(57)【要約】【課題】耐久性に優れた熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】実施例１の熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３が窒化アルミで得られている。第１、２コルゲートフィン９、１１は、曲げ加工されたアルミの板で得られており、それぞれ谷部９ａ、１１ａと山部９ｂ、１１ｂが繰り返されて形成されている。補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、インバーが角柱状に形成されて得られている。補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、第１、２コルゲートフィン９、１１の各谷部９ａ、１１ａにそれぞれ配置され、はんだ付けによって各谷部９ａ、１１ａの表面側と固定されている。各補強部材１３Ａ〜１３Ｌは各谷部９ａ又は各谷部１１ａにおいて、第１基板１の外面１ｂ又は第２基板３の外面３ｂに沿いつつ、第２方向Ｂに延びている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子と、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の外面に設けられるフィンとを備えた熱電変換モジュールであって、
前記フィンは、前記第１基板又は前記第２基板のうち、該フィンが設けられた方の基板を形成する第１材料よりも線膨張係数が大きい第２材料からなり、
該フィンは、谷部と山部とが繰り返された形状をなすとともに、各該谷部の裏面が前記外面に接合され、
各該谷部の表面側には、前記第２材料よりも前記線膨張係数が小さい第３材料からなる補強部材が固定され、
該補強部材は、該基板の該外面に沿いつつ、該フィンの該谷部と該山部とが繰り返される方向である第１方向と直交する第２方向に延びていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
全ての前記谷部の表面側に前記補強部材が固定されている請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記第１基板は複数あり、各該第１基板は、一枚の前記第２基板に対しそれぞれ対向して配置され、
前記フィンは少なくとも該第２基板の前記外面に設けられている請求項１又は２記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記第１基板及び前記第２基板の各前記外面に前記フィンが設けられている請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記第３材料の前記線膨張係数は、前記第１材料の該線膨張係数以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記補強部材の前記第２方向における曲げ剛性は、該フィンの該第２方向における該曲げ剛性以上である請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記第１材料はセラミックである請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記第３材料はインバーである請求項７記載の熱電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の熱電変換モジュールが開示されている。この熱電変換モジュールは、図１に示すように、互いに対向する内面９１ａ、９２ａと、互いに背向する外面９１ｂ、９２ｂとを有する第１基板９１及び第２基板９２を備えている。また、この熱電変換モジュールは、第１基板９１及び第２基板９２の各内面９１ａ、９２ａにそれぞれ設けられた複数の電極９３ａ、９３ｂと、各電極９３ａ、９３ｂによって電気的に直列に接続される複数の熱電変換素子９４とを備えている。
【０００３】
この熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子９４が生じさせるペルチェ効果により、第１基板９１側で吸熱又は放熱を生じ、第２基板９２側で第１基板９１側とは反対の放熱又は吸熱を生じることが可能となっている。このため、このような熱電変換モジュールは、第１基板９１側と第２基板９２側との間における熱の移動を利用した熱交換媒体等の冷却又は加熱手段として、空調装置等に採用されつつある。また、この熱電変換モジュールは、ゼーベック効果により、温度差に基づく発電を行うことも可能である。
【０００４】
