(57)【要約】【課題】雰囲気ガスの対流に起因する熱損失を抑制し、熱電モジュールの性能指数の１つである最大温度差ΔＴｍａｘを改善することができ、小型化及び軽量化が容易な熱電モジュールを提供する【解決手段】放熱側絶縁基板１ｈ及び吸熱側絶縁基板１ｃの外縁部に擬似電極２ｅが接合されており、放熱側絶縁基板１ｈ上の擬似電極２ｅには、最外側に配置される熱電素子３ｅを包囲するように、対流防止壁４が接合されている。また、対流防止壁４の吸熱側端部と、吸熱側絶縁基板１ｃ上に形成された擬似電極２ｅとの間には、間隙が設けられている。【選択図】  図２
2004207627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の基板が平行に配置され、各基板間に複数個のｐ型及びｎ型の熱電素子が配置され、前記各熱電素子が前記基板に形成された電極により直列及び／又は並列に接続されて構成された熱電モジュールにおいて、各基板間の熱電素子群毎に又は全体で、前記熱電素子を包囲する対流防止壁が設けられており、前記対流防止壁は、放熱側の基板上の電極上に接合されると共に、吸熱側の基板上の電極との間に間隙を有することを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
対向して配置された上側基板及び下側基板と、前記上側基板及び下側基板の各対向面に形成された複数個の下部電極及び上部電極と、前記下側基板と上側基板との間に配置された複数個のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子とを有し、前記ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が交互に直列及び／又は並列に接続されるように各下部電極及び上部電極に１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が接触して構成され、前記上側基板から前記下側基板に向けて一方向に熱が流れる熱電モジュールにおいて、各基板間の熱電素子群毎に又は全体で、前記熱電素子を包囲する対流防止壁が設けられていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項３】
前記対流防止壁は、放熱側の基板上の電極上に接合されると共に、吸熱側の基板上の電極との間に間隙を有し、前記対流防止壁の高さをＧとし、前記上部電極と前記下部電極との電極間距離をＬとしたとき、下記数式が成立する高さであることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
０．５Ｌ≦Ｇ≦０．９８Ｌ
【請求項４】
前記対流防止壁は、前記熱電素子の平面視での外形を形成する多角形の最短辺の長さ又は楕円形の短径をｄとし、前記熱電素子の中で前記絶縁基板の最縁部に配置された熱電素子と前記対流防止壁との間の距離をＤとしたとき、下記数式が成立する位置に設置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱電モジュール。
０．３ｄ≦Ｄ≦３ｄ
【請求項５】
前記対流防止壁は、前記ｐ型又はｎ型の熱電素子を形成する熱電材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記対流防止壁は、ソーダガラスから形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【請求項７】
前記熱電素子は、Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素と、Ｔｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とを含む熱電材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱電発電及び電子冷却等に応用される熱電モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換したり、逆に電気エネルギーを供給することにより熱エネルギーを移動し冷却作用を及ぼしたりする熱電材料として、ＢｉＴｅ系の半導体が良好な熱電性能を有する熱電材料として利用されている。特に、この半導体の持つ熱電効果の１種であるペルチェ効果を利用した電子冷却素子及びゼーベック効果を利用した熱電素子は、構造が簡単で小型化及び軽量化が容易であること並びに無音及び無振動でメンテナンスも不要であることから、特殊な用途向けの小型冷蔵庫及び半導体レーザ等の半導体装置内部の温度調整器への適用等、広範囲に利用できる可能性がある。
