(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材の熱抵抗の差を補正する。【解決手段】熱電変換モジュールでは、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との、それぞれに備わる絶縁体の熱抵抗が異なることにより、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０の熱抵抗の差を補正する。Ｐ型熱電変換部材又はＮ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、第１絶縁体の面積と第２絶縁体の面積とが異なり、かつＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子の熱抵抗の差が、Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい。【選択図】図１Ａ
2015222757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型熱電変換部材と、該Ｐ型熱電変換部材を覆う第１絶縁体と、を有するＰ型熱電変換素子と、
Ｎ型熱電変換部材と、該Ｎ型熱電変換部材を覆う第２絶縁体と、を有するＮ型熱電変換素子と、
前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材とを電気的に接続する電極と、を備え、
前記Ｐ型熱電変換部材又は前記Ｎ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第１絶縁体の面積と前記第２絶縁体の面積とが異なり、かつ前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい
熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記Ｐ型熱電変換部材の熱抵抗が前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗より大であり、かつ、前記断面において前記第１絶縁体の面積が前記第２絶縁体の面積より大である、
請求項１の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記Ｐ型熱電変換部材の熱抵抗が前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗より小であり、かつ、前記断面において前記第１絶縁体の面積が前記第２絶縁体の面積より小である、
請求項１の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記Ｐ型熱電変換部材及び前記Ｎ型熱電変換部材は、Ｂｉ−Ｔｅ系材料で構成され、
前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体は、耐熱ガラスで構成され、
前記断面において、前記第１絶縁体の面積よりも前記第２絶縁体の面積が大である、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記Ｐ型熱電変換部材及び前記Ｎ型熱電変換部材は、Ｂｉ−Ｔｅ系材料で構成され、
前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体は、石英で構成され、
前記断面において、前記第１絶縁体の面積よりも前記第２絶縁体の面積が大である、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記Ｐ型熱電変換部材はＺｎ−Ｓｂ系材料で構成され、前記Ｎ型熱電変換部材はＣｏ−Ｓｂ系材料で構成され、
前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体は、石英で構成され、
前記断面において、前記第１絶縁体の面積よりも前記第２絶縁体の面積が小である、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記Ｐ型熱電変換部材はＺｎ−Ｓｂ系材料で構成され、前記Ｎ型熱電変換部材はＣｏ−Ｓｂ系材料で構成され、
前記第１絶縁体は耐熱ガラスで構成され、前記第２絶縁体は石英で構成され、
前記断面において、前記第１絶縁体の面積よりも前記第２絶縁体の面積が小である、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記断面において、前記Ｐ型熱電変換部材及び前記Ｎ型熱電変換部材の面積が等しい、請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項９】
Ｐ型熱電変換部材と、該Ｐ型熱電変換部材を覆う第１絶縁体と、を有するＰ型熱電変換素子と、
Ｎ型熱電変換部材と、該Ｎ型熱電変換部材を覆う第２絶縁体と、を有するＮ型熱電変換素子と、
前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材とを電気的に接続する電極と、を備え、
前記第１絶縁体の材料と前記第２絶縁体の材料とが異なり、かつ前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい
熱電変換モジュール。
【請求項１０】
前記Ｐ型熱電変換部材の熱抵抗が前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗よりも大であり、かつ、前記第１絶縁体の熱抵抗が前記第２絶縁体の熱抵抗よりも小である、
請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１１】
前記Ｐ型熱電変換部材の熱抵抗が前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗よりも小であり、かつ、前記第１絶縁体の熱抵抗が前記第２絶縁体の熱抵抗よりも大である、
請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１２】
前記Ｐ型熱電変換部材はＺｎ−Ｓｂ系材料で構成され、
前記Ｎ型熱電変換部材はＣｏ−Ｓｂ系材料で構成され、
前記第１絶縁体は耐熱ガラスで構成され、前記第２絶縁体は石英で構成される、
請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１３】
前記Ｐ型熱電変換部材又は前記Ｎ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第１絶縁体と前記第２絶縁体との面積が異なる、請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１４】
前記Ｐ型熱電変換部材又は前記Ｎ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記Ｐ型熱電変換部材及び前記Ｎ型熱電変換部材の面積が等しい、請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１５】
