本發(fā)明涉及一種利用塞貝克效應(yīng)進(jìn)行熱電發(fā)電的熱電轉(zhuǎn)換模塊。

背景技術(shù)：

熱電轉(zhuǎn)換模塊是由可利用塞貝克效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能的熱電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的模塊。通過利用這種能量的轉(zhuǎn)換性質(zhì)，能夠?qū)墓I(yè)、民用工藝或移動(dòng)體排出的熱轉(zhuǎn)換為有效的電力，因此，作為考慮到環(huán)境問題的節(jié)能技術(shù)，該熱電轉(zhuǎn)換模塊及構(gòu)成該模塊的熱電轉(zhuǎn)換元件備受關(guān)注。

這種熱電轉(zhuǎn)換模塊通常是將多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件(p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體)用電極接合而構(gòu)成。這種熱電轉(zhuǎn)換模塊例如公開于專利文獻(xiàn)1中。專利文獻(xiàn)1中公開的熱電轉(zhuǎn)換模塊具備：一對基板；一端部與配置于該基板的一方的第一電極電連接，且另一端部與配置于該基板的另一方的第二電極電連接的多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件；將與該熱電轉(zhuǎn)換元件電連接的第一電極與電連接于相鄰的熱電轉(zhuǎn)換元件的第二電極電連接的連接部。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開2013－115359號(hào)公報(bào)

發(fā)明所要解決的課題

但是，隨著近年來的熱電轉(zhuǎn)換模塊的使用用途的擴(kuò)大、及所使用的各種設(shè)備的小型化，要求熱電轉(zhuǎn)換模塊的進(jìn)一步的高性能化、小型化、設(shè)置場所的自由度的提高，但在現(xiàn)有構(gòu)造的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，難以充分應(yīng)對這些要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于這樣的課題而創(chuàng)立的，其目的在于，提供一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)小型化及設(shè)置場所的自由度的提高。

用于解決課題的方案

為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊的特征在于，具有：具備絕緣性的多孔質(zhì)的絕緣膜；形成于所述絕緣膜的第一表面的薄膜狀的熱電轉(zhuǎn)換元件，所述第一表面包含相對于位于所述第一表面的相反側(cè)的第二表面傾斜的面，所述絕緣膜越是在所述第一表面與所述第二表面的距離短的部分，其密度越大。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)小型化及設(shè)置場所的自由度的提高。

附圖說明

圖1是實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造工序的剖面圖；

圖2是實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造工序的剖面圖；

圖3是實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造工序的剖面圖；

圖4是實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造工序的剖面圖；

圖5是表示實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的使用狀態(tài)的剖面圖；

圖6是變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖；

圖7是變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖；

圖8是變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖；

圖9是變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖；

圖10是變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，基于實(shí)施例及變形例詳細(xì)說明本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明不限于以下說明的內(nèi)容，在不變更其宗旨的范圍內(nèi)可以實(shí)施任意的變更。另外，實(shí)施例及變形例的說明所使用的附圖均是示意性地表示本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊或其構(gòu)成部件，為了加深理解而進(jìn)行部分的強(qiáng)調(diào)、放大、縮小、或者省略等，有時(shí)未正確地表現(xiàn)各構(gòu)成部件的比例尺或形狀等。進(jìn)而，實(shí)施例及變形例中使用的各種數(shù)值均表示一例，根據(jù)需要可以進(jìn)行各種變更。

[實(shí)施例]

(熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造方法)

以下，參照圖1及圖4說明本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造方法。在此，圖1～4是本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造工序的剖面圖。

首先，如圖1所示，準(zhǔn)備具備絕緣性及多孔質(zhì)性的平坦的膜部件(發(fā)泡體)即絕緣膜1。作為絕緣膜1，可以使用例如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、或聚氨酯等高分子類的膜、或者由陶瓷構(gòu)成的膜。絕緣膜1的膜厚可以從例如約20μm、約50μm、約180μm或其以上中適當(dāng)選擇。

接著，如圖2所示，將圓柱狀的輥2一邊相對于絕緣膜1按壓一邊使其旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，壓縮絕緣膜1整體。更具體而言，將輥2傾斜地按壓于絕緣膜1的表面，從絕緣膜1的第一端部1a朝向第二端部2b，使壓縮量逐漸減少。

如果經(jīng)過這樣的壓縮行程，則如圖3所示，絕緣膜1的截面成為三角形狀。即，絕緣膜1的第一表面1c相對于位于第一表面1c的相反側(cè)的第二表面1d以一定的角度傾斜。換言之，在壓縮后的絕緣膜1中，隨著從第一端部1a朝向第二端部1b，第一表面1c與第二表面1d的距離逐漸變長。在此，壓縮量越多，密度越大，因此，越是在第一表面1c與第二表面1d的距離短的部分，其密度越大。即，隨著從第二端部1b朝向第一端部1a，密度增大。

