JP3526558B2 - 熱電変換モジュールおよびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電変換モジュー
ルおよびそれを用いた熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】資源の枯渇が予想される今日、如何にエ
ネルギーを有効に利用するかは極めて重要な課題となっ
ており、種々のシステムが考案されている。その中で
も、熱電変換素子は、これまで排熱として無駄に環境中
に捨てられていたエネルギーを回収する手段として期待
されている。

【０００３】熱電変換素子は、ｐ型半導体とｎ型半導体
を互いに直列に接続したモジュールとして使用されてお
り、高い熱電変換効率を達成すべく、多くの熱電変換半
導体材料について研究がなされている。特に、発電効率
の向上に関しては、多大な注力がなされている。

【０００４】しかしながら、現在実用に供されている熱
電変換半導体材料は、第３元素としてＳｂ、Ｓｅを入れ
たものも含むＢｉ−Ｔｅ系のみであり、その他の材料
は、特殊用途で作られた実績はあるものの、工業生産さ
れるまでには至っていない。

【０００５】ところで、従来、廃熱ボイラーは熱交換器
を通して蒸気あるいは温水を得るのみの目的で設計され
ており、その運転に関わる電力は外部から導入してまか
なわれていた。

【０００６】また、近年では、この廃熱ボイラーに熱電
変換素子を用いた熱電変換モジュールを組み込んで廃熱
から電力を取り出す試みがなされている。その場合、よ
り高温の熱源を利用し得るという点から、使用する熱電
変換素子は、その可使温度が高いほど望ましいものとな
り、特に、３００℃以上の可使温度を有することが好ま
しいと言える。

【０００７】しかしながら、上述したＢｉ−Ｔｅ系の熱
電変換素子は、その可使温度が２００℃程度である為
に、この要求を満たすことが出来ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は、廃熱ボイラーから電力を取り出す際など、約３００
℃以上の可使温度が必要とされる場合に使用することの
出来る熱伝変換素子を得ることが出来なかった。

【０００９】従って本発明は、約３００℃以上の温度で
も十分な熱電変換機能を有する熱電変換モジュールおよ
びそれを用いた熱交換器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、スクッ
テルダイト型結晶構造を有する複数のｐ型半導体と、こ
のｐ型半導体と交互に配列されスクッテルダイト型結晶
構造を有する複数のｎ型半導体と、銀を主成分とし、ｐ
型半導体及びｎ型半導体に接する第１の面と、この第１
の面に対向しｐ型半導体及びｎ型半導体に接する第２の
面とに形成され、ｐ型半導体とｎ型半導体とを電気的に
直列に接続する複数の電極と、ｐ型半導体もしくはｎ型
半導体と電極との間に形成される複数の銀−アンチモン
合金層とを具備することを特徴とする熱電変換モジュー
ルを提供する。

【００１１】本発明においては、銀−アンチモン合金層
の厚さが１μｍ以上１ｍｍ以下であっても良い。

【００１２】また本発明においては、ｐ型半導体及びｎ
型半導体は、ＡＳｂ_３基化合物結晶（ただし、ＡはＣ
ｏ、Ｒｈ、Ｉｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種
を含む）中の空隙にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ、Ｔｈ、Ｕよりなる群から選ばれる少なくとも１種の
元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する
化合物であっても良い。

【００１３】さらに本発明においては、第１の面及び第
２の面のうち一方または両方にセラミックスからなる絶
縁性導熱板が形成され、この絶縁性導熱板が電極に接触
するものであっても良い。

【００１４】また本発明においては、電極が銀もしくは
銀を主成分とする焼結体又は金属板により構成されても
良い。

【００１５】さらに本発明は、加熱面と冷却面を有し、
加熱面及び冷却面が第１の面及び第２の面のどちらか一
方となるように形成されるこれらの熱電変換モジュール
を具備することを特徴とする熱交換器を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】約３００℃以上で使用可能な熱電
変換素子としては、スクッテルダイト型結晶構造を有す
る半導体がある。しかしながら従来は、約３００℃以上
の高温においてもこの熱電変換素子の性能を劣化させる
ことのない、電極や導熱板、またこれらを接合する手段
がなかった。