前記Ｐ型熱電変換部材又は前記Ｎ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の面積が等しい、請求項９に記載の熱電変換モジュール。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換モジュールとは、Ｐ型半導体を含む熱電変換素子とＮ型半導体を含む熱電変換素子とを組み合わせたモジュールであり、温度差を利用して起電するモジュールである。図４には、熱電変換素子の構造の例が示される。図４に示されるＰ型またはＮ型熱電変換素子４００は、中空筒状の耐熱性絶縁部材４０２の内部に、Ｐ型またはＮ型熱電変換部材４０１が充満して構成される。Ｐ型熱電変換素子４００Ｐは、Ｐ型熱電変換部材４０１Ｐを含み、Ｎ型熱電変換素子４００Ｎは、Ｎ型熱電変換部材４０１Ｎを含む。
【０００３】
Ｐ型熱電変換素子４００ＰとＮ型熱電変換素子４００Ｎとを組み合わせて、熱電変換モジュールが構成される。図５に示される熱電変換モジュール５００は、Ｐ型熱電変換素子４００ＰとＮ型熱電変換素子４００Ｎとを、電極５０２で電気的に直列に接続した構成を有する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０６６７８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材とは、その熱的特性が異なる。従って、従来の熱電変換モジュールにおいて、Ｐ型熱電変換素子の熱抵抗とＮ型熱電変換素子の熱抵抗とが異なっていた。
【０００６】
熱電変換素子は熱エネルギーによって、Ｐ型熱電変換素子では正孔が、Ｎ型熱電変換素子では電子が生成されることにより発電する。よって、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とで熱抵抗が異なると、熱エネルギーの流れる量がＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とで異なるため、正孔と電子の流量が異なり、流量の少ない方に電流量が律速して、熱電変換モジュールとしての発電性能が低下するという課題を有する。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材との熱抵抗の差を補正する（低減する）ことで、高い性能を示す熱電変換素子モジュール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】
【０００８】
本発明は、Ｐ型熱電変換部材と、該Ｐ型熱電変換部材を覆う第１絶縁体と、を有するＰ型熱電変換素子と、Ｎ型熱電変換部材と、該Ｎ型熱電変換部材を覆う第２絶縁体と、を有するＮ型熱電変換素子と、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材とを電気的に接続する電極とを備える熱電変換モジュールを提供する。
【０００９】
提供される熱電変換モジュールの１つの態様において、熱電変換モジュールが、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材とを電気的に接続する電極と、を備え、前記Ｐ型熱電変換部材又は前記Ｎ型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第１絶縁体の面積と前記第２絶縁体の面積とが異なり、かつ前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい。
【００１０】
提供される熱電変換モジュールのさらに別の態様において、前記第１絶縁体の材料と前記第２絶縁体の材料とが異なり、かつ前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記Ｐ型熱電変換部材と前記Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい。
【００１１】
本構成によって、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子の熱抵抗差の小さい熱電変換モジュールを提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の熱電変換モジュールによれば、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子との熱抵抗を近づけ、高い性能を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｂ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｃ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｄ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｅ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｆ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図１Ｇ】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの横断面図
【図２】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの製造工程図
【図４】特許文献１に記載された従来の熱電変換素子を示す図
【図５】特許文献１に記載された従来の熱電変換モジュールを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅ、図１Ｆ、および図１Ｇには、本発明の熱電変換モジュール１００の横断面図（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面）が示される。
【００１６】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅ、図１Ｆ、および図１Ｇに示される熱電変換モジュール１００は、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０とを有する。Ｐ型熱電変換素子１１０は、棒状のＰ型熱電変換部材１１１と、Ｐ型熱電変換部材１１１を覆う絶縁材料の筒１１２（第１絶縁体）とを有する。Ｎ型熱電変換素子１２０は、棒状のＮ型熱電変換部材１２１と、Ｎ型熱電変換部材１２１を覆う絶縁材料の筒１２２（第２絶縁体）とを有する。
【００１７】
Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１は、両端に温度差を生じさせると起電力が生じる材料で形成された棒状の部材である。本実施の形態１および２におけるＰ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１に、常温から５００Ｋの温度域で高い起電圧を持つＢｉ−Ｔｅ（ビスマス−テルル）系材料を採用した。また、本実施の形態３および４におけるＰ型熱電変換部材１１１に５００Ｋから７００Ｋの温度域で高い起電圧を持つＺｎ−Ｓｂ（亜鉛−アンチモン）系材料を、Ｎ型熱電変換部材１２１に５００Ｋから９００Ｋの温度域で高い起電圧を持つＣｏ−Ｓｂ（コバルト−アンチモン）系材料を採用した。しかし、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１は、起電するときの使用時に存在する温度差に応じて選ぶことができる。例えば、温度差が常温から８００ＫまでであればＰｂ−Ｔｅ（鉛−テルル）系を、前記温度差が常温から９００Ｋまでであればスクッテルダイト系を、前記温度差が常温から１，０００ＫまでであればＳｉ−Ｇｅ（シリコン−ゲルマニウム）系を用いることができる。
【００１８】
Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１は、適当なドーパントを添加することによって得ることができる。Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１としてＢｉ−Ｔｅ系材料を用いる場合、Ｐ型熱電変換部材１１１を得るためのドーパントの例には、Ｓｂが含まれる。Ｎ型熱電変換部材１２１を得るためのドーパントの例には、Ｓｅが含まれる。これらのドーパントの添加によって熱電変換材料は混晶を形成する。したがって、これらのドーパントは、例えば「Ｂｉ０．５Ｓｂ１．５Ｔｅ３」や「Ｂｉ２Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３」のような組成式で表される程度の量で添加される。
【００１９】
Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の形状は、素子の生産性や熱電変換材料の結晶方位を筒の軸方向に揃える観点から、多角柱や円柱が好ましく、脆性である熱電変換材料の割れを防ぐ観点から、角への応力集中を抑制できる円柱がより好ましい。
【００２０】
筒１１２及び１２２は、耐熱性と絶縁性とを有する材料で形成された、両端に開口する空洞を有する部材である。筒１１２及び１２２は、素子の使用時における高温側の一端の温度や、熱電変換材料の融点においても形状を保つ耐熱性を有する。また筒１１２及び１２２は、熱電変換モジュールで起電するときのＰ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との電流を遮断する絶縁性を有する。
【００２１】
筒１１２及び１２２は、それぞれ、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１を収容することができ、耐熱性と絶縁性とを有すればよい。筒１１２及び１２２の形状は、円筒、多角筒、及び角にＲを持つ多角筒などから選ぶことができる。筒１１２及び１２２の材料の例には、シリカ、アルミナなどの金属酸化物、耐熱ガラス、石英などが含まれる。筒１１２及び１２２の材料は、耐熱性の観点によれば石英が好ましく、さらにコストを考慮すると耐熱ガラスが好ましい。
【００２２】
本発明の第１の態様において（実施の形態１参照）、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２とは、横断面積（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面の面積）が異なることが好ましい（図１Ａ〜図１Ｄ参照）。
【００２３】
本発明の第２の態様において（実施の形態２参照）、筒１１２の材料の熱抵抗率（熱抵抗率は熱伝導率の逆数）と、筒１２２の材料の熱抵抗率とが異なっていることが好ましい。
【００２４】
これらの構成により、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差よりも、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を縮めることができる。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を補正する（低減する）ことができる。Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を低減することで、熱電変換モジュール１００の性能低下を防ぐことができる。
【００２５】
一方で、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面における面積を同一とすることができるため、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の電気抵抗を低下させることなく、熱抵抗の差を補正できる。更に、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の体積や形状を同一とすることができるため、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の電気抵抗を低下させることなく、熱抵抗の差をより小さくできる。
【００２６】
本発明の第３の態様において（実施の形態３参照）、Ｐ型熱電変換部材１１１と、Ｎ型熱電変換部材１２１とは、横断面積（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面の面積）が異なる。また、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２とは、横断面積（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面の面積）が異なる（図１Ｆ参照）。
【００２７】
本発明の第４の態様において（実施の形態４参照）、Ｐ型熱電変換部材１１１と、Ｎ型熱電変換部材１２１とは、横断面積（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面の面積）が異なることが好ましい。また、筒１１２の材料と筒１２２の材料とが異なっている。具体的には、筒１１２の材料の熱抵抗率と、筒１２２の材料の熱抵抗率とが異なっていることが好ましい。また、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２とは、横断面積（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向と直交する断面の面積）が異なることが好ましい（図１Ｇ参照）。
【００２８】
