JP2009087984A - Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Fe−Al−V系の熱電変換材料およびこれを用いた熱電変換素子に関する。 The present invention relates to an Fe-Al-V thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element using the same.
近年、環境配慮型の電子冷却技術として、ペルチェ効果を利用した熱電変換素子に対する関心が高まっている。電子冷却技術はフロンガスなどの気体を用いた従来の冷却技術とは異なり環境に対して有害な気体を必要とせず、またコンプレッサーなどが不要であるため小型化も可能である。最近では特にパソコンのCPUなど電子機器について従来よりもより積極的な冷却が望まれており、ペルチェ効果を利用した電子冷却が注目を集めている。 In recent years, interest in thermoelectric conversion elements using the Peltier effect has increased as an environmentally-friendly electronic cooling technology. Unlike the conventional cooling technology using a gas such as chlorofluorocarbon, the electronic cooling technology does not require a gas harmful to the environment, and can be downsized because a compressor is not required. In recent years, electronic devices such as personal computer CPUs have been desired to be more actively cooled than in the past, and electronic cooling using the Peltier effect has attracted attention.
ペルチェ素子(熱電変換素子)は一般的に、p型の熱電変換材料を含むp型の熱電素子と、n型の熱電変換素子を含むn型の熱電素子とを交互に直列に接続して形成されている。 A Peltier element (thermoelectric conversion element) is generally formed by alternately connecting a p-type thermoelectric element including a p-type thermoelectric conversion material and an n-type thermoelectric element including an n-type thermoelectric conversion element in series. Has been.
このような熱電変換材料の一つにFe−Al−V系の熱電変換材料がある。例えば、Fe3Al組成におけるFeの1/3をVで置換したFe2VAl熱電変換材料はL21型結晶構造(ホイスラー構造、X2YZで表される構造を有する金属間化合物)を有し、半導体的な電気伝導の挙動を示すと共に、比較的に高いゼーベック係数を室温で示すことから注目を集めている。 One such thermoelectric conversion material is an Fe—Al—V thermoelectric conversion material. For example, the Fe 2 VAl thermoelectric conversion material in which 1/3 of Fe in the Fe 3 Al composition is substituted with V has an L21 type crystal structure (Heusler structure, an intermetallic compound having a structure represented by X 2 YZ), It is attracting attention because it shows the behavior of semiconducting electrical conduction and exhibits a relatively high Seebeck coefficient at room temperature.
熱電変換材料は出力因子Pが高いことが好ましいが、熱電変換材料Fe2VAlにおけるAlの一部をSiで置換した場合、n型の熱電変換材料が得られ、その出力因子Pは室温で5.4mW/mK2に達し、Bi−Te系材料の4〜5mW/mK2に匹敵する大きさであることが報告されている(例えば非特許文献1参照)。なお、出力因子Pは下記(式1)により求められる。ここでαはゼーベック係数、ρは電気抵抗率である。 The thermoelectric conversion material preferably has a high output factor P. However, when a part of Al in the thermoelectric conversion material Fe 2 VAl is replaced with Si, an n-type thermoelectric conversion material is obtained, and the output factor P is 5 at room temperature. .4mW / mK 2 reached, it is reported that a size comparable to 4~5mW / mK 2 of Bi-Te-based material (for example, see non-Patent Document 1). The output factor P is obtained by the following (formula 1). Where α is the Seebeck coefficient and ρ is the electrical resistivity.
P=α2/ρ ・・・(式1)
上記(式1)から明らかなように、大きな出力因子Pを得るにはゼーベック係数が大きく、かつ、電気抵抗率が小さいことが好ましい。しかし、一般にゼーベック係数と電気抵抗率は比例関係にあるため、金属などキャリア濃度が高い材料では電気抵抗が低いもののゼーベック係数も低くなる。一方、半導体などキャリア濃度が低い材料ではゼーベック係数が高くなるものの電気抵抗も高くなる。前述のようにFe−Al−V系の熱電変換材料は半導体的な電気伝導挙動を示し、ゼーベック係数は比較的高いものの、電気抵抗率も高いことが知られている。
As is clear from the above (Formula 1), in order to obtain a large output factor P, it is preferable that the Seebeck coefficient is large and the electrical resistivity is small. However, since the Seebeck coefficient and the electrical resistivity are generally proportional, a material having a high carrier concentration such as metal has a low electrical resistance but a low Seebeck coefficient. On the other hand, a material having a low carrier concentration, such as a semiconductor, has a high Seebeck coefficient but also an electric resistance. As described above, it is known that the Fe—Al—V-based thermoelectric conversion material exhibits a semiconducting electrical conduction behavior and has a relatively high Seebeck coefficient but also a high electrical resistivity.
