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JP4288935B2 - Thermoelectric module - Google Patents
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JP4288935B2 - Thermoelectric module - Google Patents

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JP4288935B2 JP2002333770A JP2002333770A JP4288935B2 JP 4288935 B2 JP4288935 B2 JP 4288935B2 JP 2002333770 A JP2002333770 A JP 2002333770A JP 2002333770 A JP2002333770 A JP 2002333770A JP 4288935 B2 JP4288935 B2 JP 4288935B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電気変換を行う熱電モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、熱電気変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行う熱電モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている(例えば、特許文献1参照)。この熱電モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。この場合、一対の絶縁基板は四角板状に形成され、熱電素子は、その一対の絶縁基板間で、複数の熱電素子からなる熱電素子群を、その外周が前記絶縁基板の外周に沿うように、例えば、左右前後に一定間隔を保って格子状に配列されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−232028号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した熱電モジュールでは、一対の絶縁基板のうちの一方の絶縁基板は加熱によって膨張し、他方の絶縁基板は冷却によって収縮する。このため、熱電モジュールには、熱応力による変形が発生し、電極と熱電素子との間で剥離が生じたり、熱電素子が破壊したりして熱電モジュールが機能しなくなることがある。
【0005】
この問題を回避するために、従来の熱電モジュールでは、電極と熱電素子とを並列に接続して一部の熱電素子が破壊しても熱電モジュールが機能できるようにしたり、破壊されやすい部分に配置する熱電素子の太さを大きく設定して破壊し難くなるようにしたりしていた。しかしながら、これによると、熱電モジュールの設計や製造が煩雑になるという問題がある。
【0006】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、簡単な方法で、熱電素子の絶縁基板からの剥離や破壊を防止することにより、耐久性が向上する熱電モジュールを提供することである。
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる熱電モジュールの構成上の特徴は、対向させて配置した一対の四角板状の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を固定することにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子からなる熱電素子群を配置して構成される熱電モジュールにおいて、熱電素子群を、その外周が絶縁基板の外周に沿う四角状に配置して、その四角形状の四隅部分には熱電素子を配置しないことにある。
【0008】
本発明の熱電モジュールでは、四角板状に形成した一対の絶縁基板間に、複数の熱電素子からなる熱電素子群を、その外周が絶縁基板の外周に沿うように配置するとともに、一対の絶縁基板の四隅部分には、熱電素子を配置しないようにしている。熱電モジュールにおいては、絶縁基板の中心部から離れるに従って、一方の絶縁基板の膨張と他方の絶縁基板の収縮とから生じる応力が大きくなる。
【0009】
このため、一対の絶縁基板の中心部から最も離れた四隅部分に配置された熱電素子が、他の熱電素子よりも絶縁基板からの剥離や破壊を生じやすく、熱電モジュールの耐久性は、この四隅部分に配置された熱電素子の破損状態によって決まることが多い。したがって、この四隅部分に熱電素子を配置しないことにより、最も剥離や破壊が生じ易い熱電素子がなくなり、熱電モジュールの耐久性の向上が図れる。この場合、一対の絶縁基板の四隅部分に配置しない熱電素子の数は、それぞれの角部に対して1個に限らず、複数個としてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1および図2(図1の正面図)は、本実施形態による熱電モジュール10を示している。熱電モジュール10は、アルミナからなる四角板状の下側絶縁基板11と上側絶縁基板12とからなる一対の絶縁基板を備えている。そして、下側絶縁基板11の上面に一定間隔を保って複数の下部電極13,14(図3参照)が取り付けられ、上側絶縁基板12の下面に一定間隔を保って複数の上部電極15が取り付けられている。
