(57)【要約】  熱電変換モジュール片（１０１）は、絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体を複数積層して構成された積層体を含み、複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なように、前記積層体から電極を取り出すための面を接合面として斜めに有する。熱電変換モジュール（２０１）は、このような熱電変換モジュール片を複数つないで環状としたものを備える。
2009063911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層（１２）の表面にｐ型熱電材料層（１３，１３ｋ）とｎ型熱電材料層（１４，１４ｋ）とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体（１１，１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ）を複数積層して構成された積層体（１０）を含み、複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なように、前記積層体から電極を取り出すための面を接合面（２，２ｘ）として斜めに有する、熱電変換モジュール片（１０１，１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１３１，１３２）。
【請求項２】
前記接合面が、前記熱電構成体の積層方向（８３）に平行に延在する面として形成されている、請求の範囲第１項に記載の熱電変換モジュール片（１０１，１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０４，１０５，１０６，１３１，１３２）。
【請求項３】
前記単位回路が円弧状に延在している、請求の範囲第２項に記載の熱電変換モジュール片（１０４，１０５，１０６）。
【請求項４】
前記接合面が、前記熱電構成体の積層方向（８３）と斜めに交差する法線を有する面として形成されている、請求の範囲第１項に記載の熱電変換モジュール片（１０７，１０８）。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載の熱電変換モジュール片を複数つないで環状としたものを備える、熱電変換モジュール（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０７，２０８，２３２）。
【請求項６】
請求の範囲第２項に記載の熱電変換モジュール片が複数つながって全体が環となっており、前記単位回路が延在する辺が前記環の周に沿うようにして略多角形状に複数の前記単位回路が連なっている、熱電変換モジュール（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２３２）。
【請求項７】
請求の範囲第３項に記載の熱電変換モジュール片が複数つながって全体が環となっており、前記単位回路が前記環の周に沿うようにして略円状に複数連なっている、熱電変換モジュール（２０４，２０５）。
【請求項８】
請求の範囲第４項に記載の熱電変換モジュール片が複数つながって全体が環となっており、前記単位回路が延在する辺が前記環の中心軸に平行な方向にそれぞれ延在する、熱電変換モジュール（２０７，２０８）。
【請求項９】
絶縁層（１２ｆ）の表面にｐ型熱電材料層（１３）とｎ型熱電材料層（１４）とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して略環状に延在する単位環状回路を構成した熱電構成体（１１ｆ）を複数積層して環状かつブロック状の積層体（１０ｆ）とした熱電変換モジュール（３０１）。
【請求項１０】
絶縁層（１２）の表面にｐ型熱電材料層（１３，１３ｋ）とｎ型熱電材料層（１４，１４ｋ）とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体（１１，１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ）を作製する工程と、
前記熱電構成体を複数積層して積層体（１０）を作製する工程と、
前記積層体の角を斜めに切除することによって、前記積層体を複数個集めて相互に面同士を当接させて結合したときに全体が環状になりなおかつ相互に電気的に接続可能にするための接合面（２，２ｘ）を斜めに形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む、熱電変換モジュール片の製造方法。
【請求項１１】
前記接合面を斜めに形成する工程では、前記熱電構成体の積層方向（８３）に平行に延在する面として斜めに切除する、請求の範囲第１０項に記載の熱電変換モジュール片の製造方法。
【請求項１２】
前記接合面を斜めに形成する工程では、前記熱電構成体の積層方向（８３）と斜めに交差する法線を有する面として斜めに切除する、請求の範囲第１０項に記載の熱電変換モジュール片の製造方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１項に記載の熱電変換モジュール片を複数用意する工程と、
前記複数の熱電モジュール片をつないで環状にする工程とを含む、熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１０項に記載の熱電変換モジュール片の製造方法を実施して複数の熱電変換モジュール片を作製する工程と、
得られた前記複数の熱電変換モジュール片をつないで環状にする工程とを含む、熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１５】
絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して略環状に延在する単位環状回路を構成した熱電構成体（１１ｆ）を作製する工程と、
前記熱電構成体を複数積層して環状かつブロック状の積層体（１０ｆ）とする工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む、熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記環状かつブロック状の積層体とする工程は、前記熱電構成体を複数積層する工程と、その後に中央の孔を打ち抜く工程とを含む、請求の範囲第１５項に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記熱電構成体を作製する工程は、前記絶縁層の表面に同心状に複数の単位回路を形成し、同心状に切り分けて複数サイズの熱電構成体を得る工程を含み、
前記環状かつブロック状の積層体とする工程は、前記複数サイズの熱電構成体をそれぞれサイズごとに積層する工程を含み、
前記焼結する工程は、前記複数サイズの熱電構成体からそれぞれ得られた積層体をそれぞれ焼結する、請求の範囲第１５項に記載の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片、熱電変換モジュールおよびこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱電変換モジュールの一例として、特開平５−２１９７６５号公報（特許文献１）に記載された「熱電気発電装置」がある。この装置は、複数個の細長いブロック状のｐ型熱電素子および複数のｎ型熱電素子をそれぞれ円筒形状の半径方向に沿わせて放射状に交互に配置し、隣接する熱電素子同士が電極を介してジグザグ状に電気的に接続されることによって結果的にｐ型とｎ型とが交互に連なる直列構造を実現しているものである。