【０００３】
このようなペルチェ効果を利用した電子冷却及びゼーベック効果を利用した熱電発電に用いる熱電モジュールは、例えば、図７に示すようなモジュール構造に組み立てられて使用されるのが一般的である。図７（ａ）は、両面セラミックタイプの平面型一段モジュールを示す斜視図であり、図７（ｂ）はその断面図である。この平面型一段モジュール１００においては、下側のセラミック基板１０１ａ上に複数個の下部電極１０２ａが配置されており、各下部電極１０２ａ上には、１対のｎ型半導体熱電素子１０３ｎと、ｐ型半導体熱電素子１０３ｐとがハンダにより接合されている。なお、隣接する１対の下部電極１０２ａにおいて、一方の下部電極１０２ａのｎ型半導体熱電素子１０３ｎと他方の下部電極１０２ａのｐ型半導体熱電素子１０３ｐとが相互に隣接するように、これらの熱電素子１０３ｎ、１０３ｐが配置されている。そして、隣接する１対の下部電極１０２ａ上の隣接するｎ型熱電素子１０３ｎとｐ型熱電素子１０３ｐとがその上端で１個の上部電極１０２ｂにハンダにより接合されている。この上部電極１０２ｂは上側のセラミック基板１０１ｂ上に配置されている。これにより、複数個のｎ型熱電素子１０３ｎとｐ型熱電素子１０３ｐとは、夫々下部電極１０２ａ及び上部電極１０２ｂにより素子の下部及び上部で交互に接続されて、直列に接続されている。この直列接続体の両端部において、その端部の熱電素子が配置された下部電極１０２ａにはリード１０４ａ、１０４ｂが接続されており、このリード１０４ａ、１０４ｂを介して熱電素子の直列接続体に電流が印加され、各熱電素子には、一方の基板１０１ａ又は１０１ｂが吸熱、他方の基板１０１ａ又は１０１ｂが発熱となるように、ペルチェ効果により熱流が生じる。このようにして構成される熱電モジュールは、雰囲気ガスとして窒素ガス等の不活性ガス等が充填された密閉容器内に実装されたパッケージ状態で使用されるのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、このような気密的に密閉された容器内において、極めて狭い間隔で配置される冷却側である吸熱側基板と発熱側である放熱側基板との間に大きな温度差を形成することを要求される熱電モジュールでは、この熱電モジュールの周辺に存在する窒素ガス等の雰囲気ガスによる伝導、放射及び対流が、高温になる放熱基板側から低温である吸熱基板側へと熱を移動させてしまう。特に、この窒素ガス等の雰囲気ガスによる対流の形成は、ペルチェ効果により放熱側に移動させた熱流が吸熱側に逆流することによる熱損失の主要因である。
【０００５】
このような窒素ガス等の雰囲気ガスによる対流の形成は、熱電モジュールにおいて最外側に配置される熱電素子に対し、特に著しく悪影響を及ぼす。図８に示すように、熱電モジュールの周辺に存在する窒素ガス等の雰囲気ガスは、最外側に配置される熱電素子１０３ｅの放熱側の部分及び放熱側の電極１０２ｈから熱量Ｑ１を奪い、この最外側に配置される熱電素子１０３ｅの吸熱側の部分及び吸熱側の電極１０２ｃに熱量Ｑ２を与えると共に、雰囲気ガス自身は対流する。このため、ペルチェ効果による吸熱側から放熱側に向かう熱流とは逆に、放熱側から吸熱側への熱の移動が発生し、熱損失を大きくする。このため、このような雰囲気ガスの対流は、吸熱側基板１０１ｃにおける吸熱量Ｑｃと放熱側基板１０１ｈにおける放熱量Ｑｈとの差により決定される最大温度差、即ち、放熱側温度と吸熱側温度との温度差の最大値である最大温度差ΔＴｍａｘを小さくし、熱電モジュールの性能を低下させる原因となる。また、この雰囲気ガスの対流に起因する熱損失は、吸熱側と放熱側の温度差が大きくなるほど著しくなり、熱電モジュールの性能を限定する要因ともなっている。
【０００６】
特開平６−２９４５６０号公報（特許文献１）には、熱電モジュールを真空を維持して密閉できる容器内に設置し、熱電モジュールにおける熱損失の原因となる対流を発生させるような窒素ガス等の雰囲気ガスそのものを排除するという技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２９４５６０号公報
【特許文献２】
特開平８−１１１５４６号公報
【特許文献３】
