(57)【要約】  熱接点と冷接点との間の温度差を十分に大きくすることができる熱電変換モジュールを提供する。内管（１）の第１主面上に形成されている複数の熱電変換素子（３）と、外管（２）の第２主面上に形成されている複数の突起部（４）とを備える。熱電変換素子は、配線（８）（冷接点）と、第２方向（Ｂ）において第２主面から第１距離（Ｌ１）を隔てて形成されている電極（７）（熱接点）と、電極と配線との間に位置する第１側面（５Ｅ）および第２側面（６Ｅ）とを含む。複数の突起部は、第１方向（Ａ）から見たときに、第３方向（Ｃ）において互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部（４１）と第２突起部（４２）とを含む。第１側面と第１突起部の頂部との最短距離（Ｌ２）、および第２側面と第２突起部の頂部との最短距離（Ｌ３）は、第１距離（Ｌ１）よりも短い。
2017141525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に流通する流体の熱を電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールであって、
前記第１方向に延在する第１主面を有する第１枠体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第１主面と向き合うとともに、前記第１方向に延在する第２主面を有する第２枠体と、
前記第１主面上に形成されている少なくとも１つの熱電変換素子と、
前記第２主面上に形成されている複数の突起部とを備え、
前記熱電変換素子は、前記第１主面上に形成されている冷接点と、前記冷接点よりも前記第２主面側に位置し、かつ前記第２方向において前記第２主面から第１距離を隔てて形成されている熱接点と、前記熱接点と前記冷接点との間に位置する第１側面および第２側面とを含み、
前記第１側面と前記第２側面とは、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向において互いに間隔を隔てて形成されており、
前記複数の突起部は、前記第１方向から見たときに、前記第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部と第２突起部とを含み、
前記第１突起部は、前記第２方向において前記第１側面と間隔を隔てて形成されており、
前記第２突起部は、前記第２方向において前記第２側面と間隔を隔てて形成されており、
前記第１突起部および前記第２突起部は、それぞれ前記第２主面と接続されている底部と、前記底部よりも前記第１主面側に位置する頂部とを有し、
前記熱接点は、前記第１方向から見たときに、前記第１突起部の前記底部と前記頂部とを通り前記第２方向に沿って延びる第１線分と、前記第２突起部の前記底部と前記頂部とを通り前記第２方向に沿って延びる第２線分との間に位置するように形成されており、
前記第１側面と前記第１突起部の前記頂部との最短距離と前記第２側面と前記第２突起部の前記頂部との最短距離の各々は、前記第１距離よりも短い、熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記第１側面と前記第１突起部の前記頂部との最短距離、および前記第２側面と前記第２突起部の前記頂部との最短距離の和は、前記第１距離よりも短い、請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
複数の前記熱電変換素子を備え、
前記複数の熱電変換素子は、前記第１方向から見たときに、前記第３方向において互いに間隔を隔てて形成されており、
前記第１突起部および前記第２突起部は、前記第１線分および前記第２線分が、前記第１方向から見たときに前記第３方向において隣り合う２つの前記複数の熱電変換素子の前記熱接点間を通るように形成されており、
前記第１方向から見たときに、前記第１線分と前記第２線分と間に位置し、かつ前記第２方向において前記第２主面から前記第１距離以内の領域には第１空間が形成されており、
前記第１方向から見たときに、前記第１線分を挟むように前記第３方向において隣り合う２つの前記熱電変換素子の一方の前記熱電変換素子の前記第１側面、および他方の前記熱電変換素子の前記第２側面に面しており、かつ前記第２方向において前記第２主面から前記第１距離よりも離れた領域には第２空間が形成されており、
前記第１方向から見たときに、前記第２線分を挟むように前記第３方向において隣り合う２つの前記熱電変換素子の一方の前記熱電変換素子の前記第１側面および他方の前記熱電変換素子の前記第２側面に面しており、かつ前記第２方向において前記第２主面から前記第１距離よりも離れた領域には第３空間が形成されており、
前記第１空間は、前記第２空間および前記第３空間のいずれよりも前記第１方向に垂直な断面の面積が大きい、請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記複数の突起部の前記第２方向における長さは、前記第１距離超えである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記複数の突起部の前記底部の前記第３方向における幅は、前記頂部の前記第３方向における幅以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記第３方向に沿って並んで形成された複数の前記熱電変換素子からなる第１の熱電変換素子群と、
前記第３方向に沿って並んで形成された複数の前記熱電変換素子からなり、かつ前記第１方向において前記第１の熱電変換素子群と隣り合う第２の熱電変換素子群とを備え、
前記第１の熱電変換素子群および前記第２の熱電変換素子群は、前記第１方向から見たときに、それぞれの前記熱接点が前記第３方向において交互に形成されており、
前記複数の突起部は、前記第１方向から見たときに、前記第３方向において隣り合う前記第１の熱電変換素子群の前記熱接点と前記第２の熱電変換素子群の前記熱接点との間を前記第１線分および前記第２線分が通るように形成されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記第１枠体および前記第２枠体は、前記第１方向に延在する管部であり、
前記第１枠体は、前記第２枠体の内部に収容されており、
前記第１主面は前記第１枠体の外周面であり、前記第２主面は前記第２枠体の内周面である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
第１方向に流通する流体の熱を電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールの製造方法であって、
前記第１方向に延在する第１主面を有し、前記第１主面上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成されている第１枠体を準備する工程と、
前記第１方向に延在する第２主面を有し、前記第２主面上に複数の突起部が形成されている第２枠体を準備する工程と、
前記第１主面と前記第２主面とが前記第１方向に交差する第２方向において向き合うように前記第１枠体と前記第２枠体とを固定する工程とを備え、
前記第１枠体を準備する工程では、前記第１主面上に形成されている冷接点と、前記第２方向において前記冷接点から第２距離を隔てて形成されている熱接点と、前記熱接点と前記冷接点との間に位置する第１側面および第２側面とを含む前記熱電変換素子が形成され、前記第１側面と前記第２側面とは、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向において互いに間隔を隔てて形成されており、
前記第２枠体を準備する工程では、前記第１方向から見たときに、前記第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部と第２突起部とを含む前記複数の突起部が形成され、前記第１突起部および前記第２突起部は、それぞれ前記第２主面と接続されている底部と、前記底部よりも前記第１主面側に位置する頂部とを有し、
前記固定する工程では、
前記第１突起部と前記第１側面とが前記第２方向において間隔を隔てて配置されるとともに、前記第２突起部と前記第２側面とが前記第２方向において間隔を隔てて配置され、
かつ、前記熱接点が、前記第１方向から見たときに、前記第１突起部の前記底部と前記頂部とを通り前記第２方向に沿って延びる第１線分と、前記第２突起部の前記底部と前記頂部とを通り前記第２方向に沿って延びる第２線分との間に位置するように、前記第１枠体と前記第２枠体とが位置決めされ、
かつ、前記第１側面と前記第１突起部の前記頂部との最短距離と、前記第２側面と前記第２突起部の前記頂部との最短距離との各々が、前記熱接点と前記第２主面との最短距離よりも短くなるように、前記第１枠体と前記第２枠体とが位置決めされる、熱電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化等、地球環境の問題が叫ばれる中、未利用熱の利用に関心が高まっている。排熱からエネルギー回収出来る技術の１つとして、熱電素子により形成された熱電変換モジュールを用いた熱電発電がある。熱電発電によれば、タービンエンジンにより発生した排気からの廃熱を有用な電気に変換することができる。この場合、熱電変換モジュールは、例えば排気が流される排気管（ケース）の壁面に固定される。熱電変換モジュールの熱接点は、例えば排気管の壁面から熱電素子の寸法の分だけ離れた位置に形成されている。【０００３】
特開２０１２−３９８５８号公報には、排熱の乱流を生じさせるため、ケースの壁面に固定された複数の熱電素子からなる乱流装置を含んだシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３９８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気管内の壁面に近い領域は中央部と比べて流路抵抗が高い。そのため、排気管の壁面に固定されている従来の熱電変換モジュールでは、熱電変換モジュールの周囲の排気の流速および温度が低下する。その結果、排気管内における最高温を熱接点の周囲に形成することが困難であり、熱接点と冷接点との間の温度差を十分に大きくすることができないという問題があった。【０００６】
一方、特開２０１２−３９８５８号公報に記載のシステムでは、乱流装置により熱接点および冷接点の周囲に乱流が形成される。そのため、各熱電素子の熱接点以外の部分（側面等）にも排気が当たることになる。排気管内における最高温を熱接点の周囲に形成することが困難であり、熱接点と冷接点との間の温度差を十分に大きくすることができないという問題があった。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、熱接点と冷接点との間の温度差を十分に大きくすることができる熱電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱電変換モジュールは、第１方向に流通する流体の熱を電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールである。本発明に係る熱電変換モジュールは、第１方向に延在する第１主面を有する第１枠体と、第１方向と交差する第２方向において第１主面と向き合うとともに、第１方向に延在する第２主面を有する第２枠体と、第１主面上に形成されている少なくとも１つの熱電変換素子と、第２主面上に形成されている複数の突起部とを備える。熱電変換素子は、第１主面上に形成されている冷接点と、冷接点よりも第２主面側に位置し、かつ第２方向において第２主面から第１距離を隔てて形成されている熱接点と、熱接点と冷接点との間に位置する第１側面および第２側面とを含む。第１側面と第２側面とは、第１方向および第２方向と交差する第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている。複数の突起部は、第１方向から見たときに、第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部と第２突起部とを含む。第１突起部は、第２方向において第１側面と間隔を隔てて形成されている。第２突起部は、第２方向において第２側面と間隔を隔てて形成されている。第１突起部および第２突起部は、それぞれ第２主面と接続されている底部と、底部よりも第１主面側に位置する頂部とを有する。熱接点は、第１方向から見たときに、第１突起部の底部と頂部とを通り第２方向に沿って延びる第１線分と、第２突起部の底部と頂部とを通り第２方向に沿って延びる第２線分との間に位置するように形成されている。第１側面と第１突起部の頂部との最短距離と第２側面と第２突起部の頂部との最短距離の各々は、上記第１距離よりも短い。【０００９】
