(57)【要約】【課題】一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れていて熱効率が良い熱電素子モジュールを提供すること。【解決手段】対向して配置したカーボン基板１，２間に、複数のｎ型半導体３−１、３−２、３−３、…と、複数のｐ型半導体４−１、４−２、４−３、…とを平面状に配列し、これらｎ型半導体及びｐ型半導体の双方の端部を一方のカーボン基板１側に形成した金属電極６−１、６−２、６−３、…と、他方のカーボン基板２側に形成した金属電極８−１、８−２、８−３、…とで交互に接続している。カーボン基板１、２は高熱伝導性カーボン複合材を用いており、カーボン基板１、２間の隙間には断熱材１１を充填している。高熱伝導性カーボン複合材として、高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材又はアモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材を用いる。【選択図】図１
2009141079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された複数の基板と、前記基板間に離間して配置された複数のｎ型及びｐ型半導体と、前記各基板の対向面に形成され前記ｎ型及びｐ型半導体を交互に接続する複数の金属電極と、前記各金属電極と前記各基板とを絶縁する絶縁層とを備えた熱電素子モジュールであって、前記基板は高熱伝導性カーボン複合材で構成されることを特徴とする熱電素子モジュール。
【請求項２】
前記高熱伝導性カーボン複合材は、高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材であることを特徴とする請求項１記載の熱電素子モジュール。
【請求項３】
前記高熱伝導性カーボン複合材は、アモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材であることを特徴とする請求項１記載の熱電素子モジュール。
【請求項４】
前記ｎ型半導体及びｐ型半導体の周囲に形成される隙間に断熱材を充填したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱電素子モジュール。
【請求項５】
前記断熱材は、シリカ系エアロゲルであることを特徴とする請求項４記載の熱電素子モジュール。
【請求項６】
前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する少なくとの一方の基板に放熱／吸熱板を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱電素子モジュール。
【請求項７】
前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する一方の基板の外側端面に設けられた吸熱板と、他方の基板の外側端面に熱入力側となる蒸発部が高熱伝導性部材を介して接触配置されたヒートパイプと、該ヒートパイプの熱出力側となる凝縮部に接触配置された放熱板とを具備したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱電素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼーベック効果を利用する発電用素子モジュール又はペルチェ効果を利用する冷却／加熱用素子モジュールに適用可能な熱電素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の基板を対向配置し、各基板の対向面にそれぞれ金属電極を接合し、該金属電極を介してｎ型半導体とｐ型半導体を交互に接続した熱電素子モジュールが知られている。熱電素子モジュールでは、ｎ型半導体とｐ型半導体とを接続した接続部を高温側端部として高温に保持する一方、該高温側端部と反対側となるｎ型半導体及びｐ型半導体の脚部を低温側端部として低温に保持することにより、ゼーベック効果で高温側端部と低温側端部との間の温度差に起因して起電力が発生する。発電用熱電素子モジュールの場合、この起電力を発電電力として回収する。また、ｎ型半導体の脚部に正の電圧を印加し、ｐ型半導体の脚部に負の電圧を印加することにより、これら脚部とは反対側となるｎ型半導体とｐ型半導体との接続部に熱が発生する。冷却／加熱用熱電素子モジュールの場合、ｎ型半導体とｐ型半導体との接続部が加熱される一方、ｎ型半導体及びｐ型半導体の脚部が熱移動により冷却される。
【０００３】
