(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の中空部の周りに配置されて２重螺旋の流路を形成する第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１熱電変換部と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２熱電変換部と、
を備え、
前記第１熱電変換部及び前記第２熱電変換部は可撓性を有し、
前記第１熱媒体流路又は前記第２熱媒体流路の内の何れか一方は、前記中空部と繋がっている熱電変換装置。
【請求項２】
中央貫通孔と、
端縁から前記中央貫通孔へ延びるスリットと、
前記スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１端面に配置される第１電極と、
前記第２端面に配置される第２電極と、
を有する可撓性の熱電変換基板を用いて熱電変換複合基板を製造する方法であって、
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とを、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部を形成し、
一方の前記熱電変換基板の切り込み部と他方の前記熱電変換基板の切り込み部とを互いに差し込み、
一方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の下側に重ね、他方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の下側に重ねて、一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換基板複合体の製造方法。
【請求項３】
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける上面の前記中央貫通孔の周囲には、前記スリットの位置で途切れる中央シール部が形成され、
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける上面の周縁には、前記スリットの位置で途切れる外周シール部が形成されており、
一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす際には、
一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面における前記中央貫通孔の周囲の部分に配置し、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置して、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔を形成し、且つ、
一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置し、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置する、請求項２に記載の熱電変換基板複合体の製造方法。
【請求項４】
他方の前記熱電変換基板における上面の前記中央貫通孔の周囲には、前記スリットの位置で途切れる中央シール部を形成され、
一方の前記熱電変換基板における上面の周縁には、前記スリットの位置で途切れる外周シール部を形成されており、
一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす際には、
他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置して、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔を形成し、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置する、請求項２に記載の熱電変換基板複合体の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の熱電変換基板複合体を複数用いて熱電変換装置を製造する方法であって、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記熱電変換基板複合体を、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の熱電変換基板複合体を複数用いて熱電変換装置を製造する方法であって、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記熱電変換基板複合体を、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄される熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置が関心を集めている。また、熱電変換装置は、電気エネルギーを用いた熱の移送のためにも用いられる。このように、熱電変換装置には、熱により発電する熱発電素子と、電気により熱を移送するペルチェ素子とが含まれる。これらの熱発電素子及びペルチェ素子の基本的な構造は同じである。
【０００３】
熱電変換装置は、可動部を持たないので、高い信頼性を有する。また、熱電変換装置は、小型に形成可能なので、設置の容易な発電装置である。更に、熱電変換装置は、無騒音且つ無振動であり、環境性に優れている。
【０００４】
例えば、従来の熱電変換装置として、複数の熱電変換素子が電気的に直列に接続されて形成されるものがある。各熱電変換素子は、電気的には、ｐ型半導体素子とｎ型半導体素子とが直列に接続され、また熱的には、ｐ型半導体素子とｎ型半導体素子とが並列に配置される。熱電変換装置は、これらの熱電変換素子が電気的絶縁性を有するセラミックス板の上に固定された構造を有し、熱源の近傍に配置され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９１５３９号公報
【特許文献２】特開２００９−４３７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の熱電変換装置は、セラミック板上に多数の熱電変換素子を配置された構造を有する。このように、セラミックス板を用いる熱電変換装置は、脆性を有するセラミックス板の加工が困難である。従って、熱電変換装置の製造を自動化することは難しい。
【０００７】
また、熱電変換装置では、多数のｐ型半導体素子とｎ型半導体素子とを、熱的に並列に配置するには、熱媒体との間に熱的に接触する接触面積が大きいことが望ましい。
【０００８】
また、熱電変換装置は、エネルギー変換効率の向上が求められている。
【０００９】
本明細書では、製造が容易な熱電変換装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本明細書では、熱媒体との間に熱的に大きな接触面積を有する熱電変換装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
更に、本明細書では、エネルギー変換効率の高い熱電変換装置及びその製造方法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】
【００１２】
本明細書に開示する熱電変換装置の一形態によれば、柱状の中空部の周りに配置される２重螺旋の流路を形成する第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路と、上記第１熱媒体流路と上記第２熱媒体流路との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１熱電変換部と、上記第１熱媒体流路と上記第２熱媒体流路との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２熱電変換部と、を備え、上記第１熱電変換部及び上記第２熱電変換部は可撓性を有する。
【００１３】
また、上述した熱電変換装置の製造方法では、中央貫通孔と、端縁から上記中央貫通孔へ延びるスリットと、上記スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、上記第１端面に配置される第１電極と、上記第２端面に配置される第２電極と、を有する可撓性の熱電変換基板を用いて熱電変換装置が製造される。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本明細書に開示する熱電変換装置及びその製造方法によれば、製造が容易である。
【００１５】
また、上述した本明細書に開示する熱電変換装置及びその製造方法によれば、熱媒体との間に熱的に大きな接触面積を有する。
【００１６】
更に、上述した本明細書に開示する熱電変換装置及びその製造方法によれば、エネルギー変換効率が高い。
【００１７】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１８】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書に開示する熱電変換装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】図１の熱電変換装置を形成する熱電変換基板を示す斜視図である。
