JPWO2013150773A1 - パイプ形状の熱発電デバイスを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
金属粉末を圧縮することによって、金属からなる第1カップ状部材を得る工程(a)、ここで、
第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第1カップ状部材は焼結されておらず、
熱電材料の粉末を圧縮することによって、熱電材料からなる第2カップ状部材を得る工程(b)、ここで、
第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第2カップ状部材は焼結されておらず、
複数の第1カップ状部材および複数の第2カップ状部材を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔を具備するパイプを形成する工程(c)、ここで、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は隣接する一方の第2カップ状部材に挿入され、
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入され、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成され、
第1カップ状部材は焼結されておらず、
第2カップ状部材は焼結されておらず、
工程(c)において得られたパイプを焼結させ、パイプ形状の熱発電デバイスを形成する工程(d)、ここで、
前記パイプが焼結される間、前記パイプの長手方向に沿って前記パイプが圧縮される方向に圧力が前記パイプに印加される。
金属粉末を圧縮することによって、金属からなる第1カップ状部材11を得る工程(a)、ここで、
第1カップ状部材11は第1内面112および第1外面111を具備し、
第1カップ状部材11は下端に第1貫通孔113を具備し、
第1カップ状部材11の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第1カップ状部材11は焼結されておらず、
熱電材料の粉末を圧縮することによって、熱電材料からなる第2カップ状部材12を得る工程(b)、ここで、
第2カップ状部材12は第2内面122および第2外面121を具備し、
第2カップ状部材12は下端に第2貫通孔123を具備し、
第2カップ状部材12の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第2カップ状部材12は焼結されておらず、
複数の第1カップ状部材11および複数の第2カップ状部材12を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔18を具備するパイプを形成する工程(c)、ここで、
各第1カップ状部材11bの第1外面111bが隣接する一方の第2カップ状部材12bの第2内面122bに密着するように、各第1カップ状部材11bは隣接する一方の第2カップ状部材12bに挿入され、
各第1カップ状部材11bの第1内面112bが隣接する他方の第2カップ状部材12aの第2外面121aに密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材12aは各第1カップ状部材11bに挿入され、
前記内部貫通孔18は、複数の第1貫通孔113および複数の第2貫通孔123から構成され、
第1カップ状部材11は焼結されておらず、
第2カップ状部材12は焼結されておらず、
工程(c)において得られたパイプを焼結させ、パイプ形状の熱発電デバイスを形成する工程(d)、ここで、
前記パイプが焼結される間、前記パイプの長手方向に沿って前記パイプが圧縮される方向に圧力が前記パイプに印加される。
1つの実施態様において、
工程(c)において、
各第1カップ状部材11bの第1外面111bが隣接する一方の第2カップ状部材12bの第2内面122bに接し、かつ
各第1カップ状部材11bの第1内面112bが隣接する他方の第2カップ状部材12aの第2外面121aに接する。
1つの実施態様において、
工程(a)では、圧縮装置によって金属粉末が圧縮され、
工程(a)は、以下の工程を具備する:
圧縮装置を用意する工程(a1)
前記圧縮装置は、中心棒81、筒状外部フレーム91、第1筒状内部フレーム71、および第2筒状内部フレーム61を具備し、
前記中心棒81の長手方向に沿って、前記第1筒状内部フレーム71および第2筒状内部フレーム61は互いに向かい合い、
前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に前記第2筒状内部フレーム61が挟まれており、
前記中心棒81の外面は、前記第2筒状内部フレーム61の内面に接しており、
前記筒状外部フレーム91の内面は、前記第2筒状内部フレーム61の外面に接しており、
前記中心棒81は、前記第2筒状内部フレーム61よりも長く、
前記筒状外部フレーム91は、前記第2筒状内部フレーム61よりも長く、
前記中心棒81の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第2筒状内部フレーム61の一端は傾斜しており、前記一端は第1筒状内部フレーム71に向かい合い、
前記中心棒81の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第1筒状内部フレーム71の一端は傾斜しており、前記一端は第2筒状内部フレーム61に向かい合い、第1筒状内部フレーム71の傾斜している一端および第2筒状内部フレーム61の傾斜している一端は互いに平行であり、
前記金属粉末が前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に挟まれるように前記金属粉末を、前記第2筒状内部フレーム61の一端に配置する工程(a2)、および
