本發(fā)明涉及熱電發(fā)電模塊，尤其是涉及在彼此對置的柔性基板之間安裝多個熱電元件的熱電發(fā)電模塊。

背景技術(shù)：

熱電發(fā)電模塊是通過塞貝克效應(yīng)而利用兩個物體的溫度差進(jìn)行發(fā)電的模塊。作為現(xiàn)有的熱電發(fā)電模塊，已知例如專利文獻(xiàn)1所記載的熱電發(fā)電模塊。

專利文獻(xiàn)1的熱電發(fā)電模塊具有所謂的π(π)型構(gòu)造，是將多個熱電元件排列為平面狀、將它們經(jīng)由電極串聯(lián)地電連接并且安裝在對置設(shè)置的柔性基板之間的構(gòu)造。在包括熱電元件和電極而構(gòu)成的串聯(lián)回路的端部連接有引線。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開2008-270421號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，在專利文獻(xiàn)1所述的現(xiàn)有的熱電發(fā)電模塊中，由于一方的柔性基板與低熱源接觸，另一方的柔性基板與高熱源接觸，因此高熱源側(cè)的柔性基板和低熱源側(cè)的柔性基板的熱膨脹程度容易產(chǎn)生差異，存在外力施加于熱電元件與電極之間的接合部分、產(chǎn)生應(yīng)力而使該熱電元件從電極剝離的隱患。尤其是對于位于電氣排列端部的熱電元件，包圍其周圍的其他熱電元件的數(shù)量少，因此在經(jīng)由引線施加有外力時，受該外力影響而陷入同樣的狀況的可能性大而成為問題。

本發(fā)明的目的在于提供一種熱電發(fā)電模塊，能夠可靠地維持熱電元件和與其接合的電極之間的接合部分的接合強度。

用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

本發(fā)明的熱電發(fā)電模塊在正反面的一方設(shè)有冷卻面，在另一方設(shè)有加熱面，該熱電發(fā)電模塊的特征在于，具備：多個熱電元件；一對柔性基板，其夾持所述熱電元件而形成所述冷卻面和所述加熱面；多個元件間電極，其設(shè)置在所述柔性基板的彼此的對置面上而將所述熱電元件電連接；引線，其與連接有位于電氣排列的端部的熱電元件的元件間電極電連接；補強部件，其安裝在所述柔性基板之間；所述補強部件比位于所述端部的熱電元件設(shè)置在所述引線所引出的一側(cè)。

在熱電發(fā)電模塊中，由于補強部件比在電氣排列中位于端部的熱電元件設(shè)置在引線所引出的一側(cè)，引出在經(jīng)由引線施加有外力時，應(yīng)在熱電元件與元件間電極的接合部分產(chǎn)生的應(yīng)力分散于補強部件與柔性基板的接合部分。因此，能夠抑制作用在熱電元件與元件間電極的接合部分的應(yīng)力，能夠可靠地維持熱電元件和與其接合的元件間電極之間的接合部分的接合強度。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電模塊中，優(yōu)選所述補強部件具有與所述熱電元件大致相同的熱物理性質(zhì)和形狀。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電模塊中，優(yōu)選所述補強部件與所述熱電元件是同一元件。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電模塊中，優(yōu)選具備固定用底座和補強用圖案中的至少任一個，所述固定用底座在所述柔性基板的對置面上向與所述引線交叉的方向延伸且固定有所述補強部件，所述補強用圖案在所述柔性基板的對置面上向與所述引線交叉的方向延伸，并且與所述補強部件獨立。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電模塊中，優(yōu)選所述固定用底座和所述補強用圖案由一個導(dǎo)體與所述元件間電極一起形成。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的熱電發(fā)電模塊的側(cè)視圖。

