JP2011003559A - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電変換モジュールが、充填スクッテルダイト構造を有するSb系p型熱電変換材料1およびn型熱電変換材料2、高温側電極3を備えており、p型熱電変換材料1またはn型熱電変換材料2と高温側電極3との間に接合部材として、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金からなる群より選択される鉄族合金層5が設けられている。
【選択図】図1
Description
図1は本実施形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す模式図である。本実施形態で用いる熱電変換材料は充填スクッテルダイト構造を有する化合物である。図1に示すように、本実施形態の熱電変換モジュールは、少なくともp型熱電変換材料1、n型熱電変換材料2、鉄族合金層5、高温側電極3、および低温側電極4を備える。
第2の実施形態で用いる熱電変換材料は、第1の実施形態と同様に充填スクッテルダイト構造を有する化合物であり、図1を用いて以下説明する。図1に示すように、本実施形態の熱電変換モジュールは、少なくともp型熱電変換材料1、n型熱電変換材料2、鉄族合金層5、高温側電極3、および低温側電極4を備える。
p型熱電変換材料としてLa0.7Ba0.1Ti0.1Ga0.1Fe3Co1Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約14.5×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.3Ca0.1Al0.1Ga0.1In0.1Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてYb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却してインゴットを取り出した。かかるインゴットを粉砕し、得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.375Co3.625Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。原料となるp型熱電変換材料の粉末とn型熱電変換材料の粉末をカーボンシートを境にして共にカーボンダイスに入れ、その上にさらにNi−Si合金(Ni97質量%−Si3質量%)の薄板を入れ、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却して高温側電極3ならびに鉄族合金層5が同一であるNi−Si合金の薄板と、p型熱電変換材料およびn型熱電変換材料とが一体焼結されたペレットを得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.3Ca0.1Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Ca、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.7Ba0.1Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.3×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.3Ca0.1Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Ba、Yb、Ca、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてYb0.75Fe2Co2Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.8×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.5Co3.5Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてYb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却してインゴットを取り出した。かかるインゴットを粉砕し、得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.375Co3.625Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。原料となるp型熱電変換材料の粉末とn型熱電変換材料の粉末をカーボンシートを境にして共にカーボンダイスに入れ、その上にさらにNi3Tiの薄板を入れ、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却して高温側電極3ならびに鉄族合金層5が同一であるNi3Tiの薄板と、p型熱電変換材料およびn型熱電変換材料とが一体焼結されたペレットを得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.3Ca0.1Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Ca、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてYb0.7Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.5Co3.5Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてYb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.7Ba0.1Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.3×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.3Ca0.1Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Ba、Yb、Ca、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。原料となるp型熱電変換材料の粉末とn型熱電変換材料の粉末をカーボンシートを境にして共にカーボンダイスに入れ、その上にさらに純Tiの薄板を入れ、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却して取り出し、Tiの薄板と、p型熱電変換材料およびn型熱電変換材料とが一体焼結されたペレットを得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.25Co3.75Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.4×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。原料となるp型熱電変換材料の粉末とn型熱電変換材料の粉末をカーボンシートを境にして共にカーボンダイスに入れ、その上にNi板を入れ、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却して取り出し、Ni電極と、p型熱電変換材料およびn型熱電変換材料とが一体焼結されたペレットを得た。
p型熱電変換材料としてYb0.75Fe2.5Co1.5Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.7×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.375Co3.625Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてYb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
p型熱電変換材料としてLa0.9Fe3CoSb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約12.2×10−6(/K))、n型熱電変換材料としてYb0.4Fe0.375Co3.625Sb12(20℃〜600℃における熱膨張係数が約11.5×10−6(/K))となるように、原料としてLa、Yb、Fe、Co、Sbの高純度金属を用いた。これらの高純度金属をそれぞれ所定量秤量してアルミナ坩堝に入れ、アルゴンガス雰囲気中において、高周波溶解によって1200℃に加熱溶解した。30分保持した後、室温まで冷却して取り出したインゴットを粉砕した。得られた粉末をカーボンダイスに入れて、アルゴンガス雰囲気中で60MPaの圧力の下でパルス大電流をかけながら、600℃まで加熱した。そのまま10分保持した後、室温まで冷却してそれぞれ目的の熱電変換材料を得た。
2 n型熱電変換材料
3 高温側電極
4 低温側電極
5 鉄族合金層
6 低温側接合層
7 線状電極
8 型枠
9 絶縁板
Claims (12)
- 充填スクッテルダイト構造を有するSb系熱電変換材料および電極を備えた熱電変換モジュールであって、前記熱電変換材料と前記電極との接合部材として、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金からなる群より選択される合金層が設けられていることを特徴とする熱電変換モジュール。
- 前記合金層がニッケルを主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにシリコンを0質量%を超え、20質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層がコバルトを主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにシリコンを0質量%を超え、20質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層が鉄を主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにシリコンを0質量%を超え、20質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層がニッケルを主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにチタンを0質量%を超え、50質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層がコバルトを主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにチタンを0質量%を超え、50質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層が鉄を主成分とし、当該合金層全体を基準としてこれにチタンを0質量%を超え、50質量%以下含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換材料と、前記合金層との、20℃〜600℃における熱膨張係数の差が0%以上、20%以下である、請求項1乃至7のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
- 前記合金層の20℃〜600℃における熱膨張係数が、9×10−6(/K)以上、15×10−6(/K)以下である、請求項1乃至8のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
- 前記電極がニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金からなる群より選択される合金を含む、請求項1乃至9のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
- 前記電極は、20℃〜600℃における熱膨張係数が9×10−6(/K)以上、15×10−6(/K)以下の範囲にある金属または合金である、請求項1乃至10のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
- 前記金属または合金は、鉄、コバルト、ニッケル、シリコン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含む、請求項11に記載の熱電変換モジュール。
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