(57)【要約】【課題】発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、十分な電力を得ることが可能な熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用方法を提供する。【解決手段】複数の熱電変換素子１１と、これら熱電変換素子１１の一端側に配設された第１電極部２５及び他端側に配設された第２電極部３５と、を有し、第１電極部２５及び第２電極部３５を介して複数の熱電変換素子１１が電気的に接続してなる熱電変換モジュール１０であって、熱電変換素子１１の一端側には、第１絶縁層２１と、この第１絶縁層２１の一方の面に形成された第１電極部２５と、を備えた第１伝熱板２０が配設されており、この第１伝熱板２０に、第１磁石２４が配設されている。【選択図】図１
2019012736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１電極部及び他端側に配設された第２電極部と、を有し、前記第１電極部及び前記第２電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子の一端側には、第１絶縁層と、この第１絶縁層の一方の面に形成された前記第１電極部と、を備えた第１伝熱板が配設されており、この第１伝熱板に、第１磁石が配設されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記熱電変換素子の他端側には、前記第２電極部を備えた第２伝熱板が配設されており、前記第２伝熱板に第２磁石が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記第２伝熱板の前記第２電極部とは反対側に、ヒートシンクが積層配置されており、前記ヒートシンクに第３磁石が内包されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記第１伝熱板は、前記第１絶縁層の前記第１電極部とは反対側の面に、第１放熱層を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１電極部及び他端側に配設された第２電極部と、を有し、前記第１電極部及び前記第２電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールの使用方法であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱電変換モジュールの前記第１伝熱板に配設された前記第１磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けることを特徴とする熱電変換モジュールの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱体又は冷却体に固定して用いられる熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子は、ゼーベック効果あるいはペルティエ効果によって、熱エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換可能な電子素子である。
ゼーベック効果は、熱電変換素子の両端に温度差を生じさせると起電力が発生する現象であり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。ゼーベック効果により発生する起電力は、熱電変換素子の特性によって決まる。近年では、この効果を利用した熱電発電の開発が盛んである。
ペルティエ効果は、熱電変換素子の両端に電極等を形成して電極間で電位差を生じさせると、熱電変換素子の両端に温度差が生じる現象であり、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。このような効果をもつ素子は特にペルティエ素子と呼ばれ、精密機器や小型冷蔵庫などの冷却や温度制御に利用されている。
【０００３】
上述の熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールとしては、例えば、ｎ型熱電変換素子とｐ型熱電変換素子とを交互に直列接続した構造のものが提案されている。
このような熱電変換モジュールにおいては、複数の熱電変換素子の一端側及び他端側にそれぞれ伝熱板が配置され、この伝熱板に配設された電極部によって熱電変換素子同士が直列接続された構造とされている。なお、上述の伝熱板として、絶縁層と電極部とを備えた絶縁回路基板を用いることがある。
【０００４】
そして、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間で温度差を生じさせることで、ゼーベック効果によって、電気エネルギーを発生させることができる。あるいは、熱電変換素子に電流を流すことで、ペルティエ効果によって、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間に温度差を生じさせることが可能となる。
【０００５】
ここで、上述の熱電変換モジュールにおいては、例えばロータリーキルン炉等の各種炉等の発熱体や冷却配管等の冷却体に取り付けて、発熱体又は冷却体の熱を利用して発電することが行われている。
例えば、特許文献１には、ロータリーキルン炉の炉本体の内部温度を測定するためのロータリーキルン炉用温度測定装置であって、炉本体の内部に感温部が配置される温度センサと、炉本体に配設されて温度センサの測定データを送信する送信機と、送信機から送信された測定データを受信する受信機と、炉本体からの放熱を回収して送信機へ電力を供給する熱電池と、を備えたものが提案されている。