【図４】図３の熱電変換基板の部分破断斜視図である。
【図５】図３の熱電変換基板の分解斜視図である。
【図６】（Ａ）は、第２基板が取り除かれた図３の熱電変換基板を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図７】（Ａ）は、図３の熱電変換基板を形成する第２基板を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図８】（Ａ）は、本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その１）を示す図であり、（Ｂ）は製造工程（その２）を示す図である。
【図９】（Ａ）は、本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その３）を示す図であり、（Ｂ）は製造工程（その４）を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その５）を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その６）を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その７）を示す図である。
【図１３】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第１実施形態の製造工程（その８）を示す図である。
【図１４】本明細書に開示する熱電変換装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図１５】図１３のＹ１−Ｙ１線断面図である。
【図１６】（Ａ）は、図１３の熱電変換装置を形成する一方の熱電変換基板の撓んだ状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は第１熱電変換基板の撓んでない状態を示す部分破断斜視図である。
【図１７】（Ａ）は、図１３の熱電変換装置を形成する他方の熱電変換基板の撓んだ状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は第２熱電変換基板の撓んでない状態を示す部分破断斜視図である。
【図１８】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第２実施形態の製造工程（その１）を示す図である。
【図１９】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第２実施形態の製造工程（その２）を示す図である。
【図２０】本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第２実施形態の製造工程（その３）を示す図である。
【図２１】本明細書に開示する熱電変換装置の第３実施形態を示す正面図である。
【図２２】図２０の熱電変換装置の平面図である。
【図２３】（Ａ）は、本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第３実施形態の製造工程（その１）を示す図であり、（Ｂ）は、本明細書に開示する熱電変換装置の製造方法の第３実施形態の製造工程（その２）を示す図である。
【図２４】本明細書に開示する熱電変換基板の製造方法の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本明細書で開示する熱電変換装置の好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２１】
図１は、本明細書に開示する熱電変換装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００２２】
本実施形態の熱電変換装置１０は、柱状の中空部１１の周りに配置されて２重螺旋の流路を形成する第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３を備える。
【００２３】
第１熱媒体流路１２は、図２の実線の矢印に示すように、熱電変換装置１０の内部に形成された螺旋状の流路である。同様に、第２熱媒体流路１３は、図２の点線の矢印に示すように、熱電変換装置１０の内部に形成された螺旋状の流路である。
【００２４】
第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３それぞれは、独立した流路であり、熱電変換装置１０の下方に一方の開口部を有し、熱電変換装置１０の上方に他方の開口部を有する。第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３それぞれは、熱電変換装置１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びている。
【００２５】
熱電変換装置１０では、第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３は、中空部１１とは繋がっていない。また、第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３は、第１熱電変換部１２と第２熱電変換部１３とに挟まれていない部分が外部に開放されていない。
【００２６】
また、熱電変換装置１０は、第１熱媒体流路１２と第２熱媒体流路１３との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１熱電変換部１４と、第１熱媒体流路１２と第２熱媒体流路１３との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２熱電変換部１５と、を備える。
【００２７】
第１熱電変換部１４は、熱電変換装置１０の下方から上方に向かって、螺旋状に延びている。第１熱電変換部１４は、熱電変換装置１０の上方に第１端面２３を有し、下方に第２端面２４を有する。
【００２８】
第１熱電変換部１４は、上面が第１熱媒体流路１２と熱的に接触し、下面が第２熱媒体流路１３と熱的に接触している。熱電変換装置１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びる第１熱電変換部１４は、その略全体に亘って、第１熱媒体流路１２と第２熱媒体流路１３とに挟まれており、それぞれの流路と熱的に接触している。
【００２９】
第１熱電変換部１４は、内部に熱電変換回路を有する。この熱電変換回路の第１電極４５が、第１端面２３に配置され、熱電変換回路の第２電極４６が第２端面２４に配置される。
【００３０】
第２熱電変換部１５は、上面が第２熱媒体流路１３と熱的に接触し、下面が第１熱媒体流路１２と熱的に接触している。熱電変換装置１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びる第２熱電変換部１５は、その略全体に亘って、第１熱媒体流路１２と第２熱媒体流路１３とに挟まれており、それぞれの流路と熱的に接触している。
【００３１】
第２熱電変換部１５は、第１熱電変換部１４と同様の構造を有しており、第１熱電変換部１４とは独立した熱電変換回路を有する。この熱電変換回路も、第１電極及び第２電極（図示せず）を有する。
【００３２】
このように、熱電変換装置１０は、熱電変換部と熱媒体流路とが一体に形成されている。
【００３３】
本実施形態の熱電変換装置１０では、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれは可撓性を有する。詳しくは後述するが、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれは、可撓性を有する複数の熱電変換基板が、撓んだ状態で、互いに組み合わされ接合されて、螺旋状の構造が形成されている。そのため、熱電変換装置１０も全体として可撓性を有する。
【００３４】
熱電変換装置１０を用いて熱発電を行う場合には、例えば、第１熱媒体流路１２に、図２の実線の矢印に示すように、熱電変換装置１０の下方から上方に向かって、温度の高い熱媒体が流される。また、第２熱媒体流路１３には、例えば、図２の点線の矢印に示すように、熱電変換装置１０の上方から下方に向かって、温度の低い熱媒体が流される。
【００３５】
第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３には、求められる熱発電力に応じて、例えば、大量の熱媒体を循環させることができる。
【００３６】
このようにして、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれは、第１熱媒体流路１２内を流れる熱媒体の温度と第２熱媒体流路１３内を流れる熱媒体の温度の差によって熱発電を行う。発電された電力は、それぞれ熱電変換部における第１電極及び第２電極から取り出される。
【００３７】
また、例えば、図１に示すリード線１６を用いて、第１熱電変換部１４の熱電変換回路と第２熱電変換部１５の熱電変換回路とが直列に接続されるように、両変換部の第１電極同士を接続しても良い。この場合には、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５によって熱発電された電極は、熱電変換装置１０の下方に位置する２つの第２電極から取り出される。
【００３８】
