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熱電変換素子及びその製造方法

国内特許コード P130010034
整理番号 DH16-055
掲載日 2013年11月12日
出願番号 特願2010-261107
公開番号 特開2011-077536
登録番号 特許第5126723号
出願日 平成22年11月24日(2010.11.24)
公開日 平成23年4月14日(2011.4.14)
登録日 平成24年11月9日(2012.11.9)
発明者
  • 小柳 剛
  • 岸本 堅剛
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 熱電変換素子及びその製造方法
発明の概要

【課題】新規熱電変換素子及び該熱電変換素子の製造方法をも提供する。
【解決手段】下記組成式(1)で示されるクラスレート化合物。
下記組成式(1)で示されるクラスレート化合物よりなる熱電変換素子及びその製造方法として、メカニカルアロイング工程を用いることを特徴とする。
46-x (0<x≦10) (1)
(Aは7B族元素、Bは5B族元素、Cは4B族元素をそれぞれ表す。)
【選択図】なし

従来技術、競合技術の概要


ゼーベック効果を利用した熱電変換素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することを可能とする。その性質を利用し、産業・民生用プロセスや移動体から排出される排熱を有効な電力に変換することができるため、熱電変換素子は、環境問題に配慮した省エネルギー技術として注目されている。



ゼーベック効果を利用した熱電変換素子に用いられる熱電変換材料の性能指数ZTは、下記式(A)で表すことができる。
ZT=ασT/κ(A)
ここで、α、σ、κ及びTは、それぞれ、ゼーベック係数、電気伝導度、熱伝導度及び測定温度を表す。



上記式(A)から明らかなように、熱電変換素子の性能を向上させるためには、素子に用いられる材料のゼーベック係数、電気伝導度を大きくすること、及び、熱伝導度を小さくすることが重要である。



一方、性能指数ZTにおけるZは、有効質量(m)、移動度(μ)及び熱伝導度(κ)との間に式(B)で表される比例関係を有する。
Z∝m*3/2μ/κ(B)
上記式(B)から、Zを向上させるためには有効質量と移動度とを向上させることが重要であることがわかる。



高い性能指数を示す熱電変換材料として、従来から、ビスマス・テルル系材料、シリコン・ゲルマニウム系材料、鉛・テルル系材料などが知られている。さらに、アルミニウムをドープした酸化亜鉛粉を成形、焼成してなる熱電変換材料が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

産業上の利用分野


本発明は、クラスレート化合物よりなる熱電変換素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
下記組成式(1)で表されるクラスレート化合物の焼結体よりなる熱電変換素子。
46-X (但し、0<x≦10) (1)
但し、Aは7B族元素、Bは5B族元素、Cは4B族元素である。

【請求項2】
請求項1記載のクラスレート化合物において、Bはアンチモンであ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】
請求項1記載のクラスレート化合物において、Cはゲルマニウム又はスズであることを特徴とする請求項1又は2記載の熱電変換素子。

【請求項4】
請求項1記載のクラスレート化合物において、Aはヨウ素であることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の熱電変換素子。

【請求項5】
クラスレート化合物を構成するA,B及びCの各成分元素をメカニカルアロイング工程において、混合し、その後焼結することを特徴とする請求項1乃至4記載の熱電変換素子の製造方法。

【請求項6】
請求項5記載のメカニカルアロイング工程において、各成分のうち2種又は3種の元素よりなる化合物を含む原料を用いることを特徴とする請求項5記載の熱電変換素子の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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