WO2009051208A1 - 熱電変換素子、熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び 熱電変換モジュールの製造方法 - Google Patents

熱電変換素子、熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び 熱電変換モジュールの製造方法 Download PDF

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thermoelectric
thermoelectric conversion
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conversion module
light
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Yuichi Hiroyama
Kazuo Sadaoka
Yoshinari Sawabe
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • thermoelectric transformers thermoelectric transformers /, thermoelectric conversion module and
  • the present invention relates to a thermoelectric converter, a thermoelectric conversion module using a thermoelectric converter, and a method for producing a mature electric conversion module.
  • thermoelectric transducers have anisotropy, and in order to generate power most efficiently, it is necessary to give a temperature difference to a specific orientation of the thermoelectric transducer. Therefore, in order to improve the efficiency of the thermoelectric conversion module, the direction of heat flow of the thermoelectric conversion module and a specific orientation (hereinafter referred to as the difference between the thermoelectric conversion elements constituting the thermoelectric conversion module) should be given. , May be described as a specific orientation.), And must match.
  • thermoelectric key elements In Japanese Patent Laid-Open No. 2007-509498, in order to arrange ⁇ »and ⁇ -type thermoelectric elements in a specific orientation, the shape of the thermoelectric key elements is a regular hexagonal prism, that is, a thermoelectric transformer.
  • the surface shape Thus, it has been shown that a prismatic body with a regular hexagonal top surface and a bottom surface and a rectangular side surface is shown.
  • the specific orientation of such a thermoelectric changer is recognized. For example, by using a robot, a plurality of thermoelectric changers are used. These specific orientations are aligned with the direction of heat flow.
  • thermoelectric changer such as the height, height, etc.
  • shape of the thermoelectric changer must be optimized according to the characteristics of the materials that make up the thermoelectric changer, and the specific orientation can be detected. Easy to do It is not appropriate to design the surface shape of the thermoelectric transformer for just the purpose.
  • the present invention aims at directing the specific direction of the thermoelectric transformer toward the direction of heat flow even if the specific direction is difficult to recognize from the surface shape of the thermoelectric transformer.
  • the purpose is to manufacture a thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion module using this thermoelectric conversion element.
  • thermoelectric variable leakage element has a hexahedron shape, and the ratio of * H "to light differs between the two faces facing each other and the other four faces.
  • the difference in the rate of light between the two surfaces facing each other and the other four surfaces of the hexahedral thermoelectric transducers! By using /, it is possible to recognize a specific direction in which the ⁇ S difference of the thermoelectric changer should be given, and to easily arrange the specific direction of the thermoelectric changer toward the heat flow.
  • 3 ⁇ 4 the specific orientation to which the difference should be given is that the difference between the orientation and the thermoelectric insulator in the TO and the age that gave the difference in other orientations, especially the heat generation and current It is an orientation that can improve thermoelectric generation such as value.
  • the specific orientation to which this difference is to be given may be determined, for example, by measuring in advance the thermoelectric properties in each orientation of the thermoelectric key.
  • thermoelectric transformer 14 depends on the Z obtained by the following equation (1), that is, the value of the figure of merit in the thermoelectric transformer, and the larger this value, the better the thermoelectric transformation property. Is done.
  • the direction in which the Z value is higher and the value may be set as the specific direction.
  • ⁇ is the figure of merit, is the value of the Seebeck coefficient, ⁇ is the value of electrical conductivity, and ⁇ is the value of mi conductivity.
  • thermoelectric transformer includes a metal oxide.
  • the hexahedron is preferably a single body, and the force S is preferable.
  • hexahedrons such as a rectangular parallelepiped and a cube are chamfered at the ridges and vertices or vertices. It may be processed.
  • thermoelectric conversion module includes a plurality of p-type thermoelectric transformers and a plurality of n-type thermoelectric conversion elements, and a pair of end faces of the plurality of p-type thermoelectric conversion elements and the plurality of n-type thermoelectric conversion elements.
  • thermoelectric transducer and P type thermoelectric conversion element is a hexahedron, and the two surfaces facing each other have different Sli ratios for light, The two surfaces facing each other are joined with the temporary respectively.
  • thermoelectric conversion module since the two opposite surfaces of the thermoelectric changer are joined together with each other, the specific direction of each thermoelectric changer is aligned with the heat flow. Placement power S Easy. By arranging the specific orientations of the individual thermoelectric changers in line with the direction of the heat flow, it is possible to easily increase the attention rate of a thermoelectric conversion module composed of a plurality of thermoelectric changers.
  • the manufacturing method of the thermoelectric conversion module according to the present invention is based on the step of measuring and comparing the 3 ⁇ 4f rate of at least two surfaces in contact with each other of the thermoelectric changer and the specific soft result of the Sit rate. Recognizing a specific orientation of the thermoelectric key that is to be given a difference.
  • the magnitude relational force of the ratio of light between the two faces facing each other and the other four faces S If known in advance, the K ratio of at least two faces in contact with each other
  • thermoelectric conversion module based on the ratio result of the measured 3 ⁇ 4r ratio, a specific direction of the thermoelectric transducer can be arranged in the direction of heat flow. This configures the thermoelectric conversion module. It is possible to arrange a plurality of thermoelectric transformers in the direction that allows the best performance, and to increase the rate of generation of thermoelectric conversion modules.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a thermoelectric transducer 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of the thermoelectric conversion module 1 using the thermoelectric transducer 10 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another example of the thermoelectric conversion module 1 using the thermoelectric transducer 10 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view in an example of a method for producing a thermoelectric conversion module using the thermoelectric transducer 10 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of an example of the vacuum tweezers 24 in FIG.
  • thermoelectric insulator 3 P- type thermoelectric insulator
  • thermoelectric changer 4 n-type thermoelectric changer
  • FIG. 1 is a #view of an example of a thermoelectric transformer 10 according to the embodiment of the present invention.
  • the thermoelectric insulator according to the present invention is, for example, a hexahedron as shown in FIG.
  • the two planes al and a 2 facing each other and the other four planes bl, b 2, b 3, and b 4 have different Sit rates for light.
  • plane a 1 And the surface a 2 have the same S ⁇ rate, while the surfaces bl, b 2, b 3, and b 4 have the same Sit rate!
  • the ratio is the ratio of Ht light bow Si that is 3 ⁇ 4 "3 ⁇ 4" to 3 ⁇ 4 ⁇ of ⁇ ! ⁇ light.
  • the light may be a deviation of visible light, infrared light, or ultraviolet light, but the two sides al , a 2 and 4 faces b 1 to b 4 must be compared at the same wavelength when comparing the Sit ratios
  • the fineness in light depends on the wavelength of the light to illuminate. Because.
  • thermoelectric transducer 10 is not particularly limited as long as it is a hexahedron.
  • orientation of the thermoelectric transducer 10 is not limited to a specific orientation, and it must be a rectangular parallelepiped that is difficult to identify. I can't recognize the orientation!
  • thermoelectric transducer 10 has two types of p-type and n-type thermoelectric transducers.
  • material constituting each thermoelectric transformer 10 is not particularly limited, and various materials such as recording oxide are used! / I can talk.
  • thermoelectric key As a preferable material for the p-type thermoelectric key and the n-type thermoelectric transformer, there are the following materials.
  • NaCo 2 0 4, Ca 3 Co 4 ⁇ metal composite oxides such as 9, M nS i. 73, F e x _ x Mn x S i 2 S i 0. 8 Ge . 0 2,; 8- F e S i 2 such silicides,
  • C Contains skutterudites such as oSb 3 , Fe Sb 3 , RFe 3 Co Sb 12 (R is La, Ce or Yb), Te such as BiTeSb, PbTeSb, Bi 2 Te 3 , P b Te Examples include alloys.
  • n-type neo fee for example, S r T i 0 3, Zn X _ X A 1 x O, C AMn_ ⁇ 3, LaN i 0 3, B aT i 0 3, T i Bok X N b dark composite oxide x O etc., Mg 2 S i, F e preparative x C o X S i 2, S i o. 8 G e o.