また、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれの熱電変換回路に対して電力を供給することによって、第１熱媒体流路１２内を流れる熱媒体と第２熱媒体流路１３内を流れる熱媒体との間で熱エネルギーの移送を行うこともできる。
【００３９】
図１及び図２に示す熱電変換装置１０は、可撓性を有する複数の熱電変換基板２０ａ、２０ｂが撓んだ状態で互いに組み合わされ接合されて形成されている。第１熱電変換部１４は、撓んだ熱電変換基板２０ａが螺旋状に接合されて形成されている。また、第２熱電変換部１５は、撓んだ熱電変換基板２０ｂが螺旋状に接合されて形成されている。
【００４０】
次に、熱電変換基板２０ａを、図３〜図７を参照して以下に説明する。熱電変換基板２０ｂは、熱電変換基板２０ａと同じ構造を有しているので、以下に説明する熱電変換基板２０ａの説明は、熱電変換基板２０ｂに対しても適宜適用される。
【００４１】
図３は、図１の熱電変換装置１０を形成する熱電変換基板２０ａの撓んだ状態を示す斜視図である。図４は、図３の熱電変換基板２０ａの部分破断斜視図である。図５は、図３の熱電変換基板２０ａの分解斜視図である。図６（Ａ）は、第２基板３４が取り除かれた図３の熱電変換基板２０ａを示す平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。図７（Ａ）は、図３の熱電変換基板２０ａを形成する第２基板を示す平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【００４２】
熱電変換基板２０ａは、図４に示すように、第１基板３１及び第２基板３４を備える。第１基板３１及び第２基板３４は可撓性を有する。
【００４３】
図６（Ａ）に示すように、第１基板３１は、中央に位置する第１貫通孔３２と、端縁から第１貫通孔３２へ延びる第１スリット３３とを有する。第１基板３１は、電気絶縁性を有する。
【００４４】
また、図７（Ａ）に示すように、第２基板３４は、中央に位置する第２貫通孔３５と、端縁から第２貫通孔３５へ延びる第２スリット３６とを有する。第２基板３４は、電気絶縁性を有する。
【００４５】
熱電変換基板２０ａでは、第１貫通孔３２と第２貫通孔３５とが同じ形状を有している。本実施形態では、第１貫通孔３２及び第２貫通孔３５は、円形状を有しているが、第１貫通孔３２及び第２貫通孔３５の形状は、矩形等の他の形状であっても良い。
【００４６】
また、熱電変換基板２０ａでは、第１基板３１と第２基板３４とが同じ形状を有している。本実施形態では、第１基板３１及び第２基板３４は、正方形状を有しているが、第１貫通孔３２及び第２貫通孔３５の形状は、円形等の他の形状であっても良い。
【００４７】
熱電変換基板２０ａでは、内部を密閉する基板間シール部２１が、第１基板３１の周縁と第２基板３４の周縁との間に形成されている。
【００４８】
第１スリット３３及び第２スリット３６は、幅のない切れ込みであっても良いし、所定の幅を有する切れ込みであっても良い。
【００４９】
熱電変換基板２０ａは、第２基板３４上の第２貫通孔３５の周囲に、第２貫通孔３５を囲み、第２スリット３６の位置で途切れる中央シール部２５が形成されている。また、熱電変換基板２０ａは、第２基板３４上の周縁には、第２スリット３６の位置で途切れる外周シール部２６が形成されている。熱電変換基板２０ｂも、熱電変換基板２０ａと同様に形成されている。
【００５０】
基板間シール部２１、及び中央シール部２５、及び外周シール部２６は、可撓性を有する。
【００５１】
また、熱電変換基板２０ａでは、第１貫通孔３２と第２貫通孔３５とを揃え、且つ第１スリット３３と第２スリット３６とを揃えて、第２基板３４が、第１基板３１上に熱電変換回路４０を挟んで積層されている。
【００５２】
具体的には、第１基板３１と第２基板３４とは、両基板間にｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２を有する熱電変換回路４０が配置されて、積層されている。熱電変換回路４０は、第１基板３１上に配置されており、第１電極４５及び第２電極４６を有する。
【００５３】
図４及び図５に示すように、熱電変換基板２０ａでは、第１貫通孔３２と第２貫通孔３５とこれらの貫通孔の間をシールする基板間シール部２１の部分とによって中央貫通孔２２が形成される。また、第１スリット３３と第２スリット３６との間には、基板間シール部２１の部分によって、対向する第１端面２３及び第２端面２４が形成されている。
【００５４】
第１端面２３と第２端面２４との間には、スリット２７が形成される。図３に示すように、撓んだ状態の熱電変換基板２０ａでは、スリット２７において、第１端面側の端部２３ａと第２端面側の端部２４ａとを、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部２８が形成される。
【００５５】
第１電極４５が第１端面２３に配置され、第２電極４６が第２端面２４に配置されている。第１電極４５は、凸型の電極形状を有する第２電極４６の部分を、受け容れ可能な凹型の部分を有する。
【００５６】
次に、熱電変換回路４０について、図６及び図７を参照して、以下に更に説明する。
【００５７】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、熱電変換回路４０は、ｐ型半導体素子４１とｎ型半導体素子４２とが第１導電板４３を介して直列に接続される熱電変換素子が、複数直列に接続されて形成されている。ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２それぞれは、導電性接着材４７を介して第１導電板４３と接続する。第１導電板４３は、第１基板３１上に配置される。
【００５８】
熱電変換素子４８同士は、第１基板３１と対向する第２基板３４の面上に配置された第２導電板４６（図７（Ｂ）参照）を介して接続する。具体的には、ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２それぞれは、導電性接着材４７を介して第２導電板４６と接続する。なお、図２では、導電性接着材４７は図示していない。
【００５９】
第１電極４５は、熱電変換回路４０の一方の端部を形成する第１導電板４３と、導電性接着材４７を介して接続する。また、第２電極４６は、熱電変換回路４０の他方の端部を形成する第１導電板４３と、導電性接着材４７を介して接続する。
【００６０】
第１導電板４３及び第２導電板４６は可撓性を有することが好ましい。
【００６１】
なお、本実施形態の熱電変換回路４０では、複数の熱電変換素子４８が直列に接続されているが、熱電変換回路４０は、複数の熱電変換素子４８が、並列に接続されるか又は、直列及び並列に接続されて形成されていても良い。
【００６２】
ｐ型半導体素子４１、及びｎ型半導体素子４２、及び第１電極４５、及び第２電極４６の寸法は、熱電変換基板２０ａが撓んで熱電変換装置１０を形成することを妨げない大きさであることが好ましい。
【００６３】
上述した熱電変換回路４０を形成する技術は、電子部品又は半導体素子等の従来の生産技術を用いることができるので、熱電変換基板２０ａを安価に大量に生産することが可能である。
【００６４】
熱電変換基板２０ａ、２０ｂを形成する可撓性を有する第１基板３１又は第２基板３２の形成材料としては、ポリイミド（スコッチ製：ポリイミドテープなど）フレキスブルテープ、フレキシブルプリント回路(FPC)用銅張りポリイミドフィルム等を用いることができる。
【００６５】
また、熱電変換基板２０ａ、２０ｂを形成する可撓性を有する基板間シール部２１、及び中央シール部２５、及び外周シール部２６の形成材料としては、電気絶縁性の熱硬化性樹脂、シート構造接着剤（３Ｍ製：ＡＰＡＳ）など等を用いることができる。
【００６６】
熱電変換素子４８を形成するｐ型半導体素子４１又はｎ型半導体素子４２の形成材料としては、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、Ｓｍ２Ｓ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｇｅ−Ｔｅ、ＦｅＳｉ２、又はＣｏＳｂ３等を用いることができる。
【００６７】
上述した本実施形態の熱電変換装置１０によれば、電子部品又は半導体装置等の従来の生産技術を用いることができるので製造が容易である。
【００６８】
また、熱電変換装置１０によれば、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれは、その略全体に亘って、２重螺旋の第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３と熱的に接蝕しているので、熱媒体との間に熱的に大きな接触面積を有する。一方、熱電変換装置１０は、縦方向に螺旋状に延びる構造を有しているので、熱電変換装置１０が必要とする平面積は小さい。
【００６９】
また、熱電変換装置１０によれば、熱媒体との間に熱的に大きな接触面積を有するので、エネルギー変換効率が高い。
【００７０】
更に、熱電変換装置１０によれば、中空部１１を、例えば、放熱板に熱的に接続したねじ形状の構造体に容易に取り付けすることができる。
【００７１】
次に、上述した熱電変換装置の好ましい製造方法の一実施形態を、図８〜図１３を参照して、以下に説明する。
【００７２】
