(57)【要約】【課題】高効率な熱変換機能を有し、長期信頼性が高く、容易に製造可能な低コストの熱電変換装置を提供する。【解決手段】Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を交互に、それぞれの素子５の側面間に設けられたフィン電極２（２ａ，２ｂ）を介して一直線状に整列配置した熱電変換素子群の片端側に、熱電変換素子５と略同幅で電気伝導性を有するダミー部材７を設けて熱電素子モジュール１を形成する。フィン電極２ａ，２ｂは熱電変換素子５の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極２ａと第２のフィン電極２ｂとし、複数の熱電素子モジュール１を重ね合わせて多段に配置して連結導通部材８を介して接続し、隣り合う熱電素子モジュール１の第１のフィン電極２ａ同士を互い違いに配置し、隣り合う熱電素子モジュール１の第２のフィン電極２ｂ同士を互い違いに配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電変換素子がＰ型とＮ型の素子を交互にしてそれぞれの素子の側面間に設けられた電極を介して一直線状に整列配置されて熱電変換素子群が形成され、該熱電変換素子群の熱電変換素子の整列配置の片端側には熱電変換素子と同幅または略同幅で電気伝導性を有するダミー部材が設けられており、前記Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子が前記電極を介して交互に接続されて熱電変換回路が形成されていることを特徴とする熱電素子モジュール。
【請求項２】
Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子間に介設されている電極は、熱電変換素子の配列部から一方の外側に向けて伸長されてその伸長部位をフィンと成すフィン電極と成しており、これらのフィン電極は熱電変換素子の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極と第２のフィン電極により形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱電素子モジュール。
【請求項３】
ダミー部材は、ゴム状ブロックまたは樹脂ブロックの外周側に導電性部材を設けた複合部材、バネ性を有する導電性部材をゴムまたは樹脂により覆って熱電変換素子と同様の外形形状とした部材、インバー合金製部材、バネ状部材のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱電素子モジュール。
【請求項４】
Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とダミー部材の配列順序およびフィン電極の伸長方向を同じにした請求項２または請求項３記載の熱電素子モジュールを複数具備し、これらの熱電素子モジュールが、隣り合う熱電素子モジュールの熱電変換素子同士が接触しない態様の横置き状態で、かつ、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子の配列順序を逆向きにした姿勢で重ね合わせて多段に配置され、上下の隣り合う２段の熱電素子モジュール同士は熱電変換素子配列の片端に配置されている熱電変換素子とダミー部材が連結導通部材を介して接続されて熱電変換回路が形成され、隣り合う熱電素子モジュールの第１のフィン電極同士が互い違いに配置され、隣り合う熱電素子モジュールの第２のフィン電極同士が互い違いに配置されていることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項５】
連結導通部材は弾性部材により形成されていることを特徴とする請求項４記載の熱電変換装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の熱電変換装置が筐体内に収容されて該熱電変換装置の熱電変換素子群は筐体の内側に直接または支持部材を介して固定されており、該支持部材と前記筐体における熱電変換素子の支持領域の少なくとも一方が弾性部材により形成されていることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項７】
第１のフィン電極のフィン伸長側の領域と第２のフィン電極のフィン伸長側の領域とを仕切る断熱性の仕切り壁が熱電変換素子の一端側と他端側の少なくとも一方の面側に設けられていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一つに記載の熱電変換装置。
【請求項８】
第１のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第１のダクト通路が形成され、第２のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第２のダクト通路が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７記載の熱電変換装置。
【請求項９】
