(57)【要約】【課題】構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し長期にわたって変換効率を良好に維持できるとともに、半導体チップに熱流を集中的に流すことを容易にし高い変換効率を確保できる熱−電気直接変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る熱−電気直接変換装置は、熱エネルギと電気エネルギとを相互に変換する熱−電気直接変換半導体と、熱−電気直接変換半導体の高温側端部に熱的に接続される高温側基板と、熱−電気直接変換半導体の低温側端部に熱的に接続される低温側基板と、高温側基板を覆う金属蓋、前記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠、および低温側基板とから構成され、熱−電気直接変換半導体を外気から遮断するとともに内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する気密筐体とを備え、熱−電気直接変換半導体の高温側端部と前記金属蓋との間に熱伝導性部材を設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
2006066431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギを電気エネルギに、或いは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱−電気直接変換半導体と、
前記熱−電気直接変換半導体の高温側端部に熱的に接続される高温側基板と、
前記熱−電気直接変換半導体の低温側端部に熱的に接続される低温側基板と、
前記高温側基板を覆う金属蓋、前記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠、および前記低温側基板とから構成され、前記熱−電気直接変換半導体を外気から遮断するとともに内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する気密筐体とを備え、
前記熱−電気直接変換半導体の高温側端部と前記金属蓋との間に熱伝導性部材を設けたことを特徴とする熱−電気直接変換装置。
【請求項２】
前記熱−電気直接変換半導体は、ｐ型半導体とｎ型半導体とからなり双方の高温側端部が高温側電極で電気的に接続された半導体対を複数備えて形成され、
前記熱伝導性部材は、前記高温側電極をパッチ状に覆い、隣接する半導体対の高温側電極とは電気的に絶縁されるように形成された金属板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項３】
前記熱−電気直接変換半導体は、ｐ型半導体とｎ型半導体とからなり双方の高温側端部が高温側電極で電気的に接続された半導体対を複数備えて形成され、
前記熱伝導性部材は、前記高温側電極をパッチ状に覆い、隣接する半導体対の高温側電極とは電気的に絶縁されるように形成された第１の金属板状部材と、前記第１の金属板状部材を覆い電気的絶縁性を有する前記高温側基板と前記金属蓋との間に設けられた第２の金属板状部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項４】
前記気密筐体を構成する前記低温側基板は、外部に向かって凸形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項５】
前記金属蓋は、少なくとも前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と対向する部分が周縁部分より高く入熱方向に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項６】
前記金属蓋のうち、前記気密筐体に内蔵されている高温側基板と対向していない部分に、金属蓋自体およびそれに接続されている金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項７】
前記金属蓋から前記金属枠を経由して前記低温側基板へ至る熱伝達経路を長くするフランジ機構を前記金属蓋および前記金属枠の少なくとも一方に配設したことを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項８】
前記金属枠の外周面の少なくとも一部が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項９】
前記金属枠の高さ方向に金属枠の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１０】
前記金属蓋と金属枠とは溶接されているか、あるいは一体に成形されている一方、前記低温側基板と前記金属枠とは溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１１】
前記不活性ガス雰囲気は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選択される少なくとも１種の気体から成ることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１２】
前記不活性ガス雰囲気の圧力は、常温で外気圧より低く設定されていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１３】
前記金属蓋および金属枠は熱−電気直接変換装置の高温側温度に耐えられる耐熱金属もしくは耐熱合金から構成されていることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１４】
前記耐熱合金は、ニッケルもしくはニッケル基合金、炭素鋼、ステンレス鋼から選択される鉄基合金、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金、銅を含有する合金のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１５】
前記低温側基板はセラミック板と、このセラミック板の少なくとも一方の表面に接合された金属板とから成り、この金属板は銅、銀、アルミニウム、錫、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、チタン基合金から選択される少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１６】
前記低温側基板に使用されているセラミック板は、アルミナもしくはアルミナを含有するセラミック、アルミナ粉末を分散含有する金属、窒化珪素もしくは窒化珪素を含有するセラミック、窒化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムを含有するセラミック、ジルコニアもしくはジルコニアを含有するセラミック、イットリアもしくはイットリアを含有するセラミック、シリカあるいはシリカを含有するセラミック、ベリリアもしくはベリリアを含有するセラミックから選択される少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１５に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１７】