  • silicides such as one F e S i 2, skutterudites, B a 8 Al 12 S i 30 , B a 8 Al 12 Ge clathrate compound such as 30, CaB 6, SrB 6, B a B 6, C e B boron compounds such as 6, B iTeSb, PbTeSb, B i 2 Examples include alloys containing Te such as Te 3 and PbTe.
  • thermoelectric element and the n-type thermoelectric element include the S oxide among the above materials.
  • thermoelectric bell 10 having a shape as shown in Fig. 1 is cut out from the base material of the thermoelectric brazing material. Since the matrix of the material for the thermoelectric changer has crystal anisotropy, the thermoelectric changer 10 cut out therefrom also has anisotropy. At this time, assuming that the direction (ie, the specific direction) that should give the difference necessary to generate the heat generation ⁇ most efficiently is the Z direction in Fig. 1, the two planes perpendicular to the Z direction a 1, a 2 power to cut out the talent so that it is formed S is preferable.
  • the two surfaces al and a 2 are the surfaces to be comfortably aged, and when a perpendicular temperature difference is given to the surfaces a 1 and a 2, the same applies to the other two surfaces. It is assumed that heat ⁇ is generated most efficiently compared to when the temperature difference is given.
  • the K t ratios for the light of the two surfaces al and a 2 and the other four surfaces bl to b 4 are different from each other.
  • the two surfaces a 1 and a 2 and the other four surfaces bl to b For example, polishing can be used as a method for making the St ratio in the light different from that of No. 4. Specific examples include polishing paper, polishing cloth, mm polishing, etc., for polishing general recordings or ceramic materials. As the surface roughness force S is reduced to a smaller value, the rate of writing to light increases.
  • the thermoelectric key set 10 is entirely made of lightning, but it is formed from lightning talents. Lamination can also change the light output ratio.
  • thermoelectric conversion module 1 uses the thermoelectric transformer 10! 2 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module 1.
  • the thermoelectric conversion module 1 includes a first 3 ⁇ 4
  • the first S3 ⁇ 42 is, for example, in the shape of a hook, has an electrical thread color property, has a high level of appreciation, and covers one end of a plurality of thermoelectric transformers 10.
  • the first sickle material include alumina, aluminum nitride, and magnesia.
  • the first separation 8 is provided on the first rod 2 and electrically connects one end surfaces of the thermoelectric key 10 that avoids P mutually.
  • the first electrode 8 can be formed at a predetermined position on the first substrate 2 by using, for example, a thin film holding method such as sputter deposition, screen printing, plating, or hot metal. Further, a plate having a predetermined shape may be aged on the first bond 2 by, for example, soldering or soldering.
  • the material of the first lightning rod 8 is not particularly limited as long as it has a conductive lifetime, but from the viewpoint of improving the metastasis of the comfort, corrosion resistance, and adhesion to the thermoelectric element, titanium, It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, molybdenum, silver, palladium, gold, tungsten and aluminum.
  • min refers to a component that is contained by 50% or more in the Barbara.
  • the second example 7 has a rectangular shape when arranged, and covers the other end rule of the thermoelectric transducer 10.
  • the second basket 7 is disposed opposite to the first basket 2 and the basket.
  • the second ridge 7 is not particularly limited as long as it is an electric thread color I "raw and has a strong appreciation ability, like the first ridge 2.
  • materials such as alumina, aluminum nitride, and magnesia can be used.
  • the second pole 6 is for electrically connecting the other end faces of the thermoelectric transducers 10 separated from each other.
  • a thin film such as a sputter deposit is formed on the bottom face of the second 7. Technology, screen printing, plating, melting! It can be formed using the method of ⁇ .
  • the thermoelectric converter 10 is electrically connected in series by the second iron 6 and the first iron 8 provided on the lower end J of the thermoelectric transducer 10. .
  • the P-type thermoelectric key 3 and the n-type thermoelectric key 4 are arranged side by side between the first sickle 2 and the second sickle 7, and the first side corresponding to these two sides. Fixed to the surface of 8 and the second m ⁇ 6 by, for example, a bonding material 9 such as Au S b, P b Sb solder or silver paste, and connected electrically in series as a whole. .
  • This age material is preferably solid when used as a thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric conversion module 1 has two surfaces a 1 facing each other.
  • a 2 are joined to the electrodes 6, 8 through the joint material 9, for example.
  • thermoelectric elements have anisotropy, and in order to generate power most efficiently, it is necessary to give a fig difference to a specific orientation of the thermoelectric key. Therefore, in order to improve the efficiency of the thermoelectric conversion module, the direction of the heat flow of the thermoelectric conversion module and the specific orientation in which the difference between the thermoelectric transducers constituting this thermoelectric conversion module should be given match. It is necessary to make it. As will be described later, the thermoelectric leakage element according to this difficult form can easily recognize a specific orientation to which a difference is to be given based on the difference in the prevalence.
  • thermoelectric transformer makes it possible to increase the incidence of thermoelectric conversion modules.
  • the heat flow direction is the vertical direction in FIG. 2, but is not particularly limited thereto.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example of a so-called skeletoleton type thermoelectric conversion module 1 using the thermoelectric transducer 10 described above.
  • Fig. 3 differs from Fig. 2 in that there is no pair of reversals 2 and 7 facing each other in thermoelectric conversion module 1, and instead, there is a plurality of thermoelectric transformers »The element is provided with a support frame 1 2 for holding each of the thermoelectric transducers in an appropriate position by holding them so as to surround the center of the child 10 in the height direction.
  • the support frame 12 has thermal insulation and electrical insulation, and the support frame 1 2 has a thermoelectric transformation key 10 0 S. Hole 1 2 a Force S is formed. This insertion 1 2 a has the shape of a square or a rectangle ⁇ corresponding to the cross-sectional shape of the thermoelectric elements 3 and 4.
  • each thermoelectric variable 10 force S ⁇ Since the space between the inner wall surface of the through hole 12a and the side surface of the thermoelectric transformer 10 is very narrow, the support frame 12 should be fixed with a plurality of thermoelectric transducers 10 fixed. Can do. Further, if necessary, for example, the inner wall surface of the through hole 12 a can be filled with an adhesive layer ij or the like, and the thermoelectric transducer 10 can be more firmly fixed. In this way, the thermoelectric transducer 10 is held by the support frame 12.
  • the material of the support frame 12 is not particularly limited as long as it has thermal insulation and electrical insulation, and for example, a shelf material or a ceramic material can be used.
  • the neo-material for the support frame 1 2 may be selected from the materials that are not melted by the thermoelectric conversion module 1, for example, at room temperature: ⁇ , polypropylene, ABS, polycarbonate, etc. ⁇ Keys from room temperature to 200 ° C ⁇ , super engineering plastics such as polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherketone, In addition, when ⁇ is over 200 ° C, ceramic materials such as alumina, zirconia, cordierite, etc. should be used. These materials are used in worms or in combinations of two or more.
  • thermoelectric conversion module Even in such a thermoelectric conversion module, the above-described thermoelectric conversion element 10 is used, and the two surfaces 1 a and 1 b are made to be regarded as temporary, thereby allowing a specific orientation of the plurality of thermoelectric changer keys 10 to be heated.
  • a thermoelectric conversion module arranged in the direction of flow can be easily removed. Therefore, a high comfort power factor and a thermoelectric conversion module can be achieved.
  • thermoelectric conversion element 10 can be provided with a heat energy to be used for heat transfer, and can also be provided with an insect repellent. Thermoelectric conversion method
  • FIG. 4 shows an example of a method for producing a thermoelectric conversion module using the thermoelectric converter according to the present invention.
  • a method for manufacturing a skeleton type thermoelectric conversion module as shown in FIG. 3 will be described in detail.
  • thermoelectric conversion module manufacturing system 20 shown in FIG. 4 includes an alignment process of the thermoelectric changer 10, a fiber light rule setting process, a method of understanding the direction of the thermoelectric changer, and a process of arranging the thermoelectric changer key.
  • thermoelectric changer 10 First, in the alignment process of the thermoelectric changer 10, a plurality of thermoelectric changers 10 are arranged in a line.