フィン電極の先端側に伝熱面拡大用の面増大部が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか一つに記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光通信用部品、理化学機器、除湿器、空調設備、半導体プロセス中での流体温度管理等に用いられて冷却や加熱を行ったり、ゼーベック効果を利用して発電を行ったりする熱電素子モジュールおよびそれを用いた熱電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールが、光通信分野等の様々な分野に用いられており、図９には、熱電変換モジュールの構造の一例が示されている。（例えば、特許文献１、２、３、参照。）。
【０００３】
この熱電変換モジュールはペルチェモジュールであり、Ｐ型の熱電変換素子５（５ａ）とＮ型の熱電変換素子５（５ｂ）を交互に複数配列し、それぞれの熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の側面間に設けられた電極２を介して一直線状に整列配置されて熱電変換素子群を形成し、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを、電極２を介して交互に接続して熱電変換回路を形成したものである。電極２と熱電変換素子５とは、例えば半田（図示せず）により接合されている。
【０００４】
Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂ間に介設されている電極２は、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列部から一方の外側に向けて伸長されてその伸長部位をフィンと成すフィン電極２ａ，２ｂと成している。これらのフィン電極２ａ，２ｂは熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極２ａと第２のフィン電極２ｂにより形成されている。
【０００５】
図９に示すようなペルチェモジュールの熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型の熱電変換素子５ａと、Ｎ型半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとを有する。Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、例えば長さが０．５〜５．０ｍｍ程度のビスマス・テルル等の半導体で構成されている。
【０００６】
上記熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電極２（ここでは、フィン電極２ａ，２ｂ）を介して電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果が生じる。
【０００７】
このペルチェ効果によって、例えば図９の矢印Ａの方向に電流を流すと、第１のフィン電極２ａが発熱せしめられ、その逆に、第２のフィン電極２ｂが冷却せしめられることにより、第１のフィン電極２ａのフィン伸長側の領域は加熱され、第２のフィン電極２ｂのフィン伸長側の領域は冷却される。そこで、例えば矢印Ｂ方向に風を流すと、第２のフィン電極２ｂのフィン伸長側から冷風を発生することができる。また、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路に流す電流の向きを逆にすると、加熱側と冷却側とが逆転する。
【０００８】
なお、ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールには、上記のようなタイプの熱電変換モジュールの他に、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を互いに間隔を介して立設し、その上端側と下端側に電極を設けて、該電極とＰ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とによって熱電変換素子の回路を形成するタイプの熱電変換モジュールも提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−６３２４４号公報
【特許文献２】特開平６−８４４３６号公報
【特許文献３】特開平５−１６０４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図９に示したタイプの熱電変換モジュールを適用して熱電変換装置を形成した場合、この熱電変換装置は、熱交換器としてあまり良い特性を得ることができないという問題があった。そのため、上記特許文献１〜３においては、例えばフィン電極２ａ，２ｂにコルゲートフィンを設けて伝熱面積の拡大を図ったりするなどの構成を設けているが、このようにすると構成が複雑になる。特に、熱電変換装置の小型化が進む中にあって、複雑な構成の熱電変換モジュールは製造が容易でなく、量産性がよくないため、コストアップにつながるし、熱電変換装置を使用していくうちに、熱歪みによって破損しやすくなるという問題も生じる。