【特許文献１】特開平５−２１９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載されているような熱電変換モジュールは、複数個のブロック状のｐ型およびｎ型の熱電変換素子を寄せ集めて組み立てて構成するものである。これらの熱電変換素子同士の間では電気的に接続すべき箇所以外では絶縁を取るために空隙を設ける必要がある。そのため、この熱電変換モジュールは空隙の多い構造となり、外的な衝撃により破損しやすく、信頼性に欠けるものとなっていた。【０００４】
複数個のｐ型およびｎ型の熱電変換素子は、電極を介して交互に接続されているが、このような継ぎ目に配置される電極の存在だけでは、全体の構造を保持することはできないので、この熱電変換モジュール自体を保持するための絶縁体の基板などが必要となっており、その結果として構造が複雑となっていた。【０００５】
そこで、本発明は、衝撃により破損しにくく、信頼性があり、構造が簡単な熱電変換モジュールおよびこれを組み立てるための部品としての熱電変換モジュール片を提供することを目的とする。さらにこれら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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に基づく熱電変換モジュール片は、絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体を複数積層して構成された積層体を含む。この熱電変換モジュール片は、複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なように、前記積層体から電極を取り出すための面を接合面として斜めに有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、接合面を通じて熱電変換モジュール片同士の間の電気的接続を容易に実現することができ、この接合面を通じて熱電変換モジュール片同士が相互に支え合う構造とすることができるので、環状構造全体として衝撃によって破損しにくく、信頼性があり、構造が簡単な熱電変換モジュールを組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の第１の例の斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の製造方法の第１の工程の説明図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の製造方法の第２の工程の説明図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の製造方法の第３の工程の説明図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールの第１の例の斜視図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の形状の説明図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の第２の例の斜視図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールの第２の例の斜視図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールの第３の例の斜視図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールにおける外部端子の第１の例の説明図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールにおける外部端子の第２の例の説明図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片の内部がビアホールで直列接続となっている場合の、この熱電変換モジュール片の分解図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールにおける外部端子の第３の例の説明図である。
【図１４】本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュールを配管周りに設置した様子の斜視図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュール片の第１の例の斜視図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュールの第１の例の斜視図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュール片の第２の例の斜視図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュールの第２の例の斜視図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュール片の第３の例の斜視図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の第１の例の斜視図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の第１の例の形状の説明図である。
【図２２】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の製造方法の第１の工程の説明図である。
【図２３】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の製造方法の途中段階での内部回路の概要の説明図である。
【図２４】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の製造方法の第２の工程の説明図である。
【図２５】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の製造方法の第２の工程の変形例の説明図である。
【図２６】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュールの第１の例の斜視図である。
【図２７】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の第２の例の斜視図である。
【図２８】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュールの第２の例の斜視図である。
【図２９】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片の第３の例の斜視図である。
【図３０】本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュールを配管周りに設置した様子の斜視図である。
【図３１】本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールの製造方法の第１の工程の説明図である。
【図３２】本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールの製造方法の第２の工程の説明図である。
【図３３】本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールの製造方法の第３の工程の説明図である。
