热电转换元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种进行热与电的相互能量转换的热电转换元件，特别涉及能够以良好的效率对热电元件赋予温差的热电转换元件。
【背景技术】
[0002]近年来，对于所谓的能量收集(Energy Harvesting)(环境发电技术)进行了广泛的研究开发，所述能量收集是将从大厦、工厂、汽车、电器类等排放到环境中的热能通过热电转换元件转换为电能，并用来作为驱动耗电较低的各种传感器、电子产品等的电源。热电转换元件由于只要向环境中排出热能就能得到电力，因此具有能够用于低耗电仪器等而无需更换电池、以及要注意充电设备等的各种电源。现在使用的热电转换元件缺乏柔性，难以设置在不平坦形状的废热源、放热源上，难以使热电转换元件的面积增大而得到充足的能量等，因此希望开发高柔性的薄型热电转换元件。
[0003]在热电转换元件中，例如，将P型热电元件与N型热电元件在电方面串联连接、在热方面并联连接，从而产生电力。从所获得的电力的观点考虑，重要的是在制作如上所述的薄型热电转换元件时，在P型热电元件和N型热电元件的厚度方向上能否高效地赋予其温差。
[0004]为了有效地赋予上述温差，在专利文献I中公开了一种具有图6所示结构的热电转换元件。即，将P型热电元件41与N型热电元件42串联连接，在其两端部配置输出热电动势的电极43，从而构成热电转换模块46，在该热电转换模块46的两面设有由2种导热系数不同的材料构成的具有柔软性的膜状基板44、45。该膜状基板44、45在与上述热电转换模块46的接合面侧设有低导热系数的材料47、48，使用绝缘体聚酰亚胺等树脂作为该低导热系数的材料，另外，上述膜状基板44、45的构成如下:在与上述热电转换模块46的接合面的相反侧设有高导热系数的材料49、50，并使其位于基板44、45的外面的一部分上，且使用铜等金属作为该高导热系数的材料。现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利第3981738号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]然而，对于专利文献I而言，设置高导热系数材料49、50的部位处与热电转换模块直接接触的是低导热系数的材料，因此，在热电转换元件的厚度方向上的温度梯度小，无法高效地赋予温差。
[0009]鉴于上述问题，本发明的课题在于提供一种能够在热电元件的厚度方向上高效地赋予温差的热电转换元件。
[0010]解决课题的方法
[0011]本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过在由P型热电元件、N型热电元件和电极构成的热电转换模块的第I面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层A和导热系数低于该导热性树脂层A的导热性树脂层B，在与该第I面相反侧的第2面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层a和导热系数低于该导热性树脂层a的导热性树脂层b，可以在P型热电元件和N型热电元件的厚度方向上高效地赋予温差，从而完成了本发明。
[0012]SP，本发明提供以下(I)?(8)0
[0013](I) 一种热电转换元件，其特征在于，
[0014]在由P型热电元件、N型热电元件和电极构成的热电转换模块的第I面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层A和导热系数低于该导热性树脂层A的导热性树脂层B，
[0015]在该热电转换模块的与第I面相反侧的第2面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层a和导热系数低于该导热性树脂层a的导热性树脂层b。
[0016](2)上述(I)所述的热电转换元件，其中，在与设置于所述第I面的导热性树脂层A及导热性树脂层B相对的第2面上，分别设有所述导热性树脂层b及导热性树脂层a。
[0017](3)上述⑴或⑵所述的热电转换元件，其中，所述导热性树脂层A与导热性树脂层B相接，且所述导热性树脂层b与导热性树脂层a相接。
[0018](4)上述⑴所述的热电转换元件，其中，在所述第I面上，分别与所述P型热电元件和/或N型热电元件相对应地设置所述导热性树脂层A和导热性树脂层B，并且在与第I面相反侧的第2面上，分别与所述P型热电元件和/或N型热电元件相对应地设置所述导热性树脂层b和导热性树脂层a，所述导热性树脂层A、所述导热性树脂层B、所述导热性树脂层a及所述导热性树脂层b的宽度相同。
[0019](5)上述⑴所述的热电转换元件，其中，所述导热性树脂层A及a的导热系数为0.5 (ff/m.K)以上，且所述导热性树脂层B及b的导热系数小于0.5 (ff/m.K)。