上記発電用熱電素子モジュール又は冷却／加熱用熱電素子モジュールは熱エネルギーから電気エネルギー、又はその逆へ直接変換が可能であることから、未利用の熱エネルギーを利用でき、また環境への負荷が少ない熱交換システムを実現できる。
【０００４】
ところで、熱電素子モジュールに用いられる基板は、ｎ型半導体及びｐ型半導体に対して熱を良好に伝達し、またｎ型半導体及びｐ型半導体の熱を外部へ良好に伝達することのできる熱伝導率の良いものが望まれる。熱伝導率の良い材料として金属基板が考えられるが、ｎ型半導体及びｐ型半導体との熱膨張率の差が大きいために、接合面に亀裂が生じて長期使用には適さないと考えられる。
【０００５】
また、熱電素子モジュールの基板としてセラミック基板を用いれば、熱膨張率はｎ型半導体及びｐ型半導体とほぼ同じであるため、接合面に亀裂が入る危険は少なくなる。しかし、セラミック基板は金属基板に比べて熱伝導率が小さく、基板からｎ型半導体及びｐ型半導体に熱を良好に伝達できないという欠点がある。
【０００６】
また、炭素質材料からなる炭素質基板は、基板の熱伝導性が優れ、熱効率が良く、かつ基板の熱膨張率が半導体のそれと類似し、有害な大きな熱応力が発生することのない熱電素子モジュール用基板であるとされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には炭素質基板の具体例として炭素繊維強化炭素複合材料、等方性高密度炭素材料が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１３５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された炭素繊維強化炭素複合材料、等方性高密度炭素材料といった一般炭素材の熱伝導率は、一般に銅の１／３程度であることから、一般炭素材を基板材料に用いたとしても、基板での熱損失を十分に抑えることはできなかった。
【０００８】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れていて熱効率が良く、かつ基板と半導体との熱膨張率の差が小さく熱応力が発生することのない高信頼性の熱電素子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】
【０００９】
本発明の熱電素子モジュールは、対向して配置された複数の基板と、前記基板間に離間して配置された複数のｎ型及びｐ型半導体と、前記各基板の対向面に形成され前記ｎ型及びｐ型半導体を交互に接続する複数の金属電極と、前記各金属電極と前記各基板とを絶縁する絶縁層とを備えた熱電素子モジュールであって、前記基板は高熱伝導性カーボン複合材で構成されることを特徴とする。
【００１０】
このように構成された熱電素子モジュールによれば、モジュール外と熱交換する基板が一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れた高熱伝導性カーボン複合材で構成されたので、基板での熱損失を大幅に軽減することができ、熱効率を改善することができる。
【００１１】
前記高熱伝導性カーボン複合材として、高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材又はアモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材を用いることができる。
【００１２】
上記熱電素子モジュールにおいて、前記ｎ型半導体及びｐ型半導体の周囲に形成される隙間に断熱材を充填することが望ましく、前記断熱材としてシリカ系エアロゲルを用いることができる。これにより、モジュール内の熱対流及び輻射熱による熱エネルギーの損失が抑制され、発電効率を高めることができる。
【００１３】
上記熱電素子モジュールにおいて、前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する少なくとの一方の基板に放熱／吸熱板を設けることにより、モジュール端部での放熱または吸熱を効率良く行うことができる。
【００１４】
