JP2004140048A

JP2004140048A - Thermoelectric generator

Info

Publication number: JP2004140048A
Application number: JP2002301283A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Tomonari; 友成　恵昭; Kazuji Yoshida; 吉田　和司; Koichi Yoshioka; 吉岡　浩一; Kentaro Kobayashi; 小林　健太郎; Hironori Katayama; 片山　弘典; Hiromichi Morikita; 森北　浩通; Tomoyuki Nakajima; 中嶋　知之
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP4182719B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric generator in which the size can be reduced as compared with a conventional one. <P>SOLUTION: The thermoelectric generator comprises a combustor 2 having a fuel channel 3 in which a catalyst layer 4 for combusting fuel passing through the fuel channel 3 is provided, and a thermoelectric module 1, i.e. a power generating unit employing the combustor 2 as a heat source. The thermoelectric module 1 comprises a first thermally conductive silicon substrate 11, a second thermally conductive silicon substrate 12 disposed oppositely to the first thermally conductive substrate 11, and a plurality of thermoelectric elements 13 arranged between both thermally conductive substrate 11 and 12. The combustor 2 has a thermal insulation glass substrate 21 bonded onto the first thermally conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 and the fuel channel 3 is formed by providing a groove 5 in the surface of the thermal insulation substrate 21 facing the thermoelectric module 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料用流路を通過する燃料を燃焼させるための触媒が燃料用流路内に配設された燃焼器と、この燃焼器を熱源として熱電変換により発電する熱電モジュールとを備えた熱電発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器などの小型の電子機器の電源として利用可能な超小型のマイクロ電源が各所で研究開発されており、この種の電源として、熱電材料に温度差を与えたときに生じる熱起電力を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電装置が注目されている。この種の熱電発電装置としては、燃焼熱、触媒燃焼熱、排気熱などを利用した熱源を備えたものが提案されており、触媒燃焼熱を利用した熱源を備えた熱電発電装置は、燃料の流量調整によって容易に熱源の発熱温度を調節できるという特長や、燃料の流路を面状として燃焼熱を発電部へ効率的に熱入力できるという特長などを有している。
【０００３】
従来、触媒燃焼熱を発生する熱源を備えた熱電発電装置としては、図９に示すように、熱伝導性材料からなる筒状体５２および筒状体５２内に形成される燃焼室内に配設され燃料を燃焼させるための触媒を保持する触媒保持筒５３を有する燃焼器２’と、対となる異種導電形の２つの半導体エレメント１３ａ，１３ｂ間を金属膜１３ｃで繋いだ複数の熱電素子１３が金属膜１４’を介して直列接続され燃焼器２’を熱源として発電する２つの熱電モジュール１’，１’と、各熱電モジュール１’，１’それぞれの低温側の熱交換基板である熱伝導性基板１２’，１２’に固着されそれぞれ多数のフィン５６が突設された２つの放熱板５５，５５とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１）。なお、熱電モジュール１’は、高温側の熱交換基板である熱伝導性基板１１’が燃焼器２’の筒状体５２に固着されている。
【０００４】
また、図９に示す構成よりも熱電変換効率を改善できる熱電発電装置として、図１０に示すように、燃料を燃焼させるための触媒層６３を有する燃焼器２’’において熱電モジュール１’の高温側の熱伝導性基板１１’が固着される熱伝導性材料からなる端板６１の形状を工夫することで触媒層６３の表面積を増大させた構成のものが提案されている（例えば、特許文献２）。すなわち、図１０に示す構成の熱電発電装置は、端板６１の断面形状を櫛形状とすることにより、熱電モジュール１’の高温側の熱伝導性基板１１’との対向面とは反対側の面において触媒層６３が被着される部位の表面積を増大させている。なお、端板６１は、機械加工性の良好なアルミニウムダイキャストなどで形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−８５９７３号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−３２９０５８号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電話などの小型の電子機器に組み込める小型電池サイズ（単４電池や釦電池など）の電源の実現には熱源となる燃焼器の小型化が課題となっており、全体としてのサイズが数ｃｍ^３程度の超小型電源を実現するためには、燃焼器を一般的なＩＣやＬＳＩのチップサイズで実現することが不可欠な技術となる。しかしながら、従来の機械加工をベースとして形成される燃焼器２’，２”の構成では、材料、加工精度、触媒の形成方法などの制約から更なる小型化の要求に適応できず、材料、加工精度、触媒の形成方法などの抜本的な見直しが必要となっている。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べて小型化が可能な熱電発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、燃料用流路を通過する燃料を燃焼させるための触媒層が燃料用流路内に配設された燃焼器と、対となる異種導電形の２つの半導体エレメント間を金属薄膜を介して繋いだ熱電素子を有し燃焼器で発生した熱が前記金属薄膜に伝達することで発電する発電ユニットとを備え、発電ユニットは、厚み方向の一面に前記金属薄膜が形成された熱伝導性材料からなる平板状の第１の基板を有し、燃焼器は、第１の基板の他面に重ねて固着された平板状の第２の基板を有し、第１の基板と第２の基板との互いの対向面の一方に溝を設けることにより燃料用流路が形成されてなることを特徴とする。この請求項１の発明の構成によれば、平板状の第１の基板と平板状の第２の基板との互いの対向面の一方に溝を設けておき第１の基板と第２の基板とを固着することにより平板形の燃焼器を形成することができ、従来のような機械加工を利用して燃焼器を形成したものに比べて第１の基板の厚み方向における厚さ寸法および当該厚み方向に直交する面内における外形寸法を小さくすることが可能となり、発電ユニットの外形を小さくしても燃焼器の外形寸法を発電ユニットの外形寸法と揃えることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第２の基板は、熱絶縁材料により形成されてなることを特徴とする。