これらの構成により、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差よりも、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を縮めることができる。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を補正する（低減する）ことができる。Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との熱抵抗の差を低減することで、熱電変換モジュール１００の性能低下を防ぐことができる。
【００２９】
一方で、電気抵抗率が大きく異なるＰ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との電気抵抗の差を横断面積を調整することで縮めることができる。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との電気抵抗の差を補正する（低減する）ことができる。Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との電気抵抗の差を低減することで、電気抵抗が大きい熱電変換部材１１１或いは１２１の影響による熱電変換モジュール１００の性能低下を防ぐことができる。
【００３０】
Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の断面積が小さ過ぎると、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１が破壊され、大き過ぎると熱電変換モジュール１００の単位面積当たりの熱電変換素子数が減少して性能低下につながる。そのため、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の断面積は、０．０２ｍｍ２〜４ｍｍ２が好ましい。更には、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の断面積が０．０３ｍｍ２〜２．６ｍｍ２の範囲内にあると、性能が向上するためより好ましい。
【００３１】
筒１１２及び１２２の横断面積が、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１に比較して小さいほど、熱電変換モジュール１００におけるＰ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の断面積率を大きくできる。それにより、熱電変換モジュール１００の性能が向上するが、一方で、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０の強度の低下を引き起こす。よって、筒１１２及び１２２の横断面積は、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面積の０．２〜１．７倍が好ましい。更には、筒１１２及び１２２の横断面積が、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面積の０．４〜１．５倍であると、性能が向上するため好ましい。
【００３２】
図１Ａは、本発明の熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。Ｐ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０の横断面は、共に略正方形であるが、その一辺の長さが異なる（Ｎ型熱電変換素子１２０の一辺が長い）。横断面における長辺と短辺の区別がないため、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０を実装する際に、作業が容易になり、かつモジュールとしての信頼性が向上する。
【００３３】
図１Ｂは、本発明の熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。横断面は長方形であり、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０の一辺が略同寸法で、他辺の寸法が異なる（Ｎ型熱電変換素子１２０の他辺が長い）。一辺が略同寸法であることにより、筒１１２及び１２２の横断面積を研磨や切削にて補正する場合に、ジグの兼用等により、研磨或いは切削工程を簡略化できる。また、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０の距離を小さく（間の空間を狭くして）配列、実装できるため、単位面積当たりのＰ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０の数を多くすることができる。
【００３４】
図１Ｃは、本発明の熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。Ｐ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０のどちらか一方の横断面が円形であり、他方の横断面が四角形である。横断面が四角形の熱電変換素子は、円筒を研磨或いは切削することによって得ることができる。筒１１２および１２２のどちらか一方だけを、研磨或いは切削により得ればよいので、研磨或いは切削工程を半減できる。また、図１Ｃに示されるように、Ｐ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０のどちらか一方の横断面を円形とし、他方の横断面が四角形とすることで、外観観察によって、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０とを容易に区別することができる。そのため、熱電変換モジュールを得るために、熱電変換素子を実装するときに、配列間違いが発生することが抑制できる。その結果、熱電変換モジュールの性能低下を防ぐことができる。
【００３５】
図１Ｄは、本発明の熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。図１Ｄにおいて、Ｐ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０の横断面の形状は、いずれも円形であって、また両者の横断面積も等しい。筒１１２と筒１２２の内径（Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の外径）は同一であり、一方、筒１１２と筒１２２の外径が異なっている。そのため、筒１１２の横断面積と筒１２２の横断面積とが異なっている。外形の異なる筒１１２と筒１２２とが線接触するようにＰ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０とが配置される。そして、筒１１２と筒１２２とが線接触している箇所以外の位置に空間が配される。
【００３６】
