[发明专利]热电转换器件

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换器件、热电转换材料及其制造方法。

背景技术

近年来，国际上对于认为是全球变暖的原因物质的CO₂削减的关注正在提高，用于从大量排放CO₂的资源能源转移到自然能源和热能源的再利用等下一代能源的技术革新正在进展。下一代能源技术的候选可以考虑利用太阳光、风力等自然能源的技术、对因利用资源能源而排放的热或振动等一次能源的损失量进行再利用的技术。

现有的资源能源是以大规模的发电设施为主体的集中型能源，与此相对，下一代能源的特征是自然能源、再利用能源双方都不平均地存在的形态。现代的能源利用中，未能利用而被排放的能源占一次能源的约60％，其形态主要是排热。从而，在增加一次能源中的下一代能源的比例的同时，也要求能源的再利用技术、特别是将排热能源转换为电力的技术的提高。

考虑利用排热能源时，因为排热在各种情况下产生，所以需要在设置方式上通用性高的发电系统。其中有希望的候选技术可以举出热电转换技术。

热电转换技术的骨干部分是热电转换器件。热电转换器件接近热源而配置，因器件内产生温度差而发电。热电转换器件采用对于温度梯度从高温侧向低温侧发生电动势的n型热电转换材料和电动势方向与n型相反的p型热电转换材料交替排列的结构。

热电转换器件的最大输出P由流入器件的热流量Q和热电转换材料的转换效率η的积决定。热流量Q依赖于适合热电转换材料的器件结构。此外，转换效率η依赖于由材料的塞贝克系数S、电阻率ρ、导热率κ决定的无量纲变量ZT。从而，为了提高转换效率，需要提高热电转换材料的物性值。

对于上述课题，以往进行了多种热电转换材料的研究。已实用化的热电转换材料有BiTe合金。该材料转换效率高，但Bi和Te都较昂贵，Te毒性非常强，所以难以大量生产、降低成本、减轻环境负担。从而，要求替代BiTe合金的高效率的热电转换材料。以下专利文献1中，记载了采用具有霍伊斯勒(Heusler)合金型的晶体结构的材料的热电转换材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2003/019681号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种毒性低且具有与BiTe相当的转换效率的热电转换器件。

用于解决课题的方案

本发明的热电转换器件采用全霍伊斯勒合金作为P型热电转换部和N型热电转换部的材料，N型热电转换部的材料含有Fe、Ti和Si与Sn中的至少一种。

发明效果

根据本发明，能够提供一种热电转换效率高且毒性低的热电转换器件。

上述以外的课题、结构和效果将通过以下实施方式的说明而明了。

附图说明

图1是实施方式1的热电转换器件10的示意图。

图2是表示根据第一原理计算求出全霍伊斯勒合金的电子状态的结果的图。

图3是热电转换器件10的顶视图。

图4是表示对使P型热电转换部11的截面积与N型热电转换部12的截面积的比多样变化的情况下的输出变化进行计算的结果的曲线图。

图5是表示对使L的值多样变化的情况下的输出变化进行计算的结果的曲线图。

图6是表示对使L与N型热电转换部12的截面积的比多样变化的情况下的输出变化进行计算的结果的曲线图。

图7是表示对使L与N型热电转换部12的截面积的比多样变化的情况下的输出变化进行计算的结果的曲线图。

具体实施方式

＜实施方式1：器件结构＞

图1是本发明的实施方式1的热电转换器件10的示意图。热电转换器件10具备用P型热电转换材料形成的P型热电转换部11、用N型热电转换材料形成的N型热电转换部12、电极13、基板14和15，由这些部件组合构成。虽然未图示，但以覆盖组装后的部件的方式设置箱体，为了从各热电转换部输出电力而向箱体外引出电极13的一部分。

P型热电转换部11和N型热电转换部12交替地以电串联连接的方式使用电极13接合排列。P型热电转换部11和N型热电转换部12串联而成的组称为PN元件。用基板14和15从上下方夹着PN元件，从而在基板上设置PN元件。采用热通过基板14和15对各热电转换部传导的结构。这样，各热电转换部电串联地排列，且热并联地排列。

＜实施方式1：提高转换性能的原理＞