热电转换模块及其制造方法技术

本发明专利技术提供发电能力高、热电转换元件的电连接可靠性高、且可应对于成为热源的管的各种管径及长度的热电转换模块及其制造方法。本发明专利技术的热电转换模块包括：通过将P型热电转换元件的一端面和N型热电转换元件的一端面连接的编织导线A以及将P型热电转换元件的另一端面和N型热电转换元件的另一端面连接的比编织导线A短的编织导线B，将交替排列的多个P型热电转换元件及多个N型热电转换元件串行电连接而形成的直链状的小模块。仅由小模块构成的热电转换模块螺旋状地卷绕到作为热源的管子上，作为发电机来使用。并行电连接多个小模块而形成的热电转换模块以沿作为热源的管子的圆周方向配置小模块的方式卷绕到所述管子上，作为发电机来使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
热电转换元件使用的是利用了珀尔帖效应(Peltier Effect)或塞贝克效应(Seeback Effect)的元件。由于该热电转换元件结构上简单,且容易处理并能够维持稳定的特性，所以近年来，其大范围的利用备受瞩目。特别是作为电子冷却元件使用时，能够进行局部冷却及室温附近的精密的温度控制，所以面向光电、半导体激光等的恒温化等而在进行广泛的研究。如图7所示，所述的电子冷却元件或者用于热电发电的热电模块构成为，经由连接电极601将P型热电转换元件101和N型热电转换元件102连接而形成PN元件对，串行排列多个该PN元件对。此时，根据流过PN元件对的电流的方向，使P型热电转换元件101及N型热电转换元件102的一端部发热，同时使另一端部冷却。在图7中，602、603是外部连接端子，604是陶瓷制的基板，H是表示热的流向的箭头。该热电转换元件的材料使用在该元件的利用温度区域内，以物质固有的常数即塞贝克(Seebeck)系数a、电阻率p及导热率K表示的性能指数Z ( = a 2/ P K)大的材料。作为热电转换元件通常使用的结晶材料为Bi2Te3类材料(例如，参照专利文献I)。对于热电转换模块的PN元件对的加热及冷却，为了容易地进行热传递，通常使用流体。例如对于热电转换模块而言，通过将所述热电转换模块配置在与管子外侧的温度不同的温度的流体流过的管子的外周壁面上，能够产生由管子的内部和外部之间的温度差生成的电力。 图8表不现有的管状热电转换模块的基本结构。该管状热电转换模块有I对层叠元件。层叠元件分别由高分子材料层(基板)501、P型热电转换元件101及N型热电转换元件102、以及将它们串行电连接的连接电极301形成。该两个层叠元件通过粘接性树脂502将各自的高分子材料501相互粘接。将这样粘接的层叠元件卷成螺旋状或圆形形状。P型热电转换元件101及N型热电转换元件102分别焊锡焊接到连接电极301 (例如，参照专利文献2)。图9表示现有的管状热电转换模块的其他基本结构。该管状热电转换模块401的结构包括绝缘性基板403，其具有可与金属管402的外周面抵接的内侧基板及贴附到该内侧基板的外侧基板；热电转换元件411 414,421 424,431 434、.、4ml 4m4，其配置在该绝缘性基板403的贯穿孔；表面连接电极404X及背面连接电极404Y，其将这些热电转换元件的各端部连接；以及导线404a、404b，其与热电转换元件411、414连接。热电转换兀件411 4m4的一端从内侧基板的表面露出，另一端从外侧基板的表面露出。热电转换元件411 4m4包含P型的热电转换元件和N型的热电转换元件。沿金属管402的圆周方向及轴向方向分别交替配置P型热电转换元件和N型热电转换元件。例如，411是P型热电转换元件，414是N型热电转换元件。另外、421是N型热电转换元件，431是P型热电转换元件。作为整体，交替地矩阵状配置P型及N型的热电转换元件。另外，从内侧基板露出的P型热电转换元件的端部和N型热电转换元件421的端部通过背面连接电极404Y连接。另一方面，从绝缘性基板403的外侧基板露出的N型热电转换元件和P型热电转换元件通过表面连接电极404X连接。由此，串行电连接从P型热电转换元件411至N型热电转换元件414为止的所有热电转换元件(例如，参照专利文献3)。另外，已知有下述构成的热电转换模块，S卩，通过具有可弯曲性的电极部件，将热电转换元件或者串行或并行电连接热电转换元件所形成的热电转换元件组串行电连接而形成。