図１Ｅは、本発明の熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。図１Ｅにおいて、Ｐ型熱電変換素子１１０の横断面と、Ｎ型熱電変換素子１２０の横断面とが同一形状である。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の横断面と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２の横断面とが同一形状である。そして、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の材料と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２の材料とを、異なる材料としている。異なる材料を選択すれば、筒１１２と筒１２２の断面積を等しくしても、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差を補正できる場合がある。
【００３７】
例えば、Ｐ型熱電変換素子１１０とＮ型熱電変換素子１２０との横断面積が同面積で、かつ、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗がＮ型熱電変換部材１２１よりも小さい場合には、筒１１２の材料として、筒１２２の熱抵抗率よりも大きい熱抵抗率を有する材料を選択する。
【００３８】
図１Ｆは、本熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。図１Ｆにおいて、筒１１２と筒１２２の内径（Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の外径）は異なっており、筒１１２と筒１２２の外径も異なっている。そのため、Ｐ型熱電変換部材１１１の横断面積とＮ型熱電変換部材１２１の横断面積とが異なっており、筒１１２の横断面積と筒１２２の横断面積とが異なっている。また、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の材料と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２の材料とは、同じ材料としている。
【００３９】
図１Ｇは、本熱電変換モジュールの一例を示す横断面図である。図１Ｇにおいて、筒１１２と筒１２２の内径（Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の外径）は異なっており、筒１１２と筒１２２の外径も異なっている。そのため、Ｐ型熱電変換部材１１１の横断面積とＮ型熱電変換部材１２１の横断面積とが異なっており、筒１１２の横断面積と筒１２２の横断面積とが異なっている。また、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の材料と、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２の材料とは、異なる材料としている。
【００４０】
熱電変換モジュール１００で起電をしている時（使用時）の、１）Ｐ型熱電変換部材１１１の両端面の間の温度差と、筒１１２の両端面の間の温度差とがほぼ等しく、かつ２）Ｐ型熱電変換部材１１１の高さと、筒１１２との高さとがほぼ等しいとき、Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）は、下記式（Ｉ）で示される。同様にＮ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）は、下記式（ＩＩ）で示される。
【００４１】
１／Ｒ（ｐ）＝１／Ｒ（ｐｍ）＋１／Ｒ（ｐｇ）
ここで
Ｒ（ｐｍ）＝Ａ（ｐｍ）×Ｌ／Ｓ（ｍ）
Ｒ（ｐｇ）＝Ａ（ｐｇ）×Ｌ／Ｓ（ｐｇ）
より
Ｒ（ｐ）＝｛Ａ（ｐｍ）×Ａ（ｐｇ）×Ｌ｝／｛Ｓ（ｍ）×Ａ（ｐｇ）＋Ａ（ｐｍ）
×Ｓ（ｐｇ）｝  ・・・  式（Ｉ）
Ｒ（ｎ）＝｛Ａ（ｎｍ）×Ａ（ｎｇ）×Ｌ｝／｛Ｓ（ｍ）×Ａ（ｎｇ）＋Ａ（ｎｍ）
×Ｓ（ｎｇ）｝  ・・・  式（ＩＩ）
式（Ｉ）、（ＩＩ）において、
Ｌ：Ｐ型熱電変換部材１１１および筒１１２の高さ
Ｒ（ｐｍ）：Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗
Ｒ（ｐｇ）：筒１１２の熱抵抗
Ｒ（ｎｍ）：Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗
Ｒ（ｎｇ）：筒１２２の熱抵抗
Ａ（ｐｍ）：Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗率
Ａ（ｎｍ）：Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗率
Ａ（ｐｇ）：筒１１２の熱抵抗率
Ａ（ｎｇ）：筒１２２の熱抵抗率
Ｓ（ｍ）：Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面積（一定でない場合には、発電時にＰ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積）
Ｓ（ｐｇ）：筒１１２の横断面積（一定でない場合には、発電時にＰ型熱電変換部材１１１に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積）
Ｓ（ｎｇ）：筒１２２の横断面積（一定でない場合には、発電時にＮ型熱電変換部材１２１に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積）
である。
【００４２】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄのように、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の横断面積が同一であり、一方、筒１１２と横断面積と筒１２２の横断面積とが異なっており、且つ、筒１１２と筒１２２の材料が同じ場合には、
Ａ（ｐｇ）＝Ａ（ｎｇ）＝Ａ（ｇ）
と置くことができる。
【００４３】
Ｒ（ｐ）＝Ｒ（ｎ）のとき
｛Ｓ（ｎｇ）−Ｓ（ｐｇ）｝／｛Ａ（ｎｍ）−Ａ（ｐｍ）｝＝Ａ（ｇ）×Ｓ（ｍ）／｛Ａ（ｎｍ）×Ａ（ｐｍ）｝
ここで
Ａ（ｇ）×Ｓ（ｍ）／｛Ａ（ｎｍ）×Ａ（ｐｍ）｝＞０
より
｛Ｓ（ｎｇ）−Ｓ（ｐｇ）｝／｛Ａ（ｎｍ）−Ａ（ｐｍ）｝＞０
以上より
Ａ（ｐｍ）＞Ａ（ｎｍ）即ちＲ（ｐｍ）＞Ｒ（ｎｍ）のときＳ（ｐｇ）＞Ｓ（ｎｇ）、
Ａ（ｐｍ）＜Ａ（ｎｍ）即ちＲ（ｐｍ）＜Ｒ（ｎｍ）のときＳ（ｐｇ）＜Ｓ（ｎｇ）
である。
【００４４】
よって、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗が、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗よりも大きい場合には、筒１１２の横断面積を筒１２２の横断面積よりも大きくすることによって、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差を補正できる。また、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗が、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗よりも小さい場合には、筒１１２の横断面積を筒１２２の横断面積よりも小さくすることによって、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差を補正できる。