  • thermoelectric transducers 10 The alignment process of the thermoelectric transducers 10 is made up of a plurality of thermoelectric transducers 10 0 3 ⁇ 43 ⁇ 4 @ belt conveyors 1 3 3 a and horizontal thermoelectric transformers 10 0 in order to align the thermoelectric transformers 10 in a row. Two plates facing each other This is realized by 30 and a shutter 31 for moving one thermoelectric transformer 10 to a temporary machine.
  • thermoelectric transducers 10 On the upper surface 3 2 a of the belt conveyor 1 33 a, a plurality of thermoelectric transducers 10 are arranged in a random direction. The plurality of thermoelectric transducers 10 that are spread over the upper surface 3 2 a by the belt conveyor 33 a are also moved in the direction of the arrow.
  • the two plates 30 are arranged opposite to each other in the horizontal direction on the upper surface 3 2 a, and the horizontal distance is gradually narrowed toward the flow direction of the belt conveyor 1 3 3 a.
  • the narrow portion is equal to the width of the thermoelectric leakage leaker 10 and is reduced.
  • thermoelectric transducers 10 aligned in a row are placed on standby after the shutter 3 1; before proceeding to the next step.
  • the shutter 31 is a self-opening / closing type plate attached further downstream of the portion where the distance between the two plates 30 is the narrowest.
  • This shutter 3 1 has a thermoelectric changer 10 0 to 3 in order to send the thermoelectric changer 10 aligned between the plates 30 one by one to the next belt conveyor 3 3 b in order. Can wait.
  • thermoelectric transducer 10 the ratio of each element is measured by the two reflectance sensors 2 2 and 2 3.
  • the shutter 31 opens, and one thermoelectric transformation crane 10 is placed on the upper surface 3 2 b of the belt conveyor 3 3 b, and the Sit rate can be measured.
  • the two i-rate sensors 2 2 and 2 3 that can measure the Sit rate measure the rate of at least two separated surfaces of the thermoelectric keypad 10. The measurement of the St ratio on the two sides is stored in the computer 2 1.
  • the fineness sensor 22 is composed of a light illuminator 2 2 a that alters light of a specific wavelength onto the upper surface of the thermoelectric keypad 10, and a light receiver 2 2 b that receives the sensation of light that passes through the AI ⁇ light. Is included.
  • the light illuminator 2 2 a causes a predetermined amount of light to illuminate perpendicularly to the upper surface of the thermoelectric crane 10. So Then, the light receiving unit 2 2 b measures the sharpness of the fluorescence emitted almost perpendicularly from the light Alt surface of the thermoelectric key 10.
  • the rate sensor 23 has a light irradiator 2 3a that causes light of the same wavelength as that of the light irradiator 2 2a to be vertically Al with a predetermined bow on either side of the thermoelectric transformer 10. And a light receiving portion 2 3 b for measuring the bow of the light K that is approximately perpendicular to the side surface.
  • the rate of gratitude can be calculated by the ratio of ⁇ of ⁇ f light to ⁇ of Alt light when light is irradiated to one pair with a thermoelectric key.
  • thermoelectric transformer 10 the magnitude relationship between the Sit ratios of the two faces a 1, a 2 facing each other and the other four faces bl to b 4 in light is known in advance at the thermoelectric transformer manufacturing stage. And is stored in computer 21. Therefore, based on the respective Kit ratios measured by the Sit rate sensors 2 2 and 2 3 from the two sides of the thermoelectric transformer 10, the computer 2 1 force S and the square 4 ⁇ It is possible to recognize a specific orientation of the 3 ⁇ 4 child 10.
  • thermoelectric transducer 10 measured by the Sit rate sensors 2 2 and 2 3. That is, the excitation rates of the two surfaces are the same: ⁇ and the Sit rates of the two surfaces are different.
  • the measurement result of the fine rate of each surface includes an error, it can be determined that the rate is the same if the difference in the fine rate is equal to or less than a predetermined threshold (for example, 1% or less).
  • thermoelectric transducer the measured rates of the two surfaces are different; ⁇ , if the Sit rates of the two surfaces a 1 and a 2 are set higher than the Sit rates of the other four surfaces b 1 to b 4 in advance, It can be recognized that the surface with the higher Sit rate is the surface a 1, a 2 in Fig. 1, that is, the surface to be comforted. In this way, the specific orientation of the thermoelectric transducer can be recognized.
  • the reflectance of the two surfaces a 1 and a 2 should be set lower than the reflectance of the other four surfaces b 1 to b 4 in advance.
  • the surface with the lower Sit rate can be recognized as surfaces a 1 and a 2 in Fig. 1.
  • the measured St ratio of the two surfaces a 1 and a 2 is the same ⁇ , and the reflectance of the two surfaces a 1 and a 2 and the ⁇ t rate of the other four surfaces b 1 to b 4 Les set the magnitude relation advance how even, was able to recognize a second surface which is in a position perpendicular to two surfaces of the measurement of the rate is a surface a 1, a 2 of FIG.
  • thermoelectric pavement 10 placed on the belt conveyors 1 3 3 b and 3 3 c or one of the four side surfaces is the surface a 1 or the surface a 2.
  • the recognition result of the specific orientation recognized by the computer 21 in this way is used for control of a thermoelectric element arrangement 36 described later.
  • the ⁇ 3 ⁇ 4 gratitude sensor 2 2 or 2 3 itself may be provided with a function for directly calculating the percentage rate, but the computer 21 itself has its own light irradiation unit 2 2.
  • a, 2 3 a Calculate the rate based on the arch of the Alt light emitted from a and the arch of the fluorescent light observed at the respective light receiving parts 2 2 b, 2 3 b Also good.
  • the light irradiation part 2 2 a and the light irradiation part 2 3 a force. It becomes.
  • thermoelectric transducer 1 0 placed on the upper surface 3 2 b of the belt conveyor 3 3 b keeps its orientation Proceed in the direction of the arrow and proceed to the top 3 2 c of the next belt conveyor 3 3 c. Then, after a while, the shutter 3 1 force S opens and the thermoelectric changer 1 0 that becomes the next measuring rod is moved over the upper surface 3 2 a force upper surface 3 2 b ⁇ The next thermoelectric change ⁇ 3 ⁇ 4 child 1
  • the K ratio of the two surfaces of 0 is measured by the Sit ratio sensors 2 2 and 2 3.
  • thermoelectric transformations »child devices 3 6 forces Each thermoelectric transformation»
  • the child 10 is sucked I and the elements of the elements are arranged so that the surfaces a 1 and a 2 are arranged vertically. After adjusting the specific orientation, place this element on the support frame 12.
  • Thermoelectric change bell child trouble Location 3 6 comprises a vacuum tweezers 2 4, an X-axis unit 35 which can move the vacuum tweezers 2 4 ⁇ direction ⁇ Pi ⁇ direction in FIG. 4, arranged at both ends of the X-axis unit 35 chi shank 3 5 has a y-axis part 3 4 that can move in the y direction.
  • the vacuum tweezers 24 has a cylindrical arm portion 25 and a suction cup portion 26 at the tip thereof.
  • the cylindrical ship 25 is composed of the three parts of the first ship 1525c, the middle part 25b, and the 3 ⁇ 43 ⁇ 425a in order from the first rule.
  • the suction cup part 26 is attached to the previous 25 c in order to adsorb one surface of the thermoelectric changer 10 by vacuum suction and to allow the thermoelectric changer key 10 to be detached by releasing the vacuum state. It has been done.
  • the intermediate portion 25 b and the tip 25 c are connected by a joint 27 b that allows the tip 5 c to rotate around the X axis about 180 ° with respect to the intermediate portion 25 b. Yes.
  • 25 a and the intermediate portion 25 b are connected by a joint 27 a that allows the intermediate portion 25 b to be rotated about ⁇ 180 ° around the y axis with respect to 3 ⁇ 43 ⁇ 45 25 a. ing.
  • the positions of the suction cups 26 can be changed by bending the joints 2 7 a and 2 7 b as necessary, and the upper surface of the thermoelectric transducer 10 on the belt conveyor 33 c Arbitrary surfaces can be adsorbed.
  • the surface a 1 or a 2 force S to be aged is selected by the vacuum tweezers 24.
  • the upper surface force S 1 of the thermoelectric key 10 on the belt conveyor 1 3 3 c is the S surface a 1 or a 2
  • the upper surface of the element is sucked by the vacuum tweezers 24.
