热电转换模块的制作方法_2

文档序号:9816531阅读:来源:国知局
[0063]16:大致Z形部件
[0064]17:并联组
[0065]18:分割基板
[0066]19:捆扎部件
[0067]20: W形弯曲片(第三实施方式的吸收部)
[0068]213:连接部(第二实施方式)
[0069]213a:凹槽(追随部)
【具体实施方式】
[0070][第一实施方式]
[0071]参照图1?图5说明本发明的热电转换模块的第一实施方式。图1?图3所示的第一实施方式的热电转换模块I为将多个η形热电转换元件2电连接而成的所谓单肢型的热电转换模块。
[0072]热电转换元件2为Mg2Si制,形成四棱柱状。目前,作为热电转换元件的材料,多为对人体有害(包括可能会有害的材料)的材料,而且价格高。针对这种情况,Mg2Si对人体无害且对环境的负荷小,而且资源丰富且便宜。另外,Mg2Si的比重较轻,故而能够制作非常轻的热电转换元件2。因此,近年来,作为热电转换元件的材料,Mg2Si备受关注。
[0073]在热电转换元件2的上端接合第一电极3。由此,热电转换元件2和第一电极3电连接。在热电转换元件2的下端接合第二电极4。由此,热电转换元件2和第二电极4电连接。
[0074]第一电极3及第二电极4由在连接热电转换元件2的一侧的表面具备焊料层的镍板(Ni板)成型。该第一电极3及第二电极4既可以是一体形成有焊料层的构成,或者也可以是在镍板的表面丝网印刷焊料后,冲压形成第一电极3及第二电极4的形状而形成的。
[0075]通过使用这样构成的第一电极3及第二电极4,无需对每个第一电极3或第二电极4进行焊料的印刷等,能够减少焊料的印刷次数并简化制造工序。
[0076]另外,电极3、4不限于镍(Ni),也可以使用其他材料,例如可以使用镀镍(Ni)的铜(Cu)。另外,作为接合方法,可以使用软钎焊、硬钎焊等焊接、或利用银膏等导电性粘接剂的粘接、扩散接合,根据热电转换模块的用途等适当选择接合方法进行接合。
[0077]在通过焊接进行接合的情况下,也可以事先将焊剂(焊锡)糊在热电转换元件2的两端部,但在本实施方式中,使用在表面(两面或一面)事先具备焊料层的板状部件作为电极3、4。热电转换元件2的表面为具有细小的凹凸的面,但能够通过用焊剂(焊锡)或银膏等覆盖表面的凹凸而成为平滑的面,由此,热电转换元件2和电极3、4的接合状态变得良好,能够确保优良的导电性。另外,在制作热电转换元件2时,也可以在热电转换元件2的两端(上下端)形成镍等接合层,以使热电转换元件2和电极3、4的接合容易。
[0078]第二电极4固定在板状的基部5上。基部5由氧化铝成型的具有绝缘性的板状体构成。另外,基部5不限于氧化铝,也可以用其他材料成型。在本实施方式的热电转换模块I中,采用将下方作为高温侧、将上方作为低温侧而使用的构成进行说明。
[0079]另外,在附图中,为了易于看到热电转换模块I的内部,省略了位于上方的基部。另夕卜,位于上方的基部在使热电转换模块I相对于像金属那样的具有导电性外装的部件接触而使用时,出于防止短路等理由是必需的,但接触热电转换模块I的部件被绝缘的情况,或以不接触就能够散热(冷却)的方式构成的情况下,也可以去掉位于上方的基部。另外,基部的材质可以根据所接触的部件适当变更。例如,也可以用具备柔性的绝缘性的导热片材构成上方的基部。另外,也能够只保留上方的基部而去掉下方的基部5,构成热电转换模块I。另外,也可以去掉上下两方的基部。
[0080]如图1所示地定义X方向和Y方向。本实施方式的热电转换模块I在X方向上排列有四个热电转换元件2,在Y方向上排列有四个热电转换元件2,共计由16个热电转换元件2构成一个热电转换模块I。
[0081]如图3分解所示,本实施方式的热电转换模块I的与位于最跟前(在图2中的最里边)的在X方向上排列的四个热电转换元件2电连接的四个第二电极4,构成为一体形成的一体型第二电极6。
[0082]在一体型第二电极6的Y方向侧缘形成有朝向上方弯折的弯折片7。而且,从弯折片7的最跟前侧的前端缘起设有L形的第一端子部8。第一端子部8以L形的前端部分位于热电转换元件2的上方侧(低温侧)的方式形成。由此,第一端子部8远离热源(高温侧),能够抑制第一端子部8的温度上升,能够防止伴随温度上升的第一端子部8中的电阻的增加。另外,第一端子部8的L形的前端部分比基部5更向外方延伸。
[0083]通过设置弯折片7,能够减小相对于流过第一端子部8的电流所必需的截面面积。因此,通过设置弯折片7,能够减小第一端子部8的面积,能够抑制因从高温侧导热、且由于电流的流动而发热的第一端子部8的辐射热的影响,热电转换元件2的两端部的温度差变小的情况。