接著，如圖4所示，使用通常的鍍敷技術(shù)或真空蒸鍍技術(shù)，在絕緣膜1的第一表面形成薄膜狀的熱電轉(zhuǎn)換元件3。雖然圖4中未圖示，但熱電轉(zhuǎn)換元件3是將多個(gè)P型半導(dǎo)體(熱電轉(zhuǎn)換材料)及多個(gè)N型半導(dǎo)體(熱電轉(zhuǎn)換材料)交互并列設(shè)置。另外，P型半導(dǎo)體及N型半導(dǎo)體的一端位于絕緣膜1的第一端部1a側(cè)，另一端位于絕緣膜1的第二端部1b側(cè)。進(jìn)而，P型半導(dǎo)體及N型半導(dǎo)體的端部以將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體串聯(lián)或并聯(lián)連接的方式通過電極(未圖示)電連接。

經(jīng)由以上的工序，完成熱電轉(zhuǎn)換模塊10的形成。

(熱電轉(zhuǎn)換模塊的使用方式及效果)

接著，參照圖5說明本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10的使用方式。在此，圖5是表示本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10的使用狀態(tài)的剖面圖。

如圖5所示，熱電轉(zhuǎn)換模塊10以第二表面1d接近熱源11的方式配置。即，熱電轉(zhuǎn)換模塊10從第二表面1d側(cè)供給熱。在此，熱電轉(zhuǎn)換模塊10的絕緣膜1根據(jù)厚度而密度不同，越是密度大的部分，熱傳導(dǎo)率越高。即，在絕緣膜1中，從第一端部1a朝向第二端部1b，熱傳導(dǎo)率逐漸降低。因此，在第一端部1a側(cè)，熱源11的熱容易到達(dá)熱電轉(zhuǎn)換元件3，在第二端部1b側(cè)，熱源11的熱不易到達(dá)熱電轉(zhuǎn)換元件3。由此，在熱電轉(zhuǎn)換元件3中，位于絕緣膜1的第一端部1a側(cè)的一端部為高溫，位于絕緣膜1的第二端部1b側(cè)的另一端部為低溫，從而產(chǎn)生因這樣的溫度差引起的電動(dòng)勢。

如上所述，本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10的熱電轉(zhuǎn)換元件3中的溫度差因絕緣膜1的構(gòu)造而產(chǎn)生，熱電轉(zhuǎn)換元件3中的溫度差不易產(chǎn)生偏差，可以進(jìn)行穩(wěn)定的熱電發(fā)電。即，可以提高熱電轉(zhuǎn)換模塊10的性能，實(shí)現(xiàn)高的可靠性。

另外，由于將熱電轉(zhuǎn)換元件3形成于作為絕緣體的絕緣膜1上，所以在熱電轉(zhuǎn)換模塊10的應(yīng)該絕緣的部分，能夠確保良好的絕緣特性。進(jìn)而，由于主表面不接觸熱電轉(zhuǎn)換元件3的端部而接觸絕緣膜1的第一表面1c，所以熱電轉(zhuǎn)換元件3和絕緣膜1的接合面積增大，能夠確保熱電轉(zhuǎn)換元件3和絕緣膜1的優(yōu)異的接合特性，能夠提高熱電轉(zhuǎn)換模塊10自身的接合強(qiáng)度。換言之，在熱電轉(zhuǎn)換模塊10中，即使構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換元件3的N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體產(chǎn)生尺寸偏差，熱電轉(zhuǎn)換元件3與絕緣膜1也不會(huì)產(chǎn)生接合不良，能夠提高熱電轉(zhuǎn)換模塊10的可靠性。

而且，本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10由于具備在絕緣膜1上形成熱電轉(zhuǎn)換元件3這種較簡易的構(gòu)造，所以能夠容易地實(shí)現(xiàn)制造成本及制造時(shí)間的降低。特別是，本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10由于形成為膜狀，所以是柔性且被小型化，因此，能夠容易地設(shè)置在各種場所。

如上所述，本實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10能夠在實(shí)現(xiàn)高性能化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化及設(shè)置場所的自由度的提高。

[變形例]

在上述的實(shí)施例中，假設(shè)了在位于熱電轉(zhuǎn)換元件3的形成面的相反側(cè)的第二表面1d側(cè)設(shè)置熱源11的結(jié)構(gòu)，但也可以將熱源11設(shè)置于第一表面1c側(cè)。這種情況下，也可以在第二表面1d側(cè)配置冷卻裝置，與第一表面1c和第二表面1d的距離長的部分相比，能夠有效地冷卻短的部分，且隨著從第一端部1a朝向第二端部1b，溫度上升。

另外，在上述的實(shí)施例中，以絕緣膜1的截面成為三角形的方式壓縮平坦的膜部件，但壓縮后的形狀不限于三角形。例如，如圖6及圖7所示，也可以使絕緣膜1的第一表面彎曲。更具體而言，如圖6所示，第一表面1c也可以以朝向外側(cè)突出的方式彎曲，如圖7所示，第一表面1c也可以以朝向內(nèi)側(cè)突出的方式彎曲。無論是哪種情況，熱電轉(zhuǎn)換元件3由于形成為薄膜狀，所以均可以沿著第一表面1c的形狀形成。

