专利名称：热电转换模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及热电转换模块及其制造方法。
背景技术：
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。
发明内容
本发明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热电转换模块及其制造方法。为了实现上述目的，本发明提供以下所示的热电转换模块。[I]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，所述编织导线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，所述编织导线B通过编织导线而形成而且比编织导线A短。[2]如[I]所述的热电转换模块，所述导线的直径为100 400 U m。[3]如[I]或[2]所述的热电转换模块，编织导线A及编织导线B分别是单层的编织导线。[4]如[I] [3]中任一项所述的热电转换模块，还包括覆盖编织导线A的表面的绝缘层。[5]如[I] [4]中任一项所述的热电转换模块，编织导线A及编织导线B分别是三线编织的编织导线、四线编织的编织导线、六线编织的编织导线、或者平纹编织的编织导线。[6]如[I] [5]中的任一项所述的热电转换模块，具备多个所述小模块，并且并行电连接多个所述小模块。另外，本发明提供以下的发电机。[7]发电机，包含卷绕在管子上的、[I] [6]中的任一项所述的热电转换模块。进而，本发明提供以下的热电转换模块的制造方法。[8]热电转换模块的制造方法，包括第一步骤，准备通过编织导线而形成的编织导线A以及比编织导线A短的编织导线B ；以及第二步骤，通过编织导线A及编织导线B将多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件交替连接，从而获得将所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件串行电连接而形成的小模块，所述第二步骤中，通过编织导线A将所述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连接，通过编织导线B将所述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连接。[9]如[8]所述的热电转换模块的制造方法，还包括下述步骤含有所述第一步骤及所述第二步骤并准备多个所述小模块的步骤；以及并行电连接多个所述小模块的步骤。本发明的热电转换模块由于由导热率高的材料构成，所以能够获得高发电能力。另外、本发明的热电转换模块具有可弯曲性，并且能够形成螺旋状或梯形的结构，所以能够适用于具有各种管径及长度的作为热源的管子。进而，连接所述一端面的编织导线A比连接所述另一端面的编织导线B长。因此，在将本发明的热电转换模块配置于作为热源的管子时，能够防止连接所述另一端面的编织导线B之间或者热电转换元件之间短路，发电能力下降。这样，热电转换元件的电连接具有高可靠性。
图I (a)、(b)是表示本发明实施方式I的热电转换模块的示意结构的图。图2(a) (C)是表示本发明实施方式I的热电转换模块的制造方法的图。图3(a) (e)是表示由多根导电性材料的导线构成的编织导线的例子的俯视图。图4(a) (C)是用于说明本发明的小模块的其他制造方法的图。图5是表示本发明实施方式2的热电转换模块的示意结构的图。图6(a) (C)是表示本发明实施方式2的热电转换模块的制造方法的图。图7是专利文献I中记载的现有的热电转换模块的立体图。图8是专利文献2中记载的现有的热电转换模块的截面图。图9是表示专利文献3中记载的现有的热电转换模块的示意结构的图。标记说明100、200热电转换模块101 P型热电转换元件102 N型热电转换元件103、104 编织导线105 电线106 小模块301,601 连接电极401管状热电转换模块402金属管403绝缘性基板404a、404b 导线404X表面连接电极404Y背面连接电极411、414、421、424、431、434、4ml 4m4 热电转换元件501高分子材料层502粘接性树脂
602、603外部连接端子604 基板H表示热的流向的箭头
