JP4728745B2 - 熱電素子デバイス及び熱電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、熱エネルギを電気エネルギに、また電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱電素子デバイス及びこれから構成される熱電モジュールに関する。

一般に、熱電素子デバイスは、互いに対向する２つの電極と、この間に挿入される、p型熱電変換半導体及びn型熱電変換半導体の対とから構成される。そして、熱電変換半導体が有するトムソン効果、ペルチェ効果、又はゼーベック効果等の熱電効果を利用することにより、熱エネルギが電気エネルギに、また電気エネルギが熱エネルギに直接変換される。また、実用的には、熱電素子デバイスを並列配置することにより構成した熱電モジュールが利用されている。

このような熱電変換デバイス又は熱電モジュールの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１では、対向する電極と、この間に林立する柱状のp型熱−電気直接変換半導体及びn型熱−電気直接変換半導体とから構成される熱電変換装置が開示されている。そして、これらの半導体と放熱電極との間が半田により接合される一方、吸熱電極はその一部に変形可能な網構造部材を有しており、この網構造部材が上記の半導体としゅう動可能に接している。
特開２００５−６４４５７号公報

上記の熱電変換装置では、網構造部材の変形及びしゅう動により、吸熱電極と熱電半導体と間の熱膨張差に起因する熱応力が緩和され、熱電変換装置の破損や損傷を防止することができる（特許文献１）。

しかし、網構造部材と熱電半導体（熱電素子）と間の接触面積が小さいため、これらの接触面内での熱分布が均一化されない場合があり、熱電変換装置が本来有する熱電変換効率を十分に発揮できないという不都合があった。

しかも、上記の熱電変換装置では、網構造部材からの熱エネルギを、熱電半導体と網構造部材との接触面の表面に均一に伝達する対策が講じられておらず、熱エネルギを電気エネルギに変換する際には、熱電素子に生じる起電力を十分に利用することができないという不都合であった。

本発明は、上記の不都合を解消し、熱電素子デバイス内の熱応力を緩和するとともに、熱電素子の電極側の表面における熱分布をより均一化することにより、熱電素子デバイスの性能を向上させ、熱電変換効率が向上した熱電素子デバイス及びこれを用いる熱電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、第１の電極部材、導電性を有し前記第１の電極部材上に設けられる第１の弾性部材、及び導電性を有し前記第１の弾性部材上に設けられる第１の均熱部材から構成される第１の電極と、熱電効果を有する材料から構成され、前記第１の均熱部材に固着されずに前記第１の均熱部材上に離間して配置される１対の熱電素子と、
前記熱電素子上に配置される第２の電極と、を備える熱電素子デバイスが提供される。

また第２の電極が、１対の熱電素子に対応して１対で構成され、１対の第２の電極は、第２の電極部材、導電性を有し前記第２の電極部材上に設けられる第２の弾性部材、及び導電性を有し第２の弾性部材上に設けられる第２の均熱部材から構成され、１対の熱電素子が、それぞれ対応する第２の電極の第２の均熱部材上に固着されずに配置されてもよい。

さらに、第１の弾性部材が有する弾性は、熱電素子が有する弾性より大きく、第１の電極部材が有する弾性以上であってもよい。

第１の均熱部材は、鉄、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、銅、炭素のいずれか、これらのいずれかを主成分とする物質、これらのうち２つ以上の合金、化合物もしくは混合物、またはこれらのうち２つ以上を接合した部材であると有用である。

熱電効果を有する材料は、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb３基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、MgAgAs型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物、もしくはこれらの混合物、又はこれらの接合体であると好適である。

１対の熱電素子のうち、一方がｎ型電導部から構成され、他方がｐ型電導部から構成されるものであり、第１及び前記第２の電極のいずれか一方が、ｎ型電導部上に配置される第１の部分と、ｐ型電導部上に配置される第２の部分とに離間すると、一層好ましい。