この請求項２の発明の構成によれば、前記燃焼器で発生した熱を前記発電ユニットにおける前記金属膜へ効率良く伝達することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第１の基板はシリコン基板であり、前記第２の基板はガラス基板であることを特徴とする。この請求項３の発明の構成によれば、前記第１の基板と前記第２の基板との熱膨張係数差を比較的小さくすることができて前記燃焼器の反りを抑制することができ、また、前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合により固着することができるから、前記第１の基板と前記第２の基板とを気密性良く強固に固着することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記燃焼器は、前記第２の基板に前記溝が形成され、前記溝の内面に前記触媒層が被着されてなることを特徴とする。この請求項４の発明の構成によれば、前記溝をサンドブラスト法により形成することができるので、前記溝の幅を数十μｍ程度まで狭くすることができ、しかも、前記溝の内面に多数の微細な凹凸が形成される（前記溝の内面が粗面化される）から、前記溝の内面に対する前記触媒層の密着性を向上できて、前記燃焼器の長寿命化を図ることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記第２の基板が熱伝導性材料により形成され、前記第２の基板における前記第１の基板との対向面とは反対側の面に形成された別の金属薄膜により対となる異種導電形の２つの半導体エレメント間を繋いだ熱電素子を有する別の発電ユニットを備えることを特徴とする。この請求項５の発明の構成によれば、前記燃焼器を熱源として前記第２の基板の厚み方向の両側に設けられた２つの発電ユニットにより発電することができ、発電効率の高効率化を図ることができる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記燃料用流路は、前記第２の基板の厚み方向に直交する面内で引き回されてなることを特徴とする。この請求項６の発明の構成によれば、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記燃料用流路は、前記第２の基板の厚み方向に直交する面内でスパイラル状に形成されてなることを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、請求項６の発明と同様、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができる。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記燃料用流路は、前記第２の基板の厚み方向に直交する面内で蛇行していることを特徴とする。この請求項８の発明の構成によれば、請求項６の発明と同様、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができる。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記燃料用流路は、前記第２の基板の厚み方向に直交する面内で複数に分岐されてなることを特徴とする。この請求項９の発明の構成によれば、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の燃焼熱電発電装置は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、燃料用流路３を通過する燃料を燃焼させるための触媒（例えば、白金など）からなる触媒層４（図２（ｂ）参照）が燃料用流路３内に配設された燃焼器２と、燃焼器２を熱源として発電する熱電モジュール１とを備えている。ここに、燃料用流路３には、例えば、炭化水素（例えば、メタン、ブタンなど）や水素などの燃料ガスと空気との混合燃料が燃料として供給される。
【００１８】
熱電モジュール１は、平板状のシリコン基板からなる第１の熱伝導性基板１１と称す）１１と、第１の熱伝導性基板１１に対向配置される平板状のシリコン基板からなる第２の熱伝導性基板１２と、両熱伝導性基板１１，１２間に配設された複数個（図示例では、３２個）の熱電素子１３とを備えている。なお、各熱伝導性基板１１，１２の外形は矩形状に形成されている。また、熱電モジュール１は、第１の熱伝導性基板１１が高温側の熱交換基板を構成し、第２の熱伝導性基板１２が低温側の熱交換基板を構成しており、低温側の熱交換基板の冷却効率を上げるには、第２の熱伝導性基板１２における第１の熱伝導性基板１１との対向面とは反対側の面に多数の放熱フィンを有する放熱板を固着すればよく、さらに冷却用ファンなどを設ければ冷却効率をより向上できる。
【００１９】
各熱電素子１３は、対となる異種導電形の２つの半導体エレメント１３ａ，１３ｂが第１の熱伝導性基板１１における第２の熱伝導性基板１２との対向面にパターン形成された金属材料（例えば、チタン、白金、銅など）からなる第１の金属薄膜（図示せず）を介して繋がれている。そして、熱電モジュール１は、上述の複数個の熱電素子１３が第２の熱伝導性基板１２における第１の熱伝導性基板１１との対向面にパターン形成された金属材料（例えば、チタン、白金、銅など）からなる多数の第２の金属薄膜１４により直列接続されており、燃焼器２で発生した熱が上記第１の金属薄膜に伝達することにより発電するようになっている。なお、各半導体エレメント１３ａ，１３ｂは角柱状に形成されており、各半導体エレメント１３ａ，１３ｂの長手方向の一端部と第１の金属薄膜とは半田などにより物理的および電気的に接合してあり、同様に、各半導体エレメント１３ａ，１３ｂの長手方向の他端部と第２の金属薄膜１４とも半田などにより物理的および電気的に接合してある。
【００２０】
ここにおいて、導電形がｐ形の半導体エレメント（以下、ｐ形半導体エレメントと称す）１３ａは、ＢｉＴｅ系のｐ形熱電半導体材料により形成され、導電形がｎ形の半導体エレメント（以下、ｎ形半導体エレメントと称す）１３ｂは、ＢｉＴｅ系のｎ形熱電半導体材料により形成されている。また、熱電モジュール１は、第１の熱伝導性基板１１の厚み方向に直交する面内において、互いに直交する方向それぞれにｐ形半導体エレメント１３ａとｎ半導体エレメント１３ｂとが交互に並んでいる。
【００２１】
ところで、熱電モジュール１は、第２の熱伝導性基板１２における第１の熱伝導性基板１１との対向面の２つの隅部にパターン形成された金属材料（例えば、チタン、白金、銅など）からなる一対の出力用電極１８ａ，１８ｂを介して外部へ出力を取り出せるようになっている。すなわち、熱電モジュール１は、上述の複数個の熱電素子１３の直列回路の一端となるｐ形半導体エレメント１３ａが一方の出力用電極１８ａに接続され、上記直列回路の他端となるｎ形半導体エレメント１３ｂが他方の出力用電極１８ｂに接続されており、出力用電極１８ａ，１８ｂ間に接続する外部回路には複数個の熱電素子１３の直列回路の両端電圧が印加されることになるのである。なお、本実施形態では、熱電モジュール１が発電ユニットを構成している。
【００２２】
上述の燃焼器２は、上述の平板状のシリコン基板からなる第１の熱伝導性基板１１と、第１の熱伝導性基板１１における第２の熱伝導性基板１２との対向面とは反対側の面に重ねて固着された平板状のガラス基板からなる熱絶縁性基板２１とで平板形の器体を構成し、熱絶縁性基板２１における第１の熱伝導性基板１１との対向面には、燃料用流路３を形成するための溝５（図２（ａ）および図４参照）が形成されており、熱絶縁性基板２１と第１の熱伝導性基板１１とを固着することによって、燃料用流路３が形成されている。また、燃焼器２は、溝５の内面の全体に亘って触媒層４が被着されており（触媒層４は、溝５の内底面と内側面とに跨って被着されている）、燃料用流路３内に触媒層４が配設されることになる。ここに、燃焼器２は、第１の熱伝導性基板１１の厚み方向に直交する面内における溝５の平面形状がスパイラル状に形成されており、第１の熱伝導性基板１１の厚み方向（つまり、燃焼器２の厚み方向）に直交する面内における燃料用流路３の平面形状もスパイラル状に形成されている。なお、絶縁性基板２１の外形は各熱伝導性基板１１，１２と外形寸法が同じ矩形状に形成されている。また、本実施形態では、第１の熱伝導性基板１１が第１の基板を構成し、熱絶縁性基板２１が第２の基板を構成している。
