【手続補正書】
【提出日】平成20年6月27日(2008.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の熱電半導体と、前記熱電半導体の高温熱源側の面に設置され前記熱電半導体を電気的に直列に接続する熱源側電極部と、前記熱電半導体の低温熱源側の面に設置され前記熱電半導体を電気的に直列に接続する放熱側電極部と、前記熱源側電極部を覆い高温熱源から熱を受ける加熱板と、前記放熱側電極部を覆い低温熱源へ熱を伝える冷却板と、少なくとも前記熱源側電極部と前記加熱板との間に介在される熱伝導性を有する滑り材と、前記加熱板と前記冷却板とを連結板で連結することによって該連結板で前記加熱板と前記冷却板の全周側面を覆って前記加熱板と前記冷却板との間の空間を密閉する気密構造とされた容器とを備え、前記容器内の圧力を当該容器の外の圧力よりも低いものとして運転時に０．４気圧以上の差圧が得られる減圧雰囲気又は真空とし、前記差圧により得られる加圧力により、前記滑り材が前記熱源側電極部に押圧されて前記熱源側電極部と一体に保持され、且つ前記滑り材が前記加圧状態において前記熱源側電極部または前記加熱板との間の相対的摺動を許容する熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記滑り材は低摩擦係数のシート材である請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記シート材は電気絶縁性の高分子シートであることを特徴とする請求項２記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記シート材はカーボンシートであり、前記電極部と前記シート材との間に電気絶縁材あるいは電気絶縁層が介在している請求項２記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記滑り材としてグリースを用いるものである請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記容器内を不活性雰囲気または還元雰囲気で満たしたものである請求項１から４のいずれか１つに記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記容器は前記連結板部分に前記加熱板と前記冷却板との間隔を伸縮可能とするベローズを備え、前記加圧力により前記ベローズを変形させて前記加熱板と前記熱源側電極部とを前記滑り材を介して密着させるものである請求項１から６のいずれか１つに記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記加熱板の前記高温側熱源に向かう面の放射率に比べ、前記連結板の面の放射率を小さくしたものである請求項１から７のいずれか１つに記載の熱電変換モジュール。
【請求項９】
熱電変換モジュールの使用温度下で液状を呈する低融点材料と、この低融点材料を封入し且つ液状の前記低融点材料の変形を許容する柔軟性を備えるシェルとを有する伝熱用クッションを、前記加熱板とこれに接触する高温熱源との間または前記冷却板とこれに接触する低温熱源との間の少なくとも一方に備えるものである請求項１から８のいずれか１つに記載の熱電変換モジュール。
【請求項１０】
前記伝熱用クッションと前記加熱板あるいは前記冷却板との間には熱伝導性を有する低摩擦係数のシート材からなる第２の滑り材が介在されている請求項９記載の熱電変換モジュール。
【請求項１１】
前記熱源側電極部が電極層と電気絶縁層を有する傾斜機能材料で構成され、かつ前記滑り材がカーボンシートである請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項１２】
前記熱源側電極部と前記カーボンシートとの間にさらにマイカシートを介在させたものである請求項１１記載の熱電変換モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明の熱電変換モジュールは、少なくとも一対の熱電半導体と、前記熱電半導体の高温熱源側の面に設置され前記熱電半導体を電気的に直列に接続する熱源側電極部と、前記熱電半導体の低温熱源側の面に設置され前記熱電半導体を電気的に直列に接続する放熱側電極部と、前記熱源側電極部を覆い高温熱源から熱を受ける加熱板と、前記放熱側電極部を覆い低温熱源へ熱を伝える冷却板と、少なくとも前記熱源側電極部と前記加熱板との間に介在される熱伝導性を有する滑り材と、前記加熱板と前記冷却板とを連結板で連結することによって該連結板で前記加熱板と前記冷却板の全周側面を覆って前記加熱板と前記冷却板との間の空間を密閉する気密構造とされた容器とを備え、前記容器内の圧力を当該容器の外の圧力よりも低いものとして運転時に０．４気圧以上の差圧が得られる減圧雰囲気又は真空とし、前記差圧により得られる加圧力により、前記滑り材が前記熱源側電極部に押圧されて前記熱源側電極部と一体に保持され、且つ前記滑り材が前記加圧状態において前記熱源側電極部または前記加熱板との間の相対的摺動を許容するようにしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