圖2是熱電發(fā)電模塊的平面剖視圖。

圖3是熱電發(fā)電模塊的主視圖。

圖4是表示變形例1的熱電發(fā)電模塊的主要部分的側(cè)視圖。

圖5是變形例1的熱電發(fā)電模塊的主要部分的平面剖面。

圖6是變形例1的熱電發(fā)電模塊的主要部分的主視圖。

圖7是表示變形例2的熱電發(fā)電模塊的主要部分的側(cè)視圖。

圖8是變形例2的熱電發(fā)電模塊的主要部分的平面剖視圖。

圖9是變形例2的熱電發(fā)電模塊的主要部分的主視圖。

圖10是表示變形例3的熱電發(fā)電模塊的主要部分的側(cè)視圖。

圖11是變形例3的熱電發(fā)電模塊的主要部分的平面剖視圖。

圖12是變形例3的熱電發(fā)電模塊的主要部分的主視圖。

圖13是表示變形例4的熱電發(fā)電模塊的主要部分的側(cè)視圖。

圖14是變形例4的熱電發(fā)電模塊的主要部分的平面剖視圖。

圖15是變形例4的熱電發(fā)電模塊的主要部分的主視圖。

圖16是表示變形例5的熱電發(fā)電模塊的主要部分的側(cè)視圖。

圖17是表示變形例5的熱電發(fā)電模塊的主要部分的平面剖視圖。

圖18是表示變形例5的熱電發(fā)電模塊的主要部分的主視圖。

具體實施方式

以下，基于圖1～圖3對本發(fā)明的一個實施方式進(jìn)行說明。

圖1是本發(fā)明一個實施方式的熱電發(fā)電模塊1的側(cè)視圖，圖2是從圖1中的箭頭ii方向看到的熱電發(fā)電模塊1的平面剖視圖，圖3是從圖1中的右方看到的熱電發(fā)電模塊1的主視圖。

熱電發(fā)電模塊1具備：多個熱電元件4；一對柔性基板2，其夾持熱電元件4；多個元件間電極3a，其設(shè)置在柔性基板2的彼此對置的面上而電連接熱電元件4；引線6，其與連接有位于電氣排列的端部的熱電元件4的元件間電極3a電連接；作為補強部件的補強用圖案8，其安裝在柔性基板2之間。

柔性基板2由具有柔性的絕緣體(例如聚酰亞胺)形成，包括：低溫側(cè)基板2b，其配置在圖1中的下側(cè)，并且設(shè)有與散熱側(cè)接觸的冷卻面2c；高溫側(cè)基板2a，其配置在圖1中的上側(cè)，并且設(shè)有與熱源接觸的加熱面2h。

熱電元件4由n型熱電元件4a和p型熱電元件4b構(gòu)成。這些n型熱電元件4a和p型熱電元件4b由例如鉍碲類(bi-te類)材料形成為剖面為同一大小的正方形的長方體。并且，n型熱電元件4a與p型熱電元件4b交替配設(shè)，與圖1和圖2中的左右方向平行設(shè)置，并且朝向圖2中的上方折返，在柔性基板2的整個面上使橫豎對齊地進(jìn)行鋪設(shè)。在圖1中如箭頭所示，由于塞貝克效應(yīng)，在n型熱電元件4a電流從高溫側(cè)向低溫側(cè)(上方向)流動，在p型熱電元件4b電流從低溫側(cè)向高溫側(cè)(下方向)流動。這樣，熱電元件4所產(chǎn)生的電流流向引線6，從而進(jìn)行熱電發(fā)電模塊1的發(fā)電。

對于柔性基板2內(nèi)的排列，在以下的說明中，將橫向的排列稱為“行(圖示為r)”，將縱向的排列稱為“列(圖示為c)”，將行列的一個單位稱為一個分區(qū)，以圖1中右下角為原點[第1行，第1列](參照圖2)。在本實施方式中，在柔性基板2上形成有20行×21列的陣列。其中，在本實施方式中，設(shè)置有熱電元件4的是第2列之后。

如圖1所示，熱電發(fā)電模塊1具有π(π)型構(gòu)造，鄰接的n型熱電元件4a與p型熱電元件4b的上端和下端交替地與元件間電極3a連接，重復(fù)以n型熱電元件4a→元件間電極3a→p型熱電元件4b的順序的連接，所有熱電元件4串聯(lián)地電連接。該串聯(lián)回路作為熱電發(fā)電電路發(fā)揮作用。

位于發(fā)電回路的端部([第1行，第3列][第20行，第3列])的熱電元件4為端部元件4c，連接端部元件4c與引線6的元件間電極3a為端部電極3b。并且，在本實施方式中，位于[第1行，第3列]的端部元件4c為n型熱電元件4a，位于[第20行，第3列]的端部元件4c為p型熱電元件4b。端部電極3b設(shè)置在[第1行，第2～3列][第20行，第2～3列]各兩個分區(qū)。引線6焊接于端部電極3b和后述的高溫側(cè)固定用底座7a。