另外，如圖8所示，也可以以絕緣膜1在第一表面1c側(cè)具備槽狀的凹部15的方式壓縮平坦的膜部件，如圖9所示，也可以以絕緣膜1在第一表面1c側(cè)具備凸部16的方式壓縮平坦的膜部件。在圖8或圖9所示的那種熱電轉(zhuǎn)換模塊10中，需要以第一表面1c和第二表面1d的距離的最短部分成為高溫側(cè)，且該距離的最長部分成為低溫側(cè)的方式將N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體排列設(shè)置并串聯(lián)連接。此外，也可以是第一表面1c和第二表面1d的距離的最長部分為高溫側(cè)，且該距離的最短部分為低溫側(cè)。

在圖6～圖9所示的變形例的任一情況中，也能夠?qū)崿F(xiàn)與上述的實(shí)施例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10相同的效果。另外，可以根據(jù)熱電轉(zhuǎn)換模塊10的設(shè)置場所的狀態(tài)變更絕緣膜1的形狀，可以提供最適合該設(shè)置場所的形狀的熱電轉(zhuǎn)換模塊10。

進(jìn)而，在上述的實(shí)施例1中，僅在熱電轉(zhuǎn)換元件3的一側(cè)配設(shè)了絕緣膜1，但如圖10所示，也可以利用兩個(gè)絕緣膜1、21夾持熱電轉(zhuǎn)換元件3。具體而言，如圖10所示，熱電轉(zhuǎn)換元件3位于兩個(gè)絕緣膜1、21的第一表面1c、21c彼此之間。在此，絕緣膜21具備與絕緣膜1相同的構(gòu)造及特性。

具備這種構(gòu)造的熱電轉(zhuǎn)換模塊10’中，與上述的實(shí)施例1的熱電轉(zhuǎn)換模塊10相比，能夠確保更加良好的絕緣特性。另外，如果熱源11接近熱電轉(zhuǎn)換模塊10’的絕緣膜1的第二表面1d側(cè)，則與上述的實(shí)施例相同，第一端部1a成為高溫側(cè)，第二端部1b成為低溫側(cè)。在此，由于以與第一端部1a對置的方式配置絕緣膜21的第二端部21b(第一表面21c和第二表面21d的距離長的端部)，所以傳遞到熱電轉(zhuǎn)換元件3的熱不易傳遞到第二表面21d。因此，位于第一端部1a及第二端部21b之間的熱電轉(zhuǎn)換元件3的一端能夠良好地維持高溫狀態(tài)。另一方面，由于以與第二端部1b對置的方式配置絕緣膜21的第一端部21a(第一表面21c和第二表面21d的距離短的端部)，所以傳遞到熱電轉(zhuǎn)換元件3的熱容易地傳遞到第二表面21d。因此，位于第二端部1b及第一端部21a之間的熱電轉(zhuǎn)換元件3的另一端能夠良好地維持低溫狀態(tài)。即，在本變形例的熱電轉(zhuǎn)換模塊10’中，由于能夠容易地增大熱電轉(zhuǎn)換元件3的兩端的溫度差，且良好地保持該溫度差，所以可以具備更優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換效率。

此外，也可以在第二表面21d配置散熱器等冷卻裝置，由此，能夠進(jìn)一步增大熱電轉(zhuǎn)換元件3的兩端的溫度差，且良好地保持該溫度差，能夠更進(jìn)一步提高熱電轉(zhuǎn)換模塊10’的熱電轉(zhuǎn)換效率。

[本發(fā)明的實(shí)施方式]

本發(fā)明第一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊具有：具備絕緣性的多孔質(zhì)的絕緣膜、形成于上述絕緣膜的第一表面的薄膜狀的熱電轉(zhuǎn)換元件，上述第一表面包含相對于位于上述第一表面的相反側(cè)的第二表面傾斜的面，上述絕緣膜越是在上述第一表面和上述第二表面的距離短的部分，其密度越大。

本發(fā)明第二實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊在第一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上，上述絕緣膜通過壓縮平坦的膜部件而形成。

本發(fā)明第三實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊在第一或第二實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上，上述第一表面相對于上述第二表面以一定的角度傾斜。

本發(fā)明第四實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊在第一或第二實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上，上述第一表面彎曲。

本發(fā)明第五實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊在第一或第二實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上，上述絕緣膜在上述第一表面?zhèn)染邆洳蹱畹陌疾俊?/p>

本發(fā)明第六實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊在第一或第二實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上，上述熱電轉(zhuǎn)換元件由形狀相同的兩個(gè)上述絕緣膜夾持。

符號(hào)說明

1、21 絕緣膜

1a、21a 第一端部

1b、21b 第二端部

1c、21c 第一表面

1d、21d 第二表面

2 輥

3 熱電轉(zhuǎn)換元件

10、10’ 熱電轉(zhuǎn)換模塊

11 熱源

15 凹部

16 凸部