(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱伝導体と、
前記第１熱伝導体の上方に設けられ、前記第１熱伝導体に熱的に接続された、少なくとも１つの熱電変換素子と、
前記第１熱伝導体の上方で、前記熱電変換素子の外側に設けられた断熱体と、
前記熱電変換素子の上方に設けられ、前記熱電変換素子に熱的に接続された第２熱伝導体と、
を含み、
前記第２熱伝導体は、積層された複数枚のグラファイトシート又は金属箔を含み、前記複数枚のグラファイトシート又は金属箔の一部が折り曲げられてフィンが形成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】
前記第１熱伝導体は、グラファイトシート又は金属箔を用いて形成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】
第１熱伝導体と、
前記第１熱伝導体の上方に設けられ、前記第１熱伝導体に熱的に接続された、少なくとも１つの熱電変換素子と、
前記第１熱伝導体の上方で、前記熱電変換素子の外側に設けられた断熱体と、
前記熱電変換素子の上方に設けられ、前記熱電変換素子に熱的に接続された第２熱伝導体と、
を含み、
前記第２熱伝導体は、
突出した複数のフィン取り付け部を有する伝熱部と、
前記複数のフィン取り付け部の各々に、１回又は複数回折り曲げられたグラファイトシート又は金属箔の端部が取り付けられて形成されたフィンと、
を含むことを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項４】
第１熱伝導体と、
前記第１熱伝導体の上方に設けられ、前記第１熱伝導体に熱的に接続された、少なくとも１つの熱電変換素子と、
前記第１熱伝導体の上方で、前記熱電変換素子の外側に設けられた断熱体と、
前記熱電変換素子の上方に設けられ、前記熱電変換素子に熱的に接続された第２熱伝導体と、
を含み、
前記第２熱伝導体は、複数枚のグラファイトシート又は金属箔を含み、前記複数枚のグラファイトシート又は金属箔が、各々の中央部で積層され、当該中央部を挟む両端部が放射状に広げられてフィンが形成されていることを特徴とする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、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、断熱された金属等の２つの熱伝導体間に熱電変換素子を含む構造部を備える熱電変換モジュールが知られている。熱電変換モジュールでは、２つの熱伝導体に温度差を与え、ゼーベック効果によって熱電変換素子内に電位差を生じさせることで、発電が行われる。
【０００３】
近年では、熱電変換モジュールをウエアラブル機器に搭載し、一方の熱伝導体で体温を吸熱し、他方の熱伝導体で放熱（外気で冷却）することにより、体温と外気の温度差を利用した発電を行い、機器の電源に利用する技術も知られている。また、放熱側の熱伝導体に、外方に突出する金属等のフィンを設ける技術等も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５７９６１号公報
【特許文献２】特開２００７−１１００８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ジャーナル・オブ・エレクトロカーディオロジー（Journal of Electrocardiology）」、２００７年、第４０巻、ｐｐ．Ｓ１６５−Ｓ１６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱電変換モジュールの放熱側熱伝導体に設けるフィンは、放熱効率を高めて吸熱側熱伝導体との温度差を確保し、発電効率を高めるうえで有効な一手法と言える。しかし、熱電変換モジュールの人体や動物といった生体への適用を考慮すると、金属等の比較的硬質の材料で形成したフィンは、熱電変換モジュールの使用や取り扱いの際に生体を傷付けてしまう等の危険性を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、第１熱伝導体と、前記第１熱伝導体の上方に設けられ、前記第１熱伝導体に熱的に接続された、少なくとも１つの熱電変換素子と、前記第１熱伝導体の上方で、前記熱電変換素子の外側に設けられた断熱体と、前記熱電変換素子の上方に設けられ、前記熱電変換素子に熱的に接続された第２熱伝導体と、を含み、前記第２熱伝導体は、積層された複数枚のグラファイトシート又は金属箔を含み、前記複数枚のグラファイトシート又は金属箔の一部が折り曲げられてフィンが形成されている熱電変換モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の熱電変換モジュールによれば、フィンに柔軟性を持たせることで、フィンによる生体の損傷を抑制し、使用や取り扱いの際の安全性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールに搭載される熱電変換素子の一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールの放熱体の例を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図５】第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図６】第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図（その３）である。
