が板状透明体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
集熱用部材の支持基板と当接する側の主面に凹凸または溝を有することで、集熱用部材への熱応力の集中を緩和させ、耐久性（耐熱衝撃性）を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の熱電発電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す熱電発電モジュールの概略断面図である。
【図３】図２に示す熱電素子と溝との位置関係を示す一部透過平面図である。
【図４】（ａ）は集熱用部材の他の形態例を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す集熱用部材の底面図である。
【図５】（ａ）は集熱用部材の他の形態例を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す集熱用部材の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の熱電発電モジュールの実施の形態の一例について図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の熱電発電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図であり、図２は図１に示す熱電発電モジュールの概略断面図、図３は図２に示す熱電素子と溝との位置関係を示す一部透過平面図である。
【００１４】
本発明の熱電発電モジュールは、互いに対向するように配置された一対の支持基板２（２ａ，２ｂ）と、一対の支持基板２の対向する内側の主面にそれぞれ設けられた配線導体６と、一対の支持基板２の対向する内側の主面間に複数配列された熱電素子５（５ａ，５ｂ）と、一対の支持基板２のうちの一方の支持基板２ａの外側の主面上に取り付けられた集熱用部材３とを備え、集熱用部材３における支持基板２ａとの当接面には複数の凹凸または複数の溝７があることを特徴とするものである。
【００１５】
一対の支持基板２は、例えばアルミナフィラーを添加してなるエポキシ樹脂板の外側の主面に銅板を貼り合わせた基板（例えば厚み１００〜５００μｍの銅板を貼りあわせた基板）であり、それぞれの支持基板２ａ，２ｂが互いに対向するように配置されたものである。この一対の支持基板２は、平面視したときの寸法が、例えば縦４０〜２５０ｍｍ、横４０〜２５０ｍｍに形成され、また例えば厚みが０．０５〜２．０ｍｍに形成されたものである。特に、大面積にするほうがより大きな電力を得られるため、支持基板２は例えば２００ｍｍ×２００ｍｍサイズ以上の大面積の基板であるのが望ましい。なお、支持基板２としては、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で形成されていてもよい。
【００１６】
一対の支持基板２（２ａ，２ｂ）の対向する内側の主面には、それぞれ配線導体６が設けられている。この配線導体６は、例えば支持基板２の内側の主面に貼りあわされた銅板をエッチングによって配線パターンに形成したものであり、隣接するＮ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ間を直列に電気的に接続するように設けられている。配線導体６の形成材料としては、銅に限られず、例えば銀、銀−パラジウムなどの材料でもよい。
【００１７】
一対の支持基板２（２ａ，２ｂ）の対向する内側の主面間には、熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ，Ｐ型熱電素子５ｂ）が複数配列されている。
【００１８】
熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ，Ｐ型熱電素子５ｂ）は、Ａ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電材料、好ましくはビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）系の熱電材料で本体部が形成されている。具体的には、Ｎ型熱電素子５ａは、例えばＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料で形成され、Ｐ型熱電素子５ｂは、例えばＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で形成されている。
