热电转换模块

热电转换模块
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于在2021年3月31日申请的日本专利申请第2021-62105号要求优先权，将该专利申请的说明书整体作为参考引用于本技术说明书。
技术领域
3.本发明涉及热电转换模块。


背景技术：

4.近年来，提出使用了片状的热电转换元件的、柔性且薄型轻量的片状热电转换模块。例如，在专利文献1中公开了一种热电转换元件，其构成为，在热电转换模块的两面设置由导热率不同的材料构成的具有柔软性的膜状基板，导热率高的材料位于基板的外正面的一部分。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第3981738号公报。


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.然而，在专利文献1中，由于将基板的厚度方向的温度梯度转换为基板的面内方向的温度梯度，因此如果不增大热电转换元件的面积，则难以得到发电所需的温度差。此外，难以灵活地应对具有各种形状、温度差的方向性的热源，在该点上存在改善的余地。
10.因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种热电转换特性优异的片状的热电转换模块。
11.用于解决问题的方案
12.本发明的目的在于有利地解决上述问题，本发明的热电转换模块的特征在于，其形成为片状，与热源抵接或接近地配置，基于热源附近的部分与远离热源的部分的温度差进行发电，热电转换模块具有在片的厚度方向上贯穿的切口部，所述热电转换模块通过在规定方向上拉伸，从而使所述切口部的彼此相对的缘部彼此分离，从片状的形态a变形为向片厚度方向凸出的立体结构状的形态b。通过采用像这样的结构，利用使片状的热电转换模块在规定方向上拉伸这一简便的方法而变形为立体结构状的形态来接近热源，从而能够增大片状的热电转换模块内的温度差，提高热电转换特性。
13.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述热电转换模块具有片状的基材、以及在所述基材上形成的元件主体。通过采用像这样的结构，在热电转换模块内，能够由热电转换元件仅形成向片的厚度方向凸出的部位，因此能够使用更少的热电转换材料，提高热电转换特性。
14.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述元件主体具有形成为长条状的元件
体，所述元件体以该元件体的长边方向两端部在所述形态b的状态下在片的凸出方向上相互分离的方式配置。通过采用像这样的结构，使片背面接近热源，由此能够高效地设置元件体的长边方向的温度差，提高热电转换特性。
15.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述元件主体具有形成为长条状的多个元件体，在所述多个元件体中，相邻的元件体彼此在长边方向端部串联地电连接。通过采用像这样的结构，能够利用串联连接进一步增大并输出在元件体内产生的热电动势。
16.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述元件体包含碳纳米管。通过采用像这样的结构，能够得到通过热电转换模块的拉伸使元件体的塞贝克系数自身增加的效果，因此能够提高热电转换特性。此外，能够在进一步提高热电转换模块的机械强度的同时实现轻量化。
17.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述元件体的长边方向的长度为30mm以上。通过采用像这样的结构，能够容易地确保元件体内的温度差，提高热电转换特性。
18.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述元件体的长边方向的长度为5mm以上且12mm以下。通过采用像这样的结构，相对于相同的碳纳米管的使用量，能够提高由热电转换模块产生的电动势。
19.这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述基材的导热率为5.0[w/(m
·
k)]以下。通过采用像这样的结构，能够抑制元件体的长边方向的热传导，容易地确保温度差，提高热电转换特性。
[0020]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述热电转换模块在所述形态b的状态下还具有：作为发电部的所述元件主体；吸热部，其与热源抵接或接近；以及散热部，其与温度低于热源的散热体抵接或接近，并且配置在片的凸出方向的所述吸热部的相反侧。通过采用像这样的结构，能够增大元件体的长边方向的温度差，因此能够提高热电转换特性。
[0021]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述热电转换模块具有多个所述切口部。通过采用像这样的结构，能够容易地确保多个元件主体的温度差，提高热电转换特性。
[0022]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述规定方向是与所述形态a的状态的所述热电转换模块的所述切口部的延伸方向大致正交的方向。通过采用像这样的结构，能够使热电转换模块在规定方向上拉伸，由此增加切口部周围的挠曲而向片的厚度方向凸出，在元件主体内有效地设置温度差。
[0023]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述规定方向是与所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向中的所述切口部的延伸方向大致正交的方向。通过采用像这样的结构，能够使热电转换模块在规定方向上拉伸，由此增加切口部周围的挠曲而向片的厚度方向凸出，在元件主体内有效地设置温度差。
[0024]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，所述切口部具有：第一切口部，其在沿所述规定方向排列的多个所述元件主体之间的区域中配置在与所述规定方向正交的方向上的大致中央位置；以及第二切口部，其从所述元件主体的与所述规定方向正交的方向两侧延伸至所述热电转换模块的两端部，所述第一切口部和所述第二切口部在所述规定方向上交替设置。通过采用像这样的结构，能够通过分离第一切口部的缘部使元件主体的规定方向端部容易地在与片的厚度正交的方向上位移，并且能够通过分离第二切口部的缘部使元件主体立起的方向的刚性进一步下降。
[0025]
这里，在本发明的热电转换模块中，优选为，所述规定方向是与所述形态a的片状的所述热电转换模块的面内方向大致正交的方向。通过采用像这样的结构，使拉伸单元拉伸热电转换模块的方向与热电转换模块的拉伸方向一致，因此能够使热电转换模块可靠地拉伸期望的发电所需的拉伸量。
[0026]
这里，在本发明的热电转换模块中，优选为，所述切口部从所述形态a的状态的所述热电转换模块的内周部朝向与该内周部同心状地设置的外周部螺旋状地延伸，在所述形态b的状态下，所述内周部向所述热电转换模块的厚度方向凸出，并且所述内周部或所述外周部中的任一者与热源抵接或接近地配置。通过采用像这样的结构，能够使热电转换模块具有轴对称结构，各元件体进行与内周部的凸出量对应的稳定的发电。
[0027]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，
[0028]
沿所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向中的大致相同方向延伸的多个所述切口部在与该切口部的延伸方向大致正交的方向上分离配置，
[0029]
通过拉伸单元交替地从所述热电转换模块的正面向背面、以及从背面向正面贯穿所述多个所述切口部，从而变形为相邻的所述切口部之间的区域交替地向所述热电转换模块的正面侧和背面侧凸出的形态b的状态。通过采用像这样的结构，使棒状构件交替地从热电转换模块的正面向背面、以及从背面向正面贯穿切口部，由此使基材的一部分在片的厚度方向上稳定地凸出，从而能够在元件主体可靠地设置温度差。因此，能够改善热电转换特性。