【００１７】そこで、電極や導熱板およびそれらの接合
手段として様々な材料について検討を行った結果、本発
明においては、電極として銀、もしくは銀を主成分とす
る材料を用い、電極とスクッテルダイト型結晶構造を有
する半導体とを、銀とアンチモンの混合ロウ材を用いて
接合することが最適であることを見出した。ここで、銀
を主成分とするとは、銀を約５０％以上含むことを言
う。また、銀以外の成分としては、金、白金等が好まし
い。

【００１８】銀、または銀を主成分とする合金は、約６
００℃を超えるとほとんど弾性変形領域を持たなくなる
ので熱応力が発生しない、大気中で熱処理しても酸化物
が約１６０℃で分解する等、高温における電極としての
使用に適しているといえる。また、その他にも、スクッ
テルダイト型結晶構造を有する半導体の熱電特性に影響
を与えない、導電性が高い為に大きな電力を取り出すこ
とが出来る等の効果もある。

【００１９】しかし、この電極材料としての銀、または
銀を主成分とする合金と、スクッテルダイト型結晶構造
を有する半導体との間の結合性はあまりなく、また鉛系
のハンダ等を結着剤として用いても、約３００℃以上の
高温時には適さない。

【００２０】本発明においては、結着剤として銀とアン
チモンの混合ロウ材を用いることにより、電極とスクッ
テルダイト型結晶構造を有する半導体との間で、組成が
銀からアンチモンに連続的に変化した接合層（銀−アン
チモン合金層）が自動的に形成され、強固に接着する。
その結果、電気的に良好に接続されることから電極とス
クッテルダイト型結晶構造を有する半導体との間の電気
的接触抵抗が小さくなり、熱電変換モジュール全体の内
部抵抗が小さくなる。また、接合層での熱伝導性が向上
するため、熱抵抗が小さくなり、大きな熱起電力を得る
ことも出来る。電極とスクッテルダイト型結晶構造を有
する半導体との間の強固な接着を得る為に、この接合層
（銀−アンチモン合金層）の厚さは、約１μｍ以上約１
ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００２１】銀の融点は約９６０℃、アンチモンの融点
は約６３０℃であり、これら２つを混合すると融点は低
下し、アンチモンを約４１ｍｏｌ％とした時に約４８５
℃となる。アンチモンの銀に対する組成比は約２４ｍｏ
ｌ％以上、約９０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

【００２２】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施形態に係る熱電変換
モジュールを示す概略断面図である。

【００２４】図１の熱電変換モジュール１０は、スクッ
テルダイト型結晶構造を有する複数のｐ型半導体１１
と、スクッテルダイト型結晶構造を有する複数のｎ型半
導体１２とが交互に並べて配列され、隣接するｐ型半導
体１１とｎ型半導体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型半導体１１とｎ型半導体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型半導体１１とｎ型
半導体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１
４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。

【００２５】図１の熱電変換モジュール１０において、
第１の絶縁性導熱板１５側を低温度（Ｌ）とし、第２の
絶縁性導熱板１６を高温度（Ｈ）となるよう、これらの
絶縁性導熱板１５、１６に温度差を与えると、第１の電
極１３と第２の電極１４との間に電位差が生じ、これら
の電極１３、１４や複数のｐ型半導体１１、ｎ型半導体
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。

【００２６】スクッテルダイト型結晶構造を有するｐ型
半導体１１及びｎ型半導体１２としては、ＣｏＳｂ_３、
ＲｈＳｂ_３、ＩｒＳｂ_３等のコバルト−アンチモン系の
半導体を好ましく用いることが出来る。同様の構造をも
つものにＣｏＡｓ_３があるが、有毒性があるために好ま
しくはない。また、ｐ型半導体１１においては、Ｆｅ、
Ｒｕ、Ｏｓ等のｐ型不純物で、ｎ型半導体１２において
は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ等のｎ型不純物で、Ｃｏを置換し
ている。

【００２７】さらに、これらのｐ型半導体１１、ｎ型半
導体１２にはスクッテルダイト型結晶構造内の空孔にＬ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｕ等の重元
素を充填し、フィルドスクッテルダイト構造とすること
が好ましい。こうすることにより、充填された重元素に
より格子振動が散乱され、熱伝導率が低下することか
ら、熱電変換特性が向上する。