【００２３】
ここにおいて、本実施形態では、上述のように熱絶縁性基板２１としてガラス基板を採用しているので、溝５をサンドブラスト法によって形成してある。しかして、溝５として開口幅が数十μｍの比較的微細なパターンを加工でき、さらに加工面に上記開口幅に比べて十分に微細な凹凸が形成される（つまり、溝５の内面が粗面化される）ので、溝５の内面に対する触媒層２４の密着性を向上できる。また、熱絶縁性基板２１としてガラス基板を用い、第１の熱伝導性基板１１としてシリコン基板を用いているので、図２（ａ）に示すように溝５および触媒層４を形成した熱絶縁性基板２１と第１の熱伝導性基板１１とを図２（ｂ）に示すように厚み方向を一致させて重ね合わせて陽極接合により固着することができ、接着剤により固着する場合に比べて、強固で気密性の良い接合を実現できる。また、熱絶縁性基板２１としてガラス基板を用い、第１の熱伝導性基板１１としてシリコン基板を用いていることにより、熱絶縁性基板２１と第１の熱伝導性基板１１との熱膨張係数差を比較的小さくすることができ、熱絶縁性基板２１および第１の熱伝導性基板１１の反りを抑制することができる（つまり、平板形の燃焼器２の反りを抑制することができる）。
【００２４】
ところで、熱電モジュール１は、第１の熱伝導性基板１１において燃料用流路３の両端近傍に、燃料用流路３と連通する貫通孔１６が厚み方向に貫設されており、また、第２の熱伝導性基板１２には厚み方向において貫通孔１６に重なる部位に貫通孔１５が形成されている。さらに、第１の熱伝導性基板１１と第２の熱伝導性基板１２との間には、第１の熱伝導性基板１１の厚み方向において重なる貫通孔１６，１５とともに上記燃料の流路を形成する２つの円筒状の流通管１７が挟まれている。ここに、流通管１７はガラス製であって、第１の熱伝導性基板１１の厚み方向に軸方向が一致する形で配設され上記軸方向の一端部が第１の熱伝導性基板１１における貫通孔１６の周部に接合され他端部が第２の熱伝導性基板１２における貫通孔１５の周部に接合されている。
【００２５】
したがって、本実施形態の熱電発電装置では、図１（ｂ）における左下の貫通孔１５−図１（ｂ）における左側の流通管１７−図１（ｂ）における左上の貫通孔１６−スパイラル状の燃料用流路３−図１（ｂ）における右上の貫通孔１６−図１（ｂ）における右下の貫通孔１５の流路が形成されることになり、上記燃料が左下の貫通孔１５と右下の貫通孔１５とのいずれか一方から導入され、上記燃料の燃焼により生じた排ガス（二酸化炭素）が他方の貫通孔１５から排出される。なお、本実施形態では、流通管１７の材料としてガラスを採用しているが、流通管１７の材料はガラスに限定するものではなく、断熱性および耐熱性を有するプラスチックなどを採用してもよい。
【００２６】
ところで、本実施形態では、各熱伝導性基板１１，１２としてそれぞれシリコン基板を採用しているので、貫通孔１５，１６を半導体の微細加工に用いられるリソグラフィ技術やエッチング技術などを利用したマイクロマシンニング技術によって形成することができる。なお、貫通孔１５，１６は、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いて各熱伝導性基板１１，１２に適宜エッチング用のマスクを形成してから貫通孔１６，１５の形成予定領域をエッチングすることによって形成すればよい。
【００２７】
以上説明した本実施形態の熱電発電装置では、燃料用流路３に上記燃料が供給されると、上記燃料が触媒層４の表面に接触して燃焼し、この燃焼により生じた熱が第１の熱伝導性基板１１を拡散して第１の熱伝導性基板１１に形成されている上記第１の金属薄膜に伝達されるので、熱電モジュール１が発電することになる。
【００２８】
しかして、本実施形態の熱電発電装置では、燃焼器２が熱電モジュール１の第１の熱伝導性基板１１に重ねて固着された平板状の熱絶縁性基板２１を有し、第１の熱伝導性基板１１における熱絶縁性基板２１との対向面に溝５を設けることにより燃料用流路３が形成されているので、溝５および触媒層４を形成した熱絶縁性基板２１と第２の熱伝導性基板１２とを固着することにより平板形の燃焼器２を形成することができ、従来のような機械加工を利用して燃焼器２’，２”を形成したものに比べて第１の熱伝導性基板１１の厚み方向における燃焼器２の厚さ寸法および当該厚み方向に直交する面内における外形寸法を小さくすることが可能となり、発電ユニットたる熱電モジュール１の外形（平面サイズ）を小さくしても燃焼器２の外形寸法を熱電モジュール１の外形寸法と揃えることができ、装置全体の小型化を図ることができる。また、燃焼器２では、第２の熱伝導性基板１２に固着する上記第２の基板（熱絶縁性基板２１）が熱絶縁材料により形成されているので、上記燃料の燃焼により発生した熱は主に第２の熱伝導性基板１２へ伝達することになり、上記燃料の燃焼により発生した熱を熱電モジュール１における上記第１の金属薄膜へ効率良く伝達することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、熱絶縁性基板２１の厚み方向に直交する面内における燃料用流路３の平面形状がスパイラル状であって、上記面内で引き回されいるので、熱絶縁性基板２１の小型化を図りながらも燃料用流路３の流路長を長くすることができるとともに、触媒層４において上記燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、燃焼器２での燃焼効率を高めることができる（燃料用流路３に供給された燃料の未燃焼分を少なくすることができる）。
【００３０】
ところで、本実施形態では、熱絶縁性基板２１に形成した溝５の内面に触媒層４を被着してあるが、図３（ａ）に示すように第１の熱伝導性基板１１において溝５に対応する部位に触媒層４を被着しておき、図３（ｂ）に示すように第１の熱伝導性基板１１と熱絶縁性基板２１とを固着するようにしてもよい。図３（ｂ）の構成を採用する場合には、微細な溝５の内面に触媒層４を被着する場合に比べて触媒層４の厚みの均一性を高めることができるとともに、触媒層４の微細加工によるパターニングが容易になる。
【００３１】
また、本実施形態では、図４に示すように熱絶縁性基板２１に設ける溝５を熱絶縁性基板２１の厚み方向に直交する面内でスパイラル状の平面形状としてあるが、上記面内における溝５の平面形状は例えば図５に示すように蛇行したつづら折れ状の形状として上記面内で引き回すようにしても、熱絶縁性基板２１の小型化を図りながらも燃料用流路３の流路長を長くすることができるとともに、触媒層４において上記燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、燃焼器２での燃焼効率を高めることができる。また、図６に示すように、熱絶縁性基板２１の厚み方向に直交する面内で溝５の両端間の中間部を複数（図示例では、６つ）に分岐するようにしてもよく、この場合には、燃料用流路３も上記面内で分岐されることになるので、触媒層４において上記燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、燃焼器２での燃焼効率を高めることができる。
【００３２】
また、燃料用流路３は第１の熱伝導性基板１１と熱絶縁性基板２１との互いの対向面の一方に溝５を設けることにより燃料用流路３を形成すればよく、例えば図７（ａ）に示すように第１の熱伝導性基板１１に溝５を設けて当該溝５の内面に触媒層４を被着しておき、第１の熱伝導性基板１１と熱絶縁性基板２１とを図７（ｂ）のように重ねて固着するようにしてもよい。ここにおいて、第１の熱伝導性基板１１としてシリコン基板を採用している場合に微細な開口幅の溝５を形成するには、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングや、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ系溶液を用いた異方性のウェットエッチングなどを行えばよい。
【００３３】
（実施形態２）
