[0115] 由此,在P型热电转换部件111的热阻比N型热电转换部件121的热阻大的情况下,通过选择与筒122相
比热阻率小的材料作为筒112的材料,能够校正P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的热阻之差。另外,在P型热电转换部件111的热阻比N型热电转换部件121的热阻小的情况下,通过选择与筒122相比热阻率大的材料作为筒112的材料,能够校正P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的热阻之差。
[0116] 另外,也能够通过“温度倾斜法”实际测量P型热电转换元件110和N型热电转换元件120的热阻R(p)和R(n)。能够通过以下的方法利用温度倾斜法测定热阻R。利用加热后的夹具和冷却后的夹具夹持P型热电转换元件110或N型热电转换元件120。根据P型热电转换元件110或N型热电转换元件120的上下端面的温度差、以及P型热电转换元件110或N型热电转换元件120的高度,求出P型热电转换元件110或N型热电转换元件120的热阻。在利用加热后的夹具和冷却后的夹具夹持P型热电转换元件110或N型热电转换元件120时,以热电转换部件和筒的上下端面与夹具的端面相接的方式进行夹持。由此,能够测定由热电转换部件和筒构成的P型热电转换元件110或N型热电转换元件120的热阻。
[0117] 优选P型热电转换元件110的热阻R(p)和N型热电转换元件120的热阻R(n)之差小于1℃/W,从可靠性的观点出发,更优选小于0.5℃/W。这是因为,热阻R(p)和热阻R(n)之差越小,则在P型热电转换元件110中通过的热量和在N型热电转换元件120中通过的热量越近似,能够防止模块性能下降。
[0118] [实施方式1]
[0119] 在将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121设为Bi-Te系材料,作为筒112和122使用耐热玻璃的情况下,优选使P型热电转换元件110的筒112的横截面积比N型热电转换元件120的筒122小。
[0120] 另外,在将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121设为Bi-Te系材料,作为筒112和122使用石英的情况下,也优选使P型热电转换元件110的筒112的横截面积比N型热电转换元件120的筒122小。
[0121] 在实施方式1中,准备了图1D所示的P型热电转换元件110和N型热电转换元件120。将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121设为Bi-Te系材料。更具体地,在将P型热电转换部件的热阻率设为0.74m·K·W-1,将N型热电转换部件的热阻率设为0.79m·K·W-1,将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的横截面积分别设为0.50mm2(直径0.80mm的圆柱)的情况下,P型热电转换部件111的热阻为737℃/W,N型热电转换部件的热阻为783℃/W。将筒112和122设为热阻率为1.00m·K·W-1的康宁(Corning)公司的派热克斯玻璃(Pyrex,注册商标),将P型热电转换元件110的筒112的横截面积设为0.28mm2(外径1.00mm的圆筒),将N型热电转换元件120的筒122的横截面积设为0.32mm2(外径1.03mm的圆筒)。根据该结构,P型热电转换元件110的热阻R(p)和N型热电转换元件120的热阻R(n)之差为0.07℃/W。
[0122] [实施方式2]
[0123] 在实施方式2中,准备了图1E所示的P型热电转换元件110和N型热电转换元件120。即,将P型热电转换元件110的横截面和N型热电转换元件120的横截面设为相同形状。作为P型热电转换部件111和N型热电转换部件121,使用Bi-Te系材料。
[0124] 在将P型热电转换部件111的热阻率设为0.74m·K·W-1,将N型热电转换部件121的-1热阻率设为0.79m·K·W ,将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的横截面积分别设为0.50mm2(直径0.80mm的圆柱)的情况下,P型热电转换部件111的热阻为737℃/W,N型热电转换部件121的热阻为783℃/W。在将筒112和筒122的横截面积设为0.80mm2(外径1.29mm的圆筒)的情况下,作为筒112使用热阻率为1.05m·K·W-1、热阻为658℃/W的钠