また、本発明の第２の態様によれば、上記の複数個の熱電素子デバイスが、該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが隣の熱電素子モジュールと電気的に接続されるよう構成される熱電モジュールが提供される。

本発明に係る熱電素子デバイス及びこれを用いる熱電モジュールは、熱電素子デバイス内に生じる熱応力を弾性部材により緩和できるとともに、弾性部材からの熱エネルギを、熱電素子の表面に均一に伝達させる対策として均熱部材を備えるので、熱電素子の表面の温度分布をより均一化することができる。このため、熱電素子デバイスの熱電変換効率を向上することができ、これを用いた熱電モジュールの熱電変換効率をも向上することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付す。また、添付図面は、実施形態に係る熱電素子デバイス及び熱電モジュールを模式的に示しているに過ぎない。このため、厚さと平面寸法との関係や各部材の厚さの比率等が、現実の設計通りに現されているとは限らないことに留意すべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電素子デバイスの構成を示す概略図である。
図示の通り、熱電素子デバイス１００は、第１の電極１、熱電素子３、及び第２の電極２を有する。

第１の電極１は、第１の電極部材１１と、この第１の電極部材１１の下面と接して設けられる第１の弾性部材１２と、この第１の弾性部材１２に接して設けられる第１の均熱部材１３と、から構成される。

第１の弾性部材１２は、第１の電極１の一部を構成しており、導電性を有している。また、第１の弾性部材１２は、所定の弾性を有し、特に、熱電素子３に比べて変形し易くなるように構成されると好ましい。具体的には、第１の弾性部材１２は、網状、格子状、又はハニカム状等の形状を有すると有益である。本実施形態では、金属細線網などの編込線により構成される第１の弾性部材１２が採用されている。

なお、第１の弾性部材１２を構成する素材の固有の弾性率が、熱電素子３及び第１の電極部材１１を構成する素材の固有の弾性率より高いとより有益であるが、これに限られない。例えば、素材自体の弾性率に拘わらず、第１の弾性部材１２が、上述の形状に構成されることによって、全体として、熱電素子３が有する弾性よりも高く、第１の電極部材１１が有する弾性と同等か高い弾性を有していればよい。

また、第１の弾性部材１２は、本実施形態では、第１の電極部材１１に対して拡散接合により接合されている。

第１の均熱部材１３は、第１の電極１の一部を構成し、導電性を有している。また、第１の均熱部材１３は、熱電素子３に比べて、高い熱伝導性を有するよう構成される。具体的には、第１の均熱部材１３は、金属箔などの薄い板材から構成される。より具体的には、第１の均熱部材１３は、比較的安価で熱伝導率も大きな、鉄、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、銅、炭素のいずれかの薄板から構成されると好ましい。また、これら元素のいずれかを主成分とする物質、又はこのような物質や上記の元素のうちの２つ以上から構成される合金、化合物もしくは混合物を用いて、第１の均熱部材１３を構成することもできる。さらに、第１の均熱部材１３は、上述した、元素、物質、又は合金等のうちの２つ以上を貼り合わせて構成される薄板から構成されても良い。この場合、第１の弾性部材１２と接する側を第１の弾性部材１２と同じ材質とすると有益である。

また、第１の均熱部材１３は、第１の弾性部材１２が有する熱伝導性よりも高い熱伝導性を全体として有すると好ましい。第１の均熱部材１３が第１の弾性部材１２に比べて高い熱伝導性を有するためには、第１の均熱部材１３を構成する素材の固有の熱伝導率が、第１の弾性部材１２を構成する素材の固有の熱伝導率より高いと好ましいが、これに限られない。素材自体の熱伝導率に拘わらず、第１の弾性部材１２が網状等の形状を有する一方、第１の均熱部材１３が、板状又はシート状等の形状を有するため、第１の弾性部材１２よりも熱を伝達し易くなる場合は、第１の弾性部材１２に比べて高い熱伝導性を有していることとなる。