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高効率な熱変換機能を有し、長期信頼性の高い熱電変換装置を容易に低コストで形成可能とする熱電素子モジュールとその熱電素子モジュールを用いた熱電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の熱電素子モジュールは、複数の熱電変換素子がＰ型とＮ型の素子を交互にしてそれぞれの素子の側面間に設けられた電極を介して一直線状に整列配置されて熱電変換素子群が形成され、該熱電変換素子群の熱電変換素子の整列配置の片端側には熱電変換素子と同幅または略同幅で電気伝導性を有するダミー部材が設けられており、前記Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子が前記電極を介して交互に接続されて熱電変換回路が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、第２の発明の熱電素子モジュールは、上記第１の発明の構成に加え、前記Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子間に介設されている電極は、熱電変換素子の配列部から一方の外側に向けて伸長されてその伸長部位をフィンと成すフィン電極と成しており、これらのフィン電極は熱電変換素子の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極と第２のフィン電極により形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、第３の発明の熱電素子モジュールは、上記第１または第２の発明の構成に加え、ダミー部材は、ゴム状ブロックまたは樹脂ブロックの外周側に導電性部材を設けた複合部材、バネ性を有する導電性部材をゴムまたは樹脂により覆って熱電変換素子と同様の外形形状とした部材、インバー合金製部材、バネ状部材のいずれかにより形成されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、第４の発明の熱電変換装置は、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とダミー部材の配列順序およびフィン電極の伸長方向を同じにした前記第２または第３の発明の熱電素子モジュールを複数具備し、これらの熱電素子モジュールが、隣り合う熱電素子モジュールの熱電変換素子同士が接触しない態様の横置き状態で、かつ、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子の配列順序を逆向きにした姿勢で重ね合わせて多段に配置され、上下の隣り合う２段の熱電素子モジュール同士は熱電変換素子配列の片端に配置されている熱電変換素子とダミー部材が連結導通部材を介して接続されて熱電変換回路が形成され、隣り合う熱電素子モジュールの第１のフィン電極同士が互い違いに配置され、隣り合う熱電素子モジュールの第２のフィン電極同士が互い違いに配置されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第５の発明の熱電変換装置は、上記第４の発明の構成に加え、前記連結導通部材は弾性部材により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
さらに、第６の発明の熱電変換装置は、上記第４または第５の発明の熱電変換装置が筐体内に収容されて該熱電変換装置の熱電変換素子群は筐体の内側に直接または支持部材を介して固定されており、該支持部材と前記筐体における熱電変換素子の支持領域の少なくとも一方が弾性部材により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、第７の発明の熱電変換装置は、上記第４乃至第６のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１のフィン電極のフィン伸長側の領域と第２のフィン電極のフィン伸長側の領域とを仕切る断熱性の仕切り壁が熱電変換素子の一端側と他端側の少なくとも一方の面側に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、第８の発明の熱電変換装置は、上記第４乃至第７のいずれか一つの発明の構成に加え、第１のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第１のダクト通路が形成され、第２のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第２のダクト通路が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
さらに、第９の発明の熱電変換装置は、上記第４乃至第８のいずれか一つの発明の構成に加え、フィン電極の先端側に伝熱面拡大用の面増大部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の熱電素子モジュールは、複数の熱電変換素子がＰ型とＮ型の素子を交互にしてそれぞれの素子の側面間に設けられた電極を介して一直線状に整列配置されて熱電変換素子群を形成しているが、該熱電変換素子群の熱電変換素子の整列配置の片端側には熱電変換素子と同幅または略同幅で電気伝導性を有するダミー部材が設けられており、前記Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子が前記電極を介して交互に接続されて熱電変換回路が形成されているので、例えばダミー部材によってモジュールの熱歪み（熱電変換素子の熱膨張収縮に伴う歪み）を吸収でき、熱電変換素子に加わる熱歪みを軽減できる。その結果、非常に簡単な構成で、温度差の大きな領域での熱電発電や、ペルチェ効果を利用した冷却や加熱においても長期信頼性を確保できる。