そして、熱電池は、炉本体側に配置される熱吸収板と、この熱吸収板と対向配置される熱放出板と、これら熱吸収板と熱放出板の間に配設された熱電変換素子と、を備えた熱電変換モジュールとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４１６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載されたロータリーキルン炉用温度測定装置においては、熱電池の熱吸収板をロータリーキルン炉の炉本体側に取り付ける際に治具を用いているため、熱電池の取り付け構造が煩雑となり、取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができなかった。また、熱吸収板が、炉本体から離間して配置されることになるため、炉本体からの放熱を十分に回収することができず、熱吸収板と熱放出板との温度差を確保できなくなり、十分な電力を得ることができないおそれがあった。
【０００８】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、十分な電力を得ることが可能な熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の熱電変換モジュールは、複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１電極部及び他端側に配設された第２電極部と、を有し、前記第１電極部及び前記第２電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、前記熱電変換素子の一端側には、第１絶縁層と、この第１絶縁層の一方の面に形成された前記第１電極部と、を備えた第１伝熱板が配設されており、この第１伝熱板に、第１磁石が配設されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の熱電変換モジュールによれば、前記熱電変換素子の一端側には、第１絶縁層と、この第１絶縁層の一方の面に形成された前記第１電極部と、を備えた第１伝熱板が配設されており、この第１伝熱板に、第１磁石が配設されているので、鉄等の磁性材料で構成された発熱体又は冷却体の表面に直接取り付けることが可能となる。よって、第１伝熱板が発熱体又は冷却体に接触することになり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、取り付けに第１磁石を用いているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
【００１１】
ここで、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記熱電変換素子の他端側には、前記第２電極部を備えた第２伝熱板が配設されており、前記第２伝熱板に第２磁石が配設されている構成としてもよい。
この場合、第１伝熱板と第２伝熱板とが近接する方向に磁力が作用するように、第１伝熱板に配設された第１磁石と第２伝熱板に配設された第２磁石を配置することにより、第１伝熱板及び第２伝熱板との間に配設された熱電変換素子が強く挟持されることになり、第１伝熱板と熱電変換素子、及び、熱電変換素子と第２伝熱板との密着性を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記第２伝熱板の前記第２電極部とは反対側に、ヒートシンクが積層配置されており、前記ヒートシンクに第３磁石が内包されている構成としてもよい。
この場合、ヒートシンクに内包された第３磁石を利用して、ヒートシンクを第２伝熱板に積層配置することができ、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差をさらに確保することができる。また、ヒートシンクを比較的容易に配設することができ、熱電変換モジュールの構造が簡単となる。
【００１３】
さらに、本発明の熱電変換モジュールにおいては、前記第１伝熱板は、前記第１絶縁層の前記第１電極部とは反対側の面に、第１放熱層を備えていてもよい。
この場合、第１放熱層が発熱体又は冷却体に接触することになり、第１放熱層で熱を拡げて第１絶縁回路基板の全体に伝熱させることができる。なお、この第１放熱層に第１磁石が配置されていてもよい。
【００１４】
本発明の熱電変換モジュールの使用方法は、複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１電極部及び他端側に配設された第２電極部と、を有し、前記第１電極部及び前記第２電極部を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールの使用方法であって、上述の熱電変換モジュールの前記第１伝熱板に配設された前記第１磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けることを特徴としている。
【００１５】
このような構成とされた熱電変換モジュールの使用方法によれば、上述の熱電変換モジュールの前記第１伝熱板に配設された前記第１磁石を用いて、前記熱電変換モジュールを発熱体又冷却体に取り付けているので、第１伝熱板が発熱体又は冷却体に直接接触することになり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、第１磁石を用いて取り付けているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体又は冷却体への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発熱体又は冷却体に容易に取り付け可能であり、熱電変換素子の一端側と他端側との温度差を確保して、十分な電力を得ることが可能な熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態である熱電変換モジュールの概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態である熱電変換モジュールの第１伝熱板（第１絶縁回路基板）の説明図である。