なお、第１の均熱部材１３は、本実施形態では、第１の弾性部材１２に対して、接触又は拡散接合により接合されている。

熱電素子３は、図１に示す通り、互いに離間した第１の部分３Ａ（以下、熱電素子３Ｂという場合がある）と第２の部分３Ｂ（以下、熱電素子３Ｂという場合がある）との対により構成されている。

熱電素子３Ａ、３Ｂは、ペルチェ効果、ゼーベック効果、又はトムソン効果といった熱電効果を有する熱電材料からそれぞれ構成される。このような材料の典型的なものとして、以下の熱電半導体、すなわち、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するＣｏＳｂ３基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、ＭｇＡｇＡｓ型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物がある。また、これらの混合物から熱電素子３を構成することもできる。さらに、これらの物質、化合物、又は混合物の接合体により、熱電素子３Ａ、３Ｂを構成してもよい。これらは、熱伝導率が比較的小さいという性質を有している。このため、これらの物質等から熱電素子３Ａ、３Ｂが構成される場合には、熱電素子３Ａ、３Ｂ内での温度勾配が維持され易いため、熱電素子デバイスの性能が向上される。

また、これらの熱電半導体には、ｐ型電導及びｎ型電導といった２つの電導型がある。本実施形態のように、熱電素子３が熱電素子３Ａ及び熱電素子３Ｂの対として構成される場合は、典型的には、この対の一方がｎ型電導性であり、他方がｐ型電導性である。

熱電素子３Ａ、３Ｂは、第１の電極１の第１の均熱部材１３と接するように配置され、第１の均熱部材１３に対しては、接合も接着もされない。すなわち、熱電素子３Ａ、３Ｂは第１の均熱部材１３と接触するに留まる。

第２の電極２は、熱電素子３が対をなすように構成されることに対応して、熱電素子３Ａに接するよう配置される第１の部分２Ａ（以下、第２の電極２Ａという場合がある）と、熱電素子３Ｂに接するよう配置される第２の電極２Ｂ（以下、第２の電極２Ｂという場合がある）と、から構成される。そして、本実施形態では半田などの接合材８により、第２の電極２Ａが熱電素子３Ａに対して接合され、第２の電極２Ｂが熱電素子３Ｂに対して接合されている。

なお、説明の便宜上、図１は第１の電極１を上方に配置した場合を示しているため、第１の弾性部材１２は、第１の電極部材１１の下面に設けられている。しかし、天地を逆に図示すれば、第１の電極部材１１の上面の上に第１の弾性部材１２が設けられ、第１の弾性部材１２上に第１の均熱部材１３が設けられていることは明らかである。さらに、熱電素子３Ａ、３Ｂが第１の電極１の上に配置されていることも明らかである。

以上の構成によれば、第２の電極２Ａ、２Ｂ間に直流電圧を印加して電流を流すと、第１の電極１及び第２の電極２の一方が放熱面として、他方が吸熱面として機能する。このため、電流の調節により、熱電素子デバイス１００は温度調整器として動作することができる。また、熱電素子デバイス１００は温度測定器としても動作することができる。すなわち、第１の電極１と第２の電極２との間に温度差の応じて、第１の電極１と第２の電極２Ａ、２Ｂとの間に電位差が生じるため、この電位差を介して、温度を測定することができる。

このように、熱電素子デバイス１００の動作中には、熱電素子デバイス１００内には、温度分布が生じている。この温度分布により、熱電素子デバイス１００内には、熱膨張係数の差による熱応力が生じている。

しかし、本実施形態においては、第１の弾性部材１２が金属細線網などの編込線により構成され、熱電素子３が有する弾性よりも高く、第１の電極部材１１が有する弾性と同等か高い弾性を有しているため、熱応力を緩和することができる。言い換えると、第１の弾性部材１２は、第１の電極部材１１と熱電素子３Ａ、３Ｂとの間の熱膨張係数の差により生じる熱応力を緩和する機能を有する。このため、熱応力により熱電素子デバイス１００内に生じ得る破損や、熱電素子３Ａ、３Ｂの劣化といった問題を解消することができる。なお、熱応力は、第１の均熱部材１３は熱電素子３に接触しているに過ぎず、両者は互いに偏倚することができるため、より緩和される。