[0084]在与一体型第二电极6的热电转换元件2电连接的部分设有对应于热电转换元件2而凹陷的凹部6a。热电转换元件2固定在一体型第二电极6上时,通过该凹部6a进行定位。由此,能够防止热电转换元件2与一体型第二电极6误接合(位置偏移)的情况,能够迅速地组装热电转换模块I。
[0085]另外,由于无需另外准备热电转换元件2的定位用的夹具,并且也不需要夹具设置有用的空间,故而能够提高基部5的单位面积的热电转换元件2的密度。凹部6a在本实施方式的一体型第二电极6中作为本发明的导向部发挥作用。
[0086]另外,如图3分解所示,与位于本实施方式的热电转换模块I的最里边(图2中最跟前)的在X方向上排列的四个热电转换元件2电连接的四个第一电极3,构成为一体形成的一体型第一电极9。
[0087]一体型第一电极9在Y方向侧缘形成有朝向下方弯曲的弯曲片10。一体型第一电极9的各第一电极3经由弯曲片1而一体连接。
[0088]另外,在弯曲片10上设有位于各第一电极3之间且从上缘朝向下方切口的狭缝11。
[0089]在弯曲片10的X方向跟前侧(图2中为里侧)的侧缘,与第一端子部8对应而设有第二端子部12。
[0090]—体型第一电极9以外的第一电极3经由连接部13与同在Y方向上邻接的热电转换元件2电连接的第二电极4 一体形成大致Z形。在连接部13设有将其中央部分切口的切口部
14。通过该切口部14,连接部13的截面面积相对于流过连接部13的电流成为必要最小限度,将连接部13中的从高温侧向低温侧的热传导抑制在最小限度,能够防止热电转换元件2两端的温度差变小。
[0091 ]在被连接部13连接的第一电极3及第二电极4上设有从X方向侧缘朝向热电转换元件2侧折回的折回部15。该折回部15对应热电转换元件2的X方向侧面而设置,作为热电转换元件2和第一电极3或第二电极4的定位起作用。在本实施方式中,除了凹部6a以外,折回部15也作为本发明的导向部发挥作用。另外,折回部15既可以仅设置在第一电极3或第二电极4的一方,也可以例如不设置在第一电极3上。
[0092]在本实施方式中,将由第一电极3、第二电极4及连接部13构成的大致Z形的部件定义为大致Z形部件16。
[0093]在本实施方式中,与一体型第二电极6电连接的四个热电转换元件2、及与一体型第一电极9电连接的四个热电转换元件2构成并联组17。两个并联组17经由在Y方向上排列的三个大致Z形部件16及两个热电转换元件2在四个部位串联连接。
[0094]另外,本实施方式的基部5由与并联组17对应而在Y方向上被分割为四个的分割基板18构成。通过这样分割基部5,本实施方式的热电转换模块I即使设置部位为凸曲面那样的弯曲的部位也容易设置。
[0095]另外,通过变更分割基板18的数量能够容易地变更基部5的大小。由此,更易于变更热电转换模块I的大小,提高设计自由度。另外,通过由多个分割基板18构成基部5,也易于吸收热电转换元件2的热膨胀或热收缩引起的变形。另外,本实施方式的分割基板18与并联组17对应设置,故而能够使分割基板18的数量对应并联组17的数量的增减而增减,热电转换模块I的设计自由度进一步提高。
[0096]图4及图5中,在Y方向上排列三个第一实施方式的热电转换模块I,用形成为大致筒状的具备弹力的捆扎部件19将邻接的第一端子部8和第二端子部12捆扎。
[0097]这样,本实施方式的热电转换模块I通过用捆扎部件19将重合排列有多个的第一端子部8和第二端子部12捆扎,能够正好构成为一个热电转换模块,易于根据热电转换模块I的设置部位的宽度,容易将元件密度维持在高密度且变更设置面积。换言之,根据本实施方式的热电转换模块I,设置自由度提高。另外,能够最小限度地保留热电转换模块I之间的无用的空间,故而能够实现热电转换模块I的连结体的小型化。
[0098]接着,对本实施方式的热电转换模块I的动作进行说明。将热电转换模块I下侧的基部5安装在例如300°C?600 °C的热源上,当将上侧的基部(省略图示)冷却时,在热电转换元件2的两端产生温度差,通过塞贝克效应而流过电流进行发电。此时,为了持续进行发电,需要在热电转换元件2的两端持续维持规定的温度差,在第一实施方式中,使用导热率小的Mg2Si作为热电转换元件2的材料,故而能够良好地维持温度差。
[0099]根据本实施方式的热电转换模块I,将两个并联组17经由在Y方向上排列有三个大致Z形部件16及两个热电转换元件2在四个部位串联连接。由此,不管并联组17的哪一
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