(57)【要約】  第１の出力端子と、第２の出力端子と、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続され、第１の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第１の直列ユニットと、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に、前記第１の直列ユニットと並列になるように接続され、第２の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第２の直列ユニットと、前記第１の直列ユニットと前記第２の直列ユニットとを接続する複数の接続配線と、を有する。そして、前記第１の直列ユニットは、前記第１の複数の熱電モジュールを直列に接続する第１の複数の直列配線を有し、前記第２の直列ユニットは、前記第２の複数の熱電モジュールを直列に接続する第２の複数の直列配線を有し、前記複数の接続配線のそれぞれは、前記第１の複数の直列配線の１つと、前記第２の複数の直列配線の１つとを接続する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の出力端子と、
第２の出力端子と、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続され、第１の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第１の直列ユニットと、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に、前記第１の直列ユニットと並列になるように接続され、第２の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第２の直列ユニットと、
前記第１の直列ユニットと前記第２の直列ユニットとを接続する複数の接続配線と、
を備え、
前記第１の直列ユニットは、前記第１の複数の熱電モジュールを直列に接続する第１の複数の直列配線を有し、
前記第２の直列ユニットは、前記第２の複数の熱電モジュールを直列に接続する第２の複数の直列配線を有し、
前記複数の接続配線のそれぞれは、前記第１の複数の直列配線の１つと、前記第２の複数の直列配線の１つとを接続する発電装置。
【請求項２】
前記複数の接続配線が、第１の接続配線を含み、
前記第１の直列ユニットが有する前記第１の複数の熱電モジュールの数と、前記第２の直列ユニットが有する前記第２の複数の熱電モジュールの数とは、同じであり、
前記第１の出力端子から前記第１の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでに接続される熱電モジュールの数と、前記第１の出力端子から前記第２の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでに接続される熱電モジュールの数とは、同数である請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１の直列ユニットが有する全ての前記複数の第１の直列配線と、前記第２の直列ユニットが有する全ての前記複数の第２の直列配線は、前記複数の接続配線のうちの対応する接続配線で、接続されている請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１の直列ユニットと前記第２の直列ユニットは同等の熱起電力を有し、
前記複数の接続配線が、第１の接続配線を含み、
前記第１の出力端子から前記第１の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの熱起電力の大きさは、前記第１の出力端子から前記第２の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの熱起電力の大きさと、同等である請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
前記第１の直列ユニットと前記第２の直列ユニットは同等の熱起電力を有し、
前記複数の接続配線が第１の接続配線を含み、
前記第１の出力端子から前記第１の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの発電電力の大きさは、前記第１の出力端子から前記第２の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの発電電力の大きさと、同等である請求項１記載の発電装置。
【請求項６】
第１の出力端子と、
第２の出力端子と、
ｎとｍを自然数とし、ｎ個の直列配線を介して（ｎ＋１）個の熱電モジュールを直列に接続してなる（ｍ＋１）個の直列ユニットと、
複数の接続配線と、
を備え、
前記（ｍ＋１）個の直列ユニットは前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に並列に接続され、
