(57)【要約】【課題】熱電変換モジュールでの高い効率による電力の出力を実現する。【解決手段】第１基板と１０、第２基板１１と、第１基板１０と第２基板１１との間に実装配置される熱電変換素子１２と、熱電変換素子１２で生成された電力を出力する出力リード線部１３とを備え、第１基板１０はリード貫通孔１４を有し、出力リード線部１３は、リード貫通孔１４を通じて第１基板１０における熱電変換素子の実装面１０ａから、実装面１０ａの反対面である非実装面１０ｂへと引き出される。【選択図】図１
2016072580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に実装配置される熱電変換素子と、
前記熱電変換素子で生成された電力を出力する出力リード線部とを備え、
前記第１基板はリード貫通孔を有し、
前記出力リード線部は、前記リード貫通孔を通じて前記第１基板における前記熱電変換素子の実装面から、前記実装面の反対面へと引き出される、
熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記貫通孔の前記実装面側にはリード保持端子が設けられ、
前記リード線部は前記リード保持端子に接続された、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
冷却液路と、発熱体と、
前記冷却液路に接触させた第１基板と、前記発熱体に接触させた第２基板と、前記第１基板１２と前記第２基板との間に実装配置された熱電変換素子と、前記熱電変換素子で生成された電力を出力する出力リード線部と、を有する熱電変換モジュール、
とを備え、
前記第１基板はリード貫通孔を有し、
前記熱電変換モジュールの周囲で前記冷却液路と前記発熱体との間に設けた絶縁層と
前記出力リード線部は、前記リード貫通孔を通じて前記第１基板における前記熱電変換素子の実装面から、前記冷却液路へと引き出される、
熱電変換構造体。
【請求項４】
前記貫通孔の前記実装面側にはリード保持端子が設けられ、
前記リード線部は前記リード保持端子に接続された、
請求項３に記載の熱電変換構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に使用される熱電変換モジュールおよびこれを用いた熱電変換構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の熱電変換モジュールについて図面を用いて説明する。図４は従来の熱電変換モジュールの構成を示した断面図である。熱電変換モジュール１は、複数の熱電変換素子２が第１基板３と第２基板４との間に配置され、かつ、第１基板３と第２基板４とのそれぞれに実装されることによって構成されている。そして、第１基板３には高温側の高温発熱体５が、また、第２基板４には相対的に低温側の低温体６が接触するように、熱電変換モジュール１が配置されている。熱電変換モジュール１は引き出しリード線７を有し、引き出しリード線７は複数の熱電変換素子２によって熱電変換されたことによって発生した電力を熱電変換モジュール１の外部へ出力する。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の熱電変換モジュール１では、引き出しリード線７は熱電変換モジュール１の側面から引き出されているために、熱電変換モジュール１の厚み寸法に応じて引き出しリード線７の径寸法が制限を受けてしまうものであった。
【０００６】
この結果として、引き出しリード線７の径寸法は低い値の上限値を有してしまい、熱電変換モジュール１から供給される電力は引き出しリード線７における損失を伴うおそれがあるという課題を有するものであった。
【０００７】
そこで本発明は、熱電変換モジュールが電力を高い効率で出力することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に実装配置された熱電変換素子と、前記熱電変換素子で生成された電力を出力する出力リード線部とを備え、前記第１基板はリード貫通孔を有し、前記出力リード線部は、前記リード貫通孔を通じて前記第１基板における前記熱電変換素子の実装面から、前記実装面の反対面へと引き出される、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱電変換モジュールは電力を高い効率で出力することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態における熱電変換モジュールの構成を示す外観分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態における熱電変換構造体の構成を示す断面図