【図７】第２の実施の形態に係るフィンの形成方法の一例を示す図である。
【図８】別形態の熱電変換モジュールの一例を示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの別例を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るフィンの形成方法の一例を示す図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るフィンの形成方法の別例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る熱電変換モジュールの別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図、図２は第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールに搭載される熱電変換素子の一例を示す図である。尚、図１は熱電変換モジュールの一例の要部断面模式図、図２は熱電変換素子の一例の要部斜視模式図である。
【００１１】
図１（Ａ）に示すように、熱電変換モジュール１０は、熱電変換素子１１、熱源の熱を吸熱する吸熱側の熱伝導体（吸熱体）１２、外部へ熱を放熱する放熱側の熱伝導体（放熱体）１３、及び断熱体１４を有している。
【００１２】
熱電変換素子１１は、対向する一対の基板（伝熱体）１１ａ，１１ｂの間に、熱電変換材料を用いた複数の半導体ブロック１１ｃを挟んで配置した構造を有している。半導体ブロック１１ｃとしては、ｐ型熱電変換材料を用いた複数の半導体ブロック（ｐ型半導体ブロック）１１ｐ、及びｎ型熱電変換材料を用いた複数の半導体ブロック（ｎ型半導体ブロック）１１ｎが用いられる。
【００１３】
ｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎは、図２に示すように（ここでは便宜上、一方の伝熱体１１ｂの図示を省略）、伝熱体１１ａの面内方向に交互に並べられ、金属等の端子１１ｄを用いて直列接続されている。このように直列接続された末端のｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎには、それぞれ引き出し電極１１ｅが接続されている。
【００１４】
即ち、図２に示す熱電変換素子１１は、一組のｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎ、それらを電気的に接続する端子１１ｄがπ型に配置された、いわゆるπ型熱電変換素子である。
【００１５】
熱電変換素子１１では、伝熱体１１ａ，１１ｂの側に温度差が与えられると、ゼーベック効果によりｐ型半導体ブロック１１ｐとｎ型半導体ブロック１１ｎのそれぞれの内部に電位差が発生し、引き出し電極１１ｅから電力が取り出される。
【００１６】
尚、図２に示したｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎ、並びに端子１１ｄ及び引き出し電極１１ｅの個数や配置は一例であって、熱電変換素子１１の構成は、この図２に示した構成に限定されるものではない。また、ここでは熱電変換素子１１としてπ型熱電変換素子を例にして説明するが、プレーナ型熱電変換素子等、他の構成を有する熱電変換素子を用いることも可能である。
【００１７】
図１を参照して更に説明する。熱電変換素子１１の伝熱体１１ａ，１１ｂは、それぞれ吸熱体１２及び放熱体１３と熱的に接続されている。熱電変換素子１１の側方には、柔軟性を有する発泡樹脂等の断熱体１４が設けられ、この断熱体１４により、吸熱体１２と放熱体１３の間の断熱効果が高められるようになっている。
【００１８】
熱電変換モジュール１０は、その使用時には、吸熱体１２と放熱体１３のうち、吸熱体１２を熱源側にして配置される。吸熱体１２が熱源の熱を吸熱することにより、吸熱体１２に熱的に接続された、熱電変換素子１１の伝熱体１１ａ側が温められ、外気に接する放熱体１３に熱的に接続された、熱電変換素子１１の伝熱体１１ｂ側との間に、温度差が生じる。この温度差によって、上記のような発電が行われる。放熱体１３には、その表面積を増やして放熱（冷却）効率を高め、発電に要する所定の温度差を伝熱体１１ａ，１１ｂ間に生じさせるため、複数のフィン１３ｃが設けられている。
【００１９】
熱電変換モジュール１０では、このようなフィン１３ｃが設けられた放熱体１３が、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属塊と同等かそれを上回る高い熱伝導性、及びＣｕやＡｌ等の金属塊に比べ柔軟に変形可能な柔軟性を有する材料を用いて形成されている。例えば、このような熱伝導性と柔軟性を有するシート材を用い、放熱体１３が形成される。
【００２０】
図３は第１の実施の形態に係る熱電変換モジュールの放熱体の例を示す図である。尚、図３は放熱体の一例の要部断面模式図である。
例えば、図３（Ａ）に示すように、複数枚（ここでは一例として３枚）のシート材１３ａを、接着層１３ｂを介して重ね合わせ、そのうち上層のシート材１３ａは部分的に折り返した形状とし、その折り返し部分をフィン１３ｃとして用いる。尚、図３（Ｂ），（Ｃ）については後述する。
【００２１】
放熱体１３に用いることのできるシート材には、例えば、グラファイトシートを挙げることができる。