【図３４】本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールの製造方法の第４の工程の説明図である。
【図３５】本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールの製造方法の変形例の説明図である。
【図３６】本発明に基づく実施の形態５における熱電変換モジュール片の分解図である。
【図３７】本発明に基づく実施の形態５における熱電変換モジュール片の第１の例の斜視図である。
【図３８】本発明に基づく実施の形態５における熱電変換モジュール片の第２の例の斜視図である。
【図３９】本発明に基づく実施の形態５における熱電変換モジュールの斜視図である。
【図４０】ｐｎ接合対の蛇行形状の第１の変形例の部分平面図である。
【図４１】ｐｎ接合対の蛇行形状の第２の変形例の部分平面図である。
【図４２】ｐｎ接合対の蛇行形状の第３の変形例の部分平面図である。
【図４３】ｐｎ接合対の蛇行形状の第４の変形例の部分平面図である。
【図４４】ｐｎ接合対の蛇行形状の第５の変形例の部分平面図である。
【図４５】ｐｎ接合対の蛇行形状の第６の変形例の部分平面図である。
【図４６】ｐｎ接合対の蛇行形状の第７の変形例の部分平面図である。
【図４７】ｐｎ接合対の蛇行形状の第８の変形例の部分平面図である。
【符号の説明】
【０００９】
２，２ｘ  接合面、３  （内周となる）面、１０，１０ｆ  積層体、１１，１１ｆ，１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ  熱電構成体、１２，１２ｆ  絶縁層、１３，１３ｋ  ｐ型熱電材料層、１４，１４ｋ  ｎ型熱電材料層、１７  外部電極、１８  第１引出し部、１９  第２引出し部、２０  中継導電層、２１，２２  外周面電極、２３，２４  外部取出しパッド、２５，２５ａ，２５ｂ，２６，２７  ビアホール、３０  無回路積層体、３１  絶縁体ブロック、３２ａ  上部、３２ｂ  中部、３２ｃ  下部、３３，３４  引出し露出部、３５  ブロック、３６  接合箇所、５０  配管、８１ａ，８１ｂ  切断線、８３  積層方向、８４  延在方向、８５ａ，８５ｂ  切断線、９１，９２  矢印、１０１，１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１３１，１３２  熱電変換モジュール片、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０７，２０８，２３２，３０１  熱電変換モジュール。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書には「熱電変換モジュール片」と「熱電変換モジュール」という用語が登場するが、「熱電変換モジュール片」とは、「熱電変換モジュール」を構成するための１つの部品を指すものとする。【００１１】
（実施の形態１）
図１〜図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における熱電変換モジュール片および熱電変換モジュールについて説明する。【００１２】
図１に示すように、本実施の形態における熱電変換モジュール片１０１は、絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体を複数積層して構成された積層体を含む。さらに、熱電変換モジュール片１０１は、複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なように、前記積層体から電極を取り出すための面を接合面２として斜めに有する。さらに、本実施の形態における熱電変換モジュール片１０１のように、接合面２が、前記熱電構成体の積層方向８３に平行に延在する面として形成されていることは好ましいひとつの形態である。【００１３】
本実施の形態における熱電変換モジュール片の製造方法は、絶縁層の表面に前記ｐ型熱電材料層と前記ｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体を作製する工程と、前記熱電構成体を複数積層して積層体を作製する工程と、前記積層体の角（かど）を斜めに切除することによって、前記積層体を複数個集めて相互に面同士を当接させて結合したときに全体が環状になりなおかつ相互に電気的に接続可能にするための接合面を斜めに形成する工程と、前記積層体を焼結する工程とを含む。【００１４】
本実施の形態における熱電変換モジュール片の製造方法は、好ましくは、前記接合面を斜めに形成する工程では、前記熱電構成体の積層方向に平行に延在する面として斜めに切除するものである。【００１５】
図１に示した熱電変換モジュール片１０１を例にとって、本実施の形態における熱電変換モジュール片の製造方法について詳しく説明する。図２に示すように絶縁層１２の表面にｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成し、これを熱電構成体１１とする。絶縁層１２はセラミックグリーンシートであってよい。より具体的には、絶縁層１２はたとえばＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系のセラミックグリーンシートであってよい。ｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とはペースト状の材料を順にスクリーン印刷することによって絶縁層１２の表面に所望の平面的パターンで配置することができる。ｐ型熱電材料層１３を形成するためにはたとえばＣｕペーストを印刷すればよい。ｎ型熱電材料層１４を形成するためにはたとえばコンスタンタンペーストを印刷すればよい。【００１６】
ｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路の両端には第１引出し部１８、第２引出し部１９を導電体によって形成する。「単位回路」とは１層の１枚の絶縁層１２の表面に形成される分量の回路を意味するものとする。第１引出し部１８、第２引出し部１９は絶縁層１２の端にまで達するように形成する。第１引出し部１８、第２引出し部１９は適当な金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成すればよい。【００１７】
このようにして形成した熱電構成体１１を図３に示すように複数積層してブロック状の積層体とする。こうして、図４に示すような積層体１０が得られる。ただし、直方体として積層体１０を形成した場合には、積層後に図４に示すように切断線８１ａ，８１ｂにおいて角（かど）を切り落とす工程を行なう。こうして、接合面２が形成される。さらに、接合面２に積層方向８３に平行にすべての層にまたがって横断するように金属ペーストを付着させ、図１に示すように積層方向８３に延在する外部電極１７を形成する。外部電極１７は一方の接合面２ではすべての層の第１引出し部１８を連ねるように形成され、他方の接合面２ではすべての層の第２引出し部１９を連ねるように形成される。１つの熱電変換モジュール片がｍ枚の熱電構成体１１を積層して構成されたものであるとすると、このように外部電極１７を形成することによって、１つの熱電変換モジュール片は、単位回路がｍ個並列につながったものに相当することとなる。【００１８】