したがって、本発明によると、少なくとも熱源側電極部が高温熱源側の加熱板と直接接合されることなく滑り材を介在させることにより、高温熱源側の加熱板が熱膨張しても、加熱板と滑り材との間で滑りが生ずるために、熱電半導体および熱源側電極部および放熱側電極部にはせん断応力が作用しない。また、シート材が介在する界面は、熱電変換モジュールに作用する加圧力により良好に密着し、当該界面における接触熱抵抗を小さくできる。また、気密の容器に熱電変換モジュールの構成部品が密封されるので、外気の影響を受けず、容器の内部に収容された熱電変換モジュールの構成部品並びに滑り材の酸化による劣化を防止できる。加えて、熱電変換モジュールの構成部品が容器内に収容されるので、外部からの物理的衝撃や圧力・温度などの急激な変動などを緩和し、外部からの力に対する強度が高まる。さらに、滑り材が介在する加熱板と熱源側電極部との間の界面は、容器内の圧力を当該容器の外の圧力よりも低いものとして運転時にも０．４気圧以上の差圧が生じ、差圧により得られる加圧力によって、より良好に密着する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、滑り材として熱伝導性のグリースを用いる場合には、容器と熱源側電極部との相対的なスライド移動を可能にしてせん断応力の発生を防ぐと共に、粘性物質であるために加熱板と電極部とを隙間なく密着させて当該界面における接触熱抵抗を小さくできる。これにより熱電半導体に大きな温度差を負荷できる。しかも、気密容器に密封されているため、熱酸化によるグリースの劣化やグリースの蒸発などの問題が無くなり、グリースを長期に安定して容器と熱源側電極部との間に保持できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項１記載の熱電変換モジュールによれば、高温熱源側の加熱板が膨張しても、熱源側電極部との間に介在される滑り材によって滑りを生じさせるため、熱電半導体および熱源側電極部および放熱側電極部にはせん断応力が作用することがない。このため、熱電変換モジュールを大型化しても、脆弱な熱電半導体を破壊したり、接合面で剥離を生じることがなく、熱電変換モジュールの大型化が可能となり、熱電半導体の実質的な充填密度を向上でき、出力密度（単位面積当たりの出力）を増大することができる。また、滑り材が介在する界面は、熱電変換モジュールに作用する加圧力により良好に密着し、当該界面における接触熱抵抗を小さくできるので、熱電半導体に大きな温度差を負荷できる。さらに、本発明の熱電変換モジュールは、冷却板と加熱板とが連結板で連結され、滑り材を介して冷却板と加熱板との間で熱電半導体並びに電極部を挟んで一体化されているので、モジュールとしての強度が強く壊れ難いものとなると共に取り扱いが容易になる上に、組み立ても容易で工業的な量産に適するものとなる。
また、この熱電変換モジュールによれば、熱電変換モジュールの構成部品が気密の容器内に密封されるので、いかなる雰囲気例えば酸化雰囲気や腐食性雰囲気の下でも使用することができる。加えて、熱電変換モジュールの構成部品が気密の容器内に収容されるので、外部からの力に対する強度が高まる。さらに、滑り材が介在する少なくとも加熱板と熱源側電極部との間の界面は、容器内外の差圧により容器外から加圧されるため、良好な密着性により当該界面における接触熱抵抗を小さくでき、さらに熱電半導体に大きな温度差を負荷できる。
さらに、この熱電変換モジュールによれば、容器内を真空または不活性雰囲気または還元雰囲気とするので、容器の内部に収容された熱電変換モジュールの構成部品並びに滑り材の酸化による劣化を防止できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、請求項２記載の熱電変換モジュールによれば、滑り材としてシート材を採用しているので、組み立て時の取り扱いが容易である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに請求項３記載の熱電変換モジュールによれば、滑り材として高分子シート材を採用しているので、摺動性に優れると共に電気絶縁性であることから、電気絶縁層を有さない電極材に対しても、あるいは電気絶縁層を有するＦＧＭコンプライアント・パッドのいずれにも直接接触させることができ、モジュール部品点数を削減できると共に構造を簡単にすることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
