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熱電変換材料の製造方法 コモンズ

国内特許コード P110005660
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2003-042490
公開番号 特開2004-253618
登録番号 特許第4750349号
出願日 平成15年2月20日(2003.2.20)
公開日 平成16年9月9日(2004.9.9)
登録日 平成23年5月27日(2011.5.27)
発明者
  • 西野 洋一
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 熱電変換材料の製造方法 コモンズ
発明の概要

【課題】熱電変換効率が高く、製造コストの低廉化が可能であり、環境汚染のおそれも少ない熱電変換材料を提供する。
【解決手段】ホイスラー合金型の結晶構造をもつFeVAlの基本構造に対してFe、V及びAlの少なくとも1元素の少なくとも一部が他の元素で置換されている。置換する元素を選択し、かつ置換する元素が原子量の大きいものとされたり、可及的に小さな粒径の粉体又は結晶粒の集合体にされたりすることによって、n型又はp型になるように制御されている。
【選択図】 図5

従来技術、競合技術の概要
従来、熱エネルギーと電気エネルギーとの相互変換が可能な熱電変換素子が知られている。この熱電変換素子は、p型及びn型の二種類の熱電変換材料から構成されており、この二種類の熱電変換材料を電気的に直列に接続し、熱的に並列に配置した構成とされている。この熱電変換素子は、両端子間に電圧を印加すれば、正孔の移動及び電子の移動が起こり、両面間に温度差が発生する(ペルチェ効果)。また、この熱電変換素子は、両面間に温度差を与えれば、やはり正孔の移動及び電子の移動が起こり、両端子間に起電力が発生する(ゼーベック効果)。このため、熱電変換素子を冷蔵庫やカーエアコン等の冷却用の素子として用いたり、ごみ焼却炉等から生ずる廃熱を利用した発電装置用の素子として用いたりすることが検討されている。
【0003】
従来、この熱電変換素子を構成する熱電変換材料として、金属間化合物からなるものが知られている。その中でもBi2Te3を主成分とした熱電変換材料は、大きなゼーベック係数と大きな性能指数とを有しており、比較的効率よく熱電変換を行うことができることから、特によく用いられている。また、金属間化合物以外の熱電変換材料として、複合酸化物系の熱電変換材料も開発されている(特許文献1)。この熱電変換材料は、比較的高温となる温度範囲で熱電変換を行うことができるという利点を有している。
【0004】
【特許文献1】
特開平9-321346号公報
産業上の利用分野
本発明は熱電変換材料の製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 ホイスラー合金型の結晶構造をもつFe2VAlの基本構造に対してFe、V及びAlの少なくとも1元素の少なくとも一部が他の元素で置換された熱電変換材料の製造方法であって、
上記熱電変換材料を製造可能な元素と構成比率とを有する原料混合物を用意する第1工程と、該原料混合物を真空中又は不活性ガス中において溶融又は気化及び固化し、熱電変換材料を得る第2工程とを有し、
該第1工程では、n型の熱電変換材料を製造するため、Feに替えて置換する他の元素とする場合には、元素M周期表における第4~6周期の9族及び10族からなる群から選、Vに替えて置換する他の元素とする場合には、元素N周期表における第4~6周期の6族及び7族からなる群から選、Alに替えて置換する他の元素とする場合には、元素D周期表における第3~6周期の14~16族からなる群から選、さらに化学式当たりの総価電子数が24を超え、24.8以下になるように制
p型の熱電変換材料を製造するため、Vに替えて置換する他の元素とする場合には、元素N周期表における第4~6周期の4族からなる群から選、Alに替えて置換する他の元素とする場合には、元素D周期表における第3~6周期の2族からなる群から選、さらに化学式当たりの総価電子数が24未満、23.2以上になるように制し、
前記基本構造に対して該熱電変換材料の熱伝導率を低下させ、かつ該熱電変換材料が大きな性能指数を示すようにすることを特徴とする熱電変換材料の製造方法
【請求項2】 ホイスラー合金型の結晶構造をもつFe2VAlの基本構造に対してFe、V及びAlの少なくとも1元素の少なくとも一部が他の元素で置換された熱電変換材料の製造方法であって、
上記熱電変換材料を製造可能な元素と構成比率とを有する原料混合物を用意する第1工程と、該原料混合物を真空中又は不活性ガス中において溶融又は気化及び固化し、熱電変換材料を得る第2工程とを有し、
該第1工程では、n型の熱電変換材料を製造するため、Feに替えて置換する他の元素とする場合には、元素M周期表における第4~6周期の9族及び10族からなる群から選、Vに替えて置換する他の元素とする場合には、元素N周期表における第4~6周期の6族及び7族からなる群から選、Alに替えて置換する他の元素とする場合には、元素D周期表における第3~6周期の14~16族からなる群から選、さらに化学式当たりの総価電子数が24を超え、24.8以下になるように制
p型の熱電変換材料を製造するため、Vに替えて置換する他の元素とする場合には、元素N周期表における第4~6周期の4族からなる群から選、Alに替えて置換する他の元素とする場合には、元素D周期表における第3~6周期の2族からなる群から選、さらに化学式当たりの総価電子数が24未満、23.2以上になるように制
該第2工程では、該熱電変換材料を焼結体として、
前記基本構造に対して該熱電変換材料の熱伝導率を低下させ、かつ該熱電変換材料が大きな性能指数を示すようにすることを特徴とする熱電変換材料の製造方法
産業区分
  • 固体素子
  • 冶金、熱処理
  • 合金
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2003042490thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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