【図４】従来の熱電変換モジュールの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態の例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における熱電変換モジュールの構成を示す断面図であり、図２は本発明の実施の形態１における熱電変換モジュールの構成を示す外観分解斜視図である。
【００１３】
熱電変換モジュール９は、第１基板１０と、第２基板と１１、第１基板１０と第２基板１１との間に実装配置された熱電変換素子１２と、熱電変換素子１２で生成された電力を出力する出力リード線部１３とを含む。第１基板１０はリード貫通孔１４を有し、出力リード線部１３は、リード貫通孔１４を通じて第１基板１０における熱電変換素子１２の実装面１０ａから、実装面１０ａの反対面である非実装面１０ｂへと引き出される。
【００１４】
以上の構成によって、第１基板１０と第２基板１１との温度差によって熱電変換素子１２で生じる電力は、出力リード線部１３を通じて熱電変換モジュール９から外部へと供給される。そして出力リード線部１３は、リード貫通孔１４を通じて第１基板１０における熱電変換素子１２の実装面１０ａから、実装面１０ａの反対面である非実装面１０ｂへと引き出される。このため、出力リード線部１３の径寸法は、第１基板１０と第２基板１１とを隔てる距離の影響を受け難く、リード貫通孔１４の径寸法に応じて大きくすることができる。
【００１５】
この結果として、熱電変換モジュール９から外部へと供給される電力において、出力リード線部１３による損失は抑制されるので、熱電変換モジュール９は電力を高い効率で出力することができる。
【００１６】
以下で熱電変換モジュール９の構成の詳細について説明する。熱電変換モジュール９においては、第１基板１０と第２基板１１との間に複数の熱電変換素子１２とが実装されている。ここで、熱電変換素子１２は第１基板１０および第２基板１１の実装面１０ａに設けられた配線パターン１５に実装されている。そして、端部配線パターン１５ａが出力リード線部１３の導体部１３ａに直接的にあるいは間接的に接合されている。配線パターン１５は様々な配線形態によって複数の熱電変換素子１２を接続していて、個々の熱電変換素子１２による起電力を総合した電力が端部配線パターン１５ａに生じる。第１基板１０および第２基板１１は銅板によって形成されており、配線パターン１５および端部配線パターン１５ａは、第１基板１０および第２基板１１の表面に設けられた絶縁樹脂膜（図示せず）によって、第１基板１０および第２基板１１とは電気的に絶縁されている。そして、図１では、導体部１３ａと端部配線パターン１５ａとは、リード保持端子１６を用いて接合されているが、端部配線パターン１５ａに生じる電力が出力リード線部１３を通じて熱電変換モジュール９から外部へと出力される。
【００１７】
ここで、リード貫通孔１４は銅板状の第１基板１０に穿孔されているので、リード貫通孔１４の径寸法は容易に任意の値へと設定することができる。そして、リード保持端子１６はリード貫通孔１４の実装面１０ａ側に配置され、あるいは、リード保持端子１６の一部がリード貫通孔１４に埋設されたうえで実装面１０ａ側に配置されている。さらに、出力リード線部１３の導体部１３ａはリード保持端子１６の内周側に、導体部１３ａの先端がリード保持端子１６に埋没した状態で、あるいは導体部１３ａの先端がリード保持端子１６おける第２基板１１側に一部が突出した状態で、接合されている。
【００１８】
これにより、出力リード線部１３は大きな径寸法を有している場合であっても、出力リード線部１３が貫通するリード貫通孔１４がその寸法に応じて設定されることとなる。この結果、熱電変換モジュール９の厚み寸法が変更されることなく、大きな径寸法を有した出力リード線部１３の適用が可能となる。つまり、出力リード線部１３は径寸法の制限を受けることはなく、出力リード線部１３での電力損失は抑制される。
これとともに、導体部１３ａは、第１基板１０と第２基板１１とを隔てる距離よりも小さな厚み寸法を有した筒状のリード保持端子１６の内周側に包含されて、リード保持端子１６へ接合されている。この結果、導体部１３ａの径寸法が大きい場合であっても、熱電変換モジュール９の厚み寸法が変更されることなく、大きな径寸法を有した導体部１３ａの適用が可能となる。つまり、導体部１３ａは径寸法の制限を受けることはなく、出力リード線部１３での電力損失は抑制される。