ｋを１からｎまでの自然数とし、前記（ｍ＋１）個の直列ユニットにおける前記ｎ個の直列配線のうち、前記第１の出力端子側からｋ番目に配置される直列配線が、前記複数の接続配線のうち前記第１の出力端子側からｋ番目に配置される接続配線を介して互いに接続された発電装置。
【請求項７】
第１の出力端子と、
第２の出力端子と、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とに接続され、第１の複数の直列配線を介して第１の複数の熱電素子が直列に接続されてなる第１の直列ユニットと、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とに、前記第１の直列ユニットと並列になるように接続され、第２の複数の直列配線を介して第２の複数の熱電素子が直列に接続されてなる第２の直列ユニットと、
それぞれが、前記第１の複数の直列配線の１つと前記第２の複数の直列配線の１つとを接続する複数の接続配線と、
を備え、
前記第１の複数の直列配線および前記第２の複数の直列配線は、前記第１の基板および前記第２の基板との間に配置された熱電モジュール。
【請求項８】
前記第１の直列ユニットが有する前記第１の複数の熱電素子の数と、前記第２の直列ユニットが有する前記第２の複数の熱電素子の数とは、同数であり、
前記複数の接続配線が第１の接続配線を含み、
前記第１の出力端子から前記第１の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの熱電素子の数と、前記第１の出力端子から第２の直列ユニットを経由して前記第１の接続配線に至るまでの熱電素子の数とは、同数である請求項７記載の熱電モジュール。
【請求項９】
前記複数の接続配線は、前記第１の複数の直列配線が配置されている層と同じ層に形成されている請求項７記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱電素子を使用した発電装置および熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱電素子を使用した熱電モジュールおよび熱電モジュールを使用した発電装置が知られている。このような熱電モジュールや発電装置は、温度差によって生ずる熱起電力を利用して電力を生成し、各種電子機器や電気機械への電力供給に使用される。【０００３】
このような従来の熱電モジュールや発電装置では、所定数の熱電素子を直列に接続して直列ユニットを構成して用いることにより所要の出力電圧を得ることができる。更に、所定数の直列ユニットを並列に接続して用いることにより所要の出力電流を得ている。【０００４】
尚、本出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０６３７号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一側面における発電装置は、第１の出力端子と、第２の出力端子と、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続され第１の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第１の直列ユニットと、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に前記第１の直列ユニットと並列になるように接続され第２の複数の熱電モジュールを直列に接続してなる第２の直列ユニットと、前記第１の直列ユニットと前記第２の直列ユニットとを接続する複数の接続配線と、を有する。そして、前記第１の直列ユニットは、前記第１の複数の熱電モジュールを直列に接続する第１の複数の直列配線を有し、前記第２の直列ユニットは、前記第２の複数の熱電モジュールを直列に接続する第２の複数の直列配線を有し、前記複数の接続配線のそれぞれは、前記第１の複数の直列配線の１つと、前記第２の複数の直列配線の１つとを接続する。
【０００７】
また、本開示の別の一側面における発電装置は、第１の出力端子と、第２の出力端子と、ｎとｍを自然数とし、ｎ個の直列配線を介して（ｎ＋１）個の熱電モジュールを直列に接続してなる（ｍ＋１）個の直列ユニットと、複数の接続配線と、を有する。そして、前記（ｍ＋１）個の直列ユニットは前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に並列に接続され、ｋを１からｎまでの自然数とし、前記（ｍ＋１）個の直列ユニットにおける前記ｎ個の直列配線のうち、前記第１の出力端子側からｋ番目に配置される直列配線が、前記複数の接続配線のうち前記第１の出力端子側からｋ番目に配置される接続配線を介して互いに接続される。
【０００８】
