(57)【要約】【課題】熱電素子を構成する半導体と電極の接合部分の熱応力の発生を防止して半導体のクラックの発生を防止する熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】第１と第２の絶縁体間１１、１１ａに、銅より大きい熱膨張係数からなるＰ型、Ｎ型半導体１３、１３ａの一対を並設してなる熱電素子１２の複数組が絶縁体のそれぞれに設けられる第１と第２の電極１４、１４ａを介してＰ型、Ｎ型半導体１３、１３ａを直列に連結する熱電変換モジュール１０において、反対面にモリブデンからなるヒートシンク板１５を接合する第１の絶縁体１１が窒化アルミニウム基板からなり、直列に接続するための第１の絶縁体１１に設けられる第１の電極１４がモリブデン電極、第２の絶縁体１１ａに設けられる第２の電極１４ａが銅電極、しかも、Ｐ型及びＮ型半導体１３、１３ａとモリブデン電極との間には、中間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極１６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行に平面どうしで対向する第１と第２の絶縁体間に、円柱体又は多角柱体からなり、銅の熱膨張係数より大きい高熱膨張係数を有するＰ型半導体とＮ型半導体の一対を並設してなる熱電素子の複数組が前記第１と第２の絶縁体のそれぞれに設けられる第１と第２の電極を介して前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を電気的に直列に連結して前記第１の絶縁体側を高温側、前記第２の絶縁体側を低温側とする熱電変換モジュールにおいて、
前記第１の電極が形成される反対面にモリブデンからなるヒートシンク板を接合して有する前記第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を直列に接続するための前記第１の絶縁体に設けられる前記第１の電極がモリブデン電極からなり、前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を直列に接続するための前記第２の絶縁体に設けられる前記第２の電極が銅電極からなり、しかも、前記Ｐ型半導体及び前記Ｎ型半導体と前記モリブデン電極との間には、前記Ｐ型半導体及び前記Ｎ型半導体と前記モリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けら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】
略平行に平面どうしで対向する第１と第２の絶縁体間に、円柱体又は多角柱体からなり、一方が銅の熱膨張係数より大きい高熱膨張係数、他方が銅の熱膨張係数より小さい低熱膨張係数で構成されるＰ型半導体とＮ型半導体の一対を並設してなる熱電素子の複数組が前記第１と第２の絶縁体のそれぞれに設けられる第１と第２の電極を介して前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を電気的に直列に連結して前記第１の絶縁体側を高温側、前記第２の絶縁体側を低温側とする熱電変換モジュールにおいて、
前記第１の電極が形成される反対面にモリブデンからなるヒートシンク板を接合して有する前記第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を直列に接続するための前記第１の絶縁体に設けられる前記第１の電極がモリブデン電極からなり、前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を直列に接続するための前記第２の絶縁体に設けられる前記第２の電極が銅電極からなり、しかも、前記高熱膨張係数を有する前記Ｐ型半導体又は前記Ｎ型半導体と前記モリブデン電極との間には、前記Ｐ型半導体又は前記Ｎ型半導体と前記モリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けられると共に、前記低熱膨張係数を有する前記Ｐ型半導体又は前記Ｎ型半導体と前記銅電極との間には、前記Ｐ型半導体又は前記Ｎ型半導体の前記低熱膨張係数と近似する第２の繋ぎ用電極が設けられていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱電変換モジュールにおいて、前記第１の繋ぎ用電極が銅からなることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項４】