本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法は、第１方向に流通する流体の熱を電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールの製造方法であって、第１方向に延在する第１主面を有し、第１主面上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成されている第１枠体を準備する工程と、第１方向に延在する第２主面を有し、第２主面上に複数の突起部が形成されている第２枠体を準備する工程と、第１主面と第２主面とが第１方向に交差する第２方向において向き合うように第１枠体と第２枠体とを固定する工程とを備える。第１枠体を準備する工程では、第１主面上に形成されている冷接点と、第２方向において冷接点から第２距離を隔てて形成されている熱接点と、熱接点と冷接点との間に位置する第１側面および第２側面とを含む熱電変換素子が形成され、第１側面と第２側面とは、第１方向および第２方向と交差する第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている。第２枠体を準備する工程では、第１方向から見たときに、第３方向において互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部と第２突起部とを含む複数の突起部が形成され、第１突起部および第２突起部は、それぞれ第２主面と接続されている底部と、底部よりも第１主面側に位置する頂部とを有する。固定する工程では、第１突起部と第１側面とが第２方向において間隔を隔てて配置されるとともに、第２突起部と第２側面とが第２方向において間隔を隔てて配置される。さらに、固定する工程では、熱接点が、第１方向から見たときに、第１突起部の底部と頂部とを通り第２方向に沿って延びる第１線分と、第２突起部の底部と頂部とを通り第２方向に沿って延びる第２線分との間に位置するように、第１枠体と第２枠体とが位置決めされる。さらに、固定する工程では、第１側面と第１突起部の頂部との最短距離と第２側面と第２突起部の頂部との最短距離との各々が、熱接点と第２主面との最短距離よりも短くなるように、第１枠体と第２枠体とが位置決めされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱接点と冷接点との間の温度差を十分に大きくすることができる熱電変換モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る熱電変換モジュールを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの第１方向に垂直な断面図である。
【図３】図２に示す熱電変換モジュールの部分拡大図である。
【図４】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの側面図である。
【図５】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法のフローチャートである。
【図６】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る熱電変換モジュールを示す斜視図である。
【図１２】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの第１方向に垂直な断面図である。
【図１３】図１２に示す熱電変換モジュールの部分拡大図である。
【図１４】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの側面図である。
【図１５】図１４中の線分ＸＶ−ＸＶから見た端面図である。
【図１６】図１４中の線分ＸＶＩ−ＸＶＩから見た端面図である。
【図１７】実施の形態３に係る熱電変換モジュールの第１方向Ａに垂直な断面図である。
【図１８】実施の形態３に係る熱電変換モジュールを示す端面である。
【図１９】実施の形態３に係る熱電変換モジュールを示す端面図である。
【図２０】実施の形態４に係る熱電変換モジュールの断面図である。
【図２１】図２０に示す熱電変換モジュールの部分拡大図である。
【図２２】実施の形態５に係る熱電変換モジュールの断面図である。
【図２３】実施の形態１〜５に係る熱電変換モジュールの変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
＜熱電変換モジュールの構成＞
図１〜図３を参照して、実施の形態１に係る熱電変換モジュール１００について説明する。熱電変換モジュール１００は、第１方向Ａに沿って流通する熱媒体と冷却媒体との間に形成される温度差を熱電素子に与え、これにより熱電素子に生じた熱起電力を取り出すものである。図２、図３は、熱電変換モジュール１００の第１方向Ａに垂直な断面図である。
【００１４】
熱電変換モジュール１００は、第１枠体としての内管１と、第２枠体としての外管２と、複数の熱電変換素子３と、複数の突起部４とを主に備える。１つの熱電変換素子３は、いわゆるπ型熱電変換素子であり、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７（熱接点）、および配線８（冷接点）を含む。実施の形態１において、内管１および外管２の軸方向が第１方向Ａである。内管１および外管２の径方向が第２方向Ｂ（図３参照）である。内管１および外管２の周方向が第３方向Ｃである。
【００１５】
内管１は、外管２に収容されている。内管１と外管２とは、例えば中心軸Ｏ（図２参照）が重なるように形成されている。内管１の外周面と外管２の内周面とは、第２方向Ｂにおいて対向している。内管１の外周面と外管２の内周面との間に形成される空間に、熱媒体が流通される。内管１の内部空間に、冷却媒体が流通される。内管１および外管２の第１方向Ａに垂直な断面形状は、任意の形状であればよいが、例えば内管１が六角形、外管２が円形である。内管１の外周面は、絶縁膜９により覆われている。外管２の内周面には、板部１０が固定されている。板部１０は、一部が残部よりも突起しており、当該残部が外管２の内周面に固定されている。すなわち、板部１０は、突起部４（上記一部）と谷部１１（上記残部）とを有している（詳細は後出する）。ここで、内管１の外周面を覆う絶縁膜９の表面を第１主面とよぶ。また、外管２の内周面に固定された板部１０の谷部１１の内周面を第２主面とよぶ。内管１の上記断面形状が六角形の場合、第１主面は６つの平面を有している。
【００１６】
図１〜図３に示されるように、複数の熱電変換素子３の各々は、上記第１主面の各平面上に形成されている。複数の熱電変換素子３は、例えば第１方向Ａにおいて周期的に形成されている。複数の熱電変換素子３は、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて並んで形成された複数の熱電変換素子３ａを含む。言い換えると、複数の熱電変換素子３は、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて並んで形成された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群を含む。第１の熱変換素子群を構成する熱電変換素子３ａの数は、例えば内管１の第１方向Ａに垂直な断面形状の頂点の数に等しい。
【００１７】
図１に示されるように、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいてそれぞれ複数形成されている。上記第１の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいて互いに間隔を隔てて形成されている。
【００１８】
図３、図４に示されるように、第１の熱電熱変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａは、互いに同等の構成を備えている。言い換えると、複数の熱電変換素子３は、中心軸Ｏの周りに回転対称となるように形成されている。
【００１９】
図３、図４に示されるように、複数の熱電変換素子３ａの各々は、ｐ型熱電素子５ａ、ｎ型熱電素子６ａ、電極７ａ、および配線８ａを含んでいる。複数の熱電変換素子３ａの各々のｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａは、上記第１主面の同一平面上に形成されている。ｐ型熱電素子５ａとｎ型熱電素子６ａとは第３方向Ｃにおいて複数形成されている。複数のｐ型熱電素子５ａとｎ型熱電素子６ａとは、第３方向Ｃにおいて交互に配置されている。ｐ型熱電素子５ａは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ａのうちより近くに位置する一方のｎ型熱電素子６ａと電極７ａを介して接続されている。ｐ型熱電素子５ａは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ａのうち電極７ａを介して接続されていない他方のｎ型熱電素子６ａと配線８ａを介して接続されている。配線８ａは、絶縁膜９上において、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて複数形成されている。上記第１の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａは、電気的に直列に接続されている。ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａは、電極７ａと接続されている一端と、配線８ａと接続されている他端との間に位置する第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅを有している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記第１主面に対して傾斜している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記一端と鈍角を成すとともに、上記他端と鋭角を成すように形成されている。
【００２０】
図４を参照して、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいて配線８ｃを介して接続されている。配線８ｃは、第１方向Ａにおいて隣り合う２つの熱電変換素子３ａを電気的に直列に接続している。具体的には、配線８ｃは、第１方向Ａにおいて隣り合う配線８ａと配線８ａとを接続している。配線８ｃと接続された一方の配線８ａは、第１方向Ａにおいて隣り合う２つの熱電変換素子３ａのうちの一方の熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。配線８ｃと接続された他方の配線８ａは、第１方向Ａにおいて隣り合う２つの熱電変換素子３ａのうちの他方の熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａのみと接続されている。異なる観点から言えば、配線８ｃと接続された配線８ａは、第３方向Ｃに沿って並んで配置されておりかつ電気的に直列に接続されている複数の熱電変換素子３ａにおいて、一方端を構成している。
【００２１】
さらに、上記第１の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいて複数形成されている。複数の第１の熱電変換素子群は、第１方向Ａに形成されている。複数の第１の熱電変換素子群は、配線８ｃを介して互いに電気的に直列に接続されている。電気的に直列に接続されている複数の熱電変換素子３の両端は、取り出し配線用電極１３，１４に接続されている。取り出し配線用電極１３と接続された配線８ａは、配線８ｃと接続された配線８ａと第３方向Ｃにおいて隣接しており、ｎ型熱電素子６ａのみと接続されている。取り出し配線用電極１４と接続された配線８ａは、配線８ｃと接続された配線８ａと第３方向Ｃにおいて隣接しており、ｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。配線８ｃ，８ｄ、取り出し配線用電極１３，１４は、いずれも配線８ａと同様に絶縁膜９上に形成されている。取り出し配線用電極１３，１４には、熱電変換モジュール１００の外部に引き回された取り出し配線（図示しない）が接合されている。
【００２２】
図３に示されるように、電極７ａは、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａと接合されている面と反対側に位置する面７ｃ（後述する第１空間Ｓ１に面している面）が、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から第１距離Ｌ１を隔てて形成されている。第１距離Ｌ１は、熱接点としての電極７ａと上記第２主面との最短距離である。電極７ａは、例えば面７ｃが第２方向Ｂに対し直交するように形成されている。電極７ａは、例えば面７ｃの第３方向Ｃにおける端点Ｇ，Ｌと中心軸Ｏ（図２参照）との距離が等しくなるように形成されている。さらに、複数の電極７ａは、例えば端点Ｇ，Ｌと中心軸Ｏ（図２参照）との距離と、他の電極７ａの面７ｃの第３方向Ｃにおける端点Ｔと中心軸Ｏとの距離とが等しくなるように形成されている。
【００２３】