【0011】
そして、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなる複数の熱電素子16が、それぞれ下端面を下部電極13,14にハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極15にハンダ付けにより固定されて下側絶縁基板11と上側絶縁基板12を一体的に連結している。
【0012】
図3は、下部電極13,14と熱電素子16とが取り付けられた下側絶縁基板11を上方から見た状態を示しており、図示のように、下部電極13は長方形に形成され、下部電極14はL形に形成されている。そして、下側絶縁基板11の四隅の角のうちの2箇所にL形の下部電極14が角に沿って取り付けられ、その他の部分には長方形の下部電極13が取り付けられている。
【0013】
また、四隅の角の残りの2個所に設けられた下部電極13の一方の端部には、リード線17a,17bが取り付けられ、外部から通電可能になっている。そして、下側絶縁基板11の角部に取り付けられた下部電極13の他方の端部には、1個の熱電素子16(16a)の下端面が接合され、その他の下部電極13には、それぞれ2個の熱電素子16の下端面が接合されている。
【0014】
また、上部電極15は、すべて下部電極13と同形の長方形に形成されており、それぞれ下部電極13に対して熱電素子16の略1個分に等しい距離をずらして上側絶縁基板12に取り付けられている。そして、熱電素子16の上端面は、各熱電素子16、下部電極13,14および上部電極15が直列に接続されるようにして、各上部電極15に2個づつ接合されている。すなわち、図3における熱電素子16a,16bの上端面が、1個の上部電極15に接合され、つぎの熱電素子16c,16dの上端面が、隣の上部電極15に接合されるといったように順次、隣り合った熱電素子16が1個置きに上部電極15に接合されている。
【0015】
また、熱電素子16(熱電素子16a,16b,16c,16dを含む。)は、P型熱電素子とN型熱電素子とで構成されており、P型熱電素子とN型熱電素子とが交互に配置されている。P型熱電素子とN型熱電素子ではBiやTeを含むことは同じであるが若干組成は異なる。ただし、図3に示したように、下側絶縁基板11(および上側絶縁基板12)の四隅の角部には、熱電素子16は設けられていない。なお、熱電モジュール10は、縦横の長さがそれぞれ12mmで、高さが1.65mmに設定され、熱電素子16は、上下の端面における縦横の幅がともに、0.8mmに設定され、高さが1mmに設定されている。また、この熱電素子16は、隣り合った1個のP型熱電素子と1個のN型熱電素子とを1対として、30対で構成されている。
【0016】
つぎに、以上のように構成した熱電モジュール10と、図4に示した比較例による熱電モジュール20とに対してパワーサイクルテストを行った結果について説明する。図4は、下部電極23と熱電素子26とが取り付けられた下側絶縁基板21を上方から見た状態を示しており、この熱電モジュール20においては、下側絶縁基板21の下部電極23および上側絶縁基板の上部電極(図示せず)がすべて長方形に形成されている。そして、下部電極23と、上側絶縁基板の上部電極とは、それぞれ熱電素子26の略1個分に等しい距離をずらして取り付けられている。
【0017】
また、リード線27a,27bが接続された下部電極23には、熱電素子26が1個だけ接合され、それ以外の下部電極23および上部電極には、2個の熱電素子26の下端面または上端面が接合されている。また、この熱電モジュール20では、リード線27a,27bが接続された下部電極23が位置する下側絶縁基板21および上側絶縁基板の角部には熱電素子26が配置されてなく、熱電素子26は、31対で構成されている。
【0018】
また、熱電モジュール20の各部分の長さは、熱電モジュール10の対応する各部分と同じ長さに設定されており、熱電モジュール20は、縦横の長さが12mmで、高さが1.65mmに設定され、熱電素子26は、上下の端面における縦横の幅がともに、0.8mmで、高さが1mmに設定されている。また、下側絶縁基板21および上側絶縁基板は、アルミナからなる板で構成され、熱電素子26は、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金で構成されている。
【0019】
パワーサイクルテストは、図5に示すように、熱電モジュール10(または20)を、表面にグリスを塗布した銅製の台部28上に設置し、台部28の温度を加熱装置(図示せず)の加熱制御によって80℃に保持した状態で行った。そして、その際、熱電モジュール10,20に、熱電モジュール10,20の最大電流である3アンペアの電流を、1.5分間流したのちに、4.5分間電流を停止させる操作を、2万回繰り返し、そのパワーサイクルテストの前後での熱電モジュール10,20の電気抵抗変化率を比較した。