前記熱−電気直接変換半導体はｐ型の半導体とｎ型の半導体とから成り、これら半導体は、希土類元素、アクチノイド、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金、ニッケル、アンチモン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、錫、コバルト、シリコン、マンガン、亜鉛、ボロン、炭素、窒素、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、バナジウム、ニオブ、バリウム、マグネシウムから選択される少なくとも３種の元素から構成される熱−電気直接変換半導体であることを特徴とする請求項１または４に記載の熱−電気直接変換装置。
【請求項１８】
前記ｐ型もしくはｎ型の熱−電気直接変換半導体の結晶構造がスクッテルダイト構造、充填スクッテルダイト構造、ホイスラー構造、ハーフホイスラー構造、クラスレート構造のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１７に記載の熱−電気直接変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱−電気直接変換装置に係り、特に変換装置の構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し、長期にわたって変換効率を良好に維持できる熱−電気直接変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人類が消費するエネルギ量が歴史的に例を見ない速度で急増した結果、炭酸ガス（ＣＯ２）などの温室効果ガスによる地球温暖化の問題が浮上しており、地球環境を保全するためにＣＯ２発生を可及的に抑制可能なエネルギ源の開発が全世界的に渇望されている。このような状況の中で、主として省エネルギの観点から、大規模な廃熱の利用が従来から進行し、現在では中小規模の廃熱まで、その再利用が注目されつつある。
【０００３】
ところが、中小規模廃熱については、たとえその廃熱の質が高くとも、熱量規模自体が比較的小さいことから、たとえば蒸気タービンなどの大規模廃熱用の発電装置では、熱量に対して大掛りな装置が必要となる結果、発電効率が極めて低く、既存設備の改造や保守・補修コストに見合う電気量が得られないという問題があった。
【０００４】
また、その熱量規模が小さいことから、温水利用などの熱利用も見送られている場合が多く、全世界的に中小規模廃熱の利用は進捗し難い状況にある。そのため、これら中小規模の廃熱のエネルギから電気エネルギを簡易かつ小型の装置システムで変換できる熱−電気直接変換装置の開発実用化が待望されている。
【０００５】
このような技術的要請に対処するため、半導体を用いて熱エネルギを直接電気エネルギに変換する熱−電気直接変換装置の開発が従来から進められている（例えば特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００６】
一般に、この種の熱−電気直接変換装置は、トムソン効果、ペルチェ効果、ゼーベック効果などの熱電効果を利用したｐ型およびｎ型の熱−電気直接変換半導体（熱伝変換素子）を組み合わせて構成される。一般的な構造を図２に示す。すなわち、従来の熱−電気直接変換装置１は、ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ（ｐ型半導体）２およびｎ型熱−電気直接変換半導体チップ（ｎ型半導体）３が、高温側電極５を有する高温側絶縁板（高温側基板）７と、低温側電極６を有する低温側絶縁板（低温側基板）８に挟まれた構造を有する。上記ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２およびｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３は、熱−電気直接変換半導体対４（半導体対）を形成し、変換装置全体では電気的及び熱的に多くの熱−電気直接変換半導体対が接続される。
【０００７】
ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２およびｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３は、高温側電極５と高温側電極−半導体チップ接合部１１を介して接合され、さらにｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２およびｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３は、低温側電極６と低温側電極−半導体チップ接合部１２を介して接合されている。
【０００８】
上記のように構成された熱−電気直接変換装置１において、高温側電極５に熱流１３が供給されると、熱は高温側電極−半導体チップ接合部１１を介してｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２およびｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３に伝達され、半導体チップ２，３を通過する熱流１４に沿って、ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２の内部では半導体キャリアである正孔１６が、またｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３の内部では半導体キャリアである電子１７が、ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２あるいはｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３に低温側電極−半導体チップ接合部１２を介して接合されている低温側電極６に向かって移動する。
【０００９】
一方半導体チップ２，３を通過する熱流１４は、低温側電極６を通過して低温側電極から放出される熱流１５となる。ここで熱−電気直接変換装置１の外部に、適当な電気的負荷１９が、熱−電気直接変換装置１に設置されている電極−電流取出手段との接続手段９と、それに接続された電流取出手段１０とを介して、熱−電気直接変換装置１に電気的に接続されることにより、前記半導体キャリアの移動は電流の流れ１８として熱−電気直接変換装置１の外部に取出し利用することができる。
【００１０】
このように熱-電気直接変換装置は、高温側電極と低温側電極との温度差を、熱−電気直接変換半導体を用いて、直接電気に変換し装置外部に電力として取出すことができるものであるが、図示していない外部から電流を与えることにより、低温側から高温側あるいは高温側から低温側に熱の移動を行うこともできる。
【特許文献１】特開２００４−１１９８３３号公報
