[发明专利]热电转换元件、其制造方法以及热电转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及将热能转换成电能的热电转换元件及其制造方法。

背景技术

利用塞贝克效应将热能转换成电能的热电转换模块具有无驱动部、结构简单、无需维护等优势，但迄今为止出于能量转换效率低这样的理由，仅用于太空用电源等有限的产品中。然而，面向环境和谐型社会的实现，作为回收废热作为热能的方法而受到关注，期待向焚烧炉、工业炉、汽车关联产品等逐步扩展。特别是在利用工业炉、汽车排气管的废热的情况下，可设想在热电转换模块表背面的温度差为300～600℃程度的高温环境下使用热电转换模块。基于这样的背景，希望进一步提高面向高温的热电转换模块的发电性能。

热电转换模块的性能取决于下述性能指数Z，所述性能指数Z取决于塞贝克系数α(V/℃)、热导率k(W/m·K)、电阻率ρ(Ω·m)。

数1

Z=α2k·ρ]]>

即，为了提高热电性能，需要提高塞贝克系数α、降低热导率k和电阻率ρ。此外，热电转换元件的塞贝克系数为几十μV/℃～几百μV/℃，一个热电转换元件的每单位温度差的热电动势小。因此，为了得到大的输出电压，将各热电转换元件串联连接、或使热电转换元件的表背面的温度差变大以确实地确保温度差，非常有助于提高发电性能。

专利文献1中记载了一种热电转换材料，其是含有选自由Bi和Sb组成的组中的一种元素、以及选自由Te和Se组成的组中的至少一种元素的纳米线的固化成型体，纳米线的直径或与长轴正交的截面的对角线的长度小于或等于500nm，其长度大于或等于1μm，纳米线的长轴沿一个方向排列。(权利要求1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-93454号公报

发明内容

发明所要解决的问题

专利文献1中，通过使作为热电元件的构成材料的纳米线在与热电元件内产生的热流水平的方向上取向，从而降低了热电导率。然而，所述专利文献1中，由于纳米线的取向方向是与元件内的热流方向水平的方向，因而热导率降低的效果不是特别大。此外，以Bi、Sb、Te、Se为主要成分的热电转换元件的使用环境温度被限制为小于或等于200℃的较低温度，在高温域(300～600℃)难以使用，并且，使用了Bi、Sb、Te、Se的热电转换元件在环境适应性方面存在问题。

本发明的目的在于，针对上述问题，提供能够在高温域使用、低环境负荷、低成本且发电性能优异的热电转换元件和热电转换模块。

用于解决问题的方法

为了实现上述目的，本发明采用权利要求书所记载的构成。

本发明包含多种解决上述问题的方法，如果举出本发明的热电转换元件的一个例子，则为由烧结体构成的热电转换元件，其特征在于，在构成烧结体的晶粒的至少一部分晶粒的长边方向的长度比短边方向的长度大，并且沿短边方向构成层状的晶粒。

如果举出本发明的热电转换元件的制造方法的一个例子，则为由烧结体构成的热电转换元件的制造方法，其特征在于，具有如下工序：对烧结体沿单轴方向进行加热加压，从而使长边方向的长度比短边方向的长度大，并且沿短边方向形成层状的晶粒。

此外，如果举出本发明的热电转换元件的其他制造方法的另一个例子，则为由烧结体构成的热电转换元件的制造方法，其特征在于，具有如下工序：将扁平形状或薄片形状的化合物烧结，从而使构成烧结体的晶粒的至少一部分的长边方向的长度比短边方向的长度大，并且沿短边方向形成层状的晶粒。

如果举出本发明的热电转换模块的一个例子，则为具有多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件，并且多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件串联电连接而形成的热电转换模块，其特征在于，至少一方的热电转换元件由如下热电转换元件构成，即：构成烧结体的晶粒的至少一部分晶粒的长边方向的长度比短边方向的长度大，并且沿短边方向构成层状的晶粒的热电转换元件。

根据本发明，可以提供在高温环境下能够确保热电转换元件表背面的温度差且发电性能高的热电转换元件和热电转换模块。

附图说明