【００４５】
また、図１Ｅのように、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１の横断面積が同一であり、筒１１２と横断面積と筒１２２の横断面積とも同一であり、筒１１２の材料と筒１２２の材料とを異なる材料とした場合には、
Ｓ（ｐｇ）＝Ｓ（ｎｇ）＝Ｓ（ｇ）
と置くことができる。
【００４６】
Ｒ（ｐ）＝Ｒ（ｎ）のとき
｛Ａ（ｐｍ）−Ａ（ｎｍ）｝／｛Ａ（ｎｇ）−Ａ（ｐｇ）｝＝Ａ（ｎｍ）×Ａ（ｐｍ）×Ｓ（ｇ）／｛Ａ（ｎｇ）×Ａ（ｐｇ）×Ｓ（ｍ）｝
ここで
Ａ（ｎｍ）×Ａ（ｐｍ）×Ｓ（ｇ）／｛Ａ（ｎｇ）×Ａ（ｐｇ）×Ｓ（ｍ）｝＞０
より
｛Ａ（ｐｍ）−Ａ（ｎｍ）｝／｛Ａ（ｎｇ）−Ａ（ｐｇ）｝＞０
以上より
Ａ（ｐｍ）＞Ａ（ｎｍ）即ちＲ（ｐｍ）＞Ｒ（ｎｍ）のときＡ（ｎｇ）＞Ａ（ｐｇ）、
Ａ（ｐｍ）＜Ａ（ｎｍ）即ちＲ（ｐｍ）＜Ｒ（ｎｍ）のときＡ（ｎｇ）＜Ａ（ｐｇ）
である。
【００４７】
よって、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗が、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗よりも大きい場合には、筒１１２の材料として筒１２２よりも熱抵抗率が小さい材料を選択することによって、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差を補正できる。また、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗が、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗よりも小さい場合には、筒１１２の材料として筒１２２よりも熱抵抗率が大きい材料を選択することによって、Ｐ型熱電変換部材１１１とＮ型熱電変換部材１２１との熱抵抗の差を補正できる。
【００４８】
また、Ｐ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｐ）およびＲ（ｎ）は「温度傾斜法」によって実測することもできる。温度傾斜法による熱抵抗Ｒの測定は、以下の手法で行われうる。Ｐ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０を、加熱されたジグと冷却されたジグで挟む。Ｐ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０の上下の端面の温度差と、Ｐ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０の高さとから、Ｐ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０の熱抵抗を求める。Ｐ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０を加熱されたジグと冷却されたジグとで挟む際に、熱電変換部材と筒の上下端面が、ジグの端面に接するように挟む。それにより、熱電変換部材と筒とで構成されるＰ型熱電変換素子１１０またはＮ型熱電変換素子１２０の熱抵抗を測定することができる。
【００４９】
Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）と、Ｎ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）との差は、１℃／Ｗよりも小さいことが好ましく、０．５℃／Ｗよりも小さいことが信頼性の観点からより好ましい。熱抵抗Ｒ（ｐ）と熱抵抗Ｒ（ｎ）との差が小さいほど、Ｐ型熱電変換素子１１０を通過する熱量と、Ｎ型熱電変換素子１２０を通過する熱量とが近似し、モジュール性能の低下を防止できるからである。
【００５０】
［実施の形態１］
Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１をＢｉ−Ｔｅ系材料として、筒１１２及び１２２として耐熱ガラスを用いる場合、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の横断面積を、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２よりも小さくすることが好ましい。
【００５１】
また、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１をＢｉ−Ｔｅ系材料として、筒１１２及び１２２として石英を用いる場合も、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の横断面積を、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２よりも小さくすることが好ましい。
【００５２】
実施の形態１では、図１Ｄに示すＰ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０を用意した。Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１をＢｉ−Ｔｅ系材料とした。より具体的に、Ｐ型熱電変換部材の熱抵抗率を０．７４ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗率を０．７９ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面積をそれぞれ０．５０ｍｍ２（直径０．８０ｍｍの円柱）とした場合、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗は７３７℃／Ｗであり、Ｎ型熱電変換部材の熱抵抗は７８３℃／Ｗである。筒１１２及び１２２を熱抵抗率が１．００ｍ・Ｋ・Ｗ−１のコーニング社のパイレックス（登録商標）とし、Ｐ型熱電変換素子１１０の筒１１２の横断面積を０．２８ｍｍ２（外径１．００ｍｍの円筒）とし、Ｎ型熱電変換素子１２０の筒１２２の横断面積を０．３２ｍｍ２（外径１．０３ｍｍの円筒）とした。この構成により、Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）と、Ｎ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）との差は０．０７℃／Ｗとなる。
【００５３】
［実施の形態２］