請求項２記載の熱電変換モジュールにおいて、前記第２の繋ぎ用電極がモリブデンからな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、高温に晒される面と低温に晒される面の温度差によって熱電素子に電位を発生させて発電したり、あるいは直流電力の供給によって相対向する面を冷却又は加熱面として利用できる熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、従来の熱電変換モジュール５０は、同一又は互いに異なる材質の半導体からなるＰ型半導体５１とＮ型半導体５１ａの一対の半導体を並設させて形成されている。Ｐ型半導体５１とＮ型半導体５１ａで構成される熱電素子５２は、板状のセラミック基板や樹脂基板、フィルム状の樹脂シート等からなる第１、第２の絶縁体５３、５３ａのそれぞれに形成された第１、第２の電極５４、５４ａを介してＰ型半導体５１とＮ型半導体５１ａを交互且つ連続的に電気的に直列に接続し、両方から第１、第２の絶縁体５３、５３ａで挟み込むようにして締め付け具５５等で締め付けることで形成されている。そして、例えば、熱電発電装置として用いるのに、高温側の一方の第１の絶縁体５３には、第１の絶縁体５３に高温度を効率的に伝えることができるヒートシンク板５６を介して第１の伝熱体５７を、低温側の他方の第２の絶縁体５３ａには、第２の伝熱体５７ａを接触させることで、第１と第２の伝熱体５７、５７ａから熱電素子５２のそれぞれの端子部分に伝わった温度の温度差に比例した大きさの電位を熱電素子５２で発生させるゼーベック効果で発電を行い、その発電電力を第１の電極５４又は第２の電極５４ａの両端部に接続させたリード線５８、５８ａから取り出している。また、熱電変換モジュール５０を用いる装置としては、リード線５８、５８ａから熱電素子５２へ給電することでペルチェ効果による第１の伝熱体５７の冷却と第２の伝熱体５７ａの加熱、あるいは、これと反対の第１の伝熱体５７の加熱と第２の伝熱体５７ａの冷却を行うために用いることができる。
【０００３】
上記の熱電変換モジュールを熱電発電装置として用いる場合においては、熱電素子から取り出される発電電力を大きくしようとする場合に、高温側の第１の伝熱体の温度を高くし、低温側の第２の伝熱体との温度差を大きくする必要がある。高温側の第１の伝熱体の温度を速やかに熱損失を少なくして第１の絶縁体に拡散させると共に、Ｐ型半導体とＮ型半導体に伝達させるために、従来、第１の絶縁体には、熱伝導性の良い窒化アルミニウム基板が、そして、ヒートシンク板には、熱伝導性がよく、窒化アルミニウム基板の熱膨張係数と近似するモリブデン板が用いられている。また、第１の電極には、第１の絶縁体である窒化アルミニウム基板の熱膨張係数と近似するモリブデン電極が用いられている。そして、このような各種の材質で構成される熱電変換モジュールの各部材は、窒化アルミニウム基板とモリブデン板やモリブデン電極をろう付け等で接合した後、熱電素子とモリブデン電極や銅電極を半田や、導電性樹脂等で接合している。熱電素子と電極との接合部分には、高温側の熱膨張と低温側の熱収縮によって応力が加わることとなり、長期間の使用によって接合部分にクラックが発生することがあった。そこで、熱電素子を構成する半導体は、形状を球状とする応力の加わりにくい構造のものとすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６３５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したような従来の熱電変換モジュールは、次のような問題がある。
熱電素子を構成する半導体と、電極との接合を半田や、導電性樹脂等で行う場合においては、剛的な接合であるので、稼働時の加熱や停止時の冷却によって各部材に熱応力が発生し、特に、熱膨張係数が大きく、脆い特性を有する半導体には、モリブデン電極との熱膨張係数差から接合部に大きな応力が集中し、半導体に発生するクラックを完全に防止することができない。半導体は、このクラックの発生によって、熱電性能が著しく低下している。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、熱電素子を構成する半導体と電極の接合部分の熱応力の発生を防止して半導体のクラックの発生を防止する熱電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う本発明に係る熱電変換モジュールは、略平行に平面どうしで対向する第１と第２の絶縁体間に、円柱体又は多角柱体からなり、銅の熱膨張係数より大きい高熱膨張係数を有するＰ型半導体とＮ型半導体の一対を並設してなる熱電素子の複数組が第１と第２の絶縁体のそれぞれに設けられる第１と第２の電極を介してＰ型半導体とＮ型半導体を電気的に直列に連結して第１の絶縁体側を高温側、第２の絶縁体側を低温側とする熱電変換モジュールにおいて、第１の電極が形成される反対面にモリブデンからなるヒートシンク板を接合して有する第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続するための第１の絶縁体に設けられる第１の電極がモリブデン電極からなり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続するための第２の絶縁体に設けられる第２の電極が銅電極からなり、しかも、Ｐ型半導体及びＮ型半導体とモリブデン電極との間には、Ｐ型半導体及びＮ型半導体とモリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けられている。