図１〜図３に示されるように、複数の突起部４は、上記第２主面上に形成されている。複数の突起部４は、第１方向Ａに沿って延びるように形成されている。複数の突起部４の第１方向Ａにおける一方端は、例えば複数の熱電変換素子３において引き出し配線用電極１３と接続されている熱電変換素子３ａに対し、引き出し配線用電極１４と接続されている熱電変換素子３ａとは反対側に形成されている。複数の突起部４の第１方向Ａにおける他方端は、例えば複数の熱電変換素子３において引き出し配線用電極１４と接続されている熱電変換素子３ａに対し、引き出し配線用電極１３と接続されている熱電変換素子３ａとは反対側に形成されている。複数の突起部４は、第３方向Ｃにおいて互いに間隔を隔てて形成されている。複数の突起部４は、それぞれ上記第２主面と接続されている底部と、底部よりも上記第１主面側に位置する頂部とを有している。複数の突起部４は、例えば頂部と中心軸Ｏを結ぶ線分に対して線対称に設けられている。複数の突起部４は、例えば第１方向Ａに垂直な断面形状がＶ字状である。複数の突起部４は、第３方向Ｃにおける幅が第２方向Ｂにおいて内側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。複数の突起部４は、各突起部４の底部および頂部を通り内管１および外管２の中心軸Ｏまで延びる各線分、すなわち各突起部４の底部および頂部を通り第２方向Ｂに沿って延びる線分が、いずれも電極７と重ならないように形成されている。
【００２４】
図２に示されるように、複数の突起部４のうち、第３方向Ｃにおいて隣り合う第１突起部４１および第２突起部４２は、第１突起部４１の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第１線分Ｄと、第２突起部４２の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第２線分Ｅとが、第３方向Ｃにおいて１つの電極７ａを挟むように形成されている。異なる観点から言えば、各電極７は、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つの突起部４の上記線分間に位置するように形成されている。熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、突起部４の上記各線分は、熱電変換素子３のｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅと交差するように形成されていない。
【００２５】
複数の突起部４は、例えばそれぞれ同一の形状および寸法を有している。複数の突起部４の第３方向Ｃにおける幅は、第３方向Ｃにおいて隣り合う突起部４の底部間の間隔（谷部１１の第３方向Ｃにおける幅）よりも短い。
【００２６】
図３に示されるように、第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ２は、上記第１距離Ｌ１未満である。第２突起部４２の頂部と当該熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ４は、上記距離Ｌ１未満である。異なる観点から言えば、第２方向Ｂにおける第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離、すなわち第１線分Ｄ上における第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。また、第２方向Ｂにおける第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの距離、すなわち第２線分Ｅ上における第１突起部４２の頂部と熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。距離Ｌ２と距離Ｌ４は、例えば上記距離Ｌ１未満である。複数の突起部４の第２方向Ｂにおける長さＬ１０、すなわち谷部１１から突起部４の頂部までの距離Ｌ１０は、例えば上記距離Ｌ１よりも長い。好ましくは、上記距離Ｌ２と上記距離Ｌ４との和が、上記距離Ｌ１未満である。
【００２７】
図２および図３に示されるように、１つの熱電変換素子３ａの周囲には、第１突起部４１および第２突起部４２により、主に第１〜第３空間が形成されている。第１空間Ｓ１，第２空間Ｓ２，第３空間Ｓ３は、いずれも第１方向Ａに延在している。
【００２８】
図２および図３に示されるように、第１空間Ｓ１は、熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、上記第１突起部４１の第１線分Ｄと上記第２突起部４２の第２線分Ｅとの間に位置している。同時に、第１空間Ｓ１は、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から距離Ｌ１以内に位置している。言い換えると、第１空間Ｓ１は、電極７ａよりも第２方向Ｂにおいて外周側に位置する空間および、中心軸Ｏを中心として電極７ａの面７ｃの端点Ｇ，Ｌを通る円の外側に位置する空間である。当該円弧は、第１突起部４１との交点Ｈおよび第２突起部４２との交点Ｍを有する。よって、第１空間Ｓ１は、第３方向Ｃにおいて第１突起部４１と第２突起部４２とに挟まれている。１つの電極７ａは、１つの第１空間Ｓ１に面している。
【００２９】
図２および図３に示されるように、第２空間Ｓ２は、熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、第１線分Ｄを挟むように第３方向Ｃにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３ａの第１側面、および他方の熱電変換素子３ａの第２側面に面しており、かつ第２方向Ｂにおいて上記第２主面から第１距離Ｌ１よりも離れた領域に配置されている。同時に、第２空間Ｓ２は、第１突起部４１の頂部に面している。第２空間Ｓ２は、中心軸Ｏを中心として上記一方の熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第１側面５Ｅ側に位置する端部Ｇを通る円の内部に位置する空間と、中心軸Ｏを中心として上記他方の熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第２側面６Ｅ側に位置する端部Ｉを通る円の内部に位置する空間とからなっている。
【００３０】
図２および図３に示されるように、第３空間Ｓ３は、熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、上記第２線分Ｅを挟むように第３方向Ｃにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３ａの第１側面および他方の熱電変換素子３ａの第２側面に面しており、かつ第２方向Ｂにおいて上記第２主面から第１距離Ｌ１よりも離れた領域に配置されている。同時に、第３空間Ｓ３は、第２突起部４２の頂部に面している。第３空間Ｓ３は、中心軸Ｏを中心として上記一方の熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第２側面６Ｅ側に位置する端部Ｌを通る円の内部に位置する空間と、中心軸Ｏを中心として上記他方の熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第１側面５Ｅ側に位置する端部Ｔを通る円の内部に位置する空間とからなっている。
【００３１】
第１空間Ｓ１は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３の各々よりも第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きい。各空間の第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きいほど、第１方向Ａに沿って流通する流体が各空間を流通する際に受ける抵抗は小さくなる。そのため、熱電変換モジュール１００において、流体が第１空間Ｓ１を流通する際に受ける抵抗は、第２空間Ｓ２または第３空間Ｓ３を流通する際に受ける抵抗よりも小さい。これにより、内管１と外管２との間を流通する流体の主流は、第２空間Ｓ２または第３空間Ｓ３ではなく、第１空間Ｓ１を流通することになる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と、第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成されるため、熱電変換素子３は高い熱電効率を有している。
【００３２】
複数の突起部４は、上記構成を有している限りにおいて、任意の構成を有していればよい。複数の突起部４は、例えば板部１０が折り曲げられることにより形成された突起と、該突起のＶ字状の端面を塞ぐ扇状の板材とにより構成されている。複数の突起部４の内部には、内管１と外管２との間に形成される熱媒体の流路と隔絶されている空間が形成されている。複数の突起部４は、板部１０において突起以外の部分が外管２の内周面と接続され、固定されている。
【００３３】
また、内管１を構成する材料は、冷却媒体に対し耐性を有する任意の材料であればよいが、例えば銅やアルミ等の金属である。外管２を構成する材料は、熱媒体に対し耐性を有する任意の材料であればよいが、例えば銅やアルミ等の金属である。突起部４を構成する材料は、例えば、ばね鋼、またはステンレス等の金属材料である。ｐ型熱電素子５を構成する材料は、任意のｐ型半導体材料であればよい。ｎ型熱電素子６を構成する材料は、任意のｎ型半導体材料であればよい。ｐ型熱電素子５を構成する材料およびｎ型熱電素子６を構成する材料は、例えばＢｉ-Ｔｅ，Ｐｂ-Ｔｅ，Ｍｇ2Ｓｉ，ＭｎＳｉなどの熱電半導体である。電極７および配線８を構成する材料は、導電性を有するに任意の材料であればよいが、例えばＣｕ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ等の金属である。なお、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７および配線８を構成する各材料が熱媒体に対して耐性を有していない場合には、これらの表面に熱媒体に対して耐性を有している材料からなる被覆膜が形成されていてもよい。当該被覆膜は、例えばガラスコートされていてもよい。
＜熱電変換モジュールの作用効果＞
実施の形態１に係る熱電変換モジュール１００によれば、内管１（第１枠体）と、外管２（第２枠体）と、内管１の第１主面上に形成されている複数の熱電変換素子３と、外管２の第２主面上に形成されている複数の突起部４とを備える。熱電変換素子３は、第１主面上に形成されている配線８（冷接点）と、配線８よりも第２主面側に位置し、かつ第２方向Ｂにおいて第２主面から距離Ｌ１を隔てて形成されている電極７（熱接点）と、電極７と配線８との間に位置する第１側面および第２側面とを含む。第１側面は、第３方向Ｃにおいて第２側面の反対側に形成されている。複数の突起部４は、第１方向Ａから見たときに、第３方向Ｃにおいて互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部４１と第２突起部４２とを含む。第１突起部４１および第２突起部４２は、それぞれ第２主面と接続されている底部と、底部よりも第１主面側に位置する頂部とを有する。電極７は、熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、第１突起部４１の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第１線分Ｄと、第２突起部４２の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第２線分Ｅとの間に位置するように形成されている。第１側面と第１突起部４１の頂部との最短距離Ｌ２、および第２側面と第２突起部４２の頂部との最短距離Ｌ４は、電極７と第２主面との距離Ｌ１よりも短い。
【００３４】
上記距離Ｌ１および上記最短距離Ｌ２，Ｌ４は、上記第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２の第１方向Ａに垂直な断面の面積と相関し得る。そのため、上記のような熱電変換モジュール１００によれば、上記距離Ｌ１が上記最短距離Ｌ２，Ｌ４よりも長いため、第１空間Ｓ１は第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３の各々よりも第１方向Ａに垂直な断面積が大きい。
【００３５】
そのため、流体が第１空間Ｓ１を流通する際に受ける抵抗は、第２空間Ｓ２を流通する際に受ける抵抗よりも小さく抑えられている。これにより、内管１と外管２との間を流通する流体の主流は、第２空間Ｓ２ではなく、第１空間Ｓ１を流通することになる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成される。そのため、熱電変換モジュール１００は、上記のような突起部４が形成されていない従来の熱電変換モジュールと比べて発電量が多い。
【００３６】
また、熱電変換モジュール１００は、複数の熱電変換素子３が内管１および外管２の周方向（第３方向Ｃ）に沿って並んで配置されている。この場合、第１方向Ａに沿って流通する熱媒体は第３方向Ｃにおいて等方的に分散されるため、各熱電変換素子３に形成される温度差のばらつきを小さくすることができる。また、熱電変換モジュール１００によれば当該温度差が相対的に小さく発電量が少ない部分が形成され難いため、各熱電変換素子３を電気的に直列に接続した場合にも、効率良く発電することができる。