【0020】
その結果、熱電モジュール10の電気抵抗変化率が、2.4%であったのに対し、熱電モジュール20の電気抵抗変化率は、3.8%であった。この結果から、四隅のすべての部分に熱電素子16を設けなかった熱電モジュール10の方が、四隅の2個所の部分にだけ熱電素子26を設けなかった熱電モジュール20よりも耐久性が高いことがわかる。なお、熱電モジュール10等の電気抵抗は、初期の段階から、使用や高温加熱等による劣化にしたがって高くなるように変化していく。したがって、長時間の使用によっても、電気抵抗に変化が生じない、または変化の少ない熱電モジュールほど耐久性の優れたものである。
【0021】
つぎに、熱電モジュール10,20の寸法を変更して、熱電モジュール10,20の縦横の長さを8mmに、高さを1.65mmに設定し、熱電素子16,26の上下の端面における縦横の幅をともに、0.6mmに、高さを0.8mmに設定した。すなわち、熱電モジュール10,20の高さだけを、前述したパワーサイクルテストで使用した試験サンプルと同じに設定し、その他の部分の寸法は、すべて小さく設定した。そして、この両熱電モジュール10,20を試験サンプルとして前述したパワーサイクルテストを行った。
【0022】
その結果、熱電モジュール10の電気抵抗変化率が2.2%で、熱電モジュール20の電気抵抗変化率が2.6%であった。この結果から、熱電モジュール10の方が、比較例による熱電モジュール20よりも耐久性が高いことがわかる。また、熱電モジュール10,20の寸法を小さくすることにより、ともに耐久性が向上することもわかる。
【0023】
つぎに、熱電モジュール10,20の寸法をさらに変更して、熱電モジュール10,20の縦横の長さを8mmに、高さを1.4mmに設定し、熱電素子16,26の上下の端面における縦横の幅をともに、0.6mmに、高さを0.6mmに設定した。すなわち、前述した2回目のパワーサイクルテストで使用した試験サンプルよりも熱電モジュール10,20の高さと熱電素子16,26の高さを小さく設定し、その他の部分の寸法は、同じに設定した。そして、この熱電モジュール10,20を試験サンプルとして前述したパワーサイクルテストと同様のパワーサイクルテストを行った。
【0024】
その結果、熱電モジュール10の電気抵抗変化率が2.8%で、熱電モジュール20の電気抵抗変化率が4.8%であった。この結果からも、熱電モジュール10の方が、比較例による熱電モジュール20よりも耐久性が高いことがわかる。また、熱電モジュール10の厚みと熱電素子16,26の高さを小さく設定することにより、ともに耐久性が悪くなることがわかる。
【0025】
このように、この実施形態にかかる熱電モジュール10では、下側絶縁基板11および上側絶縁基板12の四隅のいずれの角部にも熱電素子16を設けていない。したがって、熱電モジュール10の中で最も熱応力により剥離や破壊が生じ易い四隅部分の熱電素子16がなくなり、熱電モジュール10の耐久性が向上する。すなわち、最も剥離や破壊が生じ易い熱電素子16がなくなったため、つぎに剥離や破壊が生じ易い熱電素子16によって熱電モジュール10の耐久性がきまる。また、この熱電モジュール10は、例えば、一辺の長さが12mm以上の大型の熱電モジュール、あるいはモジュールの高さが1.4mm程度の薄型の熱電モジュールで、特に大きな効果を奏する。
【0026】
図6は、本発明の他の実施形態による熱電モジュール30の下側絶縁基板31に取り付けられた下部電極33と熱電素子36とを上方から見た状態を示している。この熱電モジュール30においては、下側絶縁基板31の下部電極33がすべて長方形に形成され、下側絶縁基板31の四隅を除く部分に一定間隔で取り付けられている。そして、上側絶縁基板(図示せず)には、下部電極33と同形の長方形の上部電極34とL形の上部電極35(ともに二点鎖線で図示)が一定間隔で設けられている。下部電極33と、上部電極34,35とは、それぞれ熱電素子36の略1個分に等しい距離をずらして取り付けられている。
【0027】
また、リード線37a,37bが接続された下部電極33には、熱電素子36が1個だけ接合され、それ以外の下部電極33および上部電極34,35には、2個の熱電素子36の下端面または上端面が接合されている。また、この熱電モジュール30では、下側絶縁基板31および上側絶縁基板の四隅の部分に、それぞれ熱電素子36を3個配置できるスペースに熱電素子36が配置されてなく、熱電素子36は、26対で構成されている。
【0028】
また、熱電モジュール30は、縦横の長さが12mmで、高さが1.65mmに設定され、熱電素子36は、上下の端面における縦横の幅がともに、0.8mmで、高さが1mmに設定されている。また、下側絶縁基板31および上側絶縁基板は、窒化アルミからなる板で構成され、熱電素子36は、ビスマス・テルル系の合金で構成されている。この熱電モジュール30のそれ以外の部分の構成については、前述した熱電モジュール10と同様である。
【0029】
