热电转换模块的制作方法

本发明涉及一种利用塞贝克效应进行热电发电的热电转换模块。

背景技术：

热电转换模块是由可利用塞贝克效应将热能转换为电能的热电转换元件构成的模块。通过利用这种能量的转换性质，能够将从工业、民用工艺或移动体排出的热转换为有效的电力，因此，作为考虑到环境问题的节能技术，该热电转换模块及构成该模块的热电转换元件备受关注。

这种热电转换模块通常是将多个热电转换元件(p型半导体及n型半导体)用电极接合而构成。这种热电转换模块例如公开于专利文献1中。专利文献1中公开的热电转换模块具备：一对基板；一端部与配置于该基板的一方的第一电极电连接，且另一端部与配置于该基板的另一方的第二电极电连接的多个热电转换元件；将与该热电转换元件电连接的第一电极与电连接于相邻的热电转换元件的第二电极电连接的连接部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2013－115359号公报

发明所要解决的课题

但是，随着近年来的热电转换模块的使用用途的扩大、及所使用的各种设备的小型化，要求热电转换模块的进一步的高性能化、小型化、设置场所的自由度的提高，但在现有构造的热电转换模块中，难以充分应对这些要求。

技术实现要素：

本发明是鉴于这样的课题而创立的，其目的在于，提供一种热电转换模块，能够实现高性能化，同时，实现小型化及设置场所的自由度的提高。

用于解决课题的方案

为实现上述的目的，本发明的热电转换模块的特征在于，具有：具备绝缘性的多孔质的绝缘膜；形成于所述绝缘膜的第一表面的薄膜状的热电转换元件，所述第一表面包含相对于位于所述第一表面的相反侧的第二表面倾斜的面，所述绝缘膜越是在所述第一表面与所述第二表面的距离短的部分，其密度越大。

发明效果

根据本发明的热电转换模块，能够实现高性能化，同时，实现小型化及设置场所的自由度的提高。

附图说明

图1是实施例的热电转换模块的制造工序的剖面图；

图2是实施例的热电转换模块的制造工序的剖面图；

图3是实施例的热电转换模块的制造工序的剖面图；

图4是实施例的热电转换模块的制造工序的剖面图；

图5是表示实施例的热电转换模块的使用状态的剖面图；

图6是变形例的热电转换模块的剖面图；

图7是变形例的热电转换模块的剖面图；

图8是变形例的热电转换模块的剖面图；

图9是变形例的热电转换模块的剖面图；

图10是变形例的热电转换模块的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图，基于实施例及变形例详细说明本发明的热电转换模块的实施方式。此外，本发明不限于以下说明的内容，在不变更其宗旨的范围内可以实施任意的变更。另外，实施例及变形例的说明所使用的附图均是示意性地表示本发明的热电转换模块或其构成部件，为了加深理解而进行部分的强调、放大、缩小、或者省略等，有时未正确地表现各构成部件的比例尺或形状等。进而，实施例及变形例中使用的各种数值均表示一例，根据需要可以进行各种变更。

[实施例]

(热电转换模块的制造方法)

以下，参照图1及图4说明本实施例的热电转换模块的制造方法。在此，图1～4是本实施例的热电转换模块的制造工序的剖面图。

首先，如图1所示，准备具备绝缘性及多孔质性的平坦的膜部件(发泡体)即绝缘膜1。作为绝缘膜1，可以使用例如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、或聚氨酯等高分子类的膜、或者由陶瓷构成的膜。绝缘膜1的膜厚可以从例如约20μm、约50μm、约180μm或其以上中适当选择。

接着，如图2所示，将圆柱状的辊2一边相对于绝缘膜1按压一边使其旋转移动，压缩绝缘膜1整体。更具体而言，将辊2倾斜地按压于绝缘膜1的表面，从绝缘膜1的第一端部1a朝向第二端部2b，使压缩量逐渐减少。