ところで、実施形態１では、発電ユニットたる熱電モジュール１の第１の熱伝導性基板１１に熱絶縁性基板２１を固着することで燃焼器２を形成しているが、本実施形態の熱電発電装置は、図８に示すように、実施形態１と同様の熱電モジュール１を２つ備えており、第１の熱伝導性基板１１同士を重ねて固着することで燃焼器２を形成している点が相違する。すなわち、本実施形態では、図８における左側の熱電モジュール１の第１の熱伝導性基板１１に溝５を設けて当該溝５の内面に触媒層４を被着してあり、同図における右側の熱電モジュール１の第１の熱伝導性基板１１には溝５は設けていない。他の構成は実施形態１と同じである。
【００３４】
しかして、本実施形態では、実施形態１において上記第２の基板を構成していた熱絶縁性基板２１の代わりに、図８における右側の熱電モジュール１の第１の熱伝導性基板１１が固着されることになり、上記第２の基板が熱伝導性材料により形成されているから、燃焼器２を熱源として第２の基板の厚み方向の両側に設けられた２つの熱電モジュール１，１により発電することができ、発電効率の高効率化を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上記構成を採用したことにより、平板状の第１の基板と平板状の第２の基板との互いの対向面の一方に溝を設けておき第１の基板と第２の基板とを固着することにより平板形の燃焼器を形成することができ、従来のような機械加工を利用して燃焼器を形成したものに比べて第１の基板の厚み方向における厚さ寸法および当該厚み方向に直交する面内における外形寸法を小さくすることが可能となり、発電ユニットの外形を小さくしても燃焼器の外形寸法を発電ユニットの外形寸法と揃えることができ、装置全体の小型化を図ることができるという効果がある。
【００３６】
請求項２の発明は、上記構成を採用したことにより、前記燃焼器で発生した熱を前記発電ユニットにおける前記金属膜へ効率良く伝達することができるという効果がある。
【００３７】
請求項３の発明は、上記構成を採用したことにより、前記第１の基板と前記第２の基板との熱膨張係数差を比較的小さくすることができて前記燃焼器の反りを抑制することができ、また、前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合により固着することができるから、前記第１の基板と前記第２の基板とを気密性良く強固に固着することができるという効果がある。
【００３８】
請求項４の発明は、上記構成を採用したことにより、前記溝をサンドブラスト法により形成することができるので、前記溝の幅を数十μｍ程度まで狭くすることができ、しかも、前記溝の内面に多数の微細な凹凸が形成される（前記溝の内面が粗面化される）から、前記溝の内面に対する前記触媒層の密着性を向上できて、前記燃焼器の長寿命化を図ることができるという効果がある。
【００３９】
請求項５の発明は、上記構成を採用したことにより、前記燃焼器を熱源として前記第２の基板の厚み方向の両側に設けられた２つの発電ユニットにより発電することができ、発電効率の高効率化を図ることができるという効果がある。
【００４０】
請求項６の発明は、上記構成を採用したことにより、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができるという効果がある。
【００４１】
請求項７の発明は、上記構成を採用したことにより、請求項６の発明と同様、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができるという効果がある。
【００４２】
請求項８の発明は、上記構成を採用したことにより、請求項６の発明と同様、前記燃料用流路の流路長を長くすることができるとともに、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができるという効果がある。
【００４３】
請求項９の発明は、上記構成を採用したことにより、前記触媒層において燃料と接触可能な表面の面積を大きくすることができるから、前記燃料器での燃焼効率を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は一部破断した斜視図である。
【図２】同上における燃焼器を示し、（ａ）は概略分解断面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図３】同上における燃焼器の他の構成例を示し、（ａ）は概略分解断面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図４】同上に用いる熱絶縁性基板を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は下面図である。
【図５】同上に用いる熱絶縁性基板の他の構成例を示す下面図である。
【図６】同上に用いる熱絶縁性基板の別の構成例を示す下面図である。
【図７】同上における燃焼器の別の構成例を示し、（ａ）は概略分解断面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図８】実施形態２を示す概略断面図である。
【図９】従来例を示す概略構成図である。
【図１０】他の従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　熱電モジュール
２　燃焼器
３　燃料用流路
４　触媒層
５　溝
１１　第１の熱伝導性基板
１２　第２の熱伝導性基板
１３　熱電素子
１３ａ　ｐ形半導体エレメント
１３ｂ　ｎ形半導体エレメント
１４　第２の金属薄膜
１５　貫通孔
１６　貫通孔
１７　流通管
１８ａ，１８ｂ　出力用電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention includes a combustor in which a catalyst for burning fuel passing through a fuel passage is disposed in the fuel passage, and a thermoelectric module that generates power by thermoelectric conversion using the combustor as a heat source. The present invention relates to a thermoelectric generator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ultra-small micro power supplies that can be used as power supplies for small electronic devices such as portable devices have been researched and developed in various places. As this type of power supply, thermoelectromotive force generated when a temperature difference is given to thermoelectric materials Attention has been focused on a thermoelectric generator that converts heat energy into electric energy by using a thermoelectric generator. As this type of thermoelectric generator, there has been proposed a thermoelectric generator having a heat source utilizing combustion heat, catalytic combustion heat, exhaust heat, etc. It has the advantage that the heat generation temperature of the heat source can be easily adjusted by adjusting the flow rate, and that the combustion heat can be efficiently input to the power generation unit by making the fuel flow path planar.