実施の形態２では、図１Ｅに示すＰ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０を用意した。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０の横断面と、Ｎ型熱電変換素子１２０の横断面とを同一形状とした。Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１としてＢｉ−Ｔｅ系材料を用いた。
【００５４】
Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗率を０．７４ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗率を０．７９ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の横断面積をそれぞれ０．５０ｍｍ２（直径０．８０ｍｍの円柱）とした場合、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗は７３７℃／Ｗで、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗は７８３℃／Ｗである。筒１１２及び筒１２２の横断面積を０．８０ｍｍ２（外径１．２９ｍｍの円筒）とした場合、筒１１２として熱抵抗率が１．０５ｍ・Ｋ・Ｗ−１で熱抵抗が６５８℃／Ｗのソーダ石灰ガラスを用い、筒１２２として熱抵抗率が１．００ｍ・Ｋ・Ｗ−１で熱抵抗が６２５℃／Ｗのコーニング社のパイレックス（登録商標）を用いればよい。この構成により、Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）と、Ｎ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）との差は０．０５℃／Ｗとなる。
【００５５】
［実施の形態３］
実施の形態３では、図１Ｆに示すＰ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０を用意した。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０の横断面と、Ｎ型熱電変換素子１２０の横断面とを違形状とした。Ｐ型熱電変換部材１１１としてＺｎ−Ｓｂ系材料を、Ｎ型熱電変換部材１２１としてＣｏ−Ｓｂ系材料を用いた。筒１１２及び１２２の材料を石英ガラスとした。
【００５６】
Ｐ型熱電変換部材１１１の電気抵抗率を２．７５×１０−５Ωｍとし、Ｎ型熱電変換部材１２１の電気抵抗率を１．４０×１０−５Ωｍとし、Ｐ型熱電変換部材１１１の横断面積を０．９９ｍｍ２（直径１．１２ｍｍの円柱）とし、Ｎ型熱電変換部材１２１の横断面積を０．５０ｍｍ２（直径０．８０ｍｍの円柱）とした。この構成により、Ｐ型熱電変換部材１１１の電気抵抗とＮ型熱電変換部材１２１の電気抵抗の差は６．８７×１０−５Ωとなる。
【００５７】
Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗率を１．４７ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗率が０．３４ｍ・Ｋ・Ｗ−１とした。この構成において、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗は７４１℃／Ｗであり、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗は３４３℃／Ｗである。筒１１２及び１２２の材料を熱抵抗率が０．７２ｍ・Ｋ・Ｗ−１の石英ガラスとし、筒１１２の横断面積を０．８５ｍｍ２（直径１．５３ｍｍの円筒）とし、筒１２２の横断面積を０．２８ｍｍ２（直径１．００ｍｍの円筒）とした。この構成により、Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）と、Ｎ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）との差は０．２０℃／Ｗとなる。
【００５８】
［実施の形態４］
実施の形態４では、図１Ｇに示すＰ型熱電変換素子１１０およびＮ型熱電変換素子１２０を用意した。つまり、Ｐ型熱電変換素子１１０の横断面と、Ｎ型熱電変換素子１２０の横断面とを違形状とした。Ｐ型熱電変換部材１１１としてＺｎ−Ｓｂ系材料を、Ｎ型熱電変換部材１２１としてＣｏ−Ｓｂ系材料を用いた。筒１１２として耐熱ガラス、筒１２２として石英ガラスを採用した。Ｃｏ−Ｓｂ系材料は融点が高いため、後述の製法を実施するために、筒１２２を石英で構成した。
【００５９】
Ｐ型熱電変換部材１１１の電気抵抗率を２．７５×１０−５Ωｍとし、Ｎ型熱電変換部材１２１の電気抵抗率を１．４０×１０−５Ωｍとし、Ｐ型熱電変換部材１１１の横断面積を０．９９ｍｍ２（直径１．１２ｍｍの円柱）とし、Ｎ型熱電変換部材１２１の横断面積を０．５０ｍｍ２（直径０．８０ｍｍの円柱）とした。この構成により、Ｐ型熱電変換部材１１１の電気抵抗とＮ型熱電変換部材１２１の電気抵抗の差は６．８７×１０−５Ωとなり、同横断面とした場合よりもその差を小さくしている。
【００６０】
Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗率を１．４７ｍ・Ｋ・Ｗ−１とし、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗率を０．３４ｍ・Ｋ・Ｗ−１とした。この構成において、Ｐ型熱電変換部材１１１の熱抵抗は７４１℃／Ｗであり、Ｎ型熱電変換部材１２１の熱抵抗は３４３℃／Ｗである。筒１１２の横断面積を１．１７ｍｍ２（直径１．６６ｍｍの円筒）とし、筒１２２の横断面積を０．２８ｍｍ２（直径１．００ｍｍの円筒）とし、筒１１２として熱抵抗率が１．００ｍ・Ｋ・Ｗ−１のコーニング社のパイレックス（登録商標）を用い、筒１２２として熱抵抗が０．７２ｍ・Ｋ・Ｗ−１の石英ガラスを用いればよい。この構成により、Ｐ型熱電変換素子１１０の熱抵抗Ｒ（ｐ）と、Ｎ型熱電変換素子１２０の熱抵抗Ｒ（ｎ）との差は０．１７℃／Ｗとなる。
【００６１】
図２は、本発明の熱電変換モジュールの縦断面図（発電時に熱電変換素子に電流が流れる方向に対し平行な断面）であり、図１ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【００６２】
電極２０１は、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の端面に電気的に接合されている。これにより熱電変換モジュール１００は、図２に示すように、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０を交互に、電気的に直列接続して構成することができる。
【００６３】