こうして、さらに焼結を行なうことによって、図１に示すような熱電変換モジュール片１０１を得ることができる。ここでは、長方形の絶縁層１２を積層して直方体の積層体とした後に２つの角（かど）を切り落としたが、最初から長方形の２つの角を切り落とした六角形の絶縁層を積層して積層体を得ることとしてもよい。その場合、積層後に２つの角を切り落とす工程は不要となる。ただし、積層後に２つの角を切り落とした方が接合面２を確実に平坦に精度良く形成することができるという利点がある。【００１９】
図１に示す熱電変換モジュール片１０１において、接合面２は積層体から電極を取り出すための面であるので、第１引出し部１８および第２引出し部１９は接合面２に達するように配置されている。熱電変換モジュール片１０１は、接合面２を、蛇行状に延在する単位回路の延在方向８４に対して斜めに有する。接合面２が斜めに形成されているのは、この熱電変換モジュール片１０１を複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって図５に示すように全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なようにするためである。接合面２同士を当接させたときは外部電極１７同士が対向して互いに当接することとなるので、互いに隣接する熱電変換モジュール片１０１同士の間の電気的接続が確実になされる。図５に示した構造は、１つの熱電変換モジュール２０１に相当する。【００２０】
この熱電変換モジュール２０１は、上述の熱電変換モジュール片１０１が複数つながって全体が環となっており、単位回路が延在する辺が前記環の周に沿うようにして略多角形状に複数の単位回路が連なっている。【００２１】
本実施の形態では、１つの熱電変換モジュールを組み立てるために何個の熱電変換モジュール片を組み合わせて環状にするかは、特に限定されない。図５に示すように６個の熱電変換モジュール片１０１を結合して環状にする場合は、図６に示すように角度θ１が１２０°となるように結合面２の角度が決められている。角度θ１は、環状に結合するときに内周を構成することとなる面３の両端の角の内角である。図６では、熱電変換モジュール片の表面に配置されている回路については図示を省略している。この角度θ１の値は、何個の熱電変換モジュール片で１つの環を構成するかによって適宜設定される。ｎ個の熱電変換モジュール片で１つの環を構成する場合は、θ１＝（９０＋１８０／ｎ）°で表される。ただし、ｎは３以上の整数である。【００２２】
なお、複数の熱電変換モジュール片を組み合わせて環状の熱電変換モジュールとして組み立てる際に、接合面２同士を貼り合わせるためには、ガラス入り銀ペーストや導電性接着剤などを用いて接着すればよい。これら接着媒体の種類は、その熱電変換モジュールの予定される使用環境がどの程度の高温にまでなり得るかを考慮して選べばよい。６００℃程度の高温にもなり得るのであればガラス入り銀ペーストを使用することが好ましく、１００℃程度にまでしか上昇しないのであれば、導電性接着剤を用いればよい。この考え方は以下の実施の形態においても同様に適用される。【００２３】
図１に示した熱電変換モジュール片１０１は、長方形の２つの角を切り落として出来る六角形を積層方向８３に延ばした六角柱形状をしているが、本実施の形態における熱電変換モジュール片としては、図７に示す熱電変換モジュール片１０２のように左右対称な台形を積層方向８３に延ばした四角柱形状であってもよい。【００２４】
熱電変換モジュール片１０２を６個組み合わせて環状としたところを図８に示す。図８に示されたものは熱電変換モジュール２０２である。さらに、変形例として、熱電変換モジュール片１０２の結合面２の角度や寸法を変更することによって、図９に示すように４個組み合わせて環状になるようにすることもできる。図９に示したものは熱電変換モジュール２０３である。【００２５】
なお、いずれの熱電変換モジュールにおいても、厳密には、全く同じ構造の熱電変換モジュール片のみを複数個集めて環状に結合するのではなく、少なくとも１対は、外部端子を設けることが必要である。「外部端子」とは、環状の熱電変換モジュールに組み立てたときに環状の熱電変換モジュールの外に電流を取り出すための端子である。熱電変換モジュール２０２の環の途中の１ヶ所に外部端子を設けた例を図１０に示す。この例では、外部端子として、外周面において絶縁層の積層方向８３と平行に延在する長い外周面電極２１，２２を設けている。この部分における熱電変換モジュール片においては、外周面電極２１，２２に接続するために、各絶縁層における配線の印刷パターンが若干異なっている。図１０においては、互いに隣接する熱電変換モジュール片１０２ａ，１０２ｂにそれぞれ配置されているｐ型熱電材料層１３ｋ、ｎ型熱電材料層１４ｋからは、それぞれ隣接する熱電変換モジュール片ではなく外周面に向かってそれぞれ接続するように配線が延在している。最上面に見えている絶縁層だけでなく、内部に隠れているすべての絶縁層において同様の配線となっている。外周面電極２１，２２は、これらすべての絶縁層において外周面に向かってそれぞれ延在している配線の端を連ねて電気的に接続している。【００２６】
１つの熱電変換モジュールを構成する熱電変換モジュール片の個数がｎであって、１つの熱電変換モジュール片の内部に含まれる絶縁層の積層数がｍであるとすると、この熱電変換モジュールにおいては、単位回路がｍ個並列につながったものがｎ−２個直列につながってできる回路に外部端子付きの熱電変換モジュール片を２個接続することによって外観を完全な環とし、外部端子を通じて電流を取り出すこととなる。図１０では、外部端子としての外周面電極２１，２２は２つの熱電変換モジュール片に分かれて配置された例を示したが、図１１に示すように１つの熱電変換モジュール片１０２ｃの中に２つの外周面電極２１，２２が設けられた構成としてもよい。このようにすれば、１つの熱電変換モジュールの中に熱電変換モジュール片１０２ｃを１個混入させておくだけで、他は外部端子のないタイプの熱電変換モジュール片１０２ばかりの集まりで済ませることができるので好都合である。この場合、単位回路がｍ個並列につながったものがｎ−１個直列につながってできる回路に外部端子付きの熱電変換モジュール片を１個接続することによって完全な環とし、外部端子を通じて電流を取り出すこととなる。【００２７】
本実施の形態における熱電変換モジュールでは、１つの熱電変換モジュールの中にほぼｎ×ｍ個の単位回路が含まれ、熱電変換モジュールとしてはこれらの全体から電流を取り出すことができる。その際に、本実施の形態では、各熱電変換モジュールが外部電極１７を有するものとしてｍ個の単位回路の並列に相当する構成としたが、１つの熱電変換モジュール片の内部においてもｍ個の単位回路の並列とする以外に、ビアホールを適宜配置することによってｍ個の単位回路の直列とすることも可能である。その場合、たとえば図１２に示すように、積層体の内部でビアホール２５を交互に配置して、単位回路の頭と尾の向きも１層ごとに逆にして配置することが考えられる。熱電変換モジュールの全体にわたってビアホールと外部電極とを適宜用いることによって、ほぼｎ×ｍ個含まれている単位回路を並列とするか直列とするかあるいはその両者の混在とするにしてもどのような組合せとするかを自由に設計することができる。熱電変換モジュールの内部での直列の比率が高まるほど電流は小さくなるが取り出せる電圧が大きくなり、並列の比率が高まるほど電圧は小さくなるが取り出せる電流が大きくなる。熱電変換モジュールの内部での直列と並列との組合せは、目的に応じて適宜選べばよい。【００２８】
外部端子の方式も、図１０、図１１に示したように外周面電極に限らない。たとえば図１３に示すように、外部に取り出すべき箇所の熱電変換モジュール片の内部に厚み方向に貫通するビアホールを設けて最上面または最下面に露出する外部取出しパッド２３，２４を外部端子としてもよい。この場合、外部取出しパッド２３，２４から電流を取り出すことができる。【００２９】
