(57)【要約】【課題】接続経路の一部が断線した場合にも、作動させることができる熱電変換モジュールを提供することにある。【解決手段】熱電変換モジュールは、第１基板１０と第２基板の間に複数の熱電素子３０を配設することで構成されている。第１熱電素子群３１の熱電素子３０を接続する第１接続経路４１は、平面視コ字状をなしている。第１熱電素子群３１に囲まれる熱電素子３０から構成される第２熱電素子群３２を接続する第２接続経路４２は、平面視蛇行状をなしている。そして、第１熱電素子群３１と第２熱電素子群３２は並列接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電素子を直列接続してなる第１熱電素子群及び第２熱電素子群を備え、前記第１熱電素子群の接続経路が前記第２熱電素子群を囲むように構成された熱電変換モジュールであって、
前記第１熱電素子群と前記第２熱電素子群は並列接続され、かつ、前記第２熱電素子群の接続経路は平面視蛇行状をなす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、複数の熱電素子を直列接続してなる第１熱電素子群及び第２熱電素子群を備え、第１熱電素子群の接続経路が第２熱電素子群を囲むように構成された熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーと電気エネルギーとの相互変換が可能な熱電素子を用いた熱電変換モジュールは、一般に、対向する一対の基板と、各基板に接合された熱電素子と、からなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の熱電変換モジュールは、対向するように配置された一対の基板と、各基板の対向する面それぞれに形成された電極と、一方の電極に一端が接続されるとともに他方の電極に他端が接続される熱電素子と、から構成されている。そして、両電極によって各熱電素子は直列接続されている。このように構成された熱電変換モジュールは、通電の極性に応じて一方の電極が吸熱を行い、他方の電極が放熱を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各熱電素子は直列接続されている時、電極の一部が破損した場合など、各熱電素子を接続する接続経路の一部が断線した場合には、各熱電素子に電流が流れず、熱電変換モジュールが停止してしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続経路の一部が断線した場合にも、作動させることができる熱電変換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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数の熱電素子を直列接続してなる第１熱電素子群及び第２熱電素子群を備え、前記第１熱電素子群の接続経路が前記第２熱電素子群を囲むように構成された熱電変換モジュールであって、前記第１熱電素子群と前記第２熱電素子群は並列接続され、かつ、前記第２熱電素子群の接続経路は平面視蛇行状をなすことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、第１熱電素子群及び第２熱電素子群のいずれか一方の接続経路が断線したとしても、他方には電流が流れる。したがって、接続経路の一部が断線した場合にも、熱電変換モジュールを作動させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続経路の一部が断線した場合にも、熱電変換モジュールを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は実施形態における熱電変換モジュールの分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は実施形態における第１絶縁基板の平面図、（ｂ）は実施形態における第１接続経路及び第２接続経路を模式的に示す第１絶縁基板の平面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は第１接続経路及び第２接続経路の別例を模式的に示す第１絶縁基板の平面図。
【図４】第１接続経路及び第２接続経路の別例を模式的に示す第１絶縁基板の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱電変換モジュール１の第１基板１０は、セラミックス等の絶縁材料製の第１絶縁基板１１と、第１絶縁基板１１の一面に形成されたアルミニウム製の第１電極層１２とからなる。第１電極層１２には、熱電素子３０の一端が半田よりなる接合層Ｈを介して接合されている。熱電素子３０は、Ｎ型熱電素子及びＰ型熱電素子から構成されている。
【００１２】
