[发明专利]堆叠型热电转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及堆叠型热电转换模块。

背景技术

从工业炉、废物焚烧炉或汽车排出的废热显示高达400℃以上的温度。预期将废热用于基于塞贝克效应(Seebeck effect)通过电动势产生电力的热电发电有助于解决能量问题。先前开发的热电发电材料的转换效率在很大程度上取决于温度，但还没有在宽温度范围内如低温侧100℃以下且高温侧400℃以上显示良好性能的材料。此外，除某些材料如氧化物基热电材料以外，大部分材料会在约300℃～约400℃下在空气中被氧化；因此，可使用一种热电发电材料的温度范围受到限制。因此，为了在合适的温度范围内使用热电发电材料，已开发堆叠型模块，其中将由不同热电发电材料形成的构成模块分别配置在高温测和低温侧(非专利文献1)。特别地，在高温侧使用即使在空气中也具有高耐久性的氧化物型热电模块，并且在低温侧使用在室温至200℃下显示高转换效率的铋-碲型热电模块的堆叠型热电模块可使用在300℃～1100℃的宽温度范围内的废热产生电力。

然而，当堆叠多个热电转换模块并且将这种堆叠型模块放在集热构件和冷却构件之间时，各模块的表面粗糙度或由热应力造成的变形会在模块之间或在热电转换模块和冷却构件之间产生间隙(空隙)。空气的热阻率是超过40mK(米开尔文)/W的大值，并且所述间隙防止到热电模块中的热流入，这是热电发电效率下降的主要原因之一。所述问题在可用于宽温度范围内的包含以下的堆叠型热电单元中尤其显著：使用金属氧化物或硅基合金作为各热电转换材料的热电转换模块，以及使用铋-碲基合金作为各热电转换材料的热电转换模块。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：梶川武信，热电发电论坛论文集，第5-8页(2005)。

发明内容

技术问题

本发明是鉴于现有技术的现状而做出的，并且本发明的主要目的是提供一种具有其中多个热电转换模块堆叠的结构的新型堆叠型热电转换模块，其中排除了导致热电发电效率下降的因素，从而使得可实现有效的热电发电。

解决问题的手段

本发明人进行了广泛的研究以实现上述目的。结果，他们发现，当将使用金属氧化物或硅基合金作为在高温下显示优异的热电转换性能的各热电转换材料的热电转换模块与使用铋-碲基合金作为在比较低的温度气氛下显示优异的热电转换性能的各热电转换材料的热电转换模块组合使用，并且将这些模块堆叠时，可获得在宽温度范围内显示优异的热电转换性能的堆叠型模块。本发明人还发现，在模块之间设置柔性传热材料和任选的金属板可填充高温部用模块和低温部用模块之间的间隙而改善传热性能，并且防止由变形造成的破裂，由此提供具有优异的耐久性和热电转换性能的热电转换模块。此外，本发明人发现，在低温部用模块和冷却构件之间设置柔性传热材料也可以改善传热性能，由此提供具有优异的热电转换性能的热电转换模块。作为基于这些发现的进一步研究的结果而实现了本发明。

更具体地，本发明提供下述堆叠型热电转换模块。

1.一种堆叠型热电转换模块，其具有其中高温部用模块和低温部用模块堆叠的结构，

所述高温部用模块为包含金属氧化物作为各热电转换材料的热电转换模块或者包含硅基合金作为各热电转换材料的热电转换模块，

所述低温部用模块为包含铋-碲基合金作为各热电转换材料的热电转换模块，并且

在所述高温部用模块和所述低温部用模块之间配置有柔性传热材料。

2.一种堆叠型热电转换模块，其具有其中高温部用模块和低温部用模块堆叠的结构，

所述高温部用模块为包含金属氧化物作为各热电转换材料的热电转换模块或者包含硅基合金作为各热电转换材料的热电转换模块，

所述低温部用模块为包含铋-碲基合金作为各热电转换材料的热电转换模块，

所述堆叠型热电转换模块还包含配置在所述低温部用模块的冷却表面侧的冷却构件，并且

在所述低温部用模块和所述冷却构件之间配置有柔性传热材料。

3.根据项1的堆叠型热电转换模块，其中，在所述低温部用模块的冷却表面侧配置有冷却构件，并且在所述低温部用模块和所述冷却构件之间配置有柔性传热材料。

4.根据项1或3的堆叠型热电转换模块，其中，在所述高温部用模块和所述低温部用模块之间除了所述柔性传热材料以外还配置有金属板。

5.根据项1至4中任一项所述的堆叠型热电转换模块，