【００１９】
ここで、Ｎ型熱電素子５ａとなる熱電材料は、一度溶融させて固化したＢｉ、ＴｅおよびＳｅからなるＮ型の形成材料を、ブリッジマン法により一方向に凝固させ、例えば直径１〜３ｍｍの断面円形の棒状体としたものである。また、Ｐ型熱電素子５ｂとなる熱電材料は一度溶融させて固化したＢｉ、ＳｂおよびＴｅからなるＰ型の形成材料を、ブリッジマン法により一方向に凝固させ、例えば直径１〜３ｍｍの断面円形の棒状体としたものである。
【００２０】
これらの熱電材料の側面に、メッキが付着することを防止するレジストをコーティングした後、ワイヤーソーを用いて例えば０．３〜５．０ｍｍの幅に切断する。ついで、切断面のみに電解メッキでＮｉ層を形成し、その上にＳｎ層を形成し、溶解液でレジストを剥離することで、熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ，Ｐ型熱電素子５ｂ）を得ることができる。
【００２１】
この熱電素子５が、図２および図３に示すように、例えば０．５〜３ｍｍ、熱電素子サイズ（直径）の０．５〜２．０倍の間隔で縦横の並びに複数配列される。
【００２２】
なお、熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ，Ｐ型熱電素子５ｂ）の形状は、円柱状、四角柱状または多角柱状でも構わないが、使用時の膨張収縮に伴う応力集中を避けるために、円柱状が好ましい。
【００２３】
熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ，Ｐ型熱電素子５ｂ）は、配線導体６と同様のパターンに塗布された半田ペーストにより配線導体６と接合され、電気的に接続される。
【００２４】
一対の支持基板２のうちの一方の支持基板２ａの外側の主面に取り付けられた集熱用部材３を備えている。取付け方法としては、例えば、ネジで固定する方法、ネジ固定と後述する吸熱性材料（吸熱性の高い物質）による接着効果を組み合わせる方法、耐候性のよいエポキシ樹脂やアクリル樹脂系の接着剤を用いる方法などが挙げられるが、特に限定はない。集熱用部材３を備えることで、支持基板２ａの外側の主面を保護して熱電発電モジュールの剛性を高めることができる。
【００２５】
この集熱用部材３は、一対の支持基板２のうちの高温側の支持基板２ａへの集熱を補助するための基板であって、例えば０．５〜３５．０ｍｍ、好ましくは０．５〜１０．０ｍｍの厚みに形成される。また、集熱用部材３としては、集熱方法に応じて高熱伝導性のもの、低熱伝導性のものが挙げられ、例えばガラス、樹脂、セラミックス、シリコン等の半導体、ＳＵＳやアルミニウム等の金属、あるいはガラス基板上に薄膜上に形成したシリコン等の半導体やガラス基板上に薄膜上に形成したＳＵＳやアルミニウム等の金属のような複合材料などからなる板状体が挙げられる。
【００２６】
ここで、太陽光を集光して高温側の支持基板２ａを発熱させる場合には、透光性を有する板状透明体であるのが太陽光を透過させ支持基板２ａに太陽光を当てることによって発熱させる点で効果的である。そして、板状透明体としてはガラスでも樹脂でもセラミックスでも良いが、望ましくは低熱伝導性材料からなるのがよく、換言すれば、熱伝導率は低い方が望ましい。この理由は、高温側の熱の逃げを防止し、より高温にできるからである。低熱伝導性材料としては、例えばガラス、アクリル系などの透明性樹脂、単結晶サファイア、透光性セラミックスなどが挙げられるが、太陽光を透過しやすいガラス状物質が好適に用いられる。このガラスは、ほう珪酸ガラスでも石英ガラスでも良いが、特性的には石英ガラスがもっとも好ましい。また、透明度（入射光と透過光の強度比を百分率で表した透過率）は、例えば８０〜９９％で、透過率を高める上で無色透明であるのが好ましい。
【００２７】
そして、集熱用部材３における支持基板２ａとの当接面に複数の凹凸または複数の溝７があることが重要である。
【００２８】
