JP2020057633A - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
発明者等は、本実施の形態の熱電変換材料として、Fe2TiSi系フルホイスラ合金を採用した。このFe2TiSi系フルホイスラ合金の定義をさらに詳細に述べる。組成式Fe2TiSiで表されるフルホイスラ合金であり、鉄(Fe)、チタン(Ti)およびシリコン(Si)を主成分として含有するフルホイスラ合金からなる。ここで、フルホイスラ合金が、鉄、チタンおよびシリコンを主成分として含有する、とは、(FeX)2(TiY)(SiZ)というようにFeサイト、Tiサイト、Siサイトへ置換元素X,Y,Zを考えた場合に、鉄の含有量が25at%(原子%)を超え、チタンの含有量が12.5at%(原子%)を超え、シリコンの含有量が12.5at%(原子%)を超えることを、本明細書では意味するものとする。
これまで述べた熱電変換材料の構成について、それを得る望ましい手法について述べる。例えば、アモルファス化されたFe2TiSi系フルホイスラ合金の原料粉末を熱処理することにより、L21型結晶構造を有するFe2TiSi系フルホイスラ合金が得られる。また本手法を取った場合、副次的な効果として結晶粒の平均粒径が1μm未満の微細な結晶粒からなる熱電変換材料を製造することができる。結晶粒の微細化により、熱伝導率を低下させることができる。
前述の項目1,2の構成と方法で得たFe2TiSi系フルホイスラ合金を搭載したモジュールの構成について説明する。
多対素子とそれらを搭載したモジュールの製法について説明する。300℃程度までの温度範囲であれば一般的な接合方法での製造が可能である。そのうちの一例として実施例に記載の方法を説明したが、その技術に限らず300℃までの耐熱温度を有する接合方法であればいかなる方法でも構わないと考えらえる。
補足として、本実施例の場合、キャリア濃度はファンデルポー法によるホール測定によって得られたホール抵抗を用いて、(キャリア濃度)= 1/(ホール抵抗×電荷)の関係から算出した。なお、測定方法は限定されるものではなく、キャリア濃度の大小を決定づけられる手法であれば、本手法に限らず同等の結果が得られるといえる。
Claims (12)
- フルホイスラ合金を含む第1の熱電変換材料で構成される第1の部材と、
フルホイスラ合金を含む第2の熱電変換材料で構成される第2の部材と、
を備える熱電変換モジュールであって、
前記第1の熱電変換材料のキャリア濃度は、前記第2の熱電変換材料のキャリア濃度よりも高く、
前記第1の部材は、前記第2の部材よりも熱流に対して上流側に配置されていることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記フルホイスラ合金は、Fe2TiSi系フルホイスラ合金である、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - 前記第1の熱電変換材料および前記第2の熱電変換材料は、n型材料としてTiを一部Vで置換したFe2TiVSiであり、
前記第1の熱電変換材料のVによる置換量が、前記第2の熱電変換材料のVによる置換量より大きい、
請求項2記載の熱電変換モジュール。 - 前記第1の熱電変換材料のVによる置換量と、前記第2の熱電変換材料のVによる置換量を、置換量12〜25at%の間とする、
請求項3記載の熱電変換モジュール。 - 前記第1の熱電変換材料および前記第2の熱電変換材料は、p型材料としてSiを一部Alで置換したFe2TiSiAlであり、
前記第1の熱電変換材料のAlによる置換量が、前記第2の熱電変換材料のAlによる置換量より大きい、
請求項2記載の熱電変換モジュール。 - 前記第1の熱電変換材料のAlによる置換量と、前記第2の熱電変換材料のAlによる置換量を、置換量12〜25at%の間とする、
請求項5記載の熱電変換モジュール。 - 前記第1の熱電変換材料のキャリア濃度と、前記第2の熱電変換材料のキャリア濃度は、出力因子が最大値となる温度がそれぞれ異なるように調整されている、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - 第1の媒体と、該第1の媒体の冷媒として作用する第2の媒体を用いる熱交換システムに配置され、
前記第1の媒体と、前記第2の媒体は移動方向が逆であり、
前記第1の部材および前記第2の部材は、前記第1の媒体と前記第2の媒体の間に配置されて、前記第1の媒体側を高温側、前記第2の媒体側を低温側として熱電変換を行い、
前記第1の部材は、前記第2の部材よりも、前記第1の媒体の移動方向の上流側に配置される、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - 第1の媒体と、該第1の媒体の冷媒として作用する第2の媒体を用いる熱交換システムに配置され、
前記第1の媒体と、前記第2の媒体は移動方向が同じであり、
前記第1の部材および前記第2の部材は、前記第1の媒体と前記第2の媒体の間に配置されて、前記第1の媒体側を高温側、前記第2の媒体側を低温側として熱電変換を行い、
前記第1の部材は、前記第2の部材よりも、前記第1の媒体の移動方向の上流側に配置される、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とn型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とを電気的に直列に接続し、π型の構造にした一対素子を含み、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の一方が、前記p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金であり、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の他方が、前記n型Fe2TiSi系フルホイスラ合金である、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とn型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とを電気的に直列に接続し、π型の構造にした一対素子を複数含み、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の一方が、第1の一対素子の前記p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金であり、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の他方が、第2の一対素子の前記p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金である、
請求項1記載の熱電変換モジュール。 - p型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とn型Fe2TiSi系フルホイスラ合金とを電気的に直列に接続し、π型の構造にした一対素子を複数含み、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の一方が、第1の一対素子の前記n型Fe2TiSi系フルホイスラ合金であり、
前記第1の熱電変換材料または前記第2の熱電変換材料の他方が、第2の一対素子の前記n型Fe2TiSi系フルホイスラ合金である、
請求項1記載の熱電変換モジュール。
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