また、本開示の熱電モジュールは、第１の出力端子と、第２の出力端子と、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とに接続され、第１の複数の直列配線を介して第１の複数の熱電素子が直列に接続されてなる第１の直列ユニットと、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とに、前記第１の直列ユニットと並列になるように接続され、第２の複数の直列配線を介して第２の複数の熱電素子が直列に接続された第２の直列ユニットと、それぞれが、前記第１の複数の直列配線の１つと前記第２の複数の直列配線の１つとを接続する複数の接続配線と、を有する。そして、前記第１の複数の直列配線および前記第２の複数の直列配線は、前記第１の基板および前記第２の基板との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における発電装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１の第１の変形例における発電装置の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１の第２の変形例における発電装置の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１の第３の変形例における発電装置の構成を示すブロック図
【図５Ａ】実施の形態２における熱電モジュールの斜視図
【図５Ｂ】実施の形態２における熱電モジュールの斜視図
【図６Ａ】実施の形態２における熱電モジュールの配線図
【図６Ｂ】実施の形態２における熱電モジュールの配線図
【図７】実施の形態２における熱電モジュールの構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて共通する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１における発電装置について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る発電装置２０の構成を示すブロック図である。発電装置２０は、一対の出力端子３１、３２と複数の熱電モジュール４０を直列に接続してなる複数の直列ユニット５０（第１の直列ユニット５１および第２の直列ユニット５２を含む）を有する。それぞれの直列ユニット５０は一対の出力端子３１、３２の間に互いに並列に接続されている。それぞれの直列ユニット５０において、熱電モジュール４０は直列配線６０（第１の直列配線６１と第２の直列配線６２を含む）を介して直列に接続されている。このような構成により、発電装置２０は、直列に接続された熱電モジュール４０の数に応じた発電電圧を得ることができ、並列に接続された直列ユニット５０の数に応じた発電電流を得ることができる。そして、直列に接続された熱電モジュール４０の数と並列に接続された直列ユニット５０の数に応じて全体の発電電力を得ることができる。
【００１２】
本実施の形態の発電装置２０は、さらに、第１の直列ユニット５１の中の第１の直列配線６１と第２の直列ユニット５２の中の第２の直列配線６２を接続する接続配線７０を設けたものである。ここで、第１の直列ユニット５１および第２の直列ユニット５２は、発電装置２０の中の任意の直列ユニット５０であってよい。また、第１の直列配線６１は第１の直列ユニット５１の中の任意の直列配線６０であってよく、第２の直列配線６２は第２の直列ユニット５２の中の任意の直列配線６０であってよい。発電装置２０は、第１の直列ユニット５１または第２の直列ユニット５２の中の１個の熱電モジュール４０に断線が生じたとしても、接続配線７０を有することにより、断線が生じた熱電モジュール４０が属する直列ユニット５０の中の他の熱電モジュール４０の発電電力を有効に活用することができるため、発電電力の低下を抑制することができる。
【００１３】
つまり、発電装置２０は、出力端子３１と、出力端子３２と、出力端子３１と出力端子３２とに接続され複数の熱電モジュール４１を直列に接続してなる直列ユニット５１と、出力端子３１と出力端子３２とに直列ユニット５１と並列になるように接続され、複数の熱電モジュール４２を直列に接続してなる直列ユニット５２と、直列ユニット５１と直列ユニット５２とを接続する複数の接続配線７０と、を有する。直列ユニット５１は、複数の熱電モジュール４１を直列に接続する複数の直列配線６１を有し、直列ユニット５２は、複数の熱電モジュール４２を直列に接続する複数の直列配線６２を有する。そして、複数の接続配線７０のそれぞれは、複数の直列配線６１の１つと、複数の直列配線６２の１つとを接続する。なお、直列ユニット５１および直列ユニット５２以外の直列ユニット５０が上述した構成であっても良い。
【００１４】