[0030]
这里，优选在本发明的热电转换模块中，
[0031]
中央部经由臂部与外周部连结，所述中央部设置在所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向大致中央位置，由所述切口部相对于所述外周部划分形成，所述臂部由所述切口部相对于所述外周部划分形成，通过将拉伸单元配置在所述中央部的背面与所述外周部的正面之间，从而变形为所述中央部向所述热电转换模块的正面侧凸出的形态b的状态。通过采用像这样的结构，使基材的一部分在片的厚度方向上稳定地凸出，由此能够在元件主体可靠地设置温度差。因此，能够改善热电转换特性。
[0032]
发明效果
[0033]
根据本发明，能够提供一种热电转换特性优异的片状的热电转换模块。
附图说明
[0034]
图1a是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有多个元件体)的形态a的状态的俯视图。
[0035]
图1b是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有单个元件体)的形态a的状态的俯视图。
[0036]
图2a是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有多个元件体)的形态b的状态的立体图。
[0037]
图2b是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有单个元件体)的形态b的状态的立体图。
[0038]
图3a是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有多个元件体)的元件主体的结构(单腿(uni-leg)型)的图。
[0039]
图3b是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有多个元件体)的元件主体的结构的变形例的图。
[0040]
图3c是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有多个元件体)的元件主体的结构(π型)的变形例的图。
[0041]
图3d是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有单个元件体)的元件主体的结构(单腿型)的变形例的图。
[0042]
图3e是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块(元件主体具有单个元件体)的元件主体的结构(π型)的变形例的图。
[0043]
图4a是示出将热电转换模块在长边方向上拉伸时的拉伸距离与输出电压和输出电流的关系的图。
[0044]
图4b是示出将热电转换模块在长边方向上拉伸时的拉伸距离与输出功率的关系的图。
[0045]
图4c是示出将热电转换模块在长边方向上拉伸时的拉伸距离与拉伸应力的关系的图。
[0046]
图4d是示出将热电转换模块在长边方向上拉伸时的拉伸距离与塞贝克系数的关系的图。
[0047]
图5a是示出元件体的长边方向长度与在元件体的长边方向上产生的温度差的关系的图。
[0048]
图5b是示出元件体的长边方向长度与产生的电动势的关系的图。
[0049]
图6是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第一变形例的形态a的状态的俯视图。
[0050]
图7是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第一变形例的形态b的状态的立体图。
[0051]
图8是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第二变形例的形态a的状态的俯视图。
[0052]
图9是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第二变形例的形态b的状态的立体图。
[0053]
图10是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第三变形例的形态a的状态的俯视图。
[0054]
图11是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第四变形例的形态a的状态的俯视图。
[0055]
图12是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第五变形例的形态a的状态的俯视图。
[0056]
图13是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第五变形例的形态b的状态的立体图。
[0057]
图14是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第六变形例的形态a的状态的俯视图。
[0058]
图15是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块的第七变形例的形态a的状态的俯视图。
[0059]
图16是示出本发明的第二实施方式的热电转换模块的形态a的状态的俯视图。
[0060]
图17是示出本发明的第二实施方式的热电转换模块的形态b的状态的立体图。
[0061]
图18是示出本发明的第三实施方式的热电转换模块的形态a的状态的俯视图。
[0062]
图19是示出本发明的第三实施方式的热电转换模块的形态b的状态的立体图。
[0063]
图20是示出本发明的第三实施方式的热电转换模块的第一变形例的形态a的状态的俯视图。
[0064]
图21是示出本发明的第三实施方式的热电转换模块的第一变形例的形态b的状态的立体图。
具体实施方式
[0065]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。对各图中共通的结构部分标注同一标记。
[0066]
[第一实施方式]
[0067]
图1a至图3e是示出本发明的第一实施方式的热电转换模块100、101的结构的图。热电转换模块100具有：基材10，其形成为片状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于热电转换模块100内的温度差进行发电。
[0068]
另外，在本技术的说明书、权利要求书、以及附图中，将图1a的左右方向设为x轴方向，将图1a的上下方向设为y轴方向。此外，将图1a中的与纸面垂直的方向设为z轴方向，z轴方向正侧为热电转换模块100的正面侧，z轴方向负侧为热电转换模块100的背面侧。
[0069]
在图1a所示的俯视时，基材10具有x轴方向为长边方向的矩形形状。在本实施方式中，在基材10的长边方向(x轴方向)上，进行热电转换的多个元件主体20等间隔配置。
[0070]
例如，如图3a所示，元件主体20能够构成为，作为p型热电转换元件的多个长条状的元件体21-23构成为，通过布线25使它们的长边方向端部与相邻的元件体21-23串联地电连接。在图3a的例子中，元件主体20具有在y轴方向上排列的三个元件体21-23。在图3a的例子中，元件体21-23例如能够由作为p型热电转换元件的碳纳米管(cnt)构成。另外，如图1b和图3d所示，元件主体20也可以构成为具有单个元件体21。
[0071]
如图1a所示，在基材10中，具有：第一切口部11，其在沿x轴方向排列的多个元件主体20之间的区域中沿y轴方向延伸，并且配置在基材10的y轴方向大致中央位置；以及第二切口部13，其从元件主体20的y轴方向两侧延伸至基材10的y轴方向两端部。第一切口部11和第二切口部13是在基材10的厚度方向上贯穿的切口部，大致等间隔地交替设置在基材10的长边方向(x轴方向)上。
[0072]