また、このような熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高める目的から、第１基板９１や第２基板９２の外面９１ｂ、９２ｂに対し、ろう付け等の手段により第１、２フィン９５、９６が設けられ得る。これらの各フィン９５、９６は、上記の目的から伝熱性の高い金属等によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０７４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子９４や各フィン９５、９６がろう付けやはんだ付けによって各電極９３ａ、９３ｂや第１、２基板９１、９２に接合されることから、その製造時において、第１、２基板９１、９２や第１、２フィン９５、９６は高温に曝される。そして、その後にそれらが常温に戻ることで、図１の実線矢印に示すように、第１、２基板９１、９２には熱変形が生じることとなる。
【０００７】
そして、各電極９３ａ、９３ｂを介して各基板９１、９２と接合された各熱電変換素子９４には、応力負荷が生じることとなる。このため、熱電変換素子９４が損傷し易くなり、熱電変換モジュールの耐久性が低下し易くなるという問題がある。
【０００８】
具体的には、発明者等による応力シミュレーション解析により、図２に示すように、熱電変換素子９４の角部Ｃでは、頂点Ｐから所定の範囲内において、熱電変換素子９４の損傷が起こりえる一定以上の応力が加わる（同図中の一点鎖線で囲われた部分）ことが解明された。なお、ここで、熱電変換素子９４の角部Ｃとは、その頂点Ｐを含む所定の範囲を意味する。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、耐久性に優れた熱電変換モジュールを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子と、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の外面に設けられるフィンとを備えた熱電変換モジュールであって、
前記フィンは、前記第１基板又は前記第２基板のうちで該フィンが設けられた方の基板を形成する第１材料よりも線膨張係数が大きい第２材料からなり、
該フィンは、谷部と山部とが繰り返された形状をなすとともに、各該谷部の裏面が前記外面に接合され、
各該谷部の表面側には、前記第２材料よりも前記線膨張係数が小さい第３材料からなる補強部材が固定され、
該補強部材は、該基板の該外面に沿いつつ、該フィンの該谷部と該山部とが繰り返される方向である第１方向と直交する第２方向に延びていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
発明者等による知見によれば、第１、２基板９１、９２に熱変形が生じる要因は、第１、２基板９１、９２に対して、第１、２基板９１、９２とは線膨張係数が異なる材質が非対称に接合されていることにあると考えられる。具体的には、上記の熱電変換モジュールにおいて、各フィン９５、９６は、伝熱性を高める観点から金属等によって得られている。そして、これらの金属は、第１、２基板９１、９２を構成するセラミック等と比較して線膨張係数が高いことから、各フィン９５、９６は、第１、２基板９１、９２よりも大きく熱変形する。このため、図３の（Ａ）に示すように、例えば、第２基板９２は、実線矢印方向に熱変形した第２フィン９６の熱変形の影響を受けつつ破線矢印方向に熱変形することとなる。
【００１２】
そこで、発明者等は、熱変形の主要因となるフィンの根元の表面、すなわち、フィンと基板との接合部分の反対側にフィンよりも線膨張係数が小さい部材を接合すれば、フィンの熱変形を抑制でき、基板に対するフィンの熱変形の影響を軽減できると推察した。こうして本発明の熱電変換モジュールが発明された。
【００１３】
本発明の熱電変換モジュールでは、図３の（Ｂ）に示すように、フィン９８を構成する第２材料よりも線膨張係数が小さい第３材料で補強部材９７が得られていることから、補強部材９７は、フィン９８よりも熱変形し難く、熱変形時における変形の割合がフィン９８よりも小さくなっている。このため、補強部材９７は熱変形したフィン９８を押さえ付けて矯正するように作用する。こうして、この熱電変換モジュールでは、同図の（Ｂ）における実線矢印で示すように、フィン９８の熱変形が抑制され、基板９９ではフィン９８の熱変形の影響が軽減され、基板９９は熱変形し難くなる（同図の（Ｂ）における破線矢印参照。）。
【００１４】
また、発明者等の知見によれば、谷部と山部とが第１方向に繰り返された形状をなしているフィン９８では、第１方向と直交する第２方向でより熱変形し易くなっている。このため、この熱電変換モジュールでは、第２方向に延びるように補強部材９７を設けている。これにより、この熱電変換モジュールでは、基板９９の熱変形に対する応力負荷が効果的に軽減され、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００１５】
したがって、本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【００１６】
また、この熱電変換モジュールでは、基板に対してフィンが設けられていることから、フィンが設けられ基板側では、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高くなっている。このため、この熱電変換モジュールは高性能となっている。