【００２２】
つまり、熱電素子モジュールの加熱面や冷却面では、熱の出入りを良くするため、その面と垂直方向（本発明の熱電素子モジュールにおいては熱電変換素子の配列方向）に圧力が加えられるが、この力がダミー部材で適切に緩和されるため、上記のように、熱電素子破壊などを防ぐことができ、信頼性の高い熱電素子モジュールを実現できる。
【００２３】
特に、ダミー部材を、ゴム状ブロックまたは樹脂ブロックの外周側に導電性部材を設けた複合部材、バネ性を有する導電性部材をゴムまたは樹脂により覆って熱電変換素子と同様の外形形状とした部材、合金製部材、特には、インバー製の合金部材、バネ状部材の、いずれかにより形成することにより、上記圧力緩和効果を効率的に発揮できる。
【００２４】
また、熱電素子モジュールにおいて、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子間に介設されている電極を、熱電変換素子の配列部から一方の外側に向けて伸長されてその伸長部位をフィンと成すフィン電極とし、これらのフィン電極を、熱電変換素子の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極と第２のフィン電極により形成すれば、第１と第２のフィン電極のフィンにより、熱の吸収や放熱を的確にできるので、熱歪みの影響を抑制した良好な特性を持つペルチェモジュールや発電モジュールを形成できる。
【００２５】
そして、本発明の熱電素子モジュールを基本単位とし、この基本単位の複数設けて、以下のように、容易に、かつ、仕様にあわせた適切な熱電変換装置を形成できる。
【００２６】
つまり、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子とダミー部材の配列順序およびフィン電極の伸長方向を同じにした複数の熱電素子モジュールを、隣り合う熱電変換装置の熱電変換素子同士が接触しない態様の横置き状態で、かつ、Ｐ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子の配列順序を逆向きにした姿勢で重ね合わせて多段に配置し、上下の隣り合う２段の熱電素子モジュール同士をその片端側で接続して熱電変換回路を形成すると、この熱電変換装置は、隣り合う熱電素子モジュールの第１のフィン電極同士を互い違いに配置し、隣り合う熱電素子モジュールの第２のフィン電極同士を互い違いに配置した、熱変換機能が高い熱電変換装置にできる。
【００２７】
すなわち、本発明の熱電変換装置は、熱電変換素子群の片端側にダミー部材を設けた本発明の熱電素子モジュールを基本単位とし、この熱電素子モジュールを上記の如く複数多段に配置して形成しているので、例えば熱電変換素子に電流を流すと、互い違いに配置される第１のフィン電極のフィンは、いずれも吸熱フィンと放熱フィンのうちのいずれか一方となり、互い違いに配置される第２のフィン電極のフィンは、いずれも、第１のフィン電極のフィンとは異なるようになる（つまり、第１のフィン電極のフィンが吸熱フィンとなる場合、第２のフィン電極のフィンは放熱フィンとなり、その逆に、第１のフィン電極のフィンが放熱フィンとなる場合、第２のフィン電極のフィンは吸熱フィンとなる）。
【００２８】
したがって、本発明の熱電変換装置は、隣り合う熱電素子モジュールの第１のフィン電極同士を互い違いに配置し、隣り合う熱電素子モジュールの第２のフィン電極同士を互い違いに配置することにより、ペルチェモジュールとして機能させる場合に、熱変換機能が高い熱電変換装置にできる。
【００２９】
また、発電モジュールとして機能させる場合にも、例えば第１のフィン電極の先端側が高温であり、第２のフィン電極の先端側が低温である領域に配置すると、熱を第１のフィン電極の先端側から第２のフィン電極の先端側に向けて移動させることにより、効率良く発電でき、その逆の（第１のフィン電極の先端側が低温であり、第２のフィン電極の先端側が高温の）場合も同様に熱の移動を良好に行え、効率良く発電できるので、熱変換機能が高い熱電変換装置にできる。
【００３０】
また、従来は、熱電変換素子を薄く形成すると、熱電変換素子に加わる熱歪みによって熱電変換素子が割れやすかったが、本発明の熱電素子モジュールは、熱電変換素子に加わる熱歪みを軽減できるので、熱電変換素子の厚みを薄くでき、それにより、熱電素子モジュールを重ね合わせて形成する熱電変換装置の積層数を多くすることが容易となり、熱電変換装置の性能をより向上させることができる。
【００３１】
また、本発明の熱電変換装置において、連結導通部材を弾性部材により形成すれば、たとえダミー部材が弾性を有していない場合や、ダミー部材による熱電素子モジュールの熱歪み抑制効果が小さい場合でも、連結導通部材によって熱歪みの抑制を行うことができ、熱歪み抑制に伴う上記優れた効果を発揮することができる。
【００３２】