例如，已知有以伸缩自由的纤维状的电极部件串行电连接热电转换元件而形成的热电转换模块(例如，参照专利文献4)。进而，已知有通过金属丝网或扁平编织导线等的具有可弯曲性的电极部件串行电连接由具有可弯曲性的基板支承的热电转换元件或热电转换元件组而形成的热电转换模块(例如参照专利文献5 8)。除此之外，已知有下述热电转换模块，即，通过扁平编织导线或金属带连接配置在热电转换元件的两端的电极，串行电连接电转换元件而形成的热电转换模块；以及通过金属线串行电连接经由玻璃板粘接的热电转换元件而形成的热电转换 模块(例如，参照专利文献9及10)。另外，已知有并行连接多个由基板支承的热电转换元件的串行电路而形成的热电转换模块。已知有下述热电转换模块，例如，在层叠了的基板上的某个孔内配置热电转换元件，串行电连接该热电转换元件而形成串行电路，并行电连接多个该串行电路而形成的热电转换模块(例如，参照专利文献11及12参照)；以及并行电连接在多个圆环状的基板的各个基板上形成的热电转换元件的串行电路，并将作为热源的管子穿过所述基板上的孔的热电转换模块(例如，参照专利文献13及14)。另外，已知有并行电连接收纳于壳体内的热电转换元件组或芯片状的热电转换元件组而形成的热电转换模块(例如，参照专利文献15 18)。专利文献I :(日本)专利第3958857号公报专利文献2 :(日本)特表2002-537658号公报专利文献3 :(日本)特开2005-129784号公报专利文献4 :(日本)特开2009-206113号公报专利文献5 :(日本)特开平9-181362号公报专利文献6 :美国专利第6097088号专利说明书专利文献7 :(日本)特开2009-043752号公报专利文献8 :美国专利申请公开第2008/0223427号说明书专利文献9 :(日本)特开2010-278035号公报专利文献10 :美国专利申请公开第2002/0069907号说明书专利文献11 :(日本)专利第3879769号公报专利文献12 :美国专利申请公开第2009/0032080号说明书专利文献13 :(日本)特开2008-305991号公报专利文献14 :美国专利申请公开第2010/0170551号说明书专利文献15 :(日本)特开2008-108900号公报专利文献16 :美国专利申请公开第2008/0163916号说明书专利文献17 :(曰本)特开2011-14850号公报专利文献18 :美国专利申请公开第2007/0256722号说明书然而，图8所示的所述现有的管状热电转换模块由于存在导热率低的高分子材料层或粘接性树脂，从而存在对于发电有效的、各个热电转换元件的端部间的温度差变小，发电能力下降的问题。另外、根据高分子材料层(基板)的宽度，决定管状热电转换模块的长度，所以难以根据作为热源的管子的设置场所的大小而变更管状热电转换模块的长度。另外，图9所示的所述现有的管状热电转换模块存在下述问题，即，由于绝缘性基板不具有弯曲性，所以安装该管状热电转换模块且作为热源的管子的管径被限定。另外，若一处出现断裂，则无法发电。进而，通过具有可弯曲性的电极部件电连接热电转换元件或热电转换元件组而形成的热电转换模块存在配置于管子表面时的热电转换元件或热电转换元件组的电连接的可靠性不充分的问题。
技术实现思路
本专利技术解决上述现有的问题，其目的在于提供提高发电能力，同时热电转换元件的电连接的可靠性高，而且能够应对管子的各种管径及长度的。为了实现上述目的，本专利技术提供以下所示的热电转换模块。热电转换模块包含小模块，该小模块包括交替排列并且被串行电本文档来自技高网...

【技术保护点】
热电转换模块，其包含小模块，该小模块包括：交替排列并且被串行电连接的多个P型热电转换元件及多个N型热电转换元件；连接所述P型热电转换元件的一端面和所述N型热电转换元件的一端面的编织导线A，该编织导线A通过编织导线而形成；以及连接所述P型热电转换元件的另一端面和所述N型热电转换元件的另一端面的编织导线B，该编织导线B通过编织导线而形成，且比编织导线A短。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰田薰，东田隆亮，久保隆志，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：