具体实施例方式本发明的热电转换模块包含小模块。所述小模块由多个P型热电转换元件及多个N型热电转换元件、以及将这些元件连接的导电性的编织导线A及编织导线B构成。所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件是通过对能由温度差产生电动势的热电转换材料添加适当的掺杂材料，并成形出所期望的形状而获得的。所述热电转换材料能够根据使用时产生的温度差进行选择。作为热电转换材料，例如，若所述温度差为从常温到500K为止，则优选使用铋-碲(Bi-Te)合金，若所述温度差为从常温到800K为止，则优选使用铅-碲(Pb-Te)合金，若所述温度差为从常温到1000K为止，则优选使用硅-锗 (Si-Ge)合金。作为用于获得P型的热电转换材料的掺杂材料可以例举Sb。作为用于获得N型的热电转换材料的掺杂材料可以例举Se。这些掺杂材料例如以Iia5Sb1.5Te3”或“Bi2Te2.7Se(l.3”那样的热电转换材料的组成式表示的程度的量添加到热电转换材料中。所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件能够通过将P型热电转换材料或N型热电转换材料的结晶块(ingot)以切割等通常的方法切断而获得。所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件沿方向X(图2(b)中的箭头X)交替地配置。所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件分别具有沿方向X的一端面和另一端面。“沿方向X的一端面/另一端面”是指例如与方向X正交的方向Y(图2(b)中的箭头Y)中的端面。在方向X上，编织导线A将所述P型热电转换元件(例如图2(b)中的标号IOla)的一端面和其一方的相邻的所述N型热电转换兀件(标号102b)的一端面连接。所述一端面是指例如图2(b)中的上侧的端面。在方向X上，编织导线B将所述P型热电转换元件(标号IOla)的另一端面和其另一方的相邻的所述N型热电转换兀件(标号102c)的另一端面连接。所述另一端面是指例如图2(b)中的下侧的端面。编织导线A和编织导线B都能够通过焊锡焊接或硬焊等热电转换材料和金属电极的通常焊接方法，将所述热电转换元件连接。编织导线A和编织导线B都由编织导线而形成的导电性的编织导线构成。从提高所述热电转换元件和所述编织导线之间的连接的可靠性的观点出发，优选所述编织导线为单层(一重)编织导线。这里所谓“单层”是指编织导线的部分没有重叠。作为所述编织导线可以举出例如三线编织的编织导线、四线编织的编织导线、六线编织的编织导线、平纹编织的编织导线、以及网线。从获得柔软的编织导线的观点及从在热电转换元件和编织导线之间获得充分的粘接强度的观点出发，所述导线的直径优选为50 y m 400 y m,但更优选其直径为80 y m 300 u m0编织导线A比编织导线B长。这里，编织导线A的长度是指将所述P型热电转换元件的方向X上的一方的端边缘和所述N型热电转换元件的方向X上的另一方的端边缘连接的、编织导线A的部分的长度。另外，编织导线B的长度是指将所述P型热电转换元件的方向X上的另一方的端边缘和所述N型热电转换元件的方向X上的一方的端边缘连接的、编织导线B的部分的长度。编织导线A的长度和编织导线B的长度能够由所述热电转换元件的大小或作为发电机而配置热电转换模块时的、作为热源的管子的外径决定。编织导线A优选具有下述长度，即，将所述P型热电转换元件的方向X上的一方的端边缘与所述N型热电转换元件的方向X上的另一方的端边缘之间的间隔A(图2(b)的标号A)和所述P型热电转换元件的所述一端面的方向X上的长度和所述N型热电转换元件的所述一端面的方向X上的长度相加所得的长度。编织导线B优选具有下述长度，即，将所述P型热电转换元件的方向X上的另一方的端边缘与所述N型热电转换元件的方向X上的一方的端边缘之间的间隔B(图2(b)的标号B)和所述P型热电转换元件的所述另一端面的方向X上的长度和所述N型热电转换元件的所述另一端面的方向X上的长度相加所得的长度。本发明的热电转换模块在能够获得本发明的效果的范围内，也还可以具有上述结构以外的其他结构。作为这样的其他结构可以举出例如覆盖编织导线A的表面的绝缘层以及电线。能够使用用于布线的绝缘的通常材料形成所述绝缘层。作为绝缘层的材料可以举出例如氟素类树脂、丙烯树脂以及聚氨酯树脂(urethane resin) 0从在编织导线和热电转换元件之间获得充分的粘接强度的观点出发，优选在连接到所述热电转换元件后的编织导·线A的表面形成绝缘层。所述电线是用于并行电连接多个所述小模块的部件。所述电线只要是导电性的部件即可，从作为发电机而配置于管子时的热电转换模块能够进行更多样的配置的观点出发，优选所述电线具有可弯曲性。所述小模块为串行的链状的热电转换模块。例如，以编织导线B与作为热源的管子相接的方式，将该热电转换模块以例如圆弧状或螺旋状进行卷绕。另外，在所述热电转换模块的两端间，根据需要，通过外部连接端子等导电部件，电连接电子设备或蓄电池。这样，所述热电转换模块能够作为通过成为所述热源的管子的内外的温度差产生电动势的发电机。另外，通过将多个所述小模块与一对所述电线并行连接，从而成为梯状的热电转换模块。