[0003]
Conventionally, as a thermoelectric generator provided with a heat source for generating heat of catalytic combustion, as shown in FIG. 9, a tubular body 52 made of a heat conductive material and a combustion chamber formed in the tubular body 52 are provided. A combustor 2 'having a catalyst holding cylinder 53 for holding a catalyst for burning the fuel, and a plurality of thermoelectric elements 13 in which two semiconductor elements 13a and 13b of a pair of different conductive types are connected by a metal film 13c. Are connected in series via a metal film 14 ′, and generate two thermoelectric modules 1 ′, 1 ′ using the combustor 2 ′ as a heat source, and heat as a low-temperature side heat exchange substrate of each of the thermoelectric modules 1 ′, 1 ′. There has been proposed one provided with two heat radiating plates 55, 55 fixed to the conductive substrates 12 ′, 12 ′ and provided with a large number of fins 56 (for example, Patent Document 1). In the thermoelectric module 1 ', a heat conductive substrate 11', which is a high-temperature-side heat exchange substrate, is fixed to the tubular body 52 of the combustor 2 '.
[0004]
As shown in FIG. 10, as a thermoelectric power generation device that can improve the thermoelectric conversion efficiency more than the configuration shown in FIG. 9, in a combustor 2 ″ having a catalyst layer 63 for burning fuel, a high temperature of the thermoelectric module 1 ′ is used. There is proposed a configuration in which the surface area of the catalyst layer 63 is increased by devising the shape of the end plate 61 made of a heat conductive material to which the heat conductive substrate 11 'on the side is fixed (for example, Patent Document 1). 2). That is, in the thermoelectric generator having the configuration shown in FIG. 10, the end plate 61 has a comb-shaped cross-section, so that the thermoelectric module 1 ′ on the side opposite to the surface facing the high-temperature side heat conductive substrate 11 ′. The surface area of the portion where the catalyst layer 63 is applied is increased. The end plate 61 is formed by aluminum die casting or the like having good machinability.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-85873 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-9-329058 (page 3, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to realize a power source of a small battery size (such as a AAA battery or a button battery) that can be incorporated into a small electronic device such as a mobile phone, it is an issue to reduce the size of a combustor as a heat source. Several cm ³ In order to realize an ultra-small power supply, it is indispensable to realize a combustor with a chip size of a general IC or LSI. However, the configuration of the combustor 2 ′, 2 ″ formed based on the conventional machining cannot meet the demand for further miniaturization due to restrictions on the material, processing accuracy, the method of forming the catalyst, and the like. A drastic review of accuracy, catalyst formation method, etc., is required.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric generator that can be reduced in size as compared with the related art.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a combustor in which a catalyst layer for burning fuel passing through a fuel flow path is disposed in the fuel flow path, and a pair of different conductive materials. A power generation unit that has a thermoelectric element connected between the two semiconductor elements of the shape via a metal thin film and generates power by transmitting heat generated in a combustor to the metal thin film. A first flat substrate made of a heat conductive material having the metal thin film formed on one surface thereof, wherein the combustor has a second flat substrate fixedly attached to the other surface of the first substrate; And a fuel flow path is formed by providing a groove on one of the opposing surfaces of the first substrate and the second substrate. According to the structure of the first aspect of the present invention, the first substrate and the second substrate are each provided with a groove on one of opposing surfaces of the first substrate and the second substrate. And a flat combustor can be formed by fixing the first substrate and the thickness dimension in the thickness direction of the first substrate as compared with a case where the combustor is formed using conventional machining. The external dimensions in a plane perpendicular to the thickness direction can be reduced, and even if the external dimensions of the power generation unit are reduced, the external dimensions of the combustor can be aligned with the external dimensions of the power generation unit. Can be planned.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the second substrate is formed of a heat insulating material. According to the configuration of the second aspect of the invention, heat generated in the combustor can be efficiently transmitted to the metal film in the power generation unit.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the first substrate is a silicon substrate, and the second substrate is a glass substrate. According to the configuration of the third aspect of the invention, the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate and the second substrate can be made relatively small, and the warpage of the combustor can be suppressed, Further, since the first substrate and the second substrate can be fixed to each other by anodic bonding, the first substrate and the second substrate can be firmly fixed with good airtightness.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the combustor is characterized in that the groove is formed in the second substrate, and the catalyst layer is applied to an inner surface of the groove. . According to the structure of the fourth aspect of the present invention, since the groove can be formed by the sandblast method, the width of the groove can be reduced to about several tens of μm, and a large number of grooves are formed on the inner surface of the groove. Since fine irregularities are formed (the inner surface of the groove is roughened), the adhesion of the catalyst layer to the inner surface of the groove can be improved, and the life of the combustor can be extended.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second substrate is formed of a heat conductive material, and the second substrate has a surface opposite to a surface facing the first substrate. Another power generation unit having a thermoelectric element connected between two semiconductor elements of different conductivity types to be paired by another formed metal thin film is provided. According to the configuration of the fifth aspect of the present invention, it is possible to use the combustor as a heat source to generate power using the two power generation units provided on both sides in the thickness direction of the second substrate, thereby increasing the power generation efficiency. Can be planned.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the fuel flow path is routed in a plane perpendicular to a thickness direction of the second substrate. According to the configuration of the invention of claim 6, the flow path length of the fuel flow path can be lengthened, and the area of the surface of the catalyst layer that can contact fuel can be increased. Combustion efficiency in the fuel unit can be increased.
[0014]
The invention of claim 7 is characterized in that, in the invention of claim 6, the fuel flow path is formed in a spiral shape in a plane perpendicular to the thickness direction of the second substrate. According to the configuration of the seventh aspect of the invention, similarly to the sixth aspect of the invention, the length of the fuel flow path can be increased, and the surface area of the catalyst layer that can contact the fuel can be reduced. Since the size can be increased, the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the fuel flow path is meandering in a plane orthogonal to a thickness direction of the second substrate. According to the structure of the eighth aspect of the present invention, similarly to the sixth aspect of the present invention, the length of the fuel flow path can be increased, and the surface area of the catalyst layer that can contact fuel can be reduced. Since the size can be increased, the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the fuel flow path is branched into a plurality of portions in a plane orthogonal to a thickness direction of the second substrate. . According to the configuration of the ninth aspect of the present invention, the area of the surface of the catalyst layer that can contact the fuel can be increased, so that the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the combustion thermoelectric generator of the present embodiment has a catalyst layer 4 made of a catalyst (for example, platinum or the like) for burning fuel passing through the fuel flow path 3. (See FIG. 2B) includes a combustor 2 disposed in a fuel flow path 3 and a thermoelectric module 1 that generates power using the combustor 2 as a heat source. Here, a fuel mixture of air and a fuel gas such as hydrocarbon (for example, methane or butane) or hydrogen is supplied to the fuel passage 3 as fuel.