このように構成したため、さらに剥離や破壊が生じ易い熱電素子36がなくなって、より熱電モジュール30の耐久性が向上する。この熱電モジュール30のそれ以外の作用効果については、前述した熱電モジュール10と同様である。また、前述した各実施形態での基板は、アルミナや窒化アルミに限定されず、絶縁基板であれば、炭化珪素、窒化珪素、表面が絶縁処理されたアルミニウムなどの金属基板等で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による熱電モジュールを示す斜視図である。
【図2】 図1に示した熱電モジュールの正面図である。
【図3】 図1に示した熱電モジュールの下側絶縁基板に下部電極と熱電素子を取り付けた状態を示す平面図である。
【図4】 比較例による熱電モジュールの下側絶縁基板に下部電極と熱電素子を取り付けた状態を示す平面図である。
【図5】 熱電モジュールを台部の上に乗せてパワーサイクルテストを行う状態を示す正面図である。
【図6】 本発明の他の実施形態によるよる熱電モジュールの下側絶縁基板に下部電極と熱電素子を取り付けた状態を示す平面図である。
【符号の説明】
10,30…熱電モジュール、11,31…下側絶縁基板、12…上側絶縁基板、13,14,33…下部電極、15,34,35…上部電極、16,36…熱電素子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermoelectric module that performs thermoelectric conversion.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, thermoelectric modules that perform heat conversion using the Peltier effect, which is one of thermoelectric conversions, have been used in heating / cooling devices and the like (for example, see Patent Document 1). In this thermoelectric module, a plurality of electrodes are formed at predetermined locations on opposite inner surfaces of a pair of insulating substrates, and the upper and lower end faces of the thermoelectric elements are soldered to the opposite electrodes, respectively. A plurality of thermoelectric elements are fixed between the substrates. In this case, the pair of insulating substrates are formed in a square plate shape, and the thermoelectric element is a thermoelectric element group composed of a plurality of thermoelectric elements between the pair of insulating substrates so that the outer periphery thereof is along the outer periphery of the insulating substrate. For example, they are arranged in a lattice pattern with a constant interval left and right.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-232028
[Problems to be solved by the invention]
In the thermoelectric module described above, one insulating substrate of the pair of insulating substrates expands by heating, and the other insulating substrate contracts by cooling. For this reason, the thermoelectric module may be deformed due to thermal stress, causing separation between the electrode and the thermoelectric element, or destroying the thermoelectric element, so that the thermoelectric module may not function.
