JPH10173243A - 熱電変換素子 - Google Patents
熱電変換素子Info
- Publication number
- JPH10173243A JPH10173243A JP8326675A JP32667596A JPH10173243A JP H10173243 A JPH10173243 A JP H10173243A JP 8326675 A JP8326675 A JP 8326675A JP 32667596 A JP32667596 A JP 32667596A JP H10173243 A JPH10173243 A JP H10173243A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric conversion
- carbon
- conversion element
- type
- carbon body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】低コストで、資源、および廃棄物として捨てら
れた時の環境汚染の問題も少ない熱電変換素子を提供す
る。 【解決手段】熱電効果を利用した熱電変換素子の熱電変
換材料として、炭素体または炭素体の層間化合物が用い
られてなることを特徴とする熱電変換素子。
れた時の環境汚染の問題も少ない熱電変換素子を提供す
る。 【解決手段】熱電効果を利用した熱電変換素子の熱電変
換材料として、炭素体または炭素体の層間化合物が用い
られてなることを特徴とする熱電変換素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術】本発明は、熱電効果を利用した熱
電変換素子に関するものである。
電変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】廃熱による地球温暖化の問題は、地球環
境的観点から今後ますます深刻さを増すことが予想され
る。特に自動車では、ガソリンエネルギーの７５％が廃
熱として捨てられており、この熱エネルギーを効率的に
利用することは省エネルギーのみならず、環境破壊への
有効な対策として期待される。しかし、自動車からの廃
熱のような比較的低い温度の熱を効率的に電気エネルギ
ーへ変換することは、一般的に難しい。変換方法として
はいくつかの方法が考えられるが、中でも、構造が単純
であり、コンパクトな素子として、熱電効果を利用した
熱電変換素子が挙げられる。この素子は、ｐ型素材とｎ
型素材の間に熱的に生じた電気エネルギーを電力として
取り出すものであり、熱発電素子と言うこともできる。
また、全く逆の反応を利用して、この素子に電流を流
し、この時生じる電極端子での冷却効果（ペルチェ効
果）を用いて、電子冷却素子として使用することも可能
である。
境的観点から今後ますます深刻さを増すことが予想され
る。特に自動車では、ガソリンエネルギーの７５％が廃
熱として捨てられており、この熱エネルギーを効率的に
利用することは省エネルギーのみならず、環境破壊への
有効な対策として期待される。しかし、自動車からの廃
熱のような比較的低い温度の熱を効率的に電気エネルギ
ーへ変換することは、一般的に難しい。変換方法として
はいくつかの方法が考えられるが、中でも、構造が単純
であり、コンパクトな素子として、熱電効果を利用した
熱電変換素子が挙げられる。この素子は、ｐ型素材とｎ
型素材の間に熱的に生じた電気エネルギーを電力として
取り出すものであり、熱発電素子と言うこともできる。
また、全く逆の反応を利用して、この素子に電流を流
し、この時生じる電極端子での冷却効果（ペルチェ効
果）を用いて、電子冷却素子として使用することも可能
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】該変換素子を高性能化
するには、素材として熱起電能と電気伝導度が大きく、
かつ熱伝導度の小さな素材を選ぶことが必要となる。そ
のような素材として、現在ではＢｉ2 Ｔｅ3 、ＰｂＴｅ
などの半金属を主体とした素材が使用されている。しか
し、これら素材はコストが高く、埋蔵資源も限られ、ま
た廃棄物として捨てられた時の環境汚染の問題も生じる
可能性がある。
するには、素材として熱起電能と電気伝導度が大きく、
かつ熱伝導度の小さな素材を選ぶことが必要となる。そ
のような素材として、現在ではＢｉ2 Ｔｅ3 、ＰｂＴｅ
などの半金属を主体とした素材が使用されている。しか
し、これら素材はコストが高く、埋蔵資源も限られ、ま
た廃棄物として捨てられた時の環境汚染の問題も生じる
可能性がある。
【０００４】本発明は、かかる従来技術の欠点を解消し
ようとするものであり、コストが安く、環境汚染の問題
の少ない、熱電変換素子を提供することを目的とする。
ようとするものであり、コストが安く、環境汚染の問題
の少ない、熱電変換素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明が解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために以下の構成を有するものである。
成するために以下の構成を有するものである。
【０００６】「熱電効果を利用した熱電変換素子におい
て、少なくとも一方の素材が炭素体、または炭素体の層
間化合物からなることを特徴とする熱電変換素子。」
て、少なくとも一方の素材が炭素体、または炭素体の層
間化合物からなることを特徴とする熱電変換素子。」