【非特許文献１】「熱電変換工学−基礎と応用−」リアライズ社ｐ．３４９−３６３（２００１）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、熱−電気直接変換装置に温度差を加えて熱を電気に変換する際には、熱−電気直接変換装置の高温側電極温度は高いほど、また低温側電極温度は低いほど、すなわち電極間の温度差が大きいほど、熱の変換効率は大きい。また熱−電気直接変換装置に電流を加え、電気を熱に変換する際にも、熱−電気直接変換装置の高温側温度と低温側温度との温度差は、印加する電流が大きいほど大きくなる。このため、図２に示した構成を有する従来の熱−電気直接変換装置では、大気中で使用していると、電極や半導体チップなどの構成部材が酸化や窒化などにより劣化し易く、熱から電気へ、あるいは電気から熱への変換効率が経時的に低下し、長期間に亘って良好な変換効率を確保することが困難であるという問題があった。
【００１２】
上記問題点を解決するために、本発明者らは例えば図２に示す構成を有する従来の熱−電気直接変換装置をそのまま金属やセラミックスから成る筐体に封じ込めることにより、大気から遮断でき装置構成部品の酸化による劣化を防止できる構成を実現している。
【００１３】
しかしながら、装置に供給される熱流は半導体チップだけでなく、筐体をも通過することになるので変換の対象となる熱の割合が減少し、熱から電気へ、あるいは電気から熱への変換効率が低下することが予測される。
【００１４】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し長期にわたって変換効率を良好に維持できるとともに、半導体チップに熱流を集中的に流すことを容易にし高い変換効率を確保できる熱−電気直接変換装置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】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明に係る熱−電気直接変換装置は、請求項１に記載したように、熱エネルギを電気エネルギに、或いは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱−電気直接変換半導体と、熱−電気直接変換半導体の高温側端部に熱的に接続される高温側基板と、熱−電気直接変換半導体の低温側端部に熱的に接続される低温側基板と、高温側基板を覆う金属蓋、前記熱−電気直接変換半導体の周囲を取り囲む金属枠、および前記低温側基板とから構成され、前記熱−電気直接変換半導体を外気から遮断するとともに内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する気密筐体とを備え、前記熱−電気直接変換半導体の高温側端部と前記金属蓋との間に熱伝導性部材を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る熱−電気直接変換装置によれば、構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し長期にわたって変換効率を良好に維持できるとともに、半導体チップに熱流を集中的に流すことを容易にし高い変換効率を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る熱−電気直接変換装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
（１）第１の実施形態
図１は半導体チップを外気から遮断する気密筐体を用いた本発明に係る熱−電気直接変換装置の第１の実施形態を示す図であり、図１（ａ）は第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａの構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す熱−電気直接変換装置１ａのＢ-Ｂ矢視断面図である。
【００１９】
図１に示すように、熱-電気直接変換装置１ａは、熱エネルギを電気エネルギに、あるいは電気エネルギを熱エネルギに直接変換する複数の熱−電気直接変換半導体対（半導体対）４と、その熱−電気直接変換半導体対４を外気から遮断する気密筐体３０とを備えて構成される。
【００２０】
気密筐体３０は複数の熱−電気直接変換半導体対４の高温側端部に熱的に接続される高温側基板７を覆う金属蓋２０と、複数の熱−電気直接変換半導体対４の周囲を取り囲む金属枠２１と、複数の熱−電気直接変換半導体対４の低温側端部に熱的に接続される低温側基板２２とから構成されている。気密筐体３０は、複数の熱−電気直接変換半導体対４等からなる内部構成品を外気から遮断するとともに、気密筐体３０の内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する。
【００２１】
不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選択される少なくとも一種の気体からなることが好ましい。これらの非酸化性の気体を気密筐体３０内に封入し、内部雰囲気を非活性とすることにより、半導体チップ等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱−電気直接変換装置が得られる。
【００２２】
また、熱−電気直接変換装置１ａにおいて、不活性ガス雰囲気の圧力が、常温で外気圧より低く設定されていることが好ましい。気密筐体３０内の不活性ガス雰囲気の圧力を外気圧より低く設定することにより、気密筐体３０内の不活性ガス雰囲気中に水分が残留することが効果的に防止でき、水分による半導体チップの劣化損傷を効果的に抑止できる。さらに、気密筐体３０内のガス雰囲気における熱伝導性が低下するために、半導体チップから金属枠方向に熱が放散することが防止でき、熱-電気変換効率を高めることができる。
【００２３】
気密筐体３０を構成する金属蓋２０および金属枠２１は、例えばニッケル基合金等のような耐熱金属もしくは耐熱合金から形成される。金属蓋２０および金属枠２１を形成する耐熱金属もしくは耐熱合金としては、高温度使用環境における耐久性の点から、ニッケル基合金の他、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼から選択される鉄基合金、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金、銅を含有する合金のいずれかより選択されることが好ましい。
【００２４】
図１（ｂ）に示したように、熱−電気直接変換半導体対（半導体対）４は、ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２（ｐ型半導体）とｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３（ｎ型半導体）とから構成されている。
【００２５】
これら半導体は、熱電変換効率の観点から、および良好な熱電効果を長期間維持することができるという観点から、希土類元素、アクチノイド、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金、ニッケル、アンチモン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、錫、コバルト、シリコン、マンガン、亜鉛、ボロン、炭素、窒素、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、バナジウム、ニオブ、バリウム、マグネシウムから選択される少なくとも３種の元素から構成される熱−電気直接変換半導体であることが好ましい。