【００２８】また、第１の電極１３、第２の電極１４と
しては、銀、もしくは銀を主成分とする材料を用い、銀
以外の成分としては、金、白金等を添加することが好ま
しい。これらの電極１３、１４を形成する際は、焼結体
とするか、蒸着あるいは溶射等の手法により形成するこ
とができるが、特に上述した銀、または銀合金の板を用
いることが好ましい。

【００２９】図４に一つのｐ型半導体１１を取り出して
詳しく説明した断面図を示す。ｐ型半導体１１と、第１
の電極１３、第２の電極１４とを接続する際には、銀と
アンチモンの混合ロウ材を塗布形成して熱処理する等し
て用いることにより、ｐ型半導体１１と各電極１３、１
４との間で、組成がアンチモンから銀に連続的に変化し
た接合層１７（銀−アンチモン合金層）が自動的に形成
され、強固に接着する。この場合、ｐ型半導体１１と各
電極１３、１４との間は、電気的に良好に接続される。
図示しないがｎ型半導体も同様に接続される。各半導体
１１、１２と各電極１３、１４との間の強固な接着を得
る為に、この接合層１７の厚さは、約１μｍ以上約１ｍ
ｍ以下とすることが好ましい。

【００３０】第１の絶縁性導熱板１５、第２の絶縁性導
熱板１６としては、セラミックス等を用いることが出
来、特に絶縁性が高く熱伝導率の高い、窒化アルミニウ
ムもしくはアルミナを好ましく用いる事が出来る。第１
の電極１３、第２の電極１４及び第１の絶縁性導熱板１
５、第２の絶縁性導熱板１６との間は、フリットガラス
１８を用いて良好な接着性を達成できる。

【００３１】この熱電変換モジュールを組み込んだ熱交
換器を図２に示す。

【００３２】図２の熱交換器２０は、高温度側と低温度
側とを有し、図１の熱電変換モジュール１０を、この高
温度側と低温度側とが、それぞれ２つの対向する絶縁性
導熱板のどちらか一方となるように組み込んだ構成とす
る。

【００３３】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との間には、導入管２５
から排出管２６に至る、たとえば水の流路２４が規定さ
れる。

【００３４】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の一方の面は、流路２４内
を流れる水により低温度側となり、他方の面は、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、上述したように、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。

【００３５】次に、この熱交換器を設けたごみ焼却設備
の一例を示す。図３に示すゴミ焼却設備は、ごみ焼却炉
３１、押込送風機３２、押込送風機３２からごみ焼却炉
３１へ供給される燃焼空気を加熱する通常の熱交換器３
３、及び二次押込送風機３４と、ごみ焼却炉３１からの
排ガスを用いて熱電変換を行う図２の熱交換器２０と、
熱交換器２０及び通常の熱交換器３３より出た排ガスを
清浄化する集塵機３５と、排ガスを流通させる為の誘引
通風機３６よりなる。

【００３６】このごみ焼却設備においては、ごみ焼却炉
３１からの高温度の排ガスが、ラインＬ１及び分岐ライ
ンＬ２を介して通常の熱交換器３３に流入し、押込送風
機３２からラインＬ４を介して通常の熱交換器３３に導
入される空気がその高温度の排ガスにより加熱され、ラ
インＬ３を介してごみ焼却炉３１の底部に導入される。

【００３７】また、ごみ焼却炉３１からの排ガスライン
Ｌ１は、熱交換器２０に接続され、この熱交換器２０で
は、上述したように、排ガスにより温水が発生すると共
に、熱電変換モジュールにより電力が発生する。熱交換
器２０及び通常の熱交換器３３を経た排ガスは、夫々ラ
インＬ６及びラインＬ５を介して集塵機３５に流入し、
塵埃が除去される。集塵機３５により正常化された排ガ
スは、系外に排出される。なお、ごみ焼却炉３１からの
排ガスは、誘引通風機３６の作用により系内を流れる。

【００３８】さらに、この熱交換器２０は、ごみ焼却設
備において用いるだけでなく、汽水火力発電設備のボイ
ラー内水管もしくは水管フィン表面に設置し、高温度側
をボイラー内部、低温度側を水管側とすることで、電力
と蒸気タービンに送られる蒸気とが同時に得られ、汽水
火力発電設備の効率を改善することも出来る。

【００３９】以下、本発明の実施形態を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施形態に定されるものではな
い。