例如，以沿作为热源的管子的圆周方向配置所述小模块，并且编织导线B与所述管子的外周壁相接的方式，将该热电转换模块卷绕在所述管子上。另外，根据需要，通过外部连接端子等导电部件，在所述电线间连接电子设备或蓄电池。这样，所述热电转换模块能够作为通过成为所述热源的管子的内外的温度差产生电动势的发电机。制造所述的直链状的热电转换模块时，首先，准备编织导线A和编织导线B (第I步骤)。另外，通过编织导线A和编织导线B交替连接多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件而获得所述小模块(第2步骤)。在所述第2步骤中，通过编织导线A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。然后，通过编织导线B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。通过编织导线A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步骤和通过编织导线B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步骤，可以按照上述顺序进行，也可以按照相反的顺序进行。通过所述第一步骤和所述第二步骤准备多个所述小模块，并行电连接多个所述小模块，能够制造上述的梯状的热电转换模块。 下面，参照
本发明的实施方式。[实施方式I]图I是本发明的第一实施方式的热电转换模块100的示意图。图1(a)是热电转换模块100的立体图，图I (b)是热电转换模块100的俯视图。I.热电转换模块的结构本实施方式中的热电转换模块100基本上由P型热电转换元件101、N型热电转换元件102、编织导线103以及编织导线104构成。编织导线103相当于编织导线A。编织导线104相当于编织导线B。另外，沿图I所示的螺旋形状的圆周方向依次地交替配置P型热 电转换元件101和N型热电转换元件102。此时，如图I所示，通过编织导线103分别连接P型热电转换元件101的一端面和N型热电转换元件102的一端面，并通过编织导线104分别连接P型热电转换元件101的另一端面和N型热电转换元件102的另一端面。通过这样的热电转换元件和编织导线之间的配置关系，串行连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的所有热电转换元件。另外，在本实施方式中，特别表示串行连接(排列)所有的热电转换元件的方式，但例如根据要求热电转换模块100被要求的电压及电流，也可以并行连接一部分的热电转换元件。另外，在本实施方式中，作为P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的材料使用在室温附近具有优异性能的Bi-Te类材料。但是，热电转换元件的材料并不特别限定于此，可以根据热电转换模块100的使用环境或使用目的任意地变更。编织导线103比编织导线104长。由此，在将热电转换模块100螺旋状地卷绕到作为热源的管子(未图示)时，能够抑制编织导线104之间或者热电转换元件之间的短路，防止发电能力的下降。进而，作为编织导线103和编织导线104的材料可以使用导热率优异的铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)以及包含所述任一个的元素的合金。2.编织导线的结构如图3所示，编织导线103和编织导线104更优选是将多根导线相互编织而形成的网线(图3(a))等的编织导线。由此，使用焊锡、硬焊材料等接合材料，将P型热电转换元件101或N型热电转换元件102与编织导线103或编织导线104接合时，焊接材料与编织导线103和编织导线104之间的接触面积变大。因此，在将热电转换模块100螺旋状地卷绕到作为热源的管子(未图示)时，即使在P型热电转换元件101或N型热电转换元件102与编织导线103或编织导线104之间的接合部承受应力时，也能够防止接合部断裂。另外，也提高长期的焊接可靠性(寿命)。另外，在将热电转换材料和编织导线接合时，所述接合材料扩散到编织导线的导线间。因此，能够抑制接合部因所述接合材料而隆起。因此，从提高热电转换元件和作为热源的管子之间的的接触性的观点出发，优选所述编织导线。另外，编织导线103和编织导线104优选与编织导线的长度方向正交的截面的形状不是环状。若截面形状为环状，则端面形状的中心部、即编织导线的表面和背面之间存在空气层，由于该空气层，表面和背面的热传递被阻碍。由此，有时焊锡或硬焊材料等难以渗透到编织导线，接合强度下降。因此，从提高编织导线和热电转换元件之间的接合强度的观点出发，优选编织导线的部分不存在重叠(编织导线为单层)。例如，由于扁平编织的编织导线的截面形状为环状，所以并不优选。