グラファイトシートは、薄くて軽い性質を有している。そのため、グラファイトシートの使用は、熱電変換モジュール１０の小型化、軽量化に寄与し、このことは、例えば熱電変換モジュール１０を人体等の生体に適用する場合の利点の１つとなる。
【００２２】
更に、グラファイトシートは、面内方向の熱伝導率が高く、薄くても熱抵抗が小さい。人体の場合、その発生熱量は約６ｍＷ／ｃｍ2程度と、フィンを必要とするような発熱性の電子機器に比べて小さく、そのうえ、皮膚の熱伝達係数も１８．５Ｗ／ｍ2Ｋと小さい。グラファイトシートであれば、人体のような比較的発生熱量の小さい熱源であっても、金属製の熱伝導体やフィンを上回る放熱効果を得ることができる。
【００２３】
更に、グラファイトシートは、柔軟性を有している。グラファイトシートをはじめ、そのような柔軟性を有する材料を用いると、熱電変換モジュール１０を人体等の生体に適用する場合、図１（Ｂ）に示すように、フィン１３ｃに体等の対象１００が衝突しても、その衝突に応じてフィン１３ｃが柔軟に変形する。そのため、怪我や損傷の危険を減らすことができる。
【００２４】
グラファイトシート等の高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料は、放熱体１３のほか、吸熱体１２に用いることもできる。例えば、図３（Ａ）と同様に、高い熱伝導性及び柔軟性を有するグラファイトシート等の複数枚のシート材を、接着層を介して重ね合わせ、吸熱体１２を形成する。このようなグラファイトシート等の材料を吸熱体１２に用いることで、その材料の高い熱伝導性により、人体等の熱源からの吸熱効率を高めることができ、放熱体１３側との所定の温度差を確保することができる。更に、吸熱体１２を、その材料の柔軟性により、放熱体１３及び断熱体１４と共に、人体等の熱源の形状に合わせ、その形状に沿って変形させることができ、熱源と接触或いは近接する領域の面積を増やし、熱源からの吸熱効率を高めることができる。
【００２５】
このように放熱体１３及び吸熱体１２にグラファイトシート等の高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料を用いることにより、発電効率が高く、フィン１３ｃでの損傷の危険が少ない熱電変換モジュール１０を得ることができる。また、放熱体１３及び吸熱体１２に、そのような高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料を用いると共に、断熱体１４に発泡樹脂（発泡ポリオレフィン等）のような軽量で柔軟性のある材料を用いると、熱電変換モジュール１０全体を軽量、柔軟にすることができる。このような熱電変換モジュール１０によれば、人体等に装着する場合にも、腕に巻き付ける等、人体等の装着部位の形状に合わせて変形させて装着することが可能になり、しかも装着時の違和感も少なくすることが可能になる。
【００２６】
熱電変換モジュールは、例えば、センサネットワークを構成するワイヤレスセンサノードや比較的少電力で動作する各種電子機器の電源のほか、人体等に装着するウエアラブル電子機器の電源に利用され得る。熱電変換モジュールの熱伝導体やフィンといった伝熱部分に金属を用いると、熱電変換モジュールが硬くて重くなるため、人体等に装着したときには、その装着時の違和感が大きくなる場合がある。また、硬い金属製のフィンは、熱電変換モジュールの使用や取り扱いの際に、人体等を傷付ける危険性もある。
【００２７】
これに対し、上記図１に示したような熱電変換モジュール１０では、放熱体１３とそれに設けるフィン１３ｃに、グラファイトシート等の軽量で柔軟な材料を用いることで、人体等のフィン１３ｃによる損傷の危険を低減することができる。更に、吸熱体１２や断熱体１４にもそれぞれグラファイトシートや発泡樹脂といった軽量で柔軟な材料を用いることで、人体等への装着時の違和感を軽減することができる。これにより、人体等を熱源とするような使用に適した熱電変換モジュール１０を実現することができる。
【００２８】
尚、上記のような熱電変換モジュール１０は、勿論、人体等の生体を熱源とするような使用に限らず、各種電子機器を熱源とするような使用も可能である。
また、熱電変換モジュール１０は、上記のように各部の材料選択によって全体が柔軟に形成されている場合には、熱源が生体か電子機器かによらず、その形状に合わせて変形させた装着が可能である。但し、このように全体が柔軟に形成された熱電変換モジュール１０であっても、勿論、図１等に示したような平らな形態のまま、生体や電子機器に装着し、使用することも可能である。
【００２９】
また、熱電変換モジュール１０では、少なくとも放熱体１３のフィン１３ｃが柔軟性を有する材料を用いて形成されていれば、熱電変換モジュール１０の使用や取り扱いの際の生体への損傷を抑制することが可能である。例えば、放熱体１３は、図３（Ａ）に示したような形態のほか、図３（Ｂ）に示すように、平坦な金属ベース１３ｄの表面に、折り返し部分をフィン１３ｃとするシート材１３ａを接着層１３ｂで接着した形態とすることも可能である。また、図３（Ｃ）に示すように、表面にフィン取り付け部１３ｄａを設けた金属ベース１３ｄの、そのフィン取り付け部１３ｄａにそれぞれ、折り曲げたシート材１３ａを接着層１３ｂで接着した形態とすることも可能である。
【００３０】
