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公開番号2025126621
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024022948
出願日2024-02-19
発明の名称熱電変換モジュール
出願人TPR株式会社
代理人弁理士法人秀和特許事務所
主分類H10N 10/17 20230101AFI20250822BHJP()
要約【課題】熱電変換モジュールにおいて、熱電変換効率を向上することが可能な技術を提供する。
【解決手段】熱電変換モジュールは、基材と、基材に螺旋状に巻き付けられた熱電変換部材と、を備え、熱電変換部材により形成された螺旋体の一側部は、受熱部として形成され、前記基材を挟んで前記一側部と反対側の他側部は、放熱部として形成され、基材には、断熱層を形成する断熱孔が基材の延在方向に沿って延在している。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
受熱部と放熱部とを有し、前記受熱部と前記放熱部との温度差を利用して発電する熱電変換モジュールであって、
基材と、
前記基材に螺旋状に巻き付けられた熱電変換部材と、を備え、
前記熱電変換部材により形成された螺旋体の一側部は、前記受熱部として形成され、前記基材を挟んで前記一側部と反対側の他側部は、前記放熱部として形成され、
前記基材には、断熱層を形成する断熱孔が前記基材の延在方向に沿って延在している、
熱電変換モジュール。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記熱電変換部材は、Ｐ型半導体として形成された複数のＰ型部と、Ｎ型半導体として形成された複数のＮ型部と、を含み、
前記熱電変換部材の延伸方向において、前記Ｐ型部と前記Ｎ型部とが交互に配置されると共にこれらが連続的に形成されており、
前記Ｐ型部及び前記Ｎ型部は、夫々の一端部が前記受熱部に含まれ且つ夫々の他端部が前記放熱部に含まれるように、配置されている、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記熱電変換部材は、カーボンナノチューブにより糸状に形成された、カーボンナノチューブヤーンである、
請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記熱電変換部材は、カーボンナノチューブの不織布により形成されている、
請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記基材は、複数の部材によって構成されており、
前記断熱孔は、前記複数の部材同士の間に形成されている、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記基材は、第１部材と前記第１部材よりも熱伝導率が高い第２部材とを含んで構成されており、
前記第２部材は、前記第１部材よりも前記放熱部側に配置されている、
請求項１又は５に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記基材には、前記基材の延在方向に沿って延在すると共に冷却媒体が流通可能な冷却流路が形成されている、
請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記冷却流路は、前記断熱孔と前記放熱部との間に形成されている、
請求項７に記載の熱電変換モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換モジュールに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを接続し、両端に温度差を与えることでゼーベック効果により起電力を得る熱電変換素子や、これを備えた熱電変換モジュールが広く用いられている。これに関連して、カーボンナノチューブによって繊維状に構成された熱電変換素子が知られている（例えば、特許文献１）。熱電変換素子は、例えば、自動車、工場、家庭、体温などの排熱を利用した発電に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－２０７７６６号公報
特開２００４－２０７３９２号公報
特開２０１７－１９５２３２号公報
特許第４６２０１８３号公報
特許第７１８３７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱電変換素子で大きな発電量を得るためには、熱電変換素子における受熱側と放熱側の温度差を大きく確保する必要があり、十分な温度差を確保できない場合、熱電変換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電変換モジュールにおいて、受熱側と放熱側との温度差が小さくても熱電変換効率を低下させることなく、効率的に発電することが可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
[１]
受熱部と放熱部とを有し、前記受熱部と前記放熱部との温度差を利用して発電する熱電変換モジュールであって、
基材と、
前記基材に螺旋状に巻き付けられた熱電変換部材と、を備え、
前記熱電変換部材により形成された螺旋体の一側部は、前記受熱部として形成され、前記基材を挟んで前記一側部と反対側の他側部は、前記放熱部として形成され、
前記基材には、断熱層を形成する断熱孔が前記基材の延在方向に沿って延在している、
熱電変換モジュール。
[２]
前記熱電変換部材は、Ｐ型半導体として形成された複数のＰ型部と、Ｎ型半導体として形成された複数のＮ型部と、を含み、
前記熱電変換部材の延伸方向において、前記Ｐ型部と前記Ｎ型部とが交互に配置されると共にこれらが連続的に形成されており、
前記Ｐ型部及び前記Ｎ型部は、夫々の一端部が前記受熱部に含まれ且つ夫々の他端部が前記放熱部に含まれるように、配置されている、
[１]に記載の熱電変換モジュール。
[３]
前記熱電変換部材は、カーボンナノチューブにより糸状に形成された、カーボンナノチューブヤーンである、
[１]又は[２]に記載の熱電変換モジュール。
[４]
前記熱電変換部材は、カーボンナノチューブの不織布により形成されている、
[１]から[３]の何れかに記載の熱電変換モジュール。
[５]
前記基材は、複数の部材によって構成されており、
前記断熱孔は、前記複数の部材同士の間に形成されている、
[１]から[４]の何れかに記載の熱電変換モジュール。
[６]
前記基材は、第１部材と前記第１部材よりも熱伝導率が高い第２部材とを含んで構成されており、
前記第２部材は、前記第１部材よりも前記放熱部側に配置されている、
[１]から[５]の何れかに記載の熱電変換モジュール。
[７]
前記基材には、前記基材の延在方向に沿って延在すると共に冷却媒体が流通可能な冷却流路が形成されている、
[１]から[６]の何れかに記載の熱電変換モジュール。
[８]
前記冷却流路は、前記断熱孔と前記放熱部との間に形成されている、
[７]に記載の熱電変換モジュール。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱電変換モジュールにおいて、熱電変換効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施形態１に係る熱電変換モジュールの使用状態を模式的に示す断面図である。
実施形態１に係る熱電変換モジュールの右側面図である。
実施形態１に係る熱電変換モジュールの上面図である。
実施形態１に係るカーボンナノチューブヤーンの構成を説明するための図である。
実施形態１に係る熱電変換モジュールにおける基材とカーボンナノチューブヤーンとの関係を説明するための模式図である。
実施形態１の変形例に係る熱電変換モジュールに用いられる基材の斜視図である。
実施形態２に係る熱電変換モジュールの使用状態を模式的に示す断面図である。
実施形態２の変形例に係る熱電変換モジュールに用いられる基材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、本明細書において、「絶縁性」とは、特に説明が無い限りは、電気絶縁性のことを指す。
【００１０】
＜実施形態１＞
図１～図３は、実施形態１に係る熱電変換モジュール１００を示す図である。詳細については後述するが、熱電変換モジュール１００は、基材１にカーボンナノチューブヤーン２が螺旋状に巻き付けられることで構成されている。図１は、実施形態１に係る熱電変換モジュール１００の使用状態を模式的に示す断面図である。図１では、熱電変換モジュール１００の上下方向、左右方向、及び前後方向が示されている。上下方向及び左右方向に対して直交する方向が熱電変換モジュール１００の前後方向である。但し、これらの方向は説明の便宜のために定義したものであり、本発明に係る熱電変換モジュールの向きを限定する趣旨ではない。図１では、前後方向に対して直交する断面が図示されている。図２は、実施形態１に係る熱電変換モジュール１００の右側面図である。図３は、実施形態１に係る熱電変換モジュール１００の上面図である。ここで、図１において、受熱部２０１から放熱部２０２に向かう方向（本実施形態では下方向）を第１方向Ｄとする。第１方向Ｄは、即ち、受熱部２０１から放熱部２０２へ熱が最短距離で移動する場合の熱の移動方向である。
（【００１１】以降は省略されています）

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