(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の領域に配列された複数の柱状の熱電素子と、隣接する該熱電素子の一方の端部同士を接続する複数の第１電極層と、隣接する前記熱電素子の他方の端部同士を接続する複数の第２電極層と、前記複数の第１電極層に絶縁性の接合材によって接合された熱交換部材とを備え、前記接合材が前記複数の第１電極層同士の間の隙間を埋めており、さらに、前記接合材が前記複数の熱電素子同士の間の隙間に入り込むとともに前記第１電極層を回りこむようにして前記複数の熱電素子のそれぞれの側面に接していることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記複数の熱電素子同士の間には、前記接合材が設けられていない隙間があることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記接合材が樹脂材料および該樹脂材料よりも熱伝導率が高い熱伝導粒子から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用シートクーラーに使用される、または燃料電池等に使用される熱電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電モジュールは、例えば、熱電素子に電力を供給することによって、一方の主面と他方の主面側との間に温度差を生じさせることができる。また、熱電モジュールは、例えば、一方の主面と他方の主面との間に温度差を与えることによって、熱電素子によって電力を生じさせることができる。これらの性質を活かして、熱電モジュールは温度調節または熱電発電等に用いられる。
【０００３】
このような熱電モジュールとして、例えば特許文献１に開示された熱電モジュールが挙げられる。特許文献１に開示された熱電モジュールは、複数配列された熱電素子と、熱電素子を挟むように設けられた上基板および下基板とを備えている。下基板の下面にはヒートシンクが取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された熱電モジュールにおいては、下基板がセラミック材料から成る。そして、下基板のうち熱電素子が接合される上面に導電層が設けられており、導電層と熱電素子とが接着剤によって接着されている。また、下基板のうちヒートシンクが接合される下面にはメタリック層が設けられており、メタリック層とヒートシンクとが接着剤によって接着されている。
【０００６】
すなわち、熱電素子からヒートシンクへと熱が伝わるときには、熱電素子から接着剤、導電層、下基板、メタリック層および接着剤を経由することになる。このように、熱電素子とヒートシンクとの間に複数の部材が介在することによって、熱電素子とヒートシンクとの間の熱伝達を良好に行なうことが困難であった。その結果、熱電モジュールの熱電変換効率を向上させることが困難であった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電変換効率が向上した熱電モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の熱電モジュールは、所定の領域に配列された複数の柱状の熱電素子と、隣接する該熱電素子の一方の端部同士を接続する複数の第１電極層と、隣接する前記熱電素子の他方の端部同士を接続する複数の第２電極層と、前記複数の第１電極層に絶縁性の接合材によって接合された熱交換部材とを備え、前記接合材が前記複数の第１電極層同士の間の隙間を埋めており、さらに、前記接合材が前記複数の熱電素子同士の間の隙間に入り込むとともに前記第１電極層を回りこむようにして前記複数の熱電素子のそれぞれの側面に接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様の熱電モジュールによれば、熱電変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電モジュールの断面図である。
【図２】図１に示す熱電モジュールの拡大断面図である。
【図３】変形例の熱電モジュールを示す拡大断面図である。
【図４】変形例の熱電モジュールを示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る熱電モジュール１０について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の一実施形態の熱電モジュール１０は、所定の領域に配列された複数の柱状の熱電素子１と、隣接する熱電素子１の一方の端部同士を接続する複数の第１電極層２１と、隣接する熱電素子１の他方の端部同士を接続する複数の第２電極層２２と、複数の第１電極層２１に絶縁性の接合材３によって接合された熱交換部材４とを備えている。
【００１３】
熱電素子１は、ペルチェ効果によって温度調節を行なうため、またはゼーベック効果によって発電を行なうための部材である。熱電素子１は柱状の部材であって所定の領域に複数配列されている。熱電素子１は、熱電素子１の直径の０．５〜２倍の間隔で縦横の並びに複数設けられる。そして、複数の熱電素子１は第１電極層２１および第２電極層２２によって全体が直列に電気的に接続されている。
【００１４】