特開平８−２０４２４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、真空状態の容器内に熱電モジュールを保持するための気密部材等により熱電モジュールが大型化してしまい、構造が簡単で小型化及び軽量化が容易であるという、熱電モジュールが持つ本来の特性を活かすことができないため、実用的で多種多様な用途に応用可能な熱電モジュールを製造することができない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、雰囲気ガスの対流に起因する熱損失を抑制し、熱電モジュールの性能指数の１つである最大温度差ΔＴｍａｘを改善することができ、小型化及び軽量化が容易な熱電モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明に係る熱電モジュールは、複数個の基板が平行に配置され、各基板間に複数個のｐ型及びｎ型の熱電素子が配置され、前記各熱電素子が前記基板に形成された電極により直列及び／又は並列に接続されて構成された熱電モジュールにおいて、各基板間の熱電素子群毎に又は全体で、前記熱電素子を包囲する対流防止壁が設けられており、前記対流防止壁は、放熱側の基板上の電極上に接合されると共に、吸熱側の基板上の電極との間に間隙を有していることを特徴とする。
【００１１】
本願第２の発明に係る熱電モジュールは、対向して配置された上側基板及び下側基板と、前記上側基板及び下側基板の各対向面に形成された複数個の下部電極及び上部電極と、前記下側基板と上側基板との間に配置された複数個のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子とを有し、前記ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が交互に直列及び／又は並列に接続されるように各下部電極及び上部電極に１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が接触して構成され、前記上側基板から前記下側基板に向けて一方向に熱が流れる熱電モジュールにおいて、各基板間の熱電素子群毎に又は全体で、前記熱電素子を包囲する対流防止壁が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記対流防止壁は、放熱側の基板上の電極上に接合されると共に、吸熱側の基板上の電極との間に間隙を有し、前記対流防止壁の高さをＧとし、前記上部電極と前記下部電極との電極間距離をＬとしたとき、下記数式が成立する高さであると好適である。
【００１３】
【数１】
０．５Ｌ≦Ｇ≦０．９８Ｌ
【００１４】
また、前記対流防止壁は、前記熱電素子の平面視での外形を形成する多角形の最短辺の長さ又は楕円形の短径をｄとし、前記熱電素子の中で前記絶縁基板の最縁部に配置された熱電素子と前記対流防止壁との間の距離をＤとしたとき、下記数式が成立する位置に設置されることが望ましい。
【００１５】
【数２】
０．３ｄ≦Ｄ≦３ｄ
【００１６】
前記対流防止壁は、前記ｐ型又はｎ型の熱電素子を形成する熱電材料で形成することができる。
【００１７】
また、前記対流防止壁は、前記熱電素子を形成する熱電材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を備えた材料で形成すると効果的である。
【００１８】
前記熱電素子は、Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素と、Ｔｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とを含む熱電材料から形成されることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る熱電モジュールを示す斜視図、図１（ｂ）はその正面図、図２はその断面図である。本実施形態に係る熱電モジュールにおいては、放熱側の絶縁基板１ｈ上に放熱側の電極２ｈがメタライズ処理により形成されており、冷却する側である吸熱側の絶縁基板１ｃ上に吸熱側の電極２ｃが同様にメタライズ処理により形成されている。これらの放熱側の電極２ｈと吸熱側の電極２ｃとにｐ型及びｎ型の熱電素子３がハンダ（図示せず）を介して接合されて挟持されている。この場合に、１個の放熱側電極２ｈにｐ型熱電素子とｎ型熱電素子の対が配置され、隣接する１対の放熱側電極２ｈの一方の電極上のｐ型熱電素子と他方の電極上のｎ型熱電素子とが、１個の吸熱側電極２ｃにより接続されており、このようにして、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが交互に直列に接続されている。