本発明は、係る問題点に対してなされたものであり、Fe−Al−V系の熱電変換材料を用いて出力因子がより高い熱電変換材料およびこれを用いた熱電変換素子を提供することを目的とする。 This invention was made | formed with respect to the problem which concerns, providing a thermoelectric conversion material with a higher output factor using the thermoelectric conversion material of a Fe-Al-V type | system | group, and a thermoelectric conversion element using the same. Objective.
本発明の第1の熱電変換材料は、FexAlyV100−x−yで表される組成を有する熱電変換材料を含有することを特徴とする。ここで、50≦x≦53、26≦y≦33である。 The first thermoelectric conversion material of the present invention is characterized by containing a thermoelectric material having a composition expressed by Fe x Al y V 100-x -y. Here, 50 ≦ x ≦ 53 and 26 ≦ y ≦ 33.
本発明の第2の熱電変換材料は、FexAlyV100−x−yで表される組成を有する熱電変換材料を含有することを特徴とする。ここで、50≦x≦51.5、26≦y≦30である。 The second thermoelectric conversion material of the present invention is characterized by containing a thermoelectric material having a composition expressed by Fe x Al y V 100-x -y. Here, 50 ≦ x ≦ 51.5 and 26 ≦ y ≦ 30.
本発明の熱電変換素子は、前記熱電変換材料を含むp型の熱電素子と、n型の熱電変換材料を含むn型の熱電素子と、を交互に直列に接続したことを特徴とする。 The thermoelectric conversion element of the present invention is characterized in that a p-type thermoelectric element including the thermoelectric conversion material and an n-type thermoelectric element including an n-type thermoelectric conversion material are alternately connected in series.
本発明により、高いゼーベック係数を有し、かつ低い電気抵抗率を持つFe−Al−V系の熱電変換材料が得られるので、出力因子の高い熱電変換材料およびこれを用いた熱電変換素子を提供できる。 According to the present invention, an Fe-Al-V thermoelectric conversion material having a high Seebeck coefficient and a low electrical resistivity can be obtained. Therefore, a thermoelectric conversion material having a high output factor and a thermoelectric conversion element using the same are provided. it can.
以下、本発明の実施の形態に係る熱電変換材料および熱電変換素子について説明する。 Hereinafter, a thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention will be described.
本発明者らは、Fe−Al−Vの各元素を含む熱電変換材料のうち、組成範囲によっては熱電変換材料とした場合に、高いゼーベック係数を有し、かつ電気抵抗率が低くなるものもあることを見出した。 Among the thermoelectric conversion materials containing each element of Fe-Al-V, the present inventors have a high Seebeck coefficient and a low electrical resistivity when a thermoelectric conversion material is used depending on the composition range. I found out.
すなわち、下記の一般式で示される、組成を有する熱電変換材料を含む熱電変換材料は高い出力因子Pが得られることを見出した。ここで、x(原子%)、y(原子%)はそれぞれ50≦x≦53、26≦y≦33の範囲で表される。 That is, it has been found that the thermoelectric conversion material including the thermoelectric conversion material having the composition represented by the following general formula can obtain a high output factor P. Here, x (atomic%) and y (atomic%) are expressed in the ranges of 50 ≦ x ≦ 53 and 26 ≦ y ≦ 33, respectively.
FexAlyV100−x−y
〔熱電変換材料〕
本発明の一実施形態では、例えば以下のような方法により熱電変換材料を製造することができる。
Fe x Al y V 100-x -y
[Thermoelectric conversion material]
In one embodiment of the present invention, a thermoelectric conversion material can be manufactured by the following method, for example.