熱電素子３０の他端には、半田よりなる接合層Ｈを介して第２基板２０の第２電極層２２が接合されている。これにより、熱電素子３０の他端と第２電極層２２は、接合層Ｈを介して電気的に接続されている。第２基板２０は、セラミックス等の絶縁材料製の第２絶縁基板２１と、この第２絶縁基板２１の一面に形成されたアルミニウム製の第２電極層２２とからなる。第１基板１０と第２基板２０は、対向するように配置されており、第１基板１０と第２基板２０により各熱電素子３０が挟持されるように接合されている。また、複数の熱電素子３０は、第１電極層１２及び第２電極層２２によって直列接続されるとともに、Ｎ型熱電素子及びＰ型熱電素子が交互に接続されるように配設されている。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、第１絶縁基板１１を平面視したときの四辺のうち、一辺を第１辺１１ａ（図中下辺）、第１辺１１ａと対向する辺を第２辺１１ｂ（図中上辺）、第１辺１１ａ及び第２辺１１ｂと交わる辺のうち一辺を第３辺１１ｃ（図中左辺）、第３辺１１ｃと対向する辺を第４辺１１ｄ（図中右辺）とする。
【００１４】
第１辺１１ａ及び第２辺１１ｂの延びる方向に沿って、６個の熱電素子３０が一定間隔おきに配設されている。また、第３辺１１ｃ及び第４辺１１ｄに延びる方向に沿って、６個の熱電素子３０が一定間隔おきに配設されている。したがって、第１基板１０と第２基板２０の間には、合計３６個の熱電素子３０が配設されている。
【００１５】
複数の熱電素子３０のうち、第２辺１１ｂ、第３辺１１ｃ及び第４辺１１ｄの延びる方向に沿って配設されている複数の熱電素子３０は、一繋ぎで直列接続され、それらの熱電素子３０によって第１熱電素子群３１が形成されている。本実施形態では、第１熱電素子群３１は、１６個の熱電素子３０によって形成されている。また、複数の熱電素子３０のうち、第１熱電素子群３１に囲まれる複数の熱電素子３０は、一繋ぎで直列接続され、それらの熱電素子３０によって第２熱電素子群３２が形成されている。本実施形態では、第２熱電素子群３２は、２０個の熱電素子３０によって形成されている。したがって、第１熱電素子群３１と第２熱電素子群３２とでは、第２熱電素子群３２の方が熱電素子３０の数が多くなっている。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、第１熱電素子群３１の熱電素子３０を直列接続する複数の電極層１２，２２により、一繋ぎの第１接続経路４１が形成され、第１接続経路４１は、平面視コ字状に延びている。また、第２熱電素子群３２の熱電素子３０を直列接続する複数の電極層１２，２２により、一繋ぎの第２接続経路４２が形成され、第２接続経路４２は、Ｍ字状をなすように折り返され平面視蛇行状に延びている。そして、第１接続経路４１と第２接続経路４２は、電源４３に並列接続されている。すなわち、第１熱電素子群３１と第２熱電素子群３２は並列接続されている。各熱電素子群３１，３２の複数の熱電素子３０のうち、電源４３の正極及び負極に接続される熱電素子３０は第１辺１１ａの延びる方向に沿って配設され、同一線上に位置している。
【００１７】
上記のように構成された熱電変換モジュール１は、通電の極性に応じて第１電極層１２と第２電極層２２が吸熱及び放熱の反する作用を行う。そして、第１絶縁基板１１及び第２絶縁基板２１を介して冷却対象や加熱対象（例えば、熱交換媒体）を冷却したり加熱したりすることができ、例えば、車両に搭載される電池の温度調節を行う熱交換媒体を冷却したり加熱したりすることで、電池の温度調節を行うことができる。
【００１８】
次に、本実施形態における熱電変換モジュール１の作用について説明する。
熱電変換モジュール１に通電を行うと、第１電極層１２及び第２電極層２２のうち、一方が吸熱を行い、他方が放熱を行う。万一、熱電変換モジュール１の第１接続経路４１及び第２接続経路４２のうち一方が断線した場合であっても、他方には電流が流れ、熱電変換モジュール１の作動状態が維持される。
【００１９】
したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）熱電変換モジュール１において、第１接続経路４１により直列接続された第１熱電素子群３１と第２接続経路４２により直列接続された第２熱電素子群３２は電源４３に並列接続されている。このため、第１接続経路４１及び第２接続経路４２のうちいずれか一方が断線したとしても、熱電変換モジュール１では、他方には電流を流すことができるため、熱電変換モジュール１を作動させることができる。
【００２０】
（２）各熱電素子群３１，３２の複数の熱電素子３０のうち、電源４３に接続される熱電素子３０は、第１辺１１ａに沿って同一線上に位置している。例えば、第１熱電素子群３１及び第２熱電素子群３２の接続経路が円形状をなし、第１熱電素子群３１が第２熱電素子群３２を取り囲むように同心円上に配設される場合、第２熱電素子群３２の複数の熱電素子３０のうち、電源４３に接続される熱電素子３０は、第１熱電素子群３１の複数の熱電素子３０のうち、電源４３に接続される熱電素子３０よりも電源４３から離れた位置に配設されてしまう。しかし、本実施形態では、各熱電素子群３１，３２の複数の熱電素子３０のうち、電源４３に接続される熱電素子３０を第１辺１１ａに沿って同一線上に配設することで、第２熱電素子群３２の複数の熱電素子３０のうち、電源４３に接続される熱電素子３０から電源４３までの距離を短くすることができる。このため、配線が長くなることによる抵抗（配線の内部抵抗）の増加を抑制することができる。