本実施の形態における熱電変換モジュール片は、複数個組み合わせることで簡単に環状にすることができる。ここでいう「複数個組み合わせる」とは必要な外部端子を備えた熱電変換モジュール片を混入させた複数個を組み合わせることを含む。【００３０】
複数個の熱電変換モジュール片を組み合わせて環状にすることで１つの熱電変換モジュールを組み立てることができる。本実施の形態における熱電変換モジュールは、熱電変換モジュール片の接合面同士を当接させることによって結合されているので、この接合面を通じて熱電変換モジュール片同士の間の電気的接続を容易に実現することができ、この接合面を通じて熱電変換モジュール片同士が相互に支え合う構造とすることができるので、環状構造全体として衝撃によって破損しにくく、信頼性があり、構造が簡単な熱電変換モジュールとすることができる。【００３１】
特に、本実施の形態における熱電変換モジュールによれば、全体が環状であるので、図１４に示すように、配管５０を取り囲むように設置することができる。図１４では一例として熱電変換モジュール２０２を設置したところを示している。配管５０が高温または低温の熱源となる状況の場合、環状の熱電変換モジュール２０２のうち、配管５０に近接している内周側と配管５０から離隔している外周側とで温度差が生じるので、熱電変換モジュール２０２に含まれる個々のｐｎ接合対の作用により電圧が発生する。この熱電変換モジュール２０２に電流取出し端子（図示せず）を設けておくことにより、電流を外部に取り出すことができる。すなわち、本発明に基づく熱電変換モジュールを用いることによって、従来であれば配管から周囲に対して放出されて無駄になっていた熱エネルギを電気エネルギとして取り出し、有効に活用することができる。本発明に基づく熱電変換モジュール片は、そのような熱電変換モジュールを簡単に組み立てるために有用である。【００３２】
（実施の形態２）
図１５、図１６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における熱電変換モジュール片および熱電変換モジュールについて説明する。本実施の形態における熱電変換モジュール片１０４は、実施の形態１で説明したものと基本的に共通しているが、単位回路の配列の仕方が異なる。熱電変換モジュール片１０４においては、図１５に示すように単位回路が円弧状に延在している。このような熱電変換モジュール片１０４を複数個組み合わせることによって、図１６に示すような熱電変換モジュール２０４となる。【００３３】
この熱電変換モジュール２０４は、上述の熱電変換モジュール片１０４が複数つながって全体が環となったものであり、単位回路が前記環の周に沿うようにして略円状に複数連なっている。【００３４】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態では、単位回路が円弧状となっているので、複数の熱電変換モジュール片を組み合わせて環状の熱電変換モジュールを構成したときに、熱電変換モジュールの外形は多角形であるが、回路自体はつながりあって円形状とすることができる。したがって、中心に配置される配管などの熱源によって生じる温度勾配をより効率良く反映して電気エネルギを取り出すことができる。【００３５】
さらに、図１７に示す熱電変換モジュール片１０５のように積層体である熱電変換モジュール片の外形自体を円弧状とすればより好ましい。このようにすれば、複数個組み合わせることによって、図１８に示すような熱電変換モジュール２０５となる。このようにすることができれば、配管の周囲にさらに密着させて取り囲ませることができるので、温度勾配をより効率良く利用して電気エネルギを得ることができる。この場合、熱電変換モジュール片の外形を完全に円弧状としなくても、図１９に示す熱電変換モジュール片１０６のように内周面となる側の辺だけを円弧状としていてもある程度の効果はある。配管に密着するためには、内周面の形状が重要なのであって外周面は必ずしも円筒形でなくてもよいからである。【００３６】
また、単位回路を実施の形態１で示したように直線状としておいて、熱電変換モジュール片の外形だけを本実施の形態における熱電変換モジュール片１０５（図１７参照）のように円弧状にしたり、本実施の形態における熱電変換モジュール片１０６（図１９参照）のように熱電変換モジュール片の外形のうち内周面となる側の辺だけを円弧状としていてもある程度の効果はある。その場合、配管に密着させて安定させるという効果を得ることができる。ただし、もし事情が許すのであれば本実施の形態で最初に示したように単位回路を円弧状に配置しておく方が好ましい。【００３７】
（実施の形態３）
図２０〜図２９を参照して、本発明に基づく実施の形態３における熱電変換モジュール片および熱電変換モジュールについて説明する。本実施の形態における熱電変換モジュール片１０７を図２０に示す。この熱電変換モジュール片１０７も、絶縁層１２の表面にｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成した熱電構成体１１を複数積層して構成された積層体１０を含む。この熱電変換モジュール片１０７も、複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なように、前記積層体から電極を取り出すための面を接合面２として斜めに有する。【００３８】
熱電変換モジュール片１０７の最上面には単位回路が見えていないが、内部には、単位回路を有する熱電構成体１１が複数積層されて構成された積層体１０が含まれている。積層体１０は、積層方向８３に沿って積層されている。個別の熱電構成体１１の蛇行状の単位回路は延在方向８４に沿って延在している。【００３９】
この熱電変換モジュール片１０７においては、図２１に示すように、接合面２が、前記熱電構成体の積層方向８３と斜めに交差する法線８５を有する面として形成されている。法線８５は接合面２の向きを確認するために幾何学的に想定できる仮想的な線である。接合面２は、図２１において上下それぞれに設けられている。接合面２は２つの角に対称に設けられている。【００４０】
本実施の形態における熱電変換モジュール片の製造方法は、前記接合面を斜めに形成する工程では、前記熱電構成体の積層方向と斜めに交差する法線を有する面として斜めに切除するものである。【００４１】
図２０に示した熱電変換モジュール片１０７を例にとって、本実施の形態における熱電変換モジュール片の製造方法について説明する。この熱電変換モジュール片１０７は、図２２に示すように、熱電構成体１１を複数枚と、絶縁層１２ｎを複数枚と組み合わせて積層して作られる。熱電構成体１１は、実施の形態１で説明したのと同様に、絶縁層１２の表面にｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して延在する単位回路を構成したシート状の構造物である。絶縁層１２ｎは、単位回路がなくビアホール２６のみがある絶縁層である。絶縁層１２ｎは回路を形成していないセラミックグリーンシートであってよい。熱電構成体１１が連続して積層される部分は積層体１０に相当する。熱電変換モジュール片１０７としては、積層体１０となる部分が中間に配置され、その上下に絶縁層１２ｎがそれぞれ複数枚配置される。上下それぞれに配置される絶縁層１２ｎの束の部分を「無回路積層体」３０と呼ぶものとする。全体としては、上下に配置された無回路積層体３０によって中間に配置された積層体１０すなわち熱電構成体１１の束を挟み込むように全体を積層する。熱電構成体１１の各々はビアホール２５を有し、すべての層が１層ごとに交互に電気的に接続されている。積層体１０がｍ枚の熱電構成体１１を含むと仮定すると、図２２に示した例では、積層体１０全体としては、ｍ個の単位回路を直列接続したものに相当する。上下にそれぞれ配置される無回路積層体３０においては、ビアホール２６が貫通しており、積層体１０の上下に露出するパッド部分から電流を取り出せるようになっている。図２２において全体の積層後の状態を矢印９１の向きから見たときの内部回路の概要を図２３に示す。上下の無回路積層体３０においてはビアホール２６によって積層方向８３に沿って直線的に電極が引き出されており、中間の積層体１０においては、ビアホール２５を介して、単位回路が蛇行状に直列接続されている。単位回路は、各熱電構成体１１の表面において平面的に見て既に蛇行形状の回路であるが、図２３に示した積層構造の場合、さらに厚み方向に関しても蛇行しているといえる。【００４２】