電極２０１と、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１とは、はんだやろう材などの接合材２０２を介して接合してもよいし、接合材なしで直接接合していてもよい。電極２０１の材料の例には、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれかを含む単体金属或いは合金などが含まれる。接合材２０２としては、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕのいずれかを含む単金属或いは合金を用いることができる。
【００６４】
電極２０１として、上面基板２０３ａ及び下面基板２０３ｂ上に形成されている電極２０１を用いてもよいし、蒸着、スパッタ或いは溶射等によりＰ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０上に電極２０１を形成してもよい。本実施の形態では上面基板２０３ａ及び下面基板２０３ｂを用いたが、これら基板を用いなくてもよい。
【００６５】
上面基板２０３ａ及び下面基板２０３ｂ上には、レジスト２０４が存在してもよい。レジストは存在しなくてもよいが、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０を実装する際の位置ずれを防ぐためには存在する方が好ましい。
【００６６】
Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０の縦方向（発電時に電流が流れる方向）における長さは、熱電変換部材の両端に適度な温度差を生じさせる観点から、０．１５〜２．０ｍｍであることが好ましい。
【００６７】
なお、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１は、その端面に下地金属２０５を有していてもよい。下地金属２０５は、Ｐ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１と電極２０１との接合性を高めるため、或いは接合材２０２及び電極２０１からの拡散によるＰ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の発電能力低下を抑制するための金属層である。下地金属２０５の厚さは、所望の接合性の発現と、モジュールの信頼性向上の観点から、３．０〜６．０μｍであることが好ましい。下地金属２０５の例には、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗのいずれかを含む単金属或いは合金が含まれ、Ｎｉ或いはＭｏを用いることが好ましい。本実施の形態では、下地金属２０５としてＮｉを用いた。
【００６８】
前述した熱電変換素子モジュールの製造方法について説明する。まず、図３を参照して熱電変換素子の製造方法を説明する。図３に示すように、耐熱性及び絶縁性を有する管３０１を準備する。管３０１として、ガラス、特に耐熱ガラス（ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３を混合したホウケイ酸ガラスの一種で、熱膨張率は約３×１０−６／Ｋ程度の材料）の管を用いることが好ましい。一般に知られている耐熱ガラスの例には、コーニング社製のパイレックス（登録商標）ガラスがある。本実施の形態では、全長Ｌが１５０ｍｍ、内径ｄ１と外径ｄ２がそれぞれ、０．８ｍｍ、２ｍｍであるパイレックス（登録商標）ガラス製の管３０１を使用した。
【００６９】
次に、図３の管３０１の一端にチューブ３０２を介してシリンダー３０３を取り付け、他端をるつぼ３０４内の溶融熱電変換材料３０５に浸した。そしてシリンダー３０３で管３０１の内部の圧力を低減させて、管３０１の内部に溶融熱電変換材料３０５を吸引した。管３０１の内部に吸引した溶融熱電変換材料３０５を凝固させて、Ｐ型熱電変換部材１１１或いはＮ型熱電変換部材１２１を形成する。
【００７０】
管３０１の内部にＰ型熱電変換部材１１１或いはＮ型熱電変換部材１２１を充填する方法として、粉末状にした熱電変換材料を管の内部に入れた後に、管３０１を熱電変換材料の融点以上の温度に加熱して、熱電変換材料を溶融させる方法を用いてもよい。
【００７１】
次に、管３０１を研磨および／または切削等の方法により、管３０１の横断面を所望の断面積にする。例えば、回転研磨盤に押し付けることによる研磨、センターレス研削による切削を用いることができる。本実施の形態では、管３０１を円筒とし、管３０１の内部のＰ型熱電変換部材１１１及びＮ型熱電変換部材１２１の形状を円柱とした。
【００７２】
次に、管３０１を所望の長さに切断することで、Ｐ型熱電変換素子１１０或いはＮ型熱電変換素子１２０を形成した。
【００７３】
さらに、Ｐ型熱電変換素子１１０及びＮ型熱電変換素子１２０を上面基板２０３ａ及び下面基板２０３ｂに実装することにより、熱電変換モジュール１００を形成する。
【００７４】
なお、第１絶縁体の一例として筒１１２を例示したが、第１絶縁体はＰ型熱電変換部材１１１の少なくとも一部を覆う部材であればよく、例えば、Ｐ型熱電変換部材１１１の側面の一部を露出させるように第１絶縁体を構成してもよい。より詳細には、第１絶縁体を、Ｐ型熱電変換部材１１１の側面を挟み込む一組の部材で構成しても良い。同様に、第２絶縁体はＮ型熱電変換部材１２１の少なくとも一部を覆う部材であればよく、例えば、Ｎ型熱電変換部材１２１の側面の一部を露出させるように第２絶縁体を構成してもよい。より詳細には、第２絶縁体を、Ｎ型熱電変換部材１２１の側面を挟み込む一組の部材で構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子との熱抵抗を近づける（熱抵抗の差を小さくする）ことにより、高い性能を示す熱電変換モジュールを得る。従って、本発明は、種々の技術分野で、熱を直接電気に変換することが必要になる場合、及び電気を熱に変換することが必要になる場合に広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１００    熱電変換モジュール
１１０    Ｐ型熱電変換素子
１１１    Ｐ型熱電変換部材
１１２    筒
１２０    Ｎ型熱電変換素子
１２１    Ｎ型熱電変換部材
１２２    筒
２０１    電極
２０２    接合材
２０３ａ  上面基板
２０３ｂ  下面基板
２０４    レジスト
２０５    下地金属
３０１    管
３０２    チューブ
３０３    シリンダー
３０４    るつぼ
３０５    溶融熱電変換材料
【図１Ａ】
2015222757.tif 000003
【図１Ｂ】
2015222757.tif 000004
【図１Ｃ】
2015222757.tif 000005
【図１Ｄ】
2015222757.tif 000006
【図１Ｅ】
2015222757.tif 000007
【図１Ｆ】
2015222757.tif 000008
【図１Ｇ】
2015222757.tif 000009
【図２】
2015222757.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015222757.tif 000013