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る他の熱電変換モジュールは、略平行に平面どうしで対向する第１と第２の絶縁体間に、円柱体又は多角柱体からなり、一方が銅の熱膨張係数より大きい高熱膨張係数、他方が銅の熱膨張係数より小さい低熱膨張係数で構成されるＰ型半導体とＮ型半導体の一対を並設してなる熱電素子の複数組が第１と第２の絶縁体のそれぞれに設けられる第１と第２の電極を介してＰ型半導体とＮ型半導体を電気的に直列に連結して第１の絶縁体側を高温側、第２の絶縁体側を低温側とする熱電変換モジュールにおいて、第１の電極が形成される反対面にモリブデンからなるヒートシンク板を接合して有する第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続するための第１の絶縁体に設けられる第１の電極がモリブデン電極からなり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続するための第２の絶縁体に設けられる第２の電極が銅電極からなり、しかも、高熱膨張係数を有するＰ型半導体又はＮ型半導体とモリブデン電極との間には、Ｐ型半導体又はＮ型半導体とモリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けられると共に、低熱膨張係数を有するＰ型半導体又はＮ型半導体と銅電極との間には、Ｐ型半導体又はＮ型半導体の低熱膨張係数と近似する第２の繋ぎ用電極が設けられている。
【０００７】
ここで、熱電変換モジュール、又は他の熱電変換モジュールは、第１の繋ぎ用電極が銅からなるのがよい。
また、他の熱電変換モジュールは、第２の繋ぎ用電極がモリブデンからなるのがよい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及びこれに従属する請求項３記載の熱電変換モジュールは、反対面にヒートシンク板を接合している第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続するための第１の絶縁体に設けられる第１の電極がモリブデン電極からなり、第２の絶縁体に設けられる第２の電極が銅電極からなり、しかも、Ｐ型半導体及びＮ型半導体とモリブデン電極との間には、Ｐ型半導体及びＮ型半導体とモリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けられているので、ヒートシンク板、絶縁体、電極、及び熱電素子の間に熱膨張係数差があっても、それぞれの接合部分の熱応力を緩和することができ、最も強度のない半導体のクラック発生を防止することができる。
【０００９】
請求項２及びこれに従属する請求項３又は４記載の熱電変換モジュールは、反対面にヒートシンク板を接合している第１の絶縁体が窒化アルミニウム基板からなり、Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体を直列に接続するための第１の絶縁体に設けられる第１の電極がモリブデン電極からなり、第２の絶縁体に設けられる第２の電極が銅電極からなり、しかも、高熱膨張係数を有するＰ型半導体又はＮ型半導体とモリブデン電極との間には、Ｐ型半導体又はＮ型半導体とモリブデン電極との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極が設けられると共に、低熱膨張係数を有するＰ型半導体又はＮ型半導体と銅電極との間には、Ｐ型半導体又はＮ型半導体の低熱膨張係数と近似する第２の繋ぎ用電極が設けられているので、ヒートシンク板、絶縁体、電極、Ｐ型半導体、及びＮ型半導体の間に熱膨張係数差があっても、それぞれの接合部分の熱応力を緩和することができ、最も強度のない半導体のクラック発生を防止することができる。
【００１０】
特に、請求項３記載の熱電変換モジュールは、第１の繋ぎ用電極が銅からなるので、高熱膨張係数の熱電素子と、低熱膨張係数の第１の絶縁体との熱膨張係数差の熱応力を緩和することができ、最も強度のない半導体のクラック発生を防止することができる。