また本発明は、上記熱電素子モジュールにおいて、前記複数の基板のうちモジュール端部に位置する一方の基板の外側端面に設けられた吸熱板と、他方の基板の外側端面に熱入力側となる蒸発部が高熱伝導性部材を介して接触配置されたヒートパイプと、該ヒートパイプの熱出力側となる凝縮部に接触配置された放熱板とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された熱電素子モジュールによれば、吸熱板に接触した一方の基板側からｎ型半導体及びｐ型半導体に伝搬した熱が、他方の基板に高熱伝導性部材を介して接触したヒートパイプを経由して放熱板から放出される。したがって、ｎ型半導体及びｐ型半導体の両端部の温度が均衡しないので吸熱板への熱供給を維持できれば、長時間にわたって発電動作を維持することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れていて熱効率が良く、基板での熱損失を抑制できると共に、基板と半導体との熱膨張率の差が小さく接合面での亀裂の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】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る熱電素子モジュールに関する図であり、熱電素子モジュールを構成する最小構成要素である熱電素子の原理図を示している。
【００１８】
本実施の形態の熱電素子モジュールは、高熱伝導性を有する一対のカーボン基板１，２が平行に対向配置されていて、そのカーボン基板１，２間にｎ型半導体３とｐ型半導体４とが離間して配置されている。一方のカーボン基板１には絶縁膜として機能する接着剤５により金属電極６が接合されている。ｎ型半導体３及びｐ型半導体４のカーボン基板１側の端部はそれぞれ金属電極６に接続されていて、接合部を形成している。また、他方のカーボン基板２にはｎ型半導体３の他端部となる脚部に相当する領域に絶縁膜として機能する接着剤７により金属電極８が接合されている。カーボン基板２にはｐ型半導体４の他端部となる脚部に相当する領域に絶縁膜として機能する接着剤９により金属電極１０が接合されている。ｎ型半導体３とｐ型半導体４の各脚部に相当する領域に形成された金属電極８と金属電極１０とは離間していて絶縁されており、各々対向する脚部となるｎ型半導体３とｐ型半導体４の各端部が接続している。ｎ型半導体３とｐ型半導体４の周囲及び基板１、２間の隙間を埋めるように断熱材１１が充填されている。なお、熱電素子モジュールの側壁は防湿シールド１２で覆われている。
【００１９】
本実施の形態では、上記カーボン基板１，２として高熱伝導性カーボン複合材を用いている。たとえば、銅よりも熱伝導性に優れたカーボン複合材として高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材、アモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材を用いることができる。高異方性グラファイト／アモルファスカーボン複合材の場合、熱伝導率は概略１２００Ｗ／ｍｋである。またアモルファスカーボン／カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率は概略１８００Ｗ／ｍｋである。銅の熱伝導率は概略４００Ｗ／ｍｋであるので、本実施の形態で用いるカーボン基板１，２は銅の約３倍以上の効率で熱を伝えることができることになる。
【００２０】
本実施の形態では、断熱材１１としてシリカ系エアロゲルを使用している。シリカ系エアロゲルは、熱伝導率が概略０．０２Ｗ／ｍｋであり、大気（窒素）と同程度の断熱性を実現できる。
【００２１】
以上のように構成された熱電素子は、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の一方の端部が金属電極６にて接続されたカーボン基板１側を高温に保持する一方、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の他方の端部となる他方のカーボン基板２側を低温に保持することで、ゼーベック効果による起電力が誘起される。
【００２２】
また、ｎ型半導体３の脚部に接続した金属電極８に負の電圧を印加し、ｐ型半導体４の脚部に接続した金属電極１０に正の電圧を印加することにより、ペルチェ効果により熱がｎ型半導体３及びｐ型半導体４の脚部側（カーボン基板２側）から接続部側（カーボン基板１側）へ移動してカーボン基板２側が冷却され、カーボン基板１側が加熱する。
【００２３】
以上のように、ゼーベック効果を利用した発電又はペルチェ効果を利用した冷却／加熱動作の際にカーボン基板１，２を介して素子内外で熱が移動する。このとき、本実施の形態ではカーボン基板１，２として特殊加工された高熱伝導性カーボン複合材を用いているので、ｎ型半導体３及びｐ型半導体４の一端部と一方のカーボン基板１の外側との間で、カーボン基板１を銅よりも３倍以上も高い効率で熱が移動することとなり、カーボン基板１を伝搬する際の熱エネルギーの損失を大幅に低減することができる。同様に、ｎ型半導体３及びｐ型半導体４の脚部となる他端部と他方のカーボン基板２の外側との間で熱が伝搬する際にカーボン基板２を伝搬する際の熱エネルギーの損失を大幅に低減することができる。