まず、図８（Ａ）に示すように、中央に位置する第１貫通孔３２と端縁から第１貫通孔３２へ延びる第１スリット３３とを有する可撓性の第１基板３１上に、複数の第１導電板４３が形成される。複数の第１導電板４３は、例えば、リソグラフィー技術を用いたパターニングによって形成される。第１導電板４３の形成材料としては、例えば、銅を用いることができる。
【００７３】
第１基板３１の寸法は、例えば、厚さが２ｍｍであり、一辺の長さが４０ｍｍの正方形とすることができる。第１貫通孔３２は、例えば、直径を１０ｍｍの円形とすることができる。第１スリット３３の寸法は、例えば、幅を２ｍｍとすることができる。
【００７４】
そして、第１導電板４３それぞれに対して、ｐ型半導体素子又はｎ型半導体素子又は第１電極又は第２電極が搭載される部位に導電性接着材４７が塗布される。なお、ｐ型半導体素子又はｎ型半導体素子又は第１電極又は第２電極に導電性接着材４７を塗布しても良い。
【００７５】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第１導電板４３それぞれの所定の部位に、導電性接着材４７を介して、ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２及び第１電極４５及び第２電極４６が接着して搭載される。このようにして、第１基板３１上に、複数の熱電変換素子４８が搭載される。ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２の寸法は、例えば、縦及び横の長さが５ｍｍ、高さ２ｍｍとすることができる。また、ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２の形成材料として、不純物が添加されたＢｉ２Ｔｅ３を用いることができる。
【００７６】
また、第１基板３１上の周縁に、基板間シール部２１が形成される。
【００７７】
基板間シール部２１は、例えば、メタルマスク印刷機を用いて、熱硬化性の電気絶縁性の樹脂ペーストが第１基板３１上に印刷して形成される。基板間シール部２１の寸法は、例えば、高さを３００μｍ、幅を２ｍｍとすることができる。
【００７８】
次に、図９（Ａ）に示すように、中央に位置する第２貫通孔３５と端縁から第２貫通孔３５へ延びる第２スリット３６とを有する可撓性の第２基板３４上に、複数の第２導電板４６が形成される。第２導電板４６は、第１導電板４３と同様に形成される。
【００７９】
第２基板３２の形状は、第１基板３１と同じとした。また、第２貫通孔３５の形状は、第１貫通孔３２と同じとした。また、第２スリット３６の形状は、第１スリット３３と同じとした。また、第２導電板４６の形状は、第１導電板４３と同じとした。
【００８０】
そして、第２導電板４６それぞれに対して、ｐ型半導体素子４１及びｎ型半導体素子４２と接続される部位に導電性接着材４７が塗布される。
【００８１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、第２基板３４における上面の第２貫通孔３５の周囲に、第２貫通孔３５を囲み、第２スリット３６の位置で途切れる中央シール部２５が形成される。また、第２基板３２における上面の周縁には、第２スリット３６の位置で途切れる外周シール部２６が形成される。ここで、第２基板３２における上面は、第２導電板４６が形成されている面とは反対側の面を意味する。中央シール部２５及び外周シール部２６は、基板間シール部２１と同様に形成される。
【００８２】
次に、図１０に示すように、複数の熱電変換素子４８が搭載された第１基板３１上に、第２基板３４が、第１貫通孔３２と第２貫通孔３５とを揃え、且つ第１スリット３３と第２スリット３６とを揃えて積層されて、両基板間に複数の熱電変換素子４８を有する熱電変換回路４０が形成される。ここで、第２基板３４の第２導電板４６が形成された面が、第１基板３１と対向するように、第２基板３４が第１基板３１上に積層される。
【００８３】
この際に、第１基板３１の周縁と第２基板３４の周縁との間に形成される基板間シール部２１によって、熱電変換回路４０を含む内部が密閉される。また、第２基板３４が第１基板３１上に積層されることによって、第１貫通孔３２と第２貫通孔３５とこれらの貫通孔の間をシールする基板間シール部２１の部分とによって中央貫通孔２２が形成される。また、第１スリット３３と第２スリット３６との間には、基板間シール部２１の部分によって、対向する第１端面２３及び第２端面２４が形成される。また、熱電変換回路４０の第１電極４５が第１端面２３に配置され、熱電変換回路４０の第２電極４６が第２端面２４に配置される。
【００８４】
このようにして、図１１に示す複数の熱電変換基板２０ａ、２０ｂが形成される。図１１では、熱電変換基板２０ｂは、熱電変換基板２０ａとは反対の向きに示されている。
【００８５】
次に、図１２に示すように、２つの熱電変換基板２０ａ、２０ｂを用いて、熱電変換基板複合体５０ａが形成される。
【００８６】
具体的には、２つの熱電変換基板２０ａ、２０ｂそれぞれにおける第１端面側の端部２３ａと第２端面側の端部２３ｂとを、スリット２７において、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部２８が形成される。そして、一方の熱電変換基板２０ａの切り込み部２８と他方の熱電変換基板２０ｂの切り込み部２８とが互いに差し込まれる。そして、一方の熱電変換基板２０ａの第１端面側の端部２３ａが、他方の熱電変換基板２０ｂの上側に重ねられ、且つ、一方の熱電変換基板２０ａの第２端面側の端部２４ａが、他方の熱電変換基板２０ｂの下側に重ねられる。更に、他方の熱電変換基板２０ｂの第１端面側の端部２３ａが、一方の熱電変換基板２０ａの上側に重ねられ、且つ、他方の熱電変換基板２０ｂの第２端面側の端部２４ａが、一方の熱電変換基板２０ａの下側に重ねられる。そして、一方の熱電変換基板２０ａと他方の熱電変換基板２０ｂとを、互いの中央貫通孔２２、２２が揃えて重ね合わされる。
【００８７】
そして、一方の熱電変換基板２０ａと他方の熱電変換基板２０ｂとを、互いの中央貫通孔２２，２２を揃えて重ね合わす際には、以下に述べる部位同士が接合される。即ち、一方の熱電変換基板２０ａの中央シール部２５が、重ね合わされている他方の熱電変換基板２０ｂの下面における中央貫通孔２２の周囲の部分に配置されて接合され、且つ、他方の熱電変換基板２０ｂの中央シール部２５が、重ね合わされている一方の熱電変換基板２０ａの下面の中央貫通孔２２の周囲の部分に配置されて接合される。その結果、これらの中央シール部２５、２５及び中央貫通孔２２，２２によって延伸中央貫通孔５１が形成される。これと同時に、一方の熱電変換基板２０ａの外周シール部２６が、重ね合わされている他方の熱電変換基板２０ｂの下面の周縁の部分に配置されて接合され、且つ、他方の熱電変換基板２０ｂの外周シール部２６が、重ね合わされている一方の熱電変換基板２０ａの下面の周縁の部分に配置されて接合される。このようにして、熱電変換基板複合体５０ａが形成される。
【００８８】
中央シール部２５及び外周シール部２６と、これらのシール部と対向する部位との接合は、例えば、図１２に示すように、２つの熱電変換基板２０ａ、２０ｂが組み合わされた熱電変換基板複合体５０ａを上下から加圧し且つ加熱することによって行われる。この加圧及び加熱処理は、例えば、等圧プレス機を用いて、温度１５０℃、圧力２ＭＰａ、時間３０分の条件で行うことができる。また、この加圧及び加熱処理によって、２つの熱電変換基板２０ａ、２０ｂそれぞれを形成する第１基板３１及び第２基板３２が、基板間シール部２１を介して接合される。
【００８９】
本実施形態では、上述した熱電変換基板複合体が３つ形成された。
【００９０】
次に、図１３に示すように、３つの熱電変換基板複合体５０ａ、５０ｂ、５０ｃを用いて、熱電変換装置１０が形成される。
【００９１】
具体的には、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける一方の熱電変換基板２０ａの第１端面２３と、別の一の熱電変換基板複合体５０ｂにおける一方の熱電変換基板２０ａの第２端面２４とが、これらの端面における第１電極４５と第２電極４６とを電気的に接続すると共に接合される。
【００９２】
また、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける他方の熱電変換基板２０ｂの第１端面２３と、別の一の熱電変換基板複合体５０ｂにおける他方の熱電変換基板２０ｂの第２端面２４（図示せず）とが、これらの端面における第１電極４５と第２電極４６（図示せず）とを電気的に接続すると共に接合される。
【００９３】
更に、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける一方の熱電変換基板２０ａの中央シール部２５及び他方の熱電変換基板２０ｂの中央シール部２５が、重ね合わされている別の一の熱電変換基板複合体５０ｂの下面の延伸中央貫通孔５１の周囲の部分と接合される。
【００９４】
更にまた、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける一方の熱電変換基板２０ａの外周シール部２６及び他方の熱電変換基板２０ｂの外周シール部２６が、重ね合わされている別の一の熱電変換基板複合体５０ｂの下面の周縁の部分と接合される。そして、２つの熱電変換基板複合体５０ａ、５０ｂが、互いの延伸中央貫通孔５１，５１を揃えて重ね合わされる。