【００３７】
また、複数の突起部４は、第１方向Ａに垂直な断面形状がＶ字形状である。そのため、複数の突起部４は、例えば板部１０に対するプレス成形により、容易に形成され得る。
【００３８】
また、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの第１側面および第２側面が内管１の上記第１主面に対し鋭角を成すように傾斜しているため、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの第１側面および第２側面が当該第１主面に対し垂直に形成されている場合（後述する実施の形態３）と比べて、第３方向Ｃにおいて隣り合う電極７ａ，７ａ間の距離を長くすることができる。そのため、このような熱電変換モジュール１００の製造方法（詳細は後述する）では、工程（Ｓ２０）において要求される突起部４の加工精度、および工程（Ｓ３０）において要求される内管１と外管２との位置合わせ精度を、緩和することができる。
【００３９】
また、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６において配線８と接続されている上記他端は、配線８の形状に応じた切削加工が施されている。そのため、熱電変換モジュール１００は、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６と配線８との接合密着性が高く、信頼性が高い。
【００４０】
また、内管１の外周面上に形成された熱電変換素子３は、被覆膜により覆われている。そのため、熱電変換素子３は熱媒体による劣化が抑制されており、熱電変換モジュール１００は耐久性が高い。
【００４１】
また、熱電変換素子３は外管２と接続されていない。そのため、熱電変換素子３が外管２と接続されている場合と比べて、熱電変換素子３に生じた応力を容易に解放することができる。例えば、熱電変換素子３に温度差が加えられたときには、熱電変換素子３を構成する各材料の線膨張係数の違いにより熱電変換素子３には応力が発生する。特に、熱電変換モジュール１００は上記構成を備えることにより、熱電変換素子３の電極７と配線８との間の温度差が大きくなるため、熱電変換素子３には大きな応力が生じ得る。これに対し、熱電変換素子３は外管２と接続されていないため、当該応力を解放することができる。その結果、熱電変換モジュール１００は、熱応力に対する信頼性が高い。
【００４２】
なお、上記距離Ｌ１０は長い程好ましい。上記距離Ｌ１０が長くするほど、上記第２空間を狭小化することができる。
【００４３】
好ましくは、第１側面５Ｅと第１突起部４１の頂部との最短距離Ｌ２、および第２側面６Ｅと第２突起部４２の頂部との最短距離Ｌ４との和が、上記電極７（熱接点）と第２主面との距離Ｌ１よりも短い。このようにすれば、上記距離Ｌ２および上記距離Ｌ４の各々が上記距離Ｌ１よりも短いが上記距離Ｌ２と上記距離Ｌ４の和が上記距離Ｌ１よりも長い場合と比べて、第１空間Ｓ１の第１方向Ａに垂直な断面積が第２空間Ｓ２の第１方向Ａに垂直な断面積よりもさらに大きくなる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成され得る。
＜熱電変換モジュールの製造方法＞
次に、図５〜図１０を参照して、実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法は、複数の熱電変換素子３が形成されている内管１（第１枠体）を準備する工程（Ｓ１０）と、複数の突起部４が形成されている外管２（第２枠体）を準備する工程（Ｓ２０）と、内管１と外管２とを固定する工程（Ｓ３０）とを備える。
【００４４】
工程（Ｓ１０）では、まず内管１が準備される。内管１の軸方向が第１方向Ａに、周方向が第３方向Ｃに沿っている。次に、内管１の外周面を覆うように絶縁膜９が形成される。次に、絶縁膜９上に配線８（配線８ａ，８ｃ）および取り出し配線用電極１３，１４が形成される。具体的には、配線８および取り出し配線用電極１３，１４は、例えば絶縁膜９を覆うように導電膜が形成された後、当該導電膜が任意の方法によりパターニング加工されることにより形成される。複数の配線８ａは、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて形成されている。複数の配線８ｃは、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて形成されている。複数の配線８ａと複数の配線８ｃとは、第１方向Ａにおいて交互に形成されている。
【００４５】
次に、上記内管１上に、複数の熱電変換素子３が形成される。具体的には、図６に示されるように、板状のｐ型熱電半導体材料およびｎ型熱電半導体材料がブレード２０により切断される。ブレード２０は、例えばＶ字状の刃面を有している。これにより、断面形状が台形状である複数のｐ型熱電半導体材料片および複数のｎ型熱電半導体材料片が形成される。複数のｐ型熱電半導体材料片およびｎ型熱電半導体材料片の切断面は、切断されていない面に対して傾斜している。次に、図７に示されるように、複数のｐ型熱電半導体材料片およびｎ型熱電半導体材料片の端面が例えば切削加工される。当該切削加工により、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａにおいて電極７と接続される上記一端および配線８と接続される上記他端が形成される。このようにして、複数のｐ型熱電素子５ａ、および複数のｎ型熱電素子６ａが形成される。次に、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの各一端が電極７ａにより接続される。
【００４６】
次に、電極７ａを介して接続されたｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの各他端が、内管１の絶縁膜９上に形成されている配線８ａに接続される。当該接続方法は、例えばろう付けである。このようにして、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７および配線８により構成される複数の熱電変換素子３が絶縁膜９の外周面（第１主面）上に形成された内管１が準備される。
【００４７】
このとき、電極７は、第２方向Ｂにおいて配線８から距離を隔てて形成される。例えば、電極７ａは、第２方向Ｂにおいて配線８から間隔（第２距離）を隔てて形成される。また、電極７と配線８との間には、第１側面と、第２側面とが形成される。
【００４８】
次に、取り出し配線用電極１３，１４に、取り出し配線（図示しない）が接合される。さらに、本工程（Ｓ１０）では、取り出し配線が接合された後、内管１の外周面上に形成された各部材上に、被覆膜（図示しない）が形成される。被覆膜は、内管１の外周面と外管２の内周面との間に形成される上記第１空間Ｓ１などに流通する熱媒体に対し、耐性を有する任意の材料で構成されている。被覆膜は、例えば内管１の内周面側を保護した状態で内管１の外周面側をガラスコート剤の液槽に浸漬させ、乾燥させることにより形成される。
【００４９】
工程（Ｓ２０）では、まず外管２および板部１０が準備される。板部１０は、平板状に形成されている。次に、図８に示されるように、板部１０が折り曲げ加工される。このとき、板部１０は、複数の山折り線および複数の谷折り線に沿って折り曲げ加工される。複数の山折り線および複数の谷折り線は、それぞれ１つの方向に沿って延びるように形成されている。山折り線は、２つの谷折り線に挟まれている。これにより、当該山折り線を稜線とする複数の突起部４と、当該１つの方向に垂直な方向において隣り合う谷折り線に挟まれた複数の谷部１１とが形成される。突起部４と谷部１１とは、当該１つの方向に垂直な方向において交互に形成される。次に、図９に示されるように、板部１０が環状に曲げ加工される。このとき、板部１０は、複数の突起部４の頂点（稜線）が内側を向くように、かつ当該稜線が軸方向に沿うように、言い換えると複数の突起が周方向に並ぶように曲げられる。次に、複数の突起部４のＶ字状の端面が、扇状の板材により塞がれる。次に、図１０に示されるように、板部１０の谷部１１が外管２の内周面に接続され、固定される。これにより、谷部１１の内周面（第２主面）上に複数の突起部４が形成されている外管２が準備される。
【００５０】
工程（Ｓ３０）では、熱電変換モジュール１００を第１方向Ａから見たときに、電極７ａが上記第１線分Ｄと上記第２線分Ｅとの間に位置するように、内管１と外管２とが位置決めされる。言い換えると、電極７ｂが上記第２線分Ｅと上記第３線分Ｆとの間に位置するように、内管１と外管２とが位置決めされる。さらに、上記距離Ｌ２，Ｌ４が、上記距離Ｌ１よりも短くなるように、内管１と外管２とが位置決めされる。これにより、実施の形態１に係る熱電変換モジュール１００が製造される。
【００５１】
なお、複数の熱電変換素子３ａの各々において、第３方向Ｃにおいて隣り合う上記第１主面の２つの平面のうち一方の平面上にｐ型熱電素子５ａが形成され、他方の平面上にｎ型熱電素子６ａが形成されていてもよい。
【００５２】
（実施の形態２）
＜熱電変換モジュールの構成＞
図１１〜図１６を参照して、実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１について説明する。熱電変換モジュール１０１は、第１方向Ａに沿って流通する熱媒体と冷却媒体との間に形成される温度差を熱電素子に与え、これにより熱電素子に生じた熱起電力を取り出すものである。図１２、図１３、図１５、および図１６は、熱電変換モジュール１０１の第１方向Ａに垂直な断面図である。図１４は、熱電変換モジュール１０１の側面図である。
【００５３】
熱電変換モジュール１０１は、第１枠体としての内管１と、第２枠体としての外管２と、複数の熱電変換素子３と、複数の突起部４とを主に備える。１つの熱電変換素子３は、いわゆるπ型熱電変換素子であり、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７、および配線８を含む。実施の形態１において、内管１および外管２の軸方向が第１方向Ａである。内管１および外管２の径方向が第２方向Ｂ（図１３参照）である。内管１および外管２の周方向が第３方向Ｃである。
【００５４】
内管１は、外管２に収容されている。内管１と外管２とは、例えば中心軸Ｏ（図１２参照）が重なるように形成されている。内管１の外周面と外管２の内周面とは、第２方向Ｂにおいて対向している。内管１の外周面と外管２の内周面との間に形成される空間に、熱媒体が流通される。内管１の内部空間に、冷却媒体が流通される。内管１および外管２の第１方向Ａに垂直な断面形状は、任意の形状であればよいが、例えば内管１が六角形、外管２が円形である。内管１の外周面は、絶縁膜９により覆われている。外管２の内周面には、板部１０が固定されている。板部１０は、一部が残部よりも突起しており、当該残部が外管２の内周面に固定されている。すなわち、板部１０は、突起部４（上記一部）と谷部１１（上記残部）とを有している（詳細は後出する）。ここで、内管１の外周面を覆う絶縁膜９の表面を第１主面とよぶ。また、外管２の内周面に固定された板部１０の谷部１１の内周面を第２主面とよぶ。内管１の上記断面形状が六角形の場合、第１主面は６つの平面を有している。
【００５５】
図１１〜図１６に示されるように、複数の熱電変換素子３は、上記第１主面上に形成されている。複数の熱電変換素子３は、例えば第１方向Ａおよび第３方向Ｃにおいて周期的に形成されている。複数の熱電変換素子３は、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて並んで形成された複数の熱電変換素子３ａ，３ｂを含む。言い換えると、複数の熱電変換素子３は、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて並んで形成された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群と、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて並んで形成された複数の熱電変換素子３ｂからなる第２の熱電変換素子群とを含む。第１の熱変換素子群を構成する熱電変換素子３ａおよび第２の熱変換素子群を構成する熱電変換素子３ｂの数は、例えば内管１の第１方向Ａに垂直な断面形状の頂点の数に等しい。
【００５６】
図１１および図１４に示されるように、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群と、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ｂからなる第２の熱電変換素子群とは、第１方向Ａにおいてそれぞれ複数形成されている。上記第１の熱電変換素子群と上記第２の熱電変換素子群とは、第１方向Ａにおいて互いに間隔を隔てて交互に形成されている。なお、図１４では、説明の便宜上、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６にそれぞれ異なる点ハッチングを施し、配線８に線ハッチングを施している。
【００５７】