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の熱電変換素子は、熱電効
果（ゼーベック効果）を利用したものであり、ｐ型物質
とｎ型物質とを熱的に並列、電気的に直列に接続し、接
合部分間に温度差を与え、そこに起電力が生じる原理を
用いたものが、一般によく用いられている。
果（ゼーベック効果）を利用したものであり、ｐ型物質
とｎ型物質とを熱的に並列、電気的に直列に接続し、接
合部分間に温度差を与え、そこに起電力が生じる原理を
用いたものが、一般によく用いられている。
【０００８】本発明においては、熱電変換材料の少なく
とも一方として、炭素体が用いられる。使用される炭素
体としては特に限定されるものではなく、また非晶性、
結晶性いずれの炭素体でも良いが、結晶性炭素体がより
好ましく用いられる。たとえば、非晶性炭素体として
は、ポリアクリロニトリル、セルロース、フェノール樹
脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリ塩化ビニール等の有
機物を焼成して得られる炭素体、コークス類などがあげ
られる。また、結晶性炭素体としては、天然黒鉛、ま
た、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、メソフェーズピ
ッチ系黒鉛などの人造黒鉛等いずれでも好ましく用いら
れる。また、Ｃ60、Ｃ70のような炭素原子のみからなる
分子も使用することが可能である。
とも一方として、炭素体が用いられる。使用される炭素
体としては特に限定されるものではなく、また非晶性、
結晶性いずれの炭素体でも良いが、結晶性炭素体がより
好ましく用いられる。たとえば、非晶性炭素体として
は、ポリアクリロニトリル、セルロース、フェノール樹
脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリ塩化ビニール等の有
機物を焼成して得られる炭素体、コークス類などがあげ
られる。また、結晶性炭素体としては、天然黒鉛、ま
た、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、メソフェーズピ
ッチ系黒鉛などの人造黒鉛等いずれでも好ましく用いら
れる。また、Ｃ60、Ｃ70のような炭素原子のみからなる
分子も使用することが可能である。
【０００９】炭素体の形状としては、塊状、粉末状、繊
維状、フィルム状等いずれでも使用することが可能であ
る。粉末状の場合には、プレスなどによって塊状に成形
して用いられる。繊維状の場合には、繊維を束ねた構造
体、または短繊維と粉末の複合成形体などが好ましく用
いられる。繊維状の炭素体を使用する場合は、高温部と
低温部との端子間距離を長くすることが容易となるので
温度差を一定に取りやすくなるというメリットもある。
フィルム状の場合にはそのままで使用も可能であるが、
セラミックスなど基板上にラミネートし、ｐ型、ｎ型部
分をインターカレーションによって作製し、不要部分を
トリミグによって削除する方法で、平板型の素子を作製
することも可能である。
維状、フィルム状等いずれでも使用することが可能であ
る。粉末状の場合には、プレスなどによって塊状に成形
して用いられる。繊維状の場合には、繊維を束ねた構造
体、または短繊維と粉末の複合成形体などが好ましく用
いられる。繊維状の炭素体を使用する場合は、高温部と
低温部との端子間距離を長くすることが容易となるので
温度差を一定に取りやすくなるというメリットもある。
フィルム状の場合にはそのままで使用も可能であるが、
セラミックスなど基板上にラミネートし、ｐ型、ｎ型部
分をインターカレーションによって作製し、不要部分を
トリミグによって削除する方法で、平板型の素子を作製
することも可能である。
【００１０】熱電変換素材としては、上記の炭素体のみ
でも用いられるが、また、炭素体の層間化合物も好まし
く用いられる。層間化合物を用いる場合、炭素体にアク
セプターとなる化合物を添加（インターカレーション）
することによってｐ型熱電変換素材として使用すること
が可能である。アクセプター化合物としてはＢｒ2 、Ｃ
ｌ2 などのハロゲン類、ＨＮＯ3 、Ｈ2 ＳＯ4 などの無
機酸、ＡｓＦ5 、ＳｂＦ5 、ＳｂＣｌ5 などのルイス
酸、ＦｅＣｌ3 、ＡｌＣｌ3 などの金属ハロゲン化物が
挙げられる。また、ｎ型熱電変換素材として用いる場合
には、炭素体のみ、またはＬｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓなどの
アルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金
属をインターカレーションした炭素体の層間化合物が用
いられる。インターカレーションの方法としては、気相
法、電気化学法、溶融塩浸漬法、溶液相反応法、イオン
注入法などが好ましく用いられる。
でも用いられるが、また、炭素体の層間化合物も好まし
く用いられる。層間化合物を用いる場合、炭素体にアク
セプターとなる化合物を添加（インターカレーション）
することによってｐ型熱電変換素材として使用すること
が可能である。アクセプター化合物としてはＢｒ2 、Ｃ
ｌ2 などのハロゲン類、ＨＮＯ3 、Ｈ2 ＳＯ4 などの無
機酸、ＡｓＦ5 、ＳｂＦ5 、ＳｂＣｌ5 などのルイス
酸、ＦｅＣｌ3 、ＡｌＣｌ3 などの金属ハロゲン化物が
挙げられる。また、ｎ型熱電変換素材として用いる場合