钙玻璃,作-1
为筒122使用热阻率为1.00m·K·W 、热阻为625℃/W的康宁公司的派热克斯玻璃(注册商标)即可。根据该结构,P型热电转换元件110的热阻R(p)和N型热电转换元件120的热阻R(n)之差为0.05℃/W。
[0125] [实施方式3]
[0126] 在实施方式3中,准备了图1F所示的P型热电转换元件110和N型热电转换元件120。即,将P型热电转换元件110的横截面和N型热电转换元件120的横截面设为不同形状。作为P型热电转换部件111使用Zn-Sb系材料,作为N型热电转换部件121使用Co-Sb系材料。将筒
112和122的材料设为石英玻璃。
[0127] 将P型热电转换部件111的电阻率设为2.75×10-5Ωm,将N型热电转换部件121的电阻率设为1.40×10-5Ωm,将P型热电转换部件111的横截面积设为0.99mm2(直径1.12mm的圆2
柱),将N型热电转换部件121的横截面积设为0.50mm (直径0.80mm的圆柱)。根据该结构,P型热电转换部件111的电阻和N型热电转换部件121的电阻之差为6.87×10-5Ω。
[0128] 将P型热电转换部件111的热阻率设为1.47m·K·W-1,将N型热电转换部件121的热阻率设为0.34m·K·W-1。在该结构中,P型热电转换部件111的热阻为741℃/W,N型热电转换-1部件121的热阻为343℃/W。将筒112和122的材料设为热阻率为0.72m·K·W 的石英玻璃,将筒112的横截面积设为0.85mm2(直径1.53mm的圆筒),将筒122的横截面积设为0.28mm2(直径1.00mm的圆筒)。根据该结构,P型热电转换元件110的热阻R(p)和N型热电转换元件120的热阻R(n)之差为0.20℃/W。
[0129] [实施方式4]
[0130] 在实施方式4中,准备了图1G所示的P型热电转换元件110和N型热电转换元件120。即,将P型热电转换元件110的横截面和N型热电转换元件120的横截面设为不同形状。作为P型热电转换部件111使用Zn-Sb系材料,作为N型热电转换部件121使用Co-Sb系材料。作为筒
112采用耐热玻璃,作为筒122采用石英玻璃。由于Co-Sb系材料的融点较高,因此,为了实施后述的制法,使用石英构成筒122。
[0131] 将P型热电转换部件111的电阻率设为2.75×10-5Ωm,将N型热电转换部件121的电阻率设为1.40×10-5Ωm,将P型热电转换部件111的横截面积设为0.99mm2(直径1.12mm的圆柱),将N型热电转换部件121的横截面积设为0.50mm2(直径0.80mm的圆柱)。根据该结构,P型热电转换部件111的电阻和N型热电转换部件121的电阻之差为6.87×10-5Ω,与设为相同横截面的情况相比,减小了该差值。
[0132] 将P型热电转换部件111的热阻率设为1.47m·K·W-1,将N型热电转换部件121的热阻率设为0.34m·K·W-1。在该结构中,P型热电转换部件111的热阻为741℃/W,N型热电转换部件121的热阻为343℃/W。将筒112的横截面积设为1.17mm2(直径1.66mm的圆筒),将筒122的横截面积设为0.28mm2(直径1.00mm的圆筒),作为筒112使用热阻率为1.00m·K·W-1的康宁公司的派热克斯玻璃(注册商标),作为筒122使用热阻为0.72m·K·W-1的石英玻璃即可。根据该结构,P型热电转换元件110的热阻R(p)和N型热电转换元件120的热阻R(n)之差为
0.17℃/W。
[0133] 图2为本发明的热电转换模块的纵截面图(与发电时在热电转换元件中电流流动的方向平行的截面),是图1A中的A-A截面图。
[0134] 电极201与P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的端面电气接合。由此,能够如图2所示那样,通过将P型热电转换元件110和N型热电转换元件120交替地在电气串联连接来构成热电转换模块100。
[0135] 即可以通过焊
锡或钎料等接合材料202将电极201与P型热电转换部件111和N型热电转换部件121接合,也可以无接合材料而直接将电极201与P型热电转换部件111和N型热电转换部件121接合。作为电极201的材料的例子,包括含有Bi(铋)、Cu(
铜)、Sb(锑)、In(铟)、Ni(镍)、Al(铝)、Ag(