第一切口部11在基材10的短边方向(y轴方向)上越过元件主体20延伸，配置在基材10的短边方向(y轴方向)的大致中央位置。在图1a的例子中，第一切口部11具有基材10的短边方向长度的一半以上的长度，第一切口部11的两端部终止于基材10的短边方向两端部的内侧。
[0073]
如图1a所示，元件主体20配置在基材10的短边方向(y轴方向)的大致中央位置，第二切口部13从元件主体20的y轴方向两侧延伸至基材10的y轴方向两端部。第一切口部11和第二切口部13相互平行地沿y轴方向延伸，在x轴方向上大致等间隔交替配置。
[0074]
图1a所示的热电转换模块100示出片状的初始状态。在本技术的说明书和权利要
求书中，将该片状的形态称为“形态a”。在将该形态a的热电转换模块100沿图1a的左右方向拉伸的状态下，将热电转换模块100的长边方向两端部安装在作为拉伸单元的安装部40时，如图2a所示，第一切口部11的彼此相对的缘部11a、11b、以及第二切口部13的彼此相对的缘部13a、13b在作为规定的拉伸方向的图1a和图2a的左右方向上彼此分离。由此，图2a的右侧的缘部11b、13b向上方挠曲变形，并且图1a的左侧的缘部11a、13a向下方挠曲变形。在图1a的例子中，通过该第一切口部11和第二切口部13的缘部的挠曲变形，元件主体20的左端部向片的厚度方向的上方(正面侧)凸出。此外，元件主体20的右端部向片的厚度方向的下方(背面侧)凸出(参照图2a)。
[0075]
在本实施方式中，热电转换模块100通过在作为规定方向的图1a的左右方向上拉伸，从而向片的厚度方向凸出，从形态a的状态变成像图2a所示的那样的立体结构状的形态。在本技术的说明书和权利要求书中，将该立体结构状的形态称为“形态b”。此外，以“热电转换模块101”的方式改变附图标记来识别形态b。
[0076]
在本实施方式中，如图2a所示，形态b的状态的热电转换模块101配置在热源30之上。由此，构成元件主体20的多个元件体21-23(参照图3a)的长边方向右端部的周边区域为接近热源30配置的吸热部。此外，多个元件体21-23的位于热源30的相反侧的长边方向左端部的区域作为被空气的自然对流冷却的散热部而发挥功能。另外，也可以构成为，通过在图2a中将比热源30温度低的散热体配置在热电转换模块101的上方，并利用散热体更加积极地对散热部进行冷却，从而增大多个元件体21-23的长边方向的温度差。另外，在图2b中示出像图1b所示的那样的元件主体20具有单个元件体的情况的形态b的结构。
[0077]
在图3a中，示出由作为p型热电转换元件的多个长条状的元件体21-23构成元件主体20的例子(所谓的“单腿型”)。在图1a中标注有附图标记20的区域与在图3a中标注有附图标记20的区域对应。图中的空心箭头示出从元件体21-23的高温侧朝向低温侧的热流束，黑色箭头示出在元件体21-23中流动的电流的方向。在p型热电转换元件中，当在元件体21-23内产生温度差时，空穴从高温侧向低温侧移动，因此产生低温侧作为正极的热电动势。因此，如图3a所示，通过利用布线25将多个元件体21-23的高温侧的端部与相邻的元件体21-23的低温侧的端部串联连接，并且利用布线25将低温侧的端部与相邻的元件体21-23的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体21-23的连结数对应的大的热电动势。
[0078]
另外，在元件主体20如图1b所示那样具有单个元件体的情况下，例如，如图3d所示，能够由作为p型热电转换元件的单个长条状的元件体21构成元件主体20。在该情况下，构成为，通过布线25将元件体21的高温侧的端部与相邻的元件体21的低温侧的端部串联连接，并且通过布线25将元件体21的低温侧的端部与相邻的元件体21的高温侧的端部串联连接。
[0079]
另外，在布线25的材料中能够使用例如银浆、金、铜、铝、镍等各种金属。在图3a的例子中，以将p型热电转换元件用于元件体21-23为前提进行了说明，但也可以使用n型热电转换元件来代替。
[0080]
在图3b中，示出由包含p型热电转换元件和n型热电转换元件的多个长条状的元件体21、22a、23构成元件主体20的变形例。在图1a中标注有附图标记20的区域与在图3b中标注有附图标记20的区域对应。在p型热电转换元件中，当像上述那样在元件体21、23内产生
温度差时，空穴从高温侧向低温侧移动，因此产生低温侧作为正极的热电动势。此外，在n型热电转换元件中，当在元件体22a内产生温度差时，电子从高温侧向低温侧移动，因此产生高温侧作为正极的热电动势。因此，如图3b所示，通过利用布线25将作为p型热电转换元件的元件体21、23的高温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体22a的高温侧的端部或相邻的作为p型热电转换元件的元件体21、23的低温侧的端部串联连接，并且利用布线25将作为p型热电转换元件的元件体21、23的低温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体22a的低温侧的端部或相邻的作为p型热电转换元件的元件体21、23的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体21、22a、23的连结数对应的大的热电动势。
[0081]
在图3c中，示出由包含p型热电转换元件和n型热电转换元件的多个长条状的元件体21、22a、23或元件体21a、22、23a构成元件主体20的变形例(所谓的“π型”)。在图1a中标注有附图标记20的区域与在图3c中标注有附图标记20的区域对应。在p型热电转换元件中，当像上述那样在元件体21、22、23内产生温度差时，空穴从高温侧向低温侧移动，因此产生低温侧作为正极的热电动势。此外，在n型热电转换元件中，当在元件体21a、22a、23a内产生温度差时，电子从高温向低温侧移动，因此产生高温侧作为正极的热电动势。因此，如图3c所示，通过利用布线25将作为p型热电转换元件的元件体21、22、23的高温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体21a、22a、23a的高温侧的端部串联连接，并且利用布线25将作为p型热电转换元件的元件体21、22、23的低温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体21a、22a、23a的低温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体21、21a、22、22a、23、23a的连结数对应的大的热电动势。
[0082]
另外，例如，如图3e所示，在元件主体20如图1b所示那样具有单个元件体的情况下，能够由作为p型热电转换元件的长条状的元件体21和作为n型热电转换元件的长条状的元件体21a构成元件主体20。在该情况下，构成为，通过布线25将元件体21的高温侧的端部与相邻的元件体21a的高温侧的端部串联连接，并且通过布线25将元件体21的低温侧的端部与相邻的元件体21a的低温侧的端部串联连接。
[0083]
另外，在图3a至图3e的例子中，p型热电转换元件和n型热电转换元件构成元件体21-23，作为用于形成p型热电转换元件和n型热电转换元件的热电转换材料没有特别限定，能够使用铋碲系化合物、锑系化合物、硅系化合物、金属氧化物系化合物、惠斯勒合金系化合物、导电性高分子化合物、导电性纤维以及它们复合材料等。其中，优选使用导电性纤维，更优选使用碳纳米管(以下，也称为cnt)等纤维状的碳纳米结构体。如果使用cnt，则不仅能够在进一步提高本发明的热电转换模块100的机械强度的同时实现轻量化，还能够期待像后述那样通过热电转换模块100的拉伸使元件体21-23的塞贝克系数自身增加的效果。进而，作为cnt没有特别限定，能够使用单层cnt和/或多层cnt，但cnt优选为单层cnt。这是因为，单层cnt有热电特性(塞贝克系数)更优异的倾向。另外，作为单层碳纳米管，能够使用按照如下方法(超生长法；参照国际公开第2006/011655号)制造的cnt(以下有时将根据该方法制造的cnt称作“sgcnt”)，将原料化合物和载气供给到在正面具有cnt制造用的催化剂层的基材上，在利用化学气相沉积法(cvd法)合成cnt时，使体系内存在微量的氧化剂(催化剂活化物质)，由此使催化剂层的催化剂活性飞跃性地提高。进而，sgcnt具有折曲多的特征。这里认为，在cnt中，电子移动引起的热传导性高，但声子振动引起的的热传导性的降低效果也高。然而，在sgcnt中，折曲比按照其它一般的方法制造的cnt多，因此成为声子振动不