作為補強用元件5，使用熱電元件4(可以是n型熱電元件4a和p型熱電元件4b中的任一個)。也就是說，n型熱電元件4a、p型熱電元件4b以及補強用元件5的熱物理性質(zhì)和形狀彼此相同。

如圖1所示，補強用元件5在柔性基板2中的比端部元件4c位于引線6所引出的一側(cè)(圖中右側(cè))的區(qū)域(具體地說第1～2列)所包含的分區(qū)即[第2～3行，第1列][第18～19行，第1列]設(shè)有共計四個。

補強用元件5經(jīng)由固定用底座7與兩個柔性基板2連接。該固定用底座7用于對補強用元件5與柔性基板2的接合進(jìn)行輔助。原本，補強用元件5與柔性基板2的接合強度較小，但通過在它們之間設(shè)置固定用底座7，接合強度變高。

固定用底座7由兩個低溫側(cè)固定用底座7b和兩個高溫側(cè)固定用底座7a構(gòu)成，兩個低溫側(cè)固定用底座7b設(shè)置在低溫側(cè)基板2b的對置面上，兩個高溫側(cè)固定用底座7a設(shè)置在高溫側(cè)基板2a的對置面上。低溫側(cè)固定用底座7b設(shè)置在[第2～3行，第1列][第18～19行，第1列]各兩個分區(qū)，高溫側(cè)固定用底座7a設(shè)置在[第1～3行，第1列][第18～20行，第1列]各三個分區(qū)。低溫側(cè)固定用底座7b和高溫側(cè)固定用底座7a向與引線6交叉的方向延伸，因此在容易受到經(jīng)由引線6傳遞的外力的影響的端部元件4c附近的區(qū)域，能夠抑制與引線6交叉的方向(圖2中的上下方向)的柔性基板2的彎曲。

在低溫側(cè)基板2b，低溫側(cè)固定用底座7b與元件間電極3a分開，在高溫側(cè)基板2a，高溫側(cè)固定用底座7a與元件間電極3a分開。在本實施方式的補強用元件5和固定用底座7的結(jié)構(gòu)中，電流不在補強用元件5中流通。

補強用圖案8向與引線6交叉的方向延伸，在柔性基板2的兩個對置面上在[第4～17行，第1列]這十四個分區(qū)設(shè)置為帶狀。在各柔性基板2，元件間電極3a、端部電極3b、固定用底座7、補強用圖案8由粘貼在柔性基板2的對置面上的一片導(dǎo)體(例如銅)經(jīng)過蝕刻處理而形成。

雖然沒有圖示，由于蝕刻處理的特性，元件間電極3a、端部電極3b、固定用底座7、補強用圖案8的截面積越向基部越大。也就是說，散熱面積及受熱面積變大。因此，向低溫側(cè)基板2b的熱移動和來自高溫側(cè)基板2a的熱移動變得容易。

另外，補強用圖案8設(shè)置在比端部元件4c靠近引線6所引出的一側(cè)的區(qū)域的中央，由此在變形量容易變大的該區(qū)域，能夠抑制與引線6交叉的方向的柔性基板2的彎曲。需要說明的是，補強用圖案8與其他電極和熱電元件4分開設(shè)置，因此電流不在補強用圖案8中流通。

[實施方式的效果]

根據(jù)以上所述的本實施方式，在熱電發(fā)電模塊1中，在比端部元件4c靠近引線6所引出的一側(cè)的位置設(shè)有補強用元件5，因此在經(jīng)由引線6施加有外力時，應(yīng)在熱電元件4與元件間電極3a的接合部分產(chǎn)生的應(yīng)力分散于補強用元件5與固定用底座7的接合部分。因此，能夠抑制作用在熱電元件4與元件間電極3a的接合部分的應(yīng)力(尤其是作用于端部元件4c與端部電極3b的接合部分的應(yīng)力)，能夠可靠地維持熱電元件4和與其接合的元件間電極3a之間的接合部分的接合強度。

需要說明的是，補強用元件5的配置及數(shù)量、與其相伴的結(jié)構(gòu)不限于所述實施方式。例如，考慮以下所示的變形例1～5的圖案。

[變形例1的說明]

基于圖4～圖6對變形例1的熱電發(fā)電模塊101進(jìn)行說明。其中，對于與所述實施方式的熱電發(fā)電模塊1相同的結(jié)構(gòu)，省略其說明(對于變形例2～5也是同樣的情況)。