【００２０】
放熱側の絶縁基板１ｈ及び吸熱側の絶縁基板１ｃの外縁部における最外側に配置された熱電素子３ｅの更に外側には擬似電極２ｅが設けられており、放熱側の絶縁基板１ｈ上に設けられた擬似電極２ｅ上には対流防止壁４が接合されている。これにより、この対流防止壁４は、熱電素子３，３ｅの全体を包囲している。また、対流防止壁４と吸熱側の絶縁基板１ｃに設けられた擬似電極２ｅとの間には間隙が設けられている。この疑似電極２ｅは対流防止壁４の下方にのみ存在し、放熱側絶縁基板１ｈ及び吸熱側絶縁基板１ｃ上の電極２ｈ及び２ｃとは独立し、これらの電極２ｈ、２ｃとは異なり、通電されることはない。
【００２１】
本実施形態においては、通常の熱電モジュールと同様に、直列接続された熱電素子の両端に位置する熱電素子に接続された１対の電極から電流を供給すると、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子３に電流が流れ、吸熱側絶縁基板１ｃから放熱側絶縁基板１ｈに向けて熱が流れる。そして、本実施形態においては、雰囲気ガスの対流による悪影響を受ける最外側に配置される熱電素子３ｅを包囲するようにして、放熱側の絶縁基板１ｈ上の擬似電極２ｅ上に対流防止壁４が設けられている。このため、ペルチェ効果による熱流とは逆の方向に向かう熱流が、窒素ガス等のような雰囲気ガスの対流により発生する可能性を排除することができる。よって、雰囲気ガスの対流に起因する熱損失を抑制し、最大温度差ΔＴｍａｘを改善することができる。
【００２２】
なお、対流防止壁４を形成する方法は、銅電極等の金属上にハンダ等を介して接合する構造以外に、セラミックス基板上にハンダ等を介して直接接合してもよい。また、上記実施形態においては、放熱側絶縁基板１ｈ上に設けた疑似電極２ｅ上に対流防止壁４を配置したが、他方の吸熱側絶縁基板１ｃ上の疑似電極２ｅ上に対流防止壁４を配置しても良い。また、対流防止壁４を接合しない方の疑似電極２ｅは必ずしも設ける必要はない。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して説明する。図３は、本実施例に使用した熱電モジュールの製造方法を示すフローチャートである。本実施例に使用した熱電モジュールは、次のようにして製造した。先ず、銅電極が接合されたセラミックス基板上の対流防止壁を配置する所定の箇所に、適量のハンダＡを塗布した（ステップ１）。このハンダＡが塗布された電極付基板を加熱してハンダＡを溶融させた。そして、この溶融したハンダＡ上に対流防止壁材を接触させた後、これを冷却して固着させることにより電極付基板上に対流防止壁を接合した（ステップ２）。次に、この電極付基板上の銅電極上に、ハンダＡよりも融点が低いハンダＢを塗布した（ステップ３）。次に、このハンダＢが塗布された電極付基板を加熱してハンダＢを溶融させた。そして、この溶融したハンダＢ上に熱電素子を接触させた後、これを冷却して固着させることにより電極付基板上に所定の個数の熱電素子を接合した（ステップ４）。同様にして、この対流防止壁が接合された電極基板上に接合された熱電素子を、銅電極が接合された別のセラミックス基板上の銅電極に接合することによって、本実施例の熱電モジュールを完成した。
【００２４】
このようにして完成した熱電モジュールにおいては、図４に示すように、高さがＧの対流防止壁４が、放熱側の絶縁基板１ｈ上の擬似電極２ｅ上に接合され、放熱側及び吸熱側の絶縁基板上に形成された擬似電極２ｅ間の距離である電極板間隔Ｌよりも対流防止壁４の高さＧの方が小さいため、吸熱側の絶縁基板１ｃ上に接合された擬似電極２ｅと対流防止壁４の吸熱側端部との間には間隙が形成された。また、熱電モジュールの最外側に配置された熱電素子３ｅとこの対流防止壁４との間の距離Ｄと、この熱電素子３ｅの平面視での最短辺の長さｄとの間に数式２が成立するように、対流防止壁４が接合される擬似電極２ｅの位置を決定し、これを放熱側の絶縁基板１ｈ上に接合した。
【００２５】
［実施例１］
本実施例の熱電モジュールを製造するために使用した熱電素子を形成する熱電材料の組成及び製造プロセスを下記表１に示す。
【００２６】
【表１】
2004207627.tif 000003
【００２７】
ここで、液体急冷箔固化形成体とは、所望の材料組成となるように調整した熱電材料のインゴットを溶解し、公知（特開平８−１１１５４６号公報（特許文献２）、特開平８−２０４２４０号公報（特許文献３））の液体急冷法によって作成した超急冷箔を、電気抵抗の低いｃ軸に結晶が配向するように固化成形した材料である。例えば、成形条件は、ｐ型の場合は、４００℃に１時間加熱し、その後、１tonf/cm2の加圧力で成形した。また、ｎ型の場合は、４５０℃に１時間加熱し、その後、１tonf/cm2の加圧力で成形した。