【００２６】
また、これらの半導体の結晶構造は、良好な熱電効果の観点から、スクッテルダイト構造、充填スクッテルダイト構造、ホイスラー構造、ハーフホイスラー構造、クラスレート構造のうちのいずれかであることが好ましい。
【００２７】
熱−電気直接変換半導体対４の高温側端部（図１において上側の端部）には、高温側電極５が、高温側電極−半導体チップ接合部１１を介して接合されている。高温側電極５は、総ての熱−電気直接変換半導体対４の高温側端部にパッチ状に設けられており（図２参照）、隣接する熱−電気直接変換半導体対４の高温側電極５とは切り離されて電気的に絶縁されている。
【００２８】
高温側電極５の図１において上側には、熱伝導性部材としての第１の金属板状部材２７が高温側電極５と熱的に接続されて設けられている。第１の金属板状部材２７は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属板で形成される。
【００２９】
第１の金属板状部材２７は、高温側電極５とほぼ同一の大きさ、形状を有してパッチ状に設けられており、高温側電極５と同様に隣接する熱−電気直接変換半導体対４とは電気的に絶縁されている。
【００３０】
第１の金属板状部材２７の図１においてさらに上側には、高温側基板（高温側絶縁板）７が複数の熱−電気直接変換半導体対４の全体をほぼ覆うように設けられている。高温側基板７は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のように電気的絶縁性を有しかつ熱伝導率の高いセラミック基板で形成されている。
【００３１】
高温側基板７は、金属蓋２０の内面に接し、金属蓋２０と熱的に接続されている。また、高温側基板７は、第１の金属板状部材固定材２７ａを介して総ての第１の金属板状部材２７を固定している。
【００３２】
一方、熱−電気直接変換半導体対４の低温側端部は低温側基板２２に熱的に接続されている。
【００３３】
低温側基板２２は、低温側電極６、低温側絶縁板８および低温側系統への熱放出部２４を備えて構成される。
【００３４】
低温側電極６は、低温側電極−半導体チップ接合部１２を介して、熱−電気直接変換半導体対４を構成するｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２或いはｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３と、隣接する熱−電気直接変換半導体対４のｎ型熱−電気直接変換半導体チップ３或いはｐ型熱−電気直接変換半導体チップ２との間を電気的に接続する。
【００３５】
併せて、低温側電極６は、低温側電極−低温側絶縁板接合部２３を介して、低温側絶縁板８と熱的に接続される。
【００３６】
低温側基板２２は、セラミック板からなる低温側絶縁板８の両面に金属板を接合して一体的に形成される。このうち低温側絶縁板８の図１において上側の面に接合される金属板によって低温側電極６を形成し、一方、図１において下側の面に接合される金属板が低温側系統への熱放出部２４を形成する。
【００３７】
このように低温側絶縁板８の表面に予め低温側電極６と低温側系統への熱放出部２４とを接合させて低温側基板２２を一体的に形成することにより、熱−電気直接変換装置１ａの組み立て作業が簡素化される。さらに、低温側絶縁板８と低温側電極６および低温側系統への熱放出部２４との接合強度が高くまた両者の密着度も高く形成できるため、耐久性に優れた熱−電気直接変換装置１ａが得られる。
【００３８】
低温側電極６および低温側系統への熱放出部２４を形成する金属板の材料としては、耐熱性及び電気伝導性あるいは熱伝導性の点から、銅、銀、アルミニウム、錫、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、チタン基合金から選択される少なくとも１種から成ることが好ましい。
【００３９】
また、低温側絶縁板８を形成するセラミック板の材料としては、絶縁耐性の安定性の点から、アルミナもしくはアルミナを含有するセラミック、アルミナ粉末を分散含有する金属、窒化珪素もしくは窒化珪素を含有するセラミック、窒化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムを含有するセラミック、ジルコニアもしくはジルコニアを含有するセラミック、イットリアもしくはイットリアを含有するセラミック、シリカあるいはシリカを含有するセラミック、ベリリアもしくはベリリアを含有するセラミックから選択される少なくとも１種から構成されることが好ましい。
【００４０】
金属蓋２０と金属枠２１とは溶接によって接合される。この他、金属蓋２０と金属枠２１とを一体的に成形する形態でもよい。金属蓋２０と金属枠２１とを一体成形することによって部品点数が減り組立作業が簡素化される。
【００４１】
金属枠２１と低温側基板２２との接合方法は、特に限定されるものではないが、接合強度の点から、溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤により接合されていることが好ましい。
【００４２】
上記のように構成された熱−電気直接変換装置１ａにおいて、熱エネルギから電気エネルギに変換するには、図示しない高温系統を熱−電気直接変換装置１ａの金属蓋２０に熱的に接続するとともに、図示しない低温系統を低温側系統への熱放出部２４に熱的に接続する。
【００４３】
この結果、熱−電気直接変換半導体対４を高温側端部から低温側端部に向かって流れる熱流が発生し、熱−電気直接変換半導体対４に正孔および電子の流れに基づく電流が生じ、総ての熱−電気直接変換半導体対４の電流の総和が電流取出手段１０から取り出され、外部負荷に対して電力を供給することができる。
【００４４】
この際、高温系統と低温系統との温度差が大きい程、熱−電気の変換効率を高めることができる。例えば、低温系統の温度が室温とすると、高温系統の温度が高い程熱−電気の変換効率は高くなる。
【００４５】
このように、熱―電気の変換効率を高めるためには、熱−電気直接変換装置１ａの金属蓋２０等の温度を高温度条件下、例えば５００℃程度で運転することが有効である。
【００４６】
しかしながら、熱−電気直接変換装置１ａを大気中の高温度条件下で運転した場合には、電極や半導体チップなどの構成部材が酸化されたり窒化されたりして劣化が進行し易い。これらの構成部材の劣化進行を抑止し、熱から電気へ、あるいは電気から熱への変換効率の低下を抑止し、長期間に亘って良好な変換性能を確保するためには、本実施形態に示すように熱−電気直接変換装置を外気から遮断する気密筐体３０を用いることが有効である。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る熱−電気直接変換装置においては、ｐ型熱-電気直接変換半導体チップ２とｎ型熱-電気直接変換半導体チップ３とから成る複数の熱−電気直接変換半導体対４の低温側端部が、低温側基板２２に接合される一方、その高温側端部が高温側電極−半導体チップ接合部１１、高温側電極５および第１の金属板状部材２７を介して高温側基板（高温側絶縁板）７に機械的、熱的に接続されている。
