熱電変換モジュール
【課題】耐久性が優れた熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】第１、第２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、第２フィン９、１１とを備えている。各熱電変換素子７は公知のｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とからなる。これらのｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが第１基板１と第２基板３との間で格子状に配置されるとともに、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂによって電気的に直列に接続されている。第１、第２フィン９、１１は、それぞれ第１、第２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂ側に配置され、第１、第２基板１、３と熱的に接合されている。
【解決手段】第１、第２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、第２フィン９、１１とを備えている。各熱電変換素子７は公知のｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とからなる。これらのｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが第１基板１と第２基板３との間で格子状に配置されるとともに、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂによって電気的に直列に接続されている。第１、第２フィン９、１１は、それぞれ第１、第２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂ側に配置され、第１、第２基板１、３と熱的に接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の熱電変換モジュールが開示されている。この熱電変換モジュールは、図１に示すように、互いに対向する内面９１ａ、９２ａと、互いに背向する外面９１ｂ、９２ｂとを有する第１基板９１及び第２基板９２を備えている。また、この熱電変換モジュールは、第１基板９１及び第２基板９２の各内面９１ａ、９２ａにそれぞれ設けられた複数の電極９３ａ、９３ｂと、各電極９３ａ、９３ｂによって電気的に直列に接続される複数の熱電変換素子９４とを備えている。第１基板９１と第２基板９２との間に配置された各熱電変換素子９４により、各内面９１ａ、９２ａには矩形の熱電変換素子配置領域が設けられている。
【０００３】
この熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子９４が生じさせるペルチェ効果により、第１基板９１側で吸熱又は放熱を生じ、第２基板９２側で第１基板９１側とは反対の放熱又は吸熱を生じることが可能となっている。このため、このような熱電変換モジュールは、第１基板９１側と第２基板９２側との間における熱の移動を利用した熱交換媒体等の冷却又は加熱手段として、空調装置等に採用されつつある。また、この熱電変換モジュールは、ゼーベック効果により、温度差に基づく発電を行うことも可能である。
【０００４】
また、このような熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高める目的から、第１基板９１や第２基板９２の外面９１ｂ、９２ｂに対し、ろう付け等の手段により第１、２フィン９５、９６が設けられ得る。これらの各フィン９５、９６は、上記の目的から伝熱性の高い金属等によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような熱電変換モジュールでは、ろう付けやはんだ付けにより、製造時において、図１における実線矢印のように第１、２基板９１、９２が熱変形し、これによって熱電変換素子９４が損傷し易く、耐久性が十分でないという問題がある。
【０００７】
具体的には、発明者等による応力シミュレーション解析により、図１６に示すように、熱電変換素子９４の角部Ｃでは、頂点Ｐから所定の範囲内において、熱電変換素子９４の損傷が起こりえる一定以上の応力が加わる（同図中の一点鎖線で囲われた部分）ことが解明された。なお、ここで、熱電変換素子９４の角部Ｃとは、その頂点Ｐを含む所定の範囲を意味する。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、耐久性が優れた熱電変換モジュールを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
発明者等による上記の解析により、各熱電変換素子９４によって、第１、２基板９１、９２の各内面９１ａ、９２ａに多角形の熱電変換素子配置領域が設けられた場合、その熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子９４の角部Ｃについて、特に応力負荷が集中することが明らかとなった。さらに、このような傾向は、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるようにして第１、２基板９１、９２の各外面９１ｂ、９２ｃに第１、２フィン９５、９６を接合した場合、より顕著となる。第１、２フィン９５、９６の熱変形の影響をより受け易くなるためである。
【００１１】
ここで、熱電変換素子配置領域の角部とは、熱電変換素子配置領域を形成する全ての熱電変換素子における、最も外周側に位置する部分を直線で結んでできる多角形の角部をいう。
【００１２】
本発明の熱電変換モジュールでは、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在するフィン配置領域は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状をしている。ここで、フィン配置領域の形状は、フィンが有する各板状部を全て包括する外周形状によって規定されることとなる。つまり、フィンの外周形状が例えば矩形であればフィン配置領域も矩形となり、また、フィンの外周形状が例えば五角形であればフィン配置領域も五角形となる。
【００１３】
このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部に位置する熱電変換素子はフィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、フィン配置領域の外側に位置する熱電変換素子には、フィンからの熱変形による応力負荷が作用し難い。このため、この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難い。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体をフィン配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部をフィン配置領域の外側に位置させても良い。
【００１４】
したがって、本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【００１５】
フィンは、それ自体を構成する部材や形状に限定はなく、各板状部は複数の金属板等によって構成され得る。また、フィンは、例えば金属板が波型に曲げ加工されたコルゲートフィンであっても良い。この場合、曲げ加工により、コルゲートフィンにおいて、特定基板の外面から立ち上がるように形成された部分が板状部とされる。さらに、フィンは、特定基板に接合される基部を有し、この基部に複数の板状部が固定されたものでも良い。
【００１６】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、フィン配置領域の形状は、熱電変換素子配置領域の全ての角部が除かれた形状であることが好ましい（請求項２）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全てフィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は損傷し難くなり、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００１７】
上記の場合、熱電変換素子配置領域は矩形であり、フィン配置領域は八角形であることが好ましい（請求項３）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部、すなわち、熱電変換素子配置領域の四隅に配置された熱電変換素子は、フィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、これら四隅に配置された各熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。
【００１８】
また、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面と該フィンの間には接合材層が設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該接合材層が配置される接合材層配置領域が設けられ、
該接合材層配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする（請求項４）。
【００１９】
この熱電変換モジュールでは、特定基板の外面とフィンとの間に、接合材層が設けられ、フィンはこの接合材層を介して特定基板の外面に接合されることとなる。そして、この熱電変換モジュールにおいて、接合材層配置領域は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状をしている。ここで、接合材層配置領域の形状は、上記のフィン配置領域と同様、接合材層の外周形状によって規定される。
【００２０】
このため、この熱電変換モジュールでは、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、このフィンが接合されていない箇所に位置する、つまり、接合材層配置領域の外側に位置する熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールにおいても、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難くなっている。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体を接合材層配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部を接合材層配置領域の外側に位置させても良い。
【００２１】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００２２】
上記の接合材層は、例えば特定基板の外面に設けられた金属箔や金属板による金属層や、特定基板の外面に設けられたろう材やはんだ等で形成され得る。また、接合材層は、金属板等とろう材等とで形成され得る。
【００２３】
また、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状となる金属層が設けられた特定基板を得る方法としては、例えば、特定基板上に接合された金属板等の一部をエッチングによって除去したり、基板上に予めそのような形状に成形された金属板等をろう付け等により接合したりすることが挙げられる。一方、ろう材やはんだ等による接合材層について、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状とするためには、例えば、特定基板の外面や金属層の表面又はフィンの裏面にろう付けやはんだ付け等を避ける加工を施す方法が挙げられる。より具体的には、例えば、アルミ板やアルミ箔によって金属層を得ている場合、その一部にアルマイト処理を施す方法や、特定基板の外面や金属層にマスキングを行う方法が挙げられる。
【００２４】
なお、この構成による熱電変換モジュールでは、フィンの外周形状、すなわち、フィン配置領域の形状と、熱電変換素子配置領域の形状とが一致していても良い。
【００２５】
また、この熱電変換モジュールにおいて、接合材層配置領域の形状は、熱電変換素子配置領域の全ての角部が除かれた形状であることが好ましい（請求項５）。この場合、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域の各角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全て接合材層配置領域の外側に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は損傷し難くなり、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００２６】
上記の場合、熱電変換素子配置領域は矩形であり、接合材層配置領域は八角形であることが好ましい（請求項６）。この場合、熱電変換素子配置領域の四隅に配置された熱電変換素子は、接合材層配置領域の外側に位置することとなる。このため、これら四隅に配置された各熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。
【００２７】
さらに、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該フィンは、各該板状部と、該外面と平行な基部とを有し、
該基部は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で該外面との間に空間を形成していることを特徴とする（請求項７）。
【００２８】
この熱電変換モジュールでは、フィンが板状部の他に基部を有しており、この基部は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で特定基板の外面との間に空間を形成するように構成されている。
【００２９】
このため、この熱電変換モジュールでは、この空間により、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域において、この空間の厚さ方向に位置する熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールにおいても、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難くなっている。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体を空間の厚さ方向に位置させても良いが、接合材層配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部を空間の厚さ方向に位置させても良い。