まず、Fe−Al−Vの各元素を、後述する実施例に示すような所定量を含有する熱電変換材料として、例えばアーク溶解や高周波溶解などにより製造する。熱電変換材料の製造に当たっては、単ロール法、双ロール法、回転ディスク法、ガスアトマイズ法などの液体急冷法、あるいはメカニカルアロイング法などの固相反応を利用した方法などを採用することもできる。液体急冷法やメカニカルアロイング法といった方法は、熱電変換材料を構成する結晶相を微細化する、結晶相内への元素の固溶域を拡大するなどの点で有利である。このため、熱伝導度の低減、ゼーベック係数の増大などに有効である。 First, each element of Fe-Al-V is manufactured by, for example, arc melting or high-frequency melting as a thermoelectric conversion material containing a predetermined amount as shown in the examples described later. In the production of the thermoelectric conversion material, a liquid quenching method such as a single roll method, a twin roll method, a rotating disk method, or a gas atomization method, or a method using a solid phase reaction such as a mechanical alloying method may be employed. Methods such as the liquid quenching method and the mechanical alloying method are advantageous in that the crystal phase constituting the thermoelectric conversion material is miniaturized and the solid solution region of the element in the crystal phase is expanded. For this reason, it is effective for reduction of thermal conductivity, increase of Seebeck coefficient, and the like.
ここで各元素の所定量はFeをx(原子%)、Alをy(原子%)、Vを100−x−y(原子%)とした時に、50≦x≦53、26≦y≦33の条件を満たす範囲であることが好ましい。 Here, the predetermined amount of each element is 50 ≦ x ≦ 53, 26 ≦ y ≦ 33, where Fe is x (atomic%), Al is y (atomic%), and V is 100-xy (atomic%). It is preferable that it is the range which satisfy | fills these conditions.
この理由は以下の通りである。すなわち、後述する実施例の結果に基づき、Fe−Al−V三元系における化学量論と電気抵抗の関係を調査したところ、本範囲外において、例えば特許文献1に係る発明に記載の範囲においては、電気抵抗は温度降下にともなって減少し、金属的な挙動を示すが、本範囲外においては電気抵抗は温度降下にともなって増大し、半導体的な挙動を示すことが判明した。すなわち、Fe−Al−Vという同種の元素で構成される熱電変換材料であっても、Fe−Al−V三元系はその組成比の範囲によってその特性は全く異なるものであり、本発明に係る熱電変換材料は従来のFe−Al−V三元系のものに比較して別異な特性を示す熱電変換材料であると考えられる。非特許文献2にも明らかにされているようにFe−Al−V三元系において、Fe2VAlで現される組成およびその周辺領域においては、電気抵抗は負の温度依存性を持つ半導体的挙動を示すのに対して、本発明における範囲においては正の温度依存性を現す挙動を示す点が大きく異なる。すなわち、本発明の範囲では電気的特性が本発明の範囲外と比較して明らかに異なっており、従来のFe−Al−V三元系のものと比較して明らかに異なった特性を持っているといえる。
The reason is as follows. That is, when the relationship between the stoichiometry and the electrical resistance in the Fe-Al-V ternary system was investigated based on the results of Examples described later, outside of this range, for example, in the range described in the invention according to Patent Document 1. It has been found that the electrical resistance decreases with a temperature drop and exhibits a metallic behavior, but outside this range, the electrical resistance increases with a temperature drop and exhibits a semiconductor behavior. That is, even if it is a thermoelectric conversion material composed of the same kind of element of Fe-Al-V, the characteristics of the Fe-Al-V ternary system are completely different depending on the range of the composition ratio. Such a thermoelectric conversion material is considered to be a thermoelectric conversion material exhibiting different characteristics as compared with conventional Fe-Al-V ternary materials. As clarified in
このことは、後述する比較例1等の結果に示すように、化学量論比(Fe50Al25V25)では低いゼーベック係数を示すが、実施例1で示される値について僅かにその組成を異ならせるだけでゼーベック係数が急激に上昇することからも明らかである。化学量論比を更に異ならせるとゼーベック係数が次第に減少するか、もしくは電気抵抗が次第に上昇する、もしくはそれらが同時に起こるため、出力因子は次第に減少していくが、上記で規定される範囲内においては、従来例に比較して高いゼーベック係数と低い電気抵抗を同時に実現され、したがって高い出力因子Pを得ることができる。 This shows a low Seebeck coefficient in the stoichiometric ratio (Fe50Al25V25) as shown in the results of Comparative Example 1 and the like to be described later, but the value shown in Example 1 is slightly different from that of the Seebeck coefficient. It is clear from the fact that the coefficient increases rapidly. If the stoichiometric ratio is further varied, the Seebeck coefficient will gradually decrease, or the electrical resistance will gradually increase, or they will occur simultaneously, so the output factor will gradually decrease, but within the range specified above. Compared with the conventional example, a high Seebeck coefficient and a low electric resistance can be realized at the same time, and thus a high output factor P can be obtained.