  • the side surface of the thermoelectric transformer 10 is the surface a 1 or a 2
  • the joints 2 7 a and 2 7 b are bent as necessary, and this side surface Aspirate with vacuum tweezers 2 4.
  • thermoelectric conversion element 10 is rotated by the X axis part 35 and the y axis part 34. Then, the support frame 1 2 is moved to a predetermined through hole 1 2 & ⁇ ⁇ . Then, by moving the vacuum tweezers 24 downward, the thermoelectric bell 10 with the correct orientation is inserted into the through hole 12a.
  • thermoelectric changer 10 There are two types of thermoelectric changer 10: p-type thermoelectric changer 3 and n-type thermoelectric changer 4. Therefore, in order to correctly arrange p-type and n-type thermoelectric transformers alternately, for example, one of the thermoelectric transformers 10 is first inserted into the through hole 1 2 a of the support frame 1 2. Place them every other one, and when half of all the through holes 12a are filled, perform the same process for the other thermoelectric transducer 10! /.
  • thermoelectric conversion module capable of improving the emission rate can be manufactured.
  • the support frame 12 does not have to be a frame for firmly fixing the thermoelectric transducer 10 used in the skeleton type thermoelectric conversion module.
  • the ⁇ ! A thermoelectric conversion module that separates a plurality of thermoelectric transformation force S between males facing each other is manufactured.
  • 3 ⁇ 4 ⁇ includes, for example, a through hole 1 2 in this support frame 12 a is set to be sufficiently larger than the outer shape of the thermoelectric transformer, and further, a comforting is placed under the support frame 12 in advance, and 3 ⁇ 4t above the through hole 1 2a.
  • the thermoelectric transformer is arranged in a predetermined orientation, and after removing the support frame in a later step, the other arm is worn to age the comfort and the element.
  • the support frame 12 can be used as a frame for preventing the thermoelectric transducer from reaching or moving during the operation.
  • a container with a simple frame is used, and in this process, the thermoelectric conversion element 10 is arranged in a desired direction, and the arrangement process of the thermoelectric conversion element 10 on the frame is comfortable.
  • the placement process on the bowl can also be performed using other devices. Note that the two surfaces a 1 and a 2 that face each other in the thermoelectric transformation crane 10 such as _ ⁇ , i.e., the two surfaces a 1 and a 2 that contact the brace or comfort when the thermoelectric conversion module is threaded. If the magnitude relationship between the Kit rate and the 3 ⁇ 4T rate of the other 4 planes bl to b 4 is recognized in advance, it will be
  • thermoelectric transducer 10 By comparing, the specific orientation of the thermoelectric transducer 10 can be determined.
  • thermoelectric conversion modules uses multiple thermoelectric modules as shown in Figure 2.
  • thermoelectric transformation »Thermoelectric conversion with a frame for ⁇ -baring that is stacked in this order to prevent the child from tipping over
  • thermoelectric key According to the present invention, it is difficult to recognize the specific orientation from the surface shape of the thermoelectric key.
  • thermoelectric conversion module using a thermoelectric conversion element
  • a manufacturing method of the Oihi electrical conversion module is made.

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Abstract

本発明は熱電変換素子、熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造方法を提供する。熱電変換素子は、形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なる。熱電変換モジュールは、複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子と、前記複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子の各一対の端面同士を電気的に接続し、前記複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子をｐ型ｎ型交互に電気的に直列に接続させる複数の電極と、を備え、前記ｎ型熱電変換素子及びｐ型熱電変換素子の少なくとも１つは、形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なり、前記互いに対向する２面がそれぞれ前記電極と接合されている。