【００９５】
第１端面２３と第２端面２４とは、例えば、両端面の間に熱硬化性の電気絶縁性ペーストを塗布した後、加熱処理されて接合される。
【００９６】
中央シール部２５及び外周シール部２６と、対向する部位との接合方法としては、例えば、両端面の間に熱硬化性の電気絶縁性ペーストを塗布した後、熱電変換基板複合体の形成に用いた加圧及び加熱処理を用いることができる。なお、熱電変換基板複合体の形成時には加圧及び加熱処理を行わないで、中央シール部２５及び外周シール部２６と対向する部位との接合を接合する際の加圧及び加熱処理の際に、熱電変換基板複合体における接合部位の同士の接合をまとめて行っても良い。
【００９７】
同様にして、熱電変換基板複合体５０ｂと熱電変換基板複合体５０ｃとが接合されて、熱電変換装置１０が形成される。この際、３つの熱電変換基板２０ａが接合して、第１熱電変換部１４が形成される。同様に、３つの熱電変換基板２０ｂが接合して、第２熱電変換部１５が形成される。また、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５を境界とする第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３が形成される。また、３つの延伸中央貫通孔５１が重なって中空部１１が形成される。
【００９８】
上述した本実施形態の熱電変換装置の製造方法によれば、可撓性を有する第１基板３１及び第２基板３４、及び可撓性を有する熱電変換基板２０ａ、２０ｂを用いて、熱電変換装置１０が形成されるので、製造が容易である。このように平板状の基板を主に扱う製造工程なので、製造工程の自動化が簡易に行える。また、可撓性を有する第１基板３１及び第２基板３４、及び可撓性を有する熱電変換基板２０ａ、２０ｂを用いるので、部品の破損等が生じ難い。従って、熱電変換装置の生産性を向上できる。
【００９９】
また、上述した実施形態では、３つの熱電変換基板複合体を積層して熱電変換装置が形成されたが、熱電変換基板複合体の積層数は、求められる熱発電特性に応じて適宜設定され得る。また、熱電変換基板複合体を形成する熱電変換基板の寸法も、求められる熱発電特性に応じて適宜設定され得る。
【０１００】
次に、本明細書に開示する第２及び第３実施形態の熱電変換装置を、図面を参照しながら以下に説明する。第２及び第３実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図１４〜図１７及び図２１〜図２２において、図１〜図７と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
【０１０１】
図１４は、本明細書に開示する熱電変換装置の第２実施形態を示す斜視図である。図１５は、図１３のＹ１−Ｙ１線断面図である。図１６（Ａ）は、図１３の熱電変換装置を形成する一方の熱電変換基板の撓んだ状態を示す斜視図であり、図１６（Ｂ）は一方の熱電変換基板の撓んでない状態を示す部分破断斜視図である。図１７（Ａ）は、図１３の熱電変換装置を形成する他方の熱電変換基板の撓んだ状態を示す斜視図であり、図１７（Ｂ）は他方の熱電変換基板の撓んでない状態を示す部分破断斜視図である。
【０１０２】
次に、本明細書に開示する熱電変換装置の第２実施形態を以下に説明する。
【０１０３】
本実施形態の熱電変換装置１０は、上述した第１実施形態とは異なって、第１熱媒体流路１２又は第２熱媒体流路１３の内の何れか一方が、中空部１１と繋がっている。
【０１０４】
具体的には、図１４及び図１５に示すように、第１熱媒体流路１２は、中空部１１と繋がっており、且つ第１熱電変換部１４と第２熱電変換部１５とに挟まれていない部分が、中空部１１と繋がっている部分を除いて、外部には開放されていない。本明細書では、２重螺旋を形成する第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３は、第１熱媒体流路１２又は第２熱媒体流路１３の何れか一方が、中空部１１と繋がっている構造を含む。
【０１０５】
また、第２熱媒体流路１３は、中空部１１とは繋がっておらず、且つ第１熱電変換部１４と第２熱電変換部１５とに挟まれていない部分が、中空部１１と境界を接している部分を除いて、外部に開放されている。本明細書では、２重螺旋を形成する第１熱媒体流路１２及び第２熱媒体流路１３は、第１熱媒体流路１２又は第２熱媒体流路１３の何れか一方が、熱電変換装置１０の外部と繋がっている構造を含む。
【０１０６】
熱電変換装置１０を用いて熱発電を行う場合には、例えば、第１熱媒体流路１２に、図１５の点線の矢印に示すように、熱電変換装置１０の下方から上方に向かって、温度の高い熱媒体が流される。温度の高い熱媒体は、下方から上方に向かって、中空部１１内を直線状に流れると共に、第１熱媒体流路１２内を、図１５の実線の矢印に示すように、螺旋状に流れる。
【０１０７】
一方、第２熱媒体流路１３は、熱電変換装置１０の外部の雰囲気と繋がっている。例えば、熱電変換装置１０を恒温槽内に配置して、この恒温槽内の温度を、第１熱媒体流路１２を流れる熱媒体の温度よりも低くすることができる。
【０１０８】
このようにして、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５それぞれは、第１熱媒体流路１２内を流れる熱媒体の温度と第２熱媒体流路１３内の熱媒体の温度の差によって熱発電を行う。
【０１０９】
図１４及び図１５に示す熱電変換装置１０は、可撓性を有する一方の熱電変換基板２０ａ及び他方の熱電変換基板２０ｂが撓んだ状態で互いに組み合わされ接合されて形成されている。第１熱電変換部１４は、撓んだ一方の熱電変換基板２０ａが螺旋状に接合されて形成されている。また、第２熱電変換部１５は、撓んだ他方の熱電変換基板２０ｂが螺旋状に接合されて形成されている。
【０１１０】
次に、一方の熱電変換基板２０ａを、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）を参照して以下に説明する。
【０１１１】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、本実施形態では、一方の熱電変換基板２０ａは、上述した第１実施形態の熱電変換基板から中央シール部が除去された構造を有する。即ち、一方の熱電変換基板２０ａにおける第２基板３４上の周縁には、第２スリット３６の位置で途切れる外周シール部２６が形成されている。
【０１１２】
本実施形態では、一方の熱電変換基板２０ａが中央シール部を有なさいので、第１熱媒体流路１２が、中空部１１と繋がることになる。
【０１１３】
次に、他方の熱電変換基板２０ｂを、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を参照して以下に説明する。
【０１１４】
また、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、本実施形態では、他方の熱電変換基板２０ｂは、上述した第１実施形態の熱電変換基板から外周シール部が除去された構造を有する。即ち、他方の熱電変換基板２０ｂにおける第２基板３４上の第２貫通孔３５の周囲には、第２貫通孔３５を囲み、第２スリット３６の位置で途切れる中央シール部２５が形成されている。
【０１１５】
本実施形態では、他方の熱電変換基板２０ｂが外周シール部を有なさいので、第２熱媒体流路１３が、熱電変換装置１０の外部の雰囲気と繋がることになる。
【０１１６】
本実施形態の熱電変換装置１０のその他の構造は、上述した第１実施形態と同様である。
【０１１７】
上述した本実施形態の熱電変換装置によれば、中空部１１と繋がっている第１熱媒体流路１２及び外部と繋がっている第２熱媒体流路１３内に、より多くの熱媒体を流すことができる。従って、第１熱電変換部１４及び第２熱電変換部１５により大きな熱エネルギーを与えることができる。
【０１１８】
次に、上述した熱電変換装置の好ましい製造方法の一実施形態を、図１８〜図２０を参照して、以下に説明する。
【０１１９】
まず、上述した第１実施形態の熱電変換装置の製造方法において説明したのと同様にして、図１８に示す一方の熱電変換基板２０ａ及び他方の熱電変換基板２０ｂが形成される。
【０１２０】
次に、図１９に示すように、２つの熱電変換基板２０ａ、２０ｂを用いて、熱電変換基板複合体５０ａが形成される。
【０１２１】
具体的には、一方の熱電変換基板２０ａ及び他方の熱電変換基板２０ｂそれぞれにおける第１端面側の端部２３ａと第２端面側の端部２３ｂとを、スリット２７において、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部２８が形成される。そして、一方の熱電変換基板２０ａの切り込み部２８と他方の熱電変換基板２０ｂの切り込み部２８とが互いに差し込まれる。そして、一方の熱電変換基板２０ａの第１端面側の端部２３ａが、他方の熱電変換基板２０ｂの上側に重ねられ、且つ、一方の熱電変換基板２０ａの第２端面側の端部２４ａが、他方の熱電変換基板２０ｂの下側に重ねられる。更に、他方の熱電変換基板２０ｂの第１端面側の端部２３ａが、一方の熱電変換基板２０ａの上側に重ねられ、且つ、他方の熱電変換基板２０ｂの第２端面側の端部２４ａが、一方の熱電変換基板２０ａの下側に重ねられる。そして、一方の熱電変換基板２０ａと他方の熱電変換基板２０ｂとを、互いの中央貫通孔２２、２２が揃えて重ね合わされる。