さらに、本発明の熱電変換装置において、熱電変換装置の熱電変換素子群を筐体の内側に直接または支持部材を介して固定し、該支持部材と前記筐体における熱電変換素子の支持領域の少なくとも一方が弾性部材により形成すれば、たとえダミー部材が弾性を有していない場合や、ダミー部材による熱電素子モジュールの熱歪み抑制効果が小さい場合でも、また、連結導通部材が弾性を有していない場合でも、上記弾性部材によって熱歪みの抑制を行うことができ、熱歪み抑制に伴う上記優れた効果を発揮することができる。
【００３３】
さらに、本発明の熱電変換装置において、第１のフィン電極のフィン伸長側の領域と第２のフィン電極のフィン伸長側の領域とを仕切る断熱性の仕切り壁を熱電変換素子の一端側と他端側の少なくとも一方の面側に設けることにより、熱電変換素子の配列領域を挟む一方側から他方側への熱の移動を抑制でき、熱電変換効率をより一層良好にできる。
【００３４】
さらに、熱電変換装置において、第１のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第１のダクト通路を形成し、第２のフィン電極のフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第２のダクト通路を形成することにより、第１のフィン電極のフィン配列領域と第２のフィン電極のフィン配列領域とを確実に隔てることができ、熱電変換効率を高めることができるし、ダクト内を流れる流体とフィン電極との熱の授受を効率的に行うことができる。
【００３５】
さらに、本発明の熱電変換装置において、フィン電極の先端側に伝熱面拡大用の面増大部を形成することにより、熱電変換効率をより一層良好にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００３７】
図１（ａ）には、本発明に係る熱電変換装置の一実施形態例が模式的な平面図により示されており、図１（ｂ）には、その手前側（矢印Ａ側）から見た側面図が模式的に示されている。また、図２には、本実施形態例の熱電変換装置の斜視図が模式的に示されている。なお、本実施形態例の熱電変換装置３は、必要に応じ、図１および図２に示す形態で用いることもできるし、適宜のケース内に収容して用いることもできる。
【００３８】
本実施形態例の熱電変換装置３はペルチェモジュールであり、図３に示す態様の熱電素子モジュール１を複数並設し、接続して形成されている。なお、図３（ａ）は熱電素子モジュール１の平面図、図３（ａ）は熱電素子モジュール１の側面図、図３（ｃ）は熱電素子モジュール１の斜視図をそれぞれ示す。これらの図に示すように、各熱電素子モジュール１は、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）がＰ型とＮ型の素子を交互にしてそれぞれの素子の側面間に設けられた電極２を介して一直線状に整列配置された熱電変換素子群を有し、熱電変換素子群の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の整列配置の片端側に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と同幅または略同幅で電気伝導性を有するダミー部材７を設けて形成されている。
【００３９】
このダミー部材７は、様々に形成することができるものであるが、本実施形態例では、バネ状部材であるスプリングにより形成されている。なお、このスプリング部材により形成されたダミー部材７を、図２においては、簡略化のために、Ｄと書かれたブロック状の部材として示している。本発明に適用されるダミー部材７は、導電性を有して、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と同幅または略同幅に形成されればよいものなので、その形状は特に限定されるものでなく、例えばブロック状の部材により形成することもできる。
【００４０】
なお、ダミー部材７を、本実施形態例に適用しているようなスプリング部材や、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すような部材により形成することが好ましい。図４（ａ）はインバー合金製部材１６、図４（ｂ）は皿ばね１７等のバネ状部材、図４（ｃ）は、ゴム状ブロック１８または樹脂ブロック１９の外周側に導電性部材２０を設けた複合部材、図４（ｄ）は、バネ性を有する導電性部材１５をゴムまたは樹脂により覆って熱電変換素子と同様の外形形状とした（ゴム状ブロック１８または樹脂ブロック１９とした）部材である。このように形成すると、熱歪みによって熱電変換素子の配列方向に加えられる圧力をダミー部材７によって非常に適切に緩和でき、熱電素子破壊などを防ぐことができる。
【００４１】
上記各熱電素子モジュール１において、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは電極２を介して交互に接続されて熱電変換回路が形成されており、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂ間に介設されている電極２は、図９に示した熱電変換装置と同様に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列順にしたがってフィンの伸長方向を交互に逆向きとした第１のフィン電極２ａと第２のフィン電極２ｂにより形成されている。各フィン電極２ａ，２ｂは銅の表面にＮｉメッキを施して形成されている。なお、このＮｉメッキに代えて、Ｓｎメッキを施してフィン電極２ａ，２ｂを形成してもよい。