【図３】本発明の実施形態である熱電変換モジュールの第２伝熱板（第２絶縁回路基板）の説明図である。
【図４】本発明の実施形態である熱電変換モジュールの使用方法を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
本実施形態に係る熱電変換モジュール１０は、図１に示すように、複数の柱状をなす熱電変換素子１１と、この熱電変換素子１１の長さ方向の一端側（図１において下側）に配設された第１伝熱板２０と、熱電変換素子１１の長さ方向の他端側（図１において上側）に配設された第２伝熱板３０と、第２伝熱板３０に積層されたヒートシンク４０と、を備えている。
ここで、図１及び図２に示すように、熱電変換素子１１の一端側に配設された第１伝熱板２０には第１電極部２５が形成され、熱電変換素子１１の他端側に配設された第２伝熱板３０には第２電極部３５が形成されており、これら第１電極部２５及び第２電極部３５によって、複数の柱状をなす熱電変換素子１１が電気的に直列接続されている。
【００２０】
第１伝熱板２０は、第１絶縁層２１と、この第１絶縁層２１の一方の面（図１において上面）に形成された第１電極部２５と、を備えた第１絶縁回路基板で構成されている。
なお、本実施形態では、第１伝熱板２０となる第１絶縁回路基板においては、図１に示すように、第１絶縁層２１の他方の面（図１において下面）に、第１放熱層２６が形成されている。
【００２１】
第１絶縁層２１は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁性の高いセラミックス材料、あるいは、絶縁樹脂等で構成されている。本実施形態では、第１絶縁層２１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成されている。ここで、アルミナからなる第１絶縁層２１の厚さは、１００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲内とされている。
【００２２】
第１電極部２５は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導電性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第１電極部２５は、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム板が第１絶縁層２１の一方の面に接合されることによって形成されている。
ここで、第１電極部２５は、図２に示すように、第１絶縁層２１の一方の面に、パターン状に形成されている。
【００２３】
第１放熱層２６は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第１放熱層２６は、第１電極部２５と同様に、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム板が第１絶縁層２１の他方の面に接合されることによって形成されている。
【００２４】
なお、第１電極部２５及び第１放熱層２６となるアルミニウム板の接合方法は特に制限はなく、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた接合や、固相拡散接合等を適用してもよい。さらに、接合面にＣｕ、Ｓｉ等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法（ＴＬＰ）によって接合してもよい。なお、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金といった金属材料を第１電極部２５及び第１放熱層２６とする場合には、これらの金属成分を含むペーストを直接絶縁層に塗布し、焼成することにより第１電極部２５及び第１放熱層２６を形成してもよい。
【００２５】
そして、この第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）には、第１磁石２４が配設されている。本実施形態では、図２に示すように、第１絶縁層２１の一方の面の４つの角部にそれぞれ第１磁石２４が配設されている。
ここで、第１磁石２４は、使用温度に応じてその材質を選択することが好ましい。例えば、使用温度が１５０℃以下の場合には耐熱ネオジム磁石、２００℃以下の場合にはフェライト磁石、２００℃以下の場合にはサマリウムコバルト磁石、４００℃以下の場合にはアルニコ磁石等を用いることができる。使用温度に応じて、最も磁力が強い磁石を用いることが好ましい。
また、第１磁石２４の第１絶縁層２１の一方の面に占める面積は、１％以上９９％未満とすることが好ましい。熱電発電を効率的に行いたい場合は１％付近とし、確実な固定が求められる一方でセンシング用途などの大きな電力が求められない場合は９９％付近とすればよい。１％未満では熱電変換モジュールに対し磁力が弱く、固定が困難になるおそれがあり、９９％以上では熱電発電の効率が著しく損なわれるおそれがある。
【００２６】
なお、第１磁石２４の配設方法には、特に制限はなく、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第１磁石２４を嵌入させてもよいし、固定爪を形成して第１磁石２４をカシメ固定してもよい。また、セラミックス等からなる第１絶縁層２１と接合してもよいし、金属材料からなる第１電極部２５及び第１放熱層２６に接合してもよい。これらの接合方法としては、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等を適用することができる。
