JP2015222757A - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
ここで
R(pm)=A(pm)×L/S(m)
R(pg)=A(pg)×L/S(pg)
より
R(p)={A(pm)×A(pg)×L}/{S(m)×A(pg)+A(pm)
×S(pg)} ・・・ 式(I)
R(n)={A(nm)×A(ng)×L}/{S(m)×A(ng)+A(nm)
×S(ng)} ・・・ 式(II)
式(I)、(II)において、
L:P型熱電変換部材111および筒112の高さ
R(pm):P型熱電変換部材111の熱抵抗
R(pg):筒112の熱抵抗
R(nm):N型熱電変換部材121の熱抵抗
R(ng):筒122の熱抵抗
A(pm):P型熱電変換部材111の熱抵抗率
A(nm):N型熱電変換部材121の熱抵抗率
A(pg):筒112の熱抵抗率
A(ng):筒122の熱抵抗率
S(m):P型熱電変換部材111及びN型熱電変換部材121の横断面積(一定でない場合には、発電時にP型熱電変換部材111及びN型熱電変換部材121に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積)
S(pg):筒112の横断面積(一定でない場合には、発電時にP型熱電変換部材111に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積)
S(ng):筒122の横断面積(一定でない場合には、発電時にN型熱電変換部材121に電流が流れる方向と直交する断面のうちで最小の横断面積)
である。
A(pg)=A(ng)=A(g)
と置くことができる。
{S(ng)−S(pg)}/{A(nm)−A(pm)}=A(g)×S(m)/{A(nm)×A(pm)}
ここで
A(g)×S(m)/{A(nm)×A(pm)}>0
より
{S(ng)−S(pg)}/{A(nm)−A(pm)}>0
以上より
A(pm)>A(nm)即ちR(pm)>R(nm)のときS(pg)>S(ng)、
A(pm)<A(nm)即ちR(pm)<R(nm)のときS(pg)<S(ng)
である。
S(pg)=S(ng)=S(g)
と置くことができる。
{A(pm)−A(nm)}/{A(ng)−A(pg)}=A(nm)×A(pm)×S(g)/{A(ng)×A(pg)×S(m)}
ここで
A(nm)×A(pm)×S(g)/{A(ng)×A(pg)×S(m)}>0
より
{A(pm)−A(nm)}/{A(ng)−A(pg)}>0
以上より
A(pm)>A(nm)即ちR(pm)>R(nm)のときA(ng)>A(pg)、
A(pm)<A(nm)即ちR(pm)<R(nm)のときA(ng)<A(pg)
である。
P型熱電変換部材111及びN型熱電変換部材121をBi−Te系材料として、筒112及び122として耐熱ガラスを用いる場合、P型熱電変換素子110の筒112の横断面積を、N型熱電変換素子120の筒122よりも小さくすることが好ましい。
実施の形態2では、図1Eに示すP型熱電変換素子110およびN型熱電変換素子120を用意した。つまり、P型熱電変換素子110の横断面と、N型熱電変換素子120の横断面とを同一形状とした。P型熱電変換部材111及びN型熱電変換部材121としてBi−Te系材料を用いた。
実施の形態3では、図1Fに示すP型熱電変換素子110およびN型熱電変換素子120を用意した。つまり、P型熱電変換素子110の横断面と、N型熱電変換素子120の横断面とを違形状とした。P型熱電変換部材111としてZn−Sb系材料を、N型熱電変換部材121としてCo−Sb系材料を用いた。筒112及び122の材料を石英ガラスとした。
実施の形態4では、図1Gに示すP型熱電変換素子110およびN型熱電変換素子120を用意した。つまり、P型熱電変換素子110の横断面と、N型熱電変換素子120の横断面とを違形状とした。P型熱電変換部材111としてZn−Sb系材料を、N型熱電変換部材121としてCo−Sb系材料を用いた。筒112として耐熱ガラス、筒122として石英ガラスを採用した。Co−Sb系材料は融点が高いため、後述の製法を実施するために、筒122を石英で構成した。
110 P型熱電変換素子
111 P型熱電変換部材
112 筒
120 N型熱電変換素子
121 N型熱電変換部材
122 筒
201 電極
202 接合材
203a 上面基板
203b 下面基板
204 レジスト
205 下地金属
301 管
302 チューブ
303 シリンダー
304 るつぼ
305 溶融熱電変換材料
Claims (15)
- P型熱電変換部材と、該P型熱電変換部材を覆う第1絶縁体と、を有するP型熱電変換素子と、
N型熱電変換部材と、該N型熱電変換部材を覆う第2絶縁体と、を有するN型熱電変換素子と、
前記P型熱電変換部材と前記N型熱電変換部材とを電気的に接続する電極と、を備え、
前記P型熱電変換部材又は前記N型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第1絶縁体の面積と前記第2絶縁体の面積とが異なり、かつ前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記P型熱電変換部材と前記N型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい
熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材の熱抵抗が前記N型熱電変換部材の熱抵抗より大であり、かつ、前記断面において前記第1絶縁体の面積が前記第2絶縁体の面積より大である、
請求項1の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材の熱抵抗が前記N型熱電変換部材の熱抵抗より小であり、かつ、前記断面において前記第1絶縁体の面積が前記第2絶縁体の面積より小である、
請求項1の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材及び前記N型熱電変換部材は、Bi−Te系材料で構成され、
前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体は、耐熱ガラスで構成され、
前記断面において、前記第1絶縁体の面積よりも前記第2絶縁体の面積が大である、
請求項1に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材及び前記N型熱電変換部材は、Bi−Te系材料で構成され、
前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体は、石英で構成され、
前記断面において、前記第1絶縁体の面積よりも前記第2絶縁体の面積が大である、
請求項1に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材はZn−Sb系材料で構成され、前記N型熱電変換部材はCo−Sb系材料で構成され、
前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体は、石英で構成され、
前記断面において、前記第1絶縁体の面積よりも前記第2絶縁体の面積が小である、
請求項1に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材はZn−Sb系材料で構成され、前記N型熱電変換部材はCo−Sb系材料で構成され、
前記第1絶縁体は耐熱ガラスで構成され、前記第2絶縁体は石英で構成され、
前記断面において、前記第1絶縁体の面積よりも前記第2絶縁体の面積が小である、
請求項1に記載の熱電変換モジュール。 - 前記断面において、前記P型熱電変換部材及び前記N型熱電変換部材の面積が等しい、請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- P型熱電変換部材と、該P型熱電変換部材を覆う第1絶縁体と、を有するP型熱電変換素子と、
N型熱電変換部材と、該N型熱電変換部材を覆う第2絶縁体と、を有するN型熱電変換素子と、
前記P型熱電変換部材と前記N型熱電変換部材とを電気的に接続する電極と、を備え、
前記第1絶縁体の材料と前記第2絶縁体の材料とが異なり、かつ前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子の熱抵抗の差が、前記P型熱電変換部材と前記N型熱電変換部材の熱抵抗の差よりも小さい
熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材の熱抵抗が前記N型熱電変換部材の熱抵抗よりも大であり、かつ、前記第1絶縁体の熱抵抗が前記第2絶縁体の熱抵抗よりも小である、
請求項9に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材の熱抵抗が前記N型熱電変換部材の熱抵抗よりも小であり、かつ、前記第1絶縁体の熱抵抗が前記第2絶縁体の熱抵抗よりも大である、
請求項9に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材はZn−Sb系材料で構成され、
前記N型熱電変換部材はCo−Sb系材料で構成され、
前記第1絶縁体は耐熱ガラスで構成され、前記第2絶縁体は石英で構成される、
請求項9に記載の熱電変換モジュール。 - 前記P型熱電変換部材又は前記N型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第1絶縁体と前記第2絶縁体との面積が異なる、請求項9に記載の熱電変換モジュール。
- 前記P型熱電変換部材又は前記N型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記P型熱電変換部材及び前記N型熱電変換部材の面積が等しい、請求項9に記載の熱電変換モジュール。
- 前記P型熱電変換部材又は前記N型熱電変換部材を流れる電流の方向と直交する断面において、前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体の面積が等しい、請求項9に記載の熱電変換モジュール。
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