図１３〜図１６に示されるように、第１の熱電熱変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａは、互いに同等の構成を備えている。第２の熱電熱変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ｂは、互いに同等の構成を備えている。言い換えると、複数の熱電変換素子３は、中心軸Ｏの周りに回転対称となるように形成されている。熱電変換素子３ａと熱電変換素子３ｂとは、基本的に同様の構成を備えている。
【００５８】
図１３〜図１６に示されるように、熱電変換素子３ａは、ｐ型熱電素子５ａ、ｎ型熱電素子６ａ、電極７ａ、および配線８ａを含んでいる。ｐ型熱電素子５ａとｎ型熱電素子６ａとは第３方向Ｃにおいて複数形成されている。複数のｐ型熱電素子５ａとｎ型熱電素子６ａとは、第３方向Ｃにおいて交互に配置されている。ｐ型熱電素子５ａは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ａのうちより近くに位置する一方のｎ型熱電素子６ａと電極７ａを介して接続されている。ｐ型熱電素子５ａは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ａのうち電極７ａを介して接続されていない他方のｎ型熱電素子６ａと配線８ａを介して接続されている。配線８ａは、絶縁膜９上において、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて複数形成されている。上記第１の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａは、電気的に直列に接続されている。ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａは、電極７ａと接続されている一端と、配線８ａと接続されている他端との間に位置する第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅとを有している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記第１主面に対して傾斜している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記一端と鈍角を成すとともに、上記他端と鋭角を成すように形成されている。
【００５９】
図１３〜図１６に示されるように、熱電変換素子３ｂは、ｐ型熱電素子５ｂ、ｎ型熱電素子６ｂ、電極７ｂ、および配線８ｂを含んでいる。ｐ型熱電素子５ｂとｎ型熱電素子６ｂとは第３方向Ｃにおいて複数形成されている。複数のｐ型熱電素子５ｂとｎ型熱電素子６ｂとは、第３方向Ｃにおいて交互に配置されている。ｐ型熱電素子５ｂは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ｂのうちより近くに位置する一方のｎ型熱電素子６ｂと電極７ｂを介して接続されている。ｐ型熱電素子５ｂは、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つのｎ型熱電素子６ｂのうち電極７ｂを介して接続されていない他方のｎ型熱電素子６ｂと配線８ｂを介して接続されている。配線８ｂは、絶縁膜９上において、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて複数形成されている。上記第２の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ｂは、電気的に直列に接続されている。ｐ型熱電素子５ｂおよびｎ型熱電素子６ｂは、電極７ｂと接続されている一端と、配線８ｂと接続されている他端との間に位置する第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅとを有している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記第１主面に対して傾斜している。第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記一端と鈍角を成すとともに、上記他端と鋭角を成すように形成されている。
【００６０】
図１４を参照して、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ａからなる第１の熱電変換素子群と、第３方向Ｃに沿って並んで配置された複数の熱電変換素子３ｂからなる第２の熱電変換素子群とは、第１方向Ａにおいて配線８ｃを介して接続されている。配線８ｃは、第１方向Ａにおいて隣り合う熱電変換素子３ａと熱電変換素子３ｂとを電気的に直列に接続している。具体的には、配線８ｃは、第１方向Ａにおいて隣り合う配線８ａと配線８ｂとを接続している。配線８ｃと接続された配線８ａは、ｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。配線８ｃと接続された配線８ｂは、ｎ型熱電素子６ｂのみと接続されている。異なる観点から言えば、配線８ｃと接続された配線８ａは、第３方向Ｃに沿って並んで配置されておりかつ電気的に直列に接続されている複数の熱電変換素子３ａにおいて、一方端を構成している。配線８ｃと接続された配線８ｂは、第３方向Ｃに沿って並んで配置されておりかつ電気的に直列に接続されている複数の熱電変換素子３ｂにおいて、一方端を構成している。
【００６１】
さらに、上記第１の熱電変換素子群および上記第２の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいて複数形成されている。複数の第１の熱電変換素子群および複数の第２の熱電変換素子群は、第１方向Ａにおいて交互に形成されている。複数の第１の熱電変換素子群および複数の第２の熱電変換素子群は、配線８ｃを介して互いに電気的に直列に接続されている。電気的に直列に接続されている複数の熱電変換素子３の両端は、取り出し配線用電極１３，１４に接続されている。取り出し配線用電極１３と接続された配線８ａは、配線８ｃと接続された配線８ａと第３方向Ｃにおいて隣接しており、ｎ型熱電素子６ａのみと接続されている。取り出し配線用電極１４と接続された配線８ｂは、配線８ｃと接続された配線８ｂと第３方向Ｃにおいて隣接しており、ｐ型熱電素子５ｂのみと設即されている。配線８ｃ，８ｄ、取り出し配線用電極１３，１４は、いずれも配線８ａ，８ｂと同様に絶縁膜９上に形成されている。取り出し配線用電極１３，１４には、熱電変換モジュール１０１の外部に引き回された取り出し配線（図示しない）が接合されている。
【００６２】
図１１〜図１６に示されるように、複数の電極７ａと複数の電極７ｂとは、第１方向Ａから見たときに、重ならないように形成されている。電極７ａは、例えば上記第１主面において同一平面上に形成されているｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの各一端と接合されている。一方、電極７ｂは、例えば上記第１主面において隣り合う２つの平面上にそれぞれ形成されているｐ型熱電素子５ｂおよびｎ型熱電素子６ｂの各一端と接合されている。
【００６３】
図１３に示されるように、電極７ａは、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａと接合されている面と反対側に位置する面７ｃ（後述する第１空間Ｓ１に面している面）が、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から距離Ｌ１離れた位置に形成されている。電極７ａは、例えば面７ｃが第２方向Ｂに対し直交するように形成されている。電極７ａは、例えば面７ｃの第３方向Ｃにおける端点Ｇ，Ｌと中心軸Ｏ（図１２参照）との距離が等しくなるように形成されている。さらに、複数の電極７ａは、例えば端点Ｇ，Ｌと中心軸Ｏ（図１２参照）との距離と、他の電極７ａの面７ｃの第３方向Ｃにおける端点Ｔと中心軸Ｏとの距離とが等しくなるように形成されている。
【００６４】
図１３に示されるように、電極７ｂは、ｐ型熱電素子５ｂおよびｎ型熱電素子６ｂと接合されている面と反対側に位置する面７ｄ（後述する第１空間Ｓ１に面している面）が、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から距離Ｌ７離れた位置に形成されている。電極７ｂは、例えば面７ｄが第２方向Ｂに対し直交するように形成されている。電極７ｂは、例えば面７ｄの第３方向Ｃにおける端点Ｎ，Ｑと中心軸Ｏ（図１２参照）との距離が等しくなるように形成されている。さらに、複数の電極７ｂは、例えば端点Ｎ，Ｑと中心軸Ｏ（図１２参照）との距離と、他の電極７ｂの面７ｄの第３方向Ｃにおける端点Ｉと中心軸Ｏとの距離とが等しくなるように形成されている。距離Ｌ１（第１距離）と距離Ｌ７とは、同等に形成されていてもよいし、一方が他方よりも長く形成されていてもよい。
【００６５】
図１１〜図１３、図１５および図１６に示されるように、複数の突起部４は、上記第２主面上に形成されている。複数の突起部４は、第１方向Ａに沿って延びるように形成されている。複数の突起部４の第１方向Ａにおける一方端は、例えば複数の熱電変換素子３において引き出し配線用電極１３と接続されている熱電変換素子３ａに対し、引き出し配線用電極１４と接続されている熱電変換素子３ｂとは反対側に形成されている。複数の突起部４の第１方向Ａにおける他方端は、例えば複数の熱電変換素子３において引き出し配線用電極１４と接続されている熱電変換素子３ｂに対し、引き出し配線用電極１３と接続されている熱電変換素子３ａとは反対側に形成されている。複数の突起部４は、第３方向Ｃにおいて互いに間隔を隔てて形成されている。複数の突起部４は、それぞれ上記第２主面と接続されている底部と、底部よりも上記第１主面側に位置する頂部とを有している。複数の突起部４は、例えば頂部と中心軸Ｏを結ぶ線分に対して線対称に設けられている。複数の突起部４は、例えば第１方向Ａに垂直な断面形状がＶ字状である。複数の突起部４は、第３方向Ｃにおける幅が第２方向Ｂにおいて内側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。複数の突起部４は、各突起部４の底部および頂部を通り内管１および外管２の中心軸Ｏまで延びる各線分、すなわち各突起部４の底部および頂部を通り第２方向Ｂに沿って延びる線分が、いずれも電極７と重ならないように形成されている。
【００６６】
図１２に示されるように、複数の突起部４のうち、第３方向Ｃにおいて隣り合う第１突起部４１および第２突起部４２は、第１突起部４１の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第１線分Ｄと、第２突起部４２の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第２線分Ｅとが、第３方向Ｃにおいて１つの電極７ａを挟むように形成されている。同様に、第３方向Ｃにおいて隣り合う第２突起部４２および第３突起部４３は、第２突起部４２の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第２線分Ｅと、第３突起部４３の底部および頂部を通り中心軸Ｏまで延びる第３線分Ｆとが、第３方向Ｃにおいて１つの電極７ｂを挟むように形成されている。異なる観点から言えば、各電極７は、第３方向Ｃにおいて隣り合う２つの突起部４の上記線分間に位置するように形成されている。熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、突起部４の各線分は、熱電変換素子３のｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅと交差するように形成されている。言い換えると、複数の突起部４の頂部は、第２方向Ｂにおいて、熱電変換素子３（具体的にはｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅ）と間隔を隔てて形成されている。当該間隔は、複数の突起部４において等しくてもよいし、異なっていてもよい。例えば、第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３とは間隔Ｌ１１（図１２参照）を隔てており、第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３とは間隔Ｌ１２（図１２参照）を隔てている。
【００６７】
複数の突起部４は、例えばそれぞれ同一の形状および寸法を有している。複数の突起部４の第３方向Ｃにおける幅は、第３方向Ｃにおいて隣り合う突起部４の底部間の間隔（谷部１１の第３方向Ｃにおける幅）よりも短い。
【００６８】