また、特に、請求項４記載の熱電変換モジュールは、第２の繋ぎ用電極がモリブデンからなるので、低熱膨張係数の熱電素子と、高熱膨張係数の第２の電極との熱膨張係数差の熱応力を熱電素子に及ぼすのを防止することができ、最も強度のない半導体のクラック発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る熱電変換モジュールの説明図、図２は同他の熱電変換モジュールの説明図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る熱電変換モジュール１０は、略平行に平面どうしで対向する第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１１ａとの間に複数の熱電素子１２を有している。この熱電変換モジュール１０に用いられる熱電素子１２は、円柱体又は多角柱体からなり、銅の熱膨張係数（１７ｐｐｍ／℃）より大きい、例えば、ＺｎＳｂ（亜鉛アンチモン）系の高熱膨張係数（因みに、ＺｎＳｂの熱膨張係数は、２９．１ｐｐｍ／℃）のＰ型半導体１３とＮ型半導体１３ａの一対を並設させて形成されている。Ｐ型半導体１３とＮ型半導体１３ａの一対で構成される熱電素子１２は、第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１１ａのそれぞれに設けられる第１と第２の電極１４、１４ａを介して電気的に直列に接続されると共に、一対のＰ型半導体１３とＮ型半導体１３ａからなる熱電素子１２の複数組を第１と第２の電極１４、１４ａを介して連続的に電気的に直列に連結している。そして、熱電変換モジュール１０は、第１の絶縁体１１側を高温側、第２の絶縁体１１ａ側を低温側としている。
【００１３】
熱電変換モジュール１０の第１の絶縁体１１には、熱伝導率の極めて良好な窒化アルミニウム基板（窒化アルミニウムの熱伝導率は、１３０Ｗ／ｍＫ）が用いられ、第１の電極１４が形成される反対面に窒化アルミニウム基板と熱膨張係数が近似し、熱伝導率が良好なモリブデン（モリブデンの熱膨張係数は、５．１ｐｐｍ／℃、熱伝導率は、１５９Ｗ／ｍＫ）からなるヒートシンク板１５がろう付け接合等で接合されている。並設されたＰ型半導体１３とＮ型半導体１３ａの複数組を電気的に直列に接続するための第１の絶縁体１１に設けられる第１の電極１４は、窒化アルミニウム基板にモリブデン板をろう付け接合等するモリブデン電極で形成されている。また、並設されたＰ型半導体１３とＮ型半導体１３ａの複数組を電気的に直列に接続するための第２の絶縁体１１ａに設けられる第２の電極１４ａは、第２の絶縁体１１ａに銅板をろう材や、導電性接着剤等を用いて接合する銅電極で形成されている。しかも、Ｐ型半導体１３及びＮ型半導体１３ａと、第１の絶縁体１１側の第１の電極１４であるモリブデン電極との間には、Ｐ型半導体１３及びＮ型半導体１３ａの熱膨張係数とモリブデン電極の熱膨張係数との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極１６が設けられている。
【００１４】
この熱電変換モジュール１０は、高温側の第１の絶縁体１１に窒化アルミニウム基板を用い、両面にモリブデンからなるヒートシンク１５と第１の電極１４を用いているので、極めて熱伝導性がよく高温での熱効率を向上でき、しかも、それぞれの熱膨張係数を近似させることができるので、熱応力の発生を防止できる。また、Ｐ型半導体１３及びＮ型半導体１３ａの熱電素子１２に高熱膨張係数の半導体を用いたとしても、熱電素子１２と、モリブデン電極からなる第１の電極１４との間に設ける第１の繋ぎ用電極１６は、熱膨張係数が熱電素子１２と第１の電極１４との間の値を有するもので形成されているので、材質的に脆い特徴を有する熱電素子１２に集中する熱応力を緩和させることができ、熱電素子１２のクラック発生を防止することができる。
【００１５】
なお、この熱電変換モジュール１０の第１の繋ぎ用電極１６には、熱膨張係数が１７ｐｐｍ／℃である銅からなる電極を用いるのがよい。第１の繋ぎ用電極１６に銅を用いるのは、銅が高熱膨張係数（１７ｐｐｍ／℃を超える、好ましくは２０ｐｐｍ／℃以上）の半導体と、窒化アルミニウム基板やモリブデン電極の熱膨張係数との間の熱膨張係数とすることができるので、熱電素子１２の熱応力を緩和させることができると共に、銅の熱伝導率（３９０Ｗ／ｍＫ）が極めて高いので、高温での熱効率を向上させることができる。
また、熱電変換モジュール１０のヒートシンク板１５や、第１の電極１４に用いられるモリブデンは、モリブデンと他の金属との合金や、モリブデンと他の金属との複合体からなるものであってもよく、第２の電極１４ａや、第１の繋ぎ用電極１６用いられる銅は、銅と他の金属との合金や、銅と他の金属との複合体からなるものであってもよい。
【００１６】