[0005]
In order to avoid this problem, in conventional thermoelectric modules, the electrodes and thermoelectric elements are connected in parallel so that the thermoelectric modules can function even if some of the thermoelectric elements break down, or placed in a place where they are easily broken The thickness of the thermoelectric element to be set is made large so that it is difficult to break. However, this has a problem that the design and manufacture of the thermoelectric module becomes complicated.
[0006]
Summary of the Invention
The present invention has been made to address the above problems, and its purpose is to provide a thermoelectric module with improved durability by preventing the thermoelectric element from peeling or breaking from the insulating substrate by a simple method. It is to be.
[0007]
In order to achieve the above object, the constitutional feature of the thermoelectric module according to the present invention is that electrodes are formed at predetermined positions on both sides of a pair of square plate-like insulating substrates arranged to face each other, and the electrodes facing each other. the by fixing the end faces of the thermoelectric elements, respectively, in the thermoelectric module configured to place the thermoelectric element group including a plurality of thermoelectric elements between the pair of insulating substrates, a thermoelectric element group, the outer periphery of the insulating substrate It is arranged in a square shape along the outer periphery, and no thermoelectric elements are arranged in the four corner portions of the square shape .
[0008]
In the thermoelectric module of the present invention, a thermoelectric element group composed of a plurality of thermoelectric elements is disposed between a pair of insulating substrates formed in a square plate shape so that the outer periphery thereof is along the outer periphery of the insulating substrate, and the pair of insulating substrates Thermoelectric elements are not arranged at the four corners. In the thermoelectric module, as the distance from the central portion of the insulating substrate increases, the stress generated from the expansion of one insulating substrate and the contraction of the other insulating substrate increases.
[0009]
For this reason, the thermoelectric elements arranged at the four corners farthest from the center of the pair of insulating substrates are more likely to be peeled off or broken from the insulating substrate than the other thermoelectric elements, and the durability of the thermoelectric module is In many cases, it is determined by the breakage state of the thermoelectric element arranged in the portion. Therefore, by not disposing the thermoelectric elements at the four corner portions, there is no thermoelectric element that is most likely to be peeled off or broken, and the durability of the thermoelectric module can be improved. In this case, the number of thermoelectric elements that are not arranged at the four corners of the pair of insulating substrates is not limited to one for each corner, but may be plural.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 (a front view of FIG. 1) show a thermoelectric module 10 according to the present embodiment. The thermoelectric module 10 includes a pair of insulating substrates made of a rectangular lower plate insulating substrate 11 and an upper insulating substrate 12 made of alumina. Then, a plurality of lower electrodes 13 and 14 (see FIG. 3) are attached to the upper surface of the lower insulating substrate 11 at regular intervals, and a plurality of upper electrodes 15 are attached to the lower surface of the upper insulating substrate 12 at regular intervals. It has been.
[0011]
A plurality of thermoelectric elements 16 made of a bismuth-tellurium-based alloy formed in a rectangular parallelepiped are fixed to the lower electrodes 13 and 14 by soldering at the lower end surfaces and fixed to the upper electrode 15 by soldering, respectively. The lower insulating substrate 11 and the upper insulating substrate 12 are integrally connected.
[0012]
FIG. 3 shows a state in which the lower insulating substrate 11 to which the lower electrodes 13 and 14 and the thermoelectric element 16 are attached is viewed from above. As shown, the lower electrode 13 is formed in a rectangular shape, and the lower electrode 14 is formed in an L shape. An L-shaped lower electrode 14 is attached to two of the four corners of the lower insulating substrate 11 along the corner, and a rectangular lower electrode 13 is attached to the other part.