Description

_Λ_
PCT/JP^UUb'/UbiJall
熱電変 子、 熱電変 »子を用！/、た熱電変換モジュール及び
熱電変換モジュールの製駄法
技術分野
明
本発明は、 熱電変 子、 熱電変 ^子を用いた熱電変換モジュール及ひ熟電変換モジ ユールの製造方法に関する。 書 背景技術
熱電変 «子は異方性を有するものが多く、 最も効率よく発電をするためには、熱電変 »子の特定の方位に温度差を与える必要がある。 したがって、 熱電変換モジュールの効 率を向上させるためには、 熱電変換モジュールの熱の流れの方向と、 この熱電変換モジュ ールを構成する熱電変歸子の 差が与えられるべき特定の方位 （以下、 特定の方位と 記^ることがある。 ) と、 を一致させる必要がある。
特開 2007— 509498号公報では、 ρ»び η型の熱電変^子を特定の方位に 揃えて配置するために、 熱電変鍵子の形状を正六角形の角柱体、 すなわち、熱電変纏 子の表面形状につ！、て、上面及び底面が正六角形であり側面が矩形である角柱体とするこ と力示されている。 このような熱電変嫌子は、 正六角形と矩形との表面形状の違いを利 用することによって、 その特定の方位が認識され、 例えばロボットを使用することによつ て、複数の熱電変 子の特定の方位が、熱の流れの方向に揃えて配置される。
発明の開示
しかしながら熱電変 mm子の断 ®«、 高さ等の形状は、 熱電変 »子を構成する材料の 特 f "生やモジュールの構造に応じて適正化を行なう必要があり、 特定の方位を検出し易くす るだけの目的で熱電変^ *子の表面形状を設計することは適当ではなレ、。
そこで本発明は、 熱電変纏子の表面形状からは、 その特定の方位が認識し難い齢で あっても、 この熱電変 子の特定の方位を熱の流れの方向に向けて酉己置しゃすレ、熱電変 子、 この熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及ひ 電変換モジュールの製造方 法を することを目的とする。
本発明に係る熱電変漏子は、 形状が 6面体であって、 互いに対向する 2面と他の 4面 とは、 光に *H "る 率が異なる。
本発明によれば、 形状が 6面体の熱電変歸子の互レ、に対向する 2面と他の 4面との光 に ¾ ""る 率の違！/、を利用することによって、熱電変鍵子の^ S差が与えられるべき 特定の方位を認識でき、 熱電変 «子の特定の方位を熱の流れに向けて容易に配置させる ことができる。 ここで、 ¾ 差が与えられるべき特定の方位とは、 その方位と TOに熱電 変歸子に 差を与えた 、 他の方位に^ 差を与えた齢に比して、 特に熱起 や電流値等の熱電変 生を向上させることができる方位のことである。 この 差が与 えられるべき特定の方位は、 例えば、 熱電変鍵子のそれぞれの方位における熱電変灘 性をあらかじめ測定しておくなどして、 決定すればよい。 より具体的には、 熱電変赚 14 は、熱電変歸子において、 以下の式 ( 1 ) により求まる Z、 すなわち性能指数の値に依 存し、 この値が大きいほど熱電変赚性が良好とされる。 本発明においては、熱電変鍵 子のそれぞれの方位における Zの値のうち、 Zの値がより高レ、値であった方位を特定の方 位とすればよい。
Ζ = α2χ σ/κ ( 1 )
(ここで、 ζは性能指数の値であり、 はゼーベック係数の値、 σは電気伝導度の値、 κは mi云導度の値である。 ）
ここで、熱電変纏子は、 金属酸化物を含むこと力好ましい。
また、 6面体は、 1»体であること力 S好ましく、 な力でもより好ましくは 体である。 なお、 本発明において、 直方体、 立方体などの 6面体は、 その稜及ぴノ又は頂点が面取り 加工されたものであってもよい。
熱電変 »子の形状が窗方体の場合には、 熱電変 ^子の特定の方位をその表面形状に よって認識することが困難であり、 な力^も特に、 熱電変纏子の形状が 3 ^体の ¾ ^に おいては、 熱電変 »子の特定の方位をその表面形状によって認識することができない。 そのため、 直方体である場合において反射率の違いを利用して、 熱鼋変^子の特定の方 位を認識できることは特に有用であり、 立方体である^にぉ 、て極めて有用である。 また、 本発明に係る熱電変換モジュールは、 複数の p型熱電変難子及 复数の n型熱 電変換素子と、 複数の p型熱電変換素子及び複数の n型熱電変換素子の各一対の端面同士 を電気的に接続し、複数の p型熱電変鍵子及 υ¾数の η型熱電変薩子を ρ型 η型交互 に電気的に直列に接続させる複数の ¾亟と、 を備え、 n型熱電変歸子及ぴ P型熱電変換 素子の少なくとも 1つは、 形状が 6面体であって、 互レヽに対向する 2面と他の 4面とは、 光に "る Sli率が異なり、 互 、に対向する 2面がそれぞれ暫亟と接合される。
本発明に係る熱電変換モジュールは、 熱電変鍵子の上記の互いに対向する 2面がそれ ぞれ 亟と接合されてレ、るので、 各熱電変 子の特定の方位を熱の流れに揃えて配置す ること力 S容易なものである。 個々の熱電変鐘子の特定の方位を熱の流れの向きに揃えて 配置することにより、複数の熱電変纏子から構成される熱電変換モジュールの発顧率 を容易に高めることができる。
さらにまた、 本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法は、 の熱電変鍵子の互 レ、に接する少なくとも 2面の ¾f率を測定し比較する工程と、 Sit率の比軟锆果に基づい て熱電変鍵子の、 ¾差が与えられるべき特定の方位を認識する工程と、 を備える。 本発明によれば、 6面体の熱電変 ^子における、 互いに対向する 2面と他の 4面との 光に る 率の大小関係力 S予めわかっていれば、 互いに接する少なくとも 2面の K 率を測定して比較することによって、 熱電変 «子の上記の特定の方位を認識することが できる。 そして、 測定された ¾r率の比 結果に基づいて、 熱電変歸子の特定の方位を 熱の流れ方向に向けて配置することができる。 これにより、 熱電変換モジュールを構成す る複数の熱電変鶴子を、 最も優れた性能を発揮できるような方向へ向けて配置すること が可能となり、 熱電変換モジュールの発^)率を高めることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態に係る熱電変 m¾子 1 0の一例における斜視図である。
図 2は、 本発明の実施形態に係る熱電変 子 1 0を用いた熱電変換モジュール 1の一例 における断面図である。
図 3は、 本発明の実施形態に係る熱電変 »子 1 0を用いた熱電変換モジュール 1の他の 一例における断面図である。
図 4は、 本発明の実施形態に係る熱電変 子 1 0を用いた熱電変換モジユーノレの製 法の一例における概略図である。
図 5は、 図 4における真空ピンセット 2 4の一例における概略図である。
符号の説明
1 熱電変換モジュール、
2 第 1の勘反、
3 P型熱電変歸子、
4 n型熱電変舗子、
6 第 2の電極、
7 第 2の繊、
8 第 1の 亟、
9 齢材、
1 0 熱電変鶴子、
1 2 支持枠、
a 1 , a 2 互いに対向する 2面、
b 1 , b 2 , b 3 , b 4 他の 4面。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照しながら、 本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 な お、 図面の説明において、 同一又は相当要素には同一の符号を付し、 する説明は省略 する。 また、 各図面の寸法比率は、 必ずしも実際のポ去比率とは一致していなレ、。 熱電変換素子
図 1は、 本発明の «形態に係る熱電変賺子 10の一例における # 見図である。 本発 明に係る熱電変赫子は、 例えば図 1のような 6面体である。 そして、 互いに対向する 2 面 al， a 2と、 他の 4面 bl, b 2, b 3, b 4とは、 光に ¾ "る Sit率が互いに異な つている。 図 1において、 面 a 1と面 a 2とは S†率が互いに等しい。 一方、 面 b l， b 2， b 3， b 4は Sit率が互レ、に全て等し！/ヽ。
率は、 Λ!ί光の ¾^に¾"1 ""る Ht光の弓 Si の割合である。 光としては、 可視光、 赤 外光、 紫外光のレヽずれでもよいが、 2面 a l, a 2と、 4面 b 1〜b 4との Sit率を比較 する際には、 同一の波長で比較する必要がある。 光に る繊率は、 照 It る光の波長 にも依存するからである。
熱電変 «子 10の形状は、 6面体であれば特に制限はないが、 表面形状による特定の 方位の認、識が困難な直方体であること力 S好ましく、 な力、でも表面形状による特定の方位の 認識ができな!/、立方体であることが特に好ましレヽ。