银)、Au(金)、Pt(铂)、Pd(铅)中的任意一种的
单体金属或
合金等。作为接合材料202,例如可以使用含有Sn(锡)、Pb、Ag、Bi、In、Sb、Au中的任意一种的单体金属或合金。
[0136] 作为电极201,即可以使用在上面基板203a和下面基板203b上形成的电极201,也可以通过蒸
镀、溅射或
喷涂等在P型热电转换元件110和N型热电转换元件120上形成电极201。在本实施方式中,使用了上面基板203a和下面基板203b,但是,也可以不使用这些基板。
[0137] 在上面基板203a和下面基板203b上也可以存在抗蚀剂204。也可以不存在抗蚀剂,但是,为了防止装配P型热电转换元件110和N型热电转换元件120时的位置错位,优选存在抗蚀剂。
[0138] 从在热电转换部件的两端产生适当的温度差的观点出发,优选P型热电转换元件110和N型热电转换元件120的纵向(发电时电流流动的方向)的长度为0.15~2.0mm。
[0139] 此外,P型热电转换部件111和N型热电转换部件121也可以在其端面具有衬底金属205。衬底金属205是用于提高P型热电转换部件111和N型热电转换部件121与电极201之间的接合性、或者用于抑制自接合材料202和电极201的扩散引起的P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的发
电能力下降的金属层。从表现所希望的接合性和提高模块的可靠性的观点出发,衬底金属205的厚度优选为3.0~6.0μm。作为衬底金属205的例子,包括含有Ni、Mo(钼)、Ti(
钛)、W(钨)中的任意一种的单体金属或合金,优选使用Ni或Mo。在本实施方式中,作为衬底金属205使用Ni。
[0140] 说明上述的热电转换元件模块的制造方法。首先,参照图3,说明热电转换元件的制造方法。如图3所示,准备具有耐热性和绝缘性的管301。作为管301,优选使用玻璃、特别地使用耐热玻璃(是混合了SiO2和B2O3的
硼硅玻璃的一种,
热膨胀率大约为3×10-6/K左右的材料)的管。作为一般公知的耐热玻璃的例子,有康宁公司制的派热克斯(注册商标)玻璃。在本实施方式中,使用全长L为150mm、内径d1和外径d2分别为0.8mm、2mm的派热克斯(注册商标)玻璃制的管301。
[0141] 接着,借助软管302,在图3的管301的一端安装气缸303,将另一端浸渍在坩埚304内的溶融热电转换材料305中。然后,利用气缸303使管301的内部压力降低,从而在管301的内部吸引溶融热电转换材料305。通过使吸引到管301的内部的溶融热电转换材料305
凝固,来形成P型热电转换部件111或N型热电转换部件121。
[0142] 作为在管301的内部填充P型热电转换部件111或N型热电转换部件121的方法,也可以使用在将成为粉末状的热电转换材料放入管的内部后,将管301加热到热电转换材料的融点以上的温度,来使热电转换材料
熔化的方法。
[0143] 接着,通过对管301进行研磨和/或切削等的方法,使管301的横截面为所希望的截面面积。例如,可以使用顶靠在旋转磨床上进行的研磨、基于无心研磨的切削的方法。在本实施方式中,将管301设为圆筒,将管301的内部的P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的形状设为圆柱。
[0144] 接着,将管301切断为所希望的长度,由此形成了P型热电转换元件110或N型热电转换元件120。
[0145] 进而,通过将P型热电转换元件110和N型热电转换元件120装配在上面基板203a和下面基板203b,形成热电转换模块100。
[0146] 此外,作为第一绝缘体的一例示出了筒112,但是,第一绝缘体只要是覆盖P型热电转换部件111的至少一部分的部件即可,例如,也可以以使P型热电转换部件111的侧面的一部分露出的方式构成第一绝缘体。更详细地,也可以利用夹住P型热电转换部件111的侧面的一组部件构成第一绝缘体。同样地,第二绝缘体只要是覆盖N型热电转换部件121的至少一部分的部件即可,例如,也可以以使N型热电转换部件121的侧面的一部分露出的方式构成第二绝缘体。更详细地,也可以利用夹住N型热电转换部件121的侧面的一组部件构成第二绝缘体。
[0148] 根据本发明,通过使P型热电转换元件和N型热电转换元件的热阻接近(减少热阻之差),得到表现较高性能的热电转换模块。从而,可在各种技术领域中,需要将热量直接转换成电气的情况下以及需要将电气转换成热量的情况下,广泛地适用本发明。