上記の熱電変換モジュール１０を熱電変換装置の一種である熱電発電装置として用いる場合には、例えば、第１の絶縁体１１側にヒートシンク板１５を介して、排気ガスや、廃熱等のような高温の気体や、高温体を冷却した後の排水のような高温の液体等の高温媒体を通過させることができる空洞体等からなる第１の伝熱体１７を設けている。また、第２の絶縁体１１ａ側には、第２の絶縁体１１ａに接触させて、例えば、冷却水や、冷風のような低温媒体を通過させることができる空洞体等からなる第２の伝熱体１７ａを設けている。なお、ヒートシンク板１５は、高温の気体や、高温の液体等から得られ高温の熱を熱電素子１２に効率的に伝熱させるために設けられている。また、第１の伝熱体１７と第２の伝熱体１７ａを第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１１ａにそれぞれが接することができるようにするためには、締め付け具１８で締め付けることで熱伝導効率を向上させている。上記のように構成された熱電発電装置は、第１の伝熱体１７と第２の伝熱体１７ａから熱電素子１２のそれぞれの端子部分に伝わった温度の温度差に比例した大きさの電位を熱電素子１２で発生させるゼーベック効果で発電を行い、その発電電力を熱電素子１２を直列に接続させた第１の電極１４又は第２の電極１４ａの両端部のそれぞれから延設させたリード線１９、１９ａから取り出すことで電力を得ている。
【００１７】
また、この熱電変換モジュール１０を用いる熱電変換装置には、リード線１９、１９ａから熱電素子１２へ給電することによるペルチェ効果によって、例えば、第１の伝熱体１７側の加熱と第２の伝熱体１７ａ側の冷却を行うために熱移動をさせることで、これと接する被接触物の加熱や冷却のための各種の装置として用いることができる。なお、第１の絶縁体１１及び／又は第２の絶縁体１１ａには、熱伝導率のよい窒化アルミニウム基板を用いることでそれぞれの熱媒体のエネルギーを有効に活用できたり、被加熱物又は被冷却物を効率的に加熱又は冷却させることができる。
【００１８】
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る他の熱電変換モジュール１０ａは、熱電変換モジュール１０と同様に、略平行に平面どうしで対向する第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１１ａとの間に複数組の熱電素子１２ａを有している。この熱電変換モジュール１０ａに用いられる熱電素子１２ａは、円柱体又は多角柱体からなり、一方が銅の熱膨張係数（１７ｐｐｍ／℃）より大きい、例えば、ＺｎＳｂ（亜鉛アンチモン）系の高熱膨張係数（因みに、ＺｎＳｂの熱膨張係数は、２９．１ｐｐｍ／℃）、他方が銅の熱膨張係数より小さい、例えば、ＣｏＳｂ（コバルトアンチモン）系の低熱膨張係数（因みに、ＣｏＳｂの熱膨張係数は、６．４ｐｐｍ／℃）のＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃの一対を並設させて形成されている。互いに熱膨張係数の異なるＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃの一対で構成される熱電素子１２ａは、第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１１ａのそれぞれに設けられる第１と第２の電極１４、１４ａを介して電気的に直列に接続されると共に、一対のＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃからなる熱電素子１２ａの複数組を第１と第２の電極１４、１４ａを介して連続的に電気的に直列に連結している。そして、熱電変換モジュール１０ａは、第１の絶縁体１１側を高温側、第２の絶縁体１１ａ側を低温側としている。
【００１９】
熱電変換モジュール１０ａの第１の絶縁体１１には、熱電変換モジュール１０の場合と同様に、熱伝導率の極めて良好な窒化アルミニウム基板が用いられ、第１の電極１４が形成される反対面に窒化アルミニウム基板と熱膨張係数が近似し、熱伝導率が良好なモリブデンからなるヒートシンク板１５がろう付け接合等で接合されている。並設されたＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃの複数組を電気的に直列に接続するための第１の絶縁体１１に設けられる第１の電極１４は、窒化アルミニウム基板にモリブデン板をろう付け接合等するモリブデン電極で形成されている。また、並設されたＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃの複数組を電気的に直列に接続するための第２の絶縁体１１ａに設けられる第２の電極１４ａは、第２の絶縁体１１ａに銅板をろう材や、導電性接着剤等を用いて接合する銅電極で形成されている。