また、熱電変換モジュール１０を、人体等の生体に適用する場合には、図１に示したように、吸熱体１２（熱電変換素子１１と反対側の、生体と対向することとなる面）に、樹脂や繊維等を含む樹脂層１６を設けてもよい。このような樹脂層１６を設けることで、生体へ装着したときの装着感を高めることも可能になる。このような樹脂層１６の材料には、例えば、生体親和性に優れるシリコーン系高分子を用いることができる。そのほか、フッ素系、コラーゲン系、ゼラチン系、カテキン系高分子等を用いることもできる。
【００３１】
以下、熱電変換モジュールの実施の形態について更に説明する。
まず、第２の実施の形態について説明する。
図４〜図６は第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図である。尚、図４〜図６には熱電変換モジュールの一例の要部断面を模式的に図示している。図５は図４のＸ部拡大図、図６は図４のＹ部拡大図である。
【００３２】
第２の実施の形態に係る熱電変換モジュール２０は、例えば図４に示すように、人の腕１１０に巻き付けるように装着して使用される。熱電変換モジュール２０は、熱電変換素子１１、吸熱体２２、放熱体２３、断熱体２４を有している。
【００３３】
熱電変換モジュール２０には、例えば、上記図２に示したような熱電変換素子１１を用いる。熱電変換素子１１は、例えば、その熱電変換材料にビスマステルル（ＢｉＴｅ）系熱電半導体を用いた半導体ブロック１１ｃ（ｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎ）を、アルミナ製の伝熱体１１ａ，１１ｂで挟んだπ型構造とすることができる。熱電変換素子１１の寸法は、例えば、縦（幅）５ｍｍ×横（長さ）５ｍｍ×厚さ２ｍｍとすることができる。
【００３４】
吸熱体２２は、熱電変換素子１１の一方の面側に熱的に接続され、熱電変換素子１１の他方の面側に、伝熱ブロック２５を介して、フィン２３ｃを備えた放熱体２３が熱的に接続されている。このような吸熱体２２と放熱体２３の間に、断熱体２４が設けられている。
【００３５】
吸熱体２２には、高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料として、グラファイトシートが用いられる。吸熱体２２には、例えば、図５に示すように、グラファイトシート２２ａが接着層２２ｂを介して３枚重ね合わされたものを用いる。各グラファイトシート２２ａには、例えば、縦（幅）３０ｍｍ×横（長さ）１５０ｍｍ×厚さ７０μｍのものを用いることができる。各接着層２２ｂは、例えば、厚さ１０μｍとすることができる。このような吸熱体２２の上に、接着層を介して、熱電変換素子１１が接着される。
【００３６】
吸熱体２２の上に熱電変換素子１１を囲むように設ける断熱体２４には、柔軟性を有し、熱伝導率が低い材料が用いられる。断熱体２４には、例えば、発泡ポリオレフィンを用いる。断熱体２４の厚さは、例えば、６ｍｍとすることができる。断熱体２４（及び熱電変換素子１１）は、図５に示すように、吸熱体２２の上に接着層２２ｄを介して接着される。
【００３７】
熱電変換素子１１の上に設ける伝熱ブロック２５には、例えば、Ｃｕブロックを用いることができる。伝熱ブロック２５の寸法は、例えば、縦（幅）５ｍｍ×横（長さ）５ｍｍ×厚さ４ｍｍとすることができる。伝熱ブロック２５は、熱電変換素子１１の上に接着層を介して接着される。
【００３８】
放熱体２３には、高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料として、グラファイトシートが用いられる。放熱体２３には、例えば、図６に示すように、グラファイトシート２３ａが接着層２３ｂを介して２枚重ね合わされ、更にその上に、複数の折り返し部分を有するグラファイトシート２３ａが接着層２３ｂを介して接着されたものを用いる。放熱体２３は、断熱体２４（及び伝熱ブロック２５）の上に、接着層２３ｄを介して接着される。
【００３９】
各接着層２３ｂ，２３ｄは、例えば、厚さ１０μｍとすることができる。断熱体２４側から積層された下層と中層の２枚のグラファイトシート２３ａには、例えば、縦（幅）３０ｍｍ×横（長さ）１５０ｍｍ×厚さ７０μｍのものを用いることができる。複数の折り返し部分を含む上層のグラファイトシート２３ａにも、例えば、厚さ７０μｍのものを用いることができる。上層のグラファイトシート２３ａには、例えば、高さ１０ｍｍの折り返し部分が５ｍｍ間隔で複数設けられる。この第２の実施の形態では、このようにして設けられた折り返し部分が、放熱体２３のフィン２３ｃとなる。
【００４０】
第２の実施の形態に係るフィン（折り返し部分）の形成方法の一例を図７に示す。
フィン２３ｃを形成する際は、まず図７（Ａ）に示すように、グラファイトシート２３ａの一面に接着層２３ｂを形成したものを用意し、その一部を所定の下地層２３ｅに貼付する。
【００４１】
図７（Ａ）のように接着層２３ｂを形成したグラファイトシート２３ａの一部を下地層２３ｅに貼付した後は、図７（Ｂ）に示すように、非貼付部分を所定の長さで１回折り返し、１つの折り返し部分を形成する。この折り返し部分が１つのフィン２３ｃとなる。このようにして、例えば上記のような高さ１０ｍｍのフィン２３ｃを形成する。
【００４２】
図７（Ｂ）のように１つのフィン２３ｃを形成した後は、図７（Ｃ）に示すように、接着層２３ｂを形成したグラファイトシート２３ａを、１つ目のフィン２３ｃの位置から所定の長さだけ下地層２３ｅに貼付する。そして、上記同様、その接着層２３ｂを形成したグラファイトシート２３ａの非貼付部分を所定の長さで１回折り返し、２つ目の折り返し部分、即ち２つ目のフィン２３ｃを形成する。このようにして、例えば１つ目のフィン２３ｃとの間隔が５ｍｍで、高さが１０ｍｍの２つ目のフィン２３ｃを形成する。