[0018]
The thermoelectric module 1 is referred to as a first heat conductive substrate 11 made of a flat silicon substrate), and a second heat conductive plate made of a flat silicon substrate opposed to the first heat conductive substrate 11. It comprises a conductive substrate 12 and a plurality (32 in the illustrated example) of thermoelectric elements 13 disposed between the two thermally conductive substrates 11, 12. The outer shape of each of the heat conductive substrates 11 and 12 is formed in a rectangular shape. In the thermoelectric module 1, the first heat conductive substrate 11 constitutes a high-temperature side heat exchange substrate, the second heat conductive substrate 12 constitutes a low temperature side heat exchange substrate, and the low temperature side heat exchange substrate. In order to increase the cooling efficiency of the heat exchange substrate, a heat radiating plate having a large number of heat radiating fins should be fixed to a surface of the second heat conductive substrate 12 opposite to the surface facing the first heat conductive substrate 11. If a cooling fan is provided, the cooling efficiency can be further improved.
[0019]
Each thermoelectric element 13 is formed of a metal material (a metal material in which two semiconductor elements 13 a and 13 b of a pair of different conductivity types are patterned on a surface of the first heat conductive substrate 11 facing the second heat conductive substrate 12. For example, they are connected via a first metal thin film (not shown) made of titanium, platinum, copper or the like. The thermoelectric module 1 includes a metal material (for example, titanium or platinum) in which the plurality of thermoelectric elements 13 are patterned on the surface of the second heat conductive substrate 12 facing the first heat conductive substrate 11. , Copper, etc.) are connected in series by a large number of second metal thin films 14, and heat generated in the combustor 2 is transmitted to the first metal thin film to generate power. Each of the semiconductor elements 13a and 13b is formed in a prismatic shape, and one end of each of the semiconductor elements 13a and 13b in the longitudinal direction and the first metal thin film are physically and electrically joined by solder or the like. Similarly, the other ends of the semiconductor elements 13a and 13b in the longitudinal direction and the second metal thin film 14 are also physically and electrically connected by soldering or the like.
[0020]
Here, the p-type semiconductor element (hereinafter referred to as a p-type semiconductor element) 13a is formed of a BiTe-based p-type thermoelectric semiconductor material, and has an n-type semiconductor element (hereinafter referred to as an n-type semiconductor element). The element 13b) is formed of a BiTe-based n-type thermoelectric semiconductor material. In the thermoelectric module 1, p-type semiconductor elements 13 a and n semiconductor elements 13 b are alternately arranged in directions orthogonal to each other in a plane orthogonal to the thickness direction of the first heat conductive substrate 11.
[0021]
By the way, the thermoelectric module 1 is formed of a metal material (for example, titanium, platinum, copper, or the like) patterned at two corners of the second heat conductive substrate 12 facing the first heat conductive substrate 11. The output can be taken out through a pair of output electrodes 18a and 18b. That is, in the thermoelectric module 1, the p-type semiconductor element 13a serving as one end of the series circuit of the plurality of thermoelectric elements 13 is connected to one output electrode 18a, and the n-type semiconductor element serving as the other end of the series circuit is provided. 13b is connected to the other output electrode 18b, and a voltage across the series circuit of the thermoelectric elements 13 is applied to an external circuit connected between the output electrodes 18a and 18b. In the present embodiment, the thermoelectric module 1 constitutes a power generation unit.
[0022]
The above-described combustor 2 has an opposite surface to the first heat conductive substrate 11 made of the above-mentioned flat silicon substrate and the surface of the first heat conductive substrate 11 facing the second heat conductive substrate 12. And a heat-insulating substrate 21 made of a flat glass substrate fixedly stacked on the side surface to form a flat body, and a surface of the heat-insulating substrate 21 facing the first heat-conductive substrate 11. A groove 5 (see FIGS. 2 (a) and 4) for forming the fuel flow path 3 is formed in the substrate, and the heat insulating substrate 21 and the first heat conductive substrate 11 are fixed to each other. Thereby, the fuel flow path 3 is formed. Further, in the combustor 2, the catalyst layer 4 is applied over the entire inner surface of the groove 5 (the catalyst layer 4 is applied across the inner bottom surface and the inner side surface of the groove 5). The catalyst layer 4 is provided in the fuel flow path 3. Here, in the combustor 2, the planar shape of the groove 5 in a plane perpendicular to the thickness direction of the first heat conductive substrate 11 is formed in a spiral shape, and the thickness direction of the first heat conductive substrate 11 is The planar shape of the fuel flow path 3 in a plane perpendicular to the thickness direction of the combustor 2 is also formed in a spiral shape. The outer shape of the insulating substrate 21 is formed in the same rectangular shape as the heat conductive substrates 11 and 12. Further, in the present embodiment, the first thermally conductive substrate 11 constitutes a first substrate, and the thermally insulating substrate 21 constitutes a second substrate.
[0023]
Here, in this embodiment, since the glass substrate is adopted as the heat insulating substrate 21 as described above, the groove 5 is formed by the sandblast method. Thus, a relatively fine pattern having an opening width of several tens of μm can be processed as the groove 5, and a sufficiently fine unevenness is formed on the processed surface as compared with the opening width (that is, the inner surface of the groove 5 is rough). Therefore, the adhesion of the catalyst layer 24 to the inner surface of the groove 5 can be improved. Further, since a glass substrate is used as the heat insulating substrate 21 and a silicon substrate is used as the first heat conductive substrate 11, the heat insulating substrate having the groove 5 and the catalyst layer 4 formed as shown in FIG. As shown in FIG. 2B, the conductive substrate 21 and the first heat conductive substrate 11 can be overlapped with each other in the same thickness direction and fixed by anodic bonding. A strong and airtight joint can be realized. Further, since a glass substrate is used as the heat insulating substrate 21 and a silicon substrate is used as the first heat conductive substrate 11, the thermal expansion coefficient between the heat insulating substrate 21 and the first heat conductive substrate 11 is increased. The difference can be made relatively small, and the warpage of the heat insulating substrate 21 and the first heat conductive substrate 11 can be suppressed (that is, the warpage of the flat combustor 2 can be suppressed). .