易放大的构造，能够抑制声子振动引起的热传导性的降低。由此，sgcnt与其它一般的cnt相比，是作为热电转换材料的更优异的材料。
[0084]
这里，对将cnt用于热电转换元件的情况的热电转换模块的热电转换特性进行说明。图4a示出使热电转换模块(其中，在图1a中基材10的形状整体由热电转换元件构成)在接近热源的状态下拉伸时的热电转换元件的输出电压和输出电流，图4b示出使热电转换模块拉伸时的热电转换元件的输出功率。根据图4a和图4b，可以发现如下倾向，通过使热电转换模块在长边方向上拉伸，热电转换元件的热电动势增大，伴随于此，输出电流和输出功率增大。这能够由以下两个理由进行说明。
[0085]
首先，第一，认为通过使热电转换模块在长边方向上拉伸，使热电转换元件的长边方向与热源的正面所成的角度增大，因此热电转换元件内的温度差增大，伴随于此，热电转换元件的热电动势增大。
[0086]
第二，认为这是由于，通过使热电转换模块在长边方向上拉伸，如图4c所示，对热电转换模块施加的拉伸应力增大，伴随于此，如图4d所示，热电转换元件的塞贝克系数自身增加，热电转换效率增大。
[0087]
另外，由量子计算的结果可知，热电转换模块的拉伸引起的塞贝克系数自身的增加是因为，在进行使一条cnt折曲那样的结构变化时，电子结构发生了变化。即认为，cnt的折曲使电特性变化，塞贝克系数增大。
[0088]
另外，在通过在长边方向上拉伸热电转换模块而使塞贝克系数自身增加的情况下，作为热电转换元件的材料，可以仅使用cnt，但也可以使用例如在偏二氟乙烯与三氟乙烯的共聚物(vdf-trfe)中掺入了cnt的材料。在cnt中混合其它材料并通过拉伸使塞贝克系数增加的情况下，其它材料不限定于上述材料，只要是增强cnt的电子状态的变化的材料即可，特别优选在分子中具有自发极化的强电介质材料。
[0089]
长条状的元件体21-23的长边方向的长度优选为30[mm]以上，更优选为40[mm]以上，最优选为60[mm]以上。在元件体包含cnt的情况下，假设如下的条件，元件体的厚度：80[μm]、元件体的面方向的导热率：10[w/(m
·
k)]、元件体的厚度方向的导热率：0.1[w/(m
·
k)]、热源温度与环境温度的温度差：100[k]，则在热源的正面立设的元件体内的温度差成为如图5a所示那样的模拟结果。即，如果元件体的长度为至少30[mm]以上，则容易确保元件体内的温度差。另外，由模拟的结果可知，在元件体的长边方向长度大于10[mm]的情况下，导热率比cnt小两位数以上的基材的厚度等不会对元件体的温度差带来太大影响。
[0090]
由于cnt是昂贵的材料，因此申请人进行了如下研究，在cnt的使用量(元件体21-23的总面积)相同的情况下，将一个元件体21-23设为怎样的窄条的大小才会使热电转换效率变好。
[0091]
在本实施方式中，如图3a等所示，连结了多个长条状的元件体21-23，但如果假设元件体21-23的总面积固定，则当一个元件体的宽度(图3a的y方向宽度)固定时，长边方向的长度(图3a的x方向长度)与元件体的个数的积固定。
[0092]
例如，如果设为元件体的宽度：d、长边方向的长度l：l1、元件体的个数n：n1，则元件体的总面积s为s＝d
×
l1
×
n1。此外，如果设为长边方向的长度l：l2、元件体的个数n：n2，则为s＝d
×
l2
×
n2，如果将长边方向的长度l变为2倍，则元件体的个数n变为1/2。此时，虽然长边方向的长度l长的元件体由于能够得到大的长边方向两端间的温度差，一个元件体
的电动势变大，但是，元件体的个数n减少。因为通过热电转换模块得到的最终的电动势为一个元件体的电动势
×
元件体的个数n，所以，如果将元件体的总面积s固定，则认为在加长元件体的长边方向长度l来提高元件体一个的温度差的情况、以及缩短元件体的长边方向长度l来增加元件体的个数的情况下，得到的最终的电动势发生变化，并存在能够得到最大的电动势的元件体的长边方向长度l的最优值。通过模拟对此进行研究，其结果在图5b中示出，可知，当元件体的长边方向长度l为6mm时，得到最大的电动势。根据图5b，当元件体的长边方向长度l为5mm以下时电动势显著减少，与此相对，在加长元件体的长边方向长度l的情况下，电动势缓慢减少。从这个观点出发，元件体的长边方向长度l优选为5mm以上且12mm以下，更优选为5mm以上且8mm以下。
[0093]
基材的导热率优选为比热电转换元件小，在将cnt用于热电转换元件的情况下，例如优选为5.0[w/(m
·
k)]以下。此外，基材的导热率更优选为1.0[w/(m
·
k)]以下，最优选为0.1[w/(m
·
k)]以下。在基材的材料中例如能够使用纸(导热率：0.06[w/(m
·
k)])、木材(0.2[w/(m
·
k)])、聚乙烯(0.3[w/(m
·
k)])、橡胶(0.15[w/(m
·
k)])、聚酰亚胺(0.3[w/(m
·
k)])等。
[0094]
[第一实施方式的第一变形例]
[0095]
接下来，使用图6和图7，对本发明的第一实施方式的热电转换模块的第一变形例进行说明。
[0096]
如图6所示，第一实施方式的第一变形例的热电转换模块110具有：片状的基材10，其形成为圆环状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于温度差进行发电。
[0097]
在图6所示的俯视时，基材10是具有圆环形状的片状构件。如图6所示，在基材10中，具有：第一切口部11，其在沿周向排列的多个元件主体20之间的区域中沿半径方向延伸，并且配置在基材10的半径方向大致中央位置；以及第二切口部13，其从元件主体20的半径方向两侧延伸至基材10的半径方向两端部。第一切口部11和第二切口部13是在基材10的厚度方向上贯穿的切口部，在基材10的周向上交替设置。
[0098]
第一切口部11在基材10的半径方向上越过元件主体20延伸，配置在基材10的半径方向的大致中央位置。第一切口部11具有基材10的半径方向长度的一半以上的长度，第一切口部11的两端部终止于基材10的半径方向两端部的内侧。
[0099]
另一方面，如图6所示，元件主体20配置在基材10的半径方向的大致中央位置，第二切口部13从元件主体20的半径方向两侧延伸至基材10的半径方向两端部。第一切口部11和第二切口部13都在半径方向上延伸，在周向上大致等间隔交替配置。
[0100]
图6所示的热电转换模块110示出片状的初始状态(形态a)。在以该形态a的热电转换模块110的半径方向被定向在上下方向的方式变形的状态下，安装在作为拉伸单元的图7所示的大致圆柱状的热源41的外周面时，第一切口部11的彼此相对的缘部11a、11b、以及第二切口部13的彼此相对的缘部13a、13b在作为规定的拉伸方向的圆柱状的热源41的周向上分离。由此，第一切口部11和第二切口部13的一者的缘部11b、13b向热源41的径向外侧挠曲变形，并且另一者的缘部11a、13a向热源41的径向内侧挠曲变形。通过该第一切口部11和第二切口部13的缘部的挠曲变形，在图7的例子中，元件主体20的左端部向片的厚度方向的热源41的径向外侧凸出。此外，元件主体20的右端部向片的厚度方向的热源41的径向内侧凸出(参照图7)。
[0101]
在本实施方式中，热电转换模块110通过在作为规定方向的热源41的周向上拉伸，从而向片的厚度方向凸出，从形态a的状态变成像图7所示的那样的立体结构状的形态(形态b)。以“热电转换模块111”的方式改变形态a的附图标记来识别形态b。
[0102]
在本实施方式中，如图7所示，形态b的状态的热电转换模块111配置在热源41的外周面上。由此，构成元件主体20的多个元件体的图7的长边方向右端部的周边区域为接近热源41配置的吸热部。此外，多个元件体的位于热源41的相反侧的长边方向左端部的区域作为被空气的自然对流冷却的散热部而发挥功能。