【００４３】
以後、このような手順を繰り返し、図７（Ｄ），（Ｅ）のように、３つ目、４つ目のフィン２３ｃを同様に形成していき、図７（Ｆ）のような所定数のフィン２３ｃを形成したグラファイトシート２３ａを得る。
【００４４】
図６のような放熱体２３を形成する際は、例えば、下層と中層の２枚のグラファイトシート２３ａを、接着層２３ｂを介して重ね合わせ、その上に、図７のようにフィン２３ｃを形成しながら上層のグラファイトシート２３ａを接着層２３ｂで接着していく。この場合、図７の下地層２３ｅは、中層のグラファイトシート２３ａになる。
【００４５】
このほか、下地層２３ｅには、別途用意した伝熱シートを用いることもできる。この場合は、伝熱シート上に、図７のようにフィン２３ｃを形成しながら上層のグラファイトシート２３ａを接着層２３ｂで接着していき、これを伝熱シートごと中層のグラファイトシート２３ａに貼付する。或いは伝熱シートを選択的に除去した後、フィン２３ｃを形成したグラファイトシート２３ａを中層のグラファイトシート２３ａに貼付する。
【００４６】
或いは下地層２３ｅには、金属製のベースを利用することもできる。
熱電変換モジュール２０は、未使用時には、上記図１に示した熱電変換モジュール１０同様、平らな形態を保持することができる。熱電変換モジュール２０は、吸熱体２２、放熱体２３（フィン２３ｃを含む）及び断熱体２４に柔軟性を有する材料が用いられているため、図４のように腕１１０に巻き付けるといった使用が可能になっている。このように熱電変換モジュール２０を腕１１０に巻き付けて使用すると、熱電変換素子１１には、腕１１０からの熱が伝わる吸熱体２２側と、外気に触れる放熱体２３側とに温度差が生じるため、それに応じた電位差が生じ、発電が行われるようになる。
【００４７】
一例として、上記例示した材料と寸法を適用した熱電変換モジュール２０を作製し、それを被験者の腕に巻き、室温２６℃、無風、静止状態にてその熱電変換モジュール２０の出力を調べたところ、２０７μＷの出力が得られた。
【００４８】
比較のため、図８に示すような熱電変換モジュール１０００を作製し、同条件でその出力を調べた。図８に示す熱電変換モジュール１０００は、放熱体１０１０を除く、熱電変換素子１１、吸熱体２２、断熱体２４及び伝熱ブロック２５については、上記熱電変換モジュール２０と同じものを使用している。放熱体１０１０には、縦（幅）３０ｍｍ×横（長さ）５０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）製の金属ベース１０１１の上に、直径５ｍｍで高さ２０ｍｍのＡｌ製のフィン１０１２を複数取り付けたものを用いている。このような熱電変換モジュール１０００を、上記同様、被験者の腕に巻き、室温２６℃、無風、静止状態にてその熱電変換モジュール１０００の出力を調べたところ、その出力は１２９μＷであった。
【００４９】
このように熱電変換モジュール２０は、金属製のフィン１０１２を設けた放熱体１０１０を有する熱電変換モジュール１０００に比べ、人体に装着した場合にも、高い発電能力を発揮することができる。また、熱電変換モジュール２０では、放熱体２３のフィン２３ｃが柔軟に変形可能であるため、人体に装着した場合にも、金属製のフィン１０１２を設けた熱電変換モジュール１０００に比べ、損傷の危険を低減することができる。
【００５０】
以上述べたように、第２の実施の形態に係る熱電変換モジュール２０によれば、吸熱体２２及び放熱体２３に、高い熱伝導性及び柔軟性を有するグラファイトシートを用いる。それにより、発電効率が高く、フィン２３ｃでの損傷の危険が少ない熱電変換モジュール２０を得ることができる。
【００５１】
また、吸熱体２２及び放熱体２３にグラファイトシートを用いると共に、断熱体２４に発泡ポリオレフィン等の軽量で柔軟性のある材料を用いることで、熱電変換モジュール２０全体を軽量、柔軟にすることができる。それにより、人体等の熱源の形状に合わせた装着、装着時の違和感の軽減を図ることが可能になる。
【００５２】
また、この第２の実施の形態に係る熱電変換モジュール２０において、装着感向上の観点から、その吸熱体２２の、腕１１０等の生体と対向することとなる面に、上記第１の実施の形態で述べたような、シリコーン系高分子等を用いた樹脂層を設けてもよい。
【００５３】
尚、上記のような熱電変換モジュール２０は、勿論、人体等を熱源とするような使用に限らず、各種電子機器を熱源とするような使用も可能である。
また、上記のような構成を有する熱電変換モジュール２０は、全体的に柔軟な構造となるため、熱源が生体か電子機器かによらず、その形状に合わせて変形させた装着が可能である。但し、このように全体的に柔軟な熱電変換モジュール２０であっても、勿論、変形させずに平らな形態のまま生体や電子機器に装着し、使用することも可能である。そのように熱電変換モジュール２０を平らな形態のまま使用する場合は、上記図３（Ｂ），（Ｃ）の例に従い、少なくとも放熱体２３のフィン２３ｃに柔軟性を持たせた形態とすれば、熱電変換モジュール２０の使用や取り扱いの際の生体への損傷は抑制可能になる。
【００５４】
また、ここでは１つの熱電変換モジュール２０内に１つの熱電変換素子１１を設けた場合を例示したが、１つの熱電変換モジュール２０内に複数の熱電変換素子１１を設けることも可能である。
【００５５】
図９は第２の実施の形態に係る熱電変換モジュールの別例を示す図である。