【００４８】
熱−電気直接変換装置１ａは、熱が供給される側の金属蓋２０と低温側基板２２との温度差を直接電気に変換し装置外部に電力として取り出したり、または、外部から装置入力端部に電流を供給し低温側系統から高温側系統に熱の移動を生起させたりする。熱が供給される金属蓋２０に接する部分は高温度となるために高温環境下での酸化から半導体チップ等の変換素子及び電極を保護することが必要になる。
【００４９】
そこで、本実施形態では装置内部に窒素等の耐酸化ガスを充填し装置内部を封止するために、金属蓋２０、金属枠２１および低温側基板２２を一体に接合固定して、気密筐体３０を形成している。
【００５０】
また、発生した電力を外部へ供給するための電流取出手段１０も、図１に示したように、低温側絶縁板８を貫通する電極−電流取出手段との接続手段９を介して低温側電極６と密に接続されており、気密筐体３０の気密性を維持する形態となっている。
【００５１】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａによれば、熱−電気直接変換半導体対４、高温側電極５、低温側電極６等の構成部材が収容されている気密筐体３０内部を気密に保持し、内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に維持することが可能になる。この結果、高温環境下で運転された場合においても、熱−電気直接変換装置１ａの気密筐体３０内部に設置された構成部材の酸化や窒化などによる劣化の進行を効果的に抑止することが可能となる。
【００５２】
ところで、気密筐体３０を構成する金属蓋２０や金属枠２１は、高温度使用環境における耐久性の点から例えばニッケル基合金等のような耐熱金属もしくは耐熱合金から形成される。これらの耐熱金属もしくは耐熱合金は一定の熱伝導性を有する。このため、金属蓋２０に印加された熱の一部は、金属蓋２０から金属枠２１を流れて低温側基板２２へ至り、最終的には図示しない低温系統へ流れる。この金属枠２１を流れるいわば熱の傍流は、熱電変換にまったく寄与しない。
【００５３】
理想的には、金属蓋２０に印可された熱の総てが熱−電気直接変換半導体対４の内部を流れるいわば本流となることによって最も高い熱電変換効率を実現できる。現実には金属枠２１を流れる熱の傍流によって熱電変換効率は低下する。
【００５４】
熱電変換効率を向上させるためには、金属枠２１を流れる熱の傍流を減らし、減らした熱流を逆に熱−電気直接変換半導体対４を流れる本流に集中させる必要がある。これを実現するためには、金属蓋２０から金属枠２１を通って低温側基板２２にいたる経路の熱抵抗を高めて熱流を流れにくくし、逆に金属蓋２０から熱−電気直接変換半導体対４を通って低温側基板２２へ至る経路の熱抵抗を低減して熱流を流れやすくすることが有効である。
【００５５】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａは、高温側基板７と高温側電極５との間に熱伝導性部材である第１の金属板状部材２７を設けることによって、金属蓋２０から熱−電気直接変換半導体対４へ至る経路の熱抵抗の低減を可能としている。
【００５６】
熱−電気直接変換装置１ａの運用に際しては、金属蓋２０に接触する図示しない高温系統と、低温側基板２２に接触する図示しない低温系統とによって金属蓋２０と低温側基板２２とは相互に適宜の押圧で押し付けられる。この際、仮に第１の金属板状部材２７が存在しないとすると、セラミック板で形成される高温側基板（高温側絶縁板）７と高温側電極５とが直接接触することになる。高温側基板７と高温側電極５との接触面は、加工精度等の制約により、必ずしも全面が理想的な完全平面とはならない。また、熱−電気直接変換半導体対４自体も個体間に高さ方向の製造誤差が存在する。このため、高温側基板７と高温側電極５とが適宜の押圧で押し付けられたとしても、熱−電気直接変換半導体対４の総てにわたって高温側基板７と高温側電極５とが完全には接触しない場合が生じうる。
【００５７】
これに対して、高温側基板７と高温側電極５との間に例えば銅等の熱伝導率の高い金属で形成された第１の金属板状部材２７が存在する場合は、第１の金属板状部材２７が高温側基板７と高温側電極５から押し付けられることにより変形し、高温側基板７と高温側電極５の接触面の粗さに因る誤差や、熱−電気直接変換半導体対４の個体間の高さ方向の製造誤差を吸収することが可能となる。このため、金属蓋２０から総ての熱−電気直接変換半導体対４の高温側電極５へ至る経路の接触熱抵抗を低減することが可能となる。
【００５８】
この結果、金属蓋２０に印可される熱のうち、熱−電気直接変換半導体対４を流れる比率は増加し、金属枠２１を流れる熱流の比率は低減することになり、熱電変換効率が向上する。
【００５９】
なお、第１の金属板状部材２７は、高温側電極５とほぼ同一形状、同一寸法のパッチ状に形成されており、隣接する熱−電気直接変換半導体対４の高温側電極５とは絶縁が確保されている。このため、絶縁性シート等を別途設ける必要はない。
【００６０】
また、第１の金属板状部材２７は、第１の金属板状部材固定材２７ａを介して高温側基板７と一体的に固定されており、熱−電気直接変換装置１ａの組立作業性も良好である。
【００６１】
このように、第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａによれば、気密筐体３０によって内部の構成部材の酸化等による劣化の進行を抑止し長期にわたって変換効率を良好に維持できるとともに、第１の金属板状部材２７によって接触熱抵抗が低減され、総ての熱−電気直接変換半導体対４に熱流を集中的に流すことを容易にし高い変換効率を確保できる。
【００６２】
（２）第２の実施形態
図３は、本発明に係る熱−電気直接変換装置１ｂの第２の実施形態を示したものである。熱−電気直接変換装置１ｂの外観は第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａと同様であり、図３は、図１（ｂ）に対応するＢ-Ｂ矢視断面図を示したものである。
【００６３】
第２の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ｂと、第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａとの相違点は、第２の金属板状部材２８を付加している点にある。
【００６４】
熱−電気直接変換装置１ｂは、図３に示したように、高温側基板７と金属蓋２０との間に、熱伝導性部材として、第２の金属板状部材２８をさらに設けた形態としている。
【００６５】
第２の金属板状部材２８は、第１の金属板状部材２７が接合されている高温側基板７の面と反対側の面に、第２の金属板状部材固定材２８ａを介して、高温側基板７のほぼ全面にわたって接合されている。第２の金属板状部材２８も第１の金属板状部材２７と同様に、銅等の熱伝導率の高い金属板で形成されている。
【００６６】
