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THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND THERMOELECTRIC CONVERSION METHOD

Patent code P200016708
Posted date Mar 27, 2020
Application number P2018-236300
Publication number P2020-098860A
Date of filing Dec 18, 2018
Date of publication of application Jun 25, 2020
Inventor
  • KOMINE TAKASHI
  • ANDO RYO
Applicant
  • IBARAKI UNIVERSITY
  • IBARAKI PREFECTURE
Title THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND THERMOELECTRIC CONVERSION METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thermoelectric conversion device that is small in size and capable of obtaining a large electromotive force during use.
SOLUTION: A base material 20 is made of an organic material having low thermal conductivity, insulating property, and flexibility. A first ferromagnetic layer 21, a first insulating layer 22, a thermoelectric material layer 23, a second insulating layer 24, and a second ferromagnetic layer 25 are sequentially formed on the base material 20. Magnetization M in the same direction is applied to the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 25. Electromotive force can be taken out from the electrodes 11 and 12. When a temperature gradient is applied in the Y direction, an electric field (voltage) due to the Nernst effect is generated in the X direction. Even when a thermoelectric conversion device 1 is wound in the X direction and formed into a roll shape, a large thermoelectromotive force can be taken out between the electrodes 11 and 12.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

熱(温度差)によって起電力を発生するゼーベック効果を利用した熱電変換素子が知られている。また、この際に磁場を併用することによって更に起電力を高めるネルンスト効果を利用した熱電変換素子も知られている。ネルンスト効果においては、温度勾配が存在する方向及び印加された磁場方向と垂直な方向に電界(起電力)が発生する。このような熱電変換装置として、各種の構造のものが提案されている。

特許文献1には、ネルンスト効果を発現する磁性体微粒子を、金属材料を含む起電体で被覆した単位構造が集合して形成された熱電変換装置が記載されている。この構造は支持膜上に形成することができるため、長いテープ状に形成することができ、これを巻き取ったロール状とすることもできるため、使用の態様の自由度を高くすることができる。この場合、温度勾配はテープの厚さ方向に、印加される磁場はテープの幅方向(巻き取られる方向と垂直な方向)となるように使用される。

特許文献2には、軸方向に磁化が付与された筒状の磁性体にワイヤ状の起電体が巻回された構成を具備する熱電変換装置が記載されている。この場合には、温度勾配が磁性体の軸周りの径方向で付与されることによって起電力が発生し、磁場は磁性体によって軸方向に付与される。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、熱(温度勾配)により発電を行う熱電変換装置の構造、あるいは熱電変換方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
温度勾配より発生した起電力を出力する熱電変換装置であって、
熱電効果をもつ熱電材料で構成された薄膜状の形態とされ、厚さ方向と垂直な第1の方向に沿った幅が前記第1の方向及び前記厚さ方向と垂直な第2の方向に沿った長さよりも短くされ、前記第1の方向に沿って前記温度勾配が付与される熱電材料層と、
前記第1の方向における一つの端部側かつ前記第2の方向における一つの端部側において前記熱電材料層と接する第1の電極と、
前記第1の方向における前記一つの端部と逆の端部側かつ前記第2の方向における前記一つの端部と逆の端部側において前記熱電材料層と接する第2の電極と、
前記厚さ方向に沿った磁場を、前記第1の方向及び前記第2の方向にわたり前記熱電材料層に印加する磁場印加手段と、
を具備することを特徴とする熱電変換装置。

【請求項2】
 
前記熱電材料層は、可撓性かつ絶縁性であり前記熱電材料層よりも熱伝導率が低い基体上に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の熱電変換装置。

【請求項3】
 
前記第2の方向に沿って巻き取られたロール状とされたことを特徴とする請求項2に記載の熱電変換装置。

【請求項4】
 
前記磁場印加手段は、
強磁性体で構成され、前記基体上において前記熱電材料層との間に絶縁層を介して積層して形成され、前記厚さ方向に沿った向きの磁化が付与された強磁性体層であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の熱電変換装置。

【請求項5】
 
前記磁場印加手段は、
前記熱電材料層の中に分散され、前記厚さ方向に沿った向きの磁化が付与された強磁性体で構成された粉末粒子であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の熱電変換装置。

【請求項6】
 
前記第2の方向に沿って展開された際の長さの前記第1の方向に沿った幅に対する比が1000以上とされたことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の熱電変換装置。

【請求項7】
 
温度勾配より発生した起電力を出力する熱電変換方法であって、
熱電効果をもつ熱電材料で構成された薄膜状の形態とされ、厚さ方向と垂直な第1の方向に沿った幅が前記第1の方向及び前記厚さ方向と垂直な第2の方向に沿った長さよりも短くされ、前記第1の方向に沿って前記温度勾配が付与される熱電材料層に対して、前記厚さ方向に沿った向きの磁場を、前記第1の方向及び前記第2の方向にわたり印加し、
前記熱電材料層における、前記第1の方向における一つの端部側かつ前記第2の方向における一つの端部側と、前記第1の方向における前記一つの端部と逆の端部側かつ前記第2の方向における前記一つの端部と逆の端部側と、の間で電力を取り出すことを特徴とする熱電変換方法。

【請求項8】
 
前記第2の方向に沿って巻き取られたロール状とすることが可能とされた前記熱電材料層を用いることを特徴とする請求項7に記載の熱電変換方法。

【請求項9】
 
前記熱電材料層における、前記第2の方向に沿って展開された際の長さの前記第1の方向に沿った幅に対する比が1000以上とされたことを特徴とする請求項8に記載の熱電変換方法。

【請求項10】
 
前記第1の方向及び前記第2の方向に沿った広がりをもち厚さ方向に沿った向きの磁化が付与された薄膜状の強磁性体で構成され、前記熱電材料層と別体とされた強磁性体シートを前記熱電材料層と当接させて前記磁場を前記熱電材料層に印加することを特徴とする請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の熱電変換方法。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2018236300thum.jpg
State of application right Published


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