【０１２２】
そして、一方の熱電変換基板２０ａと他方の熱電変換基板２０ｂとを、互いの中央貫通孔２２，２２を揃えて重ね合わす際には、以下に述べる部位同士が接合される。即ち、他方の熱電変換基板２０ｂの中央シール部２５が、重ね合わされている一方の熱電変換基板２０ａの下面の中央貫通孔２２の周囲の部分に配置されて接合される。その結果、これらの中央シール部２５及び中央貫通孔２２、２２によって延伸中央貫通孔５１が形成される。これと同時に、一方の熱電変換基板２０ａの外周シール部２６が、重ね合わされている他方の熱電変換基板２０ｂの下面の周縁の部分に配置されて接合される。このようにして、熱電変換基板複合体５０ａが形成される。
【０１２３】
中央シール部２５及び外周シール部２６と、これらのシール部と対向する部位との接合は、上述した第１実施形態の熱電変換装置の製造方法と同様に行われる。
【０１２４】
本実施形態では、上述した熱電変換基板複合体が４つ形成された。
【０１２５】
次に、図２０に示すように、４つの熱電変換基板複合体５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを用いて、熱電変換装置１０が形成される。
【０１２６】
具体的には、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける一方の熱電変換基板２０ａの第１端面２３と、別の一の熱電変換基板複合体５０ｂにおける一方の熱電変換基板２０ａの第２端面２４とが、これらの端面における第１電極４５と第２電極４６とを電気的に接続すると共に接合される。
【０１２７】
また、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける他方の熱電変換基板２０ｂの第１端面２３と、別の一の熱電変換基板複合体５０ｂにおける他方の熱電変換基板２０ｂの第２端面２４（図示せず）とが、これらの端面における第１電極４５と第２電極４６（図示せず）とを電気的に接続すると共に接合される。
【０１２８】
更に、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける他方の熱電変換基板２０ｂの中央シール部が、重ね合わされている別の一の熱電変換基板複合体５０ｂの下面の延伸中央貫通孔５１の周囲の部分と接合される。
【０１２９】
更にまた、一の熱電変換基板複合体５０ａにおける一方の熱電変換基板２０ａの外周シール部２６が、重ね合わされている別の一の熱電変換基板複合体５０ｂの下面の周縁の部分と接合される。更に、２つの熱電変換基板複合体５０ａ、５０ｂが、互いの延伸中央貫通孔５１，５１を揃えて重ね合わされる。
【０１３０】
第１端面２３と第２端面２４とは、例えば、両端面の間に熱硬化性の電気絶縁性ペーストを塗布した後、加熱処理されて接合される。
【０１３１】
中央シール部２５及び外周シール部２６と、対向する部位との接合方法としては、例えば、上述した熱電変換基板複合体の形成に用いた加圧及び加熱処理を用いることができる。
【０１３２】
同様にして、熱電変換基板複合体５０ｂと熱電変換基板複合体５０ｃと熱電変換基板複合体５０ｄとが接合されて、熱電変換装置１０が形成される。
【０１３３】
上述した本実施形態の熱電変換装置の製造方法によれば、上述した第１実施形態の熱電変換装置の製造方法と同様の効果が得られる。
【０１３４】
次に、本明細書に開示する熱電変換装置の第３実施形態を以下に説明する。
【０１３５】
図２１は、本明細書に開示する熱電変換装置の第３実施形態を示す正面図である。図２２は、図２０の熱電変換装置の平面図である。
【０１３６】
本実施形態の熱電変換装置１０は、３つの熱電変換ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、螺旋の方向を揃えて並んで結合されて形成されている。各熱電変換ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、上述した第１実施形態の熱電変換装置と同じ構造を有する。
【０１３７】
図２２における太線は、図２１の正面図における段差の位置を示している。
【０１３８】
上述した本実施形態の熱電変換装置１０によれば、並んだ複数の熱電変換ユニットを有するので、熱発電される電力を増加できる。また、熱電変換装置１０は、熱電変換ユニットが螺旋の方向を揃えて並んで結合されているので、コンパクトな寸法を有する。
【０１３９】
なお、本実施形態では、３つの熱電変換ユニットが結合された構造を有しているが、熱電変換装置を形成する熱電変換ユニットの数は、２つでも良いし、４つ以上であっても良い。
【０１４０】
次に、上述した熱電変換装置の好ましい製造方法の一実施形態を、図２３を参照して、以下に説明する。
【０１４１】
まず、図２３（Ａ）に示すように、複数の熱電変換基板が連続して形成される熱電変換基板連続体２００ａ、２００ｂが形成される。熱電変換基板連続体２００ａは、上述した第１実施形態の熱電変換装置の製造方法において説明した熱電変換基板が３つ連続した構造を有する。熱電変換基板２０ａ同士は、スリット２７の方向を揃えて、側面同士が接合されている。
【０１４２】
熱電変換基板連続体２００ｂは、スリット２７の位置が異なる他は、熱電変換基板連続体２００ａと同様の構造を有する。
【０１４３】
次に、図２３（Ｂ）に示すように、熱電変換基板連続体２００ａ及び熱電変換基板連続体２００ｂは、撓まされてスリット２７において切り込み部が形成され、互いに対応する切り込み部同士が差し込まれて、熱電変換基板連続体複合体３００ａが形成される。この熱電変換基板連続体複合体３００ａは、図１２に示す熱電変換基板複合体が３つ並んで結合された構造を有する。ここで、熱電変換基板連続体複合体は３つ形成される。
【０１４４】
次に、３つの熱電変換基板連続体複合体３００ａ、３００ｂ、３００ｃが、螺旋の方向に接合されて、図２１及び図２２に示す熱電変換装置１０が形成される。
【０１４５】
本発明では、上述した各実施形態の熱電変換装置及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１４６】
例えば、図６（Ｂ）に示す熱電変換素子が搭載された第１基板は、図２４に示すように形成されても良い。具体的には、まず、図２４（Ａ）に示すように、導電層６０ａの両面に非導電層６０ｂが積層されて形成された基板６０が形成される。
【０１４７】
次に、図２４（Ｂ）に示すように、基板６０の所定の部位における非導電層の部分を、基板６０の両面から除去して導電層６０ａの部分が露出される。
【０１４８】
次に、図２４（Ｃ）に示すように、基板６０の一方の面における導電層６０ａが露出した部分に、導電性接着材６１が塗布されると共に、基板６０の周縁に外周シール部６２が形成される。
【０１４９】
次に、図２４（Ｄ）に示すように、露出した導電層６０ａの部分に塗布された導電性接着材６１にｐ型半導体素子６３及びｎ型半導体素子６４が接着されて、熱電変換素子６５が基板６０上に搭載される。このようにして、熱電変換素子が搭載された基板が形成される。
【０１５０】
図２４（Ｄ）に示す熱電変換素子が搭載された基板では、基板６０の下を流れる熱媒体は、熱伝導率が低い非導電層６０ｂを介さずに、熱伝導率が高い導電層６０ａと直接に熱的に接触する。そのため、熱電変換素子６５と基板６０の下を流れる熱媒体との間の熱の移送効率が向上する。
【０１５１】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１５２】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１５３】
（付記１）
柱状の中空部の周りに配置されて２重螺旋の流路を形成する第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１熱電変換部と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２熱電変換部と、
を備え、
前記第１熱電変換部及び前記第２熱電変換部は可撓性を有する熱電変換装置。
【０１５４】
（付記２）
前記第１熱媒体流路及び前記第２熱媒体流路は、前記中空部とは繋がっていない付記１に記載の熱電変換装置。
【０１５５】
（付記３）
前記第１熱媒体流路及び前記第２熱媒体流路は、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とに挟まれていない部分が外部に開放されていない付記２に記載の熱電変換装置。
【０１５６】
（付記４）
前記第１熱媒体流路又は前記第２熱媒体流路の内の何れか一方は、前記中空部と繋がっている付記１に記載の熱電変換装置。
【０１５７】
（付記５）
前記第１熱媒体流路は、前記中空部とは繋がっておらず、且つ前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とに挟まれていない部分が、前記中空部と境界を接している部分を除いて、外部に開放されており、
前記第２熱媒体流路は、前記中空部と繋がっており、且つ前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とに挟まれていない部分が、前記中空部と繋がっている部分を除いて、外部には開放されていない付記４に記載の熱電変換装置。
【０１５８】
（付記６）