【００３０】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００３１】
基部について、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で特定基板の外面との間に空間を形成させる方法としては、例えば、基部の一部分について、特定基板の外面から立ち上がるように曲げ加工を施すこと等が挙げられる。
【００３２】
なお、この構成による熱電変換モジュールでは、基部と特定基板との間に上記の接合材層を設けても良い。
【００３３】
また、この熱電変換モジュールにおいて、基部は、熱電変換素子配置領域の全ての角部に空間を形成していることが好ましい（請求項８）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部となる位置では、各空間によって、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全てこの空間の厚さ方向に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は、特定基板やフィンの熱変形の熱変形による応力負荷が作用し難くなることで、損傷し難くなる。このため、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００３４】
本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子配置領域は、全ての角部が９０°より大きい角度をなしていることを特徴とする（請求項９）。
【００３５】
本発明の熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の全ての角部が９０°より大きい角度となるように、各熱電変換素子が各内面に配置される。つまり、この熱電変換モジュールでは、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所に各熱電変換素子を配置しないことで、各熱電変換素子を損傷させ難くすることが可能となる。
【００３６】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００３７】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域は五角形以上であることが好ましい（請求項１０）。また、熱電変換素子配置領域は八角形であることが好ましい（請求項１１）。熱電変換素子配置領域がこれらの形状である場合、各内面において、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所への各熱電変換素子の配置を回避しつつ、第１基板と第２基板と間に熱電変換素子を多く配置することが可能となる。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子によるペルチェ効果やゼーベック効果が高まるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００３８】
また、本熱電変換モジュールにおいて、第１基板及び第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ得る。また、外面には、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ得る。そして、フィン配置領域は矩形であることが好ましい（請求項１２）。
【００３９】
この場合、フィンが配置されることにより、熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高まる。上記のように、この熱電変換モジュールでは、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所に各熱電変換素子が配置されないため、各熱電変換素子は、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールでは、高性能となるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００４０】
また、第１基板及び第２基板は矩形であり、第１基板及び第２基板と熱電変換素子配置領域とは中心が一致していることが好ましい（請求項１３）。この場合、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所である、第１、２基板の各四隅に対して各熱電変換素子を配置すること回避しつつ、各内面に熱電変換素子を多く配置することが可能となる。このため、この熱電変換モジュールでは、高性能となるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００４１】
さらに、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の間には、前記熱電変換素子配置領域よりも外側で、該第１基板及び該第２基板に当接する複数の柱部材が設けられていることを特徴とする（請求項１４）。
【００４２】
本発明の熱電変換モジュールでは、複数の柱部材によって、第１基板及び第２基板の熱変形が矯正されるため、熱電変換素子が損傷し難くなっている。
【００４３】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００４４】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、各柱部材は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられた主柱部材のみからなり得る（請求項１５）。また各柱部材は、熱電変換素子配置領域の全ての角部に設けられた主柱部材のみからなり得る（請求項１６）。
【００４５】
上記のように複数の柱部材を設けた場合に、これらを介して第１基板及び第２基板の間で相互に伝熱される、いわゆるヒートブリッジ現象により、熱電変換モジュールの性能低下が懸念される。これに対し、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部となる二箇所又は、全ての角部に主柱部材を設けることとしている。これにより、第１基板及び第２基板に当接する主柱部材の数を少なくしている。このため、ヒートブリッジ現象による熱電変換モジュールの性能低下を抑制することが可能になっている。なお、熱電変換素子配置領域の全ての角部に主柱部材を設けた場合、熱電変換素子配置領域の角部となる二箇所に主柱部材を設ける場合と比較して、より好適に第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することができる。このため、熱電変換素子がより損傷し難くなる。
【００４６】
また、柱部材は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられる主柱部材と、主柱部材間の少なくとも一箇所に設けられる副柱部材とからなり得る（請求項１７）。この場合、主柱部材と副柱部材とによって、好適に第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することができる。
【００４７】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域は矩形であることが好ましい（請求項１８）。この場合、熱電変換素子配置領域の全ての角部に主柱部材を設けた場合でも、主柱部材は四本となる。このため、ヒートブリッジ現象を抑制しつつ、１基板及び第２基板の熱変形を好適に矯正することができる。
【００４８】
副柱部材は、主柱部材よりも第１基板及び第２基板に平行な面による断面の断面積が小さいことが好ましい（請求項１９）この場合、主柱部材よりも副柱部材の上記断面積が小さくなり、ヒートブリッジ現象を抑制できる。また、この場合、副柱部材の製造コストを削減でき、ひいては熱電変換モジュールの製造コストの削減も可能である。
【００４９】
主柱部材は、第１基板及び第２基板に平行な面による断面が略Ｌ字状に形成されていることが好ましい（請求項２０）。この場合、熱電変換素子配置領域の角部に沿って主柱部材を配置することが可能となる。このため、主柱部材は、各熱電変換素子により近い位置で第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することが可能となり、熱電変換素子の損傷を好適に防止することが可能である。また、熱電変換素子配置領域の角部に沿って主柱部材を配置することで、熱電変換モジュールの大型化を抑制することも可能となる。
【００５０】
上記のようなヒートブリッジ現象を抑制するため、柱部材（主柱部材及び副柱部材）は熱が伝わり難い材料で得られていることが好ましい。また、第１基板及び第２基板の熱変形を矯正する目的から、柱部材は、変形し難い材料で得られていることが好ましい。つまり、柱部材は、熱伝導率が低く、ヤング率が高い材料から得られていることが好ましい。
【００５１】
これらの観点から、柱部材はステンレス製であることが好ましい（請求項２１）。ステンレスは、熱伝導率が１６Ｗ／ｍＫであり、ヤング率が２００ＧＰａであることから、ステンレスで得られた柱部材、すなわち、主柱部材及び副柱部材によれば、ヒートブリッジ現象を好適に抑制しつつ、第１基板及び第２基板の熱変形を好適に矯正することが可能である。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来の熱電変換モジュールを示すＣＡＥ解析断面図である。
【図２】実施例１の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図３】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図４】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１基板の外面を示す背面図である。
【図５】実施例１の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図６】実施例２の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図７】実施例３の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図８】実施例４の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図９】実施例５の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図１０】実施例５の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１１】実施例５の熱電変換モジュールに係り、第１基板の外面を示す背面図である。
【図１２】実施例６の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１３】実施例７の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図１４】実施例７の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１５】実施例８の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１６】従来の熱電変換モジュールにおける熱電変換素子の応力分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明を具体化した実施例１〜８を図面を参照しつつ説明する。
【００５５】
（実施例１）
図２に示すように、実施例１の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、２フィン９、１１とを備えている。
【００５６】
第１、２基板１、３は、それぞれ正方形の板状に成形された窒化アルミで得られている。第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａには、アルミ板からなる電極５ａ、５ｂがそれぞれろう付けにより接合されて設けられている。
【００５７】
また、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂには、それぞれ全面に亘って接合材層配置領域１６ａが設けられており、この接合材層配置領域１６ａには、第１、２基板１、３と同形状のアルミ板がろう付けにより接合されている。これらのアルミ板は金属層１ｃ、３ｃを形成している。なお、後述するように、各金属層１ｃ、３ｃには、それぞれ第１、２フィン９、１１が接合されることから、第１、２基板１、３はそれぞれ特定基板に相当する。
【００５８】
図３に示すように、第１基板１の内面１ａにおける中央には、各熱電変換素子７が配置された熱電変換素子配置領域１３ａが設けられている。この熱電変換素子配置領域１３ａは、一辺が長さＡの正方形とされている。また、図３では、電極５ａを図示しないが、各電極５ａはこの熱電変換素子配置領域１３ａ内に配置されている。なお、第２基板３の内面３ａにも同様に熱電変換素子配置領域１３ａが設定されており、図示しない電極５ｂも同様に配置されている。
【００５９】
各熱電変換素子７は公知のｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とからなり、各熱電変換素子７はビスマス・テルル系の合金等によって得られている。これらの各熱電変換素子７は同一形状の角柱形状をなしており、各端面は同一の矩形状をなしている。各熱電変換素子７は、それぞれの端面で第１基板１側の電極５ａ及び第２基板３側の電極５ｂとはんだによって接合されている。これにより、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが格子状に配置されることで、上記の熱電変換素子配置領域１３ａが形成されるとともに、各熱電変換素子７は、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂによって電気的に直列に接続される。こうして、各熱電変換素子７は、第１基板１及び第２基板３によって熱的に並列に接続された状態となっている。
【００６０】
図４に示すように、第１フィン９は、八角形状に形成されたアルミ板の基部９ａと、基部９ａから外側に向かって垂直に延びるアルミ板からなる複数の板状部９ｂとで構成されている。基部９ａと各板状部９ｂとは、ろう付けによって接合されている。八角形状に形成された基部９ａにより、第１フィン９における第１基板１又は第２基板３と平行な面による各板状部９ｂを全て包括する外周形状は、八角形状となっている。また、基部９ａの両端を除き、各板状部９ｂの延長方向に沿った基部９ａの長さＢは、熱電変換素子配置領域１３ａの長さＡと同一とされている。なお、図２に示す第２フィン１１も同様の構成であり、八角形状の基部１１ａと、基部１１ａから外側に向かって垂直に延びる複数の板状部１１ｂとがろう付けによって接合されて得られている。