熱電変換モジュール２０には、例えば図９に示すように、複数（ここでは一例として３つ）の熱電変換素子１１及びそれに熱的に接続された伝熱ブロック２５を、互いに離間させて配置することもできる。複数の熱電変換素子１１を設ける場合には、それらを電気的に直列接続したり、並列接続したりすることができる。
【００５６】
複数の熱電変換素子１１を設ける場合に、それらを離間して配置すると、集中させて配置するよりも、各熱電変換素子１１の放熱側伝熱体１１ｂの温度をより効率的に低下させることが可能になり、従って、より発電効率を高めることが可能になる。但し、複数の熱電変換素子１１を、重ねて配置したり、隣接させて配置したりすることも可能である。
【００５７】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１０は第３の実施の形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す図である。尚、図１０には熱電変換モジュールの一例の要部断面を模式的に図示している。
【００５８】
第３の実施の形態に係る熱電変換モジュール３０は、例えば図１０に示すように、人の腕１１０に巻き付けるように装着して使用される。熱電変換モジュール３０は、熱電変換素子１１、吸熱体３２、放熱体３３、断熱体３４を有している。
【００５９】
熱電変換素子１１には、上記第２の実施の形態同様、ＢｉＴｅ系熱電半導体を用いた半導体ブロック１１ｃ（ｐ型半導体ブロック１１ｐ及びｎ型半導体ブロック１１ｎ）を、アルミナ製の伝熱体１１ａ，１１ｂで挟んだπ型構造のものを用いることができる。熱電変換素子１１の寸法は、例えば、縦（幅）５ｍｍ×横（長さ）５ｍｍ×厚さ２ｍｍとすることができる。
【００６０】
吸熱体３２は、熱電変換素子１１の一方の面側に熱的に接続され、熱電変換素子１１の他方の面側に、伝熱ブロック３５を介して、フィン３３ｃを備えた放熱体３３が熱的に接続されている。吸熱体２２の上には、熱電変換素子１１を囲むように、断熱体３４が設けられている。
【００６１】
吸熱体３２には、高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料として、グラファイトシートが用いられる。吸熱体３２には、例えば、上記図５同様、グラファイトシートが接着層を介して５枚重ね合わされたものを用いる。各グラファイトシートには、例えば、縦（幅）３０ｍｍ×横（長さ）１５０ｍｍ×厚さ４０μｍのものを用いることができる。各接着層は、例えば、厚さ１０μｍとすることができる。このような吸熱体３２の上に、接着層を介して、熱電変換素子１１が接着される。
【００６２】
断熱体３４には、柔軟性を有し、熱伝導率が低い材料が用いられる。断熱体３４には、例えば、発泡ポリオレフィンを用いる。断熱体３４の厚さは、例えば、６ｍｍとすることができる。断熱体３４は、熱電変換素子１１と共に、吸熱体３２の上に接着層を介して接着される。
【００６３】
伝熱ブロック３５には、例えば、縦（幅）５ｍｍ×横（長さ）５ｍｍ×厚さ４ｍｍのＣｕブロックを用いることができる。伝熱ブロック３５は、熱電変換素子１１の上に接着層を介して接着される。
【００６４】
放熱体３３は、伝熱ブロック２５の上に接着層を介して接着される。放熱体３３には、高い熱伝導性及び柔軟性を有する材料として、グラファイトシートが用いられる。放熱体３３には、例えば、４枚のグラファイトシートの中央部を接着層で接着し、非接着部を放射状に広げたものを用いる。第３の実施の形態では、これらの放射状に広げられた非接着部（放射状部分）が、放熱体３３のフィン３３ｃとなる。各グラファイトシートには、例えば、縦（幅）３０ｍｍ、厚さ７０μｍのものを用いることができる。フィン３３ｃは、長さ５０ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。
【００６５】
第３の実施の形態に係るフィン（放射状部分）の形成方法の一例を図１１に示す。
フィン３３ｃの形成は、まず図１１（Ａ）に示すように、伝熱ブロック３５の上に、接着層３３ｄを介して、１枚目のグラファイトシート３３ａの中央部を接着する。
【００６６】
同様にして、図１１（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、２枚目〜４枚目のグラファイトシート３３ａの中央部を、接着層３３ｂを介して順に積層していく。このようにして積層した４枚のグラファイトシート３３ａの非接着部を放射状に広げることで、図１１（Ｅ）に示すような、中央部から放射状に広がったフィン３３ｃを設けた放熱体３３が、伝熱ブロック３５上に形成される。
【００６７】
熱電変換モジュール３０は、未使用時には、その吸熱体３２及び断熱体３４が平らな形態に保持される。吸熱体３２及び断熱体３４には柔軟性を有する材料が用いられているため、図１０のように腕１１０に巻き付けるといった使用が可能になっている。このように熱電変換モジュール３０を腕１１０に巻き付けて使用すると、熱電変換素子１１には、腕１１０からの熱が伝わる吸熱体３２側と、外気に触れる放熱体３３側とに温度差が生じるため、それに応じた電位差が生じ、発電が行われるようになる。
【００６８】
一例として、上記例示した材料と寸法を適用した熱電変換モジュール３０を作製し、それを被験者の腕に巻き、室温２６℃、無風、静止状態にてその熱電変換モジュール３０の出力を調べたところ、２６３μＷの出力が得られた。
【００６９】
尚、図１０に示した熱電変換モジュール３０の放熱体３３には、図１１に示したような方法で形成されるもののほか、次の図１２に示すような方法で形成されるものを用いることもできる。