上記範囲の中においても、特に、50≦x≦51.5、26≦y≦30の条件を満たす範囲は、本発明に係る効果が顕著となり、さらに高い出力因子Pが得られるのでより好ましい。 Among the above ranges, a range satisfying the conditions of 50 ≦ x ≦ 51.5 and 26 ≦ y ≦ 30 is more preferable because the effect according to the present invention becomes remarkable and a higher output factor P is obtained.
一方、上記で規定される範囲外においては、例えば後述する比較例で示すように、ゼーベック係数が顕著に低下するか、および/または電気抵抗率の上昇が生じるため、出力因子Pは急激に減少してしまう。 On the other hand, outside the range defined above, for example, as shown in a comparative example to be described later, the Seebeck coefficient is significantly decreased and / or the electrical resistivity is increased. Resulting in.
製造された熱電変換材料には、必要に応じて熱処理を施してもよい。この熱処理によって熱電変換材料の単相化や、結晶粒子径の制御などを行うことが出来、熱電特性をいっそう向上させることも可能である。上述したような溶解、液体急冷、メカニカルアロイング、および熱処理などの工程は、熱電変換材料の酸化を防止するという観点から、例えばArなどの不活性雰囲気中で行なわれることが好ましい。 You may heat-process the manufactured thermoelectric conversion material as needed. By this heat treatment, the thermoelectric conversion material can be converted into a single phase, the crystal particle diameter can be controlled, and the thermoelectric characteristics can be further improved. The above-described steps such as melting, liquid quenching, mechanical alloying, and heat treatment are preferably performed in an inert atmosphere such as Ar from the viewpoint of preventing oxidation of the thermoelectric conversion material.
上記方法により製造される熱電変換材料はホイスラー構造を主相として有する。これは例えばX線回折により判別することができる。ここで「主相」とは、X線回折パターンにおいて最も強度の大きいメインピークを持つ相のことであり、各相におけるメインピークの比較において主相が強度比で95%以上を占め、それ以外の相はピーク強度比で5%未満であることをいう。 The thermoelectric conversion material produced by the above method has a Heusler structure as a main phase. This can be determined by, for example, X-ray diffraction. Here, the “main phase” is a phase having the main peak having the highest intensity in the X-ray diffraction pattern. In comparison of the main peaks in each phase, the main phase accounts for 95% or more in intensity ratio, and other than that This phase means that the peak intensity ratio is less than 5%.