【００６１】
図５に示すように、金属層１ｃの外面には、第１フィン９が配置されるフィン配置領域１４ａが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設けられている（図３、４参照）。つまり、フィン配置領域１４ａと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。なお、フィン配置領域１４ａは、第１フィン９の基部９ａと同一の八角形状とされている。
【００６２】
金属層１ｃと第１フィン９の基部９ａとの間には、ろう材層１５ａとなる正方形のろう材シートが配置されている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｃ、３ｃがそれぞれ接合材層として機能する。ろう材層１５ａは金属層１ｃ上に設けられた接合材層配置領域１６ｂに配置されており、金属層１ｃ上において、この接合材層配置領域１６ｂは、フィン配置領域１４ａの中心と一致するように設けられている。この接合材層配置領域１６ｂは、ろう材層１５ａと同一形状であり正方形である。なお、図５では、第１基板１側に設けられる接合材層配置領域のみ符号を付して説明する。）。
【００６３】
このろう材層１５ａを介して、金属層１ｃと基部９ａとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。図２に示す金属層３ｃと第２フィン１１との間も同様である。
【００６４】
以上のように構成されたこの熱電変換モジュールでは、第１、２フィン９、１１により、第１、２基板１、３のそれぞれの外面積が拡大され、使用時における吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高められている。
【００６５】
そして、第１フィン９の外周形状が八角形であることからフィン配置領域１４ａも八角形となっている。このため、第１フィン９は、図３に示すように、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の一部が除かれた形状で金属層１ｃに接合されることとなる。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅の熱電変換素子７はフィン配置領域１４ａの外側、すなわち、第１フィン９の外側に位置することとなり、各熱電変換素子７に対し、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。これらのため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１、２フィン９、１１の熱変形で第１、２基板１、３が熱変形した際における応力負荷が軽減される。
【００６６】
したがって、この熱電変換モジュールは、熱電変換素子７が損傷し難いため、優れた耐久性を発揮するとともに、第１、２フィン９、１１によって高い性能を発揮する。
【００６７】
（実施例２）
図６に示すように、実施例２の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂにろう付けされたアルミ製の金属層１ｄに対してエッチングを行った。当初の金属層１ｄは第１基板１と同一の形状に成形されている。エッチング後の金属層１ｄの外周形状は八角形状である。この金属層１ｄは接合材層として機能する。第１基板１の外面１ｂには、この金属層１ｄが配置される接合材層配置領域１６ｃが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている。つまり、接合材層配置領域１６ｃと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００６８】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている（図１１参照）。つまり、第１フィン９における上記外周形状は正方形となっている。この第１フィン９は、フィン配置領域１４ｂに配置されている。第２フィン１１も同様である。
【００６９】
図６に示すように、金属層１ｄの外面には、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。フィン配置領域１４ｂは、第１フィン９の基部９ｃと同一の正方形とされている。
【００７０】
図６に示すように、金属層１ｄと第１フィン９の基部９ｃとの間には、ろう材層１５ｂとなる八角形のろう材シートが配置されている。このろう材層１５ｂも上記の金属層１ｄと同様、接合材層として機能する。ろう材層１５ｂは金属層１ｄ上に設けられた接合材層配置領域１６ｄに配置されており、金属層１ｄ上において、この接合材層配置領域１６ｄは、フィン配置領域１４ｂの中心と一致するように設けられている。なお、接合材層配置領域１６ｃは、ろう材層１５ｂ及び金属層１ｄと同一形状であり八角形である（同図中の（Ｂ）参照）。
【００７１】
このろう材層１５ｂを介して、金属層１ｄと基部９ｃとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。第２基板３側も同様である。なお、図６では、第１基板１側に設けられる金属層１ｄ、ろう材層１５ｂ、接合材層配置領域１６ｃ、１６ｄ及びフィン配置領域１４ｂのみ符号を付して説明する。後述の図７、８も同様である。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００７２】
この熱電変換モジュールでは、上記のように、接合材層配置領域１６ｃに配置される金属層１ｄと、接合材層配置領域１６ｄに配置されるろう材層１５ｂの各外周形状が八角形となっている。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅となる位置では、金属層１ｄ、つまり第１基板１の外面１ｂに第１フィン９が接合されていない状態となっている。このため、この第１フィン９が接合されていない箇所に位置する、すなわち、接合材層配置領域１６ｃ、１６ｄの外側に位置する熱電変換素子７には、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００７３】
（実施例３）
図７に示すように、実施例３の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂに対し、プレスにより正方形に加工されたアルミ板がろう付けにより接合され、金属層１ｅを形成している。この金属層１ｅの外周形状は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形である。この金属層１ｅは接合材層として機能する。第１基板１の外面１ｂには、この金属層１ｅが配置される接合材層配置領域１６ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている。つまり、接合材層配置領域１６ｅと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００７４】
金属層１ｅの外面には、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。上記実施例２と同様、フィン配置領域１４ｂ及び第１フィンの基部９ｃは正方形とされている。
【００７５】
図７に示すように、金属層１ｅと第１フィン９の基部９ｃとの間には、ろう材層１５ｃとなるろう材シートが配置されている。このろう材層１５ｃも上記の金属層１ｅと同様、接合材層として機能する。ろう材層１５ｃは金属層１ｅ上に設けられた接合材層配置領域１６ｆに配置されている。
【００７６】
接合材層配置領域１６ｆとされる金属層１ｅの外面の各角部には、ろう付けが不可能となるマスク材１７が設けられており、ろう材層１５ｃの外周形状は八角形状になっている。また、接合材層配置領域１６ｆの形状も八角形である（同図中の（Ｂ）参照）。
【００７７】
このろう材層１５ｃを介して、金属層１ｅと基部９ｃとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。なお、マスク材１７は、金属層１ｅの外面の角部の一箇所にのみ設けられても良い。第２基板３側も同様である。他の構成は実施例１、２の熱電変換モジュールと同様である。
【００７８】
この熱電変換モジュールでは、各マスク材１７により、上記のように、ろう材層１５ｃの外周形状が八角形とされることから、接合材層配置領域１６ｆも八角形となっている。このため、接合材層配置領域１６ｆの外側となる箇所、すなわち、金属層１ｅの各角部と基部９ｃの各角部との間は、各マスク材１７により、互いに接合されていない状態となっている。上記のように、金属層１ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形であり、かつ、金属層１ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の中心Ｏで配置されていることから、各マスク材１７は、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下となる位置に設けられることとなる。同様に、第２基板３側では、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真上となる位置に各マスク材１７が設けられることとなる。
【００７９】
これらのように、各マスク材１７により、第１フィン９が金属層１ｅに接合されていない箇所では、熱電変換素子７に対し、第１基板１や第１フィン９の熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８０】
（実施例４）
図８に示すように、実施例４の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂに対し、実施例３と同様に、接合材層配置領域１６ｅが設けられ、接合材層配置領域１６ｅには、金属層１ｅが配置されている。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００８１】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｄと、複数の板状部９ｂとで構成されている。この基部９ｄの各角部は板状部９ｂ側に曲げ加工され、基部９ｄの各角部には空間１９が形成されている。第２フィン１１も同様である。なお、曲げ加工が施されるのは、基部９ｄの角部の一箇所のみであっても良い。
【００８２】
金属層１ｅの外面には、実施例２、３と同様、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。また、金属層１ｅの外面には、実施例１と同様に、接合材層配置領域１６ｂが設けられており、接合材層配置領域１６ｂには、ろう材層１５ａが配置されている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｅとは、それぞれ接合材層として機能する。第２基板３側も同様である。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８３】
この熱電変換モジュールでは、各空間１９により、基部９ｄの各角部は金属層１ｅと接合されていない状態となっている。上記のように、金属層１ｅ及び基部９ｄが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形であり、かつ、これらが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように配置されていることから、各空間１９は、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下に位置することとなる。同様に、第２基板３側では、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真上に空間１９が位置することとなる。
【００８４】
このため、各空間１９により、金属層１ｅの各角部、つまり、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部では、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難い。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８５】
（実施例５）
図９、１０に示すように、実施例５の熱電変換モジュールでは、正方形に形成された第１、２基板１、３に対し、その各内面１ａ、３ａに各熱電変換素子７が八角形に配置されており、八角形の熱電変換素子配置領域１３ｂを形成している。この熱電変換素子配置領域１３ｂの中心Ｏは、第１、２基板１、３の中心と一致している。つまり、熱電変換素子配置領域１３ｂは、第１、２基板１、３の中央に設けられている。なお、上記のように配置された各熱電変換素子７と電気的に直列に接続可能なように、各電極５ａ、５ｂは、第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａにそれぞれ設けられている（図９参照）。
【００８６】
図１１に示すように、第１フィン９は、正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている。図９に示す第２フィン１１も同様に、正方形の基部１１ｃと、複数の板状部１１ｂとで構成されている。
【００８７】
図１０に示すように、熱電変換素子配置領域１３ｂは八角形であることから、熱電変換素子配置領域１３ｂの全ての角部は９０°よりも大きくなり、約１３５°となっている。また、各両端を除き、各板状部９ｂの延長方向に沿った熱電変換素子配置領域１３ｂの長さＡは、図１１に示す基部９ｃの一辺の長さＢと同一とされている。
【００８８】
図９に示すように、金属層１ｃの外面には、実施例２と同様に、第１フィン９が配置されるフィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ｂと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設けられている（図３、４参照）。同様に、金属層３ｃの外面にも、第２フィン１１が配置されるフィン配置領域１４ｂが設けられている。
【００８９】
図９に示すように、金属層１ｃと基部９ｃとの間には、ろう材層１５ａが設けられている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｃ、３ｃとがそれぞれ接合材層として機能する。なお、金属層１ｃ、３ｃがそれぞれ配置される接合材層配置領域１６ａと、ろう材層１５ａが配置される接合材層配置領域１６ｂ（図９では図示を省略する。）との位置関係を含む他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９０】