【００４２】
このように、銅の表面にＳｎまたはＮｉメッキを施してフィン電極２ａ，２ｂを形成することにより、半田等を用いて熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）とフィン電極２ａ，２ｂとを良好に接合でき、フィン電極２ａ，２ｂによる熱伝導作用を良好に発揮にできる。
【００４３】
図１、図２に示すように、本実施形態例の熱電変換装置３は、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂとダミー部材７の配列順序およびフィン電極２ａ，２ｂの伸長方向を同じにした上記構成の熱電素子モジュール１を複数具備している。そして、これらの熱電素子モジュール１が、隣り合う熱電素子モジュール１の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）同士が接触しない態様の横置き状態で、かつ、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂの配列順序を逆向きにした姿勢で重ね合わせて多段に配置されている。隣り合う熱電素子モジュール１の熱電変換素子群同士の間には、絶縁材としての樹脂部材１０が介設されている。
【００４４】
上下の隣り合う２段の熱電素子モジュール１同士は、熱電変換素子配列の片端に配置されている熱電変換素子５とダミー部材７が連結導通部材８を介して接続されて直列接続の熱電変換回路が形成されている。また、隣り合う熱電素子モジュール１の第１のフィン電極２ａ同士が互い違いに配置され、隣り合う熱電素子モジュール１の第２のフィン電極２ｂ同士が互い違いに配置されている。
【００４５】
なお、図１においては、上記フィン電極２ａ，２ｂの互い違いの配置状態を分かりやすくするために、矢印Ａ側から見て、奇数番目の熱電素子モジュール１における第１と第２のフィン電極２ａ，２ｂに斜線を記入し、偶数番目の熱電素子モジュール１における第１と第２のフィン電極２ａ，２ｂには斜線を記入しないで示している。
【００４６】
本実施形態例は以上のように構成されており、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂとダミー部材７の配列順序およびフィン電極２ａ，２ｂの伸長方向を同じにした上記構成の熱電素子モジュール１を複数接続することにより製造できるので、たとえ熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の大きさが０．５〜５ｍｍ程度と小さい大きさであっても、非常に簡単に熱電変換装置３を形成でき、量産性が非常に良好であり、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態例の熱電変換装置３において、隣り合う熱電素子モジュール１の第１のフィン電極２ａ同士が互い違いに配置され、隣り合う熱電素子モジュール１の第２のフィン電極２ｂ同士が互い違いに配置されているので、熱変換効率の高い熱電変換装置を実現することができる。
【００４８】
したがって、本実施形態例の熱電変換装置３は、電子部品の冷却等に用いられることはもちろんのこと、例えば自動車に応用し、例えば座席のシートに内蔵される冷却用装置として適用したり、自動車のエンジン近傍に設けてそのエンジン発熱を利用した発電モジュールとして適用したりすることが可能であり、様々な分野への適用が可能となる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例の熱電変換装置３は、隣り合う熱電素子モジュール１の熱電変換素子群同士の間に、絶縁材としての樹脂部材１０を介設して形成したが、隣り合う熱電素子モジュール１の熱電変換素子群同士の間に樹脂部材１０以外の絶縁材を設けてもよいし、隣り合う熱電素子モジュール１の熱電変換素子群同士が接触しない態様で設けられていれば、絶縁材を省略してもよい。なお、絶縁材を介設すれば、隣り合う熱電素子モジュールの熱電変換素子同士が導通することを確実に抑制できる。
【００５０】
また、図５の側面図に示すように、熱電素子モジュール１の隣り合うフィン電極２ａ，２ｂ同士がその先端側で導通することを抑制する絶縁スペーサ９を、隣り合うフィン電極２ａ，２ｂの先端部間に設けて、熱電素子モジュール１を形成してもよいし、この熱電素子モジュール１を多段配置して複数接続した熱電変換装置を形成してもよい。なお、絶縁スペーサ９は、同図に示すように、フィン電極２ａ，２ｂの先端間の全区間に設けてもよいし、同図の破線Ｓに示すように、フィン電極２ａ，２ｂの先端間の一部区間に設けてもよい。これらのように、絶縁スペーサ９を設けると、フィン電極２ａ，２ｂが柔らかい素材により形成されていたり密集したりしていても、フィン電極同士の導通を防ぐことができる。
【００５１】
また、図６の側面図に示すように、フィン電極２ａ，２ｂの先端側（フィンの先端側）に伝熱面拡大用のコルゲートフィン等の面増大部２１を形成して熱電素子モジュール１を形成してもよいし、この熱電素子モジュール１を多段配置して複数接続した熱電変換装置を形成してもよい。なお、面増大部２１は、フィン電極２ａ，２ｂのフィンの部分をコルゲートフィンとして形成してもよいし、フィンの幅を広げて面増大部２１としてもよい。