第１の実施形態では、金属蓋２０の内面とセラミック板で形成される高温側基板７の表面とは直接接触する形態となっている。このため、金属蓋２０の内面や高温側基板７の表面の加工精度によっては両面が完全に接触しない領域が生じる虞がある。このため、金属蓋２０と高温側基板７との間の接触面積が低下することによって接触熱抵抗が増加し、金属蓋２０に印可された熱が熱−電気直接変換半導体対４の方向に十分流れず、金属枠２１の方へ逃げてしまい、その結果として熱電変換効率が低下する場合も考えられる。
【００６７】
第２の実施形態によれば、図示しない高温系統および低温系統から押し付けられる押圧によって第２の金属板状部材２８が変形し、金属蓋２０の内面或いは高温側基板７の表面の加工精度に起因する誤差を吸収することが可能となる。このため、金属蓋２０と高温側基板７とは全面積にわたって良好な接触が確保され、接触熱抵抗が低減される。この結果、金属蓋２０に付加された熱は金属枠２１に流れることなく、熱−電気直接変換半導体対４に集中してながれることになり、熱−電気直接変換装置１ｂの熱電変換効率が向上する。
【００６８】
また、第２の金属板状部材２８は、第１の金属板状部材２７と同様に、第２の金属板状部材固定材２８ａを介して高温側基板７に一体的に接合されており、熱−電気直接変換装置１ｂの組立に際して新たな組立作業が発生することがなく、高い作業効率が維持される。
【００６９】
さらに、第２の金属板状部材２８と第１の金属板状部材２７との金属材料を同一、例えば銅とすることにより、高温側基板７の両面にほぼ同一の層を形成することができるため、高温側基板７の反りによる変形を防止する効果もある。この効果によって接触熱抵抗をさらに低減することができる。
【００７０】
このように、第２の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ｂによれば、第１の実施形態による効果に加えてさらに接触熱抵抗を低減することができ、熱電変換効率の高い熱−電気直接変換装置１ｂが実現できる。
【００７１】
（３）第３の実施形態
図４は、本発明に係る熱−電気直接変換装置１ｃの第３の実施形態を示したものである。熱−電気直接変換装置１ｃの外観は第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ａと同様であり、図４は、図１（ｂ）に対応するＢ-Ｂ矢視断面図を示したものである。
【００７２】
第３の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ｃは、第２の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ｂの低温側基板２２の形状を、外部に対して（図４において下側）凸形状となるように形成したものである。その他の部位については第２の実施形態と同一である。
【００７３】
熱−電気直接変換装置１ｃの低温側基板２２は、全体がほぼ球面の一部をなすように緩やかに外部に向かって凸形状に湾曲して形成されている。
【００７４】
図４は、説明の便宜上、湾曲の程度を極端に誇張して図示したものであり、実際には低温側基板２２の中央部と端部の高さ方向の変位量は、例えば１ｍｍ以下の微小量である。
【００７５】
熱−電気直接変換装置１ｃの運用時には、図示しない高温系統と低温系統とによって金属蓋２０と低温側基板２２とが適宜の押圧で押し付けられる。
【００７６】
この結果、低温側基板２２の湾曲はほぼ平面状となるように変形される。同時に、熱−電気直接変換装置１ｃの中央において強い押付力が発生する。この押付力は、低温側基板２２の形状が元々平面状であった場合（第１或いは第２の実施形態）に比べて大きなものとなる。この押付力によって熱−電気直接変換半導体対４を流れる熱流経路の接触熱抵抗が低減され、熱−電気直接変換半導体対４を流れる熱流の量が増加する。
【００７７】
一方、逆に、熱−電気直接変換装置１ｃの端部にあたる金属枠２１に対する押付力は、低温側基板２２の形状が元々平面状であった場合に比べて小さなものとなる。このため、金属蓋２０から金属枠２１を経由し低温側基板２２へ至る経路の接触熱抵抗が増大し、金属枠２１を流れる熱流の量は低下する。
【００７８】
この結果、熱−電気直接変換装置１ｃの熱電変換効率はさらに向上する。
【００７９】
第３の実施形態にかかる熱−電気直接変換装置１ｃによれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、さらに熱電変換効率を向上させることができる。
【００８０】
なお、低温側基板２２の凸形状は、図４に示した略球面状の形状に限定されるものではなく、種々の形状の形態が可能である。
【００８１】
図５は、第３の実施形態に係る熱−電気直接変換装置１ｃの変形例を示したものであり、図４に対する図５（ａ）ないし（ｄ）の相違点は、低温側基板２２の凸形状の具体的な形状が異なる点にある。
【００８２】
図５（ａ）は、低温側基板２２の中央部はほぼ平面状に維持しつつ、端部に湾曲を持たせた形状ものである。
【００８３】
図５（ｂ）は、低温側基板２２をすり鉢状に中央部を窪ませた形状としたものである。
【００８４】
図５（ｃ）は、低温側基板２２の端部をほぼ平面状に維持しつつ、中央部に球面状の凸部をもたせた形状としている。
【００８５】
図５（ｄ）は、低温側基板２２の端部をほぼ平面状に維持しつつ、中央部にすり鉢状の凸部をもたせた形状としている。
【００８６】
図５（ａ）ないし（ｄ）のいずれの変形例も、図４に示した熱−電気直接変換装置１ｃと同様に中央部の接触熱抵抗が低減されると同時に端部の接触熱抵抗が高まり、熱流が中央の熱−電気直接変換半導体対４に集中することによって熱電変換効率が向上する。
【００８７】
なお、図５における低温側基板２２の形状は、図４と同様に、説明の便宜上、湾曲の程度を極端に誇張して図示したものである。
【００８８】
（４）その他の実施形態
図６は、第２の実施形態に対して、熱−電気直接変換装置の金属蓋２０の高温側絶縁板７と対向する部分を他の部分より高くすることにより、金属枠２１を通過する熱量を低減し、変換性能を向上させた熱−電気直接変換装置の実施形態を示すものである。
【００８９】
すなわち、本実施形態に係る熱−電気直接変換装置は、第２の実施形態の構成に加えて、金属蓋２０は、少なくとも前記気密筐体３０に内蔵されている高温側基板７と対向する部分が周縁部分より高く入熱方向に突出するように形成されている。
【００９０】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置によれば、金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板２２に至るまでの熱伝達経路を、金属蓋２０の高温側絶縁板７と対向する部分を他の部分の高さと同等とした場合に比較して、長くすることができると共に、装置に供給する熱を金属蓋２０の中央部で集中的に受けることができ、熱−電気直接変換半導体対４に熱を集中的に導入することが可能となり、熱電変換効率をさらに高めることができる。特に、上記熱伝達経路を長くでき、この経路の伝熱抵抗を相対的に増加させることができる構造であるために、金属蓋２０から熱−電気直接半導体対４とを経由して低温側基板２２に至る熱の通過量を多くでき、熱−電気直接変換装置の性能を向上させることが可能となる。
【００９１】