【００２８】
上記表１に示したｐ型及びｎ型の熱電材料を、熱起電力α（μ・Ｖ／Ｋ）の２乗を比抵抗値ρ（Ω・ｍ）で除した数値である出力因子（α２／ρ）を用いて評価したところ、ｐ型及びｎ型の熱電材料の平均で、４．２×１０−３（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００２９】
このような熱電材料からなるｐ型及びｎ型の熱電素子を使用して、上述のような製造方法により熱電モジュールを製造した。なお、本実施例においては、厚さが０．３ｍｍのアルミナ基板をセラミックス基板として使用した。電極は銅電極を使用した。また、対流防止壁は、上記表１に示したｐ型熱電材料を使用した。熱電素子は、平面視の外形が、短辺ｄが０．７ｍｍ、長辺が０．８ｍｍの長方形であり、高さが０．９ｍｍの直方体形状のものを使用した。完成した本実施例に係る熱電モジュールＭ２の大きさは、平面視の大きさが、１辺が８．２ｍｍの正方形で、高さが１．６５ｍｍであった。また、対流防止壁は、対流防止壁と最外側に配置された熱電素子との距離Ｄが、ｄ／Ｄ＝２となるような位置に形成した。なお、対流防止壁のない熱電モジュールＭ１を、同様の方法により製造して比較例とした。
【００３０】
このようにして製造した本実施例の熱電モジュールＭ２と、比較例として製造した対流防止壁のない熱電モジュールＭ１とについて、最大温度差ΔＴｍａｘを測定し、熱電モジュールとしての性能を比較評価した。なお、測定はドライ窒素雰囲気中で、放熱側温度を１００℃に固定して実施した。図５は、吸熱側電極と放熱側電極との間の室温における電極間距離Ｌで室温における対流防止壁の高さＧを除した数値を横軸にとり、最大温度差ΔＴｍａｘ（Ｋ）を縦軸にとり、各熱電モジュールでの最大温度差ΔＴｍａｘの測定値を記したグラフである。図５から明らかなように、本実施例の対流防止壁を熱電モジュール（Ｍ２：◆）においては、対流防止壁の高さＧを電極間距離Ｌで除した数値が０．５≦Ｇ／Ｌ≦０．９８の範囲としたときに、最大温度差ΔＴｍａｘを改善する効果が認められた。また、対流防止壁の高さＧが電極版間隔Ｌと等しく、対流防止壁が放熱側基板と吸熱側基板とを完全に接合する状態にある場合（Ｇ／Ｌ＝１）においては、この対流防止壁内で対流が発生し、対流防止壁のない比較例の熱電モジュール（Ｍ１：●）よりも小さな最大温度差ΔＴｍａｘしか得ることができず、逆効果になることがわかった。
【００３１】
［実施例２］
本実施例の熱電モジュールを製造するために使用した熱電素子を形成する熱電材料の組成及び製造プロセスを下記表２に示す。
【００３２】
【表２】
2004207627.tif 000004
【００３３】
ここで、粉砕粉末固化形成体とは、所望の材料組成となるように調整した熱電材料のインゴットを、所定の雰囲気中においてボールミル粉砕してから分級した後に、これを放電プラズマ焼結法による１軸加圧によって固化成形した材料である。例えば、成形条件は、ｐ型の場合は、温度３８０℃、加圧力０．５tonf/cm2で１０分間保持し、ｎ型の場合は、温度４２０℃、加圧力０．５tonf/cm2で１０分間保持したものである。
【００３４】
上記の表２に示したｐ型及びｎ型の熱電材料の出力因子（α２／ρ）を測定したところ、ｐ型及びｎ型の熱電材料の平均で、３．７×１０−３（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００３５】
このような熱電材料からなるｐ型及びｎ型の熱電素子を使用して、上述の製造方法によって、ソーダガラス板からなる対流防止壁を備えた熱電モジュールＭ２と、アルミニウム板からなる対流防止壁を備えた熱電モジュールＭ３と、比較例として対流防止壁のない熱電モジュールＭ１とを製造した。なお、本実施例においては、セラミックス基板として、厚さが０．３ｍｍの窒化アルミニウム基板上に銅電極を接合して使用した。熱電素子は、平面視の外形が、短辺ｄが０．７ｍｍ、長辺が１．０ｍｍの長方形であり、高さが０．９５ｍｍの直方体形状のものを使用した。完成した本実施例に係る熱電モジュールＭ２の大きさは、平面視の大きさが、１辺が８．２ｍｍの正方形で、高さが１．６５ｍｍであった。また、放熱側電極と吸熱側電極との間の電極間距離Ｌで対流防止壁の高さＧを除した数値は、全ての熱電モジュールＭ２及びＭ３共に、Ｇ／Ｌ＝０．７とした。