また、 熱電変 »子 10には、 p型熱電変 子及び n型熱電変 «子の 2禾¾|が する。 また、 各熱電変纏子 10を構成する材料は特に限定されず、 、 録酸化物等 の種々のネ才料を用！/ヽることができる。
ここで、 p型熱電変鍵子及び n型熱電変 子の好ましい材料として下記のネ才料があ る。
例えば、 p型のネオ料としては、 NaCo204、 Ca3Co4〇9等の金属複合酸化物、 M nS i .73、 F e x_xMnxS i 2 S i0.8Ge0.2、 ；8— F e S i 2等のシリサイド、 C oSb3、 Fe Sb3、 RFe3Co Sb12 (Rは La、 Ce又は Ybを示す） 等のスクッ テルダイト、 B iTeSb、 PbTeSb、 B i2Te3、 P b T e等の T eを含有する合 金等が挙げられる。
また、 n型のネオ料としては、 例えば、 S r T i 03、 Zn X_XA 1 xO、 C aMn〇3、 LaN i 03、 B aT i 03、 T i卜 XN b xO等の滅複合酸化物、 Mg 2 S i、 F eト x C o XS i 2、 S i o. 8G e o. 2、 一 F e S i 2等のシリサイド、 スクッテルダイト、 B a 8Al 12S i30、 B a8Al 12Ge30等のクラスレート化合物、 CaB6、 SrB6、 B a B6、 C e B6等のホウ素化合物、 B iTeSb、 PbTeSb、 B i2Te3、 PbTe等 の T eを含有する合金等が挙げられる。
p型熱電変^ *子及び n型熱電変^^子は、 上言 才料の中でも、 特に^ S酸化物を含む ことが好ましい。
続いて、 このような熱電変換素子の製 法について説明する。 まず、 図 1に示すよう な形状の熱電変鐘子 10を、 熱電変纏子用材料の母体から切り出す。 熱電変鍵子用 材料の母体には結晶異方性があるため、 そこから切り出した熱電変鍵子 10にも異方性 がある。 このとき、 最も効率よく熱起 ¾Λを発生させるために必要な 差を与えるべき 方位 （すなわち、 特定の方位） が図 1の Z方向であるとすると、 この Z方向に対して垂直 な 2つの面 a 1, a 2カ形成されるように、 餅才を切り出すこと力 S好ましい。 ここで、 本 形態では、 2面 a l， a 2を慰亟に齢されるべき面とし、 面 a 1, a 2に対して垂 直な温度差を与えた時に、 他の 2面間に同様の温度差を与えた時と比して、 最も効率よく 熱 ®Λを発生するものとする。
次に、 2面 a l， a 2と、 他の 4面 b l〜b 4との光に ¾ "る K t率を互いに相違させ る。 2面 a 1， a 2と他の 4面 b l〜b 4との光に る S t率を互いに相違させる方法 として、 例えば研磨による方法が挙げられる。 具体的には、 而休ペーパー、 研磨布、 mm 研磨等、 一般の録又はセラミック材料を研磨するための研磨方法を用いることができる。 表面粗さ力 S小さくなるように研磨すればするほど、 光に文 る 率は向上する。 また、 熱電変鍵子 1 0は、 その全体が熱翻果を示 雷才料から形成されているが、 6面のうち 2面の表面に、 他の 4面とは異なる熱爵才料を積層することにより、 光に る Κΐί率を変えることもできる。 熱電変換モジュール
続レヽて、 の熱電変漏子 1 0を用レ、た熱電変換モジュール 1の一例にっレヽて説明す る。 図 2は、 した熱電変纏子 1 0を用！/、た熱電変換モジュール 1の断面図である。 図 2に示されるように、 熱電変換モジユーノレ 1は、 第 1の ¾|反2、 第 1の戴亟 8、 熱電変 «子 1 0、 第 2の慰亟 6及び第 2の ¾¾ 7を備える。
第 1の S¾ 2は、 例えば娜状をなし、 電気的糸色椽性で、 力つ謝云導性を有し、 複数の 熱電変纏子 1 0の一端を覆うものである。 この第 1の鎌の材料としては、 例えば、 ァ ルミナ、 窒化アルミニウム、 マグネシァ等が挙げられる。
第 1の離 8は、 第 1の纖 2上に設けられ、 互レヽに P避する熱電変鍵子 1 0の一端 面同士を電気的に接続するものである。 この第 1の電極 8は、 第 1の基板 2上の所定位置 に、 例えば、 スパッタ^ ^着等の薄膜擁、 スクリーン印刷、 めっき、 溶鹏の方法を用 いて形成することができる。 また、 所定形状の 板等を例えば、 はんだ、 口ゥ付け等で 第 1の凝反 2上に齢させてもよい。 第 1の雷亟 8の材料としては、 導電十生を有するもの であれば特に制限されないが、 慰亟の而撒性、 耐食性、 熱電素子への接着 !·生を向上させる 観点から、 チタン、 バナジウム、 クロム、 マンガン、 鉄、 コバルト、 ニッケル、銅、 モリ プデン、 銀、 パラジウム、 金、 タングステン及ぴアルミニウムからなる群より選ばれる少 なくとも 1種の元素を 分として含む カ S好ましい。 ここで、 分とは、 爵薪才料 中に 5〇 %以上含有されている成分を言う。
第 2の ¾¾ 7は、 ί列えば矩形状をなし、 熱電変 子 1 0の他端則を覆うものである。 また、 第 2の纖 7は、 第 1の纖 2と 亍に対向配置されている。 第 2の纖 7は、 第 1の纖反 2と同様に、 電気的糸色掾 I"生で、 力つ謝云導性を有するものであれば特に制限され るものではなく、 例えば、 アルミナ、 窒化アルミニウム、 マグネシア等の材料を用いるこ とができる。
第 2の截亟 6は、 互レ、に離する熱電変 «子 1 0の他端面同士を電気的に接続するも のであり、 第 2の 7の下面に、 例えば、 スパッタ^着等の薄膜技術、 スクリーン印 刷、 めっき、溶！^の方法を用いて形成することができる。 そして、 この第 2の截亟 6と、 熱電変 子 1 0の下端面個 Jに設けられた第 1の 亟 8とにより、 熱電変 »子 1 0は電 気的に直列に接続されている。
P型熱電変鍵子 3及び n型熱電変鍵子 4は、 第 1の鎌 2及び第 2の鎌 7間に交 互に並んで配置されると共に、 これらの両面が対応する第 1の 亟 8及び第 2の m亟 6の 表面に対して、 例えば、 Au S b、 P b S b系のはんだや銀ペースト等の接合材 9により 固定され、 全体として電気的に直列に接続されている。 この齢材は、 熱電変換モジユー ルとしての使用時に固体であるものが好ましい。
そして、 熱電変換モジュール 1をキ冓成するネ复数の p型熱電変 子 3及び n型熱電変換 素子 4におレ、て、 各熱電変 子 1 0の互レヽに対向する 2つの面 a 1， a 2は、 例えば接 合材 9を介して電極 6、 8と接合される。
互いに対向する 2つの面 a 1 , a 2と他の 4つの面 b l〜b 4とは、 互いに異なる 率を有する。 熱電変 m 子は異方性を有するものが多く、 最も効率よく発電をするために は、 熱電変鍵子の特定の方位に fig差を与える必要がある。 したがって、 熱電変換モジ ユールの効率を向上させるためには、 熱電変換モジュールの熱の流れの方向と、 この熱電 変換モジュールを構 る熱電変擴子の 差が与えられるべき特定の方位とを一致さ せる必要がある。 後述するように、 本難形態に係る熱電変漏子は、 威率の相違に基 づいて、 ^^差が与えられるべき特定の方位を容易に認識することができる。 すなわち、 どの面が面 a 1， a 2である力が認、織できる。 これにより、 2つの面 a 1， a 2が ¾亟と ^するように配置することができ、 各熱電変 子の特定の方位を、 熱の流れの方向に 揃えて配置させること力 S容易となる。 したがって、熱電変 子の備え得る性能を最大限 に発揮させることが可能となり、 熱電変換モジュールの発 率を高めることができる。 本謹形態では、 例えば、 熱の流れ方向とは、 図 2の上下方向であるが、 特にこれに限定 されるものではない。
なお、 本発明に係る熱電変換モジュールは、 した難形態に限られるわけではない。 ここで、 図 3に、 上記の熱電変 子 1 0を用レヽたレ、わゆるスケノレトン型の熱電変換モジ ユール 1の一例における断面図を示す。 図 3が図 2と異なる点は、 熱電変換モジュール 1 における互レヽに対向する 1対の翻反 2、 7がなく、 代わりに、 複数の熱電変 »子 1 0の 間に介在し各熱電変 »子 1 0の高さ方向の中央部を取り囲むように保持して各々の熱電 変 «子を適切な位置に固定するための支持枠 1 2を備える点であり、 それ以外の構成は 図 2における熱電変換モジュールと同様である。
支持枠 1 2は、 熱的絶縁个级ぴ電気的絶椽性を有し、 この支持枠 1 2には、熱電変鍵 子 1 0力 S配置されるべき位置に、 それぞ 复数の揷通孔 1 2 a力 S形成されている。 この挿 通?し 1 2 aは、 熱電変 子 3、 4の断面形状に対応する正方形、 矩形^^の形状をなし ている。