なお、上記金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板２２に至る熱伝達経路は、図６および図９(ａ)に示すように金属蓋２０の周縁部に段差状の経路３１を設けた形態のみに限定されるものではない。例えば、図９（ｂ）に示すように、金属蓋２０の周縁部に円弧状の経路３２を設けた構造や、その円弧状の経路を多段に形成した構造や、図９（ｃ）に示すように、金属蓋２０の周縁部にＶ字形断面を有する曲折部３３を形成した構造や、図９（ｄ）に示すように多段に曲折部３４を形成した構造を採用することも可能である。上記段差状の経路３１、円弧状の経路３２および曲折部３３、３４は、金属蓋２０が熱膨張した場合においても、その変位を吸収して熱応力の発生を抑制する熱応力吸収機構としても働くので有用である。
【００９２】
図７は、第２の実施形態に対して、熱−電気直接変換装置の金属蓋２０の高温側絶縁板（高温側基板）７と対向していない部分に、金属蓋２０自体やそれに接続されている金属枠２１の熱膨張を吸収する手段をさらに備えたことにより、金属蓋２０および金属枠２１に発生する熱応力を緩和する機構を設けた熱−電気直接変換装置の実施形態を示す。
【００９３】
すなわち、図７に示す実施形態に係る熱−電気直接変換装置は、第２の実施形態の構成に加えて、さらに金属蓋２０のうち、気密筐体３０に内蔵されている高温側基板７と対向していない部分に、金属蓋２０自体およびそれに接続されている金属枠２１の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段３５を備えて構成される。
【００９４】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置では、金属蓋２０ならびに金属蓋２０に接続されている金属枠２１に発生する熱応力やそれらの応力によって他の部位に発生する応力を緩和するために、金属蓋２０の高温側絶縁板７と対向していない部分にＶ字形断面を有する熱膨張吸収手段３５を設けることにより、金属蓋２０ならびに金属蓋２０に接続されている金属枠２１に発生する熱膨張および熱変形の吸収が可能になる。
【００９５】
なお、熱膨張吸収手段３５の断面形状は、図７および図９（ｃ）に示すＶ字形断面を有するものの他に、図９（ｂ）に示すように円弧状断面を有するものやそれを多段に形成したもの、または図９（ｄ）に示すようにＶ字形断面を２段以上に多段に形成したものを採用することが可能であり、いずれも構成部材の熱膨張および熱変形を効果的に吸収できる。
【００９６】
図８は、第２の実施形態に対して、熱−電気直接変換装置の金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板２２に至る熱伝達経路を長くする手段を備えることにより金属枠２１における熱通過量を抑止し、金属枠２１を設けたことによる熱−電気直接半導体対の熱通過量の低下を抑止し、熱電変換性能を向上させた熱−電気直接変換装置の実施形態を示す。
【００９７】
すなわち、図８に示す実施形態に係る熱−電気直接変換装置は、第２の実施形態の構成に加えて、さらに金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板に至る熱伝達経路を長くするフランジ機構３６を金属蓋２０および金属枠２１の少なくとも一方に配設して構成される。
【００９８】
図８に示す実施形態に係る熱−電気直接変換装置では、熱伝達経路を長くとる手段として、金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板２２に至る熱伝達経路の途中にフランジ機構３６を設けた場合の例である。本実施形態では、金属蓋２０の外周縁から外方に延出するフランジ３６ａと金属枠２１の上端から外方に延出するフランジ３６ｂとを組み合わせてフランジ機構３６としている。そして、金属枠２１に設けたフランジ３６ｂと、金属蓋２０に設けたフランジ３６ａとをシール溶接し接合部位をフランジの外周側とすることにより、金属蓋２０と金属枠２１の間の熱伝達経路長をフランジの距離（幅）に相当する分だけ増加させている。
【００９９】
この構造を用いることにより、金属蓋２０から金属枠２１を経由して低温側基板２２に至る熱伝達経路長が長くなり、伝熱抵抗が増加して熱が伝播しにくくなる一方、金属蓋２０から熱−電気直接半導体対４を経由して低温側基板２２に至る熱伝達経路の熱通過量を相対的に増加させることができ、熱−電気直接変換装置における熱電変換性能をさらに向上させることができる。
【０１００】
なお、上記熱伝達経路を長く確保する他の手段として、金属蓋２０の周縁部の形状を図９（ｂ）に示すように円弧状にした構造、その円弧状の経路を多段にした構造、図９（ｃ）に示すようにＶ字形断面を有する経路構造、図９（ｄ）に示すようにＶ字形断面を有する経路を多段に形成した構造を採用することにより熱伝達経路を長くとることも可能である。
【０１０１】
また、熱伝達経路を長く確保するその他の手段として、金属枠２１を図１１（ａ）に示すように断面がＶ字状に屈折した屈曲部を形成した金属枠２１を採用しても良い。また、図１１（ｂ）に示すように、断面がＶ字状に屈折した屈曲部を２段以上に多段に形成した金属枠２１を採用しても良い。さらに、図１１（ｃ）に示すように、円弧状の断面を有する屈曲部を設けた金属枠２１を採用しても良い。また、図１１（ｄ）に示すように、円弧状の断面を有する屈曲部を２段以上に多段に形成した金属枠２１を採用しても良い。さらに、図１１（ｅ）に示すようにＳ字状の断面を有する屈曲部を設けた金属枠２１を採用しても良い。上記いずれの場合においても、熱伝達経路を長く確保することが可能である。
【０１０２】
図１０は、金属枠２１における通過熱量を少なくするために、金属枠２１の横断面における四隅部を曲面状に形成して断面積を低減した熱−電気直接変換装置の実施形態を示すものである。
【０１０３】
すなわち、図１０に示す実施形態に係る熱−電気直接変換装置は、第１ないし第３の実施形態の構成に加えて、金属枠２１の外周面の少なくとも一部が曲面状に形成されていることを特徴とする。
【０１０４】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置においては、図１０（ａ）に示すように、金属蓋２０と金属枠２１と低温側基板２２とが一体的に接合されて気密筐体３０が形成されている。しかしながら、金属枠２１の断面形状については図１０（ｂ）左側に示すような従来一般的な矩形断面を有する金属枠２１の状態から、同図右側に示すように４つの隅部に曲面加工（Ｒ加工）を施した金属枠２１を使用している。
【０１０５】
本実施形態に係る熱−電気直接変換装置によれば、曲面部がない矩形断面を有する従来の金属枠と比較して金属枠２１の断面積を小さくすることができ、金属枠２１における熱通過量を減少させることが可能となるので、金属蓋２０から熱−電気直接半導体対４を経由して低温側基板２２に至る熱通過量を相対的に増加させることができ、熱−電気直接変換装置における熱電変換性能をさらに向上させることができる。
【０１０６】
金属枠２１の横断面の断面積を低減する他の手段として、横断面における４つの隅部に面取り加工を実施することも可能である。また、一定の曲率を有する曲面ではなく、曲率が連続的に変化する曲面を有するように加工することによって金属枠２１の断面積を低減しても良い。