【００７０】
図１２は第３の実施の形態に係るフィンの形成方法の別例を示す図である。
放熱体３３のフィン３３ｃを形成する別法として、まず図１２（Ａ）に示すような、フィン取り付け部３５ａが、片側４枚、放射状に設けられた伝熱ブロック３５を用意する。更に図１２（Ｂ）に示すような、グラファイトシート３３ａの一面に接着層３３ｂを形成したものを用意し、その端部３３ａａを残して２つ折りに折り返して接着する。そして、接着せずに残している端部３３ａａを、図１２（Ｂ）、更に図１２（Ｃ）に示すように、伝熱ブロック３５の１つのフィン取り付け部３５ａを挟むようにして、そのフィン取り付け部３５ａに接着する。このようにしてフィン取り付け部３５ａに接着されたグラファイトシート３３ａが、放熱体３３の１つのフィン３３ｃとなる。
【００７１】
他のフィン取り付け部３５ａにも同様に、端部３３ａａを残して折り返し接着層３３ｂで接着したグラファイトシート３３ａを接着していく。これにより、図１２（Ｄ）に示すような、フィン３３ｃとなるグラファイトシート３３ａが中央部（伝熱ブロック３５）から放射状に広がって設けられた放熱体３３を得ることができる。
【００７２】
ここでは、１回だけ折り返したグラファイトシート３３ａを各フィン取り付け部３５ａに接着していくようにした。このほか、例えば上記図７の例に従って予め１つ又は複数の折り返し部分を形成したグラファイトシート３３ａを、その端部３３ａａを残して１回折り返して接着し、これを各フィン取り付け部３５ａに接着するようにしてもよい。即ち、各フィン３３ｃに更に複数のフィンを設けるようにする。このような方法によれば、放熱体３３の表面積を一層増加させることが可能になる。
【００７３】
以上述べたように、第３の実施の形態に係る熱電変換モジュール３０によれば、吸熱体３２及び放熱体３３に、高い熱伝導性及び柔軟性を有するグラファイトシートを用いる。それにより、発電効率が高く、フィン３３ｃでの損傷の危険が少ない熱電変換モジュール３０を得ることができる。
【００７４】
また、吸熱体３２及び放熱体３３にグラファイトシートを用いると共に、断熱体３４に発泡ポリオレフィン等の軽量で柔軟性のある材料を用いることで、熱電変換モジュール３０全体を軽量、柔軟にすることができる。それにより、人体等の熱源の形状に合わせた装着、装着時の違和感の軽減を図ることが可能になる。
【００７５】
また、この第３の実施の形態に係る熱電変換モジュール３０において、装着感向上の観点から、その吸熱体３２の、腕１１０等の生体と対向することとなる面に、上記第１の実施の形態で述べたような、シリコーン系高分子等を用いた樹脂層を設けてもよい。
【００７６】
尚、上記のような熱電変換モジュール３０は、勿論、人体等を熱源とするような使用に限らず、各種電子機器を熱源とするような使用も可能である。
また、上記のような構成を有する熱電変換モジュール３０は、全体的に柔軟な構造となるため、熱源が生体か電子機器かによらず、その形状に合わせて変形させた装着が可能である。但し、このように全体的に柔軟な熱電変換モジュール３０であっても、勿論、変形させずに平らな形態のまま生体や電子機器に装着し、使用することも可能である。
【００７７】
また、ここでは１つの熱電変換モジュール３０内に１つの熱電変換素子１１を設けた場合を例示したが、１つの熱電変換モジュール３０内に複数の熱電変換素子１１を設けることも可能である。
【００７８】
図１３は第３の実施の形態に係る熱電変換モジュールの別例を示す図である。
熱電変換モジュール３０には、例えば図１３に示すように、複数（ここでは一例として３つ）の熱電変換素子１１を互いに離間させて配置することもできる。離間させて配置した各熱電変換素子１１に対し、それぞれ放熱体３３を熱的に接続する。複数の熱電変換素子１１を設ける場合には、それらを電気的に直列接続したり、並列接続したりすることができる。
【００７９】
複数の熱電変換素子１１を設ける場合に、それらを離間して配置すると、集中させて配置するよりも、各熱電変換素子１１の放熱側伝熱体１１ｂの温度をより効率的に低下させることが可能になり、従って、より発電効率を高めることが可能になる。但し、複数の熱電変換素子１１を、重ねて配置したり、隣接させて配置したりすることも可能である。
【００８０】
以上、熱電変換モジュール１０，２０，３０について説明した。
尚、グラファイトシートは、厚くなるほど面内方向の熱伝導率が低下する傾向がある。そのため、熱電変換モジュール１０，２０，３０の吸熱体１２，２２，３２及び放熱体１３，２３，３３には、上記のように、薄いグラファイトシートを複数枚積層した形態のものを用いることが好ましい。それにより、吸熱体１２，２２，３２、放熱体１３，２３，３３の面内方向について、高い熱伝導率を確保することができる。これは、熱電変換モジュール１０，２０，３０の人体への適用を考慮した場合、吸熱側については人体からの発生熱量が比較的小さく、また、放熱側についてはファンで送風して冷却する使い方でなければ放熱側の熱伝達係数も小さい、といった観点からも好ましい。
【００８１】
また、以上の説明では、吸熱体１２，２２，３２及び放熱体１３，２３，３３に用いるシート材としてグラファイトシートを例示したが、高い熱伝導性及び柔軟性を有するシート材であれば、グラファイトシート以外のシート材を用いることも可能である。例えば、グラファイトシートに替えて、Ａｌ箔やＣｕ箔等の金属箔を用いることもできる。このような金属箔を、例えば上記の例に従って接着層を用いて積層することで、吸熱体１２，２２，３２、放熱体１３，２３，３３を形成することもできる。