さらに請求項４記載の熱電変換モジュールによれば、滑り材としてカーボンシートを採用することにより、摺動性だけでなく熱伝導性並びに耐熱性にも優れるので、熱抵抗が大幅に低減して大きな熱負荷をかけることができる。しかも、カーボンシートは耐熱性に優れるので、熱電半導体の使用最高温度を高温域のものとすることが可能である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
さらに請求項５記載の熱電変換モジュールによれば、滑り材として粘性物質であるグリースを採用しているので、加熱板と電極部とを隙間なく密着させて当該界面における接触熱抵抗を小さくできると共に熱電半導体に大きな温度差を負荷できる。しかも、加熱板の熱膨張時にも、グリースの潤滑効果により、加熱板が滑らかに移動するので、熱源側並びに放熱側の電極部や熱電半導体にはせん断応力が作用しない上に、各電極部と加熱板あるいは冷却板との間の密着関係も損なわれない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
さらに請求項７記載の熱電変換モジュールによれば、容器の内外での圧力差により加わる圧力によりべローズが変形して、容器の加熱側内面と容器内部の熱電変換モジュールの構成部品との密着が促進されるので、より熱抵抗を少なくして大きな温度差を負荷できる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
さらに請求項８記載の熱電変換モジュールによれば、加熱板からの給熱量を大きくしながら熱電半導体の周りからの入熱を遮って熱電半導体に負荷される温度差を大きくできるので、熱電半導体に負荷される温度差を大きくできる。熱電変換モジュールの発電性能は熱電半導体に負荷される温度差のほぼ２乗に比例するため、熱電変換モジュールの発電性能を大幅に向上できる。しかも、熱電変換モジュールの側面即ち連結板部分からの発電に寄与しない入熱量が少なくなるので、気密の容器を用いる場合には内圧の上昇を抑えて、容器の膨張による部品相互の密着を妨げることがないし、容器内の減圧度そのものを少なくすることも可能となる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに請求項９記載の熱電変換モジュールによれば、使用温度下で液状を呈する低融点材料およびこの低融点材料を封入する柔軟なシェルが、接触する伝熱面の曲面状の変形（面外変形）に追従して、２つの伝熱面の間を良好に充填し、これら２面の間に空隙が生じてしまうことを防いで接触熱抵抗を小さくすると共に液状の低融点材料が熱伝導率が高く伝熱用クッションそのものの熱抵抗を低く抑えることができるので、効率的に熱を伝えることができる。これにより、熱電変換モジュールに負荷できる温度差をさらに増大でき、熱電変換モジュールの発電電力を向上できる。すなわち実質的なエネルギー変換効率を向上できる。これにより熱電変換システムの発電単価を低減できる。また、液状の低融点材料を封入した柔軟なシェルがクッションとして機能し、むやみに強く挟み付けなくとも高温熱源と加熱板とが密着できるので、熱電変換モジュールに作用する加圧力により熱電半導体が破壊してしまうことを防止できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに請求項１０記載の熱電変換モジュールによれば、伝熱用クッションと加熱板あるいは冷却板との間に低摩擦係数のシート材からなる第２の滑り材が介在されているので、伝熱面が熱膨張した場合でも、伝熱面を第２の滑り材上で滑らせて面方向にスライド移動させるので、シェルに作用しようとするせん断応力を逃がし、シェルの破壊を防止できる。これにより、伝熱面が大型となる場合の大きな熱膨張変位、例えば大型の加熱ダクトの運転・停止中の温度差に起因する熱膨張変位を許容できる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
さらに請求項１１記載の熱電変換モジュールによれば、熱源側電極部として電極層と電気絶縁層を有する傾斜機能材料を用いかつ滑り材としてカーボンシートを用いているので、摺動性だけでなく熱伝導性に優れ、かつびに耐熱性にも優れるので、熱抵抗が大幅に低減して大きな熱負荷をかけることができる。しかも、カーボンシートは耐熱性に優れるので、熱電半導体の使用最高温度を高温域のものとすることが可能である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
さらに請求項１２記載の熱電変換モジュールによれば、熱源側電極部とカーボンシートとの間にマイカシートを介在させることで、カーボンと電極部との電気絶縁を確実なものとした上に加熱板と電極部との間での滑りを良好なものとすることができる。