一般に、熱電素子を用いた発電装置２０において、効率的に出力電力を得るためには熱電素子の両側に相応の温度差を設ける必要がある。高温側および低温側に加熱または冷却するための部材を発電装置２０に配置して、発電装置２０全体の部材を組立勘合し、硬く締結して部材間の密着を高めている。このような構成により発電装置２０における熱伝達ロスを小さくしている。しかしながら、部材間の組立勘合時の取り扱いや勘合圧力による機械的応力、又は発電する為の温度差の印加時に各部材の熱膨張係数の違い等により発生する機械的応力などにより、熱電素子ならびに構成する基板などに過度なストレスが加わる。その結果、熱電モジュール４０が破断したり、または、配線が断線したりする事がある。これらが、熱電モジュール４０および熱電モジュール４０を使用した発電装置２０の発電量が低下する原因の１つになっている。
【００１５】
従来の発電装置には、複数の直列ユニットの間を接続する本実施の形態の接続配線７０に相当する構成要素がないため、１個の熱電モジュール４０の内部に断線が発生してしまうと、断線した熱電モジュール４０が属する直列ユニット５０全体の電力供給が停止し、発電電力が著しく低下する。
【００１６】
本実施の形態の発電装置２０は、複数の直列ユニット５０の間を接続する接続配線７０を有することにより、１個の熱電モジュール４０が断線しても、断線した熱電モジュール４０が属する直列ユニット５０の他の熱電モジュール４０は発電電力を供給することができ、発電電力の低下を抑制できる。
【００１７】
特に本実施の形態の発電装置２０では、全ての対応する直列配線６０が接続配線７０によってグリッド状に接続されている。すなわち、ｎとｍを自然数としたとき、発電装置２０は、出力端子３１、３２と、ｎ個の直列配線６０を介して（ｎ＋１）個の熱電モジュールを直列に接続してなる（ｍ＋１）個の直列ユニットと、を有する。（ｍ＋１）個の直列ユニット５０は出力端子３１、３２に並列になるように接続される。更に、ｋが１からｎまでの自然数としたとき、（ｍ＋１）個の直列ユニットにおける出力端子３１からｋ番目の直列配線６０がｋ番目の接続配線７０を介して互いに接続されている。そのため、複数の熱電モジュール４０のうち、いずれか１個の熱電モジュール４０が断線したとしても、他の断線していない全ての熱電モジュール４０の電力を活用することができる。よって、発電量の低下を抑制することができ、安定的に発電電力量を確保することができる。
【００１８】
つまり、本開示の発電装置２０では、出力端子３１と、出力端子３２と、ｎとｍを自然数とし、ｎ個の直列配線６０を介して（ｎ＋１）個の熱電モジュール４０を直列に接続してなる（ｍ＋１）個の直列ユニット５０と、複数の接続配線７０と、を有する。そして、（ｍ＋１）個の直列ユニット５０は出力端子３１と出力端子３２との間に並列に接続されている。更に、ｋを１からｎまでの自然数とし、（ｍ＋１）個の直列ユニット５０におけるｎ個の直列配線６０のうち、出力端子３１側からｋ番目に配置される直列配線６０が、複数の接続配線７０のうち出力端子３１側からｋ番目に配置される接続配線７０を介して互いに接続される。
【００１９】
また、発電装置２０では、第１の直列ユニット５１における全ての第１の直列配線６１と、第２の直列ユニット５２における全ての第２の直列配線６２は、それぞれ対応する接続配線７０で接続されている。この構成により、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２の中、いずれの１個の熱電モジュール４０が断線しても、他の断線していない全ての熱電モジュール４０の電力を活用することができ、発電量の低下を抑制することができる。
【００２０】
つまり、発電装置２０は、第１の直列ユニット５１が有する全ての複数の直列配線６１と、第２の直列ユニット５２が有する全ての複数の直列配線６２は、複数の接続配線７０のうちの対応する接続配線で、接続されている。
【００２１】
（実施の形態１の第１の変形例）
図２は、本開示の実施の形態１の変形例の発電装置２１の構成を示すブロック図である。図２に示す発電装置２１は、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２は同数の熱電モジュール４０を有し、一対の出力端子３１、３２の一方を出力端子３１としたとき、出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでに接続された熱電モジュール４０の数は、第１の出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して接続配線７０に至るまでに接続された熱電モジュール４０の数と同数になるように構成されている。この構成を有することにより、発電装置２１は、接続配線７０から第１の出力端子３１に至るまでの第１の直列ユニット５１の熱起電力と第２の直列ユニット５２の熱起電力を同等レベルにすることができ、循環電流による損失を低減できる。従って、熱電モジュール４０の故障時の発電電力の低下をより効果的に抑制できる。
【００２２】