如果经过这样的压缩行程，则如图3所示，绝缘膜1的截面成为三角形状。即，绝缘膜1的第一表面1c相对于位于第一表面1c的相反侧的第二表面1d以一定的角度倾斜。换言之，在压缩后的绝缘膜1中，随着从第一端部1a朝向第二端部1b，第一表面1c与第二表面1d的距离逐渐变长。在此，压缩量越多，密度越大，因此，越是在第一表面1c与第二表面1d的距离短的部分，其密度越大。即，随着从第二端部1b朝向第一端部1a，密度增大。

接着，如图4所示，使用通常的镀敷技术或真空蒸镀技术，在绝缘膜1的第一表面形成薄膜状的热电转换元件3。虽然图4中未图示，但热电转换元件3是将多个P型半导体(热电转换材料)及多个N型半导体(热电转换材料)交互并列设置。另外，P型半导体及N型半导体的一端位于绝缘膜1的第一端部1a侧，另一端位于绝缘膜1的第二端部1b侧。进而，P型半导体及N型半导体的端部以将P型半导体和N型半导体串联或并联连接的方式通过电极(未图示)电连接。

经由以上的工序，完成热电转换模块10的形成。

(热电转换模块的使用方式及效果)

接着，参照图5说明本实施例的热电转换模块10的使用方式。在此，图5是表示本实施例的热电转换模块10的使用状态的剖面图。

如图5所示，热电转换模块10以第二表面1d接近热源11的方式配置。即，热电转换模块10从第二表面1d侧供给热。在此，热电转换模块10的绝缘膜1根据厚度而密度不同，越是密度大的部分，热传导率越高。即，在绝缘膜1中，从第一端部1a朝向第二端部1b，热传导率逐渐降低。因此，在第一端部1a侧，热源11的热容易到达热电转换元件3，在第二端部1b侧，热源11的热不易到达热电转换元件3。由此，在热电转换元件3中，位于绝缘膜1的第一端部1a侧的一端部为高温，位于绝缘膜1的第二端部1b侧的另一端部为低温，从而产生因这样的温度差引起的电动势。

如上所述，本实施例的热电转换模块10的热电转换元件3中的温度差因绝缘膜1的构造而产生，热电转换元件3中的温度差不易产生偏差，可以进行稳定的热电发电。即，可以提高热电转换模块10的性能，实现高的可靠性。

另外，由于将热电转换元件3形成于作为绝缘体的绝缘膜1上，所以在热电转换模块10的应该绝缘的部分，能够确保良好的绝缘特性。进而，由于主表面不接触热电转换元件3的端部而接触绝缘膜1的第一表面1c，所以热电转换元件3和绝缘膜1的接合面积增大，能够确保热电转换元件3和绝缘膜1的优异的接合特性，能够提高热电转换模块10自身的接合强度。换言之，在热电转换模块10中，即使构成热电转换元件3的N型半导体及P型半导体产生尺寸偏差，热电转换元件3与绝缘膜1也不会产生接合不良，能够提高热电转换模块10的可靠性。

而且，本实施例的热电转换模块10由于具备在绝缘膜1上形成热电转换元件3这种较简易的构造，所以能够容易地实现制造成本及制造时间的降低。特别是，本实施例的热电转换模块10由于形成为膜状，所以是柔性且被小型化，因此，能够容易地设置在各种场所。

如上所述，本实施例的热电转换模块10能够在实现高性能化的同时实现小型化及设置场所的自由度的提高。

[变形例]

在上述的实施例中，假设了在位于热电转换元件3的形成面的相反侧的第二表面1d侧设置热源11的结构，但也可以将热源11设置于第一表面1c侧。这种情况下，也可以在第二表面1d侧配置冷却装置，与第一表面1c和第二表面1d的距离长的部分相比，能够有效地冷却短的部分，且随着从第一端部1a朝向第二端部1b，温度上升。

另外，在上述的实施例中，以绝缘膜1的截面成为三角形的方式压缩平坦的膜部件，但压缩后的形状不限于三角形。例如，如图6及图7所示，也可以使绝缘膜1的第一表面弯曲。更具体而言，如图6所示，第一表面1c也可以以朝向外侧突出的方式弯曲，如图7所示，第一表面1c也可以以朝向内侧突出的方式弯曲。无论是哪种情况，热电转换元件3由于形成为薄膜状，所以均可以沿着第一表面1c的形状形成。