前記第１熱電変換部及び前記第２熱電変換部それぞれは、可撓性を有する第１基板と、可撓性を有する第２基板とを有し、
前記第１基板と前記第２基板とは、両基板間にｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子を有する熱電変換回路が配置されて、積層されている付記１〜５の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【０１５９】
（付記７）
柱状の中空部の周りに配置される２重螺旋の流路を形成する第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１熱電変換部と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２熱電変換部と、
を備え、前記第１熱電変換部及び前記第２熱電変換部は可撓性を有する複数の熱電変換ユニットが、螺旋の方向を揃えて並んで結合されて形成される熱電変換装置。
【０１６０】
（付記８）
中央に位置する第１貫通孔と、端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットとを有する可撓性の第１基板と、
中央に位置する第２貫通孔と、端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットとを有する可撓性の第２基板と、
前記第１基板上に配置され、第１電極及び第２電極を有する熱電変換回路と、
を備え、
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃え、且つ前記第１スリットと前記第２スリットとを揃えて、前記第２基板が前記第１基板上に前記熱電変換回路を挟んで積層されており、
前記第１基板と前記第２基板との間には内部を密閉する基板間シール部が形成され、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とこれらの貫通孔の間をシールする前記基板間シール部の部分とによって中央貫通孔が形成され、前記第１スリットと前記第２スリットとの間には、前記基板間シール部の部分によって、対向する第１端面及び第２端面が形成されており、
前記第１電極が前記第１端面に配置され、前記第２電極が前記第２端面に配置される、可撓性を有する熱電変換基板。
【０１６１】
（付記９）
付記８に記載の熱電変換基板を２つ備え、
２つの前記熱電変換基板それぞれは、前記第１基板と前記第２基板とが同じ形状を有し、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが同じ形状を有し、前記基板間シール部が、前記第１基板の周縁と前記第２基板の周縁との間に形成されており、
２つの前記熱電変換基板それぞれは、前記第２基板上の前記第２貫通孔の周囲に、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部が形成されており、且つ、前記第２基板上の周縁には、前記第２スリットの位置で途切れる外周シール部が形成されており、前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とが、これらの面方向において互いに反対の向きにずらされており、
一方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の下側に重ね、
他方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の下側に重ねて、
一方の前記熱電変換基板と、他方の前記熱電変換基板とが、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わされており、
一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部は、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置され、他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部は、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置されて、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔が形成され、
一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部は、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置され、他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部は、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置されている、熱電変換基板複合体。
【０１６２】
（付記１０）
付記８に記載の熱電変換基板を２つ備え、
２つの前記熱電変換基板それぞれは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが同じ形状を有し、前記第１基板と前記第２基板とが同じ形状を有し、前記基板間シール部が、前記第１基板の周縁と前記第２基板の周縁との間に形成されており、
一方の前記熱電変換基板における前記第２基板上の周縁には、前記第２スリットの位置で途切れる外周シール部が形成されており、
他方の前記熱電変換基板における前記第２基板上の前記第２貫通孔の周囲には、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部が形成されており、
２つの前記熱電変換基板それぞれは、前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とが、これらの面方向において互いに反対の向きにずらされており、
一方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の下側に重ね、
他方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の下側に重ねて、
一方の前記熱電変換基板と、他方の前記熱電変換基板とが、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わされており、
他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部は、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置されて、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔が形成され、
一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部は、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置されている、熱電変換基板複合体。
【０１６３】
（付記１１）
付記９に記載の熱電変換基板複合体を複数備え、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とが、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とが、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合されて、
複数の前記熱電変換基板複合体が、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わされている、熱電変換装置。
【０１６４】
（付記１２）
付記１０に記載の熱電変換基板複合体を複数備え、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とが、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とが、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合され、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合されて、
複数の前記熱電変換基板複合体が、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わされている、熱電変換装置。
【０１６５】
（付記１３）
中央に位置する第１貫通孔と端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットとを有する可撓性の第１基板上に、複数の熱電変換素子を搭載し、
前記複数の熱電変換素子が搭載された前記第１基板上に、中央に位置する第２貫通孔と端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットとを有する可撓性の第２基板を、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃え、且つ前記第１スリットと前記第２スリットとを揃えて積層して、両基板間に前記複数の熱電変換素子を有する熱電変換回路を形成し、且つ、