[0013]
Moreover, lead wires 17a and 17b are attached to one end of the lower electrode 13 provided at the remaining two corners of the four corners, and can be energized from the outside. And the lower end surface of one thermoelectric element 16 (16a) is joined to the other end of the lower electrode 13 attached to the corner of the lower insulating substrate 11, and the other lower electrodes 13 The lower end surfaces of the two thermoelectric elements 16 are joined.
[0014]
The upper electrodes 15 are all formed in the same rectangular shape as the lower electrode 13, and are attached to the upper insulating substrate 12 with a distance equal to approximately one thermoelectric element 16 from the lower electrode 13. Yes. Then, two upper end surfaces of the thermoelectric elements 16 are joined to each upper electrode 15 so that each thermoelectric element 16, the lower electrodes 13, 14 and the upper electrode 15 are connected in series. That is, the upper end surfaces of the thermoelectric elements 16a and 16b in FIG. 3 are joined to one upper electrode 15, and the upper end surfaces of the next thermoelectric elements 16c and 16d are joined to the adjacent upper electrode 15 in sequence. The adjacent thermoelectric elements 16 are joined to the upper electrode 15 every other piece.
[0015]
The thermoelectric element 16 (including the thermoelectric elements 16a, 16b, 16c, and 16d) is composed of a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are alternately arranged. Has been placed. The P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element contain the same Bi or Te, but have slightly different compositions. However, as shown in FIG. 3, the thermoelectric elements 16 are not provided at the corners of the four corners of the lower insulating substrate 11 (and the upper insulating substrate 12). The thermoelectric module 10 has a vertical and horizontal length of 12 mm and a height of 1.65 mm, and the thermoelectric element 16 has a vertical and horizontal width of both upper and lower end surfaces set to 0.8 mm. Is set to 1 mm. The thermoelectric element 16 is composed of 30 pairs, one adjacent P-type thermoelectric element and one N-type thermoelectric element.
[0016]
Next, the results of a power cycle test performed on the thermoelectric module 10 configured as described above and the thermoelectric module 20 according to the comparative example illustrated in FIG. 4 will be described. FIG. 4 shows a state where the lower insulating substrate 21 to which the lower electrode 23 and the thermoelectric element 26 are attached is viewed from above. In the thermoelectric module 20, the lower electrode 23 and the upper electrode of the lower insulating substrate 21 are shown. All the upper electrodes (not shown) of the insulating substrate are formed in a rectangular shape. The lower electrode 23 and the upper electrode of the upper insulating substrate are attached to each other with a distance equal to approximately one thermoelectric element 26.
[0017]
Further, only one thermoelectric element 26 is joined to the lower electrode 23 to which the lead wires 27a and 27b are connected, and the other lower electrode 23 and the upper electrode are connected to the lower end surface or upper surface of the two thermoelectric elements 26. The end faces are joined. Further, in this thermoelectric module 20, the thermoelectric element 26 is not disposed at the corners of the lower insulating substrate 21 and the upper insulating substrate where the lower electrode 23 to which the lead wires 27a and 27b are connected is located. , 31 pairs.
[0018]
Moreover, the length of each part of the thermoelectric module 20 is set to the same length as each corresponding part of the thermoelectric module 10, and the thermoelectric module 20 has a length and width of 12 mm and a height of 1.65 mm. The thermoelectric element 26 is set such that the vertical and horizontal widths of the upper and lower end faces are both 0.8 mm and the height is 1 mm. The lower insulating substrate 21 and the upper insulating substrate are made of a plate made of alumina, and the thermoelectric element 26 is made of a bismuth-tellurium-based alloy formed in a rectangular parallelepiped.
[0019]
In the power cycle test, as shown in FIG. 5, the thermoelectric module 10 (or 20) is placed on a copper base 28 coated with grease on the surface, and the temperature of the base 28 is heated (not shown). This was performed while maintaining the temperature at 80 ° C. by the heating control. At that time, the operation of stopping the current for 4.5 minutes after passing the current of 3 amperes, which is the maximum current of the thermoelectric modules 10 and 20, to the thermoelectric modules 10 and 20 for 1.5 minutes. Repeatedly, the electric resistance change rate of the thermoelectric modules 10 and 20 before and after the power cycle test was compared.