には、炭素体のみ、またはＬｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓなどの
アルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金
属をインターカレーションした炭素体の層間化合物が用
いられる。インターカレーションの方法としては、気相
法、電気化学法、溶融塩浸漬法、溶液相反応法、イオン
注入法などが好ましく用いられる。
【００１１】ｐ型、ｎ型物質を熱的に並列、電気的に直
列に接続する電極板は、熱伝導性、電気伝導性が高いも
のであることが必要であり、一般に動、アルミニウムな
どの金属板が用いられることが好ましい。
列に接続する電極板は、熱伝導性、電気伝導性が高いも
のであることが必要であり、一般に動、アルミニウムな
どの金属板が用いられることが好ましい。
【００１２】
実施例１ ｎ型熱電変換素子として、天然黒鉛粉末をプレス成形し
て得た塊状黒鉛を用いた。次に、同じ天然黒鉛粉末を塩
化鉄のアセトニトリル溶液中に５０℃で５時間接触し、
その後取り出して乾燥し、塊状に成形することによって
ｐ型の黒鉛−ＦｅＣｌ層間化合物を得た。これらのｐ
型、およびｎ型の炭素体のそれぞれの端面上にカーボン
ペーストで電極板（銅板）を取り付け、それぞれの炭素
体のもう一方の端面には共通の銅板を接着させることに
よって熱電変換素子を作製した。共通の銅板側を１２０
℃に保つとともに、もう一方の電極側を２０℃に固定し
て電極間に負荷抵抗を設けた。この際に、電極間に負荷
抵抗に電流が流れることが観測され、熱エネルギーが電
気エネルギーに変換された。負荷抵抗を変えながら素子
に入力した熱エネルギーに対する負荷での消費エネルギ
ーの割合、すなわち変換効率を測定したところ、最大
１．０％の変換効率が得られた。
て得た塊状黒鉛を用いた。次に、同じ天然黒鉛粉末を塩
化鉄のアセトニトリル溶液中に５０℃で５時間接触し、
その後取り出して乾燥し、塊状に成形することによって
ｐ型の黒鉛−ＦｅＣｌ層間化合物を得た。これらのｐ
型、およびｎ型の炭素体のそれぞれの端面上にカーボン
ペーストで電極板（銅板）を取り付け、それぞれの炭素
体のもう一方の端面には共通の銅板を接着させることに
よって熱電変換素子を作製した。共通の銅板側を１２０
℃に保つとともに、もう一方の電極側を２０℃に固定し
て電極間に負荷抵抗を設けた。この際に、電極間に負荷
抵抗に電流が流れることが観測され、熱エネルギーが電
気エネルギーに変換された。負荷抵抗を変えながら素子
に入力した熱エネルギーに対する負荷での消費エネルギ
ーの割合、すなわち変換効率を測定したところ、最大
１．０％の変換効率が得られた。
【００１３】実施例２ 天然黒鉛粉末をプレス成形して得た塊状黒鉛の代わり
に、ピツチ系炭素繊維の繊維束を使用した以外は実施例
１と同様の方法で熱電変換素子を作製した。この素子の
最大変換効率は０．８％であった。
に、ピツチ系炭素繊維の繊維束を使用した以外は実施例
１と同様の方法で熱電変換素子を作製した。この素子の
最大変換効率は０．８％であった。
【００１４】
【発明の効果】熱電変換材料として炭素材などを使用す
ることによって、低コストで、資源、および廃棄物とし
て捨てられた時の環境汚染の問題も少ない熱電変換素子
を提供することが可能となる。
ることによって、低コストで、資源、および廃棄物とし
て捨てられた時の環境汚染の問題も少ない熱電変換素子
を提供することが可能となる。
Claims (4)
- 【請求項１】熱電効果を利用した熱電変換素子の熱電変
換材料として、炭素体または炭素体の層間化合物が用い
られてなることを特徴とする熱電変換素子。 - 【請求項２】該炭素体が黒鉛からなることを特徴とする
請求項１記載の熱電変換素子。 - 【請求項３】該炭素体が非晶性炭素からなることを特徴
とする請求項１記載の熱電変換素子。 - 【請求項４】該熱電変換材料として、ｐ型の炭素体とｎ
型の炭素体とを用いることを特徴とする請求項１記載の
熱電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8326675A JPH10173243A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 熱電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8326675A JPH10173243A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 熱電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10173243A true JPH10173243A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18190411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8326675A Pending JPH10173243A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 熱電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10173243A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011097684A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Mitsuba Corp | ブラシ、ブラシ付きモータおよびモータ装置 |