【０１０７】
次に、熱−電気直接変換装置の金属枠２１の熱膨張を吸収する手段を備え、金属蓋２０および金属枠２１に発生する熱応力を緩和する機構を設けた熱−電気直接変換装置の実施形態を図１１に示す。
【０１０８】
すなわち、図１１に示す実施形態に係る熱−電気直接変換装置は、第２の実施形態の構成に加えて、金属枠２１の高さ方向に金属枠２１の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段３７を備えていることを特徴とする。
【０１０９】
本実施形態では、金属蓋２０ならびに金属蓋２０に接続されている金属枠２１に発生する熱応力を緩和するために、図１１（ａ）に示すように金属枠２１に断面がＶ字状の屈曲部を設け熱膨張吸収手段３７としている。この断面がＶ字状の屈曲部を有する熱膨張吸収手段３７により、金属蓋２０ならびに金属蓋２０に接続されている金属枠２１に発生する熱膨張および熱変形が容易に吸収される。上記熱膨張吸収手段３７の断面形状は、図１１（ｂ）に示すようにＶ字状の屈曲部を二段以上に多段に設けた構造としてもよい。また、図１１（ｃ）に示すように円弧状の屈曲部を設けた構造とすることもできる。さらに、図１１（ｄ）および図１１（ｅ）に示すように円弧状の屈曲部を多段に設けた構造としても良い。
【０１１０】
図１２は、金属蓋２０と金属枠２１との接合構造例および金属枠２１と低温側基板２２との接合構造例を示したものである。図１２（ａ）は、金属蓋２０と金属枠２１とを溶接により接合した状態を示している。また、図１２（ｂ）は金属蓋２０と金属枠２１とを一体成形した実施形態を示している。一方、金属枠２１と低温側基板２２とは、低温基板−金属枠接合部２５を介して接合される。接合は、溶接、ハンダ付け、もしくはロウ付け、拡散接合、あるいは接着剤による接合方法で実施される。
【０１１１】
上記接合方法によれば、接合操作が簡略な上に十分な接合強度が得られる。特に、金属蓋と金属枠とを一体に成形することにより、装置部品点数が減少し装置の組立てが容易になる。
【０１１２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】第１の実施形態に係る熱−電気直接変換装置の構成を示し、（ａ）は装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図２】従来の熱−電気直接変換装置の構成例を示す斜視図および要部を拡大して示す模式図。
【図３】第２の実施形態に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図４】第３の実施形態に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図５】第３の実施形態の変形例に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図６】第２の実施形態に係る金属蓋に段差形状を付加した実施形態における熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図７】第２の実施形態に係る金属蓋に熱膨張吸収手段を付加した実施形態における熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図８】第２の実施形態に係る金属蓋に段差形状およびフランジ機構を付加した実施形態における熱−電気直接変換装置の要部の断面図。
【図９】第２の実施形態に対して熱膨張吸収手段を付加した実施形態に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図であり、（ａ）は段差状の経路を設けた構成例を示し、（ｂ）は円弧状の経路を設けた構成例を示し、（ｃ）は曲折部を設けた構成例を示し、（ｄ）は曲折部を多段に設けた構成例を示す断面図。
【図１０】金属枠の外周面を曲面状に形成した実施形態に係る熱−電気直接変換装置を示し、（ａ）は装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は金属枠の断面形状を示す平断面図。
【図１１】第２の実施形態に係る金属枠に熱膨張吸収手段を設けた実施形態に係る熱−電気直接変換装置の要部の断面図であり、（ａ）はＶ字状断面を有する曲折部を熱膨張吸収手段として金属枠に形成した構成例を示し、（ｂ）は曲折部を多段に形成した熱膨張吸収手段を金属枠に形成した構成例を示し、（ｃ）は円弧状の断面を有する曲折部を熱膨張吸収手段として金属枠に形成した構成例を示し、（ｄ）は円弧状の断面を有する曲折部を２段に形成して熱膨張吸収手段とした構成例を示し、（ｅ）は円弧状の断面を有する曲折部をＳ字状に結合して熱膨張吸収手段とした構成例を示す断面図。
【図１２】第２の実施形態に係る熱−電気直接変換装置の要部を示す断面図であり、（ａ）は、金属蓋２０と金属枠２１とを溶接により接合した状態を示す断面図であり、（ｂ）は金属蓋２０と金属枠２１とを一体成形した実施例を示す断面図。
【符号の説明】
【０１１４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  熱−電気直接変換装置
２  ｐ型熱−電気直接変換半導体チップ（ｐ型半導体）
３  ｎ型熱−電気直接変換半導体チップ（ｎ型半導体）
４  熱−電気直接変換半導体対（半導体対）
５  高温側電極
６  低温側電極
７  高温側基板（高温側絶縁板）
８  低温側絶縁板
９  電極−電流取出手段との接続手段
１０  電流取出手段
１１  高温側電極−半導体チップ接合部
１２  低温側電極−半導体チップ接合部
１３  高温側電極に供給される熱流
１４  半導体チップを通過する熱流
１５  低温側電極から放出される熱流
１６  正孔
１７  電子
１８  電流の流れ
１９  電気的負荷
２０  金属蓋
２１  金属枠
２２  低温側基板
２３  低温側電極−低温側絶縁板接合部
２４  低温側系統への熱放出部
２５  低温基板−金属枠接合部
２６  電流取出部絶縁手段
２７  第１の金属板状部材（熱伝導性部材）
２７ａ  第１の金属板状部材固定材
２８  第２の金属板状部材（熱伝導性部材）
２８ａ  第２の金属板状部材固定材
３０  気密筐体
３１  段差状経路
３２  円弧状経路
３３  曲折部
３４  多段曲折部
３５  熱膨張吸収手段
３６  フランジ機構
３６ａ、３６ｂ  フランジ
３７  熱膨張吸収手段
【図１】
2006066431.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006066431.tif 000005
【図４】
2006066431.tif 000006
【図５】
2006066431.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2006066431.tif 000010
【図９】
2006066431.tif 000011
【図１０】
2006066431.tif 000012
【図１１】
2006066431.tif 000013
【図１２】
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