【００１７】
フィンを構成する第２材料は、熱伝導係数が大きければ、金属等を始めとする種々の材料を採用し得る。ここで、第２材料として塑性加工が容易な金属を採用した場合、曲げ加工等を施すことにより、コルゲートフィンにおける谷部や山部を容易に形成することが可能となる。なお、このような金属としてはアルミや銅等を採用することができる。また、曲げ加工は、例えばプレス加工によって行うことが可能である。
【００１８】
フィンにおける谷部とは、フィンの根元部分であって、その裏面側が基板の外面に接合される部分を指す。一方、フィンにおける山部とは、基板の外面から離反するように、フィンの根元部分からフィンの先端部分まで延びている部分と、そのフィンの先端部分とを指す。本発明の熱電変換モジュールのフィンにおいて、谷部は、山部同士の間に形成されるのみならず、第１方向の始点や終点となる位置にも形成され得る。そして、補強部材は、これら第１方向の始点や終点となる位置に形成された谷部の表面側にも固定され得る。
【００１９】
また、第１方向に連続して形成された谷部と山部の各形状により、第１方向におけるフィンの断面形状は、例えば、略クランク状の波型形状、略山形状の波型形状及び略Ｕ字形状の波型形状等に形成され得る。また、フィンにおける谷部と山部との各ピッチは適宜設計され得る。
【００２０】
さらに、本発明の熱電変換モジュールにおいて、基板の外面に一つのフィンが設けられる構成としても良く、基板の外面に二つ以上のフィンが設けられる構成としても良い。なお、このように二つ以上のフィンを設ける場合、各フィン同士におけるオフセット量は適宜設計することができる。
【００２１】
谷部の表面側に補強部材を固定する方法としては、はんだ付けの他、ろう付け等を採用することができる。
【００２２】
また、補強部材は、複数の谷部のうちの少なくとも一箇所の谷部の表面側に固定され得るが、本発明の熱電モジュールでは、全ての谷部の表面側に補強部材が固定されていることが好ましい（請求項２）。この場合、複数本の補強部材により、フィンの熱変形を好適に抑制可能となる。このため、基板の熱変形に対する応力負荷をより軽減することが可能となり、熱電変換素子がより損傷し難くなる。また、複数本の補強部材によってフィンの熱変形を抑制することが可能となるため、個々の補強部材を小型化することも可能となる。これにより、熱電変換モジュールの小型化や製造コストの削減も可能となる。
【００２３】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、第１基板は複数あり得る。また、各第１基板は、一枚の第２基板に対しそれぞれ対向して配置され得る。そして、フィンは少なくとも第２基板の外面に設けられ得る（請求項３）。また、第１基板及び第２基板の各外面にフィンが設けられ得る（請求項４）。
【００２４】
基板の熱変形に対する各熱電変換素子の応力負荷を好適に軽減させるためには、基板と補強部材とが同等に熱変形するか、又は基板よりも補強部材が熱変形し難いことが好ましい。つまり、第３材料の線膨張係数は、第１材料の線膨張係数以下であることが好ましい（請求項５）。この場合、補強部材の熱変形が基板に対して影響しなくなるため、各熱電変換素子における応力負荷を好適に軽減させることが可能となる。
【００２５】
また同様に、補強部材の第２方向における曲げ剛性は、フィンの第２方向における曲げ剛性以上であることが好ましい（請求項６）。この場合、補強部材の第２方向における剛性が高くなり、基板に対するフィンの熱変形の影響を好適に軽減することが可能となる。また、補強部材の小型化も可能となる。
【００２６】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、第１材料はセラミックであることが好ましい（請求項７）。この場合、基板における絶縁性が好適に確保される。なお、第１基板及び第２基板のうち、例えば、第１基板の外面のみにフィンが設けられる場合、少なくとも第１基板がセラミックで得られていれば、第２基板はセラミックに限らず、絶縁された金属板等で得られていても良い。また、第１材料として採用し得るセラミックとしては、窒化アルミやアルミナ等が挙げられる。
【００２７】
上記のように、第１基板や第２基板をセラミックで得る場合、補強部材を得る第３材料としては、例えばアルミナや窒化アルミ等を採用し得る。特にこの場合において、第３材料はインバーであることが好ましい（請求項８）。インバーは、セラミックよりも線熱膨張係数が小さく、かつ剛性が高い。このため、セラミックで得られた基板に対し、補強部材の熱変形が影響しなくなるため、基板の熱変形を好適に軽減させること可能となる。また、剛性が高いことから補強部材の小型化も可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の熱電変換モジュールにおけるＣＡＥ解析断面図である。