第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ２は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。当該第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ３は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。異なる観点から言えば、第２方向Ｂにおける第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離、すなわち第１線分Ｄ上における第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。また、第２方向Ｂにおける第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの距離、すなわち第１線分Ｄ上における第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。好ましくは、上記距離Ｌ２と距離Ｌ４との和が、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。
【００６９】
第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ４は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。当該第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ｂのｐ型熱電素子５ｂの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ５は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。異なる観点から言えば、第２方向Ｂにおける第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの距離、すなわち第２線分Ｅ上における第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。また、第２方向Ｂにおける第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ｂのｐ型熱電素子５ｂの第１側面５Ｅとの距離、すなわち第２線分Ｅ上における第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ｂのｐ型熱電素子５ｂの第１側面５Ｅとの距離は、上記距離Ｌ１よりも短い。好ましくは、距離Ｌ４と距離Ｌ５との和が、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。
【００７０】
第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ８は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。当該第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ９は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。異なる観点から言えば、第２方向Ｂにおける第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離、すなわち第３線分Ｆ上における第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの距離は、上記距離Ｌ７よりも短い。また、第２方向Ｂにおける第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの距離、すなわち第３線分Ｆ上における第３突起部４３の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの距離は、上記距離Ｌ７よりも短い。好ましくは、距離Ｌ８と距離Ｌ９との和は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。
【００７１】
上記距離Ｌ１１および距離Ｌ１２は、上記距離Ｌ１および距離Ｌ７よりも短い。
複数の突起部４の第２方向Ｂにおける長さＬ１０、すなわち谷部１１から突起部４の頂部までの距離Ｌ１０は、例えば上記距離Ｌ１および距離Ｌ７よりも長い。
【００７２】
図１２および図１３に示されるように、１つの熱電変換素子３ａの周囲には、第１突起部４１および第２突起部４２により、主に第１〜第３空間が形成されている。第１空間Ｓ１，第２空間Ｓ２，第３空間Ｓ３は、いずれも第１方向Ａに延在している。
【００７３】
図１２および図１３に示されるように、第１空間Ｓ１は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、上記第１突起部４１の第１線分Ｄと上記第２突起部４２の第２線分Ｅとの間に位置している。同時に、第１空間Ｓ１は、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から距離Ｌ１以内に位置している。言い換えると、第１空間Ｓ１は、電極７ａよりも第２方向Ｂにおいて外周側に位置する空間および、中心軸Ｏを中心として電極７ａの面７ｃの端点Ｇ，Ｌを通る円の外側に位置する空間である。当該円弧は、第１突起部４１との交点Ｈおよび第２突起部４２との交点Ｍを有する。よって、第１空間Ｓ１は、第３方向Ｃにおいて第１突起部４１と第２突起部４２とに挟まれている。１つの電極７ａは、１つの第１空間Ｓ１に面している。
【００７４】
図１２および図１３に示されるように、第２空間Ｓ２は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、上記第１線分Ｄを挟むように第３方向Ｃにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３ａの第１側面５Ｅ、および他方の熱電変換素子３ｂの第２側面６Ｅに面している。同時に、第２空間Ｓ２は、第１突起部４１の頂部に面している。第２空間Ｓ２は、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第１側面５Ｅ側に位置する端部Ｇを通る円の内部に位置する空間と、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ｂの電極７ｂの面７ｄの第２側面６Ｅ側に位置する端部Ｉを通る円の内部に位置する空間とからなっている。
【００７５】
図１２および図１３に示されるように、第３空間Ｓ３は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、上記第２線分Ｅを挟むように第３方向Ｃにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３ａの第２側面６Ｅ、および他方の熱電変換素子３ｂの第１側面５Ｅに面している。同時に、第３空間Ｓ３は、第２突起部４２の頂部に面している。第３空間Ｓ３は、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第２側面６Ｅ側に位置する端部Ｌを通る円の内側に位置する空間と、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ｂの電極７ｂの面７ｄの第１側面５Ｅ側に位置する端部Ｎを通る円の内部に位置する空間とからなっている。第１空間Ｓ１は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３と接続されている。
【００７６】
さらに、１つの熱電変換素子３ｂの周囲には、上記第１空間Ｓ１〜第３空間Ｓ３に加えて、第４空間Ｓ４および第５空間Ｓ５が形成されている。
【００７７】
図１２および図１３に示されるように、第４空間Ｓ４は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、上記第２突起部４２の第２線分Ｅと上記第３突起部４３の第３線分Ｆとの間に位置している。同時に、第４空間Ｓ４は、第２方向Ｂにおいて上記第２主面から距離Ｌ７以内に位置している。言い換えると、第４空間Ｓ４は、電極７ｂよりも第２方向Ｂにおいて外周側に位置する空間および、中心軸Ｏを中心として電極７ｂの面７ｄの端点Ｎ，Ｑを通る円の外側に位置する空間である。当該円弧は、第２突起部４２との交点Ｐおよび第３突起部４３との交点Ｒを有する。よって、第４空間Ｓ４は、第３方向Ｃにおいて第３突起部４３と第２突起部４２とに挟まれている。１つの電極７ｂは、１つの第４空間Ｓ４に面している。
【００７８】
図１２および図１３に示されるように、第５空間Ｓ５は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、上記第３線分Ｆを挟むように第３方向Ｃにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３ａの第１側面５Ｅ、および他方の熱電変換素子３ｂの第２側面６Ｅに面している。同時に、第５空間Ｓ５は、第３突起部４３の頂部に面している。第５空間Ｓ５は、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ｂの電極７ｂの面７ｄの第２側面６Ｅ側に位置する端部Ｑを通る円の内側に位置する空間と、中心軸Ｏを中心として当該熱電変換素子３ａの電極７ａの面７ｃの第１側面５Ｅ側に位置する端部Ｔを通る円の内部に位置する空間とからなっている。第１空間Ｓ１は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３と接続されている。
【００７９】
第１空間Ｓ１は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３のいずれよりも第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きい。さらに、第１空間Ｓ１は、第５空間Ｓ５よりも第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きい。同様に、第４空間Ｓ４は、第２空間Ｓ２、第３空間Ｓ３および第５空間Ｓ５のいずれよりも第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きい。各空間の第１方向Ａに垂直な断面の面積が大きいほど、第１方向Ａに沿って流通する流体が各空間を流通する際に受ける抵抗は小さくなる。そのため、熱電変換モジュール１０１において、流体が第１空間Ｓ１を流通する際に受ける抵抗は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３を流通する際に受ける抵抗よりも小さい。これにより、内管１と外管２との間を流通する流体の主流は、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３ではなく、第１空間Ｓ１を流通することになる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と、第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成されるため、熱電変換素子３は高い熱電効率を有している。
【００８０】
複数の突起部４は、上記構成を有している限りにおいて、任意の構成を有していればよい。複数の突起部４は、例えば板部１０が折り曲げられることにより形成された突起と、該突起のＶ字状の端面を塞ぐ扇状の板材とにより構成されている。複数の突起部４の内部には、内管１と外管２との間に形成される熱媒体の流路と隔絶されている空間が形成されている。複数の突起部４は、板部１０において突起以外の部分が外管２の内周面と接続され、固定されている。
【００８１】
また、内管１を構成する材料は、冷却媒体に対し耐性を有する任意の材料であればよいが、例えば銅やアルミ等の金属である。外管２を構成する材料は、熱媒体に対し耐性を有する任意の材料であればよいが、例えば銅やアルミ等の金属である。突起部４を構成する材料は、例えば、ばね鋼、またはステンレス等の金属材料である。ｐ型熱電素子５を構成する材料は、任意のｐ型半導体材料であればよい。ｎ型熱電素子６を構成する材料は、任意のｎ型半導体材料であればよい。ｐ型熱電素子５を構成する材料およびｎ型熱電素子６を構成する材料は、例えばＢｉ-Ｔｅ，Ｐｂ-Ｔｅ，Ｍｇ2Ｓｉ，ＭｎＳｉなどの熱電半導体である。電極７および配線８を構成する材料は、導電性を有するに任意の材料であればよいが、例えばＣｕ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ等の金属である。なお、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７および配線８を構成する各材料が熱媒体に対して耐性を有していない場合には、これらの表面に熱媒体に対して耐性を有している材料からなる被覆膜が形成されていてもよい。当該被覆膜は、例えばガラスコートされていてもよい。
＜熱電変換モジュールの製造方法＞
次に、実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法は、基本的に、実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法と同様の構成を備える。実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法は、複数の熱電変換素子３が形成されている内管１（第１枠体）を準備する工程（Ｓ１０）と、複数の突起部４が形成されている外管２（第２枠体）を準備する工程（Ｓ２０）と、内管１と外管２とを固定する工程（Ｓ３０）とを備える。