〔熱電素子〕
次に、熱電変換材料をボールミル、ブラウンミル、またはスタンプミルなどにより粉砕して熱電変換材料の粉末を得、熱電変換材料の粉末を焼結法、ホットプレス法、またはパルス通電加圧法などによって一体成型する。一体成型は、熱電変換材料の酸化を防止するという観点から、例えばArなどの不活性雰囲気中で行なわれることが好ましい。次いで、得られた成型体を所望の寸法に加工することによって、本発明の実施形態に係る熱電変換材料を含むp型の熱電素子が得られる。成型体の形状や寸法は、使用目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、外径約0.5〜10mmφで厚み約1〜30mmの円柱状や、0.5〜10mm×0.5〜10mm×1〜30mm程度の直方体状などとすることができる。
[Thermoelectric element]
Next, the thermoelectric conversion material is pulverized by a ball mill, a brown mill, or a stamp mill to obtain a powder of the thermoelectric conversion material, and the powder of the thermoelectric conversion material is integrated by a sintering method, a hot press method, a pulse current pressing method, or the like. Mold. The integral molding is preferably performed in an inert atmosphere such as Ar from the viewpoint of preventing oxidation of the thermoelectric conversion material. Next, by processing the obtained molded body into a desired dimension, a p-type thermoelectric element including the thermoelectric conversion material according to the embodiment of the present invention is obtained. The shape and dimensions of the molded body can be appropriately selected according to the purpose of use. For example, it can be a cylindrical shape having an outer diameter of about 0.5 to 10 mmφ and a thickness of about 1 to 30 mm, or a rectangular parallelepiped shape of about 0.5 to 10 mm × 0.5 to 10 mm × 1 to 30 mm.
〔熱電変換素子〕
こうして得られた熱電変換材料を用いて、本発明の実施形態に係る熱電変換素子を製造することができる。その一例の斜視図を図1に示す。
[Thermoelectric conversion element]
The thermoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention can be manufactured using the thermoelectric conversion material thus obtained. The perspective view of the example is shown in FIG.
図1に示される熱電変換素子1は、p型の熱電素子2とn型の熱電素子3とを、電極4a、4bにより交互に直列に多数接続したものである。この熱電変換素子1をペルチェ素子として用いる場合には、第1の端子5と第2の端子6の間に電圧を印加することにより、たとえば電極4aが高温側、他方の面にある電極4bが低温側となり、低温側の面を発熱体に接触させて冷却することが出来る。また、この熱電変換素子1をゼーベック素子として用いる場合には、電極4a、4bの形成された面のうち一方の面を高温な物質などに接するようにし、他方の面を低温な物質などに接するようにすることで、第1の端子5と第2の端子6の間から電力を取り出すことが出来る。
A thermoelectric conversion element 1 shown in FIG. 1 is obtained by connecting a large number of p-type
また、本発明の実施形態に係る熱電変換材料を用いて熱電変換モジュール(ゼーベック素子)を形成し、これを用いた熱交換器を製造することも出来る。このような熱交換器の概略断面図を図2に、熱交換器中の熱電変換モジュール部分の概略断面図を図3に示す。図2の熱交換器20は、後述するように高温度側と低温度側とを有し、熱電変換モジュール10を、この高温度側と低温度側とに接するように組み込んだ構成とする。
Moreover, the thermoelectric conversion module (Seebeck element) can be formed using the thermoelectric conversion material which concerns on embodiment of this invention, and the heat exchanger using this can also be manufactured. A schematic sectional view of such a heat exchanger is shown in FIG. 2, and a schematic sectional view of a thermoelectric conversion module portion in the heat exchanger is shown in FIG. The
この熱交換器20は、中央にガス通路21を有し、その周りに多数の熱交換フィン22が設置されている。この熱交換フィン22に接して熱電変換モジュール10が設けられる。熱電変換モジュール10は熱交換フィン22とともに外囲器23により囲まれ、外囲器23と熱電変換モジュール10との間は、導入管25から排出管26に至る、たとえば水等の、冷却用の物質の流路24となる。
The