[0020]
As a result, the electric resistance change rate of the thermoelectric module 10 was 2.4%, whereas the electric resistance change rate of the thermoelectric module 20 was 3.8%. From this result, it can be seen that the thermoelectric module 10 in which the thermoelectric elements 16 are not provided in all the four corners is more durable than the thermoelectric module 20 in which the thermoelectric elements 26 are not provided only in the two corners. Recognize. Note that the electrical resistance of the thermoelectric module 10 and the like changes from the initial stage so as to increase with deterioration due to use, high-temperature heating, or the like. Therefore, a thermoelectric module in which the electrical resistance does not change or does not change even after long-term use is superior in durability.
[0021]
Next, the dimensions of the thermoelectric modules 10 and 20 are changed, the vertical and horizontal lengths of the thermoelectric modules 10 and 20 are set to 8 mm, the height is set to 1.65 mm, and the vertical and horizontal surfaces at the upper and lower end faces of the thermoelectric elements 16 and 26 are set. Both of the widths were set to 0.6 mm and the height was set to 0.8 mm. That is, only the height of the thermoelectric modules 10 and 20 was set to be the same as that of the test sample used in the power cycle test described above, and all other dimensions were set to be small. And the power cycle test mentioned above was done by making these both thermoelectric modules 10 and 20 into a test sample.
[0022]
As a result, the rate of change in electrical resistance of the thermoelectric module 10 was 2.2%, and the rate of change in electrical resistance of the thermoelectric module 20 was 2.6%. From this result, it can be seen that the thermoelectric module 10 has higher durability than the thermoelectric module 20 according to the comparative example. It can also be seen that the durability is improved by reducing the dimensions of the thermoelectric modules 10 and 20.
[0023]
Next, the dimensions of the thermoelectric modules 10 and 20 are further changed, the vertical and horizontal lengths of the thermoelectric modules 10 and 20 are set to 8 mm, the height is set to 1.4 mm, and the upper and lower end faces of the thermoelectric elements 16 and 26 are set. Both the vertical and horizontal widths were set to 0.6 mm and the height was set to 0.6 mm. That is, the height of the thermoelectric modules 10 and 20 and the height of the thermoelectric elements 16 and 26 were set smaller than the test sample used in the second power cycle test described above, and the dimensions of the other portions were set to be the same. Then, a power cycle test similar to the power cycle test described above was performed using the thermoelectric modules 10 and 20 as test samples.
[0024]
As a result, the electric resistance change rate of the thermoelectric module 10 was 2.8%, and the electric resistance change rate of the thermoelectric module 20 was 4.8%. This result also shows that the thermoelectric module 10 has higher durability than the thermoelectric module 20 according to the comparative example. Moreover, it turns out that durability will worsen by setting the thickness of the thermoelectric module 10 and the height of the thermoelectric elements 16 and 26 small.
[0025]
Thus, in the thermoelectric module 10 according to this embodiment, the thermoelectric element 16 is not provided at any of the four corners of the lower insulating substrate 11 and the upper insulating substrate 12. Therefore, the thermoelectric elements 16 at the four corners that are most likely to be peeled or broken due to thermal stress are eliminated in the thermoelectric module 10, and the durability of the thermoelectric module 10 is improved. That is, since the thermoelectric element 16 that is most likely to be peeled or broken is eliminated, the thermoelectric module 16 that is likely to be peeled or broken next determines the durability of the thermoelectric module 10. The thermoelectric module 10 is a large thermoelectric module having a side length of 12 mm or more, or a thin thermoelectric module having a module height of about 1.4 mm, which is particularly effective.