所述编织导线优选网线(图3 (a))、三线编织的编织导线(图3 (b))、平面四线编织的编织导线(图3 (C))、以及六线编织的编织导线(图3(d))等单层的编织导线。另外，所述编织导线也可以是图3(e)所示的、单层且平纹编织的编织导线。例如平面四线编织的编织导线为将I根的直径约为0. 12mm的Cu线8根进行平面四线编织而构成。该编织导线的宽度为约1_，厚度为约0. 3mm。以IN的负荷拉伸所述编织导线时的所述编织导线的伸长率为I. 2 10%。3.热电转换模块的制造方法接着，使用图2说明图I所示的热电转换模块100的制造方法。首先，如图2(a)所示，将所述编织导线切断为2. 5mm 20mm左右的长度而准备多个编织导线(第I步骤)。所述编织导线例如是平纹编织线径80 y m的Cu線而形成的100 网眼的编织导线。该编织导线的宽度为2mm。所述编织导线的、以IN的负荷拉伸时的伸长率为I. 2%。接着，使用编织导线103和编织导线104交替地串行连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102(第2步骤。图2(b))。这样获得所述小模块。具有以间隔A连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的长度的编织导线用于编织导线103。另外，具有以间隔B连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的长度的编织导线用于编织导线104。编织导线103的长度实质上相同，编织导线104的长度实质上也相同。绷紧地设置编织导线103，以使其在P型热电转换元件101和N型热电转换元件102之间不松弛。同样地也绷紧地设置编织导线104，以使其在P型热电转换元件101和N型热电转换元件102之间不松弛。将P型热电转换元件101及N型热电转换元件102和编织导线103及编织导线104连接的方法例如有焊锡焊接、硬焊、电阻焊接、超声波焊接等。通过以焊锡焊接、硬焊将编织导线与热电转换元件连接，从而能够以低温且将对热电转换元件造成的负荷抑制得较低而将编织导线与热电转换元件连接。作为焊锡、硬焊材料能够使用锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、铟(In)以及包含所述任一元素的合金。另外，不使用焊锡或硬焊材料等焊接材料而通过点焊等电阻焊接将编织导线与热电转换元件连接，从而提高长期的连接可靠性。接着，如图2(c)所示，与作为热源的管子的外径匹配而使编织导线103及编织导线104变形，由此形成螺旋状的热电转换模块100。在本实施方式中示出使用切断为2. 5mm 20mm左右的长度的编织导线103和编织导线104，依次串行连接P型热电转换元件101及N型热电转换元件102而制造所述小模块的方法。所述小模块也能够以其他方法制造。作为所述的其他方法，例如可以举出以下方法。首先，交替地排列P型热电转换元件101及N型热电转换元件102。P型热电转换元件101和N型热电转换元件102之间的间隔是间隔A或间隔B。交替地形成间隔A和间隔B(图4(a))。接着，通过编织导线109连接所有的P型热电转换元件101的一端面和所有的N型热电转换元件102的一端面，而且通过编织导线110连接所有的P型热电转换元件101的另一端面和N型热电转换元件102的另一端面(图4(b))。另外，在应绝缘之处，分别切断并去除编织导线103和编织导线104(图4(c))。编织导线109的所述应绝缘的部分是以间隔B连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的部分。编织导线110的所述应绝缘的部分是以间隔A连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102的部分。编织导线103及编织导线104的长度能够分别根据热源的形状而适当地决定。例如，在热源为在其外周壁上卷绕热电转换模块100的管子的情况下，能够根据作为热源的管子的管径和热电转换元件的高度来决定。更具体而言，编织导线103的长度设为A、编织导线104的长度设为B、从作为热源的管子的中心至外周面为止的距离设为r、P型热电转换元件101或N型热电转换元件102的高度设为h时，优选编织导线103的长度A为B+(h/r) XB以上，更优选为B+(h/r) XB0另外，在热源为在其外周壁上具有棱角部的管子的情况下，根据所述棱角部的曲率半径，分别改变编织导线103及编织导线104的长度即可。在所述外周壁上具有棱角部的管子例如可以举出截面中的外边缘的形状为多边形的管子。此时，棱角部是截面形状的多边形的棱角。