【図２】従来の熱電変換モジュールにおける熱電変換素子の応力分布図である。
【図３】第１、２基板における熱変形を示す模式断面図である。（Ａ）は従来の熱電変換モジュールを示しており、（Ｂ）は本発明の熱電変換モジュールを示している。
【図４】実施例２の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図５】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１フィンと補強部材とを示す上面図である。
【図６】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１フィンと補強部材とを示す図４におけるＶＩ−ＶＩ’方向の断面図である。
【図７】実施例２の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
（実施例１）
図４に示すように、実施例１の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、２コルゲートフィン９、１１と、補強部材１３Ａ〜１３Ｌとを備えている。
【００３２】
第１、２基板１、３は、それぞれ第１材料としての窒化アルミが同一形状の正方形に形成されて得られている。第１基板１と第２基板３は対向して配置されている。第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａには、アルミの板がエッチング加工されてなる電極５ａ、５ｂがそれぞれろう付けにより接合されて設けられている。
【００３３】
一方、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂにも、それぞれ全面に亘ってアルミの板がろう付けにより接合されており、これらによって金属層１ｃ、３ｃが形成されている。
【００３４】
各熱電変換素子７はビスマス・テルル系の合金等によって得られた公知のｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子からなる。これらの各熱電変換素子７は同一形状の角柱形状をなしている。また、各熱電変換素子７は、それぞれの端面で第１基板１側の電極５ａ及び第２基板３側の電極５ｂとはんだによって接合されている。これにより、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とは、第１基板１と第２基板３との間において、それぞれ格子状に配置されるとともに、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂとによって電気的に直列に接続される。こうして、各熱電変換素子７は、第１基板１及び第２基板３によって熱的に並列に接続された状態となっている。
【００３５】
第１、２コルゲートフィン９、１１は共に同一の第２材料であるアルミの板をプレス加工することにより、略クランク状の波型形状に曲げ加工が施されて形成されている。アルミは、第１、２基板１、３を形成する上記の窒化アルミよりも線膨張係数が大きい。また、アルミは窒化アルミよりも伝熱係数が大きい。
【００３６】
図５及び図６に示すように、第１コルゲートフィン９には、上記の曲げ加工によって谷部９ａと山部９ｂとが第１方向Ａに繰り返されて形成されている。各谷部９ａは第１基板１の外面１ｂと平行な状態となっており、各山部９ｂは第１基板１の外面１ｂに立設された状態となっている。第２コルゲートフィン１１も同様であり、図４に示すように、第２基板３の外面３ｂと平行な谷部１１ａと、第２基板３の外面３ｂに立設された山部１１ｂとが図５及び図６に示す第１方向Ａに繰り返されて形成されている。
【００３７】
この熱電変換モジュールでは、第１コルゲートフィン９における第１方向Ａと、第２コルゲートフィン１１における第１方向Ａとが平行に設定されている。これにより、図４に示すように、第１コルゲートフィン９における各谷部９ａ及び各山部９ｂと、第２コルゲートフィン１１における各谷部１１ａ及び各山部１１ｂとが同一方向で繰り返されている。また、第１、２コルゲートフィン９、１１の各外周形状は上面視で正方形に形成されており、第１、２コルゲートフィン９、１１の外周形状は、それぞれ第１、２基板１、３と相似となっている（図５、６参照）。
【００３８】
図４に示すように、第１コルゲートフィン９における各谷部９ａの各裏面側と第１基板１の金属層１ｃとはろう付けされ、第１基板１と第１コルゲートフィン９とが接合されている。また、第２コルゲートフィン１１における各谷部１１ａの各裏面側と第２基板３の金属層３ｃともろう付けされ、第２基板３と第２コルゲートフィン１１とが接合されている。なお、これらの第１、２コルゲートフィン９、１１がフィンに相当する。
【００３９】