[0024]
By the way, in the thermoelectric module 1, a through hole 16 communicating with the fuel flow channel 3 is provided in the first heat conductive substrate 11 near both ends of the fuel flow channel 3 in a thickness direction. In the second heat conductive substrate 12, a through hole 15 is formed at a position overlapping the through hole 16 in the thickness direction. Further, between the first heat conductive substrate 11 and the second heat conductive substrate 12, through holes 16 and 15 overlapping in the thickness direction of the first heat conductive substrate 11, the fuel flow path is provided. Two cylindrical flow pipes 17 to be formed are sandwiched. Here, the flow pipe 17 is made of glass, is disposed in such a manner that the axial direction coincides with the thickness direction of the first heat conductive substrate 11, and one end in the axial direction is provided on the first heat conductive substrate 11. And the other end is joined to the periphery of the through hole 15 in the second heat conductive substrate 12.
[0025]
Therefore, in the thermoelectric generator of the present embodiment, the lower left through hole 15 in FIG. 1B, the left flow pipe 17 in FIG. 1B, the upper left through hole 16 in FIG. A flow path for the fuel flow path 3-the upper right through-hole 16 in FIG. 1 (b) —the lower right through-hole 15 in FIG. 1 (b) is formed. The exhaust gas (carbon dioxide) introduced through one of the lower right through-holes 15 and generated by the combustion of the fuel is discharged from the other through-hole 15. In the present embodiment, glass is used as the material of the flow pipe 17, but the material of the flow pipe 17 is not limited to glass, and a plastic or the like having heat insulation and heat resistance may be used. .
[0026]
By the way, in the present embodiment, since silicon substrates are used as the heat conductive substrates 11 and 12, respectively, the through holes 15 and 16 are formed by micromachining using lithography technology or etching technology used for fine processing of semiconductors. It can be formed by technology. The through holes 15 and 16 are formed in an area where the through holes 16 and 15 are to be formed after an etching mask is appropriately formed on each of the heat conductive substrates 11 and 12 using, for example, an inductively coupled plasma type dry etching apparatus. May be formed by etching.
[0027]
In the thermoelectric generator of the present embodiment described above, when the fuel is supplied to the fuel flow path 3, the fuel comes into contact with the surface of the catalyst layer 4 and burns. Is diffused and transmitted to the first metal thin film formed on the first heat conductive substrate 11, so that the thermoelectric module 1 generates power.
[0028]
Thus, in the thermoelectric generator of the present embodiment, the combustor 2 has the flat heat-insulating substrate 21 fixed on the first heat-conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 so as to overlap the first heat-conductive substrate 11. Since the fuel flow path 3 is formed by providing the groove 5 on the surface of the conductive substrate 11 facing the heat insulating substrate 21, the heat insulating substrate 21 having the groove 5 and the catalyst layer 4 and the second The flat combustor 2 can be formed by fixing the heat conductive substrate 12 to the heat conductive substrate 12, and compared with the case where the combustors 2 'and 2 "are formed using conventional machining. It is possible to reduce the thickness dimension of the combustor 2 in the thickness direction of the first heat conductive substrate 11 and the external dimension in a plane orthogonal to the thickness direction, and the external shape (planar size) of the thermoelectric module 1 as a power generation unit Size of combustor 2 even if The method can be made equal to the external dimensions of the thermoelectric module 1. Thus, the size of the entire device can be reduced, and in the combustor 2, the second substrate (thermo-thermally bonded to the second heat conductive substrate 12) can be used. Since the insulating substrate 21) is formed of a heat insulating material, the heat generated by the combustion of the fuel is mainly transmitted to the second thermally conductive substrate 12, and the heat generated by the combustion of the fuel Can be efficiently transmitted to the first metal thin film in the thermoelectric module 1.
[0029]
Further, in the present embodiment, the planar shape of the fuel flow path 3 in a plane perpendicular to the thickness direction of the thermally insulating substrate 21 is spiral, and the fuel flow path 3 is routed in the plane. Since the length of the fuel flow channel 3 can be increased while the size of the fuel channel 21 can be reduced, and the area of the surface of the catalyst layer 4 that can contact the fuel can be increased. Of the fuel supplied to the fuel flow path 3 can be reduced.
[0030]
By the way, in the present embodiment, the catalyst layer 4 is applied to the inner surface of the groove 5 formed in the heat insulating substrate 21, but the groove is formed in the first heat conductive substrate 11 as shown in FIG. The catalyst layer 4 may be adhered to a portion corresponding to 5, and the first thermally conductive substrate 11 and the thermally insulating substrate 21 may be fixed as shown in FIG. When the configuration of FIG. 3B is employed, the uniformity of the thickness of the catalyst layer 4 can be improved as compared with the case where the catalyst layer 4 is adhered to the inner surface of the fine groove 5, and the catalyst layer 4 This facilitates patterning by fine processing.
[0031]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the groove 5 provided in the heat insulating substrate 21 has a spiral planar shape in a plane orthogonal to the thickness direction of the heat insulating substrate 21. Even when the plane shape of the groove 5 is, for example, a meandering serpentine shape as shown in FIG. 5 and is routed in the above-mentioned plane, the flow of the fuel flow path 3 is reduced while the heat insulating substrate 21 is downsized. The path length can be increased, and the surface area of the catalyst layer 4 that can contact the fuel can be increased, so that the combustion efficiency in the combustor 2 can be increased. Further, as shown in FIG. 6, an intermediate portion between both ends of the groove 5 may be branched into a plurality (six in the illustrated example) in a plane orthogonal to the thickness direction of the heat insulating substrate 21. In this case, the fuel flow path 3 is also branched in the plane, so that the surface area of the catalyst layer 4 that can contact the fuel can be increased. Efficiency can be increased.
[0032]
The fuel flow path 3 may be formed by providing the groove 5 on one of the opposing surfaces of the first heat conductive substrate 11 and the heat insulating substrate 21. As shown in FIG. 7A, a groove 5 is provided in the first heat conductive substrate 11 and the catalyst layer 4 is attached to the inner surface of the groove 5 so that the first heat conductive substrate 11 and the first heat conductive substrate 11 are thermally insulated. The substrate 21 may be overlapped and fixed as shown in FIG. Here, in the case where a silicon substrate is employed as the first heat conductive substrate 11, in order to form the groove 5 having a fine opening width, dry etching using an inductively coupled plasma type dry etching device or water Anisotropic wet etching using an alkaline solution such as potassium oxide (KOH) may be performed.