另外，编织导线104将P型热电转换元件101的另一端面和N型热电转换元件102的另一端面连接时，只要不与其他的编织导线103、104或P型热电转换元件101、N型热电转换元件102的各个接触，则也可以从P型热电转换元件101的另一端面或N型热电转换元件102的另一端面沿方向X突出。另外，根据热电转换模块100的使用环境或使用目的，也能够在编织导线103的外周侧表面(图2(b)中的编织导线103的上侧的表面)或在编织导线104的内周侧表面(图2(b)中的编织导线104的下侧的表面)形成绝缘层。另外，也能够使用绝缘材料覆盖热电转换模块100。4 效果的确认本发明人实际上制作了 3072个热电转换元件，通过编织导线A及编织导线B将热电转换元件串行电连接，而制作出本实施方式的热电转换模块。另外，将该热电转换模块以螺旋状卷绕在管子上。确认出在使60°C的热水流过该管子的内部，而且在热电转换模块的外部配置4°C的冰水时，产生3. 4W的电力。也就是说、通过将上述的本实施方式的热电转换模块配置于作为热源的管子，从而实现其作为发电机的功能。[实施方式2]下面，参照
本发明的第二实施方式。图5是表示本发明实施方式2的热电转换模块200的示意结构的立体图。热电转换模块200基本上由P型热电转换元件101、N型热电转换元件102、编织导线103、编织导线104以及电线105构成。通过编织导线103及编织导线104，交替且串行电连接相互邻接的P型热电转换元件101和N型热电转换元件102。编织导线103接合在P型热电转换元件101的上表面及N型热电转换元件102的上表面。编织导线104接合在P型热电转换元件101的与其上表面相对的面(下表面)上和N型热电转换元件102的与其上表面相对的面(下表面)上。由此形成依次交替且串行连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102而形成的小模块106。编织导线103及编织导线104是所述编织导线。另外，编织导线103比编织导线104长。通过焊锡、硬焊材料等焊接材料焊接编织导线103及编织导线104和热电转换元件。另外，电线105、105将多个小模块106的一端之间及另一端之间连接。由此，并行电连接多个小模块106，形成热电转换模块200。另外，在小模块106中，串行电连接多个P型热电转换元件101和N型热电转换元件102，由此热电转换模块200能够获得高输出电压。通过并行电连接多个小模块106，从而即使在作为发电机的使用中，小模块106的一部分或或小模块106和电线105之间的连接部的一部分断裂，热电转换模块200也能够继续发电。另外，通过并行连接多个小模块106，从而具有可弯曲性，能够防止热电转换模块200的扭曲。能够根据热电转换模块200的使用环境或使用目的来选择在小模块106中串行连接的P型热电转换元件101及N型热电转换元件102的数量或小模块106的数量。 编织导线103的长度与编织导线104的长度不同。由此，明确了在将热电转换模块200配置于作为热源的管子时，将热电转换模块200配置在所述管子的外周面上，以使编织导线104与作为热源的管子的外周面相接。另外，如上述通过将热电转换模块200卷绕在所述管子上，从而能够防止配置在内周侧的编织导线104之间短路而使输出功率下降。根据热电转换模块200的使用环境或使用目的，能够任意变更编织导线103及编织导线104中的、配置在小模块106的两端的编织导线103及编织导线104的长度。通过所述焊接材料将编织导线103或编织导线104和热电转换材料接合。因此，接合材料与编织导线103或编织导线104的接触面积大，而且编织导线103或编织导线104与热电转换元件之间的接合强度大。因此，在与热源的形状匹配而使热电转换模块200变形时，即使P型热电转换元件101和编织导线103或编织导线104之间的接合部以及N型热电转换元件102和编织导线103或编织导线104之间的接合部承受应力，也能够防止接合部断裂。由此，在需要更强力地卷绕热电转换模块200的热源中也能够适用热电转换模块200。因此，能够更自由地选择设置热电转换模块200的热源的形状。作为需要更强力卷绕热电转换模块200的热源例如可以举出管径小的管子、表面有棱角部的热源以及表面有凹凸的热源。另外、能够更自由地选择配置到作为热源的管子的热电转换模块200的规格(位置或朝向等)。接着，使用图6说明图5所示的热电转换模块200的制造方法。首先，将导电性的编织导线切断为2. 5mm 20mm左右的长度，准备编织导线103和比其短的编织导线104。另外、切断导电性材料，准备电线105(图6(a))。电线105可以是所述编织导线，也可以不是编织导线(而是金属板或金属带)。电线105优选具有可弯曲性。接着，使用编织导线103及编织导线104交替地依次串行连接P型热电转换元件101和N型热电转换元件102。将编织导线103及编织导线104分别绷紧设置，以使其在P型热电转换元件101和N型热电转换元件102之间不松驰。