[0020](6)上述⑴所述的热电转换元件，其中，所述导热性树脂层A、导热性树脂层B、导热性树脂层a及导热性树脂层b的宽度与所述P型热电元件和所述N型热电元件的宽度相同。
[0021](7)上述(I)所述的热电转换元件，其中，所述P型热电元件及所述N型热电元件的膜厚为0.1?100 μ m。
[0022](8)上述⑴所述的热电转换元件，其中，所述导热性树脂层A、所述导热性树脂层B、所述导热性树脂层a及所述导热性树脂层b的膜厚为I?200 μ m。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明的热电转换元件，能够对热电转换模块内的热电元件高效地赋予温差，因此能够以高发电效率进行发电。另外，能够设置在柔性高、具有不平坦的面的废热源、散热源上，能够不受设置场地的限制来使用。
【附图说明】
[0025]图1是示出本发明的热电转换元件的一个例子的剖面图。
[0026]图2示出的是将本发明的热电转换元件分解为各构成要素的立体图，图2(a)是设置于第I面侧的导热性树脂层A和导热性树脂层B的立体图，图2(b)是热电转换模块的立体图，图2 (c)是设置于第2面侧的导热性树脂层b和导热性树脂层a的立体图。
[0027]图3是热电转换元件的内部温度分布的模拟计算所涉及的热电转换元件模型的截面结构的说明图，图3(a)是本发明的热电转换元件模型的截面结构，图3(b)是以往的热电转换元件模型的截面结构。
[0028]图4是本发明的截面结构中被赋予的最大温差ΔT与导热性树脂层A的导热系数kb的模拟结果。
[0029]图5是本发明的截面结构中温度变化范围ΔX与导热性树脂层A的导热系数kb的模拟结果。
[0030]图6是示出以往的热电转换元件的一个例子的剖面图。
[0031]符号说明
[0032]E:热电转换元件
[0033]1:P型热电元件
[0034]2:N型热电元件
[0035]3:电极(铜)
[0036]4:导热性树脂层A
[0037]4’:导热性树脂层a
[0038]5:导热性树脂层B
[0039]5’:导热性树脂层b
[0040]6:热电转换模块
[0041]7:6 的第 I 面
[0042]8:6 的第 2 面
[0043]11:P型热电元件
[0044]13:热电转换模块
[0045]14:导热性树脂层A
[0046]14’:导热性树脂层a
[0047]15:导热性树脂层B
[0048]15’:导热性树脂层b
[0049]17:13 的第 I 面
[0050]18:13 的第 2 面
[0051]19:隔热部
[0052]21:P型热电元件
[0053]23:热电转换模块
[0054]24:金属(铜)
[0055]25:聚酰亚胺
[0056]26:膜状基板
[0057]27:膜状基板
[0058]29:隔热部
[0059]41:P型热电元件
[0060]42:N型热电元件
[0061]43:电极
[0062]44:膜状基板
[0063]45:膜状基板
[0064]46:热电转换模块
[0065]47:绝缘体(聚酰亚胺)
[0066]48:绝缘体(聚酰亚胺)
[0067]49:金属
[0068]50:金属
【具体实施方式】
[0069][热电转换元件]
[0070]本发明的热电转换元件的特征在于:在由P型热电元件、N型热电元件和电极构成的热电转换模块的第I面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层A和导热系数低于该导热性树脂层A的导热性树脂层B，在与该第I面相反侧的第2面上，以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层a和导热系数低于该导热性树脂层a的导热性树脂层b。
[0071 ] 使用附图对本发明的热电转换元件的结构等进行说明。
[0072]图1示出的是本发明的热电转换元件的剖面图的一个例子。图1所示的热电转换元件E是利用厚度方向的温差将热转换为电的热电转换元件，其设有由P型材料制成的薄膜P型热电元件1、由N型材料制成的薄膜N型热电元件2和电极3而构成的热电转换模块6，在该热电转换模块6的第I面7上以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层A4和导热系数低于该导热性树脂层A4的导热性树脂层B5，而且在与上述第I面7相反侧的第2面8上以直接接触的方式交替设置有导热性树脂层a4’和导热系数低于该导热性树脂层a4’的导热性树脂层b5’。各导热性树脂层的优选设置如下:在与第I面7的导热性树脂层A4和导热性树脂层B5相对的第2面8上分别设置了导热性树脂层b5’和导热性树脂层a4’。
[0073]图2示出的是将本发明的热电转换元件分解为各构成要素的立体图，图2(a)是设置于第I面侧的导热性树脂层A