[0103]
另外，在该变形例中，如图6所示，在周向的四处设置有相互交叉的第三切口部11a。这样，通过在周向上间歇地设置相互交叉的切口，从而在从图6的圆环形状的形态a变形为图7所示的形态b时，能够以该第三切口部11a为边界使一者的背面和正面反转，交换内周侧和外周侧。通过该结构，在从形态a向形态b变形时，能够抑制周向的长度短的内周侧在周向上大幅歪斜。
[0104]
该图6所示的变形例具有使在图1a中沿左右方向延伸的热电转换模块100在周向上延伸的形状。因此，元件主体20的结构例如能够采用图3a至图3e所示的结构。
[0105]
[第一实施方式的第二变形例]
[0106]
接下来，使用图8和图9，对本发明的第一实施方式的热电转换模块的第二变形例进行说明。
[0107]
如图8所示，第一实施方式的第二变形例的热电转换模块120具有：片状的基材10，其形成为矩形形状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于温度差进行发电。
[0108]
在图8所示的俯视时，基材10是具有矩形形状的片状构件。如图8所示，在基材10中，将在基材10的短边方向(y轴方向)上排列的两个、在长边方向(x轴方向)上排列的两个的共计四个元件体(在图8中被附图标记20的虚线包围的元件体)设为一个单元(元件主体20)，将其在基材10的长边方向上排列多个。而且，在x轴方向的多个元件主体20之间的区域中，具有：第一切口部12，其配置在基材10的y轴方向大致中央位置且相互交叉；以及第二切口部13，其从元件主体20的y轴方向两侧延伸至基材10的y轴方向两端部。第一切口部12和第二切口部13是在基材10的厚度方向上贯穿的切口部。
[0109]
图8所示的热电转换模块120示出片状的初始状态“形态a”。在将该形态a的热电转换模块120沿图8的左右方向(x轴方向)拉伸的状态下，将热电转换模块120的长边方向两端部安装在作为拉伸单元的未图示的安装部时，第一切口部12的彼此相对的缘部12a、12b、以及第二切口部13的彼此相对的缘部13a、13b在作为规定的拉伸方向的图8和图9的左右方向上分离。由此，在图8中，将元件主体20彼此连结的、由第一切口部12和第二切口部13包围而成的枪尖状的部位在x轴方向上拉伸。通过该枪尖状的部位的拉伸，将基材10的y轴方向两端部拉向y轴方向中央部，因此如图9所示，设置元件主体20的区域向z轴方向凸出，变形为立体结构状的“形态b”。
[0110]
在将图9所示的形态b的热电转换模块121配置在未图示的热源上时，通过使上述的在x轴方向上拉伸的枪尖状的部位接近热源，从而作为吸热部发挥功能，使图8的元件主体20的y轴方向两端部的温度上升。这样，元件主体20的y轴方向两端部为高温侧，元件主体20的y轴方向中央部为低温侧，在元件体的长边方向上产生温度差。
[0111]
在该变形例中，也与图3a相同，通过利用布线将多个作为p型热电转换元件的元件
体的高温侧的端部与相邻的元件体的低温侧的端部串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与相邻的元件体的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0112]
此外，在该变形例中，与图3b相同，通过利用布线将作为p型热电转换元件的元件体的高温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体的高温侧的端部或相邻的作为p型热电转换元件的元件体的低温侧的端部串联连接，并且利用布线将作为p型热电转换元件的元件体的低温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体的低温侧的端部或相邻的作为p型热电转换元件的元件体的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0113]
此外，在该变形例中，与图3c相同，通过利用布线将作为p型热电转换元件的元件体的高温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体的高温侧的端部串联连接，并且利用布线将作为p型热电转换元件的元件体的低温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体的低温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0114]
[第一实施方式的第三变形例和第四变形例]
[0115]
接下来，使用图10和图11对本发明的第一实施方式的热电转换模块的第三变形例和第四变形例进行说明。
[0116]
如图10和图11所示，第一实施方式的第三变形例的热电转换模块130和第四变形例的热电转换模块140具有：片状的基材10，其形成为矩形形状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于温度差进行发电。
[0117]
另外，第三变形例的热电转换模块130与第一实施方式相比，第二切口部13相对于被定向在y轴方向上的第一切口部11设置在轴对称位置，第二切口部13与y轴方向形成角度并延伸，除此之外，与第一实施方式近似。此外，关于图11所示的第四变形例，与第三变形例相比，除了x轴方向的切口部的间距不同以外，与第三变形例的结构相似。因此，省略这里的详细说明。
[0118]
[第一实施方式的第五变形例]
[0119]
接下来，使用图12和图13，对本发明的第一实施方式的热电转换模块的第五变形例进行说明。
[0120]
如图12所示，第一实施方式的第五变形例的热电转换模块150具有：片状的基材10，其形成为矩形形状，以及元件主体20，其形成在基材10上，基于温度差进行发电。
[0121]
在图12所示的俯视时，基材10是具有矩形形状的片状构件。在基材10上设置有元件主体20，其在朝向x轴方向正侧且朝向y轴方向正侧的方向上排列有三个元件体。元件主体20在x轴方向上大致等间隔地排列配置。在元件主体20的各元件体的长边方向端部的外侧设置有在元件体的排列方向上延伸的第一切口部14。第一切口部14在基材10的y轴方向的大致中央位置相对于y轴方向倾斜配置，终止于基材10的y轴方向两端部的内侧的区域内。
[0122]
此外，基材10在元件主体20的区域之外具有延伸至基材10的y轴方向两端部的第二切口部13。第一切口部14和第二切口部13是在基材10的厚度方向上贯穿的切口部。
[0123]
图12所示的热电转换模块150示出片状的初始状态(形态a)。在将该形态a的热电
转换模块150沿图12的左右方向拉伸的状态下，将热电转换模块150的长边方向两端部安装在作为拉伸单元的未图示的安装部时，如图13所示，第一切口部14的彼此相对的缘部14a、14b、以及第二切口部13的彼此相对的缘部13a、13b在作为规定的拉伸方向的图12和图13的左右方向上分离。由此，图13的左侧的缘部14a、13a向上方挠曲变形，并且图13的右侧的缘部14b、13b向下方挠曲变形。在图13的例子中，通过该第一切口部14和第二切口部13的缘部的挠曲变形，元件主体20的右端部向片的厚度方向的上方(正面侧)凸出。此外，元件主体20的左端部向片的厚度方向的下方(背面侧)凸出(参照图13)。
[0124]
在本实施方式中，热电转换模块150通过在作为规定方向的图12的左右方向上拉伸，从而向片的厚度方向凸出，从形态a的状态变成如图13所示的那样的立体结构状的形态(形态b)。由此，构成元件主体20的各元件体的长边方向右端部向上方凸出，并且各元件体的长边方向左端部向下方凸出。因此。通过将图13所示的热电转换模块150配置在热源上，从而能够在构成元件主体20的各元件体的长边方向上设置温度差。因此，能够提高热电转换特性。
[0125]
[第一实施方式的第六变形例和第七变形例]
[0126]
接下来，使用图14和图15对本发明的第一实施方式的热电转换模块的第六变形例和第七变形例进行说明。
[0127]