【００１９】
つまり、出力リード線部１３の径寸法に対応するリード貫通孔１４と、リード貫通孔１４の径寸法よりも小さな導体部１３ａの径寸法に対応する内周径を有したリード保持端子１６とが設けられ、これらを通じて出力リード線部１３や導体部１３ａが引き出される。これにより、出力リード線部１３や導体部１３ａは径寸法の制限を受けることはなく、これらでの電力損失は抑制される。
【００２０】
ここで、リード保持端子１６と導体部１３ａとは、リード保持端子１６の内周側で接合されていて、十分な固着力を有しているが、導体部１３ａの先端をリード保持端子１６の第２基板１１側へ突出させるとよい。これにより、リード保持端子１６と導体部１３ａとの接合部１８は出力リード線部１３が脱落することに対する係合部としての機能を有し、出力リード線部１３のリード保持端子１６への固着力が向上する。接合部１８は半田などによって形成されるとよい。
【００２１】
また、リード保持端子１６と第１基板１０との間には空隙が存在しないように、端部配線パターン１５ａはリード保持端子１６の全周を包囲した状態で形成したうえで、端部配線パターン１５ａとリード保持端子１６とが半田などによって接合されるとよい。
【００２２】
また、導体部１３ａは出力リード線部１３よりも径寸法が小さいので、導体部１３ａは非実装面１０ｂから実装面１０ａへと貫通した後に端部配線パターン１５ａへ沿うように曲げられたうえで、直接に端部配線パターン１５ａへ接合されてもよい。
【００２３】
さらに、第２基板１１におけるリード貫通孔１４へ対面する部分には切り欠き部１７が形成されるとよい。これにより、リード保持端子１６の高さ寸法を大きくすることができる。この結果、導体部１３ａとリード保持端子１６との接合状態はさらに強固となり、出力リード線部１３の接続信頼性が向上する。
【００２４】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における熱電変換構造体の構成を示す断面図である。熱電変換構造体１９は、熱電変換モジュール９と、熱電変換モジュール９を両側から挟みこむ形で配置された発熱体２０と、冷却液路２１とを有する。ここで、熱電変換モジュール９の構成は実施の形態１で説明したものと同様であり、熱電変換モジュール９は第１基板１０と、第２基板１１と、第１基板１０と第２基板１１との間に配置された熱電変換素子１２とを有する。
【００２５】
また、熱電変換モジュール９の第１基板１０には低温側の冷却液路２１が、第２基板１１には高温側の発熱体２０が、それぞれ接触して配置されている。そして、熱電変換モジュール９から引き出された出力リード線部１３は、冷却液路２１を通じて外部に接続されている。さらに、熱電変換モジュール９の周囲で冷却液路２１と発熱体２０との間には、絶縁層２２が設けられている。
【００２６】
以上の構成によって、発熱体２０によって高温に熱せられる第２基板１１と、冷却液路２１によって冷却される第１基板１０との温度差に基づいて熱電変換素子１２で生じる電力は、出力リード線部１３を通じて熱電変換モジュール９から外部へと供給される。そして、出力リード線部１３は、リード貫通孔１４を通じて第１基板１０における熱電変換素子１２の実装面１０ａから、実装面１０ａの反対面である非実装面１０ｂへと引き出され、さらに冷却液路２１を通じて熱電変換構造体１９の外部へと引き出される。
【００２７】
このため、出力リード線部１３の径寸法は、第１基板１０と第２基板１１とを隔てる距離の影響を受け難く、リード貫通孔１４の径寸法に応じて大きくすることができる。この結果として、熱電変換モジュール９から外部へと供給される電力において、出力リード線部１３による損失は抑制されるので、熱電変換モジュール９は電力を高い効率で出力することができる。
【００２８】
さらに、出力リード線部１３は、熱電変換モジュール９の図中の側面から絶縁層２２を通じて熱電変換構造体１９の外部へと引き出されるのではなく、熱電変換モジュール９の図中の下面から冷却液路２１を通じて熱電変換構造体１９の外部へと引き出される。これにより、熱電変換モジュール９の周囲に形成された絶縁層２２には、出力リード線部１３の存在に伴う体積や厚みの減少が生じない。
【００２９】
特にこの絶縁層２２は電気的絶縁のみならず高い熱的絶縁性を有する。このため、絶縁層２２の体積や厚みの減少が抑制されることによって、第１基板１０と第２基板１１との間、および熱電変換モジュール９の周囲における発熱体２０側と冷却液路２１側との間の温度差は大きな状態が維持される。この結果、熱電変換素子１２を用いることによる熱電変換モジュール９は、熱から電力へ高い効率によって変換することができる。つまり、この熱電変換構造体１９は、熱電変換効率が高いことに加えて、電力を損失が少ない状態で高い効率によって出力することができる。