第１の均熱部材１３は、第１の弾性部材１２に接合又は接触し、かつ熱電素子３に接触し、しかも、これらよりも熱伝導性に優れるため、第１の弾性部材１２からの熱エネルギを第１の均熱部材１３の平面内で均熱化した上で、熱電素子３に伝達することができる。

仮に、第１の弾性部材１２が熱電素子３Ａ、３Ｂと直接に接触する場合は、熱電素子３Ａ、３Ｂと、弾性確保のため網状等の形状を有する第１の弾性部材１２と間の接触面積が狭くなるため、熱伝導が阻害されたり、熱均一性が悪化したりするといった問題が生じる。しかし、熱電素子デバイス１００では、熱伝導性に優れる第１の均熱部材１３により、第１の均熱部材１３と熱電素子３Ａ、３Ｂの接触面での熱均一性が向上し、熱電変換効率を改善することができる。

なお、本実施形態は、熱電素子３が第１の部分３Ａ及び第２の部分３Ｂの対として構成される場合を例示したが、熱電素子３が、熱電効果を有する材料から単一部分として構成され、これに併せて第２の電極も単一部分として構成されてもよい。この場合であって、熱電素子デバイスとしての機能が発揮され、また、他の構成に相違はないため、上記の効果が発揮される。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る熱電素子デバイスの構成を示す概略図である。図示の通り、第２の実施形態に係る熱電素子デバイス２００は、概ね、第２の電極２と、熱電素子３と、第１の電極１０と、から構成される。

第２の電極２は、図２に示す通り、互いに離間する第１の部分２Ａ（以下、第２の電極２Ａという場合がある）及び第２の部分２Ｂ（以下、第２の電極２Ｂという場合がある）の対から構成される。そして、詳細には、第２の電極２Ａは、第２の電極部材２１Ａ上に第２の弾性部材２２Ａ及び第２の均熱部材２３Ａがこの順に配置されて構成される。同様に、第２の電極２Ｂは、第２の電極部材２１Ｂ上に第２の弾性部材２２Ｂ及び第２の均熱部材２３Ｂがこの順に配置されて構成されている。

第２の電極部材２１Ａ、２１Ｂ、第２の弾性部材２２Ａ、２２Ｂ、及び第２の均熱部材２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ、第１の実施形態における第１の電極部材１１、第１の弾性部材１２及び第１の均熱部材１３と同じ材料から同様に形成される。また、第２の電極部材２１Ａ、２１Ｂ及び第２の弾性部材２２Ａ、２２Ｂは、本実施形態では、互いに接触又は拡散接合により接合されている。さらに、第２の弾性部材２２Ａ、２２Ｂ及び第２の均熱部材２３Ａ、２３Ｂもまた、互いに接触又は拡散接合により接合される。

熱電素子３は、第１の実施形態にて列挙した材料により、第１の部分３Ａ（熱電素子３Ａ）及び第２の部分３Ｂ（熱電素子３Ｂ）の対として構成される。この場合、熱電素子３Ａ及び熱電素子３Ｂのいずれか一方がｐ型電導性を有し、他方がｎ型電導性を有する。そして、熱電素子３Ａは、第２の均熱部材２３Ａに接するように第２の電極２Ａ上に配置され、熱電素子３Ｂは、第２の均熱部材２３Ｂに接するように第２の電極２Ｂ上に配置されている。ここで、熱電素子３Ａ、３Ｂと第２の均熱部材２３Ａ、２３Ｂとは、第１の実施形態における第１の均熱部材１３及び熱電素子３と同様に、互いに接触するに留まり、接合も接着もされていない。