如图14和图15所示，第一实施方式的第六变形例的热电转换模块160和第七变形例的热电转换模块170具有：片状的基材10；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于温度差进行发电。
[0128]
另外，第六变形例的热电转换模块160与第一实施方式相比，多个第一切口部被定向在y轴方向上并在x轴方向上等间隔地排列，多个第一切口部11朝向x轴方向正侧逐渐向y轴方向负方向偏移，除此之外，与第一实施方式近似。此外，关于图15所示的第七变形例，与第一实施方式相比，基材10的外形为菱形，在x轴方向的中央部未设置元件主体20和切口部，除此之外，与第一实施方式的结构近似。因此，省略这里的详细说明。
[0129]
如上所述，在本实施方式中，热电转换模块100形成为片状，与热源抵接或接近地配置，基于热源附近的部分与远离热源的部分的温度差进行发电，热电转换模块100构成为，具有在片的厚度方向上贯穿的切口部，热电转换模块100通过在规定方向上拉伸，从而使切口部的彼此相对的缘部彼此分离，从片状的形态a变形为向片的厚度方向凸出的立体结构状的形态b。通过采用像这样的结构，利用使片状的热电转换模块100在规定方向上拉伸这一简便的方法而变形为立体结构状的形态来接近热源，从而能够增大片状的热电转换模块内的温度差，提高热电转换特性。
[0130]
此外，在本实施方式中，构成为，热电转换模块100具有片状的基材10、以及在基材10上形成的元件主体20。通过采用像这样的结构，在热电转换模块100内，能够由热电转换元件仅形成向片的厚度方向凸出的部位，因此能够使用更少的热电转换材料，提高热电转换特性。
[0131]
此外，在本实施方式中，优选为，元件主体20具有形成为长条状的元件体21-23，元件体21-23以元件体的长边方向两端部在形态b的状态下在片的凸出方向上相互分离的方式配置。通过采用像这样的结构，使片背面接近热源，由此能够高效地设置元件体的长边方向的温度差，提高热电转换特性。
[0132]
此外，在本实施方式中，优选为，元件主体20具有形成为长条状的多个元件体21-23，在多个元件体21-23中，相邻的元件体彼此在长边方向端部串联地电连接。通过采用像这样的结构，能够利用串联连接进一步增大并输出在元件体内产生的热电动势。
[0133]
此外，在本实施方式中，构成为，元件体21-23包含碳纳米管。通过采用像这样的结构，能够得到通过热电转换模块100的拉伸使元件体21-23的塞贝克系数自身增加的效果，因此能够提高热电转换特性。此外，能够在进一步提高热电转换模块100的机械强度的同时实现轻量化。
[0134]
此外，在本实施方式中，构成为，元件体21-23的长边方向的长度为30mm以上。通过采用像这样的结构，能够容易地确保元件体21-23内的温度差，提高热电转换特性。
[0135]
此外，在本实施方式中，构成为，元件体21-23的长边方向的长度为5mm以上且12mm以下。通过采用像这样的结构，相对于相同的碳纳米管的使用量，能够提高由热电转换模块100产生的电动势。
[0136]
此外，在本实施方式中，构成为，基材的导热率为5.0[w/(m
·
k)]以下。通过采用像这样的结构，能够抑制元件体21-23的长边方向的热传导，容易地确保温度差，提高热电转换特性。
[0137]
此外，在本实施方式中，热电转换模块100也可以在形态b的状态下具有：作为发电部的元件主体20；吸热部，其与热源30抵接或接近；以及散热部，其与温度低于热源30的散热体抵接或接近，并且配置在片的凸出方向的吸热部的相反侧。通过采用像这样的结构，能够增大元件体21-23的长边方向的温度差，因此能够提高热电转换特性。
[0138]
此外，在本实施方式中，构成为，热电转换模块100具有多个切口部。通过采用像这样的结构，能够容易地确保多个元件主体20的温度差，提高热电转换特性。
[0139]
此外，在本实施方式中，构成为，规定方向是形态a的状态的热电转换模块100的面内方向中的与切口部的延伸方向大致正交的方向。通过采用像这样的结构，能够使热电转换模块100在规定方向上拉伸，由此增加切口部周围的挠曲而向片的厚度方向凸出，在元件主体20内有效地设置温度差。
[0140]
此外，在本实施方式中，构成为，切口部具有：第一切口部11，其在沿规定方向排列的多个元件主体20之间的区域中配置在与规定方向正交的方向上的大致中央位置；以及第二切口部13，其从元件主体20的与规定方向正交的方向两侧延伸至热电转换模块100的两端部，第一切口部11和第二切口部13在规定方向上交替设置。通过采用像这样的结构，能够通过分离第一切口部11的缘部11a、11b使元件主体20的规定方向端部容易地在与片的厚度正交的方向上位移，并且能够通过分离第二切口部13的缘部13a、13b使元件主体20立起的方向的刚性进一步下降。
[0141]
[第二实施方式]
[0142]
图16和图17是示出本发明的第二实施方式的热电转换模块200、201的结构的图。如图16所示，热电转换模块200具有：基材10，其形成为片状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于热电转换模块200内的温度差进行发电。
[0143]
在图16所示的俯视时，基材10具有大致正方形形状。在本实施方式中，基材10具有切口部15，其从具有开口10a的环状的内周部10b朝向与内周部10b同心状地设置的外周部10c螺旋状地延伸。切口部15在周向上大致等间隔形成多个。而且，如图16所示，在周向上相
邻的切口部15之间的区域配置有进行热电转换的元件主体20。
[0144]
图16所示的热电转换模块200示出片状的初始状态(形态a)。在将该形态a的热电转换模块200的内周部10b沿图16的片的厚度方向拉伸的状态下，安装在作为拉伸单元的未图示的安装部时，内周部10b在俯视时顺时针旋转，如图17所示，切口部15的彼此相对的缘部15a、15b在大致水平方向上彼此分离。而且，元件主体20的内周侧的端部向片的厚度方向的上方(正面侧)位移(参照图17)。
[0145]
在本实施方式中，热电转换模块200通过在作为规定方向的与图16的纸面垂直的方向上拉伸，从而向片的厚度方向凸出，从形态a的状态变成如图17所示的那样的立体结构状的形态(形态b)。此外，以“热电转换模块201”的方式改变附图标记来识别形态b。
[0146]
在本实施方式中，形态b的状态的热电转换模块201能够配置在未图示的热源之上。由此，构成元件主体20的元件体的长边方向的外周侧为接近热源30配置的吸热部。此外，元件体的位于热源的相反侧的长边方向的内周侧作为被空气的自然对流冷却的散热部而发挥功能。
[0147]
在将p型热电转换元件用于构成元件主体20的元件体的情况下，与图3a的结构相同，通过利用布线将元件体的高温侧的端部(在图17的例子中为径向外侧端部)与在周向上相邻的一者的元件体的低温侧的端部(在图17的例子中为径向内侧端部)串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与在周向上相邻的另一者的元件体的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0148]
在本实施方式中，构成为，在被切口部15划分形成的各螺旋臂15c的上表面(正面)配置有一个作为p型热电转换元件的元件体，但不限定于该方式。也可以配置n型热电转换元件来代替p型热电转换元件。此外，也可以由热电转换元件形成一个螺旋臂15c整体。此外，也可以构成为，在各螺旋臂15c的正面和背面分别配置一个p型热电转换元件和n型热电转换元件，通过布线将作为p型热电转换元件的元件体的高温侧的端部与螺旋臂15c的相反侧的面的作为n型热电转换元件的元件体的高温侧的端部串联连接，并且通过布线将作为p型热电转换元件的元件体的低温侧的端部与相邻的作为n型热电转换元件的元件体的低温侧的端部串联连接。
[0149]
如以上所述，在本实施方式中，构成为，规定方向是与形态a的片状的热电转换模块200的面内方向大致正交的方向。通过采用像这样的结构，使拉伸单元拉伸热电转换模块200的方向与热电转换模块200的拉伸方向一致，因此能够使热电转换模块200可靠地拉伸期望的发电所需的拉伸量。