この熱電変換モジュールでは、図１０に示すように、各熱電変換素子７が八角形に配置されることにより、この熱電変換モジュールでは、第１基板１と第２基板３との間に多くの熱電変換素子７が配置されている。その一方で、第１、２基板１、３及び第１、２フィン９、１１が熱変形した際に、その応力負荷が大きくなる第１、２基板１、３の各角部である四隅の他、各基部９ａ、１１ａの各角部である四隅となる位置に熱電変換素子７が配置されない状態となる。このため、この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子７によりペルチェ効果やゼーベック効果が高められているとともに、応力負荷により熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９１】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮するとともに、高い性能を発揮する。
【００９２】
（実施例６）
図１２に示すように、実施例６の熱電変換モジュールでは、実施例５と比較して熱電変換素子配置領域１３ｂがより正八角形に近い形状となるように、各熱電変換素子７が配置されている。なお、上記のように配置された各熱電変換素子７と電気的に直列に接続可能なように、各電極５ａ、５ｂは、第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａにそれぞれ設けられている。他の構成は実施例１、５の熱電変換モジュールと同様である。
【００９３】
この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子７がより正八角形に近い状態で配置されるため、第１、２基板１、３及び各基部９ａ、１１ａの各四隅からより遠い位置に熱電変換素子７が配置されることとなる。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子７がより損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１、５の熱電変換モジュールと同様である。
【００９４】
（実施例７）
図１３、１４に示すように、実施例７の熱電変換モジュールには、熱電変換素子配置領域１３ａの外側となる四隅に主柱部材２１ａ〜２１ｄが設けられている。これら主柱部材２１ａ〜２１ｄは、それぞれ、第１基板１の内面１ａと第２基板３の内面３ａとの間において、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿った状態で配置されている。なお、熱電変換素子配置領域１３ａの角部のうち、二箇所のみに主柱部材２１ａ、２１ｂを設けても良い。
【００９５】
図１４に示すように、主柱部材２１ａ〜２１ｄは、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が略Ｌ字状のステンレス角柱によって得られている。主柱部材２１ａ〜２１ｄは、それぞれの一端側が第１基板１の内面１ａに当接した状態で接合されており、それぞれの他端側が第２基板３１の内面３ａに当接した状態で接合されている。
【００９６】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている。第２フィン１１も同様に、基部１１ｃと、複数の板状部１１ｂとで構成されている（図１１参照）。
【００９７】
図１３に示すように、金属層１ｃと基部９ｃとの間には、ろう材層１５ａが設けられている。このろう材層１５ａ及び各金属層１ｃ、３ｃは接合材層として機能する。ろう材層１５ａを介して、第１フィン９は熱電変換素子配置領域１３と同一の中心Ｏで、第１基板１に熱的に接合されている。第２基板３と第２フィン１１との接合も同様である。フィン配置領域１４ｂ及び接合材層配置領域１６ａ、１６ｂの各配置関係を含む他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９８】
この熱電変換モジュールでは、図１４に示すように、主柱部材２１ａ〜２１ｄにより、熱電変換素子配置領域１３ａの全ての角部の外側で第１基板１及び第２基板３の熱変形が矯正されるため、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における熱電変換素子７の応力負荷が軽減される。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。
【００９９】
また、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部となる四隅に、主柱部材２１ａ〜２１ｄを設けることで、第１基板１及び第２基板３に当接する主柱部材２１ａ〜２１ｄの数を４本としている。このため、この熱電変換モジュールでは、ヒートブリッジ現象による熱電変換モジュールの性能低下を抑制することが可能になっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【０１００】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮するとともに、高い性能を発揮する。
【０１０１】
特に、この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄの上記断面が略Ｌ字状に形成されている。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿って主柱部材２１ａ〜２１ｄを配置することが可能となっている。このため、主柱部材２１ａ〜２１ｄは、各熱電変換素子７により近い位置で第１基板１及び第２基板３の熱変形を矯正することが可能となり、熱電変換素子７の損傷を好適に防止することが可能となっている。また、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿って主柱部材２１ａ〜２１ｄを配置することで、熱電変換モジュールの大型化も抑制されている。
【０１０２】
また、主柱部材がステンレスであることから、この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄによるヒートブリッジ現象を好適に抑制しつつ、第１基板１及び第２基板３の熱変形を好適に矯正することが可能となっている。
【０１０３】
（実施例８）
図１５に示すように、実施例８の熱電変換モジュールには、上記実施例７の熱電変換モジュールにおける主柱部材２１ａ〜２１ｄに加えて、熱電変換素子配置領域１３ａよりも外側に副柱部材２３ａ〜２３ｄが設けられている。これら副柱部材２３ａ〜２３ｄは、それぞれ、主柱部材２１ａと主柱部材２１ｂとの中間の位置に副柱部材２３ａが配置されており、主柱部材２１ｂと主柱部材２１ｃとの中間に副柱部材２３ｂが配置されている。また、主柱部材２１ｃと主柱部材２１ｄとの中間に副柱部材２３ｃが配置されており、主柱部材２１ｄと主柱部材２１ａとの中間に副柱部材２３ｄが配置されている。
【０１０４】
副柱部材２３ａ〜２３ｄは、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が四角のステンレス角柱によって得られている。これら副柱部材２３ａ〜２３ｄは、主柱部材２１ａ〜２１ｄよりも、上記断面の断面積が小さくなるように、細いステンレス角柱が採用されている。副柱部材２３ａ〜２３ｄも、それぞれの一端側が第１基板１の内面１ａに当接した状態で接合されており、それぞれの他端側が第２基板３の内面３ａに当接した状態で接合されている。他の構成は実施例１、７の熱電変換モジュールと同様である。
【０１０５】
この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄ及び副柱部材２３ａ〜２３ｄによって、第１基板１及び第２基板３の熱変形がより好適に矯正されるため、熱電変換素子７がより損傷し難くなっている。
【０１０６】
また、副柱部材２３ａ〜２３ｄの上記断面が主柱部材２１ａ〜２１ｄより小さく、かつステンレスであることから、ヒートブリッジ現象を抑制しつつ、第１基板１及び第２基板３の熱変形を好適に矯正することが可能となっている。さらに、副柱部材２３ａ〜２３ｄの製造コストが削減できることから、熱電変換モジュールの製造コストを削減することが可能になっている。他の作用効果は実施例１、７の熱電変換モジュールと同様である。
【０１０７】
以上において、本発明を実施例１〜８に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜８に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【０１０８】
例えば、第１、２フィン９、１１として、例えばアルミ板等が波型に曲げ加工されて得られたコルゲートフィンを採用することもできる。この場合、曲げ加工により、第１基板１の外面１ｂ及び第２基板３の外面３ｂから立ち上がるように形成された部分を板状部とすることができ、第１基板１の外面１ｂ及び第２基板３の外面３ｂに平行な部分を基部とすることができる。
【０１０９】
また、実施例５〜８の熱電変換モジュールにおいて、第１、２フィン９、１１を設けずに構成することもできる。
【０１１０】
さらに、実施例３の熱電変換モジュールにおいて、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂには、金属層１ｃ、３ｃが設けられても良い。この場合、各マスク材１７は、各金属層１ｃ、３ｃの外面において、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下又は真上となる位置に設けられることが好ましい。
【０１１１】
また、実施例７、８の熱電変換モジュールにおいて、主柱部材２１ａ〜２１ｄを設けず、副柱部材２３ａ〜２３ｄのみを設ける構成とすることもできる。
【０１１２】
さらに、実施例８の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域１３ｂの対角となる位置に配置された主柱部材２１ａ、２１ｃと、各副柱部材２３ａ〜２３ｄとを設ける構成とすることもできる。
【０１１３】
また、副柱部材２３ａ〜２３ｄとして、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が円や三角となるステンレス材を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は熱電変換モジュールの他、熱電変換素子のペルチェ効果を利用した空調装置の他、熱電変換素子のゼーベック効果を利用した発電装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１…第１基板
１ａ…内面
１ｂ…外面
１ｃ〜１ｅ…金属層（接合材層）
３…第２基板
３ａ…内面
３ｂ…外面
３ｃ…金属層（接合材層）
５ａ、５ｂ…電極
７…熱電変換素子
９…第１フィン（フィン）
９ａ、９ｃ…基部
９ｂ…板状部
１１…第２フィン（フィン）
１１ａ…基部
１１ｂ…板状部
１３ａ、１３ｂ…熱電変換素子配置領域
１４ａ、１４ｂ…フィン配置領域
１５ａ〜１５ｃ…ろう材層（接合材層）
１６ａ〜１６ｆ…接合材層配置領域
２１ａ〜２１ｄ…主柱部材
２３ａ〜２３ｄ…副柱部材
Ｏ…中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の熱電変換モジュールが開示されている。この熱電変換モジュールは、図１に示すように、互いに対向する内面９１ａ、９２ａと、互いに背向する外面９１ｂ、９２ｂとを有する第１基板９１及び第２基板９２を備えている。また、この熱電変換モジュールは、第１基板９１及び第２基板９２の各内面９１ａ、９２ａにそれぞれ設けられた複数の電極９３ａ、９３ｂと、各電極９３ａ、９３ｂによって電気的に直列に接続される複数の熱電変換素子９４とを備えている。第１基板９１と第２基板９２との間に配置された各熱電変換素子９４により、各内面９１ａ、９２ａには矩形の熱電変換素子配置領域が設けられている。
【０００３】
この熱電変換モジュールでは、例えば、各熱電変換素子９４が生じさせるペルチェ効果により、第１基板９１側で吸熱又は放熱を生じ、第２基板９２側で第１基板９１側とは反対の放熱又は吸熱を生じることが可能となっている。このため、このような熱電変換モジュールは、第１基板９１側と第２基板９２側との間における熱の移動を利用した熱交換媒体等の冷却又は加熱手段として、空調装置等に採用されつつある。また、この熱電変換モジュールは、ゼーベック効果により、温度差に基づく発電を行うことも可能である。
【０００４】
また、このような熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果を高める目的から、第１基板９１や第２基板９２の外面９１ｂ、９２ｂに対し、ろう付け等の手段により第１、２フィン９５、９６が設けられ得る。これらの各フィン９５、９６は、上記の目的から伝熱性の高い金属等によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような熱電変換モジュールでは、ろう付けやはんだ付けにより、製造時において、図１における実線矢印のように第１、２基板９１、９２が熱変形し、これによって熱電変換素子９４が損傷し易く、耐久性が十分でないという問題がある。
【０００７】
具体的には、発明者等による応力シミュレーション解析により、図１６に示すように、熱電変換素子９４の角部Ｃでは、頂点Ｐから所定の範囲内において、熱電変換素子９４の損傷が起こりえる一定以上の応力が加わる（同図中の一点鎖線で囲われた部分）ことが解明された。なお、ここで、熱電変換素子９４の角部Ｃとは、その頂点Ｐを含む所定の範囲を意味する。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、耐久性が優れた熱電変換モジュールを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
発明者等による上記の解析により、各熱電変換素子９４によって、第１、２基板９１、９２の各内面９１ａ、９２ａに多角形の熱電変換素子配置領域が設けられた場合、その熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子９４の角部Ｃについて、特に応力負荷が集中することが明らかとなった。さらに、このような傾向は、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるようにして第１、２基板９１、９２の各外面９１ｂ、９２ｃに第１、２フィン９５、９６を接合した場合、より顕著となる。第１、２フィン９５、９６の熱変形の影響をより受け易くなるためである。
【００１１】
ここで、熱電変換素子配置領域の角部とは、熱電変換素子配置領域を形成する全ての熱電変換素子における、最も外周側に位置する部分を直線で結んでできる多角形の角部をいう。
【００１２】
本発明の熱電変換モジュールでは、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在するフィン配置領域は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状をしている。ここで、フィン配置領域の形状は、フィンが有する各板状部を全て包括する外周形状によって規定されることとなる。つまり、フィンの外周形状が例えば矩形であればフィン配置領域も矩形となり、また、フィンの外周形状が例えば五角形であればフィン配置領域も五角形となる。