この揷通? L1 2 aには、 各熱電変 子 1 0力 S ^^されている。 そして、 揷通孔 1 2 a の内壁面と熱電変擴子 1 0の側面との間は非常に狭レ、ため、 支持枠 1 2は複数の熱電変 翻子 1 0を麟し固定することができる。 また、 必要に応じて、 例えば、 揷通孔 1 2 a の内壁面には接着斉 ij等を充填し、 より強固に熱電変 m¾子 1 0を固定することもできる。 このようにして、 熱電変 »子 1 0は、 支持枠 1 2により保持されている。
この支持枠 1 2の材料としては、 熱的絶縁 tt¾び電気的絶椽性を有するものであれば、 特に制限されるものではなく、 例えば、 棚旨材料、 セラミック材料を用いることができる。 支持枠 1 2のネオ料は、 熱電変換モジュール 1の で溶融しなレヽ材料から適 31択す ればよく、 例えば、 が室温 の:^には、 ポリプロピレン、 AB S、 ポリカー ポネィト等を、 また錢鍵が室温〜 2 0 0°C鍵の^^には、 ポリアミド、 ポリイミド、 ポリアミドィミド、 ポリエーテルケトン等のスーパーエンジニアリングプラスチック等を、 また倾 が 2 0 0°C 以上である^^には、 アルミナ、 ジルコニァ、 コージェライ ト等のセラミックス材料を用レ、ればよレ、。 これらの材料は、 戰虫で又は 2種以上を組み合 わせて用いられる。
このような熱電変換モジュールにおいても、 上述の熱電変換素子 1 0を用い、 2面 1 a， 1 bを暫亟と齡させることにより、 複数の熱電変鍵子 1 0の特定の方位を熱の流れの 方向に揃えて配置された熱電変換モジュールを容易に條できる。 そのため、 発慰力率の 高レ、熱電変換モジユーノレを することができる。
上記スケルトン型の熱電変換モジュールは、 図 2に示 電変換モジユーノレのように、 複数の熱電変鍵子 1 0及 复数の慰亟 6、 8力 S纖 2、 7に挟まれていないため、 各熱 電変換素子 1 0に ί乍用する熱 力を «させることができるとともに、 撤虫謝氐抗を ί« させることができる点で有用である。 熱電変換モジュ 方法
続 、て、 図 4に本発明に係る熱電変 子を用 、た熱電変換モジュールの製 法の一 例を示す。 本実施形態においては、 図 3に示されるようなスケルトン型の熱電変換モジュ 一ルの製 法につ!、て詳¾11~る。
互いに対向する 2面 a 1， a 2と他の 4面 b l〜b 4との光に財る威率が互いに異 なる熱電変聽子 1 0を用いた熱電変換モジュールの製 i *法は、 例えば、 以下の工程を 含むものである。 すなわち、 図 4に示 電変換モジュールの製造システム 2 0は、 熱電 変纏子 1 0の整列工程、繊光麵則定工程、 方鶴識工程、 熱電変鍵子の並^ ぇ 工程を含む。
まず、 熱電変纏子 1 0の整列工程では、 の複数の熱電変嫌子 1 0が一列に並べ られる。
熱電変 子 1 0の整列工程は、 複数の熱電変 m ^子 1 0力 ¾¾@されたベルトコンベア 一 3 3 aと、 熱電変纏子 1 0を一列に並べるための互!/、に水平方向に対向する 2枚の板 3 0と、 1つの熱電変 子 1 0を一 間 ί寺機させるためのシャッター 3 1とにより実 現される。
ベルトコンベア一 3 3 aの上面 3 2 aには作製された複数の熱電変 子 1 0がランダ ムな方位にそれぞれ纖されている。 ベルトコンベア一 3 3 aにより、 その上面 3 2 a上 に広がって ¾gされてレ、る複数の熱電変謹子 1 0もまた、 矢印方向へ移動される。
2枚の板 3 0は、 上面 3 2 a上に互いに水平方向に対向配置され、 ベルトコンベア一 3 3 aの流れ方向に向かって、 その水平方向の間隔は徐々に狭くなるようにされ、 最も狭レヽ 部分は熱電変漏子 1 0の幅と同等 とされてレヽる。 これにより、 上面 3 2 a—面に広 力 て載置されていた熱電変換素子 1 0は、 流れ方向へ進むにつれて、 2枚の板 3 0にあ たって一列に整列される。
一列に整列された熱電変^ ¾子 1 0は、 シャッター 3 1により後；^ Tる次の工程へ進む 前にー錢間待機させられる。 シャッター 3 1は、 2枚の板 3 0の間隔が最も狭くなった 部分のさらに下流側に取り付けられた自動開閉式の板である。 このシャッター 3 1は、 板 3 0間に整列された熱電変鶴子 1 0を 1つ 1つ順に次の工程のベルトコンベア一 3 3 b へ送り出すために、 熱電変 »子 1 0をー錢間待機させることができる。
次に、 熱電変 ^子 1 0の反射光強度測定工程では、 2つの反射率センサー 2 2、 2 3 により各素子の 率を測定する。
¾)·職 IJ定工程にぉレ、て、 上記シャッター 3 1が開き 1つの熱電変鶴子 1 0がベルト コンベア一 3 3 bの上面 3 2 bに載って 、 Sit率を測定可能な所定の位置まで到 ると、 Sit率を測定可能な 2つの i率センサー 2 2、 2 3力 熱電変鍵子 1 0の少な くとも離する 2面の 率を測定する。 2面の S t率の測 果は、 コンピュータ 2 1 に ί される。
繊率センサー 2 2は、 特定の波長の光を熱電変鍵子 1 0の上面に Altさせる光照 部 2 2 aと、 その AI†光に财る繊光を受光する光受光部 2 2 bとを含んでいる。 光照 射部 2 2 aは、 熱電変鶴子 1 0の上面に対して垂直に所定の舊の光を させる。 そ して光受光部 2 2 bは、 熱電変鍵子 1 0の光 Alt面からほぼ垂直に出射された赚光の 弓峻を測定する。 また、 率センサー 2 3は、 光照射部 2 2 aと同じ波長の光を、 熱電 変纏子 1 0のいずれかの側面に所定の弓嫉で垂直に Alさせる光照射部 2 3 aと、 当該 側面からほぼ垂直に K される 光の弓嫉を測定する光受光部 2 3 bとを有する。 これ ら 2つの 率センサー 2 2、 2 3を用いることにより、 6面体の熱電変鍵子 1 0の隣 接する 2面からの 率を得ることができる。
なお、 謝率は、 熱電変鍵子のある 1丽こ対して光を照射した時の、 Alt光の^^に る^ f光の^^の割合によつて算出することができる。
熱電変觸子 1 0における、 互いに対向する 2面 a 1 , a 2と他の 4面 b l〜b 4との 光に刘する Sit率の大小関係は熱電変 »子の製造段階で予め把握されており、 コンピュ ータ 2 1に記憶されている。 そのため、 熱電変歸子 1 0の 2面から Sit率センサー 2 2、 2 3によって測定されたそれぞれの Kit率に基づいて、 コンピュータ 2 1力 S、 方ィ 4 ^織工 程において、 熱電変^ ¾子 1 0の特定の方位を認識することができる。
ここで、認識の につレ、て詳しく説明する。 Sit率センサー 2 2、 2 3によつて測定 された 1つの熱電変 子 1 0における 2つの面からの 率の比軟結果は 2通り考えら れる。 すなわち、 2つ面の励率が同じ:^と、 2つ面の Sit率が異なる とである。 なお、 各面の繊率の測雜果には誤差が含まれるため、 歸率の差が所定の閾値以下 (例えば 1 %以下） であれば、 率が同一と判断できる。
そして、 測定された 2面の 率が異なる；^、 予め 2面 a 1 , a 2の Sit率を他の 4 面 b 1〜 b 4の Sit率よりも高く設定して 、たのであれば、 Sit率の高レ、方の面が、 図 1 における面 a 1 , a 2、 すなわち、 慰亟と^^すべき面であると認識できる。 このように して、 熱電変 «子の特定の方位を認識できる。
また、 測定された 2面の反射率が異なる場合、 予め 2面 a 1 , a 2の反射率を他の 4面 b 1〜 b 4の反射率よりも低く設定してレ、たのであれば、 Sit率の低レヽ方の面が、 図 1に おける面 a 1， a 2と認識できる。 さらに、 測定された 2面 a 1 , a 2の S t率が同じ^^には、 予め 2面 a 1 , a 2の反 射率と他の 4面 b 1〜 b 4の ^ t率との大小関係を予めどのように設定してレ、たとしても、 率を測定した 2面に対して垂直な位置にある 2面が図 1の面 a 1 , a 2であると認識 できる。
そして、 これによつて、 ベルトコンベア一 3 3 bや 3 3 cに載置された熱電変舗子 1 0の上面又は 4つの側面のうちのどの面が面 a 1又は面 a 2であるの力、が認識できる。 こ のようにしてコンピュータ 2 1により認識された特定の方位の認識結果は、 後述する熱電 変 «子配 ^置 3 6の制御に用いられる。
なお、 蘭率を算出する 、 ±¾の謝率センサー2 2、 2 3自体が、 赚率を直接 算出する機能を備えていてもよいが、 コンピュータ 2 1自体が、 それぞれの光照射部 2 2 a , 2 3 aから出射された Alt光の弓娘と、 それぞれの光受光部 2 2 b , 2 3 bにおレヽて 観測された赚光の弓艘とにもとづいて、 率を算出してもよい。 また、 光照射部 2 2 a及び光照射部 2 3 a力 各面に入 # る光の弓敏カ S互いに同じである齢には、 赚光 ¾gを比較すれは H t率を比較したこととなる。