【００８２】
尚、吸熱体１２，２２，３２及び放熱体１３，２３，３３に適用可能なグラファイトシート等のシート材の枚数は、上記の例に限定されるものではない。
また、以上の説明では、断熱体１４，２４，３４の一例として発泡ポリオレフィンを挙げたが、このほか、発泡ポリエチレン、発泡スチロール等の発泡樹脂、不織布、グラスファイバ、中空セラミック、これらの複合体等を用いることもできる。
【００８３】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  第１熱伝導体と、
前記第１熱伝導体の上方に設けられ、前記第１熱伝導体に熱的に接続された、少なくとも１つの熱電変換素子と、
前記第１熱伝導体の上方で、前記熱電変換素子の外側に設けられた断熱体と、
前記熱電変換素子の上方に設けられ、前記熱電変換素子に熱的に接続され、柔軟性を有するフィンを備えた第２熱伝導体と、
を含むことを特徴とする熱電変換モジュール。
【００８４】
（付記２）  前記第２熱伝導体は、柔軟性を有するシート材を用いて形成されていることを特徴とする付記１に記載の熱電変換モジュール。
（付記３）  前記第２熱伝導体は、柔軟性を有する複数のシート材を積層して形成されていることを特徴とする付記２に記載の熱電変換モジュール。
【００８５】
（付記４）  前記フィンは、前記第２熱伝導体に用いられるシート材が折り曲げられて形成されていることを特徴とする付記２又は３に記載の熱電変換モジュール。
（付記５）  前記第２熱伝導体に用いられるシート材は、グラファイトシートであることを特徴とする付記２乃至４のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
【００８６】
（付記６）  前記第２熱伝導体に用いられるシート材は、金属箔であることを特徴とする付記２乃至４のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
（付記７）  前記第１熱伝導体は、柔軟性を有するシート材を用いて形成されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
【００８７】
（付記８）  前記第１熱伝導体は、柔軟性を有する複数のシート材を積層して形成されていることを特徴とする付記７に記載の熱電変換モジュール。
（付記９）  前記第１熱伝導体に用いられるシート材は、グラファイトシートであることを特徴とする付記７又は８に記載の熱電変換モジュール。
【００８８】
（付記１０）  前記第１熱伝導体に用いられるシート材は、金属箔であることを特徴とする付記７又は８に記載の熱電変換モジュール。
（付記１１）  前記断熱体は、柔軟性を有する材料を用いて形成されていることを特徴とする付記１乃至１０のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
【００８９】
（付記１２）  複数の前記熱電変換素子を含む場合には、
複数の前記熱電変換素子が、前記第１熱伝導体の上方に、互いに離間して設けられる、
ことを特徴とする付記１乃至１１のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
【００９０】
（付記１３）  複数の前記熱電変換素子の、それぞれの上方に、前記第２熱伝導体が設けられる、
ことを特徴とする付記１２に記載の熱電変換モジュール。
【００９１】
（付記１４）  前記第１熱伝導体の前記熱電変換素子と反対の側に設けられた樹脂層を更に含むことを特徴とする付記１乃至１３のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
【符号の説明】
【００９２】
１０，２０，３０，１０００  熱電変換モジュール
１１  熱電変換素子
１１ａ，１１ｂ  伝熱体
１１ｃ  半導体ブロック
１１ｄ  端子
１１ｅ  引き出し電極
１１ｐ  ｐ型半導体ブロック
１１ｎ  ｎ型半導体ブロック
１２，２２，３２  吸熱体
１３，２３，３３，１０１０  放熱体
１３ａ  シート材
１３ｂ，２２ｂ，２２ｄ，２３ｂ，２３ｄ，３３ｂ，３３ｄ  接着層
１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，１０１２  フィン
１３ｄ，１０１１  金属ベース
１３ｄａ，３５ａ  フィン取り付け部
１４，２４，３４  断熱体
１６  樹脂層
２２ａ，２３ａ，３３ａ  グラファイトシート
２３ｅ  下地層
２５，３５  伝熱ブロック
３３ａａ  端部
１００  対象
１１０  腕
【図１】
0005831019.tif 000002
【図２】
0005831019.tif 000003
【図３】
0005831019.tif 000004
【図４】
0005831019.tif 000005
【図５】
0005831019.tif 000006
【図６】
0005831019.tif 000007
【図７】
0005831019.tif 000008
【図８】
0005831019.tif 000009
【図９】
0005831019.tif 000010
【図１０】
0005831019.tif 000011
【図１１】
0005831019.tif 000012
【図１２】
0005831019.tif 000013
【図１３】
0005831019.tif 000014