熱電素子１は、ｐ型熱電素子１１とｎ型熱電素子１２とに分類される。熱電素子１（ｐ型熱電素子１１およびｎ型熱電素子１２）は、Ａ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉおよび／またはＳｂ、ＢはＴｅおよび／またはＳｅ）から成る熱電材料、好ましくはＢｉ（ビスマス）またはＴｅ（テルル）系の熱電材料で本体部が形成されている。具体的には、ｐ型熱電素子１１は、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で形成される。また、ｎ型熱電素子１２は、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｓｅ３（セレン化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で形成される。
【００１５】
熱電素子１（ｐ型熱電素子１１およびｎ型熱電素子１２）の形状は、例えば円柱状、四角柱状または多角柱状等にすることができる。特に、熱電素子１の形状を円柱状にすることが好ましい。これにより、ヒートサイクル下において熱電素子１に生じる熱応力の影響を低減できる。熱電素子１を円柱状に形成する場合には、寸法は、例えば直径が１〜３ｍｍに設定される。
【００１６】
第１電極層２１および第２電極層２２は、複数の熱電素子１を電気的に接続するための部材である。第１電極層２１は、隣接する熱電素子１の一方の端部同士を接続している。第２電極層２２は、隣接する熱電素子１の他方の端部同士を接続している。第１電極層２１および第２電極層２２は、例えば、長円状の板材である。第１電極層２１および第２電極層２２は、例えば、半田等によって形成される接着層５によって熱電素子１に接合されている。第１電極層２１および第２電極層２２は、例えば、銅等の金属材料から成る。
【００１７】
熱交換部材４は、熱交換を行なうための部材であって、第１電極層２１に接合されている。熱交換部材４としては、例えば、熱交換フィン４が挙げられる。熱交換フィン４は、例えば、銅等の熱伝導性に優れた金属材料から成る。熱交換フィン４は、図１において、紙面に対して垂直な方向に風が流れたときに、風の流れを阻害しないようにしつつ、熱交換を行なうことができるように設けられている。熱交換フィン４は、絶縁性の接合材３によって第１電極層２１に接合されている。
【００１８】
接合材３は、熱交換フィン４を第１電極層２１に接合するための部材である。接合材３は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料から成る。接合材３は、第１電極層２１の少なくとも上面と熱交換フィン４とを接合している。
【００１９】
本実施形態の熱電モジュール１０においては、所定の領域に配列された複数の柱状の熱電素子１と、隣接する熱電素子１の一方の端部同士を接続する複数の第１電極層２１と、隣接する熱電素子１の他方の端部同士を接続する複数の第２電極層２２と、複数の第１電極層２１に絶縁性の接合材３によって接合された熱交換部材４とを備えている。これにより、従来の熱電モジュールと比較して、熱電素子１と熱交換部材４との間に介在する部材を減らすことができるので、熱電素子１と熱交換部材４との間の熱伝達を向上させることができる。これにより、熱電モジュール１０の熱電変換効率を向上できる。
【００２０】
さらに、図２に示すように、絶縁性の接合材３が第１電極層２１同士の間の隙間を覆っていることが好ましい。第１電極層２１同士の間の隙間を覆うことによって、第１電極層２１同士を固定することができるので、第１電極層２１の全体の強度を向上させることができる。これにより、熱電モジュール１０の信頼性を向上できる。
【００２１】
さらに、図３に示すように、絶縁性の接合材３が第１電極層２１同士の間の隙間を埋めていることが好ましい。これにより、第１電極層２１に対して水平な方向に力が加わったときに、第１電極層２１がずれてしまうおそれを低減できる。これにより、熱電モジュール１０の信頼性を向上できる。
【００２２】
さらに、図４に示すように、絶縁性の接合材３が熱電素子１同士の間の隙間に入り込むとともに、熱電素子１に接していることが好ましい。これにより、熱電素子１と第１電極とをさらに強固に接合することができる。これにより、熱電モジュール１０の信頼性を向上できる。また、図４に示すように、絶縁性の接合材３が熱電素子１に接しているとともに、熱電素子１同士の間には、接合材３が設けられていない隙間があることが好ましい。これにより、例えば、熱電素子１のうち一端側を発熱させて他端側を冷却させたときに、一端側から他端側に接合材３を介して熱が伝わってしまうことを低減できる。その結果、接合材３を熱電素子１に接触させることによる熱電変換効率の低下を抑制できる。
【００２３】
さらに、絶縁性の接合材３が樹脂材料および樹脂材料よりも熱伝導率が高い熱伝導粒子から成ることが好ましい。これにより、絶縁性の接合材３による熱伝導を良好に行なうことができる。その結果、熱電モジュール１０の熱電変換効率を向上できる。樹脂材料としてエポキシ樹脂を用いる場合には、熱伝導粒子として、例えば、窒化アルミニウム等を用いることができる。このとき、樹脂材料の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫ程度であり、熱伝導粒子の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍＫ程度である。
【符号の説明】
【００２４】
１：熱電素子
１１：ｐ型熱電素子
１２：ｎ型熱電素子
２１：第１電極層
２２：第２電極層
３：接合材
４：熱交換部材（熱交換フィン）
１０：熱電モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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