【００２４】
しかも、本実施の形態では、高温となる一方のカーボン基板１と低温となる他方のカーボン基板２との間に形成される隙間に断熱材１１を充填するので、該隙間を通した熱対流による熱伝搬を遮断できる。また、ｎ型半導体３とｐ型半導体４の周囲に断熱材１１が充填されているので、ｎ型半導体３とｐ型半導体４からの輻射熱も遮断することができる。この結果、熱対流及び輻射熱による熱エネルギーの損失が抑制され、発電用熱電素子モジュールであれば発電効率を高めることができる。
【００２５】
次に、以上のようにカーボン基板１，２に高熱伝導性カーボン複合材を用いた熱電素子を用いて熱電素子モジュールを構成した例について説明する。
【００２６】
図２は単構造の熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
複数のｎ型半導体３−１、３−２、３−３と、複数のｐ型半導体４−１、４−２、４−３とを平面状に配列し、これらｎ型半導体及びｐ型半導体の双方の端部を一方のカーボン基板１側に形成した金属電極６−１、６−２、６−３と、他方のカーボン基板２側に形成した金属電極８−１、８−２、８−３、８−４とで交互に接続している。カーボン基板１、２は上記した通り高熱伝導性カーボン複合材を用いている。また、カーボン基板１、２間の隙間には断熱材１１を充填している。なお、５−１〜５−３、７−１〜７−４は絶縁膜として機能する接着剤である。
【００２７】
このように、複数のｎ型半導体及びｐ型半導体を交互に接続して熱電素子モジュールを構成することで、吸熱面（放熱面）の面積を拡張することができ、用途に合わせた寸法及び発電電力を実現することができる。
【００２８】
図３は多段構造の熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
図２に示す単構造の熱電素子モジュールを２段に重ねて多段構造としている。３つのカーボン基板１，２，２１をそれぞれの基板間にｎ型半導体及びｐ型半導体を挟んで重ねて配置し、中央に配置されるカーボン基板１は下段の熱電素子モジュールと上段の熱電素子モジュールとで共用している。
【００２９】
下段の熱電素子モジュールのカーボン基板１の上面側に対してカーボン基板２１を対向配置し、カーボン基板１、２１間にｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３を配置している。ｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３の各一端部を、カーボン基板２１の対応領域に絶縁膜からなる接着剤２４−１〜２４−３で固定された金属電極２５−１〜２５−３に対して接続している。また、ｎ型半導体２２−１〜２２−３及びｐ型半導体２３−１〜２３−３の各他端部を、カーボン基板１の対応領域に絶縁膜からなる接着剤２６−１〜２６−４で固定された金属電極２７−１〜２７−４に対して接続している。
【００３０】
従来構造では、単構造の熱電素子モジュールを積み重ねていくと、上下段モジュールの接合面で熱効率が著しく低下するので、多段構造とするのは困難であった。一方、本実施の形態では、上下モジュールの接合面及び両端面に配置されるカーボン基板１及び２、２１の熱伝導率が大幅に改善されているので、効率よく次段のモジュールへ熱を伝えることができる。なお、上下モジュールの接合面も外気に触れないように断熱材１１で覆っている。
【００３１】
図４はカーボン基板の外側端面の表面積を大きくした構造を示している。なお、図２に示す熱電素子モジュールと同一部分には同一符号を付している。カーボン材は、セラミクス又は金属に比べて加工が容易であるといった特性を有している。したがって、図４に示すようにカーボン基板１，２の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを一体形成することができる。このように、カーボン基板１，２の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを一体形成することにより、カーボン基板１，２での熱交換効率を向上させることができる。なお、カーボン基板１，２の双方の外側端面に熱交換用フィン３０ａ，３０ｂを形成する場合に限らず、熱交換用フィン３０ａまたは３０ｂの一方だけを設けるようにしても良い。
【００３２】
図５は太陽光で発電を行うのに好適な熱電素子モジュールの構成図である。