各補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、第３材料としてのインバーが角柱状に形成されて得られている。インバーは、第１、２基板１、３を形成する上記の窒化アルミよりも線膨張係数が小さい。また、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、各谷部９ａ、１１ａに配置可能なように小型に形成されている。インバーは高剛性の性質を有していることから、これらの補強部材１３Ａ〜１３Ｌの剛性は、図５及び図６に示すように、第１、２コルゲートフィン９、１１の第２方向Ｂにおける曲げ剛性以上となっている。なお、三角柱状や半円の柱状にインバーを形成して各補強部材１３Ａ〜１３Ｌを構成しても良い。
【００４０】
補強部材１３Ａ〜１３Ｆは、第１コルゲートフィン９の各谷部９ａにそれぞれ配置されている。各補強部材１３Ａ〜１３Ｆは、各谷部９ａの各表面側とはんだ付けされることよって固定されている。各補強部材１３Ａ〜１３Ｆは、各谷部９ａにおいて、金属層１ｃ、すなわち第１基板１の外面１ｂに沿いつつ、第１方向Ａと直交する第２方向Ｂに延びている。
【００４１】
図４に示すように、補強部材１３Ｇ〜１３Ｌも補強部材１３Ａ〜１３Ｆと同様である。補強部材１３Ｇ〜１３Ｌは、第２コルゲートフィン１１の各谷部１１ａにそれぞれ配置され、はんだ付けによって各谷部１１ａの各表面側に固定されている。各補強部材１３Ｇ〜１３Ｌは、各谷部１１ａにおいて、金属層３ｃ、すなわち第２基板３の外面３ｂに沿いつつ、第２方向Ｂに延びている（図５、６参照）。これらの補強部材１３Ａ〜１３Ｌにおける第２方向Ｂの長さは、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌが目標とする剛性に応じて適宜変更が可能である。
【００４２】
以上のように構成されたこの熱電変換モジュールでは、第１、２コルゲートフィン９、１１を構成するアルミよりも線膨張係数が小さく、かつ、第１、２基板１、３を形成する窒化アルミよりも線膨張係数が小さいインバーで各補強部材１３Ａ〜１３Ｌが得られている。このため、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、第１、２コルゲートフィン９、１１よりも熱変形し難く、熱変形時における変形の割合が第１、２コルゲートフィン９、１１よりも小さくなる。特にインバーはアルミと比較して線膨張係数が非常に小さいため、第１、２コルゲートフィン９、１１が熱変形した場合であっても、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌには、ほとんど熱変形が生じない。
【００４３】
そして、この熱電変換モジュールでは、図４に示すように、第１、２コルゲートフィン９、１１の全ての谷部９ａ、１１ａの表面側に補強部材１３ａ〜１３Ｌがそれぞれ固定されている。このため、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌのうち、補強部材１３Ａ〜１３Ｆは、熱変形した第１コルゲートフィン９を押さえ付けて矯正するように作用する。同様に、補強部材１３Ｇ〜１３Ｌは、熱変形した第２コルゲートフィン１１を押さえ付けて矯正するように作用する。こうして、この熱電変換モジュールでは、複数本の補強部材１３Ａ〜１３Ｌによって、第１、２コルゲートフィン９、１１のそれぞれの熱変形が抑制される。このため、第１、２基板１、３では第１、２コルゲートフィン９、１１の熱変形の影響が軽減され、第１、２基板１、３は熱変形し難くなる。
【００４４】
また、コルゲートフィン９、１１は、それぞれ谷部９ａ、１１ａと山部９ｂ、１１ｂとが第１方向Ａに繰り返されて形成されていることから、図５及び図６に示す第２方向Ｂでより熱変形し易くなっている。このため、この熱電変換モジュールでは、第２方向Ｂに延びるように各補強部材１３ａ〜１３Ｌを設けている。これらにより、この熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３の熱変形に対する応力負荷が効果的に軽減され、各熱電変換素子７が損傷し難くなっている。
【００４５】
したがって、この熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【００４６】
また、この熱電変換モジュールでは、第１基板１に対して第１コルゲートフィン９が設けられており、第２基板３に対して第２コルゲートフィン１１が設けられている。このため、第１、２基板１、３のそれぞれにおける吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高く、この熱電変換モジュールは高性能となっている。特に、この熱電変換モジュールでは、第１、２コルゲートフィン９、１１を採用していることから、それらの製造が容易になっている。
【００４７】
さらに、この熱電変換モジュールにおいて、第１、２基板１、３を形成する第１材料には窒化アルミが採用されている。これにより、この熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３における絶縁性が好適に確保されている。
【００４８】