集熱用部材３における支持基板２ａとの当接面に複数の凹凸または複数の溝７があることで、支持基板２ａの外側の主面を保護して熱電発電モジュールの剛性を高めることができるという効果に加えて、熱衝撃で生じる熱応力の集中を緩和させて耐久性（耐熱衝撃性）を高めることができるという効果も奏する。また、このような形状を有することによって、集熱用部材３が板状透明体であって太陽光を利用して集光（集熱）する場合には、集熱用部材３を透過した太陽光の反射を抑えてより熱の吸収を高められる。したがって、一対の支持基板においてより高い温度差が得られる結果、太陽光を効率よく熱に変換し、熱電発電モジュールの発電効率を向上させることができる。また、後述するように凹凸、溝の形成位置を工夫することで、レンズの効果によって集光された太陽光による熱を所望の位置に分布させて、より大きな温度差を得ることもできる。これにより、熱電発電モジュールの大面積化を可能なものとすることもできる。
【００２９】
この凹凸、溝は、少なくとも平面でなければ効果があるが、具体的には、深さ５０μｍ以上を有することが重要で、より好ましくは１００μｍ以上、さらには２００μｍ以上を有しているのがよい。
【００３０】
図２および図３では、隣り合うＮ型熱電素子５ａとＰ型熱電素子５ｂとの間に沿って縦横にそれぞれ複数の断面Ｖ字状の溝７が設けられた構成を示していて、溝７の開口部の幅（図３に示す破線間の間隔）としては熱電素子５の間隔に対して±３０％の距離となっているのが、集熱用部材３が板状透明体であって太陽光を利用して集光（集熱）する場合の太陽光の集光という点で好ましい。例えば、熱電素子５の間隔が２ｍｍのとき、溝７の幅は１．４〜２．６ｍｍであるのが好ましく、このときの溝７の深さは０．１〜０．５ｍｍであるのが好ましい。なお、溝７の形状としては、断面Ｖ字状に限られず、中央部分が深い断面Ｕ字状であってもよく、断面Ｕ字状の形状とすることでより効率的に集光することもできる。
【００３１】
このように、溝７や凹部は熱電素子５間に沿って形成することが好ましく、熱電素子５間に沿って形成することで、集熱用部材３が板状透明体であって太陽光を利用して集光（集熱）する場合の熱電発電モジュールの温度分布としてはレンズの効果によって熱電素子５上の表面の温度が高くなるため、より大きな温度差を得ることができるからである。なお、熱電素子５に対応する部位は、太陽光の反射を抑制するためにあらされているのが好ましい。
【００３２】
また、集熱用部材３における支持基板２ａとの当接面には、熱電素子５の配列に対応して凸部が設けられていてもよく、換言すれば、集熱用部材３の凹凸面の凸部は熱電素子５の配列に沿って形成されていてもよい。これは、上記の理由と同様に、熱電素子５の配列に沿って凸部が形成されることで、熱電発電モジュールの温度分布としては熱電素子５上の表面の温度が高くなるため、より大きな温度差を得ることができるからである。このような集熱用部材３として、例えば図４（ａ）に示すように、支持基板２ａとの当接面となる主面にはレンズ状の凸部が複数設けられ、反対側の主面は平坦になっているものが挙げられる。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す集熱用部材３の底面図であり、長鎖線はそれぞれの凸部の境界を示している。
【００３３】
さらに、集熱用部材３は、複数の凸レンズ状部が熱電素子５の配列に対応して配置され互いに連結されたものであるのが望ましく、換言すれば、図４に示す形態の凸部をレンズ形状にすることが望ましい。このような形状にすることで、太陽光を利用して集光（集熱）する場合に、より集光効率を上げ温度を高めることができる。このような集熱用部材３として、例えば図５（ａ）に示すように、支持基板２ａとの当接面となる主面および反対側の主面も凸形状の凸レンズ状部が縦横の並びに複数連結されたものが挙げられる。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す集熱用部材３の底面図であり、長鎖線はそれぞれの凸レンズ状部の境界を示している。
【００３４】
また、本発明の熱電発電モジュールは、さらに発電効率を高めるために、一方の支持基板２ａの外側の主面に吸熱性材料（吸熱性の高い物質）からなる被覆層を有することが望ましい。この物質としては、カーボンのような黒色を有するものが好ましく、太陽光を吸収しやすい物質が好ましい。このような物質を塗布することで、熱電発電モジュールの高温側の温度がより高くなり、発電効率を高められる。また、同じ理由で、支持基板２ａの外側の主面に塗布せず、支持基板２ａと集熱用部材３との間に間隙（溝７や凹部）を有し、この間隙に吸熱性材料が充填されていてもよい。