【００３０】
さらに、出力リード線部１３は冷却液路２１を通過するように配置されることとともに、出力リード線部１３は第１基板１０に設けられた端部配線パターン１５ａへ接続されている。このため、第１基板１０は冷却液路２１側の温度に追従し易い状態となる。したがって、第１基板１０と第２基板１１との間の温度差は維持され易く、熱電変換モジュール９は、熱から電力へ高い効率によって変換することができる。
【００３１】
ここで、絶縁層２２は熱電変換モジュール９の内部に浸入したて個々の熱電変換素子１２の周囲を満たす状態であっても、あるいは、熱電変換モジュール９の内部における個々の熱電変換素子１２の周囲には空間が残るように絶縁層２２が浸入しない状態であってもよい。しかしながら、個々の熱電変換素子１２の周囲には空間が存在することで、絶縁層２２が個々の熱電変換素子１２の周囲を満たした場合よりも、第１基板１０と第２基板１１との間の熱的絶縁性は維持され易くなる。したがって、熱電変換モジュール９の内部における個々の熱電変換素子１２の周囲には空間が残るように絶縁層２２が浸入しない状態とすることがよりよい。
【００３２】
またここでは、発熱体２０と冷却液路２１とは、熱電変換モジュール９および絶縁層２２によって完全に分離されている状態を一例として示しているが、発熱体２０と冷却液路２１とは完全に分離されている状態であってもよい。あるいは、発熱体２０と冷却液路２１とは互いの一部が接触していてもよい。例えば、発熱体２０における熱電変換モジュール９に概ね対向する位置に発熱の中心が配置される場合、発熱体２０と冷却液路２１との温度差によって高い効率で熱電変換モジュール９は起電力を発生させることができる。そして、熱電変換モジュール９から離れた領域で、発熱体２０と冷却液路２１とは互いの一部が接触させられた状態とすることで、発熱体２０の過剰な温度上昇を抑制できる。このとき、発熱体２０と冷却液路２１とが接触する位置は、冷却液路２１を流れる冷却媒体２１ａの熱電変換モジュール９に対しする下流側であることが望ましい。つまり、熱電変換モジュール９に対向する領域や位置では、発熱体２０と冷却液路２１とは互いに熱的な干渉はない。そして熱電変換モジュール９への関係性が小さな領域や位置で、発熱体２０と冷却液路２１とは互いに熱的な干渉を有している。
【００３３】
これによって、熱電変換構造体１９は、高い効率で熱電変換モジュール９による起電力を得ることができるとともに、ここで得た電力を損失が少ない状態で高い効率によって出力することができ、さらに、発熱体２０の過剰な温度上昇を抑制できる。
【００３４】
以上の実施の形態では第１基板１０には冷却液路２１が接触するものを一例として示している。しかしながら、冷却液路２１は管状でその中に冷却媒体２１ａが流れるものであっても、あるいは、冷却液路２１は冷却媒体そのものであっても構わない。冷却液路２１が冷却媒体そのものである場合は、非実装面１０ｂから実装面１０ａに冷却媒体２１ａが流れ込まないように、熱電変換モジュール９のリード貫通孔１４はシールされるとよい。
【００３５】
またここでは、冷却媒体２１ａとしては特に材料は指定していないが、冷却媒体２１ａは水などの液体であっても、あるいは冷却液路２１としているものの、冷却媒体２１ａとして気体が用いられても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の熱電変換モジュールは、電力を高い効率で出力することができるという効果を有し、各種電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００３７】
９  熱電変換モジュール
１０  第１基板
１０ａ  実装面
１０ｂ  非実装面
１１  第２基板
１２  熱電変換素子
１３  出力リード線部
１３ａ  導体部
１４  リード貫通孔
１５  配線パターン
１５ａ  端部配線パターン
１６  リード保持端子
１７  切り欠き部
１８  接合部
１９  熱電変換構造体
２０  発熱体
２１  冷却液路
２１ａ  冷却媒体
２２  絶縁層
【図１】
2016072580.tif 000003
【図２】
2016072580.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016072580.tif 000006