【００５２】
さらに、図７の側面図に示すように、第１のフィン電極のフィン伸長側の領域と第２のフィン電極のフィン伸長側の領域とを仕切る、断熱性の仕切り壁６を熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一端側と他端側の少なくとも一方の面（この図では両面）側に設けて熱電変換装置を形成してもよい。なお、仕切り壁６は、例えば樹脂等により形成することができ、同図に示すように、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列群を囲むように設けてもよい。このようにすると、フィン電極２ａ，２ｂのフィンに結露が生じても、その結露によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が腐食することを防ぐことができ、好ましい。そして、これらの熱電素子モジュール１を、例えば上記実施形態例と同様に多段配置して複数接続し、熱電変換装置を形成してもよい。
【００５３】
さらに、熱電変換装置３において、連結導通部材８を弾性部材により形成してもよい。そうすると、たとえダミー部材７が弾性を有していない場合や、ダミー部材７による熱電素子モジュール１の熱歪み抑制効果が小さい場合でも、連結導通部材８によって熱歪みの抑制を行うことができ、熱歪み抑制に伴う上記優れた効果を発揮することができる。
【００５４】
さらに、熱電変換装置３は、図８の斜視図に示すように形成することができる。この熱電変換装置は、第１のフィン電極２ａのフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第１のダクト通路１１を形成し、第２のフィン電極２ｂのフィン配設領域の周りを筒状に囲んだ第２のダクト通路１２を形成したものであり、これらのダクト通路１１，１２を形成するために、図２に示したような熱交換装置を、筒状の筐体１３内に設けている。この場合、例えば風を図の矢印ＡまたはＢ方向のうち適宜の方向に流すことにより、効率良く熱交換（例えば冷却と加熱）を行える熱電変換装置を形成できる。
【００５５】
なお、図８は、筐体１３内を透かしてみた状態で示しており、符号１４は、固定ブロックを示す。例えばこの筐体１３の側壁１３ａ，１３ｂの内側における熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の支持領域（例えば図の破線枠Ｃで示す領域）を弾性部材により形成すると、たとえダミー部材７や連結導通部材８が弾性を有していない場合でも、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の熱歪みを抑制することができる。また、筐体１３の側壁１３ａ，１３ｂの内側における熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の支持領域に、支持部材を介して熱電変換素子群を固定し、この支持部材を、弾性部材により形成することもでき、この場合も、同様の熱歪み抑制効果を奏することができる。
【００５６】
さらに、上記説明は、熱電変換装置として、主にペルチェモジュールの構造について例を挙げて説明したが、本発明の熱電変換装置の構造は、周知のゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換装置の構造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る熱電変換装置の一実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態例の熱電変換装置の模式的な斜視図である。
【図３】上記実施形態例の熱電変換装置を構成する熱電素子モジュールを模式的に示す説明図である。
【図４】本発明に係る熱電素子モジュールに用いられるダミー部材の例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る熱電素子モジュールおよび熱電変換装置の他の実施形態例を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る熱電素子モジュールおよび熱電変換装置の他の実施形態例を説明するための模式的図である。
【図７】本発明に係る熱電変換装置のさらに他の実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明に係る熱電素子モジュールのさらにまた他の実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図９】従来のペルチェモジュールの一例を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  熱電素子モジュール
２  電極
２ａ，２ｂ  フィン電極
５，５ａ，５ｂ  熱電変換素子
７  ダミー部材
８  連結導通部材
９  絶縁スペーサ
１５  導電性部材
１８  ゴム状ブロック
１９  樹脂ブロック
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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