| RU180604U1 (ru) * | 2017-12-14 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Термоэлектрический элемент |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP8326675A patent/JPH10173243A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011097684A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Mitsuba Corp | ブラシ、ブラシ付きモータおよびモータ装置 |
| RU180604U1 (ru) * | 2017-12-14 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Термоэлектрический элемент |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | High power density electrochemical thermocells for inexpensively harvesting low-grade thermal energy. | |
| TWI739759B (zh) | 熱電發電元件及包含彼之熱電發電模組、以及使用彼之熱電發電方法 | |
| Li et al. | 3D Hierarchical Electrodes Boosting Ultrahigh Power Output for Gelatin‐KCl‐FeCN4−/3− Ionic Thermoelectric Cells | |
| US20170222259A1 (en) | All-solid-state secondary cell | |
| RU2011129862A (ru) | Высокотемпературный высокоэффективный термоэлектрический модуль | |
| CN105018043A (zh) | 一种储热放热石墨烯复合相变材料的用途 | |
| CN105609772A (zh) | 微波法制备n,s共掺杂石墨烯锂硫电池正极材料的方法 | |
| Manda et al. | Thermocells of carbon material electrodes and its performance characteristics | |
| He et al. | Ion–electron coupling enables ionic thermoelectric material with new operation mode and high energy density | |
| Hara et al. | Surface structures and charge-discharge characteristics of mesocarbon microbeads as the anodes for secondary lithium-ion batteries | |
| TW201935723A (zh) | 熱電電容器 | |
| JPH10173243A (ja) | 熱電変換素子 | |
| Ishikawa et al. | Boron-carbon-nitrogen compounds as negative electrode matrices for rechargeable lithium battery systems | |
| CN112234220A (zh) | 热电电池 | |
| Zhang et al. | Gigantic and Continuous Output Power in Ionic Thermo‐Electrochemical Cells by Using Electrodes with Redox Couples | |
| JPS6481167A (en) | Manufacture of electrode for battery | |
| CN215419617U (zh) | 一种将手机热能转化为电能的电路结构及手机 | |
| WO2001056100A1 (en) | Carbon fibers for dual graphite batteries | |
| KR20240046856A (ko) | 동축 에너지 하베스팅 및 저장 | |
| JPH08306964A (ja) | 熱電発電体 | |
| CN112735852B (zh) | 基于混合型超级电容器的热电转换与储电的一体化系统及方法 | |
| EP1946341A1 (en) | Thermally enhanced solid-state generator | |
| CN207885048U (zh) | 保护盖板 | |
| JPH11322322A (ja) | 炭素質物質及びその製造方法並びにそれを用いた電気二重層キャパシター | |
| 남우현 et al. | A Brief Review of CoSb3-Based Thermoelectric Materials and Modules for Mid-Temperature Power Generation |