[0150]
此外，在本实施方式中，切口部15从形态a的状态的热电转换模块200的内周部10b朝向与内周部10b同心状地设置的外周部10c螺旋状地延伸，在形态b的状态下，内周部10b向热电转换模块200的厚度方向凸出，并且内周部10b或外周部10c的任一者与热源抵接或接近地配置。通过采用像这样的结构，能够使热电转换模块200具有轴对称结构，各元件体能够进行与内周部10b的凸出量对应的稳定的发电。
[0151]
[第三实施方式]
[0152]
图18和图19是示出本发明的第三实施方式的热电转换模块300、301的结构的图。如图18所示，热电转换模块300具有：基材10，其形成为片状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于热电转换模块300内的温度差进行发电。
[0153]
在图18所示的俯视时，基材10具有y轴方向长的矩形形状。在本实施方式中，在基材10形成有进行热电转换的元件主体20，元件主体20由在x轴方向上排列了两个、在y轴方向上排列了三个共计六个元件体构成。在本实施方式中，如图18所示，元件主体20在y轴方向上以规定间隔排列四个，在各元件主体20的y轴方向两侧分别设置有切口部16，切口部16沿x轴方向延伸，终止于基材10的x轴方向两端部的内侧。因此，如图18所示，在各元件主体20之间设置有平行的两条切口部16。在本实施方式中，各切口部16在热电转换模块300的面内方向的大致同一方向(x轴方向)上延伸，在y轴方向上分离配置。
[0154]
图18所示的热电转换模块300示出片状的初始状态(形态a)。针对该形态a的热电转换模块300，如图19所示，以作为拉伸单元的棒状构件43交替地从热电转换模块300的正面(在图18中为配置有元件主体20的面)向背面、以及从背面向正面贯穿切口部16的方式安装棒状构件43。由此，如图19所示，切口部16的相对的缘部16a、16b在片的厚度方向上分离，元件主体20的x轴方向中央位置向片的厚度方向上方(正面侧)凸出，从形态a的热电转换模块300变形为立体结构状的形态(形态b)。由此，在切口部16之间的区域中，配置有元件主体20的区域向热电转换模块300的正面侧凸出，y轴方向的元件主体20彼此之间的区域向热电转换模块300的背面侧凸出。
[0155]
在本实施方式中，形态b的状态的热电转换模块301能够例如以热电转换模块301的背面接近热源的方式配置在未图示的热源之上。由此，构成元件主体20的元件体的长边方向的外侧为接近热源30配置的吸热部。此外，位于热源的相反侧的元件体的长边方向的内侧作为被空气的自然对流冷却的散热部而发挥功能。
[0156]
在例如将p型热电转换元件用于构成元件主体20的元件体的情况下，与图3a的结构相同，通过利用布线将元件体的高温侧的端部(在图19的例子中为外侧端部)与相邻的元件体的低温侧的端部(在图19的例子中为内侧端部)串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与相邻的元件体的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0157]
例如，在例如将p型热电转换元件和n型热电转换元件用于构成元件主体20的元件体的情况下，与图3b的结构相同，通过利用布线将p型热电转换元件的高温侧的端部与相邻的n型热电转换元件的高温侧的端部或相邻的p型热电转换元件的低温侧的端部串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与相邻的n型热电转换元件的低温侧的端部或相邻的p型热电转换元件的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。此外，与图3c的结构相同，通过利用布线将p型热电转换元件的高温侧的端部与相邻的n型热电转换元件的高温侧的端部串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与相邻的n型热电转换元件的低温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0158]
[第三实施方式的第一变形例]
[0159]
接下来，使用图20和图21，对本发明的第三实施方式的热电转换模块的第一变形例进行说明。
[0160]
如图20所示，热电转换模块310具有：基材10，其形成为片状；以及元件主体20，其形成在基材10上，基于热电转换模块310内的温度差进行发电。
[0161]
在图20所示的俯视时，基材10具有大致正方形形状。在本实施方式中，在基材10上
设置有：中央切口部17，其用于将基材10的中央部17c划分形成为大致正方形形状；以及臂切口部18，其划分形成从中央部17c朝向基材10的角部放射状地延伸的臂部18c。臂部18c由臂切口部18相对于外周部10e划分形成。在从中央部17c朝向基材10的角部延伸的四条各臂部18c上配置有在臂部18c的长边方向上延伸的元件主体20。
[0162]
图20所示的热电转换模块310示出片状的初始状态(形态a)。针对该形态a的热电转换模块310，如图21所示，在将中央部17c向上方抬起的状态下，将作为拉伸单元的立方体形状的方形构件45配置在中央部17c的背面与外周部10e的正面之间时，中央切口部17中相对的缘部17a、17b在片的厚度方向上分离，并且臂切口部18中相对的缘部18a、18b在片的厚度方向上分离。由此，中央部17c向片的厚度方向上方(正面侧)凸出，从形态a的热电转换模块310变形为立体结构状的形态(形态b)。
[0163]
在本实施方式中，形态b的状态的热电转换模块311能够例如以热电转换模块311的背面接近热源的方式配置在未图示的热源之上。由此，构成元件主体20的元件体的长边方向的外侧为接近热源30配置的吸热部。此外，位于热源的相反侧的元件体的长边方向的内侧作为被空气的自然对流冷却的散热部而发挥功能。
[0164]
在将p型热电转换元件用于构成元件主体20的元件体的情况下，与图3a的结构相同，通过利用布线将元件体的高温侧的端部(在图21的例子中为外侧端部)与其它的元件体的低温侧的端部(在图21的例子中为内侧端部)串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与其它元件体的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0165]
在例如将作为p型热电转换元件和n型热电转换元件用于构成元件主体20的元件体的情况下，与图3b的结构相同，通过利用布线将p型热电转换元件的高温侧的端部与其它n型热电转换元件的高温侧的端部或其它p型热电转换元件的低温侧的端部串联连接，并且利用布线将低温侧的端部与其它的n型热电转换元件的低温侧的端部或其它p型热电转换元件的高温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。此外，与图3c的结构相同，通过利用布线将p型热电转换元件的高温侧的端部与其它n型热电转换元件的高温侧的端部串联连接，并且通过布线将低温侧的端部与其它n型热电转换元件的低温侧的端部串联连接，从而元件主体20能够得到与元件体的连结数对应的大的热电动势。
[0166]
如以上所述，在本实施方式中，构成为，沿形态a的状态的热电转换模块300的面内方向的大致相同方向延伸的多个切口部16在与切口部的延伸方向大致正交的方向上分离配置，通过拉伸单元交替地从热电转换模块300的正面向背面、以及从背面向正面贯穿多个切口部16，从而变形为相邻的切口部16之间的区域交替地向热电转换模块的正面侧和背面侧凸出的形态b的状态。通过采用像这样的结构，使棒状构件交替地从热电转换模块300的正面向背面、以及从背面向正面贯穿切口部16，由此使基材10的一部分在片的厚度方向上稳定地凸出，从而能够在元件主体20可靠地设置温度差。因此，能够改善热电转换特性。
[0167]