【００１３】
このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部に位置する熱電変換素子はフィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、フィン配置領域の外側に位置する熱電変換素子には、フィンからの熱変形による応力負荷が作用し難い。このため、この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難い。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体をフィン配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部をフィン配置領域の外側に位置させても良い。
【００１４】
したがって、本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【００１５】
フィンは、それ自体を構成する部材や形状に限定はなく、各板状部は複数の金属板等によって構成され得る。また、フィンは、例えば金属板が波型に曲げ加工されたコルゲートフィンであっても良い。この場合、曲げ加工により、コルゲートフィンにおいて、特定基板の外面から立ち上がるように形成された部分が板状部とされる。さらに、フィンは、特定基板に接合される基部を有し、この基部に複数の板状部が固定されたものでも良い。
【００１６】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、フィン配置領域の形状は、熱電変換素子配置領域の全ての角部が除かれた形状であることが好ましい（請求項２）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全てフィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は損傷し難くなり、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００１７】
上記の場合、熱電変換素子配置領域は矩形であり、フィン配置領域は八角形であることが好ましい（請求項３）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部、すなわち、熱電変換素子配置領域の四隅に配置された熱電変換素子は、フィン配置領域の外側に位置することとなる。このため、これら四隅に配置された各熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。
【００１８】
また、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面と該フィンの間には接合材層が設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該接合材層が配置される接合材層配置領域が設けられ、
該接合材層配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする（請求項４）。
【００１９】
この熱電変換モジュールでは、特定基板の外面とフィンとの間に、接合材層が設けられ、フィンはこの接合材層を介して特定基板の外面に接合されることとなる。そして、この熱電変換モジュールにおいて、接合材層配置領域は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状をしている。ここで、接合材層配置領域の形状は、上記のフィン配置領域と同様、接合材層の外周形状によって規定される。
【００２０】
このため、この熱電変換モジュールでは、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、このフィンが接合されていない箇所に位置する、つまり、接合材層配置領域の外側に位置する熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールにおいても、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難くなっている。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体を接合材層配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部を接合材層配置領域の外側に位置させても良い。
【００２１】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００２２】
上記の接合材層は、例えば特定基板の外面に設けられた金属箔や金属板による金属層や、特定基板の外面に設けられたろう材やはんだ等で形成され得る。また、接合材層は、金属板等とろう材等とで形成され得る。
【００２３】
また、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状となる金属層が設けられた特定基板を得る方法としては、例えば、特定基板上に接合された金属板等の一部をエッチングによって除去したり、基板上に予めそのような形状に成形された金属板等をろう付け等により接合したりすることが挙げられる。一方、ろう材やはんだ等による接合材層について、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状とするためには、例えば、特定基板の外面や金属層の表面又はフィンの裏面にろう付けやはんだ付け等を避ける加工を施す方法が挙げられる。より具体的には、例えば、アルミ板やアルミ箔によって金属層を得ている場合、その一部にアルマイト処理を施す方法や、特定基板の外面や金属層にマスキングを行う方法が挙げられる。
【００２４】
なお、この構成による熱電変換モジュールでは、フィンの外周形状、すなわち、フィン配置領域の形状と、熱電変換素子配置領域の形状とが一致していても良い。
【００２５】
また、この熱電変換モジュールにおいて、接合材層配置領域の形状は、熱電変換素子配置領域の全ての角部が除かれた形状であることが好ましい（請求項５）。この場合、特定基板の外面において、熱電変換素子配置領域の各角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全て接合材層配置領域の外側に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は損傷し難くなり、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００２６】
上記の場合、熱電変換素子配置領域は矩形であり、接合材層配置領域は八角形であることが好ましい（請求項６）。この場合、熱電変換素子配置領域の四隅に配置された熱電変換素子は、接合材層配置領域の外側に位置することとなる。このため、これら四隅に配置された各熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。
【００２７】
さらに、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該フィンは、各該板状部と、該外面と平行な基部とを有し、
該基部は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で該外面との間に空間を形成していることを特徴とする（請求項７）。
【００２８】
この熱電変換モジュールでは、フィンが板状部の他に基部を有しており、この基部は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で特定基板の外面との間に空間を形成するように構成されている。
【００２９】
このため、この熱電変換モジュールでは、この空間により、熱電変換素子配置領域の少なくとも一つの角部となる位置では、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域において、この空間の厚さ方向に位置する熱電変換素子には、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールにおいても、各熱電変換素子や各フィンがろう付けやはんだ付けによって各電極や特定基板に接合される製造時において、特定基板が高熱に曝されても、その熱電変換素子は損傷し難くなっている。なお、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の全体を空間の厚さ方向に位置させても良いが、接合材層配置領域の外側に位置させても良いが、熱電変換素子配置領域の角部に位置する熱電変換素子の一部を空間の厚さ方向に位置させても良い。
【００３０】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００３１】
基部について、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で特定基板の外面との間に空間を形成させる方法としては、例えば、基部の一部分について、特定基板の外面から立ち上がるように曲げ加工を施すこと等が挙げられる。
【００３２】
なお、この構成による熱電変換モジュールでは、基部と特定基板との間に上記の接合材層を設けても良い。
【００３３】
また、この熱電変換モジュールにおいて、基部は、熱電変換素子配置領域の全ての角部に空間を形成していることが好ましい（請求項８）。この場合、熱電変換素子配置領域の各角部となる位置では、各空間によって、特定基板の外面にフィンが接合されていない状態となる。このため、熱電変換素子配置領域の各角部に位置する熱電変換素子は、全てこの空間の厚さ方向に位置することとなる。このため、それらの熱電変換素子は、特定基板やフィンの熱変形の熱変形による応力負荷が作用し難くなることで、損傷し難くなる。このため、熱電変換モジュールがより優れた耐久性を発揮することとなる。
【００３４】
本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子配置領域は、全ての角部が９０°より大きい角度をなしていることを特徴とする（請求項９）。
【００３５】
本発明の熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の全ての角部が９０°より大きい角度となるように、各熱電変換素子が各内面に配置される。つまり、この熱電変換モジュールでは、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所に各熱電変換素子を配置しないことで、各熱電変換素子を損傷させ難くすることが可能となる。
【００３６】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００３７】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域は五角形以上であることが好ましい（請求項１０）。また、熱電変換素子配置領域は八角形であることが好ましい（請求項１１）。熱電変換素子配置領域がこれらの形状である場合、各内面において、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所への各熱電変換素子の配置を回避しつつ、第１基板と第２基板と間に熱電変換素子を多く配置することが可能となる。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子によるペルチェ効果やゼーベック効果が高まるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００３８】
また、本熱電変換モジュールにおいて、第１基板及び第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ得る。また、外面には、熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ得る。そして、フィン配置領域は矩形であることが好ましい（請求項１２）。
【００３９】
この場合、フィンが配置されることにより、熱電変換モジュールでは、吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高まる。上記のように、この熱電変換モジュールでは、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所に各熱電変換素子が配置されないため、各熱電変換素子は、特定基板やフィンの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。このため、この熱電変換モジュールでは、高性能となるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００４０】
また、第１基板及び第２基板は矩形であり、第１基板及び第２基板と熱電変換素子配置領域とは中心が一致していることが好ましい（請求項１３）。この場合、第１基板や第２基板の熱変形による応力負荷が大きくなる箇所である、第１、２基板の各四隅に対して各熱電変換素子を配置すること回避しつつ、各内面に熱電変換素子を多く配置することが可能となる。このため、この熱電変換モジュールでは、高性能となるとともに、熱電変換素子が損傷し難くなる。
【００４１】
さらに、本発明の熱電変換モジュールは、以下の構成とすることもできる。すなわち、本発明の熱電変換モジュールは、対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の間には、前記熱電変換素子配置領域よりも外側で、該第１基板及び該第２基板に当接する複数の柱部材が設けられていることを特徴とする（請求項１４）。
【００４２】
本発明の熱電変換モジュールでは、複数の柱部材によって、第１基板及び第２基板の熱変形が矯正されるため、熱電変換素子が損傷し難くなっている。
【００４３】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮する。
【００４４】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、各柱部材は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられた主柱部材のみからなり得る（請求項１５）。また各柱部材は、熱電変換素子配置領域の全ての角部に設けられた主柱部材のみからなり得る（請求項１６）。
【００４５】