このようにして、複数の熱電構成体１１と、複数の絶縁層１２ｎとを組み合わせて積層することによって、図２４に示すように２つの無回路積層体３０の間に１つの積層体１０が挟まれて全体が積層体として一体になったブロック３５が得られる。図２４は、図２２において全体の積層後の状態を矢印９２の向きから見た図である。図２４に示すブロック３５に対して、接合面２を形成するために切削加工を行なう。この切削加工は、無回路積層体３０を斜めに横切りかつ積層体１０は横切らないように設定される切断線８５ａ，８５ｂに沿って行なわれる。こうすることによって、無回路積層体３０の内部を貫通するビアホール２６は斜めに切断されるが、図２０に示すように新たに生じる接合面２にはビアホール２６の切り口が必ず露出することとなる。なお、無回路積層体３０を厚み方向に余すところなく完全に斜めに切削加工しようとする場合、切削する位置に誤差が生じると積層体１０まで削ってしまうこととなるので、安全のために、図２５に示すように切断線８５ａ，８５ｂを積層体１０から少し離してもよい。【００４３】
いずれにしてもこのようにブロック３５に切削加工を施すことによって接合面２を形成し、さらに焼結を行なった結果、図２０に示すような熱電変換モジュール片１０７を得ることができる。【００４４】
図２０に示す熱電変換モジュール片１０７において、接合面２は積層体１０から電極を取り出すための面であるので、上述したようにビアホール２６が露出している。熱電変換モジュール片１０７は、接合面２を、蛇行状に延在する単位回路の延在方向８４に対して平行に有する。接合面２が斜めに形成されているのは、この熱電変換モジュール片１０７を複数個集めて相互に面同士を当接させて結合することによって図２６に示すように全体を環状にしてなおかつ、相互に電気的に接続することが可能なようにするためである。接合面２同士を当接させたときはビアホール２６の露出部分同士が対向して互いに当接することとなるので、互いに隣接する熱電変換モジュール片１０７同士の間の電気的接続が確実になされる。図２６に示した構造は、１つの熱電変換モジュール２０７に相当する。【００４５】
この熱電変換モジュール２０７は、上述の熱電変換モジュール片１０７が複数つながって全体が環となっており、単位回路が延在する辺が前記環の中心軸に平行な方向にそれぞれ延在する。【００４６】
図２０に示した熱電変換モジュール片１０７は、長方形の２つの角を切り落として出来る六角形を延在方向８４に延ばした六角柱形状をしているが、本実施の形態における熱電変換モジュール片としては、図２７に示す熱電変換モジュール片１０８のように左右対称な台形を延在方向８４に延ばした四角柱形状であってもよい。【００４７】
図２７に示した熱電変換モジュール片１０８を１２個組み合わせて環状としたところを図２８に示す。図２８に示されたものは熱電変換モジュール２０８である。本実施の形態においても、１つの熱電変換モジュールを組み立てるために何個の熱電変換モジュール片を組み合わせて環状にするかは、特に限定されない。１つの熱電変換モジュールを構成する熱電変換モジュール片の個数がｎであるものとすると、ｎは３以上の整数である。接合面２の傾きは、何個の熱電変換モジュール片で１つの環を構成するかによって適宜設定される。【００４８】
図２６、図２８においては、詳しく図示していないが、熱電変換モジュールとしては、発生した電流を外部に取り出せるようにするために、この角柱状または略円柱状の構造のどこかには少なくとも１対の外部端子が設けられている。外部端子は、実施の形態１で述べたように、積層体の側面に導電体を貼り付ける外周面電極や、ビアホールの端部を露出させたパッドの構造を利用して適宜設ければよい。【００４９】
なお、本実施の形態では、熱電変換モジュール片の上部、下部を複数の絶縁層１２ｎの積層によって構成した無回路積層体３０としていたが、この部分は無回路積層体３０に代えて、十分な厚みを持つ絶縁体ブロックを配置してもよい。たとえば図２０に示した熱電変換モジュール片１０７においては、図２９に示すように、２枚の絶縁体ブロック３１が積層体１０を挟み込む構造となっていてもよい。ただし、絶縁体ブロック３１は厚み方向に貫通するビアホール２６を有する。【００５０】
本実施の形態においても、基本的には実施の形態１で説明したのと同様の効果が得られる。本実施の形態における熱電変換モジュールでは、１つの熱電変換モジュール片の内部でｍ個の単位回路が直列接続となっており、熱電変換モジュール片同士は接合面２に露出するビアホール２６同士が当接することによって接続されているので、熱電変換モジュール片同士も直列接続とすることができ、その結果、熱電変換モジュール全体ではほぼｍ×ｎ個の単位回路が直列接続となることとなる。熱電変換モジュールとしてはこれらの全体から電流を取り出すことができる。【００５１】
実施の形態１で説明したのと同様に、本実施の形態においても、熱電変換モジュールの全体にわたってビアホールと外部電極とを適宜用いることによって、ほぼｎ×ｍ個含まれている単位回路を並列とするか、直列とするか、あるいはその両者の混在とするにしてもどのような組合せとするか、を自由に設計することができ、実施の形態１で説明したのと同様の効果を得ることができる。【００５２】
すなわち、本実施の形態における熱電変換モジュールも実施の形態１で説明した熱電変換モジュールと同様に、配管を取り囲むように設置することができる。一例として図３０に、配管５０を取り囲むように熱電変換モジュール２０７を設置した様子を示す。【００５３】
ここまで説明してきたように、本発明に基づく熱電変換モジュールは、これまでにいずれかの実施の形態で説明したようないずれかの構成の熱電変換モジュール片を複数つないで環状としたものを備える。「環状」といった場合、筒状のものも含むものとする。また、「環状」とは、その横断面の輪郭形状が略円形のものだけでなく、略多角形状のものも含む。【００５４】
本発明に基づく熱電変換モジュールの製造方法は、これまでにいずれかの実施の形態で説明したようないずれかの構成の熱電モジュール片を複数用意する工程と、前記複数の熱電モジュール片をつないで環状にする工程とを含む。【００５５】
本発明に基づく熱電変換モジュールの製造方法は、これまでにいずれかの実施の形態で説明したようないずれかの熱電変換モジュール片の製造方法を実施して複数の熱電変換モジュール片を作製する工程と、得られた前記複数の熱電変換モジュール片をつないで環状にする工程とを含む。【００５６】
実施の形態１，２で示した構成の熱電変換モジュールを以下では「第１型の熱電変換モジュール」というものとする。実施の形態３で示した構成の熱電変換モジュールを以下では「第２型の熱電変換モジュール」というものとする。いずれも複数の熱電構成体を積層して得た積層体を含む熱電変換モジュール片を複数個組み合わせて環状の立体構造としている点で共通するが、配管の周りを取り囲むように設置する上ではそれぞれ異なる利点がある。【００５７】