また、この熱電変換モジュールにおいて、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌの第２方向Ｂにおける曲げ剛性は、第１、２コルゲートフィン９、１１のそれぞれの第２方向Ｂにおける曲げ剛性以上となっている。このように、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌの曲げ剛性を高くすることで、この熱電変換モジュールでは、第１、２基板１、３における第１、２コルゲートフィン９、１１の熱変形の影響を好適に軽減することが可能となっている。また、上記のようにインバーは高剛性の性質を有することから、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌの剛性、すなわち、曲げ剛性を高くしつつ、各補強部材１３Ａ〜１３Ｌを小型化することも可能となっている。
【００４９】
（実施例２）
図７に示すように、実施例２の熱電変換モジュールは、実施例１の熱電変換モジュールの各構成に替えて、二枚の第１基板１と、一枚の第２基板２１と、二つの第１コルゲートフィン９と、一つの第２コルゲートフィン２３と、補強部材１３Ａ〜１３Ｚとを備えている。
【００５０】
実施例１と同様、第１基板１のそれぞれの内面１ａには、複数の電極５ａが接合されている。ここで、一方の第１基板１と、その第１基板１の内面１ａ側に設けられた電極５ａ、熱電変換素子７、金属層１ｃ、第１コルゲートフィン９及び補強部材１３Ａ〜１３Ｆの組み合わせをモジュールＭ１とする。そして、他方の第１基板１側における電極５ａ等の組み合わせ（補強部材については、符号１３Ｇ〜符号１３Ｌを付したもの。）をモジュールＭ２とする。
【００５１】
第２基板２１は、両第１基板１、すなわち、両モジュールＭ１、Ｍ２と対向可能なように、第１基板１よりも大きい長方形に形成されている。この第２基板２１も窒化アルミで得られており、第２基板２１の内面２１ａには複数の電極５ｂが接合されている。この電極５ｂでは、モジュールＭ１における電極５ａと対応する部分の一端と、モジュールＭ２における電極５ａと対応する部分の一端とが連結しており、連結部５ｃが形成されている。なお、連結部５ｃについても各電極５ｂと同様、エッチング加工によって得られている。また、第２基板２１の外面２１ｂにもアルミの板がろう付けによって接合されており、金属層２１ｃが形成されている。
【００５２】
第２コルゲートフィン２３も、第１コルゲートフィン９と同様、アルミの板をプレス加工することにより、略クランク状の波型形状に曲げ加工が施されて形成されている。これにより、第２コルゲートフィン２３にも、図５及び図６における第１方向Ａに谷部２３ａと山部２３ｂとが繰り返されて形成されている。第２コルゲートフィン２３における第１方向Ａと、各第１コルゲートフィン９における第１方向Ａとは平行に設定されている。これにより、第２コルゲートフィン２３における各谷部２３ａ及び各山部２３ｂと、各第１コルゲートフィン９における各谷部９ａ及び各山部９ｂとは、同一方向で繰り返されている。
【００５３】
この第２コルゲートフィン２３は、第１コルゲートフィン９よりも大型化され、第１方向Ａの長さが第１コルゲートフィン９よりも長く形成されている。このため、第２コルゲートフィン２３には、第１コルゲートフィン９よりも多くの谷部２３ａと山部２３ｂとが形成されている。各谷部２３ａの各裏面側と第２基板２１の金属層２１ｃとはろう付けされ、第２基板２１と第２コルゲートフィン２３とが接合されている。この第２コルゲートフィン２３もフィンに相当する。
【００５４】
各補強部材１３Ａ〜１３Ｚのうち、補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、各第１コルゲートフィン９における各谷部９ａにそれぞれ配置され、はんだ付けによって各谷部９ａの各表面側と固定されている。一方、補強部材１３Ｍ〜１３Ｚは、第２コルゲートフィン２３における各谷部２３ａにそれぞれ配置され、同じくはんだ付けによって各谷部２３ａの各表面側と固定されている。各補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、各谷部９ａにおいて、各第１基板１の各外面１ｂに沿いつつ、第２方向Ｂに延びている。また、各補強部材１３Ｍ〜１３Ｚは、各谷部２３ａにおいて、第２基板２１の外面２１ｂに沿いつつ、第２方向Ｂに延びている（図５、６参照）。補強部材１３Ｍ〜１３Ｚの構成は、補強部材１３Ａ〜１３Ｌの構成と同様である。また、他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００５５】
この熱電変換モジュールでは、実施例１の熱電変換モジュールと比較して、二枚の第１基板１と一枚の第２基板２１との間により多くの熱電変換素子７を設けることが可能になっている。このため、熱電変換モジュールの性能が高くなっている。
【００５６】