上記のように複数の柱部材を設けた場合に、これらを介して第１基板及び第２基板の間で相互に伝熱される、いわゆるヒートブリッジ現象により、熱電変換モジュールの性能低下が懸念される。これに対し、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域の角部となる二箇所又は、全ての角部に主柱部材を設けることとしている。これにより、第１基板及び第２基板に当接する主柱部材の数を少なくしている。このため、ヒートブリッジ現象による熱電変換モジュールの性能低下を抑制することが可能になっている。なお、熱電変換素子配置領域の全ての角部に主柱部材を設けた場合、熱電変換素子配置領域の角部となる二箇所に主柱部材を設ける場合と比較して、より好適に第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することができる。このため、熱電変換素子がより損傷し難くなる。
【００４６】
また、柱部材は、熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられる主柱部材と、主柱部材間の少なくとも一箇所に設けられる副柱部材とからなり得る（請求項１７）。この場合、主柱部材と副柱部材とによって、好適に第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することができる。
【００４７】
本発明の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域は矩形であることが好ましい（請求項１８）。この場合、熱電変換素子配置領域の全ての角部に主柱部材を設けた場合でも、主柱部材は四本となる。このため、ヒートブリッジ現象を抑制しつつ、１基板及び第２基板の熱変形を好適に矯正することができる。
【００４８】
副柱部材は、主柱部材よりも第１基板及び第２基板に平行な面による断面の断面積が小さいことが好ましい（請求項１９）この場合、主柱部材よりも副柱部材の上記断面積が小さくなり、ヒートブリッジ現象を抑制できる。また、この場合、副柱部材の製造コストを削減でき、ひいては熱電変換モジュールの製造コストの削減も可能である。
【００４９】
主柱部材は、第１基板及び第２基板に平行な面による断面が略Ｌ字状に形成されていることが好ましい（請求項２０）。この場合、熱電変換素子配置領域の角部に沿って主柱部材を配置することが可能となる。このため、主柱部材は、各熱電変換素子により近い位置で第１基板及び第２基板の熱変形を矯正することが可能となり、熱電変換素子の損傷を好適に防止することが可能である。また、熱電変換素子配置領域の角部に沿って主柱部材を配置することで、熱電変換モジュールの大型化を抑制することも可能となる。
【００５０】
上記のようなヒートブリッジ現象を抑制するため、柱部材（主柱部材及び副柱部材）は熱が伝わり難い材料で得られていることが好ましい。また、第１基板及び第２基板の熱変形を矯正する目的から、柱部材は、変形し難い材料で得られていることが好ましい。つまり、柱部材は、熱伝導率が低く、ヤング率が高い材料から得られていることが好ましい。
【００５１】
これらの観点から、柱部材はステンレス製であることが好ましい（請求項２１）。ステンレスは、熱伝導率が１６Ｗ／ｍＫであり、ヤング率が２００ＧＰａであることから、ステンレスで得られた柱部材、すなわち、主柱部材及び副柱部材によれば、ヒートブリッジ現象を好適に抑制しつつ、第１基板及び第２基板の熱変形を好適に矯正することが可能である。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の熱電変換モジュールは優れた耐久性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来の熱電変換モジュールを示すＣＡＥ解析断面図である。
【図２】実施例１の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図３】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図４】実施例１の熱電変換モジュールに係り、第１基板の外面を示す背面図である。
【図５】実施例１の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図６】実施例２の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図７】実施例３の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図８】実施例４の熱電変換モジュールに係り、図（Ａ）は部分拡大断面図、図（Ｂ）はフィン配置領域、接合層及び金属層を上下にややずらして示す上面図である。
【図９】実施例５の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図１０】実施例５の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１１】実施例５の熱電変換モジュールに係り、第１基板の外面を示す背面図である。
【図１２】実施例６の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１３】実施例７の熱電変換モジュールを示す断面図である。
【図１４】実施例７の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１５】実施例８の熱電変換モジュールに係り、第１基板の内面を示す上面図である。
【図１６】従来の熱電変換モジュールにおける熱電変換素子の応力分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明を具体化した実施例１〜８を図面を参照しつつ説明する。
【００５５】
（実施例１）
図２に示すように、実施例１の熱電変換モジュールは、第１、２基板１、３と、複数の電極５ａ、５ｂと、複数の熱電変換素子７と、第１、２フィン９、１１とを備えている。
【００５６】
第１、２基板１、３は、それぞれ正方形の板状に成形された窒化アルミで得られている。第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａには、アルミ板からなる電極５ａ、５ｂがそれぞれろう付けにより接合されて設けられている。
【００５７】
また、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂには、それぞれ全面に亘って接合材層配置領域１６ａが設けられており、この接合材層配置領域１６ａには、第１、２基板１、３と同形状のアルミ板がろう付けにより接合されている。これらのアルミ板は金属層１ｃ、３ｃを形成している。なお、後述するように、各金属層１ｃ、３ｃには、それぞれ第１、２フィン９、１１が接合されることから、第１、２基板１、３はそれぞれ特定基板に相当する。
【００５８】
図３に示すように、第１基板１の内面１ａにおける中央には、各熱電変換素子７が配置された熱電変換素子配置領域１３ａが設けられている。この熱電変換素子配置領域１３ａは、一辺が長さＡの正方形とされている。また、図３では、電極５ａを図示しないが、各電極５ａはこの熱電変換素子配置領域１３ａ内に配置されている。なお、第２基板３の内面３ａにも同様に熱電変換素子配置領域１３ａが設定されており、図示しない電極５ｂも同様に配置されている。
【００５９】
各熱電変換素子７は公知のｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とからなり、各熱電変換素子７はビスマス・テルル系の合金等によって得られている。これらの各熱電変換素子７は同一形状の角柱形状をなしており、各端面は同一の矩形状をなしている。各熱電変換素子７は、それぞれの端面で第１基板１側の電極５ａ及び第２基板３側の電極５ｂとはんだによって接合されている。これにより、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが格子状に配置されることで、上記の熱電変換素子配置領域１３ａが形成されるとともに、各熱電変換素子７は、第１基板１側の電極５ａと、第２基板３側の電極５ｂによって電気的に直列に接続される。こうして、各熱電変換素子７は、第１基板１及び第２基板３によって熱的に並列に接続された状態となっている。
【００６０】
図４に示すように、第１フィン９は、八角形状に形成されたアルミ板の基部９ａと、基部９ａから外側に向かって垂直に延びるアルミ板からなる複数の板状部９ｂとで構成されている。基部９ａと各板状部９ｂとは、ろう付けによって接合されている。八角形状に形成された基部９ａにより、第１フィン９における第１基板１又は第２基板３と平行な面による各板状部９ｂを全て包括する外周形状は、八角形状となっている。また、基部９ａの両端を除き、各板状部９ｂの延長方向に沿った基部９ａの長さＢは、熱電変換素子配置領域１３ａの長さＡと同一とされている。なお、図２に示す第２フィン１１も同様の構成であり、八角形状の基部１１ａと、基部１１ａから外側に向かって垂直に延びる複数の板状部１１ｂとがろう付けによって接合されて得られている。
【００６１】
図５に示すように、金属層１ｃの外面には、第１フィン９が配置されるフィン配置領域１４ａが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設けられている（図３、４参照）。つまり、フィン配置領域１４ａと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。なお、フィン配置領域１４ａは、第１フィン９の基部９ａと同一の八角形状とされている。
【００６２】
金属層１ｃと第１フィン９の基部９ａとの間には、ろう材層１５ａとなる正方形のろう材シートが配置されている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｃ、３ｃがそれぞれ接合材層として機能する。ろう材層１５ａは金属層１ｃ上に設けられた接合材層配置領域１６ｂに配置されており、金属層１ｃ上において、この接合材層配置領域１６ｂは、フィン配置領域１４ａの中心と一致するように設けられている。この接合材層配置領域１６ｂは、ろう材層１５ａと同一形状であり正方形である。なお、図５では、第１基板１側に設けられる接合材層配置領域のみ符号を付して説明する。）。
【００６３】
このろう材層１５ａを介して、金属層１ｃと基部９ａとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。図２に示す金属層３ｃと第２フィン１１との間も同様である。
【００６４】
以上のように構成されたこの熱電変換モジュールでは、第１、２フィン９、１１により、第１、２基板１、３のそれぞれの外面積が拡大され、使用時における吸熱及び放熱の効果又は受熱の効果が高められている。
【００６５】
そして、第１フィン９の外周形状が八角形であることからフィン配置領域１４ａも八角形となっている。このため、第１フィン９は、図３に示すように、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の一部が除かれた形状で金属層１ｃに接合されることとなる。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅の熱電変換素子７はフィン配置領域１４ａの外側、すなわち、第１フィン９の外側に位置することとなり、各熱電変換素子７に対し、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。これらのため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１、２フィン９、１１の熱変形で第１、２基板１、３が熱変形した際における応力負荷が軽減される。
【００６６】
したがって、この熱電変換モジュールは、熱電変換素子７が損傷し難いため、優れた耐久性を発揮するとともに、第１、２フィン９、１１によって高い性能を発揮する。
【００６７】
（実施例２）
図６に示すように、実施例２の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂにろう付けされたアルミ製の金属層１ｄに対してエッチングを行った。当初の金属層１ｄは第１基板１と同一の形状に成形されている。エッチング後の金属層１ｄの外周形状は八角形状である。この金属層１ｄは接合材層として機能する。第１基板１の外面１ｂには、この金属層１ｄが配置される接合材層配置領域１６ｃが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている。つまり、接合材層配置領域１６ｃと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００６８】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている（図１１参照）。つまり、第１フィン９における上記外周形状は正方形となっている。この第１フィン９は、フィン配置領域１４ｂに配置されている。第２フィン１１も同様である。
【００６９】
図６に示すように、金属層１ｄの外面には、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。フィン配置領域１４ｂは、第１フィン９の基部９ｃと同一の正方形とされている。
【００７０】
図６に示すように、金属層１ｄと第１フィン９の基部９ｃとの間には、ろう材層１５ｂとなる八角形のろう材シートが配置されている。このろう材層１５ｂも上記の金属層１ｄと同様、接合材層として機能する。ろう材層１５ｂは金属層１ｄ上に設けられた接合材層配置領域１６ｄに配置されており、金属層１ｄ上において、この接合材層配置領域１６ｄは、フィン配置領域１４ｂの中心と一致するように設けられている。なお、接合材層配置領域１６ｃは、ろう材層１５ｂ及び金属層１ｄと同一形状であり八角形である（同図中の（Ｂ）参照）。
【００７１】
このろう材層１５ｂを介して、金属層１ｄと基部９ｃとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。第２基板３側も同様である。なお、図６では、第１基板１側に設けられる金属層１ｄ、ろう材層１５ｂ、接合材層配置領域１６ｃ、１６ｄ及びフィン配置領域１４ｂのみ符号を付して説明する。後述の図７、８も同様である。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００７２】
この熱電変換モジュールでは、上記のように、接合材層配置領域１６ｃに配置される金属層１ｄと、接合材層配置領域１６ｄに配置されるろう材層１５ｂの各外周形状が八角形となっている。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅となる位置では、金属層１ｄ、つまり第１基板１の外面１ｂに第１フィン９が接合されていない状態となっている。このため、この第１フィン９が接合されていない箇所に位置する、すなわち、接合材層配置領域１６ｃ、１６ｄの外側に位置する熱電変換素子７には、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００７３】
（実施例３）