[0033]
(Embodiment 2)
By the way, in the first embodiment, the combustor 2 is formed by fixing the heat insulating substrate 21 to the first heat conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 as the power generation unit. As shown in FIG. 8, the thermoelectric module 1 includes two thermoelectric modules 1 similar to that of the first embodiment, and the first heat conductive substrates 11 are overlapped and fixed to form a combustor 2. Are different. That is, in the present embodiment, the groove 5 is provided in the first heat conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 on the left side in FIG. 8, and the catalyst layer 4 is attached to the inner surface of the groove 5. The groove 5 is not provided in the first heat conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 of FIG. Other configurations are the same as the first embodiment.
[0034]
In this embodiment, the first heat conductive substrate 11 of the thermoelectric module 1 on the right side in FIG. 8 is fixed instead of the heat insulating substrate 21 forming the second substrate in the first embodiment. Since the second substrate is formed of a heat conductive material, the two thermoelectric modules 1, 1 provided on both sides in the thickness direction of the second substrate using the combustor 2 as a heat source. Power can be generated, and power generation efficiency can be improved.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, by adopting the above configuration, a groove is provided on one of opposing surfaces of the flat first substrate and the flat second substrate, and the first substrate and the second By fixing the second substrate to the first substrate, a flat combustor can be formed, and the thickness of the first substrate in the thickness direction is larger than that of the first substrate formed by using a conventional machining process. It is possible to reduce the dimensions and the external dimensions in a plane orthogonal to the thickness direction, and even if the external dimensions of the power generation unit are reduced, the external dimensions of the combustor can be made equal to the external dimensions of the power generation unit. There is an effect that the size can be reduced.
[0036]
According to the second aspect of the invention, by adopting the above configuration, there is an effect that heat generated in the combustor can be efficiently transmitted to the metal film in the power generation unit.
[0037]
According to the third aspect of the present invention, by adopting the above configuration, the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate and the second substrate can be made relatively small, thereby suppressing the warping of the combustor. In addition, since the first substrate and the second substrate can be fixed to each other by anodic bonding, the first substrate and the second substrate can be firmly fixed with good airtightness. There is an effect that can be.
[0038]
According to the fourth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, the groove can be formed by the sandblast method, so that the width of the groove can be reduced to about several tens of μm, and the inner surface of the groove can be formed. Since a large number of fine irregularities are formed (the inner surface of the groove is roughened), the adhesion of the catalyst layer to the inner surface of the groove can be improved, and the life of the combustor can be extended. There is an effect that can be.
[0039]
According to the fifth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to generate electric power by using the combustor as a heat source by two power generation units provided on both sides in the thickness direction of the second substrate, thereby increasing the power generation efficiency. There is an effect that efficiency can be improved.
[0040]
According to the sixth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, the length of the fuel flow path can be increased, and the surface area of the catalyst layer that can contact fuel can be increased. Therefore, there is an effect that the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0041]
According to the seventh aspect of the present invention, by adopting the above configuration, similarly to the sixth aspect of the present invention, the length of the fuel flow path can be increased, and the surface of the catalyst layer capable of contacting fuel. Since the area of the fuel cell can be increased, there is an effect that the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0042]
According to the eighth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, similarly to the sixth aspect of the present invention, it is possible to increase the length of the fuel flow path and to make the surface of the catalyst layer contactable with fuel. Since the area of the fuel cell can be increased, there is an effect that the combustion efficiency in the fuel device can be increased.
[0043]
According to the ninth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, the area of the surface of the catalyst layer that can come into contact with fuel can be increased, so that the combustion efficiency in the fuel device can be increased. is there.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a first embodiment, in which FIG. 1A is a schematic exploded perspective view, and FIG. 1B is a partially broken perspective view.
FIGS. 2A and 2B show the combustor in the same as above, where FIG. 2A is a schematic exploded sectional view and FIG. 2B is a schematic sectional view.
FIGS. 3A and 3B show another example of the configuration of the combustor in the embodiment, in which FIG. 3A is a schematic exploded sectional view and FIG. 3B is a schematic sectional view.
FIGS. 4A and 4B show a thermally insulating substrate used in the above, wherein FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is a bottom view.
FIG. 5 is a bottom view showing another configuration example of the heat insulating substrate used in the above.
FIG. 6 is a bottom view showing another configuration example of the heat insulating substrate used in the above.
FIGS. 7A and 7B show another example of the configuration of the above combustor, wherein FIG. 7A is a schematic exploded sectional view and FIG. 7B is a schematic sectional view.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing Embodiment 2.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional example.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Thermoelectric module
2 Combustor
3 Fuel flow path
4 Catalyst layer
5 grooves
11 First thermal conductive substrate
12. Second thermal conductive substrate
13 Thermoelectric elements
13a p-type semiconductor element
13b n-type semiconductor element
14 Second metal thin film
15 Through hole
16 Through hole
17 Distribution pipe
18a, 18b Output electrode

Claims

A combustor in which a catalyst layer for burning fuel passing through the fuel flow path is disposed in the fuel flow path is connected to a pair of two semiconductor elements of different conductivity types via a metal thin film. A power generation unit having a thermoelectric element and generating power by transmitting heat generated in a combustor to the metal thin film, wherein the power generation unit is made of a heat conductive material having the metal thin film formed on one surface in a thickness direction. The combustor has a plate-shaped first substrate, and the combustor has a plate-shaped second substrate that is fixedly attached to the other surface of the first substrate. A thermoelectric generator, wherein a fuel channel is formed by providing a groove on one of the opposing surfaces.

The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the second substrate is formed of a heat insulating material.

The thermoelectric generator according to claim 2, wherein the first substrate is a silicon substrate, and the second substrate is a glass substrate.

4. The thermoelectric generator according to claim 3, wherein the combustor has the groove formed in the second substrate, and the catalyst layer is applied to an inner surface of the groove. 5.

The second substrate is formed of a thermally conductive material, and is a different conductive type paired by another metal thin film formed on a surface of the second substrate opposite to the surface facing the first substrate. 2. The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising another power generation unit having a thermoelectric element connected between the two semiconductor elements.

The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel flow path is routed in a plane orthogonal to a thickness direction of the second substrate.

The thermoelectric generator according to claim 6, wherein the fuel flow path is formed in a spiral shape in a plane orthogonal to a thickness direction of the second substrate.

The thermoelectric generator according to claim 6, wherein the fuel flow path is meandering in a plane orthogonal to the thickness direction of the second substrate.

The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel flow path is branched into a plurality of portions in a plane orthogonal to a thickness direction of the second substrate.