圖4是熱電發(fā)電模塊101的主要部分的側(cè)視圖，圖5是從圖4中的箭頭v方向看到的熱電發(fā)電模塊101的主要部分的平面剖視圖，圖6是從圖4中的右方看到的熱電發(fā)電模塊101的主要部分的主視圖。

在變形例1的熱電發(fā)電模塊101中，補強用元件5的配置以及與其相伴的結(jié)構(gòu)的配置與所述實施方式的熱電發(fā)電模塊1不同。

熱電發(fā)電模塊101的端部元件4c設(shè)置在[第1行，第3列][第20行，第3列]，補強用元件5在比端部元件4c靠近引線6所引出的一側(cè)的分區(qū)即[第2～3行，第2列][第18～19行，第2列]設(shè)有共計四個。

低溫側(cè)固定用底座7b遍及三個分區(qū)地設(shè)置為l形，高溫側(cè)固定用底座7a遍及兩個分區(qū)地設(shè)置為帶狀。

端部電極3b遍及兩個分區(qū)地設(shè)置為帶狀，引線6在[第1行，第1～2列][第20行，第1～2列]焊接于端部電極3b和高溫側(cè)固定用底座7a。

補強用圖案8在柔性基板2的兩個對置面上遍及[第3～18行，第1列]這十六個分區(qū)設(shè)置為帶狀。

[變形例2的說明]

基于圖7～圖9對變形例2的熱電發(fā)電模塊201進(jìn)行說明。

圖7是熱電發(fā)電模塊201的主要部分的側(cè)視圖，圖8是從圖7中的箭頭viii方向看到的熱電發(fā)電模塊201的主要部分的平面剖視圖，圖9是從圖7中的右方看到的熱電發(fā)電模塊201的主要部分的主視圖。

熱電發(fā)電模塊201的端部元件4c設(shè)置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，補強用元件5在比端部元件4c位于引線6所引出的一側(cè)的分區(qū)即[第1行，第2～3列][第2行，第2列][第20行，第2～3列][第19行，第2列]設(shè)有共計六個。

低溫側(cè)固定用底座7b遍及兩個分區(qū)地設(shè)置為帶狀。另一方面，在變形例2中，端部電極3b延伸，不存在高溫側(cè)固定用底座7a。在各端部電極3b連接有一個的端部元件4c和三個補強用元件5。各端部電極3b形成為t形而將它們連結(jié)。

引線6在[第1行，第1列][第20行，第1列]焊接于端部電極3b。因此，如圖8所示，端部元件4c配置在引線6的焊接部與端部元件4c之間。

補強用圖案8在柔性基板2的兩個對置面上遍及[第3～18行，第1列]這十六個分區(qū)地設(shè)置為帶狀。

[變形例3的說明]

基于圖10～圖12對變形例3的熱電發(fā)電模塊301進(jìn)行說明。

圖10是熱電發(fā)電模塊301的主要部分的側(cè)視圖，圖11是從圖10中的箭頭xi方向看到的熱電發(fā)電模塊301的主要部分的平面剖視圖，圖12是從圖10中的右方看到的熱電發(fā)電模塊301的主要部分的主視圖。

熱電發(fā)電模塊301的端部元件4c設(shè)置于[第1行，第4列][第20行，第4列]，補強用元件5在比端部元件4c位于引線6所引出的一側(cè)的分區(qū)即[第1行，第2～3列][第3行，第2列][第20行，第2～3列][第18行，第2列]設(shè)有共計六個。

低溫側(cè)固定用底座7b遍及三個分區(qū)地設(shè)置為帶狀。在變形例3中，高溫側(cè)固定用底座7a與端部電極3b成為一體。在各端部電極3b連接有一個的端部元件4c和三個補強用元件5。各端部電極3b以將它們連結(jié)的方式形成為l形。

引線6在[第2行，第1列][第19行，第1列]焊接于端部電極3b。也就是說，引線6在端部元件4c的相鄰的行焊接于端部電極3b。因此，如圖11所示，端部元件4c配置在引線6的焊接部與端部元件4c之間。

補強用圖案8在柔性基板2的兩個對置面上遍及[第4～17行，第2列]這十四個區(qū)域地設(shè)置為帶狀。

[變形例4的說明]