【００３５】
なお、図２に示す熱電発電モジュールは、一対の支持基板２のうちの他方の支持基板２ｂの外側の主面に取り付けられた放熱のための板状支持体４を有する。この板状支持体４は、熱電発電モジュールの剛性を高めるために設けられたものである。板状支持体４の形成材料としては、例えばセラミックス、金属、樹脂などが挙げられるが、後述するとおり、より放熱量を大きくし、より高い温度差を得るためには、アルミニウムや銅などの高熱伝導性材料が好ましい。
【００３６】
さらに、図２に示す熱電発電モジュールには、より上下の温度差をつけるために、一対の支持基板２のうちの他方の支持基板２ｂの外側の主面に、板状支持体４を介して放熱部材が取り付けられている。具体的には、放熱部材として金属製の放熱基板８ａとフィン８ｂとからなる熱交換器８が板状支持体４に取り付けられている。この熱交換器８の材料は、例えば集熱用部材３よりも熱伝導性の高い銅やアルミニウムなどの高熱伝導の金属材料やセラミックスが用いられる。このような熱交換器８によれば、支持基板２の剛性を高めると同時に放熱性を高め、より低温部の温度を下げることができる。特に、金属製のフィン８ｂを備えることで高い放熱効果を得ることができている。
【００３７】
なお、放熱部材としては、放熱機能を備えるものであればよく、水冷のヒートパイプであっても空冷の放熱フィンであってもよい。また、放熱部材は板状支持体４を介さずに支持基板２ｂの外側の主面に直接取り付けられる構成であってもよいが、取り付けやすさの点から、本例のように板状支持体４を介して支持基板２ｂの外側の主面に取り付けられる構成であるのが好ましい。
【００３８】
上述の熱電発電モジュールは、例えば以下のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、支持基板２（２ａ，２ｂ）の一方主面に、配線導体６を形成する。ここで、支持基板２（２ａ，２ｂ）の主面に配線導体６を形成する方法としては、例えば、(1)絶縁材料の表面にメタライズを施し、金属チップを半田等で接合する、(2)金属ペーストを絶縁材料の表面に印刷して焼成する、(3)絶縁材料の表面に全面金属メッキを施し、フォトレジストを用いて絶縁材料表面に金属メッキの電極パターンを形成する、(4)絶縁材料の両面に金属板を圧接し、片面もしくは両面にフォトレジストを用いて金属電極パターンを形成する、(5)導電性材料の表面に絶縁層を設けたうえで、金属電極パターンを形成する、などの方法が挙げられる。
【００４０】
次に、熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）と支持基板２とを接合する。具体的には、支持基板２ａ上に形成した配線導体６の少なくとも一部に半田ペーストあるいは半田ペーストよりなる接合材を塗布し、半田層を形成する。ここで、塗布方法としては、メタルマスクあるいはスクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法がコスト、量産性の面から好ましい。半田ペーストとしては、例えば９５Ｓｎ−５Ｓｂの半田ペーストを用いることができる。
【００４１】
ついで、半田が塗布された配線導体６の表面に熱電素子５を配列する。熱電素子５はＮ型熱電素子５ａとＰ型熱電素子５ｂの２種類の熱電素子を配列することが必要である。接合する方法としては公知の技術であればいずれでも良いが、Ｎ型熱電素子５ａおよびＰ型熱電素子５ｂのそれぞれを別々に振動させながら配列穴加工された治具に振り込む振込み式で配列させた後、転写して支持基板２ａ上に配列する方法が簡便で好ましい。
【００４２】
支持基板２ａ上に熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）を配列した後、熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）の上面に反対側の支持基板２ｂを設置する。
【００４３】
具体的には、配線導体６の表面に半田が塗布された支持基板２ｂを熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）の上面に公知の技術により半田接合する。半田接合の方法としては、リフロー炉あるいはヒーターによる加熱などいずれでも良いが、支持基板２に樹脂を用いる場合、上下面に応力をかけながら加熱することが半田と熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）の密着性を高める上で好ましい。