此外，在本实施方式中，构成为，中央部17c经由臂部18c与外周部10e连结，中央部17c设置在形态a的状态的热电转换模块310的面内方向大致中央位置，由中央切口部17相对于外周部10e划分形成，臂部18c由臂切口部18相对于外周部10e划分形成，通过将拉伸单元配置在中央部17c的背面与外周部10e的正面之间，从而变形为中央部17c向热电转换模
块310的正面侧凸出的形态b的状态。通过采用像这样的结构，使基材10的一部分在片的厚度方向上稳定地凸出，由此能够在元件主体20可靠地设置温度差。因此，能够改善热电转换特性。
[0168]
基于各附图、实施例对本发明进行了说明，但需要注意的是，本领域技术人员容易基于本发明进行各种变形、修改。因此，需要留意的是，这些变形、修改包含在本发明的范围内。例如，各结构部分所含有的功能等能够以逻辑上不矛盾的方式重新配置，能够将多个结构部分组合成一个，或者进行分割。应理解成它们都包含在本发明的范围内。
[0169]
例如，在第一实施方式至第三实施方式中，构成为具有基材10、以及在基材10上形成的元件主体20，但不限定于该方式。也可以构成为，不设置基材10，由热电转换元件形成热电转换模块整体。
[0170]
此外，在第一实施方式至第三实施方式中，构成为，通过使热电转换模块的拉伸方向端部安装在安装部，从而在规定方向上拉伸，但不限定于该方式。例如，构成为，通过使用者穿着缝合有热电转换模块的衣物等，从而使热电转换模块在规定方向上拉伸，或者使用者也可以用手将热电转换模块在规定方向上拉伸并使其延伸，本发明的拉伸单元包含能够使热电转换模块在规定方向上拉伸的广泛概念。
[0171]
产业上的可利用性
[0172]
根据本发明，能够提供热电转换特性优异的片状的热电转换模块100。
[0173]
附图标记说明
[0174]
10：基材；
[0175]
10a：开口；
[0176]
10b：内周部；
[0177]
10c：外周部；
[0178]
10e：外周部；
[0179]
11：第一切口部；
[0180]
11a、11b：缘部；
[0181]
12：第一切口部；
[0182]
12a、12b：缘部；
[0183]
13：第二切口部；
[0184]
13a、13b：缘部；
[0185]
14：第一切口部；
[0186]
14a、14b：缘部；
[0187]
15：切口部；
[0188]
15a、15b：缘部；
[0189]
15c：螺旋臂；
[0190]
16：切口部；
[0191]
16a、16b：缘部；
[0192]
17：中央切口部；
[0193]
17a、17b：缘部；
[0194]
17c：中央部；
[0195]
18：臂切口部；
[0196]
18a、18b：缘部；
[0197]
18c：臂部；
[0198]
20：元件主体；
[0199]
21、21a、22、22a、23、23a：元件体；
[0200]
25：布线；
[0201]
30：热源；
[0202]
40：安装部(拉伸单元)；
[0203]
41：热源(拉伸单元)；
[0204]
43：棒状构件(拉伸单元)；
[0205]
45：方形构件(拉伸单元)；
[0206]
100、110、120、130、140、150、160、170、200、300、310：热电转换模块(形态a)；
[0207]
101、111、121、151、201、301、311：热电转换模块(形态b)。

技术特征：
1.一种热电转换模块，其形成为片状，与热源抵接或接近地配置，基于热源附近的部分与远离热源的部分的温度差进行发电，所述热电转换模块具有在片的厚度方向上贯穿的切口部，所述热电转换模块通过在规定方向上拉伸，从而使所述切口部的彼此相对的缘部彼此分离，从片状的形态a变形为向片的厚度方向凸出的立体结构状的形态b。2.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，所述热电转换模块具有片状的基材、以及在所述基材上形成的元件主体。3.根据权利要求2所述的热电转换模块，其中，所述元件主体具有形成为长条状的元件体，所述元件体以该元件体的长边方向两端部在所述形态b的状态下在片的凸出方向上相互分离的方式配置。4.根据权利要求2或3所述的热电转换模块，其中，所述元件主体具有形成为长条状的多个元件体，在所述多个元件体中，相邻的元件体彼此在长边方向端部串联地电连接。5.根据权利要求3或4所述的热电转换模块，其中，所述元件体包含碳纳米管。6.根据权利要求5所述的热电转换模块，其中，所述元件体的长边方向的长度为30mm以上。7.根据权利要求5所述的热电转换模块，其中，所述元件体的长边方向的长度为5mm以上且12mm以下。8.根据权利要求2至7中的任意一项所述的热电转换模块，其中，所述基材的导热率为5.0[w/(m
·
k)]以下。9.根据权利要求2至8中的任意一项所述的热电转换模块，其中，所述热电转换模块在所述形态b的状态下具有：作为发电部的所述元件主体；吸热部，其与热源抵接或接近；以及散热部，其与温度低于热源的散热体抵接或接近，并且配置在片的凸出方向的所述吸热部的相反侧。10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的热电转换模块，其中，所述热电转换模块具有多个所述切口部。11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的热电转换模块，其中，所述规定方向是与所述形态a的状态的所述热电转换模块的所述切口部的延伸方向大致正交的方向。12.根据权利要求11所述的热电转换模块，其中，所述规定方向是所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向中的与所述切口部的延伸方向大致正交的方向。13.根据从属于权利要求2时的权利要求12所述的热电转换模块，其中，所述切口部具有：第一切口部，其在沿所述规定方向排列的多个所述元件主体之间的区域中配置在与所述规定方向正交的方向上的大致中央位置；以及第二切口部，其从所述元件主体的与所述规定方向正交的方向两侧延伸至所述热电转换模块的两端部，所述第一切口部和所述第二切口部在所述规定方向上交替设置。
14.根据权利要求11所述的热电转换模块，其中，所述规定方向是与所述形态a的片状的所述热电转换模块的面内方向大致正交的方向。15.根据权利要求14所述的热电转换模块，其中，所述切口部从所述形态a的状态的所述热电转换模块的内周部朝向与该内周部同心状地设置的外周部螺旋状地延伸，在所述形态b的状态下，所述内周部向所述热电转换模块的厚度方向凸出，并且所述内周部或所述外周部中的任一者与热源抵接或接近地配置。16.根据权利要求14所述的热电转换模块，其中，沿所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向中的大致相同方向延伸的多个所述切口部在与该切口部的延伸方向大致正交的方向上分离配置，通过拉伸单元交替地从所述热电转换模块的正面向背面、以及从背面向正面贯穿所述多个所述切口部，从而变形为相邻的所述切口部之间的区域交替地向所述热电转换模块的正面侧和背面侧凸出的形态b的状态。17.根据权利要求14所述的热电转换模块，其中，中央部经由臂部与外周部连结，所述中央部设置在所述形态a的状态的所述热电转换模块的面内方向大致中央位置，由所述切口部相对于所述外周部划分形成，所述臂部由所述切口部相对于所述外周部划分形成，通过将拉伸单元配置在所述中央部的背面与所述外周部的正面之间，从而变形为所述中央部向所述热电转换模块的正面侧凸出的形态b的状态。

技术总结
本发明的目的在于提供热电转换特性优异的片状的热电转换模块。本发明的热电转换模块(100)的特征在于，其形成为片状，与热源抵接或接近地配置，基于热源附近的部分与远离热源的部分的温度差进行发电，热电转换模块(100)具有在片的厚度方向上贯穿的切口部，热电转换模块(100)通过在规定方向上拉伸，从而使切口部的彼此相对的缘部彼此分离，从片状的形态A变形为向片的厚度方向凸出的立体结构状的形态B。B。B。


技术研发人员：内田秀树 中岛宇史 元祐昌广 山本贵博
受保护的技术使用者：学校法人东京理科大学
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2023/10/8