【００４０】（第１の実施形態） （スクッテルダイト型結晶構造を有するｐ型半導体の作
成）純度約９９．９９８％のＣｏ、純度約９９．９９９
％のＳｂ、純度約９９．９９％のＣｅ、及び純度約９
９．９９％のＦｅを原料とし、これを、組成式Ｃｅ（Ｆ
ｅ_０．７５Ｃｏ_０．２５）_４Ｓｂ_１２の配合比となるよ
う、秤量する。ただしＳｂは、次のアーク溶解工程にお
いて蒸発がある為、所定の配合比より約３重量％多くな
るよう秤量する。

【００４１】アーク炉内の水冷されている銅製のハース
に、秤量した上記の原料を装填して、真空度が約２×１
０^−３Ｐａとなるまで真空引きした後、純度約９９．９
９９％の高純度Ａｒを約６０ｋＰａまで導入して減圧Ａ
ｒ雰囲気とし、アーク溶解する。

【００４２】溶解後、水冷されている銅製のハースで急
冷されることにより得られた金属塊を、石英管に約１０
^−４Ｐａ以下の高真空で真空封入し、約９７３Ｋで約３
０時間熱処理する。これを窒素雰囲気中で粉砕し、内径
約２０ｍｍの金型を用い、圧力を約１００ＭＰａとして
成形する。

【００４３】この成形体を内径約２０ｍｍのカーボン製
モールドに充填し、Ａｒ雰囲気中、圧力を約１００ＭＰ
ａ、温度を約６８０℃として約１時間加圧焼結し、直径
約２０ｍｍの円盤状の焼結体を得、スクッテルダイト型
結晶構造を有するｐ型半導体とする。このｐ型半導体の
約４００℃での抵抗率は約１．５×１０^−３Ωｃｍであ
り、ゼーベック係数は約２１５μＶ／Ｋであり、熱伝導
率は約１．５Ｗ／ｍＫであった。

【００４４】（スクッテルダイト型結晶構造を有するｎ
型半導体の作成）純度約９９．９９８％のＣｏ、純度約
９９．９９９％のＳｂ、純度約９９．９９％のＣｅ、及
び純度約９９．９９％のＰｄを原料とし、これを、組成
式Ｃｅ_{０ ．２}（Ｐｄ_０．０３Ｃｏ_０．９７）_４Ｓｂ_１２
の配合比となるよう、秤量する。ただしＳｂは、次のア
ーク溶解工程において蒸発がある為、所定の配合比より
約３重量％多くなるよう秤量する。

【００４５】アーク炉内の水冷されている銅製のハース
に、秤量した上記の原料を装填して、真空度が約２×１
０^−３Ｐａとなるまで真空引きした後、純度約９９．９
９９％の高純度Ａｒを約６０ｋＰａまで導入して減圧Ａ
ｒ雰囲気とし、アーク溶解する。

【００４６】溶解後、水冷されている銅製のハースで急
冷されることにより得られた金属塊を、石英管に約１０
^−４Ｐａ以下の高真空で真空封入し、約９７３Ｋで約３
０時間熱処理する。これを窒素雰囲気中で粉砕し、内径
約２０ｍｍの金型を用い、圧力を約１００ＭＰａとして
成形する。

【００４７】この成形体を内径約２０ｍｍのカーボン製
モールドに充填し、Ａｒ雰囲気中、圧力を約１００ＭＰ
ａ、温度を約６８０℃として約１時間加圧焼結し、直径
約２０ｍｍの円盤状の焼結体を得、スクッテルダイト型
結晶構造を有するｎ型半導体とする。このｎ型半導体の
約４００℃での抵抗率は約１．１×１０^−３Ωｃｍであ
り、ゼーベック係数は約−２５０μＶ／Ｋであり、熱伝
導率は約３．６Ｗ／ｍＫであった。

【００４８】（熱電変換モジュールの作成）上述したｐ
型半導体、ｎ型半導体の焼結体から、一辺が約２ｍｍで
ある立方体を複数切り出す。そして、開口部の大きさが
約２ｍｍ＋０．２ｍｍ角、高さが約１．５ｍｍのコーデ
ィエライト製のメッシュ中にｐ型半導体とｎ型半導体の
組を、ｐ型半導体とｎ型半導体とが交互に配置されるよ
うに置き、４組の列を８行、計３２組の正方形となるよ
うに配列し、熱電変換素子配列体とする。

