JP2011101060A - 熱電変換材料およびそれを用いた熱電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の熱電変換材料は、ホイスラー構造を主相とし、FexVy(GapAl1−p)100−x−y(ただし、xは35≦x≦36又は44≦x≦60、yは35≦x≦36の場合は29≦y≦30、44≦x≦60の場合は20≦y≦26、0.1≦p≦0.7である)で表される組成を有する化合物を含有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
一般に、性能指数Zの値が高いほど熱電変換材料としての性能が優れる。つまり、熱電変換材料を用いる場合には、出力因子Pを大きくするだけでなく、熱伝導率κを小さくすることによって性能指数Zを上げることが必要である。
(実施例1)
所定量のFe、V、Al原料を秤量してアーク溶解にて合金を作製した。その後、ボールミルを用いて粒子径が45μm以下となるように粉砕した後、950℃で1時間ホットプレスすることにより外形が10mmφで、厚みが2mmの成形体を得た。成型体における生成相をX線回折で調査したところ、ホイスラー型結晶構造を有する相が主相であることが確認された。具体的には、全体積の90%以上がホイスラー型結晶構造を有する相からなっていた。
(実施例2〜17)
(表1)に示す組成により各々原料を配合して、実施例1と同様の方法により実施例2〜17の合金を作製した。次いで、実施例1と同様にボールミル粉砕した後に、ホットプレスすることにより成型体を形成して、各実施例の熱電変換材料を得た。成型体における生成相をX線回折により調査したところ、いずれもホイスラー型結晶構造を有する相が主相として存在することが確認された。具体的には、いずれの場合も全体積の90%以上がホイスラー型結晶構造を有する相からなっていた。
(実施例18)
p型熱電変換材料として実施例10の熱電変換材料を、n型熱電変換材料として実施例1の熱電変換材料を使用して、図3の熱電変換モジュール10を作製した。まず、各材料とも1.5mm角、高さ4.5mmに切り出してp型素子11及びn型素子12とした。これらを、32個ずつ銀電極板13、14で交互に直列となるよう接続し、終端電極には電流リード線を接合した。また、銀電極板13、14の、p型素子11やn型素子12を接続していない側には、2面とも窒化アルミニウム焼結体板15、16を接合した。この熱電変換モジュール10の内部抵抗は、1.06Ωであった。
(比較例1〜11)
(表1)に示す組成により各々原料を配合して、実施例1と同様の方法により比較例1〜11の合金を作製した。次いで、実施例1と同様にボールミル粉砕した後に、ホットプレスすることにより成型体を形成して、各実施例の熱電変換材料を得た。成型体における生成相をX線回折により調査したところ、いずれもホイスラー型結晶構造を有する相が主相として存在することが確認された。具体的には、いずれの場合も全体積の90%以上がホイスラー型結晶構造を有する相からなっていた。
2、11…p型素子
3、12…n型素子
4…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
Claims (8)
- ホイスラー構造を主相とし、Fe x V y (Ga p Al 1−p ) 100−x−y (ただし、xは35≦x≦36又は44≦x≦60、yは35≦x≦36の場合は29≦y≦30、44≦x≦60の場合は20≦y≦26、0.1≦p≦0.7である)で表される組成を有する化合物を含有することを特徴とする熱電変換材料。
- ホイスラー構造を主相とし、Fe x V y (Ga p B q Al 1−p―q ) 100−x−y (ただし、xは35≦x≦36又は44≦x≦60、yは35≦x≦36の場合は29≦y≦30、44≦x≦60の場合は20≦y≦26、0.01≦p≦0.5、0.001≦q≦0.3である)で表される組成を有する化合物を含有することを特徴とする熱電変換材料。
- 前記化合物のxは35≦x≦36又は49≦x≦60、yは35≦x≦36の場合は29≦y≦30、49≦x≦60の場合は20≦y≦26であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の熱電変換材料。
- 前記化合物の総価電子数が23.2〜24.8のものを除くことを特徴とする請求項1に記載の熱電変換材料。
- 前記化合物のFeの一部が、Ti、Cr、Co及びMoからなる群より選ばれる少なくとも一種のFe置換元素で置換され、前記Fe置換元素の置換は、前記Feと前記Fe置換元素量の総量に対して約20原子%以下とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の熱電変換材料。
- 前記化合物のAlの一部が、Si、Sn、In及びBiからなる群より選ばれる少なくとも一種のAl置換元素で置換され、前記Al置換元素の置換量は、前記Alと前記Al置換元素量の総量に対して約20原子%以下とすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の熱電変換材料。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の熱電変換材料を950℃で1時間ホットプレスして成型した成型体の熱拡散率、密度および比熱を測定して求めた熱伝導率κが3.3W/mK以下であり、前記成型体を4×1×0.5mmの針状に切り出した針状体の両端に3℃(300Kと303K)の温度差をつけて起電力を測定して求めたゼーベック係数αが118μV/K以上又は−155μV/K以下であり、前記針状体の電気抵抗率ρを4端子法にて測定して求めた性能指数Z(Z=α2/ρκ)が1.02×10 −3 /K以上であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の熱電変換材料。
- p型熱電変換材料を含むp型素子およびn型熱電変換材料を含むn型素子を交互に直列に接続した熱電変換素子において、前記p型熱電変換材料及び前記n型熱電変換材料の少なくとも一方に請求項1ないし7のいずれか1項に記載の熱電変換材料を用いたことを特徴とする熱電変換素子。
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