【００８２】
工程（Ｓ１０）では、まず内管１が準備される。内管１の軸方向が第１方向Ａに、周方向が第３方向Ｃに沿っている。次に、内管１の外周面を覆うように絶縁膜９が形成される。次に、絶縁膜９上に配線８（配線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）および取り出し配線用電極１３，１４が形成される。具体的には、配線８および取り出し配線用電極１３，１４は、例えば絶縁膜９を覆うように導電膜が形成された後、当該導電膜が任意の方法によりパターニング加工されることにより形成される。複数の配線８ａは、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて形成されている。複数の配線８ｂは、第３方向Ｃに沿って互いに間隔を隔てて形成されている。複数の配線８ａと複数の配線８ｂとは、第１方向Ａにおいて交互に形成されている。
【００８３】
次に、上記内管１上に、複数の熱電変換素子３が形成される。具体的には、図６に示されるように、板状のｐ型熱電半導体材料およびｎ型熱電半導体材料がブレード２０により切断される。ブレード２０は、例えばＶ字状の刃面を有している。これにより、断面形状が台形状である複数のｐ型熱電半導体材料片および複数のｎ型熱電半導体材料片が形成される。複数のｐ型熱電半導体材料片およびｎ型熱電半導体材料片の切断面は、切断されていない面に対して傾斜している。次に、図７に示されるように、複数のｐ型熱電半導体材料片およびｎ型熱電半導体材料片の端面が例えば切削加工される。当該切削加工により、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａにおいて電極７と接続される上記一端および配線８と接続される上記他端が形成される。このようにして、複数のｐ型熱電素子５ａ，５ｂ、および複数のｎ型熱電素子６ａ，６ｂが形成される。次に、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの各一端が電極７ａにより接続される。さらに、ｐ型熱電素子５ｂおよびｎ型熱電素子６ｂの各一端が電極７ｂにより接続される。
【００８４】
次に、電極７ａを介して接続されたｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの各他端が、内管１の絶縁膜９上に形成されている配線８ａに接続される。電極７ｂを介して接続されたｐ型熱電素子５ｂおよびｎ型熱電素子６ｂの各他端が、内管１の絶縁膜９上に形成されている配線８ｂに接続される。当該接続方法は、例えばろう付けである。このようにして、ｐ型熱電素子５、ｎ型熱電素子６、電極７および配線８により構成される複数の熱電変換素子３が絶縁膜９の外周面（第１主面）上に形成された内管１が準備される。
【００８５】
このとき、電極７は、第２方向Ｂにおいて配線８から距離を隔てて形成される。例えば、電極７ａは、第２方向Ｂにおいて配線８から間隔（第２距離）を隔てて形成される。また、電極７と配線８との間には、第１側面５Ｅと、第２側面６Ｅとが形成される。
【００８６】
次に、取り出し配線用電極１３，１４に、取り出し配線（図示しない）が接合される。さらに、本工程（Ｓ１０）では、取り出し配線が接合された後、内管１の外周面上に形成された各部材上に、被覆膜（図示しない）が形成される。被覆膜は、内管１の外周面と外管２の内周面との間に形成される上記第１空間Ｓ１などに流通する熱媒体に対し、耐性を有する任意の材料で構成されている。被覆膜は、例えば内管１の内周面側を保護した状態で内管１の外周面側をガラスコート剤の液槽に浸漬させ、乾燥させることにより形成される。
【００８７】
工程（Ｓ２０）では、まず外管２および板部１０が準備される。板部１０は、平板状に形成されている。次に、図８に示されるように、板部１０が折り曲げ加工される。このとき、板部１０は、複数の山折り線および複数の谷折り線に沿って折り曲げ加工される。複数の山折り線および複数の谷折り線は、それぞれ１つの方向に沿って延びるように形成されている。山折り線は、２つの谷折り線に挟まれている。これにより、当該山折り線を稜線とする複数の突起部４と、当該１つの方向に垂直な方向において隣り合う谷折り線に挟まれた複数の谷部１１とが形成される。突起部４と谷部１１とは、当該１つの方向に垂直な方向において交互に形成される。次に、板部１０が環状に曲げ加工される。このとき、板部１０は、複数の突起部４の頂点（稜線）が内側を向くように、かつ当該稜線が軸方向に沿うように、言い換えると複数の突起が周方向に並ぶように曲げられる。次に、複数の突起部４のＶ字状の端面が、扇状の板材により塞がれる。次に、板部１０の谷部１１が外管２の内周面に接続され、固定される。これにより、谷部１１の内周面（第２主面）上に複数の突起部４が形成されている外管２が準備される。
【００８８】
工程（Ｓ３０）では、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、電極７ａが上記第１線分Ｄと上記第２線分Ｅとの間に位置するように、内管１と外管２とが位置決めされる。言い換えると、電極７ｂが上記第２線分Ｅと上記第３線分Ｆとの間に位置するように、内管１と外管２とが位置決めされる。さらに、上記距離Ｌ２〜Ｌ５が、上記距離Ｌ１よりも短くなるように、内管１と外管２とが位置決めされる。これにより、実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１が製造される。
＜熱電変換モジュールの作用効果＞
実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１によれば、内管１（第１枠体）と、外管２（第２枠体）と、内管１の第１主面上に形成されている複数の熱電変換素子３と、外管２の第２主面上に形成されている複数の突起部４とを備える。熱電変換素子３は、第１主面上に形成されている配線８（冷接点）と、配線８よりも第２主面側に位置し、かつ第２方向Ｂにおいて第２主面から距離Ｌ１を隔てて形成されている電極７（熱接点）と、電極７と配線８との間に位置する第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅとを含む。第１側面５Ｅは、第３方向Ｃにおいて第２側面６Ｅの反対側に形成されている。複数の突起部４は、第１方向Ａから見たときに、第３方向Ｃにおいて互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部４１と第２突起部４２とを含む。第１突起部４１および第２突起部４２は、それぞれ第２主面と接続されている底部と、底部よりも第１主面側に位置する頂部とを有する。電極７は、熱電変換モジュール１０１を第１方向Ａから見たときに、第１突起部４１の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第１線分Ｄと、第２突起部４２の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第２線分Ｅとの間に位置するように形成されている。第１側面５Ｅと第１突起部４１の頂部との最短距離Ｌ２と、第２側面６Ｅと第２突起部４２の頂部との最短距離Ｌ３との各々は、電極７と第２主面との上記距離Ｌ１よりも短い。
【００８９】
上記距離Ｌ１および上記最短距離Ｌ２〜Ｌ５は、上記第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３の第１方向Ａに垂直な断面の面積と相関し得る。そのため、上記のような熱電変換モジュール１０１によれば、第１空間Ｓ１第１方向Ａに垂直な断面積は第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３の各々の第１方向Ａに垂直な断面積よりも大きい。
【００９０】
そのため、流体が第１空間Ｓ１を流通する際に受ける抵抗は、第２空間Ｓ２を流通する際に受ける抵抗よりも小さく抑えられている。これにより、内管１と外管２との間を流通する流体の主流は、第２空間Ｓ２ではなく、第１空間Ｓ１を流通することになる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成される。そのため、熱電変換モジュール１０１は、上記のような突起部４が形成されていない従来の熱電変換モジュールと比べて発電量が多い。
【００９１】
また、熱電変換モジュール１０１は、複数の熱電変換素子３が内管１および外管２の周方向（第３方向Ｃ）に沿って並んで配置されている。この場合、第１方向Ａに沿って流通する熱媒体は第３方向Ｃにおいて等方的に分散されるため、各熱電変換素子３に形成される温度差のばらつきを小さくすることができる。また、熱電変換モジュール１０１によれば当該温度差が相対的に小さく発電量が少ない部分が形成され難いため、各熱電変換素子３を電気的に直列に接続した場合にも、効率良く発電することができる。
【００９２】
また、複数の突起部４は、第１方向Ａに垂直な断面形状がＶ字形状である。そのため、複数の突起部４は、例えば板部１０に対するプレス成形により、容易に形成され得る。
【００９３】
また、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの第１側面および第２側面が内管１の上記第１主面に対し鋭角を成すように傾斜しているため、ｐ型熱電素子５ａおよびｎ型熱電素子６ａの第１側面および第２側面が当該第１主面に対し垂直に形成されている場合（後述する実施の形態３）と比べて、第３方向Ｃにおいて隣り合う電極７ａ，７ａ間の距離を長くすることができる。そのため、このような熱電変換モジュール１０１の製造方法では、工程（Ｓ２０）において要求される突起部４の加工精度、および工程（Ｓ３０）において要求される内管１と外管２との位置合わせ精度を、緩和することができる。
【００９４】
また、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６において配線８と接続されている上記他端は、配線８の形状に応じた切削加工が施されている。そのため、熱電変換モジュール１０１は、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６と配線８との接合密着性が高く、信頼性が高い。
【００９５】
また、内管１の外周面上に形成された熱電変換素子３は、被覆膜により覆われている。そのため、熱電変換素子３は熱媒体による劣化が抑制されており、熱電変換モジュール１０１は耐久性が高い。
【００９６】
また、熱電変換素子３は外管２と接続されていない。そのため、熱電変換素子３が外管２と接続されている場合と比べて、熱電変換素子３に生じた応力を容易に解放することができる。例えば、熱電変換素子３に温度差が加えられたときには、熱電変換素子３を構成する各材料の線膨張係数の違いにより熱電変換素子３には応力が発生する。特に、熱電変換モジュール１０１は上記構成を備えることにより、熱電変換素子３の電極７と配線８との間の温度差が大きくなるため、熱電変換素子３には大きな応力が生じ得る。これに対し、熱電変換素子３は外管２と接続されていないため、当該応力を解放することができる。その結果、熱電変換モジュール１０１は、熱応力に対する信頼性が高い。
【００９７】
なお、上記距離Ｌ１０は長い程好ましい。上記距離Ｌ１０が長くするほど、上記第２空間を狭小化することができる。
【００９８】
好ましくは、第１側面５Ｅと第１突起部４１の頂部との最短距離Ｌ２、および第２側面６Ｅと第２突起部４２の頂部との最短距離Ｌ４との和が、上記電極７（熱接点）と第２主面との距離Ｌ１よりも短い。このようにすれば、上記距離Ｌ２および上記距離Ｌ４の各々が上記距離Ｌ１よりも短いが上記距離Ｌ２と上記距離Ｌ４の和が上記距離Ｌ１よりも長い場合と比べて、第１空間Ｓ１の第１方向Ａに垂直な断面積が第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３の各々の第１方向Ａに垂直な断面積よりもさらに大きくなる。その結果、第１空間Ｓ１に面している電極７と第１空間Ｓ１に面していない配線８との間には十分に大きな温度差が形成され得る。
【００９９】
（実施の形態３）
次に、図１７〜図１９を参照して、実施の形態３に係る熱電変換モジュール１０２について説明する。実施の形態３に係る熱電変換モジュール１０２は、基本的に実施の形態１または実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１と同様の構成を備えるが、複数の突起部４の第１方向Ａに垂直な断面形状が、Ｖ字形状ではなくＵ字形状である点で異なる。なお、図１８および図１９は、熱電変換モジュール１０１の図１５および図１６に対応する端面図である。
【０１００】
複数の突起部４は、例えば頂部を除いて、第３方向Ｃにおける幅が第２方向Ｂにおいて一定である。この場合、隣り合う突起部４間の距離は、外管２の上記第２主面に近づくにつれて長くなる。このような突起部４は、板部１０に対する折り曲げ加工の条件を適宜設定することにより、形成され得る。
【０１０１】