熱電素子モジュールの基本構造は、図２に示す単構造の熱電素子モジュールと同じであり、同一部分には同一符号を付している。この熱電素子モジュールは、一方のカーボン基板１の外側端面にガラス板等からなる透光性基板３５を配置し、カーボン基板１と透光性基板３５との間に透明度の高い断熱材３６を介在させている。また、他方のカーボン基板２の外側端面には熱交換用フィン３０ｂを一体形成している。
【００３３】
以上のように構成された熱電素子モジュールの透光性基板３５に光を照射することにより、光の輻射熱が透光性基板３５及び断熱材３６を伝搬してカーボン基板１に到達する。カーボン基板１は輻射熱で高温となるが、熱伝導率の極めて高いカーボン基板１を介してｎ型半導体３−１〜３−３及びｐ型半導体４−１〜４-３の接合部側を高温に保つ。
【００３４】
一方、他方のカーボン基板２の外側面は、透光性基板３５に入射した光はモジュール構成物で遮られて影側となるので直接入射しない。他方のカーボン基板２の外側端面に一体形成した熱交換用フィン３０ｂで放熱されるので、ｎ型半導体３−１〜３−３及びｐ型半導体４−１〜４-３の他端部は熱伝導率の極めて高いカーボン基板２を介して熱を奪われて低温に保たれる。
【００３５】
たとえば、上記熱電素子モジュールを建屋の屋根材等に組み込んで発電用熱電素子モジュールとして用いることができる。熱電素子モジュールのカーボン基板１側（透光性基板３５）を太陽光側に向けて配置し、カーボン基板２側は建屋内側に配置する。カーボン基板１が太陽光の輻射熱で加熱される一方で、反対側のカーボン基板２が熱交換用フィン３０ｂが大気と熱交換して放熱するので、長時間に渡って効率よく発電することができる。
【００３６】
図６はヒートパイプを組み合わせた熱電素子モジュールの構成例を示す図である。
熱電素子モジュール４０は、図５に示すようにカーボン基板２側に熱交換用フィン３０ｂを一体形成したものであり、透光性基板３５及び断熱材３６を除けば図５の熱電素子モジュールと同一構成を有している。
熱電素子モジュール４０は、熱交換用フィン３０ｂの形成面とは反対側のカーボン基板１にヒートパイプ４１で構成される放熱装置を備えている。ヒートパイプ４１の凝縮部の外周面に放熱板４２の一部が接触して取り付けられている。ヒートパイプ４１の蒸発部は熱伝導率の高い金属性（例えば、銅）のベース４３内に面接触させて挿入されている。
【００３７】
図７にヒートパイプの動作原理図を示す。ヒートパイプは、密閉容器５１内に少量の作動液体が減圧封入されていて、密閉容器５１の内壁に液体還流用のウィック５２が取り付けられる。蒸発部４１ａに加えられた熱で作動液体が沸騰して蒸発熱が入力されることになる。蒸気流は圧力差により蒸発部４１ａから凝縮部４１ｂへ流れて凝縮部４１ｂにおいて凝縮される。この結果、凝縮部４１ｂで凝縮熱が放出される。凝縮部４１ｂで凝縮されて液化した作動液体は毛細管現象によるポンプ作用でウィック５２を通り蒸発部４１ａへ還流する。
【００３８】
本実施の形態では、温水又は温風その他の熱源を用いて熱交換用フィン３０ｂを加熱して吸熱させる。熱交換用フィン３０ｂで吸熱された熱はカーボン基板２を熱効率よく伝搬してｎ型半導体及びｐ型半導体におけるカーボン基板２側の端部を加熱する。ｎ型半導体及びｐ型半導体の反対側の端部は当初は大気温であるので、熱交換用フィン３０ｂで吸熱された熱はｎ型半導体及びｐ型半導体を伝搬して反対側のカーボン基板１へ伝搬する。この熱の移動によって、ｎ型半導体及びｐ型半導体の両端部の温度が均衡すると熱移動がなくなり発電停止となる。
【００３９】
本実施の形態では、反対側のカーボン基板１に金属性のベース４３を介してヒートパイプ４１の蒸発部４１ａが接触している。したがって、反対側のカーボン基板１へ伝搬した熱はヒートパイプ４１の蒸発部４１ａに伝えられる。上記した通り、蒸発部４１ａに加えられた熱で作動液体が沸騰し、その蒸気流が圧力差により蒸発部４１ａから凝縮部４１ｂへ流れて凝縮部４１ｂにおいて凝縮され、凝縮熱が放出される。ヒートパイプ４１の凝縮部４１ｂから放出される熱は放熱板４２によって大気へ放熱される。したがって、ヒートパイプ４１がモジュール側から蒸発部４１ａに与えられる熱を極めて高い熱効率で大気放出するので、ヒートパイプ４１の蒸発部４１ａと接したカーボン基板１はいつまでも大気温に保たれる。したがって、ヒートパイプ４１を用いた放熱作用により、熱電素子モジュール４０のｎ型半導体及びｐ型半導体の両端に形成される温度差をいつまでの維持することができ、発電動作を継続させることができる。
【００４０】
たとえば、熱交換用フィン３０ｂに一定時間発熱し続ける熱源を接触させることは有効である。熱源の発熱方式として、ベンジンなどの燃料を気化させプラチナ触媒で還元させることで発生する熱を利用する方式を利用可能である。このような発熱方式によればベンジンとプラチナ触媒により火を使わずに１３０℃〜３５０℃の熱を長時間（例えば２４時間）にわたって発生させることができる。