つまり、本変形例の発電装置２１は、第１の直列ユニット５１が有する複数の熱電モジュール４０の数と、第２の直列ユニット５２が有する複数の熱電モジュール４０の数とは、同数である。更に、出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでに接続される熱電モジュール４０の数と、出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して同じ接続配線７０に至るまでに接続される熱電モジュール４０の数とは、同数である。
【００２３】
（実施の形態１の第２の変形例）
図３は、本開示の実施の形態１の第２の変形例の発電装置２２の構成を示すブロック図である。図３に示す発電装置２２は、複数の直列ユニット５０の中の任意の第１の直列ユニット５１と任意の第２の直列ユニット５２について、第１の直列ユニット５１の中の任意の第１の直列配線６１と第２の直列ユニット５２の中の任意の第２の直列配線６２を接続する接続配線７０を有する。発電装置２２は、接続配線７０を有することにより、第１の直列ユニット５１または第２の直列ユニット５２の中の熱電モジュール４０の１つに断線が生じたとしても、断線が生じた熱電モジュール４０が属する直列ユニット５０の中の他の熱電モジュール４０の発電電力を有効に活用することができる。従って、本実施の形態の発電装置２２は、発電電力の低下を抑制することができる。発電装置２２における接続配線７０の構成は、装置の構成上、全ての直列配線６０をグリッド状に接続することができない場合に有効である。
【００２４】
（実施の形態１の第３の変形例）
図４は、本開示の実施の形態１の第３の変形例の発電装置２３の構成を示すブロック図である。発電装置２３において、第１の直列ユニット５１の第１の直列配線６１と第２の直列ユニット５２の第２の直列配線６２が接続配線７０によって接続されている。さらに、発電装置２３において、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２は同等の熱起電力を有し、一対の出力端子３１、３２の一方を第１の出力端子３１としたとき、第１の出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでの熱起電力の大きさは、第１の出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して接続配線７０に至るまでの熱起電力の大きさと、同等にしたものである。つまり、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２は同等の熱起電力を有し、出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでの熱起電力の大きさは、出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して同じ接続配線７０に至るまでの熱起電力の大きさと、同等である。
【００２５】
ここで、熱起電力が同等であるとは、一方の熱起電力の大きさが他方の熱起電力の大きさの±１０％の範囲に入ることをいう。つまり、「同等」とは実質的に同等である（±１０％の範囲に入る）ものも含まれる。この構成を有することにより、発電装置２３は、循環電流による損失を低減できるため、熱電モジュール４０の故障時の発電電力の低下をより効果的に抑制することができる。発電装置２３内で定常的に温度ばらつきがあるような場合、接続配線７０をグリッド状に配線すること、または、出力端子３１、３２から接続配線７０までの熱電モジュール４０の数を同じにすることが必ずしも最も効率的であるとは限らない。このような場合は実質的な起電力が同等となるような位置で接続配線７０を設けることが、発電装置２３の出力を最大にするという観点から好ましい。
【００２６】
さらに、発電装置２３において、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２は同等の熱起電力を有し、一対の出力端子３１、３２の一方を第１の出力端子３１としたとき、第１の出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでの発電電力の大きさを、第１の出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して接続配線７０に至るまでの発電電力の大きさと同等にすることが好ましい。つまり、第１の直列ユニット５１と第２の直列ユニット５２は同等の熱起電力を有し、出力端子３１から第１の直列ユニット５１を経由して接続配線７０に至るまでの発電電力の大きさは、出力端子３１から第２の直列ユニット５２を経由して同じ接続配線７０に至るまでの発電電力の大きさと、同等である。つまり、「同等」とは実質的に同等である（±１０％の範囲に入る）ものも含まれる。ここで、『発電電力が同等である』とは、一方の発電電力の大きさが他方の発電電力の大きさの±１０％の範囲に入ることをいう。この構成を有することにより、発電装置２３は、熱電モジュール４０の故障時の発電電力の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００２７】