威寸率センサー 2 2、 2 3により反射率が測定された後、 ベルトコンべァ一 3 3 bの上 面 3 2 bに載置された熱電変^子 1 0は、 その方位を保ったまま矢印方向へ進み、 次の ベルトコンベア一 3 3 cの上面 3 2 cに進む。 そして、 一 間が経ち、 シャッター 3 1 力 S開いて次の測定纖となる熱電変嫌子 1 0が上面 3 2 a力 上面 3 2 b上^ される と、 次の熱電変 ^¾子 1 0の 2面の K 率が Sit率センサー 2 2、 2 3によって測定され る。
最後に、 コンピュータ 2 1の指示により、 熱電変 »子酉己 置 3 6力 各熱電変 » 子 1 0を吸弓 Iし、 面 a 1， a 2が上下方向に配置されるように素子の特定の方位を調節し た後、 支持枠 1 2にこの素子を配置する。
まず、 ベルトコンベア一 3 3 cの隣には、 ¾g台 4 0が配置され、 ¾g台 4 0上には、 前述のスケルトン型熱電変換モジュール用の支持枠 1 2が置かれる。 熱電変鐘子配難 置 3 6は、 真空ピンセット 2 4と、 真空ピンセット 2 4を図 4の χ方向及ぴ ζ方向に移動 可能とする X軸部 3 5と、 X軸部 3 5の両端に配置され Χ軸部 3 5を y方向に移動可能と する y軸部 3 4とを有してレ、る。
真空ピンセット 2 4は、 図 5に示すように、 円筒状の腕部 2 5とその先端に力ップ状の 吸盤部 2 6とを有する。 円筒状の艦 2 5は先蟖則から順に、 先艦 152 5 c , 中間部 2 5 b , ¾¾ 2 5 aの 3部分からなる。 先 ¾ 2 5 cには、 熱電変 »子 1 0の一面を真空吸 引により吸着すると共に、 真空状態を解 ることにより熱電変鍵子 1 0の脱着を可能 とする吸盤部 2 6が固定されてレヽる。 中間部 2 5 bと先 2 5 cとは、 中間部 2 5 bに 対して先 5 cを、 X軸を中心に土 1 8 0 ° 回動可能とする関節 2 7 bにより接続さ れている。 また、 2 5 aと中間部 2 5 bとは、 ¾¾5 2 5 aに対して中間部 2 5 bを、 y軸を中心に ± 1 8 0 ° 回動可能とする関節 2 7 aにより接続されている。 これにより、 関節 2 7 a， 2 7 bを必要に応じて屈曲させることにより、 吸盤部 2 6の位置を変えるこ とができ、 ベルトコンベア一 3 3 c上の熱電変 子 1 0の上面及 則面のうちの任意の 面を吸着することができる。
このようにして、 コンピュータ 2 1による特定の方位の認識に基づいて、 爵亟と齢さ れるべき面 a 1又は a 2力 S選択的に真空ピンセット 2 4により吸着される。 ここで、 ベル トコンベア一 3 3 c上の熱電変鍵子 1 0の上面力 S面 a 1又は a 2であると認識されてい れば、 真空ピンセット 2 4で素子の上面を吸引する。 一方、 熱電変纏子 1 0のレ、ずれか の側面が面 a 1又は a 2であるとされてレ、れば、 関節 2 7 a , 2 7 bを必要に応じて屈曲 し、 この側面を真空ピンセット 2 4で吸引する。 その後、 X軸部 3 5により真空ピンセッ ト 2 4が ±^に引き上げられることにより熱電変 «子 1 0が Z方向上方に吊り上げられ、 その後、 関節 2 7 a , 2 7 bが屈曲されてレヽる^^には関節 2 7 a , 2 7 bの屈曲を解除 することにより、 熱電変 »子 1 0の上面が面 1 a又は 2 aとなるように素子力 己置され る。 このようにして、 熱電変 子 1 0の特定の方位の、 熱の?巟れの向きへの並^ えが 完成するのである。 その後、 熱電変換素子 1 0は、 X軸部 3 5及び y軸部 3 4の «によ り、 支持枠 1 2の所定の揷通孔 1 2 &の± ^まで移動される。 そして、 真空ピンセット 2 4を下方に移動させることにより、 方位が正しくそろえられた熱電変鐘子 1 0を揷通孔 1 2 a内に挿入する。
なお、 熱電変鍵子 1 0は p型熱電変纏子 3及ぴ n型熱電変嫌子 4の 2種類がある。 したがって、 p型と n型の熱電変 子を交互に正しく配置するためには、 例えば、 まず どちらカ一方の熱電変 »子 1 0を、 支持枠 1 2の揷通孔 1 2 aに対して 1つ置きに配置 し、 全ての揷通孔 1 2 aのうち半数が埋まつた時点で、 もう一方の熱電変 «子 1 0に関 して同様の工程を行えばよ!/、。
その後、 最終的に熱電変換モジユーノレとして させるためには、 熱電変 子に対し て戴亟を齢すればよい。 これにより、 発 率の向上が可能である熱電変換モジュール を製造することができる。
また、 上記支持枠 1 2は、 スケルトン型熱電変換モジュールにおいて用いられる、 熱電 変 子 1 0を強固に固定し^するための枠でなくてもよい。 ί列えば、 図 2に示すよう な互！/、に対向する雄の間に、 複数の熱電変纏子力 S挟まれた離をとる熱電変換モジュ ールを製造する ¾ ^には、 例えば、 この支持枠 1 2の揷通孔 1 2 aを熱電変纏子の外形 よりも十分に大きな外形となるようにし、 さらに、 この支持枠 1 2の下に慰亟付の を 予め配置し、 揷通孔 1 2 aを介して ¾t亟上に熱電変纏子を所定の方位で配置し、 後工程 において支持枠を除去した後に «の纖を纖し、 慰亟と素子とを齢すればよい。 こ のとき、 支持枠 1 2は、 應中に熱電変擴子カ镩 5ί到したり移動したりしなレ、ようにする さえ用の枠として用いることができる。 また、 支持枠 1 2の代わりに単なる枠付きの 容器を用レ、、 本工程では熱電変鍵子を所望の方位に整列することのみとして、 熱電変換 素子 1 0の枠への配置工程ゃ慰亟上への配置工程は、 他の装置を用 、て行うこともできる。 なお、 _Βίのように熱電変鶴子 1 0における互レヽに対向する 2面 a 1， a 2、 すなわ ち熱電変換モジュールの糸腔時に齡材又は慰亟と接する 2面 a 1 , a 2の Kit率と、 他 の 4面 b l〜b 4の ¾T率との大小関係が予め認識されてレヽれば、 |5«する 2面のみの測 . .
定により特定の方位を判別できるが、 2面 a l， a 2の ^ t率と、 他の 4面 b l〜b 4の
¾f率との大小関係が不明の でも、 3つの面の K 率を測定し、 それらの 率を比
較することにより、 熱電変 »子 1 0の特定の方位は判断できる。
以上、 本発明における好適な »形態を具体的に示したが、 本発明はこれに限定される
ものではない。 特に、 熱電変換モジュールの製駄法は、 図 2に示すような、 複数の熱電
変鍵子 1 0力 S互いに対向する二枚の纖に挟まれたもの、 すなわち、 纖、 齢
材、 熱電変 »子が転倒しないようにする^ ΓΡえ用の枠が、 この順に積層された熱電変換
モジユーノレに適用できるということはいうまでもない。 なお、 本発明は上記 »形態に限
定されず、 さまざまな変形 ϋ¾が可能である。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 熱電変鍵子の表面形状からは、 その特定の方位が認識し難い ¾^で
あっても、 この熱電変 子の特定の方位を熱の流れの方向に向けて配置しゃすレヽ熱電変
賺子カ S徹される。 また、 本発明によれば、 熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール
及ひ激電変換モジュールの製造方法が される。

Claims

Sl848 "'nn1 WO 2009/051208 PCT/JP2008/068811P 0 0 , Λ Γυ ι ϋΓ c uu c / u b a o l J 請求の範囲
1 . 形状が 6面体であって、 互いに対向する 2面と他の 4面とは、 光に ¾ "る繊率が
異なる熱電変 子。
2. 廳己熱電変赫子は、 金属酸化物を含む請求項 1記載の熱電変擴子。
3 . 廳己 6面体は、 体である請求項 1又は 2記載の熱電変 «子。
4. 複数の p型熱電変 子及 复数の n型熱電変 »子と、
嫌己複数の p型熱電変換素子及び複数の n型熱電変換素子の各一対の端面同士を電 気的に接続し、 tfrt己複数の p型熱電変 «子及 Ό¾ϋ数の n型熱電変»子を p型 n型 交互に電気的に直列に接続させる複数の慰亟と、 を備え、
嫌己 n型熱電変鶴子及び p型熱電変歸子の少なくとも 1つは、 形状が 6面体で あって、 互いに対向する 2面と他の 4面とは、 光に る Sit率が異なり、 嫌己互い に対向する 2面がそれぞれ編己戴亟と接合された熱電変換モジュール。
5. 請求項：!〜 3のうち!/ヽずれかの熱電変鍵子の、 互レ、に接する少なくとも 2面の反
射率を測定し比較する工程と、
ttrt己の比 結果に基づレヽて熱電変 ^子の、 ¾g差が与えられるべき特定の方位を 認識する工程と、 を備える熱電変換モジュールの製造方法。
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