【００４９】次に、３２５メッシュのＡｇメタル粉末
と、３２５メッシュのＳｂメタル粉末とを、ｍｏｌ比で
Ｓｂ：Ａｇ＝約４１：５９（共晶組成）となるように混
合し、有機溶剤を添加してペースト化する。この銀とア
ンチモンの混合ロウ材を、メッシュから現れた熱電変換
素子配列体の両面に塗布する。大きさが約４．３ｍｍ×
約２．０ｍｍで、厚さが約０．６ｍｍの銀電極板を、熱
電変換素子配列体の両面に複数貼り付ける。その際、全
てのｐ型半導体とｎ型半導体とが、電気的に直列に接続
されるように配列する。

【００５０】次に、熱電変換素子配列体の両面に貼り付
けた銀電極板上にフリットガラス粉末を塗布し、これら
を、大きさが約２４ｍｍ角で、厚さが約１ｍｍのＡｌＮ
板２枚で挟み、積層体とする。この積層体に、約３ｋｇ
の重しを載せて電気炉中に置き、Ａｒ雰囲気中で約５５
０℃の温度で約１時間、熱処理を行う。

【００５１】冷却後、この積層体を電気炉より取り出し
たところ、全ての層が十分な強度を有する接合を成して
いる熱電変換モジュールが形成されていた。また、この
熱電変換モジュールは、良好な接合性を有する為に、モ
ジュールの内部抵抗は、約０．８Ωと、十分低かった。

【００５２】この熱電変換モジュールについて、高温度
側を約４２５℃、低温度側を約２５℃とし、負荷として
この熱電変換モジュールの内部抵抗と同じ約０．８Ωの
負荷を繋ぐ、整合負荷条件で熱電特性を測定したとこ
ろ、発生した電圧は約２．３Ｖであり、約２．９Ａの電
流が流れ、得られた電力は約６．８Ｗであった。また、
この条件で約１０００時間連続運転した後、室温に戻
し、再び同条件で運転を行った。この繰り返しを１０回
行い、合計運転時間約１００００時間とした後も性能は
変わらず、また破損したり形状が変化することもなかっ
た。

【００５３】（第２〜第５の実施形態）銀とアンチモン
の混合ロウ材の材料としての、３２５メッシュのＡｇメ
タル粉末と、３２５メッシュのＳｂメタル粉末との配合
比、また、熱電変換素子配列体、銀電極板、ＡｌＮ板を
積層体とした後の熱処理の温度を、（表１）のようにす
るほかは、第１の実施形態と同様にして、第２〜第５の
実施形態とする。

【００５４】

【表１】 第１の実施形態と同様に特性を評価したところ、（表
１）のようになり、銀とアンチモンの混合ロウ材の組成
を共晶組成とした場合以外でも、熱電変換素子配列体と
銀電極板との良好な接合性が得られているといえる。そ
して、低い内部抵抗と、高い熱起電力を得ることが出
来、良好な特性を有する熱電変換モジュールを得ること
ができる。

【００５５】また、第１の実施形態と同様に、約１００
０時間連続運転した後、室温に戻し、再び同条件で運転
を行った。この繰り返しを１０回行い、合計運転時間約
１００００時間とした後も性能は変わらず、また破損し
たり形状が変化することもなかった。

【００５６】（第６の実施形態）第１の実施形態の熱電
変換モジュールを耐熱鋼平板と耐食鋼平板の間に並べて
配置し両平板で固定した積層板を作製する。この際、各
モジュールから出ている出力端子は直列に接続する。こ
の積層板の耐熱鋼側を高温部、耐食鋼側を冷却部として
熱電変換モジュール付き熱交換器が得られる。この熱電
変換モジュール付き熱交換器は、例えば図２に示すよう
に冷却側に水を流通させる流路２４を設け、これを図３
に示すようにごみ焼却炉に設置することにより、蒸気と
熱水が得られかつ発電が行えるボイラーとすることがで
きる。