また、第１の電極１０には、接合材８により熱電素子３が接合される。

以上の説明の通り、熱電素子デバイス２００では、第１の実施形態の熱電素子デバイス１００における第１の電極１が第１の電極部材１１、第１の弾性部材１２、及び第１の均熱部材１３から構成されるに替わって、第２の電極２がこれらの部材から構成され、均熱部材に接するように熱電素子が配置されている。このような構成により、第２の実施形態に係る熱電素子デバイス２００は、第１の実施形態に係る熱電素子デバイス１００と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る熱電素子デバイス３００の構成を示す概略図である。図３に示す通り、第１の電極１は、第１の電極部材１１と、この第１の電極部材１１の下面と接するよう設けられる第１の弾性部材１２と、この第１の弾性部材１２に接するよう設けられる第１の均熱部材１３と、から構成される。また、第２の電極２は、互いに離間する第２の電極２Ａ及び第２の電極２Ｂの対から構成される。そして、第２の電極２Ａでは、第２の電極部材２１Ａ上に、第２の弾性部材２２Ａ及び第２の均熱部材２３Ａがこの順に配置され、第２の電極２Ｂでは、第２の電極部材２１Ｂ上に、第２の弾性部材２２Ｂ及び第２の均熱部材２３Ｂがこの順に配置されている。

第１の弾性部材１２、２２Ａ、２２Ｂは、それぞれに対応する第１の電極部材１１、２１Ａ、２１Ｂに対して、接触又は、例えば拡散接合により接合されている。また、第１の均熱部材１３、２３Ａ、２３Ｂは、それぞれに対応する第１の弾性部材１２、２２Ａ、２２Ｂに対して、接触又は、例えば拡散接合により接合されている。

また、熱電素子３は、第１及び第２の実施形態における熱電素子と同様の材料により、第１の部分３Ａ（熱電素子３Ａ）及び第２の部分３Ｂ（熱電素子３Ｂ）のｐ−ｎ対として構成される。そして、熱電素子３Ａは、第２の均熱部材２３Ａに接するように第２の電極２Ａ上に配置され、熱電素子３Ｂは、第２の均熱部材２３Ｂに接するように第２の電極２Ｂ上に配置されている。さらに、熱電素子３Ａ、３Ｂの上には、第１の均熱部材１３が接するように第１の電極１が配置されている。ここで、熱電素子３と第１の均熱部材１３、２３Ａ、２３Ｂとは、互いに接触するに留まり、接合も接着もされていない。

以上の説明の通り、熱電素子デバイス３００では、第１の電極１も第２の電極２も電極部材、弾性部材、及び均熱部材から構成され、熱電素子３は、その上下端において均熱部材と接している。したがって、その上下端において、熱膨張差により発生する熱応力がより緩和されるとともに、均熱性が向上するため、より大きな熱電変換効率が得られる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る熱電モジュールの構成を示す概略図である。図示の通り、熱電モジュール４００は、複数の熱電素子デバイス５を２次元的に配列することにより構成されている。ここで、熱電素子デバイス５は、第１の電極１及び第２の電極２と、その間にこれらと電気的かつ熱的に接続される熱電素子３とから構成される。第１の電極１及び第２の電極２のいずれか又は双方は、電極部材、この電極部材上に配置される弾性部材、及びこの弾性部材上に配置される均熱部材から構成される。図４は、熱電素子デバイス５が第１の実施形態に係る熱電素子デバイス１００である場合を示しているが、熱電素子デバイス５は、第２及び第３の実施形態に係る熱電素子デバイス２００、３００であっても良い。

また、熱電モジュール４００と外部回路との間の電気エネルギの授受は、第２の電極２と接続して設けられる２本の導線４により、行われる。図４から明らかなように、各熱電素子デバイス５は、導線４、４の間において、互いに電気的に直列に配置される。このため、導線４、４間に直流電圧を印加して電流を流すと、電流は、第２の電極２、熱電素子３Ｂ、第１の電極１、熱電素子３Ａ、第２の電極２、熱電素子３Ｂ・・・と流れ、第１の電極１及び第２の電極２のいずれか一方が放熱面、他方が吸熱面として機能する。