前記第１基板と前記第２基板との間に内部を密閉する基板間シール部を形成すると共に、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とこれらの貫通孔の間をシールする前記基板間シール部の部分とによって中央貫通孔を形成し、且つ前記第１スリットと前記第２スリットとの間には、前記基板間シール部の部分によって、対向する第１端面及び第２端面を形成し、
前記熱電変換回路の第１電極を前記第１端面に配置し、且つ前記熱電変換回路の第２電極を前記第２端面に配置する熱電変換基板の製造方法。
【０１６６】
（付記１４）
前記熱電変換素子が搭載された第１基板は、
導電層の両面に非導電層が積層されて形成された基板の所定の部位における非導電層の部分を、基板の両面から除去して前記導電層の部分を露出させ、
前記基板の一方の面における前記導電層が露出した部分に、熱電変換素子を搭載して形成される付記１３に記載の熱電変換基板を製造する方法。
【０１６７】
（付記１５）
中央貫通孔と、
端縁から前記中央貫通孔へ延びるスリットと、
前記スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１端面に配置される第１電極と、
前記第２端面に配置される第２電極と、
を有する可撓性の熱電変換基板を用いて熱電変換複合基板を製造する方法であって、
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とを、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部を形成し、
一方の前記熱電変換基板の切り込み部と他方の前記熱電変換基板の切り込み部とを互いに差し込み、
一方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、他方の前記熱電変換基板の下側に重ね、他方の前記熱電変換基板の前記第１端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の上側に重ね、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記第２端面側の端部を、一方の前記熱電変換基板の下側に重ねて、一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換複合基板の製造方法。
【０１６８】
（付記１６）
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける上面の前記中央貫通孔の周囲には、前記スリットの位置で途切れる中央シール部が形成され、
２つの前記熱電変換基板それぞれにおける上面の周縁には、前記スリットの位置で途切れる外周シール部が形成されており、
一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす際には、
一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面における前記中央貫通孔の周囲の部分に配置し、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置して、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔を形成し、且つ、
一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置し、且つ、他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置する、付記１５に記載の熱電変換基板複合体の製造方法。
【０１６９】
（付記１７）
他方の前記熱電変換基板における上面の前記中央貫通孔の周囲には、前記スリットの位置で途切れる中央シール部を形成され、
一方の前記熱電変換基板における上面の周縁には、前記スリットの位置で途切れる外周シール部を形成されており、
一方の前記熱電変換基板と他方の前記熱電変換基板とを、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす際には、
他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている一方の前記熱電変換基板の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分に配置して、これらの中央シール部及び中央貫通孔によって延伸中央貫通孔を形成し、且つ、一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている他方の前記熱電変換基板の下面の周縁の部分に配置する、付記１５に記載の熱電変換基板複合体の製造方法。
【０１７０】
（付記１８）
付記１６に記載の熱電変換複合基板を複数用いて熱電変換装置を製造する方法であって、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記中央シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部及び他方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記熱電変換基板複合体を、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換装置の製造方法。
【０１７１】
（付記１９）
付記１７に記載の熱電変換複合基板を複数用いて熱電変換装置を製造する方法であって、
一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、別の一の前記熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第１端面と、前記別の一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記第２端面とを、これらの端面における前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続すると共に接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における他方の前記熱電変換基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の延伸中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一の熱電変換基板複合体における一方の前記熱電変換基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一の熱電変換基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記熱電変換基板複合体を、互いの前記延伸中央貫通孔を揃えて重ね合わす、熱電変換装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１７２】
１０    熱電変換装置
１１    中空部
１２    第１熱媒体流路
１３    第２熱媒体流路
１４    第１熱電変換部
１５    第２熱電変換部
１６    リード線
２０ａ、２０ｂ    熱電変換基板
２１    基板間シール部
２２    中央貫通孔
２３    第１端面
２３ａ    第１端面側の端部
２４    第２端面
２４ａ    第２端面側の端部
２５    中央シール部
２６    外周シール部
２７    スリット
２８    切り込み部
３１    第１基板
３２    第１貫通孔
３３    第１スリット
３４    第２基板
３５    第２貫通孔
３６    第２スリット
４０    熱電変換回路
４１    ｐ型半導体素子
４２    ｎ型半導体素子
４３    第１導電板
４４    第２導電板
４５    第１電極
４６    第２電極
４７    導電性接着材
４８    熱電変換素子
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ    熱電変換基板複合体
５１    延伸中央貫通孔
６０    基板
６０ａ    導電層
６０ｂ    非導電層
６１    導電性接着材
６２    基板間シール部
６３    ｐ型半導体素子
６４    ｎ型半導体素子
２００ａ、２００ｂ    熱電変換基板連続体
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ    熱電変換基板連続体複合体
【図１】
0005521529.tif 000002
【図２】
0005521529.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005521529.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005521529.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005521529.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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