这样，形成下述小模块106，SP，沿方向X，P型热电转换元件101与一方相邻的N型热电转换元件102之间具有间隔A，P型热电转换元件101与另一方相邻的N型热电转换元件102之间具有比间隔A小的間隔B的小模块106(图6(b))。接着，将多个小模块I06的一端与电线105连接，并将多个小模块106另一端与另外的电线105连接。由此，电性且几何性地并行连接多个小模块106，从而获得热电转换模块200 (图6 (c))。能够通过焊锡焊接、硬焊、电阻焊接、超声波焊接的方法连接多个的小模块106的端部的编织导线和电线105。在本实施方式中，使用切断为2. 5mm 20mm左右的长度的编织导线103及编织导线104，但如图4所示，由20mm以上的较长的所述编织导线夹着交替排列的所有的P型热电转换元件101及所有的N型热电转换元件102，将P型热电转换元件101及N型热电转换元件102与所述编织导线接合后，切断并去除应绝缘的部位的所述编织导线，由此也能够获得小模块106。
另外，在将热电转换模块200安装到热源时，与热源的形状匹配地使编织导线103、编织导线104、及电线105变形。由此，增加热源和热电转换模块200的接触面积，能够
获得高输出功率。以上，如实施方式I及2中的说明，本发明的热电转换模块能够应对作为热源的管子的各种管径及长度，并能够防止编织导线B之间或热电转换元件之间短路。另外，使用导电性的编织导线作为编织导线，将邻接的P型热电转换元件和N型热电转换元件连接，所以提高该编织导线和P型热电转换元件及N型热电转换元件之间的接合强度。因此，在将热电转换模块以螺旋形状卷绕到作为热源的管子时，即使在编织导线和各热电转换元件之间的接合部承受应力的情况下，也能够防止该接合部的断裂。因此，成为可靠性高的热电转换模块。另外，并行连接多个小模块而形成的热电转换模块即使在小模块的一部分断裂时，也能够发电。另外、所述热电转换模块具有可弯曲性，所以能够安装到各种管径的管子。因此，能够容易地安装到作为热源的所期望的管子并容易地从其脱卸。本申请主张基于2011年4月22日提交的特愿第2011-095751号以及2011年4月22日提交的特愿2011-095752号的日本专利申请的优先权。该申请说明书中所记载的内容全都引用于本申请说明书。工业实用性本发明的热电转换模块及其制造方法能够获得发电能力高且能够应对作为热源的管子的各种管径或长度的直链状的热电转换模块。另外、本发明的热电转换模块及其制造方法能够提供可以容易地安装到作为热源的所期望的管子并容易地从其脱卸的、梯状的热电转换模块。
权利要求
1.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。
2.如权利要求I所述的热电转换模块，所述导线的直径为100ii m 400 u m。
3.如权利要求I所述的热电转换模块，编织导线A和编织导线B分别为单层的编织导线。
4.如权利要求I所述的热电转换模块，还包括绝缘层，其覆盖编织导线A的表面。
5.如权利要求I所述的热电转换模块，编织导线A和编织导线B分别是三线编织的编织导线、四线编织的编织导线、六线编织的编织导线、或平纹编织的编织导线。
6.如权利要求I所述的热电转换模块，具备多个所述小模块，并且并行电连接多个所述小模块。
7.发电机，包括卷绕到管子上的、权利要求I所述的热电转换模块。
8.热电转换模块的制造方法，包括 第一步骤，准备通过编织导线而形成的编织导线A以及比编织导线A短的编织导线B ；以及 第二步骤，通过编织导线A及编织导线B交替连接多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件，从而获得将所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件串行电连接而形成的小模块， 所述第二步骤中，通过编织导线A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，通过编织导线B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。
9.如权利要求8所述的热电转换模块的制造方法， 还包括含有所述第一步骤和所述第二步骤，准备多个所述小模块的步骤；以及 并行电连接多个所述小模块的步骤。
全文摘要
本发明提供发电能力高、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。
文档编号H01L35/10GK102751433SQ20121010507
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月11日 优先权日2011年4月22日
发明者东田隆亮, 丰田薰, 久保隆志 申请人:松下电器产业株式会社