図７に示すように、実施例３の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂに対し、プレスにより正方形に加工されたアルミ板がろう付けにより接合され、金属層１ｅを形成している。この金属層１ｅの外周形状は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形である。この金属層１ｅは接合材層として機能する。第１基板１の外面１ｂには、この金属層１ｅが配置される接合材層配置領域１６ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている。つまり、接合材層配置領域１６ｅと熱電変換素子配置領域１３ａとは、第１基板１を介して厚さ方向で重なるように位置している。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００７４】
金属層１ｅの外面には、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。上記実施例２と同様、フィン配置領域１４ｂ及び第１フィンの基部９ｃは正方形とされている。
【００７５】
図７に示すように、金属層１ｅと第１フィン９の基部９ｃとの間には、ろう材層１５ｃとなるろう材シートが配置されている。このろう材層１５ｃも上記の金属層１ｅと同様、接合材層として機能する。ろう材層１５ｃは金属層１ｅ上に設けられた接合材層配置領域１６ｆに配置されている。
【００７６】
接合材層配置領域１６ｆとされる金属層１ｅの外面の各角部には、ろう付けが不可能となるマスク材１７が設けられており、ろう材層１５ｃの外周形状は八角形状になっている。また、接合材層配置領域１６ｆの形状も八角形である（同図中の（Ｂ）参照）。
【００７７】
このろう材層１５ｃを介して、金属層１ｅと基部９ｃとがろう付けされることにより、第１基板１と第１フィン９とが熱的に接合された状態となっている。なお、マスク材１７は、金属層１ｅの外面の角部の一箇所にのみ設けられても良い。第２基板３側も同様である。他の構成は実施例１、２の熱電変換モジュールと同様である。
【００７８】
この熱電変換モジュールでは、各マスク材１７により、上記のように、ろう材層１５ｃの外周形状が八角形とされることから、接合材層配置領域１６ｆも八角形となっている。このため、接合材層配置領域１６ｆの外側となる箇所、すなわち、金属層１ｅの各角部と基部９ｃの各角部との間は、各マスク材１７により、互いに接合されていない状態となっている。上記のように、金属層１ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形であり、かつ、金属層１ｅが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の中心Ｏで配置されていることから、各マスク材１７は、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下となる位置に設けられることとなる。同様に、第２基板３側では、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真上となる位置に各マスク材１７が設けられることとなる。
【００７９】
これらのように、各マスク材１７により、第１フィン９が金属層１ｅに接合されていない箇所では、熱電変換素子７に対し、第１基板１や第１フィン９の熱変形による応力負荷が作用し難くなる。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８０】
（実施例４）
図８に示すように、実施例４の熱電変換モジュールでは、第１基板１の外面１ｂに対し、実施例３と同様に、接合材層配置領域１６ｅが設けられ、接合材層配置領域１６ｅには、金属層１ｅが配置されている。第２基板３の外面３ｂも同様である。
【００８１】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｄと、複数の板状部９ｂとで構成されている。この基部９ｄの各角部は板状部９ｂ側に曲げ加工され、基部９ｄの各角部には空間１９が形成されている。第２フィン１１も同様である。なお、曲げ加工が施されるのは、基部９ｄの角部の一箇所のみであっても良い。
【００８２】
金属層１ｅの外面には、実施例２、３と同様、フィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設定されている（図３、４参照）。また、金属層１ｅの外面には、実施例１と同様に、接合材層配置領域１６ｂが設けられており、接合材層配置領域１６ｂには、ろう材層１５ａが配置されている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｅとは、それぞれ接合材層として機能する。第２基板３側も同様である。他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８３】
この熱電変換モジュールでは、各空間１９により、基部９ｄの各角部は金属層１ｅと接合されていない状態となっている。上記のように、金属層１ｅ及び基部９ｄが熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形であり、かつ、これらが熱電変換素子配置領域１３ａと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように配置されていることから、各空間１９は、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下に位置することとなる。同様に、第２基板３側では、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真上に空間１９が位置することとなる。
【００８４】
このため、各空間１９により、金属層１ｅの各角部、つまり、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部では、第１基板１や第１フィン９からの熱変形による応力負荷が作用し難い。第２フィン１１が接合された第２基板３側も同様である。このため、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された熱電変換素子７では、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における応力負荷が軽減され、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００８５】
（実施例５）
図９、１０に示すように、実施例５の熱電変換モジュールでは、正方形に形成された第１、２基板１、３に対し、その各内面１ａ、３ａに各熱電変換素子７が八角形に配置されており、八角形の熱電変換素子配置領域１３ｂを形成している。この熱電変換素子配置領域１３ｂの中心Ｏは、第１、２基板１、３の中心と一致している。つまり、熱電変換素子配置領域１３ｂは、第１、２基板１、３の中央に設けられている。なお、上記のように配置された各熱電変換素子７と電気的に直列に接続可能なように、各電極５ａ、５ｂは、第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａにそれぞれ設けられている（図９参照）。
【００８６】
図１１に示すように、第１フィン９は、正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている。図９に示す第２フィン１１も同様に、正方形の基部１１ｃと、複数の板状部１１ｂとで構成されている。
【００８７】
図１０に示すように、熱電変換素子配置領域１３ｂは八角形であることから、熱電変換素子配置領域１３ｂの全ての角部は９０°よりも大きくなり、約１３５°となっている。また、各両端を除き、各板状部９ｂの延長方向に沿った熱電変換素子配置領域１３ｂの長さＡは、図１１に示す基部９ｃの一辺の長さＢと同一とされている。
【００８８】
図９に示すように、金属層１ｃの外面には、実施例２と同様に、第１フィン９が配置されるフィン配置領域１４ｂが熱電変換素子配置領域１３ｂと第１基板１の厚さ方向で中心Ｏが一致するように設けられている（図３、４参照）。同様に、金属層３ｃの外面にも、第２フィン１１が配置されるフィン配置領域１４ｂが設けられている。
【００８９】
図９に示すように、金属層１ｃと基部９ｃとの間には、ろう材層１５ａが設けられている。このろう材層１５ａ及び上記の金属層１ｃ、３ｃとがそれぞれ接合材層として機能する。なお、金属層１ｃ、３ｃがそれぞれ配置される接合材層配置領域１６ａと、ろう材層１５ａが配置される接合材層配置領域１６ｂ（図９では図示を省略する。）との位置関係を含む他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９０】
この熱電変換モジュールでは、図１０に示すように、各熱電変換素子７が八角形に配置されることにより、この熱電変換モジュールでは、第１基板１と第２基板３との間に多くの熱電変換素子７が配置されている。その一方で、第１、２基板１、３及び第１、２フィン９、１１が熱変形した際に、その応力負荷が大きくなる第１、２基板１、３の各角部である四隅の他、各基部９ａ、１１ａの各角部である四隅となる位置に熱電変換素子７が配置されない状態となる。このため、この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子７によりペルチェ効果やゼーベック効果が高められているとともに、応力負荷により熱電変換素子７が損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９１】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮するとともに、高い性能を発揮する。
【００９２】
（実施例６）
図１２に示すように、実施例６の熱電変換モジュールでは、実施例５と比較して熱電変換素子配置領域１３ｂがより正八角形に近い形状となるように、各熱電変換素子７が配置されている。なお、上記のように配置された各熱電変換素子７と電気的に直列に接続可能なように、各電極５ａ、５ｂは、第１、２基板１、３の各内面１ａ、３ａにそれぞれ設けられている。他の構成は実施例１、５の熱電変換モジュールと同様である。
【００９３】
この熱電変換モジュールでは、各熱電変換素子７がより正八角形に近い状態で配置されるため、第１、２基板１、３及び各基部９ａ、１１ａの各四隅からより遠い位置に熱電変換素子７が配置されることとなる。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子７がより損傷し難くなっている。他の作用効果は実施例１、５の熱電変換モジュールと同様である。
【００９４】
（実施例７）
図１３、１４に示すように、実施例７の熱電変換モジュールには、熱電変換素子配置領域１３ａの外側となる四隅に主柱部材２１ａ〜２１ｄが設けられている。これら主柱部材２１ａ〜２１ｄは、それぞれ、第１基板１の内面１ａと第２基板３の内面３ａとの間において、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿った状態で配置されている。なお、熱電変換素子配置領域１３ａの角部のうち、二箇所のみに主柱部材２１ａ、２１ｂを設けても良い。
【００９５】
図１４に示すように、主柱部材２１ａ〜２１ｄは、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が略Ｌ字状のステンレス角柱によって得られている。主柱部材２１ａ〜２１ｄは、それぞれの一端側が第１基板１の内面１ａに当接した状態で接合されており、それぞれの他端側が第２基板３１の内面３ａに当接した状態で接合されている。
【００９６】
第１フィン９は、熱電変換素子配置領域１３ａと同一の正方形に形成された基部９ｃと、複数の板状部９ｂとで構成されている。第２フィン１１も同様に、基部１１ｃと、複数の板状部１１ｂとで構成されている（図１１参照）。
【００９７】
図１３に示すように、金属層１ｃと基部９ｃとの間には、ろう材層１５ａが設けられている。このろう材層１５ａ及び各金属層１ｃ、３ｃは接合材層として機能する。ろう材層１５ａを介して、第１フィン９は熱電変換素子配置領域１３と同一の中心Ｏで、第１基板１に熱的に接合されている。第２基板３と第２フィン１１との接合も同様である。フィン配置領域１４ｂ及び接合材層配置領域１６ａ、１６ｂの各配置関係を含む他の構成は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【００９８】
この熱電変換モジュールでは、図１４に示すように、主柱部材２１ａ〜２１ｄにより、熱電変換素子配置領域１３ａの全ての角部の外側で第１基板１及び第２基板３の熱変形が矯正されるため、第１基板１や第２基板３が熱変形した際における熱電変換素子７の応力負荷が軽減される。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子７が損傷し難くなっている。
【００９９】
また、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部となる四隅に、主柱部材２１ａ〜２１ｄを設けることで、第１基板１及び第２基板３に当接する主柱部材２１ａ〜２１ｄの数を４本としている。このため、この熱電変換モジュールでは、ヒートブリッジ現象による熱電変換モジュールの性能低下を抑制することが可能になっている。他の作用効果は実施例１の熱電変換モジュールと同様である。
【０１００】
したがって、この熱電変換モジュールも優れた耐久性を発揮するとともに、高い性能を発揮する。
【０１０１】
特に、この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄの上記断面が略Ｌ字状に形成されている。このため、この熱電変換モジュールでは、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿って主柱部材２１ａ〜２１ｄを配置することが可能となっている。このため、主柱部材２１ａ〜２１ｄは、各熱電変換素子７により近い位置で第１基板１及び第２基板３の熱変形を矯正することが可能となり、熱電変換素子７の損傷を好適に防止することが可能となっている。また、熱電変換素子配置領域１３ａの各角部に沿って主柱部材２１ａ〜２１ｄを配置することで、熱電変換モジュールの大型化も抑制されている。
【０１０２】
また、主柱部材がステンレスであることから、この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄによるヒートブリッジ現象を好適に抑制しつつ、第１基板１及び第２基板３の熱変形を好適に矯正することが可能となっている。
【０１０３】
（実施例８）
図１５に示すように、実施例８の熱電変換モジュールには、上記実施例７の熱電変換モジュールにおける主柱部材２１ａ〜２１ｄに加えて、熱電変換素子配置領域１３ａよりも外側に副柱部材２３ａ〜２３ｄが設けられている。これら副柱部材２３ａ〜２３ｄは、それぞれ、主柱部材２１ａと主柱部材２１ｂとの中間の位置に副柱部材２３ａが配置されており、主柱部材２１ｂと主柱部材２１ｃとの中間に副柱部材２３ｂが配置されている。また、主柱部材２１ｃと主柱部材２１ｄとの中間に副柱部材２３ｃが配置されており、主柱部材２１ｄと主柱部材２１ａとの中間に副柱部材２３ｄが配置されている。
【０１０４】