第１型の熱電変換モジュールの場合、含まれている個々の単位回路の延在方向８４が配管の円周方向に沿うようになるので、少ない個数の熱電変換モジュール片によって１周させることができ、径の大きな配管にも対応しやすい。第１型の熱電変換モジュールは、短い区間で集中的に温度差から電気エネルギーを取り出すことができるので、配管が曲がりくねっていて直線部分が短い場合にも設置しやすいという長所がある。【００５８】
第２型の熱電変換モジュールの場合、含まれている個々の単位回路の延在方向８４が配管の長手方向に沿うようになるので、単位回路の長さを増すことによって、配管の長手方向の長さを容易に増すことができる。したがって、配管の長い区間にわたって覆わせることに適している。第２型の熱電変換モジュールは、短い円周においても集中的に多数の単位回路を中心部に近接させて配置することができるので、径の小さな配管の周囲で温度差から電気エネルギを取り出すには有利である。【００５９】
なお、第１型、第２型とも、配管に対する設置工事の際には、配管のないところで熱電変換モジュールを予め筒状に組み立てておいて配管の構築時に配管の周りに熱電変換モジュールを嵌め込むようにしてもよい。あるいは、ばらばらの熱電変換モジュール片を必要な個数だけ配管の設置場所まで持参して、その場で配管の周りを覆うように熱電変換モジュール片を組み合わせて熱電変換モジュールを構成してもよい。【００６０】
（実施の形態４）
図３１〜図３４を参照して、本発明に基づく実施の形態４における熱電変換モジュールについて説明する。実施の形態１〜３では、複数の熱電変換モジュール片を組み合わせることによって、１つの熱電変換モジュールを構成することとしていた。これに対して、本実施の形態ではそうではなく、熱電構成体を積層することで直接、熱電変換モジュールを構成する。本実施の形態における熱電変換モジュールは、絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して略環状に延在する単位環状回路を構成した熱電構成体を複数積層して環状かつブロック状の積層体とした熱電変換モジュールである。【００６１】
まず、本実施の形態における熱電変換モジュールの製造方法から説明する。この熱電変換モジュールの製造方法は、絶縁層の表面にｐ型熱電材料層とｎ型熱電材料層とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して略環状に延在する単位環状回路を構成した熱電構成体を作製する工程と、前記熱電構成体を複数積層して環状かつブロック状の積層体とする工程と、前記積層体を焼結する工程とを含む。【００６２】
この熱電変換モジュールの製造方法について、以下、具体的に例示して説明する。図３１に示すように、ほぼ正方形の絶縁層１２ｆの表面にｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とが交互に接続されて配置されることによってｐｎ接合対が蛇行状に繰り返して略環状に延在する単位環状回路を構成する。これはスクリーン印刷によってｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とを順に印刷することによって実現可能である。単位環状回路は完全な環ではなく、１ヶ所で途切れていて、途切れた箇所に現れる両端にはビアホール２７ａ，２７ｂが設けられる。このように構成されたシート状のものを熱電構成体１１ｆとする。図３２に示すようにこの熱電構成体１１ｆの単位環状回路の内側を打ち抜いて円形の孔をあける。次に、図３３に示すように、熱電構成体１１ｆを複数枚集めて積層し、積層体１０ｆとする。積層する際には、ビアホール２７ａ，２７ｂの位置がすべての層にわたって一致するようにして、ビアホール２７ａ，２７ｂは積層方向８３に連続して積層体１０ｆを貫通するようにする。ここでは中央の円形の孔をあけてから積層したが、工程の順序を逆にして、積層してから中央の円形の孔を打ち抜いてもよい。その方が内周面がきれいに形成されるので好ましい。すなわち、この熱電変換モジュールの製造方法において好ましくは、前記環状かつブロック状の積層体とする工程は、前記熱電構成体を複数積層する工程と、その後に中央の孔を打ち抜く工程とを含む。【００６３】
図３３の状態で焼結して熱電変換モジュールの完成としてもよいが、図３４に示すように切削加工などによって外周部の不要部分を除去した方が好ましい。図３４の例では、外周面も円筒面としている。図３４に示す状態で焼結を終えたものが、本実施の形態における熱電変換モジュール３０１である。【００６４】
なお、積層する前の単層の熱電構成体の状態で外周部の不要部分を切除してから積層することとしてもよい。【００６５】
本実施の形態では、絶縁層の表面に所定の回路を印刷した熱電構成体を積層するだけで、環状の熱電変換モジュールを構築することができるので、熱電変換モジュール片を組み立てる必要がなく取扱いが簡便である。本実施の形態における熱電変換モジュール３０１を、配管などの熱源を取り囲むように設置することによって、熱源から生じる温度差を電気エネルギに変換して取り出すことが可能となる。電気エネルギの取り出しは、表面に露出しているビアホール２７ａ，２７ｂから行なうことができる。ただし、本実施の形態では、外部端子としてビアホール２７ａ，２７ｂをあくまで一例として示したのであって、他の形態の外部端子を設けて電気エネルギを取り出すこととしてもよい。【００６６】
本実施の形態によれば、衝撃により破損しにくく、信頼性があり、構造が簡単な熱電変換モジュールとすることができる。【００６７】
本実施の形態では、製造途中で単位環状回路の内側を打ち抜いて円形の孔をあける工程を含んでいた。このとき打ち抜かれて生じる円板状の部材、すなわちいわゆる抜きカスの部分については、そのまま廃棄してもよいが、この抜きカスとなる部分を有効利用することも可能である。そのためには、図３５に示すように絶縁体１２ｆの中に同心状に径の異なる複数の単位環状回路を形成すればよい。これはスクリーン印刷によって可能である。そして、図３５の中で一点鎖線で示すように同心状に複数回の打抜き作業を行なうことによって、内側、外側の単位環状回路をそれぞれ有効に得ることができ、抜きカスを少なく抑えることができる。このようにすれば、絶縁体１２ｆの全体のうち無駄となる部分を少なくすることができ、コスト削減となる。しかも径の異なる複数種類の熱電変換モジュールの作製のための熱電構成体を同時に作製することも可能となる。【００６８】
この熱電変換モジュールの製造方法において好ましくは、前記熱電構成体を作製する工程は、前記絶縁層の表面に同心状に複数の単位回路を形成し、同心状に切り分けて複数サイズの熱電構成体を得る工程を含み、前記環状かつブロック状の積層体とする工程は、前記複数サイズの熱電構成体をそれぞれサイズごとに積層する工程を含み、前記焼結する工程は、前記複数サイズの熱電構成体からそれぞれ得られた積層体をそれぞれ焼結する。【００６９】
なお、図３５では２つの単位環状回路が同心円状に配置されている例を示したが、３つ以上の単位環状回路を同心円状に配置してもよい。また、単位環状回路の輪郭形状は円形に限らない。多角形状、楕円形状などであっても単位環状回路を同心状に配列することによって同様のことが行なえる。【００７０】
（実施の形態５）
図３６、図３７を参照して、本発明に基づく実施の形態５における熱電変換モジュール片および熱電変換モジュールについて説明する。【００７１】