基于圖13～圖15對變形例4的熱電發(fā)電模塊401進(jìn)行說明。

圖13是熱電發(fā)電模塊401的主要部分的側(cè)視圖，圖14是從圖13中的箭頭xiv方向看到的熱電發(fā)電模塊401的主要部分的平面剖視圖，圖15是從圖13中的右方看到的熱電發(fā)電模塊401的主要部分的主視圖。

熱電發(fā)電模塊401的端部元件4c設(shè)置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，補強用元件5在比端部元件4c位于引線6所引出的一側(cè)的分區(qū)即[第1行，第3列][第1～4及6行，第2列][第20行，第3列][第15及17～20行，第2列]設(shè)有共計十二個。

低溫側(cè)固定用底座7b遍及六個區(qū)域地設(shè)置為帶狀。在變形例4中，高溫側(cè)固定用底座7a與端部電極3b成為一體。在各端部電極3b連接有一個的端部元件4c和六個補強用元件5。各端部電極3b以將它們連結(jié)的方式形成為l形。

引線6在[第5行，第1列][第16行，第1列]焊接于端部電極3b。也就是說，引線6在端部元件4c的相鄰的第四行焊接于端部電極3b。因此，如圖14所示，在引線6的焊接部與端部元件4c之間配置有端部元件4c，并且端部元件4c配置為將引線6的焊接部夾在中間。

補強用圖案8在柔性基板2的兩個對置面上遍及[第7～14行，第2列]這八個分區(qū)地設(shè)置為帶狀。

[變形例5的說明]

基于圖16～圖18對變形例5的熱電發(fā)電模塊501進(jìn)行說明。

圖16是熱電發(fā)電模塊501的主要部分的側(cè)視圖，圖17是從圖16中的箭頭xvii方向看到的熱電發(fā)電模塊501的主要部分的平面剖視圖，圖18是從圖16中的右方看到的熱電發(fā)電模塊501的主要部分的主視圖。

熱電發(fā)電模塊501的端部元件4c設(shè)置在[第1行，第4列][第20行，第4列]，并且補強用元件5在比端部元件4c位于引線6所引出的一側(cè)的分區(qū)即[第1行，第3列][第4及6行，第2列][第20行，第3列][第15及17行，第2列]設(shè)有共計六個。

低溫側(cè)固定用底座7b遍及六個分區(qū)而設(shè)置為帶狀。在變形例5中，高溫側(cè)固定用底座7a與端部電極3b成為一體。在各端部電極3b連接有一個端部元件4c和六個補強用元件5。各端部電極3b以將它們連結(jié)的方式形成為l形。

引線6在[第5行，第1列][第16行，第1列]焊接于端部電極3b。也就是說，引線6在端部元件4c的相鄰的第4行焊接于端部電極3b。因此，如圖17所示，在引線6的焊接部與端部元件4c之間配置有端部元件4c，并且端部元件4c配置為將引線6的焊接部夾在中間。

補強用圖案8在柔性基板2的兩個對置面上遍及[第7～14行，第2列]這八個分區(qū)設(shè)置為帶狀。

[變形例的效果]

在以上的變形例1～5中，補強用元件5的配置和引線的連接位置與所述實施方式不同，但是能夠與所述實施方式同樣地抑制作用在熱電元件4與元件間電極3a的接合部分的應(yīng)力，并且能夠可靠地維持熱電元件4和與其接合的元件間電極3a之間的接合部分的接合強度。

需要說明的是，本發(fā)明不限于前述實施方式和變形例，意在包括能夠達(dá)成本發(fā)明目的范圍內(nèi)的變形、改良等。

例如，在所述實施方式及變形例中，使用熱電元件4作為補強用元件5，但也可以使用與熱電元件4具有大致相同的熱物理性質(zhì)和形狀的代替部件。

在所述實施方式及變形例中，補強用元件5為不進(jìn)行發(fā)電的結(jié)構(gòu)，但只要是即使在補強用元件5從固定用底座7剝離的情況下熱電元件4也能夠進(jìn)行發(fā)電的結(jié)構(gòu)即可，補強用元件5可以是對發(fā)電進(jìn)行輔助的結(jié)構(gòu)。

工業(yè)實用性

本發(fā)明能夠在將廢熱再生為電能的再生裝置中使用。

附圖標(biāo)記說明

1、101、201、301、401、501…熱電發(fā)電模塊；2…柔性基板；2c…冷卻面；2h…加熱面；3a…元件間電極；4…熱電元件；5…補強用元件(補強部件)；6…引線；7…固定用底座；8…補強用圖案。