【００４４】
次に、配線導体６に電流を通電するためのリード線（図示せず）を半田ごて、レーザー等で接合する。ここで、リード線を接合した後、洗浄液に浸積して熱電素子５（Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂ）及び支持基板２（２ａ，２ｂ）に付着している半田ペーストに含まれていたフラックスを洗浄するのがよい。
【００４５】
次に、一方の支持基板２ａに集熱用部材３をネジ固定などにより取り付ける。なお、一方の支持基板２ａの外側の主面に吸熱性材料を塗布する場合は、スクリーン印刷かスピンコート法、あるいはディスペンスして圧着時に広げる手法などが用いられる。また、支持基板２ａと集熱用部材３との間の間隙（溝７や凹部）に吸熱性材料を充填する場合は、スクリーン印刷やスピンコート法が用いられる。
【００４６】
最後に、他方の支持基板２ｂと熱交換器８とを板状支持体４を介して取り付ける。具体的には、高熱伝導グリースを塗布するなどして取り付ける。
【００４７】
以上の方法により、本発明の熱電発電モジュールを得ることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明する。【００４９】
まず、アルミナフィラー入りエポキシ基板の外側主面に銅板が貼りあわされた一対の支持基板を用い、支持基板の内側主面に配線導体が設けられた２００ｍｍ角の大型熱電発電モジュールを用意した。【００５０】
熱電素子としては、Ｂｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料で形成されたＮ型熱電素子とＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で形成されたＰ型熱電素子とを用いた。なお、それぞれの熱電素子の直径は１．８ｍｍ、高さ１．６ｍｍであり、一対の支持基板の間にそれぞれ０．９ｍｍの間隔で縦横の並びに複数配列され、合計６４００個の熱電素子を配置した構成とした。【００５１】
このモジュールの片方の支持基板に放熱用としてアルミニウム製の金属板を貼り付け、さらに、アルミニウム製の放熱フィンからなる熱交換器を取り付けたものを３つ準備した。この熱電発電モジュールの高温側の支持基板の一つには、支持基板と当接する側の表面に熱電素子間に沿って幅０．３ｍｍ深さ１００μｍのＶ溝加工を施した厚さ３ｍｍのガラスからなる集熱用部材を取り付け、別の一つには、加工を行っていない厚さ３ｍｍのガラスからなる集熱用部材を取り付け、別のもう一つには何も取り付けない３種の熱電発電モジュールを準備した。【００５２】
この３つの熱電発電モジュールに対し、太陽光を擬似的に照射できるランプを用いて、１時間照射、３０分非照射を１０００時間照射するまで繰り返し、同時に放熱フィンはファンを用いて空冷を行い、約５０℃の温度差をつけて、累積発電量から１時間あたりの発電量を比較した。【００５３】
その結果、集熱用部材がない熱電発電モジュールは１５Ｗｈ、集熱用部材がある熱電発電モジュールは２０Ｗｈ、溝加工付き集熱用部材がある熱電発電モジュールは２５Ｗｈとなり、溝加工付き集熱用部材がある熱電発電モジュールは最も高い発電効率を示した。また、同様の照射を最大１万時間まで継続したが、集熱用部材なしは２０００時間照射で、溝加工なしの集熱用部材ありは７０００時間照射で、それぞれ熱電発電モジュールが断線により故障したが、溝加工付きの集熱用部材ありは熱電発電モジュールの故障が見られなかった。
【符号の説明】
【００５４】
２、２ａ、２ｂ・・・支持基板
３・・・集熱用部材
４・・・板状支持体
５・・・熱電素子
５ａ・・・Ｎ型熱電素子
５ｂ・・・Ｐ型熱電素子
６・・・配線導体
７・・・溝
８・・・熱交換器
８ａ・・・放熱基板
８ｂ・・・フィン
【図１】
2012086775.tif 000003
【図２】
2012086775.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2012086775.tif 000009
2012086775.tif 000010
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