実施の形態１，２において、熱電変換モジュール片同士を接合するために設ける接合面２においては外部電極１７（図１、図７、図１５、図１７参照）が露出しているものとしたが、接合面２に露出させる電極はこのように積層方向８３にわたって全長にまたがるものには限らない。たとえば、本実施の形態で示すようなものであってもよい。本実施の形態における熱電変換モジュール片の分解図を図３６に示す。この熱電変換モジュール片は、一定枚数の熱電構成体１１ｐと、一定枚数の熱電構成体１１ｑと、一定枚数の熱電構成体１１ｒとを合わせて積層して焼結することによって作製される。これらの熱電構成体１１ｐ，１１ｑ，１１ｒには、いずれも同じ単位回路が形成されており、各単位回路の両端をすべての層にわたって貫通して電気的に接続するようなビアホール２５ａ，２５ｂが共通して設けられているが、これらのビアホールから電気的につながる引出し部の有無が異なっている。熱電構成体１１ｐにおいてはビアホール２５ａと斜めの辺とを結ぶ第１引出し部１８が設けられているが、熱電構成体１１ｑ，１１ｒにはこのような引出し部はない。熱電構成体１１ｒにおいてはビアホール２５ｂと斜めの辺とを結ぶ第２引出し部１９が設けられているが、熱電構成体１１ｐ，１１ｑにはこのような引出し部はない。図３６に示した組合せで全体を積層し、焼結したものを図３７に示す。これが、本実施の形態における熱電変換モジュール片１３１である。熱電変換モジュール片１３１の上部３２ａにおいては複数の熱電構成体１１ｐが積層されており、中間部３２ｂにおいては複数の熱電構成体１１ｑが積層されており、下部３２ｃにおいては複数の熱電構成体１１ｒが積層されている。【００７２】
本実施の形態における熱電変換モジュール片１３１においては、上部３２ａにおいては一方の接合面２に第１引出し部１８が繰返し露出することとなり、第１引出し部１８の複数の端部が集まって引出し露出部３３となる。下部３２ｃにおいては他方の接合面２に第２引出し部１９が繰返し露出することとなり、第２引出し部１９の複数の端部が集まって引出し露出部３４となる。引出し露出部３３，３４はそれぞれ接合面２の中のほんの一部に露出しているだけであるが、このように一部に局所的に露出するだけであってもよい。環状に組み立てるために隣接する熱電モジュール片と結合する際に引出し露出部同士の位置がずれて直接対向しなくても、接合面２の全面に実施の形態１で延べたような導電性の接着媒体を塗布して接着すれば電気的接続は実現することができる。すなわち、対向する接合面２同士において露出している電極の位置がどこであろうと、接合面のうちのどこかに露出さえしていれば電気的接続は容易に実現することができる。これは図１、図７などに示した外部電極１７の位置がずれている場合にもいえることである。【００７３】
図３７に示した熱電変換モジュール片１３１を積層方向８３に沿って複数個重ねて使用してもよい。そのように重ね合わせたものを図３８に示す。これは熱電変換モジュール片１３２となる。このようにすれば、広い接合面２ｘを得ることができる。このように厚みを増した熱電変換モジュール片１３２を複数個集めて環状に組み立てて１つの熱電変換モジュールとしてもよい。そのようにすれば、配管の長い区間にわたって覆うような熱電変換モジュールを提供することも容易となる。【００７４】
本実施の形態における熱電変換モジュールは、熱電変換モジュール片１３１または熱電変換モジュール片１３２を複数組み合わせて環状または筒状に組み立てたものである。本実施の形態における熱電変換モジュール２３２の一例を図３９に示す。この場合、接合面２ｘ同士を貼り合わせるためにいずれか１つの接合箇所３６のみ電気的に接続されないように接着し、他の各接合箇所では導電性の接着媒体を使用して接着すればよい。この場合、接合箇所３６の両側に隣接するビアホール２５ａｋ，２５ｂｋは、互いに電気的に接続されていないので、ビアホール２５ａｋ，２５ｂｋが露出している部分は、このまま外部端子として利用することができる。【００７５】
なお、上記各実施の形態では、単位回路に含まれるｐｎ接合対は、Ｌ字形のｐ型熱電材料層１３とＬ字形のｎ型熱電材料層１４とが交互に直接接するように並べられて蛇行状に繰り返すものであったが、これ以外のパターンによる蛇行形状であってもよい。たとえば図４０〜図４３にそれぞれ示すようなパターンであってもよい。また、ｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とは直接つながるのではなく、両者の間にいずれでもない導電層を介してつながるようなパターンであってもよい。すなわち、図４４〜図４７に示すように中継導電層２０を介してｐ型熱電材料層１３とｎ型熱電材料層１４とが交互につながるような蛇行形状のパターンであってもよい。【００７６】
なお、上記各実施の形態では、説明の便宜のために、回路の蛇行回数や、絶縁層の積層枚数や、１周の環を組み立てるための熱電変換モジュール片の個数などをわかりやすい小さな数として図示しているが、実際にはこれらの数は、数十、数百、数千といった大きな数であってよい。【００７７】
なお、上記各実施の形態においては、熱電変換モジュール片を熱電変換モジュールに組み立てて用いる際には環状とする例を示したが、熱電変換モジュールとしては閉ループをなすようにつながった環状ではなく、周の一部が途切れた「Ｃ字形状」や半周分だけつながっている「半環状」などであっても、適切な外部端子を設けて電流を取り出すことができさえすれば一定の効果を奏することができる。配管の周囲のスペースの都合や、発生する温度差の偏りなどによっては、閉ループをなす環状ではなく、部分的な環をなす形状として熱電変換モジュールを組み立てて設置した方が好ましい場合もありうる。ここでいう「閉ループ」とは途切れる箇所がなく１周を取り囲んでいる形状をいう。すなわち、円形、楕円形、長円形のみならず、三角形、四角形や、五角形、六角形などの多角形を含む。【００７８】
特段の事情がない場合には、熱電モジュールとしては、配管の周囲を完全に取り囲めるように閉ループをなす環状にした方が、設置する際には安定するので好ましい。また、熱電変換モジュールが閉ループをなす環状であれば配管の周囲の全体にわたって温度差を有効利用できるので好ましい。【００７９】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ものである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、熱電変換モジュール片、熱電変換モジュールおよびこれらの製造方法に利用することができる。
【図１】
2009063911.tif 000003
【図２】
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【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】
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【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】
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【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】
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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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