しかも、この熱電変換モジュール１０ａには、高熱膨張係数を有するＰ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃと、第１の絶縁体１１側の第１の電極１４であるモリブデン電極との間に、Ｐ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃの熱膨張係数とモリブデン電極の熱膨張係数との間の熱膨張係数値を有する第１の繋ぎ用電極１６が設けられている。更に、この熱電変換モジュール１０ａには、低熱膨張係数を有するＰ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃと、第２の絶縁体１１ａ側の第２の電極１４ａである銅電極との間に、Ｐ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃの低熱膨張係数と近似する第２の繋ぎ用電極２０が設けられている。
【００２０】
この熱電変換モジュール１０ａは、高温側の第１の絶縁体１１に窒化アルミニウム基板を用い、両面にモリブデンからなるヒートシンク１５と第１の電極１４を用いているので、極めて熱伝導性がよく高温での熱効率を向上できる。また、この熱電変換モジュール１０ａは、互いに異なる熱膨張係数のＰ型半導体１３ｂとＮ型半導体１３ｃが並設され、それぞれの主面が高温、低温に晒されたとしても、それぞれの接合部材間の熱膨張係数を整合させることができるので、熱応力の発生を防止して材質的に脆い特徴を有する熱電素子１２ａに集中する熱応力を緩和させることができ、熱電素子１２ａのクラック発生を防止することができる。
【００２１】
なお、この熱電変換モジュール１０ａの第１の繋ぎ用電極１６には、熱膨張係数が１７ｐｐｍ／℃である銅からなる電極を用いるのがよい。第１の繋ぎ用電極１６に銅を用いるのは、銅が高熱膨張係数の例えば、１７ｐｐｍ／℃を超える、好ましくは２０ｐｐｍ／℃以上の半導体と、窒化アルミニウム基板やモリブデン電極の熱膨張係数との間の熱膨張係数とすることができるので、熱電素子１２ａの熱応力を緩和させることができると共に、銅の熱伝導率（３９０Ｗ／ｍＫ）が極めて高いので、高温での熱効率を向上させることができる。また、第２の繋ぎ用電極２０には、熱膨張係数が低熱膨張係数のＰ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃの熱膨張係数と近似するモリブデンからなる電極を用いるのがよい。このモリブデン電極によって、低熱膨張係数のＰ型半導体１３ｂ又はＮ型半導体１３ｃは、第２の電極１４ａとの接合部の熱応力が回避されるので、材質的に脆い特徴を有する半導体に集中する熱応力を緩和させることができ、クラック発生を防止することができる。
また、熱電変換モジュール１０ａのヒートシンク板１５や、第１の電極１４や、第２の繋ぎ用電極２０に用いられるモリブデンは、モリブデンと他の金属との合金や、モリブデンと他の金属との複合体からなるものであってもよく、第２の電極１４ａや、第１の繋ぎ用電極１６用いられる銅は、銅と他の金属との合金や、銅と他の金属との複合体からなるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の熱電変換モジュールは、高温側と低温側との温度差が大きくなっても熱電素子である半導体に不具合を発生させることなく大きい電力を得ることができ、廃熱等を利用して発電できる熱電発電装置や、高い電力を流して高温側と低温側との温度差を大きくしても熱電素子である半導体に不具合を発生させることなく高温や、低温が引き出せる冷、温風器、加熱、冷却装置、狭い所や、過酷な所で用いるための電力供給用としての各種装置、熱媒体を循環させる経済的な発電装置等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱電変換モジュールの説明図である。
【図２】同他の熱電変換モジュールの説明図である。
【図３】従来の熱電変換モジュールの説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０、１０ａ：熱電変換モジュール、１１：第１の絶縁体、１１ａ：第２の絶縁体、１２、１２ａ：熱電素子、１３、１３ｂ：Ｐ型半導体、１３ａ、１３ｃ：Ｎ型半導体、１４：第１の電極、１４ａ：第２の電極、１５：ヒートシンク板、１６：第１の繋ぎ用電極、１７：第１の伝熱体、１７ａ：第２の伝熱体、１８：締め付け具、１９、１９ａ：リード線、２０：第２の繋ぎ用電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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