この熱交換器20において、ガス通路21内には、例えばごみ焼却炉からの高温の排ガスが導入され、他方、流路24内には導入管25を介して冷却水が導入される。高温ガスの熱は、熱交換フィン22により奪われて流路24内を流れる水を加熱し、その結果、水は排出管26から温水となって取り出される。このとき、熱電変換モジュール10の流路24側の面は、流路24内を流れる水により低温度側となり、ガス流路21側の面は、ガス通路21内を流れる高温排ガスにより高温度側となる。従って、ゼーベック効果により、熱電変換モジュール10から温度差に対応した電力が取り出される。
In the
図2に示される熱交換器中の熱電変換モジュール10は、図3に示すように、p型の熱電変換材料を有する複数のp型の熱電素子11と、n型の熱電変換材料を有する複数のn型の熱電素子12とが交互に並べて配列され、隣接するp型の熱電素子11とn型の熱電素子12は全てが直列に配列するよう、第1の電極13と第2の電極14によって接続される。具体的には、第1の電極13は図中上側の面で隣接するp型の熱電素子11とn型の熱電素子12とを接続し、第2の電極14は図中下側の面で隣接するp型の熱電素子11とn型の熱電素子12とを接続しており、第1の電極13と第2の電極14とは、互い違いとなるよう配される。また、第1の電極13が形成された図中上側の面、第2の電極14が形成された図中下側の面の夫々には第1の絶縁性導熱板15、第2の絶縁性導熱板16が設けられる。
As shown in FIG. 3, the
図3の熱電変換モジュール10においては、第1の絶縁性導熱板15側を図2の低温度側(L)とし、第2の絶縁性導熱板16を図2の高温度側(H)となるよう温度差を与えると、第1の電極13と第2の電極14との間に電位差が生じる。そして、これらの電極13、14や複数のp型の熱電素子11、n型の熱電素子12の配列の終端(図示せず)に負荷を接続すると、電力を取り出すことが出来る。
In the
図1の熱電変換素子1、若しくは図3の熱電変換モジュール10において、本発明の実施形態に係る熱電変換材料は、p型の熱電素子の材料として用いることができる。本発明の実施形態に係る熱電変換材料をp型の熱電変換材料として用いる場合には、n型の熱電変換材料として従来のFe−Al−V系材料などを使用することにより、熱膨張率の差が小さい熱電変換素子を形成することができ、熱履歴から及ぼされる熱電変換素子の耐久性を全体として向上させることができる。
In the thermoelectric conversion element 1 of FIG. 1 or the
なお、n型とは電流の主な担い手(電気の運び役)が電子であることを意味し, p型とは電流の主な担い手が正孔(正の電荷をもち、電子のようにふるまう)であることを意味する。 The n-type means that the main current carrier (electrical carrier) is an electron, and the p-type means that the main current carrier is a hole (having a positive charge and behaves like an electron). ).
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
Feを50原子%、Alを26原子%、Vを24原子%を秤量してアーク溶解にて熱電変換材料を製造した。その後、真空下(1×10−2Pa以下)において1000℃で約45時間の均質化熱処理を施し、その後、粉砕して粒径100μm未満に粒状化し、1000℃で5分間のパルス通電加圧処理をすることにより、熱電変換材料としての成形体(外形として直径10mm、厚さ3mm)を得た。
Example 1
A thermoelectric conversion material was manufactured by arc melting by weighing 50 atomic% of Fe, 26 atomic% of Al, and 24 atomic% of V. After that, homogenization heat treatment was performed at 1000 ° C. for about 45 hours under vacuum (1 × 10 −2 Pa or less), and then pulverized and granulated to a particle size of less than 100 μm, and pulsed current pressurization at 1000 ° C. for 5 minutes. By processing, a molded body (a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm) as a thermoelectric conversion material was obtained.
成形体における生成相をX線回折装置(リガク製RINT-1200)により調べたところ、ホイスラー構造が主相であり、それ以外の相はピーク強度比で5%未満であることが判明した。 When the formed phase in the molded body was examined with an X-ray diffractometer (RINT-1200, manufactured by Rigaku), it was found that the Heusler structure was the main phase, and the other phases were less than 5% in peak intensity ratio.
得られた成形体を10mm×1mm×0.5mmの針状に切り出して、成形体の両端に3K(303Kと300K)の温度差をつけて起電力を測定し、ゼーベック係数αを求めたところ、120μV/Kであった。 The obtained molded body was cut into needles of 10 mm × 1 mm × 0.5 mm, the temperature difference of 3K (303K and 300K) was measured at both ends of the molded body, the electromotive force was measured, and the Seebeck coefficient α was obtained. 120 μV / K.
また、この針状に切り出した成形体の電気抵抗率ρを四端子法で測定したところ、常温(300K)において3.9μΩmであった。 Moreover, when the electrical resistivity ρ of the molded body cut out in a needle shape was measured by a four-terminal method, it was 3.9 μΩm at room temperature (300 K).