熱電変換素子３ａの第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、例えば上記一端および上記他端と直交している。熱電変換素子３ｂの第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅは、上記一端と直交しているとともに、上記他端と鋭角を成すように形成されている。このような熱電変換素子３は、上記ブレード２０による切断加工または切断後の端面に対する切削加工の条件を適宜設定することにより、形成され得る。
【０１０２】
このようにしても、上記第１空間Ｓ１および上記第４空間Ｓ４は、いずれも上記第２空間Ｓ２、上記第３空間Ｓ３および上記第５空間Ｓ５よりも第１方向Ａに垂直な断面積が大きい。そのため、実施の形態３に係る熱電変換モジュール１０２は、実施の形態１および実施の形態２に係る熱電変換モジュール１００，１０１と同様の効果を奏することができる。
【０１０３】
また、熱電変換モジュール１０２によれば、実施の形態１および実施の形態２に係る熱電変換モジュール１００，１０１と比べて、電極７の第３方向Ｃにおける幅を長くすることができ、電極７の面７ｕの面積を大きくすることができる。そのため、熱電変換モジュール１０２は、熱電変換モジュール１００，１０１と比べて発電量を増すことができる。
【０１０４】
また、複数の突起部４の第１方向Ａに垂直な断面形状はＵ字形状であるため、例えば板部１０に対するプレス成形により、容易に形成され得る。
【０１０５】
（実施の形態４）
次に、図２０および図２１を参照して、実施の形態４に係る熱電変換モジュール１０３について説明する。実施の形態４に係る熱電変換モジュール１０３は、基本的に実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０２と同様の構成を備えるが、複数の突起部４の第２方向Ｂにおける長さＬ１０、すなわち谷部１１から突起部４の頂部までの距離Ｌ１０が、上記距離Ｌ１よりも短い点で異なる。
【０１０６】
複数の突起部４は、熱電変換モジュール１００と同様に、上記距離Ｌ２〜Ｌ５が上記距離Ｌ１，Ｌ７よりも短くなるように形成されている。言い換えると、複数の突起部４は、上記距離Ｌ１１，Ｌ１２が上記距離Ｌ１，Ｌ７よりも短くなるように形成されている。
【０１０７】
第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ａのｐ型熱電素子５ａの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ２は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。当該第１突起部４１の頂部と熱電変換素子３ｂのｎ型熱電素子６ｂの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ３は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。
【０１０８】
第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ａのｎ型熱電素子６ａの第２側面６Ｅとの最短距離Ｌ４は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。当該第２突起部４２の頂部と熱電変換素子３ｂのｐ型熱電素子５ｂの第１側面５Ｅとの最短距離Ｌ５は、上記距離Ｌ１および上記距離Ｌ７未満である。
【０１０９】
複数の突起部４の頂部と、ｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅとの第２方向Ｂにおける距離Ｌ１１，Ｌ１２は、上記距離Ｌ１および距離Ｌ７よりも短い。
【０１１０】
このようにしても、ｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅに面している空間は、突起部４に面している。さらに、複数の突起部４により、上記距離Ｌ２〜Ｌ５は上記Ｌ１，Ｌ７よりも短く形成されている。そのため、電極７に面している空間は、ｐ型熱電素子５の第１側面５Ｅおよびｎ型熱電素子６の第２側面６Ｅに面している空間と比べて、第１方向Ａに垂直な断面積が大きい。その結果、熱電変換モジュール１０３によれば、熱電変換モジュール１００と同様に、熱媒体の主流が第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅに面している上記空間ではなく電極７に面している空間に流通するため、電極７と配線８との間には十分に大きな温度差が形成される。そのため、熱電変換モジュール１０３は、上記突起部４が形成されていない従来の熱電変換モジュールと比べて、発電量が多い。
【０１１１】
（実施の形態５）
次に、図２２を参照して、実施の形態５に係る熱電変換モジュール１０４について説明する。実施の形態に５係る熱電変換モジュール１０４は、基本的には実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１と同様の構成を備えるが、突起部４の第３方向Ｃにおける幅が頂部において底部よりも広い点で異なる。
【０１１２】
複数の突起部４は、例えば板部１０が隙間無く接合されている底部と、板部１０が内部に隙間が形成されるように折り曲げられることにより形成されている頂部とを有している。内管１（第１枠体）と、外管２（第２枠体）と、内管１の第１主面上に形成されている複数の熱電変換素子３と、外管２の第２主面上に形成されている複数の突起部４とを備える。熱電変換素子３は、第１主面上に形成されている配線８（冷接点）と、配線８よりも第２主面側に位置し、かつ第２方向Ｂにおいて第２主面から距離Ｌ１を隔てて形成されている電極７（熱接点）と、電極７と配線８との間に位置する第１側面５Ｅおよび第２側面６Ｅとを含む。第１側面５Ｅは、第３方向Ｃにおいて第２側面６Ｅの反対側に形成されている。複数の突起部４は、第１方向Ａから見たときに、第３方向Ｃにおいて互いに間隔を隔てて形成されている第１突起部４１と第２突起部４２とを含む。第１突起部４１および第２突起部４２は、それぞれ第２主面と接続されている底部と、底部よりも第１主面側に位置する頂部とを有する。電極７は、熱電変換モジュール１０４を第１方向Ａから見たときに、第１突起部４１の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第１線分Ｄと、第２突起部４２の底部と頂部とを通り第２方向Ｂに沿って延びる第２線分Ｅとの間に位置するように形成されている。第１側面５Ｅと第１突起部４１の頂部との最短距離Ｌ２、および第２側面６Ｅと第２突起部４２の頂部との最短距離Ｌ３の和は、電極７と第２主面との距離Ｌ１よりも短い。
【０１１３】
このようにしても、熱電変換モジュール１０４は、実施の形態２に係る熱電変換モジュール１０１と同様の構成を備えるため、熱電変換モジュール１０１と同様の効果を奏することができる。
【０１１４】
実施の形態１〜５に係る熱電変換モジュール１００、１０１、１０２、１０３、１０４において、複数の熱電変換素子３は、図４、図１４に示される回路構成に限られず、任意の回路を形成していればよい。例えば図２３を参照して、第１方向Ａにおいて互いに間隔を隔てて形成されている複数の熱電変換素子３が電気的に並列に接続されていてもよい。なお、図２３では、説明の便宜上、図４、図１４と同様に、ｐ型熱電素子５およびｎ型熱電素子６にそれぞれ異なる点ハッチングを施し、配線８に線ハッチングを施している。
【０１１５】
熱電変換モジュール１００は、取り出し配線用電極１３，１４と電気的に並列に形成されている取り出し配線用電極１５，１６と、配線８ｃと電気的に並列に形成されている配線８ｅとをさらに有している。
【０１１６】
上記第１の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａ、および上記第２の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ｂは、それぞれ電極７ａ，７ｂおよび配線８ａ，８ｂにより電気的に直列に接続されている。一方で、上記第１の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ａと上記第２の熱電変換素子群を構成する複数の熱電変換素子３ｂとは、配線８ｃ、８ｅにより互いに電気的に並列に接続されている。
【０１１７】
配線８ｃ，８ｅは、第１方向Ａにおいて隣り合う配線８ａと配線８ｂとを接続している。具体的には、配線８ｃと接続された配線８ａは、ｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。配線８ｄと接続された配線８ａは、ｎ型熱電素子６ａのみと接続されている。
【０１１８】
引き出し配線用電極１３，１５は、第３方向Ｃにおいて隣り合う配線８ａとそれぞれ接続されている。引き出し配線用電極１３に接続された配線８ａは、ｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。引き出し配線用電極１５と接続された配線８ａは、ｎ型熱電素子６ａのみと接続されている。
【０１１９】
引き出し配線用電極１４，１６は、第３方向Ｃにおいて隣り合う配線８ｂとそれぞれ接続されている。引き出し配線用電極１４に接続された配線８ｂは、ｎ型熱電素子６ｂのみと接続されている。引き出し配線用電極１６と接続された配線８ｂは、ｐ型熱電素子５ａのみと接続されている。
【０１２０】
第３方向Ｃにおける配線８ｃ，８ｄ間、引き出し配線用電極１３，１５間、引き出し配線用電極１４，１６間は、電気的に接続されておらず、絶縁膜９が表出している。
【０１２１】
このような熱電変換モジュール１００によれば、第１方向Ａにおいて複数形成されている第１の熱電変換素子群および第２の熱電素子群は、電気的に並列に接続されている。そのため、例えば欠陥が生じることにより一部の熱電変換素子３からの出力が得られなくなった場合にも、欠陥が生じていない熱電変換素子３のみからなる他の第１の熱電変換素子群および第２の熱電変換素子群によって出力を得ることが出来る。
【０１２２】
また、実施の形態１〜５に係る熱電変換モジュール１００〜１０４では、複数の突起部４は、第１方向Ａに沿って延びるように形成されているが、これに限られるものでは無い。複数の突起部４は、例えば第１方向Ａにおいて間欠的に形成されていてもよい。また、複数の突起部４は、中心軸Ｏに対して螺旋状に形成されていてもよい。つまり、複数の突起部４は、第１方向Ａに対して交差する方向に延びるように形成されていてもよい。
【０１２３】
また、実施の形態１〜５に係る熱電変換モジュール１００〜１０４では、２つ以上の電極７が第３方向Ｃにおいて隣り合う２つの突起部４の頂点と中心軸Ｏとを結ぶ線分間に位置するように形成されていてもよい。このような熱電変換モジュールであっても、突起部４が形成されていない従来の熱電変換モジュールと比べて、電極７と配線８との間の温度差を十分に大きくすることができる。
【０１２４】
また、実施の形態１〜５に係る熱電変換モジュール１００〜１０４は、いずれも２重配管構造を有する内管１と外管２とを備えるが、これに限られるものでは無い。熱電変換モジュール１００〜１０４は、熱媒体の流通路の少なくとも一部を構成する任意の第１枠体および第２枠体を備えていればよい。第１枠体と第２枠体とは、例えば一体として構成されていてもよい。この場合、第１枠体および第２枠体は、例えば一体物として形成された枠体の各一部分として構成されていてもよい。
【０１２５】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【符号の説明】
【０１２６】
１  内管、２  外管、３  熱電変換素子、４  突起部、５  ｐ型熱電素子、６  ｎ型熱電素子、７  電極、８，１３，１４  配線、９  絶縁膜、１０  板部、１１  谷部、２０  ブレード、１００，１０１  熱電変換モジュール。
【図１】
2017141525.tif 000003
【図２】
2017141525.tif 000004
【図３】
2017141525.tif 000005
【図４】
2017141525.tif 000006
【図５】
2017141525.tif 000007
【図６】
2017141525.tif 000008
【図７】
2017141525.tif 000009
【図８】
2017141525.tif 000010
【図９】
2017141525.tif 000011
【図１０】
2017141525.tif 000012
【図１１】
2017141525.tif 000013
【図１２】
2017141525.tif 000014
【図１３】
2017141525.tif 000015
【図１４】
2017141525.tif 000016
【図１５】
2017141525.tif 000017
【図１６】
2017141525.tif 000018
【図１７】
2017141525.tif 000019
【図１８】
2017141525.tif 000020
【図１９】
2017141525.tif 000021
【図２０】
2017141525.tif 000022
【図２１】
2017141525.tif 000023
【図２２】
2017141525.tif 000024
【図２３】
2017141525.tif 000025
【国際調査報告】
2017141525.tif 000026
2017141525.tif 000027