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熱電材料

国内特許コード P140010824
整理番号 1157
掲載日 2014年8月8日
出願番号 特願2006-048461
公開番号 特開2007-227755
登録番号 特許第4496333号
出願日 平成18年2月24日(2006.2.24)
公開日 平成19年9月6日(2007.9.6)
登録日 平成22年4月23日(2010.4.23)
発明者
  • 鈴木 理
  • 藤城 孝宏
  • 鈴木 亮輔
出願人
  • ヤンマー株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 熱電材料
発明の概要 【課題】優れた熱電特性を有し、環境に優しく、低コストで量産性に向いた熱電材料を提供する。
【解決手段】主にFe、V及びAlを含有し、V濃度が20~40at%、Al濃度が20~30at%であり、かつ炭化物がマトリクス中に分散していることを特徴とする鉄合金熱電材料を提供する。特に本発明の熱電材料は、高いゼーベック係数を維持しつつ、低い電気抵抗率を獲得できたので、出力因子が向上し優れた熱電特性が得られる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



近年、環境負荷が低い新しいエネルギー変換技術として熱電発電が注目されている。これは、p型熱電材料とn型熱電材料を用いて、材料の温度差によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック効果を利用するものである。

熱電材料の熱電変換性能は、材料特有の因子であるゼーベック係数S、電気抵抗率ρ、熱伝導率κにより下記の式で表される。

性能指数Z=S2/ρκ

また、S2/ρを出力因子といい、電気の流れやすさを示す熱電特性の指標のひとつである。従って、熱電変換性能を挙げるためにはゼーベック係数が高い、電気抵抗率と熱伝導率が低い材料が望ましい。





従来の熱電材料としては、Bi-Te系、Pb-Te系、Si-Ge系といった半導体焼結材料が大半を占めている。近年ではCo-Sb系スクッテルダルトや層状酸化物などが研究されている。Bi-Te系材料を使用し、ペルチェ効果を利用した熱電冷却技術は、電気冷蔵庫や温調装置として実用化されているが、ゼーベック効果を利用した発電技術は大型化に伴うコストの問題などで衛星用電源等の特殊用途でしか実用化に至っていない。

また、従来からの熱電半導体は、Bi-Te系材料ではp型とn型とするためB(ホウ素)やSe(セレン)を添加する必要がある。これらのSe、Te(テルル)、Pb(鉛)は有害元素であり、地球環境面で好ましくない。また、上記元素やGe(ゲルマニウム)などは資源として希少元素あり、材料コストが高いことも問題である。

本発明で着目したFe-V-Al系材料は、DO3型結晶構造をもつFe3AlにおいてFeをV(バナジウム)で置換していくと、より規則的なホイスラー型L21結晶構造(Fe2VAl)に変化し、フェルミ準位に鋭い擬ギャップを形成する。これまで提案されたFe-V-Al系材料は、Fe2VAlのFeの一部をMnやCrで置換したもの(特許文献1参照)、Vの一部をTiやMoで置換したもの(特許文献2参照)、Al(アルミニウム)の一部をSiやGeやSnで置換したもの(特許文献2参照)により熱電特性を向上させている。

【特許文献1】

開2003-197985号公報

【特許文献2】

開2004-253618号公報

【非特許文献1】

ournal of Alloys and Compounds,329(2001)p.63~68

産業上の利用分野



本発明は、熱電材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
主にFe、V及びAlを含有し、V濃度が20~40at%、Al濃度が20~30at%であり、かつバナジウム炭化物がマトリクス中に分散し、
C濃度が0at%を超え10at%以下、かつSi濃度が0at%を超え5at%以下とすることを特徴とする鉄合金熱電材料。

【請求項2】
S濃度が0at%を超え0.5at%以下とすることを特徴とする請求項1記載の鉄合金熱電材料。

【請求項3】
V濃度を20at%以上25at%以下、かつAl濃度を23at%以上26at%未満としたことを特徴とする請求項1または請求項に記載のp型鉄合金熱電材料。

【請求項4】
V濃度を25at%以上32at%以下、かつAl濃度を20at%以上23at%以下としたことを特徴とする請求項1または請求項に記載のn型鉄合金熱電材料。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2006048461thum.jpg
出願権利状態 登録
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