本実施形態では、図１及び図２に示すように、アルミニウムからなる第１電極部２５の表面に第１磁石２４をセラミックス製の接着剤によって接合している。
【００２７】
第２伝熱板３０は、第２絶縁層３１と、この第２絶縁層３１の一方の面（図１において下面）に形成された第２電極部３５と、を備えた第２絶縁回路基板で構成されている。
なお、本実施形態では、第２伝熱板３０となる第２絶縁回路基板においては、図１に示すように、第２絶縁層３１の他方の面（図１において上面）に、第２放熱層３６が形成されている。
【００２８】
第２絶縁層３１は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁性の高いセラミックス材料、あるいは、絶縁樹脂等で構成されている。本実施形態では、第２絶縁層３１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成されている。ここで、アルミナからなる第２絶縁層３１の厚さは、１００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲内とされている。
【００２９】
第２電極部３５は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導電性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第２電極部３５は、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム板が第２絶縁層３１の一方の面に接合されることによって形成されている。
ここで、第２電極部３５は、図３に示すように、第２絶縁層３１の一方の面に、パターン状に形成されている。
【００３０】
第２放熱層３６は、例えば銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金、アルミニウム又はアルミニウム合金といった熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態では、第２放熱層３６は、第２電極部３５と同様に、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム板が第２絶縁層３１の他方の面に接合されることによって形成されている。
【００３１】
なお、第２電極部３５及び第２放熱層３６となるアルミニウム板の接合方法は特に制限はなく、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた接合や、固相拡散接合等を適用してもよい。さらに、接合面にＣｕ、Ｓｉ等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法（ＴＬＰ）によって接合してもよい。なお、銀又は銀合金、金又は金合金、白金又は白金合金といった金属材料を第２電極部３５及び第２放熱層３６とする場合には、これらの金属成分を含むペーストを直接絶縁層に塗布し、焼成することにより第２電極部３５及び第２放熱層３６を形成してもよい。
【００３２】
そして、この第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）には、第２磁石３４が配設されている。本実施形態では、図３に示すように、第２絶縁層３１の一方の面の４つの角部にそれぞれ第２磁石３４が配設されている。
ここで、第２磁石３４は、第１磁石２４と同様に、使用温度に応じて材質を選択することが好ましい。
また、第２磁石３４の第２絶縁層３１の一方の面に占める面積は、１％以上９９％未満とすることが好ましい。
【００３３】
なお、第２磁石３４の配設方法には、特に制限はなく、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第２磁石３４を嵌入させてもよいし、固定爪を形成して第２磁石３４をカシメ固定してもよい。また、セラミックス等からなる第２絶縁層３１と接合してもよいし、金属材料からなる第２電極部３５及び第２放熱層３６に接合してもよい。これらの接合方法としては、セラミックス製の接着剤や、エポキシ等の耐熱樹脂による接合等を適用することができる。
本実施形態では、図１及び図３に示すように、アルミニウムからなる第２電極部３５の表面に第２磁石３４をセラミックス製の接着剤によって接合している。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）に配設された第１磁石２４と、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に配設された第２磁石３４は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）と第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用するように構成されている。
【００３５】
ヒートシンク４０は、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）の第２放熱層３６に積層される天板部４１と、天板部４１から立設されたフィン部４２と、を備えている。