【００２１】
（３）第２熱電素子群３２の複数の熱電素子３０は、平面視蛇行状に延びる第２接続経路４２によって直列接続されている。第２接続経路４２を蛇行状に形成することで、接続経路を第１接続経路４１のようにコ字状に形成する場合に比べて、第２接続経路４２の長さを長くすることができる。この結果として、一定間隔おきに配設された熱電素子３０を直列接続する場合、第１熱電素子群３１の熱電素子３０の数に比べて第２熱電素子群３２の熱電素子３０の数を多くすることができる。熱電変換モジュール１の作動時には、絶縁基板１１，２１の反りにより、絶縁基板１１，２１の外周側に応力が発生しやすいことから、第１接続経路４１は、第２接続経路４２に比べて断線しやすい。このため、断線しにくい第２接続経路４２によって接続される第２熱電素子群３２の熱電素子３０の数を多くすることで、第１接続経路４１の断線時に、電流が流れなくなる熱電素子３０の数を減らすことができる。
【００２２】
（４）熱電変換モジュール１は、例えば、車両に搭載され、車両の動力源となる電池の温度調節を行う熱交換媒体を冷却したり加熱したりするために車両に搭載される。そして、第１接続経路４１及び第２接続経路４２のうち一方が断線しても、他方に電流を流すことができるため、熱電変換モジュール１を作動させ続けることができる。このため、電池の温度調節を維持させ、電池を適正な温度にすることができ、電池からの電力により車両は適切な走行を行うことができる。
【００２３】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、平面視Ｍ字状をなすように第２接続経路４２を形成したが、第２接続経路４２の蛇行形状は実施形態に限られず、例えば、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように任意の形状に変更してもよい。
【００２４】
○  実施形態において、第１熱電素子群３１の内側に１つの第２熱電素子群３２を設けたが、図４に示すように、複数の第２熱電素子群３２を設けてもよい。
○  実施形態において、熱電素子３０を３６個配設したが、熱電素子３０の数は増減させてもよい。
【００２５】
○  実施形態において、熱電素子３０を一定間隔おきに配設したが、熱電素子３０を異なる間隔で配設してもよい。この場合であっても、第２接続経路４２が蛇行状をなすように第２熱電素子群３２を接続する。
【００２６】
○  実施形態において、各電極層１２，２２は、アルミニウム製としたが、熱伝導率の高い他の材料製であってもよい。例えば、銅製であってもよい。
○  実施形態において、第１基板１０及び第２基板２０は、単一の基板を用いたが、複数に分割されている基板を用いてもよい。この場合であっても、複数の基板に跨って第１接続経路４１及び第２接続経路４２が延びて、第１熱電素子群３１の内側に第２熱電素子群３２が配設される。また、各基板毎に第１熱電素子群３１及び第２熱電素子群３２を設けてもよい。
【００２７】
○  実施形態において、第１接続経路４１は、平面視コ字状をなすようにしたが、平面視蛇行状をなすようにしてもよい。
○  実施形態において、第１熱電素子群３１の熱電素子３０の数を第２熱電素子群３２の熱電素子３０の数よりも多くしてもよい。また、第１熱電素子群３１の熱電素子３０の数と第２熱電素子群３２の熱電素子３０の数を同じ数にしてもよい。
【００２８】
○  実施形態において、第１熱電素子群３１の外側に更に熱電素子群を配設してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
【００２９】
（イ）前記第２熱電素子群の前記熱電素子の数は、前記第１熱電素子群の前記熱電素子の数に比べて多いことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
（ロ）前記第１熱電素子群の複数の熱電素子３０のうち、電源に接続される熱電素子と前記第２熱電素子群の複数の熱電素子３０のうち、電源に接続される熱電素子とは、前記熱電素子が接合される基板の一辺に沿って同一線上に配設されることを特徴とする請求項１又は技術的思想（イ）に記載の熱電変換モジュール。
【００３０】
（ハ）電池を動力源とする車両であって、請求項１、技術的思想（イ）及び（ロ）のいずれかに記載の熱電変換モジュールが搭載されるとともに、前記熱電変換モジュールによって前記電池の温度調節が行われることを特徴とする車両。
【符号の説明】
【００３１】
１…熱電変換モジュール、１０…第１基板、２０…第２基板、３０…熱電素子、３１…第１熱電素子群、３２…第２熱電素子群、４１…第１接続経路、４２…第２接続経路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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