副柱部材２３ａ〜２３ｄは、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が四角のステンレス角柱によって得られている。これら副柱部材２３ａ〜２３ｄは、主柱部材２１ａ〜２１ｄよりも、上記断面の断面積が小さくなるように、細いステンレス角柱が採用されている。副柱部材２３ａ〜２３ｄも、それぞれの一端側が第１基板１の内面１ａに当接した状態で接合されており、それぞれの他端側が第２基板３の内面３ａに当接した状態で接合されている。他の構成は実施例１、７の熱電変換モジュールと同様である。
【０１０５】
この熱電変換モジュールでは、主柱部材２１ａ〜２１ｄ及び副柱部材２３ａ〜２３ｄによって、第１基板１及び第２基板３の熱変形がより好適に矯正されるため、熱電変換素子７がより損傷し難くなっている。
【０１０６】
また、副柱部材２３ａ〜２３ｄの上記断面が主柱部材２１ａ〜２１ｄより小さく、かつステンレスであることから、ヒートブリッジ現象を抑制しつつ、第１基板１及び第２基板３の熱変形を好適に矯正することが可能となっている。さらに、副柱部材２３ａ〜２３ｄの製造コストが削減できることから、熱電変換モジュールの製造コストを削減することが可能になっている。他の作用効果は実施例１、７の熱電変換モジュールと同様である。
【０１０７】
以上において、本発明を実施例１〜８に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜８に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【０１０８】
例えば、第１、２フィン９、１１として、例えばアルミ板等が波型に曲げ加工されて得られたコルゲートフィンを採用することもできる。この場合、曲げ加工により、第１基板１の外面１ｂ及び第２基板３の外面３ｂから立ち上がるように形成された部分を板状部とすることができ、第１基板１の外面１ｂ及び第２基板３の外面３ｂに平行な部分を基部とすることができる。
【０１０９】
また、実施例５〜８の熱電変換モジュールにおいて、第１、２フィン９、１１を設けずに構成することもできる。
【０１１０】
さらに、実施例３の熱電変換モジュールにおいて、第１、２基板１、３の各外面１ｂ、３ｂには、金属層１ｃ、３ｃが設けられても良い。この場合、各マスク材１７は、各金属層１ｃ、３ｃの外面において、熱電変換素子配置領域１３ａの四隅に配置された各熱電変換素子７の角部の真下又は真上となる位置に設けられることが好ましい。
【０１１１】
また、実施例７、８の熱電変換モジュールにおいて、主柱部材２１ａ〜２１ｄを設けず、副柱部材２３ａ〜２３ｄのみを設ける構成とすることもできる。
【０１１２】
さらに、実施例８の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子配置領域１３ｂの対角となる位置に配置された主柱部材２１ａ、２１ｃと、各副柱部材２３ａ〜２３ｄとを設ける構成とすることもできる。
【０１１３】
また、副柱部材２３ａ〜２３ｄとして、第１基板１及び第２基板３に平行な面による断面が円や三角となるステンレス材を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は熱電変換モジュールの他、熱電変換素子のペルチェ効果を利用した空調装置の他、熱電変換素子のゼーベック効果を利用した発電装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１…第１基板
１ａ…内面
１ｂ…外面
１ｃ〜１ｅ…金属層（接合材層）
３…第２基板
３ａ…内面
３ｂ…外面
３ｃ…金属層（接合材層）
５ａ、５ｂ…電極
７…熱電変換素子
９…第１フィン（フィン）
９ａ、９ｃ…基部
９ｂ…板状部
１１…第２フィン（フィン）
１１ａ…基部
１１ｂ…板状部
１３ａ、１３ｂ…熱電変換素子配置領域
１４ａ、１４ｂ…フィン配置領域
１５ａ〜１５ｃ…ろう材層（接合材層）
１６ａ〜１６ｆ…接合材層配置領域
２１ａ〜２１ｄ…主柱部材
２３ａ〜２３ｄ…副柱部材
Ｏ…中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記フィン配置領域の形状は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部が除かれた形状である請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記熱電変換素子配置領域は矩形であり、前記フィン配置領域は八角形である請求項２記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面と該フィンの間には接合材層が設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該接合材層が配置される接合材層配置領域が設けられ、
該接合材層配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記接合材層配置領域の形状は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部が除かれた形状である請求項４記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記熱電変換素子配置領域は矩形であり、前記接合材層配置領域は八角形である請求項５記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該フィンは、各該板状部と、該外面と平行な基部とを有し、
該基部は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で該外面との間に空間を形成していることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記基部は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部に前記空間を形成している請求項７記載の熱電変換モジュール。
【請求項９】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子配置領域は、全ての角部が９０°より大きい角度をなしていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項１０】
前記熱電変換素子配置領域は五角形以上である請求項９記載の熱電変換モジュール。
【請求項１１】
前記熱電変換素子配置領域は八角形である請求項１０記載の熱電変換モジュール。
【請求項１２】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域は矩形である請求項９乃至１１のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項１３】
前記第１基板及び前記第２基板は矩形であり、該第１基板及び該第２基板と前記熱電変換素子配置領域とは中心が一致している請求項９乃至１２のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項１４】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の間には、前記熱電変換素子配置領域よりも外側で、該第１基板及び該第２基板に当接する複数の柱部材が設けられていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項１５】
各前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられた主柱部材のみからなる請求項１４記載の熱電変換モジュール。
【請求項１６】
各前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の全ての角部に設けられた主柱部材のみからなる請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項１７】
前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられる主柱部材と、前記主柱部材間の少なくとも一箇所に設けられる副柱部材とからなる請求項１４記載の熱電変換モジュール。
【請求項１８】
前記熱電変換素子配置領域は矩形である請求項１６又は１７記載の熱電変換モジュール。
【請求項１９】
前記副柱部材は、前記主柱部材よりも前記第１基板及び前記第２基板に平行な面による断面の断面積が小さい請求項１７又は１８記載の熱電変換モジュール。
【請求項２０】
前記主柱部材は、前記第１基板及び前記第２基板に平行な面による断面が略Ｌ字状に形成されている請求項１５乃至１９のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項２１】
前記柱部材はステンレス製である請求項１４乃至２０のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項１】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記フィン配置領域の形状は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部が除かれた形状である請求項１記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記熱電変換素子配置領域は矩形であり、前記フィン配置領域は八角形である請求項２記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面と該フィンの間には接合材層が設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該接合材層が配置される接合材層配置領域が設けられ、
該接合材層配置領域の形状は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所が除かれた形状であることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記接合材層配置領域の形状は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部が除かれた形状である請求項４記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記熱電変換素子配置領域は矩形であり、前記接合材層配置領域は八角形である請求項５記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該フィンは、各該板状部と、該外面と平行な基部とを有し、
該基部は、該熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも一箇所で該外面との間に空間を形成していることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記基部は、前記熱電変換素子配置領域の全ての前記角部に前記空間を形成している請求項７記載の熱電変換モジュール。
【請求項９】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子配置領域は、全ての角部が９０°より大きい角度をなしていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項１０】
前記熱電変換素子配置領域は五角形以上である請求項９記載の熱電変換モジュール。
【請求項１１】
前記熱電変換素子配置領域は八角形である請求項１０記載の熱電変換モジュール。
【請求項１２】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方である特定基板の外面には、該外面から立ち上がる複数の板状部を有するフィンが設けられ、
該外面には、前記熱電変換素子配置領域と厚さ方向で重なるように存在し、該フィンが配置されるフィン配置領域が設けられ、
該フィン配置領域は矩形である請求項９乃至１１のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項１３】
前記第１基板及び前記第２基板は矩形であり、該第１基板及び該第２基板と前記熱電変換素子配置領域とは中心が一致している請求項９乃至１２のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項１４】
対向して配置される第１基板及び第２基板と、
該第１基板及び該第２基板の対向する各内面にそれぞれ設けられた複数の電極と、
各該電極によって電気的に接続される複数の熱電変換素子とを備え、
該第１基板及び該第２基板の各該内面には、各該熱電変換素子が配置された多角形の熱電変換素子配置領域が設けられている熱電変換モジュールであって、
前記第１基板及び前記第２基板の間には、前記熱電変換素子配置領域よりも外側で、該第１基板及び該第２基板に当接する複数の柱部材が設けられていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項１５】
各前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられた主柱部材のみからなる請求項１４記載の熱電変換モジュール。
【請求項１６】
各前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の全ての角部に設けられた主柱部材のみからなる請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項１７】
前記柱部材は、前記熱電変換素子配置領域の角部の少なくとも二箇所に設けられる主柱部材と、前記主柱部材間の少なくとも一箇所に設けられる副柱部材とからなる請求項１４記載の熱電変換モジュール。
【請求項１８】
前記熱電変換素子配置領域は矩形である請求項１６又は１７記載の熱電変換モジュール。
【請求項１９】
前記副柱部材は、前記主柱部材よりも前記第１基板及び前記第２基板に平行な面による断面の断面積が小さい請求項１７又は１８記載の熱電変換モジュール。
【請求項２０】
前記主柱部材は、前記第１基板及び前記第２基板に平行な面による断面が略Ｌ字状に形成されている請求項１５乃至１９のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【請求項２１】
前記柱部材はステンレス製である請求項１４乃至２０のいずれか１項記載の熱電変換モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２２２１２０（Ｐ２０１２−２２２１２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５８３５（Ｐ２０１１−８５８３５）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
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