これらの値と(式1)を用いて出力因子Pを求めた。これらの結果から300Kにおける出力因子Pを求めたところ、3.7mW/mK2であった。 The output factor P was calculated | required using these values and (Formula 1). From these results, the output factor P at 300 K was determined to be 3.7 mW / mK 2 .
得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。なお、表1に記載されているFe50Al26V24という表記はFeが50原子%、Alが26原子%、Vが24原子%であることを示している。
(実施例2)
Feを50原子%、Alを33原子%、Vを17原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Example 2)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1, except that Fe was 50 atomic%, Al was 33 atomic%, and V was 17 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(実施例3)
Feを53原子%、Alを26原子%、Vを21原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Example 3)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 53 atomic%, Al was 26 atomic%, and V was 21 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(実施例4)
Feを53原子%、Alを33原子%、Vを14原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
Example 4
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 53 atomic%, Al was 33 atomic%, and V was 14 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(実施例5)
Feを51.5原子%、Alを26原子%、Vを22.5原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Example 5)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 51.5 atomic%, Al was 26 atomic%, and V was 22.5 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(実施例6)
Feを51.5原子%、Alを30原子%、Vを18.5原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Example 6)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 51.5 atomic%, Al was 30 atomic%, and V was 18.5 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(実施例7)
Feを50原子%、Alを30原子%、Vを20原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Example 7)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 50 atomic%, Al was 30 atomic%, and V was 20 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
以上、表1における実施例1および実施例5乃至実施例7の結果に示すように、Feをx(原子%)、Alをy(原子%)、Vを100−x−y(原子%)とした時に、50≦x≦51.5、26≦y≦30の条件を満たす範囲は特に出力因子において効果があることが認められる。 As described above, as shown in the results of Example 1 and Examples 5 to 7 in Table 1, Fe is x (atomic%), Al is y (atomic%), and V is 100-xy (atomic%). It is recognized that the range satisfying the conditions of 50 ≦ x ≦ 51.5 and 26 ≦ y ≦ 30 is particularly effective for the output factor.
(比較例1)
Feを50原子%、Alを25原子%、Vを25原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Comparative Example 1)
A compact was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 50 atomic%, Al was 25 atomic%, and V was 25 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(比較例2)
Feを53原子%、Alを25原子%、Vを22原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Comparative Example 2)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 53 atomic%, Al was 25 atomic%, and V was 22 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(比較例3)
Feを52原子%、Alを35原子%、Vを13原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Comparative Example 3)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Fe was 52 atomic%, Al was 35 atomic%, and V was 13 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
(比較例4)
Feを50原子%、Alを35原子%、Vを15原子%とした以外は実施例1と同様の方法で成形体を得た。この成形体について、実施例1と同様の方法でゼーベック係数α、電気抵抗率ρ、出力因子Pを求めた。得られた結果を、熱電変換材料の組成とともに表1に示す。
(Comparative Example 4)
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1, except that Fe was 50 atomic%, Al was 35 atomic%, and V was 15 atomic%. About this molded object, Seebeck coefficient (alpha), electrical resistivity (rho), and output factor P were calculated | required by the method similar to Example 1. FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the composition of the thermoelectric conversion material.
1…熱電変換素子
2、11…p型の熱電素子
3、12…n型の熱電素子
4a、4b…電極
5…第1の端子
6…第2の端子
10…熱電変換モジュール
13…第1の電極
14…第2の電極
15…第1の絶縁性導熱板
16…第2の絶縁性導熱板
20…熱交換器
21…ガス通路
22…熱交換フィン
23…外囲器
24…流路
25…導入管
26…排出管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (4)
n型の熱電変換材料を含むn型の熱電素子と、
を交互に直列に接続したことを特徴とする熱電変換素子。 A p-type thermoelectric element comprising the thermoelectric conversion material according to any one of claims 1 to 3,
an n-type thermoelectric element containing an n-type thermoelectric conversion material;
A thermoelectric conversion element characterized by alternately connecting in series.
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