另外，如图8所示，也可以以绝缘膜1在第一表面1c侧具备槽状的凹部15的方式压缩平坦的膜部件，如图9所示，也可以以绝缘膜1在第一表面1c侧具备凸部16的方式压缩平坦的膜部件。在图8或图9所示的那种热电转换模块10中，需要以第一表面1c和第二表面1d的距离的最短部分成为高温侧，且该距离的最长部分成为低温侧的方式将N型半导体及P型半导体排列设置并串联连接。此外，也可以是第一表面1c和第二表面1d的距离的最长部分为高温侧，且该距离的最短部分为低温侧。

在图6～图9所示的变形例的任一情况中，也能够实现与上述的实施例的热电转换模块10相同的效果。另外，可以根据热电转换模块10的设置场所的状态变更绝缘膜1的形状，可以提供最适合该设置场所的形状的热电转换模块10。

进而，在上述的实施例1中，仅在热电转换元件3的一侧配设了绝缘膜1，但如图10所示，也可以利用两个绝缘膜1、21夹持热电转换元件3。具体而言，如图10所示，热电转换元件3位于两个绝缘膜1、21的第一表面1c、21c彼此之间。在此，绝缘膜21具备与绝缘膜1相同的构造及特性。

具备这种构造的热电转换模块10’中，与上述的实施例1的热电转换模块10相比，能够确保更加良好的绝缘特性。另外，如果热源11接近热电转换模块10’的绝缘膜1的第二表面1d侧，则与上述的实施例相同，第一端部1a成为高温侧，第二端部1b成为低温侧。在此，由于以与第一端部1a对置的方式配置绝缘膜21的第二端部21b(第一表面21c和第二表面21d的距离长的端部)，所以传递到热电转换元件3的热不易传递到第二表面21d。因此，位于第一端部1a及第二端部21b之间的热电转换元件3的一端能够良好地维持高温状态。另一方面，由于以与第二端部1b对置的方式配置绝缘膜21的第一端部21a(第一表面21c和第二表面21d的距离短的端部)，所以传递到热电转换元件3的热容易地传递到第二表面21d。因此，位于第二端部1b及第一端部21a之间的热电转换元件3的另一端能够良好地维持低温状态。即，在本变形例的热电转换模块10’中，由于能够容易地增大热电转换元件3的两端的温度差，且良好地保持该温度差，所以可以具备更优异的热电转换效率。

此外，也可以在第二表面21d配置散热器等冷却装置，由此，能够进一步增大热电转换元件3的两端的温度差，且良好地保持该温度差，能够更进一步提高热电转换模块10’的热电转换效率。

[本发明的实施方式]

本发明第一实施方式的热电转换模块具有：具备绝缘性的多孔质的绝缘膜、形成于上述绝缘膜的第一表面的薄膜状的热电转换元件，上述第一表面包含相对于位于上述第一表面的相反侧的第二表面倾斜的面，上述绝缘膜越是在上述第一表面和上述第二表面的距离短的部分，其密度越大。

本发明第二实施方式的热电转换模块在第一实施方式的热电转换模块的基础上，上述绝缘膜通过压缩平坦的膜部件而形成。

本发明第三实施方式的热电转换模块在第一或第二实施方式的热电转换模块的基础上，上述第一表面相对于上述第二表面以一定的角度倾斜。

本发明第四实施方式的热电转换模块在第一或第二实施方式的热电转换模块的基础上，上述第一表面弯曲。

本发明第五实施方式的热电转换模块在第一或第二实施方式的热电转换模块的基础上，上述绝缘膜在上述第一表面侧具备槽状的凹部。

本发明第六实施方式的热电转换模块在第一或第二实施方式的热电转换模块的基础上，上述热电转换元件由形状相同的两个上述绝缘膜夹持。

符号说明

1、21 绝缘膜

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 辊

3 热电转换元件

10、10’ 热电转换模块

11 热源

15 凹部

16 凸部