そして、このヒートシンク４０の天板部４１には、第３磁石４４が配設されている。ここで、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に配設された第２磁石３４と、ヒートシンク４０の天板部４１に配設された第３磁石４４とは、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されており、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）の第２放熱層３６とヒートシンク４０の天板部４１とが磁力によって固定されている。ヒートシンク４０は熱伝動性の高い材料、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金等から構成されている。
また、第３磁石４４の天板部４１の面に占める面積は、1％以上５０％未満とすることが好ましい。
なお、第３磁４４の配設方法には、特に制限はないが、図１に示すように、ヒートシンク４０に収容凹部を形成して、この収容凹部内に第３磁石４４を嵌入させるとよい。この場合、図１に示すように、第２放熱層３６とヒートシンク４０が直接接触することにより、第２放熱層３６からヒートシンク４０への熱伝導を低下させることが無い。
【００３６】
熱電変換素子１１は、ｎ型熱電変換素子１１ａとｐ型熱電変換素子１１ｂとを有しており、これらｎ型熱電変換素子１１ａとｐ型熱電変換素子１１ｂが交互に配列されている。
なお、この熱電変換素子１１の一端面及び他端面には、メタライズ層（図示なし）がそれぞれ形成されている。メタライズ層としては、例えば、ニッケル、銀、コバルト、タングステン、モリブデン等や、あるいはそれらの金属繊維でできた不織布等を用いることができる。なお、メタライズ層の最表面（第１電極部２５及び第２電極部３５との接合面）は、Ａｕ又はＡｇで構成されていることが好ましい。
【００３７】
ｎ型熱電変換素子１１ａ及びｐ型熱電変換素子１１ｂは、例えば、テルル化合物、スクッテルダイト、充填スクッテルダイト、ホイスラー、ハーフホイスラー、クラストレート、シリサイド、酸化物、シリコンゲルマニウム等の焼結体で構成されている。
ｎ型熱電変換素子１１ａの材料として、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、Ｌａ３Ｔｅ４、ＣｏＳｂ３、ＦｅＶＡｌ、ＺｒＮｉＳｎ、Ｂａ８Ａｌ１６Ｓｉ３０、Ｍｇ２Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＭｎＯ３、ＺｎＯ、ＳｉＧｅなどが用いられる。
また、ｐ型熱電変換素子１１ｂの材料として、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、ＴＡＧＳ（＝Ａｇ‐Ｓｂ‐Ｇｅ‐Ｔｅ）、Ｚｎ４Ｓｂ３、ＣｏＳｂ３、ＣｅＦｅ４Ｓｂ１２、Ｙｂ１４ＭｎＳｂ１１、ＦｅＶＡｌ、ＭｎＳｉ１．７３、ＦｅＳｉ２、ＮａｘＣｏＯ２、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏ７、ＳｉＧｅなどが用いられる。
なお、ドーパントによりｎ型とｐ型の両方をとれる化合物と、ｎ型かｐ型のどちらか一方のみの性質をもつ化合物がある。
【００３８】
次に、上述した本実施形態である熱電変換モジュール１０の使用方法について、図４を用いて説明する。
本実施形態である熱電変換モジュール１０においては、例えば、第１伝熱板２０側を高温部とし、第２伝熱板３０側を低温部として使用され、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換が実施される。
【００３９】
本実施形態では、図４に示すように、熱電変換モジュール１０を、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）に配設された第１磁石２４を用いて、発熱体であるロータリーキルン炉の炉本体３の側壁に取り付ける。ここで、ロータリーキルン炉の炉本体３の側壁は、通常、磁性材料である鉄鋼材で構成されているため、第１磁石２４によって容易に取り付けることが可能となる。これにより、ロータリーキルン炉の炉本体３の側壁に第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）が直接接触することになる。
【００４０】
そして、ロータリーキルン炉の炉本体３からの放熱を回収することで、第１伝熱板２０側が高温部となる。一方、第２伝熱板３０側にはヒートシンク４０が積層配置されており、このヒートシンク４０によって放熱が促進され、第２伝熱板３０側が低温部となる。
このように、熱電変換素子１１の一端側に配設された第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）と、熱電変換素子１１の他端側に配設された第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）とで温度差が確保され、効率良く電力を得ることが可能となる。
【００４１】
以上のような構成とされた本実施形態である熱電変換モジュール１０、及び、熱電変換モジュール１０の使用方法によれば、熱電変換素子１１の一端側に配設された第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）に、第１磁石２４が配設されているので、鉄等の磁性材料で構成された発熱体（本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体３の側壁）に直接取り付けることが可能となる。よって、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）が発熱体に直接接触することになり、熱電変換素子１１の一端側と他端側との温度差を確保することができ、十分な電力を得ることができる。