【００４１】
次に、上記熱電素子モジュールを地上に設置し、地中との温度差で発電する発電システムについて説明する。
図８には上記熱電素子モジュールとヒートポンプとを組み合わせた熱発電システム６０、並びに上記熱電素子モジュールとヒートパイプとを組み合わせた熱発電システム７０の２つの例の概念図が示されている。
【００４２】
一方の熱発電システム６０は、図２に示す熱電素子モジュールを備えた熱発電ユニット６１と、熱交換ユニット６２及びヒートポンプ６３を主な構成要素として構成されている。熱発電ユニット６１は、熱電素子モジュールの一方のカーボン基板１側を太陽光側に向けて配置されている。熱電素子モジュールの他方のカーボン基板２に熱交換ユニット６２の一方の端面が面接触している。熱交換ユニット６２には熱電導体６４の一端部が接続されており、熱伝導体６４は断熱材６５で全体が覆われている。熱交換ユニット６２は、熱電素子モジュールの他方のカーボン基板２と熱伝導体６４の一端部との間の熱交換を行う。熱伝導体６４の他端部は、熱伝導体６４の他端部に現れる低温のエネルギーを高温の熱に変えるシステムの一つであるヒートポンプ６３に接触している。図９に動作原理図を示すように、ヒートポンプ６３は、蒸発器７１、凝縮器７２、コンプレッサ７３、膨張弁７４及び冷媒循環パイプ７５で構成されている。ヒートポンプ６３では、蒸発器７１にて熱伝導体６４の他端部に現れる熱を熱源として利用し、凝縮器７２において低温水である地下水に放熱する。このように、太陽光熱を熱電素子モジュールのｎ型半導体及びｐ型半導体を移動させてヒートポンプ６３に導き、ヒートポンプ６３を介して年間を通して一定温度の地下水脈へ放熱するので、熱的に飽和せずに発電を継続することができる。
【００４３】
また熱発電システム７０は、ヒートパイプ７６の先端部を地中の地熱が発生している熱源まで挿入しており、ヒートパイプ７６の他端部は熱伝導体６４を介して熱交換ユニット６２に連結している。ヒートパイプ７６は、図７に示す構造を有しており、蒸発部４１ａが地熱の発生している熱源付近に配置され、凝縮部４１ｂが熱交換ユニット６２に接触している。熱発電ユニット６１を構成する熱電素子モジュールのカーボン基板２が熱交換ユニット６２に面接触し、他方の側となるカーボン基板１側が大気にさらされている。したがって、熱電素子モジュールのカーボン基板２が地熱による熱で常に加熱される一方、熱電素子モジュールのｎ型半導体及びｐ型半導体を移動してカーボン基板１に伝搬される熱は、大気温度に維持されたカーボン基板１から放熱されるので熱的に飽和せずに発電を継続することができる。
【００４４】
本発明は上述した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、発電用熱電素子モジュール及び冷却／加熱用熱電素子モジュールに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱電素子モジュールを構成する熱電素子の原理図
【図２】本発明の実施の形態に係る単構造の熱電素子モジュールの構成図
【図３】本発明の実施の形態に係る多段構造の熱電素子モジュールの構成図
【図４】本発明の実施の形態においてカーボン基板の外側端面の表面積を大きくした構造を示す図
【図５】本発明の実施の形態において太陽光で発電を行うのに好適な熱電素子モジュールの構成図
【図６】本発明の実施の形態においてヒートパイプを組み合わせた熱電素子モジュールの構成図
【図７】ヒートパイプの動作原理図
【図８】地下水又は地熱を利用した発電システムの概念図
【図９】ヒートポンプの動作原理図
【符号の説明】
【００４７】
１、２…カーボン基板
３、３−１、３−２、３−３…ｎ型半導体
４、４−１、４−２、４−３…ｐ型半導体
５、７、９…接着剤
６、６−１、６−２、６−３、８、８−１、８-２、８−３、８−４、１０…金属電極
１１…断熱材
１２…防湿シールド
３０ａ，３０ｂ…熱交換用フィン
３５…透光性基板
３６…断熱材
４０…熱電素子モジュール
４１…ヒートパイプ
４２…放熱板
４３…ベース
【図１】
2009141079.tif 000003
【図２】
2009141079.tif 000004
【図３】
2009141079.tif 000005
【図４】
2009141079.tif 000006
【図５】
2009141079.tif 000007
【図６】
2009141079.tif 000008
【図７】
2009141079.tif 000009
【図８】
2009141079.tif 000010
【図９】
2009141079.tif 000011