以上、説明した熱電モジュール４００は、これを構成する熱電素子デバイス５における第１の電極１及び第２の電極２のいずれか又は双方が、電極部材、電極部材上に配置される弾性部材、及び弾性部材上に配置される均熱部材から構成され、熱電素子３が均熱部材と接するように配置されて構成される。このため、弾性部材の作用により熱膨張差に起因する熱応力がより緩和されるとともに、均熱部材の作用により均熱性が向上する。したがって、熱電変換効率が向上された熱電モジュールが提供される。

以上、いくつかの実施形態を参照しながら本発明を詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、電極部材に対して弾性部材が拡散接合され、弾性部材に対して均熱部材が拡散接合される場合は、拡散接合に替わり、銀を主成分としたろう材、チタンを主成分としたろう材、銅を主成分としたろう材、パラジウムを主成分としたろう材、ニッケルを主成分としたろう材、アルミニウムを含有するろう材、マグネシウムを含有するろう材、ビスマスを含有する半田、鉛を含有しない半田によって接合しても良い。また、電気的及び熱的な接続を害しない限り、これらに限定されない。

第１及び第２の実施形態では、接合材８として半田を例示したが、熱電素子デバイスの使用温度において接合性が低下しないものであれば、これに限定されない。例えば、接合材８は、導電性の接着剤や、銀ろう等の導電性のろう材であってよい。

さらに、弾性部材の形状として、網状、格子状、ハミカム状を例示したが、これに限られないことは、上記の説明より明らかである。板状であっても、均熱部材の効果が発揮されることは勿論である。

均熱部材の形状として、板状を例示したが、熱電素子と接する部分のみが平板状であれば、例えば、図５及び図６に示す形状としても良い。すなわち、図５（Ａ）に示すように、第１の均熱部材１３０は、熱電素子３Ａ上に接触する第１の平板部１３１と、熱電素子３Ｂ上に接触する第２の平板部１３２と、これらの間に設けられる撓み部１３３とを有することができる。このよう形状であっても、第１の均熱部材１３０は、第１から第４の実施形態におけるものと同様に、弾性部材（図示せず）からの熱を均一にしてから熱電素子３へ伝達することができる。加えて、撓み部１３３が変形可能なため、第１の均熱部材１３０は熱応力の緩和にも資する。なお、図５（Ａ）では、撓み部１３３の断面は、馬蹄形状を呈しているが、これに限らず、Ｖ字形状、Ｗ字形状であってもよい。

また、図５（Ｂ）に示すように、第１の平板部１３１及び第２の平板部１３２は、撓み部１３３が設けられる辺と対向する辺に沿うとともに下方へ延在する垂下部１３４を有していても良い。さらに、図６（Ａ）（Ｂ）に示す通り、垂下部１３４に加えて、垂下部１３４が設けられる辺に隣接する２つの辺のそれぞれに垂下部１３５が設けられていても良い。

さらに、図１及び図３に示す板状の第１の均熱部材１３に対して、図７（Ａ）に示すように、垂下部１３４を設けても良いし、図７（Ｂ）に示すように、垂下部１３４及び垂下部１３５の双方を設けても良い。加えて、垂下部１３５のみを設けるようにしても良い。

図４に１７個の熱電素子デバイスから構成される熱電モジュールを図示したが、熱電モジュールが有する熱電素子デバイスの数はこれに限られないことは言うまでもない。さらに、各熱電素子デバイスの配置も図示のものに限られない。