【００５７】（第７の実施形態）第６の実施形態の熱交
換器を汽水火力発電設備のボイラー内水管もしくは水管
フィン表面に設置し、耐熱鋼平板側をボイラー内側、冷
却水を水管側とすることで、電力と蒸気タービンに送ら
れる蒸気とが同時に得られ、かつ効率が改善された汽水
火力発電設備を得ることができる。すなわち、蒸気ター
ビンのみにより発電する汽水火力発電設備の発電効率を
η_Ａ、熱交換器の熱電変換効率をη_Ｔとすると、η_Ａ＝
η_Ｔ＋（１−η_Ｔ）η_Ｐであり、η_Ｐの発電効率の汽水
火力発電設備にη_Ｔなる熱電変換効率の熱交換器を設置
することにより、（１−η_ＴＰ）η _Ｔだけ発電効率を向
上することができる。

【００５８】以上、本発明を詳しく説明したが、本発明
はそれらに限定されるものではない。例えば、熱電素子
本体は、ＣｒＳｉ_２、ＭｎＳｉ_１．７３、ＦｅＳｉ_２、
ＣｏＳｉ、Ｒｕ_２Ｓｉ_３、Ｏｓ_２Ｓｉ_３、Ｒｈ_４Ｓ
ｉ_５、Ｉｒ_４Ｓｉ_５等のＳｉ系あるいはＳｉ−Ｇｅ系合
金に対しても有効である。また、本発明による熱交換器
は実施例のような平板である必要はなく、二重円筒管に
してその中に本発明の熱電変換モジュールを配置するこ
ともでき、そのような熱交換器を用いたボイラーも構成
することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
約３００℃以上の温度でも十分な熱電変換機能を有する
熱電変換モジュールおよびそれを用いた熱交換器を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る熱電変換モジュール
を示す概略断面図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る熱交換器を示す概略
断面図である。

【図３】 本発明の実施形態に係る熱交換器を設置した
ごみ焼却設備の概略構成図である。

【図４】 本発明の実施形態に係る熱電変換モジュール
の１つのｐ型半導体の周辺の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０…熱電変換モジュール １１…ｐ型半導体 １２…ｎ型半導体 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 １７…接合層 １８…フリットガラス 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 ３１…ごみ焼却炉 ３２…押込送風機 ３３…通常の熱交換器 ３４…二次押込送風機 ３５…集塵機 ３６…誘引通風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 35/34 Ｈ０１Ｌ 35/34 Ｈ０２Ｎ 11/00 Ｈ０２Ｎ 11/00 Ａ (56)参考文献 特開2002−84005（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 35/32 H01L 35/14 H01L 35/18 H01L 35/30 H01L 35/34 C22C 12/00 H02N 11/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクッテルダイト型結晶構造を有する複
   数のｐ型半導体と、このｐ型半導体と交互に配列されス
   クッテルダイト型結晶構造を有する複数のｎ型半導体
   と、銀を主成分とし、前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導
   体に接する第１の面と、この第１の面に対向し前記ｐ型
   半導体及び前記ｎ型半導体に接する第２の面とに形成さ
   れ、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体とを電気的に直列
   に接続する複数の電極と、前記ｐ型半導体もしくは前記
   ｎ型半導体と前記電極との間に形成される複数の銀−ア
   ンチモン合金層とを具備することを特徴とする熱電変換
   モジュール。
2. 【請求項２】 前記銀−アンチモン合金層の厚さが１μ
   ｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載
   の熱電変換モジュール。
3. 【請求項３】 前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体は、
   ＡＳｂ_３基化合物結晶（ただし、ＡはＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ
   よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含む）中の空
   隙にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
   ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｕよ
   りなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を充填した
   フィルドスクッテルダイト構造を有する化合物であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の熱電変換モジュール。
4. 【請求項４】 前記第１の面及び前記第２の面のうち一
   方または両方にセラミックスからなる絶縁性導熱板が形
   成され、この絶縁性導熱板は前記電極に接触することを
   特徴とする請求項１記載の熱電変換モジュール。
5. 【請求項５】 前記電極が銀もしくは銀を主成分とする
   焼結体又は金属板により構成されることを特徴とする請
   求項１記載の熱電変換モジュール。
6. 【請求項６】 加熱面と冷却面を有し、前記加熱面及び
   前記冷却面が前記第１の面及び前記第２の面のどちらか
   一方となるように形成される請求項１乃至５記載の熱電
   変換モジュールを具備することを特徴とする熱交換器。