前記第1筒状内部フレーム71を前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に前記中心棒81の長手方向に沿って挿入して、前記第1筒状内部フレーム71および前記第2筒状内部フレーム61の間で前記金属粉末を圧縮する工程(a3)。
1つの実施態様において、
工程(b)では、圧縮装置を用いて熱電材料の粉末が圧縮され、
工程(b)は、以下の工程を具備する:
圧縮装置を用意する工程(b1)
前記圧縮装置は、中心棒81、筒状外部フレーム91、第1筒状内部フレーム71、および第2筒状内部フレーム61を具備し、
前記中心棒81の長手方向に沿って、前記第1筒状内部フレーム71および第2筒状内部フレーム61は互いに向かい合い、
前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に前記第2筒状内部フレーム61が挟まれており、
前記中心棒81の外面は、前記第2筒状内部フレーム61の内面に接しており、
前記筒状外部フレーム91の内面は、前記第2筒状内部フレーム61の外面に接しており、
前記中心棒81は、前記第2筒状内部フレーム61よりも長く、
前記筒状外部フレーム91は、前記第2筒状内部フレーム61よりも長く、
前記中心棒81の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第2筒状内部フレーム61の一端は傾斜しており、前記一端は第1筒状内部フレーム71に向かい合い、
前記中心棒81の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第1筒状内部フレーム71の一端は傾斜しており、前記一端は第2筒状内部フレーム61に向かい合い、第1筒状内部フレーム71の傾斜している一端および第2筒状内部フレーム61の傾斜している一端は互いに平行であり、
前記熱電材料の粉末が前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に挟まれるように、前記熱電材料の粉末を前記第2筒状内部フレーム61の一端に配置する工程(b2)、および
前記第1筒状内部フレーム71を前記中心棒81および前記筒状外部フレーム91の間に前記中心棒81の長手方向に沿って挿入して、前記第1筒状内部フレーム71および前記第2筒状内部フレーム61の間で前記熱電材料の粉末を圧縮する工程(b3)。
まず、パイプ形状の熱発電デバイスが説明される。
まず、工程(a)および工程(b)において、金属粉末及び熱電変換材料の粉末が圧縮され、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12を形成する。金属粉末及び熱電変換材料の粉末は、例えば圧縮装置によって圧縮される。工程(a)でも工程(b)でも、同じ圧縮装置が用いられ得る。
次に、図2に示されるように、複数の第1カップ状部材11および複数の第2カップ状部材12を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔18を具備するパイプを形成する。
最後に、工程(c)において得られたパイプが焼結される。焼結温度は、典型的には、200℃以上750℃以下である。以下の(a)および(b)は、パイプを焼結する方法の例である:
(a)パイプを加熱しながら、真空中でパイプに圧力を加えるホットプレス法、および
(b)パイプに電圧を印加することによってパイプを加熱しながら、パイプに圧力を印加する放電プラズマ焼結法。
以下の実施例は、本開示をより詳細に説明する。
図19に示される圧縮装置を用いて、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が作製された。表1は、実施例1による第1カップ状部材11および第2カップ状部材12の詳細を示す。
最大発電電力の値=((第1電極15および第2電極16の間の開放電圧)/2)2/(第1電極15および第2電極16の間の電気抵抗値)
ここで、開放電圧は、温度差が印加され、かつ電流が流されない状態において、の第1電極15および第2電極16の間に生じる電圧である。
第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が交互に繰り返し配置され、パイプが形成される前に、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が、表2に示される条件下で焼結されたこと以外は、実施例1と同一の実験が行われた。
図19に示される圧縮装置を用いて、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が作製された。表4は、実施例2による第1カップ状部材11および第2カップ状部材12の詳細を示す。
第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が交互に繰り返し配置され、パイプが形成される前に、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が、表2に示される条件下で焼結されたこと以外は、実施例2と同一の実験が行われた。
111 第1外面
112 第1内面
113 第1貫通孔
12 第2カップ状部材
121 第2外面
122 第2内面
123 第2貫通孔
18 内部貫通孔
61 第2筒状内部フレーム
71 第1筒状内部フレーム
81 中心棒
91 筒状外部フレーム
101 加圧部
102 スペーサ
第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が交互に繰り返し配置され、パイプが形成される前に、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12が、表5に示される条件下で焼結されたこと以外は、実施例2と同一の実験が行われた。
Claims (4)
- パイプ形状の熱発電デバイスを製造する方法であって、以下の工程を具備する:
金属粉末を圧縮することによって、金属からなる第1カップ状部材を得る工程(a)、ここで、
第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第1カップ状部材は焼結されておらず、
熱電材料の粉末を圧縮することによって、熱電材料からなる第2カップ状部材を得る工程(b)、ここで、
第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
第2カップ状部材は焼結されておらず、
複数の第1カップ状部材および複数の第2カップ状部材を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔を具備するパイプを形成する工程(c)、ここで、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は隣接する一方の第2カップ状部材に挿入され、
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入され、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成され、
第1カップ状部材は焼結されておらず、
第2カップ状部材は焼結されておらず、
工程(c)において得られたパイプを焼結させ、パイプ形状の熱発電デバイスを形成する工程(d)、ここで、
前記パイプが焼結される間、前記パイプの長手方向に沿って前記パイプが圧縮される方向に圧力が前記パイプに印加される。 - 請求項1の方法であって、
工程(c)において、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に接し、
かつ
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に接する。 - 請求項1の方法であって、ここで、
工程(a)では、圧縮装置によって前記金属粉末が圧縮され、
工程(a)は、以下の工程を具備する:
圧縮装置を用意する工程(a1)
前記圧縮装置は、中心棒、筒状外部フレーム、第1筒状内部フレーム、および第2筒状内部フレームを具備し、
前記中心棒の長手方向に沿って、前記第1筒状内部フレームおよび第2筒状内部フレームは互いに向かい合い、
前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に前記第2筒状内部フレームが挟まれており、
前記中心棒の外面は、前記第2筒状内部フレームの内面に接しており、
前記筒状外部フレームの内面は、前記第2筒状内部フレームの外面に接しており、
前記中心棒は、前記第2筒状内部フレームよりも長く、
前記筒状外部フレームは、前記第2筒状内部フレームよりも長く、
前記中心棒の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第2筒状内部フレームの一端は傾斜しており、前記一端は第1筒状内部フレームに向かい合い、
前記中心棒の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第1筒状内部フレームの一端は傾斜しており、前記一端は第2筒状内部フレームに向かい合い、第1筒状内部フレームの傾斜している一端および第2筒状内部フレームの傾斜している一端は互いに平行であり、
前記金属粉末が前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に挟まれるように、前記金属粉末を前記第2筒状内部フレームの一端に配置する工程(a2)、および
前記第1筒状内部フレームを前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に前記中心棒の長手方向に沿って挿入して、前記第1筒状内部フレームおよび前記第2筒状内部フレームの間で前記金属粉末を圧縮する工程(a3)。 - 請求項1の方法であって、
工程(b)では、圧縮装置によって前記熱電材料の粉末が圧縮され、
工程(b)は、以下の工程を具備する:
圧縮装置を用意する工程(b1)
前記圧縮装置は、中心棒、筒状外部フレーム、第1筒状内部フレーム、および第2筒状内部フレームを具備し、
前記中心棒の長手方向に沿って、前記第1筒状内部フレームおよび第2筒状内部フレームは互いに向かい合い、
前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に前記第2筒状内部フレームが挟まれており、
前記中心棒の外面は、前記第2筒状内部フレームの内面に接しており、
前記筒状外部フレームの内面は、前記第2筒状内部フレームの外面に接しており、
前記中心棒は、前記第2筒状内部フレームよりも長く、
前記筒状外部フレームは、前記第2筒状内部フレームよりも長く、
前記中心棒の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第2筒状内部フレームの一端は傾斜しており、前記一端は第1筒状内部フレームに向かい合い、
前記中心棒の長手方向に沿って前記圧縮装置を切断した際に現れる断面視において、前記第1筒状内部フレームの一端は傾斜しており、前記一端は第2筒状内部フレームに向かい合い、第1筒状内部フレームの傾斜している一端および第2筒状内部フレームの傾斜している一端は互いに平行であり、
前記熱電材料の粉末が前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に挟まれるように、前記熱電材料の粉末を前記第2筒状内部フレームの一端に配置する工程(b2)、および
前記第1筒状内部フレームを前記中心棒および前記筒状外部フレームの間に前記中心棒の長手方向に沿って挿入して、前記第1筒状内部フレームおよび前記第2筒状内部フレームの間で前記熱電材料の粉末を圧縮する工程(b3)。
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