なお、第４の実施形態においては、熱電素子がｎ型電導部及びｐ型電導部の対から構成される熱電素子デバイスが２次元的に配列された熱電モジュールを例示したが、熱電モジュールは、熱電素子が単一の部分として構成される熱電素子デバイスから構成されてよい。
すなわち、その熱電素子デバイスは、熱電素子がｎ型電導部のみ又はｐ型電導部のみで構成され、これに対応して第１の電極及び第２の電極もまた単一部分から構成されてよい。
このような熱電素子デバイスから熱電モジュールが構成される場合は、複数の熱電素子デバイスが、それぞれ電気的に並列となるように配置されることは、当業者にとって明らかである。また、かかる構成であっても、各熱電素子デバイスにおいて、第１の電極及び第２の電極のいずれか又は双方が電極部材、弾性部材、及び均熱部材から構成されるため、熱応力の緩和とともに、熱電変換効率の向上がなされることも明らかである。

本発明の第１実施形態に係る熱電素子デバイスの構成を示す概略図。 本発明の第２実施形態に係る熱電素子デバイスの構成を示す概略図。 本発明の第３実施形態に係る熱電素子デバイスの構成を示す概略図。 本発明の第４実施形態に係る熱電モジュールの構成を示す斜視図。 （Ａ）は均熱部材の変形例を示す図。（Ｂ）は均熱部材の他の変形例を示す図。 （Ａ）は均熱部材の別の変形例を示す斜視図。（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ’断面に沿う断面図。 （Ａ）は均熱部材の更に別の変形例を示す図。（Ｂ）は均熱部材の更にまた別の変形例を示す図。

１・・・第１の電極、
２・・・第２の電極、
３・・・熱電素子、
４・・・導線、５，１００，２００，３００・・・熱電素子デバイス、
１１・・・第１の電極部材、
１２・・・第１の弾性部材、
１３・・・第１の均熱部材、
２１Ａ、２１Ｂ・・・第２の電極部材、
２２Ａ、２２Ｂ・・・第２の弾性部材、
２３Ａ、２３Ｂ・・・第２の均熱部材、
４００・・・熱電モジュール。

Claims (8)

1. 第１の電極部材、導電性を有し前記第１の電極部材上に設けられる第１の弾性部材、及び導電性を有し前記第１の弾性部材上に設けられる第１の均熱部材から構成される第１の電極と、
   熱電効果を有する材料から構成され、前記第１の均熱部材に固着されずに前記第１の均熱部材上に離間して配置される１対の熱電素子と、
   前記熱電素子上に配置される第２の電極と、
   を備えることを特徴とする熱電素子デバイス。
2. 前記第２の電極は、前記１対の熱電素子に対応して１対で構成され、
   前記１対の第２の電極は、第２の電極部材、導電性を有し前記第２の電極部材上に設けられる第２の弾性部材、及び導電性を有し前記第２の弾性部材上に設けられる第２の均熱部材から構成され、
   前記１対の熱電素子が、それぞれ対応する前記第２の電極の第２の均熱部材上に固着されずに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子デバイス。
3. 前記第１の弾性部材が有する弾性は、前記熱電素子が有する弾性より大きく、前記第１の電極部材が有する弾性以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電素子デバイス。
4. 前記第１の均熱部材が有する熱伝導性は、前記熱電素子が有する熱伝導性より大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電素子デバイス。
5. 前記第１の均熱部材は、鉄、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、銅、炭素のいずれか、これらのいずれかを主成分とする物質、これらのうち２つ以上の合金、化合物もしくは混合物、またはこれらのうち２つ以上を接合した部材であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱電素子デバイス。
6. 前記熱電効果を有する材料は、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb３基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、MgAgAs型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物、もしくはこれらの混合物、又はこれらの接合体であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱電素子デバイス。
7. 前記１対の熱電素子のうち、一方がｎ型電導部から構成され、他方がｐ型電導部から構成されるものであり、
   前記第１及び前記第２の電極のいずれか一方が、前記ｎ型電導部上に配置される第１の部分と、前記ｐ型電導部上に配置される第２の部分とに離間することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱電素子デバイス。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載される、複数個の熱電素子デバイスが、該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが隣の熱電素子モジュールと電気的に接続されるよう構成されることを特徴とする熱電モジュール。

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