[0026]
FIG. 6 shows a state in which the lower electrode 33 and the thermoelectric element 36 attached to the lower insulating substrate 31 of the thermoelectric module 30 according to another embodiment of the present invention are viewed from above. In this thermoelectric module 30, the lower electrodes 33 of the lower insulating substrate 31 are all formed in a rectangular shape, and are attached to portions other than the four corners of the lower insulating substrate 31 at regular intervals. On the upper insulating substrate (not shown), a rectangular upper electrode 34 having the same shape as the lower electrode 33 and an L-shaped upper electrode 35 (both shown by a two-dot chain line) are provided at regular intervals. The lower electrode 33 and the upper electrodes 34 and 35 are attached at a distance equal to approximately one thermoelectric element 36.
[0027]
Further, only one thermoelectric element 36 is joined to the lower electrode 33 to which the lead wires 37a and 37b are connected, and the other lower electrode 33 and upper electrodes 34 and 35 are connected to the lower electrodes 33 under the two thermoelectric elements 36. The end face or upper end face is joined. Further, in this thermoelectric module 30, the thermoelectric element 36 is not disposed in a space where three thermoelectric elements 36 can be disposed in the four corner portions of the lower insulating substrate 31 and the upper insulating substrate, respectively. It consists of
[0028]
Further, the thermoelectric module 30 has a vertical and horizontal length of 12 mm and a height of 1.65 mm, and the thermoelectric element 36 has a vertical and horizontal width of 0.8 mm and a height of 1 mm on the upper and lower end faces. Is set. The lower insulating substrate 31 and the upper insulating substrate are made of aluminum nitride plates, and the thermoelectric element 36 is made of a bismuth / tellurium alloy. About the structure of the other part of this thermoelectric module 30, it is the same as that of the thermoelectric module 10 mentioned above.
[0029]
Since it comprised in this way, the thermoelectric element 36 which will be easy to produce peeling and destruction is lose | eliminated, and durability of the thermoelectric module 30 improves more. About the other effect of this thermoelectric module 30, it is the same as that of the thermoelectric module 10 mentioned above. Further, the substrate in each of the embodiments described above is not limited to alumina or aluminum nitride, and may be a metal substrate such as silicon carbide, silicon nitride, or aluminum whose surface is insulated as long as it is an insulating substrate. Good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the thermoelectric module shown in FIG.
3 is a plan view showing a state in which a lower electrode and a thermoelectric element are attached to the lower insulating substrate of the thermoelectric module shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing a state where a lower electrode and a thermoelectric element are attached to a lower insulating substrate of a thermoelectric module according to a comparative example.
FIG. 5 is a front view showing a state in which a thermocycle module is placed on a base and a power cycle test is performed.
FIG. 6 is a plan view illustrating a state in which a lower electrode and a thermoelectric element are attached to a lower insulating substrate of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ... Thermoelectric module, 11, 31 ... Lower insulating substrate, 12 ... Upper insulating substrate, 13, 14, 33 ... Lower electrode, 15, 34, 35 ... Upper electrode, 16, 36 ... Thermoelectric element.

Claims (1)

対向させて配置した一対の四角板状の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を固定することにより、前記一対の絶縁基板間に複数の熱電素子からなる熱電素子群を配置して構成される熱電モジュールにおいて、
前記熱電素子群を、その外周が前記絶縁基板の外周に沿う四角状に配置して、その四角形状の四隅部分には前記熱電素子を配置しないことを特徴とする熱電モジュール。
A plurality of electrodes are formed between the pair of insulating substrates by forming electrodes at predetermined positions on both sides of the pair of square plate-like insulating substrates arranged to face each other and fixing the end faces of the thermoelectric elements to the facing electrodes, respectively. in the thermoelectric module constructed a thermoelectric element group consisting of thermoelectric elements and placed,
The thermoelectric module is characterized in that the thermoelectric element group is arranged in a square shape whose outer periphery is along the outer periphery of the insulating substrate, and the thermoelectric element is not arranged in the four corner portions of the square shape .
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