なお、本開示において説明した接続配線７０の設置は図示された構成に限定されるものではない。直列ユニット５０にて熱電素子が故障した場合、それ以外の正常な熱電素子の電力を、並列接続された他の直列ユニット５０間に設けられた接続配線７０を経由し出力する事で総電力の低下又は停止を抑制出来るものであればどのような接続構成であってもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、本開示の実施の形態２における熱電モジュール８０について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図５Ａは、実施の形態２の熱電モジュール８０の斜視図である。図５Ｂは、実施の形態２の熱電モジュール８０の内部構造を示す斜視図であり、図５Ａに示す熱伝モジュール８０の上側の基板８２を除いた状態を示す。図５Ａ、図５Ｂにおいて、熱電モジュール８０は、一対の基板８１、８２と、それぞれの基板８１、８２の表面に形成された電極８３、８４と、電極８３、８４の間に形成された熱電素子８７、８８と、一対の出力端子８５、８６を有する。図６Ａは、熱電モジュール８０における下側の基板８１の上面に形成された電極８３の配線図を示す。図６Ａにおいて、出力端子８５、８６は破線で示す。図６Ｂは、熱電モジュール８０における上側の基板８２の下面に形成された電極８４を上から透視した配線図を示す。図６Ｂにおいて、基板８２と熱電素子８７、８８は破線で示す。図７は熱電モジュール８０の回路図である。
【００３０】
基板８１、８２としては、例えば、銅を主成分とする金属基板や、酸化アルミニウムを用いたセラミック基板、あるいはフレキシブル基板を使用することができる。電極８３は基板８１の上面に形成された導体であり、電極８４は基板８２の下面に形成された導体である。電極８３および電極８４は、例えば、銅などの金属により形成される。熱電素子８７はＰ型熱電変換素子であり、熱電素子８８はＮ型熱電変換素子である。熱電素子８７と熱電素子８８は、両端の温度差により逆向きの熱起電力を生ずる。熱電素子８７と熱電素子８８は電極８３、８４の間に交互に配線接続され、逆向きの温度差を設けることにより、同じ向きの熱起電力を生ずる。出力端子８５、８６は、電極８３の端部に接続されたリード線であり、例えば銅線などの金属からなる。
【００３１】
熱電モジュール８０は、さらに、基板８１、８２の間において電極８３、８４と熱電素子８７、８８を封止する封止材（図示せず）を有する。
【００３２】
図７の回路図に示すように熱電モジュール８０は、一対の出力端子８５、８６と複数の直列ユニット８９を有し、複数の直列ユニット８９は一対の出力端子８５、８６の間に並列に接続されている。そして、それぞれの直列ユニット８９において、熱電素子８７、８８を直列に接続する直列配線９０は、他の直列ユニット８９の直列配線９０と接続配線９１によって接続されている。ここで、複数の直列ユニット８９の１つを第１の直列ユニット８９ａとし、他の一つを第２の直列ユニット８９ｂとする。そして、第１の直列ユニット８９ａにおいて熱電素子８７、８８を直列に接続する直列配線９０を第１の直列配線９０ａ、第２の直列ユニット８９ｂにおいて熱電素子８７、８８を直列に接続する直列配線９０を第２の直列配線９０ｂとする。熱電モジュール８０は、第１の直列配線９０ａと第２の直列配線９０ｂとを接続する接続配線９１を有する。熱電モジュール８０は、接続配線９１を有することによって、熱電素子８７、８８のいずれかに断線が生じた場合であっても、断線してない熱電素子８７、８８の電力を有効に出力することができる。従って、本実施の形態の熱電モジュール８０は、熱電素子８７、８８の故障による発電量の低下を抑制することができる。
【００３３】
つまり、熱電モジュール８０は、出力端子８５と、出力端子８６と、基板８１と、基板８２と、出力端子８５と出力端子８６とに接続され複数の直列配線９０ａを介して複数の熱電素子８７、８８が直列に接続されてなる第１の直列ユニット８９ａと、出力端子８５と出力端子８６とに第１の直列ユニット８９ａと並列になるように接続され、複数の直列配線９０ｂを介して複数の熱電素子８７、８８が直列に接続されてなる第２の直列ユニット８９ｂと、それぞれが、複数の直列配線９０ａの１つと複数の直列配線９０ｂの１つとを接続する複数の接続配線９１と、を有する。そして、複数の直列配線９０ａおよび複数の直列配線９０ｂは、基板８１および基板８２との間に配置される。
【００３４】
なお、接続配線９１を配置する際には、異なる直列ユニット８９の間の任意の直列配線９０の間を接続配線９１で接続することができる。この構成により、本実施の形態の熱電モジュール８０は、熱電素子８７、８８の故障時の発電電力の低下を抑制することができる。
【００３５】