【００３６】
このようにして製造した本実施例の熱電モジュールＭ２及びＭ３と、比較例として製造した対流防止壁のない熱電モジュールＭ１とについて、最大温度差ΔＴｍａｘを測定し、熱電モジュールとしての性能を比較評価した。なお、測定はドライ窒素雰囲気中で、放熱側温度を１００℃に固定して実施した。図６は、対流防止壁と最外側に設置された熱電素子との距離Ｄを熱電素子の短辺の長さｄ＝０．７０ｍｍで除した数値（Ｄ／ｄ）を横軸にとり、最大温度差ΔＴｍａｘ（Ｋ）を縦軸にとり、各熱電モジュールでの最大温度差ΔＴｍａｘの測定値を記したグラフである。図６から明らかなように、本実施例の対流防止壁を熱電モジュール（Ｍ２◆，Ｍ３△）においては、対流防止壁と最外側に設置された熱電素子との距離Ｄを熱電素子の短辺の長さｄ＝０．７０ｍｍで除した数値（Ｄ／ｄ）を０．３≦Ｄ／ｄ≦３の範囲としたときに、最大温度差ΔＴｍａｘを改善する効果が認められた。また、ソーダガラス板からなる対流防止壁を備えた熱電モジュールＭ２（◆）の方が、アルミニウム板からなる対流防止壁を備えた熱電モジュールＭ３（△）よりも最大温度差ΔＴｍａｘを改善する効果が高かった。これらの対流防止壁を形成する材料と熱電素子を形成する熱電材料との熱伝導率を比較すると、ソーダガラスは熱電材料よりも熱伝導率が低いが、アルミニウムは熱電材料よりも熱伝導率が高い。よって、対流防止壁は、どのような材料で形成しても効果があるが、熱電素子を形成する熱電材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を備えた材料により形成された対流防止壁を使用すると、最大温度差ΔＴｍａｘを改善する効果がより大きい。
【００３７】
なお、本実施例においては、直方体形状の熱電素子を使用したが、この熱電素子の形状は特に限定されるものではなく、他の多角柱状、円柱状を含む楕円柱状等のどのような形状であっても良い。また、対流防止壁を形成する材料は特に限定されるものではなく、熱電素子を形成する材料と同じ材料又は熱電素子を形成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を備える材料であれば、どのような材料であってもかまわない。更にまた、絶縁基板を形成する材料も特に限定されるものではなく、実施例で使用したアルミナ及び窒化アルミニウム以外のセラミックス、例えば、炭化シリコン、窒化シリコン及びベリリア等を使用すこともできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る熱電モジュールにおいては、雰囲気ガスの対流による悪影響を受ける最外側に配置される熱電素子を包囲するようにして、熱電モジュール外縁部に、対流防止壁が設けられている。このため、ペルチェ効果による熱流とは逆の方向に向かう熱流が、窒素ガス等のような雰囲気ガスの対流により発生する可能性を排除することができる。よって、雰囲気ガスの対流に起因する熱損失を抑制し、最大温度差ΔＴｍａｘを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す拡大断面図である。
【図５】実施例１の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２の結果を示すグラフである。
【図７】（ａ）は従来技術による熱電モジュールを示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図８】従来技術の熱電モジュールにおける課題を説明する模式図である。
【符号の説明】
１００；平面型一段モジュール、１０１ａ；下側セラミック基板、１０１ｂ；上側セラミック基板、１ｃ，１０１ｃ；吸熱側絶縁基板、１ｈ，１０１ｈ；放熱側絶縁基板、２ｃ，１０２ｃ；吸熱側電極、２ｈ，１０２ｈ；放熱側電極、２ｅ；擬似電極、３；熱電素子、３ｅ；最外側に配置された熱電素子、４；対流防止壁１０２ａ；下部電極、１０２ｂ；上部電極、１０３ｎ；ｎ型半導体熱電素子、１０３ｐ；ｐ型半導体熱電素子、１０４ａ，１０４ｂ；リード
【図１】
2004207627.tif 000005
【図２】
2004207627.tif 000006
【図３】
2004207627.tif 000007
【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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