また、取り付けに第１磁石２４を用いているので、別途、治具等を用いる必要がなく、発熱体（本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体３の側壁）への取り付け、及び、取り外しを容易に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では、熱電変換素子１１の他端側に配設された第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に第２磁石３４が配設されており、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）に配設された第１磁石２４と、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に配設された第２磁石３４は、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されているので、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）と第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）とが互いに近接する方向に向けて磁力が作用することになり、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）と熱電変換素子１１、及び、熱電変換素子１１と第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）との密着性を向上させることが可能となる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）が、第１絶縁層２１の第１電極部２５とは反対側の面に、第１放熱層２６を備えているので、第１放熱層２６が発熱体（本実施形態では、ロータリーキルン炉の炉本体３の側壁）に接触することになり、第１放熱層２６で熱を拡げて第１伝熱板２０（第１絶縁回路基板）の全体に伝熱させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）の第２放熱層３６にヒートシンク４０が積層配置されているので、第２伝熱板３０から効率良く放熱することができ、熱電変換素子１１の一端側と他端側との温度差をさらに確保することができる。
また、ヒートシンク４０の天板部４１に第３磁石４４が配設されており、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）に配設された第２磁石３４と、ヒートシンク４０の天板部４１に配設された第３磁石４４とは、互いに対向するとともに対向する面が互いに異なる極となるように配設されているので、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）の第２放熱層３６にヒートシンク４０を磁力によって固定することができる。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４６】
例えば、本実施形態では、熱電変換素子１１の他端側に第２伝熱板３０として第２絶縁回路基板を配設するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、熱電変換素子１１の他端側に第２電極部を配置するとともに絶縁基板を積層し、この絶縁基板を積層方向に押圧することによって、第２伝熱板を構成する構成としてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、図３に示すように、第１絶縁回路基板の第１電極部２５の上に第１磁石２４を配設した構造として説明したが、これに限定されることはなく、第１絶縁層２１の一方の面あるいは他方の面に第１磁石２４を配設してもよいし、第１放熱層２６に第１磁石２４を配設してもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、第２磁石及び第３磁石によって、第２伝熱板３０（第２絶縁回路基板）の第２放熱層３６とヒートシンク４０の天板部４１とを固定したが、これに限定されることはなく、第２伝熱板３０とヒートシンク４０の天板部４１とを、例えば、ろう付けやはんだ付け、ＴＬＰ、固相拡散接合等によって接合してもよい。
【００４９】
さらに、第１絶縁回路基板の第１絶縁層２１に切込みを入れて、第１絶縁回路基板を、例えば炉本体の側面の円筒面に沿って湾曲可能に構成してもよい。この場合、熱電変換素子の他端側においては、熱電変換素子の一端側よりも変形量が大きくなることから、熱電変換素子の他端側に第２電極部のみを配設してもよいし、第２絶縁回路基板の大きさを第１絶縁回路基板よりも大きく設定してもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、熱電変換モジュールを、発熱体であるロータリーキルン炉の炉本体に取り付けて使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、本発明の熱電変換モジュールは、ボイラー配管等の他の発熱体に取り付けて使用してもよい。また、冷却配管等の冷却体に取り付けて使用してもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートシンクを、天板部とフィンとを備えた構造の物として説明したが、ヒートシンクの構造に制限はない。
【符号の説明】
【００５１】
１０  熱電変換モジュール
１１  熱電変換素子
２０  第１伝熱板（第１絶縁回路基板）
２１  第１絶縁層
２４  第１磁石
２５  第１電極部
３０  第２伝熱板（第２絶縁回路基板）
３１  第２絶縁層
３４  第２磁石
３５  第２電極部
４０  ヒートシンク
４４  第３磁石
【図１】
2019012736.tif 000003
【図２】
2019012736.tif 000004
【図３】
2019012736.tif 000005
【図４】
2019012736.tif 000006