さらに、熱電モジュール８０は、複数の直列ユニット８９のうちの第１の直列ユニット８９ａと第２の直列ユニット８９ｂは同数の熱電素子８７、８８を有し、出力端子８５、８６の一方からそれぞれの接続配線９１に至るまでの第１と第２の直列ユニット８９ａ、８９ｂにおいて接続された熱電素子８７、８８の数を同数とした。つまり、熱電モジュール８０は、直列ユニット８９ａが有する複数の熱電素子８７、８８の数と、直列ユニット８９ｂが有する複数の熱電素子８７、８８の数とは、同数である。そして、出力端子８５（または出力端子８６）から直列ユニット８９ａを経由して接続配線９１に至るまでの熱電素子８７、８８の数と、出力端子８５（または出力端子８６）から直列ユニット８９ｂを経由して同じ接続配線９１に至るまでの熱電素子８７、８８の数とは、同数である。
【００３６】
この構成により、出力端子８５、８６の一方から接続配線９１に至るまでの熱起電力を均等化することができるため熱電モジュール８０の発電電力を最大にすることができ、熱電素子８７、８８の故障時の発電電力の低下をより効果的に抑制することができる。
【００３７】
さらに、熱電モジュール８０は、それぞれの直列ユニット８９において熱電素子８７、８８の間を接続する直列配線９０の全てを接続配線９１によりグリッド状に接続したものである。すなわち、熱電モジュール８０は、ｎとｍを自然数とし、出力端子８５、８６の一方を第１の出力端子８５、他方を第２の出力端子８６としたとき、ｎ個の直列配線９０を介して（ｎ＋１）個の熱電素子８７、８８を直列に接続してなるｍ＋１個の直列ユニット８９とを有し、（ｍ＋１）個の直列ユニット８９は第１の出力端子８５と第２の出力端子８６との間に並列に接続され、ｋは、１からｎまでの自然数について、（ｍ＋１）個の直列ユニット８９における第１の出力端子８５からｋ番目の直列配線９０がｋ番目の接続配線９１を介して互いに接続されている。そのため、熱電素子８７、８８の中、いずれの１個が断線した場合であっても残りの断線していない熱電素子８７、８８の全てを有効に活用することができ、熱電モジュール８０の出力電力の低下を効果的に抑制できる。
【００３８】
なお、熱電モジュール８０において、接続配線９１は、基板８１の上面の電極８３と基板８２の下面の電極８４を用いて形成したが、他の方法で形成することもできる。例えば、基板８１および基板８２の内部に内層電極として設けることも可能である。あるいは、電極８３および電極８４の表面の一部に絶縁膜を形成し、電極８３および電極８４に対して立体交差配線になるように、接続配線９１を設けることも可能である。熱電モジュール８０では、接続配線９１を基板８１の上面に配置されている電極８３と基板８２の下面に配置されている電極８４を用いて直列配線９０と同じ面上に形成している。つまり、複数の接続配線９１は、複数の直列配線９０が配置されている層と同じ層に形成されている。よって、基板８１、８２に内層電極を設ける必要が無く、あるいは、立体交差配線を形成するための追加の絶縁層や導体層を形成する必要が無い。
【００３９】
従って、本実施の形態の熱電モジュール８０においては、製造工数や構成部材を大きく追加することなく、熱電素子８７、８８の断線時の熱電モジュール８０の出力電力の低下を抑制することができ、製造上および経済上の利点を有する。ここで、接続配線９１と直列配線９０が同じ面上に形成されているとは、必ずしも絶対的な同一平面である必要はない。例えば、基板８１と基板８２がフレキシブル基板である場合のように、表面が凹凸面あるいは曲面である場合を含み、同じ層に形成されている場合を含む。
【００４０】
本開示によれば、発電装置および熱電モジュールは、故障した熱電素子に直列に接続されている他の正常な熱電素子の出力を、並列接続された他の直列ユニットを介して出力させる事ができる。よって、本開示の発電装置および熱電モジュールにおいては、熱電素子の故障による発電量の低下を抑制することができる。
【００４１】
なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本開示は、簡単な構成で、熱電素子を利用した発電装置の故障時による発電電力の低下又は停止を抑制する事が出来る。そのため、本開示は、熱電素子を利用した発電装置において、簡単かつ安価な発電電力低下の抑制が可能となる事で、発電電力の向上、品質の向上を提供する事が出来る。本開示の発電装置および熱電モジュールは、各種電子機器への電力供給源として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
２０，２１，２２，２３  発電装置
３１，３２  出力端子
４０，４１，４２  熱電モジュール
５０，５１，５２  直列ユニット
６０，６１，６２  直列配線
７０  接続配線
８０  熱電モジュール
８１，８２  基板
８３，８４  電極
８５，８６  出力端子
８７，８８  熱電素子
８９，８９ａ，８９ｂ  直列ユニット
９０，９０ａ，９０ｂ  直列配線
９１  接続配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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