また、この熱電変換モジュールでは、各第１コルゲートフィン９及び第２コルゲートフィン２３の全ての谷部９ａ、１１ａの表面側に補強部材１３Ａ〜１３Ｚが固定されている。このため、各補強部材１３Ａ〜１３Ｚのうち、補強部材１３Ａ〜１３Ｌは、熱変形した各第１コルゲートフィン９をそれぞれ押さえ付けて矯正するように作用する。同様に、補強部材１３Ｍ〜１３Ｚは、熱変形した第２コルゲートフィン２３を押さえ付けて矯正するように作用する。こうして、この熱電変換モジュールでは、複数本の補強部材１３Ａ〜１３Ｚによって、各第１コルゲートフィン９及び第２コルゲートフィン２３のそれぞれの熱変形が抑制される。このため、各第１基板１及び第２基板２１では、各第１コルゲートフィン９及び第２コルゲートフィン２３の熱変形の影響が軽減され、各第１基板１及び第２基板２１が熱変形し難くなる。
【００５７】
さらに、この熱電変換モジュールでは、上記のように、第２コルゲートフィン２３は、第１コルゲートフィン９よりも大型となっている。このため、第２コルゲートフィン２３には、第１コルゲートフィン９よりも多くの補強部材１３Ｍ〜１３Ｚが接合される。このため、大型の第２コルゲートフィン２３における熱変形は、これらの補強部材１３Ｍ〜１３Ｚによって好適に抑制されることとなる。
【００５８】
また、この熱電変換モジュールでは、モジュールＭ１における電極５ａと電極５ｂとの接続と、モジュールＭ２における電極５ａと電極５ｂとの接続が、電極５ｂにおける連結部５ｃを介して互いに電気的に連結されている。このため、各モジュールＭ１、Ｍ２間における連結のために別途配線等を行う必要がなく、熱電変換モジュールにおける部品点数を削減することができる。このため、この熱電変換モジュールでは、製造の容易化と製造コストの削減とを実現している。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００５９】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００６０】
例えば、実施例１、２の熱電変換モジュールにおいて、第１コルゲートフィン９や第２コルゲートフィン１１、２３における熱変形の程度や熱変形時の曲げ剛性に応じて、補強部材１３Ａ〜１３Ｚの本数を適宜変更することが可能である。
【００６１】
また、実施例１、２の熱電変換モジュールにおいて、第１コルゲートフィン９における第１方向Ａと、第２コルゲートフィン１１、２３における第１方向Ａとが直交するように設定される構成としても良い。この場合、第１コルゲートフィン９における各谷部９ａ及び各山部９ｂと、第２コルゲートフィン１１、２３における各谷部１１ａ、２３ａ及び各山部１１ｂ、２３ｂとが直交する方向で繰り返されることとなる。
【００６２】
さらに、実施例１、２の熱電変換モジュールにおいて、第１基板１及び第２基板３、２１に対し、第２方向Ｂに沿って複数の第１コルゲートフィン９又は複数の第２コルゲートフィン１１、２３を設ける構成、すなわち、複数の第１コルゲートフィン９同士や、複数の第２コルゲートフィン１１、２３同士が組み合わされたオフセットフィンを採用することもできる。この場合、複数の第１、２コルゲートフィン９、１１、２３のそれぞれの谷部９ａ、１１ａ、２３ａに補強部材１３Ａ〜１３Ｚを接合することができる。また、この場合、複数の谷部９ａ、１１ａ、２３ａに共通させつつ、補強部材１３Ａ〜１３Ｚを接合することもできる。なお、第１基板１における各第１コルゲートフィン９同士のオフセット量は適宜設定することができる。第２基板３、２１における各第２コルゲートフィン１１、２３同士のオフセット量についても同様である。
【００６３】
また、実施例２の熱電変換モジュールにおいて、三枚以上の第１基板１を設ける構成、すなわち、第２基板に対して三個以上のモジュールを設けるとしても良い。この場合、第２基板及び第２コルゲートフィンは、モジュールの数に応じて、適宜その大きさや数を選択し得る。また、第２コルゲートフィンにおける熱変形の程度や熱変形時の曲げ剛性に応じて、補強部材の数や大きさを適宜選択して接合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、熱電変換素子のペルチェ効果を利用したバッテリの冷却装置や空調装置の他、熱電変換素子のゼーベック効果を利用した発電装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１…第１基板
１ａ…内面
１ｂ…外面
３…第２基板
３ａ…内面
３ｂ…外面
５ａ、５ｂ…電極
７…熱電変換素子
９…第１コルゲートフィン（フィン）
９ａ…谷部
９ｂ…山部
１１…第２コルゲートフィン（フィン）
１１ａ…谷部
１１ｂ…山部
２１…第２基板
２３…第２コルゲートフィン（フィン）
２３ａ…谷部
２３ｂ…山部
１３Ａ〜１３Ｚ…補強部材
Ａ…第１方向
Ｂ…第２方向
【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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